KR100408022B1 - 유전체 칼라필터 및 그 조성물 - Google Patents

유전체 칼라필터 및 그 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플라즈마 표시소자용 유전체 칼라필터 및 그 조성물에 관한 것으로, 플라즈마 표시소자인 PDP의 유전체층에 희토류 할로겐 화합물인 불화네오디미움(NdF3), 염화네오디미움(NdCl3)과 브롬화네오디미움(NdBr3)을 첨가하여 투명 유전체층과 칼라필터를 일체로 구성함으로써, 제조공정을 단순화하여 경비를 절감하고, 네온 방전가스로부터 나오는 오렌지 광(光)을 차단시켜 색순도와 콘트라스트를 대폭적으로 개선할 수 있으며, 또한 종래 희토류 산화물을 첨가하는 유전체 칼라필터의 소성온도(약 580℃ 이상)에 비해 약 560℃ 정도의 저온 소성을 실시하여 결정화를 방지함에 따라 투과율이 더욱 개선되는 효과가 있다.

Description

유전체 칼라필터 및 그 조성물{DIELECTRIC COLOR FILTER AND COMPOSITIONS THEREOF}
본 발명은 교류구동형 플라즈마 표시소자(Plasma Display Panel : PDP)에 사용하는 칼라필터 및 그 조성물에 관한 것으로, 특히 플라즈마 표시소자의 투명 유전체층에 희토류 할로겐 화합물인 불화네오디미움(NdF3), 염화네오디미움(NdCl3)과 브롬화네오디미움(NdBr3) 등을 소량 첨가하여 투명 유전체층과 칼라필터를 일체로 구성한 유전체 칼라필터 및 그 조성물에 관한 것이다.
일반적으로, 플라즈마는 양전하(이온)와 음전하(전자)가 비슷한 양으로 섞여 있어서 전기적으로 중성을 띄는 상태이다. 진공상태에서 양극과 음극에 강한 전압을 인가하면 그 안에 있는 방전가스가 활성화되었다가 시간이 지남에 따라 본래의 안정화 상태로 돌아가면서 오로라처럼 강하고 아름다운 빛을 내며, 이러한 현상을 이용한 것이 플라즈마 표시소자이다.
상기 플라즈마 디스플레이는 전극을 갖는 전면유리와 배면유리 및 격벽으로 둘러쌓인 방전셀에 방전가스를 주입하여 밀봉한 다음 음극과 양극으로 전압을 가해 방전을 일으켜 방전시 나오는 빛을 디스플레이에 이용하는 것이다.
칼라 플라즈마 표시소자의 경우에는 두 장의 유리기판 사이에 네온과 크세논 등의 가스를 채우고 수많은 격벽으로 이루어진 방전셀에 3원색 가운데 한가지 색의 형광체를 바른 뒤 유리기판에 설치한 전극에 전압을 가하면 방전현상이 일어나고자외선이 형광체에 부딪치면서 발광하여 칼라가 구현되는 것이다.
상기 플라즈마 표시소자는 종래의 음극선관(CRT)이나 액정표시소자(LCD)에 비하여 많은 장점을 가지고 있다.
즉, 플라즈마 표시소자는 전극라인과 방전공간만이 요구되기 때문에 전극라인의 길이를 확장시켜 화면크기를 늘릴 수 있으므로, 대형화가 쉽다.
또한, 플라즈마 표시소자는 40인치 이상의 대형화면에서도 고화질의 동영상을 구현할 수 있으며, 시야각이 넓고 자성체에 영향을 받지않으며, -40℃∼90℃에서도 정상적으로 작동하는 등 내구성이 뛰어난 장점이 있으나, 구동 표시소자나 패널크기에 따라 20V 내지 50V 범위의 전압을 사용하므로 건전지로 작동시키기 어려워 휴대용 컴퓨터(노트북 컴퓨터나 랩탑 컴퓨터)나 휴대용 단말기에 적용하기 어려운 단점이 있다.
한편, 음극선관(CRT)의 경우는 크기가 30∼40 인치 이상이 되면 전자빔을 가속시키는 공간이 함께 커지기 때문에 전체 부피와 크기 및 제조원가가 크게 증가하는 단점이 있으며, 액정표시기(LCD)의 경우 셀 마다 트랜지스터를 배치해야 하기 때문에 대형화하면 채산성이 떨어지는 문제점이 있다.
일반적인 교류구동형 플라즈마 표시소자는 도1에 도시한 바와같이 상판과 하판으로 구성된다.
먼저, 상판은 전면 유리기판(1)에 진공 증착법으로 형성한 표시전극(2)과 교류 구동시 흐르는 전류를 제한하기 위해 스크린 프린팅 등의 방법으로 후막 소성한 유리질의 투명 유전체층(3)과 보호막(4)으로 구성되며, 상기 보호막(4)은 기체가방전할 때 투명 유전체층(3)을 보호하고 또한 표면전자를 방출시켜 방전전압을 낮출 수 있는 산화물이 진공 증착된다.
또한, 하판에서는 배면유리기판(5) 상에 Ag 등의 재료를 사용하여 어드레스전극(6)을 형성하고 흑색 산화물 재료를 사용하여 격벽(7)을 스크린 프린팅 등의 방법으로 형성하여 기체방전이 일어날 수 있는 방전셀(8)을 확보하고, 방전셀(8)의 측면과 밑면에는 적색,녹색,청색(R,G,B)의 삼원색 빛을 낼 수 있는 형광체(9)가 스크린프린팅 등의 방법으로 형성된다.
상판과 하판은 봉지과정에서 합쳐지고 방전셀(8)내의 공기를 빼어낸 뒤 마지막으로 크세논(Xe)과 네온(Ne) 혼합가스를 방전셀(8)내에 주입하여 플라즈마 표시소자를 제조하게 되며, 플라즈마 표시소자의 두 전극(2,6)으로 교류전원을 인가하면 방전현상에 의해 방전셀(8)내의 크세논 가스로부터 자외선이 발생된다.
발생된 자외선에 의해 형광체(9)가 여기(excitation)되어 글씨나 화상을 표시할 수 있는 적색,녹색,청색의 가시광(10)이 전면유리기판(1)의 바깥으로 조사된다. 상기 방전셀(8)에는 방전가스인 크세논가스와 함께 방전전압을 낮추고 방전을 안정화시키기 위한 네온가스를 혼입하고 있지만, 네온가스는 방전에 의해 파장이 585nm인 오렌지색의 가시광을 발생시켜 플라즈마 표시소자의 색순도(Color Purity)나 콘트라스트(Cotrast)를 떨어뜨리는 문제점이 있다.
즉, 적색,녹색,청색 형광체의 발광색에 상기 오렌지색이 혼재되어 있기 때문에 정확한 색을 재현할 수 없다. 또한 현재의 플라즈마 표시소자용 형광체의 기술 수준은 완벽한 적색,녹색,청색의 재현에 이르지 못하고 있는 실정이다. 게다가 외부광의 판넬표면에서의 반사도 심각한 편이다.
이러한 방전가스에서 나오는 오렌지광, 형광체의 색순도 문제, 외부광의 표면반사 등의 문제는 가정용 벽걸이 TV나 대형 모니터를 목표로 하는 플라즈마 표시장치의 품질에 치명적인 영향을 미칠 수 있다.
도2는 콘트라스트를 개선하기 위하여 제시된 플라즈마 표시소자의 칼라필터를 보인 단면도로서, 이에 도시한 바와같이 표시전극(2)과 유전체층(3) 사이에 적색 칼라필터(11)와 녹색 칼라필터(12) 및 청색 칼라필터(13)를 스크린 프린팅 등의 방법으로 각각 후막 소성하여 형성한 뒤 칼라필터(11,12,13) 사이사이에 투명유리 혹은 흑색유리(14)를 채우는 방법으로 형성시킨다. 이때, 적색 칼라필터(11)는 철산화물 무기안료가 주로 사용되며 녹색 및 청색 칼라필터(12,13)는 코발트 산화물과 같은 무기안료가 주로 사용된다.
이때, 스크린 프린팅을 적용할 경우 무기안료를 에틸셀루로우즈 등의 저온 분해성 수지와 부틸카르비톨아세테이트 등의 유기용제에 섞어 페이스트를 만든 다음 적색,녹색,청색 칼라필터를 순차적으로 3회에 걸쳐 후막 소성하여 형성한다.
상기와 같은 종래 스크린 프린팅 방법으로 제조되는 플라즈마 표시소자용 칼라필터는 3번의 후막소성이라는 열공정이 요구됨에 따라 제조공정이 길고, 재료의 소모가 많아 제조원가가 상승되며, 평면적이 큰 대형의 플라즈마 표시소자 제작에 한계가 있다.
또한, 열공정에서 전면유리기판(1)이나 표시전극(2)의 열적, 전기적 특성변화를 초래할 수 있으며 표시전극(2)이나 투명유전체층(3)과의 화학적인 반응이 일어나 표시소자의 수명을 단축시키는 문제점이 있었다.
따라서, 대한민국 공개특허공보 공개번호 특1999-0073478호에는 플라즈마 표시소자용 투명 유전체층에 칼라필터의 기능을 추가한 유전체 칼라필터 및 그 제조방법에 대한 기술이 제시되었다.
상기 플라즈마 표시소자용 투명 유전체층에 칼라필터의 기능을 추가한 유전체 칼라필터 및 그 제조방법은 희토류 산화물인 산화네오디미움(Nd2O3)과 산화프라세오디미움(Pr2O3)을 소량 첨가하고, 용융 소결하여 유전체 페이스트를 만든 다음 스크린 프린팅 등의 방법으로 후막 소성하여 투명 유전체층과 칼라필터를 일체로 형성함으로써, 제조 단순화를 통해 비용을 절감하고, 네온 방전가스로부터 방출되는 오렌지 광을 차단시켜 형광체의 색순도를 최적화함과 동시에 콘트라스트를 대폭적으로 개선하였다.
그러나, 상기한 바와같은 종래 플라즈마 표시소자용 투명 유전체층에 칼라필터의 기능을 추가한 유전체 칼라필터 및 그 제조방법은 유전체에 첨가되는 산화네오디미움(Nd2O3)의 용융점이 1900℃ 정도 됨에 따라 유전체의 주성분인 납유리(PbO, 용융점 888℃)나 산화규소(SiO2, 용융점 1500℃)에 첨가한 다음 용융 및 급랭을 실시하여 유전체 초자를 형성할 경우에 결정화가 발생함으로써, 후막으로 소성할 경우에 소성온도가 580℃ 이상으로 상승하고, 광투과도가 저하되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 본 발명은 플라즈마 표시소자의 투명 유전체층에 희토류 할로겐 화합물인 불화네오디미움(NdF3), 염화네오디미움(NdCl3)과 브롬화네오디미움(NdBr3) 등을 소량 첨가한 다음 용융 및 소결하여 유전체 초자를 형성함으로써, 결정화가 발생하는 것을 방지할 수 있는 유전체 칼라필터를 제공함에 목적이 있다.
또한, 플라즈마 표시소자의 투명 유전체층에 희토류 할로겐 화합물인 불화네오디미움(NdF3), 염화네오디미움(NdCl3)과 브롬화네오디미움(NdBr3) 등을 소량 첨가한 다음 용융 및 소결시켜 유전체 초자를 형성함으로써, 결정화가 발생하는 것을 방지할 수 있는 유전체 칼라필터의 조성물을 제공함에 목적이 있다.
도1은 일반적인 교류구동형 플라즈마 표시소자의 단면도.
도2는 칼라필터를 채택한 종래 교류구동형 플라즈마 표시소자의 단면도.
도3은 본 발명의 일 실시예를 보인 단면도.
도4는 본 발명에 의한 유전체 칼라필터의 투과 특성(스펙트럼) 그래프도.
***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***
1:전면 유리기판 2:표시전극(투명전극)
3:투명유전체층 3':유전체 칼라필터
4:보호막 5:배면 유리기판
6:어드레스 전극 7:격벽
8:방전셀 9:형광체
10:표시광 11:적색 칼라필터
12:녹색 칼라 필터 13:청색 칼라필터
14:투명(혹은 흑색 )유리
상기한 바와같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 유전체 칼라필터의 조성물은 산화물 유전체 고형분에 희토류 할로겐 화합물을 첨가한 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 희토류 할로겐 화합물로는 불화네오디미움(NdF3), 염화네오디미움(NdCl3)과 브롬화네오디미움(NdBr3) 등을 20∼30%의 무게비율로 첨가하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유전체 칼라필터는 산화물 유전체 고형분에 희토류 할로겐 화합물인 불화네오디미움(NdF3), 염화네오디미움(NdCl3)과 브롬화네오디미움(NdBr3) 등을 첨가하여 유전체를 후막형이나 또는 박막형으로 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와같은 본 발명에 의한 유전체 칼라필터 및 그 조성물을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 단면도로서, 이에 도시한 바와같이 전면 유리기판(1) 상에 순차적으로 표시전극(2), 유전체 칼라필터(3') 및 보호막(4)을 적층하여 형성한다.
이때, 상기 유전체 칼라필터(3')는 납유리를 주성분으로 하는 산화물 유전체 고형분에 희토류 할로겐 화합물인 불화네오디미움(NdF3), 염화네오디미움(NdCl3)과 브롬화네오디미움(NdBr3) 등을 20∼30% 정도의 무게비율로 첨가하여 백금로에서 1100℃ 정도의 온도로 용융 및 급랭한 다음 분쇄하여 유전체 초자를 합성하고, 이 합성된 유전체 초자를 테르피네올 유기용매와 에틸셀루로우즈 수지에 섞어 유전체 칼라필터 페이스트를 만든 다음 표시전극(2)과 보호막(4) 사이에 스크린 프린팅 등의 방법으로 후막 소성하여 형성한다.
이때, 플라즈마용 표시소자의 유전체 두께는 통상 20㎛ 내외이며, 1회의 스크린 프린팅으로 도포할 수 있는 두께는 5∼10㎛ 정도이므로, 2∼3회 스크린 프린팅을 실시하여야 하며, 플라즈마용 표시소자의 칼라필터 두께는 다소간 차이가 있을 수 있으나, 5㎛ 정도이면 충분하므로, 유전체를 2∼3회 스크린 프린팅 하는 동안에 1회만 칼라필터 재료가 들어있는 유전체 페이스트를 도포하면 된다.
상기한 바와같이 제작된 본 발명에 의한 유전체 칼라필터 및 그 조성물은 납유리를 주성분으로 하는 산화물 유전체 고형분에 용융점이 각각 1410℃, 784℃, 684℃인 불화네오디미움(NdF3), 염화네오디미움(NdCl3)과 브롬화네오디미움(NdBr3) 등을 첨가한 다음 용융 및 소결하여 유전체 초자를 형성함에 따라 결정화가 발생하는 것을 방지할 수 있고, 따라서 약 560℃ 이하의 낮은 온도에서 소성이 가능하며, 또한 소성된 후막의 광투과도가 개선된다.
즉, 도4의 본 발명에 의한 유전체 칼라필터의 투과특성을 보인 그래프도에 도시한 바와같이 가시광 투과특성이 향샹된다. 또한 도4에서 알 수 있듯이 불화네오디미움(NdF3)이 첨가된 유전체 칼라필터는 파장이 585nm의 오렌지 광을 대부분 차단하고, 적색, 녹색 및 청색 광의 투과도에는 큰 손실없이 450nm(청색), 485nm(청색), 545nm(녹색), 620nm(녹색), 620nm(적색), 650nm(적색)의 예리한 투과피크를 보인다.
따라서, 플라즈마용 표시소자의 형광체로, 발광피크 450nm인 BaMgAl10O17:Eu(청색), 545nm인 YBO3:Tb(녹색), 590,612,626nm인 Y2O3:Eu(적색)을 사용할 때, 불화네오디미움(NdF3)이 첨가된 유전체 칼라필터는 유전체의 기능 외에도 좋은 적색, 녹색, 청색 칼라필터의 기능을 보인다.
또한, 본 발명에 의한 불화네오디미움(NdF3)이 첨가된 유전체 칼라필터는 칼라필터의 기능이 없는 투명 유전체에 비해 10% 정도의 광 투과율이 감소되지만, 산화네오디미움(Nd2O3)을 첨가한 유전체 칼라필터에 대해서는 20% 정도의 투과율 개선효과가 있으며, 또한 약 560℃ 정도의 저온 소성을 실시할 경우에도 충분한 칼라필터의 기능을 보인다.
이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은 납유리(PbO)를 주성분으로 하는산화물 유전체 고형분에 희토류 할로겐 화합물인 불화네오디미움(NdF3), 염화네오디미움(NdCl3)과 브롬화네오디미움(NdBr3) 등을 첨가한 다음 용융 및 소결시켜 유전체 초자를 얻고, 이것을 용매와 수지에 섞어 페이스트 상태로 후막 소성함으로써, 제조방법이 간단하여 경비를 절감함과 아울러 뛰어난 가시광 필터기능을 갖게 된다.
한편, 본 발명에서 사용한 희토류 할로겐 화합물인 불화네오디미움(NdF3), 염화네오디미움(NdCl3)과 브롬화네오디미움(NdBr3) 등은 네오디미움(Nd)의 광흡수 기능을 담당하며, 광흡수는 어떠한 산화물에서도 거의 변하지 않는 정전적으로 차폐된 내각전자의 전이에 의해 일어나므로, 납유리(PbO)를 주성분으로 하는 플라즈마 표시소자용 유전체 성분뿐만 아니라 P2O5, SnO2, Bi2O3및 In2O3등을 성분으로 하는 일반 산화물에 첨가되어 후막이나 박막으로 형성될 경우에도 동일한 효과를 보이게 되며, 결과적으로 발광다이오드(LED), 유기 및 무기 전기장발광소자(EL), 전계방출소자(FED) 등의 표시소자를 비롯하여 반사 방지막, 정전 차폐막 및 긁힘 방지막 등과 같은 기능성 소자에 적용되는 경우에도 동일한 효과를 보인다.
상기한 바와같은 본 발명에 의한 유전체 칼라필터 및 그 조성물은 플라즈마 표시소자용 유전체에 희토류 할로겐 화합물을 첨가하여 칼라필터의 기능을 갖는 유전체 칼라필터를 형성함에 따라 네온 방전가스로부터 방출되는 오렌지 광을 차단하여 색순도를 최적화함과 아울러 콘트라스트를 개선하는 효과가 있고, 또한 종래 희토류 산화물을 첨가하는 유전체 칼라필터의 소성온도(약 580℃ 이상)에 비해 약560℃ 정도의 저온 소성을 실시하여 결정화를 방지함에 따라 투과율이 더욱 개선되는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 산화물 유전체에 희토류 할로겐 화합물을 첨가한 것을 특징으로 하는 유전체 칼라필터의 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 희토류 할로겐 화합물은 불화네오디미움(NdF3), 염화네오디미움(NdCl3)과 브롬화네오디미움(NdBr3) 중에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 유전체 칼라필터의 조성물.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 희토류 할로겐 화합물은 20∼30%의 무게비율로 산화물 유전체에 첨가되는 것을 특징으로 하는 유전체 칼라필터의 조성물.
  4. 플라즈마 표시소자, 발광 다이오드, 유기 및 무기 전기장발광소자, 전계방출소자 등의 표시소자를 비롯하여 반사 방지막, 정전 차폐막 및 긁힘 방지막등의 산화물 유전체 고형분에 희토류 할로겐 화합물인 불화네오디미움(NdF3), 염화네오디미움(NdCl3), 브롬화네오디미움(NdBr3) 중 최소한 어느 한성분을 첨가하여 후막이나 또는 박막으로 형성한 것을 특징으로 하는 유전체 칼라필터.
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