JP4314722B2

JP4314722B2 - プラズマディスプレイおよびプラズマディスプレイ用基板の製造方法

Info

Publication number: JP4314722B2
Application number: JP2000111643A
Authority: JP
Inventors: 道生高木; 雄一朗井口; 章紀黨
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2000-04-13
Filing date: 2000-04-13
Publication date: 2009-08-19
Anticipated expiration: 2020-04-13
Also published as: JP2001297697A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマディスプレイ用基板およびプラズマディスプレイ（以下ＰＤＰという）の製造方法およびその製造の際に用いる蛍光体層乾燥用連続熱風乾燥装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＡＣ型ＰＤＰの一例を図２に示す。一般に、ＰＤＰの蛍光体層は、隔壁４で仕切られて形成された溝又は空間に蛍光体ペーストを充填し、その後乾燥を行うことによって隔壁４の側面及び底部に形成されるが、ＰＤＰの輝度は蛍光体層の形状により大きく左右されるので、これを制御する方法が必要である。従来の乾燥工程では、連続赤外線乾燥装置やバッチ式熱風オーブンを用いて蛍光体層を形成していた。また、最近では特開平１１−３３９６５９号公報に見られるように、真空乾燥を行うことも提案されている。
【０００３】
しかしながらこれらの方法では、蛍光体層の形状を十分に制御することができず、蛍光体層の形状はペーストに依存することになってしまうという問題があった。また、一般の熱風乾燥炉を使用して乾燥した場合、基板全体への熱の伝わり方が均等ではないため、１ｍ角以上の大きな基板では面内でのばらつきが発生し、十分な輝度を得られなかったり、厚さむらが発生する原因となっていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の課題を解決するものであって、乾燥工程で熱風の風速を可変にすることによって蛍光体層の形状を制御し、高輝度なＰＤＰを提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明のプラズマディスプレイ用基板の製造方法は、基板上の隔壁上に蛍光体層を有するプラズマディスプレイ用基板の製造方法であって、蛍光体層形成の際、蛍光体粉末、エチルセルロース、メチルセルロース、ポリメタクリル酸メチル樹脂およびイソブチルメタクリレート樹脂から選ばれる１つ以上からなるバインダー、ならびにベンジルアルコール、テルピネオール、γ−ブチロラクトン、テトラリンおよびブチルセロソルブアセテートから選ばれる１つ以上からなる溶媒を含む蛍光体ペーストを用い、少なくとも熱風加熱によって蛍光体ペーストの乾燥を行い、基板の上方より１２０〜１６０℃の熱風を吹き付け、熱風乾燥時の基板の表面を流れるときの風速を０．３〜８．０ｍ／ｓｅｃの範囲内とし、かつ熱風が主隔壁の長手方向と平行に流れるようにすることを特徴とする。
【０００６】
また、本発明のプラズマディスプレイは、上記製造方法によって製造されたプラズマディスプレイ用基板を用いてなることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を用いて説明する。まず、本発明のプラズマディスプレイ用基板の製造方法について順に説明する。
【０００９】
本発明のＰＤＰ用基板の製造方法において用いられる基板は、例えば図２に示すように、複数のストライプ状電極２パターンを有し、その上に誘電体層が全面に形成されており、さらに高さが６０〜１５０μｍの隔壁４が電極間に複数形成されている。さらに隔壁の側面および隔壁で仕切られた空間内の底部に蛍光体層が形成されている。
【００１０】
電極を形成する方法は、特に限定しないが、好ましい製造方法の一例としては、基板上に感光性導電ペーストを全面印刷した後、フォトマスクのパターンを露光により焼き付け、現像により電極パターンを形成し、その後焼成して電極を得る方法が挙げられる。次に、スクリーン印刷法やダイコート法などの方法により電極上に厚さ５〜２５μｍの誘電体層を形成する。ペーストの組成は特に限定しないが、所望の厚みを得るためガラス粉末とエチルセルロースなどの有機成分を主成分とする誘電体ペーストを用いるのが好ましい。形成された誘電体層を加熱乾燥して溶媒類を蒸発させてから、誘電体層を空気中で焼成する。この工程で、有機成分であるバインダー成分や溶媒などが完全に酸化、蒸発する。焼成温度条件としては、一般的に５６０〜６１０℃で１５分〜１時間焼成し、ガラス基板上に焼き付けることが好ましい。また焼成工程は、後に形成される隔壁の焼成工程と同時に行ってもよい。
【００１１】
このようにして得られた誘電体層の上に、通常高さ５０〜２００μｍ、幅１０〜８０μｍの隔壁をパターン形成する。隔壁の形成方法としては、サンドブラスト法、パターン印刷法、埋め込み法、転写法、金型法等の方法を用いることができる。好ましい例としては感光性ペースト法を用いたフォトリソグラフィー法がある。感光性隔壁ペーストはガラス粉末と有機成分を主成分とし、該ペーストを誘電体層の上にスクリーン印刷法で数回印刷した後、乾燥、露光、および現像することによって、隔壁パターンが形成される。これを焼成することにより目的の隔壁形状が形成される。
【００１２】
本発明において用いられる感光性隔壁ペーストは、ガラス転移点、軟化点がともに低いガラス基板上にパターン形成するため、ペーストの構成成分であるガラス粉末は、ガラス転移温度が４３０〜５００℃、軟化点が４７０〜５８０℃のガラス材料からなるものであることが好ましい。また、凝集性を少なくするために、高融点ガラス粉末を含むことが好ましく、その平均粒径が１．５〜２．５μｍで、最大粒径が６〜１２μｍであることが好ましい。
【００１３】
次に隔壁間に蛍光体層を形成する。通常隔壁側面上に厚さ５〜３５μｍ、隔壁間に形成される空間の底部に同じく厚さ５〜３５μｍの蛍光体層を形成する。この時使用される蛍光体ペーストは、ＲＧＢ各色の蛍光体粉末と有機成分からなり、その組成はパターン形成する方法によって異なる。本発明で用いる蛍光体粉末は、赤としては（Ｙ，Ｇｄ）ＢＯ₃：Ｅｕ、Ｙ₂Ｏ₃：Ｅｕ、Ｙ（Ｐ，Ｖ）Ｏ₃：Ｅｕ、青としてはＢａＭｇＡｌｘＯｙ：Ｅｕ（ｘ、ｙは１〜５０の自然数）、特に好ましくはＢａＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇：Ｅｕ、緑色としてはＺｎ₂ＳｉＯ₄：Ｍｎ、ＢａＡｌ₁₂Ｏ₁₉：Ｍｎ等であることが高輝度なＰＤＰを得る点で好ましい。また、有機成分としては、主にバインダーと有機溶媒からなり、バインダー成分にはエチルセルロース、メチルセルロース、ＰＭＭＡ、ｉ−ＢＭＡ、等から１つ以上を選択して用いることが好ましい。有機溶媒としては、ベンジルアルコール、テルピネオール、γ−ＢＬ、テトラリン、ＢＣＡ、等から選択される１つ又はそれ以上の溶媒を用いることが好ましい。
【００１４】
隔壁間に蛍光体層のパターンを形成する方法としては、スクリーン印刷法、感光性ペースト法、インクジェット法、ディスペンサー法、低圧吐出法などの方法を用いることができる。好ましいパターン形成方法の一例として、低圧吐出法について説明する。低圧吐出法とは複数の孔を有する口金から蛍光体ペーストを吐出して、直接隔壁間の溝にペーストを充填してパターンを形成する方法である。この工程を３回繰り返すことによって、赤、青及び緑のパターンを形成する。低圧吐出法は現像によって３分の２のペーストを廃棄する感光性ペースト法などに比べると、材料の使用効率が高い。また、ペーストが開放系で外気に触れるスクリーン印刷法に比べて低圧吐出法ではペーストが閉鎖系で存在するため、ペースト粘度の変化が少なく隔壁内のペースト充填量が一定で安定する。
【００１５】
次に、充填されたペーストを乾燥装置で乾燥する。蛍光体の形状を図４（ｃ）の様に制御するために、本発明においては、熱風乾燥時の風速が、０．３〜８．０ｍ／ｓｅｃの範囲内であることが好ましい。風速の測定は“アネモマスター”を用いて測定し、４２インチ基板上の１２点（基板上直角方向２００ｍｍの格子点）を平均した値で０．３〜８．０ｍ／ｓｅｃの範囲内であることが好ましい。風速が０．３ｍ／ｓｅｃ未満であると、蛍光体ペーストは全体的に粘度変化が生じてＵ字形状図４（ａ）や４（ｂ）の様な蛍光体層の形状が形成され、制御することが困難になる傾向にあり、８ｍ／ｓｅｃより速いと、蛍光体ペーストの表層部のみが乾燥をしてしまい、図４（ｄ）のような逆Ｒ形状になったり、塗布面が熱風により風ムラが生じたり、ノズル直下とその他以外で風速が大きく変化するため、蛍光体層の断面形状が異なり、大型基板乾燥時、面内の蛍光体層形状が不均一となるなどして、輝度が不均一な蛍光体層が形成されることがある。より好ましくは０．５〜３．０ｍ／ｓｅｃの範囲内である。
【００１６】
一方、最適な風量が常に当たると蛍光体ペースト表層部と内部との間に粘度勾配が生じて乾燥過程で形状を制御することができる。ペーストによって異なるが風速が遅いと蛍光体層はＵ字を形成し、風速が速くなるにつれ側面が垂直に立った凹型を形成する。さらに風速を速くすると逆Ｒ形状となる。本発明では図１の様な赤外線ヒータを併せ持った熱風乾燥装置を用い、赤外線加熱と熱風加熱を併用して乾燥することが好ましい。熱風により形状を制御し、赤外線ヒータにより乾燥時間を短縮することができるからである。さらに、赤外線加熱と熱風加熱を独立に使うことにより、形状制御の幅を広げることができる。
【００１７】
一例としては２段階乾燥があり、図３の初期の第一空間（以下１ＰＯＳと略す、以下同様）は赤外線で加熱し、その後の図３の２〜７ＰＯＳは熱風加熱で乾燥を行う。赤外線の設定温度としては、好ましくは基板温度が３０〜１２０℃、より好ましくは、５０〜１００℃になるように設定することである。熱風乾燥時の基板温度としては、好ましくは１００〜２４０℃、より好ましくは１２０〜１８０℃である。
【００１８】
また、別の一例として、図３の初期の１〜２ＰＯＳは初期に熱風乾燥、その後の図３の３〜７ＰＯＳは赤外線で加熱を行う。熱風温度としては基板温度が好ましくは６０〜１８０℃、より好ましくは好ましくは８０〜１４０℃である。赤外線加熱は基板温度で好ましくは１００〜２４０℃、より好ましくは１５０〜１８０℃である。このような、乾燥プロファイルを用いると、蛍光体層の側面厚みに厚みを持たせることができる。
【００１９】
図１の様な連続式の熱風乾燥装置を使用する場合、熱風の流れが主隔壁の長手方向に平行な方向になることが好ましい。ここで言う主隔壁とは、基板に形成されているアドレス電極と平行な方向に形成されている隔壁のことである。例えば２種類の隔壁が交差して存在するとき、アドレス電極と平行な方向に形成されている隔壁を主隔壁とする。この様な環境を実現する方法であればいかなる方法でも良いが、好ましくは連続式のコンベアを用いて、主隔壁の方向と同じ方向に基板を搬送する方法である。風の流れと主隔壁が直交すると、隔壁側面の蛍光体層厚みが左右で不均一になるため、左右斜視時の輝度むらの原因となる。また、多くの場合主隔壁がストライプ状であることが多いため、風の流れと進行方向が同じであると隔壁間の溝で乾燥及び蒸発された有機溶媒は溝は後方に通過し、隔壁間に滞留することなく塗布面上は常に有機溶媒濃度が低い環境が作られるので乾燥時間を短縮できる傾向にある。
【００２０】
蛍光体層はこのような工程を３回繰り返すことにより、赤、青、緑を形成しフルカラー表示を可能にしている。
この様にして作られた蛍光体層は最終的に焼成されて、有機バインダー成分は分解、焼失される。焼成条件としては通常３００〜５５０℃で１０分〜１時間焼成することが好ましい。３００℃未満では、焼成が不充分なためにバインダー成分が残り発光輝度の低下につながる傾向があり、また、５５０℃を越えると、無機物の蛍光体粉末が劣化し輝度が低下する傾向がある。
【００２１】
このようにして作製された背面板を前面板と組み合わせ、ガスを封入することにより本発明のＰＤＰは製造される。
【００２２】
次に、本発明の蛍光体層乾燥用連続熱風装置について説明する。本乾燥装置は、ガラス基板上での風速が０．３〜８．０ｍ／ｓｅｃの範囲内で可変できる。好ましくは０．５〜３．０ｍ／ｓｅｃの範囲内である。このような風速を達成するには、いかなる方法でも良いがその一例として幅１〜１０ｍｍのスリット状のノズルをいくつも並列に設置する方法がある。この時、ノズル先端部では風速が０．５〜３０ｍ／ｓｅｃでノズル先端と基板との距離は５０〜２００ｍｍにすることにより該条件を達成することができる。５０ｍｍ未満であると塗布面が風の影響を受けて風むらが発生する。また、２００ｍｍより大きいと、ノズル先端部の風速が十分に届かず基板上での風速を十分に確保できないため好ましくない。
【００２３】
また、本乾燥装置においては、赤外線ヒータと熱風発生装置を併せて持つことが好ましい。その場合には、いかなる場所でも赤外線加熱と熱風加熱が用いられるように、赤外線ヒータとノズルを配置することが好ましい。例えば、赤外線ヒータをスリットノズルと平行に複数配置することにより、共存させることである。本装置は赤外線加熱又は熱風加熱のいずれかの加熱方法、又は併用の切り替え制御をソフト的に選択できる様な機能を併せ持つ事が好ましい。乾燥条件を容易に変更することが可能になるからである。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。但し、本発明はこれに限定されるものではない。尚、実施例中の濃度は断りのない限り重量％である。
（実施例１）
［電極層の形成］
平均粒径２μｍの銀粉末を含む感光性銀ペーストを用いてピッチ１６０μｍ、線幅６０μｍのストライプ電極パターン（銀含有率：９５％）を形成した４２インチガラス基板（旭硝子社製ＰＤ−２００）を、空気中で５９０℃、３０分間焼成することで、ガラス基板上に電極が形成されたディスプレイ用基板を得た。形成された電極の平均厚みは３．５μｍであった。
【００２５】
［誘電体層の形成］
エチルセルロース５％含有のテルピネオール溶液３０ｇ、ガラス粉末７０ｇを混合し、三本ローラで混練して誘電体ペーストを得た。このペーストを電極が形成されたガラス基板上にスクリーン印刷法で塗布・乾燥し、５５５℃で３０分間焼成する事により誘電体層を形成した。形成された誘電体層の厚みは１１μｍであった。
【００２６】
［隔壁層の形成］
平均粒径２μｍのガラス粉末７０ｇ、酸価を変えたメチルメタクリレート／メタクリル酸共重合体（重量平均分子量３２０００）１５ｇ、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート１５ｇ、ベンゾフェノン４ｇ、１，６−ヘキサンジオール−ビス［（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート］０．０５ｇ、有機染料（ベーシックブルー７）０．００２ｇ、およびγ−ブチロラクトン（Ｃ₄Ｈ₈Ｏ₂：ナカライテスク株式会社）を加え、３本ローラーで混合・分散した。このペーストを誘電体層上に乾燥厚み１５０μｍになるようにスクリーン印刷を数回繰り返して塗布、乾燥した。このようにして形成した膜上にフォトマスク（ストライプ状パターン、ピッチ２２０μｍ、線幅２０μｍ）を置いて、１２ｍＷ／ｃｍ²の出力を有する超高圧水銀灯露光機を用いて２０秒間露光した。
【００２７】
３５℃に保持したモノエタノールアミン（Ｃ₂Ｈ₇ＯＮ）の０．２％水溶液を２００秒間シャワーすることにより現像し、未露光部の感光性ペースト膜を除去した。その後水洗浄、乾燥及び焼成する事により隔壁層を形成した。形成された隔壁は、隔壁ピッチ３６０μｍで、隔壁幅６０μｍ、隔壁高さ１２０μｍであった。
【００２８】
［蛍光体層の形成］
蛍光体粉末として、赤色には（Ｙ、Ｇｄ）ＢＯ₃：Ｅｕ（比重５．２：化成オプトニクス）、緑色にはＺｎ₂ＳｉＯ₄：Ｍｎ（比重４．２：化成オプトニクス）、青色にはＢａＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇：Ｅｕ（比重３．８：化成オプトニクス）を用いて３色の蛍光体ペーストを作製した。
【００２９】
エチルセルロース２４％含有のテルピネオール（Ｃ₁₀Ｈ₁₈Ｏ）／ベンジルアルコール（Ｃ₇Ｈ₈Ｏ）溶液４３．５ｇ、蛍光体粉末５６．５ｇを混合し、三本ローラで混練して蛍光体ペーストを得た。このペーストを低圧吐出法で塗布した。孔径１５０μｍの吐出孔を有する口金を用いて、吐出圧、走行速度を調整し、隔壁高さまでペーストを充填した。乾燥には赤外線ヒータを併せ持った連続熱風乾燥装置を用いた。乾燥初期は、赤外線ヒータで８０℃、２．５分間加熱し、その後１６０℃の熱風で１０分間加熱を行った。この熱風乾燥時の基板上の風速は１．７ｍ／ｓｅｃであった。風速は予め基板上で“アネモマスター”（ＫＡＮＯＭＡＸ社製ＭＯＤＥＬ６１１２）を用いてガラス基板上を１２点測定し平均をした値である。この様にして赤色蛍光体ペーストが隔壁間の溝３本に１本ずつストライプ状のパターンに形成された蛍光体層を形成した。同様な工程を緑色、青色と合計３回行った。この様にして形成された蛍光体層の形状を、電子線走査顕微鏡を用いて観察したところ、隔壁側面及び隔壁間の底部に形成されたものは２５μｍ厚の図４（ｃ）の凹型の均一な蛍光体層であった。
この様に形成された基板を、５００℃で１０分間焼成を行いプラズマディスプレイの背面板を得た。
【００３０】
［パネル化］
さらに、別途作製された前面板とこの背面板を封着ガラスを用いて封着して、Ｘｅ５％含有のＮｅガスを内部ガス圧６６５００Ｐａになるように封入した。さらに、駆動回路を実装してＰＤＰを製作した。
【００３１】
作製されたＰＤＰは面内に輝度むらがなく、輝度２８０ｃｄ／ｍ²で良好であった。
【００３２】
（実施例２）
実施例１で基板上の風速を０．８ｍ／ｓｅｃ、基板上の温度が１２０℃になるように熱風及び赤外線を併用し乾燥を行った。連続乾燥装置では主隔壁と同じ方向に基板が搬送されるように基板を投入し１５分間装置内を通過した。この様にして形成されたパターンを同様に観察したところ、実施例１と近似の形状が形成され、最終的に得られたＰＤＰも面内に輝度ムラがなく、輝度２９０ｃｄ／ｍ²と高い値を示した。
【００３３】
（比較例１）
実施例１と同様にして、ガラス基板上に電極、誘電体層、隔壁層を形成した。この基板の隔壁間の溝に実施例１と同じ蛍光体ペーストを充填した。乾燥は、横風の熱風が発生するバッチオーブンを用いた。温度１４０℃、４０分で乾燥を行い、得られた背面板を用いて実施例１と同様にしてＰＤＰを作製したところ、面内に乾燥ムラが発生しており、場所によって輝度が２００〜２４０ｃｄ／ｍ²であったため、不良品となった。
【００３４】
（比較例２）
実施例１と同様にして、ガラス基板上に電極、誘電体層、隔壁層を形成した。この基板の隔壁間の溝に実施例１と同じ蛍光体ペーストを充填した。乾燥は、赤外線乾燥炉で温度を１００℃、１５０℃、２００℃にそれぞれ変化させた。形成された形状を実施例１と同様に電子線走査顕微鏡を用いて観察したところ、いずれも形状に差が現れず、形状は全てＵ字形状であった。この様にして、得られたＰＤＰ背面板を用いてパネル化したところ、面内均一な輝度を示したが、いずれも２００ｃｄ／ｍ²の輝度しか得られることができなかった。
【００３５】
（比較例３）
実施例１と同様にして、ガラス基板上に電極、誘電体層、隔壁層を形成し隔壁間の溝に蛍光体ペーストを充填し、実施例１と同じ連続乾燥装置を用いて、基板を主隔壁と垂直方向に流れるように基板を搬送して乾燥を行った。次ぎに実施例１と同様にしてパネル化を行った。得られた基板は輝度２９０ｃｄ／ｍ²で面内に輝度ムラが無かったが、斜視時の輝度に違いが現れた。左斜視時に１３０ｃｄ／ｍ²の輝度しか得ることができなく、不良品となった。
【００３６】
【発明の効果】
本発明のプラズマディスプレイ基板およびプラズマディスプレイの製造方法ならびに蛍光体層乾燥用連続熱風乾燥装置は、蛍光体ペーストの乾燥を熱風乾燥で行い、かつ風速を可変設定したので、蛍光体層の形状制御が可能となり、均一で高輝度な蛍光体層を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】蛍光体ペーストの乾燥工程を行う赤外線ヒータを併せ持った連続熱風乾燥装置の透視図である。
【図２】プラズマディスプレイパネルの一構成例の断面図である。
【図３】連続熱風乾燥装置の概略図である。
【図４】乾燥条件による蛍光体層の形状変化を表す断面図である。
【符号の説明】
１、８ガラス基板
２アドレス電極
３、１０誘電体層
４隔壁
５蛍光体層（赤）
６蛍光体層（緑）
７蛍光体層（青）
９維持電極
１１誘電体層
１２保護層
１３蛍光体塗布済み背面板
１４搬送部
１５赤外線ヒータ
１６ヒータ
１７風速可変バルブ

Claims

基板上の隔壁上に蛍光体層を有するプラズマディスプレイ用基板の製造方法であって、蛍光体層形成の際、蛍光体粉末、エチルセルロース、メチルセルロース、ポリメタクリル酸メチル樹脂およびイソブチルメタクリレート樹脂から選ばれる１つ以上からなるバインダー、ならびにベンジルアルコール、テルピネオール、γ−ブチロラクトン、テトラリンおよびブチルセロソルブアセテートから選ばれる１つ以上からなる溶媒を含む蛍光体ペーストを用い、少なくとも熱風加熱によって蛍光体ペーストの乾燥を行い、基板の上方より１２０〜１６０℃の熱風を吹き付け、熱風乾燥時の基板の表面を流れるときの風速を０．３〜８．０ｍ／ｓｅｃの範囲内とし、かつ熱風が主隔壁の長手方向と平行に流れるようにすることを特徴とするプラズマディスプレイ用基板の製造方法。
乾燥過程で熱風と赤外線加熱を同時に併用することを特徴とする請求項１記載のプラズマディスプレイ用基板の製造方法。
請求項１または２に記載のプラズマディスプレイ用基板の製造方法によって製造されたプラズマディスプレイ用基板を用いてなることを特徴とするプラズマディスプレイ。