説明

ガス放電パネル

【課題】動作電圧の経時変化がなく、動作が高安定で長寿命のガス放電パネルを提供することを目的とする。
【解決手段】放電空間111を介して対向する表示面側基板101と背面側基板106とを有し、前記背面側基板106上には所定の間隔で隔壁109が形成されたガス放電パネルにおいて、前記ガス放電パネルの画像非表示領域302において、前記隔壁109間の溝部には光触媒物質微粒子層120を配設したことを特徴とするガス放電パネルである。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、テレビなどの画像表示に用いられ、且つ真空紫外線で励起され発光する蛍光体層を有するガス放電パネルに関し、特にプラズマディスプレイパネル(以下、PDPという)に関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、コンピュータやテレビなどの画像表示に用いられているカラー表示デバイスにおいて、PDPを用いたプラズマディスプレイ装置は、大型で薄型軽量を実現することのできるカラー表示デバイスとして注目されている。PDPは、ガス放電によって発生した紫外線によって蛍光体を励起発光させ、画像表示するディスプレイである。
【0003】
図5に従来の反射型AC面放電PDPの放電セルの基本的な構成を概略的に斜視断面図で示す。ガラス板からなる表示面側基板101上に、ITOやSnO2からなる透明電極102X、102Yが対になって形成されている。ただし、この透明電極102X、102Yではシート抵抗が高く、大型パネルにおいては全画素に充分な電力を供給することができないため、透明電極102X、102Y上にそれぞれ銀の厚膜やアルミニウム薄膜やクロム/銅/クロム(Cr/Cu/Cr)の積層薄膜によるバス電極103X、103Yが形成されている。このバス電極103X、103Yによって、見かけ上、透明電極102X、102Yのシート抵抗が下がる。なお、透明電極102X、102Yおよびバス電極103X、103Yとで表示電極が構成される。
【0004】
そして、これらの電極を覆うように誘電体層(低融点ガラスが使用される)104が形成され、またこの誘電体層104を覆うように酸化マグネシウム(MgO)からなる保護層105が形成されている。
【0005】
誘電体層104は、AC型PDP特有の電流制限機能を有しており、DC型に比べて長寿命にできる要因となっている。保護層105は、放電によって誘電体層104がスパッタされて削られないように保護するためのもので、耐スパッタ性に優れるとともに高い2次電子放出係数(γ)を有して放電開始電圧を低減する働きが要求される。
【0006】
また、上記表示面側基板101に対向して、同じくガラス板からなる背面側基板106が設けられている。背面側基板106上には画像データを書き込むデータ電極107、下地誘電体層108、隔壁109および蛍光体層110が形成されている。
【0007】
PDPは、いわゆる3原色(赤、緑、青)を加法混色することにより、フルカラー表示を行っている。このフルカラー表示を行うために、PDPには3原色である赤(R)、緑(G)、青(B)の各色を発光する蛍光体層110が備えられ、この蛍光体層110を構成する蛍光体材料は、PDPの放電セル内で発生する紫外線により励起され、各色の可視光を生成している。背面側基板106の蛍光体層110の形成プロセスは、隔壁109を形成した後、赤(R)、緑(G)、青(B)の蛍光体ペーストをスクリーン印刷またはラインジェット法によって塗布形成し、その後、大気中で焼成し、ペースト中の溶剤成分を取り除くというものである。
【0008】
以上のようにして構成された表示面側基板101と背面側基板106は、どちらか一方、もしくは両方の基板周囲に、封着用ガラスフリットが塗布され(図示せず)、フリット中の樹脂成分を除去するため300℃〜350℃で仮焼し、両基板を重ね合わせた後、高温(450℃〜550℃)に加熱して封着ガラスを軟化させて両基板を貼り合わせる(封着工程)。ここで、データ電極107および隔壁109は、表示電極と交差するように配置されており、また2本の隔壁109および表示面側基板101、背面側基板106で囲まれた空間でもって放電セル111が形成されている。
【0009】
この時、隔壁109は、隣接する放電セル間を仕切り、誤放電や光学的クロストークを防ぐ役割をしている。このPDPの表示電極に、数十kHz〜数百kHzのAC電圧を印加して放電セル111内に放電を発生させ、励起されたXe原子からの真空紫外線(波長:147nm、173nm)によって蛍光体層110を励起し可視光を発生させて表示動作を行う。
【0010】
ここで、PDPにおいては、経時的な動作電圧の増加が発生するという課題があった。これは、不純ガスとして炭化水素系ガス(以下、CH系ガスとする)が蛍光体に吸着しており、放電により発生する真空紫外線あるいはイオン衝撃によってCH系ガスが放電空間に放出され、MgOの保護層105に吸着し、MgO表面の2次電子放出係数が小さくなってしまうために生じる現象である。
【0011】
そこで従来、前記CH系ガスによる動作電圧の増加を抑えるために、表示面側基板と背面側基板および隔壁とで形成される放電セル内に光触媒物質層および酸化物層を配設するという技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
【特許文献1】特開2004−327114号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
放電セル内の隔壁表面に光触媒物質層を配設する方法は、セル内の放電によって発生する紫外線を光触媒物質層に照射することにより、CH系ガスはMgO表面に吸着して動作電圧の大きな変動をもたらさないCO2あるいはH2Oに分解することを目的としている。光触媒物質層としては、酸化チタンにより形成された層を挙げることができ、酸化チタンの配設により、その光触媒作用によって、動作電圧の安定性はある程度保証される。
【0013】
しかし一方では、その超親水性によりパネル内のH2Oを一度は吸着した酸化チタンが、放電に曝されることによってH2Oが可逆的に放電セル内に放出されてしまうため、固定表示部と非表示部の放電開始電圧の差を従来以上に増幅し、全点灯時に輝度差を生じさせ、また、固定表示部の時間経過に対する残像および焼き付き現象の回復についても、不利な方向に作用するという課題が発生する場合があった。
【0014】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、経時的な動作電圧の上昇および残像・焼き付き現象が軽減された、良好な画像表示が可能なガス放電パネルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0015】
上記目的を達するため、本発明のガス放電パネルは、放電空間を介して対向する表示面側基板と背面側基板とを有し、前記背面側基板上には所定の間隔で隔壁が形成されたガス放電パネルにおいて、前記ガス放電パネルの画像非表示領域において、前記隔壁間の溝部には光触媒物質微粒子層を配設したことを特徴とする。
【0016】
セル内の放電によって発生する紫外線を光触媒の微粒子に照射することにより、CH系ガスはMgO表面に吸着して動作電圧の大きな変動をもたらさないCO2あるいはH2Oに分解されるので、経時的な動作電圧の上昇のない安定なガス放電パネルを実現できる。また、蛍光体の粒径よりも小さな微粒子であるので、蛍光体層の遮蔽による輝度低下を最小限にして蛍光体表面に配設することができ、従来よりも、効果的に作用するため、少量の配設で、効果を得られる。少量の配設であるので、たとえば、酸化チタンのような超親水性の材料であったとしても、H2Oの吸着量が少量であるので、焼き付き・残像減少に対して、不利に作用することはない。また本発明のガス放電パネルは、光触媒物質微粒子とともに酸化物微粒子を形成することで、紫外線照射によるヒドロキシラジカル(OH)の発生量を増加させ、CH系ガスの分解をより促進できるようにしたものである。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、経時的な動作電圧の上昇および残像・焼き付き現象が軽減された、良好な画像表示が可能なガス放電パネルを実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0018】
以下、本発明の一実施の形態によるガス放電パネルについて、図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、ガス放電パネルの代表例であるPDPを例に説明する。また図5で示した構成と同様のものについては同じ符号を付している。
【0019】
(実施の形態1)
図1は、本発明の一実施の形態によるPDPの、長手方向における画像表示領域301と画像非表示領域302との領域を概略的に示す平面図である。また、図2は、図1に示す画像非表示領域302内での、PDPの構成を概略的に示す斜視断面図である。また、図3は図2中のA−A'矢視断面図で、本発明の一実施の形態によるPDPの概略構成を示す断面図である。
【0020】
図2および図3において、ガラス板からなる表示面側基板101上にITOまたは酸化錫(SnO2)などの透明導電性材料からなる透明電極102X、102Yを形成し、その上に銀(Ag)厚膜(厚み:2μm〜10μm)、アルミニウム(Al)薄膜(厚み:0.1μm〜1μm)またはCr/Cu/Cr積層薄膜(厚み:0.1μm〜1μm)よりなるバス電極103X、103Yを形成している。
【0021】
これらの透明電極102X、102Yおよびバス電極103X、103Yを覆うように、例えば、酸化鉛(PbO)70重量%、酸化硼素(B23)15重量%、酸化珪素(SiO2)15重量%の組成を有する低融点ガラス(厚み20μm〜40μm)からなる誘電体層104をスクリーン印刷やダイコート印刷またはフィルムラミネート法によって形成する。
【0022】
続いて、放電プラズマによる損傷から誘電体層104を保護するMgOからなる保護層105(厚み:0.3μm〜1μm)が電子ビーム蒸着法あるいはスパッタ法あるいは化学的気相成長法(CVD法)により形成されている。
【0023】
ここで、所定の間隔でもって互いに平行に並んだ2本の透明電極102X、102Yおよびバス電極103X、103Yによって1つの画素(ピクセル:PU)の表示電極が構成され、この間に交流電圧を印加して放電空間111内に放電を発生させる。
【0024】
一方、放電空間111を介して上記表示面側基板101に対向する背面側基板106が設けられている。背面側基板106はガラス板からなり、その上に銀(Ag)厚膜(厚み:2μm〜10μm)、アルミニウム(Al)薄膜(厚み:0.1μm〜1μm)またはCr/Cu/Cr積層薄膜(厚み:0.1μm〜1μm)からなるデータ電極107が形成され、データ電極107を覆うように低融点ガラスからなる下地誘電体層108(厚み:5μm〜20μm)が形成されている。
【0025】
さらに、例えば、低融点ガラスのスクリーン印刷の繰り返しと焼成によって、隔壁109(高さ0.1mm〜0.15mm)が所定の間隔で形成されている。
【0026】
そして、隔壁109間の溝部においては、画像表示領域301では、カラー表示のための3原色(赤:R、緑:G、青:B)の蛍光体層110R、110G、110Bが順次、積層して設けられている。また、画像非表示領域302では、平均粒径が5nm〜1000nmの光触媒物質微粒子層120が形成され、さらに、光触媒物質微粒子層120とともに、酸化物微粒子層121が積層されて形成されている。
【0027】
なお、画像非表示領域302においては、隔壁109間の溝部に、光触媒物質微粒子層120と酸化物微粒子層121とが積層されて設けられた構成となっているものが存在すればよい。すなわち、画像非表示領域302の隔壁109間の溝部に、光触媒物質微粒子層120と酸化物微粒子層121とが積層されて設けられた構成のものと、蛍光体層110R、110G、110Bが設けられた構成のものとが混在しているという状態であっても、また、画像非表示領域302においては、隔壁109間の溝部はすべて光触媒物質微粒子層120と酸化物微粒子層121とが積層されて設けられた構成となっているという状態であっても良い。
【0028】
そして表示面側基板101と背面側基板106は、表示電極とデータ電極107とが交差するように貼り合わされ、隔壁109によりライン方向にサブピクセルSU毎に区画された放電空間111の、表示電極とデータ電極107とが交差する部分に放電セルが形成される。
【0029】
ここで、隔壁109の高さを揃えることによって、放電空間111の間隙寸法が所定の一定値をとるようになっている。また、画像表示領域301においては、1つの画素(ピクセル:PU)は、ライン方向に並んで赤(R)、緑(G)、青(B)の各色で発光する3つのサブピクセルSUで構成されている。また、画像非表示領域302においては、少なくとも、光触媒物質微粒子層120と酸化物微粒子層121とが積層されて設けられた構成のサブピクセルSUが存在する。
【0030】
上記のようにして表示面側基板101と背面側基板106を対向させ、周囲を気密封止し、加熱しながら放電空間111内を真空排気した後、例えばNeとXeの混合ガスからなる放電ガスを所定の圧力および混合比で充填する。さらに、表示電極に300V〜500Vの電圧パルスを印加して放電空間111に放電を発生させることで、放電開始電圧を下げるとともに安定させるためのエージングを、8時間〜16時間行うことでPDP100が完成する。
【0031】
次に、上記構成の本発明の一実施の形態によるPDP100の効果を説明する。比較のために、光触媒物質微粒子層120および酸化物微粒子層121は配設せず、他の構成要素はPDP100と全く同様とした、図5に断面斜視図で示すような比較用PDP(A)と、特許文献1に示すような光触媒物質層および酸化物層を配設した比較用PDP(B)を作製した。そして、PDP100、PDP(A)、PDP(B)について、通常使用で5万時間に相当する加速寿命試験を行った。
【0032】
その結果、PDP100、PDP(B)は、放電開始電圧は、動作上、殆ど問題ない程度の変動しか生じず、この間は非常に安定に動作できることを確認した。一方、比較PDP(A)の場合、寿命試験前でもPDP100に比べて放電開始電圧が数ボルト高い状態ではあったが、寿命試験中においても時間経過とともに点灯部での放電開始電圧が20V以上増加し、通常使用で1万時間に相当する加速寿命試験において、PDP(A)の一部に点灯しない領域が発生することが確認された。
【0033】
寿命試験後、これらのPDPを分解し、保護層105の表面に対して走行型2次イオン質量分析(TOF−SIMS)を行ったところ、PDP100に比べてPDP(A)はCH系ガスの吸着量が多いことが判明した。
【0034】
また、表示面側基板101および背面側基板106の一部を切り出し、それぞれに対し昇温脱離質量分析(TDS)を行ったところ、TOF−SIMSの結果と同様に、PDP100に比べてPDP(A)のCH系ガスの吸着量が多いことが判明した。さらに、エージング前後で、同様に保護層105の表面に対してTOF−SIMS分析したところ、寿命試験後ほどではないがPDP100に比べてPDP(A)の方がCH系ガスの吸着量が多いことが判明した。
【0035】
次に、PDP100およびPDP(B)に対して、固定表示パターンの残像・焼き付きに対する回復時間について計測したところ、PDP(B)の方が、回復時間が長く、焼き付きについてでも回復しない場合も見られた。そこで、PDP100、PDP(B)の比較に対しては、固定表示加速寿命試験を行い、固定表示部とそれに隣接する非点灯部について、表示面側基板および背面側基板の一部を切り出し、それぞれ昇温脱離質量分析(TDS)を行った。その結果、非点灯部においては、PDP100に比べてPDP(B)の方がH2Oの吸着量が多いことが判明した。また、固定表示部においては、PDP100に比べてPDP(B)の方がH2Oの吸着量が少ないことが判明した。さらに、PDP100の固定表示部と非点灯部とのH2Oの吸着量はほぼ同等であったが、PDP(B)の固定表示部と非点灯部とのH2Oの吸着量に差が生じており、非点灯部の方が多いことが判明した。
【0036】
ここで、画像非表示領域302の隔壁109間の溝部に光触媒物質微粒子層120と酸化物微粒子層121とを積層して配設した本発明の一実施の形態によるPDP100において、放電開始電圧が安定で長寿命になった理由については、以下のように考えられる。
【0037】
まず、PDP(A)内部においては、CH系ガスは主に蛍光体層110R、110G、110Bに吸着して取り込まれている。そして、PDP100を動作させると放電セル内の放電に伴い、蛍光体層110R、110G、110B表面への紫外線照射やイオン衝突によって、吸着しているCH系ガスが脱離しMgOからなる保護層105の表面に吸着する。そのため、2次電子放出係数(γ)値が減少し、結果として放電開始電圧が増加する。PDP(A)の放電開始電圧がエージング後でPDP100より大きいこと、PDP(A)の寿命試験において放電開始電圧が増加したことは、TOF−SIMSやTDSの結果からもCH系ガスが原因と思われる。
【0038】
しかしながら、光触媒物質微粒子層120を形成した本発明の一実施の形態によるPDP100では、駆動中に、光触媒物質微粒子層120が放電に曝されることで、光触媒作用によって、PDP100内のCH系ガスが放電開始電圧に余り影響しないCO2やH2Oに変化し、さらに、駆動中、常時、CH系ガスの分解が促進されるため、PDP(A)に比べて放電開始電圧の変動が少なくなったものと考えられる。なお、CH系ガスの量が少ないということは、TOF−SIMSやTDSの分析からも明らかである。
【0039】
光触媒物質微粒子層120によるCH系ガスの分解について、さらに詳細に説明する。放電セル内の放電で発生する紫外線が半導体である光触媒物質微粒子層120表面に照射されると、電子が伝導体に励起され、電子・正孔対が生成する。この際、光触媒物質微粒子層120上と隣接して酸化物微粒子層121が形成されていると、正孔は、容易に酸化物微粒子層121へ移動し、酸化物微粒子層121表面に吸着しているH2Oを分解してヒドロキシラジカル(OH)を発生する。このヒドロキシラジカル(OH)は酸化物微粒子層121表面およびその付近に存在するCH系ガスと酸化反応し、CO2やH2Oに分解する。
【0040】
このように本発明の一実施の形態によるPDP100は、その動作によって、内部に発生する紫外線と光触媒物質微粒子とにより、蛍光体層110R、110G、110B表面から徐々に出てくるCH系ガスを放電開始電圧を上昇させにくいCO2やH2Oガスに分解することができるので、駆動時間の経過と共にPDP100内のCH系ガスは希薄になっていき、安定動作が可能になる。
【0041】
ここで、酸化物微粒子層121を構成する酸化材料としては、SiO2、V25、MoO3、Ta25、Nb23、TiO2、SnO2、GeO2、Fe23、B23、As23、MgO、ZnO、PbO、Eu23、Nd23、TmO3、Dy23、Y23、La23、Al23、Tl23、In23、Bi23、HfO2、CoO、CuO、NiO、Ga23、MnO2、CeO2、Cr23、MgAlO4、K2O・Al23・6SiO2、Na2O・Al23・6SiO2、CaO・Al23・6SiO2、Sc23の中から選ばれる少なくとも一つを挙げることができる。特に、これらの材料が非晶質である場合は、酸素原子が比較的表面に出にくく、よりH2Oの吸着性が高まるため、より好ましい。また、非晶質の場合は、量子論的組成から外れている場合や、水素原子やハロゲン(F、Cl、Br、I)原子を層中に含む場合でもよい。
【0042】
また、光触媒物質微粒子層120を構成する光触媒材料としては、酸化チタン、酸化錫、酸化亜鉛、三酸化二ビスマス、三酸化タングステン、酸化第二鉄、チタン酸ストロンチウムの中から選ばれる少なくとも一つを挙げることができる。
【0043】
(実施の形態2)
図4は、同じく本発明の一実施の形態によるPDPの概略構成を示す断面図である。PDP200は、実施の形態1で示したPDP100(図1、図2)と比べて、酸化物微粒子層121(図1、図2)を有さないことが異なる。なお、図1、図2で示したPDP100の構成と同様のものについては同じ符号を付している。
【0044】
このPDP200に対して、実施の形態1と同様の加速寿命試験を行ったところ、PDP100と同じように、放電開始電圧変化が少なく、安定動作することが確認できた。これは、酸化物微粒子がない状態でも光触媒反応が進行しCH系ガスの分解が促進されているためであると考えられる。
【0045】
上述した実施の形態1〜2においては、放電ガスとしては、Ne−Xeの混合ガスの他に、He−Xeの混合ガスを使用してもよく、さらにこれらのガスにAr、KrあるいはHeを加えてもよい。また、これらの放電ガスに、酸素やNO、NO2、N2O、N23、N24、N25、NO3など分子内に酸素原子を含むガスをPDPの動作に影響のない程度に混合(具体的には0.1vppm〜10vppm)すると、光触媒物質層の光触媒作用でヒドロキシラジカル(OH)が発生し、CH系ガスの分解をより促進できるため、効果的である。
【産業上の利用可能性】
【0046】
以上のように本発明は、大画面、高精細のPDPを提供する上で有用な発明である。
【図面の簡単な説明】
【0047】
【図1】本発明の一実施の形態によるプラズマディスプレイパネルの概略構成を示す平面図
【図2】本発明の一実施の形態によるプラズマディスプレイパネルの概略構成を示す断面斜視図
【図3】同じく、本発明の一実施の形態によるプラズマディスプレイパネルの概略構成を示す断面図
【図4】同じく、本発明の一実施の形態によるプラズマディスプレイパネルの概略構成を示す断面図
【図5】従来のプラズマディスプレイパネルの概略構成を示す断面斜視図
【符号の説明】
【0048】
100 プラズマディスプレイパネル
101 表示面側基板
102X、102Y 透明電極
103X、103Y バス電極
104 誘電体層
105 保護層
106 背面側基板
107 データ電極
108 下地誘電体層
109 隔壁
110R 蛍光体層(赤)
110G 蛍光体層(緑)
110B 蛍光体層(青)
111 放電空間
120 光触媒物質微粒子層
121 酸化物微粒子層

【特許請求の範囲】
【請求項1】
放電空間を介して対向する表示面側基板と背面側基板とを有し、前記背面側基板上には所定の間隔で隔壁が形成されたガス放電パネルにおいて、前記ガス放電パネルの画像非表示領域において、前記隔壁間の溝部には光触媒物質微粒子層を配設したことを特徴とするガス放電パネル。
【請求項2】
前記光触媒物質微粒子層上に積層して、酸化物微粒子層を配設したことを特徴とする請求項1に記載のガス放電パネル。
【請求項3】
光触媒物質微粒子層は、酸化チタン、酸化錫、酸化亜鉛、三酸化二ビスマス、三酸化タングステン、酸化第二鉄、チタン酸ストロンチウムの中から選ばれる少なくとも一つの材料で構成されていることを特徴とする請求項1または2に記載のガス放電パネル。
【請求項4】
酸化物微粒子層は、SiO2、V25、MoO3、Ta25、Nb23、TiO2、SnO2、GeO2、Fe23、B23、As23、MgO、ZnO、PbO、Eu23、Nd23、TmO3、Dy23、Y23、La23、Al23、Tl23、In23、Bi23、HfO2、CoO、CuO、NiO、Ga23、MnO2、CeO2、Cr23、MgAlO4、K2O・Al23・6SiO2、Na2O・Al23・6SiO2、CaO・Al23・6SiO2、Sc23の中から選ばれる少なくとも一つの材料で構成されていることを特徴とする請求項2または3に記載のガス放電パネル。
【請求項5】
放電空間内に充填される放電ガスに、分子内に酸素原子を含むガスが混合されていることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のガス放電パネル。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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