플라즈마 디스플레이 패널(PDP:Plasma Display Panel)의 역사를 보면 CRT에 의한 동영상 구동보다 2년 앞선 1927년 미국의 벨시스템사에 의해 만들어진 단색 동영상 표시장치가 세계 최초의 가스방전 표시장치였다. 표시화면은 60♀74㎝의 면적에 50♀50개의 화소를 구성한 것으로 구동은 교류전압으로 했다.
30년대 브라운관의 눈부신 발전에 밀려 가스방전 표시장치는 단순 표시소자로서 연구되다가 40년 양극 주위에 표시전극으로 음극을 다수 배치해 문자와 숫자를 표시하는 장치로 개발됐다. 결국 50년대에 닉시(Nixie)관이라는 방전 표시장치가 부로스(Burroughs)사에 의해 실용화됐다.
64년 미국 일리노이 대학의 비처(Bitzer)와 슬로토프(Slottow)가 금속 전극을 유전체로 덮고 AC전원으로 동작시키는 AC형 PDP를 제안했으며 이것이 4년 후인 68년 일리노이 대학의 오웬스(Owens)에 의해 실용화됐다. 70년대 들어 DC형 PDP도 셀프스캔(Self Scan)이라는 순차 방전방식으로 실용화하면서 어드레싱(Addressing)기술을 획기적으로 발전시켜 DC형 플라즈마 디스플레이가 등장했다.
80년대에 접어들어 미소 방전현상에 대한 이해와 대면적 평판 공정기술의 발달에 의해 PDP의 연구는 더욱 가속화됐다. 80년대 유지전극과 어드레싱전극이 분리된 3전극 면방전 구조가 제안됐으며, 격벽에 형광체를 도포하는 기술이 개발돼 PDP의 성능이 크게 향상됐다. 88년 미국의 포토닉스사가 직시형 디스플레이로는 세계 최대 크기인 60인치 단색 AC PDP를 개발하고, NHK도 TV용 20인치 DC형 PDP를 발표했다.
이러한 성과는 92년 일본 후지쯔사의 21인치 면방전 컬러 AC PDP의 제품화로 이어졌다. 그리고 97년 현재 패널크기로 50인치급 PDP 개발이 완료됐다. 화질로는 SXGA급 PDP가 출현했다. 이제 PDP는 크기와 성능에서 대면적 평판디스플레이로 가장 유리한 위치를 점하게 됐다.
PDP는 대형화에 매우 적합한 기본특성을 가지고 있다. 우선 디스플레이 PDP는 두 장의 판 유리를 수백㎛ 이하의 간격으로 접합해 가스를 충전시킨 구조다. 따라서 두께가 CRT의 10분의 1 정도로 얇다. 무게도 CRT의 6분의 1 정도로 경량화가 가능하다.
둘째, 우수한 비선형성을 지니고 있다. 가스 방전은 근본적으로 일정한 전압까지 전혀 예비반응을 보이지 않기 때문에 LCD 등에서와 같이 TFT를 사용하지 않고도 급격한 상태변화를 발생시킬 수 있다. 따라서 단순히 매트릭스(Matrix)형태의 전극 배열과 방전에 적당한 가스선택에 의해 다수의 화소를 보조장치 없이 선택적으로 구동할 수 있으므로 대면적 패널 구동이 매우 용이하다.
셋째는 기억기능을 지니고 있는 것이다. 방전 기억기능으로 불릴 수 있는 이 기능으로 인해 방전된 셀(Cell)과 방전되지 않은 셀이 다른 방전전압에서 동작하게 된다. 따라서 표시하고자 하는 셀을 先방전에 의해 선택하게 되면 後방전은 선 방전에 의해 결정되는 유용한 기능이다. 특히 AC PDP에서는 발생된 전하가 유전체의 표면에 축적, 저장되는 특성이 있어 매우 긴 시간의 방전 기억이 가능하기 때문에 동영상 구동이 매우 용이하게 된다.
넷째, 광시야각이 넓다. PDP는 자기발광형 표시소자며 격벽으로의 반사가 시야각을 더욱 넓혀주기 때문에 1백60도 이상의 넓은 시야각을 가지는 패널을 제작할 수 있다.
다섯째, PDP는 가스 방전에 의해 형성되는 플라즈마가 패널 표시특성에 영향을 미치게 되므로 외부의 온도가 영하 1백에서 영상 1백까지 변화하더라도 패널의 동작특성이 변하지 않으며 자계에 의한 왜곡특성이 PDP에는 전혀 나타나지 않는다.
AC PDP를 보자. 간단한 단색(Ne-orange) AC 플라즈마 디스플레이는 전극이 배열돼 있는 상판과 하판 두 장의 유리판으로 이루어져 있다. 횡전극을 스캔하면서 종전극에 데이터를 입력하는 매트릭스 구동방식은 AC와 DC 패널에 모두 적용된다. 이 유리판들은 상, 하판의 전극이 각각에 대해 서로 수직으로 만나게 배열돼 있다. 이러한 전극들이 교차하는 지점에서 방전이 일어난다.
신호펄스(Data Pulse:Vd)는 수직전극들에 인가되고, 주사펄스(Scan Pulse:Vs)는 각각의 수평전극들에 동시에 한 라인씩 순차적으로 인가된다. 이러한 Vd와 Vs펄스들은 다음의 조건들을 만족시키도록 조정한 후 인가한다.
Vd
AC형 PDP는 고유의 기억특성을 제공한다. Vn보다는 크고 Vbd보다는 작은 AC유지펄스를 갭(Gap) 사이에 일정하게 인가한다. 이 전압은 방전을 일으키지는 않는다. 그러나 Vbd보다 큰 전압을 쓰기펄스(Write Pulse)에 인가하면 방전이 개시된다(b). 벽에 축적된 전하들은 갭 사이의 유효전압을 감소시키고 잠시 후에 방전은 중단된다(c). 유지펄스(Sustain Pulse)의 극성이 바뀌면 갭 사이의 전계(Field)크기는 벽 전하에 의해 결정되는 크기만큼 (a)보다 커지게 되고, 다른 극성의 새로운 방전이 일어난다(d). 다음 방전은 유지펄스의 극성이 바뀌면 시작된다(f). 따라서 한번 방전이 시작되면 유지펄스가 인가되는 동안에는 쓰기펄스가 없더라도 끝나지 않는다.
3전극 표면방전형 컬러 AC표시장치의 구조를 보면 투명한 ITO유지전극들이 서로 평행하게 상층 유리판에 형성돼 있다. 이 전극들은 스퍼터링(Sputtering)과 포토리소그래피(Photolithography)기술을 이용해 투명전극과 Cr/Cu/Cr로 이루어진 보조 버스(Bus)전극으로 구성돼 있다.
전극들은 약 25㎛ 두께의 두꺼운 유전체층으로 덮여 있고 그 위에 다시 E빔(Beam) 등과 같은 박막기술로 증착시킨 0.2∼0.5㎛ 두께의 MgO가 코팅돼 있다.
하판의 Ag 어드레스 전극들은 하층 유리판 위에 격벽과 동일한 방향으로 배열돼 있다. 색 순도를 저하시키는 인접 셀들간의 전기적, 광학적 혼선(Cross-Talk)을 방지하기 위해 플라즈마와 자외선 방지용 격벽이 전극들 사이에 형성돼 있다. 격벽 안쪽면에는 세 가지 기본적인 형광체가 인쇄돼 있다. 일반적으로 격벽 높이는 1백∼2백㎛이고, 약 5백테라(Torr)의 Xe+Ne 또는 Xe+Ne+He 혼합기체(Penning Mixture Gas)가 채워져 있다.
상판면에 형광체가 없으므로 자외선에 의해 여기된 형광체에서 나오는 가시광이 상판에 거의 흡수됨이 없이 형광체 표면에서 발생된 가시광이 방출되게 된다. 이러한 구조의 가장 큰 장점은 1차원 패턴을 가지는 각각의 유리판들이 서로 직각으로 교차하고 있다는 것이다. 이것은 직교하는 교점에서 자동으로 픽셀(Pixel)이 형성되므로 두 기판 사이의 어떤 특정한 배열(Critical Alignment)의 필요성이 없다는 것을 나타낸다.
지난해 일본전자전에 등장한 50인치 PDP TV는 대면적 직시형 디스플레이의 우수함을 과시했다. 또 25인치 SXGA급 PDP모니터의 등장은 고정세화 기술을 증명하는 계기가 됐다. 특히 동영상 구동시 문제가 됐던 윤곽잡음과 배면광을 거의 감지할 수 없을 정도로 감소시켜서 매우 우수한 영상을 보였다.
이제 PDP도 기술개발의 단계를 벗어나 서서히 판매전쟁에 돌입하게 될 것으로 예측된다. 향후 PDP의 시장동향을 보면 2000년에는 일반 소비자가 구매가능한 가격으로 판매될 것으로 예상된다. 이때 PDP의 세계 수요는 약 2백30만대에 이를 것으로 예측된다. 또 2005년에는 PDP가 일반 대형 디스플레이의 대부분을 차지할 것으로 예상된다. 예상수요는 7백50만대로 약 2조6천억엔에 이르는 PDP시장이 형성될 것으로 예상된다. 그러나 이러한 무지개빛 목표를 이루기 위해서는 현재 1 lm/W에 머물고 있는 방전효율을 2∼4 lm/W으로 향상시켜야 하며, 고객이 쉽게 구매할 수 있는 수준까지 가격이 저하돼야 한다.
朴明鎬
78년 LG전자 입사
79년 서울대 전기공학과 졸업
82년 LG전자 디스플레이연구소 개발실
96년∼현재 PDP 개발팀장