KR100659062B1 - 형광체 페이스트 조성물 및 이를 이용한 평판 디스플레이장치의 제조 방법 - Google Patents

형광체 페이스트 조성물 및 이를 이용한 평판 디스플레이장치의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 2족 원소-함유 물질, 3족 원소-함유 물질 및 4족 원소-함유 물질로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 내열성 물질이 코팅된 형광체, 바인더 및 유기 용매를 포함하는 형광체 페이스트 조성물, 상기 형광체 페이스트 조성물을 이용한 평판 디스플레이 장치의 제조 방법 및 평판 디스플레이 장치에 관한 것이다. 본 발명의 형광체 페이스트 조성물을 이용하면, 소성 공정시 형광체 열화가 실질적으로 방지될 수 있다. 또한, 본 발명의 평판 디스플레이 장치는 상기 내열성 물질로 코팅된 형광체를 포함한 형광층을 구비하는 바, 고수명을 가지며, 영구 잔상 현상 및 형광체 수분 흡착 현상 등이 개선된다.
형광체 페이스트 조성물

Description

형광체 페이스트 조성물 및 이를 이용한 평판 디스플레이 장치의 제조 방법 {A phosphor paste composition and a method for preparing a flat display device using the same}
도 1a 및 1b는 각각 본 발명을 따르는 형광체 페이스트 조성물의 일 구현예에 포함된 ZrO2가 코팅된 형광체의 전자현미경 사진으로서, 도 1a는 약 50nm의 두께를 갖는 ZrO2층이 형광체 표면 전체에 고르게 코팅되어 있는 ZrO2가 전면 코팅된 형광체의 사진이고, 도 1b는 약 70nm의 직경을 갖는 ZrO2 구형 입자가 형광체 표면에 부분적으로 코팅되어 있는 ZrO2가 부분 코팅된 형광체의 사진이다.
도 2는 본 발명을 따르는 플라즈마 디스플레이 패널의 일 구현예를 나타낸 도면이고,
도 3은 본 발명을 따르는 전계 방출 디스플레이 장치의 일 구현예를 나타낸 도면이고,
도 4a 및 4b는 각각 종래의 형광체 페이스트 조성물 및 본 발명을 따르는 형광체 페이스트 조성물의 소성 열화 특성 평가 그래프이다.
<도면 부호에 대한 간단한 설명>
110 : 전방패널 114 : 유지전극
120 : 후방패널 122 : 어드레스 전극
126 : 발광셀 125 : 형광층
212 : 캐소드 전극 222 : 애노드 전극
214 : 게이트 전극
본 발명은 형광체 페이스트 조성물, 이를 이용한 평판 디스플레이 장치의 제조 방법 및 평판 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 2족 원소-함유 물질, 3족 원소-함유 물질 및 4족 원소-함유 물질로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 내열성 물질로 코팅된 형광체를 포함한 형광체 페이스트 조성물, 이를 이용한 평판 디스플레이 장치의 제조 방법 및 상기 내열성 물질로 코팅된 형광체를 포함한 형광층을 구비한 평판 디스플레이 장치에 관한 것이다.
종래의 정보전달매체의 중요 부분인 디스플레이 장치의 대표적인 활용 분야로는 개인용 컴퓨터의 모니터와 텔레비젼 수상기 등을 들 수 있다. 이러한 디스플레이 장치는 고속 열전자 방출을 이용하는 음극선관 (CRT; Cathode Ray Tube)과, 최근에 급속도로 발전하고 있는 액정표시장치 (LCD; Liquid Crystal Display), 플라즈마 디스플레이 패널 (PDP; Plasma Display Panel) 및 전계 방출 디스플레이 장치 (Field Emission Display) 등과 같은 평판 디스플레이 장치 (Flat Panel Display)로 크게 분류될 수 있다.
이러한 평판 디스플레이 장치들 중에서, 플라즈마 디스플레이 패널은 투명 전극 상호 간에 전압을 인가함으로써 전극 상부의 유전층과 보호층의 표면에서 방전이 일어나 자외선이 발생하고, 이렇게 발생된 자외선에 의해서 후면 기판에 도포되어 있는 형광체가 여기하여 발광되도록 하는 디스플레이 장치이다. 전계 방출 디스플레이 장치는 캐소드 전극 위에 일정한 간격으로 배열된 전자 방출원에 강한 전계를 인가하여 전자 방출원으로부터 전자를 방출시키고, 이 전자를 애노드 전극의 표면에 도포된 형광체에 충돌시켜 발광되도록 하는 디스플레이 장치이다.
상기 평판 디스플레이 장치들 중, 형광층 형성 방법의 일예로서, 일정 점도를 갖는 형광체 페이스트 조성물을 제조한 다음, 형광층 형성 영역에 도포 및 소성하여 형광층을 완성하는 방법이 있다. 이와 같이 형광체 페이스트 조성물을 이용한 형광층 형성 방법은 예를 들면 대한민국 특허 공개번호 제2004-0003500호에 개시되어 있다.
그러나, 형광체 페이스트 조성물을 이용한 형광층 형성시 고온의 소성 공정 중 형광체 입자가 열화되거나, 평판 디스플레이 장치 작동시 형광층에 구비된 형광체 입자가 진공 자외선 등에 의하여 열화될 수 있다. 이와 같은 형광체 열화는 결국 평판 디스플레이 장치의 신뢰성 저하를 초래하는 바, 이를 개선할 필요성이 있다.
따라서, 본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 2족 원소-함유 물질, 3족 원소-함유 물질 및 4족 원소-함유 물질로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 내열성 물질이 코팅된 형광체를 포함하는 형광체 페이스트 조성물, 상기 형광체 페이스트 조성물을 이용한 평판 디스플레이 장치의 제조 방법 및 상기 내열성 물질로 코팅된 형광체를 포함한 형광층을 구비한 평판 디스플레이 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 본 발명의 과제를 이루기 위하여, 본 발명의 제1태양은,
2족 원소-함유 물질, 3족 원소-함유 물질 및 4족 원소-함유 물질로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 내열성 물질이 코팅된 형광체, 바인더 및 유기 용매를 포함하는 형광체 페이스트 조성물을 제공한다.
상기 본 발명의 다른 과제를 이루기 위하여 본 발명의 제2태양은,
전술한 바와 같은 형광체 페이스트 조성물을 제공하는 단계;
상기 형광체 페이스트 조성물을 도포하는 단계; 및
상기 형광체 페이스트 조성물을 소성하는 단계;
를 포함하는 평판 디스플레이 장치의 제조 방법을 제공한다.
상기 본 발명의 또 다른 과제를 이루기 위하여, 본 발명의 제3태양은,
전술한 바와 같은 내열성 물질로 코팅된 형광체를 포함한 형광층을 구비한 평판 디스플레이 장치를 제공한다. 상기 평판 디스플레이 장치는 전술한 바와 같은 평판 디스플레이 장치의 제조 방법으로 제조할 수 있다.
본 발명의 형광체 페이스트 조성물은 전술한 바와 같은 내열성 물질로 코팅된 형광체를 포함하는 바, 소성 공정시 형광체 입자의 열화가 실질적으로 방지된 다. 또한, 본 발명의 평판 디스플레이 장치의 형광층은 상기 내열성 물질로 코팅된 형광체를 포함하는 바, 디스플레이 장치의 작동시 진공 자외선에 의한 형광체 열화 및 형광체 입자에 대한 수분 흡착 현상이 실질적으로 방지되어, 고수명이 보장되며 영구 잔상 현상도 개선될 수 있다.
이하, 본 발명에 대해서 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 형광체 페이스트 조성물은 2족 원소-함유 물질, 3족 원소-함유 물질 및 4족 원소-함유 물질로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 내열성 물질로 코팅된 형광체, 바인더 및 유기 용매를 포함한다.
먼저, 2족 원소-함유 물질, 3족 원소-함유 물질 및 4족 원소-함유 물질로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 내열성 물질로 코팅된 형광체 중 상기 내열성 물질은 평판 디스플레이 장치의 형광층 형성시 소성 공정에 수반되는 열 뿐만 아니라 평판 디스플레이 장치 작동시 발생한 진공 자외선, 평판 디스플레이 장치 작동시 형광체와 결합할 수 있는 수분 및 산소 등에 대하여 형광체 입자를 보호하는 역할을 한다.
따라서, 상기 내열성 물질은 내식성, 표면강도 및 내수성 또한 우수한 물질이여야 한다. 또한, 상기 내열성 물질은 형광층으로부터 방출된 광을 흡수하지 않도록 광반사성도 우수한 물질인 것이 바람직하다.
이를 고려하여, 상기 내열성 물질은 500℃ 내지 2000℃, 바람직하게는 1800℃ 내지 2000℃의 융점을 가질 수 있다. 상기 내열성 물질의 융점이 500℃ 미만인 경우, 형광체층 형성시 수반되는 고온 소성 공정으로 초래될 수 있는 형광체 열화 를 효과적으로 방지할 수 없다는 문제점이 있고, 상기 내열성 물질의 융점이 2000℃를 초과하는 경우에는 제조 비용이 증가할 수 있다는 문제점이 있기 때문이다.
2족 원소-함유 물질, 3족 원소-함유 물질 및 4족 원소-함유 물질로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 내열성 물질은 Be, Mg, Ca 등과 같은 2족 원소를 함유하거나, Sc, Y, La 등과 같은 3족 원소를 함유하거나, Ti, Zr, Hg 등과 같은 4족 원소를 함유할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 내열성 물질은 2족 원소, 3족 원소 및 4족 원소 중 하나의 산화물, 질화물 또는 탄화물일 수 있다. 이와 같은 본 발명의 형광체에 코팅될 수 있는 내열성 물질의 구체예에는, 물질은 MgO, TiO, TiO2, TiN, TiC, ZrO2, ZrN, 지르칼로이(Zircalloy), 지카다인(Zicadyne), La 2O3 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이들 물질 중 2 이상의 조합을 사용하는 것도 가능하다.
상기 내열성 물질의 구체예 중, MgO 및 La2O3는 내수성이 상대적으로 높지 않은 바, 다른 물질들과 혼합하여 사용함으로써, 내수성이 보강된 형광층을 얻을 수 있다. 한편, ZrO2는 열전도성이 낮고 내수성이 강한 백색 안료로서, 광반사성 또한 우수하다는 장점이 있다. 또한, 지르칼로이는 지르코늄과 주석을 포함하는 합금으로서, 고온에서의 내식성이 뛰어난 물질이다. 지르칼로이는 지르코늄과 주석 외에도 고온 내식성을 향상시키기 위하여, 철, 크롬, 몰리브덴, 바나듐, 구리, 니켈 및 텅스텐과 같은 원소를 더 함유할 수 있다.
상기 형광체는 평판 디스플레이 장치의 형광층에 포함될 수 있는 통상의 형 광체로서, 통상의 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 형광체를 모두 사용할 수 있다.
상기 형광체는 0.5㎛ 내지 5.0㎛, 바람직하게는 1.6㎛ 내지 2.8㎛의 평균 입경을 가질 수 있다. 형광체 입자의 평균 입경이 0.5㎛ 미만인 경우에는 광특성에 불리한 영향을 미칠 수 있고, 형광체 입자의 평균 입경이 5.0㎛를 초과하는 경우에는 노즐 막힘 현상에 의하여 형광층 표면이 불량하게 형성될 수 있기 때문이다.
본 발명의 형광체로서, 적색 형광체는 예를 들면, Y(V,P)O4:Eu 형광체, Y2O3:Eu 형광체 및 (Y,Gd)BO3:Eu 형광체로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있고, 녹색 형광체는 예를 들면, LaPO4:Ce,Tb 형광체, ZnGa2O4:Mn 형광체, ReBO3:Tb (이 중, Re는 1 이상의 희토류계 원소임) 형광체 및 Zn2SiO4:Mn 형광체 BaMgAl10O17:Eu,Mn로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있으며, 청색 형광체로는 BaMgAl10O17:Eu 형광체, BaMgAl14O23:Eu 형광체, BaMg 2Al16O27:Eu 형광체 및 CaMgSi2O6:Eu 형광체로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 2족 원소-함유 물질, 3족 원소-함유 물질 및 4족 원소-함유 물질로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 내열성 물질은 상기 형광체 표면에 다양한 형태로 코팅될 수 있다. 예를 들면, 형광체 표면 전체에 전면 코팅되거나, 입자 형태로 형광체 표면에 부분 코팅될 수 있다. 상기 내열성 물질이 전면 코팅된 형광체의 일 구현예는, ZrO2가 전면 코팅된 BaMgAl10O17:Eu 청색 형광체의 전자 현미경 사진인 도 1a를 참조한다. 도 1a에 따르면, ZrO2가 BaMgAl10O17:Eu 청색 형광체 표면 전체에 고르게 코팅되어 있음을 알 수 있다. 이와 같은 전면 코팅은 예를 들면, 고상법, 분무 열분해법, 액상법 등에 의하여 수행될 수 있다. 한편, 상기 내열성 물질이 부분 코팅된 형광체의 일 구현예는, ZrO2가 부분 코팅된 BaMgAl10O 17:Eu 청색 형광체의 전자현미경 사진인 도 1b를 참조한다. 도 1b에 따르면, ZrO2가 BaMgAl10O17:Eu 청색 형광체 표면에 입자 형태로 부착되어 있음을 알 수 있다. 이와 같은 부분 코팅은, 예를 들면 고상법, 분무 열분해법, 액상법 등에 의하여 수행될 수 있다. 형광체 입자에 대한 상기 내열성 물질의 전면 코팅은 고온열화 및 기타 불순물의 흡착으로부터 형광체를 실질적으로 완전히 보호할 수 있다는 장점이 있으며, 부분 코팅은 전면코팅으로 인한 휘도 감소를 최소화할 수 있다는 장점이 있다.
상기 2족 원소-함유 물질, 3족 원소-함유 물질 및 4족 원소-함유 물질로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 내열성 물질이 코팅된 형광체에 있어서, 상기 내열성 물질의 함량은 형광체 100중량부 당 0.06 내지 0.7중량부, 바람직하게는 0.08 내지 0.24중량부일 수 있다. 상기 내열성 물질이 코팅된 형광체 입자 중 상기 내열성 물질의 함량이 형광체 100중량부 당 0.06중량부 미만인 경우, 제대로 된 코팅효과, 즉 내열성 및 내수성을 얻을 수 없는 문제점이 발생할 수 있고, 상기 내열성 물질의 함량이 형광체 100중량부 당 0.7중량부를 초과하는 경우, 휘도 저감 및 플라즈마 방전 불량을 일으킬 수 있다는 문제점이 발생할 수 있기 때문이다.
본 발명의 형광체 페이스트 조성물은 바인더를 포함한다. 상기 바인더는 형 광체 페이스트 조성물에 적합한 점도를 부여하며, 일반적으로 인쇄 공정시 인쇄 마스크면에서 사출되어, PDP하판에 균일한 형광층이 형성될 수 있도록 형광체를 감싸는 역할을 한다. 상기 바인더는 예를 들면, 셀룰로오스계 수지, 아크릴계 수지로 이루어진 군 중 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 바인더는 예를 들면, 에틸 셀룰로오스, 니트로 셀룰로오스, 아크릴 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 바인더의 함량은 상기 내열성 물질이 코팅된 형광체 100중량부 당 5중량부 내지 25중량부, 바람직하게는 7중량부 내지 20중량부일 수 있다. 상기 바인더의 함량이 상기 내열성 물질로 코팅된 형광체 100중량부 당 5 중량부 미만인 경우, 충분한 점도를 얻지 못하는 문제점이 발생할 수 있고, 상기 바인더의 함량이 상기 내열성 물질로 코팅된 형광체 100중량부 당 25중량부를 초과하는 경우, 바인더의 탄소 성분이 형광체 페이스트 조성물의 소성시 충분히 제거되지 않아서 형광체를 열화시키는 문제점이 발생할 수 있기 때문이다.
본 발명의 형광체 페이스트 조성물은 유기 용매를 포함한다. 상기 유기 용매는 형광체 페이스트 조성물에 적합한 흐름성을 부여하며, 형광체를 분산시키는 역할과 바인더를 용해시키는 역할을 한다. 상기 유기 용매는 구체적으로, 터피네올, 부틸 카비톨, 부틸 카비톨 아세테이트, 펜테인디올, 다이펜틴, 리모닌 및 증류수로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 유기 용매의 함량은 상기 내열성 물질로 코팅된 형광체 100중량부 당 90중량부 내지 250중량부, 바람직하게는 100중량부 내지 230중량부일 수 있다. 상기 유기 용매의 함량이 상기 내열성 물질로 코팅된 형광체 100중량부 당 90중량부 미만인 경우, 형광체 페이스트 조성물의 분산성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있고, 상기 유기 용매의 함량이 상기 내열성 물질로 코팅된 형광체 100중량부 당 250중량부를 초과하는 경우, 형광체 페이스트 조성물의 점도가 형광체층 형성에 부적합할 수 있다는 문제점이 발생할 수 있기 때문이다.
본 발명의 형광체 페이스트 조성물은, 2족 원소-함유 물질, 3족 원소-함유 물질 및 4족 원소-함유 물질로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 내열성 물질로 코팅된 형광체, 바인더, 및 유기 용매 외에도, 소포제, 분산제, 가소제 등을 더 포함할 수 있다. 상기 소포제 또는 분산제로는 실리콘 폴리에스테르 수지 등을 이용할 수 있으며, 상기 가소제로는 프탈레이트계 화합물, 예를 들면 디옥틸 프탈레이트 2-에틸헥실 프탈레이트, 디이소노닐 프탈레이트, 디부틸 프탈레이트, 디이소데실 프탈레이트 등을 이용할 수 있다.
본 발명의 평판 디스플레이 장치의 제조 방법은, 전술한 바와 같은 형광체 페이스트 조성물 제공 단계; 형광체 페이스트 조성물 도포 단계 및 형광체 페이스트 조성물 소성 단계로 이루어진다.
먼저, 전술한 바와 같은 성분 및 함량을 갖는 형광체 페이스트 조성물을 제조한다. 이 때, 형광체 페이스트 조성물의 점도는 15000cps 내지 23000cps, 바람직하게는 17000cps 내지 21000cps일 수 있다. 형광체 페이스트 조성물의 점도가 상기 범위를 벗어나는 경우에는 도포시 인쇄성이 저하될 수 있어 정밀한 패턴의 형 광층을 형성할 수 없다는 문제점이 발생할 수 있기 때문이다.
이후, 상기 형광체 페이스트 조성물을 "기판" 상에 도포한다. 이 때, "기판"이란 형광층을 형성하고자 하는 영역을 구비한 지지체로서, 상기 "기판"은 형성하고자 하는 평판 디스플레이 장치의 종류에 따라 당업자에게 용이하게 이해될 수 있는 것이다. 예를 들어, PDP를 형성하는 경우에는 배면기판, 어드레스 전극, 상기 어드레스 전극을 덮는 후방유전체층, 발광셀을 구획하는 격벽 등이 구비된 후방패널 중 발광셀 내측일 수 있다.
상기 형광체 페이스트 조성물의 도포 방법으로는 공지된 다양한 방법을 이용할 수 있다. 예를 들면, 디스펜서 장치 등을 이용할 수 있다.
상기 형광체 페이스트 조성물의 도포한 다음, 이를 소성시킨다. 본 발명의 형광체 페이스트 조성물을 이용하는 경우, 상기 소성 단계는 400℃ 내지 600℃의 소성 온도, 바람직하게는 480℃ 내지 550℃의 소성온도 하에서 수행될 수 있다. 이는 본 발명의 형광체 페이스트 조성물에 포함된 형광체는 전술한 바와 같은 내열성 물질로 코팅되어 있는 바, 통상적인 소성 온도인 480℃보다 높은 소성 온도에서도 형광체 열화가 실질적으로 방지될 수 있기 때문이다.
이와 같이 본 발명의 평판 디스플레이 장치의 제조 방법에 따르면, 소성 공정 수행에 약 1 내지 2 시간 가량이 소요된다. 상기 소성 시간은 종래의 소성 온도에서 필요한 소성 시간인 2 내지 3시간에 비하여, 최대 약 1/3에 해당하는 것이므로, 대면적의 평판 디스플레이 장치의 대량 생산 시 생산성이 향상될 수 있다.
이와 같이 제조된 본 발명의 평판 디스플레이 장치는 2족 원소-함유 물질, 3 족 원소-함유 물질 및 4족 원소-함유 물질로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 내열성 물질로 코팅된 형광체를 포함한 형광층을 구비한다. 상기 내열성 물질은 전술한 바와 같이 내열성이 우수하여, 평판 디스플레이 장치의 작동 시 진공 자외선에 의한 형광체 열화를 방지할 수 있다. 또한, 내수성이 우수하여 형광체 입자에 대한 수분 흡착도 방지될 수 있다. 그러면서도, 상기 내열성 물질은 광반사성이 우수하여 형광층의 발광을 방해하지 않는다. 상기 내열성 물질 및 형광체에 대한 상세한 설명은 전술한 바와 같다.
이와 같이 상기 내열성 물질이 코팅된 형광체를 포함한 형광층을 구비한 평판 디스플레이 장치로는 예를 들면, 플라즈마 디스플레이 패널, 전계 방출 디스플레이 장치 등을 들 수 있다. 이 중, 본 발명을 따르는 플라즈마 디스플레이 패널의 일구현예는 도 2에 도시되어 있다.
도 2 중, 전방패널 (110)은 전면기판 (111), 상기 전면기판의 배면 (111a)에 형성된 Y전극 (112)과 X전극 (113)을 구비한 유지전극쌍 (114)들, 상기 유지전극쌍들을 덮는 전방유전체층 (115) 및 상기 전방유전체층을 덮으며 다결정 MgO 소결체 내의 전체 불순물 농도가 250 ppm 이하인 다결정 MgO 소결체 보호막 (116)을 구비한다. 상기 Y전극 (112)과 X전극 (113) 각각은 ITO 등으로 형성된 투명전극 (112b, 113b)과 도전성 좋은 금속으로 형성된 버스전극 (112a, 113a)을 구비한다.
한편, 후방패널 (120)은 배면기판 (121), 배면기판의 전면 (121a)에 상기 유지전극쌍과 교차하도록 형성된 어드레스 전극들 (122), 상기 어드레스 전극들을 덮는 후방유전체층 (123), 상기 후방유전체층 상에 형성되어 발광셀 (126)들을 구획 하는 격벽 (124)을 포함한다. 본 발명에 따라, 2족 원소-함유 물질, 3족 원소-함유 물질 및 4족 원소-함유 물질로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 내열성 물질로 코팅된 형광체를 포함한 형광층 (125)은 상기 발광셀 내측에 배치되어 있다. 상기 형광체는 상기 내열성 물질로 코팅되어, 평판 디스플레이 장치의 작동시, 진공 자외선에 의한 열화, 수분 흡착 방지 등이 방지된다. 특히, 상기 내열성 물질에 의하여 상기 형광체에 대한 수분 흡착이 방지되므로, 발광셀 (126) 상부의 다결정 MgO 소결체 보호막 (116)이 수분에 의하여 손상되는 것이 방지될 수 있다. 상기 내열성 물질로 코팅된 형광체에 대한 상세한 설명은 전술한 바와 동일하므로 생략한다.
또한, 본 발명을 따르는 전계 방출 디스플레이 장치의 일구현예는 도 3에 도시되어 있다. 도 3에 도시된 전계 방출 디스플레이 장치는 캐소드 전극 (212), 애노드 전극 (222) 및 게이트 전극 (214)을 갖는 3극관의 구조로 이루어져 있다. 상기 캐소드 전극 (212)과 게이트 전극 (214)은 전자 방출원 (216)이 배치된 배면 기판 (211) 상에 형성되어 있고, 애노드 전극 (222)은 전면 기판 (221)의 저면에 형성되어 있으며, 애노드 전극(222)의 저면에는 본 발명에 따라 2족 원소-함유 물질, 3족 원소-함유 물질 및 4족 원소-함유 물질로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 내열성 물질로 코팅된 형광체를 포함한 형광층 (223)과 콘트라스트 향상을 위한 블랙 매트릭스 (224)가 형성되어 있고, 캐소드 전극 (212)의 위에는 미세한 개구들 (215)을 갖는 절연층 (213) 및 게이트 전극 (214)이 적층되어 있다. 상기 내열성 물질로 코팅된 형광체에 대한 상세한 설명은 전술한 바와 동일하므로 생략한 다. 그리고, 배면 기판 (211)과 전면 기판 (221)은 그 사이에 배치되는 스페이서 (231)에 의해 서로간의 간격이 유지되도록 되어 있다.
본 발명의 형광체 페이스트 조성물을 이용한 평판 표시 장치로서, 플라즈마 디스플레이 패널 및 전계 방출 디스플레이 장치를 예로 들어 설명하였으나, 이 밖에도 다양한 디스플레이 장치의 제조에 사용될 수 있음은 물론이다. 예를 들면, 본 발명의 형광체 페이스트 조성물은 백라이트용 램프의 형광층 제조 등에도 사용될 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기로 하되, 본 발명이 하기 실시예로만 제한되는 것으로 해석되어서는 아니될 것이다.
실시예
실시예 1
ZrO2가 전면 코팅된 평균 입경 2.5 ㎛ 내외의 Y(V,P)O4:Eu 적색 형광체를 준비하였다. 이 때, ZrO2는 Y(V,P)O4:Eu 적색 형광체 100중량부 당 0.16 중량부의 함량으로 상기 적색 형광체의 표면에 전면 코팅되었다. 상기 ZrO2가 전면 코팅된 Y(V,P)O4:Eu 적색 형광체 100 중량부 당, 바인더인 에틸 셀룰로오스 15중량부 및 유기 용매 150중량부를 페이스트 전용 교반기를 이용하여 교반하여, 19000cps 내지 21000cps의 점도를 갖는 형광체 페이스트 조성물 1Kg을 제조하였다. 상기 유기 용매로는 7:3의 부피비로 혼합된 터피네올과 부틸카비톨아세테이트의 혼합물을 사용하였다. 이를 조성물 R1이라고 한다.
실시예 2
ZrO2가 전면 코팅된 Y(V,P)O4:Eu 적색 형광체 대신 ZrO2가 전면 코팅된 Zn2SiO4:Mn 녹색 형광체를 사용하였다는 점을 제외하고는 상기 실시예 1에서와 동일한 함량과 제조방법으로 형광체 페이스트 조성물을 준비하였다. 이를 조성물 G1이라고 한다.
실시예 3
ZrO2가 전면 코팅된 Y(V,P)O4:Eu 적색 형광체 대신 ZrO2가 전면 코팅된 BaMgAl10O17:Eu 청색 형광체를 사용하였다는 점을 제외하고는 상기 실시예 1에서와 동일한 함량과 제조방법으로 형광체 페이스트 조성물을 준비하였다. 이를 조성물 B1이라고 한다.
실시예 4
ZrO2가 전면 코팅된 Y(V,P)O4:Eu 적색 형광체 대신 ZrO2가 부분 코팅된 Y(V,P)O4:Eu 적색 형광체를 사용하였다는 점을 제외하고는 상기 실시예 1에서와 동일한 함량과 제조방법으로 형광체 페이스트 조성물을 준비하였다. 이를 조성물 R2라고 한다.
실시예 5
ZrO2가 전면 코팅된 Y(V,P)O4:Eu 적색 형광체 대신 ZrO2가 부분 코팅된 ZnGa2O4:Mn 녹색 형광체를 사용하였다는 점을 제외하고는 상기 실시예 1에서와 동일 한 함량과 제조방법으로 형광체 페이스트 조성물을 준비하였다. 이를 조성물 G2이라고 한다
실시예 6
ZrO2가 전면 코팅된 Y(V,P)O4:Eu 적색 형광체 대신 ZrO2가 부분 코팅된 BaMgAl10O17:Eu 청색 형광체를 사용하였다는 점을 제외하고는 상기 실시예 1에서와 동일한 함량과 제조방법으로 형광체 페이스트 조성물을 준비하였다. 이를 조성물 B2라고 한다
비교예 1
ZrO2가 전면 코팅된 Y(V,P)O4:Eu 적색 형광체 대신 ZrO2가 코팅되지 않은 Y(V,P)O4:Eu 적색 형광체를 사용하였다는 점을 제외하고는 상기 실시예 1에서와 동일한 함량과 제조방법으로 형광체 페이스트 조성물을 준비하였다. 이를 조성물 R이라고 한다.
비교예 2
ZrO2가 전면 코팅된 Y(V,P)O4:Eu 적색 형광체 대신 ZrO2가 코팅되지 않은 ZnGa2O4:Mn 녹색 형광체를 사용하였다는 점을 제외하고는 상기 실시예 1에서와 동일한 함량과 제조방법으로 형광체 페이스트 조성물을 준비하였다. 이를 조성물 G라고 한다.
비교예 3
ZrO2가 전면 코팅된 Y(V,P)O4:Eu 적색 형광체 대신 ZrO2가 코팅되지 않은 BaMgAl10O17:Eu 청색 형광체를 사용하였다는 점을 제외하고는 상기 실시예 1에서와 동일한 함량과 제조방법으로 형광체 페이스트 조성물을 준비하였다. 이를 조성물 B라고 한다.
평가예 1 - 소성 열화 특성 평가
실시예 3에서 제조된 조성물 B1과 비교예 3에서 제조된 조성물 B에 대하여 소성 열화 특성을 상기 소성 조성물의 소성 전후의 발광 스펙트럼을 측정함으로써 평가하였다. 발광 스펙트럼은 10-5torr의 진공 챔버를 구비한 Darsa system에서 Kr-램프를 구비한 스펙트로메터(Kr-lamp spectrometer)를 이용하여 측정하였다. 먼저, 글래스 기판 상에 조성물 B1과 조성물 B를 각각 분사하여 이들의 발광 스펙트럼을 측정하였다. 이 후, 이들 각각을 500℃의 온도에서 60분간 소성하였다. 소성 분위기는 대기 상태 또는 질소 분위기 하에서 소성하였고, 그 후 발광 스펙트럼을 측정하였다. 조성물 B의 소성 전후의 발광 스펙트럼을 도 4a에 나타내고, 조성물 B1의 소성 전후의 발광 스펙트럼을 도 4b에 나타내었다.
도 4a에 따르면, 조성물 B는 최대 광방출 파장대인 약 455nm에서 소성 전에는 약 2550의 발광 세기를 나타내었으나, 소성 후에는 약 2300의 발광 세기를 나타내는 바, 소성 후 발광 특성이 저하되는 것을 확인할 수 있다. 이로써, 조성물 B의 형광체는 소성으로 인하여 열화됨을 알 수 있다. 그러나, 도 4b에 따르면, 조성물 B1은 전체 파장대의 발광 세기가 소성 후에도 거의 일정하게 유지됨을 확인할 수 있다. 이로써, 조성물 B1의 형광체는 소성으로 인한 열화가 거의 발생하지 않음을 알 수 있다.
평가예 2 - 소성 시간 및 수명 평가
어드레스 전극, 상기 어드레스 전극을 덮는 후방 유전체층, 발광셀을 한정하는 격벽이 구비된 배면 기판을 준비하여, 상기 발광셀 중 적색 형광층(이하, "R"로도 표시함), 녹색 형광층(이하, "G"로도 표시함) 및 청색 형광층(이하, "B"로도 표시함)이 형성될 영역 각각에 상기 실시예 1에서 제조한 조성물 R1, 상기 실시예 2에서 제조한 조성물 G1 및 실시예 3에서 제조한 조성물 B1을 디스펜서 장치를 사용하여 분사하였다. 토출 압력은 각각의 페이스트 조성물에 대하여 유전체로부터 약 100㎛ 정도를 나타내는 압력으로 정하였다. 발광셀 내에 도포된 조성물 R1, G1 및 B1을 초기 100℃에서 15분 유지 후, 50℃증가 마다 15분씩 각 온도에서 유지하였다. 이렇게 온도를 천천히 상승시켜 500℃의 온도에서 40분간 소성하였다. 소성 분위기는 대기 상태 또는 질소 분위기 하에서 소성하였고, 그 후 소성 완결 시간을 측정하였다. 상기 패널을 패널 1이라고 한다.
전술한 바와 같은 패널 제작 공정을 실시예 4 내지 6에서 제조된 조성물 R2, G2 및 B2를 이용하여 반복하였다. 이로부터 얻을 패널을 패널 2라고 한다. 한편, 비교예 1 내지 3에서 제조된 조성물 R, G 및 B를 이용하여 패널을 제작하였다. 이 때, 500℃의 온도 대신 470℃의 온도 하에서 소성을 수행하였다는 점을 제외하고는 전술한 바와 같은 패널 제작 공정을 따랐다. 이로부터 얻은 패널을 패널 A라고 한다. 패널 1, 2 및 A 제작시 소요된 소성 시간을 하기 표 1 에 나타내었다.
한편, 상기 패널 1, 2 및 A에 대하여 휘도를 측정하였다. 휘도 측정은 10-5torr의 진공 챔버를 구비한 Darsa system에서 Kr-램프를 구비한 스펙트로메터(Kr-lamp spectrometer)를 이용하였는데, 초기 휘도 측정 후 24시간, 100시간, 500시간 및 1000시간 경과마다 각 패널의 휘도를 측정하여, 이를 초기 휘도값에 대한 백분율로 나타내었다. 각 패널에 대한 휘도 측정치 역시 하기 표 1에 나타내었다:
패널 A 패널 1 패널 2
소성 시간(분) 110 40 40
초기 휘도(cd/m2) (백색) 198 189 193
휘도 유지율 (수명)(%) 0 시간 R 100 100 100
G 100 100 100
B 100 100 100
24 시간 R 101 101 101
G 96 99 99
B 94 99 98
100 시간 R 102 102 102
G 94 98 98
B 90 97 96
500 시간 R 101 101 101
G 90 96 95
B 82 93 92
1000 시간 R 100 100 100
G 87 94 93
B 76 91 90
상기 표 1 중 소성 시간 데이터에 따르면, 패널 A 제작시 소요된 소성 시간은 110분으로 패널 1 및 2 제작시 소요된 소성 시간보다 70분 가량 더 소요된다. 이는 패널 A 제작 중 소성 공정에서 형광체 열화를 방지하기 위하여, 470℃의 소성 온도를 선택하였기 때문으로 분석될 수 있다. 이로써, 본 발명에 따라 ZrO2가 코팅된 형광체를 이용한 패널 1 및 2의 제조시 공정 시간이 단축될 수 있음을 알 수 있다.
한편, 표 1 중 휘도 유지율 데이터에 따르면, PDP 패널 A의 경우, 특히 녹색 형광체 및 청색 형광체의 1000 시간 후 휘도는 초기 휘도에 대비하여 각각 87% 및 76%에 불과함을 알 수 있다. 그러나, PDP 패널 1의 경우, 녹색 형광체 및 청색 형광체의 1000 시간 후 휘도는 초기 휘도에 대비하여 각각 94% 및 91%이고, PDP 패널 2의 경우, 녹색 형광체 및 청색 형광체는 1000 시간 후 휘도가 초기 휘도에 대비하여 각각 93% 및 90%에 이르는 바, 장시간 사용에 의한 형광체 열화가 PDP 패널 A에 비하여 감소됨을 알 수 있어, 고수명이 보장됨을 확인할 수 있다.
본 발명의 형광체 페이스트 조성물은 2족 원소-함유 물질, 3족 원소-함유 물질 및 4족 원소-함유 물질로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 내열성 물질이 코팅된 형광체를 포함하는 바, 소성 공정시 형광체 열화가 실질적으로 방지될 수 있다. 한편, 본 발명의 평판 디스플레이 장치는 상기 내열성 물질이 코팅된 형광체를 포함한 형광층을 구비하는 바, 디스플레이 장치 작동시 이온충격 등에 의한 형광체 열화가 감소되어 소자 수명이 향상되고 영구 잔상 현상이 감소하며, 형광체 수분 흡착 현상도 방지될 수 있는 등, 신뢰성이 향상될 수 있다.

Claims (14)

  1. 내열성 물질이 코팅된 형광체, 바인더 및 유기 용매를 포함하는 형광체 페이스트 조성물로서, 상기 내열성 물질은 TiO, TiO2, TiN, TiC, ZrO2, ZrN, 지르칼로이(Zircalloy), 및 지카다인(Zicadyne)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상 또는 그들과 MgO 또는 La2O3의 혼합물인 것을 특징으로 하는 형광체 페이스트 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 내열성 물질의 융점은 500℃ 내지 2000℃인 것을 특징으로 하는 형광체 페이스트 조성물.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 형광체는 0.5㎛ 내지 5.0㎛의 평균 입경을 갖는 것을 특징으로 하는 형광체 페이스트 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 형광체는 Y(V,P)O4:Eu 형광체, Y2O3:Eu 형광체 및 (Y,Gd)BO3:Eu 형광체로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 적색 형광체, LaPO4:Ce,Tb 형광체, ZnGa2O4:Mn 형광체 ReBO3:Tb (이 중, Re는 1 이상의 희토류계 원소임) 및 Zn2SiO4:Mn 형광체 및 BaMgAl10O17:Eu,Mn로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 녹색 형광체, BaMgAl10O17:Eu 형광체, BaMgAl14O23 :Eu 형광체, BaMg2Al16O27:Eu 형광체 및 CaMgSi2O6:Eu 형광체로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 청색 형광체인 것을 특징으로 하는 형광체 페이스트 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 내열성 물질은 상기 형광체 표면에 전면 코팅 또는 부분 코팅된 것을 특징으로 하는 형광체 페이스트 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 상기 내열성 물질이 코팅된 형광체 중 상기 내열성 물질의 함량은 상기 형광체 100중량부 당 0.06중량부 내지 0.7중량부인 것을 특징으로 하는 형광체 페이스트 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 상기 바인더는 에틸 셀룰로오스, 니트로 셀룰로오스, 아크릴 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 형광체 페이스트 조성물.
  9. 제1항에 있어서, 상기 유기 용매는 터피네올, 부틸 카비톨, 부틸 카비톨 아세테이트, 펜테인디올, 다이펜틴, 리모닌 및 증류수로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 형광체 페이스트 조성물.
  10. 제1항, 제2항 및 제4항 내지 제9항 중 어느 한 항의 형광체 페이스트 조성물을 제공하는 단계;
    상기 형광체 페이스트 조성물을 기판에 도포하는 단계; 및
    상기 형광체 페이스트 조성물을 소성하는 단계;
    를 포함하는 평판 디스플레이 장치의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 소성 단계를 480℃ 내지 550℃의 온도에서 수행하는 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이 장치의 제조 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 평판 디스플레이 장치는 플라즈마 디스플레이 패널 또는 전계 방출 디스플레이 장치인 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이 장치의 제조 방법.
  13. 제10항의 평판 디스플레이 장치의 제조 방법으로 제조되고, 내열성 물질로 코팅된 형광체를 포함하는 형광층을 구비한 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 평판 디스플레이 장치는 플라즈마 디스플레이 패널 또는 전계 방출 디스플레이 장치인 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이 장치.
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