KR100545719B1

KR100545719B1 - 교류형 플라즈마 디스플레이 패널 소자용 보호코팅층 재료

Info

Publication number: KR100545719B1
Application number: KR1019980040032A
Authority: KR
Inventors: 백홍구; 노순준
Original assignee: 학교법인연세대학교
Priority date: 1998-09-25
Filing date: 1998-09-25
Publication date: 2006-03-31
Also published as: KR20000021094A

Abstract

본 발명은, 수소 함유량이 천연 다이아몬드 수준으로 억제되고 sp³ 함량이 높은 DLC 박막과, 수소 함유량이 천연 다이아몬드 수준으로 억제되고, Si, Ge 및 Ti 중 어느 하나인 X가 첨가됨으로써, sp³ 함량이 높은 X-DLC 박막과, 수소 함유량이 천연 다이아몬드 수준으로 억제되고, Si, Ge 및 Ti 중 어느 하나인 X가 첨가됨으로써, sp³ 함량이 높은 X-C-N 박막과, 수소 함유량이 천연 다이아몬드 수준으로 억제되고, Si, Ge 및 Ti 중 어느 하나인 X가 첨가됨으로써, sp³ 함량이 높은 X-B-N 박막으로 이루어지는 교류형 플라즈마 디스플레이 패널의 보호코팅층 재료 및 이온빔 도움 증착법 및 세슘 이온 건 스퍼터링 증착법을 이용한 상기 재료의 증착 방법을 제공한다.

Description

교류형 플라즈마 디스플레이 패널 소자용 보호코팅층 재료

본 발명은 교류형 플라즈마 디스플레이 패널 소자용 보호코팅층 재료에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상기 보호코팅층에 요구되는 내스퍼터링성, 광투과성 및 이차전자 방출계수를 더욱 향상시킨 보호코팅층 재료에 관한 것이다.

지난 수십 년간 사용되어온 음극선관 방식의 디스플레이 소자를 멀티미디어 시스템용으로 사용하기 위해서는 여러 가지 문제점들이 제기되어 왔다. 최근의 멀티미디어 환경은 평판형, 박막형, 대화면 및 고화질 특성 등을 지닌 디스플레이 소자를 요구하고 있다. 즉, 위와 같은 특성을 지닌 디스플레이 소자를 개발하기 위해서 다양한 방식들이 제시되고 있으며, 이중 대표적인 방식으로 전계 방출 소자 (FED: Field Emission Device), 액정 소자 (LCD: Liquid Crystal Device), 플라즈마 디스플레이 패널 (PDP: Plasma Display Panel) 소자 등이 있다. 이중 40∼60 인치급 디스플레이 소자 제조 방법으로 가장 유력한 제조 방법으로 제시되는 것이 플라즈마 디스플레이 패널 소자이다. 상기 소자는 기체 방전시 생기는 플라즈마로부터 나오는 빛을 이용하여 문자 또는 그래픽을 표시하는 방식이다. 그리고 플라즈마 디스플레이는 기체 방전 현상을 이용한 표시 소자이므로 기체 방전 표시 소자라고도 부른다.

플라즈마 디스플레이의 특징으로는 매우 강한 비선형성, 기억 기능, 장수명, 고휘도 및 고발광 효율, 광시야각, 저제조 가격, 내열 및 내한 특성 등이 있다. 플라즈마 디스플레이는 그 특성에 따라 여러 가지로 분류될 수 있으며, 플라즈마를 만들기 위해 외부에서 가해주는 전계 인가 구동 방식에 따라 직류형 (DC-type) 및 교류형 (AC-type)으로 구분한다. 직류형은 NHK에서 개발한 방식으로 제조 단가가 낮은 장점이 있으나 작동 시간이 짧은 단점이 있다. 이에 반해, 교류형은 작동 시간이 길고 작동 전압이 낮은 특성을 지니고 있다. 이는 전극에 보호 코팅층 (protecting layer)을 사용하는 제조 방식에 기인한다.

보호코팅 재료로 사용되기 위해서는 다음과 같은 조건을 만족해야 한다. 첫째, 장시간 동안의 안정성, 둘째, 낮은 작동 전압, 셋째, 빠른 방전 응답속도, 넷째, 우수한 절연 특성, 다섯째, 경제적이며 막질이 우수한 제조 방법, 여섯째, 투과성 등이 있다. 또한, 플라즈마에 노출된 보호코팅층 표면에서는 이온 충격, 여기종의 표면 반응 및 빛에 의한 반응 등이 일어나며, 이중 가장 주가 되는 반응은 이온 충격에 의한 반응이며, 이러한 반응에 의해서 보호코팅층 표면에서 이차 전자 (secondary electron)가 방출된다. 방출된 이차 전자는 플라즈마의 이온화를 촉진시켜서 플라즈마 개시 전압 및 유지 전압을 낮추는 역할을 한다. 따라서, 이차전자 방출 계수값 (secondary electron emission yield)이 클수록 높은 효율의 플라즈마 방전이 발생된다.

이와 같은 보호코팅 재료로 지금까지는 주로 알칼리토류 산화물 (alkaline earth oxides) 계열이 사용되어 왔으며, 대표적으로 MgO가 사용되어 왔다. 그러나, 상기 MgO 박막은 수분 흡착에 의한 막의 불안정성, 높은 플라즈마 침식율 (erosion rate) 및 낮은 이차 전자 방출 특성을 지니고 있어서 보호막으로 사용되기에는 많은 문제점을 지니고 있다.

따라서, 본 발명은 상술한 종래의 보호코팅층이 갖는 문제점을 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에서는 수소가 없는 DLC (diamond-like carbon), Si, Ge 및 Ti 중 어느 하나인 X가 함유된 DLC (X-DLC) 및 Si, Ge 및 Ti가 함유된 a (amorphous)-CNx 박막 (X-C-N), Si, Ge 및 Ti가 함유된 c-BN 박막 (X-B-N)을 제공함으로써, 보호코팅층에 요구되는 내스퍼터링성, 광투과성 및 이차전자 방출계수를 향상시키고자 한다.

본 발명에 따른 DLC, Si-DLC, Si-C-N, Si-B-N의 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

우선, DLC 박막은 sp²및 sp³가 혼재된 상으로 그 특성이 sp²와 sp³의 혼합비에 따라 매우 다양하게 나타나는 물질로써, sp³ 함량이 높은 경우에는 다이아몬드와 매우 유사한 특성을 나타낸다. 즉, 경도가 매우 높고 (1000∼3000 kg/mm²), 화학적 안정성이 우수하여 플라즈마에 노출되었을 때 내스퍼터링 특성이 우수하고, NEA (Negative Electron Affinity) 특성에 의해서 이차 전자 방출 특성이 매우 높다. 그리고, 보호막에서 매우 중요한 광학적 특성인 광학적 대역폭 (optical band gap)은 박막 내에 존재하는 sp³함량에 의해서 결정된다. 따라서, DLC 박막을 AC-PDP에 적용하기 위해서는 수소가 없고 sp³ 함량이 높아야 된다.

또한, DLC에 Si이 첨가된 Si-DLC 박막의 경우 첨가된 Si의 영향에 의해서 박막내 sp³함량을 증진시켜 막의 경도 및 광투과성을 향상시킨다.

또한, β-C₃N₄물질은 이론적으로는 다이아몬드 경도 값 (1000 kg/mm²) 보다 경도가 높은 물질로써 현재는 결정질 박막을 얻지 못하고 대부분 비정질인 a-CNx 형태로 제조되며 경도 및 이차 전자 방출 특성이 MgO 박막 보다 우수하다.

a-CNx의 경우 일반적으로 N의 함량이 부족하여 β-C₃N₄를 형성하지 못한다. 이와 같은 a-CNx에 Si이 첨가된 Si-C-N 박막의 경우 기존의 a-CNx의 제조 방법보다 β-C₃N₄을 형성하기 위한 C-N의 조성비를 맞추기 위한 N의 함량을 늘려 줄 수 있다. 그리고, Si이 첨가됨으로써 경도가 높은 박막을 상대적으로 낮은 온도에서 제조할 수도 있다. 이와 같이 제조된 박막은 매우 투명한 박막 (광학적 대역폭: 3.8eV)을 얻을 수 있으며 경도가 높을수록 광학적 대역폭이 커지게 된다.

BN 박막은 경도가 상대적으로 높은 c (cubic)-BN 과 경도가 상대적으로 낮은 h (hexagonal)-BN 등으로 구분되며 이는 BN 박막의 구조적인 차이에 기인한다. c-BN의 경우 다이아몬드보다 경도가 약간 낮은 값 (4695∼8600kg/mm²)을 갖는 물질로써, 광학적 대역폭이 6.2∼8eV로써 매우 투명한 박막이다. 그러나 c-BN 박막은 박막에 존재하는 응력에 의해서 쉽게 기판에서 벗어지는 현상이 발생되며, 대기에 노출되었을 때 이런 현상이 더욱 심하게 발생하여 막의 안정성이 현저하게 떨어진다.

c-BN 박막에 Si을 미량 첨가한 Si-B-N 박막의 경우 박막 내부에 존재하는 응력이 미량의 Si이 첨가됨에 따라서 완화되어 박막과 기판과의 접합성이 향상되고, Si-B-N 박막의 경도는 Si이 미량 첨가됨에 따라 저하되지는 않는다.

이하에서, 상기 박막의 제조방법에 관해 설명한다.

DLC, Si-DLC, Si-C-N 및 Si-B-N 박막을 제조하기 위한 가장 대표적인 방법으로는 CVD (Chemical Vapor Deposition)법이 있다. CVD법으로 증착되는 DLC, Si-DLC, Si-C-N 및 Si-B-N 박막은 일반적으로 박막 내에 수소를 상당량 함유하고 있다. 이와 같은 수소는 박막 내에 C-H, H-H, N-H 등의 결합 형태로 존재하며, 일반적으로 C-C 결합보다 결합력이 약하여 플라즈마에 노출되었을 경우에 쉽게 박막 밖으로 떨어져 나오는 현상이 발생된다. 따라서 경도가 높고 광투과도가 우수하며, 이차전자 방출 특성이 우수한 DLC, Si-DLC, Si-C-N 및 Si-B-N 박막을 AC-PDP의 보호막으로 사용하기 위해서는 수소 함유량이 천연 다이아몬드 수준으로 억제된 수소가 없는 막을 제조하여야 한다.

따라서, 본 발명에서는 기존의 CVD법이 아닌 PVD법의 일종인 IBAD (Ion Beam Assisted Deposition) 및 Cs+IGSDS을 이용하여 수소가 없고 sp³ 함량이 높은 DLC, Si-DLC, Si-C-N, Si-B-N 박막을 제조하였다. 일반적으로 CVD법으로 증착되는 DLC, Si-DLC, Si-C-N 및 Si-B-N 박막의 물성은 상당히 고온에서 막의 특성이 최적화되는 경향을 나타내나, IBAD 및 Cs+IGSDS법으로 증착되는 DLC, Si-DLC, Si-C-N 및 Si-B-N 박막은 상온에서도 충분한 최적 조건의 박막을 제조할 수 있는 장점을 지니고 있다. 이와 같이 DLC, C-N, B-N의 물성을 향상시키기 위해 Si, Ge 및 Ti 물질을 첨가물로 이용하여 물성을 향상시켰다.

본 발명에 따르면, AC-PDP 소자의 보호코팅층에 요구되는 내스퍼터링성, 광투과성 및 이차전자방출계수가 향상된 보호코팅층 재료를 제공할 수 있다.

Claims

수소 함유량이 천연 다이아몬드 수준으로 억제되고, Si, Ge 및 Ti 중 어느 하나인 X가 첨가됨으로써, sp³ 함량이 높은 X-DLC 박막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 교류형 플라즈마 디스플레이 패널의 보호코팅층 재료.
수소 함유량이 천연 다이아몬드 수준으로 억제되고, Si, Ge 및 Ti 중 어느 하나인 X가 첨가됨으로써, sp³ 함량이 높은 X-C-N 박막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 교류형 플라즈마 디스플레이 패널의 보호코팅층 재료.
수소 함유량이 천연 다이아몬드 수준으로 억제되고, Si, Ge 및 Ti 중 어느 하나인 X가 첨가됨으로써, sp³ 함량이 높은 X-B-N 박막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 교류형 플라즈마 디스플레이 패널의 보호코팅층 재료.
이온빔 도움 증착법을 이용한 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 재료의 증착방법.
세슘 이온 건 스퍼터링 증착법을 이용한 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 재료의 증착방법.