(57)【要約】【課題】  ディスプレイ用部材、例えば特に金属隔壁や金属背面板において、輝度を低下させないよう開口率を確保するために絶縁層を薄く制御しても、絶縁特性の阻害要因であるピンホールやクラックを可能な限り少なくして高い絶縁性を付与させることによって、高性能なディスプレイ用部材を提供する。【解決手段】  金属基板に酸化物層を形成してなるディスプレイ用部材であって、該酸化物層は質量％でＰ：１〜１６％を含有し、残部は実質的にＳｉとＯとからなる珪素酸化物を主組成とする酸化物でなり、酸化物層の厚さが、０．１〜１０μｍであるディスプレイ用部材であり、前記酸化物層に更に質量％でＢ：１５％以下（０％は含まず）を含有させても良い。  本発明のディスプレイ用部材の製造方法は、酸化物層を形成した金属基板を４００〜７５０℃で熱処理するディスプレイ用部材の製造方法である。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基板に酸化物層を形成してなるディスプレイ用部材であって、該酸化物層は質量％でＰ：１〜１６％を含有し、残部は実質的にＳｉとＯとからなる珪素酸化物を主組成とする酸化物でなり、該酸化物層の厚さが、０．１〜１０μｍであることを特徴とするディスプレイ用部材。
【請求項２】
前記酸化物層は、更に質量％でＢ：１５％以下（０％は含まず）を含有することを特徴とする請求項１にディスプレイ用部材。
【請求項３】
前記金属基板は質量％でＮｉ：４０〜５５％を含有するＦｅ−Ｎｉ系合金であることを特徴とする請求項１または２に記載のディスプレイ用部材。
【請求項４】
金属基板に酸化物層を形成してなる請求項１乃至３の何れかに記載のディスプレイ用部材の製造方法であって、酸化物層を形成した金属基板を４００〜７５０℃で熱処理することを特徴とするディスプレイ用部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマディスプレイ（以後ＰＤＰと略す）、フィールドエミッションディスプレイ、液晶ディスプレイ、シートディスプレイ等に用いられる、例えば隔壁や背面板等のディスプレイ用部材及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ＰＤＰ等のガス放電型画像表示装置においては、一つの放電空間を形成し、隣接したセル間の色の干渉を防止するための仕切りとして、ガラス隔壁が構成されている。また、ＰＤＰの前面板や背面板には熱膨張係数（２０〜５００℃）が４〜１０×１０−６／℃程度のソーダライムガラスや高歪点ガラスが主として用いられている。
このＰＤＰ用の部材の一つである隔壁には主に鉛を含むガラスが素材として使用され、背面板上にペースト状で塗布した後、主にサンドブラスト法により孔を形成して製造されているが、このような隔壁の製造法は工程が煩雑であることと、隔壁に欠けが発生し易く歩留りが悪いことから、生産性が悪くコストが高くなるばかりか、製造された隔壁及びサンドブラスト法によって除去されたガラス粉には有害な鉛が多く含まれるため、環境上好ましくないものである。
また、ＰＤＰの性能においては、隔壁の構造に依存するところが大きく、特に、高精細化と高輝度化のためには、セルを隔てる隔壁の幅を小さくして開口率を高めるとともに、高い隔壁を形成して放電空間を広げて蛍光体塗布面積を増加させることが必要であるが、ガラス隔壁は脆いため、セル同士を隔てる隔壁の幅を小さく加工することや高い隔壁を形成することが困難である。
【０００３】
上述の問題を解決するため、電着法によってガラスを含む誘電体を表面に形成した金属隔壁が、例えば特開平３−２０５７３８号（特許文献１参照）に提案されており、また、本発明者もＡｌ２Ｏ３を蒸着法により表面に形成した金属隔壁を特開２０００−６４０２７号（特許文献２参照）として提案している。
このようにガラス材料に替えて金属材料を隔壁として用いる場合、所望の厚さに圧延等によって調整された金属を基板とし、この金属基板に所定の貫通孔を形成し、前面板と背面板とで挟み込むように貼り合わせることで、ディスプレイの画素に相当する放電空間を形成することができる。貫通孔の形成にはエッチング加工が適用できるため、工程が容易で、有害な鉛を排出することもない。また、金属基板の厚みによって、ガラス製の隔壁に比して、隔壁高さを高くすることができ、従って、放電効率の高いディスプレイとすることができることも大きな利点である。
一方、ＰＤＰ用の部材の一つである背面板として金属を用いる方法として、背面板の金属をガラス等の絶縁層で被覆し、補助放電電極として用いる方法が、例えば特開平６−１６８６６９号（特許文献３参照）に開示され、熱膨張係数を前面板ガラスに合わせるために、背面板用基材にＴｉを選択し、その上にグリーンセラミックテープをケガキもしくはエンボスによって隔壁に加工する方法が、例えば特開２００１−５２６８２２号（特許文献４参照）として開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平３−２０５７３８号公報
【特許文献２】特開２０００−６４０２７号公報
【特許文献３】特開平６−１６８６６９公報
【特許文献４】特開２００１−５２６８２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来技術について本発明者等が検討した結果、上述の特許文献１に開示された製造方法の電着等の方法によると、上記の金属を利用するという利点は有しているものの、絶縁層の厚さが１０μｍ以上に厚くなるのが一般的で、セルの開口率が低下する問題があった。
また、上述の特許文献２に開示された製造方法のＡｌ２Ｏ３の蒸着によると、上記の金属を利用するという利点は有しているものの、絶縁膜中にピンホールやクラックが多数存在し、ＰＤＰを作製して放電させて駆動すると、隔壁にリーク電流が流れて、消費電力が大きくなり、発光効率が低下することが新たに判明した。
また、Ａｌ２Ｏ３を蒸着法により表面に形成した金属隔壁では、単一成分の組成の酸化物層であり、熱膨張係数を組成によって制御することができないため、金属基板との熱膨張差による応力が不可避であり、更に言えば、誘電率が低く、例えばＰＤＰを電気的に駆動する際に生じる電気容量が大きくなり、ＰＤＰを駆動させるために大きな電圧が必要となり、ＰＤＰの消費電力を大きくする要因となっていた。
【０００６】
また、上述の特許文献４に開示された金属背面板は、素材として高価なＴｉを用いているため、コストアップにつながる。更には上記の特許文献３や特許文献４に開示された表示装置において、その絶縁層については、厚さの制御や絶縁性を向上させる手段がなんら講じられておらず、表示装置としての性能（輝度と消費電力）が問題となる。
本発明の目的は、ディスプレイ用部材、例えば特に金属隔壁や金属背面板において、輝度を低下させないよう開口率を確保するために絶縁層を薄く制御しても、絶縁特性の阻害要因であるピンホールやクラックを可能な限り少なくして高い絶縁性を付与させることによって、高性能なディスプレイ用部材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
セルを仕切る隔壁や背面板等のディスプレイ用部材に金属を利用する際には、金属基板に絶縁処理を施すことが必須であり、この絶縁性を完全なものとするには、高レベルの絶縁技術が要求される。
通常、量産性に優れた気相法・液相法等の手法で厚さが１０μｍ以下の薄膜の絶縁層を作製すると、金属基板の表面疵やエッチング面の凹凸の影響を受けて、ピンホールやクラックが生じ易く、絶縁性を損なう結果となっている。本発明者は、この絶縁層の組成と厚さを鋭意検討した結果、本発明に到達した。
即ち本発明は、金属基板に酸化物層を形成してなるディスプレイ用部材であって、該酸化物層は質量％でＰ：１〜１６％を含有し、残部は実質的にＳｉとＯとからなる珪素酸化物を主組成とする酸化物でなり、酸化物層の厚さが、０．１〜１０μｍであるディスプレイ用部材である。
また本発明は、前記酸化物層に更に質量％でＢ：１５％以下（０％は含まず）を含有させても良い。
好ましくは、前記金属基板は質量％でＮｉ：４０〜５５％を含有するＦｅ−Ｎｉ系合金を用いるディスプレイ用部材である。
本発明のディスプレイ用部材の製造方法として、酸化物層を形成した金属基板を４００〜７５０℃で熱処理するディスプレイ用部材の製造方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の効果として、例えばディスプレイ用部材のうち、最も加工が必要な隔壁を例とすれば以下のような効果を得ることができる。
（１）  隔壁に金属を利用することによって、隔壁自体及びその作製時の粉塵に含まれる有害な鉛を多量に含むガラスを回避することができるため、環境負荷が大幅に軽減できる。
（２）  金属基材はエッチング法による微細加工が可能。その結果、隔壁幅を狭くして開口率をアップすることによる輝度向上と、パネルの精細度を高め易い。
（３）  サンドブラスト等の手法に比して、深孔加工ができるため、放電空間を広げることができ、放電効率を高めて消費電力を低減することができる。
（４）  本発明の酸化物層の適切な組成調整により、絶縁層厚さの制御し易い。その結果、隔壁のセルの開口率を確保して輝度の低下を防ぐことができる。
また、例えば背面板に本発明を適用すると、現状のガラスに比べて、放熱性、薄型、軽量、低コスト化が実現できる。
また更には、隔壁や背面板や、他の種々の部材に適用する場合においても、酸化物層の適切な組成調整と共に、適切な熱処理によって酸化物層を軟化させて、形成時のピンホールやクラックを埋めることができ、絶縁性を完全なものとすることができるため、ディスプレイ用部材として極めて有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
上述したように、本発明の重要な特徴は金属製の基板を使用して、絶縁材料の組成とその絶縁層厚さを適正化したことにある。
先ず、本発明の場合、金属基板を用いて例えば隔壁や背面板等とするための部材とする。そのため、用いる金属基板の構造、厚さ、形状は用途によって適宜調整する。例えば隔壁の場合は、ディスプレイの画素に対応する微細な貫通孔を、エッチング加工等の手法で形成する。
本発明では、上述の金属基板に酸化物層を形成する。
酸化物層の組成については、実質的にＳｉとＯとからなる珪素酸化物が主組成であり、これにＰを添加することによって、ディスプレイ用部材の酸化物絶縁層に適用できる。
Ｐ添加の目的は、主組成のＳｉＯ２の熱膨張係数を大きくして金属基板の熱膨張に近付けるとともに、ＳｉＯ２の軟化点を低温化して、ディスプレイ用部材をディスプレイとして組み立てる際の熱処理工程において、金属基板との熱膨張差による応力によって、酸化物層のクラック発生を抑制するためである。
添加量が少な過ぎると熱膨張差制御の効果がなく、本発明においては１％以上とした。これより少ない添加量では、例えばディスプレイに組み立てる際の熱処理工程によって酸化物層にクラックが発生する。また、添加量が多過ぎても絶縁性が低下し、ディスプレイが正しく画像を表示しない不具合が生じる。従って本発明では、その上限を１６％以下とした。より好ましい添加量は、５〜１２％である。
【００１０】
また本発明において、残部は実質的にＳｉとＯとからなる珪素酸化物を主組成とする酸化物とした理由は、ＰＤＰの消費電力の低減が大きな理由である。
ＳｉＯ２系酸化物層の誘電率は約４である。これは、上述した本願出願人提案のＡｌ２Ｏ３でなる酸化物の約１０に比して１／２以下であり、ＰＤＰを電気的に駆動する際に生じる電気容量を抑えるのに、たいへん有利であるため、ＰＤＰを駆動させるために電圧が低く抑えることができ、ＰＤＰの消費電力を低減することが可能である。
なお、本発明で言う、残部は実質的にＳｉとＯとからなる珪素酸化物を主組成とするとは、例えばＥＤＸ（エネルギー分散型エックス線分析装置）で定性分析や定量分析を行った場合、Ｐ以外には、ＳｉとＯが検出され、他は、酸化物層形成時や形成後に、不可避的に酸化物層に含有された元素が検出されることを言う。
また、ＥＤＸ等の分析装置で定性分析や定量分析を行う場合、酸化物層が薄いと金属基板の成分が検出される場合があるため、定量分析を行う場合は、金属基板の成分を除いて定量分析を行うと良い。
【００１１】
次に、酸化物層の厚さについて説明する。
本発明の酸化物層は、電気絶縁層として機能するため、電気絶縁層として十分な厚みが必要である。酸化物層の厚みが０．１μｍより薄いと絶縁性が低く、ディスプレイとして正常に駆動させることができないため、下限を０．１μｍ以上とした。
しかし、酸化物層の厚みが１０μｍを超えるとセルの開口率が低下して、ディスプレイの輝度が低下するため、酸化物層の厚みの上限を１０μｍ以下とした。より好ましい酸化物層の厚さは、０．５〜７μｍであるが、ディスプレイ用部材をどこの部位に用いるかによっても好適な厚みは若干異なり、例えば隔壁用に用いるのであれば、酸化物層の好適な厚みは、開口率が低下しないよう、０.３〜５μｍ程度が好ましく、背面板用の酸化物層であれば、好適な厚みは０.８〜７μｍである。
以上、説明するように、本発明では、残部は実質的にＳｉとＯとからなる珪素酸化物を主組成とする酸化物層を有する金属部材を用いることで、ＰＤＰの消費電力を低減し、これにＰを適量添加することとで、金属基板に形成される酸化物層のピンホールやクラックを可能な限り少なくし、且つ酸化物層の厚みを特定の範囲内に調整することで絶縁性、開口率の適正化をはかることにより、ディスプレイ部材として最適なものを実現することができる。
【００１２】
本発明の酸化物層にも、不可避的に発生するクラックやピンホールが僅かながら発生する場合が有る。勿論、本発明者が既に提案したＡｌ２Ｏ３の酸化物層と比較すれば、珪素酸化物とＰとの組合せによってその数は比較にならないほど少なくなっている。
しかしながら、酸化物層中にピンホールやクラックが残存している場合、やはり絶縁性の点で問題が生じる場合が有る。そこで、本発明においては、この僅かに発生したクラックやピンホールを可能な限り少なくするため、適量のＢを添加することができる。
その理由は、Ｂの添加はＳｉＯ２の軟化点を低下させることができるためである。適量のＢを添加させた酸化物層に熱処理を行うことで、不可避的に発生したピンホールやクラックを埋めるこことができ、その結果、絶縁性をより確かなものとすることができる。
この効果を得るにはＢ無添加（Ｂ：０％）レベルを超えて含有させればよいが、顕著に効果を得るためにはＢ量を質量％で１〜１５％の範囲で添加すると良い。
Ｂが１％より少ないと酸化物層の軟化の効果がＢ無添加レベルか、僅かに向上するだけでＢ添加の効果が明確ではなく、一方でＢが１５％を超えて添加しても、酸化物層軟化のより一層の効果向上は望めないだけでなく、酸化物層表面に濃化して硼酸として結晶化するため、上限を１５％とした。好ましくは８〜１３％の範囲である。
【００１３】
本発明の金属基板には、例えばＰＤＰの場合、前面板や背面板には熱膨張係数が４〜１０×１０−６／℃程度のソーダライムガラスや高歪点ガラスが主として用いられているため、これらのガラスとの熱膨張係数が過度に異なるものは使用を差し控えることが望ましい。
理由は、金属基板は酸化物絶縁層を形成させた金属部材として、ディスプレイの前面板ガラスや背面板ガラスに貼り合わせて用いられる。このため、熱膨張特性がガラスと近い金属材料を用いないと、接合部が剥離したり、全体に反りが発生したりする、貼り合わせ不良が起こり、ディスプレイとして正常に駆動させることが困難となり易いためである。
そのため、本発明においては、好ましい金属基板の材質として、Ｎｉ量によって熱膨張係数を調整しやすい質量％でＮｉ：４０〜５５％を含有するＦｅ−Ｎｉ系合金を用いることが好ましい。
これは、現状、用いられているガラスの熱膨張特性（一般的なガラス基板材料の熱膨張係数：４〜１０×１０−６／℃）に合わせるために必要なＮｉ量が質量％で４０〜５５％であるためである。
また、Ｎｉの一部をＣｒで代替させたＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ合金、同様にＣｏで代替させたＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等を用いることもできる。
更に、金属基板の種々の特性を劣化させない範囲で、生産コストが高くならないよう、不可避的な不純物を含んでいても構わない。
【００１４】
次に上述した本発明のディスプレイ用部材の製造方法について説明する。
先ず、本発明では金属基板に酸化物層を形成する。形成の方法は、上記の酸化物層の組成、厚みに調整できれば特に限定するものではないが、例えば、低コストで高速かつ均一な成膜に適するＣＶＤ法で形成すると良い。
そして、酸化物層を形成した金属基板を４００〜７５０℃で熱処理する。この範囲の温度で熱処理することによってＰ：１〜１６％を含有し、残部は実質的にＳｉとＯとからなる珪素酸化物を主組成とする酸化物層では、酸化物層を軟化させ、絶縁性を向上させることができる。また、Ｂを適量含有する酸化物層では、この熱処理によって不可避的に発生したピンホールやクラックを埋めることができ、更に絶縁性を向上させることができる。
本発明において、熱処理の上限の温度を７５０℃としたのは、７５０℃を超える温度範囲では金属基板に歪が生じて、ディスプレイ用部材として使用できない。金属基板にできるだけ熱履歴を与えないためには、熱処理の温度は低いほど好ましく６００℃を上限とするのが好ましい。
また、熱処理温度の下限を４００℃としたのは、４００℃未満の温度では酸化物層の絶縁性が不十分となる。好ましい熱処理温度の下限は５００℃である。
なお、熱処理の時間は特に限定はしないが、１０分〜２時間程度が好ましく、酸化物層の厚みや酸化物層のＢ添加量によって調整し、酸化物層のピンホールやクラックが埋まるように保持するとよい。
【実施例】
【００１５】
以下の実施例で本発明を更に詳しく説明する。
真空溶解により得られた質量％で４８％のＮｉを含有し、残部は実質的にＦｅ及び不可避的不純物からなるＦｅ−４８Ｎｉ鋼塊に、熱間及び冷間での塑性加工を施し、厚さ０．２ｍｍの板材を得た。
この板材にエッチングによりディスプレイの放電空間となる非貫通の孔を設け、図1に記載の形状に加工して、金属基板とした。
その後、金属基板の表面と裏面及び孔壁面に表１に記載の酸化物層をＣＶＤ法により形成して、ディスプレイ用部材としての金属背面板付き金属隔壁を作製した。
この金属隔壁に大気中で７００℃×１ｈｒの熱処理を施し、酸化物層を軟化させた。この酸化物絶縁層を有する金属隔壁に、蛍光体を塗布した後、５００℃で焼き付けた。
そして、前面板ガラスと４５０℃で接合して封着した後、４００℃で排気処理を実施した。そして、セル内にＮｅとＸｅの混合ガスを封入し、プラズマディスプレイ用パネルを作製して、性能を評価した。
絶縁耐圧の評価は、酸化物絶縁層を有する金属隔壁の平坦部において、隔壁の表側と裏側に金属球を接し、交流電圧を漸次大きくして印加していった際の絶縁破壊電圧を測定した結果である。
冷熱サイクル評価は、パネルの組み立て時の熱処理に相当する、大気中で５００℃×１ｈｒの熱処理条件で、酸化物絶縁層にクラックが見られなかったものを○、クラックが発生したものを×とした。
評価の結果を表１に示す。
【００１６】
【表１】
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【００１７】
表1の結果について説明する。
Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４において、Ｎｏ．１は、Ｐの含有量が低く、金属基板との熱膨張係数の整合性の問題から冷熱サイクル性が悪いため、パネルとして組み立てた際に酸化物絶縁層にクラックが発生して、絶縁耐圧が低下したため、ＰＤＰとして駆動させることができなかった。
本発明のＮｏ．２とＮｏ．３においては、絶縁耐圧が片面で１００Ｖ以上であって、良好な耐圧を示しており、ＰＤＰとして正常に駆動させることができた。
Ｎｏ．４については、Ｐの含有量が高いことから絶縁耐圧が１００Ｖ以下となり、実用化困難であると判断された。
【００１８】
また、Ｂを添加させたＮｏ．５〜Ｎｏ．７において、Ｎｏ．６とＮｏ．７については、Ｂの添加により、Ｂ無添加材のＮｏ．３に比べて、絶縁耐圧が向上していることが分かる。
Ｎｏ．５については、Ｂの添加量が僅かなため、絶縁耐圧はＮｏ．３レベルに留まっていた。
Ｎｏ．８とＮｏ．９においては、Ｐの含有量が少な過ぎたり、多過ぎたりするものであり、Ｎｏ．８については、Ｐの含有量が低く、金属基板との熱膨張係数の整合性の問題から冷熱サイクル性が悪いため、ＰＤＰに組立てた際に酸化物層にクラックが発生して、絶縁耐圧が低下したため、ＰＤＰとして駆動することができなかった。
Ｎｏ．９については、ＰＤＰとして駆動することはできたが、Ｐの含有量が高いことから絶縁耐圧が100V以下であり、消費電力を測定すると異常に大きく、実用化困難であると判断された。
Ｎｏ．１０は、酸化物層が薄いことから絶縁耐圧が低く、ＰＤＰとして駆動させることができなかった。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明は、ディスプレイ用部材として、金属基板を利用し、その絶縁層として熱処理によって軟化し易くピンホールやクラックを埋めることが容易な酸化物層を利用した、絶縁信頼性の高いディスプレイ用部材である。ディスプレイ用部材以外にも、微細加工や深孔加工による精細さ、強度、放熱性、絶縁性が不可欠な用途に適用でき、鉛を含むガラス部材の代替とした場合、環境負荷も大幅に軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一例を示す構成図である。
【符号の説明】
【００２１】
１  金属隔壁用基板
２  酸化物絶縁層
３  蛍光体層
４  金属背面板用基板
５  ガラス前面板
６  放電空間
【図１】
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