JP2011249199A

JP2011249199A - プラズマディスプレイパネル電極用のペースト、当該ペーストを用いたプラズマディスプレイパネル

Info

Publication number: JP2011249199A
Application number: JP2010122565A
Authority: JP
Inventors: Akinobu Miyazaki; 晃暢宮崎; Tomokiyo Yamada; 智清山田; Morio Fujitani; 守男藤谷; Tatsuo Mifune; 達雄三舩
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2010-05-28
Filing date: 2010-05-28
Publication date: 2011-12-08

Abstract

【課題】本発明のプラズマディスプレイパネルに用いるペーストは、金属バス電極の下地の状態に関わらず、電極の品質を維持したまま、同一の材料にて金属バス電極を形成することができる。
【解決手段】本発明のプラズマディスプレイパネルに用いるペーストは、一方の基板に表示電極と誘電体層とが形成された一対の基板を対向配置したＰＤＰに用いるペーストであって、ペーストは、少なくとも第１のガラス材料および第２のガラス材料を含有し、第１のガラス材料と第２のガラス材料との軟化点の差が５℃以上３０℃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、低コスト化が求められている。

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金属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５３ｋＰａ〜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、カラー画像表示を実現している。

表示電極の金属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。また、その金属バス電極を形成する際の結着ガラスとして酸化ビスマスを所定量含有させた例も開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−０４８６４５号公報

一方、近年のハイディフィニションテレビへの適用に伴い、走査線数が増加して表示電極の数が増加する。またプロセスの簡略化・低コスト化を図るために、従来まで使用してきた透明電極を形成せず、変わりに金属バス電極によって表示電極すべてを形成するような例えばフェンス構造の機種も作られている。

その結果、透明電極を形成したハイスペック機種とプロセスの簡略化・低コスト化を図ったコストダウン機種が混在し、電極材料として各機種の特性を満たすよう、それぞれに異なる材料での対応、または同一材料での両機種の両特性を満たすことが必要である。

しかし、各機種に対して異なる材料にて対応することは、生産ラインの材料切り替えなどが伴うため、生産性のロスを招き、望ましくはない。

本発明はこのような課題に鑑みなされたもので、同一材料で両機種の必要特性を満足した画像表示品位の高いＰＤＰを提供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に用いる電極ペーストは、一方の基板に表示電極と誘電体層とが形成された一対の基板を対向配置したＰＤＰに用いるペーストであって、ペーストは、少なくとも第１のガラス材料および第２のガラス材料を含有し、第１のガラス材料と第２のガラス材料との軟化点の差が５℃以上３０℃以下であることを特徴とする。ここで、第１のガラス材料軟化点は、第２のガラス材料の軟化点よりも高く、電極材料中のガラス材料全体のうち、第２のガラス材料の割合が５重量％以上５０重量％以下であることが望ましい。そして、本発明のＰＤＰは、これらの電極用ペーストを用いて電極を形成していることを特徴とする。

本発明によれば、金属バス電極の下地の状態に関わらず、電極の品質を維持したまま、同一の材料にて金属バス電極を形成することができ、ＰＤＰの生産性を向上することが可能となる。

本発明の実施形態におけるＰＤＰの構造を示す斜視図同パネルの前面板の構成を示す断面図

以下、本発明の実施形態におけるＰＤＰについて図面を用いて説明する。

（実施の形態）
図１は本発明の実施形態におけるＰＤＰの構造を示す斜視図である。本実施の形態の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５３ｋＰａ〜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（遮光層とも言う）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、本発明の実施形態におけるＰＤＰの前面板２の構成を示す断面図である。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はそれぞれ酸化インジウム（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。さらに、金属バス電極４ｂ、５ｂは黒色の黒色電極４１ｂ、５１ｂと白色の白色電極４２ｂ、５２ｂとで構成されている。

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を覆って設けさらに誘電体層８上に保護層９を形成している。

（本発明の実施形態におけるＰＤＰの製造方法について）
次に、本発明の実施形態におけるＰＤＰ１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。透明電極４ａ、５ａは薄膜プロセス等によって成膜され、フォトリソグラフィ法等によってパターニングし、形成される。一方、黒色電極４１ｂ、５１ｂおよび白色電極４２ｂ、５２ｂは、導電性黒色粒子あるいは銀（Ａｇ）材料を含むペーストをスクリーン印刷法等によって塗布し、フォトリソグラフィ法等によってパターニングした後、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（誘電体ガラス層）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、各電極層および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、誘電体ペーストは粉末の誘電体ガラス、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上に所定の構成部材が形成されて前面板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、誘電体ペーストは粉末の誘電体ガラス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フォトリソグラフィ法等によって隔壁材料層をパターニングし、その後、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て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が形成されて背面板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。

（本発明の実施形態における金属バス電極について）
次に本発明の実施形態における金属バス電極について説明する。先に述べたように、金属バス電極は、ガラス基板上および透明電極上いずれにおいても安定的に形成されることが望まれる。

しかしながら、従来技術において金属バス電極を同一材料にて形成した場合には、透明電極上と透明電極の無いガラス基板上とでは熱伝導・熱容量が異なるため、焼成工程において金属バス電極そのものにかかる温度が異なり、形状が安定しない。具体的には、透明電極上では金属バス電極の密着性が悪化し、焼成工程後に膜剥がれの不具合が生じる。一方、ガラス基板上では金属バス電極に気泡が発生し、水ぶくれ（ブリスター）という症状が発生する。

さらに、黒色電極と白色電極との２層構造で金属バス電極を形成する場合には、これら各層のガラス材料の軟化点を調整する技術もあるが、これでは上記現象を抑えることができない。

これに対し発明者等が検討した結果、透明電極上に金属バス電極を形成した際に生じる剥がれ現象に対しては、ガラス材料の軟化点を下げることによって抑制できることが判明した。また、ガラス基板上に形成した際に生じるブリスターの発生については、ガラス材料の軟化点を上げることによって抑制できることが判明した。

そしてさらに検討した結果、上記のように金属バス電極を形成するためのペーストが、軟化点がある一定の差をもった２種以上のガラス材料を適切に含有することによって、これら二つの不具合をいずれも抑制できることが判明した。

そこで本発明の実施形態における金属バス電極は次のような構成としている。つまり、本発明の実施形態では電極層を形成するための電極材料であるペーストは、複数のガラス材料から構成されている。そして、それらの複数のガラス材料のうち、第１のガラス材料および第２のガラス材料を含有し、第１のガラス材料と第２のガラス材料との軟化点の差が５℃以上３０℃以下であることを特徴とする。ここで、第１のガラス材料（以下、高軟化点ガラス材料とする）の軟化点は、第２のガラス材料（以下、低軟化点ガラス材料とする）の軟化点よりも高く、電極材料であるペースト中のガラス材料全体に対して、第２のガラス材料の割合が５重量％以上５０重量％以下であることが望ましい。

低軟化点ガラス材料を含有することで、電極層が下地層に対して融着する作用が起こり、透明電極上に形成した場合に生じる剥がれ現象を改善できる。そして、高軟化点ガラス材料と低軟化点ガラス材料との差が１０℃以上であればこの効果が現出し、その差が大きいほど、この効果は期待できる。しかしながら、高軟化点ガラス材料と低軟化点ガラス材料との軟化点の差が３０℃よりも大きくなった場合、ブリスターの発生量が急激に増加してしまう。

そして、その低軟化点ガラス材料の量は、ペースト中のガラス材料全体に対して５重量％以上５０重量％以下としている。５重量％より低い場合、高軟化点ガラス材料と低軟化点ガラス材料との差が３０℃であったとしても、効果が現出されない。また、５０重量％より大きい場合、電極層にブリスターが多数発生してしまう。

次に、本発明の実施形態における電極材料の作製方法について説明する。まずは、前面板２の金属バス電極４ｂ、５ｂを構成する黒色電極４１ｂ、５１ｂについて説明する。この黒色電極４１ｂ、５１ｂは、次の材料組成のガラス材料を複数有した構成となっている。すなわち、酸化ビスマス（Ｂｉ₂Ｏ₃）を１０重量％〜７０重量％、酸化珪素（ＳｉＯ₂）を３重量％〜３０重量％、酸化硼素（Ｂ₂Ｏ₃）を１重量％〜３０重量％含むガラス材料を基本としている。

これらのガラス材料を主成分とする秤量・混合分散された材料粉末を、約１０００℃〜１６００℃の温度で溶融させて溶融ガラスを作製する溶融ガラス化ステップを経た後で冷却固化させてガラス材料を作製する。なお、ガラス材料は上記に述べたように軟化点差が５℃以上３０℃以下になるよう所望の組成で２種類以上作製する。軟化点の操作は上記の成分を調整することで可能である。

これらのガラス材料を、湿式ジェットミルやボールミルによって平均粒径が０．５μｍ〜２．５μｍとなるように粉砕するガラス材料粉末作製ステップで黒色電極用ガラス材料粉末を各々作製する。次に、これら黒色電極用ガラス材料粉末１５重量％〜３０重量％と、有機樹脂バインダ１０重量％〜４５重量％、黒色顔料５重量％〜１５重量％とを三本ロールでよく混練する電極材料作製ステップにおいてダイコート用あるいは印刷用の黒色電極ペーストを作製する。なおガラス材料粉末の割合として、ペースト中のガラス材料全体に対して、低軟化点ガラス材料のものが５重量％以上５０重量％以下になるようにする。

有機樹脂バインダは、アクリル樹脂５重量％〜２５重量％を含むエチレングリコールであり、５重量％以下の感光性開始剤を含有する。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、白色電極４２ｂ、５２ｂについて詳細に説明する。ガラス材料の作製方法は、上記の黒色電極材料と同様である。白色電極用ガラス材料粉末０重量％〜１０重量％と、有機バインダ１重量％〜２０重量％、ＡｇやＰｔなどの導電性粒子５０重量％〜８５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白色電極ペーストを作製する。なお電極の結着効果を発現させるのに、上記とは異なったガラス材料を０重量％〜１０重量％含有させても良い。有機バインダはアクリル樹脂１重量％〜２０重量％を含むエチレングリコールであり５重量％以下の感光性開始剤を含有する。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、これらの黒色電極ペースト、白色電極ペーストの順番に前面ガラス基板３にダイコート法あるいはスクリーン印刷法で塗布する。その後、この塗布膜を乾燥させ、その後、所定パターンの露光用マスクを用いて所定の面積に５０ｍｊ／ｃｍ²〜５００ｍｊ／ｃｍ²の光量で露光する。その後０．１重量％〜１０重量％のアルカリ溶液などのアルカリ溶液で現像することにより、２層構造の黒色電極４１ｂ、５１ｂ、白色電極４２ｂ、５２ｂとからなる金属バス電極４ｂ、５ｂを形成して走査電極４、維持電極５を形成する。

また、上述したように表示電極６を構成する黒色電極４１ｂ、５１ｂと遮光層７とを同一材料で兼用する場合には、遮光層７も同様にパターニングをすることが可能である。

なお、黒色電極４１ｂ、５１ｂ、白色電極４２ｂ、５２ｂの膜厚については、現像によってパターニングされる際の電極幅精度を確保するために、０．５μｍ〜１０μｍ以下とすることが好ましい。また電極抵抗値を微調整するため、厚み調整することも可能である。

以上のようにして、本発明の実施形態における黒色電極および白色電極が形成される。黒色電極中のガラス成分は、基板との密着やそれによる黒色度を発現させるために用いられる。本発明の実施形態では、このような本来黒色電極が持つ効果はもちろんのこと、上記の構成とすることによって、透明電極上に金属バス電極を形成した際の剥がれを抑制し、ガラス基板上に形成してもブリスターを抑制することが可能である。

以下、本発明の実施形態におけるＰＤＰとその製造方法の実施例について説明する。

（実施例）
本発明の実施形態での効果を確認するため、以下の検討を行った。まず酸化ビスマス（Ｂｉ₂Ｏ₃）を１０重量％〜７０重量％、酸化珪素（ＳｉＯ₂）を３重量％〜３０重量％、酸化硼素（Ｂ₂Ｏ₃）を１重量％〜３０重量％を基本とし、以下表１に示す各々の軟化点温度を有するようにガラス材料を作製した。

これら作製したガラス材料を、ガラスの混合割合を表１に示すように調整して、それを用いて黒色顔料を含む黒色電極用ペーストを作製した。これらのペーストを１５ｃｍ²程度の小片ガラス基板にスクリーン印刷法を用いて印刷し、その上に白色電極を黒色電極同様スクリーン印刷法を用いて印刷したのち、１００ｍｊ／ｃｍ²〜２００ｍｊ／ｃｍ²の光量で露光し、０．１重量％〜１０重量％の炭酸ナトリウム溶液で現像して焼成した電極膜サンプルを作製した。

これら作製したサンプルは、剥がれ評価とブリスター評価により出来栄えを判定した。
剥がれ評価は、形状測定レーザマイクロスコープを用いたパターンエッジの剥がれ高さによる３段階の評価を行った。剥がれ高さが３μｍより小さければ、電極形状として問題はない。また、ブリスター評価は試料の一定領域におけるパターン上に発生した直径２０μｍ以上の膨れの個数により評価した。ブリスター個数が５個より少なければ、電極形状として問題はない。

表１は、所望の軟化点温度になるようガラス材料を作製し、かつ各々の割合になるよう混合したガラスを用いた場合の評価結果を示す。ここで「軟化点差」は、各ガラス材料が示す軟化点の最大値と最小値との差を示した。また、３種のガラス材料を有する試料において、低軟化点ガラス材料の割合は、軟化点が低い２種のガラス材料の合計値で判断した。

同表に示すように、低軟化点ガラス材料と高軟化点ガラス材料との軟化点の差が、５℃以上３０℃以下であり、かつガラス材料全体に対して低軟化点ガラス材料の割合が５重量％以上５０重量％以下となる試料に関しては、剥がれ評価、ブリスター評価についても良好な結果が得られている。

しかしながら、低軟化点ガラス材料と高軟化点ガラス材料とを有していても、それらの軟化点の差が３０℃より大きくなっている試料は、ブリスターまたは剥がれのいずれかが発生し、電極として品質を確保できず好ましくない。

さらに、それらガラス材料全体に対する体軟化点ガラス材料の割合が、５０重量％より大きくなっても、上述と同様ブリスターまたは剥がれのいずれかが発生し、電極として品質を確保できず好ましくない。

以上のように、本発明の表示電極材料を用いることにより、高信頼性を確保した画像表示品位の高いＰＤＰを提供することができる。

なお、本発明の実施形態では、金属バス電極として黒色電極と白色電極の２層構造の場合について述べたが、単層構造の金属バス電極に適応することも可能である。また表示電極を被覆する誘電体が単層あるいは多層構造より形成されるＰＤＰ前面板についても適応可能である。

また、以上に述べた各材料組成の含有量数値は、電極層ペースト材料では±０．０５％程度の測定誤差が存在し、焼成後の電極層では±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、金属バス電極の下地の状態に関わらず、電極の品質を維持したまま、同一の材料にて金属バス電極を形成することができ、ＰＤＰの生産性を向上できる点で産業上有用である。

１プラズマディスプレイパネル
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

一方の基板に表示電極と誘電体層とが形成された一対の基板を対向配置したプラズマディスプレイパネルに用いるペーストであって、前記ペーストは、少なくとも第１のガラス材料および第２のガラス材料を含有し、前記第１のガラス材料と前記第２のガラス材料との軟化点の差が５℃以上３０℃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電極用のペースト。
前記第１のガラス材料軟化点は、前記第２のガラス材料の軟化点よりも高く、前記電極材料中のガラス材料全体のうち、前記第２のガラス材料の割合が５重量％以上５０重量％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電極用のペースト。
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１−２に記載の電極用ペーストを用いて前記電極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。