JP4420236B2 - 蛍光面の形成方法及び表示デバイス - Google Patents

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本発明は、蛍光面の形成方法及び表示デバイスに関するものであり、特に、画像表示デバイス、例えば、陰極線管(CRT)及び電界放出ディスプレイ(FED)等における蛍光面の形成方法に関するものである。
一般に、画像表示デバイスの蛍光面を形成する場合、緑、青及び赤の3色の蛍光体からなる蛍光体層をパネル内面に形成した後、この蛍光体層の表面にアルミニウムを蒸着することによってメタルバック膜を形成するが、平坦で反射率の高いメタルバック膜を得るために、アルミニウムを蒸着する前にフィルミング工程が行われている。
このフィルミング工程では、凹凸のある蛍光体層の表面にフィルミング組成物を塗布することによって、蛍光体層の表面に、平坦なフィルミング膜を形成する。かかるフィルミング膜は、メタルバック膜を形成した後、熱処理によって分解除去される。
このフィルミング工程で用いられるフィルミング組成物としては、ポリメタクリル酸メチルエステル、ポリビニルアルコール及び過酸化水素を含むアクリルエマルジョンがある(例えば、特許文献1参照)。また、メタルバック膜の火ぶくれを抑制するフィルミング膜を形成し得るフィルミング組成物として、相溶性の悪い水溶性ポリアクリル酸(塩)を含むアクリルエマルジョン(例えば、特許文献2参照)、ポリビニルアルコール、過酸化水素、並びにポリビニル無水マレイン酸及び/又はポリビニルピロリンを含むアクリルエマルジョン(例えば、特許文献3参照)がある。さらに、メタルバック膜の火ぶくれを抑制するフィルミング膜を形成すると共に、成膜性に優れたフィルミング剤として、メタクリル酸メチル、アクリル酸エチル及びメタクリル酸ブチルの共重合物を含むアクリルエマルジョンがある(例えば、特許文献4参照)。
特公昭47−24416号公報 特開昭58−161230号公報 特公昭59−48506号公報 特公昭62−51987号公報
しかしながら、従来のフィルミング組成物はいずれもエマルジョン形態であるため、エマルジョン組成の最適化が難しく、また均質なフィルミング膜を形成するために10℃前後の狭い成膜可能温度(MFT)に維持する必要があるという問題があった。
さらに、従来のフィルミング組成物の塗布法は、スピンコート法が主に用いられているために、1枚の基板の処理に多量のフィルミング組成物を用いなければならず、使用効率が悪く、非経済的であるという問題もあった。また、スピンコート法では、基板上に極微小異物があった場合に塗布ムラが起こり、蛍光面の輝度ムラが生じることもあった。
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、成膜可能温度の範囲が広く、容易に調製可能なフィルミング組成物を用いて効率的にフィルミング膜を形成し得ると共に、熱処理の際に火ぶくれを起こさないメタルバック膜を形成し得る蛍光面の形成方法を提供することを目的とする。
そこで、本発明者らは上記のような問題を解決すべく鋭意研究した結果、特定の重量平均分子量を有する水溶性ポリマー及び水を含むフィルミング組成物が、成膜可能温度の範囲が広く、且つ容易に調製可能であるという見地に基づき、かかるフィルミング組成物を蛍光体層の表面に噴霧することで、効率的にフィルミング膜を形成し得ると共に、熱処理の際に火ぶくれを起こさないメタルバック膜を形成し得ることに想到し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、500〜100,000の重量平均分子量を有する水溶性ポリマー及び水を含むフィルミング組成物を蛍光体層の表面に噴霧することによってフィルミング膜を形成する工程と、前記フィルミング膜の表面にメタルバック膜を形成する工程と、熱処理によって前記フィルミング膜を分解除去する工程とを含むことを特徴とする蛍光面の形成方法である。
また、本発明は、上記蛍光面の形成方法により形成により形成された蛍光面を含むことを特徴とする表示デバイスである。
本発明によれば、成膜可能温度の範囲が広く、容易に調製可能なフィルミング剤を用いて効率的にフィルミング膜を形成し得る共に、熱処理の際に火ぶくれを起こさないメタルバック膜を形成し得る蛍光面の形成方法を提供することができる。
以下に、図1を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図1は、本発明の蛍光面の形成方法を説明するための蛍光面の断面図である。
本発明の蛍光面の形成方法は、ガラス等からなる基板1上に形成された蛍光体層2の表面に特定のフィルミング組成物を噴霧することによってフィルミング膜3を形成する工程と、前記フィルミング膜3の表面にメタルバック膜4を形成する工程と、熱処理によって前記フィルミング膜3を分解除去する工程とを含む。
特定のフィルミング組成物を蛍光体層2の表面に噴霧することによって形成されるフィルミング膜3は、凹凸形状を有する膜であり、目視では半透明(摺りガラスのような非光沢状態)の膜として観察される。かかる凹凸形状を有するフィルミング膜3の表面にメタルバック膜4を形成させることで、メタルバック膜4も凹凸形状を有する膜となる。このようなメタルバック膜4の凹凸形状は、熱処理によってフィルミング膜3を分解除去する際に、収縮等により生じる応力を緩和させ、メタルバック膜4の浮きや剥離等を防止することができる。
ここで、凹凸形状を有する膜とは、平均膜厚に対して±5〜±50%の膜厚バラツキを有する膜のことを意味する。膜厚バラツキが、±5%未満であると、膜が平坦すぎてしまい、フィルミング膜3が焼失する際に発生するガスによってメタルバック膜4の浮きや剥離等が生じてしまう。また、膜厚バラツキが、±50%を超えると、膜の凹凸形状が粗すぎてしまい、膜にピンホールが生じてしまう。
本発明で用いられるフィルミング組成物は、特定の重量平均分子量を有する水溶性ポリマー及び水を含む。
水溶性ポリマーの重量平均分子量は、500〜100,000であり、好ましくは1,000〜30,000である。この範囲の重量平均分子量を有する水溶性ポリマーであれば、凹凸形状を有するフィルミング膜3を形成させることができると共に、熱処理によってフィルミング膜3を完全に焼失させることができる。重量平均分子量が、500未満であると、フィルミング膜3の形成が困難となるので好ましくない。また、重量平均分子量が、100,000を超えると、水溶性ポリマーの熱分解温度が高くなり、熱処理におけるフィルミング膜3の焼け残りが生じ、蛍光面の輝度特性が低下するので好ましくない。
このような水溶性ポリマーとしては、例えば、ポリメタクリル酸エステル、ポリアクリル酸エステル、ポリアクリルアミド、ポリウレタン、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンイミン及びそれらの誘導体又は共重合体、並びにイソブチレン−マレイン酸共重合体を単独又は組み合わせて用いることができる。これらの中でも、汎用性の観点から、ポリメタクリル酸エステル、ポリアクリル酸エステル、ポリウレタン、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、イソブチレン−マレイン酸共重合体が好ましい。
また、フィルミング組成物における水溶性ポリマーの含有量は、1〜50重量%であることが好ましく、3〜20重量%であることがより好ましい。水溶性ポリマーの含有量が1重量%未満であると、固形分不足のために、フィルミング膜3にピンホールが生じることがある。また、水溶性ポリマーの含有量が50重量%を超えると、厚いフィルミング膜3が形成されるために、フィルミング膜3が蛍光体層2から剥がれたり、フィルミング膜3の熱処理時に発生する分解ガスが多くなり、メタルバック膜4の火ぶくれが生じることがあるので好ましくない。
本発明で用いられる水は、特に限定されることはないが、金属イオン不純物が10ppm以下の純水が好ましく、1ppm以下の純水がより好ましい。また、Au、Ag及びCuについては、極力含まないことが好ましい。不純物濃度が10ppmを超えると、蛍光体層2の表面にフィルミング膜3を形成した際に、不純物が蛍光体層2の蛍光体6に侵入し、蛍光体6の所望の輝度特性が得られないことがあるので好ましくない。
また、フィルミング組成物における水の含有量は、10〜95重量%であることが好ましく、30〜70重量%であることがより好ましい。水の含有量が10重量%未満であると、フィルミング組成物が蛍光体層2の表面に付着する前に固体化するため、蛍光体層2とフィルミング膜3との所望の密着性が得られないことがあるので好ましくない。また、水の含有量が95重量%を超えると、フィルミング組成物を蛍光体層2の表面に噴霧しても揮発不足のために均一な凹凸を有するフィルミング膜3が得られず、ムラが発生することがあるので好ましくない。
上記成分を含むフィルミング組成物は水溶液であるので、従来のエマルジョン系のフィルミング組成物のように組成の精密な最適化を行う必要がなく、調製が容易であり、成膜可能温度が広い。さらに、かかるフィルミング組成物を用いることにより、蛍光体層2が有機溶剤に可溶のバインダー樹脂を含む際に、バインダー樹脂とのミキシングを防止することもできる。
また、フィルミング組成物は、凹凸形状を有するフィルミング膜3の形成を促進させる観点から、揮発性の水溶性有機溶剤を含むことができる。かかる揮発性の水溶性有機溶剤をフィルミング組成物に配合した場合、噴霧の際に揮発性の水溶性有機溶剤が効率よく揮発するので凹凸形状を有するフィルミング膜3を効率よく形成することができる。
このような揮発性の水溶性有機溶剤としては、水よりも揮発性が高く、且つ水溶性であれば特に限定されることはなく、例えば、メチルアルコール、エタノール、イソプロピルアルコール及びブタノール等のアルコール、テトラヒドロフラン等のエーテル系、アセトン等のケトン系、酢酸等のカルボン酸系などの水と相溶性のある溶剤を単独又は組み合わせて用いることができる。これらの中でも、蛍光体層2の溶出を防止する観点から、メチルアルコール、エタノール、イソプロピルアルコール又はこれらの組み合わせが好ましい。
揮発性の水溶性有機溶剤の配合量は、水100重量部に対して10〜900重量部であることが好ましい。かかる揮発性の水溶性有機溶剤の配合量が10重量部未満であると、フィルミング組成物を蛍光体層2の表面に噴霧しても揮発不足のために均一な凹凸を有するフィルミング膜3が得られず、ムラが発生することがあるので好ましくない。また、かかる揮発性の水溶性有機溶剤の配合量が900重量部を超えると、フィルミング組成物が蛍光体層2の表面に付着する前に固体化するため、蛍光体層2とフィルミング膜3との所望の密着性が得られないことがあるので好ましくない
フィルミング組成物は、上記の特性に影響を与えない範囲の量で、濡れ性や密着性を向上させる界面活性剤、可塑剤や密着促進剤等のその他の成分を含むこともできる。
フィルミング膜3は、上記のような成分を含むフィルミング組成物を蛍光体層2の表面に噴霧することによって形成される。噴霧方法としては、特に限定されることはなく、公知のスプレーコート法を用いればよい。具体的には、フィルミング組成物を霧状にして蛍光体層2の表面に吹き付ければよい。このような噴霧方法を用いることにより、蛍光体層2上に異物があっても、従来のスピンコート法のような放射状のムラを生じさせることなく、また、膜切れ及び溜まり等のない、均一なフィルミング膜3を形成することができる。また、従来のスピンコート法による膜形成と比べて、膜形成のために使用されるフィルミング組成物の量を減らすことができる。
噴霧装置としては、フィルミング組成物を霧化し得るものであれば特に限定されることはなく、例えば、膜厚制御性が高く、微粒子の霧化が可能な二流体式又は超音波式のスプレーガン等を用いることができる。
二流体式のスプレーガンは、図2に示すように、エアキャップ9とノズルシート8との間にエアを流すことで、ベンチュリー効果によって、ノズルシート8とニードル7との僅かなスペースからフィルミング組成物を吸い出し、加速して霧化するものである。なお、図2中、矢印10はフィルミング組成物の流れ方向、矢印11はエアの流れ方向を示す。
二流体式のスプレーガンを用いる場合、蛍光体層2の表面のX方向又はY方向にスプレーガンをスキャンさせ、所望の膜厚が得られるまでスキャンを繰り返せばよい。また、スキャンを繰り返す場合には、X方向及びY方向を交互にスキャンすることにより良好な均一性のフィルミング膜3を得ることができる。さらに、スプレーガンと蛍光体層2の表面との距離は、10〜300mmであることが好ましい。かかる距離が10mm未満であると筋ムラが生じてしまうことがあるので好ましくない。また、かかる距離が300mmを超えると、ムラやピンホールが発生したり、フィルミング組成物が蛍光体層2の表面に付着する前に固体化するため、蛍光体層2とフィルミング膜3との所望の密着性が得られないことがあるので好ましくない。スプレーガンを用いる場合のその他の条件は、使用環境及び使用するフィルミング組成物の組成にあわせて適宜調整すればよい。
蛍光体層2の表面に形成するフィルミング膜3の膜厚としては、0.2〜5.0μmが好ましく、0.5〜2.0μmが好ましい。フィルミング膜3の膜厚が、0.2μm未満であるとフィルミング膜3にピンホール生じることがあり、また、5.0μmを超えると熱処理においてフィルミング膜3の焼け残りが生じてしまうことがあるので好ましくない。
また、フィルミング膜3の凹凸形状を調整する観点から、フィルミング組成物を蛍光体層2の表面に噴霧する際に、蛍光体層2を加熱することができる。特に、揮発性の水溶性有機溶剤を含まないフィルミング組成物を用いる場合には、蛍光体層2を加熱することで凹凸形状を有するフィルミング膜3を迅速に形成することができる。
加熱温度としては、25℃(室温)〜80℃が好ましく、25℃〜60℃がより好ましい。加熱温度が25℃未満であると、フィルミング組成物を噴霧した後に、フィルミング組成物の流動が生じることがあり、所望の凹凸形状を有するフィルミング膜3が得られないことがある。一方、加熱温度が80℃を超えると、フィルミング組成物を噴霧すると同時に溶媒の揮発が生じるため、所望の凹凸形状を有するフィルミング膜3が得られなかったり、ピンホールが生じてしまうことがある。また、スプレーガンを用いた場合には、スキャンによる筋ムラが発生することもある。このようなフィルミング膜3では、フィルミング膜3の表面に形成されるメタルバック膜4が粗くなったり、連続膜とならないことがあり、蛍光面の輝度低下や輝度斑の発生等に至ることがある。
加熱手段としては、特に限定されることはなく、例えば、ホットプレート等を用いて蛍光体層2を加熱すればよい。
上記フィルミング組成物が噴霧される蛍光体層2は、例えば、R(赤)、G(緑)及びB(青)からなる蛍光体6と、この蛍光体6を分離するブラックマトリックス5とを含む従来公知のものである。また、蛍光体層2が形成される基板1としては、特に限定されることはなく、例えば、ガラス等の従来公知のものを用いることができる。
フィルミング膜3の表面にメタルバック膜4を形成する方法としては、従来公知の方法を用いればよく特に限定されることはないが、例えば、アルミニウム等の金属を蒸着させればよい。このようにして形成されるメタルバック膜4の膜厚としては、0.05〜2μmが好ましい。メタルバック膜4の膜厚が、0.05μm未満であると膜中にピンホールが多数発生してしまうことがあり、また、2μmを超えるとフィルミング膜3の熱処理時に火ふくれが発生し易くなることがあるので好ましくない。
フィルミング膜3を分解除去するために熱処理する方法としては、従来公知の方法を用いればよく特に限定されることはないが、例えば、空気中又は窒素雰囲気中で、オーブンや電気炉等の焼成炉を用いて焼成させればよい。また、熱処理温度としては、300℃〜480℃が好ましい。また、熱処理時間は、10〜180分が好ましい。熱処理温度が300℃又は熱処理時間が10分未満であると、フィルミング膜3の分解除去が十分でないことがあり、また、熱処理温度が480℃を超えると、カーボンナノチューブ等を電子源とする場合には熱劣化する可能性があるので好ましくない。なお、熱処理時間が180分を超える場合は、スループットの問題があるものの、フィルミング膜3を十分に分解除去することができるのであれば、長時間化することには特に問題はない。
このような工程を経て形成される蛍光面は、熱処理の際にメタルバック膜4の火ぶくれがなく、蛍光体層2とメタルバック膜4とが良好に接触したものとなる。従って、かかる蛍光面は、優れた輝度特性を有しているので、陰極線管(CRT)及び電界放出ディスプレイ(FED)等の表示デバイスに用いることができる。
以下、実施例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
[実施例1]
(フィルミング組成物の調製)
実施例1では、水溶性ポリマーとして6,000の重量平均分子量を有するポリエチレングリコールを用いた。
表1に示した配合比で、水溶性ポリマー及び水をフラスコに加え、水溶性ポリマーが水に溶解するまで室温において撹拌した。次に、得られた水溶液を0.1μmの親水性PTFEのメンブランフィルターを用いてろ過することによってフィルミング組成物を得た。
(蛍光面の作製)
300mm×400mmのガラス基板上に形成された、所望のパターンのブラックマトリックス及び蛍光体からなる蛍光体層の表面に、ノードソン(株)製のマイクロスプレーシステム装置を用いてフィルミング組成物を噴霧することによってフィルミング膜を形成させた。このとき、蛍光体層を、ホットプレートを用いて75℃に加熱した。また、噴霧条件は、霧化エア圧力:3.2kg/cm、スプレーガンと蛍光体層との距離:90mm、スプレーガンのニードルとノズルシートとの間のギャップ:500μm、スキャンスピード:200mm/s、スキャンの方向及び回数:X方向に一回とした。
次に、蒸着法を用いて、フィルミング膜の表面にアルミニウムを蒸着させることによって0.7μmの膜厚を有するメタルバック膜を形成させた。
その後、空気中で430℃にて60分間焼成することによってフィルミング膜を分解除去し、蛍光面を作製した。
(評価)
フィルミング膜の平均膜厚及び膜厚バラツキ、フィルミング膜におけるピンホールの有無、メタルバック膜における火ぶくれ又は剥離の有無、フィルミング膜の焼け残りの有無、蛍光面の輝度について評価した。この結果を、表2に示す。
[実施例2〜6及び比較例1]
(フィルミング組成物の調製)
実施例2では、水溶性ポリマーとして15,000の重量平均分子量を有するポリメタクリル酸メチル、揮発性の水溶性有機溶剤としてエタノールを用いた。
実施例3では、水溶性ポリマーとして6,000の重量平均分子量を有するポリエチレングリコール、揮発性の水溶性有機溶剤としてイソプロピルアルコールを用いた。
実施例4では、水溶性ポリマーとして10,000の重量平均分子量を有するポリウレタン、揮発性の水溶性有機溶剤としてメタノールを用いた。
実施例5では、水溶性ポリマーとして18,000の重量平均分子量を有するイソブチレン−マレイン酸共重合体、揮発性の水溶性有機溶剤としてイソプロピルアルコールを用いた。
実施例6では、水溶性ポリマーとして30,000の重量平均分子量を有するn−ブチルメタクリレート、揮発性の水溶性有機溶剤としてエタノールを用いた。
比較例1では、水溶性ポリマーとして996,000の重量平均分子量を有するポリメタクリル酸メチル、揮発性の水溶性有機溶剤としてイソプロピルアルコールを用いた。
表1に示した配合比で、上記の水溶性ポリマー、水及び揮発性の水溶性有機溶剤をフラスコに加え、水溶性ポリマーが水及び揮発性の水溶性有機溶剤に溶解するまで室温において撹拌した。次に、得られた水溶液を0.1μmの親水性PTFEのメンブランフィルターを用いてろ過することによってフィルミング組成物を得た。
(蛍光面の作製)
実施例2では、フィルミング組成物を噴霧する際に蛍光体層の表面を30℃に加熱して行ったこと以外は、実施例1と同様にして蛍光面を作製した。
実施例3では、フィルミング組成物を噴霧する際に蛍光体層の表面を50℃に加熱して行ったこと以外は、実施例1と同様にして蛍光面を作製した。
実施例4では、フィルミング組成物を噴霧する際に蛍光体層の表面を40℃に加熱して行い、マイクロスプレーシステム装置におけるスキャンの方向及び回数を、X及びY方向にそれぞれ一回としたこと以外は、実施例1と同様にして蛍光面を作製した。
実施例5では、フィルミング組成物を噴霧する際に蛍光体層の表面を60℃に加熱して行い、マイクロスプレーシステム装置におけるスキャンの方向及び回数を、X及びY方向にそれぞれ一回としたこと以外は、実施例1と同様にして蛍光面を作製した。
実施例6では、フィルミング組成物を噴霧する際に蛍光体層の表面を室温(25℃)のままで行い、マイクロスプレーシステム装置におけるスキャンの方向及び回数を、X及びY方向にそれぞれ一回としたこと以外は、実施例1と同様にして蛍光面を作製した。
比較例1では、フィルミング組成物を噴霧する際に蛍光体層の表面を50℃に加熱して行ったこと以外は、実施例1と同様にして蛍光面を作製した。
(評価)
実施例1と同様の評価を行った。その結果を、表2に示す。
Figure 0004420236
Figure 0004420236
表2に示されるように、実施例1〜6では、ピンホールの発生がなく、良好な凹凸形状(平均膜厚及び膜厚バラツキ)を有するフィルミング膜が得られた。また、実施例1〜6では、フィルミング膜の焼け残りが生じず、メタルバック膜における火ぶくれ又は剥離も生じなかった。さらに、実施例1〜6では、作製した蛍光面の輝度が良好であった。
一方、比較例1では、ピンホールの発生がなく、良好な凹凸形状(平均膜厚及び膜厚バラツキ)を有するフィルミング膜が得られたものの、フィルミング膜の焼け残りが生じてしまい、蛍光面の輝度が低下した。これは、水溶性ポリマーの重量平均分子量が高いために、フィルミング膜の熱分解特性が低下したことによるものと考えられる。
以上のことから、本発明の蛍光面の形成方法は、成膜可能温度の範囲が広く、容易に調製可能なフィルミング組成物を用いて効率的にフィルミング膜を形成することができると共に、熱処理の際に火ぶくれを起こさないメタルバック膜を形成することができる。
本発明の蛍光面の形成方法を説明するための蛍光面の断面図である。 二流体式のスプレーガンの断面図である。
符号の説明
1 基板、2 蛍光体層、3 フィルミング膜、4 メタルバック膜、5 ブラックマトリックス、6 蛍光体、7 ニードル、8 ノズルシート、9 エアキャップ、10 フィルミング組成物の流れ方向、11 エアの流れ方向。

Claims (6)

  1. 500〜100,000の重量平均分子量を有する水溶性ポリマー及び水を含むフィルミング組成物を蛍光体層の表面に噴霧することによってフィルミング膜を形成する工程と、
    前記フィルミング膜の表面にメタルバック膜を形成する工程と、
    熱処理によって前記フィルミング膜を分解除去する工程と
    を含むことを特徴とする蛍光面の形成方法。
  2. 前記フィルミング組成物が、揮発性の水溶性有機溶剤をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の蛍光面の形成方法。
  3. 前記揮発性の水溶性有機溶剤が、メチルアルコール、エタノール、イソプロピルアルコール及びこれらの混合物からなる群より選択されることを特徴とする請求項2に記載の蛍光面の形成方法。
  4. 前記水溶性ポリマーが、ポリメタクリル酸エステル、ポリアクリル酸エステル、ポリアクリルアミド、ポリウレタン、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンイミン及びそれらの誘導体又は共重合体、イソブチレン−マレイン酸共重合体、並びにこれらの混合物からなる群より選択されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の蛍光面の形成方法。
  5. 前記フィルミング膜を形成する工程において、前記蛍光体層を25℃〜80℃に加熱することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の蛍光面の形成方法。
  6. 請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法により形成された蛍光面を含むことを特徴とする表示デバイス。
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