KR20010002819A - 영상표시장치의 형광면 구조 및 형성방법 - Google Patents

Abstract

개시된 내용은 형광면 각 위치별로 최적의 형광체를 사용하여 높은 도포특성을 얻음과 동시에 형광면 전체에서 발광효율을 향상시켜 높은 휘도 특성을 얻기 위한 영상표시장치의 형광면 구조 및 형성방법에 관한 것이다.

이를 위해 본 발명은 소정 입경의 형광체와 코액티베이터(Co-activator) 또는 전도성 물질을 포함한 하부 형광체층과, 제 1 형광체의 입자 크기보다는 크며 라운드(Round) 형상을 가진 제 2 형광체를 포함한 상부 형광체층으로 구성된 3색 형광체층을 제공하며, 이 3색 형광체층은 소정의 입경을 가진 제 1 형광체와, 제 1 형광체의 발광을 돕는 소정의 코액티베이터(Co-activator) 또는 전도성 물질을 포함하는 형광체 슬러리를 제조하여 하부 형광체층을 형성하는 단계 및 적어도 제 1 형광체 크기보다는 크며, 라운드(Round) 형상을 가진 제 2 형광체를 포함한 형광체 슬러리를 제조하여 상부 형광체층을 형성하는 단계로 형성되는 것이다.

Description

영상표시장치의 형광면 구조 및 형성방법{Structure of phosphor layer and method manufacturing that for color image display device}

본 발명은 영상표시장치의 형광면에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 형광면 각 위치별로 최적의 형광체를 사용하여 높은 도포특성을 얻음과 동시에 형광면 전체에서 발광효율을 향상시켜 높은 휘도 특성을 얻기 위한 영상표시장치의 형광면 구조 및 형성방법에 관한 것이다.

주지와 같이, 영상표시장치는 음극선관을 비롯하여 LCD, PDP 등 여러 종류가 있으며, 이러한 영상표시장치는 전자총 또는 전류 발생 장치에서 나온 전자 또는 형광체를 발광시킬 수 있는 에너지에 의해 패널 위에 형성된 형광면에 에너지를 전달하여 형광물질을 발광시킴으로써 가시광을 발생시키고, 이 가시광이 패널을 통해 출사되어 화상을 인식할 수 있다.

도 1에 제시된 음극선관의 형광면을 종래 기술에 따른 영상표시장치의 형광면의 한 예로서 설명한다.

먼저, 형광면은 패널(1) 상면에 외부광 흡수층인 블랙매트릭스(2)를 형성한 후 그 상면에 형광체 슬러리를 도포하고 자외선 노광을 거쳐 블랙매트릭스(2)의 사이에 3색 형광체층(3R)(3G)(3B)을 형성함으로써 이루어진다.

이때, 형광체 슬러리에는 소량의 안료를 붙인 적 형광체(안료량:0.05∼0.1wt%안료/형광체, 반사율:가시영역의 적색을 내는 파장대인 620㎚에서 반사율이 80% 정도이고 500㎚에서는 50∼60%), 소량의 안료를 붙인 청 형광체(안료량:0.8∼1.2wt%안료/형광체, 반사율:가시영역의 청색을 내는 파장대인 450㎚에서 반사율이 80% 정도이고 600㎚에서는 45∼50%), 그리고 휘도 손실을 고려하여 안료 부착이 안된 녹 형광체(반사율:전파장에서 90% 이상)가 사용되며, 이외에 폴리비닐알콜(PVA), 감광물질, 기타 첨가제 등이 첨가된다.

상기와 같이 조합된 형광체 슬러리를 블랙매트릭스(2)가 형성된 패널(1) 내면에 도포하고, 각 특성치를 조절하여서 일정 두께로 형성하며, 노광을 실시한 후 미노광 부분을 가압된 물로써 현상하면 원하는 부분에 지정된 특정색의 형광체층(3R)(3G)(3B)이 형성되는 것이다.

이러한 상태에서 전자빔은 패널(1) 내면에 일정한 두께로 형성된 형광체층(3R)(3G)(3B)의 형광체 입자의 속으로 침투하여 산란하게 됨으로써 가시광선보다 고준위의 에너지를 받은 형광체는 가시광선으로 에너지를 변환한다.

즉, 전자빔이 형광체를 타격하게 되면 형광체 중 활성체(Activator)의 최외곽 에너지 준위의 전자배치 상태가 여기되며, 이로부터 기저 상태까지 떨어지면서 각 단계별로 방출되는 에너지량에 따라 고유의 색상을 가진 파장으로 발광하는 것이다.

그런데, 전자빔은 형광체층의 상층 부위를 먼저 발광시킨 후 여분의 에너지를 가지고 형광체 표면으로 방출되어 형광체층의 아래 부분 형광체로 이동하게 되는데, 이때 전자빔은 형광체층의 상층 부분 형광체를 발광시키면서 그 전압의 세기와 속도가 약해져서 그 만큼 형광체의 활성체 전자상태를 들뜨게 할 에너지가 부족하여 최대의 발광 휘도를 낼 수 없다.

따라서, 형광체층의 상층 부분이 최대로 발광하여도 이 발광 휘도가 관측자에게 보여지기 위해서는 형광체층의 하층을 통과해야 하므로 하층의 발광 효율이 떨어지면 전체적인 형광면의 휘도가 하락하는 것이다.

한편, 패널 상면에 도포된 PVA 형광체 슬러리는 자외선광에 노출된 후 노광되지 않은 슬러리는 현상시 가압된 물에 의해 제거되는데, 노광시 자외선광이 형광체의 표면에서 강하게 산란하면서 형광체층의 아래쪽 PVA와 감광성 물질에 광가교 반응을 일으키게 해야 한다.

그러나, 종래 구조의 형광체는 그 모양이 전체적으로 타원 모양이면서 각이진 헥사고날(Hexagonal) 형광체(4)를 사용하게 되며, 이러한 형광체는 그 장축과 단축의 비(횡장비=단축/장축)가 0.5∼0.75 정도의 값을 가지게 되므로 이러한 종래의 형광체층(전체적으로 타원 모양이고 각진 형광체 입자로 구성된 형광체)에서는 도 2b와 같이 자외선광이 투사되는 범위 이외의 범위로 산란하게 되며, 따라서 형광체 형상에 의한 도포성, 특히 커팅성이 나빠지게 되어 색순도를 저하시키고, PH폭의 여유도가 줄어서 혼색이 발생되는 문제가 있다.

이를 해결하기 위한 방안으로, 광투과율을 높이기 위해 광량을 높이거나 노광시간을 증가시키면 도트폭이 커져서 혼색의 가능성이 발생된다.

따라서, 본 발명은 이러한 점을 감안하여 제안된 것으로, 형광체층을 상층과 하층으로 구성하여 상층에서는 투사범위 이외 범위에서의 산란을 줄여 도포성을 향상시키면서 하층에서는 상층 부분을 발광시킨 후의 여분의 에너지로도 형광체층의 하층 부분을 원활히 발광시킬 수 있도록 하는 영상표시장치의 형광면 구조 및 형성방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 영상표시장치의 형광면 구성도이고,

도 2는 형광체의 형상에 따른 광 산란 현상을 나타낸 것으로,

도 2a는 라운드 형상의 형광체 경우이고,

도 2b는 헥사고날 형상의 형광체 경우이고,

도 3은 본 발명에 따른 영상표시장치의 형광면 구성도이고,

도 4는 본 발명에 따른 영상표시장치의 형광면 형성공정도이다.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

1 : 패널 2 : 블랙매트릭스

3R : 적 형광체층 3G : 녹 형광체층

3B : 청 형광체층 4 : 헥사고날 형광체

5 : 라운드형 형광체 30a : 하부 형광체층

30b : 상부 형광체층

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따른 영상표시장치의 형광면 구조는, 패널 내면에 외부광 흡수층인 블랙매트릭스, 화소를 이루는 3색 형광체층이 순차적으로 형성되어 있는 영상표시장치에 있어서: 상기 3색 형광체층은, (1) 소정 입경의 제 1 형광체와, 코액티베이터(Co-activator) 또는 전도성 물질을 포함한 하부 형광체층; 및 (2) 상기 제 1 형광체의 입자 크기보다는 크며 라운드(Round) 형상을 가진 제 2 형광체를 포함한 상부 형광체층으로 구성된 것을 특징으로 한다.

선택적으로, 상기 코액티베이터는 이트륨(Y), 가돌리늄(Gd), 란탄(La), 테르븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V), 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti), 하프늄(Hf), 게르마늄(Ge), 규소(Si), 스칸듐(Sc), 프라세오디뮴(Pr), 이테프븀(Yb), 세륨(Ce) 중 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 한다.

선택적으로, 상기 전도성 물질은 산화인듐(In₂O₃)과 산화주석(SnO₂) 중 적어도 하나를 포함한 것을 특징으로 한다.

바람직하기로, 상기 제 2 형광체는 그 횡장비(단축/장축)가 0.8∼1.0인 것을 특징으로 한다.

바람직하기로, 상기 제 2 형광체는 상기 제 1 형광체보다 3∼50% 큰 것을 특징으로 한다.

본 발명의 목적을 달성하기 위한 다른 측면에 따른 영상표시장치의 형광면 형성방법은, 패널 내면에 외부광 흡수층인 블랙매트릭스, 화소를 이루는 3색 형광체층을 순차적으로 형성하는 영상표시장치의 형광면 형성방법에 있어서: 상기 3색 형광체층은, (1) 소정의 입경을 가진 제 1 형광체와, 상기 제 1 형광체의 발광을 돕는 소정의 코액티베이터(Co-activator) 또는 전도성 물질을 포함하는 형광체 슬러리를 제조하여 하부 형광체층을 형성하는 단계; 및 (2) 적어도 상기 제 1 형광체 크기보다는 크며, 라운드(Round) 형상을 가진 제 2 형광체를 포함한 형광체 슬러리를 제조하여 상부 형광체층을 형성하는 단계를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 하면, 하부 형광체층에는 저속의 세기가 약한 전압에서도 최대의 발광 효율을 나타내도록 코액티베이터 또는 전도성 물질을 갖는 입경이 작은 형광체가 위치하고, 상부 형광체층에는 전자빔의 표면에서의 손실 및 투사범위 이외의 손실이 적은 라운드형 형광체가 위치하므로 고휘도 및 고콘트라스트의 구현이 가능하며, 상부의 라운드형 형광체에 의해 노광시 자외선광이 투사범위 이외로의 산란되는 현상이 줄어 도포성, 특히 커팅성이 향상되므로 혼색을 방지할 수 있고 PH폭이 향상되어 고휘도를 구현할 수 있는 이점이 있다.

그리고, 본 발명의 실시 예로는 다수개가 존재할 수 있으며, 이하에서는 가장 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

이 바람직한 실시 예를 통해 본 발명의 목적, 특징 및 이점들을 보다 잘 이해할 수 있게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 영상표시장치의 형광면 구조 및 형성방법의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

또한, 설명에 사용되는 도면에 있어서, 도 1과 같은 구성성분에 관해서는 동일한 번호를 부여하여 표시하고 그 중복되는 설명을 생략하는 것도 있다.

본 발명에 따른 영상표시장치의 형광면은 도 3에 도시한 바와 같이 다층 구조의 3색 형광체층(3R)(3G)(3B)을 가지는데, 구체적으로 블랙매트릭스(2)가 형성되어 있는 패널(1) 내면에 저속의 전압에서도 최대의 발광 효율을 가지는 하부 형광체층(30a)과, 그 상면에 일반적인 형광체층과 동일한 상부 형광체층(30b)이 형성된 것이다.

그런데, 형광체가 저속의 전압에서도 최대의 발광효율을 갖기 위해서는 그 크기가 작아야 되고, 활성체의 전자 배치 상태를 여기할 수 있도록 도와주는 물질 및 전기적 전도성 물질 등이 필요하다.

따라서, 하부 형광체층은 크기가 작은 형광체와, 이 형광체의 발광을 도와주는 코액티베이터(Co-activator)와, 전도성 물질을 포함한 것으로, 이때 코액티베이터로는 이트륨(Y), 가돌리늄(Gd), 란탄(La), 테르븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V), 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti), 하프늄(Hf), 게르마늄(Ge), 규소(Si), 스칸듐(Sc), 프라세오디뮴(Pr), 이테프븀(Yb), 세륨(Ce) 등을 사용할 수 있으며, 전기적 전도성을 갖기 위해 형광체 슬러리에 산화인듐(In₂O₃)을 첨가하거나 형광체에 산화주석(SnO₂)을 전기도금법에 의해 피복할 수 있다.

여기서, 형광체의 발광특성을 향상시키기 위해 상기한 바와 같은 코액티베이터를 종래 구조의 형광체에 적용할 경우도 생각할 수 있으나, 일반적으로 코액티베이터는 열에 약한 특성을 가지고 있어 전자빔 또는 전압 등의 직접 접촉에 의해 형광체 표면에서의 온도가 상승되며, 이에 따라 형광체 모체의 화학 결합력이 약해져 오히려 코액티베이터를 사용하지 않은 것보다 효율이 저하된다.

반면, 본 발명에 따른 영상표시장치의 하부 형광체층(30a)에는 상부 형광체층(30b)을 발광시킨 후 그 속도 및 세기가 약화된 전자빔 또는 전압 등이 형광체와 접촉되므로 온도 상승의 우려가 없으며, 따라서 코액티베이터의 열화 가능성을 배제한 상태에서 저속의 세기가 약한 전압에도 형광체가 원활히 발광할 수 있다.

실제로, 코액티베이터의 열화에 의한 발광 효율의 감소는 종래 구조의 형광면에 비하여 약 20∼30% 정도의 수준에 불과함이 확인되었다.

아울러, 하부 형광체층(30a)은 입자 크기가 작은 형광체로 구성된 것이어서 저전압에서의 발광 효율이 향상됨은 물론 패널 외부의 광에 대하여 산란 효과를 가져 콘트라스트 특성을 향상시킬 수 있는 장점도 있다.

한편, 상부 형광체층(30b)은 전자빔 또는 전압 등의 에너지가 직접 접촉되는 부위이며, 따라서 이 부위에는 하부의 형광체보다 크기가 약 3∼50% 정도 크며 횡장비(단축/장축)가 0.8∼1.0인 라운드(Round)형 형광체(5)로 구성된다.

이와 같이, 라운드형 형광체(5)에 의해 구성된 상부 형광체층(30b)에서는 도 2a와 같이 노광시 자외선광이 투사된 이외의 범위로는 광산란이 적어 도포성, 특히 커팅성에 유리하게 작용된다.

따라서, 혼색의 우려가 없고, PH폭을 상승시켜 휘도 특성을 향상시킬 수 있는 것이다.

또한, 영상표시장치의 동작시 전자빔 등의 투사범위 외부로의 손실 양이 최소화되므로 고휘도를 유지할 수 있다.

일반적으로, 전자빔의 형광체 내부에서의 확산거리와 침투 길이가 작을수록 발광효율이 좋은 반면, 형광체의 표면에서는 발광없이 열로서 에너지를 발산하는 손실이 발생되며, 형광체 표면에는 발광에너지에 손실을 주는 Fe, Co, Ni 등의 철족원소들이 있어 이에 의해 유효에너지가 줄어들어 형광체 내부보다 발광효율이 떨어지게 되는데, 라운드형의 형광체(5)는 그 표면적이 작아 전자빔의 손실을 최소화할 수 있으므로 휘도 감소폭이 줄어든다.

도 4는 본 발명에 따른 형광면의 형성공정을 나타낸 것이다.

먼저, 패널(1) 내면에 블랙매트릭스(2)를 형성한 후 저속의 전압에서도 최대의 발광효율을 갖도록 입자크기가 0.5∼6.5㎛인 형광체를 감광제와 계면활성제, 기타 첨가약품을 투입하여 형광체 슬러리를 제조한 다음, 형광체 평균 입자크기의 1∼2.5배의 두께로 도포하여 하부 형광체층(30a)을 형성한다.

이때, 형광체는 이트륨(Y), 가돌리늄(Gd), 란탄(La), 테르븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V), 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti), 하프늄(Hf), 게르마늄(Ge), 규소(Si), 스칸듐(Sc), 프라세오디뮴(Pr), 이테프븀(Yb), 세륨(Ce) 등을 코액티베이터로 사용하거나, 전기적 전도를 위해 형광체 슬러리에 산화인듐(In₂O₃)을 첨가하거나, 형광체에 산화주석(SnO₂)을 전기도금법에 의해 피복하게 된다.

그 상면에 하부의 형광체보다 평균 입자 크기가 3∼50% 크며 횡장비가 0.8∼1.0인 라운드형 형광체(5)를 감광제와 계면활성제, 기타 첨가약품을 투입하여 형광체 슬러리를 제조한 후 라운드형 형광체(5) 평균 입자크기의 1∼2.5배의 두께로 상부 형광체층(30b)을 형성한다.

아래의 표 1에는 상기한 하부 형광체 슬러리 및 상부 형광체 슬리러의 조성을 나타내었다.

[표 1]

하부 형광체 슬러리액	상부 형광체 슬러리액
약품	첨가량	약품	첨가량
순수(추가순수 포함)	340㎖	순수(추가순수 포함)	340㎖
10%PVA 용액	90㎖	10%PVA 용액	100㎖
5%SDC 용액	15㎖	5%SDC 용액	16㎖
기타 첨가제(분산제, 소포제, 증감제)	15㎖	기타 첨가제(분산제, 소포제, 증감제)	15㎖
형광체(저속전압용 형광체)	250g	형광체(라운드형 형광체)	260g
계	710㎖	계	731㎖

이에 반해, 종래 구조의 형광면은 소량의 안료를 붙인 6.5㎛의 적 형광체(안료량:0.05∼0.1wt%안료/형광체), 소량의 안료를 붙인 6.5㎛의 청 형광체(안료량:0.8∼1.2wt%안료/형광체), 그리고 안료 부착이 안된 6.5㎛의 녹 형광체로 이루어지며, 적 형광체는 Y₂O₂S를 코어로 Eu를 액티베이터로 한 것이고, 청 형광체는 ZnS를 코어로 Ag, Al을 액티베이터로 한 것이고, 녹 형광체는 ZnS를 코어로 Cu, Al, Au를 액티베이터로 한 것이다.

이러한 종래 구조의 형광면과 본 발명에 따른 형광면에서의 휘도 및 콘트라스트 특성은 아래의 표 2 및 표 3과 같다(종래 및 본 발명에 동일한 패널 투과율을 적용).

[표 2](휘도 비교)

인가 전류(㎂)	본 발명에 따른 형광면	종래 구조의 형광면
200	123.8%	100.0%
400	123.9%	100.0%
600	122.1%	100.0%
800	122.0%	100.0%

[표 3](콘트라스트 비교)

외광조도(Lux)	본 발명에 따른 형광면	종래 구조의 형광면
0	105.8%	100.0%
100	105.9%	100.0%
300	105.1%	100.0%
500	105.0%	100.0%

<측정 조건>

측정 포인트:중앙부

화이트(색좌표 0.281,0.311) 상태

상기한 표 2 및 표 3과 같이 본 발명에 따르면 종래 구조와 비교하여 약 20% 정도의 휘도 향상 효과를 얻을 수 있으며, 약 5% 정도의 콘트라스트 향상 효과를 얻을 수 있다.

그리고, 상기에서 본 발명의 특정한 실시 예가 설명 및 도시되었지만 본 발명이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다.

이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 첨부된 특허청구범위 안에 속한다 해야 할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 상부 형광체층은 입자 크기가 큰 라운드형 형광체로 된 것이고, 하부 형광체층은 저속의 세기가 약한 전압에서도 최대의 발광 효율을 나타내는 형광체로 된 것이어서 상부 형광체층에서는 노광시 투사 범위 이외의 산란이 적어 도포성에 유리함은 물론 동작시 전자빔의 투사범위 외부로의 소실 양이 최소화됨에 따라 휘도 특성에 유리하며, 하부 형광체층에서는 상부 형광체층을 발광시키고 난 후 속도 및 세기가 약화된 전압에서도 최대의 발광 효율을 나타낼 수 있어 휘도 및 콘트라스트 특성에 유리한 것이다.

Claims (6)

1. 패널 내면에 외부광 흡수층인 블랙매트릭스, 화소를 이루는 3색 형광체층이 순차적으로 형성되어 있는 영상표시장치에 있어서:

   상기 3색 형광체층은,

   (1) 소정 입경의 제 1 형광체와, 코액티베이터(Co-activator) 또는 전도성 물질을 포함한 하부 형광체층; 및

   (2) 상기 제 1 형광체의 입자 크기보다는 크며 라운드(Round) 형상을 가진 제 2 형광체를 포함한 상부 형광체층으로 구성된 것을 특징으로 하는 영상표시장치의 형광면 구조.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 코액티베이터는 이트륨(Y), 가돌리늄(Gd), 란탄(La), 테르븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V), 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti), 하프늄(Hf), 게르마늄(Ge), 규소(Si), 스칸듐(Sc), 프라세오디뮴(Pr), 이테프븀(Yb), 세륨(Ce) 중 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 하는 영상표시장치의 형광면 구조.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 전도성 물질은 산화인듐(In₂O₃)과 산화주석(SnO₂) 중 적어도 하나를 포함한 것을 특징으로 하는 영상표시장치의 형광면 구조.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 2 형광체는 그 횡장비(단축/장축)가 0.8∼1.0인 것을 특징으로 하는 영상표시장치의 형광면 구조.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 2 형광체는 상기 제 1 형광체보다 3∼50% 큰 것을 특징으로 하는 칼라음극선관의 형광면 구조.
6. 패널 내면에 외부광 흡수층인 블랙매트릭스, 화소를 이루는 3색 형광체층을 순차적으로 형성하는 영상표시장치의 형광면 형성방법에 있어서:

   상기 3색 형광체층은,

   (1) 소정의 입경을 가진 제 1 형광체와, 상기 제 1 형광체의 발광을 돕는 소정의 코액티베이터(Co-activator) 또는 전도성 물질을 포함하는 형광체 슬러리를 제조하여 하부 형광체층을 형성하는 단계; 및

   (2) 적어도 상기 제 1 형광체 크기보다는 크며, 라운드(Round) 형상을 가진 제 2 형광체를 포함한 형광체 슬러리를 제조하여 상부 형광체층을 형성하는 단계를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 영상표시장치의 형광면 형성방법.