JP2007212801A - フラットパネルディスプレイおよびそれを備えたディスプレイパネル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フラットパネルディスプレイの耐衝撃性能の向上を目的とする。
【解決手段】透明基板とその背面に固着した積層体とからなる前面板、および前面板に貼り付いた背面板を備えるフラットパネルディスプレイにおいて、前面板における透明基板に引張応力を残留させ且つ積層体に圧縮応力を残留させる。
【選択図】図４

Description

本発明は、プラズマディスプレイパネルおよび液晶ディスプレイに代表されるフラットパネルディスプレイ、フラットパネルディスプレイを備えたディスプレイパネル装置、およびプラズマディスプレイパネルの製造に用いる前面板に関する。

プラズマディスプレイパネルは、一対のガラス基板とこれらガラス基板に挟まれた膜状の要素とから構成されるフラットパネルディスプレイであり、薄型テレビジョン受像機をはじめとする各種のディスプレイ装置に用いられている。

一般に、プラズマディスプレイパネルを備えたディスプレイ装置は、画面全体を覆う大きさをもつ板状フィルタを備えている。この板状フィルタは、支持体である強化ガラスとその表面に付着した機能フィルムとからなり、プラズマディスプレイパネルの前方に配置される。機能フィルムは、表示色の光学的調整、外光の反射防止、電磁波の遮断、および近赤外線の遮蔽といった表示動作に係わる様々な役割を担う。

板状フィルタによって、プラズマディスプレイパネルは機械的に保護される。すなわち、板状フィルタはプラズマディスプレイパネルの破損を防ぐ防護ガラスとして機能する。しかし、板状フィルタには、それ自体の重量が大きいという問題がある。例えば、画面サイズが対角４２インチのディスプレイ装置において、板状フィルタの重量は４ｋｇを超える。また、板状フィルタとプラズマディスプレイパネルとの間に空隙が在るので、外光の反射による二重写りが起こり、それによって表示品位が低下するという問題もある。

これらの問題は、板状フィルタの組み付けに代えて、樹脂フィルムを支持体とするフィルム状のフィルタをプラズマディスプレイパネルの前面に直接に貼り付けることによって解消される。フィルム状のフィルタの層構造や材質については多くの提案がある。例えば、特開２００１−３４３８９８号公報には、電磁波放射ノイズを低減する透明導電フィルムとその前側に接着された反射防止フィルムとからなるフィルタが開示されている。
特開２００１−３４３８９８号公報

防護ガラスが配置されないディスプレイ装置においては、人や物がある程度の強さでぶつかっても画面が壊れないようにするため、フラットパネルディスプレイ自体に耐衝撃性能が求められる。

本発明はフラットパネルディスプレイの耐衝撃性能の向上を目的としている。他の目的は、軽量で表示品位が高くかつ前方からの衝撃に強いディスプレイ装置を提供することである。

上記目的を達成するフラットパネルディスプレイは、透明基板とその背面に固着した積層体とからなる前面板、および前記前面板に貼り付いた背面板を備えており、前記前面板における前記透明基板は引張応力をもち且つ前記積層体は圧縮応力をもつ。

本発明においては前面板に特定の応力分布を形成することによって耐衝撃性能を高める。フラットパネルディスプレイの前面に衝撃を加える実験において、衝撃によって生じるクラックの起点が前面ではなく背面であることが確認された。すなわち、透明基板の前面に所定以上の衝撃が加わると、まず透明基板の背面に固着した積層体でクラックが生じる。そして、多くの場合、クラックは積層体で止まらずに透明基板にまで進行する。これを踏まえ、本発明においては積層体に圧縮応力をもたせる。この圧縮応力は、透明基板および積層体を背面側へ押す衝撃力、すなわち積層体を引き伸ばそうとする力に対抗し、積層体でのクラックの発生を抑制する。また、本発明においては透明基板に引張応力をもたせる。この引張応力は、透明基板の前面側を押し縮めようとする衝撃力に対抗し、積層体に加わる衝撃を弱める。

本発明の対象として好適なフラットパネルディスプレイはプラズマディスプレイパネルである。まず、プラズマディスプレイパネルの基本的構成を説明する。

図１はプラズマディスプレイパネルの全体構成を示す正面図、図２は図１のｚ−ｚ矢視断面図である。プラズマディスプレイパネルは前面板１０、背面板２０、および図示しない放電ガスによって構成され、縦横に並ぶセル（発光素子）からなる画面５０を有する。例えば、画面サイズが対角４２インチである場合、プラズマディスプレイパネルはおよそ９９４ｍｍ×５８５ｍｍの大きさをもつ。前面板１０および背面板２０はともに画面５０よりも大きい厚さ３ｍｍ程度のガラス基板に電極を含む複数の層が固着した部材である。前面板１０および背面板２０は重ね合わせるように対向配置され、互いに重なり合う領域の周辺部に配置された平面視枠状の封着材３５によって接合されている。前面板１０は背面板２０に対して図１の左右に５ｍｍ程度張り出し、背面板２０は前面板１０に対して図１の上下に５ｍｍ程度張り出す。このように張り出した前面板１０および背面板２０のそれぞれの端部には、駆動回路基板との導電接続のためのフレキシブル配線板が接合される。前面板１０と背面板２０と封着材３５とで密封された内部空間（放電ガス空間）３０は、ネオンとキセノンとを混合した放電ガスで満たされる。放電ガス空間３０の厚さは１００μｍ〜２００μｍの範囲内の値である。

図３はプラズマディスプレイパネルのセル構造の一例を示す分解斜視図である。図３では内部構造を解り易くするために前面板１０と背面板２０とを分離させて描いてある。

前面板１０は、ガラス基板１１、第１の行電極Ｘ、第２の行電極Ｙ、誘電体層１７、および保護膜１８を備える。背面板２０は、ガラス基板２１、列電極Ａ、誘電体層２４、複数の隔壁２９、赤（Ｒ）の蛍光体２４、緑（Ｇ）の蛍光体２５、および青（Ｂ）の蛍光体２６を備える。

行電極Ｘおよび行電極Ｙのそれぞれは、パターニングされた透明導電膜１３および金属膜１４からなる。誘電体層１７および保護膜１８からなる絶縁体層１６は、画面の全体にわたって拡がり、行電極Ｘ，Ｙを被覆する。これら透明導電膜１３、金属膜１４、誘電体層１７、および保護膜１８が、ガラス基板１１に固着する積層体１２を構成する。

なお、本発明の実施において行電極の配列は広く知られる２つの形態のどちらでもよい。１つは、図３のように全ての行電極間隙を等しくするものである。他の１つは、隣接する隣接するセル間の電極間隙を各セルにおける電極間隙（面放電ギャップ）よりも広くするものである。

以上のように構成されるプラズマディスプレイパネルにおいて、本発明に直接的に係わる構成要素は前面板１０である。前面板１０は以下の特徴を備える。

図４は本発明に係る前面板の特徴を表す模式図である。図４および以下に説明する図においては、理解を容易にするため、図１〜３に示された要素に対応する要素には図１〜３と共通の符合を付してある。

図４において、前面板１０は、ガラス基板１１とその背面に固着した誘電体層１７とから構成される。実際には、上述のとおり、ガラス基板１１の背面には行電極、誘電体層および保護膜からなる積層体が固着するが、耐衝撃性の向上に実質的に影響するのは積層体の体積の大半を占める誘電体層１７である。したがって、ここでは誘電体層１７に着目する。

前面板１０の特徴は、ガラス基板１１が引張応力６１をもち且つ誘電体層１７が圧縮応力６３をもつことである。すなわち、前面板１０の前面側には当該前面板１０を平面視中央から周囲へ引き伸ばそうとする応力６１が与えられ、逆に背面側では前面板１０を平面視における周囲から中央へ押し縮めようとする応力６３が与えられている。このような応力状態は、ガラス基板１１と誘電体層１７との間の熱膨張係数の関係を考慮した材質の選定、および誘電体層１７を形成する際の熱プロファイルの制御によって得られる。所望の応力状態を得るには、誘電体層１７の熱膨張係数の値がガラス基板１１の熱膨張係数の値（例えば84×10^-7〜87×10^-7／℃）よりも小さいのが望ましい。

応力６１はガラス基板１１の前面側を押し縮めようとする衝撃力６６に対抗し、積層体に加わる衝撃を弱める。応力６３は誘電体層１７を背面側へ押す衝撃力６６に対抗し、誘電体層１７でのクラックの発生を抑制する。これら応力の作用により、前面板１０の耐衝撃性能が向上する。

本発明の効果を確認するため、誘電体層１７の材質または成膜条件のみを変えて複数の前面板１０を試作し、応力を測定した。そして、試作した複数の前面板１０のそれぞれを同一の構成をもつ複数の背面板２０の１つと貼り合せてプラズマディスプレイパネルを試作し、耐衝撃強度を測定した。

応力の測定には神港精機製ＳＰ−１２５型ポーラリメーターを用いた。その際、試料として前面板１０から切り出した２ｃｍ幅の短冊状の部分を用いた。切り出す領域は衝撃強度試験において衝撃を加える平面視中央の領域である。

耐衝撃強度の測定方法は硬球落下試験法である。図６に示す昇降器具７０を用い、前面板を上に向けて水平に配置したプラズマディスプレイパネル２に、上方から質量５０９ｇの鋼球７２を自由落下させた。目視観察によってクラックの有無を調べた。５ｍｍまたは１ｃｍ刻みで徐々に落下の高さを増していき、クラックの生じた高さを記録した。この高さと鋼球７２の質量とから位置エネルギーを耐衝撃強度として算出した。

図５は前面板の応力状態と耐衝撃強度との関係を示す。図５のグラフにおける横軸は、前面板１０のガラス基板１１における残留応力である。残留応力の値が正であれば、その残留応力は引張応力である。残留応力の値が負（−）であれば、その残留応力は圧縮応力である。つまり、図５の中央より右側の領域（残留応力が正）が図４で模式的に示した圧力状態に対応する。

図５において、試料１、試料２および試料３は、誘電体層１７としてプラズマ気相成長法によって成膜された厚さ１０〜３０μｍの二酸化珪素からなる層を備える。成膜の条件は次のとおりである。

装置形式：平行平板型
導入ガス／流量：シラン（ＳｉＨ₄）／３０００ＳＣＣＭ
導入ガス／流量：亜酸化窒素（Ｎ₂Ｏ）／３００００ＳＣＣＭ
導入ガス流量：ＳｉＨ₄／９００ＳＣＣＭ，Ｎ２Ｏ／１００００ＳＣＣＭ
高周波出力：７ｋＷ
基板温度：３５０〜４００℃
真空度：１〜３Ｔｏｒｒ
試料４および試料５は、誘電体層１７としてガラスフリットの焼成によって形成された低融点ガラスからなる厚さ３０〜５０μｍの層を備える。低融点ガラスは焼成温度を低くするＰｂ、Ｂｉ、Ｚｎ、ＰまたはＳｎの酸化物の中から選ばれた少なくとも１つを含有する。

試料１〜５に共通の構造条件は次のとおりである。

画面サイズ：対角４２インチ
ガラス基板１１，２１：厚さ２．８ｍｍの高歪み点ガラス
透明導電膜１３：厚さ約５０００ÅのＩＴＯ（酸化インジウム・スズ）
金属膜１４：合計厚さ約４μｍのクロム−銅−クロムの積層体
保護膜１８：厚さ約１μｍのマグネシア（ＭｇＯ）
隔壁２９：高さ１００〜１５０μｍの低融点ガラス
放電ガス圧：６７ｋＰａ（約５００Ｔｏｒｒ）
図５において、例えば試料４のようにガラス基板１１が約−２ｋｇ／ｃｍ²の圧縮応力をもつ場合、画面中央での耐衝撃強度が約０．３Ｊである。これに対して、試料３のようにガラス基板１１が約１２ｋｇ／ｃｍ²の引張応力をもつ場合、画面中央での耐衝撃強度は約０．４７Ｊである。

図５が示すように、ガラス基板１１の引張応力が大きいほど耐衝撃強度が大きい。ただし、図には示さなかったが、画面中央での耐衝撃強度が大きいほど、画面内の複数の位置間における耐衝撃強度のばらつきが顕著であるという結果を得た。これらを総合すると、ガラス基板１１の応力状態としては、７〜１５ｋｇ／ｃｍ²の引張応力をもつ状態が好ましい。より好ましい状態は、１０〜１２ｋｇ／ｃｍ²の引張応力をもつ状態である。この状態であれば、ガラス基板１１の前面が露出していても、０．４Ｊ以上で０．６Ｊ以下の耐衝撃強度が得られる。実際の使用に際して、ガラス基板１１の前面にフィルム状フィルタなどの衝撃緩衝機能をもつシートを貼り付ければ、さらに大きい耐衝撃強度が得られる。

本発明により耐衝撃性能が高まったプラズマディスプレイパネル２は防護ガラスをもたない軽量なディスプレイ装置の製造に有用である。

図７は本発明を適用したディスプレイパネル装置の構成を示す分解斜視図である。

図１において、ディスプレイパネル装置１は、カラー表示の可能なプラズマディスプレイパネル２、プラズマディスプレイパネル２の前面に貼り付けられるフィルタ３、剛性をもつ支持体４、およびプラズマディスプレイパネル２を支持体４のパネル支持面４１に貼り付ける粘着部材５から構成される。

プラズマディスプレイパネル２の平面サイズは画面サイズに相応する。例えば、画面サイズが対角４２インチ（０．９２ｍ×０．５２ｍ）の場合、水平方向の寸法は約０．９９ｍ、垂直方向の寸法は約０．５８ｍである。

フィルタ３は、反射防止層、色素フィルタ層、電磁波遮蔽層を含む約０．３ｍｍ厚の多層構造の機能フィルム３Ａと、樹脂からなる約０．５ｍｍ厚の粘着層３Ｂとが重なった柔軟な積層体である（図９参照）。

支持体４は、画面５０よりも大きい四角形の主面部分とその周縁と繋がる側面部分とからなる底のない箱状の金属製の構造体であり、例えば厚さが１〜５ｍｍ程度のアルミニウム合金板のプレス加工によって作製される。主面部分の前面は平坦であり、この前面がパネル支持面４１である。主面部分の背面には補強のためのブロックやスペーサとともに駆動回路基板が取り付けられる。

粘着部材５は、１枚の両面粘着シートまたは平行に並んだ数本の幅広の両面粘着テープである。粘着部材５は、プラズマディスプレイパネル２を十分な強度で支持体４に固定するとともに、プラズマディスプレイパネル２と支持体４との間に厚さ１．５ｍｍ〜２ｍｍ程度の衝撃吸収層体として介在する。アクリルエラストマーまたはシリコンエラストマーは、熱伝導性に優れており（熱伝導率１．３〜２．３Ｗ／ｍ・Ｋ）、粘着部材５の好適な材質である。

以上のディスプレイパネル装置１は、図８および図９のようにディスプレイ装置に組み込まれ、テレビジョン映像やコンピュータ出力などのカラー画像の表示に用いられる。

図８において、ディスプレイ装置１００はいわゆる薄型である。ディスプレイ装置１００の平面サイズを決める化粧カバー１０１は画面５０よりも大きい開口を有しており、ディスプレイパネル装置１の前面が周縁部を除いて露出している。すなわち、画面領域において、プラズマディスプレイパネル２の前面板１０の前側には、厚さが１ｍｍに満たない軟質のフィルタ３のみが存在し、強固な防護ガラスは存在しない。

図８のａ−ａ矢視断面図である図９のとおり、ディスプレイ装置１００では、化粧カバー１０１が取り付けられた導電性ケース（シールド筐体）１０２の中にディスプレイパネル装置１が駆動回路基板９０とともに配置されている。導電性ケース１０２は、画面よりも若干大きい開口をもつフレームと、薄い箱状に成型されたプレートとからなる。

ディスプレイパネル装置１は、支持体４（シャーシ）を導電性ケース１０２にねじ止めすることによって固定されている。支持体４の背面側に駆動回路基板９０が配置されている。駆動回路基板９０とプラズマディスプレイパネル２との電気的な接続にはフレキシブルケーブル８，９が用いられる。図９では電源、映像信号処理回路、および音響回路が省略してある。

上述の実施形態において、前面板１０を背面板２０と一体化した後の段階、例えばプラズマディスプレイパネル２を支持体４に組み付ける段階で、機械的に付勢した状態で固定することによって前面板１０に引張応力を残留させ、または組み付けの時点で既に在る引張応力を強めてもよい。

ディスプレイパネル装置１の構成は、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。構成要素の材質および形状は例示に限らない。プラズマディスプレイパネル２は面放電型に限らず、対向放電型でもよい。さらに、プラズマディスプレイパネル以外のフラットパネルディスプレイにも本発明を適用することができる。例えば、配向膜が固着した前面ガラス板をもつ液晶ディスプレイの耐衝撃性能を本発明によって向上させることができる。

本発明は、フラットパネルディスプレイの前側に防護ガラスが配置されない薄型ディスプレイ装置の耐衝撃性能の向上に有用であり、軽量な薄型ディスプレイ装置の実用化に貢献する。

プラズマディスプレイパネルの全体構成を示す正面図である。 図１のｚ−ｚ矢視断面図である。 プラズマディスプレイパネルのセル構造の一例を示す分解斜視図である。 本発明に係る前面板の特徴を表す模式図である。 前面板の応力状態と耐衝撃強度との関係を示すグラフである。 耐衝撃強度の測定の方法を示す図である。 本発明を適用したディスプレイパネル装置の構成を示す分解斜視図である。 ディスプレイパネル装置を組み付けたディスプレイ装置の外観を示す斜視図である。 ディスプレイ装置の内部の構成を示す断面図である。

符号の説明

１ ディスプレイパネル装置
２ プラズマディスプレイパネル（フラットパネルディスプレイ）
１０ 前面板
１２ 積層体
２０ 背面板
６１ 引張応力
６３ 圧縮応力
１１ ガラス基板
Ｘ，Ｙ 行電極
１７ 誘電体層（絶縁体層）
４ 支持体（剛性体）
３ フィルタ（機能フィルム）

Claims (10)

1. 透明基板とその背面に固着した積層体とからなる前面板、および前記前面板に貼り付いた背面板を備えるフラットパネルディスプレイであって、
   前記前面板における前記透明基板が引張応力をもち且つ前記積層体が圧縮応力をもつ
   ことを特徴とするフラットパネルディスプレイ。
2. 前記前面板における中央位置での硬球落下試験による耐衝撃強度が０．４J以上である
   請求項１に記載のフラットパネルディスプレイ。
3. プラズマディスプレイパネルの製造に用いる前面板であって、
   電極が配列されたガラス基板と、前記電極を被覆する絶縁体層とからなり、
   前記ガラス基板が引張応力をもち且つ前記絶縁体層が圧縮応力をもつ
   ことを特徴とするプラズマディスプレイパネル用の前面板。
4. 前記ガラス基板の引張応力の値が７〜１５ｋｇ／ｃｍ²の範囲内の値である
   請求項３に記載のプラズマディスプレイパネル用の前面板。
5. 前記絶縁体層の熱膨張係数の値が前記ガラス基板の熱膨張係数の値よりも小さい
   請求項３に記載のプラズマディスプレイパネル用の前面板。
6. プラズマディスプレイパネルと、前記プラズマディスプレイパネルの前面に貼り付いた機能フィルムとからなるディスプレイパネル装置であって、
   前記プラズマディスプレイパネルは、電極が配列されたガラス基板と前記電極を被覆する絶縁体層とからなる前面板を備えており、
   前記前面板における前記ガラス基板が引張応力をもち且つ前記絶縁体層が圧縮応力をもつ
   ことを特徴とするディスプレイパネル装置。
7. 前記前面板における中央位置での硬球落下試験による耐衝撃強度が０．４J以上である
   請求項６に記載のディスプレイパネル装置。
8. プラズマディスプレイパネルと、前記プラズマディスプレイパネルを支持する剛性体とからなるディスプレイパネル装置であって、
   前記プラズマディスプレイパネルは、電極が配列されたガラス基板と前記電極を被覆する絶縁体層とからなる前面板を備えており、前記絶縁体層が圧縮応力をもつ状態で前記剛性体に固定されている
   ことを特徴とするディスプレイパネル装置。
9. 前記前面板における中央位置での硬球落下試験による耐衝撃強度が０．４J以上である
   請求項８に記載のディスプレイパネル装置。
10. 前記前記プラズマディスプレイパネルの前面に貼り付いた機能フィルムを備える
    請求項９に記載のディスプレイパネル装置。