KR20070120927A - 테르븀 3가 이온-활성 형광체를 구비한 플라스마 화상스크린 - Google Patents

Abstract

본 발명은 향상된 색 포화도와 향상된 색 안정도를 갖는 플라스마 화상 스크린에 관한 것이다. 이는 Tb³⁺ 활성 형광체와 크세논 함유량이 증가된 가스 혼합물을 이용하여 달성된다.

색 포화도, 플라스마, Tb3+ 활성 형광체, 크세논, 가스 혼합물

Description

테르븀 3가 이온-활성 형광체를 구비한 플라스마 화상 스크린{PLASMA PICTURE SCREEN WITH TERBIUM(III)-ACTIVATED PHOSPHOR}

본 발명은, 유전층과 보호층이 제공된 유리판을 포함하는 앞판과, 적색 및 청색 형광체 뿐 아니라 녹색 Tb³⁺ 활성 형광체를 포함하는 형광층을 구비하는 캐리어판과, 상기 앞판과 캐리어판 사이의 영역을 (크세논을 포함하는)가스로 채워진 플라스마 셀들로 세분하는 리브 구조(ribbed structure)와, 플라스마 셀에서 코로나 방전을 생성하기 위한, 앞판과 캐리어판에 접해있는 한 개 또는 수 개의 전극 어레이를 구비하는, 플라스마 화상 스크린에 관한 것이다.

플라스마 화상 스크린은 고 해상도를 갖는 컬러 화상을 가능케 하고, 대형 화면을 이룰 수 있으며, 간단한 구조(compact construction)를 갖는다. 플라스마 화상 스크린은 그리드 형태로 정렬된 전극을 갖는, 가스(gas)로 채워진 밀봉된 유리 셀(a hermetically closed glass cell)을 포함한다. 전압을 인가함으로써 가스 방전을 일으키는데, 이 때 자외선 영역(145 내지 185 nm)의 빛이 발생한다. 이 빛은 형광체에 의해 가시광으로 변환되며, 유리 셀의 앞판을 통해 사용자(viewer)에 게로 방출된다.

진공 UV 여기 상태에서 특히 효율적인 형광체가, 플라스마 화상 스크린에 사용된다. 종종 사용되는 녹색 방출 형광체로는 예를 들어, Zn₂SiO₄:Mn(ZSM)과 BaAl₁₂O₁₉:Mn(BAL)이 있다. 이들 물질은 y > 0.7의 높은 y 값을 갖는, 포화도에 달한 녹색 방출 컬러(a saturated green emission color)를 보여준다. 이들 물질의 단점은 비교적 긴 붕괴 시간(t_1/10)을 갖는다는 것인데, 예를 들어 2.5% Mn을 갖는 Zn₂SiO₄는 30 ms이다. 이렇게 되는 이유는 빛의 방출과 관련된 ⁴T₁ →⁶A₁ 전이가 스핀 금지(spinforbidden)되어 있기 때문이다. 더불어, 붕괴 시간(t_1/10)과 Mn²⁺ 활성 형광체의 컬러 포인트는 Mn²⁺ 농도에 크게 의존한다. 또 다른 단점은 Mn²⁺가 Mn³⁺ 또는 Mn⁴⁺로 쉽게 산화하는 것으로, 이렇게 되면 형광체의 안정성을 감소시킨다는 것이다.

이와 반대로, Tb³⁺ 활성 형광체는 온도에 대해 안정적이고 빛에 대해 안정적인데, 이는 Tb³⁺이 Tb⁴⁺로 쉽게 산화되지 않기 때문이다. Mn²⁺ 활성 형광체에 비해 이들 형광체의 또 다른 장점은 모격자(host lattice)에 따라 2ms 와 10ms 사이인, 더 짧은 붕괴 시간(t_1/10)을 갖는다는 것이다.

그러므로, 미국 특허 US 6,004,481은 0.0<x<0.2, 0.01<y<0.1, 0.0<z<0.1인, 화합물 (Y_1-x-y-zGd_xTb_yCe_z)BO₃ 를 갖는 플라스마 화상 스크린에 사용하기 위한 녹색 방출 Tb³⁺ 활성 형광체를 설명한다.

Tb³⁺ 활성 형광체의 주요한 단점은 이들이 y < 0.62의 낮은 y 값을 갖는, 황색을 포함하는 녹색 컬러 포인트(yellowy-green color point)를 갖는다는 것이다.

본 발명의 목적은 플라스마 화상 스크린에 Tb³⁺ 활성 형광체를 제공하는 것으로써, 녹색 픽셀들은 개선된 컬러 포인트를 갖는 빛을 제공한다.

이 목적은 유전층과 보호층이 제공된 유리판을 포함하는 앞판과, 적색 및 청색 형광체 뿐 아니라 녹색 Tb³⁺ 활성 형광체를 포함하는 형광층을 구비한 캐리어판과, 앞판과 캐리어판 사이의 공간을 (크세논을 포함하는)가스로 채워진 플라스마 셀로 세분하는 리브 구조와, 플라스마 셀에서 코로나 방전을 발생시키기 위한, 앞판과 캐리어판에 있는 하나 또는 수 개의 전극 어레이를 구비하는 플라스마 화상 스크린에 의해 달성되며, 여기서 상기 가스는 체적으로 5%와 30% 사이의 비율로 크세논을 함유한다.

특히, 상기 가스의 크세논 함유비가 체적으로 10% 인 것이 매우 바람직하다.

상기 가스에서 크세논 함유비가 증가하면 Tb³⁺ 활성 형광체의 컬러 포인트에 대한 y 값은 크게 증가한다. 그 결과, Tb³⁺ 활성 형광체를 갖는 플라스마 화상 스크 린의 녹색 픽셀들은 충분히 포화도에 달한 녹색을 보인다.

녹색 Tb³⁺ 활성 형광체는 그룹 (In_xGd_1-x)BO₃:Tb(0≤x≤1),Y₂SiO₅:Tb,CeMgAl₁₁O₁₉:Tb,(Y_1-x-yGd_xPr_y)BO₃:Tb(0≤x≤1,O≤y≤0.05),GdMgB₅O₁₀:Ce,Tb 및 LaPO₄:Ce,Tb에서 선택되는 것이 한층 더 바람직하다.

이들 Tb³⁺활성 형광체는 VUV 광에 의해 여기될 때 특히 효과적인 녹색 방출 형광체이다.

특히, 녹색 Tb³⁺활성 형광체가 (Y_1-x-yGd_xPr_y)BO₃:Tb(0≤x≤1,O≤y≤0.05)를 포함하는 것이 매우 바람직하다.

이 형광체는 t_1/10 = 8 ms 인 짧은 붕괴 시간을 가지며, 이 형광체의 컬러 포인트에서 y > 0.61인 높은 y 값을 갖는다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 향상된 색 포화도와 안정도를 보여주며, 녹색 픽셀들이 개선된 컬러 포인트를 갖는 빛을 제공하는 효과가 있다.

본 발명은 도면과 실시예를 참고하여 좀 더 자세히 설명된다.

(실시예)

도 1에서, 공면 전극 정렬을 갖는 AC 플라스마 화상 스크린의 플라스마 셀은 앞판(1)과 캐리어판(2)을 포함한다. 앞판(1)은 유리판(3)을 포함하며, 이 유리판은 유전층(4)과 접해 있으며, 이 유전층은 보호층(5)과 접해 있다. 보호층(5)은 MgO로 이루어져 있는 것이 바람직하며, 유전층(4)은 예를 들어, PbO를 포함하는 유리로 되어 있다. 평행하고 가늘고 긴 모양의 방전 전극(6, 7)은 유리판(3)에 제공되며, 유전층(4)으로 덮여 있다. 방전 전극(6, 7)은 예를 들어, 금속이나 ITO로 되어 있다. 캐리어판(2)은 유리로 되어 있으며, 예를 들어 Ag로 되어 있는 평행하고 가늘고 긴 모양의 어드레스 전극(10)은, 방전 전극(6, 7)에 대해 수직으로 놓이게 하기 위하여 캐리어판(2)에 제공된다. 상기 어드레스 전극은 3원색인 적색, 녹색 및 청색 중 하나를 각각 방출하는 형광층(9)으로 각각 덮여있다. 개별 플라스마 셀은 유전 물질로 이루어지는 것이 바람직한 분리 리브(separating ribs)를 갖는 리브 구조(12)에 의해 분리된다.

예를 들어 He, Ne 또는 Kr을 포함하는 희유 가스 혼합물(rare gas mixture)인 것이 바람직한, 체적으로 5% 내지 30%의 크세논을 함유하는 가스는, 플라스마 셀에 존재하며, 또한 번갈아 가며 캐소드와 아노드로 작용하는 방전 전극(6, 7) 사이에 존재한다. 표면 방전이 발화된 후에, 이것으로 인하여 전하들은 방전 영역(8)에서 방전 전극(6, 7) 사이에 놓인 방전 경로를 따라 흐를 수 있고, 방전 영역(8)에 플라즈마가 형성되어, 이것에 의해, 상기 가스의 구성 성분에 따라 UV 영역 특히, VUV 영역에서 방사(11)가 일어난다. 이 방사(11)는 형광층(9)을 여기시켜 인광을 발하도록 하며(phosphorescence), 따라서 3원색 중 하나로 가시광(13)을 방출하는데, 이 광은 앞판(1)을 통해 외부로 나오며, 따라서 화상 스크린에 휘도 픽셀을 형성한다.

AC 플라스마 화상 스크린의 투명 방전 전극(6, 7)위에 덮인 유전층(4)은 전도체로 된 방전 전극(6, 7) 사이에 직접 방전이 일어나지 못하게 하는 역할을 하며, 따라서 방전의 발화 시에 아크(arc) 형성을 방지하는 역할을 한다.

예를 들어, (In_xGd_1-x)BO₃:Tb(0≤x≤1),Y₂SiO₅:Tb,CeMgAl₁₁O₁₉:Tb,(Y_1-x-yGd_xPr_y)BO₃:Tb(0≤x≤1,O≤y≤0.05),GdMgB₅O₁₀:Ce,Tb 또는 LaPO₄:Ce,Tb 같은 Tb³⁺ 활성 형광체는 형광층에서 녹색 방출 형광체로 사용된다. 바람직하게는 (Y_1-x-yGd_xPr_y)BO₃:Tb(0≤x≤1,O≤y≤0.05)이 사용된다.

상기 가스는 체적으로 상기 가스에 5%와 30% 사이의 크세논 함유량을 갖는, He/Xe, Ne/Xe 또는 He/Ne/Xe로 된 2 성분 또는 3 성분 희유 가스 혼합물을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 가스에서 상대적 크세논 함유비가 체적으로 10 %인 것이 특히 선호된다. 가스 내 크세논 함유비가 체적으로 5%보다 커지면 Tb³⁺ 활성 형광체의 y 값은 증가한다. 그 결과, 녹색 픽셀은 녹색을 나타내기에 충분해진다.

체적으로 5% 이상 크세논 함유비를 갖는 플라스마 화상 스크린의 또 다른 장점은 580 nm 와 750 nm 영역에서의 네온 방출 밴드 강도가 크세논 함유량의 증가에 따라 감소된다는 것이다. 이는 또한 청색 형광체 즉, 청색 픽셀의 색 포화도를 향상시킨다.

함유비가 증가된 크세논을 포함하는 가스와 조합하여 Tb³⁺활성 형광체를 사 용하면, 녹색 픽셀 컬러 포인트의 y 값과 이들의 휘도를 모두 향상시킨다.

표 1에서 보는 바와 같이, 형광체로 (Y,Gd)BO₃:Tb를 갖는 흑백 플라스마 화상 스크린의 휘도는 Zn₂SiO₄:Mn을 갖는 흑백 플라스마 화상 스크린과 비교하여 거의 30% 증가한다. 상기 가스에 체적으로 10%의 크세논이 함유되어 있는 경우, (Y,Gd)BO₃:Tb의 컬러 포인트는 컬러 음극선관에서 녹색 방출 형광체로 사용되는 ZnS:Cu(x=0.31, y=0.61)의 영역 내에 계속 존재한다.

표 1 : Zn₂SiO₄:Mn 또는 (Y,Gd)BO₃:Tb를 갖는 흑백 플라스마 화상 스크린의 여러 가스 혼합물에 대한 휘도 및 CIE 컬러 포인트.

가스 혼합물 [Vol. %]	형광체	CIE 컬러 포인트 [x, y]	휘도 [cd/m2]
3.5 Xe, 96.5 Ne	Zn2SiO4:Mn	0.25, 0.67	1390
3.5 Xe, 96.5 Ne	(Y,Gd)BO3:Tb	0.36, 0.53	1820
10 Xe, 90 Ne	Zn2SiO4:Mn	0.15, 0.74	2700
10 Xe, 90 Ne	(Y,Gd)BO3:Tb	0.31, 0.60	3700

지금부터, 본 발명의 실시예가 본 발명이 실제로 어떻게 구현되는지에 대한 예와 더불어 설명된다.

(실시예 1)

먼저 형광체 (Y,Gd)BO₃:Tb의 현탁액을 준비하고, 유기 바인더 및 분산제 같은 첨가제가 이 현탁액에 첨가된다. 이 현탁액은 실크 스크린 인쇄 방법을 이용하여 캐리어판(2)에 구조화된 방식(a structured manner)으로 제공되고, 건조된다. 이 처리 단계는 계속하여, 청색과 적색인 방출 컬러를 갖는 나머지 두 개의 형광체 타입(type)에 대해서도 실행된다. 캐리어판(2)은 유리로 만들어지며, 리브 구조(12)와 Ag로 된 어드레스 전극(10)을 갖는다. 형광층(9)에 남아 있는 모든 유기 첨가제는 산소를 함유하는 대기 중에서 400 ℃ 내지 600℃로 캐리어판(2)을 열처리하여 제거된다.

캐리어판(2)은, 유리판(3)과, PbO를 함유하는 유리로 된 유전층(4)과, MgO 로 된 보호층(5)과, ITO로 된 방전 전극(6, 7)과, 그리고 체적으로 10% Xe와 90% Ne 구성비를 갖는 가스 혼합물과 함께 AC 플라스마 화상 스크린을 조립하는데 사용되며, 조립된 스크린은 향상된 색 포화도와 향상된 색 안정도를 보여준다.

도 1은 AC 플라스마 화상 스크린에서 단일 플라스마 셀의 구조와 동작 원리를 도시하는 도면.

<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 앞판 2 : 캐리어판

3 : 유리판 4 : 유전층

5 : 보호층 6, 7, 10 : 전극

8 : 방전 영역 9 : 형광층

12 : 리브 구조(ribbed structure)

Claims (3)

1. 유리판 상에 유전층과 보호층이 제공되는, 상기 유리판을 포함하는 앞판(front plate);

   적색 형광체, 청색 형광체 및 녹색 Tb³⁺-활성 형광체를 포함하는 형광층을 구비하는 캐리어판(carrier plate);

   상기 앞판과 상기 캐리어판 사이의 공간을, 크세논을 포함하는 가스로 채워진 플라스마 셀로 세분하는 리브 구조(ribbed structure); 및

   상기 앞판과 상기 캐리어판 상의 전극 어레이

   를 구비하는 플라스마 화상 스크린으로서,

   상기 녹색 Tb³⁺-활성 형광체는 그룹 (In_xGd_1-x)BO₃:Tb(0≤x≤1), CeMgAl₁₁O₁₉:Tb 및 (Y_1-x-yGd_xPr_y)BO₃:Tb(0≤x≤1,O≤y≤0.05)에서 선택되는 것을 특징으로 하는 플라스마 화상 스크린.
2. 제1항에 있어서, 상기 크세논을 포함하는 가스는 체적으로 5% 와 30 % 사이의 비율로 크세논을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스마 화상 스크린.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 녹색 Tb³⁺-활성 형광체는 VUV 광에 의해 여기되는 것을 특징으로 하는 플라스마 화상 스크린.

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