KR100709215B1 - 나노 사이즈 은으로 제조된 전극이 구비된 플라즈마디스플레이 패널 - Google Patents

나노 사이즈 은으로 제조된 전극이 구비된 플라즈마디스플레이 패널 Download PDF

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Abstract

본 발명은 나노 사이즈 은으로 제조된 전극이 구비된 플라즈마 디스플레이 패널에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전극 재료로 입경 크기가 1.0 내지 500 nm의 은과 여기에 바인더 수지, 가교제, 광 개시제 및 용매를 포함하여 감광성 조성물을 제조하고, 상기 감광성 조성물을 이용하여 후막 감광법에 의해 미세 패턴닝된 전극과, 이를 구비한 플라즈마 디스플레이 패널에 관한 것이다.
상기 전극은 후막 감광법으로 제조된 전극에서 발생하기 쉬운 에지-컬 또는 핀-홀과 같은 미세 구조적 불안정성이 개선되고, 전기적 특성이 우수하고, 부식이 발생하지 않아 전극으로서의 수명 및 신뢰성이 향상될 뿐만 아니라, 플라즈마 디스플레이 패널의 어드레스 전극 또는 버스 전극으로 적용된다.
나노 은, 접착력, 미세 패턴, 글라스 프릿

Description

나노 사이즈 은으로 제조된 전극이 구비된 플라즈마 디스플레이 패널{PLASMA DISPLAY PANEL EMPLOYING ELECTRODE PREPARED BY COMPOSITION HAVING NANO-SIZED SILVER}
도 1은 본 발명에 따른 나노 사이즈의 은의 다양한 구현예를 보여주는 모식도.
도 2는 본 발명의 감광성 조성물을 이용하여 후막 감광법에 의해 전극 패턴을 형성하는 단계를 보여주는 순서도.
도 3은 통상의 플라즈마 디스플레이 패널의 일 예를 모식적으로 나타낸 부분 분해 사시도.
도 4는 본 발명의 실험예 2의 은의 입경 크기와 비표면적과의 관계를 보여주는 그래프.
[기술분야]
본 발명은 전기적 특성이 우수하고, 미세 구조적 불안정성이 개선된 전극을 제조하기 위한 은 전극 제조용 감광성 조성물과, 상기 감광성 조성물을 이용하여 후막 감광법으로 제조된 전극과, 이를 구비한 플라즈마 디스플레이 패널에 관한 것이다.
[종래기술]
디지털 디스플레이 산업은 그동안의 양적인 팽창에서 점차 질적인 팽창을 시도하고 있으며, 이에 발맞추어 낮은 가격에서 고품위를 불량 현상 없이 구현할 수 있는 세트 및 모듈에 대한 기대감이 점차 거치고 있다.
현재 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel; 이하 "PDP"라 함)의 어드레스 및 표시전극은 저항이 매우 낮은 은(Ag) 전극이 주로 사용되고 있다.
상기 은 전극은 소성 공정 중 이온화되어 은 이온(Ag+)의 형태로 유리 기판이나 유전체층에 확산되는 마이그레이션(migration)이 발생하고, 이렇게 확산된 은 이온은 유리 기판 또는 유전체 중의 Sn2 +, Na+ 또는 Pb2 + 등의 알칼리 금속에 의해 환원된다. 상기 환원된 은 이온은 콜로이드 입자로 침전하여 계속 성장하여 이로 인해 유리 기판 또는 유전체층에 착색이 발생하여 PDP 패널의 황변 현상이 발생한다(J. E. SHELBY and J. VITKO. Jr Journal of Non Crystalline Solids Vo1. 150(1982) 107-117). 이러한 황변 현상은 명실 콘트라스트를 비롯한 모듈의 광학적 품위에 악영향을 나타내, 결국 패널의 휘도 및 색도의 악화가 일어나 PDP의 화질을 현저히 저하 시킨다.
이와 더불어 은 전극은 습기나 이물 등의 외인성 인자에 의해 은 전극이 산화은 혹은 황화은을 형성하여 전극 표면으로 석출되어 전극 패턴이 불량해지고, 전 극이 쉽게 변색 및 부식되어 전극으로서의 전기적 특성뿐만 아니라 수명이 크게 저하되는 문제가 남아 있다.
이와 같은 문제를 해결하기 위해 다양한 방법이 시도되고 있으나, 아직까지 은 전극을 사용하는 경우 은 전극의 부식과, 유리 기판 및 유전체층의 황변 현상에 대한 특별한 해결책을 제시하고 있지는 못하다.
한편, 전극은 크게 스크린 인쇄법(screen printing), 리프트-오프법(lift-off) 및 감광법(photolithography)을 이용하여 후막 형태로 제조되거나, 스퍼터링(sputtering) 및 이온 플레이팅(ion plating)과 같은 이온 도금법을 통해 박막 형태로 제조된다.
상기 스크린 프린팅과 같은 후막 방법은 그 제조공정이 비교적 용이하다는 장점이 있으나, 전극 피치 및 폭을 수 ㎛으로 제어하기가 어려워 미세 선폭을 갖는 전극의 제조가 불가능하다. 또한 스퍼터링과 같은 방법은 박막 방법은 미세 패턴의 전극의 제조를 가능케 하나 전극 제조 장치와 재료의 가격이 높아 생산 단가가 증가하는 단점이 있다.
최근 제안된 후막 감광법은 기존의 스크린 인쇄법과 식각 공정을 접목시킨 새로운 기술이다. 상기 후막 감광법은 수십 ㎛ 수준의 선폭을 구현할 수 있는 장점이 있으나, 소성 공정에서 전극의 말단이 말려 올라가는 에지-컬(edge-curl) 현상이 발생하고, 전극 표면에 핀-홀(pin-hole)이 발생하는 등 미세구조적인 면의 문제가 여전히 남아 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 후막 감광법에 적합한 전극 형성용 감광성 조성물과, 상기 감광성 조성물로 제조되며 전극 표면에 에지-컬 및 핀-홀이 발생하지 않고, 전기적 특성 및 수명이 향상된 전극과, 이를 구비한 플라즈마 디스플레이 패널을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 1.0 내지 500 nm 크기의 입경을 갖는 은(Ag)을 포함하는 전극 제조용 감광성 조성물을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 감광성 조성물을 이용하여 인쇄 후 식각 공정을 거쳐 전극 패턴을 형성하는 전극의 제조방법과, 상기 공정에 의해 제조된 전극 및 이를 구비한 플라즈마 디스플레이 패널을 제공한다.
이하 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 전극을 형성하기 위한 금속 물질로 입경이 1.0 내지 500 nm인 미세 입자(이하 '나노 사이즈 은'이라 한다)를 사용한다.
나노 사이즈 은은 체적특성(bulk property)은 감소하고 표면 특성(surface property)이 증가하여 종래 수십 마이크론 크기의 은과 비교하여 융점이 낮아 전극 제조시 소성 온도를 낮출 수 있고, 광 흡수능이 증가하고, 전기 전도도가 크게 증가되는 특성이 있다.
이러한 나노 사이즈 은을 이용함으로써 제조 공정상 1) 미세 전극 패턴을 형성하는 후막 감광법의 적용이 가능하고, 2) 소성 온도를 크게 낮출 수 있으며, 3) 소성 공정시 은 콜로이드가 발생하지 않고, 4) 전극의 말단이 말려 올라가는 에지- 컬(edge-curl)이 발생하지 않고, 5) 전극 표면에 핀-홀(pin-hole)이 발생하지 않아 깨끗한 전극 패턴을 얻을 수 있다.
나노 사이즈 은으로 제조된 전극은 1) 얇은 두께의 박막 형태로 제조하더라도 높은 전기 전도도를 가지고, 2) 적은 양을 사용하여도 기존 은 전극과 동등 이상의 전기 전도도를 가져 사용량을 줄일 수 있고, 3) 산화에 따른 전극의 부식이 발생하지 않고, 4) 수명이 증가한다.
따라서 상기한 전극을 플라즈마 디스플레이 패널의 전극으로 채용함으로써, 1) 전극과 접하는 유리 기판과 유전체층의 황변 현상이 발생하지 않고, 2) 전극 부식에 따른 수직줄 불량 현상이 개선되어 플라즈마 디스플레이 패널의 신뢰도가 증가한다.
본 발명에 따른 나노 사이즈 은은 감광성 조성물에 1.0 내지 500 nm의 입경 크기인 것을 사용하고, 더욱 바람직하기로 나노 사이즈 은의 제조 공정을 고려하여 공정분말 상태인 경우에는 10 내지 100 nm, 졸 상태인 경우에는 1.0 내지 500 nm인 것을 사용한다.
현 제조 공정에서는 1 nm 사이즈 미만의 은 제조가 거의 불가능하고 만약 가능하더라도 용매에 분산 시 입자 크기가 너무 작아 응집이 발생할 우려가 있어 과도한 분산제의 사용을 초래한다. 반대로 입자 크기가 500 nm를 초과하게 되면, 감광성 조성물 제조시 분산 특성이 저하될 우려가 있고, 나노 사이즈 은은 사용함에 따라 얻어지는 효과를 얻을 수 없다.
이러한 나노 사이즈 은의 형상은 입상형, 구형 또는 플레이크형 등 특별히 한정되지 않으나 구형이 바람직하고, 단독으로 또는 2종 이상의 혼합하여 사용할 수도 있으며, 감광성 조성물 제조시 분말 또는 졸 형태로 사용될 수 있다.
도 1의 (a) 내지 (c)는 본 발명에서 사용 가능한 나노 사이즈 은을 모식화한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 나노 사이즈 은은 은 자체(a, 10)만 사용하거나, 전기 전도도를 향상시키기 위해 은(10)을 금속 재료(20)로 표면 코팅하고(b), 상기 금속 재료(20)로 코팅된 은(10)을 저온 소성이 가능하도록 비정질 실리카(30)로 코팅한 것(c)이 가능하다.
상기 금속 재료로는 금(Au), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 백금(Pt), 로듐(Rh), 백금-로듐 합금(Pt-Rh), 크롬(Cr) 및 은-팔라듐 합금(Ag-Pd)으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 1종이 가능하다. 상기 금속 재료는 통상의 도금 방식에 의해 수십 나노 내지 수십 마이크론의 두께로 코팅하며, 바람직하기로 0.5 nm 내지 10 ㎛의 두께로 코팅된다.
또한 상기 비정질 실리카 또한 증착방법에 의해 코팅하며 전극의 전기 전도도를 고려하여 0.1 ㎛ 미만으로 코팅한다.
본 발명에 따른 나노 사이즈의 은의 이 분야에서 통상적으로 사용되고 있는 방법에 의해 직접 제조하거나 시판되는 것을 사용한다. 대표적인 나노 사이즈 은의 제조방법은 가스 증발법, 진공증발법, 고에너지 반응밀링법 및 냉동용해법(cryomelting)과 같은 물리적 방법과, 공침법, 졸-겔법, 수열 합성법 및 열분해법과 같은 화학적 액상법과 에어로졸법, 기상 가수분해법, 화학증착법 및 화학증기증 착법과 같은 화학적 기상법 중에서 선택된 1종의 방법으로 직접 제조할 수 있다.
전술한 바의 나노 사이즈 은을 이용한 전극 제조는 나노 사이즈 은을 포함하는 감광성 조성물을 제조한 후 후막 감광법을 이용하여 제조된다. 종래 후막 감광법에 의한 전극 제조시 사용되는 글라스 프릿을 사용하지 않아도 기판과의 접착력이 우수하다. 특히, 나노 사이즈 은은 응집이 잘 일어나므로, 균일한 분산액을 이루는 것이 매우 중요하며, 바인더 수지, 가교제, 분산제 및 용매를 일정 함량으로 포함하여 감광성 조성물을 이룬다.
나노 사이즈 은은 입경 크기가 작아질수록 그 비표면적을 비례 이상으로 증가하여, 입자가 작을 수록 적은 양을 투입하더라도 동일한 특성을 얻으므로, 입경 크기를 고려하여 함량을 조절한다. 바람직하기로, 본 발명에서는 상기 나노 사이즈 은을 0.5 내지 30 중량부로 사용하며, 만약 상기 은의 함량이 적으면 전극 내 은의 함량이 상대적으로 적어 전기 전도도가 전극으로서 사용하기에 부적합하고, 이와 반대로 과도한 함량을 사용하면 용매에 대한 분산성이 저하되어 전극이 소성공정에서 단락되거나 전극 표면이 불균일해지므로 상기 범위 내에서 적절히 조절한다.
바인더 수지는 광 개시제에 의해 가교가 가능하며, 전극 형성 시 현상공정에 의해 쉽게 제거될 수 있는 것이 가능하다.
사용가능한 바인더 수지는 아크릴계 수지, 스티렌 수지, 노볼락 수지 및 폴리에스테르 수지 등이 가능하며, 바람직하기로는 아크릴산, 메타크릴산, 말레산, 푸마르산, 클로톤산, 이타콘산, 시트라콘산, 메사콘산, 계피산, 숙신산모노(2-(메 트)아크릴로일옥시에틸), 및 ω-카르복시-폴리카프로락톤모노(메타)아크릴레이트 등의 카르복실기 함유 모노머; (메타)아크릴산-2-히드록시에틸, (메타)아크릴산-2-히드록시프로필, (메타)아크릴산-3-히드록시프로필 등의 수산기 함유 단량체류; o-히드록시스티렌, m-히드록시스티렌, p-히드록시스티렌 등의 페놀성 수산기 함유 모노머; (메타)아크릴산메틸, (메타)아크릴산에틸, (메타)아크릴산n-부틸, (메타)아크릴산-n-라우릴, (메타)아크릴산벤질, 글리시딜(메타)아크릴레이트, 및 디시클로펜타닐(메타)아크릴레이트 등의 아크릴계 모노머; 및 (메타)아크릴산에스테르 모노머; 스티렌 및 α-메틸스티렌 등의 방향족 비닐계 모노머; 및 폴리스티렌, 폴리(메타)아크릴산메틸, 폴리(메타)아크릴산에틸, 폴리(메타)아크릴산벤질 등의 중합체쇄의 한쪽의 말단에 (메타)아크릴로일기 등의 중합성 불포화기를 갖는 마크로 모노머로 이루어진 그룹 중에서 선택된 1종 이상의 모노머로 중합된 단일 또는 공중합체가 가능하다.
상기 바인더 수지의 함량은 10 내지 20 중량부로 사용하고, 만약 그 함량이 10 중량부 미만이면 인쇄성이 저하되고, 이와 반대로 20 중량부를 초과하게 되면 현상성이 불량하거나 소성 후 제조된 전극 주변에 잔사(residue)가 발생되는 문제가 있으므로, 상기 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다. 기판 상에 코팅 조성물을 도포하는 경우 적절한 점도를 나타내고, 현상공정에서의 분해를 고려하여 수평균분자량(Mn)이 5,000 내지 50,000인 것을 사용한다.
가교제는 광 개시제에 의해 라디칼 중합 반응할 수 있는 화합물이라면 특별히 한정되지 않지만, 바람직하기로는 다 관능 모노머, 더욱 바람직하기로는 에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트, 테트라메틸올, 프로판 테트라 아크릴레이트 및 테트라메틸올프로판 테트라메타크릴레이트로 이루어진 그룹 중에서 선택된 1종 이상이 가능하다.
상기 가교제의 함량은 전술한 바의 바인더 수지의 함량에 대해 일정비로 첨가하고, 바람직하기로 바인더 100 중량부에 대하여 20 내지 150 중량부로 사용하고, 이를 전체 감광성 조성물에 대한 함량으로 환산하면, 전체 감광성 조성물에 있어서는 1.0 내지 3.0 중량부로 사용한다. 이때 상기 가교제의 함량이 상기 범위 미만이면 전극 형성 시 노광 공정에서 노광 감도가 저하되고 현상공정시 전극 패턴에 흠이 생기는 경향이 있고, 이와 반대로 상기 범위를 초과하게 되면 현상 후 전극 패턴 형성 시 패턴 모양이 깨끗하지 않아 소성 후 전극 주위에 잔사를 발생시키게 되므로 상기 범위 내에서 사용한다.
광 개시제는 노광공정에 있어서 라디칼을 발생하고, 상기 가교제의 가교 반응을 개시할 수 있는 화합물이라면 특별히 한정되지 않는다.
사용 가능한 광 개시제는 o-벤조일벤조산 메틸, 4,4-비스(디메틸아민)벤조페논, 2,2-디에톡시아세토페논, 2,2-디메톡시-2-페닐-2-페닐아세토페논, 2-메틸-[4-(메틸티오)페닐]-2-모르폴리노프로파-1-온, 2-벤질-2-디메틸아미노-1-(4-모르폴리노페닐)-1-부타논 및 비스(2,6-디메톡시벤조일)-2로 이루어진 그룹 중에서 선택된 1종 이상이 가능하다.
이러한 광 개시제의 함량은 전술한 바의 가교제의 함량에 대해 일정비로 첨 가하고, 바람직하기로 가교제 100 중량부에 대하여 10 내지 50 중량부로 사용하고, 이를 전체 감광제 조성물에 대한 함량으로 환산하면, 전체 감광제 조성물에 있어 1.0 내지 3.0 중량부로 사용한다. 이때 상기 광 개시제의 함량이 상기 범위 미만이면 코팅 조성물의 노광 감도가 저하되고, 상기 범위를 초과하게 되면 노광부의 선폭이 작게 나오거나 비노광부가 현상이 안되는 문제가 발생하여 깨끗한 전극 패턴을 얻을 수 없다.
분산제는 감광성 조성물의 분산 안정성을 높이고, 나노 사이즈 은의 응집 또는 침전이 일어나는 것을 방지하기 위해 사용된다.
사용가능한 분산제는 본 발명에서 특별히 한정하지는 않으며, 카르복실기, 수산기, 산에스테르 등의 친화성이 있는 극성기를 갖는 화합물이나 고분자 화합물, 예를 들면 인산에스테르류 등의 산함유 화합물이나, 산기를 포함하는 공중합물, 수산기 함유 폴리카르복실산에스테르, 폴리실록산, 장쇄 폴리아미노아마이드와 산에스테르의 염 등을 사용할 수 있다. 시판되고 있는 분산제로 특히 바람직하게 사용할 수 있는 것으로는 디스퍼바이크 (Disperbyk) (등록 상표) -101, -103, -110, -111, -160 및 -300(모두 빅케미칼사 제조)을 들 수 있다.
상기 분산제의 함량은 나노 사이즈 은의 함량에 따라 달라지며, 0.5 내지 3.0 중량부로 사용한다. 만약 그 함량이 0.5 중량부 미만이면 나노 사이즈 은의 응집 또는 침전이 일어나 코팅 후 균일한 도막을 얻을 수 없고, 3.0 중량부를 초과하여도 효과 상승이 없어 경제적으로 무의미하다.
용매는 전술한 바의 조성을 포함하는 분산액을 제조하기 위해 사용되며, 이 분야에서 통상적으로 사용되는 유기 용매가 가능하다. 대표적으로, 디에틸케톤, 메틸부틸케톤, 디프로필케톤, 시클로헥사논 등의 케톤류, n-펜탄올, 4-메틸-2-펜탄올, 시클로헥산올, 디아세톤알코올 등의 알코올류, 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노에틸에테르, 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 프로필렌글리콜모노에틸에테르 등의 에테르계 알코올류; 아세트산-n-부틸, 아세트산아밀 등의 포화 지방족 모노카르복실산알킬 에스테르류; 락트산에틸, 락트산-n-부틸 등의 락트산 에스테르류, 메틸셀로솔브아세테이트, 에틸셀로솔브아세테이트, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 에틸-3-에톡시프로피오네이트 등의 에테르계 에스테르류 등을 예시할 수가 있고, 이들은 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수가 있다.
이러한 용매의 함량은 기판에 대한 코팅을 용이하게 수행할 수 있도록 본 발명에 따른 나노 사이즈 은이 포함된 감광성 조성물이 100 내지 100,000 cps, 바람직하게는 500 내지 10,000 cps의 점도를 갖도록 4.0 내지 30 중량부로 사용한다.
상기한 조성 외에 본 발명에 따른 나노 사이즈 은이 포함된 감광성 조성물은 목적에 따라 이 분야에서 통상적으로 사용되는 첨가제, 즉 감도를 향상시키는 증감제, 코팅 조성물의 보존성을 향상시키는 중합 금지제 및 산화방지제, 해상도를 향상시키는 자외선 흡광제, 페이스트 내의 기포를 줄여 주는 소포제, 분상성을 향상시켜 주는 분산제, 인쇄 시 막의 평탄성을 향상시키는 레벨링제, 요변 특성을 주는 가소제를 더욱 첨가할 수 있다. 이들 첨가제는 반드시 사용되는 것은 아니고 필요에 따라 사용되며, 첨가 시에는 일반적으로 알려진 양을 적절하게 조절하여 사용한 다.
상기한 조성을 가지는 나노 사이즈 은이 포함된 감광성 조성물은 분말 상태 또는 졸 상태의 나노 사이즈 은, 바인더 수지, 가교제, 광 개시제, 및 분산제를 용매에 혼합 및 용해시켜 코팅 조성물을 제조한다. 이때 혼합은 통상적으로 사용되는 롤 혼련기, 믹서, 호모 믹서, 볼 밀, 비드 밀 등의 혼련기를 사용하여 수행하여 제조된다.
이러한 나노 사이즈 은이 포함된 감광성 조성물은 이미 언급한 바와 같이 후막 감광법을 이용하여 미세 패턴을 가지는 전극을 형성한다.
도 2는 본 발명에 따른 전극의 제조방법을 보여주는 순서도이다.
도 2를 참조하면, 나노 사이즈 은을 포함하는 감광성 조성물을 기판 상에 인쇄하는 인쇄 단계(S1)와, 가열 및 건조하는 건조단계(S2)와, 건조된 코팅막 위에 포토마스크를 사용하여 자외선에 노광시키는 노광단계(S3)와, 패턴이 형성된 코팅막을 알카리 현상액으로 현상하는 현상단계(S4)와, 전극 패턴막을 소성시키는 소성단계(S5)를 거쳐 제조된다.
이하 각 단계별로 더욱 상세히 설명한다.
먼저, S1에서는 전극을 형성하고자 하는 기판 상에 나노 사이즈 은이 포함된 조성물을 통상적으로 사용되는 스크린 인쇄기로 인쇄하여 10 내지 30 ㎛의 두께의 막을 형성한다.
S2에서는 상기 인쇄된 막을 50 내지 130 ℃의 온도범위 이내에서 5∼30분간 가열 및 건조시켜 코팅막을 형성한다.
S3에서는 상기 코팅막이 형성된 기판과 이격하여 소정의 패턴이 형성된 포토마스크를 대면시키고, 상기 포토 마스크를 통해 방사선을 선택적 조사(노광)하여 광 개시제에 의해 바인더 및 가교제를 경화시켜 경화 코팅막을 형성한다. 이때 노광은 통상의 노광 장치를 이용하여 가시광선, 자외선, 원자외선, 전자선 및 X선으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 1종 이상의 방사선을 조사하여 수행한다.
S4에서는 얻어진 경화 코팅막을 알칼리 현상액으로 현상 처리하여 전극 패턴을 이루는 경화 코팅막 이외의 비노광된 부분을 제거한다.
이때 알칼리 현상액은 염기를 포함하는 수용액으로 적용되며, 상기 염기로는 수산화리튬, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 인산수소나트륨, 인산수소이암모늄, 인산수소이칼륨, 인산수소이나트륨, 인산이수소암모늄, 인산이수소칼륨, 인산이수소나트륨, 규산리튬, 규산나트륨, 규산칼륨, 탄산리튬, 탄산나트륨, 탄산칼륨, 붕산리튬, 붕산나트륨, 붕산칼륨, 암모니아 등의 무기 알칼리성 화합물; 테트라메틸암모늄히드록시드, 트리메틸히드록시에틸암모늄히드록시드, 모노메틸아민, 디메틸아민, 트리메틸아민, 모노에틸아민, 디에틸아민, 트리에틸아민, 모노이소프로필아민, 디이소프로필아민, 에탄올아민 등의 유기 알칼리성 화합물로 이루어진 그룹 중에서 선택된 1종 이상이 가능하다.
상기 현상공정의 처리 조건은 통상적인 것으로, 현상액의 종류려떼볜농도, 현상 시간, 현상 온도 및 침지법, 요동법, 샤워법, 스프레이법, 패들법과 같은 현상방법과, 현상 장치 등을 적절하게 선택할 수 있다. 또한 현상공정 이후 통상적으로 수세 처리가 실시되며, 필요에 따라서 현상처리 후에 경화 코팅막 측면 및 기 판 노출부에 불필요한 잔류물을 제거하는 공정을 포함할 수 있다.
S5에서는 경화 코팅막을 350 내지 550 ℃, 바람직하기로 450 내지 500 ℃의 온도에서 10 분 내지 3시간 동안 소성공정을 수행하여 미세 패턴의 전극을 제조한다. 이때 소성공정은 환원 또는 산화분위기 하에서 수행하여도 무관하다.
상기 단계를 거쳐 제조된 전극은 잔사가 없고 가장 자리가 매우 샤프한 미세 패턴을 이루며, 전기 전도도가 은과 동등 이상으로 매우 우수하며, 플라즈마 디스플레이 패널의 전극으로 바람직하게 적용가능하다.
도 3은 본 발명의 플라즈마 디스플레이 패널의 일 예를 모식적으로 나타낸 부분 분해 사시도이며, 본 발명의 내용이 상기 도 3의 구조에만 한정되는 것은 아니다.
도 3을 참고하면, 종래의 플라즈마 디스플레이 패널은 배면기판(1) 상에 일방향(도면의 Y 방향)을 따라 어드레스 전극들(3)이 형성되고, 어드레스 전극들(3)을 덮으면서 상기 배면기판(1)의 전면에 유전체층(5)이 형성된다. 이 유전체층(5) 위로 각 어드레스 전극(3) 사이에 격벽(7)이 형성되며, 상기 격벽(7)은 필요에 따라 개방형 또는 폐쇄형으로 형성될 수 있다. 각각의 격벽(7) 사이에는 적(R), 녹(G), 청(B)색의 형광체층(9)이 위치한다.
그리고, 상기 배면기판(1)에 대향하는 전면기판(11)의 일면에는 어드레스 전극(3)과 직교하는 방향(도면의 X 방향)을 따라 한쌍의 투명전극(13a)과 버스전극(13b)으로 구성되는 표시전극(13)들이 형성되고, 표시전극(13)들을 덮으면서 전면기판(11) 전체에 제2유전체층(15)과 보호막(17)이 위치한다. 이로써 어드레스 전 극(3)과 표시전극(13)의 교차 지점이 방전 셀을 구성한다.
이러한 구성에 의해, 어드레스 전극(3)과 어느 하나의 표시전극(13) 사이에 어드레스 전압(Va)을 인가하여 어드레스 방전을 행하고, 다시 한 쌍의 표시전극(13) 사이에 유지 전압(Vs)을 인가하면, 유지 방전시 발생하는 진공 자외선이 해당 형광체층(9)을 여기시켜 투명한 전면기판(11)을 통해 가시광을 방출하게 된다.
전술한 구조를 가진 플라즈마 디스플레이 패널 중 배면기판(1)의 어드레스 전극(3)과 전면기판(11)의 버스전극(13b)은 전도성이 우수한 금속 물질로 구성된다.
상기한 구성을 가지는 따른 플라즈마 디스플레이 패널의 제조방법은
a) 어드레스 전극과 유전체층이 형성된 배면기판을 준비하는 단계,
b) 상기 배면기판의 유전체층 전면에 격벽을 형성시키는 단계,
c) 상기 격벽으로 구획된 방전셀 내에는 적색, 녹색 및 청색 형광체층을 형성시키는 단계,
d) 투명전극 및 버스전극을 포함하는 표시전극, 유전체층 및 보호막이 형성된 전면기판을 준비하는 단계, 및
e) 상기 배면기판 및 전면기판을 이용하여 패널을 조립, 봉착, 배기, 방전 기체 주입 및 에이징하는 단계를 거쳐 제조된다.
상기 플라즈마 디스플레이 패널의 제조방법 중, a) 내지 e) 단계는 통상적인 플라즈마 디스플레이 패널의 제조방법을 그대로 따른다.
본 발명에서는 상기 배면기판(1)의 어드레스 전극(3) 및 전면기판(11)의 버 스전극(13b)으로, 나노 사이즈 은이 포함된 감광성 조성물을 이용하여 후막 감광법에 의해 제조한다.
상기 제조된 어드레스 전극(3) 및 버스전극(13b)은 전극의 변색 및 부식이 발생하지 않아 전극의 수명이 증가하고, 소성 공정시 은 콜로이드가 발생하지 않아 전극과 접하는 플라즈마 디스플레이 패널 부재, 즉 유리 기판과 유전체층의 황변 현상이 일어나지 않는다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일 뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 1>
먼저, 혼합기에 메틸부틸케톤 30 중량부에, 바인더 수지인 아크릴 수지 100 중량부, 에틸렌 글리콜 디아크릴레이트 25 중량부, 광 개시제로 o-벤조일벤조산 메틸 10 중량부를 교반하고, 여기에 입경의 크기가 200 nm인 은이 함유된 졸(20 중량부, 고형분 50%)과 및 분산제(DisperbykTM 101) 1.0 중량부를 첨가하여 3-롤 밀을 사용하여 혼합 및 분산을 더욱 수행한 다음, 여과 및 탈포 공정을 거쳐 코팅 조성물을 제조하였다.
상기 얻어진 코팅 조성물을 유리 기판 상에 스크린 프린터로 두께로 코팅한 후, 90 ℃에서 10 분간 건조하여 코팅막을 형성하였다. 이어서 소정의 스트라이프 패턴이 형성된 포토마스크를 이격 배치한 다음, 노광 장치를 이용하여 800 mJ/㎠로 노광하고, 35℃의 0.4 중량% 탄산나트륨 수용액을 노즐을 통해 1.0 kgf/㎠의 분사압력으로 25초간 현상하여 미 노광된 부위를 제거하여 전극 패턴을 형성하였다.
다음으로 550 ℃에 30분간 소성 시켜 패터닝 된 전극을 얻었다.
< 비교예 1>
상기 실시예에서 전극 재료로 5 ㎛ 크기의 은 분말을 사용한 것을 제외하고 동일하게 수행하여 패턴닝된 전극을 제조하였다.
< 실험예 1>
상기 실시예 1 및 비교예 1의 전극 제조시 각 공정에서의 막 특성을 측정하고 하기 표 1에 나타내었다. 이때 막의 두께 및 선폭은 현미경을 이용하여 측정하였으며, 이를 이용하여 선폭 수축율 및 두께 수축률은 하기 수학식 1 및 2에 의해 측정하였다. 또한 선저항 및 비저항은 저항 측정기를 이용하여 측정하였으며, 도막 상태는 광학 현미경을 사용하여 에지-컬 또는 핀-홀의 발생 여부를 육안으로 확인하였다.
Figure 112005054596817-pat00001
Figure 112005054596817-pat00002
실시예 1 비교예 1
인쇄 두께 17.4 ㎛ (R: 0.7) 20.5 ㎛ (R: 1.2)
건조 두께 10.0 ㎛ (R: 0.5) 10.8 ㎛ (R: 1.0)
현상 후 선폭 143.3 ㎛ (R: 6.4) 156.9 ㎛ (R: 2.2)
현상 후 두께 8.45 ㎛ (R: 1.35) 9.9 ㎛ (R: 1.5)
소성 후 선폭 98.5 ㎛ (R: 5.4) 117.5 ㎛ (R: 3.6)
소성 후 두께 2.6 ㎛ (R: 0.7) 4.7 ㎛ (R: 1.2)
수축율 선폭 -30.8% -25.1%
두께 -73.7% -56.2%
선저항 54.74Ω 23.49Ω
비저항 26.11Ωcm 24.40Ωcm
도막 상태 (에지-컬, 핀홀) 우수 (발생하지 않음) 양호 (약간 발생)
상기 표 1을 참조하면, 동일 조건하에서 인쇄하여도 인쇄 두께가 실시예 1의 막이 얇은 것을 알 수 있으며, 이러한 결과는 인쇄 두께가 낮을수록 전극 재료를 적게 사용할 수 있어, 비용 절감을 유도할 수 있다.
소성 온도 또한 380 ℃로 기존의 플라즈마 디스플레이 패널의 감광성 전극 소성 온도(550℃)보다 170 ℃ 이상 낮은 값을 가져, 공정 효율 성면에서도 매우 우수함을 알 수 있다.
특히, 소성 공정 후 실시예 1의 전극의 두께가 비교예 1의 그것에 비하여 매우 얇아 내마이그레이션 특성이 향상될 수 있음을 알 수 있다. 이러한 결과는 실시예 1의 전극을 플라즈마 디스플레이 패널에 적용하는 경우 구동시 정전용량이 감소하여 소비전력을 감소시킬 수 있다.
또한 전기 전도도 면에 있어서도 실시예 1의 선저항 및 비저항이 비교예 1에 비해 낮은 수치를 나타내, 기존의 수십 오옴대역에서 수 오옴대역으로 낮출 수 있다. 게다가, 나노 분체를 사용함으로서 후막 전극재료의 취약점으로 인식되는 미세구조적 불안정성 (edge-curl, pin-hole)을 제거할 수 있다.
이와 별도로 가격면에 있어서는 나노 사이즈 은과 종래 은 재료와 원료 자체의 비용은 기존의 1 마이크로미터 크기의 그것에 비해 3배 이상 증가하나, 사용량의 경우 기존의 5분의 1, 그리고, 소성 후 두께의 경우 기존의 3분의 1정도에 불과하여 생산비 또한 크게 향상되지 않는다.
< 실험예 2>
입경 크기가 20 nm 에서 70 nm인 은을 BET법을 이용하여 비표면적을 측정하고, 얻어진 결과를 하기 표 2 및 도 4에 나타내었다.
입경 크기 비표면적(m2/g)
20 nm 29
40 nm 14
45 nm 13
50 nm 11
70 nm 8
상기 표 2 및 도 4를 참조하면, 은 입자의 크기가 작아질수록 비표면적이 증가함을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 나노 사이즈의 은이 함유된 전극은 전기 전도도를 비롯한 전극으로서의 특성이 우수함을 알 수 있다. 이러한 전극은 플라즈마 디스플레이 패널의 어드레스 전극 및 버스전극에 바람직하게 도입되어 전극과 패널의 수명 및 신뢰성을 증가시킨다.

Claims (11)

1.0 내지 500 nm 크기의 입경을 갖는 은 0.5 내지 30 중량부;
감광성 바인더 수지 10 내지 20 중량부;
가교제 5 내지 10 중량부;
광 개시제 1.0 내지 3 중량부;
분산제 0.5 내지 3 중량부; 및
용매 4 내지 30 중량부를
포함하는 전극 형성용 감광성 조성물.
제1항에 있어서,
상기 나노 사이즈 은은 은 자체, 금속 물질로 코팅된 은, 및 금속 물질 및 비정질 실리카로 순차적으로 코팅된 은으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 1종 이상인 감광성 조성물.
제2항에 있어서,
상기 금속 물질은 금(Au), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 백금(Pt), 로듐(Rh), 백금-로듐 합금(Pt-Rh), 크롬(Cr) 및 은-팔라듐 금(Ag-Pd)으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 전극 형성용 감광성 조성물.
삭제
제1항에 있어서,
상기 바인더는 아크릴계 수지, 스티렌 수지, 노볼락 수지 및 폴리에스테르 수지로 이루어진 그룹 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 형성용 감광성 조성물.
제1항에 있어서,
상기 가교제는 에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트, 테트라메틸올, 프로판 테트라 아크릴레이트 및 테트라메틸올프로판 테트라메타크릴레이트로 이루어진 그룹 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 전극 형성용 감광성 조성물.
제1항에 있어서,
상기 광 개시제는 o-벤조일벤조산 메틸, 4,4-비스(디메틸아민)벤조페논, 2,2-디에톡시아세토페논, 2,2-디메톡시-2-페닐-2-페닐아세토페논, 2-메틸-[4-(메틸티오)페닐]-2-모르폴리노프로파-1-온, 2-벤질-2-디메틸아미노-1-(4-모르폴리노페닐)-1-부타논 및 비스(2,6-디메톡시벤조일)-2로 이루어진 그룹 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 전극 형성용 감광성 조성물.
제1항에 있어서,
상기 분산제는 카르복실기, 수산기 및 산 에스테르로 이루어진 그룹 중에서 선택된 유리 미립자와 친화성이 있는 극성기를 갖는 화합물 또는 고분자 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 전극 형성용 감광성 조성물.
기판 상에 제1항의 감광성 조성물을 인쇄하는 인쇄단계;
인쇄된 조성물을 가열 및 건조하는 건조단계;
건조된 코팅막 위에 포토마스크를 사용하여 자외선에 노광시키는 노광단계;
패턴이 형성된 코팅막을 알카리 현상액으로 현상하는 현상단계; 및,
전극 패턴막을 소성하는 소성단계를 포함하는 전극의 제조방법.
제9항에 있어서,
상기 소성은 350 내지 550 ℃에서 수행하는 것을 특징으로 하는 전극의 제조방법.
a) 방전셀이 형성되도록 서로 대향 배치되는 전면 및 배면기판과,
b) 상기 방전셀을 다수의 공간으로 구획하도록 배면기판에 설치된 격벽과,
c) 상기 격벽에 의해 구획된 방전셀에서 방전을 발생시키기 위해 전면기판에 설치된 투명전극과 버스전극을 포함하는 표시전극과, 배면기판에 설치된 어드레스 전극과,
d) 상기 배면기판의 방전셀 내에 형성된 적색, 녹색 및 청색 형광체층을 포함하는 형광체층을 구비하고,
상기 배면기판의 어드레스 전극과, 전면기판의 버스전극 중에서 선택된 어느 하나 이상의 전극이 제 9항의 제조방법에 의해 제조된 플라즈마 디스플레이 패널.
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