JP4802684B2 - 塗膜の乾燥温度決定方法 - Google Patents

Description

本発明は基板上に塗布された塗膜の乾燥温度決定方法に関するものである。

近年、注目されているフラットディスプレイのうちプラズマディスプレイパネルにおいては、それぞれの機能を付与した前面板と背面板との間に設けられた放電空間内で対向する表示電極およびアドレス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発生した紫外線を、放電空間内の蛍光体に照射することにより表示を行うものである。前面板と背面板にはそれぞれ電極が形成されているが、これらを被覆する形で誘電体層が形成されている。さらに、背面ガラス基板には、放電の広がりを一定領域に抑え、表示を規定のセル内で行わせると同時に、かつ均一な放電空間を確保するために隔壁が設けられている。

これらガラス基板上に形成される構造物の内、膜状に塗布して形成される部材については焼成工程を経る際の焼成収縮により、亀裂を生じない程度の強度を有することが要求される。塗膜の強度を評価する手法として対象膜に対して圧子を押し付けて荷重を変化させることにより膜の硬度や弾性率を測定する方法が知られている（特許文献１参照）。また、情報記録媒体の保護膜の強評価手法として圧子を保護膜に押し込んだ状態で面方向に移動させ、摩擦痕の断面形状、深さから強度を測定する方法も知られている（特許文献２参照）。その他に塗布膜をローラーベルトに張り付け、巻回させて屈曲した際の剥離状態を検出する方法が知られている（特許文献３参照）。
特開２００１−３４９８１５号公報 特開２０００−２８５０６号公報 特開２００２−５８１７号公報

プラズマディスプレイ背面板のガラス基板上に形成する誘電体層は、大きく分けて(1)電極の保護層、(2)放電に必要な表面電荷蓄積、(3)隔壁の支持、(4)反射層の４つの役割を果たしている。通常、この誘電体層はそれぞれの条件を満たすように設計されたガラスを主成分とする無機化合物とバインダー樹脂等で構成されており、ガラス基板上にパターン加工された電極上に形成される。誘電体層上には隔壁が形成される。これらの形成方法として電極、誘電体、隔壁をそれぞれ単独で焼成する場合もあるが、誘電体と隔壁を同時焼成したり、さらには電極も含めて３層を同時焼成する場合がある。このように同時焼成する場合に誘電体層に接する電極、隔壁等のパターン加工された構造物が高さ方向に加えて幅方向にも焼成収縮する。誘電体の塗布膜が焼成前に十分な強度を有していないとこの幅方向の収縮力により膜面に亀裂を生じ、欠陥となる場合がある。このため材料設計時、プロセス変更時等に誘電体層の強度を把握する必要があった。また、乾燥時に熱硬化する誘電体の場合、その塗膜が持つ強度は乾燥条件により大きく左右されることから、塗膜の強度を測定し、最適な乾燥条件を決定する手法が必要であった。誘電体層は通常、塗布、乾燥後の厚みが１５μｍ前後と薄膜で、表面粗さは無機粉末を含むためＲｚ＝３μｍ前後である。従来の膜強度評価方法ではこのような塗膜に対して有効な評価結果を得られなかった。通常の圧子を用いた硬度計では誘電体層が薄膜であるため圧子が下層であるガラス基板の影響を受け、正確な評価ができず、微小硬度計では誘電体層の表面凹凸の影響を大きく受けることから同じく正確な評価ができないからである。よって、これまでは実際に電極から隔壁まで背面板を作成し、誘電体層に発生する亀裂の有無を確認している場合が多い。この方法では大量の時間とコストを要し、非効率的であるとともに亀裂に対するマージンを把握しにくく課題となっていた。

そこで本発明では簡易な方法でこのような塗膜の強度を評価し、乾燥条件を決定する方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は以下の構成からなる。

少なくともバインダー樹脂および無機粉末を含むペーストを基板上に塗布、乾燥、硬化させて得られる塗膜の強度を測定し、その測定結果から塗膜の乾燥温度を決定する方法であって、該塗膜の強度測定方法が、プッシュゲージの計測軸に取り付けられたニードルと該塗膜を相対移動させた時の荷重を測定する方法であることを特徴とする塗膜の乾燥温度決定方法。

誘電体層のような基板上に塗布された塗膜の強度を簡易な手法で測定し、乾燥条件を決定できる。また、誘電体層を電極、隔壁等と同時焼成した場合に亀裂を生じる条件、生じない条件を予め調査し、その際の誘電体塗膜の強度を上記した方法により把握しておくことで亀裂発生と本評価方法における強度を相関付けておく。これにより誘電体に係る材料変更、プロセス変更等が発生した場合には誘電体の塗膜のみを本評価方法により評価することで亀裂発生の有無を事前に予測することが可能となる。また、亀裂が発生する強度を事前に把握しておけるため誘電体層が亀裂に対して持つマージンを計る基準とすることもできる。

以下に本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は本発明の実施形態からなる塗膜の強度評価装置の一例を示すものである。プッシュゲージ１を台座１４に垂直に立てた支柱６に測定角度を自在に変更できるよう固定治具４を介して固定している。プッシュゲージ１は測定範囲０〜４９Ｎ、測定精度０．００４９Ｎ以上のものが好ましく、測定角度は０〜９０度まで変更できることが好ましい。また、プッシュゲージ１の測定軸にはニードル３を先端に固定したニードルアダプタ２が接続されている。ニードル３は金属製で先端が塗膜７の表面を引っ掻き、剥離できる鋭利なものであれば良いが、好ましくは図２に示すような形状で直径φＤが０．５〜３ｍｍ程度、先端角θは１０〜４５度のニードルである。１０度を下回るとニードル先端の強度が低下し、塗膜の摩擦抵抗により短期間のうちに摩耗する恐れがあり好ましくない。また、４５度を超えるとニードル先端が塗膜に進入しにくく、好ましくない。台座１４にはステージ昇降機構１２が設置され、その上部にはステージスライド機構１０が固定される。ステージ９はステージスライド機構１０の上部に設置され、ステージスライドつまみ１１にて水平移動可能となっている。また、移動速度を制御して自動で水平移動させることも可能となっている。ステージ９の台座１４に対する精度はステージ昇降機構１２、ステージスライド機構１０を含めて±５０μｍ以内に納めることが好ましい。ステージ９にはガラス基板８上に測定対象である塗膜７を塗布した状態の試料（以下、試料とする）を乗せて、ニードル３が塗膜７に対して傾斜して接触するよう配置されている。

上記強度評価装置の構成やこの装置を用いた作業を手順に沿ってさらに説明する。試料はガラス基板８上に直接塗膜７を塗布して作成し、間に別の塗布膜またはパターンを介さないことが好ましい。平滑なガラス上に塗膜７を塗布することで表面状態を材料およびプロセスの持つ本来の状態にすること、測定時、下層の影響を受けにくくすることが目的で測定誤差を最小限に抑えられる。試料はステージ９上に収まる基板を用いて作成するか、それ以上の基板に作成し、ステージ９に合わせてカットしても良い。試料はステージ９をステージ昇降機構１２にて下降させた状態でセッティングを行う。ステージ９上に試料を固定する。固定はステージ９後部に設けられたあて板に基板を接触させる方式でも良いし、ステージ９に真空吸着させる方式でも良い。

この際、ステージ９はステージスライドつまみ１１にて向かって左側方向に移動させておく。プッシュゲージ１の角度を角度調整つまみ５にて調整する。ニードル３が塗膜７に対して作る傾斜角αはニードルの先端角θとこの傾斜角αの合計が９０度を超えない範囲で設定する。次にステージ昇降機構１２の昇降つまみ１３にてステージ９高さを上昇させる。ステージ９は塗膜７がニードル３に接触するように調整する。調整時にはプッシュゲージ１を起動させておき、ニードル３が塗膜７に接触する際の荷重を測定できるようにする。ニードル３の先端が塗膜７に対し、膜厚の１０％以下の押し込み量になるようにステージ９高さを調整した時の荷重を測定する。膜厚の１０％を越えて押し込むとガラス基板の影響を大きく受けるため好ましくない。ニードル３接触時の荷重がこの値になるようステージ９高さを調整する。次に塗膜７の強度を測定する。ステージスライド機構１０を自動で操作することによりステージ９を向かって右方向に移動させ、プッシュゲージ１にかかる荷重を測定する。ニードル３の先端が塗膜７の表層約１０％を剥離させながら進行することで塗膜７の強度を測定できる。ステージ移動速度は１０ｍｍ／ｓ以下にすることで測定値のばらつきを抑えることができる。移動距離は１０ｍｍ以上が好ましく、測定値は出力された値を平均して求める。

なお、本発明における塗布膜の強度評価は前記評価装置を用いて前述の手順に従って、実現できるものであるが、何等、前記評価装置を用いることに限定されるものではない。

プラズマディスプレイ背面板の誘電体を用いた実施例について以下に説明する。誘電体における乾燥条件の最適化を目的として実施した例である。まず、電極、誘電体、隔壁を同時焼成した場合、誘電体層に亀裂を生じる条件を検討した。電極は銀、アルミニウム、クロム、ニッケルなどの金属粉末と有機バインダーを主成分とする感光性電極ペーストを用い、スクリーン印刷法によりガラス基板上に塗布した後、乾燥し、露光、現像工程を経てパターン形成した。誘電体は酸化鉛、酸化ビスマス、酸化亜鉛および酸化リンなどを含有し、これらを合計で１０〜８０重量％含有するガラス粉末と有機バインダー、ジブチルフタレートやジエチルフタレート等の可塑剤からなるペーストを用い、電極パターン上にスクリーン印刷法で塗膜を形成し、乾燥した。

乾燥温度を１３０℃、１４０℃、１５０℃、１６０℃と変更し、乾燥時間は１０分一定とした。その後、各条件で形成した誘電体層上に感光性ペースト法により隔壁を形成し、３層を同時焼成した。焼成後の背面板について亀裂発生の有無を調査した結果を表１に示した。亀裂の発生しなかった条件を○、発生した条件を×で示した。１３０℃では亀裂発生、それ以上の温度では亀裂発生無しの結果が得られた。

このデータを元に本発明での評価方法を用いてさらに詳細な検討を実施した。試料は背面板に用いるガラス基板上に誘電体をスクリーン印刷し、乾燥温度を変更して作成し、強度を評価した。評価方法は上述した通り実施し、得られた結果は表２および図３に示した。なお、プッシュゲージはイマダ株式会社製の“DPX-5T”を使用し、ニードルはφＤ＝１ｍｍ、先端角θ＝２０度のものを用いた。また、ニードルの傾斜角α＝４５度、ステージ移動速度は５ｍｍ／ｓ、移動距離は２０ｍｍで評価した。ニードルの押し込み量は３０μｍの誘電体膜厚に対して２〜３μｍとなるよう調整した。

この結果と、塗膜を１３０℃で乾燥し、その後焼成した場合に亀裂が発生し、１４０℃で乾燥した場合には亀裂は発生しないという結果からこの評価手法において焼成後に亀裂が発生する限界値は、０．９２〜１．０４Ｎであることが分かった。また、乾燥温度が１６０〜１７０℃で強度は飽和し、その後、低下することから該誘電体の乾燥条件において最もマージンが広く、最適な乾燥温度は１６５℃であることが判明した。また、誘電体の材料変更、プロセス変更が発生した場合にはこの測定値を亀裂発生の指標として利用できることから誘電体塗布膜単体で信頼性を評価することが可能となった。

本発明の実施形態からなる塗膜の評価装置の概略図である。 ニードルおよび測定対象の拡大図である。 塗膜の強度評価結果である。

符号の説明

１：プッシュゲージ
３：ニードル
７：塗膜
８：ガラス基板
９：ステージ
１０：ステージスライド機構
１２：ステージ昇降機構

Claims (2)

1. 基板上に、少なくともバインダー樹脂および無機粉末を含むペーストを塗布する工程と、
   前記基板上に塗布したペーストを複数の温度条件にて乾燥する工程と、
   前記乾燥した膜に、プッシュゲージを前記塗膜の法線方向と角度を有して接触させ、前記膜と前記プッシュゲージとを相対移動させて、荷重を測定する工程と、
   前記測定した荷重から前記膜の強度を算出する工程とを有し、
   前記加重を測定する工程と、前記強度を算出する工程とを、前記複数の温度条件に対して行い、
   前記強度の結果から、前記乾燥する工程の乾燥温度を決定する、塗膜の乾燥温度決定方法。
2. 前記荷重を測定する工程において、前記プッシュゲージが有したニードルを前記塗膜に接触させ、
   前記ニードルの塗膜への押し込み量を塗膜の膜厚の１０％以下とし、
   前記相対移動する速度が１０ｍｍ／ｓ以下である、請求項１に記載の塗膜の乾燥温度決定方法。

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