JP4853353B2 - プラズマディスプレイ用背面板 - Google Patents
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尚、完成した後のプラズマディスプレイでは、前面基板10と背面基板20とは、背面基板上に形成されている隔壁24の上面が前面基板10に接していて、ほぼ隔壁の高さに等しい距離を保って対面しているのであるが、図2には、理解を容易にするために、両基板が離れた状態、つまり2つの基板を封着する前の状態を描いてある。
ここで、上述の隔壁24は、各アドレス電極22どうしの間を仕切って、隣り合うアドレスの放電セルの間で誤放電やクロストークが生じないようにするために設けられる。従って、どの隔壁24も確実に前面基板10に接触していて、隣り合うアドレスの放電セル間のガスの流通を遮断し、電気的にも両隣の放電セルどうしの間を絶縁していなければならない。
この他に、隔壁の気孔率を規定して隔壁強度を向上させたり(特許文献2参照)、隔壁頂部のラフネスを規定することで隔壁上部の凸部に発生する応力集中を低減したり(特許文献3参照)することが提案されている。しかしながら、特許文献2および3の方法では、前面基板に生じた異常突起が隔壁に応力集中を生じさせ隔壁の損壊により起こる不灯セルや異常点灯セルの発生対策としては効果的でなかった。応力集中が起こったとき、封着時やパネルの落下等によって生じる強い衝撃に隔壁は耐えきれないことが多いからである。
60×10−7<αL1<αL2<90×10−7(1)
3×10−7<αL2−αL1<20×10−7(2)
60×10−7<αL1<αL2<90×10−7(1)
3×10−7<αL2−αL1<20×10−7(2)
隔壁の損壊は、前面基板に生じた異常突起による隔壁への応力集中や、ディスプレイパネルに加わる振動、衝撃等に対して、隔壁の強度が低い場合に発生する。
図3(a)、図3(b)に前面基板上に存在する突起との接触部分で隔壁が損壊する状態を表した模式図を示す。例えば、隔壁を1種類の材料を用いて設け、誘電体層に用いる材料の熱膨張係数を隔壁に用いる材料の熱膨張係数よりも大きくすることによって隔壁に圧縮応力を持たせ、隔壁の強度を向上させることもできるが、隔壁に大きな衝撃が閾値を超えて隔壁が破砕した場合には、隔壁全体が均一であるため、損壊が伝播しやすく、図3(a)に示すように大きな損壊となるため好ましくない。同様に、上述の特許文献2のように隔壁の空隙率を低下させることによって隔壁強度を向上させた場合も、隔壁強度は向上することができるが、一方で脆性は逆に大きくなるために隔壁に加わる衝撃等が閾値を超えると大きく損壊してしまう。そこで、本発明においては、隔壁全体に圧縮応力をかけるのではなく、図4に示すように、隔壁頂部26を構成する材料の熱膨張係数を隔壁底部27を構成する材料の熱膨張係数よりも小さくすることによって、隔壁頂部のみに圧縮応力を持たせて全面基板と接触する隔壁頂部の強度を高め、かつ、ディスプレイパネルに振動、衝撃等が加わり隔壁が損壊した場合も、隔壁が損壊する部分を微小化することができる。本発明のように隔壁の頂部と底部を構成する材料の熱膨張係数が異なる隔壁とすると、隔壁の頂部と底部の衝撃伝播特性に差が生じるため、図3(b)に示すように隔壁に加わる衝撃等が閾値を超えて隔壁が損壊した場合でも、損壊の伝播を頂部で止めることができ、大きな損壊にはつながりにくい。そのため、前面基板に存在する大きな突起によって隔壁に応力集中が発生し、衝撃等によって隔壁が損壊しても、応力集中が起こった部位の隔壁頂部でごく微小に損壊するが、隔壁自体が大きく損壊するようなケースは起こりにくくなり、不灯セルや異常点灯セルは発生しにくくなる。
l=l0{1+α×(400−50)}
すなわち、α={(l−l0)/l0}/(400−50)
膨張係数の測定には、測定プローブとして半導体レーザを使用した線熱膨張率測定装置(望遠測微方式)を使用することができる。レーザ光を試料の測定方向に対して一定速度で走査し、試料によってレーザ光が遮られている時間を計測し、走査速度をもとに試料長さに換算する。また、試料は加熱炉中にセットされ、長さ測定中に設定温度まで適当なプログラムによって昇降温することにより、任意の温度間での試料長さ変化を計測し、熱膨張係数を測定することができる。
また、5%より小さいと隔壁頂部に所望の効果を得ることができない。
60×10−7<αL1<αL2<αLu<90×10−7(3)
4×10−7<αu−αL1<20×10−7(4)
上記式(3)および(4)を満たすことによって、隔壁頂部に係る圧縮応力を適度な範囲とすることができ、隔壁の大きな損壊が特に起こりにくいプラズマディスプレイ用背面板を得ることができる
αu−αL1が15×10−7を超えると隔壁頂部への圧縮応力が大きくなり過ぎ、脆性が逆に大きくなる場合があり、隔壁に加わる衝撃等が閾値を超えて隔壁が破砕した場合、隔壁頂部の損壊が大きくなることがあるため好ましくない。
また、αu−αL1が4×10−7より小さいと隔壁頂部に十分な圧縮応力を与えることが出来ず所望の効果を得ることができない場合がある。
65×10−7<αU<αS<105×10−7(5)
4×10−7<αS−αU<15×10−7(6)
αS−αUが15×10−7を超えると、隔壁および誘電体の形成面側に基板がそるような応力がかかり、4×10−7未満では隔壁および誘電体のない面側に基板がそるような応力がかかり、不灯セルや異常点灯セルが発生する原因となる場合がある。
図10に本発明の第四の実施態様を示す。第三の実施態様と同様にアドレス電極、誘電体層(いずれも図示しない)の形成されたガラス基板上にアドレス電極に平行な主隔壁と主隔壁に直交する補助隔壁からなる格子状隔壁が形成され、主隔壁の高さが補助隔壁の高さよりも高くなっているが、主隔壁および補助隔壁の頂部を構成する材料の熱膨張係数αL1を主隔壁および補助隔壁の底部を構成する材料の熱膨張係数αL2より小さくしている。
隔壁パターンを格子状とすることで、蛍光体の塗布面積を増加させることができ、発光効率を向上させると同時に、良好な排気効率を得ることができる。 図11に模式的に示すように隔壁はワッフル状であってもよい。
第一、第二、第三、第四の実施態様において、隔壁底部27を構成する材料の熱膨張係数を、隔壁頂部26を構成する材料の熱膨張係数よりも大きくすることにより、隔壁頂部26に圧縮応力を持たせて強度を高めることができる。さらに、隔壁頂部26と隔壁底部27を構成する材料の熱膨張係数が異なることによって、隔壁の頂部と底部の衝撃伝播特性に差を生じさせ、隔壁に加わる衝撃等が閾値を超えて隔壁が損壊した場合でも、損壊の伝播を頂部で止めることができる。
誘電体層は電極を被覆して保護し絶縁する作用を有すると共に、その上に形成される隔壁の形成性を改良する効果を有するものである。
誘電体層および隔壁は、それぞれの特性を有するガラス成分を用いた無機材料を含有するペーストを全面またはパターン状に塗布、乾燥し、焼成して形成されるもので、ガラスヲ主成分とする無機材料で構成されている。
酸化珪素は、3〜30重量%の範囲で配合できるが、3重量%未満の場合は、ガラス層の緻密性、強度や安定性が低下し、またガラス基板と熱膨張係数のミスマッチが起こり、所望の値から外れることがある。30重量%を超えると軟化点やガラス転移点が上昇し、耐熱温度が増加する。このため580℃以下でガラス基板上に緻密に焼き付けることが難しくなり、気泡が残留し、電気絶縁性が低下する傾向がある。
酸化ホウ素は10〜30重量%の範囲で配合することによって、電気絶縁性、強度、熱膨張係数、緻密性などの電気、機械および熱的特性を向上することができる。30重量%を超えるとガラスの安定性が低下する傾向がある。
酸化亜鉛は2〜40重量%の範囲で配合されるのが好ましい。2重量%未満では緻密性向上の効果がなく、40重量%を超えると、焼き付け温度が低くなり過ぎて制御が難しくなり、また絶縁抵抗が低くなるので好ましくない。
酸化バリウムは、8〜20重量%の範囲で配合する。8重量%未満ではガラス焼き付け温度および電気絶縁性を制御することが難しくなる。20重量%を超えるとガラス層の安定性や緻密性が低下する傾向がある。
また誘電体層は、電極が形成されたガラス基板上に形成されるため、誘電体を構成するガラスの成分と電極中の銀イオンやガラス基板の成分とがイオン交換などの反応を起こし、黄色化するなどの問題が起らないよう、ガラスは、アルカリ金属を実質的に含まないことが好ましい。なお、実質的に含まないとは、アルカリ金属の合計含有量が0.5重量%以下であること、好ましくは、0.1重量%以下であることを意味する。
上記したガラスと共に誘電体を形成するフィラーとしては、チタニア、アルミナ、ジルコニア、コーディエライト、ムライトおよびスピネルの群から選ばれた少なくとも一種が好ましく用いられる。
すなわち、本発明のディスプレイ用基板の製造方法は、電極が形成されたガラス基板上に、無機粉末と有機成分からなる誘電体ペーストを塗布して塗布膜を形成し、その上に無機微粒子と感光性有機成分からなる隔壁ペーストを塗布して、フォトリソグラフィ法により隔壁パターンを形成した後、前記誘電体ペースト塗布膜と隔壁パターンを同時に焼成するディスプレイ用基板の製造方法が好ましく、隔壁頂部、隔壁底部、誘電体層、ガラス基版に用いる材料を適宜選択することによって、上記式(1)〜(6)を満足するプラズマディスプレイ用背面板を得ることができる。
(衝撃試験)
重さ100gの金属球を高さ30cmから静かにパネルに落下させることを10回繰り返し、不灯セルや異常点灯セルが発生しないか観察した。
(膨張係数)
熱膨張係数の測定には、測定プローブとして半導体レーザを使用した線熱膨張率測定装置(望遠測微方式)を使用した。
(実施例1)
(誘電体ペースト)
エチルセルロース60gをテルピネオール940gに80℃で溶解し、固形分がなくなるまで撹拌したバインダー溶液200g(エチルセルロース濃度6%)に、ガラスA1:50gとフィラーA1:10gおよび増粘剤を3本ロールで混練して誘電体ペーストを調製した。
ガラスA1は、酸化ビスマス39%、酸化珪素7%、酸化ホウ素19%、酸化アルミニウム3%、酸化亜鉛20%、酸化バリウム12%の組成で、平均粒径2.5μm、ガラス転移点477℃、軟化点516℃、熱膨張係数は77×10-7/KであるフィラーAは、チタニア(石原産業TIPAQUE R550)を用いた。
(隔壁頂部用ペースト)
感光性ポリマ(X−4007)150g、感光性モノマ(MGP400)150g、光重合開始剤(IC−369)30g、紫外線吸収剤(スダンIV)1gをγ−ブチロラクトン300gに加熱撹拌溶解し、その後、400メッシュのフィルターで濾過して調製した感光性有機成分の溶液55g(感光性有機成分濃度47.4%)にガラスB1:50gとフィラーB1:10gを混合し、3本ロールで混練して、隔壁頂部用の感光性ペーストを調製した。
ガラスB1の組成は、酸化リチウム6.5%、酸化珪素23%、酸化ホウ素33%、酸化バリウム4%、酸化アルミニウム20%、酸化亜鉛2%、酸化マグネシウム6%、酸化カルシウム5.5%であった。平均粒径は2.5μm、トップサイズは22μmの非球状粉末で、ガラス転移点489℃、軟化点528℃、熱膨張係数αは76×10−7/Kであった。
フィラーB1としては、高融点ガラスを用いたが、その組成は、酸化珪素38%、酸化ホウ素10%、酸化アルミニウム35%、酸化亜鉛2%、酸化マグネシウム5%、酸化カルシウム5%、酸化バリウム5%であった。また、平均粒径は1.5μmの非球状粉末で、ガラス転移点653℃、軟化点778℃、熱膨張係数は46×10−7/Kであった。
(隔壁底部用ペースト)
感光性ポリマ(X−4007)150g、感光性モノマ(MGP400)150g、光重合開始剤(IC−369)30g、紫外線吸収剤(スダンIV)1gをγ−ブチロラクトン300gに加熱撹拌溶解し、その後、400メッシュのフィルターで濾過して調製した感光性有機成分の溶液55g(感光性有機成分濃度47.4%)にガラスB2:50gとフィラーB1:10gを混合し、3本ロールで混練して、隔壁形成用の感光性ペーストを調製した。
ガラスB2の組成は、酸化リチウム10%、酸化珪素20%、酸化ホウ素29%、酸化バリウム2.5%、酸化アルミニウム24%、酸化亜鉛2%、酸化マグネシウム6.5%、酸化カルシウム6%であった。平均粒径は2.5μm、トップサイズは22μmの非球状粉末で、ガラス転移点474℃、軟化点515℃、熱膨張係数は81×10−7/Kであった。
フィラーB1としては、隔壁頂部用と同じものを用いた。
次に、誘電体用ペーストをスクリーン印刷法により、表示部分のアドレス電極が覆われるように50μmの厚みで塗布した後に、570℃15分間の焼成を行って誘電体を形成した。誘電体層の熱膨張係数αuは76×10−7/Kであった。
また、αu−αL1は6×10−7/Kであった。
また、αs−αuは7×10−7/Kであった。
衝撃試験によっても不灯セルや異常点灯セルは発生しなかった。
(実施例2)
誘電体ペーストに用いるガラスとして、ガラスA2(酸化ビスマス66.1%、酸化珪素12%、酸化ホウ素11.5%、酸化アルミニウム2.6%、酸化亜鉛2.4%、酸化ジルコニウム5.4%の組成であり、平均粒径:2.9μmの非球状粉末で、ガラス転移点486℃、軟化点522℃、熱膨張係数が97×10−7/Kのもの)を用いた。
また、αu−αL1は6×10−7/Kであった。
また、αs−αuは−5×10−7/Kであった。
衝撃試験によって不灯セルや異常点灯セルは1個のみ発生した。
(実施例3)
誘電体ペーストに用いるガラスとして、ガラスA3(酸化ビスマス55.5%、酸化珪素11.5%、酸化ホウ素12%、酸化バリウム6%、酸化アルミニウム7%、酸化亜鉛8%の組成であり、平均粒径:2.3μmの非球状粉末で、ガラス転移点490℃、軟化点533℃、50〜400℃の熱膨張係数が68×10-7/Kのもの)を用いた。
また、αu−αL1は6×10−7/Kであった。
また、αs−αuは17×10−7/Kであった。
(実施例4)
隔壁底部用感光性ペーストに用いるガラスとして、上述のガラスB3を用いた。
また、αu−αL1は6×10−7/Kであり、αs−αuは7×10−7/Kであった。
(実施例5)
誘電体ペーストに用いるガラスとして、ガラスA4(酸化ビスマス67%、酸化珪素10.5%、酸化ホウ素11.5%、酸化バリウム5%、酸化アルミニウム3%、酸化亜鉛3%の組成であり、平均粒径:1.7μmの非球状粉末で、ガラス転移点484℃、軟化点524℃、熱膨張係数が77×10−7/Kのものを用いた)。
(実施例6)
誘電体ペーストに用いるガラスとして、上述のガラスA2を用いた。
(比較例1)
誘電体ペーストに用いるガラスとして、ガラスA5(酸化ビスマス41%、酸化珪素18%、酸化ホウ素13%、酸化バリウム13%、酸化アルミニウム5%、酸化亜鉛7%、酸化ジルコニウム3%の組成であり、平均粒径:2.2μmの非球状粉末で、ガラス転移点479℃、軟化点521℃、50〜400℃の熱膨張係数が81×10-7/Kのもの)を用いた。
それ以外は、実施例1を繰り返した。
得られた誘電体の熱膨張係数αuは79×10−7/Kであり、隔壁頂部の熱膨張係数αL2は73×10−7/Kであり、αL2−αL1は2×10−7/Kであった。また、αu−αL1は6×10−7/Kであり、αs−αuは4×10−7/Kであった。衝撃試験により、不灯セルや異常点灯セルが40個発生した。
(比較例2)
比較例2において、誘電体ペーストに用いるガラスとして、ガラスA6(酸化ビスマス65%、酸化珪素10%、酸化ホウ素10%、酸化バリウム6%、酸化アルミニウム2%、酸化亜鉛6%、酸化ジルコニウム1%の組成であり、平均粒径:2μmの非球状粉末で、ガラス転移点490℃、軟化点530℃、50〜400℃の熱膨張係数が73×10-7/Kのもの)を用いた。
得られた誘電体の熱膨張係数αuは71×10−7/Kであり、隔壁頂部の熱膨張係数αL1は65×10−7/Kであり、隔壁底部の熱膨張係数αL2は87×10−7/Kであり、αL2−αL1は22×10−7/Kであった。また、αu−αL1は6×10−7/Kであり、αs−αuは12×10−7/Kであった。衝撃試験により、不灯セルや異常点灯セルが45個発生した。
(比較例3)
誘電体ペーストに用いるガラスとして、ガラスA7(酸化ビスマス67.2%、酸化珪素12%、酸化ホウ素11.5%、酸化バリウム4%、酸化アルミニウム3%、酸化亜鉛2.3%の組成であり、平均粒径:1.9μmの非球状粉末で、ガラス転移点492℃、軟化点535℃、50〜400℃の熱膨張係数が65×10-7/Kのもの)を用いた。
実施例1〜6、比較例1〜3の結果を表1に示す。
11 基板
12 表示電極
13 誘電体層
20 背面基板
21 基板
22 アドレス電極
23 誘電体層
24 隔壁
25 蛍光体膜
26 隔壁頂部
27 隔壁底部
Claims (3)
- ガラス基板上に、略ストライプ状の電極、該電極を覆う、ガラスを主成分とする誘電体層、および該誘電体層上に位置し、ガラスを主成分とする隔壁を有するプラズマディスプレイ用背面板であって、該隔壁の頂部を構成する材料の熱膨張係数をαL1(/K)、該隔壁の底部を構成する材料の熱膨張係数をαL2(/K)としたときに、下記式(1)および(2)を満たすことを特徴とするプラズマディスプレイ用背面板。
60×10−7<αL1<αL2<90×10−7(1)
3×10−7<αL2−αL1<20×10−7(2) - 前記誘電体層を構成する材料の熱膨張係数をαu(/K)とした場合、下記式(3)および(4)を満たすことを特徴とする請求項1記載のプラズマディスプレイ用背面板。
60×10−7<αL1<αL2<αu<90×10−7(3)
4×10−7<αu−αL1<20×10−7(4) - 前記ガラス基板の熱膨張係数をαs(/K)とした場合、下式(5)および(6)を満足することを特徴とする請求項2記載のプラズマディスプレイ用背面板。
65×10−7<αu<αs<105×10−7(5)
1×10−7<αs−αu<15×10−7(6)
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