JPWO2007094290A1 - プラズマディスプレイパネルの製造方法 - Google Patents

Abstract

パネル構造部材前駆体を形成したガラス基板を支持台に載置して焼成固化するＰＤＰの製造方法において、支持台が炭化珪素を窒化珪素で結合した材料を主成分とし、その線膨張係数とガラス基板の線膨張係数との差が５×１０−６／Ｋ以下である。

Description

本発明は、プラズマディスプレイパネルの製造方法とプラズマディスプレイパネルの製造に用いる基板の支持台に関する。

プラズマディスプレイパネル（以下、ＰＤＰと記す）は、対向配置された前面パネルと背面パネルのそれぞれの周縁部を封着部材によって封着した構造を有する。前面パネルと背面パネルとの間に形成された放電空間にはネオンやキセノンなどの放電ガスが封入されている。前面パネルは、ガラス基板の片面にストライプ状に形成された走査電極と維持電極とからなる複数の表示電極対と、これらの表示電極対を覆う誘電体層と保護層とを備えている。表示電極対は、それぞれ透明電極と、その透明電極上に形成された金属材料からなる補助電極とによって構成されている。背面パネルは、ガラス基板とアドレス電極と下地誘電体層と隔壁と蛍光体層を有する。ガラス基板の片面には、複数のアドレス電極とこれらのアドレス電極を覆う下地誘電体層と隔壁と３種類の蛍光体層が設けられている。アドレス電極は、表示電極対と直交する方向にストライプ状に形成されている。隔壁は、アドレス電極ごとに放電空間を区画するように設けられている。蛍光体層はそれぞれ赤色、緑色、青色に発光し、隔壁の間の隣り合う各溝に順次塗布されている。

表示電極対とアドレス電極とは直交していて、その交差部が放電セルになる。これらの放電セルはマトリクス状に配列され、表示電極対の方向に並ぶ赤色、緑色、青色の蛍光体層を有する３個の放電セルがカラー表示のための画素になる。ＰＤＰでは、走査電極とアドレス電極との間、および走査電極と維持電極との間に電圧を印加してガス放電を発生させる。そして、そのガス放電で生じる紫外線で蛍光体層が励起し発光する。このようにしてＰＤＰはカラー画像を表示している。

前面ガラス基板上には、表示電極対、誘電体層などのパネル構造部材が形成されている。背面ガラス基板上には、アドレス電極、下地誘電体層、隔壁、蛍光体層などのパネル構造部材が形成されている。

これら前面パネル、背面パネルの製造方法を説明する。まずガラス基板上に上記のパネル構造部材の前駆体を塗布した後、必要に応じてフォトリソグラフィ法やサンドブラスト法などによりパターニングを行う。ここでパネル構造部材前駆体とは、焼成固化するとパネル構造部材になる材料を言い、セラミック、ガラス等の無機材料と樹脂等の有機材料からなる。パネル構造部材前駆体が形成されたガラス基板は支持台上に載せられ、支持台とともに焼成炉に搬入される。これにより、パネル構造前駆体は焼成固化され、ガラス基板上にパネル構造部材が形成される。このようなパネル構造部材前駆体のパターニングと焼成固化を繰り返すことで、複数のパネル構造部材を順次形成して前面パネル、背面パネルを製造する。なお、焼成炉内の温度は、パネル構造部材に応じて異なるが、多くの場合は５００℃〜６００℃という高い温度に設定されている。したがって、通常は、低膨張率結晶化ガラスが支持台として用いられ、高歪点ガラスがガラス基板として用いられている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、このような低膨張率結晶化ガラスを材料とする支持台は、焼成固化ステップを繰り返し経ることで、核形成剤の結晶が核として徐々に析出する。例えば、Ｌｉ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系の低膨張率結晶化ガラスでは、Ａｌ_２Ｔｉ_２Ｏ_７、ＺｒＯ_２等が核として析出する。結晶が核として析出した部分は、それ以外の部分より密度が大きくなる。この密度差により、支持台は微細に変形する。その結果、焼成固化ステップにおいて、微細に変形した支持台でガラス基板が擦られて傷が付くことがある。

そこで、焼成固化ステップが一定回数を越えると、支持台を交換しなければならず、そのために生産性が低下する。
特開２００３−３４６６５７号公報

本発明は、パネル構造部材前駆体を形成したガラス基板を支持台に載置して焼成固化するＰＤＰの製造方法であって、支持台は炭化珪素を窒化珪素で結合した材料を主成分とする。また支持台の線膨張係数とガラス基板の線膨張係数との差が５×１０^−６／Ｋ以下である。このようにしてＰＤＰを製造することで、支持台は焼成固化ステップで微細な変形を引き起こすこともない。さらに線膨張係数との差が小さいため、支持台とガラス基板とが擦られて傷が付くこともない。そのため、高品質なＰＤＰを提供することができる。また、支持台の交換頻度が減るため、生産性が向上する。

図１は本発明の実施の形態における製造方法で作製したＰＤＰの構造を示す斜視図である。 図２は本発明の実施の形態の支持台を構成する複合珪素材料における炭化珪素と窒化珪素の結合状態を示す模式図である。 図３Ａは本実施の形態で用いる焼成固化装置を正面から見た概略説明図である。 図３Ｂは図３Ａにおいて焼成固化前の状態を示す概略説明図である。 図３Ｃは図３Ａにおいて焼成固化後の状態を示す概略説明図である。 図４は本発明の実施の形態の支持台を構成する複合珪素材料における炭化珪素の含有量と熱膨張係数および熱伝導率との関係を示す特性図である。

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 金属バス電極
５ 維持電極
６ 表示電極
７ 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
１７ 炭化珪素
１８ 窒化珪素
１９ 複合珪素材料
２０ 支持台
２１ 基板
２２ パネル構造部材前駆体
２３ パネル構造部材
４０ 焼成固化装置
４１ 回転ローラ
４２ パネル搬入台
４３ 焼成固化炉
４４ パネル搬出台

図１は本発明の実施の形態における製造方法で作製したＰＤＰの構造を示す斜視図である。ＰＤＰ１の基本構造は、一般的な交流面放電型ＰＤＰと同様である。前面ガラス基板３を含む前面板２と、背面ガラス基板１１を含む背面板１０とが対向して配置され、それらの外周部はガラスフリットなどからなる封着部材（図示せず）によって互いに気密封着されている。封着されたＰＤＰ１の内部の放電空間１６には、ネオン、キセノンなどの放電ガスが４００Ｔｏｒｒ〜６００Ｔｏｒｒの圧力で封入されている。

前面ガラス基板３の片面上には、走査電極４と維持電極５よりなるストライプ状の表示電極６と遮光層（ブラックストライプ）７とが互いに平行に複数列配置されている。誘電体層８は表示電極６と遮光層７とを覆うように形成されている。走査電極４は、透明電極４Ａ、金属バス電極４Ｂから構成されている。維持電極５は、透明電極５Ａ、金属バス電極５Ｂから構成されている。誘電体層８はホウ酸鉛系ガラスなどからなりコンデンサとして機能する。誘電体層８の表面には酸化マグネシウム（ＭｇＯ）などからなる保護層９が形成されている。

背面ガラス基板１１の片面上には、走査電極４と直交する方向に、ストライプ状のアドレス電極１２が配置されている。下地誘電体層１３はアドレス電極１２を被覆している。アドレス電極１２の間隙部の下地誘電体層１３上には、放電空間１６を区切る隔壁１４が形成されている。隔壁１４の間の溝には、紫外線によって赤色、緑色、および青色にそれぞれ発光する蛍光体層１５が順次塗布されている。アドレス電極１２と一対の走査電極４、維持電極５とが交差する位置には放電セルが形成されている。

次に、ＰＤＰ１の製造方法について説明する。前面板２は以下のようにして形成する。まず、前面ガラス基板３の片面に、走査電極４、維持電極５、遮光層７を形成する。走査電極４と維持電極５は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）や酸化スズ（ＳｎＯ_２）などからなる透明電極４Ａ、５Ａと、銀などからなる金属バス電極４Ｂ、５Ｂとによって構成されている。金属バス電極４Ｂ、５Ｂは、透明電極４Ａ、５Ａ上にパターニングして形成する金属バス電極前駆体を高温で焼成固化して形成する。その際、銀などを含むペーストをガラス基板の前面に形成した後にフォトリソグラフィ法を用いる方法やスクリーン印刷法等で金属バス電極前駆体をパターニングする。また、遮光層７も同様に、黒色顔料を含むペーストをスクリーン印刷法やフォトリソグラフィ法でパターニングして形成した遮光層前駆体を焼成固化することで形成する。

次に、走査電極４、維持電極５、遮光層７を覆うよう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前駆体を形成する。その後、前面ガラス基板３を静置することによって、誘電体前駆体の表面をレベリングする。静置後に誘電体前駆体を焼成固化することにより、走査電極４、維持電極５、遮光層７を覆うように誘電体層８を形成する。なお、誘電体ペーストはガラス粉末などの誘電体材料、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。以上のステップにより前面ガラス基板３上に所定の前面パネル構造部材（走査電極４、維持電極５、遮光層７、誘電体層８、保護層９）が形成され、前面板２が完成する。

一方、背面板１０は以下のようにして形成される。背面ガラス基板１１の片面に、銀ペーストをスクリーン印刷する方法や、金属膜を全面に形成した後、フォトリソグラフィ法を用いてパターニングする方法などによりアドレス電極前駆体を形成する。その後、焼成固化することによりアドレス電極１２を形成する。次に、ダイコート法などによりアドレス電極１２を覆うように下地誘電体ペーストを塗布して下地誘電体前駆体を形成する。その後、下地誘電体前駆体を焼成固化することにより下地誘電体１３を形成する。なお、下地誘電体ぺーストはガラス粉末などの下地誘電体材料と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１３上に隔壁材料を含む隔壁ペーストを塗布してパターニングすることにより、隔壁前駆体を形成し、焼成固化することにより隔壁１４を形成する。隔壁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やサンドブラスト法等がある。

次に、隣接する隔壁１４間の下地誘電体１３上と隔壁１４側面とに蛍光体材料を含む蛍光体ペーストを塗布して蛍光体前駆体を形成する。そしてこの蛍光体前駆体を焼成固化して蛍光体層１５を形成する。以上のステップにより、背面ガラス基板１１上に所定の背面パネル構造部材（アドレス電極１２、下地誘電体１３、隔壁１４、蛍光体層１５）を有する背面板１０が完成する。

以上のようにして作製された前面板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（図示せず）で封着する。そして前面板２と背面板１０とで挟まれた放電空間１６にネオン、キセノンなどを含む放電ガスを封入する。このようにしてＰＤＰ１が完成する。

上述のように、ＰＤＰ１を製造する際にはパネル構造部材毎に少なくとも前面板２で２回、背面板１０で４回の焼成固化ステップが必要となる。なお、この焼成固化は多くの場合、５００℃〜６００℃の温度で行う。

次に、焼成固化ステップで使用するＰＤＰ用基板（以降、基板と記す）の支持台について説明する。支持台には、前面ガラス基板３を載置して焼成固化を行う第１支持台と、背面ガラス基板１１を載置して焼成固化を行う第２支持台とがある。両者は焼成固化するガラスのサイズの違いからくる大きさの違いがあるだけで、同様の製造方法によって製造され、同様の使用形態で使用される。以下、支持台２０と基板２１の説明は、第１支持台と前面ガラス基板３あるいは第２支持台と背面ガラス基板１１の組み合わせを意味する。

支持台２０は、炭化珪素（ＳｉＣ）構造と窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）構造を有する複合珪素材料１９を主成分とし、以下のようにして製造する。まず０．０５〜３００μｍの炭化珪素粉末を７０重量％と、０．０５μｍ〜３０μｍの珪素粉末３０重量％とを水に分散、混合してスラリー状とする。そして前面ガラス基板３、あるいは背面ガラス基板１１より大きい面積の平板形状成形型内にスラリーを流し込み、乾燥する。乾燥した成形体を窒素雰囲気中にて１０００℃以上、望ましくは１４００℃で１０〜２０時間焼成する。この焼成によって、珪素粉末は雰囲気中の窒素と結合して窒化珪素に変化し、図２に示すような複合珪素材料１９が生成する。なお、炭化水素粉末と珪素粉末の配合比率を変えることで、炭化珪素１７の含有量が異なった複合珪素材料１９による支持台２０を製造することも可能である。

図２は、複合珪素材料１９における炭化珪素１７と窒化珪素１８の結合状態を示す模式図である。窒化珪素１８は炭化珪素１７の間に入り込んで結合している。すなわち複合珪素材料１９は、窒化珪素１８を媒介として炭化珪素１７同士が結びついた構造を有する。

このようにして製造した支持台２０の熱膨張係数は４．５×１０^−６／Ｋ、熱伝導率は３０Ｗ／ｍ・Ｋ、ヤング率は１５０ＧＰａ、曲げ強度は１００ＭＰａである。

図３Ａは本実施の形態で用いる焼成固化装置を正面から見た概略説明図である。図３Ｂは、図３Ａにおいて、支持台を用いたパネル部材前駆体の焼成固化ステップにおける焼成固化前の状態を示す概略説明図であり、図３Ｃは、焼成固化後の状態を示す概略説明図である。

図３Ａに示すように焼成固化装置４０は、パネル搬入台４２、焼成固化炉４３、パネル搬出台４４、回転ローラ４１を有する。回転ローラ４１は、パネル搬入台４２の上の支持台２０を焼成固化炉４３内に搬入し、パネル搬出台４４へ搬出する。焼成固化炉４３は、回転ローラ４１によって搬入された支持台２０を加熱ヒータ等によって加熱する。

図３Ｂにおいて、基板２１は前面ガラス基板３、あるいは背面ガラス基板１１を示し、パネル構造部材前駆体２２は、基板２１が前面ガラス基板３の場合は、焼成固化前の金属バス電極４Ｂあるいは５Ｂ、遮光層７、誘電体層８、保護層９のいずれかである前面パネル構造部材前駆体を示す。また、基板２１が背面ガラス基板１１の場合は、焼成固化前のアドレス電極１２、下地誘電体層１３、隔壁１４、蛍光体層１５のいずれかのいずれかである背面パネル構造部材前駆体を示す。図３Ｂに示すように、パネル構造部材前駆体２２が形成された基板２１を支持台２０上に載置する。載置後に回転ロール４１を作動させ、支持台２０を焼成固化炉４３内に搬入する。

図３Ｃにおいて、パネル構造部材２３は基板２１が前面ガラス基板３の場合、金属バス電極４Ｂあるいは５Ｂ、遮光層７、誘電体層８、保護層９を示す。また、基板２１が背面ガラス基板１１の場合は、アドレス電極１２、下地誘電体層１３、隔壁１４、蛍光体層１５のいずれかを示す。図３Ｃに示すように、焼成固化炉４３を通過することで基板２１上に形成されたパネル構造部材前駆体２２は焼成固化され、パネル構造部材２３になる。

支持台２０、基板２１は、焼成固化炉４３の前段で加熱、後段で冷却され、それぞれの熱膨張係数に応じて膨張したり収縮したりする。基板２１の熱膨張係数と支持台２０の熱膨張係数とは、異なるため、加熱、あるいは冷却によって互いの表面が擦れ合う。基板２１や支持台２０の表面はミクロな凹凸がある場合、表面が擦れ合うと、それらが原因で、基板２１と支持台２０の表面に傷が生じる。基板２１上の傷は、基板２１の割れを引き起こしたり、基板２１が前面ガラス基板３である場合は、表示面での乱反射により、発光が妨げられたりする等の不都合が生じる。

図４は、支持台２０を構成する複合珪素材料１９を焼成する際の炭化珪素粉末の配合比率と熱膨張係数および熱伝導率との関係を示した特性図である。まず、炭化珪素１７の含有率と熱膨張係数との関係について説明する。炭化珪素１７の含有率が大きいほど複合珪素材料１９の熱膨張係数は低下する。上述したように支持台２０の熱膨張係数と基板２１の熱膨張係数である８．３×１０^−６／Ｋとの差が大きいほど、基板２１上に傷が生じやすい。傷の長さは短いほど望ましいが、１ｍｍ未満であると、容易に視認できないレベルであるので、実用上問題ない。傷を１ｍｍ未満とするためには基板２１の熱膨張係数との差が５×１０^−６／Ｋ以下とする必要がある。したがって図４より、炭化珪素粉末の配合比率が８０重量％以下であれば、傷の長さが１ｍｍ以下となり、好ましい。ただし、複合珪素材料１９の生成には少なくとも０重量％を超える炭化珪素粉末を配合させる必要がある。炭化珪素粉末を配合させないと、支持台２０としての十分な強度を確保することができない。

配合する珪素粉末は、ほとんど窒化珪素に変化するので、炭化珪素粉末の配合比率が８０重量％の場合、焼成後の複合珪素材料１９に占める炭化珪素１７の含有率は４４．４重量％となる。

なお、複合珪素材料１９を主成分とする支持台２０の製造時には、前述したように、低膨張率結晶化ガラスのような核形成剤を使わない。したがって６００℃程度の焼成固化ステップを繰り返し通っても、結晶が核として析出することはなく、基板２１を載せる支持台２０の面の微細な変形が起こりにくい。したがって、長期間の使用においても、基板２１に傷が発生するのを抑制する効果は持続する。

上記の効果は基板２１として前面ガラス基板３を用いて実施した場合に特に顕著であるが、複合珪素材料１９からなる支持台２０を第２支持台とし、背面ガラス基板１１を用いて実施した場合においても同様の効果を奏する。すなわち、第２支持台と背面ガラス基板１１との熱膨張係数との差を５×１０^−６／Ｋ以下、すなわち炭化珪素１７の含有率を４４．４重量％以下とすることで背面ガラス基板１１の傷の発生を抑制することができる。

以上のように、炭化珪素１７の含有率を４４．４重量％以下とすることで、ガラスの傷が少なく割れにくいプラズマディスプレイの製造が可能な支持台２０の提供することができる。さらにこの支持台２０は、繰り返して利用しても、傷を抑制する効果は持続するため、支持台２０の交換頻度が減り、生産性が向上する。

次に、図４において、炭化珪素１７の含有率と熱膨張率の関係について説明する。炭化珪素１７の含有率が小さいほど複合珪素材料１９の熱伝導率は低下する。支持台２０の熱伝導率が低い場合には、焼成固化炉４３の後段で基板２１と支持台２０が冷却されるとき、基板２１に温度分布が生じ、高温部分と低温部分との温度差により、基板２１に反りが生じる。この反りは基板２１の割れという課題の原因となる。一方、熱伝導率が高い支持台２０を用いて基板２１を焼成固化した場合、支持台２０の内部に温度分布が生じても、短時間のうちに支持台２０の面内の温度が均一になる。そのため基板２１の反りが小さくなる。具体的には反りを基板２１の厚さの２倍以下に抑えることが好ましい。

そのためには支持台２０の熱伝導率を２０Ｗ／ｍＫ以上にすればよい。すなわち図４より、炭化珪素粉末の配合比率が６４重量％以上であればよい。炭化珪素粉末の配合比率が６４重量％の場合、焼成後の複合珪素材料１９に占める炭化珪素１７の含有率は２６．３重量％となる。なお、炭化珪素１７の含有率が小さくなると熱伝導率が小さくなるのは、焼結性が下がり複合珪素材料１９の緻密性が低下することが原因であると考えられる。

したがって、炭化珪素１７の含有率を２６．３重量％以上とすることで、焼成固化ステップでの基板２１の反りを抑制することができ、品質の高いプラズマディスプレイの製造が可能な支持台２０の提供することができる。すなわち、炭化珪素１７の含有率を２６．３重量％以上４４．４重量％以下とすることで基板２１の傷の発生を抑制しつつ、基板２１の反りを抑制することができる。

上記の効果は基板２１として前面ガラス基板３を用いて実施した場合に特に顕著であるが、支持台２０を第２支持台とし、基板２１として背面ガラス基板１１を用いて実施した場合においても同様の効果を奏する。すなわち、第２支持台の熱伝導率を２０Ｗ／ｍＫ以上、すなわち炭化珪素１７の含有率を２６．３重量％以上とすることでガラスの反りを抑制することができる。

なお、焼成固化ステップでは、基板２１と同時に支持台２０も加熱されるため、支持台２０の熱容量は、小さいことが望ましい。支持台２０を構成する複合珪素材料１９は、ポーラス構造のセラミック材料である。そのため、その熱容量は、従来の低膨張率結晶化ガラスの熱容量に比べ２０％前後小さい。さらに、熱伝導率も従来に比べ、約３０倍高く、焼成固化ステップ時の温度変化にも速やかに対応できる。その結果、支持台２０を使用すると、焼成固化ステップでの投入エネルギーは、従来に比べ約１０％少なくすることができる。

なお、本実施の形態では支持台２０を炭化珪素１７と窒化珪素１８とからなる複合珪素材料１９で形成している。しかしながら基板２１との熱膨張係数の差か５×１０^−６／Ｋ以下であれば他の材料を用いても傷を１ｍｍ未満とすることができる。また熱伝導率が２０Ｗ／ｍＫ以上であれば他の材料を用いても、基板２１の反りを抑制することができる。

本発明によれば、支持台の交換回数が抑制されることによる製造コストの低いＰＤＰの製造方法を提供することができる。

本発明は、プラズマディスプレイパネルの製造方法とプラズマディスプレイパネルの製造に用いる基板の支持台に関する。

プラズマディスプレイパネル（以下、ＰＤＰと記す）は、対向配置された前面パネルと背面パネルのそれぞれの周縁部を封着部材によって封着した構造を有する。前面パネルと背面パネルとの間に形成された放電空間にはネオンやキセノンなどの放電ガスが封入されている。前面パネルは、ガラス基板の片面にストライプ状に形成された走査電極と維持電極とからなる複数の表示電極対と、これらの表示電極対を覆う誘電体層と保護層とを備えている。表示電極対は、それぞれ透明電極と、その透明電極上に形成された金属材料からなる補助電極とによって構成されている。背面パネルは、ガラス基板とアドレス電極と下地誘電体層と隔壁と蛍光体層を有する。ガラス基板の片面には、複数のアドレス電極とこれらのアドレス電極を覆う下地誘電体層と隔壁と３種類の蛍光体層が設けられている。アドレス電極は、表示電極対と直交する方向にストライプ状に形成されている。隔壁は、アドレス電極ごとに放電空間を区画するように設けられている。蛍光体層はそれぞれ赤色、緑色、青色に発光し、隔壁の間の隣り合う各溝に順次塗布されている。

表示電極対とアドレス電極とは直交していて、その交差部が放電セルになる。これらの放電セルはマトリクス状に配列され、表示電極対の方向に並ぶ赤色、緑色、青色の蛍光体層を有する３個の放電セルがカラー表示のための画素になる。ＰＤＰでは、走査電極とアドレス電極との間、および走査電極と維持電極との間に電圧を印加してガス放電を発生させる。そして、そのガス放電で生じる紫外線で蛍光体層が励起し発光する。このようにしてＰＤＰはカラー画像を表示している。

前面ガラス基板上には、表示電極対、誘電体層などのパネル構造部材が形成されている。背面ガラス基板上には、アドレス電極、下地誘電体層、隔壁、蛍光体層などのパネル構造部材が形成されている。

これら前面パネル、背面パネルの製造方法を説明する。まずガラス基板上に上記のパネル構造部材の前駆体を塗布した後、必要に応じてフォトリソグラフィ法やサンドブラスト法などによりパターニングを行う。ここでパネル構造部材前駆体とは、焼成固化するとパネル構造部材になる材料を言い、セラミック、ガラス等の無機材料と樹脂等の有機材料からなる。パネル構造部材前駆体が形成されたガラス基板は支持台上に載せられ、支持台とともに焼成炉に搬入される。これにより、パネル構造前駆体は焼成固化され、ガラス基板上にパネル構造部材が形成される。このようなパネル構造部材前駆体のパターニングと焼成固化を繰り返すことで、複数のパネル構造部材を順次形成して前面パネル、背面パネルを製造する。なお、焼成炉内の温度は、パネル構造部材に応じて異なるが、多くの場合は５００℃〜６００℃という高い温度に設定されている。したがって、通常は、低膨張率結晶化ガラスが支持台として用いられ、高歪点ガラスがガラス基板として用いられている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、このような低膨張率結晶化ガラスを材料とする支持台は、焼成固化ステップを繰り返し経ることで、核形成剤の結晶が核として徐々に析出する。例えば、Ｌｉ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系の低膨張率結晶化ガラスでは、Ａｌ_２Ｔｉ_２Ｏ_７、ＺｒＯ_２等が核として析出する。結晶が核として析出した部分は、それ以外の部分より密度が大きくなる。この密度差により、支持台は微細に変形する。その結果、焼成固化ステップにおいて、微細に変形した支持台でガラス基板が擦られて傷が付くことがある。

そこで、焼成固化ステップが一定回数を越えると、支持台を交換しなければならず、そのために生産性が低下する。
特開２００３−３４６６５７号公報

本発明は、パネル構造部材前駆体を形成したガラス基板を支持台に載置して焼成固化するＰＤＰの製造方法であって、支持台は炭化珪素を窒化珪素で結合した材料を主成分とする。また支持台の線膨張係数とガラス基板の線膨張係数との差が５×１０^−６／Ｋ以下である。このようにしてＰＤＰを製造することで、支持台は焼成固化ステップで微細な変形を引き起こすこともない。さらに線膨張係数との差が小さいため、支持台とガラス基板とが擦られて傷が付くこともない。そのため、高品質なＰＤＰを提供することができる。また、支持台の交換頻度が減るため、生産性が向上する。

図１は本発明の実施の形態における製造方法で作製したＰＤＰの構造を示す斜視図である。ＰＤＰ１の基本構造は、一般的な交流面放電型ＰＤＰと同様である。前面ガラス基板３を含む前面板２と、背面ガラス基板１１を含む背面板１０とが対向して配置され、それらの外周部はガラスフリットなどからなる封着部材（図示せず）によって互いに気密封着されている。封着されたＰＤＰ１の内部の放電空間１６には、ネオン、キセノンなどの放電ガスが４００Ｔｏｒｒ〜６００Ｔｏｒｒの圧力で封入されている。

前面ガラス基板３の片面上には、走査電極４と維持電極５よりなるストライプ状の表示電極６と遮光層（ブラックストライプ）７とが互いに平行に複数列配置されている。誘電体層８は表示電極６と遮光層７とを覆うように形成されている。走査電極４は、透明電極４Ａ、金属バス電極４Ｂから構成されている。維持電極５は、透明電極５Ａ、金属バス電極５Ｂから構成されている。誘電体層８はホウ酸鉛系ガラスなどからなりコンデンサとして機能する。誘電体層８の表面には酸化マグネシウム（ＭｇＯ）などからなる保護層９が形成されている。

背面ガラス基板１１の片面上には、走査電極４と直交する方向に、ストライプ状のアドレス電極１２が配置されている。下地誘電体層１３はアドレス電極１２を被覆している。アドレス電極１２の間隙部の下地誘電体層１３上には、放電空間１６を区切る隔壁１４が形成されている。隔壁１４の間の溝には、紫外線によって赤色、緑色、および青色にそれぞれ発光する蛍光体層１５が順次塗布されている。アドレス電極１２と一対の走査電極４、維持電極５とが交差する位置には放電セルが形成されている。

次に、ＰＤＰ１の製造方法について説明する。前面板２は以下のようにして形成する。まず、前面ガラス基板３の片面に、走査電極４、維持電極５、遮光層７を形成する。走査電極４と維持電極５は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）や酸化スズ（ＳｎＯ_２）などからなる透明電極４Ａ、５Ａと、銀などからなる金属バス電極４Ｂ、５Ｂとによって構成されている。金属バス電極４Ｂ、５Ｂは、透明電極４Ａ、５Ａ上にパターニングして形成する金属バス電極前駆体を高温で焼成固化して形成する。その際、銀などを含むペーストをガラス基板の前面に形成した後にフォトリソグラフィ法を用いる方法やスクリーン印刷法等で金属バス電極前駆体をパターニングする。また、遮光層７も同様に、黒色顔料を含むペーストをスクリーン印刷法やフォトリソグラフィ法でパターニングして形成した遮光層前駆体を焼成固化することで形成する。

次に、走査電極４、維持電極５、遮光層７を覆うよう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前駆体を形成する。その後、前面ガラス基板３を静置することによって、誘電体前駆体の表面をレベリングする。静置後に誘電体前駆体を焼成固化することにより、走査電極４、維持電極５、遮光層７を覆うように誘電体層８を形成する。なお、誘電体ペーストはガラス粉末などの誘電体材料、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。以上のステップにより前面ガラス基板３上に所定の前面パネル構造部材（走査電極４、維持電極５、遮光層７、誘電体層８、保護層９）が形成され、前面板２が完成する。

一方、背面板１０は以下のようにして形成される。背面ガラス基板１１の片面に、銀ペーストをスクリーン印刷する方法や、金属膜を全面に形成した後、フォトリソグラフィ法を用いてパターニングする方法などによりアドレス電極前駆体を形成する。その後、焼成固化することによりアドレス電極１２を形成する。次に、ダイコート法などによりアドレス電極１２を覆うように下地誘電体ペーストを塗布して下地誘電体前駆体を形成する。その後、下地誘電体前駆体を焼成固化することにより下地誘電体１３を形成する。なお、下地誘電体ペーストはガラス粉末などの下地誘電体材料と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１３上に隔壁材料を含む隔壁ペーストを塗布してパターニングすることにより、隔壁前駆体を形成し、焼成固化することにより隔壁１４を形成する。隔壁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やサンドブラスト法等がある。

次に、隣接する隔壁１４間の下地誘電体１３上と隔壁１４側面とに蛍光体材料を含む蛍光体ペーストを塗布して蛍光体前駆体を形成する。そしてこの蛍光体前駆体を焼成固化して蛍光体層１５を形成する。以上のステップにより、背面ガラス基板１１上に所定の背面パネル構造部材（アドレス電極１２、下地誘電体１３、隔壁１４、蛍光体層１５）を有する背面板１０が完成する。

以上のようにして作製された前面板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（図示せず）で封着する。そして前面板２と背面板１０とで挟まれた放電空間１６にネオン、キセノンなどを含む放電ガスを封入する。このようにしてＰＤＰ１が完成する。

上述のように、ＰＤＰ１を製造する際にはパネル構造部材毎に少なくとも前面板２で２回、背面板１０で４回の焼成固化ステップが必要となる。なお、この焼成固化は多くの場合、５００℃〜６００℃の温度で行う。

次に、焼成固化ステップで使用するＰＤＰ用基板（以降、基板と記す）の支持台について説明する。支持台には、前面ガラス基板３を載置して焼成固化を行う第１支持台と、背面ガラス基板１１を載置して焼成固化を行う第２支持台とがある。両者は焼成固化するガラスのサイズの違いからくる大きさの違いがあるだけで、同様の製造方法によって製造され、同様の使用形態で使用される。以下、支持台２０と基板２１の説明は、第１支持台と前面ガラス基板３あるいは第２支持台と背面ガラス基板１１の組み合わせを意味する。

支持台２０は、炭化珪素（ＳｉＣ）構造と窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）構造を有する複合珪素材料１９を主成分とし、以下のようにして製造する。まず０．０５〜３００μｍの炭化珪素粉末を７０重量％と、０．０５μｍ〜３０μｍの珪素粉末３０重量％とを水に分散、混合してスラリー状とする。そして前面ガラス基板３、あるいは背面ガラス基板１１より大きい面積の平板形状成形型内にスラリーを流し込み、乾燥する。乾燥した成形体を窒素雰囲気中にて１０００℃以上、望ましくは１４００℃で１０〜２０時間焼成する。この焼成によって、珪素粉末は雰囲気中の窒素と結合して窒化珪素に変化し、図２に示すような複合珪素材料１９が生成する。なお、炭化水素粉末と珪素粉末の配合比率を変えることで、炭化珪素１７の含有量が異なった複合珪素材料１９による支持台２０を製造することも可能である。

図２は、複合珪素材料１９における炭化珪素１７と窒化珪素１８の結合状態を示す模式図である。窒化珪素１８は炭化珪素１７の間に入り込んで結合している。すなわち複合珪素材料１９は、窒化珪素１８を媒介として炭化珪素１７同士が結びついた構造を有する。

このようにして製造した支持台２０の熱膨張係数は４．５×１０^−６／Ｋ、熱伝導率は３０Ｗ／ｍ・Ｋ、ヤング率は１５０ＧＰａ、曲げ強度は１００ＭＰａである。

図３Ａは本実施の形態で用いる焼成固化装置を正面から見た概略説明図である。図３Ｂは、図３Ａにおいて、支持台を用いたパネル部材前駆体の焼成固化ステップにおける焼成固化前の状態を示す概略説明図であり、図３Ｃは、焼成固化後の状態を示す概略説明図である。

図３Ａに示すように焼成固化装置４０は、パネル搬入台４２、焼成固化炉４３、パネル搬出台４４、回転ローラ４１を有する。回転ローラ４１は、パネル搬入台４２の上の支持台２０を焼成固化炉４３内に搬入し、パネル搬出台４４へ搬出する。焼成固化炉４３は、回転ローラ４１によって搬入された支持台２０を加熱ヒータ等によって加熱する。

図３Ｂにおいて、基板２１は前面ガラス基板３、あるいは背面ガラス基板１１を示し、パネル構造部材前駆体２２は、基板２１が前面ガラス基板３の場合は、焼成固化前の金属バス電極４Ｂあるいは５Ｂ、遮光層７、誘電体層８、保護層９のいずれかである前面パネル構造部材前駆体を示す。また、基板２１が背面ガラス基板１１の場合は、焼成固化前のアドレス電極１２、下地誘電体層１３、隔壁１４、蛍光体層１５のいずれかのいずれかである背面パネル構造部材前駆体を示す。図３Ｂに示すように、パネル構造部材前駆体２２が形成された基板２１を支持台２０上に載置する。載置後に回転ロール４１を作動させ、支持台２０を焼成固化炉４３内に搬入する。

図３Ｃにおいて、パネル構造部材２３は基板２１が前面ガラス基板３の場合、金属バス電極４Ｂあるいは５Ｂ、遮光層７、誘電体層８、保護層９を示す。また、基板２１が背面ガラス基板１１の場合は、アドレス電極１２、下地誘電体層１３、隔壁１４、蛍光体層１５のいずれかを示す。図３Ｃに示すように、焼成固化炉４３を通過することで基板２１上に形成されたパネル構造部材前駆体２２は焼成固化され、パネル構造部材２３になる。

支持台２０、基板２１は、焼成固化炉４３の前段で加熱、後段で冷却され、それぞれの熱膨張係数に応じて膨張したり収縮したりする。基板２１の熱膨張係数と支持台２０の熱膨張係数とは、異なるため、加熱、あるいは冷却によって互いの表面が擦れ合う。基板２１や支持台２０の表面はミクロな凹凸がある場合、表面が擦れ合うと、それらが原因で、基板２１と支持台２０の表面に傷が生じる。基板２１上の傷は、基板２１の割れを引き起こしたり、基板２１が前面ガラス基板３である場合は、表示面での乱反射により、発光が妨げられたりする等の不都合が生じる。

図４は、支持台２０を構成する複合珪素材料１９を焼成する際の炭化珪素粉末の配合比率と熱膨張係数および熱伝導率との関係を示した特性図である。まず、炭化珪素１７の含有率と熱膨張係数との関係について説明する。炭化珪素１７の含有率が大きいほど複合珪素材料１９の熱膨張係数は低下する。上述したように支持台２０の熱膨張係数と基板２１の熱膨張係数である８．３×１０^−６／Ｋとの差が大きいほど、基板２１上に傷が生じやすい。傷の長さは短いほど望ましいが、１ｍｍ未満であると、容易に視認できないレベルであるので、実用上問題ない。傷を１ｍｍ未満とするためには基板２１の熱膨張係数との差が５×１０^−６／Ｋ以下とする必要がある。したがって図４より、炭化珪素粉末の配合比率が８０重量％以下であれば、傷の長さが１ｍｍ以下となり、好ましい。ただし、複合珪素材料１９の生成には少なくとも０重量％を超える炭化珪素粉末を配合させる必要がある。炭化珪素粉末を配合させないと、支持台２０としての十分な強度を確保することができない。

配合する珪素粉末は、ほとんど窒化珪素に変化するので、炭化珪素粉末の配合比率が８０重量％の場合、焼成後の複合珪素材料１９に占める炭化珪素１７の含有率は４４．４重量％となる。

なお、複合珪素材料１９を主成分とする支持台２０の製造時には、前述したように、低膨張率結晶化ガラスのような核形成剤を使わない。したがって６００℃程度の焼成固化ステップを繰り返し通っても、結晶が核として析出することはなく、基板２１を載せる支持台２０の面の微細な変形が起こりにくい。したがって、長期間の使用においても、基板２１に傷が発生するのを抑制する効果は持続する。

上記の効果は基板２１として前面ガラス基板３を用いて実施した場合に特に顕著であるが、複合珪素材料１９からなる支持台２０を第２支持台とし、背面ガラス基板１１を用いて実施した場合においても同様の効果を奏する。すなわち、第２支持台と背面ガラス基板１１との熱膨張係数との差を５×１０^−６／Ｋ以下、すなわち炭化珪素１７の含有率を４４．４重量％以下とすることで背面ガラス基板１１の傷の発生を抑制することができる。

以上のように、炭化珪素１７の含有率を４４．４重量％以下とすることで、ガラスの傷が少なく割れにくいプラズマディスプレイの製造が可能な支持台２０の提供することができる。さらにこの支持台２０は、繰り返して利用しても、傷を抑制する効果は持続するため、支持台２０の交換頻度が減り、生産性が向上する。

次に、図４において、炭化珪素１７の含有率と熱膨張率の関係について説明する。炭化珪素１７の含有率が小さいほど複合珪素材料１９の熱伝導率は低下する。支持台２０の熱伝導率が低い場合には、焼成固化炉４３の後段で基板２１と支持台２０が冷却されるとき、基板２１に温度分布が生じ、高温部分と低温部分との温度差により、基板２１に反りが生じる。この反りは基板２１の割れという課題の原因となる。一方、熱伝導率が高い支持台２０を用いて基板２１を焼成固化した場合、支持台２０の内部に温度分布が生じても、短時間のうちに支持台２０の面内の温度が均一になる。そのため基板２１の反りが小さくなる。具体的には反りを基板２１の厚さの２倍以下に抑えることが好ましい。

そのためには支持台２０の熱伝導率を２０Ｗ／ｍＫ以上にすればよい。すなわち図４より、炭化珪素粉末の配合比率が６４重量％以上であればよい。炭化珪素粉末の配合比率が６４重量％の場合、焼成後の複合珪素材料１９に占める炭化珪素１７の含有率は２６．３重量％となる。なお、炭化珪素１７の含有率が小さくなると熱伝導率が小さくなるのは、焼結性が下がり複合珪素材料１９の緻密性が低下することが原因であると考えられる。

したがって、炭化珪素１７の含有率を２６．３重量％以上とすることで、焼成固化ステップでの基板２１の反りを抑制することができ、品質の高いプラズマディスプレイの製造が可能な支持台２０の提供することができる。すなわち、炭化珪素１７の含有率を２６．３重量％以上４４．４重量％以下とすることで基板２１の傷の発生を抑制しつつ、基板２１の反りを抑制することができる。

上記の効果は基板２１として前面ガラス基板３を用いて実施した場合に特に顕著であるが、支持台２０を第２支持台とし、基板２１として背面ガラス基板１１を用いて実施した場合においても同様の効果を奏する。すなわち、第２支持台の熱伝導率を２０Ｗ／ｍＫ以上、すなわち炭化珪素１７の含有率を２６．３重量％以上とすることでガラスの反りを抑制することができる。

なお、焼成固化ステップでは、基板２１と同時に支持台２０も加熱されるため、支持台２０の熱容量は、小さいことが望ましい。支持台２０を構成する複合珪素材料１９は、ポーラス構造のセラミック材料である。そのため、その熱容量は、従来の低膨張率結晶化ガラスの熱容量に比べ２０％前後小さい。さらに、熱伝導率も従来に比べ、約３０倍高く、焼成固化ステップ時の温度変化にも速やかに対応できる。その結果、支持台２０を使用すると、焼成固化ステップでの投入エネルギーは、従来に比べ約１０％少なくすることができる。

なお、本実施の形態では支持台２０を炭化珪素１７と窒化珪素１８とからなる複合珪素材料１９で形成している。しかしながら基板２１との熱膨張係数の差が５×１０^−６／Ｋ以下であれば他の材料を用いても傷を１ｍｍ未満とすることができる。また熱伝導率が２０Ｗ／ｍＫ以上であれば他の材料を用いても、基板２１の反りを抑制することができる。

本発明によれば、支持台の交換回数が抑制されることによる製造コストの低いＰＤＰの製造方法を提供することができる。

本発明の実施の形態における製造方法で作製したＰＤＰの構造を示す斜視図 本発明の実施の形態の支持台を構成する複合珪素材料における炭化珪素と窒化珪素の結合状態を示す模式図 本実施の形態で用いる焼成固化装置を正面から見た概略説明図 図３Ａにおいて焼成固化前の状態を示す概略説明図 図３Ａにおいて焼成固化後の状態を示す概略説明図 本発明の実施の形態の支持台を構成する複合珪素材料における炭化珪素の含有量と熱膨張係数および熱伝導率との関係を示す特性図

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 金属バス電極
５ 維持電極
６ 表示電極
７ 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
１７ 炭化珪素
１８ 窒化珪素
１９ 複合珪素材料
２０ 支持台
２１ 基板
２２ パネル構造部材前駆体
２３ パネル構造部材
４０ 焼成固化装置
４１ 回転ローラ
４２ パネル搬入台
４３ 焼成固化炉
４４ パネル搬出台

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。

本発明は、パネル構造部材前駆体を形成したガラス基板を支持台に載置して焼成固化するＰＤＰの製造方法であって、支持台は炭化珪素を窒化珪素で結合した材料を主成分とする。また支持台の熱膨張係数とガラス基板の熱膨張係数との差が５×１０^−６／Ｋ以下である。このようにしてＰＤＰを製造することで、支持台は焼成固化ステップで微細な変形を引き起こすこともない。さらに熱膨張係数との差が小さいため、支持台とガラス基板とが擦られて傷が付くこともない。そのため、高品質なＰＤＰを提供することができる。また、支持台の交換頻度が減るため、生産性が向上する。

Claims (12)

1. 表面に前面パネル構造部材前駆体を形成された前面ガラス基板を第１支持台に載置し、前記前面パネル構造部材前駆体を焼成固化して前面板構造部材を作製するステップと、
   表面に背面パネル構造部材前駆体を形成された背面ガラス基板を第２支持台に載置し、前記背面パネル構造部材前駆体を焼成固化して背面板構造部材を作製するステップと、
   前記前面パネル構造部材と前記背面パネル構造部材とを対向させて前記前面ガラス基板の周辺部と前記背面ガラス基板の周辺部とを封着するステップと、
   前記前面ガラス基板と前記背面ガラス基板とで挟まれた空間に放電ガスを封入するステップと、を備え、
   前記第１支持台が炭化珪素を窒化珪素で結合した複合珪素材料を主成分とし、かつ前記第１支持台の線膨張係数と前記前面ガラス基板の線膨張係数との差が５×１０^−６／Ｋ以下である、
   プラズマディスプレイパネルの製造方法。
2. 前記第１支持台中の炭化珪素含有量が０重量％を越え、４４．４重量％以下である、
   請求項１記載のプラズマディスプレイパネルの製造方法。
3. 前記第１支持台の熱伝導率が２０Ｗ／ｍＫ以上である、
   請求項１、２のいずれか一項に記載のプラズマディスプレイパネルの製造方法。
4. 前記第１支持台中の炭化珪素含有量が２６．３重量％以上４４．４重量％以下である、
   請求項３記載のプラズマディスプレイパネルの製造方法。
5. 前記第２支持台が炭化珪素を窒化珪素で結合した材料を主成分とし、かつ前記第２支持台の線膨張係数と前記背面ガラス基板の線膨張係数との差が５×１０^−６／Ｋ以下である、
   請求項１記載のプラズマディスプレイパネルの製造方法。
6. 前記第２支持台中の炭化珪素含有量が０重量％を越え、４４．４重量％以下である、
   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。
7. 前記第２支持台の熱伝導率が２０Ｗ／ｍＫ以上である、
   請求項５、６のいずれか一項に記載のプラズマディスプレイパネルの製造方法。
8. 前記第２支持台中の炭化珪素含有量が２６．３重量％以上４４．４重量％以下である、
   請求項７記載のプラズマディスプレイパネルの製造方法。
9. パネル構造部材前駆体を形成したガラス基板を焼成固化する際に前記ガラス基板を載置するプラズマディスプレイパネル用基板の支持台であって、
   前記支持台は炭化珪素を窒化珪素で結合した材料を主成分とし、かつ線膨張係数と前記ガラス基板の線膨張係数との差が５×１０^−６／Ｋ以下である、
   プラズマディスプレイパネル用基板の支持台。
10. 炭化珪素含有量が０重量％を越え、４４．４重量％以下である、
    請求項９記載のプラズマディスプレイパネル用基板の支持台。
11. 熱伝導率が２０Ｗ／ｍＫ以上である、
    請求項９、１０のいずれか一項に記載のプラズマディスプレイパネル用基板の支持台。
12. 炭化珪素含有量が２６．３重量％以上４４．４重量％以下である、
    請求項１１記載のプラズマディスプレイパネル用基板の支持台。

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