JP4807032B2 - プラズマディスプレイパネル - Google Patents

Description

本発明は、大型のテレビジョンや広告、情報等の公衆表示用の画像表示デバイスなどへの利用が拡大してきているプラズマディスプレイパネル（以下、ＰＤＰともいう）に関する。

近年、ＥＬ装置、ＳＥＤ装置、液晶表示（ＬＣＤ）装置やＰＤＰ装置等のディスプレイパネルを用いる平板表示装置は薄型軽量化が可能で低消費電力であることから、大型のテレビジョン受像機や公衆表示用モニタとしての社会的な要望が増大し、注目を集めている。特に、希ガス放電による紫外線で蛍光体を励起発光させて画像・映像表示に利用し、視認性に優れるとされるＰＤＰでは、最近、表示領域のサイズが５０インチを超えて８０インチもある大画面のＰＤＰを用いた製品が登場している。将来的には、表示領域のサイズが１００インチを超えるさらに大画面のＰＤＰ装置も計画されており、高性能化、低価格化、最適量産化等を目指して次々と新しい技術が開発されてきている。

ＰＤＰには交流駆動方式と直流駆動方式があるが、ここでは一般的な交流駆動方式のＰＤＰ（以下、交流駆動方式のＰＤＰをＡＣ型ＰＤＰともいう）について説明する。また、ＡＣ型ＰＤＰには各種の方式があり、図５には面放電型と呼ばれる方式を一例として、その構成の概略を斜視図で示している。ＰＤＰは、ガラス等の透明基板製の前面板ＰＡ１、背面板ＰＡ２にそれぞれ行電極、列電極が直交配置され、画素（ピクセル）となる行、列両電極の交点および両基板間にある隔壁１９により放電空間２１を形成する構造となっている。以下、図５に示した一般的な面放電型のＡＣ型ＰＤＰの構成について簡単に説明する。

前面板ＰＡ１は、前面ガラス基板１１上に順次表示用の走査信号を入力するための走査電極１２ａおよび放電の維持信号を入力するための維持電極１２ｂが、それぞれ対をなして平行に複数形成されて行電極となる表示電極１２が構成されている。これらの表示電極１２上に放電による壁電荷を形成するための透明な誘電体層１３が成膜され、誘電体層１３上に放電によるイオン衝撃から誘電体層１３を保護するための誘電体保護膜（以下、単に保護膜ともいう）１４が形成されている。また、隣り合う走査電極１２ａと維持電極１２ｂの対間に、表示面のコントラストを高めるため、必要に応じてブラックマトリクスとなる遮光層１５を形成することもある。

次に、背面板ＰＡ２は、背面ガラス基板１６上に複数の表示データ信号を入力するための列電極となるアドレス電極（データ電極ともいう）１７が、前面板ＰＡ１の表示電極１２と交差する方向に複数形成されている。アドレス電極１７の上にやはり放電による壁電荷を形成するための下地誘電体層１８が成膜されて、さらにその上にアドレス電極１７と平行して隔壁１９が形成されており、隔壁１９間には赤色、緑色および青色をそれぞれ発光する蛍光体層２０が設けられている。

そして、前面板ＰＡ１と背面板ＰＡ２とをその電極形成面側を対向させながら貼りあわせてフリットガラス等のシール材を用いて封着パネル化して加熱しながら脱ガス処理を行った後、放電ガスとしてＨｅ、Ｎｅ、Ｘｅ等の希ガスを４００Ｔｏｒｒ〜６００Ｔｏｒｒの圧力で封入して、パネルの各電極に所定の電圧、波形の駆動パルスを印加して放電を行うエージングを実施し、放電空間２１が形成されたＰＤＰパネル１０が完成する。

完成したＰＤＰパネル１０には、走査電極１２ａ、維持電極１２ｂからなる表示電極１２およびアドレス電極１７に電気信号を供給するため、これらの電極の端子に駆動用のドライバＩＣが搭載された回路基板が接続され、制御信号回路や電源回路とともに筐体に組み込んで表示装置として完成する。各電極に所定の信号の電圧パルスを印加することにより封入された希ガスを放電させ、放電により放出される紫外線で隔壁１９間に設けられた各色蛍光体層２０を励起して赤色、緑色、青色の可視光を発光させて、カラー画像等からなる情報を表示することができる。

特に、前面板ＰＡ１の形成にあたっては、走査電極１２ａ、維持電極１２ｂからなる表示電極１２と誘電体層１３とが形成された前面ガラス基板１１上に放電によるイオン衝撃から誘電体層１３を保護するとともに、２次電子放出による蛍光体の発光を促進する目的で、保護膜１４が所定の条件下で電子ビーム蒸着によって形成されているが、一般的にこの保護膜１４は単結晶のＭｇＯが広く用いられている。そして、電子ビーム蒸着のような真空成膜技術によって形成されたＭｇＯの保護膜１４は、結晶性が高く緻密な膜であり、耐スパッ夕性に優れているので、放電で生じるイオン衝撃から誘電体層を保護しているのみならず、イオン衝撃により保護膜１４そのものから２次電子を放出し、駆動電圧を低下させる役割も担うという優れた特徴を有している。ガス放電によるイオン衝撃から誘電体層１３を保護する保護性能と、高い２次電子放出係数により放電電圧を下げて応答性の速い放電を実現するため、保護膜１４の結晶学的構造や各種物理的特性を改善するための各種の提案がなされている（例えば、特許文献１参照）。

上述したように、保護膜の役割としては、イオン衝撃から誘電体層を保護することがあるが、このほかにもアドレス放電を発生させるためのエキソ電子を放出することがあげられる。イオン衝撃から誘電体層を保護することは、放電電圧の上昇を防ぐ重要な役割であり、またアドレス放電を発生させるためのエキソ電子を放出することは、画像のちらつきの原因となるアドレス放電ミスを防ぐ重要な役割である（エキソ電子放出については、例えば、非特許文献１参照）。そして、保護膜の膜質として、イオン衝撃から誘電体層を保護するためには、高密度の膜、つまり屈折率の高い膜が望まれる。一方、アドレス放電を安定して発生させるためにエキソ電子を多く放出するためには、表面積の大きい膜、つまり表面の空隙率が高く屈折率の低い膜である、という相反する特性が望まれる。

ここで、図６に示したＭｇＯの保護膜形成に用いる従来の真空蒸着装置の模式図を用いて、一般的なＭｇＯ保護膜の形成方法の原理について簡単に説明する。一般的に、ＰＤＰのＭｇＯの保護膜１４は物理気相法により形成される。物理気相法とは、低圧力下で固体原料を加熱し、蒸発または昇華させることにより、原料の薄膜を対象とする物体上に形成する方法である。物理気相法には、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等がある。

図６において、真空蒸着装置４０は真空ポンプ４１が接続された密閉容器４２内に、主にＭｇＯの蒸発部となるハース４４および基板保持部となるトレイ４７からなる機器が設置されている。ＭｇＯからなる保護膜形成用原料４３は、水冷されたハース４４の蒸発源ポッド４３ａ中に供給され、酸素雰囲気下で電子銃４５から放出された熱電子ビーム４６を照射することにより、蒸着源にある原料４３に熱量が投入され、加熱・蒸発される。このとき、前面板ＰＡ１は、基板支持のための開口部４７ａを有するトレイ４７に乗せられ、図６に示す矢印の方向に沿って左側から右側に移動し、蒸発したＭｇＯは開口部４７ａを通過し、基板ヒータ４８により所定温度まで加熱された前面板ＰＡ１上に付着し、所望の形状、膜厚のＭｇＯ保護膜１４が連続的に形成される。

上述したように、保護膜として一般的に用いられているＭｇＯは、その本来の目的である放電空間における高い耐スパッタ性を有することと同時に、放電空間での電気的挙動として、一定の電子放出特性を有する膜であることが求められている。そのために、放電遅れ時間を短くして、高精細高画質表示を可能とするように誘電体保護膜の屈折率を波長４００ｎｍ〜１０００ｎｍの光に対して１．４〜２．０に設定することにより、保護膜からの電子放出性能を高くするための方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。一方、ＰＤＰ製造上の大きな課題として低コスト化が考えられ、主に高価な真空成膜によって形成される保護膜の生産性を考えると、搬送式の成膜装置の際には、パネル特性を確保するために放電特性を重視しつつ搬送速度を上げることで生産設備による対投資効果を向上させる必要があり、このために成膜に要するパワー（蒸着源へ投入する熱量）を上げることによって生産性を犠牲にすることなくパネル特性を確保することが必要となり、このための各種の成膜装置、成膜方法の提案がなされている（例えば、特許文献３参照）。
特開平１１−５４０４５号公報 特開２００３−３１７６３１号公報 特開２００４−５５１８０号公報 理化学辞典、第４版、第１１９頁、岩波書店、１９８７年

これまで経験的に、屈折率が高い膜を成膜した場合、保護膜の耐イオンスパッタ性は向上するが、エキソ電子の放出特性は悪化し、アドレス放電ミスが発生することで画質が低下し、一方、屈折率が低い膜を成膜した場合、エキソ電子放出特性は向上するが、耐イオンスパッタ性が悪化して、パネルの寿命が短くなることが知られている。そして、一般的に、電極上で電界が強く維持放電の際に高エネルギーイオンの衝撃を受ける箇所と、エキソ電子を放出して対向する電極間でアドレス放電が発生する箇所は異なるといわれていたが、電極上に保護膜を形成するにあたって、局所的に屈折率の異なる膜を成膜することは困難であった。

また、ＰＤＰのパネル内に封入する放電ガス種としては、一般的にＸｅ−ＮｅまたはＸｅ−Ｎｅ−Ｈｅなどの希ガスの混合ガスが用いられているが、これまではその混合ガス中のＸｅガスの混合比は１０％未満であった。Ｘｅが１０％未満の場合、保護膜からのエキソ電子の放出量および保護膜の耐スパッタ性は、特に膜質を制御しなくても十分に特性を満たしていたため、特性劣化の原因となる課題としては認識されていなかった。しかし、Ｘｅガスの混合比が１０％以上になると、エキソ電子の放出量は悪化してしまい、アドレス放電ミスが多発して画質が悪化する。またＸｅガスの混合比が増えると、ＰＤＰセル内の放電電流のピーク電流値が増大することで、保護膜が受けるイオン衝撃も増大し、耐スパッタ性も悪化する。

このような現象は、Ｘｅガスの混合比が１５％以上になるとさらにその影響が顕著になり、エキソ電子放出特性および耐スパッタ性の悪化は非常に大きな問題になる。今後、高Ｘｅ分圧化による発光効率および輝度の向上を目指して、セル内に封入される混合ガスのＸｅ分圧比は、１０％〜１５％、さらに２０％以上とますます上昇することが考えられる。したがって、高Ｘｅ分圧化すると膜質を制御することなくエキソ電子放出特性と耐スパッタ性を両立させることは非常に難しくなる。

本発明は、上述したような課題を解決するためになされたものであり、膜厚方向に屈折率を変化させた保護膜を成膜し、放電ガスに曝される膜表面側の屈折率を低くすることでエキソ電子放出特性を向上させ、誘電体層側の屈折率を高くすることで耐イオンスパッタ性を向上させた膜を形成することを目的とする。このような保護膜により、電界が強く維持放電の際に高エネルギーイオンの衝撃を受ける箇所では、膜表面側の低屈折率領域はスパッタされやすいため膜厚が薄くなるが、膜厚が薄くなるにつれて屈折率は高くなるためパネルの寿命は保つことができ、逆にエキソ電子を放出して対向する電極間でアドレス放電が発生する箇所では、高エネルギーイオンの衝撃を受けることが少ないので膜がスパッタされることは少なく、膜表面の、低屈折率で良好なエキソ電子放出特性は保つことができるようにするものである。

上記の目的を達成するために、本発明のＰＤＰは、走査電極と維持電極とからなる複数の表示電極および誘電体層が順次形成されるとともに、誘電体層が保護膜で被覆された第１の基板と、第１の基板との間に放電空間が形成されるように対向配置されかつ表示電極と直交する方向に形成されたアドレス電極を有するとともに放電空間を区画する隔壁間に蛍光体層を形成した第２の基板とを備えたプラズマディスプレイパネルにおいて、保護膜がＴｉＯ _２ 、ＣａＯ、ＢａＯ、Ｙ _２ Ｏ _３ 、Ｌａ _２ Ｏ _３ 、ＣｅＯ _２ 、ＨｆＯ _２ のいずれかからなる金属酸化物、前記金属酸化物のいずれかを含む混合酸化物、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＢＮのいずれかからなるＩＩＩ−Ｖ族化合物、ＭｇＳ、ＺｎＳ、ＢｅＳｅ、ＭｇＳｅ、ＭｇＴｅのいずれかからなるＩＩ−ＶＩ族化合物、またはＭｇＦ、ＬａＦ _３ 、ＣｅＦ _４ 、ＨｆＦ _４ のいずれかからなる金属ハロゲン化物で形成され、保護膜は異なる屈折率を有する３層以上の層からなり、かつ保護膜の誘電体層に近い下層の屈折率を放電ガスに曝される上層の屈折率よりも大きくした構成を有している。

また、本発明のＰＤＰは、保護膜の屈折率をｎとしたとき、ｎは波長６００ｎｍの光に対して１．２≦ｎ≦２．０の範囲にあり、かつ屈折率ｎが誘電体層に近い下層側から放電ガスに曝される上層側にわたって変化している構成であってもよい。

これらの構成により、ＰＤＰの前面板に形成される保護膜の誘電体層に近い下層側から放電ガスに曝される上層側にわたって屈折率が膜厚方向に変化し、下層側の屈折率が上層側の屈折率よりも大きいので、アドレス放電に寄与するエキソ電子放出特性が良好で、かつ耐スパッタ性の高い保護膜を備えた、高画質・長寿命のプラズマディスプレイパネルを提供することが可能になる。

本発明のＰＤＰによれば、前面板に形成される保護膜の誘電体層側の屈折率が放電ガスに曝される膜表面側の屈折率に比較して高く、屈折率が膜厚方向に変化することにより、エキソ電子放出特性が良好で、かつ耐スパッタ性の高い、高画質・長寿命のプラズマディスプレイパネルが実現できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

本発明の実施の形態においては、ＰＤＰは背景技術の説明で図５に一例を示した面放電型のＡＣ型ＰＤＰと同様な構造を有し、図６に模式図で示した保護膜形成用の真空蒸着装置により製造の手順を概略的に述べたのと同様な方法により保護膜が成膜されるものとする。

（実施の形態）
本発明の実施の形態におけるＰＤＰの構成について、今一度、図５を用いて簡単に説明する。図５に示した面放電型のＡＣ型ＰＤＰは、各電極にパルス状の電圧を印加することで放電を放電空間２１内で生じさせ、放電に伴って背面板ＰＡ２側で発生した赤、緑、青各色の可視光を、前面板ＰＡ１の主表面から透過させる構成を有している。

第１の基板である前面板ＰＡ１は、走査電極１２ａと維持電極１２ｂとがストライプ状に複数対配設（図５には便宜上１対を伸ばして記載）されて表示電極１２が形成された前面ガラス基板１１上に、表示電極１２を覆うように誘電体層１３が形成されている。さらに、この誘電体層１３を覆うように、膜厚方向に屈折率が変化する保護膜１４が形成されている。

第２の基板である背面板ＰＡ２には、複数のアドレス電極１７が背面ガラス基板１６上に、走査電極１２ａと維持電極１２ｂとからなる表示電極１２と直交するようにストライプ状に配されている。また、下地誘電体層１８はアドレス電極１７を覆うように形成され、アドレス電極１７を保護し、可視光を前面パネル側に反射する作用を担う。この下地誘電体層１８上にアドレス電極１７と同じ方向に向けて、アドレス電極１７を挟むように伸びる隔壁１９が立設され、隔壁１９間に塗布形成された蛍光体層２０が配されている。

１対の走査電極１２ａおよび維持電極１２ｂが表示電極１２を構成し、これらとアドレス電極１７とが交差する部分に隔壁１９で囲まれて放電空間２１が形成されている。各ピクセルを構成する放電空間２１内で放電を発生させ、放電に伴って蛍光体層２０から発生する赤、緑、青の３色の可視光が、前面板ＰＡ１を透過することにより、表示が行われる。

本発明によるＰＤＰは、屈折率が膜厚方向で一様でないという保護膜１４の特性およびその形成方法に特徴があり、その内容について、図１、図２、図３、図４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の保護膜形成に用いる真空蒸着装置の模式図、図２は本発明の実施の形態におけるＰＤＰの前面板に形成された屈折率が膜厚方向に変化する保護膜の模式図、図３は本発明の実施の形態におけるＰＤＰに形成されて種々の上層の屈折率を有するＭｇＯ保護膜の屈折率とエキソ電子放出量の関係を示すグラフ、図４は本発明の実施の形態におけるＰＤＰに形成された保護膜の屈折率とスパッタ量の関係を示すグラフである。なお、各図において図５、図６と同じ構成要素には同じ符号を付し、重複する構成要素の詳しい説明は省略する。

以下、図１に示したＭｇＯ保護膜１４を形成する真空蒸着装置３０の一例を用いて、本発明の実施の形態におけるＰＤＰのＭｇＯ保護膜形成方法を説明する。図１に示した真空蒸着装置３０の構成が図６に示した一般的なＭｇＯ保護膜を形成する真空蒸着装置４０と異なるところは、真空蒸着装置３０が、基板搬入チャンバ３１、基板加熱チャンバ３２、成膜チャンバ３３、冷却チャンバ３４、基板搬出チャンバ３５の５チャンバより構成されており、前面板ＰＡ１が矢印３６の方向に順次、搬送されて、ＭｇＯの保護膜を形成するシステム構成になっているところである。成膜チャンバ３３が真空容器４２に相等し、前面板ＰＡ１は基板加熱チャンバ３２で加熱されるので基板ヒータ４８は省略されている。図１において、成膜チャンバ３３の下部壁面には２基の電子銃４５、５５が設置されており、ＭｇＯ等の金属酸化物のペレットからなる保護膜形成用原料４３、５３は、水冷されたハース４４の蒸発源ポッド４３ａおよび第２の蒸発源ポッド５３ａ中にそれぞれ供給され、酸素雰囲気下で２基の電子銃４５、５５からそれぞれ放出された熱電子ビーム４６、５６が照射されることにより、加熱・蒸発される。蒸発したＭｇＯは、成膜チャンバ３３内を開口部４７ａを有するトレイ４７に載置されて搬送移動する前面板ＰＡ１に付着して所望の膜厚、形状のＭｇＯ保護膜１４が形成される。このとき、前面板ＰＡ１はあらかじめ基板加熱チャンバ３２で所定の温度に加熱されている。

保護膜１４を形成するにあたり、成膜時の酸素ガスの供給が必要である。酸素ガスを真空蒸着装置３０の真空成膜室（真空チャンバ）となる成膜チャンバ３３内に供給することにより、保護膜１４を目標の膜厚となるように制御する。電子ビーム照射により膜原料であるＭｇＯ等の金属酸化物を蒸発させると、膜原料から酸素原子が脱離しやすいので、酸素ガスの供給なしで形成した膜は酸素欠損状態になりやすい。そのため、成長表面には常に酸素ガスを供給する必要がある。このようにして、酸素ガスを供給しつつ成膜を行うことで、結果的に可視光に対する透明性を高めることができる。

また、保護膜１４の膜質・特性および膜厚は、基板である前面板ＰＡ１の加熱温度、酸素ガス圧力、電子銃からの電子ビームの強度、蒸着速度等の各種成膜パラメータによって任意に制御することができる。ＰＤＰにおいて保護膜１４として用いるためには、基板温度を２００℃以上、酸素ガス圧力を１０^−２Ｐａ台にすることが好ましい。成膜パラメータを制御することにより、成膜対象となる表面板ＰＡ１の面に垂直な方向に屈折率等の膜質、特性を膜厚方向に分布を持たせるように変化させて保護膜１４を形成することが可能になる。

以下、本発明の実施の形態において図１に示した蒸着装置を用いて成膜したＭｇＯの保護膜について説明する。本発明の実施の形態において図１に示した蒸着装置を用いて成膜したＭｇＯの保護膜は、図２に示したように、誘電体層側の屈折率が放電ガスに曝される膜表面側の屈折率に比較して高く、屈折率が膜厚方向に変化している。このような構造のＭｇＯの保護膜を形成するには、保護膜の屈折率を、誘電体層側から放電ガスに曝される膜表面側にかけて、膜厚方向に変化させるために、成膜中に膜表面に入射する保護膜材料粒子の入射角度を変化させて、ここに示した例では、大きくしていけばよい。こうすることで、成膜中に膜表面に入射する保護膜材料粒子の入射角度が、膜表面に垂直方向から角度が大きくなるにしたがい、つまり膜表面に対して斜め方向から入射するにつれて成膜される膜の屈折率は低下することになる。

したがって、放電ガスに曝される膜表面側の屈折率を低くすることでエキソ電子放出特性を向上させ、誘電体層側の屈折率を高くすることで耐イオンスパッタ性を向上させることができる。電界が強く維持放電の際に高エネルギーイオンの衝撃を受ける箇所では、膜表面側の低屈折率領域はスパッタされやすいため膜厚が薄くなるが、膜厚が薄くなるにつれて屈折率は高くなるためパネルの寿命は保つことができる。逆にエキソ電子を放出して、対向する電極間でアドレス放電が発生する箇所では、高エネルギーイオンの衝撃を受けることが少ないので、膜がスパッタされることは少なく、膜表面側の低屈折率の部分で良好なエキソ電子放出特性は保つことができる。

誘電体層側の屈折率が、放電ガスに曝される膜表面側の屈折率に比較して高く、例えば、屈折率の異なる２層の膜が膜厚方向に層状に積み重なった構造を持つような保護膜を成膜するためには、誘電体層側の、屈折率を高くする領域は、膜表面に対して垂直方向に近い角度から保護膜材料粒子を入射させ、途中から膜表面側で屈折率を低くするためには、膜表面に対して斜め方向から保護膜材料粒子を入射させて成膜すればよい。途中で膜表面への保護膜材料粒子の入射角度を変えることで、屈折率の異なる２層の膜が膜厚方向に層状に積み重なった構造を持つ保護膜を成膜することができる。

一般に、誘電体層側の膜の屈折率は高い方がよく、膜表面側の膜の屈折率は低い方がよいため、より大きな範囲で屈折率を変化させるには、保護膜は屈折率の異なる３層以上のより多くの層から構成されていることが望ましく、その場合は成膜途中で膜表面への保護膜材料粒子の入射角度を変える回数を増やせばよい。実際には、膜表面への保護膜材料粒子の入射角度を変えるために、２基の電子銃４５、５５のそれぞれの電子ビーム４６、５６の強度、すなわち電子銃のエミッション電流を変化させている。

次に、本発明の実施の形態において図１に示した真空蒸着装置を用いて成膜した保護膜を有するＰＤＰの特性について説明する。

以下に、本発明の実施の形態におけるＰＤＰの保護膜１４の膜質・特性のうち屈折率に関し、膜厚方向に分布を持たせて形成試作した例について説明する。始めに、屈折率が膜厚方向で変化する保護膜を図１に示した真空蒸着装置３０を用いて、真空蒸着法で成膜した前面板ＰＡ１のサンプルについて、保護膜の屈折率と、エキソ電子放出特性、耐スパッタ性との相関を調べた。

まず、成膜条件を調整することでさまざまな屈折率を有するサンプルを作成し、それぞれのサンプルのエキソ電子放出量を測定し、それぞれの保護膜の耐スパッタ性を評価した。それぞれの保護膜の屈折率を分光エリプソメータにより測定し、その測定結果を理論計算によりフィッティングすることで、波長６００ｎｍの光に対する光学屈折率を算出して、プロットする。

図３に、屈折率とエキソ電子放出量の関係を示す。保護膜材料として、ＴｉＯ_２、ＭｇＯ、ＭｇＦ_２の３種の材料を用いて保護膜を形成した前面板ＰＡ１のサンプルを作成し、屈折率を分光エリプソメータで測定している。保護膜材料としてＭｇＯを用いた場合の、屈折率１．６０のときの保護膜のエキソ電子放出量の測定値を１とし、それぞれの屈折率における保護膜のエキソ電子放出量の相対比を算出し、屈折率に対してプロットした。いずれの材料においても屈折率が低いほどエキソ電子放出量が増加しており、屈折率が低いほど保護膜の表面積が増加することと相関している。

耐スパッタ性に関しては、保護膜を一定時間にわたって一定パワーでドライエッチングを行い、エッチング量（すなわちスパッタ量）を測定した。図４に屈折率とスパッタ量の関係を示す。図４に示す結果は、保護膜材料としてＭｇＯを用いた場合の結果であるが、他の材料であるＴｉＯ_２、ＭｇＦ_２を用いた場合においても同様の結果が得られる。図４の結果は、屈折率が高いほどスパッタ量が減少していることを示しているが、このことは屈折率が高いほど膜密度が上昇することを表している。

図３に示した３種の材料の中で最も屈折率の低い材料であるＭｇＦ_２に着目すると、屈折率が１．２以下では、エキソ電子放出特性は飽和傾向にあり、また、３種の材料の中で最も屈折率が高いＴｉＯ_２では、屈折率が２．０以上になると、エキソ電子放出特性は急激に悪化していることがわかる。

耐スパッタ性に関しては、屈折率が高いほど耐スパッタ性が向上するため、必要なエキソ電子放出特性を有して、耐スパッタ性についても満足するためには、屈折率の値が１．２〜２．０の間にある保護膜であることが要求される。

ＰＤＰの保護膜材料として現在最も一般的であるＭｇＯについて考えると、図３において、ＭｇＯでは屈折率が１．３以下になると、エキソ電子放出特性はエキソ電子放出量の相対値は１．４を超えることがなく、飽和傾向にあることがわかる。また、ＭｇＯの物性値として、単結晶材料において屈折率が１．７５程度であることから、成膜される保護膜は単結晶材料の屈折率を上回ることはなく、１．７５以下の屈折率となる。したがって、保護膜材料としてＭｇＯを用いた場合、エキソ電子放出特性と耐スパッタ性を両立させるためには、屈折率の値が１．３〜１．７５の間にあることが要求される。

ところで、成膜直後の膜では、保護膜の最表面は非常に密度が疎であるラフネス層となってしまう。この原因としては、成膜終了直前に、最表面にエネルギーの非常に低い保護膜材料粒子が付着してしまうためと考えられる。このようなラフネス層は、パネルの製造における最終工程であるエージング工程でスパッタリングにより除去される層と考えられることから、パネル化後の特性に影響を与えるものではない。それゆえ、本発明は、成膜直後の最表面の２０ｎｍ以下の膜厚のこのラフネス層を除いた保護膜について適応されると考えればよい。

また、下地誘電体層が低融点ガラスであることから、誘電体層と保護膜との界面の層、つまり成膜初期に形成される層についてはアモルファス相となっている。この層については非常に結晶性が悪く、屈折率の低い層であると考えられるが、この層は保護膜としての結晶成長がなされる前に形成された層であり、本発明は、成膜初期の誘電体層との界面の２０ｎｍ以下の膜厚のこのアモルファス相を除いた保護膜について適応されると考えればよい。

Ｘｅガスの混合比を、現状で一般的な１０％未満から１０％以上にした場合、図３に示した関係は下方へシフトするため、同じ屈折率の保護膜でもエキソ電子放出量は減少してしまう。また、図４の屈折率とスパッタ量との関係は上方へシフトするため、同じ屈折率の保護膜でもスパッタ量は増加してしまう。Ｘｅガスの混合比をさらに１５％、２０％以上・・と増加させていくと、このような傾向はますます顕著になってくる。それゆえ、画質と寿命の両特性を両立させるためには、保護膜の屈折率の制御は不可欠のものとなる。

なお、上述した本発明の実施の形態におけるＰＤＰの保護膜の形成法は物理気相法の真空蒸着法を例にあげて説明したが、本発明はこの方法に限定されることはなく、スパッタリング法、イオンプレーティング法などを用いて保護膜を形成することも当然可能であり、それぞれの方法において成膜条件を調整することで、所望の特性をもつ膜を成膜すればよい。さらに、物理気相法以外にも、化学気相法、ゾルゲル法、印刷法、塗布法、含浸法といったほかの成膜方法により本発明の実施の形態におけるＰＤＰの保護膜を形成することも可能である。

また、本発明の実施の形態におけるＰＤＰは、保護膜形成用の材料としてＭｇＯ、ＴｉＯ_２、ＭｇＦ_２を用いた場合を例にあげたが、ほかにＣａＯ、ＢａＯ、Ｙ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、ＨｆＯ_２等の金属酸化物やこれらの混合酸化物、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＢＮ等のようなＩＩＩ−Ｖ族化合物、ＭｇＳ、ＺｎＳ、ＢｅＳｅ、ＭｇＳｅ、ＭｇＴｅ等のＩＩ−ＶＩ族化合物、ＭｇＦ、ＬａＦ_３、ＣｅＦ_４、ＨｆＦ_４のような金属ハロゲン化物等であってプラズマ放電によるイオン衝撃のダメージを受けにくくて、しかも２次電子放出係数の大きい材料であればいずれの材料を用いてもよい。

以上説明したように、本発明の実施の形態におけるＰＤＰでは、その前面板ＰＡ１に形成する保護膜の誘電体層側の屈折率が、放電ガスに曝される膜表面側の屈折率に比較して高く、屈折率が膜厚方向に変化するように分布を持たせて形成しているので、エキソ電子放出特性が良好で、かつ耐スパッタ性の高い保護膜となっており、高画質・長寿命のＰＤＰを実現できる。

本発明は、ＰＤＰの保護膜の膜質、特に屈折率を膜厚方向に変化するように分布を持たせて形成しているので、エキソ電子放出特性が良好で、かつ耐スパッタ性の高い保護膜を備えたＰＤＰパネルを提供することが可能であり、高画質・長寿命のＰＤＰ表示装置へ適用して効果が大きい。

本発明の実施の形態におけるＰＤＰの保護膜形成に用いる真空蒸着装置の模式図 本発明の実施の形態におけるＰＤＰの前面板に形成された屈折率が膜厚方向に変化する保護膜の模式図 本発明の実施の形態におけるＰＤＰに形成されて種々の上層の屈折率を有するＭｇＯ保護膜の屈折率とエキソ電子放出量の関係を示すグラフ 本発明の実施の形態におけるＰＤＰに形成された保護膜の屈折率とスパッタ量の関係を示すグラフ 一般的な面放電型のＡＣ型ＰＤＰの構成を示す斜視図 ＭｇＯの保護膜形成に用いる従来の真空蒸着装置の模式図

符号の説明

ＰＡ１ 前面板
ＰＡ２ 背面板
１０ ＰＤＰパネル
１１ 前面ガラス基板
１２ 表示電極
１２ａ 走査電極
１２ｂ 維持電極
１３ 誘電体層
１４ （誘電体）保護膜
１５ 遮光層
１６ 背面ガラス基板
１７ アドレス電極
１８ 下地誘電体層
１９ 隔壁
２０ 蛍光体層
２１ 放電空間
３０，４０ 真空蒸着装置
３１ 基板搬入チャンバ
３２ 基板加熱チャンバ
３３ 成膜チャンバ
３４ 冷却チャンバ
３５ 基板搬出チャンバ
４１ 真空ポンプ
４２ 密閉容器
４３，５３ （保護膜形成用）原料
４３ａ 蒸発源ポッド
４４ ハース
４５，５５ 電子銃
４６，５６ （熱）電子ビーム
４７ トレイ
４７ａ 開口部
４８ 基板ヒータ
５３ａ 第２の蒸発源ポッド

Claims (2)

1. 走査電極と維持電極とからなる複数の表示電極および誘電体層が順次形成されるとともに、前記誘電体層が保護膜で被覆された第１の基板と、前記第１の基板との間に放電空間が形成されるように対向配置されかつ前記表示電極と直交する方向に形成されたアドレス電極を有するとともに前記放電空間を区画する隔壁間に蛍光体層を形成した第２の基板とを備えたプラズマディスプレイパネルにおいて、
   前記保護膜がＴｉＯ _２ 、ＣａＯ、ＢａＯ、Ｙ _２ Ｏ _３ 、Ｌａ _２ Ｏ _３ 、ＣｅＯ _２ 、ＨｆＯ _２ のいずれかからなる金属酸化物、前記金属酸化物のいずれかを含む混合酸化物、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＢＮのいずれかからなるＩＩＩ−Ｖ族化合物、ＭｇＳ、ＺｎＳ、ＢｅＳｅ、ＭｇＳｅ、ＭｇＴｅのいずれかからなるＩＩ−ＶＩ族化合物、またはＭｇＦ、ＬａＦ _３ 、ＣｅＦ _４ 、ＨｆＦ _４ のいずれかからなる金属ハロゲン化物で形成され、
   前記保護膜は異なる屈折率を有する３層以上の層からなり、かつ前記保護膜の前記誘電体層に近い下層の屈折率を放電ガスに曝される上層の屈折率よりも大きくしたことを特徴とするプラズマディスプレイパネル。
2. 前記保護膜の屈折率をｎとしたとき、ｎは波長６００ｎｍの光に対して１．２≦ｎ≦２．０の範囲にあり、かつ前記屈折率ｎが誘電体層に近い下層側から放電ガスに曝される上層側にわたって変化してい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。

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