KR20060001359A - 보호막 형성용 조성물 및 이를 이용하여 제조한 플라즈마디스플레이 패널의 보호막 - Google Patents

보호막 형성용 조성물 및 이를 이용하여 제조한 플라즈마디스플레이 패널의 보호막 Download PDF

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오민호
문성환
김재혁
서순성
이민석
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Abstract

하기 화학식 1의 형태를 갖는 보호막 형성용 조성물을 개시한다:
<화학식 1>
Mg(Y)2O4 또는 Mg2(Z)O4
상기 식에서, Y는 Al이고, Z는 Si, Ge 또는 Sn이다. 상기 조성물은 MgO를 주성분으로 하여 SiO2, Al2O3, SnO2 또는 SiOx(x는 1 내지 1.7이다)을 포함하는 산화물을 이용하여 제조될 수 있다.
상기 조성물을 이용하여 제조되는 플라즈마 디스플레이 패널의 보호막은 플라즈마 이온 충격에 대해 우수한 내스퍼터링성을 갖는다. 특히 Ne에 Xe을 첨가한 2원 가스의 방전뿐만 아니라 Xe, He, N2 또는 Kr 등을 첨가한 3원 가스 방전에서도 내스퍼터링성 및 수명특성이 우수한 플라즈마 디스플레이 패널의 보호막을 제조할 수 있다.
PDP용 보호막, MgO 보호막, 내스퍼터링성

Description

보호막 형성용 조성물 및 이를 이용하여 제조한 플라즈마 디스플레이 패널의 보호막{Composition for forming a protective layer and a protective layer of plasma display panel prepared from the same}
도 1은 플라즈마 디스플레이 패널의 기본적인 셀구조를 나타내는 단면도이다.
도 2는 가스 이온에 의한 고체로부터 전자 방출을 설명하는 오제 중화이론을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 보호막을 장착한 플라즈마 디스플레이 패널을 도시한다.
<도면의 주요부분에 대한 설명>
10... 배면 기판 11... 어드레스 전극
12... 배면 유전체층 13... 형광체
14... 전면 기판 15... 유지전극쌍
16... 전면 유전체층 17... 보호막
18... 플라즈마 19... 격벽
20... 가시광선
본 발명은 보호막 형성용 조성물 및 플라즈마 디스플레이 패널 (Plasma Display Pannel: PDP)의 보호막에 관한 것으로서, 상세하게는 내스퍼터링성 및 수명특성이 우수한 유전체 보호막 형성용 조성물에 관한 것이다.
플라즈마 디스플레이 패널은 화면을 대형화하기가 용이하고, 자발광형으로 표시품질이 좋고, 응답속도가 빠르다는 특징을 가지고 있다. 박형화가 가능하기 때문에 LCD 등과 함께 벽걸이용 디스플레이로서 주목되고 있다. 이와 같은 플라즈마 디스플레이 패널은 그 구동방식에 따라서 교류형, 직류형, 및 혼합형이 있으며, 전극의 배치구조에 따라서 2전극 대향형과 3전극 면방전형이 있다.
플라즈마 디스플레이 패널의 구조를 살펴보면, 배면 글라스 기판 위에 어드레스 전극과 버스전극을 쌍으로 하는 방전 유지 전극대가 형성되어 있고, 이 방전 유지 전극대는 글라스로 형성된 유전체층으로 피복되어 있고, 또한 이 유전체층은 얇은 보호막에 의해 보호되고 있다.
상기 3전극 면방전 구조의 교류형 플라즈마 디스플레이 패널에서는 각 발광셀에 대응하여 후면기판에 어드레스 전극과 격벽 및 형광층이 형성되고, 전면기판에 주사전극과 표시전극으로 구별되는 방전유지전극이 형성된다. 어드레스전극과 방전유지전극은 각각 유전층으로 덮여 있으며, 발광셀 내부는 방전가스로 충전되어 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 플라즈마 디스플레이 패널에 있어서는, 어드레스전극과 주사전극 간에 어드레스전압(Va)이 인가됨으로써 어드레스방전이 일어나고, 이 어드레스방전의 결과로 어드레스전극 상의 유전층과 방전유지전극 상의 유전층에 벽전하(wall charge)가 생성됨으로써 주방전이 일어날 발광셀이 선택된다.
상기 유전체가 방전 공간에 직접적으로 노출될 경우 방전 특성이 저하되고 수명이 단축되기 때문에 보호막 재료를 증착 공정을 통해 형성하게 된다. 따라서 보호막은 절연성, 내스터링성, 낮은 방전 전압, 빠른 방전 응답 특성 및 가시광 투과율 등의 조건을 만족하여야 한다. 현재 가장 통상적으로 사용하고 있는 보호막 형성용 조성물은 MgO를 들 수 있다. MgO는 기타 재료에 비하여 방전 특성과 밀접한 이차전자방출계수가 높은 것으로 알려져 있으며 빠른 증착 속도로 인하여 공정 특성도 양호한 것으로 판단된다.
한편, 플라즈마 디스플레이 패널의 발광 특성 및 휘도를 향상시키기 위하여 가스 종류 및 조성에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 가장 많이 사용되고 있는 가스는 Ne가스에 Xe가스를 수% 내지 수십% 넣은 2원 혼합가스였지만, 최근 들어 He, N2, Kr 등을 첨가한 3원 혼합가스가 많이 연구되고 있다. 이러한 가스 이온은 기존의 Ne 및 Xe가스에 비해 이온 크기가 상대적으로 작아서 빠른 속도로 보호막 표면에 충돌하기 때문에 보호막에 대한 내스퍼터링성 등이 문제가 될 수 있다.
PDP에서는 방전 공간이 제한적이기 때문에 플라즈마에 의해 식각된 보호막은 방전 공간 내부에서 보호막 표면 또는 형광체 표면에 재증착을 하게 된다. 그러나, 보호막 표면에 증착이 되더라도 초기와는 다른 결정 및 표면 상태를 형성하게 되고, 형광체 표면에 증착될 경우 진공자외선 (VUV: Vacuum UltraViolet)의 흡수층으로 작용할 수 있으며 발광특성을 저하시키는 문제점이 있다.
상기의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 신규한 보호막 형성용 조성물을 제공하여 Ne가스에 Xe가스를 첨가한 2원 혼합가스 뿐만 아니라, Xe, He, N2 또는 Kr 등을 첨가한 3원 혼합가스에서도 보호막의 내구성을 높이고, 장수명화에 기여할 수 있으며, 내스퍼터링성이 우수한 플라즈마 디스플레이 패널의 보호막 및 상기 보호막을 채용한 플라즈마 디스플레이 패널을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
하기 화학식 1의 형태를 갖는 보호막 형성용 조성물을 제공한다:
Mg(Y)2O4 또는 Mg2(Z)O4
상기 식에서,
Y는 Al이고, Z는 Si, Ge 또는 Sn이다.
상기 조성물은 MgO를 주성분으로 하여 SiO2, Al2O3, SnO2 또는 SiOx(x는 1 내지 1.7이다)을 포함하는 산화물을 이용하여 제조될 수 있다.
또한, 상기 산화물은 MgO 100중량부를 기준으로 하여 0.01 내지 50중량부이다.
또한 상기의 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
상기의 보호막 형성용 조성물을 이용하여 화학적기상증착(CVD), 이-빔(E-beam), 이온-플레이팅(Ion-plating), 스퍼터링(Sputtering) 중 어느 하나의 공정에 의하여 플라즈마 디스플레이 패널의 보호막을 제공할 수 있다.
또한 상기의 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
투명한 전면기판; 상기 전면기판에 대해 평행하게 배치된 배면기판; 전면기판과 배면기판 사이에 배치되어 발광셀들을 구획하는 격벽; 일 방향으로 배치된 발광셀들에 걸쳐서 연장되며 후방 유전체층에 의하여 매입된 어드레스전극들; 상기 발광셀 내에 배치된 형광체층; 상기 어드레스전극이 연장된 방향과 교차하는 방향으로 연장되며 전방유전체층에 의하여 매립된 유지전극쌍들; 상기 전방유전체층의 하부에 형성되고, 상기 화학식 1의 형태를 갖는 보호막 형성용 조성물로부터 제조되는 보호막 및 상기 발광셀 내에 있는 방전가스;를 구비한 플라즈마 디스플레이 패널을 제공한다.
상기 발광셀 내에 있는 방전가스는 Ne에 Xe, N2 또는 Kr2를 혼합하여 형성된 2원 혼합가스일 수 있다.
상기 발광셀 내에 있는 방전가스는 Ne에 Xe, He, N2 및 Kr 중에서 선택된 둘 이상을 혼합하여 형성한 혼합가스일 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명은 플라즈마 디스플레이 패널의 보호막으로 제조할 수 있는 신규한 보호막 형성용 조성물을 제공한다. MgO는 빠른 증착 특성을 갖고 가장 널리 이용 되는 보호막 재료이나, 수분에 의한 수화 (hydration)나 CO 또는 CO2 등의 불순가스에 의해 방전특성이 크게 영향을 받기 때문에 보호막의 내구성을 높이고 장수명화를 도모할 수 있는 재료를 제조하기 위하여, 특히 플라즈마 이온 충격에 대한 내스퍼터링성을 개선하기 위하여 MgO를 주성분으로 하여 특정 산화물을 첨가하여 본 발명의 보호막 형성용 조성물을 제조할 수 있다.
일반적으로 스피넬(spinel) 구조의 산화물은 우수한 내스퍼터링성을 갖는 것으로 알려져 있다. 본 발명은 MgO를 주성분으로 하여 특정 산화물을 액상반응시켜 스피넬 구조를 갖는 하기 화학식 1의 보호막 형성용 조성물을 제공한다:
<화학식 1>
Mg(Y)2O4 또는 Mg2(Z)O4
상기 식에서,
Y는 Al이고, Z는 Si, Ge 또는 Sn이다.
본 발명은 MgO를 주성분으로 하여 SiO2, Al2O3, SnO2 또는 SiO x(x는 1 내지 1.7이다)을 포함하는 산화물을 첨가하여 보호막 형성용 조성물을 제공할 수 있다. 상기 첨가되는 산화물은 MgO 100중량부를 기준으로 하여 0.01 내지 50중량부이다. 첨가되는 산화물의 중량이 0.01중량부 미만일 경우에는 효과가 미미하고, 50중량부를 초과하는 경우에는 제조가 어려우며 성능이 저하되므로 바람직하지 못하다.
PDP의 보호막에 사용되고 있는 MgO는 와이드 밴드 갭 재료이며 전자 친화도가 매우 작거나 음의 부호를 갖는다. 버스 전극과 어드레스 전극(12) 사이에 전압 을 인가하면 우주선 또는 자외선에 의해 생성된 씨드 전자(seed electrons)가 가스와 충돌하여 가스 이온이 생성된다. PDP내에서 이차전자 방출은 도 2에 도시된 바와 같이 오제 중화 이론(Auger Neutralization)에 따르면 가스, 생성된 이온이 보호막으로 접근해오고, 이것이 일정 거리 안에 들어오게 되면 보호막 내의 전자가 가스 이온의 바닥 상태로 옮겨가면서 상기 이온을 중화시킨다. 이 에너지가 보호막 표면의 포텐셜 장벽을 넘을만큼 충분하면 에너지를 받은 전자는 보호막으로부터 튀어나오게 되어 '이차전자방출'이 이루어진다. MgO 보호막은 이차전자방출을 통하여 방전전압을 낮추어 소비 전력 감소에 기여하고 있는데 본 발명에 사용되는 SiO2, Al2O3, SnO2 또는 SiOx(x는 1 내지 1.7이다)을 포함하는 산화물은 이온결합으로 이루어진 보호막 물질의 이차전자 방출계수값을 개선하는 데 적용할 수 있다.
본 발명의 보호막 형성용 조성물에는 알칼리 금속 또는 희토류 금속 산화물이 0.005중량부 미만으로 포함될 수 있다. MgO를 주성분으로 한 보호막은 펠렛에 포함된 Mn, Ca, Cr, Fe, Zn, Na, K 및 B 등의 산화물에 의해 증착막의 물성 및 플라즈마 방전시 물성에 큰 영향을 받는다. 보호막을 제조할 때 통상적으로 들어가는 불순물들이 있다. 박막으로 증착후에 여러 특성을 개선하기 위하여 수백 ppm 정도로 제어한다. 이러한 불순물은 보호막의 물성에 영향을 끼치므로 최소량으로 들어가는 것이 바람직하고, 본 발명의 보호막 형성용 조성물은 0.005중량부 이하를 포함할 수 있다.
플라즈마 디스플레이 패널의 보호막 재료의 형성방법은 고상반응 및/또는 액 상반응이 있다.
진공 증착법을 이용하여 보호막을 형성하기 위해서는 펠렛 형태의 소결체를 제조하여야 한다. 고상반응은 파우더를 통해 소결체를 형성하게 된다. 적당한 양의 파우더 비율로 잘 혼합하고 펠렛 형태로 압축 성형한 후 1,000 내지 1,500℃ 정도의 온도에서 소결하여 증착재를 제조할 수 있다. 상기 혼합되는 파우더 양은 MgO 100중량부를 기준으로 하여 0.01 내지 50중량부인 것이 바람직하다. 예를 들어, MgO에 SiO2 파우더를 이용하여 고상반응으로도 제조될 수 있다.
또한 액상반응은 알콕시드 전구체(alkoxide precursor)를 이용하여 증착재를 제조할 수 있다. 예를 들어, 테트라에틸 오르쏘 실리케이트(TEOS: tetra-ethyl ortho silicate), 2-메톡시에탄올과 Mg(OEt)2를 혼합하고 과량의 물을 넣어 가수분해를 하면 겔(gel)이 형성되고 90℃ 내지 120℃에서 건조하면 Mg2SiO4의 파우더가 형성된다. 이렇게 제조된 파우더를 프레스를 이용하여 압축성형하여 펠렛을 제조하여 1,100 내지 1,400℃에서 소결하여 증착재를 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 조성물은 액상반응에 의해 제조되지만, 이와 함께 고상반응도 수반될 수 있으며, 양 반응은 동시에 일어날 수 있다. 형성된 보호막 형성용 조성물은 성형 및 소결한 다음 화학적기상증착(CVD), 이-빔(E-beam), 이온-플레이팅(Ion-plating), 스퍼터링(Sputtering) 중 어느 하나 진공증착법의 공정에 의하여 보호막을 제조한 플라즈마 디스플레이 패널의 보호막을 제공한다.
또한, 본 발명은 투명한 전면기판; 상기 전면기판에 대해 평행하게 배치된 배면기판; 전면기판과 배면기판 사이에 배치되어 발광셀들을 구획하는 격벽; 일 방향으로 배치된 발광셀들에 걸쳐서 연장되며 후방 유전체층에 의하여 매입된 어드레스전극들; 상기 발광셀 내에 배치된 형광체층; 상기 어드레스전극이 연장된 방향과 교차하는 방향으로 연장되며 전방유전체층에 의하여 매립된 유지전극쌍들; 상기 전방유전체층의 하부에 형성되고, MgO를 주성분으로 하여 SiO2, Al2O3, SnO 2 또는 SiOx(x는 1 내지 1.7이다)의 산화물을 포함한 보호막 및 상기 발광셀 내에 있는 방전가스;를 구비한 플라즈마 디스플레이 패널을 제공한다.
도 3에는 플라즈마 디스플레이 패널(200)의 구체적인 구조가 도시되어 있다. 상기 전방패널(210)은 전면기판(211), 상기 전면기판의 배면(211a)에 형성된 Y전극(212)과 X전극(213)을 구비한 유지전극쌍(214)들, 상기 유지전극쌍들을 덮는 전방유전체층(215), 및 상기 전방유전체층을 덮으며 본 발명의 보호막 형성용 조성물을 이용하여 제조한 보호막(216)을 구비한다. 상기 Y전극(212)과 X전극(213) 각각은 ITO 등으로 형성된 투명전극(212b, 213b)과 도전성 좋은 금속으로 형성된 버스전극(212a, 213a)을 구비한다.
상기 후방패널(220)은 배면기판(221), 배면기판의 전면(221a)에 상기 유지전극쌍과 교차하도록 형성된 어드레스전극(222)들, 상기 어드레스전극들을 덮는 후방유전체층(223), 상기 후방유전체층 상에 형성되어 발광셀(226)들을 구획하는 격벽(224), 및 상기 발광셀 내에 배치된 형광체층(225)을 구비한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 하기 실시예는 본 발명을 보다 명확하게 나타내기 위한 목적으로 기재되었을 뿐 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예>
실시예 1
테트라 에틸 오르쏘 실리케이트(TEOS: tetra ethyl ortho silicate), 2-메톡시에탄올 및 Mg(OEt)2을 혼합하고 물을 부가하여 가수분해하고 형성된 겔을 건조시켜 Mg2SiO4 파우더를 제조한다. 상기 파우더를 프레스를 이용하여 압축성형하여 펠렛을 제조하여 1,200℃에서 소결하여 증착재를 제조하였다. 상기 증착재를 전자빔 증착(e-beam evaporation)법을 이용하여 6인치 기판에 증착하였다. 증착하기 전에 챔버 내부의 수분 등을 제거하기 위해 램프 히터를 이용하여 350℃에서 4시간 동안 건조하였다. 증착할 때 기판의 온도는 250℃였고, 증착압력은 가스 유량 제어기를 통해 산소 및 아르곤 가스를 넣어 1.5×10-4torr로 조절하여 보호막을 제조하였다. 상기 보호막을 마스크로 덮고, 일부 노출된 부분에 대하여 이온 에칭(소스 가스: 아르곤 가스, 가속 전압: 220V)을 행하였다. 그리고 에칭부분과 마스킹부분과의 단차를 막두께합(Å)으로 측정한 결과 4,500Å으로 나타났다. 에칭의 깊이가 적다는 것은 스퍼터량이 적다는 것이므로 내스퍼터링성이 우수하다는 것을 나타낸다.
비교예 1
MgO를 주성분으로 하여 SiO2 30중량부를 첨가하여 고상반응을 통하여 소결체를 형성하였다. 펠렛 형태로 압축성형한 후 1300℃의 온도에서 소결하여 상기 증 착재를 전자빔 증착(e-beam evaporation)법을 이용하여 6인치 기판에 증착하였다. 증착하기 전에 챔버 내부의 수분 등을 제거하기 위해 램프 히터를 이용하여 350℃에서 4시간 동안 건조하였다. 증착할 때 기판의 온도는 250℃였고 증착압력은 가스 유량 제어기를 통해 산소 및 아르곤 가스를 넣어 1.5×10-4torr로 조절하여 보호막을 제조하였다. 상기 보호막을 마스크로 덮고, 일부 노출된 부분에 대하여 이온 에칭(소스 가스: 아르곤 가스, 가속 전압: 220V)을 행하였다. 그리고 에칭부분과 마스킹부분과의 단차를 막두께합(Å)으로 측정한 결과 5,000Å으로 나타났다.
비교예 2
TEOS를 첨가하지 않고, 단독으로 MgO만을 사용하여 보호막을 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다. 에칭부분과 마스킹부분과의 단차를 막두께합(Å)으로 측정한 결과 5,500Å으로 나타났다.
상기의 실시예 및 비교예에서 본 발명의 보호막 형성용 조성물을 사용하여 제조한 플라즈마 디스플레이 패널의 보호막은 내스퍼터링성이 우수하다는 것을 알 수 있다.
본 발명은 MgO에 특정 산화물을 포함하도록 하여 스피넬 구조를 갖는 보호막 형성용 조성물을 제공한다. 따라서, Ne에 Xe을 첨가한 2원 혼합가스의 방전뿐만 아니라, He, N2, Kr 등을 첨가한 3원 혼합가스의 방전에서 내스퍼터링성 및 수명특성이 우수한 플라즈마 디스플레이 패널의 보호막 및 상기 보호막을 채용한 플라즈 마 디스플레이 패널을 제조할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (7)

  1. 하기 화학식 1의 형태를 갖는 보호막 형성용 조성물:
    <화학식 1>
    Mg(Y)2O4 또는 Mg2(Z)O4
    상기 식에서,
    Y는 Al이고, Z는 Si, Ge 또는 Sn이다.
  2. 제 1 항에 있어서, MgO를 주성분으로 하여 SiO2, Al2O3, SnO2 또는 SiOx(x는 1 내지 1.7이다)을 포함하는 산화물을 이용하여 제조되는 보호막 형성용 조성물.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 산화물은 MgO 100중량부를 기준으로 하여 0.01 내지 50중량부인 것을 특징으로 하는 보호막 형성용 조성물.
  4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항의 보호막 형성용 조성물을 성형 및 소결하고 화학기상증착, 이-빔 증착, 이온 플레이팅 또는 스퍼터링하여 제조한 플라즈마 디스플레이 패널의 보호막.
  5. 투명한 전면기판;
    상기 전면기판에 대해 평행하게 배치된 배면기판;
    전면기판과 배면기판 사이에 배치되어 발광셀들을 구획하는 격벽;
    일 방향으로 배치된 발광셀들에 걸쳐서 연장되며 후방 유전체층에 의하여 매입된 어드레스전극들;
    상기 발광셀 내에 배치된 형광체층;
    상기 어드레스전극이 연장된 방향과 교차하는 방향으로 연장되며 전방유전체층에 의하여 매립된 유지전극쌍들;
    상기 전방유전체층의 하부에 형성되고, 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항의 보호막 형성용 조성물을 이용하여 제조한 보호막 및
    상기 발광셀 내에 있는 방전가스;를 구비한 플라즈마 디스플레이 패널.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 발광셀 내에 있는 방전가스가 Ne에 Xe, N2 또는 Kr2 중 하나 이상을 추가하여 형성된 혼합가스인 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플 레이 패널.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 발광셀 내에 있는 방전가스가 Ne에 Xe, He, N2 또는 Kr 중에서 선택된 둘 이상을 추가하여 형성된 혼합가스인 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널.
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