CN101717196A - 无铅玻璃组合物及其制备方法、以及应用其的等离子显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于覆盖等离子显示屏背板电极的无铅玻璃组合物及其制备方法、以及应用其的等离子显示装置。该无铅玻璃组合物包含70～95wt％的无铅玻璃粉和5～30wt％的着色剂。其中无铅玻璃粉包括50～80wt％的Bi₂O₃、5～20wt％的SiO₂、1～10wt％的Al₂O₃、3～10wt％的ZnO、以及10～30wt％的B₂O₃。着色剂为TiO₂。组合物中玻璃粉末的软化点为450～650℃，在50～350℃内的热膨胀系数为60×10^-7～90×10^-7/℃。用无铅玻璃组合物制备的浆料印刷烧结后所得的样品反射率为65％以上，因而在等离子显示屏中能够更多地反射可见光以提高显示器的亮度和色彩鲜艳性。并且，本发明的无铅玻璃组合物制备成浆料印刷在玻璃片上烧结后所得的样品在1wt％硝酸溶液中浸泡1小时后重量损失不大于20％。

Description

无铅玻璃组合物及其制备方法、以及应用其的等离子显示装置

技术领域

本发明涉及一种无铅玻璃组合物及其制备方法，具体地说，本发明涉及一种用于覆盖等离子显示屏背板电极的无铅玻璃组合物及其制备方法。本发明还涉及一种应用该无铅玻璃组合物的等离子显示装置。

背景技术

近年来，等离子显示器(PDP)作为平板显示器的一种引起了关注。它是利用气体放电现象产生视觉显示的平板显示器。PDP显示屏由前板和背板及其上的许多微细结构组成，为了实现精细的图像显示功能，在其背板形成了多组电极，这些电极被加工成细线状。为了实现各个像素的独立控制，在背板电极上形成一层绝缘层来保证各组电极间的绝缘性。这层绝缘层还起着保护电极和存储电荷以降低放电电压的作用，另外，由于是在背板上，需要把荧光粉产生的可见光尽可能地反射以保证显示器的亮度和色彩。因此，这层绝缘层必须要有高的可见光反射率、好的绝缘性和高的耐久性，同时，介质层还要求具备以下特征，例如，软化点在450～650℃、以及在50～350℃范围内的平均线膨胀系数为60×10^-7～90×10^-7/℃。

前些年，大量采用高铅含量的玻璃作为背板介质，然而由于铅的高污染性，近年来人们大都倾向于用铋来代替铅以制作背板介质，而无铅玻璃大受青睐。但是目前使用的背板介质反射率较低，用这种背板介质制作的等离子显示屏亮度偏低，色彩鲜艳性偏差，因此希望能够开发出具有高反射率，软化点和热膨胀系数都符合要求的玻璃组合物，用这种玻璃组合物制备的背板介质浆料覆盖电极，能够提高等离子显示屏的亮度和色彩的鲜艳性。

另外，由于在等离子显示屏的结构中，覆盖背板电极的绝缘层作为障壁和电极的中间体存在，因此，在障壁的制作过程中，需要保证这层绝缘层的稳定性。目前，障壁的制作工艺有多种，本发明侧重于可用于刻蚀性障壁基底的背板介质浆料中的玻璃组合物。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种能形成具有高反射率及良好的表面平整度，具有适当的热转化温度及与基板玻璃相匹配的热膨胀系数，并且能够在一定浓度的酸刻蚀下保持一定性能的用于覆盖等离子显示屏背板电极的无铅玻璃组合物。

本发明的又一个目的在于提供一种用于制备上述无铅玻璃组合物的方法。

本发明的另一个目的在于提供一种应用上述无铅玻璃组合物的等离子显示装置。

本发明的一方面提供一种用于覆盖等离子显示屏背板电极的无铅玻璃组合物，该无铅玻璃组合物包含70～95wt％的无铅玻璃粉末和5～30wt％的着色剂。其中，无铅玻璃粉末包括50～80wt％的Bi₂O₃、5～20wt％的SiO₂、1～10wt％的Al₂O₃、3～10wt％的ZnO、以及10～30wt％的B₂O₃。该无铅玻璃组合物中的着色剂为TiO₂。

在本发明的无铅玻璃组合物中，无铅玻璃粉末可进一步包含选自Na₂O、K₂O、Li₂O所组成的组中的一种或多种碱金属氧化物，并且该碱金属氧化物的含量为0～5wt％。本发明的无铅玻璃组合物中的无铅玻璃粉末还可进一步包含CaO和SrO中的一种或两种，其含量为0～5wt％。

在本发明的无铅玻璃组合物中，无铅玻璃粉末的软化点为450～650℃，并且在50～350℃范围内的平均线膨胀系数为60×10^-7～90×10^-7/℃。

用本发明的无铅玻璃组合物制备成浆料印刷在玻璃片上烧结后所得的样品，在1wt％的硝酸溶液中浸泡1小时后，其重量损失不大于20％。

用本发明的无铅玻璃组合物制备成浆料印刷在玻璃片上烧结后所得的样品的反射率为65％以上。

本发明的又一方面提供一种用于制备上述覆盖等离子显示屏背板电极的无铅玻璃组合物的方法，其包括：按照预定比例，均匀混合无铅玻璃原料，在固相烧结炉中1100～1300℃保温0.5～2小时，获得均匀的玻璃液，将玻璃液倒入玻璃轧片机中以获得玻璃碎片，将玻璃碎片粗粉后用球磨机球磨15小时以上，获得粒度为3～5μm的玻璃粉末；随后将玻璃粉末与着色剂按照预定比例混合均匀，以制备无铅玻璃组合物。

本发明的另一方面提供一种等离子显示装置，该等离子显示装置的背板电极上覆盖有上述无铅玻璃组合物。

由于本发明的无铅玻璃组合物与有机载体混合形成的介质浆料烧结过后反射率可达65％以上，其用于覆盖等离子显示屏的背板电极，可极大地反射各个显示单元产生的可见光，有助于提高等离子显示屏的亮度并减小能耗；同时致密的介质膜层也有助于保护电极，增加显示屏寿命。由本发明的无铅玻璃组合物所形成的介质浆料的另一个特点是耐酸性能较佳，能够用于刻蚀性障壁的基底。

具体实施方式

无铅玻璃粉末

本发明中的无机玻璃粉末为Bi-B-Si体系的无铅玻璃粉末。其中，Bi₂O₃、B₂O₃、S_iO₂作为玻璃形成剂，在体系中占有绝大部分的比例，另外添加一定量的Al₂O₃和ZnO。各组分的配比为：50～80wt％的Bi₂O₃；5～20wt％的SiO₂；1～10wt％的Al₂O₃；3～10wt％的ZnO；10～30wt％的B₂O₃。

Bi₂O₃作为玻璃形成剂，用于代替PbO来形成稳定的玻璃网络，对耐酸性能影响不大。Bi₂O₃的含量过低会提高玻璃的Tg点(玻璃化温度)，过高则会造成TEC(热膨胀系数)过高，Bi₂O₃的含量优选为50～80wt％。

B₂O₃作为玻璃形成剂，用来形成玻璃网络结构，能降低TEC，改善玻璃的光泽，但可能会略微降低耐酸性能，因此，B₂O₃含量不宜过高，过高会造成Tg点偏高和耐酸性能的下降，其含量优选为10～30wt％。

SiO₂作为玻璃形成剂，有助于提高玻璃的稳定性和机械强度，降低TEC，并有助于提高玻璃的耐酸性。因此SiO₂含量过低会造成玻璃的TEC偏高。但SiO₂含量也不宜过高，因为SiO₂含量过高会造成Tg点过高和TEC过低，且会增加玻璃的高温粘度，不利于气泡的排出。SiO₂含量优选5～20wt％。

Al₂O₃作为玻璃改性剂，能降低玻璃的析晶倾向，提高玻璃稳定性，并且能提高玻璃的Tg并降低TEC，其含量优选1～10wt％。

ZnO作为玻璃改性剂，能降低玻璃的Tg点和TEC，可以用来调整玻璃Tg点和TEC的平衡，但会降低玻璃的耐酸性，并提高玻璃的析晶倾向，因此，ZnO含量不宜过高，优选3～10wt％。

除了上述成分以外，还可以向玻璃组合物中添加一些碱金属氧化物，如Na₂O、K₂O、Li₂O等中的一种或几种，它们有强烈的助熔作用，并能降低玻璃液的粘度，但可能会降低玻璃的稳定性，因此碱金属氧化物的含量优选0～5wt％。

另外，还可以向玻璃组合物中适当地添加CaO和/或SrO，它们可以增加玻璃的稳定性，其含量优选0～5wt％。

着色剂

为了能提高背板介质的反射率，使荧光粉发出的可见光尽量多地反射回前板，需要在玻璃粉中添加着色剂，着色剂并不是添加在玻璃原料中，而是在原料经过熔制并超微粉碎成粉末之后，将玻璃粉与着色剂均匀混合，以此来达到着色从而提高体系反射率的目的。着色剂含量过低，则不能很好地起到颜色遮盖效果，过高则会造成介质层内部疏松，而且附着力偏低，不能很好地起到支撑障壁和耐溅射的作用，本发明中着色剂优选TiO₂，其与玻璃粉末的比例为70～95wt％的无铅玻璃粉添加5～30wt％的着色剂。

实施例

可通过参考下面的实施例更好地理解本发明，这些实施例仅用于说明的目的，而不应理解为以任何方式限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求所限定。

实施例1

将无机玻璃原料Bi₂O₃56％、B₂O₃15％、SiO₂15％、Al₂O₃5％、ZnO 7％、NaO 2％放入混合罐中，均匀混合后倒入Al₂O₃坩埚，在固相烧结炉中1100℃～1300℃保温1小时，得到均匀的玻璃液，玻璃液经过玻璃轧片机得到玻璃碎片，将这些玻璃碎片粗粉后用球磨机球磨24小时，获得超微细颗粒的无铅玻璃粉末，其粒度在3～5μm。

将上述无铅玻璃粉末与着色剂TiO₂按照93∶7的比例混合均匀，再添加有机载体，混合均匀。其中有机载体是EC(乙基纤维素)、BCA(丁基卡必醇乙酸酯)、TE(松油醇)、Texanol酯醇(2，2，4-三甲基-1，3戊二醇单异丁酸酯)的混合物，有机载体占无铅浆料总重量的21wt％。然后通过三辊辊轧机辊轧，使无机粉体均匀分散在有机载体中。辊轧后，用刮板细度计测量细度为5μm以下，使用美国Brookfield公司生产的型号为HBDV-II+Pro的粘度计测量粘度为17Pa·s，由此获得需要的背板介质浆料。

用325目的丝网将上述浆料印刷在15cm×25cm的玻璃上，制备成样品，将样品经过150℃保温15分钟，然后在马弗炉中350℃保温20分钟以彻底除去浆料中的有机成分，最后在560℃烧结20分钟后降温，获得最终产品。

实施例2

将无机玻璃原料Bi₂O₃66％，B₂O₃12％，SiO₂10％，Al₂O₃3％，ZnO 5％，CaO 2％，NaO 2％放入混合罐中，均匀混合后倒入Al₂O₃坩埚，在固相烧结炉中1100℃～1300℃保温1小时，得到均匀的玻璃液，玻璃液经过玻璃轧片机得到玻璃碎片，将这些玻璃碎片粗粉后用球磨机球磨24小时，获得超微细颗粒的无铅玻璃粉末，其粒度在3～5μm。

将上述无铅玻璃粉末与着色剂TiO₂按照93∶7的比例混合均匀，再添加有机载体，混合均匀。其中有机载体是EC(乙基纤维素)、BCA(丁基卡必醇乙酸酯)、TE(松油醇)、Texanol酯醇(2，2，4-三甲基-1，3戊二醇单异丁酸酯)的混合物，有机载体占无铅浆料总重量的21wt％。然后通过三辊辊轧机辊轧，使无机粉体均匀分散在有机载体中。辊轧后，用刮板细度计测试细度为5μm以下，使用美国Brookfield公司生产的HBDV-II+Pro粘度计测量粘度为21Pa·s，由此获得需要的背板介质浆料。

用325目的丝网将上述浆料印刷在15cm×25cm的玻璃上，制备成样品，将样品经过150℃保温15分钟，然后在马弗炉中350℃保温20分钟以彻底除去浆料中的有机成分，最后在560℃烧结20分钟后降温，获得最终产品。

按照以下方法进行测试：

(1)玻璃化温度(Tg)、软化点(Ts)测试：用德国Netzsch热分析仪(型号STA 409C)，对获得的粒度为3～5μm的无铅玻璃粉末进行玻璃化温度(Tg)和软化点(Ts)的测试。

(2)热膨胀系数(TEC)测试：将获得的玻璃液倒入预先准备好的柱状模子中，得到玻璃柱(Φ6mm×60mm)，用德国Netzsch热膨胀仪(型号DIL-402PC)进行热膨胀系数的测定，测试温度范围50-550℃，升温速率5℃/秒。

(3)耐酸性：将获得的背板介质浆料印刷在15×150mm的玻璃片上，流平后在150℃条件下干燥15分钟，然后在马弗炉中350℃保温20分钟，最后在560℃烧结20分钟后降温，冷却后取出玻璃片。获得样片的介质覆盖厚度为20μm。用200ml的烧杯盛100g1wt％的硝酸，将样片称重，然后垂直放入烧杯中静置，1小时后再次称重，计算重量损失率。

(4)反射率：将获得的最终产品用玻璃刀裁为3mm×5mm大小的样品，用岛津UV-2100S紫外可见分光光度计测试样品的反射率(波长550nm)。

测试结果

实施例1

关于实施例1的测试结果如下：Tg＝477℃，Ts＝530℃，TEC＝84×10^-7/℃，酸蚀后重量损失11.6％，反射率为65％。

实施例2

关于实施例2的测试结果如下：Tg＝470℃，Ts＝533℃，TEC＝79×10^-7/℃，酸蚀后重量损失14.3％，反射率为67％。

通过实施例1与实施例2的测试结果可知，本发明的无铅玻璃组合物软化点能够达到450℃～650℃、并且在50～350℃范围内的热膨胀系数可达60×10^-7～90×10^-7/℃。由本发明的无铅玻璃组合物制备成浆料烧结后得到的样品反射率可达65％以上，因此在等离子显示屏中能够将荧光粉产生的可见光更多地反射以提高显示器的亮度和色彩鲜艳性。并且，该样品在1wt％硝酸溶液中浸泡1小时后，重量损失不大于20％，具有较好的耐酸刻蚀性，可用于制备用于刻蚀性障壁基底的浆料。

应当理解，以上具体实施例只是为了更好地理解本发明而对本发明进行的示例性描述，并非是对本发明保护范围的具体限定。显然对于本领域普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可对本发明进行多种变化和修改。

Claims (10)

1.一种用于覆盖等离子显示屏背板电极的无铅玻璃组合物，其特征在于，所述无铅玻璃组合物包含70～95wt％的无铅玻璃粉末和5～30wt％的着色剂。

2.根据权利要求1所述的无铅玻璃组合物，其特征在于，所述无铅玻璃粉末包括50～80wt％的Bi₂O₃、5～20wt％的SiO₂、1～10wt％的Al₂O₃、3～10wt％的ZnO、以及10～30wt％的B₂O₃。

3.根据权利要求2所述的无铅玻璃组合物，其特征在于，所述无铅玻璃粉末进一步包含选自Na₂O、K₂O、Li₂O所组成的组中的一种或多种碱金属氧化物，并且所述碱金属氧化物的含量为0～5wt％。

4.根据权利要求2所述的无铅玻璃组合物，其特征在于，所述无铅玻璃粉末进一步包含CaO和SrO中的一种或两种，其含量为0～5wt％。

5.根据权利要求1所述的无铅玻璃组合物，其特征在于，所述着色剂为TiO₂。

6.根据权利要求1所述的无铅玻璃组合物，其特征在于，所述无铅玻璃粉末的软化点为450～650℃，并且在50～350℃范围内的平均线膨胀系数为60×10^-7～90×10^-7/℃。

7.根据权利要求1所述的无铅玻璃组合物，其特征在于，用所述无铅玻璃组合物制备成浆料印刷在玻璃片上烧结后所得的样品，在1wt％的硝酸溶液中浸泡1小时后，其重量损失不大于20％。

8.根据权利要求1所述的无铅玻璃组合物，其特征在于，用所述无铅玻璃组合物制备成浆料印刷在玻璃片上烧结后所得的样品反射率为65％以上。

9.一种用于制备覆盖等离子显示屏背板电极的权利要求1～8中任一项所述的无铅玻璃组合物的方法，其特征在于，所述方法包括：

按照预定比例，均匀混合无铅玻璃原料，在固相烧结炉中1100～1300℃保温0.5～2小时，获得均匀的玻璃液，将所述玻璃液倒入玻璃轧片机中以获得玻璃碎片，将所述玻璃碎片粗粉后用球磨机球磨15小时以上，获得粒度为3～5μm的玻璃粉末；

将所述玻璃粉末与着色剂按照预定比例混合均匀，以制备所述无铅玻璃组合物。

10.一种等离子显示装置，其特征在于，所述等离子显示装置的背板电极上覆盖有权利要求1～8中任一项所述的无铅玻璃组合物。