JP3860748B2 - プラズマディスプレーパネルの隔壁製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマディスプレーパネルの製造方法に係るもので、詳しくは、工程時間及び工程数を減らし、粉塵の発生を抑制し得る、プラズマディスプレーパネルの背面基板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、プラズマディスプレーパネル（以下、ＰＤＰと略称す）は、互いに向き合っている一対のガラス基板上にそれぞれカソード電極とアノード電極とを交差するように配置した後、放電ガスを注入して密封したもので、カソード電極とアノード電極間に所定電圧を印加し、それらの電極の交差部でガス放電を起こさせて所望の画像を表示するように構成された装置である。
【０００３】
このようなＰＤＰは、主にオフィスオートメーション（ＯＡ）機器用のモニターとして使用されていたが、最近、カラー化が進み壁掛け用ＴＶ及び次世代ハイビジョンＴＶ（ＨＤＴＶ）などと関連してその研究が活発になっている。また、ＰＤＰは、液晶表示装置（ＬＣＤ）よりも大型化が容易であるため、各種表示装置などへの適用範囲が広くなっている。
【０００４】
従来からＡＣ型ＰＤＰにおいては、図３に示したように、前面基板１及び背面基板２からなる２枚のガラス基板を備えていた。
【０００５】
そして、前面基板１には、放電のための一対の透明電極３と、透明電極３のライン抵抗を低下させるバス電極（図示せず、透明電極に取付けられてある）と、それらを覆うように設けられた透明誘電体層４と、その上に電極、誘電体層を保護するための保護層５とが形成されていた。ここで、保護層５は、上記保護の他に、放電のために電子を放出して放電状態を維持すると同時に余分な放電電流を制限する等の機能を果たす。
【０００６】
一方、背面基板２は、データを書き込むための、アドレス電極すなわちデータ電極６を並列に多数配置し、それらの間に放電空間を形成する仕切りとなる隔壁７がストライプ状に形成されている。このようにして形成された放電空間の内側には可視光の発光及びカラー化のために赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の３色の蛍光体８が規則的に配列されている。
【０００７】
前面基板１と背面基板２とはシール層により接合され、接合された２枚のガラス基板の内部には放電した時に紫外線を発生させるためにガスが封入される。主に用いられるガスは、Ｈｅ＋ＸｅまたはＮｅ＋Ｘｅの混合ガスでいる。更に、駆動ＩＣなどのモジュール部品が結合されてＡＣ型ＰＤＰになる。
【０００８】
ここで、隔壁７は、放電空間を確保し、３色の蛍光体８の混合を防止すると共に、放電セル間の電気的、光学的クロストークを防止する機能を行うので、表示品質及び発光効率を高めるための最も重要な要素とされ、従って、パネルの大面積化及び高精細化を図るために隔壁に対する多様な研究が行われている。
【０００９】
従来、隔壁の製造方法としては、スクリーン印刷法、サンドブラスト法、アディティブ（additive）法及びＬＴＣＣＭ（Low Temperature Cofired Ceramic on Metal）法などが用いられていた。それらの方法について詳しく説明すると次の通りでいる。
【００１０】
先ず、スクリーン印刷法は、リブ材をスクリーン印刷して乾燥させる工程を８〜１０回ほど反復して、所望の高さに積み上げる方法である。リブ材を印刷した後、自然乾燥途中、完全に乾燥させずに次の層をプリントするので、印刷したリブ材をどの程度乾燥させるかがポイントである。
【００１１】
スクリーン印刷法は、スクリーン印刷機の価額が安く、必要な部分だけにリブ材をプリントするため材料の無駄使いがないというメリットはあるが、プリント回数が多いためリブの高さを合せることが困難で、精密度に限界があるという不都合な点がある。
【００１２】
そして、サンドブラスト法は、本来は墓石に文字を彫り込むときやガラスを彫るときに使われた技術で、石に勢いよく砂を噴射して、その摩擦によって石を彫る方法である。このようなサンドブラスト法は、写真印刷技術が使用されるので、印刷による微細なパターンを形成することが可能で、広い面積の基板に隔壁を形成することができるというメリットはあるが、錬磨材によってガラス基板が衝撃を受けて、ガラス基板に亀裂が発生するという不都合な点がある。
【００１３】
さらに、アディティブ法は、フィルムからなるフォトレジストをガラス基板の全面に設けてフォトマスクを使用して露光及び現象させ、リブとリブの間の部分だけを残し、すなわちリブとなる隙間を除去した後、その隙間にリブ材を充填して乾燥させ、最後にレジストを除去し、焼成してリブを完成させる方法である。
【００１４】
このアディティブ法は、サンドブラストが不必要であるため、粉塵が大量に発生せず、大面積の基板上に隔壁を形成するのに適するというメリットがあるが、フォトレジストとガラスペーストとの分離が困難であるため残留物が発生して、隔壁成形時に隔壁が崩れるという不都合な点がある。
【００１５】
また、ＬＴＣＣＭ法は、他の隔壁製造方法よりも、低温で実施することができ工程が単純であるというメリットがある。図４（Ａ）〜（Ｈ）に基づいてその方法を詳しく説明する。
【００１６】
先ず、図４（Ａ）に示したように、ガラス粉末、有機溶媒、可塑剤、結合剤及び添加剤などが所定比率で混合されたスラリーをポリエステルフィルム上に載置させ、ドクターブレード法によりシート状に成形した後、乾燥させて、グリーンシート３０を製作する。そして、グリーンシート３０が接合される基板３２の材料としては、通常、金属（例えば、チタニウム）が主に用いられる。チタニウムは、ガラスまたはセラミックにより形成された基板よりも強度及び耐熱度が大きいため、他のガラスまたはセラミック材料よりも薄く製作することが可能で、基板の熱的及び機械的変形を低減することができる。また、チタニウムは、反射率が高いため、基板側に透過される後方散乱可視光を表示面側に反射させて、発光効率及び輝度向上を図ることができる。
【００１７】
次いで、図４（Ｂ）に示したように、金属基板３２とグリーンシート３０との接合が容易に、かつ確実に行われるように、基板３２とグリーンシート３０とを接合する前に、微細に粉砕して乾燥されたガラス粉末を金属基板３２上に噴射して乾燥させる。このように噴射された微細ガラス粉末は、５００〜６００℃程度の熱処理によって基板３２の表面に融解して吸着される。
【００１８】
次いで、図４（Ｃ）に示したように、ラミネートされたグリーンシート３０をガラス粉末が表面に融着された基板３２上に接合させる。
【００１９】
次いで、図４（Ｄ）に示したように、グリーンシート３０上にアドレス電極２をパターニングした後、再びグリーンシート３０を乾燥させる。
【００２０】
次いで、図４（Ｅ）に示したように、アドレス電極２のパターンが形成されたグリーンシート３０上に誘電体スラリーを全面に印刷して乾燥させるて電極保護層３６を形成する。このように電極保護層３６を形成した後、アドレス電極２が形成されたグリーンシート３０と電極保護層３６との接着力を高めるために２次ラミネート過程を行う。
【００２１】
次いで、基板３２上に接合されたグリーンシート３０の流動性を高めるために、結合剤として使用される有機物の軟化点以下に基板３２を加熱する。
【００２２】
次いで、図４（Ｆ）に示したように、流動性が高まったグリーンシート３０の上部に、隔壁が逆向きに形成されている形状の溝３８ａが形成された金型３８を整列させる。
【００２３】
次いで、図４（Ｇ）に示したように、金型３８に約１５０ｋｇｆ／ｃｍ²(約１，４７１Ｎ／ｃｍ²)以上の圧力を加えて、グリーンシート３０及び電極保護層３６が金型３８の溝３８ａ内に移動して突き上がるようにする。
【００２４】
次いで、図４（Ｈ）に示したように、金型３８をグリーンシート３０及び電極保護層３６から分離した後、昇温−維持−冷却過程を経て隔壁を形成する。
【００２５】
上述したＬＴＣＣＭ法は、隔壁成形が容易であるというメリットはあるが、隔壁成形に必要な金型圧力を低下させるためのグリーンシートの組成を選択することが困難で、且つ、基板上に加えられる金型圧力が均一でないと、隔壁の高さが不均一になるので、それを補正するために別途の錬磨工程を行わなければならないという不都合な点があった。
【００２６】
上述した方法の他にも、隔壁を形成する方法としてはＬＩＧＡ（Lithography Electro-plating Molding）法、シリコンのエッチング法及び感光性ガラス基板のエッチング法などが提案されている。
【００２７】
ＬＩＧＡ法は、加速器から発生するＸ線を樹脂材料に照射してＸ線が照射された部分の性質を変化させた後、エッチングによりＸ線が照射された部分を除去する方法である。このようにして構造物を製造することができるが、さらに、場合によっては上記のようにして得た構造物を１次金型とし、この１次金型に液状状態のプラスチックを注いで２次金型を製造した後、その２次金型に電気メッキを行って所望の構造物を製造することもできる。
しかし、このＬＩＧＡ法は、高価なＸ線発生装備を必要とするという問題点がある。
【００２８】
また、シリコンのエッチング法は、Ｓｉ基板は異方性エッチングによると垂直方向に優先的にエッチングされるという性質を利用して微細構造物を形成する方法である。ところが、このシリコンの異方性エッチング法は、大面積に隔壁のような微細構造物を形成することが困難で、高価のシリコン単結晶を利用しなければならないという不都合な点がある。
【００２９】
感光性ガラス基板のエッチング法は、銅粒子の還元による熱処理後に現れる析出によって銅が赤みを帯びるようになる現象を発見したダルトン（Dalton）から由来する。感光性ガラスは、オーバーラン（over run）後の金属粒子によって選択的な結晶成長が発生する。このような感光性ガラスとしては、Ａｇが含まれたリチウムアルミナシリケート（Lithium Alumina Silicate；ＬＡＳ）系ガラスが代表的で、光反応性を向上させるためにセリウム（Ｃｅ）が添加されている。
【００３０】
以下、感光性ガラス基板のエッチング法を図５（Ａ）〜（Ｄ）に基づいて説明する。
先ず、図５（Ａ）に示したように、感光性ガラス基板４２上にマスクパターン４４を形成する。この感光性ガラス基板４２は、ＳｉＯ₂及びＬｉＯ₂を主成分とし、その他にＣｅＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、少量のＡｇＣｌ及びＫ₂Ｏなどを添加して形成される。
【００３１】
次いで、図５（Ｂ）に示したように、基板４２上に形成されたマスクパターン４４を所定波長の紫外線を発生する光源に露光させた後、所定温度で熱処理を行って、図５（Ｃ）に示したように、ガラス基板の露光部分４６ａにリチウムメタシリケートクリスタル（Lithium metasilicate crystal）を成長させる。
【００３２】
最後に、図５（Ｄ）に示したように、結晶相が析出された露光部分４６ａをフッ酸（ＨＦ）を含む水溶液に所定時間の間浸漬させて湿式エッチングを行う。このように湿式エッチングによって結晶相が析出された露光部分４６ａは、非露光部分４６ｂに対してＬｉ₂Ｏ−ＳｉＯ₂結合チェーンの状態が異なるのでエッチングが一層速く進行する。
【００３３】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、このような従来の感光性ガラス基板のエッチング法においては、ソーダ石灰のバルク型ガラス組成を有する大面積の感光性ガラス板を製作することが困難で、結晶相の析出程度を十分にするためには熱処理とエッチング工程を反復して行わなければならないという不都合な点があった。
【００３４】
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、感光性ガラス粉末を利用して大面積、高精細のＰＤＰの隔壁を製造し得るＰＤＰの隔壁製造方法を提供することを目的とする。
【００３５】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため、本発明に係るプラズマディスプレーパネルの隔壁製造方法においては、感光性ガラス材料を微細に粉砕して感光性ガラス粉末を準備する段階と、感光性ガラス粉末を所定型に充填する段階と、感光性ガラス粉末上にマスクパターンを整列させて感光性ガラス粉末を露光させる段階と、感光性ガラス粉末の露光部分及び非露光部分中何れか一方側に結晶相が形成されるように感光性ガラス粉末を熱処理する段階と、結晶相が形成された部分をエッチングして隔壁を形成する段階と有することを特徴とする。
【００３６】
本発明に係るプラズマディスプレーパネルの他の隔壁製造方法においては、感光性ガラス材料を微細に粉砕して感光性ガラス粉末を準備する段階と、感光性ガラス粉末と有機物とが混合されたペーストを基板上に印刷して乾燥させる段階と、乾燥されたペースト上にフォトマスクを整列させた後、乾燥されたペーストを露光させる段階と、露光されたペーストの露光部分及び非露光部分中何れか一方側に結晶相が形成されるように露光されたペーストを熱処理する段階と、結晶相が形成された部分をエッチングして隔壁を形成する段階とを有することを特徴とする。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るＰＤＰの隔壁製造方法に対し、図１（Ａ）〜（Ｅ）に基づいて説明する。
【００３８】
先ず、図１（Ａ）に示したように、感光性ガラス材料を微細に粉砕し、粉砕された感光性ガラス粉末５０を型５２内に入れる。この感光性ガラス粉末５０は、ＳｉＯ₂、Ｌｉ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ及びＡｌ₂Ｏ₃ などを主成分とし、少量のＡｇＣｌやＣｅＯ₂ などが添加されたもので、感光性ガラス粉末５０の大きさは数μｍ程度である。詳細には、５５〜７８ｗｔ％のＳｉＯ₂、１４〜２８ｗｔ％のＬｉ₂Ｏ、０〜５ｗｔ％のＫ₂Ｏ、０．１〜３ｗｔ％のＡｌ₂Ｏ₃、０〜１ｗｔ％のＡｇＣｌ及び０〜１ｗｔ％のＣｅＯ₂により構成されている。
【００３９】
また、感光性ガラス粉末は、７２．８ｗｔ％のＳｉＯ₂、２３ｗｔ％のＬｉ₂Ｏ、３ｗｔ％のＫ₂Ｏ、１．４ｗｔ％のＡｌ₂Ｏ₃、０．０００８ｗｔ％のＡｇＣｌ及び０．０００６ｗｔ％のＣｅＯ₂により構成されてもよい。
【００４０】
一方、型５２には所望の基板の大きさ及び厚さに対応して所定面積と深さの溝が形成され、その溝に感光性ガラス粉末５０が充填される。
【００４１】
次いで、型５２に充填された感光性ガラス粉末５０の表面を平坦化し、所定圧力で加圧した後、平坦化されたガラス粉末５０の上にフォトマスク５４を整列させる。
【００４２】
次いで、図１（Ｂ）に示したように、フォトマスク５４が整列された感光性ガラス粉末５０を紫外線（ＵＶ）に露光させる。その後、感光性ガラス粉末材料の軟化点以上の温度で熱処理を行って、図１（Ｃ）に示したようなガラス板材５８を形成する。この熱処理を行う時、ガラス板材５８の露光部分５６ａには４９０〜５５０℃付近で核が形成され、約６００〜６８０℃で乳白色のリチウムメタシリケートクリスタルが成長する。
【００４３】
次いで、ガラス板材５８を型５２から分離した後、図１（Ｄ）に示したように、ガラス板材５８をチタニウムからなる金属基板６０と接合させる。
【００４４】
次いで、結晶相の形成されたガラス板材５８をフッ酸（ＨＦ）を含む水溶液に所定時間浸漬させる湿式エッチングを行う。この時、露光部分５６ａは、非露光部分５６ｂよりもフッ酸に対するエッチングが数十倍以上も速く行われ、その結果、所定時間が経過した後、図１（Ｅ）に示したように、ガラス板材５８上に非露光部分５６ｂに対応して隔壁６２が形成され、露光部分５６ａに対応して放電空間６４が形成される。
【００４５】
最後に、隔壁６２及び放電空間６４の形成されたガラス板材５４を所望の熱膨張係数が得られるまで所定温度で再び熱処理を行って結晶化する。
【００４６】
一方、本発明に係るＰＤＰの隔壁製造方法の第２実施形態に対し、図２（Ａ）〜（Ｄ）に基づいて説明する。
【００４７】
先ず、図２（Ａ）に示したように、感光性ガラス材料を微細に粉砕し、粉砕された感光性ガラス粉末を有機物と所定比率で混合してペースト状に加工した後、加工された感光性ガラスペースト７０を基板６０上に印刷して乾燥させる。
【００４８】
次いで、図２（Ｂ）に示したように、ガラスペースト７０の上にフォトマスク５４を整列させた後、感光性ガラスペースト７０を紫外線に露光させて、１次熱処理及び２次熱処理を連続して行う。このとき、感光性ガラスペースト７０に含まれた有機物は、１次熱処理によってバーンアウトされる。また、２次熱処理の際、露光部分６６ａには、図２（Ｃ）に示したように、組成によって４９０〜５５０℃付近で核が形成されて、ほぼ６００〜６８０℃で乳白色のリチウムメタシリケートクリスタルが成長する。
【００４９】
次いで、露光部分６６ａを除去するための湿式エッチング工程を行う。このような湿式エッチング工程中、露光部分６６ａは非露光部分６６ｂに比べフッ酸に対するエッチング速度が数十倍も速く、緻密でない構造を有するため、従来の感光性ガラスの露光部分よりも速くエッチングが行われる。その結果、所定時間が経過した後は、図２（Ｄ）に示したように、非露光部分６６ｂに対応して隔壁が形成され、露光部分６６ａに対応して放電空間が形成される。
【００５０】
最後に、隔壁６２及び基底層を所望の熱膨張係数が得られるまで所定温度で再び熱処理して結晶化させる。
【００５１】
上記実施形態においてはいずれも、熱処理によって感光性ガラス粉末の露光部分に結晶相を形成させているが、非露光部分に形成させるようにしても良い。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るＰＤＰの隔壁製造方法においては、感光性ガラスを微細に粉砕した粉末を利用するため、感光性ガラス基板の製作が容易で、結晶相の析出が容易であると共に、充分な結晶相を析出するために必要な熱処理及びエッチング時間を短縮し得るという効果がある。
【００５３】
かつ、本発明に係るＰＤＰの隔壁製造方法においては、従来のＬＴＣＣＭ法を利用した隔壁製造方法のように組成比の選択が難しいグリーンシートが不必要であり、また、金型を利用した隔壁の形成過程中に発生する圧力の偏りやそれによる隔壁の高さの不均一のような諸問題点を解消して、露光及び湿式エッチングのような単純な工程によって非常に微細な隔壁を形成することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るプラズマディスプレーパネルの隔壁製造方法の第１実施形態を示した工程縦断面図である。
【図２】 本発明に係るプラズマディスプレーパネルの隔壁製造方法の第２実施形態を示した工程縦断面図である。
【図３】 従来の交流駆動方式の面放電型プラズマディスプレーパネルを示した分解斜視図である。
【図４（Ａ）】〜
【図４（Ｈ）】 従来のＬＴＣＣＭ法を利用したプラズマディスプレーパネルの背面基板製造方法を示した工程図である。
【図５】 従来の感光性ガラス基板のエッチング法を利用した隔壁製造方法を示した工程縦断面図である。
【符号の説明】
５０ 感光性ガラス粉末、５２ 型、５４ フォトマスク、５８ ガラス板、６０ 金属基板、６２ 隔壁、６４ 放電空間。

Claims (8)

1. 感光性ガラス材料を微細に粉砕して感光性ガラス粉末を準備する段階と、
   前記感光性ガラス粉末を所定の型に充填する段階と、
   前記感光性ガラス粉末上にマスクパターンを整列させて前記感光性ガラス粉末を露光させる段階と、
   前記感光性ガラス粉末の露光部分及び非露光部分中何れか一方側に結晶相が形成されるように前記感光性ガラス粉末を熱処理する段階と、
   前記結晶相が形成された部分をエッチングして隔壁を形成する段階と
   を有することを特徴とするプラズマディスプレーパネルの隔壁製造方法。
2. 前記感光性ガラス粉末は、ＳｉＯ₂、Ｌｉ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ及びＡｌ₂Ｏ₃を主成分とすることを特徴とする請求項１記載のプラズマディスプレーパネルの隔壁製造方法。
3. 前記感光性ガラス粉末は、ＳｉＯ₂、Ｌｉ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ及びＡｌ₂Ｏ₃を主成分とし、更にＡｇＣｌ及びＣｅＯ₂中少なくとも何れか１つを含むことを特徴とする請求項１または２記載のプラズマディスプレーパネルの隔壁製造方法。
4. 前記感光性ガラス粉末は、５５〜７８ｗｔ％のＳｉＯ₂、１４〜２８ｗｔ％のＬｉ₂Ｏ、０〜５ｗｔ％のＫ₂Ｏ、０．１〜３ｗｔ％のＡｌ₂Ｏ₃、０〜１ｗｔ％のＡｇＣｌ及び０〜１ｗｔ％のＣｅＯ₂により構成されることを特徴とする請求項３記載のプラズマディスプレーパネルの隔壁製造方法。
5. 前記感光性ガラス粉末は、７２．８ｗｔ％のＳｉＯ₂、２３ｗｔ％のＬｉ₂Ｏ、３ｗｔ％のＫ₂Ｏ、１．４ｗｔ％のＡｌ₂Ｏ₃、０．０００８ｗｔ％のＡｇＣｌ及び０．０００６ｗｔ％のＣｅＯ₂により構成されることを特徴とする請求項４記載のプラズマディスプレーパネルの隔壁製造方法。
6. 前記結晶相は、前記露光部分に形成されることを特徴とする請求項１記載のプラズマディスプレーパネルの隔壁製造方法。
7. 前記結晶相が形成された部分は、フッ酸を含むエッチング液を利用して除去することを特徴とする請求項１記載のプラズマディスプレーパネルの隔壁製造方法。
8. 前記結晶相が除去された基板に熱処理を行って結晶化させる段階を追加行うことを特徴とする請求項１記載のプラズマディスプレーパネルの隔壁製造方法。

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