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Patent Searching and Data


Title:
PHOSPHOR MIXTURE AND PLASMA DISPLAY PANEL USING THE PHOSPHOR MIXTURE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/118806
Kind Code:
A1
Abstract:
A phosphor mixture composed of phosphor particles, which emit light upon excitation with excitation light, and inorganic pigment particles mixed in the phosphor particles, is used in the formation of a phosphor part in a display device such as PDP. The inorganic pigment particle comprises a crystal matrix having a band gap (W1) larger than the energy of excitation light and an impurity level formed within the band gap (W1). The energy width (W3) from the HOMO level in the impurity level to the conduction band (CB) of the crystal matrix is rendered different from the energy of the excitation light. According to the above constitution, external light can be absorbed while preventing a lowering in luminescence brightness caused by the absorption of the excitation light, and, thus, the roomlight contrast of the display device can be improved.

Inventors:
FUKUTA SHINYA (JP)
BETSUI KEIICHI (JP)
KOSAKA TADAYOSHI (JP)
HASEGAWA MINORU (JP)
INOUE HAJIME (JP)
SEO YOSHIHO (JP)
MISAWA TOMONARI (JP)
Application Number:
PCT/JP2008/055446
Publication Date:
October 01, 2009
Filing Date:
March 24, 2008
Export Citation:
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Assignee:
HITACHI LTD (JP)
FUKUTA SHINYA (JP)
BETSUI KEIICHI (JP)
KOSAKA TADAYOSHI (JP)
HASEGAWA MINORU (JP)
INOUE HAJIME (JP)
SEO YOSHIHO (JP)
MISAWA TOMONARI (JP)
International Classes:
C09K11/08; H01J11/12; H01J11/42
Foreign References:
JP2003027051A2003-01-29
JP2002042665A2002-02-08
JPH08504871A1996-05-28
JPH11166178A1999-06-22
JPH0586363A1993-04-06
JPH10269952A1998-10-09
JPH11131059A1999-05-18
JP2001308393A2001-11-02
Attorney, Agent or Firm:
TSUTSUI, YAMATO (JP)
Tsutsui Daiwa (JP)
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Claims:
 励起光で励起されることにより発光する蛍光体粒子と、前記蛍光体粒子と混合される無機顔料粒子とを有する蛍光体混合物であって、
 前記無機顔料粒子は、前記励起光のエネルギーよりも大きいバンドギャップと、前記バンドギャップ内に形成された不純物準位とを有する結晶母体を有し、
 前記不純物準位のHOMO準位から、前記結晶母体の伝導帯までのエネルギー幅が前記励起光のエネルギーと異なることを特徴とする蛍光体混合物。
 請求項1に記載の蛍光体混合物において、
 前記励起光の波長が147nm~180nmの真空紫外線であることを特徴とする蛍光体混合物。
 請求項2に記載の蛍光体混合物において、
 前記結晶母体はアルミナであって、前記不純物準位は、前記結晶母体内に導入された不純物により形成されることを特徴とする蛍光体混合物。
 請求項3に記載の蛍光体混合物において、
 前記不純物は、前記結晶母体のアルミニウムと置換されていることを特徴とする蛍光体混合物。
 請求項3に記載の蛍光体混合物において、
 前記不純物は3d遷移金属であることを特徴とする蛍光体混合物。
 請求項3に記載の蛍光体混合物において、
 前記不純物はCr(クロム)、Fe(鉄)、あるいはTi(チタン)のいずれか1種または2種以上の物質であることを特徴とする蛍光体混合物。
 請求項1に記載の蛍光体混合物において、
 前記無機顔料粒子の粒子径は前記蛍光体粒子の粒子径よりも大きいことを特徴とする蛍光体混合物。
 基板と、
 前記基板の一方の面側を複数の放電空間に区画する隔壁と、
 前記複数の放電空間の各々に形成される蛍光体部とを有し、
 前記蛍光体部は、
 励起光で励起されることにより発光する蛍光体と、前記蛍光体と混合される無機顔料とを有し、
 前記無機顔料は、前記励起光のエネルギーよりも大きいバンドギャップと、前記バンドギャップ内に形成された不純物準位とを有する結晶母体を有し、
 前記不純物準位のHOMO準位から、前記結晶母体の伝導帯までのエネルギー幅が前記励起光のエネルギーと異なることを特徴とするプラズマディスプレイパネル。
 請求項8に記載のプラズマディスプレイパネルにおいて、
 前記励起光の波長が147nm~180nmの真空紫外線であることを特徴とするプラズマディスプレイパネル。
 請求項9に記載のプラズマディスプレイパネルにおいて、
 前記結晶母体はアルミナであって、前記不純物準位は、前記結晶母体内に導入された不純物により形成されることを特徴とするプラズマディスプレイパネル。
 請求項10に記載のプラズマディスプレイパネルにおいて、
 前記不純物は、前記結晶母体のアルミニウムと置換されていることを特徴とするプラズマディスプレイパネル。
 請求項10に記載のプラズマディスプレイパネルにおいて、
 前記不純物は3d遷移金属であることを特徴とするプラズマディスプレイパネル。
 請求項10に記載のプラズマディスプレイパネルにおいて、
 前記不純物はCr(クロム)、Fe(鉄)、あるいはTi(チタン)のいずれか1種または2種以上の物質であることを特徴とするプラズマディスプレイパネル。
 請求項8に記載のプラズマディスプレイパネルにおいて、
 前記蛍光体部は、前記蛍光体の粒子である蛍光体粒子と、前記無機顔料の粒子である無機顔料粒子との混合物で形成され、前記無機顔料粒子の粒子径は前記蛍光体粒子の粒子径よりも大きいことを特徴とするプラズマディスプレイパネル。
Description:
蛍光体混合物およびこれを用い プラズマディスプレイパネル

 本発明は、蛍光体の技術に関し、特に、 ラズマディスプレイパネルなど光で蛍光体 励起して画像を表示する表示装置に用いる 光体に適用して有効な技術に関する。

 蛍光体の発光を利用した表示装置として プラズマディスプレイパネル(PDP;Plasma Displa y Panel)がある。

 PDPは、前面基板と背面基板とを有し、こ らの基板の間に放電ガスを封入した放電空 が前面基板と背面基板との間に形成される この放電空間で放電を発生させ、この際に 生する真空紫外線で蛍光体を励起させるこ で所望の画像が表示される。

 PDPは、赤(R)、緑(G)、青(B)の各色を発光す 蛍光体を有しているが、これらの蛍光体は 般に白色である。このため、PDPを明るい環 で観察すると、PDPに入射される外光が高い 射率で反射され、コントラスト(明室コント ラスト)が低下するという課題がある。

 この外光の反射を抑制するため、白色の 光体を無機顔料と混合する技術が提案され いる。

 例えば、特開平10-152680号公報(特許文献1) 特開平11-131059号公報(特許文献2)には、蛍光 に所定の重量割合で顔料を混合する技術が 示されている。

 また、例えば、特開平9-40945号公報(特許 献3)、特開平10-269952号公報(特許文献4)、特開 平11-43670号公報(特許文献5)には、蛍光体粒子 表面に顔料を被覆させる技術が開示されて る。

 また、例えば、特開2007-80556号公報(特許文 6)には、蛍光体層部を形成する領域を区分し て、この区分した領域毎に異なる含有率で顔 料を含有させる技術が開示されている。

特開平10-152680号公報

特開平11-131059号公報

特開平9-40945号公報

特開平10-269952号公報

特開平11-43670号公報

特開2007-80556号公報

 しかしながら、蛍光体に無機顔料を混合 ると、PDPの表示輝度が低下するという課題 ある。この理由は、第1には、放電により発 生した真空紫外線が無機顔料に吸収されて減 衰し、発光輝度が低下するためである。また 、第2には、真空紫外線により励起され、蛍 体から発光された可視光が無機顔料に吸収 れて減衰するためである。

 例えば、前記特許文献2において、顔料を 5wt%添加した場合には、PDPの表示輝度は蛍光 に顔料を混合しないものと比較して約50%程 低下する。

 このように、蛍光体に無機顔料を混合す と、PDPの表示輝度が低下するという課題は 決されておらず、安定的にPDPの明室コント ストを向上させるまでには至っていない。 のため、蛍光体に無機顔料を混合する構成 、種々検討はされているものの、未だ実用 には至っていない。

 本発明は、上記課題に鑑みてなされたも であり、その目的は、PDPなど蛍光体を用い 表示装置の表示輝度の低下を抑制しつつ、 光の反射率を低下させることができる技術 提供することにある。

 本発明の前記ならびにその他の目的と新 な特徴は、本明細書の記述および添付図面 ら明らかになるであろう。

 本願において開示される発明のうち、代 的なものの概要を簡単に説明すれば、次の おりである。

 すなわち、本発明の一実施の形態におけ PDPなどの表示装置が有する蛍光体部の形成 用いる蛍光体混合物は、励起光で励起され ことにより発光する蛍光体粒子と、前記蛍 体粒子と混合される無機顔料粒子とを有し 前記無機顔料粒子は、前記励起光のエネル ーよりも大きいバンドギャップと、前記バ ドギャップ内に形成された不純物準位とを する結晶母体を有し、前記不純物準位のHOMO 準位から、前記結晶母体の伝導帯までのエネ ルギー幅が前記励起光のエネルギーと異なる ものとするものである。

 本願において開示される発明のうち、代 的なものによって得られる効果を簡単に説 すれば以下のとおりである。

 すなわち、表示装置の表示輝度の低下を 制しつつ、外光の反射率を低下させること できる。

本発明の一実施の形態であるPDPの要部 拡大して示す要部拡大組み立て斜視図であ 。 PDPに入射される外光と表示装置からの 示光との関係を示す説明図である。 図1に示すPDPが有する背面基板構造体の 構造について反射率低減の効果を説明するた めに単純化したモデルとして示す説明図であ る。 図1に示すの蛍光体部の詳細な構成を示 す要部拡大断面図である。 図4に示す蛍光体部を構成する無機顔料 のエネルギーバンドを示すバンド図である。 本発明の一実施の形態であるPDPが有す 蛍光体部23の製造フローを示す説明図であ 。

 本実施の形態を説明するための全図にお て同一機能を有するものは同一の符号を付 ようにし、その繰り返しの説明は原則とし 省略する。以下、本発明の実施の形態を図 に基づいて詳細に説明する。

 なお、本実施の形態では、蛍光体を用い 表示装置の例としてPDPを例に取り上げて説 する。

 <PDPの基本構造>
 まず、図1を用いて本実施の形態のPDPの構造 の一例について交流面放電型のPDPを例に説明 する。図1は本実施の形態のPDPの要部を拡大 て示す要部拡大組み立て斜視図である。

 図1において、PDP1は前面基板構造体(第1基 板構造体)11と背面基板構造体(第2基板構造体) 12とを有している。前面基板構造体11と背面 板構造体12とは対向配置された状態で重ね合 わされ、その間に放電空間24を有している。 まり、前面基板構造体11と背面基板構造体12 とは放電空間24を介して対向配置されている

 前面基板構造体11はPDP1の表示面を有し、 にガラスで構成される前面基板13を有して る。前面基板13の内面側にはPDP1の表示電極 あるX電極(維持電極、サステイン電極)14と、 Y電極(走査電極、スキャン電極)15とがそれぞ 複数形成されている。

 X電極14およびY電極15は維持放電(表示放電 、サステイン放電)を行うための一対の表示 極対を構成し、例えば、行方向DXに沿って帯 状に延在するようにそれぞれ交互に配置され ている。この一対のX電極14とY電極15とがPDP1 おける行方向DXの表示ラインを構成する。な お、図1では、二対のX電極14およびY電極15を 大して示しているが、PDP1は、この表示ライ の行数に応じて複数のX電極14およびY電極15 有している。

 このX電極14およびY電極15は一般に例えば、I TO(Indium Tin Oxide)やSnO 2 などの透明な電極材料で構成されるX透明電 14a、Y透明電極15aと、例えば、Ag(銀)、Au(金) Al(アルミニウム)、Cu(銅)、Cr(クロム)、ある はこれらの積層体(例えばCr/Cu/Crの積層体)な からなるXバス電極(金属電極部)14b、Yバス電 極(金属電極部)15bとで構成される。

 図1では、X透明電極14a、Y透明電極15aが帯 に延びる形状を示しているが、X透明電極14a 、Y透明電極15aの電極構造はこれに限定され い。例えば、維持放電の安定化や放電効率 向上のため、一対の電極対間の最短距離(放 ギャップと呼ばれる)がセルに対応して近づ くようにXバス電極14b、Yバス電極15bと重なる 置からそれぞれ対向する方向に突出部を形 する構造としても良い。また、電極構造を わゆるALIS(Alternate Lighting of Surface Method)と 呼ばれる構造としても良い。

 これらの電極群(X電極14、Y電極15)は、主にSi O 2 などのガラス材料で構成される誘電体層17で 覆されている。この誘電体層17は、前面基 13の第2の面13b側に形成され、第2の面13aと対 する第3の面17aと、第3の面17aの反対側に位 する第4の面17bとを有している。

 また、誘電体層17の表面には、MgOなどの 属酸化物で構成される保護膜18が形成されて いる。保護膜18は誘電体層17の一方の表面を うように形成されている。

 一方、背面基板構造体12は、主にガラス 構成される背面基板(基板)19を有している。 面基板19の前面基板構造体11と対向する面( 側面)上には、複数のアドレス電極(第2電極)2 0が形成されている。各アドレス電極20は、X 極14およびY電極15が延在する方向と交差する (略直交する)列方向DYに沿って延在するよう 形成されている。また、各アドレス電極20は 、互いに略平行となるように所定の配置間隔 を持って配置されている。

 アドレス電極20はXバス電極14b、Yバス電極 15bと同様に、例えば、Ag、Au、Al、Cu、Cr、あ いはこれらの積層体(例えばCr/Cu/Crの積層体) どで構成することができる。

 このアドレス電極20と、前面基板構造体11 に形成されたY電極15とは、セル25の点灯/非点 灯を選択するための放電であるアドレス放電 を行うための電極対を構成する。つまり、Y 極15は維持放電用の電極としての機能とアド レス放電用の電極(走査電極)としての機能と 併せ持っている。

 セル25は、アドレス電極20と一対のX電極14 とY電極15との交差に対応して各1個ずつ構成 れる。つまり、セル25は表示電極対(X電極14 Y電極15の対)とアドレス電極20の交差毎に形 される。各セル25は、維持放電によりそれぞ れ赤(R)、緑(G)、青(B)の可視光を発光し、この R、G、Bの各セル25のセットにより画素(ピクセ ル)が構成される。

 また、アドレス電極20は、誘電体層21で被 覆されている。誘電体層21上には背面基板構 体12の厚さ方向に伸びる複数の隔壁22が形成 されている。隔壁22はアドレス電極20が延在 る列方向DYに沿ってライン状に延在するよう に形成されている。前面基板構造体11と背面 板構造体12とは、保護膜18が形成された面と 隔壁22が形成された面とが対向した状態で固 されている。隔壁22の平面上の位置は、隣 合うアドレス電極20の間に配置されている。 隔壁22を隣り合うアドレス電極20の間に配置 ることにより、各アドレス電極の位置に対 して誘電体層21の表面を列方向DYに区分けす 放電空間24が形成される。

 放電空間24(詳しくは、アドレス電極20上 誘電体層21の上面、および隔壁22の側面)には 、真空紫外線により励起されてR、G、Bの各色 の可視光を発生する蛍光体部23r、23g、23bが形 成されている。

 また、各放電空間24には、放電ガスと呼 れる希ガスなどのガスが所定の圧力で封入 れている。放電ガスとしては、例えばXeの分 圧比が数%~数十%に調整されたXe-Neなどの混合 スを用いて、封入されるガスの圧力は例え 350torr~500torr(約47kPa~約67kPa)とすることができ る。

 PDP1は、放電空間24内のセル25毎に放電(維 放電)を発生させて、放電により発生する( しくは放電により励起状態となったイオン 基底状態に遷移する際に発生する)真空紫外 によりR、G、Bの各蛍光体部23を励起して発 させる構造となっている。放電ガスとしてNe とXeの混合ガスを用いた場合、147nmおよび172nm の真空紫外線が各蛍光体部23を励起する励起 として発生する。この真空紫外線(特にエキ シマからの真空紫外線)の波長はある程度の を有している場合があるが、147nm~180nmの範囲 に収まる。

 なお、図1では隔壁22を帯状に形成する例 ついて示しているが、隔壁の配置はこれに 限定されない。例えば列方向DYに沿って延 する第1隔壁としての隔壁22に加えて、行方 DXに沿って延在する第2隔壁を配置して放電 間24を格子状に区画する構造としても良い。 この場合、放電空間24は、隔壁22と第2隔壁と よりセル25毎にボックス状に区画されるの 、このような隔壁の構造はボックス構造と ばれる。また、図1ではアドレス電極20を背 基板構造体12に形成する例について示したが 、アドレス電極20を前面基板構造体11に形成 ることもできる。

 <明室コントラストについて>
 次に、図2を用いてPDPの明室コントラストに ついて説明する。図2はPDPに入射される外光 PDPからの表示光との関係を示す説明図であ 。なお、図2では外光と表示光との関係を判 やすくするため、PDP1、2の構造は単純化し モデルで示している。

 図2において、PDP1、2は表示光Pの発光輝度が I i 、反射率がR i の表示装置であり、その表示面(前面)側には 過率T i のフィルタFが配置されている。ここで、PDP1 表示面側に輝度I 0 の外光Lを垂直入射したときの明室コントラ トをC i とすると、C i は以下に示す式(1)で与えられる。

 C i =I i /(T i ×R i ×I 0 ) ・・・(1)
 上記式(1)が成立するためには、外光Lがフィ ルタFで反射される項が無視できる程度であ ことが必要となるが、これはフィルタFの透 率T i が数十%であれば成立するので、一般的な表 装置では成立する。

 ここで、2つのPDP1、2(i=1、2)がある場合に このPDP1、2の明室コントラストが同じとす と、以下の式(2)が成立する。

 I 1 /(T 1 ×R 1 )=I 2 /(T 2 ×R 2 ) ・・・(2)
 したがってPDP1、2の観察者から見たPDP1、2の 輝度比(T 1 ×I 1 )(T 2 ×I 2 )に上記(2)式を代入すると以下の(3)式が得ら る。

 (T 1 ×I 1 )/(T 2 ×I 2 )=(I 1 2 ×R 1 )/(I 2 2 ×R 2 ) ・・・(3)
 したがって、同じ明室コントラストを得る いう条件では、PDP1の表示輝度(観察者から た輝度)は反射率の逆数比例で有利になる。 まり、外光Lの輝度I 0 を一定とすると、明室コントラストC i は発光輝度I i を高くして、反射率R i を低くするほど改善することができる。

 ここで、図1に示すPDP1は前面基板構造体11 とその反対側に対向配置される背面基板構造 体12とを重ね合わせた構造となっている。PDP1 において、外光の反射率に対する影響が大き い部材は背面基板構造体12の特に蛍光体部23 ある。以下蛍光体部23が形成される背面基板 構造体12の反射率の低減手段について説明す 。

 図3は図1に示すPDPが有する背面基板構造 の構造について反射率低減の効果を説明す ために単純化したモデルとして示す説明図 ある。

 図3において、背面構造体12が有する背面 板19の上には蛍光体部23が形成されている。 この蛍光体部23はそれぞれ赤、緑、青の可視 を発光する蛍光体部23r、23g、23bが区画され 配置されている。

 まず、蛍光体部23が白色である場合につ て説明する。なお、ここでは説明を判りや くするため、白色の蛍光体部23、および背面 基板19は完全反射状態(反射率が100%の状態)で ると仮定する。

 蛍光体部23および背面基板19が完全反射状 態である場合、背面基板構造体12の反射率は1 (100%)となる。また、蛍光体部23から発光され 可視光の輝度をIとすると、蛍光体部23から 発光も全て反射されるため、背面基板構造 12の発光輝度もIとなる。

 次に、蛍光体部23の色調が各蛍光体部23r 23g、23bが発光する可視光と同系列の色調で る場合を検討する。この場合、背面基板構 体12の各蛍光体部23r、23g、23bでの反射率を平 均すると、平均反射率を1/3(約33%)とすること できる。一方、背面基板構造体12の発光輝 は、理想的には蛍光体部23から発光される可 視光が全て反射される状態となりIとなる。

 したがって、明室コントラストを一定と た場合、蛍光体部23の色調を各蛍光体部23r 23g、23bが発光する可視光と同系列の色調と ることにより、背面基板構造体12の表示輝度 (観察者から見た輝度)を3倍(蛍光体部23が白色 である場合に対して)の高輝度とすることが きる。

 図1に示すPDP1において、上記技術を適用 る場合、赤、緑、青の各色調を有する無機 料粒子と略白色の蛍光体粒子とを混合した 合物である蛍光体を蛍光体部23として用いる こととなる。

 ところが、蛍光体粒子と一般に顔料とし 用いられる無機顔料粒子とを単に混合した みでは、上記した表示輝度を向上させる効 が得られない。

 例えば、蛍光体粒子の表面が、無機顔料 子で覆われている場合、無機顔料粒子が蛍 体粒子に照射される励起光を吸収してしま 。このため、PDP1の励起源である真空紫外線 のように物質への透過長が無機顔料粒子の平 均粒子径と同程度以下の励起源である場合、 無機顔料粒子による励起エネルギーの吸収が 発生し、その分のロスが蛍光体部23の発光輝 の低下を引き起こす原因の一つとなる。ま 、励起光が蛍光体粒子に届いても、蛍光体 子から発光する可視光がその表面を覆った 機顔料粒子により吸収される。この結果、 光体部23の発光輝度が低下する。

 一方、無機顔料粒子の表面が蛍光体粒子 覆われている場合、発光輝度の低下は抑制 ることができる。しかし、無機顔料粒子の 面に形成された蛍光体粒子層の層厚が厚す ると、蛍光体粒子層に照射された外光Lの散 乱が発生し、この散乱に起因して反射率が上 昇する。特に、蛍光体粒子の平均粒子径を1~5 μmとすると、この散乱に起因する反射成分だ けで反射率は10%以上上昇する。このため、蛍 光体部23の反射率を十分に低下させることが きず、結果として、上記した表示輝度を向 させる効果が得られなくなる。

 本発明者は、発光輝度あるいは表示輝度 低下を抑制しつつ、外光の反射率を低減さ る技術について検討を行い、励起光のエネ ギーよりも大きいバンドギャップと、バン ギャップ内に形成された不純物準位とを有 る結晶母体を有し、不純物準位のHOMO準位か ら、結晶母体の伝導帯までのエネルギー幅が 励起光のエネルギーと異なる無機顔料粒子を 蛍光体粒子と混合して蛍光体部23を形成する 成を見出した。以下蛍光体部23の具体的な 成について説明する。

 <蛍光体の詳細構成>
 図4は本実施の形態の蛍光体部の詳細な構成 を示す要部拡大断面図、図5は図4に示す蛍光 部を構成する無機顔料のエネルギーバンド 示すバンド図である。なお、図4に示す蛍光 体部23の構造は赤用の蛍光体部23r、緑用の蛍 体部23g、青用の蛍光体部23bに共通する構造 ある。

 図4において、蛍光体部23は蛍光体粒子(蛍 光体)31と、この蛍光体粒子31と混合される無 顔料粒子(無機顔料)32とを有している。図4 は、蛍光体粒子31と無機顔料粒子32との区別 判りやすく示すため、これらを円形の断面 状を有する粒子として示しているが、蛍光 粒子31および無機顔料粒子32の構造はこれに 限定されない。例えば、蛍光体粒子31および 機顔料粒子32の断面形状が扁平した構造と っている場合もある。また、例えば、PDP1(図 1参照)の製造工程には種々の加熱工程がある 、この加熱工程によって、蛍光体粒子31と 機顔料粒子32の一部、蛍光体粒子31同士、無 顔料粒子32同士の一部が固着して一体化す 場合がある。蛍光体部23は蛍光体と無機顔料 の混合物であれば良く、このように各粒子の 一部が固着して一体化した構造であっても良 い。

 蛍光体粒子31を構成する材料は、例えば、 用の蛍光体粒子31rには(Y,Gd) 2 O 3 :Eu、緑用の蛍光体粒子31gにはZn 2 SiO 4 :Mn、YBO 3 :Tb、青用の蛍光体粒子31bにはBaMgAl 10 O 17 :Eu 2+ を例示することができる。この蛍光体粒子31r 、31g、31bは、励起源である励起光(本実施の 態では、波長が147nmおよび172nmの真空紫外線) に励起されることにより、それぞれ赤色、緑 色、青色の光を発光する。

 一方、無機顔料粒子32は、例えば、赤色の 機顔料粒子32rには、ルビー(Al 2 O 3 :Cr)、緑色の無機顔料粒子31gにはグリーンサ ァイア(Al 2 O 3 :Fe)、青色の無機顔料粒子32bにはブルーサフ イア(Al 2 O 3 :Ti)を用いている。これらはいずれもコラン ムと呼ばれる結晶体であり、結晶母体であ アルミナ(Al 2 O 3 )に不純物として3d遷移金属であるCr、Fe(鉄)、 Ti(チタン)がそれぞれ導入されたものである

 無機顔料粒子32の結晶母体であるアルミナ 、図5に示すように伝導帯(Conduction band)CBと 電子帯(valence band)VBとの間に約10eVのバンド ャップW1を有している。一方、PDP1の励起源 ある波長が147nm、172nmの真空紫外線はそれぞ 約8.4eV、約7.2eVとなっており、アルミナのバ ンドギャップW1は励起光のエネルギーよりも きい。前述した蛍光体部23を構成する無機 料粒子による励起光の遮光は、無機顔料粒 に励起光のエネルギーが吸収される(価電子 VBの電子が励起光に励起されて伝導帯CBに遷 移する)ことにより発生する。本実施の形態 用いるアルミナは励起光のエネルギーより 大きいバンドギャップW1を有するので、励起 光が照射されても価電子帯VBの電子が伝導体C Bに遷移せず、励起光の吸収率が低い。つま 、励起光である真空紫外線に対して透明で る。このように真空紫外線に対する透過率 高い特性を有する材料としてスピネル(MgAl 2 O 4 )を用いることもできるが、アルミナはスピ ルよりも励起光である147nm、172nmの波長光(真 空紫外光)に対する透過率が高いのでより好 しい。

 また、蛍光体部23の外光に対する反射率は 無機顔料粒子32の可視光の吸収特性によって 決定される。無機顔料32の可視光吸収特性は 下のように決定される。アルミナに3d遷移 属元素を導入すると、3d遷移金属イオンがア ルミナのAl 3+ イオンと置換される。例えば、3d遷移元素と てCrを導入すると、Cr 3+ イオンが一部のAl 3+ イオンと置換して、置換されたサイトでは、 結晶母体であるアルミナのバンドギャップW1 間に図5に示すような不純物準位が形成され る。Cr 3+ イオンの3d電子の軌道であって、5重に縮退し ていた3d軌道はCr 3+ イオンの周囲の配位子場の影響により縮退が 解けてエネルギーの低いt 2g 軌道(3重縮退)と、エネルギーの高いe g 軌道(2重縮退)に分裂し、これが不純物準位と なる。

 このエネルギーの低いt 2g 軌道とエネルギーの高いe g 軌道とのエネルギー幅W2が無機顔料粒子32の 視光吸収特性を決定する要因となる。例え 、ルビーの場合、エネルギー幅W2は約2.3eVで り、ここに外光(簡単のため白色光とする) 照射されると、紫や黄緑の波長域の可視光 エネルギーの低いt 2g 軌道につまっている電子の遷移エネルギーと して吸収される(この結果、ルビーは補色で る赤色を呈する)。このため、無機顔料粒子3 2により外光が吸収されるのでPDP1(図1参照)の 射率を低減することができる。

 アルミナに3d遷移金属を導入すると、可 光領域に強い光吸収特性を有する不純物準 が形成されるので、不純物は上記したCr、Fe Tiの他、Sc(スカンジウム)、V(バナジウム)、M n(マンガン)、Co(コバルト)、Ni(ニッケル)、Cu( )、Zn(亜鉛)などを導入することもできる。 た、2種以上の3d遷移金属を導入することも きる。例えば、青色の色調を呈するサファ アには、不純物としてFeおよびTiが導入され いるものもある。また、不純物準位には、 晶母体であるアルミナ中に形成された欠陥 位も含まれるが、この欠陥準位が可視光吸 特性を有する場合、不純物を導入した場合 同様に外光を吸収することができる。

 ただし、前述したように、蛍光体粒子31r 31g、31bが発光する色調と同系列の色調を有 る無機顔料粒子32r、32g、32bをそれぞれ蛍光 粒子31r、31g、31bと混合した場合、蛍光体粒 31が発光する可視光の吸収を抑制すること できる。したがって、蛍光体部23の発光輝度 の低下を抑制することができる。したがって 、赤、緑、青の色調を有する(蛍光体粒子31の 発光色の補色となる色調に可視光吸収特性を 有する)Cr、Fe、あるいはTiのいずれか1種また 2種以上の不純物を導入して不純物準位を形 成するのが特に好ましい。

 ここで、アルミナに導入した不純物により 成される不純物準位は、可視光の吸収特性 他、励起光である真空紫外線の吸収特性に 影響を与える。詳しく説明すると、エネル ーの低いt 2g 軌道のうち電子によって占拠されている最も エネルギーの高い軌道(HOMO;Highest Occupied Molec ular Orbital)のエネルギー準位(以下HOMO準位と す)から結晶母体であるアルミナの伝導帯CB でのエネルギー幅W3が励起光である真空紫外 線のエネルギーと等しい場合、HOMO準位の軌 を占拠する電子は真空紫外線を励起エネル ーとして吸収し、アルミナの伝導帯CBに遷移 する。したがって、真空紫外線の吸収を防止 するためには、エネルギー幅W3と真空紫外線 エネルギーとを異なるものとする必要があ 。図5に示すルビーの場合、アルミナの価電 子帯VBからHOMO準位までのエネルギー幅W4は約0 .9eVであり、エネルギー幅W3は9.1eVとなる。こ ようにエネルギー幅W3が励起光のエネルギ よりも大きいので、不純物準位に起因する 起光の吸収も防止ないしは抑制することが きる。

 なお、実際の励起状態では、可視光の吸収 より電子が励起されるので田辺・菅野ダイ グラムで説明されるように複雑であるが、 発明者は、エネルギーの低いt 2g 軌道のエネルギー準位のうち、最も高いエネ ルギー準位(HOMO準位)からアルミナの伝導帯CB でのエネルギー幅W3が真空紫外線のエネル ーと異なっていれば、励起光の吸収による 光輝度の低下は実効上無視できる程度まで 止することができることを確認した。

 また、図4で示した緑色の無機顔料粒子31gで あるグリーンサファイア(Al 2 O 3 :Fe)および青色の無機顔料粒子32bあるブルー ファイア(Al 2 O 3 :Ti)についても、アルミナの価電子帯VBからHOM O準位までのエネルギー幅W4は1eVより小さい。 したがって、エネルギー幅W3は9eV以上と励起 のエネルギーよりも大きいので、不純物準 に起因する励起光の吸収も防止することが きる。

 このように、本実施の形態によれば、蛍 体粒子31と混合する無機顔料粒子32の結晶母 体を、励起光のエネルギーよりも大きいバン ドギャップW1を有するアルミナとすることに り、励起光の吸収を防止ないしは抑制する とができる。また、バンドギャップW1内に 純物準位(可視光吸収特性を有する不純物準 )を形成することにより、蛍光体部に照射さ れた外光を吸収して反射率を低減することが できる。また、不純物準位のHOMO準位から、 晶母体の伝導帯までのエネルギー幅W3を励起 光のエネルギーと異なるものとすることによ り、HOMO準位から伝導帯への電子の遷移を防 ないしは抑制することができる。したがっ 、不純物準位に起因する励起光の吸収を防 ないしは抑制することができる。

 <蛍光体粒子と無機顔料粒子との粒子径の 関係>
 ところで、蛍光体粒子の粒子径は一般に1~10 μm程度である。これに対し、一般的な無機顔 料粒子の粒子径はインクなど液体に混合して も分散させられるように1μm以下、典型的に 5~500nmである。つまり、無機顔料粒子の粒子 は一般に蛍光体粒子の粒子径よりも小さい

 例えば、前記特許文献1に記載される赤色顔 料(堺化学工業株式会社製:「FRO-3」)の粒子径 100nm程度である。また、緑色顔料(日精化工 株式会社製:「TMグリーン#3340」)の比表面積 100m 2 /gであり、その粒子径は10~20nm程度である。ま た、青色顔料(旭日産業株式会社製:「アサヒ ーパーブルーCR」)の粒子径は200nm程度であ 。

 しかし、本実施の形態では、図4に示すよ うに、無機顔料粒子32の粒子径(平均粒子径) 蛍光体粒子31の粒子径(平均粒子径)よりも大 い。以下、無機顔料粒子32の粒子径を蛍光 粒子31の粒子径(平均粒子径)よりも大きくす ことにより得られる効果について説明する

 本実施の形態で無機顔料粒子32の結晶母 として用いるアルミナは、バンドギャップW1 (図5参照)が10eVと可視光域のエネルギーより 大きい。したがって、アルミナ自体は、励 光だけでなく、可視光に対しても透明であ 。無機顔料粒子32はバンドギャップW1内に例 ば不純物を導入して不純物準位を形成する とにより、可視光吸収特性を得るものであ 。

 しかし、アルミナ中のAl 3+ イオンの全てを不純物イオンに置換できる訳 ではなく、不純物を導入する割合には限界が ある。したがって、本実施の形態で用いる無 機顔料粒子32は上記したような一般に用いら る無機顔料と比較して単位表面積当りの可 光吸収量が低くなる。

 そこで、本実施の形態では、無機顔料粒 32の粒子径(平均粒子径)を蛍光体粒子31の粒 径(平均粒子径)よりも大きいものとした。 れにより、図1に示す蛍光体部23における無 顔料粒子32が占める表面積率を大きくするこ とができるので、蛍光体部23全体としては、 分に外光を吸収することができる。したが て、蛍光体部23の反射率を低減することが きる。

 <PDPの製造方法>
 次に、本実施の形態のPDPの製造方法につい 説明する。PDP1の製造工程は大きく分けると 図1に示す前面基板構造体11および背面基板構 造体12を準備する工程と、この前面基板構造 11と背面基板構造体12とを放電空間24を介し 対向配置して組み立てる工程とがある。本 施の形態では、背面基板構造体12に形成さ た放電空間24に蛍光体部23を形成する工程に いて詳細に説明する。

 図6は本実施の形態のPDPが有する蛍光体部 23の製造フローを示す説明図である。図1に示 す蛍光体部23は例えば以下のように形成され 。

 (a)まず、ステップS1に示す準備の工程で 光体粒子31と、平均粒子径が蛍光体粒子31の 均粒子径よりも大きい無機顔料粒子32とを れぞれ準備する。この工程では、無機顔料 子32のバンドギャップW1(図5参照)内には不純 準位が形成されている。

 (b)次にステップS2に示す混合の工程で無 顔料粒子32と蛍光体粒子31とを混合して、蛍 体混合物33を得る。本工程では無機顔料粒 32と蛍光体粒子31とが分散するように混合す 。したがって、各粒子を分散混合させるこ ができれば、種々の混合方法を用いること できる。例えば、ミキサなどを用いて混合 ることができる。また、例えば、溶液中に 光体粒子31と無機顔料粒子32とを分散させて 混合することができる。

 また、本工程では、最終的に形成される 光体部23における無機顔料粒子32の表面積率 を制御するため、この被覆の工程では、添加 する無機顔料粒子32、および蛍光体粒子31の 面積の総和を測定して添加量を決定するこ が好ましい。混合する段階で各粒子の表面 の総和を管理することにより、蛍光体部23に おける無機顔料粒子32の表面積率を容易に制 することができる。この結果、蛍光体部23 外光に対する反射率を制御することができ 。

 また、蛍光体部23r、23g、23b(図1参照)それ れに異なる無機顔料粒子32r、32g、32b(図4参 )を含有させる場合には、赤用の蛍光体粒子3 1rと赤色の無機顔料粒子32rを、緑用の蛍光体 子31gと緑色の無機顔料粒子32gを、青用の蛍 体粒子31bと青色の無機顔料粒子32bをそれぞ 別個に混合する。

 (c)次に、ステップS3に示すペースト化の 程で有機溶剤、および有機バインダ剤など 構成されるビヒクル中に蛍光体混合物33を混 合して蛍光体ペースト34を得る。

 このペースト化工程では、蛍光体混合物3 3が蛍光体ペースト34中に分散されていれば良 く、混合方法は特に限定されない。

 (d)次にステップS4に示す蛍光体ペースト 布の工程で、蛍光体ペースト34を図1に示す 光体部23が形成される領域に蛍光体ペースト 34を塗布する。詳しくは、予め図3に示す背面 基板19の表面に複数のアドレス電極20を形成 、次に、アドレス電極20を覆うように誘電体 層21を形成し、次に、誘電体層21の表面に複 の放電空間24を規定する隔壁22を形成してお 。ステップS4では、この隔壁22で仕切られた 放電空間24(底面および側壁)に蛍光体ペース 34を、例えばスクリーン印刷法やディスペン ス法により塗布する。

 なお、図1に示す蛍光体部23r、23g、23bを形 成するため、それぞれ赤、緑、青用の蛍光体 ペースト34を塗り分けることは言うまでもな 。

 (e)次にステップS5に示す乾燥、焼成の工 で蛍光体ペースト34中に含まれる有機化合物 成分(有機溶剤および有機バインダ剤)を取り き、蛍光体部23が得られる。

 このようにして得られた蛍光体部23は、 機顔料粒子32、蛍光体粒子31の各1次粒子が分 散された状態で形成されるため、ステップS2 示す混合の工程で設定したときの表面積率 反映される。

 また、本工程では、蛍光体ペースト34を 熱するため、前述したように蛍光体粒子31と 無機顔料粒子32の一部、蛍光体粒子31同士、 機顔料粒子32同士の一部が固着して一体化す る。

 このように本実施の形態では、ステップS 2に示す蛍光体粒子31と無機顔料粒子32とを混 する工程で、蛍光体粒子31および無機顔料 子32の表面積を測定し、各粒子の添加量を決 定することにより、蛍光体部23の外光に対す 反射率を安定的に低減することができる。

 以上、本発明者によってなされた発明を 施の形態に基づき具体的に説明したが、本 明は前記発明の実施の形態に限定されるも ではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種 変更可能である。

 例えば、表示装置の適用例としてPDPにつ て説明したが、光で蛍光体を励起して画像 表示する表示装置であれば、広く適用する とができる。

 本発明は、PDPなど、光で蛍光体を励起し 画像を表示する表示装置に適用できる。