CN1311501C - 等离子体显示板 - Google Patents
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Abstract
等离子体显示板包括衬底、多个在衬底上形成的电极、覆盖在多个电极上的介电层以及覆盖在介电层上的保护层。保护层包含添加了0.1到3摩尔%ZrO2的MgO。
Description
相关申请的互相参考
本申请要求2003年10月21日在韩国知识产权局申请的韩国专利申请10-2003-0073520的优先权，在此参考其包括的全部内容。
技术领域
本申请涉及一种等离子体显示板，尤其是涉及一种具有改进特性的等离子体显示板的保护层。
背景技术
一般来说，等离子体显示板(PDP)是一种显示人物或图像的显示装置。操作中，在两个电极之间施加一预定电压，该电极设置在等离子体板的放电空间中，引起等离子体放电而产生紫外光。该紫外光激发磷膜而产生预定模式的可见光，从而显示出所需的图像。
等离子体显示板一般分为AC型、DC型或混合型。图10是普通AC型等离子体显示板的放电单元的分解透视图。如图10所示，等离子体显示板100包括前(或后)衬底111，多个在衬底111底部形成的寻址电极115，在具有寻址电极115的衬底111上形成的介电层119，多个在介电层119上形成的隔板肋123，其用以在阻止内部单元发生串扰的同时而维持放电距离，以及在隔板肋123上形成的磷层125。
在面对后衬底111的前衬底113上形成多个放电维持电极117，以致于它们通过预定的距离并与寻址电极115垂直地分离设置。介电层121和保护层127依次覆盖放电维持电极117。保护层127典型地由MgO构成，该层是透明的致使可见光可以通过。公知的是，这种基于MgO的保护层127可以保护介电层121，同时维持极好的电子发射能力。近来，其它材料也被研究用于形成保护层127。
MgO保护层厚度为3000到7000，保护介电层免受离子碰撞，并发射出二次电子以降低放电电压。各种技术如溅射、电子束沉积、离子束协助沉积(IBAD)、化学气相沉积(CVD)和溶胶-凝胶，以及近来的离子电镀技术被用于形成MgO保护层。
用电子束沉积技术，电子束被电磁场加速，朝MgO沉积材料碰撞，产生热并使之蒸发，由此形成MgO保护层。与电子束沉积技术相比，溅射技术使产生的保护层致密，并提供改进的晶体排列，但是造成高生产成本。用溶胶-凝胶技术，MgO保护层以液相形成。
作为形成MgO保护层的各种技术的另一种，最近离子电镀技术已被引入电离蒸发粒子步骤，并形成层。离子电镀技术类似于溅射技术，它为产生的MgO保护层提供了附着和结晶特性，但不同于后者，其优点是它提供了以8nm/s量级的高速沉积。
MgO材料也可以用单晶相或烧结形成。当单晶MgO材料熔化而形成沉积时，就很难控制杂质的浓度，因为固溶体受冷却速度的限制。因此，经常通过离子电镀技术，采用向烧结的MgO材料中定量地添加相应的掺杂剂来形成MgO保护层。
由于MgO保护层接触放电气体，MgO的数量和其层形成条件可以大大影响MgO保护层的放电特性和工作特性。因此，最好找到一种保护层的最佳材料成分，使之很好地适用于得到所需的工作特性。
发明内容
本发明提高了等离子体显示板的MgO保护层的工作特性。
在本发明的一个实施例中，提供了一种等离子体显示板保护层的最佳材料组合物。包括该改进材料组合物的等离子体显示板具有下列特征。
等离子体显示板包括衬底、多个在衬底上形成的电极、覆盖多个电极的介电层和覆盖介电层的保护层。保护层包括MgO，其具有0.1至3摩尔％的ZrO2，优选1.8至2.2摩尔％的ZrO2。
优选地，ZrO2作为MgO中的Zr固溶体。该保护层的透射率为90％或更高，其厚度为600nm或更大。保护层的折射率为1.45到1.74，同时具有柱状晶体结构。保护层可以由MgO颗粒制造，其包含的MgO具有0.1至3摩尔％的ZrO2。
附图说明
图1是根据本发明实施例的等离子体显示板的前板部分的透视图。
图2是一曲线图，其示出MgO-ZrO2保护层的沉积速度，作为添加ZrO2数量的函数。
图3示出MgO-ZrO2保护层的X射线衍射分析结果。
图4是一曲线图，其示出MgO-ZrO2保护层的折射率，作为ZrO2添加量的函数。
图5示出MgO-ZrO2保护层的堆集密度，作为ZrO2添加量的函数。
图6是一曲线图，其示出MgO-ZrO2保护层的表面粗糙程度，作为ZrO2添加量的函数。
图7示出MgO-ZrO2保护层的二次电子放电系数，作为ZrO2单位添加量的加速电压的函数。
图8示出MgO-ZrO2保护层的放电起始电压Vf和放电维持电压Vs，作为ZrO2添加量的函数。
图9示出直接沉积后未处理MgO-ZrO2保护层(ZrO2添加量：2摩尔％)，以及热处理的MgO-ZrO2保护层(ZrO2添加量：2摩尔％)的二次电子放电系数。
图10是普通交流型等离子体显示板的放电单元的分解透视图。
具体实施方式
现参照附图详细描述本发明的典型实施例如下。
普通的等离子体显示板中，保护层覆盖介电层的表面以保护其不受放电期间的放电气体的离子碰撞。
图1是根据本发明实施例的等离子体显示板的透视图。图中，仅仅分别示出根据实施例的等离子体显示板的前板部分。
如图1所示，多个第一电极17、介电层21和保护层27依次在衬底13上形成。虽然图1未示出，但是多个第二电极在面对衬底13的另一衬底上形成，同时垂直于第一电极17运行，并且介电层覆盖第二电极。隔板肋在介电层上形成，且磷膜在隔板肋之间形成。以这种方式来制造等离子体显示板的后板部分。
等离子体显示板的前板和后板部分在其周围涂上玻璃料，并通过玻璃料彼此密封。放电气体如Ne和Xe注入板的内部空间，由此完成等离子体显示板。
根据本发明实施例的等离子体显示板，通过从介电层的壁电荷到电极施加驱动电压，在电极中形成寻址放电。带有由寻址放电选择的放电单元，选择地施加在前板部分的一对电极上的交流信号在电极中形成维持放电。因此，形成放电单元的充满放电空间内的放电气体被激发，由此产生紫外光。紫外光激发磷以产生可见光，由此显示所需的图像。
保护层一般由MgO形成，因为它具有极好的抗溅射特性和高的二次电子放电系数。
使用例如溅射、电子束沉积，离子束协助沉积(IBAD)、化学气相沉积(CVD)、溶胶-凝胶以及近来的离子电镀技术形成MgO保护层。
MgO材料也可以用单晶相或烧结形成。然而，当单晶MgO材料熔化而形成沉积时，难以控制前述的杂质浓度。因此，根据离子电镀技术，优选通过采用在烧结的MgO材料中定量地添加相应的掺杂剂来形成MgO保护层。
形成颗粒(pellet)并烧结以构成MgO保护层沉积。由于颗粒的分解速度随其尺寸和形状而变化，颗粒的尺寸和形状可用于控制保护层的沉积速度。因此，作出各种尝试来优化颗粒的尺寸和形状。
由于MgO保护层接触放电气体，其含量和特性大大影响了放电特性。MgO保护层的工作特性很大程度取决于其含量和沉积条件。
已发现，当ZrO2添加到MgO以形成等离子体显示板的保护层时，可以提高保护层的特性。该层可由ZrO2和MgO的混合颗粒形成。
ZrO2作为固溶体添加到MgO中。添加的ZrO2量可以达到3摩尔％，在该点达到固溶体的极限。为了获得所需的特性，优选添加0.1摩尔％或更多的ZrO2。
因此，优选的ZrO2量是0.1到3摩尔％，最好是1.8到2.2摩尔％。
当ZrO2添加到MgO中时，减小了沉积速度。这是因为当MgO-ZrO2层沉积时，ZrO2的蒸汽压力比MgO大大减小。随着ZrO2添加量增加，MgO-ZrO2层的沉积速度进一步减小。
并且，当ZrO2添加到MgO中时，X射线的衍射峰值随着ZrO2数量的增加而2θ变为较小值。这意味着MgO-ZrO2层的点阵常数增大。这是因为当固溶于MgO中时，Zr具有大的离子半径。根据X射线的衍射峰值，添加ZrO2对MgO层的结晶度和排列无不良影响。
随着ZrO2量的增加，MgO-ZrO2保护层的折射率增大。这是因为ZrO2的折射率大于MgO的折射率。对于ZrO2含量为0.1到3摩尔％的MgO保护层，其折射率为1.45到1.74。
已发现，MgO-ZrO2保护层的堆集密度高于纯MgO层。据报道，随着保护层堆集密度的增加，提高了等离子体抗腐蚀特性。因此，在MgO-ZrO2保护层一例中，提高了等离子体抗腐蚀特性，并且生产的等离子体显示板显示出更长的寿命。
已发现，保护层的表面粗糙度高，由于光的散射抑制了可见光的透射率。因此，优选地是使用较低表面粗糙度的保护层。
当ZrO2添加到MgO层时，其表面粗糙度减小，直到添加的ZrO2量达到2摩尔％，在该点表面粗糙度增加。在本发明的MgO保护层中，其添加的ZrO2量为0.1到3摩尔％，其表面粗糙度(RMS平均值)为15nm或更小。即，本发明的MgO-ZrO2保护层具有极好的表面粗糙度。
进一步发现，包含的ZrO2大大提高了光学特性。因此，即使ZrO2添加到MgO层，其透射率变化很小。因此，在该例的MgO保护层中，添加的ZrO2量为0.1到3摩尔％，其透射率达到90％或更高。
当ZrO2添加到MgO层时，与纯MgO层相比，提高了其二次电子放电系数。例如，当添加的ZrO2的数量为2摩尔％，MgO-ZrO2保护层的二次电子放电系数是0.024到0.089，与纯MgO层相比为0.02到0.045。当二次电子放电系数增大时，放电电压减小，由此提高了装置在低压下的驱动和放电特性。
进一步发现，当ZrO2添加到MgO层时，放电起始电压(Vf)和放电维持电压(Vs)比纯MgO层减小了。例如，纯MgO层其放电起始电压为187V，且其放电维持电压为155V，然而当MgO层添加2摩尔％的ZrO2时，其放电起始电压为167V，且其放电维持电压为137V。即，由于添加ZrO2，提高了保护层的电压特性。
当ZrO2添加到MgO层时，保护层的工作特性也得到了提高。并且，当MgO-ZrO2层被热处理时，其防湿性得到改进，由此进一步提高了保护层的特性。而热处理阶段中的特定温度、时间和压力并非必要，优选在100℃或更高温度，在真空下进行20分钟或更长时间热处理。
当MgO-ZrO2溶液经历热处理后，MgO-ZrO2保护层的二次电子放电系数增大，但其放电起始电压和放电维持电压减小。
本发明的MgO-ZrO2保护层以600nm或更大的厚度形成。当保护层在混合方向上具有生长的柱状晶体结构时，可以获得容量提高的更好效果。
实施例1
当采取Mg(OH)2和ZrOCl2·8H2O作为原材料时，使用液相反应技术(LPE)。添加的ZrO2量为混合物的重量的0、1、2、3和4摩尔％。接着，该混合物与蒸馏水混合达到40％浓度，并用氧化锆球研磨以形成浆。
把该浆进行喷雾干燥，并在1000℃下进行1小时热处理。接着，在湿的环境下用10mm的氧化锆球研磨12小时。
此后，把目标材料再次用喷雾干燥，并在2000Pa的压力和室温下进行单向压缩，形成直径为5mm的颗粒。该颗粒在1600℃下烧结1小时。烧结的颗粒用于作为电子束沉积的原材料。
具有最大输出3kW电子枪的电子束沉积设备被用于沉积根据本发明的MgO-ZrO2层。其施加的电压恒定为4kW。考虑到电子枪和该颗粒之间的通道不同，当其应用电流从100mA改变到500mA时，MgO-ZrO2保护层被沉积。分析了目标层的沉积速度和表面粗糙度，把该电流恒定为250mA。电子束沉积设备的腔室保持在真空10到6托之间，MgO-ZrO2保护层沉积在相应的颗粒上，其添加的ZrO2量分别为0、1、2、3和4摩尔％。
关于沉积的MgO-ZrO2保护层的工作特性被加以评价。
图2是一曲线图，其示出MgO-ZrO2保护层的沉积速度，作为ZrO2添加量的函数。如图所示，已确认的是，添加ZrO2的保护层的沉积速度减小。可以相信，由于ZrO2蒸汽压力显著低于MgO蒸汽压力，故减小了沉积速度。
然而，当ZrO2添加量超过3摩尔％时，Zr超过固溶体的极限，并不再形成MgO固溶体。在此水平，沉积速度不再减小。因此，由于其中的固溶体的极限，优选ZrO2添加量为3摩尔％或更少。
图3示出MgO-ZrO2保护层的X射线衍射分析结果，其中(a)到(e)表明了ZrO2添加量分别为0、1、2、3和4摩尔％的情况。
在X射线衍射分析中，Cu-Kα作为目标，Ni作为滤波器。以每分钟2的速度进行测量。
如图3所示，随着ZrO2添加量的增加，X射线衍射峰值变为低的2θ度。这意味着具有大的离子半径的Zr固溶于MgO，且MgO-ZrO2保护层的点阵常数增大。
然而，在ZrO2量超过3摩尔％(在(d)中的峰值)处，因为Zr超过了固溶体的极限，故不能观察到峰值的任何变化。
其间，已证实当添加ZrO2时，从X射线衍射峰值观察到MgO-ZrO2保护层的结晶度和排列没有问题。
图4是一曲线图，其示出MgO-ZrO2保护层的折射率，作为ZrO2添加量的函数。如图中所示，目标层的折射率随着ZrO2添加量的增加而增大。当MgO保护层包含ZrO2的量为0.1到3摩尔％时，证实其折射率为1.74或更小。
图5示出MgO-ZrO2保护层的堆集密度，作为ZrO2添加量的函数。该堆集密度由Drnde模式和最大屏蔽模式测出。
如图5所示，已证实，具有Drude模式和最大屏蔽模式的MgO-ZrO2保护层的堆集密度高于纯MgO层。因此，对于添加ZrO2的MgO保护层，提高了等离子体的抗腐蚀特性，并延长了等离子体显示板的寿命。
图6是一曲线图，其示出MgO-ZrO2保护层的表面粗糙度，作为ZrO2添加量的函数。对具有相同组分的不同样品的表面粗糙度进行5次测量，没有明显偏差。因此，仅给出表面粗糙度(RMS)的平均值。
如图6所示，表面粗糙度减小，直到添加的ZrO2量达到2摩尔％才增大。当MgO保护层包含ZrO2的量为0.1到3摩尔％时，其表面粗糙度(RMS的平均值)为15nm或更小。即，本发明的MgO-ZrO2保护层具有极好的表面粗糙度。
用偏振光椭圆率测量仪(Plas Mos SD2302，德国)和紫外光/可见光分光计测出透射率。证实了所有情况下的透射率为90％或更高。
图7示出二次电子放电系数，作为基于ZrO2添加量的加速电压的函数。加速电压为100到200V，并使用了Ne气体。
如图7所示，MgO-ZrO2保护层的二次电子放电系数高于纯MgO层。特别是当ZrO2添加量为2摩尔％时，MgO-ZrO2保护层的二次电子放电系数为0.024到0.089，约为纯MgO层的二次电子放电系数0.02到0.045的两倍。即，当MgO-ZrO2保护层的二次电子放电系数增大时，放电电压减小，由此提高了低压下的驱动和放电特性。
图8示出MgO-ZrO2保护层的放电点火电压(Vf)和放电维持电压(Vs)，作为ZrO2添加量的函数。如图8所示，MgO-ZrO2保护层与纯MgO层相比，其放电点火电压和放电维持电压减小。特别是当ZrO2添加量为1.8到2.2摩尔％时，MgO-ZrO2保护层的放电起始电压和放电维持电压处于较低的级别，并得到最好的放电特性。
并且，为了提高保护层的潮湿电阻，把含有2摩尔％ZrO2的MgO-ZrO2层在真空150℃下热处理30分钟，并测出二次电子放电系数，接着与未处理样品的测量结果进行比较。
图9示出直接沉积后未处理的具有2摩尔％ZrO2的MgO-ZrO2保护层，和热处理后的具有2摩尔％ZrO2的MgO-ZrO2保护层的二次电子放电系数，作为加速电压的函数。
如图9所示，当热处理时，MgO-ZrO2保护层的二次电子放电系数增大。
如上所述，当保护层MgO包含0.1到2.2摩尔％的ZrO2时，作为等离子体显示板显示质量的电子发射容量提高了。
尽管本发明的优选实施例在上文已作详细描述，但应该清楚理解到，对该技术领域的技术人员来说，这里的基本发明概念的许多变形和/或修改仍然落在本发明的精神和范围之内，如附加的权利要求所定义。
Claims (10)
1.一种等离子体显示板，其中包括：
衬底；
多个在衬底上形成的电极；
覆盖在多个电极上的介电层；以及
覆盖在介电层上的保护层，保护层包含MgO和0.1到3摩尔％ZrO2。
2.如权利要求1中所述的等离子体显示板，其中，保护层包含1.8到2.2摩尔％ZrO2。
3.如权利要求1中所述的等离子体显示板，其中，保护层包含MgO中的固溶体ZrO2。
4.如权利要求1中所述的等离子体显示板，其中，保护层透射率为90％或更高。
5.如权利要求1中所述的等离子体显示板，其中，保护层厚度为600nm或更大。
6.如权利要求1中所述的等离子体显示板，其中，保护层折射率为1.45到1.74。
7.如权利要求1中所述的等离子体显示板，其中，保护层具有柱状晶体结构。
8.一种等离子体显示板的保护层用的MgO颗粒，其中，包含MgO和0.1到3摩尔％的ZrO2。
9.如权利要求8中所述的MgO颗粒，其中，包含1.8到2.2摩尔％的ZrO2。
10.如权利要求8中所述的MgO颗粒，其中，包含MgO中的固溶体ZrO2。
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