(57)【要約】【課題】プラズマディスプレイパネルの長所を生かしつつ、消費電力の一層の低減を実現することができるフラットパネルディスプレイを提供する。【解決手段】プラズマディスプレイパネルは、構成単位であるセル１０がマトリクス状に配列される。セル１０は、下部電極１８、トンネル絶縁層２２および上部電極３２を積層した構造を有する電子源１２と、前面板３６および陽極３８を積層した構造を有し、陽極３８を電子源１２の上部電極３２に向けて、電子源１２に対向して配置される陽極部３４と、励起エネルギが付与されることにより紫外線を放射することが可能なガスが、電子源１２と陽極部３４との間に配置される隔壁４４によって封入されて形成されるガス封入部４２とを備え、ガス封入部４２を画成する隔壁４４および陽極３８の内面に蛍光体層４０ａ、４０ｂが形成された構造を有する。【選択図】      図１
2004200057.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部電極、トンネル絶縁層および該下部電極に対して正電圧になる上部電極を積層した構造を有する電子源と、
透明基板および該透明基板に該上部電極に対して正電圧になる透明陽極電極を積層した構造を有し、該透明陽極電極を該電子源の該上部電極に向けて、該電子源に対向して配置される陽極部と、
励起エネルギが付与されることにより紫外線を放射することが可能なガスが、該電子源と該陽極部との間に配置される隔壁によって封入されて形成されるガス封入部とを備え、
該ガス封入部を画成する該隔壁および該透明陽極電極のいずれか一方または双方の内面に蛍光体層が形成されてなることを特徴とするフラットパネルディスプレイ。
【請求項２】
前記上部電極と前記透明陽極電極との間の距離（ｄ：単位ｃｍ）、該上部電極と該透明陽極電極との間に印加する電圧（Ｖ：単位Ｖ）および前記ガスの封入圧力（Ｐ：単位ｋＰａ）が下式の関係を満たすように設定されていることを特徴とする請求項１記載のフラットパネルディスプレイ。
（式）１５≦Ｖ×ｄ−１×Ｐ−１≦１９０
【請求項３】
前記ガスの封入圧力が４０〜８０ｋＰａの範囲内にあることを特徴とする請求項２記載のフラットパネルディスプレイ。
【請求項４】
前記ガスがキセノンガスであることを特徴とする請求項１記載のフラットパネルディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フラットパネルディスプレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】
市販されているカラーフラットパネルディスプレイとして、プラズマディスプレイパネル（以下、ＰＤＰと表記する。）がある。
【０００３】
ＰＤＰは、放電により、ガスの粒子（原子、分子）を励起し、その光学的遷移によって生じうる紫外線で蛍光体を励起し、可視光を得る表示装置である。
【０００４】
ＰＤＰは、自発光であるため高視野角が得られ、また、高速度応答性を有し、さらに、大画面の作製が比較的容易である等の長所がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＰＤＰをより実用的なものにするためには、現行以上のさらなる低消費電力化が求められている。
【０００６】
すなわち、ＰＤＰでは、パネルと同程度の電力が駆動回路においても消費されている。そして、駆動回路では、放電を発生するために高い電圧をパルス制御する必要があるため、消費電力の増加の問題とともに、駆動回路の制作コストが高くなるという問題もある。
【０００７】
また、パネルについては、投入された電力の４％程度しか紫外線の放射に寄与していないという報告もある（和邇浩一：「プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）の省電力化」  映情学誌、５３、Ｎｏ．８．１０６７（１９９９））。残り９６％の電力は、放電を開始し、維持する過程において、プラズマを構成するイオン等の粒子の生成やそれらの運動エネルギに変換された後、熱として失われていく。
【０００８】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、前記したプラズマディスプレイパネルの長所を生かしつつ、消費電力の一層の低減を実現することができるフラットパネルディスプレイを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係るフラットパネルディスプレイは、下部電極、トンネル絶縁層および該下部電極に対して正電圧になる上部電極を積層した構造を有する電子源（陰極部）と、透明基板および該透明基板に該上部電極に対して正電圧になる透明陽極電極を積層した構造を有し、該透明陽極電極を該電子源の該上部電極に向けて、該電子源に対向して配置される陽極部と、励起エネルギが付与されることにより紫外線を放射することが可能なガスが、該電子源と該陽極部との間に配置される隔壁によって封入されて形成されるガス封入部とを備え、該ガス封入部を画成する該隔壁および該透明陽極電極のいずれか一方または双方の内面に蛍光体層が形成されてなることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係るフラットパネルディスプレイは、電子源に印加された電圧による電界効果によって放出される電子が、ガスの粒子を励起して紫外線を生成し、生成される紫外線が蛍光体を励起することで可視光を得る。
【００１１】
これにより、投入した電力の紫外線放射への寄与率が増加するため、所定の発光を得るための消費電力を低減することができる。また、低い駆動電圧で駆動することができるため、駆動回路の消費電力の低減およびコストの低減を図ることができる。
【００１２】
この場合、前記上部電極と前記透明陽極電極との間の距離（ｄ：単位ｃｍ）、該上部電極と該透明陽極電極との間に印加する電圧（Ｖ：単位Ｖ）および前記ガスの封入圧力（Ｐ：単位ｋＰａ）が下式の関係を満たすように設定されていると、
（式）１５≦Ｖ×ｄ−１×Ｐ−１≦１９０
消費電力をさらに低減することができる。
【００１３】
また、この場合、前記ガスの封入圧力が４０〜８０ｋＰａの範囲内にあると、好適である。
【００１４】
また、この場合、前記ガスがキセノンガスであると、好適である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明に係るフラットパネルディスプレイの好適な実施の形態（以下、本実施の形態例という。）について、図を参照して、以下に説明する。
【００１６】
前記のように、ＰＤＰでは、パネルに投入した電力が紫外線放射に寄与する効率は低く、投入した電力の大半が熱として失われていく。
【００１７】
しかしながら、放電においては、陽光柱と呼ばれる非常に効率の大きい部分が生じることも知られている。例えば、Ｘｅガスにおける陽光柱の場合、紫外線放射に費やされるエネルギの割合を見積もった計算では、陽光柱内のＥ／Ｐ（電子の運動エネルギの表現方法の一種であり、Ｅは電界、Ｐはガス圧力を示す。）を３８〜１１０Ｖ・ｃｍ−１・ｋＰａ−１（５〜１５Ｖ・ｃｍ−１・Ｔｏｒｒ−１）にすると、入力エネルギの９０％以上が紫外線放射に利用されるという報告もある（岡本幸雄「直流ガス放電形カラーディスプレイにおける発光効率の向上」電学プラズマ研資ＥＰ８１−２２、１６（１９８１））。
【００１８】
このため、陽光柱程度のＥ／Ｐをもつガス中に電子を放出できる電子放出素子（以下、電子源という。）があれば、高効率なフラットパネルディスプレイが得られるであろうことは比較的容易に予測することができる。
【００１９】
しかしながら、このような電子源を得ることは必ずしも容易ではない。
【００２０】
例えば、電子源として、熱陰極を用いた方式が考えられるが、この方式の電子源は、消費電力が大きく、また、各画素ごとに電子源を設けることは難しい。
【００２１】
一方、電子源として冷陰極を用いた方式の表示装置としてフィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）があるが、この方式の電子源として現在主流となっているスピント型（Ｓｐｉｎｄｔ型）やカーボンナノチューブ型等の、エミッタと電子を引き離すゲートとの間に空間があるタイプでは、この空間に大きな電界が生じるため、陽光柱程度のＥ／Ｐをもつガスが電離して生成したイオンによってエミッタが破壊されるおそれがある。
【００２２】
本発明者等は、陽光柱程度のＥ／Ｐをもつガス中に電子を放出できる電子源について鋭意検討した結果、下部電極、トンネル絶縁層および該下部電極に対して正電圧になる上部電極を積層した構造を有する電子源を用いることで、上記の不具合を解消できることを見出した。
【００２３】
本実施の形態例に係るフラットパネルディスプレイの上記電子源については、各画素ごとに設けたものが既に報告されており、これらの電子源を用いることができる。また、上記電子源は、トンネル現象を発生させるための高電解形成部がトンネル絶縁層内にあり、高電解形成部がガスと隔離されているため、ガスのイオンによってエミッタが破壊されるおそれがない。
【００２４】
このような電子源としては、ＭＩＭ型（Metal/Insulator/Metal型）、ＭＩＳ型（Metal/Insulator/Semiconductor型）、ＭＯＳ型（Metal/Oxide/ Semiconductor型）等を用いることができる。
【００２５】
本実施の形態例に係るフラットパネルディスプレイは、上記電子源とともに、透明基板、上部電極に対して正電圧になる透明陽極電極および蛍光体層を積層した構造を有し、蛍光体層を電子源の上部電極に向けて、電子源に対向して配置される陽極部を備える。さらに、励起エネルギが付与されることにより紫外線を放射することが可能なガスが、電子源と該陽極部との間に配置される隔壁によって封入されるガス封入部を備える。そして、ガス封入部の内壁に蛍光体層が形成される。
【００２６】
このような本実施の形態例に係るフラットパネルディスプレイの具体的な構成例について、フラットパネルディスプレイを構成する、１つの画素に対応するセルを示す図１を参照して説明する。
【００２７】
フラットパネルディスプレイのセル１０は、電子源としてＭＩＭ型を用いる（例えば、T.Kusunoki et al, Asia Display/IDW ′01 Proceedings,p.1189(2001)を参照。）。
【００２８】
電子源（陰極部）１２は、アンダーコート膜１４を設けた背面板１６上に、線状の下部電極１８が設けられ、下部電極１８の上にフィールド絶縁層２０とトンネル絶縁層２２が設けられる。さらに、トンネル絶縁層２２上に、トンネル絶縁層２２を露出する開口（電子放出部２４）を挟んで、下部電極１８と空間的に直交する線状の、コンタクト電極２６およびバス電極２８が設けられる。さらに、バス電極２８上に保護絶縁層３０が設けられ、保護絶縁層３０上およびトンネル絶縁層２６上に上部電極３２が設けられる。
【００２９】
電子源１２の各層の材料は、アンダーコート膜１４、１４については、例えばＳｉＮｘおよびＳｉＯ２の積層膜を用いることができ、背面板１６については、例えばソーダガラスを用いることができ、下部電極１８については、例えばＡｌ−Ｎｄ合金を用いることができ、フィールド絶縁層２０およびトンネル絶縁層２２については、例えばＡｌを陽極酸化したものを用いることができ、コンタクト電極２６については、例えばＷを用いることができ、バス電極２８については、例えばＡｌ−Ｎｄ合金を用いることができ、保護絶縁層３０については、例えばＳｉ３Ｎ４を用いることができ、上部電極３２については、例えばＩｒ、ＡｔおよびＡｕの積層膜を用いることができる。
【００３０】
陽極部３４は、前面板（透明基板）３６に陽極（透明陽極電極）３８が設けられる。陽極３８に蛍光体層４０ａが形成される。前面板３６の材料は、例えばソーダガラスを用いることができ、陽極３８はＩＴＯ等の透明材料を用いることができる。また、陽極３８は、ＡｌやＡｇ等の不透明材料を用いてストライプ状に形成して、光透過部分を確保したものであってもよい。蛍光体層４０ａの蛍光体としては、例えばＰＤＰに用いられる材料を好適に用いることができ、例えば、赤色発光用として（ＹＸＣｄ１−Ｘ）ＢＯ３：Ｅｕ３＋、緑色発光用としてＺｎ２ＳｉＯ４：Ｍｎ２＋、青色発光用としてＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋等を用いることができる。
【００３１】
ガス封入部４２は、電子源１２と陽極部３４との間に配置される隔壁４４を有する。隔壁４４は、例えば酸化鉛ガラスを用いて形成することができる。隔壁４４の内面にも蛍光体層４０ｂが形成される。ガス封入部４２には、励起エネルギが付与されることにより紫外線を放射することが可能なガスとして、例えばＸｅガスが封入される。但し、これに限らず他の希ガスやこれらの希ガスの混合ガスを用いてもよい。
【００３２】
ここで、上部電極３２と陽極３８との間の距離（ｄ：単位ｃｍ）、上部電極３２と陽極３８との間に印加する電圧Ｖ１（単位Ｖ）および封入されるガスの封入圧力Ｐ（単位ｋＰａ）が下式の関係を満たすように設定される。
【００３３】
（式）１５≦Ｖ×ｄ−１×Ｐ−１≦１９０
上部電極３２と陽極３８との間に封入したガスの前記したＥ／Ｐは、前記のように放電によって電子を生成する場合と異なり、上部電極３２と陽極３８との間において電界強度が略一定となるため、Ｅ／ＰをＶ１×ｄ−１×Ｐ−１で近似することができる。
【００３４】
このとき、ガス封入部４２に封入されるガスがＸｅガスの場合、蛍光体層４０ａ、４０ｂの蛍光体を励起する紫外線は、封入圧力Ｐの低い条件下では共鳴準位１ｓ４からの共鳴線（波長１４７ｎｍ）であるが、封入圧力Ｐが高くなると、共鳴準位１ｓ４と準安定準位１ｓ５のそれぞれの原子が、２つの中性原子と３体衝突して２原子分子を形成して、低振動準位で相対的に長い中心波長１７３ｎｍのエキシマ光を放射する。例えば、ガス圧力が６．７ｋＰａ（５０Ｔｏｒｒ）を超えると上記の共鳴線は急速に減衰し、封入圧力Ｐが５３ｋＰａ（４００Ｔｏｒｒ）付近においてエキシマ光の強度が最大になるとの報告がある（P.Millet et al,J.Chem.Phys.69(1),１ Jul.（1978）参照）。一般的にも、長波長の光は、自己吸収が少なく有利であるとされている。
【００３５】
このため、本実施の形態例では、ガスの封入圧力Ｐとして、４０〜８０ｋＰａ（３００〜６００Ｔｏｒｒ）の範囲内の、例えば５３ｋＰａ程度の比較的高い圧力を選定する。そして、このとき、上記の式を満足するように、上部電極３２に対して陽極３８が正電圧になるように上部電極３２と陽極３８との間に２０〜１００Ｖ程度の電圧Ｖ１を印加する。なお、このとき、下部電極１８に対して上部電極３２が正電圧になるように下部電極１８と上部電極３２との間に例えば５〜１０Ｖ程度の電圧Ｖ２を印加する。
【００３６】
これにより、投入する電力に対して高い紫外線発生効率を得ることができる。
【００３７】
また、このような条件下では、封入ガス粒子（原子、分子）イオンのエネルギが上部電極３２のスパッタリングを発生する加速電圧の閾値である１８Ｖ程度以下と考えられ（金原  粲著「スパッタリング現象」東京大学出版（１９８４）参照）、素子の長寿命化も達成できる。
【００３８】
上記のように構成したセル１０をマトリクス状に作製することにより、本実施の形態例に係るフラットパネルディスプレイが得られる。
【００３９】
本実施の形態例に係るフラットパネルディスプレイは、電子源１２に印加された電圧による電界効果によって放出される電子が、ガスの粒子を励起して紫外線を生成し、生成される紫外線が蛍光体を励起することで可視光を得る。
【００４０】
なお、上記の例では、フラットパネルディスプレイはモノカラー表示機能を備えるが、例えば、光の三原色の蛍光体層を分離して形成した３つのセルを用いて１画素に対応させることで、フルカラー表示機能を有するフラットパネルディスプレイを得ることができる。
【００４１】
【実施例】
実施例を挙げて、本発明をさらに説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施例に限定されるものではない。
【００４２】
フラットパネルディスプレイを以下の方法で作製した。
【００４３】
電子源は、以下の方法で作製した。
【００４４】
３ｍｍの厚みのソーダガラス製の背面板に１００ｎｍの厚みのＳｉＮｘおよび２０ｎｍの厚みのＳｉＯ２からなる積層膜をスパッタ成膜してアンダーコート膜を形成した。ついで、アンダーコート膜上にＡｌ−Ｎｄ合金をスパッタ成膜した後、ウエットエッチングを行って、３００ｎｍの厚みの線状の下部電極を形成した。ついで、この下部電極にレジスト膜を用いた陽極酸化と、このレジスト膜を除去した後の陽極酸化を行い、１５０ｎｍの厚みのフィールド絶縁層および１２ｎｍの厚みのトンネル絶縁層をそれぞれ形成した。ついで、トンネル絶縁層上にＷおよびＡｌ−Ｎｄ合金を順次スパッタ成膜した後ウエットエッチングを行って、下部電極と直交する、２０ｎｍの厚みのコンタクト電極および１００ｎｍの厚みのバス電極を形成した。ついで、バス電極上にＳｉ３Ｎ４をスパッタ成膜し、５００μｍの厚みの保護絶縁層を形成した。その後、プラズマエッチングおよびウエットエッチングにより電子放出部を開口し、最後に、Ｉｒ、ＡｔおよびＡｕを順次スパッタ成膜し、６ｎｍの厚みの積層膜からなる上部電極を形成した。
【００４５】
陽極部は、ソーダガラスからなる３ｍｍの厚みの前面板にＩＴＯをスパッタ成膜して２００ｎｍの厚みの陽極を形成することで作製した。
【００４６】
ガス封入部は、以下の方法で作製した。
【００４７】
酸化鉛材料をスクリーン印刷法により陽極部の周囲に塗布、焼成し、１００μｍの厚み（高さ）の隔壁（リブ）を形成した。ついで、ＰＤＰ用の蛍光体をスクリーン印刷法により隔壁の内面および必要に応じて陽極に１０μｍの厚みに塗布して蛍光体層を形成した。ついで、隔壁の他の一側に電子源を取り付けることにより、密閉領域を画成するガス封入部を作製した。さらに、図１で表示を省いたガス導入部からＸｅをガス封入部に導入し、ガス封入圧力を５３ｋＰａに調整して、フラットパネルディスプレイを完成した。
【００４８】
作製したフラットパネルディスプレイに電圧を印加したときの投入電力の紫外線発生への寄与率を図２に示す。
【００４９】
上部電極に対して陽極が正電圧になるように上部電極と陽極との間に電圧Ｖ１を印加した。また、下部電極に対して上部電極が正電圧になるように下部電極と上部電極との間には９Ｖの電圧Ｖ２を印加した。
【００５０】
図２中、縦軸の投入電力の紫外線発生への寄与率の算出は、レーザ吸収法を用いて励起Ｘｅ原子の密度を測定する方法（Kunihide Tachibana and  Shaojun Feng：JOURNAL OF APPLIED PHYSICS Vol.88,No.９：2000）に拠った。
【００５１】
図２より、本実施例のフラットパネルディスプレイは、投入電力の紫外線発生への寄与率として、従来のＰＤＰの値である４％を超える値が得られることがわかる。例えば、上部電極と陽極との間に６０Ｖの電圧を印加した条件では、電流密度が８０ｍＡ／ｃｍ２となり、このときの投入電力の紫外線発生への寄与率（紫外線生成効率）は、投入された電力の９％程度となり、従来のＰＤＰの４％に対して２倍以上の値が得られた。すなわち、本実施例のフラットパネルディスプレイは、従来のＰＤＰに比べて、消費電力を大幅に低減することができる。
【００５２】
また、本実施例のフラットパネルディスプレイは、Ｖ１×ｄ−１×Ｐ−１の値が１５を下回る、上部電極と陽極との間の電圧が８Ｖ未満の領域およびＶ１×ｄ−１×Ｐ−１の値が１９０を上回る、上部電極と陽極との間の電圧が１００Ｖを超える領域では、投入電力の紫外線発生への寄与率が急激に低下してしまうことがわかった。前者の場合は、電子がＸｅの乖離エネルギに達しないためであり、後者の場合は、放電領域にあるためである。
【００５３】
また、この場合、下部電極と上部電極との間に印加する駆動電圧は、上記したように９Ｖであり、従来のＰＤＰの駆動電圧の２００Ｖ程度に比べて低いため、駆動回路の消費電力を低減することができ、また、コストを低減することができる。
【００５４】
【発明の効果】
本発明に係るフラットパネルディスプレイによれば、下部電極、トンネル絶縁層および下部電極に対して正電圧になる上部電極を積層した構造を有する電子源と、透明基板および透明基板に該上部電極に対して正電圧になる透明陽極電極を積層した構造を有し、透明陽極電極を電子源の上部電極に向けて、電子源に対向して配置される陽極部と、励起エネルギが付与されることにより紫外線を放射することが可能なガスが、電子源と陽極部との間に配置される隔壁によって封入されて形成されるガス封入部とを備え、ガス封入部を画成する隔壁および透明陽極電極のいずれか一方または双方の内面に蛍光体層が形成されてなるため、パネルの消費電力を低減することができ、また、駆動回路の消費電力および作製コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態例に係るフラットパネルディスプレイを構成するセルの概略構成を示す図である。
【図２】本実施例のフラットパネルディスプレイについて、上部電極と陽極間に印加する電圧と投入電力の紫外線発生への寄与率との関係を示す図である。
【符号の説明】
１０  フラットパネルディスプレイのセル
１２  電子源
１４  アンダーコート膜
１６  背面板
１８  下部電極
２０  フィールド絶縁層
２２  トンネル絶縁層
２６  コンタクト電極
２８  バス電極
３０  保護絶縁層
３２  上部電極
３４  陽極部
３６  前面板
３８  陽極
４０ａ、４０ｂ  蛍光体層
４２  ガス封入部
４４  隔壁
ｄ  上部電極と陽極との間の距離
Ｖ１  上部電極と陽極との間に印加する電圧
Ｖ２  下部電極と上部電極との間に印加する電圧
Ｐ  ガスの封入圧力
【図１】
2004200057.tif 000003
【図２】
2004200057.tif 000004