KR100553743B1 - 플라즈마 디스플레이 패널의 소재특성평가용 장치와 이를이용한 측정방법 - Google Patents

플라즈마 디스플레이 패널의 소재특성평가용 장치와 이를이용한 측정방법 Download PDF

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Abstract

플라즈마 디스플레이 패널의 소재특성평가용 장치와 이를 이용한 측정방법을 개시한다. 본 발명은 진공챔버;와, 진공챔버내의 상단에 설치되며, 절연체층이 코팅된 플라즈마 전극;과, 플라즈마 전극에 전원을 공급하는 플라즈마 전원;과, 진공챔버내의 하부에 설치되며, 측정용 소재와, 기준용 소재가 형성된 기판;과, 측정용 및 기준용 소재에 전원을 공급하는 전원공급장치;와, 진공챔버에 연결되며, 진공챔버내에 플라즈마 방전을 발생시키도록 방전가스를 주입하는 플라즈마 방전가스부;와, 진공챔버와 연결되어서, 진공챔버의 내부를 진공배기시키는 배기구;를 포함하는 것으로서, 다양한 가스와 압력범위내에서 균일한 플라즈마를 형성하여서 소재의 특성을 파악할 수가 있다. 특히, 플라즈마 디스플레이 패널의 구동특성 및 수명과 깊은 상관관계가 있는 보호막층의 이차전자 방출계수는 플라즈마 분위기내에서 측정이 가능하게 됨에 따라서 그 신뢰성을 확보할 수가 있다.

Description

플라즈마 디스플레이 패널의 소재특성평가용 장치와 이를 이용한 측정방법{Apparatus for evaluating characteristics of materials for plasma display panel and measuring method using the same}
도 1은 종래의 일 예에 따른 소재특성평가용 장치의 개략적인 구성도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 디스플레이 패널의 소재특성평가용 장치의 개략적인 구성도,
도 3은 도 2의 측정용 및 기준용 소재가 형성된 기판을 도시한 개략적인 구성도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>
20...소재특성평가용 장치 21...진공챔버
22...플라즈마 전극 23...절연체층
24...플라즈마 전원 26...배기구
27...측정용 소재 28..기준용 소재
29...기판 31...전극홀더
32...직류전원 공급장치 35...플라즈마 방전가스부
본 발명은 플라즈마 디스플레이 패널에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플라즈마 분위기에서 기판상에 형성되는 각 기능층들의 특성을 평가하기 위한 플라즈마 디스플레이 패널의 소재특성평가용 장치와 이를 이용한 측정방법에 관한 것이다.
통상적으로, 플라즈마 디스플레이 패널은 복수개의 전극이 형성된 두 기판상에 방전가스를 주입하여 봉입한 다음에 방전전압을 인가하고, 이 방전전압으로 인하여 두 전극사이에 기체가 발광하게 되면 적절한 펄스전압을 가하여 두 전극이 교차하는 지점에 어드레싱하여 소망하는 숫자, 문자 또는 그래픽을 구현하는 표시장치를 말한다.
이러한 플라즈마 디스플레이 패널은 대향하는 두 기판상에 형광체층, 유전체층, 격벽, 보호막층이 소정패턴으로 형성되어 있다. 이들중 형광체층과, 보호막층은 플라즈마에 직접적으로 노출되어 있으며, 플라즈마 디스플레이 패널의 휘도, 수명 및 방전특성과 직접적으로 연관되어 있다.
적,녹,청색의 형광체층은 플라즈마 분위기에서 자외선에 의하여 빛을 방출하게 되는데, 대부분의 특성이 분체에 대해서만 주로 이루어지고 있다. 즉, 분체에 147 나노미터의 자외선을 조사하여 나오는 휘도, 잔광등 광특성을 평가하거나, 입자의 크기나 형상만을 평가하고 있다. 그러나, 플라즈마 디스플레이 패널에서 형광체층은 광원이므로, 플라즈마 분위기에서 휘도 및 수명특성뿐만 아니라, 이온에 의한 특성변화도 중요하다고 할 수 있다. 따라서, 균일한 플라즈마에 형광체층을 노 출시켜서 입자표면에서의 전하량변화등의 전기적특성을 평가하는 장비는 필수적으로 요구된다.
산화마그네슘과 같은 보호막층은 유전체층을 보호하고, 플라즈마에 의한 이차전자의 방출을 통하여 방전특성을 향상시키는 역할을 담당한다. 보호막층의 이차전자의 방출능력은 성막조건, 막특성 및 플라즈마 조건등에 따라 많은 차이를 나타낸다. 따라서, 플라즈마 분위기에서 보호막층의 이차전자의 방출능력을 측정하는 것이 필요하다. 보호막층은 기판상의 유전체층을 매립하기 위하여 증착하게 되는데, 대기에 노출될 경우에는 수분의 영향을 받아서 막의 결정서과 이차전자 방출계수(γ)등 특성이 나빠지게 되므로 가능한 대기에 노출하지 않고, 막특성을 분석하는 것이 중요하다.
도 1은 종래의 플라즈마 디스플레이 패널의 소재특성평가용 장치중 이차전자방출계수를 측정하는 장치(10)를 도시한 것이다.
도면을 참조하면, 상기 장치(10)는 전자원(electron source,11)과, 양극(12)과, 가속 및 포커스렌즈군(13)과, 사중극자 편향자(quadrupole deflector,14)와, 패러데이컵 수집기(Faraday cup cllector,15)와, 보호막층(16)이 코팅된 기판(17)을 포함한다.
상기한 구조를 가지는 종래의 소재특성평가용 장치(10)는 이온빔을 이용하여 이차전자 방출계수를 측정하기 위한 것으로서, 상기 보호막층(16)의 표면에 가속된 이온빔을 조사하여 방출되는 전자를 상기 패러데이컵 수집기(15)를 통하여 전류값을 측정하는 것이다.
여기서, 이차전자 방출계수(γ)는 하기의 식으로 정의된다.
γ = in/ip
여기서, ip는 1차전류(primary current)이고, in는 2차전류(secondary current)이다.
초기 이온빔 에너지는 이온소스(11)에 인가되는 전압과, 보호막층(16)에 인가되는 전압에 의하여 달라지게 된다.
그런데, 이온빔을 이용한 종래의 소재특성평가용 장치(10)는 다음과 같은 문제점을 가지고 있다.
첫째, 보호막층(16)을 측정하는 분위기가 실제 플라즈마 디스플레이 패널을 구동하는 분위기와는 다르게 10-5 Torr 이하의 고진공이다. 포커스화된 이온빔을 사용하기 때문에 장치(10) 분위기 내에서 가스입자들이 존재하는 경우에는 이온산란이 발생하고, 조사되는 이온의 에너지가 달라지게 된다. 상기 보호막층(16)의 이차전자 방출능력은 막특성 이외에도 플라즈마 디스플레이 패널내에 주입된 가스에 의해서도 영향을 받게 된다.
둘째, 소재특성평가용 장치(10)의 구조가 복잡하다. 이온빔을 가속시키고 촛점을 조정하는 전자렌즈군(13)이 포함되어야 하고, 이차전자를 검출하는 부분이 있어야 한다.
셋째, 상기 보호막층(16)은 유전체층을 보호하고, 음극역할을 하는 절연체이 다. 절연체 표면에 전자빔이 조사될 때 표면전위가 부분적으로 변하게 된다. 즉, 조사된 이온들이 막표면에서 양전하로 하전되기 때문에 이차전자의 일부가 막표면으로 당겨지게 되므로 검출되는 이차전자 방출량이 감소하게 된다. 포커스화된 이온빔에 의한 이차전자 방출량을 측정하기 때문에 측정영역이 작아지게 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 종래에는 플라즈마 디스플레이 패널의 구동분위기와 유사한 플라즈마 분위기에서 이차전자 방출계수를 측정하고자 하였다.
즉, 측정용 소재의 구조는 금속막-유전체층-음극으로 구성하며, 플라즈마 디스플레이 패널내에 주입되는 가스와 핀 형태의 전극을 이용하여 플라즈마를 형성하고, 음극 표면에 하전되는 양이온에 의하여 금속막에 흐르는 전류값을 측정하는 것이다.
음극이 플라즈마내에 존재하게 되면, 음극 표면에 도달하는 양이온에 의하여 금속막에 전류가 흐르게 되는데, 양이온에 의하여 이차전자가 방출되기 때문에 금속막에는 순수 양이온에 의한 전류보다 많은 양이 흐르게 되며, 이러한 값을 이차전자 방출량으로 측정하는 것이다.
측정조건이 플라즈마 분위기이면서 플라즈마 디스플레이 패널의 구동압력과 유사하다는 장점이 있으나, 전극구조와 플라즈마 균일성에 따라 편차가 심하다. 또한, 상기 전극 구조를 사용하게 되면, 아주 작은 면적에 대해서만 측정할 수 있으며, 동일한 소재에 대해서 전류밀도 및 위치에 따른 차이를 측정할 수가 없다. 한편, 핀형태의 전극을 사용할 경우에는 가스압력이 제한적이고, 가스의 종류와, 소재와의 거리 및 평행도등에 따른 신뢰성을 확보하기 힘들다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 플라즈마 분위기에서 측정용 소재의 넓은 면적에 대하여 특성평가가 가능하며, 여러가지 종류의 가스, 압력, 플라즈마 전극, 전원종류에 따른 측정이 가능한 플라즈마 디스플레이 패널의 소재특성평가용 장치와 이를 이용한 측정방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따른 플라즈마 디스플레이 패널의 소재특성평가용 장치는,
진공챔버;
상기 진공챔버내의 상단에 설치되며, 절연체층이 코팅된 플라즈마 전극;
상기 플라즈마 전극에 전원을 공급하는 플라즈마 전원;
상기 진공챔버내의 하부에 설치되며, 측정용 소재와, 기준용 소재가 형성된 기판;
상기 측정용 및 기준용 소재에 전원을 공급하는 전원공급장치;
상기 진공챔버에 연결되며, 상기 진공챔버내에 플라즈마 방전을 발생시키도록 방전가스를 주입하는 플라즈마 방전가스부; 및
상기 진공챔버와 연결되어서, 진공챔버의 내부를 진공배기시키는 배기구;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 플라즈마 전극은 SUS, 구리, 텅스텐, 알루미늄판중에서 선택된 어느 하나의 금속판인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 특징에 따른 플라즈마 디스플레이 패널의 소재특성평가용 장치를 이용한 측정방법은,
진공챔버내에 플라즈마 전극과, 측정용 소재와 기준용 소재가 형성된 기판을 각각 장입하는 단계;
상기 진공챔버에 연결된 플라즈마 방전가스부를 통하여 상기 진공챔버내에 플라즈마 방전가스를 주입하는 단계;
상기 플라즈마 전극과 접속된 플라즈마 전원으로부터 전원을 인가하여 플라즈마를 형성하는 단계;
상기 측정용 및 기준용 소재와 전기적으로 연결된 전원공급장치로부터 전류를 인가하여 전류값을 측정하는 단계; 및
상기 측정용 및 기준용 소재에 각각 공급되는 전류량의 차이를 비교하여 상기 측정용 소재의 특성을 평가하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 디스플레이 패널의 소재특성평가용 장치를 상세하게 설명하고자 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 디스플레이 패널의 소재특성평가용 장치(20)를 도시한 것이다.
도면을 참조하면, 상기 소재특성평가용 장치(20)에는 진공챔버(21)가 마련되어 있다. 상기 진공챔버(21)내에는 특성평가시스템이 설치되어 있다.
즉, 상기 진공챔버(21)의 상단에 플라즈마 전극(22)이 위치하고 있다. 상기 플라즈마 전극(22)은 평판으로 된 금속재이다. 예컨대, SUS나, 구리, 텅스텐, 알루 미늄재로 된 금속판중에서 선택된 어느 하나의 평판이다. 상기 플라즈마 전극(22)이 평판형인 것은 넓은 영역에서 균일한 플라즈마를 형성하기 위해서이다. 또한, 상기 플라즈마 전극(22)의 구조를 변경할 경우에는 0.1 mTorr 내지 대기압 범위에서 플라즈마를 형성할 수가 있다.
상기 플라즈마 전극(22)의 저면에는 절연체층(23)이 코팅되어 있다. 상기 플라즈마 전극(22)의 상부에는 무선주파수(radio frequency, 이하 RF)나, 직류 및 고전압을 인가하는 플라즈마 전원(24)이 연결되어 있다.
이때, 상기 진공챔버(21)에는 상기 플라즈마 전극(22)을 분리하여 교체할 수 있도록 착탈부(25)가 형성되어 있다. 또한, 균일한 플라즈마 유지를 위하여, 상기 진공챔버(21)의 모서리부에는 적어도 하나 이상의 배기구(26)가 형성되어 있다.
상기 플라즈마 전극(22)의 하부에는 측정용 소재(27)와, 기준용 소재(28)가 기판(29)상에 존재하고 있다. 상기 측정용 및 기준용 소재(27)(28)는 각각 전극과 프로브(30)가 내재된 홀더(31)에 의하여 고정되어 있다. 상기 홀더(31)는 세라믹과 같은 절연체이다. 상기 전극과 프로브(30)는 직류전원 공급장치(32)와 전기적으로 연결되어 있다. 상기 직류전원 공급장치(32)에는 플라즈마를 형성한 이후에 음의 전류를 인가하여 전류값을 읽을 수 있도록 전류계(33)가 각각 설치되어 있다. 상기 측정용 소재(27)와, 기준용 소재(29)에 공급되는 전류량의 차이가 측정하고자 하는 소재의 특성치를 나타내는 것이다.
이때, 상기 플라즈마 전극(22)과, 측정용 소재(27)와의 간격은 0.5 내지 100 밀리미터의 범위내에 위치하고 있다. 상기 간격은 균일한 플라즈마 형성에 요구되 는 범주내에 속한다. 이러한 간격의 조절은 상기 기판(29)의 하부에 설치된 승강수단, 이를테면 액튜에이터와 연결된 승강실린더(34)에 의하여 가능하다.
한편, 상기 진공챔버(21)에는 내부의 공기를 배기펌프를 이용하여 배기구(26)를 통하여 배기한 후에 불활성가스를 주입할 수 있도록 플라즈마 방전가스부(35)가 연결되어 있다.
상기 플라즈마 방전가스부(35)에는 다양한 플라즈마 방전가스를 사용할 수 있다. 즉, 불활성 가스인 아르곤(35a)이나, 크세논과 네온이 혼합된 것(35b)이나, 질소로 이루어진 것(35c)이나, 헬륨이나, 크세논과 헬륨이 혼합된 것, 헬륨과 네온과 크세논이 혼합된 것등이 이용될 수 있다. 상기 크세논과 네온이 혼합된 것(35b)이나, 크세논과 헬륨이 혼합된 것일 경우에는 그 혼합비가 0:100 내지 30:70의 범위내에 속하는 것이 플라즈마 방전에 유리하다고 할 것이다.
도 3을 참조하면, 상기 측정용 소재(27)의 구조를 도시한 것이다.
여기서, 앞서 도시된 도면에서와 동일한 도면부호는 동일한 기능을 하는 동일한 부재를 가리킨다.
도면을 참조하면, 상기 측정용 소재(27)는 다중층을 이루고 있다. 즉, 상기 기판(29)상으로부터 상기 플라즈마 전극(22)을 향하여 도전막층(27a)과, 유전체층(27b)과, 보호막층(27c)이 순차적으로 적층되어 있다. 상기한 구조는 일종의 커패시터(capacitor) 역할을 하고 있다. 한편, 전술한 기준용 소재(28,도2 참조)는 측정하고자 하는 보호막층이 형성되지 않은 도전막층과, 유전체층으로 된 이중층의 구조를 이루고 있다.
이때, 상기 도전막층(27a)에는 세라믹 홀더(31)에 내재된 전극과 프로브(30)가 전기적으로 연결되어 있다. 상기 전극과 프로브(30)가 세라믹으로 된 홀더(31)내에 설치되는 것은 플라즈마 누설을 방지하기 위해서이다.
상기와 같은 구조를 가지는 플라즈마 디스플레이 패널의 소재특성평가용 장치(20)를 이용하여서 플라즈마 디스플레이 패널용 음극 및 보호막으로 사용되는 보호막층(27a)의 이차전자 방출을 측정하는 방법은 다음과 같다.
먼저, 진공챔버(21)의 착탈부(25)를 분리하여서 플라즈마 전극(22)과, 측정용 소재(27)와, 측정용 소재(28)를 포함하는 특성평가시스템을 진공챔버(21) 내에 장입한다.
이때, 상기 측정용 소재(27)는 투명한 글래스기판(29)상에 열증착법으로 증착시킨다. 이를테면, 상기 도전막층(27a)은 은을 타겟으로 하여 5000Å 정도의 두께를 가지도록 증착한다. 또한, 상기 도전막층(27a)에 윗면에는 대략 5000Å의 두께를 가지는 산화규소로 된 유전체층(27b)을 형성시킨다. 상기 유전체층(27b)의 윗면에는 측정하고자 하는 소재층인 보호막층(27c)을 형성하게 된다.
상기 진공챔버(21)내의 공기는 배기펌프를 이용하여 배기구(26)를 통하여 배출시킨 이후에 불활성가스, 예컨대 아르곤기체(35a)를 방전가스부(35)를 통하여 챔버(21)내에 주입하여서 분위기를 조성한다.
이때, 상기 측정용 및 기준용 소재(27)(28)는 열처리를 하여 가능한 수분을 제거하여 장입하고, 측정하고자 하는 공간에는 수분센서(moisture sensor)를 복수개 설치하여 ppm 수준이하까지 수분을 제어하는 것이 바람직하다.
이처럼, 모든 소재(27)(28)는 수분이 제거된 상태에서 진공상태에서 진공챔버(21) 내에 위치하게 되므로, 평가전이나 동일한 조건을 유지할 수 있다. 특히, 보호막층(27c)은 수분에 민감한데, 전술한 방법으로 제조로부터 측정시까지 대기에 노출되는 시간을 최소화시켜서 동일한 측정조건을 조성하는 것이 가능하다.
불활성 가스를 주입한 다음에는 상기 진공챔버(21)의 상단에 설치된 플라즈마 전극(22)에 RF나 직류전원(24)을 인가하면 플라즈마(200)가 형성된다. 상기 플라즈마 전극(22)으로는 평판형의 SUS를 사용한다.
본 출원인의 실험에 의하면, 상기 진공챔버(21)에는 가스압력 1 내지 10 mTorr 범위를 유지하도록 한 다음에, 플라즈마 전원(24)인 RF 70W를 인가하고, 상기 금속막층(27a)에 (-) 전위를 인가하여 공급되는 전류량을 측정하였다.
전압이 150V 이상이 되었을때 전류량은 0.4㎃ 이상으로 증가하였으며, 시간이 지남에 따라 점차적으로 감소하였다. 이는 측정원리에 기인한 것으로서, 상기 측정용 소재(27)가 일종의 커패시터의 역할을 하기 때문이다.
도전막층(27a)에 (-) 전위를 인가하면, 가스이온들이 보호막층(27c) 표면으로 끌리게 되어서 충돌하게 된다. 상기 보호막층(27c)의 표면 근처에 이온들이 모이게 되면 이러한 이온들과 같은 양의 전하기 전원으로부터 공급된다. 상기 보호막층(27c)의 표면에 양이온이 흡착되면 유전체층(27b)을 중심으로 하여 축전기가 형성된다. 상기 도전막층(27a)으로 전자가 공급되면 상대적으로 축전용량이 감소하게 되기 때문에 흐르는 전류량이 감소하게 된다.
이처럼, 플라즈마 분위기에서 커패시터의 원리를 이용하여 플라즈마에 의하 여 보호막층(27c)에 흐르게 되는 전류값을 측정할 수가 있다. 즉, 상기 측정용 소재(27)와 기준용 소재(28)에 공급되는 전류량의 차이가 상기 측정용 소재(27)의 특성치를 나타내는 것이다.
한편, 플라즈마 디스플레이 패널에 사용되는 형광체층의 경우에는 상기 진공챔버(21) 내에 광센서를 장입할 경우에는 별도의 측정용 패널을 제작하지 않고도 형광체의 발광효율이나 휘도등을 측정할 수가 있을 것이다.
이상의 설명에서와 같이 본 발명의 플라즈마 디스플레이 패널의 소재특성평가용 장치와 이를 이용한 측정방법은 다양한 가스와 압력범위내에서 균일한 플라즈마를 형성하여서 소재의 특성을 파악할 수가 있다.
특히, 플라즈마 디스플레이 패널의 구동특성 및 수명과 깊은 상관관계가 있는 보호막층의 이차전자 방출계수는 플라즈마 분위기내에서 측정이 가능하게 됨에 따라서 그 신뢰성을 확보할 수가 있다.
또한, 형광체층은 별도의 측정용 패널을 제작하지 않고도 플라즈마 분위기내에서 특성을 평가할 수가 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (4)

  1. 진공챔버;
    상기 진공챔버내의 상단에 설치되며, 절연체층이 코팅된 플라즈마 전극;
    상기 플라즈마 전극에 전원을 공급하는 플라즈마 전원;
    상기 진공챔버내의 하부에 설치되며, 측정용 소재와, 기준용 소재가 형성된 기판;
    상기 측정용 및 기준용 소재에 전원을 공급하는 전원공급장치;
    상기 진공챔버에 연결되며, 상기 진공챔버내에 플라즈마 방전을 발생시키도록 방전가스를 주입하는 플라즈마 방전가스부; 및
    상기 진공챔버와 연결되어서, 진공챔버의 내부를 진공배기시키는 배기구;를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널의 소재특성평가용 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 전극은 SUS, 구리, 텅스텐, 알루미늄판중에서 선택된 어느 하나의 금속판인 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널의 소재특성평가용 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 전극과 측정용 소재의 간격은 0.5 내지 100 밀리미터 범위이 내인 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널의 소재특성평가용 장치.
  4. 진공챔버내에 플라즈마 전극과, 측정용 소재와 기준용 소재가 형성된 기판을 각각 장입하는 단계;
    상기 진공챔버에 연결된 플라즈마 방전가스부를 통하여 상기 진공챔버내에 플라즈마 방전가스를 주입하는 단계;
    상기 플라즈마 전극과 접속된 플라즈마 전원으로부터 전원을 인가하여 플라즈마를 형성하는 단계;
    상기 측정용 및 기준용 소재와 전기적으로 연결된 전원공급장치로부터 전류를 인가하여 전류값을 측정하는 단계; 및
    상기 측정용 및 기준용 소재에 각각 공급되는 전류량의 차이를 비교하여 상기 측정용 소재의 특성을 평가하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널의 소재특성평가용 장치를 이용한 측정방법.
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