專利名稱：可重結(jié)晶的玻璃作為等離子體面板電極漿糊的礦物粘合劑的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于在玻璃基質(zhì)上生產(chǎn)電極的漿糊和制造等離子體面板瓦片(tile)的方法。更具體而言，本發(fā)明涉及在由玻璃，特別是鈉鈣玻璃制成的基質(zhì)上生產(chǎn)電極，例如那些用于等離子體面板的電極。
為了簡化描述和更好地理解提出的問題，本發(fā)明將參照等離子體面板的制造進行描述。然而，對于那些本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，很顯然本發(fā)明不僅僅局限于制造等離子體面板的方法，而可用于在類似條件下需要相同種類材料的所有類型的方法。
如現(xiàn)有技術(shù)已知的，等離子體面板，一般稱為PPs，為平面型的顯示屏，其操作原理為伴隨有發(fā)光的氣體放電。一般而言，PPs由兩個絕緣的玻璃制的瓦片組成，通常為堿石灰型，每個瓦片至少支撐一個傳導(dǎo)電極陣列并在它們之間形成一個氣體空間。瓦片是結(jié)合在一起的，以使電極正交排列。每個電極交叉點限定一充滿放電氣體的基本發(fā)光體單元。
等離子體面板的電極必須具有一定數(shù)量的特性，特別是當(dāng)它們在前瓦片上使用時。因此，為了不妨礙觀看，它們的橫截面必須很小，即在幾百μm2數(shù)量級。它們必須由優(yōu)良導(dǎo)電材料制成，使電極的電阻小于100歐姆。另外，所用材料必須可以低成本大規(guī)模生產(chǎn)。
當(dāng)前，使用兩種技術(shù)來制造等離子體面板的電極。
第一種技術(shù)由薄膜金屬沉積作用組成，該技術(shù)可以通過噴鍍或真空蒸發(fā)進行。在這種情況下，所用的材料是鋁或銅。也可以由放置在兩個鉻層之間的銅或鋁層組成。為限定電極，這種金屬涂層是局部蝕刻的。這種技術(shù)因為真空沉積作用和蝕刻廢水處理而成本相對昂貴。
第二種技術(shù)在于基于銀的漿糊或墨水的沉積作用。這種漿糊包含銀粉或銀含量至少為70％的金屬粉末混合物。該漿糊還包含礦物粘合劑。另外，它包含有機化合物，特別是樹脂，溶劑和任選的添加劑。該漿糊或者通過直接絲網(wǎng)印刷在局部沉積，或者在使用感光性漿糊時在整個表面沉積。然后使用掩膜使瓦片上的沉積層暴露。暴露的漿糊在堿性水介質(zhì)中顯影，然后整個組件在一般為500℃～600℃的溫度下烘焙。該技術(shù)由于不需要真空沉積設(shè)備而特別便宜。
在該技術(shù)中，和銀粉一起使用的礦物粘合劑是適于在烘焙過程中燒結(jié)(在液體介質(zhì)中)漿糊的銀顆粒并使電極附著在玻璃基質(zhì)上的玻璃料。文獻SU 1 220 497，US 5 851 732和US 5 972 564公開了可用于此目的的礦物粘合劑組合物，特別是可以在被增長的基質(zhì)上粘附的組合物。
文獻US 5 851 732講授了這種礦物粘合劑的軟化溫度是烘焙溫度的主要影響因素；該文獻公開了軟化溫度基本上低于500℃的組合物。
最后，這種礦物粘合劑必須能夠經(jīng)受住對在提供電極的玻璃基質(zhì)上沉積的介電層的烘焙，這種烘焙一般在高于電極漿糊烘焙溫度的溫度下進行；烘焙介電層的條件適合于在單元表面獲得光滑緊湊的表面，在那里將發(fā)生放電；烘焙介電層過程中達到的最高溫度一般超過500℃；如文獻JP11-329236所公開的，該烘焙可以和電極漿糊的烘焙同時進行。
然而，烘焙介電層，特別是在高于500℃的溫度下，可能導(dǎo)致如下缺點-形成氣泡和/或銀移動到介電層中，這導(dǎo)致特別討厭的淡黃色著色；-電極圖案的破裂和對基質(zhì)附著力的丟失。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于生產(chǎn)電極的漿糊以及可以用很便宜的方式消除這些缺點的制造等離子體面板瓦片的方法。
因而，本發(fā)明的主題為制造等離子體面板瓦片的方法，該方法包括如下步驟-用含金屬粉末，礦物粘合劑和有機化合物的漿糊以一種限定的圖案將電極沉積在基質(zhì)上；-在適于除去所述有機化合物和燒結(jié)所述粉末的條件下烘焙所述沉積的電極；其特征在于該礦物粘合劑的組成和烘焙條件是相配合的，使得該礦物粘合劑在烘焙后處于重結(jié)晶狀態(tài)。
借助于電極的礦物粘合劑重結(jié)晶態(tài)的優(yōu)點，在隨后的加熱處理中，特別是在高于沉積電極的烘焙溫度的溫度下烘焙介電層時，金屬，特別是銀的擴散被避免了，或者至少是顯著地減少了擴散，即使在該溫度高于500℃時。
優(yōu)選地，基質(zhì)是以鈉鈣玻璃為基礎(chǔ)的；在這種情況下，沉積電極的烘焙溫度優(yōu)選不超過470℃，從而避免了這種基質(zhì)的任何變形；既然礦物粘合劑允許這種低的烘焙溫度，那么優(yōu)選可重結(jié)晶的玻璃，該玻璃包含至少一種選自氧化鉛(PbO)，氧化硼(B2O3)，氧化硅(SiO2)，氧化鉍(Bi2O3)，氧化鋁(Al2O3)，氧化鋅(ZnO)和氧化釩(V2O5)的氧化物。
根據(jù)不同情況，該方法還包括如下步驟-在沉積電極后，沉積介電層；-在沉積的電極烘焙后，在高于烘焙沉積電極時達到的最高溫度的溫度下烘焙整個組件。
介電層的沉積可以在烘焙沉積的電極之后，也可以在烘焙沉積的電極之前。
在第一種情況下，該方法的步驟進行次序如下沉積電極，烘焙沉積的電極，沉積介電層，烘焙整個組件。
在第二種情況下，該方法的步驟按如下順序進行沉積電極，沉積介電層，“烘焙電極”，然后“烘焙整個組件”；在這種情況下，在兩次烘焙之間一般有一個包括維持第一個溫度的熱處理，該處理適于燒結(jié)電極漿糊的粉末和礦物粘合劑的結(jié)晶，而不會軟化介電層，然后保持第二個溫度在一個適于硬化介電層的較高溫度上。
一般而言，烘焙整個組件過程中達到的溫度或第二個維持的溫度超過500℃。
優(yōu)選地，電極漿糊包含3～25％，一般為10％的礦物粘合劑。優(yōu)選地，礦物粘合劑為可重結(jié)晶的玻璃；為了便于重結(jié)晶，特別是在低于或等于470℃的溫度下重結(jié)晶，該玻璃優(yōu)選包含至少一種選自鉻，氧化鉻，鋯，氧化鋯，鈦和氧化鈦的成分；為了在結(jié)晶方面充分有效，該成分在玻璃中的含量優(yōu)選至少為1％重量。優(yōu)選地，電極漿糊的金屬粉末為選自銀，銅，鋁及其合金中的一種金屬；該粉末優(yōu)選平均直徑為0.4～4μm，優(yōu)選為0.4～1μm。而且，該漿糊包含已知類型的有機化合物，例如溶劑型原料，感光性的或非感光性的樹脂，添加劑。
本發(fā)明更多的特性和優(yōu)點將在下面的描述呈現(xiàn)出來，該描述將參照附圖給出，其中-

圖1a和1b說明了本發(fā)明在玻璃基質(zhì)上制造電極的第一種方法；-圖2a至2d說明了本發(fā)明在玻璃基質(zhì)上制造電極的第二種方法；以及-圖3顯示了給出使用圖2a至2d方法的實施例中所用烘焙循環(huán)實例的曲線，但該曲線也可以用于圖1a和1b所述的方法。
本方法開始于常規(guī)的鈉鈣玻璃基質(zhì)；現(xiàn)在已知這種類型基質(zhì)如果必須經(jīng)歷高于或等于580℃溫度的處理，其幾何形狀將不可避免發(fā)生改變；其他基質(zhì)也可以在考慮之列。
為了在這種透明玻璃基質(zhì)上制造金屬電極，需使用包含金屬或?qū)щ姾辖鸱勰┑臐{糊成分，本發(fā)明的礦物粘合劑由可重結(jié)晶的玻璃和有機化合物組成，例如那些通常在這種類型漿糊中使用的。
優(yōu)選地，金屬粉末或?qū)щ姴牧戏勰殂y或銅粉，或含至少70％銀或銅的粉末。然而，根據(jù)其傳導(dǎo)電流的能力和成本可以使用其他類型的金屬粉末，特別是基于鋁或鋁合金的粉末。
優(yōu)選地，可重結(jié)晶的玻璃包含至少一種選自氧化鉛(PbO)，氧化硼(B2O3)，氧化硅(SiO2)，氧化鉍(Bi2O3)，氧化鋁(Al2O3)，氧化鋅(ZnO)和氧化釩(V2O5)的氧化物。
優(yōu)選地，該玻璃成分的選擇使得能夠進行烘焙，特別是能夠在烘焙溫度低于或等于470℃的溫度下燒結(jié)導(dǎo)電粉末，然后使礦物粘合劑結(jié)晶；因此，優(yōu)選軟化點低于450℃的礦物粘合劑；因為一般需要加熱到350℃以從電極漿糊中完全清除有機化合物，優(yōu)選軟化溫度超過350℃的礦物粘合劑。
所以，這種玻璃可以很容易地在烘焙條件下重結(jié)晶，也就是說因此在烘焙過程中發(fā)生大量的結(jié)晶，該漿糊的礦物粘合劑優(yōu)選包含至少一種選自鉻，鋯和鈦的金屬或氧化物形式的成分。有了這種成分，故特別容易決定烘焙條件，該條件允許這種粘合劑既充分軟化又能夠重結(jié)晶；軟化通常是為了便于燒結(jié)銀顆粒并保證結(jié)合和附著在基質(zhì)上；根據(jù)本發(fā)明，通過重結(jié)晶可以獲得一種粘合劑，該粘合劑中粉狀金屬，特別是銀的擴散將比在現(xiàn)有技術(shù)的要困難許多，因而能夠以一種非常便宜的方式限制(如果沒有消除的話)變黃問題。
上述成分的存在有利于一旦玻璃被加熱到軟化溫度就開始的結(jié)晶。舉例而言，如果所用玻璃的軟化溫度為380℃，例如含15％重量二氧化硅(SiO2)的硅酸鉛，并向其中加入5％鉻，然后在大約450℃發(fā)生快速結(jié)晶。從而，簡單地在450℃加熱15分鐘足以使大部分玻璃相轉(zhuǎn)化成結(jié)晶相，這樣該材料變得幾乎對溫度惰性。因此，在第二次更高溫度的烘焙中，特別是烘焙介電層時，甚至在熔化玻璃的存在下，例如特別用于介電層的硼硅酸鉛，也沒有出現(xiàn)發(fā)黃現(xiàn)象，包含結(jié)晶狀玻璃的電極圖案很穩(wěn)定，且沉積的電極依然附著在基質(zhì)上。
因此，使用低軟化溫度的玻璃，例如上面所述的，電極陣列可以在低溫下烘焙，同時還允許該玻璃重結(jié)晶；這種低溫烘焙的可能性有利地消除了任何鈉鈣玻璃變形的危險，因為烘焙是在低于或等于470℃的溫度下進行的。而且，因為450℃下烘焙比在580-590℃下烘焙的能耗低，可以明顯節(jié)約成本。此外，烘焙操作需要的爐子可以是均勻平均溫度的，即±5℃或者甚至±10℃；因而更加經(jīng)濟。
如上所述，用于制造等離子體面板電極的金屬墨水或漿糊的成分包含常規(guī)的有機化合物，特別是樹脂，溶劑或添加劑。這些有機化合物將根據(jù)是否為感光性或光成象的漿糊或墨水，或和所涉及的常規(guī)絲網(wǎng)印刷技術(shù)一起使用的漿糊或墨水而不同。
因此，對于可光成象的墨水，使用感光性的樹脂，該樹脂可以是正相的或者負相的。在這種情況下，感光性化合物可以是，例如，重鉻酸鉀，鈉或銨，或重氮化合物，或其他任何使所用樹脂對光(可見光和紫外線)敏感的成分。光敏化合物以0.1～1％的比例和樹脂混合，該樹脂可以是聚乙烯型的。固定其流變性或改善漿糊質(zhì)量的添加劑可以加到這種感光性樹脂中。這些添加劑可以是增塑劑，觸變劑，粘附-促進劑或表面活性劑型。在這種情況下，它們改變了樹脂溶液。如果添加劑是分散型的，它們用于穩(wěn)定礦物粉末的懸浮。因此，感光性漿糊或墨水包含如上所述的感光性樹脂，如上所述的添加劑，由金屬材料或含超過70％金屬原料(優(yōu)選銀或銅)的材料制成的填料，這些材料由平均直徑介于0.4～4μm，優(yōu)選為0.4～1μm的粉末組成，以及礦物粘合劑，該礦物粘合劑提供對基質(zhì)的附著力和金屬顆粒的燒結(jié)，其由如上所述的可重結(jié)晶的礦物玻璃組成，優(yōu)選不會引發(fā)樹脂自發(fā)聚合的礦物玻璃。該實例是基于聚乙烯樹脂的，而本發(fā)明適用于基于不同樹脂體系的各種商用組合物。
在用于傳統(tǒng)絲網(wǎng)印刷的墨水或漿糊的情況下，也就是說那些非感光性的，該漿糊因此包括一種或多種有機樹脂，例如，其中加入一種或多種有機溶劑和一種或多種有機粘合劑。通常使用的重的和非易揮發(fā)的溶劑選自萜品醇，丁基卡必醇和十二烷醇。實際的樹脂，例如由乙基纖維素或甲基丙烯酸酯組成的，溶解于這些溶劑中。添加劑以一種已知的方式加入，一方面用于改變樹脂溶液，此時這些添加劑為增塑劑，觸變劑，粘附-促進劑或表面活性劑型，另一方面用于穩(wěn)定礦物粉末的懸浮。在這種情況下，添加劑為分散劑。該漿糊還包含礦物部分，該礦物部分由下列物質(zhì)組成金屬填料，例如銀，銅或鋁，或富含銀，銅或鋁的材料，或基于鋁的合金(例如Al-Cu)，這些填料以粉末形式存在，其平均直徑為0.4～4μm，優(yōu)選為0.4～1μm，以及礦物粘合劑，例如上述的可重結(jié)晶的玻璃，可重結(jié)晶玻璃的作用在于保證在基質(zhì)上的附著和金屬顆粒的燒結(jié)。
在由玻璃，特別是堿石灰型玻璃制成的瓦片上，電極排列以形成PP矩陣的第一種實施方案將參照圖1a和1b進行描述。
根據(jù)本發(fā)明，使用裸玻璃(一般為堿石灰型玻璃)的瓦片10。制備漿糊，制得的漿糊包括-100g樹脂，通過將5g乙基纖維素溶于95g萜品醇而獲得；-150g平均直徑為0.8μm的銀粉；-20g可重結(jié)晶的礦物玻璃，通過將5％鈦加到硅酸鉍鋅中而獲得；-0.5g表面活性劑，象Brenntag Spécialités銷售的商標(biāo)為“OROTAN”850E那樣的表面活性劑。
這種漿糊以一種已知的方式用通過在“325孔”篩網(wǎng)上形成的掩膜進行絲網(wǎng)印刷的方式沉積，并提供即將制造的陣列模式，典型的電極11的陣列，其寬度為150μm，厚度為4μm。接著，這些在120℃下干燥10分鐘，然后在460℃烘焙20分鐘，以獲得所述的帶有重結(jié)晶態(tài)礦物粘合劑的電極11。
其次，如圖1b所示，沉積介電層，例如硼硅酸鉛玻璃層。這種層12通過絲網(wǎng)印刷沉積，然后在120℃干燥并在580℃下烘焙30分鐘。制造矩陣等離子體面板后面瓦片的方法可以通過用常規(guī)方式沉積擋板(barrier)和磷決定。
盡管使用了這些高處理溫度，再沒有觀察到介電層的變黃，由于電極陣列的礦物粘合劑處于重結(jié)晶狀態(tài)，銀擴散進入其中要比采用現(xiàn)有技術(shù)困難許多，故該層保持了高度透明性。
使用感光性漿糊制造等離子體面板瓦片的方法將參照圖2a～2d進行介紹。在這種情況下，使用玻璃(例如鈉鈣玻璃)瓦片20，其上通過絲網(wǎng)印刷在整個瓦片表面涂上漿糊或墨水21。這種感光性漿糊包含-100g感光性樹脂，例如由溶于100g水的10g 14/135級聚乙烯醇組成；-2g重鉻酸鈉，用作樹脂光敏劑；-100g平均顆粒直徑為0.8μm的銀粉；-15g不和感光性樹脂反應(yīng)的可重結(jié)晶的礦物玻璃，例如由氧化釩和氧化銀組成(軟化溫度340℃)，其中加入了5％氧化鋅；-1g表面活性劑，例如Brenntag Spécialités銷售的商標(biāo)為“OROTAN”850E的表面活性劑。
如圖2a所示，這種漿糊用通過在“325孔”篩網(wǎng)上形成的掩膜的絲網(wǎng)印刷來沉積，以形成覆蓋整個瓦片20表面的層21。層21在80℃下干燥5分鐘。
如圖2b所示，層21通過面罩22暴露在UV輻射下。如果樹脂是負相光刻膠，被轉(zhuǎn)換的圖案為掩膜的開放區(qū)。在所示的實施方案中，電極23的寬度為70μm，厚度為4μm。暴露的層在水中顯影，以除去部分24。然后，通過干燥，顯示出最終圖案23。
如圖2d所示，含玻璃料，例如硼硅酸鉛的漿糊然后通過絲網(wǎng)印刷常規(guī)地沉積，這種漿糊產(chǎn)生介電層25。
最后，如圖3所示，在一個相同的熱循環(huán)中烘焙由電極23陣列和介電層23組成的整個組件。在所示的實現(xiàn)方法中，該熱循環(huán)包括第一步，該步包括以10℃/分鐘的速度逐步升溫至第一個溫度420℃，以及隨后的20分鐘溫度維持。第一個溫度根據(jù)所用的可重結(jié)晶玻璃的性質(zhì)可以介于380℃～470℃之間。熱循環(huán)的第一步是設(shè)計用于在燒結(jié)之外，實現(xiàn)電極陣列的礦物粘合劑的重結(jié)晶。
在所示的實現(xiàn)方法中，第一步接著是第二步，其包括逐步升溫至580℃，并隨后在580℃保持30分鐘。第二個溫度根據(jù)所用介電層的性質(zhì)介于530℃～600℃之間。
盡管使用了這些高處理溫度，介電層并沒有任何發(fā)黃現(xiàn)象，由于電極陣列的礦物粘合劑處于重結(jié)晶狀態(tài)，銀擴散進入其中要比采用現(xiàn)有技術(shù)困難許多，所以該層保持了高度透明性。
這種實現(xiàn)方法可用于制造矩陣PP的后瓦片。也可以用于生產(chǎn)共面PP前瓦片的支撐電極。在這種情況下，由ITO(氧化錫銦)或氧化錫制成的透明地址電極可以預(yù)先在瓦片上制造。
根據(jù)另一種實現(xiàn)方法，用于制造等離子體面板電極的漿糊或墨水可用如下方式獲得制備樹脂溶液溶液R1。
溶劑萜品醇 73.5g樹脂N7-級乙基纖維素 7.0g增塑劑 SANTICIZER S 160 6.5g分散劑 卵磷脂 4.0g加入添加劑到R1中以獲得觸變粘合劑溶液B1。
樹脂溶液R1 91.0g觸變劑 THIXATROL9.0g通過混合如下成分制備銀墨水
粘合劑溶液 B1 20.0g銀粉 Ag DC10072.0g可重結(jié)晶的礦物玻璃 8.0g(18.5％SiO2，4.5％B2O3，72％PbO，5％Cr2O3)對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，很顯然，上述的實施例在不脫離本權(quán)利要求的范圍條件下可以有所不同，特別是在可重結(jié)晶玻璃，樹脂，溶劑等的成分上。
權(quán)利要求
1.一種制造等離子體面板瓦片的方法，該方法包括如下步驟-用含金屬粉末，礦物粘合劑和有機化合物的漿糊以一種限定的圖案將電極沉積在基質(zhì)上；-在適于除去所述有機化合物和燒結(jié)所述粉末的條件下烘焙上述沉積的電極；其特征在于該礦物粘合劑的組成和烘焙條件是相配合的，使得該礦物粘合劑在烘焙后處于重結(jié)晶狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述基質(zhì)是基于鈉鈣玻璃的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于烘焙沉積電極的溫度不超過470℃。
4.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的方法，其特征在于還包括如下步驟-在沉積電極后，沉積介電層；-在沉積的電極烘焙后，在高于烘焙沉積電極時達到的最高溫度的溫度下烘焙整個組件。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于在烘焙整個組件過程中達到的最高溫度超過500℃。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5的方法，其特征在于在沉積的電極被烘焙之后沉積介電層。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5的方法，其特征在于在沉積的電極被烘焙之前沉積介電層。
8.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的方法，其特征在于礦物粘合劑由可重結(jié)晶的玻璃組成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征在于所述玻璃包括至少一種選自鉻，氧化鉻，鋯，氧化鋯，鈦和氧化鈦的重結(jié)晶成分。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其特征在于重結(jié)晶成分在所述玻璃中的重量含量超過1％。
11.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的方法，其特征在于金屬粉末為選自銀，銅，鋁及其合金的一種金屬。
全文摘要
本發(fā)明涉及制造等離子體面板瓦片的方法，該方法包括使用含金屬粉末和礦物粘合劑的漿糊沉積電極，以及烘焙沉積的電極。根據(jù)本發(fā)明，礦物粘合劑的組成和烘焙條件是相配合的，使得在沉積的電極被烘焙后該粘合劑處于重結(jié)晶狀態(tài)。由于粘合劑處于重結(jié)晶狀態(tài)，消除了隨后的熱處理中的發(fā)黃問題。
文檔編號H01J11/02GK1395739SQ0180381
公開日2003年2月5日 申請日期2001年1月2日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月17日
發(fā)明者居伊·巴雷, 阿爾芒·貝蒂內(nèi)利 申請人:湯姆森等離子體公司