JP2011171135A - プラズマディスプレイパネル誘電体層用のペースト、当該ペーストを用いたプラズマディスプレイパネル、および当該ペーストを用いたプラズマディスプレイパネルの製造方法 - 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、少なくとも一方の基板上に電極と誘電体層とを形成したプラズマディスプレイパネルであって、前記誘電体層の形成に用いるペーストが、ガラス材料およびバインダー樹脂を含み、かつ、ペーストに含まれるバインダー樹脂の誘電体ガラス材料に対する体積分率で表記した含有量が３５％以上５０％以下であることを特徴とする。
【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、表示電極を被覆する誘電体層も小さくなった表示電極間隔に空隙などなく形成される必要がある。空隙などが存在した場合、誘電体層に求められる絶縁耐圧特性が低下してしまう。また、空隙などがあまりに巨大な場合は光透過を阻害したり、透過光が乱反射するため表示品質の劣化をもたらす。そこで従来はそうした誘電体層の形成にはスクリーン印刷法やダイコート法を用いて複数回の誘電体形成を行って誘電体層を形成していた。

しかしながら、そうした複数回の誘電体形成方法では多くの生産設備が必要になるだけでなく、製造時エネルギー消費の増大などコストアップにつながり、安価で高性能なＰＤＰを提供することが困難となる。

また、従来技術の一つとしてドライフィルム法による誘電体形成の手法がある。しかしこの手法ではドライフィルムを形成するためのベースフィルムが必要となるため、その分のコストアップに繋がるだけでなくベースフィルムはラミネート後廃棄物となるため環境問題という点でも望ましくない。さらにドライフィルム法では形成時に表示電極間隔での流動性が乏しいため空隙などなく形成することが困難である。

そこで本発明は、このような課題を解決して、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。

上記の課題を解決するために、本発明のペーストは、少なくとも一方の基板上に電極と誘電体層とを形成したＰＤＰに用いる誘電体層用のペーストであって、ペーストはガラス材料およびバインダー樹脂を含み、前記ペーストに含まれるバインダー樹脂の誘電体ガラス材料に対する体積分率で表記した含有量が３５％以上５０％以下であることを特徴とする。また本発明のＰＤＰは、少なくとも一方の基板上に電極と誘電体層とを形成したＰＤＰであって、上記誘電体層用ペーストを用いて誘電体層を形成していることを特徴とする。さらに、少なくとも一方の基板上に電極と誘電体層とを形成する工程を有したＰＤＰの製造方法であって、誘電体層を形成する工程において上記誘電体ペーストを用いた塗布工程が１回のみであることを特徴とする。

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。従来誘電体層を形成する方法として、誘電体ガラス成分（以下、誘電体ガラス材料とする）とバインダー樹脂、可塑剤、溶剤などの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、電極を形成した基板上に塗布し、乾燥後４５０℃から６００℃程度で焼成する方法や、誘電体ペーストをフィルム上に塗布、乾燥して、電極を形成した基板上に転写し、４５０℃から６００℃程度で焼成するドライフィルム法が知られている。

しかしながら、ドライフィルム法は前述したように生産時のコストが高いことや環境問題といった点で好ましくない。また、誘電体ペーストを用いたスクリーン印刷法やダイコート法では誘電体層の高耐電圧性を確保する為、表示電極６を空隙なく被覆する必要があり従来ではペーストを複数回塗布および焼成する方法がとられてきた。このため多くの生産設備が必要になり、さらに製造時のエネルギー消費の増大などコストアップとなっていた。

すなわち、低コストで誘電体層８を形成するためには、誘電体ペーストを用いて塗布工程を1回のみとしつつ、絶縁耐圧性の高い誘電体層８を形成することが必要となる。そして、誘電体ペーストを用いて塗布工程を1回のみとした場合、さらに次のような課題が発生する。

一般に、誘電体ペーストに含まれるバインダー樹脂はペースト中の誘電体ガラス材料をしっかりと分散させ焼成後に均一な膜質を得るために添加されるが、多量に含有する場合は完全に分解する前に誘電体ガラス材料が焼結してしまい、バインダー樹脂の燃焼などによるガスが誘電体層中に気泡となって残留してしまう。すなわち、これは誘電体層の絶縁耐圧性の劣化につながり、耐圧不良を発生させてしまうこととなる。このため、バインダー樹脂の含有量は必要最小限に留めておくことが望ましい。

ところで、従来技術においては、形成した誘電体層とガラス基板との界面に空隙が生じ、誘電体層の絶縁耐圧性を著しく低下させる不具合が多発している。

これに対して、発明者らが検討した結果、次のような現象が発生していることが判明した。近年、製造プロセスの効率化を目指し、大型基板から単一基板を切り出す、いわゆる多面取り工法が一般的になってきている。この多面取り工法においては、誘電体層形成工程で使用するガラス基板が大型化したため、焼成中の熱膨張によるガラス基板の反りが非常に大きくなってきている。特に、ガラス基板の中央付近は最も反りの影響を受けることとなる。

このとき、塗布膜を乾燥した状態の誘電体層前駆体と、被塗布基板であるガラス基板との密着力が十分でないと、両者の界面にクラックが発生してしまう。そして、クラックが存在する状態で、次工程の焼成工程において誘電体ガラス材料の焼結が進むと、誘電体層厚み方向の収縮だけでなく、水平方向の収縮も発生するためクラックはより大きく成長し、焼成後の誘電体層とガラス基板との界面に空隙を発生させる。クラックによる空隙が大きい場合は、誘電体層の表面に亀裂を発生させてしまう。これが誘電体層の絶縁耐圧性を著しく低下させる原因である。

これに対し本発明の実施の形態では、誘電体層８を形成する工程において塗布工程が１回のみであって、誘電体ペーストに含まれるバインダー樹脂の誘電体ガラス材料に対する体積分率で表記した含有量が３５％以上５０％以下としている。これは、発明者等の検討結果に基づいた以下の知見によるものである。

つまり、誘電体ペーストに含まれるバインダー樹脂の誘電体ガラス材料に対する体積分率で表記した含有量が３５％より小さい場合、乾燥後の誘電体層前駆体とガラス基板との密着力が不十分となってしまう。そしてこれは結果的に、乾燥後の誘電体層前駆体に２０〜５００μｍの微小なクラックが発生しやすくなり、焼成後に誘電体層８の絶縁耐圧性を大きく劣化させることになる。

一方、誘電体ペーストに含まれるバインダー樹脂の誘電体ガラス材料に対する体積分率で表記した含有量が５０％より大きくなった場合、乾燥後の密着力は十分に得られるが、前記誘電体層中に残留する気泡の数が多くなり、誘電体層としての透過率を低下させると同時に逆に誘電体層の絶縁耐圧性を低下させ、生産歩留まりを低下させてしまう。

以上のように、本発明の実施の形態におけるＰＤＰ１の誘電体層８は、上記の構成とすることで、誘電体層とガラス基板との密着性を十分に確保することができ、低コストで誘電体層を形成しつつ、高い絶縁耐圧性を保持し、表示品質の優れたＰＤＰを実現することが可能となる。

次に本発明の実施の形態における誘電体層８の製造方法について説明する。誘電体層８に含まれる誘電体ガラス材料は、鉛（Ｐｂ）系成分以外を主成分とし、さらに酸化銅（ＣｕＯ）やＲ₂Ｏ（ＲはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、ＲｂおよびＣｓから選ばれる少なくとも１種）を含有する材料組成により構成されている。

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〜３．０μｍとなるように粉砕して誘電体材料粉末を作製する。次にこの誘電体ガラス材料の粉末を誘電体ペースト総量に対して体積分率の表記で２０％〜５０％と、バインダー樹脂成分を誘電体ガラス材料に対して体積分率の表記で３５％〜５０％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。なお、混錬する装置は三本ロールのほかにもジェットミルやビーズミルなど種々の装置を適宜選択できる。

バインダー樹脂成分はエチルセルロースあるいはアクリル樹脂であるが、ブチラール樹脂やカルボキシメチルセルロース、ニトロセルロースなどを用いても構わない。

上記成分以外の成分としては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といった溶剤であるが、α−、β−、γ−テルピネオールなどのテルペン類、エチレングリコールモノアルキルエーテル類、エチレングリコールジアルキルエーテル類、ジエチレングリコールモノアルキルエーテル類、ジエチレングリコールジアルキルエーテル類、エチレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類、エチレングリコールジアルキルエーテルアセテート類、ジエチレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類、ジエチレングリコールジアルキルエーテルアセテート類、プロピレングリコールモノアルキルエーテル類、プロピレングリコールジアルキルエーテル類、プロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類、プロピレングリコールジアルキルエーテルアセテート類、ジプロピレングリコールモノアルキルエーテル類、ジプロピレングリコールジアルキルエーテル類、ジプロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類、ジプロピレングリコールジアルキルエーテルアセテート類、トリプロピレングリコールモノアルキルエーテル類、トリプロピレングリコールジアルキルエーテル類、トリプロピレングリコールトリアルキルエーテル類、トリプロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類、トリプロピレングリコールジアルキルエーテルアセテート類、トリプロピレングリコールトリアルキルエーテルアセテート類、メタノール、エタノール、イソプロパノール、１−ブタノールなどのアルコール類等も適宜選択できる。

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、誘電体材料の軟化点より少し高い温度の４５０℃〜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。

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％程度の測定誤差が存在し、焼成後の誘電体層では±０．１％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、鉛成分等について「実質的に含有しない」というのは、不純物等で鉛成分等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 (3)

1. 少なくとも一方の基板上に電極と誘電体層とを形成したプラズマディスプレイパネルに用いる誘電体層用のペーストであって、前記ペーストはガラス材料およびバインダー樹脂を含み、前記ペーストに含まれるバインダー樹脂の誘電体ガラス材料に対する体積分率で表記した含有量が３５％以上５０％以下であることを特徴とするプラズマディスプレイパネルに用いる誘電体層用のペースト。
2. 少なくとも一方の基板上に電極と誘電体層とを形成したプラズマディスプレイパネルであって、請求項１に記載の誘電体層用ペーストを用いて前記誘電体層を形成していることを特徴とするプラズマディスプレイパネル。
3. 少なくとも一方の基板上に電極と誘電体層とを形成する工程を有したプラズマディスプレイパネルの製造方法であって、前記誘電体層を形成する工程において請求項１に記載の誘電体層用ペーストを用いた塗布工程が１回のみであることを特徴とするプラズマディスプレイパネルの製造方法。

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