特許文献1に記載されている従来の支持枠は、以下のような問題点を有していた。ガラス基板の切削加工で支持枠を形成するために、高い寸法精度を確保することが困難であった。特に、平面表示装置の画面サイズが大きくなるほど、ガラス基板の切削加工が困難となり、支持枠を作製することが困難となっていた。
また、ガラス基板を額縁状に切削加工するには、切削方法に制約が課されるとともに、作製する支持枠のサイズが大きくなる程、特殊な切削方法を採用する必要があった。それ故、上記方法で作製した支持枠は、作製コストがかかり、それに付随して平面表示装置のコストの高騰を招いていた。
さらに、上記方法は、支持枠に微細なクラックが発生しやすい。したがって、上記方法で作製した支持枠は、微細なクラックを起点として支持枠が衝撃破壊する虞があるとともに、平面表示装置の気密信頼性を担保し難くなる虞があった。さらに、ガラス基板を切削し、支持枠を形成すると、ガラス基板の切削に際して発生する微細な切削片がガラス基板に付着するため、切削加工後に支持枠を洗浄する工程を別途付加する必要があり、支持枠の製造工程が不当に長くなり、支持枠の製造効率を低下させていた。
一方、ガラス基板を予め短冊状に切削加工した後、これらを熱融着し、額縁状の支持枠を作製する方法が検討されている。しかし、この方法であっても作製コストが上昇するとともに、支持枠の製造工程が不当に長くなるといった上記課題を解決することはできない。
特許文献2に記載の支持枠は、結晶性ガラス粉末を焼結させることで作製されている。しかし、結晶性ガラス粉末は、熱処理を加えると、ガラスに結晶が析出する性質を有しているため、所望の結晶を析出させるためには、支持枠の焼結工程で温度制御を厳密に行う必要があった。この焼結工程の温度制御が不適切であると、結晶性ガラスに意図しない結晶が析出したり、支持枠の焼結が完了する前にガラスに結晶が析出する虞が生じる。また、結晶性ガラス粉末は、一旦、ガラスに結晶が析出すると、熱処理を加えても、ガラスが軟化変形しない。特許文献2によれば、支持枠の焼結は、平面表示装置の組み立ての最終段階であることから、支持枠の焼結が不適切であると、平面表示装置の製造効率が著しく低下することになる。さらに、結晶性ガラス粉末は、ガラス製造時の熱履歴および不純物の含有量が相違すると、結晶が析出する温度域が容易に変動するため、結晶析出のタイミングを安定化させることが困難であった。
ガラス基板の表面に支持枠を直接形成することができれば、上記問題点を解決することができると考えられる。具体的には、背面ガラス基板の支持枠を形成させるべき表面に非結晶性のガラス粉末を含有するペーストを塗布した後に、このペーストをグレーズ(脱バインダー)し、焼結させることにより、支持枠を形成することができれば、上記問題点を解決することができる。しかしながら、上記方法による支持枠の形成に好適なガラス組成については、ほとんど技術的知見がないのが実情である。
そこで、本発明は、平面表示装置の支持枠の形成に好適な材料を提案し、平面表示装置の信頼性向上および製品コストの低廉化に資することを技術的課題とする。
本発明者は、鋭意努力の結果、ガラス粉末のガラス組成を下記酸化物換算のモル%表示でSiO2 5〜30%、B2O3 25〜45%、ZnO 20〜60%、Al2O3 0〜10%、R2O 1〜20%(但し、R2Oは、Li2O、Na2O、K2O、Cs2Oを指す)、Li2O 0〜15%、Na2O 0〜15%、K2O 0〜4%、R’O 0〜25%(但し、R’Oは、MgO、CaO、SrO、BaOを指す)、MgO 0〜15%、CaO 0〜15%、BaO 0〜15%、SrO 0〜15%、ZrO2+TiO2 0〜10%に規制し、実質的にPbOを含有させず、耐火性フィラー粉末を所定量添加することにより上記技術的課題を解決できることを見出し、本発明として提案するものである。ここで、本発明でいう「実質的にPbOを含有しない」とは、ガラス粉末のガラス組成内のPbO含有量が1000ppm以下の場合を指す。
本発明の支持枠形成材料は、ガラス粉末のガラス組成を上記範囲に規制していることから、ガラスの熱的安定性が良好であり、支持枠の焼結過程で結晶が析出することがない。すなわち、支持枠形成の際、ガラスを焼結させてもガラスが失透することがなく、支持枠を安定して形成することできるとともに、支持枠の寸法精度を容易に向上させることができる。さらに、ガラス粉末のガラス組成を上記範囲とすれば、上記ガラス組成からなるガラス粉末に耐火物フィラーを添加させたとしてもガラスが失透することがなく、支持枠の熱膨張係数の調整および支持枠の機械的強度の向上を容易に達成することができる。それ故、平面表示装置の装置内部が真空状態であっても装置内部を確実に支持することができるとともに、平面表示装置に機械的衝撃が与えられても支持枠を起点にクラックが発生し難くなる。なお、支持枠形成の際、ガラスが失透すると、支持枠と背面ガラス基板が融着しないだけでなく、支持枠を所望の寸法に制御できない虞がある。
また、本発明の支持枠形成用材料は、ガラス粉末のガラス組成を上記範囲に規制していることから、ガラス粉末の軟化点を適切な範囲に規制することができる。すなわち、ガラス粉末のガラス組成を上記範囲とすれば、高歪点ガラス基板の歪点以下の温度(例えば、580℃以下)でガラスを焼結させることができ、高歪点ガラス基板の歪点以下の低温で支持枠を形成することが可能となる。また、本発明の支持枠形成材料は、高歪点ガラス基板の歪点以下の温度で焼結させることができると同時に、背面ガラス基板と支持枠を強固に融着させることができる。さらに、平面表示装置のその後の熱処理工程(封着工程、真空排気工程)で支持枠が軟化変形し、寸法変化が生じることがない。具体的には、ガラス粉末のガラス組成を上記範囲とすれば、支持枠形成材料の軟化点を490〜580℃、更には500〜560℃にすることができ、上記効果を享受することができる。
本発明の支持枠形成材料は、ガラス粉末のガラス組成系としてSiO2−B2O3−ZnO系ガラスを採用するとともに、実質的にPbOを含有しないガラス組成となっている。したがって、本発明の支持枠形成材料は、環境負荷物質であるPbOを含有していないため、近年の環境的要請を的確に満たすことが可能となる。
なお、本発明の支持枠形成材料は、通常、粉末に加工された後にガラスペーストとして背面ガラス基板上に塗布され、グレーズ後、焼結される。したがって、本発明の支持枠形成材料を使用すれば、ガラス基板の切削加工等の工程が不要になるだけでなく、背面ガラス基板と支持枠を封着ガラスで封着する工程が不要となり、前面ガラス基板と背面ガラス基板の距離を一定に保持しやすくなることに加えて、平面表示装置の製造コストの低廉化に資することになる。
本発明に係る平面表示装置の板厚方向の断面模式図を図1に示す。前面ガラス基板11と背面ガラス基板12の間に、支持枠13が介在している。支持枠は、上記ガラス組成物からなるガラス粉末を含有するガラスペーストを背面ガラス基板の外周縁上に塗布した後、ガラスペーストをグレーズし、焼結させることで形成されている。前面ガラス基板11と支持枠13は、封着ガラス14を用いて気密封着されている。
本発明の支持枠形成材料は、ガラス粉末が、下記酸化物換算のモル%表示で、ガラス組成として、SiO2 7〜25%、B2O3 25〜45%、ZnO 25〜55%、Al2O3 0〜5%、R2O 5〜15%(但し、R2Oは、Li2O、Na2O、K2O、Cs2Oを指す)、Li2O 0〜10%、Na2O 0〜10%、K2O 0〜4%、R’O 0〜15%(但し、R’Oは、MgO、CaO、SrO、BaOを指す)、MgO 0〜5%、CaO 0〜5%、BaO 0〜10%、SrO 0〜5%、ZrO2+TiO2 0〜7%を含有し、且つ実質的にPbOを含有しないことが好ましい。
本発明の支持枠形成材料は、耐火性フィラー粉末として、アルミナを用いることが好ましい。
本発明の支持枠形成材料は、軟化点が490〜580℃であることが好ましい。なお、本発明でいう「軟化点」は、マクロ型示差熱分析(DTA)で測定した値を指す。
本発明の支持枠形成材料は、熱膨張係数が64〜86×10−7/℃であることが好ましい。なお、本発明でいう「熱膨張係数」は、押棒式熱膨張係数測定(TMA)装置で30〜300℃の温度範囲で測定した値を指す。
本発明の支持枠形成材料は、平面表示装置に使用することが好ましい。
本発明の支持枠形成材料において、ガラス粉末のガラス組成を上記のように限定した理由を下記に示す。なお、以下の%表示は、特に限定がある場合を除き、モル%を指す。
SiO2は、ガラスの骨格を形成する成分であり、ガラス形成酸化物である。また、SiO2は、ガラスの耐候性を向上させる成分である。その含有量は5〜30%、好ましくは7〜25%、より好ましくは10〜20%である。SiO2が30%より多いと、ガラスの軟化点が高くなり過ぎ、600℃以下の低温で支持枠を形成することが困難となる。SiO2が5%より少ないと、ガラスが熱的に不安定になり、寸法精度の高い支持枠を形成し難くなる。
B2O3は、ガラスの骨格を形成する成分であり、ガラス形成酸化物である。その含有量は25〜45%、好ましくは30〜42%である。B2O3の含有量が25%より少ないと、ガラスが熱的に不安定になり、溶融時または焼結時にガラスが失透しやすくなる。一方、B2O3の含有量が45%より多いと、ガラスの粘性が高くなり過ぎ、600℃以下の低温で焼結することが困難になる。
ZnOは、ガラスの溶融温度や軟化点を上昇させることなく、熱膨張係数を低下させる成分であるとともに、ガラスの溶融時または焼結時の失透を抑制する成分である。その含有量は20〜60%、好ましくは25〜55%、より好ましくは25〜42%である。ZnOの含有量が60%より多いと、逆にガラス組成内のバランスを欠き、ガラスの熱的安定性が損なわれ、その結果、ガラスが失透しやすくなる。ZnOの含有量が20%より少ないと、熱膨張係数を低下させる効果が乏しくなることに加え、ガラスの溶融時または焼結時の失透を抑制する効果が乏しくなる。
Al2O3は、ガラスの耐候性を向上させる成分である。その含有量は0〜10%が好ましく、0〜5%がより好ましい。Al2O3が10%より多いと、ガラスの軟化点が高くなり過ぎ、600℃以下の低温で支持枠を形成することが困難となる。
R2Oは、ガラスの軟化点を低下させる成分である。その含有量は0〜25%、好ましくは1〜20%、より好ましくは5〜15%である。R2Oが25%より多いと、ガラスの熱的安定性が損なわれ、その結果、ガラスが失透しやすくなる。
Li2Oは、ガラスの軟化点を低下させる成分である。その含有量は0〜15%、好ましくは0〜10%、より好ましくは0.1〜7%である。Li2Oが15%より多いと、ガラスの熱的安定性が損なわれ、その結果、ガラスが失透しやすくなる。また、Li2Oが15%より多いと、熱膨張係数が大きくなり過ぎ、ガラス基板と熱膨張係数が整合し難くなり、その結果、ガラス基板にクラックが発生しやすくなる。
Na2Oは、ガラスの軟化点を低下させる成分である。その含有量は0〜15%、好ましくは0〜10%、より好ましくは0.1〜10%である。Na2Oが15%より多いと、ガラスの熱的安定性が損なわれ、その結果、ガラスが失透しやすくなる。
K2Oは、ガラスの軟化点を低下させる成分である。その含有量は0〜4%、好ましくは0.1〜4%である。K2Oが4%より多いと、ガラスの熱的安定性が損なわれ、その結果、ガラスが失透しやすくなる。
なお、Li2O、Na2O、K2Oは、それぞれ0.1%以上含有させると、アルカリ混合効果を享受することができるため、好ましい。
R’Oは、ガラスの熱的安定性を向上させる成分である。その含有量は0〜25%、好ましくは0〜15%、より好ましくは0〜6%である。R’Oが25%より多いと、ガラスの熱的安定性が損なわれ、その結果、ガラスが失透しやすくなる。
MgOは、ガラスの熱的安定性を向上させる成分である。その含有量は0〜15%であり、好ましくは0〜10%であり、より好ましくは0〜5%である。MgOの含有量が15%より多いと、逆にガラス組成内のバランスを欠き、ガラスの熱的安定性が損なわれ、その結果、ガラスが失透しやすくなる。また、ガラスの熱的安定性を向上させる観点から、MgOの含有量を0.1%以上とするのが好ましい。
CaOは、ガラスの熱的安定性を向上させる成分である。その含有量は0〜15%であり、好ましくは0〜10%であり、より好ましくは0〜5%である。CaOの含有量が15%より多いと、逆にガラス組成内のバランスを欠き、ガラスの熱的安定性が損なわれ、その結果、ガラスが失透しやすくなる。また、ガラスの熱的安定性を向上させる観点から、CaOの含有量を0.1%以上とするのが好ましい。
SrOは、ガラスの熱的安定性を向上させる成分である。その含有量は0〜15%であり、好ましくは0〜10%であり、より好ましくは0〜5%である。SrOの含有量が15%より多いと、逆にガラス組成内のバランスを欠き、ガラスの熱的安定性が損なわれ、その結果、ガラスが失透しやすくなる。また、ガラスの熱的安定性を向上させる観点から、SrOの含有量を0.1%以上とするのが好ましい。
BaOは、ガラスの熱的安定性を向上させる成分である。その含有量は0〜15%であり、好ましくは0〜10%であり、より好ましくは0〜5%である。BaOの含有量が15%より多いと、逆にガラス組成内のバランスを欠き、ガラスの熱的安定性が損なわれ、その結果、ガラスが失透しやすくなる。また、BaOの含有量が15%より多いと、熱膨張係数が高くなり過ぎ、ガラス基板と熱膨張係数が整合し難くなる。一方、ガラスの熱的安定性を向上させる観点から、BaOの含有量を0.1%以上とするのが好ましい。
ZrO2とTiO2は、ガラスの耐水性や耐薬品性を向上させる成分である。その含有量は合量で0〜10%が好ましく、0〜7%がより好ましい。ZrO2とTiO2の含有量が合量で10%より多いと、ガラスが失透しやすくなり、ガラスの流動性が損なわれ易くなる。また、ZrO2とTiO2の含有量が合量で10%より多いと、ガラスの粘性が高くなり過ぎ、600℃以下の温度で支持枠を形成し難くなる。
ZrO2は、ガラスの耐水性や耐薬品性を向上させる成分である。その含有量は0〜10%が好ましく、0〜5%がより好ましい。ZrO2の含有量が10%より多いと、ガラスが失透しやすくなり、ガラスの流動性が損なわれやすくなる。また、ZrO2の含有量が10%より多いと、ガラスの粘性が高くなり過ぎ、600℃以下の温度で支持枠を形成し難くなる。
TiO2は、ガラスの耐水性や耐薬品性を向上させる成分である。その含有量は0〜10%が好ましく、0〜5%がより好ましい。TiO2の含有量が10%より多いと、ガラスが失透しやすくなり、ガラスの流動性が損なわれ易くなる。また、TiO2の含有量が10%より多いと、ガラスの粘性が高くなり過ぎ、600℃以下の温度で支持枠を形成し難くなる。
P2O5は、溶融時の失透を抑制する成分であるが、添加量が5%よりも多いと溶融時にガラスが分相しやすいため好ましくない。
MoO3、La2O3、Y2O3およびGd2O3は、溶融時にガラスの分相を抑制する成分であるが、これらの合量が7%よりも多いとガラスの軟化点が高くなり過ぎ、600℃以下の温度で焼結しにくくなる。
また、その他の成分であっても、ガラスの特性を損なわない範囲で15%まで添加することが可能である。
本発明の支持枠形成材料は、ガラス粉末が、環境上の理由からPbOを実質的に含有しない。また、ガラス組成中にPbOを含有させると、ガラス中に存在するPb2+が拡散して電気絶縁性を低下させる場合がある。
上記のガラス組成を有する支持枠形成用ガラス組成物は、粉末状に加工し、これを支持枠形成材料として用いるのが好ましい。ガラス粉末を単独で支持枠形成材料として用いると、支持枠形成材料の製造工程の簡略化に資することになる。また、ガラス粉末を単独で支持枠形成材料として用いると、耐火性フィラー粉末が結晶核として作用する虞が全くないために、ガラスの熱的安定性が損なわれることもない。上記ガラス組成を有する支持枠形成用ガラス組成物は、ガラスの軟化点を490〜580℃、更には500〜560℃、熱膨張係数を64〜86×10-7/℃、更には70〜82×10-7/℃とすることができるため、支持枠形成材料として好適に使用することができる。
熱膨張係数が適合しない場合、例えば熱膨張係数が高いガラス粉末を用いて、高歪点ガラス基板(熱膨張係数85×10−7/℃)等に支持枠を形成する場合、ガラス粉末と耐火性フィラー粉末を混合して、これを支持枠形成材料とする。また、支持枠形成材料の熱膨張係数は、ガラス基板の熱膨張係数に対して、同等または低く設計するのが好ましい。具体的には、ガラス基板の熱膨張係数から支持枠形成材料の熱膨張係数を減じた値が−5×10−7/℃〜20×10−7/℃となるように設計するのが好ましい。これは、支持枠形成後にガラス基板、支持枠に残留する歪を低減して、ガラス基板、支持枠の応力破壊を防ぐためである。
ガラス基板と支持枠形成材料の熱膨張係数が大きく異なっていると、熱処理による支持枠形成の際に、ガラス基板と支持枠形成材料の熱収縮挙動が相違し、結果として、支持枠形成後にガラス基板に反りが生じる虞がある。本発明者の調査によると、ガラス基板の熱膨張係数から支持枠形成材料の熱膨張係数を減じた値が−5×10-7/℃〜20×10-7/℃となるように設計すれば、支持枠形成後のガラス基板の反りを低減、具体的には、ガラス基板の反りを50μm以下にすることができる。
熱膨張係数の調整以外にも、例えば、支持枠の形状維持、機械的強度の向上のために耐火性フィラー粉末を添加することもできる。
ガラス粉末に耐火性フィラー粉末を混合する場合、その混合割合は、ガラス粉末が55〜99体積%、耐火性フィラー粉末が1〜45体積%であり、ガラス粉末が60〜95体積%、耐火性フィラー粉末が5〜40体積%であることがより好ましい。両者の割合をこのように規定した理由は、耐火性フィラー粉末が1体積%よりも少ないと上記した効果が得られにくい傾向があり、45体積%より多くなると緻密な支持枠を形成し難くなるからである。
耐火性フィラー粉末は、SiO2−B2O3−ZnO系ガラス粉末に添加しても熱的安定性を低下させない程度に反応性が低いことが要求され、例えば、熱膨張係数が低く、機械的強度が高いことが要求される。また、耐火性フィラー粉末としては、実質的にPbOを含有しない耐火性フィラー粉末を使用するのが好ましい。耐火性フィラー粉末として、種々の材料が使用可能であるが、具体的には、アルミナ、コーディエライト、ジルコン、ウイレマイト、ジルコニア、酸化チタン、酸化錫、酸化ニオブ、リン酸ジルコニウム、チタン酸アルミニウム、β−ユークリプタイト、β−スポジュメン、β−石英固溶体、ムライト、[AB2(MO4)3]の基本構造をもつ化合物、
A:Li、Na、K、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cu、Ni、Mn等
B:Zr、Ti、Sn、Nb、Al、Sc、Y等
M:P、Si、W、Mo等
若しくはこれらの混合物を目的に応じて適宜選択し使用すればよい。特に、コーディエライトは支持枠の熱膨張係数の低下、アルミナは支持枠の形状維持に効果的である。
本発明の支持枠形成材料は、Mn−Fe−Al−O系、Mn−Fe−Co−O系、Co−O系等の顔料を20%まで含有させることもできる。
本発明の支持枠形成材料の軟化点は、490〜580℃が好ましく、500〜560℃がより好ましく、520〜550℃が更に好ましい。支持枠形成材料の軟化点を上記範囲とすれば、高歪点ガラス基板の歪点以下の温度(例えば、580℃以下)でガラスを焼結させることができ、寸法精度の高い支持枠を形成することが可能となる。また、支持枠形成材料の軟化点を上記範囲とすれば、高歪点ガラス基板の歪点以下の温度で焼結させることができると同時に、背面ガラス基板と支持枠を強固に融着させることができる。さらに、平面表示装置のその後の熱処理工程(封着工程、真空排気工程)では、通常、高歪点ガラス基板の歪点以上の温度に加熱されることがないため、支持枠が軟化変形して寸法変化が生じることがない。支持枠形成材料の軟化点が490℃より低いと、支持枠形成材料の焼結時にガラスが軟化変形しやすくなり、支持枠の寸法安定性を担保し難くなる。また、支持枠形成材料の軟化点が580℃より大きいと、高歪点ガラスの歪点以下の温度でガラスが焼結し難くなるとともに、背面ガラス基板と支持枠が適切に融着されず、平面表示装置の気密信頼性を確保し難くなる。
本発明の支持枠形成材料の熱膨張係数は、64〜86×10-7/℃が好ましく、67〜84×10-7/℃がより好ましく、69〜77×10-7/℃が更に好ましい。支持枠形成材料の熱膨張係数を上記範囲とすれば、熱処理による支持枠形成の際に、高歪点ガラス基板と支持枠形成材料の熱収縮挙動を整合させることができ、結果として、支持枠形成後に高歪点ガラス基板の反りを50μm以下まで低減することができる。支持枠形成材料の熱膨張係数が67×10-7/℃未満であると、高歪点ガラス基板に不当な応力が残留する虞がある。また、熱膨張係数が67×10-7/℃未満となるように、ガラスを設計すると、ガラスの軟化点が高くなる傾向があり、600℃以下の低温で支持枠を形成し難くなる。支持枠形成材料の熱膨張係数が86×10-7/℃より大きいと、高歪点ガラス基板に不当な応力が残留し、すなわち高歪点ガラス基板に不当な圧縮応力が残留し、平面表示装置が熱衝撃等で破壊する確率が高まる。
支持枠形成材料は、ビークルと均一に混練してペーストとして使用すると取り扱いやすい。ビークルは、主に有機溶媒と樹脂とからなり、樹脂はペーストの粘性を調整する目的で添加される。また、必要に応じて、界面活性剤、増粘剤、熱可塑性樹脂等を添加することもできる。作製されたペーストは、ディスペンサーやスクリーン印刷機等の塗布機を用いて塗布される。
有機溶媒としては、N、N’−ジメチルホルムアミド(DMF)、α−ターピネオール、高級アルコール、γ−ブチルラクトン(γ−BL)、テトラリン、ブチルカルビトールアセテート、酢酸エチル、酢酸イソアミル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタジオールモノイソブチルレート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ベンジルアルコール、トルエン、3−メトキシ−3−メチルブタノール、水、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、トリプロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレンカーボネート、ジメチルスルホキシド(DMSO)、N−メチル−2−ピロリドン等が使用可能である。特に、α−ターピネオールは、高粘性であり、樹脂等の溶解性も良好であるため、好ましい。
樹脂としては、アクリル樹脂、エチルセルロ−ス、ポリエチレングリコール誘導体、ニトロセルロース、ポリメチルスチレン、ポリエチレンカーボネート、メタクリル酸エステル等が使用可能である。特に、アクリル樹脂、エチルセルロースは、高粘性であるとともに、熱分解性が良好であるため、好ましい。
可塑剤は、乾燥速度をコントロールするとともに、乾燥膜に柔軟性を与える成分である。可塑剤としてはブチルベンジルフタレート、ジオクチルフタレート、ジイソオクチルフタレート、ジカプリルフタレート、ジブチルフタレート、ポリメチルメタアクリレート、ポリエチルメタアクリレート、ポリブチルメタアクリレート等が使用可能であり、これらを単独あるいは混合して使用することができる。
このようなペーストを用いて、支持枠を形成するには、まずこれらのペーストをスクリーン印刷法やディスペンサー塗布機等を用いて塗布し、所定の膜厚の塗布層を形成する。そして、この塗布層を乾燥させ、グレーズした後、焼結させることで支持枠を形成する。特に、ディスペンサー塗布機を用いて、支持枠を形成すれば、一回の塗布で額縁状の支持枠を形成できるため、製造効率の点で好ましい。
また、支持枠の形成方法として、支持枠形成材料を所定形状のタブレット(焼結体)に加工し、これを背面ガラス基板に融着する方法が挙げられる。この方法を採用すれば、上述のディスペンサー塗布機を用いた方法よりも寸法精度の高い支持枠を形成することができる。さらに、支持枠の形成方法として、支持枠形成材料を所定のシート状に加工し、これを背面ガラス基板上に支持枠の所定形状になるまで積層し、その後焼結する方法が挙げられる。この方法を採用すれば、上述のディスペンサー塗布機を用いた方法よりも寸法精度の高い支持枠を形成することができる。
本発明の支持枠形成材料は、平面表示装置に使用することが好ましい。本発明の支持枠形成材料は、上述の通り、支持枠の寸法精度を高めることができると同時に、支持枠の強度を上昇させることができるため、本用途に好適に使用することができる。平面表示装置の具体例として、FED、PDP、無機EL、蛍光表示管が挙げられる。特に、本発明の支持枠形成材料は、FEDに使用することがより好ましい。本発明の支持枠形成材料は、支持枠の寸法精度を向上させることができることから、前面ガラス基板と背面ガラス基板の間隔を均一にすることができ、FEDの装置内部で前面板と背面板の間に印加される加速電圧にばらつきが生じたり、蛍光体に衝突する電子の速度が変化したりして、FEDの輝度特性に悪影響を及ぼす事態が生じ難い。また、本発明の支持枠形成材料は、機械的強度が優れることから、FEDの装置内部が高真空状態であっても、支持枠が衝撃破壊し難く、FEDの信頼性を確保することができる。本発明でいうFEDには、各種の電子放出素子を有する各種形式のFEDがすべて含まれる点は言うまでもない。
以下、実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
表1〜3に記載の各試料A〜Lは、次のようにして調製した。
まず、表1〜3に示したガラス組成となるように各種酸化物、炭酸塩等の原料を調合したガラスバッチを準備し、これを白金坩堝に入れて1250℃で3時間溶融した。次に、溶融ガラスの一部を測定用サンプルとしてステンレス製の金型に流し出し、その他の溶融ガラスは、水冷ローラーにより薄片状に成形した。なお、金型に流し出した測定用サンプルは、成形後に所定の徐冷処理(アニール)を行った。最後に、薄片状のガラスをボールミルにて粉砕後、目開き105μmの篩いを通過させて、平均粒径約10μmの各試料を得た。
以上の試料を用いて、ガラス転移点、軟化点、熱膨張係数および失透状態を評価した。その結果を表1〜3に示す。
ガラス転移点および熱膨張係数は、押棒式熱膨張係数測定装置により求めた。熱膨張係数は、30〜300℃の温度範囲にて測定した。
軟化点は、示差熱分析装置により求めた。なお、軟化点が560℃以下であれば、570℃30分の焼成で緻密な支持枠を形成することができるとともに、背面ガラス基板と強固に融着させることができる。
表1〜3の試料A〜Lは、粉末加圧成形体を焼成炉で570℃30分保持した後、光学顕微鏡(倍率100倍)を用いて試料の表面結晶を目視で観察することにより、失透状態を評価した。全く失透が認められなかったものを「○」、失透が認められたものを「×」とした。なお、昇降温速度は、10℃/分とした。
流動径は、各試料の密度に相当する重量の粉末を金型により外径20mmのボタン状に乾式プレスし、これを40mm×40mm×2.8mm厚の高歪点ガラス基板(日本電気硝子株式会社製PP−8C)上に載置し、空気中で5℃/分の速度で昇温した後、570℃30分で焼成した上で室温まで5℃/分で降温し、得られたボタンの直径を測定することで評価した。また、流動径が16.6〜17.5mmであると、試験した焼成条件で寸法安定性や形状安定性が良好であることを意味する。
表1、2の試料A〜Jは、熱膨張係数が65.5〜92.2×10-7/℃であった。また、表1〜3の試料A〜Jは、ガラス転移点が440〜460℃であり、軟化点が534〜558℃であり、流動径が17.0〜17.4mm。さらに、試料A〜Jは、失透状態の評価が良好であり、良好な熱的安定性を備えていた。
表3の試料Kは、SiO2が所定範囲より多かったため、ガラス転移点および軟化点が高く、570℃30分の焼成で焼結しなかった。また、表3の試料Lは、SiO2が所定範囲より少なかったため、失透状態の評価が悪かった。
表1のガラス粉末試料と表中所定の耐火性フィラー粉末を混合し、表4に示す支持枠形成材料を得た。表4の試料No.1〜5は、実施例を示している。試料No.1〜5について、熱膨張係数、軟化点、失透状態および流動径を評価した。なお、熱膨張係数、軟化点、失透状態は、上記ガラス試料の場合と同様の方法で測定した。
流動径は、各試料の合成密度に相当する重量の粉末を金型により外径20mmのボタン状に乾式プレスし、これを40mm×40mm×2.8mm厚の高歪点ガラス基板(日本電気硝子株式会社製PP−8C)上に載置し、空気中で5℃/分の速度で昇温した後、570℃30分で焼成した上で室温まで5℃/分で降温し、得られたボタンの直径を測定することで評価した。なお、合成密度とは、ガラスの密度と耐火物フィラーの密度を、所定の体積比で混合させて算出される理論上の密度である。また、流動径が16.6〜17.5mmであると、試験した焼成条件で寸法安定性、緻密性が良好であることを意味する。
コーディエライトは、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、光学石粉を2MgO・2Al2O3・5SiO2のモル割合になるように調合し、混合後、1400℃で10時間焼成し、次いでこの焼成物を粉砕し、所定の粒度を有する粉末を得た。アルミナは、市販の平均粒子径が5.0μmのものを使用した。
表4の試料No.1〜5は、軟化点が531〜558℃であり、背面ガラス基板と支持枠を強固に融着できるとともに、ガラス基板の歪点(例えば、580℃)以下の温度で緻密な支持枠を形成することができ、しかも支持枠形成後の熱処理工程で支持枠が軟化変形することがないと判断できる。また、試料No.1〜5は、熱膨張係数が74〜84×10-7/℃であり、高歪点ガラス等に適合した熱膨張係数を備えていた。さらに、試料No.1〜5は、表中の焼成条件で流動径が17.0〜17.3mmであるとともに、失透状態の評価が良好であり、支持枠を精度良く形成できると考えられる。