KR20010019794A - 교류형 플라즈마 디스플레이 패널용 마그네슘-알루미늄-티타늄 - Google Patents

Abstract

본 발명은 교류형 플라즈마 디스플레이용 보호막 재료에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기존의 산화마그네슘{MgO} 보호막 대신에 산화마그네슘과 산화알루미늄{Al₂O₃} 그리고 산화티타늄{TiO₂}의 혼합막을 보호막으로 적용하는 방안이다.

교류형 플라즈마디스플레이 패널용 보호막 물질로 사용중인 산화마그네슘은 재료적 성능상 아직 최적의 보호막 물질로 고정하기 어렵고 또한, 제품의 생산비의 감소를 위해서는 패널의 방전전압 감소를 통한 방전전력의 감소와 효율의 개선이 수반되어야 한다. 이를 위하여 본 발명은 일반적인 전자빔 증착기를 사용하여 산화마그네슘과 산화알루미늄 그리고 산화티타늄의 혼합막을 제작하여 보호막으로 적용하였으며 기존 산화마그네슘과의 비교를 위하여 방전개시전압과 방전유지전압, 그리고 패널의 방전전압과 밀접한 관계가 있는 이차전자방출계수를 측정하였다. 적용된 새로운 보호막은 패널의 방전개시전압, 방전유지전압, 이차전자방출특성을 획기적으로 향상시킴으로서 패널의 휘도, 효율 등의 향상을 도모할 수 있다.

Description

교류형 플라즈마 디스플레이 패널용 마그네슘-알루미늄-티타늄 복합산화물 보호막 재료 {Protective materials of Mg-Al-Ti-O system for AC plasma display panel}

본 발명은 교류형 플라즈마 디스플레이 패널용 보호막 재료에 관한 것으로 기존의 보호막 재료를 새로운 물질로 대체함으로써 교류형 플라즈마 디스플레이 패널의 전압특성을 획기적으로 향상시키고 이를 통하여 방전전력의 감소, 나아가 발광효율을 증가시키고자 함이다.

정보사회의 발전과 함께 보다 대면적의 표시소자에 대한 요구가 증가하고 있는 실정이다. 기존의 음극선관{CRT}의 경우, 해상도와 화질면에서 가장 우수하지만 화면의 크기가 커짐에 따라 중량과 두께등의 문제를 해결하는데 한계가 있다.

따라서, 액정 디스플레이{LCD}, 전계방출 디스플레이{FED}, 플라즈마 디스플레이{PDP} 등의 평판형 표시소자가 최근들어 각광받고 있으며 대면적의 요구를 가장 훌륭히 만족시킬수 있는 디스플레이로서 플라즈마 디스플레이 패널이 각광받고 있다. 플라즈마 디스플레이 패널은 교류형{AC}과 직류형{DC}으로 나눌 수 있으며 현재는 교류형의 대면적 구현 우수성으로 인하여 연구가 이에 집중되고 있다. 도면 1은 일반적인 면방전형 교류형 플라즈마디스플레이 패널의 셀구조를 보여주고 있다. 이러한 플라즈마 디스플레이 패널은 평행하게 배열된 종 전극(2)을 가지고 있는 전면 유리기판(1)과 횡 전극(8)을 가지고 있는 후면 유리기판(9)으로 이루어져 있다. 투명한 유리기판(1) 위에 유지전극(2)을 형성하고 유전체(3)를 형성한다. 유전체 물질은 플라즈마 환경에 노출됐을 때, 상대적으로 부식특성이 강하므로 이를 방지하기 위하여 그 위에 보호막 물질(4)을 코팅하는 것으로 교류형 플라즈마디스플레이패널의 전판부가 완료된다. 후판부의 경우는 후면 유리기판(9) 위에 횡 전극(8)을 표시전극으로서 형성하고 그 위에 유전체(7), 형광체(6) 순으로 인쇄하여 완료되는데 이 때,(5)는 격벽으로서 셀과 셀사이의 오방전을 방지하기 위하여 형성한다. 이러한 구조를 갖도록 제조되는 플라즈마 디스플레이 패널은 횡 전극과 종 전극이 수직으로 교차되어 공간(10) 내에 방전영역을 형성할 수 있도록 전면 유리기판(1)과 후면 유리기판(9)을 정렬한 후에 봉합한다. 내부를 고진공으로 배기한 후에 배기관을 뚫어서 네온, 헬륨과 크세논 등으로 이루어진 방전가스를 방전공간(10)으로 주입한 다음 봉합하는 것으로 플라즈마 디스플레이의 구조가 완료된다. 이러한 방법으로 전면기판의 종 전극(2)과 후면기판의 횡 전극(8) 간의 각 교차지점에서 하나의 셀의 화소가 결정되며 이렇게 다수의 화소를 형성함으로써 구동회로에 의해 화상을 구현할 수 있게 된다. 이러한 플라즈마 디스플레이의 화상을 구현할 때에는 전극 (2)과 전극(8)에 방전개시전압을 인가하게 되며 보호막 위에서 플라즈마 방전이 일어난다. 이 때, 인가되는 전압의 크기는 전면과 후면기판 사이에 형성되는 방전공간의 간격, 방전공간내에 유입한 방전가스의 종류와 압력, 유전체와 보호막의 성질에 따라 결정된다. 플라즈마 방전시 방전공간내의 양이온들과 전자들은 서로 반대의 극성{polarization}을 가지고 이동하며 결국, 보호막의 표면은 서로 반대되는 두 개의 다른 극성을 가진 부분으로 나뉘어 진다. 이와같은 벽전하들은 보호막이 근본적으로 저항이 높은 절연체이므로 보호막 표면에 남아 있으며 이러한 벽전하의 영향으로 방전개시전압보다 낮은 전압에서 방전이 유지되는 현상, 즉, 교류형 플라즈마 디스플레이 패널 고유의 메모리 기능을 갖게 되며 정성적으로 방전개시전압과 유지전압의 차이를 의미한다. 즉, 플라즈마디스플레이패널은 방전개시전압과 유지전압의 사이에서 구동되기 때문에 메모리마진이 클수록 보다 안정한 상태의 구동이 가능하다. 따라서, 유전체와 보호막은 방전개시전압과 유지전압 양자에 있어서 매우 중요한 역할을 수행한다. 현재, 교류형 플라즈마 디스플레이 패널의 보호막 재료로 사용중인 물질은 산화마그네슘(MgO)이다. 보호막은 전극으로부터 전압의 인가에 의하여 가스가 해리되어 플라즈마를 형성할 때, 플라즈마내 이온의 보호막 입사에 의하여 보호막 표면으로부터 이차전자가 방출됨으로써 보다 낮은 전압에서 가스방전이 일어날 수 있도록 도와준다. 따라서, 보호막을 적용함으로써 패널의 저전압화가 이루어지고 있으며 이러한 저전압화는 패널의 전력소모를 줄여서 생산비를 절감시킬 뿐만 아니라, 휘도와 효율등의 향상을 도모할 수 있도록 한다. 그러나, 현재 사용중인 산화마그네슘 보호막 물질은 위에서 설명한 방전전압을 효과적으로 낮추어 주고 있지 못한 실정인데 이는 산화마그네슘의 물질 특성으로서 플라즈마로부터 입사하는 이온에 대한 이차전자의 방출률이 작기 때문이다. 즉, 방전전압을 보다 낮추어 방전전력을 감소시키고 나아가 효율특성을 획기적으로 향상시키기 위해서는 이차전자방출계수가 매우 높은 보호막 재료의 개발이 절실하다.

본 발명은 상기와 같은 산화마그네슘의 낮은 이차전자방출계수 특성을 개선시키기 위해 산화마그네슘 보호막을 대체하는 새로운 보호막 재료를 개발하여 기존의 산화마그네슘 보호막을 적용한 패널보다 낮은 전압에서 플라즈마 방전이 가능하도록 하여 패널의 방전전압의 감소와 함께 나아가 휘도, 효율등의 성능향상에 그 목적이 있다. 즉, 도면 2에서와 같이 패널의 전체적인 패널의 구성부는 기존의 구성과 동일하지만 기존 산화마그네슘 보호막 대신에 산화마그네슘(MgO), 산화알루미늄{Al₂O₃}과 산화티타늄{TiO₂}의 혼합막을 보호막(4)으로 적용한 것에 본 발명의 특징이 있다.

전술한 바와 같이 방전가스의 종류와 압력, 전극간격 및 폭 등의 패널의 구조 그리고 구동회로의 구동파형 등이 동일하다면, 패널의 방전특성은 보호막 물질에 따라서 매우 달라진다. 이와같이 패널의 방전특성이 보호막 물질에 따라서 영향을 받는 이유는 플라즈마 공간으로부터의 이온의 입사에 의해 보호막 표면으로부터 이차전자가 방출되어 보다 낮은 전압에서 플라즈마 방전이 가능하도록 해주기 때문이다. 이러한 이차전자방출특성은 물질 고유의 특성으로서 동일물질인 경우에는 보호막의 결정면, 표면 거칠기 등에 영향을 받는다. 기존에 보호막으로 쓰이는 산화마그네슘은 단일 산화물중에서는 비교적 우수한 이차전자방출특성을 가지고 있으나 물질 특성상 결정면이나 표면 거칠기 등의 물리적 특성을 최적화 한다고 하더라도 이차전자방출특성의 획기적인 향상을 이루기는 어렵다. 따라서, 본 발명은 이러한 보호막의 이차전자방출특성을 획기적으로 향상시키고 나아가 방전전압을 감소시켜 방전전력 효율을 향상시키고자 기존의 산화마그네슘이 아닌 산화마그네슘, 산화알루미늄 그리고 산화티타늄의 혼합막을 보호막으로 적용하였다. 따라서, 개발된 새로운 보호막의 이차전자방출특성을 기존의 산화마그네슘 보호막과 비교, 분석하는 것이 필요하며 또한, 패널상에서 방전개시전압과 유지전압, 그리고 메모리마진 등을 측정하여 실제적인 전압특성의 개선을 살펴보는 것에 그 목적이 있다.

산화마그네슘과 새로운 산화마그네슘, 산화알루미늄 그리고 산화티타늄 혼합보호막등의 성막은 상용화공정에 사용중인 일반적인 전자빔증착기{E-beam Evaporator}를 사용하였다. 각각의 보호막의 방전특성을 측정하기 위하여 도면 1에서 전판부로 표시된 구조를 가지도록 도면 3에 나타낸 바와 같이 1단계의 유리기판 위에 2단계에서 전극을 인쇄한 후, 3단계에서 유전체 물질을 인쇄하였으며 최종적으로 각각의 보호막 물질을 전자빔증착기에서 성막하여 보호막 물질에 관계없이 같은 패널구조를 가지도록 하였다. 방전특성 평가시 20 kHz의 주파수를 가진 사각파를 구동파로 사용하여 방전가스로 헬륨을 300 Torr로 유지한 상태에서 행하였다.

이차전자방출특성의 측정을 위하여 200 eV의 에너지를 가지고 있는 헬륨이온{He⁺}을 기존의 산화마그네슘 보호막과 본 발명이 제안한 새로운 조성의 보호막에 입사시켜 이 때, 방출되는 이차전자를 각각 계수화하여 비교하였다.

도 1은 교류형 플라즈마디스플레이패널의 셀 단면 구조도

도 2는 산화마그네슘과 산화알루미늄, 그리고 산화티타늄의 혼합막을 보호막으로 적용한 교류형 플라즈마디스플레이패널의 셀 단면 구조도

도 3은 교류형 플라즈마 디스플레이 패널의 전판제작 공정도

도 4는 산화마그네슘과 산화마그네슘에 산화알루미늄과 산화티타늄이 혼합된 보호막의 이차전자방출계수의 변화를 나타낸 그래프

도 5는 산화마그네슘과 산화마그네슘에 산화알루미늄과 산화티타늄이 혼합된 보호막의 산화티타늄 혼합량에 따른 방전개시전압과 방전유지전압의 변화를 나타낸 그래프

도 6은 산화마그네슘과 산화마그네슘에 산화알루미늄과 산화티타늄이 혼합된 보호막의 산화티타늄 혼합량에 따른 메모리마진의 변화를 나타낸 그래프

본 발명의 작용을 도면 4와 도면 5의 그래프를 이용하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

전술한 바와같이 보호막의 전기적 특성을 가늠하는 물리적 특성은 이차전자방출계수로서 물질의 고유특성이다. 이는 입사이온에 대한 전자의 방출 갯수를 나타내는 물리량으로서 플라즈마 디스플레이 패널의 보호막 재료의 평가시 특히, 중요한 이유는 보호막 표면으로부터 이차전자가 많이 방출될수록 가스방전이 보다 낮은 전압에서 일어나기 때문이다. 이러한 보호막의 이차전자방출특성을 평가하기 위하여 헬륨이온{He⁺]을 200 eV로 가속하여 보호막 표면에 입사시키고 이 때, 방출되는 이차전자를 검출기에서 계수하였다. 도면 4에서 이러한 이차전자방출특성을 기존의 산화마그네슘과 본 발명에서 제안한 새로운 보호막 재료인 산화마그네슘, 산화알루미늄 그리고 산화티타늄의 혼합막에 대하여 평가하여 나타내었다. 이 때, 가로축으로 표시된 MgO, MA5T, MA10T 그리고 MA15T는 각각 MgO + 10mol% Al₂O₃+ 5mol% TiO₂, MgO + 10mol% Al₂O₃+ 10mol% TiO₂, MgO + 10mol% Al₂O₃+ 15mol% TiO₂를 나타내고 있다. 도표에서 볼 수 있듯이 순수한 산화마그네슘 보호막은 약 0.33의 값을 나타낸 데 반하여 본 발명에서 채용한 산화마그네슘, 산화알루미늄 그리고 산화티타늄의 혼합 보호막은 각 성분의 조성에 상관없이 매우 높은 값을 나타내었으며 산화티타늄의 함량이 5mol%, 10mol% 그리고 15mol%로 증가할수록 이차전자방출계수 역시 증가하고 있다. 특히, MgO에 10mol% Al₂O₃와 15mol% TiO₂가 첨가된 보호막, 즉 도표에서 MA15T로 나타낸 보호막은 약 0.639의 값을 나타내어 순수한 산화마그네슘 대비 약 94 %의 이차전자방출계수의 향상을 보이고 있다. 즉, 산화마그네슘, 산화알루미늄 그리고 산화티타늄으로 이루어진 혼합 보호막은 이차전자방출특성을 획기적으로 향상시켰음을 확인할 수 있다.

보호막 재료에 따른 방전특성의 평가시 20 kHz의 주파수를 가진 사각파를 구동파로 사용하여 방전가스로 헬륨을 300 Torr 채워넣은 상태에서 행하였다. 도면 5의 (가)는 도면 3의 3단계 과정까지 동일하게 제작한 패널상에 보호막 재료의 성분을 달리하여 증착한 패널의 성분에 따른 방전개시전압을 나타내고 있다. 전술한 바와 같이 방전전압특성은 생산비와 휘도, 그리고 효율과 관련되어 낮을수록 유리하며 메모리 마진은 소자의 안정적인 작동을 위하여 보다 커야한다. 도면 5 (가)의 그래프에서 가로축에 표시된 MgO, MA5T, MA10T 그리고 MA15T는 각각 MgO + 10mol% Al₂O₃+ 5mol% TiO₂, MgO + 10mol% Al₂O₃+ 10mol% TiO₂, MgO + 10mol% Al₂O₃+ 15mol% TiO₂를 보호막으로 적용한 패널을 나타내고 있다. 그래프에서 볼 수 있듯이 기존의 산화마그네슘을 보호막으로 적용한 패널은 약 155 V의 방전개시전압을 나타낸 반면, 산화마그네슘에 산화알루미늄과 산화티타늄을 혼합한 보호막을 적용한 패널은 전체적으로 낮은 방전개시전압을 나타내고 있다. 특히, MgO에 10mol% Al₂O₃와 10mol% TiO₂가 첨가된 보호막과 MgO에 10mol% Al₂O₃와 15mol% TiO₂가 첨가된 보호막을 적용한 패널인 MA10T, MA15T는 매우 우수한 방전특성을 나타내고 있으며 이는 순수한 산화마그네슘을 보호막으로 적용한 패널 대비, 약 10 %의 방전개시전압 감소효과를 나타내었다. 또한, 방전유지전압을 나타낸 도면 5 (나)의 그래프에서도 볼 수 있듯이 방전유지전압의 경우에 있어서도 기존의 산화마그네슘을 보호막으로 적용한 패널은 120 V의 방전유지전압을 보인 반면, 산화알루미늄과 산화티타늄을 혼합한 보호막을 적용한 패널은 MgO에 10mol% Al₂O₃와 5mol% TiO₂가 첨가된 보호막, MgO에 10mol% Al₂O₃와 10mol% TiO₂그리고 MgO에 10mol% Al₂O₃와 15mol% TiO₂가 첨가된 보호막인 MA5T, MA10T 그리고 MA15T 모두 약 102와 100 V 사이의 방전유지전압을 나타내었다. 이는 순수한 산화마그네슘을 적용한 패널의 방전개시전압과 방전유지전압에 대비하여 약 16.8 %의 개선효과를 가져왔다. 이와같이 산화티타늄과 산화마그네슘을 혼합하여 보호막으로 적용한 패널은 방전개시전압과 방전유지전압 모두 기존의 산화마그네슘을 보호막으로 적용한 패널보다 매우 낮은 값을 나타내었다. 또한, 메모리 마진의 변화를 나타낸 도면 6의 그래프에서 볼 수 있듯이 산화마그네슘에 산화알루미늄과 산화티타늄을 혼합한 보호막을 적용한 패널은 순수한 산화마그네슘 보호막을 적용한 패널에 비해 전체적으로 큰 값을 나타내었다. 이는 산화마그네슘을 보호막으로 적용한 패널 대비, 약 29 %가 증가된 값으로서 전압의 안정성 측면도 크게 개선시킨 것으로 보인다. 본 발명에서 산화마그네슘에 산화알루미늄과 산화티타늄을 혼합한 물질을 보호막으로 적용하였을 때 나타난 방전개시전압과 방전유지전압의 감소는 도면 4에 나타낸 바와 같이 이온의 입사에 의하여 보호막 표면으로부터 발생된 이차전자의 수, 즉, 이차전자방출계수가 순수한 산화마그네슘에 비하여 크게 증게하여 나타난 현상이며 이러한 물질을 보호막으로 적용하였을 때, 방전효율 또한 크게 증가할 것으로 예상된다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은 교류형 플라즈마 디스플레이 패널의 기존 산화마그네슘 보호막 대신에 산화마그네슘에 산화알루미늄과 산화티타늄을 혼합한 물질을 교류형 플라즈마 디스플레이 패널의 보호막으로 적용하였다. 보호막 특성값인 이차전자방출계수를 측정한 결과, MgO는 0.33 이었던데 반하여 새로운 보호막, MgO-Al2O3-TiO2는 전체적으로 개선된 값을 나타내었으며 MgO에 10mol% Al₂O₃와 10mol% TiO₂가 첨가된 보호막은 0.639의 값을 나타내어 약 93.6 %의 개선효과를 나타내었으며 방전특성의 평가에서도 방전개시전압과 유지전압, 그리고 메모리마진이 모두 향상되었다. 따라서, 보호막의 이차전자방출계수의 증가를 통하여 패널의 저전압화는 물론 이를 통하여 휘도, 효율, 나아가서 생산비의 절감 효과 또한 기대할 수 있다.

Claims (1)

1. 교류형 플라즈마 디스플레이의 보호막을 전자선증착기나 스퍼터장비, 혹은 스크린 프린팅등 여러 장비로 성막하는 단계에 있어서 기존의 산화마그네슘 대신에 산화마그네슘과 산화알루미늄, 그리고 산화티타늄의 혼합막을 보호막으로 적용하는 방안, 특히, 산화마그네슘에 혼합되는 산화알루미늄과 산화티타늄의 혼합 조성범위는 0에서 30 mol%까지로 제한한다.