JP4707685B2 - Ｐｄｐ保護膜材料及び該製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、プラズマディスプレイパネル(Ｐｌａｓｍａ ＤｉｓｐｌａｙＰａｎｅｌ：ＰＤＰ)の前面基板に用いられるＭｇＯ保護膜材料及びその製造方法に関するものであって、さらに詳しくは、アルカリ土金属２価酸化物のうちに選択されたＢｅＯ又はＣａＯの第１ドーピング物質が５０ｐｐｍないし８０００ｐｐｍまでドーピングされ、Ｓｃ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｍｏ２Ｏ３又はＡｌ２Ｏ３酸化物の第２のドーピング物質が５０ｐｐｍないし８０００ｐｐｍまで同時にドーピングされたＭｇＯパレットを、電子ビーム蒸着、イオンプレーティング、スパッタリングなどの薄膜形成工程を介してＰＤＰ用保護膜を形成する方法を提供する。
ＰＤＰは、平板形表示素子として画質に優れており、且つ、膜厚が薄く、重量が軽いため、４０インチ以上の大型表示素子に主に用いられている。プラズマディスプレイパネルは、背面基板に形成の複数の隔壁と複数のアドレス電極、前面基板に形成の複数の維持電極が垂直に交差する箇所に画素が形成されることによって、画像を具現することになる。
図１には、このようなＰＤＰ構造の概略を示している。ガラス又は金属基板を素材とした前面基板１０上に透明誘電層２０がコートされており、アドレス電極５０が背面板８０又は背面誘電層９０上に形成されている。アドレス電極５０を挟んで長いストライプ状の隔壁６０が存在し、且つ、前記隔壁６０間の空間上表面に蛍光体が塗布されており、サブ画素(ｓｕｂ ｐｉｘｅｌ)を構成する。ガラスからなる前面基板１０上には多数の維持電極４０及びスキャンが形成されており、その下に上部誘電体２０とＭｇＯ保護層３０が存在する。
したがって、これら前面基板１０と背面基板８０とが組み合わせられると、前記隔壁６０により隔離された多数の画素空間が生ずることになる。こうした隔離空間には、Ｎｅ/Ｘｅガス又はＮｅ/Ｈｅ/Ｘｅガスなどが封入されていて、維持電極４０とアドレス電極５０に電圧が印加されると、前記空間上でグロー放電によりプラズマが形成でき、維持電極とスキャン電極との間に維持電圧を印加すると、アドレス過程で壁電圧が形成された放電セルの維持電極間にグロー放電が生じ、この際に生じられたプラズマから生成された真空紫外線(ｖａｃｕｕｍ ｕｌｔｒａ ｖｉｏｌｅｔ)が隔壁側面及び隔壁間の下底面にコートされている蛍光体を励起させ、赤色、緑色、及び青色可視光線が生ずることになる。
ＭｇＯ保護膜は、ＰＤＰのグロー放電で２次電子放出(ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｅｍｉｓｓｉｏｎ)及びｅｘｏ‐電子放出(ｅｘｏ-ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｅｍｉｓｓｉｏｎ)を発生させて、放電電圧を低下させ、放電遅延を改善するという特性を持っているため、ＰＤＰの開発初めより電子放出材料として用いられてきた。しかし、ＰＤＰの消費電力を低減させるためには、ＭｇＯからの２次電子放出計数をさらに向上させることで放電開示電圧を減少させ、且つ、単一スキャン駆動による部品コストを削減させるためには、ｅｘｏ‐電子放出特性改善による放電遅延をさらに減少させなければならないという必要性が求められてきた。
ＭｇＯの２次電子放出計数を酸化物ドーピング方式に改善するための方法が複数の特許文献等に開示されている。即ち、ドーピング元素を用いてＭｇＯの欠陥エネルギーレベル及び濃度を調節することによって、ＭｇＯの電子放出特性を積極的に調節しようとする方法である。ＭｇＯからの２次電子放出は、オージャ(Ａｕｇｅｒ)中和過程を介して発生するものと知られているが、これを模式的に表すと、図２の通りである。
ＭｇＯの表面にＰＤＰの放電により生成されたイオンが接近すると、ＭｇＯの酸素イオンの２Ｐ電子軌道にある電子がトンネリングによりイオンと中和反応を起こし、この際に生じられるエネルギーがバランスバンド内に存在する電子に伝わり、外部に放出されるのである。
このような放電ガスのイオン化エネルギーだけでなく、放電ガスの準安定状態(ｍｅｔａｓｔａｂｌｅ)エネルギー、光子エネルギー(ｐｈｏｔｏｎ ｅｎｅｒｇｙ)、表面電荷(ｗａｌｌ ｃｈａｒｇｅ)などによる電気場などが二次電子の放出に必要となるエネルギーを供給することが可能である。
したがって、ＰＤＰ放電時に生ずる様々なエネルギー源を用いて電子を放出するためには、ＭｇＯバンドギャップ内に欠陥レベルを形成し、電子放出を容易にすることが必要となる。
こうしたドーピング元素添加によるＭｇＯの電子放出特性を向上させるための方法は以下に記載の特許文献等に詳しく開示されている。
特許文献１では、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃ、Ｓｎのうちの少なくとも一つの元素と、周期表の４属、５属、６属、７属の元素のうちの少なくとも一つの元素をドーピング元素として使用するＭｇＯ材料を提供している。また、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃ、Ｓｎのうちの少なくとも一つの元素の濃度が、２０重量ｐｐｍ〜８０００重量ｐｐｍであり、周期表の４属、５属、６属、７属のうちの少なくも一つの元素の濃度が１０重量ｐｐｍ〜１００００重量ｐｐｍの範囲を提示している。
特許文献２では、ＭｇＣ２、Ｍｇ２Ｃ３、Ｍｇ３Ｃ４のような炭化マグネシウムが含まれているＭｇＯ材料を提供している。この炭化マグネシウムは、５０重量ｐｐｍ〜７０００重量ｐｐｍの濃度範囲を提案している。
特許文献３では、Ｓｉのドーピングされた保護膜成分を提供しているが、この場合、Ｓｉの含量が、２０ｐｐｍ〜５００ｐｐｍの範囲で放電遅延が最も小さいという特性の低い組成を提供している。この場合、Ｃａが５０ｐｐｍ以下、Ｆｅが５０ｐｐｍ以下、アルミニウムが２５０ｐｐｍ以下、５ｐｐｍ以下のニッケル、５ｐｐｍ以下のナトリウム、５ｐｐｍ以下のカリウムとして不純物の含量を制限している。
特許文献４では、Ｃａ、Ａｌ、Ｆｅ及びＳｉをドーパントとして用いたＭｇＯ保護膜材料を開示し、このようなドーパント元素等の相互作用によりＰＤＰ放電遅延時間を最小化することができる材料を提供している。Ｃａの含量は、１００ないし３００ｐｐｍ、Ａｌの含量は、６０ないし９０ｐｐｍ、Ｆｅの含量は、６０ないし９０ｐｐｍ、Ｓｉの含量は、４０ないし１００ｐｐｍの組成を提供している。
特許文献５では、希土類元素からなる群より選択された一つ以上の元素及びＡｌ、Ｃａ、Ｓｉより選択された一つ以上の元素を含めているＭｇＯ組成を提供している。希土類元素としてＳｃの含量がマグネシウム酸化物１重量部当たり５０ないし６００ｐｐｍの組成を提供しており、Ｃａの含量は５０ないし４００ｐｐｍ、Ａｌの含量は５０ないし４００ｐｐｍ、Ｓｉの含量は５０ないし４００ｐｐｍの組成を提供している。また、この組成は、Ｍｎ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｎｉ及びＺｒからなる不純物より、Ｍｎはマグネシウム酸化物１重量部当たり５０ｐｐｍ未満、Ｎａは３０ｐｐｍ未満、Ｋは３０ｐｐｍ未満、Ｃｒは１０ｐｐｍ未満、Ｆｅは２０ｐｐｍ未満の純度を持った組成を提供する。
特許文献６では、Ｓｃ、Ｃａ、ＳｉがドーピングされたＭｇＯ組成を提供している。本発明によれば、Ｓｃの含量が５０ｐｐｍから２０００ｐｐｍであり、Ｃａの含量が１００ｐｐｍから１０００ｐｐｍ、Ｓｉの含量が３０ｐｐｍから５００ｐｐｍである際、放電遅延が画一的に減少することを掲示している。このようにドーピングされたＭｇＯの使用又はＭｇＯ蒸着時の雰囲気調節は、ＭｇＯ薄膜の特性を向上させ、放電効率の向上及び放電遅延時間を短縮させ、ＰＤＰの性能改善に寄与している。
特開２００５-１２３７１２号公報 特開２００５-１２３７１３号公報 韓国特許公開第２００５-７５８６６号公報 韓国特許公開第２００５−１１３６８５号公報 韓国特許公開第２００６−６９５７３号公報 米国特許出願公開第２００６−０１４５６１４号明細書
前述したように、放電効率をさらに増加させるべく、本発明では、ＭｇＯバンドギャップ(ｂａｎｄ ｇａｐ)内の好適な位置に欠陥レベル(ｄｅｆｅｃｔ ｌｅｖｅｌ)を形成させる方法を提供する。即ち、放電時に生ずるＭｇＯの表面又は内部における正孔及び電子を放電に効率よく用いるために、ＭｇＯにドーピングを施し、正孔及び電子をトラッピング(ｔｒａｐｐｉｎｇ)し得る欠陥レベルを形成する方法である。新しい元素のドーピングによるＭｇＯ内に欠陥を人為的に誘発させることによって、従来技術の問題点と過去から要望されてきたＭｇＯの電子放出特性を改善することを目的とする。この点について、以下で詳しく述べる。
第一にあげられるのは、第１ドーピング物質を添加することで正孔トラップ準位(ｔｒａｐ ｓｉｔｅ)を創出し、第２ドーピング物質を添加することで、電子トラップエネルギー準位(ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｔｒａｐｐｉｎｇ ｓｉｔｅ)を創出し、ＰＤＰの発光効率の向上及び放電遅延を短縮することができるＭｇＯパレット材料成分を提供する。
また、第２に、ドーピング元素の溶解度は、イオンの半径、原子価などを考慮したうえで選定された。即ち、Ｍｇイオン対比、ドーピング元素のイオン半径差が大きいほど、且つ、原子価の差異が大きいほど、ＭｇＯ内の溶解度が減少する。したがって、ドーパントのうちにイオン半径の差が大きいか、又は原子価の差が大きい材料の場合には、ＭｇＯ薄膜の成膜工程中に溶解度が低すぎることになり、ドーピングされずに、第２相に析出し、ドーピングによる放電特性の改善効果が得られないことになる。よって、溶解度の大きい元素を選択し、ドーピング効果が極めて優れるようにする成分を提供する。
さらに、第３に、電子放出特性の向上による放電効率が増加し、消費電力の減少されたＰＤＰを製造する技術を提供し、且つ、放電遅延が減少され、単一スキャンによるフルＨＤ級のＰＤＰを具現することができる技術を提供する。
斯かる目的を達成するために、本発明による保護膜材料及び製造方法が適用されるプラズマディスプレイパネル(ＰＤＰ)は、前面基板の表示領域上に形成された多数の電極が、シングルスキャン駆動方式により駆動され、放電空間にキセノン(Ｘｅ)ガスを含める放電ガスが封入されたＰＤＰにおいて、前記前面基板上に形成の多数のスキャン電極をコートしている前面誘電層を覆っている保護膜と、前記前面基板に対向する背面基板、背面基板上に形成された多数のアドレス電極、アドレス電極を覆っている背面誘電体層、前記背面誘電層上に形成の隔壁、前記背面誘電層と隔壁表面に形成されている蛍光体層を有する背面基板を備えている。
前記保護膜は、酸化マグネシウムを主成分とし、アルカリ土金属酸化物のうち、ＢｅＯ及び/又はＣａＯを第１ドーピング元素として含め、Ｓｃ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｍｏ２Ｏ３及びＡｌ２Ｏ３からなるグループから選択された一つ以上の酸化物を第２ドーピング物質として含めるマグネシウム酸化物からなり、且つ、前記第１ドーピング元素及び第２ドーピング元素の含量は、前記マグネシウム酸化物重量部当たり５０ｐｐｍないし８０００ｐｐｍ添加された保護膜を提供する。
また、本発明のさらに他の課題を解決するために、マグネシウム酸化物及びマグネシウム塩からなる群より選択された一つの以上のマグネシウム含有化合物、Ｂｅ及び/又はＣａの酸化物又は塩、及びＳｃ、Ｓｂ、Ｅｒ、Ｍｏ、Ａｌからなるグループから選択された一つ以上の金属酸化物又は塩を均一に混合する段階、前記混合結果物をか焼(ｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎ)する段階、前記か焼結果物を焼結して、保護膜形成用蒸着源パレットを形成する段階、及び前記保護膜蒸着源パレットを用いて保護膜を形成する段階を含める保護膜製造方法を提供する。
また、前記保護膜には不純物として、Ｆｅが３０ｐｐｍ、Ａｌが５０ｐｐｍ、Ｓｉが５０ｐｐｍ、Ｎｉが５ｐｐｍ、Ｎａが５ｐｐｍ、Ｋが５ｐｐｍ以下に保持し、第１ドーピング元素及び第２ドーピング元素に対する中毒(ｐｏｉｓｏｎｉｎｇ)効果を抑える。以下では、本発明の望ましい実施形態等に対して説明する。
以上で詳述したように、本発明による保護膜は、特定含量による第１ドーピング物質のＢｅＯ、ＣａＯ、及び第２ドーピング物質のＳｃ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｍｏ２Ｏ３、又はＡｌ２Ｏ３酸化物を含めるマグネシウム酸化物からなされているが、これを備えたパネルは、発光効率が上昇し、放電時間が短縮されるなど、優れた放電特性を持つ。したがって、本発明による保護膜は、ＨＤ及びフルＨＤなどのような高解像度のＰＤＰを製造するに好適である。
本発明で提供する保護膜は、アルカリ土金属酸化物のうちにＢｅＯ及び/又はＣａＯを第１ドーピング物質とし、Ｓｃ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｍｏ２Ｏ３、又はＡｌ２Ｏ３からなるグループより選択された一つ以上の酸化物を第２ドーピング物質として含めたマグネシウム酸化物を蒸着源として用いて形成される。蒸着源の材質は、前記第１ドーピング物質と第２ドーピング物質とが同時に含まれた単結晶又は多結晶酸化マグネシウムを用いて製造される。
前記第１ドーピング物質と第２ドーピング物質とが同時に含まれた単結晶マグネシウム酸化物は、高純度ＭｇＯを原料とし、電融法(ａｒｃ ｆｕｓｉｏｎ)を製造することが可能であり、且つ、前記通常の不純物を含有することができる。前記第１ドーピング物質と第２ドーピング物質が同時に含まれた多結晶マグネシウム酸化物は、前記か焼、焼結工程を経てパレット形態に製造されることができる。
本発明による保護膜は、化学気相蒸着、Ｅビーム蒸着、イオンプレーティング、スパッタリングなどの真空蒸着法を介して、多数の維持電極が誘電体層に覆われているＰＤＰ前面基板の誘電層表面に形成される。
図３は、実施形態の一つとして、第１ドーピング物質でＢｅＯ、第２ドーピング物質でＳｃ２Ｏ３を含めた酸化マグネシウムを蒸着源とし、電子ビーム蒸着法を用いて製造されたパネルと、第１ドーピング物質のＢｅＯのみを含めた酸化マグネシウムを蒸着源とし、電子ビーム蒸着法により製造されたパネルと、ドーピングされていない酸化マグネシウムを蒸着源で使用して形成された保護膜を用いて製造されたパネルとの発光効率を比較して示したものである。
第１ドーピング物質のＢｅＯがドーピングされたＭｇＯ蒸着源を用いて製造されたパネルの発光効率が、ドーピングされていないＭｇＯ蒸着源を用いて製造されたパネルの発光効率に比して向上していることがわかるが、第１ドーピング物質のＢｅＯと第２ドーピング物質のＳｃ２Ｏ３とを同時にドーピングしたＭｇＯ蒸着源を利用して製造されたパネルの発光効率の増加がさらに効果的であることを示している。
こうした現状は、第１ドーピング物質及び第２ドーピング物質がそれぞれＭｇＯベース内に人為的正孔及び電子欠陥レベルをそれぞれ形成し、これが特性向上に寄与したわけである。本実験において、放電ガスはＮｅ-４％Ｘｅであり、ＡＣ放電周波数は３０ｋＨの条件下で測定を行った。
図４は、図３と同じ条件で放電ガスをＮｅ-１０％Ｘｅに変えた場合、発光効率に及ぼすドーピング元素の影響を示している。図４に示されたように、第１ドーピング物質のＢｅＯが添加された場合の発光効率の増加程度がＮｅ-４％Ｘｅ放電ガスを用いた場合に比してさらに増加していることがわかる。しかし、この場合にも第１ドーピング物質のＢｅＯと第２ドーピング物質のＳｃ２Ｏ３とを同時にドーピングした場合が、発光効率の向上に効率的であることがわかる。
図５は、第１ドーピング物質のＢｅＯと第２ドーピング物質のＡｌ２Ｏ３とを同時にドーピングした場合の発光効率を示している。この結果も、Ｎｅ-１０％Ｘｅ放電ガスを用いて得られたものである。図５に示されたように、正孔を形成するＢｅＯドーピング元素と、トラップされた電子欠陥レベル(ｔｒａｐｐｅｄ ｅｌｅｔｒｏｎ ｌｅｖｅｌｓ)を形成するＡｌ２Ｏ３を同時に添加した場合、放電効率の向上が著しく表れることがわかる。したがって、本発明による保護膜をＰＤＰパネルに適用すれば、効率が画期的に上昇でき、且つ、ＰＤＰの消費電力を減少させ、製造部品のコストを削減することが可能となる。
本発明は、このような保護膜が形成された前面基板を用いて製造されたプラズマディスプレイパネルに関するものであって、保護膜の形成された前面基板を用いてＰＤＰを製造する方法は、当業界に既に知られている技術であるから、それに対する詳しい説明は省略する。
本発明の属する技術分野において通常の知識を有する者であるならば、前記内容に基づいて本発明の範疇内に様々な応用及び変形が可能である。よって、本発明の技術的範囲は、明細書の詳細な説明に記載された内容に限定されることを意味するものではなく、特許請求の範囲により定められるべきである。
プラズマディスプレイパネルの構造の概略を示した断面斜視図である。 オージャ中和過程を介して電子放出過程の概略を示した工程図である。 ＢｅＯ及びＳｃ２Ｏ３が同時にドーピングされたＭｇＯ蒸着源；ＢｅＯだけをドーピングしたＭｇＯ蒸着源；ドーピングされていないＭｇＯ蒸着源 を用いて製造したパネルにおいて、Ｎｅ-４％Ｘｅ放電ガスを用いる場合、放電効率を比較して示した実験結果である。 ＢｅＯ及びＳｃ２Ｏ３が同時にドーピングされたＭｇＯ蒸着源；ＢｅＯだけをドーピングしたＭｇＯ蒸着源；ドーピングされていないＭｇＯ蒸着源を用いて製造したパネルにおいて、Ｎｅ-１０％Ｘｅ放電ガスを用いる場合、放電効率を比較して示した実験結果である。 ＢｅＯ及びＡｌ２Ｏ３が同時にドーピングされたＭｇＯ蒸着源；ドーピングされていないＭｇＯ蒸着源を用いて製造されたパネルにおいて、Ｎｅ-１０％Ｘｅ放電ガスを使用する場合、放電効率を比較して示した実験結果である。
符号の説明
１０ 前面基板
２０ 前面基板誘電体
３０ ＭｇＯ保護層
４０ 維持電極
５０ アドレス電極
６０ 隔壁
７０ 蛍光体
８０ 背面基板
９０ 背面基板誘電層

Claims (4)

  1. 酸化マグネシウムを主成分とし、ＢｅＯである第１ドーピング物質及びＡｌ２Ｏ３ である第２ドーピング物質を同時に含めた蒸着源を用いて真空蒸着工程により形成されたことを特徴とするＡＣＰＤＰ用保護膜。
  2. 第１ドーピング物質及び第２ドーピング物質は、酸化マグネシウムに対してそれぞれ５０ｐｐｍないし８０００ｐｐｍ範囲に添加されることを特徴とする請求項１に記載のＡＣＰＤＰ用保護膜。
  3. 第１ドーピング物質及び第２ドーピング物質の含量は、酸化マグネシウムに対してそれぞれ５００ｐｐｍないし２０００ｐｐｍであることを特徴とする請求項１に記載のＡＣＰＤＰ用保護膜。
  4. 前記保護膜には不純物としてＦｅが３０ｐｐｍ、Ａｌが５０ｐｐｍ、Ｓｉが５０ｐｐｍ、Ｎｉが５ｐｐｍ、Ｎａが５ｐｐｍ、Ｋが５ｐｐｍ以下に維持されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のＡＣＰＤＰ用保護膜。
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