JP2007328947A - プラズマディスプレイパネルの誘電体層を形成する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラスフリットの焼成による誘電体層の形成後の熱歪の残存を低減する。
【解決手段】電極を配列したガラス基板にガラスフリットを含む焼成材料を被着させ、ガラス基板を加熱してガラスフリットを軟化させ、その後にガラス基板を常温に戻す誘電体層の形成において、ガラス基板の温度をガラスフリットが軟化する温度からガラスフリットの転移点まで降下させた後に、前記ガラス基板の応力を低減する歪み取り作用をもつ一定速度の徐冷処理を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、プラズマディスプレイパネルにおける電極を被覆する誘電体層の形成方法に関する。

プラズマディスプレイパネルは、前面板と背面板とが放電ガス空間を挟んで貼り合わさったデバイスである。前面板および背面板は、それぞれがガラス基板とこれに固着する電極を含む複数の要素から構成される。

カラー映像の表示に有用なＡＣ型のプラズマディスプレイパネルは、電極を被覆する誘電体層を有する。誘電体層は電極と放電ガス空間との間に介在し、誘電体層には壁電荷と呼ばれる電荷が帯電する。ＡＣ型のプラズマディスプレイパネルによる表示は壁電荷の帯電により生じる壁電圧を利用する。

一般に、誘電体層は低融点ガラスからなり、ガラスフリットを焼成する厚膜法によって画面全体にわたるように形成される。形成には、ガラスフリットとバインダとを含むペースト状またはシート状の焼成材料が用意され、電極の配列されたガラス基板にスクリーン印刷やラミネート法などの手法によって所定厚さの焼成材料層が設けられる。焼成材料層が被着したガラス基板は焼成炉に導入され、ガラスフリットが軟化する温度（転移点よりも高い）まで加熱される。ガラスフリットの軟化によってガラス基板の表面は溶融状態のガラスで覆われる。その後、ガラス基板の冷却によって溶融状態のガラスは固化して誘電体層になる。

昇温したガラス基板を常温に戻す冷却は、固化しようとするガラスに温度むらが生じないように行われる。少なくとも、ガラスフリットの材質で決まる徐冷点から歪点までの温度範囲（徐冷域）では、温度を緩やかに降下させる必要がある。特開２００３−３３１７２４号公報には、ガラスフリットの徐冷点よりも高い５００〜６００℃から歪点よりも低い４５０〜３５０℃まで一定速度で徐冷し、その後にハンドリングに適した温度まで急冷するという典型的な熱履歴が開示されている。また、特許第３０１１３６６号公報には、段階的に温度を降下させる徐冷過程が開示されている。
特開２００３−３３１７２４号公報 特許第３０１１３６６号公報

溶融したガラスが固化する過程において、ガラス基板との間で熱膨張特性が異なることから、熱歪の発生は避けられない。熱歪は表示むらの原因となるガラス基板の反りを生じさせる。

本発明の目的は、ガラスフリットの焼成による誘電体層の形成後の熱歪の残存を低減することである。

上記目的を達成するプラズマディスプレイパネルの誘電体層の形成方法は、電極を配列したガラス基板にガラスフリットを含む焼成材料を被着させ、前記ガラス基板を加熱して前記ガラスフリットを軟化させ、その後に前記ガラス基板を常温に戻す方法であって、前記ガラス基板の温度を前記ガラスフリットが軟化する温度から前記ガラスフリットの転移点まで降下させた後に、前記ガラス基板の応力を低減する歪み取り作用をもつ一定速度の徐冷処理を行うものである。ガラス基板に応力はガラス基板およびそれに付着する層における歪により生じるので、応力の低減は歪の減少に相当する。

ガラス基板とガラスフリットとの材質の差異に起因する熱歪は、基板温度がガラスフリットの転移点付近まで降下してガラス（軟化したガラスフリット）の固化が始まることによって生じ始める。さらに基板温度が降下してガラスの固化が進むにつれて熱歪は増大し、基板温度が歪点付近まで降下して固化が完了したとき熱歪は最大になる。

このように熱歪が生じても、その後に一定速度の徐冷処理を行うことによって残存する熱歪を小さくすることができる。−０．５〜−１．０℃／ｍｉｎの範囲内の一定速度で温度を降下させる徐冷処理は歪み取り作用をもつ。

徐冷処理を行う時期は、昇温したガラス基板を常温に戻す以前でもよいし、いったん常温に戻した以後であってもよい。常温に戻した以後に徐冷処理を行う場合は、徐冷処理の直前に、ガラスフリットの材質で決まる歪点を超えないようにガラス基板を再加熱する。

本発明によれば、ガラスフリットの焼成によって誘電体層を形成した後に残存する熱歪を低減し、それによって画面内の表示むらを招くガラス基板の反りを防ぐことができる。

図１は典型的なプラズマディスプレイパネルのセル構造を示す分解斜視図である。図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。

プラズマディスプレイパネル１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、別個に作製した前面板１０と背面板２０とを貼り合わすことによって製造される。

前面板１０および背面板２０はともに画面よりも大きいガラス基板に電極を含む複数の要素が固着した構造体である。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２３、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は、面放電を生じさせる電極としてガラス基板１１の内面に交互に配列されている。これら電極のそれぞれは、パターニングされた透明導電膜１２および金属膜１３からなる。誘電体層１７は画面の全体にわたって拡がり、行電極Ｘ，Ｙを被覆する。保護膜１８は誘電体層１７に対するスパッタリングを防ぐ。

以下、このようなプラズマディスプレイパネル１の製造における前面板１０の誘電体層１７の形成に適用するものとして、本発明の実施例を説明する。

誘電体層１７の形成に先立って行電極Ｘ，Ｙを形成する。まず。厚さ数千ÅのＩＴＯ（酸化インジウム・スズ）をスパッタリングによってガラス基板１１に被着させ、フォトリソグラフィによって帯状にパターニングする。これにより透明導電膜１２を得る。次に、感光性の銀ペーストをガラス基板１１に塗布し、フォトリソグラフィによって帯状にパターニングした後、例えば５５０℃程度の温度で焼成する。これにより金属膜１３を得る。なお、金属膜１３を薄膜(例えばクロム−銅−クロムの積層)としてもよい。

誘電体層１７の形成には厚膜法を用いる。すなわち、電極を配列したガラス基板１１に材料を層状に被着させて焼成する。材料としてガラスフリットとバインダとを混ぜ合わせて溶剤で粘度を調整したガラスペーストを用意し、スクリーン印刷またはダイコートなどの手法によってガラス基板１１に被着させる。あらかじめシート状に成形されたガラスペーストをガラス基板１１にラミネートしてもよい。ガラス基板１１の上でガラスペーストを乾燥させた後、ガラスフリットを軟化させて固化させる熱処理を行う。この熱処理のうちのガラスフリットを軟化させた後の冷却過程が特に重要である。
〔熱処理の第１の形態〕
図２は誘電体層を形成における熱処理の第１の形態を示す。第１の形態は、軟化したガラスを固化させる第１の徐冷に続けて歪取り作用をもつ第２の徐冷を行うものである。図２中の太い実線は本発明を適用した温度制御の実施例１を示し、太い破線は同じく実施例２を示し、細い鎖線は比較例を示す。

例示の熱処理は７つの段階からなり、その概要は次のとおりである。（１）ガラスペースト層が被着したガラス基板を常温からバインダの焼失する温度Ｔ１まで加熱する。（２）一定時間にわたって温度Ｔ１を維持し、バインダを焼失させる。（３）温度Ｔ１から温度Ｔ２まで加熱する。温度Ｔ２はガラスフリットの材質で決まる転移点Ｔｇよりも高く且つ軟化点に近い温度である。（４）一定時間にわたって温度Ｔ２を維持し、ガラスフリットからなる層の全体を軟化させる。結晶化による失透を避けるため、この時間を最低限に設定するのが望ましい。（５）温度Ｔ２から温度Ｔ３まで第１の一定速度で冷却する（第１の徐冷）。温度Ｔ３は、転移点Ｔｇよりも低く且つ転移点Ｔｇに近い歪点付近の温度である。（６）温度Ｔ３から所定の温度Ｔ４またはＴ４’まで第２の一定速度で冷却する（第２の徐冷）。この第２の徐冷の速度を十分に小さくすることにより、第１の徐冷の過程でガラス基板に生じた応力を低減する歪取り作用が現れる。（７）温度Ｔ４またはＴ４’から１００℃以下の放置温度（例えば常温）まで急冷する。

ガラス基板１１として、厚さ２．８ｍｍ、熱膨張係数が８３×１０^-7／℃（３０〜３００℃の平均）の高歪点ガラスを用いた。誘電体材料として、酸化鉛を含まず次の特性値をもつガラスのフリットを用いた。

軟化点：５８３℃
屈伏点：５３１℃
転移点（Ｔｇ）：４９１℃
歪点：４７８℃
熱膨張係数：７３．５×１０^-7／℃（３０〜３００℃の平均）
このような材質のガラスフリットを主成分とするガラスペーストをガラス基板に約５０μｍの厚さに印刷した。乾燥後の焼成においては、温度Ｔ１を３５０℃、温度Ｔ２を５８０℃に焼成炉の温度を設定した。常温（例えば２３℃）から３５０℃まで焼成炉の温度の設定を４．４℃／ｍｉｎの速度で加熱し、３０分にわたって３５０℃を保持した後、３５０℃から５８０℃まで焼成炉の温度の設定を５．８℃／ｍｉｎの速度で加熱した。５８０℃を１０分間保持した後、冷却を始めた。

冷却に係わる温度Ｔ３をほぼ歪点である４８０℃、温度Ｔ４を１５０℃に設定した。５８０℃から４８０℃までの第１の徐冷の速度を−２．０℃／ｍｉｎとした。４８０℃から１５０℃までの第２の徐冷の速度を焼成炉の温度設定で−１．０℃／ｍｉｎとした。第２の徐冷の所要時間は３３０分である。１５０℃から放置温度までの急冷の速度を焼成炉の温度設定で−５．０℃／ｍｉｎとした。

実施例１の熱履歴におけるガラス基板の応力の変化をバビネ補正器法によって測定した。詳しくは、上記ガラス基板と同じ材質で同じ厚さのガラス片に上記の要領でガラスペースト層を付着させた試料を作製し、電気炉をもつ熱歪測定装置によって試料に熱処理（過熱および冷却）を加えながら応力を測定した。熱歪測定装置のモニタ画像から目視で応力に相応する位相差を読み取り、次式に基づいて熱歪応力[ｋｇｆ／ｃｍ^２]を計算した。

熱歪応力＝バビネ読取値・補正定数／光弾性定数・試料厚さ
第２の徐冷の開始時点における熱歪応力は約５００ｋｇｆ／ｃｍ^２であり、第２の徐冷の終了時点における熱歪応力は約２００ｋｇｆ／ｃｍ^２であった。

これに対して、比較例では、第２の徐冷の開始時点における熱歪応力は約８００ｋｇｆ／ｃｍ^２であり、第２の徐冷の終了時点における熱歪応力は約７５０ｋｇｆ／ｃｍ^２であった。ここでの比較例とは、実施例１と同様に加熱し、焼成炉の温度設定で−４．４℃／ｍｉｎの速度で５８０℃から４８０℃までの第１の徐冷を行い、焼成炉の温度設定で−２．２℃／ｍｉｎの速度で４８０℃から３００℃までの第２の徐冷を行い、その後に焼成炉の温度設定で−５．０℃／ｍｉｎの速度で急冷を行う熱処理である。

実施例１と比較例との比較により、−１．０℃／ｍｉｎという小さい速度（温度勾配）の３３０分にわたる第２の徐冷は、ガラス基板の応力を大幅に低減させる積極的な歪取り処理であることが分かる。

実施例２の熱履歴の大半は実施例１の熱履歴と同様である。実施例１との差異は、実施例２では第２の徐冷を終了する温度Ｔ４’が３００℃であり、３００℃から放置温度まで急冷する点である。第２の徐冷の速度（−１．０℃／ｍｉｎ）および急冷の速度（−５．０℃／ｍｉｎ）は実施例１の速度と同一である。

実施例２においても、第２の徐冷の終了時点における熱歪応力は実施例１と同程度（約２００ｋｇｆ／ｃｍ^２）であった。急冷の過程で熱歪応力が増大する傾向がみられるものの、常温に戻った時点で残存する熱歪応力は第２の徐冷の開始時点の熱歪応力よりも小さい。
〔熱処理の第２の形態〕
図３は誘電体層を形成における熱処理の第２の形態を示す。第２の形態は、軟化したガラスを固化させてガラス基板をいったん常温に戻した後に、歪取り作用をもつ徐冷処理を加えるものである。これは例えば焼成炉の連続使用時間に制限がある場合に有用である。

第２の形態の熱処理は、１回目の加熱・冷却過程と２回目の加熱・冷却過程とからなる。１回目の加熱・冷却過程の終了から２回目の加熱・冷却過程を開始するまでの期間の長さｔは任意である。

例示の１回目の加熱・冷却過程は、上述した第１の形態の熱処理と同様に７つの段階からなる。ただし、これに限らない。基本的には、ガラスフリットが軟化するまで加熱して極端に歪んだり破損しないように常温まで冷却する過程であればよい。

特徴的な過程である２回目の加熱・冷却過程は３つの段階からなり、その概要は次のとおりである。（１）誘電体層になるべき焼成状態のガラス層が被着したガラス基板を常温から所定の温度Ｔ５まで加熱する。温度Ｔ５はガラス層の歪点よりも低い温度に選定しなければならない。それは新たに熱歪を生じさせないためである。（２）温度Ｔ５から所定の温度Ｔ６まで一定速度で冷却する（徐冷処理）。この徐冷処理の速度を十分に小さくすることにより、１回目の加熱・冷却過程でガラス基板に生じた応力を低減する歪取り作用が現れる。効果的に歪取りを行うには、ガラス基板とそれに固着するガラス層の双方において熱膨張の変化率がほぼ等しい温度範囲を徐冷の温度域とするのが望ましい。すなわち、そのような温度範囲内の温度を上記温度Ｔ５および温度Ｔ６として選定するのが望ましい。（３）温度Ｔ６から１００℃以下の放置温度（例えば常温）まで急冷する。

上述の実施例１と同様に、ガラス基板１１として厚さ２．８ｍｍで熱膨張係数が８３×１０^-7／℃（３０〜３００℃の平均）の高歪点ガラスを用い、誘電体材料として酸化鉛を含まず次の特性値をもつガラスのフリットを用いた。

軟化点：５８３℃
屈伏点：５３１℃
転移点（Ｔｇ）：４９１℃
歪点：４７８℃
熱膨張係数：７３．５×１０^-7／℃（３０〜３００℃の平均）
１回目の加熱・冷却過程の熱履歴を上述の比較例と同様とした。すなわち、温度Ｔ１を３５０℃、温度Ｔ２を５８０℃に焼成炉の温度を設定した。常温（例えば２３℃）から３５０℃まで焼成炉の設定で４．４℃／ｍｉｎの速度で加熱し、３０分にわたって３５０℃を保持した後、３５０℃から５８０℃まで焼成炉の設定で５．８℃／ｍｉｎの速度で加熱した。５８０℃を１０分間保持した後、冷却を始めた。冷却に係わる温度Ｔ３を４８０℃、徐冷の終了温度を焼成炉の設定で３００℃に設定した。５８０℃から４８０℃まで焼成炉の設定で−４．４℃／ｍｉｎの速度で徐冷し、４８０℃から３００℃まで焼成炉の設定で−２．２℃／ｍｉｎの速度で徐冷した。徐冷の後に焼成炉の設定で−５．０℃／ｍｉｎの急冷を行った。１回目の加熱・冷却過程の終了時点で残存する熱歪応力は約５６０ｋｇｆ／ｃｍ^２であった。

２回目の加熱・冷却過程において、温度Ｔ５を焼成炉の設定で歪点よりも７８℃低い４００℃とし、温度Ｔ６を焼成炉の設定で３００℃に設定した。常温から４００℃まで焼成炉の設定で３．８℃／ｍｉｎの速度で加熱し、焼成炉の設定で十分に小さい−０．５℃／ｍｉｎの速度で４００℃から３００℃まで徐冷した。徐冷処理の所要時間は２００分である。徐冷の後、焼成炉の設定で−４．０の℃／ｍｉｎの急冷を行った。２回目の加熱・冷却過程の終了時点で残存する熱歪応力は実質的に零に等しい３０ｋｇｆ／ｃｍ^２以下であった。

以上の実施形態では、温度Ｔ２から温度Ｔ３までの徐冷と、温度Ｔ３から温度Ｔ４までまたは温度Ｔ３から温度Ｔ４’までの歪取り作用をもつ徐冷とで冷却速度を異ならせた熱履歴を例示したが、ガラスフリットが軟化する温度Ｔ２から急冷をしても支障のない温度Ｔ４またはＴ４’まで一定の速度で徐冷をおこなってもよい。

熱履歴の設定は、ガラス基板の材質や厚さ、誘電体材料であるガラスフリットの材質、およびガラス基板に被着させるガラスフリット層の厚さなどに応じて適宜変更すべきものである。前面板に限らず、背面板の作製にも本発明を適用することができる。

なお、各実施例における徐冷処理は、−０．５℃／ｍｉｎ未満及び−１．０℃／ｍｉｎの温度範囲において生産性及び歪みの両方の問題を解決できる。たとえば、−０．５℃／ｍｉｎ未満の場合、処理時間がかかりすぎて生産性が悪化して好ましくなく、−１．０℃／ｍｉｎを超えると問題となるレベルの歪みがガラスに残留するので好ましくない。

本発明は、プラズマディスプレイパネルの製造においてガラス基板に不要な応力を残存 させない技術の確立に貢献し、画面の品質の向上に有用である。

典型的なプラズマディスプレイパネルのセル構造を示す分解斜視図である。

誘電体層を形成における熱処理の第１の形態を示す図である。 誘電体層を形成における熱処理の第２の形態を示す図である。

符号の説明

１ プラズマディスプレイパネル
１１ ガラス基板
１７ 誘電体層
Ｔ２ ガラスフリットが軟化する温度
Ｔｇ 転移点

Claims (7)

1. 電極を配列したガラス基板にガラスフリットを含む焼成材料を被着させ、前記ガラス基板を加熱して前記ガラスフリットを軟化させ、その後に前記ガラス基板を常温に戻すプラズマディスプレイパネルの誘電体層を形成する方法であって、
   前記ガラス基板の温度を前記ガラスフリットが軟化する温度から前記ガラスフリットの転移点まで降下させた後に、前記ガラス基板の応力を低減する歪み取り作用をもつ一定速度の徐冷処理を行う
   ことを特徴とするプラズマディスプレイパネルの誘電体層を形成する方法。
2. 前記徐冷処理の速度は、−０．５〜−１．０℃／ｍｉｎの範囲内の速度である
   請求項１に記載のプラズマディスプレイパネルの誘電体層を形成する方法。
3. 前記ガラス基板の温度を前記ガラスフリットが軟化する温度から前記ガラスフリットの転移点まで降下させる冷却に続けて、前記徐冷処理を行う
   請求項１に記載のプラズマディスプレイパネルの誘電体層を形成する方法。
4. 前記徐冷処理の速度は−１．０℃／ｍｉｎである
   請求項３に記載のプラズマディスプレイパネルの誘電体層を形成する方法。
5. 前記徐冷処理は、４８０℃から少なくとも３００℃まで実施することを特徴とする請求項４に記載のプラズマディスプレイパネルの誘電体層を形成する方法。
6. 前記ガラス基板を常温に戻した後に、前記ガラスフリットの歪点を超えないように前記ガラス基板を再加熱し、それに続けて前記徐冷処理を行う
   請求項１に記載のプラズマディスプレイパネルの誘電体層を形成する方法。
7. 前記徐冷処理の速度は−０．５℃／ｍｉｎである
   請求項５に記載のプラズマディスプレイパネルの誘電体層を形成する方法。