(57)【要約】【課題】  脆性材料に適した切り欠き加工方法を提供する。【解決手段】  脆性材料１０１の所定面１０２の一部の領域２２２に光ビーム２０１を照射して、スポット２０２を形成する加熱工程と、加熱工程の後、脆性材料１０１の領域２２２を含む部分を冷却することにより、領域２２２を含む脆性材料１０１の一部１１０を脆性材料１０１から剥離して、脆性材料１０１に切り欠き１０９を形成する冷却工程とを有しており、所定面１０２のＸ方向における領域２２２の長さＬｓが、Ｘ方向における所定面１０２の全長Ｌよりも短く、所定面１０２のＹ方向におけるスポット２０２の長さＷｓが、所定面１０２のＹ方向における全長Ｗに等しい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
脆性材料の切り欠き加工方法であって、
脆性材料の所定面の一部の領域に光ビームを照射することにより、前記所定面に光ビームスポットを形成して、前記脆性材料を加熱する第１工程と、
前記第１工程の後、前記脆性材料の、前記領域を含む部分を冷却することにより、前記領域を含む前記脆性材料の一部を前記脆性材料から剥離して、前記脆性材料に切り欠きを形成する第２工程とを有しており、
前記所定面の長手方向における前記領域の長さが、前記長手方向における前記所定面の全長よりも短く、前記所定面の短手方向における前記光ビームスポットの長さが、前記所定面の前記短手方向における全長に等しいことを特徴とする切り欠き加工方法。
【請求項２】
前記短手方向における前記光ビームのビーム径が、前記短手方向における前記所定面の全長よりも長いことを特徴とする請求項１に記載の切り欠き加工方法。
【請求項３】
前記短手方向における前記所定面の前記全長が、前記長手方向における前記領域の前記長さ、及び、前記所定面に垂直な方向における前記脆性材料の全長より短いことを特徴とする請求項１又は２に記載の切り欠き加工方法。
【請求項４】
前記第１工程において、前記長手方向における前記光ビームスポットの長さが、前記長手方向における前記領域の前記長さよりも短く、前記光ビームスポットを前記長手方向に走査することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の切り欠き加工方法。
【請求項５】
前記走査を、前記領域の前記長手方向に交差する一方の縁を成す光ビームスポットを形成してから、前記領域の前記長手方向に交差する他方の縁を成す光ビームスポットを形成するまでの時間が、前記長手方向における前記領域の前記長さをＬｓ［ｍ］、前記脆性材料の熱拡散率をα［ｍ２／ｓ］として、Ｌｓ２／４α［ｓ］以下となるように行うことを特徴とする請求項４に記載の切り欠き加工方法。
【請求項６】
前記光ビームの波長に対する、前記脆性材料の吸光係数が２０以上であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の切り欠き加工方法。
【請求項７】
前記脆性材料は珪酸塩ガラスからなり、前記光ビームの波長が４μｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の切り欠き加工方法。
【請求項８】
前記第１及び第２工程は、前記所定面の前記長手方向における少なくとも２箇所が固定された状態で行われ、前記第１工程において、前記光ビームスポットを、前記２箇所の間に形成することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の切り欠き加工方法。
【請求項９】
前記第２工程において、前記所定面を凸状に反らせるような曲げ応力を、前記脆性材料に加えることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の切り欠き加工方法。
【請求項１０】
前記脆性材料の前記所定面には導電性膜が設けられており、前記第２工程を行うことによって、前記導電性膜を、前記切り欠きを挟んで前記長手方向に沿ってに位置する複数の導電性膜に分割することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の切り欠き加工方法。
【請求項１１】
切り欠きを有する部材の製造方法であって、
脆性材料を用意し、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の切り欠き加工方法を用いて、前記脆性材料に切り欠きを形成することを特徴とする部材の製造方法。
【請求項１２】
前記脆性材料を、加熱延伸法を用いて製造することを特徴とする請求項１１に記載の部材の製造方法。
【請求項１３】
表示装置の製造方法であって、
切り欠きを有するスペーサを請求項１１又は１２に記載の製造方法を用いて製造する工程と、
表示面を成すフェイスプレートと、リアプレートと、前記スペーサとを、前記フェイスプレートと前記リアプレートとが、互いに対向して前記スペーサを挟むように配置する工程と、を有することを特徴とする表示装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の表示装置の製造方法において、
前記リアプレートは電子放出素子を有し、前記フェイスプレートは、蛍光膜と、前記蛍光膜に重ねられた、前記電子放出素子の電位よりも高い電位に規定されるアノード電極と、前記アノード電極と間隙をおいて対向した、前記アノード電極の電位より低い電位に規定される低電位電極を有し、
前記配置する工程を、前記スペーサが前記アノード電極と前記低電位電極とに接続し、前記切り欠きが前記間隙に対向するように行うことを特徴とする表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脆性材料の切り欠き加工方法に関する。また、本発明は、これを用いた、切り欠きを有する部材の製造方法、また、切り欠きを有する部材をスペーサとして用いた表示装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フェイスプレートとリアプレートとを対向させた平面型の表示装置には、フェイスプレートとリアプレートとの間にスペーサが設けられる。スペーサにはその機械的な強度（硬さ）の観点から、ガラスやセラミックスなどの脆性物質が用いられる。特許文献１、特許文献２には切り欠きを有するスペーサが開示されている。
【０００３】
しかしながら、脆性物質は脆いので、脆性物質からなる材料（脆性材料）に切削や研削などの接触加工による切り欠き加工を行うと、脆性材料が割れたり欠けたりする場合があり、歩留まりの低下に繋がる。また、研削による切り欠き加工では粉塵が発生する。ＦＥＤなどの電子線を用いた表示装置のスペーサとして用いる場合には、スペーサに粉塵が付着していると、粉塵が異常放電の原因となる可能性がある。
【０００４】
特許文献３には、硬脆材料の表面にレーザー光を照射して、硬脆材料の表面に熱分布を形成し、その熱分布によって硬脆材料を剥離することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−３４２６３４号公報
【特許文献２】特開２００６−１２０５３４号公報
【特許文献３】特開２００３−８８９８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非接触加工によって脆性材料に切り欠きを形成するために、ビーム径を十分に絞ったレーザービームを脆性材料に照射しても、所望の良好な形状の切り欠きを形成することができなかった。そこで本発明は、脆性材料に良好な形状の切り欠きが形成できる、脆性材料に適した切り欠き加工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための本発明は、脆性材料の切り欠き加工方法であって、脆性材料の所定面の一部の領域に光ビームスポットを形成する第１工程と、前記第１工程の後、前記脆性材料の、前記領域を含む部分を冷却することにより、前記脆性材料の一部を前記脆性材料から剥離して、前記脆性材料に切り欠きを形成する第２工程とを有しており、前記所定面の長手方向における前記領域の長さが、前記長手方向における前記所定面の全長よりも短く、前記所定面の短手方向における前記光ビームスポットの長さが、前記所定面の前記短手方向における全長に等しいことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、良好な形状の切り欠きを脆性材料に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態の一例を説明する図。
【図２】本発明の実施形態の一例を説明する図。
【図３】本発明の実施形態の一例を説明する図。
【図４】本発明の実施形態の一例を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１を用いて、本発明の第１の実施形態の一例を説明する。図１（ａ）は切り欠き加工前の被加工物である脆性材料１０１を、図１（ｂ）は切り欠き加工後の加工物である脆性部材１００を示す。図１（ｃ）は切り欠き加工の加熱工程を、図１（ｄ）は切り欠き加工の冷却工程を示す。
【００１１】
＜加熱工程＞
図１（ａ）に示すような、脆性材料１０１を被加工物として用意する。脆性材料１０１は、Ｘ方向の全長がＬであり、Ｙ方向の全長がＷであり、Ｚ方向の全長がＨである。以下、Ｘ方向を長さ方向、Ｙ方向を幅方向、Ｚ方向を高さ方向とみなし、Ｌを脆性材料１０１の長さ、Ｗを脆性材料１０１の幅、Ｈを脆性材料１０１の高さとして説明する。長さＬ、幅Ｗ、高さＨは任意に設定することができるが、ここでは長さＬが幅Ｗよりも長い例、つまり長さ方向が長手方向であり、幅方向が短手方向である板状の材料を例として挙げている。また、幅Ｗが高さＨよりも短い例を示している。
【００１２】
図１（ｃ）に示すように、用意した脆性材料１０１に光ビーム（ビーム２０１）を照射して、所定面１０２の一部の領域２２２に光ビームスポット（スポット２０２）を形成する。以下では、脆性材料１０１のＸ方向とＹ方向に延在する２面（Ｘ−Ｙ平面）のうちの一方の面を所定面１０２として説明する。図１（ａ）から明らかなように、所定面１０２は、Ｘ方向に長さＬを持って延在しており、Ｙ方向に幅Ｗを持って延在している。所定面１０２に対して垂直な方向（Ｚ方向）における脆性材料１０１の全長が高さＨに相当する。
【００１３】
ここで、ビーム２０１とは、少なくともその一部が所定面１０２を照射する１つ以上の光束である。スポット２０２は、ある瞬間に、ビーム２０１が所定面１０２を照射する時に形成される、像面である所定面１０２内におけるビーム２０１の照射部である。
【００１４】
そして、スポット２０２は所定面１０２のＸ方向の全部の領域ではなく、Ｘ方向の一部の領域に形成する。所定面１０２のうち、スポット２０２が形成される領域、つまり、ビーム２０１が照射される領域が照射領域２２２である。したがって、照射領域２２２のＸ方向における長さＬｓは脆性材料１０１の所定面１０２の長さＬよりも短い。所定面１０２のうち、照射領域２２２以外の領域、つまり、ビーム２０１が照射されない領域が非照射領域２１２である。
【００１５】
スポット２０２は、そのＹ方向の長さであるスポット幅Ｗｓが、所定面１０２の幅Ｗと等しい。したがって、照射領域２２２のＹ方向における長さは所定面１０２の幅Ｗに等しい。これは、スポット２０２を形成するビーム２０１のＹ方向の長さであるビーム幅Ｗｂを所定面１０２の幅Ｗ以上とすることによって達成できる。
【００１６】
照射領域２２２及びその近傍ではビーム２０１の照射により温度が局所的に上昇する。そのため、脆性材料１０１には、局所的に高温になった高温部１０８が形成される。高温部１０８は照射領域２２２を含む。脆性材料１０１の高温部１０８以外の部分を低温部と呼ぶ。低温部は非照射領域２１２を含み、高温部１０８に比べて温度が低い部分である。なお、温度の上昇はビーム２０１のエネルギーが脆性材料１０１へ吸収されることによって生じるが、高温部１０８の形成は、エネルギーの吸収だけでなく脆性材料１０１自体の熱伝導も寄与し得る。そのため、高温部１０８の範囲は、脆性材料１０１のビーム２０１が照射された箇所だけでなく、その近傍にも及ぶ。換言すれば、高温部１０８の範囲は、照射領域２２２及び照射方法を適切に設定することにより、制御することができる。
【００１７】
＜冷却工程＞
ビーム２０１を照射した後に、脆性材料１０１の、照射領域２２２を含む部分を冷却する。脆性材料１０１の全体を冷却してもよい。これによって、図１（ｄ）に示すように、高温部１０８を含む脆性材料１０１の一部が剥離片１１０となって剥離し、切り欠き１０９が形成される。切り欠き１０９は剥離面１０５によって画定される部分である。図１（ｂ）は加工物である切り欠きが設けられた脆性部材１００の一部を示している。図１（ｂ）から理解されるように、脆性部材１００の切り欠き１０９は、脆性部材１００に局部的に形成された凹部である。
【００１８】
以上のように、被加工物としての脆性材料１０１には、加熱工程と冷却工程を経て切り欠き加工が施され、切り欠き１０９が設けられた脆性部材１００を加工物として製造することができる。なお、剥離片１１０を生成物として利用することもできる。
【００１９】
以下、本実施形態の一例を詳細に説明する。
＜脆性材料の詳細＞
脆性材料１０１について、詳細に説明する。脆性材料１０１は応力によって破壊を起こし、部分剥離が起こりうるものであればその材料は特に限定されない。例えば、ガラス、水晶やサファイアやシリコン等の結晶、セラミックス（焼結材料）、プラスチックが挙げられる。特に、３００Ｋにおける熱伝導率λが５０［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］以下であるものが好ましく、１０［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］以下であるものがより好ましい。なお、脆性部材１００を、後述する電子線を用いた表示装置のスペーサとして用いる場合には、脆性材料１０１は絶縁性材料を用いることが好ましいが、導電性材料を用いる場合には導電性材料の表面を絶縁性膜で被覆することが好ましい。脆性材料１０１の表面には、必要に応じて、導電性膜や高抵抗膜を設けることもできる。これら表面に設けられた膜が、形成しようとする切り欠きの深さに比べて、十分に薄い場合には、表面に設けられた膜が脆性を有していなくても、被加工物全体としては脆性を有するといえる。膜の厚みは切り欠きの深さの１／１０以下であることが好ましく、１／１００以下であることがより好ましい。なお、所定面１０２に形成する膜はビーム２０１、ビーム２０１が膜に完全に反射されないようにする。具体的には、膜の材料や膜の厚みを適宜設定する。
【００２０】
スポット２０２を形成する所定面１０２は任意に選ぶことができる。加工物である脆性部材１００を後述するスペーサに用いる場合には、所定面１０２の長さＬが、幅Ｗよりも長いことが好ましい。つまり、Ｘ方向が長手方向、Ｙ方向が短手方向であることが好ましい。
【００２１】
図１（ａ）に示すように、所定面１０２は、Ｙ方向の両側に、Ｘ方向に延長する第１側縁１０４１と第２側縁１０４２とを有している。換言すれば、第１側縁１０４１と第２側縁とに沿う方向がＸ方向である。第１側縁１０４１と第２側縁１０４２とを併せて側縁１０４と呼ぶ。脆性材料１０１は、脆性材料１０１のＸ方向とＺ方向に延在する２面（Ｘ−Ｚ平面）のうちの一方の面である第１側面１０３１と、他方の面である第２側面１０３２とを有している。第１側面１０３１は第１側縁１０４１を介して所定面１０２と連続しており、第２側面１０３２は第２側縁１０４２を介して所定面１０２と連続している。
【００２２】
第１側面１０３１と第２側面１０３２とを併せて側面１０３と呼ぶ。第１側縁１０４１と第２側縁１０４２のＹ方向における距離が幅Ｗに対応する。なお、所定面１０２と側面１０３との境界である側縁１０４が明瞭でない場合がある。その場合には、任意のＹ−Ｚ断面において、所定面１０２のＺ方向の頂点における接線（第１接線）を描く。この第１接線に対して脆性材料１０１側の角度が１３５°であり、かつ、脆性材料１０１の表面と接する線（第２接線）を描く。第２接線と側面１０３の接点をＸ方向に結んだ線を側縁１０４とする。なお、脆性材料１０１のＸ方向とＹ方向に延在する２面（Ｘ−Ｙ平面）のうちの、所定面１０２ではない方の面を反対面と呼ぶ。
【００２３】
図１（ａ）では、脆性材料１０１が直方体であって、所定面１０２が長方形であって、長手方向と短手方向が直交する形態として説明したが、これに限定されることはない。例えば、第１側縁１０４１と第２側縁１０４２との少なくとも一方が直線でなく曲線であってもよいし、第１側縁１０４１と第２側縁１０４２とが非平行であってもよい。Ｙ−Ｚ方向の断面形状も長方形に限定されることはなく、多角形であってもよい。
【００２４】
所定面１０２が長方形でない場合には、例えば、第１側縁１０４１に沿う方向を長さ方向と定め、第１側縁１０４１上の任意の点と第２側縁１０４２上の任意の点を結ぶ方向を幅方向と定める。そして、第１側縁１０４１上の任意の点と第２側縁１０４２上の任意の点との間の距離を幅Ｗとする。脆性材料１０１の幅Ｗが長さ方向において一定でない場合にも、第１側縁１０４１上の任意の点と第２側縁１０４２上の任意の点との間の距離が幅Ｗに対応する。実用的には、幅Ｗは５０μｍ以上５ｍｍ以下であり、好ましくは３ｍｍ以下、より好ましくは１ｍｍ以下とする。
【００２５】
＜加熱工程の詳細＞
ビーム２０１を発生する光源は、脆性材料１０１の熱吸収スペクトルに適した出力波長を有するものが好ましい。
【００２６】
上記したように、温度の上昇はビーム２０１のエネルギーが脆性材料１０１に吸収されることにより生じる。そして、吸収したエネルギーが熱に変換されることにより、脆性材料１０１が加熱される。そのため、光の波長は、そのエネルギーが熱に変換されやすい領域にあることが望ましく、典型的には赤外線（波長が０．７μｍ〜１ｍｍ）を好ましく用いることができる。
【００２７】
また、光の波長は、脆性材料１０１が吸収しやすい領域であることが望ましい。逆に、脆性材料１０１に全く吸収されないような波長では、脆性材料１０１を加熱することはできない。また、脆性材料１０１にわずかしか吸収されないような波長では、脆性材料１０１が十分に加熱される前に、脆性材料１０１自体の熱伝導によって、高温部１０８と低温部とに、明確な温度差を得ることが困難になる。
【００２８】
例えば、２ｍｍ厚の石英ガラスは、概ね０．３〜２μｍの波長の光に対して、９０％を越える高い光透過率（低い光吸収率）を有する。一方で、３μｍ以上になると光透過率は大きく低下し、４μｍ以上の波長の光に対しては、２０％未満という低い光透過率（高い光吸収率）を有する。また、石英ガラス中にＯＨ基が存在する場合と、ＯＨ基が存在しない場合とでは、２〜３μｍの波長の光の透過率は大きく異なる。脆性材料１０１の種類（例えば、珪酸塩ガラスとしては、珪酸ガラス（石英ガラス）、硼珪酸ガラス、ソーダライムガラス等が挙げられる）の違いでも吸収スペクトルは異なり、それらに含まれる不純物の量やその種類によっても、吸収スペクトルは異なる。
【００２９】
脆性材料１０１とビーム２０１の吸収との関係は、ビーム２０１の波長に対する吸光係数で規定することができる。実用的には、脆性材料１０１の吸光係数は２０以上であればよく、１５０以上であることが好ましく、１０００以上であることがより好ましい。一般的に、赤外線の中でも、波長が長いほど、吸光係数は大きくなる。上記したような一般的な珪酸塩ガラスでは、光の波長が４μｍ以上であれれば、１５０以上の吸光係数を得ることができる。石英ガラスの場合、波長が４μｍの光に対する吸光係数は３５０程度である。さらに、光の波長が４．５μｍ以上であるとより好ましい。
【００３０】
ビーム２０１は、高出力を簡単に得られることや、光学系の設計の簡単さから、レーザー光を用いることが好ましい。レーザー光源としては、断続的にレーザー光を出力するパルスレーザーでもよいし、連続的にレーザー光を出力するＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ）レーザーでもよい。また、固体レーザーでも、気体レーザーでも、半導体レーザーでもよい。例えば、固体レーザーとしては、ＹＡＧレーザー、ルビーレーザー等が挙げられる。上記したように、赤外線を用いることが効果的であるため、ＹＡＧレーザーを用いることが好ましく、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー（波長：約１μｍ）よりも長波長のＥｒ：ＹＡＧレーザー（波長：約３μｍ）を用いることがより好ましい。気体レーザーとしては、ＣＯ２レーザー（波長：９〜１１μｍ）、ＣＯレーザー（波長：５〜７μｍ）、Ｈｅ−Ｎｅレーザー、エキシマレーザー等が挙げられる。上記したように、赤外線を用いることが効果的あるため、ＣＯ２レーザーやＣＯレーザーを好ましく用いることができ、特にＣＯ２レーザーが好ましい。
【００３１】
しかしながら、脆性材料１０１を加熱する上ではコヒーレント光であることは必須ではなく、局所的に照射が可能な程度に方向性の揃った光であればよい。レーザー光以外では、例えば、ランダムな方向に光線を放射するランプと、開口を有するマスクとを併用して、開口から特定の方向の光線を通過させることによって、ビーム２０１を形成することができる。ランプとしては、ハロゲンランプなどの赤外線ランプを好ましく用いることができる。
【００３２】
ビーム２０１は、所定面１０２に照射される光束の断面において、エネルギー強度分布の最大値の１３．５％以上である部分と定める。従って、ビーム２０１の幅Ｗｂなどを規定するためのビーム２０１の広がりは、エネルギー強度分布の最大値の１３．５％の部分によって画定される。そのため、スポット２０２内のエネルギー強度分布も、必然的にビーム２０１のエネルギー強度分布の最大値の１３．５％以上である。これは、光束の断面内のビームエネルギー強度が最大値の１３．５％未満である部分が所定面１０２に照射されたとしても、脆性材料１０１の加熱に、実質的に寄与しないと見なせるためである。最大値は、光ビームの波長、脆性材料１０１の熱吸収スペクトル、熱伝導性、目標とする切り欠き１０９の形状に応じて設定することができる。ビーム２０１の強度の最大値は、その１３．５％のエネルギー強度が、脆性材料１０１の一部を剥離するのに十分な程度に脆性材料１０１を加熱できる程度のエネルギー強度であればよい。
【００３３】
照射領域２２２のＸ方向の長さＬｓについては、スポット２０２のＸ方向の長さと一致させてもよい。しかし、スポット２０２をＸ方向に走査することにより、照射領域２２２のＸ方向の長さＬｓを制御することが好ましい。スポット２０２を走査しない場合には、照射領域２２２の面積及び形状は、スポット２０２の面積及び形状と等しいが、スポット２０２を走査する場合には、照射領域２２２の面積は、スポット２０２の面積よりも大きくなる。言い換えれば、Ｘ方向におけるスポット２０２の長さが、Ｘ方向における照射領域２２２の長さＬｓより短い場合には、スポット２０２をＸ方向に走査する。Ｘ方向に走査することにより、Ｘ方向の長さＬｓが長くても、レーザーの出力を極端に高くすることなく、所望のエネルギー密度のスポット２０２を得ることができる。Ｘ方向に交差する、照射領域２２２の両側の縁の一方の縁を成すスポット２０２を形成してから、Ｘ方向に交差する他方の縁を成すスポット２０２を形成するまでの時間ｔ［ｓ］を、ｔ≦Ｌｓ２／４αとすることが好ましい。ここで、α［ｍ２／ｓ］は脆性材料１０１の熱拡散率であり、脆性材料１０１の熱伝導率をλ［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、密度をρ［ｋｇ／ｍ３］、比熱容量をＣｐ［Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）］として、α＝λ／ρＣｐで表される物性値である。照射領域２２２のＸ方向における長さがＬｓ［ｍ］である。スポット２０２を一方の縁から他方の縁へ向かってＸ方向の一方方向に走査する場合には、スポット２０２の走査速度Ｖ［ｍ／ｓ］は、Ｖ≧４α／Ｌｓとすることが好ましい。Ｘ方向に交差する照射領域２２２の両側の縁とは、照射領域２２２の両側縁１０４以外の縁であり、後述する第１端部稜線１０６１と第２端部稜線１０６２に概ね対応する。このように走査すると、高温部１０８の縁を明確にすることができ、良好な形状の切り欠きを形成することができる。また、脆性材料１０１及び照射領域２２２の形状について、Ｌｓ＞Ｗ、及び／又は、Ｈ＞Ｗを満たすと、高温部１０８の縁を明確にすることができ、良好な形状の切り欠きを形成することができる。
【００３４】
スポット２０２の走査は、スポット２０２を脆性材料１０１の所定面１０２に対して相対的に移動させればよい。具体的には、ビーム２０１を所定面１０２の照射領域２２２の始点に照射し、所定面１０２にスポット２０２を形成する。そして、スポット２０２を照射領域２２２の終点に向かって走査させる。走査の手段は光源を移動させてもよいし、ビーム２０１を光学系を用いて走査してもよいし、脆性材料１０１を移動させてもよい。スポット幅Ｗｓの精度と、ビーム２０１の入射角均一性と、走査速度がある程度求められることから、ビーム２０１を走査することが好ましい。具体的には、ガルバノミラー又はポリゴンミラーで反射させた光ビームを、集光レンズでその径を絞り、ガルバノミラー又はポリゴンミラーを駆動してビーム２０１を走査することが好ましい。レーザーはＯＮ／ＯＦＦの切り換えの応答性が高いため、ビーム２０１の光源としてレーザーを用いると、照射領域２２２を明確に規定することができる。一方、一般的なランプはＯＮ／ＯＦＦの切り換えの応答性が低い。そのため、光源としてランプを用いる場合には、光学経路に、ビーム２０１の照射／非照射を切り換えるためのシャッターを設けることが好ましい。ビーム２０１とは、スポット２０２内のエネルギー強度及びその分布を決定するビームであって、複数の光学素子を透過又は反射する場合には、最終段の光学素子を透過又は反射した後のビームである。なお、必要に応じてＹ方向にもビーム２０１を走査してもよいが、Ｙ方向に走査を行う場合であっても、Ｙ方向の走査中にスポット幅Ｗｓが所定面１０２の幅Ｗと等しくなる状態が得られるように、ビーム幅Ｗｂは所定面１０２の幅Ｗ以上にする。
【００３５】
スポット２０２は、そのＹ方向の長さであるスポット幅Ｗｓが、所定面１０２の幅Ｗと等しい。これは、スポット２０２が、脆性材料１０１の第１側縁１０４１と第２側縁１０４２とに渡って形成されることと同義である。つまり、スポット２０２は、第１側縁１０４１上に形成されると同時に、第２側縁１０４２上にも形成される。なお、スポット２０２の第１側縁１０４１上の位置と、スポット２０２の第２側縁１０４２上の位置は、Ｙ方向の同一直線上に存在しなくてもよい。スポット２０２を形成するビーム２０１のＹ方向の長さであるビーム幅Ｗｂは、所定面１０２の幅Ｗ、即ちスポット２０２の幅Ｗｓの幅より大きいことが好ましい。ビーム２０１の幅Ｗｂを所定面１０２の幅Ｗより大きくすることにより、スポット２０２の幅Ｗｓを好適に所定面１０２の幅Ｗと等しくすることができる。従って、歩留まりを向上することができる。これは、特にスポット２０２を走査する場合に効果的である。一方、ビーム２０１の幅Ｗｂを極端に大きくすると、スポット２０２内の単位面積あたりのエネルギー強度（エネルギー密度）が低くなって効率が低下する。そのため、実用的にはビーム２０１の幅Ｗｂは、所定面１０２の幅Ｗの１２０％以下にしておくことが好ましく、１１０％以下にしておくことが好ましい。また、照射領域２２２内で所定面１０２の幅ＷがＸ方向に一定でない場合には、ビーム幅Ｗｂを幅Ｗの最大値以上とするか、ビーム幅Ｗｂを走査時に動的に変化させて、スポット２０２の幅Ｗｓが所定面１０２の幅Ｗ未満とならないようにする。スポット２０２の幅Ｗｓは、ビーム２０１の波長に応じたセンサ（例えば赤外線センサ）で確認することができる。
【００３６】
ビーム２０１の照射角度は任意であるが、レーザー出力時のビーム２０１内のエネルギー強度分布と所定面１０２のスポット２０２内のエネルギー強度分布が、単純に対応している方が、切り欠き１０９の形状を制御し易い。そのため、ビーム２０１の所定面１０２に対する照射角度は、７５°以上、１０５°以下の範囲とすることが好ましく、９０°とすることがより好ましい。
【００３７】
高温部１０８の広がりは、切り欠き１０９の形状に相関がある。上記したように、温度の上昇はビーム２０１の脆性材料１０１への吸収によって生じるが、高温部１０８の形成は、吸収だけでなく脆性材料１０１自体の熱伝導も寄与し得る。そのため、高温部１０８の範囲は、脆性材料１０１中のビーム２０１が通過した箇所だけでなく、その近傍にも及ぶ。したがって、高温部１０８の広がりは、脆性材料１０１の熱伝導率に依存する。また、高温部１０８のＸ方向とＹ方向の広がりは、概ね照射領域２２２に対応するが、Ｚ方向の広がりはビーム２０１のエネルギー強度に依存する。詳しくは後述するが、本発明の加工方法は、ビーム２０１を制御することにより、様々な形状の切り欠き１０９を得ることができる。
【００３８】
高温部１０８の温度は、少なくとも脆性材料１０１の非照射領域２１２より高ければよいが、高温部１０８は融解していることが好ましい。つまり、高温部１０８の温度を脆性材料１０１の融点以上とすることが好ましい。ガラスのような一般的な脆性材料では、明確な融点が存在しない場合が多いが、ガラス転移温度以上とすることが好ましい。
【００３９】
＜冷却工程の詳細＞
冷却工程では、ビーム２０１を照射した後の冷却によって高温部１０８の収縮が生じ、これに伴って発生する残留応力により、高温部１０８の近傍にクラックが生じる。このクラックが進行することによって高温部１０８を含む脆性材料１０１の一部が剥離片１１０として剥離する。加熱工程において、スポットの幅Ｗｓと脆性材料１０１の所定面１０２の幅Ｗとを等しくすることにより、脆性材料１０１の側縁１０４上に高温部１０８と低温部の境界点が生じる。詳細には、第１側縁１０４１上の照射領域２２２と非照射領域２１２との境界の近傍の２点と、第２側縁１０４２上の照射領域２２２と非照射領域２１２との境界の近傍の２点と４点が生じる。この４点の境界点がクラックの起点となり、剥離面１０５を規定する。クラックの起点は、非照射領域２１２に位置する場合が多い。
【００４０】
常温雰囲気中での自然冷却のように降温速度が遅い場合、高温部１０８が冷却されていくまでに残留応力が緩和してしまい、クラック発生が損なわれることがある。そのため冷却工程ではクラック発生確率を高めて、歩留まりを向上するため、高温部１０８を急冷（強制冷却）することが好ましい。急冷方法としては低温雰囲気中での空冷、風冷、水冷、液冷を用いることができる。特にドライアイスや液体窒素などの冷媒を用いることが好ましい。また、冷却を早める為に、ビーム２０１を照射する以前から、あらかじめ脆性材料１０１全体、あるいは照射領域２２２周辺を冷却しておいてもよい。
【００４１】
＜脆性部材の詳細＞
本実施形態によって製造される脆性部材１００について説明する。図１（ｂ）に示すように、脆性部材１００は、Ｘ方向の両側に、Ｙ方向に延長する第１端部稜線１０６１と第２端部稜線１０６２とを有している。第１端部稜線１０６１と第２端部稜線１０６２とを併せて端部稜線１０６と呼ぶ。脆性部材１００は、Ｙ方向の両側に、Ｘ−Ｚ面内で延長する第１側部稜線１０７１と第２側部稜線１０７２とを有している。第１側部稜線１０７１と第２側部稜線１０７２とを併せて側部稜線１０７と呼ぶ。そして、剥離面１０５は端部稜線１０６と側部稜線１０７によって囲まれる面である。
【００４２】
端部稜線１０６は脆性材料１０１の所定面１０２の一部に対応し、側部稜線１０７は脆性材料１０１の側面１０３の一部に対応する。
【００４３】
脆性部材１００は、脆性部材１００のＸ方向とＺ方向に延在する２面（Ｘ−Ｚ平面）のうちの一方の面である第１非剥離側面１１３１と、他方の面である第２非剥離側面１１３２とを有している。第１非剥離側面１１３１と第２非剥離側面１１３２とを併せて非剥離側面１１３と呼ぶ。
【００４４】
非剥離側面１１３は側部稜線１０７を介して剥離面１０５に連続する面であって、脆性材料１０１の側面１０３の一部に対応する面である。非剥離所定面１１２は端部稜線１０６を介して剥離面１０５に連続する面であって、脆性材料１０１の所定面１０２の一部に対応する面である。非剥離所定面１１２は、加熱工程における非照射領域２１２を少なくとも含んでいる。
【００４５】
このように、本実施形態における切り欠き１０９は、脆性材料１０１の側面１０３の一部（第１側面１０３１と第２側面１０３２の各々の一部）と所定面１０２の一部とが除去された形状であり、脆性部材１００の非剥離側面１１３は開口を有している。すなわち、本実施形態における切り欠き１０９とは、脆性材料１０１の所定面１０２の一部のみが除去され、脆性材料１０１の側面１０３が除去されていない形状、所謂くりぬき形状を含むものではない。また、脆性材料１０１の第１側面１０３１の一部と所定面１０２の一部のみが除去され、脆性材料１０１の第２側面１０３２が除去されていない形状を含むものでもない。
【００４６】
そして、本実施形態によって製造される脆性部材１００は、剥離面１０５を構成する端部稜線１０６及び側部稜線１０７が明確である。さらに、切り欠き１０９を画定する剥離面１０５が非常に滑らかである。そして、切り欠き１０９の周辺にバリや突起が殆ど生じず、剥離片１１０を除いては、粉塵が大量に生じることもない。また、切り欠き１０９を形成しても、脆性部材１００の内部応力は殆ど増加しないため、外力が加わっても破損しにくい。そのため、詳しくは後述するが、このような脆性部材１００は、例えば平面型の表示装置（ＦＰＤ）のフェイスプレートとリアプレートのような２つの部材の間に配置され、２つの部材の間隔を規定する部材（スペーサ）に好適に用いることができる。勿論、本発明の加工方法は、スペーサに限らずフェイスプレートやリアプレートを構成するガラス等の基板の加工（例えば端面の加工）にも用いることができる。また、表示装置以外（例えば、建材や機械部品）に用いられるガラスやセラミクックス等からなる部材の製造にも用いることができる。
【００４７】
以下、さらに好ましい形態について説明する。
＜反曲抑制＞
図１（ａ）に示すように、脆性材料１０１の長さＬが幅Ｗより大きく、Ｘ方向が長手方向、Ｙ方向が短手方向であるような、板状の材料である場合には切り欠き加工時の、脆性材料１０１の反曲が顕著になる。特に、脆性材料１０１の長さＬが高さＨに比べて非常に大きい場合には反曲は問題となりやすい。
【００４８】
図２（ａ）、（ｂ）は脆性材料１０１に切り欠き加工を施している際の側面図である。図２（ａ）に示すように、加熱工程の（レーザー照射中には、高温部１０８の膨張により矢印で示したような応力が発生し、Ｙ方向を軸として照射領域２２２を中心に脆性材料１０１の所定面１０２が凸状に反曲しやすい。また、図２（ｂ）に示すように、冷却時には、高温部１０８の収縮により矢印で示したような応力が発生し、Ｙ方向を軸として照射領域２２２を中心に脆性材料１０１の所定面１０２が凹状に反曲しやすい。なお、図２（ａ）、（ｂ）において、一点鎖線は反曲が生じていない状態の所定面１０２と反対面との位置を示している。
【００４９】
このような反曲がビーム２０１のフォーカスずれや位置ずれを生じ、加工精度を大きく低下させる場合がある。また、脆性部材１００が反曲してしまう場合もある。そこで、切り欠き加工を、脆性材料１０１の膨張・収縮による脆性材料１０１の反曲を抑制した状態で行うことが好ましい。
【００５０】
具体的には、少なくとも加熱工程を、脆性材料１０１の所定面１０２の、照射領域２２２のＸ方向の両側に位置する部分である、非照射領域２１２の少なくとも２箇所を固定した状態で行う。換言すれば、脆性材料１０１の所定面１０２の固定された２箇所の間をビーム２０１で照射することになる。脆性材料１０１の照射領域２２２の両側の少なくとも２箇所を固定するための手段を、反曲抑制手段と呼ぶ。ここで、「固定」とは、動かないようにすることであり、所定面１０２の２箇所が直接、反曲抑制手段に接触していることに限定されるものではない。
【００５１】
この反り抑制手段は、脆性材料１０１の反りを抑制できるものであれば特に限定されない。例えば、第１固定治具３０１で照射領域２２２の−Ｘ方向に位置する部分を固定し、第２固定治具３０２で照射領域２２２の＋Ｘ方向に位置する部分を固定する。
【００５２】
例としては脆性材料１０１の第１側面１０３１と第２側面１０３２の両側から第１固定治具３０１で脆性材料１０１を押圧することにより、脆性材料１０１を側面１０３から挟持する方法がある。また、脆性材料１０１の所定面１０２と脆性材料１０１の反対面の両側から第１固定治具３０１で脆性材料１０１を押圧することにより、脆性材料１０１を所定面１０２から挟持する方法もある。第２固定治具３０２についても同様の方法が採用できる。そして、第１固定治具３０１と第２固定治具３０２とを剛体に固定する。第１固定治具３０１と第２固定治具３０２との間にＸ方向の張力を加えてもよい。
【００５３】
側面１０３から挟持する方法の場合、第１固定治具３０１及び第２固定治具３０２と側面１０３との摩擦を利用して反曲を抑制することになる。そのため、脆性材料１０１と固定治具との接触面でずれが発生した場合に、脆性材料１０１の側面１０３に傷が入る可能性がある。また、後述する逆反り機構との組み合わせの観点からも、所定面１０２を挟持する方法がより好ましい。脆性材料１０１との接点で傷が入らないように、第１固定治具３０１と第２固定治具３０２の脆性材料１０１との接触部３１１には、柔らかい材質を配置することが望ましい。
【００５４】
第１固定治具３０１及び第２固定治具３０２と脆性材料１０１の各々の接触部３１１の長さ（Ｘ方向の長さ）は、脆性材料１０１の所定面にかかる圧力を分散する観点からできるだけ長くすることが望ましい。
【００５５】
また、反りを可能な限り抑制するための間隔は、ビーム２０１の照射の妨げにならない程度にできるだけ狭くすることが望ましい。ただし、第１固定治具３０１と第２固定治具３０２との間隔を狭くすると、ビーム２０１を照射する際に、脆性材料１０１が加熱されることで第１固定治具３０１や第２固定治具３０２の温度が上昇する場合がある。そのため、第１固定治具３０１及び第２固定治具３０２と脆性材料１０１の接触部３１１が耐熱性を持っていることが好ましい。上記の理由を総合し、固定治具の脆性材料１０１との接触部３１１には、耐熱性をもち、柔らかいものを配置することが好ましい。例としてはＰＰＳ樹脂やＰＥＥＫ樹脂などの耐熱性プラスチックなどが挙げられる。
【００５６】
冷却中または冷却後、剥離確率を上げて、歩留まりが向上することが期待できることから、冷却以外にも残留応力を拡大させる処理を行うことが望ましい。具体的には、図２（ｂ）に示すような高温部１０８の収縮による脆性材料１０１の反りの方向に対して逆反り方向、つまり、脆性材料１０１の所定面１０２が凸状に反るような曲げ応力を脆性材料１０１に加える。これにより、高温部１０８と低温部との境界で応力が増加し、クラック発生確率が上昇する。この曲げ応力は脆性材料１０１全体で見れば元の形状に戻すような応力でもあるので好ましい。このとき、所定面１０２が、実際に凸状に反ることは必須ではない。冷却工程において、照射領域２２２のＸ方向の両側に位置する部分である、非照射領域２１２の少なくとも２箇所を固定した状態で行うことも、収縮による反りとは逆方向の曲げ応力を加えることになる。
【００５７】
さらには、図２（ｅ）に示すように、第１固定治具３０１と第２固定治具３０２との間の、照射領域２２２の反対側、つまり反対面から逆反り治具３０３を用いて押圧することが好ましい。また、逆反り方向に脆性材料１０１を反らせるように第１固定治具３０１と第２固定治具３０２との少なくとも一方を動かしてもよい。
【００５８】
また、できるだけ小さい力で曲げ応力を加えるために、ビーム２０１を照射した後、第１固定治具３０１と第２固定治具３０２の間隔を広げてから曲げ応力を加えることが望ましい。例えば、図２（ｄ）に示すように、第１固定治具３０１を−Ｘ方向に移動し、第２固定治具３０２を＋Ｘ方向に移動させる。このとき、第１固定治具３０１（第２固定治具３０２）は、図２（ｆ）に示すようなレーザー照射時の固定を、図２（ｇ）に示すように一旦解除してから移動させて、図２（ｈ）に示すように再固定を行う。
【００５９】
＜加工形状＞
切り欠き１０９の形状の制御について、図３を用いて説明する。例として図３の（ａ）〜（ｄ）にスポット２０２内のエネルギー強度分布と切り欠き１０９の形状との関係のＹ−Ｚ断面図を示す。光ビームとして、典型的なレーザービーム内のエネルギー強度分布は、中央で最大となるようなガウシアン分布である。スポット２０２内のエネルギー強度分布が、図３（ａ）のように中央で最大の分布の場合、脆性部材１００の剥離面１０５と非剥離側面１１３とがなす角θが鋭角となる。スポット２０２内のエネルギー強度分布が、図３（ｂ）のように均一な分布の場合、脆性部材１００の剥離面１０５と非剥離側面１１３とがなす角θが直角に近くなる。なお、スポット２０２内でエネルギー強度分布の最大値と最小値の差が最大値の１０％以下であれば、均一な分布とみなすことができる。５％以下であることが好ましい。スポット２０２内のエネルギー強度分布が、図３（ｃ）のように中央で最小の分布の場合、脆性部材１００の剥離面１０５と非剥離側面１１３とがなす角θが鈍角となる。スポット２０２内のエネルギー強度分布が図３（ｄ）のように一方が最大で、他方で最小の分布の場合、脆性部材１００の剥離面１０５と非剥離側面１１３とがなす角は、一方が鋭角となり、他方が鈍角となる。
【００６０】
このように、スポット２０２内のエネルギー強度分布を変えることにより、切り欠き１０９のＹ−Ｚ方向の形状を制御することができる。
【００６１】
また、図３（ｅ）に示すように、ビーム２０１をＸ方向に走査する際に動的にレーザーの出力を変えれば、切り欠き１０９のＸ方向の深さ分布を制御することもできる。
図３の（ｆ）〜（ｈ）にスポット２０２の形状と切り欠き１０９の形状との関係のＸ−Ｙ平面図を示す。図３の（ｆ）〜（ｈ）において、点線は脆性材料１０１の所定面１０２に形成されるスポット２０２の形状を示している。図３（ｆ）のように円形のスポット２０２を照射すると、端部稜線１０６と脆性部材１００の非剥離側面１１３とがなす角φが鋭角になる。図３（ｇ）のように矩形のスポット２０２を照射すると、端部稜線１０６と脆性部材１００の非剥離側面１１３とがなす角φが直角に近くなる。図３（ｈ）のようにくびれ形のスポット２０２を照射すると、端部稜線１０６と脆性部材１００の非剥離側面１１３とがなす角φが鈍角なる。加工中のスポット２０２のＹ方向のずれが懸念される場合は、図３（ｇ）のように、スポット２０２の形状がＹ方向で直線的である方が安定した加工形状が得られるため好ましい。
【００６２】
このように、スポット２０２内の形状を変えることにより、切り欠き１０９のＸ−Ｙ方向の形状を制御することができる。
【００６３】
＜表示装置＞
上記したように、切り欠き１０９を有する脆性部材１００は、平面型の表示装置（ＦＰＤ）のスペーサとして好適に用いることができる。特に、電子放出素子と蛍光膜とを備える電子線を用いた表示装置（ＦＥＤ）のスペーサに好適に用いることができる。
【００６４】
図４（ａ）に示す表示装置１０は、表示面を成すフェイスプレート１と、フェイスプレートに対向して位置するリアプレート２、を備えている。フェイスプレート１とリアプレート２との間には、前述した方法によって得た、切り欠きを有する脆性部材であるスペーサ１００が配置されている。スペーサ１００は硬く、十分な強度を有しているため、フェイスプレート１とリアプレート２との間の支持体として機能する。フェイスプレート１とリアプレート２の間には支持枠３が設けられており、これらのフェイスプレート１、リアプレート２とともに真空容器を構成している。フェイスプレート１と支持枠３、及びリアプレート２と支持枠３は各々、フリットガラスなどの接合材によって接合されている。
【００６５】
フェイスプレート１は、透明な第１絶縁性基板６と、第１絶縁性基板６上に設けられ、表示材料として機能する発光体である蛍光膜７と、蛍光膜７を覆うように設けられたアノード電極８と、を備えている。アノード電極８には高圧端子Ｈｖからアノード電位Ｖａが供給される。
【００６６】
リアプレート２は、第２絶縁性基板５と、第２絶縁性基板５上に設けられた配線４と、配線４に接続された電子放出素子９とを備えている。複数の電子放出素子９は、Ｘ方向配線Ｄｘ１〜Ｄｘｍと、Ｙ方向配線Ｄｙ１〜Ｄｙｎとからなる単純マトリクス配線４に接続されている。電子放出素子９としては、表面伝導型の他、Ｓｐｉｎｄｔ型、ＣＮＴ型或いはＭＩＭ型などの冷陰極素子が用いられる。
【００６７】
電子放出素子９から放出された電子は、アノード電極８に供給されるアノード電位Ｖａによって加速され、電子線が蛍光膜７を照射することにより、蛍光膜７を構成する蛍光体が発光する。アノード電位Ｖａは＋１ｋＶ〜＋５０ｋＶの範囲であり、典型的には＋１０ｋＶ前後である。アノード電極８は、蛍光膜７から反射される光の一部を反射させ光利用率を向上させるメタルバックとしても機能する。
【００６８】
スペーサ１００は、これまで述べたように、脆性材料１０１の一部を剥離することによって製造されており、スペーサ１００は、切り欠き１０９を有している。なお、スペーサに用いる場合の脆性材料１０１の製法については、特開２０００−３１１６０８号公報を参照することができる。すなわち、脆性材料１０１は、母材を加熱延伸法によって脆性材料１０１の形状に加工することによって製造することができる。加熱延伸法を用いると、面状の母材を切断するよりも、脆性材料１０１に生じる引っ張り応力が低減されるので、意図しないクラックの発生を低減することができ、切り欠き加工を好適に行うことができる。切り欠き１０９は、フェイスプレート１とリアプレート２の形状に応じて、スペーサ１００の適当な位置に設けることができる。例えば、スペーサ１００が電子放出素子９や配線４などの表示装置の構成材料を跨ぐ位置に、切り欠き１０９を設けることができる。或いは切り欠き１０９の剥離面１０５に表示装置の構成材料を当接させてもよい。前述した方法によって得たスペーサ１００は、切り欠き１０９の周辺に意図しない突起やバリが殆どない。また、剥離片１１０を除いては、切り欠き加工の過程で粉塵が大量に生じることもない。従って、突起やバリが粉砕されて生成する破片や、加工過程でスペーサに付着した粉塵が表示装置内のゴミ（所謂パーティクル）の原因になる可能性が低い。従って、ゴミを原因とした異常放電や短絡が生じる可能性を低減することが出来る。
【００６９】
次に、スペーサ１００の表示装置１０への好ましい適用例を説明する。図４（ｂ）は、フェイスプレート１の平面図である。フェイスプレート１には、アノード電極８の周囲に、アノード電極８と離間して位置する低電位電極１１が設けられている。その結果、アノード電極８と低電位電極１１との間には間隙Ｇが設けられている。低電位電極１１は、アノード電位Ｖａより低い電位Ｖｒに規定される電極である。低電位電極１１は、接地電位に規定されることが好ましい。なお、スペーサ１００の非剥離側面１１３には、スペーサ１００の帯電を抑制するために、複数の溝１１８が設けられており、非剥離側面１１３は凹凸面となっている。
【００７０】
図４（ｃ）は、図４（ｂ）において点線で囲んだ部分の拡大断面図である。図４（ｃ）に示す形態では、切り欠き１０９は間隙Ｇと対向している。つまり、剥離面１０５は、アノード電極８と低電位電極１１との間に露出した第１絶縁性基板６と対向している。
【００７１】
このように、切り欠き１０９が間隙Ｇに対向するようにスペーサ１００を設けることによって、間隙Ｇの近傍の空隙を広くすることができる。そのため、アノード電極８と低電位電極１１とスペーサ１００の間に、アノード電位Ｖａとそれよりも低い電位Ｖｒとによって形成される電界を小さくすることができる。また、間隙Ｇの近傍の沿面距離を増大することができる。したがって、間隙Ｇの近傍での放電を抑制することができる。
【００７２】
また、スペーサ１００の切り欠き１０９の近傍に７５°未満の部分があると、この部分に電界が集中し、放電の原因となる可能性がある。したがって、剥離面１０５と非剥離所定面１１２がなす角θ、及び剥離面１０５と非剥離側面１１３とがなす角φは７５°以上であることが好ましい。つまり切り欠き１０９を、図３（ｂ）、（ｃ）、（ｇ）、（ｈ）を用いて説明したようなビーム２０１の照射方法を用いて形成することが好ましい。
【００７３】
フェイスプレート１とスペーサ１００とは接触しているが、フェイスプレート１とスペーサ１００の間に、微小な隙間が生じる場合がある。
フェイスプレート１とスペーサ１００の間の微小な隙間とは、詳細にはアノード電極８とスペーサ１００の非剥離所定面１１２との間、及び低電位電極１１とスペーサ１００の非剥離所定面１１２との間に生じる可能性のある隙間である。このような微小な隙間に生じる強電界も放電に繋がると考えられる。本発明の製造方法によって製造されたスペーサ１００を用いれば、非剥離所定面１１２の切り欠き１０９周辺には突起が殆ど生じない。また、非剥離所定面１１２の切り欠き１０９周辺には丸みも殆ど生じない。従って、フェイスプレート１とスペーサ１００の間に生じ得る微小な隙間を、可及的に低減できるため、フェイスプレート１とスペーサ１００の間での放電を抑制することができる。
【００７４】
なお、図４（ｃ）に示すように、アノード電極８と低電位電極１１のそれぞれの、互いに対向する部分である縁部８ａと縁部１１ａは、切り欠き１０９の内側に位置していることが好ましい。つまり、縁部８ａが、第１端部稜線１０６１よりも縁部１１ａに近く、縁部１１ａが第２端部稜線１０６２よりも縁部８ａに近い。換言すれば、切り欠き１０９はアノード電極８の縁部８ａと低電位電極１１の縁部１１ａが露出するように形成されている。縁部８ａや縁部１１ａにはその形成過程で突起（バリ）が生じる場合がある。しかし、縁部８ａや縁部１１ａが切り欠き１０９の内側に位置することにより、このような縁部８ａや１１ａの突起によって微小な隙間が生じることを抑制することができる。
【００７５】
また、図４（ｄ）に示すように、スペーサ１００に、アノード電極８と低電位電極１１のそれぞれに接触する面が導電性を有することも好ましい。具体的には、アノード電極８と低電位電極１１のそれぞれに接触する面に第１導電性膜１１６と第２導電性膜１１７を設けておく。これにより、スペーサ１００の電位がアノード電位Ｖａと電位Ｖｒのそれぞれに確実に規定される。したがって、フェイスプレート１とスペーサ１００の間での放電を抑制することができる。なお、ここでは第２導電性膜１１７は、スペーサ１００の非剥離所定面１１２から反対面まで延在しており、リアプレート２上で電位Ｖｒに規定された不図示の電極と電気的に接続している。
【００７６】
このような第１導電性膜１１６、第２導電性膜１１７を有するスペーサ１００は、図４（ｅ）に示すように、脆性材料１０１の所定面１０２に導電性膜１１５を設けておくことで形成することができる。脆性材料１０１を加熱延伸法を用いて製造する場合には、導電性膜１１５を加熱延伸前の母材に設けても良いし、加熱延伸した後の脆性材料１０１に設けても良い。導電性膜１１５及び／又は脆性材料１０１にビーム２０１を照射して、導電性膜１１５の一部と脆性材料１０１の一部を脆性材料１０１から剥離することにより、図４（ｆ）に示すように、導電性膜１１５を第１導電性膜１１６と第２導電性膜１１７に分割することができる。導電性膜１１５は、例えば金属、合金、金属酸化物、金属窒化物などを用いて形成することができる。導電性膜１１５の膜厚が、目標とする切り欠きの深さの１／１０以下、より好ましくは１／１００以下であれば、導電性膜１１５が金属などの非脆性物質であったとしても、脆性材料１０１の全体が脆性物質で構成されている場合と同様に、切り欠き加工を行うことができる。例えば、１００μｍの深さの切り欠き１０９を設ける場合には、導電性膜１１５の膜厚が１０μｍ以下であれば、導電性膜１１５の存在が、切り欠き加工に大きな影響を及ぼすことがない。ビーム２０１が導電性膜１１５を透過するように、導電性膜１１５の膜厚は、１μｍ以下であることが好ましい。また、ビーム２０１の波長に対する導電性膜１１５の吸光係数は、脆性材料１０１の吸光係数よりも低いことも好ましい。なお、図４（ｅ）、（ｆ）では記載を省略したが、溝１１８は被加工物である脆性材料１０１の側面１０３に予め設けておくことが好ましい。
【００７７】
また、スペーサ１００の非剥離側面１１３には、公知のように高抵抗膜が設けられていても良い。高抵抗膜は、切り欠き１０９を形成する前に予め脆性材料１０１に形成しておいてもよいし、切り欠き１０９を形成した後の脆性部材１００に形成してもよい。
【実施例１】
【００７８】
図１（ａ）に示すような脆性材料１０１として、長さＬが１０００ｍｍ、幅Ｗが０．２ｍｍ、高さＨが１．５ｍｍ、の板状のガラスを用意した。詳細には、ＰＤ２００（旭硝子社製）の側面に１００μｍピッチの溝を設けたガラス板を上記形状の板状に加熱延伸し、所定の長さ（Ｌ）に切断したものを用いた。これにより脆性材料１０１の側面１０３には、ガラス板の溝に対応して微細な溝が多数形成されている。脆性材料１０１の長さＬが１０００ｍｍ、幅Ｗが０．２ｍｍの面を所定面１０２とした。所定面１０２は十分に平滑であった。室温でのＰＤ２００の熱伝導率λは０．９２［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、比熱容量Ｃｐは６．８×１０２［Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）］、密度ρは２．８×１０３［ｋｇ／ｍ３］、熱拡散率αは４．８×１０−７［ｍ２／ｓ］であった。
【００７９】
図２（ｃ）に示すように、脆性材料１０１を所定面１０２と反対面の両側から挟み込むタイプのクリップ状の第１固定治具３０１と第２固定治具３０２を用いて、脆性材料１０１を固定した。詳細には、脆性材料１０１の長手方向の一端から１．４ｍｍの位置を第１固定治具３０１で、所定面１０２と反対面の両側から３００ｇｆの力で挟み固定した。脆性材料１０１の長手方向の一端から９．４ｍｍの位置も第２固定治具３０２で同様に固定した。
【００８０】
治具と脆性材料１０１との接触部３１１で脆性材料１０１に傷が入らないように、第１固定治具３０１と第２固定治具３０２の接触部３１１には、ＰＰＳ樹脂でできた材料を設けた。
【００８１】
次に、脆性材料１０１の所定面１０２にレーザービームを照射して加熱工程を行った。照射領域２２２の長さＬｓは、脆性材料１０１の長手方向の一端から３．４ｍｍの位置と、脆性材料１０１の長手方向の一端から７．４ｍｍの位置との間の４．０ｍｍとした。光源として用いたレーザーはＣＯ２レーザーで、光源の波長λは１０．６μｍ、出射ビーム径は２．０ｍｍ、出力は２０Ｗ、パルスｄｕｔｙは８０％に設定した。この出射ビームを倍率を４倍としたビームエキスパンダーを用いて８ｍｍ程度にビーム径を広げた後、ガルバノミラーを介して集光レンズを通し、２２０μｍまで径を絞った。つまりこのときのビーム２０１のビーム幅Ｗｂは所定面１０２の幅０．２ｍｍよりも１０％程度大きくなっている。なお、ここで用いたビーム２０１の形状は、元の出射ビームの形状とほぼ同じで図３（ｆ）のように円形をしていた。スポット２０２内のエネルギー強度分布は図３（ａ）のようなガウシアン分布であり、最大値と最小値の差が最大値のおよそ９０％の分布である。ビーム２０１のエネルギー密度は、概ね、ビーム２０１の、出射ビーム径に対する倍率の２乗に反比例するので、出射ビームのエネルギー密度の８０倍程度であると考えられる。ガルバノミラーを回転させ、スポット２０２が１００［ｍｍ／ｓ］の速さで所定面１０２を走査するように調整した。ビーム２０１を所定面１０２に照射し、スポット２０２をＸ方向に４．０ｍｍ走査させた。ビーム２０１を照射した領域２２２が融解したことを確認した。
【００８２】
次に、脆性材料１０１を冷却して冷却工程を行った。冷却は常温雰囲気による自然冷却を用いた。冷却による高温部１０８の収縮によって高温部１０８と低温部の境界で応力が発生し、遅れ破壊によるクラックが入った。このクラックの発生点は、脆性材料１０１の側縁１０４上の高温部１０８と低温部の境界であった。その後クラックを起点として亀裂が高温部１０８と低温部の境界で進行した。そして、スポット２０２が走査された領域２２２周辺で、長さ（Ｘ方向）が４ｍｍ程度、幅（Ｙ方向）が２００μｍ、最大深さ（Ｚ方向）が１００μｍ程度の剥離片１１０が生じた。これに伴って、剥離片１１０と同じ形状の切り欠き１０９が形成された。
【００８３】
図３（ａ）に示すように、端部稜線１０６と非剥離側面１１３とがなす角は４５°程度であった。剥離面１０５は特徴的で、剥離面１０５の中央部分における表面粗さＲａは０．５μｍ程度で、非剥離面１１３より表面粗さが小さく、光沢を持つほど滑らかなものであった。
【実施例２】
【００８４】
実施例１の冷却工程において、液体窒素を用いて強制冷却を行った。液体窒素供給装置に設置しているノズルを所定面１０２に向け、液体窒素を滴下した。滴下する量は脆性材料１０１の側面１０３から無駄に流れ落ちない程度に１ｃｃに設定した。液体窒素は急激に蒸発するので、蒸発しきらないうちにビーム２０１の照射および走査を完了させた。加熱工程は常温雰囲気下で行ったので、液体窒素滴下から０．１〜０．２秒後に走査を開始し、０．１秒以内で走査を完了させた。本実施例では、実施例１よりも剥離確率が高く、歩留まりが向上した。
【実施例３】
【００８５】
実施例１のレーザー照射後、図２（ｇ）に示すように、脆性材料１０１の反対面から第２固定治具３０２を離して固定を解除した。そして、図２（ｄ）に示すように第２固定治具３０２を高温部１０８から３０ｍｍ離れたところまで移動させて、図２（ｈ）に示すように再度固定した。その後、図２（ｂ）に示すような反りに対して、逆反りとなるような曲げ応力を加えた。具体的には、図２（ｅ）に示すように、所定面１０２の反対側（反対面）から、逆反り治具３０３を用いて反対面を１ｍｍ程度押し込んだ。逆反り治具３０３としては、ＰＰＳ樹脂製の接触部を有するアームを用いた。本実施例では、実施例２よりも剥離確率が高く、歩留まりが向上した。
【実施例４】
【００８６】
実施例３の冷却工程時に実施例２の強制冷却を行ったところ、実施例３よりも剥離確率が高く、歩留まりが向上した。
【実施例５】
【００８７】
実施例１において、第１固定治具３０１を用いずに、第２固定治具３０２のみで脆性材料１０１を固定して、同様の加工を行ったところ、実施例１よりも加工精度が低下した。
【実施例６】
【００８８】
実施例５の脆性材料１０１の代わりに、脆性材料１０１の高さＨを１０ｍｍとしたものを用意して、同様の加工を行ったところ、実施例５よりも剥離確率及び加工精度が向上した。これは、脆性材料１０１の高さＨが大きくなったことにより、反りが小さくなったためと考えられる。
【００８９】
（比較例１）
実施例１において、ビーム２０１のビーム幅を１２０μｍに絞って、所定面１０２の中央部に、Ｙ方向の幅が１２０μｍのスポットを形成し、これをＸ方向に走査した。このとき、所定面１０２の両方の側縁１０４にはスポットが形成されていなかった。これ以外は実施例１と同じである。
【００９０】
１０本の脆性材料１０１に切り欠き加工を試みたが、剥離が生じたのは１本のみで、剥離面１０５の形状は、照射領域２２２の形状とはかなり異なっており、Ｙ方向で非対称となっていた。
【００９１】
（比較例２）
実施例１において、ビーム２０１のビーム幅を１２０μｍに絞って、所定面１０２に、一方の側縁１０４からＹ方向に１１０μｍの幅でスポットを形成し、これをＸ方向に走査した。次いで脆性材料１０１をＹ方向に１１０μｍ移動し、所定面１０２に、他方の側縁１０４からＹ方向に１１０μｍの幅でスポットを形成し、これをＸ方向に１度目の走査と同じ向きに走査した。それ以外の処理は実施例１と同じである。
【００９２】
１０本の脆性材料１０１に切り欠き加工を試みたが、剥離が生じたのは２本のみで、２本を比較したところ、剥離面１０５の形状は互いに異なっていた。
【実施例７】
【００９３】
実施例４の加熱工程において、図３（ｇ）のように所定面１０２に形成するスポット２０２の形状を略矩形にする為、ビームエキスパンダーとガルバノミラーの間に矩形の開口を有するマスクを設置した。具体的には、ビームエキスパンダーの倍率を１０倍として、マスクに入射するビーム径を２０ｍｍとし、８ｍｍ角の開口部を持つマスクにビームを通過させる。ビームエキスパンダーの倍率が高くなった分、ビームのエネルギー密度が小さくなるため、それを補完するためにレーザー発振器の出力を１２０Ｗとした。所定面１０２上のスポット２０２内でのエネルギー強度分布は、最大値と最小値の差が最大値のおよそ３０％程度であった。集光レンズは実施例１と同様のものを使用することで２２０μｍ角のスポットを形成させた。ガルバノミラーも実施例１と同様のものを使用し、スポットの走査速度も実施例１と同様に１００［ｍｍ／ｓ］として４．０ｍｍ走査させた。その結果、実施例１とほぼ同様に１００μｍ程度の深さの切り欠き１０９を形成することができた。端部稜線１０６と側面１０３とのなす角φは約８５°であった。
【実施例８】
【００９４】
実施例４の加熱工程において、図３（ｈ）のように所定面１０２に形成するスポット２０２の形状をくびれ形にする為、ビームエキスパンダーとガルバノミラーの間にくびれ形の開口を有するマスクを設置した。マスクの開口は具体的には、スポット２０２のＸ方向とＹ方向に対応する幅が、最大で８ｍｍであり、Ｙ方向の中央部の１ｍｍの範囲で、Ｘ方向の幅を６ｍｍに絞ったものを用いた。ビームエキスパンダーの倍率を１０倍、マスクに入射するビーム径を２０ｍｍとし、マスクの開口にレーザービームを通過させた。ビームエキスパンダーの倍率が高くなった分、ビーム２０１のエネルギー密度が小さくなるため、それを補完するためにレーザー発振器の出力を１２０Ｗとした。集光レンズは実施例１と同様のものを使用した。２２０μｍ角の範囲で上記マスクの形状と相似形のくびれ形をしたスポット２０２を形成した。ガルバノミラーも実施例１と同様のものを使用し、スポットの走査速度も実施例１と同様に１００［ｍｍ／ｓ］として４．０ｍｍ走査させると、実施例１とほぼ同様に１００μｍ程度の深さの切り欠き１０９を形成することができた。端部稜線１０６と側面１０３とのなす角φは約１００°であった。
【実施例９】
【００９５】
実施例７の加熱工程において、図３（ｂ）のようにスポット２０２の所定面１０２内でのエネルギー強度分布をフラットにした。ほぼフラットと言える、５％以下のエネルギー強度分布を達成する為、ビームエキスパンダーとマスクの間にビームホモジナイザを設置した。このビームホモジナイザは、エネルギー分布をガウシアン分布から、最大値と最小値の差が最大値の５％以下のフラットな分布に修正するよう光学系が設計されており、非球面レンズや回折格子を用いて構成されている。なお、ビームホモジナイザへの入射ビーム径を所望の値に設定することで、フラットなエネルギー強度分布を得ることができる。なお、ビームホモジナイザへの入射ビーム径の調整はビームエキスパンダーの倍率で調節した。また、ビーム径が変わることでマスクに照射されるビームのエネルギー密度が変わるので、これに対応してレーザー発信器の出力を調節した。本実施例では、図３（ｂ）のようにθがほぼ９０°となり、剥離面１０５のＹ方向における表面粗さＲａも０．５ｕｍになった。
【実施例１０】
【００９６】
実施例７の加熱工程において、図３（ｃ）のようにスポット内でのエネルギー強度分布が、所定面内の短手方向の中央において最小になるような分布を持たせた。方法としてはビームエキスパンダーとマスクの間にビームホモジナイザを設置した。ビームホモジナイザへの入射ビーム径を所望の値より大きくすることで、ビーム中央のエネルギーを周辺よりも小さくすることができる。なお、ビームホモジナイザへの入射ビーム径の調整はビームエキスパンダーの倍率で調節した。また、ビーム径が変わることでマスクに照射されるレーザーのエネルギー密度が変わるので、これに対応してレーザー発信器の出力を調節した。所定面１０２上のスポット２０２内でのエネルギー強度分布は、最大値と最小値の差が最大値のおよそ５０％程度であった。本実施例では、図３（ｃ）のように、Ｙ−Ｚ断面が凸形状の剥離面１０５が得られ、θを１１０°程度にすることができた。
【実施例１１】
【００９７】
実施例４、７〜１０で作製した脆性部材１００をスペーサに用いて、図４に示す表示装置１０を作製した。
【００９８】
まず、図４（ａ）、（ｂ）に示したフェイスプレート１および図４（ａ）に示したリアプレート２を作製した。なお、図４（ｂ）に示す、フェイスプレート１のアノード電極８と低電位電極１１との間隙Ｇは４ｍｍとした。また、リアプレート２の電子放出素子９には表面伝導型電子放出素子を用いた。次いでリアプレート２の適当な位置に、実施例４で作製した脆性部材１００をスペーサとして、反対面をリアプレート２側にして起立させ、複数のスペーサ１００を平行に配置した。また、支持枠３をリアプレート２上に配置した。フェイスプレート１と、スペーサ１００と支持枠３とが配置されたリアプレート２とを真空チャンバー内に設置し、真空チャンバー内を排気した。十分に排気した後、フェイスプレート１とリアプレート２とを位置合わせして重ね、封着した。ここで、アノード電極８の縁部８ａと低電位電極１１の縁部１１ａのそれぞれが、スペーサ１００の切り欠き１０９の端部稜線１０６と一致するようにしてある。このようにして表示装置１０を作製した。また、実施例８〜１１のそれぞれで作製した脆性部材１００を用いても同様に表示装置１０を作製した。
【００９９】
表示装置１０のＨｖに５ｋＶ以上の電圧を印加できる電源を接続し、低電位電極１１及びＸ方向配線、Ｙ方向配線を接地した。電源をＯＮにしてＨｖに１０ｋＶを印加し１２時間観察した。実施例４、８〜１１のいずれの脆性部材１００をスペーサとして用いた表示装置でも、放電は確認されなかった。
【０１００】
さらに、１５ｋＶから１ｋＶずつ１時間ごとに上昇させた。実施例４で作製したスペーサ１００を用いた表示装置では１７ｋＶまで放電が生じなかった。実施例７と実施例９で作製したスペーサ１００を用いた表示装置では、１９ｋＶまで放電が生じなかった。実施例８と実施例９で作製したスペーサ１００を用いた表示装置では、２０ｋＶまで放電が生じなかった。
【０１０１】
（比較例３）
実施例１で用意した脆性材料１０１に、ダイヤモンド砥石を用いて、研削により長さ（Ｘ方向）が４ｍｍ程度、幅（Ｙ方向）が２００μｍ、最大深さ（Ｚ方向）が１００μｍ程度の切り欠きを形成してスペーサを作製した。このスペーサを用いて実施例１１と同様に表示装置１０を作製したところ、実施例４で作製したスペーサ１００を用いた表示装置よりも耐放電性が低かった。
【符号の説明】
【０１０２】
１００  脆性部材（スペーサ）
１０１  脆性材料
１０２  所定面
１０９  切り欠き
１１０  剥離片
２０１  ビーム
２０２  スポット
２１２  非照射領域
２２２  照射領域
【図１】
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【図２】
2011102230.tif 000004
【図３】
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【図４】
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