JP4736933B2 - プラズマディスプレイパネル - Google Patents

Description

本発明は、プラズマディスプレイパネルに関し、特に前面基板の保護膜に関する。

プラズマディスプレイパネル（以下、「ＰＤＰ」と記す）は、対向配置した前面基板と背面基板との周縁部を封着部材によって封着した構造であって、前面基板と背面基板との間に形成された放電空間には、ネオン（Ｎｅ）およびキセノン（Ｘｅ）などの放電ガスが封入されている。

前面基板は、ガラス基板の片面にストライプ状に形成された走査電極と維持電極とからなる複数の表示電極対と、これらの表示電極対を覆う誘電体層および保護膜とを備えている。表示電極対は、それぞれ透明電極と、その透明電極上に形成した金属材料からなるバス電極とによって構成されている。

背面基板は、ガラス基板の片面に表示電極対と直交する方向にストライプ状に形成された複数のアドレス電極と、これらのアドレス電極を覆う下地誘電体層と、放電空間をアドレス電極毎に区画するストライプ状の隔壁と、隔壁間の溝に順次塗布された赤色、緑色および青色の蛍光体層とを備えている。

表示電極対とアドレス電極とは直交していて、その交差部が放電セルになる。これらの放電セルはマトリクス状に配列され、表示電極対の方向に並ぶ赤色、緑色および青色の蛍光体層を有する３個の放電セルが、カラー表示のための画素になる。ＰＤＰは順次、走査電極とアドレス電極間、および走査電極と維持電極間に所定の電圧を印加してガス放電を発生させ、そのガス放電で生じる紫外線で蛍光体層を励起し、発光させることによりカラー画像を表示している。

ここで、保護膜は、ガス放電時に生じるイオン衝撃から誘電体層および電極を保護する役割（耐スパッタ性）と、その放電時に２次電子を放出し電荷を保持する、いわゆるメモリ機能の役割を果たす。そのため保護膜は、耐イオン衝撃性（耐スパッタ性）と２次電子放出性に優れる酸化マグネシウム（ＭｇＯ）などの金属酸化膜が一般的に用いられている。

この金属酸化膜の保護膜を形成する方法としては、成膜速度が高く比較的良質な金属酸化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）。

また近年、ＰＤＰの輝度を向上するため、ＰＤＰ内で放電ガスの圧力またはＸｅ分圧を上げることが必要とされるようになってきた。ところが放電ガスの圧力またはＸｅ分圧が上がると、保護膜がイオン衝撃によって削られる量も多くなり、ＰＤＰの寿命が短くなっていた。そこで、イオン衝撃によって削られにくくするために、保護膜を緻密にする方法が検討されてきた。

特にアルカリ土類金属酸化物であるＭｇＯの保護膜は、水、炭酸ガスなどの不純ガスを吸収しやすく、その結果保護膜の緻密さが低下すると考えられる。そのため、不純ガスを除去しつつ保護膜の電子ビーム蒸着中の酸素分圧と、基板温度とを調整して保護膜を形成する方法が提案されている（例えば、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 特開２０００−２７７００９号公報

しかしながら、このように不純ガスを除去しつつ電子ビーム蒸着中の酸素分圧と、基板温度とを調整して保護膜を形成しても、保護膜の耐スパッタ性を向上させるために保護膜の緻密さを向上させることは困難である。そのため、ＰＤＰの輝度向上のために放電ガスの圧力またはＸｅ分圧を上昇させたＰＤＰに対しては、耐スパッタ性が十分でなく、ＰＤＰの寿命が低下してしまう。

一般に、電子ビーム蒸着などの真空蒸着は、その成膜の特性上、成膜速度は高いものの、膜質は緻密さに欠ける。そのため、上述のように保護膜の耐スパッタ性を向上させることは困難であり、ＰＤＰの寿命を延ばすことは困難である。一方、スパッタリング法で保護膜を形成すると、膜質は緻密になるものの、成膜速度が低く、生産性が悪いという課題があった。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、保護膜の成膜の生産性を低下させることなく、耐イオン衝撃性を高めた高輝度で長寿命のＰＤＰを提供することを目的としている。

上記の課題を解決するために本発明は、第１のガラス基板上に第１の電極と誘電体層と誘電体層を覆う第１の保護膜と第１の保護膜を覆う第２の保護膜とを備えた第１の基板と、第２のガラス基板上に第２の電極と隔壁と蛍光体層とを備えた第２の基板とが対向配置されたＰＤＰであって、第１の保護膜はスパッタリング法で形成され、第２の保護膜は真空蒸着法で形成されており、第１の保護膜の屈折率が波長６３３ｎｍに対して、１．６８以上１．７４以下であり、第２の保護膜の屈折率が波長６３３ｎｍに対して、１．６０以上１．７２以下としたことである。

このように保護膜を２層構成とし、第１の保護膜をスパッタリング法で形成すると、緻密な保護膜を形成することができ、第２の保護膜を真空蒸着法で形成すると生産性の高い保護膜の形成をおこなうことができるので、生産性を低下させることなく、保護膜の膜質を緻密にすることができる。また、このような構成の保護膜としているので、従来の生産性の高い方法でのみ形成した保護膜と比較して、耐イオン衝撃性を高めた高輝度で長寿命のＰＤＰとなる。

以上のように本発明によれば、誘電体層の保護膜を２層構成にし、緻密な第１の保護膜の上に第２の保護膜を形成しているので、第２の保護膜は、第２の保護膜と同様の保護膜が単独で形成されるときより緻密になる。その結果、生産性を低下させることなく、保護膜の膜質を緻密にすることができ、耐イオン衝撃性を高めた高輝度で長寿命のＰＤＰを提供できる。

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。

（実施の形態）
図１は本発明の実施の形態のＰＤＰの部分断面斜視図であり、図２は図１の矢印Ａ方向からみた放電セルの部分断面図である。図１および図２において、ＰＤＰ１００は、第１の基板である前面板１０と、第２の基板である背面板２０とが放電空間３０を介して対向配置された構成となっている。

前面板１０は、第１のガラス基板である前面ガラス基板１１上に対になった互いに平行な走査電極と維持電極とからなる複数の第１の電極である表示電極対１２と、発光時のコントラストを高めるためのブラックストライプと呼ばれる複数の光吸収層１６が形成されている。そして、表示電極対１２と光吸収層１６とを覆うように誘電体層１３と、誘電体層１３を覆うＭｇＯからなる第１の保護膜１４と、第１の保護膜１４を覆う同じくＭｇＯからなる第２の保護膜１５とが形成されている。

背面板２０は、第２のガラス基板である背面ガラス基板２１上に表示電極対１２と直交する複数の第２の電極であるアドレス電極２２が、またアドレス電極２２を覆うように下地誘電体層２３が形成されている。そして、下地誘電体層２３上にアドレス電極２２と平行な複数の隔壁２４が形成され、さらに隔壁２４と下地誘電体層２３上には蛍光体層２５が形成されている。

そして隔壁２４で区切られた放電空間３０には、Ｎｅ−Ｘｅの混合ガスなどからなる放電ガスが、５３２００Ｐａ〜７９８００Ｐａの圧力で封入されている。放電空間３０において表示電極対１２と、アドレス電極２２との交点が放電セルを形成している。

このような構成において、まず表示電極対１２とアドレス電極２２との間に電圧をかけると、この間で小さな書き込み放電が生じ、その後、表示電極対１２間で主放電が生じる。放電は放電セル内のＸｅとＮｅの混合ガスが電離したプラズマ放電であるが、そのプラズマから発生した紫外線が蛍光体層２５に照射され、蛍光体層２５が発光することで画像が表示される。

次に、誘電体層１３の保護膜について詳細に説明する。上述したように保護膜は、誘電体層１３を覆う第１の保護膜１４と、第１の保護膜１４を覆う第２の保護膜１５とで構成されている。そして第１の保護膜１４は、第２の保護膜１５より薄く、膜密度が大きく緻密である。また第１の保護膜１４と第２の保護膜１５との平均屈折率は、可視光波長域の波長６３３ｎｍに対して１．６０以上、１．７５以下である。ここで平均屈折率とは、第１の保護膜１４の屈折率と、第２の保護膜１５の屈折率との膜厚加重平均であり、次の（数１）で示される。

Ｎ_ａｖは平均屈折率、Ｎ_１は第１の保護膜１４の屈折率、Ｔ_１は第１の保護膜１４の膜厚、Ｎ_２は第２の保護膜１５の屈折率、Ｔ_２は第２の保護膜１５の膜厚である。

本発明の実施の形態のＰＤＰ１００の保護膜は、厚み約１００ｎｍの第１の保護膜１４と、厚み約９００ｎｍの第２の保護膜１５とからなる薄膜である。ここで第１の保護膜１４はスパッタリング法によって形成されており、第２の保護膜１５は真空蒸着法によって形成されている。その結果、第１の保護膜１４の屈折率は、波長６３３ｎｍに対して１．７１であり、第２の保護膜１５の屈折率は、波長６３３ｎｍに対して１．６６であった。これは、第１の保護膜１４は、第２の保護膜１５より緻密であることを示している。

一方、従来のＭｇＯ膜単層構造の保護膜を、本発明の実施の形態での第２の保護膜１５形成時の真空蒸着法の条件と同条件で厚さ約１０００ｎｍに形成したとき、その屈折率は波長６３３ｎｍに対して１．５７であった。このように同条件の真空蒸着法でＭｇＯ膜を形成したにもかかわらず、ＭｇＯ膜の緻密さには違いがあった。すなわち、本発明の実施の形態のＭｇＯ膜の方が、従来の単層のＭｇＯ膜より緻密であった。

これは、本発明の実施の形態では、真空蒸着法によって形成された第２の保護膜１５の下地に、スパッタリング法により第１の保護膜１４を形成してあったからである。すなわち、スパッタリング法により形成した非常に緻密で、結晶性の良い下地の第１の保護膜１４の上に真空蒸着法により成長する第２の保護膜１５は、下地の影響を受けて緻密になる。この結果、本発明の実施の形態のスパッタリング法による第１の保護膜１４と、真空蒸着法による第２の保護膜１５とからなる２層構造の緻密な薄膜では、耐イオン衝撃性が高くなる。

図３は、本発明の実施の形態のＰＤＰの保護膜の膜減り量を示す図である。ＰＤＰ１００の保護膜は第１の保護膜１４と第２の保護膜１５とで構成されているが、図３はこの保護膜が放電ガスのイオン衝撃によって単位時間に削られる量を示し、横軸はその単位時間をとり、縦軸は保護膜の膜減り量である。ここで単位時間とは、従来の真空蒸着法で形成した１０００ｎｍのＭｇＯ膜が、放電ガスのイオン衝撃によって全て削られるまでの時間のことである。

図３に示すように、本発明の実施の形態のスパッタリング法で形成した厚み１００ｎｍの第１の保護膜と、真空蒸着法で形成した厚み９００ｎｍの第２の保護膜とで構成される保護膜の膜減り量が１０００ｎｍになる時間は、従来の保護膜の２倍以上となっている。これは、同じ真空蒸着法で形成した従来の保護膜と、第２の保護膜とで膜減り量が大きく異なり、第２の保護膜の膜減り量は従来の半分以下となっている。上述したように、第２の保護膜は、緻密に形成された第１の保護膜の上に形成されているため、同じ真空蒸着法で単層に形成された保護膜より緻密になっているからである。

なお、本発明の実施の形態における第１の保護膜の厚みをさらに大きくすれば、さらなるＰＤＰの長寿命化が可能となる。

ところで、第２の保護膜もスパッタリング法により緻密に形成することが考えられるが、真空蒸着法の形成速度が約５００〜１０００ｎｍ／ｍｉｎに対して、スパッタリング法の形成速度は約５〜１０ｎｍ／ｍｉｎであり２桁程度小さい。これは、保護膜をスパッタリング法のみで形成する場合は生産性が著しく低下することを示し、現実的ではない。従って、真空蒸着法での生産性を維持し、なおかつ耐スパッタ性を向上させるためには、本発明の実施の形態に示したようにスパッタリング法で形成した下地膜の保護膜の上に、真空蒸着法で保護膜を形成すればよい。

次に、本発明の実施の形態の第１の保護膜をスパッタリング法で、第２の保護膜を真空蒸着法でＭｇＯ膜を形成する場合の形成条件の一例を示す。

まず第１の保護膜の形成方法を説明する。真空ポンプで排気しながらガス供給配管によりアルゴンガス１００ｓｃｃｍ、酸素ガス１０ｓｃｃｍを導入し、チャンバ内の圧力を０．５Ｐａに保つ。次に、スパッタ電源によりスパッタ電極に−５０００Ｖの交流の高電圧を印加する。この電圧によりチャンバ内にプラズマが発生し、プラズマ中のイオンがターゲット表面に衝突する。その際、ターゲットのＭｇＯがスパッタリングされスパッタ粒子として飛び出し基板に付着する。本発明の実施の形態では、基板を３００℃に加熱しながら、約１０分間成膜し、第１の保護膜を約１００ｎｍ形成した。

次に第２の保護膜の形成方法を説明する。蒸着室には、蒸着源であるＭｇＯの粒を入れたハース、電子銃、磁場を印加する偏向マグネットなどを設けている。電子銃から照射した電子ビームを、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に照射し、蒸着源であるＭｇＯの蒸気流を発生させる。そして、発生させた蒸気流を、基板保持具に保持させ、基板の表面に堆積させて第２の保護膜を形成する。本発明の実施の形態では、成膜室である蒸着室内の真空度を２×１０^−２Ｐａ程度になるように酸素ガスの導入量と排気量とを制御しながら、基板を３００℃に加熱している。そして、１０ｋＷで電子銃から照射された電子ビームにより、一定速度約８００ｍｍ／ｍｉｎで蒸着室内を搬送し、第１の保護膜１００ｎｍの上に、第２の保護膜を約９００ｎｍ形成した。

上述した第１の保護膜と第２の保護膜の形成条件のうちで、スパッタリング法での圧力、スパッタ電圧、基板温度、バイアス電圧などのプロセス条件、および真空蒸着法での圧力、基板温度、電子ビーム出力、搬送速度などのプロセス条件を変化させることにより、屈折率を変えることができる。すなわち、第１の保護膜の屈折率を波長６３３ｎｍに対して１．６８以上、１．７４以下、第２の保護膜の屈折率を波長６３３ｎｍに対して１．６０以上、１．７２以下とすることができる。

スパッタリング法でのバイアス電圧については、スパッタ電極に高電圧を印加している最中にバイアス電源によってバイアス電極にＲＦ電力を印加することでプラズマ中のイオンを保護膜に照射することができる。そして保護膜に照射するイオンのエネルギーによって、基板に到達したスパッタ粒子の動きを活発化できるので、ＲＦバイアス電源で印加する電力によって膜密度をコントロールできる。

なお、本発明の実施の形態では緻密な第１の保護膜の形成方法としてスパッタリング法で説明したが、プラズマガンによる形成でもよい。

以上述べてきたように本発明は、生産性を低下させることなく、保護膜の膜質を緻密にすることができ、耐イオン衝撃性を高めた高輝度で長寿命のＰＤＰとすることができるため、表示品質に優れたＰＤＰとして有用である。

本発明の実施の形態のＰＤＰの部分断面斜視図 図１の矢印Ａ方向からみた放電セルの部分断面図 本発明の実施の形態のＰＤＰの保護膜の膜減り量を示す図

符号の説明

１０ 前面板（第１の基板）
１１ 前面ガラス基板（第１のガラス基板）
１２ 表示電極対（第１の電極）
１３ 誘電体層
１４ 第１の保護膜
１５ 第２の保護膜
１６ 光吸収層
２０ 背面板（第２の基板）
２１ 背面ガラス基板（第２のガラス基板）
２２ アドレス電極（第２の電極）
２３ 下地誘電体層
２４ 隔壁
２５ 蛍光体層
３０ 放電空間
１００ プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）

Claims (2)

1. 第１のガラス基板上に第１の電極と誘電体層と前記誘電体層を覆う第１の保護膜と前記第１の保護膜を覆う第２の保護膜とを備えた第１の基板と、第２のガラス基板上に第２の電極と隔壁と蛍光体層とを備えた第２の基板とが対向配置されたプラズマディスプレイパネルであって、前記第１の保護膜はスパッタリング法で形成され、前記第２の保護膜は真空蒸着法で形成されており、前記第１の保護膜の屈折率が波長６３３ｎｍに対して、１．６８以上１．７４以下であり、前記第２の保護膜の屈折率が波長６３３ｎｍに対して、１．６０以上１．７２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。
2. 前記第１の保護膜の膜厚が１００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１記載のプラズマディスプレイパネル。

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