JP2010129254A - プラズマディスプレイパネルの製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】前面パネルを保持・搬送するためのトレイを保護膜成膜のための成膜室に投入する前に、成膜室の前段に設けた予備加熱室において水分と炭酸ガスとを十分に取り除くことで、成膜室内におけるトレイからの水分と炭酸ガスの発生を軽減し、もって、成膜室での保護膜の成膜を安定して行うことを可能とするＰＤＰの製造装置を提供することを目的とする。
【解決手段】前面パネル１００およびそれを保持するトレイ３５を加熱する予備加熱室３１と、それに続く、金属酸化物材料を真空容器内で蒸散させることで前記前面パネル１００に成膜する成膜室３２とを有し、前記予備加熱室３１は、その内部を排気する排気ポンプ３６として、ターボ分子ポンプとクライオトラップとを備え、クライオトラップは、５０Ｋ以上８０Ｋ以下に温度制御される、ことを特徴とするＰＤＰの製造装置である。
【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装置に関し、特に、前面板の保護膜を形成する製造装置に関する。

プラズマディスプレイパネル（以下、ＰＤＰと記す）は、前面パネルと背面パネルとを対向配置してその周縁部を封着部材によって封着した構造を有し、前面パネルと背面パネル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。

前面パネルは、ガラスの基板に形成されたストライプ状の走査電極と維持電極とからなる複数の表示電極対と、表示電極対を覆う誘電体層と、誘電体層を覆う保護膜とを備えている。表示電極対は、それぞれ透明電極とその透明電極上に形成された金属材料のバス電極とによって構成されている。

一方、背面パネルは、ガラスの基板に形成されたストライプ状の複数のアドレス電極と、アドレス電極を覆う下地誘電体層と、下地誘電体層上に形成され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、隔壁間の下地誘電体層上と隔壁側面に形成された赤色、緑色、青色の蛍光体層とを備えている。

前面パネルと背面パネルとは、表示電極対とアドレス電極とが交差するように対向配置され、それらの電極が交差する交差部に放電セルを形成している。放電セルはマトリクス状に配列されて、表示電極対の方向に並ぶ赤色、緑色、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を形成している。

以上の構成においてＰＤＰは、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によって蛍光体層を励起して発光させることによりカラー画像を表示している。

上述の構造のＰＤＰにおいて、保護膜は、誘電体層のスパッタを防止する目的から、耐スパッタ特性が大きいこと、かつ、放電電圧を低くする目的から、２次電子放出係数の大きいこと、が要求され、例えば、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）のような金属酸化物による保護膜が一般的に用いられている。

ここで、ＭｇＯ材料により保護膜を形成する手段としては、ＭｇＯ材料が備える耐スパッタ性を考慮すると、電子ビーム蒸着法やプラズマガンによる成膜法などを挙げることが可能であるが、これらの成膜法により形成したＭｇＯ材料による保護膜の特性は、成膜条件によって大きく影響を受けることがわかっている。

そこで、上述した成膜法によりＭｇＯ材料の保護膜を形成する際には、成膜室内の、酸素ガスを始めとする各種ガスの分圧を一定の範囲に制御することによって、保護膜の特性を良好かつ安定なものとするための取り組みがなされている（例えば、特許文献１参照）。

さらには、成膜室内の水素ガス及び水蒸気にも注目し、酸素ガスを含め、これらガスの分圧を一定にしようとする取り組みも成されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００５−５０８０４号公報 特開２００７−１０９５３９号公報

ところで、上述した成膜法の場合、ＭｇＯ材料源の形態は、タブレット形状など、粒状であり、したがって成膜時の形態としてはデポアップとなることから、前面パネルにＭｇＯ材料による保護膜を上述した成膜法により形成する際には、前面パネル（のガラス基板）の保護膜形成面が下方向きとなるように前面パネルの周辺部のみで保持して搬送するトレイが用いられる。

したがって、保護膜形成時には、同時にこのトレイにもＭｇＯ材料の膜が付着してしまうこととなる。またこのトレイは、ＭｇＯ成膜の工程において繰り返し使用されるものであることから、トレイに付着するＭｇＯ膜は、その厚みは工程ごとに変化し、且つ、その履歴として、大気雰囲気下、真空雰囲気下を幾度も繰り返すことになる。

ここで、ＭｇＯ材料は、大気中に放置すると、大気中の水分と結合して水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）_２）に、また、炭酸ガスと結合して炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ_３）となる傾向が強い。一方、これらマグネシウム塩を加熱すると、２５０℃〜３５０℃となるあたりから水蒸気あるいは炭酸ガスが離脱し、再び、ＭｇＯとなることから、上述したトレイに付着したＭｇＯ膜にも、成膜後、大気雰囲気下において、水分と結合することでＭｇ（ＯＨ）_２が、また、炭酸ガスと結合することでＭｇＣＯ_３が生成された状態となっており、その状態で再び、成膜のために成膜室内に投入されると、成膜時には前面パネルは温度上昇することから前面パネルを保持するトレイも温度上昇することとなり、その結果、トレイに付着しているＭｇＯ膜からは、吸着していた水分、炭酸ガスが脱離し、成膜室内の雰囲気を大きく変化させてしまうという不具合の原因となっていた。

そこで、成膜室内において、トレイのＭｇＯ膜からガス放出がなされないように、成膜室での成膜に先立って、トレイを加熱しトレイのＭｇＯ膜に吸着している水分および炭酸ガスを離脱させることを目的に、成膜室の前段に予備加熱室を設けてこの予備加熱室内において、前面パネルを保持した状態のトレイを真空雰囲気下で加熱することが行われる。

このように、成膜室の前段に設けた予備加熱室において、トレイを真空雰囲気下で加熱することで、その後に続く、成膜室でのトレイからのガスの発生を大幅に低減させることを可能にしようとしているのであるが、このような効果を確実に得ようとするには、予備加熱室内においてトレイから放出された水分と炭酸ガスとを、予備加熱室外に効率的に排出することが求められる。

本発明は以上の状況に鑑みなされたものであり、前面パネルを保持・搬送するためのトレイを保護膜成膜のための成膜室に投入する前に、成膜室の前段に設けた予備加熱室において水分と炭酸ガスとを十分に取り除くことで、成膜室内におけるトレイからの水分と炭酸ガスの発生を軽減し、もって、成膜室での保護膜の成膜を安定して行うことを可能とするＰＤＰの製造装置を提供することを目的とする。

上記目的を実現するために本発明のＰＤＰの製造装置は、金属酸化物による保護膜を前面パネルに形成するプラズマディスプレイパネルの製造装置であって、前面パネルおよびそれを保持するトレイを加熱する予備加熱室と、それに続く、金属酸化物材料を真空容器内で蒸散させることで前記前面パネルに成膜する成膜室とを有し、前記予備加熱室は、予備加熱室内を排気する排気ポンプとして、ターボ分子ポンプとクライオトラップとを備え、クライオトラップは、５０Ｋ以上８０Ｋ以下に温度制御される、ことを特徴とするものである。

本発明によれば、前面パネルを保持・搬送するためのトレイを保護膜成膜のための成膜室に投入する前に、成膜室の前段に設けた予備加熱室において水分と炭酸ガスとを十分に取り除くことが可能となり、成膜室内におけるトレイからの水分と炭酸ガスの発生を軽減することができるようになるので、もって、成膜室での保護膜の成膜を安定して行うことが可能なＰＤＰの製造装置を提供することができる。

以下、本発明の一実施の形態によるＰＤＰの製造装置について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施の形態によるＰＤＰの製造装置により製造される交流面放電型ＰＤＰの概略構成を示す断面斜視図である。ＰＤＰの前面パネル１００は、前面ガラス基板１１の一主面上に形成したＮ本の走査電極１２ａとＮ本の維持電極１２ｂとからなる表示電極対１２と、その表示電極対１２を覆うように形成した誘電体層１３と、さらにその誘電体層１３を覆うように形成した酸化マグネシウム（ＭｇＯ）薄膜からなる保護膜１４とを有している。走査電極１２ａと維持電極１２ｂとは、透明電極に金属のバス電極をそれぞれ積層した構造である。

背面パネル２００は、背面ガラス基板１６の一主面上に形成したＭ本のアドレス電極１７と、そのアドレス電極１７を覆うように形成した下地誘電体層１８と、下地誘電体層１８上のアドレス電極１７間に形成した隔壁１９と、隔壁１９間に塗布された蛍光体層２０とを有する構造である。

前面パネル１００と背面パネル２００とを隔壁１９を挟んで、表示電極対１２とアドレス電極１７とが交差するように対向させ、画像表示領域の周囲を封止部材により封止している。そして、前面パネル１００と背面パネル２００との間に形成された放電空間２１には、例えばネオン（Ｎｅ）とキセノン（Ｘｅ）の混合ガスの放電ガスが４５ｋＰａ〜８０ｋＰａの圧力で封入されている。表示電極対１２とアドレス電極１７との交差部が放電セルとして動作する。

図２は、本発明の一実施の形態によるＰＤＰの製造装置の概略構成を模式的に示す側断面図である。

図２に示すように、本発明の一実施の形態によるＰＤＰの製造装置は、上述した、前面ガラス基板１１に形成した誘電体層１３上に保護膜１４を形成するための、基板搬送型の電子ビーム蒸着装置である。

本発明の一実施の形態によるＰＤＰの製造装置は、基板搬入室３０、予備加熱室３１、成膜室３２、基板冷却室３３、基板取出室３４、を備える。ＰＤＰの誘電体層１３までが形成された前面パネル１００がトレイ３５に載せられて、まず基板搬入室３０に搬入される。その後、予備加熱室３１に搬送されて予備加熱され、成膜室３２に搬送されて保護膜としてのＭｇＯ膜が前面パネル１００の誘電体層１３上に成膜される。ここで、予備加熱室３１の排気ポンプ３６は、ターボ分子ポンプとクライオトラップとを備え、且つ、このクライオトラップのクライオパネル（図示せず）は、５０Ｋ以上８０Ｋ以下、望ましくは５０Ｋ以上６０Ｋ以下に制御できる構成となっている。

成膜室３２には、蒸着材料４０が収納された蒸着ハース４１と電子銃４２とが設置されていて、内部を高真空に排気するための複数の排気ポンプ４３が接続されている。また、図２に示すように、成膜室での成膜はデポアップ方式であり、したがって前面パネル１００は、その周辺部のみをトレイ３５によって保護膜形成面が下方向きとなるように保持されて搬送される。

また、成膜室３２には成膜中の各種のガス成分を測定するための、例えばガス分析手段である四重極質量分析器（ＱＭＳ）などのガス分析装置４４が設置されている。成膜室３２内には成膜室３２に少なくとも酸素を導入する第２のガス導入手段であるガス導入口４５とガス導入口４５から成膜室３２内に導入する酸素流量を制御する第２のガス導入量可変手段である流量バルブ４６が設けられている。

成膜室３２においては、排気ポンプ４３によって成膜室３２内を高真空状態とし、電子銃４２から発射される電子ビーム４７によって蒸着材料４０を加熱して、その蒸気を前面パネル１００に堆積させることによってＭｇＯ膜の保護膜が成膜される。なお、成膜室３２内の、前面パネル１００と蒸着ハース４１との間には、蒸着材料の蒸気の前面ガラス基板１１への到達領域を制御するシャッター４８が設けられている。

予備加熱室３１には、酸素、窒素、水素、水蒸気、二酸化炭素のうちの少なくとも一つのガスを導入する第１のガス導入手段となるガス導入口５０と、ガス導入口５０のガス導入量を制御する第１のガス導入量可変手段となる流量バルブ５１と、予備加熱室３１内を減圧にするための排気ポンプ３６とが設けられている。

また、基板冷却室３３にも、内部を減圧状態にするための排気ポンプ（図示せず）が接続されているとともに、予備加熱室３１に接続される流量バルブ５１と成膜室３２に接続される流量バルブ４６とは、成膜室３２に設けられたガス分析装置４４のガス分析結果に基づいてその開度などが制御されるように構成されている。

次に、ＰＤＰの保護膜１４であるＭｇＯ膜の成膜工程について以下、説明する。誘電体層１３まで形成された前面パネル１００をトレイ３５に載せて基板搬入室３０に投入する。次に予備加熱室３１に搬送し、そこで真空に排気しながら前面パネル１００を加熱ヒータによって加熱した後、成膜室３２内に搬送する。

成膜室３２では、一定の速度で搬送されながら誘電体層１３上に保護膜１４が形成される。この際に、成膜室３２の圧力を一定にするために、成膜室３２内に設置した真空計（図示せず）の値が一定になるようにプロセスガスである酸素ガスを流量バルブ４６で調整を行った後、ガス導入口４５より導入する、あるいは、排気ポンプ４３の排気能力を調整する、あるいはこれらの組合せなどの方法により、圧力が一定になるように調整を行っている。

保護膜１４の形成が終了した後、前面パネル１００はトレイ３５とともに基板冷却室３３に搬送され、真空中で所定の温度まで冷却した後、基板取出室３４に搬送されて取り出され一連の作業が完了する。

成膜室３２においては、電子銃４２から出射された電子ビーム４７を偏向させるとともに複数のビーム照射部４９に集束させて、蒸着ハース４１上に収納されたＭｇＯ粒塊の蒸着材料４０に照射する。これにより蒸着材料４０が加熱されて蒸発し、上方を移動する前面パネル１００の誘電体層１３上に保護膜１４としての酸化マグネシウム（ＭｇＯ）膜が堆積される。蒸着ハース４１は低速度で回転して、電子ビーム４７による蒸着材料４０の加熱位置が常に移動するようにして局所的な蒸発消失を防いでいる。

以上のようにして形成される保護膜１４であるＭｇＯ膜の物性は、その成膜過程での成膜室３２内での不純ガスの量により影響を受け、そして特に、炭酸ガス及び水分（水蒸気）がＭｇＯ膜の物性に大きな影響を及ぼすことから、成膜室３２内における炭酸ガス及び水分の存在は極力少なくすることが要求される。

ここで、図２に示す本発明の一実施の形態によるＰＤＰの製造装置においては、成膜室３２の前段に予備加熱室３１を設け、さらに、予備加熱室３１内部を排気する排気ポンプ３６として、ターボ分子ポンプと、５０Ｋ以上８０Ｋ以下、望ましくは５０Ｋ以上６０Ｋ以下に制御されたクライオパネルを備えるクライオトラップと、を有する構成であることから、予備加熱室３１における予備加熱により、前面パネル１００に付着するガスはもちろん、トレイ３５のＭｇＯに吸着する水分と炭酸ガスとをも十分に取り除くことができ、且つ、その取り除いた水分と炭酸ガスとを予備加熱室３１外に効率的に排出することが可能となるので、もって、成膜室３２に持ち込まれる水分と炭酸ガスの量を大幅に低減することが可能となり、成膜室での保護膜の成膜を安定して行うことが可能となる。

すなわち、従来においては、予備加熱室内を排気する目的での排気ポンプとして、クライオトラップとターボ分子ポンプとの組合せを用いることが多いが、従来においてはクライオトラップの温度は、通常、９０〜１２０Ｋに設定されることから、そのため、水分を排気するためには非常に有効であるが、炭酸ガスの排気速度は非常に小さく、その結果、予備加熱室から炭酸ガスを排出させることが困難であるという欠点を持っていた。

ここで、本発明の一実施の形態によるＰＤＰの製造装置においては、クライオトラップの温度を、通常設定される９０〜１２０Ｋという水を除去するための温度領域ではなく、８０Ｋ以下の、炭酸ガスの排気も可能な温度領域に設定することを特徴とする。

これは具体的には、クライオトラップのクライオパネルを冷却するために通常用いられるコンプレッサーの能力より、１．５倍〜２倍の能力を有するコンプレッサーを用いることにより、従来より低温でのクライオトラップの制御が可能となる。

排気ポンプ３６を上述のように構成することにより、予備加熱室３１内の水分と炭酸ガスとを効果的に排出させることが可能となる。

図３に、本発明の一実施の形態によるＰＤＰの製造装置における予備加熱室３１の内部排気のために設けられた排気ポンプ３６を構成するクライオトラップの毎秒の排気速度と予備加熱室３１である真空容器の体積との比と、その時の、成膜室３２において成膜された保護膜の電子放出能との関係を示す。

これは、予備加熱室３１での炭酸ガス排出の効果により、成膜室３２への炭酸ガスの持ち込み量が減り、成膜室３２に導入する酸素の量を一定以上確保することができるようになることにより、形成される保護膜の特性が向上することを示すものであり、より具体的には、高品質なＰＤＰを提供するために必要な電子放出能である、図中の０．８以上を確保するためには、毎秒の排気体積と真空容器体積との比が１．５以上であることが、更に、フルハイビジョンパネルのシングルスキャン駆動等の非常にマージンの少ないＰＤＰにおいては、望ましくは電子放出能が０．９以上、即ち、毎秒の排気体積と真空容器体積の比が、３以上であることが望ましいことを示す。

さらに図４に、本発明の一実施の形態によるＰＤＰの製造装置における予備加熱室３１に設けられた排気ポンプ３６を構成するクライオトラップの温度と、その温度の時の、成膜室３２において成膜された保護膜の電子放出能との関係を示す。なお、前面パネルにＭｇＯを成膜する際に、前面パネルを保持するためのトレイとしては、ＭｇＯが除去されてその付着がないトレイ（図中、トレイ交換直後）と、成膜に５０００回使用し、その表面にＭｇＯが付着しているトレイ（図中、トレイ交換５０００枚経過後）との両方の場合を示す。

ここで、５０００回成膜した後のトレイには、その表面に付着したＭｇＯ膜の膜厚が厚くなり、搬送中に膜剥がれを起こす可能性があるため、メンテナンスとして、５０００回程度成膜に使用した後のトレイは、トレイ表面に付着するＭｇＯ膜の除去を行うのが常であり、したがって、５０００回程度の成膜の使用の間、特性の安定が得られることが確認できれば、十分であるという判断からである。

図４に示すように、トレイ交換直後の場合は、クライオトラップの温度による電子放出能の依存性はそれほど大きくないが、トレイ交換５０００枚経過後のトレイの場合は、温度の依存性が見られる。

高品質なＰＤＰの特性を満足する範囲内の変化、即ち、ここでは、電子放出能が初期の８０％以上の値を示すまでが高品質のパネル特性を満足することが、種々の実験より確認されているが、特に、８０Ｋ以下にした際には電子放出能の変化が、初期の８０％以内に収まっているため、８０Ｋ以下にすることが必要であることが判る。

また、５０００枚後のトレイでは、７０Ｋ、６０Ｋとクライオトラップの制御温度を低くするに伴って経時変化が小さくなるが、６０Ｋから５０Ｋではほとんど変化がない。このことから、クライオトラップによる炭酸ガス排気は、６０Ｋ以下の制御温度とすることによって安定するものと考えられる。

ここで、５０Ｋ以下にすると水素の一部の吸着が始まってしまい、このクライオトラップに吸着した水素が酸素と化合すると爆発を起こしてしまい非常に危険であることから、クライオトラップの制御温度は、水素吸着が始まらない５０Ｋ以上とすることが重要である。

以上より、クライオトラップの制御温度は５０Ｋ以上８０Ｋ以下、望ましくは、５０Ｋ以上６０Ｋ以下とすることが良い。

尚、以上の説明における電子放出特性の測定方法としては、特開２００３−５１２５９号公報で記載された方法を用いている。

また、成膜装置の構成としては上述したもの以外に、例えば、温度プロファイルの設定条件に応じて、基板搬入室３０と成膜室３２の間に予備加熱室３１が複数あるものや、また、成膜室３２と基板取出室３４の間にある基板冷却室３３が複数あるものなどでも構わないし、ガス導入を成膜室３２および予備加熱室３１以外に導入しても構わない。

また、前面パネル１００に対する成膜室３２内での酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の成膜は、前面パネル１００の搬送を停止して静止した状態で行っても、搬送しながら行ってもどちらでも構わない。

また、成膜室３２に配置される蒸着ハース４１、電子銃４２、排気ポンプ４３などは装置の搬送速度や成膜を行う前面パネル１００の大きさなどにより適宜決定されるもので、図２に示す構成に限らない。

以上説明したように本発明によれば、ＰＤＰの基板へ金属酸化膜を成膜する工程を有するＰＤＰの製造装置において、一定の品質の保護膜を安定して形成することができるＰＤＰの製造装置を提供することができる。

本発明の一実施の形態によるＰＤＰの製造装置により製造される交流面放電型ＰＤＰの概略構成を示す断面斜視図 本発明の一実施の形態によるＰＤＰの製造装置の概略構成を模式的に示す側断面図 本発明の一実施の形態によるＰＤＰの製造装置における予備加熱室に設けられたポンプを構成するクライオトラップの毎秒の排気速度と予備加熱室である真空容器の体積との比と、その時の、成膜室において成膜された保護膜の電子放出能との関係を示す図 本発明の一実施の形態によるＰＤＰの製造装置における予備加熱室に設けられたポンプを構成するクライオトラップの温度と、その温度の時の、成膜室において成膜された保護膜の電子放出能との関係を示す図

符号の説明

１１ 前面ガラス基板
１２ 表示電極対
１２ａ 走査電極
１２ｂ 維持電極
１３ 誘電体層
１４ 保護膜
１６ 背面ガラス基板
１７ アドレス電極
１８ 下地誘電体層
１９ 隔壁
２０ 蛍光体層
２１ 放電空間
３０ 基板搬入室
３１ 予備加熱室
３２ 成膜室
３３ 基板冷却室
３４ 基板取出室
３５ トレイ
３６ 排気ポンプ
４０ 蒸着材料
４１ 蒸着ハース
４２ 電子銃
４３ 排気ポンプ
４４ ガス分析装置
４５、５０ ガス導入口
４６、５１ 流量バルブ
４７ 電子ビーム
４８ シャッター
４９ ビーム照射部
１００ 前面パネル
２００ 背面パネル

Claims (2)

1. 金属酸化物による保護膜を前面パネルに形成するプラズマディスプレイパネルの製造装置であって、
   前面パネルおよびそれを保持するトレイを加熱する予備加熱室と、それに続く、金属酸化物材料を真空容器内で蒸散させることで前記前面パネルに成膜する成膜室とを有し、
   前記予備加熱室は、予備加熱室内を排気する排気ポンプとして、ターボ分子ポンプとクライオトラップとを備え、
   クライオトラップは、５０Ｋ以上８０Ｋ以下に温度制御される、
   ことを特徴とするプラズマディスプレイパネルの製造装置。
2. クライオトラップは、炭酸ガスの１秒当たりの排気量が、予備加熱室の内容積の１．５倍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の製造装置。

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