JP4961708B2 - 電極被覆用ガラスおよび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（ＰＤＰ）およびＰＤＰのガラス基板上に形成された透明電極等の被覆に好適な電極被覆用ガラスに関する。

近年、薄型の平板型カラー表示装置が注目を集めている。このような表示装置では画像を形成する画素における表示状態を制御するために各画素に電極が形成される。このような電極としては、画像の質の低下を防ぐために、ガラス基板上に形成されたＩＴＯまたは酸化スズの薄膜等の透明電極および厚膜タイプＡｇ電極もしくは薄膜タイプＣｒ−Ｃｕ−Ｃｒ電極が用いられている。

前記表示装置の表示面として使用されるガラス基板の表面に形成される透明電極は、精細な画像を実現するために細い線状に加工される。そして各画素を独自に制御するためには、このような微細に加工された透明電極相互の絶縁性を確保する必要がある。ところが、ガラス基板の表面に水分が存在する場合やガラス基板中にアルカリ成分が存在する場合、このガラス基板の表面を介して若干の電流が流れることがある。このような電流を防止するには、透明電極間に絶縁層を形成することが有効である。また、透明電極間に形成される絶縁層による画像の質の低下を防ぐべくこの絶縁層は透明であることが好ましい。
このような絶縁層を形成する絶縁材料としては種々のものが知られているが、なかでも、透明であり信頼性の高い絶縁材料であるガラス材料が広く用いられている。

最近大型平面カラーディスプレイ装置として期待されているＰＤＰにおいては、表示面として使用される前面基板、背面基板および隔壁によりセルが区画形成されており、そのセル中でプラズマ放電を発生させることにより画像が形成される。前記前面基板の表面には透明電極が形成されており、さらに透明電極の導電性を補うためにバス電極と呼ばれる電極が形成されている。このバス電極としてはＡｇ電極、Ｃｒ−Ｃｕ−Ｃｒ電極などが用いられている。この透明電極およびバス電極をプラズマ放電から保護するために、プラズマ耐久性に優れたガラスにより前記電極を被覆することが必須である。

このような電極被覆に用いられるガラスは、通常はガラス粉末にして使用される。たとえば、前記ガラス粉末に必要に応じてフィラー等を添加した上で樹脂、溶剤等と混合してガラスペーストとしこれを透明電極等が形成されているガラス基板に塗布後焼成する、前記ガラス粉末に樹脂、さらに必要に応じてフィラー等を混合して得られたスラリーをグリーンシートに成形しこれを透明電極等が形成されているガラス基板上にラミネート後焼成する、等の方法によって前記透明電極等を被覆する。

ＰＤＰの電極被覆用ガラスとしては現在ＰｂＯ含有ガラスが使用されているが、これをＰｂＯを含有しないガラスとするべく開発が行われている（たとえば特許文献１）。
特許文献１には、ＰＤＰの誘電体層（前記絶縁層に相当）のバス電極起因黄変の発生を低減させ得るものとして、質量百分率表示で、Ｂｉ_２Ｏ_３ ２５〜５０％、ＺｎＯ １０〜２０％、ＢａＯ ５〜２０％、Ｂ_２Ｏ_３ ５〜３５％、ＳｉＯ_２ ０〜１５％、Ａｌ_２Ｏ_３ ０〜１０％、の組成を有するガラス粉末を含むＰＤＰ用誘電体材料が記載されている。

特開２００３−２２６５４９号公報

ＰＤＰ前面基板において電極を被覆しているガラス層の光透過率はＰＤＰ画質向上のため、より高くすることが求められている。
特許文献１ではその光透過率は、ガラス粉末を５８０℃で１０分間焼成して得られたガラス層等について全光線透過率（波長：５５０ｎｍ）を用いて評価されている。しかし、全光線透過率は散乱光を含む透過光を測定して得られるものであり、前記光透過率として必ずしも適切なものではない。

前記光透過率としては後述する直線光透過率（Ｔ）を用いることが適切であり、近年ではＴを７０％以上とすることが求められている。
しかし、特許文献１に記載されている組成範囲に含まれる後述の例２１のガラス（質量百分率表示組成：Ｂ_２Ｏ_３ １８．９％、ＳｉＯ_２ ９．２％、ＺｎＯ １８．２％、ＢａＯ １３．８％、Ｂｉ_２Ｏ_３ ３９．９％）の粉末を含むガラスペーストをガラス基板に塗布したものを２枚用意し、それぞれ５７０℃、５９０℃に３０分間保持し、得られたガラス層付き基板についてＴを測定したところそれぞれ６３％、６１％であった。すなわち、特許文献１に記載されている組成範囲のガラスは必ずしもＴを７０％以上とする求めに応じられないものであった。
本発明は、ＰｂＯを含有しないＢ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−ＺｎＯ−ＢａＯ−Ｂｉ_２Ｏ_３系ガラスであって前記Ｔを高くできる電極被覆用ガラスの提供を目的とする。

本発明は、少なくとも透明電極を含む電極の形成された透明基板上に適用される電極被覆用ガラスであって、下記酸化物基準のモル％表示で、Ｂ_２Ｏ_３ ２８〜３２％、ＳｉＯ_２ １１〜１７％、ＺｎＯ ２９〜３５％、ＢａＯ １０〜１４％、Ｂｉ_２Ｏ_３ ７〜１０％、Ａｌ_２Ｏ_３ ０〜５％、から本質的になり、ＰｂＯを含有せず、膜厚２０〜３０μｍでの波長５５０ｎｍの直線光透過率が７３％以上である電極被覆用ガラス（以下、第１のガラスということがある。）を提供する。
また、下記酸化物基準の質量百分率表示で、Ｂ_２Ｏ_３ １４〜２０％、ＳｉＯ_２ ６〜９％、ＺｎＯ ２０〜２５％、ＢａＯ １０〜１９％、Ｂｉ_２Ｏ_３ ３０〜３８％、Ａｌ_２Ｏ_３ ０〜５％、から本質的になり、ＺｎＯ−（ＳｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３）が９．５％以上であり、ＰｂＯを含有しない電極被覆用ガラス（以下、第２のガラスということがある。）を提供する。

また、表示面として使用される前面基板、背面基板および隔壁によりセルが区画形成されているＰＤＰであって、前面基板を構成するガラス基板上に形成された透明電極または背面基板を構成するガラス基板上に形成された透明電極が前記電極被覆用ガラスによって被覆されているＰＤＰを提供する。

先に述べたように特許文献１に記載の発明はＰＤＰの誘電体層のバス電極起因黄変の発生を低減させることを課題とし、そのような課題を解決できる無鉛のＢ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−ＺｎＯ−ＢａＯ−Ｂｉ_２Ｏ_３系ガラスを提供するものであったが、そのガラスは必ずしも前記Ｔが７０％以上となるものではないという問題があった。

本発明者は、Ｂｉ_２Ｏ_３のような重元素を含むガラスの発明を質量百分率表示組成を用いてなすことに問題があると考え、モル％表示組成を用いる本発明の第１のガラスを想到した。
また、第２のガラスの発明は質量百分率表示組成を用いてなしたものであるが、前記Ｔを高くするためにはＺｎＯ−（ＳｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３）を９．５％以上とすることが重要であることを見出し、想到したものである。

ＰｂＯを含有しない電極被覆用ガラスを用いたＰＤＰの輝度を高くすることが可能になる。

本発明の電極被覆用ガラス（以下、本発明のガラスという。）は通常、粉末状にして使用される。たとえば、本発明のガラスの粉末は印刷性を付与するための有機ビヒクル等を用いてガラスペーストとされ、ガラス基板上に形成された電極上に前記ガラスペーストを塗布、焼成して電極を被覆する。なお、有機ビヒクルとはエチルセルロース等のバインダをα−テルピネオール等の有機溶剤に溶解したものである。また、先に述べたようなグリーンシート法を用いて電極を被覆してもよい。

ＰＤＰにおいては、その前面基板のガラス基板の上に透明電極が形成されており、本発明のガラスはその透明電極の被覆に好適に使用される。なお、この場合のＰＤＰは本発明のＰＤＰである。また、本発明のガラスはＰＤＰ背面基板の不透明電極の被覆にも使用することができる。

前面基板に用いられるガラス基板の厚さは通常２．８ｍｍであり、このガラス基板自体の波長５５０ｎｍの光に対する透過率（直線光透過率）は典型的には９０％である。
前記透明電極は、たとえば幅０．５ｍｍの帯状であり、それぞれの帯状電極が互いに平行となるように形成される。各帯状電極中心線間の距離は、たとえば０．８３〜１．０ｍｍであり、この場合、透明電極がガラス基板表面を占める割合は５０〜６０％である。
本発明のガラスによってＰＤＰ前面基板の透明電極が被覆されているその前面基板については、波長５５０ｎｍの光に対する直線光透過率（Ｔ_５５０）は７０％以上であることが好ましい。７０％未満ではＰＤＰの画質が不十分になるおそれがある。

前面基板の電極被覆に本発明のガラスが用いられている本発明のＰＤＰは、たとえば交流方式のものであれば次のようにして製造される。
ガラス基板の表面に、パターニングされた透明電極およびバス電極（典型的にはＡｇ線）を形成し、その上に本発明のガラスの粉末を塗布・焼成してガラス層を形成し、最後に保護膜として酸化マグネシウムの層を形成して前面基板とする。一方、別のガラス基板の表面に、パターニングされたアドレス用電極を形成し、その上に本発明のガラスの粉末もしくはＴｓが本発明のガラスと同程度であるガラスの粉末、またはこれらガラスの粉末をアルミナ等金属酸化物の粉末、チタニア等の無機顔料などと混合したものを塗布・焼成してガラス層を形成し、その上にストライプ状、格子状などに隔壁を形成し、さらに蛍光体層を印刷・焼成して背面基板とする。なお、前記ガラス層を形成するのにガラスペーストを使用せず、グリーンシート法等を用いてもよい。
前面基板と背面基板の周縁にシール材をディスペンサで塗布し、前記透明電極と前記アドレス用電極が対向するように組み立てた後、焼成してＰＤＰとする。そしてＰＤＰ内部を排気して、放電空間（セル）にＮｅやＨｅ−Ｘｅなどの放電ガスを封入する。
なお、上記の例は交流方式のものであるが、本発明は直流方式のものにも適用できる。

本発明のガラスのＴｓは６０５℃以下であることが好ましい。６０５℃超では焼成温度が高くなりガラス基板が変形等するおそれがある。典型的には５８０〜６００℃である。
本発明のガラスのガラス転移点（Ｔｇ）は４８０〜５００℃であることが好ましい。
本発明のガラスの５０〜３５０℃における平均線膨張係数（α）は７０×１０^−７〜８０×１０^−７／℃であることが好ましい。

本発明のガラスの２０℃、１ｋＨｚにおける比誘電率（ε）は１１．０〜１２．５であることが好ましい。εがこの範囲外では、従来使用されているＰｂＯ含有・電極被覆用ガラスのεとの相違が大きくなってセルの静電容量が大きく変化し、従来の駆動回路が使用できなくなるおそれがある。

本発明の第１のガラスの組成についてモル％を単に％と表示して以下で説明する。
Ｂ_２Ｏ_３はガラスネットワークフォーマであり、必須である。２８％未満では焼成して得られたガラス層の透過率（以下、単に透過率ということがある。）が低下しやすくなる。典型的には２９％以上である。３２％超ではやはり透過率が低下しやすくなる。
ＳｉＯ_２はガラスネットワークフォーマであり、必須である。１１％未満ではガラスが不安定になる。典型的には１４％以上である。１７％超では透過率が低下しやすくなる。典型的には１６％以下である。
ＺｎＯはＴｓを低下させる成分であり、必須である。２９％未満では透過率が低下しやすくなる。典型的には３１％以上である。３５％超ではガラスが不安定になる。

ＢａＯはＴｓを低下させる成分であり、必須である。１０％未満では透過率が低下しやすくなる。１４％超ではαが大きくなるおそれがある。
Ｂｉ_２Ｏ_３はＴｓを低下させる成分であり、必須である。７％未満ではＴｓが高くなる。典型的には８％以上である。１０％超ではαまたはεが大きくなるおそれがある。
Ａｌ_２Ｏ_３は必須ではないが、ガラスを安定化させる等のために５％まで含有してもよい。５％超では透過率が低下しやすくなる。Ａｌ_２Ｏ_３を含有する場合その含有量は典型的には１．５％以上である。

本発明の第１のガラスは本質的に上記成分からなるが、本発明の目的を損なわない範囲で他の成分を含有してもよい。その場合、当該他の成分の含有量の合計は４％以下であることが好ましい。
そのような成分としては、バス電極起因黄変抑制等を目的とするＣｅＯ_２、ＭｎＯ_２、ＣｏＯ、ガラスの粘性挙動を緩やかにする等を目的とするＭｇＯ、樹脂の分解の促進等を目的とするＳｎＯ_２、εの調整等を目的とするＬａ_２Ｏ_３などが例示される。

本発明の第１のガラスはＰｂＯを含有しないが、この他にＰ_２Ｏ_５も含有しないことが好ましい。Ｐ_２Ｏ_５を含有すると透過率が低下するおそれがある。
また、ＣｕＯを含有する場合その含有量は０．３％以下であることが好ましい。０．２％超では透過率が低下するおそれがある。
ＴｉＯ_２を含有する場合その含有量は２％以下であることが好ましい。２％超ではガラスが不安定になるまたは透過率が低下するおそれがある。

次に、本発明の第２のガラスの組成について質量百分率表示を用いて説明する。
Ｂ_２Ｏ_３はガラスネットワークフォーマであり、必須である。１４％未満では透過率が低下しやすくなる。典型的には１６％以上である。２０％超ではやはり透過率が低下しやすくなる。
ＳｉＯ_２はガラスネットワークフォーマであり、必須である。６％未満ではガラスが不安定になる。９％超では透過率が低下しやすくなる。
ＺｎＯはＴｓを低下させる成分であり、必須である。２０％未満では透過率が低下しやすくなる。典型的には２１％以上である。２５％超ではガラスが不安定になる。

ＢａＯはＴｓを低下させる成分であり、必須である。１０％未満では透過率が低下しやすくなる。典型的には１２％以上である。１９％超ではαが大きくなるおそれがある。典型的には１７．５％以下である。
Ｂｉ_２Ｏ_３はＴｓを低下させる成分であり、必須である。３０％未満ではＴｓが高くなる。典型的には３３％以上である。３８％超ではαまたはεが大きくなるおそれがある。
Ａｌ_２Ｏ_３は必須ではないが、ガラスを安定化させる等のために５％まで含有してもよい。５％超では透過率が低下しやすくなる。典型的には４％以下である。Ａｌ_２Ｏ_３を含有する場合その含有量は典型的には１．５％以上である。

ＺｎＯ−（ＳｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３）すなわちＺｎＯ含有量からＳｉＯ_２およびＡｌ_２Ｏ_３の含有量の和を減じた値が９．５％未満ではＴが低下する。好ましくは１０％以上である。また、典型的には１７％以下である。

本発明の第２のガラスは本質的に上記成分からなるが、本発明の目的を損なわない範囲で他の成分を含有してもよい。その場合、当該他の成分の含有量の合計は８％以下であることが好ましい。
そのような成分としては、バス電極起因黄変抑制等を目的とするＣｅＯ_２、ＭｎＯ_２、ＣｏＯ、ガラスの粘性挙動を緩やかにする等を目的とするＭｇＯ、樹脂の分解の促進等を目的とするＳｎＯ_２、εの調整等を目的とするＬａ_２Ｏ_３などが例示される。

本発明の第２のガラスはＰｂＯを含有しないが、この他にＰ_２Ｏ_５も含有しないことが好ましい。Ｐ_２Ｏ_５を含有すると透過率が低下するおそれがある。
また、ＣｕＯを含有する場合その含有量は０．２％以下であることが好ましい。０．２％超では透過率が低下するおそれがある。
ＴｉＯ_２を含有する場合その含有量は１．２％以下であることが好ましい。１．２％超ではガラスが不安定になるまたは透過率が低下するおそれがある。

表１、３、５のＢ_２Ｏ_３からＣｏＯまでの欄にモル％表示で示す組成となるように原料を調合して混合し、１２００〜１３５０℃の電気炉中で白金ルツボを用いて１時間溶融し、薄板状ガラスに成形した後、ボールミルで粉砕し、風力分級により分級し、ガラス粉末とした。例１〜３、例５〜１１、例１３、例１５〜２０は実施例、例４、例１２、例１４、例２１、２２は比較例である。なお、表２、４、６には各ガラスの質量百分率表示組成を示し、「Ｚｎ−（Ｓｉ＋Ａｌ）」欄にはＺｎＯ−（ＳｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３）を示す。

これらガラスについて次のようにしてＴｇ（単位：℃）、Ｔｓ（単位：℃）、α（単位：１０^−７／℃）、εを測定した。結果を表１、３、５に示す。
Ｔｇ：示差熱分析装置を用いて測定した。
Ｔｓ：示差熱分析装置を用いて測定した。
α：ガラス粉末を成形後、５８０℃に１０分間保持する焼成によって得た焼結体を直径が５ｍｍ、長さが２ｃｍの円柱形状に加工し、熱膨張計で５０〜３５０℃における平均線熱膨張係数を測定した。
ε：溶融ガラスを徐冷して板状に成形し、直径５０ｍｍ、厚さ３ｍｍの直径形状に切削研磨加工し、その両面に金電極を真空蒸着法により形成してサンプルとした。このサンプルの２０℃、１ｋＨｚにおける比誘電率をＬＣＲメータを用いて測定した。

前記ガラス粉末３２．５ｇを有機ビヒクル１２．５ｇと混練してガラスペーストを作製した。なお、有機ビヒクルは、α−テルピネオールにエチルセルロースを質量百分率表示で１０％溶解して作製した。

また、大きさ５０ｍｍ×７５ｍｍ、厚さ２．８ｍｍのガラス基板（旭硝子社製ＰＤ２００）を２枚用意する。フロート法で製造されたこれらガラス基板のトップ面（フロート成形時に溶融スズと接触していない方の面）の４８ｍｍ×３８ｍｍの部分に前記ガラスペーストを均一に１００または１２５μｍ厚みのメタルマスクを用いてブレードコートし、１２０℃で１０分間乾燥した。これらガラス基板を昇温速度１０℃／分で温度がそれぞれ５７０℃、５９０℃に達するまで加熱し、その温度に３０分間保持して焼成した。このようにしてガラス基板上に形成されたガラス層の厚さは２０〜３０μｍであった。

これらガラス層付きガラス基板について、波長５５０ｎｍの直線光の透過率を以下に述べるようにして測定した。結果を表に示す。なお、Ｔ（５７０℃）、Ｔ（５９０℃）はそれぞれ５７０℃、５９０℃で焼成した場合の透過率である。

透過率：日立製作所社製自記分光光度計Ｕ−４１００を用いて波長５５０ｎｍの直線光の透過率を測定した（試料のない状態を１００％とした）。この透過率は、好ましくは７０％以上である。

ＰＤＰ基板の電極被覆に利用できる。

Claims (4)

1. 少なくとも透明電極を含む電極の形成された透明基板上に適用される電極被覆用ガラスであって、
   下記酸化物基準のモル％表示で、Ｂ_２Ｏ_３ ２８〜３２％、ＳｉＯ_２ １１〜１７％、ＺｎＯ ２９〜３５％、ＢａＯ １０〜１４％、Ｂｉ_２Ｏ_３ ７〜１０％、Ａｌ_２Ｏ_３ ０〜５％、から本質的になり、ＰｂＯを含有せず、膜厚２０〜３０μｍでの波長５５０ｎｍの直線光透過率が７３％以上である電極被覆用ガラス。
2. 下記酸化物基準のモル％表示で、Ｂ_２Ｏ_３の含有量が２９％以上であり、ＳｉＯ_２の含有量が１６％以下であり、ＺｎＯの含有量が３１％以上である請求項１記載の電極被覆用ガラス。
3. ５０〜３５０℃における平均線膨張係数が７２．６×１０^−７／℃〜８０×１０^−７／℃である請求項１又は２のいずれか１項記載の電極被覆用ガラス。
4. 表示面として使用される前面基板、背面基板および隔壁によりセルが区画形成されているプラズマディスプレイパネルであって、前面基板を構成するガラス基板上に形成された透明電極または背面基板を構成するガラス基板上に形成された透明電極が請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電極被覆用ガラスによって被覆されているプラズマディスプレイパネル。