KR100690633B1 - 저저항 전극을 구비한 플라즈마 디스플레이 패널 소자 및그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저저항 전극을 구비한 플라즈마 디스플레이 패널 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 종래 플라즈마 디스플레이 패널 소자에 필수적으로 사용되는 상판 투명 전극은 전압강하를 방지하기 위해 버스 전극을 별도로 형성해 주어야 할 만큼 비저항이 높으며, 이러한 비저항은 제조 과정에서의 셀간 편차, 온도의 상승, 다양한 환경적 편차등의 누적에 의해 큰 폭으로 증가하게 되어 벽전하를 감소시켜 오방전 발생을 유발하는 문제점이 있었다. 또한, 이러한 투명 전극의 비저항은 앞서 나열한 다양한 환경적인 이유로 인해 편차가 발생 및 심화되게 되며, 이러한 개별 셀의 특성 마진 편차는 패널의 품질과 신뢰성을 낮추는 원인이 되는 문제점이 있었다. 상기와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 플라즈마 디스플레이 패널의 상판 투명 전극의 재료에 도전성 나노 와이어를 혼합한 후 이를 이용하여 투명 전극을 형성하도록 하여 포함된 나노 와이어의 도전 특성을 이용함으로써, 외부 환경에 의한 셀의 인가 전압 편차를 줄여 오방전 특성을 크게 개선하고, 방전 전압 손실을 줄여 효율을 높이며, 버스 전극의 물리적 부피를 줄여 휘도를 개선하는 효과가 있다. 또한, 인가 전압에 민감하게 동작하므로 저계조 방전을 안정화 시킬 수 있으며, 전압 마진 역시 확대할 수 있는 효과가 있다.

Description

저저항 전극을 구비한 플라즈마 디스플레이 패널 소자 및 그 제조 방법{PLASMA DISPLAY PANEL DEVICE WITH LOW RESISTANCE ELECTRODE AND MENUFACTURING METHOD THEREOF}

도 1은 일반적인 플라즈마 디스플레이 패널 소자를 보인 단면도.

도 2는 종래 ITO 전극의 구조를 보인 평면도.

도 3은 ITO의 온도에 따른 비저항 특성을 보인 곡선.

도 4는 외부 인가 전압에 따른 각 셀의 양단 ITO 전극 사이의 전압차를 보인 예시도.

도 5는 패널 커패시턴스 변화에 따른 파형 왜곡의 예를 보인 파형도.

도 6은 본 발명 일 실시예의 구조적 특성을 보인 평면도.

***도면의 주요부분에 대한 부호의 설명***

1: 하부 기판 2: 차단막

3: 어드레스 전극 4: 하판 유전체

5: 격벽 6: 형광체

11: 상부 기판 12: 투명(ITO) 전극

13: 버스 전극 20: 외부 전원

30: 나노 와이어 함유 ITO 전극 31: 나노 와이어

본 발명은 저저항 전극을 구비한 플라즈마 디스플레이 패널 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 금속 나노와이어를 온도나 조성에 따라 저항이 상이해지는 투명 전극에 포함시키도록 하여 투명 전극의 저항을 낮추어 전압 강하를 줄이도록 한 저저항 전극을 구비한 플라즈마 디스플레이 패널 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

TFT 액정표시소자(LCD), 유기 EL, FED 등과 함께 차세대 표시 소자로 각광을 받고 있는 플라즈마 디스플레이 패널(Plsama Display Panel:PDP)소자는 격벽(barrier rib)에 의해 격리된 방전 셀 내에서 He + Xe,또는 Ne + Xe 가스의 방전시에 발생하는 147nm 의 자외선이 R,G,B 의 형광체를 여기시켜 그 형광체가 여기상태에서 기저상태로 돌아갈 때의 에너지차에 의한 발광현상을 이용하는 표시소자이다. 상기 PDP 표시소자는 단순구조에 의한 제작의 용이성, 고휘도 및 고발광 효율, 메모리 기능, 높은 비선형성, 160°이상의 광시야각 등의 특성으로 40˝이상의 대형표시소자 시장을 점유할 것으로 기대되고 있으며, 이미 100" 급 이상의 제품도 개발되어 있다.

도1은 일반적인 교류형 PDP 소자를 보인 단면도로서, 먼저 PDP 소자의 하판은 하부 유리기판(1) 상의 전면에 증착되어 기판(1)에 포함된 알카리이온의 침투를 방지하는 차단막(2)과; 상기 차단막(2) 상의 일부에 형성된 방전 셀의 어드레스 전 극(3)과; 상기 어드레스 전극(3)을 포함한 차단막(2) 상의 전면에 형성된 하판유전체(4)와; 상기 하판유전체(4) 상에 형성되어 방전 셀을 격리시키는 격벽(5)과; 상기 격벽(5)에 의해 격리된 하판유전체(4) 상에 형성된 형광체(6)로 이루어진다.

그리고, 플라즈마 디스플레이 패널 소자의 상판은 상부 유리기판(11) 상에 형성된 투명전극(12) 및 그 투명전극(12)의 저항값을 낮추는 버스전극(13)과; 상기 투명전극(12) 및 버스전극(13)을 포함한 상부 유리기판(11) 상의 전면에 형성된 상판 유전체(14)와; 상기 상판 유전체(14) 상의 전면에 형성되어 플라즈마 방전에 따른 상판 유전체(14)를 보호하는 보호막(15)으로 이루어지며, 이와같이 형성된 상판은 보호막(15)이 상기 하판의 격벽(5) 및 형광체(6)와 마주보도록 설치된다.

상기 형광체(6)는 일반적으로 스크린 인쇄법으로 형성되는데, 이를 이용하는 경우 형광체 페이스트를 격벽(5) 사이가 꽉차도록 수회 인쇄한 후 120~150℃에서 건조시키는 과정을 적색, 녹색, 청색 각각 3회 수행 한 후 350~450℃에서 소성하여 형성한다. 최근에는 잉크젯 인쇄를 이용하여 격벽의 상부에 형광체가 잔류하지 않도록 하는 방법을 사용하기도 한다.

상기와 같은 구조와 동작 방식을 가지는 플라즈마 디스플레이 패널은 대면적화와 고휘도화 및 저가격화가 급속히 진행되면서 점차 시잠 점유율을 높여가고 있다. 그러나, 아직도 개선되어야 할 여지가 많이 남아 있는데, 그 중 하나가 반드시 구성되어야 하는 상판 투명 전극의 높은 저항으로 인한 문제점들이다.

도시된 바와 같이 패널의 상판에 적용되는 투명 전극을 이용하여 소자에 사용되는 3개의 전극 중 2개의 전극을 구성는데, 이들은 방전을 위해 정밀하게 동작 하여 벽전하를 유지해야만 한다. 그러나, 투명 전극의 조성 및 특성과 공정상의 편차로인해 셀 별로 걸리는 투명전극들 간 전압(Vs)에도 편차가 발생하고, 온도에 따라서도 비선형적으로 저항이 가변되어 결과적으로는 오방전이나 품질 저하가 발생하게 된다.

도 2는 종래의 투명 전극 구성을 보이는 평면도로서, 같은 라인에 위치한 개별 투명 전극(12)에 동일한 전압을 제공하기 위해 별도로 구성된 저저항의 금속 버스(13)에 투명 전극(12)이 병렬로 연결되어 있다. 상기 투명 전극(12)은 대부분의 경우 ITO 전극을 사용하며, 기본적으로 산소 결핍(vacancy)으로 인해 발생된 자유전자를 받아 활용함으로써 도전 특성을 가지게 되는데, 이러한 산소 결핍은 패널 소자의 모든 구동 조건에서 일정한 것이 아니라는데 문제가 발생한다.

앞서 도시된 도 1의 구조에서 알 수 있듯이 이러한 투명 전극(12) 상부에는 산화계열 유전체(14)가 형성되는데, 상기 산화계열 유전체(14)가 도포되면서 이 층의 산소가 ITO 계면 상의 산소 결핍을 해소하여 자유전자가 소모되며, 그로인해 저항이 상승하게 된다.

또한, 도 3에 도시한 바와 같이 온도의 상승에 따라 ITO 전극(12)의 저항도 급속히 상승하게 된다. 이는 온도의 증가에 따라 상기 유전체(14)의 산소 성분이 ITO 전역에 걸쳐 침투하여 ITO의 산소 결핍을 채워나가기 때문이다. 이는 결과적으로 고온 오방전을 유발하는 원인이 된다.

즉, 고온이 되어 ITO 전극의 저항이 높아지면, 해당 전극이 붙잡고 있던 벽전하들이 주변 전하들과 재결합하려는 성질을 갖게되어 벽전하 손실이 발생하게 되 므로 방전에 실패하기 쉬우며, 리셋의 불완전성과 셀의 공간 불균일성에 따라 이러한 특성은 더욱 심화되게 된다.

도 4는 ITO 전극의 저항값 편차가 실제 전압 강하에 어떠한 영향을 줄 수 있는 지를 도시한 것으로, 예를 들어 동일한 버스 전극에 연결된 5개의 셀에 외부 전압을 인가했을 경우 각 셀의 전극들 사이에 걸리는 전압(Vs) 편차를 보인 것이다.

이상적으로는 패널의 전체 셀 임피던스가 모두 동일하여 모든 셀이 동일한 전압 강하(voltage drop) 값을 가지며 동일한 전압 마진을 가져야 한다. 그러나, 패널의 제조 과정에서 정렬 오차나 공정 마진 내에서의 편차들이 발생하면 셀들 사이의 특성이 상이해지게 된다. 즉, 이러한 셀들의 특성 편차들은 ITO 전극들 간 걸리는 전압 특성이 셀마다 상이해지도록 하며, 이는 하판의 형광체 도포 특성, 격벽에 의한 공간 특성의 미세한 편차등에도 영향을 받아 결국에는 셀들 사이의 전압 마진에도 편차를 가져오게한다. 도시된 경우에는 각 셀들(C1~C5)의 전극들 간 걸리는 전압은 같은 크기의 전압(Vs)을 인가한 경우라도 서로 상이한 전극 간 전압(Vs', Vs'', Vs''') 크기를 가지게 된다.

도 5는 도 4에 도시한 바와 같이 ITO 저항값이 변화되는 경우 상기 투명 전극들 사이에 제공되는 전압 파형이 방전 전과 방전 후에 어떻게 변화되는 지를 보인 것으로, 도시된 바와 같이 방전 전에는 LC 공진 정합(matching)이 이루어져 파형의 왜곡이 없으나, 방전이 실시되면 개별 셀들의 방전 전압에 편차가 발생하게 되고, 패널 커패시턴스가 갑자기 증가하게 되므로 공진 정합이 순간적으로 무너져 파형의 왜곡이 발생하게 된다. 이는 실제 개별 셀의 전압 강하 편차를 더욱 심화시 키게 되어 셀간 마진 특성 편차를 더욱 증가시킨다.

정리하자면, 플라즈마 디스플레이 패널 소자에 필수적으로 사용되는 상판 투명 전극은 전압강하를 방지하기 위해 버스 전극을 별도로 형성해 주어야 할 만큼 비저항이 높으며, 이러한 비저항은 제조 과정에서의 셀간 편차, 온도의 상승, 다양한 환경적 편차등의 누적에 의해 큰 폭으로 증가하게 되어 벽전하를 감소시키며 그 결과 오방전 발생을 유발한다. 또한, 이러한 투명 전극의 비저항은 앞서 나열한 다양한 환경적인 이유로 인해 편차가 발생 및 심화되게 되며, 이러한 개별 셀의 특성 마진 편차는 패널의 품질과 신뢰성을 낮추는 원인이 된다.

상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 플라즈마 디스플레이 패널의 상판 투명 전극의 재료에 도전성 나노 와이어를 혼합한 후 이를 이용하여 투명 전극을 형성하도록 함으로써, 포함된 나노 와이어의 도전 특성을 이용하여 외부 환경에 의한 셀의 인가 전압 편차를 줄여 오방전 특성을 크게 개선할 수 있도록 한 저저항 전극을 구비한 플라즈마 디스플레이 패널 소자 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 상판 기판과; 그 상부에 형성되며, 도전성 나노 와이어가 포함된 투명 전극 패턴과; 상기 투명 전극 패턴 각각에 연결된 도전성 버스 전극과; 상기 구조물 전면에 형성된 유전체 및 보호막을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 투명 전극 재료에 도전성 나노와이어를 혼합한 후 이를 상판 기판 상에 성막하여 투명 전극을 형성하는 단계와; 상기 형성된 투명 전극 상부에 도전성 버스 전극을 형성하는 단계와; 상기 구조물 상부 전면에 유전체를 형성하고, 그 상부에 보호막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와같은 본 발명을 일 실시예를 통해 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 6은 본 발명을 적용한 일 실시예를 보인 것으로, 투명 전극 재료에 금속 나노와이어(31)를 혼합하여 도전성 나노 와이어 함유 투명전극(30)을 형성한 예들이다. 도 6a와 도 6b는 임의의 투명 전극 구조에 관계 없이 본 발명을 적용할 수 있다는 것을 보이는 것이며, 그 형태 외에도 다양한 전극 구조에도 적용할 수 있다. 상기 투명 전극(30)은 가장 많이 사용되는 ITO 전극인 것이 바람직하다.

상기 나노 와이어는 금속 혹은 무기물 나노 와이어로서, 최근 탄소 나노튜브나 은나노 기술과 더불에 급속히 연구되고 있는 기술이다. 특히, 다중 껍질 나노 와이어(WS₂, MoS₂, NiCl₂)들이 무기물에서도 발견됨에 따라 적용의 폭을 다양화 해가고 있다.

이러한 나노 와이어는 대단히 미소한 크기를 가지기 때문에 시각적으로 구별이 어려우며, 이를 투명 전극에 적용한다 할지라도 적용 여부를 시각적으로 판단하기 어렵다. 또한, 실질적인 휘도 저하와 투명 전극의 전압 강하 방지 효과의 정도를 나노와이어 혼합량을 조절하는 것으로 원하는 대로 설정할 수 있다.

상기 금속 나노와이어를 혼합한 투명전극 재료를 이용하여 상판 기판 상에 투명 전극을 형성하는 경우에는 혼합된 금속 나노와이어의 혼합성을 유지하기 위해 일반적인 스퍼터링 증착이나 스핀코팅 등 보다는 인쇄법이나 스프레이법 등의 분사 증착 방법을 사용하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 산소 결핍에의한 자유전자로 도전성을 확보하는 투명 전극(30)에 저항이 극히 낮은 도전성 나노 와이어(31)가 시각적으로 확인이 안될 정도로 포함되어 있으므로 투명 전극(30)의 전압 강하는 거의 발생하지 않게 된다. 특히, 기본적인 전압 강하는 물론이고, 고온에서의 전압강하 역시 대부분의 전류가 나노 와이어(31)를 매개로 하여 흐르기 때문에 투명 전극(30) 소재의 저항이 높아진다 할지라도 전체 투명 전극(30)의 전체 저항은 거의 변화하지 않는다. 이는 LC변화에 따른 파형 왜곡 상에서도 전압 강하가 작기 때문에 셀 간 인가 전압 편차가 현저하게 줄어들게 된다. 특히, 온도에 둔감한 투명 전극(30)의 특성은 벽전하 손실을 막아 고온 오방전 특성을 획기적으로 개선할 수 있게 된다. 그리고, 투명 전극의 전압강하가 작기 때문에 인가 전압에 민감하게 반응할 수 있어 저계조를 표현하기 위한 방전도 안정적으로 실시할 수 있게 된다.

또한, 투명 전극(30)의 저항에 의한 전압 강하를 방지하기 위해 개구율 저하를 감수하면서 적용되는 버스 전극의 두께나 폭을 줄일 수 있어 개구율을 더 증가시킬 수 있게 된다. 따라서, 금속 나노 와이어의 적용에 의한 미비한 휘도 감소를 개구율 증가를 통해 보상하거나 오히려 휘도를 높일 수 있게 된다.

상술한 바와같이, 본 발명 저저항 전극을 구비한 플라즈마 디스플레이 패널 소자 및 그 제조 방법은 플라즈마 디스플레이 패널의 상판 투명 전극의 재료에 도전성 나노 와이어를 혼합한 후 이를 이용하여 투명 전극을 형성하도록 하여 포함된 나노 와이어의 도전 특성을 이용함으로써, 외부 환경에 의한 셀의 인가 전압 편차를 줄여 오방전 특성을 크게 개선하고, 방전 전압 손실을 줄여 효율을 높이며, 버스 전극의 물리적 부피를 줄여 휘도를 개선하는 효과가 있다. 또한, 인가 전압에 민감하게 동작하므로 저계조 방전을 안정화 시킬 수 있으며, 전압 마진 역시 확대할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 상판 기판과;

   그 상부에 형성되며, 도전성 나노 와이어가 포함된 투명 전극 패턴과;

   상기 투명 전극 패턴 각각에 연결된 도전성 버스 전극과;

   상기 투명 전극 패턴과 상기 버스 전극이 형성된 상기 상판 기판의 전면에 형성된 유전체 및 보호막을 포함하는 것을 특징으로 하는 저저항 전극을 구비한 플라즈마 디스플레이 패널 소자.
2. 제 1항에 있어서, 상기 도전성 나노 와이어가 포함된 투명 전극은 금속 나노와이어가 포함된 ITO 전극인 것을 특징으로 하는 저저항 전극을 구비한 플라즈마 디스플레이 패널 소자.
3. 투명 전극 재료에 도전성 나노와이어를 혼합한 후 이를 상판 기판 상에 성막하여 투명 전극을 형성하는 단계와;

   상기 형성된 투명 전극 상부에 도전성 버스 전극을 형성하는 단계와;

   상기 투명 전극 패턴과 상기 버스 전극이 형성된 상기 상판 기판의 전면에 유전체를 형성하고, 그 상부에 보호막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 저저항 전극을 구비한 플라즈마 디스플레이 패널 소자 제조 방법.
4. 제 3항에 있어서, 상기 투명 전극을 형성하는 단계는 ITO 전극 재료에 금속 나노와이어를 혼합한 후 상기 상판 기판 상에 분사 증착하는 것을 특징으로 하는 저저항 전극을 구비한 플라즈마 디스플레이 패널 소자 제조 방법.

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