Plasma Display Panel의 격벽용 ZnO-BaO-B2O3계 세라믹 복합체에 대한 연구

Abstract

AC-PDP(AC-Plasma display panel)는 플라즈마 방전현상을 이용하여 발생되는 빛을 이용하는 self-emitting 디스플레이이다. 최근 고효율의 PDP를 구현하기 위한 패널 구조 설계, 공정 및 재료의 설계가 다방면에서 시도되고 있다. 이 중에서 특히, 격벽의 경우 공정 및 재료의 입장에서 볼 때, PDP 패널 중 유일하게 입체적 공간을 형성하여야 하는 layer로서 기타 layer에 비해 제품 제작 프로세스의 구현에 있어서 가장 어려움이 많으며, process time 또한 가장 긴 공정이라 할 수 있다. PDP의 효율향상을 위해서 대부분의 연구는 셀 구조라든지 전극/형광체/MgO보호막 특성향상, 방전 가스 개선 등의 개발이 주류를 이루고 있으나, 제품 제작을 위한 프로세스라는 측면에서 보면 격벽이 어느 공정에 비하여도 중요하며, 재료 및 공정 안정화를 위해서 가장 많은 시행착오를 겪고 있다고 할 수 있을 것이다. 본 논문은 AC-PDP용 격벽(barrier rib)의 물성에 관한 연구 결과이다. 여기서, 격벽의 물성이라 함은 재료 자체가 가지는 물리/화학적 특성 뿐만 아니라, AC-PDP라는 디스플레이를 구성함에 있어서 요구되는 구조적, 전기적, 화학적 특성을 모두 포함한 의미라고 할 수 있다. AC-PDP이라는 디스플레이를 제작함에 있어서 격벽이 가져야 할 물성을 재료적인 측면과 공정적인 측면에서 검토하였으며, 또한 실제 방전에 있어서 격벽이 지녀야 할 특성에 대하여 검토하였으며 다음의 결과를 얻었다. 첫째, 입체적 격벽의 형성을 위한 소결 프로세스 마진이 확보되어야 한다. 이는 소결 온도 편차에 따른 격벽재료의 물성적 변화를 최소화함으로서 대면적의 디스플레이를 구현하기 위한 방전 안정성을 확보하는데 필수적이다. 둘째, 격벽의 본래 목적인 방전공간의 구획하는데 있어서 수백 미크론의 격벽을 패턴하는 공정이 필요하며, 최근 산에칭법을 이용하여 격벽을 형성하는 방법이 주류를 이루고 있다. 이때, glass frit과 세라믹 필러에 따른 경도의 변화뿐만 아니라 에칭 rate와 표면 거칠기 등에 대하여 검토하였다. 셋째, 격벽 소결막 표면특성에 따라 배기공정에서의 격벽 표면 오염의 정도가 달라지며, 방전 시 에이징 효과에 의해 격벽 표면에 흡착된 Hydrocarbon계열이 방출되어 방전가스에 섞여 penning effect에 의한 방전개시 전압(이하 Vf로 표기) 특성이 변화하게 됨을 확인 하였다.AC-PDP(AC-Plasma display panel)는 플라즈마 방전현상을 이용하여 발생되는 빛을 이용하는 self-emitting 디스플레이이다. 최근 고효율의 PDP를 구현하기 위한 패널 구조 설계, 공정 및 재료의 설계가 다방면에서 시도되고 있다. 이 중에서 특히, 격벽의 경우 공정 및 재료의 입장에서 볼 때, PDP 패널 중 유일하게 입체적 공간을 형성하여야 하는 layer로서 기타 layer에 비해 제품 제작 프로세스의 구현에 있어서 가장 어려움이 많으며, process time 또한 가장 긴 공정이라 할 수 있다. PDP의 효율향상을 위해서 대부분의 연구는 셀 구조라든지 전극/형광체/MgO보호막 특성향상, 방전 가스 개선 등의 개발이 주류를 이루고 있으나, 제품 제작을 위한 프로세스라는 측면에서 보면 격벽이 어느 공정에 비하여도 중요하며, 재료 및 공정 안정화를 위해서 가장 많은 시행착오를 겪고 있다고 할 수 있을 것이다. 본 논문은 AC-PDP용 격벽(barrier rib)의 물성에 관한 연구 결과이다. 여기서, 격벽의 물성이라 함은 재료 자체가 가지는 물리/화학적 특성 뿐만 아니라, AC-PDP라는 디스플레이를 구성함에 있어서 요구되는 구조적, 전기적, 화학적 특성을 모두 포함한 의미라고 할 수 있다. AC-PDP이라는 디스플레이를 제작함에 있어서 격벽이 가져야 할 물성을 재료적인 측면과 공정적인 측면에서 검토하였으며, 또한 실제 방전에 있어서 격벽이 지녀야 할 특성에 대하여 검토하였으며 다음의 결과를 얻었다. 첫째, 입체적 격벽의 형성을 위한 소결 프로세스 마진이 확보되어야 한다. 이는 소결 온도 편차에 따른 격벽재료의 물성적 변화를 최소화함으로서 대면적의 디스플레이를 구현하기 위한 방전 안정성을 확보하는데 필수적이다. 둘째, 격벽의 본래 목적인 방전공간의 구획하는데 있어서 수백 미크론의 격벽을 패턴하는 공정이 필요하며, 최근 산에칭법을 이용하여 격벽을 형성하는 방법이 주류를 이루고 있다. 이때, glass frit과 세라믹 필러에 따른 경도의 변화뿐만 아니라 에칭 rate와 표면 거칠기 등에 대하여 검토하였다. 셋째, 격벽 소결막 표면특성에 따라 배기공정에서의 격벽 표면 오염의 정도가 달라지며, 방전 시 에이징 효과에 의해 격벽 표면에 흡착된 Hydrocarbon계열이 방출되어 방전가스에 섞여 penning effect에 의한 방전개시 전압(이하 Vf로 표기) 특성이 변화하게 됨을 확인 하였다.; The AC plasma display panel is a self-emitting device using light produced by plasma discharge and is considered as one of the most prominent panels for the large-sized flat panel in the international display market. There have been extensive researchs to improve efficiencies of the plasma display panel. Most studies have mainly focused on designing cell structures and enhancing efficiencies of electrodes, phosphors and MgO so far. Barrier ribs, however, are indispensable as a unique layer providing discharge spaces in PDP, so it is critical to develop a suitable materials and unit manufacturing process for barrier ribs to embody the high-quality plasma display panel. The basic purpose of this research was to study and optimize properties of a barrier-rib material for the plasma display panel. The properties of barrier ribs were investigated from a view of both materials and manufacturing processes, including physical and chemical properties of a material itself as well as functional properties of barrier ribs as a layer of the plasma display panel. The margin of the sintering temperatures for a barrier-rib material was investigated. Since barrier ribs form three-dimensional figures to maintain and divide discharging spaces in the panel, barrier ribs should have uniform figures and properties over a large-sized panel, which means that the properties of a barrier-rib material should not be subject to variation in the certain range of the sintering temperatures. In order to divide discharging spaces in the panel, barrier ribs are patterned into cells having a size of several hundred micrometers. Chemical etching method with acid has been mainly used for the patterning process of barrier ribs in the plasma display panel. In this study, etching characteristics of a barrier-rib material for different glass frits and ceramic fillers with various fractions were researched, including changes of hardness and surface morphology during etching. During the sealing-exhausting process in the plasma display panel, the barrier rib surface is polluted by hydrocarbons and the degree of contamination of the surface depends on the surface condition of barrier ribs. The hydrocarbons absorbed on the surface are detached and expelled into the discharging gas by the aging effect during discharging, which makes the discharging firing voltage changed by the penning effect. This study included how conditions of the sintered barrier-rib surface affected the firing voltage and discharging quality of the panel.