KR0172873B1 - 플라즈마 디스플레이 패널의 음극형성용 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel)의 음극을 소결성이 양호한 재질로 함으로서 방전에 의해 발생하는 이온의 충격에 따른 사용수명을 향상시키는데 적당한 음극 조성물에 관한 것으로, 양극전극이 형성되어 있는 전면기판과, 배면기판상에 Ni 전극과 음극전극이 형성되어 있는 배면기판과, 상기 대응하는 기판의 안쪽에 격벽이 형성되고, 상기 격벽과 기판에 형광층이 형성된 구조를 포함한 것에 있어서, 음극전극의 주성분이 중량 %로서 K₂O 2.5 ∼ 10%와 CaO 90 ∼ 97.5%로 이루어짐을 특징으로 하는 직류형 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel)의 음극형성용 조성물에 관한 기술이다.

Description

플라즈마 디스플레이 패널의 음극형성용 조성물

제1도는 종래의 PDP 구조도로서,

(a)는 평면도.

(b)는 사시도.

제2도는 제1도에서 단위 셀(Cell)의 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 전면기판 2 : 배면기판

3 : 양극전극 4 : 음극전극

5 : 격벽

본 발명은 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel : 이하 PDP라 한다)의 음극형성용 조성물에 관한 것으로, 특히 음극을 소결성이 양호한 재질로 함으로서 방전에 의해 발생하는 이온의 충격에 따른 사용수명 감소를 개선하는데 적당한 음극조성물에 관한 것이다.

미래의 새로운 표시 소자로서 각종 평판소자가 대두되고 있는데, 그것은 가볍고 얇아서 전체적으로 차지하는 면적이 적기때문이며, 현재 주로 휴대용 및 차량 기기들의 탑재용으로서 이용되어 지고있다.

특히 최근에는 가정용으로서의 많은 연구활동이 벌어지고 있으며, 그중 평판 소자로서 부각되는 것 중 하나가 PDP이다.

PDP는 대형(대각 Size : 40∼55인치)의 표시소자 영역에서 각광을 받고 있다.

PDP는 직류(DC)형과 교류(AC)형으로 구분된다.

제1도 내지 제2도는 PDP의 기본단위를 나타낸 구조도로서, 양극(anode)전극(3)이 형성되는 전면기판(1)과 음극(cathode)전극(4)이 형성되는 배면기판(2)이 형성되고, 이와같은 절연기판의 안쪽에는 직교하는 음극전극군과 양극전극군 및 전극간의 크로스톡(색혼선)을 방지하고 화면의 콘트라스트를 만들기 위해 흑색과 격벽(5)을 형성하여 구성되어진다.

이와같은 구조에서 전극의 내부에 가스 봉입구(6)를 통해 가스를 보입하여 상,하 기판에 형성된 전극의 교차부가 1개의 화소에 대응하고 있다.

양 전극간에 100볼트 이상의 전압을 인가하고, 가스를 글로우방전시켜서 그때의 발광에서 발생하는 자외선을 이용하여 형광체(7)를 여기시켜 이 여기된 형광체가 기저상태로 떨어지면서 발생하는 빛에 의해 인간의 눈에 표시된다.

PDP는 방전 공간 중에서 방전시에 기체 가스원자를 원자에 의하여 여기시키고, 이 여기된 원자가 기저상태로 되돌아올 때 빛을 발생시키며 이 빛을 이용하여 칼라표시를 하고 있다.

이 여기상태에 있는 원자의 수명은 약 0.1usec 정도이고, 특정한 것은 1 ∼ 10msec 정도의 수명을 가진다.

후자는 방전중에 서서히 확산되고, 격벽 등의 구조물에 충돌하여 거기서 재결합하고 소멸한다.

긴 수명으로 여기된 원자는 전자의 충돌에 의하여 용이하게 전리되고 이온원자를 생성하기 때문에 공간 속에 그것이 다수 존재할 수록 전리가 일어나기 쉽고, 방전을 안정시키며, 또한 방전전압을 저하시키는데 효과가 있다.

그 때문에, 방전공간은 넓을수록 유리하기 때문에, 화소면적을 작게하고, 또한 방전공간을 넓게하는 연구가 기대되고 있다. 이 중 격벽(5)의 형성은 폭이 약 50∼100um, 높이 100um 이상이고, 20인치 COLOR PDP의 경우 640 × 480의 표시셀의 제품이 시판되고 있으며, 격벽의 수는 640 × 3(RGB)개의 격벽을 형성하는 것으로 되어있다(일본국, 후지쯔제너럴사 판매).

현재 이 격벽(5)은 세라믹 분말을 유기바인더 용매 등과 혼합한 페이스트를 후막 인쇄법을 이용하여 패턴형성한 다음, 건조 소성하여 형성하고 있다.

음극전극(4)의 형성에는 전극분말, 유기바인더, 용매 등을 혼합한 페이스트를 인쇄하는 방법이 사용되고 있다.

또한, 전면기판과 배면기판은 프리트그라스(frit glass)(8)에 의해 밀봉된 상태의 구조이며, 그 밀봉된 구조내부에는 개스(GAS)가 100∼600톨(Torr)의 압력으로 봉입되어 있으며, 그렇게 구성된 팬널(PANEL)부가 구동부와 결합하여 하나의 표시소자로써 역할을 하며, 이러한 패널부와 구동부의 결합으로 구성된 유니트(UNIT)가 텔레비젼, 모니터, 옥내외 광고용 표시소자 등의 용도로 사용되고 있다.

이와같은 구조를 얻기위한 제조공정은, 우선 하측의 배면기판(2)에 Ni 금속을 형성하고 그 위에 음극전극(4)을 인쇄법에 의해 형성하며, 이때 기판은 주로 유리판을 사용한다.

이 유리판은 두께가 균일하여야 하며, 통상 플로트(FLOAT) 유리를 사용한다.

즉, 유리조성으로서는 SiO₂, Al₂O₃, MgO₂, CaO으로 하고, Na₂O, K₂O, PbO, B₂O₃들의 부성분들과의 결합으로 이루어진 유리이다.

음극재료의 주 구성은 도전성 입자와 전자방사성 물질로 구성된다.

도전성 입자로는 Au, Ni, Al 등이 사용되고 있으며, 전자방사성 물질로는 LaB6, CeB6, NbB2, TaB2, TiB2 등이 사용되고 있다.

음극전극을 완성시키기 위한 공정 순서로는 최초 Ni을 10∼20um 정도 인쇄한 후 도전성 입자 + 전자방사선 물질 100 중량 %에 비클(에칠셀룰로스계) 10∼30%를 조합하여 Paste를 만든 후 그 Paste 100 중량 %에 Frit Glass 1∼10%를 혼합한 전극 Paste를 막 두께 20um으로 인쇄한 후 약 580℃ 공기 분위기에서 소성한다.

이와같이 제조된 음극전극 위에 격벽을 형성한다.

격벽을 형성하는 방법으로는 Paste를 만든후 1회 인쇄에 약 15um 형성되며, 150um를 형성하기 위해서는 약 10회 인쇄, 건조를 반복한 후 최후에 소성하여 형성한다.

격벽을 형성하는 재료로써는, 흑색으로 절연성을 가지고, 약 450 내지 700℃에서 소성하여 치밀화하는 절연페이스트(insulating paste)가 바람직하다.

예를들면, 중량%로 SiO₂13 내지 17%, Al₂O₃18 내지 22%, Fe₂O₃8 내지 12%, Cr₂O₃2.5 내지 3.5%, MnO 5 내지 10%, CoO 1.5 내지 12.5%, PbO 30 내지 40%, B₂O₃5내지 10%로서 이루어지는 세라믹 분말을 페이스트화한 것을 들 수 있다. 격벽 및 하측 배면기판의 전극면위로 형광체(7)를 인쇄법에 의해 형성하면 하측 기판부는 완성된다.

상측의 전면기판부를 이루고 있는 Glass 위에 양극전극을 형성하는데 주로 ITO로 구성된다.

양극에 사용되는 전극재료는 바람직하게는 산화인듐, 산화주석을 증착한 투명전극(ITO전극)이 사용된다.

[ITO는 Indium-Tin Oxide의 약어]

대화면을 구성하기 위해서 Glass의 크기가 점점 길어지면 ITO 전극의 전압인가하는 첫부분과 끝부분은 전압강하가 발생하여 원하는 구동전압에서 일부가 발광되지 않는 등의 표시품질이 나빠진다.

이러한 것을 방지하기 위해 Cr-Cu-Cr의 3층 전극을 양극전극의 가측에 형성하여 전압강하를 개선하는 구조가 시판되고 있다.

이렇게 하여 형성된 상부와 하부기판을 프리트그라스에 의해 봉합하면 밀봉된 공간이 형성된다.

이 공간에 전술한 GAS 를 봉입하는데, 이전 공정에서 상측 Glass의 가측에 구멍을 뚫어 두었으며, 이 구멍에 가스주입 유리관을 결합시키며, 그 결합방법은 프리트그라스를 이용한다.

이 구멍을 통해 밀봉된 Panel 부의 공기를 빼내고, 배기할 때 진공도는 보통 0.000001 Torr 정도이며, 가스주입 장치에 의해 GAS를 주입(전술한 압력)하고 유리관을 열로 봉합시켜 완전히 밀봉공간을 형성한다.

현재 주로 사용하는 GAS는 불황성가스를 사용하며 특히, 헬륨(He)에 지논(Xe) 2%를 포함한 가스(페닝가스라함)를 사용한다.

이렇게 형성된 PANEL에 구동회로를 결합하여 하나의 표시소자로 완성시킨다.

현재 음극재료로써 주로 사용되는 것은 Ni이며, 이온충격에 의한 음극의 수명문제로 인해 수은 GAS를 보입하여 사용하고 있으며, 시간이 지남에 따라 균일하게 분포된 수은 GAS가 균일성을 잃어버리게 됨으로써 그 부분의 음극전극이 손상을 입게된다.

이것을 해결하기 위한 종래 방법으로는 Ni 전극위에 LaB₆를 인쇄한 후 소성하여 Ni 전극을 보호하고 있다.

이와같은 DC형 PDP에 있어서 특히 해결해야 할 과제는 수명이며, 이것은 방전에 의해 발생하는 이온의 직접적인 충격에 의한 음극의 열화에 의한 수명감소이다.

이것을 해결하기 위해 음극 재질에 대한 성능을 향상시키기 위한 각종 연구가 행하여지고 있다.

음극 재료가 갖추어야 할 조건으로는 일함수가 낮고 2차 전자방사 효율이 높아야 되고, 이온충격에 강하고 비산하기 힘들어 하며 전기전도성이 있어야 한다.

또한, 구조가 복잡하지 않으면서 제조가 용이하여야 한다.

종래에 DC형 음극을 형성하는 방법으로 주로 사용된 방법은 LaB₆를 인쇄에 의한 소서으로 형성하으로서 다음과 같은 문제점이 있다.

소결성이 나쁘다. 즉, 600도 정도의 소성 온도에서는 기계적, 전기적 결합강도가 얻어지지 않는다.

기계적 강도를 얻기위해서는 Frit Glass 바인더를 첨가하여 사용하나 도전이 어렵다.

또한, 최종 봉지 후 양극, 음극간에 전압을 인가하고, 고전류 GAS 방전에(2∼5A/㎠ 고전류)의해 활성화 처리를 행함으로서 수명이 감소되는 결함이 발생한다.

이와같이, 종래의 음극재료의 경우는 소결성이 약하므로서 Ni 전극을 양호하게 유지못하는 결과를 초래한다.

이에 본 발명은 상기한 음극재료로서의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 소결성이 양호한 재질을 사용함으로서 600℃ 정도의 소성온도로서도 기계적, 전기적 결합강도와 도전성이 개선되고 별도의 활성화 처리를 하지않아 사용수명을 증대될 수 있는 등의 특성을 갖는 음극재질을 제공하고자 하는 그 목적이 있다. 이와같은 목적 달성을 위한 본 발명은 (구조는 제1도 및 제2도와 동일함으로 이에 따라 설명) 양극전극(3)이 형성되어 있는 전면기판(1)과, Ni 전극층상에 음극전극(4)이 형성되어 있는 배면기판(2)고, 상기 대응하는 기판(1)(2)의 안쪽에 격벽(5)이 형성되고, 상기 격벽과 기판에 형광층(7)이 형성된 구조를 포함한 것에 있어서, 음극전극의 주성분이 중량 %로서 K₂O 2.5∼10%와 CaO 90∼97.5%로 조성된 PDP의 음극 형성용 조성물로 구성된다.

상기한 조성에서 K₂O의 비율이 높을수록 방전 유지전압은 작아지거나 소결성이 좋지 않으므로 12.5%이상 함유되면 음극재료로서 적당하지 못하다.

따라서, 두가지 조건을 만족하기 위해 2.5∼10%로 하였다.

(표1)은 본 발명에 따른 실시예를 나타낸 것으로, 음극형성 재료(CaO + K₂O) 분말 100 중량부에 프리트 그라스(저융점 Glass 분말 : SiO₂-B₂O₃-PbO 계) 6 중량부를 혼합하고, 에칠셀룰로스를 BCA에 용해한 비클과 조합하여 페이스트(Paste)를 만들고, Ni 금속 전극위에 10㎛ 인쇄하고, 150℃에서 건조 후 580℃에서 소성하였다.

이때, 양극은 ITO를 사용하였고, 가스는 He-Xe(2%) 300 Torr 이용, 전극간 거리는 120㎛으로 하였다.

이상의 결과에서 소결성을 만족하면서 방전유지 전압도 낮은 음극재료는 KO 2.5∼10%와 CaO 90∼97.5%로 구성된 음극재료를 Ni 전극위에 인쇄, 소성하는 것이 양호한 특성을 나타내었다.

이상에서와 같이, 본 발명은 소결성이 양호한 재지을 음극용으로 사용함으로서, 600℃ 정도의 소성온도에서도 기계적, 전기적 결합강도가 얻어짐과 함께 도전성에서도 문제가 없고, 또한 최종 봉지후 양극, 음극간에 전압을 인가하고, 고전류 가스방전에(2-5A/㎠ 고전류)의해 활성화 처리하지 않아도 되므로 수명에 문제가 없는 등의 음극을 얻을 수 있다.

Claims (1)

1. 양극전극의 형성되어 있는 전면기판과, 배면기판상에 Ni 전극과 음극전극이 형성되어 있는 배면기판과, 상기 대응하는 기판의 안쪽에 격벽이 형성되고, 상기 격벽과 기판에 형광층이 형성된 구조를 포함한 것에 있어서, 음극전극의 주성분이 중량 %로서 K₂O 2.5∼10%와 CaO 90∼97.5%로 이루어짐을 특징으로 하는 직류형 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel)의 음극형성용 조성물