JP2011165486A - プラズマディスプレイパネル - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、高信頼性を確保し、さらに環境問題に配慮したプラズマディスプレイパネルを実現することを目的としている。
【解決手段】上記の課題を解決するために、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、誘電体層が、ＭｏＯ₂およびアルカリ金属元素を含有し、鉛成分ビスマス成分を実質的に含有しないことを特徴とする。ここで、ＭｏＯ₂のモル％で表現される含有量が、１．０モル％以上２．０モル％以下であることが望ましい。
【選択図】図１

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。

このようなハイビジョン化によって、走査線数が増加して表示電極の数が増加し、さらに表示電極間隔が小さくなる。そのため、表示電極を構成する銀電極から誘電体層やガラス基板への銀イオンの拡散が多くなる。銀イオンが誘電体層やガラス基板に拡散すると、誘電体層中のアルカリ金属イオンやガラス基板中に含まれる２価のスズイオンによって還元作用を受け、銀のコロイドを形成する。その結果、誘電体層やガラス基板が、黄色や褐色により強く着色し、ＰＤＰの画像品質を著しく損なう。

しかしながら、環境問題への配慮から提案された、鉛成分を含まない従来の誘電体層の例では、これらの黄変現象の抑制を満たすことができないといった課題を有していた。

本発明は、このような課題を解決して、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、鉛成分、Ｂｉ成分を含有せず、ＭｏＯ₃を含有する。ＭｏＯ₃の含有量は１．０モル％以上２．０モル％以下であることが望ましい。また、この誘電体層はアルカリ金属元素（Ｌｉ⁺、Ｎａ⁺、Ｋ⁺）が含有量１５モル％以下であることが望ましい。また、この誘電体層に含まれるアルカリ金属元素のうち、モル％で表現される含有量においてＮａ₂ＯとＬｉ₂Ｏの合算含有量がＫ₂Ｏの含有量よりも少ないことが望ましい。

以上のように、本発明によれば、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（ＳｎＯ₂）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を覆って形成し、さらに誘電体層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。

このような誘電体層を形成する方法として、従来技術では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、ガラス中に鉛成分を実質的に含有せず、０．５から４０重量％程度のＢｉ₂Ｏ₃を含有している。

このように、誘電体ガラスの鉛成分の代替材料として、Ｂｉ₂Ｏ₃を選択した場合、Ｂｉ₂Ｏ₃の添加量を増加させることで誘電体ガラスの軟化点を下げることができ、製造プロセスに様々な利点がある。

しかしながら、Ｂｉ系の材料が高価であることから、Ｂｉ₂Ｏ₃の添加量を増加させることは、使用する原材料のコスト増加を招くことになる。また、Ｂｉは原子量が２０９と大きい元素であり、今後のＰＤＰの特性向上に求められる低誘電率ガラスを考慮すると、原子量の大きいガラスの含有率を低減する必要がある。

これに対して、本発明の実施の形態ではビスマス（Ｂｉ）成分を実質的に含まないことを特徴とする。そのため、誘電体層の材料コストを低減し、かつ誘電率は低く抑えられ、紫外線の発生効率が向上し、ＰＤＰの低消費電力化に寄与することが出来る。

ここで、ビスマス成分と低誘電率化について説明する。ＰＤＰ高効率化の観点からは前面板の誘電体層の誘電率が低いことが望ましい。誘電体層の誘電率が低いと、紫外線の発生効率が向上し、ＰＤＰの低電力化に寄与するからである。上記のように、誘電体層ガラス組成中において重元素であるＢｉ成分を除くことによって、誘電体層の誘電率を５〜７程度下げることができる。一方でビスマス成分を除くことによって、誘電体層の軟化点の上昇が伴う。軟化点が高い場合、誘電体層の焼成に有する焼成温度も高透過率を得るために高温焼成が必要となり、焼成に有するエネルギー量も多く必要となる。さらに、軟化点が高い場合、表示電極を形成するために必要な表示電極の焼成温度よりも誘電体層の焼成温度が高くなる可能性があり、誘電体層の焼成温度が表示電極焼成よりも高くなった場合には表示電極焼成において、気化できなかった残留有機成分が誘電体層焼成時に発泡し、欠陥となり、欠陥部分の耐圧が不足し、点灯時に耐圧不良を引き起こす原因となる。

これに対し、本発明の実施の形態では誘電体層ガラス成分のビスマス成分を除くと共に、ＭｏＯ₃を含有し、かつアルカリ金属酸化物（Ｋ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ、Ｌｉ₂Ｏ）を含有する。これにより鉛成分およびビスマス成分を有しない誘電体ガラスの課題を解決することができる。この現象について次に説明する。

従来技術でも開示されているように、アルカリ金属酸化物（Ｋ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ、Ｌｉ₂Ｏ）を添加することで、誘電体ガラスの軟化点を下げる効果が得られる。しかしながら、アルカリ金属酸化物を多量に添加した場合、表示電極を構成する銀電極中の銀イオンとイオン交換を生じ、銀イオンが誘電体層に拡散してしまう。また、拡散された銀イオンは誘電体層中のアルカリ金属イオンにより還元され、銀コロイドを生じさせ、誘電体層において着色を生じ、ＰＤＰの画質劣化を引き起こすという課題がある。

また、これら元素のイオン半径はＬｉ⁺＜Ｎａ⁺＜Ｋ⁺であり、その大きさに比例して物質中を動きやすい特徴がある。このため、銀イオンとのイオン交換の起こりやすさはＬｉ⁺＞Ｎａ⁺＞Ｋ⁺となる。つまり、比較的大きなイオン半径をもつＫ⁺を多く持つ場合は銀イオンが拡散しにくく、誘電体層の着色を抑えることが出来る。一方で、軟化点を下げる効果としてはＬｉ⁺＞Ｎａ⁺＞Ｋ⁺の順であり、Ｋ⁺が多い系では軟化点の大きな低下は望めない。

これに対し、発明者らが検討した結果、ＭｏＯ₃を添加することで次のような効果が得られることが判明した。ＭｏＯ₃を添加することにより、他の成分と比較して添加濃度に対して大幅に誘電体層の軟化点を下げることができ、軟化点の変化以外に誘電体層に与える副作用的な影響がほとんどない。さらに、Ｍｏ⁶⁺はＡｇ⁺とのイオン交換に寄与しないため、アルカリ金属イオンで生じるようなイオン交換によるＡｇ⁺イオンの誘電体層中への拡散を抑制でき、誘電体層の着色を抑えることが可能となる。

本発明の実施の形態では、誘電体層にＭｏＯ₃を１．０モル％以上２．０モル％以下添加している。これは、ＭｏＯ₂の含有量が１．０モル％より低い場合では上記効果が得られにくく、一方で同含有量が２．０モル％より大きい場合では誘電体層の白濁による透過率の低下が見られるためである。

さらに本発明の実施の形態では、アルカリ金属酸化物（Ｋ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ、Ｌｉ₂Ｏ）の含有量の合計を０．５モル％以上１５モル％以下とし、Ｋ₂Ｏの含有量（モル％）がその他２成分（Ｎａ₂Ｏ、Ｌｉ₂Ｏ）の含有量（モル％）の合計より多くしている。これは、アルカリ金属酸化物（Ｋ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ、Ｌｉ₂Ｏ）の含有量の合計が、１５モル％より大きい場合は、イオン交換が激しくなり、誘電体層の褐色や黄色への着色も顕著になるためＰＤＰの画質劣化を引き起こす不具合を生じるからである。また、同含有量の合計が、０．５モル％より小さい場合は、軟化点を下げる効果が現出しない。逆に、本発明の実施の形態では、ＭｏＯ₂を含有しているため、アルカリ金属の含有量が０．５モル％であっても軟化点を下げる効果を奏することが可能である。

（表１）において、本発明の実施の形態で使用した誘電体材料ガラス成分の一例について示す。同表には、比較例１、２として従来技術における誘電体材料ガラス成分についても示す。

同表における実施例１、比較例１および比較例２では、それぞれのガラス成分に対してＭｏＯ₃の濃度のみが異なる組成である。このようにＭｏＯ₃の濃度が０モル％、０．７モル％である比較例１、比較例２に対して、ＭｏＯ₃の濃度が１．４モル％である実施例１では誘電体ガラス成分の軟化点が低下していることがわかる。

そして、このような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３５重量％〜６５重量％と、バインダ成分３５重量％〜６５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％〜２５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℃〜６００℃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。

以上のような実施の形態により、環境に配慮した鉛成分およびビスマス成分を含有しない誘電体層でありながらも、低誘電率化を実現し、かつ黄変現象を抑制したＰＤＰを提供することが可能となる。

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±０．０５モル％程度の測定誤差が存在し、焼成後の誘電体層では±０．１モル％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。また、鉛成分、ビスマス成分について「実質的に含有しない」というのは、不純物等で鉛成分またはビスマス成分を含んだ誘電体層についても本願発明に相当すると考える。

以上述べてきたように、本発明のＰＤＰは、環境に配慮しかつ高信頼性を有するＰＤＰを実現して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 (4)

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、ビスマス成分、鉛成分を含まず、ＭｏＯ₂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. 前記誘電体層が、ＭｏＯ₂のモル％で表現される含有量が、１．０モル％以上２．０モル％以下であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマディスプレイパネル。
3. 前記誘電体層が、アルカリ金属元素（Ｋ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ、Ｌｉ₂Ｏ）を含有し、モル％で表現される含有量が、１５モル％以下であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマディスプレイパネル。
4. 前記誘電体層に含まれるアルカリ金属元素（Ｋ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ、Ｌｉ₂Ｏ）のうち、モル％で表現される含有量においてＮａ₂ＯとＬｉ₂Ｏの合算含有量がＫ₂Ｏの含有量よりも少ないことを特徴とする請求項３に記載のプラズマディスプレイパネル。

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