RU2140113C1 - Method for producing protective coating in gas-discharge device - Google Patents

Abstract

FIELD: electronic engineering. SUBSTANCE: method for coating gas-discharge device such as plasma display panel involves applying magnesium and ion containing electrolyte thinned with organic solvent to surface being protected followed by annealing at maximum 450 C. In the process, optically transparent thin film is obtained which raises effectiveness of tube or panel glow by more than 10% afforded by its developed surface due to formation of MgO. EFFECT: improved effectiveness of device glow in a number of different temperature ranges. 1 tbl

Description

Изобретение относится к технологии формирования защитных покрытий в газоразрядных приборах. The invention relates to a technology for the formation of protective coatings in gas-discharge devices.

Заявляемое изобретение может быть использовано для изготовления тонкопленочного защитного покрытия на слой диэлектрика в плазменных панелях (PDP-Plasma Display Panel) переменного тока. The claimed invention can be used for the manufacture of thin-film protective coatings on the dielectric layer in plasma panels (PDP-Plasma Display Panel) AC.

В PDP и других газоразрядных приборах используется покрытие из тонкой пленки MgO, наносимое на слой диэлектрика. Это покрытие выполняет две функции:
- защиту диэлектрика от ионной бомбардировки благодаря пренебрежимому распылению MgO в низкотемпературной плазме газового разряда,
- понижение напряжения зажигания плазмы благодаря высокому коэффициенту эмиссии вторичных электронов.PDP and other gas discharge devices use a MgO thin film coating applied to the dielectric layer. This coating has two functions:
- protection of the dielectric from ion bombardment due to negligible sputtering of MgO in a low temperature gas discharge plasma,
- lowering the plasma ignition voltage due to the high emission coefficient of secondary electrons.

PDP размером до 40 дюймов по диагонали уже находится на стадии серийного производства. В технологии PDP обычно используется вакуумное нанесение пленки MgO [1]. При такой технологии формируется тонкая (0,3-0,5 мкм) пленка MgO с гладкой поверхностью и приемлемыми эксплуатационными характеристиками:
- долговечность более 10 000 часов,
- напряжение зажигания до 250 V,
- оптическая прозрачность до 96%.PDP sizes up to 40 inches diagonally are already in production. In the PDP technology, vacuum deposition of an MgO film is usually used [1]. With this technology, a thin (0.3-0.5 μm) MgO film is formed with a smooth surface and acceptable performance characteristics:
- longevity of more than 10,000 hours,
- ignition voltage up to 250 V,
- optical transparency up to 96%.

Однако вакуумные методы электронно-лучевого напыления и магнетронного распыления очень малопроизводительны, 5 - 30 пластин в сутки. При том, что стоимость одной единицы вакуумного оборудования лежит в пределах 2 - 10 миллионов долларов США. Поэтому переход к массовому производству PDP с такой технологией не привлекателен. However, vacuum methods of electron beam sputtering and magnetron sputtering are very inefficient, 5 to 30 wafers per day. Despite the fact that the cost of one unit of vacuum equipment is in the range of 2 - 10 million US dollars. Therefore, the transition to mass production of PDP with such technology is not attractive.

Несравненно более дешевой технологией представляется формирование защитного покрытия MgO путем нанесения пасты MgO технологией масочной печати с последующим обжигом [2]. Паста содержит частицы MgO с размерами в диапазоне 0,2 - 0,5 мкм. Защитное покрытие, получаемое такой технологией, имеет шероховатую поверхность. Шероховатость обусловливает наличие острых вершин, углов и ребер, которые облегчают эмиссию вторичных электронов, тем самым понижая напряжение зажигания и повышая стабильность горения плазмы. An incomparably cheaper technology is the formation of a MgO protective coating by applying MgO paste using mask printing technology followed by firing [2]. The paste contains MgO particles with sizes in the range of 0.2 - 0.5 microns. The protective coating obtained by this technology has a rough surface. The roughness leads to the presence of sharp peaks, angles and ribs that facilitate the emission of secondary electrons, thereby lowering the ignition voltage and increasing the stability of the plasma combustion.

Однако некоторая часть поверхности диэлектрика при необходимой толщине защитного покрытия ~ 0,3-0,5 мкм оказывается оголенной ввиду того, что покрытие представляет собой слой из частиц мелкодисперсного порошка MgO и имеются промежутки или каналы, по которым бомбардирующие ионы могут достичь поверхности диэлектрика и распылять его атомы. В результате значительно повышается напряжение зажигания и прибор выходит за пределы диапазона рабочих характеристик, что равносильно выходу его из строя. However, some part of the dielectric surface with the required thickness of the protective coating of ~ 0.3-0.5 μm is exposed due to the fact that the coating is a layer of fine MgO powder particles and there are gaps or channels through which bombarding ions can reach the dielectric surface and spray its atoms. As a result, the ignition voltage is significantly increased and the device goes beyond the range of operating characteristics, which is equivalent to its failure.

Можно значительно уменьшить вероятность непосредственной бомбардировки ионами поверхности диэлектрика, увеличением толщины защитного покрытия до 2 мкм [2] , т.е. многоэтажным наслоением частиц порошка MgO, превращающим каналы в непроходимый лабиринт для прямолинейных траекторий ионов. Но при этом недопустимо снижается оптическая прозрачность защитного покрытия. The probability of direct ion bombardment of the dielectric surface can be significantly reduced by increasing the thickness of the protective coating to 2 μm [2], ie multistory layering of MgO powder particles, which turns the channels into an impassable labyrinth for rectilinear ion trajectories. But at the same time, the optical transparency of the protective coating is unacceptably reduced.

Наиболее близким по технической сущности является способ уменьшения проходимости каналов при незначительном увеличении толщины защитного покрытия путем его формирования в две операции:
- формирование первого слоя частиц MgO,
- формирование второго слоя частиц MgO с добавками окислов бария и гадолиния [3].The closest in technical essence is a way to reduce the passage of channels with a slight increase in the thickness of the protective coating by forming it in two operations:
- the formation of the first layer of MgO particles,
- the formation of a second layer of MgO particles with the addition of barium and gadolinium oxides [3].

При второй операции нанесения промежутки между частицами MgO с первой операции заполняются малыми частицами MgO с добавками окислов бария и гадолиния со второй операции и образуются непроходимые каналы-лабиринты. В этом случае сохраняется развитая поверхность защитного слоя и требуемая долговечность прибора. In the second application step, the gaps between the MgO particles from the first operation are filled with small MgO particles with the addition of barium and gadolinium oxides from the second operation and impassable labyrinth channels are formed. In this case, the developed surface of the protective layer and the required durability of the device are retained.

Однако ввиду несплошности пленки, прозрачность ее составляет менее 85%, что не позволяет использовать такое покрытие на внутренней поверхности переднего, обращенного к зрителю стекла PDP. Кроме того, осуществление дополнительной операции формирования второго слоя фактически в два раза повышает стоимость технологии формирования защитного слоя, что не привлекательно для массового производства PDP. However, due to the discontinuity of the film, its transparency is less than 85%, which does not allow the use of such a coating on the inner surface of the front PDP glass facing the viewer. In addition, the implementation of the additional operation of forming the second layer actually doubles the cost of the technology of forming the protective layer, which is not attractive for mass production of PDP.

Задачи предполагаемого изобретения:
1. увеличение оптической прозрачности защитного покрытия до 90%,
2. минимизация стоимости технологии формирования защитного покрытия,
3. повышение эффективности свечения прибора на 10-15%.Objectives of the alleged invention:
1. an increase in the optical transparency of the protective coating up to 90%,
2. minimizing the cost of the technology of forming a protective coating,
3. increasing the efficiency of the glow of the device by 10-15%.

Для решения поставленных задач предлагается способ формирования защитного покрытия в газоразрядном приборе, состоящий в нанесении на защищаемую поверхность слоя материала, формирующего пленку MgO при последующем его обжиге, отличающийся тем, что в качестве наносимого материала используется магний-ионсодержащий электролит в органическом растворителе. To solve the tasks, a method for forming a protective coating in a gas discharge device is proposed, which consists in applying a layer of material forming an MgO film on the protected surface during its subsequent firing, characterized in that a magnesium-ion-containing electrolyte in an organic solvent is used as the applied material.

Задача 1 достигается тем, что используется не паста с готовым порошком MgO, а жидкий электролит, содержащий ионы Mg⁺⁺, H⁺, CH₃, COO^-, OH^-, NO₃ ^-, Cl^- в органическом растворителе. При термической обработке такого электролита, нанесенного на поверхность диэлектрика, образуется тонкая пленка защитного покрытия MgO толщиной до 0,5 мкм и оптической прозрачностью до 90%.Task 1 is achieved by using not a paste with a finished MgO powder, but a liquid electrolyte containing Mg ⁺⁺ , H ⁺ , CH ₃ , COO ^- , OH ^- , NO ₃ ^- , Cl ^- ions in an organic solvent. During the heat treatment of such an electrolyte deposited on the surface of the dielectric, a thin film of MgO protective coating is formed with a thickness of up to 0.5 μm and optical transparency of up to 90%.

Задача 2 достигается тем, что электролит наносится на поверхность диэлектрика дешевой и производительной технологией (намазывание, окунание, разбрызгивание...) в одну операцию с последующим обжигом, т.е. формируется только один слой защитного покрытия. Task 2 is achieved by the fact that the electrolyte is applied to the surface of the dielectric with a cheap and productive technology (spreading, dipping, spraying ...) in one operation with subsequent firing, i.e. only one layer of protective coating is formed.

Задача 3 достигается тем, что защитное покрытие имеет очень развитую поверхность за счет образования MgO в разных температурных диапазонах, соответствующих выделению газообразных: вначале CO₂, затем Cl₂ и, наконец, NO₃, что обусловливает образование извилистых микротрещин как вдоль поверхности покрытия, так и вглубь его, которые тем не менее из-за развитой извилистости образуют непроходимые для налетающих по прямолинейным траекториям ионов микроканалы-лабиринты.Task 3 is achieved in that the protective coating has a very developed surface due to the formation of MgO in different temperature ranges corresponding to the evolution of gaseous: first, CO ₂ , then Cl ₂ and, finally, NO ₃ , which causes the formation of tortuous microcracks along the surface of the coating, so and deep into it, which nevertheless, due to the developed tortuosity, form microchannels-labyrinths impassable for ions flying along rectilinear paths of ions.

Известно, что эффективность свечения газоразрядных приборов зависит от состава рабочего газа и совершенства люминофора, а также отчасти от конструкции ячеек свечения. Из уровня науки и техники возможность повышения эффективности свечения газоразрядных приборов только за счет специального формирования очень тонкой (до 0,5 мкм) пленки защитного покрытия не известна, тем более когда речь идет об ощутимом повышении эффективности, превышающем 10%, причем при одновременном значительном удешевлении технологии формирования этого покрытия. It is known that the efficiency of the glow of gas-discharge devices depends on the composition of the working gas and the perfection of the phosphor, as well as partly on the design of the glow cells. From the level of science and technology, the possibility of increasing the efficiency of the luminescence of gas-discharge devices only due to the special formation of a very thin (up to 0.5 μm) protective coating film is not known, especially when it comes to a tangible increase in efficiency in excess of 10%, while at the same time significantly reducing the cost technology for the formation of this coating.

Изобретение поясняется конкретными примерами. The invention is illustrated by specific examples.

Электролиты изготавливались из ионообразующих исходных веществ;
A - Mg(CH₃COO)₂ • 4H₂O
B - Mg(NO₃)₂ • 6H₂O
C - MgCl₂ • 6H₂O
в весовых соотношениях:
1. A:B:C=10:5:1
2. A:B:C=10:3:2
3. A:B:C=10:1:3
растворением в органическом растворителе, составлявшем до 95% вес.Electrolytes were made from ion-forming starting materials;
A - Mg (CH ₃ COO) ₂ • 4H ₂ O
B - Mg (NO ₃ ) ₂ • 6H ₂ O
C - MgCl ₂ • 6H ₂ O
in weight ratios:
1. A: B: C = 10: 5: 1
2. A: B: C = 10: 3: 2
3. A: B: C = 10: 1: 3
dissolution in an organic solvent comprising up to 95% by weight.

Были изготовлены 4 PDP с планарными размерами ячеек свечения 1,2 на 0,4 мм² и межэлектродным расстоянием 60 мкм. На поверхности диэлектриков передних стекол были нанесены электролиты с вышеприведенными соотношениями компонентов соответственно: I-1, II-2, III-3. Далее они подвергались термической обработке по следующему режиму: повышение температуры от комнатной до 450 ^oC в течение 1 часа, выдержка при этой температуре в течение 20 минут и понижение температуры до комнатной в течение 1 часа. На переднее стекло PDP-IY была нанесена пленка MgO по стандартной технологии электронно-лучевого напыления. Были получены результаты при частоте импульсов поддерживающего напряжения 60 kHz, приведенные в таблице).4 PDPs were manufactured with planar sizes of the luminescent cells 1.2 by 0.4 mm ² and the interelectrode distance of 60 μm. On the surface of the dielectrics of the windshields, electrolytes were deposited with the above ratios of the components, respectively: I-1, II-2, III-3. Then they were subjected to heat treatment in the following mode: increasing the temperature from room temperature to 450 ^o C for 1 hour, holding at this temperature for 20 minutes and lowering the temperature to room temperature for 1 hour. A MgO film was deposited on the PDP-IY front glass according to standard electron beam spraying technology. The results were obtained at a pulse frequency of a supporting voltage of 60 kHz, given in the table).

Данные результатов испытаний показывают, что защитные покрытия по заявляемому изобретению по сравнению с защитным покрытием, формируемым стандартным электронно-лучевым напылением, дает:
- повышение яркости более чем на 10%
- повышение эффективности свечения более чем на 10%
- сравнимую долговечность.The data of the test results show that the protective coating according to the claimed invention in comparison with the protective coating formed by standard electron beam spraying, gives:
- brightness increase of more than 10%
- increase in luminosity by more than 10%
- comparable durability.

Напряжение же зажигания превосходит на ~ 13%. Однако этот недостаток легко ликвидируется уменьшением межэлектродного расстояния до 50 мкм, что не составляет затруднений при нынешнем уровне развития фотолитографической техники. The ignition voltage exceeds ~ 13%. However, this drawback is easily eliminated by reducing the interelectrode distance to 50 μm, which is not difficult at the current level of development of photolithographic technology.

Источники информации
1. Европатент Publication number: 0554172 A1, Application number: 9340021.5, Publication of applicatijn: 04.08.93
2. Amano et. All. SID 93 DIGEST p.592-595
3. Патент Японии N 62-09991 - прототипиSources of information
1. Europatent Publication number: 0554172 A1, Application number: 9340021.5, Publication of applicatijn: 08/04/93
2. Amano et. All. SID 93 DIGEST p. 592-595
3. Japan patent N 62-09991 - prototypes

Claims (1)

Способ формирования защитного покрытия в газоразрядном приборе, состоящий в нанесении на защищаемую поверхность слоя материала, формирующего пленку MgO при последующем его обжиге, отличающийся тем, что в качестве наносимого материала используется магний-ионсодержащий электролит в органическом растворителе. The method of forming a protective coating in a gas discharge device, which consists in applying a layer of material forming an MgO film on the surface to be protected during subsequent firing, characterized in that a magnesium-ion-containing electrolyte in an organic solvent is used as the applied material.

Images