PDP의 소재에 대해서 알아보자.(보호막, 격벽재, 형광체)

5. 보호막 AC PDP의 투명 유전층 위에는 보호막이 형성된다. 유전층의 주성분은 PbO, B2O3, SiO2인 paste를 프린팅한 뒤에 소성하여 제조하는데 유전층의 주성분인 PbO가 플라즈마에 직접 노출되면 이온의 충격에 의해 반응이 일어나 표면에 이질층을 형성하여 방전 전압을 높이는 결과를 초래한다. 따라서 보호막을 유전층 위에 증착하여 패널을 장시간 구동할 수 있다. 보호막의 특성으로는 표면 절연성, 가시광선 영역에서의 높은 광투과율, 낮은 방전 전압, 이온에 대한 내 sputter성, 높은 이차전자 방출계수 및 우수한 메모리 마진 등이 요구된다. 산화물의 재료에 이온이 충돌하게 되면 표면에서 플라즈마 내부로 새로운 전자가 방출하며 이를 이차전자라고 한다. 이러한 이차전자의 방출이 많을수록 플라즈마 내에는 많은 수의 전자가 존재하며 낮은 방전 전압에서도 플라즈마를 유지 할 수 있다. 또한 방전이 끝난 뒤에 보호막 표면에는 벽전하가 축적되어 벽전압을 일으킨다. 이후 다시 방전할 경우, 이러한 전압에 의해 보다 낮은 전압을 인가하여도 방전이 유지되기 때문에 전력의 감소 및 효율 향상을 얻게 된다. 그리고 AC PDP의 패널에는 인접 Cell 사이에 간섭을 고려하여야 한다. 보호막 위에 표면 전하의 이동과 공간 전하의 확산 등은 작아야 하며, 보호막 표면에서 발생된 표면 전하에 의한 기억 특성이 인접 cell에 영향을 주어서는 안된다. 높은 전기 절연성을 갖는 재료일수록 전하의 확산을 억제 할 수 있다. 보호층에 대한 많은 연구가 오래도록 이어져 왔지만 아직 MgO를 대체할 만한 새로운 재료는 없는 것으로 알려져 있다. MgO를 증착하는 방법으로는 sputter법, e-beam 증착법, ion planting 법 및 인쇄법 등이 있으나 빠른 증착속도에 의해 양산성이 뛰어난 e-beam 증착법이 주로 사용되며, 또한 치밀한 박막을 형성할 수 있다는 장점으로 sputter법이 사용되기도 한다. 6. 격벽재 PDP의 배면 기판에 형성되는 격벽은 well형과 stripe형이 있으며, 일반적으로 50~100㎛의 폭에 100~200㎛ 높이를 가진다. 이와 같은 격벽은 방전 공간을 형성하여 인접하는 Cell과의 자외선 cross-talk을 방지하는 역할을 하게 되며, 배면 유전체와 마찬가지로 표면에 도포되는 형광체로부터 발광하는 가시광선에 대한 반사효과를 높이기 위해 백색이나 회색 paste를 사용한다. 격벽 형성을 위한 여러가지 제조방법들에 대해서 설명하겠다. 격벽을 만드는 공정은 screen printing법, sand-blast법, lift-off법, paste를 이용한 photo lithography법 및 chemical etching 법 등 여러 종류가 제시되고 있다. screen print법은 동일 패턴 과정을 10회 이상 반복하여 적층을 형성한다. 단지 1회의 screen printing법으로 약 10㎛ 높이를 쌓을 수 있으며, 반복적으로 수행하여 예상하는 높이를 적층으로 형성한다. screen printing법을 적용하고 있는 일부 업체를 제외하고 대부분의 업체는 sand-blast 공정을 양산에 사용하고 있다. sand-blast법은 배면 기판에 격벽 소재인 후막 paste를 균일하게 도포하고, 그 위에 연마재의 충격에 내성이 강한 photo resistor film을 노광 및 현상으로 패턴화하고, 연마제인 CaCO3 미립 분말을 고압으로 분사하여 노출된 부분의 격벽재료를 제거한 후, 잔류 photo resistor를 제거하고 소성하여 격벽패턴을 완성한다. 고정세화된 격벽 패턴을 얻을 수 있다는 장점을 갖지만 연마재와 함께 격벽 재료가 배출되기 때문에 연마재를 회수하기 위한 설비가 요구되며 또한 다량의 납 성분이 포함된 격벽 재료가 배출된다는 점에서 환경오염이 문제시 된다. Lift-off 공정은 재료 손실이 적어 경제적인 장점을 가지지만 film과 격벽 재료 사이의 경계에서 발생할 수 있는 기포에 의해 강도가 저하하는 문제가 있어 실용화하기에는 문제가 있다. 또한, 감광성 후막 paste를 이요한 photolithography법은 기판에 격벽 재료인 감광성 glass paste를 균일하게 인쇄한 후 노광및 현상 공정을 통하여 패턴을 형성한다. photo lithography법은 sand-blast 법에 비해 공정이 간단하고 고정세화의 패턴이 가능하다는 장점이 있다. 7. 형광체 PDP에서 full color를 만들기 위해 빛의 삼원색인 RGB의 광을 발생하는 형광체가 필요하다. 이와 같은 3가지 형광체는 cell의 격벽 측면까지 도포되어 하나의 pixel이 형성된다. 형광체의 개발은 1972년 F.H. Brown에 의해 처음 개발되었으며, 휘도, 발광 효율, 색 순도, 잔광, 온도 특성 및 수명 등의 개선을 위해 많은 연구가 이루어져 왔다. 형광체를 도포하는 공정으로는 screen printing 법이 사용되며, 유전체나 격벽 paste보다 낮은 점도로 형광체 paste를 사용하는데 방전 공간에 screen print 하여 건조과정에서 용매가 휘발하면서 측면과 하부에 자연적으로 도포되는 특성을 이용한다. 현재 PDP에서 사용하는 적색 형광체, 녹색 발광 형광체, 청색 형광체가 있다. 형광체의 개선요구 사항으로는 적색의 경우 색 순도 특성 향상이 절실히 요구되고, 녹색의 경우에는 잔광 시간의 감소가 필요하며, 청색의 경우는 휘도 개선, 공정 열화 및 수명의 개선이 시급한 실정이다. 특히 청색에서는 휘도가 낮고 열화가 쉬워 white를 구현할 때 색온도가 현저히 낮다는 문제가 있다. 따라서 이러한 문제를 개선하고자 많은 연구가 계속되고 있다.