(57)【要約】  本発明は、画素とエミッタの相対的な位置ずれを抑制しつつ外囲器の軽量化を達成することを課題とする。さらに前面ガラス部の耐電子線ブラウニング特性を向上させ、ガラスの溶解性及び成形性の向上を図ることを課題とする。本発明は、混合アルカリガラスからなり、前面ガラス部について、ひずみ点をＴＳＦ（℃）、線熱膨張係数をαＦ（／℃）、密度をｄＦ（ｇ／ｃｍ３）、ガラスの粘度ηＦが１０２（ｄＰａ・ｓ）を示すときの温度をＴη２（℃）とし、背面ガラス部について、ひずみ点をＴＳＲ（℃）、密度をｄＲ（ｇ／ｃｍ３）、線熱膨張係数をαＲ（／℃）、とするとき、４６０≦ＴＳＦ≦５０５、５５０≦ＴＳＲ＜６００、｜αＦ−αＲ｜≦５×１０−７、２．４５≦ｄＦ≦２．６、ｄＦ≦ｄＲ、及びＴη２≦１５００を満足するＦＥＤ用外囲器を提供する。
2007099974.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像を表示するための前面ガラス部と、エミッタを形成するための背面ガラス部とを有するフィールドエミッションディスプレイ用外囲器であって、
前記前面ガラス部及び背面ガラス部は混合アルカリガラスからなり、
前記前面ガラス部の、ひずみ点をＴＳＦ（℃）、線熱膨張係数をαＦ（／℃）、密度をｄＦ（ｇ／ｃｍ３）、ガラスの粘度が１０２（ｄＰａ・Ｓ）を示すときの温度をＴη２（℃）とし、前記背面ガラス部の、ひずみ点をＴＳＲ（℃）、線熱膨張係数をαＲ（／℃）、密度をｄＲ（ｇ／ｃｍ３）、とするとき、
４６０≦ＴＳＦ≦５０５、
５５０≦ＴＳＲ＜６００、
｜αＦ−αＲ｜≦５×１０−７、
２．４５≦ｄＦ≦２．６、
ｄＦ≦ｄＲ、及び
Ｔη２≦１５００、
を満足することを特徴とするフィールドエミッションディスプレイ用外囲器。
【請求項２】
前記前面ガラス部を構成する各成分の酸化物基準の含有率が、質量百分率表示で実質的に、
６０≦ＳｉＯ２ ≦７３、
０≦Ａｌ２Ｏ３  ≦２．５、
８≦ＭｇＯ＋ＣａＯ  ≦１２、
０．１５≦ＭｇＯ／ＣａＯ  ≦２．３、
０≦ＳｒＯ  ≦３、
０≦ＢａＯ  ≦３、
０≦ＺｎＯ    ≦６、
０．５≦Ｎａ２Ｏ  ≦４、
４≦Ｋ２Ｏ     ≦１２、
１≦Ｌｉ２Ｏ  ≦３、
０≦ＺｒＯ２   ≦２．５、
０≦ＴｉＯ２   ≦２、
０≦ＣｅＯ２   ≦１、
０≦Ｓｂ２Ｏ３  ≦０．５
であり、
モル百分率表示で、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ及びＬｉ２Ｏの含有率の合計をＲ２Ｏとするとき、１１≦Ｒ２Ｏ≦１４、及び０．１２≦Ｎａ２Ｏ／Ｒ２Ｏ  ≦０．４５を満足する請求項１記載のフィールドエミッションディスプレイ用外囲器。
【請求項３】
前記前面ガラス部に含まれるアルカリ金属酸化物の含有率が、質量百分率表示で実質的に、２．０≦０．２１Ｎａ２Ｏ＋０．０６５Ｋ２Ｏ＋０．７２６Ｌｉ２Ｏ≦２．８なる関係を満足するものである請求項２記載のフィールドエミッションディスプレイ用外囲器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子の電界放出を利用するフィールドエミッションディスプレイ（以下、「ＦＥＤ」という）に用いる複数のガラス部材からなる外囲器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、テレビジョン放送受像装置（以下、「テレビ」という）として、陰極線管（以下、「ＣＲＴ」という）を用いたテレビに替わり、液晶ディスプレイ（以下、「ＬＣＤ」という）やプラズマディスプレイパネル（以下、「ＰＤＰ」という）等の平板ディスプレイ（フラットパネルディスプレイ。以下、「ＦＰＤ」という）に対する需要が高まっている。【０００３】
前記のＬＣＤやＰＤＰ以外のＦＰＤとしてはＦＥＤが知られている。なお、ＦＥＤに類似したディスプレイとして表面伝導型電子放出ディスプレイ（以下、「ＳＥＤ」という）が知られているが、ここでは、ＳＥＤもＦＥＤの一種として説明する。【０００４】
電子放出の原理を用いたＦＥＤは、ＰＤＰ、ＣＲＴ及びＬＣＤに比べて消費電力が小さく、かつＬＣＤ等に比べて高輝度・高精細で、視野角が広く見やすいことが特徴であり普及が期待されている。【０００５】
ＦＥＤは、前面ガラス部（前面基板）の表面上に形成した蛍光体画素と、背面ガラス部（背面基板）の表面上に形成した微小なエミッタ（電子放出源）又はそれらを複数個配列したエミッタアレイとを対にしてほぼ一定の距離を保ってマトリクス状に対向配置させた構造を有する。前面ガラス部と背面ガラス部は、気密性を有する状態に封着されてその内部が真空（１０−４〜１０−７Ｐａ）に維持されている。エミッタとしては、Ｓｐｉｎｄｔ型、カーボンナノチューブ型等、数多くが提案されている。【０００６】
そして、真空中で前記エミッタから放出された電子線をゲート電極で制御した後、数ｋＶから１０ｋＶ程度の範囲のアノード電圧を印加して加速し、次いで加速した電子線の照射により蛍光体を励起・発光させて画像を表示する。【０００７】
前述のように、ＦＥＤにおいては前面ガラス部の内側表面上に塗布された蛍光体に高速電子線が照射されるが、前記電子線の一部は蛍光体を貫通し、ガラス表面から数μｍの深さの内部へ堆積する。その結果、電子線によって前面ガラス部にブラウニング（褐色化）が生じる問題がある。【０００８】
このため、前面ガラス部には画像品質を損なわない高い光学的外観品質に加えて、前記の電子線によるブラウニングを抑制すること（耐電子線ブラウニング特性）が求められる。また、前記のように数ｋＶから１０ｋＶ程度のアノード電圧を印加することから、電圧破壊を招かないよう前面ガラス部や背面ガラス部には高い電気抵抗が求められる。【０００９】
一般的なＦＥＤの外囲器は、平板状の前面ガラス部と、平板状の背面ガラス部とを対向配置させ、さらに側壁を形成する略矩形状の外枠とから構成され、各部材が封着材を用いて気密封着される。また、前面ガラス部と外枠を一体化した浅い箱型の構造や、背面ガラス部と外枠とを一体化した構造も提案されている。【００１０】
エミッタや電極を背面ガラス部上に形成する方法としては、高温下で行われるＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等が用いられている。ＣＶＤ法によって形成するエミッタとしては、カーボンナノチューブを用いたもの等が挙げられる。このような工程において背面ガラス部は、繰り返し５００〜５８０℃程度の温度となるため、高温に起因するガラスの熱変形、熱収縮及び熱的損傷を防止する必要がある。【００１１】
一方、前面ガラス部の表面上に画素や電極を形成する工程では、蛍光体形成の際に用いる有機溶媒を熱分解するために熱処理が施されるが、その温度は高くても３５０℃程度である。また前面ガラス部及び背面ガラス部、又は前面ガラス部及び外枠は、一般的に４５０℃以下の温度で封着される。さらには、封着後の排気工程（表面吸着ガスを十分脱離させることが可能な温度で熱処理を施す工程）の温度は３００℃から３８０℃程度の範囲である。【００１２】
すなわち、全プロセスを通して前面ガラス部は背面ガラス部の熱処理における最高温度よりも低い温度で処理される。言い換えると、前面ガラス部と背面ガラス部とを比較した場合、より高温で繰り返し熱処理を受ける背面ガラス部の方が、前面ガラス部よりも大きな熱収縮が生じる。したがって、画素が形成された前面ガラス部とエミッタが形成された背面ガラス部とを封着して外囲器を組み立てた後において、両ガラス間の熱収縮率の差異に起因して、対向している画素とエミッタの相対的な位置関係にずれを生じる。なお、本発明において単に「位置ずれ」と言う場合は、前面ガラス部と背面ガラス部との熱収縮率の差異に起因して生じる、対向する画素とエミッタとの相対的な位置ずれをいう。そして、前記位置ずれの結果として、エミッタから放出された電子線が所定画素以外の位置に衝突し、色純度不良の発生を招き、画質上致命的な問題を引き起こす懸念がある。【００１３】
ガラスのひずみ点（strain point）は、当該ガラスの粘度ηが１０１４．６ｄＰａ・Ｓを示す温度として定義されている。ひずみ点以下では、実質的にガラスが粘性流動を起こさない状態であると定義されている。すなわち、前記の熱処理がガラスのひずみ点以上の高温で行われる場合、ガラスの熱収縮率は無視できない。例えば、単純マトリクスＬＣＤやＣＲＴに用いられているガラスは、ひずみ点が前記のＣＶＤ法における熱処理温度（５００〜５８０℃）を大幅に下回るため熱処理後のガラスの収縮量が大きく、ＦＥＤの背面ガラス部に用いることは不適切である。【００１４】
これに対して、高ひずみ点ガラスは前記のように高温処理を経ても低ひずみ点ガラスに比べて熱収縮量が小さいという利点がある。このことから、背面ガラス部にはひずみ点が前記のＣＶＤ法における熱処理温度と同程度の温度範囲（５００〜５８０℃）又は少し高い温度範囲（５７０℃〜６００℃）にある高ひずみ点ガラスを用いている。また、熱収縮、利便性、線熱膨張係数の整合性も考慮して、従来は前面ガラス部にも背面ガラス部と同じ高ひずみ点ガラスを用いてきた。【００１５】
しかし、背面ガラス部におけるエミッタ形成プロセスでの処理温度と比較すると、前面ガラス部における画素形成プロセスやその後の熱処理プロセスでの処理温度は低温であるため、前面ガラス部の熱収縮率は比較的小さい。したがって、たとえ前面ガラス部として低ひずみ点ガラスを採用しても、前面ガラス部と背面ガラス部の熱収縮率の差が許容範囲内に収まる可能性があるにもかかわらず、十分な検討がなされていなかった。【００１６】
他方、高ひずみ点ガラスを製造する場合、低ひずみ点ガラスに比べてガラスの溶融温度（ガラスの溶融温度は、一般的に、ガラスの粘度ηＦが１０２ｄＰａ・Ｓを示すときの温度と定義される。）が高くなる。そのため、ガラスの溶解に必要な熱量が増加するだけでなく、ガラス原料とガラス溶解窯の炉壁との反応性が高まり種々のガラス欠点を派生させ商品性を損なう。加えてガラス溶解窯の炉壁に用いる耐熱煉瓦の熱的損傷が激しくなり、溶解窯の寿命を短くする問題がある。【００１７】
前面ガラス部と前記外枠とを一体化した構造の外囲器の場合、前面ガラス部は略開口状の箱のような三次元形状となる。そのため、前面ガラス部の製法としてはフロート法等の従来の平板ガラスの製法よりもプレス成型法が適している。プレス成型法は、数種類の金型を用いて金型内に充填した高温のガラス塊（ゴブ）を押圧して成型する方法である。【００１８】
前記プレス成型法は、成型開始時から成型終了時にかけてガラスを冷却しながら成型する方法であって、一般的に、成型開始時の粘度はおよそ１０２．５〜１０７ｄＰａ・Ｓであり、成型終了時の粘度は１０１０〜１０１１ｄＰａ・Ｓ程度である。すなわち、ガラスが冷却されて凝固する過程での粘度上昇によってガラスの形状を固定することが成型工程の本質である。【００１９】
前面ガラス部として前述の高ひずみ点ガラスを用いる場合にも適度な粘度でプレス成型を行う必要があるが、その作業温度の範囲は低ひずみ点ガラスに比べて必然的に高くなる。また、より高温でプレス成型することにより、金型の表面が磨耗して、寿命が著しく短くなる問題を生じる。さらには、ガラスと金型とが固着しやすくなる問題も生じる。すなわち、プレス成型法によってガラス成型体を製造する上では、ガラスのひずみ点は極力低いことが好ましい。仮に、溶融温度を高めることなくひずみ点を高めようとすると、成型作業のための適正な温度範囲を設定できず、ガラスの組成設計が著しく困難になる。【００２０】
ディスプレイ用の低ひずみ点ガラスとしては、蛍光表示管や単純マトリクス液晶ディスプレイ用として、ソーダライムガラスのように、アルカリ酸化物としては本質的にナトリウム酸化物のみを含有するもの、又はカリウム酸化物を含むがナトリウム酸化物の含有量に比べてカリウム酸化物の含有量が極端に少ないものが一般的である。【００２１】
その他には、特開２００２−０２５７６１号公報（特許文献１）において、前面基板として、ひずみ点が５１０℃で、アルカリ酸化物として酸化ナトリウムを１３.０％（質量百分率）含有し、酸化カリウムを１．０％（質量百分率）含有するソーダライムガラスを用いた無機ＥＬディスプレイが開示されている。【００２２】
しかし、高速電子線が照射されるＦＥＤにおいて、前記ソーダライムガラスを用いると、ガラス内に浸透する電子線によりガラス中のナトリウムイオンが還元され、電子線ブラウニングが短期間に著しく進行する問題が生じる。またソーダライムガラスは１５０℃における体積抵抗率が低い（１０８．５Ω・ｃｍ）ため、数ｋＶ以上のアノード電圧で駆動されるＦＥＤに用いた場合、絶縁破壊を誘発する問題もある。すなわち、ソーダライムガラスのように、混合アルカリ効果（mixed alkali effect）を発現しないかあるいは発現しにくいガラスはＦＥＤ用としては適切でない。【００２３】
前述のガラスの他には、混合アルカリ効果を発現するＣＲＴ用ガラスが実用化されている。混合アルカリ効果とは、単一アルカリガラス中のアルカリイオンを他のアルカリイオンで置換すると、イオン伝導度や誘電特性、力学特性等の物理的特性が大きく変化する現象をいう。ガラスの場合、混合アルカリ効果が最も顕著に表れる特性は電気抵抗である。本発明においては、２元素以上のアルカリを含有し、前記の混合アルカリ効果を発現するガラスを混合アルカリガラスという。【００２４】
混合アルカリ効果を十分に高めたガラスは、高電気抵抗である点、及び耐電子線ブラウニング特性が良好である点で有利である。ＣＲＴの画像表示部分（ガラスパネル）に用いられるガラス（パネル用ガラス）としては、直視型陰極線管（direct view type CRT）用としてナトリウムとカリウムを含む、２元の混合アルカリガラスが用いられており、投射型陰極線管用としてはナトリウム、カリウム及びリチウムを含有する３元の混合アルカリガラスが用いられている。【００２５】
また、前述のようにＸ線吸収能を十分に確保するために、いずれのパネル用ガラスも２．７ｇ／ｃｍ３から３．０ｇ／ｃｍ３程度と高密度になっている。しかし、このような高密度のガラスを前面ガラス部に用いた場合、ＦＥＤ用外囲器の軽量化が困難になる。【００２６】
また、ＣＲＴの背面側に位置し、電子銃や偏向ヨークコイル（deflection yoke coil）が装着されるガラスファンネル用のガラス（ファンネル用ガラス）の組成は、画像表示部分に用いるパネル用ガラスとは異なる。白黒テレビで使用されたパネル用ガラス及び初期のカラーテレビで使用されたパネル用ガラスでは、Ｘ線の漏洩を防止するためにファンネル用ガラスと同様に鉛を含有させていた。【００２７】
その後、３０ｋＶ程度までアノード電圧を高電圧化した高輝度ＣＲＴの登場に伴い、電子線ブラウニングの更なる抑制が技術課題として取り上げられようになった。また、結晶性ハンダガラス（crystalline solder glass）を用いてガラスパネルとガラスファンネルとを封着する工程では約４４０℃に達するので、ガラスパネルの熱収縮や熱変形を引き起こし、ガラスパネルの内側に装着する色選別機構であるシャドウマスクとの間隔が変動し色純度不良を生じる問題があった。【００２８】
このため、ＣＲＴのパネル用ガラスには、電子線ブラウニングや熱変形の防止策として、従来Ｘ線吸収能を確保するために使用していた鉛を全く含有せず、鉛の代替としてストロンチウムやバリウムを含有させて実用的なＸ線吸収能を確保しながら高ひずみ点にしたガラス組成物を用いるようになった。その結果、前記パネル用ガラスのひずみ点は４７０℃から４８０℃程度となり、鉛を含有するファンネル用ガラスのひずみ点に比べて２０℃から４０℃程度高い。【００２９】
ＣＲＴは、高々３個のカソードから放出された熱電子を電子銃によって電子線に束ねて、偏向ヨークコイルによりスキャンさせ、加速し、数十万個から数百万個の画素の蛍光体を励起・発光させる原理を用いている。すなわち、平板型の発光ディスプレイであるＰＤＰやＦＥＤのようにカソードと蛍光体画素とを対にしてマトリクス状に配置した構造を必要としていない。また、ＦＥＤの背面ガラス部に相当するガラスファンネル上にカソードを形成する際に高温処理プロセスを必要としない点でＦＥＤの製造方法とは本質的に異なる。【００３０】
したがって、ＣＲＴの場合、ガラスパネルとガラスファンネルとの間の相対的な熱収縮の差があっても、電子を放出するカソードと放出された電子が衝突する画素との位置ずれによる色純度低下の懸念は生じない。言い換えれば、ＣＲＴにおいては、ガラスパネルとガラスファンネルの間の相対的な熱収縮の差異に起因する色純度不良は技術課題として存在せず、ガラスファンネルの高ひずみ点化を技術課題として取り上げる必要もなかった。【００３１】
前記特許文献１においては、前面基板にソーダライムガラスを用い、背面基板にひずみ点が５２０℃以上であるガラスを用いる無機ＥＬディスプレイが開示されている。しかし、特許文献１に係る発明は、６５０〜７００℃で焼成されても背面基板自体の熱変形が起こらないようにすることを目的とするものである。【００３２】
すなわち、ＦＥＤ用の前面ガラス部に要求される良好な耐電子線ブラウニング特性を確保しつつ、前述のような前面ガラスの生産に関わる諸課題を解決する具体策を提供するものではない。さらには、前述の位置ずれに関する技術課題については開示も示唆もされていない。【００３３】
したがって、特許文献１に係る発明は、ＦＥＤ特有の課題である前面ガラス部と背面ガラス部の熱収縮量の差から生じる、対向する画素とエミッタとの相対的な位置ずれを実用的な範囲に抑えつつ、良好な耐電子線ブラウニング特性を確保したガラス真空外囲器を提供するものではない。また、特許文献１に係る発明は、ＦＥＤ用外囲器の生産技術上の課題である前面ガラス部の溶解性の向上や又は前面ガラス部が三次元形状である場合に必要なガラスの成型性の向上を図るためでもなく、加えて強化を容易化するための解決手段を何ら開示するものでもない。【００３４】
【特許文献１】特開２００２−０２５７６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３５】
本発明は、ＦＥＤ用外囲器として実用的な機能を備え、外囲器を構成するガラス部材を容易に製造できるようにするために最適なガラス特性とガラス組成とを提供し、更には、軽量化された外囲器を提供することを目的とする。【００３６】
すなわち、本発明は、ＦＥＤ用外囲器に課せられた以下の課題を解決することを目的とする。まず第１の課題は、前述の「位置ずれ」を小さくして実用的な範囲に抑えることである。第２の課題は、ＦＥＤに要求される耐電子線ブラウニング特性を満足させることである。第３の課題は、前面ガラス部の溶解性を向上させ、溶解窯の長寿化を図ることである。第４の課題は、前面ガラス部が三次元形状である場合において、プレス成型を容易化することである。加えて、これらの課題解決手段を用いて軽量化されたＦＥＤ用外囲器を具体的に提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３７】
前記の目的を達成するため、本発明は、次の解決手段を提供する。【００３８】
すなわち第１の発明は、画像を表示するための前面ガラス部と、エミッタを形成するための背面ガラス部とを有するＦＥＤ用外囲器であって、前記前面ガラス部及び背面ガラス部は混合アルカリガラスからなり、前記前面ガラス部について、ひずみ点をＴＳＦ（℃）、線熱膨張係数をαＦ（／℃）、密度をｄＦ（ｇ／ｃｍ３）、ガラスの粘度ηＦが１０２（ｄＰａ・Ｓ）を示すときの温度をＴη２（℃）とし、前記背面ガラス部について、ひずみ点をＴＳＲ（℃）、線熱膨張係数をαＲ（／℃）、密度をｄＲ（ｇ／ｃｍ３）とするとき、４６０≦ＴＳＦ≦５０５、５５０≦ＴＳＲ＜６００、２．４５≦ｄＦ≦２．６、ｄＦ≦ｄＲ、｜αＦ−αＲ｜≦５×１０−７、及びＴη２≦１５００、を満足することを特徴とするＦＥＤ用外囲器である。【００３９】
また第２の発明は、前記の外囲器において、前面ガラス部を構成する各成分の酸化物基準の含有率が、質量百分率表示で実質的に６０≦ＳｉＯ２  ≦７３、０≦Ａｌ２Ｏ３  ≦２．５、８≦ＭｇＯ＋ＣａＯ≦１２、０．１５≦ＭｇＯ／ＣａＯ≦２．３、０≦ＳｒＯ  ≦３、０≦ＢａＯ≦３、０≦ＺｎＯ≦６、０．５≦Ｎａ２Ｏ≦４、４≦Ｋ２Ｏ≦１２、１≦Ｌｉ２Ｏ≦３、０≦ＺｒＯ２≦２．５、０≦ＴｉＯ２≦２、０≦ＣｅＯ２≦１、０≦Ｓｂ２Ｏ３  ≦０．５であり、モル百分率表示で、アルカリ酸化物Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ及びＬｉ２Ｏの含有率の合計をＲ２Ｏとするとき、１１≦Ｒ２Ｏ≦１４、０．１２≦Ｎａ２Ｏ／Ｒ２Ｏ≦０．４５、を満足するものである。【００４０】
また第３の発明は、前記前面ガラス部を構成するアルカリ金属酸化物の含有率が、質量百分率表示で実質的に２．０≦０．２１Ｎａ２Ｏ＋０．０６５Ｋ２Ｏ＋０．７２６Ｌｉ２Ｏ≦２．８なる関係を満足することである。
【発明の効果】
【００４１】
本発明のＦＥＤ用外囲器は、低ひずみ点を有する前面ガラス部と高ひずみ点を有する背面ガラス部とから構成されているが、互いに膨張係数の整合性を確保している。そのため、前述の「位置ずれ」を小さくできる。また同時に、ＦＥＤ用前面ガラス部に要求される耐電子線ブラウニング特性を満足しつつ、前面ガラス部の溶解性を向上し、溶解温度を低温にすることにより溶解窯の長寿命化が図れるとともに、前面ガラス部が三次元形状である場合にプレス成形を容易にできる。また、前面ガラス部の密度を最適化することにより大幅な軽量化が達成される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施形態を示すフィールドエミッションディスプレイ用外囲器の概略断面図。
【図２】本発明の他の実施形態を示すフィールドエミッションディスプレイ用外囲器の概略断面図。
【符号の説明】
【００４３】
１：前面ガラス部
２：背面ガラス部
３：外枠
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
以下、本発明を詳細に説明する。図１及び図２は、本発明の代表的な実施形態を示すＦＥＤ用外囲器の断面図である。本発明のＦＥＤ用外囲器の一例は、図１に示すように、内表面に蛍光体画素（図示しない）が形成された前面ガラス部１と、電子を放出するためのエミッタ（図示しない）を表面に配設した背面ガラス部２とを対向配置させ、さらに側壁を形成する略矩形状のガラス製の外枠３とから構成され、各部材が封着材を用いて気密封着されているものである。【００４５】
本発明のＦＥＤ用外囲器は、図２に示すような前面ガラス部と外枠とを一体化した構造でもよい。さらには、前面ガラス部の周縁部及び／又は背面ガラス部の外面を被覆するように補強部材が用いられてもよい。また、外囲器の内部には、カソードとアノードとの間隔を一定に保持するためのスペーサが介在してもよい。【００４６】
本発明を構成する前面ガラス部１、背面ガラス部２及び外枠３には、全てアルカリ含有ガラスが用いられる。無アルカリガラス（alkali-free glass）を用いた場合、ガラスの溶解温度が高くなり生産性が著しく低下し経済性が損なわれる。【００４７】
ＦＥＤ等で適用される高電圧及び高電流の駆動条件において、前記外囲器は良好な耐絶縁破壊特性を示す。すなわち、本発明の外囲器を構成する前面ガラス部、背面ガラス部、及び外枠の全てには混合アルカリガラスが用いられる。具体的には、本発明の外囲器を構成する前面ガラス部、背面ガラス部及び外枠は、１５０℃において１０１１Ω・ｃｍ以上の体積抵抗率を有するガラスを用いる。【００４８】
加えて、本発明を構成する前面ガラス部は、良好な耐電子線ブラウニング特性を有しており、含有されるアルカリ酸化物の物質量比は、その特性上本質的に混合アルカリ効果を発現可能な範囲にある。すなわち、本発明を構成する前面ガラス部に含有されるアルカリ酸化物の物質量比は、高い絶縁性を確保できる体積抵抗率と良好な耐電子線ブラウニング特性とが両立する範囲内に制限される。【００４９】
他方、背面ガラス部に関しては、良好な耐電子線ブラウニング特性が必須条件ではないので、背面ガラス部に含有されるアルカリ酸化物の物質量比は、体積抵抗率として１０１１Ω・ｃｍ以上を示す範囲であればよい。【００５０】
本発明を構成する前面ガラス部と背面ガラス部は、互いに異なるひずみ点を有する。具体的に、前記前面ガラス部は４６０℃以上５０５℃以下のひずみ点を有する。前面ガラス部のひずみ点が４６０℃未満では、封着工程において熱処理する際に、熱収縮量が大きくなる問題や、熱変形により前面ガラス部が歪むという問題を生じる。前記の封着工程とは、前面ガラス部と背面ガラス部との封着する工程、又は前面ガラス部と背面ガラス部の間に外枠を介在させて封着する工程をいう。【００５１】
前面ガラス部のひずみ点が５０５℃を超えると、ガラスの溶解エネルギーの増加や、種々のガラス溶解欠点の増加、ガラスの溶解温度が高温化することによる溶解窯の短命化、ガラスの成型温度が高温化することによるプレス金型の短命化等、生産性の低下に繋がる問題が甚だしくなる。【００５２】
また、本発明を構成する背面ガラス部は、５５０℃以上６００℃以下のひずみ点を有する。背面ガラス部のひずみ点が５５０℃未満では、エミッタ形成などの高温プロセスで熱処理を受ける際に、熱収縮量が大きくなり実用性を損なう。背面ガラス部のひずみ点が６００℃を超えるとガラスの良好な溶解性が損なわれる。【００５３】
本発明を構成する前面ガラス部の線熱膨張係数αＦと背面ガラス部の線熱膨張係数αＲの差｜αＦ−αＲ｜は、５×１０−７／℃以下である。このことにより、熱膨張や熱収縮の際の整合性が保たれ、ＦＥＤを組み立てる際の一連の熱処理工程における熱割れ（熱膨張や熱収縮に起因する割れ）を抑制できる。【００５４】
また、前記の前面ガラス部は、良好な溶解性や成形性を確保する必要上、ガラスの粘度ηＦが１０２ｄＰａ・Ｓとなるときの温度を１５００℃以下とする。【００５５】
本発明においては、前面ガラス部の密度は、２．４５ｇ／ｃｍ３以上２．６ｇ／ｃｍ３以下とする。前面ガラス部の密度が２．４５ｇ／ｃｍ３以下では、ガラスの粘度ηＦが１０２ｄＰａ・Ｓとなるときの温度を１５００℃以下に確保することが困難になり、前記密度が２．６ｇ／ｃｍ３以上では十分に軽量化できない。【００５６】
背面ガラス部に関しては、可視光の透過性は求められないので金属部材などで補強が可能であり極力薄くすることができる。そのため、背面ガラス部の密度は前面ガラス部より大きくても良い。【００５７】
背面ガラス部の密度を２．４５ｇ／ｃｍ３未満にすると線膨張係数を７５×１０−７／℃以上、９０×１０−７／℃以下の範囲（封着工程における諸問題回避や他の材料の膨張係数との整合性確保のために必要な線膨張係数の範囲）に維持しながらひずみ点を５５０℃以上に確保することが困難になる。【００５８】
次に、本発明の外囲器を構成する前面ガラス部の組成の実施形態について述べる。前面ガラス部に用いられるガラスは、その成分としてＳｉＯ２、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏを必須成分としている。【００５９】
本発明の外囲器における前面ガラス部のガラス組成は、低密度で外囲器の軽量化を容易にすることを目的としている。また前記の前面ガラス部のガラス組成は、線熱膨張係数、ひずみ点やその他の高温粘度を調整し易くすると同時に、電気抵抗や耐電子線ブラウニング特性の点で、前述の混合アルカリ効果を発現することも目的とする。【００６０】
次いで、前記前面ガラス部のガラス組成の各成分について説明する。なお、特に断りがない場合、％が質量百分率を表すものとする。【００６１】
ＳｉＯ２は、ガラス化する上で重要なネットワークフォーマーであるが、その含有率が６０％よりも少ない場合は、ガラスの粘度が低下するとともに化学的耐久性が悪くなる。ＳｉＯ２の含有率が７３％よりも多い場合には、ガラスの粘度が高くなり、溶融成形が困難になる。そのため、ＳｉＯ２の含有率は６０〜７３％とすることが好ましい。【００６２】
Ａｌ２Ｏ３は、耐水性向上のために添加するが、含有率が２．５％より多い場合にはガラスの粘度が高くなりすぎて溶融成形が困難になる。そのため、Ａｌ２Ｏ３の含有率は２．５％以下とすることが好ましい。【００６３】
ＭｇＯとＣａＯは、主にガラスの粘性曲線を調整するために用いる。ＭｇＯとＣａＯの含有率の総和が８％未満であると粘度が高くなり過ぎて、ひずみ点を４６０℃以上５０５℃以下に維持するのが困難になる。ＭｇＯとＣａＯの含有率の総和が１２％より多い場合には、ガラスが失透しやすくなり液相温度が上昇する。また、ＣａＯの含有率に対するＭｇＯの含有率の比、即ちＭｇＯ／ＣａＯの値は、０．１５未満の場合及び２．３を超える場合にはガラスが失透しやすくなる。そのため、ＭｇＯとＣａＯの含有率の総和は８〜１２％とすることが好ましい。【００６４】
ＳｒＯ及びＢａＯは、ともにガラスの線熱膨張係数を高めるために含有してもよい。ただし、ＳｒＯ又はＢａＯの含有率が３％を超えるとガラスの密度が高くなり際立った軽量化の効果が得られなくなる。また、ＳｒＯ又はＢａＯの含有率が３％より多い場合にはＢａＯ−ＳｒＯ−ＳｉＯ２系の結晶が析出し易くなる。そのため、ＳｒＯ及びＢａＯの含有率は、ともに３％以下とすることが好ましい。【００６５】
ＺｎＯは、主にガラスの粘性曲線を調整し電子線ブラウニングを抑えるのに効果がある。ただし、ＺｎＯの含有率が６％より多い場合にはガラスの密度が高くなると共にガラスが失透し易くなる。そのためＺｎＯの含有率は６％以下とすることが好ましい。【００６６】
Ｌｉ２Ｏは、ガラスの電子線ブラウニングを抑制するとともに高温の際のガラスの粘度を低下させてガラスの溶融性を向上させ、かつ線熱膨張係数を高める成分である。Ｌｉ２Ｏの含有率が１％より少ない場合には高温でのガラスの粘性が高すぎて溶融しにくく、Ｌｉ２Ｏの含有率が３．０％より多い場合にはガラスが失透し易くなる。またＬｉ２Ｏ原料自体が高価であるためコストの面から多量に含有することは好ましくない。そのためＬｉ２Ｏの含有率は１〜３％とすることが好ましい。【００６７】
Ｎａ２Ｏは、ガラスの線熱膨張係数と粘度を調整する成分であるが、含有率が０．５％より少ない場合には線熱膨張係数が低くなりすぎて背面ガラス部の膨張係数と整合しなくなり、Ｎａ２Ｏの含有率が４％より多い場合にはガラスの粘度が低くなりすぎ、成形が困難になる。そのためＮａ２Ｏの含有率は０．５〜４％とすることが好ましい。【００６８】
Ｋ２Ｏは、Ｎａ２Ｏと同様にガラスの線熱膨張係数と粘度を調整する成分であるが、含有率が４％より少ない場合にはガラスの粘度が高くなりすぎて溶融及び成形が困難になる。Ｋ２Ｏの含有率が１２％より多い場合にはガラスの線熱膨張係数が高くなりすぎる。そのためＫ２Ｏの含有率は４〜１２％とすることが好ましく、８〜１１％であればさらに好ましい。【００６９】
ＺｒＯ２は、ガラスの粘性曲線を調整するために添加できるが、含有率が２．５％より多い場合には、ガラスと耐火物との間で表面失透温度が高くなり、表面に失透が起こり易くなる。また表面失透温度が高くなると、ガラス内部での液相温度が高い場合と同様に、ガラスの成形が困難になるため好ましくない。そのためＺｒＯ２の含有率は２．５％以下とすることが好ましい。【００７０】
ＴｉＯ２は、紫外線及びＸ線に起因するガラスの着色を防ぐために添加できるが、含有率が２％より多い場合には、ガラスのＸ線透過率が低下するので好ましくない。そのためＴｉＯ２の含有率は２％以下とすることが好ましい。【００７１】
ＣｅＯ２は、Ｘ線によるガラスの着色を防止する効果に優れているとともに清澄剤としての効果があるが、含有率が１％より多い場合にはガラスが失透し易くなり、また可視部短波長域におけるガラスの光透過率が低下するので好ましくない。そのためＣｅＯ２の含有率は１％以下とすることが好ましい。【００７２】
Ｓｂ２Ｏ３は、ガラスの清澄剤として添加できるが、含有率が０．５％より多い場合にはガラスの表面失透が著しくなる。そのためＳｂ２Ｏ３の含有率は０．５％以下とすることが好ましい。【００７３】
また本発明においては、上記成分以外にもガラスの透過率を低下させ、又はガラスの色を調整するためＮｉＯ、Ｃｏ３Ｏ４、Ｆｅ２Ｏ３等の着色成分も添加可能である。ＰｂＯは、電子線及びＸ線ブラウニングによる着色を起こし易くなるので含有させない方がよい。【００７４】
モル百分率表示で、アルカリ酸化物Ｎａ２Ｏ（モル％）、Ｋ２Ｏ（モル％）及びＬｉ２Ｏ（モル％）の含有率の合計Ｒ２Ｏ（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ＋Ｌｉ２Ｏ）（モル％）は、１１モル％以上且つ１４モル％以下の範囲にあることが好ましい。前記Ｒ２Ｏが１１モル％未満又は１４モル％超であると、前面ガラス部の線熱膨張係数αＦを７５×１０−７〜９０×１０−７の範囲に調整するのが困難になる。【００７５】
アルカリ酸化物総和に対するナトリウム酸化物のモル比、Ｎａ２Ｏ／Ｒ２Ｏは、０．１２以上且つ０．４５以下の範囲にあることが好ましい。この範囲を逸脱すると、所望の混合アルカリ効果を発現するのが困難になる。【００７６】
また、本発明は、各アルカリ酸化物がひずみ点を低下させる効果について以下の知見を得てなされたものである。すなわち、ひずみ点を低くするためには、Ｌｉ２Ｏの添加が最も効果的で、Ｎａ２Ｏの添加が次に効果的である。Ｋ２Ｏの添加は、ひずみ点を低下させる効果が最も小さい。【００７７】
さらに、前記の適正な線熱膨張係数の範囲においては、質量百分率表示で、Ｓ＝０．２１Ｎａ２Ｏ＋０．０６５Ｋ２Ｏ＋０．７２６Ｌｉ２Ｏとして定義される値Ｓが、２．０以上且つ２．８以下なる範囲にあることが好ましい。ここで、前記数式中のＮａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ及びＬｉ２Ｏはそれぞれの成分の質量百分率の値を表すものとする。前記Ｓの値が２．０を下回ると、前面ガラス部に用いるガラスのひずみ点ＴＳＦを５０５℃以下にすることが困難になり、Ｓの値が２．８を上回ると前記ひずみ点ＴＳＦを４６０℃以上にすることが困難になる。
【実施例】
【００７８】
以下、本発明の外囲器を、実施例と比較例に基づいて詳細に説明する。実施例及び比較例における外囲器は、図２に示すように前面ガラス部と外枠とを一体化した構造である。また、以下の実施例及び比較例における前面ガラス部及び背面ガラス部に用いるガラス組成物は、以下のように調整して作製する。【００７９】
まず、所定の組成となるように調合した原料バッチを白金坩堝に入れ、約１４００℃で原料を投入後、溶融するために十分な温度に加熱し、４時間程度溶解した。なお、均質なガラスを得るため、溶融ガラスの昇温・降下の途中で白金攪拌棒を使って３０分間攪拌して脱泡を行った。その後、溶融ガラスを所定形状に成形した後、徐冷する。このようにして得られた各ガラスの密度、線熱膨張係数、ひずみ点、粘度、熱収縮率、体積抵抗率、電子線ブラウニング量等を測定した。測定結果を表1から表３に示す。【００８０】
上記各物性値の測定方法を以下に示す。
［密度］泡を含まない約３０ｇのガラス塊についてアルキメデス法により測定する。
［線熱膨張係数］ＪＩＳ  Ｒ３１０２に規定されている方法に準じて測定した、０℃から３００℃までの平均の線熱膨張係数である。
［ひずみ点］ＪＩＳ  Ｒ３１０３に規定されている方法により測定する。【００８１】
［溶融状態でのガラスの粘度］回転円筒法により測定し、前面ガラス部の粘度ηＦが１０２（ｄＰａ・Ｓ）を示すときの温度、すなわちｌｏｇ１０ηＦ＝２を示す温度をＴη２（℃）として読み取る。また、背面ガラス部についても同様に、粘度ηＲが１０２（ｄＰａ・Ｓ）を示すときの温度、すなわちｌｏｇ１０ηＲ＝２を示す温度をＴη２（℃）として読み取る。【００８２】
［熱収縮］まず、各サンプルについてビッカース圧痕法により熱収縮率を測定する。熱収縮率の測定法を具体的に説明する。
（１）サンプルとして、６００℃から室温まで冷却して作製した約１００ｍｍ×３０ｍｍ×１０ｍｍの寸法のガラスを用意する。
（２）島津製作所社製の微小硬度計ＨＭＶ−２０００を用い、前記サンプルにビッカース圧痕を形成する。
（３）ニコン社製メジャリングマイクロスコープを用い、熱処理前の圧痕間の距離を測定する。
（４）前記サンプルを４５０℃で１時間加熱（熱処理）する。（この熱処理条件は前面ガラス部と背面ガラス部とを封着する際の焼成条件にほぼ相当する。）
（５）前記マイクロスコープを用い、熱処理後の圧痕間の距離を測定する。
（６）熱処理前後の圧痕間の距離を比較して熱収縮率を算出する。
このようにして算出した各サンプルの熱収縮率をそれぞれ比較し、例１（実施例）の熱収縮率と同程度又は例１と比べて熱収縮率が低い（熱収縮量が小さい）場合は「小」とし、例１と比べて熱収縮率が高い（熱収縮量が大きい）ものを「大」として、熱収縮特性を評価した。【００８３】
［電子線ブラウニング特性］各試料のガラスを約１０ｍｍ×１０ｍｍ×厚さ３ｍｍとなるように形成し両面を光学鏡面研磨した後、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍにおける光透過率を測定し、アルミを蒸着させる。続いて、試料台の冷却水温度が８０℃の条件で、３０ｋＶ、２０μＡ／ｃｍ２の電子線を３００時間照射する。その後、再度４００ｎｍ〜７００ｎｍにおける光透過率を測定し、電子線照射による光透過率の低下量を比較することで、ブラウニング特性の評価を行う。具体的には、例４（実施例）の光透過率の低下量を基準として、それと同程度であれば、良とし、それより明らかに低下しているものを不良、それより明らかに低下しないものを優良とし、これらの評価を電子線ブラウニング特性とした。【００８４】
以下、第１の発明に係る実施例（例１〜４）及び比較例（例５〜８）を表１に示し、第２の発明に係る実施例（例９〜１０）及び第２の発明に係る比較例（例１１〜１３）を表２に示す。なお、例９、１０の前面ガラス部については、表３に記載の背面ガラス部と組み合わせて外囲器を形成する。【００８５】
エミッタを表面に形成する背面ガラス部には、５５０℃から６００℃の範囲での高温プロセスを経ることを想定し、熱処理によって生じる背面ガラス部の熱収縮率と熱変形量が実用的な範囲に収まるよう、ひずみ点が５７０℃である高ひずみ点ガラスを用いた。なお、表１〜２に記載のＳは、０．２１Ｎａ２Ｏ＋０．０６５Ｋ２Ｏ＋０．７２６Ｌｉ２Ｏの値を示す。前記数式中のＮａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ及びＬｉ２Ｏは、各成分の質量百分率を表す。【００８６】
【表１】
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【００８７】
【表２】
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【００８８】
【表３】
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【００８９】
表１における例１（実施例）、例２（実施例）の前面ガラス部について４５０℃×１時間の熱処理を行って熱収縮率を測定したところ、あまり収縮しておらず実用的な範囲であった。一方、ひずみ点が４６０℃を下回る例５（比較例）の前面ガラス部（ひずみ点ＴＳＦ＝４５１℃）の場合、実用上問題を生じるレベルの熱収縮を生じた。【００９０】
また、前面ガラス部と背面ガラス部の線熱膨張係数の差｜αＦ−αＲ｜によって外囲器を作製する熱工程で割れる場合がある。｜αＦ−αＲ｜の値が５×１０−７（／℃）以下である例１（実施例）、例２（実施例）、例３（実施例）及び例４（実施例）の外囲器は熱割れを生じないが、例６（比較例）、例７（比較例）の場合（｜αＦ−αＲ｜＝６×１０−７／℃、７×１０−７／℃）、外囲器を作製する熱工程で割れが生じる。【００９１】
例８（比較例）の前面ガラス部はひずみ点が高く（ひずみ点ＴＳＦ＞５０５℃）、例５（比較例）の前面ガラス部は溶融温度が高い（Ｔη２＞１５００℃）例であるが、溶解炉内で設定し得る温度では粘度が高すぎるため、溶融ガラス内の気泡が十分に抜けず、品質的に満足できる前面ガラス部を得ることができない。【００９２】
例１１（比較例）の前面ガラス部は、ＣａＯとＭｇＯの総量が少なく（ＣａＯ＋ＭｇＯ＜８％）、溶融温度が高い（Ｔη２＞１５００℃）例である。また例１２（比較例）はＣａＯとＭｇＯの総量が多すぎ（ＣａＯ＋ＭｇＯ＞１２％）、かつ、アルカリ酸化物の含有率のバランスが好適でなく、Ｓの値（０．２１Ｎａ２Ｏ＋０．０６５Ｋ２Ｏ＋０．７２６Ｌｉ２Ｏ）が小さい（Ｓ＜２．０）ために、ひずみ点高すぎる（ＴＳＦ＞５０５℃）例である。これらの比較例のガラスは前述のように品質的に満足できる前面ガラス部を作製することができないおそれがある。【００９３】
例１３（比較例）は、アルカリ酸化物の含有率が多く（Ｒ２Ｏ＞１４％）、かつＳの値が大きい（Ｓ＞２．８）ためにひずみ点が低い（ＴＳＦ＜４６０℃）例である。この場合、熱収縮率が大きく、実用上問題となる。【００９４】
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本出願は、2006年3月2日出願の日本特許出願（特願2006−056322）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明によれば、ＦＥＤ用途として実用的な機能を備えた外囲器を提供することができる。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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