JP2007323922A - プラズマディスプレイパネル - Google Patents

Abstract

【課題】発光効率が良好であって省電力で駆動するＰＤＰを提供する
【解決手段】第１の電極と、該第１の電極を覆う誘電体層と、該誘電体層を覆う保護膜とが形成された第１の基板と、第２の電極と蛍光体層が形成された第２の基板とが、Ｘｅを含む封入ガスが封入された放電空間を挟んで対向するプラズマディスプレイパネルであって、前記保護膜はＳｒＯをＸ原子％（但し、５≦Ｘ＜１００）含み、前記第１の電極に印加される、表示のために前記放電空間での放電を維持する放電維持電圧Ｖが、前記放電空間での放電が維持されるための最小の電圧である最小放電維持電圧Ｖｍに対して、Ｖｍ＜Ｖ＜１．３×Ｖｍとされることを特徴とするプラズマディスプレイパネル。
【選択図】図２

Description

本発明はプラズマディスプレイパネル（以下ＰＤＰ（Plasma Display Panel）と表記する）に係り、特に保護膜に覆われた電極を有するプラズマディスプレイパネルに関する。

ＰＤＰは、大画面化が容易なこと、表示品質がよいこと、また、液晶ディスプレイと比べた場合に視野角が広いなどの特長があり、薄型化が可能なことから例えば壁掛け型ディスプレイなどの大型表示装置として用いられるようになってきている。

ＰＤＰの動作原理の概要は、表示セルと呼ばれる、例えば希ガスからなる封入ガスが封入された放電空間で放電を起こすことによって希ガスの粒子（原子・分子）を励起し、その光学的遷移によって生じる紫外線によって蛍光体を励起し、当該蛍光体からの可視光を表示発光に利用するものである。

従来のＰＤＰの構造の概略は、互いに対向するように設置された２枚の基板上にそれぞれ電極を設け、これらの電極の間に前記放電空間が形成された構造を有している。このように放電空間をはさんで対向するようにして形成された電極は、例えば表示用電極とデータ電極と呼ばれ、当該表示用電極とデータ電極はそれぞれ誘電体層に覆われた構造を有している。

例えば、当該データ電極を覆う誘電体層上には蛍光体層が形成され、ＰＤＰが発光する場合の画素の色を決定する要素となっている。一方、当該表示用電極を覆う誘電体層上には保護膜が形成され、当該誘電体層をスパッタリングによる損傷から保護する構造になっている。

この場合、前記放電空間の放電特性は、当該放電空間に面する前記保護膜に大きく影響され、特に当該保護膜の二次電子利得が高い場合に、すなわちより二次電子が放出されやすい場合に、前記放電空間の放電電圧が下がることがわかっており、このため、比較的二次電子利得の高いＭｇＯが保護膜に用いられることが一般的であった。また、さらに放電電圧を下げるために、保護膜を構成する材料として、様々な材料が提案されている（例えば非特許文献１、非特許文献２参照）。
T.shinoda et al, IEEE Trans. Electron Device, Vol.ED-26,No.8,August1979 Y. Motoyama et al, J. Appl. Phys., Vol. 95, No. 12, 15 June 2004.

しかし、ＰＤＰの高効率化を考えた場合には、放電電圧を下げることに加えて、一方では発光効率を良好とすることが好ましい。従来は、放電電圧を低下させるとともに発光効率を良好とするための具体的な保護膜の材料や、さらには当該保護膜を用いたＰＤＰの具体的な構成についての検証がされていなかった。

そこで、本発明は、上記の問題を解決した、新規で有用なＰＤＰを提供することを統括的課題としている。

本発明の具体的な課題は、発光効率が良好であって省電力で駆動するＰＤＰを提供することである。

本発明は、上記の課題を、第１の電極と、該第１の電極を覆う誘電体層と、該誘電体層を覆う保護膜とが形成された第１の基板と、第２の電極と蛍光体層が形成された第２の基板とが、Ｘｅを含む封入ガスが封入された放電空間を挟んで対向するプラズマディスプレイパネルであって、前記保護膜はＳｒＯをＸ原子％（但し、５≦Ｘ＜１００）含み、前記第１の電極に印加される、表示のために前記放電空間での放電を維持する放電維持電圧Ｖが、前記放電空間での放電が維持されるための最小の電圧である最小放電維持電圧Ｖｍに対して、Ｖｍ＜Ｖ＜１．３×Ｖｍとされることを特徴とするプラズマディスプレイパネルにより、解決する。

本発明によれば、発光効率が良好であって省電力で駆動するＰＤＰを提供することが可能になる。

また、前記保護膜が、さらに、ＭｇＯ、ＣａＯ、およびＢａＯのうち、少なくとも１つを含むようにすると、前記保護膜の安定性、耐久性が良好となり、好ましい。

本発明によれば、発光効率が良好であって省電力で駆動するＰＤＰを提供することが可能になる。

次に、本発明の実施の形態に関して、図面に基づき、以下に説明する。

図１（Ａ）は、本発明の実施例１によるＡＣ駆動型のＰＤＰの構造の１表示セルの断面図を模式的に示したものであり、図１（Ｂ）にはそのＡ−Ａ断面図を示す。また図２には、図１（Ａ），（Ｂ）に示した表示セルを複数個並べたＡＣ駆動型のカラーＰＤＰ１０の斜視図を示す。

図１（Ａ）、（Ｂ）および図２を参照するに、前記ＰＤＰ１０では、放電空間２０を挟んで、ガラス基板からなる前面板１１と背面板１５が対向する形で配置されている。前記前面板１１上の、前記背面板１５に対向する側には表示用電極１２が配置され、当該表示用電極１２は、例えば酸化鉛系ガラスなどからなる誘電体層１３に覆われ、さらに当該誘電体層１３が、ＳｒＯを含む保護膜１４で覆われた構造となっている。前記表示用電極１２は、対をなす帯状の走査電極および維持電極が互いに平行に配置されることにより、構成されている。

従来のＰＤＰでは、保護膜を構成する材料についてはＭｇＯが用いられることが一般的であったが、本実施例においては、前記表示用電極１２が、ＳｒＯを含む前記保護膜１４で覆われた構造となっており、当該保護膜１４が前記放電空間２０に面した構造になっている。このため、前記放電空間２０で放電が発生する場合の放電電圧を低くすることが可能となり、ＰＤＰの駆動電圧を低く抑えることが可能となっている。このような、保護膜にＳｒＯを含む膜を用いた場合の効果の詳細に関しては後述する。

また、前記背面板１５上の、前記前面板１１に対向する側には前記表示用電極１２に直交する帯状の複数のデータ電極１６が設けられており、これら複数のデータ電極１６は互いに平行に配置され、またそれぞれの前記データ電極１６は誘電体層１７によって覆われている。

さらに複数のデータ電極１６を分離し、かつ放電空間２０を形成する隔壁１８が、前記データ電極１６と略平行に前記誘電体層１７上に設けられている。また前記データ電極１６上の前記誘電体層１７の上から前記隔壁１８の側面にわたって、蛍光体層１９が形成されている。図２に示すＰＤＰ１０の場合、カラー表示を可能にするために、前記隔壁１８を挟んで、例えば赤、緑、青の蛍光体１９が順に配置された構造になっている。

また、前記ＰＤＰ１０において、前記誘電体層１３および１７は、前記表示電極１２および前記データ電極１６に電圧を印加することで生じた電荷を蓄積するために設けられている。なお、蛍光体層１９の材料によっては、誘電体層の機能を兼ねることができ、この場合は誘電体層１７を省くことができる。

なお、図２には、例として１表示セルを３つ組み合わせた形状を示しているが、表示セルの個数は任意であり、実際にはさらに多数の表示セルを組み合わせて大型表示装置であるＰＤＰを形成する。

前記ＰＤＰ１０の動作原理は以下の通りである。まず、前記表示電極１２（走査電極および維持電極間）のリセット放電を全てのセルの前記放電空間２０で行い、壁電荷の状態を同じにし、次に前記表示用電極１２の走査電極の走査にあわせて前記データ電極１６に選択的に電圧を印加して前記放電空間２０においてアドレス放電を起こす。

これにより、前記表示用電極１２上に選択的に壁電荷を形成する。そのために、次に放電維持電圧を前記表示用電極１２に印加した際に、前記放電空間２０での放電発生の有無を制御することができ、前記放電空間２０での維持放電の回数により、画像表示の階調を制御して、画像を表示することができる。

次に、図１（Ａ），（Ｂ）および図２に示した前記ＰＤＰ１０の製造方法について説明する。ただし以下文中、先に説明した部分には同一の参照符号を用いて、詳細な説明を省略する。

まず、ガラス基板からなる前記前面板１１上に、例えばＩＴＯまたはＳｎＯ₂などからなる透明導電膜およびクロム（Ｃｒ）／銅（Ｃｕ）／Ｃｒ（クロム）からなる積層膜を、スパッタリング法によって成膜する。

次に、フォトリソグラフィの手法を用いて、それぞれ前記透明導電膜を１７０μｍ、前記積層膜を５５μｍの帯状のパターンに形成し、前記表示用電極１２とする。

次に、前記表示用電極１２が形成された前記前面板１１上に、低融点ガラスペーストを印刷して乾燥させた後、焼成することによって、膜厚略３０μｍの前記誘電体層１３を形成する。

次に、前記誘電体層１３を被覆するように、ＳｒＯを含む前記保護膜１４、例えば、ＳｒＯとＣａＯよりなる（（ＳｒＣａ）Ｏよりなる）保護膜１４を、電子ビーム（ＥＢ）蒸着により、以下の条件で形成する。

前記蒸着のターゲットとしては、ＳｒＯ（５０原子％）とＣａＯ（５０原子％）を混合したものを用いて、蒸着時の圧力を６．０×１０^−２Ｐａ以下、基板温度Ｔを１５０℃＜Ｔ＜３５０℃とし、蒸着速度０．５−１５ｎｍ／ｓｅｃとすることで、膜厚７００ｎｍのＳｒとＣａの複合酸化物（ＳｒＣａ）Ｏの薄膜を形成する。

次に、ガラス基板からなる前記背面板１５上の所望の位置に、感光性銀ペーストをフォトリソグラフィの手法を用いて帯状パターンに形成して、銀からなる前記データ電極１６を形成し、さらに当該データ電極１６を覆うように前記誘電体層１７を形成する。

さらに、前記誘電体層１７上には、幅６０μｍ、高さ１３０μｍの前記隔壁１８を形成し、前記蛍光体１９を前記隔壁１８および前記誘電体層１７の表面上に塗り分ける。

次に、前記前面板１１と背面板１５を、前記表示用電極１２とデータ電極１６が直交するように張り合わせて封着し、内部に形成される前記放電空間２０を真空排気する。この場合、例えばアルカリ土類金属を含む保護膜は、その表面が水などに反応しやすいため、封着工程は真空中（減圧雰囲気）または不活性ガス中で行うことが好ましい。

次に、前記放電空間２０に、例えば、Ｈｅ、Ｎｅ、ＡｒおよびＫｒのうち少なくとも１つと、Ｘｅの混合ガスよりなる封入ガスを封入し、前記ＰＤＰ１０を形成することができる。

また、図３には、上記のＥＢ蒸着により形成された保護膜１４（（ＳｒＣａ）Ｏ）を、Ｘ線回折装置（X-ray diffraction、ＸＲＤ）で測定した結果を示す。図３を参照するに、当該保護膜には、おもには、（１１１）配向と、（２００）配向が見られることがわかる。また、当該図３で示す測定結果に対してVegerd則を適用することによって、形成された保護膜の構成を調べた。その結果、当該保護膜には、ＳｒＯが６０原子％、ＣａＯが４０原子％含有されていることが確認できた。この場合、保護膜には、ＳｒＯが少なくとも５原子％以上含まれるようにすると、後述する放電電圧の低減効果が得られる。

また、前記保護膜１４の成膜方法については、ＥＢ蒸着に限定されるものではなく、例えばスパッタ法、プラズマガンを用いたイオンプレーティング法などを用いて成膜することも可能である。また、これらの方法により成膜した保護膜を用いた場合であっても、ＥＢ蒸着により成膜した場合と同程度の効果を得ることができる。

また、ＳｒＯと共に前記保護膜１４を構成する材料は、ＣａＯに限定されず、例えば、ＢａＯ、ＭｇＯ、あるいはこれらを複合した材料を用いることも可能である。これらの、ＣａＯ、ＢａＯおよびＭｇＯの少なくとも１つが保護膜に含まれるようにすることで、保護膜の安定性、耐久性が良好となる効果を奏する。すなわち、ＳｒＯの含有率は、１００原子％未満とされることが好ましい。

このようにして形成される前記ＰＤＰ１０において、前記放電空間２０での放電電圧は、前記保護膜１４の二次電子の出やすさ（二次電子利得γ）に大きく依存する。この場合、二次電子利得γとは、前記放電空間２０に封入されたガスのイオンや励起粒子（原子や分子）が前記保護膜１４に入射する際に、該保護膜１４の表面から放出される二次電子の出やすさを示す値であり、この値が大きいほど放電電圧が低くなる。

上記の二次電子利得γは、前記保護膜１４を構成する材料のバンド構造と入射粒子のポテンシャルエネルギーによりほぼ決まり、ＭｇＯはこの値が他の材料に比べて比較的大きく、それが、現在ＭｇＯが保護膜として用いられている理由となっている。

例えば、励起されたＸｅからの紫外線を利用している現在のＰＤＰに関して、放電時に保護膜に入射する粒子のうち、最も多いものはＸｅイオンである。そのため、Ｘｅイオンが保護膜１４に入射した場合に、二次電子が放出される量が多い場合（二次電子利得が大きい場合に）に最も効率的に放電電圧が低下する。

しかし、比較的二次電子利得の大きいＭｇＯを用いた場合であっても、そのバンド中に局在準位がない場合、Ｘｅイオンが入射したときに二次電子は放出されず、二次電子利得は０となってしまう。実際にはＭｇＯのバンド中に酸素空孔などの局在準位があり、Ｘｅイオンが入射したときの二次電子利得は０にならないが、その値は小さいと考えられている（非特許文献2； Y. Motoyama et al, J. Appl. Phys., Vol. 95, No. 12, 15 June 2004.参照）。そのため、ＭｇＯよりなる保護膜を用いた場合には、Ｘｅの分圧が増加するに従い、保護膜に入射するＸｅイオンが増加するとパネルの駆動電圧は著しく上昇し、このためにＰＤＰの発光効率の高効率化は困難となっていた。

一方で、本実施例によるＳｒＯを含む膜（例えばＳｒＣａＯ膜）は、Ｘｅイオンに対する二次電子利得の値が、局在準位のあるＭｇＯに比べて大きい。このために、ＳｒＯを含む膜を保護膜に用いた場合には、ＭｇＯを保護膜に用いた場合に比べて、Ｘｅガスの分圧を増加させた場合にも駆動電圧の増大が抑制されると考えられる。次に、ＳｒＯを含む膜を保護膜に用いたＰＤＰの特性を調べた結果について説明する。

図４は、ＰＤＰの保護膜にＳｒＣａＯ（本実施例）とＭｇＯ（従来技術）を用いた場合について、それぞれ放電維持電圧と発光効率の関係について調べた結果を示す図である。また、Ｘｅ分圧はそれぞれ５％と２０％の場合について調べている。この場合、放電維持電圧とは、ＰＤＰの表示動作のために放電空間での放電を維持する過程で、図１（Ａ），（Ｂ）、図２に示した前記表示用電極１２に印加される電圧である。

また、上記のＰＤＰにおいて、封入ガスにはＮｅ−Ｘｅ混合ガスを用いて、当該封入ガスの全圧は６６ｋＰａとした。また、ＰＤＰは、隔壁ピッチが２２０μｍ、隔壁高さが１００μｍとされ、ＡＣ矩形波（周波数４０ｋＨｚ）で駆動されるよう構成された。

図４を参照するに、保護膜にＳｒＣａＯを用いた場合（以下本実施例）とＭｇＯを用いた場合（以下従来例）を比較すると、放電維持電圧が同じ場合には、発光効率に大きな差は生じておらず、同程度であることがわかる。

しかし、本実施例の場合には、以下に説明するように、従来例に比べて放電維持電圧をより低くすることが可能になっている。ここで、放電を維持するために必要となる、前記表示用電極１２に印加される最小の電圧を最小放電維持電圧とすると、当該最小放電維持電圧は、従来例の場合Ｘｅ分圧が５％の場合で１４０Ｖ程度，Ｘｅ分圧が２０％の場合で２３０Ｖ程度である。例えば、前記表示用電極１２に印加される電圧が最小放電維持電圧以下になると、維持放電の停止によるいわゆるドット欠け（表示が消えるドットの発生）が生じる。このため、放電維持電圧は、最小放電維持電圧を超える所定の電圧値に設定しておく必要がある。

一方で本実施例の場合には、Ｘｅ分圧が５％の場合に電圧が１４０Ｖ以下、Ｘｅ分圧が２０％の場合に電圧が２３０Ｖ以下で放電が維持できている。すなわち、本実施例の場合、最小放電維持電圧が従来例に比べて低くなっており、その結果放電維持電圧を従来例よりも低くすることが可能になっている。また、従来例よりも放電維持電圧を低くした場合に、特に発光効率が良好となっていることがわかる。

図５は、上記の場合の本実施例と従来例について、それぞれＸｅ分圧と最小放電維持電圧の関係について調べた結果を示す図である。図５を参照するに、Ｘｅ分圧を変化させた場合においても、従来例に比べて本実施例の場合には最小放電維持電圧が低いことがわかる。この場合、最小放電維持電圧が低いことは、図４で先に説明したように、発光効率が良好となることを示している。本図においては、従来例に比べて本実施例の場合に発光効率が良好となる範囲を「高発光効率の範囲」として示している。

すなわち、本実施例の場合には従来例よりも最小放電維持電圧が低くなっているため、ＰＤＰの表示動作に係る放電維持電圧をより低く設定することができる。例えば、放電維持電圧Ｖが低くなると、ＰＤＰの維持駆動において生じるパネルの容量（Ｃ）に起因する、回収できない電力損失ＣＶ^２を小さくすることが可能となり、ＰＤＰをより省電力で稼働させることができる。

また、本実施例の場合、図４で先に説明したように、上記の放電維持電圧の低下に対応して、さらに発光効率が改善される効果を得ることができる。

したがって、本実施例の場合には従来例よりも放電維持電圧を低くした場合に、従来例に比べてＰＤＰをより省電力で稼働させることが可能となるとともに、さらに発光効率を良好とすることができることになる。

本実施例において従来に比べて上記の省電力と発光効率の改善効果を得るためには、最小放電維持電圧をＶｍ、放電維持電圧をＶとすると、Ｘｅ分圧が５―１０％の場合には、Ｖｍ＜Ｖ＜１．３×Ｖｍとなるように放電維持電圧Ｖが設定されることが好ましい。また、Ｘｅ分圧が２０％−３０％の場合には、Ｖｍ＜Ｖ＜１．６×Ｖｍとなるように放電維持電圧Ｖが設定されることが好ましい。これらを鑑みると、放電維持電圧Ｖは、Ｖｍ＜Ｖ＜１．３×Ｖｍとなるように設定されれば、少なくとも省電力の効果と発光効率が良好となる効果を得ることが可能であることがわかる。

また、Ｘｅ分圧は、輝度を確保するために５％以上とされることが好ましく、一方で放電の安定性を確保するためには５０％以下とされることが好ましい。また封入ガスの全圧を低くしすぎると保護膜のスパッタリングによる損傷が大きくなるため、当該全圧は、４０ｋＰａ以上とされることが好ましい。また、封入ガスの封入を容易とするために、封入ガスの全圧は、１０１．３ｋＰａ以下とされることが好ましい。

また、上記の実施例で説明したＰＤＰは本発明に係るＰＤＰの構成の一例であり、本発明は上記の特定の実施例に限定されず、様々な形態で実施することが可能である。

（Ａ）、（Ｂ）は、実施例１によるＰＤＰを模式的に示した断面図である。 実施例１によるＰＤＰを模式的に示した斜視図である。 図２のＰＤＰの保護膜のＸＲＤによる分析結果を示す図である。 本発明の効果を示す図（その１）である。 本発明の効果を示す図（その２）である。

符号の説明

１０ ＰＤＰ
１１ 前面板
１２ 表示用電極
１３ 誘電体層
１４ 保護膜
１６ データ電極
１７ 誘電体層
１８ 隔壁
１９ 蛍光体
２０ 放電空間

Claims (2)

1. 第１の電極と、該第１の電極を覆う誘電体層と、該誘電体層を覆う保護膜とが形成された第１の基板と、
   第２の電極と蛍光体層が形成された第２の基板とが、Ｘｅを含む封入ガスが封入された放電空間を挟んで対向するプラズマディスプレイパネルであって、
   前記保護膜はＳｒＯをＸ原子％（但し、５≦Ｘ＜１００）含み、
   前記第１の電極に印加される、表示のために前記放電空間での放電を維持する放電維持電圧Ｖが、前記放電空間での放電が維持されるための最小の電圧である最小放電維持電圧Ｖｍに対して、Ｖｍ＜Ｖ＜１．３×Ｖｍとされることを特徴とするプラズマディスプレイパネル。
2. 前記保護膜は、さらに、ＭｇＯ、ＣａＯ、およびＢａＯのうち、少なくとも１つを含む請求項１記載のプラズマディスプレイパネル。
   

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