JP2009043419A - プラズマディスプレイパネル - Google Patents

Abstract

【課題】誘電体層中の気泡発生による絶縁不良を抑制し、高信頼性を確保したプラズマディスプレイパネルを提供する。
【解決手段】本発明のＰＤＰは、ガラス基板上に透明電極と表示電極と誘電体層と保護層とが形成された前面板と、基板上に電極と隔壁と蛍光体層とが形成された背面板とを対向配置するとともに周囲を封着して放電空間を形成したＰＤＰであって、前記誘電体層の焼成前における前記透明電極の電気抵抗値に対して、前記誘電体層の焼成後の前記透明電極の電気抵抗値が、６０％より大きいことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、透明電極上に電極や誘電体層を形成したプラズマディスプレイパネルおよびその製造方法に関するものである。

近年、大画面の高品質テレビへの期待が高まっている。従来から用いられているＣＲＴは解像度・画質の点でプラズマディスプレイパネル（以下、ＰＤＰとする）や液晶に対して優れているが、奥行きと重量の点で４０インチ以上の大画面には不向きである。また、液晶は、消費電力が少なく、駆動電圧も低いという優れた性能を有しているが、大画面化や視野角に限界がある。これに対して、ＰＤＰは、大画面で狭い奥行きの実現が可能であり、すでに６０インチクラスの製品が開発されている。

ＰＤＰは、基本的には、前面板と背面板とで構成されている。前面板は、フロート法による硼硅酸ナトリウム系ガラスのガラス基板と、その一方の主面上に形成されたストライプ状の透明電極と主電極とで構成される表示電極と、この表示電極を覆ってコンデンサとしての働きをする誘電体層と、この誘電体層上に形成された酸化マグネシウム（ＭｇＯ）からなる保護層とで構成されている。一方、背面板は、ガラス基板と、その一方の主面上に形成されたストライプ状のアドレス電極と、アドレス電極を覆う下地誘電体層と、下地誘電体層上に形成された隔壁と、各隔壁間に形成された赤色、緑色および青色それぞれに発光する蛍光体層とで構成されている。

前面板と背面板とはその電極形成面側を対向させて気密封着され、隔壁によって仕切られた放電空間（各放電セル）にＮｅ−Ｘｅの放電ガスが５５ｋＰａ〜８０ｋＰａの圧力で封入されている。ＰＤＰは、表示電極に映像信号電圧を選択的に印加することによって放電させ、その放電によって発生した紫外線が各色蛍光体層を励起して赤色、緑色、青色の発光をさせてカラー画像表示を実現している。

上述したように表示電極は透明電極と主電極から構成され、さらに主電極は、銀電極またはＣｒ−Ｃｕ−Ｃｒから成るバス電極と、ルテニウム化合物やルテニウム酸化物、銅−鉄系、コバルトの黒色の複合酸化物とガラス粉末を用いて形成される黒色電極から構成される。

そして、この黒色電極は外光反射を抑えて明所コントラストを向上させる目的で、上述した黒色の複合酸化物とガラス粉末を含むペーストを用いて、透明電極とバス電極の間に形成される。また、前記黒色電極と同様の目的で２本の透明電極の間に、ブラックストライプと呼ばれる遮光層が配置される。現在では黒色電極と遮光層は同一の材料で形成されることもある（例えば特許文献１参照）。
特開２００４−０６３２４７号公報

誘電体層は、高耐電圧および高光透過率を有することを要求されるが、この特性は誘電体層に含まれるガラス成分の組成に大きく左右される。

上述したように近年、ＰＤＰは従来のＮＴＳＣ方式に比べて２倍以上のハイディフィニションテレビへの適用が進んでいる。このため、走査線数が増加して表示電極の数が増加する。よって、誘電体層の焼成中に表示電極中の異物から発生する気泡の数が増加することとなる。さらに、表示電極間隔が小さくなるため、表示電極から発生する気泡だけでなく、誘電体ペーストに含有する異物から発生する気泡の影響を強く受けて、より誘電体層の絶縁不良を引き起こしやすくなる。

ところが、従来の誘電体層の例では、前記気泡発生抑制が十分ではないという課題を有していた。

本発明は、このような上記の課題を解決して、高精細表示でも、高信頼性を確保したＰＤＰを実現することを目的としている。

本発明のＰＤＰは、ガラス基板上に透明電極と表示電極と誘電体層と保護層とが形成された前面板と、基板上に電極と隔壁と蛍光体層とが形成された背面板とを対向配置するとともに周囲を封着して放電空間を形成したＰＤＰであって、前記誘電体層の焼成前における前記透明電極の電気抵抗値に対して、前記誘電体層の焼成後の前記透明電極の電気抵抗値が、６０％より大きいことを特徴とする。

そして、本発明のＰＤＰは、ガラス基板上に透明電極と表示電極と誘電体層とが形成された前面板と、基板上に電極と隔壁と蛍光体層とが形成された背面板とを対向配置するとともに周囲を封着して放電空間を形成したＰＤＰであって、前記誘電体層が、ガラス成分として酸化鉛（ＰｂＯ）を含有せず、かつ酸化硼素の（Ｂ₂Ｏ₃）に対する酸化珪素（ＳｉＯ₂）の重量％での比（ＳｉＯ₂／Ｂ₂Ｏ₃）が０．６以上であることを特徴とし、さらに前記誘電体層が、酸化カルシウム（ＣａＯ）を１〜１０重量％含有することを特徴とする。

本発明は、以上の構成によって、誘電体層中に発生する気泡の発生を抑制し、高信頼性を確保したＰＤＰを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態におけるＰＤＰについて図面を用いて説明する。

（実施の形態１）
図１は本実施の形態におけるＰＤＰ１の構造を示す斜視図である。

前面板２の前面ガラス基板３上には、走査電極４および維持電極５よりなる一対の帯状の表示電極６と遮光層（ブラックストライプ）７が互いに平行にそれぞれ複数列配置されている。前面ガラス基板３上には表示電極６と遮光層７とを覆うようにコンデンサとしての働きをする誘電体層８が形成され、さらにその表面に酸化マグネシウム（ＭｇＯ）などからなる保護層９が形成されている。

また、背面板１０の背面ガラス基板１１上には、前面板２の走査電極４および維持電極５と直交する方向に、複数の帯状のアドレス電極１２が互いに平行に配置され、これを下地誘電体層１３が被覆している。さらに、アドレス電極１２間の下地誘電体層１３上には放電空間１６を区切る所定の高さの隔壁１４が形成されている。隔壁１４間の溝にアドレス電極１２毎に、紫外線によって赤色、青色および緑色にそれぞれ発光する蛍光体層１５が順次塗布して形成されている。走査電極４および維持電極５とアドレス電極１２とが交差する位置に放電セルが形成され、表示電極６方向に並んだ赤色、青色、緑色の蛍光体層１５を有する放電セルがカラー表示のための画素になる。

このようにして形成された前面板２と、背面板１０が対向して配置され、その外周部をガラスフリットなどからなる封着材によって気密封着される。封着されたＰＤＰ１内部の放電空間１６には、ＮｅおよびＸｅなどの放電ガスが５５ｋＰａ〜８０ｋＰａの圧力で封入される。

図２は、本実施の形態におけるＰＤＰの誘電体層８の構成を示す前面板２の断面図である。図２は図１と上下反転させて示している。図２に示すように、フロート法などにより製造された前面ガラス基板３に、走査電極４と維持電極５よりなる表示電極６と遮光層７がパターン形成されている。走査電極４と維持電極５はそれぞれＩＴＯやＳｎＯ₂などからなる透明電極４ａ、５ａと、銀材料を主成分とする導電性材料などからなる金属バス電極４ｂ、５ｂと、ルテニウム化合物やルテニウム酸化物、銅−鉄系、コバルトの黒色の複合酸化物とガラス粉末などからなる黒色電極４ｃ、５ｃとで構成されている。

金属バス電極４ｂ、５ｂは透明電極４ａ、５ａの長手方向に導電性を付与する目的として用いられ、黒色電極４ｃ、５ｃは外光反射を抑えて明所コントラストを向上させる目的として用いられている。よって、これらの目的のために、透明電極４ａ、５ａ上に黒色電極４ｃ、５ｃが形成され、黒色電極４ｃ、５ｃ上に金属バス電極４ｂ、５ｂが形成される。

誘電体層８は、前面ガラス基板３上に形成されたこれらの透明電極４ａ、５ａと金属バス電極４ｂ、５ｂと遮光層７を覆って設けた誘電体層８と、さらに誘電体層８上に保護層９を形成している。

次に、ＰＤＰ１の製造方法について説明する。まず、前面ガラス基板３上に、走査電極４および維持電極５と遮光層７とを形成する。これらの透明電極４ａ、５ａと金属バス電極４ｂ、５ｂと黒色電極４ｃ、５ｃは、フォトリソグラフィ法などを用いてパターニングして形成される。透明電極４ａ、５ａは薄膜プロセスなどを用いて形成され、金属バス電極４ｂ、５ｂは銀材料を含むペーストを所望の温度で焼成して固化している。また、黒色電極４ｃ、５ｃと遮光層７は同工程において、黒色顔料を含むペーストをスクリーン印刷する方法や黒色顔料をガラス基板の全面に形成した後、フォトリソグラフィ法を用いてパターニングし、焼成することにより形成される。

その後、走査電極４、維持電極５および遮光層７を覆うように前面ガラス基板３上に誘電体ペーストをダイコート法などにより塗布して誘電体ペースト層（誘電体材料層）を形成する。誘電体ペーストを塗布した後、所定の時間放置することによって塗布された誘電体ペースト表面がレベリングされて平坦な表面になる。そして、誘電体ペースト層を焼成固化することにより、走査電極４、維持電極５および遮光層７を覆う誘電体層８が形成される。なお、誘電体ペーストはガラス粉末などの誘電体材料、バインダーおよび溶剤を含む塗料である。次に、誘電体層８上に酸化マグネシウム（ＭｇＯ）からなる保護層９を真空蒸着法により形成する。以上の工程により前面ガラス基板３上に所定の構成物（走査電極４、維持電極５、遮光層７、誘電体層８、保護層９）が形成され、前面板２が完成する。

一方、背面板１０は次のようにして形成される。まず、背面ガラス基板１１上に、銀（Ａｇ）材料を含むペーストをスクリーン印刷する方法や、金属膜を全面に形成した後、フォトリソグラフィ法を用いてパターニングする方法などによりアドレス電極１２用の構成物となる材料層を形成し、それを所望の温度で焼成することによりアドレス電極１２を形成する。次に、アドレス電極１２が形成された背面ガラス基板１１上にダイコート法などによりアドレス電極１２を覆うように誘電体ペーストを塗布して誘電体ペースト層を形成する。その後、誘電体ペースト層を焼成することにより下地誘電体層１３を形成する。なお、誘電体ペーストはガラス粉末などの誘電体材料とバインダーおよび溶剤を含んだ塗料である。

次に、下地誘電体層１３上に隔壁材料を含む隔壁形成用ペーストを塗布して所定の形状にパターニングすることにより、隔壁材料層を形成した後、焼成することにより隔壁１４を形成する。ここで、下地誘電体層１３上に塗布した隔壁用ペーストをパターニングする方法としては、フォトリソグラフィ法やサンドブラスト法を用いることができる。次に、隣接する隔壁１４間の下地誘電体層１３上および隔壁１４の側面に蛍光体材料を含む蛍光体ペーストを塗布し、焼成することにより蛍光体層１５が形成される。以上の工程により、背面ガラス基板１１上に所定の構成部材を有する背面板１０が完成する。

このようにして所定の構成部材を備えた前面板２と背面板１０とを走査電極４とアドレス電極１２とが直交するように精度良く対向配置して、その周囲をガラスフリットで封着し、放電空間１６にＮｅ、Ｘｅなどを含む放電ガスを封入することによりＰＤＰ１が完成する。

次に前面板２の誘電体層８について詳細に説明する。本発明の実施の形態においては、誘電体層８は、酸化力を有した誘電体層であって、上記の誘電体層焼成前の透明電極４ａ、５ａの電気抵抗値に対して、誘電体層焼成後の同電気抵抗値が、６０％以上となることを特徴としている。

そしてこれを実現する誘電体層８に含まれるガラス成分は、鉛（Ｐｂ）系成分以外を主成分とし、かつ酸化珪素（ＳｉＯ₂）と酸化硼素の（Ｂ₂Ｏ₃）の重量％での比ＳｉＯ₂／Ｂ₂Ｏ₃が０．６以上であり、また酸化カルシウム（ＣａＯ）を１〜１０重量％含有する材料組成により構成されている。

このような構成をとることで、誘電体層８に接触している透明電極４ａ、５ａの電気抵抗値の変化率が大きくなり、誘電体層８の絶縁破壊を抑えることができ、高信頼性のＰＤＰを得ることができる。

これらの組成成分からなる誘電体材料を、湿式ジェットミルやボールミルで平均粒径が０．５μｍ〜２．５μｍとなるように粉砕して誘電体材料粉末を作製する。次にこの誘電体材料粉末５５重量％〜７０重量％と、バインダー成分３０重量％〜４５重量％とを三本ロールでよく混練してダイコート用あるいは印刷用の誘電体層用ペーストを作製する。

バインダー成分はエチルセルロースあるいはアクリル樹脂１重量％〜２０重量％を含むターピネオールあるいはブチルカルビトールアセテートである。また、ペースト中には、必要に応じて可塑剤としてフタル酸ジオクチル、フタル酸ジブチル、リン酸トリフェニル、リン酸トリブチルを添加し、分散剤としてグリセロールモノオレート、ソルビタンセスキオレヘート、ホモゲノール（Ｋａｏコーポレーション社製品名）、アルキルアリル基のリン酸エステルなどを添加して印刷性を向上させてもよい。

次に、この誘電体層用ペーストを用い、表示電極６を覆うように前面ガラス基板３に、スクリーン印刷法または、スプレー法または、ブレードコータ法または、ダイコート法にて塗布し、乾燥させ、その後、４５０℃〜６００℃で焼成する。

（実施例）
このように形成された誘電体層８を有することで、誘電体層８に接触している透明電極４ａ、５ａの電気抵抗値の変化率が大きくなり、誘電体層８中に発生する気泡を抑制することが可能となる。そして誘電体層８の絶縁破壊を抑えることができ、高信頼性のＰＤＰを得ることができる。以下に気泡の発生を抑制する検討について述べる。

ガラス成分による透明電極４ａ、５ａの電気抵抗変化をテストするために、ガラスペーストを用いた実験試料を作製した。ガラスペーストは、ガラス粉体成分と樹脂を含む溶剤から成るバインダー成分で構成され、各種成分を、上記の誘電体層８と同様の組成となるように配合後、３本ローラーなどの分散機によって均質に混合分散して作製することが出来る。

そして上記透明電極４ａ、５ａと同様の材料、工程によってガラス基板上に透明電極を形成し、それを覆うように前記ガラスペーストをダイコート法で塗布、乾燥し、６００℃で焼成を行い、誘電体層を形成した。その後、前記ガラス成分が被覆している部分の透明電極の抵抗値を、誘電体層の焼成前後で測定し、その変化量を求めた。また、誘電体層の焼成後における誘電体層中のある一定領域での気泡の個数を測定した。

さらに、それぞれの誘電体層を有するＰＤＰを２０枚ずつ作製して加速寿命試験を行った。加速寿命試験は、放電維持電圧２００Ｖ、周波数５０ｋＨｚで４時間連続放電して行った。その後、誘電体層が破壊した（絶縁耐圧欠陥）ＰＤＰが何枚あるかを評価した。

それぞれの試料に用いられたガラスペーストのガラス粉体成分の主要成分の含有量と、実施例と比較例における電気抵抗変化と加速寿命試験の結果を表１に示す。なお、電気抵抗変化は誘電体層の焼成前の電気抵抗を１００として規格化している。また、誘電体層中の気泡の個数については比較例１の個数を１としてそれに対する相対個数で表した。

表１に示すように、いずれの試料もガラス成分中に鉛（Ｐｂ）系成分を含んでおらず、さらに実施例１、実施例２、実施例３ではいずれもＳｉＯ₂／Ｂ₂Ｏ₃が０．６以上で、酸化カルシウム（ＣａＯ）を含んでいる。一方で比較例１ではＳｉＯ₂／Ｂ₂Ｏ₃が０．６より低く、酸化カルシウム（ＣａＯ）を含んでいない。

また表１の結果より、電気抵抗変化が大きいほど、誘電体層中の気泡発生数が低下していることがわかる。そして、それぞれに対応する実施例１〜３のＰＤＰでは、気泡の発生が抑制されて加速試験後の絶縁破壊がないことがわかる。しかし、比較例１では絶縁破壊が発生していることがわかる。これは、絶縁耐圧欠陥は誘電体層に発生する気泡などの欠陥によって発生するため、絶縁破壊が発生したパネルは誘電体層の気泡の発生が多くなったものと考えられる。

ここで、透明電極の抵抗値変化と、誘電体層の絶縁破壊の現象について検証する。透明電極は４５０℃以上の高温中に曝すと、透明電極の酸素欠陥構造の一部が加熱により大気中の酸素により酸化され、ストイキオメトリーに近づき、酸素欠陥を失うことで透明電極が本来持つ電気抵抗値が３倍程度まで増加してしまう。

一方で、誘電体層中に発生する気泡は電極中や誘電体ペースト中に残存する有機物などが原因の一つと考えられ、誘電体層中の気泡を低減し絶縁信頼性を確保するためには、これら残存有機物に酸素を供給することでより良く燃焼させることが重要である。

したがって、本実施例において、誘電体層の焼成前後において、透明電極の電気抵抗値が増加する場合は、酸素が供給されることにより透明電極が酸化されており、その誘電体層は透明電極を酸化する能力すなわち酸化力が大きいこととなる。逆に、電気抵抗値が減少する場合は、酸素が奪われることで還元されていることになり、その誘電体層は透明電極を酸化する能力すなわち酸化力が小さいということになる。

ここで表１をみると、比較例１では電気抵抗変化が６０％であるのに対して、実施例１〜３では９０〜１３５％を示している。詳細な現象のメカニズムは不明であるが、実施例１〜３では、ＳｉＯ₂／Ｂ₂Ｏ₃を大きくし、さらに酸化カルシウム（ＣａＯ）を含有することでガラスの酸化力が向上し、これにより残存有機物の燃焼性が向上したためと考えられる。

なお、以上に述べた各材料組成の含有量数値は、誘電体材料では±０．５重量％程度の測定誤差が存在し、焼成後の誘電体層では±２重量％程度の測定誤差が存在する。これらの誤差を含めた数値範囲の含有量での材料組成においても、本発明と同様の効果は得られる。

以上のように本発明により、誘電体層中の気泡発生による絶縁不良を抑制し、高信頼性を確保したＰＤＰを実現することで極めて有用である。

本発明の実施の形態におけるプラズマディスプレイパネルの構造を示す斜視図 同プラズマディスプレイパネルの前面板の構成を示す断面図

符号の説明

２ 前面板
３ 前面ガラス基板
４ 走査電極
４ａ、５ａ 透明電極
４ｂ、５ｂ 金属バス電極
４ｃ、５ｃ 黒色電極
５ 維持電極
６ 表示電極
７ 遮光層（ブラックストライプ）
８ 誘電体層
９ 保護層

Claims (3)

1. ガラス基板上に透明電極と表示電極と誘電体層と保護層とが形成された前面板と、基板上に電極と隔壁と蛍光体層とが形成された背面板とを対向配置するとともに周囲を封着して放電空間を形成したプラズマディスプレイパネルであって、前記誘電体層の焼成前における前記透明電極の電気抵抗値に対して、前記誘電体層の焼成後の前記透明電極の電気抵抗値が、６０％より大きいことを特徴とするプラズマディスプレイパネル。
2. ガラス基板上に透明電極と表示電極と誘電体層とが形成された前面板と、基板上に電極と隔壁と蛍光体層とが形成された背面板とを対向配置するとともに周囲を封着して放電空間を形成したプラズマディスプレイパネルであって、前記誘電体層が、ガラス成分として酸化鉛（ＰｂＯ）を含有せず、かつ酸化硼素の（Ｂ₂Ｏ₃）に対する酸化珪素（ＳｉＯ₂）の重量％での比（ＳｉＯ₂／Ｂ₂Ｏ₃）が０．６以上であることを特徴とするプラズマディスプレイパネル。
3. 前記誘電体層が、酸化カルシウム（ＣａＯ）を１〜１０重量％含有することを特徴とする請求項２に記載のプラズマディスプレイパネル。

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