JP4535864B2 - プラズマディスプレイパネル - Google Patents

Description

本発明は、プラズマディスプレイパネル（Plasma Display Panel：ＰＤＰ）に関し、前面板と背面板とを接合する封着材の構成に特徴をもつ。

プラズマディスプレイパネルは、共に画面よりも大きい前面板と背面板とからなる。前面板と背面板は、画面の外側に位置する枠状の封着材によって接合され、放電ガス空間を密閉する扁平な器を構成する。前面板および背面板の主材料はガラス基板であり、封着材は低融点ガラスの焼成体である。

このような構成をもつプラズマディスプレイパネルのうち、カラー表示に用いられる面放電型のプラズマディスプレイパネルは、隣り合うセルどうしの間の放電干渉を防止する隔壁を有する。隔壁は、放電ガス空間を区画するとともに、放電ガス空間のうちの画面に対応した部分の厚みを規定する。隔壁の配置パターンには、放電ガス空間をマトリクス表示の列（ｃｏｌｕｍｎ）ごとに区画するストライプパターンと、列および行（ｒｏｗ）ごとに区画するメッシュパターンとがある。

隔壁を有したプラズマディスプレイパネルにおいては、前面板と背面板とを接合したとき、または接合した後に前面板および背面板の一方または両方が微視的に湾曲することがある。すなわち、封着材を溶融・固化させる焼成工程や放電ガスの封入に先立って内部を清浄する真空排気工程において、ガラス基板の昇温と内部の減圧の作用でガラス基板対が封着材を押し縮めるように撓む。前面板と背面板の接合領域におけるプラズマディスプレイパネルの厚みが設計値よりも小さくなり、逆に接合領域より内側の画面の周辺領域における厚みが設計値よりも大きくなる。厚みが大きくなった領域の内部では、隔壁とそれに当接すべき対向面とが１０μｍ程度離れる。そのような密着不良が生じる領域は画面の端に沿った数ｃｍ程度の幅の枠状である。なお、接合領域での厚みの縮小は“沈み込み”と呼称される。

接合領域の内側における前面板と背面板の密着不良は、表示動作中の異音発生の原因となる。表示のための高周波駆動電圧の印加にともなう周期的な静電吸引がガラス基板を局部的に振動させ、可聴周波数の微弱な異音を発生させる。異音は表示動作の品位を低下させる。

前面板および背面板の湾曲の防止に関して、特開２００１−２３６８９６号公報に、封着材にスペーサとしてガラスビーズを含有させることが記載されている。隔壁の高さと略等しい粒径をもつスペーサによって、接合領域における前面板と背面板の間隙が所望の値に保たれる。
特開２００１−２３６８９６号公報

前面板と背面板の接合領域の全周にわたってプラズマディスプレイパネルの厚みを均等にするには、相応の量のスペーサを封着材に含有させる必要がある。スペーサが少ないと、１個当りの押圧力が過大となってスペーサが割れたり砕けたりする。

しかし、スペーサであるガラスビーズの含有量を増やすにつれて、焼成前の封着材であるガラスペーストの粘度が増大し、ガラスペーストの塗布の生産性が低下するとともに塗布層の高さおよび幅が不均一になり易い。特に、粒度分布がブロードなガラスビーズを使用すると、ガラスペーストの粘度の増大は著しい。

粘度の増大を抑える上では、スペーサとして機能しない小さな粒子を含まずかつ大きさの揃ったガラスビーズを使用するのが望ましい。しかし、粒度分布がシャープなガラスビーズを得るための分級作業は、ガラスビーズを高価格にする。所望の値よりも大きい粒子を取り除くのは比較的に容易であるが、小さな粒子を取り除くのは困難である。

本発明は、前面板と背面板とを接合する封着材に適切な量のスペーサを含有させ、それによって前面板と背面板の接合領域の全周にわたってプラズマディスプレイパネルの厚みを均等にすることを目的とする。

本発明においては、放電ガス空間を介在させて対向する前面板と背面板の接合に、無孔質のビーズスペーサを含有する封着材を用いる。本発明における無孔質とは、実用的な含有量の範囲において、封着材を配置するための封着用ペーストの粘度が当該ビーズの含有によってほとんど変化しないような比表面積の小さい材質を意味する。

請求項１ないし請求項６の発明によれば、前面板と背面板の接合領域の全周にわたってプラズマディスプレイパネルの厚みを均等にすることができ、接合領域の内側の全体にわたって前面板と背面板との密着性を良好にすることができる。これによって、密着不良に起因する異音の発生を防止することができる。

図１はプラズマディスプレイパネルの概略構成を示す。プラズマディスプレイパネル１は前面板１０と背面板２０とで構成され、縦横に並ぶ放電セルからなる画面６０を有する。前面板１０および背面板２０はともに画面６０よりも大きい厚さ３ｍｍ程度のガラス基板に電極とその他の構成要素とが固着した構造体である。前面板１０および背面板２０は重ね合わせるように対向配置され、互いに重なり合った領域の周辺部において平面視枠状の封着材３５によって接合されている。前面板１０は背面板２０に対して図の左右に５ｍｍ程度張り出し、背面板２０は前面板１０に対して図の上下に５ｍｍ程度張り出す。このように張り出した前面板１０および背面板２０のそれぞれの端部には、駆動ユニットとの導電接続のためのフレキシブル配線板が接合される。例えば、画面６０のサイズが対角４１インチである場合、プラズマディスプレイパネル１はおよそ９９４ｍｍ×５８５ｍｍの大きさをもつ。

図２は電極マトリクスの模式図である。画面６０には表示放電を生じさせるための表示電極Ｘ，Ｙが平行に配列され、これら表示電極Ｘ，Ｙと交差するようにアドレス電極Ａが配列されている。表示電極Ｘおよび表示電極Ｙは、ＸＹＸＹ…ＸＹＸの順に１本ずつ交互に並ぶように配列され、隣り合う表示電極Ｘと表示電極Ｙとが電極対を構成する。表示電極Ｘ，Ｙのそれぞれは、透明導電膜とバス導体である金属膜の積層体である。

図３はプラズマディスプレイパネルの断面構造を示す。前面板１０と背面板２０と封着材３５とで密封された内部空間３０に、ネオンとキセノンとを混合した放電ガスが充填されている。

図４は前面板および背面板の構成要素とプラズマディスプレイパネルの周辺部分の断面構造を示す。図４においては構造を判り易くするためにガラス基板間の要素の厚みが拡大されている。

前面板１０は、ガラス基板１１、表示電極を構成するパターニングされた透明導電膜４１と金属膜４２、壁電荷が帯電する誘電体層１７、およびマグネシアからなる保護膜１８から構成される。金属膜４２は封着材３５の外側に導出されている。

背面板２０は、ガラス基板２１、列電極であるアドレス電極Ａ、低融点ガラス層２４、本発明に係る構造物である複数の隔壁２９、およびカラー表示のための蛍光体層２８Ｒ，２８Ｇ，２８Ｂから構成される。例示の隔壁２９の配置はストライプパターンである。

隔壁２９は隣接する列間の放電干渉を防ぐとともに、スペーサとしても機能する。すなわち、画面６０における内部空間３０の厚さ（前後方向の寸法）は、隔壁２９によって規定され、実質的に隔壁２９の高さＨに等しい。高さＨはセルサイズに応じて最適化され、一般に１３０μｍ〜２００μｍの範囲内の値に選定される。

プラズマディスプレイパネル１における特徴的構成要素は、前面板１０と背面板２０とを一体化する封着材３５である。封着材３５は低融点ガラスペーストの焼成体であり、プラズマディスプレイパネル１における沈み込みの防止および周辺部分の厚みの均等化に十分な量のビーズスペーサ７１，７２，７３を含んでいる。封着材３５は８ｍｍ〜１２ｍｍ程度の幅Ｗをもつ。封着材３５の内端と隔壁２９との距離は２０ｍｍ程度である。

図５は封着用ペーストの塗布方法の一例を示す。プラズマディスプレイパネル１の製造において、前面板１０および背面板２０を別個に作製した後、前面板１０および背面板２０の片方または両方にビーズスペーサを含有する封着用の低融点ガラスペースト（以下、シールペーストという）を塗布する。図５ではガラス基板の材料であるマザーガラス２１０を用いて一括に作製された２個の背面板２０に、ディスペンサによってシールペースト３５Ａが塗布されている。塗布は、２個のノズル８６をそれぞれが四角形を描くように背面板２０に対して同時に相対移動させることによって行われる。例えば内径４ｍｍのノズル８６を用い、粘度４０Ｐａ・ｓ〜５０Ｐａ・ｓのシールペースト３５Ａを、吐出圧力３．０ｋｇｆ／ｃｍ²、移動速度１００ｍｍ／ｓの条件で塗布することにより、幅３ｍｍ〜５ｍｍ、厚さ４５０μｍ〜５５０μｍのペースト層を得ることができる。

塗布に続いてシールペースト３５Ａの乾燥および仮焼成を行い、その後にマザーガラス２１０を２個の背面板２０に分割する。そして、１つの背面板２０と１つの前面板１０とを位置合わせして重ね合わせ、周辺の数箇所をクリップで挟んだ仮固定状態で焼成炉に搬入する。次に、予め背面板２０に設けられている通気孔およびそれに連通するよう取り付けられたチップ管を介して、前面板１０と背面板２０との対向間隙（枠状のシールペースト層で囲まれた内部空間）の真空排気を行い、対向間隙を減圧した状態でシールペースト層の焼成を行う。焼成温度はガラスフリットの軟化点付近の温度である。

焼成工程においては、内部の減圧によって、前面板１０と背面板１０とが引き寄せられる。画面内では前面板１０と背面板１０の隔壁上面とが密着し、接合領域では封着材料の軟化につれて前面板１０と背面板１０との対向距離が短くなる。これにともなってシールペースト層は基板面方向に押し拡げられ、３ｍｍ〜５ｍｍであった幅が８ｍｍ〜１２ｍｍ程度となる。このとき、シールペースト層に含まれるビーズスペーサが前面板１０と背面板２０との間隙の寸法が隔壁２９の高さよりも小さくなる沈み込みを防止する。

焼成炉内の温度を降下させ、それによって封着材料が固化すると前面板１０と背面板１０の接合が完了する。その後、放電ガスを充填し、チップ管の溶断によって放電ガス空間３０を完全に密閉する。

以下、封着材３５の構成をさらに詳しく説明する。

ビーズスペーサ７１，７２，７３として、Ｎａ₂Ｏ，ＣａＯ，ＳｉＯ₂を主要成分とする中心粒径１３５μｍのガラスビーズ（日本電気硝子社製、製品番号ＧＳ／１３５ＬＲ、軟化点７３０℃）を選んだ。１３５μｍは本実施例における封着材３５の厚さの設計値ｄである。このガラスビーズは次の条件（１）、（２）、（３）を満たす。
（１）軟化点が低融点ガラスペーストの主成分であるガラスフリット（封着材）の軟化点よりも高い。封着材の焼成に際して形状を保持する。
（２）熱膨張係数が封着材のそれに近い。
（３）シールペーストの粘度の増大が軽微である。

条件（２）をみたすことにより、熱ストレスによるクラックの発生を可及的に防止することができる。上記ガラスビーズの熱膨張係数は８０×１０^-7／℃であり、本実施例において使用する封着材の熱膨張係数の７４×１０^-7／℃に近い。

条件（３）は、量産性を損なわずにプラズマディスプレイパネルの封着構造を良好にする上で重要である。ガラスビーズの添加による粘度の増大が軽微であれば、無添加の場合と同様にシールペーストを塗布することができ、塗布の作業性が損なわれない。また、十分な機械的強度を得るのに必要な量のガラスビーズをシールペーストに含有させることができる。さらに、粘度の増大が軽微であれば、粘度増加を抑えるために所望サイズよりも小さい粒子を取り除く必要がない。つまり、ガラスビーズの粒度分布の許容範囲が拡がり、分級に要する費用を削減することができる。

図６はビーズスペーサの含有量とシールペーストの粘度との関係を示す。粘度測定手段は回転粘度計であり、回転数は１０ｒｐｍである。

ビーズスペーサとして低融点ガラスペーストに添加するガラスビーズは、上記設計値ｄの約５／６倍の粒径および約１．５倍の粒径を含む比較的にブロードな粒度分布をもつにも係わらず、図６中の太い実線が示すとおり、少なくとも０．０５ｗｔ％〜２．０ｗｔ％の含有量の範囲でシールペーストの粘度をほとんど増減させない。

これに対して、比較例のガラスビーズを低融点ガラスペーストに添加すると、図６中の破線が示すとおり、含有量の増加に伴って粘度も増加する。

ここで用いた低融点ガラスペーストは、軟化点が４１０℃のガラスフリット（日本電気硝子社製）を、エチルセルロース、アクリルなどのバインダを５ｗｔ％程度の割合で溶解させた溶剤であるビヒクル中に分散させたものである。本発明におけるビーズスペーサの含有量（ｗｔ％）は、ガラスフリットに対する重量比率である。

図７はガラスビーズの示差熱分析結果を示す。

示差熱分析装置によってガラスビーズの熱重量変化を調べた。図７中の太い実線が示すとおり、本実施例のガラスビーズでは顕著な重量変化はない。一方、比較例のガラスビーズでは、図７中の破線が示すとおり、１００℃付近の温度で大幅な減少が見られた。ガラスビーズの表面に吸着した水分が蒸発したものと推定される。また、３００℃以上の温度域でも脱ガスによると推定される重量の減少が見られる。図７の結果が示すとおり、比較例のガラスビーズは多孔質であり、本実施例のガラスビーズは無孔質である。

図８はビーズスペーサの効果を示す。図８では、封着材におけるビーズスペーサの含有量が異なる複数のプラズマディスプレイパネルのそれぞれにおける、図９に示す厚みＴｒと厚みＴｓとの差（＝Ｔｓ−Ｔｒ）が示されている。厚みＴｒは最も外側の隔壁２９が配置された位置でのプラズマディスプレイパネルの厚みであり、厚みＴｓは封着材３５によって接合された位置でのプラズマディスプレイパネルの厚みである。厚みＴｒおよび厚みＴｓは各プラズマディスプレイパネルについて図１０に示す１２個の位置Ｐ０１〜Ｐ１２で測定され、その測定値のばらつきが図８において垂直方向のバーで示されている。図８中の丸印は１２個の測定値の平均値を示す。

図８において、ビーズスペーサの含有量が０の場合は、厚みＴｒと厚みＴＳとの差の測定値（以下、厚みの差という）が−１５から１５まで大きくばらつき、しかも負の値を含んでいる。厚みの差が負の値であることは、接合領域でガラス基板１１とガラス基板２１とが異常に接近していることを意味する。つまり、ガラス基板１１が前側に凸となる向きで湾曲する沈み込みが生じ、隔壁２９との密着が不良になっている可能性がある。密着不良は異音発生の原因となる。

これに対して、ビーズスペーサの含有量が０．１ｗｔ％、０．９ｗｔ％，１．８ｗｔ％の場合は、厚みの差は正の値であり、ばらつきの範囲が小さい。ただし、含有量が０．１ｗｔ％の場合は０．９ｗｔ％および１．８ｗｔ％の場合と比べてばらつきが若干大きい。ビーズスペーサの含有量が０．０６ｗｔ％の場合は厚みの差に−５から１０までのばらつきがあるものの、厚みの差の平均値は正の値である。すなわち、含有量が０．０６ｗｔ％の場合にも、ビーズスペーサの含有によって沈み込みは軽減される。

含有量が多いほど厚みの差が大きい傾向が見られる。これの理由として、ガラスビーズにおける設計値ｄよりも大きい粒子の絶対数が多いことが考えられる。分級をより精密に行うことによってこの傾向は軽微となる。

ビーズスペーサの機械的破損を防止するには、含有量が多いのが望ましい。ただし、封着材３５の接合力やビーズスペーサの添加に伴うコスト上昇を考慮すると、０．０５ｗｔ％〜１．５ｗｔ％が含有量として好ましく、１．０ｗｔ％がより好ましい。１．０ｗｔ％の場合、計算の上では３．６ｍｍ²当り１５個のビーズスペーサが配置される。そして、この場合に封着材３５は、前面板１０または背面板２０に当該封着材３５を圧縮するように作用する０．７０ｋｇｆ／ｃｍ²の圧力が加わっても破損しない強度をもつ。

以上の実施形態において、隔壁２９のパターンはストライプパターンに限らず、メッシュパターンであってもよい。

本発明は、基板対の対向間隙を規定する構造物を有し、構造物から離れた外側の位置で基板対を接合する構造の表示デバイスに適用することができ、接合構造の信頼性の向上に貢献する。

プラズマディスプレイパネルの概略構成を示す図である。 電極マトリクスの模式図である。 プラズマディスプレイパネルの断面構造を示す図である。 前面板および背面板の構成要素とプラズマディスプレイパネルの周辺部分の断面構造を示す図である。 封着用ペーストの塗布方法の一例を示す図である。 ビーズスペーサの含有量とシールペーストの粘度との関係を示す図である。 ガラスビーズの示差熱分析結果を示す図である。 ビーズスペーサの効果を示す図である。 厚み測定の位置を示す図である。 厚み測定の周方向の位置を示す図である。

符号の説明

１ プラズマディスプレイパネル
１０ 前面板
２０ 背面板
３０ 放電ガス空間
３５ 封着材
７１，７２，７３ ビーズスペーサ

Claims (6)

1. 放電ガス空間を介在させて対向する前面板と背面板とからなり、画面における前記放電ガス空間の厚さ寸法を規定する構造物を有し、前記前面板と背面板の周辺部どうしが対向距離を決めるスペーサを含有する封着材によって接合されたプラズマディスプレイパネルであって、
   前記封着材は、無孔質のビーズスペーサを０．０５ｗｔ％〜２ｗｔ％の割合で含有する
   ことを特徴とするプラズマディスプレイパネル。
2. 前記封着材は低融点ガラスペーストの焼成体であり、前記ビーズスペーサは前記封着材よりも軟化点の高い無孔質のガラスビーズである
   請求項１記載のプラズマディスプレイパネル。
3. 前記封着材は、８ｍｍ〜１２ｍｍの範囲内の幅をもつ枠状である
   請求項１または２記載のプラズマディスプレイパネル。
4. 前記封着材における前記ビーズスペーサの粒度は、前記対向距離の設計値の５／６倍〜１．５倍の範囲内の値である
   請求項１記載のプラズマディスプレイパネル。
5. 放電ガス空間を介在させて対向する前面板と背面板とからなり、画面における前記放電ガス空間の厚さ寸法を規定する構造物を有したプラズマディスプレイパネルの製造方法であって、
   前記前面板および前記背面板を別個に作製し、
   前記前面板の周辺部または前記背面板の周辺部に、ガラスフリットに対して０．０５ｗｔ％〜２ｗｔ％の割合で無孔質のビーズスペーサを含有する低融点ガラスペーストを、前記構造物の高さよりも大きい厚さをもつ枠状に塗布し、
   前記前面板および前記背面板を重ね合わせ、
   前記前面板と前記背面板との対向間隙を減圧した状態で前記低融点ガラスペーストを焼成することによって、前記前面板と背面板の周辺部どうしを接合する
   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。
6. 前記低融点ガラスペーストを、前記構造物の高さよりも大きい厚さをもち且つ３．０ｍｍ〜５．０ｍｍの範囲内の幅をもつ枠状に塗布する
   請求項５記載のプラズマディスプレイパネルの製造方法。