KR100766823B1 - 질소를 함유하는 방전 가스를 이용하는 플라즈마디스플레이 패널 - Google Patents

Abstract

본 발명은 방전 효율의 향상을 위해 방전 가스 중 크세논이 높은 농도로 함유되는 경우에 고화질의 화면이 구현 가능한 플라즈마 디스플레이 패널에 관한 것이다. 본 발명의 플라즈마 디스플레이 패널은 방전 가스로 질소 가스를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면 질소 가스의 첨가로 방전 지연 시간을 감소시켜 구동 마진을 확보할 수 있으며, 종래의 플라즈마 디스플레이가 갖는 잔상 현상을 개선하므로 고화질 및 고신뢰성을 갖는 플라즈마 디스플레이 패널을 제공할 수 있다.

방전 지연 시간, 잔상 현상, Xe 플라즈마, 질소 가스, 플라즈마 디스플레이 패널, 구동 마진

Description

질소를 함유하는 방전 가스를 이용하는 플라즈마 디스플레이 패널{PLASMA DISPLAY PANEL USING NITROGEN GAS}

도 1은 Xe 가스를 방전 가스로 포함하는 종래의 3전극 면방전형 플라즈마 디스플레이 패널의 구조를 개념적으로 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 PDP의 구조로서, 질소 가스를 방전 가스의 일부로 포함하는 3전극 면방전형 플라즈마 디스플레이 패널의 구조를 개념적으로 도시한 도면이다.

도 3는 도 2의 플라즈마 디스플레이 패널 구조에 적용 가능한 구동 파형의 일례를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 4는 ADS 방식으로 구동되는 PDP에서 발생하는 방전 지연을 개념적으로 설명하기 위한 도면이다.

도 5a 내지 도 5c는 각각 본 발명에 따라 방전 가스 중 질소 가스의 농도를 변화시킴에 따라 도 4에서 설명한 방식으로 측정된 형성 지연 시간, 통계 지연 시간 및 방전 지연 시간을 나타낸 그래프이다.

<도면의 부호에 대한 간단한 설명>

110 : 전면판 112 : 유지 전극

114 : 버스 전극 116 : 스캔 전극

120 : 투명도전막 130 : 보호막

210 : 배면판 212 : 어드레스 전극

220 : 유전층 230 : 격벽

300A, 300B : 방전 가스

R, G, B : 형광체층

본 발명은 크세논을 방전 가스로 포함하는 플라즈마 디스플레이 패널에 관한 것으로, 보다 상세하게는 방전 효율의 향상을 위해 방전 가스 중 크세논이 높은 농도로 함유되는 경우에 질소 가스를 첨가하여 고화질의 화면이 구현 가능한 플라즈마 디스플레이 패널에 관한 것이다.

도 1은 종래의 교류형 플라즈마 디스플레이 패널(이하 'PDP'라 한다) 구조를 개념적으로 도시한 도면이다. 도시된 구조의 PDP는 특히 3전극 면방전형(surface discharge type) PDP로 부르며, 어드레스 디스플레이 구간 구분(Address Display Separated period, 이하 'ADS'라 한다) 방식을 사용하여 구동되는 것이 일반적이다.

도시된 바와 같이, 상기 패널은 전면 판에 나란히 배열된 유지 전극(sustain electrode, 112) 및 스캔 전극(scan electrode, 116)과 배면 판에 상기 유지 전극(112) 및 스캔 전극(116)에 수직인 방향으로 배열된 어드레스(address) 전극(212)을 구비하고 있다. 상기 유지 전극(112) 및 스캔 전극(114)은 일반적으로 인듐주석산화물(indium tin oxide, ITO)과 같은 투명 전극으로 된 도전막으로 구성되며, 투명 도전막이 갖는 높은 저항을 상쇄하기 위해 상기 투명 도전막의 가장자리를 따라 실버 페이스트로 형성되는 버스 전극(114)이 배열되어 있다. 상기 유지 전극(112) 및 스캔 전극(116)상에는 보통 두께 30 ㎛ 정도의 저융점 유리로 된 유전체층(120)이 도포되며, 그 표면에는 산화 마그네슘과 같은 보호막(130)이 증착된다.

상기 어드레스 전극(212)상에는 통상 두께 10 ㎛의 유전체층(220)이 도포되며, 그 유전체층(220)상에 약 150 ㎛ 높이의 격벽(230)이 상기 어드레스 전극(212)과 평행한 방향으로 배열되어 있다. 이들 격벽(230)에 의해서 방전 공간이 부픽셀마다 정의되며 구획된다. 상기 격벽(230)에는 컬러 표시를 위한 적색, 녹색 및 청색의 형광체층(R, G, B)이 설치된다. 상기 전면판(110)과 배면판(210) 사이의 방전 공간에는 플라즈마 방전을 위한 방전 가스(300A)가 충전되어 있고, 형광체층(R, G, B)에서의 1픽셀은 행방향으로 나란히 배열되는 3개의 부픽셀로 구성된다. 부픽셀 내의 구조체를 셀이라 한다.

상기 방전 공간에 봉입된 방전 가스(300A)는 화학적으로 안정된 불활성 가스 즉 헬륨, 네온, 아르곤, 크세논과 같이 플라즈마 상태에서 약 200 nm이하의 진공 자외선을 방사하는 기체로 구성된다. 특히 크세논은 자외선의 방사 강도가 높고 긴 파장(147 nm 및 173 nm)의 자외선을 방출하여 형광체의 들뜸 특성과 발광도를 좋게 하므로 방전 가스로 선호되고 있다.

그러나, 크세논은 여타 가스에 비해 충돌 단면적이 크기 때문에 높은 방전 개시 전압이 요구되어 단독으로는 플라즈마 발생이 곤란하다는 문제를 가지고 있다. 이에 따라 통상의 PDP는 방전 가스로 크세논에 헬륨, 아르곤, 네온 등의 다른 기체를 혼합하여 방전 가스로 사용한다. 이와 같은 방전 가스의 혼합은 소위 페닝 효과라 부르는 방전 촉진 현상을 유발하여 방전 개시 전압을 낮출수 있다.

예컨대 Ne-Xe 혼합 가스 또는 He-Xe 혼합 가스에 방전 전압이 가해지면 He이나 Ne의 이온화 에너지 보다 낮은 에너지를 갖는 준안정 상태인 He^*(19.80 eV) 및 Ne^*(16.62 eV)가 존재한다. 준안정 여기 상태인 He^* 및 Ne^*는 이온화된 He⁺ 및 Ne⁺에 비해 상대적으로 긴 수명을 가지므로, 다시 준안정 여기 상태인 He^* 및 Ne^* 보다 낮은 이온화 에너지를 갖는 중성 Xe과 충돌하여 이를 이온화하거나 Xe^* 상태로 만들기에 적합하다. 따라서, Ne+He 또는 He+Xe 혼합가스 방전에서 Xe은 플라즈마의 발생을 촉진하는 촉매 역할을 수행한다.

이러한 이유로 종래에는 Ne-Xe, He-Xe 또는 Ne-He-Xe과 같은 혼합 가스가 방전 가스로 사용되어 왔다. 사용되는 혼합 가스 중 Xe의 농도는 통상 4 ~ 50 % 범위에 있으며, 방전 가스 중 Xe의 농도가 증가함에 따라 PDP의 발광 효율은 증대하는 것으로 알려져 있다. 또한 대략 4 ~ 6 % 범위의 Xe 농도는 발광 효율(luminous efficacy) 측면에서 적합하지 않으므로, 6 % 이상의 Xe 가스, 통상적으로는 10 ~ 30 %의 Xe 농도를 갖는 방전 가스가 주로 사용된다.

그러나, Xe 함량 증가를 통해 방전 가스의 발광 효율 증대 효과를 얻을 수 있는 반면, 다음과 같은 문제점이 수반된다.

먼저, Xe의 함량이 증가함에 따라 플라즈마의 방전 지연 현상이 심화된다. 이와 같은 방전 지연은 PDP의 구동 조건을 악화시켜 고속 구동을 곤란하게 하며, 그 결과 고화질의 화상 구현을 어렵게 한다.

두 번째로 Xe 함량 증가는 암잔상 현상을 심화시킨다. 암잔상 현상은 PDP 화면에 일정한 패턴 신호를 보내어 패턴을 표시하고 일정 시간 후에 패턴 신호를 보내지 않아도 그 패턴이 남아 있는 현상을 말하는 것으로, 디스플레이 패널의 신뢰성을 감소시키는 요인이 되고 있다.

본 발명은 고농도의 Xe을 포함하는 혼합 가스를 방전 가스로 하는 종래의 PDP가 갖고 있는 방전 지연과 잔상 문제를 해결하여 고화질 및 고신뢰성의 PDP를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명은 Xe 가스와, He, Ne, Ar 및 Kr을 포함하는 그룹 중에서 선택되는 최소한 1종의 가스를 첨가 가스로 포함하는 방전 가스의 방전에 의해 화상을 표시하는 플라즈마 디스플레이 패널에 있어서, 방전을 발생시키기 위한 하나 이상의 전극이 각각 형성되며, 서로 결합되어 플라즈마를 형성하기 위한 방전 공간을 형성하는 전면판 및 배면판; 및

상기 전면판 또는 배면판의 어느 한면에 형성되며 상기 방전 공간의 상기 방 전 가스로부터 방출되는 진공 자외선에 여기되어 발광하는 형광체를 포함하고,

상기 방전 공간의 상기 방전 가스는 질소 가스를 포함하고, 상기 질소 가스의 농도는 상기 Xe의 농도보다 작은 것을 특징으로 하는 것인 플라즈마 디스플레이 패널을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에서 상기 방전 가스 중 상기 Xe 가스의 농도는 약 4 ~ 50 %인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 상기 Xe 가스의 농도는 약 10 % 이상인 것이 좋다.

본 발명에서 상기 방전 가스는 방전 상태에서 Xe 원자 및 분자의 여기 상태가 기저 상태로 이동할 때 발생하는 자외선이 주종을 이루며, 이에 따라 상기 플라즈마 디스플레이 패널의 상기 형광체는 200 nm이하의 자외선에 대해 높은 양자 효율을 갖는 것이 바람직하다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상술한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 PDP의 구조를 도시한 도면이다. 도 2의 패널 구조는 방전 공간을 충진하는 방전 가스(300B)의 조성을 제외하고는 도 1과 관련하여 설명한 종래의 패널 구조와 유사하다. 그러므로, 도 1과 중복되는 이들 구성에 대한 설명은 생략한다. 물론, 도 2의 패널 구조는 본 발명을 설명하기 위해 예시적으로 채용한 것에 불과하며, 본 발명은 도시된 구조의 PDP에 한정되지 않고 당업계에 널리 알려진 통상의 직류형 및 교류형 PDP 뿐만 아니라 대향 방전형 PDP 에도 적용 가능하다.

도 2를 참조하면, PDP의 전면판(110) 및 배면판(120) 사이의 방전 공간에는 Xe을 진공 자외선의 샘으로 하는 방전 가스, 예컨대 He, Ne, Ar 및 Kr으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 1종 이상의 가스와 Xe 가스를 포함하는 방전 가스(300B), 바람직하게는 Ne-Xe, He-Xe 또는 Ne-He-Xe와 같은 혼합 가스가 봉입되어 있다.

본 발명은 상기 방전 가스(300B)가 소량의 질소 가스를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에서 상기 방전 가스(300B) 중 Xe 농도는 통상의 PDP에서 사용되는 Xe 농도 즉 약 4 ~ 50 % 일 수 있으며, 첨가되는 질소 가스에 의해 본 발명이 의도하는 방전 지연 시간 감소의 효과가 두드러지게 나타나는 Xe 농도 범위는 바람직하게는 6 % 이상, 더욱 바람직하게는 약 10 ~ 30 %이다.

본 발명에서 상기 방전 가스에 첨가되는 질소 가스의 농도는 크세논 가스의 농도보다는 낮은 것이 바람직하다. 후술하는 본 발명의 실험 결과에 따르면, Ne-13%Xe계 방전 가스에서 질소 가스는 0.013% 정도의 미량으로 약 9%의 방전 지연 시간 감소 효과가 발생한다. 이로부터 0.01% 이하의 극소량이 첨가되어도 본 발명이 의도하는 방전 지연 시간의 감소 효과가 예측된다는 점은 자명하다.

그러나, 방전 가스 중 질소 가스의 농도가 증가함에 따라 플라즈마의 특성에 본 발명에서 의도하지 않은 영향을 미칠 수 있으며, 따라서 질소 가스의 농도는 Xe 가스 농도를 초과하지 않는 것이 바람직하다.

상기 방전 가스는 방전 상태에서 Xe원자 및 분자의 여기 상태가 기저 상태로 이동할 때 발생하는 자외선이 주종을 이룬다. 따라서 방전 상태에서 상기 방전 가스는 Xe의 공명선인 147 nm나 Xe₂ ^*의 연속 스펙트럼 분자선인 173 nm의 진공 자외선 을 발한다. 따라서, 본 발명의 PDP에는 약 200 nm 이하의 진공 자외선에 대하여 높은 양자 효율을 갖는 형광체를 사용한다. 이러한 형광체의 예로는, 적색 형광체의 경우 (Y, Gd)BO₃:Eu 또는 Y₂O₃:Eu, 녹색 형광체의 경우 Zn₂SiO ₄:Mn, 청색 형광체의 경우 BaMgAl₁₄O₁₃:Eu 등을 들 수 있다.

도 3은 도 2의 PDP 구조에 적용 가능한 구동 파형의 일례를 개략적으로 도시한 도면이다. 도시된 구동 파형은 1 TV 필드를 8개의 부필드로 나누고, 각각의 부필드(sub field)를 어드레스 구간(address period) 및 유지 방전 구간(sustain period)으로 나누는 ADS 방식의 구동 파형이다. 상기 구동 파형에서 어드레스 구간은 다시 단계 1(STEP 1), 단계 2(STEP 2), 단계 3(STEP 3)로 이루어진 리셋 구간(reset period)과 단계 4(STEP 4)의 어드레스 구간으로 나눌 수 있다. 도시된 구동 파형은 본 발명에 적용 가능한 구동 파형을 예시한 것이며, 본 발명은 이와는 다른 통상의 구동 방식에도 적용 가능하다.

도 3을 참조하면, 각각의 구간에는 도시된 바와 같은 전압이 스캔 전극, 유지 전극 및 어드레스 전극에 인가된다. 초기화 구간(STEP 1, STEP 2, STEP3)에는 PDP가 이전 부필드의 정보를 표시하는 동안, 불균일해진 패널 전체의 상태를 균일한 상태로 만든다. 이 때, 어드레스 전극은 전압을 가하지 않거나 일정한 전압으로 유지한다. 어드레스 구간에는 스캔 전극과 어드레스 전극 사이에 전압차를 발생시켜 어드레스 방전을 일으킴으로써 벽전하를 쌓는 방법으로 표시하고자 하는 정보를 기입한다. 유지 구간에는 스캔 전극과 유지 전극에 교번하는 전압을 인가하여 어드 레스 구간에서 벽전하가 기입된 셀에서만 자외선을 방출하게 하여 정보를 표시한다.

한편, 도 3과 관련하여 설명한 어드레스 구간의 어드레스 방전에서는 방전 지연 현상이 존재하는 데, 도 4는 이와 관련하여 방전 지연 시간의 개념을 설명하기 위한 도면이다.

전술한 바와 같이, 구동 파형의 어드레스 구간 동안 어드레스 전극과 스캔 전극에 인가되는 펄스에 의해 어드레스 방전이 발생한다. 이 때 이 펄스 인가시로부터 방전이 개시되기까지 지연 시간이 발생하며, 이를 방전 지연 시간(discharge time lag, t_d)이라고 한다. 이 방전 지연 시간은 구체적으로 형성 지연 시간(formative time lag, t_f)과 통계 지연 시간(statstistical time lag, t_s)으로 나눌 수 있다. 형성 지연 시간(t_f)은 전압 인가 후 최초의 하전 입자가 가속되어 방전을 일으키는 전자 사태(electron avalanche)가 발생하는 시점까지의 시간을 말하며, 통계 지연 시(t_s)간은 전자 사태가 발생한 이후 충분한 도전 전류를 형성할 때까지의 시간을 말한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 형성 지연 시간(t_f) 및 통계 지연 시간(t_s)을 방전시 발생하는 적외선의 검출을 통해 측정한다. 즉 본 발명에서 형성 지연 시간(t_f)은 펄스 인가로부터 최초의 방전 발생시 이에 해당하는 적외선이 검출되기까지의 시간으로, 통계 지연 시간(t_s)은 어드레스 방전을 여러번 반복하였을 때 제일 마지막 방전에 해당하는 적외선이 검출되기까지의 시간으로 측정한다.

도 5a 내지 도 5 c는 각각 본 발명에 따라 방전 가스 중 질소 가스의 농도를 변화시킴에 따라 도 4에서 설명한 방식으로 측정된 형성 지연 시간, 통계 지연 시간 및 방전 지연 시간을 나타낸 그래프이다. 도시된 그래프에서 시간 단위는 마이크로 초(㎲)이다. 측정에는 방전 가스로 Ne-13%Xe 혼합 기체를 사용하였고, 첨가된 질소 가스의 농도 범위는 0% ~ 0.187 %였다.

도시된 각각의 그래프로부터 질소 가스를 첨가한 경우 첨가되지 않은 경우에 비해 형성 지연 시간, 통계 지연 시간 및 그 합인 방전 지연 시간이 감소함을 알 수 있다. 0.013%의 질소 가스가 첨가시 약 9% 정도의 방전 지연 시간 감소 효과가 발생하며, 0.187%의 질소 첨가시 약 22%의 방전 시간 감소 효과가 발생한다. 또한, 측정 구간 범위에서 질소 가스의 첨가량이 증가할수록 방전 시간 감소 효과가 증가함을 알 수 있다.

한편, 본 발명자들은 질소 가스가 방전 가스에 함유되는 경우, 그렇지 않은 경우에 비해 암잔상 현상이 현저히 감소함을 육안으로 확인하였다.

이와 같이, 방전 가스에 질소 가스를 첨가함에 따라 방전 지연 시간이 감소하고 암잔상 현상이 개선되는 이유를 정확히 설명할 수는 없다. 다만, 첨가된 질소 가스가 Xe 가스에 대해 페닝 첨가 가스로서 역할을 하는 것이 방전 지연 시간 감소의 한 요인이 될 것으로 추측하고 있다. 또, 암잔상 현상 개선의 측면에서는 첨가된 질소 가스가 산화 마그네슘 보호층에 축적된 벽전하의 리셋 방전 효율을 향상시키기 때문으로 추측한다.

이상 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하였지만, 이는 예시적인 것에 불과하며 본 발명의 기술적 범위를 한정하고자 하는 것이 아니다. 이 기술이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서 전술한 실시예를 변형 및 변경하는 것이 가능하며, 따라서 본 발명의 기술적 범위는 설명된 실시 형태에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

본 발명에 따르면, PDP의 방전 가스에 질소 가스를 일부 포함시킴으로써 어드레스 기간의 방전 지연 시간을 감소시킬 수 있다. 이에 따라 구동 마진이 확보되어 고선명 화질의 구현을 위한 고속 구동을 달성할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 첨가된 질소 분자는 PDP의 잔상 효과를 개선하여 고신뢰성을 갖는 PDP를 구현할 수 있다.

Claims (5)

1. Xe 가스와, He, Ne, Ar 및 Kr을 포함하는 그룹 중에서 선택되는 최소한 1종의 가스를 첨가 가스로 포함하는 방전 가스의 방전에 의해 화상을 표시하는 플라즈마 디스플레이 패널에 있어서,

   방전을 발생시키기 위한 하나 이상의 전극이 각각 형성되며, 서로 결합되어 플라즈마를 형성하기 위한 방전 공간을 형성하는 전면판 및 배면판; 및

   상기 전면판 또는 배면판의 어느 한면에 형성되며 상기 방전 공간의 상기 방전 가스로부터 방출되는 진공 자외선에 여기되어 발광하는 형광체를 포함하고,

   상기 방전 공간의 상기 방전 가스는 질소 가스를 포함하고, 상기 질소 가스의 농도는 상기 Xe의 농도보다 작으며, 상기 방전 가스 중 상기 Xe 가스의 농도는 4 ~ 50 %인 것을 특징으로 하는 것인 플라즈마 디스플레이 패널.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 Xe 가스의 농도는 10 % 이상인 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널.
4. 제1항에 있어서,

   상기 방전 가스는 방전 상태에서 Xe 원자 및 분자의 여기 상태가 기저 상태로 이동할 때 Xe의 공명선인 147nm나 Xe₂의 연속 스펙트럼 분자선인 173nm의 진공 자외선이 발생하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널.
5. 제1항에 있어서, 상기 형광체는 200 nm이하의 자외선에 대해 높은 양자 효율을 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널.

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