プラズマディスプレイパネル及びそれを用いた画像表示装置
【課題】プラズマディスプレイパネルにおいて、広い温度範囲にわたってアドレス放電遅れ時間を短縮し、休止期間中の壁電荷の減少を抑えて電圧変動を小さくすることを両立させ、安定したアドレス放電を行うことができる保護層技術を提供する。
【解決手段】本発明では、不純物を含むＭｇＯからなる保護層とし、不純物の最適な組み合わせでウインドウ関数のエネルギー領域にエネルギー状態密度を分布させることによって、アドレス放電遅れ時間が短く、休止期間中の電圧変動が小さくなり、安定したアドレス放電を行うことができる。
【解決手段】本発明では、不純物を含むＭｇＯからなる保護層とし、不純物の最適な組み合わせでウインドウ関数のエネルギー領域にエネルギー状態密度を分布させることによって、アドレス放電遅れ時間が短く、休止期間中の電圧変動が小さくなり、安定したアドレス放電を行うことができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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）分野において、ＰＤＰの製造方法およびその方法を用いたＰＤＰで、電子放出源のエネルギー状態密度を規定した保護層材料（ＭｇＯなど）を用いたアドレス放電高速化についての技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大型かつ厚みの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。ＰＤＰには、その構造と駆動方法の違いからＤＣ（直流）型とＡＣ（交流）型に分類される。特に、ＡＣ面放電型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。
【０００３】
一般的なボックス構造を有するＡＣ面放電型ＰＤＰの分解斜視図を図１に、図１において破線で囲まれた一つの放電セルの断面構造図を図２、図３に示す。図中のｘｙｚ座標軸は図１、図２、図３において共通である。
【０００４】
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。放電ガスとして、Ｈｅ−Ｘｅ、Ｎｅ−Ｘｅ、Ｈｅ−Ｎｅ−Ｘｅ等の混合ガスが用いられる。
【０００５】
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（以下、Ａ電極とも称す）１０と、アドレス電極１０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し放電セルを形成する隔壁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。蛍光体層８は放電により発生した紫外線で励起し、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色に発光する蛍光体からなる。
【０００６】
前面板１２は前面基板１上にアドレス電極１０と交差するようにストライプ状のサステイン電極（以下、Ｘ電極とも称す）４とスキャン電極（以下、Ｙ電極とも称す）５の対からなる表示電極６が複数形成される。表示電極６は透明電極４ａ、５ａとバス電極４ｂ、５ｂとで構成される。表示電極６は誘電体層２で覆われ、誘電体層２の表面上には保護層３が形成される。
【０００７】
この保護層には、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といった特性を有することが要求される。ＰＤＰでは、これらの特性を併せ持つ酸化マグネシウム（以下、ＭｇＯと記す）を主成分とする材料が広く用いられている。
【０００８】
ＰＤＰにおける一般的な画像の階調表示方式としてＡＤＳ（Address Display-Period Separation）がある。ＡＤＳ方式では、１ＴＶフィールド（１６．６７ｍｓ、あるいは、１／６０ｓ）を所定の輝度比を有する複数のサブフィールドに分割し、それらのサブフィールドを画像に応じて選択的に発光させ、輝度の違いにより階調を表現している。さらにサブフィールドは、リセット期間、アドレス期間、サステイン期間で構成される。リセット期間では、マトリクス配列された全ての放電セル内の壁電圧をほぼ均一に揃えるため、サステイン放電電極対間に放電開始電圧以上のサステイン電圧を印加し、全ての放電セルでリセット放電を行う。アドレス期間では、全ての放電セルのうちの点灯すべき放電セルのみに、適量の壁電荷を生成するアドレス放電を行う。サステイン期間では、その壁電荷を利用して表示データの階調値に応じた回数のサステイン放電（表示放電）を行う。
【０００９】
このＰＤＰを用いたプラズマディスプレイ装置は、デジタル放送等の高品位な画質に対応した画像表示装置としての期待が高まっており、高精細化、高輝度化、高コントラスト化等の高画質化が要求されている。また、黒ノイズの発生率低減といった表示画像の信頼性も要求されている。
【００１０】
ＰＤＰの高精細化は画素ピッチ及び放電セルサイズを小さくすることにより達成される。高輝度化は発光効率の増加やサステイン放電の回数を多くすることにより達成される。高コントラスト化のためには、サステイン放電回数が異なるサブフィールド数を増加させることと、リセット放電等の表示放電に寄与しない放電を低減して黒表示時の輝度を低下させることにより達成される。
【００１１】
各サブフィールドのアドレス期間は、ＰＤＰのスキャンライン数とアドレスパルス幅で決定される。アドレスパルス幅は、アドレス電圧を印加してからアドレス放電が起こるまでのアドレス放電遅れ時間ｔｄ（以下、放電遅れ時間とも記す）を考慮して設定される。アドレスパルス幅が不十分であると、アドレス電圧を印加している間にアドレス放電が起こらない。そのため、その後のサステイン放電が行われないといった誤放電による黒ノイズが発生する。更に高精細化では画素数の増加に伴いスキャンライン数が増加する。これらにより、各サブフィールドにおけるアドレス期間の割合が大きくなり、高輝度化、高コントラスト化において重要であるサステイン期間の割合が減少する。
【００１２】
アドレス期間を短くするには、大きく２つの方法がある。１つはデータドライバＩＣを増加させる方法である。例えばデータドライバＩＣを２倍にし、パネルの上下でスキャンラインを２分割して同時にスキャンをするデュアルスキャン方式に変えると、見かけ上のアドレス期間が半減する。しかし、デュアルスキャン方式ではデータドライバＩＣ等の駆動に関係する回路数の増加や配線が複雑となり、生産性やコストの点で問題がある。
【００１３】
もう１つはアドレス放電遅れ時間ｔｄを短縮し、アドレスパルス幅を短くする方法である。アドレス放電遅れ時間ｔｄは、Ｙ電極、Ｘ電極とＡ電極の印加電圧とリセット放電後の残留壁電荷に依存する形成遅れ時間ｔｆ、並びに、放電の種火となる電子（プライミング電子）が保護層から放出されるまでの統計遅れ時間（以下、プライミング電子の放出時定数とも記す）ｔｓの和で構成される。保護層のプライミング電子放出特性が良好であるならば、統計遅れ時間ｔｓ及びアドレス放電遅れ時間ｔｄを短縮することができ、安定したアドレス放電を行うことができる。
【００１４】
このアドレス放電遅れ時間ｔｄを短縮するために、保護層のＭｇＯに不純物元素を添加する技術の開発が行われている。例えば、特許文献１では不純物元素としてＳｉが、特許文献２、特許文献３では不純物元素としてＳｃが記載されている。
【特許文献１】特開平１０−３３４８０９号公報
【特許文献２】特開２００６−１６９６３６号公報
【特許文献３】特開２００６−２０７０１３号公報
【非特許文献１】ＩＤＷ‘０６、ＰＤＰ２−４ ２００６年、p３５９〜３６２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、前記従来技術はアドレス放電遅れ時間ｔｄの短縮に特化しており、その他のＰＤＰへの影響についてはあまり考慮されていない。
【００１６】
特許文献１記載のＳｉをＭｇＯに添加する技術は、ある程度のアドレス放電遅れ時間ｔｄを短縮することが可能であるが、ＰＤＰの面内においてアドレス放電遅れ時間ｔｄの短縮される割合にバラツキが生じることが知られている。更に、本発明者らが検討した結果、アドレス放電遅れ時間ｔｄに温度依存性があることも分かっている。ＰＤＰに要求される動作保証温度は製造メーカによって異なるが、好ましくは−２０℃から６０℃である。この温度範囲において、Ｓｉを添加したＭｇＯを保護層に用いたＰＤＰでは、低温でアドレス放電遅れ時間ｔｄが著しく増大し、黒ノイズの発生により表示品位が低下することがある。
【００１７】
また、特許文献２及び特許文献３のＳｃをＭｇＯに添加する技術はアドレス放電遅れ時間ｔｄを短縮することが可能であると記載されている。しかし、本発明者らが検討した結果、ＭｇＯに対するＳｃの濃度が閾値以上であると、ＰＤＰの通常動作中のある時点において、黒ノイズの発生率が増加することが明らかになっている。この現象は、ＰＤＰの温度が高温である場合によくみられる。
【００１８】
この原因の一つとして、リセット放電終了後からアドレス電圧を印加するまでの休止期間ｔｉ中に、アドレス電極（Ａ電極）を覆う誘電体層及び保護層の放電空間側表面とスキャン電極（Ｙ電極）を覆う誘電体層及び蛍光体層の放電空間側表面との電圧差（即ち、Ａ−Ｙ電極間の放電空間に印加される電圧）ＶＡＹが減少することが挙げられる。以下、休止期間ｔｉ中の電圧差ＶＡＹの減少量を電圧変動ΔＶＡＹと記す。
【００１９】
この電圧変動ΔＶＡＹにより、アドレス電圧印加時に放電空間に印加される実効的な電圧は減少する。そのため、所定の電圧が放電空間に印加されなくなり、アドレス放電を失敗して誤放電が発生し易くなる。
【００２０】
電圧変動ΔＶＡＹの要因として、リセット放電終了後からアドレス電圧を印加するまでの間に保護層から放出されたプライミング電子が、放電空間側表面の壁電荷を打ち消していると考えられている。非特許文献１によれば、プライミング電子による休止期間ｔｉ中の電圧変動ΔＶＡＹは、３００〜１００００Ｖ／ｓであると記載されている。
【００２１】
このような問題を解決する方法の一つとして、電圧変動ΔＶＡＹを想定してアドレス電圧を予め高めに設定する方法がある。しかし、使用する駆動回路や制御回路に実装される電子部品を高電圧に対応するのものに変更する必要があり、コストの点で問題がある。また、消費電力の増加や、コントラストの低下といった問題も生じる。
【００２２】
したがって、アドレス放電遅れ時間ｔｄを短縮するだけでなく、休止期間ｔｉ中の電圧変動ΔＶＡＹを抑制する保護層技術が必要である。
【００２３】
本発明の目的は、広い温度範囲においてアドレス放電遅れ時間ｔｄの短縮と、休止期間ｔｉ中の壁電荷の減少及び電圧変動ΔＶＡＹの抑制を両立することにより、安定したアドレス放電を行うことができる保護層技術を提供することにある。
【００２４】
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００２６】
すなわち、代表的な実施の形態によるＰＤＰは、一対の基板が対向配置されて放電空間を形成し、一方の基板上には、表示放電を行う複数の電極と、前記複数の電極を覆う誘電体層と、前記複数の電極および前記誘電体層を保護するための保護層とが形成され、前記放電空間には放電ガスが充填されたパネルである。
【００２７】
前記ＰＤＰは具体的には、前面板とそれに対向する背面板との間の空間が背面板に設けられた隔壁によって区画され、前記空間には放電ガスが充填されている。前記前面板は、第１基板と、前記第１基板上に設けられた表示電極対と、前記表示電極対を覆う第１誘電体層と、前記第１誘電体層上に保護層を設けている。また、前記背面板は、第２基板と、前記第２基板上に設けられたアドレス電極と、前記アドレス電極を覆う第２誘電体層と、前記第２誘電体層上に設けられた前記隔壁と、前記空間に接し、前記第２誘電体層上に設けられた蛍光体層とを有している。
【００２８】
ここで、前記保護層は、上記課題を解決するために、保護層のウインドウ関数のエネルギー領域が４００ｍｅＶ〜１０００ｍｅＶ（より望ましくは５００ｍｅＶ〜８５０ｍｅＶ）の範囲内に、１種類以上の電子放出源のエネルギー状態密度関数が分布することを特徴とする。主成分であるＭｇＯに対して、所定量の不純物（これ以後、Ｓｃを不純物の一例として説明する。）を含んでいる。前記保護層中のＭｇＯに対するＳｃ濃度は、アドレス放電遅れ時間ｔｄを構成する統計遅れ時間ｔｓと、電圧変動ΔＶＡＹを評価することで決定される。
【００２９】
スキャンライン数が多く高精細なＰＤＰにおいて、十分なリセット期間とサステイン期間を確保しつつ、全スキャンラインを１つのデータドライバＩＣでスキャンを行うシングルスキャン方式を実現するには、休止期間ｔｉ＝１７ｍｓの統計遅れ時間ｔｓを従来品のＭｇＯの１／３以下にする必要がある。そこで、−２０℃から６０℃の広い温度範囲における統計遅れ時間ｔｓの最大値が、従来品のＭｇＯの１／３以下となるＳｃ濃度範囲を評価した。
【００３０】
この統計遅れ時間ｔｓは、保護層のプライミング電子の放出特性に関係していることから、測定する以外にも保護層中のプライミング電子放出源のエネルギー状態密度からも得ることができる。
【００３１】
エネルギー状態密度は、アドレス放電遅れ時間ｔｄから統計遅れ時間ｔｓを分離し、プライミング電子放出特性の計測条件依存性を解析することにより決定される。解析システム及び解析方法の概略は以下のとおりであり、詳細については後で説明する。
【００３２】
（１）休止時間ｔｉ、温度Ｔの計測条件に対するアドレス放電遅れ時間ｔｄの計測データを入力する。
【００３３】
（２）各休止時間ｔｉと温度Ｔに対する計測データをもとに、アドレス放電遅れ時間毎の累積数を計算し、放電確率頻度と既放電確率を算出する。
【００３４】
（３）プライミング電子の電子放出時定数ｔｓexp（ｔｉ，Ｔ）を算出する。
【００３５】
（４）電子放出源のエネルギー状態密度の関数を設定し、エネルギー状態密度に対する活性化エネルギーの平均値、分散値と実効数の探索範囲と探索幅を設定する。
【００３６】
（５）電子放出源のエネルギー状態密度とウインドウ関数のエネルギーに対する重なり積分によりプライミング電子の電子放出時定数ｔsth（ｔｉ，Ｔ）を算出する。
【００３７】
（６）休止時間ｔｉと温度Ｔの計測条件の総数に対して、計測データから求めたｔｓexp（ｔｉ，Ｔ）と計算から求めたｔｓth（ｔｉ，Ｔ）の平均二乗誤差が最小となる活性化エネルギーの平均値、分散値と実効数を決定する。
【００３８】
これにより、一つまたは複数の電子放出源のエネルギー状態密度を解析することができる。更に、（５）により電子放出源のエネルギー状態密度から各計測条件に対するプライミング電子の電子放出時定数ｔｓth（ｔｉ，Ｔ）を算出することもできる。
【００３９】
休止期間ｔｉの間の電圧変動ΔＶＡＹは、保護層から放出されるプライミング電子放出量Ｎｅｍに関係する。単位時間当たりに放出されるプライミング電子放出量Ｎｅｍは、プライミング電子の放出時定数ｔｓの逆数で与えられる。ＰＤＰの温度Ｔを一定として休止期間ｔi中のプライミング電子放出量Ｎｅｍは、
【００４０】
【数１】
【００４１】
で与えられる。放出される電荷Ｑｅｍは電気素量ｑを用いて、
【００４２】
【数２】
【００４３】
で与えられる。リセット放電により形成される壁電荷が、Ａ電極側の誘電体層及び蛍光体層表面が正で、Ｙ電極側の誘電体層及び保護層表面が負であるとすると、保護層から放出される電荷Ｑｅｍは、Ａ電極側の誘電体層及び蛍光体層表面に到達すると考える。この結果、Ａ電極側の誘電体層及び蛍光体層表面の壁電荷が−Ｑｅｍだけ、Ｙ電極側の誘電体層及び保護層表面の壁電荷がＱｅｍだけ減少する。
【００４４】
１つの放電セルにおけるＡ電極側とＹ電極側の静電容量をＣＡ、ＣＹとすると、プライミング電子放出による壁電荷の変動に伴う電圧変動ΔＶＡＹは、
【００４５】
【数３】
【００４６】
で表され、プライミング電子放出量Ｎｅｍに比例する。
【００４７】
プライミング電子放出量Ｎｅｍは、ＭｇＯ中のトラップ準位に起因するプライミング電子放出源の実行数Ｎｅｅ,ｊに依存する。ＳｃはＭｇＯに対してドナーであることから、プライミング電子放出源となるトラップ準位を形成する。そのため、保護層としてＳｃを添加したＭｇＯを用いた場合、プライミング電子放出源の実行数Ｎｅｅ,ｊはＭｇＯに対する不純物ドープ濃度（Ｓｃなどの濃度）で決定される。
【００４８】
従来品のＭｇＯでは、高温で動作させたときに、休止期間ｔｉ＝１ｍｓでの電圧変動ΔＶＡＹによる黒ノイズは発生しない。また、１フィールドに相当する休止期間ｔｉ＝１６ｍｓでは、電圧変動ΔＶＡＹによる黒ノイズが実用上問題のない程度である。そこで、休止期間ｔｉ＝１ｍｓと１６ｍｓでの電圧変動ΔＶＡＹ及びプライミング電子放出量Ｎｅｍについて従来品のＭｇＯで規格化し、各条件での電圧変動ΔＶＡＹが１以下となるＳｃ濃度を決定した。
【発明の効果】
【００４９】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００５０】
すなわち、代表的な実施の形態によれば、本願において開示される濃度の不純物（Ｓｃなど）を添加したＭｇＯからなる保護層をＰＤＰに用いることにより、広い温度範囲において統計遅れ時間ｔｓ及びアドレス放電遅れ時間ｔｄを短縮し、更に休止期間ｔｉ中の電圧変動ΔＶＡＹを抑制することにより、高精細なＰＤＰにおいて安定したアドレス放電を行うことができる保護層を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
【００５２】
（実施の基本形態）
まず、本発明の理解を容易にするために、本発明者らが検討したＰＤＰの一例としてＡＣ面放電型ＰＤＰの基本構造などについて説明する。なお、本願においてＰＤＰを構成する２つの基板の「前面板」と「背面板」は、両者を組み立ててパネル化した際に、蛍光体による発光が通過して表示面となる方を前面板、表示面とならない方を背面板として説明する。また、本願では、「前面板」および「背面板」はそれぞれガラス基板から構成される前面基板および背面基板をベースとして説明する。
【００５３】
図１は本発明者らが検討したいわゆるボックス型のＡＣ面放電型のＰＤＰ１６の要部を模式的に示す分解斜視図である。図２は組み立て後の図１の放電セルＣＬのｘ−ｚ平面の断面図である。図３は組み立て後の図１の放電セルＣＬのｙ−ｚ平面の断面図である。
【００５４】
まず、前面板１２およびその形成方法について説明する。前面基板１上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はサステイン電極（Ｘ電極）４とスキャン電極（Ｙ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。
【００５５】
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の表面上に保護層３が形成される。この保護層３の形成方法の詳細については、後で詳しく説明する。
【００５６】
次に、背面板１３およびその形成方法について説明する。背面基板１１上に表示電極６と直交したストライプ状のアドレス電極（Ａ電極）１０が配設される。背面基板１１はガラス基板であり、アドレス電極（Ａ電極）１０は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される。
【００５７】
アドレス電極（Ａ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。誘電体層９は誘電体ガラス膜で形成される。隔壁７は前面板１２の表示電極６とアドレス電極（Ａ電極）１０と平行に配設されており、アドレス電極（Ａ電極）１０は隔壁７間に位置する。表示電極６と対向する各隔壁７で囲まれた領域（空間）は放電空間１４であり、この放電空間１４に接するように誘電体層９上には蛍光体層８が形成される。蛍光体層８は赤色が（Ｙ，Ｇｄ）ＢＯ４：Ｅｕ２+、青色がＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋、緑色がＺｎ２ＳｉＯ４：Ｍｎ２＋で形成される。
【００５８】
表示電極６とアドレス電極（Ａ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が所定の圧力及び分圧で封入される。
【００５９】
保護層３の形成方法について説明する。本発明の保護層３の主成分はＭｇＯであり、所定量のＳｃを含んでいる。本発明では、この保護層３を電子ビーム蒸着法により成膜する。このとき、膜質を制御するために、酸素ガスや水素ガス、水蒸気等を供給しても構わない。また、ＭｇＯの成膜方法として、イオンアシスト蒸着法、スパッタリング法、化学蒸着（ＣＶＤ）法等を用いても構わない。これらの成膜方法により保護層３は３００ｎｍから１０００ｎｍの厚さに形成される。
【００６０】
蒸着源には、粉末状のＭｇＯにＳｃ化合物を混合してペレット状に成型したものを用いるか、ペレット状のＭｇＯとペレット状のＳｃ化合物を混合して用いるか、あるいはこれらのペレット状に成型したものの焼結体を用いる。この蒸着源中のＳｃ濃度は、ＭｇＯに対して５質量ｐｐｍ以上５０００質量ｐｐｍ以下である。
【００６１】
これらの蒸着源は、ＭｇＯとＳｃ化合物を出発材料として作製されるが、本発明者らが検討した結果、出発材料に用いるＭｇＯの純度が低く、不純物を多く含んでいると、Ｓｃを添加することにより得られる効果が低減することが分かっている。そのため、出発材料に用いるＭｇＯ中の不純物の濃度は、耐スパッタ性や低コスト化のニーズに対応するため、多くてもＭｇＯに対して２００質量ｐｐｍ以下であることが望ましい。従って、Ｓｃ濃度は、ＭｇＯに対して５質量ｐｐｍ以上２００質量ｐｐｍ以下が望ましい。表１は、本発明で用いたＭｇＯに含まれる不純物元素とその濃度の高周波誘導結合プラズマ質量分析（以下、ＩＣＰ−ＭＳと記す）による分析結果である。Ｚｎ、Ｍｎ以外の不純物元素は、検出限界未満であった。
【００６２】
【表１】
【００６３】
Ｓｃ化合物としては、酸化スカンジウム、炭酸スカンジウム、酢酸スカンジウム、硝酸スカンジウム、シュウ酸スカンジウム、ハロゲン化スカンジウム（ＳｃＸ３；Ｘ＝Ｆ，Ｃｌ，Ｂｒ）等を用いることができ、これらについても、高純度なものが望ましい。
【００６４】
以上の方法により形成される保護層３のＭｇＯに対するＳｃ濃度は、ＩＣＰ−ＭＳを用いて測定することができる。
【００６５】
このＰＤＰ１５に画像の階調表示方式としてＡＤＳ（Address Display-Period Separation）を適用した場合について説明する。図４は階調表示方式であるＡＤＳにおける１フィールドとサブフィールドの構成を説明するための図である。図５は図４中のアドレス期間において、放電セルを選択してアドレス放電させる駆動方法を説明するための図である。なお、図５中のＧＮＤは基準電圧（基準電位）である。
【００６６】
図４（I）で示されるように１フィールド（１６．６７ｍｓまたは１／６０ｓ）を所定の輝度比を有する複数のサブフィールドに分割している。それらのサブフィールドを画像に応じて選択的に発光させ、輝度の違いにより階調を表現している。各サブフィールドは、図４（II）で示されるリセット期間、アドレス期間、サステイン期間で構成される。
【００６７】
リセット期間では、表示電極間に放電開始電圧以上の電圧が印加され、全ての放電セルでリセット放電が起こる。これにより、全ての放電セル内の壁電圧をほぼ均一に揃えることができる。
【００６８】
アドレス期間では、画像データに基づき選択された放電セルのアドレス電極（Ａ電極）とスキャン電極（Ｙ電極）に電圧が印加される。図５は、３つの連続したスキャン電極（Ｙ電極）であり、（Ｙｉ電極）と（Ｙｉ＋２電極）が選択され、（Ｙｉ＋１電極）が選択されない時の、各電極に印加される電圧波形である。選択された放電セルの（Ｙｉ電極）と（Ｙｉ＋２電極）には、−Ｖｙのスキャンパルスが印加されるのと同期してアドレス電極（Ａ電極）に電圧Ｖａのアドレス電圧が印加されてアドレス放電（選択放電）が起こる。選択されアドレス放電が起こった放電セルでは、サステイン期間で行われるサステイン放電（表示放電）を行うのに必要な壁電荷が形成される。一方、選択されない放電セルの（Ｙｉ＋１電極）では、−Ｖｙのスキャンパルスが印加される時にアドレス電極(Ａ電極)にアドレス電圧が印加されないため、アドレス放電が起こらない。これにより表示放電を行うのに必要な壁電荷が形成されず、サステイン期間でサステイン放電が起こらない。スキャンパルスの幅は、各サブフィールドのアドレス期間を表示電極対数によらず一定とすると、表示電極対数が増加するとスキャンパルス幅が短くなる。そのため、表示電極対数に応じて許容されるアドレス遅れ時間ｔｄは異なる。
【００６９】
サステイン期間では、サステイン電極（Ｘ電極）とスキャン電極（Ｙ電極）にサステインパルスが交互に印加され、選択された放電セルにおいてサステイン放電が起こる。例えば、２進法に基づく輝度の重みを持った８個のサブフィールドを設けると、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の放電セルはそれぞれ２８（＝２５６）階調の輝度表示が得られ、約１６７８万色の色表示が可能となる。
【００７０】
図６は、ＰＤＰ１５を備えたプラズマディスプレイ装置２０の構成を示す説明図である。プラズマディスプレイ装置２０は、アドレス電極（Ａ電極）１０、スキャン電極（Ｙ電極）５、サステイン電極（Ｘ電極）４を有するＰＤＰ１５と、アドレス電極（Ａ電極）１０を駆動するためのアドレス駆動回路２１と、スキャン電極（Ｙ電極）５を駆動するためのスキャンパルス出力回路２２と、サステイン電極（Ｘ電極）４を駆動するためのサステインパルス出力回路２３と、これらの出力回路を制御する駆動制御回路２４と、入力信号の処理を行う信号処理回路２５とを備えている。また、プラズマディスプレイ装置２０は、ＰＤＰ１５などに電圧を印加する駆動電源２６と映像信号を生成する映像源２７を備えている。
【００７１】
プラズマディスプレイ装置２０は、ＰＤＰ１５が完成した後、ＰＤＰ１５の電極とフレキシブル基板とを異方性導電フィルムによって接合する。その後、ＰＤＰ１５の変形を防ぎ、放熱性を良くするために例えばアルミニウムなどの板が取り付けられ、この板の上に、駆動電源２６やアドレス駆動回路２１などの駆動回路が組み込まれ、プラズマディスプレイモジュールが完成する。その後、さらに検査などを行い、外装ケースを取り付けることによって、プラズマディスプレイ装置２０が完成する。
【００７２】
次に、本発明者らが本発明に至った実験方法と解析手法について説明する。
【００７３】
アドレス放電遅れ時間ｔｄは、Ｙ電極、Ｘ電極とＡ電極の印加電圧とリセット放電後の残留壁電荷に依存する形成遅れ時間ｔｆ、並びに、放電の種火となるプライミング電子が保護層から放出されるまでの統計遅れ時間ｔｓの和で構成される。
【００７４】
保護層からプライミング電子が放電空間に放出されることは統計現象であるため、統計遅れ時間ｔｓには揺らぎが生じる。図７は、同一放電セルにおけるアドレス放電遅れ時間ｔｄを繰り返し計測した計測データを、アドレス放電遅れ時間ｔｄ毎に累積数で表示した放電遅れ時間の頻度分布の一例である。同一放電セルにもかかわらず、約５００ｎｓをピークに、放電時間が早い場合は４００ｎｓ、放電時間が遅い場合は１０００ｎｓ以上を示しており、左右非対称な形状を示している。この繰り返し計測した計測データを用いて、以下の方法により保護層のプライミング電子放出特性を解析する。
【００７５】
図８はプライミング電子放出特性の解析システム及び解析方法において、その構成及び手順の一例を示すブロック図、図９はその解析システムのハードウエア構成の一例を示すブロック図である。
【００７６】
まず、図８及び図９により、本発明に用いたプライミング電子放出特性の解析システムの構成を説明する。本発明に用いた解析システムは、保護層中の電子放出源に対する電子放出特性の解析システムとされ、パーソナルコンピュータ２２００と、計算装置１０２などから構成されている。パーソナルコンピュータ２２００は、記憶装置を含む入力装置１０１と、画像処理装置を含む出力装置１０３などから構成される。計算装置１０２は、ＣＰＵ装置２２０１と、記憶装置２２０２などから構成され、ＣＰＵ装置２２０１と記憶装置２２０２は、データ転送用結合バス２２０４により接続されている。
【００７７】
なお、図９では、複数の計算装置１０２が、データ転送用結合バス２２０５によりマトリクス状に接続される構成となっているが、これに限定されず、計算装置１０２は１つであってもよく、また、パーソナルコンピュータ２２００内に設けてもよい。
【００７８】
次に、図８及び図９により、本発明で用いた電子放出特性の解析システムについて、その動作例を説明する。計算装置１０２において、記憶装置２２０２には電子放出特性の解析プログラムが記憶（保持）されており、パーソナルコンピュータ２２００からの指示により、ＣＰＵ装置２２０１がそのプログラムを読み出して演算処理を行う。その演算処理の結果は、記憶装置２２０２に保存される。演算処理に必要なデータ類は、パーソナルコンピュータ２２００から、データ転送用結合バス２２０５を介して送信される。また、計算装置１０２における演算処理の結果は、データ転送用結合バス２２０５を介して、パーソナルコンピュータ２２００に送信される。また、パーソナルコンピュータ２２００において、演算処理に必要なデータは入力装置１０１から入力され、演算処理の結果は出力装置１０３で出力・表示される。
【００７９】
図８に示すように、計算装置１０２における演算処理は、以下の手順で実行される。
【００８０】
まず、ステップＳ１０２−１において、ＰＤＰに対して計測した、サステイン電圧印加後からアドレス電圧印加までの休止時間ｔｉとＭｇＯの温度Ｔに対するアドレス放電遅れ時間ｔｄの計測データを、入力装置１０１から計算装置１０２に入力する。
【００８１】
次に、ステップＳ１０２−２において、計算装置１０２では、各休止時間ｔｉとＭｇＯの温度Ｔに対する計測データをもとに、アドレス放電遅れ時間毎の累積数を計算し、放電確率頻度Ｐ（ｔ）を算出する。
【００８２】
図１０に、放電確率頻度の最大値を１に規格化した放電確率頻度Ｐ（ｔ）２０１を示した。放電確率頻度Ｐ（ｔ）は、短時間側ではガウス関数型であるが、長時間側はテールを引いた非対称な形状である。この放電確率頻度Ｐ（ｔ）と式（１）を用いて、既放電確率Ｇ（ｔ）を算出する。図１０には、既放電確率Ｇ（ｔ）２０２を示した。既放電確率Ｇ（ｔ）は、下に凸から上に凸の形状を示し、長時間側で傾きはなだらかになっている。
【００８３】
【数４】
【００８４】
ステップＳ１０２−３において、形成遅れ時間ｔｆの揺らぎを取り除き、プライミング電子の電子放出時定数ｔｓexpを求めるために、
【００８５】
【数５】
【００８６】
を満たす長時間領域における既放電確率Ｇ（ｔ）とその時刻ｔを用いる。ここで、ｔｆaveは形成遅れ時間ｔｆの平均値、σtfは形成遅れ時間ｔｆの分散値である。形成遅れ時間の平均値ｔｆaveと形成遅れ時間の分散値σtfは、アドレス電圧印加時にプライミング電子が存在するような短い休止時間ｔｉの計測データに対して、そのアドレス放電遅れ時間の平均値と分散値から求めることができる。図１０に示すように、
【００８７】
【数６】
【００８８】
の長時間領域２０３を満たすｔa、ｔb、その既放電確率Ｇ（ｔa）とＧ（ｔb）、並びに、式（２）を用いて、プライミング電子の電子放出時定数ｔｓexpを算出する。
【００８９】
【数７】
【００９０】
例えば、ｔｉ＝０．１ｍｓ、Ｔ＝２５℃の短い休止時間に対するアドレス放電遅れ時間の計測データでは、アドレス放電遅れ時間の平均値ｔｆave＝０．５９μｓ、分散値σtf＝０．０９μｓである。そして、解析対象の計測条件ｔｉ＝５０ｍｓ、Ｔ＝２５℃における既放電確率Ｇ（ｔ）が６３．２％と９５％となる時刻ｔ63.2とｔ95は夫々に０．８４μｓと１．４５μｓである。式（２）を用いて得られたｔｓexp（ｔｉ＝５０ｍｓ、Ｔ＝２５℃）は０．３１μｓである。よって、
【００９１】
【数８】
【００９２】
は０．７１μｓになることから、
【００９３】
【数９】
【００９４】
の長時間領域の条件を満たすことが分かる。
【００９５】
同様にして、図１１には、ｔｉ＝１ｍｓ、１０ｍｓ、５０ｍｓとＴ＝−１０℃（２６３．１５Ｋ）、１０℃（２８３．１５Ｋ）、２５℃（２９８．１５Ｋ）、６０℃（３３３．１５Ｋ）の１２個の計測条件に対する計測データから求めたプライミング電子の電子放出時定数ｔｓexpをプロット３０１で示した。このようにして、休止時間ｔｉとＭｇＯの温度Ｔにおける電子放出時定数ｔｓexpを求めることができる。
【００９６】
次に、電子放出源の種類ｊのエネルギー状態密度Ｄｊ（Ｅ）を解析する方法を述べる。計算から求められるプライミング電子の電子放出時定数ｔｓthは、式（３）と（４）によりエネルギー状態密度Ｄｊ（Ｅ）と関係付けられる。
【００９７】
【数１０】
【００９８】
【数１１】
【００９９】
ここで、ｆｐｈは電子放出源のフォノン振動数、ｋＢはボルツマン定数である。また、Ｗｊ（Ｅ，ｔｉ，Ｔ）は、休止時間ｔｉとＭｇＯの温度Ｔの計測条件に対して、
【０１００】
【数１２】
【０１０１】
を中心に最大値e-1ｔｉ-1とエネルギー幅±数ｋＢＴを有するウインドウ関数である。計測条件として、休止時間ｔｉを一定、ＭｇＯの温度Ｔを変化させた計測では、ウインドウ関数は、最大値e-1ｔｉ-1を一定としてエネルギーＥｍ（ｔｉ，Ｔ）が推移する。一方、ＭｇＯの温度Ｔを一定、休止時間ｔｉを変化させた計測では、Ｅｍ（ｔｉ，Ｔ）が推移しながら、最大値e-1ｔｉ-1も変化する。
【０１０２】
図１２に、休止時間ｔｉ＝０．０１ｍｓ、０．１ｍｓ、１ｍｓ、１０ｍｓ、１００ｍｓ、１０００ｍｓとＭｇＯの温度Ｔ＝−１０℃（２６３．１５Ｋ）、０℃（２７３．１５Ｋ）、１０℃（２８３．１５Ｋ）、２５℃（２９８．１５Ｋ）、４０℃（３１３．１５Ｋ）、６０℃（３３３．１５Ｋ）におけるウインドウ関数が最大となるエネルギー
【０１０３】
【数１３】
【０１０４】
を示した。ここで、電子放出源のフォノン振動数ｆｐｈは３．１×１０１３Ｈｚとした。休止時間ｔｉ＝０．０１ｍｓとＭｇＯの温度Ｔ＝−１０℃では、ウインドウ関数が最大となるエネルギーは４４３ｍｅＶである。また、休止時間ｔｉ＝１０００ｍｓとＭｇＯの温度Ｔ＝６０℃では、ウインドウ関数が最大となるエネルギーは８９２ｍｅＶを表している。
【０１０５】
図１３に示すように、電子放出時定数ｔｓthの逆数は、未知なる電子放出源のエネルギー状態密度Ｄj（Ｅ）４０１と計測条件で決定するウインドウ関数Ｗｊ（Ｅ，ｔｉ，Ｔ）４０２のエネルギーに対する重なり積分を計算し、全電子放出源の種類ｊについて和を取ることに等しいことが分かる。
【０１０６】
本発明の実施の形態のＳｃを含むＭｇＯの電子放出源のエネルギー状態密度解析について以下に記す。
【０１０７】
図８に示したステップＳ１０２−４において、第１種の電子放出源のエネルギー状態密度Ｄ１（Ｅ）として、式（５）のガウス関数を設定した場合において、図１４に従って、実効数Ｎｅｅ,１、活性化エネルギーの平均値ΔＥａ，１、活性化エネルギーの分散値σＥ，１を求める。このとき、これらパラメータ値を探索するために入力する探索範囲と探索幅、及び、個数について述べる。
【０１０８】
【数１４】
【０１０９】
第１種の電子放出源のフォノン振動数ｆｐｈ,１を１．２６×１０１３Ｈｚとして、計測条件ｔｉ＝１ｍｓ、４ｍｓ、１０ｍｓ、１６ｍｓ、２６ｍｓ、５０ｍｓ、Ｔ＝−２０℃、−１０℃、０℃、１０℃、２０℃、４０℃、６０℃に対して、ウインドウ関数が最大となるエネルギーは５０７ｍｅＶ〜７８０ｍｅＶの範囲となる。ウインドウ関数のエネルギー幅の３ｋＢＴは約７５ｍｅＶなので、エネルギー領域は４３０ｍｅＶ〜８６０ｍｅＶとなる。そこで、活性化エネルギーの平均値ΔＥａ，jの探索範囲として、計測条件により決定するＥｍ（ｔｉ，Ｔ）の最小値−３ｋＢＴからＥｍ（ｔｉ，Ｔ）の最大値＋３ｋＢＴを包含する４００ｍｅＶ〜９００ｍｅＶとした。活性化エネルギーの平均値ΔＥａ，jと活性化エネルギーの分散値σＥ，jのエネルギーの探索幅を、Ｅｍ（ｔｉ，Ｔ）のエネルギー間隔の平均値以下の５ｍｅＶとした。
【０１１０】
次に、実効数Ｎｅｅ,１は、計測条件の時間オーダー幅が２桁程度なので、実効数の探索範囲はその時間オーダー幅である２桁として、１×１０ｎ個／セル〜１×１０ｎ＋２個／セル（ｎ＝０〜４）を離散化した２０１個とした。以上より、活性化エネルギーの平均値ΔＥａ，１に対する探索範囲は４００ｍｅＶ〜９００ｍｅＶを５ｍｅＶ幅で離散化した１０１個の探索点、活性化エネルギーの分散値σＥ，１に対する探索範囲は５〜１００ｍｅＶを５ｍｅＶ幅で離散化した２０個の探索点、実効数Ｎｅｅ,１に対する探索範囲は１×１０４個／セル〜１×１０６個／セルを離散化した２０１個の探索点から構成され、探索範囲と探索幅、及び、全ての組み合わせとして約４．１×１０５個のパラメータ値を入力する。
【０１１１】
ステップＳ１０２−５では、活性化エネルギーの平均値ΔＥａ，１、活性化エネルギーの分散値σＥ，１と実効数Ｎｅｅ,１の各パラメータ値を設定した式（５）を式（３）に代入し、電子放出源のエネルギー状態密度Ｄ１（Ｅ）とウインドウ関数Ｗ１（Ｅ，ｔｉ，Ｔ）のエネルギーに対する重なり積分を計算し、その逆数からｔ１,sth(ｔｉ，Ｔ)を求めることができる。
【０１１２】
ステップＳ１０２−６において、休止時間ｔｉとＭｇＯの温度Ｔの計測条件の総数Ｎ＝４２に対して、式（６）で表された計測データから求めたｔｓexp（ｔｉ，Ｔ）と計算から求めたｔ１,sth(ｔｉ，Ｔ)の平均二乗誤差ＲＭＳＤが最小となる活性化エネルギーの平均値ΔＥａ，１、活性化エネルギーの分散値σＥ，１、実効数Ｎｅｅ,１を求める。
【０１１３】
ΣＮ＝４２ {ｔｓexp（ｔｉ，Ｔ）-ｔ１,sth（ｔｉ，Ｔ）}２ （６）
このようにして、第１種の電子放出源のエネルギー状態密度Ｄ１（Ｅ）に対して、活性化エネルギーの平均値ΔＥａ，１、活性化エネルギーの分散値σＥ，１、実効数Ｎｅｅ,１を出力装置１０３から出力・表示する。
【０１１４】
次に、新しい電子放出源が存在すると考えられる場合は、図８に示したステップＳ１０２−７に従って、ステップＳ１０２−４に戻り、第２種の電子放出源のエネルギー状態密度Ｄ２（Ｅ）として、式（７）のガウス関数を設定した場合において、図１４に従って、実効数Ｎｅｅ,２、活性化エネルギーの平均値ΔＥａ，２、活性化エネルギーの分散値σＥ，２を求める。このとき、これらパラメータ値を探索するために入力すべき探索範囲と探索幅、及び、個数について述べる。
【０１１５】
【数１５】
【０１１６】
第２種の電子放出源のフォノン振動数ｆｐｈ,２を１．２×１０１３Ｈｚとして、計測条件ｔｉ＝１ｍｓ、４ｍｓ、１０ｍｓ、１６ｍｓ、２６ｍｓ、５０ｍｓ、Ｔ＝−２０℃、−１０℃、０℃、１０℃、２０℃、４０℃、６０℃に対して、第１種の電子放出源に対して述べたと同様に、活性化エネルギーの平均値ΔＥａ，２に対する探索範囲は４００ｍｅＶ〜９００ｍｅＶを５ｍｅＶ幅で離散化した１０１個の探索点、活性化エネルギーの分散値σＥ，２に対する探索範囲は５〜１００ｍｅＶを５ｍｅＶ幅で離散化した２０個の探索点、実効数Ｎｅｅ,２に対する探索範囲は１×１０ｎ個／セル〜１×１０ｎ＋２個／セル（ｎ＝０〜４）を離散化した２０１個の探索点から構成され、探索範囲と探索幅、及び、全ての組み合わせとして約４．１×１０５個のパラメータ値を入力する。
【０１１７】
ステップＳ１０２−５において、活性化エネルギーの平均値ΔＥａ，２、活性化エネルギーの分散値σＥ，２と実効数Ｎｅｅ,２の各パラメータ値を設定した式（７）を式（３）に代入し、電子放出源のエネルギー状態密度Ｄ２（Ｅ）とウインドウ関数Ｗ２（Ｅ，ｔｉ，Ｔ）のエネルギーに対する重なり積分を計算し、その逆数からｔ２,sth(ｔｉ，Ｔ)を求めることができる。
【０１１８】
ステップＳ１０２−６において、休止時間ｔｉとＭｇＯの温度Ｔの計測条件の総数Ｎ＝１８個に対して、式（８）で表された計測データから求めたｔｓexp（ｔｉ、Ｔ）と計算から求めたｔ１,sth(ｔｉ，Ｔ)とｔ２,sth(ｔｉ，Ｔ)の和に対する平均二乗誤差ＲＭＳＤが最小となる活性化エネルギーの平均値ΔＥａ，２、活性化エネルギーの分散値σＥ，２、実効数Ｎｅｅ,２を求める。
【０１１９】
ΣＮ＝１８ {ｔｓexp（ｔｉ，Ｔ）-ｔ１,sth（ｔｉ，Ｔ） -ｔ２,sth（ｔｉ，Ｔ）}２ （８）
このようにして、第１種と第２種の電子放出源のエネルギー状態密度Ｄ１（Ｅ）とＤ２（Ｅ）に対して、活性化エネルギーの平均値ΔＥａ，１、活性化エネルギーの分散値σＥ，１、実効数Ｎｅｅ,１、並びに、活性化エネルギーの平均値ΔＥａ，２、活性化エネルギーの分散値σＥ，２、実効数Ｎｅｅ,２を出力装置１０３から出力・表示する。
【０１２０】
ＭｇＯの温度ＴをＰＤＰの温度として、以上の実験方法と解析手法により得られた、本発明によるＳｃを含むＭｇＯからなる保護層のエネルギー状態密度Ｄ１（Ｅ）５０１とＤ２（Ｅ）５０２を図１５に示す。図１５の破線５０３は、ＰＤＰに要求される前記の動作保証温度範囲−２０℃から６０℃と休止期間ｔｉ＝１〜５０ｍｓにおけるウインドウ関数のエネルギー領域４３０〜８６０ｍｅＶである。つまり、このウインドウ関数のエネルギー領域にエネルギー状態密度が広く分布していることが望ましい。
【０１２１】
本発明の実施の形態のＳｃを含むＭｇＯは、ウインドウ関数のエネルギー領域に少なくとも２つの電子放出源が存在している。１つはウインドウ関数のエネルギー領域の中心付近である伝導帯底部から６６０ｍｅＶの深さを中心に分布しており、エネルギー状態密度が非常に大きい。もう一つはウインドウ関数のエネルギー領域の高エネルギー側の７８５ｍｅＶを中心に分布している。
【０１２２】
従って、ＭｇＯに対するＳｃ濃度を調製し、所定量以上のエネルギー状態密度とすれば、−２０℃から６０℃という広い温度範囲と休止期間ｔｉ＝５０ｍｓという３ＴＶフィールド以上黒表示を行ったとしても安定したアドレス放電を行うことができる。
【０１２３】
以上、不純物としてＳｃを挙げて説明したが、エネルギー状態密度の形状が電圧変動ΔＶＡＹが１以下となる条件と、アドレス放電遅れ時間が所望の駆動条件を満足する条件であれば、他の不純物材料でも可能となり、数種類の不純物の組み合わせでウインドウ関数のエネルギー領域にエネルギー状態密度を広く分布させることも可能となる。
【０１２４】
一方、ＭｇＯを主成分とする保護層の寿命、即ち、スパッタ耐性を維持させるため、不純物のドープ量は出来るだけ全体としては少なくした方が良い。そのため、ＭｇＯ膜中の不純物の組み合わせで必要なウインドウ関数のエネルギー領域にエネルギー状態密度が分布するように設計する必要がある。
【０１２５】
以下において、前記実施の基本形態に基づいた、各実施の形態を具体的に説明する。
【０１２６】
（実施の形態１）
本実施の形態では、最適な不純物の組み合わせにおけるエネルギー状態密度形状について説明する。
【０１２７】
ＰＤＰではコントラスト向上のためにリセット放電回数を減らして駆動する方法がとられている。本実施の形態では、一例として、リセット放電回数は３ＴＶフィールドあたり最少で一回である場合について、即ち、休止期間ｔｉの最大値である５０ｍｓでの−２０℃から６０℃の温度範囲におけるアドレス放電遅れ時間駆動条件を満足し、高温で動作させても電圧変動ΔＶＡＹにより黒ノイズが発生しない形態について説明する。
【０１２８】
図１６はエネルギー準位に対して３種類の不純物をドープした場合の状態密度分布を示す。図中のエネルギー状態密度Ｄ３（Ｅ）５０３とＤ４（Ｅ）５０４、Ｄ５（Ｅ）５０５は、水素（Ｈ）、スカンジウム（Ｓｃ）、珪素（Ｓｉ）を不純物としてドープした結果である。統計遅れ時間ｔｓはアドレス放電遅れ時間ｔｄを複数回計測結果より式（２）と、図１６のエネルギー状態密度Ｄ３（Ｅ）５０３とＤ４（Ｅ）５０４、Ｄ５（Ｅ）５０５を基にして、休止時間ｔｉと温度Ｔの計測条件より式（３）から得られる。なお、本実施の形態では、水素、スカンジウム、珪素を不純物としてドープしたが、同じようなエネルギー状態密度の形状をとる不純物であれば、他の不純物でも代用できる。
【０１２９】
図１７に、−２０℃から６０℃（２５３．１５Ｋから３３３．１５Ｋ）の管面温度Ｔでの統計遅れ時間ｔｓの温度依存性を示す。図１７において、統計遅れ時間ｔｓは、シングルスキャン方式を実現するために従来品のＭｇＯの統計遅れ時間ｔｓの１／３となる０．３５μｓ（３．０Ｅ−０７ｓ）以下になる必要がある。図１７でわかるように、休止期間ｔｉが１ｍｓから５０ｍｓにおいて統計遅れ時間が０．３５μｓ以下になっていることがわかる。また、統計遅れ時間の温度依存性が−２０℃から６０℃の範囲において良好であることがわかる。一方、高温で動作させたときにおいて、壁電荷の減少に伴う電圧変動ΔＶＡＹは、黒ノイズが発生しない、従来品と同等もしくはそれ以下になっていることがわかった。統計遅れ時間は、図１６で示す状態密度をエネルギー準位で積分した値（面積）を増加させるほど短くなるが、状態密度の積分値が増加するほど、電圧変動ΔＶＡＹが大きくなるため、出来るだけ少ない状態密度の積分値で、シングルスキャン方式を実現でき、温度特性を満足する統計遅れ時間になる必要があり、本実施の形態は状態密度の形状を最適化することにより実現している。
【０１３０】
以上から、本実施の形態では、保護層のウインドウ関数のエネルギー領域４００ｍｅＶ〜１０００ｍｅＶにおいて、１種類以上の電子放出源のエネルギー状態密度関数が分布することによって、広い温度範囲において、高精細なＰＤＰをシングルスキャン方式で駆動することができ、高温で動作させても電圧変動ΔＶＡＹにより黒ノイズが発生しないことが実現できた。特に、本実施の形態では３種類の電子放出源になりうる不純物ドープをＭｇＯを主成分とする保護層へ実施し、ウインドウ関数のエネルギー領域５００ｍｅＶ〜８５０ｍｅＶにおいて、電子放出源のエネルギー状態密度関数の形状がウインドウ関数のエネルギー領域において、状態密度が最大値の５０％以上の値をもって一定であることで、統計遅れ時間の温度特性が良好な保護層を実現できた。
【０１３１】
尚、本実施の形態では、一例としてリセット放電回数は３ＴＶフィールドあたり最少で一回（休止期間ｔｉが５０ｍｓ程度）である場合について説明したが、コントラスト向上できるブラックマトリックス技術等を導入することにより、休止期間ｔｉが短い条件で最適解を求めてもよい。その場合は、エネルギー状態密度の数は少なくて済み、より電圧変動ΔＶＡＹも少なく済む。不純物のドープ量が少なくて済むと、ＭｇＯを主成分とする保護層の結晶性（より硬い保護層となる）が良好となり、ＰＤＰの寿命を長くできる利点がある。
【０１３２】
（実施の形態２）
前記実施の形態１では連続的にエネルギー状態密度が分布した場合であるが、本実施の形態では離散的に分布した場合について説明する。
【０１３３】
図１８にはエネルギー準位に対して３種類の不純物をドープした場合の状態密度分布を示す。図中のエネルギー状態密度Ｄ６（Ｅ）５０６とＤ７（Ｅ）５０７、Ｄ８（Ｅ）５０８は、電子放出源のエネルギー状態密度関数の形状がウインドウ関数のエネルギー領域において、状態密度が最大値の１０％以上の値をもってピークを少なくとも２種類以上もって、離散的に分布している。
【０１３４】
図１９は、図１８の状態密度分布を持ったＭｇＯを主成分とする保護層において、−２０℃から６０℃（２５３．１５Ｋから３３３．１５Ｋ）の管面温度Ｔでの統計遅れ時間ｔｓの温度依存性を示す。図１９において、統計遅れ時間ｔｓは、シングルスキャン方式を実現するために従来品のＭｇＯの統計遅れ時間ｔｓの１／３となる０．３５μｓ（３．０Ｅ−０７ｓ）以下になる必要がある。図１９でわかるように、休止期間ｔｉが１ｍｓから５０ｍｓにおいて統計遅れ時間が０．３５μｓ以下になっていることがわかる。また、統計遅れ時間の温度依存性が−２０℃から６０℃の範囲において良好であることがわかる。一方、高温で動作させたときにおいて、壁電荷の減少に伴う電圧変動ΔＶＡＹは、黒ノイズが発生しない、従来品と同等もしくはそれ以下になっていることがわかった。
【０１３５】
前記実施の形態１の図１６では連続的に状態密度を分布させることにより、統計遅れ時間と電圧変動ΔＶＡＹの両方を満足させていたが、本実施の形態では、離散的に分布した場合でもウインドウ関数のエネルギー領域４００ｍｅＶ〜１０００ｍｅＶにおいて、１種類以上の電子放出源のエネルギー状態密度関数が分布することによって実現している。但し、統計遅れ時間の温度特性は図１９では、図１７と比較すると、休止時間が大きい方（５０ｍｓと２６ｍｓ）では変動が少しある。これはエネルギー状態密度関数が離散的に分布している影響である。
【０１３６】
（実施の形態３）
前記実施の形態１と２における前面板の構成と形成方法が異なるＰＤＰについて、図２０を用いて説明する。
【０１３７】
前面板１２は前面基板１上にアドレス電極（Ａ電極）１０と直交したストライプ状のサステイン電極（Ｘ電極）４とスキャン電極（Ｙ電極）５の対からなる表示電極６が複数形成される。表示電極６は透明電極４ａ、５ａとバス電極４ｂ、５ｂとで構成される。表示電極６上には誘電体層２が形成される。この誘電体層２の表面上には、第１の保護層１６と第２の保護層１７からなる保護層３が３００から１０００ｎｍの厚さで形成される。
【０１３８】
第１の保護層１６は水素、Ｓｃ、Ｓｉなどを含まないＭｇＯからなり、１５０ｎｍから８５０ｎｍの厚さに形成してある。なお、第１の保護層１６は不純物元素を含むＭｇＯやその他の金属酸化物で形成しても構わない。
【０１３９】
第２の保護層１７は水素、Ｓｃ、Ｓｉなどを含むＭｇＯからなり、第１の保護層１６上に５０ｎｍから１５０ｎｍ積層される。この第２の保護層１７は、ＭｇＯに対するＳｃ濃度が１０質量ｐｐｍ以上２４０ｐｐｍ以下である。
【０１４０】
次に、本実施の形態の保護層を形成する手法について図２１を用いて説明する。本実施の形態による保護層は、２つの蒸着室３１ａ、３１ｂを有する真空蒸着装置を用いて、電子ビーム蒸着により形成される。まず、表示電極と誘電体層が形成された前面板１２を、誘電体層が形成された面が蒸着源に対向する向きで所定のホルダーに装着し、準備室３２に水平に配置する。次に、仕切り扉３３を閉じて準備室３２を真空ポンプにより排気し、１×１０−３Ｐａ以下の真空状態にし、ヒーターにより前面板１２を約２５０℃まで加熱して表面に吸着された水分等を除去する。
【０１４１】
次に、準備室３２と第１の蒸着室３１ａの仕切り扉３４を開け、温度と真空状態を維持しながら前面板１２を第１の蒸着室３１ａに導入する。導入後、準備室３２と第１の蒸着室３１ａの仕切り扉３４を閉じる。第１の蒸着室３１ａのハース３０ａには、Ｓｃを含まないＭｇＯのペレット状の蒸着源が充填される。蒸着は、熱電子を蒸着源に照射して加熱、蒸発させて誘電体層上に第１の保護層１６が形成される。このとき、前面板１２はヒーターにより２００〜３００℃に加熱されている。また、第１の蒸着室３１ａには酸素ガスが約１×１０−２Ｐａの圧力となるように導入される。
【０１４２】
第１の保護層１６を形成後、第１の蒸着室３１ａと搬送室３５の仕切り扉３６を開け、搬送室３５に前面板１２を移動させた後に仕切り扉３６を閉め、搬送室３５と第２の蒸着室３１ｂの仕切り扉３７を開けて前面板１２を第２の蒸着室３１ｂに導入する。第２の蒸着室３１ｂは第１の蒸着室３１ａと基本的に同構造であるが、蒸着源のハース３０ｂには基本形態と同じくＳｃを含むＭｇＯからなるペレット状の蒸着源が充填され、第１の保護層１６と同様な条件で第１の保護層１６上に第２の保護層１７が形成される。
【０１４３】
第２の保護層１７を形成後、前面板１２を冷却室３８に導入し、第２の蒸着室３１ｂと冷却室３８の仕切り扉３９を閉め、前面板１２を室温付近まで冷却し、冷却室３８に不活性ガスを導入して真空状態から大気圧にする。冷却室３８が大気圧になったら前面板１２を搬出する。
【０１４４】
本実施の形態では、第１の保護層１６と第２の保護層１７を電子ビーム蒸着法により形成したが、イオンアシスト蒸着法、スパッタリング法、化学蒸着（ＣＶＤ）法等により形成しても構わない。
【０１４５】
統計遅れ時間ｔｓ及び電圧変動ΔＶＡＹは保護層３のプライミング電子の放出特性に関係する。本実施の形態では、水素、Ｓｃ、Ｓｉなどを含むＭｇＯからなる第２の保護層１７が選択的に放電空間に面して形成されており、所望のプライミング電子の放出特性を得ることができる。さらに、水素、Ｓｃ、Ｓｉなどが第２の保護層１７にしか含まれておらず、コストを低減することが可能となる。
【０１４６】
（実施の形態４）
前記実施の形態１から３における前面板の構成と形成方法が異なるＰＤＰについて、図２２を用いて説明する。
【０１４７】
前面板１２は前面基板１上にアドレス電極（Ａ電極）１０と直交したストライプ状のサステイン電極（Ｘ電極）４とスキャン電極（Ｙ電極）５の対からなる表示電極６が複数形成される。表示電極６は透明電極４ａ、５ａとバス電極４ｂ、５ｂとで構成される。表示電極６上には誘電体層２が形成される。この誘電体層２の表面上には、第１の保護層１６と第２の保護層１７からなる保護層３が形成される。
【０１４８】
第１の保護層１６はＭｇＯを主成分としており、基本形態と同様に誘電体層２上に３００ｎｍから１０００ｎｍの厚さで形成される。第２の保護層１７は、第１の保護層１６上にＳｃを含むＭｇＯの粒子を付着させることにより形成される。
【０１４９】
この第２の保護層１７の形成方法について説明する。第２の保護層１７は、水素、Ｓｃ、Ｓｉなどを含むＭｇＯの粒子を分散媒に分散させた懸濁液を第１の保護層１６の表面に散布し、その後、前記分散媒を蒸発させることにより形成される。
【０１５０】
最初に、ＭｇＯに対してＳｃ濃度が１０００ｐｐｍとなるように、ＭｇＯ粉末とＳｃ化合物の粉末を秤量して十分混合する。このＭｇＯ粉末は、不純物の濃度が多くても２００重量ｐｐｍ以下であることが望ましい。Ｓｃ化合物の粉末についても、高純度なものが望ましい。また、Ｓｃ化合物としては、酸化スカンジウム、炭酸スカンジウム、酢酸スカンジウム、硝酸スカンジウム、シュウ酸スカンジウム、ハロゲン化スカンジウム（ＳｃＸ３；Ｘ＝Ｆ，Ｃｌ，Ｂｒ）等を用いることができる。
【０１５１】
このＭｇＯとＳｃ化合物の混合粉末をアルミナ坩堝に入れ、１０００から１６００℃で焼成を大気雰囲気下で行う。焼成後に得られた焼成物をアルミナ坩堝から取り出し、ほぐすことによりＳｃを含むＭｇＯ粉末が得られる。
【０１５２】
なお、水素、Ｓｃ、Ｓｉなどを含むＭｇＯ粉末を本実施の形態のような固相法ではなく、溶液法、気相法を用いて作製しても構わない。
【０１５３】
水素、Ｓｃ、Ｓｉなどを含むＭｇＯ粒子は、水素、Ｓｃ、Ｓｉなどを含むＭｇＯ粉末を分散媒に入れて攪拌により分散させるか、超音波により分散させることによって得られる。分散させる分散媒の種類は、第１の保護層１６との反応性が低く、揮発性の高いエタノール、特に炭素数１〜５の低級アルコールが望ましい。
【０１５４】
この水素、Ｓｃ、Ｓｉなどを含むＭｇＯ粒子が分散した懸濁液をスプレー法、スクリーン印刷法、オフセット印刷法、ディスペンサ法、インクジェット法、ロールコート法、静電塗布法等により第１の保護層１６上へ散布することにより、第２の保護層１７が得られる。
【０１５５】
保護層３の形成には、一般に蒸着法が用いられている。しかし、蒸着源と保護層３とでは目的とする不純物元素の濃度が異なることがあり、濃度を制御することが困難である。本実施の形態では、水素、Ｓｃ、Ｓｉなどを含むＭｇＯからなる第２の保護層１７を蒸着法ではなく前面板に直接散布しており、水素、Ｓｃ、Ｓｉなどを含むＭｇＯ粒子のＳｃ濃度や第２の保護層１７による被覆率を制御することで、所望の効果を容易に得ることができる。
【０１５６】
また、本発明者らが検討した結果、水素、Ｓｃ、Ｓｉなどを含むＭｇＯを蒸着する場合、Ｓｃ濃度が蒸着源よりも保護層３の方が少なくなることがわかっている。本実施の形態では、保護層３中のＳｃ濃度を考慮して、高コストなＳｃを蒸着源に過剰に添加する必要がなく、コストを低減することが可能となる。
【０１５７】
（実施の形態５）
図２３に本実施の形態１から４のいずれかの保護層のＰＤＰを用いた画像表示装置の一例を示す。本実施の形態の保護層のＰＤＰを用いた画像表示装置１６０２は、プラズマディスプレイパネル１６００、駆動回路１６０１、映像源１６０３等から構成され、プラズマディスプレイパネル１６００へ駆動回路１６０１を経由して映像源１６０３から信号を送信することによって駆動することができる。
【０１５８】
以上、本発明者によってなされた発明を、実施の基本形態、実施の形態１から５に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の基本形態および形態１から５に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１５９】
本発明は、プラズマディスプレイ装置、特に、高精細なＡＣ面内放電型ＰＤＰに有効で、映像機器産業、宣伝機器産業、プラズマディスプレイ装置の製造業といった産業に幅広く利用されるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１６０】
【図１】本発明者らが検討したＡＣ面放電型ＰＤＰの要部を模式的に示す分解斜視図である。
【図２】図１の放電セルのｘ−ｚ平面の断面図である。
【図３】図１の放電セルのｙ−ｚ平面の断面図である。
【図４】図１のＰＤＰにおいて、階調表示方式であるＡＤＳにおける１フィールドとサブフィールドの構成を説明するための図である。
【図５】図４中のアドレス期間において、放電セルを選択してアドレス放電させる駆動方法を説明するための図である。
【図６】図１のＰＤＰを用いたプラズマディスプレイ装置の構成を示す説明図である。
【図７】本発明の前提として検討したアドレス放電遅れ時間の計測データに対する累積数、及び、既放電確率を用いた統計遅れ時間と形成遅れ時間の解析方法を示す図である。
【図８】本発明で用いた電子放出特性の解析システム及び解析方法において、その構成及び手順の一例を示すブロック図である。
【図９】本発明で用いた電子放出特性の解析システム及び解析方法において、その解析システムのハードウエア構成の一例を示すブロック図である。
【図１０】本発明で用いた電子放出特性の解析システム及び解析方法において、既放電確率を用いたプライミング電子の電子放出時定数解析の説明図である。
【図１１】本発明で用いた電子放出特性の解析システム及び解析方法において、本発明の前提として検討したアドレス放電遅れ時間の計測データから求めたプライミング電子の電子放出時定数を示すプロット図である。
【図１２】本発明で用いた電子放出特性の解析システム及び解析方法において、休止期間と温度に対するウインドウ関数が最大となるエネルギーを示す図である。
【図１３】本発明で用いた電子放出特性の解析システム及び解析方法において、電子放出源のエネルギー状態密度とウインドウ関数のエネルギー重なり積分の説明図である。
【図１４】本発明で用いた電子放出特性の解析システム及び解析方法において、活性化エネルギーの平均値、分散値と実効数の探索範囲と探索幅を示す図である。
【図１５】本発明で用いた電子放出特性の解析システム及び解析方法により得られたＳｃを含むＭｇＯ中の電子放出源のエネルギー状態密度を示す図である。
【図１６】本発明で用いた電子放出特性の解析システム及び解析方法により得られた水素、Ｓｃ、Ｓｉなどを含むＭｇＯを主成分とする保護層の電子放出源のエネルギー状態密度を示す図である。
【図１７】本発明の実施の形態１による保護層において、−２０℃から６０℃（２５３．１５Ｋから３３３．１５Ｋ）の管面温度での統計遅れ時間の温度依存性を示す図である。
【図１８】本発明の実施の形態２による保護層において、エネルギー準位に対して３種類の不純物をドープした場合の離散的な状態密度分布を示す図である。
【図１９】本発明の実施の形態２による保護層において、−２０℃から６０℃（２５３．１５Ｋから３３３．１５Ｋ）の管面温度での統計遅れ時間の温度依存性を示す図である。
【図２０】本発明の実施の形態３による保護層の断面構造を示す図である。
【図２１】本発明の実施の形態３による保護層を形成する蒸着装置の構成を示す図である。
【図２２】本発明の実施の形態４による保護層の断面構造を示す図である。
【図２３】本発明の実施の形態１から４のいずれかの保護層のＰＤＰを用いた画像表示装置を示す図である。
【符号の説明】
【０１６１】
１ 前面基板
２ 誘電体層
３ 保護層
４ サステイン電極（Ｘ）
４ａ 透明電極
４ｂ バス電極
５ スキャン電極（Ｙ）
５ａ 透明電極
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（Ａ）
１１ 背面基板
１２ 前面板
１３ 背面板
１４ 放電空間
１５ ＰＤＰ
１６ 第１の保護層
１７ 第２の保護層
２０ プラズマディスプレイ装置
２１ アドレス駆動回路
２２ スキャンパルス出力回路
２３ サステインパルス出力回路
２４ 駆動制御回路
２５ 信号処理回路
２６ 駆動電源
２７ 映像源
３０ａ、３０ｂ ハース
３１ａ、３１ｂ 蒸着室
３２ 準備室
３３、３４、３６、３７、３９ 仕切り扉
３５ 搬送室
３８ 冷却室
１０１ 入力装置
１０２ 計算装置
１０３ 出力装置
１６００ プラズマディスプレイパネル
１６０１ 駆動回路
１６０２ 画像表示装置
１６０３ 映像源
２２００ パーソナルコンピュータ
２２０１ ＣＰＵ装置
２２０２ 記憶装置
２２０４、２２０５ データ転送用結合バス
ＣＬ 放電セル
【技術分野】
【０００１】
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）分野において、ＰＤＰの製造方法およびその方法を用いたＰＤＰで、電子放出源のエネルギー状態密度を規定した保護層材料（ＭｇＯなど）を用いたアドレス放電高速化についての技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大型かつ厚みの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。ＰＤＰには、その構造と駆動方法の違いからＤＣ（直流）型とＡＣ（交流）型に分類される。特に、ＡＣ面放電型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。
【０００３】
一般的なボックス構造を有するＡＣ面放電型ＰＤＰの分解斜視図を図１に、図１において破線で囲まれた一つの放電セルの断面構造図を図２、図３に示す。図中のｘｙｚ座標軸は図１、図２、図３において共通である。
【０００４】
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。放電ガスとして、Ｈｅ−Ｘｅ、Ｎｅ−Ｘｅ、Ｈｅ−Ｎｅ−Ｘｅ等の混合ガスが用いられる。
【０００５】
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（以下、Ａ電極とも称す）１０と、アドレス電極１０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し放電セルを形成する隔壁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。蛍光体層８は放電により発生した紫外線で励起し、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色に発光する蛍光体からなる。
【０００６】
前面板１２は前面基板１上にアドレス電極１０と交差するようにストライプ状のサステイン電極（以下、Ｘ電極とも称す）４とスキャン電極（以下、Ｙ電極とも称す）５の対からなる表示電極６が複数形成される。表示電極６は透明電極４ａ、５ａとバス電極４ｂ、５ｂとで構成される。表示電極６は誘電体層２で覆われ、誘電体層２の表面上には保護層３が形成される。
【０００７】
この保護層には、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といった特性を有することが要求される。ＰＤＰでは、これらの特性を併せ持つ酸化マグネシウム（以下、ＭｇＯと記す）を主成分とする材料が広く用いられている。
【０００８】
ＰＤＰにおける一般的な画像の階調表示方式としてＡＤＳ（Address Display-Period Separation）がある。ＡＤＳ方式では、１ＴＶフィールド（１６．６７ｍｓ、あるいは、１／６０ｓ）を所定の輝度比を有する複数のサブフィールドに分割し、それらのサブフィールドを画像に応じて選択的に発光させ、輝度の違いにより階調を表現している。さらにサブフィールドは、リセット期間、アドレス期間、サステイン期間で構成される。リセット期間では、マトリクス配列された全ての放電セル内の壁電圧をほぼ均一に揃えるため、サステイン放電電極対間に放電開始電圧以上のサステイン電圧を印加し、全ての放電セルでリセット放電を行う。アドレス期間では、全ての放電セルのうちの点灯すべき放電セルのみに、適量の壁電荷を生成するアドレス放電を行う。サステイン期間では、その壁電荷を利用して表示データの階調値に応じた回数のサステイン放電（表示放電）を行う。
【０００９】
このＰＤＰを用いたプラズマディスプレイ装置は、デジタル放送等の高品位な画質に対応した画像表示装置としての期待が高まっており、高精細化、高輝度化、高コントラスト化等の高画質化が要求されている。また、黒ノイズの発生率低減といった表示画像の信頼性も要求されている。
【００１０】
ＰＤＰの高精細化は画素ピッチ及び放電セルサイズを小さくすることにより達成される。高輝度化は発光効率の増加やサステイン放電の回数を多くすることにより達成される。高コントラスト化のためには、サステイン放電回数が異なるサブフィールド数を増加させることと、リセット放電等の表示放電に寄与しない放電を低減して黒表示時の輝度を低下させることにより達成される。
【００１１】
各サブフィールドのアドレス期間は、ＰＤＰのスキャンライン数とアドレスパルス幅で決定される。アドレスパルス幅は、アドレス電圧を印加してからアドレス放電が起こるまでのアドレス放電遅れ時間ｔｄ（以下、放電遅れ時間とも記す）を考慮して設定される。アドレスパルス幅が不十分であると、アドレス電圧を印加している間にアドレス放電が起こらない。そのため、その後のサステイン放電が行われないといった誤放電による黒ノイズが発生する。更に高精細化では画素数の増加に伴いスキャンライン数が増加する。これらにより、各サブフィールドにおけるアドレス期間の割合が大きくなり、高輝度化、高コントラスト化において重要であるサステイン期間の割合が減少する。
【００１２】
アドレス期間を短くするには、大きく２つの方法がある。１つはデータドライバＩＣを増加させる方法である。例えばデータドライバＩＣを２倍にし、パネルの上下でスキャンラインを２分割して同時にスキャンをするデュアルスキャン方式に変えると、見かけ上のアドレス期間が半減する。しかし、デュアルスキャン方式ではデータドライバＩＣ等の駆動に関係する回路数の増加や配線が複雑となり、生産性やコストの点で問題がある。
【００１３】
もう１つはアドレス放電遅れ時間ｔｄを短縮し、アドレスパルス幅を短くする方法である。アドレス放電遅れ時間ｔｄは、Ｙ電極、Ｘ電極とＡ電極の印加電圧とリセット放電後の残留壁電荷に依存する形成遅れ時間ｔｆ、並びに、放電の種火となる電子（プライミング電子）が保護層から放出されるまでの統計遅れ時間（以下、プライミング電子の放出時定数とも記す）ｔｓの和で構成される。保護層のプライミング電子放出特性が良好であるならば、統計遅れ時間ｔｓ及びアドレス放電遅れ時間ｔｄを短縮することができ、安定したアドレス放電を行うことができる。
【００１４】
このアドレス放電遅れ時間ｔｄを短縮するために、保護層のＭｇＯに不純物元素を添加する技術の開発が行われている。例えば、特許文献１では不純物元素としてＳｉが、特許文献２、特許文献３では不純物元素としてＳｃが記載されている。
【特許文献１】特開平１０−３３４８０９号公報
【特許文献２】特開２００６−１６９６３６号公報
【特許文献３】特開２００６−２０７０１３号公報
【非特許文献１】ＩＤＷ‘０６、ＰＤＰ２−４ ２００６年、p３５９〜３６２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、前記従来技術はアドレス放電遅れ時間ｔｄの短縮に特化しており、その他のＰＤＰへの影響についてはあまり考慮されていない。
【００１６】
特許文献１記載のＳｉをＭｇＯに添加する技術は、ある程度のアドレス放電遅れ時間ｔｄを短縮することが可能であるが、ＰＤＰの面内においてアドレス放電遅れ時間ｔｄの短縮される割合にバラツキが生じることが知られている。更に、本発明者らが検討した結果、アドレス放電遅れ時間ｔｄに温度依存性があることも分かっている。ＰＤＰに要求される動作保証温度は製造メーカによって異なるが、好ましくは−２０℃から６０℃である。この温度範囲において、Ｓｉを添加したＭｇＯを保護層に用いたＰＤＰでは、低温でアドレス放電遅れ時間ｔｄが著しく増大し、黒ノイズの発生により表示品位が低下することがある。
【００１７】
また、特許文献２及び特許文献３のＳｃをＭｇＯに添加する技術はアドレス放電遅れ時間ｔｄを短縮することが可能であると記載されている。しかし、本発明者らが検討した結果、ＭｇＯに対するＳｃの濃度が閾値以上であると、ＰＤＰの通常動作中のある時点において、黒ノイズの発生率が増加することが明らかになっている。この現象は、ＰＤＰの温度が高温である場合によくみられる。
【００１８】
この原因の一つとして、リセット放電終了後からアドレス電圧を印加するまでの休止期間ｔｉ中に、アドレス電極（Ａ電極）を覆う誘電体層及び保護層の放電空間側表面とスキャン電極（Ｙ電極）を覆う誘電体層及び蛍光体層の放電空間側表面との電圧差（即ち、Ａ−Ｙ電極間の放電空間に印加される電圧）ＶＡＹが減少することが挙げられる。以下、休止期間ｔｉ中の電圧差ＶＡＹの減少量を電圧変動ΔＶＡＹと記す。
【００１９】
この電圧変動ΔＶＡＹにより、アドレス電圧印加時に放電空間に印加される実効的な電圧は減少する。そのため、所定の電圧が放電空間に印加されなくなり、アドレス放電を失敗して誤放電が発生し易くなる。
【００２０】
電圧変動ΔＶＡＹの要因として、リセット放電終了後からアドレス電圧を印加するまでの間に保護層から放出されたプライミング電子が、放電空間側表面の壁電荷を打ち消していると考えられている。非特許文献１によれば、プライミング電子による休止期間ｔｉ中の電圧変動ΔＶＡＹは、３００〜１００００Ｖ／ｓであると記載されている。
【００２１】
このような問題を解決する方法の一つとして、電圧変動ΔＶＡＹを想定してアドレス電圧を予め高めに設定する方法がある。しかし、使用する駆動回路や制御回路に実装される電子部品を高電圧に対応するのものに変更する必要があり、コストの点で問題がある。また、消費電力の増加や、コントラストの低下といった問題も生じる。
【００２２】
したがって、アドレス放電遅れ時間ｔｄを短縮するだけでなく、休止期間ｔｉ中の電圧変動ΔＶＡＹを抑制する保護層技術が必要である。
【００２３】
本発明の目的は、広い温度範囲においてアドレス放電遅れ時間ｔｄの短縮と、休止期間ｔｉ中の壁電荷の減少及び電圧変動ΔＶＡＹの抑制を両立することにより、安定したアドレス放電を行うことができる保護層技術を提供することにある。
【００２４】
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００２６】
すなわち、代表的な実施の形態によるＰＤＰは、一対の基板が対向配置されて放電空間を形成し、一方の基板上には、表示放電を行う複数の電極と、前記複数の電極を覆う誘電体層と、前記複数の電極および前記誘電体層を保護するための保護層とが形成され、前記放電空間には放電ガスが充填されたパネルである。
【００２７】
前記ＰＤＰは具体的には、前面板とそれに対向する背面板との間の空間が背面板に設けられた隔壁によって区画され、前記空間には放電ガスが充填されている。前記前面板は、第１基板と、前記第１基板上に設けられた表示電極対と、前記表示電極対を覆う第１誘電体層と、前記第１誘電体層上に保護層を設けている。また、前記背面板は、第２基板と、前記第２基板上に設けられたアドレス電極と、前記アドレス電極を覆う第２誘電体層と、前記第２誘電体層上に設けられた前記隔壁と、前記空間に接し、前記第２誘電体層上に設けられた蛍光体層とを有している。
【００２８】
ここで、前記保護層は、上記課題を解決するために、保護層のウインドウ関数のエネルギー領域が４００ｍｅＶ〜１０００ｍｅＶ（より望ましくは５００ｍｅＶ〜８５０ｍｅＶ）の範囲内に、１種類以上の電子放出源のエネルギー状態密度関数が分布することを特徴とする。主成分であるＭｇＯに対して、所定量の不純物（これ以後、Ｓｃを不純物の一例として説明する。）を含んでいる。前記保護層中のＭｇＯに対するＳｃ濃度は、アドレス放電遅れ時間ｔｄを構成する統計遅れ時間ｔｓと、電圧変動ΔＶＡＹを評価することで決定される。
【００２９】
スキャンライン数が多く高精細なＰＤＰにおいて、十分なリセット期間とサステイン期間を確保しつつ、全スキャンラインを１つのデータドライバＩＣでスキャンを行うシングルスキャン方式を実現するには、休止期間ｔｉ＝１７ｍｓの統計遅れ時間ｔｓを従来品のＭｇＯの１／３以下にする必要がある。そこで、−２０℃から６０℃の広い温度範囲における統計遅れ時間ｔｓの最大値が、従来品のＭｇＯの１／３以下となるＳｃ濃度範囲を評価した。
【００３０】
この統計遅れ時間ｔｓは、保護層のプライミング電子の放出特性に関係していることから、測定する以外にも保護層中のプライミング電子放出源のエネルギー状態密度からも得ることができる。
【００３１】
エネルギー状態密度は、アドレス放電遅れ時間ｔｄから統計遅れ時間ｔｓを分離し、プライミング電子放出特性の計測条件依存性を解析することにより決定される。解析システム及び解析方法の概略は以下のとおりであり、詳細については後で説明する。
【００３２】
（１）休止時間ｔｉ、温度Ｔの計測条件に対するアドレス放電遅れ時間ｔｄの計測データを入力する。
【００３３】
（２）各休止時間ｔｉと温度Ｔに対する計測データをもとに、アドレス放電遅れ時間毎の累積数を計算し、放電確率頻度と既放電確率を算出する。
【００３４】
（３）プライミング電子の電子放出時定数ｔｓexp（ｔｉ，Ｔ）を算出する。
【００３５】
（４）電子放出源のエネルギー状態密度の関数を設定し、エネルギー状態密度に対する活性化エネルギーの平均値、分散値と実効数の探索範囲と探索幅を設定する。
【００３６】
（５）電子放出源のエネルギー状態密度とウインドウ関数のエネルギーに対する重なり積分によりプライミング電子の電子放出時定数ｔsth（ｔｉ，Ｔ）を算出する。
【００３７】
（６）休止時間ｔｉと温度Ｔの計測条件の総数に対して、計測データから求めたｔｓexp（ｔｉ，Ｔ）と計算から求めたｔｓth（ｔｉ，Ｔ）の平均二乗誤差が最小となる活性化エネルギーの平均値、分散値と実効数を決定する。
【００３８】
これにより、一つまたは複数の電子放出源のエネルギー状態密度を解析することができる。更に、（５）により電子放出源のエネルギー状態密度から各計測条件に対するプライミング電子の電子放出時定数ｔｓth（ｔｉ，Ｔ）を算出することもできる。
【００３９】
休止期間ｔｉの間の電圧変動ΔＶＡＹは、保護層から放出されるプライミング電子放出量Ｎｅｍに関係する。単位時間当たりに放出されるプライミング電子放出量Ｎｅｍは、プライミング電子の放出時定数ｔｓの逆数で与えられる。ＰＤＰの温度Ｔを一定として休止期間ｔi中のプライミング電子放出量Ｎｅｍは、
【００４０】
【数１】
【００４１】
で与えられる。放出される電荷Ｑｅｍは電気素量ｑを用いて、
【００４２】
【数２】
【００４３】
で与えられる。リセット放電により形成される壁電荷が、Ａ電極側の誘電体層及び蛍光体層表面が正で、Ｙ電極側の誘電体層及び保護層表面が負であるとすると、保護層から放出される電荷Ｑｅｍは、Ａ電極側の誘電体層及び蛍光体層表面に到達すると考える。この結果、Ａ電極側の誘電体層及び蛍光体層表面の壁電荷が−Ｑｅｍだけ、Ｙ電極側の誘電体層及び保護層表面の壁電荷がＱｅｍだけ減少する。
【００４４】
１つの放電セルにおけるＡ電極側とＹ電極側の静電容量をＣＡ、ＣＹとすると、プライミング電子放出による壁電荷の変動に伴う電圧変動ΔＶＡＹは、
【００４５】
【数３】
【００４６】
で表され、プライミング電子放出量Ｎｅｍに比例する。
【００４７】
プライミング電子放出量Ｎｅｍは、ＭｇＯ中のトラップ準位に起因するプライミング電子放出源の実行数Ｎｅｅ,ｊに依存する。ＳｃはＭｇＯに対してドナーであることから、プライミング電子放出源となるトラップ準位を形成する。そのため、保護層としてＳｃを添加したＭｇＯを用いた場合、プライミング電子放出源の実行数Ｎｅｅ,ｊはＭｇＯに対する不純物ドープ濃度（Ｓｃなどの濃度）で決定される。
【００４８】
従来品のＭｇＯでは、高温で動作させたときに、休止期間ｔｉ＝１ｍｓでの電圧変動ΔＶＡＹによる黒ノイズは発生しない。また、１フィールドに相当する休止期間ｔｉ＝１６ｍｓでは、電圧変動ΔＶＡＹによる黒ノイズが実用上問題のない程度である。そこで、休止期間ｔｉ＝１ｍｓと１６ｍｓでの電圧変動ΔＶＡＹ及びプライミング電子放出量Ｎｅｍについて従来品のＭｇＯで規格化し、各条件での電圧変動ΔＶＡＹが１以下となるＳｃ濃度を決定した。
【発明の効果】
【００４９】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００５０】
すなわち、代表的な実施の形態によれば、本願において開示される濃度の不純物（Ｓｃなど）を添加したＭｇＯからなる保護層をＰＤＰに用いることにより、広い温度範囲において統計遅れ時間ｔｓ及びアドレス放電遅れ時間ｔｄを短縮し、更に休止期間ｔｉ中の電圧変動ΔＶＡＹを抑制することにより、高精細なＰＤＰにおいて安定したアドレス放電を行うことができる保護層を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
【００５２】
（実施の基本形態）
まず、本発明の理解を容易にするために、本発明者らが検討したＰＤＰの一例としてＡＣ面放電型ＰＤＰの基本構造などについて説明する。なお、本願においてＰＤＰを構成する２つの基板の「前面板」と「背面板」は、両者を組み立ててパネル化した際に、蛍光体による発光が通過して表示面となる方を前面板、表示面とならない方を背面板として説明する。また、本願では、「前面板」および「背面板」はそれぞれガラス基板から構成される前面基板および背面基板をベースとして説明する。
【００５３】
図１は本発明者らが検討したいわゆるボックス型のＡＣ面放電型のＰＤＰ１６の要部を模式的に示す分解斜視図である。図２は組み立て後の図１の放電セルＣＬのｘ−ｚ平面の断面図である。図３は組み立て後の図１の放電セルＣＬのｙ−ｚ平面の断面図である。
【００５４】
まず、前面板１２およびその形成方法について説明する。前面基板１上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はサステイン電極（Ｘ電極）４とスキャン電極（Ｙ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。
【００５５】
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の表面上に保護層３が形成される。この保護層３の形成方法の詳細については、後で詳しく説明する。
【００５６】
次に、背面板１３およびその形成方法について説明する。背面基板１１上に表示電極６と直交したストライプ状のアドレス電極（Ａ電極）１０が配設される。背面基板１１はガラス基板であり、アドレス電極（Ａ電極）１０は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される。
【００５７】
アドレス電極（Ａ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。誘電体層９は誘電体ガラス膜で形成される。隔壁７は前面板１２の表示電極６とアドレス電極（Ａ電極）１０と平行に配設されており、アドレス電極（Ａ電極）１０は隔壁７間に位置する。表示電極６と対向する各隔壁７で囲まれた領域（空間）は放電空間１４であり、この放電空間１４に接するように誘電体層９上には蛍光体層８が形成される。蛍光体層８は赤色が（Ｙ，Ｇｄ）ＢＯ４：Ｅｕ２+、青色がＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋、緑色がＺｎ２ＳｉＯ４：Ｍｎ２＋で形成される。
【００５８】
表示電極６とアドレス電極（Ａ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が所定の圧力及び分圧で封入される。
【００５９】
保護層３の形成方法について説明する。本発明の保護層３の主成分はＭｇＯであり、所定量のＳｃを含んでいる。本発明では、この保護層３を電子ビーム蒸着法により成膜する。このとき、膜質を制御するために、酸素ガスや水素ガス、水蒸気等を供給しても構わない。また、ＭｇＯの成膜方法として、イオンアシスト蒸着法、スパッタリング法、化学蒸着（ＣＶＤ）法等を用いても構わない。これらの成膜方法により保護層３は３００ｎｍから１０００ｎｍの厚さに形成される。
【００６０】
蒸着源には、粉末状のＭｇＯにＳｃ化合物を混合してペレット状に成型したものを用いるか、ペレット状のＭｇＯとペレット状のＳｃ化合物を混合して用いるか、あるいはこれらのペレット状に成型したものの焼結体を用いる。この蒸着源中のＳｃ濃度は、ＭｇＯに対して５質量ｐｐｍ以上５０００質量ｐｐｍ以下である。
【００６１】
これらの蒸着源は、ＭｇＯとＳｃ化合物を出発材料として作製されるが、本発明者らが検討した結果、出発材料に用いるＭｇＯの純度が低く、不純物を多く含んでいると、Ｓｃを添加することにより得られる効果が低減することが分かっている。そのため、出発材料に用いるＭｇＯ中の不純物の濃度は、耐スパッタ性や低コスト化のニーズに対応するため、多くてもＭｇＯに対して２００質量ｐｐｍ以下であることが望ましい。従って、Ｓｃ濃度は、ＭｇＯに対して５質量ｐｐｍ以上２００質量ｐｐｍ以下が望ましい。表１は、本発明で用いたＭｇＯに含まれる不純物元素とその濃度の高周波誘導結合プラズマ質量分析（以下、ＩＣＰ−ＭＳと記す）による分析結果である。Ｚｎ、Ｍｎ以外の不純物元素は、検出限界未満であった。
【００６２】
【表１】
【００６３】
Ｓｃ化合物としては、酸化スカンジウム、炭酸スカンジウム、酢酸スカンジウム、硝酸スカンジウム、シュウ酸スカンジウム、ハロゲン化スカンジウム（ＳｃＸ３；Ｘ＝Ｆ，Ｃｌ，Ｂｒ）等を用いることができ、これらについても、高純度なものが望ましい。
【００６４】
以上の方法により形成される保護層３のＭｇＯに対するＳｃ濃度は、ＩＣＰ−ＭＳを用いて測定することができる。
【００６５】
このＰＤＰ１５に画像の階調表示方式としてＡＤＳ（Address Display-Period Separation）を適用した場合について説明する。図４は階調表示方式であるＡＤＳにおける１フィールドとサブフィールドの構成を説明するための図である。図５は図４中のアドレス期間において、放電セルを選択してアドレス放電させる駆動方法を説明するための図である。なお、図５中のＧＮＤは基準電圧（基準電位）である。
【００６６】
図４（I）で示されるように１フィールド（１６．６７ｍｓまたは１／６０ｓ）を所定の輝度比を有する複数のサブフィールドに分割している。それらのサブフィールドを画像に応じて選択的に発光させ、輝度の違いにより階調を表現している。各サブフィールドは、図４（II）で示されるリセット期間、アドレス期間、サステイン期間で構成される。
【００６７】
リセット期間では、表示電極間に放電開始電圧以上の電圧が印加され、全ての放電セルでリセット放電が起こる。これにより、全ての放電セル内の壁電圧をほぼ均一に揃えることができる。
【００６８】
アドレス期間では、画像データに基づき選択された放電セルのアドレス電極（Ａ電極）とスキャン電極（Ｙ電極）に電圧が印加される。図５は、３つの連続したスキャン電極（Ｙ電極）であり、（Ｙｉ電極）と（Ｙｉ＋２電極）が選択され、（Ｙｉ＋１電極）が選択されない時の、各電極に印加される電圧波形である。選択された放電セルの（Ｙｉ電極）と（Ｙｉ＋２電極）には、−Ｖｙのスキャンパルスが印加されるのと同期してアドレス電極（Ａ電極）に電圧Ｖａのアドレス電圧が印加されてアドレス放電（選択放電）が起こる。選択されアドレス放電が起こった放電セルでは、サステイン期間で行われるサステイン放電（表示放電）を行うのに必要な壁電荷が形成される。一方、選択されない放電セルの（Ｙｉ＋１電極）では、−Ｖｙのスキャンパルスが印加される時にアドレス電極(Ａ電極)にアドレス電圧が印加されないため、アドレス放電が起こらない。これにより表示放電を行うのに必要な壁電荷が形成されず、サステイン期間でサステイン放電が起こらない。スキャンパルスの幅は、各サブフィールドのアドレス期間を表示電極対数によらず一定とすると、表示電極対数が増加するとスキャンパルス幅が短くなる。そのため、表示電極対数に応じて許容されるアドレス遅れ時間ｔｄは異なる。
【００６９】
サステイン期間では、サステイン電極（Ｘ電極）とスキャン電極（Ｙ電極）にサステインパルスが交互に印加され、選択された放電セルにおいてサステイン放電が起こる。例えば、２進法に基づく輝度の重みを持った８個のサブフィールドを設けると、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の放電セルはそれぞれ２８（＝２５６）階調の輝度表示が得られ、約１６７８万色の色表示が可能となる。
【００７０】
図６は、ＰＤＰ１５を備えたプラズマディスプレイ装置２０の構成を示す説明図である。プラズマディスプレイ装置２０は、アドレス電極（Ａ電極）１０、スキャン電極（Ｙ電極）５、サステイン電極（Ｘ電極）４を有するＰＤＰ１５と、アドレス電極（Ａ電極）１０を駆動するためのアドレス駆動回路２１と、スキャン電極（Ｙ電極）５を駆動するためのスキャンパルス出力回路２２と、サステイン電極（Ｘ電極）４を駆動するためのサステインパルス出力回路２３と、これらの出力回路を制御する駆動制御回路２４と、入力信号の処理を行う信号処理回路２５とを備えている。また、プラズマディスプレイ装置２０は、ＰＤＰ１５などに電圧を印加する駆動電源２６と映像信号を生成する映像源２７を備えている。
【００７１】
プラズマディスプレイ装置２０は、ＰＤＰ１５が完成した後、ＰＤＰ１５の電極とフレキシブル基板とを異方性導電フィルムによって接合する。その後、ＰＤＰ１５の変形を防ぎ、放熱性を良くするために例えばアルミニウムなどの板が取り付けられ、この板の上に、駆動電源２６やアドレス駆動回路２１などの駆動回路が組み込まれ、プラズマディスプレイモジュールが完成する。その後、さらに検査などを行い、外装ケースを取り付けることによって、プラズマディスプレイ装置２０が完成する。
【００７２】
次に、本発明者らが本発明に至った実験方法と解析手法について説明する。
【００７３】
アドレス放電遅れ時間ｔｄは、Ｙ電極、Ｘ電極とＡ電極の印加電圧とリセット放電後の残留壁電荷に依存する形成遅れ時間ｔｆ、並びに、放電の種火となるプライミング電子が保護層から放出されるまでの統計遅れ時間ｔｓの和で構成される。
【００７４】
保護層からプライミング電子が放電空間に放出されることは統計現象であるため、統計遅れ時間ｔｓには揺らぎが生じる。図７は、同一放電セルにおけるアドレス放電遅れ時間ｔｄを繰り返し計測した計測データを、アドレス放電遅れ時間ｔｄ毎に累積数で表示した放電遅れ時間の頻度分布の一例である。同一放電セルにもかかわらず、約５００ｎｓをピークに、放電時間が早い場合は４００ｎｓ、放電時間が遅い場合は１０００ｎｓ以上を示しており、左右非対称な形状を示している。この繰り返し計測した計測データを用いて、以下の方法により保護層のプライミング電子放出特性を解析する。
【００７５】
図８はプライミング電子放出特性の解析システム及び解析方法において、その構成及び手順の一例を示すブロック図、図９はその解析システムのハードウエア構成の一例を示すブロック図である。
【００７６】
まず、図８及び図９により、本発明に用いたプライミング電子放出特性の解析システムの構成を説明する。本発明に用いた解析システムは、保護層中の電子放出源に対する電子放出特性の解析システムとされ、パーソナルコンピュータ２２００と、計算装置１０２などから構成されている。パーソナルコンピュータ２２００は、記憶装置を含む入力装置１０１と、画像処理装置を含む出力装置１０３などから構成される。計算装置１０２は、ＣＰＵ装置２２０１と、記憶装置２２０２などから構成され、ＣＰＵ装置２２０１と記憶装置２２０２は、データ転送用結合バス２２０４により接続されている。
【００７７】
なお、図９では、複数の計算装置１０２が、データ転送用結合バス２２０５によりマトリクス状に接続される構成となっているが、これに限定されず、計算装置１０２は１つであってもよく、また、パーソナルコンピュータ２２００内に設けてもよい。
【００７８】
次に、図８及び図９により、本発明で用いた電子放出特性の解析システムについて、その動作例を説明する。計算装置１０２において、記憶装置２２０２には電子放出特性の解析プログラムが記憶（保持）されており、パーソナルコンピュータ２２００からの指示により、ＣＰＵ装置２２０１がそのプログラムを読み出して演算処理を行う。その演算処理の結果は、記憶装置２２０２に保存される。演算処理に必要なデータ類は、パーソナルコンピュータ２２００から、データ転送用結合バス２２０５を介して送信される。また、計算装置１０２における演算処理の結果は、データ転送用結合バス２２０５を介して、パーソナルコンピュータ２２００に送信される。また、パーソナルコンピュータ２２００において、演算処理に必要なデータは入力装置１０１から入力され、演算処理の結果は出力装置１０３で出力・表示される。
【００７９】
図８に示すように、計算装置１０２における演算処理は、以下の手順で実行される。
【００８０】
まず、ステップＳ１０２−１において、ＰＤＰに対して計測した、サステイン電圧印加後からアドレス電圧印加までの休止時間ｔｉとＭｇＯの温度Ｔに対するアドレス放電遅れ時間ｔｄの計測データを、入力装置１０１から計算装置１０２に入力する。
【００８１】
次に、ステップＳ１０２−２において、計算装置１０２では、各休止時間ｔｉとＭｇＯの温度Ｔに対する計測データをもとに、アドレス放電遅れ時間毎の累積数を計算し、放電確率頻度Ｐ（ｔ）を算出する。
【００８２】
図１０に、放電確率頻度の最大値を１に規格化した放電確率頻度Ｐ（ｔ）２０１を示した。放電確率頻度Ｐ（ｔ）は、短時間側ではガウス関数型であるが、長時間側はテールを引いた非対称な形状である。この放電確率頻度Ｐ（ｔ）と式（１）を用いて、既放電確率Ｇ（ｔ）を算出する。図１０には、既放電確率Ｇ（ｔ）２０２を示した。既放電確率Ｇ（ｔ）は、下に凸から上に凸の形状を示し、長時間側で傾きはなだらかになっている。
【００８３】
【数４】
【００８４】
ステップＳ１０２−３において、形成遅れ時間ｔｆの揺らぎを取り除き、プライミング電子の電子放出時定数ｔｓexpを求めるために、
【００８５】
【数５】
【００８６】
を満たす長時間領域における既放電確率Ｇ（ｔ）とその時刻ｔを用いる。ここで、ｔｆaveは形成遅れ時間ｔｆの平均値、σtfは形成遅れ時間ｔｆの分散値である。形成遅れ時間の平均値ｔｆaveと形成遅れ時間の分散値σtfは、アドレス電圧印加時にプライミング電子が存在するような短い休止時間ｔｉの計測データに対して、そのアドレス放電遅れ時間の平均値と分散値から求めることができる。図１０に示すように、
【００８７】
【数６】
【００８８】
の長時間領域２０３を満たすｔa、ｔb、その既放電確率Ｇ（ｔa）とＧ（ｔb）、並びに、式（２）を用いて、プライミング電子の電子放出時定数ｔｓexpを算出する。
【００８９】
【数７】
【００９０】
例えば、ｔｉ＝０．１ｍｓ、Ｔ＝２５℃の短い休止時間に対するアドレス放電遅れ時間の計測データでは、アドレス放電遅れ時間の平均値ｔｆave＝０．５９μｓ、分散値σtf＝０．０９μｓである。そして、解析対象の計測条件ｔｉ＝５０ｍｓ、Ｔ＝２５℃における既放電確率Ｇ（ｔ）が６３．２％と９５％となる時刻ｔ63.2とｔ95は夫々に０．８４μｓと１．４５μｓである。式（２）を用いて得られたｔｓexp（ｔｉ＝５０ｍｓ、Ｔ＝２５℃）は０．３１μｓである。よって、
【００９１】
【数８】
【００９２】
は０．７１μｓになることから、
【００９３】
【数９】
【００９４】
の長時間領域の条件を満たすことが分かる。
【００９５】
同様にして、図１１には、ｔｉ＝１ｍｓ、１０ｍｓ、５０ｍｓとＴ＝−１０℃（２６３．１５Ｋ）、１０℃（２８３．１５Ｋ）、２５℃（２９８．１５Ｋ）、６０℃（３３３．１５Ｋ）の１２個の計測条件に対する計測データから求めたプライミング電子の電子放出時定数ｔｓexpをプロット３０１で示した。このようにして、休止時間ｔｉとＭｇＯの温度Ｔにおける電子放出時定数ｔｓexpを求めることができる。
【００９６】
次に、電子放出源の種類ｊのエネルギー状態密度Ｄｊ（Ｅ）を解析する方法を述べる。計算から求められるプライミング電子の電子放出時定数ｔｓthは、式（３）と（４）によりエネルギー状態密度Ｄｊ（Ｅ）と関係付けられる。
【００９７】
【数１０】
【００９８】
【数１１】
【００９９】
ここで、ｆｐｈは電子放出源のフォノン振動数、ｋＢはボルツマン定数である。また、Ｗｊ（Ｅ，ｔｉ，Ｔ）は、休止時間ｔｉとＭｇＯの温度Ｔの計測条件に対して、
【０１００】
【数１２】
【０１０１】
を中心に最大値e-1ｔｉ-1とエネルギー幅±数ｋＢＴを有するウインドウ関数である。計測条件として、休止時間ｔｉを一定、ＭｇＯの温度Ｔを変化させた計測では、ウインドウ関数は、最大値e-1ｔｉ-1を一定としてエネルギーＥｍ（ｔｉ，Ｔ）が推移する。一方、ＭｇＯの温度Ｔを一定、休止時間ｔｉを変化させた計測では、Ｅｍ（ｔｉ，Ｔ）が推移しながら、最大値e-1ｔｉ-1も変化する。
【０１０２】
図１２に、休止時間ｔｉ＝０．０１ｍｓ、０．１ｍｓ、１ｍｓ、１０ｍｓ、１００ｍｓ、１０００ｍｓとＭｇＯの温度Ｔ＝−１０℃（２６３．１５Ｋ）、０℃（２７３．１５Ｋ）、１０℃（２８３．１５Ｋ）、２５℃（２９８．１５Ｋ）、４０℃（３１３．１５Ｋ）、６０℃（３３３．１５Ｋ）におけるウインドウ関数が最大となるエネルギー
【０１０３】
【数１３】
【０１０４】
を示した。ここで、電子放出源のフォノン振動数ｆｐｈは３．１×１０１３Ｈｚとした。休止時間ｔｉ＝０．０１ｍｓとＭｇＯの温度Ｔ＝−１０℃では、ウインドウ関数が最大となるエネルギーは４４３ｍｅＶである。また、休止時間ｔｉ＝１０００ｍｓとＭｇＯの温度Ｔ＝６０℃では、ウインドウ関数が最大となるエネルギーは８９２ｍｅＶを表している。
【０１０５】
図１３に示すように、電子放出時定数ｔｓthの逆数は、未知なる電子放出源のエネルギー状態密度Ｄj（Ｅ）４０１と計測条件で決定するウインドウ関数Ｗｊ（Ｅ，ｔｉ，Ｔ）４０２のエネルギーに対する重なり積分を計算し、全電子放出源の種類ｊについて和を取ることに等しいことが分かる。
【０１０６】
本発明の実施の形態のＳｃを含むＭｇＯの電子放出源のエネルギー状態密度解析について以下に記す。
【０１０７】
図８に示したステップＳ１０２−４において、第１種の電子放出源のエネルギー状態密度Ｄ１（Ｅ）として、式（５）のガウス関数を設定した場合において、図１４に従って、実効数Ｎｅｅ,１、活性化エネルギーの平均値ΔＥａ，１、活性化エネルギーの分散値σＥ，１を求める。このとき、これらパラメータ値を探索するために入力する探索範囲と探索幅、及び、個数について述べる。
【０１０８】
【数１４】
【０１０９】
第１種の電子放出源のフォノン振動数ｆｐｈ,１を１．２６×１０１３Ｈｚとして、計測条件ｔｉ＝１ｍｓ、４ｍｓ、１０ｍｓ、１６ｍｓ、２６ｍｓ、５０ｍｓ、Ｔ＝−２０℃、−１０℃、０℃、１０℃、２０℃、４０℃、６０℃に対して、ウインドウ関数が最大となるエネルギーは５０７ｍｅＶ〜７８０ｍｅＶの範囲となる。ウインドウ関数のエネルギー幅の３ｋＢＴは約７５ｍｅＶなので、エネルギー領域は４３０ｍｅＶ〜８６０ｍｅＶとなる。そこで、活性化エネルギーの平均値ΔＥａ，jの探索範囲として、計測条件により決定するＥｍ（ｔｉ，Ｔ）の最小値−３ｋＢＴからＥｍ（ｔｉ，Ｔ）の最大値＋３ｋＢＴを包含する４００ｍｅＶ〜９００ｍｅＶとした。活性化エネルギーの平均値ΔＥａ，jと活性化エネルギーの分散値σＥ，jのエネルギーの探索幅を、Ｅｍ（ｔｉ，Ｔ）のエネルギー間隔の平均値以下の５ｍｅＶとした。
【０１１０】
次に、実効数Ｎｅｅ,１は、計測条件の時間オーダー幅が２桁程度なので、実効数の探索範囲はその時間オーダー幅である２桁として、１×１０ｎ個／セル〜１×１０ｎ＋２個／セル（ｎ＝０〜４）を離散化した２０１個とした。以上より、活性化エネルギーの平均値ΔＥａ，１に対する探索範囲は４００ｍｅＶ〜９００ｍｅＶを５ｍｅＶ幅で離散化した１０１個の探索点、活性化エネルギーの分散値σＥ，１に対する探索範囲は５〜１００ｍｅＶを５ｍｅＶ幅で離散化した２０個の探索点、実効数Ｎｅｅ,１に対する探索範囲は１×１０４個／セル〜１×１０６個／セルを離散化した２０１個の探索点から構成され、探索範囲と探索幅、及び、全ての組み合わせとして約４．１×１０５個のパラメータ値を入力する。
【０１１１】
ステップＳ１０２−５では、活性化エネルギーの平均値ΔＥａ，１、活性化エネルギーの分散値σＥ，１と実効数Ｎｅｅ,１の各パラメータ値を設定した式（５）を式（３）に代入し、電子放出源のエネルギー状態密度Ｄ１（Ｅ）とウインドウ関数Ｗ１（Ｅ，ｔｉ，Ｔ）のエネルギーに対する重なり積分を計算し、その逆数からｔ１,sth(ｔｉ，Ｔ)を求めることができる。
【０１１２】
ステップＳ１０２−６において、休止時間ｔｉとＭｇＯの温度Ｔの計測条件の総数Ｎ＝４２に対して、式（６）で表された計測データから求めたｔｓexp（ｔｉ，Ｔ）と計算から求めたｔ１,sth(ｔｉ，Ｔ)の平均二乗誤差ＲＭＳＤが最小となる活性化エネルギーの平均値ΔＥａ，１、活性化エネルギーの分散値σＥ，１、実効数Ｎｅｅ,１を求める。
【０１１３】
ΣＮ＝４２ {ｔｓexp（ｔｉ，Ｔ）-ｔ１,sth（ｔｉ，Ｔ）}２ （６）
このようにして、第１種の電子放出源のエネルギー状態密度Ｄ１（Ｅ）に対して、活性化エネルギーの平均値ΔＥａ，１、活性化エネルギーの分散値σＥ，１、実効数Ｎｅｅ,１を出力装置１０３から出力・表示する。
【０１１４】
次に、新しい電子放出源が存在すると考えられる場合は、図８に示したステップＳ１０２−７に従って、ステップＳ１０２−４に戻り、第２種の電子放出源のエネルギー状態密度Ｄ２（Ｅ）として、式（７）のガウス関数を設定した場合において、図１４に従って、実効数Ｎｅｅ,２、活性化エネルギーの平均値ΔＥａ，２、活性化エネルギーの分散値σＥ，２を求める。このとき、これらパラメータ値を探索するために入力すべき探索範囲と探索幅、及び、個数について述べる。
【０１１５】
【数１５】
【０１１６】
第２種の電子放出源のフォノン振動数ｆｐｈ,２を１．２×１０１３Ｈｚとして、計測条件ｔｉ＝１ｍｓ、４ｍｓ、１０ｍｓ、１６ｍｓ、２６ｍｓ、５０ｍｓ、Ｔ＝−２０℃、−１０℃、０℃、１０℃、２０℃、４０℃、６０℃に対して、第１種の電子放出源に対して述べたと同様に、活性化エネルギーの平均値ΔＥａ，２に対する探索範囲は４００ｍｅＶ〜９００ｍｅＶを５ｍｅＶ幅で離散化した１０１個の探索点、活性化エネルギーの分散値σＥ，２に対する探索範囲は５〜１００ｍｅＶを５ｍｅＶ幅で離散化した２０個の探索点、実効数Ｎｅｅ,２に対する探索範囲は１×１０ｎ個／セル〜１×１０ｎ＋２個／セル（ｎ＝０〜４）を離散化した２０１個の探索点から構成され、探索範囲と探索幅、及び、全ての組み合わせとして約４．１×１０５個のパラメータ値を入力する。
【０１１７】
ステップＳ１０２−５において、活性化エネルギーの平均値ΔＥａ，２、活性化エネルギーの分散値σＥ，２と実効数Ｎｅｅ,２の各パラメータ値を設定した式（７）を式（３）に代入し、電子放出源のエネルギー状態密度Ｄ２（Ｅ）とウインドウ関数Ｗ２（Ｅ，ｔｉ，Ｔ）のエネルギーに対する重なり積分を計算し、その逆数からｔ２,sth(ｔｉ，Ｔ)を求めることができる。
【０１１８】
ステップＳ１０２−６において、休止時間ｔｉとＭｇＯの温度Ｔの計測条件の総数Ｎ＝１８個に対して、式（８）で表された計測データから求めたｔｓexp（ｔｉ、Ｔ）と計算から求めたｔ１,sth(ｔｉ，Ｔ)とｔ２,sth(ｔｉ，Ｔ)の和に対する平均二乗誤差ＲＭＳＤが最小となる活性化エネルギーの平均値ΔＥａ，２、活性化エネルギーの分散値σＥ，２、実効数Ｎｅｅ,２を求める。
【０１１９】
ΣＮ＝１８ {ｔｓexp（ｔｉ，Ｔ）-ｔ１,sth（ｔｉ，Ｔ） -ｔ２,sth（ｔｉ，Ｔ）}２ （８）
このようにして、第１種と第２種の電子放出源のエネルギー状態密度Ｄ１（Ｅ）とＤ２（Ｅ）に対して、活性化エネルギーの平均値ΔＥａ，１、活性化エネルギーの分散値σＥ，１、実効数Ｎｅｅ,１、並びに、活性化エネルギーの平均値ΔＥａ，２、活性化エネルギーの分散値σＥ，２、実効数Ｎｅｅ,２を出力装置１０３から出力・表示する。
【０１２０】
ＭｇＯの温度ＴをＰＤＰの温度として、以上の実験方法と解析手法により得られた、本発明によるＳｃを含むＭｇＯからなる保護層のエネルギー状態密度Ｄ１（Ｅ）５０１とＤ２（Ｅ）５０２を図１５に示す。図１５の破線５０３は、ＰＤＰに要求される前記の動作保証温度範囲−２０℃から６０℃と休止期間ｔｉ＝１〜５０ｍｓにおけるウインドウ関数のエネルギー領域４３０〜８６０ｍｅＶである。つまり、このウインドウ関数のエネルギー領域にエネルギー状態密度が広く分布していることが望ましい。
【０１２１】
本発明の実施の形態のＳｃを含むＭｇＯは、ウインドウ関数のエネルギー領域に少なくとも２つの電子放出源が存在している。１つはウインドウ関数のエネルギー領域の中心付近である伝導帯底部から６６０ｍｅＶの深さを中心に分布しており、エネルギー状態密度が非常に大きい。もう一つはウインドウ関数のエネルギー領域の高エネルギー側の７８５ｍｅＶを中心に分布している。
【０１２２】
従って、ＭｇＯに対するＳｃ濃度を調製し、所定量以上のエネルギー状態密度とすれば、−２０℃から６０℃という広い温度範囲と休止期間ｔｉ＝５０ｍｓという３ＴＶフィールド以上黒表示を行ったとしても安定したアドレス放電を行うことができる。
【０１２３】
以上、不純物としてＳｃを挙げて説明したが、エネルギー状態密度の形状が電圧変動ΔＶＡＹが１以下となる条件と、アドレス放電遅れ時間が所望の駆動条件を満足する条件であれば、他の不純物材料でも可能となり、数種類の不純物の組み合わせでウインドウ関数のエネルギー領域にエネルギー状態密度を広く分布させることも可能となる。
【０１２４】
一方、ＭｇＯを主成分とする保護層の寿命、即ち、スパッタ耐性を維持させるため、不純物のドープ量は出来るだけ全体としては少なくした方が良い。そのため、ＭｇＯ膜中の不純物の組み合わせで必要なウインドウ関数のエネルギー領域にエネルギー状態密度が分布するように設計する必要がある。
【０１２５】
以下において、前記実施の基本形態に基づいた、各実施の形態を具体的に説明する。
【０１２６】
（実施の形態１）
本実施の形態では、最適な不純物の組み合わせにおけるエネルギー状態密度形状について説明する。
【０１２７】
ＰＤＰではコントラスト向上のためにリセット放電回数を減らして駆動する方法がとられている。本実施の形態では、一例として、リセット放電回数は３ＴＶフィールドあたり最少で一回である場合について、即ち、休止期間ｔｉの最大値である５０ｍｓでの−２０℃から６０℃の温度範囲におけるアドレス放電遅れ時間駆動条件を満足し、高温で動作させても電圧変動ΔＶＡＹにより黒ノイズが発生しない形態について説明する。
【０１２８】
図１６はエネルギー準位に対して３種類の不純物をドープした場合の状態密度分布を示す。図中のエネルギー状態密度Ｄ３（Ｅ）５０３とＤ４（Ｅ）５０４、Ｄ５（Ｅ）５０５は、水素（Ｈ）、スカンジウム（Ｓｃ）、珪素（Ｓｉ）を不純物としてドープした結果である。統計遅れ時間ｔｓはアドレス放電遅れ時間ｔｄを複数回計測結果より式（２）と、図１６のエネルギー状態密度Ｄ３（Ｅ）５０３とＤ４（Ｅ）５０４、Ｄ５（Ｅ）５０５を基にして、休止時間ｔｉと温度Ｔの計測条件より式（３）から得られる。なお、本実施の形態では、水素、スカンジウム、珪素を不純物としてドープしたが、同じようなエネルギー状態密度の形状をとる不純物であれば、他の不純物でも代用できる。
【０１２９】
図１７に、−２０℃から６０℃（２５３．１５Ｋから３３３．１５Ｋ）の管面温度Ｔでの統計遅れ時間ｔｓの温度依存性を示す。図１７において、統計遅れ時間ｔｓは、シングルスキャン方式を実現するために従来品のＭｇＯの統計遅れ時間ｔｓの１／３となる０．３５μｓ（３．０Ｅ−０７ｓ）以下になる必要がある。図１７でわかるように、休止期間ｔｉが１ｍｓから５０ｍｓにおいて統計遅れ時間が０．３５μｓ以下になっていることがわかる。また、統計遅れ時間の温度依存性が−２０℃から６０℃の範囲において良好であることがわかる。一方、高温で動作させたときにおいて、壁電荷の減少に伴う電圧変動ΔＶＡＹは、黒ノイズが発生しない、従来品と同等もしくはそれ以下になっていることがわかった。統計遅れ時間は、図１６で示す状態密度をエネルギー準位で積分した値（面積）を増加させるほど短くなるが、状態密度の積分値が増加するほど、電圧変動ΔＶＡＹが大きくなるため、出来るだけ少ない状態密度の積分値で、シングルスキャン方式を実現でき、温度特性を満足する統計遅れ時間になる必要があり、本実施の形態は状態密度の形状を最適化することにより実現している。
【０１３０】
以上から、本実施の形態では、保護層のウインドウ関数のエネルギー領域４００ｍｅＶ〜１０００ｍｅＶにおいて、１種類以上の電子放出源のエネルギー状態密度関数が分布することによって、広い温度範囲において、高精細なＰＤＰをシングルスキャン方式で駆動することができ、高温で動作させても電圧変動ΔＶＡＹにより黒ノイズが発生しないことが実現できた。特に、本実施の形態では３種類の電子放出源になりうる不純物ドープをＭｇＯを主成分とする保護層へ実施し、ウインドウ関数のエネルギー領域５００ｍｅＶ〜８５０ｍｅＶにおいて、電子放出源のエネルギー状態密度関数の形状がウインドウ関数のエネルギー領域において、状態密度が最大値の５０％以上の値をもって一定であることで、統計遅れ時間の温度特性が良好な保護層を実現できた。
【０１３１】
尚、本実施の形態では、一例としてリセット放電回数は３ＴＶフィールドあたり最少で一回（休止期間ｔｉが５０ｍｓ程度）である場合について説明したが、コントラスト向上できるブラックマトリックス技術等を導入することにより、休止期間ｔｉが短い条件で最適解を求めてもよい。その場合は、エネルギー状態密度の数は少なくて済み、より電圧変動ΔＶＡＹも少なく済む。不純物のドープ量が少なくて済むと、ＭｇＯを主成分とする保護層の結晶性（より硬い保護層となる）が良好となり、ＰＤＰの寿命を長くできる利点がある。
【０１３２】
（実施の形態２）
前記実施の形態１では連続的にエネルギー状態密度が分布した場合であるが、本実施の形態では離散的に分布した場合について説明する。
【０１３３】
図１８にはエネルギー準位に対して３種類の不純物をドープした場合の状態密度分布を示す。図中のエネルギー状態密度Ｄ６（Ｅ）５０６とＤ７（Ｅ）５０７、Ｄ８（Ｅ）５０８は、電子放出源のエネルギー状態密度関数の形状がウインドウ関数のエネルギー領域において、状態密度が最大値の１０％以上の値をもってピークを少なくとも２種類以上もって、離散的に分布している。
【０１３４】
図１９は、図１８の状態密度分布を持ったＭｇＯを主成分とする保護層において、−２０℃から６０℃（２５３．１５Ｋから３３３．１５Ｋ）の管面温度Ｔでの統計遅れ時間ｔｓの温度依存性を示す。図１９において、統計遅れ時間ｔｓは、シングルスキャン方式を実現するために従来品のＭｇＯの統計遅れ時間ｔｓの１／３となる０．３５μｓ（３．０Ｅ−０７ｓ）以下になる必要がある。図１９でわかるように、休止期間ｔｉが１ｍｓから５０ｍｓにおいて統計遅れ時間が０．３５μｓ以下になっていることがわかる。また、統計遅れ時間の温度依存性が−２０℃から６０℃の範囲において良好であることがわかる。一方、高温で動作させたときにおいて、壁電荷の減少に伴う電圧変動ΔＶＡＹは、黒ノイズが発生しない、従来品と同等もしくはそれ以下になっていることがわかった。
【０１３５】
前記実施の形態１の図１６では連続的に状態密度を分布させることにより、統計遅れ時間と電圧変動ΔＶＡＹの両方を満足させていたが、本実施の形態では、離散的に分布した場合でもウインドウ関数のエネルギー領域４００ｍｅＶ〜１０００ｍｅＶにおいて、１種類以上の電子放出源のエネルギー状態密度関数が分布することによって実現している。但し、統計遅れ時間の温度特性は図１９では、図１７と比較すると、休止時間が大きい方（５０ｍｓと２６ｍｓ）では変動が少しある。これはエネルギー状態密度関数が離散的に分布している影響である。
【０１３６】
（実施の形態３）
前記実施の形態１と２における前面板の構成と形成方法が異なるＰＤＰについて、図２０を用いて説明する。
【０１３７】
前面板１２は前面基板１上にアドレス電極（Ａ電極）１０と直交したストライプ状のサステイン電極（Ｘ電極）４とスキャン電極（Ｙ電極）５の対からなる表示電極６が複数形成される。表示電極６は透明電極４ａ、５ａとバス電極４ｂ、５ｂとで構成される。表示電極６上には誘電体層２が形成される。この誘電体層２の表面上には、第１の保護層１６と第２の保護層１７からなる保護層３が３００から１０００ｎｍの厚さで形成される。
【０１３８】
第１の保護層１６は水素、Ｓｃ、Ｓｉなどを含まないＭｇＯからなり、１５０ｎｍから８５０ｎｍの厚さに形成してある。なお、第１の保護層１６は不純物元素を含むＭｇＯやその他の金属酸化物で形成しても構わない。
【０１３９】
第２の保護層１７は水素、Ｓｃ、Ｓｉなどを含むＭｇＯからなり、第１の保護層１６上に５０ｎｍから１５０ｎｍ積層される。この第２の保護層１７は、ＭｇＯに対するＳｃ濃度が１０質量ｐｐｍ以上２４０ｐｐｍ以下である。
【０１４０】
次に、本実施の形態の保護層を形成する手法について図２１を用いて説明する。本実施の形態による保護層は、２つの蒸着室３１ａ、３１ｂを有する真空蒸着装置を用いて、電子ビーム蒸着により形成される。まず、表示電極と誘電体層が形成された前面板１２を、誘電体層が形成された面が蒸着源に対向する向きで所定のホルダーに装着し、準備室３２に水平に配置する。次に、仕切り扉３３を閉じて準備室３２を真空ポンプにより排気し、１×１０−３Ｐａ以下の真空状態にし、ヒーターにより前面板１２を約２５０℃まで加熱して表面に吸着された水分等を除去する。
【０１４１】
次に、準備室３２と第１の蒸着室３１ａの仕切り扉３４を開け、温度と真空状態を維持しながら前面板１２を第１の蒸着室３１ａに導入する。導入後、準備室３２と第１の蒸着室３１ａの仕切り扉３４を閉じる。第１の蒸着室３１ａのハース３０ａには、Ｓｃを含まないＭｇＯのペレット状の蒸着源が充填される。蒸着は、熱電子を蒸着源に照射して加熱、蒸発させて誘電体層上に第１の保護層１６が形成される。このとき、前面板１２はヒーターにより２００〜３００℃に加熱されている。また、第１の蒸着室３１ａには酸素ガスが約１×１０−２Ｐａの圧力となるように導入される。
【０１４２】
第１の保護層１６を形成後、第１の蒸着室３１ａと搬送室３５の仕切り扉３６を開け、搬送室３５に前面板１２を移動させた後に仕切り扉３６を閉め、搬送室３５と第２の蒸着室３１ｂの仕切り扉３７を開けて前面板１２を第２の蒸着室３１ｂに導入する。第２の蒸着室３１ｂは第１の蒸着室３１ａと基本的に同構造であるが、蒸着源のハース３０ｂには基本形態と同じくＳｃを含むＭｇＯからなるペレット状の蒸着源が充填され、第１の保護層１６と同様な条件で第１の保護層１６上に第２の保護層１７が形成される。
【０１４３】
第２の保護層１７を形成後、前面板１２を冷却室３８に導入し、第２の蒸着室３１ｂと冷却室３８の仕切り扉３９を閉め、前面板１２を室温付近まで冷却し、冷却室３８に不活性ガスを導入して真空状態から大気圧にする。冷却室３８が大気圧になったら前面板１２を搬出する。
【０１４４】
本実施の形態では、第１の保護層１６と第２の保護層１７を電子ビーム蒸着法により形成したが、イオンアシスト蒸着法、スパッタリング法、化学蒸着（ＣＶＤ）法等により形成しても構わない。
【０１４５】
統計遅れ時間ｔｓ及び電圧変動ΔＶＡＹは保護層３のプライミング電子の放出特性に関係する。本実施の形態では、水素、Ｓｃ、Ｓｉなどを含むＭｇＯからなる第２の保護層１７が選択的に放電空間に面して形成されており、所望のプライミング電子の放出特性を得ることができる。さらに、水素、Ｓｃ、Ｓｉなどが第２の保護層１７にしか含まれておらず、コストを低減することが可能となる。
【０１４６】
（実施の形態４）
前記実施の形態１から３における前面板の構成と形成方法が異なるＰＤＰについて、図２２を用いて説明する。
【０１４７】
前面板１２は前面基板１上にアドレス電極（Ａ電極）１０と直交したストライプ状のサステイン電極（Ｘ電極）４とスキャン電極（Ｙ電極）５の対からなる表示電極６が複数形成される。表示電極６は透明電極４ａ、５ａとバス電極４ｂ、５ｂとで構成される。表示電極６上には誘電体層２が形成される。この誘電体層２の表面上には、第１の保護層１６と第２の保護層１７からなる保護層３が形成される。
【０１４８】
第１の保護層１６はＭｇＯを主成分としており、基本形態と同様に誘電体層２上に３００ｎｍから１０００ｎｍの厚さで形成される。第２の保護層１７は、第１の保護層１６上にＳｃを含むＭｇＯの粒子を付着させることにより形成される。
【０１４９】
この第２の保護層１７の形成方法について説明する。第２の保護層１７は、水素、Ｓｃ、Ｓｉなどを含むＭｇＯの粒子を分散媒に分散させた懸濁液を第１の保護層１６の表面に散布し、その後、前記分散媒を蒸発させることにより形成される。
【０１５０】
最初に、ＭｇＯに対してＳｃ濃度が１０００ｐｐｍとなるように、ＭｇＯ粉末とＳｃ化合物の粉末を秤量して十分混合する。このＭｇＯ粉末は、不純物の濃度が多くても２００重量ｐｐｍ以下であることが望ましい。Ｓｃ化合物の粉末についても、高純度なものが望ましい。また、Ｓｃ化合物としては、酸化スカンジウム、炭酸スカンジウム、酢酸スカンジウム、硝酸スカンジウム、シュウ酸スカンジウム、ハロゲン化スカンジウム（ＳｃＸ３；Ｘ＝Ｆ，Ｃｌ，Ｂｒ）等を用いることができる。
【０１５１】
このＭｇＯとＳｃ化合物の混合粉末をアルミナ坩堝に入れ、１０００から１６００℃で焼成を大気雰囲気下で行う。焼成後に得られた焼成物をアルミナ坩堝から取り出し、ほぐすことによりＳｃを含むＭｇＯ粉末が得られる。
【０１５２】
なお、水素、Ｓｃ、Ｓｉなどを含むＭｇＯ粉末を本実施の形態のような固相法ではなく、溶液法、気相法を用いて作製しても構わない。
【０１５３】
水素、Ｓｃ、Ｓｉなどを含むＭｇＯ粒子は、水素、Ｓｃ、Ｓｉなどを含むＭｇＯ粉末を分散媒に入れて攪拌により分散させるか、超音波により分散させることによって得られる。分散させる分散媒の種類は、第１の保護層１６との反応性が低く、揮発性の高いエタノール、特に炭素数１〜５の低級アルコールが望ましい。
【０１５４】
この水素、Ｓｃ、Ｓｉなどを含むＭｇＯ粒子が分散した懸濁液をスプレー法、スクリーン印刷法、オフセット印刷法、ディスペンサ法、インクジェット法、ロールコート法、静電塗布法等により第１の保護層１６上へ散布することにより、第２の保護層１７が得られる。
【０１５５】
保護層３の形成には、一般に蒸着法が用いられている。しかし、蒸着源と保護層３とでは目的とする不純物元素の濃度が異なることがあり、濃度を制御することが困難である。本実施の形態では、水素、Ｓｃ、Ｓｉなどを含むＭｇＯからなる第２の保護層１７を蒸着法ではなく前面板に直接散布しており、水素、Ｓｃ、Ｓｉなどを含むＭｇＯ粒子のＳｃ濃度や第２の保護層１７による被覆率を制御することで、所望の効果を容易に得ることができる。
【０１５６】
また、本発明者らが検討した結果、水素、Ｓｃ、Ｓｉなどを含むＭｇＯを蒸着する場合、Ｓｃ濃度が蒸着源よりも保護層３の方が少なくなることがわかっている。本実施の形態では、保護層３中のＳｃ濃度を考慮して、高コストなＳｃを蒸着源に過剰に添加する必要がなく、コストを低減することが可能となる。
【０１５７】
（実施の形態５）
図２３に本実施の形態１から４のいずれかの保護層のＰＤＰを用いた画像表示装置の一例を示す。本実施の形態の保護層のＰＤＰを用いた画像表示装置１６０２は、プラズマディスプレイパネル１６００、駆動回路１６０１、映像源１６０３等から構成され、プラズマディスプレイパネル１６００へ駆動回路１６０１を経由して映像源１６０３から信号を送信することによって駆動することができる。
【０１５８】
以上、本発明者によってなされた発明を、実施の基本形態、実施の形態１から５に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の基本形態および形態１から５に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１５９】
本発明は、プラズマディスプレイ装置、特に、高精細なＡＣ面内放電型ＰＤＰに有効で、映像機器産業、宣伝機器産業、プラズマディスプレイ装置の製造業といった産業に幅広く利用されるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１６０】
【図１】本発明者らが検討したＡＣ面放電型ＰＤＰの要部を模式的に示す分解斜視図である。
【図２】図１の放電セルのｘ−ｚ平面の断面図である。
【図３】図１の放電セルのｙ−ｚ平面の断面図である。
【図４】図１のＰＤＰにおいて、階調表示方式であるＡＤＳにおける１フィールドとサブフィールドの構成を説明するための図である。
【図５】図４中のアドレス期間において、放電セルを選択してアドレス放電させる駆動方法を説明するための図である。
【図６】図１のＰＤＰを用いたプラズマディスプレイ装置の構成を示す説明図である。
【図７】本発明の前提として検討したアドレス放電遅れ時間の計測データに対する累積数、及び、既放電確率を用いた統計遅れ時間と形成遅れ時間の解析方法を示す図である。
【図８】本発明で用いた電子放出特性の解析システム及び解析方法において、その構成及び手順の一例を示すブロック図である。
【図９】本発明で用いた電子放出特性の解析システム及び解析方法において、その解析システムのハードウエア構成の一例を示すブロック図である。
【図１０】本発明で用いた電子放出特性の解析システム及び解析方法において、既放電確率を用いたプライミング電子の電子放出時定数解析の説明図である。
【図１１】本発明で用いた電子放出特性の解析システム及び解析方法において、本発明の前提として検討したアドレス放電遅れ時間の計測データから求めたプライミング電子の電子放出時定数を示すプロット図である。
【図１２】本発明で用いた電子放出特性の解析システム及び解析方法において、休止期間と温度に対するウインドウ関数が最大となるエネルギーを示す図である。
【図１３】本発明で用いた電子放出特性の解析システム及び解析方法において、電子放出源のエネルギー状態密度とウインドウ関数のエネルギー重なり積分の説明図である。
【図１４】本発明で用いた電子放出特性の解析システム及び解析方法において、活性化エネルギーの平均値、分散値と実効数の探索範囲と探索幅を示す図である。
【図１５】本発明で用いた電子放出特性の解析システム及び解析方法により得られたＳｃを含むＭｇＯ中の電子放出源のエネルギー状態密度を示す図である。
【図１６】本発明で用いた電子放出特性の解析システム及び解析方法により得られた水素、Ｓｃ、Ｓｉなどを含むＭｇＯを主成分とする保護層の電子放出源のエネルギー状態密度を示す図である。
【図１７】本発明の実施の形態１による保護層において、−２０℃から６０℃（２５３．１５Ｋから３３３．１５Ｋ）の管面温度での統計遅れ時間の温度依存性を示す図である。
【図１８】本発明の実施の形態２による保護層において、エネルギー準位に対して３種類の不純物をドープした場合の離散的な状態密度分布を示す図である。
【図１９】本発明の実施の形態２による保護層において、−２０℃から６０℃（２５３．１５Ｋから３３３．１５Ｋ）の管面温度での統計遅れ時間の温度依存性を示す図である。
【図２０】本発明の実施の形態３による保護層の断面構造を示す図である。
【図２１】本発明の実施の形態３による保護層を形成する蒸着装置の構成を示す図である。
【図２２】本発明の実施の形態４による保護層の断面構造を示す図である。
【図２３】本発明の実施の形態１から４のいずれかの保護層のＰＤＰを用いた画像表示装置を示す図である。
【符号の説明】
【０１６１】
１ 前面基板
２ 誘電体層
３ 保護層
４ サステイン電極（Ｘ）
４ａ 透明電極
４ｂ バス電極
５ スキャン電極（Ｙ）
５ａ 透明電極
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（Ａ）
１１ 背面基板
１２ 前面板
１３ 背面板
１４ 放電空間
１５ ＰＤＰ
１６ 第１の保護層
１７ 第２の保護層
２０ プラズマディスプレイ装置
２１ アドレス駆動回路
２２ スキャンパルス出力回路
２３ サステインパルス出力回路
２４ 駆動制御回路
２５ 信号処理回路
２６ 駆動電源
２７ 映像源
３０ａ、３０ｂ ハース
３１ａ、３１ｂ 蒸着室
３２ 準備室
３３、３４、３６、３７、３９ 仕切り扉
３５ 搬送室
３８ 冷却室
１０１ 入力装置
１０２ 計算装置
１０３ 出力装置
１６００ プラズマディスプレイパネル
１６０１ 駆動回路
１６０２ 画像表示装置
１６０３ 映像源
２２００ パーソナルコンピュータ
２２０１ ＣＰＵ装置
２２０２ 記憶装置
２２０４、２２０５ データ転送用結合バス
ＣＬ 放電セル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の基板が対向配置されて放電空間を形成し、一方の基板上には、表示放電を行う複数の電極と、前記複数の電極を覆う誘電体層と、前記複数の電極および前記誘電体層を保護するための保護層とが形成され、前記放電空間には放電ガスが充填されたプラズマディスプレイパネルであって、
前記保護層のウインドウ関数のエネルギー領域が４００ｍｅＶ〜１０００ｍｅＶの範囲内に、１種類以上の電子放出源のエネルギー状態密度関数が分布していることを特徴とするプラズマディスプレイパネル。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマディスプレイパネルにおいて、
前記保護層のウインドウ関数のエネルギー領域が５００ｍｅＶ〜８５０ｍｅＶの範囲内に、前記１種類以上の電子放出源のエネルギー状態密度関数が分布していることを特徴とするプラズマディスプレイパネル。
【請求項３】
請求項１または２に記載のプラズマディスプレイパネルにおいて、
前記電子放出源のエネルギー状態密度関数の形状が、前記保護層のウインドウ関数のエネルギー領域の範囲内において、状態密度が最大値の５０％以上の値をもって、複数の電子放出源のエネルギー状態密度関数が分布していることを特徴とするプラズマディスプレイパネル。
【請求項４】
請求項３に記載のプラズマディスプレイパネルにおいて、
前記電子放出源のエネルギー状態密度関数の形状が、前記保護層のウインドウ関数のエネルギー領域の範囲内において、状態密度が最大値の変動分が５０％以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。
【請求項５】
請求項１または２に記載のプラズマディスプレイパネルにおいて、
前記電子放出源のエネルギー状態密度関数の形状が、前記保護層のウインドウ関数のエネルギー領域の範囲内において、状態密度が最大値の１０％以上の値のピークを少なくとも２種類以上もって、離散的に分布していることを特徴とするプラズマディスプレイパネル。
【請求項６】
請求項１から５の何れか１項に記載のプラズマディスプレイパネルにおいて、
前記電子放出源を形成するための保護層は、ＭｇＯを主成分とし、前記ＭｇＯ以外の元素を１種類以上添加して形成されていることを特徴とするプラズマディスプレイパネル。
【請求項７】
請求項６に記載のプラズマディスプレイパネルにおいて、
前記電子放出源を形成するための保護層は、前記ＭｇＯ以外の水素、スカンジウム、珪素の元素をひとつ以上添加して形成されていることを特徴とするプラズマディスプレイパネル。
【請求項８】
請求項７に記載のプラズマディスプレイパネルにおいて、
前記電子放出源を形成するための保護層は、前記スカンジウムを５〜２００ｐｐｍ添加して形成されていることを特徴とするプラズマディスプレイパネル。
【請求項９】
請求項１から５の何れか１項に記載のプラズマディスプレイパネルにおいて、
前記電子放出源を形成するための保護層は、ＭｇＯ膜とそのＭｇＯ膜上にＭｇＯ単結晶体を分散させて塗布した２層構造で形成されていることを特徴とするプラズマディスプレイパネル。
【請求項１０】
請求項９に記載のプラズマディスプレイパネルにおいて、
前記ＭｇＯ単結晶体は、ＭｇＯ以外の元素を１種類以上添加して形成されていることを特徴とするプラズマディスプレイパネル。
【請求項１１】
請求項１０に記載のプラズマディスプレイパネルにおいて、
前記ＭｇＯ以外の元素を添加したＭｇＯ単結晶体を２種類以上分散塗布して形成されていることを特徴とするプラズマディスプレイパネル。
【請求項１２】
請求項１から１１の何れか１項に記載のプラズマディスプレイパネルを用いたことを特徴とする画像表示装置。
【請求項１】
一対の基板が対向配置されて放電空間を形成し、一方の基板上には、表示放電を行う複数の電極と、前記複数の電極を覆う誘電体層と、前記複数の電極および前記誘電体層を保護するための保護層とが形成され、前記放電空間には放電ガスが充填されたプラズマディスプレイパネルであって、
前記保護層のウインドウ関数のエネルギー領域が４００ｍｅＶ〜１０００ｍｅＶの範囲内に、１種類以上の電子放出源のエネルギー状態密度関数が分布していることを特徴とするプラズマディスプレイパネル。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマディスプレイパネルにおいて、
前記保護層のウインドウ関数のエネルギー領域が５００ｍｅＶ〜８５０ｍｅＶの範囲内に、前記１種類以上の電子放出源のエネルギー状態密度関数が分布していることを特徴とするプラズマディスプレイパネル。
【請求項３】
請求項１または２に記載のプラズマディスプレイパネルにおいて、
前記電子放出源のエネルギー状態密度関数の形状が、前記保護層のウインドウ関数のエネルギー領域の範囲内において、状態密度が最大値の５０％以上の値をもって、複数の電子放出源のエネルギー状態密度関数が分布していることを特徴とするプラズマディスプレイパネル。
【請求項４】
請求項３に記載のプラズマディスプレイパネルにおいて、
前記電子放出源のエネルギー状態密度関数の形状が、前記保護層のウインドウ関数のエネルギー領域の範囲内において、状態密度が最大値の変動分が５０％以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。
【請求項５】
請求項１または２に記載のプラズマディスプレイパネルにおいて、
前記電子放出源のエネルギー状態密度関数の形状が、前記保護層のウインドウ関数のエネルギー領域の範囲内において、状態密度が最大値の１０％以上の値のピークを少なくとも２種類以上もって、離散的に分布していることを特徴とするプラズマディスプレイパネル。
【請求項６】
請求項１から５の何れか１項に記載のプラズマディスプレイパネルにおいて、
前記電子放出源を形成するための保護層は、ＭｇＯを主成分とし、前記ＭｇＯ以外の元素を１種類以上添加して形成されていることを特徴とするプラズマディスプレイパネル。
【請求項７】
請求項６に記載のプラズマディスプレイパネルにおいて、
前記電子放出源を形成するための保護層は、前記ＭｇＯ以外の水素、スカンジウム、珪素の元素をひとつ以上添加して形成されていることを特徴とするプラズマディスプレイパネル。
【請求項８】
請求項７に記載のプラズマディスプレイパネルにおいて、
前記電子放出源を形成するための保護層は、前記スカンジウムを５〜２００ｐｐｍ添加して形成されていることを特徴とするプラズマディスプレイパネル。
【請求項９】
請求項１から５の何れか１項に記載のプラズマディスプレイパネルにおいて、
前記電子放出源を形成するための保護層は、ＭｇＯ膜とそのＭｇＯ膜上にＭｇＯ単結晶体を分散させて塗布した２層構造で形成されていることを特徴とするプラズマディスプレイパネル。
【請求項１０】
請求項９に記載のプラズマディスプレイパネルにおいて、
前記ＭｇＯ単結晶体は、ＭｇＯ以外の元素を１種類以上添加して形成されていることを特徴とするプラズマディスプレイパネル。
【請求項１１】
請求項１０に記載のプラズマディスプレイパネルにおいて、
前記ＭｇＯ以外の元素を添加したＭｇＯ単結晶体を２種類以上分散塗布して形成されていることを特徴とするプラズマディスプレイパネル。
【請求項１２】
請求項１から１１の何れか１項に記載のプラズマディスプレイパネルを用いたことを特徴とする画像表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【公開番号】特開２０１０−１４０７２９（Ｐ２０１０−１４０７２９Ａ）
【公開日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３１４９０６（Ｐ２００８−３１４９０６）
【出願日】平成２０年１２月１０日（２００８．１２．１０）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月１０日（２００８．１２．１０）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]