JP2007317414A - プラズマディスプレイパネルの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】保護膜である金属酸化膜の電子放出特性をパネル全面で安定させるプラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）の製造方法を提供する。
【解決手段】蒸着室２０２には、蒸着源２０９であるＭｇＯの粒を入れたハース２１０、電子銃２１１、磁場を印加する偏向マグネットなどを設けている。また、重水（Ｄ_２Ｏ）を含むガスを導入する第１ガス導入口２１７、酸素（Ｏ_２）ガスを導入する第２ガス導入口２１８が設けられている。その結果、蒸着室２０２内に重水（Ｄ_２Ｏ）が均一に分布することで２次電子放出特性の安定した保護膜となり、ＰＤＰの面内で放電遅れのばらつきをなくすことができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、プラズマディスプレイパネルの製造方法に関し、特に前面基板に形成する金属酸化膜の成膜方法に関する。

プラズマディスプレイパネル（以下、「ＰＤＰ」と記す）は、対向配置した前面基板と背面基板との周縁部を封着部材によって封着した構造であって、前面基板と背面基板との間に形成された放電空間には、ネオン（Ｎｅ）およびキセノン（Ｘｅ）などの放電ガスが封入されている。

前面基板は、ガラス基板の片面にストライプ状に形成された走査電極と維持電極とからなる複数の表示電極と、これらの表示電極を覆う誘電体層および保護膜とを備えている。表示電極は、それぞれ透明電極と、その透明電極上に形成した金属材料からなるバス電極とによって構成されている。

背面基板は、ガラス基板の片面に表示電極と直交する方向にストライプ状に形成された複数のアドレス電極と、これらのアドレス電極を覆う下地誘電体層と、放電空間をアドレス電極毎に区画するストライプ状の隔壁と、隔壁間の溝に順次塗布された赤色、緑色および青色の蛍光体層とを備えている。

表示電極とアドレス電極とは直交していて、その交差部が放電セルになる。これらの放電セルはマトリクス状に配列され、表示電極の方向に並ぶ赤色、緑色および青色の蛍光体層を有する３個の放電セルが、カラー表示のための画素になる。ＰＤＰは順次、走査電極とアドレス電極間、および走査電極と維持電極間に所定の電圧を印加してガス放電を発生させ、そのガス放電で生じる紫外線で蛍光体層を励起し、発光させることによりカラー画像を表示している。

ここで、保護膜は、ガス放電時に生じるイオン衝撃（スパッタ）から誘電体層および電極を保護する役割（耐スパッタ性）と、その放電時に２次電子を放出し電荷を保持する、いわゆるメモリ機能の役割（電子放出特性）を果たす。そのため保護膜は、耐スパッタ性と電子放出特性に優れる酸化マグネシウム（ＭｇＯ）などの金属酸化膜が一般的に用いられている。

この金属酸化膜である保護膜を形成する方法としては、成膜速度が高く比較的良質な金属酸化膜を形成することができる電子ビーム蒸着法が広く用いられている（例えば、非特許文献１参照）。

そして、ＰＤＰの低消費電力化、低コスト化を実現するためには、より電子放出特性の優れた保護膜が必要であり、そのような保護膜を得るために、成膜室内に水蒸気（Ｈ_２Ｏ）を導入して成膜する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
２００１ ＦＰＤテクノロジー大全、株式会社電子ジャーナル、２０００年１０月２５日、ｐ５９８−ｐ６００ 特開平９−２９５８９４号公報

上述の水蒸気（Ｈ_２Ｏ）を導入するのは、高純度の金属酸化膜を得るために、不純物の少ない雰囲気とするためである。

しかしながら、従来の成膜方法では近年の成膜装置の大型化にともない、成膜室の容積も大きくなるため、そのような成膜室に水蒸気が均一に分布しにくくなる。これは、水蒸気（Ｈ_２Ｏ）が成膜室内の蒸発流により分解され、水蒸気（Ｈ_２Ｏ）として存在する時間が短くなるからと考えられる。そのため、成膜された保護膜の電子放出特性が基板面内で不均一になり、放電遅れのばらつきの基板面内分布が大きくなるという課題があった。なお以降、放電遅れのばらつきとは、放電遅れを構成する形成遅れと統計遅れとのうちの統計遅れの変動の幅を意味するものとする。

本発明は、上記の課題を解決するもので、保護膜である金属酸化膜の電子放出特性をＰＤＰ全面で均一にするＰＤＰの製造方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために本発明は、表示電極および誘電体層が形成された基板を成膜室内に搬入し、基板の誘電体層が形成された面に金属酸化膜を成膜するＰＤＰの製造方法であって、金属酸化膜の成膜は、成膜室内に重水（Ｄ_２Ｏ）を含むガスを導入しながら行う方法である。

このような方法とすると、重水（Ｄ_２Ｏ）は水蒸気（Ｈ_２Ｏ）よりイオン化エネルギーが大きいため、成膜室内で蒸発流によって分解されにくく、重水（Ｄ_２Ｏ）としての存在する時間が長くなる。そのため、重水（Ｄ_２Ｏ）は成膜室内に均一に分布し、保護膜である金属酸化膜の電子放出特性をＰＤＰ全面で均一にできる。

また、本発明のＰＤＰの製造方法は、成膜室内に酸素（Ｏ_２）ガスをさらに導入してもよい。

このような製造方法とすると、金属酸化膜の酸素欠損が少なくなるため、酸素欠損による未結合手（ダングリングボンド）が電子放出特性を変化させることがなくなる。

また、本発明のＰＤＰの製造方法は、金属酸化膜の成膜が蒸着法によって行われるようにしてもよい。

このように金属酸化膜の成膜方法を蒸着法とすると、成膜速度が高い製造方法とすることができる。

また、本発明のＰＤＰの製造方法の金属酸化膜は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）としてもよい。

酸化マグネシウム（ＭｇＯ）は、特に結晶粒径の方向を揃える配向性が必要とされるため、重水（Ｄ_２Ｏ）による均一な成膜の雰囲気形成の効果は大きい。

以上のように本発明によれば、金属酸化膜の成膜は、成膜室内に重水（Ｄ_２Ｏ）を含むガスを導入しながら行うため、保護膜である金属酸化膜の電子放出特性をＰＤＰ全面で均一にするＰＤＰの製造方法を提供できる。

以下、本発明の実施の形態によるＰＤＰの製造方法について図面を用いて説明する。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態のＰＤＰの概略構成を示す断面斜視図である。

ＰＤＰ１０１の前面板１０２は、例えばガラスのような透明かつ絶縁性の基板１０３の一主面上に形成した走査電極１０４と維持電極１０５とからなる表示電極１０６と、その表示電極１０６を覆う誘電体層１０７と、さらにその誘電体層１０７を覆う、例えばＭｇＯによる保護膜１０８とを有する構造である。走査電極１０４と維持電極１０５とは、電気抵抗の低減を目的として、透明電極１０４ａ、１０５ａに金属材料、例えば銀（Ａｇ）などからなるバス電極１０４ｂ、１０５ｂを積層した構造としている。

また背面板１０９は、例えばガラスのような絶縁性の基板１１０の一主面上に形成したアドレス電極１１１と、そのアドレス電極１１１を覆う下地誘電体層１１２と、下地誘電体層１１２上の隣り合うアドレス電極１１１の間に相当する場所に位置する隔壁１１３と隔壁１１３間の蛍光体層１１４Ｒ、１１４Ｇ、１１４Ｂとを有する構造である。

そして、前面板１０２と背面板１０９とは、隔壁１１３をはさんで、表示電極１０６とアドレス電極１１１とが直交するように対向配置され、画像表示領域外の周囲が図示していない封着部材により封止されている。前面板１０２と背面板１０９との間に形成された放電空間１１５には、例えばＮｅ−Ｘｅ１０％の放電ガスを６６．５ｋＰａ（５００Ｔｏｒｒ）の圧力で封入している。そして、放電空間１１５の表示電極１０６とアドレス電極１１１との交差部が放電セル（単位発光領域）１１６として動作する。

次に、上述したＰＤＰ１０１について、その製造方法を同じく図１を参照しながら説明する。

前面板１０２は、基板１０３上にまず、走査電極１０４および維持電極１０５を形成する。具体的には、基板１０３上に、例えばＩＴＯによる膜を蒸着やスパッタなどの成膜プロセスにより形成し、その後、フォトリソ法などによってパターニングして透明電極１０４ａ、１０５ａを形成する。さらにその上から、例えばＡｇによる膜を蒸着やスパッタなどの成膜プロセスにより形成し、その後、フォトリソ法などによってパターニングすることでバス電極１０４ｂ、１０５ｂを形成する。以上により、走査電極１０４および維持電極１０５からなる表示電極１０６を得ることができる。

次に、以上のようにして形成した表示電極１０６を誘電体層１０７で被覆する。誘電体層１０７は、ガラス材料を含むペーストを、例えばスクリーン印刷で塗布した後、焼成することによって形成する。次に、以上のようにして形成した誘電体層１０７を、金属酸化膜、例えばＭｇＯによる保護膜１０８で被覆する。

背面板１０９は、基板１１０上に、アドレス電極１１１を形成する。具体的には、基板１１０上に、例えばＡｇ材料などによる膜を、蒸着やスパッタなどの成膜プロセスにより形成し、その後、フォトリソ法などによってパターニングしてアドレス電極１１１を形成する。さらに、アドレス電極１１１を下地誘電体層１１２により被覆した後、隔壁１１３を形成する。

そして、隔壁１１３間の溝に、赤色、緑色、青色の蛍光体粒子により構成される蛍光体層１１４Ｒ、１１４Ｇ、１１４Ｂを形成する。具体的には、各色の蛍光体粒子と有機バインダとからなるペースト状の蛍光体インキを塗布し、焼成して有機バインダを焼失させることによって各蛍光体粒子が結着してなる蛍光体層１１４Ｒ、１１４Ｇ、１１４Ｂを形成する。

以上のようにして作製した前面板１０２と背面板１０９とを、前面板１０２の表示電極１０６と背面板１０９のアドレス電極１１１とが直交するように重ね合わせるとともに、周縁に封着用ガラスによる封着部材を介挿し、これを焼成した気密シール層（図示せず）で封着する。そして、一旦、放電空間１１５内を高真空に排気した後、放電ガス（例えば、Ｈｅ−Ｘｅ系、Ｎｅ−Ｘｅ系の不活性ガス）を所定の圧力で封入することによってＰＤＰ１０１を作製する。

次に、上述したＰＤＰ１０１の保護膜（ＭｇＯ膜）１０８の成膜装置および製造方法を説明する。

まず、成膜装置の構成を説明する。図２は、本発明の実施の形態のＰＤＰ１０１の保護膜１０８を形成するための成膜装置２０１の概略構成を示す縦断面図である。

成膜装置２０１は、金属酸化膜を成膜する蒸着室（成膜室）２０２およびその前後の基板投入室２０３、基板取出室２０４より構成されている。蒸着室２０２は、ＰＤＰ１０１の基板１０３に対してＭｇＯを蒸着してＭｇＯ薄膜である保護膜１０８を形成する成膜室である。また基板投入室２０３では、蒸着室２０２に基板１０３を投入する前に基板１０３を予備加熱するとともに、予備排気を行う。基板取出室２０４では、蒸着室２０２での蒸着が終了後、取り出された基板１０３を冷却する。

以上の、基板投入室２０３、蒸着室２０２、基板取出室２０４の各々は、内部を真空雰囲気にできるように密閉構造となっており、各室毎に独立して排気手段である真空排気系２０５ａ、２０５ｂ、２０５ｃをそれぞれ備えている。

また、基板投入室２０３、蒸着室２０２および基板取出室２０４を貫いて、搬送ローラ、ワイヤー、チェーンなどによる搬送装置２０６を配置している。そして、外気と基板投入室２０３との間、基板投入室２０３と蒸着室２０２との間、蒸着室２０２と基板取出室２０４との間、基板取出室２０４と外気との間それぞれを開閉可能な仕切壁２０７ａ、２０７ｂ、２０７ｃ、２０７ｄで仕切っている。さらに搬送装置２０６の駆動と仕切壁２０７ａ、２０７ｂ、２０７ｃ、２０７ｄの開閉との連動によって、基板投入室２０３、蒸着室２０２、基板取出室２０４のそれぞれの真空度の変動を最小限にしている。

その結果、基板１０３を成膜装置２０１外から基板投入室２０３、蒸着室２０２、基板取出室２０４を順に通過させて、それぞれの室での所定の処理を行い、その後、成膜装置２０１外に搬出することが可能となり、複数枚の基板１０３に対して連続してＭｇＯを成膜することができる。

また、基板投入室２０３、蒸着室２０２の各室には、基板１０３を加熱するための加熱ランプ２０８ａ、２０８ｂをそれぞれ設置している。なお基板１０３の搬送は、通常基板保持具２１６に保持した状態で行われる。

次に、成膜室である蒸着室２０２について説明する。蒸着室２０２には、蒸着源２０９であるＭｇＯの粒を入れたハース２１０、電子銃２１１、磁場を印加する偏向マグネット（図示せず）などを設けている。また、重水（Ｄ_２Ｏ）を含むガスを導入する第１ガス導入口２１７、酸素（Ｏ_２）ガスを導入する第２ガス導入口２１８が設けられている。

また、蒸着源２０９と基板保持具２１６に保持させた基板１０３との間には、上流側遮断壁２１４および下流側遮断壁２１５が設けられている。

次に、保護膜１０８の製造方法を説明する。

基板投入室２０３で予備加熱された基板１０３は、蒸着室２０２で加熱ランプ２０８ｂにより加熱されて一定温度に保たれる。この温度は、基板１０３上にすでに形成されている表示電極１０６や誘電体層１０７が熱劣化することがないように、１００℃から４００℃程度に設定される。そして、上流側遮断壁２１４と下流側遮断壁２１５とを閉じた状態で、電子銃２１１から電子ビーム２１２を蒸着源２０９に照射して予備加熱することにより、不純ガスの脱ガスを行う。

その後、第１ガス導入口２１７より重水（Ｄ_２Ｏ）を含むガスを、第２ガス導入口２１８より酸素（Ｏ_２）ガスを導入する。そして、電子銃２１１から照射した電子ビーム２１２を、偏向マグネットにより発生する磁場によって偏向して蒸着源２０９に照射し、蒸着源２０９であるＭｇＯの蒸気流２１３を発生させる。発生させた蒸気流２１３は、基板保持具２１６に保持させた基板１０３の表面に堆積されてＭｇＯの保護膜１０８が形成される。

次に、ＭｇＯ膜の成膜時に重水（Ｄ_２Ｏ）を含むガスおよび酸素（Ｏ_２）ガスを導入する理由について述べる。

保護膜１０８であるＭｇＯ膜の物性は、その成膜過程での酸素欠損や不純物混入、膜の厚みにより変化することが知られている。特に、成膜雰囲気中の水（Ｈ_２Ｏ）の存在が保護膜１０８の特性である２次電子放出性能に影響を与えることを、本発明者らは検討により確認している。これは、例えばＭｇＯにおいて、膜表層部にＨ_２Ｏ起因の新しい結合状態（例えば、Ｍｇ（ＯＨ）_２など）が形成され、それによりエネルギーバンドのバンドギャップ内のより真空準位に近い準位に電子が存在するようになり、その結果、２次電子放出特性が変化するというメカニズムであると推察している。

そこで、保護膜１０８の特性を向上させることを目的として、成膜時に水（Ｈ_２Ｏ）を含むガスを成膜室に導入する。しかしながら、上述のような蒸着室２０２に水（Ｈ_２Ｏ）を導入して成膜する場合、本発明者らの検討によると、導入した水（Ｈ_２Ｏ）を含むガスの一部は、電子ビーム２１２および蒸気流２１３の影響でＨやＯやＯＨに分解され、分解せずに残った水（Ｈ_２Ｏ）は、蒸着室２０２内に分布を持って存在することが分かった。そして、その分布した影響で、作製されたＰＤＰの基板面内での放電特性分布が悪化してしまう。またこの分布は、蒸着室２０２の体積が大きいほど顕著で、真空排気系２０５ｂの位置や能力によってさまざまな分布状態となる。

そのため、電子ビーム２１２および蒸気流２１３に分解されにくい重水（Ｄ_２Ｏ）を含むガスを導入することを検討した。また、酸素（Ｏ_２）ガスの導入は、酸素欠損を低減させて、２次電子放出性能をよくするためである。

次に、以上の成膜装置および製造方法で作製した保護膜を備えたＰＤＰの特性評価結果について、図面を用いて説明する。

図３（ａ）は、本発明の実施の形態のＰＤＰの放電遅れのばらつきを説明する図で、図３（ｂ）は比較例を示す図である。図３（ｂ）は重水（Ｄ_２Ｏ）を含むガスの代わりに、水（Ｈ_２Ｏ）を含むガスを導入して作製した保護膜を備えたＰＤＰの放電遅れのばらつきを示している。図３に示すように前面板の長辺方向に端部（評価ポイントＡ、Ｃ）と中央部（評価ポイントＢ）の３ヶ所で、放電遅れの時間を計測、評価した。

保護膜の成膜条件は、酸素（Ｏ_２）ガス１０ｓｃｃｍ、重水（Ｄ_２Ｏ）を含むガス１０ｓｃｃｍを導入し、成膜室の圧力を２．０×１０^−２Ｐａとした。また図３に示すように、酸素（Ｏ_２）ガスは、前面板の複数箇所に導入するのに対し、重水（Ｄ_２Ｏ）を含むガスは、前面板の端部に１ヶ所から導入する。これは、ガスを前面板の複数箇所に導入して均一に分布するようにするよりも、端部の１ヶ所から導入することで重水（Ｄ_２Ｏ）を含むガスの分布の影響がより顕著に出るようにするためである。なお、水（Ｈ_２Ｏ）を含むガスを導入しての保護膜の成膜条件は、重水（Ｄ_２Ｏ）を水（Ｈ_２Ｏ）に代えただけで、その他の条件であるガスの流量、成膜室の圧力、ガスの導入位置などは同じである。

図３から分かるように、評価ポイントＡ、Ｂ、Ｃの放電遅れのばらつきは、重水（Ｄ_２Ｏ）を含むガスを導入した場合は、８９ｎｓ〜１１３ｎｓであるのに対し、水（Ｈ_２Ｏ）を含むガスを導入した場合は、１２６ｎｓ〜４５６ｎｓである。すなわち、放電遅れのばらつきの基板面内分布は、重水（Ｄ_２Ｏ）を含むガスを導入した場合は２４ｎｓであるのに対し、水（Ｈ_２Ｏ）を含むガスを導入した場合は３３０ｎｓであり、１０分の１以下になっている。

このように、重水（Ｄ_２Ｏ）を含むガスを導入して保護膜を成膜すると、評価ポイントＡ、Ｂ、Ｃの放電遅れのばらつきは、ほとんど差がなくなっている。これは、水（Ｈ_２Ｏ）よりも重水（Ｄ_２Ｏ）の方が、イオン化エネルギーが大きく、成膜室内の蒸発流によって分解されにくいため、重水（Ｄ_２Ｏ）として存在する時間が長くなり、成膜室内に均一に分布したからと考えられる。

以上のように、本発明の実施の形態のＰＤＰの製造方法によれば、放電遅れのばらつきの基板面内分布を小さくすることができ、保護膜である金属酸化膜の電子放出特性をＰＤＰ全面で均一にすることができる。

なお、上述のＰＤＰの特性評価結果において、重水（Ｄ_２Ｏ）と水（Ｈ_２Ｏ）との差を明確にするため、ガスの導入方法をあえてパネル端部の１ヶ所にしたが、通常の設備の導入方法である複数箇所からガスを導入しても同様の効果が得られた。

また、本発明の実施の形態では、第１ガス導入口２１７から重水（Ｄ_２Ｏ）を含むガスを、第２ガス導入口２１８から酸素（Ｏ_２）ガスを導入したが、２つのガスを同一経路に合流して１つのガス導入口から導入するようにしてもよい。

さらに、重水（Ｄ_２Ｏ）を含むガスのみを導入して、酸素（Ｏ_２）ガスを導入しなくてもよい。

また、ＭｇＯは、特に結晶粒径の方向を揃える配向性が必要とされるため、重水（Ｄ_２Ｏ）による均一な成膜の雰囲気形成の効果は大きい。

また、本発明の実施の形態では、保護膜としてＭｇＯ膜を蒸着法で作製する例を説明したが、本発明はＭｇＯ膜を蒸着法で作製する場合に限定されるものでなく、金属酸化膜を蒸着法、スパッタ法などで成膜する場合に対して、同様の効果を得ることができる。

本発明は、保護膜である金属酸化膜の電子放出特性をＰＤＰ全面で安定させたＰＤＰの製造方法を提供でき、大画面の製造に適したプラズマディスプレイ装置などを実現することができる。

本発明の実施の形態のＰＤＰの概略構成を示す断面斜視図 同ＰＤＰの保護膜を形成するための成膜装置の概略構成を示す縦断面図 （ａ）同ＰＤＰの放電遅れのばらつきを説明する図（ｂ）比較例を示す図

符号の説明

１０１ ＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）
１０２ 前面板
１０３，１１０ 基板
１０４ 走査電極
１０４ａ，１０５ａ 透明電極
１０４ｂ，１０５ｂ バス電極
１０５ 維持電極
１０６ 表示電極
１０７ 誘電体層
１０８ 保護膜（ＭｇＯ膜）
１０９ 背面板
１１１ アドレス電極
１１２ 下地誘電体層
１１３ 隔壁
１１４Ｒ，１１４Ｇ，１１４Ｂ 蛍光体層
１１５ 放電空間
１１６ 放電セル（単位発光領域）
２０１ 成膜装置
２０２ 蒸着室（成膜室）
２０３ 基板投入室
２０４ 基板取出室
２０５ａ，２０５ｂ，２０５ｃ 真空排気系（排気手段）
２０６ 搬送装置
２０７ａ，２０７ｂ，２０７ｃ，２０７ｄ 仕切壁
２０８ａ，２０８ｂ 加熱ランプ
２０９ 蒸着源
２１０ ハース
２１１ 電子銃
２１２ 電子ビーム
２１３ 蒸気流
２１４ 上流側遮断壁
２１５ 下流側遮断壁
２１６ 基板保持具
２１７ 第１ガス導入口
２１８ 第２ガス導入口

Claims (4)

1. 表示電極および誘電体層が形成された基板を成膜室内に搬入し、前記基板の前記誘電体層が形成された面に金属酸化膜を成膜するプラズマディスプレイパネルの製造方法であって、前記金属酸化膜の成膜は、前記成膜室内に重水（Ｄ_２Ｏ）を含むガスを導入しながら行うことを特徴とするプラズマディスプレイパネルの製造方法。
2. 前記成膜室内に酸素（Ｏ_２）ガスをさらに導入することを特徴とする請求項１記載のプラズマディスプレイパネルの製造方法。
3. 前記金属酸化膜の成膜が蒸着法によって行われることを特徴とする請求項１または請求項２記載のプラズマディスプレイパネルの製造方法。
4. 前記金属酸化膜を酸化マグネシウム（ＭｇＯ）とすることを特徴とする請求項１または請求項２記載のプラズマディスプレイパネルの製造方法。

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