KR20030015396A - 전도성 물질로 제조된 전극이 제공된 페이스플레이트 - Google Patents

전도성 물질로 제조된 전극이 제공된 페이스플레이트 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 700℃이상의 녹는점을 갖는 알루미늄-원료 및/또는 아연-원료 금속 합금으로 구성된 전도성 물질로 제조된 적어도 하나의 전극(21)이 생성된 기판(10)을 포함하는, 좀더 상세하게는 플라즈마 디스플레이 패널용인 플레이트(plate)에 관한 것이며; 이 전극은 유전층으로 덮일 것이다.
따라서, 전극 물질이 유전층 물질과 반응하여 발생하는 부작용(deleterious effect)은 특히 이 유전층을 굽는 동안에 감소한다.

Description

전도성 물질로 제조된 전극이 제공된 페이스플레이트{FACEPLATE PROVIDED WITH ELECTRODES MADE OF CONDUCTIVE MATERIAL}
설명을 간략화하고, 제기된 문제가 좀더 쉽게 이해되게 하기 위해, 본 발명은 플라즈마 디스플레이 패널의 제조를 참고하여 설명될 것이다. 그러나, 당업자에게는 명백하게도, 본 발명은 플라즈마 디스플레이 패널을 제조하기 위한 프로세스로 제한되지 않고 유사한 조건 하에서 동일한 유형의 물질을 필요로 하는 모든 유형의 프로세스에 사용될 수 있다.
종래기술로부터 알려져 있는 바와 같이, 플라즈마 디스플레이 패널(PDP)은 평면 스크린 유형의 디스플레이 스크린이다. 몇 가지 유형의 PDP가 있으며, 이들은 모두 광 방출을 동반하는 가스에서의 전기 방전이라는 동일한 원리로 동작한다. 일반적으로, PDP는 유리로 제조된 두 개의 절연 플레이트로 구성되며, 이러한 유리는 종래에는 각각 전도성 전극의 적어도 하나의 어레이를 지지하고 이들 전극 사이에가스 공간을 한정하는 소다 석회(soda-lime) 유형의 유리이다. 전극 어레이가 직교하도록 플레이트는 서로 결합되며, 각 전극 교차부는 가스 공간이 대응하는 기본 광 셀을 한정한다.
플라즈마 디스플레이 패널의 전극은 특정한 수의 특징을 나타내야 한다. 따라서, 이들은 낮은 전기 저항을 가져야 한다. 이는, 전극이 수천 개의 셀을 공급하므로 아마도 순간적으로 500mA에서 1A까지 상승하는 높은 전류가 전극에 흐르기 때문이다. 더나아가, 플라즈마 디스플레이 패널이 아마도 60inch(152.4cm)까지의 직경을 갖는 큰 크기를 가지므로, 전극의 길이는 크다. 이들 조건에서, 저항이 너무 높으면, 결국 전극을 통한 전류의 흐름과 관련된 전압 강하로 인해 발광 효율이 상당히 손실될 수 있다.
보통, 플라즈마 디스플레이 패널에서, 전극 어레이는 유전체, 일반적으로 붕규산(borosilicate) 유리의 두꺼운 층으로 덮여 있다. 그러므로, 전극은 특히 유전층을 굽는 동안 높은 부식 저항(corrosion resistance)을 가져야 하며, 이는 프로세스의 이러한 단계 동안에 유전층과 전극 사이의 반응 또는 심지어 플레이트의 유리와 전극 사이의 반응이 전극의 전기 저항을 증가시키며 이들 반응을 겪은 산출물(products)이 결국 광 투과성, 유전 상수 및 유전층의 항복전압을 감소시키기 때문이다.
현재, 플라즈마 디스플레이 패널의 전극을 생성하는데 사용되는 두 개의 기술이 있다. 제 1 기술은 은, 금 또는 유사한 물질을 원료로 한 페이스트(paste) 또는 잉크를 증착하는 것이다. 이러한 전도성 페이스트는 일반적으로 5㎛보다도 더크거나 같은 두께로 다양한 스크린 인쇄, 증기 증착 및 코팅 프로세스에 의해 증착된다. 이 경우, 전극은 증착하는 동안 직접 얻어지거나 광그라비어(photogravure) 프로세스에 의해 얻어진다. 이러한 후막(thick-film) 기술은, 스크린 인쇄에 의해 증착된 4 내지 6㎛두께의 은 페이스트로 제조된 전극의 경우 유전층의 어닐링(annealing)에 의해 영향을 받지 않는 낮은 전극 저항(즉, R=4 내지 6mΩ)을 얻을 수 있게 한다. 그러나, 이 기술은, 전도성을 얻기 위해 500℃이상의 온도에서 특정한 어닐링을 필요로 하며, 전극 물질의 유전층으로의 확산을 이러한 확산이 패널의 전기 및 광학 특성을 떨어뜨릴 것이기 때문에 최소화하기 위해 몇 가지 특정한 유전층을 사용하는 것을 필요로 한다.
제 2 기술은 금속을 박막(thin-film) 증착하는 것이다. 이 경우, 층의 두께는 수 백 Å에서 수 ㎛까지이다. 전극은 일반적으로 진공 증착이나 스퍼터링(sputtering)에 의해 증착된 구리나 알루미늄의 얇은 층의 "리프트-오프(lift-off)" 또는 포토리쏘그래피에 의해 얻어진다. 이 박막 기술은 전극의 전도성을 얻기 위해 어닐링을 필요로 하지 않는다. 이 기술은 2 내지 5㎛의 두께를 갖는 전극에 사용되는 물질에 따라 전극 저항(R=5 내지 12mΩ)을 얻을 수 있게 한다. 그러나, 이 경우에 사용된 물질은, 비록 높은 전도성을 갖는다 하더라도, 유전층을 굽는 동안에 유리 기판 및 유전층과 반응하여, 이를 통해 전극의 저항을 증가시키며 전극 물질과 유전층 사이의 반응으로부터 생성된 산출물의 유전층으로의 확산으로 인해 유전층의 성능이 손상되게 한다. 유전층의 투명도, 그 유전 상수 및 그 항복 전압을 감소시키는 일련의 기포(strings of bubbles)의 형성이 관찰된다. 이러한 결점을 개선하기 위해, 예컨대 Al-Cr, Cr-Al-Cr 또는 Cr-Cu-Cr 다중층 스택으로 구성된 다중층을 증착하는 것이 제안되어왔다. 이들 다중층은 상기 유전층을 굽는 동안에 유전층의 품질저하와 전극 저항의 증가를 제한할 수 있다. 그러나, 이 기술은 다수의 결점을 가지고 있다. 이 기술은 적어도 두 개의 서로 다른 에칭 솔루션을 사용하여 좀더 복잡한 화학 에칭 프로세스를 구현할 필요가 있다. 화학적 에칭 이후, 이 때 스택 내의 층 각각의 폭이 서로 달라서 매우 불규칙한 전극 측벽을 야기할 수 있으며, 이러한 점은 유전층을 굽는 동안 기포가 트랩(trap)되도록 촉진한다.
본 발명은 전도성 물질로 제조된 적어도 하나의 전극이 생성된 유리 기판을 포함하는 플레이트에 관한 것이다. 좀더 상세하게, 본 발명은, 특히 플레이트가 플라즈마 디스플레이 패널과 같은 디스플레이 패널을 제조하는데 사용될 때 전극을 생성하기 위한 물질에 관한 것이다.
도 1a 내지 도 1d는 플라즈마 디스플레이 패널을 위한 플레이트를 생성하기 위한 여러 단계를 횡단면 형태로 도시한 도면.
그러므로, 본 발명의 목적은, 유리 기판 상에 전극 어레이를 생성하기 위해 새로운 물질을 제공하여 박막 증착 기술의 전술한 결점을 해결하는 것이다.
따라서, 본 발명의 요지는, 전도성 물질의 적어도 하나의 전극이 생성되는 유리 기판을 포함하는 플레이트로서, 적어도 상기 전극과 유리 사이의 경계면에서 및/또는 적어도 상기 전극과 유전층 사이의 경계면에서, 전극의 전도성 물질이 700℃ 이상의 녹는점을 갖는 알루미늄-원료 및/또는 아연-원료 금속 합금으로 구성되는 것을 특징으로 하는 플레이트이다.
게다가, 알루미늄-원료 및/또는 아연-원료 금속 합금은 상기 합금이 700℃이상의 녹는점을 갖도록 그 성질과 합금 내의 비율이 조정되는 적어도 0.01 중량%의 적어도 하나의 불순물을 포함하며; 바람직하게, 불순물의 성질은, 대응하는 합금이 공융점(eutectic)을 갖지 않도록 조정되며; 바람직하게, 이 불순물은 티타늄, 지르코늄, 바나듐, 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 망간, 철(아연-원료 합금) 및 안티몬을 포함하는 그룹 중에서 선택된다. 전극을 생성하는데 이러한 합금을 사용함으로써, 전극 어레이 생성 물질의 녹는점과 전극 상에 증착된 유전층의 기반 온도(이 온도는 일반적으로 500℃와 600℃사이이다) 사이의 온도차를 증가시키는 것이 가능하며; 결국, 특히 유전층을 굽는 단계 동안에, 전극 물질과 유전층 물질 또는 심지어는 기판의 유리와의 반응으로부터 야기되는 부작용은 상당히 감소된다.
불순물은 바람직하게는 순수한 전도성 물질의 저항과 가능한 근접한 전기 저항을 갖는 합금을 얻기 위해 선택된다.
본 발명의 추가적인 특성 및 장점은 본 발명의 일실시예에 대한 아래에 제시된 설명으로부터 명백해질 것이며, 이러한 설명은 첨부된 도면을 참조한다.
명백하게 하기 위해, 도면은 실제축적대로 도시되지 않았다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예가 예컨대 플로트 유리(float glass)로 불리는 유리로 구성될 수 있는 기판(10) 상에 생성된다. 선택적으로, 유리 기판은 어닐링되거나 형성(fashioned)될 수 있다. 다른 유형의 판유리(flat glass), 특히 붕규산 유리(borosilicate glass) 또는 알루미노 규산염 유리(aluminosilicate glass)가 사용될 수 있다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 전극 어레이를 형성하기 위해, 전도성 물질의 얇은 층(20)이 기판(10) 상에 증착된다. 이 층(20)은 전형적으로는 0.01㎛와 10㎛ 사이의 두께를 갖는다. 본 발명에 따라, 이 층은 알루미늄-원료 금속 합금이나 아연-원료 금속 합금으로 구성되며, 이러한 합금은 순수한 아연이나 알루미늄의 녹는점보다는 더 높은, 이 경우 700℃보다 더 높은 녹는점을 갖는다. 이 금속 합금은 0.01중량%와 49중량% 사이의 적어도 하나의 불순물을 포함하며, 불순물의 성질 및 비율은 합금이 700℃보다 높은 녹는점을 갖도록 이미 알려진 방식으로(in a manner known per se) 조정되며; 바람직하게, 이들 불순물은, 낮은 온도에서 녹지 않는 합금을 형성하기 위해 선택되며; 바람직하게, 아래에 설명된 바와 같이, 이들 불순물은 합금의 팽창 계수를 감소시키며 기판의 팽창 계수 및 또한 유전층의 팽창 계수에 근접하게 하기 위해 전도성 물질의 팽창 계수보다 훨씬 더 작은 팽창 계수를 갖도록 선택되며; 바람직하게, 이러한 불순물은 망간, 바나듐, 티타늄, 지르코늄, 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 철(아연-원료 합금) 및 안티몬을 포함하는 그룹 중에서 선택되며; 바람직하게, 불순물의 비율은 합금 내에서 대략 2중량%이다.
전도성 물질 층(20)을 증착시키기 위해, 종래기술의 전통적인 방법이 사용된다, 즉 바람직하게는 진공 스퍼터링, 진공 증착(vacuum evaporation) 또는 화학 증기 증착(CVD)과 같은 진공 증착 방법이 사용된다.
본 발명의 변형(미도시)에 따라, 다중층은 예컨대 진공 스퍼터링의 경우에 몇 개의 목표물을 사용하는 진공 증착에 의해 증착될 수 있다. 이러한 변형에 따라, 기판과 접촉하는 부분을 위한 제 1 합금 층이 먼저 증착될 것이고, 그 다음에어떠한 불순물도 없는 알루미늄이나 아연 원료 물질의 전도성층이 증착될 것이며, 그런 다음, 유전층과 접촉하고자하는 또 다른 합금 층이 증착될 것이며, 제 2 합금 층의 구성은 아마도 제 1 합금 층의 구성과는 서로 다를 것이다.
도 1b와 도 1c는, 본 경우에 700℃이상의 녹는점을 갖는 알루미늄-원료 합금인 금속 층(20)을 증착한 다음에 전극 어레이의 생성을 개략적으로 도시한다. 전극(21)의 패턴은 리프트-오프 또는 광그라비어 유형의 알려진 프로세스를 사용하여 생성된다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 층(20)은 레지스트(30)가 덮이며 그런 다음 에칭된다. 전극(21)의 패턴은 UV가 조사된 마스크(30)에 의해 사용된 레지스트의 유형, 즉 포지티브 또는 네거티브 레지스트에 따라 한정된다. 다음으로, 전극 자체는 순수한 알루미늄을 위해 사용되는 구성과 동일하거나 유사한 구성을 갖는 단일 에칭 솔루션을 사용하여 에칭된다.
방금 설명되어진 전극 어레이를 제조하는 방법은 다양한 전극 층에 대해 동일한 폭을 얻을 수 있으며; 그러므로, 순수한 알루미늄으로 이루어진 전극을 제조함으로써 얻어지는 전극의 모형과 비교되는 전극 모형이 얻어지며; 좀더 상세하게는 전술한 알려진 Al-Cr 또는 Cr-Al-Cu 또는 Cr-Cu 다중층과 같은 다중층의 경우에서보다 훨씬 더 규칙적인 측벽이 얻어지며; 게다가 좀더 경제적인 단 하나의 에칭 솔루션이 사용된다.
도 1d에 도시된 바와 같이, 이때, 전극(21)은, 스크린 인쇄법, 롤 코팅(roll coating) 또는 서스펜션(suspension)이나 건조분말의 스프레이법과 같은 전통적인 방법을 사용하여 두꺼운 유전층(22)으로 덮인다. 알려져 있는 바와 같이, 유전층은, 산화연(lead oxide), 실리콘 산화물 및 붕소 산화물을 원료로 하는 에나멜, 어떠한 납도 포함하지 않는 창연(bismuth) 산화물, 실리콘 산화물 및 붕소 산화물을 원료로 하는 에나멜 또는 창연 산화물, 산화연, 실리콘 산화물 및 붕소 산화물의 혼합물의 형태를 원료로 하는 에나멜 또는 유리로 구성된다. 일단 유전층이 증착되어지면, 조립체는 알려진 방식으로 500℃와 600℃사이의 온도에서 어닐링된다.
700℃이상의 녹는점을 가지며 티타늄, 지르코늄, 바나듐, 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 망간 및 안티몬 중에서 선택된 요소를 불순물로 포함하는 알루미늄-원료 금속 합금을 전도성 층으로 사용하는 것은 많은 장점을 갖는다. 티타늄, 지르코늄, 바나듐, 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 망간 및 안티몬은 공융점을 갖지 않는 합금을 형성한다. 2 wt%의 바나듐 또는 티타늄을 포함하는 알루미늄 합금은 순수한 알루미늄의 경우에 660℃인 것에 비교할 때 대략 900℃의 녹는점을 갖는다. 게다가 2% 망간을 포함하는 알루미늄 합금의 녹는점은 700℃이며, 순수한 알루미늄의 경우에 2.67.cm인 것에 비교할 때 대략 4.cm의 저항을 갖는다. 게다가, 위 물질은 알루미늄보다 매우 더 낮은 팽창 계수를 가져서, 이를 통해 합금의 팽창 계수를 감소시킬 수 있고 기판 및 유전층의 팽창 계수에 근접하게 할 수 있다. 따라서, 여러 굽는 단계 동안에 유전층과 산화마그네슘 층에서 나타나는 균열의 위험이 그에 따라 감소한다.
본 발명의 장점이 이해되게 하는 예가 아래에 주어져 있다. 3㎛의 두께를 갖는 2% 티타늄을 포함하는 알루미늄 합금으로 제조된 전극은, 유전층이 1시간 동안 585℃로 구워진 이후 25mΩ인 R을 가지며, 이 값은 굽기 이전에 얻어진 값에 근접한 것이다. 이 경우, 전극/유리 경계면은 균일한 금속 외관을 가지며, 전극/유전층 경계면에 어떠한 일련의 기포도 존재하지 않는다. 이와 비교할 때, 3㎛의 두께를 갖는 순수한 알루미늄으로 제조된 전극은 유전층을 굽기 이전의 10mΩ에서 유전층을 1시간 동안 550℃ 이상의 온도에서 구운 후의 25으로 변화하는 R을 갖는다. 이 경우, 금속/유리 경계면의 외관은 회색을 띠고 균일하지 않으며, 많은 일련의 기포가 전극/유전층 경계면에 존재한다.
본 발명이 다른 유형의 알루미늄 합금 및 아연 합금에 응용될 수 있음이 당업자에게 명백하다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 전도성 물질로 제조된 적어도 하나의 전극이 생성된 유리 기판을 포함하는 플레이트에 이용된다.

Claims (10)

  1. 유전층이 덮인 전도성 전극 어레이를 지지하는 유리 기판을 포함하는 플레이트(plate)에 있어서,
    적어도 상기 전극과 상기 유리 사이의 경계면에서 및/또는 적어도 상기 전극과 상기 유전층 사이의 경계면에서, 상기 전극의 전도성 물질은 700℃이상의 녹는점을 갖는 알루미늄-원료 및/또는 아연-원료 금속 합금으로 구성되는 것을,
    특징으로 하는 플레이트.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 합금은, 상기 원료 금속(base metal)과는 별도로 그 성질이나 상기 합금 내의 비율이 상기 합금이 700℃이상의 녹는점을 갖도록 조정되는 적어도 0.01중량%인 적어도 하나의 불순물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 플레이트.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 불순물의 성질은 해당 합금이 공융점(eutectic)을 갖지 않도록 조정되는 것을 특징으로 하는, 플레이트.
  4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 적어도 하나의 불순물은, 티타늄, 지르코늄, 바나듐, 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 망간, 철 및 안티몬을 포함하는 그룹 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는, 플레이트.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 원료 금속이 알루미늄일 때, 상기 적어도 하나의 불순물은 바나듐, 티타늄 및 망간을 포함하는 금속 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는, 플레이트.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 합금 내의 상기 적어도 하나의 불순물의 중량비율은 대략 2%인 것을 특징으로 하는, 플레이트.
  7. 제 1항 내지 제 7항중 어느 한 항에 있어서, 상기 전극은 상기 합금의 적어도 하나의 얇은 층으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 플레이트.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 전극은 얇은 층의 스택으로 구성되며, 상기 얇은 층 스택은,
    - 상기 기판의 유리와 접촉하고/거나 상기 유전층과 접촉하는 상기 합금으로 구성된 적어도 하나의 얇은 층과;
    - 상기 원료 금속으로 구성된 얇은 층을 포함하는 것을,
    특징으로 하는 플레이트.
  9. 제 1항 내지 제 8항중 어느 한 항에 있어서, 상기 유전층은, 산화연(lead oxide), 실리콘 산화물 및 붕소 산화물을 원료로 한 에나멜, 어떠한 납도 포함하지않는 창연 산화물(bismuth oxide), 실리콘 산화물 및 붕소 산화물을 원료로 한 에나멜, 또는 창연 산화물, 산화연, 실리콘 산화물 및 붕소 산화물의 혼합물 형태를 원료로 한 에나멜, 또는 유리로 구성되는 것을 특징으로 하는, 플레이트.
  10. 제 1항 내지 제 9항중 어느 한 항에 있어서, 플라즈마 디스플레이 패널과 같은 디스플레이 패널의 제조에 사용되는 것을 특징으로 하는, 플레이트.
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