(57)【要約】【課題】本発明は、プラズマディスプレイ素子(ＰＤＰ)の前面板保護膜の成分及び製造方法に関するものであって、既存のＡＣ-ＰＤＰにおいて保護膜として使われた純粋ＭｇＯ材料、又は塗布されているＭｇＯ材料に代えて、ＭｇＯ-ＺｎＯ固溶体酸化物[(Ｍｇ1-ｘＺｎｘ)Ｏ]を保護膜蒸着源に利用して保護膜を形成したり、ＭｇＯ-ＺｎＯ固溶体酸化物[(Ｍｇ1-ｘＺｎｘ)Ｏ]単結晶粉末材料を保護膜として使用することを目的としている。【解決手段】本発明は、酸化マグネシウムＭｇＯを基地成分とし、ＺｎＯを合金元素として包含する(ＺｎｘＭｇ1-ｘ)Ｏ固体固溶体単一相酸化物からなり、ＺｎＯのモル分率ｘが０.０１乃至０.４の範囲を有している。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＺｎＯ酸化物のモル分率ｘが０．０１乃至０.４である(Ｍｇ1-ｘＺｎｘ)Ｏ単一相酸化物からなるＡＣ-ＰＤＰ用保護膜。
【請求項２】
前記ＺｎＯ酸化物のモル分率ｘが０.２乃至０.４であることを特徴とする請求項１に記載のＡＣ-ＰＤＰ用保護膜。
【請求項３】
第２の合金成分をさらに包含する(ＭｘＺｎｙＭｇ1-ｘ-ｙ)Ｏ単一相酸化物からなることを特徴とする請求項１に記載のＡＣ-ＰＤＰ用保護膜。
（式中、Ｍは、Ｂａ、Ｃａ、またはＳｒであり、ｘは、０．０１乃至０．１、ｙは、０．０１乃至０．４）
【請求項４】
(Ｍｇ1-ｘＺｎｘ)Ｏ単一相酸化物のバンドギャップエネルギーと電子親和度値の和が６.０７ｅＶ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のＡＣ-ＰＤＰ用保護膜。
【請求項５】
(Ｍｇ1-ｘＺｎｘ)Ｏ単一相酸化物のバンドギャップエネルギー値が３.１０ｅＶ以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のＡＣ-ＰＤＰ用保護膜。
【請求項６】
(ＺｎｘＭｇ1-ｘ)Ｏ単一相固溶体単結晶粉末を厚膜に形成することにより、又は(ＺｎｘＭｇ1-ｘ)Ｏ単一相固溶体多結晶蒸着源を真空蒸着させることにより製造することを特徴とするＡＣ-ＰＤＰ用保護膜の製造方法。
（式中、ｘはＺｎＯ酸化物のモル分率を示す。）
【請求項７】
前記固溶体単結晶粉末は、高純度ＭｇＯを原料として電融法を用いて製造される、又はＺｎ及びＭｇ金属を加熱して発生した金属蒸気を酸素雰囲気で酸化させて製造されることを特徴とする請求項６に記載のＡＣ-ＰＤＰ用保護膜の製造方法。
【請求項８】
前記厚膜は、スプレーコーティング、スピンコーティング、電気泳動コーティング、またはテーブルコーティングにより形成されることを特徴とする請求項６又は７に記載のＡＣ-ＰＤＰ用保護膜の製造方法。
【請求項９】
前記固溶体多結晶蒸着源は、ＭｇＯ粉末及びＺｎＯ粉末を混合し、仮焼し、焼結する過程を経て製造することを特徴とする請求項６に記載のＡＣ-ＰＤＰ用保護膜の製造方法。
【請求項１０】
前記焼結は、窒素、アルゴンのような不活性雰囲気でなされることを特徴とする請求項９に記載のＡＣ-ＰＤＰ用保護膜の製造方法。
【請求項１１】
前記真空蒸着は、電子ビーム蒸着、イオンプレーティング、スパッタリング、または化学蒸着により行われることを特徴とする請求項６、９又は１０に記載のＡＣ-ＰＤＰ用保護膜の製造方法。
【請求項１２】
請求項１に記載のＡＣ−ＰＤＰ用保護膜を有することを特徴とするＡＣ-プラズマディスプレイ素子。
【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素子(Ｐｌａｓｍａ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｐａｎｅｌ：ＰＤＰ)の前面板に使用される保護膜材料及びその製造方法に関するものであって、詳細にはＭｇＯとＺｎＯ酸化物間の固相固溶体(ｓｏｌｉｄ ｓｏｌｕｔｉｏｎ)である(Ｍｇ1-ｘＺｎｘ)Ｏ酸化物において、Ｚｎの含有量ｘが０．０１乃至０.４の範囲内にあり、バンドギャップ内にＦ-タイプ欠陥又は非化学当量による欠陥(ｎｏｎ-ｓｔｏｉｃｈｉｏｍｅｔｒｉｃ  ｄｅｆｅｃｔｓ)が制御された(Ｍｇ1-ｘＺｎｘ)Ｏ酸化物パレットを電子ビーム蒸着（ｅ-ｂｅａｍ  ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）、イオンプレーティング(ｉｏｎ-ｐｌａｔｉｎｇ)、スパッタリング(ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ)などの薄膜形成工程を介してＰＤＰ用保護膜を形成する方法を提供する。
【０００２】
また、ＭｇＯとＺｎＯ酸化物間の固相固溶体(ｓｏｌｉｄ  ｓｏｌｕｔｉｏｎ)である(Ｍｇ1-ｘＺｎｘ)Ｏ酸化物において、Ｚｎの含有量ｘが０．０１乃至０.４の範囲内にあり、バンドギャップ内にＦ-タイプ欠陥又は非化学当量による欠陥(ｎｏｎ-ｓｔｏｉｃｈｉｏｍｅｔｒｉｃ  ｄｅｆｅｃｔｓ)が制御された(Ｍｇ1-ｘＺｎｘ)Ｏ単結晶酸化物粉末をスプレーコーティング(ｓｐｒａｙ  ｃｏａｔｉｇｎ)、スピンコーティング(ｓｐｉｎ  ｃｏａｔｉｎｇ)、電気泳動コーティング(ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｔｉｃ  ｃｏａｔｉｎｇ)、テーブルコーティング(ｔａｂｌｅ  ｃｏａｔｉｎｇ)等の厚膜形成工程を介してＰＤＰ用保護膜を形成する方法を提供する。
【背景技術】
【０００３】
ＰＤＰは、平板型表示素子の一種であって、高画質、超薄型、軽量化が得られるので、４０インチ以上の大型表示装置として主に使われている。プラズマディスプレイ素子は、背面板に形成された多数の隔壁と多数のアドレス電極、前面板に形成された多数のサステイン電極が垂直に交差する地点にて画素が形成され、画像を具現することになる。
【０００４】
このようなＰＤＰの概略的な構造を図１に示す。ガラス又は金属基板を素材とした前面板８０上に透明誘電層９０がコーティングされており、アドレス電極５０が背面板８０又は背面誘電層９０上に形成されている。アドレス電極５０を挟んで長いストライプ(ｓｔｒｉｐｅ)形状の隔壁６０が存在し、前記隔壁６０間の空間上表面に蛍光体が塗布されており、サブ画素(ｓｕｂ  ｐｉｘｅｌ)を構成する。ガラスからなる前面板１０上には多数のサステイン電極４０及びスキャンが形成されており、その下部に上部誘電体２０とＭｇＯ保護層３０が存在する。したがって、これら前面板１０と背面板８０が結合すると、前記隔壁６０により仕切られた多数の画素空間が生じることになる。このような隔離空間上にはＮｅ/Ｘｅガス又はＮｅ/Ｈｅ/Ｘｅガスなどが封入されており、サステイン電極４０とアドレス電極５０に電圧が印加されると、前記空間上でグロー放電によりプラズマが形成し、サステイン電極４０とスキャン電極との間にサステイン電圧を印加すると、アドレス過程で壁電圧が形成された放電セルのサステイン電極４０間にグロー放電が発生し、この際に発生したプラズマから生成された真空紫外線(ｖａｃａｕｕｍ  ｕｌｔｒａ  ｖｉｏｌｅｔ)が隔壁側面及び隔壁間の下底面にコーティングされている蛍光体を励起させ、赤色、緑色及び青色の可視光線が発生することになる。
【０００５】
ＭｇＯ保護膜は、ＰＤＰのグロー放電が発生する間には２次電子放出(ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ)を発生させ、放電電圧を低下させる役割を果たし、放電終了後にはexo-電子(ｅｘｏ-ｅｌｅｃｔｒｏｎ)を放出し、放電遅延時間を改善する特性を持っており、ＰＤＰ開発初期から電子放出材料として用いられてきた。最近、ＰＤＰの消費電力を減少させるために放電ガスのＸｅ合量を増加させるための努力がなされている[G.Oversluizen,T.Dekker,M.F.Gillies,S.T.de Zwart,“High-Xe-content high-efficacy PDPs”,J.of the SID,12(1),pp51-55(2004)]。これら研究結果によると、放電ガス内のＸｅ含量を５０％まで増加させる場合、放電効率は、既存パネルに対比して３倍以上改善されると報告されている。しかしながら、このように放電ガス内のＸｅ含量を増加させると、放電電圧が急激に上昇するという問題点が発生する。これは、Ｘｅイオンにより２次電子の放出が発生し得ないためである。
【０００６】
ＡＣ-ＰＤＰグロー放電過程でＭｇＯ保護膜からの２次電子放出は、大部分がオージェ(Ａｕｇｅｒ)中和過程を介して発生するものと知られているが、この放出過程を模式的に示すと、図２のとおりである。ＭｇＯの表面にＰＤＰ放電により生成されたイオンが接近すると、ＭｇＯの酸素イオンの２Ｐ電子軌道にある電子がトンネリングによりイオンと中和反応を起こし、この際に放出されるエネルギーがバランス(ｖａｌｅｎｃｅ)バンド内に存在する電子に伝達され、外部へ放出されるのである。このような過程により、２次電子が放出されるためには、次の条件を満足しなければならない[H.Hagstrum,“Theory of Auger 
Neutralization of Ions at the Surface of a Diamond-Type Semiconductor”、Phys.Review,122(1),pp83-113(1961)].
【０００７】
（式１）
Εi−2(Εg＋Х) ＞ 0  
【０００８】
ここで、Εi は、ガスのイオン化エネルギーであり、Εgは、２次電子を放出する物質のバンドギャップエネルギーであり、Ｘは、２次電子を放出する物質の電子親和度(ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ａｆｆｉｎｉｔｙ)である。すなわち、電子を容易に放出するためにはガスイオンのイオン化エネルギーが大きいか、或いは２次電子を放出する材料のバンドギャップエネルギーと電子親和度が相対的に小さくなければならない。
【０００９】
材料のバンドギャップエネルギーを減少し、２次電子放出係数を増加させる方法は、米国特許公開公報（ＵＳ２００７／０２６２７１５Ａ１号公報）に開示されている。前記特許によれば、ＭｘＭｇ1-ｘＯの組成において、ｘの組成範囲が０.０１＜ｘ＜１.０であり、Ｍは、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｎ、Ｎａ、Ａｌから選ばれたもの、またはそれらの混合物であるものを提供している。そして、前記の組成が３.５ｅＶないし７ｅＶのバンドギャップエネルギーを有することを規定している。これら組成のうち、さらに望ましくは、Ｍ成分がＢｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒａ元素、またはそれらの混合物であることを提案している。このようなＭｘＭｇ1-ｘＯの組成物質の使用は、２次電子の放出係数を増加させて放電電圧を低下させるとともに、これにより電子加熱効率を向上でき、ＰＤＰの消費電力減少に貢献している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００７／０２６２７１５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
（ＭｘＭｇ1-ｘ)Ｏ物質が、ＰＤＰグロー放電から生成されたＸｅイオンとのオージェ(Ａｕｇｅｒ)中和反応を介して２次電子を材料の外部に放出するためには、バンドギャップエネルギーを一定値以下に減少させなければならず、電子放出に必要な多様な前提条件を満足しなければならない。
【００１２】
第一に、上述の式１)に、Ｘｅイオンのイオン化エネルギー(１２.１３ｅＶ)と(ＭｘＭｇ1-ｘ)Ｏ材料の仮想電子親和度値(〜０.８５ｅＶ)を代入すると、Ｘｅイオンがオージェ中和反応を通じて電子を放出できるバンドギャップエネルギーの上限値は５.２２ｅＶとなる。もし、仮想材料の電子親和度が、０ｅＶ又は負の値を持つ場合には、バンドギャップエネルギー上限値は６.０７ｅＶまで増加することになる。しかし、電子親和度が０.８５ｅＶ以上に増加すると、バンドギャップエネルギーの上限は、５.２２ｅＶ以下にしなければならない。また、電子親和度が、１.５ｅＶ材料では、Ｘｅイオンとのオージェ中和反応により電子を放出するためには４.５７ｅＶまで減少しなければならない。したがって、Ｘｅイオンとのオージェ中和反応による２次電子放出の有無は、(ＭｘＭｇ1-ｘ)Ｏ物質のバンドギャップエネルギーではなく、バンドギャップエネルギーと電子親和度値に基づいて定義すべきである。また、(ＭｘＭｇ1-ｘ)Ｏ保護膜材料は、可視光線に対する透過度が高い必要がある。この可視光線透過度は、バンドギャツプエネルギーにより左右されるが、バンドギャップエネルギーは、青色可視光線(波長：４００ｎｍ)が通過し得るような３.１ｅＶのエネルギーよりは高くなければならないという条件を満足する必要がある。
【００１３】
したがって、本発明では、Ｘｅイオンが(ＭｘＭｇ1-ｘ)Ｏ物質とのオージェ中和反応を通じて電子が放出されるための物質の物理的特性を正確に提供する。
【００１４】
第二に、ＡＣ-ＰＤＰの保護膜として用いられる(ＭｘＭｇ1-ｘ)Ｏ物質は、単一相のものが要求される。大部分のセラミック酸化物材料は、相互溶解度が小さいため、二つの酸化物を混合した場合、通常、単一相(ｓｉｎｇｌｅ  ｐｈａｓｅ)を形成するよりは、二つの互いに異なる結晶構造、物質特性を有した相を形成する。しかし、これら二つの相は、物理的性質が互いに相違しているので、２次電子の放出係数が違うのはもちろん、グロー放電ガス内のイオン又は準安定気体原子によりスパッタリングされる程度が異なる。このように、２相構造を持った保護膜は、ＡＣ-ＰＤＰのグロー放電が進められることにより、材料表面のスパッタリング(ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ)が非常に不均一に進められ、これにより材料の２次電子放出係数が時間に応じて変化することになる。このような２次電子放出係数の経時的変化は、放電電圧の変化を誘発させ、ディスプレイ素子に致命的な欠陥として作用することになる。したがって、本発明では、２次電子放出係数が高い単一相(ＭｘＭｇ1-ｘ)Ｏ物質の組成を提供する。
【００１５】
第三に、(ＭｘＭｇ1-ｘ)Ｏ材料内でオージェ中和反応により真空エネルギー準位に励起された電子は、材料の格子を形成するイオン又は原子等と弾性衝突を引き起こす過程を経て材料の表面まで移動した後、材料の外部へ放出される。このように励起された電子が材料表面から外部に放出され得る確率を、電子の脱出確率(ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｅｓｃａｐｅ  ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ)というが、この確率は、電子エネルギー、材料欠陥密度及び種類などにより左右される。電子エネルギーが低いほど(真空エネルギー準位よりそれほど大きくない場合)電子の脱出確率は低くなるのが一般的である。これは、電子が材料内を移動する過程で弾性衝突を経験することになるが、この過程でエネルギーが少しずつ減少していくからである。したがって、電子エネルギーが真空エネルギー準位に近い場合には、連続的な弾性衝突により電子エネルギーが真空エネルギー準位の下に低下し、これにより電子が材料の外部に放出されなくなり、電子の脱出確率が低下するのである。
【００１６】
また、材料内に欠陥が多いほど、電子の脱出確率は低下するのが一般的である。これは、励起された電子が移動中に、これら欠陥に捕獲(ｔｒａｐｐｉｎｇ)されることによって、材料外部に放出できなくなるためである。セラミック材料内の欠陥は、大部分、有効電荷(ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ  ｃｈａｒｇｅ)を有しているのが一般的である。したがって、これら欠陥と材料内に励起された電子は、これら欠陥、特に正の有効電荷を有する欠陥と静電気的人力による結合(ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ)を行うが、このように捕獲された電子は材料外に排出されなくなる。したがって、本発明では、励起された電子が、材料の外部に放出され得る確率である電子放出確率が高い(ＭｘＭｇ1-ｘ)Ｏ物質組成を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
前記目的等を達成するために、本発明の保護膜は、酸化マグネシウムＭｇＯを基地成分とし、ＺｎＯを合金元素として含有する(ＺｎｘＭｇ1-ｘ)Ｏ固体固溶体(ｓｏｌｉｄ  ｓｏｌｕｔｉｏｎ)単一相酸化物からなり、前記ＺｎＯのモル分率ｘが０.０１乃至０.４の範囲を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明による保護膜は、Ｘｅイオンとのオージェ中和反応により２次電子を放出することができるバンドギャップエネルギーと電子親和度を有し、欠陥濃度及び種類が制限された単一相の(Ｍｇ０.８Ｚｎ０.２)Ｏ固溶体酸化物を保護膜としているものの、これを備えたパネルは、放電電圧が画期的に減少し、放電特性が時間によって一定であり、発光効率が上昇する極めて優れた放電特性を有する。特に、本発明による保護膜は、放電ガス内にＸｅの含量を１０％ないし１００％まで増加させることができるので、消費電力が低く、作動電圧の低いＨＤ(ｈｉｇｈ  ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ)及びフルＨＤなどの高解像度ＰＤＰの製造に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】プラズマディスプレイ素子の構造を概略的に示した断面斜視図である。
【図２】オージェ(Ａｕｇｅｒ)中和過程を通じて行われる電子放出過程を概略的に示した工程図である。
【図３】ＭｇＯバンド構造と放電ガスに使用されるガスのイオン化エネルギー状態及び準安定状態のエネルギー準位を示す模式図である。
【図４】ＭｇＯ基地内にＺｎＯが固溶し添加されることによって生じるバンドギャップエネルギーの変化を示した模式図である。
【図５】ＭｇＯ-ＺｎＯ単一相固溶体酸化物パレットが多様な雰囲気で焼結された際に、材料内の欠陥をＨｅ-Ｃｄ  ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ  ｓｐｅｃｔｒａを用いて示した実験結果である。
【図６】(Ｍｇ０.８Ｚｎ０.２)Ｏ固溶体酸化物を保護膜として使用した場合、放電電圧に及ぼす影響に関する実験結果である。
【図７】(Ｍｇ０.８Ｚｎ０.２)Ｏ固溶体酸化物を保護膜として使用した場合、テストパネルの放電効率を純粋なＭｇＯ蒸着源を用いて製造されたパネルでＮｅ-１０％Ｘｅ放電ガスの条件で放電効率を比較して示した実験結果である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明で提供する保護膜材料及び製造方法を適用したプラズマディプレイ素子(ＰＤＰ)は、前面基板の表示領域上に形成の多数の電極がシングルスキャン駆動方式により駆動され、放電空間にキセノン(Ｘｅ)ガスを包含する放電ガスが封入されたＰＤＰにおいて、前記前面基板上に形成の多数のスキャン電極をコーティングしている前面誘電体層を覆っている保護膜と、前記前面基板に対向する背面基板、背面基板上に形成の多数のアドレス電極、アドレス電極を覆っている背面誘電体層、前記背面誘電体層上に形成の隔壁、前記背面誘電体層と隔壁表面に形成されている蛍光体層を有する背面基板を備える。
【００２１】
前記保護膜は、酸化マグネシウム(ＭｇＯ)を基地成分とし、ＺｎＯを合金元素として包含する(ＺｎｘＭｇ１-ｘ)Ｏ固体固溶体(ｓｏｌｉｄ ｓｏｌｕｔｉｏｎ)単一相酸化物からなり、前記ＺｎＯのモル分率ｘは、０.０１乃至０.４の範囲を有する保護膜組成を提供する。ＭｇＯに添加されたＺｎＯが単一相の固溶体を成す条件は、製造温度及び工程条件によって変化するが、与えられた条件等のうち単一相を成す最も大きいＺｎＯのモル分率を使用することが望ましい。ＺｎＯがＭｇＯに添加されることにより、固体固溶体のバンドギャップエネルギーは、図４に示したように漸次減少していくが、Ｘｅイオンとのオージェ中和反応により２次電子を放出するためにはＺｎＯの含量をできるだけ多く添加する必要がある。しかし、ＺｎＯの含量を過剰に添加し、ＺｎＯのモル分率が０.４以上となり、２相領域に進入すると、前述した保護膜の不均一性を誘発するので、避けなければならない。
【００２２】
本発明で提供する(ＺｎｘＭｇ１-ｘ)Ｏ固体固溶体単一相酸化物は、バンドギャップエネルギーと電子親和度(ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ａｆｆｉｎｉｔｙ)値の和が、Ｘｅイオンとのオージェ中和反応により２次電子を放出できる条件を満足しなければならない。上述した式１)によれば、バンドギャップエネルギーと電子親和度の和が６.０７ｅＶ以下にならなければならない。Ｘｅイオンとのオージェ反応により電子を放出することができるバンドギャップエネルギーの最大値は、電子親和度により決められるが、これを表に示すと、次の表１のとおりである。
【００２３】
Ｘｅイオンとのオージェ中和反応により２次電子を放出することができる最大バンドギャップエネルギー
【表１】
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【００２４】
前記表１により、電子を放出することができるバンドギャップエネルギーの上限は、電子親和度によって６.０７ｅＶから４.８７ｅＶの範囲まで変化することがわかる。これらバンドギャップより大きい場合には、Ｘｅイオンとのオージェ中和反応による２次電子を放出することができなくなる。したがって、本発明で提供する(ＺｎｘＭｇ１-ｘ)Ｏ固体固溶体単一相酸化物は、バンドギャップエネルギーと電子親和度値の和が６.０７ｅＶ以下のものを提供する。
【００２５】
バンドギャップエネルギーと電子親和度値との和が、６.０７ｅＶ以下にさらに減少するほど、２次電子放出係数が増加するので、これらを減少させることが望ましい。このような目的を達成するために、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＣａＯなどのアルカリ土類金属酸化物（第２の合金成分）を(ＺｎｘＭｇ１-ｘ)Ｏ固体固溶体に添加することも可能である。これら酸化物は、ＭｇＯより低いバンドギャップエネルギーを有しており、同じ結晶構造を有しており、原子価が同じであるので、ＭｇＯ内に相対的に高い溶解度を持つことになる。したがって、これら酸化物は、(ＺｎｘＭｇ１-ｘ)Ｏ酸化物内に固溶体を形成すると同時に、材料のバンドギャップエネルギーをさらに低める役割を奏することになる。これらＳｒＯ、ＢａＯ、ＣａＯなどのアルカリ土類金属酸化物は、モル分率で０．０１乃至０.１まで添加する。
【００２６】
一方、(ＺｎｘＭｇ１-ｘ)Ｏ固溶体には、多様な形態の欠陥が存在可能である。遷移元素のＺｎ原子は、製造される工程の酸素分圧によって、Ｚｎ１＋又はＺｎ２＋の原子価を持つことが可能であるが、Ｚｎ１＋は、Ｍｇ２＋イオンに比して相対的にマイナス電荷を帯びることになり、これによりｅｌｅｃｔｒｏｎのｄｏｎｏｒ又はｈｏｌｅ ｔｒａｐ欠陥に作用することが可能である。結局、このような欠陥の存在は、電子の脱出確率を急激に低下させることになる。したがって、(ＺｎｘＭｇ１-ｘ)Ｏ固溶体に存在するＺｎイオンは、Ｚｎ２＋の形態に存在することが２次電子放出係数の極大化に多いに貢献することになる。以下、本発明の望ましい実施例について説明する。
【実施例】
【００２７】
本発明で提供する保護膜は、(ＺｎｘＭｇ１-ｘ)Ｏ固溶体酸化物を用いて形成される。この保護膜は、(ＺｎｘＭｇ１-ｘ)Ｏ固溶体酸化物単結晶を利用して厚膜に製造されたり、ＭｇＯとＺｎＯ単結晶又は多結晶粉末を、又は、これらが混合された粉末を利用して(ＺｎｘＭｇ１-ｘ)Ｏ固溶体酸化物多結晶蒸着源を製造し、これを蒸発させて薄膜に製造することができる。前記(ＺｎｘＭｇ１-ｘ)Ｏ固溶体ＭｇＯ単結晶粉末は、高純度ＭｇＯを原料とし、電融(ａｒｃ ｆｕｓｉｏｎ)法を用いて製造することが可能であり、通常の不純物を含有することができる。また、これらＺｎ及びＭｇ金属を加熱して発生した金属蒸気を酸素雰囲気で酸化させ、固溶体単結晶粉末に製造することができ、この場合も通常の不純物を含有することができる。このような固溶体単結晶粉末は、スプレーコーティング(ｓｐｒａｙ ｃｏａｔｉｎｇ)、スピンコーティング(ｓｐｉｎ ｃｏａｔｉｎｇ)、電気泳動コーティング(ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｔｉｃ ｃｏａｔｉｎｇ)、テーブルコーティング(ｔａｂｌｅ ｃｏａｔｉｎｇ)などの厚膜形成工程を利用してＰＤＰ用保護膜を形成することができる。
【００２８】
また、前記ＭｇＯとＺｎＯ粉末を、又はこれらが混合した粉末を、仮焼、焼結工程を介して(ＺｎｘＭｇ１-ｘ)Ｏ固溶体酸化物多結晶蒸着源を製造し、これを蒸発させて保護膜用の薄膜を製造する工程としては、化学気相蒸着(ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ)、電子ビーム蒸着(ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｂｅａｍ ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ)、イオンプレーティング(ｉｏｎ−ｐｌａｔｉｎｇ)、スパッタリング(ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ)などの真空蒸着法を介して多数のサステイン電極が誘電層に覆われているＰＤＰ前面基板の誘電層表面に形成することが可能である。
【００２９】
図５は、実施例の一つとして、ＺｎＯ粉末とＭｇＯ粉末を混合した後、これらを多様な雰囲気内で仮焼、焼結した後、得られたパレット(ｐａｌｌｅｔ)状の蒸着源材料のｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ技法を用いて内部の欠陥を評価した結果である。そこで、ＭｇＯとＺｎＯパレットは大気雰囲気で焼結し、(Ｍｇ０.８Ｚｎ０.２)Ｏ固溶体酸化物の場合には、酸素、アルゴン、窒素の雰囲気でそれぞれ焼結し、材料内の欠陥状態をＨｅ-Ｃｄレーザー(波長：３２５ｎｍ)をソースとするｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ実験を実施して観察した。ＭｇＯパレットでは伝統的なＦ-タイプ欠陥により発生する２.５ｅＶ及び３.１ｅＶ付近でピークが観察された。これに比してＺｎＯパレットではバンドからバンドへ転移により発生する発光ピークの３.３ｅＶが観察された。(Ｍｇ０.８Ｚｎ０.２)Ｏ固溶体酸化物材料を酸素雰囲気で焼結する場合に１.９ｅＶ及び２.４５ｅＶ付近でピークが観察され、材料のバンドギャップ内で欠陥準位が形成されることを示している。これに比して窒素又はアルゴンガス雰囲気のような不活性雰囲気で焼結されたパレットの場合にはそのような欠陥による発光ピークが観察されなかった。即ち、焼結雰囲気によって材料内の欠陥密度及び種類が大きく変化することを表している。
【００３０】
図６は、窒素雰囲気で焼結された(Ｍｇ０.８Ｚｎ０.２)Ｏ固溶体酸化物パレット蒸着源を用いて、電子ビーム蒸着工程で形成された保護膜を用いて製造されたテストパネル(ｔｅｓｔ  ｐａｎｅｌ)の放電電圧を測定して示したものである。この際、比較のために純粋なＭｇＯパレットを用いて製作した保護膜を有するテストパネルの放電電圧を同時に表した。この際、放電ガスは、Ｎｅ-１０％Ｘｅ混合気体を使用しており、サステイニング(ｓｕｓｔａｉｎｉｎｇ)周期は３０ｋＨｚであった。この場合、(Ｍｇ０.８Ｚｎ０.２)Ｏ固溶体酸化物パレット蒸着を電子ビーム蒸着工程により蒸着するとき、蒸着チェンバー内に一定分圧の酸素を流し、これらの影響も観察した。図６に示すように、(Ｍｇ０.８Ｚｎ０.２)Ｏ固溶体酸化物保護膜の放電電圧が純粋なＭｇＯ保護膜に比し、低く表れることがわかり、酸素分圧が増加するにつれ(図面で数字が増加するにつれ)、放電電圧も減少していることがわかる。こうした放電電圧の減少は、(Ｍｇ０.８Ｚｎ０.２)Ｏ固溶体酸化物保護膜の２次電子放出係数が増加したからであり、ＭｇＯ内へのＺｎＯの添加が２次電子放出係数を増加させるのに効果的であることがわかる。しかし、この場合にも固溶体酸化物材料内の欠陥種類及び含量を調節することが２次電子放出係数に影響を及ぼしていることがわかる。
【００３１】
図７は、(Ｍｇ０.８Ｚｎ０.２)Ｏ固溶体酸化物を保護膜として採用したテストパネルの放電効率を純粋ＭｇＯを保護膜として有しているテストパネルの放電効率と比較して示したものである。図７に示したように、(Ｍｇ０.８Ｚｎ０.２)Ｏ固溶体酸化物を保護膜として採用したテストパネルの作動電圧が約５０Ｖ程度低くなり、放電効率が画期的に改善されていることがわかる。したがって、本発明による保護膜は、ＰＤＰパネルに適用すると、効率が画期的に上昇し、ＰＤＰ消費電力を減少させると共に、製造部品の原価コストを削減させることができる。
【００３２】
本発明は、また、このような保護膜が形成された前面板を使用して製造したプラズマディスプレイ素子(ＰＤＰ)に関する。保護膜の形成された前面板を用いてＰＤＰを製造する方法は、当業界に既に公知の技術であるので、これに対する詳しい説明は省略する。
【符号の説明】
【００３３】
１０  前面基板
２０  前面基板誘電体
３０  ＭｇＯ保護層
４０  サステイン電極
５０  アドレス電極
６０  隔壁
７０  蛍光体
８０  背面基板
９０  背面基板誘電層
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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