CN1389892A - 等离子显示面板用阻挡肋条材料 - Google Patents

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Abstract

在包含玻璃粉末和硅石基填料粉末的PDP阻挡肋条材料中,硅石基填料粉末包含熔融石英粉末和α－石英粉末。至少一部分硅石基填料粉末是球形填料粉末。硅石基填料粉末的余下部分可以是非球形填料粉末。在此情况下,球形填料粉末和非球形填料粉末的比例可以是质量比30∶70～100∶0。

Description

等离子显示面板用阻挡肋条材料
技术领域
本发明涉及等离子显示面板(以下可以简称为“PDP”)用的阻挡肋条材料。
背景技术
等离子显示是自发射型平面显示并且具有优异的特性比如重量轻、厚度薄和视角宽。在等离子显示中，显示屏很容易加宽。因此，等离子显示引人注目，是最具前途的显示设备之一。
图1是表示等离子显示的PDP的典型结构的截面图。图1中所示的PDP包含正面玻璃基材1、朝向正面玻璃基材1的背面基材玻璃2和将正面和背面玻璃基材1和2之间的空腔分成多个气体放电区域的多个阻挡肋条3。在图中，只给出了一个气体放电区域。在正面玻璃基材1上，形成一对透明的电极4。
在透明电极4上，形成介电层5以覆盖正面玻璃电极1的整个表面。为了稳定地产生等离子体，介电层5用MgO防护层6覆盖。
在背面玻璃基材2上，在阻挡肋条3之间形成数据电极7。施用荧光材料8以覆盖数据电极7。
当在透明电极4之间施加电压时，在气体放电区域中产生等离子体。通过等离子体产生紫外线并且辐照到荧光材料8上。荧光材料8受等离子体激发而发光。
在图1所示的PDP中，在背面玻璃基材2上形成阻挡肋条3。正面玻璃基材1通过阻挡肋条3朝向背面玻璃基材2。于是，正面和背面玻璃基材1和2彼此结合。以该方式形成PDP。
在图1所示的PDP中，阻挡肋条3直接在背面玻璃基材2上形成。在另一种已知的PDP中，在背面玻璃基材2上形成保护电极的介电层以覆盖数据电极7并且随后在介电层上形成阻挡肋条。
为了形成阻挡肋条3，可以使用多层印刷法或喷砂法。在多层印刷法中，在有待形成阻挡肋条的位置上多次重复进行丝网印刷。因此，通过重复施用阻挡肋条材料形成多层结构，由此形成阻挡肋条。
喷砂法按如下方式进行。在背面玻璃基材的整个表面上，直接或通过介电层经由丝网印刷法施用阻挡肋条材料的膏体，然后干燥，或者，放上阻挡肋条材料的生片。因此，形成预定厚度的阻挡肋条层。在阻挡肋条层上的预定位置处施用感光性光刻胶，以通过曝光和显影而产生光刻胶膜。然后，通过喷砂除掉没有光刻胶膜的区域以在预定位置处形成阻挡肋条。
一般地，需要阻挡肋条材料可允许在温度不超过600℃下烧结以防止玻璃基材变形、使阻挡肋条材料的热膨胀系数为60×～85×10-7/℃(30～300℃)与玻璃基材相当以防止阻挡肋条碎裂或分离并且对在形成阻挡肋条时所用的碱溶液具有耐腐蚀性。
作为满足上述要求的阻挡肋条材料，一般采用玻璃粉末和填料粉末的混合物。作为玻璃粉末，采用低熔点的玻璃。一般地，广泛采用PbO基玻璃。作为填料粉末，广泛采用氧化铝粉末以保持阻挡肋条的形状并获得足够的强度。
总体上讲，该PDP仍有缺点，因为其能耗很高，这是因为荧光材料受紫外线辐照才发光。从上述观点来看，要考虑降低能耗。为了降低能耗，有效的是降低阻挡肋条的介电常数。为此，建议形成多孔结构的阻挡肋条或采用低介电常数的填料粉末作为阻挡肋条材料。
但是，如果阻挡肋条具有多孔结构，气体穿过阻挡肋条的影响可能造成亮度下降或有缺陷的照明。而且，阻挡肋条的强度下降从而造成阻挡肋条断裂。
作为低介电常数的填料粉末，已知的是硅石基填料比如α-石英粉末或熔融石英粉末。但是，这些材料在机械强度上比氧化铝低。因此很难形成具有足够强度的阻挡肋条。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供能够形成低介电常数和高机械强度的阻挡肋条的PDP阻挡肋条材料。
通过深入研究，本发明人发现前述目的可通过采用球形硅石基填料作为填料粉末而实现，并且因此提出本发明。
按照本发明的一个方面，提供了包含玻璃粉末和硅石基填料粉末的PDP阻挡肋条材料，硅石基填料粉末包含熔融石英粉末和α-石英粉末，至少一部分硅石基填料粉末是球形填料粉末。
硅石基填料粉末的余下部分可以是非球形填料粉末。
球形填料粉末和非球形填料粉末的比例可以是质量比30∶70～100∶0。
非球形填料粉末的50％平均粒度为0.5～3μm。
球形填料粉末的50％平均粒度为2～8μm。
熔融石英粉末可以是球形的并且形成球形填料粉末。
另一方面，α-石英粉末可以是非球形的。
熔融石英粉末与α-石英粉末的比例可以是质量比20∶80～90∶10。
玻璃粉末和硅石基填料粉末的比例可以是质量比70∶30～95∶5。
球形熔融石英粉末与非球形α-石英粉末的比例可以是质量比30∶70～90∶10。
按照本发明的另一个方面，提供了包含质量比为70∶30～95∶5的玻璃粉末和硅石基填料粉末的PDP阻挡肋条材料，硅石基填料粉末包含50％平均粒度为2～8μm的球形熔融石英粉末和50％平均粒度为0.5～3μm的非球形石英粉末，熔融石英粉末与α-石英粉末的比例是质量比30∶70～90∶10。
在说明书和权利要求全文中，“球形”形状不限于真正的球形而是定义为具有预定宽度并显示本发明效果的物体。因此，也包含类似球形的任何形状。具体地，“球形”形状定义为与重心相距一段均匀的预定距离由光滑表面形成的三维物体，允许±25％的变化，优选±15％。这种球形粉末例如可以通过将材料粉末喷雾到火焰中而获得。
附图说明
唯一的附图是用于描述PDP结构的视图。
具体实施方式
按照本发明实施方案的PDP阻挡肋条材料包含玻璃粉末和硅石基填料粉末。该硅石基填料粉末包含熔融石英粉末和α-石英粉末。一部分或全部硅石基填料粉末，即至少一部分硅石基填料粉末是球形填料粉末。
如果需要的话，PDP阻挡肋条材料可以另外包含另一种硅石基填料，比如方英石粉末。
熔融石英和α-石英的介电常数为4.5，均比氧化铝为10的介电常数低。因此，阻挡肋条材料的介电常数在总体上可以降低。
球形填料粉末可以显著松弛应力集中，因为粉末颗粒没有突起。因此，阻挡肋条可以获得足够的强度而无需另外采用高强度填料，比如氧化铝。熔融石英粉末或α-石英粉末不必全部是球形的，而只是部分是球形的。
虽然α-石英可用作球形填料，但希望采用熔融石英，因为它很容易获得。
硅石基填料粉末中球形填料粉末的比例希望是质量比等于30％或更高，特别是50％或更高。如果球形填料粉末的量少，容易发生应力集中因此阻挡肋条的强度下降。如果球形填料粉末的含量为质量比30％或更多，可以容易地形成具有实际上足够强度的阻挡肋条。
熔融石英在30～300℃范围下的热膨胀系数为5×10-7/℃。α-石英在30～300℃范围下的热膨胀系数为140×10-7/℃。通过调整熔融石英和α-石英的含量，阻挡肋条材料的热膨胀系数在总体上可以匹配基材的膨胀系数(60×～85×10-7/℃)以避免由于膨胀差别而造成的碎裂或分离。熔融石英粉末和α-石英粉末的混合比例优选为质量比20∶80～90∶10，特别是30∶70～70∶30。如果低膨胀熔融石英粉末的比例处于前述范围内，阻挡肋条的膨胀系数就可以调整到与基材相匹配的60×～85×10-7/℃的范围内。
在采用球形熔融石英粉末的情况下，考虑到阻挡肋条的机械强度和膨胀系数，熔融石英粉末和α-石英粉末的混合比例希望是质量比为30∶70～90∶10，特别是50∶50～70∶30。
就50％平均粒度(D50)而言，球形填料粉末的粒度优选为2～8μm，优选3～5μm。如果球形填料粉末的D50是2μm或更高，就获得适当的干膜强度并且获得优异的喷砂性能。如果D50不超过8μm，就获得高的阻挡肋条强度而不会造成可烧结性下降或烧结制品的结构缺陷。另一方面，非球形填料粉末优选的粒度D50为0.5～3μm，更优选1～2.5μm。如果非球形填料粉末的D50不小于0.5μm，则获得适当的干膜强度并且获得优异的喷砂性能。除此之外，容易调整粘度而不影响膏体的流变性。如果D50不小于3μm，则应力集中很难发生。
玻璃粉末包含热膨胀系数为60×～90×10-7/℃(30～300℃)、25℃和1MHz下介电常数为12.0或更小并且软化点为480～630℃的玻璃。作为玻璃粉末，优选采用PbO-B2O3-SiO2玻璃，BaO-ZnO-B2O3-SiO2玻璃和ZnO-Bi2O3-B2O3-SiO2玻璃。
作为PbO-B2O3-SiO2玻璃，可采用组成为35-75％ PbO、0-50％B2O3、8-30％ SiO2、0-10％ Al2O3、0-10％ ZnO、0-10％ CaO+MgO+SrO+BaO和0-6％ SnO2+TiO2+ZrO2质量百分数的玻璃。
作为BaO-ZnO-B2O3-SiO2玻璃，可采用组成为20-50％BaO、25-50％ZnO、10-35％B2O3和0-10％SiO2质量百分数的玻璃。
作为ZnO-Bi2O3-B2O3-SiO2玻璃，可采用组成为25-45％ ZnO、15-40％ Bi2O3、10-30％ B2O3、0.5-10％ SiO2和0-24％CaO+MgO+SrO+BaO质量百分数的玻璃。
玻璃粉末的50％平均粒度(D50)优选1～7μm而最大颗粒尺寸(Dmax)为5～30μm。如果D50不小于1μm或Dmax不小于5μm，则容易获得优异的保形能力。如果D50不大于7μm或Dmax不超过30μm，则可烧结性几乎不下降。
可以添加除了硅石基填料以外的填料或其它无机组分。比如，为了进一步提高机械强度，可以添加5质量％或更少的氧化铝粉末。为了改变反射率，可以添加5质量％或更少的颜料。
在前述的PDP阻挡肋条材料中，玻璃粉末和硅石基填料粉末的混合比例优选质量比为70∶30～95∶5。如果硅石基填料粉末的混合比例不小于5％，则获得优异的保形能力。如果硅石基填料粉末的混合比例不超过30％，则获得足够的可烧结性能从而可形成密实的或致密的阻挡肋条。
以下，对如何使用前述的PDP阻挡肋条材料进行描述。
PDP阻挡肋条材料可以比如以膏体或生片的形式采用。
如果以膏体形式采用，则将热塑性树脂、增塑剂和溶剂与玻璃粉末和填料粉末一起使用。玻璃粉末和填料粉末在膏体中的含量一般是30～90质量％的范围。
热塑性树脂是用来提高干燥之后膜强度并提供柔韧性的组分。其含量一般为0.1～20质量％。作为热塑性树脂，可以采用聚甲基丙烯酸丁酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯和乙基纤维素。这些物质可以单独采用或组合采用。
增塑剂是用来控制干燥速率并为干膜提供柔韧性的组分。其含量一般为0～10质量％。作为增塑剂，可以采用邻苯二甲酸缩丁醛基苄基酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二异辛酯、邻苯二甲酸二辛酯和邻苯二甲酸二丁酯。这些物质可以单独采用或组合采用。
溶剂用于从材料形成膏体。其含量一般为10～30质量％。作为溶剂，可以采用松油醇、二甘醇单丁醚醋酸酯和2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇单异丁酸酯。这些物质可以单独采用或组合采用。
准备玻璃粉末、填料粉末、热塑性树脂、增塑剂、溶剂等并按预设比例捏合这些物质，由此来制造膏体。
对例如通过采用膏体来制造阻挡肋条的方法进行描述。首先，通过丝网印刷或分批涂布法施用膏体以形成具有预定厚度的涂层。然后，涂层干燥成干膜。然后在干膜上形成光刻胶膜并进行曝光和显影。在通过喷砂除掉不必要的部分之后，烧结干膜以获得预定形状的阻挡肋条。
如果以生片形式使用PDP阻挡肋条材料，则将热塑性树脂和增塑剂与玻璃粉末和填料粉末一起使用。玻璃粉末和填料粉末在生片中的含量一般为60～80质量％。
作为热塑性树脂和增塑剂，可以采用类似制备膏体时所采用的物质。热塑性树脂的混合比例一般为5～30％质量。增塑剂的混合比例一般为0～10％质量。
对生片的典型制造方法进行描述。准备玻璃粉末、填料粉末、热塑性树脂、增塑剂等。向这些材料中添加主溶剂如甲苯和助溶剂如异丙醇以获得浆料。通过流延法将浆料涂敷在薄膜如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)上，形成薄片。干燥成型成片的浆料以除掉溶剂。由此获得生片。
将前述获得的生片热压粘合在有待形成玻璃层的部位上。然后，烧结生片。由此形成玻璃层。在形成阻挡肋条的情况下，通过热压粘合形成涂层并随后以类似膏体的方式构造成预设的阻挡肋条形状。
已借助实例对采用膏体或生片的喷砂方法进行了描述。但是，本发明并不限于这些方法，而且还适用于多层印刷法、lift-off法、感光膏体法、感光生片法、压制成型法、移膜法和其它各种成型方法。
以下描述本发明的PDP阻挡肋条材料的特定实施例。[玻璃粉末]
表1～3表示PDP阻挡肋条材料中所用的玻璃粉末的组成和特性。表1、2和3分别表示PbO-B2O3-SiO2玻璃，BaO-ZnO-B2O3-SiO2玻璃和ZnO-Bi2O3-B2O3-SiO2玻璃。
                            表1
    A     B     C
组成(重量％)PbOB2O3SiO2Al2O3 40.045.010.05.0 55.030.010.05.0 63.010.027.0-
软化点(℃)     570     540     550
介电常数(25℃，1MHz)     6.5     8.0     11.0
热膨胀系数[30-300℃](×10-7/℃)     65     68     70
                               表2
    D     E     F
组成(重量％)BaOZnOB2O3SiO2 38.030.631.4- 33.742.916.86.6 26.642.324.17.0
软化点(℃)     602     592     615
介电常数(25℃，1MHz)     9.5     10.0     9.0
热膨胀系数[30-300℃](×10-7/℃)     85     71     67
                               表3
    G     H     I
组成(重量％)ZnOBi2O3B2O3SiO2CaO 32.026.027.02.013.0 33.026.021.05.015.0 27.039.019.07.08.0
软化点(℃)     565     576     568
介电常数(25℃，1MHz)     11.0     10.5     11.0
热膨胀系数[30-300℃](×10-7/℃)     85     83     85
首先，将作为玻璃原料的各种氧化物混合以获得如表1～3中样品A～I所示的组成。然后，将混合物放到铂坩埚中并且在1250℃熔融2h以获得均一的玻璃薄膜。玻璃薄膜通过氧化铝球磨成粉并分级以获得D50为3μm和Dmax为20μm的玻璃粉末。
测定如此获得的玻璃粉末的软化点、介电常数和热膨胀系数。结果是，软化点为540～615℃。介电常数为6.5～11.0。热膨胀系数为65×～85×10-7/℃(30～300℃)。
采用Shimadzu公司制造的粒度分析仪SALD-2000J测定玻璃粉末的粒度分布。在测定D50时，将最大粒度计算成99.9％的积分值。计算粒度分布时所用的折射率，其值的实部和虚部分别为1.9和0.05i。[填料粉末]
表4表示PDP阻挡肋条材料中所用的填料粉末。
                                             表4
  a   b   c    D    e   f   g   h
形状 球形 球形 球形 非球形 非球形 球形 球形 非球形
晶体结构 熔融石英 熔融石英 熔融石英 α-石英 α-石英 氧化铝 熔融石英  熔融石英
D50   3   4  11   1.7    1   3   1   3
作为填料粉末(样品a-h)，采用形状和粒度如表4所示的市售产品。[阻挡肋条材料]
表5和6表示PDP阻挡肋条材料的特定实施例(样品号1-11)和对比实施例(样品号12-15)。软
                             表5
                       实施例
  1   2   3   4   5   6   7
玻璃粉末类型含量(质量％)   A85   B70   C90   D85   E90   F85   G75
填料粉末类型含量   a8   b20   a6   a10   a8   a10   b20
  d7   d10   d4   e5   e2   d5   e5
软化点    (℃)   575   565   550   610   600   620   570
介电常数(25℃，1MHz)   6.0   6.6   9.5   8.2   9.0   7.8   7.6
热膨胀系数[30-300℃](×10-7/℃) 69 60 69 76 65 65 74
 破坏载荷  (g)   300   350   250   300   250   300   350
 抗振性   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○
                           表6
             实施例               对比实施例
 8   9   10   11   12   13   14   15
  玻璃粉末类型含量(质量％)  H94   I80   B90   H90   A80   D80   G80   G80
  填料粉末类型含量  b5   b15   C6   a4   a20   d20   h10   f15
 d1   e5   d4   e6   --   --   d10   g5
软化点    (℃)  580   575   545   580   575   610   575   575
介电常数(25℃，1MHz)  9.5   8.6   7.2   9.3   5.6   7.6   8.6   10.5
热膨胀系数[30-300℃](×10-7/℃) 77 70 70 80 44 103 83 74
破坏载荷  (g)  250   300   200   200   200   150   150   250
抗振性  ○   ○   ○   ○   ○   ×   ×   ○
以表5和6所示的比例，将表1～3中的玻璃粉末和表4中的填料粉末混合以获得PDP阻挡肋条材料。评价如此形成的阻挡肋条材料的软化点、介电常数、热膨胀系数和机械强度(破坏载荷和抗振性能)。
结果是，样品号1-11具有低达9.5或更低的介电常数而破坏载荷高达200g或更高。因此，样品号1-11具有实际上足够的机械强度。热膨胀系数为60×～80×10-7/℃，类似于玻璃基材的热膨胀系数。特别地，含有50％或更多的D50为2～8μm的球形填料粉末的1-9号样品具有非常高的破坏载荷，为250g或更高。
采用常量差热分析仪测定软化点，取第四个拐点。
在粉末压制和烧结每个样品后，通过圆盘法测定25℃和1MHz下的介电常数。
热膨胀系数按照如下方式测定。粉末压制和烧结每个样品。然后，将样品抛光成直径4mm和长度40mm的圆柱形状。按照JIS R3102进行测定。然后，获得在30～300℃温度范围内的值。
破坏载荷按照如下方式测定。每个样品在阻挡肋条材料的软化点处烧结10min。对着如此获得的烧结体的表面，压下Vickers硬度仪的金刚石压头。当正方形压痕的角上产生裂纹时，该载荷记录为破坏载荷。该值越大，机械强度就越大。
如下评价抗振性能。每个样品在阻挡肋条材料的软化点处烧结10min以获得尺寸为3×4×36mm的烧结体。通过#2000氧化铝抛光器抛光烧结体4×36mm的表面。首先以30mm的跨距进行三点弯曲测试以获得弯曲断裂载荷。采用10Hz正弦波反复施加相当于90％和80％弯曲断裂载荷的载荷。利用振幅迭加次数的降低进行评价。具体而言，90％载荷下断裂时的振幅迭加次数用n90表示。同样地，80％载荷下断裂时的振幅迭加次数用n80表示。当n80/n90的比例等于90％或更大以及小于90％时，样品就分别标为○和×。

Claims (11)

1.一种PDP阻挡肋条材料，其包含玻璃粉末和硅石基填料粉末，所述硅石基填料粉末包含熔融石英粉末和α-石英粉末，至少一部分该硅石基填料粉末是球形填料粉末。
2.权利要求1的PDP阻挡肋条材料，其中硅石基填料粉末的其余部分是非球形填料粉末。
3.权利要求2的PDP阻挡肋条材料，其中球形填料粉末和非球形填料粉末的比例是质量比30∶70～100∶0。
4.权利要求2的PDP阻挡肋条材料，其中非球形填料粉末的50％平均粒度为0.5～3μm。
5.权利要求1的PDP阻挡肋条材料，其中球形填料粉末的50％平均粒度为2～8μm。
6.权利要求1的PDP阻挡肋条材料，其中熔融石英粉末是球形的并且形成球形填料粉末。
7.权利要求6的PDP阻挡肋条材料，其中α-石英粉末是非球形的。
8.权利要求7的PDP阻挡肋条材料，其中熔融石英粉末和α-石英粉末的比例是质量比30∶70～90∶10。
9.权利要求1的PDP阻挡肋条材料，其中玻璃粉末和硅石基填料粉末的比例是质量比70∶30～95∶5。
10.权利要求1的PDP阻挡肋条材料，其中熔融石英粉末和α-石英粉末的比例是质量比20∶80～90∶10。
11.一种PDP阻挡肋条材料，其包含质量比为70∶30～95∶5的玻璃粉末和硅石基填料粉末，所述硅石基填料粉末包含50％平均粒度为2～8μm的球形熔融石英粉末和50％平均粒度为0.5～3μm的非球形α-石英粉末，该熔融石英粉末与α-石英粉末的比例是质量比30∶70～90∶10。
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