JP4634415B2 - プラズマディスプレイパネル及びそれを用いた画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明はプラズマディスプレイパネル及びそれを用いた画像表示装置に関するものである。

プラズマディスプレイパネル（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ：以下、ＰＤＰと略記する）は、大画面、薄型、平面を満足するディスプレイとして近年注目を浴びている。現在ではＡＣ駆動の面放電型ＰＤＰ（以下、ＡＣ面放電型ＰＤＰと略記する）が主流となっている。ＡＣ面放電型ＰＤＰは２枚のガラス基板間に密閉された微小な放電空間（放電セル）を多数設けた表示デバイスである。上記放電セル内に封入されたガス（放電ガス）の放電によりプラズマを形成し、そのプラズマからの紫外線により蛍光体を励起し、各蛍光体からの可視光によりディスプレイ画面を構成する。又、プラズマからの発光を直接利用する方式もある。

プラズマディスプレイを構成する材料の一つである放電ガスは、主に希ガス（特にＮｅとＸｅの混合ガス）が用いられてきた。公開公報、特開平６−３４２６３１号に記載のようにＨｅ、Ｎｅ、Ｘｅの３成分混合ガスが用いられた例もある（特許文献１）。この技術はＨｅとＮｅとの体積比を６対４から９対１とし、Ｘｅの全ガス量に対する体積比を１．５％〜１０％とするものである。しかしながらＨｅを多く入れすぎると寿命が短くなるという問題が生じる。又、公開公報、特開２０００−６７７５８号に記載のように、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｘｅの３成分混合ガスを用いてセル間のクロスト−クを制御して、サステイン電圧の動作マ−ジンを増大させるという例もある（特許文献２）。又、公開公報、特開平１１−１０３４３１号に記載のように、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｘｅの３成分混合ガスを用いて、ＨｅとＸｅの濃度を同一にして長い寿命、安定した動作電圧、適当な輝度特性を実現させた例もある（特許文献３）。更に、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＩＤＷ’００（Ｔｈｅ ７ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｗｏｒｋｓｈｏｐｓ）、ｐ．６３９（２０００）において、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｘｅの３成分混合ガスを用いて、紫外線発生効率が向上したという報告がある（非特許文献１）。

ＰＤＰを開発する上で、発光効率（ｌｍ／Ｗ）の改善が望まれている。発光効率とは輝度（ｃｄ／ｍ^２）を単位体積点灯させるために必要な消費電力（Ｗ／ｍ^２）で割り、観測系の立体角（ｓｔｅｒａｄｉａｎ）で補正したものである。発光効率の改善においては、紫外線発生に影響を及ぼす放電ガスの設定が重要となってくる。この放電ガスの組成および圧力によってプラズマの状態は大きく変化し、発光効率も大きく変わってくる。しかしながら、実用的価値のあるプラズマディスプレイを開発しようとした場合に、発光効率向上のみならず、他の特性も含めた総合的に優れた性能を有するものでなければならない。即ち、放電ガスの組成、圧力を変化させて発光効率を向上させようとすると、寿命が短くなったり、駆動が不安定になってくる。又、実用上、高精細、高輝度、低価格といった要請も強い。従って、実用的価値のあるプラズマディスプレイを開発しようとした場合には、放電ガスの組成および圧力のみならず、その他の条件（駆動、コストなど）も視野に入れなければならない。

特開平６−３４２６３１号 特開２０００−６７７５８号 特開平１１−１０３４３１号 Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＩＤＷ’００（Ｔｈｅ ７ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｗｏｒｋｓｈｏｐｓ）、ｐ．６３９（２０００）

本願発明は、発光効率を向上させ、且つ寿命が保証され、且つ安定に駆動出来るＰＤＰを提供する。更に、本願発明のＰＤＰを用いることによって、高輝度、高精細、低価格となし得る。

上記課題に対して、本願発明は、放電ガスの組成、全圧力、書き込み電圧のパルス幅などの諸要素に特徴を有するものである。もって、発光効率を向上させ、寿命を保証し、駆動の不安定性を除去するものである。

本願発明は、（１）少なくともＮｅ、Ｘｅ、Ｈｅの３成分を含む放電ガスを用いて、その混合比、圧力及び書き込み放電の電圧パルス幅を次の条件に設定する。

放電ガスの条件は、次の通りである。
（２）Ｘｅ組成比が２％〜２０％であり、且つ（３）Ｈｅ組成比が１５％〜５０％である。且つ、（４）Ｈｅ組成比がＸｅ組成比よりも大きく、（５）放電ガスの全圧力が４００Ｔｏｒｒ〜５５０Ｔｏｒｒである。

加えて、（６）アドレス電極に印加する電圧パルスの幅が２μs以下である。

更に、本願発明は、次の構成を有する場合、各々、より実用的な形態である。

即ち、本願発明の第２の形態は、Ｘｅ組成比が２％〜１４％であり、且つＨｅ組成比が１５％〜５０％であり、且つＨｅ組成比がＸｅ組成比よりも大きく、放電ガスの全圧力が４００Ｔｏｒｒ〜５５０Ｔｏｒｒであり、アドレス電極に印加する電圧パルスの幅が２μs以下である。この形態は、実用的により有利なＰＤＰを実現出来る。即ち、Ｘｅの組成比を、１４％を越えて大きく取る場合、維持放電電圧の上昇が認められる。

本願発明の第３の形態は、Ｘｅ組成比が６％〜１４％であり且つＨｅ組成比が１５％〜５０％であり、且つＨｅ組成比がＸｅ組成比よりも大きく、放電ガスの全圧力が４００Ｔｏｒｒ〜５５０Ｔｏｒｒであり、アドレス電極に印加する電圧パルスの幅が２μs以下である。この場合、特に明るく発光効率の良いＰＤＰを実現できる。

本願発明の第４の形態は、Ｘｅ組成比が６％〜１２％であり且つＨｅ組成比が１５％〜５０％であり、且つＨｅ組成比がＸｅ組成比よりも大きく、放電ガスの全圧力が４００Ｔｏｒｒ〜５５０Ｔｏｒｒであり、アドレス電極に印加する電圧パルスの幅が２μs以下である。このＸｅ組成比の範囲の場合、特にＨｅの効果が著しく、更に効果的に発光効率が向上し明るいＰＤＰを実現できる。

本願発明のＰＤＰの提供によって、前記諸特性を満足する画像表示装置を提供することが出来ることはいうまでもない。

本願発明は、発光効率を向上させ、且つ寿命を確保し、且つ安定に駆動出来るＰＤＰを提供する。

本願発明のプラズマディスプレイ装置を用いることにより、明るく動作の不安定性がなく且つ寿命が保証された画像表示システムを提供することが出来る。

（基本構造と動作の説明）
ＡＣ面放電型ＰＤＰは、２枚のガラス基板間に密閉された微小な放電空間（放電セル）を多数設けた表示デバイスである。

以下、図面を参照して説明する。尚、図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。

図１は、一般的なＡＣ面放電型ＰＤＰの構造の一部を示す分解斜視図の例である。図に示すＰＤＰは、ガラス基板から成る前面基板２１と背面基板２８とを貼り合わせて一体化したものである。この例は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各蛍光体層３２を背面基板２８側に形成した反射型のＰＤＰである。前面基板２１は、背面基板２８との対向面上に一定の距離を隔てて平行に形成される一対の維持放電電極（表示電極とも言う）を有する。この一対の維持放電電極は、透明な共通電極（以下、単に、Ｘ電極と称する。）（２２−１、２２−２……）と、透明な独立電極（以下、単に、Ｙ電極または走査電極と称する。）（２３−１、２３−２……）で構成される。また、Ｘ電極（２２−１、２２−２……）には、透明電極の導電性を補うための不透明のＸバス電極（２４−１、２４−２……）、およびＹ電極（２３−１、２３−２……）には、Ｙバス電極（２５−１、２５−２……）が、図１の矢印Ｄ２の方向に延長して設けられる。
また、Ｘ電極（２２−１、２２−２……）、Ｙ電極（２３−１、２３−２……）、Ｘバス電極（２４−１、２４−２……）およびＹバス電極（２５−１、２５−２……）は、ＡＣ駆動のために放電から絶縁されている。即ち、これらの電極は、一般に低融点ガラス層からなる、誘電体層２６により被覆され、この誘電体層２６は保護膜２７により被覆されている。

背面基板２８は、前面基板２１との対向面上に、前面基板２１のＸ電極（２２−１、２２−２……）およびＹ電極（２３−１、２３−２……）と直角に立体交差するアドレス電極（以下、単に、Ａ電極と称する。）２９を有し、このＡ電極２９は、誘電体層３０により被覆される。このＡ電極２９は、図１の矢印Ｄ１方向に延長して設けられる。この誘電体３０上には、放電の広がりを防止（放電の領域を規定）するためにＡ電極２９間を仕切る隔壁（リブ）３１が設けられる。Ｘ電極とＹ電極の一対の維持放電電極も矢印Ｄ２の方向にリブで仕切られることもある。この隔壁３１間の溝面を被覆する形で、赤、緑、青に発光する各蛍光体層３２が、順次ストライプ状に塗布される。

図２は、図１中の矢印Ｄ２の方向から見たＰＤＰ断面構造を示す要部断面図であり、画素の最小単位である放電セル１個を示している。同図において、放電セルの境界は概略破線で示す位置である。３３は放電空間を示し、プラズマを生成するための放電ガスが充填される。電極間に電圧を印加すると、放電ガスの電離によってプラズマ１０が発生する。図２はプラズマ１０が発生している様子を模式的に示す断面図である。図２において、図１の符号と同一の符号が同一の部位を示す。このプラズマからの紫外線が蛍光体３２を励起して発光し、蛍光体３２からの発光は、前面基板２１を透過して、それぞれの放電セルからの発光でディスプレイ画面を構成する。

図３は、図２におけるプラズマ１０中の荷電粒子（正または負の電荷を持った粒子）の動きを模式的に示したものである。図３中の符号３は負の電荷を持った粒子（例えば電子）、符号４は正の電荷を持った粒子（例えば正イオン）、符号５は正壁電荷、符号６は負壁電荷を示す。これは、ＰＤＰ駆動中のある時点での電荷の状態を表しているものであり、当図における電荷配置に特別な意味は無い。

図３には、例として、Ｙ電極２３−１に負の電圧を、Ａ電極２９とＸ電極２２−１に（相対的に）正の電圧を印加して放電が発生、終了した模式図を表している。この結果、Ｙ電極２３−１とＸ電極２２−１の間の放電を開始するための補助となる壁電荷の形成（これを書き込みと称す）が行なわれている。この状態でＹ電極２３−１とＸ電極２２−１の間に適当な逆の電荷を印加すると、誘電体層２６（および保護膜２７）を介して両電極の間の放電空間で放電が起こる。放電終了後Ｙ電極２３−１とＸ電極２２−１の印加電圧を逆にすると、新たに放電が発生する。これを繰り返すことにより継続的に放電を形成できる。これを維持放電と呼ぶ。

この時、放電空間に浮遊している荷電粒子および中性の励起状態にある粒子（主に準安定状態にある長寿命の粒子）の割合によって放電の起こり易さに影響を与えることがある。上記荷電粒子および中性の励起状態にある粒子を総称してプライミング粒子と呼ぶこともある。

図４は図１に示したＰＤＰに１枚の画を表示するのに要する１ＴＶフィ−ルド期間の動作を示す図である。図４の（Ａ）はタイムチャ−トである。（Ｉ）に示すように１ＴＶフィ−ルド期間４０は、複数の異なる発光回数を持つサブフィ−ルド４１より４８に分割されている。各サブフィ−ルド毎の発光と非発光の選択により階調を表現する。各サブフィ−ルドは（ＩＩ）に示すように予備放電期間４９、発光セルを規定する書き込み放電期間５０、維持放電期間５１からなる。

図４の（Ｂ）は、図４の（Ａ）の書き込み放電期間５０においてＡ電極、Ｘ電極、及びＹ電極に印加される電圧波形を示す。波形５２は書き込み放電期間５０における１本のＡ電極に印加する電圧波形、波形５３はＸ電極に印加する電圧波形、５４、５５はＹ電極のｉ番目と（ｉ＋１）番目に印加する電圧波形であり、それぞれの電圧をＶ０、Ｖ１、Ｖ２（Ｖ）とする。図４の（Ｂ）にＡ電極に印加する電圧パルスの幅をτ_aとして示してある。図４の（Ｂ）により、Ｙ電極のｉ行目にスキャンパルス５６が印加された時、Ａ電極２９との交点に位置するセルで書き込み放電が起こる。又、Ｙ電極のｉ行目にスキャンパルス５６が印加された時、Ａ電極２９がグランド電位（ＧＮＤ）であれば書き込み放電は起こらない。このように、書き込み放電期間５０において、Ｙ電極にはスキャンパルスが１回印加され、Ａ電極２９にはスキャンパルスに対応して発光セルではＶ０、非発光セルではグランド電位となる。この書き込み放電が起こった放電セルでは、放電で生じた電荷がＹ電極を覆う誘電体層および保護膜の表面に形成される。この電荷によって発生する電界の助けによって後述する維持放電のオンオフを制御できる。すなわち、書き込み放電を起こした放電セルは発光セルとなり、それ以外は非発光セルとなる。

図４の（Ｃ）は図４の（Ａ）の維持放電期間５１の間に維持放電電極であるＸ電極とＹ電極の間に一斉に印加される電圧パルスを示したものである。Ｘ電極には電圧波形５８が、Ｙ電極には電圧波形５９が印加される。どちらも同じ極性の電圧Ｖ３（Ｖ）のパルスが交互に印加されることにより、Ｘ電極とＹ電極との間の相対電圧は反転を繰り返す。この間にＸ電極とＹ電極の間の放電ガス中で起こる放電を維持放電と称す。ここで維持放電はパルス的に交互に行なわれる。

現在、ＰＤＰは、例えば３２インチ、４２インチ或いは６０インチなど大きさのものが開発されている。そして、こうした大きさのＰＤＰでは、放電ギャップは概ね５０μｍより１５０μｍが用いられている。本願発明にはこうしたこれまでのＰＤＰを用いて十分である。

以上、本発明を適用する基本的なＰＤＰ構成の一例を示した。以下で、上記ＰＤＰの構成を基本として、本発明の実施例を用いて本願発明を詳細に説明する。

先ず、図５より図７の結果をもって、本願発明を説明する。上記基本構成で説明したＰＤＰにおいて、放電空間３３内に封入する放電ガスをＮｅ、Ｘｅ、Ｈｅの三成分ガスを用い、それぞれの組成比を変化させて発光効率（ｌｍ／Ｗ）を測定した結果である。本例では、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｈｅの三成分ガスを用いているが、当該ガスに不純ガスが含まれる場合もある。この場合も、基本的に本例と特性を維持することが出来る。

ガス組成は、Ｘｅの組成比が２％、４％、６％、８％、１２％、１４％、２０％、且つ、Ｈｅの組成比が０％、１０％、１５％、３０％、５０％の３５種において評価した。全圧力は５００Ｔｏｒｒである。尚、特に図中に記述しないが、図の各測定点でのＸｅ、Ｈｅの組成比の残部が、Ｎｅである。

ここで放電ガス中の組成比は次のように定義および測定される。まず、放電ガス中のある成分をαとするとき、αの組成比を
αの組成比＝Ｎα／Ｎｔ・・・・・（１）
と定義する。ここで、Ｎαは単位体積の放電ガス中のα成分粒子（原子、分子）の個数であり単位は例えばｍ^−３で表す。同様に、Ｎｔは単位体積の放電ガス中の全粒子（原子、分子）の個数であり単位は例えばｍ^−３で表す。上記定義は、物理法則に従い次のように表現され、又、測定することができる。即ち、
αの組成比＝Ｐα／Ｐｔ・・・・・（２）
であり、Ｐαは放電ガス中のα成分ガスの分圧力、Ｐｔは放電ガスの全圧力である。分圧力および全圧力は例えばＴｏｒｒの単位で表現できる。全圧力は圧力計で測定することが可能である。又、各成分の分圧力および全圧力は、例えば質量分析器によりガス成分を分析することにより測定可能である。

図５からわかるようにＸｅの組成比を増加させると発光効率は向上する。しかし、Ｘｅ組成比が２０％よりも大きくなると、維持放電電圧を大きく上昇させないと駆動できない。従って、この範囲の条件では、実用上的価値は無くなる。

図８に、Ｘｅ組成比に対して維持放電電圧Ｖ３をプロットしたものを示す。Ｘｅ組成比２０％を越えると維持放電電圧が大きく上昇する。従って、その実用性は劣ったものとなる。一方、Ｘｅの組成比が２％未満では発光効率そのものが低下し実用的価値がなくなる。尚、同図は、ガスの全圧力が５００Ｔｏｒｒ、Ｈｅ組成比が０％の例である。Ｈｅを添加しても維持放電電圧Ｖ３はあまり変化せず、Ｖ３はＸｅ組成比のみにほぼ依存する。本願発明の他の条件でも、Ｘｅの組成比が２％より２０％が好ましい範囲であることは変わりない。

このように、発光効率及び維持放電電圧の観点から、Ｘｅ組成比は２％より２０％が良好な範囲である。

図５に示したＨｅ０％（Ｎｅ−Ｘｅ二元系）の発光効率の結果を基準にとり、Ｈｅ組成比が１０％、１５％、３０％、５０％の発光効率に対して、それぞれのＸｅ組成比において、比をとり、百分率で表したものを発光効率向上率と称する。この結果を図６、図７に示す。図６は、横軸をＸｅ組成比にとり、図７は、横軸をＨｅ組成比にとったものである。

図６の結果より、Ｈｅの組成比が１５％から５０％において発光効率が大きく向上するのがわかる。即ち、Ｘｅ組成比が２％から２０％において、Ｈｅを１５％から５０％加えたとき、Ｈｅの効果により、さらに発光効率が向上する。

しかしながら、上記したようにＸｅ組成比を増大させると維持放電電圧を上昇させなければならない。又、Ｘｅ２０％の測定においては、図５よりわかるように、Ｘｅ組成比とともに上昇する発光効率の向上率が飽和気味である。従って、維持放電電圧と発光効率の向上率から、Ｘｅ組成比が２％から１４％において、Ｈｅを１５％から５０％加えた放電ガスを用いた場合が、より実用的なガス組成であるといえる。

上記ガス組成の範囲で、特にＸｅ組成比が６％以上の場合において、発光効率の絶対値が１．１ ｌｍ／Ｗ以上と大きい（図には示していないが、ピ−ク輝度が１０００ ｃｄ／ｍ^２を超える）。従って、Ｘｅ組成比が６％から１４％において、Ｈｅを１５％から５０％加えた放電ガスを用いた場合に、特に明るく発光効率の良いＰＤＰを実現できるガス組成であると言える。

更に、図７より、Ｘｅ組成比の違いにより、Ｈｅを加えた時の効果の大きさが異なることがわかる。Ｈｅを加えて特に効果的なのはＸｅ組成比が６％から１２％である。従って、Ｘｅ組成比が６％から１２％において、Ｈｅを１５％から５０％加えた放電ガスを用いた場合に、Ｈｅの効果により、特に発光効率が向上し、明るいＰＤＰを実現できる。

加えて、ＨｅとＸｅの組成比に関して、図６を分析すると以下のことがわかる。Ｈｅ１５％の条件では、Ｈｅ３０％、Ｈｅ５０％の条件と比較するとＸｅ２０％において急激に発光効率が減少しているのがわかる。更に、効果はほとんどないが、Ｈｅ１０％において、Ｘｅ１２％、Ｘｅ１４％、Ｘｅ２０％とＸｅ組成比を増大させていくと発光効率が急激に減少していくことがわかる。即ち、Ｈｅを加える効果は、Ｈｅ組成比がＸｅ組成比よりも大きいところで顕著に現れる。従って、ＨｅとＸｅを共存させて用いる場合、Ｈｅの組成比をＸｅの組成比より大きくしておくのが肝要である。

上記結果は以下のようなモデルを用いて説明できる。Ｈｅを加えて発光効率が向上するのは、紫外線を発生するＸｅの励起状態へのカスケ−ド遷移がＨｅを加えることによって増大するからである。この遷移過程自体は、例えば、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＩＤＷ’００（Ｔｈｅ ７ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｗｏｒｋｓｈｏｐｓ）、ｐ．６３９（２０００）に報告がある。このカスケ−ド遷移の増大は、上記遷移の始状態ある励起原子の数がＨｅとの衝突遷移により増大するからである。従って、Ｈｅ原子の数がある一定量以上、すなわちＨｅの数がＸｅ原子の数よりも多い、即ち、言い換えれば、Ｈｅ組成比がＸｅ組成比よりも大きい時に、Ｈｅを加えた効果が顕著に現れる。

上記したＸｅ組成比に対するＨｅの効果は、全圧力が４００Ｔｏｒｒおよび５５０Ｔｏｒｒの場合においても同様である。即ち、Ｘｅ組成比が２％から２０％において、Ｈｅを１５％から５０％加えたとき、Ｈｅの効果により発光効率が向上する。又、維持放電電圧と発光効率の向上率から、Ｘｅ組成比が２％から１４％において、Ｈｅを１５％から５０％の放電ガスを用いた場合が、より実用的なガス組成であるといえる。又、Ｘｅ組成比が６％から１４％において、Ｈｅを１５％から５０％を加えた放電ガスを用いた場合に、特に明るく発光効率の良いＰＤＰを実現できるガス組成であるといえる。更に、Ｘｅ組成比が６％から１２％において、Ｈｅを１５％から５０％加えた放電ガスを用いた場合に、Ｈｅの効果が特に大きく、明るいＰＤＰを実現できる。又、Ｈｅを加える効果は、Ｈｅ組成比がＸｅ組成比よりも大きいところで顕著に現れる。

この実施例から次のような結果を導くことが出来る。

Ｘｅ組成比が２％から２０％において、Ｈｅを１５％から５０％加え、Ｈｅ組成比がＸｅ組成比よりも大きいとき、Ｈｅの効果により、発光効率が向上する。

又、維持放電電圧と発光効率の向上率から判断して、Ｘｅ組成比が２％から１４％において、Ｈｅを１５％から５０％加え、Ｈｅ組成比がＸｅ組成比よりも大きい放電ガスを用いた場合が、より実用的なガス組成である。

更に、Ｘｅ組成比が６％から１４％において、Ｈｅを１５％から５０％加え、Ｈｅ組成比がＸｅ組成比よりも大きい放電ガスを用いた場合に、特に明るく発光効率の良いＰＤＰを実現できる。

加えて、Ｘｅ組成比が６％から１２％において、Ｈｅを１５％から５０％加え、Ｈｅ組成比がＸｅ組成比よりも大きい放電ガスを用いた場合に、Ｈｅの効果により特に発光効率が向上し、明るいＰＤＰを実現できる。

次に寿命の問題を考察する。Ｈｅを加えると発光効率は向上するが、あまり多くＨｅを加えると寿命が短くなるという問題が生じる。寿命の評価は、連続的にＰＤＰを点灯させた時に、時間とともに減少する輝度の相対値を用いて行なう。即ち、０時間点灯時の輝度を１としたとき、その後の輝度の相対値を輝度維持率として評価する。寿命は一般に２万から３万時間保証されなけばならないが、６００時間程度の測定でその後の輝度維持率の変化が容易に推測できるため、評価は６００時間程度まで行なった。

図９及び図１０に本発明の寿命評価例の実験結果を示す。図９は、Ｘｅ８％において、Ｈｅ０％、１５％、３０％、５０％、６０％と組成比を変化させて輝度維持率を測定した結果である。全圧力は５００Ｔｏｒｒである。図１０は、Ｈｅ０％（Ｎｅ−Ｘｅ二元系）の輝度維持率の結果を基準にとり、Ｈｅ組成比がそれぞれ０％、１５％、３０％、５０％、６０％に対する輝度維持率の比をとり、百分率で表したものを輝度維持率の変化率として示した図である。Ｈｅ組成比の関数として表示した。

図９より時間とともに輝度維持率が低下するのが見られる。そして、Ｈｅの組成比が増加すると輝度維持率の低下が大きくなる。図１０より、Ｈｅの組成比が５０％まではＨｅ０％に比べて輝度維持率の低下はそれほど大きくないが、Ｈｅの組成比が６０％以上になると、急激に輝度維持率が低下するのがわかる。即ち、Ｈｅの組成比が５０％を越えるとパネルの寿命が急激に低下して実用的価値が低下する。

この実験結果から明らかなように、Ｈｅの組成比が５０％までにおいては、ＰＤＰの寿命は十分に保証される。こうした寿命に関する特性、即ち、輝度維持率の変化率に関して、本願発明のＨｅ及びＸｅの範囲において、同様の結果を得ることが出来る。

又、本発明の実施例において、Ｎｅ６２％−Ｘｅ８％−Ｈｅ３０％のガス組成で、全圧力を変化させたときに発光効率、寿命がどのように変化するのかを調べた。寿命の指標は、６７２時間（ｈｒ）点灯後の輝度維持率を用いた。図１１にその実験結果を示す。横軸がガスの全圧力、縦軸が寿命の指標、前記輝度の維持率である。図１１において、黒点の結果は輝度の維持率、正方形の点の結果は発光効率の結果を示している。図より明らかなように、ガス組成を一定に保ったまま全圧力を３５０Ｔｏｒｒから５５０Ｔｏｒｒまで増大させていくと発光効率は向上する。しかし、５５０Ｔｏｒｒから６００Ｔｏｒｒまで上げても発光効率は向上しない。又、６００Ｔｏｒｒにおいては圧力が高いため、大気圧との差が少なくなり、飛行機の中や高地などの気圧の低い所では大気圧力がパネル内部圧力より小さくなりパネルが破損する恐れがある。又、全圧力が３５０Ｔｏｒｒ以下においては発光効率が低く、更に、輝度維持率（寿命）も急激に低下する。全圧力が低いと、イオンが他の中性原子と衝突するまでの平均自由行程が長くなり保護膜表面または蛍光体表面に衝突するイオンの運動エネルギが大きくなるため輝度維持率（寿命）が低下する。従ってＨｅを加えた条件においては、全圧力は４００Ｔｏｒｒから５５０Ｔｏｒｒまでが最適な条件である。

同様に、Ｎｅ６６％−Ｘｅ４％−Ｈｅ３０％およびＮｅ５８％−Ｘｅ１４％−Ｈｅ３０％のガス組成において同様の実験を行なった結果、やはり全圧力は４００Ｔｏｒｒから５５０Ｔｏｒｒまでが最適な条件であることがわかった。

次に、放電の安定性について考察する。本実施例において、上記ガス組成および全圧力、寿命の評価を行なう際に、Ｘｅ組成比を増大させると、放電が不安定になるという問題が生じた。特に、図１に示したＤ２の方向に１ラインだけ点灯させたときに、パネルがちらつくという現象が顕著に現れる。この現象を良く調べた結果、図４の（Ａ）の（ＩＩ）に示した書き込み放電期間５０において、Ａ電極に電圧波形５２を印加しても書き込み放電遅れが生じ、書き込み電圧パルスが印加されている間に放電が起こらない場合があることがわかった。

これはＸｅ組成比を増大させると、放電空間に浮遊しているプライミング粒子（荷電粒子および中性の励起状態にある粒子）の減少が速くなるためと考えられる。即ち、図１からわかるように、Ｄ２の方向に１ラインだけ点灯させたときには、点灯しているセル同士は隔壁３１で隔離されているため、隣接セルから放電を起こりやすくさせるプライミング粒子の影響を受けない。特に、準安定状態にある励起Ｘｅ原子が、他のＸｅ原子を含む三体衝突によりＸｅ_２励起分子を形成し発光によって減少する割合がＸｅ組成比の増大とともに増加するからである。

上記書き込み放電の放電遅れを解決する方法として、以下の３つ方法が考えられる。（１）書き込み放電の電圧Ｖ０を上昇させる。即ち、放電空間の電界強度を増大させる。（２）Ｈｅの濃度を増大させる。即ち、放電ガス中の正イオンの移動度はＨｅ組成比の増大とともに大きくなるため、放電形成の時間を早する。（３）Ａ電極に印加する電圧パルスの幅τ_ａを広くする。即ち、放電が遅れる時間だけパルスの幅を広げる。

図１２に書き込み放電の電圧（書き込み電圧）とＨｅの濃度を変化させ、上記Ｄ２の方向に１ラインだけ点灯させたときの書き込み放電の状態を調べた結果を示す。この例では、Ｘｅ組成比は１２％、全圧力５００Ｔｏｒｒである。書き込み放電が、正常な条件を○、正常でない条件を×で示した。ここで、Ａ電極に印加する電圧パルスの幅τ_ａは２μｓとした。図４の（Ａ）に示すように書き込み放電期間５０の長さには限度があり、決められた数の書き込み放電をこの期間内に行なわなければならない。なぜならば、輝度を向上させようとしたとき、維持放電の電圧パルス数を増大させなければならないので、維持放電期間を長くして書き込み放電期間を短くしなければならず、τ_ａを短くする必要がある。更に、高解像度にしようとしたときには、放電セルの数が増大するため、書き込み放電期間が長くなる。従ってτ_ａを短くする必要がある。具体的には、τ_ａは２μｓ以下でなくてはならない。

図１２より、Ｈｅ組成比が大きく、且つ書き込み電圧が高いほど書き込み放電の状態は良好になることがわかる。しかしながら、上記したように、Ｈｅ組成比が６０％以上になると寿命が急激に短くなるという問題が生じるため、５０％までが限度である。一方、書き込み電圧を高くすると、Ａ電極にパルス電圧を印加するために、高耐圧のドライバ−を使用しなければならず、コストが増大する。従って、寿命に影響を与えない範囲の組成比でＨｅを添加することにより、書き込み電圧を低電圧化し、コストを低減させる必要がある。

図１２は、一例としてＸｅ組成比が１２％の結果のみ示したが、その他のＸｅ組成比２％、６％、８％、１４％、２０％においても、Ｈｅ組成比が大きく、且つ書き込み電圧が高いほど書き込み放電の状態は良好になる。従って、いずれのＸｅ組成比においても、Ａ電極に印加する電圧パルスの幅τ_ａは２μｓ以下で、寿命に影響を与えない範囲の組成比でＨｅを添加することにより、書き込み放電を低電圧化する必要がある。

即ち、Ｘｅ組成比が２％から２０％の放電ガスにおいて、Ｈｅを１５％から５０％加え、Ａ電極に印加する電圧パルスの幅τ_ａを２μｓ以下に設定することにより、安定に駆動でき、高輝度を確保することが出来る。

次に、本願発明を用いた画像表示装置の例を例示する。図１３は画像表示システム１０４の例をブロック図で示したものである。ＰＤＰ１００とそれを駆動する駆動回路１０１とで画像表示装置（プラズマディスプレイ装置）１０２を構成し、さらに画像表示装置１０２に映像情報を送る映像源１０３とで画像表示システム１０４を構成している。画像表示システム自体は通例のもので十分であるので、その詳細は省略する。

Ｎｅ６２％−Ｘｅ８％−Ｈｅ３０％のガス組成、ガスの全圧力５００Ｔｏｒｒの条件において製造されたＰＤＰに、駆動回路１０１を接続して画像表示装置を組み立てる。更に、この画像表示装置に映像信号を送る映像源１０３を接続して画像表示システムを構築する。この画像表示システムの画像評価を行なった。本例の画像表示システムでは、高発光効率で明るく動作の不安定性も見られず且つ前記寿命が保証される。

以上詳細に説明してきた通り、本願発明は、発光効率が高く、且つ寿命も保証され安定に駆動可能なＰＤＰが提供することが出来る。更に、本願発明は、高輝度、高精細、低価格での駆動が可能なＰＤＰをも提供することを可能とする。即ち、高発光効率に伴い、これまでと比較し高輝度を得ることが可能となる。また、Ａ電極に印加する電圧パルスの幅を小さくとることによって、書き込み放電期間をより短くすることを可能とする。こうした書き込み放電の動作をとることによって、放電セルの数を増大することが出来る。従って、本願発明によって、より高精細なＰＤＰを提供することを可能とする。又、より低い維持放電電圧を採用しつつ、高発光効率を確保することが可能なことから、より低価格での駆動が可能なＰＤＰを提供することを可能とする。

図１は、本発明が適用されるプラズマディスプレイパネルの構造の一部を示す分解斜視図である。 図２は、図１に示すＤ２の方向から見たプラズマディスプレイパネルの断面構造を示す要部断面図であり、１個の放電セルを示す図である。 図３は、図２に示すプラズマ１０中にある荷電粒子（正または負の電荷を持った粒子）の動きを模式的に示した図である。 図４は、ＰＤＰに１枚の画を表示する１ＴＶフィ−ルド期間の動作を示した図である。 図５は、実施例において、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｈｅの三成分放電ガスを用い、それぞれの組成比を変化させて発光効率を測定した例の結果を示す図である。 図６は、実施例において、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｈｅの三成分放電ガスを用い、それぞれの組成比を変化させて、Ｘｅ組成比と発光効率の向上率を測定した例の結果を示す図である。 図７は、実施例において、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｈｅの三成分放電ガスを用い、それぞれの組成比を変化させて、Ｈｅ組成比と発光効率の向上率を測定した例の結果を示す図である。 図８は、Ｘｅ組成比を変化させたときの維持放電電圧の変化を示す図である。 図９は、Ｈｅ組成比を変化させたときの輝度維持率の、動作時間に対する変化を示す図である。 図１０は、Ｈｅ組成比に対する輝度維持率の変化率の関係を示す図である。 図１１は、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｈｅの三成分放電ガスを用い、全圧力を変化させて輝度維持率と発光効率を測定した結果を示す図である。 図１２は、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｈｅの三成分放電ガスを用い、書き込み電圧とＨｅ組成比を変化させて、安定に書き込み放電が出来る条件を調べた結果を示す図である。 図１３は、本発明のプラズマディスプレイパネルを備えた画像表示システムの例を示すブロック図である。

符号の説明

３…負の電荷を持った粒子（例えば電子）、４…正の電荷を持った粒子（例えば正イオン）、５…正壁電荷、６…負壁電荷、１０…プラズマ、２１…前面ガラス基板、２２−１、２２−２…Ｘ電極、２３−１、２３−２…Ｙ電極、２４−１、２４−２…Ｘバス電極、２５−１、２５−２…Ｙバス電極、２６…誘電体層、２７…金属酸化膜（酸化マグネシウム膜（ＭｇＯ膜）または保護膜）、２７−１…第一の金属酸化膜、２７−２…第二の金属酸化膜、２８…背面ガラス基板、２９…Ａ電極、３０…誘電体層、３１…隔壁（リブ）、３２…蛍光体、３３…放電空間、４０…ＴＶフィ−ルド、４１より４８…サブフィ−ルド、４９…予備放電期間、５０…書き込み放電期間、５１…維持放電期間、５２…１本のＡ電極に印加する電圧波形、５３…Ｘ電極に印加する電圧波形、５４…Ｙ電極のｉ番目に印加する電圧波形、５５…Ｙ電極のｉ＋１番目に印加する電圧波形、５６…Ｙ電極のｉ行目に印加されるスキャンパルス、５７…Ｙ電極のｉ＋１行目に印加されるスキャンパルス、５８…Ｘ電極に印加される電圧波形、５９…Ｙ電極に印加される電圧波形、１００…プラズマディスプレイパネルまたはＰＤＰ、１０１…駆動回路、１０２…プラズマディスプレイ装置（画像表示装置）、１０３…映像源、１０４…画像表示システム。

Claims (1)

1. 少なくとも、放電空間と、維持放電電極とこれに対向するアドレス電極と、前記アドレス電極に電圧パルスを印加することにより書き込み放電を起こさせる手段とを有し、且つ前記放電空間内に放電ガスが封入され、
   前記放電ガスは少なくとも、Ｘｅ、Ｎｅ、及びＨｅの３成分を含む混合ガスであり、
   前記放電ガスのＸｅ組成比が２〜２０％であり、且つＨｅ組成比が１５〜５０％であり、且つＨｅ組成比がＸｅ組成比よりも大きく、
   放電ガスの全圧力が４００〜５５０Ｔｏｒｒであり、
   前記アドレス電極に印加する電圧パルスの幅が２μｓ以下であり、
   前記アドレス電極に印加する電圧パルスは６０Ｖ以上７０Ｖ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。

Images