JP2009140611A - プラズマディスプレイパネル用保護膜及びプラズマディスプレイパネル - Google Patents

Abstract

【課題】発光効率を高めるため高濃度のキセノンガスを含有する放電ガスを用いた場合であっても、放電電圧の低いプラズマディスプレイパネルを提供する。
【解決手段】本発明は、プラズマディスプレイパネルを構成する前面基板上の誘電体層を保護するためのＰＤＰ用の保護膜であって、キセノンガスに対する二次電子放出係数が０．０５以上で、かつ、放電ガス中のキセノン濃度を１５％以上としたものである。本発明では、保護膜を、酸化マグネシウムと希土類元素の混合材料から構成することもできる。希土類元素を、当該保護膜中に０．７ｍｏｌ％以上１．６ｍｏｌ％以下含有することもできる。希土類元素としては、セレンが好適である。
【選択図】 図６

Description

本発明は、表示デバイスとして用いられるプラズマディスプレイパネル（以下、適宜ＰＤＰと称する）に関し、特に発光効率が高くかつ放電電圧の低いＰＤＰを実現するための電極保護膜に関するものである。

ＡＣ型のプラズマディスプレイパネルでは、前面ガラス基板上に維持電極および走査電極が形成されている。さらに、これらの電極は、誘電体層及び酸化マグネシウム（ＭｇＯ）保護層により覆われている。また、背面ガラス基板上に、アドレス電極および隔壁、蛍光体層が設けられており、放電ガスを封入する放電空間となっている。前記蛍光体層はカラー表示のために、赤、緑、青の３色の蛍光体層が順に配置されている。上記の蛍光体層は、放電によって発生する波長の短い真空紫外線により励起発光する。ＰＤＰに使用される放電ガスはネオン（Ｎｅ）とキセノン（Ｘｅ）の混合ガスが用いられ、通常のＸｅガス濃度４％程度となっている。

近年、ＰＤＰの発光効率を増大するために、Ｘｅガス濃度を増大させる事が提案されている。しかし、従来のＭｇＯ膜はＸｅに対する二次電子放出係数が低いため、放電電圧が高くなる問題が発生していた。そこで、Ｘｅイオンに対する二次電子放出係数を０．０５以上の保護膜を用いたプラズマディスプレイが提案されている（特開２００７−８７９６７（特許文献１））。

しかし、この提案では具体的に素材が開示されておらず、二次電子放出係数が高いほど、放電電圧が低下する事は広く知られている。
放電電圧が高くなる問題を解決するために、具体的な素材の提案そして、ＭｇＯよりも仕事関数の小さいＣａＯやＳｒＯ、ＢａＯからなる保護膜が提案されている（特開２００７−１１９８３３（特許文献２））。しかし、ＣａＯやＳｒＯ、ＢａＯの様な低仕事関数素材は、吸湿性が高いため、成膜後に吸湿して膜質が変化するという問題がある。
特開２００７−８７９６７号公報 特開２００７−１１９８３３号公報

本発明は、このような従来の技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、発光効率を高めるため高濃度のキセノンガスを含有する放電ガスを用いた場合であっても、放電電圧の低いプラズマディスプレイパネルを提供することにある。

上記目的を達成するためになされた本発明は、プラズマディスプレイパネルを構成する一対の基板の少なくとも一方の基板上の電極を覆う誘電体層を保護するための保護膜であって、キセノンガスに対する二次電子放出係数が０．０５以上で、かつ、前記一対の基板間に封入される放電ガス中のキセノン濃度が１５％以上であるプラズマディスプレイパネル用保護膜である。
本発明では、前記保護膜を、酸化マグネシウムと希土類元素の混合材料から構成することもできる。
本発明では、前記希土類元素を、当該保護膜中にＥＰＭＡで分析した結果で０．７ｍｏｌ％以上１．６ｍｏｌ％以下含有することもできる。
本発明では、前記希土類元素として、セレンを用いることもできる。
また、本発明は、放電ガスが封入された放電空間を介して対向配置された第１及び第２の基板と、前記第１及び第２の基板の少なくとも一方の基板上の電極を覆うように形成された誘電体層と、前記誘電体層を覆うように当該基板上に形成された保護膜とを有し、前記保護膜が、前記いずれかのプラズマディスプレイパネル用保護膜から構成されているプラズマディスプレイパネルである。

本発明によれば、発光効率を高めるため高濃度のキセノンガスを含有する放電ガスを用いた場合であっても、放電電圧の低いプラズマディスプレイパネルを提供することができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明に係るプラズマディスプレイパネルの基本構成を示す斜視図、図２は、同プラズマディスプレイパネルの要部を示す断面図である。
図１及び図２に示すように、本発明に係る保護膜は、一般的なＡＣ型のＰＤＰに適用することができる。

ここで、ＰＤＰ１１は、一対の基板、すなわち、前面基板（第１の基板）１と背面基板（第２の基板）２とを有し、これら前面基板１と背面基板２との間の多数の放電空間には、放電ガスが封入されている。
ここで、放電ガスとしては、キセノン（Ｘｅ）を含有するガス（例えば、Ｘｅ−Ｎｅガス）が用いられる。
前面基板１は、例えば透明ガラス基板３の背面基板２側の表面に多数の透明電極（及び図示しないバス電極）４と、透明な誘電体層５が形成されている。

ここで、透明電極４は、例えばＩＴＯ等の材料から構成されている。また、誘電体層５は、例えばＳiＯ₂等の材料から構成されている。
そして、この誘電体層５上には、後述する本発明に係る保護膜６が例えば蒸着法によって形成されている。本発明に係る保護膜６は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）と所定の希土類元素の混合材料から構成されている。

一方、背面基板２は、例えばガラス基板１０の前面基板１側の表面に多数の隔壁７が形成され、各隔壁７の間にデータ電極８が形成されている。そして、このガラス基板１０上には、各隔壁７間に、例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色の蛍光体層９（９Ｒ、９Ｇ、９Ｂ）がそれぞれ形成されている。

本発明の保護膜６は、Ｘｅガスに対する二次電子放出係数（γ_Xe）が０．０５以上で、かつ、第１及び第２の基板（前面基板１、背面基板２）間に封入される放電ガス中のキセノン濃度が１５％以上であるものである。
本発明においては、以下の方法によって測定した値を、Ｘｅガスに対する二次電子放出係数とする。

図３は、本発明における二次電子放出係数を測定する装置を示す概略構成図である。
まず、金属板（例えばステンレスの板）３０上に、本発明に係る上記保護膜６を蒸着する装置（図示せず）を用いて、当該保護膜６と同じ成膜条件（例えば、成膜圧力：３．０×１０^-2 Ｐａ、成膜時基板温度：２５０℃、蒸着速度：０．５ｎｍ／ｓ）で蒸着を行い、保護膜３１の膜厚が１００ｎｍに達したときに蒸着を停止する。
そして、上記保護膜３１を蒸着した金属板３０を二次電子放出係数測定装置２０に装着する。

図３に示すように、この二次電子放出係数測定装置２０は、イオンガン２１を有しており、イオンガン２１より、１００Ｖ〜６００Ｖの電圧によって加速されたＸｅ⁺イオンを保護膜３１の表面に対して照射する。

このとき、保護膜３１表面より放出される電子（ｅ^-）をコレクター２２で収集し、そのときの電流値を電流計２３によって測定し、この値を−Ｉ_cとする。
また、金属板３０を通してグランドへ流れる電流を電流計２４によって測定し、この値をＩ_tとする。
このようにして得られた両電流値−Ｉ_cとＩ_tを用いて、二次電子放出係数γは以下の式（１）のように示される。

γ＝(−Ｉ_c)／{Ｉ_t−(−Ｉ_c)}…式（１）

図４は、上述した方法によって測定・算出した二次電子放出係数γの例を示すグラフである。
図４から理解されるように、Ｘｅ⁺イオンの加速電圧を１００〜６００Ｖの間で変化させた場合、加速電圧が１００〜２００Ｖのときに二次電子放出係数γの測定値がほぼ一定になることが本発明者らによって確認されている。

本明細書においては、この一定となる二次電子放出係数値を、Ｘｅガスに対する二次電子放出係数γ_Xeとする。
そして、本発明に係る保護膜６は、このＸｅガスに対する二次電子放出係数γ_Xeが、０．０５以上となるものである。

本発明の場合、保護膜６のＸｅガスに対する二次電子放出係数γ_Xeを変更し０．０５より大きくするには、酸化マグネシウムと希土類元素の混合材料からなる保護膜６中において希土類元素の配合比を後述する特定の値に設定することにより行うことができる。

本発明における、希土類元素によるＸｅガスに対する二次電子放出係数γ_Xeの向上のメカニズムは以下のように考えられる。
すなわち、希土類元素はＭｇに比べて原子番号が大きく、その電子軌道はｓ軌道、ｐ軌道、ｄ軌道、ｆ軌道によって構成されている。これらの電子軌道のうち、ｄ軌道はもっとも遠方にまで存在確率を有している。

希土類元素のｄ軌道が隣接する希土類元素のｄ軌道と混成すると、ＭｇＯ結晶内に分子軌道と呼ばれる電子状態が形成される。その結果、希土類元素がドープされたＭｇＯでは、Ｍｇイオンの結晶サイトが希土類元素によって置換された状態となっている。
このようにドープされた希土類元素は、ＭｇＯ結晶のバンドギャップ内に新たな不純物準位が形成され、イオン照射による二次電子の供給源として機能するようになる。

ここで重要なのは、不純物元素の添加によって形成される不純物準位が価電子帯と伝導帯で挟まれたバンドギャップ中に形成されるという点である。その結果、本来のＭｇＯ結晶ではＸｅ⁺イオン照射では二次電子が放出されないが、不純物添加による浅い準位の電子供給源によって、Ｘｅ⁺イオン照射で二次電子放出が可能になると考えられる。

本発明においては、保護膜６中に不純物である希土類元素を０．７〜１．６ｍｏｌ％含有させることによって、Ｘｅガスに対する二次電子放出係数γ_Xeの向上が最適なものとなる。
保護膜６中における希土類元素の含有量が０．７ｍｏｌ％より小さい場合には、母材料であるＭｇＯに含まれているＭｇ、Ｏ以外の不純物元素によって希土類元素の添加効果が相殺されることにより、Ｘｅガスに対する二次電子放出係数γ_Xeが向上しにくくなると考えられる。

一方、保護膜６中における希土類元素の含有量が１．６ｍｏｌ％より大きい場合には、ＭｇＯ母結晶中の結晶粒界における希土類元素の集積、または希土類酸化物結晶相が形成されることにより、二次電子放出が阻害されると考えられる。
なお、保護膜６中における希土類元素量は、ＥＰＭＡ分析等により計測することができる。
本発明の場合、保護膜６中に含有する希土類元素としては、化学的安定性、材料価格の観点から、セレン（Ｃｅ）がより好適である。

図５は、ＰＤＰの放電開始電圧を評価するための前面基板の電極構造を示す断面図、図６は、Ｘｅガスに対する二次電子放出係数とＰＤＰの放電開始電圧との関係を示すグラフである。
図５に示すように、この前面基板４１においては、ガラス基板４３上に、ＩＴＯからなる一対の透明電極４４ａ、４４ｂと、ＳiＯ₂からなる誘電体層４５が形成されている。

さらに、誘電体層４５上には、酸化マグネシウムと、希土類元素であるセレンとの混合材料からなる保護膜４６が形成されている。
ここで、誘電体層４５は、その厚さが３０μｍとなるように形成されている。一方、透明電極４４ａ、４４ｂは、それぞれ幅が１８０μｍとなるように形成されている。また、透明電極４４ａ、４４ｂの間のギャップは、８０μｍとなるように形成されている。
そして、保護膜４６の厚さは、１００ｎｍとなるように形成されている。

この前面基板４１を用い、図示しない真空槽内において、放電ガス（Ｎｅ−Ｘｅガス）中のキセノン濃度を変えて（４％、１５％、２０％）、Ｘｅガスに対する二次電子放出係数γ_Xeと放電開始電圧との関係を測定した結果を図６に示す。
図６から理解されるように、放電ガス中のキセノン濃度が４％の低濃度である場合には、Ｘｅガスに対する二次電子放出係数γ_Xeを変えても放電開始電圧Ｖに大きな変化はみられない。

一方、放電ガス中のキセノン濃度が１５％の高濃度である場合には、Ｘｅガスに対する二次電子放出係数γ_Xeが、０．０４と０．０５との間において、放電開始電圧Ｖが大幅（３０Ｖ以上）に低下することが認められる。

さらに、この二次電子放出係数γ_Xeが、０．０５から０．０６近傍に到るまで放電開始電圧Ｖの低下が認められる。
また、放電ガス中のキセノン濃度が２０％である場合においても、キセノン濃度が１５％である場合と同様に、Ｘｅガスに対する二次電子放出係数γ_Xeが、０．０４と０．０５との間において、放電開始電圧Ｖが大幅（３０Ｖ以上）に低下することが認められ、さらに、この二次電子放出係数γ_Xeが、０．０５から０．０６近傍に到るまで放電開始電圧Ｖの低下が認められる。

なお、上述した図６に示す例の場合、保護膜４６中におけるセレンの濃度は、Ｘｅガスに対する二次電子放出係数γ_Xeが０．０４のときに０．４５ｍｏｌ％、０．０５のときに０．７４ｍｏｌ％、０．０６のときに０．５１ｍｏｌ％、であった。

本発明に係るプラズマディスプレイパネルの基本構成を示す斜視図 同プラズマディスプレイパネルの要部を示す断面図 本発明における二次電子放出係数を測定する装置を示す概略構成図 本明細書記載の方法によって測定・算出した二次電子放出係数γの例を示すグラフ ＰＤＰの放電開始電圧を評価するための前面基板の電極構造を示す断面図 Ｘｅガスに対する二次電子放出係数とＰＤＰの放電開始電圧との関係を示すグラフ

符号の説明

１…前面基板（第１の基板）、２…背面基板（第２の基板）、３…透明ガラス基板、４…透明電極、５…誘電体層、６…保護膜、１１…プラズマディスプレイパネル

Claims (5)

1. プラズマディスプレイパネルを構成する一対の基板の少なくとも一方の基板上の電極を覆う誘電体層を保護するための保護膜であって、
   キセノンガスに対する二次電子放出係数が０．０５以上で、かつ、前記一対の基板間に封入される放電ガス中のキセノン濃度が１５％以上であるプラズマディスプレイパネル用保護膜。
2. 前記保護膜が、酸化マグネシウムと希土類元素の混合材料から構成されている請求項１記載のプラズマディスプレイパネル用保護膜。
3. 前記希土類元素が、ＥＰＭＡで分析した結果、当該保護膜中に０．７ｍｏｌ％以上１．６ｍｏｌ％以下含有する請求項２記載のプラズマディスプレイパネル用保護膜。
4. 前記希土類元素が、セレンである請求項２又は３のいずれか１項記載のプラズマディスプレイパネル用保護膜。
5. 放電ガスが封入された放電空間を介して対向配置された第１及び第２の基板と、
   前記第１及び第２の基板の少なくとも一方の基板上の電極を覆うように形成された誘電体層と、
   前記誘電体層を覆うように当該基板上に形成された保護膜とを有し、
   前記保護膜が、請求項１乃至４のいずれか１項記載のプラズマディスプレイパネル用保護膜から構成されているプラズマディスプレイパネル。

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