JP2007305528A - プラズマディスプレイパネルおよびその製造方法 - Google Patents

プラズマディスプレイパネルおよびその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】金属電極上にガラス材を配置して焼成することで誘電体層を形成する際、電極の厚みと誘電体層の厚みを考慮することで、金属電極とガラスとの反応による泡の発生を抑制して、誘電体層中の泡の残留を防止する。
【解決手段】基板上に一定の方向に複数の金属電極を形成し、それらの金属電極上にガラス材を焼成してなる誘電体層を備えたプラズマディスプレイパネルにおいて、金属電極を6μm以下の膜厚で形成し、誘電体層を25μm以下の膜厚で形成する。
【選択図】図2

Description

本発明は、プラズマディスプレイパネル(以下「PDP」という)の構造および製造方法に関し、さらに詳しくは、金属電極を被覆するガラス材の誘電体層中に気泡を生じていないPDPの構造および製造方法に関する。
従来のPDPとして、AC駆動型の3電極面放電型PDPが知られている。このPDPは、前面側の基板の内面に面放電が可能な表示電極を水平方向に多数設け、背面側の基板の内面に発光セル選択用のアドレス電極を表示電極と交差する方向に多数設け、表示電極とアドレス電極との交差部を1つのセル(単位発光領域)とするものである。1画素は、赤色(R)セルと、緑色(G)セルと、青色(B)セルとの3つのセルで構成される。
PDPは、このように作製した前面側の基板と背面側の基板とを対向させて周辺を封止した後、内部に放電ガスを封入することにより製造されている。
上述のPDPでは、前面側の基板を作製する際、ガラス基板上に複数の表示電極を形成する。この表示電極は、通常、透明電極と金属電極とで構成される。
透明電極は、基板上にITOやSnO2などを成膜してパターニングすることにより形成される。
金属電極は、電極の配線抵抗を低下させるためのものであり、バス電極とも呼ばれる。この金属電極は、透明電極上にCr−Cu−Crの三層の金属膜を成膜してパターニングすることにより、三層構造の金属電極が形成される。あるいは透明電極上に銀ペーストを塗布して焼成することにより形成される。
このようにして表示電極が形成された後、その表示電極の上に誘電体層が形成され、その上に保護膜が形成される。
背面側の基板の作製においては、ガラス基板上に表示電極と交差する方向に金属製のアドレス電極が形成され、その上に誘電体層が形成され、その上に隔壁が形成され、隔壁と隔壁との間の細長い凹溝内に蛍光体層が形成される。
これらの誘電体層の材料は、加工形成が容易であるという理由から、通常、鉛を含む低融点ガラスが使用されている(特許文献1参照)。
特開平6−33503号公報
ところで、近年では、環境負荷の軽減のために家電製品の無鉛化が進められており、PDPの分野においても材料の無鉛化が急務となっている。
しかしながら、ガラス材を配置して焼成することで誘電体層を形成する場合、ガラス材に無鉛系の材料を用いると、ガラスの軟化点が上昇し、ガラス材の焼成の際にガラスの流動性が損なわれる。その結果、焼成工程時に金属電極とガラスとの電気化学反応によりガラス材料中から発生する泡が焼成工程中に抜けにくくなり、誘電体層中に残る。この残った泡(ボイド)の影響によって、絶縁不良や光透過性の劣化による輝度低下といった製品不良が発生する。
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、金属電極上にガラス材を配置して焼成することで誘電体層を形成する際、電極の厚みと誘電体層の厚みを考慮することで、金属電極とガラスとの反応による泡の発生を抑制して、誘電体層中の泡の残留を防止し、誘電体層の形成に際して無鉛系のガラス材を使用可能にするとともに、製造されたパネル性能の向上を図るものである。
本発明は、基板上に一定の方向に複数の金属電極を形成し、それらの金属電極上にガラス材を焼成してなる誘電体層を備えたプラズマディスプレイパネルにおいて、金属電極を6μm以下の膜厚で形成し、誘電体層を25μm以下の膜厚で形成してなることを特徴とするプラズマディスプレイパネルである。
本発明によれば、誘電体層中への泡の残留をなくすことができるので、絶縁不良や輝度低下といった製品不良の発生を防止することができる。また、誘電体層の無鉛化を可能にすることができる。
本発明において、基板としては、ガラス、石英、セラミックス等の基板や、これらの基板上に、電極、絶縁膜、誘電体層、保護膜等の所望の構成物を形成した基板が含まれる。
複数の金属電極は、基板上に一定の方向に形成されたものであればよい。この金属電極は、当該分野で公知の各種の材料と方法を用いて形成することができる。電極に用いられる材料としては、例えば、Ag、Au、Al、Cu、Crなどの金属の導電性材料が挙げられる。電極の形成方法としては、当該分野で公知の各種の方法を適用することができる。たとえば、印刷などの厚膜形成技術を用いて形成してもよいし、物理的堆積法または化学的堆積法からなる薄膜形成技術を用いて形成してもよい。厚膜形成技術としては、スクリーン印刷法などが挙げられる。薄膜形成技術の内、物理的堆積法としては、蒸着法やスパッタ法などが挙げられる。化学的堆積方法としては、熱CVD法や光CVD法、あるいはプラズマCVD法などが挙げられる。
誘電体層は、金属電極上にガラス材を配置して焼成することにより形成されたものであればよい。この誘電体層は、無鉛系のガラスフリット(ガラス粉末)、バインダー樹脂、および溶媒からなるガラスペーストを基板上に金属電極を覆ってスクリーン印刷法で塗布するか、無鉛系のガラス粉末のグリーンシート(未焼結の誘電体シート)を貼り付けて、焼成することで形成することができる。無鉛系のガラスフリットとしては、B23−SiO2−ZnO系ガラス、Bi23−B23−SiO2系ガラス、B23−SiO2−Al23系ガラス、ZnO−B23−SiO2−BaO系ガラス、またはこれらのガラス系にアルカリ・アルカリ土類酸化物が混入されたガラスを適用することができる。
本発明において、誘電体層は、二層または三層のように複数の誘電体層を積層することで形成してもよい。たとえば誘電体層を二層に形成する場合であれば、第1の誘電体層を12μm以下の膜厚で形成し、その上に第2の誘電体層を13μm以下の膜厚で形成するようにしてもよい。
金属電極は、基板上にCr層を、その上にCu層を、その上にCr層を、それぞれ気相成膜法で形成し、その三層の金属膜上にレジスト膜を形成し、そのレジスト膜をフォトリソグラフの手法でパターニングした後、不要部分の金属膜をエッチングで除去することによって形成した、Cr−Cu−Crの三層構造の金属電極であってもよい。
以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を詳述する。なお、本発明はこれによって限定されるものではなく、各種の変形が可能である。
図1(a)および図1(b)は本発明の製造方法によって製造したPDPの構成を示す説明図である。図1(a)はPDPの全体図、図1(b)はPDPの部分分解斜視図である。このPDPはカラー表示用のAC駆動型の3電極面放電型PDPである。
PDP10は、PDPとして機能する構成要素が形成された前面側の基板11と背面側の基板21から構成されている。前面側の基板11と背面側の基板21としては、ガラス基板、石英基板、セラミックス基板等を使用することができる。
前面側の基板11の内側面には、水平方向に表示電極Xと表示電極Yが等間隔に配置されている。隣接する表示電極Xと表示電極Yとの間が全て表示ラインLとなる。各表示電極X,Yは、ITO、SnO2などの幅の広い透明電極12と、例えばAg、Au、Al、Cu、Cr及びそれらの積層体(例えばCr−Cu−Crの積層構造)等からなる金属製の幅の狭いバス電極13から構成されている。表示電極X,Yは、Ag、Auについてはスクリーン印刷のような厚膜形成技術を用い、その他については蒸着法、スパッタ法等の薄膜形成技術とエッチング技術を用いることにより、所望の本数、厚さ、幅及び間隔で形成することができる。
なお、本PDPでは、表示電極Xと表示電極Yが等間隔に配置され、隣接する表示電極Xと表示電極Yとの間が全て表示ラインLとなる、いわゆるALIS構造のPDPを示したが、対となる表示電極X,Yが放電の発生しない間隔(非放電ギャップ)を隔てて配置された構造のPDPであっても、本発明を適用することができる。
表示電極X,Yの上には、表示電極X,Yを覆うように誘電体層17が形成されている。誘電体層17は、無鉛系のガラスフリット、バインダー樹脂、および溶媒からなるガラスペーストを、前面側の基板11上にスクリーン印刷法で塗布し、焼成することにより形成している。
誘電体層17の上には、表示の際の放電により生じるイオンの衝突による損傷から誘電体層17を保護するための保護膜18が形成されている。この保護膜はMgOで形成されている。保護膜は、電子ビーム蒸着法やスパッタ法のような、当該分野で公知の薄膜形成プロセスによって形成することができる。
背面側の基板21の内側面には、平面的にみて表示電極X,Yと交差する方向に複数のアドレス電極Aが形成され、そのアドレス電極Aを覆って誘電体層24が形成されている。アドレス電極Aは、Y電極との交差部で発光セルを選択するためのアドレス放電を発生させるものであり、Cr−Cu−Crの3層構造で形成されている。このアドレス電極Aは、その他に、例えばAg、Au、Al、Cu、Cr等で形成することもできる。アドレス電極Aも、表示電極X,Yと同様に、Ag、Auについてはスクリーン印刷のような厚膜形成技術を用い、その他については蒸着法、スパッタ法等の薄膜形成技術とエッチング技術を用いることにより、所望の本数、厚さ、幅及び間隔で形成することができる。誘電体層24は、誘電体層17と同じ材料、同じ方法を用いて形成することができる。
隣接するアドレス電極Aとアドレス電極Aとの間の誘電体層24上には、ストライプ状の複数の隔壁29が形成されている。隔壁29の形状はこれに限定されず、放電空間をセルごとに区画するメッシュ状(ボックス状)であってもよい。隔壁29は、サンドブラスト法、印刷法、フォトエッチング法等により形成することができる。例えば、サンドブラスト法では、低融点ガラスフリット、バインダー樹脂、溶媒等からなるガラスペーストを誘電体層24上に塗布して乾燥させた後、そのガラスペースト層上に隔壁パターンの開口を有する切削マスクを設けた状態で切削粒子を吹きつけて、マスクの開口に露出したガラスペースト層を切削し、さらに焼成することにより形成する。また、フォトエッチング法では、切削粒子で切削することに代えて、バインダー樹脂に感光性の樹脂を使用し、マスクを用いた露光及び現像の後、焼成することにより形成する。
隔壁29間の凹溝状の放電空間の側面及び底面には、赤(R)、緑(G)、青(B)の蛍光体層28R,28G,28Bが形成されている。蛍光体層28R,28G,28Bは、蛍光体粉末とバインダー樹脂と溶媒とを含む蛍光体ペーストを隔壁29間の凹溝状の放電空間内にスクリーン印刷、又はディスペンサーを用いた方法などで塗布し、これを各色毎に繰り返した後、焼成することにより形成している。この蛍光体層28R,28G,28Bは、蛍光体粉末と感光性材料とバインダー樹脂とを含むシート状の蛍光体層材料(いわゆるグリーンシート)を使用し、フォトリソグラフィー技術で形成することもできる。この場合、所望の色のシートを基板上の表示領域全面に貼り付けて、露光、現像を行い、これを各色毎に繰り返すことで、対応する隔壁間に各色の蛍光体層を形成することができる。
PDPは、このような構成要素を形成した前面側の基板11と背面側の基板21とを、表示電極X,Yとアドレス電極Aとが交差するように対向配置し、周囲を封着し、隔壁29で囲まれた放電空間30にXeとNe等とを混合した放電ガスを充填することにより作製されている。このPDPでは、表示電極X,Yとアドレス電極Aとの交差部の放電空間30が、表示の最小単位である1つのセル(単位発光領域)となる。1画素はR、G、Bの3つのセルで構成される。
図2は前面側の基板の部分断面図である。
前面側のガラス基板11の上には、表示電極X,Yが形成されている。表示電極X(X電極)と表示電極Y(Y電極)は同じ構造であり、それぞれ透明電極11の上に金属製のバス電極12が形成された構造となっている。
透明電極11は500〜2000Åの膜厚で形成している。バス電極12はCr−Cu−Crの三層構造であり、Crは500〜2000Å、Cuは約3μmで形成している。したがって、表示電極X,Yの厚みTEは約3〜4μmである。表示電極X,Yの上には誘電体層17が形成されている。誘電体層17の厚みTDは約20μmである。
図3(a)および図3(b)は前面側の基板の製造方法の第1例を示す説明図である。
前面側の基板は次のようにして製造する。まず、ガラス基板11上にITOからなる透明導電膜を蒸着法やスパッタ法などで形成し、その透明導電膜をフォトリソグラフの手法でパターニングすることにより透明電極12を形成する。そして、透明電極12の上にCr−Cu−Crの三層の金属導電膜を蒸着法やスパッタ法などで形成し、その金属導電膜上にレジスト膜を形成し、そのレジスト膜をフォトリソグラフの手法でパターニングした後、不要部分の金属導電膜をエッチングで除去することでバス電極13を形成する。このようにして、表示電極Xと表示電極Yを同時に形成する(図3(a)参照)。表示電極X,Yは6μm以下の厚みで形成する。バス電極13のCu部分の膜厚は3〜4μmである。
次に、表示電極X,Yを覆うように、無鉛系のガラスフリットにバインダイー樹脂と溶媒を混合したガラスペースト(ガラス材)を、ガラス基板11上にスクリーン印刷法で塗布し、乾燥させて乾燥膜とした後、ガラス基板11を焼成炉内に搬入して、ガラス材の乾燥膜を600〜610℃の温度で焼成することにより、誘電体層17を形成する(図3(b)参照)。誘電体層17は約20μmの厚みで形成する。
誘電体層17は、この他に、無鉛系のガラス粉末を混入したグリーンシート(未焼結の誘電体シート)を前面側の基板11上に貼り付けて、焼成することで形成してもよい。
上記無鉛系のガラスフリットには、B23−SiO2−ZnO系ガラス、Bi23−B23−SiO2系ガラス、B23−SiO2−Al23系ガラス、ZnO−B23−SiO2−BaO系ガラス、またはこれらのガラス系にアルカリ・アルカリ土類酸化物が混入されたガラスを用いる。
上記ガラス材の乾燥膜を焼成する際には、ガラス材が溶融する。この時ガラス材と金属のバス電極13との電気化学反応により、ガラス材料中に泡が発生する。この泡の発生原因は、主としてCuとガラスの化学反応である。CuはCrで挟まれているため、直接ガラス材と接触することはないが、Cr−Cu−Crの三層の金属導電膜をウエットエッチングなどでエッチングすると、CrとCrの間からCuが露出した状態となり、その露出したCuがガラス材と接触して反応を起し、ガラス材料中に泡が発生する。
この泡の発生を少なくするため、泡の発生源であるバス電極13の厚さを薄く形成する。特にCuの厚さを薄く形成する。具体的には、上記したように、バス電極13の厚さを6μm以下とし、Cuの厚さを3〜4μmとする。
また、従来では、誘電体層のガラス材として、鉛を含んだ低融点ガラスフリットがよく用いられていた。これに対し、近年では環境負荷の軽減という観点から、無鉛系のガラス材を用いることが試みられている。しかし、無鉛系のガラス材を用いると、ガラス材の融点(ガラス軟化点)が高くなる。このため、焼成時のガラスの流動性が低下し、焼成時にガラス材中に発生した泡が抜けにくくなり、誘電体層中に残留する。
このガラス材中の泡の抜けをよくするため、誘電体層17の膜厚を薄くする。具合的には、上記したように、誘電体層の膜厚を25μm以下にする。これにより、たとえ無鉛系のガラス材を用いてガラス材の流動性が低下したとしても、発生した泡が浮遊脱泡し易いので、焼成完了時に誘電体層17中の泡を少なくすることができる。
このように、電極の厚さを薄くして発生する泡の絶対量を減らし、かつ誘電体層の膜厚を薄くしてガラス材中の泡の抜けをよくすることにより、焼成完了時に誘電体層17中の泡を少なくすることができる。誘電体層17中の泡を少なくすることによって、絶縁不良や輝度低下といった不具合の発生を防止することができる。
表示電極間の放電電圧は誘電体層の膜厚に関係する。また、誘電体層の膜厚は誘電体層の静電容量に関係する。そして、誘電体層の静電容量は表示電極間の放電量に関係する。したがって、表示電極間に適切な放電電圧を印加して適切な放電量を得るには、上記のように誘電体層の膜厚を25μm以下にした場合、誘電体層は1cm2あたり0.2nF以上の電荷を蓄積することが可能なものであることが望ましい。
図4(a)〜図4(c)は前面側の基板の製造方法の第2例を示す説明図である。
誘電体層は、複数の誘電体層を積層することで形成してもよい。たとえば誘電体層を二層または三層に形成してもよい。誘電体層を二層に形成する場合であれば、たとえば第1の誘電体層を12μm以下の膜厚で形成し、その上に第2の誘電体層を13μm以下の膜厚で形成する。
まず、前述した第1例と同じ材料を用い、同じ方法で、前面側のガラス基板11上に透明電極12とバス電極13を形成する。(図4(a)参照)。表示電極X,Yは6μm以下の厚みで形成する。バス電極13のCu部分の膜厚は3〜4μmである。
次に、本例では、誘電体層を2層プロセスで形成する。すなわち、無鉛系のガラスペースト(軟化点が600℃程度)を、ガラス基板11上にスクリーン印刷法で塗布し、乾燥させて乾燥膜とした後、焼成炉内に搬入してガラス材の乾燥膜を600〜610℃の温度で焼成し、第1の誘電体層17aを5〜10μmの厚みで形成する(図4(b)参照)。そして、さらに、無鉛系のガラスペースト(軟化点が550℃程度)を、焼成後の第1の誘電体層17a上にスクリーン印刷法で塗布し、乾燥させて乾燥膜とした後、焼成炉内に搬入してガラス材の乾燥膜を550〜560℃の温度で焼成し、第2の誘電体層17bを10〜15μmの厚みで形成する(図4(c)参照)。第1誘電体層17aと第2誘電体層17bは、合計の厚みが約20μmとなるように形成する。
この場合、第1誘電体層17aの焼成時には、第1誘電体層17aが薄いので第1誘電体層の脱泡性が極めてよい。また、第2誘電体層17bの焼成時には、第2誘電体層17bがバス電極と接触しないので、金属とガラスとの電気化学的反応がなく、第2誘電体層中の発泡がない。したがって、誘電体層中の泡を一層の場合よりもさらに少なくすることができる。
図5は誘電体層の膜厚と泡の数との関係を示す表である。図6は図5の表をグラフ化したものである。なお、誘電体層の膜厚は誘電体膜厚として示した。
これらの表とグラフは以下の結果を示す。すなわち、3〜4μmの厚みで表示電極が形成されたガラス基板上に、無鉛系のガラス粉末を混入したグリーンシートを貼り付けて、600〜610℃で焼成することで、焼成後の誘電体層の膜厚が20μmとなるように誘電体層を形成した。表とグラフは、このときの誘電体層の膜厚(μm)と泡の数(個)との関係を示したものである。グラフ中、実線は直径5〜10μm大きさの泡の数を示し、点線は直径10μm以上の大きさの泡の数を示している。
これらの表とグラフに示すように、
(i)誘電体層の膜厚が10μmである場合には、φ5〜10μmの泡は「0」個、φ10μm以上の泡も「0」個であった。
(ii)誘電体層の膜厚が20μmである場合には、φ5〜10μmの泡は「2」個、φ10μm以上の泡は「0」個であった。
(iii)誘電体層の膜厚が25μmである場合には、φ5〜10μmの泡は「10」個、φ10μm以上の泡は「3」個であった。
(iv)誘電体層の膜厚が35μmである場合には、φ5〜10μmの泡は「58」個、φ10μm以上の泡は「7」個であった。
(v)誘電体層の膜厚が45μmである場合には、φ5〜10μmの泡は「51」個、φ10μm以上の泡は「16」個であった。
このように、表示電極を3〜4μmの厚みで形成し、無鉛系のガラス材を用いて誘電体層を約20μmの膜厚で形成した場合には、誘電体層中に泡が残存していないことを確認した。これをパネル化したところ、絶縁不良や輝度低下といった問題が起こらないことを確認した。
以上述べたように、本発明によれば、金属電極の厚さを薄くし(6μm以下)、かつ誘電体層の膜厚を薄くする(25μm以下)ことにより、焼成完了時に誘電体層中の泡を無くすことができる。これにより、誘電体層の材料として無鉛系のガラス材を使用しても、パネルの絶縁不良や輝度低下といった問題の発生を防止することができる。
本発明の製造方法によって製造したPDPの構成を示す説明図である。 前面側の基板の部分断面図である。 前面側の基板の製造方法の第1例を示す説明図である。 前面側の基板の製造方法の第2例を示す説明図である。 誘電体層の膜厚と泡の数との関係を示す表である。 誘電体層の膜厚と泡の数との関係を示すグラフである。
符号の説明
10 PDP
11 前面側の基板
12 透明電極
13 バス電極
17,24 誘電体層
18 保護膜
21 背面側の基板
28R,28G,28B 蛍光体層
29 隔壁
30 放電空間
A アドレス電極
L 表示ライン
X,Y 表示電極

Claims (6)

  1. 基板上に一定の方向に複数の金属電極を形成し、それらの金属電極上にガラス材を焼成してなる誘電体層を備えたプラズマディスプレイパネルにおいて、
    金属電極を6μm以下の膜厚で形成し、誘電体層を25μm以下の膜厚で形成してなることを特徴とするプラズマディスプレイパネル。
  2. 前記誘電体層は、膜厚12μm以下の第1の誘電体層と、その上に積層された膜厚13μm以下の第2の誘電体層とからなる請求項1記載のプラズマディスプレイパネル。
  3. 基板上に一定の方向に複数の金属電極を形成し、それらの金属電極上に誘電体層を形成するプラズマディスプレイパネルの製造方法において、
    金属電極を6μm以下の膜厚で形成した後、ガラス材を25μm以下の膜厚で配置して焼成することにより誘電体層を形成することを特徴とするプラズマディスプレイパネルの製造方法。
  4. 前記ガラス材を配置することが、無鉛系のガラスフリット、バインダー樹脂、および溶媒からなるガラスペーストを塗布することからなり、
    前記無鉛系のガラスフリットが、B23−SiO2−ZnO系ガラス、Bi23−B23−SiO2系ガラス、B23−SiO2−Al23系ガラス、ZnO−B23−SiO2−BaO系ガラス、またはこれらのガラス系にアルカリ・アルカリ土類酸化物が混入されたガラスである請求項3記載のプラズマディスプレイパネルの製造方法。
  5. 前記誘電体層が、第1の誘電体層を12μm以下の膜厚で形成し、その上に第2の誘電体層を13μm以下の膜厚で形成することで形成されてなる請求項3記載のプラズマディスプレイパネルの製造方法。
  6. 前記金属電極が、基板上にCr層を、その上にCu層を、その上にCr層を、それぞれ気相成膜法で形成し、その三層の金属膜上にレジスト膜を形成し、そのレジスト膜をフォトリソグラフの手法でパターニングした後、不要部分の金属膜をエッチングで除去することによって形成した、Cr−Cu−Crの三層構造の金属電極である請求項3〜5のいずれか1つに記載のプラズマディスプレイパネルの製造方法。
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