JP2011192430A - プラズマディスプレイパネル - Google Patents
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Abstract
【課題】高精細で高画質の表示性能を備え、かつ低消費電力のプラズマディスプレイパネルを実現することを目的とする。
【解決手段】前面ガラス基板3上に形成した表示電極6を覆うように誘電体層8を形成するとともに誘電体層8上に保護層9を形成した前面板2と、前面板2に放電ガスが充填された放電空間を形成するように対向配置され、かつ表示電極6と交差する方向にアドレス電極を形成するとともに放電空間を区画する隔壁を設けた背面板とを有するプラズマディスプレイパネルであって、保護層9は、誘電体層8上に形成した下地膜91と、下地膜91上に全面に亘って付着分布させた金属酸化物からなる複数個の結晶粒子92aが凝集した凝集粒子92とからなり、かつ、下地膜91がゲルマニウムと珪素とを含有する酸化マグネシウムにより構成されるとともに、下地膜91中に含まれる珪素の濃度が10ppm〜100ppmである。
【選択図】図2
【解決手段】前面ガラス基板3上に形成した表示電極6を覆うように誘電体層8を形成するとともに誘電体層8上に保護層9を形成した前面板2と、前面板2に放電ガスが充填された放電空間を形成するように対向配置され、かつ表示電極6と交差する方向にアドレス電極を形成するとともに放電空間を区画する隔壁を設けた背面板とを有するプラズマディスプレイパネルであって、保護層9は、誘電体層8上に形成した下地膜91と、下地膜91上に全面に亘って付着分布させた金属酸化物からなる複数個の結晶粒子92aが凝集した凝集粒子92とからなり、かつ、下地膜91がゲルマニウムと珪素とを含有する酸化マグネシウムにより構成されるとともに、下地膜91中に含まれる珪素の濃度が10ppm〜100ppmである。
【選択図】図2
Description
本発明は、テレビなどに用いる平板型のディスプレイであるプラズマディスプレイパネルに関する。
近年、プラズマディスプレイパネル(以下、PDPと呼ぶ)は、高精細化、大画面化の実現が可能であることから、65インチクラスのテレビなども製品化され、従来のNTSC方式に比べて走査線数が2倍以上のハイディフィニションテレビへの適用などが進んでいる。
PDPは、基本的には、前面板と背面板とで構成されている。前面板は、フロート法による硼硅酸ナトリウム系ガラスのガラス基板からなり、ガラス基板の一方の主面上には、表示電極が形成されている。この表示電極は維持電極と走査電極からなり、維持電極と走査電極それぞれが、ストライプ状の透明電極とこの透明電極と接した金属伝導性のバス電極から構成されている。また、表示電極の全面を覆って、コンデンサとしての働きをする誘電体層と、誘電体層上に形成された酸化マグネシウム(MgO)からなる保護層が形成されている。
一方、背面板は、ガラス基板と、その一方の主面上に形成されたストライプ状のアドレス電極と、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た隔壁からなり、各隔壁間には、紫外線によって赤色、緑色および青色に可視光を発光する蛍光体層が形成されている。
前面板と背面板とはその電極形成面側を対向させて気密封着され、隔壁によって仕切られた放電空間にネオン(Ne)−キセノン(Xe)などの放電ガスが、5.3×104Pa〜8.0×104Paの圧力で封入されている。PDPは、表示電極に映像信号電圧を選択的に印加することによって放電させ、その放電によって発生した紫外線が各色蛍光体層を励起して赤色、緑色、青色の発光をさせてカラー画像表示を実現している。
このようなPDPにおいて、前面板の誘電体層上に形成される保護層は、放電によるイオン衝撃から誘電体層を保護し、アドレス放電を発生させるための初期電子を放出する役割を担っている。そのため、保護層は初期電子を安定的に十分な数だけ放出する必要があり、さらに、イオンに対する耐スパッタ性が必要である。保護層の初期電子数が少ないと放電遅れが生じ、画素点灯がぼやけや不灯が生じる。またイオンに対する耐スパッタ性がないと、長時間放電によって放電電圧の上昇や、点灯動作の不安定が生じる。このようなイオンによる耐スパッタ性を備え、二次電子放出能が高い材料として酸化マグネシウム(MgO)が使われてきた。
また、このようなPDPの駆動方法としては、書込みをしやすい状態に壁電荷を調整する初期化期間と、入力画像信号に応じて書込み放電を行う書込み期間と、書込みが行われた放電空間で維持放電を生じさせることによって表示を行う維持期間を有する駆動方法が一般的に用いられている。これらの各期間を組み合わせた期間(サブフィールド)が、画像の1コマに相当する期間(1フィールド)内で複数回繰り返されることによってPDPの階調表示を行っている。
このようなPDPにおいて、前面板の誘電体層上に形成される保護層の役割としては、放電によるイオン衝撃から誘電体層を保護すること、アドレス放電を発生させるための初期電子を放出することなどがあげられる。イオン衝撃から誘電体層を保護することは、放電電圧の上昇を防ぐ重要な役割であり、またアドレス放電を発生させるための初期電子を放出することは、画像のちらつきの原因となるアドレス放電ミスを防ぐ重要な役割である。
保護層からの初期電子の放出数を増加させて画像のちらつきを低減するために、酸化マグネシウム(MgO)で形成された保護層に不純物を添加する例が特許文献1に開示され、酸化マグネシウム(MgO)粒子を酸化マグネシウム(MgO)薄膜で構成する下地膜上に形成した例が特許文献2に開示されている。
近年、テレビは高精細化が進んでおり、市場では低コスト・低消費電力・高輝度のフルHD(ハイ・ディフィニション)(1920×1080画素:プログレッシブ表示)PDPが要求されている。保護層からの電子放出特性はPDPの画質を決定するため、電子放出特性を制御することが非常に重要である。
すなわち、高精細化された画像を表示するためには、1フィールドの時間が一定にもかかわらず書込みを行う画素の数が増えるため、サブフィールド中の書込み期間において、アドレス電極へ印加するパルスの幅を狭くする必要が生じる。しかしながら、電圧パルスの立ち上がりから放電空間内で放電が発生するまでには「放電遅れ」と呼ばれるタイムラグの存在がある。そのため、パルスの幅が狭くなれば書込み期間内で放電が終了できる確率が低くなってしまう。その結果、点灯不良が生じ、ちらつきといった画質性能の低下という問題も生じてしまう。
また、消費電力低減のために放電による発光効率を向上させることを目的として、蛍光体の発光に寄与する放電ガスの一成分であるキセノン(Xe)の放電ガス全体における含有率をあげると、放電電圧が高くなるとともに、「放電遅れ」が大きくなって点灯不良などの画質低下が発生するという課題が生じる。
このように、PDPの高精細化や低消費電力化を進めるにあたっては、放電電圧が高くならないようにすることと、点灯不良を低減して画質を向上させることを同時に実現させなければならないという課題があった。
本発明はこのような課題に鑑みなされたもので、高精細で高輝度の表示性能を備え、かつ低消費電力のPDPを実現することを目的としている。
上記の目的を達成するために、本発明のPDPは、基板上に形成した表示電極を覆うように誘電体層を形成するとともに誘電体層の上に保護層を形成した前面板と、前面板に放電ガスが充填された放電空間を形成するように対向配置され、かつ表示電極と交差する方向にアドレス電極を形成するとともに放電空間を区画する隔壁を設けた背面板とを有するPDPであって、保護層は、誘電体層上に形成した下地膜と、下地膜の上に全面に亘って付着分布させた金属酸化物からなる複数個の結晶粒子が凝集した凝集粒子とからなり、かつ、下地膜がゲルマニウムと珪素とを含有する酸化マグネシウムにより構成されるとともに、下地膜に含まれる珪素の濃度が10ppm〜100ppmである。
このような構成によれば、保護層における二次電子放出特性を向上させ、輝度を高めるために放電ガスのXeガス分圧を大きくした場合でも低電圧駆動が実現でき、高輝度、低電圧駆動で、安定放電が可能なPDPを実現することができる。
さらに、凝集粒子は、酸化マグネシウムの結晶粒子が複数個凝集し、その粒径が0.9μm〜2μmの範囲にあることが望ましい。このような構成によれば、放電遅れを低減して高精細画像表示でも点灯不良などの発生のしない表示性能に優れたPDPを実現することができる。
本発明によれば、高精細で高輝度の表示性能を備え、かつ低消費電力のPDPを実現することができる。
以下、本発明の一実施の形態におけるPDP1について図面を用いて説明する。
(実施の形態)
図1は実施の形態におけるPDP1の構造を示す斜視図である。PDP1の基本構造は、一般的な交流面放電型PDPと同様である。図1に示すように、PDP1は前面ガラス基板3などよりなる前面板2と、背面ガラス基板11などよりなる背面板10とが対向して配置され、その外周部をガラスフリットなどからなる封着材によって気密封着している。封着されたPDP1内部の放電空間16には、ネオン(Ne)およびキセノン(Xe)などの放電ガスが5.3×104Pa〜8.0×104Paの圧力で封入されている。
図1は実施の形態におけるPDP1の構造を示す斜視図である。PDP1の基本構造は、一般的な交流面放電型PDPと同様である。図1に示すように、PDP1は前面ガラス基板3などよりなる前面板2と、背面ガラス基板11などよりなる背面板10とが対向して配置され、その外周部をガラスフリットなどからなる封着材によって気密封着している。封着されたPDP1内部の放電空間16には、ネオン(Ne)およびキセノン(Xe)などの放電ガスが5.3×104Pa〜8.0×104Paの圧力で封入されている。
前面板2の前面ガラス基板3上には、走査電極4および維持電極5よりなる一対の帯状の表示電極6とブラックストライプ(遮光層)7が互いに平行にそれぞれ複数列配置されている。前面ガラス基板3上には表示電極6と遮光層7とを覆うようにコンデンサとしての働きをする誘電体層8が形成され、さらにその表面に酸化マグネシウム(MgO)などからなる保護層9が形成されている。
また、背面板10の背面ガラス基板11上には、前面板2の走査電極4および維持電極5と直交する方向に、複数の帯状のアドレス電極12が互いに平行に配置され、これを下地誘電体層13が被覆している。さらに、アドレス電極12間の下地誘電体層13上には放電空間16を区切る所定の高さの隔壁14が形成されている。隔壁14間の溝にアドレス電極12毎に、紫外線によって赤色、緑色および青色にそれぞれ発光する蛍光体層15が順次塗布して形成されている。走査電極4および維持電極5とアドレス電極12とが交差する位置に放電セルが形成され、表示電極6方向に並んだ赤色、緑色、青色の蛍光体層15を有する放電セルがカラー表示のための画素になる。
図2は、PDP1の前面板2の構成を示す断面図であり、図2は図1と上下反転させて示している。図2に示すように、フロート法などにより製造された前面ガラス基板3に、走査電極4と維持電極5よりなる表示電極6と遮光層7とがパターン形成されている。走査電極4と維持電極5は、それぞれインジウムスズ酸化物(ITO)や酸化スズ(SnO2)などからなる透明電極4a、5aと、透明電極4a、5a上に形成された金属バス電極4b、5bとにより構成されている。金属バス電極4b、5bは透明電極4a、5aの長手方向に導電性を付与する目的として用いられ、銀(Ag)材料を主成分とする導電性材料によって形成されている。
誘電体層8は、前面ガラス基板3上に形成されたこれらの透明電極4a、5aと金属バス電極4b、5bと遮光層7を覆って設けた第1誘電体層81と、第1誘電体層81上に形成された第2誘電体層82の少なくとも2層構成とし、さらに第2誘電体層82上に保護層9を形成している。
次に、このような構成のPDP1の製造方法について説明する。前面ガラス基板3上に、走査電極4および維持電極5と遮光層7とを形成する。透明電極4a、5aと金属バス電極4b、5bは、フォトリソグラフィ法などを用いてパターニングして形成される。透明電極4a、5aは薄膜プロセスなどを用いて形成され、金属バス電極4b、5bは銀(Ag)材料を含むペーストを所望の温度で焼成して固化している。また、遮光層7も同様に、黒色顔料を含むペーストをスクリーン印刷する方法や黒色顔料をガラス基板の全面に形成した後、フォトリソグラフィ法を用いてパターニングし、焼成することにより形成される。
次に、走査電極4、維持電極5および遮光層7を覆うように前面ガラス基板3上に誘電体ペーストをダイコート法などにより塗布して誘電体ペースト層(誘電体材料層)を形成する。誘電体ペーストを塗布した後、所定の時間放置することによって塗布された誘電体ペースト表面がレベリングされて平坦な表面になる。その後、誘電体ペースト層を焼成固化することにより、走査電極4、維持電極5および遮光層7を覆う誘電体層8が形成される。なお、誘電体ペーストはガラス粉末などの誘電体材料、バインダおよび溶剤を含む塗料である。次に、誘電体層8上に酸化マグネシウム(MgO)からなる保護層9を真空蒸着法により形成する。以上の工程により前面ガラス基板3上に所定の構成物(走査電極4、維持電極5、遮光層7、誘電体層8、保護層9)が形成され、前面板2が完成する。
一方、背面板10は次のようにして形成される。まず、背面ガラス基板11上に、銀(Ag)材料を含むペーストをスクリーン印刷する方法や、金属膜を全面に形成した後、フォトリソグラフィ法を用いてパターニングする方法などによりアドレス電極12用の構成物となる材料層を形成し、それを所望の温度で焼成することによりアドレス電極12を形成する。次に、アドレス電極12が形成された背面ガラス基板11上に、ダイコート法などによりアドレス電極12を覆うように誘電体ペーストを塗布して誘電体ペースト層を形成する。その後、誘電体ペースト層を焼成することにより下地誘電体層13を形成する。なお、誘電体ペーストはガラス粉末などの誘電体材料とバインダおよび溶剤を含んだ塗料である。
次に、下地誘電体層13上に隔壁材料を含む隔壁形成用ペーストを塗布して所定の形状にパターニングすることにより、隔壁材料層を形成した後、焼成することにより隔壁14を形成する。ここで、下地誘電体層13上に塗布した隔壁用ペーストをパターニングする方法としては、フォトリソグラフィ法やサンドブラスト法を用いることができる。次に、隣接する隔壁14間の下地誘電体層13上および隔壁14の側面に蛍光体材料を含む蛍光体ペーストを塗布し、焼成することにより蛍光体層15が形成される。以上の工程により、背面ガラス基板11上に所定の構成部材を有する背面板10が完成する。
このようにして所定の構成部材を備えた前面板2と背面板10とを走査電極4とアドレス電極12とが直交するように対向配置して、その周囲をガラスフリットで封着し、放電空間16にNe、Xeなどを含む放電ガスを封入することによりPDP1が完成する。
ここで、前面板2の誘電体層8を構成する第1誘電体層81と第2誘電体層82について詳細に説明する。第1誘電体層81の誘電体材料は、次の材料組成より構成されている。すなわち、酸化ビスマス(Bi2O3)を20重量%〜40重量%を含み、酸化カルシウム(CaO)、酸化ストロンチウム(SrO)、酸化バリウム(BaO)から選ばれる少なくとも1種を0.5重量%〜12重量%、酸化モリブデン(MoO3)、酸化タングステン(WO3)、酸化セリウム(CeO2)、二酸化マンガン(MnO2)から選ばれる少なくとも1種を0.1重量%〜7重量%含んでいる。
なお、酸化モリブデン(MoO3)、酸化タングステン(WO3)、酸化セリウム(CeO2)、二酸化マンガン(MnO2)に代えて、酸化銅(CuO)、酸化クロム(Cr2O3)、酸化コバルト(Co2O3)、酸化バナジウム(V2O7)、酸化アンチモン(Sb2O3)から選ばれる少なくとも1種を0.1重量%〜7重量%含ませてもよい。
また、上記以外の成分として、酸化亜鉛(ZnO)を0重量%〜40重量%、酸化硼素(B2O3)を0重量%〜35重量%、酸化硅素(SiO2)を0重量%〜15重量%、酸化アルミニウム(Al2O3)を0重量%〜10重量%とするなど、鉛成分を含まない材料組成が含まれていてもよく、これらの材料組成の含有量に特に限定はなく、従来技術程度の材料組成の含有量範囲である。
これらの組成成分からなる誘電体材料を、湿式ジェットミルやボールミルで平均粒径が0.5μm〜2.5μmとなるように粉砕して誘電体材料粉末を作製する。次に、この誘電体材料粉末55重量%〜70重量%と、バインダ成分30重量%〜45重量%とを三本ロールなどでよく混練してダイコート用、または印刷用の第1誘電体層用ペーストを作製する。バインダ成分はエチルセルロース、またはアクリル樹脂1重量%〜20重量%を含むターピネオール、またはブチルカルビトールアセテートである。また、ペースト中には、必要に応じて可塑剤としてフタル酸ジオクチル、フタル酸ジブチル、リン酸トリフェニル、リン酸トリブチルを添加し、分散剤としてグリセロールモノオレート、ソルビタンセスキオレヘート、Kaoコーポレーション社製の「ホモゲノール(商品名)」、アルキルアリル基のリン酸エステルなどを添加して印刷性を向上させてもよい。
次に、この第1誘電体層用ペーストを用い、表示電極6を覆うように前面ガラス基板3にダイコート法またはスクリーン印刷法で印刷して乾燥させ、その後、誘電体材料の軟化点より少し高い温度の575℃〜590℃で焼成する。
次に、第2誘電体層82について説明する。第2誘電体層82の誘電体材料は、次の材料組成より構成されている。すなわち、酸化ビスマス(Bi2O3)を11重量%〜20重量%を含み、さらに、酸化カルシウム(CaO)、酸化ストロンチウム(SrO)、酸化バリウム(BaO)から選ばれる少なくとも1種を1.6重量%〜21重量%、酸化モリブデン(MoO3)、酸化タングステン(WO3)、酸化セリウム(CeO2)から選ばれる少なくとも1種を0.1重量%〜7重量%含んでいる。
なお、酸化モリブデン(MoO3)、酸化タングステン(WO3)、酸化セリウム(CeO2)に代えて、酸化銅(CuO)、酸化クロム(Cr2O3)、酸化コバルト(Co2O3)、酸化バナジウム(V2O7)、酸化アンチモン(Sb2O3)、酸化マンガン(MnO2)から選ばれる少なくとも1種を0.1重量%〜7重量%含ませてもよい。
また、上記以外の成分として、酸化亜鉛(ZnO)を0重量%〜40重量%、酸化硼素(B2O3)を0重量%〜35重量%、酸化硅素(SiO2)を0重量%〜15重量%、酸化アルミニウム(Al2O3)を0重量%〜10重量%とするなど、鉛成分を含まない材料組成が含まれていてもよく、これらの材料組成の含有量に特に限定はなく、従来技術程度の材料組成の含有量範囲である。
これらの組成成分からなる誘電体材料を、湿式ジェットミルやボールミルで平均粒径が0.5μm〜2.5μmとなるように粉砕して誘電体材料粉末を作製する。次にこの誘電体材料粉末55重量%〜70重量%と、バインダ成分30重量%〜45重量%とを三本ロールでよく混練してダイコート用、または印刷用の第2誘電体層用ペーストを作製する。バインダ成分はエチルセルロース、またはアクリル樹脂1重量%〜20重量%を含むターピネオール、またはブチルカルビトールアセテートである。また、ペースト中には、必要に応じて可塑剤としてフタル酸ジオクチル、フタル酸ジブチル、リン酸トリフェニル、リン酸トリブチルを添加し、分散剤としてグリセロールモノオレート、ソルビタンセスキオレヘート、Kaoコーポレーション社製の「ホモゲノール(商品名)」、アルキルアリル基のリン酸エステルなどを添加して印刷性を向上させてもよい。
次に、この第2誘電体層用ペーストを用いて第1誘電体層81上にスクリーン印刷法またはダイコート法で印刷して乾燥させ、その後、誘電体材料の軟化点より少し高い温度の550℃〜590℃で焼成する。
なお、誘電体層8の膜厚については、第1誘電体層81と第2誘電体層82とを合わせ、可視光透過率を確保するためには41μm以下が好ましい。第1誘電体層81は、金属バス電極4b、5bの銀(Ag)との反応を抑制するために酸化ビスマス(Bi2O3)の含有量を第2誘電体層82の酸化ビスマス(Bi2O3)の含有量よりも多くし、20重量%〜40重量%としている。そのため、第1誘電体層81の可視光透過率が第2誘電体層82の可視光透過率よりも低くなるので、第1誘電体層81の膜厚を第2誘電体層82の膜厚よりも薄くしている。
なお、第2誘電体層82において酸化ビスマス(Bi2O3)が11重量%以下であると着色は生じにくくなるが、第2誘電体層82中に気泡が発生しやすくなるため好ましくない。また、40重量%を超えると着色が生じやすくなり透過率をためには好ましくない。
また、誘電体層8の膜厚が小さいほどパネル輝度の向上と放電電圧を低減するという効果は顕著になるので、絶縁耐圧が低下しない範囲内であればできるだけ膜厚を小さく設定するのが望ましい。このような観点から、実施の形態では、誘電体層8の膜厚を41μm以下に設定し、第1誘電体層81を5μm〜15μm、第2誘電体層82を20μm〜36μmとしている。
このようにして製造されたPDP1は、表示電極6に銀(Ag)材料を用いても、前面ガラス基板3の着色現象(黄変)が少なくて、なおかつ、誘電体層8中に気泡の発生などがなく、絶縁耐圧性能に優れた誘電体層8を実現することを確認している。
次に、実施の形態におけるPDP1において、これらの誘電体材料によって第1誘電体層81において黄変や気泡の発生が抑制される理由について考察する。すなわち、酸化ビスマス(Bi2O3)を含む誘電体ガラスに酸化モリブデン(MoO3)、または酸化タングステン(WO3)を添加することによって、Ag2MoO4、Ag2Mo2O7、Ag2Mo4O13、Ag2WO4、Ag2W2O7、Ag2W4O13といった化合物が580℃以下の低温で生成しやすいことが知られている。実施の形態では、誘電体層8の焼成温度が550℃〜590℃であることから、焼成中に誘電体層8中に拡散した銀イオン(Ag+)は誘電体層8中の酸化モリブデン(MoO3)、酸化タングステン(WO3)、酸化セリウム(CeO2)、酸化マンガン(MnO2)と反応し、安定な化合物を生成して安定化する。すなわち、銀イオン(Ag+)が還元されることなく安定化されるために、凝集してコロイドを生成することがない。したがって、銀イオン(Ag+)が安定化することによって、銀(Ag)のコロイド化に伴う酸素の発生も少なくなるため、誘電体層8中への気泡の発生も少なくなる。
一方、これらの効果を有効にするためには、酸化ビスマス(Bi2O3)を含む誘電体ガラス中に酸化モリブデン(MoO3)、酸化タングステン(WO3)、酸化セリウム(CeO2)、酸化マンガン(MnO2)の含有量を0.1重量%以上にすることが好ましいが、0.1重量%以上7重量%以下がさらに好ましい。特に、0.1重量%未満では黄変を抑制する効果が少なく、7重量%を超えるとガラスに着色が起こり好ましくない。
すなわち、実施の形態におけるPDP1の誘電体層8は、銀(Ag)材料よりなる金属バス電極4b、5bと接する第1誘電体層81では黄変現象と気泡発生を抑制し、第1誘電体層81上に設けた第2誘電体層82によって高い光透過率を実現している。その結果、誘電体層8全体として、気泡や黄変の発生が極めて少なく透過率の高いPDP1を実現することが可能となる。
次に、実施の形態におけるPDP1の特徴である保護層9の構成および製造方法の詳細について図2、図3を用いて説明する。ここで、図3は、実施の形態におけるPDP1での凝集粒子92を説明する図である。
実施の形態におけるPDP1においては、図2に示すように、保護層9は、誘電体層8上に形成した下地膜91と、下地膜91上に全面に亘って付着分布させた金属酸化物からなる複数個の結晶粒子92aが凝集した凝集粒子92とからなり、かつ、下地膜91がゲルマニウムと珪素とを含有する酸化マグネシウムにより構成されている。
また、凝集粒子92は平均粒径が0.9μm〜2μmの範囲にあり、酸化マグネシウムの結晶粒子92aが複数個凝集して構成されている。また、凝集粒子92は、下地膜91上に離散的に全面に亘ってほぼ均一に分布するように付着している。
ここで、凝集粒子92とは、図3に示すように、所定の一次粒径の結晶粒子92aが凝集またはネッキングした状態のものである。すなわち、固体として大きな結合力を有して結合しているのではなく、静電気やファンデルワールス力などによって複数の一次粒子が集合体の体をなしている。そのため、超音波などの外的刺激により、その一部または全部が一次粒子の状態になる程度で結合している。凝集粒子92の粒径としては、前述のように約1μm程度のもので、結晶粒子92aとしては、14面体や12面体などの7面以上の面を有する面体形状とするのが望ましい。
なお、酸化マグネシウムよりなる結晶粒子92aの一次粒子の粒径は、結晶粒子92aの生成条件によって制御できる。例えば、炭酸マグネシウムや水酸化マグネシウムなどのMgO前駆体を焼成して生成する場合、焼成温度や焼成雰囲気を制御することで、粒径を制御できる。一般的に、焼成温度は700℃程度から1500℃程度の範囲で選択できるが、焼成温度が比較的高い1000℃以上にすることで、一次粒径を0.3μm〜2μm程度に制御可能である。さらに、結晶粒子92aのMgO前駆体を加熱することにより、その生成過程において、複数個の一次粒子同士が凝集またはネッキングして結合した凝集粒子92を得ることができる。
次に、実施の形態における保護層9を有するPDP1について、保護層9の効果を確認するために行った発光状態や放電電圧などについて実験を行った。
まず、構成の異なる保護層9を有するPDP1を試作した。試作品1は、保護層9を下地膜91のみで構成し、なおかつ下地膜91の材料が酸化マグネシウムのみである場合のPDP1である。試作品2は、保護層9を下地膜91のみで構成し、なおかつ、下地膜91は酸化マグネシウム(MgO)にAl、Siなどの不純物をドープした場合のPDP1である。また、試作品3は、保護層9を下地膜91と、下地膜91上に散布した結晶粒子92aで構成しているが、下地膜91の材料が酸化マグネシウム(MgO)のみであり、なおかつ結晶粒子92aは凝集がない場合のPDP1である。試作品4は酸化マグネシウム(MgO)に10ppm〜100ppmの珪素を不純物としてドープした下地膜91上に、結晶粒子92aを凝集させた凝集粒子92を全面に亘ってほぼ均一に分布するように付着させたPDP1である。さらに、試作品5が、実施の形態における保護層9を用いたPDP1である。すなわち、保護層9は、ゲルマニウム(Ge)と10ppm〜100ppmの珪素(Si)をドープして含有させた酸化マグネシウム(MgO)よりなる下地膜91と、下地膜91上に離散的に散布した凝集粒子92とにより構成されている。なお、試作品3、4、5において、結晶粒子92aは酸化マグネシウム(MgO)の単結晶粒子である。
これらの試作品1、試作品2、試作品3、試作品4、試作品5の保護層9を有するPDP1を試作し、その電子放出性能と電荷保持性能とアドレス放電の放電開始電圧を調べた。
なお、電子放出性能はその値が大きいほど二次電子放出量が多いことを示す数値で、放電の表面状態およびガス種とその状態によって定まる初期電子放出量をもって表現する。初期電子放出量については、表面にイオン或いは電子ビームを照射して表面から放出される電子電流量を測定する方法で測定できるが、PDP1の前面板2表面の評価を非破壊で実施することが困難を伴う。
そこで、特開2007−48733号公報に記載されている方法を用いた。すなわち、放電の遅れ時間のうち、統計遅れ時間と呼ばれる放電の発生しやすさの目安となる数値を測定し、その逆数を積分すると電子放出量と線形に対応する数値になる。そこで、この数値を用いて評価した。ここで放電の遅れ時間とは、電圧パルスの立ち上がりから放電が始まるまでの時間を意味する。放電遅れ時間が長い場合は、放電が開始される際にトリガーとなる初期電子が保護層9表面から放電空間16中に放出されにくくなる。すなわち、電子放出性能が低いと放電遅れが大きくなる。そのためアドレス動作が遅延し、HDTVのような高速動作を必要とするディスプレイでは、放電セルのアドレスが十分に行われずに維持放電時の不点灯や点灯不良が生じる。
また、電荷保持性能の評価は、アドレス放電後の維持放電時に走査電極4に印加する電圧値(以下Vscn点灯電圧と呼称する)を用いて行った。すなわち、Vscn点灯電圧の低い方が電荷保持能力の高いことを示す。Vscn点灯電圧が低くなると、PDP1の駆動回路において、耐圧および容量の小さい部品を使用することが可能となる。走査電圧を印加するためのMOSFETなどの半導体スイッチング素子では、Vscn点灯電圧が120Vを超えると、温度による変動なども考慮すると耐圧150V以上の素子が必要となり、素子のコストが大幅に上昇する。
図4は、実施の形態におけるPDP1の電子放出性能と電荷保持性能を示す図である。なお、電子放出性能は、試作品1の平均値を基準とした規格値で示している。図4の結果より、本発明の実施の形態である試作品5は、電荷保持性能の評価結果であるVscn点灯電圧を120V以下にすることができ、しかも電子放出性能は8以上の良好な特性を得ることがでることがわかる。したがって、高精細化により走査線数が増加し、かつセルサイズが小さくなる傾向にあるPDP1であっても、電子放出能力と電荷保持能力の両方を満足させることができる。さらに、Vscn点灯電圧が80V程度であるため、小さい耐圧の素子を使用することが可能となり、低消費電力化が可能となる。
本発明の実施の形態での保護層9では、酸化マグネシウム(MgO)中に珪素(Si)が含有されることにより、酸化マグネシウム(MgO)のバンド構造の比較的浅いエネルギー帯に、エネルギー幅の狭いバンド構造が形成される。その結果、保護層9表面に電荷が蓄積され、メモリー機能として使用しようとする際の電荷が時間とともに減少する減衰率が大きくなってしまう。しかしながら、珪素(Si)とともに酸化マグネシウム(MgO)中にゲルマニウム(Ge)を含有させることにより、酸化マグネシウム(MgO)のバンド構造の比較的深いエネルギー帯に、電荷を保持するバンド構造が形成されて電荷保持性能が向上したためと考えられる。
一方、試作品1では、Vscn点灯電圧を一部で85V程度にすることは可能であるが、電子放出性能が他の試作品と比べると格段に低い。
また、試作品2では、電子放出性能は比較的高いが、電荷保持能力が悪いことがわかる。電子放出性能が高い理由としては、酸化マグネシウム(MgO)にアルミニウム(Al)や珪素(Si)をドーピングすることによって、酸化マグネシウム(MgO)の内部に不純物準位が作られ、電子が不純物準位から放出されるからであると考えられる。しかし、一方この不純物準位は、電子が膜方向に移動することを容易にする。このため、蓄積された電荷が不純物準位を伝わって散逸して電荷保持能力が小さくなり、結果としてVscn点灯電圧が高くなると考えられる。
また、試作品3も、電子放出性能は高いが電荷保持能力が低くなっている。電荷保持能力が低い理由としては、保持された電荷が結晶粒子92aに溜まるために電界集中が起き、電荷の保持されていない放電セルの結晶粒子92aに向かって放出される現象が起きるためと考えられる。そこで、電界集中が起きないように、下地膜91側で電荷を分散させることが考えられる。また、試作品4では電荷保持能力としてのVscn点灯電圧が高い。
すなわち、下地膜91にアルミニウム(Al)や珪素(Si)をドープすると、下地膜91での電荷の分散が大きくなりすぎるが、本実施の形態における試作品5のようにゲルマニウム(Ge)を酸化マグネシウム(MgO)の下地膜91に含有させることで電荷の分散を最適とすることができる。
図5は、実施の形態におけるPDP1において下地膜91への珪素(Si)のドーピング濃度とVscn点灯電圧との関係を示す図であり、珪素(Si)の濃度を10ppm〜100ppmの範囲とすると、Vscn点灯電圧を80V以下にすることができる。
次に、実施の形態における保護層9上に設けた、酸化マグネシウム(MgO)の結晶粒子92aが複数個凝集した凝集粒子92について説明する。酸化マグネシウム(MgO)の凝集粒子92は、本願発明者の実験により、主として書込み放電における放電遅れを抑制する効果と、放電遅れの温度依存性を改善する効果が確認されている。そこで実施の形態では、凝集粒子92が保護層9に比べて高度な初期電子放出特性に優れる性質を利用して、放電パルス立ち上がり時に必要な初期電子供給部として配設している。
放電遅れは、放電開始時において、トリガーとなる初期電子が保護層9表面から放電空間16中に放出される量が不足することが主原因と考えられる。そこで、放電空間16に対する初期電子の安定供給に寄与するため、酸化マグネシウム(MgO)の凝集粒子92を保護層9の表面に分散配置する。これによって、放電パルスの立ち上がり時に放電空間16中に電子が豊富に存在し、放電遅れの解消が図られる。したがって、このような初期電子放出特性により、PDP1が高精細の場合などにおいても放電応答性の良い高速駆動ができるようになっている。なお保護層9の表面に金属酸化物の凝集粒子92を配設する構成では、主として書込み放電における放電遅れを抑制する効果に加え、放電遅れの温度依存性を改善する効果も得られる。
この効果としてのアドレス放電の放電開始電圧について調べた。図6は、実施の形態におけるPDP1のアドレス放電開始電圧について調べた図である。図6は図4と同じ試作品のPDP1を用いている。図6から明らかなように、本発明の実施の形態における試作品5ではアドレス放電開始電圧を50V以下にすることができる。この放電開始電圧の低下は凝集粒子92によって保護層9からの電子放出量が増加したためと考えられる。
次に、本発明の実施の形態によるPDP1の保護層9に用いた結晶粒子92aの粒径について説明する。なお、以下の説明において、粒径とは平均粒径を意味し、平均粒径とは、体積累積平均径(D50)のことを意味している。
図7は、上記図4で説明した試作品5において、結晶粒子92aの粒径と電子放出性能との関係を示す図である。なお、図7において、結晶粒子92aの粒径は、結晶粒子92aをSEM観察することで測長した。図7に示すように、粒径が0.3μm程度に小さくなると、電子放出性能が低くなり、ほぼ0.9μm以上であれば、高い電子放出性能が得られることがわかる。
ところで、放電セル内での電子放出数を増加させるためには、保護層9上の単位面積あたりの結晶粒子92aの数は多い方が望ましいが、本願発明者の実験によれば、前面板2の保護層9と密接に接触する背面板10の隔壁14の頂部に相当する部分に結晶粒子92aが存在することで、隔壁14の頂部を破損させ、その材料が蛍光体層15の上に乗るなどし、それによって、該当するセルが正常に点灯消灯しなくなる現象が発生することがわかった。この隔壁破損の現象は、結晶粒子92aが隔壁14の頂部に対応する部分に存在しなければ発生しにくいことから、付着させる結晶粒子92aの数が多くなれば隔壁14の破損発生確率が高くなる。図8は、実施の形態における結晶粒子92aの粒径と隔壁破損確率との関係を示す図である。図7の結果より、結晶粒子92aの粒径が2.5μm程度に大きくなると、隔壁破損の確率が急激に高くなり、2.5μmより小さい結晶粒子径であれば、隔壁破損の確率は比較的小さく抑えることができる。
以上の結果より、本発明の実施の形態におけるPDP1においては、凝集粒子92として、粒径が0.9μm〜2μmの範囲にある凝集粒子92を使用すれば、上述した本発明の効果を安定的に得られることがわかった。
以上のように本発明による保護層を形成したPDPによれば、電子放出能力が高く、電荷保持能力としてはVscn点灯電圧が120V以下であり、またアドレス放電の放電開始電圧が55V程度のものを得ることができる。その結果、高精細化により走査線数が増加し、かつセルサイズが小さくなっても、電子放出能力と電荷保持能力の両方を満足させることができ、これにより高精細で高輝度の表示性能を備え、かつ低消費電力のPDPを実現することができる。
なお、本発明の実施の形態では、結晶粒子として酸化マグネシウム(MgO)粒子を用いて説明したが、この他の単結晶粒子でも、酸化マグネシウム(MgO)同様に高い電子放出性能をもつSr、Ca、Ba、Alなどの金属酸化物による結晶粒子を用いても同様の効果を得ることができるため、粒子種としては酸化マグネシウム(MgO)に限定されるものではない。
本発明は、高精細で高画質の表示性能を備えた低消費電力のPDPを実現し、薄型画像表示装置などに有用である。
1 PDP
2 前面板
3 前面ガラス基板
4 走査電極
4a,5a 透明電極
4b,5b 金属バス電極
5 維持電極
6 表示電極
7 ブラックストライプ(遮光層)
8 誘電体層
9 保護層
10 背面板
11 背面ガラス基板
12 アドレス電極
13 下地誘電体層
14 隔壁
15 蛍光体層
16 放電空間
81 第1誘電体層
82 第2誘電体層
91 下地膜
92 凝集粒子
92a 結晶粒子
2 前面板
3 前面ガラス基板
4 走査電極
4a,5a 透明電極
4b,5b 金属バス電極
5 維持電極
6 表示電極
7 ブラックストライプ(遮光層)
8 誘電体層
9 保護層
10 背面板
11 背面ガラス基板
12 アドレス電極
13 下地誘電体層
14 隔壁
15 蛍光体層
16 放電空間
81 第1誘電体層
82 第2誘電体層
91 下地膜
92 凝集粒子
92a 結晶粒子
Claims (2)
- 基板上に形成した表示電極を覆うように誘電体層を形成するとともに前記誘電体層の上に保護層を形成した前面板と、前記前面板に放電ガスが充填された放電空間を形成するように対向配置され、かつ前記表示電極と交差する方向にアドレス電極を形成するとともに前記放電空間を区画する隔壁を設けた背面板とを有するプラズマディスプレイパネルであって、
前記保護層は、前記誘電体層の上に形成した下地膜と、前記下地膜の上に全面に亘って付着分布させた金属酸化物からなる複数個の結晶粒子が凝集した凝集粒子とからなり、かつ、前記下地膜がゲルマニウムと珪素とを含有する酸化マグネシウムにより構成されるとともに、前記下地膜に含まれる前記珪素の濃度が10ppm〜100ppmであることを特徴とするプラズマディスプレイパネル。 - 前記凝集粒子は、酸化マグネシウムの結晶粒子が複数個凝集し、その粒径が0.9μm〜2μmの範囲に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。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010055720A JP2011192430A (ja) | 2010-03-12 | 2010-03-12 | プラズマディスプレイパネル |
PCT/JP2011/001131 WO2011111326A1 (ja) | 2010-03-12 | 2011-02-28 | プラズマディスプレイパネル |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010055720A JP2011192430A (ja) | 2010-03-12 | 2010-03-12 | プラズマディスプレイパネル |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011192430A true JP2011192430A (ja) | 2011-09-29 |
Family
ID=44797139
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010055720A Pending JP2011192430A (ja) | 2010-03-12 | 2010-03-12 | プラズマディスプレイパネル |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2011192430A (ja) |
-
2010
- 2010-03-12 JP JP2010055720A patent/JP2011192430A/ja active Pending
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