專利名稱：等離子體顯示裝置及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種等離子體顯示裝置及其制造方法，該裝置包含以矩陣排列的多個條形電極;在所述條形電極之間的每個固體交匯上的點狀放電區或像素區;和形成在每個所述放電區上的熒光膜。當所述熒光膜受到對應的放電區的紫外線激勵時發射光。
等離子體顯示裝置一般包含一對前后相互對置的基體以便其間形成放電區。所述放電空間包含一種He(氦)與少量的Xe(氙)和其它成份組成的混合氣體和一組設置在所述絕緣基體對置面上的條形電極。所述條形電極在所述放電空間中形成一矩陣圖形。所述矩陣將所述放電空間分隔成多個包含子空間的放電氣體區，在所述條形電極的每個交匯處對應一個像素，且一熒光膜設在每個所述子空間中。
尤其是，如
圖10所示，前絕緣基體1由玻璃片形成，其內表面包括一形成其上的膜片型光阻掩模2，且第一條形電極3在一個方向中并排設置在基體1的內表面上。這些電極3起陽極作用。另一基體或后基體4同樣由玻璃片形成且其內表面包括第二條形電極7，該電極在垂直于第一電極3的長度方向中延伸設置，這些電極7起陰極作用。這些第一和第二電極3、7由介質隔板8相互分隔。一點狀放電區9形成在第一和第二電極3、7的每個交匯處上。該放電區9包含有Xe的放電氣體。彩色顯示的點狀熒光膜10形成在每個第一電極3的表面上。通過印刷有絕緣膏的重疊的厚膜形成具有厚度在100微米至200微米之間的每個隔板8。放電氣體是一種含有He和Xe的兩組份混合氣體，或是一種含有He、Xe和其它適當成份的三組份混合氣體，或是一種單一氣體(如Xe)。該放電氣體在壓強10至500乇(這取決于其組份)下被密封于相應的放電區9中。
這種已有技術的等離子體顯示裝置的構成是通過重復的厚膜工藝在一絕緣基體上形成具有厚度在100至200微米之間的隔板以限定其上的多個點狀放電區，或是通過執行厚膜印刷工藝來形成上述隔板、并把包含有銀的膏體填入由所述隔板限定或包圍的槽縫中，然后焙燒(fire)該膏體以形成電極。之后，將熒光材料放入由所述隔板形成的凹口中并加以焙燒(fire)以形成復蓋一個印刷電極的熒光元件(即，配置在基體背面的那一個)。當這些前、后基體相互重疊時，在其間進行封焊、放電和密封其它氣體等以構成一等離子體顯示裝置。
已有技術的工藝，生產步驟太多，它減低了批量生產率且增加制造成本。由于電極、隔板和其它元件是通過重復厚壁印刷和焙燒步驟形成的，所以可能的點距受到限制。膜厚度必須高精度地控制。而且，基體必須重疊，因此，相互安裝精度要求很高。
本發明的目的在于提供一種易于制造、成本低和工作能更穩定的等離子體顯示裝置。
本發明的另一目的在于提供一種制造等離子體顯示裝置的方法，這種方法能更容易、有效地生產具有配置減小點距的大量電極的等離子體顯示裝置。
因此，本發明所涉及的等離子體顯示裝置包含第一介質基體;在該第一介質上的一方向中延伸的多個第一電極;第二介質基體;在該第二介質上的垂直于所述一方向的另一方向中延伸的多個第二電極;一用于限定多個象素區并用于安裝隔板和設置于所述像素區中的熒光材料的突梁，改進在于，其中突梁是用擴散圖形工藝(diffusionpatternedprocess)制造的，用這一工藝，一介質圖形層和一下面的無圖形介質層至少加到所述基體之一上，且形成有所述突梁圖像的圖形層被擴散到所述無圖形層上。
而且，本發明所涉及的制造等離子體顯示裝置的方法，它包含步驟提供介質基體;在所述基體之上形成沿一方向延伸的多個第一電極;在所述另一基體上形成沿垂直于所述一方向的另一方向中延伸的多個第二電極;在至少所述基體之一上形成突梁以限定多個像素區;和在所述像素區中設置熒光材料。改進在于，其中突梁是用擴散圖形工藝制造的，用這一工藝，一圖形介質層和一下面的無圖形介質層被加到至少所述基體之一上且形成有所述突梁的圖形層被擴散到所述無圖形層上。
在本發明的這種結構中，能將擴散圖形用于小厚度的層上，如在制造電子元件中那樣。通常，介質圖形層將在10至30微米范圍內，而無圖形介質層能具有10至100微米的更大厚度。圖形層的厚度主要受限于應用方式而不是考慮其可操作性。
圖形層中的溶劑量必須足以提供擴散用的溶液量給下面的層。于是，圖形層將包含至少10%重量的溶劑且可包含多至90%的重量，這取決于各聚合物的可溶解性關系。
進而在某些情況中，可以添加增塑劑或其它溶劑給下面的無圖形層，以便使聚合物更易受來自圖形層擴散的溶劑的影響。
一般說來，本發明的等離子體顯示裝置的組份制備的各個步驟類同于傳統的厚膜、綠帶(greentape)和聚合物技術領域中的普通技術人員已知的那些步驟。于是，下面的過程自身并不新，但是它表明配方和制備本發明中所用材料的一種較佳方法。
形成無圖形層的介質膏一般用一至兩英寸的200篩孔每秒兩次輾壓速度進行印刷。由于篩(sreen)的僅小部分開孔，所以圖形膏以高速涂復在介質上。
構成電極的導體膏用一個325至400篩孔的篩(sreen)進行印刷，這取決于導體厚度和所需溶解度。圖形膏也可用一個325至400篩孔的篩進行印刷，以便使傳遞給下面印刷的增塑劑的量最佳。由于更薄的膜片通常與導體一起使用，所以更細的篩和更少的印刷(printing)需要與介質一起使用。
任何已有技術所知的聚合物能用作準備上述膏質材料。這些聚合物的典型例包括纖維素聚合物、例如乙基纖維素、聚苯乙烯聚丙烯酸酯類(poystyrenepolyacrylates)(包括甲基丙烯酸酯)、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇縮丁醛、聚氯乙烯、酚醛樹脂等等。
聚合物技術領域中的那些技術人員將會認識到每種聚合物與大量不同類型的增塑劑或不揮發性溶劑相容。結果是適合的聚合物/溶劑/非溶劑的組合量是巨大的。
下面是與乙基纖維素(用于圖形膏的典型聚合物)相容的商業上可得到的幾種增塑劑的例子松香酸的酯類(松香酸甲酯);乙酸酯類(cumphenylacetate);已二酸衍生物(如己二酸芐辛酯、己二酸二異癸酯、己二酸三癸酯);壬二酸酯類如壬二酸二異辛酯;二苯甲酸二甘醇酯;二苯甲酸三甘醇酯;檸檬酸酯類如檸檬酸鹽三乙酯;環氧樹脂型增塑劑;聚乙烯基甲基醚類;單、二和三乙酸甘油酯;乙二醇二乙酸酯;聚乙二醇200至1000;鄰苯二甲酸酯類(二甲酯至雙丁酯);間苯二酸酯類(二甲酯、二異辛酯、二-2-乙基己酯);苯六甲酸酯類如三苯六甲酸三辛酯和三苯六甲酸異辛基異癸酯;肉豆蔻酸異丙酯;油酸甲酯和丙酯;棕櫚酸異辛酯;氯化石蠟、磷酸衍生物如磷酸三乙酯、磷酸三丁酯、磷酸三丁氧乙酯、磷酸三苯酯;聚酯類;癸二酸二丁酯;癸二酸二辛酯;硬脂酸丁氧乙酯;一硬脂酸1，4-丁二酯;蔗糖衍生物如蔗糖八乙酸酯;磺酸衍生物類如苯磺酰甲酰胺;或對苯二甲酸二辛酯。
用于乙基纖維素/增塑劑結合物溶劑/非溶劑系統包括溶劑(D.S.表示用羥乙基基團取代的程度)D.S.＝1.0至1.5吡啶、甲酸、乙酸、水(冷的)D.S.＝2二氯甲烷、氯仿、二氯乙烯、氯乙醇、乙醇、THF.D.S.＝2.3苯、甲苯、烷基鹵化物類、醇類、呋喃衍生物類、酮類、乙酸酯類、二硫化碳、硝基甲烷。D.S.＝3.0苯、甲苯、二氯甲烷、醇類、酯類。
非溶劑D.S.＝1.0至1.5乙醇.D.S.＝2.0烴類四氯化碳、三氯乙烯、醇類、乙醚、酮類、酯類、水。D.S.＝2.3乙二醇，乙酸酯(冷)。D.S.＝3.0烴類、萘烷、二甲苯、四氯化碳、四氫糖醇、二元醇類、正丙醚。
圖1是一個由本發明構成的等離子體顯示裝置的主要部份的立體剖視圖。
圖2是按照透視法縮小的等離子體顯示裝置的局部剖視的平面視圖。
圖3是顯示突梁和Y電極的結構的立體示圖。
圖4、圖5是表明本發明工藝步驟的順序一系列視圖。
圖6至圖9是表示本發明的另一種工藝步驟順序一系列視圖。
圖10是根據已有技術的等離子體顯示裝置的立體剖視圖。
參見圖1和圖2，這里顯示了本發明的一等離子體顯示裝置，這一裝置包括一對2毫米厚玻璃片的第一、第二介質基體1、2;多個在第二基體2的內表面上縱向延伸的X電極3(第一電極);多個在第2基體2的內表面上橫向伸展的Y電極4(第二電極);和許多能使放電的紫外線變換成可見光線的熒光物質。這個等離子體顯示裝置也包含一個矩陣形的或柵格形的突梁10，這個突梁定義多個像素區且也適用于提供一個隔板來保持第一基體1，和第二基體2之間的空隙。每一個X行電極3被裝置在介質層14上是為了與Y列電極之間電氣絕緣，并且另一個介層18被安裝在行電極3的上面，是為了和放電空間19隔開。保護層16可以安置在介質層18上。每一塊熒光物質5是通過把一種發光的彩色的熒光物灌入每一個由矩陣形的突梁10圍成的凹口13內而組成的。這個熒光物質可以是綠色的Zn2SiO4Mn，紅色的(Y，Gd)Bo3Eu3+，或蘭色的BaMgAl14O23Eu2+。
一個放電空間19，在基片1、2之間由矩陣狀的突梁組成。這一空間充填以任意合適的混合氣體。比如由氖和氙組成的氣體。在X電極3和Y電極4之間的交會處，形成一個放電單元。當某一個放電單元被充電，對應于這個充電單元的熒光物質就受激發而放射光。
在這樣的結構中，這個熒光物質5可以通過電極3和4的交匯有選擇地被激發。對于本發明的這個等離子體顯示裝置，從現在開始提到的任何結構成分請參照圖1-3。
在離這個等離子體顯示裝置中的突梁可以根據圖4和圖5中顯示的負作用圖形形成工藝來生產。這個等離子體顯示裝置是由梁或隔板的結構制做的。這種結構是負片圖形，并且由圖4所示的工藝順序開發的，或者是由圖5所示的用擴散圖形來共同開發的負圖形。
如圖4所示，一層薄膜介質膏23，被網板印刷到玻璃基片21。這種厚膜膏由彌散于有機媒介物的玻璃細膩粒子組成，形成一種酸性、不穩定的溶解于雙丁基苯二、增塑劑(dibutylphthalateplasticizer)和萜品醇的聚合物。印刷好層23后。通過十分鐘左右的加熱，使這一層的溫度升至80℃，這樣其中的萜品醇就被除去了。
如圖4(b)所示，圖形化的第二層25，被網板印刷到無容劑的厚膜層23上。這第二層是一種液體溶液，這種溶液由P-甲苯(P-toluene)磺酸、雙丁基苯二(dibutylphthalate)和萜品醇組成。
在形成圖形化的層25后，將該組合加熱到90°，在這期間，萜品醇從該層上蒸發、且酸和鄰苯二甲酸二丁酯被擴散到下面的厚膜介質層23的區域中，由此，酸與聚合物對酸不穩定的基團反應，以提供水可分散性(圖4(c))。
圖形化層25主要由少量殘留的酸和鄰苯二甲酸二丁酯組成。然后用pH值至少為7的水對其沖洗以便除去下面的擴散圖形化層25，該層主要包括增溶化的酸不穩定聚合物和厚膜層23的下面的圖像區域中的其它材料。完成水洗后，基體21的表面暴露在設在圖形層25下面的區域中，且一個極精確的圖形的負像保留在基體21的表面上(圖4(d))。于是，接著將圖形化的介質焙燒(fire)。
以這種方式，該層形成矩陣形的突梁10，這樣，每個像素區的放電空間由取決于像素間距大小的深度在25至100微米范圍之間的各個凹口13構成。當需要獲得更厚或更高的突梁時，人們可通過如圖4-8中所示的開發(development)重復一系列介質的印刷/干燥工藝過程。圖5概略顯示了生產相同的負圖形和應用2或3個擴散圖形步驟共同開發的情況的工藝過程。
獲得所需的突梁厚度之后，如前所述在玻璃基體21的表面焙燒介質，加上導體、在與基體21對置的另一玻璃基體2上形成行和列的電極。每組電極通過網板印刷工藝(厚膜工藝)制成，其中，應用了一種含有選自Au、Ni、Al、Cu和銀的元素為基本成分的膏體，然后焙燒該膏體以形成用于產生每組電極的電極層。再除去部分這種電極層的材料以產生電極。于是，該電極層的寬度可以比最終電極的寬度更寬。
通過應用網板印刷工藝，使玻璃基體2的整個表面涂覆硼酸鉛、即包含介質材料如氧化鋁或氧化硅的低熔玻璃膏。然后焙燒這種膏體以形成介質層14和18。玻璃基體2可包括形成在介質層上的氧化鎂的保護層16。
由突梁10限定的每個凹口13其底部填有熒光材料5。
當用于單色顯示時，通過將熒光材料沉積在相應凹口的內底面13上形成熒光材料5，如發射綠色光的Zn2SiO4。如果要提供多色顯示，則將用于發射紅(R)、綠(G)、和蘭(B)色的熒光材料相繼順序地沉積在X或Y方向中每個像素區域行或每個像素區域PA(圖3)的切面面積的內底面上。
當需要時，所述擴散圖形工藝可應用于基體1和2兩者以便制造突梁或整個隔板壁。
此后，將玻璃基體2疊放在顯示側玻璃基體1上。用密封玻璃密封玻璃基體1、2之間的空間，同時，放電混合氣體被包封在該空間中。于是完成了等離子體顯示裝置的組裝。
進而參見圖6和7，這里顯示了本發明等離子體顯示位置中的制造突梁或隔板壁的另一可選工藝，例如，一種用于制造介質膜中圖形的正作用非攝影法(apositive-actingnon-photographicmethod)，該方法包含順序步驟為a，將含有可溶于予定的溶劑或水中的固體有機聚合物的無圖形的第一層113加到基體111上;
b，將含有能降低溶劑中有機聚合物的溶解度的減溶劑(desolubilizingagent)的圖形化的第二層115加到無圖形的第一層113上;
c，加熱圖形化的第二層115，以完成將減溶劑按圖形擴散進入下面的第一有機聚合物層113并把聚合物的擴散圖形化區域提供給在溶劑中不溶解的第一層113;和d，通過在預定的溶劑中沖洗以便除掉下面第一層113的無圖形區域。
如果圖形化的第二層115的不溶粘料耗盡的區域可溶解于溶劑中，則它們在溶劑沖洗步驟(圖6(a)至(d))中將被清除。另一方面，如果圖形化的第二層115的不溶粘料耗盡的區域在溶劑中不可溶解，則在溶劑沖洗步驟之后它們仍得到保留(圖7(a)至(d))。
去除溶劑之后，包含有機聚合物的未圖形化的層113或包含在溶劑中不可溶解的聚合物的圖形化的層115和相應的有機聚合物層113被留在基體上以形成限定等離子體顯示中的像素區和形成放電空間的矩陣形突梁10。用于產生等離子體顯示器的余下步驟類似于前述工藝的步驟。
多道正作用擴散圖形步驟可用于建立隔板壁厚度。圖6和7概略表示涉及應用直到3個DP步驟的步驟。
作為選擇，人們通過使用圖8和圖9中所示工藝也可減少步驟開發數。圖8表示DP層在展開(development)溶劑中是不可溶解的。如果DP層在不溶試劑耗盡后變得可溶解，那么由于從緊靠所述層上面的DP層接收減溶劑之后較低的DP層保持不可溶性，故僅僅結構的頂部變得不可溶。這種情況圖示在圖9(f)至(i)。
如果需要，則上述方法也能應用于基體1和2兩者。
對于可用作分隔像素的隔板壁的突梁10，雖然已描述了本發明的某些實施例，但是這種隔板壁可形成在玻璃基體2的顯示側，與形成在第一基體1上的突梁10分開。
實施例1配制了兩種膏一種是如下的介質膏，另一種是如下的圖形-膏介質膏玻璃A15.78(克)玻璃B0.83氧化鋁A7.89氧化鋁B3.24鋁酸鈷0.08有機玻璃(甲基丙烯酸甲酯)5.36濕潤劑1.25叔丁基蒽醌0.50Shell Ionol
0.03丁基卡必醇
醋酸酯 14.10
鄰苯二甲酸丁酯芐酯0.75玻璃ASiO256.2%wtPbO18.0Al2O38.6CaO7.4B2O34.5Na2O 2.7K2O 1.6MgO0.8ZrO20.2玻璃A的D50約為4-4.5微米;它被磨碎并分類。以去除粗糙的和細小的碎片。玻璃A的D10大約為1.6微米;D90大約是10-12微米。它的表面積是1.5-1.8m2/g。
玻璃B是一種硼硅酸鋇玻璃。由于玻璃A的粒子尺寸大，所以玻璃B用來降低此介電復合材料的燒結溫度。它的配方如下BaO37.5%wtB2O338.3SiO216.5MgO4.3ZrO23.0氧化鋁A是一種1微米的粉末，這種粉末具有窄小的粒子尺寸范圍，它的粒子尺寸分布如下D10、D50和D90分別為約0.5微米、1.1微米和2.7微米。通過沉淀將其分類以排除粗粒和細粒，它的表面積為約2.7-2.8m2/g。
氧化鋁B的粒子大小平均為0.4微米，它的表面積大約為5m2/g。
圖形膏氧化鋁A60.0(克)氫化蓖麻油1.4溶劑油(mineralspirits)4.0著色劑2.2乙基纖維素T-2004.3萜品醇11.9鄰苯二甲酸丁酯芐酯16.2上述的膏組合物是用厚膜材料制備領域技術人員熟悉的方式來制備的，并被準備用于如下印刷可任意地一次、兩次或三次地印刷這種介質，每次印刷后都在80-90℃下干燥10-15分鐘，這樣來處理這些材料。這個圖形層是使用一個幾種通道開口(Viaopenings)尺寸的滿通道網板(aviafillscreen)來印刷的。然后將這個圖形膏再在80-100℃干燥5-10分鐘。
將加印層浸入1.1.1-三氯乙烷中經超聲波攪拌直到除掉加印的區域和加印的圖形膏下的區域被溶離，從而在介質中產生圖形。
5-7密耳的通道在85微米厚的介質膜中形成(wereresolved)，且具有良好的邊緣界限。這在分辨率和厚度兩方面大大優于網板印刷的單圖形步驟所得結果。
可選用的物質系統有許多使用選擇性增溶原理以產生厚膜圖形的方法。圖形可以是正片或負片工作，即加印的區域可以如實施例2-3那樣被溶解，或如通過用與水不相容的增塑劑加印一種在水中可展開的聚合物以保護下面的區域使其不被溶解，然后用含水增溶劑除掉未增塑的材下面的表格表明在本發明的方法使用中已討述過的丙烯酸聚合物增塑劑/溶劑的多個系統。
可供選擇的丙烯酸系(Acrylic)物質系統印刷樹脂加印圖形(under print resin)增溶劑(Solubilizer)減溶劑(Desolubi lizer)溶劑(負)(正)有機玻璃雙丁基(polymethyl-(dibutyl)methacrylate)鄰苯二甲酸酯甲基氯仿(phthalate)(methyl chloroform)聚甲基丙烯酸酯鄰苯二甲酸丁酯芐酯(polymethylacrylate)(Butyl Benzyl-phthalate)乙基羥基乙基纖維素(Ethylhydroxy cthyl ocllulose)聚甲基丙烯酸甲酯乙醇/水/氨水(polymethyl methacrylate)(CarbosetR)XPD- 三乙醇胺水1234(Triethanolamine)-鄰苯二甲酸二丁酯 K2CO3/水(Dibutyl phthalate)上面的樹脂可以組合。例如甲基和乙基丙烯酸酯可以結合以便使正片或負片工作有保護層。
下面的舉例表明已經證實的用于按照本發明制造等離子顯示裝置的方法的膏組合物。
舉例2和3含水擴散圖形(AqueousDiffusionPatterning)將一種鈣鋅硅酸鹽(A.calciumZincSilicate)玻璃和一纖維素載體(cellulosicvehicle)及3%的鄰苯二甲酸丁酯芐酯(butylbenzylphthalate)進行配制。將每種膏的膜網板印刷到一氧化鋁基體上并于90°-100℃下干燥。一種包含7克氧化鋁、3.5gTergitolTMN-6、3.15g萜品醇異構體和0.35克乙基纖維素的圖形膏被網板印Tergitol洗滌劑擴散到下面的介質層中。當干燥層用自來水沖洗時，則6密耳通道(Vias)獲得清晰的形成。在隨后的測試中，表明在下面的聚合物層中再使用增塑劑會進一步改進的分辨率。
如例2-3所述，在等離子體顯示裝置中執行擴散圖形工藝來制造分隔板壁是比較理想的。
然而，也能用其它方法來進行，例如，通過用與水不相容的增塑劑加印含水可展開(development)的聚合物以保護下面的區域，然后用水增溶作用(aqueoussolubilization)來除掉未增塑的材料。
權利要求
1.一種等離子體顯示裝置，它包含第一介質基體；在第一介質基體上某方向中延伸的多個第一電極；第二介質基體；在第二介質基體上沿與所述某方向垂直的另一方向延伸的多個第二電極；一突梁結構限定了多個像素區并適合于提供隔板壁；和熒光材料設置在所述像素區內，其特征在于，所述突梁通過擴散圖形方法制造，用該方法，一圖形化介質層和一下面的未圖形化的介質層被加到至少所述基體之一上，且用所述突梁的圖像形成的所述圖形化層被擴散到所述未圖形化的層中。
2.一種制造等離子體顯示裝置的方法，它包含步驟為提供介質基體;在所述基體之一上沿某方向延伸形成多個第一電極;在所述另一基體上沿與所述某方向垂直的另一方向延伸形成多個第二電極;在至少所述基體之一上形成突梁結構以限定多個像素區;和在所述像素區中設置熒光材料，其特征在于，所述突梁由擴散圖形方法制造，用該方法，一圖形化介質層和一下面的未圖形化的介質層被加到至少所述基體之一上，且用所述突梁的圖像形成的所述圖形化層被擴散到所述未圖形化的層中。
全文摘要
一種等離子體顯示裝置，它包含多個矩陣排列的條形電極；在所述條形電極之間的每個固體交匯處上的點狀放電區或像素區；和形成在每個所述放電區上并當其受來自相應放電區的紫外線激勵時發出光線的熒光膜。本發明還包含這種等離子體顯示裝置的制造方法。
文檔編號H01J9/24GK1088023SQ93116299
公開日1994年6月15日 申請日期1993年8月21日 優先權日1992年8月21日
發明者威廉·博蘭, 桑田龍助, 西井登, 卡爾·巴森·王, 山本康雄 申請人:E.I.內穆爾杜邦公司