JPWO2007099902A1 - 平面型表示装置 - Google Patents

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Abstract

間隙をあけて対向配置されかつ成分としてシリコンを含む１対のガラス基板と、この１対のガラス基板の周辺部に配置した封止部材とを有し、封止部材は成分としてビスマスを含む材料により構成され、かつガラス基板と封止部材との接合面にガラス基板よりシリコンの含有量が少ない材料からなる中間層である保護層、絶縁体層を設けた。これにより、封止部分の強度が強く、信頼性に優れた平面型表示装置を提供できる。

Description

本発明は、電界放出ディスプレイ（以下、「ＦＥＤ」と略記する）やプラズマディスプレイパネル（以下、「ＰＤＰ」と略記する）に代表される平面型表示装置に関する。
ガラス、セラミックス、金属などの無機素材を接着する材料として、フリットガラスが使用されている。中でも２枚のガラス基板を貼り合わせてパネルを構成するＦＥＤやＰＤＰの場合は、パネル内部が減圧もしくは高真空に保たれるため、封止部材としてのフリットガラスに強固な付着強度が要求される。これらの平面型表示装置において、フリットガラスはパネルの周辺部を封止し、外気がパネル内に侵入するのを防ぐ役割を担っている。このフリットガラスの付着強度が弱いと、輸送時の振動や落下衝撃などで、フリットガラスとガラス基板との界面に亀裂が入り、大気がパネル内に侵入してパネルの一部が点灯しなくなったり、ひどい場合は全く点灯しなくなったりする。パネル内を高真空にしているＦＥＤの場合は、後者になる場合が多い。
以下、ＰＤＰを例にして、説明する。ＰＤＰは、前面基板と背面基板とで構成されている。前面基板は、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。
一方、背面基板は、同じくガラス基板と、その一方の主面上に形成されたストライプ状のデータ電極と、データ電極を覆う絶縁体層と、絶縁体層上に形成されかつ複数の放電セルが形成されるように放電空間を仕切る隔壁と、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。
前面基板と背面基板とは、その電極形成面側を対向させてその周囲を封止部材によって気密封止するとともに、隔壁によって仕切られた放電空間にＮｅ−Ｘｅの放電ガスを５３ｋＰａ〜８０ｋＰａ（４００Ｔｏｒｒ〜６００Ｔｏｒｒ）の圧力で封入することによりパネルが構成されている。
このような構造の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の蛍光体層を励起して赤色、緑色、青色の発光を行うことによりカラー画像表示を実現している。
このＰＤＰを構成する部材には、主として低融点ガラスが多く使用されており、これら部材の形成には印刷、焼成プロセスの繰り返しにより行われる。このような印刷、焼成の繰り返しによる製造プロセスであるが故に、後の工程で形成される部材になればなるほど、使用される低融点ガラスの軟化点は、先に形成されるものよりも低くなるように調整されている。このように複数の低融点ガラスの部材を順に形成する場合、広い温度範囲で軟化点の調整が必要になり、これが容易であるという理由から、鉛ガラスがＰＤＰには多く使用されてきた。
しかし、近年、人体に対する鉛の毒性や環境汚染が問題視されるようになり、鉛ガラスに代わる材料の検討がなされている。ＰＤＰのプロセスの最後に使用される封止部材としてのフリットガラスは、最も軟化点が低いため、鉛含有量も多く、鉛ガラスを使用しないフリットガラスの開発が急務である。鉛を使用しないフリットガラス材料としては、ビスマス（Ｂｉ）を主成分とするものが提案されている（特許文献１）。
しかしながら、ビスマス（Ｂｉ）を主成分とするフリットガラスをＰＤＰの封止部材として使用した場合、落下衝撃試験において封止部材とガラス基板との界面部分にクラックが入りやすいという課題が生じていた。
特開２００４−２３８２７３号公報
本発明の平面型表示装置は、成分としてシリコンを含むとともに間隙をあけて対向配置された１対のガラス基板と、このガラス基板の周辺部に配置した封止部材とを有している。そして、封止部材は成分としてビスマスを含む材料により構成され、かつガラス基板と封止部材との接合面にガラス基板よりシリコンの含有量が少ない材料からなる中間層を設けたことを特徴とする。
このような構成により、封止部分の強度が強く、信頼性に優れた平面型表示装置を提供できる。
図１は本発明の実施の形態１における平面型表示装置としての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１における平面型表示装置としてのＰＤＰの外観を示す斜視図である。 図３は本発明の実施の形態１における平面型表示装置としてのＰＤＰの要部構造を示す断面図である。 図４は本発明の実施の形態２における平面型表示装置としてのＰＤＰの要部構造を示す断面図である。 図５は本発明の実施の形態３における平面型表示装置としてのＰＤＰの要部構造を示す断面図である。 図６は本発明の実施の形態４における平面型表示装置としてのＰＤＰの要部構造を示す断面図である。 図７は本発明の実施の形態４における平面型表示装置としての他の例のＰＤＰの要部構造を示す断面図である。 図８は本発明の実施の形態４における平面型表示装置としての他の例のＰＤＰの要部構造を示す断面図である。 図９は本発明の実施の形態５における平面型表示装置としての電子放出素子を用いたディスプレイ装置の外観を示す斜視図である。 図１０は本発明の実施の形態５における平面型表示装置としての電子放出素子を用いたディスプレイ装置の要部構造を示す断面図である。
符号の説明
１，２１ 前面基板
２，２２ 背面基板
４，２４，２７，９０ ガラス基板
５ 走査電極
６ 維持電極
７ 誘電体層
９ 遮光層
１１ 絶縁体層
１２ データ電極
１３ 隔壁
１４，２６ 蛍光体層
１５，３０ 周辺部
１６，３３ 封止部材
２５ 陽極用電極
２８ 陰極用電極
２９ 電子放出素子アレイ
３１ 封着部
３２ フレーム
３４ 中間層
９３ 放電空間
９８ 保護層
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における平面型表示装置について、図１〜図３を用いて説明する。まず、本発明の実施の形態１として、ＰＤＰを例に説明する。
図１はＰＤＰの構造を示す斜視図であり、図２はＰＤＰの外観を示す斜視図である。また、図３は図２の線３−３で切断したＰＤＰの要部構造を示す断面図である。図１に示すように、ＰＤＰは、ガラスからなる１対の前面基板１と背面基板２とをその間に放電空間９３を形成するように間隙をあけて対向配置することにより構成されている。
まず、前面基板１は、ガラス基板４上に表示電極を構成する走査電極５と維持電極６とが互いに平行に対をなして複数形成されている。これらの走査電極５および維持電極６は、通常ＩＴＯやネサ（ＳｎＯ２）などの透明導電膜と、この透明導電膜に通電するための銀からなるバス電極膜やＣｒ／Ｃｕ／Ｃｒの３層構造からなるバス電極膜とを組み合わせることにより構成されている。
そして、これらの走査電極５および維持電極６を覆うようにガラス基板４のほぼ全面にわたって誘電体層７が形成され、誘電体層７上には保護層９８が形成されている。ここで、通常、誘電体層７の厚みは３０μｍ〜５０μｍであり、保護層９８の厚みは０．５μｍ〜２μｍである。誘電体層７の形成方法として、例えば、誘電体用ガラス粉末を含むペーストを印刷法により塗布し、焼成することによって形成されている。使用される材料としては、ビスマス系材料（Ｂｉ−Ｚｎ−Ｂ−Ｓｉ−Ｏ系）や亜鉛硼酸系（Ｚｎ−Ｂ−Ｓｉ−Ｏ）、鉛系材料（Ｐｂ−Ｂ−Ｓｉ−Ｏ）などが用いられる。保護層９８は、放電による損傷から誘電体層７を保護するためのもので、対スパッタ性に優れた多結晶ＭｇＯ（酸化マグネシウム）膜で構成される。そして、電子ビーム蒸着法やＣＶＤ法、スパッタ法など一般的な薄膜形成手法により形成されている。
また、前面基板１において、走査電極５と維持電極６からなる表示電極間には、黒色の遮光層９が形成されている。
次に、背面基板２について説明する。背面基板２は、ガラス基板９０上に絶縁体層１１で覆われた複数のデータ電極１２が設けられている。そのガラス基板９０上にほぼ全面にわたって形成された絶縁体層１１上には、複数の放電セルが形成されるように放電空間９３を仕切るための井桁状、あるいはストライプ状の隔壁１３が設けられている。ここで、絶縁体層１１の厚みは５μｍ〜２０μｍである。絶縁体層１１は、前面基板１側の誘電体層７と同様な材料および同様なプロセスにより形成される。また、隔壁１３間において、絶縁体層１１の表面および隔壁１３の側面には、カラー表示のための３色（赤、緑、青）の蛍光体層１４が形成されている。
このような前面基板１と背面基板２において、走査電極５および維持電極６とデータ電極１２とが互いに直交するように、放電空間９３を設けて対向配置されている。そして、前面基板１と背面基板２の周辺部１５に形成した封止部材１６によって、放電空間９３が封止され、放電ガスとして、例えばネオン（Ｎｅ）とキセノン（Ｘｅ）の混合ガスが放電空間９３に封入されている。このようにしてＰＤＰが構成されている。
ここで、封止部材１６による放電空間９３の封止は次のようにして行う。まず、ビスマス（Ｂｉ）を主成分とするガラスフリット粉末と樹脂と溶剤とを混練してペーストを作製し、そのペーストをスクリーン印刷法もしくはインジェクション法により、背面基板２もしくは前面基板１の周辺部１５に塗布する。その後、樹脂成分を除去できる程度に加熱した後、前面基板１と背面基板２を重ね合わせ、ガラス粉末が軟化する温度に加熱して接合する。
この封止部材１６を形成するためのペーストに使用される樹脂は、アクリル樹脂、エチルセルロース、ニトロセルロースなどであり、溶剤としては酢酸イソアミル、ターピネオールなどが使用される。
また、Ｂｉを含有する封止部材１６におけるＢｉ含有量は、上述したように先に形成した部材に影響を与えないというプロセスの制約上の理由から、５０〜８０ｗｔ％に設定するのが望ましい。なお、封止部材１６には、Ｂｉの他にガラスの特性を維持するためにシリコン（Ｓｉ）や酸素（Ｏ）も含まれており、この他にもホウ素（Ｂ）、亜鉛（Ｚｎ）、アルミニウム（Ａｌ）などの元素が適宜混合されている。また、封止部材１６にはそれ自身の強度を高めるために、重量比で５〜２０ｗｔ％の範囲内でフィラーと呼ばれるＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ−Ｏ系材料からなる軟化点の高いガラスやセラミックス粉末も混合されている。
ここで、本発明の実施の形態１においては、前面基板１および背面基板２のガラス基板４、９０と、封止部材１６との接合面には、ガラス基板４、９０よりシリコンの含有量が少ない材料からなる中間層を設けている。すなわち、図３に示すように、前面基板１のガラス基板４と封止部材１６との接合面には、中間層として低融点ガラスからなる誘電体層７と結晶性酸化膜からなる保護層９８とが存在している。また、背面基板２のガラス基板９０と封止部材１６との接合面には、中間層として低融点ガラスからなる絶縁体層１１が存在している。すなわち、中間層はガラス基板４、９０上に全面にわたって形成されている。
次に、本発明の実施の形態１における平面型表示装置としてのＰＤＰの作用効果について説明する。
本発明者らは、上記構成の本発明の実施の形態１におけるＰＤＰと、封止部材１６が直接ガラス基板４、９０に接した比較用のＰＤＰとを作製した。そして、これらのＰＤＰを梱包した上で、これらを落下させて衝撃を加える落下衝撃試験を実施した。なお、試験サンプル数は、各ＰＤＰにおいて、３０枚以上とした。
この落下衝撃試験を行った結果、本発明の実施の形態１におけるＰＤＰは、封止部材１６に異常は見られなかった。しかし、比較用のＰＤＰについては、封止部材１６とガラス基板４、９０との界面部分にクラックが入っているものがあった。
そこで、上記の強度差を生じた原因を明らかにするため、本発明者らは、本発明の実施の形態１におけるＰＤＰおよび比較用のＰＤＰについて、封止部材１６とガラス基板４、９０との界面付近の断面を透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察した。また同時に、本発明者らは、エネルギー分散型Ｘ線分光（ＥＤＳ）法により封止部材１６中の組成分析を行った。その結果、本発明の実施の形態１におけるＰＤＰにおいては、封止部材１６と保護層９８との界面では、封止部材１６中へのＳｉの拡散は見られず、封止部材１６と絶縁体層１１との界面では１０ｎｍ程度におさまっていた。しかし、比較用のＰＤＰでは封止部材１６中にガラス基板４、９０に含まれるＳｉが、ガラス基板４、９０と封止部材１６の両方の界面から、１００ｎｍまでの領域の内側に拡散していることが判明した。
このことから、比較用のＰＤＰにおいて、封止部材１６の強度が低下した要因は以下のように考えられる。すなわち、Ｂｉを含有する封止部材１６へのＳｉの拡散が多くなると、封止部材１６の硬さが増す傾向がある。したがって、界面付近のＳｉ含有量が多くなった比較用のＰＤＰでは、界面付近の封止部材１６が硬くなり、脆くなったと推察される。つまり、Ｂｉを含有する封止部材１６の信頼性を高めるためには、封止部材１６中へのＳｉの拡散を防ぐことが肝要である。
本発明の実施の形態１におけるＰＤＰにおいて、Ｓｉの含有量の少ない中間層として働く保護層９８は、ＭｇＯの電子放出特性を制御するためにドーパントとしてＳｉが添加される場合があるものの、高々１％以下である。したがって、保護層９８は、Ｓｉの含有量が少ない層であるため、保護層９８から封止部材１６にＳｉが拡散することはない。また、同じく絶縁体層１１においては、ガラス素材であるが故に、Ｓｉを含有するが、Ｓｉの含有量は、通常Ｓｉを主成分（通常：２０〜３０ｗｔ％の範囲内）とするガラス基板４、９０の半分以下の含有量で少ないため、封止部材１６中への拡散が少なかったものと思われる。また、本発明の実施の形態１におけるＰＤＰでは、絶縁体層１１は５〜２０μｍ、保護層９８は０．５μｍ〜２μｍの厚みであり、ある程度の厚みがあることも有効であったと考えられる。
このように本発明の実施の形態１におけるＰＤＰによれば、封止部の強度が強く、信頼性に優れた平面型表示装置を提供できる。また、実施の形態１では、封止部材１６とガラス基板４，９０の接合界面へのＳｉの拡散を防ぐ中間層としてＰＤＰを構成する部材を転用しており、別途中間層を設ける工程が不要で製造工程の簡略化を実現することができる。なお、ガラス基板４，９０と封止部材１６との接合面にガラス基板４，９０よりシリコンの含有量が少ない材料からなる中間層を別途設けてもよく、この場合は、中間層の厚みは、上記分析結果より、０．１μｍ（１００ｎｍ）以上とすることが必要である。
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。
図４は、本発明の実施の形態２における平面型表示装置としてのＰＤＰの要部構造を示す断面図である。実施の形態２におけるＰＤＰが、実施の形態１におけるＰＤＰと異なる点は、図４に示すように、封止部材１６を形成する周辺部１５において保護層９８を形成しないことである。そして、前面基板１のガラス基板４と封止部材１６との接合面には、中間層として誘電体層７が存在し、背面基板２のガラス基板９０と封止部材１６との接合面には、中間層として絶縁体層１１が存在する構成としたものである。
本発明の実施の形態２におけるＰＤＰについても、実施の形態１と同様の落下強度試験を行った結果、封止部材１６に異常が見られたパネルはなかった。また、実施の形態１と同様、封止部材１６と誘電体層７および絶縁体層１１との両界面について、封止部材１６中へのＳｉの拡散状況を調べたが、何れも１０ｎｍ以下の拡散であった。誘電体層７においては、ガラス素材であるためＳｉを含有するが、Ｓｉの含有量は、通常Ｓｉを主成分とするガラス基板の半分以下の含有量で少ないため、封止部材１６中への拡散が少なかったものと思われる。図４に示すように、本発明の実施の形態２によるＰＤＰの場合、誘電体層７および絶縁体層１１は材料組成の異なるものを多層に形成してもよく、その場合は封止部材１６に近いものほど、Ｓｉの含有量を少なくするのがより効果的である。このような構成により、さらに、封止部分の強度が強く、信頼性に優れた平面型表示装置を提供できる。
（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３における平面型表示装置としてのＰＤＰの要部構造を示す断面図である。実施の形態３におけるＰＤＰが、実施の形態１におけるＰＤＰと異なる点は、図５に示すように、封止部材１６を形成する周辺部１５において保護層９８および絶縁体層１１を形成しないことである。そして、前面基板１のガラス基板４と封止部材１６との接合面には、中間層として誘電体層７が存在する構成としたものである。すなわち、中間層は、ガラス基板４、９０の封止部材１６との２つの接合面のうちの少なくとも一方に形成したものである。
本発明の実施の形態３におけるＰＤＰについても、実施の形態１と同様の落下強度試験を行った結果、実施の形態１のパネルに比べてやや劣っていた。しかし、その結果は、実際の輸送テストにおいて、１万台につき１台または２台程度の割合で不具合が出る程度の状況に相当し、実用上は問題のないレベルであった。
（実施の形態４）
図６は、本発明の実施の形態４における平面型表示装置としてのＰＤＰの要部構造を示す断面図である。実施の形態４におけるＰＤＰが、実施の形態１におけるＰＤＰと異なる点は、封止部材１６を形成する周辺部１５において、ガラス基板４、９０上の封止部材１６が形成される領域の５０％以上に、中間層としての誘電体層７および絶縁体層１１が存在するように、誘電体層７、絶縁体層１１、封止部材１６を形成したことである。
本発明の実施の形態４におけるＰＤＰについても、実施の形態１と同様の落下強度試験を行った結果、封止部材１６を形成する周辺部１５の面積（前面基板１と背面基板２のそれぞれにおける面積の和）に対し、周辺部１５において誘電体層７および絶縁体層１１が形成される面積の合計が半分以上あれば、実際の輸送テストにおいて、不具合がほとんど生じなかった。したがって、このような構成により、ガラス基板４、９０の間に形成された誘電体層７、絶縁体層１１、封止部材１６には、問題のないレベル以上の付着強度が得られたことがわかった。
図７は、本発明の実施の形態４における平面型表示装置としての他の例のＰＤＰの要部構造を示す断面図である。また、図８は、図２の線８−８で切断した同じく他の例のＰＤＰの要部構造を示す断面図である。なお、走査電極５、維持電極６、遮光層９については図示を省略している。図７に示すように、他の例のＰＤＰの特徴は、封止部材１６を形成する周辺部１５において、ガラス基板４上の封止部材１６が形成される領域の５０％以上に、中間層としての誘電体層７が存在するように、誘電体層７、封止部材１６を形成したことである。そして、さらに中間層としての保護層９８も、ガラス基板４上の封止部材１６が形成される領域に形成したことである。
また、他の例のＰＤＰの特徴は、図２の線８−８で切断した断面である図８に示すように、ガラス基板４、９０上の封止部材１６が形成される領域の５０％以上に、中間層としての誘電体層７および絶縁体層１１が存在するように、誘電体層７、絶縁体層１１、封止部材１６を形成したことである。そして、さらに中間層としての保護層９８もガラス基板４上の封止部材１６が形成される領域に形成したことである。
このような構造を有することにより、ガラス基板４、９０の間に形成された誘電体層７、絶縁体層１１、封止部材１６には、問題のないレベル以上の付着強度が得られることがわかった。すなわち、実施の形態１と同様の落下強度試験を行った結果、実際の輸送テストにおいて、実用上は問題のないレベルの付着強度が得られた。
（実施の形態５）
以下、本発明の実施の形態５における平面型表示装置として、電子放出素子を用いたディスプレイ装置を例に説明する。図９は電子放出素子を用いたディスプレイ装置の外観を示す斜視図である。また、図１０は図９の線１０−１０で切断した電子放出素子を用いたディスプレイ装置の要部構造を示す断面図である。
図９、図１０に示すように、電子放出素子を用いたディスプレイ装置は、ガラス製の前面基板２１と背面基板２２とを、その間に真空空間２３を形成するように対向配置することにより構成されている。前面基板２１は、ガラス基板２４上にＩＴＯやネサ（ＳｎＯ２）などの透明導電膜で構成される陽極用電極２５および蛍光体層２６を順次積層している。
一方、背面基板２２は、ガラス基板２７上に金属薄膜で構成される陰極用電極２８が設けられている。そして、その上に電子放出素子アレイ２９（この場合はスピントタイプの冷陰極を使用した例を示す）が形成されている。これらの前面基板２１、背面基板２２は、パネルの周辺部３０に形成した封着部３１によって、対向配置されて貼り合わされている。ここで、封着部３１は、前面基板２１と背面基板２２との距離（〜数ｍｍ）を確保するためにガラス基板と同じ特性をもつガラス基材からなるフレーム３２を配置し、これとガラス基板２４、２７の間に、Ｂｉを含有する封止部材３３が形成されている。
但し、電子放出素子を用いたディスプレイ装置には、少なくともガラス基板２４、２７と封止部材３３の間には、Ｓｉの含有量がガラス基板２４、２７より少ない低融点ガラスからなる厚み０．１μｍ以上の中間層３４が形成されている。
ここで、比較のために、図９に示すような中間層３４がない電子放出素子を用いたディスプレイ装置を作製した。そして、実施の形態１と同様の落下強度試験を行ったところ、比較例では封止部材３３とガラス基板２４あるいはガラス基板２７との界面部分にクラックが入ってリークしたものが見られた。しかし、本発明の実施の形態５における平面型表示装置としての電子放出素子を用いたディスプレイ装置は、リークしたものが発生しなかった。
また、フレーム３２と封止部材３３との間に、中間層３４を形成しても封着部３１の強度をより高めることができた。
なお、冷陰極の方式やディスプレイ装置の構造は上述したものに限られるわけではなく、グリッド電極を備えたものであってもよい。
以上のように本発明の平面型表示装置は、封止部分の強度が強く、信頼性の高い平面型表示装置を提供することができる。
以上のように本発明は、平面型表示装置の信頼性を高める上で有用である。
本発明は、電界放出ディスプレイ（以下、「ＦＥＤ」と略記する）やプラズマディスプレイパネル（以下、「ＰＤＰ」と略記する）に代表される平面型表示装置に関する。
ガラス、セラミックス、金属などの無機素材を接着する材料として、フリットガラスが使用されている。中でも２枚のガラス基板を貼り合わせてパネルを構成するＦＥＤやＰＤＰの場合は、パネル内部が減圧もしくは高真空に保たれるため、封止部材としてのフリットガラスに強固な付着強度が要求される。これらの平面型表示装置において、フリットガラスはパネルの周辺部を封止し、外気がパネル内に侵入するのを防ぐ役割を担っている。このフリットガラスの付着強度が弱いと、輸送時の振動や落下衝撃などで、フリットガラスとガラス基板との界面に亀裂が入り、大気がパネル内に侵入してパネルの一部が点灯しなくなったり、ひどい場合は全く点灯しなくなったりする。パネル内を高真空にしているＦＥＤの場合は、後者になる場合が多い。
以下、ＰＤＰを例にして、説明する。ＰＤＰは、前面基板と背面基板とで構成されている。前面基板は、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。
一方、背面基板は、同じくガラス基板と、その一方の主面上に形成されたストライプ状のデータ電極と、データ電極を覆う絶縁体層と、絶縁体層上に形成されかつ複数の放電セルが形成されるように放電空間を仕切る隔壁と、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。
前面基板と背面基板とは、その電極形成面側を対向させてその周囲を封止部材によって気密封止するとともに、隔壁によって仕切られた放電空間にＮｅ−Ｘｅの放電ガスを５３ｋＰａ〜８０ｋＰａ（４００Ｔｏｒｒ〜６００Ｔｏｒｒ）の圧力で封入することによりパネルが構成されている。
このような構造の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の蛍光体層を励起して赤色、緑色、青色の発光を行うことによりカラー画像表示を実現している。
このＰＤＰを構成する部材には、主として低融点ガラスが多く使用されており、これら部材の形成には印刷、焼成プロセスの繰り返しにより行われる。このような印刷、焼成の繰り返しによる製造プロセスであるが故に、後の工程で形成される部材になればなるほど、使用される低融点ガラスの軟化点は、先に形成されるものよりも低くなるように調整されている。このように複数の低融点ガラスの部材を順に形成する場合、広い温度範囲で軟化点の調整が必要になり、これが容易であるという理由から、鉛ガラスがＰＤＰには多く使用されてきた。
しかし、近年、人体に対する鉛の毒性や環境汚染が問題視されるようになり、鉛ガラスに代わる材料の検討がなされている。ＰＤＰのプロセスの最後に使用される封止部材としてのフリットガラスは、最も軟化点が低いため、鉛含有量も多く、鉛ガラスを使用しないフリットガラスの開発が急務である。鉛を使用しないフリットガラス材料としては、ビスマス（Ｂｉ）を主成分とするものが提案されている（特許文献１）。
しかしながら、ビスマス（Ｂｉ）を主成分とするフリットガラスをＰＤＰの封止部材として使用した場合、落下衝撃試験において封止部材とガラス基板との界面部分にクラックが入りやすいという課題が生じていた。
特開２００４−２３８２７３号公報
本発明の平面型表示装置は、成分としてシリコンを含むとともに間隙をあけて対向配置された１対のガラス基板と、このガラス基板の周辺部に配置した封止部材とを有している。そして、封止部材は成分としてビスマスを含む材料により構成され、かつガラス基板と封止部材との接合面にガラス基板よりシリコンの含有量が少ない材料からなる中間層を設けたことを特徴とする。
このような構成により、封止部分の強度が強く、信頼性に優れた平面型表示装置を提供できる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における平面型表示装置について、図１〜図３を用いて説明する。まず、本発明の実施の形態１として、ＰＤＰを例に説明する。
図１はＰＤＰの構造を示す斜視図であり、図２はＰＤＰの外観を示す斜視図である。また、図３は図２の線３−３で切断したＰＤＰの要部構造を示す断面図である。図１に示すように、ＰＤＰは、ガラスからなる１対の前面基板１と背面基板２とをその間に放電空間９３を形成するように間隙をあけて対向配置することにより構成されている。
まず、前面基板１は、ガラス基板４上に表示電極を構成する走査電極５と維持電極６とが互いに平行に対をなして複数形成されている。これらの走査電極５および維持電極６は、通常ＩＴＯやネサ（ＳｎＯ２）などの透明導電膜と、この透明導電膜に通電するための銀からなるバス電極膜やＣｒ／Ｃｕ／Ｃｒの３層構造からなるバス電極膜とを組み合わせることにより構成されている。
そして、これらの走査電極５および維持電極６を覆うようにガラス基板４のほぼ全面にわたって誘電体層７が形成され、誘電体層７上には保護層９８が形成されている。ここで、通常、誘電体層７の厚みは３０μｍ〜５０μｍであり、保護層９８の厚みは０．５μｍ〜２μｍである。誘電体層７の形成方法として、例えば、誘電体用ガラス粉末を含むペーストを印刷法により塗布し、焼成することによって形成されている。使用される材料としては、ビスマス系材料（Ｂｉ−Ｚｎ−Ｂ−Ｓｉ−Ｏ系）や亜鉛硼酸系（Ｚｎ−Ｂ−Ｓｉ−Ｏ）、鉛系材料（Ｐｂ−Ｂ−Ｓｉ−Ｏ）などが用いられる。保護層９８は、放電による損傷から誘電体層７を保護するためのもので、対スパッタ性に優れた多結晶ＭｇＯ（酸化マグネシウム）膜で構成される。そして、電子ビーム蒸着法やＣＶＤ法、スパッタ法など一般的な薄膜形成手法により形成されている。
また、前面基板１において、走査電極５と維持電極６からなる表示電極間には、黒色の遮光層９が形成されている。
次に、背面基板２について説明する。背面基板２は、ガラス基板９０上に絶縁体層１１で覆われた複数のデータ電極１２が設けられている。そのガラス基板９０上にほぼ全面にわたって形成された絶縁体層１１上には、複数の放電セルが形成されるように放電空間９３を仕切るための井桁状、あるいはストライプ状の隔壁１３が設けられている。ここで、絶縁体層１１の厚みは５μｍ〜２０μｍである。絶縁体層１１は、前面基板１側の誘電体層７と同様な材料および同様なプロセスにより形成される。また、隔壁１３間において、絶縁体層１１の表面および隔壁１３の側面には、カラー表示のための３色（赤、緑、青）の蛍光体層１４が形成されている。
このような前面基板１と背面基板２において、走査電極５および維持電極６とデータ電極１２とが互いに直交するように、放電空間９３を設けて対向配置されている。そして、前面基板１と背面基板２の周辺部１５に形成した封止部材１６によって、放電空間９３が封止され、放電ガスとして、例えばネオン（Ｎｅ）とキセノン（Ｘｅ）の混合ガスが放電空間９３に封入されている。このようにしてＰＤＰが構成されている。
ここで、封止部材１６による放電空間９３の封止は次のようにして行う。まず、ビスマス（Ｂｉ）を主成分とするガラスフリット粉末と樹脂と溶剤とを混練してペーストを作製し、そのペーストをスクリーン印刷法もしくはインジェクション法により、背面基板２もしくは前面基板１の周辺部１５に塗布する。その後、樹脂成分を除去できる程度に加熱した後、前面基板１と背面基板２を重ね合わせ、ガラス粉末が軟化する温度に加熱して接合する。
この封止部材１６を形成するためのペーストに使用される樹脂は、アクリル樹脂、エチルセルロース、ニトロセルロースなどであり、溶剤としては酢酸イソアミル、ターピネオールなどが使用される。
また、Ｂｉを含有する封止部材１６におけるＢｉ含有量は、上述したように先に形成した部材に影響を与えないというプロセスの制約上の理由から、５０〜８０ｗｔ％に設定するのが望ましい。なお、封止部材１６には、Ｂｉの他にガラスの特性を維持するためにシリコン（Ｓｉ）や酸素（Ｏ）も含まれており、この他にもホウ素（Ｂ）、亜鉛（Ｚｎ）、アルミニウム（Ａｌ）などの元素が適宜混合されている。また、封止部材１６にはそれ自身の強度を高めるために、重量比で５〜２０ｗｔ％の範囲内でフィラーと呼ばれるＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ−Ｏ系材料からなる軟化点の高いガラスやセラミックス粉末も混合されている。
ここで、本発明の実施の形態１においては、前面基板１および背面基板２のガラス基板４、９０と、封止部材１６との接合面には、ガラス基板４、９０よりシリコンの含有量が少ない材料からなる中間層を設けている。すなわち、図３に示すように、前面基板１のガラス基板４と封止部材１６との接合面には、中間層として低融点ガラスからなる誘電体層７と結晶性酸化膜からなる保護層９８とが存在している。また、背面基板２のガラス基板９０と封止部材１６との接合面には、中間層として低融点ガラスからなる絶縁体層１１が存在している。すなわち、中間層はガラス基板４、９０上に全面にわたって形成されている。
次に、本発明の実施の形態１における平面型表示装置としてのＰＤＰの作用効果について説明する。
本発明者らは、上記構成の本発明の実施の形態１におけるＰＤＰと、封止部材１６が直接ガラス基板４、９０に接した比較用のＰＤＰとを作製した。そして、これらのＰＤＰを梱包した上で、これらを落下させて衝撃を加える落下衝撃試験を実施した。なお、試験サンプル数は、各ＰＤＰにおいて、３０枚以上とした。
この落下衝撃試験を行った結果、本発明の実施の形態１におけるＰＤＰは、封止部材１６に異常は見られなかった。しかし、比較用のＰＤＰについては、封止部材１６とガラス基板４、９０との界面部分にクラックが入っているものがあった。
そこで、上記の強度差を生じた原因を明らかにするため、本発明者らは、本発明の実施の形態１におけるＰＤＰおよび比較用のＰＤＰについて、封止部材１６とガラス基板４、９０との界面付近の断面を透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察した。また同時に、本発明者らは、エネルギー分散型Ｘ線分光（ＥＤＳ）法により封止部材１６中の組成分析を行った。その結果、本発明の実施の形態１におけるＰＤＰにおいては、封止部材１６と保護層９８との界面では、封止部材１６中へのＳｉの拡散は見られず、封止部材１６と絶縁体層１１との界面では１０ｎｍ程度におさまっていた。しかし、比較用のＰＤＰでは封止部材１６中にガラス基板４、９０に含まれるＳｉが、ガラス基板４、９０と封止部材１６の両方の界面から、１００ｎｍまでの領域の内側に拡散していることが判明した。
このことから、比較用のＰＤＰにおいて、封止部材１６の強度が低下した要因は以下のように考えられる。すなわち、Ｂｉを含有する封止部材１６へのＳｉの拡散が多くなると、封止部材１６の硬さが増す傾向がある。したがって、界面付近のＳｉ含有量が多くなった比較用のＰＤＰでは、界面付近の封止部材１６が硬くなり、脆くなったと推察される。つまり、Ｂｉを含有する封止部材１６の信頼性を高めるためには、封止部材１６中へのＳｉの拡散を防ぐことが肝要である。
本発明の実施の形態１におけるＰＤＰにおいて、Ｓｉの含有量の少ない中間層として働く保護層９８は、ＭｇＯの電子放出特性を制御するためにドーパントとしてＳｉが添加される場合があるものの、高々１％以下である。したがって、保護層９８は、Ｓｉの含有量が少ない層であるため、保護層９８から封止部材１６にＳｉが拡散することはない。また、同じく絶縁体層１１においては、ガラス素材であるが故に、Ｓｉを含有するが、Ｓｉの含有量は、通常Ｓｉを主成分（通常：２０〜３０ｗｔ％の範囲内）とするガラス基板４、９０の半分以下の含有量で少ないため、封止部材１６中への拡散が少なかったものと思われる。また、本発明の実施の形態１におけるＰＤＰでは、絶縁体層１１は５〜２０μｍ、保護層９８は０．５μｍ〜２μｍの厚みであり、ある程度の厚みがあることも有効であったと考えられる。
このように本発明の実施の形態１におけるＰＤＰによれば、封止部の強度が強く、信頼性に優れた平面型表示装置を提供できる。また、実施の形態１では、封止部材１６とガラス基板４，９０の接合界面へのＳｉの拡散を防ぐ中間層としてＰＤＰを構成する部材を転用しており、別途中間層を設ける工程が不要で製造工程の簡略化を実現することができる。なお、ガラス基板４，９０と封止部材１６との接合面にガラス基板４，９０よりシリコンの含有量が少ない材料からなる中間層を別途設けてもよく、この場合は、中間層の厚みは、上記分析結果より、０．１μｍ（１００ｎｍ）以上とすることが必要である。
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。
図４は、本発明の実施の形態２における平面型表示装置としてのＰＤＰの要部構造を示す断面図である。実施の形態２におけるＰＤＰが、実施の形態１におけるＰＤＰと異なる点は、図４に示すように、封止部材１６を形成する周辺部１５において保護層９８を形成しないことである。そして、前面基板１のガラス基板４と封止部材１６との接合面には、中間層として誘電体層７が存在し、背面基板２のガラス基板９０と封止部材１６との接合面には、中間層として絶縁体層１１が存在する構成としたものである。
本発明の実施の形態２におけるＰＤＰについても、実施の形態１と同様の落下強度試験を行った結果、封止部材１６に異常が見られたパネルはなかった。また、実施の形態１と同様、封止部材１６と誘電体層７および絶縁体層１１との両界面について、封止部材１６中へのＳｉの拡散状況を調べたが、何れも１０ｎｍ以下の拡散であった。誘電体層７においては、ガラス素材であるためＳｉを含有するが、Ｓｉの含有量は、通常Ｓｉを主成分とするガラス基板の半分以下の含有量で少ないため、封止部材１６中への拡散が少なかったものと思われる。図４に示すように、本発明の実施の形態２によるＰＤＰの場合、誘電体層７および絶縁体層１１は材料組成の異なるものを多層に形成してもよく、その場合は封止部材１６に近いものほど、Ｓｉの含有量を少なくするのがより効果的である。このような構成により、さらに、封止部分の強度が強く、信頼性に優れた平面型表示装置を提供できる。
（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３における平面型表示装置としてのＰＤＰの要部構造を示す断面図である。実施の形態３におけるＰＤＰが、実施の形態１におけるＰＤＰと異なる点は、図５に示すように、封止部材１６を形成する周辺部１５において保護層９８および絶縁体層１１を形成しないことである。そして、前面基板１のガラス基板４と封止部材１６との接合面には、中間層として誘電体層７が存在する構成としたものである。すなわち、中間層は、ガラス基板４、９０の封止部材１６との２つの接合面のうちの少なくとも一方に形成したものである。
本発明の実施の形態３におけるＰＤＰについても、実施の形態１と同様の落下強度試験を行った結果、実施の形態１のパネルに比べてやや劣っていた。しかし、その結果は、実際の輸送テストにおいて、１万台につき１台または２台程度の割合で不具合が出る程度の状況に相当し、実用上は問題のないレベルであった。
（実施の形態４）
図６は、本発明の実施の形態４における平面型表示装置としてのＰＤＰの要部構造を示す断面図である。実施の形態４におけるＰＤＰが、実施の形態１におけるＰＤＰと異なる点は、封止部材１６を形成する周辺部１５において、ガラス基板４、９０上の封止部材１６が形成される領域の５０％以上に、中間層としての誘電体層７および絶縁体層１１が存在するように、誘電体層７、絶縁体層１１、封止部材１６を形成したことである。
本発明の実施の形態４におけるＰＤＰについても、実施の形態１と同様の落下強度試験を行った結果、封止部材１６を形成する周辺部１５の面積（前面基板１と背面基板２のそれぞれにおける面積の和）に対し、周辺部１５において誘電体層７および絶縁体層１１が形成される面積の合計が半分以上あれば、実際の輸送テストにおいて、不具合がほとんど生じなかった。したがって、このような構成により、ガラス基板４、９０の間に形成された誘電体層７、絶縁体層１１、封止部材１６には、問題のないレベル以上の付着強度が得られたことがわかった。
図７は、本発明の実施の形態４における平面型表示装置としての他の例のＰＤＰの要部構造を示す断面図である。また、図８は、図２の線８−８で切断した同じく他の例のＰＤＰの要部構造を示す断面図である。なお、走査電極５、維持電極６、遮光層９については図示を省略している。図７に示すように、他の例のＰＤＰの特徴は、封止部材１６を形成する周辺部１５において、ガラス基板４上の封止部材１６が形成される領域の５０％以上に、中間層としての誘電体層７が存在するように、誘電体層７、封止部材１６を形成したことである。そして、さらに中間層としての保護層９８も、ガラス基板４上の封止部材１６が形成される領域に形成したことである。
また、他の例のＰＤＰの特徴は、図２の線８−８で切断した断面である図８に示すように、ガラス基板４、９０上の封止部材１６が形成される領域の５０％以上に、中間層としての誘電体層７および絶縁体層１１が存在するように、誘電体層７、絶縁体層１１、封止部材１６を形成したことである。そして、さらに中間層としての保護層９８もガラス基板４上の封止部材１６が形成される領域に形成したことである。
このような構造を有することにより、ガラス基板４、９０の間に形成された誘電体層７、絶縁体層１１、封止部材１６には、問題のないレベル以上の付着強度が得られることがわかった。すなわち、実施の形態１と同様の落下強度試験を行った結果、実際の輸送テストにおいて、実用上は問題のないレベルの付着強度が得られた。
（実施の形態５）
以下、本発明の実施の形態５における平面型表示装置として、電子放出素子を用いたディスプレイ装置を例に説明する。図９は電子放出素子を用いたディスプレイ装置の外観を示す斜視図である。また、図１０は図９の線１０−１０で切断した電子放出素子を用いたディスプレイ装置の要部構造を示す断面図である。
図９、図１０に示すように、電子放出素子を用いたディスプレイ装置は、ガラス製の前面基板２１と背面基板２２とを、その間に真空空間２３を形成するように対向配置することにより構成されている。前面基板２１は、ガラス基板２４上にＩＴＯやネサ（ＳｎＯ２）などの透明導電膜で構成される陽極用電極２５および蛍光体層２６を順次積層している。
一方、背面基板２２は、ガラス基板２７上に金属薄膜で構成される陰極用電極２８が設けられている。そして、その上に電子放出素子アレイ２９（この場合はスピントタイプの冷陰極を使用した例を示す）が形成されている。これらの前面基板２１、背面基板２２は、パネルの周辺部３０に形成した封着部３１によって、対向配置されて貼り合わされている。ここで、封着部３１は、前面基板２１と背面基板２２との距離（〜数ｍｍ）を確保するためにガラス基板と同じ特性をもつガラス基材からなるフレーム３２を配置し、これとガラス基板２４、２７の間に、Ｂｉを含有する封止部材３３が形成されている。
但し、電子放出素子を用いたディスプレイ装置には、少なくともガラス基板２４、２７と封止部材３３の間には、Ｓｉの含有量がガラス基板２４、２７より少ない低融点ガラスからなる厚み０．１μｍ以上の中間層３４が形成されている。
ここで、比較のために、図９に示すような中間層３４がない電子放出素子を用いたディスプレイ装置を作製した。そして、実施の形態１と同様の落下強度試験を行ったところ、比較例では封止部材３３とガラス基板２４あるいはガラス基板２７との界面部分にクラックが入ってリークしたものが見られた。しかし、本発明の実施の形態５における平面型表示装置としての電子放出素子を用いたディスプレイ装置は、リークしたものが発生しなかった。
また、フレーム３２と封止部材３３との間に、中間層３４を形成しても封着部３１の強度をより高めることができた。
なお、冷陰極の方式やディスプレイ装置の構造は上述したものに限られるわけではなく、グリッド電極を備えたものであってもよい。
以上のように本発明の平面型表示装置は、封止部分の強度が強く、信頼性の高い平面型表示装置を提供することができる。
以上のように本発明は、平面型表示装置の信頼性を高める上で有用である。
本発明の実施の形態１における平面型表示装置としてのＰＤＰの構造を示す斜視図 本発明の実施の形態１における平面型表示装置としてのＰＤＰの外観を示す斜視図 本発明の実施の形態１における平面型表示装置としてのＰＤＰの要部構造を示す断面図 本発明の実施の形態２における平面型表示装置としてのＰＤＰの要部構造を示す断面図 本発明の実施の形態３における平面型表示装置としてのＰＤＰの要部構造を示す断面図 本発明の実施の形態４における平面型表示装置としてのＰＤＰの要部構造を示す断面図 本発明の実施の形態４における平面型表示装置としての他の例のＰＤＰの要部構造を示す断面図 本発明の実施の形態４における平面型表示装置としての他の例のＰＤＰの要部構造を示す断面図 本発明の実施の形態５における平面型表示装置としての電子放出素子を用いたディスプレイ装置の外観を示す斜視図 本発明の実施の形態５における平面型表示装置としての電子放出素子を用いたディスプレイ装置の要部構造を示す断面図
符号の説明
１，２１ 前面基板
２，２２ 背面基板
４，２４，２７，９０ ガラス基板
５ 走査電極
６ 維持電極
７ 誘電体層
９ 遮光層
１１ 絶縁体層
１２ データ電極
１３ 隔壁
１４，２６ 蛍光体層
１５，３０ 周辺部
１６，３３ 封止部材
２５ 陽極用電極
２８ 陰極用電極
２９ 電子放出素子アレイ
３１ 封着部
３２ フレーム
３４ 中間層
９３ 放電空間
９８ 保護層

Claims (11)

  1. 成分としてシリコンを含むとともに間隙をあけて対向配置された１対のガラス基板と、
    前記１対のガラス基板の周辺部に配置した封止部材とを有し、
    前記封止部材は成分としてビスマスを含む材料により構成され、かつ前記ガラス基板と前記封止部材との接合面に前記ガラス基板よりシリコンの含有量が少ない材料からなる中間層を設けたことを特徴とする平面型表示装置。
  2. 表示電極を形成したガラス基板上に前記表示電極を覆うように誘電体層を形成するとともに前記誘電体層上に保護層を形成した前面基板と、
    前記前面基板に対向配置されかつ前記ガラス基板と１対となるガラス基板上に絶縁体層に覆われたデータ電極を形成した背面基板と、
    前記前面基板および前記背面基板の周辺部を封止する封止部材とを有し、
    前記封止部材は成分としてビスマスを含む材料により構成され、かつ前記ガラス基板と前記封止部材との接合面に前記ガラス基板よりシリコンの含有量が少ない材料からなる中間層を存在させたことを特徴とする平面型表示装置。
  3. 前記中間層の厚みが０．１μｍ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の平面型表示装置。
  4. 前記中間層を前記ガラス基板上に全面にわたって形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の平面型表示装置。
  5. 前記ガラス基板上の前記封止部材が形成される領域の５０％以上に前記中間層を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の平面型表示装置。
  6. 前記中間層は低融点ガラスまたは結晶性酸化膜であることを特徴とする請求項１または２に記載の平面型表示装置。
  7. 前記中間層は低融点ガラスからなり、かつシリコンの含有量が前記ガラス基板の半分以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の平面型表示装置。
  8. 前記封止部材はビスマスを主成分とするものであることを特徴とする請求項１または２に記載の平面型表示装置。
  9. 前記中間層は、前記１対のガラス基板と封止部材との２つの接合面のうちの少なくとも一方に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の平面型表示装置。
  10. 前記中間層は、前記前面基板の前記誘電体層または前記保護層であることを特徴とする請求項２に記載の平面型表示装置。
  11. 前記中間層は、前記背面基板の前記絶縁体層であることを特徴とする請求項２に記載の平面型表示装置。
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