KR20000060889A - Resistor Material - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 저항체 재료에 관한 것으로, 특히 평판 디스플레이 소자에 과전류 제한용으로 사용되는 저항체에 적합한 저항체 재료에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to resistor materials, and more particularly to resistor materials suitable for resistors used for overcurrent limiting in flat panel display devices.
최근 들어, 기존의 음극선관(CRT) 뒤를 이어 차세대 표시장치로서 각광받게 될 평판 디스플레이 소자에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 평판 디스플레이 소자에는 이미 일반화된 액정디스플레이(Liquid Crystal Display; LCD)와, 가스방전을 이용하는 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel; 이하 'PDP'라 한다), 음극선관과 같이 전자선에 의한 형광체 발광을 이용하는 전계방출 디스플레이(Field Emission Display; 이하 'FED'라 한다) 및 일렉트로 루미네선트(Electro Luminescent; EL) 등이 있다. 이러한 평판 디스플레이 소자표시 중에서 PDP는 구조가 단순하여 대화면의 패널 제작이 용이함과 아울러 160°이상의 광시야각을 가지고 박형 및 경량의 특성을 가지고 있어 주목받고 있다. PDP는 가스방전 현상을 이용하는 것으로 가스방전시 발생하는 진공자외선이 형광체를 발광시킴으로써 화상을 표시하는 소자로서, 크게 교류형 PDP와 직류형 PDP로 분류되고 있다. 이하, 도 1을 참조하여 직류형 PDP의 구조를 살펴보기로 한다.Recently, research on a flat panel display device, which will be spotlighted as a next-generation display device following an existing cathode ray tube (CRT), is being actively conducted. Such flat panel display devices include liquid crystal displays (LCDs), generalized liquid crystal displays (LCDs), plasma display panels using gas discharge (hereinafter referred to as 'PDP'), and fluorescent light emission by electron beams such as cathode ray tubes. Field emission displays (hereinafter referred to as 'FED') and Electro Luminescent (EL). Among such flat panel display devices, the PDP has been attracting attention because of its simple structure, making it easy to manufacture a large screen panel, having a wide viewing angle of 160 ° or more, and having thin and lightweight characteristics. PDP uses a gas discharge phenomenon, and the vacuum ultraviolet rays generated during gas discharge emit light to the phosphor to display an image, and are classified into an AC type PDP and a DC type PDP. Hereinafter, the structure of the direct current type PDP will be described with reference to FIG. 1.
도 1은 직류형 PDP에 매트릭스 형태로 구성되는 방전셀의 구조가 도시되어 있다.1 shows a structure of a discharge cell configured in a matrix form on a direct current type PDP.
도 1의 방전셀은 상부기판(10) 상에 형성되는 양극(Anode)(12)과 보조양극(14) 및 형광체(18)를 구성으로 하는 상판과, 하부기판(20) 상에 형성되는 저항체(22)와 음극(Cathod)(24) 및 격벽(26)을 구성으로 하는 하판을 구비한다. 양극(12)과 보조양극(14)은 상부기판(10) 상에 나란하게 형성된다. 형광체(18)는 양극(12)이 형성된 상부기판(10) 상에 도포되고, 이 형광체(18)와 보조양극(14) 사이에는 블랙매트릭스 띠(16)가 형성된다. 음극(24)은 하부기판(20) 상에 상기 양극(12) 및 보조양극(14)과 직교하는 방향으로 형성된다. 그리고, 음극(24)의 하부에는 전류-전압특성의 안정화를 위하여 저항체(22)가 형성된다. 이러한 상부기판(10)과 하부기판(20) 사이에는 격벽(26)이 형성되어 주방전공간(23)과 보조방전공간(25)이 각각 마련하게 된다. 이러한 구조의 방전셀은 보조양극(14)과 음극(24) 사이에 걸리는 전압 차에 의해 보조방전공간(25)에서 프라이밍 방전(Priming)이 발생하여 하전입자들이 생성되고 하전입자들은 격벽(26A) 위의 통로를 통해 주방전공간(23)으로 확산된다. 주방전공간(23)으로 확산된 하전입자와 양극(12)과 음극(24) 사이에 인가되는 전압 차에 의해 방전이 발생하고 음극(24)에 인가되는 유지신호에 의해 방전을 유지함으로써 가시광(28)을 방출하게 된다.The discharge cell of FIG. 1 includes an upper plate composed of an anode 12 formed on the upper substrate 10, an auxiliary anode 14, and a phosphor 18, and a resistor formed on the lower substrate 20. The lower plate which comprises 22, the cathode 24, and the partition 26 is provided. The anode 12 and the auxiliary anode 14 are formed side by side on the upper substrate 10. The phosphor 18 is applied on the upper substrate 10 on which the anode 12 is formed, and a black matrix strip 16 is formed between the phosphor 18 and the auxiliary anode 14. The cathode 24 is formed on the lower substrate 20 in a direction orthogonal to the anode 12 and the auxiliary anode 14. In addition, a resistor 22 is formed under the cathode 24 to stabilize the current-voltage characteristic. A partition wall 26 is formed between the upper substrate 10 and the lower substrate 20 to provide the kitchen space 23 and the auxiliary discharge space 25, respectively. In the discharge cell of this structure, priming is generated in the auxiliary discharge space 25 due to the voltage difference applied between the auxiliary anode 14 and the cathode 24 to generate charged particles, and the charged particles are partition walls 26A. Through the above passage is spread to the kitchen space (23). Discharge is generated by the charged particles diffused into the discharging space 23 and the voltage difference applied between the anode 12 and the cathode 24 and the discharge is maintained by the sustain signal applied to the cathode 24. 28).
이러한 직류형 PDP에서 저항체(22)는 과전류를 제한하기 위하여 음극(24)과의 접촉부위에 약 15∼20㎛ 두께로 형성되어 있다. 이 저항체(22)의 제조방법을 상세히 하면, 우선적으로 직경 2㎛ 이하의 RuO2분말을 바인더(Binder)용 PbO-based 글라스(Glass) 분말과 용매인 BCA(n-Buthyl Carbitol Acetate), 점도조절용 고형분인 EC(Ethyl Cellulose)와 함께 일정비율로 혼합하여 점도 약 60000∼100000 cps의 페이스트(Paste) 상태로 만들게 된다. 이렇게 만들어진 페이스트를 하부기판(20) 상에 도포한 후 산화분위기하에서 약 550∼600℃의 온도로 소성하여 저항체(22)를 형성하게 된다. 이러한 저항체(22)의 재료로는 RuO2와 글라스의 혼합물이 이용되고 있다. 이 경우, 저항체(22)의 면저항은 RuO2및 글라스의 함량과 소성온도 등에 따라 좌우되나 일반적으로 100㏀/□에서 10㏁/□ 범위의 값을 가진 것이 직류 PDP 소자용으로 많이 사용된다. 이 RuO2+글라스 저항체는 직류 PDP의 음극재료로 주로 사용되는 니켈(Ni) 또는 알루미늄(Al) 도체와의 부착력이 우수하고 입자의 표면평활도가 좋아 페이스트 상태로 만들기 용이한 장점이 있을 뿐만 아니라 저항온도계수(Temperature Coefficient of Resistance; TCR)의 변화값이 ±100ppm/℃로 작으므로 소자조립 공정시 거치게 되는 수회의 열처리공정에서도 매우 안정된 특성을 유지하는 장점이 있다. 이와 같이, 저항체의 재료는 수회의 열처리공정을 거쳐야하므로 열적변형이 작아야하는 특성이 요구된다. 아울러 저항체 재료는 고온소성시 저항체의 전극으로 확산되지 않기 위하여 고온 안정성이 요구됨과 아울러 비용절감을 위해 비교적 원가가 낮아야만 한다.In the DC-type PDP, the resistor 22 is formed to have a thickness of about 15 to 20 μm at the contact portion with the cathode 24 to limit the overcurrent. In detail, the method of manufacturing the resistor 22 includes, firstly, RuO 2 powder having a diameter of 2 μm or less for PbO-based glass powder for binder, BCA (n-Buthyl Carbitol Acetate) as a solvent, and viscosity control. It is mixed with EC (Ethyl Cellulose) as a solid at a constant ratio to make a paste (Paste) with a viscosity of about 60000 to 100,000 cps. The paste thus prepared is coated on the lower substrate 20 and then baked at a temperature of about 550 to 600 ° C. under an oxidizing atmosphere to form the resistor 22. As a material of such a resistor 22, a mixture of RuO 2 and glass is used. In this case, the sheet resistance of the resistor 22 depends on the content of RuO 2 and the glass and the firing temperature. However, a sheet having a value in the range of 100 kV / □ to 10 kV / □ is generally used for the DC PDP device. This RuO 2 + glass resistor has excellent adhesion to nickel (Ni) or aluminum (Al) conductors, which are mainly used as cathode materials for direct current PDPs, and has good surface smoothness for particles, making it easy to make pastes. Since the change in temperature coefficient of resistance (TCR) is small as ± 100ppm / ° C, there is an advantage of maintaining a very stable characteristic even in several heat treatment processes that are performed during the device assembly process. As such, the material of the resistor is required to undergo several heat treatment steps, so that a property of small thermal deformation is required. In addition, the resistor material needs to have high temperature stability so as not to diffuse into the electrode of the resistor when firing at high temperature, and the cost must be relatively low for cost reduction.
그런데, RuO2+글라스 저항체는 일반적인 저항체보다 수십배의 높은 재료비가 요구되어 원가상승의 원인이 되고 있으며 소성분위기에 의해 산소 등과 반응하여 그 특성의 변화가 매우 심하게 나타나는 단점이 있다. 또한, RuO2+글라스 저항체는 바인더용 글라스 선택에 있어서도 RuO2가 가지는 특성 때문에 글라스의 선택에 제한성이 있는 단점이 있다.By the way, RuO 2 + glass resistor is required to do several times higher material cost than the general resistor is a cause of the increase in cost, there is a disadvantage that the change in its characteristics is very severe by reacting with oxygen and the like by the minor component crisis. In addition, the RuO 2 + glass resistor has a disadvantage in that the selection of the glass is limited because of the characteristics of RuO 2 in the glass selection for the binder.
도 3은 FED의 하판구조를 나타내는 단면도이다.3 is a cross-sectional view showing the bottom plate structure of the FED.
도 3에 도시된 FED의 하판은 하부기판(30) 상에 순차적으로 적층된 음극(32)과 저항체(34) 및 이미터 팁(36)과, 이미터 팁(36) 주변의 저항체(34) 상부에 순차적으로 적층된 절연층(38) 및 게이트전극(40)을 구성으로 한다. 저항체(34)는 음극(32)과 이미터 팁(36) 사이에 형성되어 과전류를 방지하는 역할을 하게 된다. 이미터 팁(36)은 게이트전극(40)에 인가되는 전압으로 형성된 고전계에 의해 진공중으로 전자를 방출하게 된다. 이렇게 이미터 팁(36)으로부터 방출된 전자는 음극(32)과 상판쪽의 양극 사이에 인가되는 전압에 의해 가속되어 상판쪽에 형성된 형광체에 충돌하여 발광시킴으로써 가시광이 방출된다.The lower plate of the FED illustrated in FIG. 3 includes a cathode 32, a resistor 34, an emitter tip 36, and a resistor 34 around the emitter tip 36, which are sequentially stacked on the lower substrate 30. The insulating layer 38 and the gate electrode 40 sequentially stacked on the upper portion are constituted. The resistor 34 is formed between the cathode 32 and the emitter tip 36 to prevent overcurrent. The emitter tip 36 emits electrons in vacuum by a high electric field formed with a voltage applied to the gate electrode 40. The electrons emitted from the emitter tip 36 are accelerated by the voltage applied between the cathode 32 and the anode on the upper side, and collide with the phosphor formed on the upper side to emit visible light.
이러한 FED에 이용되는 저항체도 상기 직류 PDP용 저항체와 같이 열적변형이 적고 고온안정성을 가지며 낮은 원가가 요구된다.The resistor used for such a FED also requires low thermal deformation, high temperature stability, and low cost like the resistor for DC PDP.
따라서, 본 발명의 목적은 고온안정성을 가지며 원가가 낮은 저항체 재료를 제공하는 것이다.It is therefore an object of the present invention to provide a resistor material having high temperature stability and low cost.
본 발명의 다른 목적은 낮은 저항온도계수(TCR)를 가지는 저항체 재료를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a resistor material having a low resistance temperature coefficient (TCR).
도 1은 일반적인 직류형 플라즈마 디스플레이 패널의 방선셀 구조를 나타낸 단면도.1 is a cross-sectional view showing a structure of a radiation cell of a general DC plasma display panel.
도 2는 일반적인 전계방출 디스플레이의 하판구조를 나타내는 단면도.2 is a cross-sectional view showing a lower plate structure of a general field emission display.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 저항체 재료의 종류별 특성을 나타내는 도면.3 is a view showing the characteristics of each type of resistor material according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명><Simple explanation of symbols for main parts of drawings>
10 : 상부기판 12 : 양극10: upper substrate 12: anode
14 : 보조양극 16 : 블랙매트릭스 띠14: secondary anode 16: black matrix strip
18 : 형광체 20, 30 : 하부기판18: phosphor 20, 30: lower substrate
22, 34 : 저항체 23 : 주방전공간22, 34: resistor 23: the entire kitchen space
24, 32 : 음극 25 : 보조방전공간24, 32: cathode 25: auxiliary discharge space
26 : 격벽 28 : 가시광26: partition 28: visible light
36 : 이미터 팁 38 : 절연층36 emitter tip 38 insulation layer
40 : 게이트전극40: gate electrode
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 저항체 재료는 나이트라이드계 화합물을 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the resistor material according to the present invention is characterized in that it comprises a nitride compound.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 이점들은 첨부 도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.Other objects and advantages of the present invention in addition to the above object will become apparent from the description of the preferred embodiment of the present invention with reference to the accompanying drawings.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.
본 발명의 실시 예에 따른 직류 PDP용 저항체 재료는 고온안정성 및 낮은 저항온도계수(TCR)를 가짐과 아울러 RuO2보다 원가가 매우 낮은 나이트라이드(Nitride)계 재료를 포함하게 된다. 직류 PDP용 저항체는 음극과 직접 접하여 고온소성 과정을 거치므로 열적 안정성이 매우 중요하다. 본 발명의 저항체 재료는 180μΩ㎝ 이하의 저항값과 2000℃ 이상의 용융온도 및 150ppm/℃ 이하의 저항온도계수(TCR) 변화값을 가지고 있다. 이러한 특성을 가지는 나이트라이드계 화합물로는 도 3에 나타낸 바와 같이 TiN, ZrN, MoN, CeN, ScN, HfN, WN, TaN, LaN, TN, CrN, VbN, VN 등이 이용될 수 있다.The resistor material for direct current PDP according to the embodiment of the present invention has a high temperature stability and a low resistance temperature coefficient (TCR), and includes a nitride material having a much lower cost than RuO 2 . Since the resistor for DC PDP is directly contacted with the cathode and undergoes high temperature firing, thermal stability is very important. The resistor material of the present invention has a resistance value of 180 µΩcm or less, a melting temperature of 2000 ° C. or more, and a resistance temperature coefficient (TCR) change value of 150 ppm / ° C. or less. As the nitride compound having such characteristics, TiN, ZrN, MoN, CeN, ScN, HfN, WN, TaN, LaN, TN, CrN, VbN, and VN may be used as shown in FIG. 3.
도 3에서 이러한 나이트라이드계 화합물은 17∼180μΩ㎝의 저항값을 가짐과 아울러 2000℃ 이상의 용융온도를 가지므로 직류 PDP용 저항체의 요구특성을 충족하고 있음을 알 수 있다. 특히, 이러한 나이트라이드계 화합물에 낮은 저항특성을 가지는 전도성 화합물인 RuO2분말을 혼합하여 저항체를 만드는 경우 RuO2재료가 가지는 음극과의 부착성 및 작업의 용이성, 열적 안정성 등의 특성에 나이트라이드계의 재료가 가지는 고온안정성 및 내화학반응성, 낮은 단가 등의 특성이 부가됨으로써 더욱 효과적인 저항체를 얻을 수 있게 된다. 이 경우, 나이트라이드계 화합물과 RuO2를 포함하는 저항체의 조성비는 다음 표 2와 같다.In FIG. 3, the nitride compound has a resistance value of 17 to 180 µΩcm and a melting temperature of 2000 ° C. or higher, thus meeting the required characteristics of the resistor for DC PDP. Particularly, when a resistor is prepared by mixing RuO 2 powder, which is a conductive compound having low resistance, with such a nitride compound, the nitride-based compound has properties such as adhesion with a negative electrode, ease of operation, and thermal stability of the RuO 2 material. It is possible to obtain a more effective resistor by adding high temperature stability, chemical resistance, and low cost. In this case, the composition ratio of the resistor including the nitride compound and RuO 2 is shown in Table 2 below.
표 1에 나타낸 바와 같이 나이트라이드계 화합물에 대한 RuO2의 중량비가 1∼50%인 것이 바람직하다. 이와 같이, 나이트라이드계 화합물과 RuO2의 혼합형 저항체는 도 3에 나타낸 바와 같이 150 ppm/℃ 이하의 저항온도계수(TCR) 변화값을 가지므로 열적변형이 적고 표면저항값이 최저 10KΩ/□에서 최고 40M/□으로서 사용범위가 넓어 다양한 저항체에 응용이 가능하게 된다.As shown in Table 1, the weight ratio of RuO 2 to the nitride compound is preferably 1 to 50%. As described above, the mixed resistor of the nitride compound and RuO 2 has a change in resistance temperature coefficient (TCR) of 150 ppm / ° C. or less, so that the thermal deformation is small and the surface resistance is lower than 10 KΩ / □. Its maximum range of 40M / □ enables wide application range, enabling applications to various resistors.
이러한 나이트라이드계 화합물과 RuO2의 혼합형 저항체의 제조방법을 상세히 하면 다음과 같다.The preparation method of the mixed resistor of such a nitride compound and RuO 2 is as follows.
우선적으로, 직경 3∼5㎛의 라운드(Round) 또는 플레이크(Flake) 상의 나이트라이드계 화합물 분말(50∼99wt%)에 입자경이 0.5∼1㎛의 라운드상 RuO2분말(1∼50wt%)을 볼 밀링(Ball Milling) 방법을 이용하여 혼합한다. 이어서, 5∼15wt%의 나이트라이드계 화합물과 RuO2의 혼합분말을 60∼70wt%의 바인더용 글라스와 20∼30wt%의 유기용매, 2∼5wt%의 점도조절용 고형분을 혼합하여 점도 약 40000∼50000cps의 페이스트 상태로 만든 후 원하는 두께로 기판 상에 도포하고 산화분위기하에서 약 500∼550℃의 온도로 소성함으로써 저항체를 완성하게 된다.First, a round-shaped RuO 2 powder (1-50 wt%) having a particle size of 0.5-1 μm was added to a round or flake nitride compound powder (50-99 wt%) having a diameter of 3-5 μm. Mix using ball milling method. Subsequently, a mixed powder of 5-15 wt% nitride compound and RuO 2 was mixed with 60 to 70 wt% binder glass, 20 to 30 wt% organic solvent, and 2 to 5 wt% solids for viscosity adjustment to obtain a viscosity of about 40000 to After making 50000cps paste, it is applied to a substrate with a desired thickness and baked at a temperature of about 500 to 550 ° C. under an oxidizing atmosphere to complete the resistor.
이렇게 소성처리된 저항체의 구조는 고융점 안정화 재료인 나이트라이드계 입자의 간극을 RuO2입자가 채우게 되는 형태로 유지되어 이 나이트라이드계 입자의 블록킹 현상으로 인접층에 대한 RuO2성분의 확산을 방지할 수 있게 된다. 또한, 열처리시의 산화, 환원 분위기하에서도 저항체의 열적 안정성 및 우수한 내화학반응성 특성을 확보할 수 있다.The structure of the fired resistor is maintained so that RuO 2 particles fill the gap between nitride particles, which are high melting point stabilizing materials, to prevent the diffusion of RuO 2 components into adjacent layers due to blocking phenomenon of the nitride particles. You can do it. In addition, it is possible to ensure the thermal stability and excellent chemical reactivity characteristics of the resistor even in the oxidation and reducing atmosphere during heat treatment.
특히, 나이트라이드계 화합물과 RuO2의 혼합형 저항체는 그 표면저항값이 최저 10KΩ/□에서 최고 40M/□으로서 사용범위가 넓어 다양한 저항체의 대응이 가능한 장점을 가지고 있다. 예컨대, 나이트라이드계 화합물과 RuO2의 혼합형 저항체는 도 2에 도시된 FED 소자에도 적용될 수 있게 된다.In particular, a mixed resistor of a nitride compound and RuO 2 has a merit that a wide range of use is possible, with its surface resistance ranging from a minimum of 10KΩ / □ to a maximum of 40M / □. For example, the mixed resistor of the nitride compound and RuO 2 can be applied to the FED device shown in FIG. 2.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 저항체 재료에 의하면 나이트라이드계 화합물을 사용함으로써 500∼550℃정도 고온의 소성처리에서도 안정된 저항특성을 얻을 수 있게 된다. 또한, 본 발명에 따른 저항체 재료에 의하면 나이트라이드계 화합물이 2000℃ 이상의 높은 용융점을 가지고 있으므로 고온 열처리 및 산화와 환원분위기에서도 안정된 특성을 유지할 수 있게 된다. 이에 따라, 고온의 소성처리과정에서도 전극과의 반응을 최소화할 수 있으므로 안정된 특성과 수명을 연장시킬 수 있게 된다. 아울러, 본 발명에 따른 저항체 재료에 의하면 나이트라이드계 화합물은 기존의 RuO2저항체보다 수십배 정도 재료비가 낮으므로 원가절감에 큰 효과가 있다. 나아가, 본 발명에 따른 저항체 재료에 의하면 나이트라이드계 저항체의 표면저항값이 10KΩ/□에서 최고 40M/□으로서 사용범위가 넓어 다양한 저항체의 대응이 가능한 장점을 가지고 있다.As described above, according to the resistor material according to the present invention, stable resistance characteristics can be obtained even by firing at a high temperature of about 500 to 550 占 폚 by using a nitride compound. In addition, according to the resistor material according to the present invention, since the nitride compound has a high melting point of 2000 ° C. or higher, stable properties can be maintained even at high temperature heat treatment and oxidation and reduction atmospheres. Accordingly, the reaction with the electrode can be minimized even in the high temperature firing process, so that stable characteristics and lifespan can be extended. In addition, according to the resistor material according to the present invention, since the nitride compound has a material cost about ten times lower than that of the conventional RuO 2 resistor, it has a great effect on cost reduction. Furthermore, according to the resistor material according to the present invention, the surface resistance value of the nitride resistor is 10KΩ / □ up to 40M / □, which has a wide range of use, and has the advantage of being compatible with various resistors.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the technical spirit of the present invention. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the detailed description of the specification but should be defined by the claims.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1019990009556A KR20000060889A (en) | 1999-03-20 | 1999-03-20 | Resistor Material |
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