(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向して配置された前面基板と背面基板とを備え、
前記前面基板の上には表示電極、誘電体層及び保護層が順に形成されており、
前記背面基板の上にはアドレス電極、誘電体層及び隔壁が形成されており、
前記隔壁の側面と前記背面基板の誘電体層上には蛍光体が形成されており、
前記前面基板と前記背面基板との間に形成された放電空間にはガス媒体が封入されており、
前記保護層には連続することの無い保護層材料の単結晶粉末を含み、
前記保護層は、その材料として酸化マグネシウムで形成されており、
前記単結晶粉末が、酸化マグネシウムの単結晶粉末であり、
前記保護層の重量密度が２．９０から２．９５ｇ／ｃｍ３であるガス放電パネル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示デバイスなどに用いるガス放電パネル及びその製造方法に関し、より具体的には、溶射法によって形成された保護層を有するガス放電パネル及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、薄型に適したディスプレイ装置として注目されているガス放電パネルは、例えば図１に示す構成を有する。このガス放電パネルは、互いに対向して配置された前面基板３００と背面基板３０１とを備えている。前面基板３００の上には、表示電極３０２及び３０３、誘電体層３０４、及びＭｇＯなどの薄膜によって構成される保護層３０５が、順に形成されている。
【０００３】
また、背面基板３０１の上には、アドレス電極３０６及び誘電体層３０７が形成されており、その上には、更に隔壁３０８が形成されている。そして、隔壁３０８の側面には、個々の画素の色（Ｇ、Ｂ、Ｒ）の蛍光体層３０９が塗布されている。
【０００４】
前面基板３００と背面基板３０１との間には、放電ガス３１０（例えばＮｅ−Ｘｅの混合ガス）が、５００Ｔｏｒｒ〜６００Ｔｏｒｒ（６６．５ｋＰａ〜７９．８ｋＰａ）の圧力で封入されている。この放電ガス３１０を表示電極３０２及び３０３の間で放電させて紫外線を発生させ、その紫外線を蛍光体層３０９に照射することによって、カラー表示を含む画像表示が可能になる。
【０００５】
従来の保護層の形成方法としては、電子ビーム等を用いる真空蒸着法などが挙げられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の保護層形成方法は、それぞれ以下のような問題点を有している。
【０００７】
真空蒸着製膜を用いられているため、その製造設備にかかるコストが大きくなるとともに、製膜装置のメンテナンス性が悪く、防着板の交換などを頻繁に行う必要もあり、また、パターニングもマスキングによる方法など、位置あわせの点で問題点が多かった。また、保護膜材料は、その耐スパッタ性の高さから、スパッタリングによる製膜には適さないなど問題も存在していた。本発明は、上記のような従来技術の課題を克服するためになされたものであり、その目的は、溶射法によって低コストで保護膜を形成して、かつ、高品位な表示が可能であるガス放電パネルを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のガス放電パネルでは、前面板の保護膜が、その結晶性が高いことはもちろん、膜としての重量密度が比較的低い膜であることが、膜からの電子放出量を増加させることにもなり、また、放電時の電圧印加から実際の放電開始までにかかる時間のばらつきを示す放電遅れ時間が小さくなる傾向が実験によって見いだすことができたため、これを利用する。画素数の多い高品位のガス放電パネルを達成するためには、アドレス期間も長くなるため、１ライン毎にアドレッシングにかかる時間も短縮しなければ、発光時間が短くなり結果的に輝度を落とす原因となる。このために、膜としての重量密度の最適な値の範囲を実験的に求めて規定するとともに、結晶性は非常に高いが、比較的密度の低い膜を製膜する方法として、その保護膜材料の単結晶粉末の溶射によって形成された溶射膜として膜形成することによって上記の目的が達成される。
【０００９】
また、ある実施形態では、お互いに隣り合った電極間隙の上に配置された保護膜どうしが連続することのない構成を取ることによって、放電電極間隙以外の電極間隙での放電を押さえることができ、かつ、表面電流による電荷の移動を押さえる効果が期待できる。これによって、隣り合う電極間隙どうしでのクロストークを回避することが容易になり、高品位のガス放電パネルとして期待することもできる。
【００１０】
ある実施形態では、本発明のガス放電パネルは、１対の基板と、前記１対の基板の間に配置された電極、誘電体層、及び蛍光体層と、を更に備えており、前記保護膜は前面板の最表面に配置されており、放電空間にはガス媒体が封入されていて、前記ガス媒体の放電に伴って発生された紫外線が前記蛍光体層の照射時に可視光に変換され、これによって発光する。前記溶射は、プラズマ溶射であり得る。
【００１１】
本発明のガス放電パネルの製造方法は、前面板の保護膜が、保護膜材料の溶射によって形成された溶射膜から構成する保護膜形成工程を包含しており、そのことによって前述の目的が達成される。
【００１２】
前記溶射は、プラズマ作動ガスとして少なくともアルゴンガス或いはアルゴンガスとヘリウムガスとの混合ガスを使用するプラズマ溶射であり得る。前記プラズマ作動ガスが前記アルゴンガスとヘリウムガスとの混合ガスである場合に、前記ヘリウムガスの添加量を変えることでプラズマエネルギー量を変化させ得る。
【００１３】
前記溶射膜の形成工程は、前記基板を裏面から加熱して、前記基板内の温度分布を所定の範囲内に維持する工程を更に含み得る。或いは、前記溶射膜の形成工程は、前記基板の表面を冷却して、前記基板内の温度分布を所定の範囲内に維持する工程を更に含み得る。また、前記溶射膜の形成工程は、前記基板の裏面からの加熱及び前記基板の表面の冷却を行って、前記基板内の温度分布を所定の範囲内に維持する工程を更に含み得る。
【００１４】
以上のような特徴を有する本発明によると、保護膜を形成する方法として溶射法（例えばプラズマ溶射法）を用いて、保護膜材料を直接に堆積させることにより、真空製膜設備等が不要になる。その結果、低コスト化が実現できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の具体的な実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。具体的には、単結晶のように高い結晶性を示しつつ、その密度が比較的低い保護膜を達成する事で、高品位ガス放電パネルが提供できることが実験的に分かった。これを示すと共に、溶射法の一種であるプラズマ溶射法を使用する場合を例にとって、ガス放電パネルの保護膜を溶射法で形成する本発明の実施形態を、以下に説明する。また、保護膜のパターンとして、お互いに隣り合った電極間隙の上に配置された保護膜どうしが連続することのない構成を取ることによって、放電電極間隙以外の電極間隙での放電を押さえることができ、かつ、表面電流による電荷の移動を押さえる効果が期待できる。これによって、隣り合う電極間隙どうしでのクロストークを回避することが容易になり、高品位のガス放電パネルとして期待することもできる。
【００１６】
【表１】
0004415462.tif 000002
【００１７】
表１は種々の方法で製膜した酸化マグネシウム保護膜の重量密度と、放電遅れの内の統計遅れと呼ばれる時間の関係を示したものである。重量密度は、膜の質量を膜の体積で割った値で、単結晶のバルク材の値を参考値として付記している。また、統計遅れという数字は、そのパネルで通常のカラー画像表示（動画）を行う駆動信号によってある一点（一画素中の３色の内の一色）のみを表示する設定にした場合に、この一点を点灯させるために行われるアドレス放電（表面板の電極と背面板の電極の弱い放電）の電気パルス入力から放電による発光までの時間を測定し、その結果をプロットする事によって得られる数字で、アドレス放電のばらつきの度合いを示す指標となる。ここでは、特に、青色のセルでの結果を付記している。これによると、その重量密度として、２．９０から３．１０ｇ／ｃｍ３もので、比較的良い値を示し、さらに、２．９０から３．００ｇ／ｃｍ３の物で良い値を示し、最も良い物は２．９０から２．９５ｇ／ｃｍ３の物であった。これらの、結晶性がよく、かつ、このように比較的低い密度の膜を製造する方法として、単結晶粉末を用いたプラズマ溶射が考えられる。プラズマ溶射は、比較的材料の特性を生かしたままで厚膜を製造する方法として知られているが、その製膜速度の遅いこと、膜密度が緻密になりにくいこと等の問題点があったが、ここでは、保護膜という薄膜の製造に使用しようと考えれば、製膜速度の遅さも問題はない。また、比較的粗な膜を作ることで、保護膜としての特性が上がることから、これらの欠点をむしろ積極的に利用することが可能である。
【００１８】
図２は、プラズマ溶射装置の構成を模式的に示す図である。
【００１９】
図２に示すように、プラズマ溶射装置に含まれるプラズマ溶射トーチ２００は、水冷された陰極２０１と水冷された陽極２０２とを有する。両電極２０１及び２０２の間に直流電源２０３から直流電圧を印加して、アーク放電２０４を発生させる。プラズマ溶射トーチ２００の後部に取り付けられたガスポート２０５から、プラズマ作動ガス２０６が供給される。供給されたプラズマ作動ガス２０６は、電極２０１及び電極２０２の間で発生したアーク放電２０４によって加熱電離され、プラズマジェット２０７としてノズル２０８から噴出される。プラズマ作動ガス２０６としては、アルゴン、ヘリウム、窒素、水素などが使用できる。本実施形態では、アルゴン、或いはアルゴンとヘリウムとの混合気体を用いる。保護膜の材料となる溶射材料２０９は、粉末の状態で供給ポート２１０からキャリアーガスにのせられてプラズマジェット２０７の中へ吹き込まれる。供給された溶射材料２０９は、プラズマジェット２０７によって加熱溶融され、感光性被覆層２１２によるパターンが形成されている基板２１１（厚さ：ｔ）へ、高速で衝突する。これによって、基板２１１の表面に被膜（溶射膜）２１３を堆積する。また、好ましくは、冷却ガスポート２１４を設置して、プラズマジェット２０７の溶射と同時に、冷却ガスを基板２１１へ吹き付ける。
【００２０】
以上の様に、プラズマ溶射法によって保護膜を形成すれば、真空装置が不必要となるので、製造コストを大幅に削減することが可能となる。
【００２１】
更に、以下には、本願発明者らによる検討の結果として得られた本発明における溶射プロセスの特徴や好ましい設定条件を、詳細に説明する。
【００２２】
保護膜材料としては、一般的に酸化マグネシウムの単結晶の粉末材料を使用する。プラズマ溶射トーチを速度７５００ｍｍ／秒にて１ｍｍピッチで基板の全面上を動かして、この粉末材料を基板の全面上に溶射する。また、溶射条件としては、プラズマ作動ガスをＡｒ及びＨｅ（Ａｒの供給量：２０リットル／分、Ｈｅの供給量：１０リットル／分）とし、プラズマ電流を５００Ａ、及び溶射距離を１２０ｍｍとする。
【００２３】
プラズマ溶射では、プラズマジェットからの熱輻射を基板温度を上昇させるために利用して、形成される溶射膜の膜質を向上させることがある。また、基板の耐熱性が低い場合には、例えばプラズマ溶射トーチの移動速度をできるだけ大きくして、基板温度の局所的な上昇を妨げることがある。しかし、基板がガラスであり、且つ耐熱性に極めて乏しいＤＦＲを溶射膜形成時のパターン作成に使用する場合には、上記のような従来の手法だけでは、基板へのダメージを避けることが困難である。
【００２４】
そこで、本発明では、基板がプラズマジェットの熱を受けても、基板温度が著しく上昇する前に冷却することによって、基板への熱ダメージを回避している。具体的には、先に述べた様に、プラズマ溶射トーチに連動して移動する冷却ガスポート（冷却機構）を設置し、プラズマジェットの溶射と同時に、冷却ガス（例えば窒素ガス）を基板へ吹き付けて、溶射工程中における基板内の温度分布、例えば、基板の表面と裏面との間の温度差や基板表面の溶射されている領域とその周囲との間の温度差を、所定の範囲内に維持する。この冷却ガスには、窒素ガスを用いる。また、プラズマ溶射トーチの基板上での位置にかかわらず、冷却ガスによって一様に基板が冷却されるように、冷却ガスポート（冷却機構）は、プラズマ溶射トーチに連動して移動するように設置している。また、基板を高効率に冷却する一方、成膜に影響を与えないようにするために、冷却ガスが溶射パターンの外周付近に当たるように、冷却ガスポート（冷却機構）の設置位置や方向を設定する。
【００２５】
プラズマジェットによる基板の急激な温度上昇を避けるためには、上記のような冷却ガスポート（冷却機構）の設置が効果的である。しかし、基板が大型化するに従って基板内での温度分布が大きくなると、プラズマ溶射トーチの通過後に基板の割れが発生することがある。これは、プラズマ溶射トーチの通過後に基板温度が急激に低下するためであると考えられ、冷却ガスポート（冷却機構）の設置では対応できない。上記の問題を克服するためには、図３に模式的に示すように、基板を裏面から加熱保温する加熱保温機構を設置する。基板１２０１をプレート１２０２の上に載置し、固定ジグ１２０３によって固定する。プレート１２０２の下には、ヒータ１２１４に接続された加熱板１２０４を置き、これによって基板１２０１を加熱及び保温する。加熱板１２０４を直接にステージ１２１５の上に設置しても良いが、断熱板１２０５を介してステージ１２１５の上に設置すれば、加熱保温効率が向上する。具体的には、上記の機構を利用して、溶射プロセスの開始直前に基板温度が６０℃〜８０℃になるように基板１２０１を加熱し、更にプラズマ溶射トーチ１２０６（プラズマ溶射トーチ１２０６の構成は既に説明済みであるので、ここでは簡略化して描いている）からのプラズマジェット１２０７による溶射工程中には、基板１２０１の温度分布、例えば、基板１２０１の表面と裏面との間の温度差や基板１２０１の表面における溶射されている領域とその周囲との間の温度差が所定の範囲内に維持されるように、加熱保温する。これによって、比較的大型のガラス基板に対しても、割れを発生させることなく、溶射プロセスによる保護膜を形成することが可能になる。なお、上記のような基板裏面からの加熱保温機構は、先に説明した基板表面に対する冷却機構（冷却ガスポート）と、併用することが可能である。
【００２６】
一般的な溶射プロセスにおいて、平坦な基板の上に溶射膜を形成する場合に、溶射される粉末粒子の径が大きい方が、成膜速度が大きくなる。これは、溶射粉末粒子の径が大きい方がその運動量が大きく、プラズマジェットの中心軸方向に効率的に投入されるために、溶射時の粒子速度及び温度が十分に高められるからである。
【００２７】
本発明に従って保護膜を溶射法によって形成する際の溶射材料は、一般に酸化物で融点が高く、これが十分に溶融されるような溶射条件では、溶射時にプラズマジェットが基板に与える熱的な影響が非常に大きくなる。そのために、酸化物の溶射時に好ましいとされる一般的な溶射条件に比べて、本発明の保護膜形成時の溶射プロセスでは、発生熱量が小さくなるような条件にしなければならない。
【００２８】
なお、プラズマエネルギー量は、プラズマ電流の変化によっても調節することが可能である。
【００２９】
以上の説明では、ガス放電パネルにおける保護膜のみを溶射法（プラズマ溶射法）によって形成しているが、これに加えて保護膜の下地となる誘電体層も溶射法で形成することが可能である。
【００３０】
また、上記の説明では、溶射法としてプラズマ溶射法を例にとって本発明の実施形態を説明しているが、同様な溶射工程が実施可能な他の溶射プロセスを代わりに使用しても、上記で説明したものと同様の効果を得ることができる。
【００３１】
また、保護膜の製膜パターンは、従来酸化マグネシウムの吸湿性が問題となってウエットエッチングは一切出来ず、ほとんど全面一様に製膜する他なかった。しかしながら、少なくとも表示面内で保護膜のある領域とない領域を区別することで、高品位のガス放電パネルとして期待することもできる。これは、お互いに隣り合った電極間隙の上に配置された保護膜どうしが連続することのない構成を取ることによって、放電電極間隙以外の電極間隙での放電を押さえることができ、かつ、表面電流による電荷の移動を押さえる効果が期待できる。これによって、隣り合う電極間隙どうしでのクロストークを回避することが容易になり、高品位のガス放電パネルとして期待することもできるためである。
【００３２】
具体的には、少なくとも、前面板の放電間隙をなす電極状及びその間隙状を含む部分には保護膜は製膜されている必要はある。この部分については、実際の放電の始点及び終点になるためであり、この部分には保護の意味からも、また、放電の始点としての役割を果たすためには、その電子放出が多い方が良いため、保護膜で覆う必要がある。従って、第一・第二極性電極と平行はなストライプ状の領域で、これらの領域を含み、少なくとも隣り合った電極間隙の上に配置された保護膜どうしが連続することのない構成を取ることが望ましい。さらに、通常の放電ではその放電は放電間隙及び電極幅から２０％程度外へ広がることがある。このため、この部分も十分に覆うことが出来るように、これらの幅の和の２０〜４０％増しの領域を保護膜で覆う方がさらに望ましい。
【００３３】
これらのパターン例（図４）の保護膜を製膜するために、溶射ヘッドからの射出角度及び溶射ヘッドと基盤との距離を強制すると共に、パターン通りに走査することによってこれらのパターンを形成することも可能となる。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ガス放電パネルにおける保護膜を溶射法によって形成することによって、保護膜を真空装置を用いずに形成することができる。更に、放電遅れ等の小さく、結晶性の高い保護膜を形成することができるので、低コストで高品位なガス放電パネルを実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来のガス放電パネルの構成を模式的に示す図
【図２】  本発明の実施の形態に係るプラズマ溶射装置の構成を模式的に示す図
【図３】  本発明の実施の形態に係る基板を裏面から加熱保温する機構を模式的に示す図
【図４】  本発明の実施の形態に係る基板上の保護膜のパターンの例を模式的に示す図
【符号の説明】
２０１  陰極
２０２  陽極
２０３  直流電源
２０４  アーク放電
２０５  ガスポート
２０６  プラズマ作動ガス
２０７  プラズマジェット
２０８  ノズル
２０９  溶射材料
２１０  供給ポート
２１２  感光性被覆層
２１１  基板
２１３  溶射膜
２１４  冷却ガスポート
３００  前面基板
３０１  背面基板
３０２，３０３  表示電極
３０４  誘電体層
３０５  誘電体保護層
３０６  アドレス電極
３０７  誘電体層
３０８  隔壁
３０９  蛍光体層
３１０  放電ガス
１２０１  基板
１２０２  プレート
１２０３  固定ジグ
１２０４  加熱板
１２０５  断熱板
１２０６  プラズマ溶射トーチ
１２０７  プラズマジェット
１２１４  ヒータ
１２１５  ステージ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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