JP3886523B2 - ガス放電表示デバイスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＰＤＰ、ＰＡＬＣなどの放電のための電極群及びそれを覆う誘電体層を有したガス放電表示デバイスの製造方法に関する。

ＰＤＰは、カラー表示の実用化を機に大画面のテレビジョン映像やコンピュータ出力の表示デバイスとして普及しつつある。市場ではより大画面でより高品位のデバイスが求められている。

カラー表示デバイスとして３電極面放電構造のＡＣ型ＰＤＰが商品化されている。これは、マトリクス表示の行（ライン）毎に点灯維持のための一対の主電極（第１及び第２の電極）が配置され、列毎にアドレス電極（第３の電極）が配置されたものである。ＡＣ型であるので、表示に際しては主電極を覆う誘電体層のメモリ機能が利用される。すなわち、線走査形式で表示内容に応じた帯電状態を形成するアドレッシングを行い、その後に全ての主電極対に対して一斉に交番極性の点灯維持電圧Ｖｓを印加する。これにより、壁電荷の存在するセルのみにおいて実効電圧（セル電圧ともいう）Ｖｅｆｆが放電開始電圧Ｖｆを越えて基板面に沿った面放電が生じる。点灯維持電圧Ｖｓの印加周期を短くすれば、見かけの上で連続した点灯状態が得られる。

面放電形式のＰＤＰでは、カラー表示のための蛍光体層を主電極対を配置した基板と対向する他方の基板上に設けることによって、放電時のイオン衝撃による蛍光体層の劣化を軽減し、長寿命化を図ることができる。蛍光体層を背面側の基板上に配置したものは“反射型”と呼称され、逆に前面側の基板上に配置したものは“透過型”と呼称されている。発光効率に優れるのは、蛍光体層における前面側表面が発光する反射型である。

従来において、ＡＣ駆動のための誘電体層は、低融点ガラスペーストをベタ膜状に印刷して焼成する厚膜手法によって形成されていた。なお、主電極間の静電容量を低減するため、低融点ガラスよりも比誘電率の小さい材料からなる誘電体層の形成が検討されており、その例として特開平９−３５６４１号公報にポリイミドをスクリーン印刷し、又はスピナーで塗布する旨の記載がある。
特開平９−３５６４１号公報

従来の厚膜手法による誘電体層では、焼成時に気泡が発生し、画面の全体にわたって膜質を均一にするのが難しいという問題があった。気泡は主電極とアドレス電極との間の耐圧を低下させる。加えて、気泡によって透明性が低下するので、誘電体層が放電空間の前面側に位置する反射型のＰＤＰでは、誘電体層によって輝度が損なわれていた。

また、低融点ガラスの比誘電率が大きいことから電極間の静電容量の充電に多くの電力を費やすという問題、及び焼成時に基板に熱歪みが生じるという問題もあった。電極間の静電容量については誘電体層を薄くすることが考えられるが、薄くすると塗布むらが生じ易くなり、放電特性のばらつきが顕著になるとともに電極群の一部が露出するおそれが高まる。

さらに、従来のＰＤＰの要部断面構造を模式的に示す図８のように、スクリーン印刷やスピンコートによる誘電体層１７ｐの上面は、下地面の起伏に係わらずほぼ平坦になる。このため、対をなす主電極Ｘｐ，Ｙｐのそれぞれが透明導電膜４１ｐとその一部に重なる金属膜４２ｐとからなる反射型においては、誘電体層１７ｐのうちの金属膜４２ｐを覆う部分が透明導電膜４１ｐを覆う部分より薄くなるので、放電ギャップから遠いにも係わらず金属膜４２ｐの上方で強い放電が起こる。この放電は、それによる発光が金属膜４２ｐで遮光されるので、表示に寄与しない無駄な電力消費となる。

これらの問題を解決するため、薄膜手法によって誘電体層を形成する試みがなされたが、蒸着法及び常圧ＣＶＤ法ではクラックを生じさせずに十分な厚さの成膜を行うことができなかった。

本発明は、比誘電率の小さい均質な誘電体層を有したガス放電表示デバイスの製造を可能にすることを目的としている。

本発明においては、誘電体層の形成にプラズマ気相成長法（プラズマＣＶＤ法）を用いる。成膜条件を適切に選定して膜の応力を制御することにより、クラック耐性の高い所定厚さの層を得ることができる。焼成によらないので誘電体層を低融点ガラス以外の物質からなる層とすることもでき、例えば二酸化珪素（ＳｉＯ₂ ）、酸化窒化珪素（ＳｉＯＮ）、窒化珪素（ＳｉＮ）などの珪素化合物、又は有機酸化珪素（ＲＳｉＯ：Ｒはアルキル基、アリル基を示す）の層とすれば、低融点ガラス層の場合よりも比誘電率は大幅に小さくなる。

また、プラズマＣＶＤ法によれば、下地面に対して等方的に堆積が進行するので、電極の上面に段差があっても電極の覆う誘電体層の厚さは均等になる。したがって、電極が透明導電膜と金属膜との積層構造である場合に、金属膜の上方での無用の放電を抑えることができる。

請求項１の発明の方法は、ガラス基板上に配列された電極を覆って表示領域の全域に拡がる誘電体層を有したガス放電表示デバイスの製造方法であって、前記誘電体層の形成以前に、前記表示領域のうちの放電間隙を除いた電極間部分に遮光層を設け、前記電極の配列を終えた段階以降の基板構体の表面に、前記誘電体層としてプラズマ気相成長法によって成膜の下地面を等方的に覆う珪素化合物からなる層を形成するものである。

請求項２の発明の製造方法においては、前記誘電体層として二酸化珪素または有機酸化珪素からなる層を形成する。

請求項１または請求項２の発明によれば、比誘電率の小さい均質な誘電体層を有したガス放電表示デバイスの製造が可能になるとともに、表示のコントラストを高めることができる。

〔第１実施形態〕
図１は本発明に係るＰＤＰ１の電極配列を示す平面図である。

例示のＰＤＰ１は、対をなす第１及び第２の主電極Ｘ，Ｙが平行配置され、各セルＣにおいて主電極Ｘ，Ｙと第３の電極としてのアドレス電極Ａとが交差する３電極面放電構造のＡＣ型ＰＤＰである。主電極Ｘ，Ｙはともに画面の行方向（水平方向）に延び、一方の主電極Ｙはアドレッシングに際して行単位にセルＣを選択するためのスキャン電極として用いられる。アドレス電極Ａは列方向（垂直方向）に延びており、列単位にセルＣを選択するためのデータ電極として用いられる。基板面のうちの主電極群とアドレス電極群とが交差する範囲が表示領域（画面）ＥＳとなる。

図２は本発明に係るＰＤＰの内部の基本構造を示す分解斜視図である。

ＰＤＰ１は反射型であって、一対の基板構体１０，２０からなる。ＰＤＰ１において、主電極Ｘ，Ｙは前面側の基板構体１０の基材であるガラス基板１１の内面に、行毎に一対ずつ配列されている。行は水平方向のセル列である。主電極Ｘ，Ｙは、それぞれが透明導電膜４１と金属膜（バス導体）４２とからなり、厚さ１０μｍ程度の誘電体層１７で被覆されている。誘電体層１７の表面にはマグネシア（ＭｇＯ）からなる厚さ数千オングストロームの保護膜１８が設けられている。アドレス電極Ａは、背面側の基板構体２０の基材であるガラス基板２１の内面に配列されており、誘電体層２４によって被覆されている。誘電体層２４の上には、高さ１５０μｍの平面視直線帯状の隔壁２９が各アドレス電極Ａの間に１つずつ設けられている。これらの隔壁２９によって放電空間３０が行方向にサブピクセル（単位発光領域）毎に区画され、且つ放電空間３０の間隙寸法が規定されている。そして、アドレス電極Ａの上方及び隔壁２９の側面を含めて背面側の内面を被覆するように、カラー表示のためのＲ，Ｇ，Ｂの３色の蛍光体層２８Ｒ，２８Ｇ，２８Ｂが設けられている。放電空間３０には主成分のネオンにキセノンを混合した放電ガスが充填されており、蛍光体層２８Ｒ，２８Ｇ，２８Ｂは放電時にキセノンが放つ紫外線によって局部的に励起されて発光する。表示の１ピクセル（画素）は行方向に並ぶ３個のサブピクセルで構成される。各サブピクセル内の構造体がセル（表示素子）Ｃである。隔壁２９の配置パターンがストライプパターンであることから、放電空間３０のうちの各列に対応した部分は全ての行Ｌに跨がって列方向に連続している。

図３は第１実施形態に係るＰＤＰの要部断面構造の模式図である。同図では誘電体層１７の形状の理解を容易にするため、ＰＤＰ１の前面側を図の下側としてある。また、保護膜の図示を省略してある。後述する他の実施形態に係るＰＤＰの要部断面構造についても図示の要領は同様である。

図３のように、金属膜４２は、透明導電膜４１における面放電ギャップと反対の側の端部に寄せて配置されている。誘電体層１７は、このような主電極Ｘ，Ｙを等方的に覆うように形成されており、圧縮応力Ｆを有している。誘電体層１７の厚さが均等であるので、面放電ギャップから遠い金属膜４２の上方での不要の放電は起こりにくい。したがって、駆動電圧の選定によって放電範囲を適正化するのが容易である。また、圧縮応力Ｆによりクラックの発生が抑制されている。 以上の構成のＰＤＰ１は、各ガラス基板１１，２１について別個に所定の構成要素を設けて前面側及び背面側の基板構体１０，２０を作製し、両基板構体１０，２０を重ね合わせて対向間隙の周縁を封止し、内部の排気及び放電ガスの充填を行う一連の工程によって製造される。その際、基板構体１０の構成要素である誘電体層１７は薄膜形成法の一種であるプラズマＣＶＤ法によって形成される。 図４は本発明に係るプラズマＣＶＤ装置の概略図である。

プラズマＣＶＤ装置１００は平行平板型である。真空チャンバ内に主電極Ｘ，Ｙの配列を終えた段階の基板構体１０’を配置し、プラズマを発生させて下地面ｓに所定の物質を堆積させる。下地面ｓは主電極Ｘ，Ｙ及びガラス基板１１の露出面である。例えば、ソースガスとしてテトラエトキシシラン〔ＴＥＯＳ：Ｓｉ（Ｃ₂ Ｈ₅ Ｏ）₄ 〕を導入するとともに反応ガスとしてと酸素（Ｏ₂ ）とを導入し、ＳｉＯ₂ からなる誘電体層１７を形成する。

平行平板型のプラズマＣＶＤ装置１００を用い、シリコン基板とソーダライムガラス基板とにそれぞれ次の条件でＳｉＯ₂ 膜を成膜した。

導入ガスと流量 ：ＴＥＯＳ／８００ＳＣＣＭ
導入ガスと流量 ：Ｏ₂ ／２０００ＳＣＣＭ
高周波出力 ：１．５ｋＷ
基板温度 ：３５０℃
真空度 ：１．０Ｔｏｒｒ
得られたＳｉＯ₂ 膜は、シリコン基板では−０．７×１０⁹ ｄｙｎ／ｃｍ² 、ソーダライムガラス基板では−１．９×１０⁹ ｄｙｎ／ｃｍ² の圧縮応力を有しており、比誘電率は４．１であった。

同一の条件で表１の材質のガラス基板及び主電極からなる基板構体に厚さ１０μｍのＳｉＯ₂ 膜を成膜した。

成膜により基板構体は成膜面を上側に向けた状態で凸状に約５ｍｍ反った。ＳｉＯ₂ 膜の上に厚さ０．５μｍのＭｇＯ膜を蒸着法によって成膜し、それにより得られた基板構体と別途に作製した背面側の基板構体とを張り合わせてＰＤＰを完成させた。発光効率の測定結果は１．５ｌｍ／Ｗであった。

平行平板型のプラズマＣＶＤ装置１００を用い、シリコン基板とソーダライムガラス基板とにそれぞれ次の条件でＳｉＯ₂ 膜を成膜した。

導入ガスと流量 ：ＳｉＨ₄ ／９００ＳＣＣＭ
導入ガスと流量 ：Ｎ₂ Ｏ／４０００ＳＣＣＭ
高周波出力 ：１．０ｋＷ
基板温度 ：３４０℃
真空度 ：１．２Ｔｏｒｒ
得られたＳｉＯ₂ 膜は、シリコン基板では＋１．０×１０⁹ ｄｙｎ／ｃｍ² の引張応力を有し、ソーダライムガラス基板では−０．２×１０⁹ ｄｙｎ／ｃｍ² の圧縮応力を有しており、比誘電率は４．１であった。

同一の条件で実施例１と同じ表１の材質のガラス基板及び主電極からなる基板構体に、厚さ１０μｍのＳｉＯ₂ 膜を成膜した。成膜により基板構体は成膜面を上側に向けた状態で凸状に約１ｍｍ反った。ＳｉＯ₂ 膜の上に厚さ０．５μｍのＭｇＯ膜を蒸着法によって成膜して得られた基板構体と、別途に作製した背面側の基板構体とを張り合わせてＰＤＰを完成させた。発光効率の測定結果は１．５ｌｍ／Ｗであった。

平行平板型のプラズマＣＶＤ装置１００を用い、試料基板に次の条件で有機酸化珪素膜（ＣＨ₃ ＳｉＯ）を成膜した。

導入ガスと流量 ：Ｓｉ（ＣＨ₃ ）₄ ／８００ＳＣＣＭ
導入ガスと流量 ：Ｈ₂ Ｏ／４０００ＳＣＣＭ
高周波出力 ：２．０ｋＷ
基板温度 ：４００℃
真空度 ：１．０Ｔｏｒｒ
得られた有機酸化珪素膜の比誘電率は２．６であった。

同一の条件で実施例１と同じ表１の材質のガラス基板及び主電極からなる基板構体に、厚さ１０μｍのＣＨ₃ ＳｉＯ膜を成膜した。このＣＨ₃ ＳｉＯ膜の上に厚さ０．５μｍのＭｇＯ膜を蒸着法によって成膜して得られた基板構体と、別途に作製した背面側の基板構体とを張り合わせてＰＤＰを完成させた。発光効率の測定結果は１．７ｌｍ／Ｗであった。
〔比較例１〕
常圧ＣＶＤ装置１００を用い、シリコン基板とソーダライムガラス基板とにそれぞれ次の条件でＳｉＯ₂ 膜（熱ＣＶＤ膜）を成膜した。

導入ガスと流量 ：ＳｉＨ₄ ／９００ＳＣＣＭ
導入ガスと流量 ：Ｈ₂ Ｏ／６０００ＳＣＣＭ
基板温度 ：４５０℃
得られたＳｉＯ₂ 膜は、シリコン基板では＋４．０×１０⁹ ｄｙｎ／ｃｍ² 、ソーダライムガラス基板では＋２．３×１０⁹ ｄｙｎ／ｃｍ² の引張応力を有していた。

同一の条件で実施例１と同じ表１の材質のガラス基板及び主電極とからなる基板構体に、厚さ１０μｍのＳｉＯ₂ 膜を成膜した。膜面に多数のクラックが発生し、ＰＤＰを組み立てることができなかった。
〔比較例２〕
平行平板型のプラズマＣＶＤ装置１００を用い、シリコン基板とソーダライムガラス基板とにそれぞれ次の条件でＳｉＯ₂ 膜を成膜した。

導入ガスと流量 ：ＳｉＨ₄ ／９００ＳＣＣＭ
導入ガスと流量 ：Ｎ₂ Ｏ／５０００ＳＣＣＭ
高周波出力 ：１．８ｋＷ
基板温度 ：３８０℃
真空度 ：０．７Ｔｏｒｒ
得られたＳｉＯ₂ 膜は、シリコン基板では−３．３×１０⁹ ｄｙｎ／ｃｍ² の圧縮応力を有し、ソーダライムガラス基板では−４．６×１０⁹ ｄｙｎ／ｃｍ² の圧縮応力を有していた。

同一の条件で実施例１と同じ表１の材質のガラス基板及び主電極とからなる基板構体に、厚さ１０μｍのＳｉＯ₂ 膜を成膜した。成膜により基板構体は成膜面を上側に向けた状態で凸状に約１２ｍｍ反った。反りが過大であるため、背面側の基板構体と張り合わせることができなかった。
〔比較例３〕
従来の厚膜手法により誘電体層を形成した。すなわち、実施例１と同じ表１の材質のガラス基板及び主電極とからなる基板構体に、ＰｂＯ−ＢＯ−ＳｉＯ系フリットガラスをロールコータで３０μｍの厚さに印刷し、コンベア炉を用いて大気雰囲気で焼成した（５８０℃，６０ｍｉｎ）。得られた低融点ガラス層は無数の泡を含んでおり、比誘電率の測定値は１２．０であった。低融点ガラス層の上に厚さ０．５μｍのＭｇＯ膜を蒸着法によって成膜し、得られた基板構体と別途に作製した背面側の基板構体とを張り合わせてＰＤＰを完成させた。発光効率の測定結果は０．８ｌｍ／Ｗであった。
〔第２実施形態〕
図５は第２実施形態に係るＰＤＰの要部断面構造の模式図である。

ＰＤＰ２では、前面側のガラス基板１１ｂの上に透明導電膜４１ｂと金属膜４２ｂとを順に設けて主電極Ｘｂ，Ｙｂを形成した後、薄膜手法で誘電体層１７ｂを成膜する以前に、金属膜４２ｂの上に絶縁体層５０が設けられている。これにより、主電極Ｘｂ，Ｙｂのうちの金属膜４２ｂの重なる部分を被覆する層が他の部分より厚くなるので、金属膜４２ｂの上方での不要の放電が抑えられて発光効率が高まる。
〔第３実施形態〕
図６は第３実施形態に係るＰＤＰの要部断面構造の模式図である。図７は第３実施形態に係るＰＤＰの表示領域の平面図である。

ＰＤＰ３においては、前面側のガラス基板１１ｃの上に透明導電膜４１ｃと金属膜４２ｃとを順に設けて主電極Ｘｃ，Ｙｃを形成した後、薄膜手法で誘電体層１７ｃを成膜する以前に、金属膜４２ｃと逆スリットＳ２とを覆うように暗色の絶縁体層５５が設けられている。逆スリットＳ２は隣接する行どうしの電極配列間隙であり、面放電ギャップである行内の電極配列間隙（スリット）Ｓ１より幅広である。絶縁体層５５により、図７のように表示領域ＥＳｃの全体ではストライプ状の遮光パターンが形成され、行間において蛍光体層が隠れて表示のコントラストが高まる。加えて、主電極Ｘｃ，Ｙｃのうちの金属膜４２ｃの重なる部分を被覆する層が他の部分より厚くなるので、金属膜４２ｃの上方での不要の放電が抑えられて発光効率が高まる。

以上の実施形態によれば、焼成に比べて低い温度で誘電体層１７，１７ｂ，１７ｃを設けることができ、基板の熱歪みを低減することができる。また、誘電体層１７，１７ｂ，１７ｃの比誘電率が従来の低融点ガラス層より低いので電極間容量が低減されて消費電力が少なくなる。さらに、誘電体層１７，１７ｂ，１７ｃが鉛、亜鉛などの金属を含まないので、製造の作業安全性が高まり、リサイクル性に優れたＰＤＰ１，２，３が得られる。

本発明は、電極間の静電容量の低減に有効な比誘電率の小さい均質な誘電体層をもつガス放電表示デバイスの製造に適している。

本発明に係るＰＤＰの電極配列を示す平面図である。 本発明に係るＰＤＰの内部の基本構造を示す分解斜視図である。 第１実施形態に係るＰＤＰの要部断面構造の模式図である。 本発明に係るプラズマＣＶＤ装置の概略図である。 第２実施形態に係るＰＤＰの要部断面構造の模式図である。 第３実施形態に係るＰＤＰの要部断面構造の模式図である。 第３実施形態に係るＰＤＰの表示領域の平面図である。 従来のＰＤＰの要部断面構造の模式図である。

符号の説明

１，２，３ ＰＤＰ（ガス放電表示デバイス）
１１，１１ｂ，１１ｃ ガラス基板（基板）
Ｘ，Ｙ，Ｘｂ，Ｙｂ，Ｘｃ，Ｙｃ 主電極（電極）
ＥＳ，ＥＳｃ 表示領域
１７，１７ｂ，１７ｃ 誘電体層
ｓ 下地面
Ｆ 圧縮応力
５０ 絶縁体層
５５ 絶縁体層（遮光層）
Ｓ１ スリット（放電間隙）
Ｓ２ 逆スリット（電極間部分）

Claims (2)

1. ガラス基板上に配列された電極を覆って表示領域の全域に拡がる誘電体層を有したガス放電表示デバイスの製造方法であって、
   前記誘電体層の形成以前に、前記表示領域のうちの放電間隙を除いた電極間部分に遮光層を設け、
   前記電極の配列を終えた段階以降の基板構体の表面に、前記誘電体層としてプラズマ気相成長法によって成膜の下地面を等方的に覆う珪素化合物からなる層を形成する
   ことを特徴とするガス放電表示デバイスの製造方法。
2. 前記誘電体層として二酸化珪素または有機酸化珪素からなる層を形成する
   請求項１に記載のガス放電表示デバイスの製造方法。