(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）セラミックスまたはガラスからなる基板表面に平均粒径が５０μｍ以下のビーズ状に硬化した樹脂を添加した軟質の樹脂層を形成する工程と、（ｂ）前記基板表面の樹脂層を表面にスペーサ形状を刻設した成形型にて押圧、離型して、スペーサ用空隙を形成する工程と、（ｃ）前記基板表面の前記スペーサ用空隙中にガラス粉末および／またはセラミック粉末を含有するペーストを充填してスペーサ成形体を形成する工程と、（ｄ）前記基板表面の樹脂層を除去する工程と、（ｅ）前記基板表面のスペーサ成形体を焼成する工程とを具備することを特徴とするスペーサ付基板の製造方法。
【請求項２】
前記（ｄ）工程において、前記樹脂層を熱処理または薬品処理によって除去することを特徴とする請求項１記載のスペーサ付基板の製造方法。
【請求項３】
前記スペーサの先端部の幅が、前記スペーサの基板接合面におけるスペーサの幅よりも広いことを特徴とする請求項１または２記載のスペーサ付基板の製造方法。
【請求項４】
前記（ｂ）工程の成形型が平板型であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載のスペーサ付基板の製造方法。
【請求項５】
前記（ｂ）工程の成形型がロール型であって、該ロール型を前記樹脂層表面に押圧しながら前記ロール型を回転させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載のスペーサ付基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スペーサ付基板及びその製造方法に関するものであり、特に画像表示装置の発光空間を保持するスペーサが形成されたスペーサ付基板及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
近年の情報マルチメディア化の浸透に伴い、大画面で高精細な情報端末として大画面ディスプレイへの要求が高まってきている。従来から画像表示装置として多用されてきたＣＲＴは、容積が大きく重量が重くかつ消費電力が大きいという欠点があるため大画面化は困難である。
【０００３】
こうした要求を満たす画像表示装置として、現在では、発光ダイオード（ＬＥＤ）や液晶表示素子（ＬＣＤ）、あるいはプラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、プラズマアドレス液晶パネル（ＰＡＬＣ）、電界放出型ディスプレイ（ＦＥＤ）といった大画面で高画質、その上、軽量薄型で設置場所を選ばないなどの特徴を有するフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）と総称される平面画像表示装置が開発され、これらの利用範囲が拡大しつつある。その中でも、画素の発光手法として基板上に形成された電子放出素子から放出された電子により蛍光体を発光させる構造の電界放出型ディスプレイ（以下、ＦＥＤと略す。）が、そのエネルギー効率の高さから将来性が注目されている。
【０００４】
前記ＦＥＤは、背面板と正面板を成す一対の平坦な基板を対向配置して平板状の真空容器を形成し、背面板の真空容器内表面に電気信号により電子を放出するマトリックス形態の電子放出素子群を設けると共に、前記真空容器内面の正面板側に電子線により可視発光を行う蛍光体をＲＧＢの画素に対応して形成して構成されており、前記電子放出素子に所定の電圧を選択的に印加して電子を放出させることにより、画面上の所望の位置に所望の光点を表示し画像表示を行うものである。
【０００５】
かかるＦＥＤは、異常放電の発生を抑制するため電子放出素子と蛍光体との間隔を５００μｍ以上に保ち、また、発光輝度のムラなどの問題を回避するため前記間隔をＦＥＤ全面にわたって一定に保つ必要があるとともに、さらに、内部を１０-5Ｔｏｒｒ以上の高真空とする必要がある。ところが、ＦＥＤの表示面積が大きくなるに従い、特にＦＥＤ中央部付近で正面板と背面板が、大気圧によって押されて歪みや撓みを生じ、著しい場合は正面板と背面板の変形や破壊が発生するという問題があった。
【０００６】
このような正面板と背面板が大気圧によって変形・破壊する問題を解決する手法として、特開平１０−９２３１４号には、正面板と背面板を一定に保持するために電子放出素子を形成した背面板上の所定の位置に所定形状のガラス板からなるスペーサを配設し、ガラスフリットなどで接合したＦＥＤが開示されている。
【０００７】
一方、特開平９−２８３０１７号公報には、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）用のスペーサの形成手法として、所定の柔らかさを有するガラス粉末を含むスペーサ用ペーストを基板表面に所定厚み塗布した後、押圧型で押圧成形してスペーサ形状の成形体を作製し、焼成することが開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平１０−９２３１４号公報のガラス板を所定形状に加工してガラスフリットにて接合するスペーサの形成方法では、微小な形状のスペーサを簡単に精度良く形成することが困難であるとともに、ガラスフリットを溶融固着させる工程においてスペーサが傾斜または転倒し、製造歩留まりが低下するという問題があった。
【０００９】
また、特開平９−２８３０１７号公報のガラス粉末を含むスペーサ用成形体を作製する方法を高さが５００μｍ以上と高いＦＥＤ用スペーサの形成に適用すると、成形型へのスペーサ用ペーストの充填性が悪くなるとともに、成形型内に充填されたスペーサ成形体の成形型からの離型性が低下し、所定の形状のスペーサを作製することができないという問題があった。
【００１０】
さらに、スペーサ成形体の成形性を改善するためにスペーサ用ペースト中の溶剤等の有機物成分の含有比率を増して柔らかくすることも考えられるが、この場合、スペーサ成形体の乾燥時または焼成時の収縮率が大きくなり、スペーサが変形したり、基板からスペーサが剥離する恐れがあった。
【００１１】
本発明は上記課題に対してなされたもので、その目的は微細で高さの高いスペーサを基板表面に寸法精度良く形成することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は前記課題に鑑み鋭意検討した結果、（ａ）セラミックスまたはガラスからなる基板表面に平均粒径５０μｍ以下のビーズ状に硬化した樹脂を添加した軟質の樹脂層を形成する工程と、（ｂ）前記基板表面の樹脂層を表面にスペーサ形状を刻設した成形型にて押圧、離型して、スペーサ用空隙を形成する工程と、（ｃ）前記基板表面の前記スペーサ用空隙中にガラス粉末および／またはセラミック粉末を含有するペーストを充填してスペーサ成形体を形成する工程と、（ｄ）前記基板表面の樹脂層を除去する工程と、（ｅ）前記基板表面のスペーサ成形体を焼成する工程とを具備することにより基板表面に微細で高さの高いスペーサの形成が可能となることを見出した。
【００１３】
ここで、前記樹脂層の除去方法として、熱処理または薬品処理によって除去することが望ましく、前記スペーサの先端部の幅が前記スペーサの基板接合面における前記スペーサの幅よりも広いことが望ましい。
【００１４】
また、前記成形型が平板型またはロール型であることが望ましく、ロール型の場合にはロール型を前記樹脂層表面に押圧しながら該ロール型を回転させることが望ましい。
【００１５】
【作用】
本発明のスペーサ付基板の製造方法では、成形型を用いてスペーサを形成するため、成形型の形状が正確に基板表面に転写される結果、寸法精度に
優れたスペーサが製造可能となる。
【００１６】
また、基板表面に形成された軟質の樹脂層に対して成形型にて押圧成形するために、樹脂層の柔らかさを容易に制御でき、スペーサ用ペーストを押圧成形するのに比較して変形性および離型性がよく、所望の形状に押圧成形できることから、樹脂層内に寸法精度の高いスペーサ用空隙を形成でき、該空隙内にスペーサ用ペーストを充填して焼成することにより基板表面に寸法精度の高いスペーサを形成できる。
【００１７】
さらに、樹脂層を押圧する成型型において、表面に形成されたスペーサ形状の凸部の幅を先端に向かって狭くなるように形成すれば、さらに樹脂層のスペーサ用空隙の成型性が向上する。なお、この場合、得られるスペーサの形状は先端の幅がスペーサ接合面におけるスペーサの幅よりも広くなる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明のスペーサ付基板の製造方法の一例について図１の工程図をもとに説明する。
まず、石英ガラス、ソーダライムガラス、低ソーダガラス、鉛アルカリケイ酸ガラス、方形酸ガラス等のガラス基板、アルミナ、シリカ等のセラミックス基板からなる基板１を作製し、所定形状にカットする。基板１としては、特に機械的強度、熱的特性、さらには、アルカリ成分の溶出などの点で、ナトリウム及び鉛成分含有量の少ない低ソーダガラスが望ましい。
【００１９】
次に、軟質の樹脂層２形成用の樹脂ペーストを調整する。樹脂は、ワックス、アクリル系、ブチラール系等の熱可塑性樹脂、紫外線硬化樹脂、電子線硬化樹脂、熱硬化性樹脂等の硬化可能な樹脂が望ましい。また、上記樹脂ペーストに、ＤＢＰ（フタル酸ジブチル）、ＤＯＰ（フタル酸ジオクチル）、α−テルピネオール等の可塑剤、ベンジルアルコール、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）、カルビトール等の高沸点溶剤を添加して所望の柔らかさに調整することが望ましい。
【００２０】
さらに、樹脂層２の保形性を高めるために、平均粒径５０μｍ以下、特に１０μｍ以下で、例えばビーズ状の硬化したプラスチック等からなる第二の樹脂粉末を添加することが重要である。なお、第二の樹脂粉末は、最終的に除去されることが望ましく、この点で、６００℃以下の熱処理で完全に分解揮散することが望ましい。
【００２１】
そして、基板１表面に、前記樹脂ペーストをスクリーン印刷、ドクターブレード、スリットコーター、スピンコーター法等の公知の膜形成法により所定厚み塗布し樹脂層２を形成する。ここで、樹脂層２の基板１への接着性を向上させるために基板１と樹脂層２との界面に厚み１〜２０μｍ程度の接着層（図示せず。）を介在させてもよく、また、前記接着層を後述のスペーサ成形体中の樹脂と同一の成分で形成すればスペーサの基板１への密着性を高めることもできる。
【００２２】
また、樹脂層２の他の形成方法としては、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等のポリエステル系樹脂フィルム等の表面に上記手法により所定厚みの樹脂膜を形成し、所定形状にカットした後、基板１表面に所望により加熱しつつ圧着してもよい。
【００２３】
次に、樹脂層２に対し、表面にスペーサ形状を刻設した成形型３によって基板表面に形成した樹脂層２を押圧し、樹脂層２内にスペーサ用空隙５を形成する。
【００２４】
成形型３は、金属、セラミックス、ガラス、硬化した樹脂等の剛性の高い材質からなり、平板型またはロール型であることが望ましい。
【００２５】
また、成型型３内にはスペーサ形状の凸部４が刻設されるが、その形状は、例えば、図２に示すような厚み３００μｍ以下、特に１００μｍ以下、高さ１００μｍ以上、特に５００μｍ以上のリブ状をなし、その複数本が並列に配設されており、また、スペーサの間隔１００μｍ以上、スペーサ間のピッチ２００μｍ以上であれば形成可能であり、また、成形型３の凸部４における幅を先端部に向かって連続的に狭くすれば、樹脂の成形型への充填性および樹脂の成形型からの離型性がさらに向上する。なお、上記スペーサ形状とは、後述のスペーサ成形体を焼成してスペーサとなす焼成による収縮分を考慮した形状である。
【００２６】
さらに、スペーサの形状はリブ状に限定されるものではなく、図３乃至５（ａ）に示すように短冊状、柱状、枠状であってもよく、これにより、図３乃至５（ｂ）に示すような短冊状、柱状、枠状のスペーサを作製することができる。
【００２７】
押圧方法は、成形型３が平板型の場合、成形型３を樹脂層２表面の所定の位置に配設して所定の圧力にて押圧した後、成形型３を離型する方法や、成形型３がロール型の場合、ロール状の成形型３を樹脂層２表面の所定の位置に配設して押圧しながらロール状の成形型３を回転、移動させる方法が適用できる。
【００２８】
そして、所望により、上記スペーサ用空隙５を形成した樹脂層２を硬化する。
【００２９】
一方、平均粒径０．５〜６μｍのガラス粉末と、バインダ、可塑剤、分散剤、溶剤等の有機物とを混練してスペーサ用ペーストを作製する。
【００３０】
ガラス粉末としては、ＰｂＯ、ＳｉＯ2およびＢ2Ｏ3を含有するか、または前記ガラス粉末がＢｉ2Ｏ3およびＢ2Ｏ3を含有することが望ましく、融点が６５０℃以下であり、６５０℃以下の温度でスペーサを緻密化できることがガラス基板の熱変形が回避される点から望ましい。
【００３１】
バインダとしては、アクリル系、ポリビニルブチラール系、可塑剤としては、ＤＢＰ（フタル酸ジブチル）、ＤＯＰ（フタル酸ジオクチル）、分散剤としては、ノニオン系、リン酸系分散剤、溶剤としては、ＩＰＡ等の高級アルコール系溶剤等が使用可能である。
【００３２】
また、上記スペーサ用ペースト中には、所望により、前記ガラスの歪点の調整、スペーサの熱膨張係数の制御、着色のため、平均粒径０．５〜６μｍのＴｉＯ2、ＺｒＯ2、ＺｎＯ、ＳｉＯ2、ＢＮ、Ａｌ2Ｏ3等のセラミックフィラーを添加してもよく、また、スペーサの焼成による収縮防止、スペーサへの導電性付与のために、平均粒径０．５〜６μｍのＳｉ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｍｇ等の金属粉末を添加してもよい。
【００３３】
そして、樹脂層２のスペーサ用空隙５内に上記スペーサ用ペーストをスクリーン印刷、ディスペンサーによる充填、真空注入、スキージングによる擦り込み、等の公知の印刷法によって充填し、これを硬化してスペーサ成形体７とする。
【００３４】
次に、スペーサ成形体７を形成後、（１）ブラシ洗浄等にて物理的に引き剥がす方法、（２）溶剤等で樹脂層２を溶解させて流し出す方法、（３）熱処理により樹脂層２を燃焼、揮散させる方法、のうち少なくとも１つの方法を用いて基板１表面に残存する樹脂層２を除去する。
【００３５】
さらに、樹脂層２を除去した後、酸化性雰囲気または非酸化性雰囲気中、例えば、４００〜６５０℃、特に４５０〜５００℃にて焼成することにより基板１表面にスペーサ８を一体的に形成することができる。なお、上記熱処理による樹脂層２の除去の少なくとも一部を焼成と同時に行うこともできる。
【００３６】
次に、本発明のスペーサ付基板の製造方法の適応例であるＦＥＤの一例についての概略斜視図を図６に示す。
ＦＥＤ１０は、所定間隔離間して平行に形成された背面板１１と正面板１２とが、枠体１３とそれぞれ接合され、背面板１１、正面板１２、枠体１３とで封止された表示パネル１４が形成されている。また、表示パネル１４内には背面板１１と正面板１２とを支持する複数本並列に配設されたリブ状のスペーサ１６、１６が形成され、これによって、背面板１１と正面板１２との距離が一定に保持されている。
【００３７】
なお、上述のスペーサ付基板の製造方法における基板１は背面板１１または正面板１２のいずれか、また、スペーサ８はスペーサ１６、１６に相当し、これは上述の方法にて作製することができる。
【００３８】
さらに、背面板１１をなすガラス基板表面には、電極１７及び電極１８が交差するように配置され、電極１７と電極１８との交点では電極１７、１８間に絶縁体１９が介層され、電極１７、電極１８、絶縁体１９により電子放出素子２０が構成されている。電極１７、電極１８は、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）等の金属またはそれぞれを主成分とする合金、及び、アモルファスシリコン、グラファイトを用いることができる。
【００３９】
また、所望により電子放出素子２０への不純物の拡散防止のために背面板１１と電子放出素子２０との間にシリカ、窒化ケイ素等のセラミックス薄膜等からなる保護膜（図示せず。）が介在することが望ましい。
【００４０】
なお、図６中、スペーサ１６は電子放出素子１０の一列の組毎に形成されているが、二列以上毎の配置であってもよく、また、スペーサ１６はリブ状に限定されるものではなく、例えば、図２乃至５（ｂ）に示すような短冊状、柱状、筒状、枠状であってもパネルを確保する強度を保持していればよい。
【００４１】
また、正面板１２の表示パネル内面には、電子放出素子２０に対向してＲ、Ｇ、Ｂに発光する蛍光体２２がマトリックス形態で配置され、画像信号に応じて電子放出素子２０から放出した電子が所定の蛍光体２２に衝突することにより表示パネル１４内で発光することができる。
【００４２】
さらに、スペーサ１６に金属粉末等の導電性粒子を分散させ、スペーサ１６端部を電位制御回路（図示せず。）と接続することにより、スペーサ１６表面が帯電することを防止できる。
【００４３】
【実施例】
（実施例１）
５０×５０×５ｍｍの金属平板を用意し、表面に幅２００μｍ、長さ５０ｍｍ、高さ１０００μｍのスペーサ形状の凸部をピッチ６００μｍで８４本形成した平板型を準備した。一方、厚さ２ｍｍの２００×２００ｍｍサイズのソーダライムガラスから成るガラス基板表面をシリカ層を形成した。
【００４４】
また、パラフィンワックス中に可塑剤を混錬してスペーサ用ペーストを作製し、これをスリットコーターによってガラス基板表面に樹脂層を形成した後、該樹脂層表面から前記平板型を押圧し塑性変形させ、成型型を離型することにより、幅２００μｍ、長さ５０ｍｍ、高さ１０００μｍ、ピッチ６００μｍのスペーサ用空隙をガラス基板表面の樹脂層における所定の位置に形成した。
【００４５】
さらに、平均粒径５μｍの低融点ガラス粉末、アルミナ粉末、金属シリコン粉末とバインダ、溶媒、分散剤とを混錬したペーストをスペーサ用空隙中へ充填し、乾燥固化し、９０℃に加熱して樹脂層を流失させた。
【００４６】
次いで、樹脂層を除去した基板を大気中にて加熱して脱バインダした後、５００℃の温度で１０分間焼成して基板表面に一体化したスペーサを作製した。
【００４７】
得られたスペーサ付基板についてスペーサの形状をレーザー変移計を用いて測定した結果、高さ１０００±２０μｍの精度で形成されていることがわかった。更に、スペーサ付基板上に５０×５０ｍｍの平板を裁置し、スペーサの高さ方向に両基板を圧縮する力を負荷して、スペーサが破断する荷重Ｆを測定し、スペーサの総断面積Ｓに対する圧力Ｐ（Ｆ／Ｓ）をスペーサ強度として算出した結果、２０ｋｇ／ｃｍ2であり、ＦＥＤの表示パネル内を真空にした時、スペーサへ掛かる大気圧１ｋｇ／ｃｍ2を十分確保できることが確認できた。
【００４８】
また、スペーサの誘電率を測定したところ、材料中に金属シリコンが残存してスペーサの誘電率が１以上低下し、スペーサ表面が帯電し難くなっていることを確認した。
（実施例２）
実施例１の成形型の凸部を先端部の幅１８０μｍ、基部の幅２００μｍのテーパー形状で、高さ１０００μｍスペーサ形状とする以外は、実施例１と同様にスペーサ付基板を作製し、評価した結果、スペーサ形状は１０００±２０μｍ、強度Ｐは１８ｋｇ／ｃｍ2であり、誘電率１９以下と減少し、電荷が蓄積し難くなっていることを確認した。
（実施例３）
直径２００ｍｍの金属円柱を用意し、円柱の側面に幅２００μｍ、長さ１５０ｍｍ、高さ１０００μｍのスペーサ形状の凸部をピッチ６００μｍで形成したロール型を準備した。
【００４９】
実施例１同様に、樹脂層を基板上に形成し、該樹脂層表面に対して前記ロール型を押圧回転させながら樹脂層表面を移動させて塑性変形させ、背面板表面の所定の位置に幅２００μｍ、長さ１５０ｍｍ、高さ１０００μｍ、ピッチ６００μｍのスペーサ用空隙を形成した。
【００５０】
その後、実施例１と同様にしてスペーサを一体的に形成したスペーサ付基板を作製し、実施例１と同様に評価した結果、スペーサ形状は１０００±２０μｍ、強度Ｐは２０ｋｇ／ｃｍ2、スペーサの誘電率１９以下であった。
（比較例）
実施例１同様に、厚さ２ｍｍの２００×２００ｍｍサイズのソーダライムガラス基板を準備し、実施例１のスペーサ用ペーストを、スリットコーターにてガラス基板表面にスペーサ用シートを形成した。
【００５１】
そして、実施例３のロール成形型を用いて上記スペーサ用シート表面を押圧回転させながら基板上を移動させて塑性変形させた後、前記ロール成形型を離型して背面板上に最大幅２００μｍ、深さ１０００μｍ、ピッチ６００μｍのスペーサ用空隙を基板表面の所定の位置に位置合わせして形成し、実施例１と同様に焼成してスペーサ付基板を作製した。
【００５２】
その結果、スペーサの高さ２００μｍ程度であり、高さ１０００μｍのスペーサは得られなかった。また、同時に前記ロール成形型を離型する際に４０％以上のスペーサ成形体がロール成形型に噛み込んで基板から剥離し、ガラス基板全面に渡ってスペーサを形成することはできなかった。
【００５３】
【発明の効果】
本発明のスペーサ付基板によれば、微細でかつ高さの高いスペーサを基板表面に寸法精度良く形成することができる。また、成形型に形成する凸部の幅を先端に向かって狭くなるように形成することにより、さらに成形型からの樹脂層の離型性が向上し、さらに高いスペーサの成形性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスペーサ付基板の製造方法の製造工程を示す概念図である。
【図２】本発明のスペーサ付基板の製造方法に適応できる（ａ）成形型の例および（ｂ）得られるスペーサ付基板の斜視図である。
【図３】本発明のスペーサ付基板の製造方法に適応できる（ａ）他の成形型の例および（ｂ）得られるスペーサ付基板の斜視図である。
【図４】本発明のスペーサ付基板の製造方法に適応できる（ａ）さらに他の成形型の例および（ｂ）得られるスペーサ付基板の斜視図である。
【図５】本発明のスペーサ付基板の製造方法に適応できる（ａ）さらに他の成形型の例および（ｂ）得られるスペーサ付基板の斜視図である。
【図６】本発明のスペーサ付基板の製造方法の適応例の一例である電界放出型ディスプレイ（ＦＥＤ）の一例を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
１・・・基板
２・・・樹脂層
３・・・成形型
４・・・凸部
５・・・スペーサ用空隙
７・・・スペーサ成形体
８・・・スペーサ
【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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