JP2012255060A - 蛍光体材料およびそれを用いたプラズマディスプレイパネル - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、高い発光効率を有するプラズマディスプレイ装置を提供することを目的とするものである。
【解決手段】この目的を達成するために、本発明のプラズマディスプレイパネルは、表面をコート層によりコートした金属粒子を付着した蛍光体粒子、または表面をコート層によりコートしさらに金属粒子を付着した蛍光体粒子、により構成された蛍光体材料により蛍光体層を形成することを特徴とする。ここで前記コート層は、金属酸化物、金属窒化物、金属フッ化物のいずれかを含有し、前記金属粒子は、銀、金、銅、アルミニウム、白金、クロム、ロジウム、ルテニウム、コバルト、ニッケル、鉄のいずれかを含有していることが望ましい。
【選択図】図２

Description

本発明は、蛍光体材料およびそれを用いたプラズマディスプレイパネルに関する。

プラズマディスプレイパネル（以下、ＰＤＰと呼ぶ）を用いたプラズマディスプレイ装置は、高精細化、大画面化の実現が可能であることから、１００インチクラスのテレビジョン受像機などの製品化が進んでいる。ＰＤＰは前面板と背面板とで構成されている。

前面板は、硼硅酸ナトリウム系ガラスのガラス基板と、その一方の主面上に形成された表示電極と、表示電極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）からなる保護層と、で構成されている。一方、背面板は、排気および放電ガス封入用の細孔を設けたガラス基板と、その一方の主面上に形成されたアドレス電極と、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と、各隔壁間に形成された赤色と緑色と青色それぞれに発光する蛍光体粒子が積層された蛍光体層と、で構成されている。前面板と背面板とは、その電極形成面側を対向させてその周囲を封着部材によって封着されている。そして、隔壁で仕切られた放電空間には放電ガスとしてのネオン（Ｎｅ）−キセノン（Ｘｅ）の混合ガスが５５ｋＰａ〜８０ｋＰａ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させて放電ガスを放電させ、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。各色の蛍光体層には各色の蛍光体粒子が積層されている。

蛍光体粒子の蛍光体材料としては、例えば、赤色蛍光体として（Ｙ，Ｇｄ）ＢＯ₃：Ｅｕ³⁺（以下、ＹＧＢ蛍光体と呼ぶ）やＹ（Ｐ，Ｖ）Ｏ₄：Ｅｕ³⁺（以下、ＹＰＶ蛍光体と呼ぶ）やＹ₂Ｏ₃：Ｅｕ³⁺（以下、ＹＯＸ蛍光体と呼ぶ）、緑色蛍光体としてはＺｎ₂ＳｉＯ₄：Ｍｎ²⁺（以下、ＺＳＭ蛍光体と呼ぶ）やＹＢＯ₃：Ｔｂ³⁺（以下、ＹＢＴ蛍光体と呼ぶ）や、（Ｙ，Ｇｄ）Ａｌ₃（ＢＯ₃）₄：Ｔｂ³⁺（以下、ＹＡＢ蛍光体と呼ぶ）、青色蛍光体としてはＢａＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇：Ｅｕ²⁺（以下、ＢＡＭ蛍光体と呼ぶ）などが一般的に用いられている。これらの蛍光体の発光効率を高めるための方法として非特許文献１に示されているように、直径が数十ｎｍ程度である銀粒子を蛍光体と接する位置に配置し、その銀粒子に伴う表面プラズモン共鳴現象を利用することで、蛍光体の発光効率を高められることが知られている。

Ｓｅｏｎｇ Ｍｉｎ Ｌｅｅ ｅｔ．ａｌ、「Ｅｎｈａｎｃｅｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｆｒｏｍ ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ2+ ｂｙ ｌｏｃａｌｉｚｅｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｐｌａｓｍｏｎ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｏｆ ｓｉｌｖｅｒ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ」、Ｏｐｔ． Ｅｘｐｒｅｓｓ、２０１０年、Ｖｏｌ．１８、Ｎｏ．１２、ｐ．１２１４４−１２１５２

蛍光体の近傍に金属粒子が配置された場合、励起された蛍光体のエネルギーの減衰過程として、蛍光体自身からの発光として消費される過程に加えて、金属の表面プラズモンの励起や、金属内での熱散逸として消費される過程が生じる。蛍光体と金属粒子との距離が近いほど、後者の過程が支配的となる。従って、非特許文献１に示されているように、直径が数十ｎｍ程度である銀粒子を蛍光体と接する位置に配置した構造では、蛍光体に励起されたエネルギーは、表面プラズモンの励起よりも金属内での熱散逸として消費される割合の方が高くなり、結果として表面プラズモン共鳴現象を利用した蛍光体の発光増強効果が得られにくいという課題を有する。本発明は、このような課題を解決して、表面プラズモン共鳴現象を利用した蛍光体の発光増強効果をより高めたＰＤＰを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のＰＤＰは、表面をコート層によりコートした金属粒子を付着した蛍光体粒子、または表面をコート層によりコートしさらに金属粒子を付着した蛍光体粒子、により構成された蛍光体材料により蛍光体層を形成することを特徴とする。ここで前記コート層は、金属酸化物、金属窒化物、金属フッ化物のいずれかを含有し、前記金属粒子は、銀、金、銅、アルミニウム、白金、クロム、ロジウム、ルテニウム、コバルト、ニッケル、鉄のいずれかを含有していることが望ましい。金属粒子を、蛍光体と距離をおいて付着させていることを特徴とする。

本発明によれば、高い発光効率を有するプラズマディスプレイ装置を提供することができる。

本発明の実施形態におけるＰＤＰの画像表示領域における部分断面斜視図 同ＰＤＰにおけるコート層を有する蛍光体と金属粒子の断面図 同ＰＤＰにおける蛍光体とコート層を有する金属粒子の断面図

以下、本発明の実施形態におけるＰＤＰについて図面を用いて説明する。

［１．プラズマディスプレイ装置の構成］
図１は、実施形態におけるプラズマディスプレイ装置を構成するＰＤＰ１０の構成を示す断面斜視図である。ＰＤＰ１０は前面板２０と背面板３０とで構成されている。前面板２０は前面ガラス基板２１を有し、前面ガラス基板２１上には平行に配置された走査電極２２と維持電極２３とからなる表示電極対２４が複数形成されている。そして、走査電極２２と維持電極２３とを覆うように誘電体層２５が形成され、その誘電体層２５上に保護層２６が形成されている。一方、背面板３０は背面ガラス基板３１を有し、背面ガラス基板３１上には、平行に配列されたアドレス電極３２が複数形成されている。さらに、アドレス電極３２を覆うように下地誘電体層３３が形成され、その上に隔壁３４が形成されている。そして、隔壁３４の側面および下地誘電体層３３上には、アドレス電極３２に対応して順次、赤色、緑色および青色の各色に発光する赤色蛍光体層３５Ｒ、緑色蛍光体層３５Ｇ、青色蛍光体層３５Ｂが設けられている。これらの前面板２０と背面板３０とは、微小な放電空間を挟んで表示電極対２４とアドレス電極３２とが交差するように対向配置され、その外周部がガラスフリットなどの封着部材によって封着されている。そして、放電空間には、例えばネオン（Ｎｅ）とキセノン（Ｘｅ）などの混合ガスが、放電ガスとして５５ｋＰａ〜８０ｋＰａの圧力で封入されている。放電空間は隔壁３４によって、複数の区画に仕切られ、表示電極対２４とアドレス電極３２とが交差する部分に放電セル３６が形成される。そして、上記の電極間に放電電圧を印加すると、これらの放電セル３６内で放電が起こり、その放電により発生した紫外線によってそれぞれの赤色蛍光体層３５Ｒ、緑色蛍光体層３５Ｇ、青色蛍光体層３５Ｂの蛍光体が励起されて発光しカラー画像が表示される。なお、ＰＤＰ１０の構造は上述したものに限られるわけではない。例えば、隔壁３４の構造として、井桁状の隔壁を備えた構造であってもよい。

［２．プラズマディスプレイ装置の製造方法］
次に、本発明の実施形態におけるＰＤＰ１０の背面板３０の構造とＰＤＰ１０の製造方法について説明する。背面ガラス基板３１上に、電極用の銀ペーストをスクリーン印刷し、焼成することによって複数のアドレス電極３２をストライプ状に形成する。これらのアドレス電極３２を覆うようにガラス材料を含むペーストをダイコータ法またはスクリーン印刷法で塗布、焼成して下地誘電体層３３を形成する。形成された下地誘電体層３３上に隔壁３４を形成する。

隔壁３４の形成方法としては、ガラス材料を含むペーストをスクリーン印刷法によりアドレス電極３２を挟んでストライプ状に繰り返し塗布して焼成する方法がある。また、アドレス電極３２を覆って下地誘電体層３３上にペーストを塗布してパターンニングして焼成する方法などもある。この隔壁３４によって放電空間が区画され、放電セル３６が形成される。隔壁３４の間隙は４２インチ〜５０インチのフルＨＤテレビやＨＤテレビに合わせて１３０μｍ〜２４０μｍに設定した。

隣接する２本の隔壁３４間の溝に、それぞれの蛍光体材料の粒子を含むペーストをスクリーン印刷法やインクジェット法などによって塗布し、焼成することによって赤色蛍光体層３５Ｒ、緑色蛍光体層３５Ｇ、青色蛍光体層３５Ｂが形成される。なお、それぞれの赤色蛍光体層３５Ｒ、緑色蛍光体層３５Ｇ、青色蛍光体層３５Ｂに用いる蛍光体については詳細を後述する。

このようにして作製された背面板３０と、表示電極対２４および誘電体層２５、保護層２６が形成された前面板２０とを、それぞれ前面板２０の走査電極２２と背面板３０のアドレス電極３２とが直交するように対向させて重ね合わせ、周辺部に封着用ガラスを塗布して前面板２０と背面板３０を封着する。そして、一旦、放電空間内を高真空に排気した後、ネオン（Ｎｅ）とキセノン（Ｘｅ）などの混合ガスを５５ｋＰａ〜８０ｋＰａの圧力で封入して、本発明の実施形態のＰＤＰ１０を作製した。

以上のように、本発明の実施形態におけるＰＤＰ１０は、立体画像表示装置として適用が可能なように蛍光体の高い発光効率を実現したディスプレイパネルである。

［３．蛍光体の概要］
次に、上記プラズマディスプレイ装置に用いられる蛍光体について説明する。

［３−１．赤色蛍光体の構成］
最初に、赤色蛍光体の構成について述べる。本発明の実施形態では、赤色蛍光体は、例えば（Ｙ，Ｇｄ）ＢＯ₃：Ｅｕ³⁺、Ｙ（Ｐ，Ｖ）Ｏ₄：Ｅｕ³⁺、Ｙ₂Ｏ₃：Ｅｕ³⁺等の赤色蛍光体材料からなる。

［３−２．緑色蛍光体の構成］
次に、緑色蛍光体の構成について述べる。本発明の実施形態では、緑色蛍光体は、例えばＺｎ₂ＳｉＯ₄：Ｍｎ、ＹＡｌ₃（ＢＯ₄）₃：Ｔｂ、Ｙ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ等の緑色蛍光体材料からなる。

［３−３．青色蛍光体の構成］
さらに、青色蛍光体について説明する。本発明の実施形態における青色蛍光体は、例えばＢａＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇：Ｅｕ等の青色蛍光体材料からなる。

［３−４．本発明の実施形態における蛍光体の構造］
本発明の実施形態における赤色蛍光体層３５Ｒ、緑色蛍光体層３５Ｇ、青色蛍光体層３５Ｂの少なくとも１つの層は、図２に示すように蛍光体粒子３５がコート層３５ａに被覆されており、それに金属粒子３５ｂが付着している形態、または、図３に示すように金属粒子３５ｂがコート層３５ａに被覆されており、蛍光体粒子３５に付着している形態のいずれかの構造を有する蛍光体から成る。コート層３５ａの材料としては、可視光に対して透過率が高い酸化ケイ素等や、真空紫外光に対して透過率が高いフッ化マグネシウム等を成分として含有していること望ましいが、これに限定されるものではない。また、コート層３５ａの厚さは、数ｎｍから数十ｎｍ程度であることが望ましい。金属粒子３５ｂの材料としては、表面プラズモンの励起効率が高い金属である銀、金、銅、アルミニウム、白金、クロム、ロジウム、ルテニウム、コバルト、ニッケル、鉄の少なくとも１つを成分として含有していることが望ましいが、これに限定されるものではない。また、金属粒子３５ｂの直径は、数ｎｍから数百ｎｍ程度であることが望ましい。

［３−５．本発明の実施形態における蛍光体の製造方法］
本発明の実施形態におけるコート層が被覆された蛍光体粒子はゾル−ゲル法や化学蒸着法、真空蒸着法、スパッタリング法などを適用することで実現することができる。

例えばゾル−ゲル法の場合は以下の手順で作製が可能である。金属アルコキシド溶液中に蛍光体粒子を添加し、所定時間撹拌を行う。そして撹拌終了後、概溶液中に分散している蛍光体粒子をろ過することで回収したのち、６００℃〜１０００℃程度の温度で焼成を行い、蛍光体表面のコート層に含まれる有機成分および水分の除去を行う。上記焼成温度は、コート層に含まれる有機成分を燃焼除去することができ、かつ焼成時に微粒子同士が融着しない温度として、６００℃以上であることが望ましい。

なお、コート層が被覆された金属粒子においても同様の方法で作製可能であるが、両者の作製方法は上述した方法に限らない。このようにして作製した蛍光体粒子や金属粒子を含むペーストをスクリーン印刷法やインクジェット法などによって塗布し、焼成することによって赤色蛍光体層３５Ｒ、緑色蛍光体層３５Ｇ、青色蛍光体層３５Ｂのいずれかを形成すればよい。

［４．実施形態の効果］
蛍光体の近傍に金属粒子が配置された場合、励起された蛍光体のエネルギーの減衰過程として、蛍光体自身からの発光として消費される過程に加えて、金属の表面プラズモンの励起や、金属内での熱散逸として消費される過程が生じる。蛍光体と金属粒子との距離が近いほど、後者の過程が支配的となる。従って、先行技術文献のように蛍光体粒子と金属粒子が直接接している形態では、蛍光体に励起されたエネルギーは、金属の表面プラズモンの励起よりも金属内での熱散逸として消費される割合の方が高くなる。しかし本発明の実施形態は、金属粒子を蛍光体粒子と距離をおいて付着させていることを特徴としており、このような形態においては、蛍光体に励起されたエネルギーを、金属内での熱散逸よりも、金属の表面プラズモンの励起として消費される割合を高くすることができる。

これにより、表面プラズモン共鳴現象を利用した蛍光体の発光増強効果をより高めることができる。

以上のように本発明によるＰＤＰによれば、高い発光効率を有するＰＤＰを実現することが可能となる。

以上のように本発明は、短残光特性を有し、高輝度かつ高色域表示が可能なＰＤＰを実現できて、高精細画像表示装置や立体画像表示装置などに有用である。

１０ ＰＤＰ
２０ 前面板
２１ 前面ガラス基板
２２ 走査電極
２３ 維持電極
２４ 表示電極対
２５ 誘電体層
２６ 保護層
３０ 背面板
３１ 背面ガラス基板
３２ アドレス電極
３３ 下地誘電体層
３４ 隔壁
３５Ｒ 赤色蛍光体層
３５Ｇ 緑色蛍光体層
３５Ｂ 青色蛍光体層
３５ 蛍光体粒子
３５ａ コート層
３５ｂ 金属粒子
３６ 放電セル

Claims (3)

1. 表面をコート層によりコートした金属粒子を付着した蛍光体粒子、または表面をコート層によりコートしさらに金属粒子を付着した蛍光体粒子、により構成された蛍光体材料。
2. 前記コート層は、金属酸化物、金属窒化物、金属フッ化物のいずれかを含有し、
   前記金属粒子は、銀、金、銅、アルミニウム、白金、クロム、ロジウム、ルテニウム、コバルト、ニッケル、鉄のいずれかを含有している、請求項１記載の蛍光体材料。
3. 前面板と、請求項１−２のいずれかに記載の蛍光体材料により蛍光体層を有した背面板とを対向配置したプラズマディスプレイパネル。

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