KR101100117B1 - 교류형 플라즈마 디스플레이 소자 - Google Patents
교류형 플라즈마 디스플레이 소자 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 전면 유리/전면 유전층/보호막으로 구성된 전면 기판을 포함하고 있고, 상기 보호막은 MgO 기재에 2가의 금속 산화물(MO)이 첨가된 2원계 산화물((MxMg1 -x)O)로 이루어져 있으며, 비휘발성 산화물 게터층이 배면 유리/배면 유전층/격벽으로 구성된 배면 기판의 표면에 균일하게 도포되어 있고, 상기 비휘발성 산화물 게터층의 표면에 형광체층이 형성되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 교류형 플라즈마 디스플레이 소자(AC PDP)를 제공한다.
Description
본 발명은 교류형 플라즈마 디스플레이 소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전면 유리/전면 유전층/보호막으로 구성된 전면 기판을 포함하고 있고, 상기 보호막은 MgO 기재에 2가의 금속 산화물(MO)이 첨가된 2원계 산화물((MxMg1-x)O)로 이루어져 있으며, 비휘발성 산화물 게터층이 배면 유리/배면 유전층/격벽으로 구성된 배면 기판의 표면에 균일하게 도포되어 있고, 상기 비휘발성 산화물 게터층의 표면에 형광체층이 형성되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 교류형 플라즈마 디스플레이 소자에 관한 것이다.
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 구조가 도 1에 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, PDP는 유리 또는 금속 기판을 소재로 한 배면판(80)상에 투명 유전층(90)이 코팅되어 있고, 어드레스 전극(50)이 배면판(80) 또는 배면 유전층(90)상에 형성되어 있다. 또한, 어드레스 전극(50)을 사이에 두고 긴 스트라이프(stripe) 형상의 격벽(60) 또는 사각형 형상의 격벽이 존재하며 상기 격벽(60) 사이의 공간상 표면에 형광체가 도포되어 서브 화소(sub pixel)를 구성하는 구조로 이루어져 있다.
또한, 유리로 이루어진 전면판(10) 상에는 다수의 서스테인 전극 및 스캔(40) 전극이 형성되어 있으며, 그 아래에 전면 유전층(20)과 MgO 보호막(30)이 위치하고 있다. 따라서, 이들 전면판(10)과 배면판(80)이 결합되면, 격벽(60)에 의해 격리된 다수의 화소 공간이 생기게 된다.
이러한 격리 공간상에 Ne/Xe 가스 또는 Ne/He/Xe 가스 등이 봉입되어 있어서, 서스테인 전극(40)과 어드레스 전극(50)에 전압이 인가되면 글로우 방전에 의하여 플라즈마가 상기 공간 상에 형성되고, 서스테인 전극(40)과 스켄 전극 간에 서스테인 전압을 인가하면 어드레스 과정에서 벽 전압이 형성된 방전셀의 서스테인 전극(40) 간에 글로우 방전이 발생한다. 이때 발생된 플라즈마로부터 생성된 진공 자외선(vacuum ultra vilolet)이 격벽(60)의 측면 및 격벽들(60) 사이의 하저면에 코팅되어 있는 형광체(70)를 여기시켜, 적색, 녹색 및 청색 가시광선이 발생된다.
MgO 보호막(30)은 PDP의 글로우 방전이 발생하는 동안에는 플라즈마에서 형성된 이온에 의하여 2차 전자(secondary electron)를 방출하여 방전 전압을 저하시키는 역할을 하고, 방전이 종료된 후에는 exo-전자(exo-electron)를 방출하여 방전을 개시하는데 필요한 씨앗 전자를 제공하는 특성을 가지고 있어서, PDP 개발 초기부터 전자 방출 재료로 사용되어 왔다.
한편, 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 가스내의 Xe 함량을 50%까지 증가시킬 경우, 방전 효율은 기존 소자 대비 3배 이상 개선되는 것으로 보고되고 있다. 그러나, 이와 같이 방전 가스내에 Xe 함량을 증가시키면, 방전 전압이 급격하게 상승하는 문제점이 있다. 이것은 Xe 이온이 MgO 재료로부터 2차 전자의 방출을 발생시키지 못하도록 방해하기 때문이다.
AC PDP 글로우 방전 과정에서 MgO 보호막으로부터의 2차 전자가 방출되는 것은 대부분 오제이(Auger) 중화 과정을 통해 발생하는 것으로 알려져 있는 바, 이러한 방출 과정을 도 2를 이용하여 설명하면 하기와 같다. 즉, MgO의 표면에 PDP의 방전에 의하여 생성된 이온이 접근하면, MgO 중 산소 이온의 2p 전자 괘도에 있는 전자가 터널링에 의해 이온과 중화 반응을 일으키고, 이때 발생되는 에너지가 밸런스(valence) 밴드 내에 존재하는 전자에 전달되어 외부로 방출되는 것이다. 이와 같은 과정에 의해 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)).
여기서, Ei는 가스의 이온화 에너지이고, Eg는 2차 전자를 방출하는 물질의 밴드 갭 에너지이며, 
는 2차 전자를 방출하는 물질의 전자 친화도(electron affinity)를 의미한다.
즉, 전자를 용이하게 방출하기 위해서는, 가스 이온의 이온화 에너지가 크거나, 2차 전자를 방출하는 재료의 밴드갭 에너지와 전자 친화도가 상대적으로 작은 것이 필요하다.
그러나, 도 3에 도시된 바와 같이, Xe 이온은 중화 반응에너지가 낮기 때문에, 상기 식 1의 조건을 만족시키지 못하므로, 오제이 중화 반응 기구에 의해 2차 전자를 방출할 수 없게 만든다. 따라서, Xe 이온이 2차 전자를 방출하기 위해서는, 보호막의 밴드 갭 에너지와 전자 친화도가 감소하여 상기 식 1의 조건을 만족시켜야 한다.
재료의 밴드 갭 에너지를 감소시켜 2차 전자 방출 계수를 증가시키는 방법은 미국 특허출원공개 제2007-0262715호에 개시되어 있다. 상기 출원에 의하면, (MxMg1-x)O의 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 혼합물로 이루어진 물질을 개시하고 있다. 또한, 상기 조성은 3.5eV 내지 7eV의 밴드 갭 에너지를 가지는 것이 바람직하며, 이들 조성 중에서 더욱 바람직하게는 M이 Be, Ca, Sr, Ba, Ra 원소 또는 그의 혼합물로 이루어진 것을 제안하고 있다. 이와 같은 (MxMg1-x)O 2원계 산화물의 사용은, 2차 전자의 방출 계수를 증가시켜 방전 전압을 저하시키고, 이에 따라 전자 가열 효율을 향상시켜, PDP의 소비 전력을 감소시킬 수 있다.
그러나, PDP 글로우 방전에서 생성된 Xe 이온과 오제이(Auger) 중화 반응을 통해 2차 전자를 재료 외부로 방출하기 위하여 보호막 재료로서 제공되고 있는 밴드 갭 에너지가 조절된 2원계 (MxMg1-x)O 산화물계 보호막은 몇 가지 해결해야 할 문제점들을 가지고 있다.
구체적으로, 현재 AC PDP의 보호막으로 사용되고 있거나, 사용가능성이 제안되고 있는 (Mg,Ca)O, (Mg,Sr)O, (Ca,Sr)O 등과 같은 2원계 (MxMg1 -x)O 산화물 재료는 대기 중의 수분 및 이산화탄소 가스와 반응하여 수화물 및 카보네이트를 쉽게 형성하는 문제점이 있다. 특히, Xe 이온에 의해서 2차 전자 방출이 효과적으로 이루어지는 재료로 알려진 CaO 및 SrO 등과 같은 물질은 수분과 이산화탄소가스와의 반응에 의하여 수화물과 카보네이트를 급속하게 생성하여, 2차 전자 방출 성능을 저하시키는 문제점이 있다. 이때 생성된 Ca-hydroxides, Ca-carbonates, Sr-hydroxides, Sr-carbonates 등은 그 분해온도가 Mg-hydroxide 및 Mg-carbonate과 비교하여 매우 높기 때문에 PDP 배기 및 봉착 과정에서 제거가 곤란하다. 결과적으로, 이들 재료를 PDP에 적용하기 위해서는 이들 수화물과 카보네이트의 형성을 제어하는 방법을 추가로 적용시켜야 하는 문제점이 있다.
따라서, 상기와 같은 수화물과 카보네이트의 생성을 억제하는 방법으로서, 보호막 재료 표면에 대기 중의 수분과 이산화탄소와의 반응을 억제할 수 있는 임시 보호 박막을 코팅한 상태에서 이동, 보관, 봉착, 배기 공정을 통과한 후, 소자 에이징 과정에서 임시 보호 박막을 제거하는 방법이 제안되어 있다. 이러한 방법은 미국 등록특허 제5,938,494호 및 연구 논문(Ki-Woong Whang, et al., "High Luminous Efficacy and Low Driving Voltage PDP with SrO-MgO Double Protective Layer", IMID Technical Digest, pp173-176(2009))에 개시되어 있다. 이들 결과에 의하면, 비록 임시 보호 박막이 수화물 및 카보네이트의 형성을 억제하는 역할을 효과적으로 수행하지만, 이와 같은 임시 보호 박막의 사용은 공정 단계를 증가시키고, 임시 보호막을 제거하기 위한 공정 시간이 증가하며, 스퍼터링에 의해 제거된 임시 보호 박막이 형광체를 오염시키는 문제점이 있다.
수화물과 카보네이트의 생성을 억제할 수 있는 또 다른 방법으로서, 공정 분위기내의 수분 및 이산화탄소 가스의 분압을 평형 분압 이하로 유지 및 관리하여 제조된 보호막이 이송, 저장, 소자의 배기 및 봉착 공정에서 반응 물질을 제거하여 수화물 및 카보네이트가 형성되지 않도록 하는 방법이 제안되어 있있다. 이러한 방법은 미국 특허출원공개 제2007/0262715호 및 발표 논문(T. Yano, et al., "Discharge characteristics of MgO-PDP manufactured by using"all-in-vacuum"process", IMID Technical Digest, pp28-30(2009)) 등에 개시되어 있다. 그러나, 이러한 방법은 보호막 재료를 오염시키지 않고 우수한 특성을 얻을 수 있는 장점은 있으나, 보호막 코팅층의 제조 후, 모든 공정을 진공으로 유지하여야 하기 때문에, 제조 공정 비용이 급격히 증가하고 제품 수율이 감소되는 문제점이 있다.
따라서, 상기와 같은 문제점들을 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은 보호막이 봉착 및 배기 공정 중 대기중으로부터 유입된 수분 및 이산화탄소 가스와 반응하여 수화물과 카보네이트를 형성하는 것을 효과적으로 억제할 수 있는 구성의 AC PDP 구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 방전 전압을 저하시키고, 그에 따라 전자 가열 효율을 향상시켜 PDP의 소비 전력을 감소시킬 수 있는 AC PDP 구조를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 교류형 플라즈마 디스플레이 소자(AC PDP)는, 전면 유리/전면 유전층/보호막으로 구성된 전면 기판을 포함하고 있고, 상기 보호막은 MgO 기재에 2가의 금속 산화물(MO)이 첨가된 2원계 산화물((MxMg1-x)O)로 이루어져 있으며, 비휘발성 산화물 게터층이 배면 유리/배면 유전층/격벽으로 구성된 배면 기판의 표면에 균일하게 도포되어 있고, 상기 비휘발성 산화물 게터층의 표면에 형광체층이 형성되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 한다.
따라서, 수증기 및 이산화탄소 가스를 흡수하는 게터가 방전셀인 배면 기판의 표면에 균일하게 도포되어 있으므로, 봉착 및 배기 과정 중 2원계 산화물 보호막에서 수화물 및 카보네이트가 형성되는 것을 방지할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 본 발명에 따른 플라즈마 디스플레이 소자는 전면 유리의 표시 영역상에 형성된 다수의 전극에 펄스 형식의 전압이 인가되어 구동되고 방전 공간에 제논(Xe) 가스를 포함하는 방전가스가 봉입된 AC PDP로서, 상기 전면 유리상에 형성된 다수의 스캔 전극을 코팅하기 위한 전면 유전층을 덮고 있는 보호막, 상기 전면 유리와 대향하고 있는 배면 유리, 배면 유리 상에 형성된 다수의 어드레스 전극, 어드레스 전극을 덮고 있는 배면 유전층, 배면 유전층 상에 형성된 격벽, 배면 유전층과 격벽 표면에 형성되어 있는 형광체층을 포함하는 배면 기판으로 구성될 수 있다.
본 발명에서 2원계 (MxMg1 -x)O 산화물로 이루어진 보호막은, 예를 들어, 전자빔 증착(e-beam evaporation), 이온 플레이팅(ion-plating), 스퍼터링(sputtering), 화학증착(chemical vapor deposition) 중에서 선택되는 어느 하나의 방법에 의해 형성될 수 있다.
구체적으로는, 2원계 (MxMg1 -x)O 산화물의 원료 분말인 산화물 분말 또는 이들의 수화물 내지 질화물 내지 카보네이트 분말을 가열한 후 하소, 확산 반응, 소결 공정을 순차적으로 진행하여 2원계 (MxMg1-x)O 산화물 증착원인 펠렛을 제조하고, 이를 증발시킨 과정을 통해 박막으로 제조된다.
상기 보호막의 재료는, 앞서 언급한 바와 같이, MgO를 기재 성분으로 하고, 알칼리 토금속 산화물을 포함하는 2가 금속 산화물을 합금 성분으로 첨가한 2원계 (MxMg1-x)O 산화물로 이루어져 있으며, 여기서 M은 바람직하게는 Ca, Sr, Ba, Zn, Co, Ni 및 Fe로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하며, 첨가된 금속 산화물의 몰 분률(x)은 0.001-0.5의 범위일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 2가의 금속 산화물(MO)은 BeO, CaO, SrO, BaO, CoO, NiO, ZnO 및 FeO로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.
이들 2원계 (MxMg1 -x)O 산화물은, 앞서 설명한 바와 같이, 수증기 및 이산화탄소와의 반응성이 높기 때문에, 대기 중에 노출되었을 경우 수화물 또는 카보네이트를 형성하는 것이 일반적이다.
이와 관련하여, 도 4에는 CaO가 Ca-hydroxide 및 Ca-carbonate를 형성하는 수증기 및 이산화탄소 가스의 평형 분압을 계산하여 나타낸 그래프가 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 2원계 (CaxMg1 -x)O 산화물 보호막이 CaO의 수화물(Ca-hydroxide) 및 카보네이트(Ca-carbonate)가 형성되는 수증기 및 이산화탄소 가스의 평형 분압보다 높은 수증기 또는 이산화탄소 가스 분압을 가지는 분위기에 노출되는 경우 보호막의 표면에 수화물 또는 카보네이트가 형성된다. 이들 평형 분압은 도 4에 도시된 바와 같이 온도에 민감하게 변화하는 특성을 가지는 바, 온도가 증가함에 따라서 이들 평형 분압이 민감하게 증가한다. 따라서, 보호막이 노출되는 분위기에서의 수증기 및 이산화탄소 가스의 분압을 저하시키는 것이 필수적으로 필요하다.
본 발명에 따르면, 배면 유리/배면 유전층/격벽으로 구성된 배면 기판의 표면에 균일하게 형성되어 있는 비휘발성 산화물 게터층이 상기 문제점을 해결한다.
이러한 비휘발성 산화물 게터층을 형성하는 재료는, 첫째, 2원계 (MxMg1 -x)O 산화물 보호막의 수증기 및 이산화탄소 평형 분압보다 낮은 값을 가지고, 둘째, PDP의 형광체 소성 공정 온도에서 수화물 및 카보네이트가 분해되며, 셋째, 진공 가열 배기 공정 조건에서 수화물 및 카보네이트가 불안정하도록 하는 특성을 가질 필요가 있다.
상기 특성들을 만족하는 게터의 재료로는 BeO, MgO, CaO, SrO, 또는 이들의 합금 화합물 등을 들 수 있으며, 본 발명에 따르면, 상기 성분들이 단독 또는 둘 이상의 조합으로 사용될 수 있다.
게터층을 형성하는 입자들의 평균 입경은 1 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 그 보다 크면 게터의 표면적이 감소하여 게터의 성능이 떨어지는 문제점이 있다. 또한, 게터층의 두께는 5 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 그 보다 크면 형광체층의 두께를 얇게 해야 하는 문제점이 있다. 하나의 바람직한 예에서, 평균 입경은 50 nm 내지 1 ㎛이고, 게터층의 두께는 100 nm 내지 5 ㎛의 범위일 수 있다.
상기 게터층은, 예를 들어, 스프레이 코팅법, 인쇄 코팅법, 전착 코팅법 등으로 형성될 수 있다. 이들 게터 재료는 수분 및 공기 중의 이산화탄소 가스와 쉽게 반응하기 때문에, 이들 코팅 공정에서 비극성 용매을 사용한 현택액을 사용하거나, 용매를 사용하지 않는 건식 공정을 통해 코팅을 실시하는 것이 바람직하다.
한편, 수증기 및 이산화탄소를 제거하기 위해 게터를 사용하는 기술은 일부 알려져 있다.
구체적으로, 미국 특허출원공개 제2002/0008469호 및 발표 논문(M. Riva, et al., A comparative study of different getter configurations on finalPDP performances, IMID Technical Digest, pp1895-1898(2008))은 PDP 소자의 비 방전 영역에 Zr-V-Al-Fe 금속 분말을 위치시켜 수증기와 이산화탄소 가스를 제거하는 방법을 개시하고 있다. 그러나, 이러한 방법은 수증기 및 이산화탄소가 배출되는 격벽 및 형광체 분말에 대한 가스 통과도(conductance)가 낮으므로, 가스 배기에 대한 저항이 큰 격벽으로 분리되어 있는 PDP의 닫힌 방전셀 구조에서는 그러한 효과가 제한되는 문제점이 있다.
이와는 달리, 미국 특허출원공개 제2008/0020668호는 금속 분말 게터 또는 CaO, SrO, BaO 수증기 흡착 재료를 MgO 박막 표면의 비 방전 영역에 형성시켜, 격벽 및 형광체 표면으로부터 방출되는 수증기 및 이산화탄소 가스에 대한 게터로서 효과적으로 작용할 수 있는 방법을 제공하고 있다. 그러나, MgO 박막 표면에 게터 재료층을 형성하는 방법은 전면 기판과 배면 기판과의 간극을 변화시키고, 이는 이웃 방전셀과의 크로스 토크(cross-talk) 결함을 발생시키는 문제점이 있으며, 상하판 정렬 작업시에 상하판 충돌에 의한 MgO 박막 및 격벽 상부가 파손되는 문제점이 있다.
반면에, 본 발명에 따르면, 비휘발성 산화물 게터층이 배면 유리/배면 유전층/격벽으로 구성된 배면 기판의 표면에 균일하게 도포되어 있는 구성을 제공한다. 본 출원의 발명자들은, 상기와 같은 구성의 게터층에 의해 앞서 설명한 종래기술의 문제점들을 일거에 해결할 수 있음을 확인하였다.
이러한 비휘발성 산화물 게터층은, 배면 유리/배면 유전층/격벽으로 구성된 배면 기판의 표면에 비휘발성 산화물을 균일하게 도포하여 게터층을 형성하고, 페이스트 디스펜싱(dispensing)에 의해 상기 게터층의 상부에 형광체 막을 형성한 후, 도포된 밀봉 페스트(seal paste)와 소성 공정을 수행한 다음, 봉착/가열 배기/방전 가스의 봉입 공정을 수행하는 과정에 의해 제조될 수 있다.
이 때, 상기 봉착 공정의 온도는 바람직하게는 450℃내지 520℃이고, 가열 배기 공정의 온도는 바람직하게는 200℃ 내지 400℃일 수 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 봉착 공정에서 2원계 산화물로 이루어진 보호막이 대기 중의 수증기 및 이산화탄소와 반응하여 수화물 및 카보네이트 형성을 억제하도록, 상기 공정을 질소 분위기 또는 진공 분위기에서 수행할 수 있다.
본 발명에 따른 교류형 플라즈마 디스플레이 소자는, 보호막의 수화물 및 카보네이트의 형성을 억제함으로써, 이들 재료가 Xe 이온과의 오제이 중화 반응에 의해 2차 전자를 방출하는 원래 특성(intrinsic properties)을 구현할 수 있으므로, 방전 전압이 획기적으로 감소되고, 방전 특성이 시간에 따라 일정하며, 발광 효율이 향상됨으로서 우수한 방전 특성을 가진다.
또한, 본 발명에 따른 교류형 플라즈마 디스플레이 소자의 보호막은 방전 가스 내에 Xe의 함량을 10%내지 100%까지 증가시킬 수 있으므로, 소비 전력이 낮으면서 작동 전압이 낮은 HD(high definition) 및 Full HD 등의 고해상도 모니터용 PDP를 제조하는데 적용될 수 있다.
도 1은 종래의 플라즈마 디스플레이 소자의 구조를 개략적으로 도시한 단면 사시도이다;
도 2는 오제이(Auger) 중화 과정을 통해 전자 방출 과정을 개략적으로 도시한 공정도이다;
도 3은 MgO 밴드 구조와 방전 가스로 사용되는 가스의 이온화 에너지 상태 및 준안정 상태의 에너지 준위를 나타낸 모식도이다;
도 4는 CaO가 Ca-hydroxide 및 Ca-carbonate를 형성하는 수증기 및 이산화탄소 가스의 평형 분압을 계산하여 나타낸 그래프이다;
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 교류형 플라즈마 디스플레이 소자의 배면판 구조를 나타내는 수직 단면 모식도이다;
도 6은 2원계 (Ca0 .15Mg0 .85)O 산화물 펠렛을 전자빔 증착법으로 증발시켜 제조한 2원계 산화물 박막의 미세 조직을 전자 현미경을 이용하여 관찰한 사진이다;
도 7은 2원계 (Ca0 .15Mg0 .85)O 산화물 보호막을 구비한 전면 기판과 통상적인 구조를 가진 배면 기판을 질소 분위기에서 봉착한 PDP와 MgO 산화물 보호막을 구비한 전면 기판과 통상적인 구조를 가진 배면 기판을 질소 분위기에서 봉착하지 않은 PDP의 방전 전압을 PDP의 에이징 시간에 따라서 측정하여 나타낸 비교 그래프이다;
도 8은 2원계 (Ca0 .15Mg0 .85)O 산화물 보호막을 구비한 전면 기판과 게터를 형광체층 하부에 포함하고 있는 배면 기판을 질소 분위기에서 봉착한 PDP와 도 7의 PDP들의 방전 전압을 PDP의 에이징 시간에 따라서 측정하여 나타낸 비교 그래프이다.
도 2는 오제이(Auger) 중화 과정을 통해 전자 방출 과정을 개략적으로 도시한 공정도이다;
도 3은 MgO 밴드 구조와 방전 가스로 사용되는 가스의 이온화 에너지 상태 및 준안정 상태의 에너지 준위를 나타낸 모식도이다;
도 4는 CaO가 Ca-hydroxide 및 Ca-carbonate를 형성하는 수증기 및 이산화탄소 가스의 평형 분압을 계산하여 나타낸 그래프이다;
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 교류형 플라즈마 디스플레이 소자의 배면판 구조를 나타내는 수직 단면 모식도이다;
도 6은 2원계 (Ca0 .15Mg0 .85)O 산화물 펠렛을 전자빔 증착법으로 증발시켜 제조한 2원계 산화물 박막의 미세 조직을 전자 현미경을 이용하여 관찰한 사진이다;
도 7은 2원계 (Ca0 .15Mg0 .85)O 산화물 보호막을 구비한 전면 기판과 통상적인 구조를 가진 배면 기판을 질소 분위기에서 봉착한 PDP와 MgO 산화물 보호막을 구비한 전면 기판과 통상적인 구조를 가진 배면 기판을 질소 분위기에서 봉착하지 않은 PDP의 방전 전압을 PDP의 에이징 시간에 따라서 측정하여 나타낸 비교 그래프이다;
도 8은 2원계 (Ca0 .15Mg0 .85)O 산화물 보호막을 구비한 전면 기판과 게터를 형광체층 하부에 포함하고 있는 배면 기판을 질소 분위기에서 봉착한 PDP와 도 7의 PDP들의 방전 전압을 PDP의 에이징 시간에 따라서 측정하여 나타낸 비교 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 5에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 교류형 플라즈마 디스플레이 소자의 배면 기판 구조를 나타내는 수직 단면 모식도가 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, AC PDP의 배면 기판은 배면 유리(80)/배면 유전층(90)/격벽(60)으로 구성되어 있고, 비휘발성 산화물 게터층(100)이 배면 기판의 표면에 균일하게 도포되어 있으며, 형광체층(70)이 비휘발성 산화물 게터층(100)의 표면에 형성되어 있다.
따라서, 본 발명에 따른 AC PDP는 비휘발성 산화물 게터(100)를 형광체층(70)의 밑면에 위치시킴으로써, 격벽(60), 배면 유전층(90), 및 형광체층(70)으로부터 발생하는 수분 및 이산화탄소 가스를 비휘발성 산화물 게터(100)에 의해 효과적으로 포집할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 AC PDP는 보호막이 대기 분위기에 노출되는 PDP의 제조 공정 단계인 봉착 단계에서 공정 분위기 내의 수분 및 이산화탄소 가스의 분압을 저하시킴으로써 보호막의 반응 정도를 제어하고 있다. 즉, 형광체층(70)의 하부에 수분 및 이산화탄소 가스와의 반응 특성이 우수한 비휘발성 산화물 게터층(100)을 도 5에 도시된 구조와 같이 위치시켜 게터(100)로서 역할을 수행하도록 하고 있다.
즉, PDP의 봉착 및 배기 공정과 PDP를 소비자가 사용하는 동안 방전셀 내로 방출되는 수분과 이산화탄소 가스의 대부분은 형광체층(70), 배면 유전층(90) 및 격벽(60)으로부터 발생하기 때문에, 이들 불순물 가스를 효과적으로 게터링(gettering)할 수 있는 위치인 형광체층(70)의 하면에 게터층(100)이 위치하고 있다.
더욱이, 봉착 공정을 질소 분위기에서 실시함으로써 분위기내의 수분 및 이산화탄소 가스의 분압을 저하시켜 보호막의 반응 정도를 억제할 수 있다.
도 6에는 2원계 (Ca0 .15Mg0 .85)O 산화물 펠렛을 전자빔 증착법으로 증발시켜 제조한 2원계 산화물 박막의 미세 조직을 전자 현미경을 이용하여 관찰한 사진이 도시되어 있다.
구체적으로, 도 6은 Mg(OH)2 및 CaCO3 원료 분말들을 혼합한 후, 하소, 확산 반응, 및 소결 공정을 통하여 제조된 2원계 (Ca0 .15Mg0 .85)O 산화물 펠렛을 전자빔 증착법으로 증발시켜 제조한 2원계 산화물 박막의 미세 조직을 전자 현미경을 이용하여 관찰한 사진을 나타내고 있다.
도 6을 참조하면, 2원계 (Ca0 .15Mg0 .85)O 산화물 보호막이 양호한 결정성을 가지고 형성되어 있고, 이와 같은 결정질 보호막을 형성하기 위해서 기판은 370℃까지 가열된 조건에서 증착되었다.
이하, 실험 내용을 통해 본 발명을 더욱 상술하지만, 하기 실험 내용은 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범주가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
<비교예 1>
결정상 2원계 (Ca0 .15Mg0 .85)O 산화물 보호막을 구비한 전면 기판과 종래의 배면 유리/배면 유전층/격벽/형광층으로 구성된 배면 기판을 500℃의 질소 분위기에서 봉착하고, 380℃의 온도에서 가열 배기한 후, 방전가스를 봉입하여 PDP를 제작하였다. 이때 방전 가스는 Ne-20% Xe 혼합 기체를 사용하였고, 서스테이닝(sustaining) 주기는 30kHz이었다.
<비교예 2>
전면 기판의 보호막이 MgO 산화물로 이루어져 있고, 전면 기판과 배면 기판을 질소 분위기에서 봉착하지 않은 점을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방법으로 PDP를 제조하였다.
<실시예 1>
평균 입도가 1 ㎛ 이하인 CaO 게터 분말을 사용하여 2 ㎛ 이하의 두께로 게터층을 코팅하고 그것의 표면에 형광체 페이스트를 인쇄법으로 코팅하여 배면 기판을 형성하고, 결정상 2원계 (Ca0.15Mg0.85)O 산화물 보호막을 구비한 전면 기판과 상기 배면 기판을 500℃의 온도까지 가열하여 소성하고 질소 분위기에서 봉착한 후, 가열 배기 및 방전가스의 봉입에 의해 PDP를 제작하였다. 기타 조건은 비교예 1과 동일하다.
<실험예 1>
상기 비교예 1 및 2와 실시예에서 각각 제작된 PDP들의 방전 전압을 PDP의 에이징 시간에 따라 측정하였고, 그 결과를 도 7 및 도 8에 도시하였다.
먼저, 도 7을 참조하면, 비교예 1에서 2원계 (Ca0 .15Mg0 .85)O 산화물 보호막의 방전 전압은 약 305V 정도로서, 비교예 2의 MgO 보호막의 방전 전압인 345V에 비해 약 40V정도 낮게 나타나는 것을 알 수 있다. 이러한 방전 전압의 감소는 2원계 (Ca0.15Mg0.85)O 산화물 보호막의 밴드갭 에너지가 MgO에 비하여 감소하여, 2차 전자 방출 계수를 증가시켰기 때문으로 볼 수 있다.
다음으로, 도 8을 참조하면, 실시예 1의 PDP 방전 전압은 230V까지 감소된 것으로 나타났다. 이와는 달리, MgO로 이루어진 보호막을 사용하는 비교예 2의 경우 방전 전압이 345V까지 감소되고, 질소 분위기 봉착된 2원계 (Ca0.15Mg0.85)O 산화물 보호막을 사용하는 비교예 1의 경우 방전 전압이 305V까지 감소함을 알 수 있다.
따라서, 2원계 (Ca0 .15Mg0 .85)O 산화물 보호막을 질소 분위기하에서만 봉착한 비교예 1의 PDP보다, 상기 보호막을 질소 분위기에서 봉착하고 CaO 게터층을 배면기판의 표면에 도포한 실시예 1의 PDP가 방전 전압의 감소 효과 측면에서 효과가 큼을 확인할 수 있다. 즉, 상기와 같이 특정 구성의 보호막과 소정의 위치에 게터층을 포함하는 본 발명에 따른 교류형 플라즈마 디스플레이 소자는 효율이 획기적으로 상승되어 PDP의 소비 전력을 감소시키고, 제조 부품 원가를 감소시킬 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
Claims (9)
- 전면 유리/전면 유전층/보호막으로 구성된 전면 기판을 포함하고 있고, 상기 보호막은 MgO 기재에 2가의 금속 산화물(MO)이 첨가된 2원계 산화물((MxMg1-x)O)로 이루어져 있으며, 비휘발성 산화물 게터층이 배면 유리/배면 유전층/격벽으로 구성된 배면 기판의 표면에 균일하게 도포되어 있고, 상기 비휘발성 산화물 게터층의 표면에 형광체층이 형성되어 있는 구조로 이루어지고,
상기 금속 산화물(MO)에서 M은 Ca, Sr, Ba, Zn, Co, Ni 및 Fe로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이며, 첨가된 금속 산화물의 몰 분률(x)은 0.001-0.5의 범위인 것을 특징으로 하는 교류형 플라즈마 디스플레이 소자(AC PDP). - 제 1 항에 있어서, 상기 보호막은, 전자빔 증착(e-beam evaporation), 이온 플레이팅(ion-plating), 스퍼터링(sputtering), 화학증착(chemical vapor deposition) 중에서 선택되는 어느 하나의 방법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 교류형 플라즈마 디스플레이 소자(AC PDP).
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 금속 산화물(MO)은 BeO, CaO, SrO, BaO, CoO, NiO, ZnO 및 FeO로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 교류형 플라즈마 디스플레이 소자(AC PDP).
- 제 1 항에 있어서, 상기 비휘발성 산화물 게터층은 BeO, MgO, CaO, SrO, 또는 이들의 합금 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하고 있고, 게터층을 형성하는 입자들의 평균 입경이 1 ㎛ 이하이며, 게터층의 두께가 5 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 교류형 플라즈마 디스플레이 소자(AC PDP).
- 제 1 항에 있어서, 상기 비휘발성 산화물 게터층은 스프레이 코팅법, 인쇄 코팅법, 및 정전팅 방법에서 선택되는 방법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 교류형 플라즈마 디스플레이 소자(AC PDP).
- 제 1 항에 있어서, 상기 비휘발성 산화물 게터층은, 배면 유리/배면 유전층/격벽으로 구성된 배면 기판의 표면에 비휘발성 산화물을 균일하게 도포하여 게터층을 형성하고, 페이스트 디스펜싱(dispensing)에 의해 상기 게터층의 상부에 형광체 막을 형성한 후, 도포된 밀봉 페스트(seal paste)와 소성 공정을 수행한 다음, 봉착/가열 배기/방전 가스의 봉입 공정을 수행하는 과정에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 교류형 플라즈마 디스플레이 소자(AC PDP).
- 제 7 항에 있어서, 상기 봉착 공정의 온도는 450℃내지 520℃이고, 가열 배기 공정의 온도는 200℃ 내지 400℃인 것을 특징으로 하는 교류형 플라즈마 디스플레이 소자(AC PDP).
- 제 7 항에 있어서, 상기 봉착 공정에서 보호막이 대기 중의 수증기 및 이산화탄소와 반응하여 수화물 및 카보네이트 형성을 억제하도록, 상기 공정을 질소 분위기 또는 진공 분위기에서 수행하는 것을 특징으로 하는 교류형 플라즈마 디스플레이 소자(AC PDP).
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