JP4073201B2 - プラズマディスプレイパネル及びそれを備えた画像表示装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマディスプレイパネル及びそれを備えた画像表示装置に係わり、特に、パネル高精細化に好適なプラズマディスプレイパネル(以下、PDPと略称)及びそれを備えた画像表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
AC面放電型PDPは2枚のガラス基板間に密閉された微小な放電空間(放電セル)を多数設けた表示デバイスである。
【0003】
以下、図面を参照して説明する。図2は、一般的なPDPの構造の一部を示す分解斜視図の例である。図に示すPDPは、ガラス基板から成る前面基板21と背面基板28とを貼り合わせて一体化したものであり、赤(R)、緑(G)、青(B)の各蛍光体層32を背面基板28側に形成した反射型のPDPである。
【0004】
前面基板21は、背面基板28との対向面上に一定の距離を隔てて平行に形成される一対の維持放電電極(表示電極とも言う)を有する。
【0005】
この一対の維持放電電極は、透明な共通電極(以下、単にX電極と称する)22-1、22-2……と、透明な独立電極(以下、単にY電極または走査電極と称する)23-1、23-2……で構成される。
【0006】
また、X電極22-1、22-2……には、透明電極の導電性を補うための不透明のXバス電極24-1、24-2……、およびY電極23-1、23-2……には、Yバス電極25-1、25-2……が、図2の矢印D2の方向に延長して設けられる。
【0007】
また、X電極22-1、22-2……、Y電極23-1、23-2……、Xバス電極24-1、24-2……およびYバス電極25-1、25-2……は、AC駆動のために放電空間から絶縁されている。すなわち、これらの電極は、一般に厚さ数10μm程度の低融点ガラス層からなる誘電体層26により被覆され、この誘電体層26は金属酸化膜27より被覆されている。
【0008】
金属酸化膜27としては一般に、EB蒸着によって成膜される厚さ1μm程度の酸化マグネシウム膜(MgO膜)27が用いられる。酸化マグネシウム膜は二次電子放出係数が高くイオンによる耐スパッタ性に優れており放電特性を向上させる働きをする。
【0009】
上記金属酸化膜は一般的に保護膜とも言われている。例えば、特開平10−261362号公報にみられるように、化学気相成長法により酸化マグネシウム膜の単層を表示電極に直接成膜する例もある。
【0010】
背面基板28は、前面基板21との対向面上に、前面基板21のX電極22-1、22-2……およびY電極23-1、23-2……と直角に立体交差するアドレス電極(以下、単にA電極と称する)29を有し、このA電極29は、誘電体層30により被覆される。
【0011】
このA電極29は、図2の矢印D1方向に延長して設けられる。この誘電体30上には、放電の広がりを防止(放電の領域を規定)するためにA電極29間を仕切る隔壁(リブ)31が設けられる。X電極とY電極の一対の維持放電電極も矢印D2の方向にリブで仕切られることもある。この隔壁31間の溝面を被覆する形で、赤、緑、青に発光する各蛍光体層32が、順次ストライプ状に塗布される。
【0012】
図3は、図2中の矢印D2の方向から見たPDP断面構造を示す要部断面図であり、画素の最小単位である放電セル1個を示している。同図において、放電セルの境界は概略破線で示す位置である。33は放電空間を示し、プラズマを生成するための放電ガス(例えば、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンなどの混合希ガス)が充填される。
【0013】
X−Y表示電極間に電圧を印加すると、放電ガスの電離によってプラズマ10が発生する。図3はプラズマ10が発生している様子を模式的に示している。このプラズマからの紫外線が蛍光体32を励起して発光し、蛍光体32からの発光は、前面基板21を透過して、それぞれの放電セルからの発光でディスプレイ画面を構成する。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
PDPの高精細化を実現しようとしたとき、放電セルの微細化に伴いX−Y表示電極対のギャップ距離(放電ギャップ)を狭くしなければならない。放電ギャップを狭くすると、電極間の電界強度が増加し、上記保護膜へのイオン衝撃の増大に伴うスパッタリングが増大する。スパッタリングによって保護膜が削られ、誘電体がむき出しになると、放電が不安定になり、パネルを駆動出来なくなる。すなわち、パネルの寿命低下につながるという問題が生じる。
【0015】
このパネルの寿命低下を防ぐためには保護膜を厚くすれば良いが、従来の技術においては、保護膜を厚くしていくとクラックが生じてしまうため膜厚の厚い保護膜を形成することが出来なかった。
【0016】
さらに従来の技術においては保護膜を厚くすることが困難であったため、電極を放電から絶縁するための誘電体が必要不可欠であり、誘電体層形成工程の削減が困難であった。
【0017】
さらに、放電セルの微細化(画素ピッチの縮小)に伴い、発光面積の割合が減少するため輝度の低下を招くといった問題もあった。
【0018】
したがって、本発明の目的は上記従来技術の問題点を解消することにあり、その第1の目的は、良質で厚い保護膜を形成することにより、パネルの高精細化に伴う輝度低下を防止し、投入電力に対する発光効率向上を可能とするプラズマディスプレイパネルを、そして第2の目的はそれを備えたプラズマディスプレイ装置をそれぞれ提供することにある。
【課題を解決するための手段】
一般にガラス基板または誘電体に保護膜として、例えばMgOのような金属酸化膜の成膜を行なう場合、金属酸化膜の線熱膨張係数がガラス基板もしくは誘電体よりも大きいため、成膜後の温度降下により金属酸化膜に対して引っ張り応力が働き、金属酸化膜にクラックが生じてしまう。
【0019】
クラックは膜厚が厚いほど多くなる。そこでクラックを減少させるにはガラス基板または誘電体と金属酸化膜との線熱膨張係数の差を緩和してやれば良い。これにより、より厚くて質の良い金属酸化膜の生成が可能となる。
【0020】
従って上記本発明の目的は、プラズマディスプレイパネルの前面基板を構成するガラス基板の如き透光性基板(以下、透光性前面基板と言う)上に設けられた表示電極を覆う保護膜を、線熱膨張係数の差を緩和するための第一の金属酸化膜と、第一の金属酸化膜を被覆する第二の金属酸化膜とからなる二層金属酸化膜で構成することによって達成される。
【0021】
更に詳述すれば、上記第二の金属酸化膜は、透光性前面基板もしくは誘電体膜より線熱膨張係数が大きな、例えばMgOもしくはMgOを主成分として含む金属酸化物多結晶膜からなり、上記第一の金属酸化膜は、前記透光性前面基板もしくは誘電体膜より二次電子放出係数が高く、且つ上記第二の金属酸化膜より線膨張係数が大きな、例えばCeO2、CaO及びTiO2の中から選ばれる少なくとも1種を含む金属酸化膜、もしくは前記少なくとも1種の金属酸化物を主成分として含む金属酸化物多結晶膜からなることである。
【0022】
なお、これら第一及び第二の金属酸化膜において、ここでは自然に混入してくる避けられない不純物は許容されるものとして主成分と言う表現をしている。
【0023】
透光性前面基板上の表示電極と金属酸化膜との間には必要に応じて誘電体層を設けることができる。しかし、本発明によれば保護膜を厚く形成できるので、誘電体層を設けずに二層金属酸化膜を直接形成するだけで済む。この場合には、誘電体層形成工程の削減が可能となるので製造プロセスのコスト低減が図れる。
【0024】
本発明の二層金属酸化膜からなる保護膜は、第一の金属酸化膜と第二の金属酸化膜とを合わせた膜の厚みを少なくとも2μmの厚みで構成することができる。従来の例えばMgO単層からなる保護膜の場合には、厚みが2μm以上になるとクラックが十数個から数十個に急増すると言う問題が発生したが、本発明によれば膜厚2〜5μmでは全くクラックは発生せず、10〜40μmにおいても3〜9個程度の発生状況であり著しくクラックは低減されており、十分に実用に供せ得るものである。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の目的を達成することのできる具体的な構成上の特徴について説明する。
(1)第1の発明は、表示電極と少なくとも前記表示電極を覆う金属酸化膜とを有する透光性前面基板と、背面基板と、透光性前面基板と背面基板とを貼り合わせて形成される放電空間と、前記放電空間内に露出するように設けられた蛍光体層とを備えたプラズマディスプレイパネルであって、
前記金属酸化膜が、前記表示電極を覆うように形成された第一の金属酸化膜と前記第一の金属酸化膜を被覆する第二の金属酸化膜よりなり、前記第二の金属酸化膜の線熱膨張係数が前記第一の金属酸化膜より大きいことを特徴とする。
(2)第2の発明は、上記(1)の発明において、前記表示電極と金属酸化膜との間に誘電体層を有し、前記第一の金属酸化膜の線熱膨張係数が前記誘電体層の線熱膨張係数よりも大きいことを特徴とする。
(3)第3の発明は、上記(1)の発明において、前記金属酸化膜が表示電極上に直接成膜されていることを特徴とする。
(4)第4の発明は、上記(1)乃至(3)の何れか一つに記載の発明において、前記第一金属酸化膜と第二の金属酸化膜とを合わせた金属酸化膜全体の厚みが少なくとも2μmであることを特徴とする。
(5)第5の発明は、上記(1)乃至(4)の何れか一つに記載の発明において、前記第二の金属酸化膜は、MgOもしくはMgOを主成分として含む金属酸化膜であることを特徴とする。
(6)第6の発明は、上記(1)乃至(4)の何れか一つに記載の発明において、前記第一の金属酸化膜は、CeO2、CaO及びTiO2の中から選ばれる少なくとも1種を含む金属酸化膜、もしくは前記少なくとも1種の金属酸化物を主成分として含む金属酸化膜であることを特徴とする。
(7)第7の発明は、上記(1)乃至(6)の何れか一つに記載の発明において、前記透光性前面基板は、少なくともガラス基板と、その表面に形成されたX−Y表示電極と、前記表示電極表面を覆うように形成された金属酸化膜とを有しており、前記背面基板上にはアドレス電極と、前記アドレス電極上に誘電体と隔壁とで仕切られた空間と、前記空間内に設けられた蛍光体層とを有しており、前記X−Y表示電極とアドレス電極とが立体交差するように前記透光性前面基板と背面基板とを貼り合わせ、前記空間を放電空間として形成すると共に、前記空間内にプラズマ放電用希ガスを封入してなることを特徴とする。
(8)第8の発明は、画像表示装置の発明であって、上記(1)乃至(7)の何れか一つに記載のプラズマディスプレイパネルと、前記プラズマディスプレイパネルを駆動する少なくとも制御回路を含む駆動装置とを具備してなることを特徴とする。
【0026】
【実施例】
以下、図面にしたがって本発明の実施例を具体的に説明する。
<実施例1>
図1は、本発明の一実施例によるPDPの構造の一部を示す分解斜視図である。図1において、前面ガラス基板21の上には、予め周知の方法でX電極22、Xバス電極24、Y電極23、Yバス電極25からなる表示電極及びこれら表示電極を覆うように更に誘電体層26として厚さ40μmの低融点ガラス膜が形成されている。
【0027】
誘電体層26(線熱膨張係数〜8×10-6 1/℃)を覆う保護膜(金属酸化膜)27は、CaO(線熱膨張係数〜10.2×10-6 1/℃)よりなる第一の金属酸化膜27−1とMgO(線熱膨張係数〜13×10-6 1/℃)よりなる第二の金属酸化膜27−2の二層構造となっている。
【0028】
これらの金属酸化膜27の成膜には、電子ビーム照射によって蒸発した金属酸化膜原料が高周波コイル内を通過して基板上に堆積するイオンプレーティング方式の真空成膜装置を用いた。
【0029】
金属酸化膜27−1の原料は、酸化カルシウム(CaO)粒を使用し、酸素ガスを真空装置内に供給して、CaOからなる金属酸化膜27−1を形成した。成膜時の基板21の加熱温度は150℃,真空成膜装置内には2×10-2Paの圧力で酸素ガスを供給した。
【0030】
金属酸化膜27−2の原料は酸化マグネシウム(MgO)粒を使用し、酸素ガスを真空装置内に供給して、MgOからなる金属酸化膜27−2を形成した。成膜時の基板の加熱温度は100℃、真空成膜装置内には2×10-2Paの圧力で酸素ガスを供給した。CaOからなる金属酸化膜27−1とMgOからなる金属酸化膜27−2の膜厚はいくつか組み合わせて成膜した。なお、金属酸化膜27−1、27−2の成膜装置は、必ずしもイオンプレーティング方式の真空成膜装置である必要はない。
【0031】
以上のようにして製作した保護膜27の膜質を評価した結果を表1に示す。ここで、比較のため、従来技術例として酸化マグネシウム(MgO)単層膜を成膜したものを作成した。この酸化マグネシウム(MgO)単層膜の膜厚は、本実施例の金属酸化膜27−1と金属酸化膜27−2とを足した厚みと同じ厚みとした。実験は15cm×15cmの試験用パネルを用いて行ない、膜質をクラックの数を数えて評価した。
【0032】
【表1】
表1から明らかなように、保護膜として異なる線熱膨張係数を有する2種類の金属酸化膜を用いて、誘電体と保護膜の線熱膨張係数の差を緩和することにより、成膜後の温度降下による金属酸化膜27−2への引っ張り応力が軽減し、クラック数が激減した。特に,第一と第二の金属酸化膜を合わせた膜の厚みが2μm以上の時に有効である。
【0033】
すなわち、この実施例から明らかなように、第一と第二の金属酸化膜を合わせた膜の厚みが2〜5μmではクラック数が0であり、10〜20μmではクラック数が3〜5、40μmでもクラック数が9と極めて少ない。クラック数が10程度であればPDPとして実用になる範囲であることから、第一と第二の金属酸化膜を合わせた膜の厚みが40μm程度でも十分に実用になる。
【0034】
さらに本実施例で製作した厚さ2μmの保護膜27を有する高精細パネル(PDP)を用い、寿命試験をしたところ、保護膜の厚さが厚いために、高精細化に伴うイオン衝撃によるスパッタリングによっても誘電体が剥き出しになることが無く、十分な寿命特性が得られることを確認した。
<実施例2>
図4は、本発明の他の一実施例となるPDPの断面図であり、図1のD2の方向から見た図である。本実施例では、誘電体を用いず、第一の金属酸化膜27−1はガラス基板上に設けられた表示電極上に直接成膜されている。
【0035】
ガラス基板(線熱膨張係数〜8×10-61/℃)上に設けられた表示電極を被覆する第一の金属酸化膜27−1としてCeO2(線熱膨張係数〜8.6×10-6 1/℃)、これを被覆する第二の金属酸化膜27−2としてMgO(線熱膨張係数〜13×10-61/℃)を形成した。
【0036】
第一の金属酸化膜の膜厚は4μm、第二の金属酸化膜の膜厚は4μmとした。ガラス基板と誘電体の線熱膨張係数はほぼ同じ(線熱膨張係数〜8×10-61/℃)であり、実施例1と同様な理由により、厚くてクラックの少ない保護膜を形成することが出来た。
【0037】
本実施例による試験用パネル(15cm×15cm)を用いて、従来技術との比較を行なった。評価に用いたパネルは誘電体と保護膜(金属酸化膜)の構造のみ異なるものである。放電開始電圧、効率を評価した結果を表2に示す。
【0038】
【表2】
放電開始電圧とは、幅4μs、周期10μsの電圧パルスをX電極(22−1、22−2……)とY電極(23−1、23−2……)に交互印加したときに(X電極とY電極へ印加する電圧パルスは5μsずれる)放電が起こり始める電圧である。
【0039】
表2より明らかなように、本実施例の放電開始電圧は145Vであり、従来よりも55V減少する。効率は輝度を投入電力で割った値であり、相対値(従来技術例を1とする)で評価した。このときのX電極とY電極へのパルス印加電圧は、従来技術例が200V、実施例が145Vで評価した。本実施例では効率が1.26倍になった。
【0040】
次に、図4に示した上記本実施例のパネル(PDP)において、放電ガス中のXeの濃度を変化させたものを試作し、上記比較用のパネルと比較した結果を表3に示す。
【0041】
本実施例の放電ガスの組成はNe(70%)−Xe(30%)、圧力660hPa、比較用のパネルはNe(96%)−Xe(4%)、圧力660hPaである。Xe濃度を増加させると放電電圧が上昇してしまうため、従来構造のパネルでは放電を起こさせることが出来なかった。
【0042】
しかしながら本実施例のパネルでは、放電電圧が減少するため、Xeの濃度を従来以上に増加させても十分に放電を起こすことが出来る。効率評価の電圧パルスは上記と同様のものを用い、パルス印加電圧は両者200Vで評価した。
【0043】
【表3】
表3より明らかなように、本実施例では効率が1.97倍になった。さらに、本実施例においては誘電体26の印刷工程が不要であるため、従来と比較して、プロセス工程の時間短縮および製造コストの低減が可能である。
【0044】
また、表2に示した実施例の結果から、145Vのパルス印加電圧でPDPを駆動出来ることがわかった。従って、駆動回路に用いられるコンデンサーやFETなどの耐圧が200Vで駆動するものより低くても十分であり回路コストも低減できる。
【0045】
以上に述べたように、本発明により厚くて良質の保護膜を形成できることから金属酸化膜がAC駆動のための絶縁体として十分機能するため、誘電体層が不用となり、効率向上や低コスト化等の効果が得られた。
【0046】
本実施例のPDPに駆動回路を接続して画像表示装置を組み立て、さらにこの画像表示装置に映像信号を送る映像源を接続して画像表示システムを構築して画像評価を行った。その結果、高精細なPDPでも明るく綺麗で且つ低コストな画像表示システムを得ることが出来た。
【0047】
図6は、画像表示システム104の例をブロック図で示したものである。PDP100とそれを駆動する駆動回路101とで画像表示装置(プラズマディスプレイ装置)102を構成し、さらに画像表示装置102に映像情報を送る映像源104とで画像表示システム104を構成している。
<実施例3>
図5は、本発明のさらに他の一実施例となる高精細PDPをD2の方向から見た断面図であり、実施例2の図4に示したPDPの表示電極をバス電極のみで構成したものである。すなわち、表示電極から透明電極(X電極21−Y電極23)を取り去ったものである。
【0048】
Xバス電極24−1とYバス電極25−1の幅は、それぞれ50μm、Xバス電極24−1とYバス電極25−1間のギャップ距離は40μmである。隔壁の間隔は200μmであり、放電セルの大きさが0.2mm×0.2mmの高精細である。従来の放電セルの大きさ0.4mm×0.13mmに比べ本実施例では約半分のセルサイズとなっている。
【0049】
保護膜には、第一の金属酸化膜27−1としてTiO2(線熱膨張係数は〜8.3×10-6 1/℃)を用い、第二の金属酸化膜としてMgO(線熱膨張係数〜13×10-61/℃)を用いた。第一の金属酸化膜の膜厚は4μm、第二の金属酸化膜の膜厚は4μmである。それ以外の構造については実施例2に示した図4と同じである。放電ガスの組成はNe(70%)−Xe(30%)、圧力660hPa、パルス印加電圧を200Vとして輝度を評価した。
【0050】
その結果、白色ピーク輝度で612cd/m2であり、高精細化によるピーク輝度減少が抑えられた。さらに寿命試験も問題無く、高精細化における寿命低下の問題も解決出来た。
【0051】
さらにX電極とY電極の形成工程を削減できるため、プロセス工程の時間短縮および製造コスト低減につなることは明白である。
【0052】
【発明の効果】
以上に詳しく述べたように、本発明により所期の目的が達成された。すなわち、PDPの高精細化が実現可能になった。また、誘電体膜を省略し表示電極上を金属酸化膜で直接覆うことが可能となりプロセスコスト及びドライバーコストが低減した。
【0053】
さらに、パネルの輝度・効率が向上した(または高精細化に伴うパネル輝度低下が防止できた)。本発明のプラズマディスプレイ装置を用いることにより、明るく綺麗で且つ低コストな画像表示システムを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1に係るプラズマディスプレイ装置におけるプラズマディスプレイパネルの構造の一部を示す分解斜視図である。
【図2】本発明が適用されるプラズマディスプレイパネルの構造の一部を示す分解斜視図である。
【図3】図2に示すD3の方向から見たプラズマディスプレイパネルの断面構造示す要部断面図であり、1個の放電セルを示す。
【図4】本発明の実施例2に係るプラズマディスプレイパネルの断面構造示す要部断面図であり、1個の放電セルを示す。
【図5】本発明の実施例3に係るプラズマディスプレイパネルの断面構造示す要部断面図であり、1個の放電セルを示す。
【図6】本発明のプラズマディスプレイパネルを備えた画像表示システムのブロック図である。
【記号の説明】
10…プラズマ、
21…前面ガラス基板、
22−1、22−2…X電極、
23−1、23-2…Y電極
24−1、24−2…Xバス電極、
25−1、25−2…Yバス電極、
26…誘電体層、
27…金属酸化膜(または保護膜)、
27−1…第一の金属酸化膜
27−2…第二の金属酸化膜、
28…背面ガラス基板、
29…A電極、
30…誘電体層、
31…隔壁(リブ)、
32…蛍光体、
33…放電空間
100…PDP、
101…駆動回路、
102…プラズマディスプレイ装置(画像表示装置)、
103…映像源、
104…画像表示システム。
Claims (7)
- 表示電極と少なくとも前記表示電極を覆う保護膜とを有する透光性前面基板と、背面基板と、透光性前面基板と背面基板とを貼り合わせて形成される放電空間と、前記放電空間内に露出するように設けられた蛍光体層とを備えたAC面放電型プラズマディスプレイパネルであって、
前記保護膜が、前記表示電極を覆うように形成された第一の金属酸化膜と、
前記第一の金属酸化膜を被覆する第二の金属酸化膜よりなり、前記第二の金属酸化膜の線熱膨張係数が前記第一の金属酸化膜より大きく、
前記第一の金属酸化膜は、CeO2、CaOの少なくとも一方を含む金属酸化物、又は、CeO2、CaOの少なくとも一方を主成分として含む金属酸化物であることを特徴とするAC面放電型プラズマディスプレイパネル。 - 前記表示電極と保護膜との間に誘電体層を有し、前記保護膜の第一の金属酸化膜の線熱膨張係数が前記誘電体層の線熱膨張係数よりも大きいことを特徴とする請求項1に記載のAC面放電型プラズマディスプレイパネル。
- 前記保護膜が表示電極上に直接成膜されていることを特徴とする請求項1又は2の何れか一つに記載のAC面放電型プラズマディスプレイパネル。
- 前記第一金属酸化膜と第二の金属酸化膜とを合わせた膜全体の厚みが少なくとも2μmであることを特徴とする請求項1乃至3の何れか一つに記載のAC面放電型プラズマディスプレイパネル。
- 前記第二の金属酸化膜は、MgOもしくはMgOを主成分として含む金属酸化膜であることを特徴とする請求項1乃至4の何れか一つに記載のAC面放電型プラズマディスプレイパネル。
- 前記第一の金属酸化膜は、CeO2 及びCaOの中から選ばれる少なくとも1種を含む金属酸化膜、もしくは前記少なくとも1種の金属酸化物を主成分として含む金属酸化膜であることを特徴とする請求項2乃至5の何れか一つに記載のAC面放電型プラズマディスプレイパネル。
- 前記透光性前面基板は、少なくともガラス基板と、その表面に形成されたX−Y表示電極と、前記表示電極表面を覆うように形成された金属酸化膜からなる保護膜とを有しており、前記背面基板上にはアドレス電極と、前記アドレス電極上に誘電体と隔壁とで仕切られた空間と前記空間内に設けられた蛍光体層とを有しており、前記X−Y表示電極とアドレス電極とが立体交差するように前記透光性前面基板と背面基板とを貼り合わせ、前記空間を放電空間として形成すると共に、前記空間内にプラズマ放電用希ガスを封入してなることを特徴とする請求項1乃至5の何れか一つに記載のAC面放電型プラズマディスプレイパネル。
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