JP4915106B2 - プラズマディスプレイパネルの製造方法およびプラズマディスプレイパネル用の誘電体ペースト - Google Patents

Description

本発明は、表示デバイスなどに用いるプラズマディスプレイパネルの製造方法およびプラズマディスプレイパネル用の誘電体ペーストに関する。

プラズマディスプレイパネル（以下、ＰＤＰと呼ぶ）は、高精細化、大画面化の実現が可能であることから、６５インチクラスのテレビなどが製品化されている。近年、ＰＤＰは従来のＮＴＳＣ方式に比べて走査線数が２倍以上のフルスペックのハイビジョンへの適用が進んでいるとともに、環境問題に配慮して鉛成分を含まないＰＤＰが要求されている。

ＰＤＰは、基本的には、前面板と背面板とで構成されている。前面板は、フロート法による硼硅酸ナトリウム系ガラスのガラス基板と、その一方の主面上に形成されたストライプ状の透明電極とバス電極とで構成される表示電極と、この表示電極を覆ってコンデンサとしての働きをする誘電体層と、この誘電体層上に形成された酸化マグネシウム（ＭｇＯ）からなる保護層とで構成されている。

背面板は、ガラス基板と、その一方の主面上に形成されたストライプ状のアドレス電極と、アドレス電極を覆う下地誘電体層と、下地誘電体層上に形成された隔壁と、各隔壁間に形成された赤色、緑色および青色それぞれに発光する蛍光体層とで構成されている。

前面板と背面板とは、その電極形成面側を対向させて気密封着され、隔壁によって仕切られた放電空間にＮｅ−Ｘｅの放電ガスが、４００Ｔｏｒｒ〜６００Ｔｏｒｒの圧力で封入されている。ＰＤＰは、表示電極に映像信号電圧を選択的に印加することによって放電させ、その放電によって発生した紫外線が各色蛍光体層を励起して赤色、緑色、青色の発光をさせてカラー画像表示を実現している。

ここで、特に前面板の誘電体層は、放電空間から発せられた光を透過させるために、できるだけ透過率を高くすることが必要である。ここで誘電体層は、誘電体ガラス材料を粉砕した誘電体ガラスフリット、バインダである樹脂、有機溶剤等を混合した誘電体ペーストを焼成して形成される。そして誘電体層の透過率を高くするためには、誘電体ガラスフリットの融点温度が低い低融点ガラス材料を軟化点温度より十分に高い温度で焼成する方法が知られている。このような方法で焼成すれば、誘電体ガラスフリットの流動性がよくなり、平坦なガラス層となるため、散乱光も減り透過率は高くなる。

また表示電極のバス電極には、導電性を確保するための銀電極が用いられている。このように表示電極に銀電極を用い、誘電体ペーストを軟化点温度より十分に高い温度で焼成すると、ガラス材料の流動性がよいため、可視光の透過率がよいが、銀電極から誘電体層へ銀イオンの拡散が起こる。銀イオンが誘電体層に拡散すると、誘電体層中のアルカリ金属イオンによって還元作用を受け、コロイド状の酸化銀を形成する。そして、この酸化銀が誘電体層を、黄色や褐色に強く着色させるとともに、一部の酸化銀が、還元作用を受けて酸素の気泡を発生し、その気泡が絶縁不良を引き起こす。

そこで誘電体層を、軟化点温度の高いガラス材料を用い、軟化点温度付近で焼成すると、ガラス材料が流動しない状態のため、銀電極から銀イオンの拡散も起きず、着色することはない。しかしながら、ガラス材料が流動しない状態では、誘電体層の表面は粗いスリガラス状となり、可視光の透過率が低下する。

そのため誘電体層を上層と、下層との２層に分け、銀電極を覆う下層の誘電体層には、軟化点温度の高いガラス材料を、下層の誘電体層上に形成される上層の誘電体層には、低融点ガラス材料を用いる例が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−５０７６９号公報

このように、２層の誘電体層構造は、誘電体層の下層が、銀電極との反応を抑制し、上層が可視光の透過率を低下させない役割を果たす。しかしながら、上層の誘電体層の可視光の透過率改善が、十分になされていないという課題があった。

誘電体層は、上述したようにガラス材料、バインダである樹脂、有機溶剤等を混合した誘電体ペーストを焼成して形成される。ここで焼成後に残るのは、ガラス材料だけで、樹脂はガスと水分に分解される。そして、分解されたガスが焼成後も誘電体層中に残り空洞を作ると、その空洞が可視光を散乱させ、透過率を低下させると考えられる。

また、バインダである樹脂は、塗布時の粘度保持のためには、一定量が必要である。しかしながら、従来このような塗布時も考慮して、可視光の透過率を高めるという観点から、誘電体ペーストの誘電体ガラス材料と樹脂との割合についての検討がなされてこなかった。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、銀電極との反応を抑制する構成の誘電体層であって、誘電体ペーストの塗布時も考慮し、可視光の透過率をさらに高めるＰＤＰの製造方法およびＰＤＰ用の誘電体ペーストを提供することを目的としている。

上記の課題を解決するために本発明は、基板上に表示電極と誘電体層とを形成した前面板と、背面板とを対向配置し、封着するＰＤＰの製造方法であって、前記表示電極はＡｇ成分を含み、前記誘電体層は第１誘電体層および第２誘電体層で構成され、前記第１誘電体層は第１誘電体ペーストによって、さらに前記第２誘電体層は第２誘電体ペーストによって形成され、前記第１誘電体ペーストおよび第２誘電体ペーストは、誘電体ガラス材料と、樹脂と、有機溶剤とを含み、前記第１誘電体ペーストおよび第２誘電体ペーストの前記誘電体ガラス材料は、酸化ビスマス（Ｂｉ ₂ Ｏ ₃ ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化硼素（Ｂ ₂ Ｏ ₃ ）、酸化硅素（ＳｉＯ ₂ ）、酸化アルミニウム（Ａｌ ₂ Ｏ ₃ ）、および酸化セリウム（ＣｅＯ ₂ ）を含み、さらに、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）、酸化バリウム（ＢａＯ）から選ばれる少なくとも１種を含み、前記第１誘電体ペーストにおいて、前記樹脂はエチルセルロース、アクリル樹脂１重量％〜２０重量％を含むターピネオール、あるいはブチルカルビトールアセテートであり、前記誘電体ガラス材料５５重量％〜７０重量％に対し前記樹脂３０重量％〜４５重量％であり、前記第２誘電体ペーストにおいて、前記樹脂はエチルセルロースを含み、前記エチルセルロースが前記誘電体ガラス材料に対して、体積百分率にて１１％以上、２０％以下であることを特徴とする。

このような製造方法とすると、誘電体層の酸化ビスマスが銀電極との反応を抑制する。そして誘電体ガラス材料との体積比をこのような範囲とすると、誘電体ペーストの粘度を塗布する際の適切な範囲となり、また誘電体層の透過率も高くできる。そのため、銀電極との反応を抑制する構成の誘電体層の誘電体ペーストの塗布時も考慮し、可視光の透過率をさらに高めたＰＤＰの製造方法となる。

以上のように、本発明によれば、誘電体層ペーストの樹脂量を必要な粘度が得られる範囲まで抑えて、樹脂の分解による空洞を減じることができるため、さらに透過率を高めた誘電体層を備えたＰＤＰの製造方法およびＰＤＰ用の誘電体ペーストを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態によるＰＤＰについて図面を用いて説明する。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態におけるＰＤＰの構造を示す斜視図である。ＰＤＰの基本構造は、一般的な交流面放電型ＰＤＰと同様である。図１に示すように、ＰＤＰ１は前面ガラス基板３などよりなる前面板２と、背面ガラス基板１１などよりなる背面板１０とが対向して配置され、その外周部をガラスフリットなどからなる封着材によって気密封着されている。封着されたＰＤＰ１内部の放電空間１６には、ネオン（Ｎｅ）およびキセノン（Ｘｅ）などの放電ガスが４００Ｔｏｒｒ〜６００Ｔｏｒｒの圧力で封入されている。

前面板２の前面ガラス基板３上には、走査電極４および維持電極５よりなる一対の帯状の表示電極６と、ブラックストライプ（遮光層）７とが互いに平行に、それぞれ複数列配置されている。前面ガラス基板３上には、表示電極６と、ブラックストライプ７とを覆うようにコンデンサとしての働きをする誘電体層８が形成され、さらにその表面に酸化マグネシウム（ＭｇＯ）などからなる保護層９が形成されている。

背面板１０の背面ガラス基板１１上には、前面板２の走査電極４および維持電極５と直交する方向に、複数の帯状のアドレス電極１２が互いに平行に配置され、これを下地誘電体層１３が被覆している。さらに、アドレス電極１２間の下地誘電体層１３上には、放電空間１６を区切る所定の高さの隔壁１４が形成されている。隔壁１４間の溝にアドレス電極１２毎に、紫外線によって赤色、青色、および緑色にそれぞれ発光する蛍光体層１５が順次塗布して形成されている。走査電極４および維持電極５と、アドレス電極１２とが交差する位置に放電セルが形成され、表示電極６方向に並んだ赤色、青色、緑色の蛍光体層１５を有する放電セルが、カラー表示のための画素になる。

図２は、本発明の実施の形態におけるＰＤＰ１の誘電体層８の構成を示す前面板２の断面図である。図２は、図１を上下反転させて示している。図２に示すように、フロート法などにより製造された前面ガラス基板３に、走査電極４および維持電極５よりなる表示電極６と、ブラックストライプ７とがパターン形成されている。走査電極４と維持電極５は、それぞれインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）などからなる透明電極４ａ、５ａと、透明電極４ａ、５ａ上に形成されたバス電極４ｂ、５ｂとにより構成されている。バス電極４ｂ、５ｂは、透明電極４ａ、５ａの長手方向に導電性を付与する目的として用いられ、銀材料を主成分とする導電性材料によって形成されている。

誘電体層８は、前面ガラス基板３上に形成されたこれらの透明電極４ａ、５ａ、バス電極４ｂ、５ｂ、およびブラックストライプ７を覆って設けた第１誘電体層８１と、第１誘電体層８１上に形成された第２誘電体層８２との少なくとも２層構成とし、さらに第２誘電体層８２上に保護層９を形成している。

次に、ＰＤＰ１の製造方法について説明する。

まず、前面ガラス基板３上に、走査電極４および維持電極５と、ブラックストライプ７とを形成する。これらの透明電極４ａ、５ａとバス電極４ｂ、５ｂは、フォトリソグラフィ法などを用いてパターニングして形成される。透明電極４ａ、５ａは、薄膜プロセスなどを用いて形成され、バス電極４ｂ、５ｂは、銀材料を含むペーストを所望の温度で焼成して固化している。また、ブラックストライプ７も同様に、黒色顔料を含むペーストを、スクリーン印刷する方法、または黒色顔料をガラス基板の全面に形成した後、フォトリソグラフィ法を用いてパターニングし、焼成することにより形成される。

次に、走査電極４、維持電極５およびブラックストライプ７を覆うように前面ガラス基板３上に、誘電体ペーストをダイコート法などにより塗布して、誘電体ペースト層（誘電体材料層）を形成する。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って、塗布された誘電体ペースト表面がレベリングされて、平坦な表面になる。その後、誘電体ペースト層を焼成固化することにより、走査電極４、維持電極５およびブラックストライプ７を覆う誘電体層８が形成される。なお、誘電体ペーストは誘電体ガラス材料を粉砕した誘電体ガラスフリット、バインダ、および溶剤を含む塗料である。

次に、誘電体層８上に酸化マグネシウム（ＭｇＯ）からなる保護層９を、真空蒸着法により形成する。以上の工程により、前面ガラス基板３上に所定の構成物（走査電極４、維持電極５、ブラックストライプ７、誘電体層８、保護層９）が形成され、前面板２が完成する。

背面板１０は、次のようにして形成される。まず、背面ガラス基板１１上に、銀材料を含むペーストをスクリーン印刷する方法、または金属膜を全面に形成する。そして、フォトリソグラフィ法を用いてパターニングする方法などにより、アドレス電極１２用の構成物となる材料層を形成し、それを所望の温度で焼成してアドレス電極１２を形成する。

次に、アドレス電極１２が形成された背面ガラス基板１１上に、ダイコート法などによりアドレス電極１２を覆うように、誘電体ペーストを塗布して誘電体ペースト層を形成する。その後、誘電体ペースト層を焼成することにより、下地誘電体層１３を形成する。なお、誘電体ペーストは誘電体ガラス材料を粉砕した誘電体ガラスフリット、バインダ、および溶剤を含んだ塗料である。

次に、下地誘電体層１３上に隔壁材料を含む隔壁形成用ペーストを塗布して、所定の形状にパターニングすることにより、隔壁材料層を形成した後、焼成することにより隔壁１４を形成する。ここで、下地誘電体層１３上に塗布した隔壁用ペーストをパターニングする方法としては、フォトリソグラフィ法、サンドブラスト法を用いることができる。

次に、隣接する隔壁１４間の下地誘電体層１３上、および隔壁１４の側面に蛍光体材料を含む蛍光体ペーストを塗布し、焼成することにより蛍光体層１５が形成される。以上の工程により、背面ガラス基板１１上に所定の構成部材を有する背面板１０が完成する。

このようにして所定の構成部材を備えた前面板２と、背面板１０とを、走査電極４とアドレス電極１２とが直交するように対向配置して、その周囲をガラスフリットで封着し、放電空間１６にネオン、キセノンなどを含む放電ガスを封入することによりＰＤＰ１が完成する。

ここで前面板２の誘電体層８を構成する第１誘電体層８１と、第２誘電体層８２とについて詳細に説明する。第１誘電体層８１の誘電体ガラス材料は、次の材料より構成されている。すなわち、酸化ビスマス（Ｂｉ_２Ｏ_３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化硼素（Ｂ_２Ｏ_３）、酸化硅素（ＳｉＯ_２）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）を含んでいる。さらに、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）、酸化バリウム（ＢａＯ）から選ばれる少なくとも１種を含み、酸化モリブデン（ＭｏＯ_３）、酸化タングステン（ＷＯ_３）から選ばれる少なくとも１種も含んでいる。

なお、酸化モリブデン（ＭｏＯ_３）、酸化タングステン（ＷＯ_３）に代えて、酸化セリウム（ＣｅＯ_２）、酸化銅（ＣｕＯ）、二酸化マンガン（ＭｎＯ_２）、酸化クロム（Ｃｒ_２Ｏ_３）、酸化コバルト（Ｃｏ_２Ｏ_３）、酸化バナジウム（Ｖ_２Ｏ_７）、酸化アンチモン（Ｓｂ_２Ｏ_３）から選ばれる少なくとも１種を含ませてもよい。

これらの材料からなる誘電体ガラス材料を、湿式ジェットミルやボールミルで平均粒径が０．５μｍ〜２．５μｍとなるように粉砕して誘電体ガラスフリットを作成する。次に、この誘電体ガラスフリット５５重量％〜７０重量％と、バインダ成分３０重量％〜４５重量％とを三本ロールでよく混練して、ダイコート用あるいは印刷用の第１誘電体層用ペーストを作成する。バインダ成分はエチルセルロース、あるいはアクリル樹脂１重量％〜２０重量％を含むターピネオール、あるいはブチルカルビトールアセテートである。

また、ペースト中には、必要に応じて可塑剤としてフタル酸ジオクチル、フタル酸ジブチ、リン酸トリフェニル、リン酸トリブチルを添加し、分散剤としてグリセロールモノオレート、ソルビタンセスキオレヘート、ホモゲノール（Ｋａｏコーポレーション社）、アルキルアリル基のリン酸エステルなどを添加して、印刷性を向上させてもよい。

次に、この第１誘電体層用ペーストを用い、表示電極６を覆うように前面ガラス基板３にダイコート法、あるいはスクリーン印刷法で印刷して乾燥させ、その後、誘電体ガラス材料の軟化点温度より少し高い温度の５７５℃〜５９０℃で焼成する。

次に、第２誘電体層８２について説明する。第２誘電体層８２の誘電体ガラス材料は、次の材料より構成されている。すなわち、酸化ビスマス（Ｂｉ_２Ｏ_３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化硼素（Ｂ_２Ｏ_３）、酸化硅素（ＳｉＯ_２）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）を含んでいる。さらに、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）、酸化バリウム（ＢａＯ）から選ばれる少なくとも１種を含み、酸化セリウム（ＣｅＯ_２）も含んでいる。

これらの組成からなる誘電体ガラス材料を、湿式ジェットミルやボールミルで平均粒径が０．５μｍ〜２．５μｍとなるように粉砕して誘電体ガラスフリットを作成する。次に、この誘電体ガラス材料の体積に対して、バインダの体積比を１１％以上、２０％以下とした樹脂と、誘電体ガラスフリットとを三本ロールでよく混練して、ダイコート用の第２誘電体層用ペーストを作成する。ここでバインダ成分は、エチルセルロースである。

また、ペースト中には、必要に応じて可塑剤としてフタル酸ジオクチル、フタル酸ジブチル、リン酸トリフェニル、リン酸トリブチルを添加し、分散剤としてグリセロールモノオレート、ソルビタンセスキオレヘート、ホモゲノール（Ｋａｏコーポレーション社）、アルキルアリル基のリン酸エステルなどを添加して、印刷性を向上させてもよい。

次に、この第２誘電体層用ペーストを用いて、第１誘電体層８１上にダイコート法で印刷して乾燥させ、その後、誘電体ガラス材料の軟化点温度より高い温度の５５０℃〜５９０℃で焼成する。

ここで第２誘電体層用ペーストの材料である樹脂と、誘電体ガラス材料との比率について説明する。図３は、本発明の実施の形態のＰＤＰの誘電体層材料の最適構成範囲を説明する図である。図３の横軸は、誘電体ガラス材料の体積に対する樹脂の体積比であり、縦軸は、これら誘電体ガラス材料を粉砕した誘電体ガラスフリットと樹脂とを混ぜ合わせたペーストの粘度、およびこのペーストを前面ガラス基板に塗布し、誘電体ガラス材料の軟化点温度付近で焼成し厚さ３０μｍの誘電体層を形成したときの透過率を示している。

図３に示すように、誘電体ガラス材料に対して樹脂量が多くなるほど、粘度は大きくなる。ダイコート法で塗布するには、ペーストの粘度が３０Ｐａ・ｓ以上必要である。また、誘電体ガラス材料に対して樹脂量が多いペーストを焼成したものほど、分解されて生じるガス、そのガスによる空洞の量も多くなるため、透過率は低下する。そして、この誘電体層での透過率は、少なくとも８１％は必要で、誘電体層の透過率が８１％を下回ると必要な輝度が得られなくなる。従って、誘電体ガラス材料に対する樹脂量の体積比が、１１％以上、２０％以下であると、ダイコート法の塗布時の必要な粘度が確保され、また透過率も必要な値を確保できる。ただし、誘電体ガラス材料としては酸化ビスマスを含むものであり、樹脂としては、エチルセルロースの場合である。

ここで、誘電体層８の膜厚については、第１誘電体層８１と第２誘電体層８２とを合わせ、可視光透過率を確保するためには４１μｍ以下が好ましい。第１誘電体層８１は、バス電極４ｂ、５ｂの銀（Ａｇ）との反応を抑制するために、ガラス材料の組成の制限がある。第１誘電体層８１の可視光の透過率が、第２誘電体層８２の可視光の透過率よりも低くならないように、第１誘電体層８１の膜厚を、第２誘電体層８２の膜厚よりも薄くしている。

なお、誘電体層８の膜厚が小さいほど、パネル輝度の向上と放電電圧を低減するという効果は顕著になる。しかし誘電体層８の膜厚を小さくしすぎると、必要な絶縁耐圧を得られなくなる。

このように、バス電極４ｂ、５ｂの銀との反応を抑制するために、バス電極４ｂ、５ｂを覆う第１誘電体層８１は透過率の低いガラス材料の組成にせざるを得ない。また、絶縁耐圧を得るためには、所定の誘電体層８の膜厚が必要となるので、可視光の透過率を極端に低下させない、所定厚みの第２誘電体層８２が必要となる。

以上説明してきたように、誘電体層を形成する誘電体ガラス材料と、樹脂との比率を最適化することで、誘電体ペーストの粘度も適切な範囲となるため塗布も問題なく、透過率をさらに高めた誘電体層となる。

以上述べてきたように本発明は、誘電体層ペーストの樹脂量を必要な粘度が得られる範囲まで抑えて樹脂の分解による空洞を減じることができるため、さらに透過率を高めた誘電体層を備えたＰＤＰの製造方法およびＰＤＰ用の誘電体ペーストとなり、表示品質に優れた大画面の表示デバイスとして有用である。

本発明の実施の形態におけるＰＤＰの構造を示す斜視図 同ＰＤＰの誘電体層の構成を示す前面板の断面図 同ＰＤＰの誘電体層材料の最適構成範囲を説明する図

符号の説明

１ ＰＤＰ
２ 前面板
３ 前面ガラス基板
４ 走査電極
４ａ，５ａ 透明電極
４ｂ，５ｂ バス電極
５ 維持電極
６ 表示電極
７ ブラックストライプ（遮光層）
８ 誘電体層
９ 保護層
１０ 背面板
１１ 背面ガラス基板
１２ アドレス電極
１３ 下地誘電体層
１４ 隔壁
１５ 蛍光体層
１６ 放電空間
８１ 第１誘電体層
８２ 第２誘電体層

Claims (1)

1. 基板上に表示電極と誘電体層とを形成した前面板と、背面板とを対向配置し、封着するプラズマディスプレイパネルの製造方法であって、
   前記表示電極はＡｇ成分を含み、
   前記誘電体層は第１誘電体層および第２誘電体層で構成され、
   前記第１誘電体層は第１誘電体ペーストによって、さらに前記第２誘電体層は第２誘電体ペーストによって形成され、
   前記第１誘電体ペーストおよび第２誘電体ペーストは、誘電体ガラス材料と、樹脂と、有機溶剤とを含み、
   前記第１誘電体ペーストおよび第２誘電体ペーストの前記誘電体ガラス材料は、酸化ビスマス（Ｂｉ₂Ｏ₃）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化硼素（Ｂ₂Ｏ₃）、酸化硅素（ＳｉＯ₂）、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、および酸化セリウム（ＣｅＯ₂）を含み、さらに、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）、酸化バリウム（ＢａＯ）から選ばれる少なくとも１種を含み、
   前記第１誘電体ペーストにおいて、前記樹脂はエチルセルロース、アクリル樹脂１重量％〜２０重量％を含むターピネオール、あるいはブチルカルビトールアセテートであり、前記誘電体ガラス材料５５重量％〜７０重量％に対し前記樹脂３０重量％〜４５重量％であり、
   前記第２誘電体ペーストにおいて、前記樹脂はエチルセルロースを含み、前記エチルセルロースが前記誘電体ガラス材料に対して、体積百分率にて１１％以上、２０％以下である、プラズマディスプレイパネルの製造方法。

Images