KR20030063814A - 질소를 함유하는 방전 가스를 사용한 플라즈마 디스플레이패널 - Google Patents

질소를 함유하는 방전 가스를 사용한 플라즈마 디스플레이패널 Download PDF

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Abstract

본 발명은 질소를 함유한 방전 가스를 사용하는 플라즈마 디스플레이 패널에 관한 것으로, 장파장 영역의 진공 자외선을 방출하도록 하기 위해 질소를 함유한 가스를 방전 가스로 사용하며, 장파장 영역의 진공 자외선 영역에서 높은 양자 효율을 가지도록 설계한 형광체를 사용하여 휘도 효율을 향상시킨 플라즈마 디스플레이 패널에 관한 것이다. 본 발명의 플라즈마 디스플레이는 영상을 표시하기 위한 다수의 화소를 가지며, 방전을 발생시키기 위한 하나 이상의 전극이 형성되며. 서로 결합되어 플라즈마를 형성하기 위한 방전 공간을 형성하는 상판 및 하판; 상판과 하판의 사이에 형성되는 방전 공간에 봉입되며, 방전 시 250nm-400nm 사이의 자외선을 방출하는 가스가 혼합된 방전 가스; 및 상판 또는 하판의 어느 한 면에 형성되며, 250nm-400nm 사이의 자외선 영역에서 최대 양자 효율을 가지며, 영역의 자외선에 의하여 여기되어 가시광선을 방출하는 형광체를 포함한다.

Description

질소를 함유하는 방전 가스를 사용한 플라즈마 디스플레이 패널{PLASMA DISPLAY PANEL USING DISCHARGE GAS CONTAINING NITROGEN}
본 발명은 질소를 함유한 방전 가스를 사용하는 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel: PDP)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 장파장 영역의 진공 자외선(vacuum UV)을 방출하도록 하기 위해 질소를 함유한 가스를 방전 가스로 사용하며, 상기 장파장 영역의 진공 자외선 영역에서 높은 양자 효율(quantum efficiency)을 가지도록 설계한 형광체를 사용하여 휘도 효율을 향상시킨 플라즈마 디스플레이 패널에 관한 것이다.
도 1에서는 종래 기술에 의한 플라즈마 디스플레이 패널의 한 예를 나타낸다. 상기 종래 기술의 패널은 현재 상용화된 교류형 플라즈마 디스플레이 패널(AC PDP)로서 3전극 면 방전형 구조이다. 상기 3전극 면 방전형 PDP는 전면측의 유리 기판(11)의 내면에, 행마다 한 쌍씩 유지 전극(서스테인(sustain) 전극 또는 표시 전극) (X, Y)이 배열되어 있다. 행은 도 1에 있어서의 수평방향의 셀 열이다. 유지 전극(X, Y)은, 각각이 일반적으로 ITO로 구성되는 투명 도전막(41)과 일반적으로 금속 증착에 의한 박막(예를 들어, Cr-Cu-Cr) 또는 감광성의 전도성 페이스트를 이용한 인쇄 후 리소그래피(lithography)에 의해 제조되거나, 전도성 페이스트(paste)를 이용한 인쇄에 의해 제조되는 버스 전극(42)으로 형성되고, 보통 저 융점 유리로 되는 두께 30μm 정도의 유전체층(17)으로 피복되어 있다. 유전체층(17)의 표면에는 보통 MgO로 구성되는 두께 수천 옹스트롬의 보호막(18)이 설치되어 있다. 어드레스 전극(A)은 배면측의 유리 기판(21) 위에 배열되어 있고, 통상 두께 10μm 정도의 유전체층(24)에 의해서 피복되어 있다. 유전체층(24)의 위에는 통상 150μm 정도의 높이를 가지며 평면상에서 볼 때 직선 띠 모양을 갖는 격벽(29)이, 각 어드레스 전극(A) 사이에 1개씩 설치되어 있다. 이들의 격벽(29)에 의해서 방전 공간(30)이 행방향으로 서브 픽셀(단위발광 영역)마다 정의되며 구획되어 있다. 그리고, 어드레스 전극(A)의 위쪽 및 격벽(29)의 측면을 포함하여 배면측의 내면을 덮도록 되어, 컬러 표시를 위한 R, G, B의 3색의 형광체층(28R, 28G, 28B)이 설치되어 있다. 방전 공간(30)에는 통상 네온(Ne)을 주성분으로 하며 크세논(Xe)을 혼합한 방전 가스가 충전되어 있고(봉입 압력은 통상 500Torr 정도),형광체층(28R, 28G, 28B)은 방전시에 크세논이 발하는 자외선에 의해서 국부적으로 여기되어서 발광한다. 도 1에 예시한 PDP에서의 1픽셀(화소)은 행방향으로 나란히 배열하는 3개의 서브픽셀로 구성된다. 각 서브픽셀 내의 구조체를 셀(cell)이라 한다. 도 2에서는 도 1에서 예시한 3전극 면방전형 PDP의 단면도를 나타낸다.
도 1 및 도 2에 예시한 바와 같은 교류형 PDP를 구동하기 위해서는 일반적으로 초기화 구간(리셋 구간, reset period), 어드레스 구간(address period) 및 유지 구간(서스테인 구간, sustain period)을 가지는 전압 파형을 위의 유지 전극(X, Y) 및 어드레스 전극(A)에 인가한다. 초기화 구간(reset period)에서는 교류형 PDP가 이전 부 필드(subfield)의 정보를 표시하는 동안, 불균일해진 패널 전체의 상태를 균일한 상태로 만든다. 이때, 어드레스 전극(A)에는 전압을 가하지 않거나 일정한 전압을 유지시킨다. 어드레스 구간(address period)에서는 한쪽 유지 전극 라인인 Y 전극과 어드레스 전극 라인 사이에 전압 차이를 발생시켜 어드레스 방전을 일으킴으로써 벽전하(wall charge)를 쌓는 방법으로 표시하고자 하는 정보를 기입한다. 유지 구간(sustain period)에서는 양쪽 유지 전극 라인인 X, Y에 교번하는 전압을 인가하여 어드레스 구간(address period)에서 벽전하가 기입된 셀에서만 가시광선을 방출하게 하여 정보를 표시한다.
도 3에서는 도 2의 일반적인 교류형 플라즈마 디스플레이 패널의 단면에서 일부 영역(90)의 세부 단면도를 나타내었다. 상판 및 하판 사이의 방전 공간(30)에는 방전 가스(50)가 주입되는데, 일반적으로 방전 가스는 네온(52)또는 헬륨을 주성분으로 하며 크세논(54)이 소량 섞인 가스를 사용하고 있다. 이것은 크세논단분자(Xe) 또는 이분자(Xe2) 가 여기 상태에서 기저 상태로 떨어 질 때 발생하는 147 nm 와 173 nm 의 자외선을 사용하고 이 두 자외선에 최적 반응하도록 제조된 PDP용 형광체가 사용되고 있기 때문이다. 그러나 이와 같은 단파장의 자외선을 사용하는 종래 기술의 경우, 전체적인 휘도 효율(luminous efficiency)이 낮아 이를 개선하고자 하는 많은 연구가 수행되고 있다. 휘도 효율의 개선은 현재의 플라즈마 디스플레이에서 문제가 되고 있는 높은 전력 소모의 문제를 개선할 수 있도록 하기 때문이다.
이와 같은 문제점을 극복하기 위하여 본 발명에서는 질소를 소량 첨가하여 불활성 기체와의 혼합 기체 방전을 이용하여 250 nm - 360 nm 사이의 장파장 자외선을 발생시키고 이 대역의 자외선에 대하여 높은 양자 효율을 가지는 형광체를 가지도록 한 새로운 구조의 고 휘도 효율의 플라즈마 디스플레이를 제안한다.
도 1은 종래 기술에 의한 플라즈마 디스플레이 패널의 한 예를 나타낸다.
도 2는 도 1에서 예시한 3전극 면방전형 PDP의 단면도를 나타낸다.
도 3은 도 2의 일반적인 교류형 플라즈마 디스플레이 패널의 단면에서 일부 영역의 세부 단면도를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 플라즈마 디스플레이의 바람직한 한 실시 형태의 세부 단면도를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 형태인 플라즈마 디스플레이 제조 방법을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 한 실시예로서의 네온 + 질소의 혼합기체가 PDP 내에서의 방전하여 디스플레이로 구동 할 때 방전 개시 전압(firing voltage: V firing)과 최소 방전 유지 전압(minimum sustain voltage: V sustain minimum)을 나타낸다.
도 7은 종래 기술의 단파장 자외선 대역에서 높은 양자 효율을 가지는 단파장 자외선 여기용 형광체와 네온 + 크세논(4%) 방전을 이용한 플라즈마 디스플레이와, 본 발명의 실시 예들인 네온 + 질소(0.1%) 및 네온 +질소(0.5%)의 방전을 이용하고 장파장 자외선 대역에서 높은 양자 효율을 가지는 형광체를 사용하는 플라즈마 디스플레이 패널의 양자 효율을 측정하여 상대적으로 비교한 도면이다.
도 8은 일반적인 형광체의 양자 효율을 나타낸다.
도 9는 본 발명에서 필요로 하는 형광체의 양자 효율을 나타낸다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11 : 전면판 17 : 유전체 층
18 : 보호막 21 : 배면판
A : 어드레스 전극 24 : 유전체 층
28R, 28G, 28B : 형광체 29 : 격벽
30 : 중간막 50: 방전 가스
52 : 네온 54: 크세논
56 : 질소
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 한 특징에 의한 플라즈마 디스플레이는 영상을 표시하기 위한 다수의 화소를 가지며, 방전을 발생시키기 위한 하나 이상의 전극이 형성되며. 서로 결합되어 플라즈마를 형성하기 위한 방전 공간을 형성하는 상판 및 하판; 상기 상판과 하판의 사이에 형성되는 방전 공간에 봉입되며, 방전 시 250nm-400nm 사이의 자외선을 방출하는 가스가 혼합된 방전 가스; 및 상기 상판 또는 하판의 어느 한 면에 형성되며, 상기 250nm-400nm 사이의 자외선 영역에서 최대 양자 효율을 가지며, 상기 영역의 자외선에 의하여 여기되어 가시광선을 방출하는 형광체를 포함하는 플라즈마 디스플레이 패널이다.
본 발명의 다른 한 특징에 의한 플라즈마 디스플레이 패널의 제조 방법은, 방전을 발생시키기 위한 하나 이상의 전극 및 유전체 막이 형성되며. 서로 결합되어 플라즈마를 형성하기 위한 방전 공간을 형성하는 상판 및 하판을 준비하는 단계; 상기 상판 또는 하판의 어느 한 면에, 250nm-400nm 사이의 자외선에 의하여 여기되어 가시광선을 방출하는 형광체를 도포하는 단계; 및 상기 상판 및 하판을 결합하고 배기하는 단계; 상기 상판과 하판의 사이에 형성되는 방전 공간에 방전 시 250nm-400nm 사이의 자외선을 방출하는 가스가 혼합된 방전 가스를 주입하는 단계; 및 밀봉하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 방전 가스는 질소; 및 He, Ne, Ar, Xe, Kr 중 적어도 한 가스를 포함하며, 상기 질소는 상기 방전 가스에서 20%이하의 농도로 첨가된다.
바람직하게는, 상기 형광체는 특히 300nm에서 360nm에서 최대의 양자 효율을 가진다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.
도 4에서는 본 발명의 플라즈마 디스플레이의 바람직한 한 실시 형태의 세부 단면도를 나타내었다. 본 발명의 플라즈마 디스플레이는 유전체(17), 유지전극(X, Y) 및 버스 전극(42)이 형성된 상판과 어드레스 전극(A), 유전체(24), 격벽(29) 및 형광체(28R, 28G, 28B)가 형성된 하판(일부만이 도 4에 도시됨)과 상기 상판 및 하판의 사이에 형성되는 방전 공간(30) 내에 질소(56)를 첨가한 방전 가스(50)를 주입한 것을 특징으로 한다.
도 6은 본 발명의 한 실시예로서의 네온 + 질소 혼합기체가 PDP 내에서의 방전하여 디스플레이로 구동 할 때 방전 개시 전압(firing voltage: V firing)과 최소 방전 유지 전압(minimum sustain voltage: V sustain minimum)을 나타낸다. 종래 기술의 네온 + 크세논(4%) 혼합 기체 방전보다 낮은 전압에서 구동이 가능하고, 구동 마진이 큼을 알 수 있다. 여기서 구동 마진이란 방전 개시전압에서 최소 방전 유지 전압을 뺀 전압을 말한다.
도 7은 종래 기술의 단파장 자외선 대역에서 높은 양자 효율을 가지는 단파장 자외선 여기용 형광체와 네온 + 크세논(4%) 방전을 이용한 플라즈마 디스플레이와, 본 발명의 실시 예들인 네온 + 질소(0.1%) 및 네온 +질소(0.5%)의 방전을 이용하고 장파장 자외선 대역에서 높은 양자 효율을 가지는 형광체를 사용하는 플라즈마 디스플레이 패널의 양자 효율을 측정하여 상대적으로 비교한 도면이다. 상기 도 7로부터 본 발명의 실시 예들인 네온 + 질소(0.1%)와 네온 + 질소(0.5%) 혼합 기체를 사용하고, 장파장 자외선 여기용 형광체와 결합시킨 플라즈마 디스플레이에서 휘도 효율이 향상됨을 알 수 있다.
질소를 함유하는 가스를 사용하는 점이 본 발명의 주요한 특징이며, 위의 실시 형태에서 예로 든 네온에 질소를 혼합하는 경우뿐만 아니라 다양한 변형이 가능함이 당업자에게는 자명하다. 네온(Ne), 아르곤(Ar), 헬륨(He), 크세논(Xe) 및 크립톤(Kr) 등의 불활성 가스나 또는 이들 중 하나 이상의 가스를 적절히 혼합한 가스를 주 방전 가스로 하고, 여기에 질소를 소량(약 20% 이내) 혼합한 가스를 방전가스로 사용할 수도 있다.
일반적으로 형광체는 다양한 조성 및 제조 방법에 의하여 제조될 수 있는데, 흔히 사용되는 형광체의 예는 적색을 방출하는 (Y, Gd)BO3: Eu 또는 Y2O3: Eu, 녹색을 방출하는 Zn2SiO4: Mn 또는 BaAl12O19: Mn, 청색을 방출하는 BaMgAl14O23: Eu 등이다. 이와 같은 형광체는 호스트(host) 재료 및 활성제(activator)를 혼합한 조성을 가지는 재료로서, 호스트 재료는 진공 자외선을 받아들여 그 에너지를 활성제에 전달하게 되며 활성제의 여기(excitation)에 의하여 가시 광선이 방출되게 된다.
위에서 예시한 형광체는 일반적으로 사용되는 단파장 대역의 진공 자외선에서 높은 양자 효율을 가지는 형광체로서 첨부된 도 8과 같은 양자 효율을 가지는 것이 알려져 있다. 도 9는 본 발명의 플라즈마 디스플레이에 적합한 형광체의 양자 효율을 예시하고 있는 도면으로서 도 8의 종래 기술의 형광체는 147nm 부근의 진공 자외선 대역에 걸쳐서 높은 양자 효율을 가지는 반면 여기서는 250-400nm의 진공 자외선 대역에 걸쳐서 높은 양자 효율을 가지게 된다. 특히, 질소에서 방출되는 장파장 대역의 진공 자외선에 민감하여야 하기 때문에 300nm에서 360nm 사이에서 최대 양자 효율을 가지는 것이 바람직하다. 다양한 형광체의 조성 및 그에따른 물성은 이미 널리 알려져 있으며 본 발명은 이와 같은 형광체 자체나 그 제조 방법과 관련된 것은 아니므로 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 5에서는 본 발명의 다른 특징에 의한 플라즈마 디스플레이 제조 방법을 나타낸다. 먼저 전면판 또는 상판(上板, front panel)의 경우 유리 기판(11)을 준비한 후(110), 예비 아닐링(120)을 거쳐, ITO(Indium-Tin-Oxide)로 이루어진 투명 전극을 스퍼터링(sputtering) 등의 방법을 통하여 증착한 다음 일정한 전극모양을 얻기 위해 에칭(etching)하여 패터닝 함으로써 투명전극을 형성(130)한다. ITO의 저항이 높기 때문에 선 저항 감소를 위해서 구동회로와 투명 전극(41)을 연결시키는 금속 버스 전극(42)을 인쇄(프린팅, printing) 하거나 포델(Fodel) 방법을 이용하여 제작(140)하고, 그 위에 투명 유전체(17)를 프린팅(150)한다. 투명 유전체(17)의 보호와 2차 전자 방출의 증가를 위해서 MgO Layer(일반적으로 3000∼4000Å)로 이루어진 보호막(18)을 형성한다.
배면판 또는 하판(下板, rear panel)의 경우 기판(21)을 준비(210)한 후, 어드레스 전극(A)을 형성(220)하며, 유전체(24)를 프린팅(230)하고, 각각의 셀(cell)을 분리하기 위해 격벽(29)을 제작(240)한 후, 각각의 형광체(28R, 28G, 28B)를 프린팅(250)하여 완성한다. 이렇게 형성된 상판 및 하판을 조립 및 봉착(410)하며, 배기하고 질소를 함유한(예를 들어, He, Ne, Ar, Xe, Kr 등의 불활성 가스의 어느 한 가스나 또는 하나 이상의 가스를 조합한 가스에 질소를 20% 이내 첨가) 가스를 주입(420)하면 AC PDP의 제작이 완성되며, 이후 에이징(aging)(430) 과정을 거치게 된다.
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 형태에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 예를 들어, 전극의 형태는 직선(stripe) 타입이 아닐 수도 있으며, 메쉬(mesh) 타입, 미앤더링(meandering) 타입 등등의 다양한 변형이 있을 수 있다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 형태에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
본 발명의 질소를 함유하는 방전 가스를 사용한 플라즈마 디스플레이 패널에 의하여, 플라즈마 디스플레이 패널의 휘도 효율을 개선할 수 있으며, 구동 전압을 낮출 수 있으며, 넓은 구동 마진을 가지는 플라즈마 디스플레이 패널을 제공하여 전력 소모를 경감한 플라즈마 디스플레이 장치를 구현할 수 있다.

Claims (6)

  1. 영상을 표시하기 위한 다수의 화소를 가지는 플라즈마 디스플레이 패널에 있어서,
    방전을 발생시키기 위한 하나 이상의 전극이 형성되며. 서로 결합되어 플라즈마를 형성하기 위한 방전 공간을 형성하는 상판 및 하판;
    상기 상판과 하판의 사이에 형성되는 방전 공간에 봉입되며, 방전 시 200nm-400nm 사이의 자외선을 방출하는 가스가 혼합된 방전 가스; 및
    상기 상판 또는 하판의 어느 한 면에 형성되며, 상기 200nm-400nm 사이의 자외선 영역에서 최대 양자 효율을 가지며, 상기 영역의 자외선에 의하여 여기되어 가시광선을 방출하는 형광체를 포함하는 플라즈마 디스플레이 패널.
  2. 제 1항에 있어서
    상기 방전 가스는
    질소; 및
    He, Ne, Ar, Xe, Kr 중 적어도 한 가스를 포함하며,
    상기 질소는 상기 방전 가스에서 20%이하의 농도로 첨가되는
    플라즈마 디스플레이 패널.
  3. 제 1항에 있어서
    상기 형광체는 특히 300nm에서 360nm에서 최대의 양자 효율을 가지는 플라즈마 디스플레이 패널.
  4. 플라즈마 디스플레이 패널의 제조 방법에 있어서,
    방전을 발생시키기 위한 하나 이상의 전극 및 유전체 막이 형성되며. 서로 결합되어 플라즈마를 형성하기 위한 방전 공간을 형성하는 상판 및 하판을 준비하는 단계;
    상기 상판 또는 하판의 어느 한 면에, 250nm-400nm 사이의 자외선에 의하여 여기되어 가시광선을 방출하는 형광체를 도포하는 단계; 및
    상기 상판 및 하판을 결합하고 배기하는 단계;
    상기 상판과 하판의 사이에 형성되는 방전 공간에 방전 시 250nm-400nm 사이의 자외선을 방출하는 가스가 혼합된 방전 가스를 주입하는 단계; 및
    밀봉하는 단계를 포함하는 플라즈마 디스플레이 패널의 제조 방법.
  5. 제 4항에 있어서
    상기 방전 가스는
    질소; 및
    He, Ne, Ar, Xe, Kr 중 적어도 한 가스를 포함하며,
    상기 질소는 상기 방전 가스에서 20%이하의 농도로 첨가되는
    플라즈마 디스플레이 패널의 제조 방법.
  6. 제 4항에 있어서
    상기 형광체는 특히 300nm에서 360nm에서 최대의 양자 효율을 가지는 플라즈마 디스플레이 패널의 제조 방법.
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