KR20070054048A - 플라즈마 디스플레이 패널 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복수 입경의 산화마그네슘(MgO) 나노 분말을 이용하여 보호층을 형성한 플라즈마 디스플레이 패널 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 이를 위하여 복수 입경의 나노 분말 산화마그네슘을 용매와 혼합하고, 그 혼합된 물질을 상부 유전층 상에 코팅한 후 건조 및 소성 하여 보호막을 형성하는 방법 및 이를 적용한 경우의 구조를 제공함으로써, 공정에서의 비용절감 및 보호막의 특성들을 개선할 수 있는 효과를 기대할 수 있도록 한 것이다.

Description

플라즈마 디스플레이 패널 및 그 제조 방법{PLASMA DISPLAY PANEL AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

도 1은 일반적인 플라즈마 디스플레이 패널의 일례를 보인 단면도.

도 2는 본 발명 일 실시예의 제조 방법을 보인 순서도.

도 3은 본 발명과 대비하기 위한 종래 플라즈마 디스플레이 패널의 상판 단면도.

도 4는 본 발명 일 실시예에 따른 플라즈마 디스플레이 패널의 상판 단면도.

***도면의 주요부분에 대한 부호의 설명***

100: 상판 기판 110: 투명 전극

120: 버스 전극 130: 상판 유전체

140: 보호층 145: 균일 입경 MgO 나노 분말

150: 보호층 155: 복수 입경 MgO 나노 분말

본 발명은 플라즈마 디스플레이 패널 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 복수 입경의 산화마그네슘(MgO) 나노 분말을 이용하여 보호층을 형성한 플라즈마 디스플레이 패널 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

정보처리 시스템의 발전과 보급 증가에 따라 시각정보 전달 수단으로 디스플레이 장치의 중요성이 증대되고 있다. 특히 종래 아날로그 신호를 이용하는 CRT(Cathod Ray Tube)는 부피가 크고 동작전압이 높으며 표시 일그러짐이 발생하는 여러 가지 문제점을 가지고 있어 화면의 대형화, 평면화, 디지털화를 목표로 하는 최근의 추세에 적합하지 않아 매트릭스 구조를 가지며 디지털 데이터의 출력이 가능한 각종 평면 디스플레이의 연구가 활발히 진행 중이다.

TFT 액정표시소자(LCD), 유기 EL, FED 등과 함께 차세대 표시 소자로 각광을 받고 있는 플라즈마 디스플레이 패널(Plsama Display Panel:PDP)소자는 격벽(barrier rib)에 의해 격리된 방전 셀 내에서 He + Xe,또는 Ne + Xe 가스의 방전시에 발생하는 147nm 의 자외선이 R,G,B 의 형광체를 여기시켜 그 형광체가 여기상태에서 기저상태로 돌아갈 때의 에너지차에 의한 발광현상을 이용하는 표시소자이다. 상기 PDP 표시소자는 단순구조에 의한 제작의 용이성, 고휘도 및 고발광 효율, 메모리 기능, 높은 비선형성, 160°이상의 광시야각 등의 특성으로 40˝이상의 대형표시소자 시장을 점유할 것으로 기대되고 있으며, 이미 102" 급 제품도 개발되어 있다.

도 1은 일반적인 교류형 PDP 소자를 보인 단면도로서, 먼저 PDP 소자의 하판은 하부 유리기판(1) 상부 전면에 증착되어 기판(1)에 포함된 알카리이온의 침투를 방지하는 차단막(2)과, 상기 차단막(2) 상의 일부에 형성된 방전 셀의 어드레스 전극(3)과, 상기 어드레스 전극(3)을 포함한 차단막(2) 상의 전면에 형성된 하판 유 전체(4)와, 상기 하판 유전체(4) 상에 형성되어 방전 셀을 격리시키는 격벽(5)과, 상기 격벽(5)에 의해 격리된 하판 유전체(4) 상에 형성된 형광체(6)로 이루어진다.

그리고, 플라즈마 디스플레이 패널 소자의 상판은 상부 유리기판(11) 상에 형성된 투명전극(12) 및 그 투명전극(12)의 저항값을 낮추는 버스전극(13)과, 상기 투명전극(12) 및 버스전극(13)을 포함한 상부 유리기판(11) 상의 전면에 형성된 상판 유전체(14)와, 상기 상판 유전체(14) 상의 전면에 형성되어 플라즈마 방전에 따른 상판 유전체(14)를 보호하는 보호막(15)으로 이루어지며, 이와같이 형성된 상판은 보호막(15)이 상기 하판의 격벽(5) 및 형광체(6)와 마주보도록 설치된다.

상기 보호막(15)은 방전중 가스이온에 의한 상판 유전체(14)의 스퍼터링을 방지함으로써 수명을 증대시키고 이차 전자를 방출하여 방전 개시 전압을 낮출 수 있도록 충분한 물리적 강도와 이자 전자 방출 계수를 가진 투명 물질로 형성되어야 하며, 주로 산화마그네슘(MgO) 박막이 사용되고 있다. 상기 보호막(15)과 형광체(6) 사이의 공간은 Ne+Xe, He+Xe 등의 불활성 가스로 충전된다.

상기 플라즈마 디스플레이 패널의 상판 제조 방법을 보면, 상기 상판 기판(11)에 투명 전극(12)을 스퍼터링(sputtering)이나 진공 증착등으로 성막한 후 패터닝하여 형성하고, 그 투명전극(12) 상에 Cr/Cu/Cr로 이루어진 버스전극(13)을 스퍼터링 방식으로 성막한 후 패터닝하여 형성한다. 그리고, 그 상부에 상판 유전체(14)를 스크린 프린팅 방법에 의해 도포한 후 건조/소성한다.

그 다음 상기 상판 유전층(14) 표면에 보호막(15)을 형성하는데, 이 보호막(15)은 통상 산화마그네슘(MgO)으로 이루어지고, 이 산화마그네슘은 이-빔(E-beam) 증착 또는 액상 산화마그네슘 증착을 통해 약 500nm(5000Å) 정도로 형성한다.

그러나, 상기 이-빔(E-beam)을 이용한 산화마그네슘 증착 방법은 공정이 단순하고 막의 밀도가 비교적 높으며 투과율이 좋지만 고압 진공 상태를 유지할 수 있는 고가의 반응로가 요구되어 비용면에서 불리하고, 상기 액상 산화마그네슘을 이용한 증착 방법은 고온 증착 후 식는 과정에서 공공이 생기는 등 결정성이 좋지 않아 막특성면에서 불리하다.

상기와 같이 결정성 및 막특성을 높이기 위해 새롭게 제안하는 본 발명은 복수 입경의 나노 분말 산화마그네슘을 용매와 혼합하고, 그 혼합된 물질을 상부 유전층 상에 코팅한 후 건조 및 소성 하여 보호막을 형성함으로써, 공정에서의 비용절감 및 보호막의 특성들을 크게 개선하도록 한 플라즈마 디스플레이 패널 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예는 방전에 의한 물리적인 충격을 방지하고 벽전하 형성을 위한 이차전자 방출 특성을 가지는 투명한 상판 보호막을 구비하는 플라즈마 디스플레이 패널에 있어서, 복수 입경의 나노 분말 산화마그네슘(MgO)에 의해 형성된 보호막을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명 다른 실시예는 상판 기판 상에 전극 및 상판 유전층을 형성하는 단계와; 상기 상판 유전층 상에 복수 입경의 나노 분말 산화마그네슘(MgO)을 포 함하는 액체를 코팅하여 보호막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같은 본 발명을 일 실시예를 통해 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명 일 실시예에 따른 플라즈마 디스플레이 패널에서 상부 기판 상에 보호막을 형성하기까지의 제조 과정을 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 상판 기판인 유리를 가공하는 단계와, 그 상판 기판상에 투명전극인 두 전극과 그 두 전극의 일부분 상에 보조 전극인 버스전극을 순차적으로 증착하여 방전유지 전극을 형성하는 단계와, 상기 방전유지 전극 상에 상판 유전층을 형성하는 단계와, 상기 상판 유전층 상에 나노 분말 산화마그네슘(MgO)을 사용하여 보호막을 형성하는 단계로 이루어진다.

상기 나노 분말 산화마그네슘(MgO)을 이용한 보호막을 형성하는 과정은 복수 입경의 나노 분말 산화마그네슘을 용매와 혼합하여 액상으로 만들어 이를 상판 유전층 상에 코팅하고 건조 및 소성하는 과정을 거쳐 이루어진다.

이를 좀더 상세히 설명하면, 우선, Acetate계 용매(필요한 경우, 고분자 분산제 포함 가능)에 복수 입경의 나노 분말 산화마그네슘을 혼합(Pre-mixing)하고 상기 혼합물을 밀링기를 이용하여 밀링한 후, 상판 유전층 상에 코팅한 다음 상기 코팅된 혼합물을 기 설정된 소정의 온도로 건조하고 소성하여 보호막을 형성하는 과정들로 이루어질 수 있다.

상기 복수 입경의 나노 분말 산화마그네슘의 입경은 광 산란을 방지하기 위해 100nm이하의 것을 사용하는 것이 바람직하며 소성 후 공극 형성을 방지하기 위 해 상기 상이한 입경들 사이의 입경 편차는 30% 이상이 되도록 한다. 그리고, 미세한 공극의 형성까지도 방지하기 위해서는 10nm 이하의 입경을 가지는 나노 분말 산화마그네슘을 적어도 한 종류 이용하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 나노 분말 산화마그네슘을 다양한 입경의 것을 혼합하여 사용하게 되면, 가장 큰 입경을 가진 나노 분말 산화마그네슘들 사이의 간격을 그보다 작은 입경을 가진 나노 분말 산화마그네슘들이 채울 수 있어 막의 밀도가 대단히 높아지고 소성 후에도 공극 형성을 크게 줄일 수 있게 된다. 특히, 결정이 안정화 되어 있는 나노 분말 형태의 산화마그네슘을 이용하기 때문에 기존 액상법의 문제점인 결정 불안정을 크게 개선할 수 있게 된다.

또한, 일정한 방향성을 가지고 형성되는 이-빔 증착법(방향성이 [111])이나 액상 산화마그네슘 증착법(방향성이 [200])을 통한 보호막은 그 강도에 제한이 있을 수밖에 없는 반면에, 상기와 같이 나노 분말 산화마그네슘을 이용하게 되면, 다양한 방향성(방향성[111], [200], [220] 등)을 모두 가지는 보호막을 형성할 수 있게 되어 강도가 높아지므로, 물리적인 강도가 비교적 높다고 여겨지는 이-빔 증착법으로 형성한 보호막보다도 막의 물리적 강도가 더욱 향상된다. 그에 추가적으로, 본 발명의 모든 실시예에서는 일정한 크기 편차를 가지는 다양한 입경의 나노 분말 산화마그네슘을 이용하기 때문에 일정한 입경을 가진 나노 분말 산화마그네슘을 이용하는 경우에 비해서 막밀도가 크게 증가하여 스터퍼링 특성, 이차 전자 방출 특성을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.

도 3은 본 발명의 실시예와 비교하기 위해 일정한 입경의 나노 분말 산화마 그네슘을 용매에 섞은 후 코팅한 플라즈마 디스플레이 패널 상판의 단면도로서, 투명한 상판 기판(100) 상에 투명 전극(110), 버스 전극(120)이 형성되어 있고, 그 상부에 상판 유전층(130)이 형성되어 있으며, 그 상부에 상기 액상 보호막 물질을 코팅한 보호막(140)이 형성된 상태를 보인 것이다. 상기 보호막(140)을 확대한 부분을 통해 알 수 있는 바와 같이 일정한 입경의 나노 분말 산화마그네슘(145)을 적용하고 있어 많은 공극이 형성되어 있음을 알 수 있다. 비록 액상 산화마그네슘을 증착하는 경우에 비해 그 공극이 크지 않고 결정성은 안정적이지만, 입경에 비례하여 존재하는 나노 분말들 사이의 공극을 완전하게 매울 수 없어 막 밀도에 제한이 발생하고 소성 후 형성되는 공극을 완전히 방지할 수 없다.

도 4는 본 발명 일 실시예에 따른 플라즈마 디스플레이 패널 상판 구조를 보인 단면도로서, 상판 유전층(130) 상부에 복수 입경의 나노 분말 산화마그네슘을 용매에 섞은 후 코팅한 보호막(150)이 형성된 상태를 보인 것이다. 상기 보호막(150)을 확대한 부분을 통해 알 수 있듯이 복수의 입경을 가지는 나노 분말 산화마그네슘(155)을 용매에 분산하여 코팅함으로써, 막의 밀도가 대단히 높아지고, 공극 형성 가능성이 작아진다는 것을 알 수 있다. 특히, 각각의 나노 분말 산화마그네슘(155)의 입경이 소정의 편차를 가지고 고르게 분포하고 있으므로 분말들의 배치에 의한 공간이 효과적으로 매워지며, 입경이 커 결정성이 좋은 분말을 이용하더라도 입경이 작아 빈 공간을 매워줄 수 있는 분말이 함께 혼합되기 때문에 물리적 강도가 크게 향상된다. 이러한 물리적 강도는 보호막으로서 중요한 스퍼터링 내성을 높여주고, 높아지는 밀도는 이차 전자 방출계수를 높여주어 방전개시 전압을 낮추어 전력 효율을 높이고 소자의 수명을 연장시킬 수 있도록 한다.

도시된 경우는 4종류의 입경을 가지는 나노 분말 산화마그네슘(155)을 이용하고 있는데, 예를 들어 각각 50nm, 20m, 8nm, 4nm의 입경들을 가지는 것을 이용할 수 있다. 상기 50nm의 입경을 가지는 것은 높은 결정성과 밀도를 유지하기 위한 것이고, 가장 작은 4nm의 입경을 가지는 것은 크기가 작아 결정성이 뛰어나지는 않지만 상기 큰 입경을 가지는 분자들이 만들어 내는 작은 공간을 매워줄 수 있어 전체 보호막의 균일성이나 평탄성을 높이고 평균 밀도를 높이는데 도움을 줄 수 있다. 특히, 나노 기술의 발전으로 인해 나노 분말 산화마그네슘들의 입경을 큰 범위 내에서 임의로 결정할 수 있기 때문에 다양한 입경을 가지는 나노 분말 산화마그네슘을 얻는 것은 그리 어렵지 않으며, 자주 사용되는 입경의 나노 분말 산화마그네슘(예를 들어 100nm, 50nm 등)은 여러 화학 업체(예를 들어, Ube Material Industrial 등)에서 상용화 되어 시판되고 있다.

상기 복수의 입경을 가지는 나노 분말 산화마그네슘을 액상(슬러리나 페이스트 상태를 포함)으로 만드는 방법을 보다 구체적인 예를 들어 설명하도록 한다.

먼저, 일정한 입경(예를 들어 100nm) 이하이며, 각각의 크기 편차가 30% 이상인 복수의 산화마그네슘 분말을 혼합하여 준비한다. 그 혼합 비율은 실험이나 시뮬레이션 혹은 연산을 통해 얻어질 수 있으며 각각의 입경들이 조화되어 가장 공극이 작게 형성될 수 있도록 한다. 공극의 최소화를 위해 적어도 한 종류의 산화마그네슘 분말 입경은 10nm 이하가 되어야 하며, 3종류 이상의 입경들이 사용된다면 5nm 이하의 입경을 이용하는 것이 더욱 바람직하다. 본 실시예에서는 상기 복수 입 경의 산화마그네슘 분말들의 예는 위와 같이 50nm, 20nm, 8nm, 4nm의 4가지를 이용한다고 가정한다.

상기 복수 입경을 가지는 나노 분말 산화마그네슘을 액상으로 제조하기 위해 이들을 일정한 비율로 용매에 섞어야 하는데, 이때 사용할 수 있는 용매는 Acetate계, Alcohol계, Glycol계, Propylene Glycol Ether계, Ketone계, BCA, Xylene, Terpineol, Texanol, 물 등이다. 하지만, 나노 크기의 분말 산화마그네슘 결정입자는 자체 응집으로 인해 결정 크기보다 훨씬 큰 덩어리로 용매에 분산되므로 물(H2O) 기반 분산 용매는 분산 후, 재응집이 발생하기 쉬워 분산 용매로는 그리 바람직하지는 않다. 본 실시예에서는 상기 복수 입경의 나노 분말 산화마그네슘을 중량 퍼센트로 1~20wt% 정도로 혼합하는 것이 바람직하다.

그리고, 필요한 경우 고분자 분산제를 첨가할 수 있는데 이는 분산효과가 큰 Acryl계 분산제를 이용하는 것이 바람직하며, 볼밀이나 페인트 쉐이커 등에 상기 나노 분말 산화마그네슘 및 용매를 넣고 수~수십시간 이상 섞어 주거나 초음파 분산기를 이용하여 혼합하면 상기 나노 분말 산화마그네슘의 자체 응집도가 낮아져 결정입자 분산도를 높일 수 있으므로 반드시 고분자 분산제가 필요한 것은 아니다.

이렇게 형성된 액상(슬러리나 페이스트 상태 포함) 보호막 혼합물질은 스크린 프린팅(screen printing), 딥핑(dipping), 다이 코팅(dye coating), 스핀 코팅(spin coating), 그린 시트 코팅(green sheet coating), 잉크젯(ink-jet) 등의 코팅 방법을 이용하여 상판 유전층 상에 코팅될 수 있다. 여기서, 혼합물의 나노 분말 산화마그네슘은 코팅 방법에 따라 첨가되는 산화마그네슘 나노 분말의 비율이 달라지는데, 예를 들어, 다이 코팅과 딥핑의 경우에는 2 wt% 이하가 좋으며 잉크젯의 경우에는 10 wt% 정도 그리고 그린 시트 코팅과 스핀 코팅의 경우에는 10~20 wt%가 적당하다. 이때 너무 두껍게 코팅을 실시할 경우 투명도가 낮아지기 때문에 광 투과도에 따라 적절하게 두께를 조절해야 할 필요가 있다.

상기 상판 유전층 상에 복수 입경의 나노 분말 산화마그네슘이 혼합된 액상 혼합물이 코팅되면, 용매의 종류에 따라 100~200℃로 건조하고, 다시 400~600℃의 소성 공정을 통해 산화마그네슘 보호막을 형성한다.

상기 설명한 실시예를 변형하여 보다 많은 종류의 입경을 가지는 나노 분말 산화마그네슘을 이용하거나 3종류 정도로 작은 종류의 입경을 가지는 나노 분말 산화마그네슘을 이용할 수 있으며, 용매의 종류나 혼합 방식 등도 다양한 혼합/분산 방식을 따를 수 있다는데 주의한다.

이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 디스플레이 패널 및 그 제조 방법은 복수 입경의 나노 분말 산화마그네슘을 용매와 혼합하고, 그 혼합된 물질을 상부 유전층 상에 코팅한 후 건조 및 소성 하여 보호막을 형성함으로써, 공정에서의 비용절감 및 보호막의 특성들을 크게 개선할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 실시예에 따른 보호막은 결정이 안정되어 있는 복수 입경의 나노 분말 산화마그네슘을 이용하므로 식는 과정에서 결정이 불안해지는 액상 산화마그네슘 증착법보다 결정성이 좋은 효과가 있다.

본 발명의 실시예에 따른 보호막은 복수 입경의 나노 분말 산화마그네슘을 이용하므로 치밀하고 다양한 방향성의 막질을 가져 이-빔 증착법에 의한 보호막보다 스퍼터링 특성이 뛰어난 효과가 있다.

본 발명의 실시예에 따른 보호막은 복수 입경의 나노 분말 산화마그네슘을 이용하므로 치밀한 막질을 가져 단일 입경 나노 분말 산화마그네슘을 이용한 보호막에 비해 막 균일성이나 막밀도가 높아 내성과 이차전자 방출계수가 개선되는 효과가 있다.

본 발명의 실시예에 따른 보호막은 복수 입경의 나노 분말 산화마그네슘을 이용하므로 치밀한 막질을 가져 보호막 특성이 좋고 이차전자 방출계수가 높아 방전 개시전압을 낮추어 패널 효율을 높이고 소자의 수명 및 신뢰성을 개선하는 효과가 있다.

본 발명의 실시예에 따른 보호막은 액상으로 혼합한 복수 입경의 나노 분말 산화마그네슘을 상온, 상압에서 코팅할 수 있으므로 제조 비용이 저렴하고 수정이 가능하여 수율이 높은 효과가 있다.

Claims (11)

1. 방전에 의한 물리적인 충격을 방지하고 벽전하 형성을 위한 이차전자 방출 특성을가지는 투명한 상판 보호막을 구비하는 플라즈마 디스플레이 패널에 있어서,

   복수 입경의 나노 분말 산화마그네슘(MgO)에 의해 형성된 보호막을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널.
2. 제 1항에 있어서, 상기 복수 입경의 나노 분말 산화마그네슘은 상이한 입경 간 서로 30% 이상의 크기 편차를 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널.
3. 제 1항에 있어서, 상기 복수 입경의 나노 분말 산화마그네슘은 100nm 이하의 입경을 가지는 나노 분말인 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널.
4. 제 1항에 있어서, 상기 복수 입경의 나노 분말 산화마그네슘은 적어도 3종류의 입경을 가지며, 적어도 한 종류의 입경은 10nm 이하인 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널.
5. 상판 기판 상에 전극 및 상판 유전층을 형성하는 단계와;

   상기 상판 유전층 상에 복수 입경의 나노 분말 산화마그네슘(MgO)을 포함하 는 액체를 코팅하여 보호막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널 제조 방법.
6. 제 5항에 있어서, 상기 보호막을 형성하는 단계는 복수 입경의 나노 분말 산화마그네슘을 용매 와 혼합하여 액상 혼합물을 만드는 단계와;

   상기 액상 혼합물을 상기 상부 유전층에 코팅하고, 건조 및 소성하여 보호막을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널 제조 방법.
7. 제 6항에 있어서, 상기 혼합물의 코팅 방법은 스크린 프린팅(screen printing), 딥핑(dipping), 다이 코팅(dye coating), 스핀 코팅(spin coating), 그린 시트 코팅(green sheet coating), 잉크젯(ink-jet) 중 하나인 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널 제조 방법.
8. 제 6항에 있어서, 상기 용매는 Acetate계, Alcohol계, Glycol계, Propylene Glycol Ether류, Acetate계, Ketone계, BCA, Xylene, Terpineol, Texanol, 물 중 하나인 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널 제조 방법.
9. 제 6항에 있어서, 상기 복수 입경의 나노 분말 산화마그네슘은 상이한 입경 간 서로 30% 이상의 크기 편차를 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널 제조 방법.
10. 제 6항에 있어서, 상기 복수 입경의 나노 분말 산화마그네슘은 100nm 이하의 입경을 가지는 나노 분말인 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널 제조 방법.
11. 제 6항에 있어서, 상기 복수 입경의 나노 분말 산화마그네슘은 적어도 3종류의 입경을 가지며, 10nm 이하의 입경을 가지는 것을 적어도 한 종류 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널 제조 방법.

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