JP3116844B2 - カラープラズマディスプレイパネル、及びその製造方法 - Google Patents
カラープラズマディスプレイパネル、及びその製造方法Info
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Description
型テレビなどに用いられるカラープラズマディスプレイ
パネルの、特に高コントラスト、高輝度、高発光効率化
のためのパネル構造に関する。
ガス放電によって発生した紫外線によって、蛍光体を励
起発光させ、表示動作させるディスプレイである。放電
の形態からAC型とDC型に分けることができる。この
中でAC型は輝度、発光効率、寿命の点でDC型より優
れており、AC型の中でも反射型AC面放電型が輝度、
発光効率の点で優れている。
ラズマディスプレイパネルの一例の断面を示す。表示面
側となる透明なガラス板である前面基板1上には、透明
電極2が形成される。この透明電極は紙面に平行な方向
に帯状に複数形成されている。この隣り合う透明電極2
の間に、数十kHzから数百kHzのパルス状AC電圧
を印加し表示放電を得る。
ジウムチンオキサイド(ITO)などが使用されるが、
低抵抗化のためにクロム/銅/クロムの多層薄膜やアル
ミニウム薄膜などの金属薄膜、あるいは銀などの金属厚
膜によるバス電極が沿設された電極が採用されている。
銀の厚膜で形成する場合、若干の黒色顔料を混合させる
ことが多い。ただし図14ではバス電極を省略してあ
る。
被覆する。この透明絶縁層17はAC型プラズマディス
プレイ特有の電流制限の機能を有している。絶縁耐圧や
製造の容易さのために、透明絶縁層17は通常低融点鉛
ガラスを主成分とするペーストを塗布し、軟化温度以上
の高温で焼成しリフローさせることによって形成する。
これによって内部に気泡などが含まない平滑な20ミク
ロン〜40ミクロン程度の厚さの透明絶縁層17が得ら
れる。この上に黒色のブラックマトリクス層30を形成
する。これは表示面の外光反射を低減する役割を果たす
と共に、隣接する放電セル間の、誤放電や光学的なクロ
ストークを防ぐ効果もある。このブラックマトリクス3
0も、通常は鉄、クロム、ニッケル等の金属酸化物粉末
と低融点鉛ガラスなどからなるペーストを、厚膜印刷な
どで形成することにより形成される。
ス層30などの全体を被覆するように、保護層16を形
成する。保護層16は、蒸着やスパッタによって形成さ
れるMgOの薄膜又は印刷やスプレー法等によって形成
されるMgOの厚膜である。膜厚は0.5ミクロンから
2ミクロン程度である。この保護層の役割は放電電圧の
低減と表面スパッタの防止である。
表示データを書き込むデータ電極9が形成されている。
図14では紙面に垂直方向にデータ電極9が伸び、これ
が各放電セル18〜20毎に形成されている。すなわち
データ電極9は、ガラス板である前面基板1上に形成さ
れた透明電極2と直交している。このデータ電極9を、
低融点鉛ガラスと白色の顔料とを混合した厚膜ペースト
を印刷焼成して形成した白色絶縁層7で被覆する。白色
の顔料には通常酸化チタン粉末やアルミナ粉末が用いら
れる。この白色絶縁層7の上に白色隔壁6を通常厚膜印
刷やサンドブラスト法で形成し、更に放電セル18、放
電セル19及び放電セル20に、それぞれのセルの発光
色に対応する蛍光体(赤)10、蛍光体(緑)11及び
蛍光体(青)12を塗布する。各蛍光体は蛍光体塗布面
積を増やし高輝度を得るために、白色隔壁6の側面にも
形成される。各蛍光体の成膜には通常スクリーン印刷を
用いる。
トリクス層30のパターンと後面基板8上に形成した白
色隔壁6とが重なるように張り合わせ気密封止し、各放
電セル18〜20内部に放電可能なガス、例えばHeと
NeとXeとの混合ガスを500torr程度の圧力で
封入する。
は透明電極2が2本ずつ配置され、この透明電極間で面
放電が発生し、放電セル(赤)18、放電セル(緑)1
9及び放電セル(青)20内にプラズマが生じる。この
とき発生する紫外光で蛍光体(赤)10、蛍光体(緑)
11及び蛍光体(青)12を励起し、可視光を発生さ
せ、前面基板1を通して表示発光を得る。
一組は、それぞれ走査電極と維持電極の役目を受け持っ
ている。実際のパネル駆動において、走査電極と維持電
極との間には、維持パルスが印加されている。書き込み
放電を発生させるときは、走査電極とデータ電極9との
間に電圧を印加して対向放電を発生させ、この放電が引
き続き印加される維持パルスによって面放電電極間に維
持放電が発生する。
14のブラックマトリクス30の膜厚をより高くし、隔
壁状の黒色隔壁5としたものである。基本的プロセスは
図14と同じである。黒色隔壁5は通常スクリーン印刷
やサンドブラスト法によって形成される。材料は低融点
鉛ガラス、アルミナ等のフィラー材料、そして黒色の顔
料である。黒色の顔料はブラックマトリクス30と同様
のものを用いる。この構造は図14の構造よりも蛍光体
塗布面積が減るので、若干輝度が低下するが、白色隔壁
6の頂部の蛍光体が前面基板1に沿って発生する面放電
からある程度の距離がとれるので、長時間点灯による輝
度変化が少ない長所がある。
られる蛍光体は、反射率が非常に高い白色の粉末であ
る。上述した図14もしくは図5の従来のカラープラズ
マディスプレイパネルでは、室内や屋外の光(外光)が
パネルに入射すると、ブラックマトリクスまたは黒色隔
壁やバス電極部で外光が吸収されるが、30%〜50%
程度は反射され、コントラストや色純度が著しく損なわ
れる。このためパネル面に透過率40〜80%程度のN
Dフィルターを配置する方法もあるが、パネルの発光も
遮るため、パネル輝度が低下するという欠点がある。
の反射を押さえる方法として、マイクロカラーフィルタ
ーを用いる方法がある。これは赤、緑、青の各放電セル
からの発光色に対応して、表示面側に赤、緑、青の光を
透過するカラーフィルターを形成するものである。プラ
ズマディスプレイのマイクロカラーフィルターは、直接
ガラス基板表面に形成する方法とAC型プラズマディス
プレイの絶縁層を着色されたガラス層で構成する方法が
知られている。後者の方法を用いたカラープラズマディ
スプレイパネルの従来例の断面を図15に示す。これは
放電セル(赤)18、放電セル(緑)19及び放電セル
(青)20の発光色を通すカラーフィルターを透明電極
上2に形成したものである。図14との構造上の違いは
放電電極を被覆する透明絶縁層17を、着色された低融
点鉛ガラス層からなるカラーフィルター(赤)13、カ
ラーフィルター(緑)14及びカラーフィルター(青)
15に置き換えた点である。この構造は例えば特開平4
−36930号公報で知られている。これにより各放電
セル18〜20が発した光の減衰は最小限に押さえら
れ、かつ外光の反射も抑え、コントラストが向上する。
点鉛ガラス粉末と顔料粉末とを混合し、それに有機溶剤
とバインダーとを混ぜたフィルターペーストを、スクリ
ーン印刷で各色ごとに印刷し、焼成することにより、着
色された低融点鉛ガラスの絶縁層として形成される。な
お、顔料粉末は高温(500℃〜600℃)の焼成プロ
セスに耐える必要があるため、無機の材料が選ばれる。
代表的な顔料粉末を次に示す。
3回に分けて印刷を行なうことにより全体のカラーフィ
ルター層を形成する。
わりに、黒色隔壁5を形成した場合を図6に示す。
を有する絶縁層としても機能させるために厚さも20ミ
クロン以上必要となり、カラーフィルター各色ごとの継
ぎ目に窪みや盛り上がりの段差ができてしまう。これは
絶縁破壊や、後工程のブラックマトリクスや黒色隔壁の
プロセスにも悪影響を与える。
7−21924号公報では図7の様に着色された低融点
鉛ガラスのカラーフィルター13〜15の上を更に透明
絶縁層4で被覆してカラーフィルターの表面全体を平滑
化する方法が知られている。また、図15や図6の構造
を実現するため、特開平4−249032号公報では、
各色の着色顔料を塗り分けて配置した後、低融点鉛ガラ
スペーストを全面に印刷し、焼成することによりガラス
層内に顔料を拡散分散させる方法が開示されている。
点鉛ガラスの中に分散させて構成されたカラーフィルタ
ー層は、顔料と低融点鉛ガラスの屈折率が異なるため
に、光の散乱を生じる。このためフィルターの平行光線
透過率が悪くなると言う欠点があった。ここで言う平行
光線透過率とは、フィルターをほぼ直線的に透過する光
の透過率で、フィルターによって散乱される光の成分は
含まない。この様にカラーフィルター層の散乱性が大き
いので、外光が後方散乱される。このためにカラーフィ
ルターとしての効果を損なってしまう。即ち、白濁した
画面表示となり、またカラーフィルター自身の色がより
強く見えるため、特に黒表示の場合など違和感を与えて
しまう欠陥があった。また、放電セルからの発光色もカ
ラーフィルターによる散乱のため減じられてしまい、輝
度が低下する問題があった。また、使用する材料やプロ
セス条件により、均一に顔料が低融点鉛ガラス膜中に分
散せず凝集してしまうことも多く、カラーフィルターと
しての性能が極端に悪化する場合もあった。また、着色
顔料が低融点鉛ガラスに分散された場合、ガラスとの反
応により、退色を生じたり、色が変化してしまう問題も
あった。
りITOやネサ膜からなる透明電極と顔料が高温での焼
成時に反応しカラーフィルター性能を損なう場合もあっ
た。例えば、青色の顔料として優れているCoO−Al
2 O3 系の顔料では焼成工程により、波長400nm付近
で光の吸収が生じ、青のフィルターとしての透過率が大
幅に下がり、パネル輝度の低下や、色バランスの崩れを
招いてしまうという問題があった。また、Fe2 O3 系
の顔料を用いる赤フィルターペーストにおいても透明電
極との反応により、大幅な退色が起きるという問題があ
り、カラーフィルターの機能が減殺されていた。これら
の現象は直接的な反応か、透明導電膜材料の触媒的作用
なのかは不明であるが、良好なカラーフィルターの実現
には解決すべき問題である。
能低下以外に、着色顔料を低融点鉛ガラスに分散させる
構成では、焼成によるリフローを伴うことになるため、
微細なカラーフィルターパターンがずれたり、所定の画
素から周りに広がってしまったりする問題も生じた。
ターの付いた表示性能の良いカラープラズマディスプレ
イパネルが実用化されていなかった。
フィルターの平行光線透過率を高め画面の白濁感等の違
和感を低減させる事や、顔料粉末と透明電極材料、又は
顔料粉末と低融点鉛ガラスとの反応による透過スペクト
ルの変化を防止し、良好な特性のカラーフィルターを実
現させることにある。
ープラズマディスプレイパネルは、絶縁層に被覆された
透明電極を有し、前記絶縁層が前記透明電極を直接被覆
するバッファー層とカラーフィルタの機能を有する絶縁
層とが積層された少なくとも2層構造を有する。
プレイパネルは、前記バッファー層が低融点鉛ガラス、
もしくはアルミナ、もしくは酸化珪素からなる。
プレイパネルは、前記透明電極が酸化錫、もしくはIT
Oからなる。
プレイパネルは、前記カラーフィルターの機能を有する
絶縁層が低融点鉛ガラスと顔料粉末とを混合した混合物
を印刷して形成される。
プレイパネルは、前記カラーフィルターの機能を有する
絶縁層が顔料粉末を先に印刷焼成しこの上を透明な低融
点鉛ガラスで被覆焼成して形成される。
プレイパネルは、前記カラーフィルターの機能を有する
絶縁層が顔料粉末と感光性材料とを混合した混合物をフ
ォトリソグラフィー法によりパターン形成した後、透明
な低融点鉛ガラスで被覆焼成して形成される。
プレイパネルは、表示面側となる前面基板に少なくとも
放電電極と絶縁層を有し、前記絶縁層に接するか、ある
いは前記絶縁層の内部に、顔料微粒子を主成分とする薄
いカラーフィルター層が形成されている。
プレイパネルは、前記絶縁層上に前記顔料微粒子を主成
分とする薄いカラーフィルター層が形成されている。
プレイパネルは、放電電極上を含む基板上に前記顔料微
粒子を主成分とする薄いカラーフィルター層が形成され
た後、前記絶縁層がカラーフィルター層を覆って形成さ
れている。
プレイパネルは、放電電極上を含む基板上に前記絶縁層
を形成した後、前記顔料微粒子を主成分とする薄いカラ
ーフィルター層が形成され、更に前記カラーフィルター
層を覆って絶縁層が形成されている。
プレイパネルは、前記絶縁層が少なくとも2層以上の絶
縁層構成物からなり、且つ前記顔料微粒子を主成分とす
る薄いカラーフィルター層の少なくとも一方の面に接す
る絶縁層構成物の軟化点が、他の絶縁層構成物の内の少
なくとも一層の絶縁層構成物の軟化点より高い。
プレイパネルは、前記顔料微粒子を主成分とする薄いカ
ラーフィルター層の厚さが0.5〜5ミクロンである。
プレイパネルは、前記顔料微粒子を主成分とする薄いカ
ラーフィルター層の厚さが0.5〜3ミクロンである。
プレイパネルは、前記顔料微粒子を主成分とする薄いカ
ラーフィルター層が平均粒径0.01〜0.15ミクロ
ンの顔料粉末で形成されている。
パネルの製造方法は、前記絶縁層が少なくとも2層以上
から構成され、前記カラーフィルター層を直接上から覆
う絶縁層を前記カラーフィルター層に悪影響を与えない
温度で焼成を行う第一の焼成工程と、他の絶縁層の内の
少なくとも一層の焼成温度を前記第一の焼成工程より高
くした第二の焼成工程との少なくとも二つの焼成工程を
含む。
カラープラズマディスプレイパネルの断面構造を図8に
示し、説明する。後面基板は従来例で示した図14に全
く同じであり、後面基板8に、データ電極9、や白色隔
壁6、蛍光体(赤)10、蛍光体(緑)11、蛍光体
(青)12などが順次作成され、各発光色の放電セル1
8、19、20となる空間を形成した。白色隔壁6は例
えば350ミクロンピッチとし、白色隔壁6の幅は約8
0ミクロンである。前面基板1上には透明電極2と、こ
の上に低抵抗化のための金属バス電極を形成した(図示
せず)。次に、低融点鉛ガラスのペーストをスクリーン
印刷し、約580℃で焼成することにより、約25ミク
ロンの厚さの溶融したガラス層からなる透明絶縁層17
を形成した。この基板上に、各色のカラーフィルター層
を以下の工程により形成した。酸化鉄を主成分とする赤
色の微粒子顔料にバインダーと溶剤を調合したペースト
を1.05mmピッチ、幅約390ミクロンのストライプ
状にスクリーン印刷し、約150℃で溶剤を蒸発させ乾
燥した。引き続き、コバルト、クロム、アルミニウム、
チタンの酸化物を主成分とする緑色の微粒子顔料にバイ
ンダーと溶剤を調合したペーストを用い、既に印刷され
ている赤色顔料パターンから350ミクロン平行移動し
た位置に隣接してスクリーン印刷し、乾燥した。最後
に、コバルトとアルミニウムの酸化物微粒子を主成分と
する青色の顔料とバインダー、溶剤からなるペーストを
同様の方法で印刷、乾燥した。この3回の着色顔料の印
刷により、表示部に相当する部分を全面各色の顔料で覆
ったのち、約520℃で焼成した。この工程により、顔
料微粒子層(赤)25、顔料微粒子層(緑)26、顔料
微粒子層(青)27が形成される。
焼成温度は、低融点鉛ガラスを溶融させ、内部に気泡の
無い、平滑で透明な絶縁層とするために高い温度で焼成
される。これに対し、絶縁層上の顔料微粒子層の焼成
は、低融点鉛ガラス層があまりリフローしない温度が選
ばれる。この焼成温度を高くした場合は、下地の低融点
鉛ガラスの絶縁層が流動することにより、良好な形状で
印刷された顔料層のパターンが変形したり、ひび割れが
生じる問題や、低融点鉛ガラス層と顔料微粒子層が相互
に拡散することにより、散乱性が強くなったり、低融点
鉛ガラスとの反応によって透過スペクトルの変化を生
じ、カラーフィルターとしての良好な性能が損なわれて
しまう問題を生じる。従って、本発明の顔料微粒子を主
成分とする薄いカラーフィルター層を実現するために
は、顔料ペーストに含まれているバインダー成分が十分
分解、焼失する温度以上で、殆ど絶縁層がリフローしな
い温度以下とされた。本実施の形態では、絶縁層に使用
した低融点鉛ガラスの軟化点より約10℃高い520℃
の焼成温度とした。この温度では、顔料微粒子層のパタ
ーンを変形させる流動や拡散は生じないが、絶縁層表面
も少し軟化するために顔料微粒子層を強く固着させる効
果があった。焼成後のカラーフィルター層の厚さは約1
ミクロンから2ミクロンとした。もちろん、顔料微粒子
そのものはこの温度で溶融するものではないので、従来
のカラーフィルターのようにリフローによってパターン
が崩れることはない。
MgO膜の保護層16を真空蒸着することにより、前面
基板を完成した。使用した無機顔料微粒子の粒径は0.
01から0.15ミクロン程度と非常に細かく、緻密な
層になっており、直接MgO膜を蒸着しても剥がれるこ
とはなかった。最後に、後面基板と組み合わせ封着、排
気、放電ガスの封入を行い、カラーフィルター付きのプ
ラズマディスプレイパネルを完成した。
ルの場合、スクリーン印刷精度が不十分になることがあ
る。この時、隣接する顔料微粒子層パターン間に隙間が
生じると、著しく表示面がむら状になり品位が損なわれ
るために、本実施の形態では隣接する他の色の顔料微粒
子層とは約40ミクロン重なるように形成した。この重
なり部分は発光しない隔壁部上に来るため、重ねること
による不都合を生じないばかりか、かえって強く着色し
たブラックマトリクスとなるため外光下でのコントラス
ト改善に寄与した。勿論、製造の都合で各色の顔料微粒
子層を重ねないで形成しても良い。
ルでは、カラーフィルター層が低融点鉛ガラスの絶縁層
内に分散されていないため、低融点鉛ガラスとの反応劣
化や散乱の発生がなく、また非常に微細粒径の顔料微粒
子を主成分とする薄い層となっているため平行透過率の
高い良好なカラーフィルター特性が得られた。
微粒子からなるカラーフィルター層の機械的強度は強く
ないために、後面基板との組立時の接触により、カラー
フィルター層が剥げ落ちたりする問題があった。また、
カラーフィルター形成後にブラックマトリクス層などの
形成が困難であった。そこで、第二の実施の形態とし
て、図9に透明絶縁層を形成する前にカラーフィルター
層を形成した例を示し説明する。前面基板1に、透明電
極2と金属バス電極(図示せず)を形成した後、各色の
カラーフィルター層を第一の実施形態と同様の方法で形
成した。酸化鉄を主成分とする赤色の微粒子顔料にバイ
ンダーと溶剤を調合したペーストを1.05mmピッチ、
幅約340ミクロンのストライプ状にスクリーン印刷
し、乾燥した。引き続き、コバルト、クロム、アルミニ
ウム、チタンの酸化物を主成分とする緑色の微粒子顔料
にバインダーと溶剤を調合したペーストを用い、既に印
刷されている赤色顔料パターンから350ミクロン平行
移動した位置に隣接してスクリーン印刷し、乾燥した。
最後に、コバルトとアルミニウムの酸化物微粒子を主成
分とする青色の顔料とバインダー、溶剤からなるペース
トを同様の方法で印刷、乾燥後、焼成しバインダを飛ば
し固着させた。この3回の着色顔料の印刷により、表示
部に相当する部分全面が約2ミクロンの厚さの赤、緑、
青の顔料微粒子層25、26、27で覆われる。この基
板上に、低融点鉛ガラスのペーストをスクリーン印刷、
乾燥後、焼成し第一の絶縁層28を形成した。更にこの
上に別の低融点鉛ガラスペーストを塗布し再び乾燥、焼
成を行い第二の絶縁層29を形成した。
なる第一及び第二の絶縁層の形成には特に注意を要し
た。即ち、低融点鉛ガラス層の焼成温度が高い場合は、
焼成時に顔料微粒子がガラス層内に拡散したり、流動に
より顔料層のパターンが乱れてしまう。また、大きく流
動しない場合でもカラーフィルター層に亀裂が発生し
た。非常に幅の狭い亀裂の場合は実質的な影響は少ない
が、50ミクロンもの亀裂が発生する場合があった。こ
の亀裂部は透明であるためにフィルター機能を著しく低
下させる。亀裂の発生し易さには、顔料材料や粒径依存
性がみられ、特に、緑色の顔料や0.01ミクロン以下
の非常に細かい微粒子顔料の方が顕著であった。
ために、低融点鉛ガラスの絶縁層を2層構造とした。即
ち、顔料微粒子層25〜27を直接覆う第一の絶縁層2
8には、第二の絶縁層29より軟化点の高い低融点鉛ガ
ラス粉末を使用した。実施の形態では、520℃の軟化
点のガラス粉末を原料としたペーストを顔料微粒子層上
に塗布し、乾燥後、535℃で焼成し、約7ミクロン程
度の薄い第一の絶縁層28を、顔料微粒子層を覆うよう
に形成した。この工程では、第一の絶縁層の焼成温度と
軟化点温度の差が少ないために、焼成時の低融点鉛ガラ
スの流動性が少なく顔料微粒子層のひび割れや、凝集、
ガラス層への分散、拡散などの悪影響を及ぼさない。し
かし、焼成温度が低いために、この第一の絶縁層28の
表面の平滑性はあまり良くなく、細かいうねりがあっ
た。また、微細なピンホールなどの欠陥も残っており、
絶縁層としての絶縁耐圧はあまり良いものではなかっ
た。そこで、第一の絶縁層28を形成後、軟化点の低い
低融点鉛ガラスからなるペーストを印刷、乾燥、焼成
し、第二の絶縁層29を形成した。焼成温度は、リフロ
ーし平滑な表面と、ピンホールや気泡のない耐圧の高い
絶縁層となる温度が選ばれている。実施の形態では軟化
点が490℃の低融点鉛ガラス材料を用い、570℃で
焼成を行った。カラーフィルター層となる顔料微粒子層
が既に軟化点温度の高い第一の絶縁層28で覆われてい
るため、第二の絶縁層29の焼成時においても、顔料の
拡散などが生じず、薄い顔料層の形状を維持していた。
また、流動に伴う顔料パターンの変形やひび割れも生じ
なかった。
基板を完成した。後面基板と組み合わせ、放電ガスを封
入することにより、プラズマディスプレイパネルを完成
した。
態として、図10に電極上にまず透明な絶縁層であるバ
ッファー層3を形成してから、顔料微粒子層を形成し、
更に透明絶縁層を形成した例を示す。ガラス板である前
面基板1上に、透明電極2を形成し、さらにこの上に金
属バス電極(図10では省略)を形成した後、全面に低
融点鉛ガラスペーストを塗布し、乾燥、焼成することに
より、透明電極や金属電極を透明な絶縁層であるバッフ
ァー層3で覆う。このバッファー層3はこの後の顔料微
粉末層を形成する上での下地の役目を果たす。バッファ
ー層形成後、第2の実施の形態と同様の方法で、各色の
顔料微粒子層を形成した。即ち、顔料微粒子にバインダ
ーと溶剤を調合したペーストを1.05mmピッチ、幅約
340ミクロンのストライプ状にスクリーン印刷、乾燥
する工程を3色で繰り返し全面にパターン化された顔料
微粒子層25、26、27を形成した。この上から再び
低融点鉛ガラスペーストのスクリーン印刷塗布、乾燥、
焼成を2回行い、第一の絶縁層28と第二の絶縁層29
を形成した。ここで、顔料微粒子層に先だって形成した
下地層となるバッファー層3としては軟化点が520℃
のものを用い、570℃で焼成し十分リフローさせた。
顔料微粒子層を直接覆うように形成する第一の絶縁層2
8も軟化点が520℃の同じものを使用したが、焼成温
度は535℃とし、あまり流動しない状態の焼成とし
た。更にその上に形成した第二の絶縁層29は490℃
と軟化点の低い低融点鉛ガラスを使用し、焼成温度も5
70℃と高くした。この様にすることにより、第2の実
施の形態と同様に耐圧が十分高く、表面平滑性の良い絶
縁層を得ると共に、絶縁層形成に伴うカラーフィルター
特性の劣化を回避した。
違は、顔料微粒子層を形成する前に下地となる絶縁層を
形成することにある。この処理の効果として、まず第一
には均一性の向上があった。第2の実施の形態の場合で
は顔料微粒子層は異なる3種類の構成物(ガラス板、I
TOまたは酸化錫などの透明導電膜、バス電極の金属
膜)の表面を覆うために、印刷厚さむらや焼成工程で下
地材料と顔料材料の組み合わせによっては反応や凝集が
生じ不均一になる場合があった。特に、赤色顔料や青色
顔料でこの傾向が強かった。本実施の形態で示すよう
に、下地となるバッファー層3でガラス板部、透明電極
部、金属電極部を前面覆ってしまうことにより、上述の
問題は発生せず、良好なカラーフィルター層を得ること
ができた。この下地となるバッファー層は3ミクロン程
度の薄さでも十分下地効果を発揮した。勿論十分絶縁耐
圧を高くするために20ミクロン以上の厚い層としても
良い。この場合は本実施の形態の第2の絶縁層29を省
略し、実質的な耐圧特性を下地となるバッファー層に担
わせることもできる。
する前に、各色のカラーフィルター層間に薄いブラック
マトリクス30を形成した例を図示した。ブラックマト
リクス30は発光しない白色隔壁部6を覆い隠すと共
に、着色顔料層のパターンずれなども隠すことができる
ために、コントラストと表示面の均一性に寄与した。
料と、顔料層を形成するときの下地材料との、組み合わ
せによって生じる反応について、詳しく説明する。ここ
で問題となる下地材料は、透明電極の材料である酸化錫
や、ITO(インジウムチンオキサイド)である。この
反応は顔料微粉末層を形成した場合でも発生することが
あるが、特に顔料粉末と低融点鉛ガラスを混合したペー
ストを透明電極上に印刷乾燥焼成したときに発生しやす
い。以下、顔料粉末を低融点鉛ガラスと混合して印刷乾
燥焼成した場合を例にとって、詳細に説明する。
の例である。この図1と対応する従来例は図7であり、
同じ部材は同じ符号で説明する。
パネルと図7で示した従来のAC型カラープラズマディ
スプレイパネルとは、透明電極2を被覆する絶縁層の構
造が相異している。すなわち、図1のAC型カラープラ
ズマディスプレイパネルは、透明電極2の上にバッファ
ー層3を形成し、この上にカラーフィルター(赤)1
3、カラーフィルター(緑)14及びカラーフィルター
(青)15を放電セル(赤)18、放電セル(緑)1
9、放電セル(青)20の発光色に対応して形成し、そ
の上に透明絶縁層4を被覆する。
ーフィルター(緑)14及びカラーフィルター(青)1
5は、通常低融点鉛ガラス粉末と顔料粉末とを混合し、
それに有機溶剤とバインダーとを混ぜたフィルターペー
ストをスクリーン印刷で各色ごとに印刷乾燥焼成して形
成される。顔料粉末の材料は上述の実施の形態で説明し
てきたものと同じでよい。従って顔料粉末は低融点鉛ガ
ラスの絶縁層の中に分散された形であり、顔料微粒子層
(赤)25、顔料微粒子層(緑)26、顔料微粒子層
(青)27とは全く別物で、記号の上でも区別して記載
した。
透明電極2とカラーフィルター13、14及び15とが
直接接触することはない。従って透明電極2の原料であ
る酸化錫(SnO2 ) 又はITOと、カラーフィルター
の主成分である無機顔料との間の反応を防ぐことができ
る。
極2の上に直接カラーフィルターを形成したとすると、
透明電極2の中の酸化錫(SnO2 )又はITOとカラ
ーフィルターの主成分である無機顔料との間で反応が生
じる。この反応の詳細なメカニズムはまだ明らかにされ
てはいない。この反応によってカラーフィルターの透過
スペクトルがどの様に変化するかを以下に説明する。
青い顔料を用いたカラーフィルター(青)15を酸化錫
(SnO2 )上に焼成したときの、透過スペクトル曲線
を示し、22は本発明の実施の形態に従い青い顔料を用
いたカラーフィルターを、低融点鉛ガラスのバッファー
層3上に焼成したときの透過スペクトル曲線を示す。カ
ラーフィルターペーストの焼成温度は550℃である。
では400nm付近の波長の光がより強く吸収されている
ことが分かる。
近であるため上記吸収の影響を受け、SnO2 上に青フ
ィルターを焼成した場合には透過率が大幅に落ちる。図
3はその場合の透過率の変化を示すが、ITO上に焼成
した場合にもほぼ同様な透過スペクトルの変化が見られ
る。
い顔料を用いたカラーフィルター(赤)13を酸化錫
(SnO2 )上に焼成したときの透過スペクトルを示
し、曲線24は本発明の実施の形態に従い赤フィルター
ペーストを低融点鉛ガラスのバッファー層3の上に焼成
したときの透過スペクトルを示す。ここでもカラーフィ
ルターペーストは550℃で焼成した。
長を有する。曲線24から分かるように、バッファー層
上に赤い顔料を用いたカラーフィルターを焼成したとき
は、610nm付近から短波長側の透過率が低下し、カラ
ーフィルターとしての機能を果たすが、酸化錫(SnO
2 )上に赤顔料を用いたカラーフィルターを焼成した場
合には曲線23に示されるように著しく退色し、400
nm付近までほとんど透過率が変化せずフィルターとして
の機能を果たせない。図4は酸化錫(SnO2)の透明
電極の場合の透過率の変化を示すが、ITOの上でもほ
ぼ同様な透過率の変化が見られる。
透明電極上に焼成しても透過スペクトルの変化が認めら
れなかった。
パネルは、透明電極2とカラーフィルター13、14、
15とが直接接触しないように、透明電極2上にバッフ
ァー層3を形成することにより、透明電極2の原料であ
る酸化錫(SnO2 )又はITOとカラーフィルターの
主成分である無機顔料との反応を防ぎ、透過率の変化を
防いでいる。
たカラーフィルターの透過スペクトルが変化する、とい
う全く新しい知見に基づいて成されたものである。
ズマディスプレイパネルの別の例の断面である。
は、図7に示す従来のAC型カラープラズマディスプレ
イパネルと同様な基本的構造を有するが、カラーフィル
ター層13、14及び15の表面を平滑化するための透
明絶縁層4を取り去り、透明電極2と低融点鉛ガラス中
に顔料粉末を分散させているカラーフィルター層13、
14及び15との間にバッファー層3を挿入している点
で異なる。この場合にも、透明電極2とカラーフィルタ
ー層13〜15とが直接接触しないので透過率の変化が
生じない。
フィルター層は顔料と低融点鉛ガラスの混合物を印刷し
たものである。既に述べたように、顔料粉末だけを先に
印刷し、これを透明な低融点鉛ガラスで被覆して焼成す
ることによっても同様な効果が得られる。また顔料粉末
に感光性材料を混合して、フォトリソグラフィー法によ
ってカラーフィルター層を形成し透明な低融点鉛ガラス
で被覆して焼成することによっても同様な効果が得られ
る。
ー層3の材質として最も適しているのは低融点鉛ガラス
である。しかしこの他にもバッファー層3として、例え
ばアルミナを真空蒸着により1〜3μm 程度成膜するよ
うにしてもよい。これによってもバッファー層の効果は
十分にある。
可能である。SiO2をスパッター成膜又はディップ成
膜してバッファー層とすることも可能である。上記以外
の材質でも同様な効果が得られることが多い。
ぼ同等の効果が期待できる。しかしながら、プロセスと
の整合性やコスト等を考えると、低融点鉛ガラスのバッ
ファー層が最適といえる。
低融点鉛ガラスからなる絶縁層を軟化点の異なる2層構
造としたが、製造工程のマージンは少なくなるものの、
焼成条件だけで制御することもできる。第4の実施形態
として以下に説明する。参照する図は第二の実施形態と
同じく図9である。第二の実施形態と同様の方法で、
赤、緑、青の顔料微粒子からなるカラーフィルター層
(顔料微粒子層25、26、27)を形成した後、軟化
点が470℃の低融点鉛ガラス粉末を主成分とするペー
ストを印刷し、乾燥、500℃で焼成し、約8ミクロン
の厚さの第一の絶縁層28を形成した。次に、同じ低融
点鉛ガラスのペーストを印刷し、乾燥後、550℃で焼
成を再び行い第二の絶縁層29を形成した。この様に、
顔料微粒子層を被覆する絶縁層を2層に分け、顔料微粒
子層を覆っている第一のガラス層を低い温度で一度焼成
することにより、その上に再度印刷された低融点鉛ガラ
スペーストをより高い温度で焼成しても、顔料微粒子層
への影響は回避することができた。勿論、焼成温度が高
い場合は顔料微粒子層が拡散、凝集、ひび割れ、流動に
よるパターン変形が生じる。焼成温度が低い場合は、絶
縁耐圧の低下や気泡の残留などの問題を生じるために、
第2の実施の形態に比較し工程マージンは少ないが、焼
成温度を変えて、2層の絶縁層を別々に焼成することに
より、良好な特性を有するカラーフィルターが得られ
た。この場合は複数の絶縁層を同じペースト印刷で形成
することができ、プロセスコストの低減が図られた。な
お、この方法は第三の実施形態の構造にも適用すること
ができる。
絶縁層に覆われたパネルを実現するためには、絶縁層に
使用する低融点鉛ガラス材料により最適な焼成温度はこ
となるが、顔料微粒子層を直接覆う最初の焼成温度と次
の高温の焼成温度の差として、20℃から80℃程度に
することが好ましかった。
顔料微粒子の平均粒径及び顔料微粒子層の膜厚は、カラ
ーフィルターの特性に大きな影響を与える。顔料微粒子
の平均粒径は、絶縁焼成時の顔料微粒子層のひび割れ
や、透過スペクトルに関係し、平均粒径0.01〜0.
15ミクロンで、ひび割れがなく選択透過特性に優れた
カラーフィルターを得ることができた。図11に示すよ
うに、顔料微粒子の平均粒径が大きくなると0.15ミ
クロンあたりから散乱光が増加し平行光線透過率が減少
する。このため、平均粒径が増大するとカラーフィルタ
ーの透過率の減少と外光散乱により白濁した表示面とな
るためコントラストが低下した。一方、平均粒径を小さ
くし0.01ミクロン以下にすると、凝集力が大きくな
るためか、顔料微粒子層にひび割れが生じやすくなっ
た。図12にその一例を示す。縦軸の顔料微粒子層ひび
割れギャップとは、顔料微粒子層に生じるひび割れのギ
ャップ幅である。このひび割れがあると、白色透過光量
が増加しカラーフィルターの選択透過特性が減少する不
具合が生じる。以上のことから、本実施の形態では前述
の顔料微粒子の最適平均粒径範囲内の平均粒子径0.0
3ミクロン程度の顔料微粒子を主に用いた。
厚依存性を図13に示す。図13の特性は、赤、青、緑
の各蛍光体の発光のピークである波長610nm、515
nm、455nmにおける透過率と、カラーフィルターの吸
収のピーク555nm、618nm、585nmにおける透過
率の値をプロットしたものである。ただし赤のフィルタ
ーはエッジフィルター状の透過スペクトルなので、55
5nmを吸収ピークの波長とした。
カラーフィルター特性は図13で蛍光体の発光波長であ
る丸いプロットと、フィルターの吸収波長である四角い
プロットの差が大きいことである。つまり、発光色、
赤、青、緑を選択的に透過し、それ以外の波長の光を遮
蔽する特性を有することが必要である。図13から、顔
料微粒子層の膜厚が厚すぎると全体的な透過率が下がっ
てくるため、丸印のプロットと四角いプロットの差が無
くなる透過特性が得られる。これから、最適な顔料微粒
子層の膜厚範囲は5μm 以下にあることを得た。
スペクトルの波長依存性が弱くなり、全体的になだらか
なスペクトルとなり選択透過特性が無くなってくる。こ
れは、顔料ペーストの顔料微粒子の割合が極端に減る
と、カラーフィルター層としての光学濃度の減少と共
に、顔料微粒子同士の凝集力によって分散が著しく悪く
なり、白色透過光量が増加するためである。これから、
最適な顔料微粒子層の膜厚は0.5μm 以上にあること
を得た。
ーフィルター特性を得るための最適顔料微粒子層の最適
膜厚が0.5〜5μm であることを得た。ただし、図1
3より判る通り、顔料微粒子層の膜厚が3ミクロンを越
えると蛍光体の発光波長の透過率が明らかに下がり出
す。発光輝度を重視する観点からは顔料微粒子層の膜厚
は0.5ミクロンから3ミクロンの範囲がより好ましい
と言える。
ガラスの比誘電率は13程度とかなり大きいが、顔料微
粒子の比誘電率は多くの場合、低融点鉛ガラスに比較し
て小さい。また、顔料微粒子層内には粒子間に非常に小
さい隙間が残るためか実質的な誘電率は更に小さくなっ
ていた。このため顔料微粒子層の挿入により放電電圧が
上昇する傾向があった。非常に薄い場合は、放電電圧の
上昇は無視できる程度であるが、顔料微粒子層が5ミク
ロン以上の厚さでは10V以上も放電電圧が高くなり、
パネル駆動の点でも不利になった。本実施の形態では、
赤、青、緑のカラーフィルターの膜厚を、この最適膜厚
範囲内の1〜2ミクロンとした。
鉛ガラスで被覆するAC型構造のプラズマディスプレイ
パネルだけではなく、放電空間内に顔料微粒子層が直接
露出している構造のプラズマディスプレイパネルでも同
様である。
3色についてすべて顔料微粒子層からなるカラーフィル
ター層を形成した例を示したが、工程の簡略化や発光色
のバランスのために2色あるいは1色だけに本発明の顔
料微粒子層を形成しても良い。
の構造のパネルに関してのみ記述したが、対向2電極型
のAC型プラズマディスプレイなどにおいても、全く同
様に本発明を適用できることは言うまでもない。
に分散させるのではなく、非常に微細粒径の顔料微粒子
を主成分とする薄い層をカラーフィルターとすることに
より、高温の焼成工程においても反応劣化が少ない。こ
れは、顔料微粒子が非常に密な層状態にあるため、全体
としてガラス材料と接触し反応する量が少ないためであ
る。低融点鉛ガラスの絶縁層に接して焼成されることに
より、低融点鉛ガラスが軟化するために、相互浸透が生
じるが、顔料粒子が非常に微細であるため、比較的強く
お互いに固着しており、顔料微粒子が低融点鉛ガラス層
に拡散していく量は少なく、また、顔料微粒子間の隙間
が非常に小さいためにガラス物質が逆に顔料層内に浸透
していく量も非常に少ない。このため、同一の顔料微粒
子を用いたとしてもガラス層内に分散させた場合に比較
して、屈折率差に起因する散乱が少なく透過性の良いカ
ラーフィルターが得られた。また、カラーフィルター層
に接している絶縁層を軟化点の高い材料とすることによ
り、上述の反応や相互浸透がより効果的に防止されると
共に、リフローによる流動変形、顔料粒子の凝集や顔料
層のひび割れなどが低減でき、均一で微細なパターンの
カラーフィルターが実現された。
み込んだパネルを採用することにより、外光の反射を押
さえ、明るい場所でも高いコントラストのカラープラズ
マディスプレイパネルを実現することができた。また、
放電ガスの可視発光や蛍光体の不要な発光を有効に遮断
することができるため色純度の改善にも効果があった。
顔料微粒子層はAC型プラズマディスプレイパネルの前
面基板を製造する際に、絶縁層の形成に追加した工程で
容易に作成することができ、カラーフィルター層の形成
に伴うコストも大きくはなく工業的にも容易に採用する
ことができる。
マディスプレイパネルのパネル構造の断面図である。
マディスプレイパネルのパネル構造の断面図である。
を示すグラフである。
を示すグラフである。
面図である。
面図である。
面図である。
マディスプレイパネルのパネルの断面図である。
マディスプレイパネルのパネルの断面図である。
ラープラズマディスプレイパネルのパネルの断面図であ
る。
グラフである。
プの関係を示すグラフである。
示すグラフである。
断面図である。
断面図である。
Claims (16)
- 【請求項1】 絶縁層に被覆された透明電極を有するカ
ラープラズマディスプレイパネルにおいて、前記絶縁層
が前記透明電極を直接被覆するバッファー層とカラーフ
ィルタの機能を有する絶縁層とが積層された少なくとも
2層構造を有し、かつ前記カラーフィルターの機能を有
する絶縁層は顔料粉末をパターン形成した後、透明な低
融点鉛ガラスを被覆焼成して形成されてなることを特徴
とするカラープラズマディスプレイパネル。 - 【請求項2】 絶縁層に被覆された透明電極を有するカ
ラープラズマディスプレイパネルにおいて、前記絶縁層
が前記透明電極を直接被覆するバッファー層とカラーフ
ィルタの機能を有する絶縁層とが積層された少なくとも
2層構造を有し、かつ前記カラーフィルターの機能を有
する絶縁層は顔料粉末と感光性材料とを混合した混合物
をパターン形成した後、透明な低融点鉛ガラスを被覆焼
成して形成されてなることを特徴とすることを特徴とす
るカラープラズマディスプレイパネル。 - 【請求項3】 前記バッファー層はアルミナからなるこ
とを特徴とする請求項1又は2に記載のカラープラズマ
ディスプレイパネル。 - 【請求項4】 前記バッファー層は酸化珪素からなるこ
とを特徴とする請求項1又は2に記載のカラープラズマ
ディスプレイパネル。 - 【請求項5】 前記透明電極は酸化錫からなることを特
徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のカラー
プラズマディスプレイパネル。 - 【請求項6】 前記透明電極はインジウムチンオキサイ
ドからなることを特徴とする請求項1から4のいずれか
1項に記載のカラープラズマディスプレイパネル。 - 【請求項7】 表示面側となる前面基板上に少なくとも
放電電極と絶縁層が形成されたプラズマディスプレイパ
ネルにおいて、前記絶縁層は前記放電電極上に形成さ
れ、前記絶縁層とは独立して形成された顔料微粒子を主
成分とする薄いカラーフィルター層が、前記絶縁層と前
記基板上に形成された前記放電電極との間に形成されて
いることを特徴とするカラープラズマディスプレイパネ
ル。 - 【請求項8】 前記放電電極と前記絶縁層とは独立して
形成された顔料微粒子を主成分とする薄いカラーフィル
ター層との間に絶縁層が形成されていることを特徴とす
る請求項7記載のカラープラズマディスプレイパネル。 - 【請求項9】 放電電極上に形成された第1の絶縁層と
前記第1の絶縁層上に形成された顔料微粒子を主成分と
する薄いカラーフィルター層と前記顔料微粒子を主成分
とする薄いカラーフィルター層上に形成された第2の絶
縁層を有し、前記第1の絶縁層の軟化点が、第2の絶縁
層の軟化点より高いことを特徴とする請求項8記載のカ
ラープラズマディスプレイパネル。 - 【請求項10】 絶縁層に被覆された透明電極を有する
カラープラズマディスプレイパネルの製造方法におい
て、顔料微粒子を主成分とする薄いカラーフィルター層
を形成後前記顔料微粒子を主成分とする薄いカラーフィ
ルター層と接する軟化点を有する絶縁膜の焼成温度が前
記軟化点よりも高く且つ、前記顔料が前記絶縁層に分散
されない温度で焼成されることを特徴とするカラープラ
ズマディスプレイパネルの製造方法。 - 【請求項11】 絶縁層に被覆された透明電極を有する
カラープラズマディスプレイパネルの製造方法におい
て、第1の絶縁層を焼成後、顔料微粒子を主成分とする
薄いカラーフィルター層を形成した後、第2の絶縁層を
形成し、前記第2の絶縁層の焼成を前記第2の絶縁層の
軟化点よりも高く、前記顔料が前記絶縁層に分散されな
い温度で焼成されることを特徴とするカラープラズマデ
ィスプレイパネルの製造方法。 - 【請求項12】 絶縁層に被覆された透明電極を有する
カラープラズマディスプレイパネルの製造方法におい
て、第1の絶縁層を焼成後、顔料微粒子を主成分とする
薄いカラーフィルター層を形成した後、第2の絶縁層
後、前記第2の絶縁層の軟化温度よりも低くい第3の絶
縁層を形成し、前記第1及び第2の絶縁層の焼成を前記
第1の絶縁層の軟化点よりも高く、前記顔料が前記絶縁
層に分散されない温度で焼成後前記第3の絶縁膜が焼成
により平坦化される温度で焼成したことを特徴とするカ
ラープラズマディスプレイパネルの製造方法。 - 【請求項13】 前記顔料微粒子を主成分とする薄いカ
ラーフィルター層の厚さが0.5〜5ミクロンであるこ
とを特徴とする請求項1から12のいずれか1項に記載
のカラープラズマディスプレイパネル。 - 【請求項14】 前記顔料微粒子を主成分とする薄いカ
ラーフィルター層の厚さが0.5〜3ミクロンであるこ
とを特徴とする請求項1から12のいずれか1項に記載
のカラープラズマディスプレイパネル。 - 【請求項15】 前記顔料微粒子を主成分とする薄いカ
ラーフィルター層が平均粒径0.01〜0.15ミクロ
ンの顔料粉末で形成されていることを特徴とする請求項
1から12のいずれかに1項に記載のカラープラズマデ
ィスプレイパネル。 - 【請求項16】 前記顔料微粒子層を主成分とする薄い
カラーフィルター層とこれを覆う絶縁層を有するカラー
プラズマディスプレイパネルの製造方法において、前記
絶縁層が少なくとも2層以上から構成され、前記カラー
フィルター層を直接上から覆う絶縁層を前記カラーフィ
ルター層に悪影響を与えない温度で焼成を行う第一の焼
成工程と、他の絶縁層の内の少なくとも一層の焼成温度
を前記第一の焼成工程より高くした第二の焼成工程との
少なくとも二つの焼成工程を含むことを特徴とするカラ
ープラズマディスプレイパネルの製造方法。
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