JP4004402B2 - 基板上にバリア構造を形成するための方法および得られる物品 - Google Patents

Description

【０００１】
（発明の背景）
（１．発明の分野）
本発明は、空洞パターン（一連の空洞化された空間）をガラス層内に形成するための方法に関する。より詳しくは、本発明は、基板に付けられる発泡ガラス層を化学的にエッチングして、空洞パターンを発泡ガラス層内に形成する方法に関する。とりわけ、本発明は、発泡ガラス層を異方性的にエッチングして、発泡ガラス層内に空洞パターンを形成する方法に関する。本発明はまた、化学的なエッチング加工を利用して発泡ガラス層に形成される空洞パターンを有する物品に関する。
【０００２】
（２．発明の背景）
ガラス層は、種々の技術を用いて種々の基板上にしばしばコーティングされ、引き続きパターン化され、ガラス内に機能的または美的なパターンを提供する。パターン化されたガラス層の例は、プラズマディスプレイパネルのバリアリブとしてのチャネルドガラス材料の用途である。
【０００３】
プラズマディスプレイパネルは、テレビジョンおよびモニタのような装置用のビデオディスプレイパネルとして利用されることが多い。プラズマディスプレイパネルの構造は略シート状の前部および後部ガラス基板を含み、これらの基板は、シールによってパネル間に密閉収容された化学的に安定したガスを有する互いに向き合う内面を有する。シールはパネルの周辺において基板の間に配置される。誘電層によって覆われる細長い電極は、両方の基板に設けられ、前部のガラス基板の電極は、後部ガラス基板の電極に対し横方向に延在する。電極は、プラズマディスプレイパネルの電気駆動器によって選択的に電圧を印加することができるガス放電セルまたはピクセルを画定する。
【０００４】
ルミネセンス、したがって、パネルに電圧を印加する効率を高めるために、一般的に、蛍光体がパネルに設けられる。蛍光体はまた、それぞれ原色を放射してフルカラープラズマディスプレイを提供するための少なくとも３つのサブピクセルまたはガス放電セルを有するピクセルに配列することができる。
【０００５】
プラズマディスプレイパネル用の後部ガラス基板の従来の構造は、細長いガス放電空洞またはトラフと、トラフを互いに分ける対応するバリアリブとを有する。離間したトラフは、絶縁されたピクセルコラムを形成する。
【０００６】
これによって、各ピクセルコラムはトラフの両側のコラムから絶縁される。ピクセルコラムの絶縁は、優れた色分解およびピクセル鮮明度を提供する。ワッフルパターン、ダイヤモンドパターン、エッグクレートまたはハニカムパターン等のような、チャネルよりも複雑な空洞パターンを使用する他の構造形状も、使用されてきた。すべての種々のパターンは、全体として、以下空洞パターンと呼ぶことにし、またそのすべては、概して、以下バリアリブと呼ぶ空洞の側面または周囲に沿って、あるタイプの壁付き構造を含む。
【０００７】
ガラス層内にガス放電空洞パターンおよびバリアリブ構造を形成するために、複数の方法が利用される。バリアリブは、ある種類の直接印刷またはプレス工程、あるいは完全な層のキャスティングまたは転写によって一般的に形成され、次に層の一部を除去してリブ構造を形成する。後者において、空洞パターンを形成するための層の一部の除去は、完全な層が感光成分を含む場合、望ましくない材料の開発を含む複数の実施の１つによって達成される。
【０００８】
スクリーンプリント技術による直接プリントの場合、誘電ペーストを電極の間にプリントして、バリアリブ構造を形成する。ペーストは、スクリーンパターンを用いて電極の間にプリントされる。１つ又は２以上のガラス組成物および１つ又は２以上の焼成サイクルを使用して、所望の高さにバリアリブを造り、かくして所望の深さの空洞パターンを形成する。この方法は、マルチプリントのパターンの整列の結果として品質上の問題を生じることがある。プリント技術はまた、大きな面積に付けることが難しく、解像度の限界をもたらすことがある。
【０００９】
ガス放電バリアリブを形成する他の方法は、除去すべき面積が露出される予備焼成されたフリット表面にフォトリソグラフィによりレジスト層を形成することであり、次に、露出領域がサンドブラストされて、ガラスフリットを研磨除去し、バリア構造を提供する。典型的に、ガラスバリア材料を付ける前に最初の誘電層が電極パターンの上方に付けられる。初期の誘電層は、バリアリブ焼成（または焼結）温度よりも高い温度で硬化され、またサンドブラスト時に電極を保護するために付けられる。ガラスバリア層は、スクリーンプリントのような適切なプロセスによって付けられ、また引き続く加工のために必要な強度を付与するために焼成される。次に、レジストマスクが形成され、部分的に焼成されたバリア材料のそれらの領域を保護かつ露出する。次に、層はサンドブラストされ、バリア構造を形成する。次に、サンドブラストによる形成されたバリアリブは高温度で焼成されて、バリアリブを構成するガラス粒子を焼結する。サンドブラスト加工は汚く、高価である。
【００１０】
バリアリブ構造はまた、従来のフォトリソグラフィ技術を用いてビトレアスガラス層を化学的にエッチングして、サンドブラスト法で利用されるのと同様のフォトレジストマスクを形成することによって、ガラス層に形成し得る。次に、露出領域をエッチングして空洞パターンおよびバリアリブを形成する。従来のエッチング加工の制限の１つは、エッチングの有効な等方性の性質であり、すなわち横方向のエッチング速度が垂直のエッチング速度に等しいことである。このことは、高解像度で深い空洞パターンを形成する能力を制限する。
【００１１】
ガラスバリア層の有効な異方性的なエッチングを利用するガラスバリア層に深い空洞パターンを形成するための方法を提供することが有利であろう。同様に、基板に悪影響を及ぼさない、あるいは電極を保護するために別個の誘電層を必要としないバリアリブを形成するための方法を提供することが有利であろう。
【００１２】
（発明の概要）
本発明による方法は、発泡ガラス層を化学的にエッチングして、発泡ガラス層内に少なくとも１つの空洞パターンを付与する方法を含む。発泡層のエッチングにより、異方性的なエッチング速度が得られる。異方性的なエッチング速度は、垂直方向のエッチングが水平または横方向のエッチング速度よりも大きな速度で行われることを示す。
【００１３】
発泡ガラス層内に空洞パターンを形成する方法は、ガラス層を受容するために適切な少なくとも１つの主面を基板に設ける工程を含む。少なくとも１つの層のガラスペースト組成物が基板の主面上に付けられる。次に、基板とガラスペースト組成物は、少なくとも１つの焼成サイクルで、基板の主面に結合される発泡ガラス層を得る程度に十分な温度に加熱される。発泡ガラス層の少なくとも一部分は、発泡ガラス層内に少なくとも１つのリブパターンを得るために化学的にエッチングされる。
【００１４】
より好ましい実施態様では、基板はガラス基板であり、また発泡ガラス層はエッチングされて、ガス放電トラフを画定するバリアリブをプラズマディスプレイパネルに用意する。エッチングされる空洞パターンは、簡単な直線チャネル、あるいはワッフルパターン、ダイヤモンドパターン、エッグクレートまたはハニカムパターン等のようなより複雑な幾何学的なパターンであり得る。空洞パターンは、修正されたＩ−ビームまたは台形のような種々の可能な断面の輪郭または形状を有するバリアリブ構造によって画定され、また互いに分けられる。最初に、電極はガラス基板上に蒸着され、これに均一なガラス誘電体の適用が続き、ガラス誘電体は、発泡バリアガラスペースト組成物を付ける前に焼成される。発泡ガラス層の形成後、チャネルは、フォトレジストによって画定されたパターンで発泡ガラス層にエッチングされる。チャネルは、電極の位置に対応する位置の発泡ガラス層内にエッチングされる。
【００１５】
得られる物品は、好ましい実施態様では、プラズマディスプレイパネルの後部基板としての用途に適切であるが、あるプラズマディスプレイ設計の前部基板として使用し得る。次に、蛍光体がチャネル内に配置され、電極が作動されるときにガス放電からのルミネセンスを強化する。モノクロディスプレイが望ましいならば、蛍光体は必要でないかもしれない。
【００１６】
上述の説明、ならびに本発明の他の利点は、添付図を参照して考慮すれば、次の詳細な説明から当業者には容易に明白であろう。
【００１７】
（詳細な説明）
本発明は、発泡ガラス層を化学的にエッチングするための方法、ならびにその方法を利用することによって形成される物品を含む。発泡ガラス層は異方性的にエッチングすることが確認されている。本発明のために、異方性的なエッチングでは、エッチング速度が水平方向よりも垂直方向においてより大きいことが示されている。垂直方向のエッチング速度は、水平方向のエッチング速度の約２倍以上であることが好ましい。垂直方向と水平方向とのエッチング速度の差によって、ビトレアスまたは清澄のガラス層について通常予想されるよりも深い空洞パターンが、発泡ガラス層内に得られる。
【００１８】
プラズマディスプレイパネル、ならびに他のフラットパネルディスプレイ、例えば電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ）は、ガラス基板の表面のリブ状パターンをサブピクセルセル構造の部分として利用する。パターン化された構造体の側壁はバリアリブとして機能する。複数の対応する空洞パターンを使用して、バリアリブによって互いに分けられるサブピクセルまたはセルの絶縁されたコラムおよび／またはローを形成する。本発明は、バリアリブをプラズマディスプレイパネル内に形成するための工程の改良を提供する。
【００１９】
本発明によれば、発泡ガラス層に結合できる任意の基板は、本発明による方法に使用するために適切である。基板は、発泡ガラス層を形成する際に使用されるガラスペースト組成物の焼成温度に耐えることができなければならない。適切な基板は、例えば、ガラス、金属、ポリマーおよびセラミックから選択される材料を含む。本発明による方法の重要な利用は、プラズマディスプレイパネルを形成するためのガラス基板の使用である。従来のフロートガラス製造工程から製造されるガラス基板は、本発明のための適切なガラス基板の一例である。
【００２０】
基板は発泡ガラス層の組成物と両立しなければならない。基板の熱膨張係数は、焼成後の発泡ガラス層の冷却時に好ましくない応力の発生を防止するために、発泡ガラス層の熱膨張係数に適切にマッチすべきであり、前記応力は、その後のある時期に発泡ガラスと基板との間またはそれらの中に裂けまたは割れをもたらす可能性がある。さらに、基板の軟化点は発泡ガラス材料の軟化点よりも高くなければならない。発泡ガラス層の形成は温度が上昇すると生じる。したがって、基板は、変形することなく、これらの温度に耐えることができなければならない。
【００２１】
プラズマディスプレイパネルに関する本発明による方法の利用は、基板の表面に結合される電極の使用を含む。プラズマディスプレイパネルを製造する際に当業者によって使用される従来の電極は、本発明による方法に使用するために適切である。電極は、例えば銀、金、銅、アルミニウムあるいは他の導電性金属または合金のような導電性材料の単一層から成り得る。
【００２２】
代わりに、導電性材料は、クロム、銅、クロムの組合せのような多数のまたは積み重ねられた層に付けることができる。電極は、従来の適用の実施を用いて基板上に一般的に付けられる。例えば、電極は、スクリーンプリントによって、スパッタリング、物理的または化学的蒸着、および関連のパターニング加工によって付けることができる。電極は、基板の一方または両方の縁部に延在し得るラインパターンまたはエリアコーティングとして一般的に付けられる。各電極は、パターン化された発泡ガラス層内の所望の空洞位置に対応し得る。電極は、バリアリブパターンに隣接する空洞またはチャネル領域で中心に置くことが好ましい。用途に応じて、電極のすべてまたは一部分を空洞またはチャネルにセンタリングしてもしなくてもよく、また電極のすべてまたは一部分は、完成された空洞またはチャネルの片側または両側に延在し得ることを理解すべきである。
【００２３】
選択的に、発泡ガラス層は別として、誘電層は、基板および基板に結合される任意の電極に付けることができる。しばしば、サンドブラストによる空洞パターンの形成時に電極の劣化を防止するために、誘電層は電極の保護バリアとして付けられてきた。本発明の空洞パターン形成方法は電極に悪影響を及ぼしてはならない。しかし、デバイスの動作を配慮すると、任意の誘電層が有用であり得る。この目的のために、従来の誘電材料を使用し得る。しかし、選択される誘電材料は、化学的なエッチング溶液に対し不浸透性でなければならない。誘電層は、当業者によって一般的に認識される従来の適用の実施によって付けることができる。基板軟化点と発泡ガラス軟化点との間に軟化点を有し、また発泡ガラスエッチャントに対し合理的に不活性である、膨張係数要件を満足する任意のガラス組成物を使用できる。
【００２４】
本発明の発泡ガラスは基板上に層として提供される。最初に、発泡ガラス層はペースト組成物として付けられ、次に、プラズマディスプレイパネルのために、典型的に５００〜５６０℃の範囲の高温で加熱され、発泡ガラス層を形成する。この温度範囲は、清澄ガラス層を焼成するために従来技術に典型的に用いられている５８０〜６００℃の温度を下回る。
【００２５】
本発明のために、発泡ガラスは、ガラス体積の一部が閉セル泡から成るガラスである。発泡ガラスに存在する泡のレベルまたは量は、異方性的なエッチング速度を提供する程度に十分な量である。
【００２６】
一般的に、ペースト材料はガラス粒子（フリット）およびバインダ系を含む。フリットおよびバインダ系は、ペーストを形成するために媒介物に含まれる。ビトレアスガラスの製造に適切な任意のガラス組成物は、本発明による方法に使用するために適切である。ビトレアスガラス層をプラズマディスプレイパネル上に形成する際に従来使用されているガラス組成物は、約７４重量％のＰｂＯ、約１３重量％のＳｉＯ₂、および約１３重量％のＢ₂Ｏ₃を含む。この同一の組成物はまた、本発明の発泡ガラス層を形成する際に有用である。
【００２７】
満足であると証明されている他のフリットは、重量％で約８０．５％のＰｂＯ、６％のＳｉＯ₂、１２％のＢ₂Ｏ₃、０．９％のＮａ₂Ｏおよび０．６％のＡｌ₂Ｏ₃のガラス組成物を含むフリットである。使用し得る第３のフリットは、重量％で約７３．４％のＰｂＯ、１５．５％のＳｉＯ₂、９．６％のＢ₂Ｏ₃、０．９％のＮａ₂Ｏおよび０．６％のＡｌ₂Ｏ₃の組成物を有する。
【００２８】
フリットと混合し得る媒質、および以下に説明する他の成分は、Ｈｅｒｃｕｌｅｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ，ｏｆ Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，Ｄｅｌａｗａｒｅ製造の約１０．０重量％のエチルセルロースＮ−２２と約９０．０重量％のテルピネオール（混合イソマ）とを含む、あるいは８．０重量％のエチルセルロースＮ−２２と９２．０重量％の２，２，４−トリメチル−１，３−ペンタンジオールモノイソブチラートとを含む組成物を有する。溶剤を約１００℃に加熱し、エチルセルロースを加え、ポリマーが完全に溶解されるまで撹拌し、媒質を室温に冷却し、また閉鎖容器に格納することによって、媒質は準備される。
【００２９】
用途に応じて、他のフリットおよび媒質を使用し得ることが理解できる。例えば、Ｒｏｈｍ ａｎｄ Ｈａａｓ製造の１５重量％のアクリルエステル樹脂（Ｂ６７）と、Ｅａｓｔｍａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ製造のＴｅｘａｎｏｌと呼ばれる８５重量％の専用媒介物とから成る媒質は満足できる。使用できる他の媒質は、７５重量％のパインオイルと１０重量％のグリコールエーテルと１４重量％のアクリル樹脂バインダと１重量％未満の界面活性剤とを含む２部分の媒介物から成る。
【００３０】
一般的に、バインダは、ガラスを加熱する前にガラス粒子を共に保持し、またガラス粒子を基板に保持する。バインダ組成物の相当の部分はガラス粒子の加熱中に排出される。
【００３１】
本発明は、ガラスフリットを軟化する程度に十分な温度でペーストが加熱されることを必要とする。従来のガラス層形成工程では、加工工程の順序はガラス粒子の軟化を最初に必要とする。次に、溶融ガラスは清澄され、捕捉された空気と熱分解生成物とから生じるすべての泡を除去する。清澄工程は、ガラスの粘度に関係する時間および温度条件によって直接影響を受ける。清澄工程が完了すると、溶融ガラスは、引き続き冷却またアニーリングして完成ガラス層を形成する前に実質的に平坦な表面を形成する。
【００３２】
本発明の方法は、溶融ガラスを完全に清澄せず、エッチング加工に有利に影響するために、ガラス層に存在する十分な量の閉セル泡を残す。発泡ガラス層は、異方性的なエッチング速度を提供する程度に十分な量の泡を有する。好ましくは、発泡ガラス層は容積当たり約１０％〜約６０％の泡を含む。最も好ましくは、発泡ガラス層は容積当たり約２０％〜約５０％の泡を含む。閉セル泡の容積当たりの％は、基板の固定領域に付けられ、また完全に清澄された層が形成されるまで焼成される所定のペースト組成物の固定重量と、同一タイプの基板の同一領域に付けられ、また所望の発泡レベルに部分的に焼成される同一の組成物の同一の重量との間の厚さの差によって決定し得る。例えば、完全に清澄された層の厚さが１００ミクロンであり、また部分的に焼成された層の厚さが１２０ミクロンであったならば、厚さの変化は２０ミクロン、または２０／１００＝２０％である。実質的に、厚さの変化は部分的に焼成される（発泡体）ガラス層の泡の形成によるので、２０％の厚さの変化によって容積当たり１７％（２０／１２０）の泡が生じる。
【００３３】
ペーストに利用されるガラスの粒度および粒度分布は、発泡体形成に重要であることが確認されている。実験作業を実施し、Ｆｅｒｒｏ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｌｅｖｅｌａｎｄ，Ｏｈｉｏから入手したＩＸ２４３５ガラスの２つの異なるグラインドの発泡体形成特性を調査した。これについては、以下に記載する。Ｄ₁₀、Ｄ₅₀、Ｄ₉₀は、容積当たり１０、５０、９０％の測定したサンプルが引用値以下の粒度を有し、すなわち、以下の最初の例では、標準グラインドサンプルの１０％は３．４μ以下の粒度を有し、一方、サンプルの９０％は３５．３μ以下の粒度を有したことを意味することを指摘したい。

【００３４】
２つのグラインドに関する粒度分布データをＦｅｒｒｏ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手した。
【００３５】
Ｆｅｒｒｏ Ｃ−２１８ 媒介物／バインダ系を用いて、これらのガラス粉末グラインドの各々からペーストを製造した。この材料は、約２０％のｎ−ブチルメタクリレート、約１％未満の湿潤剤および残りはパインオイルである。部品をこれらのペーストでプリントし、また３時間の合計サイクル時間（負荷から無負荷）を付与するように設定された２１ゾーンのＢＴＵ炉において、５００℃〜５６０℃（ゾーン１０〜１２）の一連のピークプラト温度で焼成した。これらの焼成サイクルはまた、バインダのバーンアウトのために４００℃の２つのゾーン（５と６）プラトを有していた。次の表はこの実験からのデータおよび結果を示している。
【００３６】
【表１】

【００３７】
発泡形成のパーセントは、２つの粒度グラインドについて、負荷から無負荷の他の点では同一の３時間のＢＴＵサイクルにおけるピークプラト温度の関数として示されている。明らかに、より小さな粒度粉末、ＳＲＲＧは、この研究で評価した温度範囲において最善かつ一貫した発泡作用をもたらした。
【００３８】
ペーストに利用されるガラスフリットの粒度および粒度分布は、得られる発泡ガラス層の泡の量およびサイズに影響を及ぼすことがある。ガラスバリア層を提供する当業者は、選択されるガラス組成物の粒度および粒度分布を決定して、望ましい発泡レベルを有する発泡ガラスバリア層を獲得できる。一般的に、より小さな粒度は、より大きな粒度よりも優れた泡の結果を提供する傾向を有する。発泡ガラス層の泡のサイズはより小さいことが好ましい。より小さなサイズの泡は、空洞パターンの露出側壁に大きなボイドを形成することによる悪影響をバリアリブの特性に及ぼさない。
【００３９】
本発明の方法は、発泡ガラス層を化学的にエッチングして、発泡ガラス層内に少なくとも１つのバリアリブパターンを形成することを含む。スプレエッチャントの指向性の力を受けて、発泡ガラス層は異方性的にエッチングし、水平方向よりも垂直方向においてより大きなエッチング速度を示す。発泡ガラス層表面に実質的に方向付けられるスプレエッチャント溶液に結合された発泡ガラス層内に泡が存在することは、垂直エッチング速度と水平エッチング速度との差を提供する。本発明のために、空洞パターンは、溝、チャネル、あるいはワッフルパターン、ダイヤモンドパターン、エッグクレートまたはハニカムパターン等のような他のパターンとして画定され、これらは、発泡ガラス層の外面または側壁から発泡ガラス内に延在して、エッチング時に空洞または中空を形成する。形成される空洞パターンは、頂部層保護フォトレジストパターン、エッチング溶液、発泡ガラス層の組成物、およびエッチング溶液を付ける時に利用される適用技術に応じて、様々な断面形状および寸法を有し得る。
【００４０】
好ましい実施態様では、空洞パターンを発泡ガラス層内に形成するための方法は、発泡ガラス層を収容するために適切な少なくとも１つの主面を有する基板を提供することを含む。次に、ガラスペースト組成物の少なくとも１つの層が基板表面に付けられる。次に、基板および乾燥ガラスペースト層は、基板に結合される発泡ガラス層を得る程度に十分な温度に加熱される。図１は、基板１２と、ガラスペースト組成物の加熱によって得られる発泡ガラス層１４とを有する物品１０を示している。次に、発泡ガラス層１４は化学的にエッチングされて、少なくとも１つの空洞パターンまたはチャネル（図示せず）を発泡ガラス層１４内に形成する。
【００４１】
最も好ましい実施態様では、本発明による方法の実施は、プラズマディスプレイパネルに使用するためのガラス基板上に空洞パターンまたはチャネルを形成することに関する。図２は、プラズマディスプレイパネルのバリアリブを形成するための工程を示している。最初の工程２０では、電極がガラス基板に設けられ、基板表面に結合される。基板および電極に誘電層を選択的にコーティングし（工程２１）、引き続き硬化し得る（工程２２）。
【００４２】
次に、工程２３では、ガラスペーストバリア層は、電極および基板上方に、また存在するならば誘電層の上方に付けられる。次に、ガラスペーストは高温に加熱または硬化されて、発泡ガラス層を形成する（工程２４）。
【００４３】
次にフォトレジストを付け（工程２５）、次に露光および現像して（工程２６）、所望のガス放電空洞および対応するバリアリブのパターンを提供する。次に、エッチング溶液が発泡ガラス上に付けられて（工程２７）、所望の空洞パターンを形成する。次に、フォトレジストが剥離される（工程２８）。最後に、蛍光体は空洞パターン表面に、バリアリブの間に、また電極２９の上方にコーティングされる。
【００４４】
本発明の方法は、基板表面上への、また基板に配置される電極の上方へのガラスペーストを付けることを必要とする。ガラスペースト組成物は、従来の適用方法によって付けられる。例えば、ペーストは、ガラスペースト組成物を基板上にプリントする、転写する、または塗るすることによって付けることができる。プリント手順は、ガラスペースト層を基板上に付ける当業者によって現在利用されている手順と同様である。本発明の方法は、空洞パターンおよびバリアリブを形成するために、多層のきわどい整列を必要としない。したがって、ガラスペースト組成物のプリントは本発明ではより容易である。ガラスペーストをプリントできる商業用プリンタは、本発明による方法に使用するために適切である。Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｔｈｉｅｍｅ Ｃｏｒｐ．ｏｆ Ｔｅｎｉｎｇｅｎ，ＧｅｒｍａｎｙからのＴｈｉｅｍｅ ｐｒｉｎｔｅｒ、Ｍｏｄｅｌ１０２５は、ガラスペースト組成物をプリントする際に使用できる１つのプリンタの例である。
【００４５】
ガラスペースト組成物を付けるための追加の手段は標準転写技術を含む。例えば、ペーストは、テープラミネート媒質上に付けられ、引き続き基板上に転写し得る。代わりに、ガラスペーストは、基板上にローラコーティングするか、同様に、転写しまたは塗ることができる。適用技術は、特定の用途およびガラスペースト組成物に応じて様々であり得る。当業者はガラスペースト組成物用の適切な適用技術を決定できる。
【００４６】
加工条件および所望の最終製品特性を満たすために、基板上に付けられるペーストの量および厚さが選択される。プリントの厚さおよび厚さ均一性は、最終の発泡ガラスバリアの高さおよびバリア均一性を提供する際に重要なパラメータである。ペーストは、ＶＧＡ解像度の４２インチのダイアゴナルプラズマディスプレイパネルのために、約１２０μ〜約１８０μの乾燥状態の厚さで一般的に付けられる。この範囲の厚さによって、ガラス内の発泡レベルに応じて、約１００μ〜約１６０μの範囲の発泡ガラス層を得ることができる。
【００４７】
基板上に付けた後、ペースト組成物を乾燥させて、媒介物の大部分を蒸発させる。残りのバインダ組成物はガラス粒子を共に結合し、またガラス粒子を基板に結合する。結合強度は、後続のガラスペースト層のプリントを可能にし、またガラス粒子を焼成する前にコーティング基板の処理を許容する程度に十分でなければならない。当業者は、ガラスペースト組成物内の媒介物を十分に排出するために、乾燥パラメータおよび温度を決定できる。好ましい実施態様では、コンベヤ乾燥機は約９０℃の温度で使用される。
【００４８】
発泡ガラス層は高温の焼成サイクル時に形成される。加工工程は一般的に炉で行われる。炉は通過型のオーブンとして規定され、加熱すべき部分は、オーブンの制御された加熱および冷却ゾーンを通して搬送されるベルト、チェーン、ローラまたは移動ビーム上に配置できる。
【００４９】
発泡ガラス層を形成するために利用される温度は、特定の物品に関する複数の要因に関係する。例えば、炉の温度は、ペースト組成物に使用されるガラスフリットの種類、基板の寸法、ガラスペーストのバインダ組成物、またはガラスペースト組成物の厚さに関係し得る。当業者は、発泡ガラス層を得るために適切な温度設定点を決定できる。
【００５０】
ある期間、物品は炉の条件下に置かれ、ガラスを完全に清澄することなしにガラス組成物内の泡形成を許容する。発泡作用を制御して、発泡ガラス層の所望の厚さを獲得できる。好ましい実施態様では、発泡ガラス層は容積当たり１０％〜６０％の泡を含む。目標とする層の高さは、付けられるペーストの厚さおよびガラス層の発泡レベルを制御することによって獲得できる。発泡レベルは、炉のピーク温度を調整することによって制御できる。部分的に焼成される部分では、より低いピーク温度により、泡サイズ、およびガラス層で行われる清澄レベルが一般的に低減され、これによって、所望の量の泡がガラス内に得られる。
【００５１】
大部分の適用において、特定のアレイの空洞を発泡ガラス層内に用意することが望ましい。従来のフォトリソグラフィ技術は、発泡内の特定のパターンおよびアレイを画定して、発泡ガラスのある領域の化学的なエッチングを防止するために適切である。このために、液体またはフィルム形態のフォトレジストが、発泡ガラス層上に配置するために適切である。液体またはフィルムによって、フォトレジストは発泡ガラス層の露出面に付けられる。次に、標準装置による従来の実施の下にフォトレジストが露光かつ現像される。レジストにより、エッチャントに耐えることができる鋭いパターンを形成することが重要である。
【００５２】
空洞および対応するバリアリブは、簡単なエッチャント材料でパターン化発泡層をエッチングすることによって形成される。一般に、エッチャントは硝酸のような希酸である。しかし、発泡ガラス層をエッチングできる任意のエッチング溶液が、本発明の使用に適切である。一般的に、エッチング状態は、エッチャント濃度の調整、エッチャント温度、エッチャントスプレゾーンを通過する物品の速度、スプレ圧力、およびエッチャントスプレに対するエッチング表面の配向によって、しかしそれらに限定されずに制御される。好ましい動作パラメータは、約０．４％〜約２．０％の範囲内の水中の希釈硝酸のエッチャント濃度、および約５０℃のエッチャント温度を含む。
【００５３】
発泡層の化学的なエッチングにより、異方性的なエッチング速度が得られる。指向性のスプレエッチャントと結合された発泡ガラス層内の泡は、エッチング速度が、水平方向におけるよりも速い速度で垂直方向に進むことを可能にする。垂直のエッチング速度と水平なエッチング速度とのこの差は、バリアリブの高さ対幅のアスペクト比の改良を提供する。この効果は、プラズマ放電のルミネセンスを強化するために蛍光体が空洞内に付けられるプラズマディスプレイパネルにおいて特に望ましい。さらに、発泡ガラスは、ガラス内の泡の故に本来的に表面粗さを形成する。表面粗さは、蛍光体がバリアリブ構造の側壁に結合する能力を強化する。
【００５４】
図３と図４は、従来技術で認識されている清澄のガラス層、および本発明による発泡ガラス層の使用の故に生じるチャネル空洞の差を示している。図３では、清澄されたガラスから製造される従来のガラス層３０は、チャネル３２とバリアリブ３４とを有する。チャネル３２は、清澄されたガラス層３０の等方性エッチングから得られ、形状は略半円筒状であり、断面は半円形である。
【００５５】
図４は、本発明の方法から製造される発泡ガラス層４０を示している。発泡ガラス層４０はチャネル４２とバリアリブ４４とを含む。発泡ガラス層の化学的なエッチングによるチャネル４２の形成により、従来技術のエッチング方法によって形成されるチャネルよりも、形状がより長方形に近く、またこの形状を維持しつつより深くできるチャネル４２が得られる。
【００５６】
本発明の方法は、ガラス層内にバリアリブパターンまたは空洞パターンを有することが望ましい任意の用途に適切である。好ましくは、本発明による方法は、プラズマディスプレイパネルで使用するための対応するバリアリブ構造を空洞パターンの基板に設ける際に使用される。
【００５７】
図５Ａ〜図５Ｃがプラズマディスプレイパネル用の物品５０を製造するために使用される本発明による方法を示している。図５Ａは、ガラス基板５２の表面の上に蒸着された電極５４を有するガラス基板５２を含む。発泡ガラス層５６はガラス基板５２と電極５４の上方に蒸着される。図５Ｂは、発泡ガラス層５６の上に付けられたフォトレジスト５８を有する物品５０を示している。図５Ｃは、発泡ガラス層５６をエッチングした後の物品５０を示している。エッチング加工によりチャネル６２の電極５４は露出される。バリアリブ６０はフォトレジスト５８を用いて形成される。バリアリブ６０はチャネル６２を分ける。図５Ｄは、電極５４の上方のガラス基板に付けられる任意の誘電層６４の使用を示している。
【００５８】
図６は、本発明による発泡バリアリブの異方性的なエッチングを示している。スプレエッチングの方向は、レジスト層および下層の発泡ガラス層に対し略垂直である。２．２の異方性的なエッチファクタが示されている。実際の異方性はかなりより大きいが、発泡ガラス層に対し垂直方向にエッチングされる距離は、発泡層の厚さによって制限される。したがって、発泡層厚さがより厚かったならば、その方向にエッチングされる距離は１３０μよりも大きく、一方、横方向エッチングに変化はなく５９μに留まったであろう。したがって、実際の異方性は２．２の有効異方性よりも大きかったであろう。
【００５９】
次の非限定的な実施例は、さらに本発明について示している。これらの実施例に記載されている特定の材料および量、ならびにの他の条件および詳細は、関連技術において広く解釈すべきであり、また本発明を不当に制限または限定すると決して解釈されるべきでない。
【００６０】
（実施例）
（実施例１）
次は、カラーＡＣガス放電型ディスプレイパネルの後部基板にバリアリブ構造を形成するために使用される本発明の実施例である。リブ構造の形状は、蛍光体が配置される隣接リブの間に直線のチャネルを形成する直線であり得るか、あるいはリブ構造はより複雑な形状であり得るが、異なる色の蛍光体を分けるために使用される。
【００６１】
厚さ３ｍｍで、Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｆｌｏａｔ Ｇｌａｓｓ，Ｉｎｃ．から入手される商業的に入手可能なソーダ石灰ケイ酸塩フロートガラスが、基板ガラスとして使用される。
【００６２】
０．０５４ｇｍｓ／ｃｍ²の乾燥重量の均一な厚さで、ガラスペーストをフロートガラス基板の表面に付けられる。このペーストは、２．８〜３．８ｍ²／ｇｍのオーダの表面積と７４％のＰｂＯ、１３％のＳｉ０₂および１３％のＢ₂０₃の組成とを有するガラスフリットと、１部のエチルセルロースＮ−２２、Ｈｅｒｃｕｌｅｓ，Ｉｎｃ．，Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥ，の製品と９部のテルピネオール（混合イソマ）とから形成される媒質を含む媒介物／バインダ系と、界面活性剤、大豆レシチンとから構成される。ガラスフリットは、７５重量％のオーダで、媒質は２３．５重量％で、および大豆レシチンは１．５重量％のオーダでペースト内に存在する。このペーストの粘度は１４５パスカル秒のオーダである。
【００６３】
ペーストは、Ｔｈｅｉｍｅスクリーンプリンタおよび１０５のメッシュスクリーンを用いてスクリーンプリントすることによって基板に付けられる。所望の厚さに達するために、いくつかのプリントおよび乾燥サイクルが必要である。次に、乾燥ペースト層を有する基板を３時間の合計サイクルにより炉内で５２０℃のピーク温度に焼成して、発泡ガラスを形成した。得られる発泡体の厚さが、最終的なバリアリブの高さとなる。
【００６４】
次に、ドライフィルムレジスト材料、Ｅ．Ｉ．ＤｕＰｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ＆Ｃｏ．，Ｐｈｏｔｏｐｏｌｙｍｅｒ＆Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｔｒｉａｎｇｌｅ Ｐａｒｋ，ＮＣ製造のＲｉｓｔｏｎ ＣＭ１０６を使用するフォトリソグラフプロセスを用いて、基板ガラス上の発泡ガラス層をパターン化した。この材料は発泡ガラスの表面にラミネートされ、次に発泡ガラス表面の所望のパターンのネガイメージを提供するフォトツールを使用して露光される。次に、１重量％のＫ₂ＣＯ₃の溶液をレジストにスプレして、パターンを現像しまたエッチング除去すべき領域の発泡ガラスを露出する。発泡体は、Ａｔｏｔｅｃｈ Ｃｏｒｐ．製造のスプレエッチャを用いて、０．５％の硝酸（ＨＮＯ₃）水溶液に露出することによってエッチングされる。エッチング後、レジストはＫＯＨの３重量％の水溶液を用い表面から取り除かれる。
【００６５】
得られた発泡体の厚さは１３０μｍのオーダであった。リブ幅、すなわち本例では直線のペデスタルは、約７５μｍであり、リブは約３６０μｍであった。２．２の有効なエッチング異方性が観測された。
【００６６】
（実施例２）
本実施例は、７５重量％の代わりに６８．５重量％のガラスフリット（実施例１で用いたのと同一のフリット）を含むように、ペーストが調合された点を除いて、実例１と同様である。媒介物／バインダは、６．５重量％の追加のテルピネオールを使用して、５５パスカル秒のオーダのペースト粘度を得た点を除いて、実施例１の場合と同一である。
【００６７】
このペースト調合物の使用は、同一の乾燥重量のペーストを基板上に得るために、より多くのプリントおよび乾燥の繰り返しを必要とした。このペーストから得られる発泡体は、実施例１で獲得された結果と同様である。
【００６８】
（実施例３）
界面活性剤として、大豆レシチンの代わりにトリデシルホスフェートを用いてペーストが調合されること以外、実施例１と同様の発泡ガラス層。発泡またはエッチング特性の明らかな変化がないことが、このペーストから形成された発泡体に明らかであった。
【００６９】
（実施例４）
ガラスフリットの組成が、８０．５％のＰｂＯ、６％のＳｉＯ₂、１２％のＢ₂０₃、および１．５％のＺｎＯであり、また実施例１のフリットと同一のオーダの表面積を有すること以外、実施例１と同様の発泡ガラス層。このフリット組成物ペーストの発泡は、多くの大きな泡の発生をもたらしたが、厚さはほぼ適切であった。
【００７０】
（実施例５）
ガラスフリットの組成が、７３．４％のＰｂＯ、１５．５％のＳｉＯ₂、９．６％のＢ₂Ｏ₃、０．９％のＮａＯ、および０．６％のＡｌ₂Ｏ₃であり、また実施例１のフリットと同一のオーダの表面積を有すること以外、実施例１と同様の発泡ガラス層。このフリット組成物ペーストの発泡は、ほぼ適切な厚さの多くの大きな泡の発生をもたらした。
【００７１】
（実施例６）
ペーストを調合するために使用された１５．７重量％の第２の媒質成分が、８部のエチルセルロースと９２部の２，２，４−トリメチル−１，３−ペンタジオールモノイソブチレートから成る元の媒質の一部分に置き換わる点を除いて、実施例１と同様の発泡ガラス層。得られた発泡体はより小さな泡サイズを有し、エッチング特性の変化は小さかった。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の方法による物品の部分立面図である。
【図２】 本発明による方法の工程を示したプロセスフローチャートである。
【図３】 従来技術による清澄ガラス層の部分斜視図である。
【図４】 本発明による発泡ガラス層の部分斜視図である。
【図５Ａ】 図２に示した方法の異なる工程で形成された構造の部分断面図である。
【図５Ｂ】 図２に示した方法の異なる工程で形成された構造の部分断面図である。
【図５Ｃ】 図２に示した方法の異なる工程で形成された構造の部分断面図である。
【図５Ｄ】 図５Ｃに示した構造の修正である。
【図６】 異方性的なエッチングを示した概略立面図である。

Claims (35)

1. 基板上の発泡ガラス層内に空洞パターンを形成するための方法であって、発泡ガラス層の少なくとも一部分を化学的にエッチングして、前記発泡ガラス層内に少なくとも１つの空洞パターンを得る工程を備えた方法。
2. 基板上の発泡ガラス層内に空洞パターンを形成するための方法であって、発泡ガラス層の少なくとも一部分を化学的にエッチングして、バリアリブによって分けられる多数の空洞を得る工程を備えた方法。
3. 多数の空洞を分けるバリアリブの断面の輪郭が、I字型の形状である、請求項２に記載の方法。
4. 前記バリアリブの断面の輪郭が台形である、請求項２に記載の方法。
5. 前記発泡ガラス層が異方性的にエッチングされている、請求項１に記載の方法。
6. 前記発泡ガラス層が基板に結合されている、請求項１に記載の方法。
7. 前記基板がガラス、金属、ポリマーまたはセラミックから選択される材料である、請求項６に記載の方法。
8. 焼成後の発泡ガラス層の冷却中に発泡ガラスと基板の間に亀裂または裂け目が生じないように、前記基板の熱膨張係数と、前記発泡ガラス層の熱膨張係数とが適切にマッチしている、請求項６に記載の方法。
9. 前記発泡ガラス層が、容積当たり１０％〜６０％の量の範囲の気泡を含む、請求項１に記載の方法。
10. 発泡ガラス層内に空洞パターンを形成する方法であって、
    発泡ガラス層を受容するために適切な少なくとも１つの主面を基板に設ける工程と、
    前記基板の主面上に少なくとも１つの層のガラスペースト組成物を付ける工程と、
    前記基板と前記ガラスペースト組成物とを、ガラスペースト層が前記基板に結合される発泡ガラス層に転換するのに十分な温度に加熱する工程と、
    前記発泡ガラス層の少なくとも一部分を異方性的に化学的にエッチングして、前記発泡ガラス層内に少なくとも１つの空洞パターンを得る工程と、を備えた方法。
11. 前記ペースト組成物がガラス粒子とバインダと媒介物と界面活性剤とを含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記ガラス粒子が、前記基板の軟化点よりも低い軟化点を有する、請求項１１に記載の方法。
13. 前記基板がガラス、金属、ポリマーまたはセラミックから選択される材料である、請求項１０に記載の方法。
14. 化学的にエッチングする時に、前記発泡ガラス層が異方性的にエッチングされている、請求項１０に記載の方法。
15. 前記ガラスペーストが、前記ペーストを前記基板上にプリントする、転写する、または塗ることによって付けられる、請求項１０に記載の方法。
16. 前記発泡ガラス層を化学的にエッチングする前に、前記発泡ガラス層をフォトレジストによってパターンを形成する工程をさらに備えた、請求項１０に記載の方法。
17. 前記基板が、少なくとも１つの層の前記ガラスペースト組成物を付ける前に前記基板上に付けられた少なくとも１つの電極を備えた、請求項１０に記載の方法。
18. 誘電層が、少なくとも１つの層の前記ガラスペースト組成物を付ける前に前記基板に結合されている、請求項１０に記載の方法。
19. 前記基板が、少なくとも１つの層の前記ガラスペースト組成物を付ける前に前記基板上に供給された少なくとも１つの電極と、前記電極の上方の前記基板に結合された誘電層とを備えた、請求項９に記載の方法。
20. 焼成後の発泡ガラス層の冷却中に発泡ガラスと基板の間に亀裂または裂け目が生じないように、前記基板の熱膨張係数と、前記発泡ガラス層の熱膨張係数とが適切にマッチしている、請求項１０に記載の方法。
21. 基板と、
    基材と、前記基板に結合された発泡ガラス層とを備える物品であって、
    前記発泡ガラス層はその層内に少なくとも１つの空洞パターンを有することを特徴とする物品。
22. 前記発泡ガラス層のバリアリブによって分けられる配列を有する、請求項２１に記載の物品。
23. 前記発泡ガラス層のバリアリブによって分けられる多数の空洞パターンを有する、請求項２１に記載の物品。
24. 前記基板がガラス、金属、ポリマーまたはセラミックから選択される材料である、請求項２１に記載の物品。
25. 焼成後の発泡ガラス層の冷却中に発泡ガラスと基板の間に亀裂または裂け目が生じないように、前記基板の熱膨張係数と、前記発泡ガラス層の熱膨張係数とが適切にマッチしている、請求項２１に記載の物品。
26. 前記基板が、前記発泡ガラス層と前記基板との間の前記基板上に付けられる少なくとも１つの電極を備えた、請求項２１に記載の物品。
27. 誘電層が前記基板と前記発泡ガラス層との間の前記基板に結合されている、請求項２１に記載の物品。
28. 前記基板が、前記基板上に付けられた少なくとも１つの電極と、前記基板と前記発泡ガラス層との間に結合された誘電層とを備えた、請求項２１に記載の物品。
29. ガラス基板と、前記基板の主面上に付けられた発泡ガラス層とを備えるプラズマディスプレイパネルであって、前記発泡ガラス層が少なくとも１つの空洞パターンを有し、前記空洞パターンが１又は２以上の蛍光体を収容するプラズマディスプレイパネル。
30. １つまたは多数の空洞パターンを有する発泡ガラス層を備える基板が、パネルの後部基板である、請求項２９に記載のプラズマディスプレイパネル。
31. １つまたは多数の空洞パターンを有する発泡ガラス層を備える基板が、パネルの前部基板である、請求項２９に記載のプラズマディスプレイパネル。
32. 前記ガラス基板が、前記基板と前記発泡ガラス層との間の前記基板に結合された少なくとも１つの電極を備えた、請求項２９に記載のプラズマディスプレイパネル。
33. 誘電層が前記ガラス基板と前記発泡ガラス層との間に結合され、前記誘電層が前記ガラス基板上の少なくとも１つの電極の上方に配置される、請求項２９に記載のプラズマディスプレイパネル。
34. 発泡ガラス層が、バリアリブによって分けられる１配列または多数の空洞パターンを有する、請求項２９に記載のプラズマディスプレイパネル。
35. ガラス基板と、前記基板の主面上に付けられた発泡ガラス層とを備える電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ）であって、前記発泡ガラス層が少なくとも１つの空洞パターンを有し、前記空洞パターンが１又は２以上の蛍光体を収容する電界放出ディスプレイ。

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