KR20060101054A - 디스플레이용 전극용 도전성 페이스트 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 PDP 전극용 도전성 페이스트 조성물에 관한 것으로서, 50~70중량%의 Ag, Ni, Cu에서 선택되는 어느 한 종의 분말과 0.1~15㎛의 구형의 글라스프릿 1~15중량%와 유기바인더 15~35중량%로 구성되는 혼합조성물과 전체 조성물의 50~75중량%의 용매로 구성되는 전극용 도전성 페이스트 조성물로서, 상기 글라스프릿은 B₂O₅ 30~50 wt%, ZnO 5~20 wt%, BaO 5~15 wt%, Al₂O₃ 1~5 wt%의 중량%로 구성되는 전극페이스트 조성물에 관한 것으로서 상기 조성을 선택함으로써, 유리기판 및 유전체와의 우수한 밀착력과 조직의 치밀성으로 외부충격에 잘 견딜 수 있으며, 또한 전극표면에 버블현상이 발생 하지 않는 우수한 전극을 제조할 수 있다.

전극, 도전성 페이스트 조성물, 도전성분말, 글라스프릿, 유기 비이클

Description

디스플레이용 전극용 도전성 페이스트 조성물 {Conductive paste composition}

본 발명은 플라즈마디스플레이의 전극용 도전성 페이스트 조성물에 관한 것으로서, 특히 도전성 금속 분말과 글라스 프릿의 성분과 양 및 유기 비이클의 종류 및 조성비를 조절하여 우수한 특성의 전극 형성을 위해 사용하는 전극용 페이스트 조성물을 제공함으로써, 유동성에 영향을 미치는 점도와 요변성 지수가 코팅 작업에 적합한 범위 내의 값이 되도록 하는 동시에 기존의 납계열의 글라스프릿을 전극용 페이스트에 사용하였을 경우에 전극의 특성이 열세이고 또한 전극과 유리기판 또는 기타 유전체 등의 재료와　 밀착력이 약해져 전극이 벗겨지거나 충격에 약한 단점을 해소하기 위한 신규한 외부 전극용 도전성 페이스트 조성물을 제공하고, 기존의 납계열의 글라스프릿을 사용함에 따른 환경영향을 최소화하는 새로운 플라즈마디스플레이용 전극 페이스트 조성물을 제공하는 것이다.

일반적으로, 도전성 페이스트 조성물은 도전성 금속 분말과 글라스 프릿 및 유기 비이클이 혼합되어 형성되며, 스크린 인쇄방법이나 디핑방법에 의해 전기적으 로 연결을 원하는 각종의 부품에 적용된 후 건조 및 소결되어 그 부품이 전극의 역할을 하게 된다.

도전성 금속 분말은 전기 전도도가 우수한 은, 구리, 니켈 등이 사용되고, 글라스 프릿은 도전성 금속 분말과 적용 부품간의 소성 후 결합력을 제공하게 된다.

유기 비이클은 바인더 고형성분과 용매로 구성되며, 고형성분으로는 일반적으로 셀룰로즈 계열이 사용된다. 유기 비이클은 도전성 페이스트 조성물에 유동성을 부여함과 동시에 도전성 페이스트 조성물의 건조 후 결합력을 제공하게 된다. 그러나, 종래의 도전성 페이스트 조성물을 사용하게 되는 경우에는 디핑에 적합한 유동성 및 접착성을 가지지 못하기 때문에 피크, 및 핀 홀(pin-hole) 등의 문제가 발생되어 제조된 제품의 기계적, 전기적 특성이 감소되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 도전성 금속 분말과 특정성분 및 함량의 구형 글라스 프릿 및　 유기 비이클의 종류 및 조성비를 조절하여 전극과 세라믹칩부품들과 또는 인쇄회로기판간의 밀착력과 결합력을 향상시키고, 점도와 요변성 지수가 디핑 작업에 적합한 범위 내의 값이 되도록 유동성을 조절하는 외부 전극용 도전성 페이스트 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명은 50~70 중량%의 0.1~2㎛의 Ag, Ni, Cu에서 선택되는 어느 한 종의 도전성 분말과　 1~15중량%의 0.1~15㎛의 크기를 가지는 구형의 글라스 프릿과 유기바인더 15~35중량%로 구성되는 도전성조성물 50~25중량%와　 용매 50~75중량%로 이루어지는 도전성 페이스트조성물을 제공하는 것이다.

본 발명에서 상기 글라스프릿은 B₂O₅ 30~50 wt%, ZnO 5~20 wt%, BaO 5~15 wt%, Al₂O₃ 1~5 wt%의 중량%를 함유하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 글라스프릿은 Bi₂O₃ 50 wt% 이하, SiO₂ 5 wt% 이하, SrO 0.5 wt% 이하, CuO 0.5wt% 이하, alkali 0.5wt% 이하에서 선택되는 어느 하나 이상을 추가로 더 포함할 수 있다.

또한 본 발명의 유기바인더는 에틸셀룰로스 5~15중량부, 3~20몰%의 아크릴산을 함유하는 (메타)아크릴레이트 공중합체 2~8중량부, 페놀수지 1~5중량부를 포함하는 것으로서 전체 조성물에 대하여 15~35중량%를 사용하며,　 용매는 전체 조성물에 대하여 50~75중량%를 사용한다.

본 발명의 유기용매로는 유기바인더를 모두 용해할 수 있으면 큰 제한이 없지만　 알코올, 에틸렌글리콜 모노프로필 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르, 에틸렌글리콜 2-에틸 헥실 에테르, 에스테르 알코올, 케톤, 터피네올 중 하나 또는 그 이상이 혼합되어 이루어진 것을 특징으로 하는데, 좋게는 분산성과 점도의 조절을 위해 디에틸렌글리콜모노부틸에테르아세테이트, 디에틸렌글리콜모노에틸에 테르, 헥실렌글리콜에서 선택되는 어느 한 종 또는 하나 이상의 혼합물을 사용하는 것이 좋다. 본 발명의 상기 용매는 전체의 조성물에 대하여 50~75중량%를 사용하는데, 상기 보다 낮은 경우에는 점도가 높아 충분히 디핑하여 가공할 수 있을 정도의 유동성을 확보할 수 없고, 상기보다 높을 경우에는 전극도막의 치밀성을 확보할 수 없는 단점이 있다.

상기에서, 유기바인더는 에틸 셀룰로즈 5~15중량부와 3~20몰%의 아크릴산을 함유하는 (메타)아크릴레이트 공중합체 2~8중량부, 페놀수지 1~5중량부를 사용하는데, 상기의 에틸셀룰로즈의 함량이 5중량부 미만이면 도전성 페이스트 조성물의 점도가 저하되어 작업이 불편하고, 또한 도전성 페이스트 조성물의 건조시 결합력 약화되며, 상기 (메타)아크릴레이트 공중합체의 함량이 2중량부 이하면 역시 점도저하의 보완이 열세이고 또한 도전성 페이스트 조성물의 접착력을 떨어뜨리는 원인이 되며, 8중량부 이상일 경우에는 지나친 점도의 향상으로 작업성이 불편하다. 또한 페놀수지는 도전성입자의 분산과 조직의 치밀성을 더욱 강화시켜 전기적 특성을 우수하게 한다.

또한 본 발명에서는 첨가제로서 캐스터 오일 및 디스퍼빅 습윤 분산제와 벤톤을 사용할 수 있는데 이는 상기 입자를 더욱 효과적으로 분산되게 하고 전극형성 시 유동성을 보완하는 효과를 가지는 것으로서 필요에 의해 적절히 선택하여 사용가능하며 그 함량은 크게 제한을 받지 않지만 통상적으로 전체 조성물에 대하여 0.1~3중량% 사용할 수 있다.

본 발명에 따르는 전극을 형성하는 도전성 분말은 구리, 은 및 니켈 등에서 선택하며, 그 함량은 50~70중량%를 사용하며, 그 함량보다 적은 경우에는 충분한 치밀성을 확보하기 어려워 도전성 페이스트 조성물의 전기적 특성이 불량하고, 그 이상의 경우에는 점도의 증가로 작업이 열세일 뿐 아니라 분산시간이 오래 걸려 작업성이 좋지 않다. 본 발명의 글라스 입자의 크기는 15㎛ 이하인 구형의 글라스프릿을 사용한다. 상기의 글라스 입자보다 클 경우에는 전극형성을 위한 소성 시 고르게 소성되지 않을 우려가 있으므로 좋지 않다.

글라스 프릿은 도전성 페이스트 조성물의 소결시 결합력을 제공하기 위하여 제공된 것으로서, 본 발명에서는 연화점이 500℃ 이하인 다음의 비스므스계 조성물로 형성된 구형의 글라스프릿을 사용하는 것을 특징으로 한다.

상기에서, 글라스프릿이 1중량% 이하이면 유전체나 기타 전극과 접촉하는 재질과 도전성 페이스트 조성물간의 결합력이 떨어지며, 15중량%를 초과하게 되면 글라스 프릿의 오버플로우(over-flow) 현상으로 도금 불량을 초래하게 된다.

본 발명의 글라스프릿의 조성은 인체 및 환경에 유해한 Pb계 유리 대신 Bi를 주성분으로 하고 유리기판 뿐만 아니라 PDP용 투명 유전체와 밀착성이 우수하며 기타 세라믹이나 인쇄회로기판 등의 접착성이 우수한　 고유전율, 저융점의 유리재료로써 전체 글라스프릿에 대하여 B₂O₅ 30~50 wt%, ZnO 5~20 wt%, BaO 5~15 wt%, Al₂O₃ 1~5 wt%의 중량%를 포함하는 구성으로 이루어져 있다. 또한 상기 글라스프릿은 Bi₂O₃ 50 wt% 이하, SiO₂ 5 wt% 이하, SrO 0.5 wt% 이하, CuO 0.5wt% 이하, alkali 0.5wt% 이하에서 선택되는 어느 하나 이상을 추가로 더 포함할 수 있다.

본 발명의 글라스프릿은 구형의 글라스프릿을 제조하는 초음파분무기를 이용하여 액적을 발생시킨 후, 1200℃의 퍼니스에 소성하여 제조하였다.

본 발명에서 B₂O₅는 30중량%이하로 사용하는 경우에는 연화점이 감소하여 열적특성에 의한 가공이 곤란해지고, 과량 사용하는 경우에는 열팽창 계수가 저하하며, 연화점이 증가되므로 30~50 중량%의 범위에서 사용하는 것이 좋다. 이는 B₂O₅가 분극성이 상대적으로 작고 큰 결합 에너지 때문에 열팽창 계수가 감소하는 경향을 보이기 때문이다.

ZnO 는 5~20 중량%의 범위에서 사용하는데, 20 중량%를 넘을 경우에는　 열팽창계수가 증대되어 좋지 않고 또한 전체 조성물의 유동성이 저하되므로 상기의 범위에서 사용하는 것이 좋다.

Al₂O₃는 열팽창계수를 낮추고 내산성을 향상 시키나, 5 중량%이상을 사용하는 경우에는 점성과 연화점이 높아져, 좋지 않고, 또한 1 중량%이하를 사용하는 경우에는 내산성이 열세여서 좋지 않다.

BaO는 유리의 연화점을 낮추나 내구성에 영향을 줄 수 있기 때문에 5~15 중량%가 적당하다.

본 발명에서　 Bi₂O₃를 추가로 사용하는 경우 50 중량% 이하로 사용하는 것이 바람직하며, 상기 범위 이상으로 사용하는 경우에는 열팽창 계수가 증대하여 열응력이 증가하여 제품의 안정성을 저하시켜서 적절하지 않다.

본원발명에서는 CuO와 SrO를 추가로 함께 사용할 수 있는데, 이는 두 성분을 동시에 투입함으로써 열화방지에 더욱 우수한 효과를 부여할 수 있기 때문이다. 본 발명에서는 특히, CuO는　열이력을 받을 경우라도 전기적 특성을 유지하는 역할을 하며, 0.5 중량% 이하가 적당하며,　 SrO는 X선 흡수능력 및 UV에 의한 glass의 열화방지를 위하여 사용되며 0.5 중량%이하가 적당하며, 그 범위 내에서 각 성분을 조합하여 사용하는 경우 열화방지효과로 전기적 특성의 효과지속성에 영향을 미친다.

SiO₂는 기계적 강도를 증가 시키고 열팽창계수를 낮추는 역할을 하며, 5 중량% 이하가 적당하다.

상기 유리에 소량의 LiO₂등과 같은 통상의 알칼리금속산화물을 첨가할 수 있다. Alkali는 융점을 낮추는 역할을 하지만 과량 사용할 경우 전극의 전기적 특성을 해치므로 0.5 중량% 이하의 범위로 사용하는 것이 좋다.

본 발명의 도전성 페이스트 조성물은 플라즈마디스플레이의 유리기판 위에 스크린프린팅한 후 150~200℃에서　 5~15분간 건조한 후 500~600℃에서 소결시켜 전극을 형성함으로써 전극막과 유리기판의 변형을 방지하도록 하였다. 상기 전극형성을 위한 건조온도 및 소결온도는 사용하는 용매나 전극의 도전성입자의 소결온도에 따라 변경가능하다.

이하는, 본 발명에 따르는 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하며, 본 발명은 본 발명의 기재된 내용의 전반에 걸쳐서 파악되는 것으로서 하기 실시예에 의해 한정되지 않는 것임은 당연하다.

본 발명에 따른 페이스트 조성물에 의해 제조되는 전극의 물성은 각 패턴의 저항을 측정하여 면적저항(mΩ/square)(면적저항=측정저항x (패턴의 폭/패턴의길이x (패턴측정두께/기준두께(10㎛))을 산출하고, 접착강도는 형성된 패턴위에 0.8Φ납선을 납땜한 후, Push-Pull게이지(IMADA사 제품)를 이용하여 수직방향으로 0.1m/sec.로 인장하여 박리될 때의 강도를 측정하여 접착강도(kgf)로 분석하였고, 점도안정성은 제조된 전극용 페이스트 조성물을 상온의 상습상에서 6개월 방치한 후 제조된 시점과 6개월이 지난시점에서의 점도의 상승차이를 분석하여 백분율로 나타낸 것이고, 적극의 형상은 현미경으로 동일한 배율에서의 패턴을 관측하여 정성적으로 비교하였다.

실시예 및 비교예

하기의 표 1과 같은 조성으로 플라즈마디스플레이 전극용 도전성페이스트 조성물을 제조하였다. 하기 조성물 중 도전성분말은 평균입경이 1.2㎛의 구형의 분말을 사용하였으며, 구형의 글라스프릿은 평균입경이 12㎛로서 초음파 열분무법에 의해 제조된 Bi₂O₃ 32중량부, B₂O₅ 40중량부, ZnO 15중량부, BaO 10중량부, SiO₂ 3중량부, Al₂O₃ 2중량부, SrO 1중량부, CuO 0.3중량부, Li₂O₃ 0.3중량부로 구성된 글라스프릿을 사용하였으며, 유기바인더로서는 에틸셀룰로오스(A), 아크릴산을 10몰% 함유하는 수평균중합도 27,000의 폴리메틸메타아크릴레이트(B) 및 페놀포름알데히드의 페놀수지(C)를 사용하였으며 용매로는 디에틸렌글리콜모노부틸에테르아세테이트 (D) 및 헥실렌글리콜(E)의 혼합용매를 사용하였다. 상기 페이스트 조성물을 유리기판상에 실크스크린으로 도포한 후 180℃에서 10분간 건조한 후 570℃에서 15분간 소결시켜 전극을 형성하였다. 그 조성 및 결과를 표 1에 기재하였다.

[표 1]

(*1 : 평균입경　 19㎛)

상기의 표1에서 살핀 바와 같이, 본 발명에 따른 조성물의 페이스트 조성물은 점도 안정성이 적절하고 시간에 따른 점도의 변화가 적어서 장기간 저장안정성이 우수하며, 그에 따라 제조한 전극은 그 외간이 치밀하고 조직력 있게 결합되어 있으며, 전기전도도가 우수하고, 내부상태 및 밀착력이 매우 우수한 것임을 알 수 있었으며, 또한 글라스프릿의 조성에서 납성분 등을 사용하지 않으므로 하여 환경에 영향이 없으며, 특히, 본 발명의 조성성분 및 조성비에 의해 유기바인더의 사용에 의해 전극모서리부분의 미세한 틈발생을 관측한 결과 본 발명의 조성물에 의해 제조한 전극의 조직이 매우 치밀하고 우수한 것임을 알 수 있었다.

이상에서 기재한 바와 같이, 본 발명의 페이스트 조성물을 이용한 전극은 형성된 전극의 균일성이 매우 우수하였으며, 또한 전기전도도 및 밀착성 등의 기존의 제품과 전혀 차이가 없으며, 또한 전극을 제조하기 위한 본 발명의 조성물 역시 점도의 변화 없이 장기 저장 및 보관할 수 있으며 또한 도전성입자의 분산성이 매우 우수한 효과를 가지는 것임을 알 수 있었다.

Claims (9)

1. 50~70중량%의 Ag, Ni, Cu에서 선택되는 어느 한 종의 도전성 분말,　 1~15중량%의 구형의 글라스프릿, 15~35중량%의 에틸셀룰로스, 아크릴산을 함유하는 (메타)아크릴레이트 공중합체 및 페놀수지로 구성되는 혼합조성물 25~50중량%와 50~75중량%의 용매로 구성되는 전극용 도전성 페이스트 조성물.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 글라스프릿은 B₂O₅ 30~50 wt%, ZnO 5~20 wt%, BaO 5~15 wt%, Al₂O₃ 1~5 wt%를 함유하는 것을 특징으로 하는 전극용 도전성 페이스트 조성물.
3. 제 2항에 있어서,

   Bi₂O₃ 50 wt% 이하, SiO₂ 5 wt% 이하, SrO 0.5 wt% 이하, CuO 0.5wt% 이하, alkali 0.5wt% 이하에서 선택되는 어느 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극용 도전성 페이스트 조성물.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 유기바인더는 에틸셀룰로스 5~15중량부, 3~20몰%의 아크릴산을 함유하는 (메타)아크릴레이트 공중합체 2~8중량부, 페놀수지 1~5중량부로 구성되는 것을 특징으로 하는 전극용 도전성 페이스트 조성물.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 글라스프릿은 0.1~15㎛의 평균입경을 가지는 것을 특징으로 하는 전극용 도전성 페이스트 조성물.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 용매는　 알코올, 에틸렌글리콜 모노프로필 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르, 에틸렌글리콜 2-에틸 헥실 에테르, 에스테르 알코올, 케톤, 터피네올 중 하나 또는 그 이상이 혼합되어 이루어진 것을 특징으로 하는 전극용 도전성 페이스트 조성물.
7. 제 1항 내지 제6항에서 선택되는 어느 한 항의 도전성 페이스트 조성물로 제조한 디스플레이용 전극.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 도전성 페이스트 조성물은 기판 위에 코팅한 후 150~200℃에서 5~15분간 건조한 후 500~600℃에서 소결시켜 전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 디스플레이용 전극.
9. 제 7항 또는 제8항의 전극을 이용하여 제조한 디스플레이 장치.