(57)【要約】複数のビーム通過孔（２６）が形成された板状のグリッド（２４）と、板状の成形型（３６ａ）とを用意する。成形型は、複数のスペーサ形成孔（４０ａ）、および各スペーサ形成孔の周囲に位置しスペーサ形成孔を規定しているとともに紫外線透過材料で形成された複数の孔形成部（５６ａ）を有している。成形型をグリッドの表面に密着させて成形型およびグリッドからなる組立体を形成する。組立体の形成前および形成後のいずれかに、成形型の各スペーサ形成孔に紫外線硬化性を有したスペーサ形成材料（４６）を充填する。充填されたスペーサ形成材料に直接および孔形成部を透過して紫外線を照射し、スペーサ形成材料を硬化させる。その後、硬化したスペーサ形成材料をグリッド上に残して、成形型をグリッドから分離する。
2004010453.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のビーム通過孔を有した板状のグリッドと、上記グリッドの表面上に一体的に立設された複数の柱状のスペーサと、を備え画像表示装置に用いられるスペーサ構体の製造方法であって、
複数のビーム通過孔が形成された板状のグリッドを用意し、
複数のスペーサ形成孔と、各スペーサ形成孔の周囲に位置しスペーサ形成孔を規定しているとともに紫外線透過材料で形成された複数の孔形成部と、を有した板状の成形型を用意し、
上記成形型を上記グリッドの表面に密着させて成形型およびグリッドからなる組立体を形成し、
上記組立体の形成前および形成後のいずれかに、上記成形型の各スペーサ形成孔に紫外線硬化性を有したスペーサ形成材料を充填し、
上記充填されたスペーサ形成材料に直接および上記孔形成部を透過して紫外線を照射し、上記スペーサ形成材料を硬化させ、
上記硬化したスペーサ形成材料をグリッド上に残して、上記成形型をグリッドから分離するスペーサ構体の製造方法。
【請求項２】
複数のビーム通過孔を有した板状のグリッドと、上記グリッドの両面上に一体的に立設された複数の柱状のスペーサと、を備え画像表示装置に用いられるスペーサ構体の製造方法であって、
複数のビーム通過孔およびこれらのビーム通過孔間にそれぞれ位置した複数のスペーサ開孔が形成された板状のグリッドを用意し、
上記グリッドのスペーサ開孔に対応した複数のスペーサ形成孔と、各スペーサ形成孔の周囲に位置しスペーサ形成孔を規定しているとともに紫外線透過材料で形成された複数の孔形成部と、をそれぞれ有した板状の成形型を２枚用意し、
上記グリッドのスペーサ開孔と上記成形型をスペーサ形成孔とがそれぞれ整列した状態で、上記成形型を上記グリッドの両面に密着させ、２枚の成形型およびグリッドからなる組立体を形成し、
上記組立体の形成前および形成後のいずれかに、上記各成形型の各スペーサ形成孔に紫外線硬化性を有したスペーサ形成材料を充填し、
上記組立体において上記充填されたスペーサ形成材料に直接および上記孔形成部を透過して紫外線を照射し、上記スペーサ形成材料を硬化させ、
上記硬化したスペーサ形成材料をグリッド上に残して、上記成形型をグリッドからそれぞれ分離するスペーサ構体の製造方法。
【請求項３】
上記スペーサ形成材料として、少なくとも紫外線硬化型のバインダおよびガラスフィラーを含有したガラスペーストを用いる請求項１又は２に記載のスペーサ構体の製造方法。
【請求項４】
複数のビーム通過孔を有した板状のグリッドと、上記グリッドの表面上に一体的に立設された複数の柱状のスペーサと、を備え画像表示装置に用いられるスペーサ構体の製造方法であって、
複数のビーム通過孔が形成された板状のグリッドを用意し、
複数のスペーサ形成孔と、各スペーサ形成孔の周囲に位置しスペーサ形成孔を規定しているとともに弾性材料で形成された複数の孔形成部と、を有した板状の成形型を用意し、
上記成形型を上記グリッドの表面に密着させて成形型およびグリッドからなる組立体を形成し、
上記組立体の形成前および形成後のいずれかに、上記成形型の各スペーサ形成孔に熱硬化性を有したスペーサ形成材料を充填し、
上記組立体における上記充填されたスペーサ形成材料を加熱して硬化させ、
上記硬化したスペーサ形成材料をグリッド上に残して、上記成形型をグリッドから分離するスペーサ構体の製造方法。
【請求項５】
複数のビーム通過孔を有した板状のグリッドと、上記グリッドの両面上に一体的に立設された複数の柱状のスペーサと、を備え画像表示装置に用いられるスペーサ構体の製造方法であって、
複数のビーム通過孔およびこれらのビーム通過孔間にそれぞれ位置した複数のスペーサ開孔が形成された板状のグリッドを用意し、
上記ブリッドのスペーサ開孔に対応した複数のスペーサ形成孔と、各スペーサ形成孔の周囲に位置しスペーサ形成孔を規定しているとともに弾性材料で形成された複数の孔形成部と、をそれぞれ有した板状の成形型を２枚用意し、
上記グリッドのスペーサ開孔と上記成形型をスペーサ形成孔とがそれぞれ整列した状態で、上記成形型を上記グリッドの両面に密着させ、２枚の成形型およびグリッドからなる組立体を形成し、
上記組立体の形成前および形成後のいずれかに、上記成形型の各スペーサ形成孔に熱硬化性を有したスペーサ形成材料を充填し、
上記充填されたスペーサ形成材料を加熱して硬化させ、
上記硬化したスペーサ形成材料をグリッド上に残して、上記成形型をグリッドからそれぞれ分離するスペーサ構体の製造方法。
【請求項６】
上記成形型を分離した後、上記スペーサ形成材料を焼成する請求項１、２、４、５のいずれか１項に記載のスペーサ構体の製造方法。
【請求項７】
上記グリッドとして、表面に酸化膜が形成された金属板からなるグリッドを用いる請求項１、２、４、５のいずれか１項に記載のスペーサ構体の製造方法。
【請求項８】
請求項１又は２に記載のスペーサ構体の製造方法に用いる成形型であって、
板状の型本体と、
それぞれ紫外線透過材料により形成され上記スペーサ形成孔を規定しているとともに上記型本体に一体的に設けられた複数の孔形成部と、
を備えている成形型。
【請求項９】
上記型本体は、複数の透孔を有し、上記孔形成部は上記透孔内に設けられている請求項８に記載の成形型。
【請求項１０】
請求項１又は２に記載のスペーサ構体の製造方法に用いる成形型において、
板状の型本体と、
それぞれ弾性材料により形成され上記スペーサ形成孔を規定しているとともに上記型本体に一体的に設けられた複数の孔形成部と、
を備えている成形型。
【請求項１１】
上記型本体は、複数の透孔を有し、上記孔形成部は上記透孔内に設けられている請求項１０に記載の成形型。
【請求項１２】
当接面およびこの当接面に開口した複数の有底のスペーサ形成孔とを有した成形型の上記スペーサ形成孔にスペーサ形成材料を充填するスペーサ形成材料の充填方法であって、
上記成形型のスペーサ形成孔部分にペースト状のスペーサ形成材料を供給し、
上記スペーサ形成材料が供給された成形型をこの成形型から離れて位置した回転軸の周りで回転させ、遠心力によりスペーサ形成材料と各スペーサ形成孔内の空気とを置換して各スペーサ形成孔内にスペーサ形成材料を充填するスペーサ形成材料の充填方法。
【請求項１３】
上記当接面が上記回転軸と平行に延び、かつ、上記回転軸側を向いた状態で、上記成形型を回転させる請求項１２に記載のスペーサ形成材料の充填方法。
【請求項１４】
上記回転軸を中心とする円に対して接線方向において各スペーサ形成孔の両側に位置した隔壁を上記当接面上に設け、上記隔壁間にスペーサ形成材料を供給した後、上記隔壁によりスペーサ形成材料の流出を規制しながら、上記成形型を回転させる請求項１２又は１３に記載のスペーサ形成材料の充填方法。
【請求項１５】
板状部材と、上記板状部材の表面上に一体的に立設された複数の柱状のスペーサと、を備え画像表示装置に用いられるスペーサ構体の製造方法であって、
当接面と、上記当接面に開口した複数の有底のスペーサ形成孔とを有した成形型を用意し、
上記成形型のスペーサ形成孔部分にペースト状のスペーサ形成材料を供給し、
上記スペーサ形成材料が供給された成形型をこの成形型から離れて位置した回転軸の周りで回転させ、遠心力によりスペーサ形成材料と各スペーサ形成孔内の空気とを置換して各スペーサ形成孔内にスペーサ形成材料を充填し、
上記スペーサ形成孔に上記スペーサ形成材料が充填された成形型を、上記当接面が上記板状部材の表面に密着した状態に保持し、
上記成形型と板状部材とが密着した状態で、上記スペーサ形成材料を硬化させ、上記板状部材の表面上に複数のスペーサを形成するスペーサ構体の製造方法。
【請求項１６】
複数のビーム通過孔を有した板状のグリッドと、上記グリッドの表面上に一体的に立設された複数の柱状のスペーサと、を備え画像表示装置に用いられるスペーサ構体の製造方法であって、
複数のビーム通過孔が形成された板状のグリッドを用意し、
当接面と、上記当接面に開口しているとともに上記グリッドのビーム通過孔間に対応する位置に設けられた複数の有底のスペーサ形成孔とを有した成形型を用意し、
上記成形型のスペーサ形成孔部分にペースト状のスペーサ形成材料を供給し、
上記スペーサ形成材料が供給された成形型をこの成形型から離れて位置した回転軸の周りで回転させ、遠心力によりスペーサ形成材料と各スペーサ形成孔内の空気とを置換して各スペーサ形成孔内にスペーサ形成材料を充填し、
上記スペーサ形成孔に上記スペーサ形成材料が充填された成形型を、上記当接面が上記グリッドの表面に密着し、上記スペーサ形成孔が上記グリッドのビーム通過孔間に対向した状態に保持し、
上記成形型とグリッドが密着した状態で、上記スペーサ形成材料を硬化させ、上記グリッドの表面上に複数のスペーサを形成するスペーサ構体の製造方法。
【請求項１７】
複数のビーム通過孔を有した板状のグリッドと、上記グリッドの両面上に一体的に立設された複数の柱状のスペーサと、を備え画像表示装置に用いられるスペーサ構体の製造方法であって、
複数のビーム通過孔が形成された板状のグリッドを用意し、
当接面と、上記当接面に開口しているとともに上記グリッドのビーム通過孔間に対応する位置に設けられた複数の有底のスペーサ形成孔と、をそれぞれ有した２つの成形型を用意し、
上記各成形型のスペーサ形成孔部分にペースト状のスペーサ形成材料を供給し、
上記スペーサ形成材料が供給された各成形型をこの成形型から離れて位置した回転軸の周りで回転させ、遠心力によりスペーサ形成材料と各スペーサ形成孔内の空気とを置換して各スペーサ形成孔内にスペーサ形成材料を充填し、
上記スペーサ形成孔に上記スペーサ形成材料が充填された成形型を、上記当接面が上記グリッドの表面に密着し、上記スペーサ形成孔が上記グリッドのビーム通過孔間に対向した状態で、上記グリッドの両面側にそれぞれ保持し、
上記成形型とグリッドが密着した状態で、上記スペーサ形成材料を硬化させ、上記グリッドの両面上に複数のスペーサをそれぞれ形成するスペーサ構体の製造方法。
【請求項１８】
上記当接面が上記回転軸と平行に延び、かつ、上記回転軸側を向いた状態で、上記成形型を回転させる請求項１６又は１７に記載のスペーサ構体の製造方法。
【請求項１９】
上記回転軸を中心とする円に対して接線方向において各スペーサ形成孔の両側に位置した隔壁を上記当接面上に設け、上記隔壁間にスペーサ形成材料を供給した後、上記隔壁によりスペーサ形成材料の流出を規制しながら、上記成形型を回転させる請求項１８に記載のスペーサ構体の製造方法。
【請求項２０】
当接面およびこの当接面に開口した複数の有底のスペーサ形成孔とを有した成形型の上記スペーサ形成孔にスペーサ形成材料を充填するスペーサ形成材料の充填装置であって、
中心軸の回りで回転自在に設けられたロータと、
上記ロータを上記回転軸の回りで回転させる回転機構と、
上記ローラに設けられ、上記成形型の当接面が上記回転軸と対向し、かつ、上記回転軸から離間した位置に上記成形型を支持する支持部材と、
を備えたスペーサ形成材料の充填装置。
【請求項２１】
上記支持部材は、上記当接面が上記回転軸と平行に延び、かつ、上記回転軸側を向いた状態で、上記成形型を支持する支持部を有している請求項２０に記載のスペーサ形成材料の充填装置。
【請求項２２】
上記成形型の当接面上に設けられ、上記回転軸を中心とする円に対して接線方向において各スペーサ形成孔の両側に位置し、スペーサ形成材料の流出を規制する隔壁を備えている請求項２０又は２１に記載のスペーサ形成材料の充填装置。
【請求項２３】
上記ロータに設けられ上記回転軸の周囲に位置した複数の上記支持部材を備えている請求項２０に記載のスペーサ形成材料の充填装置。
【請求項２４】
複数のビーム通過孔を有した板状のグリッドと、上記グリッドの表面上に立設された複数の柱状のスペーサと、を備え画像表示装置に用いられるスペーサ構体の製造方法であって、
複数のビーム通過孔が形成された板状のグリッドを用意し、
上記グリッドのビーム通過孔間に対応する位置に設けられた複数のスペーサ形成孔を有した板状の成形型を用意し、
上記成形型のスペーサ形成孔にスペーサ形成材料を充填し、
上記スペーサ形成孔が上記グリッドのビーム通過孔間に対向した状態で、上記スペーサ形成材料が充填された成形型を上記グリッドの表面に密着させ、成形型およびグリッドを有した組立体を形成し、
上記組立体を弾性変形可能な扁平形状の真空容器内に配置し、
上記真空容器内を真空に排気し、大気圧により成形型およびグリッドを密着状態に維持するスペーサ構体の製造方法。
【請求項２５】
上記スペーサ形成材料として紫外線硬化性を有したスペーサ形成材料を用い、
上記成形型および上記真空容器を紫外線透過材料で形成し、
上記真空容器内で上記成形型およびグリッドを密着させた状態で、上記真空容器の外側から上記スペーサ形成材料に紫外線を照射し、スペーサ形成材料を紫外線硬化させる請求項２４に記載のスペーサ構体の製造方法。
【請求項２６】
上記真空容器を構成する第１主壁および第２主壁をそれぞれ上記組立体に隣接対向して配置し、上記真空容器内を真空に排気し、大気圧により上記第１および第２主壁を上記組立体に両側から押し当て上記組立体に沿って弾性変形させる請求項２４又は２５に記載のスペーサ構体の製造方法。
【請求項２７】
上記スペーサ形成材料を紫外線硬化させた後、上記組立体を上記真空容器から取り出し、上記硬化したスペーサ形成材料をグリッド上に残して、上記成形型をグリッドからそれぞれ分離する請求項２５に記載のスペーサ構体の製造方法。
【請求項２８】
上記成形型を分離した後、上記スペーサ形成材料を焼成する請求項２７に記載のスペーサ構体の製造方法。
【請求項２９】
上記スペーサ形成材料として、少なくとも紫外線硬化型のバインダおよびガラスフィラーを含有したペーストを用いる請求項２４又は２５に記載のスペーサ構体の製造方法。
【請求項３０】
複数のビーム通過孔を有した板状のグリッドと、上記グリッドの両面上に一体的に立設された複数の柱状のスペーサと、を備え画像表示装置に用いられるスペーサ構体の製造方法であって、
複数のビーム通過孔が形成された板状のグリッドを用意し、
上記グリッドのビーム通過孔間に対向する複数のスペーサ形成孔をそれぞれ有した板状の成形型を２枚用意し、
上記成形型のスペーサ形成孔にスペーサ形成材料を充填し、
上記スペーサ形成孔が上記グリッドのビーム通過孔間に対向した状態で、上記スペーサ形成材料が充填された２枚の成形型を上記グリッドの両面に密着させ、上記成形型およびグリッドを有した組立体を形成し、
上記組立体を弾性変形可能な扁平形状の真空容器内に配置し、
上記真空容器内を真空に排気し、大気圧により２枚の成形型およびグリッドを密着状態に維持するスペーサ構体の製造方法。
【請求項３１】
請求項２４又は３０に記載のスペーサ構体の製造方法に用いる真空容器であって、
上記組立体にそれぞれ隣接対向して配置された板状の第１主壁および第２主壁を備え、
上記第１および第２主壁は、上記真空容器内を真空排気した際、上記組立体に沿って弾性変形しこの組立体に密着可能な弾性材料で形成されている真空容器。
【請求項３２】
第１主壁の周縁部に立設された枠状の側壁と、側壁の端と上記第２主壁との間に設けられたＯリングと、を備えている請求項３１に記載の真空容器。
【請求項３３】
上記第１主壁と上記組立体との間、および上記第２主壁と組立体との間にそれぞれ設けられた圧力拡散板を備えている請求項３１に記載の真空容器。
【請求項３４】
上記第１主壁および第２主壁は、上記組立体と対向した凹凸の内面をそれぞれ有している請求項３１に記載の真空容器。
【請求項３５】
上記第１主壁および第２主壁は、紫外線透過可能な材料で形成されている請求項３１に記載の真空容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  この発明は、平面表示装置等の画像表示装置に用いられるスペーサ構体を製造するスペーサ製造方法、スペーサ構体の製造に用いるスペーサ形成材料の充填方法、スペーサ形成材料の充填装置、成形型、および真空容器に関する。
【背景技術】  近年、陰極線管（以下、ＣＲＴと称する）に代わる次世代の軽量、薄型の表示装置として様々な平面型の画像表示装置が注目されている。例えば、平面表示装置として機能するフィールド・エミッション・ディスプレイ（以下、ＦＥＤと称する）の一種として、表面伝導型電子放出装置（以下、ＳＥＤと称する）の開発が進められている。
このＳＥＤは、所定の間隔をおいて対向配置された前面基板および背面基板を備え、これらの基板は矩形状の側壁を介して周辺部を互いに接合することにより真空外囲器を構成している。前面基板の内面には３色の蛍光体層が形成され、背面基板の内面には、蛍光体を励起する電子源として、各画素に対応する多数の電子放出素子が配列されている。各電子放出素子は、電子放出部、この電子放出部に電圧を印加する一対の電極等で構成されている。
上記のようなＳＥＤにおいて、前面基板および背面基板間の空間、すなわち真空外囲器内は、高い真空度に維持されることが重要となる。真空度が低い場合、電子放出素子の寿命、ひいては、装置の寿命が低下してしまう。また、前面基板と背面基板間は真空であるため、前面基板、背面基板に対し大気圧が作用する。そこで、これらの基板に作用する大気圧荷重を支持し基板間の隙間を維持するため、両基板間には、多数の板状あるいは柱状のスペーサが配置されている。
スペーサを前面基板および背面基板の全面に渡って配置するためには、前面基板の蛍光体、背面基板の電子放出素子に接触しないように、極めて薄い板状、あるいは極めて細い柱状のスペーサが必要となる。また、これらのスペーサは、電子放出素子の極めて近くに設置せざるを得ないため、スペーサとして絶縁体材料を使用しなければならない。同時に、前面基板および背面基板の薄板化を検討した場合、一層多くのスペーサが必要となり、更に製造が困難となる。
前面基板の蛍光体間、および背面基板の電子放出素子間に対するスペーサの位置合わせについては、蛍光体間あるいは電子放出素子間を狙って直接スペーサを取り付ける方法、あるいは、電子の通過する孔が予め形成された金属板の両面に多数のスペーサを高い位置精度で形成し、この金属板上に形成されたスペーサを前面基板または背面基板に位置合わせする方法が考えられる。
後者の方法として、例えば、特開２００１−２７２９２６号公報、あるいは特開２００１−２７２９２７号公報に開示された製造方法によれば、それぞれスペーサ形状に対応する多数の孔が形成された２枚の成形型を金属板の表裏面に密着させ、これら金属板と２枚の成形型とによってスペーサ形成用の貫通孔を規定する。この状態で、各貫通孔にペースト状の光硬化性あるいは熱硬化性のスペーサ形成材料を充填する。続いて、充填されたスペーサ形成材料を金型内部で光硬化あるいは熱硬化させた後、金属板から２枚の金型を取り外し、更に、スペーサ形成材料をガラス化する。これにより、金属板上に一体的に形成された柱状のスペーサを得ることが考えられる。
上記のような方法において、スペーサ形成材料を硬化させる場合、紫外線のみを照射して硬化させると熱の影響が無く、精度および製造コストの点で望ましい。しかしながら、成形型に形成されたスペーサ形成孔は、細く深い形状であるため、金属材料で形成された成形型を使用した場合、スペーサ形成材料の硬化に充分な紫外線を成形型の深部まで到達させることが困難となる。従って、スペーサ形成材料としては、熱硬化材料、あるいは紫外線硬化特性だけでなく補助的に熱硬化特性を備えた材料が使用されている。
また、スペーサ形成材料の熱硬化を行う際、加熱、冷却によりグリッドと成形型との間に温度分布差が生じ、その結果、グリッドと成形型の界面に位置ずれが発生する。そして、この位置ずれにより、スペーサの破壊が生じ易いという問題がある。
グリッド材料と成形型材料との熱膨張率、温度管理を厳密に行った場合、急加熱、急冷却が非常に難しく、生産性を上げることが困難となる。そのため、紫外線透過材料により成形型を構成することが考えられるが、紫外線透過材料はガラス、樹脂が一般的であり、成形型として使用するには、機械的剛性、耐摩耗性が低く、成形型の破壊、精度不良等の問題が生じる恐れがある。
前述した製造方法において、スペーサ形成材料を成形型のスペーサ形成孔へ充填する際、スペーサ形成孔が貫通孔の場合は比較的容易に充填することが可能である。しかしながら、スペーサ形成孔が貫通孔の場合、充填量のばらつきにより、最終的に形成されたスペーサの高さ精度が安定しない。また、成形型の板厚をスペーサ高さと一致させなければならないため、成形型を厚く形成し機械的強度を向上させることが困難となる。同時に、成形型の使用材料にも制限が生じる。
成形型のスペーサ形成孔が有底孔の場合、孔形状が微細であると、孔内部の空気の抜け道が無くなるため、スペーサ形成材料の充填が極めて困難となる。また、予めスペーサ形成孔の内部を真空にする方法も考えられるが、スペーサ形成材料に混入している溶剤が蒸発してしまい、あまり好ましくない。
スペーサ形成材料を成形型へ充填する際、金属板と成形型とが徹底して密着していないと、金属板と成形型との間にスペーサ形成材料が入り込んでしまう。この場合、正常な形状のスペーサを形成できないばかりでなく、金属板に予め形成されていたビーム通過孔を塞いでしまう恐れもある。また、はみ出したスペーサ形成材料が接着剤として作用し、金属板と成形型との分離が極めて困難になる問題も生じる。
更に、これら金属板および成形型は薄板形状に形成され、密着のために予め十分な平面度を得ることが困難となっている。そのため、成形型に対しスペーサ形成材料を充填する際、成形型とグリッドとを多数箇所で挟持し密着状態を維持することが必要となる。この場合、多数の挟持部材を設け、かつ、挟持圧力を高くする必要があり、製造装置が大型かつ複雑となる。また、次工程であるスペーサ形成材料の硬化工程として、紫外線硬化を選択した場合、挟持部材が紫外線照射の妨げとなってしまう。
【発明の開示】
この発明は、以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、高い精度でスペーサを製造することが可能なスペーサ構体の製造方法、スペーサ構体の製造に用いるスペーサ形成材料の充填方法、スペーサ形成材料の充填装置、成形型、および真空容器を提供することにある。
上記目的を達成するため、この発明の態様に係る、複数のビーム通過孔を有した板状のグリッドと、上記グリッドの表面上に一体的に立設された複数の柱状のスペーサと、を備え画像表示装置に用いられるスペーサ構体の製造方法は、
複数のビーム通過孔が形成された板状のグリッドを用意し、複数のスペーサ形成孔と、各スペーサ形成孔の周囲に位置しスペーサ形成孔を規定しているとともに紫外線透過材料で形成された複数の孔形成部と、を有した板状の成形型を用意し、上記成形型を上記グリッドの表面に密着させて成形型およびグリッドからなる組立体を形成し、上記組立体の形成前および形成後のいずれかに、上記成形型の各スペーサ形成孔に紫外線硬化性を有したスペーサ形成材料を充填し、上記充填されたスペーサ形成材料に直接および上記孔形成部を透過して紫外線を照射し、上記スペーサ形成材料を硬化させ、上記硬化したスペーサ形成材料をグリッド上に残して、上記成形型をグリッドから分離する。
また、この発明の他の態様に係る、複数のビーム通過孔を有した板状のグリッドと、上記グリッドの表面上に一体的に立設された複数の柱状のスペーサと、を備え画像表示装置に用いられるスペーサ構体の製造方法は、
複数のビーム通過孔が形成された板状のグリッドを用意し、複数のスペーサ形成孔と、各スペーサ形成孔の周囲に位置しスペーサ形成孔を規定しているとともに弾性材料で形成された複数の孔形成部と、を有した板状の成形型を用意し、上記成形型を上記グリッドの表面に密着させて成形型およびグリッドからなる組立体を形成し、上記組立体の形成前および形成後のいずれかに、上記成形型の各スペーサ形成孔に熱硬化性を有したスペーサ形成材料を充填し、上記充填されたスペーサ形成材料を加熱して硬化させ、上記硬化したスペーサ形成材料をグリッド上に残して、上記成形型をグリッドから分離する。
更に、この発明の態様に係るスペーサ構体の製造方法に用いる成形型は、板状の型本体と、それぞれ紫外線透過材料あるいは弾性材料により形成され上記スペーサ形成孔を規定しているとともに上記型本体に一体的に設けられた複数の孔形成部と、を備えている。
上記のように構成されたスペーサ構体の製造方法および成形型によれば、スペーサ形成孔の周辺部分に紫外線透過材料を使用することにより、紫外線のみで硬化するスペーサ形成材料の使用が可能となる。また、スペーサ形成孔の周辺以外の部分については、金属等の機械強度の高い材料を使用することができ、成形型として必要な機械強度を充分に確保することができる。また、スペーサ形成孔の開口部の周辺部分に弾性材料を使用することにより、グリッドと成形型との位置ずれから生じるスペーサ破壊を防止し、熱硬化時における急加熱、急冷却が可能となる。
これにより、スペーサの破壊を生じることなく、高い精度でスペーサを製造することが可能なスペーサ構体の製造方法および成形型を得ることができる。また、スペーサ構体の製造において、熱硬化工程を削除、あるいは、熱硬化工程に掛かる時間を短縮し、生産性向上を図ることができる。
この発明の他の態様に係るスペーサ形成材料の充填方法であって、当接面およびこの当接面に開口した複数の有底のスペーサ形成孔とを有した成形型の上記スペーサ形成孔にスペーサ形成材料を充填するスペーサ形成材料の充填方法は、
上記成形型のスペーサ形成孔部分にペースト状のスペーサ形成材料を供給し、上記スペーサ形成材料が供給された成形型をこの成形型から離れて位置した回転軸の周りで回転させ、遠心力によりスペーサ形成材料と各スペーサ形成孔内の空気とを置換して各スペーサ形成孔内にスペーサ形成材料を充填する。
この発明の形態に係るスペーサ構体の製造方法であって、板状部材と、上記板状部材の表面上に一体的に立設された複数の柱状のスペーサと、を備え画像表示装置に用いられるスペーサ構体の製造方法は、
当接面と、上記当接面に開口した複数の有底のスペーサ形成孔とを有した成形型を用意し、上記成形型のスペーサ形成孔部分にペースト状のスペーサ形成材料を供給し、上記スペーサ形成材料が供給された各成形型をこの成形型から離れて位置した回転軸の周りで回転させ、遠心力によりスペーサ形成材料と各スペーサ形成孔内の空気とを置換して各スペーサ形成孔内にスペーサ形成材料を充填し、上記スペーサ形成孔に上記スペーサ形成材料が充填された成形型を、上記当接面が上記板状部材の表面に密着した状態に保持し、上記成形型と板状部材とが密着した状態で、上記スペーサ形成材料を硬化させ、上記板状部材の表面上に複数のスペーサを形成する。
この発明の形態に係るスペーサ形成材料の充填装置であって、当接面およびこの当接面に開口した複数の有底のスペーサ形成孔とを有した成形型の上記スペーサ形成孔にスペーサ形成材料を充填するスペーサ形成材料の充填装置は、
中心軸の回りで回転自在に設けられたロータと、上記ロータを上記回転軸の回りで回転させる回転機構と、上記ローラに設けられ、上記成形型の当接面が上記回転軸と対向し、かつ、上記回転軸から離間した位置に上記成形型を支持する支持部材と、を備えている。
上記のように構成されたスペーサ形成材料の充填方法、スペーサ構体の製造方法、および充填装置によれば、成形型のスペーサ形成孔外部にスペーサ形成材料を付着させた後、成形型を回転させ、遠心力を利用して、スペーサ形成孔内部の空気とスペーサ形成材料とを置換させることにより、微細なスペーサ形成孔に対して、スペーサ形成材料を確実に充填することができる。
この発明の他の形態に係る、複数のビーム通過孔を有した板状のグリッドと、上記グリッドの表面上に立設された複数の柱状のスペーサと、を備え画像表示装置に用いられるスペーサ構体の製造方法は、
複数のビーム通過孔が形成された板状のグリッドを用意し、上記グリッドのビーム通過孔間に対応する位置に設けられた複数のスペーサ形成孔を有した板状の成形型を用意し、上記成形型のスペーサ形成孔にスペーサ形成材料を充填し、上記スペーサ形成孔が上記グリッドのビーム通過孔間に対向した状態で、上記スペーサ形成材料が充填された成形型を上記グリッドの表面に密着させ、成形型およびグリッドを有した組立体を形成し、上記組立体を弾性変形可能な扁平形状の真空容器内に配置し、上記真空容器内を真空に排気し、大気圧により成形型およびグリッドを密着状態に維持する。
この発明の態様に係るスペーサ構体の製造方法に用いる真空容器は、組立体にそれぞれ隣接対向して配置された板状の第１主壁および第２主壁を備え、上記第１および第２主壁は、上記真空容器内を真空排気した際、上記組立体に沿って弾性変形しこの組立体に密着可能な弾性材料で形成されている。
上記のように構成されたスペーサ構体の製造方法および真空容器によれば、グリッドの表面に成形型を密着させて組立体を構成し、この組立体を、弾性変形可能な扁平な真空容器内に配置し、真空容器内を真空に排気している。そして、真空容器に作用する大気圧により、真空容器を組立体に押し当てて弾性変形させ、グリッドと成形型とを密着させる圧力を発生させている。従って、グリッドと成形型とを極めて高い密着状態に維持することができ、成形型に充填されたスペーサ形成材料が成形型とグリッドとの間に漏れでることを確実に防止できる。また、多数の挟持部材を配置しかつ各挟持部材に大きな挟持圧力を印加する必要がなく、製造工程の簡略化および真空容器の小型化、簡略化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】  図１は、この発明の実施の形態に係るスペーサ構体を備えたＳＥＤを示す斜視図。
図２は、図１の線ＩＩ−ＩＩに沿って破断した上記ＳＥＤの斜視図。
図３は、上記ＳＥＤを拡大して示す断面図。
図４は、上記スペーサ構体を示す斜視図。
図５は、上記スペーサ構体の製造工程を示す断面図。
図６は、上記製造工程の一部を拡大して示す断面図。
図７Ａないし図７Ｅは、上記スペーサ構体の製造に用いる成形型の製造工程を示す断面図。
図８は、上記スペーサ構体の製造工程において、組立体に紫外線を照射する工程を示す断面図。
図９は、上記スペーサ構体の製造工程において、成形型を離型する工程を示す断面図。
図１０は、この発明の第２の実施形態に係る製造方法により製造されるＳＥＤを示す断面図。
図１１は、上記第２の実施形態におけるスペーサ構体の製造工程を示す断面図。
図１２は、上記スペーサ構体の製造に用いる成形型を示す斜視図。
図１３は、上記成形型の分割片、および隔壁板を示す分解斜視図。
図１４は、上記隔壁板が装着された分割片を示す斜視図。
図１５は、上記成形型にスペーサ形成材料を充填する充填装置を示す斜視図。
図１６は、図１５の線ＸＶＩ−ＸＶＩに沿った断面図。
図１７は、上記成形型にスペーサ形成材料が充填された状態を示す、図１６に対応の断面図。
図１８は、上記スペーサ形成材料をスキージで掻き取る工程を示す断面図。
図１９は、上記成形型およびグリッドを密着させた組立体を示す断面図。
図２０は、真空容器および上記スペーサ構体の製造工程を示す断面図。
図２１は、上記成形型を離型した状態を示す断面図。
図２２は、この発明の第３の実施形態に係る充填装置を示す斜視図。
【発明を実施するための最良の形態】  以下図面を参照しながら、この発明の実施の形態に係るスペーサ構体の製造方法および成形型について詳細に説明する。始めに、本製造方法および成形型を用いて製造されるスペーサ構体を備えた画像表示装置の一例として、ＳＥＤについて説明する。
図１ないし図３に示すように、ＳＥＤは、それぞれ矩形状のガラス板からなる前面基板１０および背面基板１２を備え、これらの基板は約１．０〜２．０ｍｍの隙間をおいて対向配置されている。そして、前面基板１０および背面基板１２は、ガラスからなる矩形状の側壁１４を介して周縁部同志が接合され、内部が真空の扁平な真空外囲器１５を構成している。
前面基板１０の内面には画像表示面として機能する蛍光体スクリーン１６が形成されている。この蛍光体スクリーン１６は、赤、青、緑の蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂ、および遮光層１１を並べて構成され、これらの蛍光体層はストライプ状あるいはドット状に形成されている。蛍光体スクリーン１６上には、アルミニウム等からなるメタルバック１７が形成されている。
背面基板１２の内面には、蛍光体スクリーン１６の蛍光体層を励起する電子源として、それぞれ電子ビームを放出する多数の表面伝導型の電子放出素子１８が設けられている。これらの電子放出素子１８は、画素毎に対応して複数列および複数行に配列されている。各電子放出素子１８は、図示しない電子放出部、この電子放出部に電圧を印加する一対の素子電極等で構成されている。背面基板１２の内面上には、電子放出素子１８に電位を供給する多数本の配線２１がマトリック状に設けられ、その端部は真空外囲器１５の外部に引出されている。
接合部材として機能する側壁１４は、例えば、低融点ガラス、低融点金属等の封着材２０により、前面基板１０の周縁部および背面基板１２の周縁部に封着され、これらの基板同志を接合している。
図２ないし図４に示すように、ＳＥＤは、前面基板１０および背面基板１２の間に配設されたスペーサ構体２２を備えている。本実施の形態において、スペーサ構体２２は、矩形状の金属板からなるグリッド２４と、グリッドの両面に一体的に立設された多数の柱状のスペーサと、で構成されている。
詳細に述べると、グリッド２４は前面基板１０の内面と対向した第１表面２４ａおよび背面基板１２の内面と対向した第２表面２４ｂを有し、これらの基板と平行に配置されている。グリッド２４には、エッチング等により多数の電子ビーム通過孔２６および複数のスペーサ開孔２８が形成されている。電子ビーム通過孔２６は、それぞれ電子放出素子１８と対向して配列され、電子放出素子から放出された電子ビームを透過する。スペーサ開孔２８は、それぞれ電子ビーム通過孔２６間に位置し所定のピッチで配列されている。スペーサ開孔２８は、例えば径が約０．２〜０．５ｍｍの円形に形成されている。
グリッド２４は、例えば鉄−ニッケル系の金属板により厚さ０．１〜０．２５ｍｍに形成されているとともに、その表面には、金属板を構成する元素からなる酸化膜、例えば、Ｆｅ３Ｏ４、ＮｉＦｅ３Ｏ４からなる酸化膜が形成されている。
グリッド２４の第１表面２４ａ上には、各スペーサ開孔２８に重ねて第１スペーサ３０ａが一体的に立設され、その延出端は、メタルバック１７、および蛍光体スクリーン１６の遮光層１１を介して前面基板１０の内面に当接している。グリッド２４の第２表面２４ｂ上には、各スペーサ開孔２８に重ねて第２スペーサ３０ｂが一体的に立設され、その延出端は、背面基板１２の内面に当接している。各第２スペーサ３０ｂの延出端は、背面基板１２の内面上に設けられた配線２１上に位置している。
第１および第２スペーサ３０ａ、３０ｂの各々は、グリッド２４側から延出端に向かって径が小さくなった先細テーパ状に形成されている。例えば、各第１スペーサ３０ａはグリッド２４側に位置した基端の径が約０．４ｍｍ、延出端の径が約０．３ｍｍ、高さが約０．６ｍｍに形成されている。また、各第２スペーサ３０ｂはグリッド２４側に位置した基端の径が約０．４ｍｍ、延出端の径が約０．２５ｍｍ、高さが約０．８ｍｍに形成されている。このように、第１および第２スペーサ３０ａの基端の径は、いずれもスペーサ開孔２８の径よりも大きく設定されている。
第１および第２スペーサ３０ａ、３０ｂは、それぞれ所定の間隔をおいて配列され、グリッド２４の各表面の全域に渡って設けられている。各スペーサ開孔２８、第１および第２スペーサ３０ａ、３０ｂは互いに整列して位置し、第１および第２スペーサはこのスペーサ開孔２８を介して互いに一体的に連結されている。これにより、第１および第２スペーサ３０ａ、３０ｂは、グリッド２４を両面側から挟み込んだ状態でグリッド２４と一体に形成されている。
上記のように構成されたスペーサ構体２２は前面基板１０および背面基板１２間に配設されている。第１および第２スペーサ３０ａ、３０ｂは、前面基板１０および背面基板１２の内面に当接することにより、これらの基板に作用する大気圧荷重を支持し、基板間の間隔を所定値に維持している。
ＳＥＤは、グリッド２４および前面基板１０のメタルバック１７に電圧を印加する図示しない電圧供給部を備え、例えば、グリッド２４に１２ｋＶ、メタルバック１７に１０ｋＶの電圧が印加される。
上記ＳＥＤにおいて、画像を表示する場合、配線２１を介して電子放出素子１８を駆動し、任意の電子放出素子から電子ビームを放出するとともに、蛍光体スクリーン１６およびメタルバック１７にアノード電圧を印加する。電子放出素子１８から放出された電子ビームは、アノード電圧により加速され、グリッド２４の電子ビーム通過孔２６を通った後、蛍光体スクリーン１６に衝突する。これにより、蛍光体スクリーン１６の蛍光体層が励起されて発光し、画像を表示する。
次に、以上のように構成されたＳＥＤの製造方法について説明する。始めに、スペーサ構体２２を製造する製造方法および成形型について説明する。
図５および６に示すように、まず、所定寸法のグリッド２４、このグリッドとほぼ同一の寸法を有した矩形板状の上型３６ａおよび下型３６ｂを用意する。Ｆｅ−５０％Ｎｉからなる板厚０．１２ｍｍの金属板を脱脂・洗浄・乾燥した後、エッチングにより電子ビーム通過孔２６およびスペーサ開孔２８を形成しグリッド２４とする。その後、グリッド２４全体を酸化処理した後、電子ビーム通過孔２６およびスペーサ開孔２８の内面を含めグリッド表面に絶縁膜を形成する。
上型３６ａは、第１スペーサ３０ａを成形するための多数のスペーサ形成孔４０ａを有し、これらのスペーサ形成孔４０ａはグリッド２４のスペーサ開孔２８に対応して配列されている。下型３６ｂは、第２スペーサ３０ｂを成形するための多数のスペーサ形成孔４０ｂを有し、これらのスペーサ形成孔４０ｂはグリッド２４のスペーサ開孔２８に対応して配列されている。
上型３６ａおよび下型３６ｂの構成およびその製造方法について、上型３６ａを代表して詳しく説明する。
図６に示すように、成形型としての上型３６ａは、ステンレス、ポリエチレンテレフタレート等により矩形板状に形成された型本体５２ａを備えている。型本体５２ａには、グリッド２４のスペーサ開孔２８に対応する多数の透孔５４ａが形成されている。各透孔５４ａは、スペーサ形成孔よりも大きな径に形成されている。各透孔５４ａ内には、紫外線透過材料および弾性材料として、例えば、シリコーンからなる孔形成部５６ａが設けられている。この孔形成部５６ｂに、第１スペーサ３０ａに対応した形状を有するスペーサ形成孔４０ａが形成されている。これにより、スペーサ形成孔４０ａの周囲は、シリコーンによって囲まれている。
上型３６ａを製造する場合、図７Ａに示すように、まず、多数のスペーサ形成孔が高い精度で形成されたマスタ雌型６０を用意する。マスタ雌型６０は、複数枚、例えば、３枚の金属板を積層して構成され、各金属板には、スペーサ形成孔を構成する透孔がレーザー、エッチング等により高い精度で形成されている。続いて、図７Ａおよび７Ｂに示すように、マスタ雌型６０にスペーサ形成孔の大径側からシリコーン等の型形成材料を充填し、スペーサ形成孔に対応する多数の凸部６３を有したマスタ雄型６２を形成する。
次に、図７Ｃに示すように、多数の透孔５４ａが形成された型本体５２ａを用意する。この型本体５２ａにマスタ雄型６２を装着し、マスタ雄型の各凸部６３が型本体の各透孔５４ａ内にほぼ同軸的に配置されるように位置合わせする。
この状態で、図７Ｄに示すように、型本体５２ａの各透孔５４ａにシリコーンを充填する。シリコーンが硬化した後、マスタ雄型６２を離型する。これにより、図７Ｅに示すように、スペーサ形成孔４０ａを規定した孔形成部５６ａを一体に備えた上型３６ａが得られる。
下型３６ｂも、上型３６ａと同様に構成され、多数の透孔５４ｂが形成された型本体５２ｂ、シリコーンにより形成され各透孔内に設けられた孔形成部５６ｂ、および孔形成部に形成されたスペーサ形成孔４０ｂを備えている。下型３６ｂは上記と同様の方法で製造される。
上記のようにして作成された上型３６ａおよび下型３６ｂを用いてスペーサ構体２２を製造する場合、図５および図６に示すように、上型３６ａを、各スペーサ形成孔４０ａがグリッド２４のスペーサ開孔２８と整列するように位置決めし、グリッドの第１表面２４ａに密着させる。同様に、下型３６ｂを、各スペーサ形成孔４０ｂがグリッド２４のスペーサ開孔２８と整列するように位置決めし、グリッドの第２表面２４ｂに密着させる。これら上型３６ａ、グリッド２４、および下型３６ｂを図示しないクランプ機構等により互いに密着した状態に保持する。これにより、グリッド２４、上型３６ａおよび下型３６ｂからなる組立体４２が構成され、この組立体には、それぞれスペーサ形成孔４０ａ、スペーサ開孔２８、スペーサ形成孔４０ｂからなる多数の貫通孔４４が形成される。
続いて、例えば、下型３６ｂが下方に位置した状態で上記組立体４２をほぼ水平に保持し、各貫通孔４４の中心軸がほぼ鉛直方向に沿って延びるようにセットする。この状態で、例えば充填ヘッド４５を用いて、下型３６ｂの表面側から、つまり、組立体４２の下面側からペースト状のスペーサ形成材料４６を供給し、各貫通孔４４に対し下から上に向かってスペーサ形成材料を一定の圧力で充填する。
スペーサ形成材料４６としては、少なくとも紫外線硬化型のバインダ（有機成分）およびガラスフィラーを含有したガラスペーストを用いる。スペーサ形成材料４６の粘度は、例えば６０００ｃＰ〜２００００ｃＰに調整する。充填条件として、スペーサ形成材料４６の充填速度は１０ｍｍ／ｓ〜２００ｍｍ／ｓ、充填圧力は０．１ＭＰａ以下に設定する。
スペーサ形成材料４６を貫通孔４４へ充填することにより、組立体４２の上面側、すなわち、上型３６ａの上面側には各貫通孔４４から余剰のスペーサ形成材料がはみ出す。そのため、スキージ５１により組立体４２の上面を掻き取り、スペーサ形成材料４６のはみ出し部分４７を除去する。
続いて、図８に示すように、充填されたスペーサ形成材料４６に対し、例えば、紫外線ランプ等を用いて上型３６ａおよび下型３６ｂの外面側から紫外線（ＵＶ）を照射し、スペーサ形成材料をＵＶ硬化させる。その際、スペーサ形成材料４６が充填されているスペーサ形成孔４０ａ、４０ｂの周囲は、紫外線透過材料としてのシリコーンで形成された孔形成部５６ａ、５６ｂによって囲まれている。そのため、紫外線は、スペーサ形成材料４６に直接、および孔形成部５６ａ、５６ｂを透過して照射される。従って、充填されたスペーサ形成材料４６をその内部まで確実に硬化させることができる。
その後、図９に示すように、硬化したスペーサ形成材料４６をグリッド２４上に残すように、上型３６ａおよび下型３６ｂをグリッド２４から剥離する。次に、スペーサ形成材料４６が充填されているグリッド２４を加熱炉内で熱処理し、スペーサ形成材料内からバインダを飛ばした後、約５００〜５５０℃で３０分〜１時間、スペーサ形成材料を本焼成する。これにより、グリッド２４上に第１および第２スペーサ３０ａ、３０ｂが作り込まれたスペーサ構体２２が得られる。
ＳＥＤの製造においては、予め、蛍光体スクリーン１６およびメタルバック１７の設けられた前面基板１０と、電子放出素子１８および配線２１が設けられているとともに側壁１４が接合された背面基板１２と、を用意しておく。
続いて、上記のようにして得られたスペーサ構体２２を背面基板１２上に位置決め配置する。この状態で、前面基板１０、背面基板１２、およびスペーサ構体２２を真空チャンバ内に配置し、真空チャンバ内を真空排気した後、側壁１４を介して前面基板を背面基板に接合する。これにより、スペーサ構体２２を備えたＳＥＤが製造される。
以上のように構成されたスペーサ構体の製造方法および成形型によれば、スペーサ形成孔４０ａ、４０ｂの周囲は、紫外線透過材料としてのシリコーンで形成された孔形成部５６ａ、５６ｂによって囲まれている。そのため、スペーサ形成材料を硬化させる場合、照射された紫外線は、孔形成部５６ａ、５６ｂを透過し、スペーサ形成材料４６の深部まで到達し、充填されたスペーサ形成材料４６をその内部まで確実に硬化させることができる。これにより、スペーサを所望形状に形成し、充分な強度を持ったスペーサを得ることができる。
加熱硬化を利用することなく紫外線照射のみでスペーサ形成材料を硬化させることが可能となる。これにより、スペーサ形成材料を硬化させる際、加熱、冷却によるグリッドと成形型との間の温度分布差、グリッドと成形型界面との位置ずれ等の発生を防止することができる。従って、スペーサの破壊を生じることなく、高い精度でスペーサ構体を製造することができるとともに、製造コストの低減を図ることが可能となる。同時に、グリッド材料と成形型材料との熱膨張率、温度管理を厳密に行う必要がなく、スペーサ構体の生産性を上げることができる。
一方、上型３６ａおよび下型３６ｂを樹脂、ガラス等にて製作する方法も考えられる。しかし、製造コストを考慮すると、上型および下型は繰り返し使用可能であることが前提となり、当然、機械的強度の高さも求められる。
ＳＥＤの真空外囲器は、第１および第２スペーサ３０ａ、３０ｂにより大気圧を支える構造であり、これらのスペーサはそれぞれ高さ精度が重要となる。そのため、スペーサ高さ精度低下の原因となる上型３６ａおよび下型３６ｂの表面の摩耗を制限する必要がある。従って、上型３６ａおよび下型３６ｂ全体を樹脂、ガラスで形成することは困難となる。
これに対して、上記実施形態によれば、成形型は、スペーサ形成孔周辺の最小限範囲のみが紫外線透過材料で構成され、他の大部分ついては、金属等の機械強度の高い材料を使用可能であり、機械的剛性、耐摩耗性の点を大幅に改善することが可能となる。
上述した実施形態では、スペーサ形成材料として紫外線硬化材料を用いたが、熱硬化型のスペーサ形成材料を用いることもできる。すなわち、スペーサ形成材料４６として、例えば、熱硬化型のバインダおよびガラスフィラーを含有したガラスペーストを用いることができる。
この場合、前述した実施形態と同様のグリッド２４、上型３６ａおよび下型３６ｂを用いて組立体４２を構成し、貫通孔４４にスペーサ形成材料４６を充填する。続いて、組立体４２を加熱してスペーサ形成材料を加熱硬化させた後、グリッド２４から上型３６ａおよび下型３６ｂを分離する。
次に、スペーサ形成材料４６が充填されているグリッド２４を加熱炉内で熱処理し、スペーサ形成材料内からバインダを飛ばした後、約５００〜５５０℃で３０分〜１時間、スペーサ形成材料を本焼成する。これにより、グリッド２４上に第１および第２スペーサ３０ａ、３０ｂが作り込まれたスペーサ構体２２が得られる。
この方式の場合、スペーサ形成材料４６を加熱硬化する際、グリッド２４、上型３６ａ、下型３６ｂの温度分布、熱膨張率の差から、グリッド表面と上型および下方表面との界面において面方向の位置ずれが生じ易い。しかしながら、本実施形態によれば、上型３６ａおよび下型３６ｂにおいて、スペーサ形成孔４０ａ、４０ｂの周囲に設けられた孔形成部５６ａ、５６ｂは、弾性材料としてのシリコーンにより形成されている。そのため、グリッドと成形型との間で面方向の位置ずれが生じた場合でも、孔形成部５６ａ、５６ｂが弾性変形することにより、加熱硬化されたスペーサ形成材料４６に作用する負荷を吸収することができる。従って、上述した位置ずれに起因するスペーサの破壊を防止することができる。その結果、スペーサ形成材料の加熱硬化を行う際、急加熱および急冷却が可能となり、製造効率の向上を図ることができる。
上記実施形態においては、グリッドに成形型を密着させて組立体を形成した後、成形型のスペーサ形成孔にスペーサ形成材料を充填する構成とした。しかし、成形型のスペーサ形成孔にスペーサ形成材料を充填した後、この成形型をグリッドに密着させ、組立体を形成する構成としてもよい。
スペーサの径や高さ、その他の構成要素の寸法、材質等は上述した実施の形態に限定されることなく、必要に応じて適宜選択可能である。同様に、スペーサ形成材料、充填条件は必要に応じて種々選択可能である。成形型の孔形成部に用いる紫外透過材料としては、シリコーンに限定されることなく、ポリカーボネイト、アクリル等を使用することもできる。
スペーサ構体において、グリッドはスペーサ開孔を持たない構成としても良い。また、第１および第２スペーサは、同軸的に設けられている必要はなく、グリッドの面方向に互いにずれた位置に設けられてもよい。また、スペーサ構体において、スペーサは、グリッドの一方の表面上にのみ設けられていてもよい。この場合、成形型を使用するのはグリット片面側のみでよく、この成形型をグリッドに密着させて組立体を形成する。
次に、この発明の第２の実施形態に係るスペーサ構体の製造方法および製造装置について説明する。なお、本製造方法を用いて製造されるスペーサ構体を備えたＳＥＤは、前述した実施形態と同様に構成されている。但し、図１０に示すように、スペーサ構体２２のグリッド２４はスペーサ開孔を持たず、第１および第２スペーサ３０ａ、３０ｂは、電子ビーム通過孔２６の間で、グリッドの表面上に一体的に立設されている。ＳＥＤの他の構成は、前述した実施形態と同一であり、同一の部分には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
第２の実施形態に係る製造方法では、図１１に示すように、まず、所定寸法のグリッド２４、およびこのグリッドとほぼ同一の寸法を有した矩形板状の上型３６ａおよび下型３６ｂを用意する。この場合、Ｆｅ−５０％Ｎｉからなる板厚０．１２ｍｍの金属板を脱脂、洗浄、乾燥した後、エッチングにより電子ビーム通過孔２６を形成しグリッド２４とする。グリッド２４全体を酸化処理した後、電子ビーム通過孔２６の内面を含めグリッド表面にガラス等を含む絶縁膜を形成する。
図１１および図１２に示すように、成形型としての上型３６ａおよび下型３６ｂは、紫外線を透過する透明な材料、例えば、透明シリコーン、透明ポリエチレンテレフタレート等により平坦な板状に形成する。上型３６ａは、グリッド２４に当接される平坦な当接面４１ａと、第１スペーサ３０ａを成形するための多数の有底のスペーサ形成孔４０ａと、を有している。スペーサ形成孔４０ａはそれぞれ当接面４１ａに開口しているとともに、所定の間隔を置いて配列されている。
本実施の形態において、上型３６ａは、例えば、長手方向において４つの分割片３７ａに分割して構成され、これら分割片は互いに分割および接合可能に形成されている。各分割片３７ａは細長い矩形板状をなし、スペーサ形成孔４０ａは、それぞれ分割片３７ａの長手方向に沿って延びた複数の列を形成している。
下型３６ｂは、平坦な当接面４１ｂと、第２スペーサ３０ｂを成形するための多数の有底のスペーサ形成孔４０ｂと、を有している。スペーサ形成孔４０ｂはそれぞれ当接面４１ｂに開口しているとともに、所定の間隔を置いて配列されている。また、下型３６ｂは、図示しない４つの分割片を接続して構成されている。
続いて、図７および図８に示すように、上型３６ａおよび下型３６ｂの分割片３７ａとほぼ同一の寸法に形成された細長い矩形板状の隔壁板７０を用意する。隔壁板７０には複数のスリット７２が形成され、それぞれ隔壁板の長手方向に沿って延びている。各スリット７２は、それぞれ分割片３７ａに形成されているスペーサ形成孔４０ａの孔径よりも僅かに大きな幅を有している。分割片３７ａの幅方向に沿ったスリット７２のピッチは、分割片の幅方向に沿ったスペーサ形成孔のピッチとほぼ同一に形成されている。
隔壁板７０を分割片３７ａの当接面４１ａ上に配置し、当接面に密着させる。この際、隔壁板７０の各スリット７２が分割片３７ａのスペーサ形成孔４０ａと対向するように隔壁板７０を位置決めし装着する。これにより、分割片３７ａの幅方向において、各スペーサ形成孔４０ａの両側には、隔壁板７０により形成された隔壁が配置されている。下型３６ｂの分割片についても同様に、隔壁板７０を装着する。
図１５および図１６に示すように、分割片３７ａに装着された隔壁板７０の各スリット７２にスペーサ形成材料４６を充填し、各スペーサ形成孔４０ａの開口部近傍に供給する。スペーサ形成材料４６としては、少なくとも紫外線硬化型のバインダ（有機成分）およびガラスフィラーを含有したガラスペーストを用いる。ガラスペーストの比重、粘度は適宜選択する。
次に、スペーサ形成材料４６が供給された分割片３７ａおよび隔壁板７０を複数、例えば、２組用意し、充填装置８０に装着する。この充填装置８０は、ほぼ水平に延びた矩形板状のロータ８２と、ロータの長手方向中心部を支持しているとともに鉛直に延びた回転軸Ｄの回りでロータを回転させる回転機構８４と、を備えている。ロータ８２の長手方向両端部には、支持部材として機能する板状の支持ブラケット８６が固定されている。支持ブラケット８６は、それぞれ垂直に延びているとともに回転軸Ｄを挟んで互いに平行に対向している。各支持ブラケット８６と回転軸Ｄとの距離は、例えば、５００ｍｍ程度に設定されている。各支持ブラケット８６の内面は、支持部として機能する平坦な支持面８６ａを構成している。
２組の分割片３７ａおよび隔壁板７０を図示しないクランパ等を用いて支持ブラケット８６にそれぞれ取付け、分割片の裏面側を支持ブラケット８６の支持面８６ａに密着させる。これにより、分割片３７ａの当接面４１ａおよび隔壁板７０は回転軸Ｄと平行に延び、かつ、回転軸側を向いた状態となる。また、隔壁板７０のスリット７２が回転軸Ｄと平行に位置するように、分割片３７ａおよび隔壁板７０を支持ブラケット８６に装着する。これにより、図１６からよく分かるように、分割片３７ａの当接面４１ａは、回転軸Ｄを中心とする円に対して接線方向に延びている。同時に、当接面４１ａ上において、隔壁板７０により形成された隔壁は、上記接線方向に隙間を置いて並んでいるとともに各スペーサ形成孔４０ａの両側に位置している。
続いて、回転機構８４によりロータ８２を所定の回転速度、例えば、７００〜８００ｒｐｍで１〜５分程度回転させる。これにより、図１６および図１７に示すように、スペーサ形成材料４６に遠心力が発生する。同時に、この遠心力は、分割片３７ａに形成されたスペーサ形成孔４０ａ内の空気を押しだす脱泡作用を発生させる。従って、スペーサ形成孔４０ａ内の空気がスペーサ形成材料４６と置換され、スペーサ形成材料４６がスペーサ形成孔４０ａ内に充填される。
また、図１６に示したように、成形型の分割片３７ａは平板形状であるため、回転している間、回転軸Ｄに対して法線方向に位置したスペーサ形成孔４０ａ以外のスペーサ形成孔付近に供給されたスペーサ形成材料４６には、法線方向以外の力、すなわち、分割片３７ａから外部へ流出する方向の力が作用する。しかし、本実施形態では、隔壁板７０により各スペーサ形成孔４０ａの両側に位置した隔壁を形成し、スペーサ形成材料４６の流出を規制しながら、分割片３７ａを回転させている。そのため、スペーサ形成材料４６は、外部に流出ことなくスペーサ形成孔４０ａに充填される。更に、遠心力を利用することにより、予めスペーサ形成材料４６に混入していた空気成分を脱泡でき、気泡を含まないスペーサ形成材料を分割片３７ａのスペーサ形成孔４０ａに充填することができる。
以上の工程により、２枚の分割片３７ａのスペーサ形成孔４０ａに対し、スペーサ形成材料４６を同時に充填する。充填後、充填装置８０の支持ブラケット８６から分割片３７ａを取外し、更に、分割片から隔壁板７０を取り外す。その後、図８２に示すように、分割片３７ａの当接面４１ａをスキージ８７によって擦り、スペーサ形成孔４０ａから溢れている余剰のスペーサ形成材料４６を掻き取る。
上記と同様の工程と繰り返して４枚の分割片３７ａのスペーサ形成孔４０ａにスペーサ形成材料４６を充填した後、これら分割片を互いに接合して１つの上型３６ａを形成する。上記と同様の工程により、スペーサ形成孔４０ｂにスペーサ形成材料４６が充填された下型３６ｂを用意する。
続いて、図１９に示すように、スペーサ形成材料４６が充填された上型３６ａおよび下型３６ｂをグリッド２４に密着させ組立体４２を形成する。この場合、スペーサ形成孔４０ａがグリッド２４の電子ビーム通過孔２６間に位置するように上型３６ａを位置決めし、当接面４１ａをグリッド２４の第１表面２４ａに密着させる。同様に、下型３６ｂを、各スペーサ形成孔４０ｂが電子ビーム通過孔２６間に位置するように位置決めし、当接面４１ｂをグリッド２４の第２表面２４ｂに密着させる。これにより、グリッド２４、上型３６ａおよび下型３６ｂからなる組立体４２を構成する。組立体４２において、上型３６ａのスペーサ形成孔４０ａと下型３６ｂのスペーサ形成孔４０ｂとは、グリッド２４を挟んで対向して配列されている。
その後、図２０に示すように、組立体４２を偏平な真空容器５０内に配置し、大気圧を利用して上型３６ａおよび下型３６ｂをグリッド２４に密着させる。ここで真空容器５０について詳細に説明する。
真空容器５０は、それぞれ矩形板状に形成された第１主壁５２および第２主壁５４を有し、これらの第１および第２主壁は隙間をおいて対向配置されている。第１および第２主壁５２、５４の周縁部間には矩形枠状の側壁５５が設けられている。側壁５５は第１主壁５２の内面周縁部に気密に固定され、第１主壁に対してほぼ垂直に立設されている。側壁５５の自由端、ここでは、上端は、Ｏリング５６を介して第２主壁５４の内面周縁部に気密に当接している。真空容器５０内部は、第２主壁５４の周縁部に設けられた排気バルブ５７を介して、真空ポンプ５８に接続されている。
第１および第２主壁５２、５４は、グリッド２４よりも大きな平面寸法に形成されている。また、第１および第２主壁５２、５４は、弾性変形可能であるとともに紫外線を透過可能な材料、例えば、透明シリコーン、透明ポリエチレンテレフタレート、ガラス等によって形成されている。後述するように、組立体４２全体が均一に加圧されるように、第１および第２主壁５２、５４の内面には、ほぼ全面に渡って凹凸部が形成されている。
上記のように構成された真空容器５０を用いて組立体４２を挟持する場合、まず、第２主壁５４を取り外した状態で、第１主壁５２の内面上に圧力拡散板６０ａを敷設する。この圧力拡散板６０ａ上に組立体４２を載置し、例えば、下型３６ｂを第１主壁５２と対向させる。
次に、組立体４２の上に圧力拡散板６０ｂを配置し、更に、第２主壁５４を重ねて配置し、組立体４２の上型３６ａと対向させるとともに周縁部をＯリング５６に重ね合わせる。なお、圧力拡散板６０ａ、６０ｂは紫外線透過材料により形成されている。
この状態で、排気手段としての真空ポンプ５８を作動させ、真空容器５０内を所定の真空度となるまで排気した後、排気バルブ５７を閉じて真空容器内を真空に維持する。真空容器５０内が真空になると、真空容器の第１および第２主壁５２、５４に対して大気圧が作用する。そのため、第１および第２主壁５２、５４は、内部に配置された組立体４２を両面側から押圧し、上型３６ａおよび下型３６ｂをグリッド２４に密着させる。
この際、前述した通り、真空容器５０の第１および第２主壁５２、５４は弾性変形可能な材料で形成されているため、組立体４２に沿って弾性変形し上型３６ａおよび下型３６ｂに密着する。また、第１および第２主壁５２、５４の内面は凹凸に形成されている。そのため、大気圧はそれぞれ圧力拡散板６０ａ、６０ｂを介して上型３６ａおよび下型３６ｂの全面に均一に作用する。従って、グリッド２４、上型３６ａおよび下型３６ｂは、極めて良好な密着状態に維持される。
上記のように大気圧を利用してグリッド２４、上型３６ａおよび下型３６ｂを密着させた状態で、真空容器５０の外側に配置された紫外線ランプ６２ａ、６２ｂから第１および第２主壁５２、５４に向けて紫外線（ＵＶ）を照射する。ここで、真空容器５０の第１および第２主壁５２、５４、圧力拡散板６０ａ、６０ｂ、上型３６ａおよび下型３６ｂはそれぞれ紫外線透過材料で形成されている。そのため、紫外線ランプ６２ａ、６２ｂから照射された紫外線は、真空容器５０の第１および第２主壁５２、５４、圧力拡散板６０ａ、６０ｂ、上型３６ａおよび下型３６ｂを透過し、充填されたスペーサ形成材料４６に照射される。これにより、組立体４２の極めて良好な密着を維持した状態で、スペーサ形成材料４６を紫外線硬化させることができる。
続いて、真空容器５０の真空を解除し、組立体４２を真空容器から取り出す。この際、第２主壁５４はＯリング５６に接触しているのみであることから、真空を解除することにより真空容器を容易に開放することができる。その後、図２１に示すように、硬化したスペーサ形成材料４６をグリッド２４上に残すように、上型３６ａおよび下型３６ｂをグリッド２４から剥離する。次に、スペーサ形成材料４６が設けられたグリッド２４を加熱炉内で熱処理し、スペーサ形成材料内からバインダを飛ばした後、約５００〜５５０℃で３０分〜１時間、スペーサ形成材料を本焼成する。これにより、グリッド２４上に第１および第２スペーサ３０ａ、３０ｂが作り込まれたスペーサ構体２２が得られる。
一方、ＳＥＤの製造においては、予め、蛍光体スクリーン１６およびメタルバック１７の設けられた前面基板１０と、電子放出素子１８および配線２１が設けられているとともに側壁１４が接合された背面基板１２と、を用意しておく。
続いて、上記のようにして得られたスペーサ構体２２を背面基板１２上に位置決め配置する。この状態で、前面基板１０、背面基板１２、およびスペーサ構体２２を真空チャンバ内に配置し、真空チャンバ内を真空排気した後、側壁１４を介して前面基板を背面基板に接合する。これにより、スペーサ構体２２を備えたＳＥＤが製造される。
以上のように構成されたスペーサ構体の製造方法、充填装置および真空容器によれば、成形型のスペーサ形成孔外部にスペーサ形成材料を付着させた後、成形型を回転させ、遠心力を利用して、スペーサ形成孔内部の空気とスペーサ形成材料とを置換させる。これにより、微細なスペーサ形成孔に対して、スペーサ形成材料を確実に充填することができる。従って、所望形状および所望高さのスペーサを高い精度で形成することが可能となる。また、遠心力を利用することにより、充填時、スペーサ形成材料に混入している空気成分を脱泡し、気泡のない高品質のスペーサを形成することができる。
また、グリッド２４の両面に上下の成形型３６ａ、３６ｂを密着させて組立体４２を構成し、この組立体を、弾性変形可能な扁平な真空容器５０内に配置し、真空容器内を真空に排気している。そして、真空容器５０に作用する大気圧により、真空容器の第１および第２主壁５２、５４を組立体４２に押し当てて弾性変形させ、グリッド２４と上下の成形型３６ａ、３６ｂとを密着させる圧力を発生させている。これにより、グリッド２４と上下の成形型３６ａ、３６ｂとを極めて高い密着状態に維持することができる。従って、上下の成形型３６ａ、３６ｂに充填されたスペーサ形成材料４６が成形型とグリッド２４との間に漏れでることを確実に防止し、所望形状および所望高さのスペーサを高い精度で形成することが可能となる。
また、グリッドと成形型とを密着させる目的で多数の挟持部材を配置しかつ各挟持部材に大きな挟持圧力を印加する必要がなく、製造工程の簡略化および真空容器の小型化、簡略化を図ることができる。
スペーサ形成材料として紫外線硬化成分を含む材料を使用し、かつ、真空容器５０の第１および第２主壁および上下の成形型を紫外線透過材料で構成することにより、組立体４２を極めて高い密着状態に維持したまま、スペーサ形成材料４６に紫外線を照射し紫外線硬化させることが可能となる。従って、所望形状のスペーサを有したスペーサ構体を高い精度で、かつ、従来に比較して効率良く製造することが可能となる。
なお、第２の実施形態において、スペーサの径や高さ、その他の構成要素の寸法、材質等は上述した実施の形態に限定されることなく、必要に応じて適宜選択可能である。同様に、スペーサ形成材料は必要に応じて種々選択可能である。
真空容器および成形型に用いる紫外線透過材料としては、シリコーン、ポリエチレンテレフタレート、ガラス等に限定されることなく、ポリカーボネイト、アクリル等を使用することもできる。また、成形型の形成材料としては、アクリル、ナイロン、ＡＢＳ樹脂、テフロン（登録商標）等を使用することもできる。
スペーサ構体において、第１および第２スペーサは、同軸的に整列して設けられている必要はなく、グリッドの面方向に互いにずれた位置に設けてもよい。更に、スペーサ構体は、ＳＥＤに限らず、他の画像表示装置に適用することも可能である。
第２の実施形態において、成形型は４つの分割片で構成したが、分割数は必要に応じて増減可能であり、また、分割することなく１枚の成形型を用いてもよい。成形型は板状に限らず、必要に応じて他の形状としてもよい。
更に、上述した実施形態において、充填装置は鉛直に延びた回転軸Ｄを有する構成としたが、これに限らず、水平に延びた回転軸Ｄを有する構成としてもよい。図２２に示す第３の実施形態によれば、充填装置８０は、水平な回転軸Ｄの回りで回転自在に設けられたロータ８２と、ロータを支持しているとともに回転軸Ｄの回りで回転させる回転機構８４と、を備えている。ロータ８２は、ほぼ鉛直に延びた一対の矩形板状の回転アーム９０と、一対の板状の支持ブラケット８６と、を有している。支持ブラケット８６は、一対の回転アーム９０の長手方向両端部間にそれぞれ固定され、それぞれ水平に延びているとともに回転軸Ｄを挟んで互いに平行に対向している。各支持ブラケット８６と回転軸Ｄとの距離は、例えば、５００ｍｍ程度に設定されている。
回転機構８４は、各回転アーム９０の中心に連結された回転ロッド９２を備えている。回転ロッド９２は、回転軸Ｄと同軸的に回転アームの外方へ延出し、それぞれ支持ポスト９４により回転自在に支持されている。各支持ポスト９４には、回転ロッド９２を回転させる図示しない駆動機構が設けられている。そして、回転ロッド９２を回転駆動することにより、ロータ８２が所定の速度で回転される。
充填装置８０を用いて成形型のスペーサ形成孔にスペーサ形成材料４６を充填する場合、前述した実施形態と同様に、それぞれスペーサ形成材料４６が供給された２組の分割片３７ａおよび隔壁板７０を図示しないクランパ等を用いて支持ブラケット８６に装着する。この際、分割片３７ａの裏面側を支持ブラケット８６の支持面８６ａに密着させる。これにより、分割片３７ａの当接面４１ａおよび隔壁板７０は回転軸Ｄと平行に延び、かつ、回転軸側を向いた状態で、支持ブラケット８６に装着される。また、隔壁板７０のスリット７２が回転軸Ｄと平行に位置するように、分割片３７ａおよび隔壁板７０を支持ブラケット８６に装着する。
この状態で、ロータ８２を所定の回転速度、例えば、７００〜８００ｒｐｍで１〜５分程度回転させる。これにより、スペーサ形成材料４６に遠心力が発生し、スペーサ形成材料は分割片３７ａに形成されたスペーサ形成孔４０ａに充填される。なお、他の構成は前述した第２の実施形態と同一であり、同一の部分は同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
上記のように構成された充填装置８０を用いた場合でも、前述した第２の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
上述した第２および第３の実施形態において、充填装置に２つの成形型を装着してスペーサ形成材料を同時に充填する構成としたが、これに限らず、１つ、あるは３つ以上の成形型を充填装置に装着してスペーサ形成材料を充填する構成としてもよい。また、充填装置の支持部材を複数個とする場合、これらの支持部材は回転軸の周囲に設けられる。あるは、回転軸と同軸的に設けられた１つの環状の支持部材を設け、この支持部材に複数の成形型を装着する構成としてもよい。更に、成形型の分割片の幅、つまり、回転方向に対して接線方向に沿った幅が短い場合、隔壁板を省略することも可能である。
上述した実施形態では、板状部材としてグリッドを用い、このグリッドの両面上にスペーサに設けたスペーサ構体について説明したが、板状部材は、グリッドに限らず、ガラス板等の他の板材を用いても良い。更に、板状部材の両面に限らず、片面のみにスペーサを設ける構成としてもよい。この場合、使用する成形型は１つでよく、この成形型をグリッドの一方の表面に密着させて組立体を形成すればよい。他の製造工程は、前述した第２の実施形態と同様に行うことができる。
【産業上の利用可能性】  以上詳述したように、本発明によれば、高い精度で効率良くスペーサ構体を製造することが可能なスペーサ構体の製造方法、スペーサ形成材料の充填方法、スペーサ形成材料の充填装置、成形型、および真空容器を提供することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【国際調査報告】
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