JP4829888B2 - プラズマディスプレイパネルおよびプラズマディスプレイパネル装置 - Google Patents
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Description
本発明に係るPDPは、内方の空間(放電空間)に放電ガスが充填されてなる密閉容器を有し、当該密閉容器において、保護層と蛍光体層とが互いに放電空間を臨む状態で形成されてなるパネルであって、放電ガスは、プラズマ放電時において蛍光体層の蛍光体を励起する光を出射する希ガス元素からなる第1ガス成分と、アルゴン(Ar)ガスからなる第2ガス成分とを含むとともに、全圧に対するNeガスの分圧比が0.5[%]以下であり、放電空間に対し1.50×104[Pa]以上6.66×104[Pa]未満の全圧を以って充填されている。ここで、「全圧に対するNeガスの分圧比が0.5[%]以下」というのは、「放電ガスの構成中にNeガスを含まない」という場合も包含する。
また、本発明に係るPDPおよびPDP装置では、放電ガスの構成中に実質的にNeガスを含まないが、第2ガス成分としてArガスを含む構成を採用しているので、パネル駆動時における高い発光効率を得ることができる。これは、Ar原子の有するぺニング効果を利用するものであって、Arガスの添加により放電開始電圧の低減を図ることができることに由来するものである。
なお、本発明に係るPDPおよびPDP装置においては、上述のように、放電ガスの構成中に0.5[%]以下の分圧比であればNeガスを含むことも許容しているのは、保護層の削れ防止という目的からすれば放電ガスの構成中にNeガスを全く含まないことが望ましいのであるが、実際の製造過程などを考慮して許容できる範囲と考えられるためである。即ち、PDPの製造過程においては、パネル封着後に放電空間内の脱気を行い、その後に所要のガス(第1ガス成分および第2ガス成分を含む混合ガス)を充填するのであるが、放電空間内から完全にNeガス成分を排除するのはより厳密な工程管理が必要となり、また、脱気に要する時間も長くせざるを得ない。そこで、全圧に対する分圧比が0.5[%]以下の範囲でNeガスが存在しても(例えば、製造工程において放電空間からNeガスを排出しきれず不純物レベルで残留したような場合にも)、PDPの寿命特性に実質的な影響を与えないという知見に基づき、上記のようにNeガスの混在に関する許容レベルを規定したものである。
1)第1ガス成分;キセノン(Xe)ガス
2)第1ガス成分;クリプトン(Kr)ガス
なお、本発明に係るPDPおよびPDP装置では、放電ガスを2元系の混合ガスに限定するものではなく、3元系あるいはそれ以上の混合ガスを採用することもできる。なお、それらの場合においても、放電ガスの構成要素としてNeガスの含有比率を、全圧に対する分圧比で0.5[%]以下とすることが前提条件となる。
さらに、上記本発明に係るPDPおよびPDP装置では、第2ガス成分の分圧比を15[%]以下とすれば、より一層の放電効率の向上を図りながら、パネル駆動時における保護層の削れの発生を効果的に抑制することが可能となる。例えば、放電ガスとして、Xeガスを第1ガス成分とする2元系混合ガスとするとき、第2ガス成分の分圧比を15[%]以下とすれば、Xe(15[%])/Ne(85[%])の放電ガスを用いる場合に比べて、保護層の削れを低減することが可能であり、且つ、Xe分圧が高いので放電効率を高くすることができる。
上記本発明に係るPDPおよびPDP装置では、上述のように、第1ガス成分の比率を高めて高い発光輝度を確保することが可能であるので、(表示)電極対を金属材料からなり、構成要素として酸化膜(ITO(Indium Tin Oxide)、ZnO、SnO2など)を有しない構成とし、従来のPDPで用いていた酸化膜(透明電極膜)を省略することができる。これによって、本発明に係るPDPおよびPDP装置では、材料コストおよび製造コストなどの低減を果たすことが可能となる。
なお、本発明に係るPDPおよびPDP装置では、放電ガス中に上記以外の成分、例えば、ヘリウム(He)などを微量添加する構成としても、同様の効果を得ることができる。
(実施の形態1)
1.パネル部10の構成
実施の形態1に係るPDP装置1の構成の内、パネル部10の構成について、図1を用いて説明する。図1は、パネル部10の構造を示す要部斜視図である。
1−1.前面パネル11の構成
図1に示すように、パネル部10を構成する2枚のパネル11、12の内の一方、前面パネル11は、前面基板111をベースとして構成されており、その一方の主面(図1では、下向き主面)にスキャン電極Scnとサスティン電極Susからなる表示電極対112が互いに並行して複数配設され、この表示電極対112を覆う状態に、誘電体層113および保護層114が順に積層形成されている。
なお、前面基板111の表面において、隣り合う表示電極対112間には、隣り合う放電セル間で互いの光が漏れ出るのを防ぐためにブラックストライプが設けられた構成を採ることもできる。
背面パネル12は、背面基板121における上記前面パネル11と対向する側の主面(図1では、上向き主面)に、データ電極Datが複数配設されている。データ電極Datは、前面パネル11の表示電極対112に対して交差する方向を以って配設されている。データ電極Datが配設された背面基板121の主面には、誘電体層122が形成され、その上には、隔壁123が形成されている。隔壁123は、隣り合うデータ電極Dat間に立設される主隔壁1231とこれに交差する方向に形成された補助隔壁1232とからなる。
背面パネル12における背面基板121についても、上記前面パネル11における前面基板111と同様、高歪点ガラス材料やソーダライムガラス材料などを用い形成されている。データ電極Datは、アルミニウム合金や銀(Ag)などといった金属材料から形成されている。
YVO3:Eu
緑色(G)蛍光体;Zn2SiO4:Mn
(Y、Gd)BO3:Tb
BaAl12O19:Mn
青色(B)蛍光体:BaMgAl10O17:Eu
CaMgSi2O6:Eu
1−3.前面パネル11と背面パネル12との配置
図1に示すように、パネル部10は、前面パネル11と背面パネル12とが、背面パネル12の隔壁123をギャップ材として間に挟み、且つ、表示電極対112とデータ電極Datとが略直交する方向になる状態に配され、外周部で封止された構成となっており、内方に放電空間13を有する密閉容器となっている。そして、前面パネル11と背面パネル12との間は、隔壁123により仕切られた放電空間13が形成される。
放電ガスは、プラズマ放電時において蛍光体層の蛍光体を励起する光を出射する希ガス元素からなる第1ガス成分としてXeガスが含まれ、これに対し添加される第2ガス成分としてArガスが含まれ構成されている。放電ガス中において、全圧に対するArガスの分圧比は、67[%]以下に設定されている。Arガスの分圧比については、25[%]以下とすることが望ましく、15[%]以下とすることがより望ましい。さらに、Arガスの分圧比の下限値については、1[%]とすることが、製造時におけるエージング時間の長期化防止という観点から望ましく、3[%]とすることがより望ましい。これらの理由については、後述する。
上記パネル部10を備えるPDP装置1の全体構成について、図2を用いて説明する。図2は、PDP装置1の全体構成を模式的に示したブロック図である。なお、図2では、パネル部10の構成の内、電極Scn、Sus、Datの配列のみを模式的に示している。
A/D変換器25は、上記入力された映像信号VDをディジタル信号の画像データへと変換し、変換後の画像データを走査数変換部26およびAPL検出部28へと出力する。A/D変換器25からの画像データの入力を受けたAPL検出部28は、1画面ごとの各放電セルにおける各階調値を示す画面データに基づき、当該1画面の合計の階調値を計算し、これを全放電セルの数で割った値を求める。そして、APL検出部28は、上記求めた値より最大階調値(例えば、256階調)に対する百分率を算出して平均ピクチャーレベル(APL値)を求め、その値をタイミング発生部24へと出力する。
走査数変換部26は、A/D変換器25からの画像データを受け付け、これをパネル部10の画素数に応じた画像データへと変換して、当該値をサブフィールド変換部27へと出力する。サブフィールド変換部27は、走査数変換部26から転送されてくる画像データを、パネル部10に階調表示させるための各サブフィールドでの放電セルの点灯/非点灯を示す2値データの集合であるサブフィールドデータに変換し、備えるサブフィールドメモリ(不図示)に一旦格納する。そして、サブフィールド変換部27は、タイミング発生部24からのタイミング信号に応じてサブフィールドメモリに格納しているサブフィールドデータをデータドライバ21へと出力する。
タイミング発生部24は、入力される水平同期信号Hおよび垂直同期信号Vに基づいて、タイミング信号を生成し、当該タイミング信号を各ドライバ21〜23に対して出力する。
サスティンドライバ23は、タイミング発生部24からのタイミング信号に基づいてサスティン電極Sus(1)〜Sus(n)に対し電圧パルスを印加する。このサスティンドライバ23についても、上記データドライバ21、スキャンドライバ22と同様に、公知のドライバICなどによって構成されている。
次に、上記構成を有するPDP装置1の駆動方法について、図3を用いて説明する。図3は、フィールド内時分割階調表示方式(サブフィールド法)を用いてPDP装置1の駆動を実行する方法を示す波形図である。
図3に示すように、PDP装置1の駆動においては、一例として、256階調を表現するために1TVフィールドを8サブフィールドSF1〜SF8に分割し、それぞれのサブフィールドSF1〜SF8に初期化期間T1、書き込み期間T2および維持期間T3の3つの期間を設定し、サスティン電極Sus(1)〜Sus(n)に対し電圧パルス2001を、スキャン電極Scn(1)〜Scn(n)に対し電圧パルス2002を、データ電極Dat(1)〜Dat(m)に対し電圧パルス2003を各々印加する。なお、上述のように、各電極Sus、Scn、Datの各々に対する電圧パルス2001、2002、2003の印加は、タイミング発生部24からのタイミング信号に基づいて実行される。
4.PDP装置1が有する優位性
本実施の形態に係るパネル部10は、放電空間13に2元系混合ガス(Xe/Ar)が充填されている。即ち、従来のPDPで用いられる放電ガス中には高い比率でNeガスが含まれているの対し、本実施の形態に係るパネル部10に充填される放電ガスは、その構成成分としてNeガスを含むものではなく(含んだとしても分圧比0.5[%]以下)、Xeガスに対する第2ガス成分としてArガスを有する。このため、パネル部10の放電ガス中には、前面パネル11の保護層114の構成要素であるMgと質量数が近いNeは存在せず、主たるガス成分であるXeガスの分圧比を高く設定しても、維持放電時のスパッタリングによる保護層114の削れという問題を生じにくい。
パネル部10における保護層114は、誘電体層113の表面の保護という目的の他に、駆動時における2次電子放出による駆動電圧の低減や書き込み期間T2から維持期間T3に至るまでの間などでの壁電荷の保持といった重要な役割を果たす部位である。よって、Xeガスの分圧比を高く設定して輝度の向上を図った場合にも、駆動時における保護層114の削れが発生しにくいPDP装置1は、高い放電効率を維持しながら、長寿命で高い信頼性を有する。
また、PDP装置1のパネル部10においては、前面パネル11の誘電体層113がSiO2を材料として約15[μm]の膜厚で形成されている。このため、PDP装置1では、より一層の放電開始電圧の低減が可能となっている。即ち、SiO2は、従来のPDPにおける誘電体層の形成に用いられてきた低融点ガラスなどに比べて低い誘電率を有するので、このように20[μm]以下とする薄肉化が可能である。薄い誘電体層113を形成するということは、維持期間T3などにおいて表示電極対112にかかる電圧を効率的に放電空間13に対し印加することが可能となり、放電開始電圧の低減を図ることが可能となる。
5.放電ガスの各成分の比率
以下では、放電ガスにおける成分比率を規定するにあたり確認した実験について説明する。以下で説明する確認実験には、上記PDP装置1と同一構成の装置を用いた。
先ず、PDP装置における放電ガス中のArガス添加比率(分圧比)と放電効率との関係について確認をした。本確認実験では、放電ガスに関する実験条件を次のように設定した。
・放電ガス;Xe/Arの2元系混合ガス
・Xeガスの分圧;2.2×104[Pa]で一定
・Arガスの添加比率;放電ガスの全圧に対する分圧比を、0[%]〜67[%]まで変化
なお、比較例として、放電ガスにXe/Neの2元系混合ガスを用い、上記同様にXeガスの分圧を2.2×104[Pa]とし、また、全圧に対するNeガスの分圧比が5[%]となる状態に設定した。
図4に示すように、放電ガスとしてXe/Arの2元系混合ガスを有するPDP装置では、Arガスの添加比率が0[%]から約33[%]の範囲でArガスの添加比率の上昇に伴って放電効率が上昇し、Arガスの添加比率が約33[%]を超えると放電効率が低下して行く。また、比較例は、同じ比率でArガスを含むサンプルに対して放電効率が高い。これは、放電ガスの構成要素としてNeガスを含む場合には、放電開始電圧の低減という優位性を得られるためであると考えられる。
なお、図4に示すように、放電ガスをXe/Arの2元系混合ガスとし、Arガスの添加比率を67[%]以下とする場合には、基準とした従来のPDP装置に対して、高い放電効率を有することが分かる。
次に、上記と同一のサンプルの各々について、放電の発生に必要な最小電圧、即ち、放電開始電圧を測定し、その結果を図5に示す。
図5に示すように、放電開始電圧(図5では、「維持電圧」と記載する。)は、Arガスの添加比率が0[%]〜25[%]の範囲では約245[V]で安定しており、Arガスの添加比率が25[%]を超えると上昇する。例えば、Arガスの添加比率が67[%]のときには、放電開始電圧は約298[V]となり、Arガスの添加比率が25[%]以下の場合よりも約53[V]上昇する。
次に、パネル駆動時の放電による保護層114のスパッタリングレートと放電ガス中におけるXeガス比率との関係について、確認をした。確認には、次に示す条件を以ってサンプルを作製し、各サンプルでのスパッタリングレートを求めた。
・放電ガス;Xe/Arの2元系混合ガス
・放電ガス全圧;6.0×104[Pa]
・Xeガス比率;放電ガスの全圧に対する分圧比を、5[%]〜99[%]まで変化
なお、比較例として、放電ガスにXe/Neの2元系混合ガスを用い、Xeガスの比率を5[%]〜30[%]まで変化させたサンプルを作製し、これらについてもスパッタリングレートを求めた。
図6に示すように、Xe/Neの放電ガスを充填した比較例に係るサンプルでは、Xeガスの比率の上昇に伴ってスパッタリングレートが上昇することが分かる。例えば、Xeガス比率が5[%]のときのスパッタリングレートは、”8”程度であるが、Xeガス比率が15[%]のときのスパッタリングレートは、”15”となり、Xeガス比率が30[%]のときのスパッタリングレートは、”31”となる。なお、図6には、比較例のサンプルにおける計算で求めたスパッタリングレートについても併記した。図6に示すように、実験結果と計算結果との整合がとれていることが分かる。
5−4.エージング時間(製造時)のArガス比率依存性
次に、放電ガス中におけるArガスの添加比率と製造過程におけるエージング時間とに関し、図7を用い説明する。図7の特性図を得るに際しては、放電ガスとして100[%]XeガスとXe/Arの2元系混合ガスとを用い、混合ガスに関してはXeガスの分圧を30[kPa]で一定とし、Arガスの添加比率を変化させた条件で各々のエージング時間を求めた。なお、エージング時間とは、装置の組立が終了して後に、各電極Scn、Sus、Datに電圧を印加して、放電開始電圧の初期変動が収束し、定常状態、例えば250[V]±5[V]の範囲内となるまでに要する時間である。
なお、本確認では、Xe/Arの2元系混合ガスを用い、エージング時間との関係について実施したが、Xeガスの代りにクリプトン(Kr)ガスを用いた場合にあっても、略同様の結果となる。
5−5.考察
図4〜図7に示す確認実験の結果より、放電ガスとしてXe/Arの2元系混合ガスを用いる場合には、Arガスの添加比率を67[%]以下とすれば高い放電効率を得ながら低いスパッタリングレートを確保することができ、Arガスの添加比率を25[%]以下とすれば、一層の放電効率の向上が得られ、さらに、Arガスの添加比率を15[%]以下とすれば、従来のXe(15[%])/Ne(85[%])の放電ガスを有するPDP装置と同等以上の長い寿命を持たせることができる。
即ち、保護層114には、上述のように、誘電体層113の保護および2次電子放出係数の確保という観点からMgOが用いられるが、従来のPDP装置では、この保護層114の構成要素であるMg原子やO原子に対し質量数が近いNeが放電ガス中に含まれていたため、パネル駆動によってNe原子が保護層に衝突することで、そのエネルギが共鳴的にMgおよびOに与えられる。そして、これにより従来のPDP装置では、高い確率で保護層がスパッタリングされていた。
ここで、本実施の形態においては、放電ガスのXe/Arの2元系混合ガスを用いたが、この他に、Kr/Arの2元系混合ガスやXe/Ar/Krの3元系混合ガスなどを用いても、上記同様の効果を得ることができる。また、Heガスを数[%]添加することとしても、上記同様の効果を得ることができる点にかわりはない。
(実施の形態2)
次に、実施の形態2に係るPDP装置について説明する。本実施の形態に係るPDP装置が上記実施の形態1に係るPDP装置1と相違する点は、放電ガスの構成、放電ガスの全圧、前面パネルにおける誘電体層の材質、膜厚、および表示電極対の各電極の構成材料である。その他の部分については、上記実施の形態1と変わるところがないので、その説明を省略する。
また、パネル部における誘電体層は、非鉛の低融点ガラス材料を用い、膜厚約19[μm]に形成されている。表示電極対を構成するスキャン電極およびサスティン電極の各々は、全て銀(Ag)から形成され、上記実施の形態1と同様にITOなどの透明電極膜を有しない構成となっている。
また、本実施の形態に係るPDP装置では、図5に示すXe/Arの放電ガスの場合と同様に、Arガス添加比率が0[%]〜25[%]の範囲では、放電開始電圧が略一定で安定しており、Arガス添加比率が25[%]を超える範囲では、放電開始電圧が上昇する傾向にある。この点についても、上記実施の形態1と同様である。
なお、本実施の形態に係るPDP装置に対しても、上記実施の形態1と同様の種々のバリエーションを採用することが可能である。
(実施の形態3)
次に、実施の形態3係るPDP装置について説明する。本実施の形態に係るPDP装置が上記実施の形態1に係るPDP装置1と相違する点は、放電ガスの構成、放電ガスの全圧、前面パネルにおける誘電体層の膜厚である。その他の部分については、上記実施の形態1と変わるところがないので、その説明を省略する。
以上のような構成を有する本実施の形態に係るPDP装置は、上記実施の形態1に係るPDP装置1が有するのと同様の維持放電時のスパッタリングによる保護層の削れの発生を抑え、長寿命で高い信頼性を有するとともに、PDP装置1よりも一層の放電開始電圧の低減という効果を得ることができる。
(その他の事項)
上記実施の形態1〜3では、本発明に係るPDPおよびPDP装置の構成およびそこから得られる効果を説明するために一例として示したものであって、本発明は、上記特徴とする部分以外の点について、何らこれに限定を受けるものではない。例えば、上記実施の形態1では、放電ガスとしてXe/Arの2元系混合ガスを用い、実施の形態2では、Kr/Arの2元系混合ガスを用い、実施の形態3では、Xe/Ar/Oの3元系混合ガスを用いることとしたが、次のような組み合わせであれば採用することが可能である。
(2)Xe/Ar/Kr
(3)Xe/Ar/O
(4)Xe/Ar/Kr/O
(5)Kr/Ar
(6)Kr/Ar/O
(7)Xe/Kr
(8)Xe/Kr/O
また、上記の各組み合わせに対して、微量(例えば、数[%])のHeガスを添加することとしてもよい。そして、Neガスを除く成分であれば微量添加することも可能である。
R蛍光体;(Y、Gd)BO3:Eu
G蛍光体;(Y、Gd)BO3:TbとZn2SiO4:Mnとの混合物
B蛍光体;BaMg2Al14O24:Eu
さらに、本発明が意図するところは、放電ガスの成分としてNeガスを含まないということであり、パネル部の製造過程等において放電空間中に残留するNeガスまでも排除しなければならないものではない。即ち、全圧に対し0.5[%]以下の分圧比(例えば、不純物レベル)であれば放電ガス中にNeガスを含有していたとしても、実質的な問題を生じることはなく、許容の範囲内である。
また、上記実施の形態1〜3においては、放電開始電圧の低減のため、その膜厚を20[μm]以下としているが、それ以上の膜厚とすることも可能であり、その場合にも、従来のPDP装置に対し放電ガスの組成を変更した分だけの効果を得ることはできる。また、誘電体層を形成するための材料についても、上記実施の形態1〜3で採用したSiO2や非鉛の低融点ガラス材料以外の材料を採用することも可能である。
また、上記実施の形態1などでは、放電ガスの全圧を6.66×104[Pa]以下の範囲としたが、放電開始電圧の低減などの目的からは、全圧の上限を5.0×104[Pa]とすることがより望ましい。
10.パネル部
11.前面パネル
12.背面パネル
13.放電空間
20.表示駆動部
21.データドライバ
22.スキャンドライバ
23.サスティンドライバ
24.タイミング発生部
25.A/D変換器
26.走査数変換部
27.サブフィールド変換部
111、121.基板
112.表示電極対
113、122.誘電体層
114.保護層
123.隔壁
124.蛍光体層
Scn.スキャン電極
Sus.サスティン電極
Dat.データ電極
Claims (1)
- 内方の空間に放電ガスが充填されてなる密閉容器を有し、当該密閉容器において、保護層と蛍光体層とが互いに前記空間を臨む状態で形成されてなるプラズマディスプレイパネルにおいて、
前記放電ガスは、キセノンガスまたはクリプトンガスである第1ガス成分と、アルゴンガスである第2ガス成分と、酸素ガスである第3ガス成分と、前記第1ガス成分および前記第2ガス成分および前記第3ガス成分に対して添加されたネオンガスとからなり、
前記空間に対し1.50×104Pa以上6.66×104Pa以下の全圧を以って充填され、
前記放電ガスの全圧に対する前記第1ガス成分の分圧比は、最も高く、
前記放電ガスの全圧に対する前記第2ガス成分の分圧比は、3%以上33%以下であり、
前記放電ガスの全圧に対する前記第3ガス成分の分圧比は、0.01%以上1%以下であり、
前記放電ガスの全圧に対する前記ネオンガスの分圧比は、0.5%以下である。
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