JP4976494B2 - プラズマディスプレイパネルとその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は保護膜及びその形成方法に係り、特にプラズマディスプレイパネル（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ；ＰＤＰ）に広く用いられるＭｇＯ層の放電特性を向上させることができる保護膜及びその形成方法に関するものである。

一般的にプラズマディスプレイパネルは、放電セル内で生じる気体放電による紫外線で蛍光体を励起させて画像を具現する表示装置であって、高解像度の大画面構成が可能となり、次世代の平板表示装置として注目されている。

プラズマディスプレイパネルの一例として、各放電セルに対応して後面基板にアドレス電極、隔壁及び蛍光層が形成され、前面基板に走査電極と表示電極とに区別される放電維持電極が形成された構造が提示されている。アドレス電極と放電維持電極はそれぞれ誘電体膜で覆われ、放電セルの内部は放電ガスで充填されている。このような構成を有するプラズマディスプレイパネルはアドレス電極と走査電極との間にアドレス電圧が印加されることでアドレス放電が生じ、このアドレス放電の結果、アドレス電極上の誘電層と放電維持電極上の誘電層とに壁電荷（ｗａｌｌ ｃｈａｒｇｅ）が生成されることで、主放電が生起される放電セルが選択される。その後、選択された放電セルの走査電極と表示電極との間に維持電圧が印加されると、走査電極上に積もっていた陽イオンと表示電極上に積もっていた電子とが衝突して主放電を生起させ、この主放電時に励起されたＸｅのエネルギー準位が低くなると同時に紫外線が放出される。そして、この紫外線が放電セル内に塗布された蛍光体を励起させ、この励起された蛍光体のエネルギー準位が低くなると同時に可視光が放出され、この放出された可視光が画像を構成する。

放電セルでプラズマ放電が生起される時、前面基板の誘電体膜上に形成されたＭｇＯ膜はプラズマに直接露出することによりプラズマの放電開始及び維持に直接関与するようになり、プラズマディスプレイパネルの電気的、光学的特性と密接に関連するようになる。ＭｇＯ膜の有する高い２次電子放出係数は、放電セルの放電電圧を低くして素子の全体的な電力消耗を抑え、高いプラズマイオン耐久性はプラズマディスプレイパネルの寿命延長にも重要な役割を果たす。また、ＭｇＯ膜はバンドギャップエネルギーが７．８ｅＶ以上と高いため、プラズマによって発生した紫外線が蛍光体を励起させる時に発生する可視光線を效率的に透過させる役割を果たす。

現在、プラズマディスプレイパネルに用いられるＭｇＯ膜は前面基板の誘電体膜上に電子ビーム蒸着法、イオンプレーティング法などを用いて形成する。ＭｇＯ膜はプラズマ放電に直接関連して素子の電力消耗を決める支配的な役割をするため、ＭｇＯ膜のプラズマ放電開始電圧を低くするための研究が注目されている。それに応じて、蒸着方法及びドーピングによってＭｇＯ膜の結晶性、密度、応力などを調節する方法やＭｇＯ膜より優秀な特性を有する新しい保護膜材料を製造する方法などの研究が進んでいる。一方、プラズマ放電を直接誘導するＭｇＯ膜の２次電子は、ＭｇＯ膜の内部の電子がトンネルして非活性気体、例えばネオン（Ｎｅ）の陽イオンと中和する時に形成されるエネルギーを吸収して放出する。そのため、２次電子放出はＭｇＯ膜の結晶性、密度、応力のようなバルク特性より表面の特性に大きく支配されるようになるが、これを利用した研究は充分になされていない。また、ＭｇＯ膜代替研究においても一部の新しい保護膜材料の場合には優秀な放電特性を有する研究結果が報告されている。しかし、ＭｇＯ膜に比べて低い信頼性を有するため、実際の生産工程に使用され得ない問題がある。
上記のような問題のため、低い放電開始電圧を有する保護膜を開発し研究するのに限界がある。

本発明は、ＭｇＯ膜、酸化膜及びＭｇＯ膜の多層構造で保護膜を形成してプラズマ放電に必要な２次電子放出障壁を低くすることで、放電開始電圧を低くし、全力消耗を抑えることができる保護膜及びその形成方法を提供する。

また、本発明は、ＭｇＯ膜間に酸化物形成の容易な挿入膜を形成した後、レーザーを照射して酸化させ、この時に発生するＭｇＯ膜界面の欠陥を用いてプラズマ放電に必要な２次電子放出障壁を低くすることで、放電開始電圧を低くし、全力消耗を抑えることができる保護膜及びその形成方法を提供する。

本発明の一実施の形態における保護膜は、所定の構造が形成された基板、及び前記基板上に順次形成された第１のＭｇＯ膜、挿入膜及び第２のＭｇＯ膜を有する。
前記基板は、電極と、前記電極を含む基板上に形成された誘電体膜とを有する。
前記保護膜は、前記第１及び第２のＭｇＯ膜と前記挿入膜との間に形成された酸素空孔を有する。
前記挿入膜は、レーザーの照射により酸化される。

本発明の一実施の形態における保護膜形成方法は、所定の構造が形成された基板上に第１のＭｇＯ膜、挿入膜及び第２のＭｇＯ膜を順次形成する段階、及びレーザーを照射して前記挿入膜を酸化させて酸化膜を形成し、前記第１及び第２のＭｇＯ膜と前記酸化膜の界面に酸素空孔を生成する段階を有する。
前記保護膜形成方法は、前記基板上に電極を形成する段階と、前記電極を含む前記基板上に誘電体膜を形成する段階とを更に含む。
前記第１及び第２のＭｇＯ膜は、電子線蒸着法、イオンプレーティング法、ＲＦ反応性スパッタリング法のいずれかを用いて形成する。
前記挿入膜は、前記第１及び第２のＭｇＯ膜と同じ方法で形成する。

前記挿入膜は金属膜または半導体膜であり、前記金属膜はＩｎ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｙ，Ａｌ，Ｖ，Ｚｒ，Ｃｒのうち少なくともいずれか１つを用いて形成し、前記半導体膜はＳｉまたはＧｅのうち少なくともいずれか１つを用いて形成し、前記半導体膜は前記レーザーのエネルギーバンドギャップより小さなエネルギーバンドギャップを有する物質を用いる。
前記レーザーは、ＡｒＦ，ＫｒＣｌ，ＫｒＦ，ＸｅＣｌ，ＸｅＦのいずれかのガスを用いる。
前記第２のＭｇＯ膜は、前記レーザーを通過させ、前記酸素空孔が生成されるようにする厚さに形成する。

上述のように、本発明によると、第１のＭｇＯ膜、挿入膜及び第２のＭｇＯ膜を積層した後、レーザーを照射して挿入膜を酸化させると同時に、第１及び第２のＭｇＯ膜と挿入膜の界面に欠陥を発生させることで、プラズマ放電開始電圧を大きく低くすることができ、プラズマディスプレイパネルの全力消耗を大きく抑えることができる。また、従来のＭｇＯ膜をベースとして、挿入膜もＭｇＯ膜と同じ装備内で蒸着するため、従来の設備をそのまま活用することができる。そして、レーザーの照射を用いて挿入膜を酸化させるため、挿入膜を酸化させるための別途の熱処理工程などを行わなくても良いので、熱処理工程などによるプラズマディスプレイパネルの変形及び特性変化を防止することができる。

本発明の実施の形態１における保護膜が適用されるプラズマディスプレイパネルの断面図。 本発明の実施の形態１における保護膜の形成方法を説明するためのプラズマディスプレイパネルの断面図。 本発明の実施の形態１における保護膜の形成方法を説明するためのプラズマディスプレイパネルの断面図。 本発明の実施の形態１における保護膜の形成方法を説明するためのプラズマディスプレイパネルの断面図。 本発明の他の実施の形態における保護膜の形成方法を説明するためのプラズマディスプレイパネルの断面図。 本発明の他の実施の形態における保護膜の形成方法を説明するためのプラズマディスプレイパネルの断面図。 本発明の他の実施の形態における保護膜の形成方法を説明するためのプラズマディスプレイパネルの断面図。 従来の単一層ＭｇＯ保護膜と本発明における多層保護膜のプラズマ放電特性グラフ。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の１実施の形態におけるプラズマディスプレイパネルの前面基板の断面図である。
図１において、ガラス基板１０上に放電維持電極１００としての走査電極２０及び表示電極３０が所定間隔離隔して形成される。走査電極２０は、透明電極２０ａとこの透明電極２０ａの上面に部分的に形成されたバス電極２０ｂで構成される。走査電極３０は、透明電極３０ａとこの透明電極３０ａの上面に部分的に形成されたバス電極３０ｂで構成される。透明電極２０ａ及び３０ａは、透過度を考慮してＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）などの透明性導電物質を用いて形成する。

バス電極２０ｂ及び３０ｂは、透明電極２０ａ及び３０ａの高い抵抗を補償するためにＡｇ単一膜で形成したり、Ｃｒ，Ｃｕ及びＣｒの積層膜を用いて形成する。走査電極２０及び表示電極３０を含むガラス基板１０上に誘電体膜４０が形成される。誘電体膜４０は、放電時に隣接する走査電極２０と表示電極３０が直接通電されることと、陽イオンまたは電子が走査電極２０または表示電極３０に直接衝突して走査電極２０または維持電極３０を損傷させることとを防止しながら電荷を誘導して壁電荷を蓄積することができる。また、誘電体膜４０は、光透過性の優秀な誘電体、例えばＰｂＯ，Ｂ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２のうち少なくともいずれか一つを用いて形成する。

更に、誘電体膜４０は、走査電極２０及び表示電極３０が駆動されても誘電体膜４０が破損しないほどの十分な厚さに形成される必要がある。しかし、誘電体膜４０が厚すぎると、アドレス電圧が上昇し、材料が無駄に消費される問題がある。誘電体膜４０上に第１のＭｇＯ膜５０、酸化膜（挿入膜）６０及び第２のＭｇＯ膜７０が積層された多層構造の保護膜２００が形成される。ここで、酸化膜６０は、例えば金属酸化膜またはシリコン酸化膜で形成される。

また、酸化膜６０は酸化されやすい材料を酸化させて形成する膜であって、例えば酸化膜６０は金属膜またはシルリコン膜を形成した後、第２のＭｇＯ膜７０の上部から照射されるレーザーによって金属膜またはシルリコン膜を酸化させて形成する。この時、第１のＭｇＯ膜５０と酸化膜６０との界面、及び酸化膜６０と第２のＭｇＯ膜７０との界面に欠陥、すなわち酸素空孔（ｖａｃａｎｃｙ）８０が多数形成される。このように、第１のＭｇＯ膜５０及び第２のＭｇＯ膜７０の界面に酸素空孔８０を多数発生させることによって、プラズマ放電に必要な２次電子放出障壁を低くするようになり、これによってプラズマディスプレイパネルの放電開始電圧を減少させ、全力消耗を抑えることができる。

図２乃至図４は、本発明の１実施の形態におけるプラズマディスプレイパネルの製造方法を説明する断面図である。
図２において、ガラス基板１０の所定領域に互いに所定間隔離隔されるように透明電極２０ａ及び３０ａを形成する。透明電極２０ａ及び３０ａはＩＴＯ及びＩＺＯなどの透明性導電物質をガラス基板１０上に形成した後、パターニングして形成する。そして、透明電極２０ａ及び３０ａ上の所定領域に夫々バス電極２０ｂ及び３０ｂを形成する。バス電極２０ｂ及び３０ｂは透明電極２０ａ及び３０ａの高い抵抗を補償するために透明電極２０ａ及び３０ａの縁部に形成し、Ａｇの単一膜またはＣｒ，Ｃｕ及びＣｒの積層膜を用いて形成する。

ここで、透明電極２０ａとバス電極２０ｂは走査電極２０を形成し、透明電極３０ａとバス電極３０ｂは表示電極３０を形成し、走査電極２０と表示電極３０は放電維持電極１００を成す。放電維持電極１００が形成されたガラス基板１０上に誘電体膜４０を形成する。誘電体膜４０はＰｂＯ，Ｂ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２などの遺伝物質を用いて形成する。誘電体膜４０は、放電維持電極１００が駆動されても誘電体膜４０が破損されない厚さに形成する。

図３において、誘電体膜４０上に第１のＭｇＯ膜５０、金属膜６５及び第２のＭｇＯ膜７０を順次形成する。ここで、第１のＭｇＯ膜５０及び第２のＭｇＯ膜７０は、夫々電子線蒸着法，イオンプレーティング法，ＲＦ反応性スパッタリング法などの薄膜形成方法を用いて形成する。金属膜６５も第１のＭｇＯ膜５０及び第２のＭｇＯ膜７０と同じ方法で形成する。また、金属膜６５は、酸化され易い金属、例えばＩｎ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｙ，Ａｌ，Ｖ，Ｚｒ，Ｃｒなどの金属を用いて形成する。

図４を参照すると、第２のＭｇＯ膜７０の上部からレーザーを照射する。照射されたレーザーは第２のＭｇＯ膜７０を通過してその下部の金属膜６５に吸収され、金属膜６５に吸収されたレーザーはそのエネルギーが金属膜６５上下の第１のＭｇＯ膜５０及び第２のＭｇＯ膜７０に分散する。第１のＭｇＯ膜５０及び第２のＭｇＯ膜７０に分散したレーザーのエネルギーによって第１のＭｇＯ膜５０及び第２のＭｇＯ膜７０から酸素が分解され、分解された酸素は金属膜６５と反応して金属膜６５を酸化させて酸化膜６０を形成する。

この時、第１のＭｇＯ膜５０と酸化膜６０との界面、及び酸化膜６０と第２のＭｇＯ膜７０との界面に多量の欠陥、すなわち酸素空孔８０が形成される。したがって、レーザーは第２のＭｇＯ膜７０を損傷させずに金属膜６５を酸化させることのできる範囲のエネルギーで照射される。そのためにレーザーを例えば２００〜４００ｎｍの波長で照射し、また、ＡｒＦ，ＫｒＣｌ，ＫｒＦ，ＸｅＣｌ，ＸｅＦなどの気体レーザーを利用することが望ましい。また、レーザーを效果的に通過させ、金属膜６５の酸化時、第２のＭｇＯ膜７０の酸素空孔８０を生成するために、第２のＭｇＯ膜７０は０．５〜１００ｎｍの厚さに形成することが望ましい。

一方、金属膜６５はその厚さが厚すぎると、完全酸化されず、第１及び第２のＭｇＯ膜５０及び７０から分解される酸素の量を増加させることになる。また、金属膜６５の厚さが薄すぎると、第１のＭｇＯ膜５０及び第２のＭｇＯ膜７０から所望の量の酸素を分解させる前に酸化される。したがって、金属膜６５は、第１のＭｇＯ膜５０及び第２のＭｇＯ膜７０に所望の数の酸素空孔８０を形成することができる程の厚さに形成する。

図５乃至図７は、本発明の他の実施の形態におけるプラズマディスプレイパネルの製造方法を説明するために、順次に図示した素子の断面図であって、図２乃至図４の内容と重複する内容の詳細な説明は省略し、相違する内容を中心に説明する。

図５において、ガラス基板１０上の所定領域に互いに所定間隔離隔するように透明電極２０ａ及び３０ａを形成する。なお、透明電極２０ａ及び３０ａ上の所定領域に夫々バス電極２０ｂ及び３０ｂを形成する。透明電極２０ａとバス電極２０ｂは走査電極２０を形成し、透明電極３０ａとバス電極３０ｂは表示電極３０を形成し、走査電極２０と表示電極３０は放電維持電極１００を成す。放電維持電極１００が形成されたガラス基板１０上に誘電体膜４０を形成する。

図６を参照すると、誘電体膜４０上に第１のＭｇＯ膜５０、半導体膜８５及び第２のＭｇＯ膜７０を順次に形成する。半導体膜８５はＳｉ，Ｇｅなどのような物質で形成し、使用しようとするレーザー波長に該当するエネルギーバンドギャップより小さなエネルギーバンドギャップを有する物質を用いて形成する。その理由は、レーザー波長に相応するエネルギーバンドギャップより小さなエネルギーバンドギャップを有する半導体膜８５だけがレーザーを吸収できるからである。例えば、２４８ｎｍの波長に相応するＫｒＦレーザーは、その波長に相応するエネルギーバンドギャップが約５ｅＶであるため、エネルギーバンドギャップが１．１ｅＶであるＳｉで半導体膜を形成することができる。

図７において、第２のＭｇＯ膜７０の上部からレーザーを照射する。照射されたレーザーは第２のＭｇＯ膜７０を通過してその下部の半導体膜８５に吸収され、半導体膜８５に吸収されたレーザーはそのエネルギーが半導体膜８５の上下の第１のＭｇＯ膜５０及び第２のＭｇＯ膜７０に分散する。第１のＭｇＯ膜５０及び第２のＭｇＯ膜７０に分散したレーザーによって第１のＭｇＯ膜５０及び第２のＭｇＯ膜７０から酸素が分解され、分解された酸素は半導体膜８５と反応して半導体膜８５を酸化させて酸化膜６０が形成される。この時、第１のＭｇＯ膜５０と酸化膜６０との界面、及び酸化膜６０と第２のＭｇＯ膜７０との界面の多量の欠陥、すなわち酸素空孔（ｖａｃａｎｃｙ）８０が形成される。したがって、レーザーは第２のＭｇＯ膜７０を損傷させずに半導体膜８５を酸化させることのできる範囲のエネルギーで照射され、ＡｒＦ，ＫｒＣｌ，ＫｒＦ，ＸｅＣｌ，ＸｅＦなどの気体レーザーを用いることが望ましい。

図８は、従来の単一ＭｇＯ膜と本発明による多層保護膜のプラズマ放電特性の変化を測定した結果を表したグラフである。保護膜のプラズマ放電特性変化を測定するために保護膜を陰極に設置し、陰極とＣｕ陽極との間にプラズマ放電に使用するための気体を注入した後、陽極と陰極が一定距離を維持するようにして両端に電圧を印加することで臨界電流増加地点を検知する。この時、臨界電流増加地点が放電開始電圧で定義される。放電に用いられる気体はＨｅ，Ａｒ，Ｎｅ，Ｘｅなどの不活性ガスが全て使用可能であり、これらの気体の混合ガスも使用可能である。

本実施の形態では、第１のＭｇＯ膜を２５０℃の温度で電子線蒸着装備を用いて７００ｎｍの厚さに蒸着し、蒸着速度は２ｎｍ／ｓｅｃにした。そして１ｎｍの厚さのＣｒ膜を前記温度で電子線蒸着装備を用いて第１のＭｇＯ膜上に蒸着し、第２のＭｇＯ膜は第１のＭｇＯ膜の蒸着と同じ条件でＣｒ膜上に１５ｎｍの厚さに蒸着した。第１のＭｇＯ膜、Ｃｒ膜及び第２のＭｇＯ膜の積層構造にＫｒＦガスレーザーを５００ｍＪのエネルギーで３秒間照射した。放電測定に用いられた気体はＸｅが１０％混合されたＮｅガスを用い、実際のプラズマディスプレイパネルの放電領域である５．４Ｔｏｒｒ ｃｍでの放電特性を比べた。図８に示すように本発明による多層構造の保護膜の放電開始電圧Ｂが従来の単一ＭｇＯ膜の放電開始電圧Ａに比べて７１Ｖ減少したことが分かった。

一方、前記実施の形態では、プラズマディスプレイパネルに適用された多層保護膜について説明したが、それに限らず、プラズマに露出する多様な素子の保護膜として使用可能である。

以上のように、前記保護膜及びその形成方法を本発明の実施の形態に限って説明したが、本発明の技術が当業者によって容易に変形実施されることは自明である。このような変形された実施の形態は本発明の特許請求範囲に記載した技術思想に含まれる。

１０…ガラス基板、２０…走査電極、２０ａ，３０ａ…透明電極、２０ｂ，３０ｂ…バス電極、３０…表示電極、４０…誘電体膜、５０…第１のＭｇＯ膜、６０…酸化膜、６５…金属膜、７０…第２のＭｇＯ膜、８０…酸素空孔、８５…半導体膜、１００…放電維持電極、２００…保護膜。

Claims (13)

1. 基板と、
   前記基板上に形成された電極と、
   前記電極を含む基板上に形成された誘電体膜と、
   前記誘電体膜上に順次積層された第１のＭｇＯ膜、挿入膜及び第２のＭｇＯ膜を有し、前記第１及び第２のＭｇＯ膜と前記挿入膜との間に形成された酸素空孔を有するプラズマディスプレイパネル。
2. 前記挿入膜はレーザー照射膜により酸化され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. 基板と、
   前記基板上に形成された電極と、
   前記電極を含む基板上に形成された誘電体膜を含むプラズマディスプレイパネルの製造方法において、
   前記基板上に電極を形成する段階と
   前記電極を含む前記基板上に誘電体膜を形成する段階と、
   前記誘電体膜上に第１のＭｇＯ膜、挿入膜及び第２のＭｇＯ膜を順次形成する段階と、前記挿入膜にレーザーを照射して酸化膜及び酸素空孔を形成する段階と、を有するプラズマディスプレイパネルの製造方法。
4. 前記酸化膜は、前記レーザー照射により前記挿入膜を酸化させて形成することを特徴とする請求項３に記載のプラズマディスプレイパネルの製造方法。
5. 前記酸素空孔は、前記第１及び第２のＭｇＯ膜と前記酸化膜との間の界面に形成され、前記挿入膜にレーザーを照射して酸化膜を形成し、前記第１及び第２のＭｇＯ膜と前記酸化膜との間の界面に酸素空孔を形成する請求項３に記載のプラズマディスプレイパネルの製造方法。
6. 前記第１のＭｇＯ膜及び第２のＭｇＯ膜は、電子線蒸着法、イオンプレーティング法、ＲＦ反応性スパッタリング法のいずれかを用いて形成することを特徴とする請求項３に記載のプラズマディスプレイパネルの製造方法 。
7. 前記挿入膜は、前記第１及び第２のＭｇＯ膜と同じ過程により形成することを特徴とする請求項３に記載のプラズマディスプレイパネルの製造方法 。
8. 前記挿入膜は、金属膜又は半導体膜から形成されることを特徴とする請求項３に記載のプラズマディスプレイパネルの製造方法 。
9. 前記金属膜は、Ｉｎ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｙ，Ａｌ，Ｖ，Ｚｒ，Ｃｒのいずれかを用いて形成することを特徴とする請求項８に記載のプラズマディスプレイパネルの製造方法 。
10. 前記半導体膜は、Ｓｉ又はＧｅのいずれかを用いて形成することを特徴とする請求項８に記載のプラズマディスプレイパネルの製造方法。
11. 前記半導体膜は、前記レーザーのエネルギーバンドギャップより小さなエネルギーバンドギャップを有する物質を用いて形成することを特徴とする請求項８に記載のプラズマディスプレイパネルの製造方法。
12. 前記レーザーは、ＡｒＦ，ＫｒＣｌ，ＫｒＦ，ＸｅＣｌ，ＸｅＦ気体のいずれかを用いることを特徴とする請求項３に記載のプラズマディスプレイパネルの製造方法 。
13. 前記第２のＭｇＯ膜は、前記レーザーを通過させ、前記酸素空孔が生成されるようにする厚さに形成することを特徴とする請求項３に記載のプラズマディスプレイパネルの製造方法。

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