JP2010027324A - ガス放電パネルの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明によれば、希少価値の高いＸｅガスの使用量を抑えた、ガス放電パネルの製造方法を実現することができる。
【解決手段】本発明のガス放電パネルの製造方法は、対向する基板の間を排気する工程と、対向する基板の間に放電ガスを導入する工程を有するガス放電パネルの製造方法であって、排気する工程にて使用する配管または導入する工程で使用する配管内に、放電ガスとは異なる組成の不活性ガスを供給することを特徴とする。
【選択図】図８

Description

本発明は、ガス放電パネルのガスを排気する工程を有した製造方法に関する。

近年、プラズマディスプレイパネル（以下、ＰＤＰとする）に代表されるガス放電パネルは、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、例えばこのＰＤＰは、高精細化、大画面化および製造の簡便性等の点で、家庭内にも普及が進んでいる。

このＰＤＰの構造は、走査電極と維持電極とからなる表示電極を複数有する前面基板と、表示電極に対して直交する複数のデータ電極を有する背面基板とを、背面基板に形成した隔壁を挟んで対向させることで、表示電極とデータ電極との交差部に放電セルを形成し、そしてその放電セル内に蛍光体層を備えたものである。

また、放電セル内には放電ガスが封入されており、表示電極とデータ電極との間に印加する周期的な電圧によって放電を発生させ、この放電による紫外線を蛍光体層に照射することで可視光が発せられ、画像表示が行われる。

このＰＤＰの製造において、各部位を形成した前面基板および背面基板を対向配置し、周囲を封止する封着工程と、ＰＤＰ内のガスを排気する排気工程とがある。封着工程では、前面基板または背面基板の周囲に例えば低融点ガラスからなる封止部材を形成後、前面基板および背面基板を対向配置し、位置合わせをした後、周囲を金属製のクリップなどの把持部材によって把持しながら加熱することによって封止部材を軟化流動させ封着し、真空容器であるパネルを形成する。また、後の排気工程にてパネル内のガスを給排気するために、給排気穴がパネルに形成されており、この封着工程にてその給排気穴にガラス製の排気管が同じく封止部材などで接着されている。

排気工程では、まず給排気穴に取り付けたガラス製の排気管にガス給排気ヘッドが接続される。このガス給排気ヘッド部は、パネル内のガスを給排気するガス給排気部と先述した排気管とを接続している。そしてパネル全体を加熱しながらガス給排気部によってパネル内のガスを排気し、その後パネル内に放電ガスを所定の圧力まで導入して、排気管を溶断し封止を行う。

なお、この封着・排気工程は連続して行うため、ガス給排気ヘッド部と給排気穴は排気管などを介して、封着工程開始時から接続されている（特許文献１参照）。
特開２００４−３５６０３８号公報

封着・排気工程において、ガス給排気ヘッド部（以下、排気ヘッドとする）は装置の一部として位置が固定されており、一方パネルは、装置の一部として固定された支持台上に設置されている。そして、封着工程開始時の手順は以下のようになる。まず排気ヘッドに排気管が接続される。排気管が接続されると排気管の内部をパネル内部に後で導入する放電ガスで洗浄する。そして排気管の位置とパネルに形成されている給排気穴との位置を合わせて設置する。この際、排気管と給排気穴の周囲にはシール部材を設けておき、封着工程の熱履歴によって、当該シール部材を溶融し、排気管と給排気穴を気密に接続する。

この後、排気工程に移行し、パネル内のガスを加熱しながら排気する。排気後、放電ガス（例えば、Ｎｅ−Ｘｅの場合で約５３０ｈＰａ〜８００ｈＰａの圧力）の導入が排気管を通して行われる。その後、排気管を適当な部分で局部的に加熱し溶融して封じ切ることで排気管の閉塞と切断とを行う（以下、チップオフとする）。

こうして、放電ガスが放電空間内に導入される。チップオフ後、排気管の余剰部を排気ヘッドから取り出し、次接続の排気管を供給するために、一旦放電ガスを導入して大気圧まで腹圧してから排気管を取り出し、供給している。

しかし、この構成の場合、パネル内部に導入することを目的としている発光ガスを大量に大気中に放出してしまうという問題があった。本発光ガスに使用されるＸｅガスは非常に希少価値の高いもので、世界の生産量も限られたものであり、高価なものとなっている。

そこで、ガス放電パネルに供給する放電ガスとは異なる不活性ガスを供給するためのガス供給系統を排気装置に設けて、チップオフ後の余剰排気管を抜いて新しい排気管を供給する際に、前記不活性ガスを供給することを行って、放電ガスの使用効率を高めることができるが、それでも導入経路に残った放電ガスを排気してしまうしかなかった。

上記の課題を解決するため、本発明のガス放電パネルの製造方法は、対向する基板の間を排気する工程と、対向する基板の間に放電ガスを導入する工程を有するガス放電パネルの製造方法であって、排気する工程にて使用する配管または導入する工程で使用する配管内に、放電ガスとは異なる組成の不活性ガスを供給することを特徴とする。

ここで、不活性ガスを放電ガスの一成分としてもよい。そしてガス放電パネルを排気するための系統と放電ガスを導入するため系統を分離し、排気する工程において、導入するための系統の真空度を排気するための系統の真空度よりも低く維持する工程を有していてもよい。

本発明によれば、希少価値の高いＸｅガスの使用量を抑えた、ガス放電パネルの製造方法を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について、ガス放電パネルの一種であるＰＤＰを例に挙げて、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施の形態によるＰＤＰの概略構造を示す断面斜視図である。

ＰＤＰ１は、一対の前面基板２と背面基板３とが、隔壁４を挟んで対向した構造である。前面基板２は、前面ガラス基板５上に形成した複数対の走査電極６と維持電極７とからなる表示電極８と、その表示電極８を覆うように形成した誘電体層９と、さらにその誘電体層９を覆うように形成した、例えばＭｇＯによる保護層１０とを有する構造である。また、走査電極６と維持電極７は、透明電極６ａ、７ａにバス電極６ｂ、７ｂを積層した構造である。

背面基板３は、背面ガラス基板１１の主面上に形成した複数本のデータ電極１２と、そのデータ電極１２を覆うように形成した誘電体層１３と、誘電体層１３上のデータ電極１２の間に相当する位置に形成した隔壁４と、隣接する隔壁４の間に形成した蛍光体層１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂとを有する構造である。そしてこの前面基板２と背面基板３を対向配置し放電空間１５を形成して、画像表示を行う。なお、図中の矢印は画像の表示方向１６を示している。

次に本発明の実施の形態によるＰＤＰ１の製造方法について説明する。

図２は、ＰＤＰ１の製造方法を概略的に示す製造工程のフロー図である。図２において前面基板２の形成工程Ｓ１０、背面基板３の形成工程Ｓ２０およびこれらの組立工程Ｓ３０に大別される。前面基板２の形成工程Ｓ１０は、走査電極／維持電極形成工程Ｓ１１と、誘電体層形成工程Ｓ１２と、保護膜形成工程Ｓ１３とからなる。一方、背面基板形成工程Ｓ２０はデータ電極形成工程Ｓ２１と、下地誘電体層形成工程Ｓ２２と、隔壁形成工程Ｓ２３と、蛍光体層形成工程Ｓ２４とからなる。また、組立工程Ｓ３０は、封着・排気・ガス導入工程を行うパネル形成工程Ｓ３１、エージング工程Ｓ３２とＰＤＰパネル完成工程Ｓ３３の各工程とからなっており、これらの工程を経てＰＤＰ１が完成する。

以下、このパネル形成工程Ｓ３１について詳細に説明する。この工程では、前面基板２および背面基板３を対向配置して封着材によって各基板の周辺を封止する封着工程、ＰＤＰ１内のガスを排気する排気工程、放電ガスをＰＤＰ１内に導入して封止するガス導入工程が行われる。

まず、この封着工程の前段階として行う工程について図３を用いて説明する。図３はＰＤＰ１の前面基板２と背面基板３が対向配置された平面図を示す。このように、前面基板２、背面基板３いずれかの基板の周辺部に、画像表示領域１８を囲うように封止部材１７が形成され、両基板が対向配置される。そして、位置合わせをした両基板が、クリップなどの把持部材２０によってずれないように仮固定されている。封止部材１７はフリットガラス等からなり、スクリーン印刷法もしくはインジェクション法により、前述の位置に塗布される。そして樹脂成分を除去できる程度に加熱した後に、前面基板２と背面基板３が対向配置される。

そして、このＰＤＰ１内のガスを排気するために、ＰＤＰ１にはあらかじめ給排気穴１９が形成されている。またこの給排気穴１９は一般的にＰＤＰ１のコーナー部に形成されている。これは、画像表示領域１８であって隔壁４が形成されている領域には、給排気穴１９は形成できないためであり、さらに、各電極の引出部に取り付けられるフレキシブル回路基板を避ける必要があるため、必然的にコーナー部に形成されることになる。

一方で、ＰＤＰ１はテレビ等の画像表示装置として用いられるため、この額縁部、すなわちＰＤＰ１の画像表示領域１８以外の領域を極力小さくすることが求められる。結果として給排気穴１９は封止部材１７に近い位置となる。

図４は、図３の点線部、即ちＰＤＰ１の給排気穴１９の周辺部を拡大した断面図である。これは、パネル形成工程Ｓ３１で使用する装置にＰＤＰ１を設置した状態を示している。このように、給排気穴１９には排気管２１が、封着材であるタブレット２２を介して取り付けられている。タブレット２２の材料としては、例えば、低融点フリットガラス等を用いることができる。

そして、給排気穴１９の中心とタブレット２２の空孔の中心を合わせて設置する。このとき、排気管２１の一方の端部の開口部の中心と給排気穴１９の中心とが略一致するように位置決めして取り付け、それぞれの中心がずれないように別の固定治具（図示せず）で押さえて固定する。また、排気管２１の他方の端部には排気ヘッド２３が接続されている。この排気ヘッド２３は、パネル内のガスを給排気するガス給排気部と、給排気穴１９とを排気管２１等を介して接続する役目をしている。

次にパネル形成工程Ｓ３１で使用される製造装置およびフローについて説明する。図５は従来技術において、パネル形成工程Ｓ３１にて用いるＰＤＰ製造装置を示す概略構成図である。そして、図６は封着・排気・ガス導入のフロー図である。これによって封着・排気・ガス導入の各工程を一貫して行うことができる。

ＰＤＰ製造装置３１は、加熱機構３２を備えた炉体３３に、ガス給排気部である真空排気装置系３４とガス導入装置系３５を接続した構成である。また図５では、点線で囲んだ箇所が真空排気装置系３４であり、破線で囲んだ箇所がガス導入装置系３５に相当する。

真空排気装置系３４はポンプ等のバルブ３６ａ、マニホールド３７ａ、真空排気装置３８、主バルブ３９から構成され、ガス導入装置系３５はガスボンベ等のガス導入装置４０ａ、バルブ３６ｂ、マニホールド３７ａ、主バルブ３９から構成されている。そして、マニホールド３７ａと主バルブ３９は真空排気装置系３４およびガス導入装置系３５の両方で共有されている。なお図５では、給排気穴１９および排気管２１周辺部の記述は省略してある。

次に、図６のフロー図に沿って説明する。まず把持部材２０で仮固定したＰＤＰ１を、ＰＤＰの製造装置３１の炉体３３内に載置し、加熱機構３２により、封止部材１７が溶融する温度まで昇温し、その後、冷却して固化させることで、前面基板２と背面基板３を気密封着、および排気管２１と背面基板３との気密封着を行っている（Ｓ３４）。

そして再度、炉体３３内を加熱機構３２により所定の温度に加熱した上で、真空排気装置系３４によりＰＤＰ１内のガスが、排気ヘッド２３を通じて真空排気される（Ｓ３５）。このとき、真空排気装置系３４のバルブ３６ａは開き、ガス導入装置系３５のバルブ３６ｂは閉じた状態になっている。

そして真空排気後に、温度を室温近くまで降温して（Ｓ３６）、バルブ３６ａを閉じ、ガス導入装置系３５のバルブ３６ｂを開いて、所定の圧力の放電ガス（例えば、Ｎｅ−Ｘｅ混合ガスの場合、約５３０ｈＰａ〜８００ｈＰａの圧力）を導入する（Ｓ３７）。

最後に、排気管２１の所定の部分を局部的に加熱して溶融し、閉塞した部分を切断する（Ｓ３８）。こうすることで排気管２１を封じ切り、気密封止（チップオフ）する。そしてチップオフ後にＰＤＰ１を取出す（Ｓ３９）。

ここでチップオフについて図７を用いて説明する。図７は、チップオフの概略を示す図である。図７（ａ）に示すように、ガスバーナー６０のガス噴出孔６１から噴出されるガスによる火炎６３は、排気管２１の側面を加熱する。排気管２１の温度がこの加熱によって軟化点温度（約６３０℃）に達すると、排気管２１は徐々に溶融し始める。

このとき、排気管２１の内部は放電空間と同様の気圧（約５３０ｈＰａ〜８００ｈＰａ）であり外気圧（約１０１３ｈＰａ）よりも減圧されているため、図７（ｂ）に示すように、排気管２１の側面は徐々に排気管２１の内側へと吸い込まれていく。

さらにガスバーナー６０による加熱を継続すると、排気管２１の溶融した壁部同士は融合し合って閉塞する。その後、図７（ｃ）に示すように、排気管２１の閉塞した部分を切断する。こうすることで排気管２１を封じ切り、気密封止（チップオフ）する。ここでＰＤＰ１と反対側に残った部位が、排気管余剰部２１ａとなる。

そして、図６のフロー図に戻り、ＰＤＰ１を取り出した後、次のＰＤＰ１を作製するための準備に入る。まず、大気圧（約１０１．３ｋＰａ）までガスをさらに導入して（Ｓ４０）排気管余剰部２１ａを除去する（Ｓ４１）。ここで、大気圧までガスを導入するのは排気管余剰部２１ａを除去する際に大気中の不純ガスを真空排気装置系３４およびガス導入装置系３５の内部に混入することを避けるために行う。

次に、排気管２１とタブレット２２とＰＤＰ１をセットし（Ｓ４２）、排気管２１の洗浄を目的にガスを流す（Ｓ４３）。以上で一連のサイクルが完了し、再度、Ｓ４３の封着工程が行われる。

このような排気管余剰部２１ａ除去前後に行う排気系等の洗浄は非常に重要である。これを実施しない場合、真空排気装置系３４およびガス導入装置系３５の内部が大気中の不純ガスで汚染されて十分な排気能力が発揮できない場合が生じる。この結果、ＰＤＰ１内部に不純物が残存するか、あるいはガス導入の際に不純物をＰＤＰ１内部に混入させてしまうこととなり、ＰＤＰ１の画像表示時に、例えば輝度低下、色ムラ等の不具合が発生してしまう。

しかし、図５に示す従来の技術ではガス導入は１系統で形成されており、排気管余剰部２１ａ除去前のガス導入および排気管洗浄に用いるガスとしては、放電ガスを使用するしかなかった。

放電ガスは例えばＮｅ−Ｘｅの混合ガスを使用するが、上述したように、ここに含まれるＸｅガスが大気中に０．０８７ｐｐｍしか含まれない希少価値の高いものであり、世界中でも生産量に制限があり、現在需要増で入手困難な材料となっている。一方で配管径を小さくし、配管に残留する量を低減することが可能であるが、この場合ＰＤＰ１の排気能力が低下し、配管長さを短くすると炉内に高圧物を配置せざるをえないため、配管容積を減少することは困難である。このため、Ｘｅガスの使用量を抑えることが重要である。

図８は本発明の実施の形態におけるＰＤＰ１の製造装置の概略構成図である。同図において従来技術と同様の構成となる部分は同じ記号を用いて示している。

同図に示すように、本発明の実施の形態におけるＰＤＰ１の製造装置は、ＰＤＰ１を真空排気して放電ガスを導入する真空排気ガス導入装置と接続する接続部４１と、接続部４１の下流に排気装置４２と、タンク４４と、タンク４４に回収された放電ガスを加圧する増圧部４５と、加圧された放電ガスを収納する回収容器４７を有した回収部４８を備えている。そして、ガス導入装置系３５にバルブ３６ｄを設けた排出口４３およびガス導入装置４０ｂを１系統追加して構成されている。

まず、Ｓ３９においてＰＤＰ１を取り出した後、接続部４１を真空排気ガス導入装置の排出口４３と接続する。そして、バルブ３６ｄを開いて、回収部４８の排気装置４２を用いて接続部４１からの漏れがないことを確認した後に、配管内に残った放電ガスを一旦タンク４４に回収して、バルブ３６ｄを閉じる。その後、接続部４１の接続を解除して、増圧部４５で加圧増圧して回収容器４７に貯めていく。

また、Ｓ４０における排気管余剰部２１ａ除去前のガス導入の際、およびＳ４３における排気管洗浄の際に、ガス導入装置４０ｂからバルブ３６ｃを開いてガスを導入する。

なお、図８において加熱機構３２を有した炉体３３がトンネル状に形成されており、その中をＰＤＰ１および真空排気装置系３４およびガス導入装置系３５は共に移動する。一方で、回収部４８は固定されており、回収部４８の前にＳ３８のチップオフ後の状態でＰＤＰ１が到着すると、接続部４１が真空排気ガス導入装置の排出口４３と接続されることになる。

このように本発明の実施の形態においては、導入経路である配管内にも残留してしまった放電ガスを回収部４８の回収容器４７に貯めておき、再度精製して純度を向上させて使用する。

また、真空排気装置系３４およびガス導入装置系３５の内部に余分な放電ガスが充満してしまうものを、別のガス導入装置４０ｂおよびバルブ３６ｃを追加して放電ガスに含まれるＸｅガスの使用量を削減することができる。次にこの動作について説明する。

従来技術では、上述したように図６のＳ４０の工程である排気管余剰部２１ａ除去前において、バルブ３６ｂを開けてガス導入装置４０ａから放電ガスを大気圧まで充満させていた。これに対して本発明の実施の形態では、以下手順に変更している。

まず、接続部４１を連結した後に、回収部４８の排気装置４２で真空排気して接続部４１の圧力が２０秒で５０ｋＰａ以下まで下がることを近傍の圧力計（図示せず）で確認する。２０秒で５０ｋＰａ以下というのは付属する排気能力と許容リーク量の関係であり、後述する再精製時の不純物混入量規定以下になるようにすればいい。

次に、バルブ３６ｄを開けて配管内に残留していた放電ガスを後部に設置してあるタンク４４に排気し、排気し終わるとバルブ３６ｄを閉じて接続部４１の接続を解除する。増圧部４５はタンク４４に貯められた放電ガスの圧力を上昇させて回収容器４７内へ詰め込む。配管内は真空に保たれており、このまま排気管余剰部を除去してしまうと大気中のコンタミが配管内に混入してしまうので、バルブ３６ｃを開けてガス導入装置４０ｂから不活性ガスを大気圧まで充満させる。

さらに、Ｓ４３の配管洗浄の際、従来技術ではバルブ３６ｂ、３９を開いてガス導入装置４０ａから放電ガスを一定時間（ここでは約３０秒間）流していたが、本発明の実施の形態では、バルブ３６ｃ、３９を開いてガス導入装置４０ｂから不活性ガスを流す。これによって、さらに放電ガスの使用量を押さえることができる。

本発明の効果である使用する放電ガスの削減量は、回収された放電ガスが１００％再精製できるとして、放電パネル内へ導入する放電ガス以外に大気放出していた約４Ｌおよび配管洗浄量分約０．５Ｌで、合わせて約４．５Ｌ相当が実現できている。ただし、これは配管容積に依存する。

なお、この代替ガスである不活性ガスとしてはＮ₂、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｃｒ、Ｘｅ、Ｒｎ、さまざまなものが使用できる。ＰＤＰ１では放電ガスとしてＮｅ−Ｘｅの混合ガスを使用することが大半であり、希少価値の高いＸｅの使用量を削減するためにはＸｅは避けて、他の材料を選択すべきである。

本発明の実施の形態では当該不活性ガスとしてＮｅを使用した。Ｎｅは安価であると同時に、ＰＤＰ１に混入したとしても、Ｎｅは放電ガスの構成材料の一成分であることから、発光特性に与える影響を排除することができる。

また、本発明の実施の形態における製造装置において、バルブ３６ｃ等の不具合によって不活性ガスがＰＤＰ１内に流入することを防止して、以下の施策を取り入れている。

まず、第１にマニホールド３７ａの一部に真空圧力計４６を設け、管内の真空度がある基準を満たすようにしている。具体的には、バルブ３６ａだけ開けてバルブ３６ｂ、３６ｃおよび主バルブ３９を閉じた状態において、真空排気装置３８で管内の排気を行い、真空圧力計４６の圧力が１．０×１０^-5Ｐａ以下になることを確認する。これによって、たとえバルブ３６ｃがリークし、ＰＤＰ１に不活性ガスが流入したとしても、上記真空度以下であれば、ＰＤＰ１の画像表示品質を維持することができる。

また、第２にガス導入装置４０ａの圧力よりガス導入装置４０ｂの圧力を低く設定している。これによって、ＰＤＰ１内へ放電ガスを導入する際に、バルブ３６ｃがリークしても優先的にガス導入装置４０ａの放電ガスがパネル内部へ導入されるようになる。

そして、第３にガス導入系統専用のマニホールド３７ｂと排気系統専用のマニホールド３７ａを分離して、マニホールド３７ａとガス回収用の接続部４１とを接続できるように構成している。これによって、ＰＤＰ１内に放電ガスを導入する際、バルブ３６ｄがリークしても、放電ガス以外の不純物が放電ガスパネル内に混入することを防止することができる。

このような本発明の実施の形態によって作製したＰＤＰ１では、適正な放電ガスが規定通り導入されて、発光ムラ、輝度低下、などの問題が発生しておらず、また、放電ガスの使用量も大幅に削減できて本発明の効果が発揮されたことを確認した。

このように、本発明のＰＤＰなどのガス放電パネルの製造方法は、ガス放電パネルに充填できずに配管内を不活性ガスで洗浄することを特徴としている。

この製造装置及び製造方法を有することで、適正な放電ガスが規定通り導入し、発光ムラ、輝度低下、などの問題が発生せず、また、放電ガスの使用量も大幅に削減できる。

以上のように本発明は、ガス放電パネル製造の放電ガスの使用効率を向上させる製造装置及び製造方法を提供し得る発明として、産業上有用である。

本発明の実施の形態によるプラズマディスプレイパネルの一部を示す断面斜視図 同パネルの製造方法を概略的に示す製造工程のフロー図 同パネルの封着・排気時における把持部材の取り付け状態を示す平面図 同パネルの給排気穴に排気管を取り付けた状態を示す断面図 プラズマディスプレイパネル製造装置の構成を示す概略図 プラズマディスプレイパネルの封着・排気工程のフロー図 プラズマディスプレイパネルの封着・排気工程のチップオフの状態を示す断面図 本発明の実施の形態によるプラズマディスプレイパネルの製造装置の構成を示す概略図

符号の説明

１ プラズマディスプレイパネル
１９ 給排気穴
２１ 排気管
２１ａ 排気管余剰部
２２ タブレット
２３ 排気ヘッド
３１ ＰＤＰ製造装置
３２ 加熱機構
３３ 炉体
３４ 真空排気装置系
３５ ガス導入装置系
３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ、３６ｅ バルブ
３７ａ、３７ｂ マニホールド
３８ 真空排気装置
３９ 主バルブ
４０ａ、４０ｂ ガス導入装置
４１ 接続部
４２ 排気装置
４３ 排出口
４４ タンク
４５ 増圧部
４６ 真空圧力計
４７ 回収容器
４８ 回収部

Claims (3)

1. 対向する基板の間を排気する工程と、前記対向する基板の間に放電ガスを導入する工程を有するガス放電パネルの製造方法であって、前記排気する工程にて使用する配管または前記導入する工程で使用する配管内に、前記放電ガスとは異なる組成の不活性ガスを供給することを特徴とするガス放電パネルの製造方法。
2. 前記不活性ガスを前記放電ガスの一成分としたことを特徴とする請求項１記載のガス放電パネルの製造方法。
3. 前記ガス放電パネルを排気するための系統と前記放電ガスを導入するため系統を分離し、前記排気する工程において、前記導入するための系統の真空度を前記排気するための系統の真空度よりも低く維持する工程を有することを特徴とする請求項１記載のガス放電パネルの製造方法。

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