JP2009016227A - プラズマディスプレイパネル - Google Patents

Abstract

【課題】 従来技術の保護膜形成方法では、保護膜は誘電体上に一様に同じ配向特性になっているため、そのバランスをとる方法には限界があり、放電特性の劣化が発生してしまう。
【解決手段】保護膜を領域ごとに特性を変えて成膜する手法を用いることにより、保護膜領域を耐スパッタリング機能をもつ領域と、壁電荷保持機能をもつ領域に機能分離する。
【効果】スパッタリング耐性と放電応答性の優れた保護膜を得ることができ、放電特性の劣化が少なく、長期間安定した表示品質を得ることができる。
【選択図】 図２

Description

本発明はプラズマディスプレイパネル（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ：以下、プラズマパネルまたはＰＤＰとも称する）に関し、特に、寿命特性を向上させ、かつ高効率で高画質化を実現できるプラズマパネル構造とその製造方法、その駆動方法、および駆動装置を含めたプラズマディスプレイ装置に関する。

近年、大型かつ厚みに薄いカラー表示装置として、プラズマディスプレイ装置が期待されている。特に、表示放電を同一基板上に設けられた電極間で発生させ、且つ交流駆動される、交流面内放電型PDPは、構造の単純さと高信頼性のため、もっとも実用化の進んでいる方式である。一般的な交流面内放電型PDPの構造は図１に示すように、放電空間１４を挟んで前面板１２と背面板１３が対向配置され、放電空間１４には放電ガスが封入されている。背面板１３は背面基板１１上に形成されたストライプ状のアドレス電極１０と、アドレス電極を覆う誘電体層９と、誘電体層９上に形成されて放電距離維持と隣接セル間のクロストークを防止する隔壁７と、各隔壁７間に形成された赤色、緑色と青色の各色に発光する蛍光体層８とでなる。前面板１２は前面基板１上にアドレス電極１０と直交したストライプ状の透明電極４ａ，５ａとバス電極４ｂ，５ｂとで構成される表示電極６と、表示電極６を覆う誘電体層２と、誘電体層２の表面上に形成される保護膜３とでなる。保護膜３は3000-10000Åの厚さで誘電体層２上に形成する。

保護膜には、可視光透過性があり、放電ガスのイオン衝撃による誘電体層の保護と二次電子放出及び壁電荷保持性能を併せ持つ酸化マグネシウム（以下、MgOと記す）を主に使用している。このような各機能は保護膜と放電空間との界面の状態に影響する。特に界面における結晶面（配向面）は大きく影響する。前記MgO保護膜の全体は一般に複数の配向結晶からなる多結晶体であって、従来では (100)面や(111) 面などの結晶面からなる。(111) 面配向した保護膜は(100) 面配向した保護膜よりもイオン衝撃によるスパッタリング耐性があり、(111) 面配向した保護膜は(100) 面配向した保護膜よりも二次電子放出と放電応答性に優れる。しかし、(111) 面配向した保護膜は(100) 面配向した保護膜よりも壁電荷を保持しにくい（例えば、特許文献１）。

従来技術では、保護膜は成膜条件を調整することで(100)面配向や(111)面配向などの複数配向結晶の割合を調整し、スパッタリング耐性と放電応答性の相反する特性のバランスをとった条件で使用している。しかしながら、従来技術の成膜方法では、保護膜は誘電体上に一様に同じ配向特性になっているため、そのバランスをとる方法には限界があり、放電特性の劣化が発生してしまう。特に、表示電極の配設位置上の保護膜領域は放電による劣化がそれ以外の保護膜領域と比べて大きく、保護膜表面形状が保護膜形成時に凹凸であったものが平滑となり、比表面積が減少し、二次電子放出特性や放電応答性が劣化してしまう。

特開平5-234519号広報

本発明では、保護膜を領域ごとに特性を変えて成膜する手法を用いることにより、耐スパッタリング機能をもつ領域と、壁電荷保持機能をもつ領域に機能分離し、スパッタリング耐性と放電応答性の優れた保護膜を得ることができる。即ち、耐スパッタリング機能を必要とする保護膜の領域は放電に曝される表示電極の配設位置上であり、その表示電極上の保護膜をスパッタリング耐性が高い、 (111)面配向を主とする保護膜を形成する。前記表示電極以外の保護膜領域は壁電荷保持機能の高い、(100)面配向を主とする保護膜を形成する。放電特性は各領域での(111)面配向と(100)面配向の比率を調整することにより、最適な条件を得ることができる。

本発明のプラズマディスプレイパネルは、放電特性に大きく寄与する表示電極の配設位置上の保護膜領域および表示電極上以外の保護膜領域において、(111)面と(100)面に配向した配向結晶が放電空間と接する表面に臨んでいる比率を調整して、各配向面の放電特性を制御し、長期間安定した表示品質を得ることができる。特に、表示電極の配設位置上の保護膜領域で(111)面配向を主とする保護膜にすることにより、放電による初期の凹凸状態から平滑状態への保護膜表面状態の経時劣化を抑制し保護膜領域の比表面積が維持され、二次電子放出と放電応答性の寿命特性が良好なものとなる。

以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。なお、実施例を説明する全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。

図１に本発明のプラズマディスプレイパネルの分解斜視図を示す。前面板１２の形成方法について説明する。前面基板上１にストライプ状の透明電極４ａ、５ａとバス電極４ｂ、５ｂとで構成される表示電極６が配設され、表示電極６はスキャン電極４とサステイン電極５の対からなる。透明電極４ａ、５ａは透明導電体である酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）からなる膜で形成され、その上に銀の単層膜からなるバス電極４ｂ、５ｂが透明電極４ａ、５ａより狭い幅で付設されている。なお、透明電極４ａ、５ａとして酸化スズや酸化亜鉛等、バス電極４ｂ、５ｂとしてアルミニウムの単層膜、またはクロム／銅／クロムの積層膜で形成しても構わない。表示電極６を構成する透明電極４ａ、５ａとバス電極４ｂ、５ｂは誘電体層２により覆われる。誘電体層２は可視光透過性がある誘電体ガラス膜で形成される。そして誘電体層２の表面上に保護膜３が形成される。この保護膜３は金属酸化物のMｇOにより形成される。保護膜３の形成方法は、後に詳しく説明する。

次に背面板１３の形成方法について説明する。背面基板上１１に表示電極６と直交したストライプ状のアドレス電極１０が配設される。アドレス電極１０は誘電体層９によって覆われ、その上には放電距離維持と隣接セル間のクロストークを防止する隔壁７が形成される。隔壁７はアドレス電極１０と平行に配設されており、アドレス電極１０は隔壁７間に位置する。各隔壁７間には蛍光体層８が形成される。

表示電極６とアドレス電極１０を直交するように前面板１２と背面板１３を対向配置させ、両板の非表示領域を封着剤により封着する。これにより外気と隔離された放電空間１４が形成される。放電空間１４には、放電ガスとしてネオン（Ｎｅ）‐キセノン（Ｘｅ）をガス基体とした混合ガスを所定の圧力及び分圧で封入される。

図２および図３を用いて、本実施例の保護膜３を領域ごとに特性を変えて成膜する手法について説明する。図２は図１のXZ方向およびYZ方向から見た詳細断面図である。保護膜３及び表示電極の配設位置上の保護膜領域３ａの形成方法について図３に詳細に説明する。図３には、活性化室１５、蒸着室１６、冷却室１７からなる成膜装置の構成を示す。最初に、前面板１２を活性化室１５の導電板１８と対向になるように水平に配置する。この導電板１８は前面板１２と同程度の大きさである。さらに、表示電極６に活性化用電極１９を取り付けて外部電源２０と接続する。前面板１２を活性化室１５に設置後、仕切り扉２１を閉じて活性化室を真空ポンプにより排気し、１×１０^‐３ Pa以下の真空状態にする。

この真空状態を維持しながら、前面板１２を活性化室１４内のヒーターで加熱する。加熱により、前面板１２及び誘電体層２表面の温度が２００〜３００℃に到達すると、外部電源２０から表示電極６に電圧を印加して表示電極１５と導電板間１８で放電させる。これにより、表示電極６の配設位置上の誘電体層２表面を選択的に活性化することができ、誘電体層２表面において吸着物質の脱着等による改質が行われる。

活性化後に活性化室１５と蒸着室１６の仕切り扉２２を開け、前面板１２の温度と真空状態を維持しながら、蒸着室１６に前面板１２を導入する。導入後、誘電体層２を蒸着源２２に向けて前面板１２を固定し、活性化室１５と蒸着室１６の仕切りを閉じる。本実施例では保護膜３を形成するＭｇＯを電子ビーム蒸着法により成膜する。ＭｇＯの成膜方法はイオンアシスト蒸着法、スパッタリング法、化学蒸着（ＣＶＤ）法等でも構わない。蒸着室１６の構成は、熱電子を蒸着材料に照射して加熱、蒸発させる蒸着源２３と、蒸着させる基板を加熱するヒーター部分からなる。蒸着材料にはＭｇＯ単結晶を用いる。蒸着材料として放電特性改善のために不純物をＭｇＯにドープした焼結体等を用いても構わない。

蒸着は、熱電子を蒸着材料に照射して加熱し蒸発させ、蒸着材料を誘電体層２上に成膜させる。蒸着中の蒸着室１６内は、前面板１２及び誘電体層２表面の温度が２００〜３００℃、真空状態は１×１０^‐２ Pa以下に維持されている。このとき、保護膜３の膜質を制御するために酸素ガスや水素ガスを蒸着室１６に供給しても構わない。蒸着により形成するＭｇＯからなる保護膜３の膜厚は３０００‐１００００Åである。

蒸着後、蒸着室１６と冷却室１７の仕切り扉２２を開けて前面板１２を冷却室１７に導入する。前面板１２を冷却室１７に導入後、蒸着室１６と冷却室１７の仕切り扉２２を閉め、前面板１２を常温まで冷却し、冷却室１７に不活性ガス等を導入して真空状態から大気圧にする。冷却室１７が大気圧になったら前面板１２を搬出する。ＭｇＯからなる保護膜３の結晶性や配向性は、活性化による誘電体層２表面の状態や温度、成膜速度等の蒸着条件に依存する。これらの条件を制御することにより、表示電極の配設位置上の保護膜領域３ａにおける(111)面配向と(100)面配向の配向結晶の比率を調節することができる。本実施例では、表示電極の配設位置上の保護膜領域３ａは(111)面配向を主とし、表示電極の配設位置上の保護膜領域３ｂは(100)面配向を主とし、それらの領域面積の割合、あるいは各領域での配向結晶の比率を調節することにより、最適なスパッタリング耐性と放電応答性の優れた保護膜３を得ることが出来た。なお、今回は誘電体層２の表面を選択的に活性化することにより結晶性や配向性を制御したが、マスクを使った領域選択した蒸着方法やメッキ法を用いた手法でも保護膜３の領域を分けて結晶性や配向性を制御することも可能である。

成膜した保護膜３の放電応答性と寿命特性の評価は以下のようにして行う。放電応答性の評価では、前面板１２のスキャン電極４と背面板１３のアドレス電極１０間における放電遅延時間測定を行う。通常、前面板１２のスキャン電極４と背面板１３のアドレス電極１０間に電圧を印加した直後では放電が起こらず、電圧印加後から時間が経ってから放電が起こる。この電圧印加後から放電を開始するまでの時間を放電遅延時間という。

駆動方法は、前面板１２のスキャン電極４とサステイン電極５と背面板１３のアドレス電極１０を駆動装置に接続し、図４で示される駆動波形の電圧を印加する。最初にサステイン電極５とスキャン電極４間で面放電（サステイン放電）を行い、一定の休止時間の後にスキャン電極４とアドレス電極１０で対向放電（アドレス放電）を行う。放電特性は、対向放電での放電遅延時間を測定している。評価方法は、保護膜３の全面が(100)面の配向結晶での放電遅延時間を基準として相対値で表す。

寿命特性はＭｇＯのスパッタリング耐性から評価する。保護膜３は、イオン衝撃によるスパッタリングにより、保護膜がエッチングされる。エッチング量（Ｓ）はエッチング速度（ｄＳ／ｄｔ）とエッチング時間（ｔ）に比例し、次式で表される。

配向結晶の各比率におけるスパッタリング耐性は（111）面の配向結晶のエッチング速度を基準として相対値で表し、（100）面の配向結晶のエッチング速度から内挿した。
成膜した保護膜３の(111)面の配向結晶の比率に対する放電特性と寿命特性を図５に示す。ここで、表示電極の配設位置上の保護膜領域３ａにおける(111)面の配向結晶の比率は、微小Ｘ線回折法による(100)面に対する(111)面の回折強度比から算出した値である。

図５のグラフから、放電応答性は (111)面の配向結晶の比率が増加すると放電遅延時間が減少し、７０％以上９５％以下の範囲において最小となる。このような形状のグラフとなるのは、 (111)面の配向結晶は放電応答性が(100)面の配向結晶よりも良好であるが、壁電荷を保持しにくい性質のためである。本実施例では、図４で示す駆動波形において、放電遅延時間測定に用いた対向放電の直前に休止時間を設けてあるため、休止時間中に壁電荷が減少している。特に、(111)面の配向結晶の比率が１００％であると、休止時間を増加すると壁電荷が減少し、放電応答性が悪化する傾向がある。このことから、駆動条件を考慮すると、(111)面の配向結晶の比率が７０%以上９５%以下であることが好ましい。また、(111)面の配向結晶と（100）面の配向結晶のエッチング速度が異なるため、表示電極の配設位置上の保護膜領域３ａにおいては(100)面の配向結晶が選択的にエッチングされ、凹凸形状を形成して比表面積が増大する。これにより、(111)面に優先配向すると二次電子放出特性や放電応答性が良好になる。
寿命特性は、各比率のスパッタリング耐性の相対値は内挿により算出されている。保護膜３表面形状の経時劣化を考慮すると、スパッタ耐性の相対値が０．８以上となる、(111)面の配向結晶の比率が７０％以上であることが好ましい。
以上から、(111)面の配向結晶の比率、すなわち、(100)面に対する(111)面のＸ線回折強度比が７０%以上９５%以下の範囲において、良好な放電特性と寿命耐性を有する保護膜が得られる。

保護膜３の形成方法が、実施例１と異なる実施形態について説明する。図６に本実施例による成膜過程を示す。図６(a) に示すように、誘電体層２を形成後、表示電極６の配設位置を除く誘電体層２の表面上にマスク２４を配置する。スパッタリング法により、表示電極６の配設位置上の誘電体層２の表面上に中間層２５を形成する。中間層２５は成膜条件を制御して(111)面を主とした配向結晶を形成した。なお、表示電極６の配設位置上の誘電体層３表面に中間層２５を形成する方法として、印刷法、電着法等でも構わない。

図６(b) に示すように、中間層２５の形成後にマスク２４を除去し、ＭｇＯからなる保護膜３を電子ビーム蒸着により成膜する。蒸着材料にはＭｇＯ単結晶を用いる。実施例１と同様に、成膜方法をイオンアシスト蒸着、スパッタリング、化学蒸着（ＣＶＤ）等、蒸着材料として放電特性改善のために不純物をＭｇＯにドープした焼結体等を用いても構わない。蒸着条件は、前面板１２及び誘電体層２表面の温度が２００〜３００℃、真空状態は１×１０^‐２ Pa以下に維持されている。実施例１と同様に、蒸着中に膜質を制御するために酸素ガスや水素ガスを蒸着室１６に供給しても構わない。蒸着により形成するＭｇＯからなる保護膜３の膜厚は３０００‐１００００Åである。

形成される中間層２５と誘電体層２表面の状態は大きく異なるため、実施例１における活性化と同様な効果がある。中間層２５は成膜条件を制御することにより、表示電極の配設位置上の保護膜領域３ａにおける(111)面の配向結晶の比率を調節することが可能である。

表示電極の配設位置上の保護膜領域３ａは中間層２５上に成膜されているため、中間層２５の膜厚を制御することにより、保護膜３の表面に凹凸形状を形成できる。これにより、表示電極の配設位置上の保護膜領域３ａは凸部となり、サステイン電極５とスキャン電極４間での面放電（サステイン放電）において、電界集中が生じて放電特性の向上を計ることができる。また、表示電極の配設位置上の保護膜領域だけ膜厚が大きくできるため、スパッタによる保護膜の掘削時間が大きく、保護膜の機械的寿命を向上させることができる。

本発明のプラズマディスプレイパネルの分解斜視図である。 図１の一画素を示す構造のｘ−ｚ、ｙ−ｚ断面図である。 本発明の実施例１による保護膜形成のための成膜装置の構成図である。 本発明の実施例１により成膜される保護膜の放電特性評価に用いる駆動波形である。 本発明の実施例１により成膜される保護膜の(111)面、(100)面からなる配向結晶の比率と放電特性、寿命特性の関係を表すグラフである。 図１の一画素を示す構造において、（ａ）は本発明の実施例２における中間層の成膜過程を説明する図面であり、（ｂ）は本発明の実施例２における前面板の保護膜側を上にしたｘ−ｚ断面図である。

符号の説明

１…前面基板、２…誘電体層、３…保護膜、３ａ…表示電極の配設位置上の保護膜領域、３ｂ…表示電極の配設位置以外の保護膜領域、４…スキャン電極、５、…サステイン電極、４ａ、５ａ…透明電極、４ｂ、５ｂ…バス電極、６…表示電極、７…隔壁、８…蛍光体層、９…誘電体層、１０…アドレス電極、１１…背面基板、１２…前面板、１３…背面板、１４…放電空間、１５…活性化室、１６…蒸着室、１７…放電空間、１８…導電板、１９…活性化用電極、２０…外部電源、２１、２２、２４、２５…仕切り扉、２３…蒸着源、２４…マスク、２５…中間層。

Claims (6)

1. 放電空間を挟んで対向配置された基板の一方に表示電極が配設され、前記表示電極を覆って誘電体層が形成され、さらに前記誘電体層上に保護膜が積層したプラズマディスプレイパネルにおいて、前記表示電極の配設位置上の保護膜領域が(111)面に優先配向した配向結晶からなり、その他の保護膜領域、すなわち、前記表示電極の配設位置上以外の保護膜領域は(100)面に優先配向した配向結晶になっていることを特徴とするプラズマディスプレイパネル。
2. 請求項１記載のプラズマディスプレイパネルにおいて、前記表示電極の配設位置上の保護膜領域は前記誘電体層上に形成される(111)面と(100)面の混晶膜とからなることを特徴とするプラズマディスプレイパネル。
3. 請求項１、２記載のプラズマディスプレイパネルにおいて、前記表示電極の配設位置上の誘電体層上に中間層が形成され、中間層上に形成される保護膜領域が凸とな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２、３記載のプラズマディスプレイパネルにおいて、前記保護膜全体のX線回折図形における(100)面に対する(111)面の回折強度比が、７０%以上９５%以下の範囲内であることを特徴とするプラズマディスプレイパネル。
5. 請求項１から４記載のプラズマディスプレイパネルにおいて、前記表示電極の配設位置上の誘電体層の表面を活性化する工程と、前記活性化後に前記保護膜の形成する工程からなることを特徴とするプラズマディスプレイパネル。
6. 請求項１から５記載のプラズマディスプレイパネルにおいて、前記保護膜は少なくとも酸化マグネシウムを含む金属酸化物材料からなる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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