專利名稱：用于電子束激勵顯示器的玻璃隔板的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于電子束激勵顯示器的玻璃隔板，本發明尤其涉及一種用于電子束激勵顯示器的玻璃隔板，所述玻璃隔板具有電子傳導特性從而可有效防止被充電。
平板電子束激勵顯示器包括由玻璃襯底制成的前面板，其具有在其內表面上形成的圖像形成元件；由玻璃襯底制成的后面板，安裝有一組電子束發射裝置(陰極)。圖像形成元件具有熒光物質，當被電子束發射裝置發射的電子束照射時，所述熒光物質能夠形成圖像。前面板和后面板通過支撐框架氣密封地接合在一起，從而前后面板和支撐框架形成真空容器，作為抵抗大氣壓的氣密封結構。(如JP-A-7-230776)。
在平板電子束激勵顯示器中，由于圖像由電子束照射熒光物質而形成，其中設置有組成元件如電子束源和熒光物質的真空容器被保持在不高于大約1.33×10-8Pa(大約10-10Torr)的真空氣氛中。因此，當顯示器的顯示屏變大時，由于真空容器內部和外部的氣壓差，前面板和后面板發生變形或互相接觸，使得圖像顯示成為不可能。為了防止變形或接觸以便保持前面板和后面板之間的距離恒定，在前面板和后面板之間插入玻璃或陶磁隔板以作為氣壓支承部件。
然而普通的玻璃或陶磁被認為是非導體。因此，當由電子束源發射的部分電子撞擊隔板時，所述部分電子被隔板捕獲以使隔板帶電。當這種操作重復進行時，隔板的帶電量增加。當隔板的帶電量超過允許值時，在隔板中捕獲的電子受到撞擊而產生過量的電流。結果，引起圖像紊亂的問題。
作為解決上述問題的一種方法，迄今為止已經知道的方法有在每一隔板的表面上形成電子傳導膜(如JP-A-8-180821)的方法，通過燒結混合有電子導體物質的原材料所獲得的陶磁材料被用作每個隔板的方法(如美國專利法No.5675212)，等等。從可制造性、生產成本、質量等等方面來看，這些方法都不是根本的解決方案。
為達到上述目的，根據本發明的玻璃隔板是一種在具有玻璃襯底的電子束激勵顯示器中使用的玻璃隔板，所述玻璃隔板由包含30％至80％摩爾量的SiO2、10％至40％摩爾量的過渡金屬氧化物，10％至50％摩爾量的RO(其中R是一種堿土金屬)，以及小于5％摩爾量的R’2O(其中R’是一種堿金屬)的玻璃合成物制成。
優選的是，在根據本發明的玻璃隔板中，過渡金屬氧化物的摩爾量在12％到30％的范圍內。
優選的是，在根據本發明的玻璃隔板中，過渡金屬氧化物是包含至少一種由鐵、釩、鈦、鈷、鎳、銅、錳和鉻組成的元素族中選出的成分的金屬氧化物。
優選的是，在根據本發明的玻璃隔板中，R’2O的摩爾量為2.5％或更少。
優選的是，在根據本發明的玻璃隔板中，在每一玻璃襯底和玻璃隔板之間的線性熱膨脹系數之差不大于15％。在此需要指明的是，在本發明中所使用的術語“線性膨脹系數”是指在30℃到400℃范圍內的平均線性膨脹系數。
圖1具有根據本發明實施例的用于電子束激勵顯示器的玻璃隔板的平板電子束激勵顯示器的分解透視圖；圖2是沿圖1的II-II線的剖面圖；圖3示出了生產根據本發明實施例的用于電子束激勵顯示器的玻璃隔板的裝置的構造示意圖；圖4是沿圖3的VI-VI線的剖面圖。
本發明是基于研究的結果。
以下將參照附圖描述根據本發明實施例的用于電子束激勵顯示器的玻璃隔板的構造。
圖1具有根據本發明實施例的玻璃隔板的平板電子束激勵顯示器的分解透視圖。
在圖1中，平板電子束激勵顯示器包括前面板1和后面板2。前面板1由具有在其內表面上形成的圖像形成元件的玻璃襯底15制成。后面板2由安裝有一組電子束發射裝置的的玻璃襯底21制成。圖像形成元件5具有熒光物質，當被從電子束發射裝置發射的電子束照射時，所述熒光物質可發光。
例如，每個玻璃襯底15和21由鈉鈣玻璃、PDP高畸變點玻璃或者TFT鋁硼硅酸鹽玻璃制成。所述玻璃的線性膨脹系數大約在35×10-7/℃至95×10-7/℃的范圍內。
如圖2所示，圖2是沿圖1的II-II線的剖面圖，前面板1和后面板2通過支撐框架3氣密封地結合在一起，從而前后面板1和2以及支撐框架3形成作為抵抗大氣壓的氣密封結構的真空容器。并且，在前面板1和后面板2之間插入作為大氣壓支承部件的多個玻璃隔板4。
后面板2包括玻璃襯底21，多個以矩陣形式排列在玻璃襯底21上的裝置部分23，以及排列在玻璃襯底21上用于向多個裝置部分23供應電源的多個線路部分24。每個裝置部分23由大約100nm厚的Ni(鎳)制成。每個線路部分24由大約2微米厚的Ag(銀)制成。電子發射裝置25分別設置在裝置部分23上。線路部分24的布線圖案是平行線，從而沿著每一對相鄰的線路24設置的電子發射裝置25可通過所述的一對相鄰線路24被同時供給電源。雖未示出，具有直徑約為50μm的電子穿過孔的調制電極進一步設置在從玻璃襯底21通過SiO2電絕緣膜向上大約10μm的距離處。
每一玻璃隔板4的下端被通過粘結件8固定到后面板2上。或者，每一玻璃隔板4的上端被通過粘結件8固定到前面板1上或每一玻璃隔板4的上端和下端都通過粘結件8分別固定到前面板1和后面板2上。
每一玻璃隔板4的截面形狀的高寬比(高度/最大寬度的比)一般在4到50的范圍內。
每一玻璃隔板4的厚度優選在0.03mm到0.30mm的范圍內。盡管由于以光發射為基礎的顯示在玻璃隔板4與前面板1和后面板2中的每一個之間的接觸部分中無法進行，應當優選每個玻璃隔板4盡可能地薄，但是由于當玻璃隔板4的厚度小于0.03mm時，玻璃隔板4的絕對強度不足，很難處理玻璃隔板4。另外，玻璃隔板4設置在線路部分24中以便提高顯示器的數值孔徑。通常，每一線路部分24的寬度不大于0.30mm。因此，選擇玻璃隔板24的厚度大于線路部分24的寬度是不明智的。
每一玻璃隔板4的高度一般選擇在0.7mm到5.0mm的范圍內，優選在1.0mm到3.0mm的范圍內。在平板電子束激勵顯示器中，為了提高熒光物質的使用效率，一般使用5000V到6000V的高加速電壓。為此，如果通過隔板4形成的前面板1和后面板2之間的距離小于1.0mm，很難保證前后面板1和2互相電絕緣。如果所述距離大于3.0mm，從每個電子束源發射的電子束被傳播得很寬，從而相鄰像素不合需要地發光。
每個玻璃隔板4的長度根據顯示器的尺寸和其生產方法來確定。一般來說，每個玻璃隔板4的長度選擇在30mm到2000mm的范圍內。
顯示器如下裝配。玻璃隔板4通過密封玻璃料8以預定的間距設置在后面板2上，后面板上裝配有一組電子發射裝置。在這種情況下，前面板1通過密封玻璃料8連接到后面板2和玻璃隔板4上。然后，所產生的面板在大約400℃到500℃的范圍內被加熱以便被燒結。以這種方式完成顯示器的裝配。
以下將描述形成根據本發明的用于電子束激勵顯示器的玻璃隔板的玻璃合成物的成份被限制的原因。
形成根據本發明的用于電子束激勵顯示器的玻璃隔板的玻璃合成物包含30％至80％摩爾量的SiO2、10％至40％摩爾量的過渡金屬氧化物，10％至50％摩爾量的RO(其中R是一種堿土金屬)，以及小于5％摩爾量的R’2O(其中R’是一種堿金屬)。
SiO2是形成玻璃構架的主要成份。如果SiO2的摩爾量小于30％，玻璃的耐久性太低因而不能得到穩定的玻璃。如果SiO2的摩爾量大于80％，玻璃的熔化溫度大大提高，使玻璃難以熔化。因此，SiO2的摩爾含量被選擇在30％至80％的含量內，優選在40％到60％的范圍內。
過渡金屬氧化物用于使玻璃產生電子傳導特性是必不可少的。為了獲得必要的電子傳導特性所需要的過渡金屬氧化物的摩爾含量在10％到40％的范圍內。如果過渡金屬氧化物的摩爾含量小于10％，則由于玻璃的電子傳導性太低而不能充分地釋放隔板上所積聚的電荷，將使用于電子束激勵顯示器的玻璃隔板的作用難以實現。如果過渡金屬氧化物的摩爾含量大于40％，則由于玻璃被脫玻從而難以獲得穩定的玻璃。優選的是，過渡金屬氧化物的摩爾含量選擇在12％到30％的范圍內。
過渡金屬離子在玻璃中可顯示兩種或三種化合價或更多種化合價。過渡金屬離子在玻璃中的化合價根據玻璃的成份和生產玻璃的條件而不同。在本發明中，化合價的含量對于給予玻璃所需的電子傳導性來說非常重要。也就是說，在過渡金屬離子在玻璃中既具有二價又具有三價的情況下，二價過渡金屬離子的含量優選在10％到90％的范圍內。如果二價過渡金屬離子的含量小于10％或大于90％，玻璃基本上沒有電子傳導特性，從而使根據本發明的用于電子束激勵顯示器的玻璃隔板的作用難以實現。在過渡金屬離子在玻璃中顯示三種或更多種化合價的情況下，具有每種化合價的過渡金屬離子的含量優選至少為10％，其理由如上所述。
在玻璃中的過渡金屬氧化物化合價的含量可用各種方法控制。當玻璃原料在一般的熔化氣氛中熔化時，玻璃中的過渡金屬易于偏向高價一邊。然而，當玻璃原料在減低的氣氛中熔化時，玻璃中的過渡金屬可被保持在低價狀態。作為最簡單的方法，碳或其類似物被混合到玻璃原料中，然后其混合物被在減低的氣氛中進行加熱和熔化。
優選的是，過渡金屬從由Fe、V、Ti、Co、Ni、Cu、Mn和Cr中選擇。這些金屬由于各個元素的電子傳導特性激發能不同，具有不同的電子傳導特性。根據發明者的考察，特別優選Fe、Cu和V，因為這些金屬在玻璃中顯示適當的激發能。
RO，即堿土金屬氧化物，如MgO、CaO、SrO和BaO被用于在成型時調節脫玻溫度及粘性以及改善玻璃的耐久性。可以包含RO中的一種或兩種或更多種。如果RO的總的摩爾含量小于10％，則熔化溫度提高，從而玻璃難以熔化，并且耐久性降低。如果RO的總的摩爾含量大于50％，則脫玻溫度提高。優選的是，RO的總的摩爾含量在20％到40％的范圍內。
如果活動離子如鈉離子被包含在用于形成根據本發明的玻璃隔板的玻璃中，所述離子根據偏壓在玻璃中移動。因此，離子的化合價在玻璃中不均勻地分布，從而引起電場破壞的問題發生。因此，盡管從防止R’O2這一缺點的觀點看，優選的是，如果可能的話，在玻璃中不包含堿金屬氧化物如Li2O、Na2O和K2O，但為了改善熔化玻璃的加速度和降低脫玻溫度，可包含摩爾含量小于5％的R’O2。R’O2的含量優選不大于2.5％的摩爾含量，更優選不大于1％摩爾含量。同樣，出于避免離子導電特性的觀點，優選的是，如果可能的化，所包含的堿金屬氧化物為重元素氧化物。
當玻璃隔板的線性膨脹系數不同于由玻璃襯底制成的前面板或后面板的膨脹系數時，在因燒結而溫度升高時，線性膨脹系數較大的一個比線性膨脹系數較小的另一個膨脹的更多，而在溫度下降時，線性膨脹系數較大的一個比線性膨脹系數較小的另外一個收縮得更多。如果線性膨脹系數的差別超過允許值，玻璃隔板就有可能發生彎曲、變形、毀壞等。因此，在本發明中，玻璃襯底和玻璃隔板的線性膨脹系數的差別被優選為不大于15％，更優選的是不大于10％。當差別在這一范圍內時，加熱時由于線性膨脹系數的差別引起的玻璃隔板彎曲、變形、毀壞等問題可被可靠地避免。
玻璃隔板的線性膨脹系數的期望值可通過調節玻璃隔板的玻璃成分(特別是調節堿金屬氧化物的含量)而獲得。通過根據具有預定線性膨脹系數的玻璃襯底來適當調節玻璃隔板的線性膨脹系數，產品中的玻璃襯底和玻璃隔板之間的線性膨脹系數的差別可在預定的范圍內獲得。
順便說一句，如果玻璃隔板的電阻太低，由于從電子束激勵顯示器的結構看，系統會發生電短路，所述玻璃隔板不能使用。另一方面，如果玻璃隔板的電阻太高，則積聚的電荷不能被充分地釋放。因此，根據本發明的用于電子束激勵顯示器的隔板的電阻優選為大約在103Ω·cm到1010Ω·cm的范圍內。
生產根據本發明的用于電子束激勵顯示器的玻璃隔板的方法沒有特別的限制。優選的是，通過下述方法，使用如圖3所示的用于生產用于電子束激勵顯示器的玻璃隔板的裝置來生產玻璃隔板。
第一步首先，通過對玻璃材料應用如切割、刨削、拋光這樣的機械加工方法或者通過對玻璃材料應用如焊接、熱處理、或者熱壓等伸展方法，準備作為基本材料并具有預定截面形狀的玻璃41。形成母玻璃41，從而母玻璃41的截面形狀大體上類似于將要獲得的玻璃隔板4的截面形狀。母玻璃41的截面面積大體上在將要獲得的玻璃隔板4的截面積的100倍到700倍的范圍內。第二步所準備的母玻璃41被固定到生產裝置30中的金屬絲37的端部，以便懸掛下來。電機36的主動軸被轉動從而母玻璃41的下端部分被引入加熱爐34中。然后，電加熱器43和44被接通，從而母玻璃41的下端部分在加熱爐34中被加熱。通過加熱伸展并從母玻璃41垂下的玻璃接著被通過延展輥46，并在電機45驅動下被延展輥46向下拉。
接著，分別控制電機36和45以便在母玻璃41以預定的供給率引入加熱爐34中時，以預定的延展率向下拉被伸展的玻璃，所述的引入玻璃41的過程和向下拉伸展的玻璃的過程將在后面描述。這時，控制電加熱器43和44以便用于加熱母玻璃41的溫度在預定的范圍內。也就是說，母玻璃41以這樣的溫度范圍加熱，從而母玻璃41的粘性在104Pa.s到108Pa.s的范圍內(105poise到109poise)，優選在107Pa.s到108Pa.s的范圍內(108poise到109poise)。
母玻璃41的延展率與母玻璃41的供給率的比率優選在20到8000的范圍內。如果該比率小于20，母玻璃41的延長百分比太小以致生產率惡化。如果這一比率大于8000，伸長百分比太大以致于被延展的玻璃在垂直于延展方向的截面形狀變得不穩定。更優選的是，所述比率在100到7000的范圍內。第三步接著，被延展的玻璃被切成玻璃隔板4，其中每一個隔板具有預定的長度。可使用金鋼石鋸、玻璃刀、噴水機等進行切割作業。由于每一玻璃隔板4除了切割面以外的四個面在加熱和延展時基本上形成燒邊表面，拋光原始玻璃的精確性要求不是很重要。術語“燒邊表面”是指在熔化的玻璃不接觸模具等的條件下，根據玻璃粘性和加熱溫度之間的相關性控制加熱溫度，將熔化的玻璃模制成例如板形的情況中的玻璃表面。由于模具上的小突起沒有轉移到燒邊表面上，這樣的燒邊表面的特征在于顯微平面性。
通過上述三個步驟，可從母玻璃制出玻璃隔板4，其中每個隔板具有大體類似于母玻璃41的截面形狀的截面形狀。
以下將通過示例和對照示例更加具體地描述本發明。
每一母玻璃41按如下方式準備。光學玻璃硅砂作為SiO2材料，必要的過渡金屬氧化物作為過渡金屬氧化物材料，金屬碳酸鹽作為RO(其中R是一種堿土金屬)材料，并且金屬碳酸鹽作為R’O2(其中R’是堿金屬)材料，這些材料以預定的比例混合熔化后的玻璃的重量為300g。原料混合物被放在鉑坩堝中并在溫度保持為1500℃到1550℃的電爐中熔化2小時。熔化后的玻璃被灌注到鐵板上并被模制以便獲得大約5mm的厚度。這時，通過觀察脫玻現象的存在/不存在來評價玻璃的狀態，從而沒有脫玻現象產生的狀況被評價為O，有脫玻現象產生的狀況被評價為X。表1示出了評價的結果。順便說一句，在表1中，對每一玻璃成份給出的數值顯示的是摩爾百分含量。
表1
在模制后，玻璃在被放置在預先加熱到500℃到600℃范圍內的電爐中的條件下保溫1小時。然后，電爐的電源被切斷，從而玻璃自然冷卻。當玻璃被拋光到大約3mm厚度時，其電阻被測定。特別地，測量過程根據JIS-R214執行。已有報告(如J.D.Mackenzie，Modern Aspects of theVitreous State，Vol.3)，玻璃的電子傳導特性可根據電阻隨時間的變化來評價。也就是說，當DC電流被連續通過顯示離子導電特性的普通玻璃時，離子被不均勻地分布，從而玻璃的電阻隨時間的推移而增加。在顯示電子傳導特性的玻璃中，不能觀察到這種現象，也就是說，即使在DC電流經過玻璃時，玻璃的電阻也不改變。根據電流剛剛開始通過玻璃時的測量值與電流通過玻璃3小時后的測量值之間的比較來評價本發明所獲得的電子傳導特性。在表1中，電子傳導特性評價如下。也就是說，玻璃電阻不改變從而玻璃顯示電子傳導特性的情形被評價為0，玻璃電阻發生改變從而玻璃不顯示電子傳導特性的情形被評價為X。如表1中很明顯，在本發明的范圍內，可提供具有良好的穩定性的電子傳導玻璃，從而可提供適合電子束激勵顯示器的玻璃隔板。
表2示出了作為對照例子的玻璃。在表2中，每一種玻璃成份的數值顯示為摩爾百分含量。對于存在/不存在脫玻現象和存在/不存在電子傳導特性的評價與前面的例子相同。
在表2中，對照例子1和2示出了市場上可得到的玻璃的典型例子。在每一對照例子1和2中，可得到非常穩定的玻璃，但該玻璃不顯示電子傳導特性。在使用通過試驗從玻璃中生產的玻璃隔板的電子激勵顯示器中，到處都觀察到了充電狀態。[表2]
在對照例子3中，包含過渡金屬氧化物的玻璃足以顯示電子傳導特性但不穩定。因此，在生產玻璃的時候出現了多個脫玻部分，從而這種玻璃不能被用于形成隔板。
在對照例子4和5中的每一個中，由于在玻璃中所包含的過渡金屬氧化物的含量太少，得到了穩定的玻璃，但所得到的玻璃不顯示充分的電子傳導特性。
在對照例子6和7中，示出了包含少量RO(其中R是堿土金屬)的玻璃和包含大量R’2O的玻璃(其中R’是堿金屬)。在前者中，很難獲得均勻的玻璃并且熔化溫度很高。在后者中，脫玻作用很高。在每一對照例子6和7中所獲得的玻璃顯示了電子傳導特性但是既不夠穩定又不夠均勻，因而不能用于獲得隔板。
如以上具體描述的那樣，根據本發明的玻璃隔板由如下成份的玻璃合成物所制成，所述合成物包含30％至80％摩爾量的SiO2、10％至40％摩爾量的過渡金屬氧化物，10％至50％摩爾量的RO(其中R是一種堿土金屬)，以及小于5％摩爾量的R’2O(其中R’是一種堿金屬)。因此，所得到的玻璃隔板具有電子傳導特性，從而當部分由電子束源發射的電子與玻璃隔板碰撞時，所述玻璃隔板可有效防止被玻璃隔板中捕獲的電子充電。
優選的是，在根據本發明的玻璃隔板中，過渡金屬氧化物的摩爾含量在12％到30％的范圍內。因此，可獲得高穩定性并具有足夠的電子傳導特性的玻璃隔板，從而述玻璃隔板可防止被充電。
優選的是，在根據本發明的玻璃隔板中，過渡金屬氧化物是包含至少一種由鐵、釩、鈦、鈷、鎳、銅、錳和鉻組成的元素族中選出的成員的金屬氧化物。因此，所獲得的玻璃隔板為在實際應用中顯示電子傳導特性的玻璃隔板。
優選的是，在根據本發明的玻璃隔板中，R’2O的摩爾量為2.5％或更少。因此，可更可靠地獲得防止玻璃隔板被充電的效果。
優選的是，在根據本發明的玻璃隔板中，在每一玻璃襯底和玻璃隔板之間的線性熱膨脹系數之差不大于15％。因此，當玻璃隔板被加熱時，可防止玻璃隔板彎曲、變形或毀壞。
權利要求
1.一種用于電子束激勵顯示器的玻璃隔板，所述電子束激勵顯示器具有玻璃襯底，其特征在于所述玻璃隔板由包含30％至80％摩爾量的SiO2、10％至40％摩爾量的過渡金屬氧化物，10％至50％摩爾量的RO，以及小于5％摩爾量的R’2O的玻璃合成物制成；其中R是一種堿土金屬，其中R’是一種堿金屬。
2.根據權利要求1所述的用于電子束激勵顯示器的玻璃隔板，其特征在于所述過渡金屬氧化物的摩爾量在12％到30％的范圍內。
3.根據權利要求1所述的用于電子束激勵顯示器的玻璃隔板，其特征在于所述過渡金屬氧化物是包含至少一種由鐵、釩、鈦、鈷、鎳、銅、錳和鉻組成的元素族中選出的成分的金屬氧化物。
4.根據權利要求1所述的用于電子束激勵顯示器的玻璃隔板，其特征在于所述R’2O的摩爾量不大于2.5％。
5.根據權利要求1所述的用于電子束激勵顯示器的玻璃隔板，其特征在于在每一所述玻璃襯底和玻璃隔板之間的線性熱膨脹系數之差不大于15％。
6.一種平板電子束激光顯示器，包括由第一玻璃襯底制成的前面板，其具有在其內表面上形成的圖像形成元件；由第二玻璃襯底制成的后面板，其上安裝有一組電子束發射裝置；在所述前面板和所述后面板之間插入多個玻璃隔板，從而所述前后面板以預定的間距彼此隔開；其中，所述玻璃隔板由包含30％至80％摩爾量的SiO2、10％至40％摩爾量的過渡金屬氧化物，10％至50％摩爾量的RO，以及小于5％摩爾量的R’2O的玻璃合成物制成，其中R是一種堿土金屬，R’是一種堿金屬。
全文摘要
一種平板電子束激光顯示器，包括由第一玻璃襯底15制成的前面板1，其具有在其內表面上形成的圖像形成元件5；由第二玻璃襯底21制成的后面板2，其上安裝有一組電子束發射裝置；在所述前面板1和所述后面板2之間插入多個玻璃隔板4，從而所述玻璃隔板用作大氣壓支撐部件。每個玻璃隔板4由包含30％至80％摩爾量的SiO
文檔編號C03C3/062GK1469419SQ0314232
公開日2004年1月21日 申請日期2003年6月13日 優先權日2002年6月13日
發明者水野俊明, 小山昭浩, 浩, 藤原浩輔, 輔, 仁, 黑田勇, 長嶋廉仁 申請人:日本板硝子株式會社