KR100988362B1

KR100988362B1 - 피디피용 저전압 보호막 재료 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100988362B1
Application number: KR1020080099533A
Authority: KR
Inventors: 김정석; 정석; 김용석; 윤상훈; 안석근
Original assignee: (주)씨앤켐
Priority date: 2008-10-10
Filing date: 2008-10-10
Publication date: 2010-10-19
Also published as: CN101728157A; JP2010092864A; KR20100040433A

Abstract

본 발명은 플라스마 디스플레이 소자(PDP)의 전면판 보호막의 성분 및 제조방법에 관한 것으로서, 기존의 AC PDP에서 보호막으로 사용되어 왔던 순수 MgO 재료 또는 도핑된 MgO 재료를 대체하여, MgO-ZnO 고용체 산화물[(Mg_1-xZn_x)O]을 보호막 증착원으로 이용하여 보호막을 형성하거나, MgO-ZnO 고용체 산화물[(Mg_1-xZn_x)O] 단결정 분말 재료를 보호막으로 사용하는 것을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명에 따르면, 제공된 MgO-ZnO 고용체 산화물 보호막은 AC PDP의 방전 전압을 저하시켜서, 방전 효율을 획기적으로 향상키는 것이 가능하여, 소자의 소비 전력을 감소시키고, 전기 전자 부품의 개수 및 용량을 감소시키는 것이 가능하게 되어 PDP 원가를 감소시킬 수 있기 때문에, PDP의 특성을 향상시키고 모듈의 원가를 감소시킬 수 있는 장점이 있다.

PDP, 보호막

Description

피디피용 저전압 보호막 재료 및 그 제조방법 {PROTECTIVE MATERIALS OF LOW FIRING VOLTAGE AND THEIR METHOD OF MANUFACTURING FOR PDP}

본 발명은 플라스마 디스플레이 소자(Plasma Display Panel: PDP)의 전면판에 사용되는 보호막 재료 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 MgO 와 ZnO 산화물간의 고상 고용체(solid solution)인 (Mg_1-xZn_x)O 산화물에서 Zn의 함량, x, 이 0.0-0.4의 범위에 있고, 밴드갭 내에 F-타입 결함 또는 비화학 당량에 의한 결함(non-stoichiometric defects)이 제어된 (Mg_1-xZn_x)O 산화물 펠렛을 전자빔 증착(e-beam evaporation), 이온 플레이팅(ion-plating), 스퍼터링(sputtering) 등의 박막 형성 공정을 이용하여 PDP용 보호막을 형성하는 방법을 제공한다.

또한 MgO 와 ZnO 산화물간의 고상 고용체(solid solution)인 (Mg_1-xZn_x)O 산화물에서 Zn의 함량, x, 이 0.0-0.4의 범위에 있고, 밴드갭 내에 F-타입 결함 또는 비화학 당량에 의한 결함(non-stoichiometric defects)이 제어된 (Mg_1-xZn_x)O 단결정 산화물 분말을 스프레이 코팅 (spray coating), 스핀 코팅(spin coating), 전기영동 코팅(electrophoretic coating), 테이블 코팅(table coating) 등의 후막 형성 공정을 이용하여 PDP용 보호막을 형성하는 방법을 제공한다.

PDP는 평판형 표시 소자로서 화질이 우수하고, 두께가 얇으며, 무게가 가볍기 때문에 40 인치 이상의 대형 표시장치에 주로 사용되고 있다. 플라즈마 디스플레이 소자는 배면판에 형성된 다수의 격벽과 다수의 어드레스 전극, 전면판에 형성되어 있는 다수의 서스테인 전극이 수직으로 교차하는 지점에서 화소가 형성되어 화상을 구현하게 된다.

이러한 PDP의 개략적인 구조를 나타내면 도 1과 같다. 유리 또는 금속 기판을 소재로 한 전면판(80)상에 투명 유전층(90)이 코팅되어 있고, 어드레스 전극(50)이 배면판(80) 또는 배면 유전층(90)상에 형성되어 있다. 어드레스 전극(50)을 사이에 두고 긴 스트라이프(stripe) 형상의 격벽(60)이 존재하며 상기 격벽(60) 사이의 공간상 표면에 형광체가 도포되어 있어 서브 화소(sub pixel)를 구성한다. 유리로 이루어진 전면판(10) 상에는 다수의 서스테인 전극 및 스캔(40)이 형성되어 있으며, 그 아래에 상부 유전체(20)와 MgO 보호층(30)이 존재한다. 따라서, 이들 전면판(10)과 배면판(80)이 결합되게 되면, 상기 격벽(60)에 의해 격리된 다수의 화소 공간이 생기게 된다. 이러한 격리 공간상에는 Ne/Xe 가스 또는 Ne/He/Xe 가스 등이 봉입되어 있어서, 서스테인 전극(40)과 어드레스 전극(50)에 전압이 인가되면 상기 공간상에서 글로우 방전에 의하여 플라즈마가 형성되고, 서스테인 전극과 스켄 전극 간에 서스테인 전압을 인가하면 어드레스 과정에서 벽 전압이 형성된 방전셀의 서스테인 전극 간에 글로우 방전이 발생하고, 이때 발생된 플라즈마로부터 생성된 진공 자외선(vacuum ultra vilolet)이 격벽 측면 및 격벽 간 하저면에 코팅되어 있는 형광체를 여기시켜, 적색, 녹색 및 청색 가시광선이 발생하게 된다.

MgO 보호막은 PDP의 글로우 방전이 발생하는 동안에는 2차 전자 방출(secondary electron emission)을 발생시켜, 방전 전압을 저하시키는 역할을 하고, 방전이 종료된 후에는 exo-전자(exo-electron)를 방출하여 방전 지연 시간을 개선하는 특성을 가지고 있어, PDP 개발 초기부터 전자 방출 재료로서 사용되어 왔다. 최근 PDP의 소비 전력을 감소시키기 위해서 방전 가스의 Xe 함량을 증가시키기 위한 노력이 경주되고 있다 [G. Oversluizen, T. Dekker, M. F. Gillies, S. T. de Zwart,“High-Xe-content high-efficacy PDPs”, J. of the SID, 12(1), pp51- 55(2004)]. 이들 연구 결과에 의하면 방전 가스 내의 Xe 함량을 50%까지 증가시킬 경우, 방전 효율은 기존 패널 대비 3배 이상 개선되는 되는 것으로 보고되고 있다. 그러나, 이와 같이 방전 가스 내에 Xe 함량을 증가시키면, 방전 전압이 급격하게 상승하는 문제점이 있다. 이것은 Xe 이온에 의하여 2차 전자의 방출이 발생하지 못하기 때문이다.

AC PDP 글로우 방전 과정에서 MgO 보호막으로 부터 2차 전자 방출은 대부분 오제이(Auger) 중화 과정을 통하여 발생하는 것으로 알려져 있는데 이 방출 과정을 모식적으로 나타내면 도 2와 같다. MgO의 표면에 PDP의 방전에 의하여 생성된 이온이 접근하면, MgO의 산소 이온의 2P 전자 괘도에 있는 전자가 터넬링에 의하여 이온과 중화 반응을 일으키고, 이때 발생되는 에너지가 밸런스(valence) 밴드 내에 존재하는 전자에 전달되어 외부로 방출되는 것이다. 이와 같은 과정에 의하여 2차 전자가 방출되기 위해서는 다음의 조건이 만족되어야 한다 [H. Hagstrum, "Theory of Auger Neutralization of Ions at the Surface of a Diamond-Type Semiconductor", Phys. Review, 122(1), pp83-113(1961)].

Ε _i ― 2(Ε _g ＋Х) ＞ 0 식 1)

여기서 Ε _i 는 가스의 이온화 에너지이고, Ε _g 는 2차 전자를 방출하는 물질의 밴드갭 에너지이고, Х는 2차 전자를 방출하는 물질의 전자 친화도(electron affinity)이다. 즉 전자를 용이하게 방출하기 위해서는 가스 이온의 이온화 에너지가 크거나, 2차 전자를 방출하는 재료의 밴드갭 에너지와 전자 친화도가 상대적으로 작아야 하는 것이다.

재료의 밴드갭 에너지를 감소시키어, 2차 전자 방출 계수를 증가시키기 위한 방법은 미국 특허 공개공보 US2007/0262715A1 호에 개시되어 있다. 상기 특허에 의하면 M_xMg_1-xO의 조성에서 x의 조성 범위가 0.01< x <1.0이고, M은 Be, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Zn, Na, Al에서 선택된 것 또는 그의 혼합물을 제공하고 있다. 그리고 상기의 조성이 밴드갭 에너지를 3.5eV내지 7eV를 가질 것을 규정하고 있다. 이들 조성 중에서 더욱 바람직하게는 M 성분이 Be, Ca, Sr, Ba, Ra 원소 또는 그의 혼합물일 것을 제안하고 있다. 이와 같은 M_xMg_1-xO의 조성 물질의 사용은 2차 전자의 방출 계수를 증가시켜 방전 전압을 저하시키고, 이에 따라 전자 가열 효율을 향상시켜, PDP의 소비 전력을 감소시키는 데 기여하고 있다.

(M_xMg_1-x)O 물질이 PDP 글로우 방전에서 생성된 Xe 이온과의 오제이(Auger) 중화 반응을 통하여 2차 전자를 재료 외부로 방출하기 위해서는 밴드갭 에너지를 일정 값 이하로 감소시켜야 할 뿐만이 아니라, 전자 방출에 필요한 다양한 전제 조건이 만족되어야 한다.

첫째, 상기 식 1)에 Xe 이온의 이온화 에너지(12.13eV)과 (M_xMg_1-x)O 재료의 가상 전자 친화도 값(~0.85eV)을 대입하면, Xe 이온이 오제이 중화 반응을 통하여 전자를 방출할 수 있는 밴드갭 에너지의 상한 값은 5.22eV가 된다. 만약 가상 재료의 전자 친화도가 0eV 또는 음의 값을 가지는 경우에는 밴드갭 에너지 상한 값은 6.07eV까지 증가된다. 그러나 전자 친화도가 0.85eV이상으로 증가되면, 밴드갭 에너지의 상한은 5.22eV 이하로 감소되어야 한다. 또 전자 친화도가 1.5eV 재료에서는 Xe 이온과의 오제이 중화 반응에 의하여 전자를 방출하기 위해서는 4.57eV까지 감소하여야 한다. 따라서 Xe 이온과의 오제이 중화 반응에 의한 2차 전자 방출 여부는 (M_xMg_1-x)O 물질의 밴드갭 에너지가 아니라, 밴드갭 에너지와 전자 친화도 값으로 정의되어야 하는 것이다. 또한 (M_xMg_1-x)O 보호막 재료는 가시 광선에 대한 투과도가 높아야 한다. 이 가시 광선 투과도는 밴드 갭 에너지에 의하여 좌우되는데, 밴드갭 에너지는 청색 가시광선 (파장: 400nm)가 통과할 수 있는 3.1eV 에너지 보 다는 커야 하는 조건을 만족하여야 한다. 따라서 본 발명에서는 Xe 이온이 (M_xMg_1-x)O 물질과의 오제이 중화 반응을 통하여 전자가 방출되기 위한 물질의 물리적 특성을 정확하게 제공하고자 한다.

둘째로 AC-PDP의 보호막으로 사용될 (M_xMg_1-x)O 물질은 단일상 물질일 것이 요구된다. 대부분의 세라믹 산화물 재료는 상호 용해도가 작기 때문에, 두 개의 산화물을 혼합할 경우, 단일상(single phase)를 형성하기 보다는 두 개의 서로 다른 결정 구조, 물질 특성을 가진 상이 형성되는 것이 일반적이다. 그러나 이들 두 개의 상은 물리적 성질이 서로 상이하기 때문에 2차 전자의 방출 계수가 달라지는 것은 물론, 글로우 방전 가스내의 이온 또는 준안정 기체 원자에 의하여 스퍼터링(sputtering)되는 정도가 다르게 된다. 이와 같이 2상 구조를 가진 보호막은 AC-PDP의 글로우 방전이 진행됨에 따라, 재료 표면의 스퍼터링이 매우 불균일하게 진행되고, 이에 따라 재료의 2차 전자 방출 계수가 시간에 따라서 변화하게 된다. 이와 같은 2차 전자 방출 계수의 시간에 따른 변화는 방전 전압의 변화를 유발시켜, 디스플레이 소자에 치명적인 결함으로 작용하게 된다. 따라서 본 발명에서는 2차 전자 방출 계수가 높은 단일상 (M_xMg_1-x)O 물질의 조성을 제공하고자 한다.

셋째 (M_xMg_1-x)O 재료 내에서 오제이 중화 반응에 의하여 진공 에너지 준위로 여기된 전자는 재료의 격자를 형성하는 이온 또는 원자들과 탄성 충돌을 일으키는 과정을 거쳐 재료 표면까지 이동된 후, 재료 외부로 방출된다. 이렇게 여기된 전자 가 재료 표면에서 외부로 방출될 수 있는 확률을 전자의 탈출 확률(electron escape probability)라고 하는데, 이 확률은 전자 에너지, 재료 결함 밀도 및 종류 등에 의하여 좌우된다. 전자 에너지가 낮을수록(진공 에너지 준위 보다 그리 크지 않을 경우) 전자의 탈출 확률은 낮아지는 것이 일반적이다. 이것은 전자가 재료내을 이동하는 과정에서 탄성 충돌을 경험하게 되는데, 이 과정에서 에너지가 조금씩 감소되기 때문이다. 따라서, 전자 에너지가 진공 에너지 준위에 가까울 경우에는 연속적인 탄성 충돌에 의하여 전자 에너지가 진공 에너지 준위 아래로 저하되고, 이에 따라 전자가 재료 외부로 방출되지 못하게 되어 전자의 탈출 확률이 적게 되는 것이다.

또한 재료 내에 결함이 많을수록, 전자의 탈출확률은 떨어지는 것이 일반적이다. 이것은 여기된 전자가 이동 중에 이들 결함에 포획(trapping)됨으로써, 재료 외부로 방출되지 못하기 때문이다. 세라믹 재료내의 결함은 대부분 유효 전하(effective charge)를 가지고 있는 것이 일반적이다. 따라서 이들 결함과 재료 내에 여기된 전자는 이들 결함 특히 양의 유효 전하를 가진 결함과 정전기적 인력에 의한 결합(association)을 하는데, 이렇게 포획된 전자는 재료 밖으로 배출되지 못하게 된다. 따라서 본 발명에서는 여기된 전자가 재료의 외부로 방출될 수 있는 확률인 전자 방출 확률이 높은 (M_xMg_1-x)O 물질 조성을 제공하고자 한다.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 보호막은 산화마그네슘(MgO)을 기지 성분으로 하고 ZnO를 합금 원소로 포함하는 (Zn_xMg_1-x)O 고체 고용체(solid solution) 단일상 산화물로 이루어지고, 상기 ZnO의 몰 분률, x,는 0.1내지 0.4의 범위를 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 보호막은 Xe 이온과의 오제이 중화 반응에 의하여 2차 전자를 방출 할 수 있는 밴드갭 에너지와 전자 친화도를 갖고, 결함 농도 및 종류가 제한된 단일상의 (Mg_0.8Zn_0.2)O 고용체 산화물을 보호막으로 이루어져 있는 바, 이를 구비한 패널은 방전 전압이 획기적으로 감소되며, 방전 특성이 시간에 따라 일정하며, 발광 효율이 상승되는 우수한 방전 특성을 갖는다. 특히 본 발명에 따르는 보호막은 방전 가스 내에 Xe의 함량을 10%내지 100%까지 증가시킬 수 있어 소비 전력이 낮고, 작동 전압이 낮은 HD(high definition) 및 Full HD등의 고해상도 PDP를 제조하는데 적용할 수 있다.

본 발명에서 제공하는 보호막 재료 및 제조방법이 적용되는 플라즈마 디스플레이 소자(PDP)는 전면 기판의 표시 영역 상에 형성된 다수의 전극이 싱글 스캔 구동 방식으로 구동되고, 방전 공간에 제논(Xe) 가스를 포함하는 방전가스가 봉입된 PDP에 있어서, 상기 전면 기판 상에 형성된 다수의 스캔 전극을 코팅하고 있는 전면 유전체층을 덮고 있는 보호막과; 상기 전면 기판과 대향하는 배면 기판, 배면 기판 상에 형성된 다수의 어드레스 전극, 어드레스 전극을 덮고 있는 배면 유전체 층, 상기 배면 유전체 층 상에 형성된 격벽, 상기 배면 유전체 층과 격벽 표면에 형성되어 있는 형광체층을 가지는 배면 기판을 구비한다.

상기 보호막은 산화 마그네슘(MgO)를 기지 성분으로 하고 ZnO를 합금 원소로 포함하는 (Zn_xMg_1-x)O 고체 고용체(solid solution) 단일상 산화물로 이루어지고, 상기 ZnO의 몰 분률, x,는 0.1내지 0.4의 범위를 가지는 보호막 조성을 제공한다. MgO에 첨가된 ZnO가 단일상의 고용체를 이루는 조건은 제조 온도 및 공정 조건에 따라 변화하는데, 주어진 조건에서 단일상을 이루는 가장 큰 ZnO의 몰 분률을 사용하는 것이 바람직하다. ZnO가 MgO에 첨가됨에 따라서 고체 고용체의 밴드갭 에너지는 도 4에 나타낸 것과 같이 점차 감소하는데, 특히 몰 분율 0.2까지 급격한 감소가 이루어진다. Xe 이온과의 오제이 중화 반응에 의하여 2차 전자를 방출하기 위해서는 ZnO의 함량을 가능한 한, 많이 첨가하는 것이 필요하다. 그러나 ZnO의 함량을 과다히 첨가되어 ZnO의 몰 분률이 0.4 이상으로 되어 2상 영역으로 진입하면, 앞서 언급한 보호막의 불균일성을 유발하기 때문에 피해야 한다. 따라서, ZnO의 몰 분율은 0.2 내지 0.4가 가장 바람직하다.

본 발명에서 제공하는 (Zn_xMg_1-x)O 고체 고용체 단일상 산화물은 밴드갭 에너지와 전자 친화도(electron affinity) 값의 합이 Xe 이온과의 오제이 중화 반응에 의하여 2차 전자를 방출할 수 있는 조건을 만족하여야 한다. 상기 식 1)에 의하면 밴드갭 에너지와 전자 친화도의 합이 6.07eV 이하가 되어야 한다. Xe 이온과의 오제이 반응에 의하여 전자를 방출할 수 있는 밴드갭 에너지의 최대값은 전자 친화도에 의하여 결정되는데, 이를 표로 나타내면 다음 표 1과 같다.

표 1. Xe 이온과 오제이 중화 반응에 의하여 2차 전자를 방출할 수 있는 최대 밴드갭에너지.

전자 친화도(eV)	최대 밴드갭 에너지(eV)	비 고
0	6.07
0.4	5.67
0.8	5.27
1.2	4.87

상기 표에서 보면, 전자를 방출할 수 있는 밴드갭 에너지의 상한은 전자 친화도에 따라서 6.07eV 에서 4.87eV 범위까지 변화하는 것을 알 수 있다. 이들 밴드갭 보다 클 경우에는 Xe 이온과의 오제이 중화 반응에 의한 2차 전자를 방출할 수 없게 된다. 따라서 본 발명에서 제공하는 (Zn_xMg_1-x)O 고체 고용체 단일상 산화물은 밴드갭에너지와 전자 친화도 값의 합이 6.07eV 이하인 것을 제공한다.

밴드갭 에너지와 전자 친화도 값의 합이 6.07eV 이하로 더욱 감소할수록 2차 전자 방출 계수가 증가하기 때문에, 이를 감소시키는 것이 바람직하다. 이와 같은 목적을 이루기 위하여, SrO, BaO, CaO등의 알칼리 토금속 산화물로 이루어진 산화물을 (Zn_xMg_1-x)O 고체 고용체에 첨가하는 것도 가능하다. 이들 산화물은 MgO보다 낮은 밴드갭 에너지를 가지고, 동일한 결정 구조를 갖고 있으며, 원자가가 동일하기 때문에, MgO내에 상대적으로 높은 용해도를 가진다. 따라서 이들 산화물은 (Zn_xMg_1-x)O 산화물 내에 고용체를 형성함과 동시에 재료의 밴드갭 에너지를 더욱 낮추는 역할을 하게 된다. 이들 SrO, BaO, CaO등의 알칼리 토금속 산화물은 몰 분률로 0.0 내지 0.1까지 첨가한다.

한편 (Zn_xMg_1-x)O 고용체에는 다양한 형태의 결함이 존재하는 것이 가능하다. 천이 원소인 Zn 원자는 제조되는 공정의 산소 분압에 따라, Zn¹⁺ 또는 Zn²⁺의 원자가를 가지는 것이 가능한데, Zn¹⁺는 Mg²⁺ 이온에 비하여 상대적으로 마이너스 전하를 띄게 되고, 이에 따라 electron의 donor 또는 hole trap 결함으로 작용하는 것이 가능하다. 결국 이와 같은 결함의 존재는 전자의 탈출 확률을 급격히 저하시키게 된다. 따라서 (Zn_xMg_1-x)O 고용체 존재하는 Zn 이온은 Zn²⁺의 형태로 존재하는 것이 2차 전자 방출 계수를 극대화하는데 기여하게 된다. 이하에 본 발명의 바람직한 실시 예들에 대하여 설명하기로 한다.

본 발명에서 제공하는 보호막은 (Zn_xMg_1-x)O 고용체 산화물을 이용하여 형성된다. 이 보호막은 (Zn_xMg_1-x)O 고용체 산화물 단결정을 이용하여 후막으로 제조되거나, MgO 와 ZnO 단결정 또는 다결정 분말을 또는 이들이 혼합된 분말을 이용하여 (Zn_xMg_1-x)O 고용체 산화물 다결정 증착원을 제조하고, 이를 증발시켜 박막으로 제조될 수 있다. 상기 (Zn_xMg_1-x)O 고용체 MgO 단결정 분말은 고순도 MgO를 원료로 하여 전융(arc fusion)법을 이용하여 제조하는 것이 가능하며, 통상적인 불순물을 함유할 수 있다. 또한 이들 Zn 및 Mg 금속을 가열하여 발생된 금속 증기를 산소 분위기에서 산화시켜 고용체 단결정 분말로 제조하는 것이 가능하며, 이 역시 통상적인 불순물을 함유할 수 있다. 이와 같은 고용체 단결정 분말은 스프레이 코팅 (spray coating), 스핀 코팅(spin coating), 전기영동 코팅(electrophoretic coating), 테이블 코팅(table coating) 등의 후막 형성 공정을 이용하여 PDP용 보호막을 형성하는 것이 가능하다.

또한 상기 MgO 와 ZnO 분말을 또는 이들이 혼합된 분말을 하소, 소결 공정을 통하여 (Zn_xMg_1-x)O 고용체 산화물 다결정 증착원을 제조하고, 이를 증발시켜 보호막 박막으로 제조하는 공정으로는 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition), 전 자빔 증착(electron-beam evaporation), 이온 플레이팅(ion-plating), 스퍼터링(sputtering)등의 진공 증착법을 이용하여 다수의 서스테인 전극이 유전체층에 덮혀있는 PDP 전면 기판의 유전층 표면에 형성하는 것이 가능하다.

도 5는 실시예의 하나로서 ZnO 분말과 MgO 분말을 혼합 한 후, 이를 다양한 분위기내에서 하소, 소결한 후, 얻어진 팰렛(pellet) 형태의 증착원 재료의 photoluminescence 기법을 이용하여 내부의 결함을 평가한 결과이다. 여기서 MgO와 ZnO 펠렛은 대기 분위기에서 소결하였고, (Mg_0.8Zn_0.2)O 고용체 산화물의 경우에는 산소, 아르곤, 질소의 분위기에서 각각 소결하여, 재료내의 결함 상태를 He-Cd 레이져(파장: 325nm)를 소스로 하는 photoluminescence 시험을 실시하여 관찰하였다. MgO 펠렛에서는 전통적인 F-타입 결함에 의하여 발생하는 2.5eV 및 3.1eV 부근에서 피크가 관찰되었다. 이에 비하여 ZnO 펠렛에서는 밴드에서 밴드로 전이에 의하여 발생하는 발광피크인 3.3eV가 관찰되었다. (Mg_0.8Zn_0.2)O 고용체 산화물 재료를 산소 분위기에서 소결할 경우에 1.9eV 및 2.45eV 부근에서 피크가 관찰되어 재료의 밴드 갭내에 결함 준위가 형성되는 것을 보여주고 있다. 이에 비하여 질소 또는 아르곤 가스 분위기와 같은 불활성 분위기에서 소결된 펠렛의 경우에는 그와 같은 결함에 의한 발광 피크가 관찰되지 않았다. 즉 소결 분위기에 따라 재료 내 결함 밀도 및 종류가 크게 변화하는 것을 보여주고 있다.

도 6은 질소 분위기에서 소결된 (Mg_0.8Zn_0.2)O 고용체 산화물 펠렛 증착원을 이용하여, 전자 빔 증착 공정으로 형성된 보호막의 이용하여 제조된 테스트 패널(test panel)의 방전 전압을 측정하여 나타낸 것이다. 이때 비교를 위해서 순수한 MgO 펠렛을 이용하여 제작한 보호막을 갖는 테스트 패널의 방전 전압을 동시에 나타내었다. 이때 방전 가스는 Ne-10%Xe 혼합 기체를 사용하였고, 서스테이닝(sustaining) 주기는 30kHz이었다. 이 경우, (Mg_0.8Zn_0.2)O 고용체 산화물 펠렛 증착을 전자 빔 증착 공정으로 증착할 때, 증착 챔버 내에 일정 분압의 산소를 흘려주어 이들의 영향도 관찰하였다. 도 6에서 보면, (Mg_0.8Zn_0.2)O 고용체 산화물 보호막의 방전 전압이 수순한 MgO 보호막에 비하여 낮게 나타나는 것을 알 수 있고, 산소 분압이 증가함에 따라(그림에서 숫자가 증가함에 따라), 방전 전압 또한 감소하는 것을 알 수 있다. 이러한 방전 전압의 감소는 (Mg_0.8Zn_0.2)O 고용체 산화물 보호막의 2차 전자 방출 계수가 증가하였기 때문인데, MgO내에 ZnO의 첨가가 2차 전자 방출 계수를 증가시키는데 효과적인 것을 볼 수 있다. 그러나 이 경우에도 고용체 산화물 재료내의 결함의 종류 및 함량을 조절하는 것이 2차 전자 방출 계수에 영향을 미치는 것을 알 수 있다.

도 7은 (Mg_0.8Zn_0.2)O 고용체 산화물을 보호막으로 채용한 테스트 패널의 방전 효율을 순수 MgO를 보호막으로 갖은 테스트 패널의 방전 효율과 비교하여 나타낸 것이다. 도 7에서 보면, (Mg_0.8Zn_0.2)O 고용체 산화물을 보호막으로 채용한 테스트 패널의 작동 전압이 약 50V 정도 낮아지고, 방전 효율이 획기적으로 개선되는 것을 볼 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 보호막은 PDP 패널에 적용하면 효율이 획기적으로 상승되어 PDP의 소비 전력을 감소시키고, 제조 부품 원가를 감소시키는 것이 가능하게 된다.

본 발명은 또한 이러한 보호막이 형성된 전면판을 사용하여 제조된 플라즈마 디스플레이 소자(PDP)에 관한 것이다. 보호막이 형성된 전면판을 사용하여 PDP를 제조하는 방법은 당업계에 이미 잘 알려져 있으므로 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 플라즈마 디스플레이 소자의 구조를 개략적으로 도시한 단면 사시도이고;

도 2는 오제이(Auger) 중화 과정을 통하여 전자 방출 과정을 개략적으로 도시한 공정도이고;

도 3은 MgO 밴드 구조와 방전 가스로 사용되는 가스의 이온화 에너지 상태 및 준안정 상태의 에너지 준위를 나타낸 모식도이고;

도 4는 MgO 기지 내에 ZnO가 고용되어 첨가됨에 따라 밴드갭 에너지의 변화 를 나타낸 모식도 이고;

도 5는 MgO-ZnO 단일상 고용체 산화물 펠렛이 다양한 분위기에서 소결되었을 때, 재료내의 결함을 He-Cd Photoluminescence spectra를 이용하여 나타낸 실험 결과 이고;

도 6은 (Mg_0.8Zn_0.2)O 고용체 산화물을 보호막으로 사용하였을 경우, 방전 전압에 미치는 영향에 관한 실험 결과이고,

도 7은 (Mg_0.8Zn_0.2)O 고용체 산화물을 보호막으로 사용하였을 경우, 테스트 패널의 방전 효율을 순수 MgO 증착원을 이용하여 제조된 패널에서 Ne-10%Xe 방전 가스 조건에서 방전 효율을 비교하여 나타낸 실험 결과이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 전면 기판 20 : 전면 기판 유전체

30 : MgO 보호층 40 : 서스테인 전극

50 : 어드레스 전극 60 : 격벽

70 : 형광체 80 : 배면 기판

90 : 배면 기판 유전층

Claims

ZnO 산화물의 몰 분률(mole fraction)은 0.2 내지 0.4인 (Mg_1-xZn_x)O(0.2≤x≤0.4) 단일상(single phase) 산화물로 이루어진 AC PDP용 보호막.
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ZnO 산화물의 몰 분률(mole fraction)은 0.2 내지 0.4인 (Zn_xMg_1-x)O(0.2≤x≤0.4) 단일상(single phase) 고용체 단결정 분말을 후막형성하거나 또는 (Zn_xMg_1-x)O(0.2≤x≤0.4) 단일상(single phase) 고용체 다결정 증착원을 진공증착시키는 것을 특징으로 하는 AC PDP용 보호막의 제조방법.
제 6 항에 있어서, 상기 고용체 단결정 분말은 MgO를 원료로 하여 전융(arc fusion)법을 이용하여 제조하거나, Zn 및 Mg 금속을 가열하여 발생된 금속 증기를 산소 분위기에서 산화시켜 제조하는 것을 특징으로 하는 AC PDP 용 보호막의 제조방법.
제 6항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 후막형성은 스프레이 코팅 (spray coating), 스핀 코팅(spin coating), 전기 영동 코팅(electrophoretic coating), 또는 테이블 코팅(table coating)에 의해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 AC PDP용 보호막의 제조방법.
제 6항에 있어서, 상기 고용체 다결정은 MgO 분말 및 ZnO 분말을 혼합, 하소, 소결 과정을 거쳐 제조하는 것을 특징으로 하는 AC PDP용 보호막의 제조방법.
제 9항에 있어서, 상기 소결은 질소, 아르곤과 같은 불활성 분위기에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 AC PDP용 보호막의 제조방법.
제 6 항, 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 상기 진공 증착은 전자빔 증착(e-beam evaporation), 이온플레이팅(ion-plating), 스퍼터링(sputtering), 또는화학증착(chemical vapor deposition)에 의해 행해지는 것을 특징으로 하는 AC PDP용 보호막의 제조 방법.
제 1 항의 보호막을 포함하는 AC-플라즈마 디스플레이(AC-PDP) 소자.