JP2008135337A - Glass spacer for flat display, and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、平面型ディスプレイ用ガラススペーサの製造方法、特にガラス母材を溶融・延伸することにより低コストな平面型ディスプレイ用ガラススペーサおよびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for producing a glass spacer for flat display, and more particularly to a glass spacer for flat display and a method for producing the same by melting and stretching a glass base material.
フラットパネルディスプレイ(FPD)は、デジタル放送、ブロードバンドの普及に伴い今後大きな市場拡大が見込まれ、フィールドエミッションディスプレイ(Field Emission Display)もこのFPDの一つとして、実用化に向けた開発が行われている。 The flat panel display (FPD) is expected to expand greatly in the future with the spread of digital broadcasting and broadband, and the field emission display is being developed for practical use as one of the FPDs. Yes.
このFEDは、内面に、電子の入射により可視光を発生する画像形成用の蛍光体が形成された前面ガラス基板と、電子放出素子がマトリックス状に配列された背面ガラス基板とからなり、これらガラス基板間が高真空に保持されると共に、ガラス基板を大気圧から支持するためにガラス基板間に複数のガラススペーサが設けられている。 This FED is composed of a front glass substrate on the inner surface of which a phosphor for image formation that generates visible light upon incidence of electrons is formed, and a rear glass substrate on which electron-emitting devices are arranged in a matrix. A plurality of glass spacers are provided between the glass substrates in order to maintain a high vacuum between the substrates and to support the glass substrates from atmospheric pressure.
このガラススペーサの高さ(幅)は1〜5mmであり、厚さとしては0.03〜0.30mmであり、例えば幅2mm、厚さ150μmのガラススペーサが製造されつつある。 The glass spacer has a height (width) of 1 to 5 mm and a thickness of 0.03 to 0.30 mm. For example, glass spacers having a width of 2 mm and a thickness of 150 μm are being manufactured.
ところで、平面型ディスプレイ用ガラススペーサを、ガラス母材を溶融・延伸することによって製造することは既に公知である。 By the way, it is already known that a glass spacer for a flat display is manufactured by melting and stretching a glass base material.
例えば、特許文献1では、予め側面を研磨した多角形断面を有する素材棒(母材)を垂直降下可能な機械系設備に結合し、下端から順次リング状の加熱装置内に挿入・溶融する。加熱装置は低電圧の熱線を熱源とし、±0.1℃に調整することができる。そして、加熱装置下方に設置された1対の駆動ベルトによって延伸する方法が提案されている。
For example, in
特許文献2でも溶融・延伸によるスペーサの製造方法が提案されている。架設された母材ガラスはモータ駆動により供給速度を制御しつつ、下端から順次加熱炉に送り込まれる。加熱炉は略直方断面であり2対のヒータが設けられている。各ヒータ対は独立して各制御装置により制御されている。一方、加熱炉の直下には1対の延伸ロールが設置され、加熱炉から引き出したスペーサガラスを挟持しながら所定の延伸速度で延伸する。
しかしながら、母材断面形状と線引後のスペーサ断面形状の僅かな差異に関する記述は見られない。 However, there is no description regarding a slight difference between the cross-sectional shape of the base material and the cross-sectional shape of the spacer after drawing.
線引法による製造法は、スペーサの低コスト化に好適であるが、更なる低コスト化を図るためには母材の大型化と線引速度の高速化が有効である。 Although the manufacturing method by the drawing method is suitable for reducing the cost of the spacer, it is effective to increase the size of the base material and increase the drawing speed in order to further reduce the cost.
線引後のスペーサの断面形状に関しては、特許文献3で種々の形状が提案されている。しかしながら、ガラススペーサの線引量産性に関する詳細な検討は、本公知例も含め、現在までなされていない。
With respect to the cross-sectional shape of the spacer after drawing,
従来スペーサの断面形状は、略長方形で、長辺両端部の厚みが中央部に比べて若干大きい形状が、FEDパネルに搭載した場合、各種特性が最も良好であるとされ、スペーサを線引で製造するには、開発初期段階では、図4に示すように、幅30mm、厚さ2.4mm、長さ1000mmの長方断面ガラス母材の両面に、ボールエンドミル刃による切削加工で、中央部で深さ0.15mmの凹面31を施して母材30とし、これを線引により幅2.0mm、両端最大厚さ0.15mm、中央部厚さ130μmのスペーサ32としていた。
The cross-sectional shape of a conventional spacer is substantially rectangular, and the shape of which the thickness of both ends of the long side is slightly larger than that of the central part is considered to have the best characteristics when mounted on an FED panel. In order to manufacture, at the initial stage of development, as shown in FIG. 4, the center portion is formed by cutting with a ball end mill blade on both sides of a rectangular cross section glass base material having a width of 30 mm, a thickness of 2.4 mm, and a length of 1000 mm. Then, a
しかしながら、長方形断面ガラス母材に切削加工で凹面を形成するため、単純な長方断面母材に比べて加工コストが嵩むという問題があった。 However, since the concave surface is formed on the rectangular cross-section glass base material by cutting, there is a problem that the processing cost increases compared to a simple rectangular cross-section base material.
そこで、本発明の目的は、前記した従来技術の欠点を解消し、長辺両端部付近の最厚部と中央付近の最薄部の厚さの差を最適化した中央が窪んだ略長方断面形状のガラススペーサを低コストに製造することができる平面型ディスプレイ用ガラススペーサおよびその製造方法を提供することにある。 Therefore, the object of the present invention is to eliminate the drawbacks of the prior art described above, and optimize the difference in thickness between the thickest part near both ends of the long side and the thinnest part near the center. An object of the present invention is to provide a glass spacer for flat display and a method for manufacturing the same, which can manufacture a glass spacer having a cross-sectional shape at a low cost.
上記目的を達成するために請求項1の発明は、幅60mm乃至180mmの長方断面のガラス母材端部を順次加熱溶融し、ほぼ相似形に連続的に線引して、長辺両端部付近の最厚部と中央付近の最薄部の厚さの差が10μm以上45μm未満の中央が窪んだ略長方形断面形状に形成することを特徴とする平面型ディスプレイ用ガラススペーサの製造方法。
In order to achieve the above object, the invention of
請求項2の発明は、ガラス母材が、遷移金属酸化物を含む導電性ガラスからなり、そのガラス母材の幅が60mm乃至150mmの長方断面形状であり、その幅に応じた線引速度で線引して、長辺両端部付近の最厚部と中央付近の最薄部の厚さの差が10μm以上45μm未満の中央が窪んだ略長方形断面形状に形成する請求項1項記載の平面型ディスプレイ用ガラススペーサの製造方法である。
In the invention of
請求項3の発明は、導電性ガラス内に含まれる遷移金属酸化物が、タングステン、バナジウム、バリウム、ニオブ等の遷移金属からなる酸化物を主要成分とする請求項2記載の平面型ディスプレイ用ガラススペーサの製造方法である。
The invention according to
請求項4の発明は、ガラス母材が、絶縁ガラスからなり、そのガラス母材の幅が80mm乃至180mmの長方断面形状であり、その幅に応じた線引速度で線引して、長辺両端部付近の最厚部と中央付近の最薄部の厚さの差が10μm以上45μm未満の中央が窪んだ略長方形断面形状に形成する請求項1項記載の平面型ディスプレイ用ガラススペーサの製造方法である。
According to a fourth aspect of the present invention, the glass base material is made of insulating glass, and the glass base material has a rectangular cross-sectional shape with a width of 80 mm to 180 mm. The glass base material is drawn at a drawing speed corresponding to the width. 2. The glass spacer for a flat display according to
請求項5の発明は、絶縁ガラスは、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、アルカリ土類金属酸化物、アルカリ金属酸化物を含み、さらに望ましくはアルミノケイ酸塩系ガラス、アルミノホウケイ酸塩系ガラスを主要成分とする請求項4記載の平面型ディスプレイ用ガラススペーサの製造方法である。 According to a fifth aspect of the present invention, the insulating glass contains silicon oxide, aluminum oxide, alkaline earth metal oxide, and alkali metal oxide, and more preferably an aluminosilicate glass or an aluminoborosilicate glass as a main component. The method for producing a glass spacer for a flat display according to claim 4.
請求項6の発明は、請求項1〜5いずれか記載の平面型ディスプレイ用ガラススペーサの製造方法で製造され、断面形状が中央が窪んだ略長方形であり、長辺両端部付近の最厚部と中央付近の最薄部の厚さの差が10μm以上45μm未満であることを特徴とする平面型ディスプレイ用ガラススペーサである。 Invention of Claim 6 is manufactured by the manufacturing method of the glass spacer for flat displays in any one of Claims 1-5, and the cross-sectional shape is a substantially rectangular shape in which the center was depressed, and the thickest part near both ends of a long side And a difference in thickness of the thinnest part in the vicinity of the center is 10 μm or more and less than 45 μm.
本発明によれば、幅60〜180mmの長方断面のガラス母材を用いて線引きすることにより、長辺両端部付近の最厚部と中央付近の最薄部の厚さの差が10μm以上45μm未満の中央が窪んだ略長方断面のガラススペーサを量産線引することができる。また、母材の加工コストを低減でき、また大型母材による高速線引を実施できることから、低コストなガラススペーサを提供することができる。 According to the present invention, the difference in thickness between the thickest part near both ends of the long side and the thinnest part near the center is 10 μm or more by drawing using a glass base material having a rectangular section with a width of 60 to 180 mm. A glass spacer having a substantially rectangular cross section with a depressed center of less than 45 μm can be drawn in mass production. In addition, since the processing cost of the base material can be reduced and high-speed drawing with a large base material can be performed, a low-cost glass spacer can be provided.
以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。 A preferred embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
先ず、発明者らがガラススペーサの形状を検討した結果では、スペーサの断面形状は、略長方形で、長辺両端部の厚み(tmax )が中央部(tmin )に比べて若干大きい形状が、FEDパネルに搭載した場合、各種特性が最も良好であることが分かった。 First, as a result of the inventors examining the shape of the glass spacer, the cross-sectional shape of the spacer is substantially rectangular, and the thickness (t max ) at both ends of the long side is slightly larger than the central portion (t min ). When mounted on an FED panel, various characteristics were found to be the best.
具体的には長辺2.0〜3.0mm、短辺0.15mmのガラススペーサの場合
10μm<{(tmax)−(tmin)}<45μm
の範囲が好適であった。
Specifically, in the case of a glass spacer having a long side of 2.0 to 3.0 mm and a short side of 0.15 mm, 10 μm <{(t max ) − (t min )} <45 μm
The range of was suitable.
本最適数値範囲の根拠は以下の通りである。 The basis for this optimum numerical range is as follows.
スペーサ厚差が10μm以下のケースでは、完成後のFEDパネルで印加電圧によってはスペーサ近傍のエミッタから放出された電子のビーム軌道が乱れ易い傾向がある。そのためパネル点灯時にスペーサの残像が見えてしまうことがあった。スペーサ高さ方向の中央部付近では、電子ビーム軌道から離れるようにスペーサの厚みが僅かに小さい方が好ましい。 In the case where the spacer thickness difference is 10 μm or less, the beam trajectory of electrons emitted from the emitter near the spacer tends to be disturbed depending on the applied voltage in the completed FED panel. Therefore, an afterimage of the spacer may be seen when the panel is turned on. In the vicinity of the central portion in the spacer height direction, it is preferable that the spacer thickness is slightly smaller so as to be away from the electron beam trajectory.
一方、スペーサ厚差が45μm以上の場合は、中央部の厚みが100μm以下となり長辺(幅)方向に関して座屈強度が低下し、FEDパネルの製造工程でパネル内を真空引きを行なった際に一部のスペーサが座屈破壊してしまった。また、パネルにスペーサを実装する際にスペーサの搬送用に真空チャック式の把持具を用いたところ、スペーサの側面が凹面であるため把持具先端全面がスペーサに密着しないため真空漏れをおこしチャック部から脱落することがあった。 On the other hand, when the spacer thickness difference is 45 μm or more, the thickness of the central portion is 100 μm or less, the buckling strength is reduced in the long side (width) direction, and the inside of the panel is evacuated in the FED panel manufacturing process. Some spacers were buckled and destroyed. In addition, when mounting a spacer on the panel, a vacuum chuck type gripper was used to transport the spacer, and the side of the spacer was concave, so the entire tip of the gripper was not in close contact with the spacer, causing a vacuum leak and the chuck part Sometimes dropped out.
従って、長辺両端部付近の最厚部と中央付近の最薄部の厚さの差が10μm以上45μm未満であることが良いことが判明した。 Therefore, it has been found that the difference in thickness between the thickest part near both ends of the long side and the thinnest part near the center is preferably 10 μm or more and less than 45 μm.
更に本発明では、幅60mm乃至180mmの比較的大きなガラス母材を用いて線引きすることで、線引時の熱プロセスにより線引後のスペーサ断面の長辺両端部付近の最厚部と中央付近の最薄部の厚さに差をもたせること、また線引条件によって、厚差を10μm以上45μm未満とすることができることを新規に見出した。 Furthermore, in the present invention, by drawing using a relatively large glass base material having a width of 60 mm to 180 mm, the thickest part near the both ends of the long side of the spacer cross section after drawing by the thermal process during drawing and the vicinity of the center It was newly found that the thickness difference can be made 10 μm or more and less than 45 μm depending on the drawing conditions.
次に、本発明によるガラススペーサの線引作業の線引装置を図1を基に説明する。 Next, a drawing apparatus for drawing a glass spacer according to the present invention will be described with reference to FIG.
幅(W0 )120mm、厚さ(t0 )10.5mm、長さ1200mmの長方断面のアルミノケイ酸塩系ガラス母材10を、精密に垂直降下可能な母材把持部20に連結して、炉心を予め約760℃に昇温した線引炉21に挿入する。
An aluminosilicate
母材10表面は機械研削により算術平均表面粗さRaが約1.0μmとなるまで研磨済みである。
The surface of the
線引炉21は高純度カーボン製の内径140mmのマッフル炉であり、炉心内には酸化劣化防止のためにマスフローコントローラを介してHeガスを投入している。
The
母材把持部20はサーボモータによって駆動され、速度12mm/minの一定速度で母材10は線引炉21へ送り込まれる。線引炉21直下にはレーザ式の外径測定器22が、さらにその下には引取ロール23が設置されている。
The base
線引炉21内で溶融された母材10はその断面形状を保持したまま炉下口より取り出され、対向配置された引取ロール23によって約50m/minの速度で挟持・引取りされる。
The
外径測定器22はレーザ照射方向がガラススペーサ板幅面と直交するように設置され、ガラススペーサ12の幅寸法を常時計測している。
The outer
外径測定器22で計測したスペーサ12の寸法データ、特に基準値(例えばW1 =2.0mm)からの偏差信号は制御盤24を通して引取ロール23にフィードバックされ、ガラススペーサ12の外径(幅)を一定にするが如くローラの速度を微妙にコントロールしている。
The dimensional data of the
線引スペーサの断面寸法は、線引後のガラススペーサ全長に亘つて均―であり、両端部で厚さt1 =150μm、中央部で128μmであった(図2)。 The cross-sectional dimension of the drawing spacer was uniform over the entire length of the glass spacer after drawing, and the thickness t 1 = 150 μm at both ends and 128 μm at the center (FIG. 2).
表1及び表2に示す通りの断面寸法が異なる種々のガラス材質からなる長方断面母材を用いてガラススペーサを線引きし、得られたスペーサの端部の厚さtmax と中央部の厚さtmin との差(tmax−tmin)を評価した。 As shown in Table 1 and Table 2, the glass spacer is drawn using a rectangular cross-section base material made of various glass materials having different cross-sectional dimensions, and the thickness t max of the end portion of the obtained spacer and the thickness of the central portion are obtained. The difference from t min (t max −t min ) was evaluated.
ガラス材質は絶縁ガラスと導電ガラスの2種類を用いた。 Two types of glass materials were used: insulating glass and conductive glass.
具体的には、絶縁ガラスはアルミノケイ酸塩系ガラス、導電ガラスは酸化鉄含有のシリカ系ガラスである。 Specifically, the insulating glass is an aluminosilicate glass, and the conductive glass is an iron oxide-containing silica glass.
線引炉内でのガラス母材の溶融時間を一定にするため、母材の送り込み速度は12mm/分で一定とした。 In order to make the melting time of the glass base material in the drawing furnace constant, the feeding speed of the base material was constant at 12 mm / min.
各種の母材における幅寸法と線引き後に得られたガラススペーサの厚み差(tmax−tmin)の関係を図3に示す。 FIG. 3 shows the relationship between the width dimension of various base materials and the thickness difference (t max −t min ) of the glass spacer obtained after drawing.
母材の幅寸法が大きくなるに従い、ガラススペーサの厚み差も大きくなることが分かる。 It can be seen that the thickness difference of the glass spacer increases as the width of the base material increases.
特に、ガラス材質の観点からは絶縁ガラスよりも導電ガラスの方が、同一の幅寸法である場合において厚み差が大きくなる。そして、ガラス材質が絶縁ガラスである場合、表1のとおり80〜180mmの幅寸法を有する母材を用いて、線引速度を21〜133m/minの範囲で線引きすることにより、端部と中央部の厚み差が10μm以上45μm以下のガラススペーサを得ることができる。 In particular, from the viewpoint of the glass material, the difference in thickness is greater when the conductive glass has the same width than the insulating glass. When the glass material is insulating glass, as shown in Table 1, by using a base material having a width of 80 to 180 mm and drawing the drawing speed in the range of 21 to 133 m / min, the end and the center are drawn. A glass spacer having a thickness difference of 10 μm or more and 45 μm or less can be obtained.
また、ガラス材質が導電ガラスである場合には、表2のとおり60〜150mmの幅寸法を有する母材を線引速度11〜85m/minの範囲で線引きすることにより、端部と中央部の厚み差が10μm以上45μm以下のガラススペーサを得ることができる。 Further, when the glass material is conductive glass, by drawing a base material having a width of 60 to 150 mm as shown in Table 2 within a drawing speed range of 11 to 85 m / min, A glass spacer having a thickness difference of 10 μm to 45 μm can be obtained.
なお、スペーサ化後に両端部に比べて中央部で厚みが薄くなるのは、線引炉21内の最高温度位置より僅か下方のガラス固化開始位置において、水平方向に関しガラスの粘度差が生じるためである。ガラススペーサに用いる母材10は板状であるため、冷却過程では表面積の大きい両端部から先に冷める。つまり両端部で粘度が高く中央部で低い状態で線引張力が印加されるので、粘度の低い中央部でより変形が進み厚さが減じるのである。
In addition, the reason why the thickness is thinner at the center than at both ends after the spacer is formed is that a difference in glass viscosity occurs in the horizontal direction at the glass solidification start position slightly below the maximum temperature position in the drawing
一方、ガラス材質による差は電子導電性の有無ではなく、熱伝導性の差によるものである。 On the other hand, the difference due to the glass material is not due to the presence or absence of electronic conductivity, but due to the difference in thermal conductivity.
本発明における酸化ケイ素を主成分とするガラスの熱伝導率は1.0〜1.5(W/m・K)であるのに対し、遷移金属酸化物を主成分とする導電性ガラスでは0.5〜0.8(W/m・K)と小さい。そのため同一断面寸法の母材でも、導電性ガラスの方が前述の冷却過程で水平方向の温度差すなわちガラスの粘度差が大きくなり、ガラススペーサの厚み差が大きくなる。 The thermal conductivity of the glass mainly composed of silicon oxide in the present invention is 1.0 to 1.5 (W / m · K), whereas it is 0 for the conductive glass mainly composed of a transition metal oxide. .5 to 0.8 (W / m · K) and small. Therefore, even with a base material having the same cross-sectional dimensions, the conductive glass has a larger temperature difference in the horizontal direction, that is, a difference in viscosity of the glass in the above-described cooling process, resulting in a larger thickness difference in the glass spacer.
電子導電性ガラス内に含まれる遷移金属酸化物が、タングステン、バナジウム、バリウム、ニオブ等の遷移金属からなる酸化物を主要成分とするガラス材料を母材とすることが望ましい。 It is desirable that the transition metal oxide contained in the electron conductive glass is based on a glass material whose main component is an oxide composed of a transition metal such as tungsten, vanadium, barium, or niobium.
また、絶縁ガラスの材料としては、酸化ケイ素を主成分とするガラスであることが望ましい。具体的には酸化ケイ素、酸化アルミニウム、アルカリ土類金属酸化物、アルカリ金属酸化物を少なくとも含むガラスである。さらに望ましくは、アルミノケイ酸塩系ガラス、アルミノホウケイ酸塩系ガラスなどであり、これらは電子照射によるアルカリイオンの拡散やガラス構造の崩壊が起き難く、FEDパネル用ガラススペーサに適当なガラス材といえる。 In addition, the material of the insulating glass is desirably glass mainly composed of silicon oxide. Specifically, a glass containing at least silicon oxide, aluminum oxide, alkaline earth metal oxide, or alkali metal oxide. More desirable are aluminosilicate glass, aluminoborosilicate glass, and the like, which are difficult to cause diffusion of alkali ions and collapse of the glass structure due to electron irradiation, and can be said to be suitable glass materials for glass spacers for FED panels. .
以上は長辺2.0mm、短辺0.15mmのガラススペーサについて述べたが、長辺3.0mm、短辺0.15mmのスペーサに関しても、厚み差の最適範囲はほぼ同値であった。 Although the glass spacer having the long side of 2.0 mm and the short side of 0.15 mm has been described above, the optimum range of the thickness difference is almost the same for the spacer having the long side of 3.0 mm and the short side of 0.15 mm.
また、本発明における実施の形態では、母材の送り込み速度を12mm/minで行ったが、各母材で3〜25mm/minの範囲内で送り込み速度を変化させた場合でも、各々のスペーサの端部と中央部の厚みの差は10μm以上45μm以下の範囲内であった。なお、母材の送り込み速度が3mm/min未満では、スペーサの四隅の曲率が大きくなってパネル組立性が悪くなり、35mm/minを超えると線引炉内での母材の加熱が追いつかず、スムーズにガラスを溶融・線引きできなくなる。 In the embodiment of the present invention, the feeding speed of the base material is 12 mm / min. However, even when the feeding speed is changed within a range of 3 to 25 mm / min for each base material, The difference in thickness between the end portion and the central portion was in the range of 10 μm or more and 45 μm or less. In addition, if the feeding speed of the base material is less than 3 mm / min, the curvature of the four corners of the spacer becomes large and the panel assemblability deteriorates, and if it exceeds 35 mm / min, the heating of the base material in the drawing furnace cannot catch up, The glass cannot be melted or drawn smoothly.
10 母材
12 ガラススペーサ
21 線引炉
23 引取ロール
10
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