KR100274796B1 - 고주파를 이용한 플라즈마 디스플레이 패널 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고주파 방전 및 프라이밍 방전 구조에 적합한 고주파를 이용한 플라즈마 디스플레이 패널에 관한 것이다.
본 발명의 고주파를 이용한 PDP는 고주파방전을 위한 고주파신호가 공급되는 고주파전극과, 고주파방전을 위한 바이어스전압이 공급되는 바이어스전극과, 어드레스방전을 위한 주사신호가 공급되는 주사전극과, 어드레스방전을 위한 데이터신호가 공급되는 어드레스전극을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 고주파방전을 위한 고주파전극과 바이어스전극이 대향구조로 배치되고 프라이밍방전을 위한 주사전극과 어드레스전극이 인접하게 배치됨으로써 고주파방전 및 프라이밍 방전에 적합한 구조가 되게 된다.

Description

고주파를 이용한 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel Using High Frequency)
본 발명은 플라즈마 디스플레이 장치에 관한 것으로, 특히 고주파 방전 및 프라이밍 방전 구조에 적합한 고주파를 이용한 플라즈마 디스플레이 패널에 관한 것이다.
최근들어, 대형 평판 표시장치의 필요에 따라 대면적의 평판 디스플레이 패널의 제작이 용이한 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel; 이하, PDP라 한다)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. PDP는 통상 가스방전 현상을 이용하는 것으로 가스방전시 발생하는 진공자외선이 형광체를 여기시켜 발생하는 가시광을 이용하여 문자 또는 그래픽(Graphic)을 표시하고 있다.
도 1을 참조하면, 통상적으로 많이 사용되고 있는 3전극 교류(AC) 방식의 PDP에 구성된 방전셀의 구조가 도시되어 있다.
도 1에 도시된 PDP의 방전셀은 화상의 표시면인 상부기판(10)과, 격벽(14)에 의해 상부기판(10)과 평행하게 배치된 하부기판(12)을 구비한다. 격벽(14)은 셀 간의 전기적, 광학적 간섭이 차단되도록 셀 내부에 방전공간(21)을 마련함과 아울러 상부기판(10)과 하부기판(12)을 지지하는 역할을 하게 된다. 상부기판(10) 상에는 유지전극 쌍(16), 즉 주사 및 유지전극과 유지전극이 나란하게 배치되어 있다. 하부기판(12) 상에는 유지전극 쌍(16)과 방전을 일으키기 위한 어드레스전극(22)이 배치되어 있다. 그리고, 유지전극 쌍(16)이 배치된 상부기판(10) 상에는 전하축적을 위한 유전체층(18)이 평탄하게 형성되어 있고, 이 유전체층(18) 표면에는 보호막(20)이 형성되어 있다. 이 보호막(20)은 플라즈마 입자들의 스퍼터링 현상으로부터 유전체층(18)을 보호하여 수명을 연장시켜 줄 뿐만 아니라 2차전자의 방출 효율을 높여주고 산화물 오염으로 인한 내화 금속의 방전 특성 변화를 줄여주는 역할을 하는 것으로서 주로 산화마그네슘(MgO) 막이 이용되고 있다. 어드레스 전극(22)이 배치된 하부기판(12) 상에는 고유색의 가시광선을 발생하기 위한 형광체층(24)이 도포되어 있다. 이 형광체층(24)은 가스방전시 발생되는 짧은 파장의 진공 자외선(Vacuum Ultraviolet;VUV)에 의해 여기되어 적, 녹, 청(R, G, B)의 가시광을 발생하게 된다. 그리고, 방전셀의 내부에 마련된 방전공간(21)에는 방전가스가 충진되어진다.
이러한 구성을 갖는 방전셀은 어드레스전극(22)과 주사 및 유지 전극(16) 사이에 발생되는 어드레스 방전에 의해 선택된 후, 유지전극 쌍(16) 사이에 연속적으로 발생되는 유지방전에 의해 진공자외선이 발생되고 그 진공자외선이 형광체(24)를 여기시켜 가시광이 방출되도록 함으로써 PDP는 원하는 화상을 표시할 수 있게 된다. 이때, 유지방전 횟수를 조절하여 영상 표시에 필요한 단계적인 밝기, 즉 그레이 스케일(Gray Scale)을 구현하게 된다. 이에 따라, 유지방전 횟수는 PDP의 휘도 및 방전효율을 결정하는 중요한 요소가 되고 있다. 이 유지 방전을 위해 유지전극들(16)에는 보통 듀티비(Duty ration)가 1인 스텝펄스가 주기적으로 인가되고 이때 주파수는 보통 200∼300kHz 정도이고 펄스폭은 10∼20㎲정도이다. 이 경우, 유지방전은 유지펄스당 극히 짧은 순간에 1번씩만 발생하게 된다. 그리고, 유지방전에 의해 발생된 하전입자들은 두 유지 전극간에 형성된 방전경로를 전극의 극성에 따라 이동함으로써 셀의 방전공간 내부에는 벽전하가 형성되고 이 벽전하에 의해 방전공간 내의 방전전압이 감소하면서 방전이 멈추게 된다. 이와 같이, 기존의 유지펄스에 의한 유지 방전은 펄스마다 짧은 순간에 1번씩만 발생하고 그외의 대부분 시간은 벽전하 형성 및 다음 방전을 위한 준비단계로 소비됨으로써 PDP의 방전 효율은 낮을 수밖에 없었다.
이러한 PDP의 낮은 방전효율 문제를 해결하고자 최근에는 고주파 전압을 이용한 고주파 방전이 대두되게 되었다. 고주파방전은 보통 수십 MHz 내지 수백 MHz 대의 고주파 전압에 의해 연속적으로 발생하여 두 전극사이에서 전자가 진동운동을 함으로써 방전공간내의 방전가스를 연속적으로 이온화 및 여기시키게 된다. 이에 따라, 거의 대부분의 방전시간동안 전자의 소멸없이 연속적인 방전이 발생하여 진공자외선의 발생량이 증가하게 되므로 휘도 및 방전효율의 증대효과가 기대되고 있다. 다시 말하여, 고주파 방전은 글로우 방전에서 전극간의 거리가 긴 경우 방전효율이 매우 높은 양광주(Positive Column)와 같은 물리적인 효과를 갖게 된다.
이러한 고주파 방전을 일으키기 위한 양 전극간의 거리(r)와 주파수(f)와의 관계는 다음 수학식에 의해 결정될 수 있다.
여기서, r은 양전극간의 거리, m은 전자의 질량, ω는 진동수(ω=2πf), vm은 충돌수를 의미하고, 전극간의 거리(r)와 고주파 파형의 주파수(f)가 반비례 관계를 갖고 있음을 알 수 있다. 원할한 고주파 방전을 위해서는 양전극간의 거리가 충분히 확보되어야만 한다. 또한, 고주파방전을 이용하는 경우 고주파 방전을 위한 시드가 되는 하전입자들을 생성하기 위한 프라이밍 방전을 필요로 하고 있다. 따라서, 고주파방전 및 프라이밍 방전구조에 적합한 PDP가 요구되게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 고주파방전 및 프라이밍 방전구조에 적합한 PDP를 제공하는 것이다.
도 1은 통상적인 교류방식의 플라즈마 디스플레이 패널의 방전셀 구조를 나타내는 단면도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 디스플레이 패널의 방전셀 구조를 나타내는 단면도.
도 3은 도 2에 도시된 방전셀의 구동방법을 단계적으로 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 디스플레이 패널의 전극배치도.
도 5는 도 4에 도시된 플라즈마 디스플레이를 구동하기 위한 전압 파형도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명>
10, 30 : 상부기판 12, 32 : 하부기판
14, 50 : 격벽 16 : 유지전극 쌍
18, 38, 42, 46 : 유전체층 20 : 보호막
21, 41 : 방전공간 22, 44 : 어드레스전극
24, 48 : 형광체층 34 : 고주파전극
36 : 바이어스전극 40 : 주사전극
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 고주파를 이용한 PDP는 고주파방전을 위한 고주파신호가 공급되는 고주파전극과, 고주파방전을 위한 바이어스전압이 공급되는 바이어스전극과, 어드레스방전을 위한 주사신호가 공급되는 주사전극과, 어드레스방전을 위한 데이터신호가 공급되는 어드레스전극을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 이점들은 첨부 도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 PDP의 방전셀 구조를 도시한 것으로서, 도 2에 도시된 PDP의 방전셀은 상부기판(30) 상에 배치된 고주파전극(34)과, 하부기판(32) 상에 배치된 바이어스전극(36)과 주사전극(40) 및 어드레스전극(44)과, 상부기판(30)과 하부기판(32) 사이에 형성된 격벽(50)에 의해 마련된 방전공간(41)을 구비한다.
도 2에 도시된 PDP의 방전셀에서 상부기판(30)과 하부기판(32)은 대향하게 배치된다. 고주파방전을 위한 고주파신호가 인가되는 고주파전극(34)은 투명전극(ITO) 형태로 상부기판(30) 상에 배치된다. 하부기판(32) 상에는 고주파방전의 기준전압이 인가되는 바이어스전극(36)이 상기 고주파전극(34)과 동일하게 판전극의 형태로 배치되고, 그 위에 제1 유전체층(38)이 형성되게 된다. 고주파전극(34)과 바이어스전극(36)은 판전극 또는 라인전극 등 다양한 형태로 형성될 수 있다. 제1 유전체층(38) 상에는 주사전극(40)이 가로방향으로 배치되고, 그 위에 제2 유전체층(42)이 형성되게 된다. 제2 유전체층(42) 상에는 어드레스전극(44)이 상기 주사전극(40)과 직교하는 방향으로 배치되고, 그 위에 제3 유전체층(46)이 형성되게 된다. 여기서, 제1 및 제2 유전체층(38, 42)는 절연층의 역할을 하게 되고, 제3 유전체층(46)은 전하를 축적하는 역할을 하게된다. 이러한 구조에서 고주파전극(34)과 바이어스전극(36)은 고주파신호과 바이어스전압이 각각 공급되어 고주파방전을 일으키는 역할을 하게 된다. 주사전극(40)과 어드레스전극(44)은 주사신호와 데이터신호가 각각 공급되어 셀의 선택의 위한 어드레스 방전을 발생시킴과 아울러 프라이밍 방전이 발생되도록하여 고주파방전의 시드(Seed)가 되는 프라이밍입자를 생성하는 역할을 하게 된다. 이 경우, 주사전극(40)과 어드레스전극(44)이 가깝게 배치됨으로써 프라이밍 방전을 위한 구동전압을 낮출 수 있게 된다. 하부기판(32)의 제3 유전체층(46) 상에서 어드레스전극(44)과 평행하게 형성된 격벽(50)은 상부기판(30)과 접합되어 인접한 방전셀과의 광학적 간섭이 배제된 방전공간(41)을 마련함과 아울러 상부기판(30)과 하부기판(32)을 지지하는 역할을 한다. 그리고, 격벽(50)과 제3 유전체층(46)의 표면에는 고주파 방전시 발생되는 진공자외선에 의해 고유색의 가시광을 방출하기 위한 형광체(48)가 도포되게 된다.
방전공간(41)에는 방전가스가 주입되게 된다. 방전공간에 주입되는 방전가스는 일반적인 교류 혹의 직류방전이 페이닝 효과를 주로 이용하는데 반면에 고주파방전에서는 양이온은 거의 정지상태이기 때문에 주로 진동운동하는 전자가 가스원자와 충돌에 의해 원자를 여기시켜 진공자외선을 발생하기 때문에 여기에너지레벨이 비교적 낮은 제논(Xe)가스를 사용하는 것이 효율적이다. 그러나, 제논(Xe) 가스만 사용하면 방전전압이 높아지게 됨으로 헬륨(He), 네온(Ne) 등의 혼합가스를 사용하는 것이 효율을 증가시킬 수 있게 된다. 또한, 교류, 직류방전에서는 페닝작용시 네온(Ne)의 여기레벨에서 발생하는 오렌지색은 가시광선이 많이 방출되어 색순도가 나빠지는 단점이 있으나 고주파방전에서는 전자의 에너지 레벨을 제논(Xe)의 여기에너지에 집중함으로써 네온(Ne)에서 발생하는 오렌지색이 거의 발생하지 않게도어 색순도가 좋아지는 장점을 가지고 있다.
도 3은 도 2에 도시된 방전셀의 구동방법을 단계적으로 나타낸 것이다.
도 3의 (A)에 도시된 방전셀에서 주사전극(40)에 주사신호가 공급되고 어드레스전극(44)에 데이터신호가 공급되게 되면 주사전극(40)과 어드레스전극(42) 사이의 전압이 방전개시전압 이상이 됨으로써 (B)에 도시된 바와 같이 어드레스 방전이 발생하게 된다. 이 어드레스 방전에 의해 제3 유전체층(46)의 표면에 하전입자가 쌓임에 따라 벽전하가 형성되고 이 벽전하에 의해 방전공간 내의 필드(Field)가 감소하게 되어 방전이 멈추게 된다. 이렇게 벽전하가 쌓여 있는 방전셀의 주사전극(40)에 방전개시전압보다 낮은 프라이밍 전압(Vp)을 인가하면 벽전압과 더해져서 방전개시전압보다 큰 전압이 방전공간에 인가됨으로써 프라이밍 방전이 발생하게 되고 이 프라이밍 방전에 의해 (C)에 도시된 바와 같이 고주파방전의 시드가 되는 전자가 발생하게 된다. 이어서, 고주파전극(34)에 고주파전압(Vr)이 인가되고 바이어스전극(36)에 바이어스전압(Vb)이 인가되면 고주파방전이 연속적으로 발생하게 된다. 이 고주파전압에 따라 진동운동을 하는 하전입자들은 방전가스를 연속적으로 이온화 및 여기시키게 되고 여기된 가스원자 및 분자가 기저상태로 천이하면서 진공 자외선을 방출하여 형광체를 발광시키게 된다. 이 경우, 고주파전극(34)에 인가되는 고주파 전압은 방전개시전압보다 낮은 전압이 인가되므로 방전셀내에 전자가 충분히 존재하지 않은 셀에서는 방전이 발생하지 않게 된다. 다시 말하여, 어드레스방전에 의해 벽전하가 존재하는 방전셀에서 프라이밍 방전이 발생하여 하전입자가 방전공간내에 존재하는 셀에서만 고주파방전이 발생하게 된다. 그리고, 방전의 소거는 주사전극(40), 어드레스전극(44) 또는 고주파전극(34)에 직류전압을 인가하여 전자가 이들 전극쪽으로 끌려가 소멸되도록 함으로써 방전이 꺼지게 된다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 PDP의 전체적인 전극배치 구조를 도시한 것으로서, 도 4에 도시된 PDP는 가로방향으로 나란하게 배치된 주사전극라인들(Y1, Y2, Y3, …, Yn)과 고주파전극라인(RF) 및 바이어스전극라인(B)과 세로방향으로 나란하게 배치된 어드레스전극라인들(X1, X2, X3, …, Xm)을 구비한다. 도 4에 있어서, 고주파전극라인(RF)과 바이어스전극라인(B)은 실제로 판전극 형태로 구현되는 것이 바람직하나 편의상 라인형태로 도시되어 있다.
도 4의 PDP에서 어드레스 전극라인들(X1, X2, X3, …, Xm)은 각 칼럼라인(Column Line)에 대응하여 배치되고 주사 전극라인들(Y1, Y2, Y3, …, Yn) 및 고주파 전극라인들(RF) 및 바이어스 전극라인들(B)은 각 로오라인(Row Line)에 대응하여 배치되어 있다. 그리고, 어드레스 전극라인들(X1, X2, X3, …, Xm)과 주사 전극라인들(Y1, Y2, Y3, …, Ym), 고주파 전극라인들(RF) 및 바이어스 전극라인들(B)의 교자지점마다 방전셀(50)이 마련됨으로써 방전셀들(50)은 매트릭스 형태로 배열되게 된다. 여기서, 어드레스 전극라인들(X1, X2, X3, …, Xm)과 주사 전극라인들(Y1 Y2, Y3, …, Yn)에는 어드레스방전과 프라이밍 방전을 위한 구동전압이 공급되게 되고, 고주파 전극라인들(RF)과 바이어스 전극라인들(B)은 고주파방전을 위한 구동전압이 공급되게 된다. 이 경우, 어드레스 전극라인들(X1, X2, X3, …, Xm)과 주사 전극라인들(Y1 Y2, Y3, …, Yn)은 개별적으로 구동되는 반면에 고주파 전극라인들(RF)과 바이어스 전극라인들(B)은 공통으로 접속되어 동시에 구동되게 된다.
도 5는 도 4에 도시된 PDP를 구동하기 위한 전압파형도를 도시한 것이다.
우선적으로, 어드레스전극라인들(X)에는 각 화소데이터의 1비트에 해당하는 데이터펄스들이 수평주기, 즉 로오라인 단위로 인가되게 된다. 동시에, 주사전극(Y1∼Yn)에는 어드레스전극라인들(X)에 인가되는 데이터펄스와 동기화된 주사펄스가 로오라인을 따라가면서 순차적으로 공급된다. 이에 따라, 데이터에 대응하는 어드레스 방전이 로오라인을 따라가면서 선택적으로 발생하여 어드레스방전이 발생된 방전셀의 내부에는 벽전하가 생성되게 된다. 상세히 하면, 데이터 '1'에 해당하는 양의 전압(Vx)이 어드레스전극(X)에 인가되고 음의 전압치(-Vy)를 갖는 주사펄스가 주사전극(Y)에 인가되어 방전개시전압 이상이 되는 방전셀에서만 방전이 발생하게 된다. 이러한, 어드레스방전기간에 이어서 주사전극라인들(Y1∼Yn)에 프라이밍전압(Vp)을 공통적으로 공급되게 된다. 이에 따라, 상기 어드레스방전에 의해 벽전하가 형성된 방전셀에서만 프라이밍 방전이 발생함으로써 전자들이 활성화도게 된다. 이어서, 고주파 전극라인들(RF)에 공통적으로 공급되는 고주파전압과 바이어스전극라인들(B)에 공통적으로 공급되는 바이어스전압에 의해 상기 프라이밍 방전에 의해 전자들이 활성화된 방전셀들에서만 고주파방전이 연속적으로 발생하게 됨으로써 원하는 계조를 표시할 수 있게 된다. 그리고, 원하는 시점에서 주사전극라인들(Y1∼Yn)에 소거전압(Vcy)을 공통적으로 인가하여 고주파방전에 의해 방전공간에서 진동운동을 하던 전자들이 주사전극쪽으로 끌려가 소멸되도록 한다. 따라서, 소거전압(Vcy)의 공급시점을 조정하여 단계적인 계조를 구현할 수 있게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 고주파를 이용한 PDP에 의하면 고주파방전을 위한 고주파전극과 바이어스전극이 대향구조로 배치됨으로써 원할한 고주파방전을 위한 거리를 확보할 수 있게 된다. 또한, 본 발명에 따른 고주파를 이용한 PDP에 의하면, 프라이밍방전을 위한 주사전극과 어드레스전극이 인접하게 배치됨으로써 프라이밍 전압을 낮출 수 있으므로 PDP의 소비전력을 낮출 수 있게 된다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

Claims (8)

  1. 플라즈마 디스플레이 패널에 매트릭스 형태로 배열된 방전셀에 있어서,
    고주파방전을 위한 고주파신호가 공급되는 고주파전극과,
    고주파방전을 위한 바이어스전압이 공급되는 바이어스전극과,
    어드레스방전을 위한 주사신호가 공급되는 주사전극과,
    어드레스방전을 위한 데이터신호가 공급되는 어드레스전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 고주파를 이용한 플라즈마 디스플레이 패널.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 고주파전극이 배치되는 제1 기판과,
    상기 바이어스전극과 주사전극 및 어드레스전극이 적층된 구조로 배치된 제2 기판과,
    상기 바이어스전극과 주사전극 사이 및 상기 주사전극과 어드레스전극과 사이에 형성된 절연층과,
    상기 어드레스전극을 도포하게끔 형성된 전하축적을 위한 유전체층과,
    상기 제1 및 제2 기판 사이에 형성되어 방전공간을 마련하기 위한 격벽을 구비하고,
    상기 방전공간에는 방전가스가 충진된 것을 특징으로 하는 고주파를 이용한 플라즈마 디스플레이 패널.
  3. 제 2 항에 있어서,
    가스방전시 발생한 자외선에 의해 가시광을 방출하기 위한 형광체를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고주파를 이용한 플라즈마 디스플레이 패널.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 주사전극 및 어드레스전극 중 어느 하나에 프라이밍 방전을 위한 프라이밍 전압이 공급되는 것을 특징으로 하는 고주파를 이용한 플라즈마 디스플레이 패널.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 주사전극과 어드레스전극 및 고주파전극 중 어느 하나에 상기 고주파방전의 소거를 위한 소거전압이 공급되는 것을 특징으로 하는 고주파를 이용한 플라즈마 디스플레이 패널.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 고주파전극과 바이어스전극은 판전극 형태인 것을 특징으로 하는 고주파를 이용한 플라즈마 디스플레이 패널.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 고주파전극과 바이어스전극은 라인전극 형태인 것을 특징으로 하는 고주파를 이용한 플라즈마 디스플레이 패널.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 바이어스전압은 상기 주사전극과 어드레스전극에도 공급가능한 것을 특징으로 하는 고주파를 이용한 플라즈마 디스플레이 패널.
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