JP2011014482A - プラズマディスプレイパネル - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、高いガラス基板強度と高い透過率特性を両立し、かつ環境問題に配慮したＰＤＰを実現することを目的としている。
【解決手段】上記目的を達成するために、本発明のプラズマディスプレイパネルは、一方の基板上に表示電極と誘電体層とが形成されたプラズマディスプレイパネルであって、前記前面板の前記誘電体層が、Ｂｉ₂Ｏ₃、Ｋ₂Ｏ、Ｌｉ₂Ｏ、Ｎａ₂ＯおよびＢ₂Ｏ₃を含有することを特徴とする。ここで誘電体層は、Ｂ₂Ｏ₃の重量％で表現される含有量が、２０％以上３５％以下であってもよい。また誘電体層は、ＣａＯを含まないことが望ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は、表示デバイスなどに用いるプラズマディスプレイパネルに関する。

プラズマディスプレイパネル（以下、ＰＤＰと呼ぶ）は、高精細化、大画面化の実現が可能であることから、１００インチクラスのテレビなどが製品化されている。近年、ＰＤＰは従来のＮＴＳＣ方式に比べて走査線数が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とともに、環境問題に配慮して鉛成分を含まないＰＤＰも製品化されている。

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バス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。

表示電極のバス電極には導電性を確保するための銀電極が用いられ、誘電体層としては酸化鉛を主成分とする低融点ガラスが用いられているが、近年の環境問題への配慮から誘電体層として鉛成分を含まない例が開示されている（例えば、特許文献１など参照）。

特開２００３−１２８４３０号公報

近年、ＰＤＰにおける信頼性評価が細分化されている。信頼性において高いガラス基板強度を有する、高い透過率特性を有するなどが要求事項として挙げられる。

本発明は、高いガラス基板強度と高い透過率特性を両立し、かつ環境問題に配慮したＰＤＰを実現することを目的としている。

上記の課題を解決するために、本発明のＰＤＰは、一方の基板上に表示電極と誘電体層とが形成されたＰＤＰであって、誘電体層が、Ｂｉ₂Ｏ₃、Ｋ₂Ｏ、Ｌｉ₂Ｏ、Ｎａ₂ＯおよびＢ₂Ｏ₃を含有することを特徴とする。ここで誘電体層は、Ｂ₂Ｏ₃の重量％で表現される含有量が、２０％以上３５％以下であってもよい。また誘電体層は、ＣａＯを含まないことが望ましい。

以上のように、本発明によれば高いガラス基板強度と高い透過率特性を両立し、かつ環境問題に配慮したＰＤＰを実現することができる。

本発明の実施の形態におけるＰＤＰの構造を示す斜視図 同ＰＤＰの前面板の構成を示す断面図

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は本発明の実施の形態におけるＰＤＰの構造を示す斜視図である。ＰＤＰの基本構造は、一般的な交流面放電型ＰＤＰと同様である。図１に示すように、ＰＤＰ１は前面ガラス基板３などよりなる前面板２と、背面ガラス基板１１などよりなる背面板１０と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ている。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の圧力で封入されている。

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とブラックストライプ（遮光層）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。

図２は、本発明の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とブラックストライプ７がパターン形成されている。走査電極４と維持電極５はそれぞれインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）や酸化スズ（ＳｎＯ）などからなる透明電極４ａ、５ａと、透明電極４ａ、５ａ上に形成された金属バス電極４ｂ、５ｂとにより構成されている。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、銀（Ａｇ）材料を主成分とする導電性材料によって形成されている。

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とブラックストライプ７を覆って設けられ、誘電体層８上に保護層９を形成している。

次に、ＰＤＰ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（Ａｇ）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、遮光層７も同様に、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。

次に、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。その後、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。前述したように、誘電体層は、高耐電圧を要求されるが、一方で高光透過率を有することを要求される。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。

従来、このような誘電体層を形成する方法として、ガラス粉体成分と樹脂を含む溶剤、可塑剤、分散剤などから成るバインダ成分で構成されたペーストをスクリーン印刷法やダイコート法などを用いて、電極を形成した前面ガラス基板上に塗布し、乾燥後４５０℃から６００℃程度で焼成する方法や、前記ペーストをフィルム上に塗布、乾燥して、電極を形成した前面板に転写し、４５０℃から６００℃程度で焼成する方法が知られている。

これまでは、前記４５０℃から６００℃程度での焼成を可能にするために、誘電体層に含まれるガラス成分には２０重量％以上の酸化鉛が含まれていたが、近年、環境への配慮のため、ガラス中に酸化鉛を含有せず、０．５から４０重量％程度のＢｉ₂Ｏ₃を含有している。

また本発明の実施の形態では、誘電体層８のガラス材料としては、Ｂｉ₂Ｏ₃、Ｋ₂Ｏ、Ｌｉ₂Ｏ、Ｎａ₂ＯおよびＢ₂Ｏ₃を含有することを特徴とする。ここで誘電体層８は、Ｂ₂Ｏ₃の重量％で表現される含有量が、２０％以上３５％以下であることが望ましく、また誘電体層は、ＣａＯを含まないことが望ましい。

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〜３．０μｍ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５０重量％〜６５重量％と、バインダ成分３５重量％〜５０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にダイコート法あるいはスクリーン印刷法で印刷して乾燥させ、その後、誘電体材料の軟化点より少し高い温度の５７５℃〜５９０℃で焼成する。

なお、誘電体層８の膜厚が小さいほどパネル輝度の向上と放電電圧を低減するという効果は顕著になるので、絶縁耐圧が低下しない範囲内であればできるだけ膜厚を小さく設定するのが望ましい。このような条件と可視光透過率の観点から、本発明の実施の形態では、誘電体層８の膜厚を４１μｍ以下に設定している。

本発明の実施の形態ではこのような上記の構成を有することで、高精細表示でも、高輝度、高信頼性を確保し、さらに環境問題に配慮したＰＤＰを実現することができる。

本発明の実施の形態において、誘電体層８を上記の構成とする理由は以下の通りである。従来の誘電体層の材料としてＣａＯを添加している場合がある。しかしながらＣａＯは自身の結晶構造が大きいために誘電体ガラスの透過率の低下を招く。これに対して本発明の実施形態では、誘電体層８はＢ₂Ｏ₃を含有しているため、誘電体ガラス中のＣａＯをＢ₂Ｏ₃に置換することで誘電体ガラスの透過率の向上が見込める。

さらに本発明の実施形態のようにＢ₂Ｏ₃の重量％で表現される含有量が２０％以上、かつＣａＯを含まないことで高い透過率を有する誘電体層が得られる。ただし、Ｂ₂Ｏ₃の重量％で表現される含有量が３０％を越えると誘電体ガラスの軟化点が高くなり焼成温度が高くなってしまい好ましくない。

また、誘電体層８の材料としては、Ｋ₂Ｏ、Ｌｉ₂ＯおよびＮａ₂Ｏを含有している。Ｋ₂Ｏ、Ｌｉ₂ＯおよびＮａ₂Ｏは、ガラス材料の軟化点を下げる手段としては有効であるが、その弊害として、誘電体層８と接する箇所に歪みを生じる。この歪み量は、いわゆる素ガラスとなる前面ガラス基板３部、透明電極４ａ、５ａ部で異なるため、結果的に前面ガラス基板３全体に歪みの分布が発生する。この歪みの分布はガラス基板の強度を下げる原因となっている。

これに対し、本発明の実施形態では、Ｋ₂Ｏ、Ｌｉ₂ＯおよびＮａ₂Ｏの重量％で表現される含有量の合計が３％以上１０％以下とし、さらに、Ｋ₂Ｏ、Ｌｉ₂ＯおよびＮａ₂Ｏの重量％で表現される含有量の合計のうち、Ｋ₂Ｏの重量％で表現される含有量の割合が、７０％以上９０％以下としている。これによって、前面ガラス基板３面内全体に発生する歪みの分布を小さくすることができ、ＰＤＰ強度を高くする効果が期待できる。上記範囲外では、透明電極４ａ、５ａ部、素ガラスとなる前面ガラス基板３部で、誘電体層８において引張応力が発生するか、あるいは、透明電極４ａ、５ａ部、素ガラスとなる前面ガラス基板３部における応力歪みの差が大きくなり、前面ガラス基板３全体に反りが発生するために好ましくない。

（実施例）
本発明の実施の形態におけるＰＤＰとして、放電セルとして４２インチクラスのハイビジョンテレビに適合するように、隔壁の高さを０．１５ｍｍ、隔壁の間隔（セルピッチ）を０．１５ｍｍ、表示電極の電極間距離を０．０６ｍｍとし、Ｘｅの含有量が１５体積％のＮｅ−Ｘｅ系の混合ガスを封入圧６０ｋＰａに封入したＰＤＰを作製してその性能を評価した。

表１に示す材料組成の誘電体ガラスを作製し、これらの誘電体ガラスから構成される誘電体層を含むＰＤＰを作製し、以下の項目について評価を行った。ここで、表１内に示した材料組成の項目である「その他」とは、酸化硼素（Ｂ₂Ｏ₃）、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、酸化ビスマス（Ｂｉ₂Ｏ₃）など、鉛成分を含まない材料組成であり、これら材料組成の含有量は特に限定はなく、従来技術程度の材料組成の含有量範囲である。

本発明の実施形態の効果を検討するため、前面板２の透過率をヘイズメーターによって測定した。測定については、前面ガラス基板３の透過率と走査電極４等のほかの部位の影響を差し引いて、誘電体層８の実際の透過率とし、その直線成分である直線透過率を用いて比較した。

なお、ＰＤＰにおける誘電体層の直線透過率は高いほど好ましい。実施例によれば、Ｂ₂Ｏ₃の含有量を２０％以上３５％以下、かつＣａＯを含有しないことで透過率の向上が見込める。比較例１、２はＢ₂Ｏ₃の含有量が２０％に満たない、もしくはＣａＯを含んでいるために透過率が低く好ましくない。これに対し、比較例３、実施例１はＢ₂Ｏ₃が２０％以上３５％以下であり、ＣａＯを含まないために透過率が高く好ましい。

また、同表には示していないが、誘電体層８による前面ガラス基板３の歪みを評価するために、偏光歪み計を用いて基板の残留応力についても検討した。偏光歪み計では誘電体層８ガラス成分による歪みが原因で前面ガラス基板３に存在している残留応力を測定することが出来る。

測定した残留応力は前面ガラス基板３に圧縮応力が存在していれば、（＋）の値、前面ガラス基板３に引張応力が存在していれば（−）の値として示される。なお、ＰＤＰにおける上記残留応力は（＋）であれば、誘電体層には逆に引張応力が発生していることとなり、誘電体層の強度が低下することになる。よって、ＰＤＰにおける上記残留応力は（−）であることが望ましい。そして、以下において「素ガラス部応力」とは、誘電体層８が直接前面ガラス基板３に接している箇所での前面ガラス基板３の残留応力測定結果を示しており、一方「透明電極部応力」とは、誘電体層８が透明電極４ａ、５ａに接している箇所での前面ガラス基板３の残留応力測定結果を示している。

比較例３はＫ₂Ｏ、Ｌｉ₂ＯおよびＮａ₂Ｏの重量％で表現される含有量の合計が１０％より大きい値であるため、透明電極部応力が（＋）の値を示し、好ましくない結果が得られた。また比較例２はＫ₂Ｏ、Ｌｉ₂ＯおよびＮａ₂Ｏの重量％で表現される含有量の合計が３％以上１０％以下であるが、Ｋ₂Ｏ、Ｌｉ₂ＯおよびＮａ₂Ｏの重量％で表現される含有量の合計のうち、Ｋ₂Ｏの重量％で表現される含有量の割合が、７０％よりも小さいために、素ガラス部応力と透明電極部応力との差が大きくなり、好ましくない結果が得られた。それに対し、実施例１はＫ₂Ｏ、Ｌｉ₂ＯおよびＮａ₂Ｏの重量％で表現される含有量の合計が３％以上１０％以下とし、さらに、Ｋ₂Ｏ、Ｌｉ₂ＯおよびＮａ₂Ｏの重量％で表現される含有量の合計のうち、Ｋ₂Ｏの重量％で表現される含有量の割合が、７０％以上９０％以下となっているため、両者の応力差が低く抑えられ、良好な結果を示した。

以上のように、本発明によれば高いガラス基板強度と高い透過率特性を両立し、かつ環境問題に配慮したＰＤＰを実現することができる。

以上述べてきたように、本発明のＰＤＰは、高いガラス基板強度と高い透過率特性を両立したＰＤＰを実現することができ、大画面の表示デバイスなどに有用である。

１ ＰＤＰ
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
５ 維持電極
６ 表示電極
７ ブラックストライプ（遮光層）
８ 誘電体層
９ 保護層
１０ 背面板
１１ 背面ガラス基板
１２ アドレス電極
１３ 下地誘電体層
１４ 隔壁
１５ 蛍光体層
１６ 放電空間

Claims (3)

1. 一方の基板上に表示電極と誘電体層とが形成され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、Ｂｉ₂Ｏ₃、Ｋ₂Ｏ、Ｌｉ₂Ｏ、Ｎａ₂ＯおよびＢ₂Ｏ₃を含有す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、Ｂ₂Ｏ₃の重量％で表現される含有量が、２０％以上３５％以下である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. 前記誘電体層は、ＣａＯを含まないことを特徴とする請求項１、２記載のプラズマディスプレイパネル。

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