JP2006318657A - 蛍光体層を有する凹凸基板の製造方法および凹凸基板 - Google Patents

Abstract

【課題】
例えば、プラズマディスプレイパネルの背面板の隔壁のように、表面に微細なピッチの凹凸を有する基板に、均一な厚さの蛍光体層を簡便に形成する方法および装置を提供することである。さらには、アスペクト比の大きい井桁状のセルにおいても、セルの側面及び底面に均一な厚さの蛍光体層を形成する方法ならびにこの方法により製造した表示特性の良好なプラズマパネルディスプレイを提供することである。
【解決手段】
少なくとも、蛍光体粉末を含む蛍光体ペーストをノズルの塗布液噴出口から吐出し、同時に気体を前記ノズルの気体噴出口から噴射して、前記蛍光体ペーストを微粒子化し、前記微粒子化された蛍光体ペーストにより、前記凹部内に蛍光体層を形成し、均一な厚さの蛍光体層を有するプラズマパネルディスプレイを製造する。
【選択図】図１

Description

本発明は一定で微細なピッチの凹凸を有する基板に蛍光体層を形成するプロセスに適応するもので、主にプラズマディスプレイパネルの背面板の隔壁内部に均一に蛍光体層を形成する方法、及びプラズマパネルディスプレイ等に代表される蛍光体を有する凹凸基材に関するものである。

近年ＣＲＴからフラットパネルディスプレイへの劇的な変遷を迎えつつある。中でもプラズマディスプレイは高視野角、高輝度で大型軽量化が可能であることから大きな注目を集めている。ＡＣ型プラズマディスプレイは図１に示すように、透明電極１０５、バス電極１０４、誘電体層１０２、保護層１０３を形成した前面板と、アドレス電極１０８、誘電体層１０６、隔壁（リブあるいはスペーサーとも言う）１１０と蛍光体層１０７よりなる背面板からなり、両者を貼り合わせの上隔壁にしきられた放電空間にＮｅあるいはＨｅとＸｅからなる放電ガスが封入された構造になっている。発光原理はアドレス電極１０８と透明電極１０５間で放電を起こさせＸｅガスから紫外線が生じ、この紫外線により蛍光体を励起させて発光することを利用した物である。蛍光体層１０７の形成は微細なストライプ状あるいは井桁状に隔てられた隔壁１１０の内壁（凹部）に赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）の蛍光体粉末を分散させたペースト塗り分けることで形成されている。

プラズマディスプレイパネルの発光は、隔壁に囲まれた放電セルに側面及び底面に塗布された蛍光体に放電により発生した紫外線が照射することで発光し、蛍光体の発光を紫外線照射と同じ側から放電セル外に取り出す反射型である。発光効率は蛍光体塗布面積と相関があるため、蛍光体が厚すぎると放電空間が狭くなり、放電電圧の上昇及び発光効率の低下をもたらす。

このようなことから、プラズマディスプレイのパネル全体の輝度の大きさ、パネル全体の輝度の安定性、および視野角特性を向上させるために、上記の蛍光体層１０７を、隔壁１１０の底面及び側面にできるだけ均一な厚さに形成することが重要であった。また、プラズマパネルディスプレイにおいては、近年、表示素子の高輝度化及び消費電力の低減が要求されており、このため、放電セルの蛍光体塗布面積を増大し、単位画素あたりの表示特性を改善することが求められていた。

従来は、パネルの隔壁の凹部に、主に厚膜印刷法を用いて蛍光体ペーストを塗布していた。一例として特許文献１を挙げる。厚膜印刷法では、メッシュスクリーンあるいはメタルマスクを介して、隔壁凹部の壁面にスキージーを用いて赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）の各色の蛍光体ペーストを塗り分ける。隔壁の側面及び底面の蛍光体層の厚さを均一にするためには、蛍光体ペーストのレオロジー特性を緻密に制御する必要がある。これらレオロジー特性の制御は、蛍光体粉末の最大・平均粒径、粒度分布、比重、蛍光体表面状態、および、バインダー樹脂のレベリング性、蛍光体粉末との分散性、乾燥強度等、様々な条件に左右される。そのため、非常に多くの条件の選択肢の中から最適な蛍光体ペーストの条件を発見しなければならず、そのためには多くの労力が必要であった。また、放電セルの隔壁高さが変更されると、隔壁のエッジ部の形状や濡れ性が変化するので、隔壁内に均一な層厚を形成するための蛍光体ペーストのレオロジー特性も変化する。このため、従来は、パネルの仕様変更のたびに、最適な蛍光体ペーストの条件を探索しなければならなかった。

さらに、隔壁の高さが高く、アスペクト比の大きい井桁状放電セルを従来の厚膜印刷法により形成すると、底面で蛍光体ペーストが塗布不足になる、塗布された蛍光体ペーストが気泡を内包する、脱バインダー時に蛍光体が脱落する等の問題を発生した。

ところで、凹凸を有する基板に蛍光体材料を塗布する厚膜印刷法以外の方法として、スプレーコート法が考えられる。しかし、従来のスプレーコート法は、吐出される液滴が大きいため、凹凸パターンの大きさと比べて途液の供液量が多くなり、微細な凹凸パターンを有する基板に用いると、均一な膜厚が得られない。また、液滴が大きいため、重力の影響を比較的に受けやすく、底部が厚くなりがちであった。このため、プラズマディスプレイパネルのような微細なピッチを有する基板に適用すると、放電セル底部の蛍光体層厚が厚くなり、良好なパネルが得られなかった。その他、電着法、静電塗装法等も考えられるが、電着法は、塗布される対象に導電性がないと用いることはできないため、用いることのできる基板に制限があり、静電塗装法はスプレー法と同様に、途液の供液量が多くなる、帯電性の溶媒の選定等に制約があった。
特開平５−２９９０１９号公報

本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたものであり、その課題とするところは、例えば、プラズマディスプレイパネルの背面板の隔壁のように、表面に微細なピッチの凹凸を有する基板に、均一な厚さの蛍光体層を簡便に形成する方法を提供し、さらに、表示特性の良好なプラズマパネルディスプレイを提供することである。

ところで、本発明者の検討によれば、微細なピッチの凹凸が形成された基板上に、蛍光体ペーストを気体と同時にスプレーノズルにより噴霧したところ、蛍光体ペーストが微細な液滴となり、基板上の凹部内の側面及び底面に均一な厚さの蛍光体層を形成することを見出した。さらに、この方法を用いて、隔壁の高さが高くアスペクト比の大きい井桁状放電セルに蛍光体ペーストを塗布したところ、側面及び底面において、均一な膜厚の蛍光体層を有する放電セルを得ることができた。

本発明は、このような知見に基づいてなされたものであり、請求項１に記載の発明は、基材と、基材の片面に形成された凹凸パターンと、前記凹凸パターンの凹部内に形成された蛍光体層とを備える凹凸基材の製造方法において、
少なくとも、蛍光体粉末を含む蛍光体ペーストをノズルの塗布液噴出口から吐出し、
同時に気体を前記ノズルの気体噴出口から噴射して、前記蛍光体ペーストを微粒子化し、
前記微粒子化された蛍光体ペーストにより、前記凹部内に蛍光体層を形成することを特徴とする凹凸基材の製造方法である。

請求項２に記載の発明は、前記蛍光体ペーストの吐出量が、毎分５〜２０ｍｌであることを特徴とする請求項１に記載の凹凸基材の製造方法である。

請求項３に記載の発明は、前記気体の噴射量が、毎分５〜２０ｌであることを特徴とする請求項１又は２に記載の凹凸基材の製造方法である。

請求項４に記載の発明は基材と、基材の片面に形成された凹凸パターンと、前記凹凸パターンの凹部内に形成された蛍光体層とを備える凹凸基材において、
前記凹凸パターンの凹部の深さが２００μｍ以上であり、
かつ前記凹部内の側面と底面に形成された蛍光体層が均一であることを特徴とする凹凸基材である。

本発明によれば、微細なピッチの凹凸が形成された基板上に、凹部の側面及び底面に均一な厚さの蛍光体層を形成することができ、このため、パネル全体の輝度、安定性、視野角特性が向上した。また、基板上に蛍光体層を形成する際に使用する蛍光体ペーストの量を低減することができた。さらに、アスペクト比の大きい井桁状のセルにおいても、セルの側面および底面に均一な厚さの蛍光体層を形成することができた。このため、放電セルの隔壁内の蛍光体塗布面積が向上し、プラズマディスプレイパネルの高輝度化および低消費電力化が可能となった。

以下、本発明における最良の実施の形態を、プラズマディスプレイパネルの背面板の放電セル内の隔壁に蛍光体層を形成する方法を例にして、図を用いて説明する。

図２は本発明の蛍光体形成方法を、プラズマパネルディスプレイの背面板に適用した例の概略図である。２０１はスプレーパイプであり、２０２は気体供給パイプである。２０３はスプレーノズルであり、２０１、２０２、２０３からなるスプレーヘッド２１０を構成する。２０５は背面板上に設けられた井桁状の隔壁であって、２０６は誘電体層である。井桁状の隔壁の高さは高いほど、形成する蛍光体ペーストの面積が増大し、プラズマパネルディスプレイの高精細化、低消費電力化に寄与するため好ましい。具体的には、隔壁の高さは２００μｍ以上であることが好ましい。
２０４はメタルマスクであり、背面板の隔壁２０５によって形成された放電セルのパターンとアライメントされている。２０７は塗布された蛍光体ペースト、２０８はアドレス電極を示す。２０４のメタルマスクと背面板の隔壁２０５によって形成された放電セルのパターンとアライメントする方法は、隔壁が形成された背面板に予め設けてある位置合わせ用のアライメントマークと各色用メタルマスク上のアライメントマークとを合わせることにより行なっても良いし、メタルマスクと背面板基材とを背面板基材を載せるステージ２０９上に設けたポストあるいはピンとを位置合わせすることもできる。また、これらの方法に限定されず本発明の目的の範囲で任意の方法を選択することができる。

メタルマスクと背面板基材とをアライメントした後、蛍光体ペーストをスプレーノズル２０３より噴霧して蛍光体層を形成する。この際、蛍光体ペーストは、圧縮空気などの気体と共に混合噴霧され、微粒子化される。さらに、吐出速度を上げるため、気体の圧力により蛍光体ペーストの噴霧がアシストされる。また、２０１〜２０３からなるノズルを複数配置したスプレーノズルヘッドをＸ、Ｙ方向に操作して前面に塗布しても良いし、塗布面全面にスプレーノズルを配列した装置を用いても良い。

スプレーノズル２０３から供給される蛍光体ペーストの供給速度は５〜２０ｍｌ／ｍｉｎが好ましい。蛍光体ペーストの供給速度が多すぎると、理想的な厚みで蛍光体層が形成できないばかりでなく、隔壁内部が蛍光体ペーストで充填されてしまう。さらに塗布効率の大幅な低下を招く。少なすぎても実質的な蛍光体形成速度が得られないと言う問題がある。蛍光体ペーストの供給速度が遅すぎても、蛍光体層の形成に時間がかかりすぎる問題が発生する。

スプレーノズル２０３から供給される気体の流量は５Ｌ／ｍｉｎ〜２０Ｌ／ｍｉｎであることが好ましい。５Ｌ／ｍｉｎ以下であると噴霧されるペーストが均一で微細な液滴径に至らないため凹部分への付きまわりが著しく低下する。２０Ｌ／ｍｉｎ以上である場合、蛍光体粒子が飛散してしまい塗布効率の低下と、実質的な速度で蛍光体層を形成できなくなる。よって圧縮気体は上述の範囲内で使用することが望ましい。また、蛍光体ペーストの粘度は３〜１００Ｐｓ／ｃｍであることが望ましい。

本発明に使用される蛍光体層形成装置の基本概念図３を用いて説明する。３０１は、スプレーノズル２０３に空気などの気体を高圧で送り込むための、圧縮気体源をしめしたものであり、高圧ボンベであってもコンプレッサーであっても良い。３０２は気体の流量を調節する流量調整バルブであり、３０３は気体の流量計であり、気体の流量を計測した信号を３０２の気体流量調整用バルブにフィードバックし常に供給量を一定に保つ機構が具備されている。３０４はスプレーノズルあるいはスプレーノズルを複数配列したスプレーヘッドである。本発明のスプレーノズルは、蛍光体ペースト噴出口と、気体噴出口を供えていて、蛍光体ペーストと気体を同時に噴出する。この際、蛍光体ペーストと同時に噴出された気体が、蛍光体ペーストを微粒子する。３０５は蛍光体ペーストの流量を計測する流量計であり、３０６は蛍光体ペーストの流量調整用バルブで、蛍光体ペーストの流量を計測した信号を３０６の蛍光体ペーストの流量調整用バルブにフィードバック制御によりペースト流量を一定に保つ機構が具備されている。これにより、上述の最適流量範囲内でペーストを安定的に供給することで塗布の適正範囲内の条件で安定的に塗布ができる。本発明の蛍光体層形成装置を用いることで、スリット状のプラズマディスプレイパネルであっても、完全に閉鎖された井桁状放電セルであっても凹部内壁に均一に蛍光体ペーストを塗ることが可能になる。従来の１液性のスプレー塗装と比較して著しくペースト吐出量が削減できることから塗布効率も良い。

本発明の実施の一例を説明する。ガラス基板上に、銀ペーストを用いて線幅６０μｍピッチ２７０μｍのパターンを印刷法により形成して、さらにこれを焼成し、ガラス基板上にアドレス電極を形成した。この基板上に誘電体ペーストＡＰ５６７０（旭硝子製）を用いてアドレス電極を形成した面全面に塗布して、５７０℃、１０分の条件で焼成し、基板上にさらに誘電体層を形成した。次に、基板上にリブペーストＲＰＷ４０１（旭硝子製）を、スクリーン印刷法を用いて、複数回パターンニングして、乾燥した。さらに基板に、ドライフィルムレジストを貼りつけ、露光現像することでアドレス電極の中間部分にスロット２２０μｍ×７６０μｍで開口しピッチ２７０μｍ×８６０μｍのレジストパターンを形成した。サンドブラスト処理後焼成、脱バインダーを行ない、高さ２２０μｍ、幅５０μｍの井桁状隔壁を形成した。

こうして作成した背面基板に図３に示すように、メタルマスク２０４を背面板とアライメントの上、圧縮空気供給量を２０Ｌ／ｍｉｎ、蛍光体ペースト流量を１５ｍｌ／ｍｉｎで供給し、スプレーノズルから蛍光体ペーストを、隔壁部に噴霧塗布した。蛍光体ペーストは蛍光体粉末Ｒ（赤）：（Ｙ，Ｇｄ，Ｅｕ）ＢＯ３ （ＫＸ−５０４Ａ）、 Ｇ（緑）：ＢａＡｌ１２Ｏ１９，Ｍｎ（ＫＸ−５０２Ａ）Ｂ（青）Ｂａ、Ｅｕ，ＭｇＡｌ１０Ｏ１７（ＫＸ−５０１Ａ）を、セルロース系ビヒクル（ＥＣ−３００ＦＴＰ 日新化成製）と混合・分散させて蛍光体ペーストとした。ぞれぞれの粘度を１０Ｐａ・ｓなるようにターピネオールで調整した。Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれを塗布、乾燥後焼成してＰＤＰ背面板を得た。

得られた背面板の面内数カ所を樹脂埋めし、断面の削り出しを行ない、蛍光体層厚を測定したところ、隔壁側面の蛍光体層厚は２０±３μｍ、隔壁底面での蛍光体層厚は１９μｍ±２μｍとなった。すなわち、隔壁側面と隔壁底面で均一の膜厚の蛍光体層を形成することができた。

さらに全面基板を作成後、放電ガスを封入しＰＤＰパネルを作成した。駆動回路を接続し、発光したところ良好な画質で表示することができた。蛍光体の塗布不良による発光不良のセルもなかった。

＜比較例＞
実施例と同じ方法で背面基板を作成した。厚膜印刷法でＲ，Ｇ，Ｂ蛍光体をそれぞれ塗布した。最適なレオロジー特性を探索するため、数十回の試行を繰り返し、ペースト粘度を３０Ｐｓ・ｃとするのが適正条件であることを見出した。それぞれの色を塗布後乾燥・焼成を３回繰り返した。得られた背面板の面内数カ所を樹脂埋めし、断面の削り出しを行ない、蛍光体層厚を測定したところ、隔壁側面の蛍光体層厚は２４±３μｍ、隔壁底面での蛍光体層厚は１５μｍ±２μｍとなった。すなわち、隔壁内部の側面と底面で、均一な厚みの蛍光体層を得ることができなかった。さらに、蛍光体層を実体顕微鏡で目視検査したところ、底面の蛍光体層が欠落している箇所を発見した。さらに、乾燥後焼成前の蛍光体層をＳＥＭで観察したところ、図４に示すように塗布時に気泡４１０を底面に内包している箇所があり、焼成時に欠落することが原因であることが判明した。

さらに、前面板を作成後、パネルを発光させたところ、蛍光体の脱離に由来するセルの発光不良が多くあり、品質の良いパネルは得られなかった。

ＡＣ型プラズマディスプレイパネル（井桁状リブ構造）の構造を示した図である。 本発明による蛍光体層の形成方法の概念図である。 蛍光体層形成装置の概略図である。 比較例１でスクリーン印刷法により蛍光体層を形成した時の欠陥部を断面から観察した模式図である。

符号の説明

１０１・・・全面ガラス板
１０２・・・誘電体層
１０３・・・保護膜
１０４・・・バス電極
１０５・・・透明電極
１０６・・・誘電体層
１０７・・・蛍光体層
１０８・・・アドレス電極
１０９・・・背面板ガラス
１１０・・・隔壁（リブ）
１１１・・・ブラックストライプ
２０１・・・スプレーパイプ
２０２・・・気体供給パイプ
２０３・・・スプレーノズル
２０４・・・メタルマスク
２０５・・・隔壁（リブ）
２０６・・・誘電体層
２０７・・・蛍光体層
２０８・・・アドレス電極
２０９・・・ステージ（荷台）
２１０・・・スプレーヘッド
３０１・・・圧縮気体源
３０２・・・気体流量調整バルブ
３０３・・・気体流量計
３０４・・・スプレーノズルあるいはスプレーヘッド
３０５・・・蛍光体ペースト流量計
３０６・・・蛍光体ペースト流量調整バルブ
３０７・・・タンク
３０８・・・蛍光体ペースト
４０１・・・気泡
４０２・・・隔壁（リブ）
４０３・・・蛍光体
４０４・・・アドレス電極
４０５・・・背面ガラス板
４０６・・・誘電体層

Claims (4)

1. 基材と、基材の片面に形成された凹凸パターンと、前記凹凸パターンの凹部内に形成された蛍光体層とを備える凹凸基材の製造方法において、
   少なくとも、蛍光体粉末を含む蛍光体ペーストをノズルの塗布液噴出口から吐出し、
   同時に気体を前記ノズルの気体噴出口から噴射して、前記蛍光体ペーストを微粒子化し、
   前記微粒子化された蛍光体ペーストにより、前記凹部内に蛍光体層を形成することを特徴とする凹凸基材の製造方法。
2. 前記蛍光体ペーストの吐出量が、毎分５〜２０ｍｌであることを特徴とする請求項１に記載の凹凸基材の製造方法。
3. 前記気体の噴射量が、毎分５〜２０ｌであることを特徴とする請求項１又は２に記載の凹凸基材の製造方法。
4. 基材と、基材の片面に形成された凹凸パターンと、前記凹凸パターンの凹部内に形成された蛍光体層とを備える凹凸基材において、
   前記凹凸パターンの凹部の深さが２００μｍ以上であり、
   かつ前記凹部内の側面と底面に形成された蛍光体層が均一であることを特徴とする凹凸基材。

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