JP2009277517A - プラズマディスプレイパネル - Google Patents

Abstract

【課題】本発明によれば実質的に鉛成分を含まない材料によって構成されながら、長寿命で生産性の高いプラズマディスプレイパネルを提供することを可能とする。
【解決手段】本発明のプラズマディスプレイパネルは、複数の表示電極を配置した前面基板と、表示電極に交差するようにアドレス電極を配置しアドレス電極上に絶縁体層を配置した背面基板との間に、放電空間が形成されるように対向配置したプラズマディスプレイパネルであって、背面基板側の絶縁体層の空隙率と、放電空間側の絶縁体層の空隙率よりも小さいことを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は表示デバイスとして知られるプラズマディスプレイパネルに関するものである。

近年、双方向情報端末として大画面、壁掛けテレビへの期待が高まっており、そのための表示デバイスとして、液晶表示パネル、フィールドエミッションディスプレイ、エレクトロルミネッセンスディスプレイなどの数多くのものがある。これらの表示デバイスの中でもプラズマディスプレイパネル（以下、ＰＤＰとする）は、自発光型で美しい画像表示ができ、大画面化が容易であるなどの理由から、視認性に優れた薄型表示デバイスとして注目されており、高精細化および大画面化に向けた開発が進められている。

ＰＤＰは表示電極、誘電体層、ＭｇＯによる保護層などの構成物を形成した前面板と、電極、隔壁、絶縁体層、蛍光体層などの構成物を形成した背面板とを、内部にＲ・Ｇ・Ｂそれぞれの微小な放電セル（以下、単にセルとする）を形成するように対向配置されるとともに、周囲を封着部材により封止されている。そして、そのセルにネオン（Ｎｅ）およびキセノン（Ｘｅ）などを混合してなる放電ガスを例えば６６５００Ｐａ（約５００Ｔｏｒｒ）程度の圧力で封入している。

元来ＰＤＰは自発光型であるため各セルは非常に高い視野角を有するが、高精細化・大画面化に伴い全領域で均一なパネル特性が求められるため、材料物性・構造形成プロセスに対して対策が様々に施される。例えば、放電空間並びに蛍光体形状を定義して、同箇所に２回の塗布プロセスを用いてその構造を実現する方法を見出し、視野角の変化に対して蛍光体からの均一な発光を得る方法等が開示されている。

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１、特許文献２が知られている。
特開２０００−２０８０５７号公報 特開２００６−０４０７９４号公報

ところで近年の環境問題への関心の高揚に伴い、構成成分に実質的に鉛を含まない技術が開発されている。ＰＤＰの背面板の絶縁体層に関しても、これまで鉛を構成成分に含む材料が用いられてきたが、近年は実質的に鉛を含まない材料に代替する技術が確立されてきている。

しかし、鉛を含まない絶縁体層を用いた場合、ＰＤＰを点灯させる時間が長引くにつれ放電のために必要な電圧が徐々に高くなり、ついには回路で設定された電圧では点灯できないという状態になるという課題が生じることが明らかになった。この現象はＰＤＰの寿命を決定するものであるため、この課題を解決することは、ＰＤＰの寿命を延ばすという意味で極めて重要である。

本発明はこのような現状に鑑みなされたもので、長寿命で生産性の高いＰＤＰを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために本発明のＰＤＰは、複数の表示電極を配置した前面基板と、表示電極に交差するようにアドレス電極を配置しアドレス電極上に絶縁体層を配置した背面基板との間に、放電空間が形成されるように対向配置したＰＤＰであって、背面基板側の絶縁体層の空隙率と、放電空間側の絶縁体層の空隙率よりも小さいことを特徴とする。ここで絶縁体層の層厚ｄに対して、背面基板側の絶縁体層の層厚０．５ｄでの空隙率の平均値が、放電空間側の絶縁体層の層厚０．５ｄでの空隙率の平均値より小さくてもよい。さらに絶縁体層に実質的に鉛が含まれていなくても良い。

このように本発明によれば、実質的に鉛成分を含まない材料によって構成されたＰＤＰでありながら、長寿命で生産性の高いＰＤＰを提供することを可能とする。

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）
図１から図２により、本実施の形態におけるＰＤＰの構成および特徴について説明する。まず、図１から図２により本発明のＰＤＰの主要構成について説明する。図１は、本発明の実施の形態におけるＰＤＰの概略構成を示す断面斜視図、図２は同ＰＤＰの背面板の構成を示す斜視図である。

図１において、ＰＤＰ１０は、前面板２０と背面板３０とから構成され、前面板２０と背面板３０とは放電空間４０を形成するように対向配置されている。前面板２０は、フロート法により形成された硼珪素ナトリウム系ガラスなどの前面基板２１上に、走査電極２２と維持電極２３とで対をなすストライプ状の複数の表示電極２４が形成されている。また、隣接する表示電極２４の間には、光遮蔽部となるブラックストライプ２５が形成されている。また、表示電極２４とブラックストライプ２５とを覆って誘電体層２６が形成され、さらに誘電体層２６を覆って酸化マグネシウム（ＭｇＯ）からなる保護層２７が形成されている。

一方、背面板３０は、背面基板３１上に、前面板２０の表示電極２４と直交する方向にアドレス電極３２が形成され、アドレス電極３２を覆って絶縁体層３３が設けられている。また、絶縁体層３３上には、例えばストライプ状、井桁状の隔壁３４が設けられ、隔壁３４の側面と絶縁体層３３の表面には蛍光体層３５が設けられている。蛍光体層３５は隣接する隔壁３４によって仕切られた放電空間４０に、それぞれ赤色に発光する赤色蛍光体層３５Ｒ、緑色に発光する緑色蛍光体層３５Ｇ、青色に発光する青色蛍光体層３５Ｂが順に形成されている。

図２は本発明の実施形態における同ＰＤＰの背面板の構成を示す斜視図である。図２に示すように、ＰＤＰの隔壁３４は、表示電極２４と平行な横隔壁３４ｂと横隔壁３４ｂに直交する縦隔壁３４ａとにより井桁状に形成されており、縦隔壁３４ａは横隔壁３４ｂの高さよりも若干高くなるように形成される。本発明ではこの他に面一の井桁形状にも適応できるものである。また横隔壁３４ｂを除いたストライプ状の隔壁にも適応できるものである。

前面板２０に設けられた表示電極２４を構成する走査電極２２および維持電極２３は、それぞれ透明電極、およびバス電極により構成されている。バス電極はＣｒ／Ｃｕ／ＣｒまたはＡｇなどの材料からなり、それぞれ透明電極に電気的に接続されている。

以上の前面板２０と背面板３０とを、表示電極２４とアドレス電極３２とが直交し内部に微小な放電空間４０を形成するように隔壁３４を挟んで対向配置して、周囲を封着部材により封止する。その後、放電空間４０に、ＮｅおよびＸｅなどを混合した放電ガスを６６５００Ｐａ（５００Ｔｏｒｒ）程度の圧力で封入してＰＤＰを完成させ、表示電極２４に映像信号電圧を選択的に印加することによって放電ガスを放電させ、それによって発生した紫外線が各色の蛍光体層３５を励起して、赤色、緑色、青色の各色を発光させることによりカラー画像を表示する。

（ＰＤＰの製造方法について）
次に、ＰＤＰ１０の背面板３０の製造方法について説明する。まず背面基板３１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３２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３２を形成する。次に、アドレス電極３２が形成された背面基板３１上にダイコート法などによりアドレス電極３２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絶縁体層３３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および溶剤を含んだ塗料である。絶縁体層３３の組成等については後に詳細に説明する。

次に、絶縁体層３３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３４を形成する。ここで、絶縁体層３３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３４間の絶縁体層３３上および隔壁３４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３５が形成される。以上の工程により、背面基板３１上に所定の構成部材を有する背面板３０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２０と背面板３０とを走査電極２２とアドレス電極３２とが直交するように対向配置して、その周囲をガラスフリットで封着し、放電空間４０にＮｅ、Ｘｅなどを含む放電ガスを封入することによりＰＤＰ１０が完成する。

（本発明の実施の形態における絶縁体層について）
以下、本発明の実施の形態における絶縁体層３３について具体的に説明する。絶縁体層３３は、図１に示すように背面基板３１とアドレス電極３２の上に塗布される。塗布にはダイコート法を用いており、ペーストを塗布した後、乾燥工程、焼成工程を経て形成される。

先に述べたように、従来技術においてはＰＤＰ１０を点灯させる時間が長引くにつれ放電のために必要な電圧が徐々に高くなり、ついには回路で設定された電圧では点灯できないという状態になるという課題があった。

これに対し発明者等は、背面基板３１側の絶縁体層３３の空隙率と、放電空間４０側の絶縁体層３３の空隙率よりも小さくすることで、上記課題を解決することを見出した。具体的には絶縁体層３３の層厚ｄに対して、背面基板３１側の絶縁体層３３の層厚０．５ｄでの空隙率の平均値が、放電空間４０側の絶縁体層３３の層厚０．５ｄでの空隙率の平均値より小さくしている。

ここで空隙率とは、絶縁体層３３の中で絶縁体層３３が存在していない部分の体積の割合であって、以下の方法で測定される。
（１）背面板３０を割断し、絶縁体層３３の断面が露出したサンプルを切り出す
（２）絶縁体層３３を二次電子走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて撮像する
（３）撮像された誘電体断面の画像から、空隙率を算出する
また誘電体の断面は、ＳＥＭ撮像時のコントラストを上げ、かつ割断時の割れ具合による測定ばらつきを防止するため、空隙部や周辺を樹脂でコートすることが望ましい。本測定は、日立製作所製走査型電子顕微鏡Ｓ−３０００を用いて行った。算出に用いた撮像は反射電子計測モードで、加速電圧１５ｋＶ、ワークディスタンス１５ｍｍにて行った。

また、本発明の実施の形態においては、ＰＤＰ１０の点灯必要電圧値の上昇度合いを点灯部染み出し量として見積もった。ここで点灯部染み出し量は次のようにして測定する。
（１）ＰＤＰ画像表示領域のある領域のみを常時白色点灯し、その他の領域を常時非点灯の状態とし、その状態で１００時間経過させる
（２）常時白色点灯している領域の周辺部、すなわち本来常時非点灯の領域にて発光する現象が観測される
（３）上記常時非点灯部の発光している領域の幅を測定し、これを点灯部染み出し量とする
これはＰＤＰ１０の経時変化により点灯電圧値が変化した状態を示すものであり、電圧上昇によるＰＤＰ１０の寿命を予測する指標として用いられる。

図３は絶縁体層３３の空隙率と点灯部染み出し量との関係を示した図である。このように、背面板３０における絶縁体層３３の背面ガラス基板３１側から厚み０〜５０％の深さの空隙率の平均値が１５％を超えると、点灯部染み出し量が増大することがわかる。本発明の実施の形態において、ＰＤＰ１０の寿命を十分達成しうるのは点灯部染み出し量が１０ｍｍ以下であった。つまりＰＤＰ１０の寿命を確保するには、絶縁体層３３の空隙率は１５％以下である必要がある。

一方で絶縁体層３３の空隙率を低下させた場合、他の不具合が生じることが明らかになった。つまり発明者等は、空隙率を低下させた場合、蛍光体層３５を形成する際の蛍光体ペーストの塗布マージン量が悪化することを見出した。

ここで塗布マージン量とは、背面板３０に蛍光体ペーストを塗布する際に、正常に塗布することが可能な塗布厚み適正値の幅である。例えば塗布厚みが適正値より小さいと、蛍光体層３５がその箇所において抜けてしまい、放電しない放電セルもしくは輝度が低い放電セルが存在し不良となる。一方適正値より大きいと、蛍光体ペーストが隔壁３４を超えて隣接放電セルに溢れ、放電セル間の混色や蛍光体膜厚が大きくばらつくことになり、同様に不良となる。

つまり、ある程度以上の塗布マージン量がないと、蛍光体塗布不良によってＰＤＰの歩留まりが低下することとなる。すなわち蛍光体塗布不良を生じさせない適正値の幅が大きい背面板が望ましい。

図４は、絶縁体層３３の空隙率と蛍光体塗布マージン量との関係を示した図である。このように、絶縁体層３３の背面ガラス基板３１側から厚み０〜５０％の深さの空隙率の平均値が低下するに伴い塗布マージン量も低下することがわかる。本発明の実施の形態において、ＰＤＰ１０の蛍光体塗布不良発生率を許容できる範囲は塗布マージン量１０μｍ以上であった。つまりＰＤＰ１０の製造歩留まりを確保するためには、絶縁体層３３の背面ガラス基板３１側から厚み０〜５０％の深さの空隙率は５％以上であることが必要である。

以上のように、背面板３０における絶縁体層３３の背面ガラス基板３１側から厚み０〜５０％の深さの空隙率の平均値を５〜１５％の範囲とすることが、ＰＤＰの寿命を確保し、かつ蛍光体塗布不良による歩留まりを低下させないための、絶縁体層３３に求められる要件となる。

また発明者等は、先に述べた従来技術の課題に対し、背面板３０における絶縁体層３３の表面粗さ（Ｒａ）が大きく影響していることを見出した。具体的には絶縁体層３３の表面粗さ（Ｒａ）を０．５〜０．７５μｍの範囲とすることで、上記課題を解決することを見出した。

本発明の実施の形態において、表面粗さ（Ｒａ）は中心線平均粗さとしてＪＩＳ−２００１に準拠して計測した。また測定においては、東京精密製接触式表面粗さ計ｈａｎｄｙｓｕｒｆ：Ｅ−３５Ａ（カットオフ値＝０．８ｍｍ，評価長さ４ｍｍ）を用いて行った。そして空隙率と同様に、点灯部染み出し量および蛍光体塗布マージン量との関係を検討した。その結果を図５、図６に示す。

図５に示すように、背面板３０における絶縁体層３３の表面粗さが大きくなるに伴い、点灯部染み出し量が増大することがわかる。点灯部染み出し量を１０ｍｍ以下とするためには、絶縁体層３３の表面粗さ（Ｒａ）が０．７５μｍ以下であることが必要であった。

一方図６に示すように、背面板３０における絶縁体層３３の表面粗さ（Ｒａ）が大きくなるに伴い、蛍光体塗布マージン量も確保できることがわかる。蛍光体塗布マージン量が１０μｍ以上であるためには、絶縁体層３３の表面粗さ（Ｒａ）が０．５μｍ以上であることが必要であった。

以上より、背面板３０における絶縁体層３３の表面粗さ（Ｒａ）を０．５〜０．７５μｍの範囲とすることが、ＰＤＰ１０の寿命を確保し、かつ蛍光体塗布不良による歩留まりを低下させないための、絶縁体層３３に求められる要件となる。

また発明者等は、先に述べた従来技術の課題に対し、背面板３０における絶縁体層３３の反射率が大きく影響していることを見出した。具体的には絶縁体層３３の反射率を５０〜６７％の範囲とすることで、上記課題を解決することを見出した。

ここで反射率は、波長５５０ｎｍに対する全反射率としてＪＩＳ−Ｒ−３１０６に準拠して計測した。また、測定はＭＩＮＯＬＴＡ：Ｓｐｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｅｒ：ＣＭ−３６００ｄを用いた。

図７は絶縁体層３３の反射率と点灯部染み出し量との関係を示した図である。このように、背面板３０における絶縁体層３３の反射率が６７％を超えると、点灯部染み出し量が増大することがわかる。本発明の実施の形態において、ＰＤＰ１０の寿命を十分達成しうるのは点灯部染み出し量が１０ｍｍ以下であった。つまりＰＤＰ１０の寿命を確保するには、絶縁体層３３の反射率は６７％以下である必要がある。

一方で絶縁体層３３の反射率を低下させた場合、他の不具合が生じることが明らかになっている。つまり反射率を低下させた場合、絶縁体層における蛍光体発光の吸収の影響が大きくなるためＰＤＰの発光輝度が低下し、ＰＤＰの品質を低下させる。反射率が５０％を下回ると輝度低下の影響が大きくなる。

以上のように、背面板３０における絶縁体層３３の反射率を５０〜６７％の範囲とすることが、ＰＤＰの寿命を確保し、かつ輝度低下による品質低下を起こさないための、絶縁体層３３に求められる要件となる。

（本発明の実施の形態における絶縁体層の作成方法について）
次に本発明の実施の形態における絶縁体層の作成方法について説明する。まず絶縁体ペーストは、ガラス成分１０％〜５０％、フィラー１０％〜５０％、バインダ１０％〜２０％、溶剤２０％〜３０％の配合比のものを数種類用いて検討し、以下の結果を確認した。

上記のように絶縁体層３３の層厚に対して空隙率を変化させるためには、ガラス成分の軟化点をある範囲にすることが有効であった。具体的には、ガラス成分の軟化点を５６０℃〜５８０℃とすることで、本課題を解決するような良好な結果が得られた。

従来技術で用いられる絶縁体層のガラス成分の軟化点は５４０℃前後である。これに対して本発明の実施の形態では当該軟化点を従来技術よりも高くしている。特に軟化点が５６０℃〜５６５℃が有効であった。

さらに本発明の実施の形態では、絶縁体ペーストにおけるフィラーとガラス成分の比率を制御している。従来技術で用いられる絶縁体層では、ガラス成分３０％〜４５％、フィラー１５％〜２０％であるのが一般的であるのに対し、本発明の実施の形態では、ガラス成分１５％〜３０％、フィラー３０％〜４５％としている。これによって本課題を解決するような良好な結果が得られた。さらに望ましくは、ガラス成分１７％〜２７％、フィラー３０％〜４３％であった。

以上のように絶縁体層３３を形成することによって、絶縁体層の層厚ｄに対して、背面基板側の絶縁体層の層厚０．５ｄでの空隙率の平均値が、放電空間側の絶縁体層の層厚０．５ｄでの空隙率の平均値より小さくなることが確認された。

また、絶縁体層３３を複数層に積層構造とすることによっても同様の効果が得られる。つまり、組成の異なる絶縁体ペーストを複数種類用意し、それらを積層して絶縁体層３３を作製する。例えば、背面基板３１に塗布する１層目の誘電体ペーストを、ガラス成分２５％〜３５％、フィラー２５％〜３５％、バインダ１０％〜２０％、溶剤２０％〜３０％の配合比のものとし、その上に塗布する２層目の誘電体ペーストを、ガラス成分１５％〜２０％、フィラー４５％〜５０％、バインダ１０％〜２０％、溶剤２０％〜３０％の配合比のものとし、１層目と２層目の膜厚を同程度に合わせて絶縁体層３３を形成する。これによっても、本課題を解決するような良好な結果が得られた。

以上のように本発明のＰＤＰは、複数の表示電極を配置した前面基板と、表示電極に交差するようにアドレス電極を配置しアドレス電極上に絶縁体層を配置した背面基板との間に、放電空間が形成されるように対向配置したＰＤＰであって、背面基板側の絶縁体層の空隙率と、放電空間側の絶縁体層の空隙率よりも小さいことを特徴とする。そして絶縁体層の層厚ｄに対して、背面基板側の絶縁体層の層厚０．５ｄでの空隙率の平均値が、放電空間側の絶縁体層の層厚０．５ｄでの空隙率の平均値より小さくてもよい。さらに絶縁体層に実質的に鉛が含まれていなくてもよい。

このような絶縁体層およびそれを有するＰＤＰとすることで、画像表示品位の寿命を確保しつつ、蛍光体塗布不良による歩留まりを低下させないＰＤＰを抵抗することができる。

本発明のＰＤＰによれば、実質的に鉛成分を含まない材料によって構成されたＰＤＰでありながら、長寿命で生産性の高いＰＤＰを提供することを可能とする点で有用である。

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概略構成を示す断面斜視図 同パネルの背面板の構成を示す斜視図 同パネルの空隙率に対する点灯部染み出し量の関係を示す図 同パネルの空隙率に対する塗布マージン量の関係を示す図 同パネルのＲａに対する点灯部染み出し量の関係を示す図 同パネルのＲａに対する塗布マージン量の関係を示す図 同パネルの反射率と点灯部染み出し量の関係を示す図

符号の説明

１０ プラズマディスプレイパネル
３０ 背面板
３１ 背面ガラス基板
３２ アドレス電極
３３ 絶縁体層
３４ 隔壁
３５ 蛍光体層

Claims (3)

1. 複数の表示電極を配置した前面基板と、前記表示電極に交差するようにアドレス電極を配置し前記アドレス電極上に絶縁体層を配置した背面基板との間に、放電空間が形成されるように対向配置したプラズマディスプレイパネルであって、前記背面基板側の前記絶縁体層の空隙率と、前記放電空間側の前記絶縁体層の空隙率よりも小さいことを特徴とするプラズマディスプレイパネル。
2. 前記絶縁体層の層厚ｄに対して、前記背面基板側の前記絶縁体層の層厚０．５ｄでの空隙率の平均値が、前記放電空間側の前記絶縁体層の層厚０．５ｄでの空隙率の平均値より小さいことを特徴とする請求項１記載のプラズマディスプレイパネル。
3. 前記絶縁体層に実質的に鉛が含まれていないことを特徴とする請求項１または請求項２記載のプラズマディスプレイパネル。

Images