PDP의 소재에 대해서 알아보자.(유리기판, 투명전극, 금속전극, 투명유전체)

PDP의 소재에 대해서 알아보자. 일반적으로 PDP 패널을 구성하는 소재로는 유기물과 무기물이 있으며, 공정온도를 통과한 후에 대부분의 유기물은 제거되어 무기물만 남게 되고, 결국 PDP의 성능에 영향을 주는 것은 무기물 성분이다. 이제, PDP의 제조 공정에서 성능 및 수율 개선을 위해 사용하는 각종 재료에 대해서 알아보자. 1. 유리기판 PDP 기판으로 요구되는 특성으로는 각 제조 과정을 거치면서 500~600도의 열처리 온도에서 내열성, 표면 균일도, 알칼리 금속에 대한 화학적 안정성 및 가시광선 영역에서의 높은 광 투과도 등을 가져야 한다. soda lime 유리 기판의 경우, 고온으로 용융한 기판 소재를 용융 상태의 액체 주석 위에 밀도차에 의하여 부유시켜 floating 법으로 제조할 수 있으며, 표면 균일도 및 두께 균일도가 우수하여 대현 기판의 제조에 사용한다. 그러나 전이 온도가 511도이고, 열변형이 발생하기 시작하는 서냉 온도가 554도로 PDP 제조공정에서 사용하는 paste의 소성 온도보다 낮다. 따라서 미리 기판의 전열처리 공정을 거쳐 공정 중에 열변형을 최소화시키는 방법이 적용되고 있지만, 비정질 재료의 부채꼴 모양의 불균일한 변형이나 sodium 성분의 함유로 인한 공정 온도에서 전극 재료의 migration 현상이 발생하므로 제품 적용에는 용이하지 않다. 이에 대한 대책으로 sodium 성분을 대폭 줄이고, 전이 온도를 60도 정도 상승시킨 PDP 전용 유리 기판이 사용되고 있다. 제조 공정의 첫 단계로는 기판 세정 공정으로 순수와 KOH에 계면 활성제를 첨가한 용액을 사용한 세정과 초음파 세정을 통하여 공정에 사용하고 있다. 2. 투명전극 방전 전극으로 사용하는 투명 전도막의 특성은 먼저 낮은 면저항값, 가시광선 영역에서 높은 광투과도(90% 이상) 및 기판이나 유전체와의 화학적 안정성 등이다. 투명 전도막으로는 주로 ITO가 사용되며, 제조기술로는 sputter 법으로 1,000~3,000의 박막을 형성하고 photo etching 법으로 패턴을 형성한다. 그리고 제조 원가를 줄이기 위해 SnO2 박막의 적용에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다. 한편, CVD 공정을 이용한 lift-off 법으로 패턴을 형성하기도 하는데, 일면 NESA 막이라 부르기도 한다. ITO 박막은 전도성이나 투과도 측면에서 NESA 막보다 우수하지만 고온에서의 반응성은 불리하다. 3. 금속 전극 PDP 공정에서 bus 전극이나 data 전극은 낮은 저항값, 화학적 안정선, 외관에 대한 낮은 반사율 및 최대의 개구율 향상을 위한 고정세화 선폭 구현 등의 특성을 요구한다. 전극 재료로는 크게 두 가지가 적용되는데 하나는 sputter법을 이용하고 photo etching 법으로 패터닝한 Cr/Cu/Cr(혹은 Cr/Al/Cr)이고, 다른 하나는 screen법에 의해 만들어지는 후막의 Ag가 있다. 전자의 경우는 우선 설비 가격과 제조 원가가 비싸지만 막이 균일하고 고정세화의 선폭을 실현할 수 있다. Cr층은 Cu층의 1/10 정도의 두께를 가지며, 기판이나 유전체와의 부착 특성이 우수할 뿐만 아니라 반응 방지층으로서의 역할도 담당한다. 후막 공정에 의한 전극 재료로는 도전성인 Ag 분말에 유기 바인더와 용매를 혼합한 도전성 paste를 사용하여 screen 인쇄법이나 감광성 paste 패턴 형성법으로 만든다. Ag 후막 전극의 경우, 낮은 전기저항값을 가지며, 패턴 형성이 용이하지만 고온 소성 공정에서 migration 형상이 문제이며 이를 개선하기 위해 유전체 선정 등 많은 연구가 이루어지고 있다. 이외의 전극 재료로는 Ag-Pd, Au, Al 및 Ni 등이 있으나 소재 원가나 표면의 산화에 의한 환원 열처리 등의 문제로 AC PDP에서는 거의 사용하지 않는다. 4. 투명 유전체 전면 기판의 투명 유전층에 사용하는 유전체에서 요구하는 특성으로는 가시광선 영역에서의 높은 광 투과율, 고내압 재료 특성, 대면적에서의 두께와 표면 균일도 및 화학적 안정성 등이 있다. 이러한 유전체는 방전 시에 콘덴서로 작용하며, 전류를 제한하는 역할뿐만 아니라 메모리 기능을 가진 재료로서 glass paste가 사용되고 있다. 또한 data 전극 보호용으로 사용하는 배면 유전층은 주로 백색 재료를 사용하며 이는 형광체로부터의 반사효과를 극대화하기 위한 것이다. 유전층 형성 공정 기술로는 유전체 paste를 사용한 screen 인쇄법이 일반적으로 적용되며, 한번의 인쇄로는 약 30㎛ 정도의 두께를 얻을 수 있기 때문에 3회 정도를 반복하여 인쇄하고 소성하는 과정을 수행하게 된다. 이러한 유전체 소재의 개발에서 주요한 과제는 저온 소성용 paste 및 환경적인 문제를 염두에 둔 PbO가 없는 paste를 만드는 것이다. 후막 재료의 경우, 소성 온도가 높을수록 소결 특성의 개선으로 인한 절연 내압의 증가와 기포 최소화 등의 개선이 따르지만 패널의 제조원가 측면에서 저가인 PDP용 soda lime 기판을 사용하기 위해서는 500도 이하의 저온에서도 소성이 가능한 유전체를 사용함으로써 기판의 불균일한 변형 현상을 억제시켜야 하기 때문이다. 이외에 새로운 유전체 형성 기술로는 dry film 형태의 green sheet를 laminating 하는 방식과 coating을 이용하는 방법이 있다. green sheet laminating 법은 박막 두께의 균일도와 표면 균일도가 인쇄법에 비해 우수하지만 바인더사용에 의한 기포 발생 문제로 적용하지 않고 있는 실정이다.