KR19990062412A

KR19990062412A - 헬륨 방전 디스플레이

Info

Publication number: KR19990062412A
Application number: KR1019980019802A
Authority: KR
Inventors: 박득일; 남중우
Original assignee: 손욱; 삼성전관 주식회사
Priority date: 1997-12-05
Filing date: 1998-05-29
Publication date: 1999-07-26
Also published as: CN1218973A; US6285129B1; JP4095728B2; JPH11185628A

Abstract

순수 He, 또는 99.5vol%이상의 He과 나머지 조성의 Ne, Ar, Kr, Xe 및 N₂중에서 선택된 적어도 하나의 가스가 혼합된 방전가스를 포함하며, 방전가스의 압력이 100∼760 토르인 플라즈마 디스플레이가 개시된다.

Description

헬륨 방전 디스플레이

본 발명은 플라즈마 디스플레이에 관한 것으로서, 상세하게는 헬륨(He)과 불활성가스(rare gas)의 혼합가스를 방전가스로 사용하는 플라즈마 디스플레이에 관한 것이다.

플라즈마 디스플레이는 가스방전현상을 이용하여 화상을 표시하는 장치로서 화면의 휘도 및 콘트라스트가 우수하고, 넓은 시야각을 확보할 수 있다. 상기 플라즈마 디스플레이는 직류 또는 교류를 전극에 인가하여 가스를 방전시켜 자외선을 방출시키고, 상기 자외선이 형광체를 발광시킴으로써 화상을 형성한다.

상기 플라즈마 방전가스로 주로 사용되는 가스는 네온(Ne)-제논(Xe) 혼합가스 또는 헬륨(He)-제논(Xe) 혼합가스이며, 여기서 상기 Xe의 양은 약 1∼5 vol%이다. 상기 혼합가스를 사용하는 경우 전압 인가시 Xe의 반응이 우세하여 그로부터 약 147∼200nm 정도의 파장을 가진 자외선이 방출된다. 따라서, 상기 종래의 플라즈마 디스플레이는 147∼200 nm의 파장을 가진 자외선에 의해 여기될 수 있는 형광체를 구비하고 있다.

그러나, 상기 Ne-Xe 또는 He-Xe 등의 방전가스를 사용할 경우, 상기 Xe으로부터 자외선 뿐만 아니라 약 800∼1,000nm 파장을 가진 강한 근적외선이 방출되는데, 이러한 근적외선은 리모콘에 의해 작동되는 다른 주변기기를 오동작시킬 우려가 있다.

따라서, 플라즈마 디스플레이는 상기 근적외선을 차단하기 위한 필터를 구비하여야 한다. 이러한 필터는 플라즈마 디스플레이 제작 비용을 상승시킬 뿐만 아니라 화면의 휘도를 적어도 30%이상 저하시키는 것으로 알려지고 있다. 또한, Ne-Xe 방전가스를 사용할 때, Ne 가스로부터 황색 또는 적색의 강한 가시광이 방출되어 디스플레이의 색순도를 저하시키는 문제가 있다.

나아가, 상기 Ne-Xe 또는 He-Xe 혼합가스의 방전 특성은 가스압력이 증가할수록 매우 불안정해진다.

본 발명은 상기 Ne-Xe 또는 He-Xe 혼합가스의 사용에 따른 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 방전특성이 안정되고 황색 또는 적색등의 가시광 방출이 적으며, 800∼1,000nm 파장을 가진 근적외선의 방출이 없는 He-불활성가스의 혼합가스를 사용하는 방전 디스플레이를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 헬륨 방전 디스플레이를 나타낸 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 순수 He 방전가스를 채용한 디스플레이의 방전스펙트럼을 나타낸 그래프.

도 3은 본 발명에 따른 He-Ne(10vol%) 방전가스를 채용한 디스플레이의 방전 스펙트럼을 나타낸 그래프.

도 4는 본 발명에 따른 He-Ar(0.1vol%) 방전가스를 채용한 디스플레이의 방전 스펙트럼을 나타낸 그래프.

도 5는 본 발명에 따른 He-Ar(0.01vol%) 방전가스를 채용한 디스플레이와 종래의 He-Ne(30vol%)-Xe(5vol%) 방전가스를 채용한 디스플레이의 방전 스펙트럼을 각각 나타낸 그래프.

도 6은 본 발명에 따른 He-Ar(0.01vol%) 방전가스를 채용한 디스플레이의 방전압력에 따른 휘도변화를 나타낸 그래프.

도 7은 종래의 350토르 압력의 He-Ne(30vol%)-Xe(5vol%) 방전가스와 본 발명에 따른 650 토르 압력의 He-Ar(0.01vol%) 방전가스를 각각 채용한 디스플레이의 전압에 따른 휘도변화를 나타낸 그래프.

도면의 주요부분에 대한 설명

11,15...상,하부기판 12...어드레스 전극

13,18...유전층 14...형광체

16...주사전극 17...공통전극

19...MgO 보호막 20...방전공간

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 헬륨 방전 디스플레이는, 어드레스 전극이 형성된 상부 기판; 상기 상부기판 하면에 도포된 유전체 및 형광체; 주사전극 및 공통전극이 형성된 하부 기판; 및 상기 상부 및 하부기판 사이에 밀봉되며, 순수 He, 또는 99.5vol%이상의 He과 나머지 조성의 Ne, Ar, Kr, Xe 및 N₂중에서 선택된 적어도 하나의 가스가 혼합된 방전가스를 포함한다.

또한, 상기 방전가스의 압력이 100∼760 토르인 것이 바람직하다.

이하 첨부된 도면 및 그래프를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 헬륨 방전 디스플레이의 방전가스로는 800∼1,000nm 파장의 근적외선을 방출하지 않으며 방전특성이 우수한, 순수 He, 또는 99.5vol%의 He베이스 가스와 네온(Ne), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 제논(Xe), 질소(N₂) 중 적어도 하나의 가스가 혼합된 가스가 사용된다.

여기서, 상기 불활성 가스 및 N₂의 조성은 약 0.5vol% 이하로 제한되는데 이것은 He원소의 천이에 의한 자외선 방출을 효과적으로 유도하고, 가시광 및 근적외선의 방출을 억제하기 위한 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 헬륨 방전 디스플레이의 구조가 도 1에 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 상부 기판(11) 하면에는 어드레스 전극(12)이 형성되며, 그 하면에는 유전체(13) 및 형광체(14)가 차례로 도포된다. 또한, 하부 기판(15) 위에는 주사전극(16) 및 공통전극(17)이 형성되며, 그 위에는 유전체(18) 및 MgO 보호막(19)이 도포된다.

상기 상부 기판(11)과 하부 기판(15)은 그 사이에 방전가스가 밀봉된 채로 상호 결합된다. 여기서, 상기 방전가스는 전술한 바와 같이 순수 He, 또는 99.5% 이상의 He베이스 가스와 네온(Ne), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 제논(Xe), 질소(N₂) 중 적어도 하나의 가스로 이루어진 혼합가스이다. 상기 방전가스에서의 Ne, Ar, Kr, Xe 및 N₂가스의 조성이 0.5vol%를 초과하면 휘도가 저하되고, 방전전압이 상승하므로 바람직하지 못한 것으로 밝혀졌다.

또한, 상기 형광체(14)로는 일반적으로 알려진 기존의 형광체가 사용될 수 있다.

상기와 같은 구조를 가진 플라즈마 디스플레이의 동작에 있어서, 상기 어드레스 전극(12)에 약 190V의 펄스 전압을 인가한 후, 상기 주사전극(16)과 공통전극(17)에는 약 180V의 교류 전압을 인가하면, 주사전극(16)과 공통전극(17) 사이의 방전공간(20)에 있는 순수 He가스 또는 He-혼합방전가스가 플라즈마 상태가 된다. 이때. 상기 Ne, Ar, Kr, Xe 및 N₂가스의 조성은 0.5vol%로 제한되므로 He의 방전이 우세하여 그로부터 진공자외선이 방출되며, 방출된 진공자외선에 의해 형광체(14)가 발광하게 된다.

반면에, 상기 He으로부터 800∼1,000nm 영역의 근적외선은 거의 방출되지 않으므로, 이것을 차단하기 위한 별도의 필터를 구비할 필요가 없다. 덧붙여, 상기 방전가스의 압력은 약 100 토르(torr) 이상, 바람직하게는 대기압과 같은 760 토르로 한다. 만약 100 토르 이하의 압력이 되면, 발광효율이 낮고 방전개시전압이 상승한다. 반면 760토르 이상의 압력에서는 방전패널이 변형될 우려가 있다.

이러한 본 발명의 효과는 이하에서 설명되는 실험예를 통해 더욱 명확히 이해될 수 있을 것이다.

실 험 예

본 실험예에서 방전가스의 가시광과 근적외선 스펙트럼 측정을 위해서 사용된 방전가스는 순수 He가스, He-Ne(10vol%), He-Ar(0.1vol%), He-Ar(0.01vol%), 및 He-Ne(30vol%)-Xe(5vol%) 혼합가스이다. 본 실험에 있어서, 스펙트럼 특정에 사용한 패널은 면방전형 구조로서 자외선 영역에서의 방출광 강도를 정확하게 측정하기 위해서 테스트 패널의 측정면으로는 석영판이 사용되었다. 이때, 상기 방전가스의 압력은 350 토르(torr)이며, 구동전압은 230 V이고, 구동 주파수는 50 kHz이다. 도 2는 순수 He가스의 스펙트럼, 도 3은 He-Ne(10vol%) 혼합가스의 스펙트럼, 도 4는 He-Ar(0.1vol%) 혼합가스의 스펙트럼, 도 5는 He-Ar(0.01vol%)와 He-Ne(30vol%)-Xe(5vol%)의 스펙트럼을 각각 상대강도로 나타낸 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 순수 He가스방전에서의 스펙트럼은 300∼400nm의 자외선 영역에서 강하고 가시광과 적외선 영역에서는 광의 강도가 매우 약하다.

도 3의 그래프에서는, He의 자외선 강도보다 Ne에 의한 가시광, 즉 황색광의 강도가 큰 것으로 나타났다. 따라서, He-Ne혼합가스에서 Ne의 양이 0.5vol% 정도가 되면 황색광의 강도가 매우 강해지므로 Ne의 양은 가능한 줄이는 것이 바람직하다.

He-Ar(0.1vol%) 방전가스의 스펙트럼을 보여주는 도 4를 참조하면, 그 스펙트럼 양상이 상기 순수He의 경우와 유사한 것을 보여준다. 그러나, He에 Ar 가스가 0.1% 첨가되면 자외선 강도와 가시광의 강도가 커지는 것을 알 수 있다.

도 5에 있어서 실선은 He-Ar(0.01vol%)의 스펙트럼을, 점선은 He-Ne(30vol%)-Xe(5vol%)의 스펙트럼을 각각 나타낸다. 도면에 도시된 바와 같이, He-Ar(0.01vol%) 방전가스의 스펙트럼에서는 대략 389nm 파장의 자외선과 약 706nm 파장의 가시광이 강하게 나타났다. 이러한 자외선과 가시광의 방사는 He원자의 천이에 의한 것이다.

한편, He-Ne(30vol%)-Xe(5vol%) 방전가스의 스펙트럼은 590nm, 640nm 의 가시영역 파장과 830nm, 900nm 근처의 근적외선 영역 파장에서 강하게 나타났다. 상기 590nm, 640nm 파장의 광은 Ne원자의 천이에 의해 발생한 것으로서, Ne함유량이 증가함에 따라서 640nm의 적색광의 발광이 강해진다. 또한, 830nm, 900nm 영역의 근적외선은 Xe원자의 천이에 의한 것이다.

결론적으로, He-Ar(0.01vol%) 방전가스의 가시광 및 근적외선 방사강도는 종래에 사용된 He-Ne(30vol%)-Xe(5vol%) 방전가스에 비해 매우 약하다는 것을 알 수있다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실험예로서 일정 전압하에서 He-Ar(0.01%) 방전가스의 압력변화에 따른 휘도를 나타낸다. 도시된 결과에서 보듯이, 휘도는 방전가스의 압력에 따라 증가하며, 500 토르 이상의 높은 압력에서도 방전이 안정된 것으로 밝혀졌다. 그러나, 방전가스의 압력이 760 토르 이상이면 방전패널이 변형될 우려가 있고, 만약 100 토르 이하의 압력이 되면, 발광효율이 낮고 방전개시전압이 상승하게 된다.

도 7은 350토르 압력의 He-Ne(30vol%)-Xe(5vol%) 방전가스(실선으로 도시됨)와 650 토르 압력의 He-Ar(0.01vol%) 방전가스(점선으로 도시됨)의 전압에 따른 휘도를 측정한 것이다. 실험 결과, He-Ne(30vol%)-Xe(5vol%) 방전가스의 휘도는 220V에서 122 cd/m²이고, He-Ar(0.01vol%) 방전가스의 휘도는 220V에서 123 cd/m²이다. 상기 방전가스의 휘도는 전압이 감소함에 따라 비례적으로 감소하는 것을 나타났다. 전압이 너무 낮으면, 방전이 불안정해지고 부분 발광이 나타나는데, 이러한 부분발광은 He-Ne(30vol%)-Xe(5vol%) 방전가스의 경우 210V이하에서, 그리고 He-Ar(0.01vol%) 방전가스의 경우 190V이하에서 나타났다.

도 7에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 He-Ar(0.01vol%) 방전가스의 휘도는 종래의 He-Ne(30vol%)-Xe(5vol%) 방전가스의 휘도와 비슷하다.

또한 미도시된 실험예에서 순수 He, He-Ar, He-Ne-Ar, He-Ne-Ar-Xe 방전가스에 대한 휘도가 측정되었다. 실험결과, He-Ar(0.01vol%), He-Ar(0.005vol%)의 휘도가 가장 높았고, 그 다음은 He-Ne(30%)-Xe(5%), He-Ar(0.1%), 순수 He, He-Ne(0.1%)-Ar(0.1%), He-Ne(0.1%)-Ar(0.1%)-Xe(0.1%), He-Ne(0.5%)-Ar(0.5%)등의 순으로 나타났다.

또한, 혼합가스의 양에 따른 휘도 특성에서, He-Ar(0.5vol%) 방전가스의 휘도는 He-Ne(0.1%)-Ar(0.1%)-Xe(0.1%)의 휘도와 비슷하며 He-Ar(0.01vol%) 방전가스의 휘도에 비해 약 절반값에 불과한 것으로 밝혀졌다.

반면에, 방전전압은 He-Ne(0.1%)-Ar(0.1%), He-Ne(0.1%)-Ar(0.1%)-Xe(0.1%), He-Ar(0.1%)에서 가장 낮았고, 그 다음은 He-Ne(0.5%)-Ar(0.5%), He-Ar(0.01vol%), He-Ar(0.005vol%), 순수 He, He-Ne(30%)-Xe(5%) 순으로 나타났다. 이때, 방전전압이 가장 낮은 He-Ne(0.1%)-Ar(0.1%)와 가장 높은 He-Ne(30%)-Xe(5%) 사이의 방전유지전압의 차이는 약 50V 였다.

본 발명의 실시예에서는 면방전형 플라즈마 디스플레이가 개시되었으나, 이것에 한정되지 않고 다양한 형태의 방전 디스플레이에 적용될 수 있다.

본 발명에 따른 헬륨 방전 디스플레이는 근적외선의 방출이 거의 없으므로 이를 차단하기 위한 필터를 별도로 구비할 필요가 없어 제조비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 필터에 의한 광손실이 없다.

Claims

어드레스 전극이 형성된 상부 기판;

상기 상부기판 하면에 도포된 유전체 및 형광체;

주사전극 및 공통전극이 형성된 하부 기판; 및

상기 상부 및 하부기판 사이에 밀봉되며, 순수 He, 또는 99.5vol%이상의 He과 나머지 조성의 Ne, Ar, Kr, Xe 및 N₂중에서 선택된 적어도 하나의 가스가 혼합된 방전가스를 포함하는 플라즈마 디스플레이.
제1항에 있어서,

상기 방전가스의 압력이 100∼760 토르인 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이.