KR20010021380A - 컬러 필터를 구비한 컬러 화상 스크린 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화상 스크린 유리와 인광체 층 사이에 배열되는 착색제 입자 및 콜로이드 입자를 포함하는 컬러 필터를 구비한 컬러 화상 스크린을 설명한다. 채색 입자(color particle)를 콜로이드 매트릭스에 삽입함으로써 컬러 필터 층 및 회색 필터 층에서 200 ㎚ 보다 큰 입자 크기를 갖는 채색 입자를 또한 사용하는 것이 가능하다. 콜로이드매트릭스는 10 내지 50 ㎚ 사이의 바람직한 입자 직경을 갖는 SiO₂, ZrO₂, SnO₂, CeO₂및 ZnO 그룹으로부터 선택되는 입자를 포함한다.

Description

컬러 필터를 구비한 컬러 화상 스크린{COLOR PICTURE SCREEN WITH COLOR FILTER}

본 발명은 컬러 화상 스크린에 관한 것으로, 특히 화상 스크린 유리, 인광체 층, 및 상기 화상 스크린 유리와 인광체 층 사이에 존재하는 컬러 필터를 구비하는 컬러 화상 진공관, 컬러 모니터, 또는 플라즈마 디스플레이에 관한 것이다.

컬러 화상 스크린 및 컬러 모니터는 밝은 주변조도에 종종 사용된다. 화상 스크린이 이 조도에서 더 잘 보이도록 하고, 눈의 피로를 줄이기 위해서, 화상 스크린은 눈부심이 없고, 낮은 반사성을 갖으며, 선명한 콘트라스트를 가져야 한다.

일예로, 무기안료 형태의 컬러 필터를 통해 향상된 콘트라스트가 획득되는데, 상기 무기안료는 남아있는 스펙트럼 영역에서의 방사를 흡수하는 동시에 관련 인광체를 통해 방출되는 컬러를 최대한 통과시키기 위해 선택된다. 이러한 컬러 필터는 인광체와 화상 스크린 사이를 분리하는 층으로서 제공된다. 따라서 입사 주변조도의 녹색 및 청색 성분은 적색 안료에 의해 흡수되고, 청색 및 적색 성분은 녹색 안료에 의해 흡수되며, 녹색 및 적색 성분은 청색 안료에 의해 흡수된다. 또한, 이러한 투명 컬러 필터는 인광체에 의해 방출되는 광선의 컬러 순도를 향상시킨다.

콘트라스트는 소위 회색 또는 중성 필터를 사용함으로써 또한 향상되고, 상기 필터는 적색, 청색, 및 녹색 인광체에 의해 방사된 광선과 입사 가시광선에 대해서 균일한 투과도를 갖는다.

EP 0 720 201 A1에서는 단지 200 ㎚ 보다 작은 입자 직경을 갖는 안료가 사용되는 곳에서 상기 안료에 의한 가시광선의 바람직하지 못한 소산(scattering)을 방지하는 방법이 기술된다.

본 발명의 목적은, 높은 콘트라스트 영상 및 양호한 방출 컬러 품질을 산출하는 향상된 컬러 필터를 구비한 컬러 화상 스크린을 제공하는데 있다.

이 목적은 화상 스크린 유리, 인광체 층, 및 상기 화상 스크린 유리와 상기 인광체 층 사이에 제공되는 컬러 필터를 구비한 컬러 화상 스크린을 통해 달성되고, 상기 컬러 화상 스크린은, 상기 컬러 필터가 100 ㎚ 보다 작은 입자 직경을 갖는 콜로이드 입자와 200 ㎚ 보다 큰 입자 직경을 갖는 착색제 입자를 포함하는 것을 특징으로 한다.

200 ㎚보다 큰 입자 직경을 갖는 착색제 입자는 100 ㎚보다 작은 입자 직경을 갖는 입자로 구성된 콜로이드 매트릭스에 삽입된다. 콜로이드 입자의 입자 직경은 대체적으로 가시광선의 파장보다 작기 때문에, 결국 컬러 필터를 통과하게 된다.

특히 콜로이들 입자는 10 내지 50 ㎚ 사이의 입자 직경을 갖는 것이 바람직하다.

바람직하게는, 콜로이드 입자는 굴절율(n_D)>1.4를 갖는다.

컬러 필터 내에 있는 착색제 입자 사이의 공간이 투명 물질로 메워짐으로써 개재 공간(intervening space)의 굴절율은 착색제 입자의 굴절율과 동일하게 된다. 이러한 굴절율의 적용은 층에서의 광 소산을 상당히 감소시킨다.

콜로이드 입자가 산화금속을 포함하는 것이 바람직할 수 있다.

산화금속은 콜로이드 입자로서 제공될 때 높은 굴절율뿐만 아니라 높은 온도 안정성을 갖는다. 또한, 산화금속은 컬러 화상 스크린이 컬러 음극선관에 사용될 때 발생하는 것과 같은 전자선에 대해서 안정적이다.

산화금속은 SiO₂, ZrO₂, SnO₂, CeO₂및 ZnO 그룹 중에서 선택되는 것이 더욱 바람직하다.

많은 적절한 산화금속이 수성 졸(aquous sol)의 형태로 상업적 이용가능하다. 다른 콜로이드 입자는 분말 형태로 이용가능하고, 물에서의 분산을 통해 콜로이드 졸로 변형된다.

착색제 입자는 무기 안료, 유기 안료, 무기 염료, 및 유기 염료를 포함하는 그룹 중에서 선택되는 것이 바람직하다.

착색제 입자는 상기 입자 흡수 스펙트럼이 사용될 인광체의 방출 대역으로 조정되도록 선택된다. 200 ㎚보다 큰 입자 직경을 갖는 적절한 착색제 입자 선택폭의 확대는 순수 컬러를 갖는 효과적인 컬러 필터의 제조를 가능하게 하는데, 상기 효과적인 컬러 필터는 이러한 입자 직경을 갖는 착색제 입자에 의해 야기되는 광 소산으로 인해 사전에 구현될 수 없다. 특히, 열에 대해 안정적이고 전자선에 대해 안정적인 회색 필터는 200 ㎚보다 더 작은 입자 직경을 이용할 수 없는 산화물로 제조될 수 있다.

바람직한 실시예에서, 컬러 필터는 적어도 두 가지 유형의 착색제 입자를 포함한다.

조정된 흡수단(absorption edges) 사이의 거리를 갖는 두 개 이상 유형의 착색제 입자를 사용함으로써 전송 윈도우(transmission window)를 정의하는 것이 또한 가능하다.

또한 본 발명은 화상 스크린 유리, 인광체 층, 및 화상 스크린 유리와 인광체 층 사이에 배열되는 컬러 필터를 구비한 컬러 화상 스크린 제조 방법에 관한 것으로, 상기 컬러 필터는 100 ㎚ 보다 작은 입자 직경을 갖는 콜로이드 입자와 200 ㎚보다 큰 입자 직경을 갖는 착색제 입자를 포함하고, 제 1 착색제 입자 층이 화상 스크린 유리 상에 증착되고, 그 다음에 착색제 입자 사이의 공간이 콜로이드 입자로 메워진다.

본 발명은 이 후에 더 상세하게 설명될 것이고, 여섯 개의 실시예가 기술될 것이다.

컬러 필터나 회색 필터를 제조하기 위해서, 착색제 입자는 콜로이드 매트릭스에 삽입된다(embeded). 즉 착색제 입자 사이의 자유부피가 콜로이드 입자로 메워진다. 개재 공간의 효과적인 굴절율이 적절한 콜로이드 입자의 선택을 통해 착색제 입자의 굴절율에 적용된다. 개재 공간의 메움(filling)은 일반적으로 완전하게 이루어지지 않지만, 상기 개재 공간에서의 효과적인 굴절율은 순수한 콜로이드 졸의 굴절율보다 작다는 사실이 주시되어야 한다. 적절한 콜로이드 입자의 선택과 개재 공간의 양호한 메움이 제공된다면, 채색 입자(color particle)의 입자 직경이 200 ㎚보다 크다는 사실에도 불구하고, 투명한 채색 입자 층이 획득될 것이다.

개재 공간이 콜로이드 입자로 메워진 컬러 필터 층이나 회색 필터 층을 제조하는 것은 대체로 두 가지의 다른 처리공정으로 달성될 수 있다.

제 1 처리공정에 있어서, 컬러 필터 층이나 회색 필터 층을 제조하기 위해 제공되는 채색 입자의 현탁액은 하나의 적절한 콜로이드 졸이나 수 개의 적절한 졸과 혼합된다. 이러한 목적을 위해서, 먼저 채색 입자는 분산제를 추가하면서 물에서 분쇄(mill)된다. 다음으로, 분쇄 처리에서 분쇄되지 않은 불순물이나 덩어리가 일예로 여과작용을 통해 제거된다. 콜로이드 입자를 갖는 수성 졸이 교반 하에서 최종 현탁액에 첨가된다. 이러한 혼합물은 일예로 스핀 코팅(spin coating)을 통해 화상 스크린 유리의 내부면에 제공되어 건조된다.

제 2 처리공정에 있어서, 컬러 필터 층이나 회색 필터 층이 제 1 처리공정 단계에서 화상 스크린 유리의 내부면에 제조된다. 채색 입자의 현탁액이 이러한 목적으로 준비되어, 화상 스크린 유리에 제공되고, 건조된다. 다음으로, 제 2 처리공정 단계에서, 이러한 채색 입자 층이 콜로이드 졸이나 콜로이드 졸의 혼합물과 포화됨으로써, 채색 입자 사이의 개재 공간이 콜로이드 입자로 메워진다.

이러한 처리공정에서는, 컬러 필터나 회색 필터를 제조하기 위한 채색 입자의 현탁액은 고농도의 용해된 보조 물질, 예를 들어 폴리비닐 알코올과 같은 유기 고분자 결합제를 갖지 않는 것이 바람직하다. 이러한 용해된 물질은 컬러 필터 층이나 회색 필터 층을 건조시키는 동안에 개재 공간에 증착될 것이고, 콜로이드 입자에 의한 메움을 방지할 것이다. 착색제의 입자 현탁액의 조성물은 용해된 물질이 채색 입자 볼륨의 단지 20% 만큼 비율을 차지하도록 효과적으로 그에 알맞게 선택되어야 한다. 채색 입자 대 결합제의 비율은 10:1로 제한하는 것이 유리하다. 만약 더 높은 결합제 농도의 사용이 필요하다면, 이러한 공간이 무색의 입자로 메워질 수 있기 전에 사전 열처리 단계를 통해 먼저 개재 공간으로부터 결합제를 제거하는 것이 유리하다.

적절한 콜로이드 입자는, 예를 들어, SiO₂, ZrO₂, SnO₂, CeO₂및 ZnO 그룹 중에서 선택된 무색의 금속산화물이다. 적절한 콜로이드 입자의 이러한 목록화는 총망라한 것은 아니지만, 당업자들이 주의하도록 하는 가능성을 나타내는 것으로써 간주될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 관련 특성을 갖는 인산염과 황화물이 콜로이드 입자로서 대안적으로 사용될 수 있다.

대다수의 적절한 콜로이드 입자는 수성 졸의 형태로 상업적으로 이용가능하다. 다른 콜로이드 입자는 분말 형태로 이용가능하고 물에서의 분산을 통해 콜로이드 졸로 변환된다. 바람직하게, 이는 분쇄나 초음파 처리를 통해 수행된다.

동일한 스펙트럼 영역에 있는 광을 흡수하는 착색된 콜로이드 입자를 착색제 입자로 사용하는 것이 오히려 매우 유리할 수 있다. 사용될 수 있는 적절한 콜로이드 입자로는 일예로 Fe₂O₃입자가 있다.

사용된 채색 입자는, 예를 들어, 청색 안료 울트라마린(ultramarine)과 같은 화합물, 일예로 탄탈 산화 질화물과 같은 적색 산화 질화물(oxynitride) 안료, 또는 200 ㎚ 이상의 입자 직경을 갖는 Co-Fe 산화물일 수 있다.

컬러 화상 스크린을 제조하기 위해서, 예들 들어, 화상 스크린 유리는 우선 사진석판 처리공정(photolithographic process)을 통해 검은색 매트릭스 패턴으로 덮여질 수 있다. 컬러 필터 층이나 회색 필터 층은, 화상 스크린 유리와 대응하는 인광체 그리드 사이에 증착되기 위해서, 상술된 방법들 중 하나의 방법을 통해 화상 스크린 유리상에 제공된다. 다음으로, 삼원색 컬러(청색, 적색 및 녹색)의 그리드가 공지된 방법을 통해 세 번의 연속적인 사진석판 단계로 이러한 인광체의 현탁액을 적용함으로써 제공된다. 대안적으로, 인광체는 인쇄 처리공정에 제공될 수 있다. 모든 세 개의 컬러 및 컬러 필터 층을 포함하는 최종 컬러 화상 스크린에는 컬러 음극선관이나 컬러 모니터에서의 정상적인 응용을 위해 배후면에 알루미늄 막이 제공될 수 있다.

본 발명에 따른 컬러 화상 스크린은, 예를 들어, 컬러 음극선관을 제조하는데 사용될 수 있는데, 상기 컬러 음극선관은 하우징, 컬러 화상 스크린, 네크, 상기 컬러 화상 스크린을 상기 네크에 연결시키는 콘, 및 적어도 하나의 전자선의 방출을 위해 네크에 제공되는 전자총 또는 베타트론(betatron)을 포함한다.

게다가, 본 발명에 따른 컬러 화상 스크린은, 예를 들어, 플라즈마 화상 스크린을 제조하는데 또한 사용될 수 있는데, 상기 플라즈마 화상 스크린은 컬러 화상 스크린, 뒤판, 분리벽에 의해 분리되고 스크린과 뒤판 사이에 배치되며 가스를 포함하고 있는 다수의 플라즈마 셀, 및 상기 플라즈마 셀에서 코로나 방전을 생성하기 위한 하나 또는 수 개의 전극 어레이를 포함한다.

본 발명의 실시예가 아래에서 설명될 것이고, 본 발명이 어떻게 실행되는지에 대한 예를 나타낼 것이다.

실시예 1

회색 필터를 제조하기 위해서, 검은색 안료가 채색 입자로서 사용되는데, 상기 검은색 안료는 식 Cu(Cr,Fe)₂O₄를 통해 스피넬 구조(spinell structure)를 갖는 혼합-상태의 산화물이다. 안료는 분산제 폴리(N,N-디메틸-3,5-디메틸피페리디늄) 염화물인 첨가물과 함께 볼분쇄기 내의 물에서 분쇄된다. 수성 현탁액은 분쇄 처리공정에서 가루로 되지 않은 불순물이나 덩어리를 분리하기 위해서 여과된다. 현탁액은 교반 동안에 20 ㎚의 입자 직경을 갖는 수성 ZrO₂와 혼합된다. 현탁액에서 안료 대 콜로이드 입자의 혼합 비율은 12.5 중량% : 15 중량%이다. 현탁액이 스핀 코팅을 통해 화상 스크린 유리에 제공되고, 0.9㎛의 층 두께를 갖는 회색 층이 건조 후에 획득된다. 이 층은 콜로이드 입자를 첨가하지 않고 제조된 유사 층보다 상당히 더 큰 투명도를 나타낸다.

실시예 2

청색 컬러 필터 층을 제조하기 위해서, 청색 안료 울트라마린이 분산제로서 폴리아크릴산의 소듐염인 첨가물과 함께 볼분쇄기 내의 물에서 분쇄된다. 수성 현탁액은 분쇄 처리공정에서 가루로 되지 않은 불순물이나 덩어리를 분리하기 위해 여과된다. 현탁액은 교반 동안에 폴리비닐 알코올과 소듐 중크롬산염 용액을 포함하는 용액과 혼합된다. 현탄액에서의 안료 대 폴리비닐 알코올의 혼합 비율은 10 중량% : 1 중량%이다. 현탁액은 스핀 코팅을 통해 화상 스크린 유리에 제공되고, 2.9㎛의 층 두께를 갖는 강한 광-소산을 위한 청색 층이 건조 후에 획득된다. 상기 층은 마스크(mask)를 통해 UV-광선과 조사되고, 결합제가 노출된 영역에서 교차결합된다(架橋, cross-linked). 다음으로, 교차결합되지 않은 컬러 필터 영역이 뜨거운 물을 뿌림으로서 씻어 진 후, 건조된다. 결국 울트라마린 안료 층으로 구성되는 형태가 20 ㎚의 입자 직경을 갖는 ZrO₂졸로 포화되고, 초과된 졸이 원심작용을 통해 제거된다. 결합제를 건조시키고 구운 후에, 투명한 청색 안료 층이 획득된다.

실시예 3

실시예 2에서와 같이 제조된 울트라마린 안료를 갖는 컬러 필터 층은 50㎚의 입자 직경을 갖는 ZrO₂졸로 포화된다. 투명한 청색 안료 층이 결합제를 건조시키고 구운 후에 획득되지만, 상기 컬러 필터 층은 실시예 2를 참조하여 기술된 컬러 필터 층보다 더욱 강하게 광선을 소산시킨다.

실시예 4

실시예 2에서와 같이 제조된 울트라마린 안료를 갖는 컬러 필터 층은 10㎚의 입자 직경을 갖는 ZnO졸로 포화된다. 투명한 청색 안료 층은, 실시예 2 및 3을 참조하여 기술된 청색 컬러 필터의 투명도보다 더 양호한 투명도를 갖는 결합제를 건조시키고 구운 후에 획득된다.

실시예 5

녹색 컬러 필터 층을 제조하기 위해서, 녹색이 혼합된 산화물 안료{(Co_0.3Ni_0.5Zn_0.2)₂TiO₄}가 분산제로서 폴리아크릴산의 소듐염인 첨가물과 함께 볼분쇄기 내의 물에서 분쇄된다. 수성 현탁액은 분쇄 처리공정에서 가루로 되지 않은 불순물이나 덩어리를 분리하기 위해 여과된다. 현탁액은 교반 동안에 폴리비닐 알코올 용액 및 소듐 중크롬산염 용액과 혼합된다. 현탁액에서의 안료 대 폴리비닐 알코올의 혼합 비율은 10 중량% : 1 중량% 이다. 현탁액은 스핀 코팅을 통해 화상 스크린 유리에 제공되고, 1.9㎛의 층 두께를 갖는 투명한 녹색 층이 건조 후에 획득된다. 상기 층은 마스크(mask)를 통해 UV-광선으로 조사되고, 결합제가 노출된 영역에서 교차결합된다. 다음으로, 교차결합되지 않은 컬러 필터 영역이 뜨거운 물을 뿌림으로서 씻어 진 후, 건조된다. 제조된 컬러 필터 층은 10 ㎚의 입자 직경을 갖는 ZnO 졸로 포화되고, 초과된 졸은 원심작용을 통해 제거된다. 결합제를 건조시키고 구운 후에, 투명한 녹색 안료 층이 획득된다.

실시예 6

적색 컬러 필터 층을 제조하기 위해서, 적색 탄탈 산화질화물(TaON)이 분산제로서 폴리아크릴산의 소듐염인 첨가물 및 소포제와 함께 볼분쇄기 내의 물에서 분쇄된다. 수성 현탁액은 분쇄 처리공정에서 가루로 되지 않은 불순물이나 덩어리를 분리하기 위해 여과된다. 40 ㎚의 평균 입자 직경을 갖는 다른 콜로이드 철산화물 현탁액이 유사한 방식으로 분쇄되고 여과된다. 산화질화물 안료 현탁액은 콜로이드 Fe₂O₃현탁액과 혼합된다. 결국, 현탁액은 조합적으로 두께를 갖는 공중합체(copolymer)의 알카리성 용액과 혼합된다. 안료의 농도는 12.5 중량%이고, 안료 대 콜로이드 입자의 혼합 비율은 4 :1이며, 폴리머 함유량은 0.15%이다. 현탁액은 스핀 코팅을 통해 사전에 포토레지스트 층을 갖는 구조로된 화상 스크린 유리에 제공된다. 상기 층의 두께는 건조 후에 2.4㎛가 된다. 나머지 포토레지스트 부분은 현상 단계(development step)에서 상기 부분에 증착된 컬러 필터 층과 함께 제거된다. 적색 컬러 필터 층은 유리에 대해 매우 양호한 점착력을 갖고 높은 투명도를 갖는다.

전술한 관점에서 볼 때, 첨부된 청구 범위에 의해 정의된 바와 같이 본 발명의 사상과 범주를 벗어나지 않으면서 다양한 변형이 이루어질 수 있으며, 따라서 본 발명은 제공된 실시예들로 한정되지는 않는다는 것이 당업자들에게 자명할 것이다.

Claims (8)

1. 화상 스크린 유리, 인광체 층, 및 상기 화상 스크린 유리와 상기 인광체 층 사이에 컬러 필터를 구비하는 컬러 화상 스크린에 있어서,

   상기 컬러 필터는 100 ㎚ 보다 작은 입자 직경을 갖는 콜로이드 입자와 200 ㎚ 보다 큰 입자 직경을 갖는 착색제 입자(particle of coloring agent)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 컬러 화상 스크린.
2. 제 1항에 있어서, 상기 콜로이드 입자는 10 ㎚ 내지 50 ㎚ 사이의 입자 직경을 갖는 것을 특징으로 하는, 컬러 화상 스크린.
3. 제 1항에 있어서, 상기 콜로이드 입자는 굴절율(n_D)>1.4 인 것을 특징으로 하는, 컬러 화상 스크린.
4. 제 1항에 있어서, 상기 콜로이드 입자는 금속산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 컬러 화상 스크린.
5. 제 4항에 있어서, 상기 금속산화물은 SiO₂, ZrO₂, SnO₂, CeO₂및 ZnO 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 컬러 화상 스크린.
6. 제 1항에 있어서, 상기 착색제 입자는 무기 안료, 유기 안료, 무기 염료, 및 유기 염료를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 컬러 화상 스크린.
7. 제 1항에 있어서, 컬러 필터는 적어도 두 가지 유형의 착색제 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 컬러 화상 스크린.
8. 화상 스크린 유리, 인광체 층, 및 컬러 필터를 구비하는 컬러 화상 스크린 제조 방법으로서, 상기 컬러 필터는 상기 화상 스크린 유리와 상기 인광체 층 사이에 배열되고 100 ㎚ 보다 작은 입자 직경을 갖는 콜로이드 입자와 200 ㎚보다 큰 입자 직경을 갖는 착색제 입자를 포함하는, 컬러 화상 스크린 제조 방법에 있어서,

   제 1 착색제 입자 층이 상기 화상 스크린 유리 상에 증착되고, 그 다음에 상기 착색제 입자 사이의 공간이 콜로이드 입자로 메워지는 것을 특징으로 하는, 컬러 화상 스크린 제조 방법.