等离子体显示板和其制造方法及其保护层材料的制作方法

专利名称：等离子体显示板和其制造方法及其保护层材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于图像显示设备等的等离子体显示板(以下表示为PDP)和制造方法以及其保护层材料。
背景技术：
交流面放电型的PDP将形成由扫描电极以及维持电极构成的多个表示电极的前面基板，与该表示电极正交地形成多个地址电极的背面基板相对配置，以便在基板间形成放电空间，从而将周围封固，在放电空间内封闭氖气以及氙气等放电气体从而构成。表示电极被电介质层覆盖，电介质层上形成保护层。保护层一般使用氧化镁(MgO)那样的耐溅蚀性高的物质而形成，保护电介质层，避免放电而产生的离子冲击损害。而且，各表示电极形成一行，在表示电极和地址电极交叉的部分形成放电单元。
这样的PDP中，由具有亮度的加权的多个子场构成视频信号的一场(1/60秒)，各子场具有一边每次一行按顺序扫描一边在应该点亮的放电单元中产生写入放电并进行数据的写入的地址期间，和在地址期间在数据被写入的放电单元中产生对应于亮度的加权的次数的放电从而，使放电单元点亮的持续(sustain)期间。
在显示电视视频时，有必要在一场内使各子场的所用动作完成，所以在行数(扫描线数)伴随放电单元的高精细化而增加时，必须在更短的时间内进行各行的写入放电。即，在地址期间，为了产生写入放电，而必须将对扫描电极以及地址电极施加的脉冲的宽度变窄，从而进行高速驱动。但是，由于存在从脉冲的上升沿延迟某一时间而产生放电的所谓“放电延迟”，所以进行上述那样的高速驱动时，有时在脉冲被施加的区间放电完成的概率降低，并不能对本来应该点亮的放电单元进行数据写入，产生点亮不良而显示质量恶化。
作为产生上述的放电延迟的主要的原因，认为在放电开始时成为触发的初始电子难以从保护层被放出到放电空间中。因此，期待通过关于保护层进行探讨，可以改善显示质量。
作为这样从保护层放出电子的改善，通过使由MgO构成的保护层中包含硅元素(Si)，可以增加二次电子的放出量并提高显示质量，这在例如(日本)特开平10-334809号公报中被公开。
但是，在由MgO构成的保护层中包含Si时产生以下课题电子放出能力由于保护层的温度而变动大，所以放电延迟时间变动大，实际上图像显示质量因使用PDP时的环境温度而变化。

发明内容
本发明为了解决这样的课题而被完成，其目的在于缩短延迟时间从而实现对于施加电压而产生放电的优良的响应性，同时抑制该放电延迟时间对于温度的变化。
为了达成上述目的，本发明的PDP为形成电介质层，使其覆盖在基板上形成的扫描电极以及维持电极，并在电介质层上形成保护层的等离子体显示板，其特征在于该PDP包含碳元素(C)以及硅元素(Si)。
按照这样的结构，可以实现不受PDP的温度影响且放电延迟时间小、高速响应性优良，并实现高品质的图像显示的PDP。


图1是表示本发明的第一实施方式的PDP的一部分的立体图。
图2是表示使用该PDP的图像显示装置的一例的方框图。
图3是表示该PDP的驱动波形的时序图。
图4是表示本发明的第二实施方式中的PDP的活性化能量值的特性图。
具体实施例方式
以下，使用

本发明的实施方式。
(第一实施方式)图1是将本发明的第一实施方式中的交流面放电型的PDP的一部分切去而表示的立体图。将前面板1和背面板2相对配置从而在它们之间形成放电空间3，在放电空间3中封闭氖气以及氙气等组成的放电气体而构成该PDP。
前面板1如下构成。即，在为玻璃制的基板的前面基板4上形成多个由条状的扫描电极5和条状的维持电极6组成的表示电极7，在相邻的表示电极7之间形成遮光层8。而且，形成电介质层9以覆盖表示电极7以及遮光层8，在电介质层9上形成由包含碳元素(C)以及硅元素(Si)的氧化镁(MgO)构成的保护层10，使其覆盖该电介质层的表面。
而且，背面板2为如下的结构。即，在为玻璃制的基板的背面基板11上与扫描电极5以及维持电极6正交地形成多个条状的地址电极12，并形成电极保护层13使其覆盖地址电极12。然后，设置与地址电极12平行的隔壁14使其位于该电极保护层13上且在地址电极12之间，并在隔壁14之间形成荧光体层15。电极保护层13具有保护地址电极12并将荧光体层15产生的可视光反射到前面板1侧的作用。
各表示电极7构成一行，在表示电极7和地址电极12交叉的部分形成放电单元。在各放电单元的放电空间3内产生放电，通过使伴随着放电从荧光体层15产生的红、绿、蓝三色的可视光透过前面板1而进行显示。
图2是表示使用图1所示的PDP的图像显示装置的一例的方框图。如图2所示，PDP16的地址电极12上连接地址电极驱动部17，PDP16的扫描电极5上连接扫描电极驱动部18，PDP16的维持电极6上连接维持电极驱动部19。
图3是表示PDP的驱动波形的时序图。一般交流面放电型的PDP中使用通过将一场的视频分割为多个子场而进行灰度表现的方式。而且，在该方式中，为了控制各放电单元中的放电，而将一个子场由设置期间、地址期间、持续期间以及消除(erase)期间组成的四个期间构成。图3是表示一个子场中的驱动波形的时序图。
在图3中，在设置期间，为了容易地产生放电，而在PDP内的全部放电单元均匀蓄积表面电荷。在地址期间进行点亮的放电单元的写入放电。在持续期间，使在地址期间被写入的放电单元点亮并维持该点亮。在消除期间，通过消除表面电荷而停止放电单元的点亮。
在设置期间，通过对扫描电极5施加初始化脉冲，对扫描电极5施加比地址电极12以及维持电极6更高的电压，并在放电单元内产生放电。通过该放电而产生的电荷被蓄积在放电单元的表面，以便消除地址电极12、扫描电极5以及维持电极6间的电位差。其结果，负电荷作为表面电荷被蓄积在扫描电极5附近的保护层10表面，而且，在地址电极12附近的荧光体层15表面上以及维持电机6附近的保护层10表面上，作为表面电荷而蓄积正电荷。通过该表面电荷在扫描电极5-地址电极12之间、扫描电极5-维持电极6之间产生规定值的表面电位。
在地址期间，使放电单元点亮时，对扫描电极5施加扫描脉冲，对地址电极12施加数据脉冲，对扫描电极5施加比地址电极12以及维持电极6低的电压。即，通过在扫描电极5-地址电极12之间施加与表面电压同方向的电压，且在扫描电极5-维持电极6之间也施加与表面电荷同方向的电压，而产生写入放电。其结果，在荧光体层15表面和维持电极6附近的保护层10表面蓄积负电荷，在扫描电极5附近的保护层10表面作为表面电荷蓄积正电荷。由此，在维持电极6-扫描电极5之间产生规定值的表面电位。
在持续期间，首先通过对扫描电极5施加维持脉冲，对扫描电极5施加比维持电极6高的电压。即，在维持电极6-扫描电极5之间通过施加与表面电位同方向的电压而产生维持放电。其结果，可以使放电单元点亮。接着，通过施加维持脉冲以使维持电极6-扫描电极5之间的极性交互更替，可以间断地脉冲发光。
在消除期间，通过将宽度窄的消除脉冲施加给维持电极6而产生不完全的放电，因为清除了表面电荷，从而进行消除。
这里，在地址期间，在扫描电极5-地址电极12之间施加用于进行写入放电的电压，直到产生写入放电，成为放电延迟。按照该放电延迟，在施加用于在扫描电极5-地址电极12之间进行写入放电的电压的时间(地址时间)内在不引起写入放电时成为写入失误，不产生维持放电，成为显示的闪烁，并表现在图像中。而且，在进一步高精细化时，分配给各扫描电极的地址时间变短，产生写入失误的概率增高。
本发明的第一实施方式中的PDP在保护层10的构成材料中有特征。接着，关于该内容，说明使用真空蒸镀法形成保护层的情况。
用于形成如上述的保护层10时的真空蒸镀法的装置，一般由存储室、加热室、蒸镀室、冷却室构成，按该顺序运送基板，通过蒸镀形成由氧化镁(MgO)构成的保护膜。此时，在本发明的实施方式中，将成为蒸镀源的包含C以及Si的MgO的蒸镀材料，在氧环境中使用皮尔斯式电子束枪加热从而使其蒸发，通过使其在基板上堆积的成膜工序形成保护层10。这里，可以任意设定成膜工序中的电子束电流量、氧分压量、基板温度等。以下表示成膜的设定条件的一例。
达到真空度小于或等于5.0×10-4Pa蒸镀时基板温度大于或等于200℃蒸镀时压力3.0×10-2Pa～8.0×10-2Pa
这里，作为保护层材料，准备将MgO的烧结体和Si的粉末以及C的粉末混合的材料。此时，准备分别使添加的Si的粉末以及C的粉末的浓度变化的多种的蒸镀材料。而且，制作分别使用该多种的蒸镀材料而蒸镀保护层10的多种的基板，使用这些基板分别制作PDP。
而且，通过以二次离子质量分析法(SIMS)分析各PDP的保护层10，求保护层10中包含的C以及Si的浓度。此时，通过作为标准试料而使用通过离子注入而注入Si或者C的MgO膜，将通过SIMS分析而得到的保护层10中包含的C以及Si的浓度换算为每单位体积的原子数。
而且在环境温度为-5℃～80℃的环境下，计测各PDP的放电延迟时间，根据该计测结果制作对于温度的放电延迟时间的阿雷尼厄斯曲线(Arrheniusplot)，从而根据该近似的直线求对于保护层10中的Si浓度、C浓度的放电延迟时间的活性化能量。
这里所说的放电延迟时间是指在地址期间中从在扫描电极5-地址电极12之间施加电压开始到引起放电(写入放电)的时间。在各PDP中一边产生写入放电一边观察，将写入放电的发光的强度显示峰值的时间设为引起放电的时间，通过对100次该写入放电的发光求平均来计测放电延迟时间。
而且，活性化能量为表示对于温度的特性(本实施方式中为放电延迟时间)的变化的数值，活性化能量的值越低，特性对于温度越不变化。
作为如以上那样得到的结果，在表1中表示对于保护层10中包含的Si浓度、C浓度的活性化能量的值。
表1

这里，现有例子为具有使用仅在MgO烧结体中添加300重量ppm的Si的蒸镀材料从而蒸镀的保护层10的PDP。用SIMS分析该现有例子的PDP的保护层10，保护层中Si的原子数大约包含1×1020个/cm3。在表1中，将该现有例子的PDP中的放电延迟时间的活性化能量的值设为1，将个PDP中的放电延迟时间的活性化能量用相对值表示。另外，使用MgO的烧结体中仅添加Si的蒸镀材料时的活性化能量的值与Si的添加浓度无关，大致为一定的值。
在表1中，在Si浓度为7×1021个/cm3以及1.2×1022个/cm3的PDP中放电延迟时间增加，或者放电所必需的电压值异常增高，以现有的设定电压值无法进行图像显示。因此，保护层10中的Si浓度为5×1018个/cm3～2×1021个/cm3的范围较理想。而且，可知有如果保护层10中的C浓度变大则活性化能量的值减小的倾向。可知Si浓度小时，即使C浓度小活性化能量也变得相当小，但为了在Si浓度大时将活性化能量相当降低，而有必要将C浓度提高某一程度。这样，为了相当地降低活性化能量，如果保护层10中的Si浓度大则对应于此，将C浓度较大提高较为理想。特别地，可知如表1中带有下划线的数据所示，C浓度/Si浓度≥1的范围，即保护层10中的C的原子数大于或等于Si的原子数时，活性化能量变得相当小。
从而，通过使PDP的保护层10中包含Si以及C，可以缩短放电延迟时间，同时可以抑制放电延迟时间对于温度的变化。按照以上结果，理想的浓度范围是Si浓度为5×1018个/cm3～2×1021个/cm3，C浓度为1×1018个/cm3～2×1021个/cm3。而且，在具有满足C浓度/Si浓度≥1的条件的保护层10的PDP中，可以相当降低活性化能量，并可以有效地抑制放电延迟时间对于温度的变化。
而且，认识到在从保护层10的最表面到膜厚方向上200nm的深度间的一部分如果存在上述浓度范围的位置，则可以得到上述的效果。
为了制作上述所示的具有Si、C的浓度范围的保护层10而有必要在蒸镀材料中分别添加Si、C的粉末，但这是Si单体、C单体的粉末也可以，或者各自的化合物也可以。作为化合物的例子，例如，可以举出Sio2、Al4C3、B4C。而且，对成为蒸镀源的蒸镀材料的添加量根据蒸镀条件而不同，所以有必要在成膜后通过使用SIMS进行分析而确认。表2中表示对于本发明的实施方式中使用的蒸镀源的Si的添加浓度和保护层10中的Si原子数，表3中表示对于本实施方式中使用的蒸镀源的C的添加浓度和保护层10中的C原子数。
表2

表3

如表2所示，在本实施方式中，通过将对蒸镀源添加的浓度，在为Si粉末时设为7重量ppm～8000重量ppm，在为SiO2粉末时设为14重量ppm～17200重量ppm，可以将保护层中的Si浓度设为大致5.0×1018个/cm3～2.0×1021个/cm3。而且，如表3所示，通过将对蒸镀源添加的浓度，在为C粉末时设为5重量ppm～1500重量ppm，在为Al4C3粉末时设为19重量ppm～6000重量ppm，在为B4C粉末时设为22重量ppm～7000重量ppm，可以将保护层10中C浓度大致设为1×1018个/cm3～2.0×1021个/cm3。这里，在将SiO2粉末添加14重量ppm～17200重量ppm的蒸镀源中包含大致7重量ppm～8000重量ppm的Si。而且，在添加19重量ppm～6000重量ppm的Al4C3粉末的蒸镀源中大致包含5重量ppm～1500重量ppm的C，在添加22重量ppm～7000重量ppm的B4C粉末的蒸镀源中，大致包含5重量ppm～1500重量ppm的C。
(第二实施方式)作为蒸镀源的蒸镀材料的制作方法，有在MgO的结晶体或者烧结体中混合上述粉末的方法，或在成为溶剂的MgO粉末中混合了表2或者表3中记载的粉末后作为烧结体的方法。
在第一实施方式中，说明了在蒸镀源中分别添加Si、C的粉末的情况，但也可以使用添加了碳化硅元素(SiC)的蒸镀源。添加SiC时，不能如第一实施方式那样独立控制保护层10中的Si浓度以及C浓度，但可以得到包含Si以及C的保护层。
这里，在本实施方式中，作为保护层材料，使用混合了MgO的烧结体和SiC的粉末的蒸镀源形成保护层10，并制作具有该保护层10的PDP。而且，如第一实施方式同样求各PDP的放电延迟时间的活性化能量。在图4中表示该结果。在图4中，也与第一实施方式相同，将在MgO中仅添加300重量ppm的情况作为现有例，将该活性化能量的值作为1表示。
如图4所示，如果将对蒸镀源的SiC的添加浓度设为大于或等于40重量ppm，则活性化能量的值比仅添加Si的现有例降低。但是，添加浓度在15000重量ppm以上，放电延迟时间增加，或者放电所必需的电压值异常增高，无法以现有的设定电压值进行图像显示。即，具有使用将SiC的浓度设为40重量ppm～12000重量ppm的MgO蒸镀源而形成的保护层PDP中，可以进行图像显示并不变更现有的设定电压值，并可以得到优良的电子放出能力，并抑制对于放电延迟时间的温度的依存性。另外，使用将SiC的浓度设为40重量ppm～12000重量ppm的MgO蒸镀源而形成的保护层10中，Si浓度大致为5.0×1018个/cm3～2.0×1021个/cm3，C浓度大致为1×1018个/cm3～1.0×1021个/cm3。
从以上的说明可知，通过使PDP的保护层10中包含Si以及C，可以缩短放电延迟时间，同时可以控制放电延迟时间对于温度的依赖性。而且，在由MgO构成的保护层10中包含的Si的原子数为5×1018个/cm3～2.0×1021个/cm3，C原子数为1×1018个/cm3～2.0×1021个/cm3的PDP中，可以进行图像显示并不变更现有的设定电压值，并可以抑制放电延迟时间对于温度的依赖性。而且，在具有C原子数大于或等于Si的原子数的保护层10的PDP中，可以减小活性化能量从而有效地抑制放电延迟时间对于温度的依赖性。
考虑这些现象不明确，是因为通过不仅对MgO添加Si还添加Si以及C，可以排除增强温度特性的原因。而且，本发明的实施方式的保护层在价电子带和传导带之间形成杂质能级，具有优良的电子放出能力，从而放电延迟时间缩短且对于电压施加的放电产生的响应性优良。因此，可以显示不能视觉识别闪烁的良好的图像。
另外，在上述的保护层的制造方法中说明了蒸镀法，但不限于该蒸镀法，也可以使用飞溅法或离子镀法等，在该情况下，也进行目标材料以及原材料的成分控制，也可以使用上述材料成膜。
而且，不是使用预先进行了成分控制的保护层材料的方法，也可以在保护层的成膜中添加元素。例如，通过蒸镀法对保护层进行成膜时，作为环境气体，也可以使用包含Si、C的气体。
进而，将保护层成膜从而形成后，也可以对该保护层添加C元素以及Si元素，作为其方法，可举出离子注入法。该情况下，首先对高纯度的MgO进行成膜，之后，进行C元素以及Si元素的离子注入。通过使用离子注入法，可以可靠地形成包含浓度规定的C元素以及Si元素的保护层。以下表示进行离子注入时的设定条件的一例。
剂(dose)量1011/cm2～1016/cm2加速电压10keV～150keV而且，考虑作为在保护层的成膜后添加元素的其它的方法，采用在包含C、Si的气体环境中的等离子体掺杂(dope)的方法，或在对高纯度的MgO成膜后对Si、C成膜，并进行热扩散的方法。
如以上那样，按照本发明，具有放电延迟时间短且对于电压施加的放电产生的优良的响应性，同时可以抑制其放电延迟时间对于温度的变化，对于得到可以显示良好的图像的等离子体显示板有用。
权利要求
1.一种等离子体显示板，其特征在于形成电介质层，以覆盖在基板上形成的扫描电极以及维持电极，并在所述电介质层上形成保护层，所述保护层包含碳元素以及硅元素。
2.如权利要求1所述的等离子体显示板，其特征在于保护层是包含原子数为5×1018个/cm3～2×1021个/cm3的硅元素，和原子数为1×1018个/cm3～2×1021个/cm3的碳元素的氧化镁。
3.如权利要求2所述的等离子体显示板，其特征在于碳元素的原子个数比硅元素的原子多。
4.一种等离子体显示板的制造方法，其特征在于该等离子体显示板形成电介质层使其覆盖在基板上形成的扫描电极以及维持电极，在所述电介质层上形成保护层，该制造方法形成所述保护层的工序为使用包含碳元素以及硅元素的保护层材料的成膜工序。
5.如权利要求4所述的等离子体显示板的制造方法，其特征在于保护层材料为包含碳元素以及硅元素的氧化镁，所述碳元素的浓度范围为5重量ppm～1500重量ppm，所述硅元素的浓度范围为7重量ppm～8000重量ppm。
6.如权利要求4所述的等离子体显示板的制造方法，其特征在于保护层材料为包含碳化硅的氧化镁，所述碳化硅的浓度范围为40重量ppm～12000重量ppm。
7.一种等离子体显示板的制造方法，其特征在于该等离子体显示板形成电介质层使其覆盖在基板上形成的扫描电极以及维持电极，在所述电介质层上形成保护层，该制造方法在所述电介质层上形成保护层后，在所述保护层中添加碳元素以及硅元素。
8.一种等离子体显示板的保护层材料，其特征在于该等离子体显示板形成电介质层使其覆盖在基板上形成的扫描电极以及维持电极，在所述电介质层上形成保护层，所述保护层材料包含碳元素以及硅元素。
9.如权利要求8所述的等离子体显示板的保护层材料，其特征在于保护层材料为包含碳元素以及硅元素的氧化镁，所述碳元素的浓度范围为5重量ppm～1500重量ppm，所述硅元素的浓度范围为7重量ppm～8000重量ppm。
10.如权利要求8所述的等离子体显示板的保护层材料，其特征在于保护层材料为包含碳化硅元素的氧化镁，所述碳化硅元素的浓度范围为40重量ppm～12000重量ppm。
全文摘要
一种放电延迟时间短且具有对于电压施加的放电产生的优良的响应性，同时抑制了其放电延迟时间对于温度的变化的等离子体显示板。是形成电介质层(9)使其覆盖在前面基板(4)上形成的扫描电极(5)以及维持电极(6)，并在该电介质层(9)上形成保护层(10)的等离子体显示板，保护层(10)包含碳元素以及硅元素。而且，保护层(10)是包含原子数为5×10
文档编号H01J11/02GK1698169SQ20048000034
公开日2005年11月16日 申请日期2004年3月3日 优先权日2003年3月3日
发明者长谷川和之, 大江良尚, 加道博行, 沟上要, 中上裕一 申请人:松下电器产业株式会社