JP2008305562A - プラズマディスプレイパネル - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマディスプレイパネルの保護膜は、柱状結晶間の空隙が多いほど膜としての密度が低下し、イオン衝撃に弱く、スパッタリングが速く進行してしまう。柱状結晶間の空隙率を低下して膜密度を向上することで、保護膜の耐スパッタ性の高い、長寿命のプラズマディスプレイパネルを提供する。
【解決手段】基板上に形成した走査電極および維持電極を覆うように誘電体層を形成し、前記誘電体層上に保護膜を形成したプラズマディスプレイパネルであって、前記保護膜は、Ｘ線回折法による（１１１）面のピーク強度Ｘ１と、他の（２２０）面及び（２００）面の各ピーク強度の総和Ｘ２との比Ｘ１／Ｘ２が３以下であることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、画像表示デバイスなどに用いるプラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）に関するものである。

交流面放電型のＰＤＰは、走査電極および維持電極からなる表示電極対を複数対形成した前面基板と、その表示電極対に直交するようにアドレス電極を複数形成した背面基板とを、基板間に放電空間を形成するように対向配置して周囲を封着し、放電空間にネオンおよびキセノンなどの放電ガスを封入して構成されており、表示電極対は誘電体層で覆われ、この誘電体層上には保護膜が形成されている。そして、各電極に所定の電圧を印加して放電空間で放電を発生させて背面基板上に設けられた蛍光体層を発光させることにより画像表示が行われる。保護膜は、一般的に、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）のような耐スパッタ性の高い物質を用いて形成されており、放電で生じるイオン衝撃から誘電体層を保護している。

具体的な先行技術文献は見当たらないが、現状では、厚さ１μｍ程度のＭｇＯ膜で誘電体層を被覆することにより６００００時間以上の寿命が保証されている。しかし、寿命はより長いほど望ましい。また今後、表示性能改善のために輝度を上昇すると、ＭｇＯ膜に対するイオン衝撃が増大するので、ＭｇＯ膜のスパッタリングの進行が速まって寿命が短くなる。寿命を長くするためには、ＭｇＯ膜厚を厚くすればよいが、たとえば真空蒸着法を用いて成膜した場合、膜厚が１μｍを超えるとクラックの発生率が大幅に増大し、歩留まりが大きく低下してしまう。

真空蒸着法によるＭｇＯ膜の成膜においては、下地が低融点ガラスである誘電体層であることから、下地付近はアモルファス相となり、膜厚が増大するにつれて徐々に結晶性が高まっていく。結晶は柱状に成長していくが、柱状結晶同士の間に膜厚方向に延びる空隙が存在しやすい構造となり、また柱状結晶間の空隙が多いほど膜としての密度は低下するためイオン衝撃に弱く、スパッタリングが速く進行してしまう。つまり、ＰＤＰの寿命はＭｇＯ膜の密度、すなわち柱状結晶間の空隙率に大きく依存する。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、柱状結晶間の空隙率を低下して膜密度を向上することで保護膜の耐スパッタ性を高め、ＰＤＰの寿命を向上することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明のＰＤＰは、保護膜のＸ線回折法による（１１１）面のピーク強度Ｘ１と、他の（２２０）面及び（２００）面の各ピーク強度の総和Ｘ２との比Ｘ１／Ｘ２が３以下であることを特徴とするものである。

また、前記保護膜のＸ線回折法による（１１１）面のピーク強度Ｘ１と、他の（２２０）面及び（２００）面の各ピーク強度の総和Ｘ２との比Ｘ１／Ｘ２が１以下であることを特徴とする。

さらに、前記保護膜のＸ線回折法による（１１１）面のピーク強度Ｘ１と、他の（２２０）面及び（２００）面の各ピーク強度の総和Ｘ２との比Ｘ１／Ｘ２が０．２以上であることを特徴とする。

また、前記保護膜のＸ線回折法による（１１１）面のピーク強度Ｘ１と、他の（２２０）面及び（２００）面の各ピーク強度の総和Ｘ２との比Ｘ１／Ｘ２が０．３以上であることを特徴とする。

本発明によれば、Ｘ線回折法による（１１１）面のピーク強度Ｘ１と、他の（２２０）面及び（２００）面の各ピーク強度の総和Ｘ２との比Ｘ１／Ｘ２が３以下である保護膜を有するプラズマディスプレイパネルは、従来のものに比べて寿命特性に関して飛躍的な改善がなされる。

以下、本発明の一実施の形態について、図面を用いて説明する。

図１は、交流面放電型のＰＤＰの一部を切り欠いて示す斜視図である。このＰＤＰは、前面パネル１と背面パネル２とを対向配置してそれらの間に放電空間３を形成し、放電空間３にネオンおよびキセノンなどからなる放電ガスを封入して構成されている。

前面パネル１は次のような構成である。すなわち、ガラス製の基板である前面基板４上に、ストライプ状の走査電極５とストライプ状の維持電極６とからなる表示電極対７を複数対形成し、隣接する表示電極対７の間に遮光層８を形成している。そして、表示電極対７および遮光層８を覆うように誘電体層９を形成し、誘電体層９上に、Ｘ線回折法による（１１１）面のピーク強度Ｘ１と、他の（２２０）面及び（２００）面の各ピーク強度の総和Ｘ２との比Ｘ１／Ｘ２が３以下であるＭｇＯからなる保護膜１０を形成している。

また、背面パネル２は次のような構成である。すなわち、ガラス製の基板である背面基板１１上に、走査電極５および維持電極６と直交するようにストライプ状のアドレス電極１２を複数形成し、アドレス電極１２を覆うように下地誘電体層１３を形成している。そして、この下地誘電体層１３上であってアドレス電極１２の間に位置するように、アドレス電極１２と平行な隔壁１４を設け、隔壁１４の間に蛍光体層１５を形成している。下地誘電体層１３は、放電電流を制御するとともに、蛍光体層１５が発生する可視光を前面パネル１側に反射する作用を有している。

本発明によるＰＤＰは、保護膜１０の膜質に特徴があり、次にその内容について説明する。

保護膜（ＭｇＯ膜）は柱状構造を持っており、結晶は柱状に成長していくが、柱状結晶同士の間に膜厚方向に延びる空隙が存在しやすい構造となり、また柱状結晶間の空隙が多いほど膜としての密度は低下するためイオン衝撃に弱くなる。

図２に、プラズマディスプレイパネルの保護膜（ＭｇＯ膜）１０を成膜する際に使用される真空蒸着装置の一例の構成図を示す。真空蒸着装置は、基板搬入チャンバ２１、基板加熱チャンバ２２、成膜チャンバ２３、冷却チャンバ２４、基板搬出チャンバ２５の５チャンバより構成されており、ガラス基板３１が順次、搬送される。成膜チャンバ２３の下部壁面には一例として２基の電子ビームガン３２が設置されており、各々の電子ビームガン３２からリングハース３３の凹部に収容されたＭｇＯ結晶ペレット群よりなる薄膜原材料３４に電子ビーム３５が集光されて照射される。これによって薄膜原材料３４は局所的に加熱昇温され、ＭｇＯが蒸発し、搬送移動するガラス基板３１にＭｇＯ薄膜が形成される。成膜時には、酸素雰囲気中で、所望の膜を形成する。

以下、本発明に関する保護膜について具体例を用いて説明する。保護膜の結晶配向性と膜密度・耐スパッタ性の関係を調べるため、成膜時における酸素流量、成膜圧力を調整することで結晶配向性の異なる６つのサンプルを作成し、それぞれのサンプルについて結晶配向性および膜屈折率を測定した。一般的に膜密度は膜屈折率と相関があり、膜屈折率の大きい膜ほど膜密度が高くなるため、膜屈折率を測定することで膜密度を見積もった。

結晶配向性はＸ線回折装置により測定した。測定結果から（１１１）面、（２２０）面、（２００）面の各ピーク強度を算出し、それらから（１１１）面のピーク強度Ｘ１と、他の（２２０）面及び（２００）面の各ピーク強度の総和Ｘ２との比Ｘ１／Ｘ２を計算した。その結果、６つのサンプルでＸ１／Ｘ２＝０．９６〜５．８８という値が得られた。

さらに、それらの６つのサンプルの膜屈折率を分光エリプソメータにより測定した。測定結果を理論計算によりフィッティングすることで、波長６００ｎｍの光に対する光学屈折率を算出した。その結果、６つのサンプルで１．５６１〜１．６２７という値が得られた。

以上の結果を結晶配向性と膜屈折率の相関関係についてまとめたグラフを図３に示す。結晶配向性と膜屈折率には強い相関関係があり、（１１１）面のピーク強度Ｘ１と、他の（２２０）面及び（２００）面の各ピーク強度の総和Ｘ２との比Ｘ１／Ｘ２が小さいほど膜屈折率は大きくなることがわかる。この原因としては、（１１１）面に柱状成長する結晶は、柱状結晶間に膜厚方向に延びる空隙が生じやすくなるため、膜屈折率が低下すると考えられる。逆に、（１１１）面と比較して（２２０）面および（２００）面に柱状成長する結晶は、柱状結晶間に空隙が生じにくくなるので、Ｘ１／Ｘ２が小さいほど膜屈折率は大きくなると考えられる。

次に、膜屈折率と耐スパッタ性の相関について測定を行った。成膜条件を調整することで作成した、膜屈折率１．５２１〜１．６５７までのサンプルを一定時間にわたって一定パワーでドライエッチングを行い、エッチング量（スパッタ量）を測定した。膜屈折率とスパッタ量の相関関係をまとめたグラフを図４に示す。

膜屈折率が大きいほど、つまり膜密度が高いほどスパッタ量は少ない、つまり耐スパッタ性が高いことがわかる。このような関係は、特開平１１−５４０４５号公報においても明確になっている。

図４より、膜屈折率が１．５９以下の膜において、スパッタ量が急激に増加する、つまり耐スパッタ性が悪化することがわかる。膜屈折率が１．５９以上となるのは、図３より（１１１）面のピーク強度Ｘ１と、他の（２２０）面及び（２００）面の各ピーク強度の総和Ｘ２との比Ｘ１／Ｘ２が３以下の場合である。

また、図４より膜屈折率が１．６２以上の膜ではスパッタ量が少ない状態で安定していることがわかる。つまりさらなる長寿命化のためには、膜屈折率１．６２以上の膜が求められることがわかる。膜屈折率が１．６２以上となるのは、図３より（１１１）面のピーク強度Ｘ１と、他の（２２０）面及び（２００）面の各ピーク強度の総和Ｘ２との比Ｘ１／Ｘ２が１以下の場合である。

以上より、（１１１）面のピーク強度Ｘ１と、他の（２２０）面及び（２００）面の各ピーク強度の総和Ｘ２との比Ｘ１／Ｘ２が３以下の膜であれば高性能・長寿命のプラズマディスプレイパネルを実現することができ、さらにＸ１／Ｘ２が１以下であればより長寿命化が実現される。

しかし、（１１１）面のピーク強度Ｘ１と、他の（２２０）面及び（２００）面の各ピーク強度の総和Ｘ２との比Ｘ１／Ｘ２が小さくなりすぎた場合、つまり空隙率が極端に小さくなってしまった場合、保護膜からの電子放出特性が悪化してパネルの放電特性が悪化してしまう。保護膜からの電子放出特性は、対向電極間で起こるアドレス放電に大きく影響を及ぼし、電子放出特性が悪くなるとアドレス放電ミスが多発して画質が悪化してしまう。

この関係を調べるため、結晶配向性の異なる数種の保護膜を成膜し、結晶配向性と電子放出特性を評価した。前記と同じく結晶配向性はＸ線回折法による（１１１）面、（２２０）面、（２００）面の各ピーク強度を算出し、それらから（１１１）面のピーク強度Ｘ１と、他の（２２０）面及び（２００）面の各ピーク強度の総和Ｘ２との比Ｘ１／Ｘ２を計算した。

また電子放出特性に関しては、保護膜からの電子放出量を指標とし、標準ディメンジョンパネルの場合と高精細ディメンジョンパネルの場合の２種類について測定を行い、高精細ディメンジョンパネルの、Ｘ１／Ｘ２が０．９６の場合を１として相対比を算出した。結晶配向性と電子放出特性の相関を図５に示す。白ぬき点のグラフＡは標準ディメンジョンパネルの電子放出特性であり、塗りつぶし点のグラフＢは高精細ディメンジョンパネルの電子放出特性である。

図５より、Ｘ１／Ｘ２が０．３を下回った場合、高精細ディメンジョンパネルにおいて電子放出特性が極端に悪化し、Ｘ１／Ｘ２が０．２を下回った場合、標準ディメンジョンパネルにおいても電子放出特性が極端に悪化することがわかる。したがって、電子放出特性と耐スパッタ性を両立するためには、（１１１）面のピーク強度Ｘ１と、他の（２２０）面及び（２００）面の各ピーク強度の総和Ｘ２との比Ｘ１／Ｘ２を０．２以上で３以下に、また高精細ディメンジョンパネルでも十分な特性を満たすにはＸ１／Ｘ２を０．３以上で３以下にすることが望まれ、さらなる長寿命化を求めるのであれば、Ｘ１／Ｘ２を０．２以上で１以下に、また高精細ディメンジョンパネルでも十分な特性を満たすにはＸ１／Ｘ２を０．３以上で１以下にすることが望まれる。

なお、上記の真空蒸着法に限らず、スパッタリング法、イオンプレーティング法などを用いて保護膜を形成することも可能であり、この場合にも成膜条件を調整することで、所望の特性をもつ膜を成膜すればよい。

本発明においては、保護膜としてＭｇＯ膜を使用したが、ＣａＯ、ＢａＯ、Ｙ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、ＨｆＯ_２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、ＭｇＴｅ等のII−VI族化合物、ＭｇＦ、ＬａＦ_３、ＣｅＦ_４、ＨｆＦ_４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使用可能である。

以上のように本発明によれば、ＰＤＰの寿命特性の改善に有用な発明である。

本発明の一実施の形態によるプラズマディスプレイパネルの一部を示す斜視図 真空蒸着装置の一例の構成図 結晶配向性と膜屈折率の関係を示す図 膜屈折率とスパッタ量の関係を示す図 結晶配向性と電子放出特性の関係を示す図

符号の説明

１ 前面パネル
２ 背面パネル
３ 放電空間
４ 前面基板
５ 走査電極
６ 維持電極
７ 表示電極対
８ 遮光層
９ 誘電体層
１０ 保護膜
１１ 背面基板
１２ アドレス電極
１３ 下地誘電体層
１４ 隔壁
１５ 蛍光体層

Claims (4)

1. 基板上に形成した走査電極および維持電極を覆うように誘電体層を形成し、前記誘電体層上に保護膜を形成したプラズマディスプレイパネルであって、前記保護膜は、Ｘ線回折法による（１１１）面のピーク強度Ｘ１と、他の（２２０）面及び（２００）面の各ピーク強度の総和Ｘ２との比Ｘ１／Ｘ２が３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. 前記保護膜は、Ｘ線回折法による（１１１）面のピーク強度Ｘ１と、他の（２２０）面及び（２００）面の各ピーク強度の総和Ｘ２との比Ｘ１／Ｘ２が１以下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. 前記保護膜は、Ｘ線回折法による（１１１）面のピーク強度Ｘ１と、他の（２２０）面及び（２００）面の各ピーク強度の総和Ｘ２との比Ｘ１／Ｘ２が０．２以上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。
4. 前記保護膜は、Ｘ線回折法による（１１１）面のピーク強度Ｘ１と、他の（２２０）面及び（２００）面の各ピーク強度の総和Ｘ２との比Ｘ１／Ｘ２が０．３以上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。

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