JP2005129521A - プラズマディスプレイパネル保護膜用MgOペレット及びこれを用いたプラズマディスプレイパネル - Google Patents

プラズマディスプレイパネル保護膜用MgOペレット及びこれを用いたプラズマディスプレイパネル Download PDF

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Abstract

【課題】 本発明は物性を改善したプラズマディスプレイパネル保護膜用MgOペレット及びプラズマディスプレイパネルに関する。
【解決手段】 このために本発明のプラズマディスプレイパネルは互いに対向配置される第1基板及び第2基板、第1基板と第2基板の対向面に各々形成されながら互いに交差するように配列される複数の第1電極及び複数の第2電極、複数の第1電極及び複数の第2電極を各々覆って形成される誘電体層及び誘電体層を覆って形成されるMgO保護膜を含み、MgO保護膜は1μm面積当り、柱状結晶数が400個以下であることを特徴とする。このような本発明を通じて生産性が良好なプラズマディスプレイパネルを製造できる。
【選択図】 図1

Description

本発明はプラズマディスプレイパネル保護膜用MgOペレット及びこれを用いたプラズマディスプレイパネルに関し、更に詳しくはMgOペレット及びMgO保護膜の物性を調節して放電遅延時間を最少化できるプラズマディスプレイパネル保護膜用MgOペレット及びこれを用いたプラズマディスプレイパネルに関する。
プラズマディスプレイパネル(PDP)はプラズマ放電によって励起された蛍光体によって画像を形成する装置であって、プラズマディスプレイパネルの放電空間に設置された二つの電極に所定の電圧を印加してこれらの間でプラズマ放電が起こるようにし、このプラズマ放電時に発生する紫外線によって所定のパターンからなる蛍光体層を励起させて画像を形成する。
このようなプラズマディスプレイは大別して交流型(AC type)、直流型(DC type)及び混合型(Hybrid type)に分かれる。図4は一般的な交流型プラズマディスプレイパネルの放電セルの分解斜視図である。図4を参照すると、一般的なプラズマディスプレイパネル100は下部基板111、下部基板111の上に形成された複数のアドレス電極115、このアドレス電極115が形成された下部基板111の上に形成された誘電体層119、この誘電体層119の上部に形成されて放電距離を維持し、セル間クロストークを防止する複数の隔壁123、及び隔壁123の表面に形成された蛍光体層125、を含む。
複数の放電維持電極117は下部基板111の上に形成された複数のアドレス電極115と所定間隔で離隔して直交するように上部基板113の下部に形成される。そして、誘電体層121及び保護膜127が順次に放電維持電極117を覆っている。特に、保護膜127としては可視光線がよく透過できるように透明なだけでなく誘電層の保護及び2次電子放出性能に優れたMgOを主に使用しており、最近は他の材料からなる保護膜の研究も行われている。
このように使われるMgO保護膜は、プラズマディスプレイパネル動作において、放電時に生じる放電ガスのイオン衝撃による影響を緩和させて,イオン衝突から誘電層を保護し、2次電子の放出によって放電電圧を下げる役割を果たす透明保護薄膜として、3000〜7000Å厚さで誘電体層を覆って形成する。MgO保護膜の形成方法にはスパッタリング法、電子ビーム蒸着法、IBAD(ion beam assisted deposition:イオンビーム支援堆積法)、CVD(chemical vapor deposition:化学気相蒸着法)及びソル-ゲル法などがあり、最近はイオンプレ−ティング方式が開発されて用いられている。
前記の電子ビーム蒸着法は電場と磁場とで加速される電子ビームをMgO蒸着材料に衝突させて蒸着材料を加熱・蒸発させてMgO保護膜を形成する方法である。スパッタリング法の場合、電子ビーム蒸着法に比べて得られた保護膜が緻密で結晶配向が有利という特性を有する長所があるが、製造工程における経費が高い問題点がある。ソル-ゲル法の場合、液相でMgO保護膜を製造する。
前記様々なMgO保護膜形成方式に対する代案としてイオンプレ−ティング法が最近、試みられているが、イオンプレ−ティング法では蒸発する粒子をイオン化して成膜させる。イオンプレ−ティング法はMgO保護膜の密着性及び結晶性において、スパッタリング法と類似の特性を有するが、蒸着を8nm/sの高速で行うことができるという長所がある。
このようなMgOの材料には、単結晶または焼結体形態のものを用いることができる。しかし、単結晶材料の場合、蒸着を目的として溶融する時に、放熱状況つまり意図せぬ冷却速度が変化すると固溶限界が変化して特定ドーパント(添加物)の定量制御が難しい問題点があるので、焼結体材料が好まれる。この場合、焼結体材料製造時に特定ドーパントを定量的に添加しておき、MgO保護膜はイオンプレ−ティング方式で製造している。MgO保護膜蒸着材はペレット形態のものが用いられており、MgOペレットの大きさ及び形態によってMgOペレットの分解速度が違うなど、MgO保護膜蒸着における様々な面で大きい差異を生じるので、MgOペレットの大きさ及び形態を最適化しようとする様々な方法が試みられている。
本発明はプラズマディスプレイパネルにおいて、MgO保護膜用原料であるMgOペレット及び得られたMgO保護膜の特性を改善するために、MgOペレットの物性を一定の範囲に制限して、プラズマディスプレイパネルの放電遅延時間を短縮させることを目的とする。
前記目的を達成するための本発明のプラズマディスプレイパネルは、互いに対向配置される第1基板及び第2基板、第1基板と第2基板との対向面に各々形成されながら互いに交差するように配列される複数の第1電極及び複数の第2電極、前記複数の第1電極を覆って形成される第1誘電体層及び前記複数の第2電極を覆って形成される第2誘電体層、そして前記第1または第2誘電体層を覆って形成される第1または第2のMgO保護膜を含み、前記MgO保護膜は1μm面積当り、柱状結晶数が400個以下であることを特徴とする。
ここで、MgO保護膜の屈折率は1.45乃至1.74であるのが好ましい。
そして、MgO保護膜は(111)面と(110)面とが混在するのが好ましい。
また、本発明はプラズマディスプレイパネルのMgO保護膜に用いるMgOペレット(pellet)としてその体積密度が2.80g/cm乃至2.95g/cmであることを特徴とする。
一方、MgOペレットの平均結晶粒大きさは30μm乃至70μmであるのが好ましい。
本発明のプラズマディスプレイパネルのMgO保護膜は1μm面積当り、柱状結晶数が400個以下である場合、前記実験例から分かるように、放電遅延時間を最少化してプラズマディスプレイパネルの放電特性を向上させることができる。
また、この場合、MgO保護膜の屈折率が1.45乃至1.74であると、放電遅延時間を最少化することにおいて、より一層適合し、(111)面と(110)面とが混在する場合にも類似した結果を得ることができる。
以下、添付した図面を参照して本発明の実施例を詳しく説明する。
図1は本発明の一実施例によるプラズマディスプレイパネルの上板の斜視図である。図1では本発明の一実施例によるプラズマディスプレイパネルの上部部分だけを別に離して示している。図1では基板13上に複数の電極17、誘電体層21、保護膜27が順次に形成された本発明の実施例によるプラズマディスプレイパネル上板を示す。図1では便宜上の理解のために本発明の一実施例によるプラズマディスプレイパネルの上板を180゜ひっくり返して示す。図1に示さなかったが、プラズマディスプレイパネルの上板とは別途に前記基板13に対応する他の基板に前記電極17と垂直に交差する複数の他の電極を形成し、その上に誘電体層を覆った後、隔壁を形成した後、隔壁の間に蛍光体層を塗布し、プラズマディスプレイパネルの下板を製造する。
このように製造したプラズマディスプレイパネルの上板及び下板の縁をフリットで塗布して両基板を逢着し、Ne、Xeなどの放電ガスを注入することによってプラズマディスプレイパネルを製造する。
このように製造した本発明の実施例によるプラズマディスプレイパネルでは、電源から駆動電圧の印加を受けてこれらの電極の間にアドレス放電を起こして誘電体層に壁電荷を形成し、アドレス放電によって選択された放電セル群で上板に形成した2個の電極に交互に供給される交流信号によってこれらの電極間にサステイン放電を起こす。これにより放電セルを形成する放電空間に充填された放電ガスが励起されて遷移されながら紫外線を発生させ、紫外線による蛍光体の励起で可視光線を発生させながら画像を実現する。
図1に示したように、本発明の実施例によるプラズマディスプレイパネルでは保護膜形成領域の内側に複数の電極が互いに交差してピクセルになってこれらが集まって表示領域を形成し、その周辺部には非表示領域を形成する。基板13上に形成された複数の電極17はフレキシブル回路基板(FPC、ただし図示せず)と連結されるようにその端子部が誘電体層21の左右に引き出されている。
本発明の一実施例によるプラズマディスプレイパネルに用いるMgO保護膜27は、MgOペレットをMgO蒸着室で蒸着させて製造し、本発明の一実施例によるプラズマディスプレイパネル用保護膜に用いるMgOペレットは次のような方法で製造する。
先ず、90.0〜92.0%純度を有する粉末形態のMgO原料粉末を用い、ドーピング材料を添加してMg(OH)を製造することによって純度を99.0%程度まで押し上げる。このようにMgOの純度を高めるためにMg(OH)に変化させて、ドーピング材料を添加し合目的な不純物の量を調節する。例えば、MgO原料粉末を塩酸に溶かし、石灰で中和してMg(OH)を沈殿分離させてもよい。
このようにして製造したMg(OH)は水分を50.0%程度含有しているので、乾燥が必要である。従って、乾燥オーブンで熱風乾燥して吸着水を除去する。このように乾燥したら、次に、ベルタイプ(釣り鐘形)台車方式低温焼結炉で仮焼して結晶水を除去し、約2800℃で60時間ぐらい加熱するか、約2900℃で電気溶融し冷却してから塊状Mg(OH)を粉砕して、MgO粉末にする。このように高温加熱により炭素などを除去したMgO融液を冷却させて、再び固化させる。
固化したMgOを破砕機を利用して粉末に破砕したら、次に、溶剤及び添加剤からなる副原料を混合してスラリー化する。混合は湿式ボールミル法で行なって、副原料としては99.5%以上の試薬級である無水物溶剤とAldrich級試薬の添加剤とを使用する。湿式ボールミルの時にはジルコニアボール及びウレタンポートを使用する。
防爆形噴霧乾燥器を利用した噴霧乾燥法で、先に混合したMgOスラリーを乾燥させてMgO顆粒を製造する。顆粒化工程では、平均粒子サイズ3〜5μmのMgO粉末を平均顆粒塊サイズが30乃至70μm程度になるように顆粒化及び塊状化する。
次にロータリープレスを利用してMgO顆粒を圧着成形する。このように圧着成形されたMgO顆粒を台車方式高温焼結炉で1700℃程度の温度で焼結して強く結着した塊にする。このような温度で焼結する場合、MgO顆粒表面が溶けて他のMgO顆粒表面に付着することによってMgO顆粒が相互接着するので、MgO顆粒自体の密度が高まって気孔が少なくなり緻密な組織を有するMgOペレットを形成できる利点がある。
このようなMgOペレットの体積密度は、かさ密度で表現して、2.80g/cm3乃至2.95g/cm3が好適である。この程度であれば、電子ビームの集中照射が緩和されMgOの分解速度が向上して、蒸着速度を速くできる。MgOペレットの体積密度は次の数式1から得られるが、MgOペレットサンプルを100℃で24時間以上乾燥した後、コロジン浸せき法(koresene immersion)によって求める。
[数式1]
体積密度(g/cm3)=k×乾燥したサンプル質量(g)/[水分を含むサンプル質量(g)−水分質量(g)]
ここでkはコロジン(koresene)比重として0.796g/cm3である。
本発明の一実施例によるプラズマディスプレイパネル保護膜用MgOペレットは、噴霧乾燥法で、先に混合したMgOスラリーを乾燥してMgO顆粒を製造する工程、MgO顆粒圧着成形工程、そして圧着成形されたMgO顆粒の台車方式高温焼結炉での焼結工程によって体積密度を調節できる。
図2は本発明の一実施例によるMgOペレットを利用したMgO保護膜形成に関する工程を概略的に示す図面であって、電極と誘電体層とを順次に形成した基板上にMgO保護膜を形成する工程を概略的に示した電子ビーム蒸着法をその一例に示している。
電子ビーム蒸着法では電場と磁場とで加速される電子ビームを蒸着材料に衝突させて蒸着材料を加熱及び蒸発させることによって保護膜を形成する。この場合、電子ビームのエネルギーを材料表面に集中させて高速蒸着及び高純度蒸着を実行できる。図2はこのような保護膜の形成工程の一例を例示したことに過ぎないし、保護膜の形成工程が電子ビーム蒸着法に限られるわけではない。
図2に示したMgO保護膜17の成膜工程においては、先ず、基板13を左側から右側にローラー51で移動させて蒸着室入口23にロードしながらMgO保護膜17を蒸着した後、蒸着室出口25側に排出する。基板13に異常がある場合には、蒸着室入口23から基板13をアンロードできる。蒸着室20の内部は真空に形成されるべきなので、真空ポンプ(図示せず)が付着されて排気を持続的に行って、シャッター33を利用して内外部を二重遮断しながら開閉させる。電子銃31を作動させて磁場及び電場を形成し、電子銃31から放射されるイオンを下部に位置した蒸着材であるMgOペレット57に衝突させてMgOペレット57を上部に位置した基板13の下面に蒸着させる。また、本発明の一実施例の場合、MgOペレット57がイオン衝突によって過熱されるおそれがあるので冷却装置29を用いて冷却させながらMgO保護膜27を蒸着する。
このようなMgO保護膜27の蒸着工程において、本発明の一実施例によるMgOペレットの体積密度が2.80g/cm3未満である場合にはMgOペレットが多くの気孔を含むので、緻密な結晶構造のMgO保護膜を製造できない。また、MgOペレットの体積密度が2.95g/cm3を超える場合にはMgOペレットが過度に緻密化するように形成されてMgO保護膜を形成する時にMgOの分解速度が低下する問題点がある。特に、MgO保護膜はMgO保護膜の形成工程時に60Å/s乃至110Å/sの蒸着速度を有するが、前記のように体積密度を2.80g/cm3乃至2.95g/cm3に調節すると、130Å/sまで蒸着速度を増加させることができる。相対的に低い体積密度は熱衝撃によるスプラッシュ現象を制御して蒸着時の基板を損傷させない条件で制御できる。この場合、本発明の一実施例によるMgOペレットの平均顆粒塊の大きさは30μm乃至70μmが好ましいので、スプラッシュ現象を低減させながらプラズマディスプレイパネルの基板上にMgO保護膜を蒸着させることができる。
図3は本発明の一実施例によって製造したMgO保護膜のSEM(走査電子顕微鏡)写真を示している。図3に示したMgO保護膜は酸素と水素との分圧比を約6:1として製造したものである。図3のSEM写真から分かるように、本発明によるMgO保護膜の場合、三角形の結晶面と四角形の結晶面とが均一に混在していることを観察できる。ここで、三角形形態の結晶面は(111)面であり、四角形形態の結晶面は(110)面である。本発明の一実施例によるプラズマディスプレイパネルのMgO保護膜の場合、前記のように酸素及び水素分圧を調節すると、その柱状結晶数が変化する。このようなMgO保護膜の柱状結晶数がプラズマディスプレイパネルの放電特性にいかなる影響を与えているかを検討するために次のような実験を実施した。
<実験例>
本発明の実験例では前記MgO保護膜の1μm面積当りの柱状結晶数によるMgO保護膜の特性を評価するために、MgO保護膜の1μm面積当りの柱状結晶数による放電遅延時間を測定した。走査電極を通じてプラズマディスプレイパネルに駆動電圧が印加される時間を走査時間という。走査時間の間に放電が起こるようになるが、現実的には駆動電圧印加の時に直ちに放電が起こらず、放電が遅延される。これを放電遅延時間という。放電遅延時間は再び形成遅延時間と統計的遅延時間とに分かれる。MgO保護膜の場合、その特性上、二次電子放出と密接な関連性を有するので、本発明の実験例では1μm当りの柱状結晶数による放電遅延時間を測定して1μm当りの柱状結晶数の適正範囲を抽出しようとした。このような本発明の実験例は単に本発明を例示するためのもので、本発明がここに限られるわけではない。
[実験例1]
MgOペレットをMgO蒸着室に入れて誘電体が形成されたプラズマディスプレイパネルにMgOを蒸着する時、MgO保護膜が約7000Å程度に形成されるようにした。蒸着室内部の場合、基本圧力を1×10-4Paに、蒸着形成時の圧力を5.3×10-2Paにし、酸素及び水素を100sccm(流量体積単位)で供給しながら基板を200±5℃に維持した。酸素と水素との場合、その分圧比を約3:1程度に維持するように供給しながら、電流を390mA、電圧を−15kVDCに調節した電子銃を通じて電子ビームを照射してMgO保護膜を蒸着させた。MgO保護膜の蒸着結果、1μm当り、約200余個の柱状結晶が得られ、このようなMgO保護膜を備えたプラズマディスプレイパネルの場合、放電遅延時間は265ns程度に測定された。
[実験例2]
酸素と水素との場合、分圧比を約6:1とし、残りの条件は実験例1と同一にして実験した。その結果、MgO保護膜の場合、1μm当り、約400余個の柱状結晶数が得られ、このようなMgO保護膜を備えたプラズマディスプレイパネルの場合、放電遅延時間は284ns程度に測定された。
[実験例3]
酸素と水素との場合、分圧比を約30:1とし、残りの条件は実験例1と同一にして実験した。その結果、MgO保護膜の場合、1μm当り、約1200余個の柱状結晶数が得られ、このようなMgO保護膜を備えたプラズマディスプレイパネルの場合、放電遅延時間は322ns程度に測定された。
[実験例4]
酸素と水素との場合、分圧比を約50:1とし、残りの条件は実験例1と同一にして実験した。その結果、MgO保護膜の場合、1μm当り、約2100余個の柱状結晶数が得られ、このようなMgO保護膜を備えたプラズマディスプレイパネルの場合、放電遅延時間は339ns程度に測定された。
[実験例5]
酸素と水素との場合、分圧比を約100:1とし、残りの条件は実験例1と同一にして実験した。その結果、MgO保護膜の場合、1μm当り、約3400余個の柱状結晶数が得られ、このようなMgO保護膜を備えたプラズマディスプレイパネルの場合、放電遅延時間は345ns程度に測定された。
[実験例6]
酸素と水素の場合、分圧比を約150:1とし、残りの条件は実験例1と同一にして実験した。その結果、MgO保護膜の場合、1μm当り、約5000余個の柱状結晶数が得られ、このようなMgO保護膜を備えたプラズマディスプレイパネルの場合、放電遅延時間は368ns程度に測定された。
前記実験例1乃至実験例6を整理して示すと、次の表1の通りである。
Figure 2005129521
上述の実験例1乃至実験例6から分かるように、放電遅延時間に関して、実験例1と実験例2との場合、放電遅延時間が300ns未満で、他の実験例よりも放電特性が良好になることが分かった。この場合、MgO保護膜の1μm面積当りの柱状結晶数の計測値は約400個以下であった。このように1μm面積当りの柱状結晶数が400個以下になると、プラズマ放電時のアドレス放電遅延を最少化して表示品質を改善できた。
一方、前記実験例1及び実験例2で得られたMgO保護膜の厚さは6400Å程度であり、その屈折率は1.45乃至1.74であった。このようなMgO保護膜の場合、特に(111)面と(110)面とが混在して良好な放電特性を示した。
本発明のプラズマディスプレイパネルのMgO保護膜は1μm面積当りの柱状結晶数が400個以下である場合、前記実験例から分かるように、放電遅延時間を最少化してプラズマディスプレイパネルの放電特性を向上させることができる。
また、この場合、MgO保護膜の屈折率が1.45乃至1.74であると、放電遅延時間を最少化することにおいて、より一層適合し、(111)面と(110)面とが混在する場合にも類似した結果を得ることができる。
一方、本発明のプラズマディスプレイパネル保護膜に用いるMgOペレットの場合、その体積密度が2.80g/cm3乃至2.95g/cm3であると、MgO蒸着速度を増加させてプラズマディスプレイパネル製造時の生産性を向上させながらスプラッシュ現象を低減できる長所がある。
この場合、特にMgOペレットの平均顆粒塊の大きさが30μm乃至70μmである場合には、前記プラズマディスプレイパネル製造時の生産性向上とスプラッシュ現象の低減とが更に明確になる。
本発明を先に記載したところによって説明したが、特許請求の範囲の概念と範囲を逸脱しない限り、様々な修正及び変形ができるということを本発明の属する技術分野に従事する者等は容易に理解できる。
本発明の一実施例によるプラズマディスプレイパネル上板の斜視図である。 本発明の一実施例によるMgO蒸着過程を示す概略的な図面である。 本発明の一実施例によるMgO保護膜の結晶面を示すSEM写真である。 一般的なプラズマディスプレイパネルの放電セルの分解斜視図である。
符号の説明
13 基板
17 電極
21 誘電体層
23 蒸着室の入口
25 蒸着室の出口
29 冷却装置
31 電子銃
33 シャッター
57 MgOペレット

Claims (5)

  1. 互いに対向配置される第1基板及び第2基板と;
    前記第1基板及び第2基板の対向面に各々形成されながら互いに交差するように配列される複数の第1電極及び複数の第2電極と;
    前記複数の第1電極及び前記複数の第2電極を各々覆って形成される誘電体層と;
    前記誘電体層を覆って形成されるMgO保護膜と;を含み、
    前記MgO保護膜は1μm面積当り、柱状結晶数が400個以下であることを特徴とするプラズマディスプレイパネル。
  2. 前記MgO保護膜の屈折率は1.45乃至1.74であることを特徴とする請求項1に記載のプラズマディスプレイパネル。
  3. 前記MgO保護膜は(111)面と(110)面とが混在することを特徴とする請求項1に記載のプラズマディスプレイパネル。
  4. プラズマディスプレイパネルのMgO保護膜に使用するMgOペレットは、体積密度が2.80g/cm3乃至2.95g/cm3であることを特徴とするプラズマディスプレイパネル保護膜用MgOペレット。
  5. 前記MgOペレットの平均顆粒塊の大きさは30μm乃至70μmであることを特徴とする請求項4に記載のプラズマディスプレイパネル保護膜用MgOペレット。
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