JP2007184210A - フラットパネルディスプレイおよび表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】誘電体の電子放出作用を利用することができ、しかも製造の容易なパネル構造の提供を目的とする。
【解決手段】放電ガスが封入された放電空間と、放電空間で放電を生じさせるための複数の電極とを有したフラットパネルディスプレイにおいて、電極と放電空間との間に放電空間と接するように粉末状の強誘電体を配置する。
【選択図】図5

Description

本発明は、プラズマディスプレイパネル(PDP)やプラズマアドレス液晶(PALC)といったガス放電によって表示を行うフラットパネルディスプレイおよびこの種のフラットパネルディスプレイを備えた表示装置に関する。
AC型プラズマディスプレイパネルを備えた表示装置は、画面を構成するセルの点灯/非点灯を設定するアドレッシングと呼ばれるデータ書込み動作を行い、アドレッシングに続いてサステインと呼ばれる表示動作を行う。また、一般に、アドレッシングに先立って、いわゆる初期化動作を行う。初期化動作を行う目的は、セルの電荷蓄積状態を均等化させること、およびアドレッシングにおける放電(アドレス放電)を起こし易くするプライミング粒子を生成することである。
しかし、初期化動作から時間が経過するにつれてプライミング粒子が減り、それにともなって放電遅れが増大する。放電遅れは、一般に統計遅れと形成遅れの和として考えられる。統計遅れは、電圧印加から電離が始まり放電が開始するまでの時間である。形成遅れは、放電開始から定常的な放電が形成されるまでの時間であり、放電開始時間を多数回測定したときの最小値である。放電遅れが長いと、パルス幅の時間内に放電が起きず、表示ミスの発生が多くなる。このため、放電確率を高めるためにパルス幅を長くせざるを得ず、アドレッシングに割り当てる時間が長くなって、表示動作に割り当て可能な時間が短くなってしまう。したがって、プラズマディスプレイパネルの駆動においては、放電遅れの短いことが望ましい。
放電遅れの短縮に関する文献として特開2002−110051号公報がある。この文献は、ガス放電で生じる真空紫外光が照射される内部の領域に、紫外光または可視光を発光する長残光物質(残光時間で0.1ms以上)を設けておき、プライミング粒子の生成される時間を延ばすことによって放電遅れを短縮する方法を開示している。この方法では、長残光物質の放つ紫外光が放電ガスを電離させる確率は極めて小さいので(ほぼ0)、低仕事関数物質を同時に添加する必要がある。
また、放電遅れの短縮に関する他の文献として特開2000−200553号公報がある。この文献は、強誘電体層を備えたプラズマディスプレイパネルを開示している。強誘電体は、自発分極によって生成される永久双極子を有し、電界の印加によって分極反転を起こす。分極反転の結果として強誘電体はヒステリシスをもつ。分極反転の際、電子放出(Roenblum et al. : J. Appl. Phys. Lett.,25(1974)p17)やプラズマ発光(D. Shur et al. : Appl. Phys. Lett., 70(1997)p574)が起きる。このような強誘電体の作用がプライミング粒子を生成し、放電遅れの短縮に寄与する。上記の長残光物質とは違って強誘電体からの電子またはイオン放出は、電圧印加によって放出時期を任意に制御することが可能であるので、強誘電体層を配置する手法の方が長残光物質を配置する手法よりも有効である。
特開2002−110051号公報 特開2000−200553号公報
しかしながら、上記特開2000−200553号公報の開示のように強誘電体からなる層を配置する手法には次のような製造上および動作特性上の問題があった。
(1)強誘電体を成膜工程において形成するので、強誘電性を確保するために、数百℃以上の熱処理が不可欠である。熱処理はセルを構成する他の要素に影響する。
(2)強誘電性を決める膜質(結晶の配向)のばらつきが生じ易い。
(3)強誘電体を層として有すると、寄生容量が増加して消費電力を増大させてしまう。
本発明は、このような問題に鑑み、強誘電体の電子放出作用を利用することができ、しかも製造の容易なパネル構造の提供を目的としている。
上記目的を達成するフラットパネルディスプレイは、放電ガスが封入された放電空間と、前記放電空間で放電を生じさせるための複数の電極と、前記電極と前記放電空間との間に位置しかつ前記放電空間と接する粉末状の強誘電体を備える。フラットパネルディスプレイの製造においては、所定の強誘電性をもつ粉末を配置するので、強誘電性を得るための熱処理を省略することができる。また、成膜工程も省略できるので、フラットパネルディスプレイの構成は製造のコスト面で有利である。配置の方法としては、誘電体保護層や蛍光体層といった放電空間に露出する層に混入する方法、放電空間に露出する面に散布する方法などがある。
また、粉末の配置によれば、放電空間に露出する面に強誘電体を点在させ、それによって強誘電体を導入することによる寄生容量の増大を最小限に抑えることが可能となる。
フラットパネルディスプレイにおける強誘電体の外部電界強度に対する分極(電荷密度)の応答は、分極が反転する電界強度である抗電界強度とそのときの自発分極で特徴付けられる。強誘電体を利用する上での重要な条件は、抗電界強度が低いことである。チタン酸バリウム(BaTiO3)、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT:Pb(Zr,Ti)O3)のような広く知られる強誘電体は、抗電界強度が100KV/cm以上である。放電空間をもつフラットパネルディスプレイの代表例であるプラズマディスプレイパネルの場合、放電空間のパネル厚さ方向の寸法は100μm(=0.01cm)程度なので、抗電界強度が100KV/cmの強誘電体を用いた場合に印加すべき電圧はおよそ1000Vとなる。プラズマディスプレイパネルの駆動電圧はせいぜい200〜300Vなので、分極反転を行わせるのは困難である。実用可能な強誘電体は抗電界強度が50kV/cm以下のものである。好ましくは抗電界強度が10kV/cm以下の強誘電体である。このような条件を満たすものとしては、強誘電体メモリの分野で用いられているタンタル酸ストロンチウムビスマス(SBT:SrBi2Ta2O2)がある。これの抗電界強度は50kV/cm以下である。そして、富山県工業技術センター報告,15(2001)IV-80において、PZTにマンガン(Mg)、亜鉛(Zn)、ニオブ(Nb)、またはタングステン(W)を導入することによって抗電界強度が5.7kV/cmの強誘電体を得たとの報告がある。
実用の典型的なプラズマディスプレイパネルは、画面を構成するセルのそれぞれに一対の行電極と1つの列電極が対応する3電極構造をもつ。しかし、本発明に係る駆動方法の要件は、3電極構造だけでなく、放電空間を挟んで一対の電極が対向する2電極構造にも当てはまる。ここでは2電極構造のセルを例に挙げて駆動方法の要件について説明する。
図1は2電極構造のセルの模式図である。
図1のプラズマディスプレイパネルにおいて、第1の電極3と第2の電極4との間に放電空間2がある。第1の電極3および第2の電極4はそれぞれ誘電体層5によって被覆されている。さらに各誘電体層5は強誘電体の粉末を0.1体積ppm以上10体積%以下の割合で含有する絶縁体層6で被覆されている。絶縁体層6の表面が放電空間5に露出し、絶縁体層6に含まれる強誘電体粉末のうちの表層に位置するものが放電空間5と接する。絶縁体層6の材料としては、マグネシア(MgO)に代表される耐スパッタ性に優れる物質が好ましい。強誘電体粉末の混入量を過度に多くするとスパッタによる経時変化が顕著になるので、強誘電体粉末の混入量としては10体積%以下が望ましく、1体積%〜1体積ppmの範囲内の値がより好ましい。
図2は壁電圧伝達特性を示し、図3は強誘電体のP(V)ヒステリシス特性を示す。
壁電圧伝達特性とは、壁電荷の形成におけるセル電圧と壁電圧の変化量との関係であり、これによって、どのくらいのセル電圧が加わればどのように壁電圧が推移するかを知ることができる。セル電圧が低いときには壁電圧の変化量は僅かであり、セル電圧がVt(+)またはVt(−)以上であれば壁電圧は大きく変化する。さらにセル電圧が高ければ、壁電圧の変化量はセル電圧に近い値になる。
Vt(+)とVt(−)の間に、図3のヒステリシスにおける分極反転が起きる電圧Vcまたは−Vcの少なくともどちらか一方が含まれていれば、分極反転による電子放出が発生し得る。ただし、Vt(−)<(Vc,−Vc)<Vt(+)であるのが駆動の上で望ましい。低電圧で安定した電子放出を発生し得るからである。この条件を、実用の寸法サイズ、材料、構成をもつプラズマディスプレイパネルで実現するには、上述のように抗電界強度が十分に低い強誘電体を用いる必要がある。
3個以上の電極を有するセルについては、電極数に応じて以上の説明を拡張して考えればよい。3個以上の電極を有するセルにおいても現実的な手段で駆動するには、抗電界強度が十分に低い強誘電体を用いる必要がある。
本発明によれば、放電遅れを低減することができ、生産性に優れたフラットパネルディスプレイが提供される。また、消費電力を低減することができる。
図4は本発明に係る表示装置の構成を示す。
表示装置7は、カラー表示の可能な画面16を有する3電極面放電AC型のプラズマディスプレイパネル8と、プラズマディスプレイパネル8を駆動する駆動回路9とから構成さる。
プラズマディスプレイパネル2の画面16には、行電極として第1の表示電極Xおよび第2の表示電極Yが交互に配列され、列電極としてアドレス電極Aが配列されている。表示電極Xおよび表示電極Yは画面16の各行において面放電形式のサステイン放電を生じさせるための電極対を構成する。アドレス電極Aは、それが配置された列に属するセルのそれぞれにおいて、表示電極Xおよび表示電極Yと交差する。なお、表示電極Xおよび表示電極Yは、それぞれ太い帯状の透明導電膜とそれに重ねられた細い帯状の金属膜とからなる。
駆動回路9は、表示電極Xに駆動電圧を印加するドライバ91、表示電極Yに駆動電圧を印加するドライバ92、アドレス電極Aに駆動電圧を印加するドライバ93、およびプラズマディスプレイパネル8への駆動電圧の印加を制御するコントローラ95を備える。
駆動回路9には、TVチューナ、コンピュータなどの画像出力装置からフレームレート1/30秒のカラー映像信号S1が入力される。このカラー映像信号S1は、コントローラ95のデータ処理ブロックによってプラズマディスプレイパネル8による表示のためのサブフレームデータに変換される。
プラズマディスプレイパネル8の画面16は、図5が示す構造をもつセルの集合である。図5では画面16内の2行3列に対応する6個のセルからなる部分が描かれている。なお、行方向に並ぶ隣接した3個のセルが画像の1画素に対応する。
前面側のガラス基板10の内面に、第1の表示電極Xおよび第2の表示電極Yが配列されている。表示電極Xおよび表示電極Yは誘電体層13によって被覆され、誘電体層13の表面には耐スパッタ性をもつマグネシア膜14が被着している。
背面側のガラス基板20の内面にアドレス電極Aが配列され、アドレス電極Aを被覆する誘電体層22の上に放電空間を区画する複数の隔壁23が形成されている。隣接する隔壁23の間には、赤(R),緑(G),青(B)の可視光を発生する紫外線励起型の蛍光体24,25,26が塗布されている。
図では離れているが、実際にはマグネシア膜14と隔壁23とが当接するようにガラス基板10とガラス基板20とが重なる。基板間に形成された放電空間には例えばネオンとキセノンの混合ガスが放電ガスとして封入されている。放電ガスは放電時に蛍光体24,25,26を励起する紫外線を放つ。
プラズマディスプレイパネル8の特徴は、蛍光体24,25,26に強誘電体粉末80が混入されていることである。分極反転に伴う電子や気体分子イオンの放出効果を得るには、強誘電体の表面が放電ガスに直接に晒されているのが望ましいが、電子が放出できる程度であれば蛍光体で被覆されていてもよい。蛍光体層24,25,26は粒径が数μm〜10μm程度の蛍光体粉末からなるポーラスな層であり、強誘電体粉末80の粒径は蛍光体粉末と同程度またはそれ以下の値に選定されているので、大半の強誘電体粉末80が放電ガスに直接に晒される。強誘電体粉末80の混入量が多いほど寄生容量の増加と輝度低下を招くので、強誘電体粉末80の混入量としては10wt%以下が望ましく、1wt%〜1wtppmの範囲内の値がより好ましい。
図6は3電極構造のセルにおける放電閾値閉曲線(Vt閉曲線)を示し、図7は放電空間の背面側に強誘電体を配置した構成における強誘電体の反転分布発生電位の曲線(以降、簡単のため、強誘電体反転曲線と呼ぶ)を示す。Vt閉曲線とは、第1の電極間のセル電圧を横軸に、第2の電極間のセル電圧を縦軸にとった2次元座標空間(これをセル電圧平面という)に、徐々に電圧を上昇させたときに放電が始まる電圧である閾値電圧(Vt)をプロットした点集合である。Vt閉曲線は放電が生じる電圧範囲を表す。例示において、第1の電極間は表示電極Xと表示電極Yとの電極間(XY電極間)であり、第2の電極間はアドレス電極Aと表示電極Yとの電極間(AY電極間)である。
強誘電体が背面板に配置された場合、基本的にはアドレス電極Aと表示電極Xとの電極間(AX電極間)と、上記AY電極間の電圧による反転分布を考えればよいので、強誘電体反転曲線はおおよそ四角形となる。
図8は図6のVt閉曲線と図7の強誘電体反転曲線との関係を示す。図8をみれば、強誘電体の分極反転による電子供給が可能かどうかを直感的に理解することができる。図8(A)のように強誘電体反転曲線が完全にVt閉曲線内にあるのが、駆動上最も有利である。ただし、図8(B)のように強誘電体反転曲線の一部がVt閉曲線の外側に在る場合でも、電圧制御マージンが狭いという不利な点はあるものの分極反転を生じさせることができる。
次に、分極反転を生じさせるパルス印加過程を含む駆動シーケンスの一例を説明する。
プラズマディスプレイパネル8による映像表示においては、1つのフレームを複数のサブフレームに置き換えるサブフレーム法(サブフィールド法ともいう)が適用される。すなわち、2値発光素子であるセルによって階調を再現するために、入力画像であるフレームを所定数のサブフレームに分割する。そして、画面内の個々のセルを表示すべき階調値に応じて選択したサブフレームにおいて発光させる。
図9はサブフレームの駆動シーケンスの概略を示す駆動電圧波形図である。図においてアドレス電極Aおよび表示電極Xに係る波形が総括的に描かれ、表示電極Yについては先頭行の表示電極Y(1)、第2行の表示電極Y(2)および最終行の表示電極Y(n)に係る波形が描かれている。図示の波形は一例であり、振幅・極性・タイミングを種々変更することができる。パルスベース電位は接地電位に限らない。
例示の波形は、初期化動作が強放電による壁電荷の消去を行う最も基本的はものである。なお、初期化動作として鈍波波形を用いてセル間のばらつきを補償するように壁電荷量を調整する場合にも、初期化動作が異なるだけでアドレッシングおよびサステインは例示と同じでよいので、以下に述べることはそのまま成り立つ。
各サブフレームにはリセット期間、アドレス期間、およびサステイン期間が割り当てられる。リセット期間に画面内の全セルの壁電圧を均等にする初期化が行われ、アドレス期間に表示データに応じて各セルの壁電圧を制御するアドレッシングが行われる。そして、サステイン期間において、発光すべきセルのみで表示放電を生じさせるサステインが行われる。1フレームは、初期化、アドレッシング、およびサステインを繰り返すことで表示される。
リセット期間において、全ての表示電極Xに十分に振幅の大きい正極性のパルスが印加され、これにより全てのセルで強制的に放電が生じる。この放電でいったん壁電荷が再形成され、パルス印加の終了に呼応して壁電荷によるいわゆる自己消去放電が生じる。壁電荷はほとんど無くなり、リセット期間終了時のセルの状態は図8のセル電圧座標空間の原点またはその近傍に対応する。
アドレス期間においては、全表示電極Yを負電位にバイアスした状態で、各表示電極Yに対して1本ずつ順に負極性のスキャンパルスPyが印加される。すなわち、行選択が行われる。行選択に同期して、選択行における発光すべきセルに対応したアドレス電極Aに正極性のアドレスパルスが印加される。表示電極Yおよびアドレス電極Aによって選択されたセルでアドレス放電が生じて所定の壁電荷が形成される。そして、このようなアドレッシングにおいて、各表示電極Yに対してスキャンパルスPyの印加の直前に、スキャンパルスPyと反対の極性(例示では正極性)のパルスPtが印加される。
パルスPtの印加は、その後のアドレス放電の放電遅れを低減するために行われる。パルスPtは、蛍光体層に混入された強誘電体粉末80に所定強度の電界を加え、分極反転を生じさせる。分極反転によってプライミング粒子が生成され、放電空間は放電の起こり易い状態になる。このとき、パルスPtの印加によってセル電圧が放電閾値を超えないのが、すなわちパルスPtによって放電が生じないのが望ましい。パルスPtの振幅を適切に選定して放電を生じさせないことにより、壁電荷の不必要な変化が防止され、駆動条件の最適化が容易になる。
サステイン期間においては、表示電極Yと表示電極Xとに交互に正のサステインパルスが印加される。印加ごとに発光すべきセルの表示電極間で表示放電が生じる。サステインパルスの印加の変形として、表示電極Yと表示電極Xとに極性の異なり振幅がサステイン電圧(Vs)の1/2であるパルスを同時に印加する形態がある。
以上の実施例は強誘電体粉末80を放電空間の背面側に設けるものであるが、強誘電体粉末80を放電空間の前面側に配置することも可能である。例えば、誘電体層13を保護するマグネシア膜14を蒸着によって形成した後に、マグネシア膜14の表面に強誘電体粉末80を散布してもよい。その場合、マグネシアは柱状結晶であるので、結晶間に入り込む程度の粒径(例えばナノメートルオーダー)をもつ粉末を用いるのが望ましい。
図10は放電空間の前面側に強誘電体を配置した構成における強誘電体反転曲線を示し、図11は図6のVt閉曲線と図10の強誘電体反転曲線との関係を示す。
強誘電体が前面側に配置された場合は、強誘電体反転曲線は理想的にはVt閉曲線と同様に六角形の形をとる。この場合にも図11のように強誘電体反転曲線が完全にVt閉曲線内にあるのが駆動の上で最も有利である。
以上の実施形態ではアドレス期間に分極反転を生じさせる例を挙げたが、これに限らない。リセット期間またはサステイン期間において強誘電体粉末80の分極反転を生じさせてもよい。スキャンパルスPyとは別のパルスPtを印加する代わりに、スキャンパルスPyによって分極反転を生じさせてもよい。サステインパルスによって分極反転を生じさせてもよい。必ずしも全ての表示電極YにパルスPtを印加する必要はなく、例えばアドレス期間の後半に選択される行に対応した表示電極YのみにパルスPtを印加してもよい。アドレス期間の後半では初期化動作で生じたプライミング粒子がほぼ消失しているからである。また、表示電極Xに分極反転を生じさせるためにパルスを印加してもよい。
本発明は、ガス放電によって表示を行うフラットパネルディスプレイの動作の安定と低価格化に有用である。
2電極構造のセルの模式図である。 壁電圧伝達特性を示す図である。 強誘電体のP(V)ヒステリシス特性を示す図である。 本発明に係る表示装置の構成を示す図である。 本発明に係るプラズマディスプレイパネルのセル構造を示す分解斜視図である。 3電極構造のセルにおけるVt閉曲線を示す図である。 放電空間の背面側に強誘電体を配置した構成における強誘電体反転曲線を示す図である。 図6のVt閉曲線と図7の強誘電体反転曲線との関係を示す図である。 サブフレームの駆動シーケンスの概略を示す駆動電圧波形図である。 放電空間の前面側に強誘電体を配置した構成における強誘電体反転曲線を示す図である。 図6のVt閉曲線と図10の強誘電体反転曲線との関係を示す図である。
符号の説明
2 放電空間
3,4, 電極
8 プラズマディスプレイパネル(フラットパネルディスプレイ)
X,Y 表示電極(行電極)
A アドレス電極(列電極)
80 強誘電体粉末
24,25,26 蛍光体層
6 絶縁体層
10,20 ガラス基板
9 駆動回路
7 表示装置
Py スキャンパルス
Pt 強誘電体を分極反転させるパルス

Claims (10)

  1. 放電ガスが封入された放電空間と、前記放電空間で放電を生じさせるための複数の電極とを有したフラットパネルディスプレイであって、
    前記電極と前記放電空間との間に位置しかつ前記放電空間と接する粉末状の強誘電体を備える
    ことを特徴とするフラットパネルディスプレイ。
  2. 前記強誘電体の抗電界強度が50kV/cm以下である
    請求項1に記載のフラットパネルディスプレイ。
  3. 前記放電空間での放電によって発光する蛍光体層を有し、当該蛍光体層に強誘電体粉末が混入されている
    請求項2に記載のフラットパネルディスプレイ。
  4. 前記強誘電体粉末の混入量は0.1重量ppm以上10重量%以下である
    請求項3に記載のフラットパネルディスプレイ。
  5. 前記電極を被覆する絶縁体層を有し、当該絶縁体層に強誘電体粉末が混入されている
    請求項2に記載のフラットパネルディスプレイ。
  6. 前記強誘電体粉末の混入量は0.1体積ppm以上10体積%以下である
    請求項5に記載のフラットパネルディスプレイ。
  7. 対向する一対の第1および第2の基板と、基板間に形成されて放電ガスが封入された放電空間と、前記第1の基板に配列された行電極と、前記第2の基板に配列された列電極と、前記第2の基板に配置されて前記放電空間での放電によって発光する蛍光体層とを備えたプラズマディスプレイパネルであって、
    前記蛍光体層に抗電界強度が10kV/cm以下の強誘電体粉末が0.1重量ppm以上10重量%以下の割合で混入されている
    ことを特徴とするプラズマディスプレイパネル。
  8. フラットパネルディスプレイと、前記フラットパネルディスプレイを駆動する駆動回路とを備えた表示装置であって、
    前記フラットパネルディスプレイは、放電ガスが封入された放電空間と、前記放電空間で放電を生じさせるための複数の電極と、前記電極と前記放電空間との間に位置しかつ前記放電空間と接する粉末状の強誘電体とを備えており、
    前記駆動回路は、放電を生じさせずに前記強誘電体を分極反転させる電界を発生させることを特徴とする表示装置。
  9. 前記強誘電体の抗電界強度が50kV/cm以下である
    請求項8に記載の表示装置。
  10. プラズマディスプレイパネルと、前記プラズマディスプレイパネルを駆動する駆動回路とを備えた表示装置であって、
    前記プラズマディスプレイパネルは、対向する第1および第2の基板と、基板間に形成されて放電ガスが封入された放電空間と、前記第1の基板に配列された第1および第2の行電極と、前記第1および第2の行電極を被覆する絶縁体層と、前記第2の基板に配列された列電極と、前記第2の基板に配置されかつ抗電界強度が10kV/cm以下の強誘電体粉末が0.1重量ppm以上10重量%以下の割合で混入された蛍光体層とを備えており、
    前記駆動回路は、
    アドレス期間に続く表示期間において表示放電を生じさせるためのサステインパルスを前記第1および第2の行電極に印加し、
    前記アドレス期間において、前記第2の行電極のそれぞれに行選択のためのスキャンパルスを印加し、前記列電極に表示データに応じた列選択のためのアドレスパルスを印加するとともに、前記第2の行電極のそれぞれへのスキャンパルスの印加の前に、極性が前記スキャンパルスの極性と反対であって放電を生じさせずに前記強誘電体を分極反転させるパルスを印加する
    ことを特徴とする表示装置。

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