JP4543797B2 - プラズマディスプレイパネルの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、大画面で、薄型、軽量のディスプレイ装置として知られるプラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）用の基板への成膜を行う、ＰＤＰの製造方法に関するものである。

ＰＤＰは、ガス放電により紫外線を発生させ、この紫外線で蛍光体を励起して発光させることにより画像表示を行っている。

ＰＤＰには、大別して、駆動方式としてＡＣ型とＤＣ型とがあり、放電方式では面放電型と対向放電型とがあり、高精細化、大画面化および構造の簡素性に伴う製造の簡便性から、現状では３電極構造のＡＣ型で面放電型のＰＤＰが主流である。ＡＣ型面放電のＰＤＰは前面板と背面板から構成されている。前面板は、ガラスなどの基板上に、走査電極と維持電極とからなる表示電極と、それを覆う誘電体層と、さらにそれを覆う保護層とを有している。一方、背面板は、複数のアドレス電極と、それを覆う誘電体層と、誘電体層上の隔壁と、誘電体層上と隔壁側面とに設けた蛍光体層とを有している。前面板と背面板とを、表示電極とアドレス電極とが直交するように対向配置し、表示電極とアドレス電極との交差部に放電セルを形成している。

このようなＰＤＰは、液晶パネルに比べて高速の表示が可能であり、視野角が広いこと、大型化が容易であること、自発光型であるため表示品質が高いことなどの理由から、フラットパネルディスプレイの中で最近特に注目を集めており、多くの人が集まる場所での表示装置や家庭で大画面の映像を楽しむための表示装置として各種の用途に使用されている。

このように、画像表示面側となる前面板のガラス基板には、電極を形成し、これを覆う誘電体層を形成し、さらに、この誘電体層を覆う保護層としての金属酸化膜である酸化マグネシウム（ＭｇＯ）膜を形成している。ここで、このＭｇＯ膜である保護層を形成する方法としては、成膜速度が高く比較的良質なＭｇＯ膜を形成することができる、電子ビーム蒸着法が広く用いられている（例えば、非特許文献１参照）。
２００１ ＦＰＤテクノロジー大全、株式会社電子ジャーナル、２０００年１０月２５日、ｐ５９８−ｐ６００

しかしながら、金属酸化膜であるＭｇＯ膜を成膜する際には、その成膜過程における酸素欠損や不純物混入によって膜物性に変化が生じる場合があるという課題を有する。

そこで、成膜の際に成膜場にガスを導入することで成膜場の雰囲気を制御し、膜物性の安定化を図るということが行われるが、成膜室へのガス導入の状態により膜物性が変化するため、膜物性を安定とするためには、ガス導入の状態を適正に制御することが必要となる。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、ＰＤＰの基板へ良質なＭｇＯ膜のような金属酸化膜を形成することを目的としている。

上述した課題を解決するために、本発明のＰＤＰの製造方法は、ＰＤＰの基板へ金属酸化膜を成膜する工程を有するＰＤＰの製造方法において、二酸化炭素ガスと、酸素ガスと、を各々、成膜室に導入するにあたり、それぞれのガスの導入量を調整し排気と平衡させることで、成膜室における真空度を１×１０^−１Ｐａ〜１×１０^−２Ｐａの範囲とすることを特徴としている。

本発明によれば、ＰＤＰの基板に金属酸化膜を成膜する際に、膜物性が良質な金属酸化膜を形成することができるＰＤＰの製造方法を実現することができる。

以下、本発明の一実施の形態によるＰＤＰの製造方法について、図面を用いて説明する。

まず、ＰＤＰの構造の一例について説明する。図１は、本発明の一実施の形態におけるＰＤＰの製造方法により製造されるＰＤＰの概略構成の一例を示す断面斜視図である。

ＰＤＰ１の前面板２は、例えばガラスのような透明且つ絶縁性の基板３の一主面上に形成した走査電極４と維持電極５とからなる表示電極６と、その表示電極６を覆う誘電体層７と、さらにその誘電体層７を覆う、例えばＭｇＯによる保護層８とを有する構造である。走査電極４と維持電極５とは、電気抵抗の低減を目的として、透明電極４ａ、５ａに金属材料、例えばＡｇなどからなるバス電極４ｂ、５ｂを積層した構造としている。

また背面板９は、例えばガラスのような絶縁性の基板１０の一主面上に形成したアドレス電極１１と、そのアドレス電極１１を覆う誘電体層１２と、誘電体層１２上の隣り合うアドレス電極１１の間に相当する場所に位置する隔壁１３と、隔壁１３間の蛍光体層１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂとを有する構造である。

そして、前面板２と背面板９とは、隔壁１３を挟んで、表示電極６とアドレス電極１１とが直交するように対向配置され、画像表示領域外の周囲が封着部材により封止されている。前面板２と背面板９との間に形成された放電空間１５には、例えばＮｅ−Ｘｅ５％の放電ガスを６６．５ｋＰａ（５００Ｔｏｒｒ）の圧力で封入している。そして、放電空間１５の表示電極６とアドレス電極１１との交差部が放電セル１６（単位発光領域）として動作する。

次に、上述したＰＤＰ１について、その製造方法を同じく図１を参照しながら説明する。

前面板２は、基板３上にまず、走査電極４および維持電極５を形成する。具体的には、基板３上に、例えばＩＴＯによる膜を蒸着やスパッタなどの成膜プロセスにより形成し、その後、フォトリソ法などによってパターニングして透明電極４ａ、５ａを形成する。さらにその上から、例えばＡｇによる膜を、蒸着やスパッタなどの成膜プロセスにより形成し、その後、フォトリソ法などによってパターニングすることでバス電極４ｂ、５ｂを形成する。以上により、走査電極４および維持電極５からなる表示電極６を得ることができる。

次に、以上のようにして形成した表示電極６を誘電体層７で被覆する。誘電体層７は、鉛系のガラス材料を含むペーストを、例えばスクリーン印刷で塗布した後、焼成することによって形成する。上記鉛系のガラス材料を含むペーストとしては、例えば、ＰｂＯ（７０ｗｔ％）、Ｂ_２Ｏ_３（１５ｗｔ％）、ＳｉＯ_２（１０ｗｔ％）、およびＡｌ_２Ｏ_３（５ｗｔ％）と有機バインダ（例えば、α−ターピネオールに１０％のエチルセルローズを溶解したもの）との混合物が使用される。次に、以上のようにして形成した誘電体層７を、金属酸化膜、例えばＭｇＯによる保護層８で被覆する。

一方、背面板９は、基板１０上に、アドレス電極１１を形成する。具体的には、基板１０上に、例えばＡｇ材料などによる膜を、蒸着やスパッタなどの成膜プロセスにより形成し、その後、フォトリソ法などによってパターニングしてアドレス電極１１を形成する。さらに、アドレス電極１１を誘電体層１２により被覆し、隔壁１３を形成する。

そして、隔壁１３間の溝に、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の各蛍光体粒子により構成される蛍光体層１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂを形成する。各色の蛍光体粒子と有機バインダとからなるペースト状の蛍光体インキを塗布し、これを焼成して有機バインダを焼失させることによって各蛍光体粒子が結着してなる蛍光体層１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂを形成する。

以上のようにして作製した前面板２と背面板９とを、前面板２の表示電極６と背面板９のアドレス電極１１とが直交するように重ね合わせるとともに、周縁に封着用ガラスによる封着部材を介挿し、これを焼成して気密シール層（図示せず）化することで封着する。そして、一旦、放電空間１５内を高真空に排気した後、放電ガス（例えば、Ｈｅ−Ｘｅ系、Ｎｅ−Ｘｅ系の不活性ガス）を所定の圧力で封入することによってＰＤＰ１を作製する。

ここで、上述したＰＤＰ１の製造工程における、ＭｇＯによる保護層８の成膜プロセスの一例について、図面を用いて説明する。

まず、成膜装置の構成の一例について説明する。図２は、保護層８を形成するための成膜装置２０の概略構成の一例を示す断面図である。

この成膜装置２０は、ＰＤＰの基板３に対しＭｇＯを蒸着してＭｇＯ薄膜である保護層８を形成する成膜室である蒸着室２１と、蒸着室２１に基板３を投入する前に基板３を予備加熱するとともに、予備排気を行うための基板投入室２２と、蒸着室２１での蒸着が終了後、取り出された基板３を冷却するための基板取出室２３とを備えている。

以上の、基板投入室２２、蒸着室２１、基板取出室２３の各々は、内部を真空雰囲気にできるよう密閉構造となっており、各室ごとに独立して真空排気系２４ａ、２４ｂ、２４ｃをそれぞれ備えている。

また、基板投入室２２、蒸着室２１、基板取出室２３を貫いて、搬送ローラー、ワイヤー、チェーンなどによる搬送手段２５を配設している。また、外気と基板投入室２２との間、基板投入室２２と蒸着室２１との間、蒸着室２１と基板取出室２３との間、基板取出室２３と外気との間をそれぞれを開閉可能な仕切壁２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄで仕切っている。搬送手段２５の駆動と仕切壁２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄの開閉との連動によって、基板投入室２２、蒸着室２１、基板取出室２３のそれぞれの真空度の変動を最低限にしている。基板３を成膜装置２０外から基板投入室２２、蒸着室２１、基板取出室２３を順に通過させて、それぞれの室での所定の処理を行い、その後、成膜装置２０外に搬出することが可能であり、複数枚の基板３に対して連続してＭｇＯを成膜することができる。

また、基板投入室２２、蒸着室２１の各室には、基板３を加熱するための加熱ランプ２７ａ、２７ｂをそれぞれ設置している。なお、基板３の搬送は、通常、基板保持具３０に保持した状態で行われる。

次に、成膜室である蒸着室２１について説明する。蒸着室２１には、蒸着源２８ａであるＭｇＯの粒を入れたハース２８ｂ、電子銃２８ｃ、磁場を印加する偏向マグネット（不図示）などを設けている。電子銃２８ｃから照射した電子ビーム２８ｄを、偏向マグネットにより発生する磁場によって偏向して蒸着源２８ａに照射し、蒸着源２８ａであるＭｇＯの蒸気流２８ｅを発生させる。そして、発生させた蒸気流２８ｅを、基板保持具３０に保持させた基板３の表面に堆積させてＭｇＯの保護層８を形成する。

ここで、保護層８であるＭｇＯ膜の物性は、その成膜過程での酸素欠損や不純物混入により変化することを本発明者らは検討により確認している。これは、例えばＭｇＯにおいて、酸素が欠損したりＣやＨなどの不純物が混入したりすると、ＭｇＯ膜内のＭｇ原子とＯ原子との結合に乱れが生じ、これにより発生する結合に関与しない未結合手（ダングリングボンド）の存在によって２次電子放出の状態が変化するためであると考えられる。

そこで、ＭｇＯ膜の物性を安定させ、保護層８の特性を確保することを目的として、ＭｇＯ膜内の未結合手の量を制御するために、成膜時に、各種のガスを成膜室に導入してその雰囲気を制御することが行われる場合がある。この場合、各種のガスとしては、例えば、酸素欠損を防止し未結合手の量を抑制するという目的からは、酸素ガスを挙げることができ、積極的にＣ、Ｈなどの不純物を膜中に混入させ、未結合手の量を増やすという目的からは、水、水素、一酸化炭素、二酸化炭素の中から選ばれる少なくとも一つのガスを挙げることができる。

しかしながら上述のようにガスを導入し、蒸着室２１の雰囲気を制御して成膜しようとする場合に、成膜場の真空度が変化してしまうと、成膜レートや膜質に悪影響が発生することを、本発明者らは検討により確認している。

すなわち、本発明者らは検討の結果、成膜室である蒸着室２１での特に成膜場での真空度の指標として、１×１０^−１Ｐａ〜１×１０^−２Ｐａの一定範囲内に保ちながら成膜を行うことが、良質な金属酸化膜を形成するためには重要であることを確認している。ここで、成膜場とは、蒸着室２１内での、ハース２８ｂと基板３との間あたりの空間を指すものであり、また、以降の説明においての真空度とは、その成膜場における真空度を指すものである。

そこで、本実施の形態のＰＤＰの製造方法においては、ＭｇＯなどの金属酸化膜を成膜する工程を、成膜場の真空度が１×１０^−１Ｐａ〜１×１０^−２Ｐａの範囲となるように制御しながら行うことを特徴としている。このことにより、ＭｇＯ膜による保護層８形成において、成膜レートや膜質は良好となり、以上により、良質なＭｇＯ膜を形成することが実現できる。

そして、上述のような真空度の制御を実現するために、成膜室である蒸着室２１には、蒸着室２１の雰囲気を制御するための、各種ガスを導入することが可能なガス導入手段２９ａを少なくとも一つ設置している。このガス導入手段２９ａにより、例えば酸素ガスや、例えば水、水素、一酸化炭素、二酸化炭素の中から選ばれる少なくとも一つのガスや、例えばアルゴン、窒素、ヘリウムなどの不活性ガスなどを、それぞれ単独にもしくは混合して導入することができる。

さらに、蒸着室２１内での真空度を検出するための真空度検出手段２９ｂと、この真空度検出手段２９ｂからの真空度の情報に基づき、蒸着室２１内での真空度が一定範囲内となるように、ガス導入手段２９ａからのガス導入量と真空排気系２４ｂによる排気量とを制御する制御手段（図示せず）とを有している。これらの構成により、ガス導入手段２９ａからのガス導入量と真空排気系２４ｂによる排気量との平衡状態として得られる成膜室である蒸着室２１の成膜場での真空度として、１×１０^−１Ｐａ〜１×１０^−２Ｐａの範囲に制御した状態とすることができ、この状態で、金属酸化膜である、例えばＭｇＯの蒸着を行うことが可能となる。

具体的には、水、水素、一酸化炭素、二酸化炭素の中から選ばれる少なくとも一つのガスを一定量導入して所定の物性のＭｇＯ膜を得る場合には、これらのガスを導入しながら、成膜場における真空度の制御は酸素、または酸素を含むガスを成膜場に導入してその導入量を調整し排気と平衡させることで一定範囲内に制御すればよい。

また、酸素、または酸素を含むガスを一定量導入して所定の物性のＭｇＯ膜を得る場合には、これらのガスを導入しながら、成膜場における真空度の制御は水、水素、一酸化炭素、二酸化炭素の中から選ばれる少なくとも一つのガスを成膜場に導入してその導入量を調整し排気と平衡させることで一定範囲内に制御すればよい。

また、酸素、または酸素を含むガスを一定量で導入し、且つ、水、水素、一酸化炭素、二酸化炭素の中から選ばれる少なくとも一つのガスも一定量で導入して所定の物性のＭｇＯ膜を得る場合には、成膜場における真空度の制御は、アルゴン、窒素、ヘリウムなどの不活性ガスを成膜場に導入してその導入量を調整し排気と平衡させることで一定範囲内に制御すればよい。不活性ガスは、ＭｇＯ膜に対し化学的な作用を与えることがないので、ＭｇＯ膜の物性に影響を与えずに真空度の調整のみに作用させることができる。

また、不活性ガスと二酸化炭素のうちの少なくとも一つのガスと酸素ガスとを成膜場に導入して、その導入量を調整し排気と平衡させることで真空度を一定範囲内に制御してもよい。

次に、成膜の流れを説明する。まず、成膜室である蒸着室２１では、加熱ランプ２７ｂにより基板３を加熱してこれを一定温度に保つ。この温度は、基板３上にすでに形成されている表示電極６や誘電体層７が熱劣化することがないように、１００℃〜４００℃程度に設定される。そして、シャッタ２８ｆを閉じた状態で、電子銃２８ｃから電子ビーム２８ｄを蒸着源２８ａに照射して予備加熱することにより、不純ガスの脱ガスを行った後、ガス導入手段２９ａからガスを導入する。この際のガスとしては、例えば酸素ガスや、例えば水、水素、一酸化炭素、二酸化炭素の中から選ばれる少なくとも一つのガスや、アルゴンなどの不活性ガスを挙げることができる。

そして、この導入するガスの導入量と、真空排気系２４ｂによる排気量と平衡させることで、真空度を１×１０^−１Ｐａ〜１×１０^−２Ｐａに保つように制御する。この状態でシャッタ２８ｆを開けると、ＭｇＯの蒸気流２８ｅが基板３に向け噴射される。その結果、基板３に飛翔した蒸着材料により基板３上にはＭｇＯ膜による保護層８が形成される。

そして、基板３上に形成されたＭｇＯ膜の蒸着膜である保護層８の膜厚が、所定の値（例えば、約０．５μｍ）に達したら、シャッタ２８ｆを閉じ、仕切壁２６ｃを通じて基板３を基板取出室２３へ搬送する。

この時に、ＭｇＯ膜質を所定に保つための所定ガスの導入と、その際の成膜場の真空度の制御のためのガス導入を、上述したようにガス導入手段２９ａによって行うものである。

なお、成膜装置２０の構成としては、上述したもの以外に、例えば、基板３の温度プロファイルの設定条件に応じて、基板投入室２２と蒸着室２１の間に基板３を加熱するための基板加熱室が一つ以上あるものや、また、蒸着室２１と基板取出室２３の間に基板冷却室が一つ以上あるものなどでも構わない。

また、基板３に対する、蒸着室２１内でのＭｇＯの蒸着は、基板３の搬送を停止して静止した状態で行っても、搬送しながら行ってもどちらでも構わない。

また、成膜装置２０の構造も、上述のものに限らず、タクト調整などのために各室間にバッファー室を設けた構成や、加熱・冷却のためのチェンバー室を設けた構成、バッチ式で成膜を行う構造のものなどに対してでも、本発明による効果を得ることができる。

なお、以上の説明においては、保護層８をＭｇＯにより蒸着で形成する例を用いて説明したが、本発明はＭｇＯや蒸着に限るものではなく、金属酸化膜を成膜する場合に対して、同様の効果を得ることができる。

以上説明したように本発明によれば、ＰＤＰの基板に金属酸化膜を成膜する際に、膜物性が良質な金属酸化膜を形成することができるＰＤＰの製造方法を実現することができ、表示性能に優れたプラズマディスプレイ装置などを実現することができる。

本発明の一実施の形態によるＰＤＰの概略構成の一例を示す断面斜視図 本発明の一実施の形態による成膜装置の概略構成の一例を示す断面図

３ 基板
２０ 成膜装置
２１ 蒸着室（成膜室）
２２ 基板投入室
２３ 基板取出室
２４ａ，２４ｂ，２４ｃ 真空排気系
２５ 搬送手段
２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ 仕切壁
２７ａ，２７ｂ 加熱ランプ
２８ａ 蒸着源
２８ｂ ハース
２８ｃ 電子銃
２８ｄ 電子ビーム
２８ｅ 蒸気流
２８ｆ シャッタ
２９ａ ガス導入手段
２９ｂ 真空度検出手段

Claims (1)

1. プラズマディスプレイパネルの基板へ金属酸化膜を成膜する工程を有するプラズマディスプレイパネルの製造方法において、
   二酸化炭素ガスと、
   酸素ガスと、
   を各々、成膜室に導入するにあたり、
   それぞれのガスの導入量を調整し排気と平衡させることで、
   成膜室における真空度を１×１０^−１Ｐａ〜１×１０^−２Ｐａの範囲とす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。

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