JP5325812B2 - プラズマディスプレイパネルの製造方法 - Google Patents
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Description
従来構造による、PDPの周縁部の断面図を図2に示す。
現在、PDPはガラス基板121上に維持電極126及び走査電極125を形成した前面基板120と、ガラス基板111上にアドレス電極115を形成した背面基板110が張り合わされている3電極面放電型が主流となっている。前面基板120と背面基板110の間には放電ガスが封入されており、走査電極125とアドレス電極115との間に電圧を印加して放電を発生させると、封入された放電ガスがプラズマ化し、紫外線が放出される。放出された紫外線が照射される位置に蛍光体を配置しておけば、紫外線によって蛍光体が励起され、可視光が放出される。
放電維持のために走査電極125と維持電極126に交流電圧を印加すると、放電ガスのプラズマ化により発生した陽イオンが走査電極125側及び維持電極126側に入射するが、維持電極126及び走査電極125とそれら電極上の誘電体層122は保護膜(MgO膜)124によって陽イオンから保護されている。
前面基板120と背面基板110は、低融点ガラスからなる封着材(フリット)176によって封着されている。
PDPの製造工程は、パネル工程とモジュール・セット工程の二つに大きく分けられ、さらにパネル工程は前面基板工程、背面基板工程及びパネル化工程の三つに分けられる。前面基板工程は、ガラス基板121に走査電極125と維持電極126からなる表示電極、誘電体層122、MgO等の保護膜124を形成する工程である。背面基板工程は、ガラス基板111にアドレス電極115、誘電体層114、隔壁(リブ)113、蛍光体層112の形成及び前面基板120と背面基板110の貼り合わせ用の封着材を形成する工程である。パネル化工程は、完成した前面基板120と背面基板110のアライメント(位置合わせ)、シールガラスからなる封着材を加熱溶融する封着、チップ管の取り付け、加熱真空排気によるパネル内の清浄化(涸化、エージング)、放電ガスの充填、チップ管の封止(チップオフ)及びAC電圧を印加して放電させ放電特性を安定化させるエージング(枯化)を行う工程である。
また、特許第3830288号の真空一貫装置によってPDPを製造すれば、アルカリ土類金属酸化物保護膜を大気にさらす必要がないため、保護膜の特性を損なうことなく、PDPの製造が可能になる。さらに、特開2002−075197で提案されているように、封着材176に樹脂材料を用いれば、パネル封着時の加熱と冷却が不要になるため、パネル製造時間を大幅に短縮することができると同時に省エネルギー化も可能になる。
樹脂シール材を予め脱ガスし、封着時のアウトガスを低減しようとの試みもなされているが、シール材のアウトガスを低減させていくと、シール材の接着性が低下していく傾向にある。アウトガス量を抑え、大型化に伴うガラス基板の撓みに耐えうる接着強度をもつ方法の確立が必要となっている(「PDPにおける各部材別特性及び最新の開発事例」株式会社情報機構、2004年3月26日、P41、P42)。
また、現在行われている低融点ガラスを封着材に使用したプロセスでも、封着時に多量の不純ガスが放出され、パネル化に際して封止前に長時間エージングをする必要があるとともに、パネル化後もエージングを必要としている。このため、パネルの生産スループットを律速し、多くの電力を必要としている。
また、パネル封着時に樹脂材料からパネル内に放出される不純ガスの量を少なくするため、内周のシール材の量を減らした。加えて、パネルの製造プロセスを簡素化するため、樹脂材料は同じ硬化特性のものを使用し、2重シールの封着を1工程で行う。
内周の封着材は、外周の封着材よりスペーサ及びフィラーの量を多く含有しているので、外周の封着材より押圧力に対して強く、外周の封着材は、内周の封着材より接着力が強い。
上記により本発明のPDPは、従来より安定した放電特性が得られる(放電電圧の上昇を抑制することが出来る)。
加えて、エージング処理時間の短縮、または初期エージング処理をなくすことが出来る。
さらに、硬化特性が同じ封着樹脂を使用するため、1回の工程で封着ができ、パネル製造コストを低減できる。
これらにより封着材に樹脂材料を使用しても問題のないパネルの製作が可能になり、パネルコストの削減と省エネルギーが達成できる。
一般的な3電極AC型PDP(プラズマディスプレイパネル)の一部分の分解斜視図を図1に示す。符号1はこのPDPであり、PDP1は、対向配置された第二の基板20及び第一の基板10と両基板の間に形成された複数の放電室を備えている。
第二の基板20の内面には、所定の間隔でストライプ状の表示電極27(走査電極25及び維持電極26の対)が形成される。この表示電極27はITO等の透明導電性材料からなる透明電極と透明電極より細くインピーダンスの低いバス電極によって構成されている。この表示電極27を覆うように誘電体層22が形成され、その誘電体層22を覆うように保護膜24が形成されている。この保護膜24は放電ガスのプラズマ化によって発生した陽イオンから誘電体層22を保護するものであり、MgOやSrO等のアルカリ土類金属の酸化物によって構成されている。
一方、第一の基板10の内側には、前述の表示電極27と直交する方向で、所定の間隔でストライプ状のアドレス電極15が形成されている。表示電極27とアドレス電極15との交点が、PDPの画素になっている。アドレス電極15を覆うように誘電体層14が形成されている。また、隣接するアドレス電極15の間における誘電体層14の上面には、アドレス電極と並行に隔壁(リブ)13が形成されている。さらに、隣接する隔壁13の間における誘電体層14の上面及び隔壁の側面に蛍光体12が配設されている。この蛍光体12は赤、縁、青の何れかの蛍光を発光するものである。
第一の基板10は、支持基板11を有し、第二の基板20は、透明基板を有しており、各電極15、27と隔壁13と蛍光体12は、支持基板11と透明基板21の中央部分(発光領域)19に位置し、発光領域19の周囲の外周部分(封止領域18)の一部では、支持基板11と透明基板21の表面が露出しており、支持基板11と透明基板21が接着部45によって互いに貼付されている。
アドレス電極15上には誘電体層14を介して蛍光体12が配置されており、隔壁13の間に放電ガスを配置し、アドレス電極15と維持電極26と走査電極25に電圧を印加すると、所望位置に放電ガスのプラズマが形成され、放出された紫外線によって蛍光体12が発光し、発光した光が透明基板21を透過して外部に放出されるように構成されている。
第一のリングシール47、ゲッター材89、及び第二のリングシール48は、第二の基板20と第一の基板10の内側の発光領域19(蛍光体12が発光する領域)側からこの順序で取り囲んでいる。
本発明のPDP1では、第一、第二のリングシール47、48は、第一、第二の接着樹脂41、42をそれぞれ有しており、第一のリングシール47は、第一の接着樹脂41中に、フィラー83、スペーサ84のいずれか一方又は両方から成る第一の固形物85が分散され、第二のリングシールは、第二の接着樹脂42中に、フィラー、又はスペーサのいずれか一方、又は両方から成る第二の固形物86が分散されている。
一般に、一定体積の樹脂は、スペーサやフィラーの含有率が多くなると、第一、第二の基板を互いに押しつける方向の押圧力に対する耐力が増し、逆に樹脂の含有率が高くなると、第一、第二の基板を引き離す引き剥がし力に対する耐力が高くなる。
従って、同じ体積の第一のリングシール47と第二のリングシール48では、第一のリングシール47の方が第二のリングシール48よりも多くのスペーサ84とフィラー83を含み、逆に、第二のリングシール48の方が第一のリングシール47よりも多くの樹脂を含むことになるから、第一のリングシール47が押圧力に対する耐力が高く、第二のリングシール48が、引き離し力に対する耐力が高い。
また、本発明では、第一、第二のリングシール47、48は離間して配置され、第一のリングシール47と第二のリングシール48の間にはバッファー空間90が設けられており、そのバッファー空間90は、第一のリングシール47で取り囲む発光領域19上の空間よりも圧力が低くなるようにされている。
第一のリングシール47はスペーサ84とフィラー83が多く、封着樹脂が硬化するとき発生する不純物の放出及び気体の透過を抑えているが、更に発光領域19上の空間の方がバッファー空間90よりも圧力が高くされているので、バッファー空間90内の気体は第一のリングシール47内を拡散せず、発光領域19上の空間に侵入しないようになっている。
第二のリングシール48のスペーサ84が第一のリングシール47よりも多い場合は、第一、第二の基板の引き剥がし力に対する耐力が低くなってしまう虞がある。従って、第一の接着樹脂41に対する第一の固形物85の体積割合は、第二の接着樹脂42に対する第二の固形物86の体積割合よりも大きい割合が望ましい。
バッファー空間90には、ゲッター材89が配置されているので、大気側から侵入した少量の水分を吸収することができる。
第一の接着樹脂41の量を変えずに第一の固形物85の含有率を増やして第一の固形物85の量を、第一の接着樹脂41の量よりも増やすと、第一のリングシール47の押圧する力に対する耐力が高くなると共に、第一のリングシール47へ増やした量のスペーサ84及びフィラー83を第二の固形物86から減らすことができ、そのときの第二のリングシール48の第二の固形物86の含有率が低くなるから、第二のリングシール48の引き剥がし力に対する耐力が高くなる。
一般に樹脂は、紫外線が長時間照射されると分解される。第一の固形物のスペーサは、ここでは紫外線を遮蔽する効果を有し、第一のリングシール47は、第一の固形物85の量を第一の接着樹脂41の量より多く含み、即ち第一のリングシール47に第一の固形物85を50%より多く含有させており、発光領域19側から第一のリングシール47を見たときにスペーサ84同士やフィラー83とスペーサ84が重なり合って見えるようになるので、発光領域19から発生した紫外線は、第一のリングシール47が有するスペーサ84に遮蔽され、第二の接着樹脂42に到達せず、第二の接着樹脂42の引き剥がし力に対する耐力を低下させず、気体の透過率も維持している。
上記例では、第一、第二の接着樹脂41、42には、スペーサ84とフィラー83の両方を含有させたが、第二の接着樹脂42には、フィラー83のみを含有させるか、又は、スペーサ84のみを含有させてもよい。また、第二の接着樹脂42中には、フィラー83とスペーサ84は含有されなくてもよい。
第一のリングシールの幅W1よりも第二のリングシールの幅W2の方が大きくされているので、大気中の水分を含む不純物は、バッファー空間90へ到達しにくい。
フィラーは、球状であり、接着樹脂41の接着強度を保ち、凝集破壊を防ぐために添加されている。
ゲッター材89は、ここでは粉体状のバリウムであり、H2O、H2、O2、CO、CO2、N2等を吸収する。
接着樹脂41は、ガラスに接着する樹脂である。
本実施形態におけるPDPの周縁部の上面図を図4に示す。
本実施形態のパネル製造フローを図7により説明する。また、装置構成を図8に示す。
図8の符号5は、本発明のPDP1の製造方法に用いられるPDP製造装置の一例である。
PDP製造装置5は、塗布室52と成膜室63と搬送室53と封着室54とを有している。
塗布室52は、搬送室53に接続されており、成膜室63はバッファ室64を介して搬送室53に接続されている。
塗布室52には、背面基板仕込室51が接続され、成膜室63には、加熱室62を介して前面基板仕込室61が接続されている。
搬送室53は、封着室54と接続されており、封着室54には、取出室55が接続されている。
各室51〜55、61〜64には、真空排気系(不図示)が接続されており、真空排気系を動作させると、各室51〜55、61〜64の内部を真空雰囲気にできるように構成されている。
搬入後に真空排気系を動作させて前面基板仕込室61内を真空雰囲気にする。
真空排気後に前面基板仕込室61は加熱室62に接続され、第二の基板20は、加熱室62へ搬送される。第二の基板20は、加熱室62で昇温し、基板を約150℃〜350℃まで加熱後に成膜室63へ搬送される。
成膜室63内には成膜装置(不図示)が配置されており、この成膜装置を動作させて、さらに、誘電体層22の保護と二次電子放出効率のアップのために、MgO、SrO等のアルカリ土類金属の酸化膜(ここでは保護膜24)を電子ビーム蒸着法によって700nm〜1200nm成膜する。所定膜厚の保護膜24が成膜された後、第二の基板20は、第二の基板20を第一の基板10とほぼ同等の温度にするバッファ室64を経由して搬送室53に搬送される。
真空排気系を動作させて背面基板仕込室51内を真空雰囲気にする。
焼成後の第一の基板10をパネル製造装置5(図8)の背面基板の仕込室51に搬送し、蛍光体12からの脱ガスを行う。
真空排気後に背面基板仕込室は塗布室52に接続され、その後、焼成後の第一の基板10を封着材を塗布するための塗布室52に搬送する。
塗布室52内には、塗布装置92が配置されている。ここでは、塗布装置92は、第一の基板10を設置するXYステージ65と第一、第二の接着剤ディスペンサ71、73及びゲッタ材ディスペンサ72を有している(図12)。
第一〜第三の貯蔵タンク75〜77は、第一〜第三のディスペンサ71〜73に接続されると、第一〜第三のディスペンサ71〜73が吐出するときに、それぞれペースト状の第一の接着部材87、ゲッター材89、ペースト状の第二の接着部材88を供給するように構成されている。
塗布室52の外部には第一〜第三の貯蔵タンク75〜77が配置されている。第一、第三の貯蔵タンク75、77には、ペースト状の第一、第二の接着部材87、88が、貯蔵され、第二の貯蔵タンク76には、ゲッター材89が貯蔵されている。
第一、第二の接着樹脂41、42、フィラー83、スペーサ84、及びゲッター材89の効果は後述する。
第一〜第三のディスペンサ71〜73は、第一の基板10表面の封止領域18の一辺上に、発光領域19に近い内側からこの順に配置されている。
各ディスペンサ71〜73が、第一の基板10の一辺上に位置しており、その位置から環状の領域67上を発光領域19からの順序を維持しながら、第一、第二の接着部材87、88を吐出し、ゲッター材89を吐出し、第一の基板10に対して相対的に直線移動するように第一の基板10が配置されたXYステージ65は直線移動すると、第一、第二の接着部材87、88は帯状に途切れることなく形成される。
各ディスペンサ71〜73は、吐出しながら第一の基板10表面の環状の領域67の角部分の上に到着すると、発光領域19からの順序を維持し、環状の領域67の角部分の上を通って、吐出を始めた辺と直角な他の辺上に、XYステージ65に対して相対的に回転移動するように、XYステージ65は90度回転する。
各ディスペンサ71〜73は、相対的に回転移動している間も、第一、第二の接着部材87、88を吐出すると、第一、第二の接着部材87、88は、途切れることなく帯状に形成される。
このとき、他の辺上でも各ディスペンサ71〜73の発光領域19からの順序を維持しており、各ディスペンサ71〜73は、吐出しながらXYステージ65に対して相対的な直線移動をすると、この辺上でも第一、第二の接着部材87、88が帯状に形成される。
第一、第二の接着部材87、88が形成されると第一、第二の接着部材87、88から成る帯の始点と終点が接触して、第一、第二の接着部材87、88から成る帯が、環状の領域67を途切れることなく囲む。
ゲッター材89は、リング状の第一、第二の接着部材87、88の間に配置される。
ここでは、第一の接着剤ディスペンサ71の吐出孔の広さは、第二の接着剤ディスペンサ73の吐出孔の広さより狭く、第一の基板10上に形成された第一のリングシール47の幅W1は、第二のリングシール48の幅W2より狭く形成されている。
ゲッター材89の高さは、リング状の第一、第二の接着部材87、88より低くなるように形成される。
封着装置70は封着室54を有しており、封着室54には、ガス導入系56と真空排気系31が接続され、封着室54内部の天井部分には、保持装置34が設けられている(図11)。
保持装置34には、保持装置用電源33に接続されており、保持装置用電源33によって保持装置34に通電すると、ここでは第二の基板20を保持し、封着室54内部で第二の基板20を移動させるように構成されている。
封着装置70は、加熱装置39を有している。加熱装置39はリング状で、バッファー空間90の大きさと略同じである。基板ステージ35は、リング状の加熱装置39より小さく、加熱装置39のリング内に配置され、基板ステージ35の表面と加熱装置39の表面とは面一になっている。
加熱装置39には、加熱電源40が接続されており、加熱電源40に通電すると、加熱装置39は熱を放出するように構成されている。
接着樹脂41、42は、ここでは紫外線が照射されると硬化する紫外線硬化樹脂であり、例えばエポキシアクリレートである。
真空排気系31を動作させてバッファ室64と封着室54内を真空雰囲気にして、真空雰囲気を維持した状態でMgOを成膜した第二の基板20を、バッファ室64から搬送室53を経由し封着室54へ搬送し、保持装置34により基板20を保護膜24が形成された面を下にして保持する。
保持装置34を動作させて、ここでは、第一の基板10に対して第二の基板20を移動させる。維持電極26及び走査電極25を、アドレス電極15と直交させて、第一の基板10の外周部に形成されたリング状の第一、第二の接着部材87、88と第二の基板20表面の外周部を対面させる。第二の基板20と第一の基板10には、アライメントマーク(不図示)が設けられており、真空槽の大気側に設置したCCDカメラにより第一、第二の基板10、20にあるアライメントマークを読み取り第一、第二の基板10、20の位置合わせを行う。その後、放電ガスを導入し、加圧封着を行う。
保持装置34を動作させて、位置合わせをした状態を維持したままで、第二の基板20を第一の基板10に近づけて、第一、第二の接着部材87、88が第二の基板20の封止領域と接触した状態で停止させる。
加熱電源40に通電して加熱装置39を昇温させ、リング状の加熱装置39と接触した第一の基板10の外周部分を加熱して、発光領域19の真上空間を加熱せず、熱伝導によりバッファー空間90を昇温させる。第二の基板20を第一の基板10に押圧していない状態では、バッファー空間90は、他の空間と分離されておらず、バッファー空間90の温度と発光領域19上の空間の温度差が大きいときは、加熱されたバッファー空間90の気体は、第一、第二の接着部材87、88と接触する第二の基板20との間に形成された隙間を通ってバッファー空間90外へ移動し、バッファー空間90の気体の密度は、発光領域19上の空間の気体の密度より小さくなる。
第一、第二のリングシール47、48は、第二の基板20と第一の基板10の外周部の全周に亘って隙間なく接着して空間を分離し、発光領域19上の空間とバッファー空間90は、第一のリングシール47により分離され、大気側の空間とバッファー空間90は第二のリングシール48により分離される。
バッファー空間90の温度が降温すると、バッファー空間90内の気体の密度は、発光領域19上の空間の気体の密度よりも小さいので、バッファー空間90の圧力は、発光領域19上の空間の圧力より低くなり、発光領域19上の空間からバッファー空間90へは気体は透過しやすいが、バッファー空間90から発光領域19上の空間へ気体が透過しにくくなる。
ここでは、第一、第二の接着部材87、88に紫外線硬化樹脂を使用したが、熱硬化樹脂を使用した場合は、リング状の加熱装置39によりバッファー空間90の温度を所望の温度に昇温させ、第一、第二の接着部材87、88が硬化する前に、バッファー空間90内の気体の密度を発光領域19上の空間の気体の密度より小さくして第一の基板10と第二の基板20との封着を行う。
スペーサ84が接着樹脂41、42の中で浮遊している場合は、スペーサ84は、接着樹脂41、42の中を移動して、第二の基板20表面と第一の基板10表面と当接する。第二の基板20と第一の基板10は停止し、第二の基板20表面と第一の基板10表面の距離はスペーサ84の直径となる。スペーサ84は、押圧されても潰れず、第一のリングシール47と第二のリングシール48が所望の距離に離間することが出来る。
接着樹脂41、42は、過熱されると不純物が生じるが、硬化するときに内部から均一に加熱されるから過熱されることはなく、不純物の発生量は少ない。
また、パネル化工程に比較し成膜プロセスはタクトタイムが早いため、成膜部を1式とし樹脂封着部及びアライメント部を複数持つような装置構成によれば、図8に示す装置構成に比べ安価にスループットを約2倍にする事が出来る。さらに、複数の樹脂封着部及びアライメント部を異なる基板サイズに対応可能な装置構成によれば一方で42インチパネルの処理を行い、他方で50インチパネルの処理を行うような生産が同時に可能となる。
第一のリングシール47の幅W1を2mm、厚みを150μmとした。第二のリングシール48の幅を4mm、厚みを150μmとした。また、第一のリングシール47と第二のリングシール48の間にゲッタ材89を設置した。第一、第二のリングシール47、48の設置条件を表1に示し、各条件におけるH2O透過量から87600時間(10年)後の放電ガス中のH2O濃度を予測した結果を図5及び図6に示す。
紫外線硬化樹脂からの封着時の放出ガスを低減し、外部からの水の透過を低減し放電を安定させるために、本発明で開示した2重リングシールは有力な方法である。
上述したフィラーはサイズの等しい1種類を用いたが、サイズの異なる2〜3種類を使用してもよい。
10……第一の基板
18……封止領域
19……発光領域
20……第二の基板
41……第一の接着樹脂
42……第二の接着樹脂
47……第一のリングシール
48……第二のリングシール
83……フィラー
84……スペーサ
87……第一の接着部材
88……第二の接着部材
90……バッファー空間
Claims (1)
- 蛍光体が配置された発光領域を有する第一の基板と、
前記第一の基板と対向して配置された第二の基板と、
前記第一、第二の基板の間に配置され、前記発光領域をそれぞれ取り囲む内側の第一のリングシールと外側の第二のリングシールとを有し、
前記第一の基板と前記第二の基板を前記第一、第二のリングシールによって接着し、前記第二のリングシールの内側が大気から遮断されたプラズマディスプレイパネルを製造するプラズマディスプレイパネル製造方法であって、
前記第一のリングシールと前記第二のリングシールが硬化する前に、前記第一のリングシールと前記第二のリングシールの間のバッファー空間を加熱し、前記バッファー空間が硬化する前の前記第一のリングシールで取り囲んだ空間よりも温度が高い状態で、前記第一、第二のリングシールを硬化させて、前記第一の基板と前記第二の基板を接着し、前記発光領域上の空間と、前記バッファー空間と、
を気密にするプラズマディスプレイパネルの製造方法。
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