(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体と、この誘電体を保護する保護膜とを有する第１の基板と、隔壁と蛍光体層とを有し前記第１の基板に相対する第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板に挟まれた空間を満たす希ガスと、当該希ガスの放電により前記蛍光体層を励起させ複数の画素の点灯を制御する励起手段を備えた表示装置であって、
前記誘電体、前記隔壁の少なくとも１つが、ガドリニウムを含有してなり、
前記ガドリニウムの含有量が、０．１モル％以上２０モル％以下である表示装置。
【請求項２】
誘電体と、この誘電体を保護する保護膜とを有する第１の基板と、隔壁と蛍光体層とを有し前記第１の基板に相対する第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板に挟まれた空間を満たす希ガスと、当該希ガスの放電により前記蛍光体層を励起させ複数の画素の点灯を制御する励起手段を備えた表示装置であって、
前記保護膜が４モル％以上２０モル％以下のガドリニウムを含有してなる表示装置。
【請求項３】
前記保護膜は、４モル％以上２０モル％以下のガドリニウムを含有したＭｇＯからなる請求項２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記希ガスの放電により第１の紫外線を放出し、この第１の紫外線により前記ガドリニウムが励起されて前記第１の紫外線よりも長波長の第２の紫外線が発生するように構成されてなる請求項１から３のいずれかに記載の表示装置。
【請求項５】
前記第１の紫外線の波長が２００ｎｍ以下である請求項４記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は蛍光体を励起し所望の像を表示する表示装置に関するものであり、特に発光効率を改善するための材料およびこの材料を用いた表示装置に関するもので、例えばプラズマディスプレイパネル（以下ＰＤＰともいう）などのガス放電表示装置に用いられるものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の代表的なＰＤＰにおいては、前面基板と背面基板に挟まれた空間にキセノンを含むガスを封止し、電圧を印加することにより放電を生じさせ、キセノン含有ガスを励起し、波長１４７ｎｍの発光、及び波長１７０ｎｍをピークとするブロードな発光により蛍光体を励起し、所望の可視光を発生させ画像表示を行っている。
図７に、かかる従来のガス放電表示装置の一例であるＡＣ型プラズマディスプレイパネルの断面構造を示す。図において１は前面ガラス基板、２は誘電体層、３は保護膜、４は放電ガス、５は蛍光体層、６は隔壁、７は下地層、８はアドレス電極、９は背面ガラス基板、１０は維持放電電極、２０は発光セル、２１は前面パネル、２２は背面パネルを示している。
【０００３】
従来のＰＤＰにおいては、外部からの電圧がアドレス電極８及び維持放電電極１０に印加されることによって発光セル２０において放電が生じ放電ガス４が励起され、励起された放電ガス４が安定状態に遷移する時に紫外線（キセノンガスを用いた場合には波長１４７ｎｍの光、及び波長１７０ｎｍをピークとするブロードな光）が発生する。この紫外線によって発光セル２０の蛍光体層５が励起され表示に必要な可視光線が発生する。そして、この可視光線を用いて所望の像が形成され、表示が行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる従来のＰＤＰにおいては、例えば、日経エレクトロニクス１９９９．１０．２５号（Ｎｏ．７５５）Ｐ．９９に示されたように、エネルギー変換効率（表示光／投入電力）が０．４％と低いためにＣＲＴや液晶表示装置に比べ電力消費が大きく、発熱を生じるため、このエネルギー変換効率（もしくは発光効率）を向上させることが重要な課題となっている。
【０００５】
また、従来のＰＤＰをカラー表示させる場合、赤、緑、青色に発光する３種類の蛍光体の発光強度バランスが重要で、これによって３色を同時に発光させた時の白色の色温度が決まるが、従来のＰＤＰにおいては青色蛍光体の発光効率が悪く、そのため白色の色温度が低いという問題があった。
【０００６】
上記点に関し、まずエネルギー変換効率の改善方法の一つとして、紫外線の有効利用が挙げられる。従来のＰＤＰにおいては、発光セルの空間に存在する放電ガスから放射された紫外線はあらゆる方向に放射されるが、蛍光体以外の放電空間を取り巻く構成材料に向かって放射された紫外線の大半は蛍光体の励起に利用されず損失となっており、これら紫外線を有効に利用し、エネルギー変換効率を改善しようとするものである。
この問題に関し、誘電体の保護膜に吸収される紫外線を利用して発光効率を向上させる提案がなされており、例えば特開昭５２−２０７６２号公報に示されるように、ＭｇＯに１Ｗｔ％のＣｅＯを含有させ保護膜に蛍光性を付与し紫外線を有効利用する方法や、保護膜材料に活性剤を混入し蛍光性を持たせた蛍光保護膜材料である（ＳｒＭｇ）2Ｐ2Ｏ7：Ｅｕ2+にガス放電により放出された紫外線を吸収させ、２０００〜３０００Åの波長の紫外線を放出させる例が開示されている。しかしながら、これらの方法にて放射される紫外線の波長は３００ｎｍ（３０００Å）以下であり、前述した色温度の改善は困難であった。
【０００７】
また、従来のＰＤＰにおける色温度の改善方法として、例えば、特開平１０−３０８１７９号公報に示されたような、３色の放電セルの幅を変えて青色の発光量を赤、緑の発光量に対して増大させ、色温度を改善する方法があるが、この方法ではエネルギー変換効率が改善されず、また各セルの構造条件が異なるために、各セルにおいて放電条件が異なり、放電のマージンが狭くなるという欠点があった。
【０００８】
かかる問題を解消すべく、本発明者らは様々な実験を行った結果、幾多の希土類元素の中でも、ガドリニウム（以下Ｇｄ）をＰＤＰの構成材料である保護膜材料等に少量添加することにより、当該保護膜等が、放電ガスからの紫外線を受けて、より長波長の紫外線を発生するという紫外線変換材料として機能し、プラズマディスプレイパネルのような表示装置に対して発光効率を向上させ、しかも白色表示の色温度を向上させる事実を見いだし、本発明に到達した。
【０００９】
なお、交流放電装置の保護膜中にガドリニウムを含む化合物を含有させることは特開平７−２２０６４０号公報に開示されているが、これは酸化マグネシウムとガドリニウムを含むスピネル構造のＢａ0.6Ｓｒ0.4Ｇｄ2Ｏ4化合物を印刷法で同時に形成することにより、印刷法にて形成された酸化マグネシウム膜の緻密化を図り、放電によるスパッタリング耐性を高める目的でなされたものである。従って、ガドリニウム化合物は接着剤的な役割を持たせる材料として用いられ、ガドリニウムは酸化マグネシウム膜成分の一部置換材料として構成されているだけである。さらに、開示されたガドリニウム化合物は、ガドリニウムが存在する部分は局部的にはガドリニウム濃度が６０モル％と程度と大きく、濃度消光（酸化物に添加される発光付活材の含有濃度が高いと、付活材イオン間に共鳴伝達が発生し、励起エネルギーが吸収されるために生じる現象であると考えられている）により長波長紫外線は発生しない。
【００１０】
また、Ｇｄが〜３１５ｎｍに幅広い発光を示すこと自体は、例えば、「蛍光体ハンドブック」蛍光体同学会編（オーム社刊）Ｐ．１２０に開示されているが、蛍光体を放電して励起する環境下において、Ｇｄを紫外線変換に用いることは従来全く知られていない。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかる表示装置は、蛍光体と、この蛍光体を励起する励起手段を備え、蛍光体の近傍に、母材中に少量のガドリニウムを含有し紫外線照射によりこの紫外線よりも長波長の紫外線を発生する材料からなる紫外線変換手段を設けたものである。
【００１５】
ここで、励起手段としては、例えば、ガス放電式の表示装置においては、ガスを放電させて紫外線を発生させ、この紫外線を蛍光体に照射できる構成が挙げられるが、特にかかる構成に限定されるものではない。
【００１６】
また、この発明にかかる表示装置は、波長２００ｎｍ以下の紫外線照射においてもその効果を有し、母材に含まれる少量のＧｄにより長波長の紫外線を発生するものである。
【００１７】
また、近傍とは、少なくとも紫外線変換手段から発生する長波長の紫外線が、蛍光体に到達できる程度に接近して配置されていることを意味する。例えば、ガス放電式表示装置の一つであるＰＤＰの場合には誘電体、保護膜、隔壁にＧｄを含有させることにより、これらの構成材料をかねて配置されていてもよい。とくに、表示装置の中でもＰＤＰに適用することで、優れた表示装置を構成することができる。
【００１８】
かくして、この発明は、誘電体と、この誘電体を保護する保護膜とを有する第１の基板と、隔壁と蛍光体層とを有し第１の基板に相対する第２の基板と、第１の基板と第２の基板に挟まれた空間を満たす希ガスと、この希ガスの放電により蛍光体層を励起させ複数の画素の点灯を制御する励起手段を備え、誘電体、保護膜、隔壁の少なくとも１つが少量のガドリニウムを含有する表示装置をも提供するものである。
【００１９】
前記誘電体は、例えばペースト状の材料をスクリーン印刷やロールコータを用いて基板に塗布し、焼成することにより得ることができる。これらペースト状材料の一例としては、奥野製薬工業製誘電体用ガラスペーストＯＣ−５００Ｌ、ＯＣ−５５５，Ｇ３−０３５０、日本電気硝子製透明誘電体用ガラスペーストＰＬＳ−３１６２Ｓ，ＰＬＳ−３２３２、ノリタケ機材製誘電体用ガラスペーストＮＰ−７８５８、ＮＰ−７９７２、ＮＰ−７９７６等が挙げられ、これらペースト材料に所定量のガドリニウムを混合し、４５０〜５５０℃程度の条件で焼成することにより所望の誘電体を形成することができる。
また、前記誘電体は、フィルム状誘電体を基板へ貼着することにても形成可能である。
【００２０】
前記保護膜としては、例えば、ＭｇＯが挙げられ、所定量のガドリニウムを混合した単結晶もしくは焼結体のこれら材料またはこれら材料の化合物を電子ビーム蒸着、スパッタ蒸着などの方法を用いて誘電体の上に直接製膜する方法や、所定量のガドリニウムを混合したこれら材料を溶媒と混練することによりペースト状にし、スクリーン印刷により塗布した後焼成する方法により形成することができる。
また、Ｇｄの含有量はＭｇＯのスパッタ耐性を考慮すると、０．１モル％〜１０モル％が望ましい。
【００２１】
前記隔壁としては、例えば、ペースト状の材料をスクリーン印刷法を用いて直接パターン形成する方法や、スクリーン印刷やロールコータにて全面形成した後サンドブラストや金型を用いてパターン形成する方法や、感光性の材料に対し、写真製版を用いて作成する方法により形成することができる。この隔壁のスクリーン印刷やロールコート用のベース材料の一例としては、奥野製薬工業製バリヤリブ用ガラスペーストＥＬＤ−５１３、ＥＬＤ−５１４、ＥＬＤ−５２０、ＥＬＤ−５０１Ａ、ＥＬＤ−５０７Ｂ、ＥＬＤ−６５５、ＥＬＤ−６５０、ＥＬＤ−８３５、Ｇ３−０４１４、Ｇ３−０４１４Ｗ、ＥＬＤ−８３９−１０、ＥＬＤ−６３０、ＥＬＤ−６６７、日本電気硝子製バリヤリブ用ガラスペーストＰＬＳ−３５５０、ＰＬＳ−３５５１、ノリタケ機材製バリヤリブ用ガラスペーストＮＰ−７８５３、ＮＰ−７８５４が挙げられ、これらペースト材料に所定量のガドリニウムを混合し、４５０〜６００℃程度の条件で焼成することにより所望の隔壁を形成することができる。
また、サンドブラスト用ベース材料としてはデュポン製バリヤリブ用サンドブラストテープＮＥＷ  Ｓ／Ｂ  ＴＯＳ、ノリタケ機材ＮＰ−７８６３、ＮＰ−７８６４などが挙げられ、これらテープ材料もしくはペースト材料に所定量のガドリニウムを混合し、写真製版によるパターン形成後サンドブラスト加工を実施し、４５０〜６００℃程度の条件で焼成することにより所望の隔壁を形成することができる。
【００２２】
前記希ガスとしては、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅの単体、あるいはこれらの混合ガスが用いられ、代表的な組成としてはＮｅ−Ｘｅ（２〜５ｗｔ％）、Ｈｅ−Ｘｅ（２〜１０ｗｔ％）などが挙げられる。
【００２３】
かかるＰＤＰにおいては、ガス放電により放出される紫外線は、蛍光体のみならず、前記保護膜、誘電体、隔壁にも多く吸収され、通常、ロスを生じる。この発明にかかる表示装置においては、かかる保護膜、誘電体、隔壁の少なくとも１つに少量のＧｄを含み、ガス放電により放出される紫外線をより長波長の紫外線に変換する紫外線変換作用を有する。従って、変換された長波長紫外線は、蛍光体の励起に利用され、その結果ロスがなくなる。
とくに、保護膜であるＭｇＯに少量のＧｄを含んでいるとその効果が大きく、望ましい。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
実施の形態１
【００２８】
図１は、本発明の１実施例で、酸化マグネシウム（以下ＭｇＯ）中に７モル％の酸化ガドリニウムを含有させた酸化物ペレットを原料とし、酸素雰囲気にて電子ビーム蒸着を用いて作成したＭｇＯ膜に対し、１４７ｎｍの紫外線を照射することによって得られた発光スペクトル図である。３１５ｎｍを中心とする紫外線の明確な発光スペクトルが認められる。
【００２９】
実施の形態２
図２は、実施の形態１に示した方法を用い、ＭｇＯ膜中のＧｄ含有量を変化させた場合の３１５ｎｍを中心とする紫外線の発光強度の変化を示したもので、縦軸はピーク値を基準とした相対強度を表している。図より、ＭｇＯ膜に約０．１モル％から２０モル％のＧｄを含有させた場合に、発光強度が増加しており、とくに、４モル％から約９モル％程度のＧｄを含有させた場合にピーク値の８０％を越える相対発光強度が得られていることが分かる。
図において、Ｇｄ含有量が少ないと発光強度が小さいのは、励起されるＧｄの量が少ないからであるが、Ｇｄの含有量が約２０モル％を越えると相対発光強度が低下しているのは、前述した濃度消光によるものである。
【００３０】
実施の形態３
図３は、この発明の１実施例であるプラズマディスプレイパネルの断面構造図で、基本的な構造は図７に示した従来のＰＤＰの断面構造と同じであるが、この発明に係るＰＤＰにおいては誘電体層２、保護膜３及び隔壁６に０．１モル％以上２０モル％以下のガドリニウム（以下Ｇｄ）が含まれている。
【００３１】
次にこの発明に係るＰＤＰの動作を説明する。
アドレス電極８及び放電維持電極１０に外部から電圧が印加されると発光セル２０において放電が生じ、放電ガス４の励起および遷移によりガス種に対応した紫外線が放出される。この紫外線は蛍光体層５を励起するが、蛍光体層５は赤色光を発光する赤色蛍光体層Ｒ、緑色光を発光する緑色蛍光体層Ｇ、青色光を発光する青色蛍光体層Ｂの３種類の蛍光体層で構成されており、励起された各々の蛍光体層５は各所定の発光色の可視光を放出する。また、発光セル２０近傍の蛍光体以外の材料である保護膜３、誘電体層２、隔壁６に吸収された紫外光はこれら材料に含まれたＧｄを励起し、励起されたＧｄが安定状態に遷移する時に３１５ｎｍの紫外線が放出される。この３１５ｎｍの紫外線は蛍光体５を励起することにより可視光を放出する。
【００３２】
図４は本発明の実施の形態３において用いた蛍光体の励起スペクトルで、また図５は本発明の実施の形態におけるＰＤＰにおける、各々、青、赤、緑の単色表示を行った場合の、従来のＧｄを含まない保護膜を有するＰＤＰとの輝度の比較を示したものである。
図５において相対輝度は青のみが約７％増加し、赤、緑はほとんど変化していない。これは図４に示したように、Ｇｄの添加により得られる波長３１５ｎｍの紫外線に対し、青の蛍光体のみが強い励起を示すためである。
【００３３】
また、青色蛍光体層の相対発光輝度のみが増加したことにより、白色の色温度が７００℃向上し、色温度の改善効果が認められた。
【００３４】
実施の形態４
次に、Ｇｄを付活剤として添加した保護膜の製造方法について述べる。ＭｇＯ出発原料として塩基性炭酸マグネシウムを用い、酸化ガドリニウムを所定量混入し、乳鉢で混合し、プレスして５〜７ｍｍ角程度の大きさの圧粉体を得る。ここで塩基性炭酸マグネシウムを使用したのは、プレスした後、容易に焼結するためであって、工業的製法では酸化物にバインダーを加えた造粒、プレス、焼成が普通である。さらに完全に酸化物にするために１６００℃以上の温度で焼成する。このようにして得られた酸化物ペレットを蒸着源として使用した真空蒸着により所定の保護膜を得る。
【００３５】
なお、ここでは酸化物ペレットを蒸着源として使用したが、蒸着装置によってはペレットではなく、棒状の焼結体の場合もある。また、同じ含有量の金属を用いて、酸素雰囲気中での蒸着もしくは反応性スパッタリング等により、ＭｇＯ膜を形成することも可能である。
【００３６】
さらに、ＰＤＰのＭｇＯの蒸着原料としては、電融法で作られたＭｇＯ単結晶粒が通常用いられるが、Ｇｄが所定量含まれていれば、本発明に使用される原料としてこれら単結晶を使用することも可能である。
【００３７】
実施の形態５
図６は本発明の実施の形態５に係るセル構造を示す図で、蛍光体層が上層と下層の２層構造になっている。図において１１は上層の蛍光体層、１２は下層の蛍光体層を表している。上層の蛍光体層１１はガス放電にて放出される紫外線により励起発光する蛍光体層であり、下層の蛍光体層１２は３１５ｎｍの紫外光で励起される蛍光体層である。発光セルの放電によりキセノンから放出された２００ｎｍ以下の紫外光は上層の蛍光体層１１を励起するが、蛍光体粒子表面での反射率が低いため、散乱して下層に到達する量はごく少ない。到達可能な厚さはせいぜい１０〜１５μｍ程度と推定される。一方、ＭｇＯ膜から放射された３１５ｎｍの長波長紫外光は蛍光体粒子表面で良く反射され、上層蛍光体粒子間の隙間を通って下層に到達し下層蛍光体層１２を励起することが出来る。到達可能な厚さは３０μｍ程度と考えられる。
【００３８】
下層蛍光体層１２から放射された可視光は、上層蛍光体層１１を透過してパネル外に放射される。従って、上層蛍光体層１１が厚すぎると下層に紫外光が到達しにくくなるだけでなく、可視光の取り出しが困難になる。従って、上層蛍光体層１１の厚さは１５μｍ以下の、おおむね５〜１０μｍ程度が最も良好である。これは蛍光体の平均粒径が２〜３μｍ程度であることにも起因している。また、下層蛍光体層１２は上層蛍光体層１１から放射される可視光の反射膜としても機能する。すなわち、上層蛍光体層１１からパネル背面側に向かって放射された可視光を再び前面方向に反射させる。反射率は層が厚いほど高くなり３０〜４０μｍ程度で飽和する。しかし、必要以上に蛍光体を厚くすることは材料コストをむやみに引き上げてしまうことになるため、実用的には、下層蛍光体層１２は１０〜２０μｍの厚さが望ましい。すなわち、上層蛍光体層１１は薄く、下層蛍光体層１２は厚く形成することにより、発光効率の高いＰＤＰを得ることが出来る。
【００３９】
下層蛍光体層１２に用いることの出来る蛍光体の一例を以下に示す。
緑：Ｙ2ＳｉＯ5：Ｃｅ3＋，Ｔｂ3＋，
青：ＢａＭｇ2Ａｌ16Ｏ27：Ｅｕ2＋，Ｍｎ2＋
赤：３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ2・ＧｅＯ2：Ｍｎ4＋
【００４０】
実施の形態６
本発明に係る実施の形態６は、保護膜以外の材料にＧｄを添加してパネルの発光効率を向上させたものである。具体的にはリブ材料である酸化鉛ガラスに７モル％相当の酸化ガドリニウムを添加した材料を用い、通常の方法と同じ条件で、リブを形成した。形成したリブ材料を、波長１４７ｎｍの光を含む真空紫外光で励起して、ＭｇＯ膜の場合と同様に３１５ｎｍの長波長紫外線発光を確認した。実施の形態３と同様にこのリブ材料を用いて交流型放電表示装置を作成し、白色発光をさせたところ、酸化ガドリニウムをリブ材料に用いない場合と比較して、平均値で約５００度の色温度の上昇を確認した。これは、リブ上部に蛍光体の薄い部分が存在し、真空紫外光がこの薄い蛍光体層を透過し、リブ材料に含まれるＧｄを励起することによって３１５ｎｍの長波長紫外線が放射され、実施の形態３の場合と同様青色蛍光体のみ増感したため、白色の色温度が向上したものである。
【００４１】
【発明の効果】
以上、本発明に係る表示装置は、蛍光体と、この蛍光体を励起する励起手段を備え、蛍光体の近傍に、母材中に少量のガドリニウムを含有し紫外線照射によりこの紫外線よりも長波長の紫外線を発生する材料からなる紫外線変換手段を設けたので、従来は利用されず、損失となっていた紫外線を、発光セル近傍の蛍光体以外の構成材料である誘電体や誘電体の保護膜や隔壁に含有させたＧｄに吸収させ、波長３１５ｎｍの紫外線を発生させることができ、この紫外線により３１５ｎｍ近傍に感度を有する蛍光体を励起し、可視光を得ることができるため表示装置の発光効率が向上するという効果がある。
【００４５】
なお、上述したＰＤＰの蛍光体としては図４に示したような励起スペクトルを有するため、赤、緑の蛍光体の発光効率は特に向上していないが、「蛍光体ハンドブック」蛍光体同学会編（オーム社刊）Ｐ．２２５及び３３３ページに開示があるように、波長３１５ｎｍ近傍に感度のある蛍光体を用いれば青以外の蛍光体の発光効率が向上することはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る、ＭｇＯ中に７モル％の酸化ガドリニウムを含有させた保護膜を１４７ｎｍを含む真空紫外線ランプで励起することにより得られた波長３１５ｎｍの紫外線の発光スペクトル図である。
【図２】  本発明に係るガス放電表示装置要材料のＧｄ濃度を変化させた場合のＧｄ濃度に対する３１５ｎｍの相対発光強度を示す図である。
【図３】  本発明に係る、ガス放電表示装置の一例であるＡＣ型ＰＤＰの発光セルの構造を示す縦断面図である。
【図４】  本発明に係る、ガス放電表示装置の蛍光体三原色の励起スペクトルを示す図である。
【図５】  本発明に係るガス放電表示装置と従来のガス放電表示装置の、三原色発光の相対発光強度を比較した図である。
【図６】  本発明に係る二層構造の蛍光体膜の構成を示す図である。
【図７】  従来のＡＣ型ＰＤＰの発光セルの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１  前面ガラス基板、２  誘電体層、３  保護膜、４  放電ガス、５  蛍光体、６  隔壁、７  下地層、８  アドレス電極、９  背面ガラス基板、１０  維持放電電極、１１  上層蛍光体層、１２  下層蛍光体層、２０  発光セル、２１  前面パネル、２２  背面パネル
【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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