KR20090007794A - 가스 방전 장치 및 플라즈마 디스플레이 패널 - Google Patents

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KR20090007794A
KR20090007794A KR1020087030135A KR20087030135A KR20090007794A KR 20090007794 A KR20090007794 A KR 20090007794A KR 1020087030135 A KR1020087030135 A KR 1020087030135A KR 20087030135 A KR20087030135 A KR 20087030135A KR 20090007794 A KR20090007794 A KR 20090007794A
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쿤 얀
조지 에이치. 그리스
노먼 에이치. 클로센
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파나소닉 주식회사
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Abstract

복수의 전극, 및 이들 전극 상에 증착된 저 전압 보호층을 포함하는 가스 방전 장치가 제공되며, 저 전압 보호층은 복수의 전극 및 저 전압 보호층이 방전가능 가스를 포함한 용기를 형성하여 적어도 저 전압 보호층이 방전가능 가스에 노출되도록 증착된다. 또한, 서브-픽셀 위치의 각 행마다 주사 전극들 및 유지 전극들을 갖는 전면판; 복수의 열 어드레스 전극이 상부에 배치되어 있는 배면판; 열 어드레스 전극들을 커버하는 유전체 층; 유전체 층 위에 배치되어 상기 열 어드레스 전극들을 분리하고 이들 전극들과 이격되어 있는 복수의 배리어 리브; 배리어 리브 사이의 유전체 층의 상부 상에 순차로 배치되는 적색 인광체, 녹색 인광체 및 청색 인광체; 및 전면판 상의 주사 전극들 및 유지 전극들을 커버하는 유전체 층의 상부 상에 증착되는 저 전압 보호층- 저 전압 보호층은 전면판 및 배면판이 방전가능 가스를 포함하는 용기를 형성하여 적어도 저 전압 보호층 및 인광체 층들이 방전가능 가스에 노출되도록 증착됨-을 포함하는 플라즈마 디스플레이 패널이 제공된다.
플라즈마 디스플레이 패널, 저 전압 보호층, 인광체 층, 복수의 배리어 리브

Description

가스 방전 장치 및 플라즈마 디스플레이 패널{PLASMA DISPLAY PANEL WITH LOW VOLTAGE MATERIAL}
본 발명은 복수의 전극 및 이들 전극 상에 증착된 저 전압 보호층을 갖는 가스 방전 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 유전체 층 및 저 전압 보호층으로 커버되는 유지 전극들 및 주사(scan) 전극들을 갖는 전면판, 복수의 열(column) 어드레스 전극을 갖는 배면판, 유전체 층, 복수의 배리어, 및 적색, 녹색 및 청색 인광체 층을 포함하는 플라즈마 디스플레이 패널에 관한 것이다.
대부분의 시판중인 플라즈마 디스플레이 패널(PDP)은 면방전형(surface discharge type)으로 되어 있다. 종래 기술의 플라즈마 디스플레이 패널의 구성에 대해 첨부된 도면을 참조하면서 이하에서 기술하기로 한다.
도 1은 통상의 AC 컬러 플라즈마 디스플레이 패널의 일부에 대한 투시도이다. AC PDP는 전면판 어셈블리 및 배면판 어셈블리를 포함한다. 전면판 어셈블리는 각 행(row)의 픽셀 위치(pixel site)마다 유리 기판인 전면판(110), 유지 전극들(111) 및 주사 전극들(112)을 포함한다. 전면판 어셈블리는 또한 유전체 유리층(113) 및 보호층(114)을 포함한다. 보호층(114)은 바람직하게는 마그네슘 산화물(MgO)으로 만들어진다.
배면판 어셈블리는 유리 배면판(115)을 포함하며, 이 유리 배면판(115) 상에는 다수의 열(column) 어드레스 전극(116), 즉 데이터 전극들이 위치된다. 데이터 전극들(116)은 유전체 층(117)으로 커버되어 있다. 배면판 어셈블리 상에 배리어 리브(118)가 위치된다. 유전체 층(117)의 상부에 그리고 배리어 리브(118)에 의해 형성된 측벽들을 따라 적색 인광체 층(120), 녹색 인광체 층(121), 및 청색 인광체 층(122)이 위치된다. PDP의 각 픽셀은 (i) 유지 전극(111) 및 주사 전극(112)을 포함하는 하나의 행(row)과; (ii) 적색 인광체 층(120), 녹색 인광체 층(121) 및 청색 인광체 층(122) 각각마다 하나씩인 3 개의 열(column) 어드레스 전극(116)의 교점에 인접한 영역으로 규정된다.
도 2는 PDP의 일부, 구체적으로는 어드레스 전극(216)의 긴 치수에 수직인 평면을 따라 절취한, 녹색 인광체 층(221)에 대응하는 서브-픽셀(200)의 측면도이다. 도 2를 참조해 보면, 면방전형 PDP에서는, 전면판 어셈블리와 배면판 어셈블리 사이의 공간(225)을 Ne-Xe 등의 불활성 기체 혼합물(inert gas mixture)로 채운다.
배리어 리브들(218)은 배면판 어셈블리 상에서, 배리어 리브들(218)에 의해 형성된 컬러 채널들을 분리시킨다. 서브-픽셀들(200)은 배리어 리브(218)의 측면에 의해 경계를 이룬 영역 및 유지 전극(211)에 의해 규정된 영역으로서 형성된다. 유지 전극(211)과 주사 전극(212)(도 2에는 도시 안 됨) 사이에 인가된 전압에 의해 가스 방전이 발생되어, 적색 인광체 층, 녹색 인광체 층 및 청색 인광체 층 각각을 여기시켜 가시광을 방출시키는 진공 자외선(VUV)광이 발생된다. 예를 들어, 도 2에 도시된 녹색 인광체(221)는 VUV 광에 의해 여기되어 녹색 인광체 층(221)으로부터 녹색 광을 발생시킨다.
도 3은 어드레스 전극(216)의 긴 치수와 평행하는 평면을 따라 절취되고, 도 2의 평면과 수직인 평면으로 서브-픽셀(200)을 도시하는 PDP의 또 다른 측면도이다. 도 3은 전면판 상의 투명 유지 전극(311) 및 투명 주사 전극(312)의 전극 쌍과, 배면판 상의 데이터 전극(316)의 교점을 포함하는 영역으로 규정되는 서브-픽셀을 도시한다. 투명 유지 전극(311)은 인접한 버스 전극(310)에 연결되고, 투명 주사 전극(312)은 인접한 버스 전극(313)에 연결된다. 버스 전극(310 및 313)은 전형적으로는 불투명하다.
PDP의 동작 유지 전압은 유지 갭(330)의 기하 형상(geometry), 유전체 층, 사용된 특정 가스 혼합물, 및 전면판 상의 MgO 보호층(314)의 2차 전자 방출 계수에 의해 결정된다. 유지 방전에서 발생된 가시광은 컬러 PDP의 휘도를 결정하는 요소가 된다.
유지 방전의 개시는 유지 방전 전에 플레이트 갭(331)을 통한 어드레싱 방전으로 달성되며, 이에 대해서는 이하에서 상세히 기술하기로 한다. 유지 전극들(311), 주사 전극들(312) 및 어드레싱 전극들(316)에 대한 구동 전압을 적절히 제어함으로써 풀 컬러 이미지가 생성된다.
동작 중, 도 4에 도시된 바와 같이, 플라즈마 디스플레이는 시간 프레임을 서브-필드들로 분할하며, 이들 서브-필드 각각은 각 픽셀의 적당한 강도(intensity)를 달성하는 데 필요한 광의 일부를 발생시킨다. 각 서브-필드는 설 정(setup) 기간, 어드레싱 기간 및 유지 기간으로 분할된다. 유지 기간은 복수의 유지 사이클로 세분된다.
설정 기간은 임의 ON 픽셀들을 OFF 상태로 리셋하고, 후속 어드레싱을 허용하도록 가스 및 보호층(114)의 표면에 프라이밍(priming)을 제공한다. 설정 기간 중, 픽셀 전극의 내면 각각은 가스의 점화(firing) 전압에 매우 근사한 전압으로 설정되는 것이 바람직하다.
어드레싱 기간 동안, 유지 전극들은 공통 전위로 구동되는 반면, 주사 전극들은 한 행의 픽셀들이 선택되도록 구동되어지되, 그 행의 픽셀들은 수직 열 전극에 대한 데이터 전압의 인가에 의해 촉발되는(triggered) 어드레싱 방전을 통해 어드레싱될 수 있도록 구동된다. 따라서, 어드레싱 기간 동안, 각 행은 원하는 픽셀들이 ON 상태가 되도록 순차로 어드레싱된다.
유지 기간 동안, 모든 주사 전극에 공통의 유지 펄스가 인가되어 어드레싱 기간 동안 어드레싱된 서브-픽셀 각각에서 플라즈마 방전을 반복적으로 발생시킨다. 즉, 어드레싱 기간 동안 서브-픽셀이 ON 상태로 되면, 픽셀은 유지 기간 중 반복적으로 방전되어 원하는 휘도를 발생한다.
비디오 소스로부터의 풀 컬러 이미지를 플라즈마 디스플레이 패널 상에 나타내기 위해서는, 충분한 계조(grayscale)를 달성하고 동화상 왜곡을 최소화하기 위한 적절한 구동 방식(scheme)이 필요로 된다. AC 플라즈마 디스플레이 패널에서, 픽셀들에서 계조를 달성하는 데 널리 사용되는 구동 방식은 Shinoda(Yoshikawa K, Kanazawa Y, Wakitani W, Shinoda T 및 Ohtsuka A, 1992 Japan. Display 92, 605) 에 의해 제안된 소위 ADS(address display separated)이다.
도 4를 참조해 보면, 이 방법에서, 16.7 밀리초의 프레임 시간(1 TV 필드)은 SF1 내지 SF8로 표기된 8 개의 서브-필드로 분할된다는 것을 알 수 있다. 8 개의 서브-필드 각각은 어드레스 기간 및 유지 기간, 즉 디스플레이 기간으로 세분된다. 어드레스 기간 동안 이전에 어드레싱된 픽셀들이 턴온되어 유지 기간 동안 광을 방출한다. 유지 기간의 지속기간은 특정의 서브-필드에 따라 다르다. 어드레싱 기간 동안 주어진 픽셀에 대한 각 서브-픽셀의 어드레싱을 제어함으로써, 픽셀의 강도가 256 계조 레벨 중 임의의 것으로 변할 수 있다.
PDP의 발광 효율은 플라즈마 TV 응용 분야에서는 매우 중요한 문제이다. 전자 장치의 비용을 줄이고 소비자측에서의 에너지 비용을 줄이기 위해 효율을 더욱 개선시켜야 한다. PDP의 발광 효율은 입력 전력에 대한 가시 발광 플럭스(flux)의 비로 규정된다. PDP의 발광 효율은 유지 방전으로부터의 UV 발생 효율, UV 방사된 인광체로부터의 가시광 발생의 효율, 및 방전 셀로부터의 가시광을 전달하는 효율로 결정된다.
(형광 램프와 비교하여) PDP의 낮은 발광 효율은 주로 방전으로부터의 UV 발생 효율이 더 낮은 것에 기인한다.
전형적인 PDP 방전에서, 대부분의 에너지는 시스(sheath)에서의 이온 가열 시에 상실되며, 전자 가열에는 더 적은 퍼센트의 에너지(약 40% 또는 그 이하)가 이용된다. 전자 가열 시에 소산되는 에너지는 크세논 및 네온 원자들의 여기 및 이온화에 이용된다. UV 발생은 크세논의 여기에 의한다. 그러므로, UV 발생의 효 율은 전자 가열에 이용되는 에너지의 퍼센트에 강하게 의존한다. 일반적으로, 2차 전자 방출이 높을수록 이온 가열에 이용되는 에너지의 퍼센트는 낮아지고 또한 전자들에 의해 소산되는 에너지의 퍼센트는 높아진다.
방전 시 보호층으로부터의 2차-전자 방출은 이온-유도, 광자-유도, 불안정-유도 등의 처리로 인한 기여를 포함할 수 있다.
전형적인 AC PDP 방전에서, 2차 전자 방출은 캐소드 표면의 매우 낮은 에너지 이온들(이온들의 평균 에너지는 수 eV 정도임)의 충격에 의한 것이다. 이온-유도 2차 전자 방출은 Auger 안정화(de-excitation)가 뒤따르는 공진 중화(neutralization) 및 Auger 중화에 기인한다.
도 5는 Hagstrum(H.D. Hagstrum, Phys. Rev., 96, 336,(1954))에 의해 개발된 Auger 중화 처리를 통한 전자 방출의 개략도를 나타낸다.
이온화 에너지 Ei를 갖는 이온이 절연체 표면에 도달하면, 그것은 가전자대(valence band)의 전자를 포획하여 중화될 수 있으며 또한, 동시에 제2 전자를 그 중화에 의한 에너지 이득을 통해 더 높은 에너지 레벨로 여기시킬 수 있다. 여기된 전자가 표면 장벽을 넘으면, 그것은 그 표면으로부터 빠져나갈 수 있어 2차 전자가 된다.
2차 전자가 탈출하는 최대 운동 에너지는
Ek(max) = Ei-2(Eg+χ)
이고, 여기서 χ는 전자 친화력이고, Eg는 고체(solid)의 대역 갭 에너지이 고, Ei는 가스 이온의 이온화 에너지이다. AC 컬러 PDP에서는, 가스 방전 시에 네온과 크세논의 가스 혼합물이 이용된다
2차 전자 방출에는 네온 이온들과 크세논 이온들이 기여한다. 네온의 이온화 에너지 Ei는 21.7eV이므로, MgO의 경우 Ei-2(Eg+χ)=21.7-2(7.8+1.3)=3.5>0 이므로 Auger 전자들이 방출하기에 충분한 에너지가 존재한다. 그러나, 크세논 이온에 의해 유도되는 2차 전자 방출은, 크세논의 이온화 에너지가 12.1eV이고 Ei-2(Eg+χ) = 12.1 - 2(7.8+1.3)=-6.1<0이므로, 거의 0이다.
네온-크세논 가스 혼합물에서, 네온-크세논 가스 혼합물 방전 시 들어오는 이온당 유효 전자 방출인 유효 2차 전자 방출 계수 γeff는 네온 이온에 의한 2차 전자 방출 계수인 γNe보다 작은 데, 이는 크세논 이온들이 더 높은 크세논 함량 가스 혼합물에서 특히 우세하기 때문이다. 고효율의 UV 발생을 이끌어낼 수 있는 전자 가열 시 소산되는 높은 퍼센트의 에너지를 달성하기 위해서는, 높은 유효 2차 전자 방출, 환언하자면, 낮은 에너지 크세논 이온에 의해 유도되는 2차 전자 방출을 필요로 한다.
Auger 전자 처리의 기준에 근거하여, 크세논 이온들에 의해 유도되는 2차 전자 방출 시에는 대역 갭 에너지와 전자 친화력 에너지의 합인 Eg+χ<6.1eV을 갖는 막이 필요로 된다. MgO의 대역 갭은 너무 크므로 통상적인 MgO 막이 상기 기준을 충족시킬 수 없는 것은 명백하다. 따라서, 본 발명의 목적은 상기 기준을 충족시 킬 수 있는 새로운 보호막을 개발하는 데 있다.
MgO 막을 더 낮은 대역 갭 및/또는 낮은 전자 친화력 막으로 대체하는 것이 본 발명의 핵심 주제이다.
본 발명의 목적은 플라즈마 디스플레이 패널(PDP)의 발광 효율을 개선하기 위해 (통상의 MgO 보호층에 비해) 더 낮은 전압으로 동작하는 새로운 보호층을 제조하는 데 있다.
따라서, 본 발명은 복수의 전극 및 저 전압 보호층을 포함하는 가스 방전 장치를 제공하며, 이 저 전압 보호층은 복수의 전극 상에 증착되어지되, 복수의 전극 및 저 전압 보호층이 방전가능 가스를 함유한 용기(vessel)를 형성하여 적어도 저 전압 보호층을 방전가능 가스에 노출되록 복수의 전극 상에 증착된다.
본 발명은 또한 플라즈마 디스플레이 패널을 제공하며, 이 플라즈마 디스플레이 패널은 각 행의 픽셀 위치마다 유전체 층 및 이 유전체 층의 상부에 증착된 저 전압 보호층에 의해 커버되는 주사 전극들 및 유지 전극들을 갖는 전면판, 복수의 열 어드레스 전극이 상부에 위치되어 있는 배면판, 열 어드레스 전극을 커버하는 유전체 층, 유전체 층 위에 위치하여 열 어드레스 전극들을 분리하고 이들 전극과 이격되어 있는 복수의 배리어 리브, 배리어 리브들 간에서 유전체 층의 상부에 순차적으로 위치되는 적색 인광체 층, 녹색 인광체 층 및 청색 인광체 층, 및 전면판 상의 주사 전극들과 유지 전극들 사이에 증착되는 저 전압 보호층으로서, 적어도 저 전압 보호층 및 인광체 층들을 방전가능 가스에 노출시키기 위해 전면판과 저 전압 보호층 간의 배리어 리브들이 방전가능 가스를 함유한 용기를 형성하도록 증착되는 저 전압 보호층을 포함한다.
본 발명은 또한, 서브-픽셀 사이트의 각 행마다 주사 전극들 및 유지 전극들을 갖는 전면판, 복수의 열 어드레스 전극이 상부에 배치되어 있는 배면판, 열 어드레스 전극들을 커버하는 유전체 층, 유전체 층 위에 배치되어 열 어드레스 전극들을 분리하고 이들 전극들과 이격되어 있는 복수의 배리어 리브, 배리어 리브 사이의 유전체 층의 상부 상에 순차로 배치되는 적색 인광체, 녹색 인광체 및 청색 인광체, 및 전면판 상의 주사 전극들 및 유지 전극들을 커버하는 유전체 층의 상부 상에 증착되는 저 전압 보호층-저 전압 보호층은 전면판과 저 전압 보호층 간의 배리어 리브들이 방전가능 가스를 포함하는 용기를 형성하여 적어도 저 전압 보호층 및 인광체 층들이 방전가능 가스에 노출되도록 증착됨-을 포함하는 플라즈마 디스플레이 패널을 제공한다.
본 발명은 또한 이하의 화학식으로 표현되는 조성물(composition)을 제공한다.
MxMg1 - xO
여기서, x는 0.01<x<1이고,
M은 Be, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Zn, Na, Al 및 이들의 혼합물 중에서 선택된 금속이며,
이 조성물은 약 3.5eV 내지 약 7eV 범위의 대역 갭을 갖는 저 전압 보호층의 형태로 되어 있다.
본 발명의 이들 및 기타 양상들은 도면을 참조하여 기술한 이하의 설명으로부터 보다 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 통상의 컬러 플라즈마 디스플레이 구조체에 대한 투시도.
도 2는 어드레스 전극의 긴 치수와 수직인 평면을 따라 절취한, 도 1의 컬러 플라즈마 디스플레이 패널의 서브-픽셀의 측면도.
도 3은 어드레스 전극의 긴 치수에 평행하는 평면을 따라 절취되고 도 2의 컬러 플라즈마 디스플레이 패널에 수직인 평면으로 서브-픽셀을 도시하는, 도 1의 컬러 플라즈마 디스플레이 패널의 서브-픽셀의 측면도.
도 4는 서브-필드들로 세분된 프레임 시간을 도시하는, 어드레스 디스플레이 분리(ADS) 계조 기술의 구동 방식의 다이어그램(종래 기술).
도 5는 Auger 중화 처리의 개략도(종래 기술).
도 6은 상이한 네온-크세논 가스 혼합물 중에서, 새로이 개발된 BaxMg1 - xO 층을 갖는 테스트 패널의 방전 전압과 통상의 MgO 층을 갖는 테스트 패널의 방전 전압을 비교한 도면.
도 7은 상이한 네온-크세논 가스 혼합물 중에서, 새로이 개발된 BaxMg1 - xO 층을 갖는 테스트 패널의 상대 발광 효율과 통상의 MgO 층을 갖는 테스트 패널의 상 대 발광 효율을 비교한 도면. 발광 효율은 7%의 크세논-네온 혼합물에서 통상의 MGO 층을 갖는 테스트 패널의 효율로 표준화시켰다.
도 8은 15%의 크세논-네온 가스 혼합물에서 각종 새로이 개발한 CaxMg1 - xO 층을 갖는 13" 테스트 패널과, 동일한 가스 혼합물에 의한 통상의 MgO 패널의 최소 유지 전압을 비교한 도면.
도 9는 15%의 크세논-네온 가스 혼합물에서 각종 새로이 개발한 CaxMg1 - xO 층을 갖는 13" 테스트 패널과, 동일한 가스 혼합물에 의한 통상의 MgO 패널의 발광 효율을 비교한 도면.
상기에서 언급한 바와 같이, 본 발명의 목적은 플라즈마 디스플레이 패널(PDP)의 발광 효율을 개선시키기 위해 (통상의 MgO 보호층에 비해) 더 낮은 전압으로 동작하는 새로운 보호층을 제작하는 것이다.
저 전압 수행은 네온과 크세논의 불활성 가스 혼합물의 방전 하에 새로운 보호층으로부터의 유효 2차 전자 방출을 증가시킴에 의해 달성된다. 유효 2차 전자 방출에 의한 저 전압은 플라즈마 디스플레이 패널의 발광 효율을 증가시킬 수 있다. 낮은 동작 전압은 낮은 유지 전압 및 낮은 어드레싱 전압을 포함한다. 낮은 유지 전압은 또한 보호층의 부식률을 감소시키며 플라즈마 디스플레이 패널의 수명을 연장시킬 수 있다. 더 낮은 어드레싱 전압은 데이터 구동 회로들의 비용을 감축시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 본질적인 양상은 방전 장치 및 플라즈마 디스플레이 패널에서의 새로운 보호층의 사용이다. 보호층이란 용어는 알칼리토금속 산화물과 마그네슘 산화물의 혼합물, 또는/및 마그네슘 산화물과, 예를 들어, 스칸듐 산화물, 이트륨 산화물, 아연 산화물, 티탄 산화물, 바나듐 산화물, 하프늄 산화물, 탄탈 산화물, 및/또는 이들 물질의 다(multi)-혼합물과 같은 다른 산화물 물질들의 혼합물을 갖는 박막 절연층을 말한다.
바람직하게는, 새로운 보호층은 위에서 언급한 물질들 중 둘 이상의 혼합 증착(co-deposition)에 의해 형성된다.
저 전압 보호층은 다음의 화학식
MxMg1 - xO
으로 표현되는 물질을 포함하며,
여기서, x는 0.01<x<1이고, 더 바람직하게는 x는 0.01<x<0.5이며,
M은 Be, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Zn, Na, Al 및 이들의 혼합물 중에서 선택된 금속이다. 바람직하게는, M은 Be, Ca, Sr, Ba, Ra 및 이들의 혼합물 중에서 선택된 금속이다.
보호층은 위에서 언급한 물질들 중 둘 이상의 혼합 증착에 의해 형성된다. 바람직한 저 전압 보호층은 약 3.5eV 내지 약 7eV 범위의 대역 갭을 갖는다. 이와 같이, 이들 물질은 통상의 MgO 물질보다 낮은 대역 갭을 만들어, 결과적으로, AC 플라즈마 디스플레이 패널은 더 낮은 동작 전압 및 더 높은 발광 효율로 동작할 수 있다. 낮은 동작 전압은 또한 플라즈마 디스플레이 패널의 전자 장치 비용 절감으로 이어진다.
이들 목적을 달성하기 위해서는, 높은 구동 전압 및 미약한 엑소-전자(exo-electron) 방출(어드레싱 방전 시 미약한 프라이밍 상태)을 일으킬 수 있는 오염으로부터 새로운 보호층을 보호하기 위한 특수 밀봉 처리를 필요로 한다. 오염되지 않은 보호층은 AC 플라즈마 디스플레이 패널의 동작 전압을 상당히 줄이는데 도움을 준다. 따라서, 방전 장치 및 플라즈마 디스플레이는 수분 및/또는 CO2가 없는 환경에서 밀봉되거나 또는 탈기된 환경에서 밀봉된다.
새로운 보호층의 이점들을 달성하기 위해서는, 높은 구동 전압 및 미약한 엑소-전자(exo-electron) 방출(어드레싱 방전 시 미약한 프라이밍 상태)을 일으킬 수 있는 오염으로부터 보호층을 보호하기 위한 밀봉 처리를 채용한다. 본 발명은 방전 장치에 (MgO층에 비해) 저 전압 보호층을 포함한다. 저 전압 보호층은 전극들을 커버하는 유전체 층의 상부에 증착되어 방전가능 가스에 직접 노출된다. 전극은 또한 저 전압 보호층에 의해 직접 커버될 수 있다.
본 발명에 따른 가스 방전 장치 내의 저 전압 보호층 물질 MxMg1 - xO의 예들은 알칼리토금속 산화물과 마그네슘 산화물의 혼합물; 또는/및 마그네슘 산화물과, 다음의 산화물질인, 스칸듐 산화물, 이트륨 산화물, 아연 산화물, 티탄 산화물, 바나듐 산화물, 하프늄 산화물, 탄탈 산화물, 지르코늄 산화물, 알루미늄 산화물, 또는 이들 물질의 배합물(combination)의 혼합물을 포함한다.
상기 화학식에서, M은 베릴륨, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 라듐, 스칸듐, 이트륨, 아연, 티탄, 바나듐, 하프늄, 탄탈, 알루미늄, 및 지르코늄 또는 이들의 배합물을 나타낸다. 더 적합하게는, M은 Be, Ca, Sr, Ba, 또는 Ra 등의 알칼리토금속이다. 보다 적합하게는, M은 Be, Ca, Sr, Ba, Ra, 또는 이들의 혼합물 등의 금속이다.
MgO 내에 도핑된 금속의 원자 농도 x는 0.01 내지 1의 범위 내이며, 바람직하게는 0.01 내지 0.5의 범위 내이다.
상기 농도를 달성하기 위해, 새로운 보호층은 마그네슘 산화물과 다른 알칼리토금속 산화물 또는 이하의 산화 물질인 스칸듐 산화물, 이트륨 산화물, 아연 산화물, 티탄 산화물, 바나듐 산화물, 하프늄 산화물, 탄탈 산화물, 및 이들 화합물의 임의의 혼합물의 혼합 증착에 의해 형성될 수 있다. 저 전압 보호층은 마그네슘 산화물과 상기 금속들의 산화물의 혼합 증착에 의해, 또는 금속 산화물들의 혼합 증착에 의해 형성된다.
새로운 보호층은 상기에서 언급한 물질들 중 둘 이상의 혼합 증착에 의해 형성된다. 혼합 증착은 둘 이상의 소스 물질의 전자-빔 증발을 통해 실행될 수 있으며, 보호층 막의 조성물은 개별 전자-빔 소스의 증착 조건에 의해 결정된다. 혼합 증착은 또한 상기에서 언급한 물질들 중 둘 이상을 스퍼터링함으로써 달성될 수 있다.
새로운 보호층은 또한 위에서 언급한 물질들을 사전에 혼합하여 증착함에 의해 형성될 수 있다. 증착은 위에서 언급한 사전에 혼합된 소스 물질들의 전자-빔 증발에 의해 달성될 수 있다. 증착은 또한 위에서 언급한 물질들 중 사전에 혼합한 대상(target) 물질을 스퍼터링함으로써 달성될 수 있다. 보호층 막은 또한 산소 환경에서 마그네슘과, 베릴륨, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 라듐, 스칸듐, 이트륨, 아연, 티탄, 바나듐, 하프늄, 탄탈, 알루미늄, 및 지르코늄 등의 금속을 혼합시킨 대상 물질로 반응성 스퍼터링에 의해 증착될 수 있다.
새로운 보호층은 화학 기상 증착(CVD), 분자 빔 에피택시(MBE), 잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅 및 스핀 코팅 등의 다른 증착 기술에 의해 형성될 수 있다. 그리고, 새로운 보호 물질은 또한 보호층 전체 대신 일부 영역 상에 증착될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 저 전압 보호층은 금속들의 사전 혼합된 산화물을 혼합 증착에 의해 형성된다. 사전 혼합된 산화물들의 혼합 증착은 바람직하게는 전자-빔 증발, 스퍼터링, 화학 기상 증착(CVD), 분자 빔 에피택시(MBE), 잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅 및 스핀 코팅 중에서 선택된 방법으로 실행된다.
공기 중의 수분 및 이산화탄소의 오염으로부터 저 전압층을 보호하기 위한 특별한 주의가 요구된다. 저 전압층에 대한 수분 및 이산화탄소의 화학적 반응으로부터 표면을 보호하기 위해 오염 방지층으로 정의된 추가의 박막층을 사용할 수 있다. 오염 방지층은 다음의 물질, 즉 BeO, MgO, Al2O3, SiO2, 및/또는 이들 물질의 혼합물로 만들어진다. 이런 문제를 극복하기 위한 다른 방법은 플라즈마 디스플레이 패널을 수분과 이산화탄소가 없는 환경에서, 또는 수분 없는 질소 환경, 또는 수분 없는 희가스 환경, 또는 여타의 비반응성 가스 환경에서 밀봉하거나, 또는 진공 중에서 밀봉하는 것이다.
바람직하게는, 방전가능 가스는 크세논, 네온, 알곤, 헬륨, 크립톤, 수은, 질소, 산소, 불소 및 나트륨 등의 적어도 한 원소를 포함한다.
바람직하게는, 저 전압 보호층은 산소 환경에서 반응성 스퍼터링에 의해 사전 혼합된 금속들의 혼합 증착에 의해 형성된다.
예 1
새로이 개발된 BaxMg1 -xO(0.01<x<1)막은 BaO와 MgO의 전자-빔 혼합 증착에 의해 형성되었다. 이 막은 또한 BaO 및 MgO의 혼합물인 단일 소스 물질로 전자-빔 증착에 의해 형성될 수 있다. MgO 막 대신에 BaxMg1 - xO 막을 이용한 테스트 패널을 상이한 가스 혼합물 중에서 제조하였다.
도 6을 참조해 보면, 상이한 네온-크세논 가스 혼합물 중에서, 새로이 개발된 BaxMg1 - xO 층을 갖는 테스트 패널의 방전 전압과 통상의 MgO 층을 갖는 테스트 패널의 방전 전압을 비교한 것이 도시된다.
도 6에서, 7% 내지 50%의 크세논-네온 가스 혼합물에서 BaxMg1 - xO 층의 최소 유지 전압은 통상의 MgO 층보다 15V 내지 40V 낮다. BaxMg1 - xO와 MgO 간의 점화 전압차는 훨씬 더 크며, BaxMg1 - xO 층의 점화 전압의 감소는 7%의 크세논에서 13V, 25%의 크세논에서 30V, 및 50%의 크세논에서 100V이다.
도 7에서는 상이한 네온-크세논 가스 혼합물 중에서, 새로이 개발된 BaxMg1 - xO 층을 갖는 테스트 패널의 상대 발광 효율과 통상의 MgO 층을 갖는 테스트 패널의 상대 발광 효율을 비교한 것이 도시된다. 발광 효율은 7%의 크세논-네온 혼합물에서 통상의 MgO 층을 갖는 테스트 패널의 효율로 정규화시켰다. MgO 층과 비교하여, BaxMg1 - xO 층을 갖는 테스트 패널의 발광 효율은 통상의 MgO 층을 갖는 테스트 패널보다 적어도 40% 높다.
고농도의 크세논에서 BaxMg1 - xO 층이 훨씬 더 낮은 유지 전압과 점화 전압을 가지므로, BaxMg1 - xO 층을 갖는 패널은 크세논의 비율이 높은 네온-크세논 가스 혼합물에서 적정의 낮은 전압으로 훨씬 더 높은 발광 효율에 이를 수 있다.
예 2
저 전압 보호층의 다른 예로는 CaxMg1 -xO(0.01<x<1)막이 있다. 새로이 개발된 CaxMg1 -xO(0.01<x<1)막은 CaO와 MgO의 전자-빔 혼합 증착에 의해 형성되었다. 이 막은 또한 CaO와 MgO의 혼합물인 단일 소스 물질로 전자-빔 증착에 의해 형성될 수수 있다. MgO 막 대신 CaxMg1 - xO 막을 이용한 13" 패널들을 15%의 크세논-네온 가스 혼합물을 이용하여 제작하였다. 수분 및 CO2가 없는 환경에서 패널을 밀봉함으로써 CaxMg1-xO 상에 수산화물 및 탄산염이 형성되는 것을 방지할 수 있다.
도 8은 15%의 크세논-네온 가스 혼합물에서 각종 새로이 개발한 CaxMg1 - xO 층을 갖는 13" 테스트 패널과, 동일한 가스 혼합물에 의한 통상의 MgO 패널의 최소 유지 전압을 비교한 것이다. 통상의 MgO 패널에 비해 CaxMg1 - xO 층 패널에서는 최소 유지 전압이 20V 내지 25V 감소된다.
도 9는 CaxMg1 - xO 패널의 발광 효율을 통상의 MgO 패널의 발광 효율(1.44 lum/W)보다 40% 높은, 2.02 lum/W(CaxMg1 - xO-3의 경우)만큼 높을 수 있다는 것을 보여준다. CaxMg1 - xO-1, CaxMg1 - xO-2 및 CaxMg1 - xO-3은 CaxMg1 - xO 층에서 CaO와 MgO의 상이한 혼합물을 나타낸다.
본 발명은 바람직한 실시예들을 참조하여 기술하였다. 상술한 기술 및 실시예들은 단지 본 발명의 예시에 불과하다는 것을 인식해야 한다. 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않는 한 당업자는 여러 변형 및 수정 실시예를 고안해 낼 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위의 범위 내에 속하는 이러한 대체, 변경, 및 수정 실시예들을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (33)

  1. 가스 방전 장치에 있어서,
    복수의 전극, 및
    저 전압 보호층 - 상기 저 전압 보호층은 상기 전극들 상에 증착되어지되, 상기 복수의 전극 및 상기 저 전압 보호층이 방전가능 가스를 포함하는 용기를 형성하여 적어도 상기 저 전압 보호층이 상기 방전가능 가스에 노출되도록 증착됨 -
    을 포함하는 가스 방전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전극들과 상기 저 전압 보호층 사이에 유전체 물질을 더 포함하는 가스 방전 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 저 전압 보호층의 상부에 오염 방지층을 더 포함하며, 상기 오염 방지층은 BeO, MgO, Al2O3, SiO2, 및/또는 이들 물질의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택된 물질을 포함하는 가스 방전 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    인광체 물질을 더 포함하는 가스 방전 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 인광체 및 상기 저 전압 보호층은 상기 방전가능 가스에 전부 노출되는 가스 방전 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 인광체 층은 적색 인광체, 녹색 인광체 및 청색 인광체 및 이들의 배합물(combination)로 이루어진 그룹에서 선택된 인광체 물질을 포함하는 가스 방전 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 용기는 기판을 포함하는 가스 방전 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 기판은 이것에 수직인 복수의 배리어 리브를 포함하는 가스 방전 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 방전가능 가스는 크세논, 네온, 알곤, 헬륨, 크립톤, 수은, 질소, 산소, 불소 및 나트륨으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 한 원소를 포함하는 가스 방전 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 가스 방전 장치는 형광 램프인 가스 방전 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 가스 방전 장치는 고강도 방전 램프인 가스 방전 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 가스 방전 장치는 플라즈마 디스플레이인 가스 방전 장치.
  13. 제4항에 있어서,
    상기 인광체는 적색 인광체, 녹색 인광체, 청색 인광체 및 이들의 배합물로 이루어진 그룹에서 선택되는 가스 방전 장치.
  14. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 전극과 상기 인광체 층 간에 위치된 유전체 층을 더 포함하는 가스 방전 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 저 전압 보호층은 다음의 화학식
    MxMg1 - xO
    으로 표현되는 물질을 포함하고,
    여기서, x는 0.01<x<1이고,
    M은 Be, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Zn, Na, Al 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택된 금속인 가스 방전 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 금속은 Be, Ca, Sr, Ba, Ra 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택되는 가스 방전 장치.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 저 전압 보호층은 마그네슘 산화물과 상기 금속들의 산화물들의 혼합 증착 또는 상기 금속들의 산화물들의 혼합 증착에 의해 형성되는 가스 방전 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 산화물들의 혼합 증착은 전자-빔 증발, 스퍼터링, 분자 빔 에피택시(MBE), 잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅 및 스핀 코팅으로 이루어진 그룹에서 선택된 방법으로 실행되는 가스 방전 장치.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 저 전압 보호층은 상기 금속들의 사전 혼합된 산화물들의 증착에 의해 형성되는 가스 방전 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 사전 혼합된 산화물들의 상기 증착은 전자-빔 증발, 스퍼터링, 화학 기상 증착(CVD), 분자 빔 에피택시(MBE), 잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅 및 스핀 코팅으로 이루어진 그룹에서 선택된 방법으로 실행되는 가스 방전 장치.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 저 전압 보호층은 MgO보다 낮은 동작 전압을 갖는 가스 방전 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 저 전압 보호층은 불활성 가스의 방전 하에 상기 보호층으로부터의 유효 2차 전자 방출을 증가시킴으로써 플라즈마 디스플레이 패널들의 발광 효율을 개선하는 가스 방전 장치.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 낮은 동작 전압은 낮은 유지 전압 및/또는 낮은 어드레싱 전압으로 이 루어진 그룹에서 선택되고, 상기 낮은 유지 전압은 상기 보호층의 부식률을 감소시키고, 상기 낮은 어드레싱 전압은 데이터 구동 회로들의 비용을 절감시키는 가스 방전 장치.
  24. 제1항에 있어서,
    상기 저 전압 보호층은 상기 저 전압 보호층이 방전가능 가스에 직접 노출되도록 전극의 상부에 증착되는 가스 방전 장치.
  25. 제2항에 있어서,
    상기 저 전압 보호층은 상기 복수의 전극 상에 배치된 상기 유전체 층의 표면 상에 증착되는 가스 방전 장치.
  26. 제1항에 있어서,
    상기 가스 방전 장치는 수분 및/또는 CO2가 없는 환경에서 밀봉되거나 탈기된 환경에서 밀봉되는 가스 방전 장치.
  27. 플라즈마 디스플레이에 있어서,
    복수의 배리어 리브를 갖는 제1 기판,
    상기 제1 기판 위에 위치되는 제2 기판,
    상기 복수의 배리어 리브에 의해 분리되는 상기 제1 및 제2 기판 상의 복수의 전극, 및
    저 전압 보호층 - 상기 저 전압 보호층은 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 상의 상기 복수의 전극 간에 증착되어지되, 상기 제1 기판과 상기 저 전압 보호층 간의 상기 배리어 리브가 방전가능 가스를 포함하는 용기를 형성하여 적어도 상기 저 전압 보호층이 상기 방전가능 가스에 노출되도록 증착됨 -
    을 포함하는 플라즈마 디스플레이.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 플라즈마 디스플레이는 수분 및/또는 CO2가 없는 환경에서 밀봉되거나 탈기된 환경에서 밀봉되는 플라즈마 디스플레이.
  29. 제27항에 있어서,
    상기 저 전압 보호층은 상기 전면판의 일부 상에 위치되고 상기 전면판 상의 적어도 하나의 전극과 정렬되는 플라즈마 디스플레이.
  30. 제27항에 있어서,
    상기 저 전압 보호층은 다음의 화학식
    MxMg1 - xO
    으로 표현되는 물질을 포함하며,
    여기서, x는 0.01<x<1이고,
    M은 Be, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Zn, Na, Al 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택된 금속인 플라즈마 디스플레이.
  31. 플라즈마 디스플레이 패널에 있어서,
    서브-픽셀 위치(sub-pixel site)의 각 행마다 주사 전극들 및 유지 전극들을 갖는 전면판,
    복수의 열 어드레스 전극이 상부에 배치되어 있는 배면판,
    상기 열 어드레스 전극들을 커버하는 유전체 층,
    상기 유전체 층 위에 배치되어 상기 열 어드레스 전극들을 분리하고 이들 전극들과 인접하여 이격되어 있는 복수의 배리어 리브,
    상기 배리어 리브 사이의 상기 유전체 층의 상부 상에 순차로 배치되는 적색 인광체, 녹색 인광체 및 청색 인광체, 및
    저 전압 보호층 - 상기 저 전압 보호층은 상기 전면판 상의 주사 전극들 및 유지 전극들을 커버하는 상기 유전체 층의 상부 상에 증착되어지되, 상기 배면판 상의 배리어 리브들 및 인광체 층이 방전가능 가스를 포함하는 패널을 형성하여 적어도 상기 저 전압 보호층 및 상기 인광체 층들이 상기 방전가능 가스에 노출되도록 증착됨 -
    을 포함하는 플라즈마 디스플레이 패널.
  32. 다음의 화학식
    MxMg1 - xO
    으로 표현되는 조성물(composition)로서,
    여기서, x는 0.01<x<1이고,
    M은 Be, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Zn, Na, Al 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택된 금속이며,
    상기 조성물은 약 3.5eV 내지 약 7eV의 대역 갭을 갖는 저 전압 보호층의 형태인 조성물.
  33. 제32항에 있어서,
    M은 Be, Ca, Sr, Ba, Ra, 및 이들의 혼합물 중에서 선택된 금속인 조성물.
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