JP2009224095A - プラズマディスプレイパネルの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】非鉛ガラスのチップ管を、固定ガスバーナを用いて封止する場合において、クラックやリークといった封止部の不具合の発生を大幅に低減することが可能なＰＤＰの製造方法を実現することを目的とする。
【解決手段】前面板２と背面板１０とが内部に放電空間１６を形成するように対向して配置され、背面板２には排気管２１を備えるプラズマディスプレイパネル１の製造方法であって、前記排気管２１は、鉛を含まないガラス材料によって形成され、前記排気管２１の封止に際しては、排気管２１の封止予定部２１ａを固定ガスバーナ４３で加熱し、排気管２１の温度がその軟化点温度より２０〜５０℃上回る温度範囲の時に、排気管２１を引き伸ばして溶断することで、封止部２１ｄの肉厚を、加熱されていないチップ管部分の肉厚に対して０．３〜０．９の範囲とするプラズマディスプレイパネルの製造方法である。
【選択図】図４

Description

本発明は、大型テレビジョンや公衆表示などに用いる平板型の表示装置であるプラズマディスプレイパネル（以下、ＰＤＰと呼ぶ）の製造方法に関するものである。

近年、ＰＤＰに代表されるガス放電パネルは、視認性に優れた薄型表示デバイスとして注目されており、高精細化、大画面化および製造の簡便性等の点で、家庭内にも普及が進んでいる。

ＰＤＰは前面板と背面板とが間に放電空間を形成するように対向配置した構成である。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金属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、背面板は、排気および放電ガス封入（導入ともいう）用の細孔を設けたガラス基板と、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その周囲、および放電空間の排気、放電空間への放電ガス導入のための排気管（いわゆるチップ管のことで、以後、チップ管とも記す）が、封着材によって接合され、隔壁で仕切られた放電空間の排気と放電ガス（Ｎｅ−Ｘｅの場合４００Ｔｏｒｒ〜６００Ｔｏｒｒの圧力）の封入がチップ管を通して行われ、放電ガス封入後、このチップ管を適当部所で局部的に加熱溶融（チップオフ）して気密封止するという作業が行われている。

完成した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。

また、上述したＰＤＰの誘電体層や封着材には、酸化鉛を主成分とする低融点ガラスが用いられていたことがあったが、近年の環境問題への配慮から鉛成分を含まない「鉛フリー」、「鉛レス」と称する非鉛系の材料を用いられている。

さらに、従来のチップ管には、比較的軟化点が低くて封止工程の作業性に優れる鉛を含有した硼珪酸系のガラスで形成されたものを用いているが、環境の面から硼珪酸系の非鉛ガラスを用いる方向に変化してきている。

そして、ＰＤＰのチップ管の気密封止に際し、固定ガスバーナや通電ヒータ等を用いる局所加熱封止手段が利用されている。この局所加熱封止手段を利用する封止方法は従来から広く用いられており、固定されたチップ管の封止予定部を固定ガスバーナや通電ヒータ等により局所的に加熱し、溶融し、溶断するという手順で行われる（例えば、特許文献１参照）。
特開平７−０５７６３７号公報

しかしながら特許文献１に開示されている、通電ヒータを用いる構成は、加熱温度の制御が比較的正確にでき量産時の取扱いが容易で自動化を図りやすいという点では優れているが、固定ガスバーナを用いる方法に比べて加熱部（通電ヒータ）が大きくなること、また加熱冷却に要する時間が長くなって、製造タクトを上げるのが容易でないという点が課題であった。

そこで、非鉛系の材料のチップ管の封止において、特許文献１において開示されているような、単にチップ管の封止予定部を固定ガスバーナで加熱してチップ管を溶融封止するという方法を適用すると、封止部は図６のような状態となってしまう。ここで図６は封止部の状態を概略的に示す図であり、図６（ａ）はチップ管の封止部の縦断面図、図６（ｂ）は、図６（ａ）に示した縦断面図から９０度回転させた縦断面図を、概略的に示すものである。

図６に示すように、非鉛系の材料のチップ管を封止するのに固定ガスバーナを用いると、加熱溶融ないしは軟化状態とした封止部２２において、その加熱溶融ないしは軟化状態となっている封止部２２のガラス壁は、大気圧に対して負圧となっているチップ管２１内の、ＰＤＰとの連結部側に向かって管軸方向に膨出するように引き込まれ、その引き込みは、チップ管２１の管軸に対し回転対称性を示すものとはならず、その結果、極端な厚肉部２３や極端な薄肉屈曲部２４、２５が生じたりしたものとなってしまっていた。このような極端な厚肉部２３や極端な薄肉屈曲部２４、２５が存在すると、良好且つ安定的な封止が阻害されてしまうのみならず、その箇所において歪みが発生してしまい、結果、封止部２２やその近傍にクラックが生じ、プラズマディスプレイパネルを不良品化させてしまう、あるいは、製品化後の寿命を低下させてしまう等の、課題の原因となっていた。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、非鉛ガラスのチップ管を、固定ガスバーナを用いて封止する場合において、クラックやリークといった封止部の不具合の発生を大幅に低減することが可能なＰＤＰの製造方法を実現することを目的とする。

上記目的を実現するために、本発明のプラズマディスプレイパネルの製造方法は、前面板と背面板とが内部に放電空間を形成するように対向して配置され、背面板には放電空間の排気および放電ガスの封入を行うための排気管を備えるプラズマディスプレイパネルの製造方法であって、前記排気管は、鉛を含まないガラス材料によって形成され、前記排気管の封止に際しては、排気管の封止予定部を固定ガスバーナで加熱し、排気管の温度がその軟化点温度より２０〜５０℃上回る温度範囲の時に、排気管を引き伸ばして溶断することで、封止部の肉厚を、加熱されていないチップ管部分の肉厚に対して０．３〜０．９の範囲としたものである。

本発明のＰＤＰの製造方法によれば、非鉛ガラスのチップ管を、固定ガスバーナを用いて封止する場合において、クラックやリークといった封止部の不具合の発生を大幅に低減することが可能なＰＤＰの製造方法を実現することができる。

以下、本発明の一実施の形態におけるＰＤＰの製造方法について図面を用いて詳しく説明する。

図１は、本発明の一実施の形態によるＰＤＰの製造により製造されるＰＤＰの概略構造を示す断面斜視図である。図１に示すように、ＰＤＰ１は前面板２と背面板１０とが内部に放電空間１６を形成するように対向して配置され、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に封着されている。そして封着された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が互いに平行にそれぞれ複数列配置されている。そして、表示電極６と遮光層７とを覆うように誘電体層８が形成され、さらに誘電体層８を覆うように酸化マグネシウム（ＭｇＯ）などによる保護層９が形成されている。

また、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と交差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、本発明の一実施の形態によるＰＤＰの製造方法により製造されるＰＤＰ１の前面板２の概略構成を示す断面図である。図２は、図１で示した前面板２とは上下を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と維持電極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）や酸化スズ（ＳｎＯ₂）などからなる透明電極４ａ、５ａと、透明電極４ａ、５ａ上に形成された金属バス電極４ｂ、５ｂとにより構成されている。金属バス電極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。

次に、ＰＤＰ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と遮光層７とを形成する。これらの走査電極４および維持電極５を構成する透明電極４ａ、５ａと金属バス電極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、金属バス電極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、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する方法や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および遮光層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および遮光層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、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。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することによりアドレス電極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、誘電体ペーストはガラス粉末などの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や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。

図３は、本発明の一実施の形態によるＰＤＰの製造方法により製造されるＰＤＰ１における前面板２と背面板１０とを封着した状態を概略的に示す図であり、前面板２と背面板１０とをその周囲を封着材３１で封着して、背面板１０にチップ管２１を設けた構成を示している。なお図３（ａ）はＰＤＰ１の概略平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）に示したＰＤＰのＡ−Ａ矢視断面図である。

図３に示すように、前面板２と背面板１０とは表示電極６（図１）とアドレス電極１２（図２）とが交差するように対向配置して、その周囲、および背面板１０のコーナ部の所定の位置に設けたチップ管用細孔３０を覆うように配置したチップ管２１の、拡がった端部の周囲を、ガラスフリット等の封着材３１、３２で封着し、放電空間１６をチップ管２１を経て真空排気した後に、同じくチップ管２１からネオンやキセノンなどを含む放電ガスを所定の圧力（例えば、Ｎｅ−Ｘｅ混合ガスの場合４００Ｔｏｒｒ〜６００Ｔｏｒｒの圧力）で放電空間１６に封入し、その後、チップ管２１を封止する（チップオフ）ことによりＰＤＰ１を完成させている。なお、チップ管２１を背面板１０の背面ガラス基板１１に接合するに際しては、中心部に、チップ管２１が通る空孔を有するように、封着材量をリング形状に焼結して形成した封着材３２を用いている。

また、チップ管２１の封止（チップオフ）に際しては固定ガスバーナを用い、チップ管２１の封止予定部を加熱し、溶融し、溶断するという手順により行われる。チップ管２１の封止工程について、図４を参照しながら説明する。図４は本発明の一実施の形態によるＰＤＰの製造方法におけるチップ管２１の封止工程を模式的に示す図である。

図４（ａ）は、ＰＤＰ１に封着材３２で固定したチップ管２１に対して、固定ガスバーナ４３および排気ヘッド４１を設置した状態を概略的に示す図、図４（ｂ）は図４（ａ）におけるＢ−Ｂ線部断面図、図４（ｃ）〜（ｅ）は封止工程中におけるチップ管２１、固定ガスバーナー４３、排気ヘッド４１の状態を概略的に示す図である。

図４（ａ）に示すように、ＰＤＰ１の背面板１０のコーナ部近傍の所定の位置に設けた排気用細孔３０を覆うように配置して封着するチップ管２１は、その一端が拡がった漏斗状の形状を有し、他端側は外径が約５．０ｍｍφ、肉厚が０．９０ｍｍ以上、１．１０ｍｍ未満の範囲である直管状に形成されている。また、その成分としては、いわゆる非鉛、鉛レスと呼ばれる、鉛成分を含まない硼珪酸系ガラスにより構成されている。

まず、チップ管２１の直管状側の端部が下に向くように排気、放電ガス導入用の装置にＰＤＰ１が設配される。そして、チップ管２１の直管状側の端部に、排気および放電ガス導入用装置の排気ヘッド４１を装着し、また、チップ管２１の封止予定部２１ａの外周を加熱可能なように固定ガスバーナ４３を配置する。この状態でＰＤＰ１の放電空間１６内部を排気し、その後、放電ガスを放電空間１６に導入（封入）した後に、チップ管２１の封止予定部２１ａの外周を固定ガスバーナ４３からの加熱炎４４で加熱する。

なお、排気ヘッド４１には、チップ管２１に対して下向き（図４（ａ）中、矢印Ｃで示す向き）、すなわち、チップ管２１を引き伸ばす方向に変位するよう、排気ヘッド４１に力が作用するように構成されている。具体的には、例えば、ばね等を用いた付勢手段４２を備えている。

また、固定ガスバーナ４３の加熱炎４４は、図４（ｂ）に示すようにチップ管２１の管断面内に水平な複数の炎が形成されるような構成が望ましい。

また、図４（ｂ）に示すように、チップ管２１の封止予定部２１ａと水平にチップ管２１の封止時の温度が観察可能なように、温度観察装置４５（例えば、赤外線サーモビュア）が設けられている。

チップ管２１の封止予定部２１ａの外周を固定ガスバーナ４３の加熱炎４４で加熱するに際しては、温度観察装置４５は、常に封止予定部２１ａの温度を観察し、加熱されたチップ管２１の封止予定部２１ａがチップ管２１のガラスの軟化点を超えると排気ヘッド４１が付勢手段４２により引っ張られ、その結果、図４（ｃ）に示すような、チップ管２１が延びて細くなる縮小部２１ｂが形成される。

さらに、固定ガスバーナ４３の加熱炎４４でチップ管２１の縮小部２１ｂを加熱し続けると、図４（ｄ）に示すように、チップ管２１の封止予定部２１ａの内壁が接触し溶融接合部２１ｃが形成され、一様な溶融状態となる。

この後に、溶融接合部２１ｃはさらに延びて細くなり最後には切断（溶断）されるが、溶融したガラスの表面張力により端部が曲面を有した、突起状の封止部２１ｄが形成されてチップ管２１の封止が完了する。

封止完了時の封止部２１ｄの概略図を図５に示す。封止部２１ｄには極端な厚肉部や極端な薄肉屈曲部が生じることなく、封止部２１ｄの肉厚２１ｆは、加熱されていないチップ管２１部分の肉厚２１ｅよりも薄くできあがる。

ここで、本発明者らの検討により以下の知見を得ることができた。すなわち、図４に示したチップ管２１の封止工程において、固定ガスバーナ４３によりチップ管２１を加熱した際のチップ管２１の温度と排気ヘッド４１の引っ張り条件との関係について実験を行った。ここで、排気ヘッド４１の引っ張り条件としては、張力、引っ張り速度と引っ張りストロークがあるが、ここでは、張力は一定とし、引っ張り速度は、１０〜５０ｍｍ／ｓｅｃ、引っ張りストロークは、２０〜５０ｍｍの範囲にて実験を実施した。

その結果、上述の引っ張り条件では、チップ管２１の封止部２１ｄがチップ管２１のガラスの軟化点を１０℃以上超える温度に加熱しないと引っ張りが開始できないことがわかった。また、引っ張り時に、チップ管２１の軟化点を６０℃以上超える温度まで加熱すると、チップ管２１の封止部２１ｄの肉厚が偏り始め、図６に示したような、極端な厚肉部や極端な薄肉屈曲部が生じ始めることが確認できた。以上により、チップ管２１の封止は、チップ管２１の軟化点を２０〜５０℃上回る温度範囲にある間に、封止を完了させることが好ましい。

すなわち、上記の温度範囲において封止を完了させると、図５に示したような、極端な厚肉部や極端な薄肉屈曲部が生じることなく、かつ、封止部２１ｄの肉厚２１ｆは、加熱されていないチップ管２１部分の肉厚２１ｅよりも薄くできあがり、その比率は、封止部の全領域において０．３〜０．９の範囲となる。

上記のような寸法関係である封止部であると、冷熱繰り返し試験を経た後でも、封止部２１ｄにおいてリーク発生などの問題が生じることはないことを確認した。

これに対し、図６に示したような形態の封止部であると、リーク発生や、極端な場合、クラックが入って破損するといった課題が生じる場合があった。

以上説明したように、本発明の一実施の形態によるＰＤＰの製造方法によれば、鉛を含まない硼珪酸系のガラスからなるチップ管の封止時の温度を観察し、封止動作を制御し、チップ管の封止部が所望の温度にある間に封止を完了することにより、固定ガスバーナによる封止を行っても封止部のガラス肉厚を均一に形成することができ、かつ、封止部に熱歪みによる残留応力のない強固な封止部を形成することができ、封止部においてリークやクラックの発生が大幅に抑制されたＰＤＰを生産することを実現できる。

また、鉛を含まない硼珪酸系のガラスからなるチップ管を用いるので、ＰＤＰ全体の非鉛化の実現を可能にし、環境に対する悪影響を排除することが可能になる。

さらに、固定ガスバーナによる封止が可能であるので、電熱封止のように装置を大型化することがなく、封止部の加熱冷却に要する時間を短縮できて封止工程の工数を低下でき、ＰＤＰ製造原価を削減して安価な表示装置の提供が可能になる。

以上のように本発明は、大画面、高精細のプラズマディスプレイパネルを提供する上で有用な発明である。

本発明の一実施の形態によるＰＤＰの製造方法により製造されるＰＤＰの概略構造を示す断面斜視図 本発明の一実施の形態によるＰＤＰの製造方法により製造されるＰＤＰの前面板の概略構成を示す断面図 本発明の一実施の形態によるＰＤＰの製造方法により製造されるＰＤＰにおける前面板と背面板とを封着した状態を概略的に示す図 本発明の一実施の形態によるＰＤＰの製造方法におけるチップ管の封止工程を模式的に示す図 本発明の一実施の形態によるＰＤＰの製造方法における封止完了時の封止部概略図 従来のＰＤＰにおけるチップ管の封止部を概略的に示す断面図

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、１１ ブラックストライプ
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
２１ 排気管（チップ管）
２１ａ 封止予定部
２１ｂ 縮小部
２１ｃ 溶融接合部
２１ｄ 封止部
２１ｅ、２１ｆ 肉厚
２２ 封止部
２３ 厚肉部
２４、２５ 薄肉屈曲部
３０ 排気用細孔
３１、３２ 封着材
４１ 排気ヘッド
４２ 付勢手段
４３ 固定ガスバーナ
４４ 加熱炎
４５ 温度観察装置

Claims (1)

1. 前面板と背面板とが内部に放電空間を形成するように対向して配置され、背面板には放電空間の排気および放電ガスの封入を行うための排気管を備えるプラズマディスプレイパネルの製造方法であって、
   前記排気管は、鉛を含まないガラス材料によって形成され、
   前記排気管の封止に際しては、排気管の封止予定部を固定ガスバーナで加熱し、排気管の温度がその軟化点温度より２０〜５０℃上回る温度範囲の時に、排気管を引き伸ばして溶断することで、封止部の肉厚を、加熱されていないチップ管部分の肉厚に対して０．３〜０．９の範囲とする
   プラズマディスプレイパネルの製造方法。

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