WO2010010677A1 - プラズマディスプレイパネル - Google Patents

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discharge
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protective film
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西谷幹彦
坂井全弘
福井裕介
本多洋介
山内康弘
岡藤美智子
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パナソニック株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J11/00—Gas-filled discharge tubes with alternating current induction of the discharge, e.g. alternating current plasma display panels [AC-PDP]; Gas-filled discharge tubes without any main electrode inside the vessel; Gas-filled discharge tubes with at least one main electrode outside the vessel
    • H01J11/10—AC-PDPs with at least one main electrode being out of contact with the plasma
    • H01J11/12—AC-PDPs with at least one main electrode being out of contact with the plasma with main electrodes provided on both sides of the discharge space
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J11/00—Gas-filled discharge tubes with alternating current induction of the discharge, e.g. alternating current plasma display panels [AC-PDP]; Gas-filled discharge tubes without any main electrode inside the vessel; Gas-filled discharge tubes with at least one main electrode outside the vessel
    • H01J11/20—Constructional details
    • H01J11/34—Vessels, containers or parts thereof, e.g. substrates
    • H01J11/40—Layers for protecting or enhancing the electron emission, e.g. MgO layers

Definitions

  • the present invention relates to a plasma display panel (hereinafter referred to as “PDP”), and more particularly to a PDP characterized by a protective film covering a dielectric layer on a front substrate.
  • PDP plasma display panel
  • Plasma display panels are classified into direct current (DC) type and alternating current (AC) type.
  • the AC type is superior to the DC type in terms of luminance, light emission efficiency, and lifetime, and is becoming popular.
  • An electrode and a dielectric layer are formed in this order on the front substrate of the AC type PDP, and a protective film is further formed so as to cover the dielectric layer.
  • Magnesium oxide (MgO) is used as a material for the protective film. This is because magnesium oxide has been considered to be superior to other materials in functions required for a protective film, that is, sputtering resistance and electron emission characteristics.
  • ⁇ secondary electron emission coefficient
  • Patent Document 1 proposes that the surface layer portion of the protective film is composed of magnesium oxide in which part of oxygen is replaced with nitrogen.
  • the PDP having a composition represented by Mg 3 O 3 (1-x) N 2x (where 0 ⁇ x ⁇ 7) is used as the surface layer portion of the protective film than the PDP using magnesium oxide as the protective film.
  • the discharge start voltage is lowered.
  • Patent Document 2 discloses a composition in which the protective film is represented by AlNX (X is at least one selected from Si, Ge, Sn, Pb, Be, Mg, Ca, O, and S). It is proposed that According to Patent Document 2, AlN is excellent in sputtering resistance and electron emission characteristics. When elements other than Al and N are mixed therein, these characteristics are further improved (paragraphs 0022 and 0023).
  • Example 4 of Patent Document 2 (Al 1 -ab M a D b ) 1 -d (N 1 -c A c ) d (where M is at least one selected from Si, Ge, Sn, and Pb) Species, D is at least one selected from Be, Mg, Ca, A is at least one selected from O, S, 0.3 ⁇ d ⁇ 0.5; Although not specified in the column of Example 4, when referring to claim 2, 0 ⁇ a ⁇ 0.5, 0 ⁇ b ⁇ 0.5, 0 ⁇ a + b ⁇ 0. 5, 0 ⁇ c ⁇ 0.5, 0 ⁇ a + b + c ⁇ 1). Table 4 showing the results of Example 4 illustrates (AlMg) 0.60 (NO) 0.40 .
  • a neon (Ne) -xenon (Xe) -based inert gas is sealed in the discharge space of an AC-type PDP that is in practical use.
  • the partial pressure of xenon in this inert gas is 5 to 10%.
  • the value of the discharge start voltage mainly depends on secondary electron emission due to Auger neutralization that occurs when Ne ions or Xe ions approach the protective film up to a distance at which interaction with the protective film occurs in the discharge space.
  • Ne ions play most of the role, and the contribution of Xe ions is quite small.
  • Patent Documents 1 and 2 can be evaluated as reducing the PDP discharge start voltage to some extent. However, assuming a PDP with a high xenon partial pressure in an inert gas filling the discharge space, further improvement of the protective film is required so that a lower discharge start voltage can be obtained.
  • an object of the present invention is to provide a PDP having an improved protective film so that a lower discharge start voltage can be obtained.
  • the PDP of the present invention includes a front substrate, a rear substrate disposed so as to face the front substrate, and a partition that partitions a space between the front substrate and the rear substrate into a discharge space,
  • a protective film is formed to cover the dielectric layer formed on the front substrate and to be in contact with the discharge space, and the vicinity of the surface of the protective film is substantially composed of magnesium, aluminum, nitrogen and oxygen.
  • the ratio of the number of atoms of the aluminum to the total number of atoms of the magnesium and the aluminum is 2.1% or more and 66.5% or less, and the number of atoms of the nitrogen with respect to the total number of atoms of the nitrogen and the oxygen
  • the ratio is 1.2% or more and 17.2% or less of the total number of atoms of nitrogen and oxygen relative to the total number of atoms of magnesium and aluminum.
  • the composition of the protective film is adjusted so that a lower discharge starting voltage can be obtained.
  • One of the features of this protective film is that the magnitude relationship of the number of non-metal atoms with respect to the number of metal atoms (Mg, Al) is opposite to the conventionally proposed films containing Mg and O, The ratio of the latter to the former is adjusted to 1.0 or more.
  • a PDP that is required to be driven at a higher voltage than the conventional one such as a PDP in which an inert gas of Ne—Xe system having a xenon partial pressure higher than 10% is sealed It becomes possible to drive with the same voltage as the conventional one.
  • FIG. 1 It is sectional drawing which shows one form of PDP of this invention. It is II sectional drawing of FIG. It is a figure which shows the relationship between the discharge start pressure and discharge power of three types of protective films. It is a figure which shows the discharge maintenance voltage of PDP of three types of protective films shown in FIG. It is a figure which shows the X-ray electron emission spectrum and UV electron emission spectrum of Sample 2. It is a figure which shows the X-ray electron emission spectrum and UV electron emission spectrum of Sample 3. It is a figure which shows the X-ray electron emission spectrum and UV electron emission spectrum of Sample 4. It is a figure which shows the X-ray electron emission spectrum and UV electron emission spectrum of Sample 6. It is a figure which shows the X-ray electron emission spectrum and UV electron emission spectrum of Sample 7.
  • the PDP of the present invention can be configured using members conventionally used except for the protective film.
  • the configuration of the PDP is not particularly limited as long as the effect of lowering the discharge start voltage of the protective film according to the present invention can be obtained. Based on this premise, an embodiment of the PDP according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing one embodiment of the PDP of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II of FIG.
  • the PDP shown in FIGS. 1 and 2 is a so-called AC type.
  • Transparent electrodes (usually indium tin oxide (ITO) or tin oxide (SnO 2 ) are used) 12 and 13 are formed on a front substrate 11 made of a transparent insulating substrate (usually a glass plate is used). Is formed.
  • the transparent electrode 12 is a scan electrode
  • the transparent electrode 13 is a sustain electrode 13. These electrodes 12 and 13 are formed so as to be close to each other and extend parallel to each other and pass over the same discharge cell 17. By applying a voltage between the transparent electrodes 12 and 13, a sustain discharge (display discharge) is generated in the discharge cell 17 previously selected by the address electrode 19 to be described later and in which wall charges are accumulated.
  • the bus electrode 14 is an auxiliary electrode having a low resistance constituted by, for example, a thick silver film, an aluminum thin film, or a laminated thin film of chromium / copper / chromium (Cr / Cu / Cr).
  • a transparent dielectric layer (usually low-melting glass is used) 15 is formed on these electrodes 12, 13, and 14, and a protective film 16 is further formed so as to cover the dielectric layer 15. .
  • the dielectric layer 15 has a current limiting function peculiar to the AC type PDP, and contributes to a relatively long life of the AC type.
  • the protective film 16 is conventionally made of magnesium oxide. The material of the protective film 16 in this embodiment will be described later.
  • a rear substrate 18 made of a transparent insulating substrate is disposed parallel to the substrate 11 at a predetermined distance from the front substrate 11.
  • an address electrode 19 for writing image data and a base dielectric layer 20 are formed in this order.
  • a barrier rib 22 is formed on the underlying dielectric layer 20, and the discharge space between the front substrate 11 and the rear substrate 18 is divided into discharge cells 17 by the barrier rib 22.
  • the address electrodes 19 and the barrier ribs 22 are formed so as to extend in a direction orthogonal to the extending direction of the transparent electrodes 12 and 13.
  • the phosphor layer 21 is attached to the lower dielectric layer 20 and the barrier ribs 22 and is exposed to the space in the discharge cell 17.
  • the phosphor layer 21 is made of any one of RGB (red, green and blue) phosphors.
  • ultraviolet light having a wavelength corresponding to the kind of the inert gas enclosed is generated in the cell 17, and the ultraviolet light is determined according to the phosphor material constituting the phosphor layer 21. Visible light having a wavelength is emitted.
  • the barrier rib 22 that plays a role of partitioning the discharge cell 17 also has an action of preventing erroneous discharge and optical crosstalk.
  • the discharge cell 17 is usually filled with an inert gas (discharge gas) composed of neon (Ne) and xenon (Xe).
  • discharge gas composed of neon (Ne) and xenon (Xe).
  • the pressure of the discharge gas is usually about 23.9 kPa (180 Torr) to 79.8 kPa (600 Torr), for example, about 66.7 kPa (500 Torr).
  • the partial pressure of xenon in the discharge gas composed of neon and xenon is 5 to 10%.
  • the present invention can be applied to a PDP using a discharge gas whose Xe partial pressure is about the above level, but more specifically, a PDP in which the Xe partial pressure in the discharge gas is set high for higher luminance, more specifically, neon and Effective when applied to a PDP that uses a discharge gas that is a mixed gas with xenon and has a partial pressure of xenon set to 11 to 100% of the total, in some cases 40 to 100%, or even 70 to 100%. Is big.
  • the PDP of the present invention is not limited to a PDP using a Ne—Xe-based discharge gas, but is applied to a PDP using a discharge gas containing other gases such as helium (He), argon (Ar), and krypton (Kr). You can also
  • the vicinity of the surface of the protective film 16 is substantially composed of magnesium (Mg), aluminum (Al), nitrogen (N), and oxygen (O).
  • Mg magnesium
  • Al aluminum
  • N nitrogen
  • O oxygen
  • substantially is used to allow impurities that are difficult to eliminate completely in the mass production process to be mixed to such an extent that they hardly affect the characteristics of the protective film. Specifically, It is a term indicating that other atoms of less than 0.1 atomic% may be contained.
  • the ratio of Mg, Al, N and O is determined within the following range.
  • the ratio of Al to the total number of Mg and Al atoms (Al / (Mg + Al) ⁇ 100 [%]) is 2.1% or more and 66.5% or less.
  • the ratio of N to the total number of N and O atoms (N / (N + O) ⁇ 100 [%]) is 1.2% or more and 17.2% or less.
  • the ratio of the total number of N and O atoms to the total number of Mg and Al atoms ((N + O) / (Mg + Al)) is 1.0 or more and 1.35 or less.
  • the composition in the vicinity of the surface of the protective film is limited.
  • the remaining portion of the protective film is desirably a composition in a limited range in the vicinity of the surface from the viewpoint of ensuring that the composition in the vicinity of the surface is within a predetermined range, but may be a composition outside the above range.
  • the composition in the vicinity of the surface can be measured by an XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) method.
  • the composition of the outermost surface of the film specifically, the composition in the range of several nanometers from the surface can be analyzed.
  • “near the surface” refers to a range that can be analyzed by the XPS method for the surface of the film.
  • the thickness of the protective film 16 is not particularly limited, but may be about the same as the conventional film, for example, in the range of 0.5 ⁇ m to 1 ⁇ m.
  • the discharge characteristics were measured using a pair of electrodes arranged to face each other in a sealed chamber.
  • the electrode spacing was 10 cm, and argon (Ar) gas was used as the discharge gas in the chamber.
  • One of the electrodes was grounded, and the other was connected to a high frequency power source (13.56 MHz).
  • a protective film whose characteristics are to be evaluated was formed on an electrode (high-frequency electrode) connected to a high-frequency power source. Then, while maintaining the discharge power applied between the pair of electrodes constant (8 W), the pressure of the discharge gas was gradually increased from 0.5 Pa, and the pressure at which discharge started was measured.
  • the discharge start voltage basically depends on ions and electrons generated in the discharge space.
  • ions and electrons in the discharge gas are less likely to be generated.
  • ions / electrons generated on the surface of the high-frequency electrode determine the discharge start voltage. Therefore, the secondary electron emission coefficient of the protective film can be evaluated by the method as described above.
  • FIG. 3 shows the results of the evaluation method performed on the protective films A, B, and C made of different materials.
  • the discharge power was appropriately selected within the range indicated on the vertical axis of the graph, and the discharge start pressure was determined at the discharge power. As shown in FIG. 3, the result that the discharge start pressure was low was obtained in the order of the protective films A, C, and B.
  • FIG. 4 shows the discharge sustaining voltage of a PDP test panel manufactured using the protective films A, B, and C (the discharge gas is 100% Xe gas).
  • the discharge sustaining voltage was measured for each type of phosphor (RGB), and further by emitting three types of phosphors simultaneously (white light emission).
  • the sustaining voltage in the PDP test panel well reflected the value of the discharge start pressure, and became lower as the discharge start pressure was lower. From the above, it was confirmed that the above evaluation method is appropriate as a method for evaluating the secondary electron emission coefficient of the protective film, which is a problem in an actual PDP.
  • the protective film was formed on the high frequency electrode by sputtering or electron beam evaporation (EB).
  • the film thickness was 0.5 ⁇ m.
  • Table 1 shows the target used in the sputtering method and the vapor deposition source used in the EB method together with the film formation atmosphere.
  • Table 1 also shows the composition of the protective film measured by the XPS method.
  • the soft X-ray used in this XPS method is Alk ⁇ (1.485 keV).
  • an automatic etching operation sometimes performed when analyzing a composition change in the depth direction of the film was not performed, and only the composition near the surface of the film was evaluated.
  • X-rays are the result of performing spectroscopy of electrons that are perpendicularly incident on the sample and emitted in a direction inclined by 45 ° from the vertical direction.
  • MgO / Al indicates that an Al foil is disposed on a part of the surface of the MgO target.
  • AlN / MgO indicates that the MgO crystal target is arranged on a part of the surface of the AlN target. If these targets are used and the ratio of the area in which the Al foil or the like is disposed is adjusted, the ratio of atoms to be sputtered can be controlled.
  • the film was formed while supplying nitrogen gas into the chamber.
  • the notation of AlN + MgO indicates that the film was formed by co-evaporation using two deposition sources of an AlN deposition source and an MgO deposition source.
  • the discharge start pressure of the MgON-based protective film (sample 0) containing no Al was 1.60 Pa and was not sufficiently low. Even if the amount of Al mixed was small, it was effective in reducing the discharge start pressure (Sample 2). However, when the ratio of Al to the total of Mg and Al was too high (Samples 5 to 8), the discharge start pressure was not sufficiently lowered. Similarly, even when the amount of N mixed is small, the discharge start pressure is greatly reduced (sample 12). However, when the ratio of N to the sum of N and O became too high (sample 14), the discharge start pressure was not sufficiently lowered. Moreover, even if the ratio of the nonmetallic atom (O, N) to the metal atom (Mg, Al) was too low (Sample 18) or too high (Sample 1), the discharge start pressure was not sufficiently lowered. .
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2000-173476 (Patent Document 1) and Japanese Patent Laid-Open No. 2003-100217 (Patent Document 2), O and N with respect to the total number of metal atoms such as Al and Mg.
  • the total number of non-metallic atoms is set to be less than one.
  • the electron emission spectrum from the valence band by XPS (hereinafter referred to as “X-ray electron emission spectrum”) and the electron emission spectrum by photon radiation (hereinafter referred to as “UV electron emission spectrum”). ) And measured.
  • the UV electron emission spectrum is obtained by measuring electrons emitted when irradiated with visible / ultraviolet rays having a wavelength of 500 to 200 nm.
  • the X-ray electron emission spectrum reflects the state near the surface of the film, whereas the UV electron emission spectrum is considered to reflect the state deeper than the X-ray electron emission spectrum.
  • the X-ray electron emission spectrum is shown by thinly hatching a region having a binding energy of 6 eV or less.
  • a low discharge start pressure tends to be obtained from a sample having a wide hatched region.
  • Samples 2 to 4 had very similar X-ray electron emission spectra.
  • the ratio of [Al / (Mg + Al)] based on the number of atoms (hereinafter simply referred to as “Al”) relative to the ratio of [N / (N + O)] based on the number of atoms (hereinafter simply referred to as “N ratio”).
  • the ratio (expressed as “ratio”) (Al ratio / N ratio) is 3 or less. When this ratio is adjusted to 3 or less, more specifically 2.4 or less, a characteristic X-ray electron emission spectrum in which a large peak having an apex in a region of 6 eV or less is obtained. A low discharge starting pressure is obtained.
  • the Al ratio / N ratio is less than 1.
  • the peak in the vicinity of 12 to 13 eV indicated by the arrow decreases as the Al ratio increases (from FIG. 5 to FIGS. 6 and 7). It can be confirmed that Since this peak corresponds to the hydroxylation / carbonation of the film surface, a protective film having a small peak is advantageous for production in the mass production process of PDP. Therefore, when chemical change of the surface of the protective film becomes a problem, it should be considered that the Al ratio is 40% or more, more preferably 42.1%. Looking at the X-ray electron emission spectra in other figures, if the Al ratio is 40% or more, no peak corresponding to hydroxylation / carbonation on the film surface is observed.
  • the maximum value of the X-ray electron emission spectrum in FIG. 10 is also in the region of 6 eV or less, which corresponds to the low discharge start pressure obtained from sample 9.
  • the ratio of N ratio to Al ratio in this sample is 5.9.
  • the Al ratio and N ratio of another sample in which a low discharge start pressure was obtained while the ratio (Al ratio / N ratio) exceeded 3, the Al ratio was 40 to 67. %, N ratio 5.0 to 18%, and ratio of N ratio to Al ratio (Al ratio / N ratio) 4 to 6 are one of the preferred composition ranges of the protective film for keeping the discharge start pressure low. I understand.
  • the Al ratio is 40.2 to 66.5%
  • the N ratio is 6.8 to 16.1%
  • the ratio of the N ratio to the Al ratio is 4.1 to 5.9.
  • the X-ray electron emission spectrum as a whole becomes high. Therefore, unlike the sample 10, even if the maximum value of this spectrum is not less than 6 eV, a protective film having a low discharge start pressure can be obtained (see FIG. 13).
  • the present invention is useful for realizing a PDP, particularly a high-luminance and high-efficiency PDP.

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Abstract

　本発明は、より低い放電開始電圧が得られるように、保護膜を改良したプラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）を提供する。保護膜１６の表面近傍を、実質的に、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、窒素（Ｎ）および酸素（Ｏ）から構成する。この表面近傍において、ＭｇおよびＡｌの原子数の合計に対するＡｌの原子数の比率が２．１％以上６６．５％以下であり、ＮおよびＯの原子数の合計に対するＮの原子数の比率が１．２％以上１７．２％以下であり、ＭｇおよびＡｌの原子数の合計に対するＮおよびＯの原子数の比が１．０以上１．３５以下となるように、保護膜１６を形成する。

Description

プラズマディスプレイパネル
　本発明は、プラズマディスプレイパネル（以下、「ＰＤＰ」と表記する）に関し、より詳しくは、前面基板上の誘電体層を覆う保護膜に特徴を有するＰＤＰに関する。
　プラズマディスプレイパネルは直流（ＤＣ）型と交流（ＡＣ）型とに分類される。ＡＣ型は、輝度、発光効率、寿命の点でＤＣ型よりも優れており、普及が進んでいる。
　ＡＣ型ＰＤＰの前面基板上には電極および誘電体層がこの順に形成され、さらに、誘電体層を覆うように保護膜が形成されている。保護膜の材料としては、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）が用いられている。酸化マグネシウムは、保護膜に求められる機能、即ち、耐スパッタリング性および電子放出特性において他の材料よりも優れていると考えられてきたためである。酸化マグネシウムのように二次電子放出係数（γ）が大きい材料をＰＤＰの放電空間に面する保護膜として用いると、ＰＤＰの放電開始電圧を低くすることができる。
　特開２０００－１７３４７６号公報（特許文献１）は、保護膜の表層部分を、酸素の一部を窒素で置換した酸化マグネシウムにより構成することを提案している。特許文献１によると、保護膜の表層部分をＭｇ3Ｏ3(1-x)Ｎ2x（ただし、０＜ｘ＜７）で示される組成としたＰＤＰでは、酸化マグネシウムを保護膜としたＰＤＰよりも、放電開始電圧が低くなる。
　特開２００３－１００２１７号公報（特許文献２）は、保護膜を、ＡｌＮＸ（ＸはＳｉ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｂｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｏ，Ｓから選ばれる少なくとも１種）で示される組成とすることを提案している。特許文献２によると、ＡｌＮは耐スパッタリング性および電子放出特性に優れており、これにＡｌ，Ｎ以外の元素を混入させると、これらの特性がさらに向上する（段落００２２，００２３）。特許文献２の実施例４には、（Ａｌ1-a-bＭaＤb）1-d（Ｎ1-cＡc）d（ここで、ＭはＳｉ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐｂから選ばれる少なくとも１種、ＤはＢｅ，Ｍｇ，Ｃａから選ばれる少なくとも１種、ＡはＯ，Ｓから選ばれる少なくとも１種、０．３＜ｄ＜０．５；ただし、特許文献２の“δ”をここでは“ｄ”と表記；なお、実施例４の欄には明記されていないが、請求項２を参照すると、０≦ａ≦０．５、０≦ｂ≦０．５、０≦ａ＋ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．５、０＜ａ＋ｂ＋ｃ≦１）が開示されている。実施例４の結果を示す表４には、（ＡｌＭｇ）0.60（ＮＯ）0.40が例示されている。
　以上のように、従来は、Ｍｇ，Ａｌなどの金属原子の原子数に対するＮ，Ｏなどの非金属原子の原子数の比（例えば上記（ＡｌＭｇ）0.60（ＮＯ）0.40におけるこの比は２／３）が１未満である保護膜が提案されていた。これは、特許文献１の段落０００５に開示されているように、酸化マグネシウムに酸素欠陥を生じさせると二次電子放出係数が高くなることが公知であったことと関連があると考えられる。
特開２０００－１７３４７６号公報 特開２００３－１００２１７号公報
　現在、実用化されているＡＣ型ＰＤＰの放電空間には、ネオン（Ｎｅ）－キセノン（Ｘｅ）系の不活性ガスが封入されている。この不活性ガスにおけるキセノンの分圧は５～１０％である。放電開始電圧の値は、主として、放電空間において保護膜との相互作用が生じる距離にまでＮｅイオンまたはＸｅイオンが保護膜に接近したときに発生するオージェ中和による二次電子放出に依存する。Ｎｅ－Ｘｅ系の不活性ガスを用いた場合の二次電子放出に関しては、Ｎｅイオンがその役割のほとんどを担っており、Ｘｅイオンによる寄与はかなり小さい。
　他のディスプレイと同様、ＰＤＰについても画質のさらなる向上が求められており、このためにはＰＤＰの高精細化が必要となっている。高精細化のためには、パネルを高輝度かつ高効率とすることが求められる。そして、ＰＤＰを高輝度かつ高効率とするためには、放電空間に封入するキセノン分圧を高くすることが望ましい。励起状態から基底状態に緩和するときに放出される紫外線の量を比較すると、キセノンからの紫外線の量がネオンからの紫外線の量よりも多いためである。しかし、上述の理由により、キセノン分圧を高くすると、二次電子放出への寄与が大きいＮｅイオンが少なくなり、その結果、放電開始電圧が上昇する。放電開始電圧が高くなると、ＰＤＰの駆動回路には、高い放電開始電圧に対応できる高耐圧トランジスタが必要になる。このようなトランジスタは、ＰＤＰの製造コストを引き上げる要因となる。
　特許文献１および２に開示されている保護膜は、ＰＤＰの放電開始電圧をある程度引き下げるものとして評価できる。しかし、放電空間に充填する不活性ガスにおけるキセノン分圧を高くしたＰＤＰを想定すると、より低い放電開始電圧が得られるように、保護膜をさらに改良することが求められる。
　以上の事情を鑑み、本発明は、より低い放電開始電圧が得られるように、保護膜を改良したＰＤＰを提供することを目的とする。
　本発明のＰＤＰは、前面基板と、前記前面基板と対向するように配置された後面基板と、前記前面基板と前記後面基板との間の空間を放電空間に区画する隔壁と、を備え、前記前面基板上に形成された誘電体層を覆い、かつ前記放電空間に接するように、保護膜が形成され、前記保護膜の表面近傍が、実質的に、マグネシウム、アルミニウム、窒素および酸素から構成され、　前記マグネシウムおよび前記アルミニウムの原子数の合計に対する前記アルミニウムの原子数の比率が２．１％以上６６．５％以下であり、前記窒素および前記酸素の原子数の合計に対する前記窒素の原子数の比率が１．２％以上１７．２％以下であり、前記マグネシウムおよび前記アルミニウムの原子数の合計に対する前記窒素および前記酸素の原子数の合計の比が１．０以上１．３５以下である。
　本発明のＰＤＰでは、より低い放電開始電圧が得られるように保護膜の組成が調整されている。この保護膜の特徴の一つは、金属原子（Ｍｇ，Ａｌ）の原子数に対する非金属原子の原子数の大小関係が、従来提案されてきたＭｇおよびＯを含む膜とは逆であって、前者に対する後者の比が１．０以上に調整されていることにある。本発明を適用すれば、例えば、キセノン分圧を１０％よりも高くしたＮｅ－Ｘｅ系の不活性ガスが封入されたＰＤＰのように、従来よりも高い電圧での駆動が求められるＰＤＰを、従来と同程度の電圧で駆動させることが可能となる。
本発明のＰＤＰの一形態を示す断面図である。 図１のＩ－Ｉ断面図である。 ３種類の保護膜の放電開始圧力と放電パワーとの関係を示す図である。 図３に示した３種類の保護膜のＰＤＰの放電維持電圧を示す図である。 サンプル２のＸ線電子放出スペクトルおよびＵＶ電子放出スペクトルを示す図である。 サンプル３のＸ線電子放出スペクトルおよびＵＶ電子放出スペクトルを示す図である。 サンプル４のＸ線電子放出スペクトルおよびＵＶ電子放出スペクトルを示す図である。 サンプル６のＸ線電子放出スペクトルおよびＵＶ電子放出スペクトルを示す図である。 サンプル７のＸ線電子放出スペクトルおよびＵＶ電子放出スペクトルを示す図である。 サンプル９のＸ線電子放出スペクトルおよびＵＶ電子放出スペクトルを示す図である。 サンプル５のＸ線電子放出スペクトルおよびＵＶ電子放出スペクトルを示す図である。 サンプル８のＸ線電子放出スペクトルおよびＵＶ電子放出スペクトルを示す図である。 サンプル１０のＸ線電子放出スペクトルおよびＵＶ電子放出スペクトルを示す図である。
　本発明のＰＤＰは、保護膜を除いて、従来から用いられてきた部材を用いて構成することができる。ＰＤＰの構成は、本発明による保護膜の放電開始電圧低下の効果が得られるものであれば、特に限定されない。これを前提としつつ、以下では、図面を参照しながら、本発明によるＰＤＰの一形態について説明する。図１は、本発明のＰＤＰの一形態を示す断面図であり、図２は図１のＩ－Ｉ断面図である。図１，２に示したＰＤＰは、いわゆるＡＣ型である。
　透明絶縁性基板（通常はガラス板が用いられる）からなる前面基板１１上には、透明電極（通常は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）または酸化錫（ＳｎＯ2）が用いられる）１２，１３が形成されている。透明電極１２は走査（スキャン）電極であり、透明電極１３は維持（サステイン）電極１３である。これら電極１２，１３は、互いに近接し、かつ互いに平行に伸長して、同一の放電セル１７の上を通過するように形成されている。透明電極１２，１３の間に電圧を印加することによって、後述するアドレス電極１９によって予め選択され、壁電荷が蓄積された放電セル１７に、維持放電（表示放電）が発生する。透明電極１２，１３を構成する透明導電材料はシート抵抗が十分に低くないため、大型のパネルでは全画素に十分な電力を供給することができない。これを補うため、透明電極１２，１３上にはバス電極１４が形成されている。バス電極１４は、例えば、銀の厚膜、アルミニウム薄膜、またはクロム／銅／クロム（Ｃｒ／Ｃｕ／Ｃｒ）の積層薄膜、によって構成される抵抗の低い補助的な電極である。
　これらの電極１２，１３，１４の上には、透明な誘電体層（通常は低融点ガラスが用いられる）１５が形成され、誘電体層１５を覆うようにさらに保護膜１６が形成されている。誘電体層１５は、ＡＣ型ＰＤＰ特有の電流制限機能を有しており、ＡＣ型の相対的に長い寿命に寄与している。保護膜１６は、従来は、酸化マグネシウムから構成されていた。本形態における保護膜１６の材料については後述する。
　前面基板１１から所定距離をおいてこの基板１１と平行に、透明絶縁性基板からなる後面基板１８が配置されている。後面基板１８上には、画像データを書き込むためのアドレス電極１９および下地誘電体層２０がこの順に形成されている。下地誘電体層２０の上には隔壁２２が形成され、隔壁２２により、前面基板１１と後面基板１８との間の放電空間が放電セル１７へと分割されている。アドレス電極１９および隔壁２２は、透明電極１２，１３の伸長する方向と直交する方向に伸長するように形成されている。蛍光体層２１は、下側誘電体層２０および隔壁２２に付着して放電セル１７内の空間に露出している。蛍光体層２１は、ＲＧＢ（赤緑青）いずれかの蛍光体から構成されている。
　放電セル１７内の放電に伴ってこのセル１７内では封入された不活性ガスの種類に応じた波長の紫外線が発生し、この紫外線により、蛍光体層２１を構成する蛍光体材料に応じて定まる波長を有する可視光線が発する。放電セル１７を区画する役割を担う隔壁２２は、誤放電や光学的クロストークを防ぐ作用も有している。
　放電セル１７には、通常、ネオン（Ｎｅ）とキセノン（Ｘｅ）とからなる不活性ガス（放電ガス）が充填されている。この放電ガスの圧力は、通常２３．９ｋＰａ（１８０Ｔｏｒｒ）～７９．８ｋＰａ（６００Ｔｏｒｒ）、例えば６６．７ｋＰａ（５００Ｔｏｒｒ）程度である。上述したとおり、現在、実用化されているＰＤＰでは、ネオンとキセノンとからなる放電ガスにおけるキセノンの分圧は５～１０％である。本発明は、Ｘｅ分圧が上記程度である放電ガスを用いるＰＤＰにも適用できるが、高輝度化のために放電ガスにおけるＸｅ分圧が高く設定されたＰＤＰ、より具体的には、ネオンとキセノンとの混合ガスであってキセノンの分圧が全体の１１～１００％、場合によっては４０～１００％、さらには７０～１００％の範囲、に設定された放電ガスを用いるＰＤＰに適用すると効果が大きい。
　本発明のＰＤＰは、Ｎｅ－Ｘｅ系の放電ガスを用いたＰＤＰに限らず、その他のガス、例えば、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）を含む放電ガスを用いるＰＤＰに適用することもできる。
　保護膜１６は、その表面近傍が、実質的に、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、窒素（Ｎ）および酸素（Ｏ）から構成されている。ここで、「実質的に」は、量産工程で完全に排除しがたい不純物が保護膜の特性にほとんど影響を与えない程度に混入することを許容する趣旨で用いており、具体的には、０．１原子％未満のその他の原子が含まれていてもよいことを示す用語である。
　上記Ｍｇ，Ａｌ，ＮおよびＯの比率は以下の範囲に定める。ＭｇおよびＡｌの原子数の合計に対するＡｌの比率（Ａｌ／（Ｍｇ＋Ａｌ）×１００［％］）は、２．１％以上６６．５％以下とする。ＮおよびＯの原子数の合計に対するＮの比率（Ｎ／（Ｎ＋Ｏ）×１００［％］）は、１．２％以上１７．２％以下とする。ＭｇおよびＡｌの原子数の合計に対するＮおよびＯの原子数の合計の比（（Ｎ＋Ｏ）／（Ｍｇ＋Ａｌ））は、１．０以上１．３５以下である。
　二次電子の放出に関与して放電開始電圧に大きく影響するのは保護膜１６の表面近傍であるから、本発明では、保護膜の表面近傍の組成を限定することとした。保護膜の残部は、表面近傍の組成を確実に所定の範囲とする観点からは、表面近傍について限定された範囲の組成とすることが望ましいが、上記範囲から外れる組成であっても構わない。表面近傍の組成は、具体的には、ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光 (X-ray photoelectron spectroscopy)）法によって測定することができる。ＸＰＳ法によれば、膜の最表面の組成、具体的には表面から深さ数ｎｍの範囲における組成を分析できる。本明細書において、「表面近傍」とは、膜の表面を対象としたＸＰＳ法により分析できる範囲を指す。
　保護膜１６の膜厚は、特に限定されないが、従来と同程度、例えば０．５μｍ～１μｍの範囲とすればよい。
　以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定して解釈されるべきものではない。
　まず、以下の実施例で採用した保護膜の放電特性の評価方法について説明する。放電特性は、密閉したチャンバー内に互いに対向するように配置した一対の電極を用いて測定した。電極間隔は１０ｃｍ、チャンバー内の放電ガスにはアルゴン（Ａｒ）ガスを用いた。電極の一方は接地し、他方には高周波電源（１３．５６ＭＨｚ）を接続した。高周波電源に接続した電極（高周波電極）上には、特性を評価すべき保護膜を成膜した。そして、上記一対の電極間に印加する放電パワーを一定（８Ｗ）に維持しながら、放電ガスの圧力を０．５Ｐａから徐々に増加させ、放電が始まる圧力を測定した。
　電子が電極の間を往復できる圧力下での高周波放電においては、放電開始電圧は、基本的に、放電空間で生成するイオン・電子に依存する。しかし、放電空間の圧力が低くなるに従って放電ガスのイオンおよび電子は生成しがたくなる。このような状況では、高周波電極の表面で生成するイオン・電子が放電開始電圧を決定することになる。したがって、上記のような方法により、保護膜の二次電子放出係数を評価することができる。
　上記評価方法の妥当性を検証するため、３種類の保護膜を用いた検証実験を実施した。図３に、互いに異なる材料からなる保護膜Ａ，Ｂ，Ｃについて実施した上記評価方法の結果を示す。ただし、この検証実験では、グラフの縦軸に示されている範囲で放電パワーを適宜選択し、その放電パワーにおいて放電開始圧力を求めた。図３に示したように、保護膜Ａ，Ｃ，Ｂの順に、放電開始圧力が低いという結果が得られた。
　図４に、保護膜Ａ，Ｂ，Ｃを用いて作製したＰＤＰテストパネル（放電ガスはＸｅガス１００％とした）の放電維持電圧を示す。放電維持電圧は、蛍光体の種類ごとに（ＲＧＢ）、さらには３種の蛍光体を同時に発光させて（White発光）、測定した。ＰＤＰテストパネルにおける放電維持電圧は、上記放電開始圧力の値をよく反映し、放電開始圧力が低いほど低くなった。以上により、上記評価方法は、現実のＰＤＰにおいて問題となる保護膜の二次電子放出係数を評価する方法として妥当であることが確認できた。
　高周波電極上への保護膜の成膜は、スパッタリング法または電子ビーム蒸着（ＥＢ）法により実施した。膜厚は０．５μｍとした。スパッタリング法で用いたターゲットおよびＥＢ法で用いた蒸着源を、成膜雰囲気とともに表１に示す。
　さらに、ＸＰＳ法により測定した保護膜の組成を表１に併せて示す。このＸＰＳ法において用いた軟Ｘ線はＡｌｋα（１．４８５ｋｅＶ）である。この測定では、膜の深さ方向における組成変化を分析するときに行われることがある自動的なエッチング操作は実施しておらず、膜の表面近傍の組成のみを評価した。また、Ｘ線は、サンプルに対して垂直入射し、垂直方向から４５°傾いた方向に放出される電子の分光を行った結果である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表中、ＭｇＯ／Ａｌは、ＭｇＯターゲットの表面の一部にＡｌ箔を配置したことを示す。また、ＡｌＮ／ＭｇＯは、ＡｌＮターゲットの表面の一部にＭｇＯ結晶ターゲットを配置したことを示す。これらのターゲットを用い、かつＡｌ箔などを配置する面積の比率を調整すれば、スパッタリングされる原子の比率を制御できる。スパッタリング法ではチャンバー内に窒素ガスを供給しながら成膜した。なお、ＡｌＮ＋ＭｇＯとする表記（サンプル１８）は、ＡｌＮ蒸着源とＭｇＯ蒸着源との２つの蒸着源を用いた共蒸着により成膜したことを示す。
　Ａｌを含まないＭｇＯＮ系の保護膜（サンプル０）の放電開始圧力は１．６０Ｐａであり、十分に低くならなかった。Ａｌの混入はその量が僅かであっても放電開始圧力の低下には効果があった（サンプル２）。しかし、ＭｇとＡｌとの合計に対するＡｌの比率が高くなりすぎると（サンプル５～８）、放電開始圧力は十分に低くならなかった。同様に、Ｎの混入もその量が僅かであっても放電開始圧力を大きく低下させた（サンプル１２）。しかし、ＮとＯとの合計に対するＮの比率が高くなりすぎると（サンプル１４）、放電開始圧力は十分に低くならなかった。また、金属原子（Ｍｇ，Ａｌ）に対する非金属原子（Ｏ，Ｎ）の比は、低すぎても（サンプル１８）、高すぎても（サンプル１）、放電開始圧力が十分に低くならなかった。
　従来から、酸化マグネシウムにおいて意図的に酸素欠陥を生じさせると、二次電子放出係数が高くなることは知られている（例えば特開２０００－１７３４７６号公報（特許文献１）段落０００５）。特開２０００－１７３４７６号公報（特許文献１）および特開２００３－１００２１７号公報（特許文献２）に開示されている保護膜においても、Ａｌ，Ｍｇなど金属原子の原子数の合計に対するＯ，Ｎなど非金属原子の原子数の合計は１未満となるように設定されている。しかし、少なくとも、［Ａｌ／（Ｍｇ＋Ａｌ）］が２．１～６６．５％となり、かつ［Ｎ／（Ｎ＋Ｏ）］が１．２～１７．２％となる範囲では、上記とは逆に、原子数に基づく（Ｎ＋Ｏ）／（Ｍｇ＋Ａｌ）の比が１．０以上１．３５以下の範囲にある保護膜が、より低い放電開始圧力、ひいては高い二次電子放出係数に基づく低い放電開始電圧、を得るために適していることが確認できた。
　上記で作製したサンプルのいくつかについて、ＸＰＳによる価電子帯からの電子放出スペクトル（以下、「Ｘ線電子放出スペクトル」という）と、フォトン放射による電子放出スペクトル（以下、「ＵＶ電子放出スペクトル」という）とを測定した。ＵＶ電子放出スペクトルは、波長５００～２００ｎｍの可視・紫外線を照射したときに放出された電子を測定して得たものである。Ｘ線電子放出スペクトルは膜の表面近傍の状態を反映するのに対し、ＵＶ電子放出スペクトルはＸ線電子放出スペクトルよりも深い部分までの状態を反映していると考えられる。これらのスペクトルを図５～図１３に示す。図５～図１３において、Ｘ線電子放出スペクトルは実線により、ＵＶ電子放出スペクトルは破線により、それぞれ示されている。
　図５～１３では、Ｘ線電子放出スペクトルについて、結合エネルギー６ｅＶ以下の領域を薄くハッチングして示した。表１に示した結果と照らし合わせると、ハッチングした領域が広いサンプルからは低い放電開始圧力が得られる傾向が確認できる。
　サンプル２～４，９についての結果を示す図５～７，１０では、いずれも、結合エネルギー５ｅｖ付近において、Ｘ線電子放出スペクトルが最高値を示している。これらのサンプルからは特に低い放電開始圧力が得られたことを考慮すると、保護膜からのＸ線電子放出スペクトルはその最高値が６ｅＶ以下の低エネルギー領域に存在することが望ましい。
　これらのサンプルのうち、サンプル２～４（図５～７）については、Ｘ線電子放出スペクトルがよく似た形状となった。これらのサンプルでは、原子数に基づく［Ｎ／（Ｎ＋Ｏ）］の比率（以下、単に「Ｎ比率」と表記）に対する、原子数に基づく［Ａｌ／（Ｍｇ＋Ａｌ）］の比率（以下、単に「Ａｌ比率」と表記）の比（Ａｌ比率／Ｎ比率）が３以下となっている。この比を３以下、より具体的には２．４以下に調整すると、６ｅＶ以下の領域に頂点を有する大きなピークが現れる特徴的なＸ線電子放出スペクトルが得られ、このような保護膜からは低い放電開始圧力が得られる。特に、サンプル２，３のように、Ａｌ比率およびＮ比率をともに２～１０％の範囲とすると低い放電開始圧力が得られやすい。サンプル２，３では、Ａｌ比率／Ｎ比率が１未満となっている。
　なお、図５～７（サンプル２～４）を対比すると、Ａｌの比率が高くなるにつれて（図５から図６，７へと移行するにつれて）、矢印で示した１２～１３ｅＶ付近のピークが小さくなっていくことが確認できる。このピークは膜の表面の水酸化・炭酸化に対応しているため、これが小さい保護膜は、ＰＤＰの量産工程における製造に有利である。したがって、保護膜の表面の化学変化が問題となる場合は、Ａｌ比率を４０％以上、より好ましくは４２．１％とすることを検討すべきである。他の図におけるＸ線電子放出スペクトルを見ても、Ａｌ比率が４０％以上であれば、膜表面の水酸化・炭酸化に対応したピークは観察されない。
　図１０（サンプル９）におけるＸ線電子放出スペクトルの最高値も６ｅＶ以下の領域にあり、これはサンプル９から低い放電開始圧力が得られたことと対応している。このサンプルにおけるＡｌ比率に対するＮ比率の比は５．９である。比（Ａｌ比率／Ｎ比率）が３を超えながらも低い放電開始圧力が得られたもう一つのサンプル（サンプル１０；図１３）のＡｌ比率およびＮ比率を併せて考慮すると、Ａｌ比率４０～６７％、Ｎ比率５．０～１８％、Ａｌ比率に対するＮ比率の比（Ａｌ比率／Ｎ比率）４～６が、放電開始圧力を低く保つための保護膜の好ましい組成範囲の一つであることがわかる。Ａｌ比率４０.２～６６．５％、Ｎ比率６．８～１６．１％、Ａｌ比率に対するＮ比率の比（Ａｌ比率／Ｎ比率）４.１～５．９の範囲がより好ましい。この組成範囲では、Ｘ線電子放出スペクトルが全体として高くなる。したがって、サンプル１０のように、このスペクトルの最高値が６ｅＶ以下になくても、放電開始圧力が低い保護膜とすることが可能である（図１３参照）。
　なお、図１１（サンプル５）を除く各図では、ＵＶ電子放出スペクトルの立ち上がりエネルギーとＸ線電子放出スペクトルの立ち上がりエネルギーとの間に、３ｅＶ程度の相違が観察された。この相違には、膜表面近傍においてイオン結合性が比較的強いために、マーデルングポテンシャル変化による価電子帯のエネルギーの持ち上がり効果が寄与していると考えられる。図１１に示したサンプル５の保護膜（Ａｌ比率：１００％）は、共有結合性が強いため、膜表面から染み出す電子雲密度が低くなって、放電開始圧力が低くならなかったと推定される。
　図１１～１３（サンプル５，８，１０）を対比すると、Ａｌの比率が低くなるにつれて（図１１から図１２，１３へと移行するにつれて）、価電子帯の持ち上がり効果が大きくなり、Ｘ線電子放出スペクトルの低エネルギー側へのテイル部分が高くなっていくことがわかる。他方、ＵＶ電子放出スペクトルは、Ａｌ比率が低くなるにつれて高エネルギー側にシフトして、その結果、ＵＶ電子放出スペクトルの立ち上がりエネルギーとＸ線電子放出スペクトルの立ち上がりエネルギーとの間の差が広がっていく。これを反映し、サンプル１０程度にＡｌ比率が低くなると（６７％以下）、放電開始圧力が十分に低くなったと考えられる。
　本発明は、ＰＤＰ、特に高輝度かつ高効率のＰＤＰの実現に有用である。

Claims (4)

  1. 　前面基板と、前記前面基板と対向するように配置された後面基板と、前記前面基板と前記後面基板との間の空間を放電空間に区画する隔壁と、を備え、
    　前記前面基板上に形成された誘電体層を覆い、かつ前記放電空間に接するように、保護膜が形成され、
    　前記保護膜の表面近傍が、実質的に、マグネシウム、アルミニウム、窒素および酸素から構成され、
    　前記マグネシウムおよび前記アルミニウムの原子数の合計に対する前記アルミニウムの原子数の比率が２．１％以上６６．５％以下であり、
    　前記窒素および前記酸素の原子数の合計に対する前記窒素の原子数の比率が１．２％以上１７．２％以下であり、
    　前記マグネシウムおよび前記アルミニウムの原子数の合計に対する前記窒素および前記酸素の原子数の合計の比が１．０以上１．３５以下である、
    　プラズマディスプレイパネル。
  2. 　前記窒素および前記酸素の原子数の合計に対する前記窒素の原子数の比率（Ｎ比率）を分母とし、前記マグネシウムおよび前記アルミニウムの原子数の合計に対する前記アルミニウムの原子数の比率（Ａｌ比率）を分子として算出される比（Ａｌ比率／Ｎ比率）が、２．４以下である、請求項１に記載のプラズマディスプレイパネル。
  3. 　前記マグネシウムおよび前記アルミニウムの原子数の合計に対する前記アルミニウムの原子数の比率（Ａｌ比率）が４０.２～６６．５％であり、
    　前記窒素および前記酸素の原子数の合計に対する前記窒素の原子数の比率（Ｎ比率）が６．８～１６．１％であり、前記Ｎ比率に対する前記Ａｌ比率の比（Ａｌ比率／Ｎ比率）が４.１～５．９である、請求項１に記載のプラズマディスプレイパネル。
  4. 　前記放電空間には、ネオンとキセノンからなる放電ガスが充填されており、
    　前記放電ガスにおけるキセノン分圧が全体の１１～１００％である請求項１に記載のプラズマディスプレイパネル。
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