(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明で絶縁性の前面側基板上に複数の表示電極対とそれを覆う誘電体層と保護層とが形成された前面板と、背面側基板上に少なくとも蛍光体層と隔壁が形成されてなる背面板とを放電空間を介して対向させて構成されるガス放電パネルであって、
前記保護層が周期表第２族およびＯ（酸素）の元素を主成分とし、かつ周期表第１４族および周期表第１７族の元素から選択された少なくとも１つの第１の添加元素と、周期表第１族の元素および第１５族の元素から選択された少なくとも１つの第２の添加元素とを含有し、前記誘電体層側から前記放電空間側に向かう膜厚方向において、前記第１の添加元素の濃度が前記誘電体層側に比べて前記放電空間側が大きく、かつ前記第２の添加元素の濃度が前記誘電体層側に比べて前記放電空間側が小さいことを特徴とするガス放電パネル。
【請求項２】
前記保護層内の第１の添加元素の濃度分布における濃度の最小領域が、誘電体層側から放電空間側に向かう膜厚方向において前記誘電体層近傍に存在することを特徴とする請求項１に記載のガス放電パネル。
【請求項３】
前記保護層内の第２の添加元素の濃度分布における濃度の最小領域が、誘電体層側から放電空間側に向かう膜厚方向において前記放電空間側に存在することを特徴とする請求項１に記載のガス放電パネル。
【請求項４】
透明絶縁性基板上に複数の表示電極対とそれを覆う誘電体層と保護層とが形成された前面板と、背面側基板上に少なくとも蛍光体層と隔壁が形成されてなる背面板とを放電空間を介して対向させて構成されるガス放電パネルの製造方法であって、
周期表第２族およびＯ（酸素）の元素を主成分とする固体状の成膜材料と、周期表第１４族の元素および周期表第１７族の元素から選択された少なくとも１つの第１の添加元素を含む固体状の成膜材料と、周期表第１族の元素および周期表第１５族の元素から選択された少なくとも１つの第２の添加元素を含む固体状の成膜材料とを複数個の成膜源に配置して、
前記第１の添加元素の濃度分布が前記誘電体層側から前記放電空間側に向かう膜厚方向において前記誘電体層側に比べて前記放電空間側が大きく、かつ、前記第２の添加元素の濃度分布が前記誘電体層側から前記放電空間側に向かう膜厚方向において前記誘電体層側に比べて前記放電空間側が小さくなるように、前記複数個の成膜源から蒸発またはスパッタリングにより形成することを特徴とするガス放電パネルの製造方法。
【請求項５】
前記複数個の成膜源は、それぞれ異なる量の第１の添加元素または第２の添加元素が含まれていることを特徴とする請求項４に記載のガス放電パネルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマディスプレイパネル（以下、ＰＤＰと略称する）に代表されるガス放電パネルおよびその製造方法に係わり、特に対向３電極面放電型とよばれる交流駆動のＰＤＰ用ガス放電パネルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＰＤＰ用ガス放電パネルは、ガス放電によって発生した紫外線で蛍光体を励起発光させ、画像表示する平面型ディスプレイである。その放電の形成手法から交流（ＡＣ）型と直流（ＤＣ）型とに分類される。ＡＣ型は、輝度、発光効率、寿命の各特性でＤＣ型より優れ、特に、ＡＣ型の中でも、反射型面放電タイプは輝度、発光効率の点で際立っているため、このタイプのものは広く利用されている。
【０００３】
面放電形ＡＣガス放電パネルは、前面板と背面板とを放電空間を有して貼り合わせた構成であり、前面板には一対の表示電極対が複数個配列され、その上に誘電体層と保護層とが形成されている。また、背面板には複数のアドレス電極と、このアドレス電極に平行に隔壁が形成され、さらに隔壁間には蛍光体層が形成されている。なお、前面板に形成された表示電極対と背面板に形成されたアドレス電極とは直交するように貼り合わされる。
【０００４】
ＡＣ駆動型のＰＤＰでは、表示電極対上に形成する誘電体層が特有の電流制限機能を示すので、ＤＣ駆動型のＰＤＰに比べて長寿命にできる。この誘電体層は表示電極対とブラックマトリクスとの形成後で、しかも、これらを確実に覆うように形成することが必要とされるために、一般的には低融点ガラスを印刷・焼成方式で形成している。また、保護層はプラズマ放電により誘電体層がスパッタリングされないようにするために設けるもので、耐スパッタリング性に優れた材料であることが要求される。このために、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）が多く用いられている。なお、このＭｇＯは大きな二次電子放出係数（γ）を有しているので、放電開始電圧を低減する効果もある。
【０００５】
前面板と背面板とを対向させると、前面板と背面板との間で、かつそれぞれ２本の隔壁で囲まれたストライプ状の放電空間が生じる。この空間にネオン（Ｎｅ）とキセノン（Ｘｅ）の混合ガスを約６６．５ｋＰａの圧力となるように充填し、それぞれの表示電極対間に数１０ｋＨｚ〜数１００ｋＨｚの交流電圧を印加して放電させると、励起されたＸｅ原子が基底状態に戻る際に発生する紫外線により蛍光体層を励起することができる。この励起により蛍光体層は、塗布された材料に応じて赤（Ｒ光）、緑（Ｇ光）、または青（Ｂ光）の発光をするので、アドレス電極により発光させる画素および色の選択を行えば、所定の画素部で必要な色を発光させることができ、カラー画像を表示することが可能となる。
【０００６】
このようなガス放電パネルにおいては、より低電圧で駆動でき、かつ高輝度とすることが要求されている。これに対して、一般的に使用されているＸｅとＮｅとからなる放電ガスにかえて、さらにアルゴン（Ａｒ）を添加した放電ガスを用いることで放電開始電圧を低減する方法が提案されている。これは、Ａｒガスのペニング効果によって放電開始電圧を下げ、発光輝度を向上させる方法である（特開２０００−１５６１６４号公報）。
【０００７】
また、点灯すべき放電セルが点灯せず、いわゆる黒ノイズが生じることを改善するために、保護層として用いるＭｇＯ膜中にシリコンやアルミニウムを５００重量ｐｐｍ〜１００００重量ｐｐｍの範囲で含有させて、この保護層の１平方センチメートル当たりの１００Ｈｚにおけるインピーダンスを２３０ｋΩ〜３３０ｋΩとする構成が提案されている。このような所定の範囲の値とすることで、黒ノイズの原因であるアドレスミスが抑制できる。すなわち、インピーダンスを所定の範囲の値とすることで、二次電子の放出量が増大して残留電荷による実効電圧の低下が補われること、電荷の残留自体が軽減されること、残留電荷が速やかに消失することで、アドレスミスが抑制できるとされている（特開平１０−３３４８０９号公報）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
画像表示においては、ＶＧＡ（６４０×４８０）以上の解像度を有しておれば、画面輝度が高いほど表示画像が美しく見える。また、画面輝度を高くできれば、前面板の光の透過率を若干落として外光の反射を抑えることで明所コントラストを高めることができ、明所でも美しい画像を表示できる。ＰＤＰにおいて発光輝度を上げるには、駆動電圧を上げて投入する電力を大きくすることが考えられる。しかし、ＰＤＰではもともと駆動電圧そのものが高いので、さらに電圧を上げると誤放電が生じたり、ドライバ回路素子の高耐圧化が必要となりコスト高になる等の課題が生じる。したがって、単純に駆動電圧を上げることはできず、このためカラー陰極線管（ＣＲＴ）の画像表示に比べて明所コントラストが低い。
【０００９】
上記の第１の例は、放電ガスにＡｒを添加することによりペニング効果によって放電開始電圧を低減し、同じ駆動電圧でも放電電流を増加させて高輝度を実現するものである。つまり、放電開始電圧を低くすることで、その分放電電流を増加でき、したがって投入電力を増加することが可能となり、より高輝度の画像表示が得られる。しかし、Ａｒを添加すると、周知のようにＡｒは固体物質の表面をスパッタし易い性質を有しているので、ＭｇＯ保護層がスパッタされて表面は損傷を受ける。このような損傷が生じると、ＭｇＯ保護層の二次電子放出係数（γ）が低下する。この結果、経時劣化が生じる。例えば、数千時間の駆動動作によって、放電開始電圧が上昇し、輝度が低下してしまう。
【００１０】
また、上記の第２の例では、アドレスミスを防止して黒ノイズ発生を抑制することについては示されているが、このような構成とすることによりガス放電パネルの輝度を向上できたということについては何ら示されていない。実際に、本発明者らも検討を行ったところ黒ノイズの発生防止には効果が見られたが、輝度向上については十分でないことが見出された。
【００１１】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、放電開始電圧を低減し高輝度を実現するとともに、かつ経時劣化の生じ難い高信頼性のＰＤＰ用ガス放電パネルおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達するため本発明のガス放電パネルは、透明で絶縁性の前面側基板上に複数の表示電極対とそれを覆う誘電体層と保護層とが形成された前面板と、背面側基板上に少なくとも蛍光体層と隔壁が形成されてなる背面板とを放電空間を介して対向させて構成されるガス放電パネルであって、前記保護層が周期表第２族およびＯ（酸素）の元素を主成分とし、かつ周期表第１４族および周期表第１７族の元素から選択された少なくとも１つの第１の添加元素と、周期表第１族の元素および第１５族の元素から選択された少なくとも１つの第２の添加元素とを含有し、前記誘電体層側から前記放電空間側に向かう膜厚方向において、前記第１の添加元素の濃度が前記誘電体層側に比べて前記放電空間側が大きく、かつ前記第２の添加元素の濃度が前記誘電体層側に比べて前記放電空間側が小さいことを特徴とする。このような構成とすることにより、保護層の放電空間側に電子が存在する割合を増加させることができ、保護層の二次電子放出係数（γ）を大きくすることができる。この結果、放電開始電圧を低減し、高輝度のガス放電パネルが実現される。さらに、保護層の放電空間側に従来構成に比べて電子の存在する割合を増加できるので、長時間の使用により保護層の表面に変質が生じてもγの変動が生じ難く、信頼性の大きなガス放電パネルが得られる。また、第１４族と第１７族とから選択された第１の添加元素がドナーとして作用し、同時に第１族と第１５族とから選択された第２の添加元素はアクセプタとして作用するので、保護層内部に発生する拡散電位はさらに大きくでき、保護層表面にさらに多くの電子を存在させることができる。この結果、放電開始電圧をさらに低減できる。
【００１３】
また、本発明のガス放電パネルは、保護層内の第１の添加元素の濃度が誘電体層側から放電空間側の膜厚方向にむけて連続的に増加している構成を有する。
【００１４】
また、本発明のガス放電パネルは、保護層内の第１の添加元素の濃度が誘電体層側から放電空間側の膜厚方向にむけてステップ状に増加している構成を有する。
【００１５】
また、本発明のガス放電パネルは、保護層内の第１の添加元素の濃度が誘電体層側から放電空間側の膜厚方向に向けて連続的に増加する領域とステップ状に増加する領域とからなる構成を有する。
【００１６】
また、本発明のガス放電パネルは、保護層内の第１の添加元素の濃度分布における濃度の最小領域が、誘電体層側から放電空間側に向かう膜厚方向において、誘電体層近傍に存在する構成を有する。
【００１７】
また、本発明のガス放電パネルは、保護層内の第１の添加元素の濃度が誘電体層側から放電空間側の膜厚方向に向けて大きく変化する点を有し、この変化する点が保護層の膜厚比に対して０．５より大きい放電空間側の位置に設けられている構成を有する。
【００１８】
また、本発明のガス放電パネルは、保護層内の第２の添加元素の濃度が誘電体層側から放電空間側の膜厚方向にむけて連続的に減少している構成を有する。
【００１９】
また、本発明のガス放電パネルは、保護層内の第２の添加元素の濃度が誘電体層側から放電空間側の膜厚方向にむけてステップ状に減少している構成を有する。
【００２０】
また、本発明のガス放電パネルは、保護層内の第２の添加元素の濃度が誘電体層側から放電空間側の膜厚方向に向けて連続的に減少する領域とステップ状に減少する領域とからなる構成を有する。
【００２１】
また、本発明のガス放電パネルは、保護層内の第２の添加元素の濃度分布における濃度の最小領域が、誘電体層側から放電空間側に向かう膜厚方向において放電空間側に存在する構成を有する。
【００２２】
また、本発明のガス放電パネルは、保護層内の第２の添加元素の濃度が誘電体層側から放電空間側の膜厚方向にむけて大きく変化する点を有し、この変化する点が保護層の膜厚比に対して０．５より大きい放電空間側の位置に設けられている構成を有する。
【００２３】
さらに、本発明のガス放電パネルの製造方法は、透明絶縁性基板上に複数の表示電極対とそれを覆う誘電体層と保護層とが形成された前面板と、背面側基板上に少なくとも蛍光体層と隔壁が形成されてなる背面板とを放電空間を介して対向させて構成されるガス放電パネルの製造方法であって、周期表第２族およびＯ（酸素）の元素を主成分とする固体状の成膜材料と、周期表第１４族の元素および周期表第１７族の元素から選択された少なくとも１つの第１の添加元素を含む固体状の成膜材料と、周期表第１族の元素および周期表第１５族の元素から選択された少なくとも１つの第２の添加元素を含む固体状の成膜材料とを複数個の成膜源に配置して、第１の添加元素の濃度分布が誘電体層側から放電空間側に向かう膜厚方向において誘電体層側に比べて放電空間側が大きく、かつ、第２の添加元素の濃度分布が誘電体層側から放電空間側に向かう膜厚方向において誘電体層側に比べて放電空間側が小さくなるように、複数個の成膜源から蒸発またはスパッタリングにより形成する方法からなる。このような製造方法により、保護層中にはドナーとして作用する第１の添加元素と、アクセプタとして作用する第２の添加元素とを任意の濃度で、かつ、任意の厚さ方向に形成することができる。
【００２４】
さらに、本発明のガス放電パネルは、複数個の成膜源がそれぞれ異なる量の第１の添加元素または第２の添加元素が含まれている工法からなる方法である。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２６】
図１は本発明の実施の形態によるＰＤＰ用ガス放電パネルの要部斜視図であり、図２はアドレス電極に沿って切断した断面図である。
【００２７】
透明で絶縁性の前面側基板１０１上に、表示電極対１０４とブラックマトリクス１０７と、これらを覆うように誘電体層１０５とが形成され、さらにこの誘電体層１０５上に保護層１０６が形成されて、前面板１００が構成される。この表示電極対１０４は、サスティン電極１０２とスキャン電極１０３とで構成されており、これらは透明導電膜１０２ａ、１０３ａと、さらに配線抵抗を小さくするためのバス電極１０２ｂ、１０３ｂとにより構成されている。なお、このバス電極１０２ｂ、１０３ｂは、それぞれ透明導電膜１０２ａ、１０３ａ上に平行で、かつこの透明導電膜１０２ａ、１０３ａよりも細幅に形成されている。このような表示電極対１０４が前面側基板１０１上に一定のピッチを有して必要な表示本数形成されている。
【００２８】
透明導電膜１０２ａ、１０３ａは、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、酸化錫（ＳｎＯ2）等の透明導電性材料を印刷・焼成あるいはスパッタリング等の方式で形成する。この透明導電性材料単独では電極としての抵抗を低くできないために、特に大画面のＰＤＰにおいては、この導電膜による電力のロスが無視し得ない値となる。これを防止するために透明導電膜１０２ａ、１０３ａ上にバス電極１０２ｂ、１０３ｂとして、抵抗の低い銀やアルミニウムや銅等の単層構成膜、あるいはクロムと銅の２層構成、クロムと銅とクロムの３層構成等の積層構成膜を、印刷・焼成方式やスパッタリング等の薄膜形成技術で形成する。
【００２９】
例えば、透明導電膜１０２ａ、１０３ａとしてＩＴＯをスパッタリングで約０．２μｍ〜０．５μｍ形成した場合、この膜のシート抵抗は約１０Ω／□〜２５Ω／□となる。一方、バス電極１０２ｂ、１０３ｂとして銀を印刷方式で約２μｍ〜１０μｍ形成すると、シート抵抗は約１ｍΩ／□〜３ｍΩ／□となる。透明導電膜１０２ａ、１０３ａとバス電極１０２ｂ、１０３ｂとが並列に形成されているので、表示電極対１０４のシート抵抗は、このバス電極１０２ｂ、１０３ｂでほぼ決まり十分に低い抵抗とすることができる。
【００３０】
ＡＣ駆動型のＰＤＰでは、表示電極対１０４上に形成する誘電体層１０５が特有の電流制限機能を示すので、ＤＣ駆動型のＰＤＰに比べて長寿命にできる。この誘電体層１０５は表示電極対１０４とブラックマトリクス１０７との形成後で、しかも、これらを確実に覆うように形成することが必要とされるために、一般的には低融点ガラスを印刷・焼成方式で形成している。ガラスペースト材料としては、例えば酸化鉛（ＰｂＯ）、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）、酸化ホウ素（Ｂ2Ｏ3）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、および酸化バリウム（ＢａＯ）等を含む、いわゆる（ＰｂＯ−ＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3−ＺｎＯ−ＢａＯ）系ガラス組成を有する低融点ガラスペーストを用いることができる。このガラスペーストを用いて、例えばスクリーン印刷と焼成とを繰り返すことで、所定の膜厚の誘電体層１０５を容易に得ることができる。なお、この膜厚は表示電極対１０４の厚さや、目標とする静電容量値等に応じて設定すればよい。本第１の実施の形態では約４０μｍの膜厚とした。さらにＰｂＯ、酸化ビスマス（Ｂｉ2Ｏ3）および酸化リン（ＰＯ4）の少なくとも１つを主成分とするガラスペーストを用いることもできる。
【００３１】
また、保護層１０６は先述したように、プラズマ放電により誘電体層１０５がスパッタリングされないようにするために設けるもので、耐スパッタリング性に優れた材料であることが要求される。このために、ＭｇＯが多く用いられている。このＭｇＯ膜の形成については、後にさらに詳しく述べる。
【００３２】
一方、同様に透明で絶縁性を有する背面側基板１１１上に、画像データを書き込むためのアドレス電極１１２が前面板１００の表示電極対１０４に対して直交する方向に形成される。このアドレス電極１１２を覆うように背面側基板１１１面上に下地誘電体層１１３を形成した後、このアドレス電極１１２と平行で、かつアドレス電極１１２、１１２間のほぼ中央部に隔壁１１４を形成し、さらに２つの隔壁１１４、１１４で挟まれた領域に、隔壁１１４、１１４の上部まで含めて蛍光体層１１５が形成されて、背面板１１０が構成される。なお、この蛍光体層１１５は、図１に示すように、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光に発光する蛍光体層１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃが隣接して形成され、これらで画素を構成している。
【００３３】
なお、アドレス電極１１２は前面板１００のバス電極１０２ｂ、１０３ｂと同様な材料と成膜法で形成することができる。また、下地誘電体層１１３は誘電体層１０５と同一の材料と成膜方式で形成することもできるし、さらにＰｂＯ、Ｂｉ2Ｏ3およびＰＯ4の少なくとも１つを主成分とするガラスペーストを用いてもよい。隔壁１１４はガラスペーストを複数回スクリーン印刷して約１２０μｍの厚さに形成すれば、この隔壁１１４、１１４で囲まれ１２０μｍ程度の高さを有する空間が放電空間１２０となる。また、蛍光体層１１５は、それぞれＲ光、Ｇ光、およびＢ光に発光する蛍光体を例えばインクジェット法で隔壁１１４部分に形成することができる。
【００３４】
前面板１００と背面板１１０とを対向させると、それぞれ２本の隔壁１１４、１１４、前面側基板１０１上の保護層１０６、および背面側基板１１１上の蛍光体層１１５で囲まれたストライプ状の放電空間１２０が生じる。この空間１２０に先述したＮｅとＸｅの混合ガスを約６６．５ｋＰａの圧力となるように充填し、それぞれのバス電極１０２ｂ、１０３ｂを介してサスティン電極１０２とスキャン電極１０３間に数１０ｋＨｚ〜数１００ｋＨｚの交流電圧を印加して放電させると、励起されたＸｅ原子が基底状態に戻る際に発生する紫外線により蛍光体層１１５を励起することができる。この励起により蛍光体層１１５は、塗布された材料に応じてＲ光、Ｇ光、またはＢ光の発光をするので、アドレス電極１１２により発光させる画素および色の選択を行えば、所定の画素部で必要な色を発光させることができ、カラー画像を表示することが可能となる。
【００３５】
なお、前面板１００と背面板１１０とを対向させた状態では、隔壁１１４により隣接する放電空間１２０同士は遮蔽されるようにしてあり、誤放電や光学的クロストークを防ぐような設計がされている。また、図示しないが、背面板１１０には可視光（４００ｎｍ〜８００ｎｍ）に対し高反射率を呈するように、反射鏡を設けることもある。
【００３６】
次に、本発明の保護層１０６の作製方法について説明する。図３は、保護層１０６を形成するために用いた電子ビーム蒸着装置の概略説明図である。ベルジャ３１０の内部はバルブ３１２を介して真空ポンプ３１１に接続されており、基板ホルダー３０１に誘電体層１０５までを形成した前面板１００を取り付けた後、バルブ３１２を開にしてベルジャ３１０の内部を真空ポンプ３１１で所定の真空度まで排気する。ベルジャ３１０の下部には、第１の電子ビーム蒸発源３０４、第２の電子ビーム蒸発源３０７および第３の電子ビーム蒸発源３０９が前面板１００に対して均一な膜厚を確保するように所定角度に傾けて配置されている。それぞれの電子ビーム蒸発源は、電子銃３０２、３０５、３１４と、この電子銃からの電子を受けて加熱蒸発させる蒸発物質を保持するハース３０３、３０６、３０８から構成されている。それぞれのハース３０３、３０６および３０８には、第２族およびＯ（酸素）元素から構成されるＭｇＯのペレットがおかれ、しかもそれぞれのハースに設置するＭｇＯのペレットは第１４族から選択された少なくとも１つの元素である第１の添加元素の量を各々異ならせている。例えば、本実施の形態においては、第１の添加元素としてＧｅ元素を選択し、ＭｇＯペレットに対して添加する量を変化させた。すなわち、第１の電子ビーム蒸発源３０４にはＧｅを全く添加していないＭｇＯのペレット３２１、第２の電子ビーム蒸発源３０７には最大の濃度を添加したＭｇＯペレット３２２、および第３の電子ビーム蒸発源３０９には両者の中間の量のＧｅを添加したＭｇＯペレット３２３をそれぞれのハースに配置する。
【００３７】
本実施の形態においては、このような電子ビーム蒸着装置を用いて、図４に示すような膜厚方向のＧｅ濃度プロファイルを有するＭｇＯの保護層１０６を形成した。このような濃度プロファイルを有するＭｇＯ膜は、第１の電子ビーム蒸発源３０４により所定の膜厚となるまで蒸着した後、第２の電子ビーム蒸発源３０７からさらに最終必要となる膜厚まで蒸着すれば容易に得られる。なお、図４では、横軸は保護層の厚さ方向の深さを示し、縦軸はその深さにおける添加元素の濃度を示している。このような保護層１０６を有するガス放電パネルを実施例１とする。
【００３８】
なお、比較のために図５に示すように、膜厚方向に一定のＧｅ濃度を有するＭｇＯ膜、およびＧｅを添加していないＭｇＯ膜も形成して、ガス放電パネルとしての比較評価を行った。一定のＧｅ濃度を有する保護層からなるガス放電パネルを比較例１、Ｇｅを添加していない保護層からなるガス放電パネルを比較例２とする。なお、Ｇｅの濃度分布については、前面板１００と同一距離の位置に配置したモリブデン板３１５上に形成されたＭｇＯ膜について二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）を行って確認した。
【００３９】
実施例１、比較例１および比較例２について、同じ駆動電圧波形を印加して放電開始電圧を調べた。この結果、実施例１では１５７Ｖ、比較例１では１７１Ｖ、さらに比較例２では１７３Ｖが得られた。一方、同じ駆動電圧（１７５Ｖ）を印加して、全白表示での輝度を評価したところ、実施例１では５３５ｃｄ／ｍ2、比較例１では４８０ｃｄ／ｍ2、比較例２では４７０ｃｄ／ｍ2であった。この結果からわかるように、濃度プロファイルを有するＭｇＯ膜では、放電開始電圧を小さくできることが見出された。
【００４０】
第２族とＯ（酸素）の元素とからなる保護層中に、第１４族から選択される元素を添加し、しかも放電空間側のこの添加元素の濃度を大きくすることで、放電開始電圧を低下することができたことについては、以下のように本発明者らは考えている。すなわち、ＭｇＯ保護層１０６中で、Ｇｅ原子はＭｇ原子の格子位置、あるいはＭｇ原子とＯ原子の格子間に入り込むことで、ドナーとしての働きをする。特に、図４に示すように、Ｇｅ原子の濃度をステップ状で、かつ放電空間側の濃度を小さくするような濃度分布を設けることにより、ＭｇＯ保護層内には図６に示すようなバンド構造が得られる。これにより保護層１０６内部に生じる拡散電位によって、保護層１０６表面にはより多くの電子が存在できるようになる。その結果、保護層１０６であるＭｇＯ表面からの電子放出がより促進されるので放電開始電圧を低下することができたものと考える。
【００４１】
一方、比較例１および比較例２では、ドナーが保護層１０６の表面側に片寄って存在しないか、あるいは全く存在しないために、図６に示すような拡散電位が形成されず、保護層の表面側に電子をより多く存在させることができない。このため、上記のような作用が得られず、放電開始電圧を低減できない。ただし、比較例１の方が比較例２に比べて放電開始電圧がやや低くなったのは、Ｇｅ原子がドナーとして作用しており、Ｇｅ原子を添加していない比較例２より保護層１０６であるＭｇＯ膜表面の電子の数が多くなったためと推定している。
【００４２】
ここで、図４の濃度プロファイルにおいて、膜厚方向のＧｅ濃度が減少し始めるＡ点で示す位置までの膜厚を保護層１０６の全体の膜厚比に対して０．５より大きくすることで、電子が閉じ込められる領域を狭くすることが可能となり、さらに放電開始電圧を低減することができることが見出された。
【００４３】
また、濃度プロファイルを有するＭｇＯ膜を備えたガス放電パネルを通常使用で５万時間に相当する加速寿命試験を行ったが、放電開始電圧および発光輝度は無視できる程度の変動しか生じず、非常に安定に動作できることが確認された。さらに、このパネルを分解してＭｇＯ膜を観察したが、放電ガスによるスパッタで膜厚が減少していないことが確認された。
【００４４】
なお、本実施の形態では放電ガスとしてＮｅとＸｅの混合ガスを用いたが、本発明はこれに限定されるものではなくＡｒより質量数が少なく、ＭｇＯ膜に対するスパッタリング効果が小さいＨｅを混合して使用してもよい。
【００４５】
次に、第１４族から選択される添加元素としてはＳｉを用いた。保護層１０６であるＭｇＯ膜中の添加元素の濃度分布としては、図７に示すようにした。図７に示すＳｉ濃度分布を有するＭｇＯ膜は、以下のようにして作製した。すなわち、上記例と同様に図３に示す電子ビーム蒸着装置を用い、第１の電子ビーム蒸発源３０４にはＳｉを全く添加していないＭｇＯのペレット３２１、第２の電子ビーム蒸発源３０７にはＳｉを最大の濃度で添加したＭｇＯペレット３２２をそれぞれのハースに配置して、最初は第１の電子ビーム蒸発源３０４から所定の膜厚となるまで成膜し、その後第１の電子ビーム蒸発源３０４と第２の電子ビーム蒸発源３０７とを同時に用いて、それぞれの投入電力を調節しながら成膜することで連続的な濃度分布で、かつ放電空間側に最大の濃度を有するＭｇＯ膜を得ることができる。このようにして作製した保護層１０６からなるガス放電パネルを実施例２とよぶ。
【００４６】
なお、比較のために図５に示すＳｉ濃度分布を有するＭｇＯ膜を保護層１０６としたガス放電パネルも作製した。これを比較例３とよぶ。この保護層は、ＭｇＯペレット中に所定濃度となるＳｉを添加して電子ビームで蒸着すれば容易に得られる。
【００４７】
このようにして作成した実施例２と比較例３とについて、上記実施例と同様な評価を行った。放電開始電圧は、実施例２が１５５Ｖであり、比較例３が１７０Ｖであった。また、両方ともに同一の駆動電圧（１７０Ｖ）を印加して全白表示での輝度を評価したところ、実施例２では５３５ｃｄ／ｍ2が得られたのに対して、比較例３では４６５ｃｄ／ｍ2であった。すなわち、保護層１０６としてＭｇＯ膜を用い、この膜中のＳｉ原子の濃度が放電空間側で大きくなるような濃度分布とすることで放電開始電圧を低減することができた。この理由としては、第１の実施の形態で説明したと同様な効果によるものと推定している。
【００４８】
次に、実施例２と同様に保護層１０６としてＭｇＯ膜を用い、第１４族から選択される第１の添加元素としてはＳｉを用いた。ＭｇＯ膜中のＳｉ濃度分布については、図４および図８（Ａ）から（Ｅ）に示すように作製した。例えば、図８（Ｂ）に示す濃度分布を有するＭｇＯ膜は、以下のようにして作製することができる。すなわち、実施例１と同様な電子ビーム蒸着装置を用い、第１の電子ビーム蒸発源３０４にはＳｉを全く添加していないＭｇＯのペレット３２１、第２の電子ビーム蒸発源３０７には最大の濃度を添加したＭｇＯペレット３２２、および第３の電子ビーム蒸発源３０９には両者の中間の量のＳｉを添加したＭｇＯペレット３２３をそれぞれのハースに配置する。最初は第１の電子ビーム蒸発源３０４を用いて所定の膜厚となるまで成膜する。その後、第３の電子ビーム蒸発源３０９と第１の電子ビーム蒸発源３０４とを同時に用いて、それぞれの投入電力を調整しながら、さらに所定の膜厚まで蒸着する。次に、第２の電子ビーム蒸発源３０７と第１の電子ビーム蒸発源３０４とを同時に用いて、それぞれの投入電力を調整しながら最終的に必要な膜厚まで蒸着すればよい。
【００４９】
また、図８（Ｃ）の濃度分布を有するＭｇＯ膜は、第１の電子ビーム蒸発源３０４により所定の膜厚まで蒸着し、次に第３の電子ビーム蒸発源３０９により必要な膜厚まで蒸着する。最後に、第２の電子ビーム蒸発源３０７を用いて最終的に必要な膜厚まで蒸着すればステップ状の濃度分布を有する保護層１０６が得られる。その他の濃度分布を有する保護層１０６も上述したと同様な方法により容易に得られるので、説明は省略する。
【００５０】
このように６種類の濃度分布のＭｇＯ膜からなる保護層１０６を有したガス放電パネルを作製して、放電開始電圧を評価した。その結果、上述の６種類のガス放電パネルでは、放電開始電圧は１５４Ｖ〜１６２Ｖの範囲であり、第２の実施の形態のガス放電パネルと同様に放電開始電圧を低減できることが確認された。
【００５１】
次に、実施例１で作製したガス放電パネルにおいて、保護層１０６としてＳｉ原子とＮａ原子とが図９に示すような濃度分布を有するＭｇＯ膜を用いた。このＭｇＯ膜の作製は、以下のようにして作製した。すなわち、実施例１で説明した電子ビーム蒸着装置において、第１の電子ビーム蒸発源３０４にはＳｉとＮａとを全く添加していないＭｇＯのペレット３２１、第２の電子ビーム蒸発源３０７には所定の濃度のＳｉを添加したＭｇＯペレット３２２、および第３の電子ビーム蒸発源３０９には所定の濃度のＮａを添加したＭｇＯペレット３２３をそれぞれのハースに配置する。最初に、第３の電子ビーム蒸発源３０９を用いて所定の膜厚まで蒸着する。次に、第１の電子ビーム蒸発源３０４を用いて、同様に所定の膜厚まで蒸着する。最後に、第２の電子ビーム蒸発源３０７を用いて、最終的に必要な膜厚まで蒸着すればよい。このような濃度分布のＭｇＯ膜を保護層１０６としたガス放電パネルを実施例４とよぶ。
【００５２】
実施例４について、実施例１で説明したように放電開始電圧を調べてみたところ、１５０Ｖが得られた。また、駆動電圧を１７０Ｖとして、全白表示での輝度を評価したところ５５０ｃｄ／ｍ2であった。ところで、実施例３のガス放電パネルにおいて、図８（Ａ）のＳｉ原子の濃度分布の保護層を用いた場合には、放電開始電圧が１５４Ｖであったことから、第１族の元素であるＮａを第２の添加元素として添加することで、さらに放電開始電圧を低減できることが確認された。
【００５３】
このように、放電空間側でＳｉ原子の濃度が大きく、かつ、Ｎａ原子の濃度が小さくなるような濃度分布を有するＭｇＯ膜を保護層１０６とすることで、放電開始電圧がさらに低減できた。このように低減できる理由としては、以下のように説明できる。ＭｇＯ膜中で第１族の元素であるＮａは、Ｍｇ原子の格子位置に入ることでアクセプタとして働く。一方、第１４族の元素であるＳｉは、Ｍｇの格子位置、あるいはＭｇ原子とＯ原子との格子間に入ることでドナーとして働く。したがって、放電空間側において、Ｎａ原子の濃度を小さく、かつ、Ｓｉ原子の濃度を大きくすれば、図１０に模式的に示すようなバンド構造が得られる。このようなバンド構造は、図６で模式的に示したバンド構造に比べて、保護層１０６中に発生する拡散電位はさらに大きくなり、この結果、保護層１０６の放電空間側に電子が存在する割合は増加し、ＭｇＯ膜の表面からの電子放出がより促進されて放電開始電圧を低減できたものである。
【００５４】
ここで、Ｎａ原子の濃度が大きく変動するポイントＢは、例えば図９（Ｂ）に示すようにＢ点が放電空間側に位置させるほうが、さらに放電開始電圧を低減できることが見出された。この場合、Ｎａ原子の濃度が大きい領域、Ｎａ原子とＳｉ原子との濃度が両方ともに大きい領域、およびＳｉ原子の濃度が大きい領域が存在するようになる。両方が存在する領域では、ドナーとアクセプタはほとんどなく、放電空間側の表面側にドナーとアクセプタが集中して存在することになるので、放電空間側の狭い領域で電子がさらに多く閉じ込められる。したがって、放電開始電圧をさらに低減することが可能となる。
【００５５】
また、実施例４について、通常使用で５万時間連続動作相当の加速寿命試験を行ったところ、放電開始電圧に大きな変動はなく、安定であった。さらに、このパネルを割ってＭｇＯ膜を観察したところ、スパッタによる膜厚減少がほとんど無いことも確認された。なお、放電ガスとしては、Ｎｅ−Ｘｅの混合ガスに限定されることはなく、これらのガスにＭｇＯ膜のスパッタ効果の少ないＨｅを混合して使用してもよい。
【００５６】
次に、実施例４で作製したガス放電パネルにおいて、保護層１０６として第１７族の元素から選択されたＣｌと第１族の元素から選択されたＮａとを添加元素とした。すなわち、Ｃｌ原子とＮａ原子とが図９（Ａ）に示すような濃度分布を有するＭｇＯ膜を用いた。このＭｇＯ膜の作製は、第４の実施の形態で説明した方法において、ＳｉのかわりにＣｌを添加したＭｇＯペレットを用いて、実施例４と同様な手順で蒸着すれば容易に得られる。このような保護層１０６を有するガス放電パネルについて、同様に放電開始電圧を評価したところ、実施例４と同様な値の１５０Ｖが得られた。また、１７０Ｖを印加して全白表示での輝度を評価したが、５５０ｃｄ／ｍ2であった。これは、Ｃｌ原子のような第１７族の元素は、ＭｇＯ中で、Ｏ原子の位置、またはＭｇ原子とＯ原子との格子間位置に入り込み、ドナーとして作用することによるものである。
【００５７】
次に、実施例４で作製したガス放電パネルにおいて、保護層１０６として第１４族の元素から選択されたＳｉと第１５族の元素から選択されたＰとを添加元素とした。すなわち、Ｓｉ原子とＰ原子とが図９（Ａ）に示すような濃度分布を有するＭｇＯ膜を用いた。このＭｇＯ膜の作製は、実施例４で説明した方法において、ＮａのかわりにＰを添加したＭｇＯペレットを用いて、実施例４と同様な手順で蒸着すれば容易に得られる。このような保護層１０６を有するガス放電パネルについて、同様に放電開始電圧を評価したところ、実施例４と同様な値の１５０Ｖが得られた。また、１７０Ｖを印加して全白表示での輝度を評価したが、５５０ｃｄ／ｍ2であった。これは、Ｐ原子のような第１５族の元素は、ＭｇＯ中でＯ原子の位置に入ることで、アクセプタとして作用することによるものである。
【００５８】
なお、実施例５と実施例６では、添加元素の濃度分布は、これらで説明した濃度分布に限定されるものではない。第１４族と第１７族から選択される元素については、図４または図８（Ａ）から（Ｅ）に示すような濃度分布としてもよい。また、第１族と第１５族とから選択される元素については、図１１（Ａ）から（Ｇ）に示すような濃度分布としてもよい。
【００５９】
さらに、実施例１から実施例６では、保護層として第２族とＯ（酸素）の元素とから構成される保護層として、ＭｇＯ膜を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。プラズマダメージを受け難く、イオン入射に対する二次電子放出係数の大きい材料、例えばＣａＯ、ＢａＯ、またはＣｅＯ2を用いてもよい。
【００６０】
また、添加元素である第１４族元素としては、ＧｅやＳｉのみでなく、炭素（Ｃ）、錫（Ｓｎ）または鉛（Ｐｂ）を用いてもよい。さらに、第１７族の元素としては、Ｃｌのみでなく、フッ素（Ｆ）、臭素（Ｂｒ）、または沃素（Ｉ）を用いてもよい。これらの元素を複数添加してもよい。
【００６１】
またさらに、第１族の元素としては、リチウム（Ｌｉ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、またはセシウム（Ｃｓ）を用いることができる。また、第１５族の元素としては、Ｐのみでなく、窒素（Ｎ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）またはビスマス（Ｂｉ）を用いてもよい。また、保護層１０６中に上記の第１族の元素と第１５族の元素とを両方添加してもよい。これらの添加元素によるアクセプタとしての作用がより相乗されることになり、さらに二次電子放出の効率を向上できる。
【００６２】
実施例１〜６においては、電子ビーム蒸着装置で保護層を形成したが、本発明は電子ビーム蒸着に限定されるものではなく、イオンプレーティング、スパッタリング等で作製してもよい。スパッタリングで作製する場合には、添加元素の濃度を変化させた複数個のターゲットを水平方向に配置し、これらのターゲット上を前面板が水平方向に移動しながら成膜することで、所定の添加元素の濃度分布を有する保護層を容易に形成できる。また、電子ビーム蒸着装置においても、本実施の形態で説明したバッチ型装置に限定されるものではなく、電子ビーム蒸発源を水平方向に複数個配置して、基板がこれらの電子ビーム蒸発源上を水平に移動しながら成膜する構成の装置であってもよい。
【００６３】
なお、保護層に添加する第１の添加元素と第２の添加元素の量は、０．０００１原子％以上で、２０原子％が膜の結晶性を損なわず、本発明の特性を得られる望ましい量である。
【００６４】
【発明の効果】
本発明のガス放電パネルは、前面板に形成する保護層が周期表第２族およびＯ（酸素）の元素を主成分とし、かつ周期表第１４族の元素と周期表第１５族の元素とから選択された少なくとも１つの第１の添加元素を含有し、誘電体層側から放電空間側に向かう膜厚方向において第１の添加元素の濃度が誘電体層側に比べて放電空間側が大きくした構成を有する。さらに、この第１の添加元素に加えて、周期表第１族と第１５族とから選択される少なくとも１つの第２の添加元素を含有し、この第２の添加元素の濃度が放電空間側で小さくした構成を有する。
【００６５】
このような構成とすることにより、保護層の放電空間側に電子が存在する割合を増加させることができ、保護層の二次電子放出係数（γ）を大きくすることができる。この結果、放電開始電圧を低減し、高輝度で、かつ明所でもコントラストが大きく、しかも高信頼性のガス放電パネルが実現できるという大きな効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態におけるガス放電パネル要部斜視図
【図２】  同実施の形態のガス放電パネルの要部断面図
【図３】  同実施の形態で保護層を形成するための電子ビーム蒸着装置の概略図
【図４】  同実施の形態の保護層中の第１の添加元素の膜厚方向の分布を示す図
【図５】  比較例１および比較例３の保護層中の第１の添加元素の膜厚方向の分布を示す図
【図６】  同実施の形態の保護層についてのバンド構造を説明するための摸式図
【図７】  本発明の実施の形態による保護層中の第１の添加元素の膜厚方向の分布を示す図
【図８】  本発明の実施の形態で作製した保護層中の第１の添加元素の膜厚方向分布を示す図
【図９】  本発明の実施の形態で作製した保護層中の第１および第２の添加元素の膜厚方向分布を示す図
【図１０】  同実施の形態の保護層についてのバンド構造を説明するための摸式図
【図１１】  本発明の実施の形態で作製した保護層中の第２の添加元素の膜厚方向分布を示す図
【符号の説明】
１００  前面板
１０１  前面側基板
１０２  サスティン電極
１０２ａ，１０３ａ  透明導電膜
１０２ｂ，１０３ｂ  バス電極
１０３  スキャン電極
１０４  表示電極対
１０５  誘電体層
１０６  保護層
１０７  ブラックマトリクス
１１０  背面板
１１１  背面側基板
１１２  アドレス電極
１１３  下地誘電体層
１１４  隔壁
１１５  蛍光体層
１１５ａ  蛍光体層（Ｒ光）
１１５ｂ  蛍光体層（Ｇ光）
１１５ｃ  蛍光体層（Ｂ光）
１２０  放電空間
３０１  基板ホルダー
３０２，３０５，３１４  電子銃
３０３，３０６，３０８  ハース
３０４  第１の電子ビーム蒸発源
３０７  第２の電子ビーム蒸発源
３０９  第３の電子ビーム蒸発源
３１０  ベルジャ
３１１  真空ポンプ
３１２  バルブ
３１５  モリブデン基板
３２１，３２２，３２３  ペレット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【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８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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