KR20010112651A - 기체방전 표시장치, 플라즈마어드레스 액정표시장치 및그의 제조 방법 - Google Patents

기체방전 표시장치, 플라즈마어드레스 액정표시장치 및그의 제조 방법 Download PDF

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마찌다 가쯔히꼬
샤프 가부시키가이샤
이데이 노부유끼
소니 가부시끼 가이샤
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Abstract

음극층의 스퍼터링에 기인하는 표시 품위의 저하가 방지 및 억제되는 기체 방전 표시 장치, 플라즈마 어드레스 액정 표시 장치 및 그의 제조 방법을 제공한다.
액정 셀 기판(109), 플라즈마 셀 기판(104), 액정 셀 기판(109)과 플라즈마 셀 기판(104) 사이에 설치된 유전체층(103), 액정 셀 기판(109)과 유전체층(103) 사이에 설치된 액정층(110), 및 유전체층(103)과 플라즈마 셀 기판(104) 사이에 설치된 복수의 플라즈마 채널(106)을 가진다. 복수의 플라즈마 채널(106) 각각은 방전 가스와 양극(107)과 음극(108)을 가지며, 음극(108)은 도전체 재료와 납의 중량 분율이 30% 이하인 유리를 포함하는 절연체 재료의 혼합물로 된 음극층(108a)을 가진다.

Description

기체방전 표시장치, 플라즈마어드레스 액정표시장치 및 그의 제조 방법{GAS-DISCHARGE DISPLAY DEVICE, PLASMA-ADDRESSED LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}
본 발명은 기체 방전 표시 장치, 플라즈마 어드레스 액정 표시 장치 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 특정 방전 전극을 구비한 기체 방전 표시 장치, 플라즈마 어드레스 액정 표시 장치 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
대형 및 박형의 평면 디스플레이의 실현을 지향하여, 플라즈마 어드레스 액정 표시 장치(PALC)의 개발이 행해지고 있다. PALC는 액정 셀과 플라즈마 셀이 유전체층을 매개로 적층된 구조를 가지며, 각 화소의 스위칭에 플라즈마 채널을 이용하는 액정 표시 장치이며, TFT(박막트랜지스터)를 이용하는 액정 표시 장치에 비해, 대형화가 용이하고, 저비용으로 제조가 가능하다.
플라즈마 셀은 플라즈마 셀 기판과 유전체층, 및 이들 사이에 스트라이프상으로 설치된 복수의 격벽을 가진다. 또한, 유전체층은 액정 셀의 일부로서도 작용한다. 인접한 격벽, 플라즈마 셀 기판, 및 유전체층에 의해 밀봉된 공간으로 규정되는 플라즈마 채널에는, 방전에 의해 이온화가 가능한 방전 가스가 봉입되어 있다. 복수의 플라즈마 채널 각각은, 플라즈마 셀 기판상에 형성된 방전 전극(양극및 음극)을 가지며, 방전 전극으로 전압을 인가함에 의해, 방전 가스가 이온화되고, 플라즈마 상태가 된다. 이 현상을 플라즈마 방전이라 한다.
액정 셀은 액정 셀 기판, 유전체층, 및 이들 사이에 삽입된 액정층을 가진다. 액정 셀 기판의 액정층측에는 서로 평행한 스트라이프상의 복수의 신호 전극이 플라즈마 채널과 교차하도록 형성되어 있다. 또한, 액정 셀 기판은 신호 전극에 대응하여 설치되는 착색층을 액정층측에 구비하고 있다. 착색층은 통상 적색, 녹색 및 청색 층이다.
PALC에 있어서는, 신호 전극과 플라즈마 채널이 교차하는 영역으로 화소영역을 규정한다. 화소영역 내의 액정층은 신호 전극과 플라즈마 채널 사이에 인가된 전압에 따라 배향상태가 변화하고, 화소영역을 통과하는 광량이 변화한다. 매트릭스상으로 배치된 화소영역 내의 액정층에 화상 신호를 인가함에 의해, 각각의 화소영역을 통과하는 광량을 제어하여, 화상의 표시를 행한다. 본 명세서에서는, 표시에서의 최소 단위를「화소」로 하고,「화소」에 대응하는 액정 표시 장치의 영역을「화소영역」이라 한다.
PALC는, 예컨대 플라즈마 채널을 행주사 단위로 하고, 신호 전극을 열구동 단위로 하여, 다음과 같이 동작한다.
플라즈마 채널을 행마다 순차 선택적으로 플라즈마 상태로 함에 의해, 선 순차 주사가 실행된다. 이것과 동기하여, 열구동 단위를 구성하는 각 신호 전극에 구동 전압이 인가된다. 선택적으로 플라즈마 상태로 된 플라즈마 채널내에는, 이온화된 방전 가스가 충만하게 되어, 플라즈마 상태로 된 플라즈마 채널의 전위는, 음극근방을 제외하고는 양극의 전위와 거의 같게 되고, 플라즈마 채널의 전위와 구동 전압의 전위의 차에 따른 량의 전하가 플라즈마 상태로 된 플라즈마 채널과 그에 대향하는 신호 전극 사이에 위치하는 유전체층의 하면(플라즈마 채널측의 면, 이하「유전체층 하면」이라 함)에 유도되어 축적된다. 이 때, 플라즈마 상태로 된 플라즈마 채널과 구동 전압이 인가된 신호 전극이 교차하는 영역으로 규정되는 화소 영역내의 액정층은, 플라즈마 채널과 신호 전극에 인가된 전압이 유전체층과 액정층에서 용량 분할된 전압에 따라 배향 상태가 변화한다.
다음, 이 플라즈마 채널이 비선택(플라즈마 방전이 중지)되면, 플라즈마 채널내는 절연 상태가 되고, 플라즈마 채널이 다시 선택되어 플라즈마 상태로 될 때까지, 유전체층 하면에 전하가 축적되는 상태가 유지된다. 즉, 유전체층 하면과 신호 전극 간의 전위차(전압)는, 유전체층 하면, 유전체층, 액정층 및 신호 전극에 의해 형성되는 용량에 의해 샘플 홀드된다. 그 결과, 플라즈마 채널 내가 절연 상태로 되어 있을 때도, 샘플 홀드된 전압에 의해 화소 영역 내의 액정층의 배향 상태가 유지된다.
이와 같이 플라즈마 채널은, 유전체층 하면과 양극의 전기적인 접속/비접속을 제어하는 스위칭 소자로 작용한다. 또한, 유전체층 하면은 가상 전극으로서 작용한다. 물론, 행과 열을 역으로 할 수 있고, 플라즈마 채널의 양극에 구동 전압을 인가함에 의해 구동 단위로 하고, 신호 전극에 주사 전압을 인가함에 의해 주사 단위로 할 수 있다.
플라즈마 채널 내에 발생하는 플라즈마 방전은 다음과 같이 개시된다. 양극과 음극 사이에 전압을 인가하면, 음극에서 방출된 전자가 양극과 음극 간의 전계에 의해 가속되어, 양극을 향해 진행됨으로써, 플라즈마 채널에 봉입된 방전 가스의 분자에 충돌한다. 그 결과, 방전 가스의 분자가 여기 또는 전리되고, 여기 원자, 양이온 및 전자가 생성된다. 전리에 의해 생성된 양이온은 음극을 향해 진행하고, 양이온의 일부는 음극에 충돌하여 2차 전자를 생성한다. 전자에 의한 방전 가스의 전리 및 양이온에 의한 2차 전자의 방출 상승 효과에 의해 플라즈마 방전이 개시된다. 또한, 2차 전자 방출에 기여하는 음극의 표면을「음극층」이라 하고, 음극의「음극층」을 제외한 부분을「하층 음극층」이라 한다.
음극층의 구성 재료로, 종래는 니켈이 사용되는 경우가 많았지만, 니켈의 스퍼터율(방전 가스의 이온이 1개 충돌했을 때 음극재의 원자가 튀어 나오는 갯수)이 크기 때문에, 플라즈마 방전중에 스퍼터링되기 쉽고, 다음의 2개의 문제를 일으킬 수 있다. 스퍼터링된 니켈 원자가 플라즈마 셀 기판이나 유전체층 하면에 부착하는 것에 의해, 투과율이 저하되는 문제, 및 도전성을 가진 니켈 원자가 플라즈마 채널의 신장 방향으로 평행하게 연장하는 음극층을 따라 유전체층 하면에 부착됨으로써, 버스 바 현상이 발생되는 문제가 있다.
이하에, 버스 바 현상에 대해 설명한다. 예컨대, 하나의 플라즈마 채널을 따라 3개의 연속된 화소 영역(각각 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)에 대응함)을 사용하여 컬러 표시를 행하는 경우에 대해 설명한다. 중앙의 녹색의 화소 영역 만을 ON상태(명상태)로 하면, 녹색의 화소 영역에 대응하는 유전체층 하면의 영역에, 소정량의 전하가 유도된다. 그렇지만, 도전성을 가진 물질이 음극층을 따라 유전체층하면에 부착되면, 유도된 전하는 도전성 물질을 매개로 음극층을 따른 방향으로 확산하여, 녹색의 화소 영역에 대응하는 유전체층 하면의 영역을 넘어서, 인접한 적색 및 청색의 화소 영역에 대응하는 유전체층 하면의 영역까지 분포한다. 따라서, 인접한 적색 및 청색의 화소 영역 내의 액정층의 일부는, 확산된 전하에 의해 생기는 전계(전압)의 영향을 받아서, 배향 상태가 변화한다. 그 결과, 녹색의 화소 영역 만이 ON상태(명상태)로, 인접한 적색 및 청색의 화소 영역은 OFF상태(암상태)로 관찰되어야 하는 것이지만, ON상태의 녹색의 화소 영역에 인접한 적색 및 청색의 화소 영역의 일부가 ON상태로서 관찰된다. 즉, 본래 표시된 녹색에, 적색과 청색이 섞이기 때문에, 색순도가 저하한다. 이와 같이, 유전체층 하면에 부착된 도전성을 가진 물질은 혼색을 유발하여 표시 품위를 저하시킨다.
니켈을 음극층으로서 사용하는 경우, 종래는 제품 수명을 확보하기 위해 방전 가스 중에 수은을 함유시켰다. 수은이 음극층의 스퍼터링 방지에 기여하는 메카니즘은 아직 해명되어 있지 않지만, 수은의 가스운이 음극층의 표면을 덮는 것에 의해, 방전 가스 이온의 운동 에너지를 흡수함과 동시에, 예컨대 니켈이 스퍼터링 되더라도, 수은 원자와의 충돌에 의해 니켈 원자가 다시 음극층의 표면으로 되돌아오기 때문이 아닌 가로 추측된다.
이와 같이 수은은 니켈의 스퍼터링 방지에 기여하지만, 수은 가스운의 밀도는 포화 증기압에 의존하고, 포화 증기압은 대수 함수적인 온도 의존성을 갖게 되므로(랜킨=듀플레의 식에 따름), 저온 영역에서는 수은의 스퍼터링 방지 효과가 충분히 발휘되지 않을 가능성이 있다.
따라서, 본 출원인은 PALC의 음극층의 재료로서, 란타노이드의 붕화 물 재료를 제안하였다(일본 특허 출원 제 99-003543호). 예컨대, 6붕화 란탄은 주사형 전자 현미경의 열전자원으로서 사용되고 있고, 내구성이 있는 물질로 널리 알려져 있다. 6붕화 가드리늄도 6붕화 란탄과 같이, 일 함수가 작기 때문에 전자 방출 능력이 우수한 재료이고, PALC의 음극층의 재료로서 적합하다. 이러한 재료는 스퍼터율이 니켈 보다 작기 때문에, 수은 가스를 봉입하지 않아도 투과율의 저하 또는 버스 바 현상이 발생하기 어렵고, 저온에서도 충분한 제품 수명을 확보할 수 있다.
PALC의 음극층의 형성 프로세스로는, 예컨대 스퍼터링법, EB증착법, 전착법 및 인쇄법이 알려져 있다. 이러한 방법은, 스퍼터링법 또는 EB증착법 등의 박막 형성 프로세스, 전착법 또는 인쇄법 등의 후막 형성 프로세스로 대별되고, 후막형성 프로세스는 생산성 향상 또는 저코스트화를 이루도록 사용된다. 전착법이나 인쇄법은, 먼저 도전체 재료와 절연체 재료의 혼합물을 사용하여 전구체 음극층을 형성한 다음, 절연체 재료에 포함되는 바인더 재료의 연화점보다 높은 온도에서 전구체 음극층을 소성하여 음극층을 형성한다. 바인더 재료로는, 통상 유리, 특히 프로세스 온도를 감소시키기 위해 납유리를 사용하는 경우가 많다. 납유리 중의 납은 연화점을 내리기 위해 첨가되어 있다.
그러나, 본 발명자는 음극층의 구성 재료로서 스퍼터 내성이 높은 란타노이드의 붕화물 재료를 사용한 경우에도, 종래 사용되던 납유리 등을 바인더 재료로서 사용하면, 충분한 제품 수명을 확보할 수 없는 문제가 있음을 발견하였다.
예컨대, 납유리를 사용한 경우, 납유리에 포함되는 산화납은 스퍼터 내성이낮고, 플라즈마 방전중에 스퍼터링되어 플라즈마 셀 기판 또는 유전체층 하면에 부착되어, 투과율의 저하 원인이 된다. 또한, 산화납은 환원되기 쉽고, 유전체층 하면에 부착된 산화납은 용이하게 환원되어 도전율이 높아지게 되며, 버스 바 현상의 발생 원인이 된다.
이상의 문제는, 방전 전극을 구비한 기체 방전 표시 장치에 공통적인 문제이고, PALC 뿐만 아니라, 플라즈마 방전에 의해 형광체층을 발광시켜 표시를 행하는 플라즈마디스플레이패널(PDP)에서도, 충분한 제품 수명을 확보할 수 없는 문제가 있다. PDP에서는, 음극층 중의 납유리에 포함되는 산화납이 플라즈마 방전중에 스퍼터링되어 전면 기판(예컨대, 유리 기판)이나 형광체층 표면에 부착하기 때문에, 투과율이나 형광체층의 발광 효율이 저하되고, 발광 휘도가 저하된다.
본 발명은 상기 문제를 감안하여 이루어진 것으로서, 그의 목적은 음극층의 스퍼터링에 기인하는 표시 품위의 저하가 방지 및 억제되는 기체 방전 표시 장치, 플라즈마 어드레스 액정 표시 장치 및 그의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 기체 방전 표시 장치는 서로 대향하는 한 쌍의 기판 및 상기 한 쌍의 기판 사이에 설치된 복수의 플라즈마 채널을 가지며, 상기 복수의 플라즈마 채널 각각은 방전 가스와 양극과 음극을 가지며, 상기 음극은 도전체 재료와, 납의 중량 분율이 30% 이하의 유리를 포함하여 형성되는 음극층을 갖는 것에 의해 상기 목적이 달성된다
상기 유리는 나트륨, 리튬, 칼륨 및 비스무트로 이루어지는 군에서 선택된적어도 하나의 원소를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 도전체 재료는 6붕화 가드리늄, 6붕화 란탄, 4붕화 이트륨 또는 탄소를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 한 쌍의 기판 중 하나와 상기 한 쌍의 기판 중 다른 기판을 개재하여 대향하는 다른 하나의 기판, 상기 한 쌍의 기판 중 다른 기판과 상기 다른 하나의 기판 사이에 설치된 액정층을 더 포함하는 구성을 가진다.
상기 복수의 플라즈마 채널 각각은 형광체층을 더 포함하는 구성을 가진다.
본 발명에 따른 플라즈마어드레스 액정표시장치는 제 1 기판, 제 2 기판, 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 설치된 유전체층, 상기 제 1 기판과 상기 유전체층 사이에 설치된 액정층, 및 상기 유전체층과 상기 제 2 기판 사이에 설치된 복수의 플라즈마 채널을 가지며, 상기 복수의 플라즈마 채널 각각은 방전 가스와 양극과 음극을 가지며, 상기 음극은 도전체 재료와, 납의 중량 분율이 30% 이하인 유리를 포함하는 절연체 재료의 혼합물로 이루어지는 음극층을 갖는 것에 의해, 상기 목적이 달성된다.
본 발명에 따른 다른 플라즈마어드레스 액정표시장치는 제 1 기판, 제 2 기판, 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 설치된 유전체층, 상기 제 1 기판과 상기 유전체층 사이에 설치된 액정층, 상기 유전체층과 상기 제 2 기판 사이에 설치된 복수의 플라즈마 채널을 가지며, 상기 복수의 플라즈마 채널 각각은 방전 가스와 양극과 음극을 가지는 플라즈마 어드레스 액정 표시 장치로서, 제 2 기판을 준비하는 공정, 상기 제 2 기판상에 도전체 재료와, 납의 중량 분율이 30% 이하인유리를 포함하는 절연체 재료의 혼합물을 사용하여 전구체 음극층을 형성하는 공정, 상기 전구체 음극층을 소성함에 의해 얻어지는 음극층을 포함하는 음극을 형성하는 공정, 상기 제 2 기판상에 상기 음극과 소정의 간격으로 대향하는 양극을 형성하는 공정, 상기 제 2 기판과 소정의 간격으로 유전체층을 접합한 후, 상기 제 2 기판과 상기 유전체층 사이에 방전 가스를 봉입함에 의해 복수의 플라즈마 채널을 형성하는 공정, 및 상기 제 1 기판과 상기 유전체층을 소정의 간격으로 접합한 후, 상기 제 1 기판과 상기 유전체층 사이에 액정 재료를 주입함에 의해 액정층을 형성하는 공정을 포함하는 플라즈마 어드레스 액정 표시 장치의 제조 방법에 의해 제조됨에 의해, 상기 목적이 달성된다.
상기 절연체 재료의 상기 유리는, 나트륨, 리튬, 칼륨 및 비스무트로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 도전체 재료는 6붕화 가드리늄, 6붕화 란탄, 4붕화 이트륨 또는 탄소를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 플라즈마어드레스 액정표시장치의 제조 방법은 제 1 기판, 제 2 기판, 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 설치된 유전체층, 상기 제 1 기판과 상기 유전체층 사이에 설치된 액정층, 및 상기 유전체층과 상기 제 2 기판 사이에 설치된 복수의 플라즈마 채널을 가지며, 상기 복수의 플라즈마 채널 각각은 방전 가스와 양극과 음극을 가지는 플라즈마 어드레스 액정 표시 장치의 제조 방법으로서, 상기 제 2 기판상에 도전체 재료와, 납의 중량 분율이 30% 이하인 유리를 포함하는 절연체 재료의 혼합물을 사용하여 전구체 음극층을 형성하는 공정, 및 상기 전구체 음극층을 소성함에 의해 얻어지는 음극층을 포함하는 상기 음극을 형성하는 공정을 포함함으로써, 상기 목적이 달성된다.
상기 전구체 음극층을 형성하는 공정은 전착법을 사용하여 실행되는 것이 바람직하다.
상기 전구체 음극층을 형성하는 공정은 인쇄법을 사용하여 실행되는 것이 바람직하다.
상기 절연체 재료의 상기 유리는, 나트륨, 리튬, 칼륨 및 비스무트로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 도전체 재료는 6붕화 가드리늄, 6붕화 란탄, 4붕화 이트륨 또는 탄소를 포함하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 작용을 설명한다.
본 발명에 따른 기체 방전 표시 장치에서는 음극층이 포함하는 유리는 납의 중량분율(질량분율)이 30% 이하인 유리이다. 따라서, 플라즈마 방전중에 스퍼터링되는 산화납의 량이 감소된다. 그 결과, 표시 품위의 저하가 방지 및 억제된다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 어드레스 액정 표시 장치에서는 음극층이 포함하는 유리는 납의 중량분율(질량분율)이 30% 이하인 유리이다. 따라서, 플라즈마 방전 중에 스퍼터링되어 제 2 기판이나 유전체층 하면에 부착되는 산화납의 량이 감소된다. 그 결과, 투과율의 저하 및 버스 바 현상의 발생이 억제된다.
본 발명에 따른 플라즈마 어드레스 액정 표시 장치의 제조 방법에서는, 제 2 기판 상에 전구체 음극층을 형성하는 공정에 있어서, 납의 중량분율이 30% 이하인유리를 포함하는 절연체 재료를 사용한다. 따라서,스퍼터 내성이 낮은 산화납의 함유량이 감소된 음극층을 가진 플라즈마 어드레스 액정 표시 장치를 얻을 수 있다. 그 결과, 투과율의 저하와 버스 바 현상의 발생을 억제할 수 있다.
전착법을 사용하여 전구체 음극층을 형성하는 공정을 채용하면, 하층 음극층이 형성된 제 2 기판을, 도전체 재료와 절연체 재료가 분산된 용액(전착액)에 침적하여, 하층 음극층으로 전압을 인가함으로써, 하층 음극층의 표면에 전구체 음극층이 형성된다. 그 결과, 스퍼터링법 또는 EB증착법 등의 박막형성 프로세스를 사용하는 경우에 비해 생산성 향상과 저비용화를 이룰 수 있다.
인쇄법을 사용하여 전구체 음극층을 형성하는 공정을 채용하면, 도전체 재료와 절연체 재료를 함유하는 후막 페이스트를 제 2 기판 상에 인쇄함에 의해, 전구체 음극층이 형성된다. 그 결과, 스퍼터링법이나 EB증착법 등의 박막형성 프로세스를 사용하는 경우에 비해 생산성 향상과 저비용화를 이룰 수 있다.
유리는 나트륨, 리튬, 칼륨 또는 비스무트를 산화물로 하여 함유함으로써 연화점이 내려간다. 종래 연화점을 내리기 위해서 함유하고 있던 납을 대신하여 상기 성분을 유리에 가하면, 종래의 유리부터의 연화점의 상승량을 가능한 한 적게 한 상태에서, 납의 함유량이 적은 유리를 얻을 수 있다.
6붕화 가드리늄, 6붕화 란탄, 4붕화 이트륨 또는 탄소를 도전체 재료로 사용하면, 상기 재료는 스퍼터 내성이 높기 때문에, 플라즈마 방전 중에 음극층이 스퍼터링되기 어렵다. 그 결과, 니켈을 음극층으로 하여 사용하는 경우에 종래 봉입되어 있던 수은을 봉입할 필요가 없고, 저온에서도 투과율의 저하 또는 버스 바 현상의 발생을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 실시예 1의 플라즈마 어드레스 액정 표시 장치(100)를 개략적으로 나타낸 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 실시예 1의 플라즈마 어드레스 액정 표시 장치(100)를 개략적으로 나타낸 평면도,
도 3은 본 발명에 따른 실시예 1의 플라즈마 어드레스 액정 표시 장치(100)의 제조 방법을 나타내는 플로우 챠트,
도 4는 본 발명에 따른 실시예 1의 플라즈마 어드레스 액정 표시 장치(100)의 투과율의 시간 경과에 따른 변화를 나타내는 그래프,
도 5는 본 발명에 따른 실시예 1의 플라즈마 어드레스 액정 표시 장치(100)의 버스 바 수명을 나타내는 그래프,
도 6은 본 발명에 따른 실시예 1의 플라즈마 어드레스 액정 표시 장치(100)를 개략적으로 나타낸 평면도,
도 7은 본 발명에 따른 실시예 2의 플라즈마디스플레이패널(200)을 개략적으로 나타낸 단면도,
도 8은 본 발명에 따른 실시예 2의 플라즈마 디스플레이 패널(200)을 개략적으로 나타낸 평면도, 및
도 9는 본 발명에 따른 실시예 2의 플라즈마 디스플레이 패널(200)의 발광 휘도의 시간 경과에 따른 변화를 나타낸 그래프이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예의 기체 방전 표시 장치를 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 실시예로 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
본 발명에 따른 실시예 1의 플라즈마 어드레스 액정 표시 장치(PALC)(100) 및 그의 제조 방법을 설명한다.
우선, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명에 따른 실시예 1의 PALC(100)의 구조를 설명한다. 도 1은 PALC(100)를 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 2는 평면도이다.
PALC(100)는 액정 셀(101)과 플라즈마 셀(102)이 유전체층(103)을 매개로 적층된 구조를 가진다.
플라즈마 셀(102)은 플라즈마 셀 기판(104), 유전체층(103), 및 이들사이에 스트라이프상으로 설치된 복수의 격벽(105)을 가진다. 인접한 격벽(105), 플라즈마 셀 기판(104), 및 유전체층(103)에 의해 밀봉된 공간으로 규정되는 플라즈마 채널(106)에는, 방전에 의해 이온화가 가능한 방전 가스가 봉입되어 있다. 복수의 플라즈마 채널(106) 각각은 플라즈마 셀 기판(104)상에 형성된 방전 전극(양극(107) 및 음극(108))을 가진다.
본 실시예의 PALC(100)가 갖는 음극(108)은 플라즈마 방전 중에 2차 전자 방출에 기여하는 음극층(108a)이, 2차 전자 방출에 기여하지 않는 하층 음극층(108b)의 표면에 형성된 구성을 가진다. 음극층(108a)은, 도전체 재료와, 납의 중량분율이 30% 이하인 유리를 포함하는 절연체 재료의 혼합물로 이루어진다. 또한, 격벽(105), 양극(107) 및 음극(108)의 배치는 도 1 및 도 2에 나타낸 것으로 제한되지 않고 종래의 다양한 구조를 갖는 플라즈마 셀과 마찬가지로 할 수 있다.
액정 셀(101)은, 액정 셀 기판(109)과 유전체층(103), 및 이들 사이에 설치된 액정층(110)을 가진다. 액정 셀 기판(109)의 액정층(110) 측에는, 서로 평행한 스트라이프상의 복수의 신호 전극(111)이 플라즈마 채널(106)과 교차하도록 형성되어 있다. 또한, 액정 셀 기판(109)은, 신호 전극(111)에 대응하여 설치되는 착색층(도시 안됨)을 액정층(110)측에 구비하고 있다. 착색층은 통상 적색, 녹색 및 청색 층이다.
액정층(110)으로는, 예컨대 TN(트위스트네마틱) 모드의 액정층을 사용하지만, 광시야각의 이유로 ASM(축방향 대칭 배열 마이크로셀) 모드 또는 VA(수직 배향) 모드의 액정층을 사용할 수 있고, 종래의 다양한 표시 모드의 액정층을 사용할 수 있다.
다음, 도 1, 도 2 및 도 3을 참조하여, 본 실시예에 의한 PALC(100)의 제조 방법을 설명한다. 도 3은 본 실시예에 의한 PALC(100)의 제조 방법의 플로우챠트이다.
우선, 공정(S1)에서 플라즈마 셀 기판(104)을 준비한다.
다음, 공정(S2)에서 플라즈마 셀 기판(104)상에 방전 전극을 형성한다.
공정(S2)에서는 구체적으로 이하의 3개의 공정이 실행된다. 우선, 공정(S2-C1)에서, 플라즈마 셀 기판(104)상에 도전체 재료와 납의 중량분율이 30% 이하인 유리를 포함하는 절연체 재료의 혼합물을 사용하여 전구체 음극층을 형성한다. 다음, 공정(S2-C2)에서, 전구체 음극층을 소성함에 의해 음극층(108a)을 형성한다. 그후, 공정(S2-A)에서, 플라즈마 셀 기판(104)상에 음극과 소정의 간격으로 대향하는 양극(107)을 형성한다. 또한, 공정(S2-A)은 공정(S2)의 임의의 시점에서 실행할 수 있다.
다음, 공정(S3)에서 플라즈마 셀 기판(104)과 유전체층(103)을 소정의 간격으로 접합시킨 후, 플라즈마 셀 기판(104)과 유전체층(103) 사이에 방전 가스를 봉입함에 의해 복수의 플라즈마 채널을 형성한다.
그후, 공정(S4)에서 액정 셀 기판(109)과 유전체층(103)을 소정의 간격으로 접합시킨 후, 액정 셀 기판(109)과 유전체층(103) 사이에 액정 재료를 주입함에 의해 액정층을 형성한다.
이하, 본 실시예에 의한 PALC(100)의 제조 방법을 더 구체적으로 각 공정마다 설명한다.
우선, 공정(S1)에서 플라즈마 셀 기판(예컨대, 유리 기판)(104)을 준비한다.
공정(S2)은, 예컨대 다음과 같이 실행된다.
먼저, 플라즈마 셀 기판(104)상에 하층 음극층(108b) 및 양극(107)을 형성한다. 하층 음극층(108b) 및 양극(107)의 재료로는, 방전 전극의 재료로서 공지된 재료를 사용할 수 있고, 하층 음극층(108b) 및 양극(107)의 형성 방법은 재료에 따라 공지의 방법중에서 적절하게 선택할 수 있다.
하층 음극층(108b) 및 양극(107)은 도전성 페이스트(예컨대, 니켈 페이스트, 알루미늄 페이스트 또는 은 페이스트)를 사용하여 스크린 인쇄법에 의해 다음과 같이 형성된다. 또한, 도전성 페이스트는 도전체 재료와 절연체 재료의 혼합물이며, 도전성 분말(예컨대, 니켈 분말, 알루미늄 분말 또는 은 분말), 저융점 유리, 유기 바인더(예컨대, 에틸 셀룰로오스를 포함하는 유기물), 용제(예컨대, BCA(초산 디에틸렌글리콜모노―n부틸에테르) 또는 α타피네올)를 포함한다. 또한, 스크린 인쇄법은, 예컨대 스테인리스를 편입한 메쉬 상에 수지에 의해 구멍이 형성된 스크린판을 사용하여, 페이스트를 상기 구멍으로부터 눌러서 압출하여, 패턴을 인쇄하는 방법이다.
먼저, 도전성 페이스트를 플라즈마 셀 기판(104)상에 서로 평행한 스트라이프상으로 스크린 인쇄하고, 약 100℃∼ 약 150℃로 건조시킨다. 다음, 하층 음극층(108b) 및 양극(107)의 도전성을 확보하기 위해, 저융점 유리의 연화점보다 높은 온도에서 소성을 행한다. 도전성 분말끼리의 콘택트를 긴밀하게 하여 도전성을 확보하기 위해서는, 저융점 유리의 점도가 충분히 낮아지는 온도에서 소성을 행할 필요가 있고, 소성온도는 저융점 유리의 연화점보다 20℃이상 높은 것이 바람직하고, 40℃ 이상 높은 것이 더 바람직하다. 또한, 플라즈마 셀 기판의 변형(휨 또는 왜곡)을 억제하기 위해, 소성온도는 600℃ 이하인 것이 바람직하고, 연화점이 560℃ 이하의 저융점 유리를 사용하는 것이 더 바람직하다. 예컨대, 연화점이 560℃ 이하의 저융점 유리를 사용하여 585℃로 소성을 행한다. 하층 음극층(108b)은 20μm∼50μm의 두께를 가지는 것이 바람직하고, 양극(107)은 20μm∼50μm의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 하층 음극층(1０８ｂ)은, 후에 그의 표면에 전구체 음극층을 형성하는 방법에 따라, 적절한 두께로 형성함이 바람직하다. 예컨대, 후에 인쇄법을 사용하여 전구체 음극층을 형성하는 경우, 피복성의 관점에서, 가는 메쉬 사이즈(#400 이상)와 가는 와이어 직경을 가진 스크린판을 사용하여 인쇄법에 의해 하층 음극층(108b)을 얇게 (10 μm 이하, 예컨대 8μm) 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 스크린 인쇄법에서는 페이스트중 어느 것이 정밀도에 영향을 미치고, 선폭 한계는 약 60μm이며, 위치 정밀도 오차는 40형∼50형 클래스인 PALC에 있어서 약 ±1Oμm이므로, 정밀도를 더욱 양호하게 하기 위해, 샌드 블라스트법(선폭 한계는 약 30μm, 위치 정밀도 오차는 약 ±5μm)을 사용하여 다음과 같이 하층 음극층(108b) 및 양극(107)을 형성할 수 있다. 먼저, 플라즈마 셀 기판(104)의 전면에 도전성 페이스트층을 형성한다. 다음, 예컨대 두께 약 30μm의 드라이 필름 레지스터(DFR)를 도전성 페이스트층에 접합하고, DFR을 서로 평행한 스트라이프상으로 패터닝한다. 그 후, DFR을 마스크로 하여 샌드 블라스트에 의해 도전성 페이스트층을 서로 평행한 스트라이프상으로 형성하고, 소성하여 하층 음극층(108b) 및 양극(107)을 얻는다.
또한, 상기 방법에서는, 양극(107)을 하층 음극층(108b)과 동시에 형성함에 의해 공정 수가 감소하는 이점이 있다. 물론, 양극(107)의 형성 공정은 하층 음극층(108b)의 형성 공정과 동시에 실행되지 않아도 되고, 공정(S2)중의 임의의 시점에 실행될 수 있다.
다음, 하층 음극층(108b)의 표면에 음극층(108a)으로 되는 전구체 음극층을 형성한다.
이 전구체 음극층은, 예컨대 전착법을 사용하여 다음과 같이 형성된다. 우선, 도전체 재료의 분말, 납의 중량 분율이 30% 이하인 유리를 포함하는 절연체 재료의 분말을 유기 용매(예컨대, IPA)에 분산시킨 전착액에, 플라즈마 셀 기판(104)을 침적하여, 대향 전극으로 되는 도전체 판(예컨대, 스테인리스 판)과 간격 약 1Omm를 두고 대향하게 한다.
도전체 재료 및 절연체 재료의 분말의 평균 입경은, 영동도(단위 전계 강도당 입자가 이동하는 속도)를 일치시키기 때문에, 서로 동일하게 함이 바람직하고, 또한 전착막 두께의 분산을 감소시키기 위해, 입도 분포를 가능한 한 좁게(예컨대, d50(중앙치)=2μm, d90=4μm, d10=1μm) 하는 것이 바람직하다. 또한, 입자의 응집을 막는 동시에 전기 영동을 일으키기 위해, 용매 중에 소량의 순수한 물과 전해질(예컨대, 질산 마그네슘)을 첨가한다.
다음, 하층 음극층(108b)과 대향 전극 사이에 전압을 인가하고, 도전체 재료와 절연체 재료를 하층 음극층(108b)상에 전기적으로 석출시킴으로써, 전구체 음극층을 형성한다. 전구체 음극층은, 하층 음극층(108b)을 균일하고 충분하게 피복하는 두께(예컨대, 4μm∼10μm)를 갖는 것이 바람직하고, 본 실시예에는 30V의 전압을 4분간 인가함으로써, 두께 약 6μm의 전구체 음극층을 형성한다.
또 다르게, 전구체 음극층은 인쇄법을 사용하여 다음과 같이 형성할 수 있다.
도전체 재료, 납의 중량 분율이 30% 이하인 유리를 포함하는 절연체 재료를 포함하는 페이스트를, 하층 음극층(108b)의 표면에 스크린 인쇄법을 사용하여 인쇄함에 의해 전구체 음극층을 형성한다. 전구체 음극층은 하층 음극층(108b)을 완전하게 피복하도록 형성됨이 바람직하고, 또한 10μm∼20μm의 두께를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 인쇄법을 사용하여 전구체 음극층을 형성하는 경우에 있어서, 음극층(108a)보다 전기저항이 낮은 하층 음극층(108b)을 형성함에 의해, 행방향(플라즈마 채널의 신장 방향)의 저항이 감소되고, 입력 신호의 지연 및 파형이 무디어짐이 억제되는 이점이 있다. 물론, 플라즈마 셀 기판(104)상에 직접 전구체 음극층을 형성함에 의해 하층 음극층(108b)의 형성 공정을 생략할 수 있다.
상기와 같이 형성된 전구체 음극층에 포함되는 도전체 재료의 전기적 결합을 확보하기 위해, 절연체 재료에 포함되는 유리의 연화점보다 높은 온도에서 전구체 음극층을 소성하여, 음극층(108a)을 형성한다. 도전체 재료끼리의 콘택트를 긴밀히 하여 전기적 결합을 확보하기 위해서는, 절연체 재료에 포함되는 유리의 점도가 충분히 낮아지는 온도에서 소성을 행할 필요가 있고, 소성 온도는 절연체 재료에 포함되는 유리의 연화점보다 20℃ 이상 높은 것이 바람직하고, 40℃ 이상 높은 것이 더욱 바람직하다. 또한, 플라즈마 셀 기판의 변형(휨 또는 왜곡)을 억제하기 위해서는, 소성 온도가 600℃ 이하가 바람직하고, 절연체 재료에 포함되는 유리로는 연화점이 560℃ 이하의 유리를 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 본 실시예에서는, 연화점이 560℃ 이하의 유리를 사용하여 585℃로 소성을 행한다. 또한, 전구체 음극층을 형성하는 방법은 상기 2개의 방법으로 한정되지 않고 공지된 다양한 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
전구체 음극층에 포함되는 도전체 재료로는, 도전성이 우수한 공지의 재료를 사용할 수 있지만, 스퍼터 내성이 높은 재료를 사용하는 것이 바람직하고, 또한 6붕화 가드리늄, 6붕화 란탄, 4붕화 이트륨 또는 탄소를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 전구체 음극층에 포함되는 납의 중량 분율이 30% 이하인 유리로는, 공지된 다양한 조성의 유리를 사용할 수 있으며, 나트륨, 리튬, 칼륨 또는 비스무트가 첨가된 저융점 유리를 사용하는 것이 바람직하다.
공정(S3)은, 공지의 재료를 사용하여 공지된 방법에 의해 실행될 수 있다. 예컨대, 다음과 같이 실행된다.
먼저, 여러 격벽(105)을 플라즈마 셀 기판(104)상에 스트라이프상으로 형성한다. 격벽(105)은, 예컨대 두꺼운 막 페이스트를 사용하여 스크린 인쇄법에 의해 형성한다. 두꺼운 막 페이스트는 저융점 유리, 세라믹 필러(filler), 유기 바인더, 용제 및 흑색 안료를 포함한다. 또한, 흑색 안료는 광의 반사 또는 산란을 억제하기 위해 첨가한다. 다음, 두꺼운 막 페이스트를 스크린 인쇄한 후 약 100℃∼ 약 150℃로 건조시키는 공정을, 소정 횟수 반복하고, 격벽(105)을 원하는 높이로 형성한다. 본 실시예에서는, 10회 정도 반복함에 의해 크기 약 200μm로 형성한다. 그후, 저융점 유리의 연화점보다 높은 온도(약 580℃)로 소성함에 의해 격벽으로서의 강성을 확보한다.
다음, 플라즈마 셀 기판(104)과 유전체층(예컨대, 박판 유리)(103)을, 공지의 플릿 재료를 사용하여 공지의 방법에 의해 접합한다.
그후, 칩관 이라 하는 진공 흡인용 관에서 배기하여 플라즈마 채널내를 진공(∼10-7Torr(∼ 약 1.3×1O-5Pa))으로 한다. 다음, 방전 가스를 내부에 주입하고, 칩관을 가열 용융하여 봉입한다. 방전 가스로는, 크세논 또는 크세논을 주성분으로 하는 혼합 가스를 사용하는 것이 바람직하고, 본 실시예의 PALC(100)에서 크세논을 방전 가스로 사용한 경우, 가스 압력을 약 20Torr∼ 약 40Torr(약 2700Pa∼ 약 5300Pa)로 설정하면 실용상 문제없는 레벨의 수명(10000시간 이상)을 확보할 수 있다. 또한, 방전 가스는 상기의 것으로 한정되지 않고 희가스 또는 희가스를 주성분으로 하는 혼합 가스를 사용할 수 있으며, 음극층의 재료에 대응하여 스퍼터율과 방전 전류가 균형을 이루어 PALC의 시간 경과에 따른 변화 특성이 양호하게 되도록(투과율의 저하가 늦고, 버스 바 현상이 발생하기 어렵게 되도록), 적절하게 선택하면 된다.
공정(S4)은 공지의 재료를 사용하여 공지의 방법에 의해 실행될 수 있다. 예컨대, 다음과 같이 실행된다.
먼저, 서로 평행한 스트라이프상의 복수의 신호 전극(111)이 형성된 액정 셀 기판(예컨대, 유리 기판)(109)을 준비한다. 신호 전극(111)은, 예컨대 ITO를 사용하여 스퍼터링법에 의해 형성된다. 다음, TN모드의 경우, 수평 배향 재료를 유전체층(103) 및 액정 셀 기판(109)의 액정층(110)에 대향하는 측으로 도포하고, 약 200℃로 소성한 후, 러빙 처리를 행한다. ASM모드 또는 VA모드의 경우에는, 수평 배향재료 대신에 수직 배향 재료를 사용하고, 러빙 처리는 하지 않아도 된다. 수평 배향재료 및 수직 배향 재료로는, 공지의 재료를 사용할 수 있다. 또한, 본 발명은 상기한 표시 모드로 한정되지 않고 종래의 다양한 표시 모드에 적용할 수 있으므로, 사용하는 모드에 따라 적절하게 배향 재료 및 배향 처리 방법을 선택할 수 있다.
다음, 시일재를 사용하여, 유전체층(103)과 액정 셀 기판(109)을 접합한다. 시일재로는 공지의 재료를 사용할 수 있고, 예컨대 열경화형 수지, 자외선 경화형 수지 또는 이들의 혼합물을 사용한다. 이 때, 유전체층(103)과 액정 셀 기판(109) 사이에 스페이서를 산포시킨다.
그후, 액정 재료를 유전체층(103)과 액정 셀 기판(109) 사이에 주입하고, 주입구를, 예컨대 자외선 경화형 수지를 사용하여 봉입한다. 액정 재료로는, TN모드의 경우는 정의 유전 이방성을 갖는 공지의 액정 재료를 사용하고, ASM모드 또는 VA모드의 경우는 부의 유전 이방성을 갖는 공지의 액정 재료를 사용한다. 또한, 본 발명은 상기한 표시 모드로 한정되지 않고 종래의 다양한 표시 모드에 적용할 수 있으므로, 사용하는 모드에 따라 적절한 액정 재료를 선택할 수 있다.
이상에 의해, 본 실시예에 의한 PALC(100)가 제조된다.
이하, 본 실시예에 따른 PALC(100)의 신뢰성에 대해서, 시간 경과 변화 특성(투과율의 시간 경과 변화 및 버스 바 수명)의 관점에서 검토하여, PALC(100)의 시간 경과 변화 특성을 비교예와 함께 설명한다.
먼저, 버스 바 수명의 정의를, 도 6을 참조하여 설명한다.도 6은 PALC(100)를 개략적으로 나타낸 평면도이고, 하나의 플라즈마 채널(106)을 따른 3개의 연속된 화소 영역(112R,112G,112B)(각각 적색, 녹색 및 청색에 대응하고, 인접한 화소 영역 사이에 블랙 매트릭스(113)가 형성됨)을 나타내고 있다. 상기 화소 영역에서 녹색의 단색 표시를 한 경우에, 도 6에 나타내도록(도 6에서 사선은, 화소 영역이 ON상태(명상태)임을 나타냄), 인접한 적색 및 청색의 화소 영역의 음극(108)에 대향하는 영역을 중심으로 한 광학적 특성 변화가 시인된 시점을 버스 바 수명으로 한다.
다음, 본 실시예에 따른 PALC(100)의 제조 공정에서 사용하는 유리의 납의 중량 분율을 변화시킬 때, PALC(100)의 시간 경과 변화 특성을 도 4 및 도 5에 나타낸다. 또한, 에칭시의 구동 파형은 16.7ms 주기(60Hz), 파고치-280V 및 펄스폭 64μs를 갖는 구형파로 한다. 도 4는 PALC(100)의 투과율의 시간 경과 변화를 나타내는 도면이고, 횡축의 경과 시간에 대해 종축에 상대 투과율을 나타내고, 도면 중의 ×는 버스 바 현상의 발생을 나타낸다. 도 5는 PALC(100)의 버스 바 수명을 나타내는 도면이고, 횡축의 납의 중량 분율에 대해 종축에 버스 바 수명을 나타내고, 도면 중의 △는 도 4에서 투과율의 시간 경과 변화를 나타낸 PALC를 나타낸다. 비교예로서, 납의 중량 분율이 약 30%를 초과하는 유리를 사용한 것 이외는 본 실시예와 같은 제조 방법에 의해 제조된 PALC의 투과율의 시간 경과 변화 및 버스 바 수명도 동일한 도면에 나타내고 있다. 또한, 도 4 및 도 5에 나타낸 PALC의 제조 공정에서 사용된 유리(납의 중량 분율이 1% 미만, 약 30% 및 약 60%)의 조성의 일례를 표 1에 나타낸다.
납의 중량 분율
1% 미만 ZnO, B2O3, SiO2, Al2O3, Na2O(알칼리계의 경우)Bi2O3,ZnO, B2O3, SiO2, Al2O3(비스무트계의 경우)
약 30% Bi2O3, PbO, B2O3, SiO2
약 60% PbO, B2O3, SiO2, Al2O3
종래, 절연체 재료중의 바인더 재료로는, 프로세스 온도(소성 온도)의 저온화를 이루도록 납의 중량 분율이 약 60% ∼ 약 80%인 유리가 사용되는 경우가 많지만, 납의 중량 분율이 약 60% ∼ 약 80%인 유리를 사용하여 제조되는 PALC는, 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 투과율의 저하가 급속하게 진행되고, 버스 바 수명이 이른 시기에 끝나게 된다. 예컨대, 납의 중량 분율이 약 60%인 유리를 사용하여 제조되는 PALC는, 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 약 3000시간 후에 상대 투과율이 약 80%로 저하되고, 버스 바 수명이 끝나게 된다.
그에 대해, 납의 중량 분율이 약 30% 이하인 유리를 사용하여 제조되는 본 실시예에 따른 PALC(100)는, 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 실용상 문제 없는 레벨의 시간 경과 변화 특성(버스 바 수명이 10000시간 이상)을 가진다. 예컨대, 납의 중량 분율이 약 30%인 경우, 상대 투과율이 약 80%로 저하하는 것은 약 5000시간 후이고, 버스 바 수명이 끝나는 것은 약 10000시간이 경과한 후이다. 또한, 납의 중량 분율이 1% 미만인 경우에는, 상대 투과율이 약 80%로 저하하는 것은 약 15000시간 후이고, 30000시간이 경과한 시점에서도 버스 바 수명은 끝나지 않고 PALC(100)는 더 양호한 시간 경과 변화 특성을 갖게 된다.
도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 납의 중량 분율이 많게 되면, 투과율의저하가 늦어지는 동시에 버스 바 수명이 연장되고, 납의 함유량이 검출 한계 이하로 되면, 버스 바 수명이 최장으로 된다. 또한, 납의 중량 분율이 적을수록, 버스 바 수명중의 투과율이 낮다. 즉, 같은 정도로 투과율이 저하한 경우, 납의 중량 분율이 적을수록, 버스 바 현상이 발생하기 어렵다.
상기한 바와 같이, 본 실시예에 따른 PALC(100)는 납의 중량 분율이 30% 이하인 유리를 사용하여 전구체 음극층이 형성되고, 스퍼터 내성이 낮은 산화납의 함유량이 감소된 음극층을 가진다. 따라서, 플라즈마 방전 중에 스퍼터링되어 플라즈마 셀 기판 또는 유전체층 하면에 부착되는 산화납의 량이 감소된다. 그 결과, 투과율의 저하가 억제된다.
또한, 유전체층 하면에 부착되는 산화납의 량이 감소되기 때문에, 그의 산화납이 방전 가스 이온에 의해 환원되어 생성되는 납의 량도 필연적으로 감소된다. 그 결과, 버스 바 현상의 발생이 억제된다. 이를 도 2 및 도 6을 참조하여 설명한다.
도 2 및 도 6은 PALC(100)를 개략적으로 나타낸 평면도이고, 하나의 플라즈마 채널(106)을 따른 3개의 연속적인 화소 영역(112R,112G,112B)(각각 적색, 녹색 및 청색에 대응하고, 인접한 화소 영역 사이에 블랙 매트릭스(113)가 형성됨)을 개략적으로 나타낸다. 상기 화소 영역에서, 예컨대 녹색의 단색 표시를 행하는 경우, 먼저 녹색의 화소 영역(112G)에 대응하는 유전체층 하면의 영역에, 소정량의 전하가 유도되지만, 유전체층 하면에 부착되는 도전성 물질(산화납이 환원되어 생성되는 납)의 량이 적으면, 이 도전성의 물질을 매개로 음극을 따른 방향으로 확산되는전하는 적다. 따라서, 화소 영역(112G)에 대응하는 유전체층 하면의 영역을 넘어 화소 영역(112R,112B)에 대응하는 유전체층 하면의 영역에 분포하는 전하는 적다. 그 때문에, 화소영역(112R,112B)의 액정층은 유도된 전하에 의해 생성되는 전계(전압)의 영향을 거의 받지 않아 화소 영역(112R,112B)의 액정층의 배향상태는 거의 변화하지 않는다. 그 결과, 도 2에 나타낸 바와 같이(도 2에서 사선은 화소 영역이 ON상태(명상태)임을 나타냄）녹색의 단색 표시가 행해지며 도 ６에 나타낸 바와 같이(도 ６에서 사선은 화소 영역이 ＯＮ상태(명상태）임을 나타냄) 광학적 특성 변화(버스 바 현상)는 장시간 사용하더라도 시인되지 않는다.
납의 중량 분율이 30% 이하인 유리로서, 나트륨, 리튬, 칼륨 또는 비스무트가 첨가된 유리를 사용한 경우의 장점을 이하에 설명한다.
유리는, 상기한 성분을 산화물로서 포함함에 따라 연화점이 내려가기 때문에, 종래 연화점을 내리기 위해 함유하고 있는 납 대신에 상기한 성분을 유리에 가하면, 종래의 유리로부터의 연화점의 상승량을 가능한 한 적게 한 상태에서, 납의 함유량이 적은 유리를 얻을 수 있다. 종래의 납 함유 저융점 유리의 연화점이 약 420℃∼ 약 500℃인 것에 비해, 나트륨, 리튬 또는 칼륨이 첨가된 유리의 연화점은 약 540℃이고, 비스무트가 첨가된 유리의 연화점은 약 420℃∼ 약 500℃이다. 따라서, 납의 중량 분율이 30% 이하인 유리로서, 상기 성분이 첨가된 유리를 사용하면, 종래의 유리를 사용한 경우와 같은 온도에서 전구체 음극층의 소성을 행할 수 있다. 그 결과, 종래 보다 고온으로 전구체 음극층의 소성을 행한 경우에 발생되는 플라즈마 셀 기판의 변형(휨 또는 왜곡)을 억제할 수 있다.
또한, 나트륨, 리튬, 칼륨 또는 비스무트는 산화물로서 유리에 포함되지만, 이러한 원소의 산화물은 산화납보다 환원되기 어렵다. 물질이 환원되기 쉬운 정도는 표준 생성 지브스 에너지(△Gf0)에 비교할 수 있고, AGf0의 값이 작을 수록 환원되기 어렵다. 표 2에 상기 원소의 산화물 및 산화납의 표준 생성 지브스 에너지(AGf0)를 나타낸다.
△Gf0(kJ/mol)
산화리튬 -561.2
산화나트륨 -375.5
산화칼륨 -361.5
산화비스무트 -493.7
산화납 -187.9
표 2에 나타낸 바와 같이, 상기 원소의 산화물은 산화납보다 AGf0의 값이 작고, 환원되기 어렵다. 따라서, 납 대신에 첨가한 상기 원소의 산화물은 스퍼터링되어 유전체층 하면에 부착되어도 산화납보다 환원되기 어렵기 때문에 도전성이 높아지기 어렵고, 버스 바 현상을 일으키기 어렵다.
또한, 유전체층 하면에 도전성의 물질(예컨대, 산화납이 환원됨에 의해 생성된 납이나 음극층의 도전체 재료)이 스퍼터링되어 부착된 경우에도, 이러한 산화물(나트륨, 리튬, 칼륨 또는 비스무트의 산화물)이 동일하게 스퍼터링되어 유전체층 하면에 부착되고, 도전성의 물질에 혼입되면, 환원되기 어려워 도전성이 낮은 이러한 산화물은, 절연체로서 작용하며 도전성을 저해한다. 그 결과, 나트륨, 리튬, 칼륨 또는 비스무트가 첨가된 유리를 사용한 PALC(100)는 종래의 유리를 사용한 PALC와 같은 정도로 투과율의 저하가 진행되어도 버스 바 현상이 발생하기 어렵다.
도전체 재료로서, 6붕화 가드리늄, 6붕화 란탄, 4붕화 이트륨 또는 탄소를 사용하면, 이러한 재료는 니켈보다 스퍼터 내성이 높기 때문에, 플라즈마 방전 중에 음극층이 스퍼터링되기 어렵다. 그 결과, 니켈을 음극층으로 사용한 경우에 종래 봉입되어 있던 수은을 봉입할 필요가 없고, 저온에서도 투과율의 저하나 버스 바 현상의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 전착법 또는 인쇄법을 사용하여 전구체 음극층을 형성하면, 스퍼터링법이나 EB증착법 등의 박막형성 프로세스를 사용하는 경우에 비해 생산성 향상과 저비용화를 이룰 수 있다.
(실시예 2)
도 7 및 도 8을 참조하여, 본 발명에 따른 실시예 2의 플라즈마디스플레이패널(PDP)(200)을 설명한다. 도 7은 PDP(200)를 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 8은 평면도이다. 도 7은 도 8 중의 7A-7A'선의 단면도에 해당한다.
PDP(200)는 전면 기판(201), 전면 기판(201)에 대향하는 배면 기판(202), 및 이들 사이에 스트라이프상으로 설치된 복수의 격벽(205)을 가진다. 인접한 격벽(205), 전면 기판(201), 및 배면 기판(202)에 의해 밀봉된 공간으로 규정되는 플라즈마 채널(206)에는 방전에 의해 이온화가 가능한 가스(예컨대, He와 Xe의 혼합 가스 또는 Ne와 Xe의 혼합 가스)가 봉입되어 있다. 복수의 플라즈마 채널(206) 각각은 배면 기판 상에 형성된 양극(107), 전면 기판 상에 형성된 음극(108)으로이루어지는 방전 전극을 가진다.
격벽(205)의 측면 및 배면 기판(202)의 표면에는 형광체층(209)이 형성되어 있다. 이 형광체층(209)은 통상 적색 형광체층, 녹색 형광체층 또는 청색 형광체층이다. 형광체층(209)은 자외선에 의해 여기 발광하는 형광체 재료를 사용하여 형성되고 있고, PDP(200)에 있어서는 플라즈마 방전 시에 발생하는 자외선을 사용하여 형광체층(209)을 발광시킴에 의해 소정의 화소 영역이 발광 상태로 되어, 표시가 행해진다.
본 실시예의 PDP(200)가 갖는 음극(208)은 플라즈마 방전 중에 2차 전자 방출에 기여하는 음극층(108a)이 2차 전자 방출에 기여하지 않는 하층 음극층(108b)의 표면에 형성된 구성으로 되어 있다. 음극층(108a)은 도전체 재료와, 납의 중량 분율이 30% 이하인 유리를 포함하여 형성되어 있다.
상기한 본 실시예의 PDP(200)는, 예컨대 다음과 같이 제조할 수 있다.
먼저, 배면 기판(예컨대, 유리 기판)(202)을 준비한다. 다음, 이 배면 기판(202)상에 양극(107)을 형성한다. 양극(107)의 재료로는 방전 전극의 재료로서 공지의 재료를 사용할 수 있다. 저 저항화를 이루기 위한 관점에서는, 은이나 은을 포함하는 합금, 또는 알루미늄을 사용하는 것이 바람직하다. 양극(207)의 형성 방법으로는, 예컨대 스크린 인쇄법을 사용해도 되고, 스퍼터링법이나 EB증착법 등의 박막형성 프로세스를 사용해도 된다. 또한, 양극(207)과 다른 재료로 형성된 버스 라인을 더 포함하는 구성으로 할 수 있다. 버스 라인을 설치하는 경우에는, 전류를 제한하기 위해, 양극(108)과 버스 라인 사이에 산화 루테늄 등으로 된 저항체를 설치할 수 있다.
계속하여, 배면 기판(202)상에 격벽(205)을 형성한다. 격벽(205)의 재료로는 공지의 재료를 사용할 수 있다. 격벽(205)은, 예컨대 스크린 인쇄법을 사용하여 두꺼운 막 페이스트를 소정 패턴으로 적층하여 형성된다. 또한, 다음과 같이 하여 격벽(205)을 형성할 수 있다. 먼저, 배면 기판(202)의 전면에 소정 재료로 된 층을 인쇄에 의해 형성한다. 다음, 이 층상에 DFR(드라이 필름 레지스터)을 부착하고, 노광, 현상한 후에 샌드 블라스트법을 사용하여 소정 패턴으로 형성한다. 이와 같이 하여 격벽(205)을 형성하면, 고세밀화를 이룰 수 있다.
그 후, 격벽(205)의 측면 및 배면 기판(202)의 표면 상에 형광체층(209)을 형성한다. 형광체층(209)의 형성 방법으로는, 예컨대 스크린 인쇄법을 사용할 수 있다. 형광체층(209)을 형성할 때에는, 배면 기판 상에 설치된 양극(107)과 전면 기판 상에 설치된 음극(108) 사이에서 DC방전을 가능하게 하기 위해, 양극(107)의 일부가 노출되도록, 형광체층(209)에 구멍을 형성한다. 또한, 본 실시예에서는 형광체층(209)이 스트라이프상으로 형성된 적색 형광체층(예컨대, YBO3:Eu층), 녹색 형광체층(예컨대, Zn2SiO4:Mn층) 또는 청색 형광체층(예컨대, BaMgAl10O17:Eu층)이다.
다음, 전면 기판(예컨대, 유리 기판)(201)을 준비한다. 계속하여, 전면 기판(201)상에 하지 음극층(108b)을 형성한다. 본 실시예에서는 다음과 같이 하여 하지 음극층(108b)을 형성한다. 먼저, 감광성 은 페이스트를전면 기판(201)의 전면에 도포하고, 포토 마스크를 사용하여 노광, 현상함으로써 소정 패턴으로 형성한다. 그 후, 소성함에 의해 약 4μm의 두계를 갖는 하지 음극층(108b)을 형성한다. 감광성 은 페이스트를 사용하여, 상기와 같이 하지 음극층(108b)를 형성하면, 세선화가 용이하다.
그 후, 하층 음극층(108b)을 덮도록, 음극층(108a)으로 되는 전구체 음극층을 형성한다. 전구체 음극층은, 예컨대 전착법을 사용하여 다음과 같이 형성된다. 먼저, 도전체 재료의 분말과, 납의 중량 분율(질량 분율)이 30% 이하인 유리를 포함하는 절연체 재료의 분말을 유기 용매(예컨대, IPA)에 분산시킨 전착액에, 전면 기판(201)을 침적하여, 대향 전극으로 되는 도전체판과 대향하게 한다. 다음, 하층 음극층(108b)과 대향 전극(도전체 판) 사이에 전압을 인가하고, 도전체 재료와 절연체 재료를 하층 음극층(108b)상에 전기적으로 석출시킴으로써, 전구체 음극층을 형성한다. 그 후, 전구체 음극층을 소성하여, 음극층(108a)을 형성한다. 본 실시예에서는, 두께가 약 8μm가 되도록 음극층(108a)을 형성한다.
마지막으로, 전면 기판(201)과 배면 기판(202)을 플릿 재료를 사용하여 접합하고, 칩관이라 하는 진공 흡인용의 관으로부터 배기시켜 플라즈마 채널 내를 진공으로 한 후, 방전 가스를 주입하여 봉입한다.
상기와 같이 하여, 본 실시예의 PDP(200)가 완성된다.
본 발명에 따른 실시예의 PDP(200)에서 음극층(108a)은 도전체 재료와, 납의 중량 분율이 30% 이하인 유리를 포함히여 형성되고, 스퍼터 내성이 낮은 산화납의 함유량이 감소되어 있다. 따라서, 플라즈마 방전 중에 스퍼터링되어 전면 기판(201)이나 형광체층(209) 표면에 부착되는 산화납의 량이 감소된다. 그 결과,투과율이나 형광체층의 발광 효율의 저하가 억제되고, 발광 휘도의 저하가 억제된다.
본 실시예의 PDP(200)에서, 음극층(108a)중의 유리에 포함되는 납의 중량 분율을 1% 미만 및 약 30%로 할때, PDP(200)의 발광 휘도의 시간 경과에 따른 변화를 도 9에 나타낸다. 비교예로서, 유리의 납의 중량 분율이 약 60%인 것 이외에는 PDP(200)와 같은 구성을 갖는 PDP의 발광 휘도의 시간 경과 변화도 같은 도면에 나타내고 있다. 또한, 도 9에서는 횡축의 경과 시간에 대해 종축에 상대 휘도를 나타내고 있다.
도 9에 나타낸 바와 같이, 납의 중량 분율이 높게 되면, 발광 휘도의 저하가 빠르게 진행된다. 상대 휘도가 50%가 된 시점을 PDP의 제품 수명으로 정의하면, 납의 중량 분율이 약 60%인 경우에는, 제품 수명이 10000시간에 지나지 않는다. 그에 대해, 납의 중량 분율이 약 30% 이하인 경우에는, 제품 수명이 10000시간을 넘어서고, 납의 중량 분율이 1% 미만인 경우에는 30000시간이 경과한 시점에서도 제품 수명은 끝나지 않고 약 70% 이상의 상대 휘도를 유지하고 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 기체 방전 표시 장치에서는, 음극층이 도전체 재료와 납의 중량 분율이 30% 이하인 유리를 포함하여 형성된 것으로, 표시 품위의 저하가 억제된다.
본 발명에 따르면, 납의 함유량이 감소된 음극층을 갖고, 음극층의 스퍼터링에 의한 표시 품위의 저하가 방지 및 억제되는, 신뢰성이 높은 기체 방전 표시 장치 및 플라즈마 어드레스 액정 표시 장치가 제공된다. 또한, 본 발명에 따르면, 이와 같은 플라즈마 어드레스 액정 표시 장치를 효율적으로 제조할 수 있는 방법이 제공된다.

Claims (16)

  1. 서로 대향하는 한 쌍의 기판, 상기 한 쌍의 기판 사이에 설치된 복수의 플라즈마 채널을 가지며,
    상기 복수의 플라즈마 채널 각각은 방전 가스와 양극과 음극을 가지며,
    상기 음극은 도전체 재료와, 납의 중량 분율이 30% 이하인 유리를 포함하여 형성되는 음극층을 가진 기체 방전 표시 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 유리는 나트륨, 리튬, 칼륨 및 비스무트로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하는 기체 방전 표시 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 도전체 재료는 6붕화 가드리늄, 6붕화 란탄, 4붕화 이트륨 또는 탄소를 포함하는 기체 방전 표시 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 한 쌍의 기판 중 하나와 상기 한 쌍의 기판 중 다른 기판을 개재하여 대향하는 다른 하나의 기판, 상기 한 쌍의 기판 중 다른 기판과 상기 다른 하나의 기판 사이에 설치된 액정층을 더 포함하는 기체 방전 표시 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 플라즈마 채널 각각은 형광체층을 더 포함하는 기체 방전 표시 장치.
  6. 제 1 기판, 제 2 기판, 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 설치된 유전체층, 상기 제 1 기판과 상기 유전체층 사이에 설치된 액정층, 및 상기 유전체층과 상기 제 2 기판 사이에 설치된 복수의 플라즈마 채널을 가지며,
    상기 복수의 플라즈마 채널 각각은 방전 가스와 양극과 음극을 가지며,
    상기 음극은 도전체 재료와, 납의 중량 분율이 30% 이하인 유리를 포함하는 절연체 재료의 혼합물로 이루어지는 음극층을 갖는, 플라즈마 어드레스 액정 표시 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 절연체 재료의 상기 유리는 나트륨, 리튬, 칼륨 및 비스무트로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하는 플라즈마 어드레스 액정 표시 장치.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 도전체 재료는 6붕화 가드리늄, 6붕화 란탄, 4붕화 이트륨 또는 탄소를 포함하는 플라즈마 어드레스 액정 표시 장치.
  9. 제 1 기판, 제 2 기판, 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 설치된 유전체층, 상기 제 1 기판과 상기 유전체층 사이에 설치된 액정층, 상기 유전체층과 상기 제 2 기판 사이에 설치된 복수의 플라즈마 채널을 가지며, 상기 복수의 플라즈마 채널 각각은 방전 가스와 양극과 음극을 가지는 플라즈마 어드레스 액정 표시 장치로서,
    제 2 기판을 준비하는 공정,
    상기 제 2 기판상에 도전체 재료와, 납의 중량 분율이 30% 이하인 유리를 포함하는 절연체 재료의 혼합물을 사용하여 전구체 음극층을 형성하는 공정,
    상기 전구체 음극층을 소성함에 의해 얻어지는 음극층을 포함하는 음극을 형성하는 공정,
    상기 제 2 기판상에 상기 음극과 소정의 간격으로 대향하는 양극을 형성하는 공정,
    상기 제 2 기판과 소정의 간격으로 유전체층을 접합한 후, 상기 제 2 기판과 상기 유전체층 사이에 방전 가스를 봉입함에 의해 복수의 플라즈마 채널을 형성하는 공정, 및
    상기 제 1 기판과 상기 유전체층을 소정의 간격으로 접합한 후, 상기 제 1 기판과 상기 유전체층 사이에 액정 재료를 주입함에 의해 액정층을 형성하는 공정을 포함하는 플라즈마 어드레스 액정 표시 장치의 제조 방법에 의해 제조된 플라즈마 어드레스 액정 표시 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 절연체 재료의 상기 유리는, 나트륨, 리튬, 칼륨 및 비스무트로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하는 플라즈마 어드레스 액정 표시 장치.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 도전체 재료는 6붕화 가드리늄, 6붕화 란탄, 4붕화 이트륨 또는 탄소를 포함하는 플라즈마 어드레스 액정 표시 장치.
  12. 제 1 기판, 제 2 기판, 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 설치된 유전체층, 상기 제 1 기판과 상기 유전체층 사이에 설치된 액정층, 및 상기 유전체층과 상기 제 2 기판 사이에 설치된 복수의 플라즈마 채널을 가지며, 상기 복수의 플라즈마 채널 각각은 방전 가스와 양극과 음극을 가지는 플라즈마 어드레스 액정 표시 장치의 제조 방법으로서,
    상기 제 2 기판상에 도전체 재료와, 납의 중량 분율이 30% 이하인 유리를 포함하는 절연체 재료의 혼합물을 사용하여 전구체 음극층을 형성하는 공정, 및
    상기 전구체 음극층을 소성함에 의해 얻어지는 음극층을 포함하는 상기 음극을 형성하는 공정을 포함하는 플라즈마 어드레스 액정 표시 장치의 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 전구체 음극층을 형성하는 공정은 전착법을 사용하여 실행되는 플라즈마 어드레스 액정 표시 장치의 제조 방법.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 전구체 음극층을 형성하는 공정은 인쇄법을 사용하여 실행되는 플라즈마 어드레스 액정 표시 장치의 제조 방법.
  15. 제 12 항에 있어서, 상기 절연체 재료의 상기 유리는, 나트륨, 리튬, 칼륨 및 비스무트로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하는 플라즈마 어드레스 액정 표시 장치의 제조 방법.
  16. 제 12 항에 있어서, 상기 도전체 재료는 6붕화 가드리늄, 6붕화 란탄, 4붕화 이트륨 또는 탄소를 포함하는 플라즈마 어드레스 액정 표시 장치의 제조 방법.
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