JP2007245649A

JP2007245649A - セラミック構造物の製造方法

Info

Publication number: JP2007245649A
Application number: JP2006075212A
Authority: JP
Inventors: Yoshinobu Kobayashi; 吉伸小林; Koichi Shibuya; 幸一渋谷
Original assignee: NIPPON DENKI SHINKU GLASS KK; Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: NIPPON DENKI SHINKU GLASS KK; AGC Inc
Priority date: 2006-03-17
Filing date: 2006-03-17
Publication date: 2007-09-27

Abstract

【課題】有機ＥＬの背面板に於いて凹み深さ精度が高く、凹み底部の平滑性に優れ、将来の薄型化への対応に於いて低価格化を可能とする背面板の製造工法を提供する。
【解決手段】セラミック構造物の製造方法に於いてシート状のセラミック未焼結体を使用し、プレスし積層体を形成する工程に於いて予め表裏面を凹凸形状に加工した金型を使用し、この金型上にセラミック未焼結体シートを積層し、プレスすることにより、セラミック未焼結体シートの積層体に金型の凹凸形状を転写させることを特徴としたセラミック構造物の製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明はセラミック材料を主成分にした板状構造物の製造方法に関し、特にセラミック構造物の表面に凹凸形状に加工した有機ＥＬの背面板の製造に適用する。

従来この種の背面板の製造方法は主材料のソーダガラスに所望の凸型形状を得るために感光性を有するレジストフィルムをガラス上に固着させ、次にガラスマスクを介しＵＶ光（紫外線）でレジストフィルムを露光せしめ、有機溶剤及び炭酸ソーダ等のアルカリ現像液でレジストフィルムを現像させ所望のパターンを形成する。次にレジストフィルム上からサンドブラスト装置で無機粉末を高圧空気と共に吹き付ける。このときレジストフィルムはネガ型の感光フィルムが用いられ紫外線感光部分は硬化しており、サンドブラスト装置より吹き付けられる無機粉末で削られることがなく、現像処理でレジストが除去されたガラス面とで選択的に研削が行われる。これらの工程については、例えば特許文献１を参照することができる。

特開２００１−２９７８７８号公報

このためサンドブラスト工法で加工された場合、サンドブラスト装置からの無機粉末が細いノズルより射出されていることから広い研削エリヤを研削する場合、研削深さにバラツキが生じたり、無機粉末の粒径によっては研削面の表面粗度が粗くなる。このため精度の高い研削深さを得ることと研削面の細やかな表面粗度を得ることが困難となっている。
従来工法に於いてはこれらを改善するために研削後エッチング処理を行い研削面の平滑化を行っている。このために工数が掛かりコスト高となっている。

有機ＥＬに於いては今後の薄型化の進展と共に背面板の薄膜化の市場要求が強くなる。従来工法に於いて薄型背面板を作成する場合、薄板ガラス板を使用するが、薄板ガラスは価格的に高価となり製品のコストアップになる恐れがある。

本発明の目的は有機ＥＬの背面板に於いて凹み深さ精度が高く、凹み底部の平滑性に優れ、将来の薄型化への対応に於いて低価格化を可能とする背面板の製造工法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は以下の製造方法を提供する。
（１）セラミック構造物の製造方法に於いてシート状のセラミック未焼結体（以下、「セラミックグリーンシート」または「グリーンシート」とも呼ぶ））を使用し、プレスし積層体を形成する工程に於いて予め表裏面を凹凸形状に加工した金型を使用し、この金型上にセラミックグリーンシートを積層し、プレスすることにより、セラミックグリーンシートの積層体に金型の凹凸形状を転写させることを特徴としたセラミック構造物の製造方法。
（２）セラミック構造物の製造方法に於いてシート状のセラミック未焼結体を使用し、プレスし積層体を形成する工程に於いて、プレス方法が温水の等方圧によることを特徴とする上記（１）記載のセラミック構造物の製造方法。
（３）セラミック構造物の製造方法に於いてシート状のセラミック未焼結体（セラミックグリーンシート）を使用し、プレスし積層体を形成する工程に於いて予め表裏面を凹凸形状に加工した金型を使用し、この金型上にセラミックグリーンシートを積層し、プレスすることにより、セラミックグリーンシートの積層体に金型の凹凸形状を転写させた後、セラミックグリーンシートの積層体を焼結させることを特徴としたセラミック構造体の製造方法。
（４）セラミック構造物の製造方法に於いてシート状のセラミック未焼結体（セラミックグリーンシート）に予め穴あけ手段で穴あけ加工し、次にペースト状導電性材料でパターン形成をした後、セラミックグリーンシートを所望の手順で積層した後、予め表裏面を凹凸形状に加工した金型を使用し、この金型上にセラミックグリーンシートの積層体を形成し焼結させることを特徴とするセラミック構造物の製造方法。

本発明によれば、有機ＥＬの背面板に於いて凹み深さ精度が高く、凹み底部の平滑性に優れ、将来の薄型化への対応に於いて低価格化を可能とする背面板の製造工法が提供される。

次に図を用いて本発明の製造方法について詳細に説明をする。

第１図〜６図は本発明の基本的な製造プロセスを説明する図で、先ず第１図の通りに枚様形状のグリーンシート１を凹形状のパターンが形成された金属金型２上に積層し、次に第２図の如く金属金型上に所望のグリーンシート枚数を積層した状態でビニールパック３を用いて真空パックする。この状態のものを温水等方圧プレスにて真空パックを加温した後、パック上から加圧する。グリーンシートは加温されることにより軟化するためその後の加圧力により金属金型２の凹部分にグリーンシート１が入り込み第３図の形状になる。

次に加温、加圧されたパックを温水等方圧プレスより取り出し、冷却した後グリーンシートの積層体４を金属金型２から取り外す（第４図）。取り外した積層体４は第５図の通りアルミナセッター６上に設置し、次にこの物を焼成炉に投入し、定められた焼成条件で焼結される。第６図はグリーンシート積層体４が焼結され、セラミック焼結体７となった状態を示す。

グリーンシートからセラミック焼結体に至る過程でＸ、Ｙ方向の寸法に約８７％、Ｚ方向に対して７０％、各々収縮する。

次に今回、発明したプロセスを基に今回試作した有機ＥＬの背面板の製作方法の詳細について詳しく説明をする。

先ず有機ＥＬの背面板の形状を得るための金属金型１を第１図形状で作成した。本発明に於いては２００ｍｍ×２００ｍｍ厚み３ｍｍのステンレス３０４の板材に対し第１図の如くエッチング加工で凹形状の溝を得た。凹形の溝形状の詳細は現在使用されているガラス製の従来型の背面板リブ形状の幅１．４ｍｍ、リブ高さ０．３５ｍｍを得るためにグリーンシートのＸ、Ｙ軸方向の収縮率１３％、及びＺ軸方向の収縮率３０％を考慮し、金型の凹部分の寸法を溝の幅１．４ｍｍ／０．８７＝１．６０９ｍｍとした。溝の深さについては０．３５／０．７＝０．５ｍｍとした。

背面板の厚さに付いても０．３５ｍｍを得るためにグリーンシートのＺ軸収縮率７０％を考慮し０．３５／０．７＝０．５ｍｍとし今回の試作は０．１２５ｍｍ厚のグリーンシート４枚で構成した。

今回使用したグリーンシートは日本電気真空ガラス株式会社製ＧＣＳ７１Ｅを使用しグリーンシートサイズは１９０ｍｍ×１９０ｍｍ×０．１２５ｍｍを使用した。

グリーンシートは積層の際、下層に対し９０°のローテーションを加えて積層を行い焼結時の収縮の安定性と平坦性の向上を目的に行った。

次に金属金型上に積層されたグリーンシートの積層体に対し、ビニールパックを用い真空パックを行った。使用したビニールパックは市場で一般的に流通している防湿性を必要とする食品のパッケージ用の物を使用した。金属金型上に積層されたグリーンシート積層体を金属金型と共にビニールパックに入れ真空装置でパック内部の空気を抜いた後、ビニールパックの入り口部分を熱圧着し真空封止を行った。

次にこの真空封止を行ったパックを温水等方圧プレス装置に投入し加熱状態で、加圧しグリーンシートを金属金型の凹部分になじませた。今回の有機ＥＬ背面板に於いては温水等方圧プレス装置は日機装株式会社製のモデル番号ＷＩＬ２９０−４５を使用し、プロセス条件は液温９０℃の温水中にパックを投入後、予備加熱１５分行い、予備加圧１５分を行った後、３５ＭＰａの本加圧を３０分間加えた。プレス条件の詳細は第１０図の通りのプログラムで行った。加圧後パックを温水等方圧プレス装置より取り出し約１０分程度室温雰囲気で冷却を行った。グリーンシートは加圧圧力によって焼結時の収縮率が変化する特性を持っており、今回使用した日本電気真空ガラス株式会社製ＧＣＳ７１Ｅグリーンシートの場合、第１１図の如くプレス圧力と焼結時の収縮率が変化する。

今回の有機ＥＬ背面板の製作に於いてはＸ、Ｙ軸収縮率を１３％に設定して金属金型の設計を行ったため、温水等方圧プレス装置での加圧条件を３５ＭＰａとした。

次に加圧プレスされたグリーンシートの積層体を金属金型より取り外し、アルミナセッター上に金属金型に接していた面を上に設置し、焼成炉に投入し焼結を行う。今回使用したアルミナセッターは菊水化学工業製レプトンの高純度アルミナセッター９９．５％、サイズ３００ｍｍ×３００ｍｍ×３ｍｍで表面の平坦性３０μｍ／３００ｍｍの仕様を満足させるため面ラップ研磨を行ったものを使用した。このセッターの中心部分にグリーンシートの積層体の中心が来るように設置した。

焼成炉は光洋リンドバーグ社（現光洋サーモス）製モデルＭＢ−２０２０を使用し、第１２図の温度プロファイルで積層体の焼結を行った。

焼結後の背面板の出来上がり寸法は第１４図に示すとおりであり、ほぼ設計値通りの値を得ることができた。また、背面板の平坦性（うねり）を評価するために、東京精密社製表面粗さ測定器サーフコムを用いて図１５に示すようにＡ，Ｂ，Ｃの３箇所についてそれぞれ９０ｍｍの長さにわたり測定したところ、うねりの最大高さがＡでは０．０２０ｍｍ、Ｂでは０．０６３ｍｍ、Ｃでは０．０２５ｍｍであり、平坦性にも優れることが確認された。

次に今回の発明の１実施例として第９図の如く有機ＥＬ背面板内に回路パターンを形成するもので、有機ＥＬ背面板の表裏面間及び基板内での電気接続を可能にすることでＥＬ背面板の機能向上を行うことができる。発明者らの実験に於いてはＧＣＳ７１Ｅグリーンシート厚み０．１２５ｍｍに対し、先ずニードル型の穴あけ装置（ＹＡＭＡＨＡ株式会社製シャトルパンチャー）で穴径０．１５ｍｍの穴（ＶＩＡホール）を開けた。この穴に上下層の接続を図るための導体を充填した。充填材は日本電気真空ガラス製Ｎ−５０５９厚膜銀導体ペーストを使用し、三谷電子工業製メタルマスクスクリーンを介してＶＩＡホールにペーストを充填した。次に配線パターンを、日本電気真空ガラス製Ｎ−５０５９厚膜銀導体ペーストを使用し、三谷電子工業製ステンレスメッシュスクリーンＳＦ３２５を用い評価用パターンを印刷した。

評価パターンの線幅は０．１ｍｍで印刷乾燥後の膜厚は約０．０２５ｍｍであった。

これら穴あけ、金属充填、パターン印刷を施した内層導体入りグリーンシート８を第７図の如く前述の製造プロセスと同様に積層し、真空パック、温水等方圧プレス、焼結を行い第８図に示す内層導体が形成された有機ＥＬ背面板９を得た。今回試作した第８図の有機ＥＬ背面板９は背面板の表裏面の接続を可能にした構造をしており、第９図の如く電子回路素子１１から有機ＥＬ発光素子１０への電気信号を背面板の裏面より供給が可能となり、従来のような表面に布設するガラスに電気信号供給の配線を形成する必要がないため有機ＥＬの発光性能を向上させることができると共に背面板の裏面に有機ＥＬ発光素子を駆動制御する電気回路を形成できることから有機ＥＬ素子の小型化ができる。

また、有機ＥＬ発光素子の薄型要求から背面板に於いても薄板化の進展が起きている。従来のガラスのサンドブラストによるエッチング工法に於いては高価な薄板ガラスを使用する必要があり、有機ＥＬ発光素子の製品価格の高騰が問題となっているが、本発明に於いては積層するグリーンシートの枚数を少なくしたり、また薄くすることにより可能であり、このことはグリーンシートの資材費に於いても低価格化となり有機ＥＬ背面版の製品価格の低減策に有効な手段となる。

発明者のこれまでの開発実績に於いて背面板に配線層を内層する場合、グリーンシート厚みで０．０５ｍｍ（焼結厚みで０．０３５ｍｍ）で形成することができ、このグリーンシート８層で背面板を形成し背面板の厚みを０．２８ｍｍの試作に成功している。

また、有機ＥＬ発光素子の大型についても今回の発明に於いては日本電気真空ガラス製ＧＣＳ７１Ｅシートサイズ１９０ｍｍ×１９０ｍｍ厚み０．１２５ｍｍを４枚使用し、背面板を製作し、焼結時の収縮率を測定した結果、温水等方圧プレス圧と背面板の収縮率を評価した結果、第１３図の通りとなった。第１３図に於いて３５ＭＰａのプレス条件に於いて基板内の収縮率の偏差は±０．１％以下を達成している。今回の試作の場合、１９０ｍｍ角のグリーンシートを４層積層し３５ＭＰａでプレスし焼結しており、焼結後の基板サイズ（Ｘ、Ｙ軸）は約１３％収縮することから焼結後の基板サイズは約１６５ｍｍ角となる。このサイズに於いて収縮率の偏差が±０．１％以下であることから基板の寸法は１６５ｍｍ±０．１６５ｍｍ以下となる。この寸法精度は背面板上にガラスを固着させる工法に於いて無視できる値である。

グリーンシートを金型上に積層した状態を示す図である。グリーンシートの積層体をビニールパックで真空パックした状態を示す図である。グリーンシートのプレス状態を示す図である。プレスされたグリーンシートを示す図である。プレスされたグリーンシートをアルミナセッターに設置した状態を示す図である。セラミックグリーンシートの積層体が焼結された状態を示す図である。内層導体入りグリーンシートを示す図である。試作した内層入り有機ＥＬ背面板を示す図である。内層入り有機ＥＬ背面板に有機ＥＬ発光素子及び電子回路素子を実装した状態を示す図である。プレス条件のプログラムを示す図である。プレス圧力と焼結時の収縮率との関係を示す図である。焼成炉の温度プロファイルを示す図である。温水等方圧プレス圧と背面板の収縮率との関係を示す図である。試作した有機ＥＬ背面板の各部の寸法を示す図である。試作した有機ＥＬ背面板について平坦性の評価方法を説明するための図である。

符号の説明

１グリーンシート
２金属金型
３ビニールパック
４グリーンシート積層体
６アルミナセッター
７セラミック焼結体
８内層導体入りグリーンシート
９内層導体入り有機ＥＬ背面板
１０有機ＥＬ発光素子

Claims

セラミック構造物の製造方法に於いてシート状のセラミック未焼結体を使用し、プレスし積層体を形成する工程に於いて予め表裏面を凹凸形状に加工した金型を使用し、この金型上にセラミック未焼結体シートを積層し、プレスすることにより、セラミック未焼結体シートの積層体に金型の凹凸形状を転写させることを特徴としたセラミック構造物の製造方法。
セラミック構造物の製造方法に於いてシート状のセラミック未焼結体を使用し、プレスし積層体を形成する工程に於いて、プレス方法が温水の等方圧によることを特徴とする請求項１記載のセラミック構造物の製造方法。
セラミック構造物の製造方法に於いてシート状のセラミック未焼結体を使用し、プレスし積層体を形成する工程に於いて予め表裏面を凹凸形状に加工した金型を使用し、この金型上にセラミック未焼結体シートを積層し、プレスすることにより、セラミック未焼結体シートの積層体に金型の凹凸形状を転写させた後、セラミック未焼結体シートの積層体を焼結させることを特徴としたセラミック構造体の製造方法。
セラミック構造物の製造方法に於いてシート状のセラミック未焼結体に予め穴あけ手段で穴あけ加工し、次にペースト状導電性材料でパターン形成をした後、セラミック未焼結体シートを所望の手順で積層した後、予め表裏面を凹凸形状に加工した金型を使用し、この金型上にセラミック未焼結体シートの積層体を形成し焼結させることを特徴とするセラミック構造物の製造方法。