解説

交流（AC）型プラズマディスプレイの放電特性と技術開発
鈴木敬（!日立製作所

三

日立研究所）

Discharge Characteristics and Technology Developmentof Alternating-Current Plasma Display Panels
SUZUKI Keizo
Hitachi Research Laboratory, Hitachi Ltd., C/O Central Research Laboratory, Hitachi Ltd.,
Higashi-koigakubo, Kokubunjishi, Tokyo 185-8601, Japan(Received 20 December 2002)
Abstract
Comparison of luminosity-modulation switching principles in matrix displays showed that an AC-PDP(alternating-current plasma display panel) can produce 30 to 50-inch diagonal displays of superior motionpicture quality and of a low price. Comparison with a process plasma and a thermonuclear fusion plasma
showed that an AC-PDP plasma in each cell has extremely low degrees of ionization, uniformity, and steadiness. The mechanism of VUV (vacuum ultraviolet) production in an AC-PDP was theoretically studied, andways to increase VUV production efficiency were discussed. It was then shown that the development of a vertical discharge AC-PDP of low driving voltage is expected and that precise and dynamic control and measurement of the non-uniform and non-steady discharge-radiation process will become even more important in
the future development of new AC-PDP technologies.
Keywords:
plasma display panel, AC-PDP, luminous efficiency, direct excitation, indirect excitation, energy flow,
electron temperature, electron energy distribution function, electron density, vertical discharge

１．はじめにTV を一般消費者に購入可能な価格で広く提供する」戦

いよいよ PDP テレビ（PDP-TV）時代の到来である．基略が徐々に現実味を帯び，消費者に理解された結果であ

本原理の発明から３０余年の歴 史 を 経 て［１］，プラズマる［２（b）］．具体的には，!日立製作所が２００１年４月に３２ディスプレイパネル（Plasma Display Panel, PDP）事業がV，続いて同年に ３７V，４２V型高精細PDPテレビ（Wooo

家庭用大型 TV 市場をターゲットとして大きく成長しよPDH２１００シリーズ，ALIS（Alternate Lighting of Sur-

うとしている．PDP の持つ薄型，軽量，平面，高画質，完

faces）方式［３］，FHP 製造モジュール使用）を画期的低

全デジタル駆動の特徴，さらには家庭内 WiDE（Window

価格で市場投入したことが，市場における認知・成長のfor the Digital Entertainment）環境の提案［２］が，一般消契機であった．この戦略は，日本国内および国外の PDP

費者に実感を持って評価されるようになった結果であ-TV 市場の潮流として定着し，さらなる高画質化と低価

る．特に，富士通日立プラズマディスプレイ!（FHP）と格化が進行している．

!日立製作所が業界をリードして行った「高精細 PDP-

PDP 技術は，その基本放電方式により直流（DC）型

author’s e -mail: suzukikz@crl.hitachi.co.jp
３２６

J. Plasma Fusion Res. Vol.79, No.4 (2003)３
２６‐３３５

Commentary

Discharge Characteristics and Technology Development of Alternating-Current Plasma Display Panels

K. Suzuki

PDP（DC-PDP, Direct-Current PDP）と交流（AC）型 PDP（AC-PDP, Alternating-Current PDP）に分類される．DC-PDP では電極は裸で放電空間と接しており，放電時において放電空間に定常電圧が印加される．一方，ACPDP では電極は誘電体で覆われており，放電時において放電空間に変動電圧が印加される．パネル寿命，放電安
定性，低コスト性等において AC-PDP が優れており，現
在テレビを含めた PDP 製品には AC-PDP 方式が主に用いられている．
AC-PDP の基本原理は，１９６４年にイリノイ大学の D.L.
Bitzer 博士と H.G. Slottow 博士により発明された［４］．当
初は対向表示放電を用いており，単色のコンピュータ用表示装置として実用化が行われた［５］．その後，蛍光体をFig. 1安定に用いることが可能な３電極構造の面表示放電技術

AC-PDP structure (reference [9,10]).

が開発され，１
９９２年の富士通!による２１型フルカラー
PDP の製品化［６］とともにカラー PDP の実用化が始まっ持放電）が発生する．表示放電で発生する紫外線で赤，た［７，８］．さらにその後，ALIS 駆動方式の開発［３］ととも

緑，青の蛍光体（Phosphor（RGB））を可視光発光させ，に高精細 PDP-TV を低価格で提供することが可能とな

これにより画像表示を行う．

り，上記した如く PDP-TV 時代が到来した．

セル内に充填する放電用ガスは通常（Ne+Xe）の混合

現 在 の PDP-TV 市 場 の 飛 躍 的 発 展 を 支 え て い る のガスであり，発生する紫外線は励起 Xe 原子（主に Xe3が，輝度，発光効率を代表とする PDP 性能の急速な進展

P1 (Xe5p5 6s(3P1))（以降 Xe3P1 と略す））および励起 Xe2

である．特にここ数年における総合的ディスプレイ性能

!
"
!
＊
$)，
分子（Xe＊Xe＊Xe＊か2 ( ! $)，
2 ( ! $)および Xe2 (!
2 (#$)）の向上には目を見張るものがある［２］．これを可能にしらの真空紫外線（VUV（Vacuum Ultraviolet））である．

ているのが，表示装置としてのシステム的技術開発とと波長は 147 nm（光子エネルギー 8.44 eV）と 173 nm（7.17!

もに，放電技術，材料技術の基盤技術開発の進展である．

!

eV）領域が主であり，152 nm（8.16 eV）領域も若干発生

本稿は，このような状況を踏まえて AC-PDP 技術開発する．

の現状と将来展望の解説を目的とし，プラズマ・放電専

以上の説明でわかるように，AC-PDP の画像表示で用門家の同分野への積極参加を期待して執筆するものであいる基本物理現象は，放電の非線形性と誘電体表面壁電る．なお，本稿の一部，特に発光効率に関する議論（第荷によるメモリー効果である．ここで，「放電の非線形４章）は，筆者による既発表論文の内容の多くを引用・性」とは放電発生のための有限な最低電圧が明確に存在加筆して執筆する［９，１０］．

することで，明／暗セルの選定に不可欠である．Table 1に，各種マトリックス・ディスプレイにおける輝度変調

２．AC-PDP の発光・表示原理と表示装置としての特徴

スイッチング機能を比較して示してある．マトリックス
・ディスプレイとは，縦横マトリックス状に形成した電現行３電極面放電（Three Electrode Surface Dis-

極群とこれら電極群の交点が形成するセルより構成さ

charge）
AC-PDP の構造を Fig. 1 に示す［７，８］．維持放電

れ，縦横電極群への電圧印加により明／暗セル選定と輝電極対（Pair of Sustain Discharge Electrodes）とアドレ

度変調を行うディスプレイのことである．マトリックス

ス電極（Address Electrode）は互いに直交したマトリッ・デ ィ ス プ レ イ は 一 般 的 に 平 面・薄 型 で あ り，FPD

クスを形成し，交差点が表示セルとなる．両電極への印（Flat Panel Display）
である．マトリックス・ディスプレ

加電圧制御によるアドレス放電の有無で，明／暗セルをイの画像表示のためには，当然各セルで発生する何らか選定する．明セルでは維持放電電極を覆う誘電体（Insu-の 物理現象（Physical Phenomena） の選択的スイッチ

lating Film + Protective Film）表面に壁電荷（およびこれ

ング機能が必要である．これらスイッチング機能の性能により誘起される壁電圧）が形成され，その後の維持放比較を代表的なマトリックス・ディスプレイである AC-

電電極対への電圧印加により明セルのみに表示放電（維PDP Display，LCD（Liquid Crystal Display），OLED（Or３２７

Journal of Plasma and Fusion Research Vol.79, No.4 April 2003

Table 1Comparison of luminosity-modulation switching principles in matrix displays.

ganic Light-Emitting Diode）Display，FED（Field Emis-

リックス基板とは，例えば，各セルごとに TFT（Thinsion Display）について示してある．

Film Transistor）を作りこんだ基板のことであり，これTable 1 より，AC-PDP，LCD，OLED，FED がスイッを使用することはパネルコストが大幅に増大することをチング機能に用いる 物理現象 は，各々希ガス放電，液意味する．即ち，アクティブ素子マトリックス基板を全晶の光学特性，固体（有機物質）電気発光，強電界下にく必要としない AC-PDP では，廉価なパネル製造が可能

おける電子のトンネル効果である．また，それらがスである．

イッチングする対象は，真空紫外線発生，可視光透過率，さらに，縦横電極配線の結合容量（Coupling Capaci-

可視光（RGB）発光，電子ビーム放射である．スイッチ

tance）と配線遅延時間（Wiring Delay Time）を比べてみ

ング時間（Switching Time）を見ると，LCD の値１０−３〜

る．配線遅延時間の計算には，１ラインあた り 100 Ω

−２

１０

−８

s に比べて極端に大きいことがわの配線抵抗を想定した．パネルサイズと精細度（セル数）

かる．このことが LCD の動画像特性（Motion-Pictures が他の値＜１０が同じとすれば，結合容量は縦電極と横電極の結合距離

Quality）を悪くしており，改善のためにさらに別な技術（Couplingが必要になる．

り，OLED と FED の場合の結合容量が大きく，配線遅延

Distance）で 概 略 決 定 さ れ る．Table 1 よ次に明セル選定のための非線形性（Non-linear Prop-

時間が 10−5〜10−4 s と極めて大きいことがわかる．表示erty）について議論する．一般に，画面サイズが大きくな

画像１フレーム（通常約 16.7 ms）の間に約 1,000 ライン

ると配線の電気抵抗，容量，誘導係数（インダクタンス）の走査を行うことを考えると，通常の駆動方法では配線の増大により駆動波形電圧の変動が大きくなり，全画面

遅延時間は約 2×10−5 s 以下であることが望ましい．こ

セルを一様に駆動するためにはより大きな非線形性が要の条件が満足されない場合，上記のアクティブ素子マト求される．Table 1 より，AC-PDP の非線形性（放電の非リックス基板により縦横電極配線の結合を絶つ必要があ

線形性）が最も大きく，LCD と OLED の非線形性が小さる．この場合，上記した如く当然パネルコストが増大す

いことがわかる．この結果，３０〜５０型ディスプレイを想る．即ち，配線遅延時間の少ない AC-PDP では，優れた定すると，LCD と OLED においては非線形性を補強する

動画像特性を廉価に実現することが可能である．

ためにアクティブ素子マトリックス基板（Active Matrix

Table 1 において，このようなスイッチング機能を用

Substrate）の使用が不可欠である．アクティブ素子マト

いた駆動方法（Driving Method）を比べて見ると，AC３２８

Commentary

Discharge Characteristics and Technology Development of Alternating-Current Plasma Display Panels

K. Suzuki

PDP では完全なデジタル駆動が可能であることがわか

は，AC-PDP プラズマとプロセスプラズマではイオンのる．すなわち，近年進展しているデジタル画像信号に対プラズマサイズドリフト時間を，熱核融合プラズマではする忠実な画像再現が可能である．

エネルギー閉じ込め時間を想定して算出した．

以上述べたごとく，AC-PDP は他のマトリックス・

Table 2より，AC-PDPプラズマのガス圧力が他のプラ

ディスプレイに比べ，優れた動画像特性の３０〜５０型ディズマと比べて高く，この結果として電離度（Degree of

スプレイを廉価に実現することが可能である．また，デ０−４倍Ionization）がプロセスプラズマと比べても１０−２〜１

ジタル画像信号に対する画像再現性が優れている．

小さいことがわかる．電離度とは，中性粒子密度 "#に対する荷電粒子密度（電子密度（Electron Density）""）の"#である．このように電離度が低いことは，AC
割合 ""!

３．AC-PDP 放電の特徴
この章では，AC-PDP プラズマの特徴を他の代表的プ-PDP プラズマ中の物理化学反応において荷電粒子（イオラズマと比較して議論する．Table 2 に AC-PDP プラズ

ン，電子）より励起中性粒子がより重要な役割を担うこマ，半 導 体 素 子 製 造 用 プ ロ セ ス プ ラ ズ マ（Processとを意味しており，このことが高効率な真空紫外線発生

Plasma），熱核融合プラズマ（Thermonuclearの可能性を示している．

FusionPlasma）の各種プラズマパラメータを比較して示してあAC-PDP プラズマのもう一つの特徴は，プラズマサイ

る．表中，特に熱核融合プラズマにおいて，ガス圧力ズ（Plasma Size）が 10−4〜10−3 m と極めて小さいことで（Gas Pressure），ガス粒子密度（Gas Particle Density）はある．いわゆるマイクロプラズマと呼ばれるものである

放電前の値である．電子平均自由行程（Electron Mean

［１２］．この結果，一様度（Degree of Uniformity）は１〜Free Path）は，AC-PDP プラズマとプロセスプラズマで１０であり，他のプラズマの値１０３〜１０６に比べ極めて小さは電子−中性粒子衝突を，熱核融合プラズマでは電子−

い．一様度とは，プラズマサイズ !$とデバイ長 "! の比電子，電子−イオン衝突を想定して算出した［１１］．プラ!$!
"! である．すなわち，AC-PDP プラズマは空間的に極ズマ状態変動時間（Plasma Condition Changing Time）

めて非一様である．特に，電荷中性（Charge Neutrality）

Table 2Comparison of plasma characteristics.

３２９

Journal of Plasma and Fusion Research Vol.79, No.4 April 2003

Table 3が必ずしも成立しない領域が多く存在すると考えるべきである．

Efficiency of an AC-PDP and a fluorescent lamp (reference [9,10]).

AC-PDP プラズマのさらなる特徴は，放電持続時間（Discharge Continuance Time）
が約 10−7 s と短く，プラズマ状態変動時間 10−8〜10−7 s と同程度であることである．この結果，定常度（Degree of Steadiness）は１〜１０であり，他のプラズマの値 102〜∞に比べ極めて小さい．
定常度とは，放電持続時間 #"$&とプラズマ状態変動時間##%!の比 #%!である．即ち，AC-PDP プラズマは時間的"$&!
に極めて非定常である．例えば，表示放電の持続時間は約 200 ns であり，この間に放電空間への印加電圧が約300 V から 0 V 近傍に急 減 し，陰 極 降 下 部（カソード
フォール（Cathode Fall））の成長と消滅が行われる．
即ち，AC-PDP は，極めて低電離度で非一様かつ非定面の目標値は，CRT（Cathode-Ray Tube）並の5 lm/W

常なプラズマを用いている．

である．このためには，紫外線輸送効率，蛍光体発光効率，可視光利用効率の継続的な高効率化を実行すると同

４．AC-PDP 技術開発の課題と技術開発戦略

時に，紫外線発生効率増大の抜本的な技術開発が不可欠

AC-PDP 技 術 開 発 の 中 心 課 題 は，高 輝 度・高 画 質である．
４．
２ 紫外線発生原理

化，低電力化そして低価格化である．これらを総合的に解決する技術課題が，発光効率の増大である．発光効率

AC-PDP における紫外線発生過程の概略と，それに伴増大により，低電力化と高輝度・高画質化を両立させる

う電力フローを Fig. 2 に示してある．電力フロー値は，ことが可能となり，さらに回路コスト低減による低価格

シミュレーション結果［１４，
１５］を参考にした筆者の推定化も可能となる．

値である．放電に投入した電力（Plasma Input Power）の内約４０％が電子の運動エネルギーに投入され，この電子本章では，発光効率増大技術を中心に現状と開発戦略を議論する．

運動エネルギーの一部（投入電力の３〜６％）が紫外線

４．
１ 発光効率の定義と紫外線発生効率を発光する励起 Xe 原子（Xe＊），分子（Xe２＊）の形成に

AC-PDP の発光効率（現行代表値）を，同様の原理で用いられる．その他の電力（イオン運動エネルギーへの発光する蛍光灯と比較して Table 3 に示してある．通常，

投入電力も含むと，９４〜９７％）はすべて，放電ガスおよAC-PDP の発光効率（Luminous Efficiency）"は，〔表示びセル壁の加熱に消費される．さらに，励起 Xe 原子，分に用いられる可視光電力〕／〔放電に用いられる電力〕で子の一部が紫外線発光を行い，他は紫外線発光を行わず定義される．発光効率の次元は，可視光電力を光束で表に基底準位に脱励起（失活）する．

現すれば lm/W に，可視光電力と放電電力ともに W で表)は，
すなわち，紫外線発生効率 "現すれば無次元になる．発光原理より，発光効率は，紫

!%
"
)"!)!

)，紫外線輸外線発生効率（VUV Production Efficiency）"

送効率（VUV Transportation Efficiency）"，蛍光体発光'%，可視光利用効
効率（Phosphor Emission Efficiency）"

!"
#%"
*#"
)
*

（１）

"
!%
#%!!#!

（２）"!#*#!!*!

（３）

"
!*
)
*!!)!

（４）

( で表される各率（Visible Light Utilization Efficiency）"

発光要素効率の積で表現される．現在，AC-PDP の発光
要 素 効 率 に 関 す る 実 測 報 告 は な く，表 中 の 値 は文献［１３，１４］を参考にした筆者の推定値である．蛍光灯の発ただし，

光要素効率は文献値［１３］である．
Table 3 より，「蛍光灯と比較して AC-PDP の発光効率!)：単 位 体 積 プ ラ ズ マ か ら の 紫 外 線 発 生 電 力)が低いを低下させている最大の要因は紫外線発生効率 "[Wm−3]，

ことである」ことがわかる．AC-PDP 発光効率増大の当３３０Commentary

Discharge Characteristics and Technology Development of Alternating-Current Plasma Display Panels

K. Suzuki!$：単位体積プラズマへの投入電力 [Wm−3]，!"：単位体積プラズマ中の電子運動エネルギーへの投入電力 [Wm−3]，!&：単位体積プラズマ中の紫外線発光励起 Xe 原子，分子形成への投入電力 [Wm−3]，!
"$：プラズマへの投入電力が電子運動エネルギーに変換される効率，!
&"：電子運動エネルギーが紫外線発光励起 Xe 原子，分子形成に用いられる効率，!
%&：紫外線発光励起 Xe 原子，分子が紫外線発光を行う効率"$を電力投入効率と表現される［１６］．!
（Power-Input Ef&"を励起効率（Excitation Efficiency）%&
ficiency），!
，!

を放射効率（Radiation Efficiency）と呼ぶことにする．
%の増大は，（１）式より，紫外線発生効率 !
（a）電力投入"$の増大，&"の増大，および
効率 !
（b）励起効率 !
（c）放射%&の増大 の 3 つの方法により実現できることがわ
効率 !

かる．

Fig. 2

VUV production process in an AC-PDP (reference [9,10]).

Fig. 3

Direct and indirect excitation processes for forming Xe＊
and Xe＊2 (reference [9,10]). Rp: Penning reaction, Rec:electron-capture reaction, Rta: transformation reaction
from 3P1 to 3P2, Rtb: transformation reaction form 1P1 or
3P to 3P or 3P , Rc : cascade reaction to 3P , R : cas0
1
2
1
1
c2
cade reaction to 3P2.

Fig. 3 に，プラズマの電子運動エネルギーが紫外線発光する原子，分子（Xe＊, Xe＊
2 ）の励起エネルギーに変換される過程を示してある．図は（Ne+Xe）の 2 元系放電ガスを想定して示してある．基底状態の中性原子と加速電子との衝突により Ne，Xe のイオンおよび励起原子が生成される．この時，紫外線発光の励起原子（Xe＊）が生成される．これが，直接励起過程である．シミュレー
ション結果［１４，１５］から推定した直接励起過程による電力投入比率の概数をアンダーラインを付した数字で図中に示してある．その後，原子，分子間の衝突遷移および発光遷移により，紫外線発光の原子，分子（Xe＊, Xe＊が2 ）生成される．これが，間接励起過程である．主な間接励
起過程の反応経路を図中に矢印で示してある．すなわ
&"は
ち，!

!
&""!
&"#
&"!!!

（５）

!
&"! ：電子運動エネルギーが直接励起過程を経て紫外線発光励起 Xe 原子，分子形成に用いられる効率（直接励起効率（Direct Excitation Ef-&"の増大は，と表現される．（５）式より，（b）励起効率 !

ficiency）），!
&"# ：電子運動エネルギーが間接励起過程を経て紫（b１）直接励起効率 !
&"!の増大，または（b２）間接励起

外線発光励起 Xe 原子，分子形成に用いられ

効率 !
&"#の増大により実現できることがわかる．

る効率（間接励起効率（Indirect Excitation

４．
３ 直接励起効率増大の戦略

Efficiency））

一様でかつ電子の運動エネルギーがマクスウェル分布をしているプラズマを仮定すると，直接励起過程により
３３１

Journal of Plasma and Fusion Research Vol.79, No.4 April 2003

準位 u の励起 Xe 原子を生成する効率 %
1-は，
%
.0%
1-#%
1.-

（６）

%&"%#).
%
31.20*
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（７）
*
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$#$
%
1-： プラズマへの投入電力が直接励起過程を経て準位 u の Xe 励起原子形成に用いられる効率（準位 u の直接生成効率（Direct

Production

Efficiency）），%
1.-：電子運動エネルギーが直接励起過程を経て準Fig. 4

位 u の Xe 励起原子形成に用いられる効率（準Direct production efficiency %ud for Xe3P1 (reference[9,10]).

位 u の直接励起効率）と表される［１６］．（７）式中，#).は放電ガスにおける Xe.0の増大も寄与していると考える．
の（a）電力投入効率 %ガス分圧比（Xenon Partial Pressure Ratio），#.は電子温さらに最近，維持放電電極対とアドレス電極への印加度（Electron Temperature），%はボルツマン定数である．

電圧波形を制御して表示放電を２段（前置放電＋主放電）

他の記号および式の意味は，論文［１６］を参照願いたい．

に分割することにより発光効率が３０％以上増大すること（７）式右辺において，#).と #.以外は自然物理定数でが報告された［２０］．これは，２段分割により放電空間に

あ り 励 起 準 位 u を 定 め る と 自 動 的 に 定 ま る．す な わ

印加される電圧（Discharge-Space Voltage）が実効的に.の関数である．
ち，直接励起効率 %).と #1.-は実質的に ##.が約 0.2 eV 減少したためである
低下し，電子温度 %準位 u として Xe P1 を想定した時の直接生成効率 %
1-の計

［２０］．

!
'
.0##
算結果を Fig. 4 に示してある．計算において %４．
４ 間接励起効率増大の戦略

3

#.は，2
を仮定した．通常のグロー放電では電子温度 %Fig. 3 に示した（Ne+Xe）の２元系放電ガスを想定す〜10 eV と 推 定 さ れ る．よ っ て，Fig. 4 よ り Xe3P1 のる．紫外線発光に関与する準位は，Xe の最低励起準位群%).が増大するほど，または電子温度
1-は，Xe 分圧比 #Xe5p５6s にある Xe3P1 と Xe3P2（励起エネルギー 8.32 eV）%#.が減少するほど 増大することがわかる．他の紫外線である．Xe5p56s にある他の準位 Xe1P（9.57
eV）とXe3P0
1

発光励起 Xe 原子，分子の準位も同様だから，直接励起効（9.45 eV）
からの発光は微弱である［２１］．したがって，間率%（b1-1）
Xe 分圧比 #).の増大，または（b2.-の増大は，

接励起効率を増大させるには，Xe3P1 またはXe3P2へのエ#.の減少 により実現できる．
1-2）
電子温度 %

ネルギーフローを増大させることが必要である．これを（Ne+Xe）放電ガス中の Xe 分圧比を増大することによ

行うには基本的に下記の３つの方法が考えられる．

り AC-PDP の発光効率が Xe 分圧比に概略比例して増大することが，すなわち（b1-1）の効果が実験的に確認され（b２-１） Xe5p５6s 準位群内での転換反 応（Fig. 3 の Rta,て い る［１７，１８］．ま た，ガ ス 圧 力 を 増 大 す る こ とRtb）の促進：特に準安定準位 Xe3P0 からの反応

［１５，
１７，
１８］または高周波放電（RF 放電とも言う，周波数(Rtb)が期待される．

は数十 MHz で AC-PDP の駆動周波数約 0.1 MHz より十（b2-2） 上位励起準位群からのカスケード反応の促進:

分大きな値）を用いること［１９］により発光効率が増大す

特に直上の Xe5p56p 準位群からの反応（Rc1, Rc2）

ることも確認されている．これは，こうすることによりが期待される．

#.が減少したため，すなわち（b１-２）の効果に
電子温度 %（b２-３） Xe＋の電子捕獲反応（Rec）の促進：各種反応中よるものと考える．ただし，高周波放電の場合は，４．
２節間体の生成はあるが，実効的に３３２

Commentary

Discharge Characteristics and Technology Development of Alternating-Current Plasma Display Panels

K. Suzukiの増大，に分解され，各々がさらに（b１-１）Xe 分圧比 !!#Xe++e+A → Xe＊+A の反応が期待される．

!#の減少と，（b２-１）Xeの増大，または（b１-２）電子温度 #上記方法の実現には，主に放電ガス組成を工夫するこ

5p５6s 準位群内での転換反応の促進，（b２-２）上位励起準とになる．（Ne+Xe）ガスに He を添加することにより発位群（Xe5p５6p）からのカスケード反応の促進，または

光効率が増大することが確認されている［２１］．これは原（b２-３）Xe＋の電子捕獲反応の促進と表現される．
'#の増大が重要であ
戦略的には，特に（b）励起効率 "

子質量の小さい He の添加により衝突遷移が加速され，カスケード反応（Rc２）と転換反応（Rta）が促進された結る．これまで既に，最適ガス探査による（b１-１）Xe 分圧比果である［２１］．

!!#の増大技術と（b２）間接励起効率 "の増大技術が開発'#$

４．
５ 放電・発光シミュレーション技術の活用され，一部実用化されている［１７，
１８，２１］．今後は，（b１-

AC-PDP の放電・発光過程を計算機シミュレーション!#の減少のための技術開発に注力すべきで
２）電子温度 #でかなり良く再現できる．これは，AC-PDP を主に支配ある．４．
１章で Table 3 を用いて「蛍光灯と比較して AC

する物理現象が希ガスの気相反応であり，比較的単純な-PDP の発光効率を低下させている最大の要因は紫外線モデルで全体を記述できるからである．一般的なもの&が低いことである」
発生効率 "と述べたが，この最大原は，２次元の局所場近似流体モデルを用いたシミュレー!#が高く，この結果とし因は AC-PDP 放電の電子温度 #タ（SIPDP）である［１４，
１５］．Fig. 5 に，SIPDP を用いてて直接励起効率 "'#"が低いことであると考えている．AC

発光効率のガス圧依存性を検討した結果を示してある-PDP 放電の電子温度低減を行うには基本的に２つの方［１５］．放電ガスは（Ne＋５％Xe）ガスである．実験結果

法，すなわち静的（Static）方法と動的（Dynamic）方法とシミュレーション結果が良く一致していることがわかがある．

る．今後，実パネルでの物理現象を理解するための技術

静的方法とは，放電の $"積を増大させる方法である．

開発ツールとして放電・発光シミュレータを活用でき$"積とは放電ガス圧力 $と放電長 "との積のことである．さらに将来的には，設計ツールとしての活用も期待り，これを大きくすることにより平均自由行程内での電できる．

子の獲得運動エネルギーが低下し電子温度が減少する．

４．
６ 新セル・パネル構造開発と放電・発光動的過程のAC-PDP のガス圧力は既に１気圧近傍にあり，逆圧（パ制御に向けてネル内部圧力が大気圧より大きくなること）によるパネ

４．
２節から４．
５節において紫外線発生効率の中身を分析

ル破損を防ぐためには，ガス圧力 $を現状以上に高くす

し，その増大へ向けた戦略を検討した．それは基本的にることはできない．したがって，放電長 "を大きくする#%の増大，'#の増は，（a）電力投入効率 "（b）励起効率 "必要があるが，Fig. 1 に示した現行の面放電（Surface&'の増大である．
大，および（c）放射効率 "（b）は（b１）直Discharge）
型セル構造では限界がある．維持放電電極対（b２）間 接 励 起 効率 "接励起効率 "'#$'#"の増大，ま た はが同一面内にあり，電極間距離を十分にとれないからである．今後は，維持放電電極対を対向配置にした対向放電（Vertical Discharge）型セル構造技術の開発と実用化が重要になる．放電長を長くすると一般的に駆動電圧（放電電圧）が上昇するため，低駆動電圧技術を並行開発する必要がある．具体的方法として，メタル隔壁（MetalRib）を用いた対向放電型 AC-PDP 技術の開発が期待される［２２］．
動的方法とは，AC-PDP 放電の特徴を活用する方法であ る．第３章 で 述 べ た ご と く，AC-PDP 放 電 の 特 徴は，非一様，非定常性である．Fig. 6 に示すごとく，AC-PDP 放電では陰極降下部（カソードフォール）内で電子
温度，電子密度等のプラズマパラメータが空間的に急激Fig. 5に変化している．しかも，放電空間全体の電界分布およExperimental and simulation results on luminous efficiency dependence on discharge gas pressure (reference[9,10]).

び放電電流が 100〜300 ns の間に急激に変化する．このように放電・発光特性が４次元的に急激に変化すること
３３３

Journal of Plasma and Fusion Research Vol.79, No.4 April 2003

謝辞
本稿内容についてご討論いただいた九州大学の籏野嘉彦博士，東京工業大学の河内宣之博士および九州大学の村岡克紀博士に深く感謝いたします．

参考文献

Fig. 6［１］御子柴茂生：プラズマディスプレイ最新技術（ED
リサーチ社，東京，１
９
９
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［１７］(a) T. Yoshioka, A. Miyakoshi, A. Okigawa, E. Mizobata
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Dynamic control of discharge-radiation process in an AC-PDP (reference [9,10]).

を認識した上で時間・空間平均としての低電子温度化技術の開発が可能と考える．また，当然４次元分解（空間
分解 ""!10−5 m，時間分解 "!!10−8 s）したプラズマ状態測定法の開発も必要である［２３］．特に電子の運動エネ
ルギー分布関数（Electron Energy Distribution Function,
EEDF）と電子密度の測定が重要である．すなわち，非一様な放電・発光過程の高精度な動的制御技術および測定技術の開発が，今後ますます重要になると考える．

５．まとめ
表示装置としての AC-PDP の特徴と AC-PDP 放電の特徴を説明した．また，AC-PDP における紫外線発生の機
構と高効率化の戦略を概観し，低駆動電圧の対向放電型
AC-PDP 技術の開発が期待されることと，非一様な放電・発光過程のより高精度な動的制御技術および測定技術の開発が重要であることを述べた．
近年におけるプラズマ応用技術の歴史を見ると，半導体用プラズマプロセスが反応性プラズマの学問・技術分野を形成した．今後 AC-PDP が，非一様・非定常プラズ
マの放電・発光制御に関する新しい学問・技術分野を形成すると考える．ディスプレイ技術者と放電・プラズマ専門家の積極的な連携が期待される．

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Commentary

Discharge Characteristics and Technology Development of Alternating-Current Plasma Display Panels

and Y. Sato, Proceedings of The Eighth International Display Workshops IDW ’01 (2001) PDP1-2, p.781.
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Dekker, Proceedings of The Seventh International Display
Workshops IDW ’00 (2000) PDP2-1, p. 631. (b) G. Oversluizen, S. de Zwart, T. Dekker, T. Juestel and S. van
Heusden, Proceedings of The Eighth International Display
Workshops IDW ’01 (2001) PDP4-3, p.833. (c) M.F. Gillies,
G. Oversluizen, T. Dekker, S. van Heusden and S. de
Zwart, Proceedings of The Eighth International Display
Workshops IDW ’01 (2001) PDP4-4, p.837.
［１９］J. Kang, O.D. Kim, W.G. Jeon, J.W. Song, J. Park, J.R. Lim
and J.P. Boeuf, Proceedings of The Seventh International

K. Suzuki

Display Workshops IDW ’00 (2000) PDP2-4, p.643.
［２０］K. Yamamoto, H. Kajiyama, K. Suzuki, S. Ho and Y.
Kawanami, 2002 SID International Symposium Digest ofTechnical Papers (2002) Volume XXXIII, 25.4, p.856.
［２１］N. Uemura, Y. Yajima, Y. Kawanami, K. Suzuki, N.
Kouchi and Y. Hatano, Proceedings of The Seventh International Display Workshops IDW ’00 (2000) PDP2-3, p.639.
［２２］秋庭 豊，井上良二：メタル隔壁を用いたAC型PDPの試作評価，信学技報 TECHNICAL REPORT OF
IEICE, EID2000-250, p.43 (2001).
［２３］Y. Noguchi, A. Matsuoka, M.D. Bowden, K. Uchino andK. Muraoka, Jpn. J. Appl. Phys. 40, 326 (2001).

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