專利名稱：等離子顯示板及其制造方法
技術領域：
本發明涉及等離子顯示板及其制造方法，尤其涉及用于形成覆蓋介質層的氧化鎂保護層的方法。
背景技術：
等離子顯示板(此后稱為“PDP”)是一種氣體放電板，其中根據通過由氣體放電產生的紫外線激勵發光的磷光體來顯示圖像。PDP分為兩類交流型(AC)和直流型(DC)，這取決于用于放電的方法。AC PDP由于其在亮度、發光效率和使用壽命方面優于DC PDP，因此更為常見。
AC PDP具有以下結構。排列在兩薄片玻璃板的每一個上的多個電極(顯示電極和地址電極)。每片玻璃的表面的暴露部分和電極被其上形成有保護層(膜)的介質層覆蓋。玻璃片通過多個阻隔壁(barrierrib)彼此面對地設置并密封在一起，在每一對阻隔壁之間是磷光體層。結果，放電單元(子象素)以矩陣圖案形成。放電氣體被包圍在兩片玻璃板之間形成的空間內。
當PDP被驅動時，基于域時分層次(field time divisiongradation)顯示方法將電流適當地提供給多個電極，以便獲得放電氣體中的放電，由此產生使磷光體發光的紫外線。具體地，要顯示的每一幀被分為多個子域，每個子域被進一步分成多個周期。在每一幀中，首先整個屏幕的壁電荷在一個初始化周期內被初始化(復位)。接著在一個地址周期內，執行地址放電以便只將要發光的單元的壁進行充電。接著，在一個放電維持周期內，將交流電壓(維持電壓)同時施加在所有放電單元上，以便獲得一組時間周期的持續放電。由于PDP中的放電是基于幾率現象發生的，所以放電的幾率(稱為放電幾率)可能會從單元到單元發生變化。結果，這一特性允許例如地址放電的放電幾率與施加到執行地址放電的脈沖寬度成比例地增加。
PDP的一個通常結構的示例在日本公開專利申請No.9-92133中公開。
這里，覆蓋PDP前側上的玻璃板上介質層的保護層的目的是保護介質層不受放電期間的離子轟擊，還用作接觸放電空間的陰極材料。這樣，通常已知的是，保護層的特性顯著地影響放電特性。在前述文獻中，選擇MgO材料用作保護層，這是因為由于MgO的二次發光系數很大，著火電壓Vf可以被降低，以及MgO可以抗濺射這些事實。MgO保護層通常通過真空沉積形成為大約0.5μm至1μm的厚度。
盡管MgO用在PDP的保護層中以便降低著火電壓Vf，但運行電壓仍然比例如液晶顯示裝置的電壓高，用于驅動電路和集成電路中的晶體管和驅動器IC有必要具有較高的耐電壓性。這是造成PDP的高成本的一個因素。
更具體的，近些年來對更高解析度和更大尺寸的顯示器的期待導致單元數目的增加，結果需要增加PDP的驅動速度。作為縮短驅動時間的一種方式，要求賦給每個子幀的時間減少，當驅動時間被縮短時，放電幾率下降，因此，諸如地址放電的放電幾率增加不會被可靠地執行。一種試圖處理該問題的方法是雙重掃描。為了實現雙重掃描，驅動電路中的數據驅動器IC的數目增加了，從板的頂部和底部同時朝向中心執行地址放電，以表現為出現一組時間長度的地址周期的周期。然而，如果采用該方法，所要求的數據驅動器的數目是普通PDP的兩倍，而且連線變得復雜。這些因素導致制造PDP中的高成本和低產量。
結果，需要制造通過以低電壓驅動而消耗更小功率的PDP，同時控制PDP的成本。
以低電壓消耗驅動PDP的技術示例在日本公開專利申請No.2001-332175和日本公開專利申請No.10-334809中有所公開。這種技術包括通過在保護層的MgO中提供氧空位缺陷，或是通過在MgO中摻入雜質，從而在導帶(C.B)附近的禁帶中創建能級。這使得著火電壓Vf下降，并改善了放電特性(特別是放電不規則性)。圖7示出了在現有技術中保護層的MgO的能態和放電空間之間的關系。在現有技術中，如圖7所示，例如，通過在MgO中摻雜硅來在保護層的導帶附近提供第一能級31。這增加了在驅動期間在保護層中被激發的電子的數目，并使得電子更容易提供給放電空間，由此增加了放電幾率。在圖7中，Eg示出了MgO的帶隙，其為7.8eV，Ea示出了MgO的電子親合勢，為0.85eV。
然而，傳統的技術是有問題的，由于它們無法既充分減小著火電壓Vf，又解決稱為“黑噪聲”的顯示不穩定性。黑噪聲是這樣的一種現象，其中應該被點亮的單元(選中單元)沒有被點亮，并趨向于發生在被點亮區域和非被點亮區域之間的邊界上。黑噪聲不發生在一行或一列中的所有的多個被選中的單元中，但是分散在整個屏幕中。基于這一原因，黑噪聲被認為是由缺少強度或未發生的地址放電所引起的。這被認為是由維持電荷的壁的能量降低所引起的，如果通過簡單地在MgO的禁帶中的導帶附近提供能級來降低著火電壓Vf，結果導致有效的尋址電壓下降。結果，在尋址中發生錯誤，降低了PDP的圖像顯示性能。
發明內容
由于所述問題，本發明的目的是提供一種PDP及其制造方法，其能夠在不使用昂貴的高耐電壓晶體管和驅動器IC的條件下降低著火電壓Vf，從而增加放電幾率，而且該PDP具有保護層，使得通過維持壁電荷保持，能減小其中應當被點亮的單元未被點亮的黑噪聲的發生。
為了解決所述問題，本發明是一種等離子顯示板，其由通過放電空間彼此面對設置、在邊緣部分密封在一起的第一襯底和第二襯底組成，該第一襯底具有形成在它的面對第二襯底的主表面上的保護層，其中保護層主要由氧化鎂組成，包括在禁帶區域中創建第一能級的物質或結構，該區域在導帶附近，保護層還包括在禁帶的另一個區域中創建第二能級的物質或結構，該另一個區域在價帶附近。
具體的，在等離子顯示板中，由于第一能級的存在，放電不規則性和著火放電電壓受到控制，由于第二能級的存在，著火電壓受到控制且壁電荷被維持。
本發明的這些和其他目的、優點和特性將從下列描述中并結合附圖變得清楚，附圖中描述了本發明的特殊實施例。在附圖中圖1示意地示出第一實施例的PDP結構的截面透視圖；圖2示出了PDP驅動過程的一個示例；圖3示出了本發明的第一實施例中的保護層的MgO中的能態和放電空間之間的關系；
圖4示出了第二實施例的PDP中摻雜了Cr的保護層的能帶圖；圖5示出了第三實施例的PDP的保護層的結構的截面圖；圖6示出了具有氧空位缺陷、或已被摻雜了H的保護層的能帶圖；圖7示出了現有技術中保護層的MgO中的能態和放電空間之間的關系；以及圖8用于解釋保護層(氧化鎂)的特性。
具體實施例方式
1、第一實施例1-1.PDP的結構圖1部分地示出了本發明的第一實施例的AC PDP 1的相關結構的截面透視圖。在圖1中，z方向對應于PDP 1的厚度方向，xy平面對應于平行于PDP 1的板表面的平面。這里，作為一個示例，PDP 1是42英寸類型的NTSC PDP。然而，本發明可以應用于其他規格，諸如XGA(擴展圖形陣列)和SXGA(超級擴展圖形陣列)以及其他尺寸。
如圖1所示，PDP 1的結構可以被粗略地分為前板10和背板16，其與它們各自的主表面彼此相對地設置。
前板10包括一個具有多對形成在其主表面上的顯示電極12和13(每對由掃描電極12和維持電極13組成)的前板玻璃片11。每個掃描電極12由帶狀透明電極120和總線線路121組成，每個維持電極13由帶狀透明電極130和總線線路131組成。透明電極120和130為0.1μm厚和150μm寬，由諸如ITO或SnO2的透明導電材料制成。分別疊層于透明電極120和130上的總線線路121和131為95μm寬，并且由例如Ag膜(2μm至10μm厚)、薄Al膜(0.1μm至1μm厚)或是Cr/Cu/Cr疊層膜(0.1μm至1μm厚)制成。總線線路121和131降低了透明電極120和130的薄層電阻。
通過使用印刷于前板玻璃11的主表面上的屏幕形成介質層14，在前板玻璃11的主表面上設置了顯示電極12和13，使得顯示電極12和13以及主表面的暴露部分被覆蓋。介質層14為20μm至50μm厚的具有低熔點的玻璃，且具有氧化鉛(PbO)、氧化鉍(Bi2O3)、或磷酸鹽(PO4)作為主要成分。介質層14具有作為對于AC PDP的一個特性的電流限制功能，并導致使得AC PDP具有比DC PDP更長的使用壽命。介質層14的表面涂敷有約1.0μm厚的保護層15。
保護層15的結構是本第一實施例的特有特征，將在后面詳細討論。
在背板16中，在背板玻璃17的主表面上提供有多個地址電極18。每個地址電極18為60μm寬，并且由例如Ag膜(2μm至10μm厚)，薄Al膜(0.1μm至1μm厚)，或是Cr/Cu/Cr疊層膜(0.1μm至1μm厚)制成。地址電極排列成條紋結構，x方向為縱向方向，在y方向上的設定間隔(360μm)處。背板玻璃17的主表面上涂敷有30μm厚的介質層19，以便覆蓋玻璃17的暴露部分和地址電極18。阻隔壁20(150μm高，40μm寬)排列在介質層19上，位置對應于地址電極18之間的間隙，每對相鄰的阻隔壁20彼此劃分子象素SU。阻隔壁20用作防止在x方向上的錯誤放電、光學串擾以及類似現象。分別對應于用于實現彩色顯示的紅(R)、綠(G)和藍(B)的磷光體層21至23被形成在阻隔壁20的側面的表面上以及阻隔壁20之間的介質層19上。
需要注意，可以用磷光體層21至23直接覆蓋地址電極18，而無需使用介質層19。
前板10和背板16彼此面對地設置，使得地址電極18的縱向方向和顯示電極12和13交叉，前板10和前板16的邊緣用玻璃粉密封在一起。由諸如He、Xe和Ne的惰性氣體組成的放電氣體(包圍氣體)以預先確定的壓強(通常是約53.2kPa至79.8kPa)注入到密封板10和16之間形成的空間內。
相鄰阻隔壁20之間的每個空間為放電空間24。一對顯示電極12和13交叉的每個區域，以便將對應于用于圖像顯示的子象素SU的放電空間24的一部分夾在中間。每個單元具有在x方向上的1080μm和在y方向上的360μm的間距。三個相鄰的子象素，特別是一個紅色子象素、一個綠色子象素和一個藍色子象素組成一個象素(1080μm乘以1080μm)。
1-2 PDP的基本操作具有上述結構的PDP 1由驅動單元(未示出)驅動，驅動單元為顯示電極12和13以及地址電極18提供電流。當驅動PDP 1以便使圖像顯示時，數十kHz至數百kHz的交流電壓施加在顯示電極對12和13之間，由此導致子象素SU的放電。該放電激發發出紫外線的Xe電子，且紫外線激發接著發出可見光的磷光體層21至23。
此時，驅動單元根據二元控制，即，每個單元或是開或是關，來控制每個單元內的發光。顏色的層次通過劃分一個外部設備輸入到子幀的圖像的時間序列的每一幀F來表示。采用這樣一個示例，其中子域的總數是6，在每一子幀中執行的用于持續放電的發光的次數通過將子域分配權重(例如發光比率為1∶2∶4∶8∶16∶32)來設置。
圖2示出了PDP 1的驅動波形處理的示例。具體的，圖2示出了一幀的第m個子幀。每個子幀分配了一個初始化周期、一個地址周期、一個放電維持周期和一個擦除周期，如圖2所示。
初始化周期用于擦除整個屏幕的壁電荷(初始化放電)，以便防止受到單元中以前的發光的影響(由于積累的壁電荷)。如圖2所示，具有下行斜形狀且超過著火電壓Vf的正復位脈沖被施加在所有的顯示電極12和13上。同時，施加一個正脈沖給所有電極18以便防止背板16側的電荷和離子轟擊。由于脈沖的上升沿和下降沿之間的差分電壓，在所有單元中會發生微弱的放電，且壁電荷存儲在所有單元中。結果，電荷的狀態跨越整個屏幕是一致的。
地址周期是用于尋址(設置發光/不發光)基于被分成子幀的圖像信號的選中單元的。在地址周期中，掃描電極12被偏置以具有相對于地電勢的正電勢，所有維持電極13被偏置以具有相對于地電勢的負電勢。當顯示電極12和13處于該狀態中時，從板的頂部開始連續地選中線(對應于一對顯示電極的水平單元序列)，將負掃描脈沖施加到選中的掃描電極12上。進一步，將正掃描脈沖施加到對應于將被點亮的單元的地址電極18上。由于施加了脈沖，從初始化周期開始持續有弱表面放電，地址放電發生，且壁電荷僅存儲在將被點亮的單元中。
放電維持周期是用于擴展由地址放電設置的發光狀態，并用于持續放電，以便獲得對應于層次級別的發光度。這里，為了防止不必要的放電，所有的地址電極18被偏置為正電勢，將正的維持脈沖施加到所有維持電極13上。維持脈沖交替地施加在掃描電極12和維持電極13上，且在預先確定的周期內重復放電。
擦除周期被用于施加一個遞減脈沖給掃描電極12，以便擦除壁電荷。
注意，每個初始化周期和地址周期具有與發光權重無關的設定的長度，但是發光權重越大，放電維持周期越長。換句話說，顯示周期的長度在每個子幀中是不同的。
根據PDP 1的每一子幀中的放電，Xe造成由具有在147nm處的尖峰的共振線和具有173nm的中心的分子束組成的真空紫外線的產生。磷光體層21至23用真空紫外線照射，并產生可見光。根據每一子幀中紅、綠和藍的組合顯示出多種顏色和層次。
1-3.第一實施例的保護層第一實施例的主要特征是使用具有諸如圖3所示的能量圖的能級的MgO作為保護層15。換句話說，在第一實施例中，保護層15是具有除了在導帶(C.B)附近的第一能級151外，在禁帶中的價帶(V.B)附近提供的第二能級152的MgO。從半導體的角度來看保護層15，第一能級151可以稱為具有容易發射電子的類施主特性，第二能級152可以稱為具有容易保持電子的類受主特性。
通過使用該類結構，保護層15降低了著火電壓Vf，并以第一能級151改善了放電幾率，并通過以第二能級152保持壁電荷來防止黑噪聲。
具體的，根據具有所述結構的保護層15，當PDP 1被驅動時(例如在初始化周期中)，電流提供給顯示電極12和13，當具有下行斜波形的正脈沖施加到掃描電極12上時，放電氣體被激發，在放電空間24中產生等離子(這里為初始化放電)。發出的可見光具有大約700nm的發光波長，對應于電子的激發態和基態中的能量差異。
在驅動期間，在保護層15的MgO中，由于負電荷的狀態，電子很容易地存在于提供在導帶附近的第一能級151中，因此被激發的電子數目增加，電子很容易被提供給放電空間24。這使得放電不規則性和放電起始電壓Vf被降低，同時獲得令人滿意的放電幾率。
相反，提供在價帶附近的第二能級152處于其接收最初由第一能級保持的電子的狀態中。由于電子存在于第二能級中，所以保護層能夠充分地保持壁電荷，且能夠降低著火電壓Vf。結果，由于MgO的絕緣電阻被降低的傳統問題得到控制，所以可以有效地防止應當被點亮的單元沒有被點亮的現象，換句話說，即為黑噪聲現象。
在本發明中，空位和摻雜物(雜質)用于MgO晶體中，以便分別創建第一和第二能級。
表1示出了用作摻雜物以在MgO的禁層中形成第一和第二能級的空位和元素。如表1所示，第一實施例可以通過空位和元素的特定組合來實現，或是通過以多種元素共同摻雜MgO的情形來實現。表1中示出的組合是作為本發明人仔細研究的結果發現的。
表1
MgO中的第一能級可以通過在MgO晶體中提供氧空位缺陷來創建，或是在MgO晶體中包括諸如B、Al、Ga或In的第III族元素，諸如Si、Ge、Sn的第IV族元素，或諸如F、Cl、Br或I的第VII族元素來實現。此外，第二能級可以通過在MgO晶體中提供氧空位缺陷來在MgO中創建，或是通過包括諸如Na、Ka、Cu或Ag(而不是氫(H))的第I族元素，或是諸如N(氮)、P、As或Sb的第V族元素來在MgO中實現。
下述為用在本實施例中的第一和第二能級的結構的組合。
A.第一能級由氧空位缺陷創建，第二能級由Mg空位缺陷創建。
B.第一能級由氧空位缺陷創建，第二能級由鉻創建。
C.第一能級由硅創建，第二能級由氧空位缺陷創建。
盡管硅和氧空位都是常見的用于創建第一能級，硅創建一個距離導帶更近的能級，因此組合C有效地導致硅創建第一能級，氧空位缺陷創建第二能級。
D.第一能級由氧空位缺陷創建，第二能級由除了氫以外的第I族元素、或是第V族元素創建。
注意氧空位缺陷可以通過在MgO中提供富含鎂(Mg-rich)的成分來創建，該成分的提供從面對放電空間24的表面延伸至少100nm的深度。這里，選擇至少100nm的厚度，以便當PDP在普通使用壽命中被點亮時，其厚度大于在考慮保護層磨損時認為需要的厚度。
注意如果在組合D中用作摻雜劑，則氫將作為第一能級，其原因在后面敘述。
E.第一能級由第III、IV或VII族元素創建，第二能級由Mg空位缺陷創建。
注意在組合E中，Mg空位缺陷可以通過富含氧的MgO創建，過渡金屬鉻(Cr)可以用作補充的摻雜劑來提供發光中心。Cr作為發光中心的效果將在第二個實施例中具體描述。采用組合D，優選保護層包括該類Mg空位缺陷，形成Cr，其深度為距離面對放電空間24的表面至少為100nm。
此外，在組合E中，如果摻雜劑為氫或第IV族元素的硅，氫或硅作為受激發而靠近導帶的電子的儲存者，來自發光中心的可見光發射的壽命可以被延長。
F.第一能級由第VII族元素創建，第二能級由除了氫以外的第I族元素、或是第V族元素創建。
G.第一能級由第III、IV或VII族元素創建，第二能級由除了氧以外的第I族元素、或是第V族元素創建。
注意氫(H)對于創建第一能級是有效的。盡管是第I族元素，但氫通過界面滲透進MgO晶體，因此被包含于在結構上與其他第I族元素不同形式的保護層中。換句話說，氫是第I族元素中的一個例外，由于它可以被用來創建第一能級。
此外，Cr對于形成第二能級是有效的。使用鉻的結構示例將在第二和第三實施例中詳細給出。
期望MgO保護層中的第一和第二能級的各自的量近似相同，或者第一能級的量更大一些。
1-4.保護層(氧化鎂)圖8是用于描述本發明的保護層(氧化鎂)的特性的。
如上所述，在本發明中，氧化鎂是保護層的主要成分，該氧化鎂具有用作在MgO中提供電子的施主的第一能級(E1)，以及用作在MgO中提供正的空穴的受主的第二能級(E2)。E1和E2的數量使下列特性上升，如圖8所示。
具體的，當E1超過特定數量時，MgO的阻抗降低，壁電荷不能被維持。另一方面，當E1在一特定數量之下時，在放電初始化中，將電子提供給放電空間時發生相當大的變化。這增加了在著火時間選擇上的不一致性，并隨之導致黑噪聲。
此外，簡單地增加MgO中E2的數量導致著火電壓Vf的增加。然而，通過提供E1和E2，著火電壓Vf可以被有效地降低。如圖8中具體描述的，如果E1和E2各自的數量被設置為近似相等，且用于創建能級的摻雜劑的數量被適當調整，則可以維持PDP中理想的放電狀態，同時降低著火電壓Vf。對于E1和E2各自數量的最佳范圍如圖8所示。
第一實施例的PDP 1考慮該最佳范圍來制造，因此和傳統的PDP相比，能夠降低著火電壓Vf約20％。此外，PDP 1在壁電荷保持方面和傳統的PDP進行比較是有利的，且未呈現出黑噪聲。
在根據傳統技術用MgO制造的保護層中，通過例如在MgO的禁帶的導帶附近提供第一能級來降低著火電壓。如圖7所示，這引起第一能級中距離放電空間24近的電子通過利用由箭頭32所示的躍遷獲得的能量而發射到放電空間24中。然而，本發明人通過實驗發現，盡管降低了著火電壓，但在傳統技術中仍然很容易發生黑噪聲。這是因為MgO的絕緣特性隨著第一能級31中電子的增加而成比例的下降，諸如用于圖像顯示的壁電荷的電荷保持變得困難。
相反，第一實施例的PDP 1能夠降低著火電壓Vf并防止放電變化，由此實現可靠的放電而無需使用昂貴的驅動器IC、高耐電壓晶體管等等，并能夠防止黑噪聲。換句話說，盡管傳統技術減少了放電變化并降低了著火電壓Vf，但由于在保護層中僅提供了第一能級，因此丟失了維持壁電荷的能力。由于黑噪聲而使圖像變差的問題通過本發明可以解決。
2.PDP制造方法下面描述了用于制造本實施例的PDP 1的方法示例。這里描述的方法還可以應用于后述的第二和第三實施例的PDP 1。
2-1.前板制作顯示電極形成在前板玻璃的表面，該前板玻璃為大約2.6nm厚的堿石灰玻璃。在這里給出的示例中，顯示電極通過印刷方法形成，但是也可以使用另一種方法，諸如沖模涂層(die-coating)或刮涂層(blade coating)。
首先，將ITO(透明電極)材料以預先設定的圖案施加在前板玻璃上，并將其烘干。同時，通過混合金屬(Ag)粉末、有機載體和光敏樹脂(光解樹脂)制作感光膠。將該感光膠施加在透明電極材料上，并覆蓋將形成的顯示電極圖案的掩模。感光膠通過掩模曝光，然后顯影并加火烘干(fired)(在約590℃至600℃的溫度下)，產生了在透明電極上形成的總線線路。光掩模方法使得總線線路形成為具有約30μm的寬度。這一寬度和傳統的使用屏幕印刷的技術所獲得的100μm的最小寬度相比很窄。注意，總線線路的金屬成分可以替換為，例如，Pt、Au、Ag、Al、Ni、Cr、氧化錫或氧化銦。
另一種用于形成電極的可能方法是首先通過沉積、濺射或類似方法形成一個電極膜，然后采用蝕刻處理。
接著，將膠施加在形成的電極上。這種膠是具有550℃至600℃的軟化點的介質玻璃粉末的混合物，諸如氧化鉛或氧化鉍，以及諸如丁基卡必醇乙酸酯的有機粘合劑。將其在大約550℃至650℃下進行烘焙，由此形成介質層。
接著，使用EB沉積在介質層的表面上形成具有預定厚度的保護層。基本形成工藝包括使用球形MgO(平均顆粒直徑3mm到5mm，純度為至少99.95％)作為沉積源。如果MgO將被摻雜，將作為摻雜劑的適當量的預定元素在該階段與MgO混合。接著，使用皮爾斯電子槍在下述條件下進行反應EB沉積真空度6.5*10-3Pa、氧氣流速率10sccm、氧氣局部壓強至少90％、速率2ns/m以及襯底溫度150℃。
下述為第二實施例中用于形成保護層的工藝的可能的變化。MgO材料并不限于下面描述的球形。
a.通過在氧氣氣氛中形成MgO膜而在MgO晶體中形成Mg空位缺陷。接著，根據較短的還原氣氛處理在MgO晶體中形成氧空位缺陷。根據這些工藝，使得Mg空位缺陷和氧空位缺陷同時存在于MgO中。氧空位缺陷為第一能級，Mg空位缺陷為第二能級。這兩個用于形成空位缺陷的工藝可以以任一順序進行。此外，還原氣氛處理和氧氣氣氛處理可以分別為包括氫氣的等離子處理和包括氧氣的等離子處理，或是分別為包括氫氣的熱處理以及包括氧氣的熱處理。
b.MgO球摻雜有除了氫(H)的第I族元素，諸如Na、K、Cu或Ag，或是摻雜諸如N(氮)、P、As或Sb的第V族元素。接著，在還原氣氛中進行諸如熱處理或等離子處理的膜形成工藝。所產生的氧空位缺陷創建了第一能級，除了氫(H)的第I族元素或第V族元素創建了第二能級。
c.MgO球摻雜有第III族元素，諸如B、Al、Ga或In，或是摻雜第IV族元素，或是摻雜諸如F、Cl、Br或I的第VII族元素，并在氧氣氣氛中進行膜形成工藝。氧氣氣氛處理可以為包括氧氣的熱處理，或是包括氧氣的等離子處理。第III族元素、第IV族元素或第VII族元素創建第一能級。此外，根據氧氣氣氛處理形成的Mg空位缺陷創建第二能級。
d.MgO球摻雜有包括(i)第VII族元素和(ii)除了氫(H)的第I族元素或第V族元素。于是，在氧氣氣氛中進行膜形成處理。第VII族元素創建第一能級，除了氫(H)的第I族元素或第V族元素創建第二能級。
e.MgO球摻雜有(i)第III族元素、第IV族元素或第VII族元素和(ii)除了氫(H)的第I族元素或第V族元素。第III族元素、第IV族元素或第VII族元素創建第一能級，除了氫(H)的第I族元素或第V族元素創建第二能級。
注意，存在多種方法可以用來形成保護層。例如，可以通過電子束沉積法或使用摻雜有雜質的源和靶的濺射法來形成膜。此外，如果MgO中要包含Cr，則可以在膜形成工藝之后，根據摻雜處理或等離子處理將MgO摻雜Cr。
在第二實施例中，如果MgO要摻雜Cr，則為了維持保護層結晶化的適量的Cr為1E18/cm3或更少。注意，如果Si或H用作摻雜劑，則至少1E16/cm3是必要的。
還要注意，只要至少在對應于顯示電極的區域中對保護層進行摻雜，就可以獲得一定程度的本發明的效果。在只對保護層的特定區域進行摻雜時可以使用的一種方法的示例是在部分形成的MgO膜的表面上形成圖案掩模，接著進行等離子摻雜。
此外，可以使用諸如CVD(化學汽相沉積)的另一種方法形成保護層。
這樣完成了前板。
2-2.背板制作通過屏幕印刷、在背板玻璃的表面上以固定間隔的帶狀施加具有Ag作為主要成分的導電材料，該背板玻璃為約2.6mm厚的堿石灰玻璃，由此形成5μm厚的地址電極。例如，如果PDP 1將為40英寸的NTSC或VGA PDP，則地址電極之間的間隔為0.4mm或更小。
接著，將一鉛玻璃膠施加在背板的整個表面以覆蓋地址電極，其厚度為20μm至30μm，并進行烘焙以形成介質層。
使用與介質層中使用的相同種類的鉛玻璃在地址電極之間的間隙中的介質層上形成高度約為60μm至100μm的阻隔壁。例如，通過重復進行包括玻璃材料的屏幕印刷膠、然后進行烘焙形成阻隔壁。注意，在本發明中，期望形成阻隔壁的鉛玻璃材料包括Si成分，因為Si改善了控制保護層阻抗的效果。即使玻璃的化學成分中包括有Si成分，也可以將玻璃摻雜Si。此外，在MgO膜形成處理期間，在汽相中以氣體的形式將玻璃摻雜適量的具有高汽相壓強的雜質(N、H、Cl、F等)。
在形成阻隔壁之后，將包括紅色(R)磷光體、綠色(G)磷光體或藍色(B)磷光體的磷光體墨(phosphor ink)施加在阻隔壁之間的暴露區域上的介質膜表面上，并施加在阻隔壁的壁表面上。然后進行烘焙和烘干，由此形成磷光體層。
下述為R、G和B磷光體的化學成分示例。
紅色磷光體 Y2O3Eu3+綠色磷光體 Zn2SiO4Mn藍色磷光體 BaMgAl10O17Eu2+每種磷光體材料具有2.0μm的平均顆粒尺寸。將磷光體材料以50％的質量比，連同1％質量比的乙基纖維素，以及49％質量比的溶劑(α-松油醇)放入容器內，并在混砂機(sand mill)中混合，由此制造出15*10-3Pa·s的磷光體墨。通過用具有直徑60μm的噴嘴的泵將磷光體墨注入到阻隔壁20之間，同時將板以阻隔壁的縱向方向滑行以便以帶狀施加磷光體墨。接著，將其上施加了磷光體墨的板在500℃烘焙10分鐘，由此形成磷光體層21至23。
這樣完成了背板。
注意，前板和背板不限于由如示例中給出的堿石灰玻璃制成，還可以用另外的材料制成。
2-3.PDP的完成制作好的前板和背板用密封玻璃密封在一起。將產生的放電空間抽真空為約1.0*10-4Pa的高真空度，然后以預定壓強(這里為66.5kPa至101kPa)填充諸如Ne-Xe、He-Ne-Xe或He-Ne-Xe-Ar的放電氣體。
這樣完成了PDP 1。
3.第二實施例3-1.PDP的結構第二實施例的PDP 1的整體結構和第一實施例幾乎相同，其特征為保護層15。
具體的，第二實施例的PDP 1的主要特征在于，構成保護層15的MgO晶體摻雜有金屬元素Cr，從保護層15的表面延伸至少100nm的深度，其濃度密度為1E18/cm3。此外，MgO晶體具有包括氧空位缺陷的結構。
根據該結構，在保護層15的MgO的禁帶中由氧空位缺陷創建第一能級，由Cr在禁帶中創建第二能級。這基本實現了和第一實施例相同的效果。
此外，在第二實施例中，用作摻雜劑的Cr在PDP 1的驅動期間作為發光中心，并控制保護層的阻抗。結果，地址放電等的放電幾率得到提高，PDP 1展現出優越的圖像顯示特性。注意，將Cr摻雜在對應于顯示電極12和13的位置的保護層15的區域中已經足夠，而不是摻雜在跨越整個保護層15。該結構的效果將在后面詳細描述。此外，盡管Cr是作為控制保護層15的阻抗的摻雜劑的示例給出的，也可以采用另外的實現相同效果的元素。這種元素的示例為諸如Mn和Fe的過渡元素，以及諸如Eu、Yb和Sm的稀土元素。
3-2.第二實施例的效果當期望使用抗噴濺、且對于保護層15具有較好的二次電子放電特性的材料時，需要如下條件該材料能夠在PDP 1驅動期間令人滿意地維持放電，以及維持保護層15的載流子濃度來控制阻抗的變化，以便在放電空間24中輕易地發生放電。如果材料滿足這些條件，則在驅動期間地址放電等的放電幾率可以被增加，而且即使在伴隨著高清晰度的高速驅動中，也可以獲得令人滿意的圖像顯示性能。
通過在保護層的MgO晶體中提供氧空位缺陷以便確保第一能級，以及通過使用除了Si的摻雜材料(這里使用Cr)來創建第二能級，第二實施例基本實現了和第一實施例相同的效果。本發明的發明人在發現MgO晶體中的Cr作為發光中心后，選擇使用Cr作為摻雜劑來控制保護層15的阻抗。具體的，發明人發現如果MgO摻雜了Cr，會發生一種現象，即Cr產生具有在700nm附近的波長的寬發光光譜。注意，摻入了雜質的MgO的特性的具體分析可以在C.C.Chao，J.Phys.Chem.Solids 32 2517(1971)和M.Maghrabi et al NIMB191(2002)181中找到。
第二實施例的產生是通過關注這一事實，即，在PDP 1驅動期間，放電幾率根據接觸放電空間的保護層的條件而變化，明確地說，所述的條件是MgO晶體的結構、直徑和取向，以及和晶體混合的雜質。
通過以這種方式使用Cr，根據氧空位缺陷在保護層的MgO的禁帶中創建了第一能級，根據Cr創建了第二能級。結果，當PDP 1被驅動時，可以獲得和第一實施例相同的效果。
此外，在保護層15中的電子通過持續放電、初始化放電等引起的VUV照射而被激發，以及具有約700nm的長波長的可見光從發光中心Cr發射出來。同時，在保護層15中有電子躍遷到發光中心，以及存在被激發到導帶附近的能級的電子。由于這些受激電子，保護層15的載流子濃度得到提高，保護層15的阻抗得到控制。此外，隨著由于類似可見光的發光而引起被激發到臨近導帶的電子數目的增加，PDP 1的放電幾率增加，因此PDP 1顯示出良好的圖像顯示特性。基于這些原因，即使使用Cr來代替Si，地址放電等的放電幾率也會增加。此外，在制造階段，在選擇材料過程中有著更大的自由度。
另一種用于形成保護層的MgO中的發光中心的技術是使用保護層中的氧空位缺陷(富含Mg的成分)。具有約400nm至600nm波長的可見光可以用氧空位缺陷獲得。當使用Cr作為摻雜劑時，在這種情況下，當發出可見光時，電子被激發到MgO中的導帶級，由此提高了保護層的載流子濃度。結果，可以獲得所描述的效果。
這里，圖4示出了摻雜有Cr的第二實施例的MgO保護層15的能帶。Ec示出了導帶的下邊緣，Ev示出了價帶的上邊緣。如圖4所示，在PDP 1的驅動期間，例如在初始化期間，當為顯示電極對12和13提供了電流，且將具有下行斜波形的正脈沖施加到掃描電極12上時，放電氣體被激發，在放電空間24中產生等離子(初始化放電)。接著，由于來自等離子的紫外線，保護層15的MgO中的電子被激發(E0到E2)。當電子被激發時，由于E2和E0之間的能量差異，產生了具有約700nm波長的可見光。此時，E2作為第二能級。伴隨的發光是保護層15中的被激發到雜質級(捕獲級)電子的出現，該雜質級為導帶附近的第一能級。
由于在該過程中電子被激發到導帶附近的雜質級中，因此提高了保護層15的載流子濃度，并控制了保護層15的阻抗。結果，增加了跟隨初始化周期之后的地址周期和放電維持周期中的放電幾率，PDP 1顯示了令人滿意的圖像顯示性能。此外，由于放電幾率的增加，對于高清晰度顯示可以以高速驅動可靠地執行地址放電(寫放電)，因此PDP 1展示了令人滿意的圖像顯示。結果，可以無需增加的數據驅動器IC的數目而使用雙重掃描，就可以實現高速驅動。換句話說，可以以低成本實現高速驅動。
注意，在從初始化周期一直到地址放電周期的周期中(換句話說，在黑噪聲最容易產生的周期)，第二實施例展現出令人滿意的效果，然而，第二實施例在放電維持周期中實現令人滿意的持續放電也是很有效的。
此外，依賴于結構，在一些PDP中，有一些這樣的情況，其中包括在PDP的組成元素中的Si通過放電空間注入到保護層，并引起保護層的阻抗隨時間變化。然而，第二實施例還具有避免由于使用Cr而產生的問題的優點。
4.第三實施例圖5是第三實施例的PDP 1的保護層15的結構的部分截面圖。如圖5所示，第三實施例的保護層15由15A和15B兩層組成，其中保護層15A由約100nm厚的MgO制成，并在表面摻雜了Cr，且具有氧空位缺陷。在該結構中，氧空位缺陷創建了第一能級，Cr創建了第二能級。以這種方式，在本發明中，保護層15不限于在厚度方向具有一致的質量。只要至少在保護層15的表面附近創建了第一和第二能級，就可以實現本發明的效果。選擇大約100nm的厚度，以便當PDP 1在普通使用壽命中被點亮時，其厚度大于在考慮保護層磨損時所認為需要的厚度。如果保護層15A為該厚度，則可以在PDP 1的整個正常使用期間維持該效果。
注意，保護層15的兩層結構可以通過使用EB(電子束)方法或濺射法形成。這里，首先使用純MgO源和靶形成保護層15B，接著使用包含Cr的MgO材料形成保護層15A。或者，首先僅用MgO形成保護層15B，然后可根據等離子摻雜法或類似方法來處理保護層的表面。
5.其他盡管在Cr被摻雜到具有氧空位缺陷的保護層的MgO中的第二和第三實施例中給出了示例，但本發明并不限于這種結構。可以通過除了Cr以外還將氫(H)摻雜到MgO中，來進一步提高本發明的效果。如果將MgO摻雜了Cr和H，就可以實現所描述的Cr的效果，具體的，可以獲得約700nm的寬可見光，并將電子激發到導帶附近，由此提高保護層15的載流子濃度。此外，H在MgO的氧空位缺陷中擴散，進入單價負離子態，并形成在導帶下邊緣附近形成的類施主雜質級。氫作為被激發到雜質級的電子的儲存者，因此可見光的壽命延長了，進一步提高了保護層15的載流子濃度。注意，摻雜了雜質的MgO的特性的詳細分析可以在G.H.Rosenblatt et al.Phys.Rev.B39(1989)10309中找到。除了Cr以外還將氫(H)摻雜到保護層15的MgO中，這增加了如第二和第三實施例中的放電幾率，并由于上述效果而獲得令人滿意的圖像顯示性能。
此外，本發明中的保護層15的另一種結構為這樣一種結構，其中用富含Mg的MgO形成氧空位缺陷，并摻雜Si作為雜質。根據該結構，在保護層的MgO中用氧空位缺陷形成發光中心，而且，電子被連續地激發到導層附近。由于Si作為受激電子的儲存者，因此可見光的壽命延長了，提高了保護層的載流子濃度。結果，保護層的阻抗得到了控制，實現了如第二和第三實施例的相同效果。
保護層15的另一種結構的另一個示例為這樣一種結構，其中用于保護層的富含Mg的MgO摻雜了H雜質。根據所述結構，在PDP 1驅動期間，在包括在保護層15的MgO中的氧空位缺陷中產生了可見光，如圖6所示。伴隨著該可見光，電子被激發到保護層15中的MgO的導帶附近。氫作為用于受激電子的操作者，可見光的壽命被延長。結果，實現了如第二和第三實施例的相同效果。這里，如果將Cr用于摻雜富含Mg的MgO，也可以實現令人滿意的效果，這是由于其增加了發光中心的數量。此外，由于在這種情況下，氧空位缺陷和Cr存在作為發光中心，所以可以有附加的優點，即可以更自由地控制保護層的阻抗。
此外，當在保護層15中使用富含氧的MgO時，本發明的效果顯著地好。當MgO富含氧時，氧空位濃度很低，只有很少的發光中心，因此在初始放電后只發射出極少量的光。如果如在本發明中將Cr等摻雜到MgO中，則發光中心的數目增加，因此令人滿意地增加了保護層的載流子濃度。結果，顯著減小了放電不規則性。
此外，在本發明中，保護層15可以具有這樣的結構，其中將富含氧的MgO摻雜Cr和H。由于在富含氧的MgO中只有極少的發光中心，因此在初始化放電和放出一定量二次電子之后，Cr和H的摻雜顯著地增加了從發光中心發出的光。因此，可以令人滿意地實現如第二和第三實施例的相同種類的效果。
此外，在本發明中，保護層15可以具有這樣的結構，其中將富含氧的MgO摻雜Cr和Si。該結構可以實現如上所述的、在將富含氧的MgO摻雜Cr和Si時所獲得的相同種類的效果。
注意，使用任一種結構，其中使用Cr、Si和H中的一個或多個作為富含氧的MgO或富含Mg的MgO中的摻雜劑，無需使整個保護層具有這種結構。對于保護層15，具有從表面延伸至少100nm的深度的這種結構已經足夠用于獲得本發明的效果。
盡管結合參考附圖通過示例的方式完全地描述了本發明，但是應當注意，對于本領域技術人員，各種變化和修改是很明顯的。因此，除非這種變化和修改脫離了本發明的范圍，否則它們應當被解釋為包含在本發明的范圍之中。
權利要求
1.由第一襯底和第二襯底組成的等離子顯示板，所述第一襯底和第二襯底通過放電空間彼此面對設置，并在邊緣部分密封在一起，所述第一襯底具有形成在它的面對第二襯底的主表面上的保護層，其中保護層主要由氧化鎂組成，包括在禁帶區域中創建第一能級的物質或結構，該區域位于導帶附近，還包括在禁帶的另一區域中創建第二能級的物質或結構，該另一區域位于價帶附近。
2.如權利要求1所述的等離子顯示板，其中由于第一能級的存在，放電不規則性得到了控制，以及，由于第二能級的存在，保持了壁電荷。
3.如權利要求1所述的等離子顯示板，其中第一能級由氧空位缺陷創建。
4.如權利要求3所述的等離子顯示板，其中第二能級由鎂空位缺陷創建。
5.如權利要求3所述的等離子顯示板，其中保護層在從面對放電空間的保護層的表面開始延伸至少100nm深度的區域中富含鎂。
6.如權利要求3所述的等離子顯示板，其中保護層摻雜了鉻。
7.如權利要求3所述的等離子顯示板，其中保護層摻雜了除了氫以外的第I族元素和第V族元素其中之一。
8.如權利要求7所述的等離子顯示板，其中除了氫以外的第I族元素和第V族元素其中之一導致了第二能級。
9.如權利要求8所述的等離子顯示板，其中保護層摻雜了氫。
10.如權利要求9所述的等離子顯示板，其中氧空位缺陷和氫導致了第一能級。
11.如權利要求1所述的等離子顯示板，其中保護層具有氧空位缺陷并摻雜了硅。
12.如權利要求1所述的等離子顯示板，其中保護層摻雜了第III族元素、第IV族元素和第VII族元素其中之一。
13.如權利要求12所述的等離子顯示板，其中第III族元素、第IV族元素和第VII族元素其中之一創建了第一能級，且Mg空位缺陷創建了第二能級。
14.如權利要求13所述的等離子顯示板，其中保護層在從面對放電空間的保護層的表面開始延伸至少100nm深度的部分中富含氧并摻雜了鉻。
15.如權利要求14所述的等離子顯示板，其中保護層摻雜了氫和硅其中之一。
16.如權利要求1所述的等離子顯示板，其中保護層摻雜了第VII族元素，并摻雜了除了氫以外的第I族元素和第VII族元素其中之一。
17.如權利要求16所述的等離子顯示板，其中第一能級由第VII族元素創建，且第二能級由除了氫以外的第I族元素和第VII族元素其中之一創建。
18.如權利要求1所述的等離子顯示板，其中保護層摻雜了第III族元素、第IV族元素和第VII族元素其中之一，并摻雜了除了氫以外的第I族元素和第V族元素其中之一。
19.如權利要求18所述的等離子顯示板，其中第III族元素、第IV族元素和第VII族元素其中之一創建了第一能級，且除了氫以外的第I族元素和第V族元素其中之一創建了第二能級。
20.一種等離子顯示板制造方法，其中執行用于在襯底的表面上形成保護層的保護層形成過程，該方法包括在保護層形成過程中，用氧化鎂形成保護層的形成步驟；以及將保護層進行(a)在包含氧氣的氣氛中進行熱處理，(b)在包含氧氣的氣氛中進行等離子放電處理，(c)在包含氫氣的氣氛中進行熱處理和(d)在包含氫氣的氣氛中進行等離子放電處理這四種處理之中的一種的處理步驟。
21.一種等離子顯示板制造方法，其中執行用于在襯底的表面上形成保護層的保護層形成過程，該方法包括在保護層形成過程中，通過將氧化鎂摻雜第I族元素和第V族元素其中之一來形成保護層的形成步驟；以及將保護層進行在包含氫氣的氣氛中進行熱處理和在包含氫氣的氣氛中進行等離子處理之中的一種處理的處理步驟。
22.一種等離子顯示板制造方法，其中執行用于在襯底的表面上形成保護層的保護層形成過程，該方法包括在保護層形成過程中，用氧化鎂、并通過將氧化鎂摻雜第III族元素、第IV族元素和第VII族元素其中之一來形成保護層的形成步驟；以及將保護層進行在包含氧氣的氣氛中進行熱處理和在包含氧氣的氣氛中進行等離子處理之中的一種處理的處理步驟。
23.一種等離子顯示板制造方法，其中執行用于在襯底的表面上形成保護層的保護層形成過程，該方法包括在保護層形成過程中，用氧化鎂、并通過將氧化鎂摻雜(a)第III族元素，(b)第IV族元素，和(c)第VII族元素至少其中之一，以及摻雜(d)除了氫以外的第I族元素和(e)第V族元素至少其中之一來形成保護層的形成步驟。
全文摘要
一種由第一襯底和第二襯底組成的等離子顯示板，所述第一襯底和第二襯底通過放電空間彼此面對并密封在一起。在第一襯底上的保護層主要由氧化鎂組成，包括在禁帶區域中創建第一能級的物質或結構，該區域位于導帶附近，還包括在禁帶的另一區域中創建第二能級的物質或結構，該另一區域位于價帶附近。在驅動期間，電子占據第二能級，在第一能級中幾乎不存在電子，或者電子由于負電荷態能夠很容易占據第一能級，沒有降低MgO的絕緣電阻。這維持了壁電荷保持并降低了放電不規律和著火電壓Vf。
文檔編號H01J17/49GK1501429SQ20031011640
公開日2004年6月2日 申請日期2003年11月18日 優先權日2002年11月18日
發明者西谷干彥, 森田幸弘, 北川雅俊, 寺內正治, 俊, 弘, 治 申請人:松下電器產業株式會社