JP2000294145A

JP2000294145A - ガス放電パネル及びガス発光デバイス

Info

Publication number: JP2000294145A
Application number: JP9730899A
Authority: JP
Inventors: Ryuichi Murai; 隆一村井; Yusuke Takada; 祐助高田; Akira Shiokawa; 塩川　　晃
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-04-05
Filing date: 1999-04-05
Publication date: 2000-10-20

Abstract

(57)【要約】【課題】ＰＤＰをはじめとするガス放電パネルにおい
て、パネル輝度及び放電エネルギーの変換効率を向上さ
せるとともに、低電圧で駆動することを可能にすること
を目的とする。【解決手段】ガス媒体の封入圧力を従来より高い８０
０〜４０００Ｔｏｒｒの範囲に設定することによって、
従来よりも発光効率、輝度出力を向上させる。また、封
入ガス媒体をネオン、キセノン、ヂュトリウムとするこ
とで放電電圧、駆動電圧を低下させることが可能とな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表示デバイスなど
に用いるガス放電パネルに関し、特に、高品位、高詳細
用のプラズマディスプレイパネル等のガス放電パネルに
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ハイビジョンをはじめとする高品
位で大画面のテレビに対する期待が高まっている中で、
ＣＲＴ，液晶ディスプレイ（以下、ＬＣＤと記載す
る），プラズマディスプレイパネル（Plasma Display P
anel，以下ＰＤＰと記載する）といった各ディスプレイ
の分野において、これに適したディスプレイの開発が進
められている。

【０００３】従来からテレビのディスプレイとして広く
用いられているＣＲＴは、解像度・画質の点で優れてい
るが、画面の大きさに伴って奥行き及び重量が大きくな
る点で４０インチ以上の大画面には不向きである。ま
た、ＬＣＤは、消費電力が少なく、駆動電圧も低いとい
う優れた性能を有しているが、大画面を作製するのに技
術上の困難性があり、視野角にも限界がある。

【０００４】これに対して、ＰＤＰは、小さい奥行きで
も大画面を実現することが可能であって、既に４０イン
チクラスの製品も開発されている。

【０００５】ＰＤＰは、大別して直流型（ＤＣ型）と交
流型（ＡＣ型）とに分けられるが、現在では大型化に適
したＡＣ型が主流となっている。

【０００６】図１２は、従来の一般的な交流面放電型Ｐ
ＤＰの概略断面図である。

【０００７】図１２において、フロントカバープレート
１上に表示電極２が配設され、その上を鉛ガラス［Ｐｂ
Ｏ−Ｂ₂Ｏ₃−ＳiＯ₂ガラス］からなる誘電体ガラス層３
で覆われている。誘電体ガラス層３の表面は、酸化マグ
ネシウムからなる保護層４で覆われている。

【０００８】また、バックプレート５上には、アドレス
電極６と隔壁７と、赤または緑または青の紫外線励起蛍
光体からなる蛍光体層８とが配設され、誘電体ガラス層
３，バックプレート５，隔壁７に囲まれた放電空間９内
には放電ガスが封入されている。放電ガスの組成として
は、一般的にヘリウム［Ｈｅ］とキセノン［Ｘｅ］の混
合ガス系やネオン［Ｎｅ］とキセノン［Ｘｅ］との混合
ガス系が用いられており、その封入圧力は、放電電圧を
２５０Ｖ以下に抑えることを考慮して、通常、１００〜
５００Ｔｏｒｒ程度の範囲に設定されている（例えば、
「エスアイディー９４ダイジェスト１９９４年７
２７〜７３０頁」（Ｍ．Ｎｏｂｒｉｏ，Ｔ．Ｙｏｓｈｉ
ｏｋａ，Ｙ．Ｓａｎｏ，Ｋ．Ｎｕｎｏｍｕｒａ，ＳＩＤ
９４’Ｄｉｇｅｓｔ７２７〜７３０１９９４）参
照）。

【０００９】ＰＤＰの発光原理は、基本的に蛍光灯と同
様であって、電極に印加してグロー放電を発生させるこ
とによりＸｅから紫外線を発生し、蛍光体を励起発光さ
せるが、放電エネルギの紫外線への変換効率や、蛍光体
における可視光への変換効率が低いので、蛍光灯のよう
に高い輝度を得ることは難しい。

【００１０】この点に関して、応用物理Ｖｏｌ．５１，
Ｎｏ．３１９８２年ページ３４４〜３４７には、Ｈ
ｅ−Ｘｅ，Ｎｅ−Ｘｅ系のガス組成のＰＤＰにおいて、
電気エネルギーの約２％しか紫外線放射に利用されてお
らず、最終的に可視光に利用されるのは０．２％程度と
いうことが記載されている（光学技術コンタクトＶｏ
ｌ．３４，Ｎｏ．１１９９６年ページ２５，ＦＬＡ
ＴＰＡＮＥＬＤＩＳＰＬＡＹ９６’ Ｐａｒｔ５
−３，ＮＨＫ技術研究第３１巻第１号昭和５４年
ページ１８参照）。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】このような背景のも
と、ＰＤＰをはじめとする放電パネルでは、発光効率を
向上させて高輝度を実現させると共に放電電圧を低く抑
える技術が望まれている。

【００１２】このような要請は、ディスプレイの市場か
ら見ても存在する。例えば、現在の４０〜４２インチク
ラスのテレビ用のＰＤＰにおいて、ＮＴＳＣの画素レベ
ル（画素６４０×４８０個，セルピッチ０．４３ｍｍ×
１．２９ｍｍ，１セルの面積０．５５ｍｍ²）の場合に
は、１．２ｌｍ／ｗ及び４００ｃｄ／ｍ²程度のパネル
効率と画面輝度が得られている（例えば、「フラットパ
ネルディスプレイ１９９７年第５−１部１９８
頁」（ＦＬＡＴ−ＰＡＮＥＬＤＩＳＰＬＡＹ１９９７
Ｐａｒｔ５−１Ｐ１９８））。

【００１３】これに対して、近年期待されているフルス
ペックの４２インチクラスのハイビジョンテレビでは、
画素数が１９２０×１１２５で、セルピッチは０．１５
ｍｍ×０．４８ｍｍとなる。この場合、１セルの面積は
０．０７２ｍｍ²であって、ＮＴＳＣの場合と比べて１
／７〜１／８となる。

【００１４】そのため、４２インチのハイビジョンテレ
ビ用のＰＤＰを、従来通りのセル構成で作成した場合、
パネル効率は、０．１５〜０．１７ｌｍ／ｗで画面の
輝度は５０〜６０ｃｄ／ｍ²程度に低下することが予想
される。

【００１５】従って、４２インチのハイビジョンテレビ
用のＰＤＰにおいて、現行のＮＴＳＣのＣＲＴ並の明る
さ（５００ｃｄ／ｍ²）を得ようとすれば、効率を１０
倍以上（５ｌｍ／ｗ以上）に向上させることが必要とな
る（例えば、「フラットパネルディスプレイ１９９
７第５−１部２００頁」参照）。

【００１６】このような発光効率の向上と放電電圧の低
減という課題に対し、色々な研究、発明がなされてい
る。例えば、放電ガスの組成を工夫する試みがなされて
おり、特公平５−５１１３３号公報には、アルゴン（Ａ
ｒ）−ネオン（Ｎｅ）−キセノン（Ｘｅ）の３成分の混
合ガスの発明がある。

【００１７】この発明では、アルゴン（Ａｒ）を入れる
ことで、ネオン（Ｎｅ）からの可視発光色を減少させて
色純度を向上させているものの、放電効率が著しく低下
してしまう欠点がある。

【００１８】また、特許２６１６５３８号では、ヘリウ
ム（Ｈｅ）−ネオン（Ｎｅ）−キセノン（Ｘｅ）の３成
分の混合ガスを用いることが記載されている。これによ
って得られる発光効率は、ヘリウム（Ｈｅ）ーキセノン
（Ｘｅ）やネオン（Ｎｅ）ー（Ｘｅ）の２成分ガスより
も効率は向上しているが、ＮＴＳＣの画素レベルで１ｌ
ｍ／ｗ程度であって、効果が十分とは言えない。また、
放電電圧が上昇する課題と、ネオンの可視光による色純
度劣化の課題がある。

【００１９】本発明は、このような課題に鑑み、ＰＤＰ
をはじめとするガス放電パネルにおいて、放電エネルギ
の可視光への変換効率を向上させることによってパネル
輝度（発光効率）と色純度とを向上させ、同時に放電電
圧を低減させることを目的とする。ここでの発光効率の
向上とは、同じ電力を投入した場合により大きな輝度を
得ることである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、封入するガス媒体を、従来のガス組成に
換えて、ネオン，キセノン，ヂュウトリウム（Ｄ２）を
含む希ガスの混合物とすることによって、比較的少量の
キセノン（Ｘｅ）量で発光効率が向上すると共に放電電
圧を低下させることができる。

【００２１】また、ガス放電パネルにおいて、ガス媒体
の封入圧力を従来よりも高い７６０〜４０００Ｔｏｒｒ
に設定した。

【００２２】この構成によってパネル輝度（発光効率）
と色純度が向上される主な理由は、次のようなものであ
る。

【００２３】従来のＰＤＰにおいて放電に伴って発生す
る紫外線は、共鳴線（中心波長１４７ｍｍ）が大部分で
あるのに対して、上記のように封入圧力が高い場合（即
ち、放電空間内に封入されている原子の数が多い場合）
は、分子線（中心波長１５４ｎｍ，１７２ｎｍ）の割合
が多くなる。ここで、共鳴線は自己吸収（後述）がある
のに対して、分子線は自己吸収がほとんどないので、蛍
光体層に照射される紫外線の量が多くなり輝度が向上す
る。

【００２４】また、蛍光体における紫外線から可視光へ
の変換効率が、長波長側でより大きい傾向にあること
も、輝度が向上する理由ということができる。また同時
に、ネオン（Ｎｅ）からの可視光（共鳴線）が、封入ガ
ス圧力が高いため、ほとんどプラズマ内部で吸収され外
部に放出されない。

【００２５】このことで、従来問題となっていたネオン
（Ｎｅ）の可視光による色純度劣化の問題が解決され
る。

【００２６】また、封入圧力が大気圧以上であるため、
大気中の不純物がＰＤＰの中に侵入することが防止され
る。

【００２７】なお、封入圧力７６０〜４０００Ｔｏｒｒ
の範囲の中でも、７６０〜１０００Ｔｏｒｒ、１０００
〜１４００Ｔｏｒｒ、１４００〜２０００Ｔｏｒｒ、２
０００〜４０００Ｔｏｒｒの各範囲において、実施の形
態で説明するような特徴が見られる。

【００２８】封入圧力を高圧にしたときの、画像の書き
込みを容易にするために、フロントカバープレート１
か、バックプレート５のどちらか一方のプレートに、表
示電極とアドレス電極が誘電体を介して積層して形成さ
れた構成をとる。

【００２９】これは、封入圧力を高くすると放電開始電
圧が上がり、この結果、従来の構成のように表示電極と
アドレス電極間の距離が比較的長い場合は、アドレスが
かかりにくくなるという問題が発生するが、同じプレー
ト上に誘電体を介して積層させて接近形成することで従
来通りの信号電圧でアドレスすることが可能となるため
である。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。

【００３１】（ＰＤＰの全体的な構成及び製法）図１
は、本発明の一実施の形態に係る対向交流放電型のＰＤ
Ｐの概略断面図である。図１ではセルが１つだけ示され
ているが、赤，緑，青の各色を発光するセルが多数配列
されてＰＤＰが構成されている。

【００３２】このＰＤＰは、前面ガラス基板（フロント
カバープレート）１１上に放電電極１２と誘電体ガラス
層１３が配された前面パネル１０と、背面ガラス基板
（バックプレート）２１上に放電電極２２，誘電体ガラ
ス層２３，隔壁２５，蛍光体層２６が配された背面パネ
ル２０とを張り合わせ、前面パネル１０と背面パネル２
０の間に形成される放電空間３０内に放電ガスが封入さ
れた構成となっており、以下に示すように作製される。
なお、図１では便宜上、放電電極１２と放電電極２２を
断面で示しているが、実際には互いに直交して設けられ
ている。

【００３３】前面パネルの作製：前面パネル１０は、前
面ガラス基板１１上に放電電極１２を形成し、その上を
鉛系の誘電体ガラス層１３で覆い、更に誘電体ガラス層
１３の表面に微細な凹凸のある保護層１４を形成するこ
とによって作製する。

【００３４】本実施の形態では、放電電極１２は銀電極
であって、銀電極用のペーストをスクリーン印刷した後
に焼成する方法で形成する。

【００３５】また、鉛系の誘電体ガラス層１３の組成
は、酸化鉛［ＰｂＯ］７０重量％，酸化硼素［Ｂ₂Ｏ₃］
１５重量％，酸化硅素［ＳｉＯ₂］１５重量％であっ
て、スクリーン印刷法と焼成によって形成する。

【００３６】保護層１４は、アルカリ土類の酸化物（こ
こでは、酸化マグネシウム［ＭｇＯ］）からなり、（１
００）面配向或は（１１０）面配向された緻密な結晶構
造の膜であって、その表面に微細な凹凸を有した構造と
なっている。本実施の形態では、ＣＶＤ法（熱ＣＶＤ
法，プラズマＣＶＤ法）を用いて、このような（１０
０）面或は（１１０）面配向のＭｇＯ保護層を形成し、
次にこの表面にプラズマエッチング法で凹凸を形成す
る。なお、保護層の形成方法及びその表面への凹凸形成
方法については後で詳述する。

【００３７】背面パネルの作製：背面ガラス基板２１上
に、銀電極用のペーストをスクリーン印刷しその後焼成
する方法によって放電電極２２を形成し、その上に前面
パネル１０の場合と同様にスクリーン印刷法と焼成によ
って鉛系の誘電体ガラス層２３を形成し、さらにその上
に保護層２４を形成する。次にガラス製の隔壁２５を所
定のピッチで固着する。そして、隔壁２５に挟まれた各
空間内に、赤色蛍光体，緑色蛍光体，青色蛍光体の中の
１つを配設することによって蛍光体層２６を形成する。
各色の蛍光体としては、一般的にＰＤＰに用いられてい
る蛍光体を用いることができるが、ここでは次の蛍光体
を用いる。・赤色蛍光体：（ＹxＧｄ1-x）ＢＯ₃：Ｅｕ3+ ・緑色蛍光体：ＢａＡｌ₁₂Ｏ₁₉：Ｍｎ・青色蛍光体：ＢａＭｇＡｌ₁₄Ｏ₂₃：Ｅｕ2+ パネル張り合わせによるＰＤＰの作製：次に、このよう
に作製した前面パネルと背面パネルとを封着用ガラスを
用いて張り合せると共に、隔壁２５で仕切られた放電空
間３０内を高真空（ポンプの引き口で〜２×１０^-7Ｔｏ
ｒｒ）に排気した後、所定の組成の放電ガスを所定の圧
力で封入することによってＰＤＰを作製する。

【００３８】放電ガスの封入圧力は、従来の一般的な封
入圧力よりも高い５００〜４０００Ｔｏｒｒに設定する
が、好ましくは、大気圧以上の７６０〜４０００Ｔｏｒ
ｒの範囲に設定する。なお、従来の容器構成では、この
ような圧力のガスを封入する事は不可能であったが、隔
壁２５上部にガラスフリットなどの接着層を設け、前面
パネル１０と接合した本出願人の発明の容器を用いるこ
とで可能となった。

【００３９】封入する放電ガスとしては、発光効率の向
上と放電電圧の低下を図るために、従来のヘリウム−キ
セノン系やネオン−キセノン系といったガス組成に代え
て、ヘリウム（Ｈｅ），ネオン（Ｎｅ），キセノン（Ｘ
ｅ），ヂュトリウム（Ｄ２）を含む希ガスの混合物を用
いる。

【００４０】このような放電ガスの組成と封入圧力に設
定することによって、後述するように、パネル効率及び
パネル輝度を従来と比べて大きく向上させることができ
る。また、封入圧力が７６０Ｔｏｒｒ以上であれば、放
電空間３０の中が大気圧以上となるので、大気中の不純
物が放電空間３０の中に侵入することが防止される。

【００４１】本実施の形態では、ＰＤＰのセルサイズ
は、４０インチクラスのハイビジョンテレビに適合する
よう、セルピッチを０．２ｍｍ以下とし、放電電極１２
の電極間距離ｄを０．１ｍｍ以下に設定する。

【００４２】なお、封入圧力の上限値４０００Ｔｏｒｒ
は、放電電圧を実用的な範囲に抑えることを考慮して設
定している。

【００４３】すなわち、ＰＤＰにおいて、放電開始電圧
Ｖｆは、封入圧力Ｐと電極間距離ｄとの積［Ｐｄ積］の
関数として表すことができ、パッシェンの法則と呼ばれ
ている（例えば電子ディスプレイデバイス，オーム社、
昭和５９年、Ｐ１１３〜１１４参照）。そして、実用的
には、このＰｄ積を４以下に抑える必要があると考えら
れている。現在の電極形成技術と誘電体層形成技術で
は、電極間距離ｄの最小値は１０μｍ程度が限界である
ので、Ｐｄ積を４以下に抑えるためには封入圧力を４０
００Ｔｏｒｒ以下とする必要がある。

【００４４】（ＭｇＯ保護層の形成方法とその表面への
凹凸形成方法について）図２は、保護層１４，２４を形
成する際に用いるＣＶＤ装置４０の概略図である。

【００４５】このＣＶＤ装置４０は、熱ＣＶＤ及びプラ
ズマＣＶＤの何れも行うことができるものであって、装
置本体４５の中には、ガラス基板４７（図１における放
電電極及び誘電体ガラス層を形成したガラス基板１１，
２１）を加熱するヒータ部４６が設けられ、装置本体４
５内は排気装置４９で減圧にすることができるようにな
っている。また、装置本体４５の中にプラズマを発生さ
せるための高周波電源４８が設置されている。

【００４６】Ａｒガスボンベ４１ａ，４１ｂは、キャリ
アであるアルゴン［Ａｒ］ガスを、気化器（バブラー）
４２，４３を経由して装置本体４５に供給するものであ
る。

【００４７】気化器４２は、ＭｇＯの原料（ソース）と
なる金属キレートを加熱して蓄え、Ａｒガスボンベ４１
ａからＡｒガスを吹き込むことによって、この金属キレ
ートを蒸発させて装置本体４５に送り込むことができる
ようになっている。

【００４８】気化器４３は、ＭｇＯの原料（ソース）と
なるシクロペンタジエニル化合物を加熱して貯え、Ａｒ
ガスボンベ４１ｂからＡｒガスを吹き込むことによっ
て、このシクロペンタジエニル化合物を蒸発させて装置
本体４５に送り込むことができるようになっている。

【００４９】気化器４２並びに気化器４３から供給する
ソースの具体例としては、Magnesium Dipivaloyl Metha
ne［Ｍｇ（Ｃ₁₁Ｈ₁₉Ｏ₂）₂］、Magnesium Acetylaceton
e［Ｍｇ（Ｃ₅Ｈ₇Ｏ₂）₂］、Cyclopentadienyl Magnesiu
m［Ｍｇ（Ｃ₅Ｈ₅）₂］、Magnesium Trifluoroacetylace
tone［Ｍｇ（Ｃ₅Ｈ₅Ｆ₃Ｏ₂）₂］を挙げることができ
る。

【００５０】酸素ボンベ４４は、反応ガスである酸素
［Ｏ₂］を装置本体４５に供給するものである。

【００５１】熱ＣＶＤ法を行う場合：ヒータ部４６の上
に、誘電体ガラス層１を上にしてガラス基板４７を置
き、所定の温度（３５０〜４００℃）に加熱すると共
に、反応容器内を排気装置４９で所定圧に減圧する。

【００５２】そして、気化器４２または気化器４３で、
ソースとなるアルカリ土類の金属キレートまたはシクロ
ペンタジエニル化合物を所定の温度に加熱しながら、Ａ
ｒガスボンベ４１ａまたは４１ｂからＡｒガスを送り込
む。また、これと同時に、酸素ボンベ４４から酸素を流
す。

【００５３】これによって、装置本体４５内に送り込ま
れる金属キレート若しくはシクロペンタジエニル化合物
が酸素と反応し、ガラス基板４７の誘電体ガラス層の表
面上にＭｇＯ保護層が形成される。

【００５４】プラズマＣＶＤ法を行う場合上記の熱ＣＶＤの場合とほぼ同様に行うが、ヒータ部４
６によるガラス基板４７の加熱温度は２５０〜３００℃
程度に設定して加熱する共に、排気装置４９を用いて１
０Ｔｏｒｒ程度に減圧し、高周波電源４８を駆動して、
例えば、１３．５６ＭＨｚの高周波電界を印加すること
により、装置本体４５内にプラズマを発生させながら、
ＭｇＯ保護層を形成する。

【００５５】このように熱ＣＶＤ法またはプラスマＣＶ
Ｄ法によって形成されるＭｇＯ保護層は、Ｘ線解析で結
晶構造を調べると、（１００）面或は（１１０）面配向
である。これに対して、従来の真空蒸着法（ＥＢ法）に
よって形成したＭｇＯ保護層は、Ｘ線解析で結晶構造を
調べると（１１１）面配向である。

【００５６】なお、ＣＶＤ法によるＭｇＯ保護層の形成
において、（１００）面配向及び（１１０）面配向のい
ずれを形成するかは、反応ガスである酸素の流量をコン
トロールすることによって調整することができる。

【００５７】次に、プラズマエッチング法による保護層
への凹凸形成について説明する。

【００５８】図３は、ＭｇＯ保護層にピラミッド状の微
細な凹凸を形成するプラズマエッチング装置の概略図で
ある。

【００５９】装置本体５２の中には、保護層が形成され
た基板５３（図１に示す放電電極，誘電体ガラス層及び
ＭｇＯ保護層を形成したガラス基板１１，２１）があ
り、装置本体５２内は、排気装置５６で減圧にすること
ができ、Ａｒガスボンベ５１からＡｒガスを供給できる
ようになっている。また、装置本体５２には、プラズマ
を発生させるための高周波電源５４及び発生したイオン
を照射するためのバイアス電源５５が設置されている。

【００６０】このプラズマエッチング装置を用いて、ま
ず、反応容器内を排気装置５６で減圧にし（０．００１
〜０．１Ｔｏｒｒ）、ＡｒガスボンベからＡｒガスを送
り込む。

【００６１】高周波電源５４を駆動して、１３．５６Ｍ
Ｈｚの高周波電界を印加することによってアルゴンプラ
ズマを発生させる。そして、バイアス電源５５を駆動し
て基板５３に印加（−２００Ｖ）して１０分間Ａｒイオ
ンを照射することによって、ＭｇＯ保護層の表面をスパ
ッタする。

【００６２】このスパッタによって、ＭｇＯ保護層の表
面にピラミッド状の凹凸を形成することができる。

【００６３】なお、スパッタする時間や印加電圧等を調
整することによって、表面に形成される凹凸の寸法をコ
ントロールすることができる。また、表面がピラミッド
状の凹凸構造であることは、走査電子顕微鏡で確認する
ことができる。

【００６４】このように形成したＭｇＯ保護層は、以下
に述べるような特徴と効果がある。

【００６５】（１）ＭｇＯ保護層の結晶構造が（１０
０）面或は（１１０）面配向であるため、２次電子の放
出係数（γ値）が大きい。従って、ＰＤＰの駆動電圧の
低下及びパネル輝度の向上に寄与する。

【００６６】（２）ＭｇＯ保護層の表面がピラミッド状
の凹凸構造であるため、放電時には凸部の頂部に電界が
集中し、この頂部から多くの電子が放出される。従っ
て、線条グローや第２形グロー放電を生じやすく、且つ
安定してこのような形態の放電を発生させることができ
る。

【００６７】そして、線条グロー放電或は第２形グロー
放電が安定して生じると、従来のような第１形のグロー
放電が発生する場合と比べて、局所的に高いプラズマ密
度が得られることもあって、放電空間に多量の紫外線
（主に、波長１７２ｎｍ）が発生し、高いパネル輝度が
得られるものと考えられる。

【００６８】（グロー放電の形態についての説明）ここ
で、線条グロー放電及び第２形グロー放電について説明
する。

【００６９】「線条グロー放電」及び「第２形グロー放
電」について、放電ハンドブック（電気学会平成１年
６月１日発行Ｐ１３８）では、次のように説明されて
いる。

【００７０】『Ｋｅｋｅｚ，Ｂａｒｒａｕｌｔ，Ｃｒａ
ｇｇｓらは、論文「ジェイフィジデーアプライフ
ィジ第１３巻１８８６頁１９７０年」（Ｊ．Ｐｈｙ
ｓ．Ｄ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，Ｖｏｌ．１３，ｐ．１
８８６（１９７０））で、放電状態がフラッシオーバ
ー、タウンゼント放電、第１形グロー放電、第２形グロ
ー放電、アーク放電へと移行している。』図４は、この
論文に掲載されている過渡グロー，アーク移行の電流波
形を示すグラフである。

【００７１】第１形グロー放電は、通常のグロー放電に
相当し、第２形グロー放電は、陽光柱に放電エネルギー
が集中的に供給されつつある時期に相当する。

【００７２】図４において、第１形グロー放電は、電流
値がやや低く安定しているｔa〜ｔcの時期であり、第２
形グロー放電は、ｔd〜ｔeの時期である。線条グロー放
電は、第１形グロー放電から第２形グロー放電への移行
するｔc〜ｔdの時期である。そして第２形グロー放電か
らアーク放電に入る。

【００７３】このように第１形グロー放電は安定である
の対して、線条グロー放電や第２形グロー放電は、電流
が不安定であって、アーク放電に移行する可能性が高い
と考えられるが、アーク放電に移行すれば、発熱を伴い
放電ガスが熱電離したりするため望ましくない。

【００７４】ところで、従来からＰＤＰにおける放電
は、第１形グロー放電で行われているが、本実施の形態
では、線条グロー放電或は第２形グロー放電を比較的安
定して生じさせることができると考えられる。これによ
って、放電の陽光柱での電子密度を高くし、エネルギー
を集中的に供給させ、紫外線の発光量を増加させること
が可能と予想される。

【００７５】（放電ガス中の封入圧力と発光効率との関
係について）本実施形態では、上述のように放電ガスの
封入圧力を従来より高く設定しているが、これによっ
て、発光効率が向上する理由を説明する。

【００７６】まず、封入圧力を高く設定することは、上
記の線条グロー放電或は第２形グロー放電といった放電
形態を生じさせるのに有利と考えられるので、この点を
紫外線の発光量の増加の理由の一つとして挙げることが
できる。

【００７７】次に、以下に説明するように、紫外線の波
長が長波長側（１５４ｎｍ及び１７３ｎｍ）にシフトす
る点を挙げる事ができる。

【００７８】ＰＤＰの紫外線の発光機構としては、大別
して共鳴線と分子線の２つがある。

【００７９】従来は、放電ガスの封入圧力が５００Ｔｏ
ｒｒ未満であったため、Ｘｅからの紫外発光は１４７ｎ
ｍ（Ｘｅ原子の共鳴線）が主であったが、封入圧力を７
６０Ｔｏｒｒ以上に設定することによって、長波長であ
る１７３ｎｍ（Ｘｅ分子の分子線による励起波長）の割
合が増大する。そして、波長１４７ｎｍの共鳴線よりも
波長１５４ｎｍ及び１７３ｎｍの分子線の割合を大きく
することができる。

【００８０】図５は、Ｈｅ−Ｘｅ系の放電ガスを用いた
ＰＤＰにおいて、封入ガス圧を変化させたときに、発光
する紫外線の波長と発光量との関係がどのように変化す
るかを示す特性図であって、「オープラスイー（ＯＰ
ｌｕｓＥ）番号１９５１９９６年のＰ．９８」に記載
されているものである。

【００８１】この図において、グラフの波長１４７ｎｍ
（共鳴線）及び波長１７３ｎｍ（分子線）におけるピー
ク面積は発光量を表わす。従って、各波長の相対的な発
光量は、このようなグラフのピーク面積から知ることが
できる。

【００８２】圧力１００Ｔｏｒｒにおいては波長１４７
ｎｍ（共鳴線）の発光量が大部分を占めているが、圧力
を大きくするに従って、波長１７３ｎｍ（分子線）の発
光量の割合が増え、圧力５００Ｔｏｒｒにおいては、波
長１７３ｎｍの発光量の方が波長１４７ｎｍ（共鳴線）
の発光量より大きくなっている。

【００８３】このように紫外線の波長が長波長側にシフ
トするのに伴って、（１）紫外線の発光量の増大と
（２）蛍光体の変換効率の向上という効果が得られる。
各々について、以下に説明する。

【００８４】（１）紫外線発光量の増大図６は、Ｘｅのエネルギー順位と各種反応経路を図示し
たものである。

【００８５】共鳴線は、原子内にある電子が、あるエネ
ルギー順位から他のエネルギー順位に移動するときに放
出されるもので、Ｘｅの場合１４７ｎｍの紫外線が主に
放出される。

【００８６】しかし、共鳴線には誘導吸収という現象が
あり、放出した紫外光の一部が基底状態のＸｅに吸収さ
れる。これらの現象は一般に自己吸収と呼ばれている。

【００８７】一方、分子線では、図６にあるように、励
起した２つの原子、あるいは励起した原子と基底状態の
原子が一定の距離以下に近づいたときに紫外線を放出
し、２つの原子は基底状態に戻る。このため、吸収がほ
とんど見られない。

【００８８】これらを定性的に確認するために、以下の
ように簡単な理論計算を行って、実験結果と比較した。

【００８９】先ず、共鳴線の発生量（Ｖ147）は、電子
密度ｎｅ、原子密度ｎ0とすると、Ｖ147 ＝ａ・ｎｅ・
ｎ0 で表され、吸収量（Ｖabs）は、吸収係数をｂ（通
常１０^-6程度）、プラズマ長をｌとすると、Ｖabs ＝ｅ
ｘｐ（−ｂ・ｎ・ｌ）で表される。

【００９０】一方、分子線の発生量（Ｖ172）は、Ｖ172
＝Ｃ・ｎ⁴＋ｄ・ｎ³〜Ｃ・ｎ⁴となる。分子線には、吸
収はほとんどないが、幾何学的な物理散乱を考慮する
と、Ｖ172＝Ｃ・ｎ⁴−ｎ^2/3となる。

【００９１】従って、総紫外線量Ｖは、Ｖ＝ａ・ｎｅ・ｎ0−ｃ・ｅｘｐ（−ｂ・ｎ・ｌ）＋Ｃ
・ｎ⁴−ｎ^2/3 で表される。ただし、ここでａ，ｂ，ｃは任意定数であ
る。

【００９２】放電ガス圧力の変化に対する共鳴線、分子
線、総紫外線の計算値を図７のグラフに示す。図７にお
いて、横軸は任意軸であるが、分子線の効果を十分に出
すには、ある程度以上のガス圧力が必要なことがわか
る。

【００９３】尚、放電ガスとして、ＰＤＰで通常使用さ
れているＮｅ（９５％）−Ｘｅ（５％）を用いて、ガス
圧力に対する紫外線出力を真空チャンバー実験で調べた
ところ、その実験結果は、図７の●印に示すように上記
の予想に近い特性を示した。

【００９４】（２）蛍光体の変換効率の向上図８
（ａ），（ｂ），（ｃ）は、各色蛍光体について励起波
長と相対放射効率との関係を示す特性図であって、「オ
ープラスイー（ＯＰｌｕｓＥ）番号１９５１９９
６年のＰ．９９」に記載されているものである。

【００９５】この図８から、いずれの色の蛍光体につい
ても、波長１４７ｎｍと比べて長波長１７３ｎｍの方が
相対放射効率が大きいことがわかる。

【００９６】従って、紫外線の波長が１４７ｎｍ（Ｘｅ
の共鳴線）から長波長の１７３ｎｍ（Ｘｅの分子線）に
シフトして、長波長の割合が大きくなれば、蛍光体の発
光効率も増大する傾向を示すということができる。

【００９７】（封入圧力と発光効率と放電電圧との関係
について）上記図７の全紫外線の変化の傾向から、更に
次のような考察ができる。

【００９８】ガス圧力が４００〜１０００Ｔｏｒｒの範
囲では、ガス圧力を増加させるのに伴って紫外線出力が
増加するが、１０００Ｔｏｒｒ付近で飽和状態となり紫
外線出力の増加がほとんどなくなる。

【００９９】そして、更にガス圧力を増加させていく
と、１４００Ｔｏｒｒ付近から再び紫外線出力が増加
し、２０００Ｔｏｒｒを越える付近までは増加が続く。

【０１００】この領域から更にガス圧力を増加させてい
くと、紫外線出力の増加がやや緩やかになる領域がある
が、これは物理散乱項が効いてくるためと考えられる。

【０１０１】なお、図７には示されないが、上記理論式
から予想されるように、この領域を越えても、更にガス
圧力を増加させていくと、紫外線出力は増加すると考え
られる。

【０１０２】以上の考察に基づいて、放電ガスの封入圧
力の好ましい範囲（７６０〜４０００Ｔｏｒｒ）を、更
に、７６０〜１０００Ｔｏｒｒ（領域１）、１０００〜
１４００Ｔｏｒｒ（領域２）、１４００〜２０００Ｔｏ
ｒｒ（領域３）、２０００〜４０００Ｔｏｒｒ（領域
４）という４つの領域に分け、以下のように考察した。

【０１０３】紫外線出力量だけを考えると、もちろん領
域４が最良であるが、ガス圧が高くなるとＰｄ積が上昇
し、放電電圧が上昇する傾向がある。ここで、電極間距
離を小さく設定すればＰｄ積を抑えることが可能である
が、電極間距離ｄを縮小するほど、より高度な誘電体の
絶縁技術が必要となるので、領域１、２，３，４の順で
技術的な難度は高くなると考えられる。

【０１０４】例えば、図７において、図中のＡに相当す
るＰＤＰ（ガスは、Ｎｅ−Ｘｅ（５％））では、放電開
始電圧が２００Ｖであるが、図中のＢに相当するＰＤＰ
では放電開始電圧は４５０Ｖであった。

【０１０５】これより、領域１に該当するＰＤＰは、放
電開始電圧が大体２５０Ｖ以下（製造バラツキを考える
と２２０Ｖ以下がより望ましい）であって、従来のＰＤ
Ｐの誘電体の絶縁技術やドライバー回路の耐圧技術を利
用できるが、領域３や領域４のＰＤＰの場合は、電極間
距離ｄをかなり小さく設定するために、高度な技術が必
要で、コスト的にも高くなると考えられる。

【０１０６】このため、放電開始電圧が低くて（高ガス
圧化で２５０Ｖ以下、望ましくは２２０Ｖ以下）、かつ
発光効率が現状もしくは、それ以上（ガス圧力が現行技
術の５００Ｔｏｒｒ程度で、同程度の効率であれば、封
入ガス圧力を上げることでその分単純に効率が上がる）
の混合ガスを発明する必要があった。

【０１０７】（ガス組成と放電電圧との関係について）
上述したように、本実施の形態では、放電ガスとして、
ネオン（Ｎｅ），キセノン（Ｘｅ），ヂュトリウム（Ｄ
２）を含む希ガスの混合物を用い、キセノンの含有量は
５体積％以下、ヂュトリウムの含有量は１体積％以下と
することが好ましい。

【０１０８】これは、このようなガス組成を用いること
によって、従来のＮｅ（９５％）−Ｘｅ（５％）やＨｅ
（９５％）ーＸｅ（５％）のようなガス組成を用いる場
合と比べて、放電開始電圧を大きく低下でき同時に高ガ
ス圧力下で効率向上を実現できるからであるが、この点
について、図９で説明する。

【０１０９】図９は、横軸にガス圧力を、縦軸にそのと
きの放電開始電圧をとったグラフである。従来のＮｅ−
Ｘｅ（５％）ガスに比べて、Ｄ２を入れた物は、放電開
始電圧が２０００（Ｔｏｒｒ）で、やく５０Ｖ低くする
ことが可能となっている。

【０１１０】（その他の事項）なお、このような好まし
いガス組成を用いれば、５００〜７６０Ｔｏｒｒの範囲
の封入圧力であっても良好な放電効率と放電電圧の低減
効果を得ることができるが、ガスの封入圧力を７６０〜
４０００Ｔｏｒｒの範囲内に設定すればより効果的であ
る。

【０１１１】また、本実施の形態のＰＤＰでは、隔壁２
５を背面ガラス基板２１上に固着して背面パネルを構成
する例を示したが、本発明は、これに限定されることな
く、例えば隔壁が前面パネル側に取り付けられたもの等
にも適用でき、一般的なＰＤＰあるいはガス放電パネ
ル、さらにガス発光デバイスに対して適用することがで
きる。

【０１１２】またガラスの厚み、ガス圧力、蛍光体の材
料、厚み、ＭｇＯ膜の成膜方法等の変更に対しても適用
することができる。

【０１１３】（発明の実施の形態２）表示電極１４間の
放電だけでなく、アドレス電極１３と表示電極１４間の
放電に関してもパッシェンの法則が成立する。したがっ
て、従来のパネルの構成のように、アドレス電極と表示
電極が背面パネルと前面パネルにそれぞれ形成されてい
る場合は、アドレス電極と表示電極間距離を縮めること
が困難なために、放電ガスの封入圧力を高くするこが困
難である。本実施の形態の構成のように、同じパネル側
に形成することにより電極間距離を短縮させることが可
能となり、高圧パネルでのアドレス動作が可能となる。

【０１１４】

【発明の効果】以上のように、本発明のガス放電パネル
は、ガス媒体の封入圧力を従来よりも高い７６０〜４０
００Ｔｏｒｒの範囲内に設定することによって、従来よ
りも発光効率を向上してパネル輝度と、色純度、パネル
寿命を向上することができる。

【０１１５】また、封入するガス媒体を、従来のガス組
成に換えて、ネオン，キセノン，ヂュトリウムを含む希
ガスの混合物とし、好ましくはＸｅの含有量５体積％以
下、Ｄ２の含有量１体積％以下とすることによって、放
電電圧を低下させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る対向交流放電型の
ＰＤＰの概略断面図

【図２】上記ＰＤＰの保護層を形成する際に用いるＣＶ
Ｄ装置の概略図

【図３】ＭｇＯ保護層にピラミッド状の微細な凹凸を形
成するプラズマエッチング装置の概略図

【図４】過渡グロー，アーク移行の電流波形を示す波形
図

【図５】封入ガス圧を変化させたときの紫外線の波長と
発光量との関係を示す特性図

【図６】Ｘｅのエネルギー順位と各種反応経路を示す図

【図７】放電ガス圧力と共鳴線、分子線、総紫外線との
関係を示す特性図

【図８】(ａ)〜(ｃ)各色蛍光体について励起波長と相対
放射効率との関係を示す特性図

【図９】従来ガスを用いる場合と本発明ガスを用いる場
合とについて、電極間距離と放電開始電圧との関係を示
す図

【符号の説明】

１０前面パネル１１前面ガラス基板１２放電電極１３誘電体ガラス層１４保護層２０背面パネル２１背面ガラス基板２２放電電極２３誘電体ガラス層２４保護層２５隔壁２６蛍光体層３０放電空間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者塩川晃大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 5C040 FA01 FA04 GB03 GB14 GJ01 GJ04 GJ08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電極及び蛍光体層が配設されるとともに
ガス媒体が封入された放電空間が形成され、放電に伴っ
て紫外線を発し前記蛍光体層で可視光に変換することに
よって発光するガス放電パネルであって、前記ガス媒体
は、ヘリウム，ネオン，デュトリウムを含む希ガスの混
合物であることを特徴とするガス放電パネル。
【請求項２】電極及び蛍光体層が配設されるとともに
ガス媒体が封入された放電空間が形成され、放電に伴っ
て紫外線を発し前記蛍光体層で可視光に変換することに
よって発光するガス放電パネルであって、前記ガス媒体
の封入圧力は、７６０〜４０００Ｔｏｒｒであることを
特徴とするガス放電パネル。
【請求項３】電極及び蛍光体層が配設されるとともに
ガス媒体が封入された放電空間が形成され、放電に伴っ
て紫外線を発し前記蛍光体層で可視光に変換することに
よって発光するガス発光デバイスであって、前記ガス媒
体は、ヘリウム，ネオン，デュトリウムを含む希ガスの
混合物であることを特徴とするガス発光デバイス。