(57)【要約】      （修正有）【課題】例えばプラズマディスプレイの隔壁形成に用いられるような、加熱により少なくとも一部が融解ないし軟化する無機粒子が内在するような無機材料ペーストであっても、分散状態を評価すること。【解決手段】少なくとも２種以上の無機粒子および有機バインダーを含み、該２種以上の無機粒子のうち少なくとも１種が加熱により融解または軟化する無機材料ペーストの分散状態の評価方法であって、該ペーストを基板上に塗布し、加熱することにより該有機バインダーを除去し無機粒子の一部を融解させることにより無機材料層を形成し、該無機材料層表面の形状を画像化し、得られた画像データより無機材料ペースト中の無機粒子の分散状態を評価することを特徴とする無機材料ペーストの分散状態の評価方法とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２種以上の無機粒子および有機バインダーを含み、該２種以上の無機粒子のうち少なくとも１種が加熱により融解または軟化する無機材料ペーストの分散状態の評価方法であって、該ペーストを基板上に塗布し、加熱して該有機バインダーを除去し無機粒子の一部を融解させることにより無機材料層を形成し、該無機材料層表面の形状を画像化し、得られた画像データより無機材料ペースト中の無機粒子の分散状態を評価することを特徴とする無機材料ペーストの分散状態の評価方法。
【請求項２】
画像化する視野が、形成された無機材料層表面の凹部を５０〜５００個含むような大きさであることを特徴とする請求項１に記載の無機材料ペーストの分散状態の評価方法。
【請求項３】
前記無機材料ペーストが、プラズマディスプレイの隔壁形成に用いられるものであることを特徴とする請求項１、２に記載の無機材料ペーストの分散状態の評価方法。
【請求項４】
請求項１〜３記載のいずれかの無機材料ペーストの分散状態の評価方法を用いて無機材料ペーストの生成品質を管理することを特徴とする無機材料ペーストの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばプラズマディスプレイの隔壁材料のような無機材料ペーストの分散状態の評価方法に関するものであり、更に詳しくは、そのようなペースト材料の分散状態を安定化させ、該ペーストの品質特性を安定するために有効な無機材料ペーストの分散状態の評価方法および無機材料ペーストの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＰＤＰ（プラズマディスプレイ）や液晶ディスプレイなどの大型フラットパネルディスプレイの開発が進み大きな市場を形成している。プラズマディスプレイは前面基板と背面基板との間に備えられた放電空間内で対向するアノードおよびカソード電極間にプラズマ放電を生じさせ、上記放電空間内に封入されているガスから生じた紫外線を、放電空間内に設けた蛍光体にあてることより表示を行うものである。このために、各セルの仕切りなどの機能をもった、隔壁（リブ、障壁ともいう）とよばれる構造体を形成し、プラズマ放電の広がりを一定領域に抑えて表示を規定セル内に安定させるほか、均一な放電空間を確保している。隔壁の形状は一般に幅３０〜１００μｍ、高さ７０〜１５０μｍの大きさであり、ストライプ状または格子状に形成されている。これら隔壁の形成方法の一つとして、有機バインダーと、フィラーおよび低軟化点ガラスを主成分とする無機粒子とを混練した混合物からなるペーストを材料とし、ガラス基板にペーストを塗布した後、フォトリソグラフィー法等によりパターン加工した後、焼成することで形成する方法がある。ペーストに含まれる材料のうち、有機バインダーは焼成前の保形性を付与するために用いられ、低軟化点ガラスは焼成時に溶解、融着して隔壁を形成する機能を有する。また、フィラーとしては、焼成後にアスペクト比の高い隔壁を得るため、焼成時に軟化しない無機粒子が用いられる。
【０００３】
焼成工程において、ペーストに含まれる有機バインダーが融解、分解および／または昇華することによって除去され、低軟化点ガラス粒子が融解するため、形成された隔壁では、溶解せず残存するフィラーおよび溶解した低軟化点ガラスを主成分とする無機材料部からなり、無機材料部の間には有機バインダーの消失によって形成された空乏部が存在する。この空乏部の分布を特定の範囲内にすることで、隔壁の強度の向上や、ひいては歩留まりの向上につながることが特許文献１にて提案されている。
【０００４】
該空乏部の分布を特定の範囲内にするためには、材料であるペーストを生成する段階で、フィラー粒子と低軟化点ガラス粒子とを均一に分散させる必要があり、このためにはペースト状態での分散状態を確認・評価する必要がある。このようなペーストの分散状態の評価方法としては、特許文献２にあるように、ペースト自身を伸長した表面を光学顕微鏡にて撮像し、得られた画像信号を処理して求めた粒度分布から分散状態を評価する方法が知られていた。
【特許文献１】特開平１０−１３４７２７号公報
【特許文献２】特開平５−２３２０１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、従来の技術を使うと、次のような問題が出てくる。
【０００６】
隔壁形成用の無機材料ペーストに含まれるフィラー粒子およびガラス粒子は、形状の差違がなく、粒度分布も同程度にあることが多い。このような無機材料ペーストにおいては、ペーストの状態やペースト乾燥膜の状態で光学的な評価では両者を識別することが非常に難しく、特許文献２の方法によって分散性の評価を行うことは困難である。
本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決することができる、無機材料ペーストの分散状態の評価方法および製造方法、およびプラズマディスプレイの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の無機材料ペーストの分散状態の評価方法は、少なくとも２種以上の無機粒子および有機バインダーを含み、該２種以上の無機粒子のうち少なくとも１種が加熱により融解または軟化する無機材料ペーストの分散状態の評価方法であって、該ペーストを基板上に塗布し、加熱して該有機バインダーを除去し無機粒子の一部を融解させることにより無機材料層を形成し、該無機材料層表面の形状を画像化し、得られた画像データより無機材料ペースト中の無機粒子の分散状態を評価することを特徴としている。
【０００８】
また、本発明に係る評価方法において、画像化する視野が形成された無機材料層表面の凸部を５０〜５００個含むような大きさであることが好ましい。また、該無機材料ペーストが、プラズマディスプレイの隔壁形成に用いられることも好ましい。
【０００９】
本発明に係る無機材料ペーストの製造方法は、上記の無機粒子の分散状態を評価することから、無機材料ペーストの生成品質を管理することを特徴とし、さらにプラズマディスプレイの製造方法の特徴として、前記無機材料ペーストの製造方法を用いて、プラズマディスプレイの隔壁の形成状態を評価することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明方法によれば、例えばプラズマディスプレイの隔壁形成に用いられるような、加熱により少なくとも一部が融解ないし軟化する無機粒子が内在するような無機材料ペーストであっても、分散状態を評価することができる。
【００１１】
また、本発明方法で得られた無機材料ペーストの分散状態の情報に基づいて、無機材料ペーストの生成工程である、３本ロールミルやローラーミルなどの混練装置の条件を最適化することができる。これによって、不良製品の流出を防ぐとともに、不良品の製造を最小限にとどめることができ、低コストでの製造が可能となる。
【００１２】
さらに、該無機材料ペーストがプラズマディスプレイ用途の場合には、得られた分散状態の情報に基づいて、プラズマディスプレイ隔壁の形成状態を判定することができ、不良品の製造を最小限にとどめた、低コストでの製造が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明に望ましい実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１４】
図１に本発明による分散状態の評価方法をフローチャートで示している。
【００１５】
まず、無機材料ペーストを用意する。これは、無機粒子Ａと無機粒子Ｂと有機バインダーを含み、このうち無機粒子Ｂは加熱により溶融または軟化する材料とする。無機材料ペーストは、これら無機粒子Ａ，Ｂおよび有機バインダーを計量し、３本ロールミルやローラーミルなどの混練装置によって混合、混練されることで生成されることが望ましい。
次に、無機材料ペーストをガラス基板などの平坦面の上へ塗布する（塗布工程１０１）。平坦面としてはガラス基板など、後述する加熱工程にても平坦性の変形の少ない材質を用いることが好ましく、さらに撮像工程１０３にてコントラスト差を明確にするため、予め下地層が形成されていてもよい。
【００１６】
上記の塗布方法としては、例えば図２に示すスクリーン印刷法のように、塗布の厚みを均一に保てる方法であることが望ましく、塗布厚みのばらつきは狙いとする塗布厚みの±１０％以内であることが望ましい。スクリーン印刷では、該無機材料ペースト２０２を予めスクリーン版２０３の上に流し込んだ状態で、スキージ２０１を矢印方向へ一定速度で動作することで、ガラス基板２０４へ均一厚みにて該ペースト２０２を塗布することができる。塗布方法としては、この他のスリットダイコート法やドクターブレード法などにて行ってもよい。
【００１７】
図３に、ガラス基板に塗布されたペーストの加熱前の断面を模式的に表した図を示す。断面はペーストに含有された２種類の無機粒子である粒子Ａ３０１と、粒子Ｂ３０２とからなっており、その隙間には有機バインダー３０３が存在している。
【００１８】
次に、無機材料ペーストが塗布されたガラス基板を加熱する（加熱工程１０２）。加熱方法は塗布された基板全面に均等に熱が加わる構成がよく、温度は有機バインダーが消失し、粒子Ｂが溶融または軟化する温度まで昇温する必要がある。
【００１９】
図４に加熱後のガラス基板の断面を模式的に表した図を示す。ガラス基板には、加熱により無機粒子Ａ３０１の残存部を主成分とする無機材料層が形成されている。この無機材料層は、特に無機粒子Ａ３０１が多かった部分がそのまま残存し凸部３１１に、無機粒子Ｂ３０２が多かった部分はそれらが溶融または軟化することで生じた窪みが凹部３１２となるような、凹凸形状をしている。
【００２０】
図５は、この無機材料層を撮像する様子を模式的に示している。加熱によって無機材料層が形成されたガラス基板４０１の表面形状を、光学顕微鏡４０２などの撮像手段を用いて撮像する（撮像工程１０３）。このとき撮像する視野の大きさは、無機材料層表面の凸部が５０〜５００個含むような大きさで行う。また、照明手段としては、暗視野照明など、無機材料層の凹凸が強調されて撮像される手段が好ましい。
【００２１】
これにより、該無機材料層の凸部３１１と凹部３１２との分布が明部と暗部に分かれ、画像化することができる。
【００２２】
次に、得られた画像データより分散状態を評価する（分布計測１０４）。撮像工程１０３で得られた画像データの一例を図６に示す。該無機材料層の凸部３１１が暗部５０１に、凹部３１２が明部５０２に相当する。次に暗部５０１と明部５０２との領域を分離するために、図７のように該画像データに２値化処理をかける。２値化後の暗部５１１が図６の暗部５０１に、２値化後の明部５１２が明部５０２にそれぞれ相当する。次に、図７の明部および暗部に粒子計測処理を行うことで、画像データでの該無機材料層の凸部および凹部の面積分布状態を求めることができる。その面積分布の分散値を算出し、これを無機材料ペーストの無機粒子Ａと無機粒子Ｂとの組成などから、その無機材料ペーストの分散状態が適切か不適切かを判別することができる。
【００２３】
次に、本発明の評価方法を用いてプラズマディスプレイの隔壁形成に用いられる無機材料ペーストの分散状態を評価する場合について説明する。
プラズマディスプレイ用隔壁ペーストは、ガラス軟化点が８３０℃以上となるフィラー粒子と、ガラス軟化点が４７０〜５８０℃の低軟化点ガラス粒子および有機バインダーからなり、これらの組成としてはフィラー粒子が１０〜３０重量％、ガラス粒子が２０〜６０重量％、有機バインダーが１０〜５０重量％が好ましい。
【００２４】
フィラー粒子としては、チタニア、アルミナ、チタン酸バリウム、ジルコニアなどのセラミックスや酸化ケイ素、酸化アルミニウムを１５重量％以上含有する高融点ガラス粉末が好ましい。また、フィラー粒子および低軟化点ガラス粒子の粒度分布はいずれも１０μｍを中心とした正規分布をしている。
【００２５】
これら隔壁ペーストの製造方法としては、フィラー粒子、低軟化点ガラス粒子、および有機バインダーをそれぞれ計量した後、３本ロールミルやローラーミルなどの混練装置にて混練を行う。さらに、プラネタリミキサなどで真空脱泡した後にタンク充填することで生成される。
【実施例】
【００２６】
以下に、本発明における実施例を、図面を参照して説明する。
【００２７】
無機材料ペーストとして、プラズマディスプレイ用隔壁ペーストを使用した。プラズマディスプレイ用隔壁ペーストの組成としては
フィラー粒子：ＳｉＯ２  ３９％、Ｂ２Ｏ３  １０％、ＢａＯ  ５％、Ａｌ２Ｏ３  ３６％、ＺｎＯ  ５％、ＣａＯ  ５％
低軟化点ガラス粒子：Ｌｉ２Ｏ  ９％、ＳｉＯ２  ２２％、Ｂ２Ｏ３  ３３％、ＢａＯ  ４％、Ａｌ２Ｏ３  ２３％、ＺｎＯ  ２％、ＭｇＯ  ７％
有機バインダー：γ―ブチロラクトン
であり、フィラー粒子のガラス軟化点が８３０度、低軟化点ガラス粒子のガラス軟化点は５１９℃であった。
【００２８】
これらフィラー粒子、低軟化点ガラス粒子および有機バインダーを計量し、３本ロールミルにて混練されることでプラズマディスプレイ用隔壁ペーストを生成した。
【００２９】
次に、プラズマディスプレイ用隔壁ペーストをガラス基板に塗布した。ガラス基板は大きさが１００ｍｍ×１００ｍｍ以下、板厚が１．８ｍｍのプラズマディスプレイ用耐熱ガラス（日本電気硝子製”ＰＰ−８”）を用いた。ガラスにはスクリーン印刷法を使って塗布を行い、塗布時の厚みは３００μｍ（ばらつき±１０％以内）で行った。
【００３０】
次に、塗布されたガラス基板を焼成により加熱した。焼成はプラズマディスプレイ用小型焼成装置を使って行い、上記ガラス基板全体に均一に熱が加え、過熱温度６５０℃、加熱時間が３０分となるように設定した。
【００３１】
次に、焼成後のガラス基板の表面観察を行った。観察には通常の光学顕微鏡を使い、照明はハロゲン光源を使い、照射角度が基板に対して１０±３°となるような暗視野光学系を用いた。
【００３２】
また、観察視野サイズは１００μｍ×１００μｍとして行った。さらに、光学顕微鏡にＣＣＤエリアカメラを取り付けることで、観察結果を画像としてデータ化することができた。ここで得られた画像データを図６に示す。
【００３３】
次に、得られた画像データより分散状態を評価した。画像処理装置としてはＭａｔｒｏｘ社製のＩｎｓｐｅｃｔｏｒ  Ｖｅｒ２．２を使った。はじめに、ガラス基板表面の無機材料層の凸部と凹部との領域を分離するために、図６の画像データに対して２値化処理を行うが、そのためにまず図６の画像データ全体の濃淡分布を算出した（図８）。図８を見ると、明部と暗部との２つのピークをもつ分布となっているため、その中間値をしきい値として決定した（図８では濃淡階調値＝１８６）。
【００３４】
さらに、２値化した結果に対して面積計測を行った。ここでは、明部５１２の塊１つ１つの面積分布を算出した（図９）。算出には図７の明部５１２に対し粒子計測処理を行った。
【００３５】
この処理によって得られた面積分布に基づき、予め定められた分散評価式から分散指標値を算出し、分散性の評価を行った。分散指標値として、図７画像全体の中での明部５１２の最大面積値、および画像全体の中での比率と、明部５１２全体の面積比率を算出すると、それぞれ表１のようになった。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
このような評価方法を用いて求められた該無機材料層の分散評価値と、プラズマディスプレイ用隔壁ペーストの組成などから、そのプラズマディスプレイ用隔壁ペーストの分散状態が適切か不適切かを判別することができる。
【００３８】
本例ではフィラー粒子、低軟化点ガラス粒子ともに大きさ１０μｍを中心とした粒度分布となっているが、図９の明部の分布を見ると、特に１００μｍ２以上の面積値に分布の偏りが見られた。そこで、面積値１００μｍ２の値の着目してみると、最大８３０μｍ２の塊があることがわかった（図７の大きな明部５１３）。この塊は、図７の画像データ中の面積の８．３％に相当する。図７の明部５１２は図４の凹部３１２に相当し、これは焼成前のプラズマディスプレイ用ペーストで融解または軟化した低軟化点ガラス粒子に相当するため、図７の画像全体の８．３％分にガラス粒子が凝集して存在していたことがわかった。
【００３９】
低軟化点ガラス粒子の粒度分布が１０μｍを中心とした正規分布であることと、図７の画像全体での明部５１２の面積比率が２６．５％であることを考えると、図７の画像全体の８．３％分（面積８３０μｍ２）ガラス粒子が凝集して存在していたことは、プラズマディスプレイ用隔壁ペーストの分散状態として不適切といえる。
【００４０】
比較例
焼成を行わずにプラズマディスプレイ用隔壁ペーストの評価を行った。
【００４１】
プラズマディスプレイ用隔壁ペーストをスクリーン印刷法にてガラス基板に塗布し、その表面を光学顕微鏡で観察し、さらにＣＣＤエリアカメラに撮像したところ、図１０の画像データを得ることができた。このときの視野サイズは１００μｍ×１００μｍとして行った。
【００４２】
次に、図１０の画像に２値化処理を行うため、画像データ全体の濃淡分布を算出したところ、図１１のような１つのピークしかもたない分布となる。このため、２値化のしきい値を決定することができず、図１０の画像からはフィラー粒子とガラス粒子とを分離して評価することができない。従って、プラズマディスプレイ用隔壁ペーストを特許文献２に記述された方法にて分散状態を評価することは困難であるといえる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の分散状態評価方法を示すフローチャートである。
【図２】本発明の実施形態の塗布に係るスクリーン印刷法の斜視図である。
【図３】本発明における塗布後のペースト断面を模式的に表した図である。
【図４】本発明における焼成後の無機材料層断面を模式的に表した図である。
【図５】本発明における撮像の様子を模式的に示した図である。
【図６】本発明の撮像工程で得られる画像データの一例である。
【図７】図６の画像データを２値化した例である。
【図８】図６の画像データの濃淡分布である。
【図９】図７の明部の面積分布を表したものである。
【図１０】比較例で得られた画像データの一例である。
【図１１】図１０の画像データ全体の濃淡分布である。
【符号の説明】
【００４４】
１０１  塗布工程
１０２  加熱工程
１０３  撮像工程
１０４  分布計測工程
２０１  スキージ
２０２  無機材料ペースト
２０３  スクリーン版
２０４  ガラス基板
３０１  無機粒子Ａ
３０２  無機粒子Ｂ
３０３  有機バインダー
３１１  無機材料層の凸部
３１２  無機材料層の凹部
４０１  無機材料層が形成されたガラス基板
４０２  光学顕微鏡
５０１  暗部
５０２  明部
５１１  ２値化後の暗部
５１２  ２値化後の明部
５１３  大きな明部
【図１】
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【図８】
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【図１１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図９】
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【図１０】
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