KR100603277B1 - 플라즈마 표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 플라즈마 표시 장치는 상호 소정간격 이격되도록 설치되어 방전공간을 형성하는 전면기판 및 배면기판; 상기 배면기판의 상면에 설치되며 제1 유전체층에 의해 매립되는 어드레스 전극; 상기 전면기판에 상기 어드레스 전극과 직교하는 방향으로 설치되며, 제2유전체층에 의해 매립되는 복수쌍의 유지전극들; 상기 전면기판과 배면기판의 사이에 설치되어 방전공간을 구획하는 격벽; 및 상기 격벽에 의해 구획된 방전공간에 도포되는 형광체층을 포함하며, 상기 방전공간에 주입되는 방전가스가 네온, 아르곤, 제논 가스의 혼합가스로 이루어지며 이들의 혼합가스 비율은 방전가스의 전체 압력을 P(torr)라 할 때에 상기 제논 가스는 2000/P 내지 6000/P % 이고, 아르곤은 3.5 내지 30%이며, 유지방전을 일으키기 위하여 상기 유지전극들에 인가되는 표시구동전압을 상기 쌍을 이루는 각 유지전극 사이의 거리로 나눈 전계를 E 라고 할 때, 상기 방전가스의 전체 압력(P)와의 관계가 부등식 120 > E/P > 3 의 관계를 만족하는 것을 특징으로 한다.

Description

플라즈마 표시장치{Plasma display panel}

도 1은 종래의 플라즈마 표시 장치의 일부절제 단면도,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 표시장치의 분리 사시도,

도 3은 제논 가스의 분압에 따른 방전개시전압 및 방전효율을 나타내 보인 그래프,

도 4는 아르곤 가스의 함량에 따른 네온 발광 및 방전개시전압을 나타내 보인 그래프.

도 5는 본 발명에 일 실시예에 따른 방전가스를 구비한 플라즈마 표시장치에서 전계 강도에 따른 방사 효율을 나타내 보인 그래프.

본 발명은 가스방전 표시장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 방전공간에 충전되는 방전가스의 성분이 개량된 플라즈마 표시장치에 관한 것이다.

플라즈마 표시 장치는, 그 표시 용량, 휘도, 콘트라스트 및 시야각 등의 표시 성능이 우수하여, 음극선관(Cathode Ray Tube)의 성능에 근접되는 평판형 표시 패널로서 지목받고 있다.

이러한 플라즈마 표시장치는 전극의 구조에 따라 직류형(Direct Current type), 교류형(Alternative Current type) 및 직류형과 교류형의 혼합구조(Hybrid type)로 대별된다.

상기 직류형과 교류형의 차이점은 전극이 플라즈마에 직접 노출되느냐 또는 유전체층에 의해 간접적으로 노출 되느냐에 의해 구분된다. 이러한 차이는 방전현상에 차이를 나타나게 되며, 교류형의 경우 방전에 의해 형성된 하전입자가 유전체층에 쌓이게 된다. 즉, 전자는 양 전위가 걸린 전극 위의 유전체층에 쌓이게 되며 이온은 음 전위가 걸린 전극 위의 유전체층에 쌓이게 된다. 이러한 현상을 통해 형성되는 전위를 벽전위라 하며 벽전위는 외부에서 인가되는 전위와 극성이 반대로 형성되기 때문에 벽전위가 형성되기 시작하면 셀내의 가스에 인가되는 전위가 감소하게 된다. 따라서 충분히 큰 벽전위가 형성되면 가스에 인가되는 전위가 방전유지 가능한 전위 이하로 감소하게 되기 때문에 방전이 소거된다. 그러나 만약 벽전위가 형성된 후 외부 전극에 인가되는 전위의 극성을 바꿔서 인가하면 벽 전위에 의한 전위와 외부인가 전위가 더해져서 낮은 외부인가 전위가 가해져도 방전이 가능한 기억기능(memory function)에 의한 구동이 이루어진다.

교류형 플라즈마 표시 장치의 경우 유전체에 쌓이게 되는 벽전위에 의한 기억 기능효과를 갖는다. 즉, 이전에 방전이 형성된 셀내의 유전체는 하전입들이 유전체에 벽전위를 형성하여 벽전위를 갖지 않는 셀의 경우보다 낮은 전압에서 방전을 일으킬 수 있다. 이러한 기억기능의 특성은 행구동방식을 채택한 대형 플라즈마 표시장치를 구동시키는데 있어 매우 유리하다.

도 1에는 교류형 플라즈마 표시장치의 일예를 발췌하여 나타내 보였다.

도시된 바와 같이 배면기판(11)과 투명한 전면기판(12)에 방전을 위해 형성 되는 전극(13)(14)들이 유전체층(15)에 매립된 구성을 가진다. 상기 유전체층(15)은 바로 실리케이트(borosilicate)계열을 사용하게 되는데, 2차 전자의 방출계수가 낮고 플라즈마 형성시 발생하는 이온에 의한 스퍼터링에 의해 수명이 짧아지기 때문에 유전체층(15)의 표면에 산화 마그네슘(MgO)과 같은 산화물계열의 보호막(16)이 형성된다. 그리고 방전공간에는 가스 방전에 의해 형성된 자외선에 의해 여기되는 형광체(미도시)가 도포된다. 특히 자외선은 제논(Xe) 가스의 147nm 진공 자외선을 주로 사용한다.

이상에서 설명한 바와 같이 플라즈마 표시장치는 화상표시를 위해 방전가스의 페닝효과(penning effect)를 이용하고 있다. 이 페닝효과는 준 안정상태의 종의 생성을 통해 이온화 반응을 촉진시키는 반응으로써 타운 젠트 α- process를 증대시키는 것이다.

플라즈마 표시장치에 있어서, 페닝반응이 이루어진 방전가스는 준안정상태의 입자이거나 여기상태의 입자들이다. 따라서 플라즈마와 접하고 있는 물질의 표면으로부터 2차 전자 방출은 플라즈마 표시장치의 방전특성을 결정 짓는데, 매우 중요한 역할을 한다. AC 플라즈마 표시장치와 같이 전극의 유전체층으로 덮인 전극에 의해 2차 전자가 방출되게 하는 것은 직접적인 이온충격과 여기종(metastables)의 표면반응, 빛에 의한 반응등이 있을 수 있다. 이중에서 가장 주가 되는 것이 이온충격에 의한 반응이다. 예컨대, 이온화 에너지가 21.6eVdls 네온 이온이 입사하여 가 전자대에 있는 한 개의 전자와 결합하여 중화되고, 여분의 에너지는 다른 한 개의 가전자대에 있는 전자를 표면으로 방출케 한다. 이 전자는 다시 전계에 의해서 가속되면서 충돌을 통해서 다시 플라즈마 상태에서 이온과 전자를 생성하게 된다.

상술한 바와 같이 생성된 전자들에 의한 플라즈마 방전으로 발생된 자외선은 방전가스중 모가스의 압력이 높거나 산소가 포함되어 있으면, 이러한 기체는 통과하지 못하고 기체에 강한 흡수가 일어난다. 플라즈마 표시장치에 있어서, 자외선의 세기는 광의 휘도를 결정짖는 중요한 요소이다.

일예로 네온 제논(Xe)에서 방출되는 자외선은 140nm -180nm 영역의 파장을 가지는데, 이는 적, 청, 녹색 형광체의 최상의 발광효율을 내기 위한 파장 영역과 겹친다. 불활성 가스 중에서도 헬륨과 네온의 경우에는 방출되는 빛의 파장이 100nm 이하의 짧은 파장을 갖기 때문에 형광체를 자극하여 가시광선을 내는 자외선용으로 쓰기에는 부적합하다. 발광되는 자외선의 세기와 파장을 감안할 때 제논 가스가 적당한 것으로 보여지지만 플라즈마 표시장치의 방전가스로 사용하기 위해서는 구동전압이나 전극의 수명등을 동시에 고려하여야 하기 때문에 2원계의 혼합가스 혹은 3원계의 혼합가스를 이용한다.

플라즈마 표시장치에 있어서, 방전가스에 대한 한정이 미국 특허 US4,926,095호에 개시되어있다.

개시된 방전가스는 네온(Ne) 아르곤(Ar), 제논(Xe) 가스의 혼합으로 이루어진다. 상기 아르곤 가스의 양은 대략 5 내지 80% 이며 제논 가스는 10% 까지로 한정되어 있다.

방전가스의 다른 예는 일본 공개 특허 평6-342,631호에 개시되어 있는데, 이 방전가스는 헬륨(He), 네온(Ne), 제논(Xe) 가스의 혼합으로 이루어져 네온 발광을 억제하는데, 상기 제논(Xe)은 1.5 내지 10 vol%로 한정되고, 헬륨과 네온의 비가 6:4 내지 9:1의 범위를 갖는다. 이러한 3성분의 혼합가스는 최적치를 선택하더라도 헬륨가스를 혼합하고 있기 때문에 색순도가 향상되더라도 네온, 제논 혼합가스 보다 수명이 열세인 문제가 있다

그리고 방전가스의 또 다른 예로는 일본 특허 공개공보 소 63-205031호에 개시되어 있다. 이 방전가스는 네온, 아르곤, 제논 가스의 혼합으로 이루어지는데, 아르곤의 량은 5% 이상 이며, 상기 제논의 양은 10% 이상이다. 이러한 방전가스는 가스의 가시광 발광을 억제하여 색순도가 향상되고 휘도 수명이 개선되고 있지만 네온, 제논 혼합가스에 비하여 발광효율이 저하되는 문제점이 있다.

또한 일본 특허 공개공보 평 9-320,474호에는 헬륨, 네온, 제논의 가스를 포함하는데, 제온의 혼합비는 1.5 내지 10% 이며 헬륨/ 제논은 3/7 내지 7/3이고, 아르곤의 혼합비는 5 내지 10%이다.

한편, 네온과 제논의 혼합가스는 헬륨과 제논의 혼합가스 보다 방전개시전압과 구동전압이 낮고, 제논 이온에 의해 MgO의 스퍼터링 억제 효과가 높을 뿐만 아니라 발광효율도 높아진다. 그러나 네온의 가시발광이 형광체의 가시발광에 섞여 색순도와 색제현성을 저하시키는 결점이 있다. 이러한 결점을 상술한 종래 기술에서는 가스 조성만으로 해결함으로써 플라즈마 표시장치의 중요 특징중의 하나인 발광효율과 수명이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 방전가스의 조성과 압력의 관계를 한정함으로써 방전효율을 향상시키고 나아가서는 방전개시 전압과 휘도특성을 개선한 플라즈마 표시장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 플라즈마 표시장치는 상호 접합되어 방전공간을 형성하는 전면기판 및 배면기판과, 상기 전면기판과 배면기판의 적어도 일측에 방전을 일으키기 위해 설치된 전극들과, 상기 방전공간에 도포되어 전극들의 방전에 의해 발생된 자외선에 의해 여기되는 형광체층을 포함하며, 상기 방전공간에 주입되는 방전가스는 네온, 아르곤, 제논가스의 혼합가스로 이루어지며 이들의 혼합가스 비율은 방전가스의 압력을 P torr라 할 때에 상기 제논 가스는 2000/P % 내지 6000/P %이며 아르곤은 3.5 내지 30%로 이루어진 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 플라즈마 표시구동전압을 전극간거리로 나눈 전계의 값을 E라할 때에 상기 방전가스의 전체 압력 P와의 관계가 부등식 120 > E/P > 3 의 관계를 만족한다.

대안으로 본원 발명의 다른 특징은

상호 소정간격 이격되도록 설치되어 방전공간을 형성하는 전면기판 및 배면 기판과, 상기 배면기판의 상면에 설치되며 제1유전체층에 의해 매립되는 어드레스 전극과, 상기 전면기판에 어드레스 전극과 직교하는 방향으로 설치되며 제2유전체층에 의해 매립되는 복수쌍의 유지전극들과, 전면기판과 배면기판의 사이에 설치되어 방전공간을 구획하는 격벽과, 상기 격벽에 의해 구획된 방전공간에 도포되는 형광체층을 포함하며, 상기 방전공간에 주입되는 방전가스가 네온, 아르곤, 제논가스의 혼합가스로 이루어지며 이들의 혼합가스 비율은 방전가스의 전체 압력을 P torr라 할 때에 상기 제논가스는 2000/P % 내지 6000/P % 이며 아르곤 가스는 3.5 내지 30%인 것을 그 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 한 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 2에는 본 발명에 따른 플라즈마 표시장치의 일 실시예를 나타내 보였다.

도시된 바와 같이 플라즈마 표시장치(10)는 배면기판(11)과, 이 배면기판(11)의 상면에 소정의 패턴으로 어드레스 전극(12)들과, 이 배면기판(11) 상에 형성되어 상기 어드레스 전극(12)을 매립하는 제1유전체층(13)을 포함하다. 상기 어드레스 전극(12)들은 소정의 폭을 가지며 상호 나란한 스트라이프 형상으로 형성된다.

그리고 상기 배면기판(11)은 투명한 전면기판(21)과 실재( 미도시)에 의해 소정간격 이격 되도록 그 가장자리가 결합되어 방전공간을 형성하게 된다. 상기 전면기판(21)의 내면에는 상기 어드레스 전극(22)들과 직교하는 방향으로 제1,2전극(23)(24)이 한조로 이루어진 복수개의 유지전극들이 형성된다. 상기 어드레스 전극(12)과 상기 제1,2전극(23)(24)이 교차하는 영역은 영역은 유효 표시 영역을 이룬다. 상기 전면기판(21)의 내면에는 제2유전체층(25)이 형성되어 제1,2전극(23)(24)들을 매립하게 된다. 그리고 배면기판(11)과 전면기판(21)의 사이에는 방전셀을 구획하는 격벽(30)들이 형성된다. 상기 격벽(30)들은 어드레스 전 극(12)들의 사이에 상기 어드레스 전극(12)과 나란한 스트라이프 상으로 형성되거나 격자상으로 형성될 수 있다. 그리고 상기 제2유전체층(25)의 상면에는 MgO 등으로 이루어져 이차 전자를 방출하는 보호막(26)이 형성되며, 상기 격벽에 의해 구획된 방전공간에는 형광체층(40)이 형성된다.

한편, 상기 방전공간에는 방전가스가 주입되는데, 이 방전가스는 네온(Ne), 제논(Xe), 아르곤(Ar)가스의 혼합으로 이루어진다. 각 가스의 혼합비율은 다음과 같다. 방전공간에 주입되는 방전가스의 전체 압력을 P(torr) 라 할 때, 제논 가스는 20 내지 60(torr)의 압력을 가지고 방전가스에 혼합되어 있는 바, 제논 가스의 혼합조성비는 20/P*100(%)(=2000/P %)내지 60/P*100(%) (=6000/P %)이다. 이 때, 방전가스의 전체 압력은 200 내지 500(torr)일 수 있다. 따라서, 전체 방전가스의 압력이 예를 들면, 400(torr)일 때, 본 발명에 따른 플라즈마 표시장치에서 제논 가스의 비율은 5%(=20/500*100) 내지 15%(=20/400*100)이 되며, 전체 방전가스의 압력이 예를 들면, 500(torr)일 때, 제논가스의 비율은 4%(=20/500*100) 내지 12%(=60/500*100)이다.
그리고, 아르곤 가스는 3.5 내지 30% 이다. 아르곤 함량에 관한 설명은 후술하기로 한다.

이와 같이 방전가스가 충전된 플라즈마 표시장치에 있어서, 제2,3전극(23)(24)에 의한 표시 구동전압(volt)을 제2,3전극(23)(24)간의 거리로 나눈 값을 E(volt/cm)라 할 때에 이와 전압력(P)와의 관계는 부등식 120 > E/P > 3을 만족한다. 그리고 상기 제2,3전극간의 거리를 d 라 할때에 방전가스의 전체 압력(P torr)과 전극 사이의 거리 d 사이의 관계는 부등식 P*d < 8 (torr cm)을 만족하도록 한다.

상기와 같이 구성된 플라즈마 표시장치는 상기 실시예에 의해 한정되지 않고 플라즈마 방전을 일으켜 화상을 표시할 수 있는 구조이면 어느 것이나 가능하다. 예컨대, AC 플라즈마 표시장치중 대향형 플라즈마 표시장치에도 적용이 가능하다.

상술한 바와 같이 구성된 플라즈마 표시장치는 어드레스 전극(12)과 제2 및 제3 전극(23)(24)들 중의 한 전극에 소정의 펄스 전압이 인가되면 이들 사이에 어드레스 방전이 일어나 방전공간의 내면에 벽전하가 형성된다. 이때에 발생된 벽전하는 상기 방전공간의 표면에 충전된다. 이 상태에서 제2 및 제3 전극(23)(24)들의 사이에 전압이 인가되면 이들 사이에서 방전가스의 방전이 일어나 자외선인 모광선이 발생되고, 이 모광선에 의해 형광체(40)가 여기되어 화상을 형성하게 된다.

이 과정에서 상기 방전가스는 네온과 제논 및 아르곤 가스가 혼합된 3원계 가스로 이루어져 있으며 특히 아르곤의 함량이 3.5 내지 30% 이므로 네온의 가시발광을 줄여 형광체의 발광시 색순도 및 색 재현성이 저하되는 것을 방지 할 수 있다. 특히 방전구동전압을 실용 구동전압 범위내에서 유지하여 네온과 제논의 2원계 혼합가스 보다 효율을 10% 이상 상승시킬 수 있다.

이러한 작용효과는 후술하는 본 발명인의 실험에 의하여 더욱 명백하게 나타난다.

본 발명인의 실험에 의하면 도 3에 도시된 바와 같이 네온 제논 2원 혼합가스에 대하여 전 가스의 압력 P torr, 제논의 분압(PXe)과 방전유지전압(vf, vs) 효율 관계를 측정한 결과

로 표시된 제논의 혼합비를 상승시키면 효율은 상승되지만 구동전압도 증가한다는 것을 알 수 있었다. 따라서 적용 가능한 관점에서 살펴보면, PXe 는 적정구동전압 240v 이하가 되기에 필요한 혼합비로는 6000/P 이어야 하고, 또한 효율적인 관점에서 2000/P 이상이 되어야 함을 알 수 있었다.

그리고 도 4은 네온과 제논 혼합가스에 아르곤 가스를 혼합한 경우 아르곤 가스 함량에 따른 방전개시 전압과 네온 가시 발광휘도에 대한 그래프이다.

이 실험에 있어서, 혼합 가스의 조성은 제논 10%로 하고 네온 가스량을 감 소시킴과 아울러 아르곤 가스의 혼합량을 증가시키면서 방전개시전압과 오랜지색 가시광 발광도를 측정하였다.

형광체 발광의 색순도를 떨어 뜨리는 네온의 가시광 발광도는 아르곤가스의 함량을 증가시키면 급격하게 감소되고, 방전개시전압은 아르곤가스의 압력 증가에 따라 상승한다는 것을 알 수 있었다.

아르곤의 함량이 3.5% 이상이 되면 그래프에서 알 수 있는 바와 같이 오렌지 발광의 강도가 10 a.u 상대적으로 낮고, 방전개시전압도 210볼트 정도로 플라즈마 표시장치의 구동전압과 색순도를 감안하여 볼 때에 실용화 시키는데 문제가 없는 것으로 판단되었다. 그러나 아르곤의 함량이 3.5% 이하가 되면 네온 발광의 강도는 급격히 상승하여 형광체 발광에 따른 가시광의 색순도를 급격하게 떨어뜨리게 된다. 플라즈마 표시장치에 적용가능한 관점에서 방전개시 초대 전압을 250V 이하로 하기 위해서는 아르곤의 함량을 30% 이하로 유지하여야 한다.

그리고 네온, 아르곤 제논의 3원계 혼합가스에 대하여 가스 봉입조건, 플라즈마 방전을 일으키는 제1,2 전극 사이의 거리, 구동전압등을 변화시키면서 방사율을 네온- 제논의 제2원계 혼합가스와 비교한 결과이다.

도 5의 그래프에 있어서, X축의 전계강도 E(v/cm)는 구동전압(v)를 전극간의 거리 d로 나눈 값이며, P는 혼합 가스의 전압력이다. Y축은 패널의 전반사율로 방전으로 발생한 147nm의 공명반사선과 173nm의 엑시머 방사선을 합한 전방사 자외선의 방사율이다. 상술한 바와 같은 방전가스를 충전시킨 플라즈마 표시장치에 있어서, 구동조건의 E/P가 120 보다 작고 3보다 큰 경우 네온과 제논의 제2원계혼 합가스의 효율보다 높은 효율을 갖는 것을 알 수 있었다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 플라즈마 표시 장치는 네온, 제논, 아르곤으로 이루어진 제3원계 혼합가스를 방전가스로 사용하면서, 플라즈마표시장치의 구성과, 구동조건등을 최적화 하여 발광효율 및 색순도를 네온과 제논으로 이루어진 제2원계 혼합가스 보다 10% 이상 높일 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예들을 참고로 설명되었으나. 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면, 이로부터 다양한 변형 및 실시예들이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.

Claims (4)

1. 삭제
2. 삭제
3. 상호 소정간격 이격되도록 설치되어 방전공간을 형성하는 전면기판 및 배면기판;

   상기 배면기판의 상면에 설치되며 제1 유전체층에 의해 매립되는 어드레스 전극;

   상기 전면기판에 상기 어드레스 전극과 직교하는 방향으로 설치되며, 제2유전체층에 의해 매립되는 복수쌍의 유지전극들;

   상기 전면기판과 배면기판의 사이에 설치되어 방전공간을 구획하는 격벽;

   상기 격벽에 의해 구획된 방전공간에 도포되는 형광체층을 포함하며,

   상기 방전공간에 주입되는 방전가스가 네온, 아르곤, 제논 가스의 혼합가스로 이루어지며 이들의 혼합가스 비율은 방전가스의 전체 압력을 P torr라 할 때에 상기 제논 가스는 2000/P % 내지 6000/P % 이고, 아르곤은 3.5 내지 30%이며,

   유지방전을 일으키기 위하여 상기 유지전극들에 인가되는 표시구동전압을 상기 쌍을 이루는 각 유지전극 사이의 거리로 나눈 전계를 E 라고 할 때, 상기 전계(E)와 상기 방전가스의 전체 압력(P)의 관계는 120 > E/P > 3 인 플라즈마 표시장치.
4. 삭제

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