JP2005189498A

JP2005189498A - ディスプレー用ガラス基板

Info

Publication number: JP2005189498A
Application number: JP2003430549A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Yamazaki; 博樹山崎; Toshimasa Kanai; 敏正金井; Koji Ikegami; 耕司池上
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2003-12-25
Filing date: 2003-12-25
Publication date: 2005-07-14

Abstract

【課題】ガラス基板上に形成される誘電体層を、例えば６００℃以上の高温で熱処理しても、誘電体層を構成する低融点ガラスとガラス基板との反応を抑えることが可能なディスプレー用ガラス基板を提供することを技術的課題とする。
【解決手段】ＰＤＰ用ガラス基板１０の上に、基板１０側から順に、アルカリ拡散防止膜１１（膜厚１００ｎｍ）、反応防止膜１２（膜厚１００ｎｍ）、誘電体層１３（膜厚４０μｍ）が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマディスプレー（ＰＤＰ）やエレクトロルミネセンスディスプレー（ＥＬ）等のフラットパネルディスプレー装置に使用するガラス基板として適したディスプレー用ガラス基板に関するものである。

ＰＤＰやＥＬは、ガラス基板上に誘電体層を形成し、その誘電特性を利用することで蛍光体等を発光させる自己発光型のフラットパネルディスプレイである。特にＰＤＰは、軽量薄型、高視野角等の優れた特性を備え、大画面化が容易であることから、最も将来性のある表示装置として注目されている。

図３は、ＰＤＰの基本構造を示す部分断面図である。図３に示すように、ＰＤＰは、一般に前面ガラス基板１と、背面ガラス基板２とが一定の間隔を保持するようにして設けられている。前面ガラス基板１と背面ガラス基板２の間隙には、隔壁（バリアリブ）３が形成され、これによって内部は多数のガス放電部に区切られている。前面ガラス基板１の内側面には、一対の走査電極４が形成され、この走査電極４の上には、前面ガラス基板１の前面を覆うように誘電体層５が形成されている。さらに誘電体層５の上には、プラズマを安定に形成するためのＭｇＯからなる保護膜６が形成されている。一方、背面ガラス基板２の内側面には、アドレス電極７が形成され、その上には、背面ガラス基板２の全面を覆うように誘電体層８が形成されている。また誘電体層８の上に隔壁３が形成され、隔壁３の側壁及び誘電体層８の上には、蛍光体９が塗布されている。

このような構造を有するＰＤＰは、走査電極４間に電圧が印加され、これによって隔壁３で仕切られたガス放電部内にプラズマ放電が生じ、プラズマ放電により発生した紫外線が蛍光体９に照射され、蛍光体９が発光することになる。

ＰＤＰの前面ガラス基板１や背面ガラス基板２上に誘電体層５、８を形成するには、高誘電率の低融点ガラス粉末と有機溶媒とを混合し、ペースト状にした後、これをスクリーン印刷機やコーターを用いてガラス基板上に塗布してから熱処理する方法や、高誘電率の低融点ガラス粉末と樹脂とを混合し、これをシート状（グリーンシート）に成形した後、これをガラス基板上に積層し、熱処理する方法が採られている。

上記の方法でＰＤＰやＥＬの誘電体層を形成すると、その内部に微小泡が残存することがあり、この微小泡の数が多くなると、所望の画像が得られ難くなる。すなわちＰＤＰやＥＬの誘電体層中に微小泡が多数残存すると、高い耐電圧や透明性が得られず、表示画面の輝度が低下してしまう。このような微小泡を少なくするためには、誘電体層を形成する際の熱処理を、低融点ガラスの粘度が十分に低下するような高温で行う必要がある。

しかしながら低融点ガラスの種類によっては、６００℃以上の高温でなければ、粘度が十分に低下しないものがあり、この場合には、低融点ガラスとガラス基板との反応が活発となり、両者の界面でガラス成分の相互拡散が起こる。その結果、誘電体層の誘電率が低下したり、反応によって生じた異質ガラス層が、ガラス基板の強度を低下させることがある。

このようなガラス基板と低融点ガラスとの反応を防止する方法としては、両者の間にバリア膜を形成することが考えられる。従来よりガラス基板上に、ガラス中に含まれるアルカリ成分の拡散を防止するためのバリア膜を形成することは公知である。例えば特許文献１には、ディスプレーの表示素子特性の劣化や導電膜の性能の劣化を防止する目的で、ガラス基板上に、炭素含有酸化ケイ素膜を形成し、アルカリ成分の拡散を防止することが開示されている。また特許文献２には、ＰＤＰのガス放電特性への影響を抑える目的で、ガラス基板上にＳｉＯ₂膜を形成し、アルカリ成分の拡散を防止することが開示されている。
特開平６−３２９４４１号公報特開平１０−３０２６４２号公報

上記の特許文献１、２は、いずれもガラス基板上に酸化珪素を含むバリア膜（アルカリ拡散防止膜）を形成することによって、ガラス基板中に含まれるアルカリ成分が、その上に形成される素子や膜に拡散するのを抑え、ディスプレー特性の低下を防止しようとするものである。つまりこれらのバリア膜は、ガラス基板と誘電体層を構成する低融点ガラスとの反応を防止することを目的とするものではない。

また仮にガラス基板と誘電体層との間に、酸化珪素を含むバリア膜を形成しても、酸化珪素（ＳｉＯ₂）は、誘電体層を構成する低融点ガラスとの反応性が高いことから、６００℃以上の高温で熱処理すると、膜特性が劣化しやすく、誘電率の低下を十分に防止することは困難である。

本発明の目的は、ガラス基板上に形成される誘電体層を、例えば６００℃以上の高温で熱処理しても、誘電体層を構成する低融点ガラスとガラス基板との反応を抑えることが可能なディスプレー用ガラス基板を提供することである。

本発明のディスプレー用ガラス基板は、表面に誘電体層が形成されてなるガラス基板であって、ガラス基板と誘電体層との間に、酸化錫を主成分とする反応防止膜が形成されてなることを特徴とする。

本発明のディスプレー用ガラス基板は、ガラス基板と誘電体層との間に、酸化錫を主成分とする反応防止膜が形成されてなるため、例えば６００℃以上の高温で熱処理しても、低融点ガラスとガラス基板との反応が抑制され、両者の界面でガラス成分の相互拡散が起こることはない。よって誘電体層の誘電率が低下したり、反応によって生じた異質ガラス層が、ガラス基板の強度を低下させるといった問題は起こらない。

本発明で使用する酸化錫を主成分とする反応防止膜は、誘電体層を形成する低融点ガラスとの反応性が小さく、低融点ガラスとガラス基板のガラス成分の相互拡散反応を防止するためのバリア膜として機能する。酸化錫を主成分とする反応防止膜とは、ＳｎＯ₂膜、及びＳｎＯ₂膜に他の成分が少量含まれた膜を意味する。例えば導電性を付与する目的で、ＳｎＯ₂膜に、Ｓｂ等の導電物質を含有させても良い。通常、ＳｎＯ₂膜の表面電気抵抗は１０⁸〜１０¹⁰Ω／□であるが、導電物質を含有させることによって、ガラス基板の表面電気抵抗を１０⁵Ω／□以下にすることが可能となる。ただし膜中のＳｎＯ₂量が少なくなるほど、ガラス成分の相互拡散反応を抑制する効果が低下するため、膜中のＳｎＯ₂量は９０質量％以上、より好ましくは９５質量％以上、さらに好ましくは９８質量％以上に規制すべきである。この酸化錫を主成分とする反応防止膜は、スパッタ法や真空蒸着法によって成膜することができ、その厚みは、２０〜４００ｎｍが好ましい。膜厚が２０ｎｍより小さいと、ガラス成分の相互拡散効果が低下しやすく、また４００ｎｍより大きいと、膜形成に時間がかかり、生産効率が低下する。より好ましい膜厚は、３０〜３００ｎｍ、さらに好ましい膜厚は、１００〜３００ｎｍである。

また本発明で使用するガラス基板としては、一般にＰＤＰやＥＬに用いられるソーダ石灰ガラス、高歪点バリウムストロンチウムガラス、アルミノシリケートガラスや、液晶ディスプレー（ＬＣＤ）に用いられる無アルカリガラス等からなる基板が適している。

また誘電体層を形成するための低融点ガラスとしては、鉛系ガラス、アルカリ硼珪酸系ガラス、アルカリ土類シリカ系ガラス、ビスマス系ガラス等が使用可能である。但し環境面を考慮すると、鉛やビスマスを含まないアルカリ硼珪酸系ガラス、アルカリ土類シリカ系ガラスが好適である。

またアルカリ金属酸化物を含むガラス基板を使用する場合は、ガラス基板と酸化錫を主成分とする反応防止膜との間に、アルカリ拡散防止膜を形成することが好ましい。その理由は、ガラス基板中にアルカリ金属酸化物が含有されていると、誘電体層の熱処理時にガラス基板中のアルカリ成分が、反応防止膜中に拡散して膜特性を劣化させるからである。このアルカリ拡散防止膜としては、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂等の膜が使用可能であり、スパッタ法や真空蒸着法によって成膜することができ、その膜厚は２０〜４００ｎｍが適当である。膜厚が２０ｎｍより小さいと、アルカリ拡散防止膜として十分な効果が得られず、一方、４００ｎｍより大きいと、膜形成に時間がかかり、生産効率が低下する。またアルカリ拡散防止膜とガラス基板との熱膨張係数の差が大きい場合は、膜厚が大きくなるほど、膜に応力が加わってクラックが発生しやすくなるという問題も生じる。よってアルカリ拡散防止膜の好ましい膜厚は３０〜３００ｎｍ、より好ましい膜厚は５０〜２００ｎｍである。成膜コストや作業性を考慮すると、アルカリ拡散防止膜は、ＳｉＯ₂膜が最適である。

また酸化錫を主成分とする反応防止膜の上に電極を形成する場合、反応防止膜の導電性が問題となるため、反応防止膜の外表面、すなわち反応防止膜と電極との間に絶縁膜を形成することが好ましい。絶縁膜を形成することによって、ガラス基板の表面電気抵抗を１０¹¹Ω／□以上、さらには１０¹³Ω／□以上にすることが可能となる。絶縁膜としては、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂等の膜が使用可能であり、スパッタ法や真空蒸着法によって成膜することができ、その膜厚は５０〜４００ｎｍが適当である。膜厚が５０ｎｍより小さいと、絶縁膜として十分な効果が得られず、一方、４００ｎｍより大きいと、膜形成に時間がかかり、生産効率が低下する。また絶縁膜とガラス基板との熱膨張係数の差が大きい場合は、膜厚が大きくなるほど、膜に応力が加わってクラックが発生しやすくなるという問題も生じる。よって絶縁膜の好ましい膜厚は１００〜３００ｎｍである。成膜コストや作業性を考慮すると、アルカリ拡散防止膜は、ＳｉＯ₂膜が最適である。

以下、実施例に基づいて本発明のディスプレー用ガラス基板を説明する。

表１、２は、本発明の実施例（試料Ｎｏ．１〜５）と比較例（試料Ｎｏ．６〜９）を示すものである。

尚、表中のガラス基板のＰＤＰは、市販のＰＤＰ用ガラス基板（日本電気硝子株式会社製ＰＰ−８）を示し、ＬＣＤは、市販のＬＣＤ用ガラス基板（日本電気硝子株式会社製ＯＡ−１０）を示している。

また表中の膜厚を表示していない箇所は、その膜が存在しないことを意味している。例えば、試料Ｎｏ．１は、図１に示すように、ＰＤＰ用ガラス基板１０の上に、基板１０側から順に、アルカリ拡散防止膜１１（膜厚１００ｎｍ）、反応防止膜１２（膜厚１００ｎｍ）、誘電体層（膜厚４０μｍ）１３が形成され、また試料Ｎｏ．３は、図２に示すように、ＰＤＰ用ガラス基板１０の上に、基板１０側から順に、アルカリ拡散防止膜１１（膜厚２００ｎｍ）、反応防止膜１２（２００ｎｍ）、絶縁膜１４（２００ｎｍ）、誘電体層（膜厚４０μｍ）１３が形成されたものである。

表中の各試料は、次のようにして作製した。

まずガラス基板は、肉厚２．８ｍｍのＰＤＰ用ガラス基板と、肉厚０．７ｍｍのＬＣＤ用ガラス基板を準備し、それらを１００×１００ｍｍの大きさに切断したものを使用した。アルカリ拡散防止膜と絶縁膜としては、ＳｉＯ₂膜を形成した。これらのＳｉＯ₂膜は、マグネトロンスパッタ装置（フォン・アルデンヌ社製）で成膜し、ターゲットとしてはシリコンを使用した。また反応防止膜としては、ＳｎＯ₂膜を形成した。このＳｎＯ₂膜も、マグネトロンスパッタ装置で成膜し、ターゲットとしてはＳｎを使用した。これらの膜の成膜は、４０ｋｗ、３ｍｍＴｏｒｒの条件で行い、膜厚の制御は、スパッタ時間を変えることによって行った。

また誘電体層は、ＰｂＯ−Ｂ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系ガラス（比誘電率：１２）を平均粒径２μｍに粉砕した後、これを有機バインダーと混合してからスクリーン印刷し、表に示す温度で熱処理した。誘電体層の膜厚は、いずれも４０μｍとなるように調整した。

各試料の特性評価は、次のようにして行った。

表面電気抵抗は、東亜電波工業社製ＳＵＰＥＲＭＥＧＯＨＭＭＥＴＥＲＳＭ−８２０５を用いて測定した。誘電率は、誘電体層の比誘電率をＬＣＲメーターを用いて測定した。誘電体透過率は、誘電体層の透過率を分光光度計（日立製作所製）を用いて測定した。

誘電体層の比誘電率は、熱処理前後で変化しないことが必要であるが、熱処理時に誘電体層とガラス基板のガラス成分が拡散反応すると低下する。通常、設計値に比べて１以上低下すると機能上問題となる。また誘電体層の透過率が高いほど、ディスプレーの輝度を向上することができるため好ましい。

実施例である試料Ｎｏ．１〜５は、６２０℃以上で熱処理しても、誘電率の低下が見られず、透過率も７０％以上であった。

一方、比較例である試料Ｎｏ．６及び８は、熱処理温度が５９０℃であり、誘電体は低下しなかったが、透過率は６０％であった。また試料Ｎｏ．７及び９は、熱処理温度が６３０℃以上であり、誘電率が１０まで低下した。

本発明のディスプレー用ガラス基板は、ガラス基板上に誘電体層を形成し、その誘電特性を利用することで蛍光体等を発光させるＰＤＰ、ＥＬ（特に無機ＥＬ）等の各種フラットパネルディスプレー用のガラス基板として好適である。

本発明の実施例である試料Ｎｏ．１の構造を示す概略断面図である。本発明の実施例である試料Ｎｏ．３の構造を示す概略断面図である。ＰＤＰの基本構造を示す部分断面図である。

符号の説明

１前面ガラス基板
２背面ガラス基板
３隔壁（バリアリブ）
４走査電極
５、８、１３誘電体層
６保護膜
７アドレス電極
９蛍光体
１０ガラス基板
１１アルカリ拡散防止膜
１２反応防止膜
１４絶縁膜

Claims

表面に誘電体層が形成されてなるガラス基板であって、ガラス基板と誘電体層との間に、酸化錫を主成分とする反応防止膜が形成されてなることを特徴とするディスプレー用ガラス基板。
ガラス基板と反応防止膜との間に、アルカリ拡散防止膜が形成されてなることを特徴とする請求項１に記載のディスプレー用ガラス基板。
アルカリ拡散防止膜が、ＳｉＯ₂膜であることを特徴とする請求項２に記載のディスプレー用ガラス基板。
反応防止膜の外表面に、絶縁膜が形成されてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のディスプレー用ガラス基板。
絶縁膜が、ＳｉＯ₂膜であることを特徴とする請求項４に記載のディスプレー用ガラス基板。
請求項１〜５のいずれかのガラス基板を使用してなることを特徴とするプラズマディスプレー装置。
請求項１〜５のいずれかのガラス基板を使用してなることを特徴とするエレクトロルミネッセンスディスプレー装置。