JP4381649B2 - プラズマディスプレイパネルの製造方法および誘電体保護膜製造装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマディスプレイパネルの製造方法とその製造装置に関し、特にガス放電表示装置であるプラズマディスプレイパネルの誘電体保護膜の形成に好適な製造方法および製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高品位テレビジョン画像を大画面で表示するためのディスプレイ装置として、プラズマディスプレイパネル（以下ＰＤＰと呼ぶ）を使用した装置への期待が高まっている。ＰＤＰは、基本的には、前面板と背面板とで構成されている。
【０００３】
前面板は、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透明電極およびバス電極よりなる表示電極と、この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膜と、この誘電体膜上に形成された誘電体保護膜とで構成されている。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、このアドレス電極を覆う誘電体膜と、その上に形成された隔壁と、各隔壁間に形成された、赤色、緑色および青色でそれぞれ発光する蛍光体層とで構成されている。
【０００４】
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、隔壁によって形成された放電空間にはＮｅ-Ｘｅ等の放電ガスが４００Ｔｏｒｒ〜６００Ｔｏｒｒの圧力で封入されている。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ガスを放電させ、それ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。
【０００５】
この時、誘電体保護膜としてはガス放電によるイオン衝撃から誘電体層を保護する保護性能と、放電電圧を下げて応答性の高い放電を実現するために電子放出性能が要求され、通常、その材料としてＭｇＯ薄膜が使われている。
【０００６】
このＭｇＯの成膜方式として、真空蒸着法が採用される場合が多い。これは、真空蒸着法が大面積でかつ高速成膜の観点で有利であるからである。例えば特開２０００−１７７１号公報では、ガラス基板を搬送させながら真空蒸着法によってＭｇＯの誘電体保護膜を形成する場合、電子ビームが照射された蒸発源からガラス基板への蒸発粒子の入射角を制限するために蒸着規制板を設けてその入射角を制限している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ＰＤＰを用いた表示装置には高精細化への要求が高くなっており、走査線数の増加、それに伴うアドレス期間の短縮が要望されている。アドレス期間を短縮するためには誘電体保護膜がより高い電子放出性能を有していることが求められる。さらに、高精細化を図ろうとすると、放電ギャップの縮小に伴ってイオン衝撃が増大し、誘電体保護膜のスパッタリングの進行が速まって寿命が短くなる。しかしながら、真空蒸着法等で膜厚を大きくするとクラック等の膜不良が発生し誘電体保護膜の製造歩留まりが低下する。
【０００８】
本発明は、上述の課題に鑑み、高精細化に対応可能なように高い電子放出性能を有し、かつ耐スパッタ性に優れた密度の高い誘電体保護膜を作製できる製造装置および製造方法を提供するとともに、電子放出性能と耐スパッタ性を両立しうる誘電体保護膜を備え、高精細表示が可能で耐久性に優れたＰＤＰの実現を目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明のＰＤＰの製造方法は、一方の基板に誘電体層と前記誘電体層を保護する保護膜を形成したＰＤＰの製造方法であって、保護膜は、電子ビームによって原材料を蒸発させて、搬送した基板に形成し、基板搬送方向の線と電子ビームによる原材料の蒸発地点から基板面への垂線とを含む面内において、その垂線とその蒸発地点から基板搬送方向上流側の保護膜形成初期地点を結ぶ線とがなす角度αが、その垂線とその蒸発地点から基板搬送方向下流側の保護膜形成終期地点を結ぶ線とがなす角度βよりも大きく、αが４５°から６５°の範囲にあり、βが０°から３０°の範囲にあり、原材料の蒸発の基板への入射する方向にその垂線方向の蒸発が含まれていることを特徴とする。
【００１０】
このような製造方法とすることにより、特に基板への薄膜堆積の初期においては、蒸発原材料の基板への入射角度を大きくし、蒸発原材料が垂直に入射した後の基板搬送下流側にも所定の入射角度を設けることで、垂直入射成分による薄膜の緻密性を損なうことなく薄膜表面で結晶方位が揃い易くなり、耐スパッタ性に優れるとともに電子放出性能に優れた誘電体保護膜を製造することができる。
【００１１】
さらに本発明のＰＤＰの製造方法は、角度αを４５°から６５°の範囲に、角度βを０°から２０°の範囲としており、より結晶性が高く耐スパッタ性に優れた誘電体保護膜とすることができる。さらに本発明のＰＤＰの製造方法は、原材料としてＭｇＯを用い、さらにペレット状の固体群としている。そのため、ＰＤＰの誘電体保護膜として最適な保護膜が形成可能で、なおかつ蒸発面の変化が無いように原材料の供給が可能となる。
【００１３】
このような構成のＰＤＰとすることにより、誘電体保護膜からの電子放出性能が高いため、放電応答時間の短縮による高速駆動放電を実現し、高精細表示が可能であるとともに、膜厚が薄くても耐スパッタ性に優れているためパネル寿命が長く、製造歩留まりの高いパネルを実現できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１５】
図１は、実施の形態におけるＰＤＰの主要構成を示す要部断面斜視図である。図において、ｚ方向がＰＤＰの厚み方向に、またｘｙ面がＰＤＰ面に平行な平面に相当する。図２は図１のＡ−Ａ断面矢視図である。
【００１６】
図１に示すように、ＰＤＰは、互いに対向させて配置された前面板１および背面板２で構成される。前面板１において、前面ガラス基板３の背面板２側の面上に、ストライプ状の透明電極４がｘ方向を長手方向として複数本平行に形成されている。さらに透明電極４よりも幅が狭く、導電性に優れたバス電極５が、図２に示すように、奇数番目の透明電極４については長手方向の一方の端縁に沿って、また偶数番目の透明電極４については長手方向の他方の端縁に沿ってそれぞれ積層されて、表示電極６が構成されている。隣接する表示電極６の、バス電極５に覆われている端縁側の間それぞれには、遮光層７が設けられている。この遮光層７は非発光時に蛍光体層８を遮蔽するためのものである。そして、前面ガラス基板３の、表示電極６と遮光層７とを配設した面上に、表示電極６上および遮光層７上を含めて、誘電体膜９が形成され、さらに誘電体膜９上全域に保護膜１０が積層されている。表示電極６は相隣り合う遮光層７の間に形成された表示電極６Ａと６Ｂにより一対の表示電極を構成しており、一つの表示画素に対応している。
【００１７】
背面板２において、背面ガラス基板１１の、前面板１側の面上に、複数のアドレス電極１２がｙ方向を長手方向としてストライプ状に並設され、さらにアドレス電極１２を覆って背面板誘電体層１３が形成されている。そして、ストライプ状の隔壁１４が、背面板誘電体層１３面の、アドレス電極１２間の領域の直上に位置するよう配設されている。隔壁１４と背面板誘電体層１３とで構成されるストライプ状の凹部には、赤色、緑色および青色で発光する蛍光体層８が規則的に配置、形成されている。
【００１８】
このような構成を有する前面板１と背面板２とは、図１に示すように、アドレス電極１２と表示電極６とが直交するように対向して配置され、背面板２の隔壁１４と背面板誘電体層１３とで構成されたストライプ状凹部と、前面板１の保護膜１０とで囲まれた空間には、放電ガスが充填され、前面板１と背面板２の外周縁部が封着ガラスで封止されている。これにより、隣接する隔壁１４間に放電空間１５が形成され、図２に示すように、隣り合う一対の表示電極６Ａ、６Ｂと１本のアドレス電極１２とが交叉する領域が放電空間１５となり、画像表示にかかわるセルとなる。放電空間１５には、Ｈｅ、ＸｅまたはＮｅ等の希ガス成分からなる放電ガス（封入ガス）が４００Ｔｏｒｒ〜６００Ｔｏｒｒ程度の圧力で封入されている。
【００１９】
ＰＤＰ駆動時には各セルにおいて、アドレス電極１２と表示電極６、また一対の表示電極６Ａ、６Ｂ同士での放電によって短波長の紫外線（波長約１４７ｎｍ）が発生し、蛍光体層８が発光して画像表示がなされる。
【００２０】
本実施の形態における前面板１の誘電体膜９上に設けられた保護膜１０の製造方法および製造装置について説明する。図３は本実施の形態にかかる保護膜を製造する基板搬送型真空蒸着装置の構成図である。図３（ａ）は装置全体の側面断面図を示し、図３（ｂ）は蒸着源の平面図を示す。装置は基板搬入チャンバ１６、基板加熱チャンバ１７、減圧成膜チャンバ１８、冷却チャンバ１９、基板搬出チャンバ２０より構成されており、前面ガラス基板３が基板搬入チャンバ１６より投入されて各チャンバを通過して搬送される。減圧成膜チャンバ１８の下部には蒸着源室２１が設けられて、薄膜原材料２２が収納された蒸着ハース２３と、電子ビームガン２４が設置されている。また、減圧成膜チャンバ１８には、搬送される前面ガラス基板３の下部に蒸着規制板２５が設けられている。蒸着源の平面図、図３（ｂ）に示すように、ＰＤＰの基板サイズに応じて、蒸着ハース２３および電子ビームガン２４は複数設けられて大面積の基板サイズに対応している。
【００２１】
ＰＤＰの前面板１である誘電体膜９までが形成された前面ガラス基板３を基板搬入チャンバ１６から投入し、基板搬送方向２６に搬送する。電子ビームガン２４より出射された電子ビーム２７を偏向させるとともに２ポイントに分岐集光して電子ビーム照射部２８の蒸着ハース２３に収納されたＭｇＯ結晶ペレット群よりなる薄膜原材料２２に照射する。これによって薄膜原材料２２であるＭｇＯペレットが局所的に加熱昇温されてＭｇＯが蒸発し、移動する前面ガラス基板３の誘電体膜９上にＭｇＯ薄膜の保護膜１０が形成される。蒸着ハース２３は低速度で回転し、薄膜原材料２２における加熱位置が常に移動するようにして局所的蒸発消失を防止しているとともに、所定位置に設けられた図示していない原材料供給装置より薄膜原材料を供給し電子ビーム照射部２８の蒸発面高さを一定にしている。前面ガラス基板３の下部に設けられた蒸着規制板２５には蒸着開口領域２９が設定されて前面ガラス基板３への成膜領域を規制するとともに、蒸発粒子の前面ガラス基板３への入射角度を制限する。
【００２２】
保護膜１０には高い耐スパッタ性と高い電子放出性能が要求されるが、これらはこのような薄膜プロセスで形成される保護膜の結晶構造や密度に大きく影響される。さらに、保護膜の結晶構造や密度は、減圧成膜チャンバ１８内の真空度や基板温度あるいは成膜速度等の成膜条件に影響を受けるが、基板への蒸発粒子の入射条件によって大きく影響を受ける。
【００２３】
本発明によれば、基板を搬送しながら成膜する際の蒸発粒子の初期の入射角度と終期の入射角度を規制することによって高い耐スパッタ性と高い電子放出性能を有する保護膜を実現できることがわかった。以下、本発明の実施の形態について図４を用いて説明する。図４には本実施の形態における減圧成膜チャンバ１８の構成の詳細を示している。図４に示すように、前面ガラス基板３の下部に設けられた蒸着規制板２５の蒸着開口領域２９が、蒸着ハース２３の原材料蒸発地点である電子ビーム照射部２８から前面ガラス基板３への垂線３０に対して、基板搬送方向２６の上流側に偏在して設けられている。具体的には、基板搬送方向２６の線と、電子ビーム２７による原材料の蒸発地点である電子ビーム照射部２８から前記基板面への垂線３０とを含む面内を考えたときに、垂線３０と電子ビーム照射部２８から基板搬送方向２６の上流側の蒸着規制板２５によって規制される保護膜形成初期地点を結ぶ線とがなす角度αとする。そして垂線３０と、電子ビーム照射部２８から基板搬送方向２６の下流側の蒸着規制板２５によって規制される保護膜形成終期地点を結ぶ線とがなす角度βとする。この構成により、薄膜原材料２２の蒸発粒子の前面ガラス基板３への入射角度は蒸着の初期では角度αとなり、蒸着が進むに従い垂直入射となり蒸着の終期で角度βの入射角となる。本実施の形態ではαの角度をβよりも大きくしている。
【００２４】
本実施の形態では、蒸着規制板２５は所定位置に固定して示しているが、製造装置として基板搬送方向２６に可動自在としてそれぞれの入射角の合計角度が同じでα、βを変える構成とすることも可能であるし、蒸着規制板２５を分割して入射角度の合計値とα、βのそれぞれの角度を変えることも可能である。
【００２５】
この方法にて例えば薄膜原材料としてＭｇＯを成膜した場合、蒸着初期において、蒸発粒子の基板への入射角度を傾けると、斜めに入射する薄膜原材料はその原子の配列の整え、結晶性の高いＭｇＯ下地層を形成する。その後、徐々に垂直に入射するＭｇＯ蒸発粒子は下地となった結晶性の高いＭｇＯ層に沿って配列を整えながら成長し、結晶性が高く、かつ密度の高いＭｇＯ薄膜を形成する。さらに、垂直入射後の蒸着終期にわずかの入射角を付与すると、薄膜表面で結晶方位が揃い易くなり、垂直入射で蒸着を終了した場合に比べて高い電子放出性能を有する保護膜が得られた。
【００２６】
電子ビームガン２４における加速電圧を２０ｋＶ、電流を３００ｍＡとした電子ビーム２７を、ＭｇＯ結晶ペレット群よりなる薄膜原材料２２に照射させ、蒸着初期の入射角度αと蒸着終期の入射角度βを変えて搬送される前面ガラス基板３にＭｇＯ薄膜の保護膜１０を膜厚７００ｎｍ形成した。これらのＭｇＯ薄膜について電子放出性能を測定した結果と、耐スパッタ性について測定した結果を（表１）に示す。
【００２７】
【表１】

【００２８】
ここで、ＭｇＯ薄膜の電子放出性能は実際のパネルでの放電統計遅れを測定することにより評価した。一方、耐スパッタ性はＭｇＯ薄膜にバイアス電圧を印加してＡｒプラズマ中に曝してドライエッチングし、単位時間におけるエッチング除去深さにより評価した。また、従来例としてはαとβが共に４５°の場合について示しており、（表１）の結果はこの従来例での値を１として、従来例に対する相対値として示している。
【００２９】
表に示す結果より、図５〜図８においてそれぞれの関係をグラフ化した図を示す。図５は角度βを横軸に、電子放出性能を縦軸に示したグラフである。図６は角度βを横軸に、耐スパッタ性を縦軸に示したグラフである。図７は角度αを横軸に、電子放出性能を縦軸に示したグラフである。図８は角度αを横軸に、耐スパッタ性を縦軸に示したグラフである。図５および図６からわかるように、下流側の入射角の角度βが０°から３０°の範囲においては、電子放出性能および耐スパッタ性ともに、上流側の角度αが２５°ではそれほど従来例とは大差がみられない。一方で角度αを４５°、６５°と大きくしていくことにより、両性能が向上していることがわかる。次に図７および図８をみると、角度αが３０°から６５°の範囲においては、下流の角度βが３０°では従来例に比べて僅かに良好になっている結果も得られているが、一方で角度βを２０°、１０°、０°と小さくしていくことによって、電子放出性能および耐スパッタ性がより向上していくことがわかる。これらの図から、特に角度βが０°から２０°の範囲であって角度αを４５°から６５°の範囲とすることで、電子放出性能は１．０５以上となり、かつ耐スパッタ性も０．９以下の値を示し、両性能を両立していることがわかる。
【００３０】
本発明の製造方法により、αが４５°、βが１０°の条件で作成したＭｇＯ薄膜の保護膜１０のＰＤＰを作成し、放電電圧を印加した際の放電応答時間を従来例と比較した。その結果、保護膜単体の評価結果と同様に、従来例の放電応答時間が１．７μｓｅｃであったものが本発明の実施例では１．４μｓｅｃに短縮され、高精細表示パネルへの適用が十分に可能であることがわかった。また本発明の実施の形態では、薄膜が形成される初期の状態が上記の状態であることに加えて、かつ薄膜が形成される中期から終期において垂直あるいは垂直に近い入射でＭｇＯが堆積されるため、高い結晶性に加えて、密度の高いＭｇＯ膜が得られ、耐スパッタ性に優れた保護膜１０を形成することができる。
【００３１】
本発明の実施例において、ＭｇＯ薄膜を例として説明したが、これに限定されるものでなく、不純物元素がドープされたＭｇＯ系材料であっても、他の材料であっても、電子放出性能に差はあるものの、同様の効果を得ることができる。また、本発明の実施例では、エネルギビームとして電子ビームを用いて説明しているが、これに限定されるものでなく、例えばホロカソードタイプの低電圧、高電流プラズマビーム等を用いても同様の効果が得られる。
【００３２】
また、薄膜原材料の蒸発面は蒸着の進行につれて下がるため、前述の蒸発粒子の入射角度が変化する。本実施の形態では図３（ｂ）に示すように蒸着ハース２３を回転させ、図示していない薄膜原材料供給装置より原材料を蒸着ハース２３に供給可能となるように原材料をペレット状にしている。したがって、蒸発面が常に一定となるため入射角度を一定にすることが可能となり、品質の安定した誘電体保護膜を作成することが可能となる。
【００３３】
ここで、実施例で説明した真空蒸着法は本発明の実施方法として適しているが、それに限定されるものでなく、スパッタリング法等の他の成膜法においても適用できる。
【００３４】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、蒸着開口領域を基板搬送の入口側に偏向させることにより、保護膜としてＭｇＯ薄膜の結晶性を高めて電子放出性を向上させるとともに、密度の高い保護膜を得ることができ、表示点灯における耐久性を高めることが可能となり、その工業的価値は極めて高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるＰＤＰの主要構成を示す要部断面斜視図
【図２】図１におけるＡ−Ａ断面矢視図
【図３】（ａ）は本実施の形態にかかる基板搬送型真空蒸着装置の側面断面図
（ｂ）は蒸着源の平面図
【図４】本発明の実施の形態における減圧成膜チャンバの構成詳細図
【図５】 角度βに対する電子放出性能の変化を示す図
【図６】 角度βに対する耐スパッタ性の変化を示す図
【図７】 角度αに対する電子放出性能の変化を示す図
【図８】 角度αに対する耐スパッタ性の変化を示す図
【符号の説明】
１ 前面板
２ 背面板
３ 前面ガラス基板
４ 透明電極
５ バス電極
６，６Ａ，６Ｂ 表示電極
７ 遮光層
８ 蛍光体層
９ 誘電体膜
１０ 保護膜
１１ 背面ガラス基板
１２ アドレス電極
１３ 背面板誘電体層
１４ 隔壁
１５ 放電空間
１６ 基板搬入チャンバ
１７ 基板加熱チャンバ
１８ 減圧成膜チャンバ
１９ 冷却チャンバ
２０ 基板搬出チャンバ
２１ 蒸着源室
２２ 薄膜原材料
２３ 蒸着ハース
２４ 電子ビームガン
２５ 蒸着規制板
２６ 基板搬送方向
２７ 電子ビーム
２８ 電子ビーム照射部
２９ 蒸着開口領域
３０ 垂線

Claims (6)

1. 一方の基板に誘電体層と前記誘電体層を保護する保護膜を形成したプラズマディスプレイパネルの製造方法であって、
   前記保護膜は、電子ビームによって原材料を蒸発させて、搬送した前記基板に形成し、
   前記基板搬送方向の線と前記電子ビームによる前記原材料の蒸発地点から前記基板面への垂線とを含む面内において、
   前記垂線と前記蒸発地点から前記基板搬送方向上流側の前記保護膜形成初期地点を結ぶ線とがなす角度αが、
   前記垂線と前記蒸発地点から前記基板搬送方向下流側の前記保護膜形成終期地点を結ぶ線とがなす角度βよりも大きく、
   前記αが４５°から６５°の範囲にあり、前記βが０°から３０°の範囲にあり、
   前記原材料の蒸発の前記基板への入射する方向に、前記垂線方向の蒸発が含まれてい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方法。
2. 前記αが４５°から６５°の範囲にあり、前記βが０°から２０°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の製造方法。
3. 原材料はペレット状の固体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方法。
4. 基板上に形成した誘電体層を保護する保護膜を形成する誘電体保護膜製造装置において、
   前記保護膜は、電子ビームによって原材料を蒸発させて、搬送した前記基板に形成し、
   前記基板搬送方向の線と前記電子ビームによる前記原材料の蒸発地点から前記基板面への垂線とを含む面内において、
   前記垂線と前記蒸発地点から前記基板搬送方向上流側の前記保護膜形成初期地点を結ぶ線とがなす角度αが、
   前記垂線と前記蒸発地点から前記基板搬送方向下流側の前記保護膜形成終期地点を結ぶ線とがなす角度βよりも大きくなるように、領域を規制した開口部を有し、
   前記αが４５°から６５°の範囲にあり、前記βが０°から３０°の範囲にあり、
   前記原材料の蒸発の前記基板への入射する方向に、前記垂線方向の蒸発が含まれるように前記開口部を有することを特徴とする誘電体保護膜製造装置。
5. 前記αが４５°から６５°の範囲にあり、前記βが０°から２０°の範囲にあることを特徴とする請求項４に記載の誘電体保護膜製造装置。
6. 原材料はペレット状の固体よりなることを特徴とする請求項４に記載の誘電体保護膜製造装置。

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