KR100528893B1

KR100528893B1 - 적색 발광 형광체 및 이를 이용한 전계 방출 표시소자

Info

Publication number: KR100528893B1
Application number: KR1019980026642A
Authority: KR
Inventors: 도영락
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 1998-07-02
Filing date: 1998-07-02
Publication date: 2006-01-27
Also published as: KR20000007354A

Abstract

본 발명은 음극 루미네선스 효율이 우수하고 잔광시간이 짧은 적색 발광 형광체 및 이를 채용한 전계 방출 표시소자를 개시한다. 본 발명에 따른 적색 발광 형광체는 유로피움 부활 황화이트륨 스트론튬 형광체(SrY₂S₄:Eu)로서 잔광시간(10% decay time)이 1㎲ 이하인 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명에 따른 적색 형광체를 작동전압이 1kV 정도인 중전압 FED에 사용하면 전류밀도를 높임에 따라 휘도를 크게 향상시킬 수 있으며, 종래의 잔광시간이 역시 1㎲ 이하인 녹색 및 청색 발광 형광체와 함께 사용하면 풀 칼라 형광체를 구현할 수 있다.

Description

적색 발광 형광체 및 이를 이용한 전계 방출 표시소자

본 발명은 적색 발광 형광체 및 이를 이용한 전계 방출 표시소자에 관한 것으로서, 상세하게는 음극 루미네선스 효율이 우수하고 잔광시간이 짧은 적색 발광 형광체 및 상기 적색 발광 형광체를 채용하여 중전압에서 고휘도를 나타낼 수 있는 전계 방출 표시소자에 관한 것이다.

기존의 CRT(cathode ray tube)를 대신할 수 있는 화상 표시 소자로서 평면형 화상표시소자의 개발이 활발히 검토되어지고 있으며, 향후 벽걸이 텔리비젼 및 HDTV용 화상 표시 소자 적용을 목표로하여 개발이 진행되고 있다. 이와 같은 평면형 화상표시소자로서는 액정 표시 소자(Liquid Crystal Device), 플라즈마 표시 소자(Plasma Display Panel), 그리고 전계 방출 표시소자(Field Emission Device: 이하, "FED"로 칭함) 등이 있으며, 그 중에서 소비전력이 작은 장점 등 때문에 FED가 크게 주목을 받고 있다.

그러나, 종래의 FED는 CRT용 형광체 또는 산화물 형광체를 사용하고 있으나 이들 형광체는 휘도 및 수명에 문제점가 있기 때문에 현재 FED는 상용화되지 못하고 있다. 따라서, 이를 극복하기 위한 여러 방면으로의 시도중의 하나로서 음극과 양극 사이의 거리를 크게 하고 여기전압을 상승시켜 휘도를 향상시키고자 하는 중전압 FED가 개발되고 있다.

이러한 중전압 FED에서 사용되는 양극 전압은 약 1kV 이상이다. 현재 사용되는 FED에서 프레임 순차 주사(frame sequential addressing)를 사용하는 경우 여기지속시간(excitation dwell time)은 약 30㎲이다. 그런데, 종래의 FED용으로 사용되는 Y₂O₂S:Eu 적색 발광 형광체, ZnS:CuAl 녹색 발광 형광체, ZnS:AgCl 청색 발광 형광체로 이루어지는 칼라수상관(CPT) 형광체는 잔광시간이 길어 전류밀도가 증가하면 바닥상태의 전자가 고갈된다. 따라서, 이러한 형광체를 중전압 FED에 사용하면 전류밀도를 증가시켜도 형광체의 발광강도가 더 이상 증가하지 않는 전류 포화현상이 쉽게 일어나 휘도향상에 한계가 있다. 이를 해결하기 위하여 Eu²⁺이온 또는 Ce³⁺이온을 부활제로 포함하는 단잔광(短殘光) 형광체를 사용하여 활제 재생(activator recycling)과정을 활용하면 FED의 휘도를 향상시킬 수 있다. 이러한 목적으로 현재 제안되어 있는 형광체로는 CaS:Eu 적색 발광 형광체, SrGa₂S₄:Eu 녹색 발광 형광체, SrGa₂S₄:Ce,Na 청색 발광 형광체로 이루어지는 형광체 시스템이다. 그러나, 이중 CaS:Eu 적색 발광 형광체는 휘도는 어느정도 우수하나 물에 약하여 스크린을 형성하기 어려운 문제점이 있다. 따라서, 중전압 FED가 상용화되기 위해서는 물에 강하고 음극 루미네선스 효율이 우수하며 잔광시간이 짧은 새로운 적색 발광 형광체가 개발되어야 한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 음극 루미네선스 효율이 우수하고 잔광시간이 짧은 적색 발광 형광체를 제공하는데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 적색 발광 형광체를 채용하여 중전압에서 고휘도를 나타낼 수 있는 전계 방출 표시소자를 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 전계 방출 표시소자용 적색 발광 형광체에 있어서, 상기 적색 발광 형광체는 유로피움 부활 황화이트륨 스트론튬 형광체(SrY₂S₄:Eu)인 것을 특징으로 하는 적색 발광 형광체를 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 적색 발광 형광체의 잔광시간(10% decay time)은 1㎲ 이하인 것이 바람직하다.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 전계 방출 표시소자에 있어서, 상기 전계 방출 표시소자는 적색 발광 형광체로서 유로피움 부활 황화이트륨 스트론튬 형광체(SrY₂S₄:Eu)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 표시소자를 제공한다.

본 발명에 따른 전계 방출 표시소자에 있어서, 상기 적색 발광 형광체의 잔광시간(10% decay time)은 1㎲ 이하인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 전계 방출 표시소자에 있어서, 상기 전계 방출 표시소자는 녹색 발광 형광체로서 유로피움 부활 황화갈륨 스트론튬 형광체(SrGa₂S₄:Eu) 또는 프라세오디미움 부활 황화이트륨 형광체(Y₂O₂S:Pr)를, 청색 발광 형광체로서 세륨 부활 나트륨 공부활 황화갈륨 스트론튬 형광체(SrGa₂S₄:Ce, Na)를 포함하며, 또한 상기 녹색 및 청색 발광 형광체의 잔광시간(10% decay time)이 1㎲ 이하인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 전계 방출 표시소자에 있어서, 상기 전계 방출 표시소자의 구동전압은 0.5 ~ 10kV의 중전압이고, 상기 전계 방출 표시소자의 전자선의 여기지속시간(excitation dwell time)은 5㎲ 이상인 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 적색 발광 형광체를 더욱 상세히 설명한다.

도 1은 FED의 작동전압이 1kV일 때 형광체의 휘도에 영향을 미치는 잔광시간과 여기 에너지 밀도의 상관관계를 나타낸다. 도 1은 FED의 작동전압이 1kV, 활제의 농도 N^*가 1.0×10^-9 cm^-1, 여기지속시간이 30㎲일 때 2-레벨 모델(2-level model)을 사용하여 계산한 결과이다. 여기서, 1/γ는 잔광시간을 나타낸다.

도 1을 참조하면, 잔광시간이 짧은 형광체는 잔광시간이 긴 형광체에 비하여 여기 에너지 밀도가 클 때 휘도포화가 일어남을 알 수 있다. 또한, FED의 작동전압이 1kV일 때 상용화될 수 있는 휘도에 도달하기 위해서는 잔광시간이 1㎲ 이하여야 함을 알 수 있다.

그런데, 본 발명의 적색 발광 형광체인 SrY₂S₄:Eu의 잔광시간(10% decay time)은 Eu²⁺의 발광특성에 의하여 결정되는데, 상기 SrY₂S₄:Eu의 잔광시간은 1㎲ 이하이다. 따라서, 여기지속시간이 30㎲인 여기원이 가해질 때 잔광시간이 짧은 SrY₂S₄:Eu의 바닥상태의 전자가 다시 들떠서 발광에 참여할 수 있으므로 전류밀도가 높아질수록 휘도가 증가할 뿐만 아니라 전류가 높아져도 쉽게 포화가 일어나지 않는다. 그러므로, 상기 SrY₂S₄:Eu 적색 발광 형광체를 역시 잔광시간이 1㎲ 이하인 SrGa₂S₄:Eu 또는 Y₂O₂S:Pr의 녹색 발광 형광체 및 SrGa₂S₄:Ce,Na 청색 발광 형광체와 함께 작동전압이 0.5 ~ 10kV의 중전압이고, 여기지속시간이 긴(5㎲ 이상) 중전압 FED에 채용하면 전류밀도를 높임에 따라 고휘도를 얻을 수 있으며 중전압 FED에서 풀 칼라 형광체의 개발이 가능하게 된다. 또한, 상기 SrY₂S₄:Eu 적색 발광 형광체는 물에도 강하므로 스크린을 형성하는데 어려움이 없다.

이어서, 상기 SrY₂S₄:Eu 적색 발광 형광체의 합성방법을 설명한다.

먼저, SrCO₃26g, Y₂O₃ 40g, 및 Eu₂O₃0.09g을 융제로서 Na₂CO₃ 7g, K₂HPO₄ 7g, 및 S 7g과 혼합한 다음, H₂S 가스 분위기하에서 약 1300℃에서 6시간 동안 소성한다. 이어서, 얻어진 결과물을 물로 세정하여 융제를 제거하면 SrY₂S₄:Eu 적색 발광 형광체를 얻을 수 있다.

상기 SrY₂S₄:Eu 적색 발광 형광체는 물에 강하고 상대휘도 역시 10kV하에서 정규 CRT 형광체의 약 50% 정도였다. 색좌표 또한 x=0.650, y=0.337로서 기존의 CRT용 형광체에 비하여 색순도(color purity)가 높다. 잔광시간 역시 1㎲ 이하이다. 따라서, 상기 적색 형광체를 작동전압이 1kV 정도인 중전압 FED에 사용하면 전류밀도를 높임에 따라 휘도를 크게 향상시킬 수 있으며 풀 칼라 형광체의 개발이 가능하게 된다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 적색 발광 형광체는 잔광시간이 1㎲ 이하 로서 매우 짧다. 따라서, 본 발명에 따른 적색 형광체를 작동전압이 1kV 정도인 중전압 FED에 사용하면 중전압 FED의 휘도를 상용화하는데 요구되는 수준이상으로 휘도를 크게 향상시킬 수 있으며, 종래의 잔광시간이 역시 1㎲ 이하인 녹색 및 청색 발광 형광체와 함께 사용하면 풀 칼라 형광체의 개발이 가능하게 된다. 또한, 본 발명에 따른 상기 적색 발광 형광체의 색좌표는 x=0.650, y=0.337로서 중전압 FED의 색좌표를 CRT 보다 진한 곳으로 이동시킬 수 있다.

도 1은 FED의 작동전압이 1kV일 때 형광체의 휘도에 영향을 미치는 잔광시간과 여기 에너지 밀도의 상관관계를 나타내는 그래프이다.

Claims

전계 방출 표시소자용 적색 방출 형광체에 있어서,

상기 적색 발광 형광체는 유로피움 부활 황화이트륨 스트론튬 형광체(SrY₂S₄:Eu)인 것을 특징으로 하는 적색 발광 형광체.
제1항에 있어서, 상기 적색 발광 형광체의 잔광시간(10% decay time)은,

1㎲ 이하인 것을 특징으로 하는 적색 발광 형광체.
전계 방출 표시소자에 있어서,

상기 전계 방출 표시소자는 적색 발광 형광체로서 유로피움 부활 황화이트륨 스트론튬 형광체(SrY₂S₄:Eu)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 표시소자.
제3항에 있어서, 상기 적색 발광 형광체의 잔광시간(10% decay time)은,

1㎲ 이하인 것을 특징으로 하는 전계 방출 표시소자.
제3항에 있어서, 상기 전계 방출 표시소자는 녹색 발광 형광체로서 유로피움 부활 황화갈륨 스트론튬 형광체(SrGa₂S₄:Eu) 또는 프라세오디미움 부활 황화이트륨 형광체(Y₂O₂S:Pr)를, 청색 발광 형광체로서 세륨 부활 나트륨 공부활 황화갈륨 스트론튬 형광체(SrGa₂S₄:Ce, Na)를 포함하며, 또한 상기 녹색 및 청색 발광 형광체의 잔광시간(10% decay time)이 1㎲ 이하인것을 특징으로 하는 전계 방출 표시소자.
제3항에 있어서, 상기 전계 방출 표시소자의 작동전압은 0.5 ~ 10kV의 중전압이고, 상기 전계 방출 표시소자의 전자선의 여기지속시간(excitation dwell time)은 5㎲ 이상인 것을 특징으로 하는 전계 방출 표시소자.