KR100290839B1 - 3성분의 혼합가스가 충전된 칼라 피디피 - Google Patents

Abstract

방전가스의 가스조성의 개량에 적당한 3성분의 혼합가스가 충전된 칼라 피디피가 제안된 바, 이 피디피는 상호 평행한 제1 및 제2 기판의 주변을 밀봉하여 방전가스 내장공간을 형성하고, 상기 기판의 적어도 하나의 기판 내면상에 방전가스 방전용 전극들을 갖고, 상기 가스 방전으로 발생하는 자외선광에 의하여 여기되는 형광층을 가진 면방전형의 피디피에 있어서; 상기 방전가스 내장공간에 충전된 가스가 크세논, 헬륨 및 네온의 3성분 혼합가스이고, 이중 크세논과 헬륨가스는 일정한 농도의 % 를 갖는다. 따라서 이러한 피디피는 크세논, 헬륨 및 네온 가스를 포함하는 3성분의 혼합가스로 사용함으로써 장시간 동작수명, 적당히 낮춘 동작전압 및 적당한 휘도의 특성들을 갖는다.

Description

3성분의 혼합가스가 충전된 칼라 피디피

본 발명은 피디피의 방전 가스의 개선에 관한 것으로, 특히 형광체층을 여기시킴으로서 칼라표시를 할 수 있는 방전가스의 가스조성의 개량에 적당한 3성분의 혼합가스가 충전된 칼라 피디피에 관한 것이다.

통상적으로 DC 또는 AC로 구동되며 가스방전에 의해 발생되는 자외선 광을 이용하는 여러가지 형태의 피디피(plasma display pannel)들은 특히 문자들 뿐만아니라 영상 표시용으로 널리 이용되어 왔다.

칼라 표시는 방전 패널내에 여러가지 종류의 형광체층들을 형성한 다음 각층을 연관된 가스방전에서 발생된 자외선 광에 의해 여기시킴으로써 달성될 수 있음은 공지되어 있다.

도 1 및 도 2에 나타낸 피디피 구조와 미국특허 제4,638,218호에 기술된 것과 같이 표면방전(이하 면방전이라 약칭함)을 사용하는 전형적인 형태는 여러 가지 형광 물질들을 사용하여 칼라 피디피를 구현함으로써 달성된다.

이러한 칼라 피디피에서 기본적으로 방전 전극(3), (4), (6), (7)은 두 기판이 쌍을 이뤄 패널 봉합체를 구성한 기판중 제1 기판(1)상에만 구성되어 있고, 대향하는 상부기판(2)의 내면상에는 가스방전에 의해 발생되는 자외선 광에 의해 여기되는 형광체층(8)이 형성되어 있다.

따라서 각각의 형광체층(8)에 의해 결정된 색이 발광된다. 가스방전용 전극들은 상부기판(1)상에서 상호 직교하는 X와 Y 방향으로 분리 배치되어 있다. 이 전극(3), (4), (5), (6), (7)의 표면들은 산화 마그네슘(MgO)과 같은 고 2차전자 방출율을 갖는 보호층(10)으로 피복되어 있다. 이러한 형상은 형광체층(8)이 방전 가스내에서 생성된 이온들의 직접적인 충격에 의해 열화되지 않게 해준다. 따라서 이러한 형상은 형광체층의 수면을 연장시키기 위해 지금까지 사용되고 있다.

가시광을 발광시키도록 형광체층을 여기시키기 위한 자외선광을 발광시키는 방전가스에 대해서는 미국특허 제4,085,350호에 공지된 바와 같이 광범위하게 연구되어 왔다. 발광색 순도를 중요시하는 다중색 표시용 가스로는 헬륨(helium) 가스와 크세논(xenon) 가스와 같은 두 성분의 혼합가스(He+Xe)가 주로 사용되어 온 것으로 공지되어 있다.

크세논(xenon) 가스는 페닝 효과(penning effect)로서 널리 알려진 바와 같이 방전지속 전압 뿐만아니라 방전 개시전압을 낮추기 위해 사용된다. 이 가스성분에서 무거운 크세논(xenon) 이온은 전극들위에 피복된 산화마그네슘(MgO) 표면층에 충격을 가한다. 상기 산화마그네슘층은 이온 충돌에 의해 신속히 열화되기 때문에 피디피의 동작 수명이 단축된다.

종래의 3성분 가스에서 크세논 가스는 일정하게 0.2% 혼합되고, 가스압력은 600Torr이다. 여기서 사용되는 형광체층(8)은 모든 표면위에 균일하게 피복되는 고앙범위하게 사용되는 녹색 형광물질 PIGI(Zn₂SiO₄:Mn)이다. 5% 이상의 아르곤 가스가 존재하면 네온가스 방전으로부터 오렌지색의 가시발광색 성분이 제거되어 휘도가 양호하게 개선됨이 관측된다. 아르곤 가스가 80% 이상인 범위에서 동작전압은 높아지므로 구동회로의 비용이 증가하고 또한 발광효과가 향상된다. 그러므로 이러한 조성범위는 실용상 적합하지 못하다.

따라서 산화마그네슘 표면에 충격을 주는 크세논(xenon) 이온의 에너지를 낮추기 위해 헬륨(helium)보다 무거운 아르곤(argon) 가스를 크세논(xenon) 가스에 혼합하여 3성분 혼합가스(He+Ar+Xr)로 조성하면 매우 효과적이다. 그러나 이 3성분 혼합가스는 동작 전압을 증가시키는 문제점이 있다.

또한 두 성분 혼합가스(He+0.2% Ar+Xe)(이후 % 는 가스의 부분압력의 비를 나타낸다)는 단색표시를 여기시키기 위해 사용되어 왔다. 그러나 네온(neon)가스 방전의 오렌지색 가시광은 색순도를 열화시킨다.

실용화시에 피디피에서 긴수명, 저동작전압, 충분한 발광휘도 및 충분한 색순도는 모두 중요한 필요조건이다. 그러나 종래기술은 어느것도 이 필요조건들을 동시에 충족시키지 못했다.

그러므로 본 발명의 목적은 가스조성을 개량함으로써 긴수명, 저동작전압, 적당한 발광휘도 및 적당한 색순도를 양호하게 하는 3성분의 혼합가스가 충전된 칼라 피디피를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 휘도 상대비를 높이고 자외선의 세기를 증가시키는 3성분의 혼합가스가 충전된 칼라 피디피를 제공함에 있다.

도 1은 종래기술에 따른 면방전형의 피디피의 횡단면도

도 2는 도 1의 어드레스 전극과 공통전극의 배치를 나타낸 평면도

도 3은 본 발명에 따른 3성분의 혼합가스가 충전된 칼라 피디피의 셀을 나타낸 단면도

도 4는 본 발명에 적용된 헬륨 가스와 크세논 가스 농도의 % 별 최적 동작계수를 나타낸 테이블

도 5는 도 4의 크세논 가스의 농도에 따른 밝기의 상대비를 나타낸 특성도

도 6은 본 발명에 따른 3성분의 가스 혼합시 자외선의 세기를 나타낸 특성도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 제1 기판 2 : 제2 기판

3, 4 : 유지전극쌍 5 : 유전체층

6 : 절연리브 7 : 어드레스 전극

8 : 형광체층 9 : 방전가스

10 : 보호층 11 : 방전영역

본 발명에 의하면 크세논(xenon), 헬륨(helium) 및 네온(neon)의 혼합 가스들로 조성된 방전가스가 자외선광을 방사시켜 형광체를 여기시켜 발광시키는 피디피의 셀들의 방전가스중에 동일한 조성비의 크세논과 헤륨 가스에 나머지 네온 가스를 더 혼합하는데 그 특징이 있다.

이하, 본 발명에 따른 3성분의 혼합가스가 충전된 칼라 피디피의 바람직한 일 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 적용되는 에이씨 피디피의 셀의 단면도를 나타낸 것으로, 도면에서 동일한 번호는 동일 구성요를 나타낸다.

도 3을 참조하면 본 발명의 에이씨 피디피에서 절연리브(6)는 제1 기판(1)과 제2 기판(2)을 평행하게 유지 시키고 셀 사이를 격리시켜 주며, 유지전극들은 2개의 전극(3)(4)으로 구성되어 상기 제1 기판(1)상에 서로 평행하게 배치되어 있다.

상기 유지전극(3)(4)은 제2 기판(2)상에 상기 어드레스 전극(7)과 대향되게 배치되어 매트릭스 형태를 유지하고 있다. 유전체층(5)은 유지전극(3)(4)을 덮어 주어 전극을 보호하고 있으며, 상기 전극들이 유전층으로 덮혀 있으므로 전극들 사이에 직류 전압을 인가하여 방전을 시킬 경우 방전은 곧 소멸되어 버린다. 이러한 전극 구조를 지니는 PDP의 경우 방전을 유지시켜 주기 위해서는 극성이 계속적으로 반전되는 교류 전압을 전극 사이에 인가 시켜야 한다.

또한 보호층(10)은 유전체층(5)상에 덮혀 있고, 상기 보호층(10)은 유전체층(5)을 보호하여 수명을 연장시켜 줄 뿐만 아니라 2차 전자의 방출 효율을 높여 주고 내화 금속의 산화물 오염으로 인한 방전 특성의 변화를 줄여 주기 위하여 주로 산화마그네슘(MgO) 박막을 사용하여 제작한다.

또한 형광층(fluorescent layer)(8)은 절연리브(6)을 포함한 제2 기판(2)상에 도포 되어 있으며, 방전에 의해 발생된 자외선에 의해 여기되어 적색, 녹색, 청색(R,G,B)의 가시광선을 발생시킨다. 방전 영역(discharge Space)(11)은 방전이 진행되는 셀의 공간이며, 자외선 방출 효율을 높여 주기 위해 크세논(Xe), 헬륨(He) 및 네온(Ne)의 3성분의 혼합 가스로 충진되어 있다.

상기한 구조의 피디피에서 제1 및 제2 기판(1)(2)은 일정거리 유지된 채로 대향하여 조립된 후, 주위영역을 진공으로 긴밀하게 밀봉시킨다음 상기 방전영역(11)내에 3성분의 방전가스를 충전시킨다.

상술한 구조에 의하면, 피디피의 동작에 관한 한 동작개시전압보다 높은 전압을 공통전극(3)(4)간에 걸어주면 라인상의 모든 셀들은 가스방전을 개시하고, 라인상의 불필요한 화소들에 해당 셀의 가스방전은 관련된 어드레싱 방전을 소거시켜버림으로써 가능하다. 이러한 동작을 각 라인마다 반복함으로써 패널상의 모든 화소들은 표시정보를 기입할 수 있다.

그 다음 본 발명에 의하면 피디피의 셀내에 충전된 방전가스의 조성을 수정하면 상술한 패널의 특성들이 개선된다. 동일한 조성비의 크세논+헬륨 혼합가스(Xe+He)내에 네온(Ne) 가스를 혼합하는 효과는 도 4에 도시된다.

도 4에는 % 크세논(Xe) 가스와 % 헬륨(He) 가스의 동작전압에 따른 최적한 동작 계수를 테이블로 작성한 것이다. 이 테이블로 부터 알수 있는 바와 같이, 400∼550Torr의 압력에서 크세논(Xe) 가스와 헬륨(He) 가스가 동일한 조성비 즉 동일한 % 로 혼합될 때 최적한 동작 계수의 특성을 나타낸다.

여기서 크세논 가스와 헤륨 가스는 일정하게 5% , 10% , 15% ---로 혼합되고, 가스압력은 모두 500Torr이다. 이 도면에서 10% ∼20% 이내의 크세논 가스와 헬륨 가스가 존재하면 네온가스 방전으로부터 오렌지색의 가시발광색 성분이 제거되어 휘도가 양호하게 개선됨이 관측된다. 상기 2성분의 혼합 가스에 네온 가스농도가 80% 이상을 혼합하면 동작전압은 높아지므로 발광효과가 향상되지만 이러한 조성범위는 실용상 적합하지 못하다.

도 5는 도 4의 크세논 가스의 농도에 따른 밝기의 변화를 상태비로 나타낸 특성도인데 크세논 가스를 500Torr의 압력에서 15%를 첨가하였을 때 최대의 밝기를 나타내고 있음이 관찰된다.

여기서는 방전가스의 조성비를 500Torr의 압력에서 Xe(10% )+He(10% )+Ne(80% )로 한 것을 나타낸 것이다. 또한 발광휘도에 기여하는 자외선 발생의 세기는 172nm에서 가스 압력이 증가할수록 발생량이 증가하고, 147nm인 자외선은 400Torr에서 최대이고 가스압력이 증가할수록 조금씩 감소한다. 이 두가지 파장이 휘도에 모두 기여하므로 500Torr가 휘도측면에서 가장 적절한 것으로 관측된다.

상기 조성비는 Xe(5∼25% )+헬륨(5∼25% )+네온(90∼50% )를 만족한다.

3성분의 조성가스 혼합물중 크세논(Xe) 가스는 가스방전의 방전전압과 지속전압을 낮추는 원래 목적인 페닝효과를 위해 작용할 뿐만아니라 방전하는 동안 형광체층을 여기시키도록 스스로 스펙트럼 광을 발광시키도록 작용한다.

또한 그의 이온은 교류(AC) 구동형 가스방전 패널에 대해 벽전하와 같은 메모리 효과에 상당한 효과를 준다.

따라서 도 4에서 관측될 수 있는 바와 같이, 20% 이하의 크세논 가스의 농도는 동작전압을 적절히 낮추는데 효과적이다. 그러나 크세논 가스는 폭팔의 위험성이 있으므로 심하게 낮은 동작전압을 추구할 경우 최소 8% 의 범위가 가장 좋으며 최대 25% 의 범위를 넘지 않아야 한다.

따라서 폭팔의 위험성 때문에 지금까지 회피되어온 크세논 가스를 헬륨 및 네온 가스를 포함하는 3성분의 혼합가스로 사용함으로써 장시간 동작수명, 적당히 낮춘 동작전압 및 적당한 휘도의 특성들을 갖는 칼라 프라즈마 디스플레이 패널로 성취할 수 있다.

본 발명은 에이씨(Ac) 구동의 면방전형의 피디피를 일례로서 설명하였으나 가스방전을 통해 발생되는 광으로 형광체층을 여기시켜 원하는 칼라를 표시하는 가스방전 패널 등에 널리 적용할 수 있다.

또한 본 발명은 방전가스의 조성비의 변경등으로 본 기술분야에서 숙련된 자에 의해 여러 수정변경 가능하기 때문에 상술한 구성과 동작에만 본 발명이 제한되지 않고 본 발명의 기술적 사상이 벗어나지 않는 범위내에 속하는 모든 수정 및 등가들을 포함한다.

Claims (5)

1. 상호 평행한 제1 및 제2 기판의 주변을 밀봉하여 방전가스 내장공간을 형성하고, 상기 기판의 적어도 하나의 기판 내면상에 방전가스 방전용 전극들을 갖고, 상기 가스 방전으로 발생하는 자외선광에 의하여 여기되는 형광층을 가진 피디피에 있어서; 상기 방전가스 내장공간에 충전된 가스가 크세논, 헬륨 및 네온의 3성분 혼합가스이고, 이중 크세논과 헬륨의 농도는 동일한 것임을 특징으로 하는 3성분의 혼합가스가 충전된 칼라 피디피.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 방전가스중의 상기 크세논의 가스 농도는 5∼25% 이하인 것을 특징으로 하는 3성분의 혼합가스가 충전된 칼라 피디피.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 크세논 가스 농도는 5∼10% 이하인 것을 특징으로 하는 3성분의 혼합가스가 충전된 칼라 피디피.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 방전가스의 조성은 400∼550Torr의 압력에서 크세논+헬륨+네온의 혼합가스로 이루어진 것임을 특징으로 하는 3성분의 혼합가스가 충전된 칼라 피디피.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 조성비는 크세논(5∼10% )+헬륨(5∼10% )+네온(90∼80% )을 만족하는 것임을 특징으로 하는 3성분의 혼합가스가 충전된 칼라 피디피.

Images