KR20060096011A - 플라스마 디스플레이 패널 - Google Patents

Abstract

본 발명의 플라스마 디스플레이 패널은, 방전 셀에서, 전극을 덮고 있는 유전체 층이 보호층으로 덮여 있고, 상기 보호층이 방전가스로 채워진 방전공간에 면하고 있는 플라스마 디스플레이 패널로, 상기 방전가스는 Xe 및 Kr 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 보호층은 에너지 밴드의 금지대 내에 적어도 진공준위로부터의 깊이가 4eV 이내의 에너지 레벨의 전자를 포함하는 전자준위대가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

보호층, Xe, Kr, 4eV, 전자준위대

Description

플라스마 디스플레이 패널{PLASMA DISPLAY PANEL}

본 발명은 플라스마 디스플레이 패널에 관한 것으로, 특히 유전체 층의 상부를 덮는 보호층에 관한 것이다.

최근, 컴퓨터나 텔레비전 등에 사용되고 있는 디스플레이장치에서, 플라스마 디스플레이 패널(이하, 「PDP」라고 한다.)은 대형이면서 박형 경량화를 실현할 수 있는 디스플레이장치로서 주목받고 있다.

이 PDP는 가스방전에 의해 발생한 자외선에 의해서 형광체를 여기 발광시켜서 화상을 표시하는 가스방전패널이다. 그 방전의 형성방법에 따라서, PDP는 AC형(교류형)과 DC형(직류형)으로 분류할 수 있고, 그 중에서도 특히 AC형은 휘도, 발광효율 및 수명이라는 점에서 DC형보다 우수하여 현재 PDP의 주류가 되고 있다.

이 AC형 PDP의 일반적인 구성에 대해서는, 예를 들어, 후술하는 특허문헌 1에 개시되어 있다.

보다 구체적으로는, AC형 PDP는 전면 판과 배면 판을 대향시켜서, 그 외주를 밀봉유리(sealing glass)에 의해 밀봉한 구성을 가진다.

상기 배면 판은, 전면 유리기판의 표면상에 스트라이프 형상(stripe formation)의 표시 전극이 형성되고, 그 위에 유전체 층이 형성되어 이루어진다.

또, 상기 배면 판은 배면 유리기판의 표면상에 스트라이프 형상의 어드레스 전극이 형성되고, 그 위에 유전체 층이 형성되며, 그 위에는 보호층이 형성되어 있고, 또한, 서로 이웃하는 어드레스 전극끼리의 사이에 격벽이 형성되며, 형성된 서로 이웃하는 격벽 사이에 형광체 층이 형성되어 이루어진다.

상기 배면 판과 상기 전면 판은, 쌍방의 전극이 직교하도록 대향 배치되고, 배면 판 또는 전면 판의 외측 테두리가 밀봉되어 있으며, 내부에 형성되는 밀폐공간에 방전가스가 충전되어 있다.

또한, 상기 표시 전극은 2개가 한 쌍을 구성하고 있고, 그 한쪽을 X전극, 다른 쪽을 Y전극이라고 한다.

상기 한 쌍의 표시 전극과 하나의 어드레스 전극이 방전공간을 사이에 두고 입체적으로 교차하는 영역이 화상표시에 기여하는 셀이 된다.

여기서, 전면 측의 패널 유리의 유전체 층을 덮는 보호층은, 방전시에 유전체 층을 이온 충격으로부터 보호하기 위해서 형성되고, 또한, 방전공간에 접한 음극전극으로서도 기능을 하므로, 그 막질(膜質)이 방전특성에 커다란 영향을 준다는 사실이 알려져 있다.

상기 가스방전시에, 먼저 보호층으로부터 전자가 방출되고, 이를 계기로 하여 가스방전이 개시된다.

상기 문헌에서도, 보호층의 재료로 통상 사용되는 MgO는, 스퍼터링에 대한 내성이 높으므로 보호층으로서 적합하며, 이차전자 방출계수가 큰 재료이므로, 이를 사용함으로써 방전개시전압 Vf가 감소한다는 점이 기재되어 있다.

MgO로 이루어지는 보호층은, 통상 진공증착법에 의해 0.5㎛ ~ 1㎛ 정도의 막 두께로 성막(成膜)되어 있다.

그러나 최근, 현재의 텔레비전보다 주사선의 수를 증가시켜서 화질을 향상시킨, 소위 HDTV(High definition television)라고 불리는 고품위 텔레비전이 보급되고 있다.

현재, 일본이나 북미에서 보급되고 있는 NTSC방식의 주사선이 525개인 것에 대해, 이 고품위 텔레비전에서는 주사선이 1125개 또는 1250개로 되어 있다.

PDP에서도, 상술한 것과 같은 높은 해상도의 화상표시를 실현하기 위하여, 보다 고휘도이면서 고 효율의 PDP의 등장이 기대되고 있다.

이와 같이, PDP의 고 휘도화 및 고 효율화를 도모하는 방법으로, 예를 들어, 이하에 제시하는 비 특허문헌 1에서는, 방전가스의 Xe 분압을 증가시키는 것이 고 휘도화 및 고 효율화를 실현하기 위한 가장 유효한 수단이라는 점이 기재되어 있다.

그 이유는, 방전가스의 Xe 분압을 증가시키면, Xe의 여기상태(excited state)가 기저상태(ground state)로 완화될 때에 방출되는 자외선의 양을 더 많이 획득할 수 있기 때문이다.

특허문헌 1 : 일본국 특허공개 평9-92133호 공보

비 특허문헌 1 : SID '03 Digest P. 28 High Efficacy PDP

그러나 방전가스의 Xe 분압을 증가시키면, 결과적으로, MgO로부터의 2차 전자의 방출에 크게 기여하고 있는 Ne 이온이 감소하므로, 2차 전자의 방출량이 감소하여, 방전개시전압 Vf가 높아진다.

이 방전개시전압 Vf의 상승에 의해, 구동회로 집적회로에 보다 높은 고 내압 트랜지스터가 필요해지게 되므로, 플라스마 디스플레이의 가격이 상승한다는 문제가 발생한다.

본 발명은 상기 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 방전가스 중의 Ne 분압이 감소한 경우에도 방전개시전압 Vf를 크게 상승시키지 않는 보호층을 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 PDP는, 방전 셀에 있어서, 전극을 덮고 있는 유전체 층이 보호층으로 덮여 있고, 상기 보호층이 방전가스로 채워진 방전공간에 면하고 있는 PDP로, 상기 방전가스는 Xe 및 Kr 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 보호층은 에너지 밴드의 금지대(forbidden band) 내에 적어도 진공준위(vacuum level)로부터의 깊이가 4eV 이내의 에너지 레벨의 전자를 포함하는 전자준위대(electric-level band)가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 PDP는, 방전 셀에서, 전극을 덮고 있는 유전체 층이 보호층으로 덮여 있고, 상기 보호층이 방전가스로 채워진 방전공간에 면하고 있는 플라스마 디스플레이 패널로, 상기 방전가스는 Xe 및 Kr 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 보호층은 에너지 밴드의 금지대 내에 적어도 진공준위로부터의 깊이가 4eV 이내의 에너지 레벨의 전자를 포함하는 전자준위대가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

종래의 플라스마 디스플레이 패널의 보호층은, 스퍼터링에 대한 내성이 높은 산화마그네슘으로 구성되어 있는 것이 통례이지만, 통상, 산화마그네슘의 금지대 내에는 전자가 존재할 수 있는 영역이 없으며, 2차 전자의 방출에 기여하는 전자는 가전자대(valence band)에 존재하는 전자로 되어 있다.

본 발명의 PDP의 상기 보호층에는, 금지대 내에 적어도 진공준위로부터의 깊이가 4eV 이내의 에너지 레벨의 전자를 포함하는 전자준위대가 형성되어 있으므로, 2차 전자가 방출되기가 훨씬 쉽다.

그 이유는, 가전자대 보다도 진공준위로부터의 에너지 깊이가 얕은 에너지 레벨에 위치하는 전자준위대에 존재하고 있는 전자 쪽이, 가전자대에 존재하는 전자보다도 2차 전자를 방출할 때에 요하는 에너지 양이 4eV 정도가 되어, 종래의 8.8eV 보다 작아도 되기 때문이다.

또한, 방전가스가 Xe 및 Kr 중 적어도 한쪽을 포함하고 있으므로, 2차 전자를 방출할 때에 요하는 에너지를 획득하기 쉬워서, 2차 전자가 방출되기가 훨씬 쉽다.

그 이유는, Xe의 준 안정상태가 진공준위로부터의 깊이가 4eV의 에너지 레벨이므로, 상기 전자준위대에 존재하는 전자가 Xe의 준 안정상태로 천이하기 쉽고, 또, Xe의 기저상태가 진공준위로부터의 깊이가 12.1eV의 에너지 레벨이므로, 상기 전자가 Xe의 준 안정상태로부터 Xe의 기저상태로 천이함으로써, 8.1eV 정도의 에너지가 방출되기 때문이다.

또, Kr의 준 안정상태도 진공준위로부터의 깊이가 4eV의 에너지 레벨이므로, 상기 전자준위대에 존재하는 전자가 Kr의 준 안정상태로 천이하기 쉽고, 또, Kr의 기저상태가 진공준위로부터의 깊이가 14eV의 에너지 레벨이므로, 상기 전자가 Kr의 준 안정상태로부터 Kr의 기저상태로 천이함으로써, 10eV 정도의 에너지가 방출되기 때문이다.

종래의 PDP에서는, 방전가스로, Ne와 Xe 또는 Ne와 Xe와 Kr 등의 혼합가스가 사용되고 있고, 이 중 Ne이 상술의 2차 전자방출에 크게 기여한다.

따라서, Ne의 분압의 감소와 함께, 2차 전자의 방출량은 저하한다.

그러나 본 발명의 MgO에서는, Ne의 분압이 감소하는 경우에도, 감소한 당해 Ne 대신에 충전되는 Xe 또는 Kr이 2차 전자의 방출에 기여할 수 있으므로, 방전개시전압 Vf를 크게 상승시키지 않는 보호층이 제공된다.

또, 상기 보호층은 광(light)을 통해서 얻어지는 4eV 이하의 에너지에 의해서 광전자 방출을 발생시키는 것으로 할 수도 있다.

이에 의해, 광을 통해서 2차 전자의 방출에 요하는 에너지를 전자로 공급할 수 있다.

이 경우의 광은, 통상의 광만이 아니라, X선도 포함하는 넓은 범위의 것을 말한다.

또, 상기 보호층이 산화마그네슘을 주성분으로 한 것으로 이루어지도록 할 수도 있다.

산화마그네슘은, 종래의 플라스마 디스플레이 패널의 보호층으로서 사용된 적이 있는 재료로, 입수성도 좋아서 실용화에 적합하다.

또, 상기 산화마그네슘에 Ⅲ족, Ⅳ족, Ⅶ족 원조 중 적어도 하나의 원소가 첨가되어 있는 것이 바람직하다.

이에 의해, 산화마그네슘 결정 내에 발생한 격자결함에 전자가 존재하기 쉬워져서, 상기 전자준위대가 금지대 내에 형성되기 쉽다.

또, 상기 산화마그네슘에 Ge 혹은 Sn이 첨가되어 있는 것으로 할 수도 있다.

이에 의해, 산화마그네슘 결정 내에 발생한 격자결함에 전자가 존재하기 쉬워져서, 상기 전자준위대가 금지대 내에 형성되기 쉽다.

또, 상기 산화마그네슘이 산소결손(oxygen deficit)을 가지는 것으로 해도 좋다.

상기 산소결손이 발생함에 따라, 상기 전자준위대가 금지대 내에 형성되기 쉽다.

또, 상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 PDP는, 방전 셀에서, 전극을 덮고 있는 유전체 층이 보호층으로 덮여 있고, 상기 보호층이 방전가스로 채워진 방전공간에 면하고 있는 플라스마 디스플레이 패널로, 상기 방전가스는 적어도 Kr을 포함하고, 상기 보호층은 에너지 밴드의 금지대 내에 적어도 진공준위로부터의 깊이가 5eV 이내의 에너지 레벨의 전자를 포함하는 전자준위대가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 보호층에는, 금지대 내에 적어도 진공준위로부터의 깊이가 5eV 이내의 에너지 레벨의 전자를 포함하는 전자준위대가 형성되어 있으므로, 2차 전자의 방출이 훨씬 용이하다.

그 이유는, 가전자대 보다도 진공준위로부터의 에너지 깊이가 얕은 에너지 레벨에 위치하는 전자준위대에 존재하고 있는 전자 쪽이, 가전자대에 존재하는 전자보다도 2차 전자를 방출할 때에 요하는 에너지 양이 5eV 정도가 되어, 종래의 8.8eV 보다도 작아지기 때문이다.

또한, 방전가스가 적어도 Kr을 포함하고 있으므로, 2차 전자를 방출할 때에 요하는 에너지를 획득하기 쉬워서, 2차 전자가 보다 방출되기 쉽다.

그 이유는, Kr의 기저상태가 진공준위로부터의 깊이가 14eV의 에너지 레벨이므로 전자준위대의 전자가 Kr의 기저상태로 천이함으로써, 9eV 정도의 에너지가 방출되기 때문이다.

종래의 PDP에서는, 방전가스로, Ne와 Kr, Ne와 Xe와 Kr 등의 혼합가스가 사용되는 경우가 있으며, 상술한 바와 같이, 이 중 Ne이 2차 전자방출에 크게 기여한다.

즉, Ne의 분압이 감소하는 경우라도, 감소한 상기 Ne 대신에 충전되는 Kr이 2차 전자의 방출에 기여할 수 있으므로, 방전개시전압 Vf를 크게 상승시키지 않는 보호층이 제공된다.

또, 상기 보호층은 광의 에너지로 5eV 이하의 광에 의해 광전자 방출을 발생시키는 것으로 할 수도 있다.

이에 의해, 광을 통하여 2차 전자의 방출에 요하는 에너지를 전자에 공급할 수 있다.

또, 상기 보호층은 산화마그네슘을 주성분으로 한 것으로 이루어지는 것이 바람직하다.

산화마그네슘은, 종래의 플라스마 디스플레이 패널의 보호층으로 사용된 실적이 있는 재료이며, 입수성도 좋아서 실용화에 적합하다.

또, 상기 산화마그네슘에 Ⅲ족, Ⅳ족, Ⅶ족 원조 중 적어도 하나의 원소가 첨가되어 있는 것이 바람직하다.

이에 의해, 산화마그네슘 결정 내에 발생한 격자결함에 전자가 존재하기 쉬워져서, 상기 전자준위대가 금지대 내에 형성되기 쉽다.

또, 상기 산화마그네슘에 Ge 혹은 Sn이 첨가되어 있는 것이 보다 바람직하다.

이에 의해, 산화마그네슘 결정 내에 발생한 격자결함에 전자가 존재하기 쉬워져서, 상기 전자준위대가 금지대 내에 형성되기 쉽다.

또, 상기 산화마그네슘이 산소결손을 가지는 것으로 해도 좋다.

상기 산소결손이 발생함에 따라, 상기 전자준위대가 금지대 내에 형성되기 쉽다.

도 1은, 본 발명의 제 1 실시 예의 PDP의 일례를 나타낸 개략 전개도이다.

도 2는, 본 제 1 실시 예의 PDP의 보호층 및 방전 셀에 봉입하는 가스 사이의 에너지의 교환에 따른 전자의 상태천이 경로에 대하여 설명하는 도면이다.

도 3은, 종래의 PDP의 보호층 및 방전 셀에 봉입하는 가스 사이의 에너지의 교환에 따른 전자의 상태천이 경로에 대하여 설명하는 도면이다.

도 4는, 보호층의 MgO 막에 광을 조사한 때에 MgO 막으로부터 방출되는 전자 의 양을 측정한 결과이다.

도 5는, PDP의 방전 셀의 방전개시전압 Vf와 방전가스 중 어느 한 성분가스의 분압과의 관계를 나타내는 도면이다.

도 6은, 캐소드 루미네슨스 평가 결과를 나타내는 도면이다.

도 7은, 본 제 2 실시 예의 PDP의 보호층 및 방전 셀에 봉입하는 가스 사이의 에너지의 교환에 따른 전자의 상태천이 경로에 대하여 설명하는 도면이다.

이하에서는 본 발명의 PDP에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다.

(제 1 실시 예)

도 1은, 본 발명의 제 1 실시 예의 PDP의 일례를 나타낸 개략 전개도이다.

PDP(100)는 서로 주 면을 서로 대향시켜서 설치된 전면 판(90) 및 배면 판(91)으로 구성된다.

전면 판(90)은, 전면 유리기판(101)과, 표시 전극(102)과, 유전체 층(106) 및 보호층(107)으로 이루어진다.

전면 유리기판(101)은, 전면 판(90)의 베이스가 되는 재료로서, 그 표면에 표시 전극(102)이 형성되어 있다. 이 표시 전극(102)은, 투명전극(103)과, 흑색 전극 막(104) 및 버스전극(105)으로 이루어진다.

흑색 전극 막(104)은, 주성분인 산화 루테늄(ruthenium oxide)이 흑색을 띠고 있으므로, 유리의 이면 측에서 본 경우의 외광의 반사를 방지하는 역할을 한다.

또, 버스전극(105)은 높은 도전성을 갖는 은을 주성분으로 하므로, 전체의 저항값을 내리는 역할을 한다.

버스전극(105)은, 길이방향의 한쪽 끝에, 구동회로에 접속하기 위한 인터페이스로 전극의 폭이 국부적으로 확대된 직사각 형상의 단자부(108)를 갖는다.

또한, 표시 전극(102) 및 전면 유리기판(101)은 유전체 층(106) 및 보호층(107)으로 덮여 있다. 이 보호층(107)은 산화마그네슘(MgO)으로 이루어진다.

보호층(107)은, 두께 0.5㎛ 이상, 1.5㎛ 이하의 MgO 박막이며, 에너지 밴드의 전도대(conduction band)와 가전자대 사이에 놓인 금지대 내에, 적어도 진공준위로부터의 깊이가 4eV 이내의 에너지 레벨의 전자를 포함하는 전자준위대가 형성되어 있다.

보다 구체적으로는, 전자준위대의 상한 레벨의 위치가 진공준위를 기준으로 하여 3.0eV 이상 4.0eV 이하의 깊이의 범위에 있고, 전자준위대의 하한 레벨의 위치가 진공준위를 기준으로 하여 4.0eV 이상 5.0eV 이하의 깊이의 범위에 있다.

배면 판(91)은, 배면 유리기판(111)과, 어드레스 전극(112)과, 유전체 층(113)과, 격벽(114), 및 인접하는 격벽(114) 사이의 간극(이하, 「격벽 홈」이라 한다.)의 벽면에 형성된 형광체 층(115)으로 이루어진다.

전면 판(90) 및 배면 판(91)은, 도 1에 도시한 바와 같이, 중첩된 상태로 밀봉되어, 내부에 방전공간(116)이 형성된다.

또한, 본 도면에서는 배면 판(91)의 y축 방향의 단부가 개방되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 이는 구조의 설명을 용이하게 하기 위하여 편의적으로 도시한 것으로, 실제로는 외주 부분은 밀봉 유리로 접착되어, 밀봉되어 있다.

방전공간(116)에는 방전가스로 네온(Ne)과 크세논(Xe)의 혼합가스가 대략 66.7kPa(500Torr) 정도의 압력으로 충전되어 있다.

여기서, Xe 분압은 20% 정도로 되어 있으며, 통상의 PDP에서 충전되는 방전가스 중의 Xe 분압은, 7 ~ 10% 정도이므로, 이보다도 높은 값으로 설정되어 있다.

서로 이웃하는 한 쌍의 표시 전극(102)과 하나의 어드레스 전극(112)이 방전공간(116)을 사이에 두고 교차하는 영역이 화상표시에 기여하는 셀이 된다.

상술한 바와 같이, 하나의 셀을 가로지르는 표시 전극은 2개이며, 그 한쪽을 X전극, 다른 쪽을 Y전극이라고 부르고, 이들 전극이 교호로 배열되어 있다.

이 플라스마 디스플레이 표시장치(100)에서, 점등시키고자 하는 셀을 가로지르는 X전극과 어드레스 전극(112) 사이에 전압이 인가되어 어드레스 방전이 이루어진 후에, 상기 셀을 가로지르는 X전극 및 Y전극에 펄스 전압이 인가됨으로써 유지방전이 이루어진다.

방전공간(116)에서는, 이 유지방전에 의해 자외선이 발생하고, 발생한 자외선이 형광체 층(115)에 부딪힘으로써 이 자외선이 가시광으로 변환되어서, 셀이 점등되어, 화상이 표시된다.

상기 유전체 층(106)은 AC형 플라스마 디스플레이 특유의 전류제한기능을 가지고 있어서, DC형에 비해 수명이 길어질 수 있게 하는 요인이 되고 있다.

상기 격벽(114)은 인접하는 방전 셀 사이를 구획하며, x방향에서의 오 방전이나 광학적 크로스 토그(crosstalk)를 방지하는 역할을 하고 있다.

(보호층의 상세에 대하여)

도 2는, 본 제 1 실시 예에서 PDP(100)의 보호층(107) 및 방전공간(116)에 봉입하는 가스 사이의 에너지의 교환에 따른 전자의 상태천이 경로(state transition path)에 대하여 설명하는 도면이다.

이하, 편의상, 에너지 밴드에서, 진공준위의 에너지 레벨과 주어진 상태의 에너지 레벨과의 차를 「에너지 깊이」라고 하는 것으로 한다.

발명자들은, Xe의 준 안정상태(metastable state)의 에너지 깊이가 약 4eV라는 사실에 주목하여 예의 검토 결과, MgO 막의 에너지 밴드의 전도대와 가전자대 사이에 놓인 금지대에서 에너지 깊이가 4eV가 되는 위치를 기준 에너지 레벨(이하, 「제 1 기준레벨」이라고 한다.)로 하여, 이 제 1 기준레벨보다도 진공준위 측이면서 상기 제 1 기준레벨의 근방에, 전자가 점유할 수 있는 영역, 즉, 전자준위대(223)를 설정하면, Xe 이온이 2차 전자방출에 기여하도록 할 수 있다는 사실을 발견하였다.

이에 의해, 방전공간 내에서 발생한 Xe 이온이 MgO 표면에 상호 작용이 가능한 곳까지 접근하면, 다음 두개의 상태천이에 의해서 2차 전자를 방출한다.

1) 첫 번째 상태천이 경로는, 전자준위대(223)에 존재하는 MgO 측의 전자가 에너지 깊이 4.0eV의 Xe의 준 안정상태로 천이한(도 2의 201a) 후, 이 준 안정상태로 천이한 전자가 에너지 깊이 12.1eV의 기저상태로 천이(도 2의 202a)함에 따라, MgO의 전자준위대(223)에 존재하는 전자가 오제 효과(Auger effect)에 의해 약 8.1eV의 에너지를 얻어서, 진공준위까지의 약 4eV의 에너지 갭을 뛰어 넘어서 2차 전자를 방전공간으로 방출하는(도 2의 203a) 것이다.

2) 다른 하나의 상태천이 경로는, MgO의 전자준위대(223)에 존재하는 전자가 Xe의 준 안정상태로 천이한(도 2의 201a) 후, MgO의 전자준위대(223)에 존재하는 전자가 기저상태로 천이함(도 2의 201b)으로써, Xe의 준 안정상태의 다른 전자가 오제 효과에 의해 약 8.1eV의 에너지를 얻어서, 진공준위까지의 약 4eV의 에너지 갭을 뛰어 넘어서 2차 전자를 방출공간으로 방출하는(도 2의 203b) 것이다.

통상, 방전가스 중에는 Xe만이 아니라 Ne도 포함되어 있으므로, 종래와 마찬가지로 Ne와 MgO의 상호작용에 의해서도 2차 전자가 방출된다.

이에 대해, 종래의 플라스마 디스플레이, 즉 보호층을 구성하는 MgO에 전자준위대(223)가 설정되어 있지 않은 것에서는, 도 3에 도시한 바와 같이, 방전공간으로부터 MgO와 상호 작용할 수 있는 거리까지 Xe 이온이 접근한 경우, 에너지 깊이 8.8eV 이상의 가전자대(224)에 존재하는 전자가 에너지 깊이 12.1eV의 Xe의 기저상태로 천이해도(도 3의 271), 천이 전후의 에너지 깊이가 3.3eV 정도로 작으므로, 가전자대(224)에 존재하는 다른 전자에 주어지는 에너지는, 가전자대와 진공 준위 간의 약 8.8eV의 밴드 갭을 뛰어 넘을 수 있는 양에 못 미치쳐서, MgO 내에서 에너지를 소비하는데 그친다(도 3의 272). 즉, 2차 전자는 방출되지 않는다.

한편, 방전공간으로부터 MgO와 상호작용할 수 있는 거리까지 Ne 이온이 접근한 경우에는, 가전자대(224)에 존재하는 전자가 에너지 깊이 21.6eV인 Ne의 기저상태로 천이한 경우(도 3의 281), MgO의 가전자대(224)에 존재하는 전자가 오제 효과로 약 12.8eV의 에너지를 얻어서, 진공준위까지의 약 8.8eV의 에너지 갭을 뛰어 넘어서 2차 전자를 방전공간으로 방출할 수 있다(도 3의 282).

종래의 PDP에서는, 2차 전자의 방출이 Ne에만 의지하고 있어서, Xe 분압을 높여서 Ne 분압을 저하시키면, 이에 수반하여 2차 전자의 방출량도 저하되게 된다.

이상과 같이, 본 제 1 실시 예의 PDP에서는, 보호층을 구성하는 MgO 막에 전자준위대(223)를 설치함으로써, 종래, 보호층(107)에서의 MgO 막과의 사이에서 2차 전자방출에 기여할 수 없었던 Xe 이온이 2차 전자방출의 방출에 기여하도록 하고 있다.

(확인시험)

도 4는, MgO 막으로 이루어지는 보호층(107)에 광의 조사했을 때에 보호층(107)으로부터 방출되는 전자의 양을 측정한 결과이다.

종래의 보호층의 측정결과를 도 4 중의 301로 표시하고, 본 제 1 실시 예의 보호층(107)의 측정결과를 도 4 중의 302로 표시한다.

이 도면으로부터 명백하듯이, 4eV 이상의 광의 조사에 의해서, 제 1 실시 예의 보호층(107)은 충분한 전자방출이 관측되고 있으나, 종래의 보호층에서는 4eV 미만의 광의 조사에 의한 전자방출이 거의 관측되지 않는다.

이것은, 도 2에 도시한 바와 같이, 보호층(107)의 MgO 막에는 진공준위로부터 4eV 만큼 내려간 에너지 위치에 전자가 존재하고 있다는 점, 및 도 3에 도시한 바와 같이, 종래의 보호층의 MgO 막에는 진공준위로부터 4eV 만큼 내려간 에너지 위치에 전자가 충분히 존재하고 있지 않다는 점과 대응하고 있다.

도 5는, PDP의 방전 셀의 방전개시전압 Vf와 방전가스 중 어느 한 성분의 분압과의 관계를 나타내는 도면이다.

보다 구체적으로는, 도 5의 351은 종래의 MgO 막으로 이루어지는 보호층을 사용한 경우의 결과이고, 도 5의 352는 본 제 1 실시 예의 보호층(107)을 PDP에 적용한 경우의 결과이다.

본 도면에서 보는 바와 같이, Xe 분압이 높은 영역에서 종래의 보호층과 본 제 1 실시 예의 보호층(107)과의 차이가 현저해짐을 알 수 있었다.

즉, 본 제 1 실시 예의 보호층(107)을 적용한 PDP에서는, Xe 분압을 50%로 한 경우에도, 방전개시전압 Vf는 300V를 넘지 않으나, 종래의 PDP에서는 방전개시전압 Vf가 400V를 넘는다.

이상과 같이, Ne 및 Xe의 혼합가스를 방전가스로 하는 경우에 대하여 설명하였으나, 이들 2종의 가스의 조합 이외의 조합으로 방전가스를 구성하여, 본 제 1 실시 예의 MgO 막으로 이루어지는 보호층과 합쳐서 PDP에 적용해도 유효한 경우가 있다.

예를 들어, 자외선 조사를 Kr이나 Kr 엑시머의 여기상태의 완화로부터 얻는 경우에 있어서도, Kr의 준 안정상태의 에너지 준위가 진공준위의 아래의 4eV를 조금 넘는 정도의 곳에 존재하고 있다는 사실도 알고 있으므로, 방전가스로서 Kr을 포함하는 장치에 있어서도 유효하다.

보다 구체적으로는, 방전공간에 존재하는 주된 가스가 Ne와 Xe, Ne와 Kr, Kr과 Xe, Ne와 Xe와 Kr의 조합 중 어느 하나, 혹은 Kr만 또는 Xe만 중 어느 하나의 조합과 본 제 1 실시 예의 MgO 막으로 이루어지는 보호층(107)과의 조합에 의해 방전개시전압 Vf를 낮출 수 있다.

또, PDP에서는 MgO로 이루어지는 보호층이 방전에 의해 침식된다는 사실이 알려져 있으나, 종래와 같이 Ne 및 Xe의 혼합가스를 방전가스로 하는 것은 아니며, Ne 대신에 일부를 Kr으로 치환한 Ne와 Xe와 Kr의 혼합가스로 이루어지는 방전가스는 침식 정도가 완화되는 점에서의 이점도 있다.

상술한 바와 같이, Ne의 일부를 Kr로 치환함으로써 보호층의 침식이 완화되는 이유는, 각각의 질량을 비교하면, Ne보다도 Kr의 질량이 크므로, 강한 전계에 의해 가속된 경우, Kr 이온은 Ne 이온보다도 잘 가속이 되지 않으므로, MgO의 표면에 충돌하는 속도가 완화되기 때문이다.

(보호층을 구성하는 MgO에 전자준위대를 설정하는 방법)

보호층(107)을 구성하는 MgO 막의 성막은 전자빔 증착이나 스퍼터링 증착으로 형성되며, 그 구체적인 방법의 일례를 이하에 설명한다.

또한, 후술하는 어느 증착에서도 소결 MgO 혹은 분말 MgO을 사용한다.

기판온도는 200 ~ 300℃ 정도이다.

외적인 불순물인, 예를 들어 Ge나 Sn 등은 적당량의 MgO의 소결체나 분말 중에 각각의 산화물의 상태로 혼합하여 두고, 증착원, 스퍼터링 타깃으로 하면 좋다.

증착시에는, 증착 중의 도입 산소량 등을 적당하게 조절하여, 본래의 결함, 특히 산소결함을 제어하는 것이 바람직하다.

도 6은, 전자빔의 조사에 의해 시료로부터 발생하는 캐소드 루미네슨스(cathode luminescence)를 이용하여 미소영역에서의 물성 평가, 결함·불순물 등의 평가를 행하는 캐소드 루미네슨스 평가(cathode luminescence evaluation)의 결과 를 나타내는 도면이다.

종래의 MgO는, 그 조성이 화학량론 비(stoichiometric ratio)와 대략 동일하며, 캐소드 루미네슨스 평가에서는, 도 6의 (401)에 나타내는 바와 같이, 3.5eV 정도의 에너지 위치에 발광 피크가 있다.

본 제 1 실시 예의 보호층을 형성하는 MgO에 상술한 전자준위대를 설정하는 방법에 대하여 이하에 일례를 설명한다.

1) MgO 성막시의 산소 도입량 및 잔류가스 성분의 조절에 의해, 산화환원의 정도를 화학량론 비보다 약간 환원 측으로 설정함으로써, 도 6의 402로 도시한 바와 같은, 캐소드 루미네슨스의 발광파장이 3eV 정도의 에너지 위치에서 발광 피크를 얻을 수 있다.

이상과 같은 발광 피크를 얻어지는 MgO 막의 성막 생성조건을 미리 구하여, 재현이 가능하게 한 다음에, 후술하는 2개의 방법 중 어느 하나 혹은 2개 모두를 더 실시함으로써 MgO에 전자준위대를 설정할 수 있다.

2)-1 MgO 막에 외적 불순물을 적당량 첨가한다.

여기서, 상기 외적 불순물이란, Ⅲ족, Ⅳ족, Ⅶ족 원소 중 적어도 하나의 원소이다.

보다 구체적으로는, Al, C, Si, Ge, Sn, Cl, F 등이 유효하다는 사실을 실험에 의해 확인할 수 있었으나, 이 중 특히, C, Si, Ge, Sn 등의 Ⅳ족이 적합하며, 이온반경이 마그네슘에 비해 큰 Ge나 Sn이 더 적합하다. Ge나 Sn은 MgO에 비해 원자반경이 커서, 다량으로 첨가하면 산화마그네슘 박막의 결정성에 악영향을 주므 로, 0.01% 이하로 하는 것이 바람직하다.

이상과 같이, 불순물을 MgO 막에 도입한 경우에도, 상술한 캐소드 루미네슨스 평가에서는 발광 피크는 거의 이동하지 않는다.

2)-2 MgO 막에 산소결손을 형성한다.

이에 의해, MgO의 금지대의 중간위치에 에너지 준위가 형성되어서, 즉, 페르미 레벨(Fermi level)이 전체적으로 상승하여, 전자를 그 준위에 존재시킬 수 있다.

또, 보호층을 구성하는 MgO에 전자준위대를 설정하는 방법은 상술한 방법에 한정되는 것은 아니다.

예를 들어, MgO 막의 성막 프로세스에 의해서도, 상술한 것과 같이, MgO 막 내로 진공준위로부터 4eV 내려간 에너지 위치에 전자가 존재하고 있는 것을 제작할 수 있는 경우가 있다.

또, 본 제 1 실시 예에서는 보호층의 구성재료로 MgO를 이용하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 진공준위로부터 4eV 내려간 에너지 위치에 전자가 존재하고 있는 투명하고 절연성이 있는 보호층이라면, MgO 이외의 재료라도 좋다.

(제 2 실시 예)

이하, 본 발명의 제 2 실시 예의 PDP의 보호층 및 방전가스에 대하여 설명한다.

제 2 실시 예의 PDP는, 제 1 실시 예의 PDP와 마찬가지로, 방전가스 중의 Ne의 분압이 저하한 경우에도, 보호층으로부터의 2차 전자방출량이 그다지 저하되지 않는다는 특성이 있으며, 구성적으로는, 보호층의 전자준위대의 설정위치와 방전가스의 조성만이 제 1 실시 예와 다르다.

이하, 제 1 실시 예와의 차이점인 보호층과 방전가스의 상세에 대해서 설명하고, 그 외의 부재에 대해서는 설명을 생략한다.

방전공간에 충전되는 방전가스는 Kr을 포함하는 혼합가스로 이루어진다.

보다 구체적으로는, 방전가스는 Ne와 Kr, Kr과 Xe, Ne와 Xe와 Kr의 조합 중 어느 하나, 혹은 Kr만을 사용하나, 보다 바람직하게는, 현행의 형광체의 자외선 흡수 파장대 전역에 맞추어서, 상기 자외선 흡수 파장대 전역을 가능한 한 망라하는 자외선을 발생하도록 하는 것을 목적으로 하여, Ne와 Xe와 Kr의 혼합가스로 하는 것이 바람직하다.

보호층은 두께 0.5㎛ 이상, 1.5㎛ 이하의 MgO 막으로 이루어지고, 에너지 밴드의 전도대와 가전자대 사이에 놓인 금지대 내에, 적어도 진공준위로부터의 깊이가 5eV 이내의 에너지 레벨의 전자를 포함하는 전자준위대가 형성되어 있다.

보다 구체적으로는, 전자준위대의 상한 레벨의 위치가 진공준위를 기준으로 하여 4.0eV 이상 5.0eV 이하의 깊이의 범위에 있고, 전자준위대의 하한 레벨의 위치가 진공준위를 기준으로 하여 5.0eV 이상 6.0eV 이하의 깊이의 범위에 있다.

(보호층의 상세의 대하여)

도 7은, 본 제 2 실시 예의 PDP의 보호층 및 방전공간(116)에 봉입하는 가스 사이의 에너지의 교환에 따른 전자의 상태천이 경로에 대하여 설명하는 도면이다.

발명자들은 Kr의 기저상태의 에너지 깊이가 약 14eV인 것에 주목하여 예의 검토한 결과, MgO 막의 에너지 밴드의 전도대와 가전자대 사이에 놓인 금지대에서, 에너지 깊이가 5eV가 되는 위치를 기준 에너지 레벨(이하, 「제 2 기준레벨」이라 한다.)로 하여, 이 제 2 기준레벨보다도 진공준위 측이면서 상기 제 2 기준레벨의 근방에, 전자가 점유할 수 있는 영역, 즉, 전자준위대(323)를 설정하면, Kr 이온이 2차 전자방출에 기여할 수 있다는 사실을 발견하였다.

이 경우, 주로 Xe에 의지하고 있었던 자외선 조사를 Kr이나 Kr 엑시머의 여기상태의 완화로부터 얻을 수 있었다.

이에 의해, 방전공간 내에서 발생한 Kr 이온이 MgO 표면에 상호작용이 가능한 곳까지 접근하면, 이하의 2개의 상태천이에 의해서 2차 전자를 방출한다.

1) 첫 번째 상태천이 경로는, 전자준위대(323)에 존재하는 MgO 측의 전자가 에너지 깊이 14eV의 Kr의 기저상태로 천이함(도 7의 301)으로써, MgO의 전자준위대(323)에 존재하는 전자가 오제 효과에 의해 약 9eV의 에너지를 얻어서, 진공준위까지의 약 5eV의 에너지 갭을 뛰어 넘어서 2차 전자를 방전공간으로 방출하는(도 7의 302a) 것이다.

2) 다른 하나의 상태천이 경로는, MgO의 전자준위대(323)에 존재하는 전자가 Kr의 기저상태로 천이함(도 7의 301)으로써, MgO 측의 가전자대(224)에 존재하는 전자가 오제 효과에 의해 약 9eV의 에너지를 얻어서, 진공준위까지의 약 8.8eV의 에너지 갭을 뛰어 넘어서 2차 전자를 방전공간으로 방출하는(도 7의 302b) 것이다.

이에 대해, 종래의 플라스마 디스플레이, 즉, 보호층을 구성하는 MgO에 전자준위대(323)가 설정되어 있지 않은 것에서는, 방전공간으로부터 MgO와 상호작용할 수 있는 거리까지 Kr 이온이 접근한 경우, 에너지 깊이 8.8eV 이상의 가전자대(224)에 존재하는 전자가 에너지 깊이 14eV의 Kr의 기저상태로 천이해도, 천이 전후의 에너지 깊이가 5.2eV 정도로 작기 때문에, 가전자대(224)에 존재하는 다른 전자에 주어지는 에너지는 가전자대와 진공준위 간의 약 8.8eV의 밴드 갭을 뛰어 넘는 양에 못 미쳐서, MgO 내에서 에너지를 소비하는데 그친다. 즉, 2차 전자는 방출되지 않는다.

이상과 같이, 본 제 2 실시 예의 PDP에서는, 보호층을 구성하는 MgO 막에 전자준위대(323)를 설치함으로써, 종래 MgO 막으로부터의 2차 전자방출에 거의 기여하지 못하던 Kr 이온이 2차 전자방출에 기여하도록 할 수 있다.

(확인시험)

다시, 도 4로 돌아가서 설명한다.

도 4는, 상술한 바와 같이, MgO 막에 광을 조사한 때에 MgO 막으로부터 방출되는 전자의 양을 측정한 결과이다.

종래의 보호층의 측정결과는 도 4 중의 301로 나타내고, 본 제 2 실시 예의 보호층의 측정결과는 도 4 중의 303로 나타내고 있다.

이 도면으로부터 명백한 것과 같이, 5eV 이상의 광의 조사에 의해서 본 제 2 실시 예의 보호층은 충분한 전자방출이 관측되고 있으나, 종래의 보호층에서는 5eV 미만의 광의 조사에 의한 전자방출이 거의 관측되지 않는다.

이것은, 도 7에 도시한 바와 같이, 보호층의 MgO 막에는 진공준위로부터 5eV 만큼 내려간 에너지 위치에 전자가 존재하고 있다는 점, 및 도 3에 나타낸 바와 같 이, 종래의 보호층의 MgO 막에는 진공준위로부터 5eV 만큼 내려간 에너지 위치에 전자가 충분히 존재하고 있지 않다는 점과 대응하고 있다.

도 5는, PDP의 방전 셀의 방전개시전압 Vf와 방전가스 중 어느 한 성분가스의 분압과의 관계를 나타내는 도면이다.

도 5의 351은, 상술한 바와 같이, Ne-Xe계 방전가스에서 종래의 MgO 막을 사용한 경우의 결과이고, 도 5의 353은 Ne-Kr계 방전가스에서 본 제 2 실시 예의 MgO 막으로 이루어지는 보호층을 PDP에 적용한 경우의 결과이다.

본 도면으로부터 알 수 있는 것과 같이, Kr 분압이 높은 영역에서, 종래의 보호층과 제 2 실시 예의 보호층과의 차이가 현저해짐을 알 수 있었다.

즉, 본 제 2 실시 예의 보호층을 적용한 PDP에서는 Kr 분압을 50%로 한 경우에도, 방전개시전압 Vf는 280V를 넘지 않으나, 종래의 PDP에서는 방전개시전압 Vf가 400V를 넘는다.

(보호층을 구성하는 MgO에 전자준위대를 설정하는 방법)

보호층을 구성하는 MgO에 상술한 전자준위대를 설정하는 방법에 대해서는, 제 1 실시 예와 대략 동일하고, 외적 불순물을 보호층의 재료에 적당량 첨가하거나, MgO 막에 산소결손을 형성하거나 함으로써 실현 가능하며, 이하, 제 1 실시 예와 상이한 점에 대해서만 설명한다.

본 제 2 실시 예의 보호층을 형성하는 MgO에, 상술한 전자준위대(323)를 설정하는 방법으로 이하에 일례를 설명한다.

1) MgO 성막시의 산소 도입량이나 잔류가스 성분의 조절에 의해, 산화환원 정도를 화학량론 비보다 약간 환원 측으로 설정함으로써, 도 6의 402에 도시된 바와 같은, 캐소드 루미네슨스의 발광파장이 3.3eV 정도의 에너지 위치에서 발광 피크를 얻을 수 있다.

이와 같은 MgO 막의 성막 조건을 구해 두고, 또, 제 1 실시 예와 마찬가지로, 필요한 외적 불순물을 적당량 첨가하면 제 2 실시 예에서 목적으로 하는 MgO 막을 얻을 수 있다.

이때, 불순물을 도입한 MgO 막의 캐소드 루미네슨스의 발광 피크가, 0.5eV 정도 고 에너지 측으로 이동하도록 불순물량을 조절하여, 도 6의 403의 발광 피크 위치, 즉, 3.3eV에 맞춘다.

이상의 설명에 덧붙여, 제 1 실시 예와 마찬가지로, MgO 막에 외적 불순물을 적당량 첨가하거나, 또는, 보호층의 MgO 막에 산소결손을 형성하는 방법에 의해서도, 본 제 2 실시 예에서 목적으로 하는 MgO 막을 얻을 수 있다.

또한, 본 제 2 실시 예에서는, 보호층의 구성재료로서, MgO를 이용하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 진공준위로부터 5eV 내려간 에너지 위치에 전자가 존재하고 있는 투명하고 절연성이 있는 보호층이라면, MgO 이외의 재료라도 좋다.

본 발명은 텔레비전 및 컴퓨터용 모니터 등에 사용되는 높은 해상도의 디스플레이장치에 적용할 수 있다.

Claims (12)

1. 방전 셀에서, 전극을 덮고 있는 유전체 층이 보호층으로 덮여 있고, 당해 보호층이 방전가스로 채워진 방전공간에 면하고 있는 플라스마 디스플레이 패널로,

   상기 방전가스는 Xe 및 Kr 중 적어도 하나를 포함하며,

   상기 보호층은 에너지 밴드의 금지대(forbidden band) 내에 적어도 진공준위로부터의 깊이가 4eV 이내의 에너지 레벨의 전자를 포함하는 전자준위대(electric-level band)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라스마 디스플레이 패널.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 보호층은 광(light)을 통해서 얻어지는 4eV 이하의 에너지에 의해서 광전자 방출을 발생시키는 것인 것을 특징으로 하는 플라스마 디스플레이 패널.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 보호층은 산화마그네슘을 주성분으로 한 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라스마 디스플레이 패널.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 산화마그네슘에 Ⅲ족, Ⅳ족, Ⅶ족 원소 중 적어도 하나의 원소가 첨가되어 있는 것을 특징으로 하는 플라스마 디스플레이 패널.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 산화마그네슘에 Ge 혹은 Sn이 첨가되어 있는 것을 특징으로 하는 플라스마 디스플레이 패널.
6. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 산화마그네슘이 산소결손(oxygen deficit)을 가지는 것을 특징으로 하는 플라스마 디스플레이 패널.
7. 방전 셀에서, 전극을 덮고 있는 유전체 층이 보호층으로 덮여 있고, 상기 보호층이 방전가스로 채워진 방전공간에 면하고 있는 플라스마 디스플레이 패널로,

   상기 방전가스는 적어도 Kr을 포함하며,

   상기 보호층은 에너지 밴드의 금지대 내에 적어도 진공준위로부터의 깊이가 5eV 이내의 에너지 레벨의 전자를 포함하는 전자준위대가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라스마 디스플레이 패널.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 보호층은 광 에너지인 5eV 이하의 광에 의해 광전자 방출을 발생시키는 것인 것을 특징으로 하는 플라스마 디스플레이 패널.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 보호층은 산화마그네슘을 주성분으로 한 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라스마 디스플레이 패널.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 산화마그네슘에 Ⅲ족, Ⅳ족, Ⅶ족 원소 중 적어도 하나의 원소가 첨가되어 있는 것을 특징으로 하는 플라스마 디스플레이 패널.
11. 제 9 항에 있어서,

    상기 산화마그네슘에 Ge 혹은 Sn이 첨가되어 있는 것을 특징으로 하는 플라스마 디스플레이 패널.
12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,

    상기 산화마그네슘이 산소결손을 가지는 것을 특징으로 하는 플라스마 디스플레이 패널.

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