KR100670385B1 - 형광체, 이를 포함한 형광체 페이스트 조성물 및 이를포함한 형광층을 구비한 평판 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금속 산화물이 코팅된 CMS계 형광체, 이를 포함한 형광체 페이스트 조성물 및 이를 포함한 형광층을 구비한 평판 디스플레이 장치에 관한 것이다. 상기 금속 산화물이 코팅된 CMS계 형광체는 (+)극성의 표면 대전 특성을 갖는 바, 휘도 저하없이 우수한 방전 특성을 가질 수 있다.
형광체

Description

형광체, 이를 포함한 형광체 페이스트 조성물 및 이를 포함한 형광층을 구비한 평판 디스플레이 장치{A phosphor, a phosphor paste composition comprising the phosphor and a flat display device employing a phosphor layer comprising the phosphor}
도 1은 본 발명을 따르는 평판 디스플레이 장치로서 플라즈마 디스플레이 패널의 일 구현예를 나타낸 도면이고,
도 2는 본 발명을 따르는 평판 디스플레이 장치로서 전자 방출 디스플레이 장치의 일 구현예를 나타낸 도면이다.
<도면 부호에 대한 간단한 설명>
110 : 전방패널 114 : 유지전극
120 : 후방패널 122 : 어드레스 전극
126 : 발광셀 125 : 형광층
212 : 캐소드 전극 222 : 애노드 전극
214 : 게이트 전극
본 발명은 형광체, 상기 형광체를 포함한 형광체 페이스트 조성물 및 상기 형광체를 포함한 형광층을 구비한 평판 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 금속 산화물이 코팅된 CMS계 형광체, 상기 금속 산화물이 코팅된 CMS계 형광체를 포함한 형광체 페이스트 조성물 및 상기 금속 산화물이 코팅된 CMS계 형광체를 포함한 형광층을 구비한 평판 디스플레이 장치에 관한 것이다. 상기 금속 산화물이 코팅된 CMS계 형광체는 (+)극성을 갖는 표면 대전 특성를 가지는 바, 휘도 열화없이도 우수한 방전 특성을 제공할 수 있다.
종래의 정보전달매체의 중요 부분인 디스플레이 장치의 대표적인 활용 분야로는 개인용 컴퓨터의 모니터와 텔레비젼 수상기 등을 들 수 있다. 이러한 디스플레이 장치는 고속 열전자 방출을 이용하는 음극선관 (CRT; Cathode Ray Tube)과, 최근에 급속도로 발전하고 있는 액정표시장치 (LCD; Liquid Crystal Display), 플라즈마 디스플레이 패널 (PDP; Plasma Display Panel) 및 전자 방출 디스플레이 장치 (Electron Emission Display) 등과 같은 평판 디스플레이 장치 (Flat Panel Display)로 크게 분류될 수 있다.
이러한 평판 디스플레이 장치들 중에서, 플라즈마 디스플레이 패널은 투명 전극 상호 간에 전압을 인가함으로써 전극 상부의 유전층과 보호층의 표면에서 방전이 일어나 자외선이 발생하고, 이렇게 발생된 자외선에 의해서 후면 기판에 도포되어 있는 형광층 중 형광체가 여기하여 발광되도록 하는 디스플레이 장치이다. 한편, 전자 방출 디스플레이 장치는 캐소드 전극 위에 일정한 간격으로 배열된 전자 방출원에 강한 전계를 인가하여 전자 방출원으로부터 전자를 방출시키고, 이 전 자를 애노드 전극의 표면에 도포된 형광층 중 형광체에 충돌시켜 발광되도록 하는 디스플레이 장치이다.
상기 플라즈마 디스플레이 패널의 형광층은 일정 점도를 갖는 형광체 페이스트 조성물을 제조한 다음, 형광층 형성 영역에 도포 및 소성하여 형광층을 완성하는 방법이 있다. 이와 같이 형광체 페이스트 조성물을 이용한 형광층 형성 방법은 예를 들면 대한민국 특허 공개번호 제2004-0003500호에 개시되어 있다.
상기 평판 디스플레이 장치들 중, 형광층에는 적색 형광체, 녹색 형광체 및 청색 형광체 등이 사용되어 풀 컬러 영상을 제공할 수 있다. 특히, 청색 형광체로는 BaMgAl10O17:Eu2+ 형광체와 같은 BAM계 형광체, CaMgSi2O6:Eu2+ 형광체 등과 같은 CMS계 형광체 등 사용될 수 있다.
이 중, CMS계 형광체는 장시간 사용하여도 휘도 열화가 거의 없다는 장점을 가지나, 표면 대전 특성이 ~0 또는 (-)극성을 갖는다. 이러한 CMS계 형광체를, 통상적으로 표면 대전 특성이 (+)극성을 갖는 적색 형광체 및/또는 녹색 형광체와 함께 사용할 경우, 오방전(missed discharge) 등과 같은 문제가 발생할 수 있는 바, 이의 개선이 필요하다.
따라서, 본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 금속 산화물이 코팅된 CMS계 형광체, 이를 포함한 형광체 페이스트 조성물 및 이를 포함한 형광층을 구비한 평판 디스플레이 장치를 제공하는 것을 목적으로 한 다.
상기 본 발명의 과제를 이루기 위하여, 본 발명의 제1태양은, 금속 산화물이 코팅된 CMS계 형광체를 제공한다.
상기 본 발명의 다른 과제를 이루기 위하여, 본 발명의 제2태양은, 전술한 바와 같이 금속 산화물이 코팅된 CMS계 형광체, 바인더 및 용매를 포함하는 형광체 페이스트 조성물을 제공한다.
상기 본 발명의 또 다른 과제를 이루기 위하여, 본 발명의 제3태양은, 전술한 바와 같이 금속 산화물이 코팅된 CMS계 형광체를 포함한 형광층을 구비한 평판 디스플레이 장치를 제공한다.
전술한 바와 같이 금속 산화물이 코팅된 CMS계 형광체의 표면 대전 특성은 (+)극성을 갖게 되는 바, 상기 금속 산화물이 코팅된 CMS계 형광체를 이용하면 휘도 저하없이도 우수한 방전 성능을 얻을 수 있다,
이하, 본 발명에 대해서 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
CMS계 형광체는 호스트 중 Ca, Mg 및 Si를 포함하는 형광체로서, 통상 청색 형광체이다. 상기 CMS계 형광체는 하기 표 1로부터 확인할 수 있는 바와 같이, 대전량 및 Zeta potential이 (-)극성을 갖는다. 그러나, 통상적으로 사용되는 적색 형광체 및 녹색 형광체의 표면 대전 특성은 (+)극성을 갖다:
종류 대전량 (μC/g) Zeta potential (mV)
적색 형광체 ReBO3:Eu3+ (이 중, Re는 Sc, Y, La, Ce 및 Gd 중 선택된 하나 이상의 희토류 원소임) +1.2 +40
Y2O3:Eu3+ +1.0 +38
Y(V,P)04:Eu3+ +1.0 +36
녹색 형광체 (Zn, A)2SiO4:Mn (이 중, A는 알칼리 토금속이며, 선택적으로 포함될 수 있음) +0.8 +32
(BaSrMg)O·Al2O3:Mn(이 중, a는 1~23임) +1.1 +44
LaMgAlxOy:Tb (이 중, x는 1~14이고, y는 8~47임) +1.0 +38
ReBO3:Tb3+ (이 중, Re는 Sc, Y, La, Ce 및 Gd 중 선택된 하나 이상의 희토로 원소임) +1.2 +46
MgAlxOy:Mn (이 중, x는 1~10이고, y는 1~30임) +1.1 +38
청색 형광체 BaMgAlxOy:Eu2+ (이 중, x는 1~10이고, y는 1~30임) +1.2 +45
CaMgSixOy:Eu2+ (이 중, x는 1~10이고, y는 1~30임) -0.4 -12
이러한 CMS계 형광체의 (-)표면 대전 특성에 의하여, 예를 들어, 플라즈마 디스플레이 패널에 사용될 경우 오방전의 원인이 될 수 있다. 플라즈마 디스플레이 패널 중 적색, 녹색, 청색의 각 셀에는 각각 상이한 전압이 인가되는 것이 아니라, 동일한 전압이 인가되게 된다. 그러나, 상기 표 1로부터 확인할 수 있는 바와 같이, 통상적으로 사용되는 적색 형광체 및 녹색 형광체의 표면 대전 특성은 (+)극성을 가지나, CMS계 형광체의 표면 대전 특성은 (-)극성을 가지므로, 적색, 녹색, 청색의 각 셀에 동일한 전압을 인가할 경우, 오방전이 일어날 수 있다. 하지만, 청색 형광체로서, 본원 발명에서와 같이 금속 산화물이 코팅된 CMS계 형광체를 사용할 경우, CMS계 형광체의 표면 대전 특성은 (-)극성이 아닌, (+)극성을 갖게 되므로, 형광체 간의 표면 대전 특성 차이로 인한 오방전이 방지될 수 있는 것이다.
상기 금속 산화물이 코팅된 CMS계 형광체 중 CMS계 형광체는, 예를 들어, 하기 화학식 1을 가질 수 있다:
<화학식 1>
CaMgSixOy:Eu+2
상기 화학식 1 중, 1≤x≤10이고, 1≤y≤30이다.
보다 구체적으로, 상기 금속 산화물이 코팅된 CMS계 형광체 중 CMS계 형광체는 CaMgSi2O6:Eu2+ 형광체일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
전술한 바와 같은 CMS계 형광체는 장시간 사용하여도 휘도 열화가 없는 바, 평판 디스플레이 장치, 예를 들면, 플라즈마 디스플레이 패널, 전자 방출 디스플레이 장치 등에서 청색 형광체로서 유용하게 사용될 수 있다.
한편, 전술한 바와 같은 CMS계 형광체에 코팅될 수 있는 금속 산화물은 CMS계 형광체의 표면 대전 특성을 (+)로 만들 수 있는 금속 산화물 중에서 선택될 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 산화물은, MgO, ZnO, PbO, Eu2O3, Nd2O3, Tm2O3, Dy2O3, Y2O3, La2O3, Al2O3, Tl2O3, In2O3, Bi2O3, HfO2, CoO, CuO, NiO, Ga2O3, MnO2, CeO2, Cr2O3 및 Sc2O3으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 산화물일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 금속 산화물은 10nm 내지 200nm, 바람직하게는 30nm 내지 170nm의 평균 입경을 가질 수 있다. 상기 금속 산화물의 평균 입경이 10nm 미만인 경우, CMS계 형광체의 표면 대전 특성이 만족스러운 정도로 (+)극성으로 변환되지 않을 수 있고, 상기 금속 산화물의 평균 입경이 200nm를 초과할 경우, 여기원인 진공자외선을 차단하여 발광량을 줄어들게 하거나, 형광체로부터 야기된 광이 방출되는 것을 막는 문제점이 있을 수 있다.
상기 금속 산화물은 CMS계 형광체 표면에 다양한 형태로 코팅될 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 산화물은 CMS계 형광체 표면에 부분 코팅될 수 있다. 즉, 상기 금속 산화물은 CMS계 형광체 표면에 불연속적으로 코팅될 수 있는데, 이 때, 상기 CMS계 형광체 표면에 부분 코팅된 금속 산화물의 함량은, CMS계 형광체 100중량부 당 0.01중량부 내지 5중량부, 바람직하게는 0.05중량부 내지 1중량부일 수 있다. 상기 금속 산화물의 함량이 CMS계 형광체 100중량부 당 0.01중량부 미만일 경우, CMS계 형광체의 표면 대전 특성이 만족스러운 정도의 (+)극성을 갖지 못할 수 있고, 상기 금속 산화물의 함량이 CMS계 형광체 100중량부 당 5중량부를 초과할 경우, 여기원인 진공자외선을 차단하여 발광량을 줄어들게 하거나, 형광체로부터 야기된 광이 방출되는 것을 막는 문제점이 있을 수 있다.
한편, 상기 금속 산화물은 상기 CMS계 형광체 표면에 전면 코팅될 수도 있다. 즉, 상기 금속 산화물은 상기 CMS계 형광체 표면에 연속적으로 코팅되어, CMS계 형광체 표면 전체를 금속 산화물층이 덮고 있는 것으로 관찰될 수 있다. 이 때, 상기 CMS계 형광체 표면 전체에 코팅된 금속 산화물층의 두께는 10nm 내지 200nm, 바람직하게는 30nm 내지 100nm일 수 있다. 상기 금속 산화물층의 두께가 10nm 미만인 경우, CMS계 형광체 표면이 만족스러운 정도의 (+)극성을 갖지 못할 수 있고, 상기 금속 산화물층의 두께가 100nm를 초과할 경우, 여기원인 진공자외선을 차단하여 발광량을 줄어들게 하거나, 형광체로부터 야기된 광이 방출되는 것을 막는 문제점이 있을 수 있다.
전술한 바와 같은 금속 산화물을 CMS계 형광체 표면에 코팅시키는 방법은, 공지된 다양한 방법들, 예를 들면, 고상법, 분무 열분해법, 액상법, 습식 코팅 방법인 졸-겔법(sol-gel method), 침전법 등에 의하여 수행될 수 있다.
예를 들어, 졸-겔법을 이용하여 금속 산화물을 CMS계 형광체 표면에 코팅시키기 위한 방법은, 금속 산화물 전구체 및 용매를 포함하는 코팅액을 준비하는 단계, 상기 코팅액과 CMS계 형광체를 접촉시켜 상기 코팅액을 CMS계 형광체에 코팅하는 단계, 코팅된 형광체를 건조 및 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.
먼저, 금속 산화물 전구체 및 용매를 포함하는 코팅액을 준비한다.
상기 금속 산화물 전구체로는 금속 알콕사이드, 금속 나이트레이트(예를 들면, Mg, Zn, Pb, Eu, Nd, Tm, Dy, Y, La, Al, Tl, In, Bi, Hf, Co, Cu, Ni, Ga, Mn, Ce, Cr 또는 Sc의 알콕사이드 또는 나이트레이트)가 사용될 수 있으며, 상기 용매로는 에탄올, 1-프로파놀, 2-프로판놀, 메탄올 및 이들 중 2 이상의 혼합물 등이 사용가능하나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 코팅액의 pH는 금속 산화물을 형광체 표면에 부분 코팅할 것인지, 전면 코팅할 것인지에 따라 상이할 수 있으나, 대략 1.0 내지 3.0, 바람직하게는 2.0일 수 있다. 상기 코팅액의 pH가 상술한 범위를 벗어날 경우, 색좌표가 저하될 수 있다.
이 후, 상기 코팅액을 CMS계 형광체와 접촉시켜 이를 CMS계 형광체 표면에 코팅한다.
코팅액으로 코팅된(부분 코팅 및 전면 코팅을 모두 포함함) 형광체의 열처리 온도는 600℃ 내지 1000℃, 바람직하게는 800℃일 수 있다. 코팅된 형광체의 열처리 온도 범위가 600℃ 미만인 경우, 금속 산화물이 효과적으로 형광체 표면에 형성되지 않을 수 있고, 코팅된 형광체의 열처리 온도 범위가 1000℃를 초과할 경우, 형광체의 열화가 있어 휘도가 감소될 수 있다.
한편, 전술한 바와 같은 금속 산화물은 증착 방법을 통하여, CMS계 형광체 표면에 코팅될 수 있다. 상기 증착 방법의 예로는 플라즈마 화학 기상 증착법(PVD), 화학 기상 증착법(CVD), 스퍼터링법, 전자 빔 증발법(electron beam evaporation), 진공 열 증발법(vaccum thermal evaporation), 레이저 어블레이션(laser ablation), 열 증발(thermal evaporation), 레이저 화학 기상 증착법, 젯트 기상 증착법 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
전술한 바와 같은 금속 산화물이 코팅된 CMS계 형광체는 각종 평판 디스플레이 장치, 예를 들면, 플라즈마 디스플레이 패널, 전자 방출 디스플레이 장치 등에 구비된 형광층에 사용될 수 있다. 특히, 상기 금속 산화물이 코팅된 CMS계 형광체가 플라즈마 디스플레이 패널에 사용될 경우, 상기 금속 산화물이 코팅된 CMS계 형광체의 표면 대전 특성은, 플라즈마 디스플레이 패널에 통상적으로 사용되는 적색 형광체 및 녹색 형광체과 마찬가지로 (+)극성을 갖게 되는 바, 오방전이 방지되어 우수한 방전 안정성을 가질 수 있게 된다.
상기 금속 산화물이 코팅된 CMS계 형광체를 포함한 형광층을 구비한 평판 디스플레이 장치는, 전술한 바와 같이 금속 산화물이 코팅된 CMS계 형광체, 바인더 및 용매를 포함하는 형광체 페이스트 조성물을 제공하는 단계와, 상기 형광체 페이스트 조성물을 기판에 도포하는 단계와, 상기 도포된 형광체 페이스트 조성물을 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.
먼저, 전술한 바와 같이 금속 산화물이 코팅된 CMS계 형광체, 바인더 및 용매를 포함하는 형광체 페이스트 조성물을 제공한다. 상기 형광체 페이스트 조성물 중 금속 산화물이 코팅된 CMS계 형광체에 대한 상세한 설명은 전술한 바를 참조한다.
상기 형광체 페이스트 조성물 중 바인더는 형광체 페이스트 조성물에 적합한 점도를 부여하며, 일반적으로 인쇄 공정시 인쇄 마스크면에서 사출되어, 균일한 형광층이 형성될 수 있도록 금속 산화물이 코팅된 CMS계 형광체를 감싸는 역할을 할 수 있다. 상기 바인더는 예를 들면, 셀룰로오스계 수지, 아크릴계 수지로 이루어진 군 중 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 바인더는 예를 들면, 에틸 셀룰로오스, 니트로 셀룰로오스, 아크릴 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 바인더의 함량은 상기 금속 산화물이 코팅된 CMS계 형광체 100중량부 당 5중량부 내지 25중량부, 바람직하게는 7중량부 내지 20중량부일 수 있다. 상기 바인더의 함량이 상기 금속 산화물이 코팅된 CMS계 형광체 100중량부 당 5 중량부 미만인 경우, 충분한 점도를 얻지 못하는 문제점이 발생할 수 있고, 상기 바인더의 함량이 금속 산화물이 코팅된 CMS계 형광체 100중량부 당 25중량부를 초과하는 경우, 바인더의 탄소 성분이 형광체 페이스트 조성물의 소성시 충분히 제거되지 않아서 형광체를 열화시키는 문제점이 발생할 수 있기 때문이다.
상기 형광체 페이스트 조성물 중 용매는 형광체 페이스트 조성물에 적합한 흐름성을 부여하며, 형광체를 분산시키는 역할과 바인더를 용해시키는 역할을 한다. 상기 용매는 구체적으로, 터피네올, 부틸 카비톨, 부틸 카비톨 아세테이트, 펜테인디올, 다이펜틴, 리모닌 및 증류수로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 용매의 함량은 금속 산화물이 코팅된 CMS계 형광체 100중량부 당 90중량부 내지 250중량부, 바람직하게는 100중량부 내지 230중량부일 수 있다. 상기 용매의 함량이 상기 금속 산화물이 코팅된 CMS계 형광체 100중량부 당 90중량부 미만인 경우, 형광체 페이스트 조성물의 분산성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있고, 상기 용매의 함량이 상기 금속 산화물이 코팅된 CMS계 형광체 100중량부 당 250중량부를 초과하는 경우, 형광체 페이스트 조성물의 점도가 형광체층 형성에 부적합할 수 있다는 문제점이 발생할 수 있기 때문이다.
상기 형광체 페이스트 조성물은, 금속 산화물이 코팅된 CMS계 형광체, 바인더 및 용매 외에도, 소포제, 분산제, 가소제 등을 더 포함할 수 있다. 상기 소포제 또는 분산제로는 실리콘 폴리에스테르 수지 등을 이용할 수 있으며, 상기 가소제로는 프탈레이트계 화합물, 예를 들면 디옥틸 프탈레이트 2-에틸헥실 프탈레이트, 디이소노닐 프탈레이트, 디부틸 프탈레이트, 디이소데실 프탈레이트 등을 이용할 수 있다.
상기 형광체 페이스트 조성물의 점도는 15000cps 내지 23000cps, 바람직하게는 17000cps 내지 21000cps일 수 있다. 형광체 페이스트 조성물의 점도가 상기 범위를 벗어나는 경우에는 도포시 인쇄성이 저하될 수 있어 정밀한 패턴의 형광층을 형성할 수 없다는 문제점이 발생할 수 있기 때문이다.
이후, 전술한 바와 같이 준비된 형광체 페이스트 조성물을 "기판" 상에 도포한다. 이 때, "기판"이란 형광층을 형성하고자 하는 영역을 구비한 지지체로서, 상기 "기판"은 형성하고자 하는 평판 디스플레이 장치의 종류에 따라 당업자에게 용이하게 이해될 수 있는 것이다. 예를 들어, 플라즈마 디스플레이 패널을 형성하는 경우에는 배면기판, 어드레스 전극, 상기 어드레스 전극을 덮는 후방유전체층, 발광셀을 구획하는 격벽 등이 구비된 후방패널 중 발광셀 내측일 수 있다.
상기 형광체 페이스트 조성물의 도포 방법으로는 공지된 다양한 방법을 이용할 수 있다. 예를 들면, 디스펜서 장치 등을 이용할 수 있다.
전술한 바와 같이, 상기 형광체 페이스트 조성물을 도포한 다음, 이를 열처리한다. 본 발명의 형광체 페이스트 조성물을 이용하는 경우, 상기 열처리 단계에 사용된 온도 및 시간은 형광체 페이스트 조성물에 포함된 물질에 따라 상이하나, 통상적으로 400℃ 내지 560℃, 바람직하게는 450℃ 내지 510℃의 온도 범위 및 10분 내지 45분, 바람직하게는 15 내지 30분의 시간 범위 내에서 선택될 수 있다. 상기 열처리 온도 범위 및 열처리 시간 범위에 미치지 못할 경우, 바인더 및 용매가 충분히 제거되지 않을 수 있고 상기 열처리 온도 범위 및 열처리 시간 범위를 초과할 경우, 형광체가 열화될 수 있다.
본 발명의 평판 디스플레이 장치는 전술한 바와 같은 단계를 거쳐, 금속 산화물이 코팅된 CMS계 형광체를 포함한 형광층을 구비할 수 있으며, 이러한 평판 디스플레이 장치의 예로는 플라즈마 디스플레이 패널, 전자 방출 디스플레이 장치 등을 들 수 있다. 이 중, 본 발명을 따르는 플라즈마 디스플레이 패널의 일구현예는 도 1에 도시되어 있다.
도 1 중, 전방패널(110)은 전면기판(111), 상기 전면기판의 배면(111a)에 형성된 Y전극(112)과 X전극(113)을 구비한 유지전극쌍(114)들, 상기 유지전극쌍들을 덮는 전방유전체층(115) 및 상기 전방유전체층을 덮는 보호막(116)을 구비한다. 상기 Y전극(112)과 X전극(113) 각각은 ITO 등으로 형성된 투명전극(112b, 113b)과 도전성 좋은 금속으로 형성된 버스전극(112a, 113a)을 구비한다.
한편, 후방패널(120)은 배면기판(121), 배면기판의 전면(121a)에 상기 유지전극쌍과 교차하도록 형성된 어드레스 전극들(122), 상기 어드레스 전극들을 덮는 후방유전체층(123), 상기 후방유전체층 상에 형성되어 발광셀(126)들을 구획하는 격벽(124)을 포함한다. 본 발명에 따라, 금속 산화물이 코팅된 CMS계 형광체를 포함한 형광층(125)은 상기 발광셀 내측에 배치되어 있다. 상기 금속 산화물로 코팅된 CMS계 형광체의 표면 대전 특성은 (+)극성을 갖는 바, 통상적으로 표면 대전 특성이 (+)인 적색 형광체 및/또는 녹색 형광체와 함께 사용할 경우, 표면 대전 특성의 차이에 기인하는 오방전이 방지되어, 우수한 방전 안정성을 제공할 수 있다. 상기 금속 산화물로 코팅된 CMS계 형광체에 대한 상세한 설명은 전술한 바와 동일하므로 생략한다.
또한, 본 발명을 따르는 전자 방출 디스플레이 장치의 일구현예는 도 2에 도시되어 있다. 도 2에 도시된 전자 방출 디스플레이 장치는 캐소드 전극(212), 애노드 전극(222) 및 게이트 전극(214)을 갖는 3극관의 구조로 이루어져 있다. 상기 캐소드 전극(212)과 게이트 전극(214)은 전자 방출원(216)이 배치된 배면 기판(211) 상에 형성되어 있고, 애노드 전극(222)은 전면 기판(221)의 저면에 형성되어 있으며, 애노드 전극(222)의 저면에는 본 발명에 따라 금속 산화물로 코팅된 CMS계 형광체를 포함한 형광층(223)과 콘트라스트 향상을 위한 블랙 매트릭스(224)가 형성되어 있고, 캐소드 전극(212)의 위에는 미세한 개구들(215)을 갖는 절연층(213) 및 게이트 전극(214)이 적층되어 있다. 상기 금속 산화물로 코팅된 CMS계 형광체에 대한 상세한 설명은 전술한 바와 동일하므로 생략한다. 그리고, 배면 기판(211)과 전면 기판(221)은 그 사이에 배치되는 스페이서(231)에 의해 서로 간의 간격이 유지되도록 되어 있다.
본 발명의 금속 산화물이 코팅된 CMS계 형광체를 포함한 형광층을 구비한 평판 디스플레이 장치로서, 플라즈마 디스플레이 패널 및 전자 방출 디스플레이 장치를 예로 들어 설명하였으나, 이 밖에도 다양한 디스플레이 장치의 제조에 사용될 수 있음은 물론이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기로 하되, 본 발명이 하기 실시예로만 제한되는 것으로 해석되어서는 아니될 것이다.
[실시예]
실시예 1
MgO(평균 입경은 80nm인 입자임)가 부분 코팅된 CaMgSi2O6:Eu2+ 형광체를 준비하였다.
MgO가 부분 코팅된 CaMgSi2O6:Eu2+ 형광체를 얻기 위하여, 졸-겔법을 이용하였다. 먼저, MgO의 전구체로서 Mg(OCH3)2 및 용매로서 에탄올과 2-프로판올의 혼합물을 준비한 다음, 이들을 혼합하여 코팅액을 얻었다. 이 때, 에탄올과 2-프로판올의 부피비는 최종 코팅액의 pH가 2.0이 되도록 조절하였다. 상기 코팅액과 CaMgSi2O6:Eu2 + 형광체를 상온에서 약 12시간 동안 접촉시켜, 상기 코팅액을 CaMgSi2O6:Eu2 + 형광체 표면에 코팅시킨 다음, 이를 약 800℃의 온도에서 열처리하여, CaMgSi2O6:Eu2+ 형광체 100중량부 당 0.2중량부의 함량으로 MgO가 부분 코팅된 CaMgSi2O6:Eu2+ 형광체를 얻었다.
전술한 바와 같이 준비된 MgO가 부분 코팅된 CaMgSi2O6:Eu2+ 형광체(분말 상태임)의 대전량 및 Zeta potential을 각각, 도시바 케미컬(Toshiba Chemical co.)사의 대전량 측정 장비 TB-200 및 Malvern사의 Zeta Master 기기를 이용하여 측정하였더니, 1.2μC/g 및 44Mv이었다.
상기 MgO가 부분 코팅된 CaMgSi2O6:Eu2+ 형광체 100 중량부 당, 바인더로서 에틸 셀룰로오스 15중량부 및 용매 150중량부를 페이스트 전용 교반기를 이용하여 교반하여, 19000cps 내지 21000cps의 점도를 갖는 청색 형광체 페이스트 조성물 1Kg을 제조하였다. 상기 용매로는 7:3의 부피비로 혼합된 터피네올과 부틸카비톨아세테이트의 혼합물을 사용하였다.
이 후, 어드레스 전극, 상기 어드레스 전극을 덮는 후방 유전체층, 발광셀을 한정하는 격벽이 구비된 배면 기판을 준비하여, 상기 발광셀 중 청색 형광층이 형성될 영역에 전술한 바와 같이 준비된 청색 형광체 페이트스 조성물, 적색 형광층이 형성될 영역에 (Y,Gd)BO3:Eu3+ 형광체를 포함한 적색 형광체 페이스트 조성물, 녹색 형광층이 형성될 영역에 Zn2SiO4:Mn2+ 및 YBO3:Tb3+ 형광체를 포함한 녹색 형광체 조성물을 각각 디스펜서 장치를 사용하여 분사하였다. 토출 압력은 각각의 페이스트 조성물에 대하여 유전체로부터 약 100㎛ 정도를 나타내는 압력으로 정하였다. 발광셀 내에 도포된 각 조성물을 초기 100℃에서 15분 유지 후, 50℃ 증가 마다 15분씩 각 온도에서 유지하였다. 이렇게 온도를 천천히 상승시켜 500℃의 온도에서 40분간 열처리하였다. 열처리 분위기는 대기 상태 또는 질소 분위기였다. 이로부터 얻은 패널을 패널 1이라고 한다.
실시예 2 내지 22
CaMgSi2O6:Eu2+ 형광체에 MgO 대신 하기 표 2에 기재된 바와 같은 금속 산화물을 부분 코팅(실시예 2 내지 22 중, Zn, Pb, Eu, Nd, Tm, Dy, Y, La, Al, Tl, In, Bi, Hf, Co, Cu, Ni, Ga, Mn, Ce, Cr 또는 Sc의 메톡사이드가 각각 사용되었음)하였다는 점을 제외하고는, 상기 실시예 1에 기재된 바와 같은 방법으로 패널 2 내지 22를 제작하였다:
실시예 번호 CaMgSi2O6:Eu2 + 형광체에 부분 코팅된 금속 산화물 금속 산화물의 평균 입경(nm) 금속 산화물이 부분 코팅된 CaMgSi2O6:Eu2+ 형광체의 대전량(μC/g) 금속 산화물이 부분 코팅된 CaMgSi2O6:Eu2+ 형광체의 Zeta Potential(mV)
1 MgO 80 +1.2 +44
2 ZnO 75 +1.2 +38
3 PbO 127 +1.4 +55
4 Eu2O3 139 +1.2 +36
5 Nd2O3 142 +1.0 +38
6 Tm2O3 162 +0.8 +38
7 Dy2O3 155 +1.5 +48
8 Y2O3 124 +1.4 +50
9 La2O3 128 +1.6 +55
10 Ga2O3 96 +1.5 +49
11 MnO2 82 +1.1 +32
12 Al2O3 52 +1.2 +40
13 Tl2O3 130 +1.0 +36
14 In2O3 114 +1.2 +48
15 Bi2O3 106 +1.4 +55
16 HfO2 156 +1.2 +50
17 CoO 61 +1.3 +52
18 CuO 78 +1.2 +46
19 NiO 42 +1.0 +52
20 CeO2 96 +0.8 +40
21 Cr2O3 63 +1.0 +42
22 Sc2O3 94 +1.0 +44
비교예
청색 형광체 페이스트 조성물 제조시 MgO가 부분 코팅된 CaMgSi2O6:Eu2+ 형광체 대신 금속 산화물이 코팅되지 않은 CaMgSi2O6:Eu2+ 형광체를 사용하였다는 점을 제외하고는 상기 실시예 1에서와 동일한 방법으로 패널을 제작하였다. 이로부터 얻은 패널을 패널 A라 한다.
평가예
패널 1 내지 22 및 패널 A에 대하여 방전 편차 및 500시간 후 휘도 유지율을 평가하였다. 방전 편차는 하기 수학식 1에 따라 계산하였다:
<수학식 1>
Nt/No=exp((-t-tf)/ts)
상기 수학식 1 중, Nt는 t시간에서 방전이 일어나지 않은 오방전(missed discharge) 회수이고, No는 방전 지연 시간 측정 회수이고, tf는 형성 지연 시간이고, ts는 방전 편차이다.
한편, 10-5torr의 진공 챔버를 구비한 Darsa system에서 Kr-램프를 구비한 스펙트로메터(Kr-lamp spectrometer)를 이용하여, 각 패널의 초기 휘도 측정한 후, 500시간 후 초기 휘도 측정과 동일한 방법으로 각 패널의 휘도를 측정하여, 초기 휘도에 대한 500시간 후 휘도의 백분율로서 휘도 유지율을 평가하였다.
전술한 바와 같은 방법으로 측정된, 각 패널에 대한 방전 편차 및 500시간 후 휘도 유지율은 하기 표 3을 참조한다:
실시예 번호 CaMgSi2O6:Eu2 + 형광체에 코팅된 금속 산화물 방전 편차(nsec) 500시간 후 휘도 유지율(%)
A - 592 85
1 MgO 42 92
2 ZnO 43 93
3 PbO 47 92
4 Eu2O3 50 92
5 Nd2O3 53 90
6 Tm2O3 49 90
7 Dy2O3 45 92
8 Y2O3 43 93
9 La2O3 42 92
10 Ga2O3 49 90
11 MnO2 48 90
12 Al2O3 42 93
13 Tl2O3 50 92
14 In2O3 52 91
15 Bi2O3 56 91
16 HfO2 55 93
17 CoO 55 92
18 CuO 53 90
19 NiO 53 90
20 CeO2 60 91
21 Cr2O3 47 90
22 Sc2O3 76 91
상기 표 3으로부터, 금속 산화물이 코팅되지 않은 CaMgSi2O6:Eu2 + 형광체를 포함한 형층을 구비한 패널 A는 방전 편차가 무려 592nsec로서 매우 불량한 방전 안정성을 가지며, 500시간 후 휘도 유지율로 85%에 불과한 것을 확인할 수 있다. 그러나, 본 발명에 따라 금속 산화물이 코팅된 CaMgSi2O6:Eu2+ 형광체를 포함한 형광층을 구비한 패널 1 내지 22는 방전 편차가 최대 68nsec에 불과하여 매우 우수한 방전 안정성을 가지며, 500시간 후 휘도 유지율도, 모두 90%를 넘는 등, 장시간 사용하여도 휘도 열화가 거의 없음을 알 수 있다.
본 발명의 금속 산화물이 코팅된 CMS계 형광체는 표면 대전 특성이 (+)극성을 갖는 바, 통상적으로 표면 대전 특성이 (+)극성을 갖는 다른 적색 형광체 및/또는 녹색 형광체와 함께 사용할 경우, 우수한 방전 안정성 및 높은 휘도 유지 특성을 나타낼 수 있다. 이와 같이 금속 산화물이 코팅된 CMS계 형광체를 이용할 경우, 신뢰성이 향상된 평판 디스플레이 장치, 예를 들면 플라즈마 디스플레이 패널, 전자 방출 디스플레이 장치 등을 얻을 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (15)

  1. 금속 산화물이 코팅된 CMS계 형광체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 CMS계 형광체가 하기 화학식 1을 갖는 것을 특징으로 하는 금속 산화물이 코팅된 CMS계 형광체:
    <화학식 1>
    CaMgSixOy:Eu+2
    상기 화학식 1 중, 1≤x≤10이고, 1≤y≤30이다.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 CMS계 형광체가 CaMgSi2O6:Eu2+ 형광체인 것을 특징으로 하는 금속 산화물이 코팅된 CMS계 형광체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 금속 산화물이 MgO, ZnO, PbO, Eu2O3, Nd2O3, Tm2O3, Dy2O3, Y2O3, La2O3, Al2O3, Tl2O3, In2O3, Bi2O3, HfO2, CoO, CuO, NiO, Ga2O3, MnO2, CeO2, Cr2O3 및 Sc2O3으 로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 산화물인 것을 특징으로 하는 금속 산화물이 코팅된 CMS계 형광체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 금속 산화물이 10nm 내지 200nm의 평균 입경을 갖는 것을 특징으로 하는 금속 산화물이 코팅된 CMS계 형광체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 금속 산화물이 CMS계 형광체 표면에 부분 코팅된 것을 특징으로 하는 금속 산화물이 코팅된 CMS계 형광체.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 CMS계 형광체 표면에 부분 코팅된 금속 산화물의 함량이 CMS계 형광체 100중량부 당 0.01 중량부 내지 5중량부인 것을 특징으로 하는 금속 산화물이 코팅된 CMS계 형광체.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 금속 산화물이 상기 CMS계 형광체 표면에 전면 코팅된 것을 특징으로 하는 금속 산화물이 코팅된 CMS계 형광체.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 CMS계 형광체 표면에 전면 코팅된 급속 산화물층의 두께가 10nm 내지 200nm인 것을 특징으로 하는 금속 산화물이 코팅된 CMS계 형광체.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 금속 산화물이 코팅된 CMS계 형광체, 바인더 및 용매를 포함하는 형광체 페이스트 조성물.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 바인더는 에틸 셀룰로오스, 니트로 셀룰로오스, 아크릴 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 형광체 페이스트 조성물.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 용매는 터피네올, 부틸 카비톨, 부틸 카비톨 아세테이트, 펜테인디올, 다이펜틴, 리모닌 및 증류수로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 형광체 페이스트 조성물.
  13. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 금속 산화물이 코팅된 CMS계 형광체를 포함하는 형광층을 구비한 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 평판 디스플레이 장치가 플라즈마 디스플레이 패널인 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이 장치.
  15. 제13항에 있어서, 상기 평판 디스플레이 장치가 전자 방출 디스플레이 장치인 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이 장치.
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