KR100429201B1 - 플라즈마 표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라즈마 표시장치(PDP)를 제공하기 위한 것으로서, 서로 대향하는 두 절연플레이트의 전극에 인가되어 형성되는 전계의 방출을 용이하게 하는 탄소나노튜브를 구비하여, 탄소나노튜브의 전계효과를 이용하여 전자를 방출시킨 후, 불활성기체와 충돌시켜 발광을 유도함으로써 낮은 구동전압으로 소자의 구동이 가능하고 광효율을 높이며, 소자의 수명을 증가시킨다.

Description

플라즈마 표시장치{Plasma Display Panel}

본 발명은 탄소나노튜브(Carbon Nanotube)의 전계효과를 이용하여 전자를 방출시킨 후, Xe 등의 불활성기체와 충돌시켜 발광을 유도하는 탄소나노튜브의 전계효과를 이용한 플라즈마 표시장치(이하, PDP라 칭함)에 관한 것이다.

1990년대에 CRT, LCD, PDP, EL 등의 표시소자는 각각의 표시특성에서 가장 경쟁력 있는 분야로 고유 시장을 확보해 갔다.

13인치 이하의 휴대용 화면에는 LCD가, 15~20인치의 모니터 화면으로는 현재는 CRT가 우세하나 앞으로 TFT LCD와 치열한 시장경쟁이 예상되고, 20~30인치급 TV 수상기는 CRT가 당분간 대부분의 시장을 계속 주도할 전망이지만, TFT LCD의 표시특성과 가격이 향상되면서 시장진입을 시도할 것이다. 30~40인치 화면은 CRT와 PDP, 그리고 40인치 이상에서는 직시형인 PDP와 투사형 TV가 경쟁할 전망이다.

도1은 종래 기술에 따른 DC 형 PDP의 하나의 셀의 단면도를 도시한 것으로,도1에 도시한 바와 같이 PDP는 Xe, Ne 등의 불활성 가스로 채워진 밀폐공간에 외부에서 높은 전압을 인가하여 글로우방전(golw discharge)을 유도하면, 고밀도의 플라즈마(plasma)가 생성되고 이때 플라즈마에서 방출되어 나오는 진공 자외선(VUV:Vacuum Ultra Violet Ray)을 내는데, 이 빛을 형광체가 흡수한 다음 가시광으로 바꾸어 내는 것을 이용한다.

진공 자외선은 200nm 이하의 짧은 파장으로 갖는 고에너지 빛이다.

PDP에서는 방전 기체로 He, Ne, Xe, Ar, Kr 등의 불활성 가스를 쓰는데, 특히 Xe 가스에서 방출하는 파장 대역 140~180nm(발광 봉우리 파장: 147nm, 173nm)의 자외선은 형광체의 휘도 및 효율 등의 발광 특성의 최적 조건을 만족시키기 때문에 가장 널리 쓰이고 있다.

Xe 가스는 진공 자외선의 파장과 세기의 측면에서 유리하지만, Xe 가스만을 사용하면 구동전압이 높고, 동시에 전극 수명이 짧아지는 등의 단점이 있기 때문에 He 또는 Ne 등 다른 가스를 소량 첨가하여 2원 또는 3원계의 혼합 가스를 사용하고 있다.

따라서 Xe 가스에 He가스 또는 Ne 가스를 소량 섞어 이용하는데 이는 패닝 효과(Penning effect)에 의한 장점을 얻기 위한 것이다.

패닝효과는 구성 가스들 사이에서 준안정상태(metal-stable state, He^*, Ne^*)를 만들어 다른 가스의 이온화 반응을 촉진하여, 단일 가스만 사용할 때보다 방전 전압을 낮추는 것으로, 하기 화학반응식1과 같이 표기할 수 있다.

He^*+ Xe -> Xe⁺+ e + He

Ne^*+ Xe -> Xe⁺+ e + Ne

PDP는 형광체, 유전체, 보호막 등의 구성 재료를 스크린 프린팅과 같은 후막 제작 공정을 이용하여 소자를 제작하기 때문에 TFT LCD, ELD, FED 등과 같은 소자와 비교하여 제작 공정이 단순하여 저가격으로 대형화면을 제작할 수 있다. 따라서 PDP는 40인치급 이상의 대화면 평판 디스플레이의 제작에 매우 적합하다.

그리고 PDP는 가스 방전 자체의 특성상 문턱 전압이 존재하여 스위칭 기능이 있어 TFT LCD와 같이 별도의 스위칭 소자가 필요없다. 따라서 하나의 주소 및 데이터 버스에 1000개 이상의 화소를 갖는 대형 패널의 구동도 패시브 구동 방법을 적용할 수 있다. PDP는 바로 이전 프레임의 상태에 따라서 다음 상태가 결정되는 기억 기능이 있다.

AC 구동 방식의 경우에는 벽전하(wall charge)에 의하여, DC 구동 방식의 경우에는 펄스 메모리 방식 구동에 의하여 기억 기능이 가능하여, 이 기능에 의하여 PDP를 대면적으로 제작하여 동작시키더라도 휘도 저하 없이 고화질의 화상이 구현된다.

그러나 이러한 후막 제조 공정의 해상도는 박막 제조 공정에 비하여 떨어지기 때문에 화소의 크기가 1mm 수준으로, 해상도가 다른 평판 디스플레이 소자보다 떨어지므로, TV등과 같은 비교적 해상도가 낮은 응용 제품의 상용화에 초점을 두고 있다.

그리고 PDP는 본래 예비방전에 따른 흑색표시의 약화로 인하여 명암대비율(contrast)이 나빠진다. 약 25 : 1로 일반적 TV의 요구사양이 50:1이므로 개선이 필요하다 하겠다.

그리고 가장 시급한 것은 저효율의 문제인데, PDP의 발광은 전기 에너지, 방전에너지, 자외선 에너지, 가시광선 에너지 등의 4단계의 에너지 변환을 거치므로, 셀 내에서의 UV 광변환효율이 6%이하 정도로 상당히 낮다.

더구나 자외선의 형광체 발광효율과 유효가시광 효율 등까지 고려하면 최종적인 효율값은 0.3%이하에 불과하다. 이와 같이 큰 에너지 손실에 따른 열발생등으로 냉각팬을 설치하는 등의 문제가 있다.

이상에서 설명한 종래 기술에 따른 PDP는 다음과 같은 문제점이 있다.

플라즈마의 스퍼터링에 의해 전극 등의 손상을 방지하기 위해, AC 구동 방식의 경우 유전층 위에 플라즈마의 스터터링에 내성이 강한 보호층(예 : MgO)을 증착하고, DC 구동의 경우에는 전류제어용 저항을 채용하고 수은 가스를 봉입하여도 이온 충격에 의한 전극의 손상을 온전히 막을 수 없어 소자의 수명을 감소시킨다.

그리고, 상기 플라즈마는 고전압 상태에서 방전하기 때문에 고전압 구동회로가 필요하며, 고전압에 의한 높은 발열에 의해 냉각팬이 필요하는 등의 단점을 가지고 있어, 이는 가격이 높은 고내압 구동 IC를 고려할 때 가격경쟁력에서 떨어진다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서,PDP의 서로 대향하는 두 절연플레이트에 전계효과가 뛰어난 탄소나노튜브를 구비하여 전자 방출을 용이하게 하여 낮은 구동전압으로 구동이 가능하고 광효율이 높은 플라즈마 표시장치(PDP)를 제공하는데 그 목적이 있다.

도1은 종래 기술에 따른 DC 형 PDP의 하나의 셀의 단면도.

도2는 본 발명에 따른 PDP의 제1 실시예로, DC형 PDP의 하나의 셀의 단면도.

도3은 본 발명에 따른 PDP의 제2 실시예로, AC형 PDP의 하나의 셀의 단면도.

도4는 본 발명에 따른 PDP의 제3 실시예로, AC형 PDP의 하나의 셀의 단면도.

도5는 본 발명에 따른 PDP의 제4 실시예로, AC형 PDP의 하나의 셀의 단면도.

도6은 냉음극 방전 및 본 발명에 따른 방전의 전압-전류 수송특성을 도시한 그래프.

도7는 본 발명에 따른 탄소나노튜브의 전계효과를 이용한 전압-전류 수송특성을 도시한 그래프.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10, 40, 70, 100 : 제1 절연플레이트

20, 50, 80, 110 : 제2 절연플레이트

11, 41, 71, 101 : 제1전극

21, 51, 81, 111 : 제2전극

200, 300, 400, 500 : 격벽

30, 60, 90, 120 : 형광체

42, 102 : 제1 유전층

52, 112 : 제2 유전층

43, 103 : 제1 전계방출층

53, 113 : 제2 전계방출층

72 : 유전층

73 : 전계방출층

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 플라즈마 표시장치(이하 PDP라 칭함)의 특징은 서로 대향하는 두 절연플레이트의 전극에 인가되어 형성되는 전계의 방출을 용이하게 하는 탄소나노튜브를 구비하여 구성되는데 있다.

PDP의 서로 대향하는 두 절연플레이트에 전계효과가 뛰어난 탄소나노튜브를 구비하여 탄소나노튜브의 전계효과를 이용하여 전자를 방출시킨 후, Xe 등의 불활성기체와 충돌시켜 발광을 유도함으로써 낮은 구동전압으로 구동이 가능하고 광효율을 높일 수 있다.

본 발명의 다른 목적, 특성 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

본 발명에 따른 플라즈마 표시장치(PDP)의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도2는 본 발명에 따른 PDP의 제1 실시예로, DC형 PDP의 하나의 셀의 단면도를 도시한 것이다.

도2에 도시한 바와 같이 서로 대향하는 제1 및 제2 절연플레이트(10, 20)와, 상기 제1 절연플레이트(10)의 일측에 형성된 복수의 제1전극(11)과, 상기 제2 절연플레이트(20)의 일측에 형성되고, 탄소나노튜브로 형성된 복수의 제2전극(21)과,상기 제1 및 제2 절연플레이트(10, 20) 사이에 형성되어 각 셀을 분리하는 격벽(200)과, 상기 제2 절연플레이트(20) 및 격벽(200)면에 형성되고, 상기 제1, 제2전극(11, 21)에 인가되는 전계에 의해 유도되는 플라즈마 방전에 의해 가시광을 방출하는 형광체(30)를 포함하여 구성된다.

상기 제1실시예는 제1, 2전극(11, 12)이 플라즈마에 직접 노출되어 전도 전류(conduction current)가 전극을 통하여 직접 흐르는 것이 직류형(DC형)으로, 형광체를 전극근방에 도포하기 때문에 이온 충격에 의해 쉽게 노출된다.

그러나 상기 제2전극(12)을 기계적 강도가 강한 탄소나노튜브로 형성하여 플라즈마 스퍼터링에 의한 이온충격에 의하여 형광체 열화를 줄이고, 제2전극(12)의 손상도 방지한다.

하기 제2 내지 제4실시예는 전극이 유전층으로 보호되어 직접 노출되지 않아 변위 전류(displacement current)가 흐르는 것이 교류형(AC형)이다.

도3은 본 발명에 따른 PDP의 제2 실시예로, AC형 PDP의 하나의 셀의 단면도로, 대향전극형을 도시한 것이다.

도3에 도시한 바와 같이, 서로 대향하는 제1 및 제2 절연플레이트(40, 50)와, 상기 제1 절연플레이트(40) 상에 나란히 형성된 복수의 제1전극(41)과, 상기 제2 절연플레이트(50) 상에 나란히 형성된 복수의 제2전극(51)과, 상기 제1, 2전극(41, 51) 상에 각각 형성된 제1, 2유전층(42, 52)과, 상기 제1, 2유전층(42, 52) 상에 탄소나노튜브를 포함하여 각각 형성되고, 상기 제1, 2전극(41, 51)에 인가되는 전계에 의해 전자의 방출을 유도하는 제1, 2전계방출층(43, 53)과, 상기제1 및 제2 절연플레이트(40, 50) 사이에 형성되어 각 셀을 분리하는 격벽(300)과, 상기 제2 절연플레이트(40) 및 격벽(300)면에 형성되고, 상기 방출된 전자에 의한 플라즈마 방전에 의해 가시광을 방출하는 형광체(60)를 포함하여 구성된다.

상기 제1전계방출층(43)은 탄소나노튜브로 상기 제1유전층(42) 상에 형성된 탄소나노튜브층(미도시)과, 상기 탄소나노튜브층 상에 상기 제1유전층(42) 보호를 위한 보호층(미도시)의 두층으로 구성되거나, 상기 탄소나노튜브와 상기 제1유전층(42) 보호를 위한 보호물질이 혼합된 한 층으로 형성되며, 보호층 내지 보호물질은 MgO로 이루어진다.

제2전계방출층(53)은 상기 제1전계방출층(43)과 같이 형성되거나, 탄소나노튜브층만으로 형성된다.

도4는 본 발명에 따른 PDP의 제3 실시예로, AC형 PDP의 하나의 셀의 단면도로, 면방전형을 도시한 것이다.

도4에 도시한 바와 같이, 서로 대향하는 제1 및 제2 절연플레이트(70, 80)와, 상기 제1 절연플레이트(70) 상에 나란히 형성된 복수의 제1전극 쌍(71)과, 상기 제1전극(71) 위에 형성된 유전층(72)과, 상기 유전층(72) 상에 탄소나노튜브를 포함하여 형성되고, 상기 제1전극 쌍(71)에 인가되는 전계에 의해 전자의 방출을 유도하는 전계방출층(73)과, 상기 제1 및 제2 절연플레이트(70, 80) 사이에 형성되고, 각 셀을 분리하는 격벽(400)과, 상기 제2 절연플레이트(80) 및 격벽(400)면에 형성되고, 상기 방출된 전자에 의한 플라즈마 방전에 의해 가시광을 방출하는 형광체(90)를 포함하여 구성된다.

상기 전계방출층(73)은 탄소나노튜브로 상기 유전층(72) 상에 형성된 탄소나노튜브층(미도시)과, 상기 탄소나노튜브층 상에 상기 유전층(72) 보호를 위한 보호층(미도시)의 두층으로 구성되거나, 상기 탄소나노튜브와 상기 유전층(72) 보호를 위한 보호물질이 혼합된 한 층으로 형성되며, 보호층 내지 보호물질은 MgO로 이루어진다.

제3 실시예는 면방전형으로, 전극이 제1 절연플레이트(70) 한쪽에 모여 있어 싱글 기판(single substrate)형이라고도 하고 플라즈마가 표면에 형성된다. 전면판에 형광체를 형성하는 것이 가능하고 이온 충격도 적다.

도5는 본 발명에 따른 PDP의 제4 실시예로, AC형 PDP의 하나의 셀의 단면도로, 3극형의 면방전형을 도시한 것이다.

도5에 도시한 바와 같이, 서로 대향하는 제1 및 제2 절연플레이트(100, 110)와, 상기 제1 절연플레이트(100) 상에 나란히 형성된 복수의 제1전극 쌍(101)과, 상기 제2 절연플레이트(110) 상에 형성된 복수의 제2전극(111)과, 상기 제1, 2전극(101, 111) 상에 각각 형성된 제1, 2유전층(102, 112)과, 상기 제1, 2유전층(102, 112) 상에 탄소나노튜브를 포함하여 각각 형성되고, 상기 제1전극 쌍(101)에 인가되는 전계에 의해 전자의 방출을 유도하는 제1, 2전계방출층(103, 113)과, 상기 제1 및 제2 절연플레이트(100, 110) 사이에 형성되고, 각 셀을 분리하는 격벽(500)과, 상기 제2 절연플레이트(110) 및 격벽(500)면에 형성되고, 상기 방출된 전자에 의한 플라즈마 방전에 의해 가시광을 방출하는 형광체(120)를 포함하여 구성된다.

상기 제1전계방출층(103)은 탄소나노튜브로 상기 제1유전층(102) 상에 형성된 탄소나노튜브층(미도시)과, 상기 탄소나노튜브층 상에 상기 제1유전층(102) 보호를 위한 보호층(미도시)의 두층으로 구성되거나, 상기 탄소나노튜브와 상기 제1유전층(102) 보호를 위한 보호물질이 혼합된 한 층으로 형성되며, 보호층 내지 보호물질은 MgO로 이루어진다.

제2전계방출층(113)은 상기 제1전계방출층(103)과 같이 형성되거나, 탄소나노튜브층만으로 형성된다.

상기 제4실시예는 플라즈마가 표면에 형성되어 전면판에 형광체를 형성하는 것이 가능하고 이온 충격도 적다.

그리고 상기 제2 내지 4실시예에서 기계적 강도가 강한 탄소나노튜브를 포함하여 전계방출층을 형성하여 플라즈마 스퍼터링에 의한 이온충격에 의하여 형광체 열화를 줄여 소자의 손상을 방지한다.

제1 내지 4실시예에서, 상기 전극에 인가된 전압에 의한 전계에 의해 전자방출은 상기 탄소나노튜브에 의해 상기 전자방출이 용이해져 일반적인 냉음극(cold cathode)을 이용한 전자방출에 비해 저전압에서 대량의 전자를 방출시킬 수 있으며, 이는 도6에 도시되어 있다.

도6은 냉음극 방전 및 본 발명에 따른 방전의 전압-전류 수송특성을 도시한 그래프이다.

이는 탄소나노튜브가 기계적 강도가 크고, 화학적 내성이 강하며, 그 합성에 따라 저항이 매우 낮아 전도성이 뛰어나며 수명이 길기 때문이다.

즉, 탄소나노튜브는 저항이 매우 낮기 때문에 상기 전극에 낮은 구동전압을 인가하여도 강전계가 인가되는 만큼의 전자의 방출을 유도하기 때문에 많은 양의 플라즈마 방전을 얻는다.

또한 탄소나노튜브는 뛰어난 기계적 강도를 갖기 때문에 상기 플라즈마 방전에 의해 강한 에너지를 갖는 플라즈마에 의해 전극의 손상을 방지하고 PDP의 수명을 연장시킨다.

본 실시예에서는 비활성 기체로 Xe를 예를 들어 설명한다.

상기와 같이 전극에 인가된 전계에 의해 방출된 전자가 가속되어 격벽 및 제2 절연플레이트 내부 공간에 존재하는 Xe 등의 비활성 기체와 충돌하여 Xe를 여기시켜 이온 Xe⁺와 전자대를 다량 만든다.

이온 외에도 어떤 준위를 갖는 여기된 Xe^*를 만들고, 상기 여기된 Xe^*의 공명선 준위 Xe_r ^*로부터 공명선(147nm)이 나와 형광체를 여기시켜 가시광을 발생한다.

또한 하나의 Xe^*의 준안정준위 Xe_m ^*은 Xe와 충돌하여 엑시머 Xe₂ ^*를 만든다. Xe₂ ^*는 두 개의 Xe로 분해되지만 이때 분자선(173nm 근방)이 나와 형광체를 여기시켜 가시광을 발생한다.

도7는 본 발명에 따른 탄소나노튜브의 전계효과를 이용한 전압-전류 수송특성을 도시한 그래프이다.

일반적인 냉음극에 비하여 저전압에서 전자가 방출되므로 방전 전압의 저하를 가져오고 발광효율의 향상에 직접 관계됨과 동시에 구동회로의 부담도 감소시킨다.

또한 방전을 위하여 최초에 소량의 전자 혹은 여기된 입자가 있어야 되는데 한번 방전이 일어나면 여기된 입자를 일정량 유지시켜 안정화한다.

상시 방전을 시키는 셀을 PDP 패널 주변부에 설치하기도 하고(keep alive cell) 또는 여기된 입자의 수명을 이용하기도 하는데, 이러한 예비방전으로 인하여 명암대비도가 떨어지게 되는데, 본 발명에 따라 탄소나노튜브를 이용한 전계방출을 이용할 경우 2차전자이용방식에 비하여 전계방출의 1차전자의 양이 매우 크므로 예비방전이 필요가 없다.

이로 인하여 화소 크기가 매우 크고 명암대비도가 떨어지는 PDP의 명암대비율을 높일 수가 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 플라즈마 표시장치(PDP)는 다음과 같은 효과가 있다.

PDP의 서로 대향하는 두 절연플레이트에 전계효과가 뛰어난 탄소나노튜브를 구비하여 전자 방출을 용이하게 하여, 방출된 전자와 불활성기체와 충돌시켜 발광을 유도함으로써 구동전압을 낮추고, PDP의 소자 수명을 증가시키는 효과가 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

Claims (12)

1. 삭제
2. DC 타입의 플라즈마 표시장치에 있어서,

   서로 대향하는 제1 및 제2 절연플레이트;

   상기 제1 절연플레이트의 일측에 형성된 복수의 제1전극;

   상기 제2 절연플레이트의 일측에 형성되고, 탄소나노튜브로 형성된 복수의 제2전극;

   상기 제1 및 제2 절연플레이트 사이에 형성되어 각 셀을 분리하는 격벽; 그리고

   상기 제2 절연플레이트 및 격벽면에 형성되고, 상기 제1, 제2전극에 인가되는 전계에 의해 유도되는 플라즈마 방전에 의해 가시광을 방출하는 형광체를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표시장치.
3. AC 타입의 플라즈마 표시장치에 있어서,

   서로 대향하는 제1 및 제2 절연플레이트;

   상기 제1 절연플레이트 상에 나란히 형성된 복수의 제1전극;

   상기 제2 절연플레이트 상에 나란히 형성된 복수의 제2전극;

   상기 제1, 2전극 상에 각각 형성된 제1, 2유전층;

   상기 제1, 2유전층 상에 탄소나노튜브를 포함하여 각각 형성되고, 상기 제1, 2전극에 인가되는 전계에 의해 전자의 방출을 유도하며, 상기 탄소나노튜브와 상기 제1, 제2 유전층 보호를 위한 보호물질이 혼합하여 형성되는 제1, 2전계방출층;

   상기 제1 및 제2 절연플레이트 사이에 형성되어 각 셀을 분리하는 격벽; 그리고

   상기 제2 절연플레이트 및 격벽면에 형성되고, 상기 방출된 전자에 의한 플라즈마 방전에 의해 가시광을 방출하는 형광체를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표시장치.
4. AC 타입의 플라즈마 표시장치에 있어서,

   서로 대향하는 제1 및 제2 절연플레이트;

   상기 제1 절연플레이트 상에 나란히 형성된 복수의 제1전극 쌍;

   상기 제2 절연플레이트 상에 형성된 복수의 제2전극;

   상기 제1, 2전극 상에 각각 형성된 제1, 2유전층;

   상기 제1, 2유전층 상에 탄소나노튜브를 포함하여 각각 형성되고, 상기 제1전극 쌍에 인가되는 전계에 의해 전자의 방출을 유도하며 상기 탄소나노튜브와 상기 제1, 제2 유전층 보호를 위한 보호물질이 혼합하여 형성되는 제1, 2전계방출층;

   상기 제1 및 제2 절연플레이트 사이에 형성되고, 각 셀을 분리하는 격벽; 그리고

   상기 제2 절연플레이트 및 격벽면에 형성되고, 상기 방출된 전자에 의한 플라즈마 방전에 의해 가시광을 방출하는 형광체를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표시장치.
5. 삭제
6. 삭제
7. 제3, 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2전계방출층은 상기 제2유전층 상에 형성된 탄소나노튜브층을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표시장치.
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제