JP4967457B2 - プラズマディスプレイパネル - Google Patents

Description

本発明は、画像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（ＰＤＰ）に関するものである。

交流面放電型のＰＤＰは、走査電極および維持電極からなる表示電極を複数形成した前面基板と、その表示電極に直交するようにアドレス電極を複数形成した背面基板とを、基板間に放電空間を形成するように対向配置して周囲を封着し、放電空間にネオンおよびキセノンなどの放電ガスを封入して構成されている。表示電極は誘電体層で覆われており、この誘電体層上には保護膜が形成されている。そして、各電極に所定の電圧を印加して放電空間で放電を発生させ、背面基板上に設けられた蛍光体層を発光させることにより画像表示が行われる。

保護膜の役割として、放電によるイオン衝撃から誘電体層を保護すること、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などがあげられる。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。高い電子放出性能を有し、耐スパッタ性に優れた保護膜を有するＰＤＰについて例えば特許文献１に記載されている。
特開２００３−３１７６３１号公報

一般的に、保護膜は真空蒸着法やスパッタリング法、イオンプレーティング法によって成膜されるが、いずれの場合においても、放電ガスに曝される側である保護膜の表面側は密度の低い疎な膜となる。そのような保護膜の表面側の部分はＰＤＰを点灯している間に徐々にスパッタされていき、ＰＤＰを長期にわたって使用し続けるうちに放電特性が変化し、ＰＤＰの駆動が困難になるという課題があった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、エージング工程後のＰＤＰの放電特性の経時的変化を抑え、長期にわたって安定した表示を行うことが可能な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、間に放電空間を形成するように対向配置した第１の基板および第２の基板と、前記第１の基板上に設けられた走査電極および維持電極と、前記走査電極および前記維持電極を覆うように前記第１の基板上に形成された誘電体層と、前記誘電体層上に形成された保護膜とを有し、前記保護膜の表面から前記保護膜の厚み方向に、波長６００ｎｍの光に対する屈折率が１．５以下である領域が形成されており、前記領域の厚みが１５０ｎｍ以下である。

本発明によれば、長期にわたってＰＤＰを点灯させても、安定した表示を行うことができる。

以下、本発明の一実施の形態について、図面を用いて説明する。

図１は、交流面放電型のＰＤＰの一部を切り欠いて示す斜視図である。このＰＤＰは、前面パネル１と背面パネル２とを対向配置して周囲を封着することでそれらの間に放電空間３を形成し、放電空間３にネオンおよびキセノンなどからなる放電ガスを封入して構成されている。

前面パネル１は次のような構成である。すなわち、ガラス基板である前面基板（第１の基板）４上に、ストライプ状の走査電極５とストライプ状の維持電極６とからなる表示電極７を複数形成し、隣接する表示電極７の間に遮光層８を形成している。そして、表示電極７および遮光層８を覆うように誘電体層９を形成し、誘電体層９上に保護膜１０を形成している。

また背面パネル２は次のような構成である。すなわち、ガラス基板である背面基板（第２の基板）１１上に、走査電極５および維持電極６と直交するようにストライプ状のアドレス電極１２を複数形成し、アドレス電極１２を覆うように誘電体層１３を形成している。そして、この誘電体層１３上であってアドレス電極１２の間に位置するように、アドレス電極１２と平行な隔壁１４を設け、隔壁１４の間に蛍光体層１５を形成している。誘電体層１３は、放電電流を制御するとともに、蛍光体層１５が発生する可視光を前面パネル１側に反射する作用を有している。

走査電極５および維持電極６とアドレス電極１２とが立体交差する部分には表示の最小単位となる放電セルが形成され、すべての放電セルによりＰＤＰの表示領域（画像表示を行う領域）が構成される。そして、走査電極５に走査パルスを印加するとともにアドレス電極１２にアドレスパルスを印加してアドレス放電を発生させることにより、点灯させる放電セルを選択する動作を走査電極５毎に順次行った後、走査電極５と維持電極６に交互に維持パルスを印加することにより維持放電を発生させ、この維持放電によって生じる真空紫外線により、蛍光体層１５の蛍光体を励起発光させて前面パネル１を透過する光でカラー画像表示を行う。

図２に、ＰＤＰの保護膜１０を成膜する際に使用される真空蒸着装置の一例の構成図を示す。真空蒸着装置は、基板搬入チャンバ２１、基板加熱チャンバ２２、成膜チャンバ２３、冷却チャンバ２４、基板搬出チャンバ２５の５個のチャンバより構成されており、基板３１が基板搬入チャンバ２１から基板搬出チャンバ２５へ向けて搬送される。成膜チャンバ２３の下部壁面には一例として２基の電子ビームガン３２が設置されており、各々の電子ビームガン３２からリングハース３３の凹部に収容された薄膜原材料３４に向けて電子ビーム３５が集光されて照射される。これによって薄膜原材料３４は局所的に加熱昇温されて蒸発し、リングハース３３の上方を移動する基板３１上に保護膜が形成される。なお、基板３１は、前面基板４上に走査電極５、維持電極６、遮光層８および誘電体層９を形成したものであり、図２の真空蒸着装置を用いて誘電体層９上に保護膜１０を形成することで前面パネル１が作製される。

この前面パネル１と別途作製した背面パネル２とを対向させて周囲をフリットガラスで封着し、放電空間３に放電ガスを封入するとＰＤＰが得られる。このようにして製造されたＰＤＰは、その放電特性が時間とともに大きく変化し安定した性能を実現することができない。そこで、一般的には、ＰＤＰを製造した後、所定の電圧を印加してすべての放電セルで放電させて放電特性を安定化させるというエージング工程が行われる。

図３は、エージング工程を行ったＰＤＰの保護膜１０を、分光エリプソメータ（ジョバン・イボン社製のＵＶＩＳＥＬ）を用いて解析したときの結果の一例を示している。分光エリプソメータは、膜に光を入射させ、その反射光の干渉光を測定したデータを用いて膜厚と屈折率を解析するものであり、保護膜１０を多層膜と仮定して解析することにより各層の膜厚と屈折率を求めることができる。すなわち、多層膜に光を入射させた場合、各層の境界で屈折率の差に応じて光が反射されるため、各層の境界における反射光の和が干渉光として測定される。その測定された干渉光のデータを解析することで、仮定した多層膜の各層の膜厚と屈折率が得られる。図３の横軸は保護膜１０の表面からの距離（保護膜１０の厚み方向の距離）であり、図３に示すように誘電体層９側では高い屈折率であるが、保護膜１０の表面では屈折率が低下しており、特に保護膜１０の表面側（放電空間３に曝される側）の部分では保護膜１０の内側の部分に比べて急激に屈折率が変化している。なお、縦軸の屈折率は、波長６００ｎｍの光に対する値である。

ここで、図２に示すように基板３１を連続搬送しながら保護膜１０の成膜を行う場合には、保護膜１０の表面側の部分は、基板３１の法線方向ではなく基板３１に対して斜めの方向から薄膜原材料３４が入射することになり、低エネルギーの粒子が付着しやすいため、密度の低い疎な膜となる。これに対して、この疎な膜の内側（誘電体層９に近い側）の部分であって、基板３１の法線方向またはそれに近い方向から薄膜原材料３４が入射して形成された部分は、密度の高い緻密な膜となる。

密度の低い疎な膜は、密度の高い緻密な膜に比べてイオンスパッタに弱いため、エージング工程において大部分はスパッタされてなくなってしまうが、一部はエージング工程の後まで残ることになり、ＰＤＰの通常使用の点灯状態において経時的に徐々にスパッタされていく。保護膜１０の表面状態は電子放出特性に大きく影響を及ぼすため、保護膜１０が経時的にスパッタされて表面状態が変化することは、すなわち放電状態が経時的に変化していくことを意味し、ＰＤＰを長期にわたって使用し続けるうちに、エージング工程後に設定された初期設定電圧では適切な放電制御や駆動ができなくなることが考えられる。

以上のことから、保護膜１０の表面側の屈折率が小さい部分は密度の低い疎な膜となっており、保護膜１０の内側の屈折率が大きい部分は密度の高い緻密な膜となっている。そして、屈折率が大きい部分に比べて屈折率が小さい部分の方がイオンスパッタに弱いためＰＤＰの通常使用のときにスパッタされやすく、保護膜１０の表面側の屈折率が小さい部分が厚い場合にはＰＤＰの特性の経時的変化が大きくなる。

図４に、表面側の低屈折率部分の膜厚が異なる保護膜を有する２つのＰＤＰについて、ライフ試験におけるＰＤＰの完全点灯電圧の経時的変化を示す。（ａ）は（ｂ）に比べて保護膜１０の表面側の低屈折率部分の膜厚が薄いＰＤＰの場合である。ここでのライフ試験では、ＰＤＰの表示領域を点灯領域（ライフ試験で点灯させる領域）と非点灯領域（ライフ試験で点灯させない領域）とに分けて、点灯領域のみで点灯させてライフ試験を行い、ライフ試験の後に非点灯領域の部分を用いて分光エリプソメータ（ジョバン・イボン社製のＵＶＩＳＥＬ）により保護膜１０の屈折率分布を求めている。また、完全点灯電圧は、ＰＤＰの点灯領域のすべての放電セルを点灯させるために必要な維持パルス電圧（維持パルスの波高値）である。

図４から、（ａ）は完全点灯電圧の経時的変化が小さいが、（ｂ）は（ａ）に比較して経時的変化が大きいことがわかる。（ｂ）のように経時的変化が大きい場合、完全点灯電圧が電圧マージンを含んだ初期設定電圧を上回ってしまうことが考えられ、ＰＤＰの点灯不良につながることも起こり得る。

したがって、ＰＤＰの経時的な特性変化を抑制するためには、特性変化に大きく影響する保護膜表面の低屈折率部分の膜厚が薄く、エージング工程においてほぼスパッタされてしまうか、エージング工程後に残った低屈折率部分の膜厚が、ＰＤＰの経時的な特性変化に大きく影響しない程度である必要がある。

図３より、連続搬送成膜方法で作成した一般的な保護膜では、表面の屈折率は１．５程度から急激に低下することがわかる。これは、最表面に付着する低エネルギー粒子が形成する膜の屈折率が１．５以下であることを示しており、屈折率が１．５以下の部分の厚みを所定値以下にすることにより、ＰＤＰの経時的な特性変化を抑制することができると考えられる。

そこで、保護膜１０の表面部分において屈折率が１．５以下である領域（この領域を表面層とする）の厚みと、ＰＤＰのライフ試験における完全点灯電圧の上昇分との関係を調べた。ここで、ライフ試験を行うためのＰＤＰを５種類用意した。これらのＰＤＰは、図５に示す真空蒸着装置を用いて保護膜１０を形成した。図５において、図２の真空蒸着装置と同じ構成には同じ符号を付けており、図５に示す真空蒸着装置は、基板搬入チャンバ２１、基板加熱チャンバ２２、成膜チャンバ２３、冷却チャンバ２４、基板搬出チャンバ２５の５個のチャンバより構成されている。図２の真空蒸着装置と異なる点は成膜チャンバ２３内にシャッター２６を設けていることであり、シャッター２６によって蒸発した薄膜原材料３４の一部を遮るようにしている。図５に示すように、シャッター２６の遮蔽部分（薄膜原材料３４を遮る部分）の長さＬを適宜設定した状態で成膜すると、保護膜１０の成膜終期に斜め方向から膜表面に入射する低エネルギー粒子を遮断することになり、表面層の厚みが薄い保護膜１０が形成される。そして、長さＬを異ならせて保護膜１０を形成することにより、表面層の厚みが異なるＰＤＰ（５種類のＰＤＰ）を作製した。

また、このライフ試験では、前述の図４に関する説明と同様に、ＰＤＰの表示領域を点灯領域と非点灯領域とに分けて、点灯領域のみで点灯させてライフ試験を行い、ライフ試験の後に非点灯領域の部分を用いて分光エリプソメータにより保護膜１０の屈折率分布を求め、屈折率が１．５以下の部分の厚みを求めた。また、完全点灯電圧は、ＰＤＰの点灯領域のすべての放電セルを点灯させるために必要な維持パルス電圧であり、ライフ試験では、完全点灯電圧が上昇して飽和するまで経時的変化を測定し、飽和時の完全点灯電圧とライフ試験開始時の完全点灯電圧との差を求め、それを完全点灯電圧の上昇分とした。

上記のようにして得られた保護膜１０の表面層の厚みと完全点灯電圧の上昇分（電圧上昇分）との関係を図６に示す。図６より、保護膜１０の表面層の厚みが２０ｎｍ、５０ｎｍ、１００ｎｍの場合、すなわち、表面層の厚みが１００ｎｍ以下の場合には、ライフ試験での上昇電圧は３〜４Ｖでほぼ一定であることがわかる。これは、保護膜１０の表面状態に依らない、他の要因に起因する電圧上昇分であることを示している。表面層の厚みが１００ｎｍを超えると、表面層の厚みの増加に伴って電圧上昇分も増加していき、表面層の厚みが１５０ｎｍでの電圧上昇分は約９Ｖとなるが、この値はＰＤＰを正常に点灯させることが可能な範囲内である。また、表面層の厚みが１５０ｎｍを超えると、現実的な点灯時間内では完全点灯電圧は飽和せず、上昇を続けていった。この場合、長期にわたってＰＤＰの点灯を継続した場合に、初期状態における設定電圧を上回ってしまうことが考えられ、不灯などの点灯不良が発生する可能性がある。つまり、電圧上昇分のマージンを含んだ電圧を初期に設定することが困難となる。

以上の結果より、保護膜１０の表面層の厚みを１５０ｎｍ以下にすることにより、長期にわたってＰＤＰの点灯を継続しても、点灯不良が発生しないようにすることができる。さらに、保護膜１０の表面層の厚みを１００ｎｍ以下にすることにより、経時的な電圧上昇分を極力小さくすることができ、点灯状態の経時変化を抑制することができる。

すなわち、前面基板４上に設けられた走査電極５および維持電極６と、走査電極５および維持電極６を覆うように前面基板４上に形成された誘電体層９と、誘電体層９上に形成された保護膜１０とを有し、保護膜１０の表面から保護膜１０の厚み方向に、波長６００ｎｍの光に対する屈折率が１．５以下である領域が形成されており、前記領域の厚みを１５０ｎｍ以下とすることにより、長期にわたって点灯不良の発生が抑制されたＰＤＰを得ることができる。さらに、前記領域の厚みを１００ｎｍ以下とすることにより、より特性の優れたＰＤＰを得ることができる。

なお、保護膜１０の形成方法としては上記の真空蒸着法に限らず、スパッタリング法、イオンプレーティング法などを用いることも可能であり、この場合にも成膜条件を調整することにより、保護膜１０の表面層の厚みを制御することができる。

以上のように本発明によれば、長期にわたってＰＤＰを点灯させても、点灯不良の発生が抑制された、安定したＰＤＰを提供することができる。

本発明の一実施の形態によるプラズマディスプレイパネルの一部を示す斜視図 真空蒸着装置の一例を示す構成図 保護膜の膜厚方向の屈折率変化を示す図 ライフ試験におけるプラズマディスプレイパネルの完全点灯電圧の経時的変化を示す図 本発明の一実施の形態によるプラズマディスプレイパネルを製造するための真空蒸着装置の一例を示す構成図 保護膜の表面層の厚みと電圧上昇分との関係を示す図

符号の説明

１ 前面パネル
２ 背面パネル
３ 放電空間
４ 前面基板（第１の基板）
５ 走査電極
６ 維持電極
７ 表示電極
９ 誘電体層
１０ 保護膜
１１ 背面基板（第２の基板）
１２ アドレス電極
２１ 基板搬入チャンバ
２２ 基板加熱チャンバ
２３ 成膜チャンバ
２４ 冷却チャンバ
２５ 基板搬出チャンバ
２６ シャッター
３１ 基板

Claims (3)

1. 間に放電空間を形成するように対向配置した第１の基板および第２の基板と、前記第１の基板上に設けられた走査電極および維持電極と、前記走査電極および前記維持電極を覆うように前記第１の基板上に形成された誘電体層と、前記誘電体層上に形成された保護膜とを有し、前記保護膜の表面から前記保護膜の厚み方向に、波長６００ｎｍの光に対する屈折率が１．５以下である領域が形成されており、前記領域の厚みが１５０ｎｍ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. 前記領域の厚みが１００ｎｍ以下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. 前記保護膜は酸化マグネシウムにより形成された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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