JP5302650B2 - マグネシウム酸化物粒子が表面に付着されたマグネシウム酸化物含有膜を含んだプラズマディスプレイパネル用保護膜、その製造方法、及び該保護膜を具備したプラズマディスプレイパネル - Google Patents

マグネシウム酸化物粒子が表面に付着されたマグネシウム酸化物含有膜を含んだプラズマディスプレイパネル用保護膜、その製造方法、及び該保護膜を具備したプラズマディスプレイパネル Download PDF

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Description

本発明は、プラズマディスプレイパネル用保護膜、その製造方法及びそれを具備したプラズマディスプレイパネルに係り、さらに具体的には、マグネシウム酸化物含有粒子を含んだプラズマディスプレイパネル用保護膜であって、マグネシウム酸化物含有膜を含み、該マグネシウム酸化物含有膜の表面にマグネシウム酸化物含有粒子が付着され、該マグネシウム酸化物含有粒子がMg欠陥不純物中心(VIC:Vacancy−Impurity Center)を有する保護膜、その製造方法、及びそれを具備したプラズマディスプレイパネルに関する。該マグネシウム酸化物含有粒子が表面に付着されたマグネシウム酸化物含有膜を含んだ保護膜は、プラズマイオンによって実質的に損傷されずに優秀な電子放出能を有するが、これを具備したプラズマディスプレイパネルは信頼性が向上しうる。
プラズマディスプレイパネル(PDP:Plasma Display Panel)は、画面を大型化しやすく、自発光型であって表示品質が良好であり、応答速度が速いという特徴を有している。また、薄型化が可能であるために、LCDなどと共に壁掛け用ディスプレイとして注目されている。
図1は、数十万個のPDP画素のうちの一つを図示したものである。図1を参照してPDPの構造について述べれば、第1基板14の下面に、透明電極15a並びに金属からなるバス電極15bからなる維持電極15が形成されている。前記維持電極15は、第1誘電体層16によって被覆されている。前記第1誘電体層16が放電空間に直接的に露出される場合、放電特性が低下して寿命が短縮されるために、保護膜17で覆われている。
一方、第2基板10の上面にはアドレス電極11があり、これを覆うように第2誘電体層12が形成されている。前記第1基板14と第2基板10は、隔壁(Barrier Rib)19を挟んで所定の間隙で対向している。これによって形成された空間には、蛍光体層13が備わっており、紫外線を発生させるNe+Xeの混合ガスまたはHe+Ne+Xeの混合ガスなどが一定の圧力(例えば、450Torr)で充填されている。前記Xeは、真空紫外線(VUV:Vacuum UltraViolet)(Xeイオン:147nm原子線、Xe:173nm分子線)を発生させる役割を行い、Neは、放電開始電圧を下げて安定化させる役割を行い、Heは、Xeの運動性(mobility)を高めてXeの分子線(173nm)放出を増加させる役割を行う。
かようなPDPの保護膜の役割は、三つに大別して見ることができる。
第一に、電極と誘電体とを保護する役割を行う。電極あるいは誘電体/電極のみあっても放電は形成される。しかし、電極だけある場合、放電電流の制御が困難であり、誘電体/電極だけある場合、スパッタリングエッチングによる誘電体層の損傷が発生しうるために、誘電体層は、プラズマイオンに強い保護膜でコーティングされねばならない。
第二に、放電開始電圧を下げる役割を行う。放電開始電圧と直接関係する物理量は、プラズマイオンに対する保護膜をなす物質の二次電子放出係数である。保護膜から放出される二次電子の量が多いほど、放電開始電圧は低くなるので、保護膜をなす物質の二次電子放出係数は、高いほど好ましい。
最後に、放電遅延時間を短縮する役割を行う。放電遅延時間は、印加電圧に対して何時間後に放電が起きるかという現象を記述する物理量であり、形成遅延時間Tfと統計遅延時間Tsとの和で表示されうる。形成遅延時間Tfは、印加電圧と放電電流との時間差であり、統計遅延時間Tsは、形成遅延時間の統計的散布である。放電遅延時間が短縮されるほど高速アドレッシングが可能になってシングルスキャンが可能になり、スキャンドライブ費用を節減できてサブフィールド数を増加させることができ、高輝度及び高画質を具現できる。
従来のPDP保護膜は、例えば特許文献1に開示されているように、一般的に単結晶マグネシウム酸化物または多結晶マグネシウム酸化物を基板に蒸着させて形成される。しかし、従来のPDP保護膜でもっては、満足するほどの電圧駆動、消費電力の節減、HDクラスのシングルスキャンに要求される放電遅延時間短縮を得られず、この改善が必要である。
大韓民国特許公開第2005−0073531号公報
本発明は、前記問題点を解決するために考案され、プラズマイオンによって実質的に損傷されずに電子放出効果にすぐれる保護膜、この製造方法、及びこれを具備したPDPを提供することを目的とする。
前記本発明の課題をなすために、本発明の第1様態は、マグネシウム酸化物含有膜を含んだPDP用保護膜であって、前記マグネシウム酸化物含有膜の表面にマグネシウム酸化物含有粒子が付着され、かつ前記マグネシウム酸化物含有粒子がMg欠陥不純物中心(VIC:Vacancy−Impurity Center)を有することを特徴とするPDP用保護膜を提供する。
前記本発明の課題をなすために、本発明の第2様態は、基板上部にマグネシウム酸化物含有膜を形成する段階と、マグネシウム酸化物含有粒子を準備する段階と、前記マグネシウム酸化物含有膜の表面に前記マグネシウム酸化物含有粒子を付着させる段階とを含むPDP用保護膜の製造方法を提供する。
前記本発明の課題をなすために、本発明の第3様態は、前述のようなマグネシウム酸化物含有粒子が表面に付着されたマグネシウム酸化物含有膜を含んだ保護膜を具備したPDPを提供する。
前記本発明によるマグネシウム酸化物含有粒子が表面に付着されたマグネシウム酸化物含有膜を含んだ保護膜は、プラズマイオンによって実質的に損傷されず、優秀な電子放出性能を有するが、これを利用すれば、信頼性が向上したPDPを得ることができる。
本発明による保護膜は、マグネシウム酸化物含有膜を含むが、この表面には、マグネシウム酸化物含有粒子が付着されており、二次電子放出特性にすぐれ、かような保護膜を具備したPDPは、低い放電電圧及び低い消費電力を有することができる。
以下、本発明についてさらに詳細に説明する。
本発明によるプレズマディスプレイパネル(PDP)用保護膜は、マグネシウム酸化物含有膜を含み、かつ前記マグネシウム酸化物含有膜の表面には、マグネシウム酸化物含有粒子が付着されている。
前記マグネシウム酸化物含有膜の表面に付着されたマグネシウム酸化物含有粒子は、Mg欠陥不純物中心(VIC:Vacancy−Impurity Center)を有する。従って、PDP駆動時に、二次電子放出を増大させられる。
また、本明細書における「Mg欠陥不純物中心」は、Mg−欠陥VIC(Vacancy−Impurity Center : VIC))とも称し、MgOバンドギャップ内に形成されたドナー準位(Impurity)とアクセプタ準位(Mg欠陥)が相互作用で作られたexcited stateである。
本発明に係るマグネシウム酸化物粒子は、マグネシウム酸化物膜と異なってVICを有する。マグネシウム酸化物粒子とマグネシウム酸化物膜との構造的違いは、陰極線(CL:CathodoLuminescence)発光を介して確認することができる。マグネシウム酸化物膜のCLスペクトルは、一般的にFセンター(F center、F+ center)に係る発光が2.3〜3.1eV間で現れる。FセンターまたはF+センターは、酸素欠陥によって作られるが、2つのトラップ(Trap)電子を有せばFセンター(〜2.3eV)発光であり、1つのトラップ電子を有せばF+センター(〜3.1eV)発光である。マグネシウム酸化物膜では、一般的にMg VICに係る発光が現れないが、特定理論に限定されるものではないものの、マグネシウム酸化物膜を形成するための蒸着法、例えば電子ビーム蒸着、プラズマ蒸着などは、酸素が不足した雰囲気下で行われる工程であるから、マグネシウム酸化物膜内では、VICがあまり形成されないものと考えられる。
一方、マグネシウム酸化物粒子のCLスペクトルは、前述のようなマグネシウム酸化物膜とは異なった特性を示す。図2は、6Kで測定された高純度単結晶マグネシウム酸化物粒子のCLスペクトルを示したグラフである。図2のCLスペクトルについて述べれば、3個のピークを観察できるが、〜3eVのピークは、Fセンターにと係る発光によるものであり、〜5.3eVのピークは、VICに係る発光によるものであり、7.6eVのピークは、自由エキシトン(FE:Free Exciton)に係る発光によるものであり、単結晶マグネシウム酸化物粒子は、VICを有するということを確認することができる。
図3は、Ca、Al、Si及び工程上で流入しうるZrを含む多結晶マグネシウム酸化物ペレットの常温でのCLスペクトルを示したグラフである。図3で、Fセンターに由来するピーク(〜3.0eV)とVICに由来するピーク(〜5.3eV)とを観察できる。
図4は、Scを含む(Scは約300質量ppm存在する)高純度(Ca<30質量ppm、Al<30質量ppm、Si<30質量ppm、Zr<30質量ppm)マグネシウム酸化物粒子の常温でのCLスペクトルを示したグラフである。前記図4で、CLスペクトルのVIC発光は、3.8eVと4.8eVとで現れるということが分かり、Fセンターに係る3.0eV近くの発光は、強いVIC発光スペクトルに隠れて示されないということが分かる。すなわち、VICピーク位置は、マグネシウム酸化物以外に含まれていた元素によって変化するものである。
前記図2、図3及び図4から分かるように、マグネシウム酸化物膜とは異なり、本発明に係るマグネシウム酸化物粒子はVICを有するが、これは、CLスペクトルのピークが分析することによって分かり、例えば、本発明の一具現例に係る保護膜表面に付着されたマグネシウム酸化物粒子のCL発光スペクトルは約3.1eVないし約4.2eVの範囲でVICによるピークを有しうる。本発明の他の一具現例に係る保護膜表面に付着されたマグネシウム酸化物粒子のCl発光スペクトルは約3.35evないし約3.87eVの範囲でVICによるピークを有しうるが、これに限定されない。前記VICと関連したピークの発光範囲は、マグネシウム酸化物粒子に含まれたマグネシウム酸化物以外の他の元素(例えば、希土類元素、Al、Ca、Siなど)によって変わりうる。従って、本発明による保護膜表面に付着されたマグネシウム酸化物粒子のCL発光スペクトルは、約3.5eVないし6eVの範囲で、VICに由来するピークを有することができる。
前述のように、VICを有するマグネシウム酸化物粒子のうち、VICの空白(vacancy)は、アクセプタレベル(acceptor level)を設けて正孔(hole)を形成し、VICの不純物(impurity)は、ドナーレベル(donor level)を設けて電子(electron)を形成するが、前記アクセプタレベル及びドナーレベルの転移(transition)により、前記マグネシウム酸化物粒子は、電子を多量に有することができる。従って、PDP駆動時に、VICを有していないマグネシウム酸化物保護膜とは異なって二次電子放出に大きく寄与できる。特定理論に限定されるものではないが、二次電子放出メカニズムは、次のようなオージェ中性化理論(Auge rNeutralization)によって説明が可能である。
図5は、ガスイオンと固体との衝突する際に、固体から二次電子が放出されるメカニズムであるオージェ中性化理論を概略的に説明したものであり、これによれば、ガスイオンが固体と衝突する際に、電子が固体からガスイオンに移動して中性ガスを形成し、固体の他の電子は真空に移動して正孔(Hole)を形成される。この関係は、ガスイオンと固体との衝突により電子が固体から生じた際には、下記数式1のように示すことができる:
前記数式1で、Eはガスイオンと衝突した固体から電子が放出されるときのエネルギーであり、Eはガスのイオン化エネルギーであり、Eは前記固体のバンドギャップエネルギーであり、χは固体の電子親和度を示す。
前記オージェ中性化理論及び上記数式1をPDPの保護膜と放電ガスとに適用することができる。PDP画素に電圧が印加されると、宇宙線または紫外線によって生成されたシード(Seed Electrons)が放電ガスと衝突して放電ガスイオンが生成され、放電ガスイオンは、前記保護膜と衝突して二次電子が放出されうる。
下記表1は、放電ガスに利用されうる不活性ガスの共鳴発光波長及び電離電圧、すなわち放電ガスのイオン化エネルギーを示したものである。保護膜がマグネシウム酸化物からなる場合、前記数式1で固体のバンドギャップエネルギーEは、マグネシウム酸化物のバンドギャップエネルギーである7.7eVであり、電子親和度χは、マグネシウム酸化物の電子親和度である0.5である。
一方、PDP中の蛍光体の光変換効率を上げるためには、最長波長の真空紫外線を生成できるXeガスが適している。しかし、Xeの場合、電離電圧、すなわちイオン化エネルギーであるEが12.13eVであり、これを前記数式1に代入する場合、マグネシウム酸化物からなる保護膜から電子が放出されるエネルギーであるEがE<0になるので、放電電圧が非常に高くなる。従って、放電電圧を下げるためには、電離電圧Eの高いガスを使用しなければならない。前記数式1によれば、マグネシウム酸化物保護膜についてHeの場合、Eは8.19eVであり、Neの場合、Eは5.17eVになるので、放電開始電圧を下げるためには、HeまたはNeを使用することが望ましい。しかし、Heガスは、PDP放電に使われた場合、Heの運動量が大きいために、保護膜のプラズマエッチングが深刻に発生することになる。
従って、放電ガスを改質するよりは、保護膜から二次電子を好ましく放出させることが望ましいが、本発明のように、VICを有するマグネシウム酸化物含有粒子をマグネシウム酸化物含有膜の表面に付着させる場合、前記マグネシウム酸化物含有粒子は、マグネシウム酸化物含有膜とは異なってVICを有して多量の電子を含有するが、さらに効果的に二次電子を放出できるのである。これにより、放電電圧を低下させることができるが、低電圧駆動及び低消費電力を有するPDPを得ることができるのである。
前記マグネシウム酸化物含有粒子は、マグネシウム酸化物含有膜の表面に規則的にまたは不規則的に付着されうる。
記マグネシウム酸化物含有粒子がマグネシウム酸化物含有膜の表面に規則的に付着された場合の一具現例は、図6を参照する。図6には、基板30、マグネシウム酸化物含有膜33及びマグネシウム酸化物含有粒子を含む層36が図示されている。前記基板30は、マグネシウム酸化物含有保護膜33が形成される領域を有する支持体であり、例えば、PDPの誘電体層であるが、これに限定されるものではない。前記マグネシウム酸化物含有粒子を含む層36は、例えば、ストライプパターンまたはドットパターンなどを有することにより、マグネシウム酸化物含有粒子がマグネシウム酸化物含有膜33の表面に規則的に付着されうる。図6に図示されているように、マグネシウム酸化物含有粒子をマグネシウム酸化物含有膜の表面に規則的に付着させる方法は、例えば、公知のフォトリソグラフィ法を利用できる。
これとは別個に、前記マグネシウム含有酸化物粒子は、図7に図示されているように、マグネシウム酸化物含有膜の表面に不規則的に付着されうる。図7には、基板30、マグネシウム酸化物含有膜33及びマグネシウム酸化物含有粒子37が図示されている。図7に図示されているように、マグネシウム酸化物含有粒子をマグネシウム酸化物含有膜の表面に不規則的に付着させる方法は、例えば、マグネシウム酸化物含有粒子及び溶媒を含む混合物をマグネシウム酸化物含有膜の表面に噴霧した後、これを熱処理することによって得ることができる。
本発明によるマグネシウム酸化物含有膜は、単結晶マグネシウム酸化物ペレットまたは多結晶マグネシウム酸化物ペレットを利用して製造された公知のあらゆる保護膜でありうる。
一方、本発明に係るマグネシウム酸化物含有膜は、マグネシウム酸化物以外に、希土類元素を含むことができる。前記希土類元素としては、スカンジウム(Sc)、イットリウム(Y)、ランタン(La)、セリウム(Ce)、プラセオジミウム(Pr)、ネオジウム(Nd)、プロメチウム(Pm)、サマリウム(Sm)、ユウロピウム(Eu)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、トリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)またはルテニウム(Lu)になりうるが、このうちの一つ以上が含まれうる。望ましくは、Scを含むことができる。
前記希土類元素の含有量は、前記マグネシウム酸化物含有膜のうち、マグネシウム酸化物1重量部当たり5.0x10−5重量部ないし6.0x10−4重量部、望ましくは5.0x10−5重量部ないし5.0x10−4重量部、さらに望ましくは1.5x10−4重量部ないし4.0x10−4重量部である。前記希土類元素の含有量が前述のような範囲を外れる場合、満足すべきレベルの放電遅延時間の短縮効果及び放電遅延時間の温度依存性低下の効果を得られない。
また、前記マグネシウム酸化物含有膜は、Ca、Si及びAlからなる群から選択された一つ以上の元素をさらに含むことができる。
前記マグネシウム酸化物含有膜がAlをさらに含む場合、低温での放電遅延時間をさらに短縮させることができる。これを考慮し、前記Alの含有量は、マグネシウム酸化物含有膜のうち、マグネシウム酸化物1重量部当たり5.0x10−5重量部ないし4.0x10−4重量部、望ましくは6.0x10−5重量部ないし3.0x10−4重量部である。
本発明によるマグネシウム酸化物含有膜がCaをさらに含む場合、放電遅延時間の温度依存性を低下させることができる。すなわち、温度によって放電遅延時間が実質的に変われない。この点を考慮し、前記Caの含有量は、マグネシウム酸化物含有膜のうち、マグネシウム酸化物1重量部当たり5.0x10−5重量部ないし4.0x10−4重量部、望ましくは6.0x10−5重量部ないし3.0x10−4重量部である。
本発明によるマグネシウム酸化物含有膜がSiをさらに含む場合、低温での放電遅延時間をさらに短縮させることができる。これを考慮し、前記Siの含有量は、マグネシウム酸化物含有膜のうち、マグネシウム酸化物1重量部当たり5.0x10−5重量部ないし4.0x10−4重量部、望ましくは6.0x10−5重量部ないし3.0x10−4重量部である。特に、Siの含有量が前述のような範囲を超える場合、保護膜中にガラス質相が形成されて望ましくない。
本発明に係るマグネシウム酸化物含有膜は、前述のような希土類元素、Al、Ca、Si以外に、Mn、Na、K、Cr、Fe、Zn、B、Ni及びZrからなる群から選択された一つ以上の元素を不純物レベルの微量にさらに含むことができる。
前記マグネシウム酸化物含有膜の表面に付着される本発明に係るマグネシウム酸化物含有粒子は、マグネシウム酸化物以外に、希土類元素を含むことができる。前記希土類元素としては、スカンジウム(Sc)、イットリウム(Y)、ランタン(La)、セリウム(Ce)、プラセオジミウム(Pr)、ネオジウム(Nd)、プロメチウム(Pm)、サマリウム(Sm)、ユウロピウム(Eu)、Gd(ガドリニウム)、テルビウム(Tr)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、トリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)またはルテニウム(Lu)になりうるが、このうち一つ以上が含まれうる。望ましくは、Scを含むことができる。
前記希土類元素の含有量は、前記マグネシウム酸化物含有粒子のうち、マグネシウム酸化物1重量部当たり5.0x10−5重量部ないし6.0x10−4重量部、望ましくは5.0x10−5重量部ないし5.0x10−4重量部、さらに望ましくは1.5x10−4重量部ないし4.0x10−4重量部である。前記希土類元素の含有量が前述のような範囲を外れる場合、満足すべきレベルの放電遅延時間の短縮効果及び放電遅延時間の温度依存性の低下効果を得られない。
また、前記マグネシウム酸化物含有粒子は、Ca、Si及びAlからなる群から選択された一つ以上の元素をさらに含むことができる。
前記マグネシウム酸化物含有粒子がAlをさらに含む場合、低温での放電遅延時間をさらに短縮させることができる。これを考慮し、Alの含有量は、マグネシウム酸化物含有粒子のうち、マグネシウム酸化物1重量部当たり5.0x10−5重量部ないし4.0x10−4重量部、望ましくは6.0x10−5重量部ないし3.0x10−4重量部である。
本発明によるマグネシウム酸化物含有粒子がCaをさらに含む場合、放電遅延時間の温度依存性を低下させることができる。すなわち、温度によって放電遅延時間が実質的に変わらない。この点を考慮し、前記Caの含有量は、マグネシウム酸化物含有粒子のうち、マグネシウム酸化物1重量部当たり5.0x10−5重量部ないし4.0x10−4重量部、望ましくは6.0x10−5重量部ないし3.0x10−4重量部である。
本発明によるマグネシウム酸化物含有粒子がSiをさらに含む場合、低温での放電遅延時間をさらに短縮させることができる。これを考慮し、Siの含有量は、マグネシウム酸化物含有粒子のうち、マグネシウム酸化物1重量部当たり5.0x10−5重量部ないし4.0x10−4重量部、望ましくは6.0x10−5重量部ないし3.0x10−4重量部である。特に、Siの含有量が前述のような範囲を超える場合、マグネシウム酸化物含有粒子中にガラス質相が形成されて望ましくない。
前記マグネシウム酸化物含有粒子は、前述のような希土類元素、Al、Ca、Si以外に、Mn、Na、K、Cr、Fe、Zn、B、Ni及びZrからなる群から選択された一つ以上の元素を不純物レベルの微量にさらに含むことができる。
前記マグネシウム酸化物含有膜の表面に付着されたマグネシウム酸化物含有粒子の平均粒径は、50nmないし2μm、望ましくは100nmないし1μmである。前記マグネシウム酸化物含有粒子の平均粒径が50nm未満である場合、二次電子放出効果の増大が微小であり、前記マグネシウム酸化物含有粒子の平均粒径が2μmを超える場合、マグネシウム酸化物含有粒子が凝集し、工程が散布してしまう原因になりうる。
なお、本発明に係るマグネシウム酸化物含有粒子の平均粒径は、SEM、TEM、X線、光産卵など公知の方法で測定され特に制限されることはない。
本明細書における「Mg欠陥不純物中心」とは、エネルギーの観点では不純物準位のことを示し、当該不純物準位とは、母体結晶中に不純物原子が含まれる場合、その不純物原子の近傍に電子や正孔が捕らえられた現象が起こるが、その捕らえられた状態のエネルギー準位をいう
発明によるPDP用保護膜を製造する方法の一具現例によれば、基板上部にマグネシウム酸化物含有膜を形成する段階と、マグネシウム酸化物含有粒子を準備する段階と、前記マグネシウム酸化物含有膜の表面に前記マグネシウム酸化物含有粒子を付着させる段階とを含むことができる。
まず、基板上にマグネシウム酸化物含有膜を形成する。前記マグネシウム酸化物含有膜が形成される基板は、PDPの構造によって異なるが、一般的にPDPの誘電体層でありうる。前記保護膜は、通常の薄膜形成技術、例えば、電子ビーム蒸着(E−beam evaporation)、プラズマ蒸着(Plasma evaporation)、スパッタリング、化学気相法(Chemical Vapor Deposition)などを利用して製造できる。このとき、単結晶マグネシウム酸化物ペレットまたは多結晶マグネシウム酸化物ペレットを使用でき、前記マグネシウム酸化物ペレットは、前述のように、希土類元素、Ca、Si、Alなどが含まれ、マグネシウム酸化物以外に、希土類元素、Ca、Si、Alなどの含まれたマグネシウム酸化物含有膜を形成できる。
一方、マグネシウム酸化物含有膜の表面に付着されるマグネシウム酸化物含有粒子を準備する。前記マグネシウム酸化物含有膜の表面に付着されるマグネシウム酸化物含有粒子は、例えば、公知の沈殿法、化学蒸気酸化法(CVO:Chemical Vapor Oxidation)及びペレット粉砕法を使用して設けることができる。図8は、沈殿法を利用して製造されたマグネシウム酸化物粒子のSEM(Scanning Electron Microscopy)写真を示したものであり、前記沈殿法について具体的に説明すれば、マグネシウム塩(例えば、MgCl)が溶解された溶液にアンモニア水(NHOH)を入れて過飽和度溶液を生成すれば、前記溶液内に結晶粒が発生して成長し、水酸化マグネシウム(Mg(OH))が沈殿することによって生成される。前記沈殿物を1,000℃で加熱すれば、水が除去されてマグネシウム酸化物粒子を得ることができる。一方、図9は、化学蒸気酸化法を利用して製造されたマグネシウム酸化物粒子のSEM写真を示したものであり、前記化学蒸気酸化法について具体的に説明すれば、Mg粒子を加熱してMg蒸気を作り出し、これを高温の酸素と反応させれば、立方体状を有するマグネシウム酸化物粒子を得ることができる。ペレット粉砕法は、公知のマグネシウム酸化物ペレットを各種粉砕手段を利用し、前述のような平均粒径を有する粒子に粉砕する方法を指す。
その後、前記マグネシウム酸化物含有膜の表面に前記マグネシウム酸化物含有粒子を付着させる。このとき、前記マグネシウム酸化物含有粒子を例に取れば、図6に図示されているように、マグネシウム酸化物含有膜の表面に規則的に付着させるか、図7に図示されているように、マグネシウム酸化物含有膜の表面に不規則的に付着させることができる。
例えば、図6に図示されているように、前記マグネシウム酸化物含有粒子を前記マグネシウム酸化物含有膜の表面に規則的に付着させる場合、例えば、通常のフォトリソグラフィ法を利用して形成できる。まず、前記マグネシウム酸化物含有膜の上部に、フォトレジスト膜を形成した後、その上部に、通常の厚膜形成技術(例えば、スクリーン・プリンティング(screen printing)、ゾルゲル・コーティング(sol−gel coating)、スピンコーティング(spin coating)、ディッピング(dipping)、スプレイ法(spraying)など)を利用してマグネシウム酸化物含有粒子を導入した後、フォトレジスト膜を除去することにより、所定のパターン(例えば、ストライプパターン、ドットパターンなど)を有し、マグネシウム酸化物含有粒子を含む層を形成できる。
これとは別個に、例えば、図7に図示されているように、マグネシウム酸化物含有粒子を前記マグネシウム酸化物含有膜の表面に不規則的に付着させるために、マグネシウム酸化物含有粒子及び溶媒を含む混合物を準備した後、これをマグネシウム酸化物含有膜の表面に提供及び熱処理することにより、マグネシウム酸化物含有膜の表面にマグネシウム酸化物含有粒子を不規則的に付着させることができる。このとき、前記混合物は、例えば、スプレイ法などを利用し、前記マグネシウム酸化物含有膜の表面に提供できる。
前記マグネシウム酸化物含有粒子及び溶媒を含む混合物中で、溶媒は、エタノール、イソプロパノールなどであるが、それらに限定されるものではない。一方、前記熱処理温度は、使われた溶媒の沸点、揮発性及び使われたマグネシウム酸化物含有粒子によって異なるが、約80℃ないし350℃の範囲内で選択されうる。前記熱処理温度が80℃未満である場合、溶媒が効果的に揮発されず、前記熱処理温度が350℃を超える場合、マグネシウム酸化物含有膜がむしろ損傷されうるのである。
本発明によるマグネシウム酸化物含有粒子が表面に付着されたマグネシウム酸化物含有膜を含んだ保護膜は、ガス放電ディスプレイデバイス、特にPDPに使われうる。図10には、本発明による保護膜の一具現例が備わったPDPの具体的な構造が図示されている。
図10で、第1パネル210は、第1基板211、前記第1基板211の背面211aに形成されたY電極212とX電極213とを具備した維持電極対214、前記維持電極対214を覆う第1誘電体層215、及び前記第1誘電体層215を覆う保護膜216を具備するが、本発明によるPDPは、優秀な放電特性を有することができ、Xe含有量増加及びシングルスキャンに適している。前記保護膜216についての詳細な説明は、前述したところを参照する。前記Y電極212、X電極213のそれぞれは、ITOなどによって形成された透明電極212b,213bと導電性の良好な金属によって形成されたバス電極212a,213bとを具備する。前記保護膜216は、マグネシウム酸化物含有膜を含み、その表面には、マグネシウム酸化物含有粒子が付着されている。これについての詳細な説明は、前述したところを参照する。
前記第2パネル220は、第2基板221、第2基板221の前面221aに前記維持電極対214と交差するように形成されたアドレス電極222、前記アドレス電極222を覆う第2誘電体層223、前記第2誘電体層上に形成され、放電セル226を区画する隔壁224、及び前記放電セル226内に配された蛍光体層225を具備する。前記放電セル226内部にある放電ガスは、Neに、Xe、N及びKrのうちから選択された一つ以上を追加して形成した混合ガスであり、また前記放電セル内部にある放電ガスは、Neに、Xe、He、N、Krのうちから選択された二以上を追加して形成した混合ガスでありうる。
本発明の保護膜は、輝度向上のためのXe含有量の増加によるNe+Xeの二元混合ガスに使用され、放電電圧上昇を補完するためにHeガスを追加したNe+Xe+Heの三元混合ガスでも、耐スパッタリング性にすぐれて寿命の短縮を防止できる。本発明は、高Xe含有量による放電電圧上昇分を下げ、シングルスキャンに要求される放電遅延時間を満足させる保護膜を提供する。
以下、実施例を利用しつつ、本発明についてさらに詳細に説明する。
実施例1
放電セル基板として、厚さ2.8mmのPDP用ガラス板上に、8mm Ag電極、連結パッド、前記Ag電極上部に30m厚のPbO含有SiO誘電体の形成された基板を準備した。
その後、前記PbO含有SiO誘電体上部に、電子ビーム蒸着法を利用してマグネシウム酸化物膜を、約0.7μm厚に形成した。蒸着時の基板温度は250℃であり、蒸着圧力は、ガス流量制御機を介して酸素及びアルゴンガスを入れて6x10−4torrに調節した。マグネシウム酸化物保護膜の原料としては、多結晶マグネシウム酸化物を使用した。
一方、平均粒径500nmをもって、Scがマグネシウム酸化物100重量部当たり4.0x10−4重量部含まれたマグネシウム酸化物粒子を準備した。前記Scの含まれたマグネシウム酸化物粒子は、エタノール中に硝酸スカンジウム溶液とMgCl水溶液とを混合した後、アンモニア水(NHOH)を添加し、Scの含まれた水酸化マグネシウム(Mg(OH))を沈殿させた後、前記沈殿物を回収して1,000℃で加熱し、Scを含んだマグネシウム酸化物粒子を得た後、プラズマ粉砕法を利用し、平均粒径が500nmであり、Scを前述のような含有量で含むマグネシウム酸化物粒子を得た。
前記Scが含まれたマグネシウム酸化物粒子1gをエタノール15mlに添加し、これを撹拌した後、これから得た混合物を前記マグネシウム酸化物膜の表面にスプレイした。その後、これを150℃の温度で熱処理し、前記Scが含まれたマグネシウム酸化物粒子を前記マグネシウム酸化物膜の表面に付着させた。
前記の放電セル基板を厚さ120μmの石英(Quartz)シーブを挟んで対面させて対向放電セルを設け、この対向セルを高真空チャンバに入れ、十分な排気とArガスのパージングとで内部の水分成分を除去した後、チャンバ内部に放電ガスとしてネオン90%及びキセノン10%の混合ガスを注入して放電評価セルを準備した。これをサンプル1とする。
比較例A
前記実施例1で、Scが含まれたマグネシウム酸化物粒子を前記マグネシウム酸化物膜表面に付着させなかった点を除いては、前記実施例1と同じ方法で放電評価セルを準備した。これをサンプルAとする。
実施例2
厚さ2.8mmのガラス材基板上にフォトリソグラフィ法を利用し、銅からなるバス電極を形成した。前記バス電極をPbOガラスで被覆し、20μm厚の前面誘電体層を形成した。
その後、前記PbO誘電体の上部に電子ビーム蒸着(e−beam evaporation)法を利用し、マグネシウム酸化物膜を約0.7μm厚に形成した。蒸着時の基板温度は250℃であり、蒸着圧力は、ガス流量制御機を介して酸素及びアルゴンガスを入れ、6x10−4torrに調節した。マグネシウム酸化物膜の原料としては、多結晶マグネシウム酸化物を使用した。
一方、平均粒径500nmを有し、Scがマグネシウム酸化物100重量部当たり4.0x10−4重量部含まれたマグネシウム酸化物粒子を準備した。前記Scが含まれたマグネシウム酸化物粒子は、エタノール中に硝酸スカンジウム溶液とMgCl水溶液とを混合した後、アンモニア水(NHOH)を添加し、Scが含まれた水酸化マグネシウム(Mg(OH))を沈殿させた後、前記沈殿物を回収して1,000℃で加熱し、Scを含んだマグネシウム酸化物粒子を得た後、プラズマ粉砕法を利用し、平均粒径が500nmであり、Scを前述のような含有量で含むマグネシウム酸化物粒子を得た。
前記Scが含まれたマグネシウム酸化物粒子1gをエタノール15mlに添加し、これを撹拌した後、これから得た混合物を前記マグネシウム酸化物膜表面にスプレイした。その後、これを150℃の温度で熱処理し、前記Scが含まれたマグネシウム酸化物粒子を前記マグネシウム酸化物膜の表面に付着させた。
前記の基板と背面基板とを120μmの間隔をおいて互いに対面させてセルを作り、このセル内部に放電ガスとしてネオン90%及びキセノン10%の混合ガスを注入し、42インチSD級V4 PDPを製作した。これをサンプル2とする。
比較例B
前記実施例2で、Scが含まれたマグネシウム酸化物粒子を前記マグネシウム酸化物膜表面に付着させなかった点を除いては、前記実施例2と同じ方法でPDPを準備した。これをサンプルBとする。
評価例1:サンプル1及びAの放電開始電圧の評価
サンプル1及びAに対して放電開始電圧を測定し、その結果を図11に示した。
放電開始電圧測定のために、オシロスコープ(Tektronix Oscilloscope)、増幅器(Trek Amplifier)、関数発生器(NF Function Generator)、高真空チャンバ、温度変換機(Peltier Device)、I−Vパワーソース(I−V Power Source)及びLCR計測器(LCR Meter)を使用した。まず、サンプルAに増幅器と関数発生器とを連結した後で、放電開始電圧は2kHzのサイン波(sinuous wave)を印加して測定し、これをサンプル1に対して反復した。
その結果を図11に示した。図11から、本発明によるサンプル1が従来のサンプルAに比べて放電開始電圧が低いということが分かった。
評価例2サンプル1及びAの二次電子放出係数の評価
サンプル1及びAの二次電子放出係数γを測定し、図12に示した。
二次電子放出係数は、フォーカスイオンビーム(FIB:Focused Ion Beam)をサンプル1及びAに加速投射して測定したが、さらに具体的に述べれば、サンプルAの保護膜をNeイオンで衝突させた後、サンプルAから飛び出す電子をファラデイカップ(Faraday Cup)に正電圧(+15V)を印加して収集し、サンプルAに入射するイオンの量も、ファラデイカップを利用して収集した後、その数値を数的に処理してサンプルAの二次電子放出係数γを得た。かような工程をサンプル1に対しても反復した。
図12から、本発明によるサンプル1の二次電子放出係数特性が、従来のサンプルAに比べて優秀であるということを確認することができた。
評価例3サンプル2及びBの放電遅延時間の評価
サンプル2及びBに対し、温度による放電遅延時間(ns単位である)を評価し、その結果を図13に示した。図13から、本発明によるPDPのサンプル2が従来のサンプルBに比べて放電遅延時間が低いということが分かった。
これにより、本発明による保護膜を具備したパネルは、放電遅延時間が短いために、Xe含有量増加及びシングルスキャンに適した放電特性を有するということが分かった。
前記では、本発明の望ましい実施例を参照しつつ説明したが、当該技術分野の熟練当業者は、特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域から外れない範囲内で、本発明を多様に修正及び変更させることができるということを理解することができるであろう。
本発明のマグネシウム酸化物粒子が表面に付着されたマグネシウム酸化物含有膜を含んだPDP用保護膜、その製造方法及び該保護膜を具備したPDPは、例えば、ディスプレイ関連の技術分野に効果的に適用可能である。
PDPの画素の一具現例を概略的に図示した垂直断面図であり、上板が90゜回転されたた状態を示した図面である。 本発明による単結晶マグネシウム酸化物粒子の一具現例のCL発光スペクトルを示した図面である。 本発明による多結晶マグネシウム酸化物粒子の一具現例のCL発光スペクトルを示した図面である。 本発明によるScを含んだ多結晶マグネシウム酸化物粒子の一具現例のCL発光スペクトルを示した図面である。 ガスイオンによる固体からの電子放出を説明するオージェ中和理論を説明した概略図である。 本発明によるPDP用保護膜の一具現例を示した図面である。 本発明によるPDP用保護膜の一具現例を示した図面である。 沈殿法を利用して形成されたマグネシウム酸化物粒子の一具現例のSEM写真である。 化学蒸気酸化法を利用して形成されたマグネシウム酸化物粒子の一具現例のSEM写真である。 本発明による保護膜の一具現例を採用したPDPの一具現例を図示した図面である。 本発明による保護膜の一具現例の従来の保護膜との放電開始電圧をそれぞれ示したグラフである。 本発明による保護膜の一具現例と従来の保護膜との二次電子放出係数をそれぞれ示したグラフである。 本発明による保護膜の一具現例と従来の保護膜との放電遅延時間をそれぞれ示したグラフである。
符号の説明
10,221 第2基板
11,222 アドレス電極
12,223 第2誘電体層
13,225 蛍光体層
14,211 第1基板
15 維持電極
15a,212b,213b 透明電極
15b,212a,213a バス電極
16,215 第1誘電体層
17,33,216 保護膜
19,224 隔壁
30 基板
36 マグネシウム酸化物含有粒子を含む膜
37 マグネシウム酸化物粒子
210 第1パネル
211a 第1基板の背面
212 Y電極
213 X電極
214 維持電極対
220 第2パネル
221a 第2基板の前面
226 放電セル

Claims (13)

  1. Mg欠陥不純物中心を有するマグネシウム酸化物含有粒子が表面に付着されるマグネシウム酸化物含有膜を含み、前記マグネシウム酸化物含有粒子は、規則的なパターンで形成されており、Mg欠陥不純物中心を形成する不純物として希土類元素及びAl、Ca及びSiよりなる群から選ばれた一つ以上の元素をさらに含む、プラズマディスプレイパネル用保護膜。
  2. 前記マグネシウム酸化物含有粒子の陰極線発光スペクトルが、3.1eVないし6eVの範囲で、Mg欠陥不純物中心によるピークを有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用保護膜。
  3. 前記マグネシウム酸化物含有粒子の陰極線発光スペクトルが、3.1eVないし4.2eVの範囲で、Mg欠陥不純物中心によるピークを有することを特徴とする請求項1または2に記載のプラズマディスプレイパネル用保護膜。
  4. 前記マグネシウム酸化物含有粒子の陰極線発光スペクトルが、3.35eVないし3.87eVの範囲で、Mg欠陥不純物中心によるピークを有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のプラズマディスプレイパネル用保護膜。
  5. 前記マグネシウム酸化物含有膜が、希土類元素をさらに含んだことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のプラズマディスプレイパネル用保護膜。
  6. 前記マグネシウム酸化物含有膜が、Al、Ca及びSiからなる群から選択された一つ以上の元素をさらに含むことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のプラズマディスプレイパネル用保護膜。
  7. 前記マグネシウム酸化物含有膜が、Scをさらに含んだことを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載のプラズマディスプレイパネル用保護膜。
  8. 前記マグネシウム酸化物含有粒子が、50nmないし2μmの平均粒径を有することを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載のプラズマディスプレイパネル用保護膜。
  9. 基板上部にマグネシウム酸化物含有膜を形成する段階と、
    Mg欠陥不純物中心を有し、前記Mg欠陥不純物中心を形成する不純物として希土類元素及びAl、Ca及びSiよりなる群から選ばれた一つ以上の元素をさらに含むマグネシウム酸化物含有粒子を準備する段階と、
    前記マグネシウム酸化物含有膜の表面に規則的なパターンで形成された前記マグネシウム酸化物含有粒子を付着させる段階と、を含むことを特徴とするプラズマディスプレイパネル用保護膜の製造方法。
  10. 前記マグネシウム酸化物含有膜の表面に前記マグネシウム酸化物含有粒子を付着させる段階を、前記マグネシウム酸化物含有粒子及び溶媒の混合物を前記マグネシウム酸化物含有膜の表面に提供する段階及び熱処理段階として行うことを特徴とする請求項に記載のプラズマディスプレイパネル用保護膜の製造方法。
  11. 前記溶媒がエタノール及びイソプロパノールからなる群から選択された一つ以上であることを特徴とする請求項10に記載のプラズマディスプレイパネル用保護膜の製造方法。
  12. 前記熱処理段階の熱処理温度が80℃ないし350℃であることを特徴とする請求項10または11に記載のプラズマディスプレイパネル用保護膜の製造方法。
  13. 第1基板と、
    前記第1基板に対し平行に配された第2基板と、
    前記第1基板と前記第2基板との間に配されて発光セルを区画する隔壁と、
    一方向に配された前記発光セルにわたって延び、第2誘電体層によって埋め込まれたア
    ドレス電極と、
    前記アドレス電極が延びた方向と交差する方向に延長され、第1誘電体層によって埋め
    込まれた維持電極対と、
    請求項1ないし請求項のうちいずれか1項に記載の保護膜と、
    前記発光セルに備わった蛍光体層と、
    前記発光セル内にある放電ガスと、を具備したことを特徴とするプラズマディスプレイパネル。
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