（上海松下等离子显示器有限公司 浦东金穗路1398号）
摘要 本文总述近年来PDP中障壁结构单元的技术进展，重点讨论了各种单元结构（传统的条状结构、先锋公司的华夫结构、松下公司的不等宽结构、富士通日立公司的Del TA结构），以及障壁印刷法、喷砂法、填充法、感光性浆料法的制作工艺过程及新技术的发展。
关键词 ＰＤＰ（等离子体显示器） 障壁 单元结构 制作工艺 技术发展
The Developments of Cell Structure and Fabrication Process of PDP Barrier Rid
Mu Xinqiang, Pan Jianhua
( Shanghai Matsushita Plasma Display Panel Co. Ltd.)
Abstract: The latest developments of cell structure in recent years were reviewed. The topic was focused on the effects of the new cell structures (conventional strips, Waffle, DelTA, asymmetric cell). Meanwhile, the various manufacturing process and new technical development have been explored for the barrier rib cell. Which include printing, sand blasting, photo-additive, and photolightprocess method.
Key words: Plasma Display Panel, Barrier Rib, Cell Structure, Manufacturing Process, Technical Development
`
1.前言
在等离子显示屏的制造过程中，障壁的制作是整个等离子屏制造的关键。纵观PDP单元结构的变化，最突出的变化就是障壁结构的变化。目前各种等离子屏性能的不同，也突出的表现在障壁所形成的结构单元的不同。障壁各种单元结构有传统的条状结构、先锋公司的华夫结构、富士通日立公司的Del TA结构、松下公司的不等宽结构等。
彩色PDP器件中的障壁不仅起到分隔放电单元的作用，而且起到防止相邻放电单元之间的光串扰和电串扰的作用。障壁的制作又属精细加工技术，障壁制作的精度决定了器件所能达到的结构分辨率的高低。因此，高精细障壁制作是器件实现高亮度、大存储范围、高显示容量的一大关键工艺技术。
目前制作障壁的工艺方法主要有：丝网印刷法、喷砂法、填充法、印压成形法以及感光性浆料法等五种基本的方法,这几种方法各有优缺点。其中丝网印刷法、喷砂法以及感光性浆料法已被成功地运用到了实际的批量生产中。这三种方法也各有千秋，虽然目前均在实际生产中得到了应用，但还没有哪种方法能完全取代其它方法。如果把上述这些方法经过一定的优化、组合，很有可能会在不久的将来形成一种简单、可靠，且成本低廉的工艺方法，从而降低等离子屏的总体制造工艺难度和成本。
2. PDP障壁结构单元
典型的AC型PDP为三电极面放电结构，工作时在扫描电极与数据电极间施加电压激发单元中（Ne, Xe）等惰性气体，产生放电形成等离子体，同时发射出真空紫外线（VUV），转而激发光致荧光粉而间接产生可见光。发光单元处于两条条状障壁之间与显示扫描电极交汇处。由此，当某一对显示扫描电极与数据电极之间被点亮时，所发射的紫外光会射向上下相邻的单元，产生串扰。这样会使整个屏的分辨率下降。其次，由于紫外线射向邻近单元，使得该单元处紫外线总量减少，发光源强度降低，并且会伴随着能量转换效率下降。所以针对条状障壁上述缺陷，先锋公司和富士通公司分别提出了华夫(Waffle)结构障壁和DelTA结构的Meander障壁，松下公司也在不等宽障壁的基础上提出了井字型障壁。
2.1 华夫（Waffle）结构
华夫(Waffle)结构如图1所示，它与传统条状障壁不同的是在上下两个发光单元之间也增加了障壁，降低了串扰，将紫外线限制在单元内。同时由于该障壁的出现，可以在障壁侧面涂覆荧光粉，由此增加了荧光粉的面积，使得有效能量转换效率有所提高。试验结果表明，该结构可使亮度从350 cd/m2提高到560cd/m2。但是，该障壁的采用，相应会增加其它工艺难题：(1)相对于采用喷砂工艺制作传统的条状结构，会减少干膜光刻胶在喷砂时的脱离，但会对障壁材料、喷砂设备及条件有更高的要求。(2)对单元之间的对位、玻璃基板的膨胀率和烧结工艺提出了更严格的要求。(3)排气的难度迅速增大，由于单元之间无物理通道，在前后基板封接后，对排气充气工序提出了更高的要求。
在图1中，图（b）与图（a）是两种不同的Waffle结构，它们在结构上的主要不同是，障壁在水平方向设有间隙槽，它起到降低汇流电极与地址电极之间的电容量的作用。
(a) Waffle-structured Barrier Ribs (b) New Waffle-rib Cell Structure
图 1华夫(Waffle)结构示意图
2.2 Del TA结构
DelTA结构是蜂窝状结构，使得表面积最大化。同时上下单元专门备有通道，供排气充气用，在这一点上优于Waffle结构。由于这一结构的采用，不仅可以实现高亮度，而且实现了目前最高的发光效率。亮度可以达到1200 cd／m2，发光效率为2.15lm/W。并且这一结构可以不更改制造工艺及电路驱动方式。此外，DelTA单元结构的特点和优点还表现在：由于利用了大的发光面积，可以获得高的亮度。亮度与有效面积的比率是条形单元结构的1.8倍；由于障壁结构的弯曲，单元放电间隙面积增加，不放电间隙面积减小；上下障壁面的存在降低了放电区的光电串扰，从而可获得高的发光效率；所以这是一个非常理想的单元结构。
在图2的（b）中，横渡于宽处障壁等间隔的一对电极形成放电间隙，地址电极位于障壁通道中心。由于触发电压障壁窄处高于障壁宽处，所以放电仅会发生在障壁宽道处。在图（c）中，前面板电极与障壁对应，发光中心仍在障壁的中心处。但此单元结构对前后基板对位，ITO线条的精度，障壁与数据电极之间的对位有更高的要求。图(a)中汇流电极随着障壁的弯曲而弯曲，这使得电极对光发射的阻挡减小。同时透明电极形成弧形，在单元结构中心两透明电极间隙宽是最窄的，越往边上间隙宽越大。这就更进一步的减小了障壁对放电的影响，使放电中心更加集中。
图 2 DelTa结构示意图
2.3 不等宽单元结构
上面所述的华夫(Waffle)结构和Del TA结构中RGB三色荧光粉都是等宽的，但考虑到在RGB三色荧光粉发光效率不一致，而且衰减也不一致，这就带来色温和色平衡的寿命问题。特别是蓝色荧光粉发光效率相对偏低和衰减较快的问题。松下提出了不等宽结构，即各个条之间间距不相等（见图3），特别扩大了蓝色荧光粉的面积，成功地解决了色温偏低的问题。但是，不等宽结构会带来Vaddress电压偏差范围增大，但提高Vaddress电压，会降低对比度等问题，必须采用斜波启动驱动法。由于蓝色荧光粉的改进以及采用单扫描的方式，现在红、绿、蓝条宽已逐渐趋于相等。
同时，为了增加各色粉条的发光强度及发光效率，在上下水平方向又增加了障壁。使得荧光体的发光面积，亮度增加。此障壁的高度低于垂直方向障壁高度，如图3中（b）所示。此时障壁采用两次涂布两次露光，而荧光体涂布方式不变。
图 3 不等宽单元结构示意图
3. 障壁制作工艺
障壁起着保证单元放电空间，防止相邻单元间的光电串扰的作用。因此对障壁的制造要求：高度一致，形状均匀，顶部平坦；具有适度倾斜的截面形状，使荧光体在障壁侧面的附着容易；基本上是底部由反射率高的材料构成，来自荧光体的可见光的反射容易，顶部由反射率低的材料构成，以提高对比度；以尽可能少的材料用量形成所定高度等。
通常障壁设置在后基板一侧，在AC-PDP的场合，从要求制作工艺容易的角度上多采用条形障壁，障壁的截面形状在目前正在量产的42英寸板中高度为100μm～150μm，宽度为40μm～70μm，节距为200～300μm左右。
3.1丝网印刷法
等离子显示器障壁的形成，最初是利用丝网印刷法使浆料层层叠加的方式达到实用的。丝网印刷工艺通过印刷条件,丝网掩模和浆料的流变性的最佳组合,以获得强度,平坦性,尺寸稳定的高品质。丝网印刷法工艺制作障壁, 一次印刷充其量只能得到高度为30μm左右的图形，即使随着浆料技术的进步，也需要印刷数次方可完成。
丝网印刷法材料利用率高,但多次的印刷就要求：一方面通过以层次为单位来优化浆料的特性以控制障壁的形状，特别是高的形状保持性和良好的模板偏离性，障壁浆料中添加的树脂由于分子量的差异导致粘度特性等的时效变化有偏差，粘度特性稳定的化学合成材料的不断研究成为今后的主要课题。另一方面通过印刷机和丝网掩模双方的精度的提高来保证印刷条件的稳定性和再现性。
3.2 喷砂法
随着等离子显示器分辨率要求的提高，障壁形成工艺由丝网印刷法而转向喷砂法，它是比印刷技术较新的加工方法，正在被广泛采用。喷砂法是利用喷出研磨材料的粉未来切削障壁材料的方法，大致可分为切削障壁料的方式和切削基板玻璃本身的方法。前者作为大型PDP的量产技术正在普遍使用，而后者玻璃的切削率低，选址电极必须在障壁形成后再制作，还未能达到实用化水平。
图4示出切削障壁浆料的喷砂法。障壁浆料干膜形成用丝网印刷(printing)，照相凹版(gravure)，刮涂(doctor blade)，缝隙涂布(slot coat)等各种厚膜制作工艺形成。喷砂用的干膜光刻胶(DFR)，用加热辊滚贴装置来贴附，这时要保证与障壁干燥膜充分贴附。关于曝光可用超高压汞灯曝光装置进行，曝光方式采用平行光近接式曝光，近接式曝光装置的分辨率可达5μm左右的线宽和间隙，对于障壁制作可获得足够的分辨率。但是实际宽度被DFR的性能和膜厚所影响。显影采用无机碱水溶液进行喷淋显影。喷砂工序的重要参数有切削粒子(材料，形状)，喷射压力，喷射浓度，切削时间等；作为切削条件，在切削中作为掩模的DFR图形不会被剥脱。为确保放电空间必须能得到近乎垂直的障壁形状。在满足这些要求的同时也要求提高切削速度。为控制障壁截面形状，超量刻蚀成为必要，所以障壁的基底材料对喷砂具有耐蚀性是不可缺少的。
图4 障壁制作喷砂法工艺流程
喷砂之后进行障壁烧结，在有机树脂完全烧出的同时，玻璃被熔结使具有足够的强度，喷砂法比填充法具有更高的图形精度，事实上从42英寸板到21英寸SXGA板都可用它来制作障壁，但另一方面用喷砂刻蚀把浆料除去，使障壁材料损失很多这是一个缺点。
干膜光刻胶在去胶时易损坏障壁，且贴附时会与基板产生间隙，为此已提出了一个新的制作方法，即无干膜光刻胶的喷砂工艺。它是用感光性黑色陶瓷带取代干膜光刻胶作为喷砂时的抗蚀膜使用，并与障壁一起烧结，这样即弥补了干膜光刻胶的不足，又起到了提高对比度的作用。
3.3 填充法
填充法又称剥离法，它与喷砂法用刻蚀形成的方法比较是完全相反的工艺。在DFR的沟槽中填入浆料树脂通过干燥，烧结引起的图形收缩，使用的DFR膜厚必须达到200μm左右。
为了在DFR上形成宽70μm，形状比1:3左右的沟槽必须用平行光曝光装置进行曝光，通过曝光，显影条件的最佳化，得到所需截面形状的DFR图形。
浆料和DFR二者都必须进行优化，以避免填入时障壁浆料中所含的有机溶剂侵蚀DFR。此外，在填入时常会带入气泡，必要时对浆料进行脱泡处理。此外障壁的干燥脱膜必须有足够的强度以免在剥离时损坏障壁。总之，剥离法材料损失少，可形成侧面形状光滑的障壁。
填充浆料后除去光刻胶的方法有障壁浆料烧结前除去的方法（填充去胶法）以及与障壁浆料烧结的同时也烧去光刻胶的方法（填充同时烧成法）。
障壁浆料填充 DFR剥离 老炼烧结 光刻胶的贴附 光刻胶曝光 光刻胶显影
图5 障壁制作填充法工艺流程
3.4感光性浆料法
感光性浆料法是目前较先进的障壁制作工艺。首先用刮涂法或缝隙涂布在基板上形成感光性障壁浆料膜。干燥后进行曝光，这些工序反复2～3次，也可进行一次。然后进行显影，除去未曝光部分的浆料，这个方法的图形形成只进行曝光显影，工序简单，能降低工序成本，甚称理想工艺。
感光性障壁浆料是将感光性单体、聚合引发剂(重氮化合物等)、障壁材料的玻璃粉分散到碱性树脂或PVA系等基本树脂中。因玻璃粉散射曝光时的光，所以厚膜曝光一次是困难的，通常成膜，曝光反复几次后进行显影。为了减少反复的次数，对树脂和玻璃粉作了改进，目前已达到一次曝光量产的工艺水平。
图6 感光性浆料法的障壁露光工序
4.总结
除先锋公司的华夫结构、富士通日立公司的Del TA结构、松下公司的不等宽结构外，NEC针对RGB三色荧光粉色度性能的偏差，在前基板每个单元处分别添加滤色器，形成CCF（Capsulated Color Filter）结构，一方面改善RGB的三色色度性能，另一方面改善色平衡，提高色温。LG公司也提了CSP(Charge Storage Pad)结构方案，在透明介质层与MgO保护膜之间添加一透明导电材料（ITO）垫，形状为方形，相互间不连接，该导电体的存在可以一方面起屏蔽作用，另一方面又增加了电室，起到了储藏电荷的作用。可以平抑电流强度，延长放电时间，起到提高发光效率的作用。
目前，作为实际的量产工艺，正在应用的主流是丝网印刷法、喷砂法和感光性浆料法。丝网印刷法在材料成本上虽然是有利的，但精度和丝网掩模的寿命等课题还有待解决，喷砂法精度虽然没有问题，但材料的损耗多，所以今后材料的回收和再利用等是必要的。感光性浆料法实现一次曝光成为量产的条件，也是目前障壁制作工艺中较好的一种。
障壁制作是PDP工艺中最具有特征的工艺，是决定板子的成本，性能的重要因素。在上述障壁结构和制作工艺得到改进的同时，今后也会开发新的结构和制造技术。
[参考文献]
[1] O.Toyoda, et al., “A High Performance DelTA Arrangement Cell PDP with Meander Barrier Ribs,” Proc.IDW’99,p.599~602,1999.
[2] Y.Hashimoto, et al., “High-luminance and Highly Luminous-efficient AC-PDP with DelTA Cell Structure, “ Proc. SID’01,p.1328~1331,2001.
[3] T.Komaki, et al., “High luminance AC-PDPs with Waffle-structured Barrier Ribs.” Proc. IDW’99, p.599~602,1999.
[4] K.Takayama, et al., “Development of a New Picture-Adaptive CONTROL Technique for High Definition PDP with the Delta Tri-color Arrangement Cell Structure, “Proc. IDW’99, p.599~602,1999.
[5] Schemerhorn, J.D. et al., “A Controlled Lateral Volume Discharge for High Luminous Efficiency AC-PDP.” SID’00, p.106~109,2000.
[6] Kang, J. et al., “Panel Performance of RF PDP.” IDW’00, p.643~646,2000.
[7] Jae Sung Kim, et al., “Application of the New Panel Structure for High Luminous Efficiency in AC-PDPs.” SID’00, P.102~105,2000.
[8] Yoshirou Kuromitsu, et al., “New Process of Barrier-Rib Formation for AC PDPs.” Proc. SID’99,
[9] J.H.Choi. et al., “A Photopatternable Tape for PDP Conductor Application.” Proc. IDW’98,p. 499~502,1998.
作者简介：
牟新强 email：muxingqiang@163.com tel: 58996699-215 mobile phone: 13331833282
潘建华 email: jianhua pan@smpd.panasonic.com.cn tel: 58996699-245
fax: 58996980
