JP3846636B2 - プラズマディスプレイパネル及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＡＣ型のプラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）及びその製造方法に関する。

ＰＤＰは、表示輝度の上で有利な自己発光型の表示デバイスであり、画面の大型化及び高速表示が可能であることから、ＣＲＴに代わる表示デバイスとして注目されている。特に蛍光体によるカラー表示に適した面放電型ＰＤＰは、ハイビジョンを含むテレビジョン映像の分野にその用途が拡大されつつある。

図４は一般的な面放電型ＰＤＰの分解斜視図であり、１つの画素ＥＧに対応する部分の基本的な構造を示している。

図４に例示したＰＤＰ１０は、蛍光体の配置形態による分類の上で反射型と呼称される３電極構造のＰＤＰであり、一対のガラス基板１１，２１、横方向に互いに平行に隣接して延びた一対の表示電極Ｘ，Ｙ、放電に壁電荷を利用するＡＣ駆動のための誘電体層１７、ＭｇＯからなる保護膜１８、表示電極Ｘ，Ｙと直交するアドレス電極Ａ、アドレス電極Ａと平行な平面視直線状の隔壁２９、及びフルカラー表示のための蛍光体層２８などから構成されている。

内部の放電空間３０は、隔壁２９によって表示電極Ｘ，Ｙの延長方向に単位発光領域ＥＵ毎に区画され、且つその間隙寸法が規定されている。蛍光体層２８は、面放電によるイオン衝撃を避けるために、表示電極Ｘ，Ｙと反対側のガラス基板２１上の各隔壁２９の間に設けられており、面放電で生じる紫外線によって励起されて発光する。蛍光体層２８の表層面（放電空間と接する面）で発光した光は、誘電体層１７及びガラス基板１１などを透過して外部へ射出する。

表示電極Ｘ，Ｙは、蛍光体層２８に対して表示面Ｈ側に配置されることから、面放電を広範囲とし且つ表示光の遮光を最小限とするため、幅の広い透明導電膜４１とその導電性を補うための幅の狭い金属膜（バス電極）４２とから構成されている。透明導電膜４１は、ＩＴＯ（酸化インジウム）やネサ（酸化錫）などの酸化金属からなる。

このような構造のＰＤＰにおいて、誘電体層１７の表層面は、放電特性の均一化及び透明性の確保の上で、より平滑であることが望ましい。

一般に、誘電体層１７は単層構造のガラス層とされ、例えば軟化点が４７０℃程度の低融点鉛ガラス（ＰｂＯの組成比が７５％程度）を、軟化点より十分に高い６００℃程度の温度で焼成することによって形成されていた。軟化点より十分に高い温度で焼成すれば、焼成に際してガラス材料が流動することから、表層面の平坦なガラス層を得ることができる。
特開平７−１０５８５５ 特開平６−３３３５０３

従来においては、一対の表示電極Ｘ，Ｙに対して印加する駆動パルスのパルス幅に微妙な偏りがあったり、定常的に一方の表示電極に対する印加パルス数が他方に比べて多い駆動シーケンスを適用したりしたときに、表示電極Ｘ，Ｙ間の電位状態の均等性が損なわれる。つまり、表示電極Ｘ，Ｙ間に同一極性のＤＣ電圧が繰り返し加わることになる。

このような条件で長期にわたって使用すると、表示電極Ｘ，Ｙのエレクトロマイグレーションが進行し、誘電体層１７の内部で一方の表示電極の透明導電膜４１から他方の表示電極の透明導電膜４１に向かって樹枝状の突起が成長する。このため、部分的に絶縁抵抗が低下し、非表示の単位発光領域ＥＵが発光する誤点灯が生じてしまうという問題があった。なお、エレクトロマイグレーションの誘因である印加電圧の偏りを完全に無くすことは不可能である。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、表示電極Ｘ，Ｙを構成する透明導電膜の劣化を防止し、表示の信頼性を高めることを目的としている。

透明導電膜の被覆に適する誘電体材料を探究した。その結果、ＺｎＯ系ガラス材料を用いることにより、透明導電膜の劣化を大幅に低減できることを見い出した。

本発明に係るＰＤＰは、前面側ガラス基板の内面に透明導電膜と金属膜とからなる表示電極と当該表示電極を被覆する誘電体層を有してなるプラズマディスプレイパネルにおいて、前記誘電体層を、鉛を含まないＺｎＯ系ガラスの下層と、該下層ガラスよりも軟化点が低くなるようアルカリ系金属酸化物を添加した鉛を含まないＺｎＯ系ガラスの上層で構成したプラズマディスプレイパネルである。

好ましくは、前記下層ＺｎＯ系ガラスがＺｎＯを３０〜４０重量％、Ｂ₂ Ｏ₃ を１０〜２５重量％、Ｂｉ₂ Ｏ₃ を２０〜３０重量％含んだガラスからなり、前記上層ＺｎＯ系ガラスが前記アルカリ系金属酸化物としてＮａ₂ Ｏを含んだガラスからなる。

本発明に係るＰＤＰの製造方法は、前面側ガラス基板の内面に透明導電膜と金属膜とからなる表示電極と当該表示電極を被覆する誘電体層を有してなるプラズマディスプレイパネルの製造方法において、前記表示電極を、鉛を含まないＺｎＯ系の下層ガラス材料で被覆した状態でその軟化点より低い温度で焼成し、更に該下層ガラスの上をその軟化点よりも低い軟化点を有するようアルカリ系金属酸化物を添加した鉛を含まないＺｎＯ系ガラスの上層ガラス材料で被覆した状態でその軟化点よりも高く前記下層ガラス材料の焼成温度より低い温度で焼成して前記誘電体層を形成する。

好ましくは、前記下層ガラス材料がＺｎＯを３０〜４０重量％、Ｂ₂ Ｏ₃ を１０〜２５重量％、Ｂｉ₂ Ｏ₃ を２０〜３０重量％含んだガラスからなり、前記上層ガラス材料が前記アルカリ系金属酸化物としてＮａ₂ Ｏを含んだガラスからなる。

透明導電膜と接する誘電体がＺｎＯ系ガラス材料からなる場合には、ＰＤＰを長期にわたって使用しても、エレクトロマイグレーションによる表示電極間の絶縁性の低下がほとんど起こらない。また、ＺｎＯ系ガラス材料は化学エッチングが容易であるので、表示電極の外部回路接続用端子となる電極端部を製造途中において保護（酸化防止）する被覆層（電極端子保護層）として利用することができる。すなわち、ＺｎＯ系ガラス材料を用いることによって誘電体層と電極端子保護層との一括形成が可能になり、製造工数の低減を図ることができる。

誘電体層を複層構造として上層の軟化点を下層よりも低くすれば、誘電体層の形成に際して上層のみについて流動性を高めることができ、表示電極との化学反応が抑制されるので、大きな気泡が無く且つ表層面が平坦で透明性の良好な誘電体層を得ることができる。

本発明によると、表示電極Ｘ，Ｙを構成する透明導電膜の劣化を防止し、表示の信頼性を高めることができる。

図１は本発明に係るＰＤＰ１の要部の構成を示す断面図である。

ＰＤＰ１は、マトリクス表示の単位発光領域に一対の表示電極Ｘ，Ｙとアドレス電極Ａとが対応する３電極構造の面放電型ＰＤＰである。

面放電のための表示電極Ｘ，Ｙは、前面側のガラス基板１１上に設けられ、ＡＣ駆動用の誘電体層１７によって放電空間３０に対して被覆されている。誘電体層１７の厚さは２０〜３０μｍ程度である。誘電体層１７の表面には、保護膜として数千Å程度の厚さのＭｇＯ膜１８が設けられている。

表示電極Ｘ，Ｙは、広い帯状の透明導電膜４１と、その導電性を補うために外端側に重ねられた幅の狭いバス金属膜４２とから構成されている。透明導電膜４１は数千Å〜１μｍ程度の厚さのＩＴＯ膜（酸化インジウム膜）からなり、バス金属膜４２は例えばＣｒ／Ｃｕ／Ｃｒの３層構造の薄膜からなる。

背面側のガラス基板２１には、単位発光領域を選択的に発光させるためのアドレス電極Ａが、表示電極Ｘ，Ｙと直交するように配列されている。アドレス電極Ａの上面を含めて背面側の内面を被覆するように、所定発光色の蛍光体２８が設けられている。

ＰＤＰ１では、図４のＰＤＰ１０との比較の上で、誘電体層１７の層構造及び材質に特徴がある。すなわち、誘電体層１７は、透明導電膜４１及びバス金属膜４２と接する下層１７Ａと、下層１７Ａの上に積層された上層１７Ｂとから構成されている。そして、下層１７Ａは軟化点が５５０〜６００℃のＺｎＯ系ガラス材料からなり、上層１７Ｂは軟化点が下層１７Ａより低い４５０〜５００℃のＰｂＯ系ガラス材料からなる。下層１７Ａ及び上層１７Ｂの厚さは同程度である。なお、軟化点とは、ガラス材料の粘度が４．５×１０⁷ 程度になる温度である。 以下、誘電体層１７の形成工程を中心にＰＤＰ１の製造方法を説明する。図２は製造段階のＰＤＰの模式図である。

ＰＤＰ１は、各ガラス基板１１，２１について別個に所定の構成要素を設けて前面側の電極基板（片面パネル）１０及び背面側の電極基板２０を作製し、その後に電極基板１０，２０を重ね合わせて封止を行い、内部の排気及び放電ガスの充填を行う一連の工程によって製造される。

ガラス基板１１側の製造に際しては、まず、蒸着やスパッタなどによる成膜、及びフォトリソグラフィ法によるパターニングによって、ガラス基板１１上に透明導電膜４１とバス金属膜４２とを順に形成して表示電極Ｘ，Ｙを設ける。なお、ガラス基板１１は、表面に二酸化珪素膜を設けた３ｍｍ程度の厚さのソーダ石灰ガラス板からなる。次に、ガラス基板１１の表面に表示電極Ｘ，Ｙをそれらの全長にわたって被覆するように、表１の組成のガラス材料（軟化点は５８５℃）又は表２の組成のガラス材料（軟化点は５８０℃）、すなわち実質的にＰｂを含まないＺｎＯ系ガラス材料を主成分とするガラスペーストをスクリーン印刷によって一様に塗布する。

そして、乾燥させたペースト層を、軟化点よりも低くガラス材料が若干軟化する程度の温度（例えば５５０〜５６０℃）で焼成し、下層１７Ａ及び電極端子保護層１７ａを形成する。具体的には焼成で得られたＺｎＯ系ガラス層１７１における放電空間と対向する部分が下層１７Ａであり、表示電極の端部に対応する部分が電極端子保護層１７ａである。電極端子保護層１７ａは、以降の熱処理における湿気との反応による表示電極Ｘ，Ｙの酸化を防止する役割をもつ。下層１７Ａの焼成温度が軟化点より低い場合には、焼成中におけるガラス材料の流動が緩慢になる。そのため、ガラス材料とバス金属膜４２のＣｕとの接触によって発泡を伴う化学反応が生じたとしても、その反応が長くは続かないので、絶縁破壊の原因となる大きな気泡は生じない。ただし、下層１７Ａの表層面（上面）は、ガラス粒界の大きさを反映した凹凸面（表面粗さが５〜６μｍの粗い面）になる。凹凸面は光の散乱による透明性の低下を招く。

そこで、下層１７Ａの上に、誘電体層１７を平坦化するための上層１７Ｂを形成する。上層１７Ｂの形成に際しては、上述のように軟化点が下層１７Ａの材料より低い表３の組成のＰｂＯ系ガラス材料（軟化点は４７５℃）を主成分とするペーストを塗布する。このとき、塗布の範囲を表示電極Ｘ，Ｙの端部（端子となる部分）の上部を除く範囲とする。これは、製造の最終段階での表示電極Ｘ，Ｙの端部を露出させる処理を容易にするための配慮である。

そして、乾燥させたペースト層を、ＰｂＯ系ガラス材料の軟化点より高く且つ下層１７Ａの焼成温度より低い温度（例えば５３０℃）で焼成し、上層１７Ｂを形成する〔図２（Ａ）〕。焼成温度を軟化点より高く設定することにより、焼成中にガラス材料が流動することから、表面粗さが１〜２μｍ程度の平坦な上層１７Ｂ（すなわち誘電体層１７）を得ることができる。また、上層１７Ｂの焼成温度を下層１７Ａの焼成温度より低く設定することにより、下層１７Ａの変質を防ぐことができる。こうして作製された電極基板１０は、上述のように誘電体層１７と電極端子保護層１７ａとが一括に形成されることから層構造が簡単で歩留りの点で優れ、しかも電極端子の露出させる加工が容易であることからＰＤＰ１の製造に好適な組み立て部品である。

なお、上層１７Ｂを下層１７Ａと同様にＺｎＯ系ガラス材料によって形成することが可能である。ただし、ガラス基板１１の変形を防ぐ上で焼成温度としては５９０℃以下が望ましいので、上層１７Ｂの軟化点を５９０℃より十分に低く設定する必要がある。ＺｎＯ系ガラス材料では、ＰｂＯ系と比べると軟化点を低くすることが難しいが、Ｎａ₂ Ｏに代表されるアルカリ系金属酸化物を添加することにより、軟化点を低くすることができる。表４の組成のＺｎＯ系ガラス材料の軟化点は５５０℃である。

以上のようにして下層１７Ａと上層１７Ｂとを順に形成して誘電体層１７を設けた後、電子ビーム蒸着などによってＭｇＯ膜１８を設けてガラス基板１１側の製造を終える。

次に、別途に作製された背面側の電極基板２０と、電極基板１０とを重ね合わせ、接着材料を兼ねる封止ガラス３１の融着によって両者を接合する〔図２（Ｂ）〕。具体的には、封止ガラス３１は、２枚の基板を重ね合わる前に、片方又は両方の電極基板上にスクリーン印刷によってに枠状に設けておき、基板重ね合わせ後に加熱されて融着する。このとき、融着温度は隔壁２９が変形しない温度に設定される。この封止ガラス３１の融着時においても電極端子保護層１７ａは表示電極の端部の酸化を防止する。

その後、パネル外に露出している電極端子保護層１７ａを化学エッチングによって除去し、表示電極Ｘ，Ｙの端部４１ａを露出させる〔図２（Ｃ）〕。エッチャントは例えば硝酸溶液である。なお、表示電極Ｘ，Ｙの端部は、金属膜４２のみの単層構造であり、この部分が異方性導電フィルムとフレキシブルケーブルを介して外部の駆動回路に接続される。電極端子保護層１７ａのエッチングは、パネル内部を排気する工程で放電を生じさせる場合には排気工程の前に行われる。

このようにして製造されたＰＤＰ１においては、透明導電膜（ＩＴＯ）４１と接する下層１７ＡがＺｎＯ系ガラス材料からなるので、長期にわたって使用しても、エレクトロマイグレーションによる表示電極Ｘ，Ｙ間の絶縁性の低下がほとんど起こらない。

図３はＩＴＯ膜の劣化と誘電体材料との関係を表すグラフである。すなわち、表示電極Ｘ，Ｙを表１の組成のＺｎＯ系ガラス材料で被覆した試料と、表５の組成のＰｂＯ系ガラス材料で被覆した試料とを作製し、それら試料に対して駆動パルス電圧の加速係数倍のＤＣ電圧を一定時間（例えば１００時間）にわたって印加する加速試験を行い、樹枝状突起の長さ顕微鏡観察により測定した。その結果を図３が示している。なお、縦軸の樹枝状突起の長さは、ＰｂＯ系ガラス材料における３倍加速の場合の長さを基準に規格化されている。また、ＰｂＯ系ガラス材料の軟化点はＺｎＯ系ガラス材料と同程度に選定されている。

図３から明らかなように、ＩＴＯ膜（透明導電膜）と接する誘電体がＺｎＯ系ガラス材料からなる場合には、１．５〜２倍の加速試験において樹枝状の突起が認められず、２．５〜３倍の加速試験において突起が生じたものの、ＰｂＯ系ガラス材料からなる場合に比べて突起の長さは極めて短い。

ＩＴＯ膜に代えてネサ（ＮＥＳＡ）膜で表示電極Ｘ，Ｙを形成した場合にも、図３と同様の結果が得られた。つまり、ネサ膜からなる表示電極Ｘ，Ｙを有したＰＤＰにおいてもＺｎＯ系ガラス材料が誘電体材料として好適であることを確認できた。

上述の実施形態によれば、上層１７Ｂの材料として、軟化点が下層１７Ａの軟化点よりも低いガラス材料を用いたので、上層１７Ｂの焼成時に下層１７Ａ内でガスが発生したとしても、そのガスが上層１７Ｂを通って外部へ発散し、上層１７Ｂによるガスの封じ込めが起こらない。なお、上層１７Ｂの材料として、軟化速度が下層１７Ａよりも大きいガラス材料を用いた場合にも、上層１７Ｂの焼成に際して、上層１７Ｂを下層１７Ａに比べて柔らかい状態とすることができるので、同様に上層１７Ｂによるガスの封じ込めを防止できる。

上述の実施形態において、各ガラス層１７Ａ，１７Ｂの材料、互いの厚さの比率、及び焼成条件（温度プロファイル）などは、ガラス基板材料、基板表面コート材料、透明導電膜４１の材料、バス金属膜の材料に応じて、均質且つ上面の平坦な誘電体層１７が得られるように適宜変更することができる。

上述の実施形態においては、２層構造の誘電体層１７を例示したが、必ずしも複層構造である必要はない。すなわち誘電体層１７としてＺｎＯ系ガラス材料からなる単層のガラス層を設けてもよい。粒径の小さいガラス粉末を選択的に用いて表面の平坦性を高めることができる。

上に述べたように、本実施形態によると、表示電極を構成する透明導電膜の劣化を防止し、表示の信頼性を高めることができる。

また、表示電極の内で外部との接続に際して端子となる端部を製造途中において保護するための特別の工程を省略することができる。

また、容易に誘電体層の透明性を確保することができる。表示電極及び誘電体層の支持体がガラス板である場合に、容易に誘電体層の透明性を確保することができる。上層形成時における下層の変質を防止することができる。

本発明に係るＰＤＰの要部の構成を示す断面図である。 製造段階のＰＤＰの模式図である。 ＩＴＯ膜の劣化と誘電体材料との関係を表すグラフである。 一般的な面放電型ＰＤＰの分解斜視図である。

符号の説明

１ ＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）
１０ 電極基板
１１ ガラス基板（基板）
１７ 誘電体層
１７Ａ 下層
１７Ｂ 上層
２１ ガラス基板
３０ 放電空間
４１ 透明導電膜
４２ 金属膜
１７１ ＺｎＯ系ガラス層（絶縁層）
Ｘ，Ｙ 表示電極

Claims (2)

1. 前面側ガラス基板の内面に透明導電膜と金属膜とからなる表示電極と当該表示電極を被覆する誘電体層を有してなるプラズマディスプレイパネルにおいて、
   前記誘電体層を、鉛を含まないＺｎＯ系ガラスの下層と、該下層ガラスよりも軟化点が低くなるようアルカリ系金属酸化物を添加した鉛を含まないＺｎＯ系ガラスの上層で構成し、
   前記下層ＺｎＯ系ガラスがＺｎＯを３０〜４０重量％、Ｂ ₂ Ｏ ₃ を１０〜２５重量％、Ｂｉ ₂ Ｏ ₃ を２０〜３０重量％含んだガラスからなり、前記上層ＺｎＯ系ガラスが前記アルカリ系金属酸化物としてＮａ ₂ Ｏを含んだガラスからなる
   ことを特徴とするプラズマディスプレイパネル。
2. 前面側ガラス基板の内面に透明導電膜と金属膜とからなる表示電極と当該表示電極を被覆する誘電体層を有してなるプラズマディスプレイパネルの製造方法において、
   前記表示電極を、鉛を含まないＺｎＯ系の下層ガラス材料で被覆した状態でその軟化点より低い温度で焼成し、更に該下層ガラスの上をその軟化点よりも低い軟化点を有するようアルカリ系金属酸化物を添加した鉛を含まないＺｎＯ系ガラスの上層ガラス材料で被覆した状態でその軟化点よりも高く前記下層ガラス材料の焼成温度より低い温度で焼成して前記誘電体層を形成し、
   前記下層ガラス材料がＺｎＯを３０〜４０重量％、Ｂ ₂ Ｏ ₃ を１０〜２５重量％、Ｂｉ ₂ Ｏ ₃ を２０〜３０重量％含んだガラスからなり、前記上層ガラス材料が前記アルカリ系金属酸化物としてＮａ ₂ Ｏを含んだガラスからなる
   ことを特徴としたプラズマディスプレイパネルの製造方法。