KR100525516B1 - 덮개막을 이용한 교류 플라즈마 디스플레이 장치용산화마그네슘 보호막과 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 교류형 플라즈마 표시 장치 내부의 유전체층 보호용 산화마그네슘 보호막의 표면에 수화물의 생성을 억제하는 덮개막을 피복시킨 교류형 플라즈마 디스플레이 장치용 산화마그네슘 보호막과 그 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명의 보호막은, 상기 산화마그네슘 보호막의 표면에 산화알루미늄 내지는 산화아연 중의 하나로 이루어진 덮개막이 1∼100nm의 두께로 피복형성된 것으로, 산화마그네슘 보호막의 표면에 상기 산화알루미늄 내지는 산화아연 중의 하나를 증착시켜 피복시킴에 기술적 특징이 있다.

본 발명의 보호막은 상기 덮개막에 의해 보호막의 열화가 방지되어 피디피의 전기적, 물리적 및 광학적인 특성이 향상되고 수명이 연장될 뿐 아니라, 사전 열처리 공정 시간이 대폭적으로 감소되어 생산성의 현저한 상승을 통한 제조 원가의 감소가 가능한 이점이 있다.

Description

덮개막을 이용한 교류 플라즈마 디스플레이 장치용 산화마그네슘 보호막과 그 제조 방법{MgO protective layer for AC plasma display panel using capping layer and the fabrication of it}

본 발명은 교류형 플라즈마 표시 장치 내부에 사용되는 산화마그네슘 보호막과 그 제조 방법에 관한 것으로, 더 자세하게는 교류형 플라즈마 디스플레이(AC Plasma Display) 장치의 X·Y 전극 및 버스 전극 사이에 흐르는 전류의 제한을 위한 자연스런 용량성을 확보하기 위하여 상기 전극들 위에 도포되는 유전체층을 이온의 스퍼터링으로부터 보호하기 위한 산화마그네슘 보호막이, 교류형 플라즈마 디스플레이 장치의 제조 과정 중에서 상기 보호막 표면에 생성되는 수산화물에 의해 플라즈마 디스플레이 장치의 방전특성이 저하되는 것을 최소화하기 위하여, 수산화물을 생성하지 않는 물질로 이루어진 덮개막을 상기 산화마그네슘 보호막의 표면에 피복시켜 플라즈마 디스플레이 장치의 방전특성을 향상시키면서 수명이 연장되도록 한, 덮개막을 이용한 교류형 플라즈마 디스플레이 장치용 산화마그네슘 보호막과 그 제조 방법에 관한 것이다.

생활 수준의 향상과 전달 매체의 발전으로 고화질의 대형 표시 장치에 대한 필요성이 점차 커지고 있는 바, 브라운관으로도 불리우는 씨알티(CRT, cathod ray tube) 장치는 각종 정보의 최종 전달 매체인 대표적인 디스플레이(display) 장치로서 텔레비젼, 컴퓨터 등에 가장 널리 사용되어 왔으나 여러가지 측면에서 기술적 한계를 드러내고 있으며, 특히 40인치 이상은 제조하기도 어려울 뿐 아니라 그 두께가 과다하게 두꺼워지고 전체적인 체적이 커져 설치 장소에 제한을 받게 되며, 중량이 매우 커져 운반 및 핸들링에도 무리가 따르게 된다.

따라서, 두께가 얇아 설치 벽걸이형으로 설치가 가능하기 때문에 설치 장소에 거의 제한을 받지 않으며, 40인치 이상의 대화면 구현이 가능한 평판형 디스플레이 장치가 다양하게 개발되고 있는 바, 평판형 디스플레이 장치로는 에프이디(FED, field emission display), 이엘(EL, electro-luminescence), 플라즈마 디스플레이 등과 같이 스스로 발광하는 디스플레이 장치와, 엘씨디(LCD, liquid crystal display), 이씨디(ECD, electro-chromic display) 등과 같이 스스로 발광치 못하는 디스플레이 장치의 두 가지로 크게 구분될 수 있다.

상기와 같이 여러 종류의 평판형 디스플레이 장치들 중 최근에 가강 각광을 받고 있는 것이 플라즈마 디스플레이 장치로서, 플라즈마 방전에 의한 형광체의 발광을 이용하는 디스플레이 장치이다.

상기 플라즈마 디스플레이 장치는 직류형과 교류형이 있으며, 교류형은 다시 대향형과 면방전형으로 구분되는 바, 최초로 개발된 직류형은 전극이 방전 공간에 그대로 노출되어 전극의 수명이 짧고 방전전류를 제한하기 위한 저항을 외부에 만들어 주어야 하는 단점을 가지며, 교류 대향형은 이온 충격에 의한 형광체 열화로 수명이 단축되는 문제를 가지고 있기 때문에, 최근에 개발되고 있는 플라즈마 디스플레이 장치는 교류 면방전형이 주류를 이루고 있다.

최근 벽결이형 텔레비젼으로도 많이 개발되고 있는 상기 교류 면방전형 플라즈마 디스플레이 장치(이하 '피디피'라고 함)의 내부에는 전극이 함침된 유전체층이 있고, 이 유전체층 표면에는 이를 보호하기 위한 산화 마그네슘 보호막이 피복되나, 종래의 보호막은 피디피의 방전 특성을 떨어뜨려 그 품질과 수명 등이 저하시키게 되는 되는 문제가 있는 바, 이를 자세히 살펴보면 다음과 같다.

상기 종래의 피디피는 도 1에 도시된 바와 같이, 상판유리(11)와; 서로 평행한 서스테인(sustain, X) 전극(12) 및 스캔(scan, Y) 전극(13)과; 서스테인 및 스캔 전극의 각 일측단부 저면에 밀착되는 버스(bus) 전극(14)과; 서스테인, 스캔 및 버스 전극을 감싸는 상부 유전체층(15)과; 산화마그네슘 보호막(16)과; 형광체(F)가 도포된 격벽(17)과; 하부 유전체층(18)과; 하부 유전체층에 침적된 어드레스(address) 전극(19)과; 하판유리(20) 등이 일련의 순서로 적층된 구조를 가지며, 상판과 하판 사이에는 방전기체가 300∼400 토르(torr) 정도의 압을 갖도록 채워진다.

상기와 같은 피디피 구조에서 상부 유전체층(15)은 서스테인 및 스캔 전극 사이에 흐르게 되는 전류가 제한되도록 적절한 용량성을 확보하기 위한 것이며, 또한 상기 상부 유전체층에 의해 피디피의 중요 특징인 메모리 특성을 갖게 되는 바, 산화마그네슘 보호막(16)은 상기 상부 유전체층(15)이 이온의 스퍼터링에 의해 손상되는 것을 방지하기 위한 것이다.

따라서, 피디피의 내구성, 수명, 휘도 및 소비전력 등과 같은 제반 특성들을 향상시키기 위하여서는 플라즈마에 직접 노출되는 상기 상부 유전체층의 제조 기술이 향상되어야 하나, 그에 앞서 상기 상부 유전체층을 보호하기 위한 산화마그네슘 보호막의 특성 개선이 선행되어야만 한다.

즉, 산화마그네슘이 피디피 내부의 상부 유전체층에 대한 보호막으로 사용되는 이유는, 플라즈마에 의한 산화마그네슘의 식각률이 낮아 상기 상부 유전체층을 이온의 스퍼터링으로부터 효과적으로 보호할 뿐 아니라, 방전시 보호막에 충돌하는 이온의 에너지가 낮아도 그 표면으로부터 이차전자를 비교적 많이 방출하는 특성을 가짐으로써, 방전 플라즈마의 구동전압과 유지전압을 효과적으로 낮추어 주는 역할을 수행하기 때문이다.

그러나, 상기 산화마그네슘 보호막은 증착에 의해 상부 유전체층(이하 '유전체층'이라 함)의 표면에 피복되는 바, 화학식이 MgO이며 고토(苦土)라고도 불리우는 백색의 분말인 상기 산화마그네슘은 그 특성상 수분이나 이산화탄소가 많은 환경에서 열역학적으로 불안정하여 쉽게 수분이나 이산화탄소 등과 반응함으로써 수산화마그네슘이나 탄산마그네슘 등을 형성하게 되고, 보호막으로 사용된 산화마그네슘 박막 표면에 생성되는 상기 수산화마그네슘 등의 수산화물이 보호막의 전기적, 물리적 및 광학적인 특성을 열화시키게 된다.

즉, 유전체층 표면에 피복된 산화마그네슘 보호막의 표면은 피디피를 제조 하는 과정 중에서 대기나 진공 중에 잔류하는 수분이나 이산화탄소 등과 접촉하게 됨으로써 그 표면에 수산화물이 필연적으로 생성되며, 피디피의 제조 완료 후에도 보호막 표면에 잔류하게 되는 표면 결함들과 상기 수산화물 등이 보호막의 각종 특성을 열화시켜 피디피의 성능을 저하시키게 되는 바, 그 원인과 그에 따라 초래되는 결과는 다음과 같다.

첫째, 보호막 표면의 수산화물이 보호막의 이차전자 방출계수를 낮춤으로써 플라즈마 방전전압을 높여 방전효율을 떨어뜨리게 되며,

둘째, 수산화물의 물리적 강도가 산화마그네슘에 비하여 낮기 때문에, 구동시 방전 플라즈마에 의해서 쉽게 식각됨으로써 그 수명이 감소하게 되고,

세째, 피디피 구동시 산화마그네슘 보호막으로부터 배기 문제를 일으킬 뿐 아니라,

네째, 수산화물이 적절한 에너지를 가진 이온들에 조사됨으로써, 산화마그네슘과 수증기로 재분해되면서 피디피 내부의 압력을 상승시켜 방전전압을 상승시키는 동시에 효율을 떨어뜨리게 되는 등, 피디피의 전체적인 특성을 열화시키게 되는 문제가 있다.

본 발명은 종래 피디피에 사용되고 있는 산화마그네슘 보호막과 그 제조 방법이 가지고 있는 제반 문제점들을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 피디피의 제조 과정에서 챔버 내부 또는 대기 중에 존재하는 수분이나 이산화탄소와 보호막의 산화마그네슘이 반응함으로써 그 표면에 수산화물이 생성되는 것을 방지하여 피디피의 방전 특성과 효율 저하를 막고 피디피의 전반적인 특성을 개선하는 동시에, 그 수명을 연장 시킬 수 있도록 한, 피디피 유전체층 보호막과 그 제조 방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

또한, 상기 종래의 산화마그네슘 보호막 표면에 생성되는 많은 불순물들에 의해 피디피 제조시 항상 사전 열처리 작업을 실시함으로써 초래되었던 생산성 저하를 최소화 할 수 있도록 하고자 한다.

본 발명의 상기 목적은 산화알루미늄 내지는 산화아연에 의하여 달성된다.

상기 산화알루미늄과 산화아연은 열역학적으로 수산화물을 생성하지 않는 물질로서, 피디피의 유전체 보호용으로 사용되며 수분과 쉽게 수화반응을 일으키는 산화마그네슘과 같이 수화물을 쉽게 생성시키는 물질의 표면에 상기 산화알루미늄 내지는 산화아연 중의 하나를 코팅시켜 수화물의 생성을 방지할 수 있으며, 이때 피복되는 코팅층의 두께가 매우 얇은 경우에도 수화물을 생성시키는 물질의 수화반응을 상당 수준 억제할 수 있다.

상기와 같이 수화반응에 대하여 열역학적으로 안정적인 물질을, 피디피의 유전체층 보호용 산화마그네슘 보호막 표면에 피복시킴에 본 발명의 기술적 특징이 있다.

즉, 본 발명은 피디피의 제조시 산화마그네슘 보호막의 표면에 수화물이 생성되는 것을 방지하기 위하여 그 표면에, 상기 산화알루미늄 내지는 산화아연 중의 하나를 증착시킨 코팅층인 덮개막을 피복시킨 산화마그네슘 보호막과 그 제조 방법에 관한 것으로, 보호막 표면에 피복된 상기 덮개막이 피디피 제작시 챔버 내부 또는 대기 중에 존재하는 수분이나 이산화탄소가 산화마그네슘과 수화반응을 일으켜 그 표면에 수산화물이 생성되는 것을 방지하게 된다.

그리고, 상기 덮개막은 피디피 제조 완료 후 초기 방전과정시 플라즈마에 의해 식각되어 제거되는 바, 피디피의 구동에 따라 산화마그네슘 보호막 표면은 수화물과 덮개막이 없는 순수 산화마그네슘으로 이루어져, 수화물이 필연적으로 생성되었던 종래의 보호막에 비하여 방전특성이 향상된다.

이때, 보호막의 표면에 피복되는 상기 덮개막의 두께는 1∼100nm가 바람직한 바, 덮개막의 두께가 1nm에 미치지 못하면 산화알루미늄의 수화반응을 방지하는 특성이 미흡하여 보호막 표면에 수화물이 생성될 수 있으며, 그 두께가 100nm를 초과하게 되어도 덮개막의 수화반응 방지 특성이 떨어져 보호막 표면에 수화물이 생성될 수 있을 뿐 아니라 유전체 보호막으로서 산화마그네슘이 갖는 낮은 식각률이나 높은 이차전자방출계수 특성과 같은 우수한 성질을 살릴 수 없는 문제가 생기게 된다.

즉, 산화알루미늄 또는 산화아연으로 이루어진 산화물 덮개막은 증착에 의해 형성되는 바, 그 두께가 1nm를 초과하면서 특정 두께까지는 그 두께가 증가할수록 수화반응 억제 효과가 향상되는 바, 이는 물리적 기상 증착법에 의해 증착된 비정질성 박막의 균일성이 두께의 증가와 함께 향상되기 때문이다.

그러나, 산화마그네슘의 수화반응에 관여하는 마그네슘 원자와 물 분자의 확산 속도는 비정질 매질을 통할 경우보다 입계를 따라 확산할 경우가 더 크게 되는 바, 상기 산화물 덮개막의 두께가 특정 두께 이상이 되면서 두께 증가와 함께 초기에 비정질성이었던 박막이 결정화 되면서 상기 덮개막의 결정입계를 따라 마그네슘 원자와 물 분자의 확산 속도가 증가하게 되고, 그 결과 덮개막의 두께 증가와 함께 오히려 수화반응 억제 특성이 나빠지게 되며, 그 상한 두께가 100nm이다.

상기와 같이 산화마그네슘 보호막을 보호하기 위하여 그 표면에 증착되는 덮개막의 효과를 알아 보기 위하여 다음과 같은 시험 작업을 실시하였다.

실시예

산화알루미늄의 수화 억제 효과를 조사하기 위하여 산화규소에 산화마그네슘 박막(두께 300A°)을 전자빔 증발법으로 증착한 후 그 표면 위에 전자빔 증발법으로 산화알루미늄 박막을 50A°두께로 증착하였으며, 상기 산화마그네슘 박막만이 코팅된 것과 산화알루미늄 박막까지 코팅된 것을 로터리 펌프로 진공(1.3×10^-3 torr)을 형성시킨 진공 챔버 내에서 1일간 보관 후 각각의 방전 특성을 조사하였으며, 그 결과를 도 2에 나타내었다.(도 2에서 V_f는 방전전압, V_s는 유지전압)

상기 도 2에 도시된 바와 같이, 산화마그네슘으로만 이루어진 보호막에 비하여 덮개막이 증착된 본 발명 보호막의 경우 방전 전류와 구동 전압이 낮으면서 그 효율이 향상됨을 알 수 있다.

즉, 산화마그네슘 보호막만이 증착된 경우 방전 특성이 떨어지는 것은 전술한 바와 같이, 챔버 또는 피디피 내부에 잔류하는 수분이나 이산화탄소 등이 보호막 표면에 흡착되어 수화물을 생성시킴에 기인한다.

산화알루미늄을 덮개막으로 적용한 경우에는 수화반응에 대한 저항성이 큰 덮개막이 산화마그네슘 보호막의 수화 현상을 방지하게 되고, 두께가 매우 얇은 덮개막이 방전을 통한 피디피의 사전 열처리 공정 단계에서 플라즈마에 의해 모두 식각되어 사라지므로써, 상기 산화마그네슘 보호막의 표면은 산화마그네슘만이 노출되는 상태가 되어 우수한 방전 특성을 갖게 된다.

또한, 덮개막을 적용한 경우 사전 열처리 공정의 시간이 상당히 감소하는 것으로 나타났는 바, 이는 전술한 바와 같이 산화알루미늄이 수분이나 이산화탄소와 같은 불순물과 산화마그네슘 사이의 반응을 막아 보다 빠른 시간 내에 전기적으로 안정화되기 때문이다.

상기 산화마그네슘 보호막의 덮개막으로 사용되는 산화알루미늄과 동등한 특성을 갖는 물질로 산화아연을 들 수 있는 바, 산화알루미늄 대신 산화아연을 증착하여 덮개막을 형성시키는 것도 가능하다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 산화마그네슘 보호막에 덮개막을 증착시킴으로써 피디피 제조 과정 중 산화마그네슘 보호막의 열화가 방지되어 피디피의 전기적, 물리적 및 광학적인 특성이 향상되고 수명이 연장되는 장점이 있다.

그리고, 덮개막이 없는 산화마그네슘 보호막 표면에 생성되는 다량의 불순물들 때문에 피디피 제조시 실시되어야만 하는 사전 열처리 공정 시간을 대폭적으로 줄일 수 있어 생산성의 현저한 상승이 가능함으로써, 피디피의 품질 향상은 물론 그 제조 원가를 줄일 수 있을 것으로 기대된다.

도 1은 교류 플라즈마 디스프레이 장치의 개략 단면도.

도 2는 본 발명 보호막과 종래 보호막의 특성을 비교한 것으로,

(가)는 전압과 휘도의 비교 그래프이고,

(나)는 방전전류와 효율의 비교 그래프이다.

((도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명))

11. 상판 유리 12. 서스테인 전극

13. 스캔 전극 14. 버스 전극

15. 상부 유전체층 16. 산화마그네슘 보호막

17. 격벽 18. 하부 유전체층

19. 어드레스 전극 20. 하판유리

F. 형광체

Claims (4)

1. 교류 플라즈마 디스플레이 장치 내부의 유전체를 보호하는 동시에 2차 전자를 방출하는 역할을 하며, 열화되지 않도록 보호막으로서의 덮개막이 표면에 피복된 산화마그네슘 보호막에 있어서,

   상기 산화마그네슘 보호막 표면의 덮개막은, 산화알루미늄 또는 산화아연 중의 하나를 증착에 의해 1∼100nm의 두께로 피복한 것을 특징으로 하는 덮개막을 이용한 교류 플라즈마 디스플레이 장치용 산화마그네슘 보호막.
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