JP4100187B2

JP4100187B2 - プラズマディスプレイパネル

Info

Publication number: JP4100187B2
Application number: JP2003031225A
Authority: JP
Inventors: 征起西村
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-02-07
Filing date: 2003-02-07
Publication date: 2008-06-11
Anticipated expiration: 2023-02-07
Also published as: JP2004241309A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、文字や画像表示用のディスプレイやカラーテレビジョン受像機に使用する、ガス放電発光を利用したプラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＰＤＰは、ガス放電によって発生した紫外線によって蛍光体を励起発光させ、画像表示するディスプレイである。その放電の形成手法から交流（ＡＣ）型と直流（ＤＣ）型に分類することができる。ＡＣ型は、輝度、発光効率、寿命の点でＤＣ型よりも優れており、さらに、ＡＣ型の中でも反射型面放電タイプは輝度、発光効率の点で特に優れているため、このタイプが最も一般的である。
【０００３】
従来のＰＤＰの一例として、反射型面放電タイプのＡＣ型ＰＤＰの斜視図を図４に示しており、以下に、このＰＤＰの構造および動作について説明する。
【０００４】
ガラス基板などのように透明な絶縁性の表面基板１上に、走査電極２と維持電極３とが対を成して複数形成されている。走査電極２は透明電極２ａとその上に形成されたバス電極２ｂとから構成され、維持電極３は透明電極３ａとその上に形成されたバス電極３ｂとから構成される。透明電極２ａ、３ａはインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）や酸化スズ（ＳｎＯ₂）によって形成されるが、この透明電極２ａ、３ａはシート抵抗が高いため、銀（Ａｇ）などからなるバス電極２ｂ、３ｂを透明電極２ａ、３ａ上に形成することにより、走査電極２および維持電極３の抵抗を低くしている。また、走査電極２と維持電極３を覆うように表面基板１上に低融点ガラスからなる透明な誘電体層４を形成し、この誘電体層４上に酸化マグネシウム（ＭｇＯ）からなる保護層５を形成している。誘電体層４は、ＡＣ型ＰＤＰ特有の電流制限機能を有しているため、ＡＣ型ＰＤＰはＤＣ型ＰＤＰに比べて長寿命となっている。また保護層５は、放電によって誘電体層４がスパッタされて削られないように保護するためのもので耐スパッタ性に優れており、さらに、高い２次電子放出係数を有することで放電開始電圧を低減する働きをしている。
【０００５】
一方、ガラス基板などのような絶縁性の背面基板６上には、複数のアドレス電極７が形成され、アドレス電極７を覆うように背面基板６上に下地誘電体層８が形成されている。アドレス電極７間の下地誘電体層８上には、アドレス電極７に平行な隔壁９が形成され、隔壁９間の下地誘電体層８上には蛍光体層１０が形成されている。
【０００６】
表面基板１と背面基板６とは、走査電極２および維持電極３とアドレス電極７とが直交するように、間に放電空間を介して対向して配置されており、放電空間には放電ガスとしてネオン（Ｎｅ）とキセノン（Ｘｅ）の混合ガスが充填されている。走査電極２および維持電極３とアドレス電極７とが交差した部分には放電セルが形成される。そして、走査電極２と維持電極３との間に数十ｋＨｚ〜数百ｋＨｚのＡＣ電圧を印加して放電セル内に放電を発生させ、励起されたＸｅ原子からの紫外線によって蛍光体層１０を励起し、可視光を発生させることで表示動作が行われる（例えば特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−１６４１４５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ＰＤＰなどのディスプレイに表示された画像を観察者が見たときの印象度は、ＶＧＡ（６４０×４８０）以上の解像度であれば、画像の明るさに依存するところが大きい。つまり、画面輝度が高いほど表示画像が美しく見える。また、画面輝度が十分に高ければ、所望の画面輝度が得られる程度に、表示面側のガラス基板の透過率を低めに設定することが可能であり、これによって外光の反射を抑えることができるので明所コントラストが高くなり、明所でも美しい画像を表示できる。ところが、ＰＤＰはＣＲＴに比べると低輝度であり明所コントラストが低いという課題がある。
【０００９】
ＰＤＰにおいて画面の輝度を上げる方法として駆動電圧を上げることが考えられるが、その場合には、誤放電が発生しやすくなることやドライバ回路の高耐圧化によるコスト増加などの問題がある。
【００１０】
また、画面の輝度を上げる他の方法として、上記ＰＤＰの放電ガスにアルゴン（Ａｒ）を添加することが考えられる。すなわち、Ａｒを添加することでペニング効果によって放電開始電圧を低下させることができ、同じ駆動電圧を印加しても放電開始電圧の低い方が放電電流が増加するために、より高輝度にできるのである。しかしながら、Ａｒはスパッタリングプロセスに使われるように固体表面をスパッタし易いため、ＰＤＰの動作中にＡｒによって保護層５がスパッタされてその表面が損傷を受け、保護層５の２次電子放出係数が低下してしまう。したがって、経時的に、例えば数千時間の動作によって放電開始電圧が上昇し、輝度が低下してしまう。
【００１１】
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、動作電圧が低く高輝度表示ができ、安定した駆動を実現できるＰＤＰを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記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、基板上に誘電体層で覆われた電極を有するとともに前記誘電体層上に保護層を有し、前記保護層が亜鉛を添加した酸化マグネシウムからなり、２次イオン質量分析法によって保護層を分析したとき、前記保護層中において、マグネシウム（Ｍｇ _２）の２次イオン強度に対する亜鉛（Ｚｎ）の２次イオン強度の比率が０．０１％以上４０％以下であることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について図１〜図３の図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施の形態によるＰＤＰの断面図である。本実施の形態によるＰＤＰは、図４に示した従来のＰＤＰとほぼ同じ構成であり、異なる点は保護層の構成である。図１において、図４と同じ構成については同じ符号を付している。
【００１５】
図１に示すように、ガラス製の表面基板１上には、走査電極２と維持電極３とが対を成して複数形成されている。走査電極２は透明電極２ａとその上に形成されたバス電極２ｂとから成り、維持電極３は透明電極３ａとその上に形成されたバス電極３ｂとから成る。透明電極２ａ、３ａはＩＴＯやＳｎＯ₂などの透明導電性材料によって形成され、バス電極２ｂ、３ｂは、Ａｇ厚膜（厚み：２μｍ〜１０μｍ）、アルミニウム（Ａｌ）薄膜（厚み：０．１μｍ〜１μｍ）またはクロム／銅／クロム（Ｃｒ／Ｃｕ／Ｃｒ）積層薄膜（厚み：０．１μｍ〜１μｍ）で構成される。また、ＰｂＯ−ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−ＺｎＯ−ＢａＯ系ガラス組成を有する低融点ガラスからなる誘電体層４（厚み：４０μｍ）が、走査電極２および維持電極３を覆うように表面基板１上に形成されており、誘電体層４上に保護層１１（厚み：５００ｎｍ〜７５０ｎｍ）が形成されている。ここで、保護層１１はＭｇＯからなり、亜鉛（Ｚｎ）が添加されている。すなわち、基板上に誘電体層４で覆われた電極を有するとともに誘電体層４上に保護層１１を有し、保護層１１にはＺｎが添加されている。
【００１６】
一方、ガラス製の背面基板６上には、Ａｇ厚膜（厚み：２μｍ〜１０μｍ）、Ａｌ薄膜（厚み：０．１μｍ〜１μｍ）またはＣｒ／Ｃｕ／Ｃｒ積層薄膜（厚み：０．１μｍ〜１μｍ）からなるアドレス電極７が複数形成されている。このアドレス電極７を覆うように、背面基板６上に、酸化鉛（ＰｂＯ）、酸化ビスマス（Ｂｉ₂Ｏ₃）または酸化燐（ＰＯ₄）を主成分とする低融点ガラスからなる下地誘電体層８（厚み：５μｍ〜２０μｍ）が形成されている。さらに、アドレス電極７間の下地誘電体層８上に、ガラスを主成分とする隔壁９がアドレス電極７に平行に形成され、隔壁９間の下地誘電体層８上にはカラー表示のための３色（赤、緑、青）の蛍光体層１０が順次設けられている。なお、下地誘電体層８は蛍光体層１０の密着性を改善するためのものであり、下地誘電体層８が無いとＰＤＰが動作しないというものではない。
【００１７】
表面基板１と背面基板６とは、走査電極２および維持電極３とアドレス電極７とが直交するように、間に放電空間を介して対向して配置されており、周囲はフリットガラスによって気密封止されている。放電空間には放電ガスとして、例えばＮｅとＸｅの混合ガスが６６．５ｋＰａ（５００Ｔｏｒｒ）程度の圧力で充填されている。走査電極２および維持電極３とアドレス電極７とが交差した部分は放電セルを形成し、赤、緑および青の蛍光体層１０を有する隣接した３つの放電セルがカラー表示を行うための１つの画素を構成する。
【００１８】
このようなプラズマディスプレイパネルでは、走査電極２とアドレス電極７との間で選択的に書き込みパルスを印加してアドレス放電を行った後、周期的な維持パルスを走査電極２と維持電極３とに交互に印加して維持放電を行うことで、励起されたＸｅ原子からの紫外線によって蛍光体層１０が励起され、可視光が発生することにより表示動作が行われる。
【００１９】
次に、本実施の形態において、誘電体層４上に保護層１１を形成する方法について説明する。
【００２０】
まず、表面基板１上に走査電極２および維持電極３を形成した後、スクリーン印刷法、ダイコート印刷法またはシートラミネート法を用いて誘電体層４を形成する。その後、電子ビーム蒸着法を用いて誘電体層４上に保護層１１を形成するが、このとき、保護層１１へのＺｎの添加量が所望の値となるように、ＭｇＯペレットとＺｎＯペレットを所定の比率で混合した材料を蒸発源として使用する。これにより、ＭｇＯからなり、Ｚｎが添加された保護層１１を形成することができる。すなわち、蒸発源として使用するＭｇＯペレットとＺｎＯペレットの混合比率を変えることにより、保護層１１へのＺｎの添加量を制御する。ここで、蒸発源の構成材料として、ＺｎＯペレットの代わりに他の亜鉛化合物を用いてもよい。
【００２１】
なお、保護層１１の形成方法として、電子ビーム蒸着法だけでなく、スパッタ法やイオンプレーティング法などを用いることが可能であり、この場合にもターゲットまたは蒸発源の構成材料の混合比率を調整することにより、所望量のＺｎを添加した保護層１１を形成することができる。
【００２２】
次に、本実施の形態によるＰＤＰ（パネルＡ）の特性について調べた結果について説明する。比較のために、ＭｇＯペレットのみを使用した電子ビーム蒸着法により、ＭｇＯからなる保護層を形成し、保護層以外の構成はパネルＡと同じである比較用のＰＤＰ（パネルＢ）を作製した。
【００２３】
パネルＡおよびパネルＢについて放電開始電圧を調べたところ、パネルＡでは１６１Ｖであったのに対し、パネルＢでは１７５Ｖであり、パネルＢに比べてパネルＡの方が動作電圧を低下させることができる。また、同じ駆動電圧（１７５Ｖ）で、パネル全体を白表示したときの輝度を測定すると、パネルＡでは５２５ｃｄ／ｍ²であったのに対し、パネルＢでは４７０ｃｄ／ｍ²であり、パネルＢに比べてパネルＡの方が高輝度となった。
【００２４】
次に、パネルＡおよびパネルＢについて、保護層の厚み方向の組成を２次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）を用いて調べた結果を図２（パネルＡの場合）および図３（パネルＢの場合）に示す。測定にはＡＴＯＭＩＫＡ社製の２次イオン質量分析計ＳＩＭＳ４５００を使用した。測定条件として、１次イオン種：Ｏ₂ ⁺、１次イオンエネルギー：５ｋｅＶ、１次イオン入射角度：３０度、１次イオン電流量：７０ｎＡ、ラスター領域：１６０μｍ□、分析領域：８０μｍ□とし、２次イオン（⁶⁴Ｚｎ⁺、⁴⁸Ｍｇ₂ ⁺、¹⁶Ｏ⁺）強度を測定した。なお、質量分析における測定のダイナミックレンジが１０⁶であり、Ｚｎを分析する時にＭｇは強度が強すぎて同時にモニターできないため、Ｍｇに起因する他の質量を有し且つ最適な信号強度が得られるＭｇ₂をモニターした。
【００２５】
図２および図３において、横軸は、保護層５（パネルＢの場合）または保護層１１（パネルＡの場合）の表面を０としたときの、保護層５、１１の厚み方向の誘電体層４側への距離（保護層表面からの深さ）を表しており、縦軸は２次イオン強度の測定値を表している。ここで、保護層表面からの深さが６００ｎｍ付近でＭｇ₂の２次イオン強度が大きく変化しているが、この部分が保護層５、１１と誘電体層４との境界である。図３に示す保護層５中のＺｎの２次イオン強度については検出限界レベルであり、パネルＢの保護層５中には、誘電体層４との境界近傍を除いてＺｎがほとんど含まれていないと考えてよい。一方、図２に示すパネルＡの保護層１１中においては、Ｍｇ₂の２次イオン強度に対するＺｎの２次イオン強度の比率は０．１％〜１％程度であり、ＭｇＯ中にＺｎが添加されていることがわかる。
【００２６】
したがって、本実施の形態によるパネルＡのように、保護層１１を、ＭｇＯにＺｎを添加して構成することにより、ＰＤＰの動作電圧を低下させることができる。このようにＰＤＰの動作電圧が低下する理由としては、以下のように考えられる。すなわち、Ｚｎ原子はイオン化傾向が９．３９４であり、Ｍｇ原子のイオン化傾向７．６４６に比べて大きく非常に酸化しやすい特性を有している。したがって、ＭｇＯからなる保護層中でもＺｎ原子はＺｎ単体ではなくＺｎＯの状態で存在しているものと考えられる。ここで、ＺｎＯ単結晶はワイドバンドギャップ（３．３７ｅＶ）の半導体であり、ＺｎＯ単結晶中では励起子の結合エネルギーが室温の熱エネルギー（約２５ｍｅＶ）よりも大きい６０ｍｅＶであるため、励起子が室温で安定して存在できる。これらのことから、パネルＡの保護層１１では、ＺｎＯが局所的にＭｇＯと置換しているか、または、ＺｎＯがＭｇＯの粒界に存在することにより、保護層１１の母体であるＭｇＯの伝導帯に効率よく電子を励起できる安定な準位がＭｇＯのバンドギャップ（８．７ｅＶ）中に形成され、その結果、保護層１１の電子放出特性がよくなり、放電開始電圧が低下するものと考えられる。
【００２７】
また、保護層１１へのＺｎの添加量が少なすぎると放電開始電圧が低下する効果が得られない。ＳＩＭＳを用いて保護層１１を分析したとき、Ｍｇ₂の２次イオン強度に対するＺｎの２次イオン強度の比率が０．０１％以上となるようにＺｎを添加すると、放電開始電圧が低下する効果が得られた。
【００２８】
次に、パネルＡについて、通常の使用で５万時間連続して動作させた場合に相当する加速寿命試験を行ったところ、放電開始電圧の大きな変動がなく安定であった。さらに、この加速寿命試験を行った後のパネルＡを割って保護層１１を観察したところ、スパッタによる膜厚減少がほとんど無く、長寿命であることが分かった。これは、ＺｎとＭｇの原子半径が比較的近いために、ＭｇＯからなる保護層の膜質はＺｎを添加してもあまり低下しないことによるものと考えられる。
【００２９】
また、ＭｇＯに比べてＺｎＯは耐スパッタ性が低いため、保護層１１へのＺｎの添加量が多くなりすぎると、Ｚｎを添加しない場合に比べて保護層１１の耐スパッタ性がかなり低下するものと考えられる。ＳＩＭＳを用いて保護層１１を分析したとき、Ｍｇ₂の２次イオン強度に対するＺｎの２次イオン強度の比率が４０％を超えると耐スパッタ性が低下した。このため、保護層１１へのＺｎの添加量については、Ｍｇ₂の２次イオン強度に対するＺｎの２次イオン強度の比率が４０％以下となるようにするのが好ましい。
【００３０】
なお、上記実施の形態では保護層１１の構成材料としてＭｇＯを用いた場合について説明したが、ＭｇＯの代わりに酸化カルシウム（ＣａＯ）や酸化バリウム（ＢａＯ）やそれらを混合したものを用いた場合にも同様の効果を得ることができる。また、放電ガスはＮｅとＸｅの混合ガスに限られるものではなく、ヘリウム（Ｈｅ）やクリプトン（Ｋｒ）などの希ガスを混合して使用してもよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、動作電圧が低く高輝度表示ができ、安定した駆動が可能なＰＤＰを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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要部を示す断面図
【図２】同プラズマディスプレイパネルの保護層の組成を２次イオン質量分析法によって分析した結果を示す図
【図３】比較用プラズマディスプレイパネルの保護層の組成を２次イオン質量分析法によって分析した結果を示す図
【図４】従来のプラズマディスプレイパネルの要部を示す斜視図
【符号の説明】
１表面基板
２走査電極
３維持電極
４誘電体層
１１保護層

Claims

基板上に誘電体層で覆われた電極を有するとともに前記誘電体層上に保護層を有し、前記保護層が亜鉛を添加した酸化マグネシウムからなり、２次イオン質量分析法によって保護層を分析したとき、前記保護層中において、マグネシウム（Ｍｇ _２）の２次イオン強度に対する亜鉛（Ｚｎ）の２次イオン強度の比率が０．０１％以上４０％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。