JP4082082B2

JP4082082B2 - プラズマディスプレイパネルの製造方法

Info

Publication number: JP4082082B2
Application number: JP2002135125A
Authority: JP
Inventors: 靖幸赤田; 伸幸田井; 浩幸米原; 守男藤谷; 晃宏堀川; 敦森田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-05-10
Filing date: 2002-05-10
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2022-05-10
Also published as: JP2003331715A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマディスプレイパネルの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、プラズマディスプレイ装置は、視認性に優れた薄型の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が進められている。
【０００３】
このプラズマディスプレイ装置には、大別して、駆動的にはＡＣ型とＤＣ型があり、放電形式では面放電型と対向放電型の２種類があるが、高精細化、大画面化および製造の簡便性から、現状では、ＡＣ型で面放電型のプラズマディスプレイ装置が主流を占めるようになってきている。このプラズマディスプレイ装置に用いられるプラズマディスプレイパネルは、間に放電空間が形成されるように一対の基板を対向配置し放電空間にネオンおよびキセノン等の放電ガスを封入して構成されており、一方の基板上には誘電体層で覆われた走査電極および維持電極が形成され、もう一方の基板上には走査電極および維持電極と交差する方向に配列されたデータ電極や、隔壁、蛍光体層が形成されている。
【０００４】
このような電極や隔壁は例えばストライプ形状のような所定の形状を有しており、高精細な画像表示のニーズの高まりに対応して高精細なパターン形状を形成できるように次のような方法により電極や隔壁を形成している。すなわち、スピンコータ、ロールコータ、スクリーン印刷、ダイコート等の方法により電極材料や隔壁材料を含むスラリーやペーストを基板上に塗布して乾燥させ、次にフォトリソ法やサンドブラスト法等の方法により不要な部分を除去して所定のパターン形状に成形した後、焼成することによって基板上に電極や隔壁を形成している。
【０００５】
このように、スラリーやペーストを塗布して乾燥させた後に所定のパターン形状にするための加工を施すという工法が多く用いられるようになっており、スラリーやペーストを乾燥させる乾燥工程と焼成する焼成工程は区分されているのが一般的である。そのため、誘電体層のように乾燥工程と焼成工程との間で所定のパターン形状にするための加工を必要としない場合であっても、乾燥工程と焼成工程とを区分し、乾燥工程では乾燥炉を使用し、焼成工程では焼成炉を使用している。すなわち、基板上に誘電体層を形成する場合、基板上に誘電体ペーストを塗布した後、その基板を乾燥炉に投入して誘電体ペーストを乾燥させ、次に乾燥炉から取り出した基板を焼成炉に投入して誘電体ペーストを焼成している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように乾燥炉および焼成炉を用いて誘電体層を形成した場合、誘電体層に亀裂や直径１μｍ〜２０μｍ程度のピンホールのような欠陥が発生することがあった。誘電体層にこのような欠陥が存在すれば、プラズマディスプレイパネルを動作させたときその欠陥部分において絶縁耐圧が不足して過電流が発生し、プラズマディスプレイパネルとその駆動回路が破壊されるという課題があった。
【０００７】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、誘電体層に欠陥が発生することを抑制し、安定して動作するプラズマディスプレイパネルを得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、誘電体層を形成する工程について鋭意検討を重ねた結果、誘電体層に欠陥が発生する原因についての知見を得て、本発明に至ったものである。次に、本発明者らが考察した欠陥の発生過程について説明する。
【０００９】
誘電体層を形成するために基板上に塗布する誘電体ペーストは、ガラス等の誘電体材料、バインダおよび溶剤を含んだものであり、基板上に塗布した誘電体ペーストを昇温して乾燥させると溶剤が揮発し、誘電体材料の粒子間はバインダによって結着される。続いて温度を上げればバインダが除去され、さらに高温にすることで誘電体材料が焼結して誘電体層が得られる。しかしながら、誘電体ペーストを昇温して乾燥させた後、温度がある程度以上低下すると、誘電体材料の収縮量とバインダの収縮量との間に差があるためにバインダによる誘電体材料の粒子間の結着力が低下するかあるいは結着がはずれることで大きな歪みが発生し、その状態で温度を上げて焼成を行うとその歪みによって誘電体層に欠陥が生じるものと考えられる。
【００１０】
従来の製造方法では、基板上に誘電体ペーストを塗布した後、その基板を乾燥炉に投入して誘電体ペーストを乾燥させ、次に乾燥炉から取り出した基板を焼成炉に投入して誘電体ペーストを焼成しており、基板を乾燥炉から取り出すときには基板の温度は常温程度にまで下がっている。このため、前述したように乾燥した誘電体ペースト中に歪みが発生し、この歪みによって誘電体層に欠陥が生じるものと考えられる。このことから、乾燥から焼成に至る間の基板の温度低下を制御することにより、誘電体層に欠陥が発生することを抑制することができるという知見が得られ、このような知見に基づき本発明に至ったものである。
【００１１】
本発明は、間に放電空間が形成されるように一対の基板を対向配置することにより構成されたプラズマディスプレイパネルの製造方法において、基板上に誘電体材料、バインダおよび溶剤を含む材料を塗布して誘電体材料層を形成し、この誘電体材料層を形成した基板を、乾燥温度に昇温して前記誘電体材料層を乾燥させた後、前記誘電体材料が焼結する焼結温度に昇温して前記誘電体材料層を焼成することにより基板上に誘電体層を形成する際、基板の温度が前記乾燥温度に達してから前記焼結温度に達するまでの間に、前記基板の温度が前記乾燥温度の６０％未満の温度にならないように構成したものである。この方法によれば、誘電体層に欠陥が生じることを抑制することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について、図１〜図６を用いて説明する。
【００１３】
まず、プラズマディスプレイ装置におけるプラズマディスプレイパネルについて図１を用いて説明する。図１に示すように、ガラス基板等の透明な前面側の基板１上には、走査電極２と維持電極３とで対をなすストライプ状の表示電極が複数形成され、そして基板１上の隣り合う表示電極間には遮光層４が形成されている。この走査電極２および維持電極３はそれぞれ、透明電極５およびこの透明電極５上に形成された銀等からなるバス電極６により構成されている。また、前面側の基板１には、走査電極２、維持電極３および遮光層４を覆うように誘電体層７が形成され、その誘電体層７上には保護層８が形成されている。
【００１４】
また、前面側の基板１に対向配置される背面側の基板９上には、走査電極２および維持電極３と直交する方向に複数のストライプ状のデータ電極１０が形成され、そのデータ電極１０を覆うように下地誘電体層１１が形成されている。このデータ電極１０間の下地誘電体層１１上には、データ電極１０と平行にストライプ状の複数の隔壁１２が配置され、この隔壁１２の側面および下地誘電体層１１の表面に蛍光体層１３が設けられている。
【００１５】
前面側の基板１と背面側の基板９とは、走査電極２および維持電極３とデータ電極１０とが直交するように、基板間に微小な放電空間を設けて対向配置されるとともに周囲が封止され、そして放電空間には、ヘリウム、ネオン、アルゴン、キセノンのうちの一種または混合ガスが放電ガスとして封入されている。また、走査電極２および維持電極３とデータ電極１０との交差部には放電セルが形成され、その各放電セルには、赤色、緑色および青色となるように蛍光体層１３が一色ずつ順次配置されている。
【００１６】
このような電極構成のプラズマディスプレイパネルにおいては、走査電極２、維持電極３およびデータ電極１０のそれぞれに、初期化期間、アドレス期間、維持期間および消去期間に分かれて駆動電圧を印加することにより画像表示を行っており、初期化期間、アドレス期間、維持期間および消去期間により１サブフィールドを構成している。初期化期間では放電セル内の壁電荷の初期化を行い、アドレス期間では走査電極２に走査パルスを順次印加するとともに所望のデータ電極１０にアドレスパルスを印加することにより、走査電極２とデータ電極１０との間でアドレス放電を生じさせ放電セルを選択する。また、維持期間では走査電極２と維持電極３に維持パルスを交互に印加することにより、選択した放電セルにおいて走査電極２と維持電極３との間で維持放電を生じさせ、消去期間ではその維持放電を停止させる。維持期間において走査電極２と維持電極３に印加する維持パルス数を変えることによってそのサブフィールドの発光輝度が変化し、維持パルス数の異なる複数のサブフィールドによって１フィールドを構成するとともに発光させるサブフィールドをアドレス期間において選択することにより階調表示を行っている。
【００１７】
図２に上記で説明したプラズマディスプレイパネルを組み込んだプラズマディスプレイ装置の全体構成の一例を示している。図２において、パネル１４を収容するケースは、金属製のフロントケース部１５とバックケース部１６とから構成され、フロントケース部１５の前面にはガラス等からなる透光部１７が設けられている。また、この透光部１７には電磁波シールドのために、例えば銀蒸着が施されている。さらに、バックケース部１６には、パネル１４等で発生した熱を外部に放出するための複数の通気孔１６ａが設けられている。
【００１８】
パネル１４は、アルミニウム製のシャーシ部材１８の前面に絶縁性の熱伝導シート１９を介して接着することにより保持され、そしてシャーシ部材１８の後面側には、パネル１４を発光駆動させるための複数の回路ブロック２０が取り付けられている。熱伝導シート１９は、パネル１４で発生した熱をシャーシ部材１８に効率よく伝え、放熱を行うためのものである。また、回路ブロック２０はパネル１４の発光駆動とその制御を行うための電気回路を備えており、パネル１４の縁部に引き出された電極引出部に、シャーシ部材１８の四辺の縁部を越えて延びる複数のフレキシブル配線基板（図示せず）によって電気的に接続されている。また、シャーシ部材１８の後面には、複数の放熱用フィン１８ａと回路ブロック２０を取り付けるための複数のボス部１８ｂとシャーシ部材１８をバックケース部１６に固定するためのボス部１８ｃとが、ダイカストや鋳造等による一体成型により突設されている。
【００１９】
次に、本実施の形態によるプラズマディスプレイパネルの製造方法について図３〜図６を用いて説明する。
【００２０】
まず図３（ａ）に示すように、前面側の基板１上に、透明電極５とバス電極６とから構成される走査電極２および維持電極３と、遮光層４とを形成する。透明電極５はインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）や酸化スズ（ＳｎＯ₂）等からなり、真空蒸着法、エッチング法やリフトオフ法を用いて形成される。また、遮光層４や銀等からなるバス電極６は、スクリーン印刷法やフォトリソ法を用いて形成される。
【００２１】
次に、図３（ｂ）に示すように、走査電極２、維持電極３および遮光層４を覆うように基板１上に誘電体ペーストを塗布してペースト層（誘電体材料層）２１を形成する。誘電体ペーストを基板１上に塗布するにはダイコート法等を用いればよく、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り、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のペースト層２１が得られる。なお、誘電体ペーストは、ガラス等の誘電体材料、バインダおよび溶剤を含んだ材料である。
【００２２】
その後、ペースト層２１を形成した基板１を乾燥炉に投入してペースト層２１を乾燥させた後、焼成炉に投入してペースト層２１を焼成することにより、図３（ｃ）に示すように走査電極２、維持電極３および遮光層４を覆うように基板１上に誘電体層７を形成する。
【００２３】
次に、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）からなる保護層８を真空蒸着法等により誘電体層７上に形成することにより、図３（ｄ）に示すように前面側の基板１上に所定の構成部材が形成される。
【００２４】
このようにして所定の構成部材を形成した前面側の基板１と、データ電極１０、下地誘電体層１１、隔壁１２および蛍光体層１３を形成した背面側の基板９とを対向配置して基板１、９の周縁部を封着し、基板間にネオン、キセノン等を含む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が得られる。
【００２５】
次に、基板１上に形成したペースト層２１を乾燥、焼成する際に使用する熱処理装置について図４を用いて説明する。
【００２６】
図４に示すように熱処理装置は、乾燥炉２２、移載装置２３、焼成炉２４および取り出し装置２５が順次配置されて構成されており、焼成炉２４は上段と下段とからなる２段構造である。乾燥炉２２、移載装置２３、焼成炉２４および取り出し装置２５には基板１を搬送するための搬送ローラ２６が設けられ、移載装置２３および取り出し装置２５では搬送ローラ２６が昇降するように構成されている。また、移載装置２３および取り出し装置２５には基板移載手段２７が設けられている。
【００２７】
まず、ペースト層２１を形成した基板１を乾燥炉２２に投入し搬送ローラ２６によって基板１を搬送することによりペースト層２１を乾燥させる。次に、乾燥炉２２の出口２２ａに達した基板１を、基板移載手段２７によって移載装置２３の搬送ローラ２６上に置かれた支持基板２８上に載置し、焼成炉２４へ送る。基板１が載置された支持基板２８は焼成炉２４の上段を入口２４ａ側から出口２４ｂ側へ搬送され、その間に基板１上のペースト層２１が焼成され基板１上に誘電体層７が形成される。そして、焼成炉２４の出口２４ｂに達した基板１は、取り出し装置２５において基板移載手段２７によって支持基板２８から取り離されて次の工程に送られる。また支持基板２８は、取り出し装置２５において下降した後、焼成炉２４の下段を出口２４ｂ側から入口２４ａ側へ搬送され、移載装置２３において上昇し、乾燥炉２２から出てきた別の基板１が載置されて再び焼成炉２４へ送られる。このようにして、基板１上に形成したペースト層２１を乾燥する乾燥工程と焼成する焼成工程が行われる。なお、焼成炉２４内で基板１を搬送する際に用いる支持基板２８は、膨張係数や軟化点等において基板１に比べて極めて熱の影響の小さい素材で形成されており、焼成中の基板１の変形を抑制するために使用するものである。
【００２８】
図５は、乾燥工程から焼成工程にかけて基板１が搬送されるときの基板１の温度変化を表す温度勾配図であり、領域Ａおよび領域Ｃはそれぞれ乾燥炉２２内および焼成炉２４内における基板１の温度変化を表しており、領域Ｂは基板１が乾燥炉２２を出てから焼成炉２４に投入されるまでの間の基板１の温度変化を表している。
【００２９】
図５の領域Ａに対応するように、乾燥炉２２内の温度分布は、その入口側から出口側にかけて、常温から乾燥温度（１３０℃程度）まで上昇する昇温領域と乾燥温度を維持する定温領域とからなる。乾燥炉２２内の定温領域において基板１が乾燥温度に維持されることにより、基板１上のペースト層２１から溶剤が揮発しペースト層２１が乾燥する。
【００３０】
乾燥炉２２の出口２２ａから出てきた基板１は、図５の領域Ｂに示すように一旦温度が低下するが、乾燥炉２２の出口２２ａから焼成炉２４の入口２４ａに基板１を高速に移動できるように移載装置２３を構成することで、基板１の温度低下を少なくすることができる。また、移載装置２３において乾燥炉２２から出てきた基板１を支持基板２８上に載置するが、この支持基板２８を予め所定の温度に予熱しておくことにより、領域Ｂにおける基板１の温度低下を少なくすることができる。なお、支持基板２８は焼成炉２４の下段を搬送する間に遠赤外線ヒーター等により予熱するようにすればよい。支持基板２８を予熱しておく温度は、基板１を乾燥炉２２より取り出してから支持基板２８上に載置するまでの間の基板１の温度低下を考慮して、支持基板２８上に載置されるときの基板１の温度程度になるように適宜設定すればよい。
【００３１】
次に図５の領域Ｃに対応するように、焼成炉２４内の温度分布は、その入口２４ａ側から出口２４ｂ側にかけて、所定の温度から脱バインダ温度（３５０℃程度）まで上昇する昇温領域と脱バインダ温度を維持する定温領域と脱バインダ温度から焼結温度（６００℃程度）まで上昇する昇温領域と焼結温度を維持する定温領域と焼結温度から常温まで下降する降温領域とから構成される。焼成炉２４内において脱バインダ温度を維持する定温領域では、基板１が脱バインダ温度に維持されることにより基板１上に形成されたペースト層２１中のバインダが除去される。また、誘電体ペースト中の誘電体材料が焼結する焼結温度を維持する定温領域では、基板１が焼結温度に維持されることによりペースト層２１中の誘電体材料が焼結する。
【００３２】
焼成炉２４の入口２４ａでの温度は、領域Ｂでの基板１の温度低下を考慮して焼成炉２４に投入されるときの基板１の温度程度になるように設定すればよい。また、乾燥温度、脱バインダ温度および焼結温度をそれぞれ維持する３つの定温領域においては、それらの温度をそれぞれ３分以上維持するように設定することで効果的に乾燥および焼成を行うことができる。なお、それら３つの定温領域ではそれぞれ所定の温度を維持するようにしているが、その所定の温度付近で温度が毎分５℃以下の低勾配で変化するように構成してもよい。
【００３３】
次に、図５の領域Ｂにおいて生じる基板１の温度低下が、焼成して得られた誘電体層７に与える影響について調べた。移載装置２３における支持基板２８の温度や基板１を移載する速度を調整することにより、焼成炉２４に投入する際の基板１の温度Ｔｉを変えて誘電体層７の表面を観察した。図６は焼成炉２４に投入する際の基板１の温度Ｔｉが乾燥温度Ｔｋの５０％である場合（Ｔｉ＝０．５×Ｔｋ）のときの誘電体層７表面を表す模式図であり、図６に示すように誘電体層７にはクラック２９が形成されているのが確認された。誘電体層７に形成されたクラック２９が大きく深いものであれば、パネルとして動作させたときにクラック２９において絶縁破壊が発生し画像表示ができなくなるが、クラック２９が小さく浅いものであれば絶縁破壊を起こすことなくパネルを動作させることができる。表１は、焼成炉２４に投入する際の基板１の温度Ｔｉが乾燥温度Ｔｋの８０％、７０％、６０％、５０％、４０％になった場合に焼成して得られた誘電体層７の状態を示しており、「○」はクラック２９が発生しなかったことを表しており、「△」はクラック２９が発生していたが極めて小さく浅いものでパネルの動作に影響がないことを表しており、「×」はパネル動作ができないようなクラック２９が発生したことを表している。
【００３４】
【表１】

【００３５】
表１からわかるように、焼成炉２４に投入する際の基板１の温度Ｔｉが乾燥温度Ｔｋの６０％以上であれば、パネルの動作に影響を及ぼすようなクラックが存在しない誘電体層７を得ることができる。したがって、基板１の温度が乾燥温度に達してから焼結温度に達するまでの間に、基板１の温度が乾燥温度の６０％未満の温度にならないように構成することにより、パネルの動作に影響を及ぼすようなクラックが存在しない誘電体層７を得ることができ、安定して動作するプラズマディスプレイパネルを得ることができる。
【００３６】
さらに、焼成炉２４に投入する際の基板１の温度Ｔｉが乾燥温度Ｔｋの７０％以上であれば、クラックの発生が抑制された誘電体層７を得ることができる。したがって、基板１の温度が乾燥温度に達してから焼結温度に達するまでの間に、基板１の温度が乾燥温度の７０％未満の温度にならないように構成することにより、クラックの発生が抑制された誘電体層７を得ることができ、安定して動作するプラズマディスプレイパネルを得ることができる。
【００３７】
また、乾燥工程および焼成工程において基板１の温度低下が従来に比べて少ないため、乾燥工程および焼成工程において必要な熱エネルギーを従来に比べて５％程度削減することができる。
【００３８】
なお、上記実施の形態では基板１上に誘電体層７を形成する場合、乾燥炉２２と焼成炉２４を用いた場合について説明したが、誘電体材料層の乾燥から焼成までを一貫して行う１つの炉を用いてもよい。この場合の炉内の温度分布は、入口側から出口側に向かって、常温から乾燥温度まで上昇する昇温領域、乾燥温度を維持する定温領域、乾燥温度から脱バインダ温度まで上昇する昇温領域、脱バインダ温度を維持する定温領域、脱バインダ温度から焼結温度まで上昇する昇温領域、焼結温度を維持する定温領域および焼結温度から常温まで下降する降温領域を設けるようにすればよい。乾燥温度、脱バインダ温度および焼結温度をそれぞれ維持する３つの定温領域においては、それらの温度をそれぞれ３分以上維持するように設定することで効果的に乾燥および焼成を行うことができる。また、これら３つの定温領域において所定の温度を維持するかわりに所定の温度付近で温度が毎分５℃以下の低勾配で変化するように構成してもよい。
【００３９】
このように誘電体材料層の乾燥、焼成を１つの炉で行う場合には、乾燥温度に達してから焼結温度に達するまでの間に乾燥温度よりも低い温度にする必要はないが、前述したように乾燥温度の６０％未満の温度にならないようにしておけばパネルの動作に影響を及ぼすようなクラックが存在しない誘電体層７を得ることができる。さらに乾燥温度の７０％未満の温度にならないようにしておけばクラック発生が抑制された誘電体層７を得ることができる。したがって、安定して動作するプラズマディスプレイパネルを得ることができる。
【００４０】
また、上記実施の形態では前面側の基板１上に誘電体層７を形成する場合について説明したが、背面側の基板９上に下地誘電体層１１を形成する場合にも上記実施の形態と同様な乾燥および焼成を行うことができ、クラック発生が抑制された下地誘電体層を得ることができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明にかかるプラズマディスプレイパネルの製造方法によれば、パネルの動作に影響を及ぼすような欠陥が存在しない誘電体層を形成することができ、安定して動作するプラズマディスプレイパネルを得ることができる。
【図面の簡単な説明】

【符号の説明】
１、９基板
７誘電体層
２１ペースト層
２２乾燥炉
２３移載装置
２４焼成炉
２５取り出し装置
２６搬送ローラ
２７基板移載手段
２８支持基板
２９クラック

Claims

間に放電空間が形成されるように一対の基板を対向配置することにより構成されたプラズマディスプレイパネルの製造方法において、基板上に誘電体材料、バインダおよび溶剤を含む材料を塗布して誘電体材料層を形成し、この誘電体材料層を形成した基板を、乾燥温度に昇温して前記誘電体材料層を乾燥させた後、前記誘電体材料が焼結する焼結温度に昇温して前記誘電体材料層を焼成することにより基板上に誘電体層を形成する際、基板の温度が前記乾燥温度に達してから前記焼結温度に達するまでの間に、前記基板の温度が前記乾燥温度の６０％未満の温度にならないように構成したことを特徴とするプラズマディスプレイパネルの製造方法。
基板の温度が乾燥温度に達してから焼結温度に達するまでの間に、前記基板の温度が前記乾燥温度の７０％未満の温度にならないように構成した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の製造方法。
誘電体材料層の乾燥および焼成をそれぞれ乾燥炉および焼成炉により行うことを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマディスプレイパネルの製造方法。
誘電体材料層の乾燥および焼成を１つの炉により行うことを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマディスプレイパネルの製造方法。