JP2002373589A - ガス放電パネルおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 動作電圧が低く低コストで、動作電圧の経時
的な変化のない、高安定で長寿命のガス放電パネルを提
供する。 【解決手段】 放電空間を介して対向する一対の基板の
内、少なくとも一方の基板上に導電性電極とそれを覆う
誘電体層と保護層を順次積層した構造を有し、前記誘電
体層表面に凹凸が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はプラズマディスプレ
イパネルや放電表示管などのガス放電パネルに係わり、
特に対向３電極面放電型ＡＣプラズマディスプレイパネ
ルに関するもので、発光効率向上およびアドレス動作の
高速化および経時変化の改善を図ることを目的とし、特
に誘電体層および保護層の表面形状に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】プラズマディスプレイパネルは、ガス放
電によって発生した紫外線によって蛍光体を励起発光さ
せ、画像表示するディスプレイである。その放電の形成
手法から交流（ＡＣ）型と直流（ＤＣ）型に分類するこ
とが出来る。ＡＣ型の特徴は、輝度、発光効率、寿命の
点でＤＣ型より優れている点である。さらに、ＡＣ型の
中でも反射型面放電タイプは輝度、発光効率の点で特に
際だっているため、このタイプが最も一般的である。

【０００３】図３に従来の一例として、反射型ＡＣ面放
電プラズマディスプレイパネルの放電セルの断面図を示
す。以下に、この構造及び動作について説明する。透明
絶縁性基板（最も一般的にはガラス板が使用される）３
０１上に透明電極（ＩＴＯやＳｎＯ２が使用される）３
０２Ｘ、Ｙが対になって形成されている。ただし、この
透明電極３０２Ｘ，Ｙではシート抵抗が高く、大型パネ
ルにおいては全画素に十分な電力を供給することが出来
ないため、透明電極Ｘ，Ｙ３０２上にそれぞれ銀の厚膜
やアルミニウム薄膜やクロム／銅／クロム（Ｃｒ／Ｃｕ
／Ｃｒ）の積層薄膜によるバス電極３０３Ｘ，Ｙが形成
されている。このバス電極３０３Ｘ，Ｙによって、見か
け上透明電極３０２Ｘ，Ｙのシート抵抗が下がる。これ
らの電極上に透明な誘電体層（低融点ガラスが使用され
る）３０４および酸化マグネシウム（ＭｇＯ）からなる
保護層３０５が形成されている。誘電体層３０４は、Ａ
Ｃ型プラズマディスプレイ特有の電流制限機能を有して
おり、ＤＣ型に比べて長寿命にできる要因となってい
る。保護層３０５は、放電によって誘電体層３０４がス
パッタされて削られないように保護するためのもので、
耐スパッタ性に優れ、高い２次電子放出係数（γ）を有
して放電開始電圧を低減する働きをもつ。

【０００４】この前面側基板３０１に対して、もう一方
の後面側基板の透明絶縁性基板３０６上には画像データ
を書き込むデータ電極３０７、下地誘電体層３０８、隔
壁（図示していない）および蛍光体層３１０が形成され
ている。ここで、データ電極３０７および隔壁は、透明
電極３０２Ｘ，Ｙと互いに直交するよう配置されてお
り、また２本の隔壁および両方の基板３０１，３０６で
囲まれた空間でもって放電セル３１１を形成しており、
放電セル３１１内には放電ガスとしてネオン（Ｎｅ）と
キセノン（Ｘｅ）の混合ガスがおよそ６６．５ｋＰａ
（５００Ｔｏｒｒ）の圧力で充填されている。さらに隔
壁は、隣接する放電セル間を仕切り、誤放電や光学的ク
ロストークを防ぐ役割をしている。

【０００５】この透明電極３０２Ｘ，Ｙ間に、数十ｋＨ
ｚ〜数百ｋＨｚのＡＣ電圧を印加して放電セル３１１内
に放電を発生させ、励起されたＸｅ原子からの紫外線に
よって蛍光体層３１０を励起し可視光を発生させて表示
動作を行う（例えば、特開２０００−２１５７９９号公
報参照）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】プラズマディスプレイ
パネルの抱える問題の１つは、コストが高いため、従来
からのブラウン管式テレビ（ＣＲＴ）に置き代われるこ
とが無く、なかなか普及していないことである。パネル
コストが高い要因の一つにパネルの動作電圧が高く、駆
動回路コストが高いということがある。

【０００７】また、パネル内に混入した不純ガスが動作
によってＭｇＯ表面を汚染し、実効的に２次電子放出係
数が低下し、動作電圧が経時的に増加するという問題点
もある。

【０００８】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたものであって、その目的は、（１）動作電圧の低
く、低コストのプラズマディスプレイパネルを提供する
こと（２）放電空間に混入した不純ガスを不活性化して
経時的な動作電圧の変化のないプラズマディスプレイを
提供すること、および（３）上記のプラズマディスプレ
イを製造する製造方法を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達するため、
請求項１の発明のガス放電パネルは、放電空間を介して
対向する一対の基板の内、少なくとも一方の基板上に導
電性電極とそれを覆う誘電体層と保護層を順次積層した
構造を有し、誘電体層表面に凹凸を形成していることを
特徴とするものであり、保護層の表面積を広くすること
により、見かけ上二次電子放出係数を高めることがで
き、動作電圧の低いガス放電パネルを提供することがで
きる。

【００１０】請求項２の発明のガス放電パネルは、凹凸
の高低差が保護層の膜厚以上誘電体層の膜厚以下の範囲
であることを特徴とする。

【００１１】請求項３発明のガス放電パネルは、近接す
る凹部と凸部の距離が保護層の膜厚以上であり誘電体層
の膜厚以下の範囲であることを特徴とする。

【００１２】請求項４の発明のガス放電パネルは、誘電
体層表面にレンズが形成されていることを特徴とする。

【００１３】請求項５の発明のガス放電パネルは、保護
層が、少なくとも金属酸化物または金属窒化物または金
属ハロゲン化物からなることを特徴とする。

【００１４】請求項６の発明のガス放電パネルは、放電
空間にシリコン原子またはゲルマニウム原子を少なくと
も含有する分子が存在することを特徴とするものであ
り、放電空間内に混入した不純ガスを不活性化すること
によって経時的に輝度劣化の無いガス放電パネルを提供
できる。

【００１５】請求項７の発明のガス放電パネルの製造方
法は、基板上に導電性電極およびそれを覆う誘電体層を
形成した後、誘電体層の一部を除去し、さらに保護層を
形成することを特徴とする。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明のいくつかの実施形
態を添付の図面を参照して説明する。ここでは、ガス放
電パネルの代表例であるプラズマディスプレイパネルを
用いた。

【００１７】（実施の形態１）図１は、本発明の第１の
実施形態に係わるプラズマディスプレイパネル１００の
断面斜視図である。このプラズマディスプレイパネル１
００は、表示面側ガラス基板１０１上ＩＴＯまたは酸化
スズ（ＳｎＯ２）などの透明導電性材料からなる表示電
極１０２および銀（Ａｇ）厚膜（厚み：２μｍ〜１０μ
ｍ）、アルミニウム（Ａｌ）薄膜（厚み：０．１μｍ〜
１μｍ）またはＣｒ／Ｃｕ／Ｃｒ積層薄膜（厚み：０．
１μｍ〜１μｍ）で構成したバス電極１０３を順次積層
し、さらに酸化鉛（ＰｂＯ）または酸化ビスマス（Ｂｉ
２Ｏ３）または酸化燐（ＰＯ４）を主成分とする低融点
ガラス（厚み４０μｍ）からなる誘電体層１０４をスク
リーン印刷（ダイコート印刷またはフィルムラミネート
法でも形成可能）によって形成されている。続いて、レ
ジストを塗布し、フォトマスクを介して露光、現像する
という一般的なフォトリソグラフ工法によって、レジス
トパターンを誘電体層１０４上に形成した。続いて、こ
のガラス基板１０１を市販のドライエッチング装置に配
置して、ＳＦ６、ＣＦ４、ＮＦ３、ＳｉＦ４などのガス
を用いてレジスト下の誘電体層１０４を残して、レジス
トでコートされていない誘電体層１０４をエッチング
し、さらに、Ｏ２アッシャーによってレジストを除去し
て図２（ａ）に示すような凹凸を誘電体層１０４に形成
した。図２（ａ）は、図１のＡ−Ａ’方向での断面を示
したものであり、導電性の表示電極１０２に平行に溝を
形成した。次に、プラズマによる損傷から誘電体層１０
４を保護するＭｇＯからなる保護層１０５（厚み：５０
０ｎｍ）が電子ビーム蒸着法により形成され積層されて
いる。以上のようにして表示面側の基板１５０を構成し
た。ここで、１つの画素（ピクセル：ＰＵ）での表示電
極１０２は、所定の間隔でもって互いに平行に並んだ２
本電極（Ｘ，Ｙ）で構成され、この間に交流電圧を印加
して放電空間１１１内に放電を発生させる。

【００１８】ここで、誘電体層１０４表面の凹部２０１
の深さを測定したところ、５〜２０μｍであり、ピッチ
は５〜４０μｍであった。

【００１９】一方、背面側のガラス基板１１２上には銀
（Ａｇ）厚膜（厚み：２μｍ〜１０μｍ）、アルミニウ
ム（Ａｌ）薄膜（厚み：０．１μｍ〜１μｍ）またはＣ
ｒ／Ｃｕ／Ｃｒ積層薄膜（厚み：０．１μｍ〜１μｍ）
からなるアドレス電極１０７、酸化鉛（ＰｂＯ）または
酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）または酸化燐（ＰＯ４）を
主成分とする低融点ガラス（厚み：５μｍ〜２０μｍ）
からなる下地誘電体層１０８を形成する。さらに、ガラ
スを主成分とする隔壁１０９、カラー表示のための３色
（赤：Ｒ、緑：Ｇ、青：Ｂ）の蛍光体層１１０Ｒ、１１
０Ｇ、１１０Ｂが順次積層して設け、背面側の基板１７
０が構成されている。ここで、下地誘電体層１０８は、
蛍光体層１１０Ｒ，Ｇ，Ｂの密着性を改善するためのも
のであり、無いとプラズマディスプレイパネルが動作し
ないというものではない。表示電極１０２とアドレス電
極１０７とが互いに直交するように表示面側基板１５０
と背面側基板１７０を張り合わせ、隔壁１０９によって
ライン方向にサブピクセルＳＵ毎に区画された放電空間
１１１を構成する。隔壁１０９の高さを揃えることによ
って、放電空間１１１の間隙寸法が所定の一定値をとる
ようになっている。ここで１つの画素（ピクセル：Ｐ
Ｕ）は、ライン方向に並んでＲ，Ｇ，Ｂの各色で発光す
る３つのサブピクセルＳＵで構成されている。

【００２０】上記のようにして表示面側基板１５０と背
面側基板１７０を対向させ、周囲を気密封止し、放電空
間１１１内にＮｅとＸｅの混合ガスからなる放電ガスが
所定の圧力および混合比で充填し、プラズマディスプレ
イパネル（１）１００を作製した。

【００２１】比較のために、上記のプラズマディスプレ
イパネル（１）１００において誘電体層１０４表面に凹
凸を形成せず、他の構成要素はパネル（１）１００と全
く同様にして比較用プラズマディスプレイパネル（Ａ）
を作製した（つまり、パネル（Ａ）のＭｇＯ層は平らで
ある）。

【００２２】パネル（１）および（Ａ）について、動作
電圧を調べてみた。導電性電極１０２Ｘ，Ｙ間で放電を
開始するのに必要な電圧は、パネル（１）では１４０〜
１５５Ｖであったのに対して、パネル（Ａ）は１６５〜
１８０Ｖであった。

【００２３】このように、誘電体層１０４に凹凸を設け
ることにより、プラズマディスプレイパネル１００の動
作電圧が減少した理由としては、以下のように考えてい
る。プラズマディスプレイパネル（１）では誘電体層１
０４に凹凸を設けることによりＭｇＯ保護層１０５の表
面積が大きく、見かけ上パネル（Ａ）に比べて２次電子
放出係数（γ）が増加したためと思われる。

【００２４】放電ガスとしては、Ｎｅ−Ｘｅの混合ガス
の他にＨｅ−Ｘｅの混合ガスを使用しても良く、さらに
これらのガスにＡｒを加えてもよい。

【００２５】パネル（１）では、導電性電極１０２と平
行な溝を誘電体層１０４に形成したが、導電性の表示電
極１０２に対して垂直方向または斜め方向に形成しても
上記と同様の効果を得た。また、当然のことであるが、
導電性の表示電極１０２に対して垂直および平行な溝を
形成して、凸部２０２をアイランド状に二次元に配列し
ても上記と同様な結果が得られる。凹部２０１の形状
は、図２（ａ）だけでなく図２（ｂ）、（ｃ）の形状で
あっても良く、その他任意形状のものが使用できる。例
えば、凹凸を使って、誘電体層１０４上にフレネルレン
ズを構成し、蛍光体層１１０からの発光をパネル前方に
効率良く引き出すようにしてもよい。

【００２６】（実施の形態２）本発明の第２の実施形態
では、第１の実施形態で作製したプラズマディスプレイ
パネル（１）において、凹部２０１の深さのみを０．０
１μｍ〜４０μｍの範囲で連続的に変化させてパネルを
作製した。実施の形態１と同様に評価したところ、保護
層膜厚（０．５μｍ）未満では、保護層１０５の凹凸が
小さく動作電圧は１６０〜１７５Ｖで大きな低減効果は
無かった。また、誘電体層１０４厚（４０μｍ）を半分
を越えた場合、誘電体層１０４の絶縁破壊が発生しやす
く好ましくなかった。凹部２０１の深さが０．５μｍ以
上２０μｍ以下の範囲では動作電圧は１３５〜１５５Ｖ
であった。これらの結果より好ましい凹部２０１の深さ
は、保護層１０５の膜厚以上誘電体層厚の半分以下であ
る。

【００２７】（実施の形態３）実施の形態１で作製した
プラズマディスプレイパネル１００において、誘電体層
１０４表面のピッチのみを０．０１μｍ〜１００μｍの
範囲で連続的に変化させてパネルを作製した。これらの
パネルを実施の形態１と同様に評価したところ、保護層
膜厚（０．５μｍ）未満では、保護層１０５の凹凸が小
さく動作電圧は１６０〜１７５Ｖで大きな低減効果は無
かった。また、誘電体層１０４厚（４０μｍ）を越えた
場合も保護層１０５の表面積増加効果が少なく、動作電
圧は１６０〜１７５Ｖであった。０．５μｍ以上４０μ
ｍ以下の範囲では動作電圧は１３５〜１５５Ｖであっ
た。これらの結果より好ましいピッチは、保護層１０５
の膜厚以上誘電体層厚以下である。

【００２８】（実施の形態４）実施の形態１で作製した
プラズマディスプレイパネル１００において、充填した
放電ガスに体積比１０ｐｐｍ〜１％の範囲でＳｉＨ４を
混合したパネル（２）を作製した。その他の各構成要素
は第１の実施形態で説明したものと同様であり、それら
の説明はここでは省略する。

【００２９】このパネル（２）を実施の形態１と同様に
して動作電圧を調べたところ、実施の形態１と同様の結
果を得た。次に、パネルを連続動作させて動作電圧の経
時変化を調べた。５０００時間動作後の最低動作電圧を
調べたところ、パネル（１）は初期に比べて１０Ｖ−１
５Ｖ増加したのに対して、パネル（２）は３Ｖ−７Ｖの
増加にとどまった。つまり、パネル（６）は、ＳｉＨ４
を混合しなかったパネル（１）に比べて動作電圧の経時
変化において優れていることが判明した。この原因につ
いて以下のように考えている。

【００３０】時間経過とともに保護層１０５や蛍光体層
１１０Ｒ，Ｇ，Ｂ表面に吸着しているＣＯ２，ＣＯ、誘
電体層１０４や下地誘電体層１０８や隔壁１０９中に含
まれる炭化水素ガスが徐々に放電空間１１１に放出さ
れ、これらの不純ガスが放電ガスに混入することによっ
て保護層表面が汚染され、γが減少して動作電圧が上昇
する。しかし、放電空間１１１のプラズマにおいて、こ
れらのガスと反応し、より結合エネルギの大きいガス化
しない固体物に変える働きを有するガスを混合させるこ
とにより、不純ガス分子が放電空間１１１内に浮遊する
ことを抑制し、パネルの動作電圧の上昇を防ぐことがで
きる。ＣＯ２、ＣＯ、炭化水素のような不純ガスを構成
する原子（炭素原子）と強い結合エネルギで結合する原
子はＳｉやＧｅである（Ｓｉ−Ｃ結合、Ｇｅ−Ｃ結合を
形成する）。従って、ＳｉＨ４を混合したパネル（２）
が、混合しなかったパネル（１）より動作電圧上昇が少
なかった原因は、放電ガスに混ぜたＳｉＨ４と不純ガス
分子が放電空間１１１内で解離し、Ｓｉ−Ｃ結合を形成
して蛍光体層１１０Ｒ，Ｇ，Ｂや保護層１０５表面に固
着したためと思われる。

【００３１】放電ガスに混入させるガスとしては、Ｓｉ
Ｈ４の他に、Ｓｉ２Ｈ６、Ｓｉ３Ｈ８，ＳｉＦ４、Ｓｉ
Ｈ２Ｆ２、ＳｉＨ３Ｆ、ＳｉＨＦ３、ＳｉＣｌ４、Ｓｉ
ＨＣｌ３、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨ３Ｃｌ、ＧｅＨ４、
Ｇｅ２Ｈ６、ＧｅＦ４、Ｇｅ２Ｆ６、ＧｅＨ３Ｆ、Ｇｅ
Ｈ２Ｆ２、ＧｅＨＦ３などを使用してもよい。また、こ
れらのガスの混合量が１０ｐｐｍ以下の時は効果が無
く、１％を越える場合はＸｅ原子からの紫外線発光を吸
収してしまい蛍光体層１１０Ｒ，Ｇ，Ｂに届く紫外線量
が減少するため、パネル輝度が低下してしまうので好ま
しくない。

【００３２】第１〜第４の実施形態において誘電体層１
０４表面に凹凸を形成する手法として、ドライエッチン
グを使用したが、サンドブラストを用いても良い。ま
た、エッチングではなく、感光性ドライフィルムや感光
性ガラスペーストを用いて凸部分を形成する手法を用い
て形成してもよいのは言うまでもない。

【００３３】第１〜第４の実施形態において、保護層と
してＭｇＯ膜を使用したが、ＣａＯ、ＢａＯ、Ｙ２Ｏ
３、Ｌａ２Ｏ３、ＣｅＯ２、ＨｆＯ２などの金属酸化物
や混合酸化物、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＢＮ等のようなIII−
Ｖ族化合物、ＭｇＳ、ＺｎＳ、ＢｅＳｅ、ＭｇＳｅ、Ｍ
ｇＴｅ等のII−ＶI族化合物、ＭｇＦ，ＬａＦ３、Ｃｅ
Ｆ４、ＨｆＦ４のような金属ハロゲン化物等、プラズマ
ダメージを受けにくく、２次電子放出係数の大きい材料
であれば何でもよい。

【００３４】以上から分かるように、本発明のガス放電
パネルは動作電圧が低く、低コストにできるとともに、
動作電圧の経時変化が無く動作が高安定である。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、動作電圧が低く、低コ
ストにできるとともに、動作電圧の経時変化が無く動作
が高安定のガス放電パネルを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のある実施形態におけるプラズマディス
プレイパネルの構成を模式的に示す断面斜視図

【図２】本発明のある実施形態において使用した誘電体
層表面形状を示す断面図

【図３】従来のプラズマディスプレイパネルの構成を模
式的に示した断面図

【符号の説明】

１００ プラズマディスプレイパネル １０１ 表示面側ガラス基板 １０２ 表示電極 １０３ バス電極 １０４ 誘電体層 １０５ 保護層 １０７ アドレス電極 １０８ 下地誘電体層 １０９ 隔壁 １１０Ｒ 蛍光体層（赤） １１０Ｇ 蛍光体層（緑） １１０Ｂ 蛍光体層（青） １１１ 放電空間 １１２ 背面側ガラス基板 １５０ 表示面側基板 １７０ 背面側基板 ２０１ 凹部 ２０２ 凸部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今井 徹也 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 真銅 勝利 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 東野 秀隆 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） 5C027 AA06 AA07 5C040 FA01 FA04 GD01 GD07 GD09 GE09

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 放電空間を介して対向する一対の基板の
   内、少なくとも一方の基板上に導電性電極とそれを覆う
   誘電体層と保護層を順次積層した構造を有し、前記誘電
   体層表面に凹凸を形成していることを特徴とするガス放
   電パネル。
2. 【請求項２】 凹凸の高低差が保護層の膜厚以上誘電体
   層の膜厚以下の範囲であることを特徴とする請求項１に
   記載のガス放電パネル。
3. 【請求項３】 近接する凹部と凸部の距離が保護層の膜
   厚以上であり誘電体層の膜厚以下の範囲であることを特
   徴とする請求項１に記載のガス放電パネル。
4. 【請求項４】 誘電体層表面にレンズが形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のガス放電パネル。
5. 【請求項５】 保護層が、少なくとも金属酸化物または
   金属窒化物または金属ハロゲン化物からなることを特徴
   とする請求項１に記載のガス放電パネル。
6. 【請求項６】 放電空間にシリコン原子またはゲルマニ
   ウム原子を少なくとも含有する分子が存在することを特
   徴とする請求項１〜５の何れかに記載のガス放電パネ
   ル。
7. 【請求項７】 請求項１に記載のガス放電パネルの製造
   方法において、基板上に導電性電極およびそれを覆う誘
   電体層を形成した後、前記誘電体層の一部を除去し、さ
   らに保護層を形成することを特徴とするガス放電パネル
   の製造方法。