JP4742872B2 - プラズマディスプレイパネル - Google Patents

Description

本発明は、表示デバイスなどに用いるプラズマディスプレイパネルに関する。

プラズマディスプレイパネル（以下、ＰＤＰと呼ぶ）は、前面板と背面板とで構成されている。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とバス電極とで構成される表示電極と、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ガラス層と、この誘電体層上に形成された酸化マグネシウム（ＭｇＯ）からなる保護層とで構成されている。

ガラス基板としては、大面積化が容易で平坦性に優れたフロート法により製造されたガラス基板を用いている。表示電極は、薄膜プロセスにより形成した透明電極上に導電性を確保するための銀（Ａｇ）材料を含むペーストを所定のパターンで形成し、その後、焼成することによりバス電極を形成している。そして透明電極とバス電極とにより構成された表示電極を覆うように誘電体ペーストを塗布し焼成することにより誘電体層を形成している。誘電体層上には酸化マグネシウム（ＭｇＯ）からなる保護層を薄膜プロセスを用いて形成している。

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、アドレス電極を覆う誘電体層と、誘電体層上に形成された隔壁と、各隔壁間に形成された赤色、緑色および青色それぞれに発光する蛍光体層とで構成されている。

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、隔壁によって仕切られた放電空間にネオン（Ｎｅ）（９５％）−キセノン（Ｘｅ）（５％）の放電ガスが４００Ｔｏｒｒ〜６００Ｔｏｒｒの圧力で封入されている。ＰＤＰは、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させ、その放電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。また、このようなＰＤＰを表示させるには、１フレームの画像を複数のサブフィールド（ＳＦ）に分割することによって階調表現をする方式が用いられている。この方式では、放電を制御するため１ＳＦを初期化期間、アドレス期間、維持期間、消去期間に分割している。

このようなＰＤＰにおいて、高輝度を実現するために放電ガスとして封入されるキセノンの濃度を高め、さらにキセノンの封入によって増大する放電電圧を抑制するために水素を封入する例が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−３２２５０７号公報

このように、従来のＰＤＰでは、ＰＤＰ内の放電ガス中のキセノン濃度を高めると放電電圧が大幅に上昇してアドレス放電が不安定になるため、水素を添加することにより放電電圧を低下させている。しかしながら、水素を含む長時間の放電においては、水素を含まない放電に比べて輝度劣化の大きいことが判った。この現象は、水素イオンによって蛍光体層を形成する蛍光体粒子がスパッタされ、蛍光体の発光特性が劣化すると考えられている。

本発明は高輝度で動作電圧が低く、さらに、長期間放電でも輝度劣化のないＰＤＰを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明のＰＤＰは、少なくとも電極と誘電体層とを有する前面板と、蛍光体層を有する背面板とを対向配置して放電空間を形成し、放電空間に放電ガスを充填したＰＤＰであって、放電空間には少なくともキセノン（Ｘｅ）と水素（Ｈ₂）とを含む放電ガスを充填するとともに、蛍光体層を構成する蛍光体粒子の表面を金属酸化物の皮膜で被覆し、キセノンの濃度が体積比率で５％以上で、水素の濃度が体積比率で１％以上１５％以下であることを特徴としている。

このような構成によれば、高輝度でアドレス放電を安定化であり、蛍光体粒子の母体結晶を金属酸化物の皮膜によって保護することが可能となるために長期間放電でも輝度劣化のないＰＤＰを実現することができる。

さらに、金属酸化物が酸化マグネシウムであることが望ましく、蛍光体粒子の母体結晶の保護を確実に行い、輝度劣化を抑制することができる。

さらに、金属酸化物の皮膜の厚さが１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが望ましく、初期の輝度低下を抑制するとともに、長時間放電の輝度劣化をも抑制することが可能となる。

本発明によれば、高輝度でアドレス放電を安定化させて放電電圧が低く、さらに、長期間放電でも輝度劣化のないＰＤＰを実現することができる。

（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態におけるＰＤＰについて図面を用いて説明する。

図１は本発明の実施の形態におけるＰＤＰの主要構成を示す断面斜視図である。また、図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。図１に示すように、ＰＤＰは放電空間が形成されるように互いに対向配置した前面板１と背面板２とにより構成される。

まず、前面板１について説明する。前面ガラス基板３の背面板２側の面上に、ストライプ状の走査電極４と維持電極５とを面放電ギャップを挟んで配列し表示電極６を形成している。すなわち、表示電極６は平行配置された走査電極４と維持電極５とが対をなして形成されている。走査電極４および維持電極５は、ＩＴＯやＳｎＯ_２などの透明導電性材料によって形成された透明電極４ａ、５ａと、その上に形成された透明電極４ａ、４ｂよりも幅が狭く、導電性に優れたバス電極４ｂ、５ｂとで構成されている。バス電極４ｂ、５ｂは、例えば銀（Ａｇ）厚膜（厚み：２μｍ〜１０μｍ）、アルミニウム（Ａｌ）薄膜（厚み：０．１μｍ〜１μｍ）またはクロム／銅／クロム（Ｃｒ／Ｃｕ／Ｃｒ）積層薄膜（厚み：０．１μｍ〜１μｍ）で構成される。

表示電極６を形成した前面ガラス基板３上に、表示電極６を覆うように、例えば、ＰｂＯ−ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＺｎＯ−ＢａＯ系のガラス組成を有する誘電体ガラス材料からなる誘電体層７を形成し、さらに誘電体層７上の全域にわたって保護層８が積層形成されている。保護層８は酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を主成分とする薄膜によって形成されている。

次に背面板２について説明する。背面ガラス基板９の前面板１側の面上に、複数のアドレス電極１０がストライプ状に形成されている。さらにアドレス電極１０を覆うように下地誘電体層１１が形成されている。下地誘電体層１１上には、例えばストライプ状の隔壁１２がアドレス電極１０の間に位置するように配設されている。隔壁１２と下地誘電体層１１とで形成されるストライプ状の凹部には、（Ｙ、Ｇｄ）ＢＯ_３：Ｅｕや、Ｙ_２Ｏ_３：Ｅｕの蛍光体粒子からなる赤色蛍光体層１３Ｒ、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４：Ｍｎや（Ｙ，Ｇｄ）ＢＯ_３：Ｔｂの蛍光体粒子から緑色蛍光体層１３Ｇ、および、ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕの蛍光体粒子からなる青色蛍光体層１３Ｂがセルピッチ０．１６ｍｍ（４２インチのＨＤ−ＴＶの場合）で規則的に配置、形成されている。

このような構成の前面板１と背面板２とを、アドレス電極１０と表示電極６とが直交するように対向して配置させて、隔壁１２および各色蛍光体層１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂで構成されたストライプ状凹部と保護層８とで囲まれた放電空間１４を形成する。前面板１および背面板２の外周縁部を封着ガラスで封止するとともに、放電空間１４に放電ガスを充填してＰＤＰを完成させている。したがって、表示電極６とアドレス電極１０とが交差する領域が、画像表示にかかわる放電セルを形成している。なお、放電空間１４には、放電ガスが４００Ｔｏｒｒ〜６００Ｔｏｒｒ程度の圧力で充填されている。

ＰＤＰは、各放電セルにおいて発生する放電によって短波長の紫外線（波長約１４７ｎｍ）が発生し、この紫外線により各色蛍光体層１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂが励起発光することにより画像表示を行うことができる。

本発明の実施の形態では、放電空間１４に充填されるガスとしては、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）の中から選ばれる少なくとも一つと、キセノン（Ｘｅ）と水素（Ｈ_２）とを含み、Ｘｅの濃度を５％以上としている。また、封入される水素の濃度は、１５％以下としている。このようなＰＤＰは所定時間のエージング工程を経た後にＰＤＰとして完成される。

なお、本発明の実施の形態では、赤色蛍光体層１３Ｒ、緑色蛍光体層１３Ｇ、青色蛍光体層１３Ｂを構成する蛍光体粒子の表面に、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の薄膜を被覆している。酸化マグネシウムの薄膜を被覆する方法としては、蛍光体粒子に直接真空蒸着法などで被覆する方法、湿式の噴霧法などを用いる方法などを用いることができ、その膜厚としては１０ｎｍから５０ｎｍとなるように制御している。

上述のように、本発明の実施の形態におけるＰＤＰでは、放電ガスとしてキセノンを５％以上、水素を１５％以下、残りを主にネオンとし、これらのガスを充填後にエージング工程を経て完成させている。その結果、エージング中に生じた水素ラジカル（励起状態で活性度の高い水素）の作用によって、水素が保護層８、各色蛍光体層１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂ、隔壁１２に吸蔵され放電ガス中の水素が十分に吸蔵された状態を形成することができる。特に、保護層８に水素が吸蔵されると保護層８を長期にわたって電子放出性能を高めるとともに、耐スパッタ性を高めて電子放出性能の劣化を抑制することができる。その結果、放電ガスとして高濃度のキセノンを用いてＰＤＰの高輝度化を実現し、アドレス放電の安定化と放電電圧の低電圧化を図ることができる。

さらに、本発明の実施の形態におけるＰＤＰでは、吸蔵された水素以外の水素がＰＤＰ内に充填されていることとなる。水素（Ｈ）は、原子半径がマグネシウム（Ｍｇ）、酸素（Ｏ）のそれよりも小さく軽い、さらに放電空間中は特に活性な水素ラジカルも発生するため、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）結晶格子中を比較的すばやく移動することができる。そのため、酸化マグネシウム結晶中に取り込まれた水素がバッファとなって酸化マグネシウムのスパッタを抑制することができると考えられる。特に本発明の実施の形態のように、放電ガス中のキセノン濃度が５％以上と高くなると、放電中のＸｅイオンの濃度も上昇し保護層のスパッタ率が大きくなるが、そのスパッタ現象を添加した水素によって抑制することが可能となる。

しかしながら、（Ｙ、Ｇｄ）ＢＯ_３：Ｅｕや、Ｙ_２Ｏ_３：Ｅｕの赤色発光の蛍光体粒子、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４：Ｍｎや（Ｙ，Ｇｄ）ＢＯ_３：Ｔｂの緑色発光の蛍光体粒子、および、ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕの青色発光の蛍光体粒子は、水素を含む長時間の放電においては、水素を含まない放電に比べて輝度劣化の大きいことが判った。この現象は、水素イオンによって蛍光体層を形成する蛍光体粒子の母体結晶がスパッタされ、蛍光体の発光特性が劣化するためと考えられる。

一方、本発明の実施の形態では、これらの蛍光体粒子の表面に、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の薄膜を被覆している。したがって、前述の酸化マグネシウムの保護層で説明したのと同様に、水素（Ｈ）は、原子半径がマグネシウム（Ｍｇ）、酸素（Ｏ）のそれよりも小さく軽い、さらに放電空間中は特に活性な水素ラジカルも発生するため、蛍光体粒子に被覆された酸化マグネシウム（ＭｇＯ）結晶格子中を比較的すばやく移動することができる。その結果、蛍光体粒子表面に被覆された酸化マグネシウムの薄膜のスパッタを抑制し、結果として蛍光体粒子の母体結晶のスパッタを抑制することとなり、長時間放電での輝度劣化を抑制することが可能となる。

本発明の実施の形態におけるＰＤＰの実施例として、セルピッチ０．１６ｍｍの４２インチのＨＤ−ＴＶ仕様のＰＤＰを作製し、放電ガスへ添加する水素の濃度、蛍光体粒子への酸化物皮膜の膜厚を変えたＰＤＰを作製し点灯試験を行った。その結果を表１に示す。

表１には、作成したＰＤＰの放電ガス条件と蛍光体粒子表面に形成した酸化物皮膜の条件に対する点灯試験の結果を示す。なお、ＰＤＰサンプル１〜６、１５は本発明の実施の形態と比較するための比較例であり、ＰＤＰサンプル７〜１４が本発明の実施の形態におけるＰＤＰである。表１に示すように、放電ガスとしてはネオン、キセノンを主成分として高輝度化を図るためのキセノンの濃度は１５％一定とし、水素の濃度を変えている。

また、表１に示す蛍光体としては赤色蛍光体としては（Ｙ、Ｇｄ）ＢＯ_３：ＥｕとＹ_２Ｏ_３：Ｅｕの蛍光体粒子を、緑色蛍光体としてはＺｎ_２ＳｉＯ_４：Ｍｎの蛍光体粒子を、青色蛍光体としてはＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕの蛍光体粒子を用い、酸化物皮膜としての酸化マグネシウムを湿式法によって全ての色の蛍光体粒子に被覆している。

また、点灯試験としては、これらのＰＤＰを所定の初期化波形を用いた駆動波形で点灯させ、アドレス放電での放電安定性（アドレスミス）を確認した。アドレスミスが生じると、本来点灯すべき画素が放電しなくなるため画質劣化を引き起こす原因となる。アドレス放電の安定性に対する表１の評価の基準は、アドレス放電が非常に安定で表示画面にちらつきがまったくない状態、アドレス放電が安定で表示画面のちらつきが通常の視聴では問題にならない状態、アドレス放電が不安定で放電ミスが時々起こる状態の３段階の評価をしている。

また、ＰＤＰの輝度は、維持放電させて全面白色点灯させた時の輝度を輝度計で測定し、ＰＤＰサンプル１の輝度を１００として相対値で示している。また、輝度劣化試験はＰＤＰに電圧２００Ｖ、周波数５０ｋＨｚの放電維持パルスを２００時間連続して印加してその後における輝度を測定し、初期輝度と比較した。また、輝度劣化試験後の輝度評価としては、初期輝度に対して８０％程度を確保できているＰＤＰを良好と判断した。

表１の結果より、ＰＤＰサンプル１では、放電ガスへの積極的な水素の添加がないためにアドレス放電が非常に不安定であるが、初期輝度と輝度劣化試験後の輝度は良好であることが判る。一方、ＰＤＰサンプル２〜５に示すように、放電ガス中の水素濃度を増加させたサンプルでは、アドレス放電は非常に安定した状態となるが、水素濃度の増加につれて輝度劣化試験後の輝度低下が大きくなることが判る。このことは、前述のように、水素添加によって蛍光体粒子の母体結晶がスパッタされやすくなるためと考えられる。

一方、ＰＤＰサンプル６はＰＤＰサンプル１の蛍光体粒子に膜厚２０ｎｍの酸化マグネシウム皮膜を形成したサンプルであり、初期輝度はＰＤＰサンプル１に比較して低下するが、輝度劣化試験後の輝度低下が小さくために、結果として輝度劣化試験後の輝度評価がＰＤＰサンプル１と同等となっている。また、ＰＤＰサンプル７はＰＤＰサンプル３の蛍光体粒子に膜厚１０ｎｍの酸化マグネシウム皮膜を形成したサンプルであり、初期輝度の低下はＰＤＰサンプル６よりも小さいが、輝度劣化試験後の輝度低下が若干大きくなっている。

ＰＤＰサンプル８〜１０には、蛍光体粒子への酸化マグネシウム皮膜の膜厚を２０ｎｍとして、放電ガス中の水素濃度を変えた結果を示している。表１の結果より、いずれの水素濃度でも、膜厚が２０ｎｍ程度であれば、アドレス放電が安定し、輝度劣化を抑制したＰＤＰを実現することができている。また、ＰＤＰサンプル１１〜１４では、蛍光体粒子への酸化マグネシウム皮膜の膜厚を５０ｎｍとして、放電ガス中の水素濃度を変えた結果を示している。表１の結果より、酸化マグネシウム皮膜の膜厚を増加させると初期輝度が低下する。さらに、放電ガス中の水素濃度が２５％となると、放電中の水素による蛍光体粒子の母体結晶のスパッタが促進されて輝度劣化が著しくなることが判る。

また、ＰＤＰサンプル１５は放電ガスの条件をＰＤＰサンプル９、１２と同様にして、蛍光体粒子への酸化マグネシウム皮膜の膜厚を１００ｎｍと大きくした結果である。表１の結果より、酸化マグネシウム皮膜の膜厚が１００ｎｍと大きくなると、輝度劣化試験後の輝度低下は小さいが酸化マグネシウム皮膜によって放電によって発生する真空紫外線が吸収されるため初期輝度が大幅に低減し、必要な輝度を確保できないということが判る。

表１には、アドレス放電の安定性、初期輝度評価、輝度劣化試験後の輝度評価の３点より評価し、◎印：非常に良好、○印：良好、△印：やや良好、×印：不可として評価した。その結果、総合評価としてＰＤＰサンプル７〜１３がセルピッチ０．１６ｍｍの４２インチのＨＤ−ＴＶ仕様のＰＤＰとして良好であることが判った。すなわち、放電ガスとして水素濃度を１５％以下封入し、蛍光体粒子に１０ｎｍ〜５０ｎｍの酸化物皮膜を形成したＰＤＰである。

なお、上述の実施の形態では、放電ガスとしてキセノンの濃度を１５％で一定とした場合について述べたが、キセノンの濃度が５％以上であればＰＤＰの輝度向上を図ることが可能であることを確認しており、本発明もキセノンの濃度が５％以上で適用可能である。

また、上述の実施の形態では、蛍光体粒子の表面を被覆する酸化物皮膜として酸化マグネシウム皮膜を形成した場合について説明したが、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）なども適用可能であることを確認している。

さらに、緑色蛍光体層の蛍光体粒子としてＺｎ_２ＳｉＯ_４：Ｍｎを用いるＰＤＰの場合に、放電ガスとして水素を導入すると、緑色の輝度劣化が他の色に比べて大きいことが確認されている。したがって、上記の実施の形態では、赤色、緑色、青色の３色の蛍光体粒子全てを酸化物皮膜で被覆する場合について説明したが、緑色蛍光体粒子のみを被覆することによっても輝度劣化を低下させることは可能である。

本発明によれば、高輝度でアドレス放電を安定化させて放電電圧が低く、さらに、長期間放電でも輝度劣化のない大画面のプラズマディスプレイ装置に有用である。

本発明の実施の形態におけるＰＤＰの主要構成を示す断面斜視図 図１のＡ−Ａ線断面図

符号の説明

１ 前面板
２ 背面板
３ 前面ガラス基板
４ 走査電極
４ａ，５ａ 透明電極
４ｂ，５ｂ バス電極
５ 維持電極
６ 表示電極
７ 誘電体層
８ 保護層
９ 背面ガラス基板
１０ アドレス電極
１１ 下地誘電体層
１２ 隔壁
１３ 蛍光体層
１３Ｒ 赤色蛍光体層
１３Ｇ 緑色蛍光体層
１３Ｂ 青色蛍光体層
１４ 放電空間

Claims (3)

1. 少なくとも電極と誘電体層とを有する前面板と、蛍光体層を有する背面板とを対向配置して放電空間を形成し、前記放電空間に放電ガスを充填したプラズマディスプレイパネルであって、前記放電空間には少なくともキセノン（Ｘｅ）と水素（Ｈ₂）とを含む放電ガスを充填するとともに、前記蛍光体層を構成する蛍光体粒子の表面を金属酸化物の皮膜で被覆し、前記キセノンの濃度が体積比率で５％以上で、前記水素の濃度が体積比率で１％以上１５％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. 前記金属酸化物が酸化マグネシウム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。
3. 前記金属酸化物の皮膜の厚さが１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラズマディスプレイパネル。

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