KR100266208B1

KR100266208B1 - 격벽용 금형장치와 그 제조방법

Info

Publication number: KR100266208B1
Application number: KR1019980008541A
Authority: KR
Inventors: 이윤관
Original assignee: 구자홍; 엘지전자주식회사
Priority date: 1998-03-13
Filing date: 1998-03-13
Publication date: 2000-09-15
Also published as: KR19990074745A

Abstract

본 발명은 보호막이 성막된 금형장치와 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 격벽의 형상에 대응하도록 요면을 갖는 몰드물을 마련하고, 카본계의 물질로 이루어짐으로써 고압·고온환경으로부터 몰드물을 보호함과 아울러 격벽의 형상 변형을 방지하기 위한 보호막을 요면에 성막하게 된다.

본 발명에 따른 격벽 제조용 금형장치는 브라스 몰드법을 이용한 격벽의 형성에 있어서, 카본계의 재질로 이루어진 보호막으로써 몰드물의 수명을 연장함과 아울러 격벽 형성시 고압, 고온 환경에서 가압할 때, 몰드물과 격벽과의 열반응을 방지하고 몰드물 분리시 격벽의 형상을 완전하게 유지할 수 있게 된다.

Description

격벽용 금형장치와 그 제조방법(Molding Apparatus For Barrier Ribs and Methods For Fabricating The Same)

본 발명은 플라즈마 디스플레이 패널(PDP)에 관한 것으로, 특히 보호막이 성막된 금형장치와 그 제조방법에 관한 것이다.

플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel : 이하 "PDP"라 함)은 He+Xe 또는 Ne+Xe 가스의 방전시 발생하는 147nm의 자외선이 형광체를 여기시켜 발생하는 빛을 이용하여 문자 또는 그래픽을 표시하는 디스플레이로서 박막화와 대형화가 용이할 뿐만 아니라 최근의 기술 개발에 힘입어 화질이 크게 향상되고 코스트가 경쟁력을 갖게 됨에 따라 차세대 디스플레이로서 주목을 받고 있다. 이 PDP는 매트릭스 형태로 배열된 화소들로 이루어 지고, 각 화소셀들은 적녹청의 색신호를 발생하기 위한 적녹청 3개의 서브셀로 조합된다.

PDP의 서브셀 구조는 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 상판 유리기판(2)에 배치된 공통전극 및 주사전극(4)과, 공통전극 및 주사전극(4)위에 피복되어져 전하를 축적하기 위한 제1 유전체층(6)과, 제1 유전체층(6) 표면에 도포되어진 MgO 보호막(8)과, 형광체(12)가 도포된 하판 유리기판(18) 상에 배치된 어드레스 전극(16)과, 하판 유리기판(18)과 어드레스 전극(16) 표면에 피복되어진 제2 유전체층(14)과, 하판 유리기판(18)에서 수직으로 신장되는 격벽(10)으로 이루어진다. 격벽(10)은 상하판 유리기판(18) 사이에 방전거리를 유지함과 아울러, 인접한 화소셀 또는 서브셀 간의 전기적, 광학적 상호혼신(Crosstalk)을 방지하는 역할을 한다. 이를 위하여, 격벽(10)은 글래스-세라믹스(Glass-Ceramics) 재료로 이루어지고 폭은 대략 100μm, 높이는 150 μm 내외로 설계된다. 이 격벽(10) 폭을 감소시키게 되면 방전면적의 확대를 도모할 수 있어 휘도와 방전효율을 향상시킬 수 있게 된다. 이에따라, 격벽(10)의 형성은 PDP의 제조공정에서 표시품질과 효율을 위한 가장 중요한 단계이며 패널이 대형화, 고정세화 됨에 따라 격벽 형성 기술에 대한 다양한 연구가 이루어지고 있다. 일반적으로 사용되고 있는 격벽 형성 방법은 스크린 프린팅(Screen printing)법, 샌드 블라스팅(Sand blasting), 포토 에칭(Photo etching) 등이 사용되고 있다. 여기서, 스크린 프린팅법은 매번 스크린과 하판 유리기판(18)의 위치 조정을 반복해야 하고 인쇄와 건조를 반복해야 하는 공정이 필요하기 때문에 과도한 시간이 낭비되어 비효율적인 방법이 됨은 물론, 매 위치 조정시 정위치가 어긋나는 경우가 자주 있으므로 격벽(10)이 왜곡될 수 있어 고해상도의 PDP에는 적합치 않은 문제점이 있다. 샌드 블라스팅법은 설비투자에 소요되는 경비가 크고 공정이 복잡한 문제점과 아울러 하판 유리기판(18)에 물리적인 충격이 크기 때문에 소성시 균열을 일으킬 수 있는 문제점도 있다. 포토 에칭법은 정확하고 쉽게 에칭(etching)이 될 수 있는 특수한 격벽 재료를 개발해야 하는 문제점이 도출되고 있다. 위에서 설명한 바와 같이, 격벽(10)을 형성하기 위한 각각의 제조방법들에서 문제점들이 발견되기 때문에 단순성, 저코스트, 고정세화가 가능한 브라스 몰드(Brass mold)법이 주목 받고 있다. 이 브라스 몰드법은 도 2와 같이, 격벽용 페이스트(paste)(10a)가 도포된 하판 유리기판(18)을 마련하고, 격벽(10) 형상을 갖는 요면이 저면을 이루는 몰드물(20)을 하판 유리기판(10)에 가압하고 산화 분위기에서 500∼600℃로 수십분동안 가열하는 과정을 겪게 된다. 최종단계에서, 몰드물(20)을 하판 유리기판(18)으로부터 이격 시키게 되면 몰드물(20)의 요면 형상대로 격벽(10)이 형성된다. 이러한 브라스 몰드법 역시 문제점이 도출된다. 이를 상세히 하면, 몰드물(20)을 하판 유리기판(18)에 가압하고 가열하는 단계에서 몰드물(20)의 요면과 격벽용 페이스트(10a) 간의 열반응이 발생하여 몰드물(20)을 격벽(10)으로부터 분리할 때, 격벽(10)의 변형 또는 균열등이 발생하게 된다. 또한, 가압·가열하는 단계에서 고온으로 가열되기 때문에 몰드물(20)의 소성 변형이 발생되는 또 다른 문제점이 나타나고 있다. 이에따라, 몰드물(20)의 수명연장을 꾀하고 몰드물(20)과 격벽(10)간의 열반응을 방지하기 위한 내열 보호막 또는 몰드물(20)을 격벽(10)으로부터 분리할 때 격벽(10)의 형상을 유지하기 위한 이형막 역할을 하는 박막부재가 요구되고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 브라스 몰드법을 이용한 격벽의 형성에 있어서, 몰드물의 수명을 연장하도록 함과 아울러 격벽 형성시 고압, 고온 환경에서 가압할 때, 몰드물과 격벽과의 열반응을 방지하고 몰드물 분리시 격벽의 형상을 완전하게 유지하도록 한 격벽 제조용 금형장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 브라스 몰드법을 이용한 격벽의 형성에 있어서, 몰드물의 수명을 연장하도록 함과 아울러 격벽 형성시 고압, 고온 환경에서 가압할 때, 몰드물과 격벽과의 열반응을 방지하고 몰드물 분리시 격벽의 형상을 완전하게 유지하도록 한 격벽 제조용 금형 제조방법을 제공하는데 있다.

도 1은 플라즈마 디스플레이 패널(PDP)의 서브셀 구조를 개략적으로 나타내는 종단면도.

도 2는 종래의 브라스 몰드법을 이용한 격벽 형성 공정을 나타내는 공정도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 격벽용 금형장치와 격벽을 형성하기 위한 격벽 제조방법을 단계적으로 나타내는 공정도.

도 4는 도 3에 도시된 보호막(24)을 몰드물(22)에 성막하기 위한 제1 실시예를 나타내는 PCVD 시스템의 종단면도.

도 5는 도 3에 도시된 보호막(24)을 몰드물(22)에 성막하기 위한 제2 실시예를 나타내는 Cs⁺이온 건 스퍼터링 성막 시스템의 종단면도.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

2,18 : 상판 유리기판 4 : 공통전극/주사전극

6,14 : 유전체층 8 : MgO 보호막

10 : 격벽 10a : 격벽용 페이스트

12 : 형광체 16 : 어드레스 전극

20,22 : 몰드물 24 : 보호막

26,32 : 반응실 28,28′ : 메스 플로우 제어기(MFC)

30 : RF 발생기 34 : 이온 빔 소스

34a : 네거티브 이온 빔 36 : 그래파이트 타겟

38 : 기판 홀더 40 : 커프만 이온 건

상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 격벽 제조용 금형장치는 격벽의 형상에 대응하도록 요면을 갖고 격벽용 페이스트에 가압되는 몰드물과, 카본계의 물질로 이루어짐으로써 고압·고온환경으로부터 몰드물을 보호함과 아울러 격벽의 형상 변형을 방지하도록 요면에 성막되는 보호막을 구비한다.

본 발명의 격벽 제조용 금형 제조방법은 격벽의 형상에 대응하도록 요면을 갖는 몰드물을 마련하는 단계와, 카본계의 물질로 이루어짐으로써 고압·고온환경으로부터 몰드물을 보호함과 아울러 격벽의 형상 변형을 방지하기 위한 보호막을 요면에 성막하는 단계를 포함한다.

상기 목적들 외에 본 발명의 다른 목적 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.

이하, 본 발명의 실시예들을 첨부한 도 3 내지 도 5를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 격벽용 금형장치와 격벽용 금형 장치를 이용하여 격벽을 형성하기 위한 격벽 제조방법을 단계적으로 나타내는 공정도이다.

도 3의 구성에서, 본 발명의 격벽용 금형장치는 격벽(10)의 형상에 대응한 요면이 저면에 형성된 몰드물(22)과, 몰드물(22)의 저면에 성막된 보호막(22)을 구비한다. 본 발명의 격벽용 금형장치를 이용한 PDP용 격벽의 제조방법은 실질적으로 도 2에 도시된 방법과 동일한 과정을 겪는다. 즉, 격벽용 페이스트(10a)가 도포된 하판 유리기판(18)을 마련하고, 몰드물(22)을 하판 유리기판(10)에 가압하고 수십분 동안 가열하는 과정에 이어서, 몰드물(22)을 하판 유리기판(18)으로부터 분리함으로써 격벽(10)이 형성된다. 여기서, 보호막(22)은 몰드물(22)이 하판 유리기판(18)과 격벽용 페이스트(10a)에 가압되어 가열될 때 고온(약 600℃), 고압(수천·수만 파운드)으로부터 몰드물(22)을 보호함과 아울러, 몰드물(22)을 격벽(10)으로부터 분리할 때 격벽(10)의 형상을 유지하기 위한 이형막 역할을 한다. 이를 위하여, 보호막(24)은 비반응성, 고온 안정성, 고경도 및 고윤활특성을 갖도록 카본(Carbon)계의 재질로 이루어지게 된다. 카본계의 재질 중, 보호막(24)은 DLC(Diamond Like Carbon), 실리콘이 도핑된 DLC(Si-doped DLC), CNx 박막 중에서 어느 하나의 재질로 이루어진다. 이 보호막(24)은 물리적 또는 화학적 증착법(Physical·Chemical Vapor Deposition : 이하 "PCVD"라 함) 또는 이온 건 스퍼트링 법(Ion Gun Sputtring) 등으로 합성된다.

도 4는 도 3에 도시된 보호막(24)을 몰드물(22)에 성막하기 위한 제1 실시예를 나타내는 것으로, PCVD 시스템을 도시한 것이다.

먼저, 정밀 세정된 격벽 세정용 몰드물(22)을 지지대에 고정시킨 뒤 반응실(26) 내의 압력을 10^-6Torr까지 되도록 배기시킨다. 그리고 제1 매스 플로우 제어기(Mass Flow Controller : 이하 "MFC"라 함)(28)를 통하여 CH₄와 H₂가스(Si-doped DLC를 보호막으로서 성막하는 경우, 제2 MFC(28′)를 통하여 실레인(Si_nH_2n+2) 가스를 공급)를 반응실(26) 내에 공급한 후, 반응 압력을 1 mTorr∼100 mTorr의 범위 내로 유지하면서 RF 발생기(30)로부터 500∼1000W의 파워(Power)를 캐소드 전극에 인가하면 반응실(26) 내에 플라즈마가 형성된다. 이 때 발생하는 CH₄와 H₂의 활성이온 및 라디칼(radical)등이 셀프 바이어스(self bias)에 의해 몰드물(22) 쪽으로 가속되어 반응성이 큰 탄소와 수소가 몰드물(22)의 표면에서 표면 반응(surface reaction)하여 케미솝션(Chemisorption) 등의 반응을 일으키게되어 DLC 또는 Si-doped DLC 막이 몰드물(22)의 표면에 형성된다. 이러한 방법으로 형성된 DLC 박막은 비정질 구조를 가지게 되며 반응시의 이온 에너지가 클수록 박막의 3차원적 크로스링킹(Crosslinking)이 증가하게 됨으로써 치밀한 조직을 갖게 되며 경도는 3000 kg/mm²이상으로 양호한 윤활특성을 나타내게 된다. 한편, DLC는 내열성이 다소 떨어지는 단점이 있지만 Si-doped DLC와 CNx 박막이 이를 보완할 수 있는 특성을 가지고 있다. Si-doped DLC 박막은 CH₄와 실레인(Silane : Si_nH_2n+2)를 반응실(26)에 주입하여 위와 같은 PCVD 방법으로 몰드물(22) 표면에 증착시키게 되면 그 박막은 a:(C-H)와 a:(Si-O)의 네트웍(network) 구조의 치밀구조를 가지게 되며 그 경도는 5000 kg/mm²이상, 마찰계수 0.01 이하, 내열 온도가 산소 분위기에서 약 700℃로 격벽(10) 형성시에 몰드물(22)에 가해지는 고압·고온의 환경을 극복하기에 적합한 성질을 가지게 된다.

도 5는 보호막(24)을 몰드물(22)에 성막하기 위한 제2 실시예를 나타내는 것으로, 보호막으로서 CNx 박막을 성막시키기 위하여 Cs⁺이온 건 스퍼터링 성막 시스템을 도시한 것이다.

먼저, 몰드물(22)을 초음파와 화학 세정공정을 거쳐 세정한 뒤 100℃ 오븐(oven)에서 건조시킨 후 반응실(32) 내에 장착한다. 그리고 초진공 펌프를 이용하여 반응실(32) 내의 압력을 10^-7Torr 까지 배기하고 고체 상태의 세슘(Cs) 이온 소스(34)에 약 3.5 kv(0.36 mA)의 전압을 공급하면 방출된 Cs⁺이온 빔(Ion Beam)(34a)이 그래파이트 타겟(36)에 조사되고 이로부터 생성된 C^-이온이 전기장에 의해 100∼150 eV의 에너지를 가지고 기판 홀더(38) 쪽으로 가속되어 코프만 이온 건(Kaufmann Ion Gun)(40)으로부터 공급된 수백 eV의 에너지를 가지는 N⁺와 결합하여 CNx 박막이 몰드물(22)에 성막된다. 이 CNx 박막은 내열 온도 약 900℃, 경도 6000 kg/mm²이상, 표면 조도 50Å 이하, 질소 함유량 40∼50%로 보호막(24)의 재질로서 양호한 특성을 나타낸다.

이 때, Cs⁺이온 건 스퍼터 퇴적법의 조건은 아래의 표와 같다.

	타겟(Target)	네가티브 이온 추출 전극	에너지 제어 전극	Cs⁺건에너지	가열필라멘트	바이어싱(Biasing)
전압(V)	-100 V	1.5 kV	100 V	3.5 kV	7.20 V	0.01 V
전류(A)	0.8 mA	1.3 mA	0.08 mA	0.36 mA	5.0 A	0.05 mA

이 때, 커프만 이온 건(40)의 조건은,

·기저 압력(Base Pressure) : 5.0×10^-7Torr

·작업 압력(Working Pressure) : 8.0×10^-5Torr

·N₂유속(Flow) : 3.0 sccm

·N⁺밀도 : 30∼80 μA/cm²(120∼300 eV)

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 격벽 제조용 금형장치는 브라스 몰드법을 이용한 격벽의 형성에 있어서, 카본계의 재질로 이루어진 보호막으로써 몰드물의 수명을 연장함과 아울러 격벽 형성시 고압, 고온 환경에서 가압할 때, 몰드물과 격벽과의 열반응을 방지하고 몰드물 분리시 격벽의 형상을 완전하게 유지할 수 있게 된다. 또한, 본 발명에 따른 격벽 제조용 금형 제조방법은 브라스 몰드법을 이용한 격벽의 형성에 있어서, 몰드물에 카본계의 보호막을 성막함으로써 몰드물의 수명을 연장함과 아울러 격벽 형성시 고압, 고온 환경에서 가압할 때, 몰드물과 격벽과의 열반응을 방지하고 몰드물 분리시 격벽의 형상을 완전하게 유지할 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.

Claims

몰드물을 격벽용 페이스트에 가압함으로써 격벽을 형성하는 격벽 제조장치에 있어서,

상기 격벽의 형상에 대응하도록 요면을 갖고 상기 격벽용 페이스트에 가압되는 몰드물과,

카본계의 물질로 이루어짐으로써 고압·고온환경으로부터 상기 몰드물을 보호함과 아울러 상기 격벽의 형상 변형을 방지하도록 상기 요면에 성막되는 보호막을 구비한 것을 특징으로 하는 격벽 제조용 금형장치.
제 1 항에 있어서,

상기 보호막은 비반응성, 고온 안정성, 고경도 및 고윤활 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 격벽 제조용 금형장치.
제 1 항에 있어서,

상기 보호막은 DLC(Diamond Like Carbon), Si-doped DLC, CNx 중 어느 하나로 이루어진 박막인 것을 특징으로 하는 격벽 제조용 금형장치.
몰드물을 격벽용 페이스트에 가압함으로써 격벽을 형성하는 격벽 제조방법에 있어서,

상기 격벽의 형상에 대응하도록 요면을 갖는 몰드물을 마련하는 단계와,

카본계의 물질로 이루어짐으로써 고압·고온환경으로부터 상기 몰드물을 보호함과 아울러 상기 격벽의 형상 변형을 방지하기 위한 보호막을 상기 요면에 성막하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 격벽 제조용 금형 제조방법.
제 4 항에 있어서,

상기 보호막은 DLC(Diamond Like Carbon), Si-doped DLC, CNx 중 어느 하나로 이루어진 박막인 것을 특징으로 하는 격벽 제조용 금형 제조방법.
제 4 항에 있어서,

상기 보호막은 물리·화학적 증착법(PCVD)과 이온 건 스퍼터링법 중 어느 하나에 의해 상기 몰드물에 성막되어 지는 것을 특징으로 하는 격벽 제조용 금형 제조방법.
제 6 항에 있어서,

상기 물리·화학적 증착법(PCVD)에 의해 상기 보호막을 상기 몰드물에 성막하는 단계는 상기 몰드물을 정밀 세정하여 반응실 내에 고정시키고 반응실 내의 압력을 소정 압력까지 배기시키는 제1 단계와,

CH₄와 H₂가스를 반응실 내에 공급한 후, 반응 압력을 일정 범위 내로 유지하는 제2 단계와,

소정 레벨의 파워를 상기 반응실 내의 캐소드 전극에 인가하여 플라즈마를 형성시키는 제3 단게와,

상기 플라즈마에 의해 발생되는 CH₄와 H₂의 활성이온 및 라디칼이 상기 몰드물 쪽으로 가속되어 탄소와 수소가 상기 몰드물의 표면에서 표면 반응됨으로써 DLC로 이루어진 상기 보호막이 상기 몰드물에 성막되어지는 제4 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 격벽 제조용 금형 제조방법.
제 7 항에 있어서,

상기 제1 단계에서 상기 소정 압력은 10^-6Torr이고,

상기 제2 단계에서 상기 일정 범위 내의 반응 압력은 1 mTorr 내지 100 mTorr의 범위이고,

상기 제 3 단계에서 상기 소정 레벨의 파워는 500 내지 1000W인 것을 특징으로 하는 격벽 제조용 금형 제조방법.
제 7 항에 있어서,

상기 보호막은 비 비정질 구조를 가지게 되는 것을 특징으로 하는 격벽 제조용 금형 제조방법.
제 6 항에 있어서,

상기 물리·화학적 증착법(PCVD)에 의해 상기 보호막을 상기 몰드물에 성막하는 단계는 상기 몰드물을 정밀 세정하여 반응실 내에 고정시키고 반응실 내의 압력을 소정 압력까지 배기시키는 제1 단계와,

Si_nH_2n+2가스를 반응실 내에 공급한 후, 반응 압력을 일정 범위 내로 유지하는 제2 단계와,

소정 레벨의 파워를 상기 반응실 내의 캐소드 전극에 인가하여 플라즈마를 형성시키는 제3 단게와,

상기 플라즈마에 의해 발생되는 CH₄와 H₂의 활성이온 및 라디칼이 상기 몰드물 쪽으로 가속되어 탄소와 수소가 상기 몰드물의 표면에서 표면 반응됨으로써 Si-doped DLC로 이루어진 상기 보호막이 상기 몰드물에 성막되어지는 제4 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 격벽 제조용 금형 제조방법.
제 6 항에 있어서,

상기 이온 건 스퍼터링법에 의해 상기 보호막을 상기 몰드물에 성막하는 단계는 상기 몰드물을 정밀 세정하고 건조시켜 반응실 내에 장착한 후 반응실 내의 압력을 소정 압력까지 배기시키는 제1 단계와,

고체 상태의 Cs 이온 소스에 소정 파워를 공급하는 제2 단계와,

방출된 Cs⁺이온 빔이 타겟에 조사됨으로써 생성된 C^-이온이 전기장에 의해 소정 에너지로 상기 몰드물 쪽으로 가속됨과 아울러 이온 건으로부터 공급된 N⁺와 결합하여 CNx 박막이 상기 몰드물이 성막되어 지는 제3 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 격벽 제조용 금형 제조방법.
제 11 항에 있어서,

상기 제1 단계에서, 상기 소정 압력은 10^-7Torr이고,

상기 제2 단계에서, 상기 소정 파워는 3.5 kv(0.36 mA)인 것을 특징으로 하는 격벽 제조용 금형 제조방법.
제 11 항에 있어서,

상기 이온 건 스퍼터링법의 조건은,

상기 타겟은 -100 V, 0.8 mA,

네가티브 이온 추출 전극은 1.5 kV, 1.3 mA,

상기 소정 에너지 값을 설정하는 에너지 제어 전극은 100 V, 0.08 mA,

상기 이온 건은 3.5 kV, 0.36 mA,

가열 필라멘트는 7.20 V, 5.0 A,

바이어스는 0.01 V, 0.05 mA로 설정되는 것을 특징으로 하는 격벽 제조용 금형 제조방법.
제 11 항에 있어서,

상기 이온 건은 기저 압력이 5.0×10^-7Torr,

작업 압력이 8.0×10^-5Torr,

N₂의 유속(Flow)이 3.0 sccm,

N⁺의 밀도가 30 내지 80 μA/cm²(120∼300 eV)인 것을 특징으로 하는 격벽 제조용 금형 제조방법.