JP2013084355A

JP2013084355A - プラズマディスプレイパネルおよびその製造方法

Info

Publication number: JP2013084355A
Application number: JP2011221604A
Authority: JP
Inventors: Akira Hasegawa; 顕長谷川
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2011-10-06
Filing date: 2011-10-06
Publication date: 2013-05-09

Abstract

【課題】本発明によればアドレス放電の電力を低減した省電力ＰＤＰを提供することが可能となる。
【解決手段】本発明のプラズマディスプレイパネルは、複数の表示電極を配置した前面基板と、前記表示電極に交差するようにアドレス電極を配置し前記アドレス電極上に絶縁体層を配置した背面基板とを備え、前記絶縁体層にはＳｉＯ₂を主成分とするフィラーを含み、前記フィラーの平均粒径Ｒ（μｍ）と、前記絶縁体層の膜厚Ｔ（μｍ）とが、０．２≦Ｒ／Ｔ≦１の関係であり、前記フィラーを除く前記絶縁体層の比誘電率が８以上であり、前記フィラーの比誘電率が５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として知られるプラズマディスプレイパネルおよびその製造方法に関するものである。

近年、双方向情報端末として大画面、壁掛けテレビへの期待が高まっており、そのための表示デバイスとして、液晶表示パネル、フィールドエミッションディスプレイ、エレクトロルミネッセンスディスプレイなどの数多くのものがある。これらの表示デバイスの中でもプラズマディスプレイパネル（以下、「ＰＤＰ」と記す）は、自発光型で美しい画像表示ができ、大画面化が容易であるなどの理由から、視認性に優れた薄型表示デバイスとして注目されており、高精細化および大画面化に向けた開発が進められている。

ＰＤＰは表示電極、誘電体層、ＭｇＯによる保護層などの構成物を形成した前面板と、電極、隔壁、絶縁体層、蛍光体層などの構成物を形成した背面板とを、内部にＲ・Ｇ・Ｂそれぞれの微小な放電セル（以下、単にセルとする）を形成するように対向配置されるとともに、周囲を封着部材により封止されている。そして、そのセルにネオン（Ｎｅ）およびキセノン（Ｘｅ）などを混合してなる放電ガスを例えば所定の圧力で封入している。

元来ＰＤＰは自発光型であるため各セルは非常に高い視野角を有するが、高精細化・大画面化に伴い全領域で均一なパネル特性が求められるため、材料物性・構造形成プロセスに対して対策が様々に施される。例えば、放電空間並びに蛍光体形状を定義して、同箇所に２回の塗布プロセスを用いてその構造を実現する方法を見出し、視野角の変化に対して蛍光体からの均一な発光を得る方法等が開示されている。

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１、特許文献２が知られている。

特開２０００−２０８０５７号公報特開２００６−０４０７９４号公報

ところで近年の省エネルギーへの関心の高揚に伴い、ＰＤＰの省電力化が求められている。ＰＤＰを発光させるためには各セルに放電を起こすための電圧・電流を印加する必要があり、その際に電力が消費される。ＰＤＰを省電力化するためには、放電を起こすために必要な電圧・電流を低減させることが必要である。

ＰＤＰに必要な放電は大きく分けて３種類ある。すなわち、（１）放電制御を安定化させるための「初期化放電」、（２）発光セルを選択するための「アドレス放電」、（３）映像を映し出すための「維持放電」、の３種類である。近年のＰＤＰではアドレス放電に要する電力Ｗの比率が相対的に高まっているため、アドレス放電の電力Ｗすなわち電圧Ｖ・電流Ｉを低減させることが重要となってきている。

アドレス放電の電圧Ｖを低下させるためには、絶縁体層３３の比誘電率を上げることが有効である。アドレス放電は前面板２０に設けられた表示電極２４と背面板３０に設けられたアドレス電極３２の間の電荷量Ｑが一定以上になると生じる。電荷量Ｑはアドレス放電の電圧Ｖと、表示電極２４とアドレス電極３２の間の静電容量Ｃｖｅｒの積で決まるので、静電容量Ｃｖｅｒを大きくする、すなわち絶縁体層３３の比誘電率を上げることがアドレス放電の電圧Ｖを低下させることにつながるのである。

しかし、絶縁体層３３の比誘電率を上げると、アドレス放電の電流Ｉが上昇してしまうという別の課題が発生する。これは絶縁体層３３の比誘電率の上昇に伴って、隣どうしのアドレス電極３２の間の静電容量Ｃｉｎが大きくなることが原因である。静電容量Ｃｉｎが大きくなると、アドレス放電の電圧Ｖの印加時にアドレス電極３２の間に漏れる電流が大きくなる。よって結果的にアドレス放電の電流Ｉが上昇してしまうのである。

以上のように、絶縁体層３３の比誘電率を変更すると、電流Ｖと電流Ｉに対して逆の作用をもたらす。よって絶縁体層３３の誘電率を単純に変更するだけではアドレス放電に要する電力Ｗを低下させることは困難であり、Ｃｖｅｒを大きくし、かつＣｉｎを小さくする技術が必要となる。

このための１つの解決策として、前記アドレス電極上の前記絶縁体層の空隙率を、前記アドレス電極上以外の前記絶縁体層の空隙率よりも小さくすることが挙げられる。この解決策は次のような効果を狙った解決策である。すなわち、空隙率が大きな絶縁体は空隙部分の比誘電率が１と小さいため、その比誘電率が実効的に小さくなる。よって前記アドレス電極上の絶縁体層の空隙率を小さくすることによりＣｖｅｒを大きく保ちつつ、前記アドレス電極上以外の前記絶縁体層の空隙率を大きくすることによりＣｉｎを相対的に小さくできるのである。

しかしこの解決策には問題点がある。前記アドレス電極上以外の前記絶縁体層の空隙率を大きくすると、ＰＤＰの駆動時に絶縁体層が絶縁破壊を起こし、駆動回路が破壊したり背面基板のデータ電極が断線したりするためＰＤＰの品質を著しく低下させるのである。これは空隙が多くなることにより絶縁体層の中に局所的に偏在する可能性が高まり、実効的に絶縁体膜厚が薄い箇所が生じ、そこを基点に絶縁破壊が起こるためである。空隙率を比較的小さく保ちつつ、Ｃｖｅｒを大きくし、かつＣｉｎを小さくする別の解決策が必要となる。

本発明はこのような現状に鑑みなされたもので、アドレス放電の電力を低減した高品質で省電力なＰＤＰを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために本発明のＰＤＰは、複数の表示電極を配置した前面基板と、前記表示電極に交差するようにアドレス電極を配置し前記アドレス電極上に絶縁体層を配置した背面基板とを備え、前記絶縁体層にはＳｉＯ₂を主成分とするフィラーを含み、前記フィラーの平均粒径Ｒ（μｍ）と、前記絶縁体層の膜厚Ｔ（μｍ）とが、０．２≦Ｒ／Ｔ≦１の関係であり、前記フィラーを除く前記絶縁体層の比誘電率が８以上であり、前記フィラーの比誘電率が５以下であることを特徴とする。

このように本発明によれば、アドレス放電の電力を低減した高品質で省電力なＰＤＰを提供することが可能となる。

本発明の実施の形態におけるＰＤＰの概略構成を示す断面斜視図

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）
本実施の形態におけるＰＤＰの構成および特徴について説明する。図１は、本発明の実施の形態におけるＰＤＰの概略構成を示す断面斜視図である。

図１において、ＰＤＰ１０は、前面板２０と背面板３０とから構成され、前面板２０と背面板３０とは放電空間４０を形成するように対向配置されている。前面板２０は、フロート法により形成された硼珪素ナトリウム系ガラスなどの前面ガラス基板２１上に、走査電極２２と維持電極２３とで対をなすストライプ状の複数の表示電極２４が形成されている。また、隣接する表示電極２４の間には、光遮蔽部となるブラックストライプ２５が形成されている。また、表示電極２４とブラックストライプ２５とを覆って誘電体層２６が形成され、さらに誘電体層２６を覆って酸化マグネシウム（ＭｇＯ）からなる保護層２７が形成されている。

一方、背面板３０は、背面ガラス基板３１上に、前面板２０の表示電極２４と直交する方向にアドレス電極３２が形成され、アドレス電極３２を覆って絶縁体層３３が設けられている。また、絶縁体層３３上には、例えばストライプ状、井桁状の隔壁３４が設けられ、隔壁３４の側面と絶縁体層３３の表面には蛍光体層３５が設けられている。蛍光体層３５は隣接する隔壁３４によって仕切られた放電空間４０に、それぞれ赤色に発光する赤色蛍光体層３５Ｒ、緑色に発光する緑色蛍光体層３５Ｇ、青色に発光する青色蛍光体層３５Ｂが順に形成されている。

ＰＤＰの隔壁３４は、表示電極２４と平行な横隔壁と横隔壁に直交する縦隔壁とにより井桁状に形成されており、縦隔壁は横隔壁の高さよりも若干高くなるように形成される。本発明ではこの他に面一の井桁形状にも適応できるものである。また横隔壁を除いたストライプ状の隔壁にも適応できるものである。

前面板２０に設けられた表示電極２４を構成する走査電極２２および維持電極２３は、それぞれ透明電極およびバス電極により構成されている。バス電極Ａｇなどの材料からなり、それぞれ透明電極に電気的に接続されている。

以上の前面板２０と背面板３０とを、表示電極２４とアドレス電極３２とが直交し内部に微小な放電空間４０を形成するように隔壁３４を挟んで対向配置して、周囲を封着部材により封止する。その後、放電空間４０に、ＮｅおよびＸｅなどを混合した放電ガスを所定の圧力で封入してＰＤＰを完成させ、表示電極２４に映像信号電圧を選択的に印加することによって放電ガスを放電させ、それによって発生した紫外線が各色の蛍光体層３５を励起して、赤色、緑色、青色の各色を発光させることによりカラー画像を表示する。

（ＰＤＰの製造方法について）
次に、背面板３０の製造方法について説明する。まず背面ガラス基板３１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３２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３２を形成する。次に、アドレス電極３２が形成された背面ガラス基板３１上にダイコート法などによりアドレス電極３２を覆うように絶縁体ペーストを塗布して絶縁体ペースト層を形成する。その後、絶縁体ペースト層を焼成することにより絶縁体層３３を形成する。なお、絶縁体ペーストはガラス粉末などの絶縁体材料とバインダおよび溶剤を含んだ塗料である。

具体的には、本発明の実施の形態において絶縁体ペーストは、ガラス成分２０重量％〜４５重量％、フィラー１５重量％〜５０重量％、バインダ１０重量％〜２０重量％、溶剤２０重量％〜３０重量％の配合比のものを用いた。

また絶縁性フィラーとガラス成分の比率を変更することで、絶縁体層３３の空隙率を変更できる。後述する実験結果においてはこれらの配合比を変更して試料を作成し検討した。特に、ガラス成分４０重量％〜４５重量％、フィラー１５重量％〜２０重量％とすることで良好な結果が得られた。

この中でフィラーは、ＳｉＯ₂やＴｉＯ₂のような絶縁性をもった物質で構成されたフィラーであるが、後述する実験結果においてはフィラーの材料と粒径を変更して試料を作成し検討した。特にフィラーの材料の主成分をＳｉＯ₂とし、その平均粒径Ｒ（μｍ）と絶縁体層３３の膜厚Ｔ（μｍ）の関係を０．２≦Ｒ／Ｔ≦１とすることで良好な結果が得られた。ここで平均粒径Ｒ（μｍ）は、フィラーを粒度分布測定器で計測して算出されたＤ５０の値を用いている。また、主成分がＳｉＯ₂というのはフィラー全体に占めるＳｉＯ₂の割合が概ね８割以上であることを示す。

ガラス成分の軟化点Ｔｇは、後述する背面基板の焼成温度に近いことが望ましい。Ｔｇが小さすぎると、焼成の初期段階からガラスの軟化が進むため、同時に焼成されているアドレス電極から発生するガスが絶縁体中に気泡として閉じ込められ易い。この気泡はアドレス電極上の絶縁体の空隙率を実効的に大きくするため、望ましくない。Ｔｇを比較的大きくすれば、アドレス電極からのガスが出た後で絶縁体の緻密化が進むことになるためこの問題が解決される。後述する実験結果においては、ガラス成分の軟化点Ｔｇを５４０℃〜５７０℃とし、焼成温度を５８５℃〜６００℃とすることで良好な結果が得られた。

なお、このアドレス電極から生じる気泡は、ガラス成分の軟化点Ｔｇを制御しなくても、アドレス電極を形成後に一度焼成を行い、その後絶縁体を形成して再度焼成を行うプロセスでも減らすことできる。しかしこの方法は焼成を複数回に分ける必要があり製造コストの上昇につながるため、本発明のように軟化点Ｔｇを制御する方法がよりよいものである。

次に、絶縁体層３３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、背面基板全体を焼成することにより隔壁３４を形成する。ここで、絶縁体層３３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３４間の絶縁体層３３上および隔壁３４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３５が形成される。以上の工程により、背面ガラス基板３１上に所定の構成部材を有する背面板３０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２０と背面板３０とを走査電極２２とアドレス電極３２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４０にＮｅ、Ｘｅなどを含む放電ガスを封入することによりＰＤＰ１０が完成する。

（本発明の絶縁体層について）
以下、本発明の絶縁体の作成方法を説明する。絶縁体は、図１に示すように背面ガラス基板３１とアドレス電極３２の上にシート状に塗布される。塗布にはダイコート法を用いており、ペーストを塗布した後、乾燥工程、焼成工程を経てシート化される。

先に述べたように、従来技術のＰＤＰにおいてはアドレス放電の電力が大きいという課題があった。

これに対し発明者等は、前記絶縁体層に低誘電率フィラーが含まれており、その平均粒径Ｒ（μｍ）と膜厚Ｔ（μｍ）の関係が０．２≦Ｒ／Ｔ≦１の関係で表されることで、上記課題を解決することを見出した。

ここで平均粒径Ｒ（μｍ）と膜厚Ｔ（μｍ）の比であるＲ／Ｔの値は、アドレス放電の電力に密接に関わっている。ここで表示電極２４とアドレス電極３２間の静電容量をＣｖｅｒ、隣接するアドレス電極３２間の静電容量をＣｉｎとする。

Ｒ／Ｔの値を大きくすると、表示電極２４とアドレス電極３２の間の静電容量Ｃｖｅｒが隣どうしのアドレス電極３２の間の静電容量Ｃｉｎに対して大きくなるという「サイズ効果」が現れてくる。これはＣｖｅｒに対しては低誘電率フィラーがそれ以外の材料と並列に作用するのに対し、Ｃｉｎに対しては直列に作用することに起因する。

この効果は前述のとおりアドレス放電時の電流Ｖと電流Ｉの両方を低減するのに効果的であり、アドレス放電の電力低減につながる。Ｒ／Ｔの値が小さくなると低誘電率フィラーのサイズ効果が失われていき、ＣｖｅｒとＣｉｎが同じ値に近づいていく。

ただしＲ／Ｔの値を１以上にすると、絶縁体層の表面にフィラーが露出することになるため、隔壁３４の形成に支障をきたすこととなる。具体的には隔壁の幅にムラができたり、隔壁が倒れたりしてＰＤＰの品質を著しく低下させることとなる。

この低誘電率フィラーのサイズ効果を十分に出すためには、低誘電率フィラーとその他の材料の比誘電率との差が大きくなければいけない。低誘電率フィラーの比誘電率が５以下であり、その他の材料の比誘電率が８以上であればよい。発明者等の検討ではＳｉＯ₂を低誘電率フィラーの材料として用いた。

また、低誘電率フィラーのサイズ効果を十分に出すために、低誘電率フィラーの配合比は少なくとも１５重量％は必要である。ただし配合比が３０重量％を超えると絶縁体層の焼結性が大幅に低下してしまうため、１５〜３０重量％の間にすることが妥当である。

また、本発明においてはアドレス電極上空隙率の前記絶縁体層の空隙率と前記アドレス電極上以外の前記絶縁体層の空隙率がいずれも０．１〜５％の範囲となることが重要である。空隙率が５％を超えるとＰＤＰパネルの放電中に絶縁体層が絶縁破壊を起こし、ＰＤＰの品質を損ねることにつながる。空隙率が０．１％を下回ると前記絶縁体層の反射率が著しく小さくなるためＰＤＰの発光輝度が下がることになり、やはりＰＤＰの品質を損ねることにつながる。これは、空隙率が小さくなったことによって前記絶縁体層の空隙の界面において反射する光が少なくなり、前記全面基板から取り出される光の量が少なくなることに起因する。この０．１〜５％という空隙率は前述のガラス成分とフィラーの配合比に調整することによって実現できた。

ここで空隙率とは、絶縁体層３３の中で絶縁体層３３が存在していない部分の体積の割合であって、以下の方法で測定される。
（１）背面板３０を割断し、絶縁体層３３の断面が露出したサンプルを切り出す。
（２）絶縁体層３３を二次電子走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて撮像する。
（３）撮像された誘電体断面の画像から、空隙率を算出する。

また誘電体の断面は、ＳＥＭ撮像時のコントラストを上げ、かつ割断時の割れ具合による測定ばらつきを防止するため、空隙部や周辺を樹脂でコートすることが望ましい。本測定は、日立製作所製走査型電子顕微鏡Ｓ−３０００を用いて行った。算出に用いた撮像は反射電子計測モードで、加速電圧１５ｋＶ、ワークディスタンス１５ｍｍにて行った。

以上の検討を行った結果、本発明の実施の形態では、アドレス放電電力を低減させながらＰＤＰの品質を保つことができていることが判明した。

以上のように、本発明の実施の形態におけるＰＤＰは、複数の表示電極を配置した前面基板と、表示電極に交差するようにアドレス電極を配置しアドレス電極上に絶縁体層を配置した背面基板との間に、放電空間が形成されるように対向配置したＰＤＰであって、複数の表示電極を配置した前面基板と、前記表示電極に交差するようにアドレス電極を配置し前記アドレス電極上に絶縁体層を配置した背面基板を持ったプラズマディスプレイパネルにおいて、前記絶縁体層に低誘電率フィラーが含まれており、その平均粒径Ｒ（μｍ）と膜厚Ｔ（μｍ）の関係が０．２≦Ｒ／Ｔ≦１の関係で表されることを特徴とする。

また、前記絶縁体層全体の比誘電率が８以上であり、低誘電率フィラーの比誘電率εが５以下であることを特徴とする。

また、低誘電率フィラーがＳｉＯ₂を主成分とする材料であることを特徴とする。

また、前記絶縁体層の膜厚Ｔ（μｍ）が５〜１５μｍ、前記低誘電率フィラーの平均粒径Ｒ（μｍ）が１〜５μｍであることを特徴とする。

また、複数の表示電極を配置した前面基板と、前記表示電極に交差するようにアドレス電極を配置し前記アドレス電極上に絶縁体層を配置し、前記絶縁体層の上に隔壁を形成した背面基板との間に、放電空間が形成されるように対向配置したプラズマディスプレイパネルであって、アドレス電極上空隙率の前記絶縁体層の空隙率と前記アドレス電極上以外の前記絶縁体層の空隙率がいずれも０．１〜５％の範囲であることを特徴とする。

また、背面基板の作成時、アドレス電極と絶縁体層を個別に焼成するのではなく、両者をパターニングした後に同時に焼成を行うというプロセスを経ることを特徴とする。

これによって、アドレス放電の電力を低減した、高品質な省電力ＰＤＰを提供することが可能となる。

本発明のＰＤＰによれば、アドレス放電の電力を低減した省電力ＰＤＰを提供することを可能とする点で有用である。

３０背面板
３１背面ガラス基板
３２アドレス電極
３３絶縁体層
３４隔壁
３５蛍光体層

Claims

複数の表示電極を配置した前面基板と、前記表示電極に交差するようにアドレス電極を配置し前記アドレス電極上に絶縁体層を配置した背面基板とを備え、
前記絶縁体層にはＳｉＯ₂を主成分とするフィラーを含み、
前記フィラーの平均粒径Ｒ（μｍ）と、前記絶縁体層の膜厚Ｔ（μｍ）とが、０．２≦Ｒ／Ｔ≦１の関係であり、
前記フィラーを除く前記絶縁体層の比誘電率が８以上であり、前記フィラーの比誘電率が５以下であり、
前記絶縁層の空隙率が０．１％〜５％の範囲である、プラズマディスプレイパネル。
請求項１のプラズマディスプレイパネルの製造方法であって、
前記アドレス電極と前記絶縁層を同一工程において焼成する、プラズマディスプレイパネルの製造方法。