JPH08236028A - プラズマディスプレイ用二次電子放出材料及びプラズマディスプレイパネル - Google Patents

プラズマディスプレイ用二次電子放出材料及びプラズマディスプレイパネル

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JPH08236028A
JPH08236028A JP3887495A JP3887495A JPH08236028A JP H08236028 A JPH08236028 A JP H08236028A JP 3887495 A JP3887495 A JP 3887495A JP 3887495 A JP3887495 A JP 3887495A JP H08236028 A JPH08236028 A JP H08236028A
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拓也 渦巻
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 PDPにおいて誘電体層の保護層を形成する
2次電子放出材料の改良に関し、放電開始電圧を低く
し、かつ放電マージン電圧を広くする。 【構成】 MgOを構成するMgの一部が少なくともF
e,Cr及びVのうちいずれか一つの元素で置換された
ことを含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はプラズマディスプレイパ
ネル(以下、PDPと称する。)における2次電子放出
材料及びPDPに関し、より詳しくは、PDPにおいて
誘電体層の保護層を形成する2次電子放出材料の改良及
びこれを用いたPDPに関する。PDPには直接放電型
(DC型PDP)と面放電型を採る間接放電型(AC型
PDP)があり、PDPは大画面化が容易なこと、自発
光型で表示品質が良いこと、応答速度が速いことなどの
特長がある。また、薄型化が可能なことから液晶表示デ
バイス(LCD)などとともに壁掛け用のディスプレイ
として注目されている。将来、より高精彩化が望まれて
いる。
【0002】DC型PDP,AC型PDPのいずれの場
合も誘電体層の保護層としてMgOが用いられている
が、より高精彩化するためには現在の放電開始電圧(V
f)を下げるとともに、動作の安定性を維持するため放
電維持最小電圧と放電維持最大電圧間の幅を広げる必要
がある。
【0003】
【従来の技術】図8は、従来例の面放電型のAC型PD
Pの断面図である。図8に示すように、背面ガラス基板
1の上には並行する帯状の2つの表示電極2,3を一組
とする放電維持電極対が形成されている。表示電極2,
3は誘電体層4で被覆され、更に、誘電体層4上にMg
Oからなる薄い保護層5が形成されている。ここで、誘
電体層4は表示電極への電圧印加により生じた電荷を蓄
積するために設けられ、保護層5は放電により生じたイ
オンの衝突による誘電体層4の破壊を防ぐために設けら
れる。
【0004】一方、前面ガラス基板6の上には帯状のア
ドレス電極7と蛍光体層8が形成されている。上記の背
面ガラス基板1と前面ガラス基板6は、保護層5と蛍光
体層8が対向し、かつ表示電極2,3とアドレス電極7
が交差するように重ね合わされる。保護層5と蛍光体層
8の間には隙間9が形成され、その隙間9に放電を起こ
させる不活性ガスが封入される。
【0005】次に、上記のPDPの動作について説明す
る。表示電極2,3間に放電維持電圧に相当するAC電
圧を印加して誘電体層4に電荷を蓄積しておく。次に、
アドレス電極7に放電開始電圧に達するようなAC電圧
を印加すると、間隙に生ずる高電界により不活性ガスが
電子とイオンに分離し、プラズマ化する。そして、電子
とイオンが再結合する際に発生する紫外線を受けて蛍光
体層8が発色する。以降は、誘電体層4に蓄積された電
荷により放電維持電圧に相当するAC電圧を表示電極
2,3間に印加するだけで不活性ガスが放電し、蛍光体
層8が発色する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、AC型
PDPの高精彩化の要求により表示電極2,3間の距離
を狭くしようとすると、放電開始電圧が増大し、又は、
誘電体層4の静電破壊を招く。このため、放電開始電圧
を低下させなければならない。また、放電開始電圧が増
大するとともに放電維持最小電圧も増大すると考えられ
る。更に、表示電極2,3間が狭くなった分だけそれら
の間に発生する電界が増大し、誘電体層4の静電破壊電
圧が低下するため、放電維持最大電圧の上限が制限を受
ける。以上のように、PDPの高精彩化に伴い、放電維
持最小電圧と放電維持最大電圧の差(放電マージン電
圧)が小さくなる傾向がある。PDPを余裕をもって動
作させ、その動作の安定化を図るためには、放電マージ
ン電圧を広くしておくことが望ましい。
【0007】本発明は、上記の従来例の問題点に鑑みて
創作されたものであり、放電開始電圧を低くし、かつ放
電マージン電圧を広くすることができるPDPにおける
2次電子放出材料を提供することを目的とするものであ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題は、第1に、M
gOを構成するMgの一部が少なくともFe,Cr及び
Vのうちいずれか一つの元素で置換されたプラズマディ
スプレイ用二次電子放出材料によって達成され、第2
に、前記MgOを構成するMgの一部がそれぞれ前記F
e,Cr及びVで置換され、かつ、前記Vの量は前記F
eと前記Crの総量よりも少ないことを特徴とする第1
の発明に記載のプラズマディスプレイ用二次電子放出材
料によって達成され、第3に、2つの基板が間隙を挟ん
で対向し、該間隙に放電させるべき不活性ガスを封入し
てなるプラズマディスプレイパネルにおいて、少なくと
も一つの前記基板の前記不活性ガスと接する側の表面に
請求項1又は請求項2記載の二次電子放出材料からなる
保護層が形成されていることを特徴とするプラズマディ
スプレイパネルによって達成され,第4に、前記2つの
基板はそれぞれガラス基板上に帯状の電極と誘電体層と
前記保護層とが順に積層されてなり、前記保護層同士が
対面し、かつそれぞれの前記電極が交差するように前記
2つの基板が重ねられてなることを特徴とする第3の発
明に記載のプラズマディスプレイパネルによって達成さ
れ、第5に、前記2つの基板のうち、一方の前記基板は
ガラス基板上に互いに並行する帯状の放電維持電極対と
誘電体層と前記保護層とが順に積層されてなり、他方の
前記基板はガラス基板上に帯状の書き込み電極と蛍光体
層とが順に積層されてなり、前記保護層と前記蛍光体層
とが対面し、かつ前記電極対と前記書き込み電極とが交
差するように前記2つの基板が重ねられてなることを特
徴とする第3の発明に記載のプラズマディスプレイパネ
ルによって達成される。
【0009】
【作用】プラズマディスプレイパネルの放電開始電圧は
保護層からの2次電子放出量により大きな影響を受け
る。即ち、不活性ガスが電離して生じたイオンは保護層
に衝突して内部に進入する。この運動エネルギを受け
て、保護層から2次電子が発生し、さらに電離を促進す
る。従って、放電開始電圧を下げるためには保護層から
の2次電子放出量を大きくすることが必要である。
【0010】また、2次電子放出量を大きくすることに
より、放電維持最小電圧が下がると考えられるので、放
電マージン電圧を広くするためにも2次電子放出量を大
きくする方がよいと考えられる。本願発明者は、イオン
衝撃に強いMgOを用いるとともに、そのMgの一部を
鉄(Fe)及びクロム(Cr)のうち少なくともいずれ
かで置換することにより、放電マージン電圧を広くする
ことができることを、実験により見いだした。特に、鉄
及びクロムに加えて、鉄及びクロムの総量と比べて少量
のバナジウム(V)を置換すれば、その効果が大きくな
ることを見いだした。
【0011】また、上記置換により保護層からの2次電
子放出量が大きくなると考えられるため、放電開始電圧
を低くすることも可能である。
【0012】
【実施例】次に、図面を参照しながら本発明の実施例に
ついて説明する。 (1)本発明の第1の実施例に係る二次電子放出材料 第1の実施例に係る二次電子放出材料について実験した
結果を以下に説明する。
【0013】(i) 試料の作成 図1に示す構造の調査用試料を作成した。調査用試料と
して、2つの基板11,12間の隙間13に不活性ガス
を封じてプラズマディスプレイパネルを形成したものを
用い、モノクロタイプのPDPの構成となっている。そ
して、保護層として用いられるMgO中のMgを置換す
る元素に鉄(Fe),クロム(Cr)及びバナジウム
(V)を用い、これらの含有量を種々変えたものを6種
類(#1〜#6)作成した。
【0014】以下、調査用試料の構造について説明す
る。即ち、一方の基板11はガラス基板21a上に帯状の
第1の表示電極22aと誘電体層23aと保護層24aとを順
に積層し、他方の基板12はガラス基板21b上に帯状の
第2の表示電極22bと誘電体層23bと保護層24bとを順
に積層した。なお、第1の表示電極22aと第2の表示電
極22bにはそれぞれ引出配線25a,25bが接続されてい
る。
【0015】そして、保護層24a,24b同士が対面し、
第1の表示電極22aと第2の表示電極22bとが交差する
ように2つの基板11,12が重ねられるとともに、基
板11,12間に放電用の不活性ガスを封入するための
30μmの隙間13が形成される。第1及び第2の表示
電極22a,22bとしてスパッタ法により形成されたCr
膜/Cu膜/Cr膜の3層の導電膜を用い、誘電体層23
aとして塗布法等により形成された膜厚約20μmの酸
化鉛系(PbO系)のガラス膜を用いた。
【0016】また、保護層24a,24bとして遷移金属で
ある鉄(Fe),クロム(Cr)及びバナジウム(V)
でマグネシウム(Mg)を置換した膜厚約0.5μmの
MgO膜を用いた。MgO膜24a,24bは、含有量を種
々変えて鉄(Fe),クロム(Cr)及びバナジウム
(V)を混合したMgO単結晶をるつぼに入れて溶融
し、これを電子ビーム蒸着(EB蒸着)することにより
形成された。
【0017】(ii)実験方法 (a)フォトルミネッセンスの測定方法 MgO単結晶を用いたEB蒸着により得られた保護層24
a,24b中のMgと置換している元素を特定し、Fe,
Cr及びVの量を検出するため、フォトルミネッセンス
測定を行った。
【0018】フォトルミネッセンス測定は、光励起され
た電子が不純物イオンの準位に落ちるときに発生する光
を観測するものである。その光は不純物イオンに特有の
波長を有し、存在量に比例した強度を有するので、不純
物の種類や量を特定することができる。光源として波長
488nm及び514.5nmのArレーザを用い、そ
れぞれパワー50mW,36mWで保護層24a,24bを
励起した。なお、励起波長488nm,514.5nm
の光はエネルギにすると、それぞれ2.54eV,2.
41eVに相当し、MgOのバンドギャップ7.75e
Vの約1/3のエネルギしかないため、価電子帯(vale
nce band)の電子を伝導帯(conduction band )にまで
励起することはできない。それにもかかわらず、ルミネ
ッセンスが観測されるのは、図7に示すように、MgO
のバンドギャップ内に酸素欠陥などの幾つかの局在準位
が存在し、これらから伝導帯に電子が励起されるためで
あると考えられる。
【0019】(b)放電維持最小電圧,放電維持最大電
圧及び放電マージン電圧の測定方法 第1及び第2の表示電極22a,22bに周波数2KHzの
交流電源を接続して徐々に電圧を増加していき、放電が
開始する電圧(放電開始電圧;Vf )を測定した。ま
た、放電の開始後に電圧を下げていき、放電が消滅する
ときの電圧(放電維持最小電圧;Vsmin)を測定し
た。更に、電圧を上げていき、放電が消滅するとき、或
いは誘電体層23a,23bが破壊するときの電圧(放電維
持最大電圧;Vsmax)を測定した。
【0020】また、放電維持最大電圧と放電維持最小電
圧とから放電マージン電圧(Vsmax−Vsmin)
を計算した。 (iii) 実験結果について (a)フォトルミネッセンスの測定結果 図3(a),(b)に測定結果を示す。図3(a)は測
定波長に対する発光強度を示す特性図であり、図3
(b)は測定波長700nm付近の拡大図である。とも
に、縦軸は任意単位で表した発光強度を示し、横軸は線
形目盛りで表した測定波長〔nm〕を示す。なお、図3
(a)において、図の上部に示す横軸は測定波長に対応
する光子のエネルギ〔eV〕を示す。
【0021】図3(a)及び図3(b)に示すように、
幾つかの特徴的なピークが観測された。ピーク位置を示
す測定波長は光源の励起波長488nm,514.5n
mによって変化しないことから、ラマン効果でなく、ル
ミネッセンスにより出現しているものだと判断すること
ができる。なぜなら、ラマン効果によるピークは光とフ
ォノンとの相互作用によるものであるため、励起波長が
変化すると、ラマン散乱のピーク位置も励起波長の変化
量だけシフトするからである。
【0022】以下、ピークに対応する不純物の種類を特
定する。凡そ650〜920nmの測定波長の範囲で観
測されるルミネッセンスは過去に観測されているので、
これらのデータを基にした。文献〔S.Datta,K.E.Aeberl
i,I.M.Boswarva,and D.B.Holt,J.Microscopy 118(1980)
367 によれば、200〜250ppmのFeをドープし
たMgOのカソードルミネッセンス測定結果が記載され
ており、688,706,723,747nmの明瞭な
ピークが観測されている。従って、図中、これらに近い
位置にあるピークがFe元素の存在を示していると考え
られる。
【0023】更に、文献〔C.C.Chao,J.Phys.Chem.Solid
s,32(1971)2517 によるMgO中のCr3 + からのルミ
ネッセンス測定結果は、698,712,720,72
5nmの発光を観測していると考えられる。従って、図
中、これらに近い位置にあるピークがCr元素の存在を
示していると考えられる。また、659.5〜680n
mの領域の発光はMn4 + からのものであるとの報告
〔K.Dunphy,and W.W.Duley,J,Phys.Chem.Solids,51(199
0)1077 があり、660nmのルミネッセンスがそれに
対応していると考えられる。従って、図中、これらに近
い位置にあるピークがMn元素の存在を示していると考
えられる。
【0024】更に、880〜920nmに見られる発光
に関して、文献〔I.Femandez and J.Llopis,Phys.stat.
sol.(a)108(1988)K163 によれば、図中、特に870n
mの強い発光は、V2 + からのルミネッセンスであると
考えられる。 (b)放電維持最小電圧,放電維持最大電圧及び放電マ
ージン電圧の測定結果 測定波長700,720,870nmの発光強度〔cp
s〕と放電維持最小電圧(Vsmin)、放電維持最大
電圧(Vsmax)〔V〕との関係を図4(a)に示
す。Vsmin,Vsmaxの値は、試料を1時間エー
ジングした後の測定値である。図4(a)からVsma
xは720nmの発光強度とほぼ比例関係にあることが
分かる。
【0025】また、放電マージン電圧(Vsmax−V
smin)と各発光強度との関係を図4(b)に示す。
放電マージン電圧は870nmの発光強度とほぼ反比例
の関係にあることが分かる。これらの間の相関をより明
確にするため、各発光強度に対するVsmin,Vsm
ax,Vsmax−Vsminの依存性をそれぞれ図5
(a),(b),図6に示す。各図中、データの傾向を
実線で示した。
【0026】図6の放電マージン電圧については、興味
ある結果が得られた。即ち、測定波長700nmの発光
強度は、放電マージン電圧に対してほぼ一定であるのに
対して、測定波長720nm,870nmの発光強度は
大きく変化している。放電マージン電圧が11Vを境に
して高くなると測定波長720nmの発光強度が急速に
増加する。これは、少なくともFe及びCrのうちいず
れかのMg置換量が増加するほど、バンドギャップ内に
不純物準位が多数形成されること、そこに高いエネルギ
を持った電子がトラップされて不純物準位の基底状態に
遷移すること、それにより、MgOの表面から2次電子
が多数発生することを示していると考えられる。
【0027】一方、放電マージン電圧が11Vを境にし
て高くなると測定波長870nmの発光強度は減少す
る。以上から、PDPの保護層に用いられるMgO膜中
のFe及びCrからの発光強度が強く、或いはVからの
発光が弱い場合に、放電マージン電圧が高くなることが
わかった。これは、少なくともFe及びCrのうちいず
れかでMgを置換したことによるため、或いはこれにV
添加の効果が加わったことによるためと考えられる。
【0028】なお、放電開始電圧(Vf )については、
データを取得していないが、MgOの表面から2次電子
が多数発生していると予想されるため、保護層に接する
不活性ガスの放電が促進されるため、放電開始電圧(V
f )も下がると考えられる。 (2)本発明の第2の実施例に係るプラズマディスプレ
イパネル 以下に、第2の実施例に係るカラーPDPについて図2
(a),(b)を参照しながら説明する。保護層38と
して上記の二次電子放出材料を用いている。図2
(a),(b)は、それぞれカラー表示が可能な面放電
型PDPの構成を示す斜視図及び部分断面図である。
【0029】図中、31は前面ガラス基板、32a,32b
は前面ガラス基板31表面に形成され、一方向に並行し
て延びる2つ一組の帯状の表示電極対で、それぞれCr
膜/Cu膜/Cr膜の三層の導電膜からなる。33は表
示電極32a,32bを被覆して形成された厚さ約20μm
の酸化鉛系(PbO系)のガラス層(誘電体層)であ
る。
【0030】34は第1の実施例に示した二次電子放出
材料からなる保護層である。以上が一方の基板14を構
成する。35は前面ガラス基板31と対向するように形
成される背面ガラス基板、36a,36bは背面ガラス基板
35上に形成され、一方向に互いに並行する帯状の仕切
り壁、37は仕切り壁36a,36b間の凹部に仕切り壁36
a,36bに沿って形成されたアドレス電極(書き込み電
極)、38はアドレス電極37を被覆する蛍光体で、ア
ドレス電極37と蛍光体38は、例えば、赤を表示す。
なお、符号を付けていないが、赤の表示部の隣には横並
びに緑、青、赤・・の表示が順に並んでいる。各色の蛍
光体は互いに異なる材料からなる。青の場合、例えばBa
MgAl14O23:En2+が用いられ、緑の場合、例えばBaAl12O
19:Mnが用いられ、赤の場合、例えばY0.65Gd0.35BO3:En
3+ が用いられる。各アドレス電極37及び蛍光体38
間は仕切り壁36a,36bにより仕切られている。
【0031】以上が他方の基板15を構成する。なお、
実際のPDPでは、仕切り壁,アドレス電極,蛍光体及
び表示電極は上記説明したのと同様な構成で多数形成さ
れているが、上記の説明では、簡単のため、1組しか説
明していない。背面ガラス基板35の蛍光体38と前面
ガラス基板31の表示電極32a,32bとが数十μmの隙
間39をあけて対面し、かつ表示電極32a,32bと背面
ガラス基板35のアドレス電極37とが交差するように
基板14,15は重ね合わされる。
【0032】図2(b)は仕切り壁36aと仕切り壁36b
との間の凹部の隙間39を示す部分断面図で、凹部にネ
オン(Ne)とキセノン(Xe)の混合ガスやヘリウム
(He)とXeの混合ガス等の不活性ガスを減圧封入し
ている。上記のPDPを動作させる場合、表示電極32a
及び32bの間に放電開始前の放電維持電圧(交流又は直
流)を印加して誘電体層33に電荷を蓄積しておく。こ
の状態で、アドレス電極37に放電開始電圧に達するよ
うに電圧(交流又は直流)を印加することにより放電を
起こさせる。これにより、凹部の隙間39にプラズマを
発生させ、そのプラズマから発する励起光により蛍光体
38が発光し、カラー表示がなされる。
【0033】上記の第2の実施例に係るカラーPDPに
よれば、保護層34の材料として第1の実施例に係る二
次電子放出材料を用いているので、二次電子放出量が増
え、封入された不活性ガスの電離が促進される。これに
より、放電開始電圧を下げることができるので、放電維
持電極間の間隔を狭くし、カラーPDPの高精彩化を図
ることができる。
【0034】また、放電マージン電圧を広くすることが
できるので、PDPを安定に動作させることができる。
なお、第2の実施例では、面放電型PDPに本発明を適
用しているが、これに限らず、不活性ガスが封入され、
不活性ガスに接する保護層からの二次電子放出を利用し
て不活性ガスの放電を促進する構成のPDPに本発明を
適用することができる。
【0035】
【発明の効果】以上のように、本発明に係るプラズマデ
ィスプレイ用二次電子放出材料によれば、MgOを構成
するMgの一部が少なくともFe,Cr及びVのうちい
ずれか一つの元素で置換されている。このため、2次電
子放出量が増えるので、放電が促進され、放電開始電圧
が下がり、かつ放電マージン電圧が広くなる。特にVの
量はFeとCrの総量よりも少なくすることにより、そ
の効果を高めることができる。
【0036】また、本発明に係るプラズマディスプレイ
パネルによれば、放電開始電圧を下げることができるの
で、放電維持電極間の間隔を狭くし、プラズマディスプ
レイパネルの高精彩化を図ることができる。しかも、放
電マージン電圧を広くすることができるので、プラズマ
ディスプレイパネルを安定に動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例に係る二次電子放出材料
を調査するためのPDPについて示す断面図である。
【図2】本発明の第2の実施例に係る面放電型PDPに
ついて示す斜視図及び断面図である。
【図3】本発明の第1の実施例に係る二次電子放出材料
のフォトルミネッセンスの調査結果について示す特性図
である。
【図4】本発明の第1の実施例に係る二次電子放出材料
の放電維持最小電圧,放電維持最大電圧及び放電マージ
ン電圧の調査結果について示す特性図である。
【図5】本発明の第1の実施例に係る二次電子放出材料
の発光強度に対する放電維持最小電圧及び放電維持最大
電圧依存性の調査結果について示す特性図である。
【図6】本発明の第1の実施例に係る二次電子放出材料
の発光強度に対する放電マージン電圧依存性の調査結果
について示す特性図である。
【図7】本発明の第1の実施例に係る二次電子放出材料
のバンド構造について示す図である。
【図8】従来例に係るPDPについて示す断面図であ
る。
【符号の説明】
11,12,14,15 基板、 13,39 隙間、 21a,21b,31,35 ガラス基板、 22a,32a 第1の表示電極、 22b,32b 第2の表示電極、 23a,23b,33 誘電体層、 24a,24b,34 保護層、 25a,25b 引出し配線、 36a,36b 仕切り壁、 37 アドレス電極(書き込み電極)、 38 蛍光体層。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 MgOを構成するMgの一部が少なくと
    もFe,Cr及びVのうちいずれか一つの元素で置換さ
    れたことを特徴とするプラズマディスプレイ用二次電子
    放出材料。
  2. 【請求項2】 前記MgOを構成するMgの一部がそれ
    ぞれ前記Fe,Cr及びVで置換され、かつ、前記Vの
    量は前記Feと前記Crの総量よりも少ないことを特徴
    とする請求項1記載のプラズマディスプレイ用二次電子
    放出材料。
  3. 【請求項3】 2つの基板が間隙を挟んで対向し、該間
    隙に放電させるべき不活性ガスを封入してなるプラズマ
    ディスプレイパネルにおいて、 少なくとも一つの前記基板の前記不活性ガスと接する側
    の表面に請求項1又は請求項2記載の二次電子放出材料
    からなる保護層が形成されていることを特徴とするプラ
    ズマディスプレイパネル。
  4. 【請求項4】 前記2つの基板はそれぞれガラス基板上
    に帯状の電極と誘電体層と前記保護層とが順に積層され
    てなり、前記保護層同士が対面し、かつそれぞれの前記
    電極が交差するように前記2つの基板が重ねられてなる
    ことを特徴とする請求項3記載のプラズマディスプレイ
    パネル。
  5. 【請求項5】 前記2つの基板のうち、一方の前記基板
    はガラス基板上に互いに並行する帯状の放電維持電極対
    と誘電体層と前記保護層とが順に積層されてなり、他方
    の前記基板はガラス基板上に帯状の書き込み電極と蛍光
    体層とが順に積層されてなり、前記保護層と前記蛍光体
    層とが対面し、かつ前記電極対と前記書き込み電極とが
    交差するように前記2つの基板が重ねられてなることを
    特徴とする請求項3記載のプラズマディスプレイパネ
    ル。
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