JP2005264272A - 酸化マグネシウム薄膜材料 - Google Patents

Abstract

【課題】イオン衝撃二次電子放出比に関して従来のＭｇＯ保護膜よりも優れた新しい次世代ＰＤＰ用の保護膜を提供することにある。
【解決手段】イオン衝撃二次電子放出特性を改善する手段としては、ＭｇＯにバンドギャップの小さい材料（ＮｉＯ、ＺｎＯ、Ｅｕ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２、又はＣａＯ）を添加することで、仕事関数や結晶性および表面形状を改善させ、二次電子放出比の向上を図る。
【選択図】なし

Description

本発明はプラズマディスプレイパネルの誘電体層を放電から保護するために用いる酸化マグネシウム（以下ＭｇＯと略す）薄膜材料に関し、詳しくは、従来のＭｇＯ薄膜よりもイオン衝撃二次電子放出比γが高い保護膜材料に関する。

純度の高い酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を用いた酸化マグネシウム薄膜は、ＡＣ型プラズマディスプレイパネル（ＡＣ型ＰＤＰ）の保護膜として注目を集めている。保護膜は、ＰＤＰの前面パネル上の電極を覆う誘電体層をイオンの衝突から守る重要な役割を担っている。放電空間に直接曝される保護膜の特性は、ＰＤＰ自体の放電特性や寿命に大きく影響を与える。

保護膜に要求される性質としては、高い絶縁性、高いイオン衝撃二次電子放出比、高い透過率、高い耐スパッタ性が挙げられる。これらの性質の中でも、高いイオン衝撃二次電子放出比γが、保護膜にとって最も重要であると考えられている。

絶縁物の電極を用いた放電における絶縁破壊特性の研究から、蒸着した陰極の表面特性の変化に強く影響を受けるという実験結果も報告されている。保護膜のイオン衝撃二次電子放出比γが高ければＰＤＰセルにおける放電開始電圧が低下し、低消費電力と高輝度が得られるようになる。消費電力が高いことと輝度が低いことがＰＤＰの主要な欠点であるため、保護膜のイオン衝撃二次電子放出比γを改善することが必要である。

高品質な保護膜を開発するため、数多くの研究が行われており、現在のところＭｇＯが保護膜に適した材料であることが知られている。ＭｇＯ薄膜を保護膜として用いると、その高いイオン衝撃二次電子放出比γと高い絶縁性によって、ＰＤＰの放電開始電圧と放電維持電圧が低下する。

ＭｇＯ保護膜から大量に二次電子が放出されることで、放電セル内には豊富な電子が素早く供給され、ＭｇＯの高い絶縁性により大量の壁電荷が蓄積される。そうして、放電の開始と維持が容易になり、駆動電圧が減少するのである。

しかしながら、ＭｇＯが保護膜に適した材料であることが知られているが、他の薄型ディスプレイの消費電力と比較すると、従来のＭｇＯ保護膜を使用したＰＤＰの放電電圧はまだまだ高く、高性能なＰＤＰを実現するには電圧の更なる低下が望ましい。したがって、従来のＭｇＯ薄膜よりもイオン衝撃二次電子放出比γが高い保護膜を開発することが必須である。

従来、この二次電子放出比の向上を目的とした発明は、例えば特許文献１に開示されている。

特開平１０−１５８８２６号公報

二次電子放出機構は、金属に関しては多くの研究が行われている。一方、ＭｇＯなどの絶縁物における二次電子放出機構は十分に解明されていない。ＭｇＯ薄膜のイオン衝撃二次電子放出比γが結晶方向や表面形状、表面組成に依存するということが報告されてはいるが、最大のγをとる表面の特性に関する実験結果を再現しきれておらず、また多くの研究者らによって報告されているγの値はばらつきが非常に大きい。

他にも、絶縁物の膜のバンドギャップが二次電子放出特性に影響を与えるということが報告されている。またＭｇＯ薄膜のバンド構造を変化させることでγを改善できる可能性があるにもかかわらず、現在のところ体系的な実験は十分に行われていない。

絶縁物の二次電子放出がほとんど解明されていない理由は、絶縁物のイオン衝撃二次電子放出比γを測定することが、絶縁物の微小な導電性のため困難であるからである。測定中に絶縁物表面で帯電が起こると、測定が非常に複雑になる。この帯電の問題があるために、絶縁物の二次電子放出比の包括的な研究がなされてこなかった。

本発明の目的は、イオン衝撃二次電子放出比に関して従来のＭｇＯ保護膜材料よりも優れた新しい次世代ＰＤＰ用の保護膜材料を提供することにある。

イオン衝撃二次電子放出特性を改善する手段としては、ＭｇＯに様々な材料を添加する手法を採用した。ＭｇＯにバンドギャップの小さい材料を添加することで、仕事関数や結晶性および表面形状を改善させ、二次電子放出比の向上を図る。

詳しくは、プラズマディスプレイパネルの誘電体層を放電から保護するために用いる酸化マグネシウム薄膜を形成する材料であって、酸化マグネシウムに、バンドギャップが１．５ｅＶ以上、５．８ｅＶ以下の範囲にある添加剤を添加することにより二次電子放出比の向上を図る。

また、プラズマディスプレイパネルの誘電体層を放電から保護するために用いる酸化マグネシウム薄膜を形成する材料であって、酸化マグネシウムに、仕事関数が１．５ｅＶ以上、６．０ｅＶ以下の範囲にある添加剤を添加することにより二次電子放出比の向上を図る。

また、酸化マグネシウムに対する添加剤の重量比率を、０．０１％以上、１０％以下の範囲とすることにより二次電子放出比の向上を図る。
また、上述の添加剤として、金属酸化物を用いることにより二次電子放出比の向上を図る。

本発明におけるＭｇＯ薄膜を保護膜材料として用いると、その高いイオン衝撃二次電子放出比γと高い絶縁性によって、ＰＤＰの放電開始電圧と放電維持電圧を低下させることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

本発明における酸化マグネシウム薄膜材料を形成する工程の一実施例を図１で示す。図１に示す仮焼成は、原料の粒径等の性状を変化させるため用いられる手法である。効果としては、焼成中の寸法変化が小さく変形が少ない、原料の粒度分布をそろえやすいといった点が挙げられる。

振動ミルは原料とボールを入れた容器“ポット”を強制的に振動させることにより回転式のミルの、数倍の加速度Ｇを作り出しその力で粉砕するものである。本実施例では、高温で仮焼成を行った原料を湿式粉砕する前に振動ミルによる乾式粉砕を行った。これにより湿式粉砕の時間が数分の１に短縮される。

また、一般的にミル工程で起こる不純物の混入は乾式粉砕時よりも湿式粉砕時のほうが多いため、予め乾式粉砕で原料を粉砕しておくことは時間の節約だけでなく原料の純度を維持するためにも有効である。

ボールミルはポットと呼ばれるセラミック製或いはプラスティック製の容器に粉砕する原料と粉砕用のセラミック製或いはプラスティック製ボール入れ、回転させながらボールの落下による衝撃或いはボール同士のこすれによる破砕によって粉砕する方法で、重力落下エネルギーを利用する。

ボールミルの工程で主原料である仮焼成したＭｇＯ原料の粉砕及び、マグネシウム化合物と添加材の混合を行う。この工程を湿式で行ったのは複数の成分を混合するのに適しているためである。ＭｇＯは水分と反応し水酸化マグネシウムになるため、一般的にはアルコール等の溶剤を溶媒として用いるとされている。例えば三菱マテリアル株式会社の特許第３３１４７２８号公報ではエタノールを溶媒に使用している。

乾燥は、排気式送風乾燥機を使用し乾燥機内の雰囲気を一定に保ち、乾燥機内のスラリー（Ｓｌｕｒｒｙ）の量に関わらず一定の乾燥条件が得られるようにして、１２時間以上乾燥する。

粉砕は圧縮粉砕を行い７１０μメータ以下にする。

成形にはロータリープレス機を用いる。ロータリープレス機は打錠機ともよばれ、トローチや錠剤等の比較的小さな成形体を大量に成形するのに向く成形機である。成形はΦ７．０ｍｍの金型を用い、成形密度を１．７ｇ／ｃｍ３、焼成後重量を０．１６ｇ−０．１７ｇになるように行う。

ペレットの焼成には、硅化モリブデンの電気炉を用いる。一般にセラミックスの焼成は、その物質の融点に対して一定の温度までは焼成温度が高いほど結晶化が進む。硅化モリブデンの発熱体は、一般的なＳｉＣ発熱体では出すのが困難な１６００℃以上の高温で焼成が行えるので、従来出せなかった１６５０℃で焼成を行う。

本実施例では表１に示した酸化物の原料を選択し重量比率によってγがどのように変化するかを調べた。添加材の重量比率はＭｇＯ酸化物に対する添加材の比率とし、重量比率がＭｇＯの焼結性を妨げない様に０．１％〜２．０％の範囲で設定し測定した。

焼成後の相対密度は８５％前後とした。これは、通常の電子ビーム蒸着で成膜する光学用酸化物の密度は８０％前後であり、これぐらいの密度は成膜速度が速くまた酸素欠陥も少ないため、透過度の高い良質な膜特性が得られるとされている。保護膜用ＭｇＯは相対密度がほぼ１００％である単結晶品が主に用いられているが、上記の事柄を考慮したうえで相対密度８５％程度のペレットを試作した。

これらのペレットを、電子ビーム蒸着法を用いてウエハに成膜する。電子ビーム蒸着法を用いるメリットは、蒸着装置の構造が簡単で、比較的低コストで薄膜の生産が可能であること、薄膜の生成速度が速いこと、成膜過程において制御が容易なこと、などが挙げられる。

上述のウエハに成膜されたＭｇＯ膜の二次電子放出比の評価を行った。図２にＭｇＯに添加材を添加したＭｇＯ複合材料の二次電子放出比（γ値）の純粋ＭｇＯの二次電子放出比に対する比を示す。この図２のように、二次電子放出比は添加する添加剤の種類、および添加量に依存しており、ＮｉＯ、ＺｎＯ、ＣａＯ、Ｅｕ_２Ｏ_３等の金属酸化物の添加剤が良好な値を示している。この他ＳｎＯ_２も良好な値を示し、これらの添加剤は広い範囲で純粋ＭｇＯに対する比を上回っており、殆どの添加材が混入比率０．５％程度の重量比率で最も大きな値を得た。また、表１に示したバンドギャップ又は仕事関数から、バンドギャップが１．７２〜５．６ｅＶの範囲、仕事関数が１．７６〜５．６ｅＶの範囲の各酸化物が良好な特性を示すことがわかる。

本発明の酸化膜を形成するための工程図である。 本発明のＭｇＯ膜の二次電子放出比を示すグラフである。

Claims (4)

1. プラズマディスプレイパネルの誘電体層を放電から保護するために用いる酸化マグネシウム薄膜を形成する材料であって、
   酸化マグネシウムに、バンドギャップが１．５ｅＶ以上、５．８ｅＶ以下の範囲にある添加材を添加したことを特徴とする酸化マグネシウム薄膜材料。
2. プラズマディスプレイパネルの誘電体層を放電から保護するために用いる酸化マグネシウム薄膜を形成する材料であって、
   酸化マグネシウムに、仕事関数が１．５ｅＶ以上、６．０ｅＶ以下の範囲にある添加材を添加したことを特徴とする酸化マグネシウム薄膜材料。
3. 前記酸化マグネシウムに対する前記添加材の重量比率が、０．０１％以上、１０％以下の範囲である、請求項１又は２に記載の酸化マグネシウム薄膜材料。
4. 前記添加材が、金属酸化物である、請求項１乃至３のいずれかに記載の酸化マグネシウム薄膜材料。
   

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