JP2011258400A - プラズマディスプレイパネル - Google Patents

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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、ビスマス成分、鉛成分を含まず、CuOとCoOのモル%で表現される含有量の合計が0.3%より大きく0.6%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の画像品質が著しく損なわれる。
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、ビスマス成分を含有せず、CuOとCoOのモル%で表現される含有量の合計が0.3%より大きく0.6%以下であることを特徴とする。ここでこの誘電体層において、ZnOのモル%で表現される含有量が、5.0%以上10.0%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。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Bi23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、Bi23を選択した場合、Bi23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、Bi23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。
また、本発明の実施形態では、ビスマス成分を含まないことによる軟化点上昇の抑制のために、ZnOを5モル%以上10モル%以下含むことを特徴としている。これは以下の理由に基づいている。一般的にZnOは軟化点を下げることが可能であるが、本発明の実施形態においては5モル%より少ない場合ではあまり効果が得られない。他方、10モル%より多く含有する場合では誘電率の上昇を招くため、PDPの低電力化という観点からは好ましくない。このように、ZnOおよび上記アルカリ金属酸化物の添加により、更なる軟化点の低減を達成することが可能となる。
そして、黄変の発生を抑制するためのさらなる施策として、本発明の実施形態ではCuOとCoOのモル%で表現される含有量の合計を0.3%より大きく0.6%以下としている。
従来技術では黄変を低減するため、誘電体原料にCuOを加えて誘電体層に銅成分を含ませることが提案されている。銅成分は青色を呈し得るが、かかる青色が「黄変に起因する黄色」の補色として作用するからである。
しかしながら、誘電体層の形成に際して「銅成分を含む誘電体原料ペースト」を「銀を含む電極」上に塗布して焼成に付すと、温度に敏感な銅成分と銀成分との酸化還元反応が起こり、青色を呈するCu2+と無色のCu+とが生じる可能性がある。この場合、青色を呈するCu2+および無色のCu+のそれぞれの量は焼成時の温度に左右される(CuOは誘電体ガラスを青色に発色させる作用があり、Cu2Oは緑色に発色させる作用がある)。具体的には、燃焼温度がより高くなると、青色のCu2+の発生量がより増えることになる。
その結果、焼成温度によって黄変度合いが変わることになり、通常のPDP製造プロセスでは誘電体層の色度均一性を得ることが難しい。つまり、PDPを製造するに際して焼成温度がPDPの色度に大きく影響するので(より具体的には、焼成温度の変動が前面側の誘電体層の色度に影響を与えるので)、特に複数のPDPを製造する際には一定の画像品質を確保しにくいといえる。
このようなCuOの還元作用による着色バラツキを抑制させるために、本発明の実施形態では誘電体ガラスにCoOを加えている。CoOはCuOと同様に誘電体ガラスを青色に発色させる効果があるが、CoOを加えることで誘電体ガラスはより安定して青色発色させることが可能となり、PDPの画像品質を高めることが可能となる。
また、その添加量についても最適値がある。CuOとCoOのモル%で表記した含有量の合計が0.6%を超えると、黄変度合いは良化するものの直線透過率が低下し、逆にPDPの画像品質を劣化させてしまうこととなる。そして当該含有量の合計が0.3モル%以下では、黄変度合いの良化効果が得られにくい。これに対して、CuOとCoOのモル%で表記した含有量の合計が0.3モル%より大きく0.6モル%以下であれば前記の青色発色は最適な範囲となり、PDPの画像品質も良好となる。
さらに、CoOのみを添加した場合は、上記に述べた銀イオンの還元作用を抑制できないだけでなく、誘電体層の直線透過率が低下するという弊害も発生する。このためCuOおよびCoOの両者共に少なくとも0.1モル%以上含むことが望ましい。
表1において、本発明の実施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。
Figure 2011258400
同表に示すようにCoOの含有量が増加するに伴い、黄変度合いを示すb*値が低下し良化し、一方で全光線透過率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、CuOとCoOのモル%で表現される含有量の合計が0.3%より大きく0.6%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。
  2. 前記誘電体層において、ZnOのモル%で表現される含有量が、5.0%以上10.0%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. 前記誘電体層において、アルカリ金属元素(K2O、Na2O、Li2O)のモル%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2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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