KR100945120B1 - 플라즈마 디스플레이 패널 - Google Patents

Abstract

응답 속도의 경시 변화를 저감한다. 가스 방전을 위한 전극을 피복하는 유전체층 위에 성막된 산화마그네슘막을 갖는 플라즈마 디스플레이 패널에서, 산화마그네슘막의 산소 결손량을 3.0×10¹⁷∼1.0×10²⁰개/㎤, 바람직하게는 3.0×10¹⁷∼1.0×10¹⁸개/㎤로 한다. 산화마그네슘막의 결정 배향성을 (220)면 배향으로 한다.

산화마그네슘, 결정 배향성, (220)면 배향, 산소 결손량, 응답 속도

Description

플라즈마 디스플레이 패널{PLASMA DISPLAY PANEL}

본 발명은, 전극을 피복하는 산화마그네슘막을 가진 플라즈마 디스플레이 패널에 관한 것으로, 상세하게는 산화마그네슘막의 개량에 관한 것이다.

일반적으로, AC형 플라즈마 디스플레이 패널은, 표시 전극을 피복하는 유전체층을 보호하기 위한 내스퍼터막으로서 산화마그네슘(MgO)막을 구비한다. 산화마그네슘막은, 유전체층 위에 성막되어 가스 방전 공간에 노출된다. 산화 마그네슘이 2차 전자를 방출하기 쉬운 고γ 물질이므로, 산화마그네슘막은 방전 개시 전압의 저감에도 기여한다.

내스퍼터성의 향상이나 방전 특성의 개선을 목적으로 하는 산화마그네슘막의 연구가 한창 행해지고 있다. 예를 들면, 결정 배향성 및 조성에 관한 일본 특개평 10-106441호 공보(특허 문헌 1), 일본 특개평 11-135023호 공보(특허 문헌 2), 일본 특허 제3247632호 공보(특허 문헌 3), 일본 특허 제3425063호 공보(특허 문헌 4)가 있다. 특허 문헌 1은 (111)면 배향의 산화마그네슘막을 그것보다도 치밀한 (110)면 배향의 산화마그네슘막으로 대체함으로써 내스퍼터성을 높이는 것을 제안하고 있다. 특허 문헌 2에는 (110)면 배향의 산화마그네슘막을 플라즈마 CVD법에 의해 성막하는 것이 기재되어 있다. 특허 문헌 3은, 원자가가 3 이상이고 또한 이온 반경이 마그네슘에 가까운 원소(예를 들면 규소)를 포함하는 산화마그네슘막이 어드레스 방전이 일어나지 않는 어드레스 미스의 저감에 유용한 것을 개시하고 있다. 동일 문헌에서, 어드레스 미스가 저감되는 이유에 대해서, 불순물로 되는 원소의 함유가 2차 전자의 방출량을 증대시키는 것으로 추찰되고 있다. 특허 문헌 4는, 2차 전자를 보다 많이 방출시키기 위해서 마그네슘과 마찬가지의 6배위의 불순물 이온(Fe, Ni, Co, V, Mn, Cr, Ru, Ti, Ta, Pd, Al, Rh, Sb, Nb로 이루어지는 군으로부터 선택됨)을 도프한, (n00)면 배향 또는 (mm0)면 배향(n, m은 각각 1 이상의 정수)의 산화마그네슘막을 개시하고 있다.

또한, 산화마그네슘막의 산소 결손에 주목한 막질의 개량에 관해서 일본 특개 2006-28005호 공보(특허 문헌 5)가 있다. 동일 문헌에서는，-15∼90℃의 온도 범위에서의 응답 시간의 온도 의존성을 저감하는 데에 바람직한 산소 결손량으로서, 5.0×10¹⁵∼2.0×10¹⁷개/㎤의 범위가 특정되어 있다. 단, 동일 문헌에서의 산소 결손량이란 전자 스핀 공명(ESR: Electron Spin Resonance)법으로 측정되는 F 센터와 F⁺ 센터의 합계수로부터 구해지는 양이며, 응답 시간이란 방전을 일으키는 전압의 인가로부터 방전으로 방출되는 근적외선이 검출되지 않게 되는 시점(발광의 종료)까지의 시간이다.

플라즈마 디스플레이 패널의 경시 변화로서 응답 속도의 저하가 알려져 있다. 즉, 플라즈마 디스플레이 패널에서는, 표시의 누적 시간이 길어짐에 따라서, 방전을 일으키기 위한 전압 펄스의 인가에 대한 방전 지연이 현저해진다. 응답 속도란 방전 지연의 정도를 나타내는 지표이다. 이 경시 변화에는 산화마그네슘막의 어떠한 변화가 관계된다고 생각되고 있지만, 변화의 원인은 해명되어 있지 않다.

플라즈마 디스플레이 패널에 적용되는 구동 파형에는, 그 설계의 단계에서 상기의 응답 속도의 저하가 예상되고 있다. 응답 속도의 저하가 없거나 또는 경미하면, 전압 펄스의 펄스 폭은 초기의 응답 속도에 적합한 최소한의 폭 또는 그것에 가까운 폭이면 된다. 그러나, 실제로는 예를 들면 누적 20000시간의 사용으로 30% 정도의 속도 저하가 생기므로, 응답 속도가 저하되어도 정상적으로 방전이 일어나도록 펄스 폭이 속도 저하의 예상분만큼 길게 선정된다.

펄스 폭을 보다 짧게 하는 것이 특히 어드레싱의 고속화의 관점에서 요망되고 있다. 어드레스 방전을 발생시키는 어드레스 펄스의 펄스 폭을 현상보다도 짧게 할 수 있으면, 한정된 시간 내에 인가 가능한 어드레스 펄스의 수가 증가하므로, 보다 표시 라인수가 많은 고해상도의 표시가 가능하게 된다. 또는 어드레싱의 소요 시간의 단축분만큼 표시 방전의 횟수를 늘려 휘도를 향상시킬 수 있다. 펄스 폭을 짧게 하기 위해서는, 응답 속도의 경시 변화를 개선할 필요가 있다.

본 발명은, 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 응답 속도의 경시 변화가 경미한 플라즈마 디스플레이 패널의 제공을 목적으로 하고 있다.

상기 목적을 달성하는 플라즈마 디스플레이 패널은, 가스 방전을 위한 전극을 피복하는 유전체층 위에 성막된 산화마그네슘막을 갖고, 상기 산화마그네슘막의 산소 결손량이 3.0×10¹⁷∼1.0×10²⁰개/㎤인 것을 특징으로 하는 것이다.

바람직한 양태에서, 산화마그네슘막의 산소 결손량이 3.0×10¹⁷∼1.0×10¹⁸개/㎤이다.

보다 바람직한 양태에서 상기 산화마그네슘막의 결정 배향성이 (220)면 배향이다.

본 발명에 따르면, 응답 속도가 저하되는 경시 변화의 변화량을 저감할 수 있다.

본원 발명의 상기 목적 및 그 외의 목적, 특징 및 장점은 첨부 도면과 결부하여 후술되는 다음의 설명으로부터 더욱 명확해질 것이다.

본 발명의 실시 형태에 따른 플라즈마 디스플레이 패널의 구조의 일례를 도 1에 도시한다. 도시한 플라즈마 디스플레이 패널(1)은 전면판(10)과 배면판(20)으로 구성되는 전형적인 3전극 면 방전 구조를 갖는다. 도 1에서는 내부 구조를 알기 쉽게 하기 위해서 전면판(10)과 배면판(20)을 분리시켜 도시하고 있다. 전면판(10)에 구비되는 글래스 기판(11)에 면 방전 형식의 표시 방전을 발생시키기 위한 표시 전극 X 및 표시 전극 Y가 배열되고, 이들 전극을 피복하는 유전체층(17) 위에 보호막으로 불리는 내스퍼터막으로서 산화마그네슘막(18)이 성막된다. 전면판(10)과 대향하는 배면판(20)은, 글래스 기판(21), 어드레스 전극 A, 유전체층(24), 복수의 격벽(23), 적(R)의 형광체(24), 녹(G)의 형광체(25), 및 청(B)의 형광체(26)를 구비한다. 격벽(23)에 의해 구획되는 내부 공간에는 방전 가스가 충전된다.

플라즈마 디스플레이 패널(1)의 구성의 특징은, 산화마그네슘막(18)의 산소 결손량이 3.0×10¹⁷개/㎤ 이상으로 선정되어 있는 것이다. 이와 같은 산화마그네슘막(18)을 가스 방전 공간에 노출되는 보호막으로 함으로써, 응답 속도의 경시 변화를 억제할 수 있다.

산화마그네슘막(18)의 성막에는 이온 플래팅법 및 전자 빔 증착법이 적합하다. 성막 중의 기판 온도, 압력, 및 분위기의 성분(산소, 수소, 및 물)을 제어함으로써, 산소 결손량 및 결정 배향성의 제어가 가능한 것은 알려져 있다.

실시예로서 이온 플래팅법을 이용하여 저융점 글래스로 이루어지는 유전체층(17) 위에 두께 약 1㎛의 산화마그네슘막을 성막하였다. 기판 과열 온도를 100∼300℃의 범위 내의 온도로 설정하고, 성막 압력을 2.0×10^-3∼4.0×10^-4hPa의 범위에서, 산소 분압을 1.3×10^-3∼1.3×10^-4hPa의 범위에서, 수소 분압을 1.3×10^-3∼1.3×10^-5hpa의 범위에서, 수분압을 1.3×10^-3∼1.3×10^-5hpa의 범위에서 각각 조정하여 복수의 전면판을 제작하였다. 이들 전면판에서는 산화마그네슘막의 성막 조건만이 상이하고 다른 구성은 동일하다. 전면판을 제작하기 위한 산화마그네슘막의 성막과 동시에 막질 해석용의 시료를 얻기 위해서 시료용의 소기판 위에도 산화마그네슘막을 성막하였다. 복수의 전면판의 각각과 별도 제작한 배면판을 접합하여 플라즈마 디스플레이 패널을 제작하였다. 얻어진 플라즈마 디스플레이 패널의 반응 속도를 측정함과 함께, 시료에서의 산화마그네슘막의 산소 결손량 및 결정 배향성을 측정하였다.

산소 결손량의 측정에는 특허 문헌 5의 개시와 마찬가지로 전자 스핀 공명법(ESR법)을 이용하였다. 따라서, 측정량은 F 센터와 F⁺ 센터의 합계수에 대응한다. F 센터란 산소 결손 부분에 전자가 2개 트랩된 상태를 가리키고, F⁺ 센터란 전자가 1개 트랩된 상태를 가리킨다. 비상 자성인 F 센터에 대해서는, ESR에 의해 직접적으로는 측정할 수 없으므로, 자외선 조사에 의해 전자가 1개 여기되어 F 센터가 F⁺ 센터로 대체되는 작용을 이용하여, 자외선 조사 전후의 ESR 시그널에 의해 F⁺ 센터수를 구하였다.

결정 배향성의 측정에는 평면 X선 해석 장치(XRD: X-Ray Diffractometer)를 이용하였다.

표 1에 산화마그네슘막의 산소 결손량을 제어한 플라즈마 디스플레이 패널의 초기 응답 속도의 측정 결과를 나타낸다. 표 1에서, 초기 응답 속도에 대해서는 비교예 1에서의 값을 1로서 규격화한 상대값으로 나타냈다. 또한, 표 1이 나타내 는 실시예1∼9 및 비교예1∼3에서의 산소 결손량과 초기 응답 속도와의 관계를 도 2에 도시하였다.

표 1 및 도 2와 같이, 산소 결손량이 1.1×10¹⁷개/㎤(비교예3)∼1.6×10¹⁸개/㎤(실시예9)인 범위에서, 초기 응답 속도에 큰 차이는 보이지 않는다. 이에 대해서는, 산소 결손량이 비교적 적은 경우에는 산소 결손량의 증대에 따라서 2차 전자의 방출량도 증대하지만, 산소 결손량이 어느 정도 이상으로 되면 2차 전자의 방출 작용이 포화된다고 생각된다.

표 1의 예 중으로부터, 산소 결손량이 크게 상이한 플라즈마 디스플레이 패널을 선택하여 점등 수명 시험을 행하였다. 평가 시간을 단축하기 위해서, 구동 주파수를 통상의 3∼6배에 상당하는 60㎑로 하는 가속 시험으로 하였다. 점등 수명 시험의 점등 시간은 통상의 사용에서의 누적 20000시간의 표시에 상당한다. 점등 수명 시험의 전후에서의 응답 속도의 변화량을 표 2 및 도 3 도시한다. 변화량은 시험 전의 값에 대한 시험 전후의 차의 비율이다. 예를 들면 변화량 0.4란 시험 후의 방전 지연이 시험 전의 그것의 1.4배인 것을 의미한다.

표 2 및 도 3과 같이, 산소 결손량이 많을수록 응답 속도의 변화량이 적은 것을 알 수 있다. 산소 결손량이 특허 문헌 5에서 상한으로 된 2.0×10¹⁷개/㎤와 동일 정도의 2.6×10¹⁷개/㎤인 비교예1의 변화량이 0.4이므로, 응답 속도의 경시 변화를 개선하기 위해서는 산소 결손량을 3.0×10¹⁷개/㎤ 이상으로 하는 것이 유효하다. 단, 산소 결손량을 예를 들면 결정을 구성하는 원자의 최대수(일반적으로 1.0×10²³개/㎤)의 0.1%를 초과할 정도로 극단적으로 많게 하면, 결정의 왜곡이 우려된다. 최대라도 1.0×10²⁰개/㎤ 이하로 제한할 필요가 있다. 즉, 산소 결손량을 3.0×10¹⁷∼1.0×10²⁰개/㎤로 제어해야 한다.

여기서, 산소 결손량을 증가시킨 것에 의한 응답 속도의 개선 이유에 대해서 설명한다. 응답 속도를 결정하는 방전 지연 시간은 통계 지연 시간과 형성 지연 시간의 2개로 나누어진다. 통계 지연 시간이란 전압을 인가하고 나서 처음 전자가 발생할 때까지의 시간을 가리킨다. 형성 지연 시간은 처음 전자가 발생하고 나서 방전이 형성될 때까지의 시간을 가리킨다. 통계 지연 시간에는 프라이밍 효과가 강하게 영향을 미친다. 즉, 이전의 방전으로부터의 시간이 길어지면 프라이밍 입자가 감소하여, 통계 지연 시간이 커진다. 산화마그네슘이 밴드 갭 내에 산소 결손에 의한 전자 방출 준위를 형성하는 것이 구명되어 있고, 산소 결손이 프라이밍 입자의 공급원으로서 작용한다. 점등 수명 시험에서 응답 속도가 저하되는 이유로서, 방전에 의한 이온 충격으로 산화 마그네슘의 결정 구조가 파괴되어, 산소 결손의 수가 감소되는 것이 생각된다. 따라서, 산화 마그네슘의 산소 결손수를 미리 의도적으로 많게 함으로써, 방전에 의한 이온 충격 후에서도 프라이밍 입자의 공급원인 산소 결손이 보상되어, 초기의 응답 속도가 거의 유지된다고 추측한다.

그러나, 산소 결손은 구조적인 결함이므로, 전술한 바와 같이 극단적으로 많게는 하지 않더라도, 산소 결손의 증가는 결정 격자의 왜곡을 크게 하여, 내스퍼터성이 저하될 우려가 남는다. 따라서, 결정 구조를 일반적으로 채용되고 있는 (111)면 배향과 비교하여 화학적으로 안정된 (220)면 배향을 채용하고, 그에 의해 내스퍼터성의 저하를 억제하는 것이 유효하다고 생각된다.

표 2에 나타낸 각 예에서의 산화마그네슘막의 굴절률을 비교하면，(220)면 배향으로 함으로써 굴절률이 높게 되어 있다. 굴절률은 막의 밀도를 반영하고 있으므로, (220)면 배향의 막은 (111)면 배향의 막과 비교하여 치밀하고 내스퍼터성이 우수하다.

한편, 산소 결손수의 증가가 고온 동작 시에서의 방전 전압의 상승을 야기할 우려가 있다. 따라서, 표 1의 예 중으로부터, 산소 결손량이 서로 다른 3개의 플라즈마 디스플레이 패널을 선택하여 고온 마진 특성을 조사하였다. 25℃에서 표시 방전을 일으키는 서스테인 전압과 80℃에서 표시 방전을 일으키는 서스테인 전압의 차 ΔVsmin을 표 3에 나타낸다. 실시예8의 1.1×10¹⁸개/㎤ 부근에서 동작 전압과의 상승이 커져 있는 것을 확인하였다. 동작 온도에 의존하는 서스테인 전압의 마진을 8볼트로 하면, 산소 결손량의 상한을 1.0×10¹⁸개/㎤로 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 몇 개의 실시예가 도시되고 설명되었지만, 개시된 실시예들은 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 변경들 및 수정들이 행해질 수 있다는 것을 이해해야 한다. 따라서, 본 명세서에서 도시되고 설명된 상세들에 의해 본 발명을 한정하고자 하는 것이 아니라, 첨부된 특허청구의 범위 내에서 이러한 모든 변경들 및 수정들을 포함하는 것이 의도된다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 플라즈마 디스플레이 패널의 셀 구조의 일례를 도시하는 분해 사시도.

도 2는 산화마그네슘막의 산소 결손량과 초기 응답 속도와의 관계를 나타내는 그래프.

도 3은 산화마그네슘막의 산소 결손량과 응답 속도의 변화량과의 관계를 나타내는 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 디스플레이 패널

10: 전면판

11: 글래스 기판

18: 산화마그네슘막

20: 배면판

23: 격벽

Claims (6)

1. 가스 방전을 위한 전극을 피복하는 유전체층 위에 성막된 산화마그네슘막을 갖는 플라즈마 디스플레이 패널로서,

   상기 산화마그네슘막의 산소 결손량이 3.0×10¹⁷∼1.0×10²⁰개/㎤인 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널.
2. 제1항에 있어서,

   상기 산화마그네슘막의 산소 결손량이 3.0×10¹⁷∼1.0×10¹⁸개/㎤인 플라즈마 디스플레이 패널.
3. 제2항에 있어서,

   상기 산화마그네슘막의 결정 배향성이 (220)면 배향인 플라즈마 디스플레이 패널.
4. 전면 기판과,

   상기 전면 기판 위에 형성된 표시 전극과,

   상기 전면 기판 위에 상기 표시 전극을 피복하도록 형성된 유전체층과,

   상기 유전체층 위에 형성된 산화 마그네슘층을 포함하는 플라즈마 디스플레 이 패널로서,

   상기 산화마그네슘막의 산소 결손량이 3.0×10¹⁷∼1.0×10²⁰개/㎤인 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널.
5. 제4항에 있어서,

   상기 산화마그네슘막의 산소 결손량이 3.0×10¹⁷∼1.0×10¹⁸개/㎤인 플라즈마 디스플레이 패널.
6. 제5항에 있어서,

   상기 산화마그네슘막의 결정 배향성이 (220)면 배향인 플라즈마 디스플레이 패널.

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