KR20010068309A

KR20010068309A - 플라즈마 디스플레이 패널의 유전층

Info

Publication number: KR20010068309A
Application number: KR1020000000163A
Authority: KR
Inventors: 장명수
Original assignee: 구자홍; 엘지전자 주식회사
Priority date: 2000-01-04
Filing date: 2000-01-04
Publication date: 2001-07-23
Also published as: KR100752845B1

Abstract

본 발명은 플라즈마 디스플레이 패널용 유전층에 관한 것으로 특히, 전면기판의 유전층으로 투명결정화 유리를 사용하여 열처리공정에도 높은 안정성을 확보하는 동시에 유전체층으로의 역할 이외에도 보호층으로도 사용할 수 있도록 하여 소자의 구조를 단순화하는 것을 특징으로 한다. 이에 따라 우수한 물리적 성질을 가지는 플라즈마 디스플레이 패널의 전면 기판을 제공한다.

Description

플라즈마 디스플레이 패널의 유전층 {A dielectric layer for a plasma display panel}

플라즈마 디스플레이 패널은 형광체에 의한 풀 칼라 매트릭스(Full Color Matrix)에 적당한 면 방전형 PDP로서 CRT를 대체하는 박형 표시소자로서 주목되고 있으며, 고해상도 텔레비젼 영상 분야로 용도 확대를 위해 그 고정세화와 대화면화가 추진되고 있다.

박형의 대화면용 칼라표시등에 이용되는 플라즈마 디스플레이 패널은 미세한 방전 셀로 불리는 격벽과 격벽의 아랫면에 접합된 배면판과 영상이 표시되는 전면판으로 둘러쌓인 공간에 서로 대향하는 전극을 설치하여 각 공간에 방전가능한 가스를 봉입하여 기밀구조를 형성한 구조를 갖는다.

상기 대향하는 전극 사이에 전극을 가하면 방전이 발생하여 셀내부에 플라즈마가 발생하며, 각 플라즈마에서 발생하는 진공자외선이 형광체를 발광하여 전면의 투명기판을 통해 표시되는 것이다.

플라즈마 디스플레이 패널은 기존의 CRT 디스플레이에 비해 아직은 발광효율이 낮고, 제조공정이나 구조가 최적화되지 않은 상황이며 이의 개선을 위해 방전방식이나 셀구조, 구동방식, 형광체나 보호막 재료, 유전체 재료등에 대한 다각적인 연구가 진행되고 있다.

도면1은 일반적인 플라즈마 디스플레이 패널의 단위 셀 구조를 나타낸다. 전면기판(11)으로는 소다라임실리게이트(Soda-lime silicate)유리기판위에 투명전극인 ITO가 패터닝되어 형성되어 스트라입타입의 유지전극(12)쌍이 형성되고, 상기 유지전극(12)위에는 스트라입 타입의 버스전극(13)이 각각 형성되어 있다. 그 위에는 패널전체에 투명한 유전체층(14)이 덮도록 형성되며 다시 그위에 MgO로 된 보호막(15)이 형성된 구조를 갖는다.

후면기판(10)에는 소다라임실리게이트(Soda-lime silicate)유리기판위에 상기 전면기판의 버스전극(13)과 수직으로 교차하도록 스트라입 타입의 어드레스전극(18)이 형성되며, 그 아래의 소다라임실리게이트(Soda-lime silicate)유리기판(10)과 어드레스전극(18)사이에는 하지막(19)이 형성되어 유리와 전극 사이의 반응을 좋게 한다. 어드레스전극(18)위에는 반사막 유전층(17)이 배면판 전체에 덮이며, 그 위에 격벽(16)이 형성되고 격벽 내부에는 각 셀마다 순서대로 R,G,B형광체(미도시)가 도포된다.

이러한 플라즈마 디스플레이 패널의 구조에서 투명유전체의 역할은 매우 중요한데, 그 이유는 첫째로, 화질에 영향을 주며, 둘째로 전면판 전극위에 덮이므로 전극층 보호의 역할을 가지며, 셋째로 플라즈마 방전을 안정화시키는 역할을 가지며, 넷째로, 형광체에서 나온 가시광선이 투명 유전체층을 거쳐 전면 유리기판을 통해 나가게 되므로 광투과율에 영향을 미치기 때문이다.

이러한 투명 유전체에 요구되는 사항은 다음과 같다. 우선 높은 광투과율과, 높은 브레이크다운(Breakdown) 전압, 그리고 기판유리와 매칭되는 열팽창계수를 가져야한다.그러나 이런한 특성을 모두 만족하는 조성을 갖는 유전체층을 제작하는 것은 쉬운 일이 아니다.

종래에는 이런 특성을 만족시키기 위해, 전면 패널의 투명 유전체는 버스전극을 보호하고 방전에 필요한 유전 특성을 갖기 위해 버스전극위에 전면 패널전체에 투명한 유전체층을 형성하게 되는데 이러한 투명 유전체층은 아래쪽 전극과 반응을 방지하기 위해 1차적으로 전극과 반응성이 큰 성분이 없는 (예를 들면 알칼리인 R₂O) 유전체층을 유전체하층으로 형성하고, 그위에 MgO보호막이 균일하게 입혀질 수 있도록 좋은 평활도와 표면조도를 갖는 유전체층을 유전체상층으로 형성하는 2층 구조를 형성한다.

도2는 이러한 종래의 전면기판의 구조를 상세히 나타낸 것으로전면유리기판(21)위에는 유지전극쌍(22), 버스전극(23)이 차례로 형성되고, 그위에 형성되는 유전체층은 유전체하층(24-1)과 유전체상층(24-2)의 2층구조를 가지며 상기 유전체 상층(24-2)에 보호막(25)이 형성된 구조를 갖는다.

종래에는 이와 같이 상판의 투명 유전체층은 상판 전극과의 반응을 방지하기 위해서 전극과의 반응성이 작은 하층 유전층을 형성하고 그 위에 고투과율과 좋은 표면 평활성을 갖는 상층 유전층을 형성하였다. 그리고 그 위에 유전체층을 보호하고 2차전자의 방출을 향상시키기 위한 보호막 재료를 형성하였다.

유전체층을 하층과 상층으로 나눈 2층구조를 형성하려면 2회에 걸친 공정을 거쳐야 하므로 공정이 길어 질 뿐 아니라, 하층과 상층사이의 계면이 존재하게 되어 투과율을 저하시키는 요인으로 작용할 수 있다.

또한 2회에 걸친 공정을 거치게 되어 기포, 이물질등의 불량이 발생할 가능성이 증가하여 이러한 결점들은 플라즈마 디스플레이 패널의 구동시에 절연파괴등이 발생하는 직접적인 원인이 될 수 있다.

상층 유전체는 상판전극과의 반응성은 낮지만 상대적으로 퍼짐성은 나쁘기 때문에 소성 후 표면이 거칠다. 이를 보완하기 위해 상층 유전층은 퍼짐성이 좋아야한다. 이러한 유리조성으로 이루어진 상층 유전층은 연화점이 다소 낮게되며, 상하판 패널을 합착하는 공정에서 합착온도까지 재가열하게 되면 보호막층의 균열을 발생시키는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하는 것으로 특히, 상판유전체를 1회의 공정만으로 제조하는 동시에 플라즈마 디스플레이 패널용 유전체층으로서 요구되어지는 물적 특성을 만족시킬 수있는 새로운 유전체층의 재료 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

도1은 통상의 플라즈마 디스플레이 패널의 단위 셀 구조

도2는 통상의 플라즈마 디스플레이 패널의 전면기판의 구조

도3은 본발명의 플라즈마 디스플레이 패널의 전면기판의 구조

도4는 본발명의 투명결정화 유리의 제조공정도

도5는 본발명의 플라즈마 디스플레이 패널의 전면기판 제조공정도

본 발명의 상기의 과제를 해결하기 위하여 투명결정화 유리를 이용하여 유전체층을 구성하는 것을 특징으로 한다. 이하, 도3을 이용하여 본 발명의 구조를 상세히 설명한다.

본 발명은 전면기판(31)인 투명유리기판위에 ITO등의 투명전극으로 형성되는 유지전극(32)쌍과 버스전극(33)을 차례로 패터닝하여 스트립 타입으로 형성하고, 상기 버스전극(33)및 유지전극(32)을 포함한 전면기판(31) 전면에 유전체층(34)을 형성한다. 상기 유전체층(34)위에는 보호막(35)을 형성한다. 이때, 상기 유전체(34)층은 2층구조가 아닌 1층으로 형성되며, 특히, 결정화유리를 이용하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

결정화 유리는 유리를 제어하는 조건 하에서 재가열하여 다수의 미소한 결정을 균일하게 석출, 성장시켜 얻어지는 도자기와 같은 다결정체로 정의된다. 투명결정화 유리는 결정화 유리내에서 석출된 결정상의 크기가 가시광선 파장인 380~780 μm 보다 작은 크기로 제한되어 형성시켜 가시광선의 유전체 투과율을 손상시키지 않도록 한다.

이하, 보다 상세히 결정화 유리의 조건 및 제조방법, 재료적 특성에 대해서 알아본다.

본 발명에서 사용되는 투명 결정화 유리의 요구조건은 다음과 같다. 첫째, 결정의 크기가 가시광의 파장보다 작아야하며, 둘째, 결정의 잔존 유리상의 굴절률이 비슷할 것, 셋째, 결정의 광학적 이방성이 크지 않을 것 등이다. 이러한 요구조건을 만족하는 투명 결정화 유리는 유리 고유의 장점과 결정성 세라믹스의 장점을 동시에 갖는 우수한 재료가 된다.

투명 결정화 유리에 사용되는 모유리 조성물로써는 다음과 같은 것들이 있다.

1) 결정상이 충진 β-석영 고용체로 열팽창 계수가 거의 0인 것

(실시예) : SiO₂68~76%, Al₂O₃17~24%, Li₂O 2.5~5%, MgO 0~3%,ZnO 0~4%

핵형성제 : TiO₂1.5~4%, ZrO₂0~3%

2) 결정상이 충진 β-석영 고용체로 열팽창 계수가 10~20 X 10^-7/℃ 이고 무색투명하며 내열성이 높은 것

(실시예) : SiO₂68~76%, Al₂O₃17~22%, Li₂O 1.5~3%, MgO 2.5~7%, ZnO 0~3%

핵형성제 : ZrO₂3~6%

3) 결정상이 충진 β-석영 고용체로 열팽창 계수가 11~30 X 10^-7/℃ 이고 무알칼리인 것

(실시예) : SiO₂64~75%, Al₂O₃16~25%, MgO 3~10%, ZnO 0~7%

핵형성제 : ZrO₂3~10%

4) 결정상이 스피넬(Spinel)인것

(실시예) : SiO₂65~75%, Al₂O₃15~25%, MgO 0~6%, ZnO 4~15%

핵형성제 : ZrO₂5~10%, 실투방지제 K₂O+ Cs₂O: 10%

4) 결정상이 뮬리트(Mullite)인것

(실시예) : SiO₂60~90%, Al₂O₃10~40%

실투방지제 BaO, Na₂O, Rb₂O , Cs₂O등

이와 같은 다양한 투명 결정화 유리 조성계중에서 요구되는 특성에 맞추어 모유리 조성계를 선택할 수 있다.

상기에 열거한 핵 형성제 이외에도 모유리의 조성이나 생성되는 결정상의 종류에 따라서 다음과 같은 여러가지 핵 형성제가 사용될 수 있다.

우선, 광감성 금속 재료로서 Au, Ag,Cu등이 있으며, 단일 핵형성제로는 Pt, F, P₂O₅, TiO₂, MoO₃, WO_3,복합핵형성제로는 Cd(S,Se), P₂O₅+TiO₂, P₂O₅+MoO₂,P₂O₅+WO₃,MoO₃+ WO₃,MoO₃+ZrO₂,P₂O₅+ ZrO₂,P₂O₅+ TiO₂+ ZrO₂, TiO₂+ ZrO₂

등을 사용할 수 있다.

한편, 투명 결정화 유리는 핵을 균일하게 형성하는 것이 필요한데, 이를 구현하기 위해 다음과 같은 방법을 적용할 수 있다. 핵형성제를 유리 중에 균일하게 용융시키는 방법 또는 표면실투성의 유리를 분말체로 하는 방법등을 적용할 수 있다. 표면실투성의 유리를 분말체로 하는 방법은 유리의 표면 특히, 파쇄된 유리표면이 핵생성되기 쉬운 성질을 이용하는 것으로, 분말로 한 유리를 연화점 이상의 온도로 가열하여 원유리 분말 표면을 핵으로 하는 결정을 석출, 성장시키는 방법이다.

도4에는 본 발명의 일실시예에 의한 유전체후막의 제조공정이 나타나 있다. 단계별로 살펴보면, 적용될 플라즈마 디스플레이 패널에 적합한 특성을 갖는 투명결정화 유리조성물의 조성을 설계한 후, 상기 조성물에 의한 원료를 준비하는 배치(Batch)제조단계, 준비된 재료를 용융하는 단계, 용융된 재료를 분쇄하여 분말로 만드는 단계, 상기 분말에 비히클(Vehicle)을 혼합하는 단계, 상기 비히클이 혼합된 분말을 페이스트(Paste)상태로 만드는 단계, 상기 페이스트를 기판에 인쇄하는 단계, 상기 인쇄된 페이스트층을 열처리하여 소성하는 단계로 이루어진다. 상기 같은 페이스트를 이용한 인쇄방법 대신에 드라이 필름형태로 제조하여 유전체층을 형성하는 방법도 가능하다.

본 발명에 사용되는 유전체층은 투명결정화유리이므로 상기 열처리단계에서 유전체층내에서 핵이 생성되고 성장되어 결정을 갖게 된다.

이하, 도5를 통해 전면기판의 형성방법을 설명한다. 우선 플라즈마 디스플레이용 전면기판을 세정하는 단계와, 상기 기판위에 투명전극인 유지전극을 형성하는 단계와, 상기 유지전극위에 버스전극을 형성하는 단계, 상기 버스전극 및 유지전극을 포함한 기판 전면에 상기 도4에 의해 제조된 페이스트 또는 드라이필름으로 후막을 형성하고, 이를 열처리하여 유전체 재료중의 핵형성제를 활성화시켜 핵을 생성 및 성장시키는 단계로 이루어진다. 이때 핵성장은 열처리 온도 및 조성을 적절히 제어하여 일정이하의 크기 즉, 가시광 파장보다 작은 크기로 성장을 제한한다.

상기와 같이 제작된 상판용 유전체층은 높은 투과율, 기판과 매칭되는 열 팽창계수, 적정범위내의 유전률등의 물성을 가지게 되며, 전극과의 반응에 의한 변색이 없다는 장점을 가진다.

또한, 모유리에 비해 내스퍼터링성이 좋고 2차전자 방출계수가 높은 우수한 물리적 특성을 가지므로 유전체로서뿐만 아니라 보호막의 역할도 하는 것이 가능해져 별도의 보호막을 구성하지 않아도 되며,모유리의 열팽창계수값이 커도 석출 결정상의 열팽창 계수 값과 보상되어 기판과 매칭되는 값으로 조절하는 것이 가능해진다.

또한 석출 결정상의 종류에 따라서 유전률과 열팽창계수를 조절하여 물적 특성을 쉽게 조절할 수 있으므로 1층만으로도 유전체층으로서 요구되는 물리적 특성을 만족시킬 수 있어 2층구조의 단점인 계면특성문제등이 제거된다.

Claims

투명유리기판위에 형성되는 유지전극, 상기 유지전극위에 형성되는 버스전극, 상기 버스전극위에 형성되는 유전체층을 포함하며, 상기 유전체층이 투명 결정화 유리로 구성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널의 유전층
1항에서 상기 유전체층은 모상유리조성물에 핵형성제가 포함된 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널의 유전층
2항에서 상기 핵형성제는 Au, Ag, Cu등의 감광성 금속인 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널의 유전층
2항에서 상기 핵형성제는 Pt, F, P₂O₅, TiO₂, MoO₃, WO_3,등 단일 핵형성제인 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널의 유전층
2항에서 상기 핵 형성제는 Cd(S,Se), P₂O₅+TiO₂, P₂O₅+MoO₂,P₂O₅+WO₃,MoO₃+ WO₃,MoO₃+ZrO₂,P₂O₅+ ZrO₂,P₂O₅+ TiO₂+ ZrO₂, TiO₂+ ZrO₂등 1개이상의 핵형성제의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널의 유전층
2항에서 상기 모상유리 조성물은 결정상이 충진 β-석영 고용체로 열팽창 계수가 거의 0인 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널의 유전층
6항에서 상기 모상유리조성물은 SiO₂68~76%, Al₂O₃17~24%, Li₂O 2.5~5%, MgO 0~3%,ZnO 0~4% 이고 상기 핵형성제는 TiO₂1.5~4%, ZrO₂0~3%인것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널의 유전층
2항에서 상기 모상유리조성물은 결정상이 충진 β-석영 고용체로 열팽창 계수가 10~20 X 10^-7/℃ 이고 무색투명하며 내열성이 높은 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널의 유전층
8항에서 상기 모상유리조성물은 SiO₂68~76%, Al₂O₃17~22%, Li₂O 1.5~3%, MgO 2.5~7%, ZnO 0~3%이고 상기 핵형성제는 ZrO₂3~6% 인것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널의 유전층
2항에서 상기 모상유리조성물은 결정상이 충진 β-석영 고용체로 열팽창 계수가 11~30 X 10^-7/℃ 이고 무알칼리인 것은 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널의 유전층
10항에서 상기 모상유리조성물은 SiO₂64~75%, Al₂O₃16~25%, MgO 3~10%, ZnO 0~7%이고 상기 핵형성제는 ZrO₂3~10% 인것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널의 유전층
2항에서 상기 모상유리조성물은 그 결정상이 스피넬(Spinel)인것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널의 유전층
12항에서 상기 유전체층은 모상유리조성물이 SiO₂65~75%, Al₂O₃15~25%, MgO 0~6%, ZnO 4~15% 이고 상기 핵형성제는 ZrO₂5~10%, 실투방지제로 K₂O+ Cs₂O 10%인것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널의 유전층
1항에서 상기 유전체층은 결정상이 뮬리트(Mullite)인 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널의 유전층
14항에서 상기 유전체층은 SiO₂60~90%, Al₂O₃10~40%이며, 실투방지제로 BaO, Na₂O, Rb₂O , Cs₂O가 추가된 것을 특징으로 하는 는 플라즈마 디스플레이 패널의 유전층.