JP5040245B2

JP5040245B2 - プラズマディスプレイパネル

Info

Publication number: JP5040245B2
Application number: JP2006270418A
Authority: JP
Inventors: 要溝上; 良尚大江; 一夫上谷; 塩川　　晃; 博行加道; 雅史森田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-10-02
Filing date: 2006-10-02
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2026-10-02
Also published as: JP2008091195A

Description

本発明は、画像表示デバイス等に用いるプラズマディスプレイパネルに関するものである。

近年、双方向情報端末として大画面、壁掛けテレビへの期待が高まっており、そのための表示デバイスとして、液晶表示パネル、フィールドエミッションディスプレイ、エレクトロルミネッセンスディスプレイ等の数多くのものがある。これらの表示デバイス中でもプラズマディスプレイパネル（以下、「ＰＤＰ」と記す）は、自発光型で美しい画像表示ができ、大画面化が容易である等の理由から、視認性に優れた薄型表示デバイスとして注目されており、高精細化および大画面化に向けた開発が進められている。

一般的な交流面放電型のＰＤＰは、走査電極および維持電極からなる表示電極を複数対形成した前面板と、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いる。そしてＰＤＰは、周囲を封着部材により封着され、放電空間にはネオン（Ｎｅ）およびキセノン（Ｘｅ）等を混合してなる放電ガスを、例えば６６５００Ｐａ（約５００Ｔｏｒｒ）程度の圧力で封入されている。また、表示電極は誘電体層で覆われ、誘電体層上には保護層が形成されている。

そして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ガスを放電させ、それ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、青色の各色を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、前面板の誘電体層を覆って形成される保護層は、イオン衝撃による耐スパッタリング性の高い材料を用いて形成され、放電によるスパッタリングから誘電体層を保護し放電電圧の上昇を防いでいる。また保護層は、アドレス放電を発生させるためのエキソ電子を放出し、画像のちらつきの原因となるアドレス放電ミスを防ぐ役割を果たしている。

しかしながら、保護層はＰＤＰの点灯時間の増加とともにイオン衝撃を受けて膜厚が薄くなり、保護層の一部が消失して誘電体層が露出する場合がある。誘電体層が露出すると放電電圧が急激に上昇して予め設定された電圧では点灯しなくなり、ＰＤＰの表示画面のちらつきの原因となって、表示品質を著しく劣化させる。

このような問題に対して、保護層の耐スパッタリング性を向上させる試みがいくつかなされてきている。その一つとして、保護層の耐スパッタリング性と光学的屈折率との関係を調べたものがある。これは、密度の大きい保護層は耐スパッタリング性に優れていると考えられ、また保護層の密度は光学的屈折率に関係するからである。そして、耐スパッタリング性に優れた保護層の屈折率範囲が開示されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、波長４００ｎｍ〜１０００ｎｍの光に対して保護層の屈折率を１．４〜２．０にするのがよいとしている。
特開２００３−３１７６３１号公報

放電ガスには、上述したようにＸｅガスが使用されているが、ＰＤＰの消費電力を低下させるために、Ｘｅガスの分圧比を上昇させて発光効率を高めようとする試みもなされている。しかし、Ｘｅガスの分圧比を上昇させると、荷電粒子エネルギー分布が変化して保護層のスパッタレートが増大する。

このようにＸｅガスの分圧比と、保護層の耐スパッタリング性とは関係するが、特許文献１も含め従来、この関係について十分な検討がなされていない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、放電ガス中のＸｅガス分圧比に対して、保護層の屈折率を適切な範囲に設定し、保護層の耐スパッタリング性を高めた長寿命のＰＤＰを提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために本発明は、ガラス基板上に表示電極と誘電体層と保護層とが形成された前面板と、基板上に電極と隔壁と蛍光体層とが形成された背面板とを対向配置するとともに周囲を封着して放電空間を形成し放電空間にＸｅガスを含む放電ガスが封入されたＰＤＰであって、放電ガス中のＸｅガスの分圧比をａとし、波長６３３ｎｍの光に対する保護層の屈折率をｂとしたとき、ａが８％以下の場合ｂを１．４１以上１．７１未満とし、ａが８％を超え１０％以下の場合ｂを１．４５以上１．７１未満とし、ａが１０％を超え１５％以下の場合ｂを１．５３以上１．７１未満とし、ａが１５％を超え２０％以下の場合ｂを１．６２以上１．７１未満としたことを特徴とする。

このようなＰＤＰは、Ｘｅガスの分圧比に対して適切な屈折率の保護層とすることができるため、耐スパッタリング性の高い長寿命のＰＤＰとすることができる。

これらのそれぞれのＸｅガスの分圧比に対して、上述の屈折率の保護層とすることで耐スパッタリング性の高い長寿命のＰＤＰとすることができる。

また本発明のＰＤＰの保護層は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を主成分としてもよい。

ＭｇＯは、耐スパッタリング性が高く、高い２次電子放出効率を有し放電開始電圧を低下させることができる。

本発明によれば、放電ガスのＸｅガス分圧比に対して適切な範囲の屈折率を備えた保護層とするため、耐スパッタリング性の高い長寿命のＰＤＰを実現することができる。

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。

（実施の形態）
本発明の実施の形態について、図１〜図８を用いて説明する。

図１は、本発明の実施の形態のＰＤＰ（交流面放電型）の基本構造を示す断面斜視図、図２は、図１のＰＤＰの保護層を製造するための真空蒸着装置の一例を示す概略構成図、図３〜図８は、同ＰＤＰの特性を示す測定結果をそれぞれ示している。

図１に示すように、交流面放電型のＰＤＰ５０は、互いに対向して配置された前面板１と背面板２とを備え、前面板１と背面板２との間に放電空間３を形成し、放電空間３に放電ガスを封入して構成されている。

前面板１は、ガラス製の基板である前面基板４上に走査電極５および維持電極６がストライプ状に複数対形成され、表示電極７を構成している。また、表示電極７の間には遮光層８が形成されている。さらに、走査電極５、維持電極６および遮光層８を覆うように誘電体層９が形成され、さらに誘電体層９を覆ってＭｇＯを材料とする保護層１０が形成された構造となっている。

一方、背面板２は、ガラス製の基板である背面基板１１上にストライプ状のアドレス電極１２が、走査電極５および維持電極６と直交するように複数形成されている。また、下地誘電体層１３がアドレス電極１２を覆うように形成され、アドレス電極１２を保護するほか、放電電流を制御し、可視光を前面板１側に反射する機能を有している。さらに、下地誘電体層１３上にはアドレス電極１２と同じ方向にアドレス電極１２を挟む位置に隔壁１４が形成され、隔壁１４間に蛍光体層１５を形成した構造となっている。

以上の前面板１と背面板２とを、表示電極７とアドレス電極１２とが直交し内部に微小な放電空間３を形成するように隔壁１４を挟んで対向配置して、周囲を封着部材（図示せず）により封止する。放電空間３は隣り合う一対の表示電極７と１本のアドレス電極１２とが交差する領域であり、画像表示を行うセルとなる。この放電空間３には、例えばＮｅやＸｅの混合ガス等からなる放電ガスが、５３２００Ｐａ（４００Ｔｏｒｒ）〜７９８００Ｐａ（６００Ｔｏｒｒ）の圧力で封入されている。

このような構成のＰＤＰ５０では、走査電極５と維持電極６との間にパルス状の電圧を印加し、放電空間３に放電ガスを放電させて紫外線を発生させ、その紫外線を蛍光体層１５に照射する。これにより、各色の蛍光体層１５から可視光を放射し、前面板１の表面から透過させ、カラーの画像表示を行う。

つぎに、本発明の実施の形態のＰＤＰの保護層１０の形成方法について説明する。

保護層１０は、物理気相法によって形成する。物理気相法とは、低圧力下で固体原料を加熱し、蒸発もしくは昇華させることにより、原料を薄膜として基板上に形成する方法である。物理気相法の具体的な方法としては、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が、本発明の実施の形態では、真空蒸着法により保護層１０を形成する場合を例に説明する。

図２は、保護層１０の成膜に使用される真空蒸着装置２０の一例を示す概略構成図である。真空蒸着装置２０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つのチャンバより構成され、ガラス基板３１が順次、搬送される。成膜チャンバ２３の下部の壁面には電子ビームガン３２が設置されており、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に電子ビーム３５が集光されて照射される。これにより、薄膜原材料３４は局部的に加熱され、蒸発し、ガラス基板３１上に保護層１０が形成される。

このように保護層１０は、真空蒸着装置２０を用いて電子ビーム３５を照射することにより薄膜原材料３４を蒸発させ、これを加熱した誘電体層９上に堆積させて成膜する。薄膜原材料３４としてはＭｇＯ等の金属酸化物のペレットを使用し、酸素ガスを真空蒸着装置２０の成膜チャンバ２３に供給することにより、保護層１０を目標の膜厚となるように形成する。ここでＭｇＯは、耐スパッタリング性が高く、高い２次電子放出効率を有し放電開始電圧を低下させることができる。

また電子ビーム３５の照射により薄膜原材料３４を蒸発させると、薄膜原材料３４から酸素原子が脱離しやすく、形成した膜が酸素欠損の状態になり、短波長側の透過率が低下する。そのため、保護層１０の成長表面に酸素ガスを供給しながら成膜を行うことにより、可視光に対する透明性を高めることができる。酸素ガスの供給圧力、および成膜すべき基板の加熱温度は任意の値に設定でき、電子ビームガン３２のエミッション電流を調節することにより、保護層１０の成膜速度を制御することができる。

以下、本発明の実施の形態の保護層１０の特徴について、図３〜図８を用いて、詳細に説明する。

保護層１０に要求される重要な機能として、放電ガスのイオン衝撃から誘電体層９を保護する機能がある。しかし、ＰＤＰ５０の使用時間の経過とともに、イオン衝撃によるスパッタリングにより、保護層１０の一部が表面から徐々に消失する。そして誘電体層９が露出すると、放電電圧が急激に上昇することになる。

そのため、ＰＤＰ５０の製品寿命を延ばすには、耐スパッタリング性の高い保護層１０とする必要がある。耐スパッタリング性の高い保護層１０とするには、保護層１０の厚みを厚くする方法と、緻密さ等の特性面を適切な範囲にする方法とが考えられる。

また、保護層１０の耐スパッタリング性に影響を及ぼす要因として、ＰＤＰ５０の放電ガス中のＸｅガスの分圧比がある。これはＰＤＰ５０の消費電力を低減する対策として、発光効率を向上させるために、放電ガス中のＸｅガスの分圧比を高くする場合がある。放電ガス中のＸｅガスの分圧比が高くなると、荷電粒子エネルギー分布が変化して、保護層１０のスパッタレートが増大してしまう。

そこで、まず保護層１０の厚みについて検討した。保護層１０の厚みが厚いほど、ＰＤＰ５０の製品寿命の点からは有利であるが、一定以上の厚みになると成膜時の残留応力によりクラックが生じ、良好な膜質が得られない。図３は、本発明の実施の形態のＰＤＰの保護層の厚みと成膜後の熱工程におけるクラック発生率との関係を示す図である。図３からわかるように、厚みが１２００ｎｍを超えると、クラックの発生率が急激に増加し、保護層１０としての機能を損なう可能性が高くなる。この結果から保護層１０の厚みの上限は、１２００ｎｍとした。また、一般的なテレビの耐用年数を考慮し、ＰＤＰ５０の製品寿命としての使用時間を６万時間として設定し、以下の検討を行っている。

図４は、本発明の実施の形態のＰＤＰの保護層の屈折率とスパッタ量との関係を示す図で、ＰＤＰ５０の放電ガス中のＸｅガスの分圧比を変え、通常の状態で６万時間使用した後の波長６３３ｎｍの光に対する保護層１０の屈折率とスパッタ量との測定結果である。

ここで、屈折率は保護層１０全体の平均屈折率である。図４に示すように、保護層１０の膜厚を１２００ｎｍ以下にして、６万時間のＰＤＰ５０の製品寿命を満足するためには、波長６３３ｎｍの光に対する保護層１０の屈折率が、Ｘｅガス分圧比が８％以下の場合で１．４１以上必要である。同じくＸｅガス分圧比が１０％以下の場合で１．４５以上、Ｘｅガス分圧比が１５％以下の場合で１．５３以上、Ｘｅガス分圧比が２０％以下の場合で１．６２以上必要である。

また、図４に示すように、各Ｘｅガス分圧比において、屈折率がある値以下になると、急激に耐スパッタリング性が悪化する。急激な耐スパッタリング性の悪化は、ＰＤＰ５０の製品寿命に大きな影響を与えるため、ＰＤＰ５０の製品寿命のマージンを高めたり、保護層１０の膜厚を小さくするためには、保護層１０の耐スパッタリング性がより高いことが望ましい。そのため、波長６３３ｎｍの光に対する保護層１０の屈折率は、それぞれ、Ｘｅガス分圧比が８％以上の場合で１．４５以上、１０％以上の場合で１．５０以上、１５％以上の場合で１．５５以上、２０％以上の場合で１．６５以上であることが望ましい。

つぎに保護層１０は、ＰＤＰ５０の使用時間の経過とともに、イオン衝撃によるスパッタリングにより、保護層の一部が表面から徐々に消失し、表面の屈折率が変化して表示品質が不安定になる。したがって、ＰＤＰ５０の表示品質を安定化させるためには、保護層１０の厚み方向に屈折率の変化が小さいことが望ましい。

図５は、本発明の実施の形態のＰＤＰの保護層の厚みと波長６３３ｎｍでの屈折率との関係を示す図で、保護層１０の厚み方向の屈折率の変化を示す測定結果である。保護層１０の放電ガスに曝される表面側では密度が疎となり屈折率が低下する。特に表面から略１００ｎｍの部分で急激に屈折率が低下する。

図６は、本発明の実施の形態のＰＤＰの保護層の表面１００ｎｍを除いた層の屈折率とスパッタ量との関係を示す図である。ＰＤＰ５０の放電ガス中のＸｅガスの分圧比を変え、通常の状態で６万時間使用した後の波長６３３ｎｍの光に対する保護層１０の屈折率とスパッタ量との測定結果である。図６は、屈折率の変化が激しい保護層１０の表面部の１００ｎｍを除いた、屈折率がほぼ均質な部分について計測を行った測定結果である。

図６に示すように、保護層１０の厚みを１２００ｎｍ以下にして、６万時間のＰＤＰ５０の製品寿命を満足するためには、表面の１００ｎｍを除いた層の波長６３３ｎｍの光に対する屈折率は、Ｘｅガス分圧比が８％以下の場合で１．４２以上必要である。同じくＸｅガス分圧比が１０％以下の場合で１．４７以上、Ｘｅガス分圧比が１５％以下の場合で１．５５以上、Ｘｅガス分圧比が２０％以下の場合で１．６４以上必要である。

また、保護層１０の急激な耐スパッタリング性の悪化を防ぎ、ＰＤＰ５０の製品寿命のマージンを高めたり、保護層１０の膜厚を小さくするためには、保護層１０の表面の１００ｎｍを除いた屈折率がほぼ均質な部分が以下の範囲であることが望ましい。すなわち、波長６３３ｎｍの光に対する屈折率は、それぞれ、Ｘｅガス分圧比が８％以下の場合で１．４７以上、１０％以下の場合で１．５２以上、１５％以下の場合で１．５７以上、２０％以下の場合で１．６７以上であることが望ましい。

図７は、本発明の実施の形態のＰＤＰの保護層の屈折率とエキソ電子数との関係を示す図である。屈折率が１．７１以上の高屈折率の保護層１０では、その表面積が小さくなることから放出されるエキソ電子数が少なくなり、放電特性が急激に悪化する。したがって、保護層１０の屈折率の上限値としては、アドレス放電を発生させるためのエキソ電子放出特性の観点から、１．７１未満であることが望ましい。また保護層１０の屈折率が１．７１の場合は、表面の１００ｎｍを除くほぼ均質な部分の屈折率は１．７２となる。

図８は、本発明の実施の形態のＰＤＰの保護層の厚みとエキソ電子数との関係を示す図である。図３に示したように、保護層１０の厚みの上限としてはクラックの観点から１２００ｎｍ以下が望ましいが、下限としては、５００ｎｍ以上が望ましい。保護層１０の厚みが５００ｎｍ以下の場合は、保護層１０内の結晶成長が不十分となり、結晶性がよくないため、エキソ電子放出特性や２次電子放出効率等の放電特性が悪化する。

以上の結果より、本発明のＰＤＰ５０の保護層１０の屈折率は、Ｘｅガスの分圧比を８％以下とすると、波長６３３ｎｍの光に対して１．４１以上とすればよい。また、Ｘｅガスの分圧比を１０％以下とすると、波長６３３ｎｍの光に対して１．４５以上とすればよい。またＸｅガスの分圧比を１５％以下とすると、波長６３３ｎｍの光に対して１．５３以上とすればよい。またＸｅガスの分圧比を２０％以下とすると、波長６３３ｎｍの光に対して１．６２以上とすればよい。

これにより、ＰＤＰ５０の保護層１０の耐スパッタリング性の高い、長寿命のＰＤＰを実現できる。

なお、保護層１０の形成は、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等を使用することも可能であり、成膜条件を調整することで、所望の特性を有する保護層１０を成膜することができる。蒸着法は、大きな蒸発速度を正確に制御でき、スパッタリング法は、高速成膜が可能で制御性がよく、イオンプレーティング法は、形成する薄膜の密着性や強度、結晶性を向上させることができる。

また、本発明の実施の形態では、保護層１０としてＭｇＯ膜を例にあげたが、保護層１０の材料としては、ＣａＯ、ＢａＯ、Ｙ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、ＨｆＯ_２等の金属酸化物や混合酸化物、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のプラズマダメージを受けにくく、２次電子放出効率の大きい材料を使用することができる。

本発明のＰＤＰによれば、ＰＤＰに封入する放電ガスのうち、Ｘｅガスの分圧比に対して、保護層の屈折率を所定の範囲に設定することにより、長寿命のＰＤＰを提供することができ、表示デバイスの分野で有用である。

本発明の実施の形態のＰＤＰの基本構造を示す断面斜視図同ＰＤＰの保護層を製造するための真空蒸着装置の一例を示す概略構成図同ＰＤＰの保護層の厚みと成膜後の熱工程におけるクラック発生率との関係を示す図同ＰＤＰの保護層の屈折率とスパッタ量との関係を示す図同ＰＤＰの保護層の厚みと波長６３３ｎｍでの屈折率との関係を示す図同ＰＤＰの保護層の表面１００ｎｍを除いた層の屈折率とスパッタ量との関係を示す図同ＰＤＰの保護層の屈折率とエキソ電子数との関係を示す図同ＰＤＰの保護層の厚みとエキソ電子数との関係を示す図

符号の説明

１前面板
２背面板
３放電空間
４前面基板
５走査電極
６維持電極
７表示電極
８遮光層
９誘電体層
１０保護層
１１背面基板
１２アドレス電極
１３下地誘電体層
１４隔壁
１５蛍光体層
２０真空蒸着装置
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
３１ガラス基板
３２電子ビームガン
３３リングハース
３４薄膜原材料
３５電子ビーム
５０ＰＤＰ

Claims

ガラス基板上に表示電極と誘電体層と保護層とが形成された前面板と、基板上に電極と隔壁と蛍光体層とが形成された背面板とを対向配置するとともに周囲を封着して放電空間を形成し前記放電空間にキセノンガスを含む放電ガスを封入したプラズマディスプレイパネルであって、
前記放電ガス中のキセノンガスの分圧比をａとし、波長６３３ｎｍの光に対する前記保護層の屈折率をｂとしたとき、ａが８％以下の場合ｂを１．４１以上１．７１未満とし、ａが８％を超え１０％以下の場合ｂを１．４５以上１．７１未満とし、ａが１０％を超え１５％以下の場合ｂを１．５３以上１．７１未満とし、ａが１５％を超え２０％以下の場合ｂを１．６２以上１．７１未満としたことを特徴とするプラズマディスプレイパネル。
前記保護層は、酸化マグネシウムを主成分とす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。