KR100408999B1 - 급속열처리 공정을 이용한 평면 디스플레이 패널의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 급속열처리(Rapid Thermal Processing; RTP) 공정을 통해 평면 디스플레이 패널 상에 형성되는 막을 소성시키는 RTP를 이용한 평면 디스플레이 패널의 제조방법에 관한 것으로써 특히, 텅스텐 할로겐 램프에서 방출되는 열을 이용하여 소성하고자 하는 기판 상의 페이스트를 가열하여 상기 페이스트와 다른 에너지 흡수정도를 가지는 기판이 변형온도 이하로 유지되도록 구성되어 저가의 기판을 사용할 수 있어 평면 디스플레이 패널의 원가가 낮아지도록 할 수 있는 동시에 소성시간이 단축되어 투자 설비의 효율성이 높아지도록 할 수 있는 효과가 있다.

Description

급속열처리 공정을 이용한 평면 디스플레이 패널의 제조방법{A Plasma Display Panel Manufacturing Method using a Rapid Thermal Processing}

본 발명은 급속열처리(Rapid Thermal Processing; 이하 RTP라 칭함) 공정을 플라즈마 디스플레이 패널의 구성요소인 각종 기능막을 형성시키는 평면 디스플레이 패널의 제조방법에 관한 것으로서, 특히, 인쇄방식에 의해 인쇄된 기능막용 페이스트를 RTP를 통해 급속열처리하여 기능막을 소성시킴으로서 평면 디스플레이 패널의 제조 시 소요되는 시간을 줄일 수 있는 RTP를 이용한 평면 디스플레이 패널의 제조방법에 관한 것이다.

평면 디스플레이 패널은 서로 대항되는 2장의 기판 사이에서 네온(Ne), 헬륨(He), 크세논(Xe) 등의 불활성 가스 방전 시 발생하는 진공자외선이 형광체를 여기시키는 발광현상을 이용하는 기체방전 디스플레이 소자이다.

일반적인 평면 디스플레이 패널의 블록도는 도1을 참고로 설명하면 다음과 같다. 먼저, 평면 디스플레이 패널은 화상의 표시면인 프론트 패널(Front Panel;9)과, 상기 프론트 패널(9)과 소정 거리를 사이에 두고 평행하게 위치하는 리어 패널(Rear Panel;10)로 이루어진다.

이 때, 상기 프론트 패널(9)은 상기 리어 패널(10)과 대항면에 스트라이프형으로 배열 형성되는 복수개의 표시전극(1)과, 상기 표시전극(1)을 덮도록 적층되어방전 시 방전전류를 제한하고 벽전하의 생성을 용이하게 하는 제1 유전체층(3)과, 상기 제1 유전체층(3)을 보호하기 위한 유전체 보호층(4)으로 이루어진다. 상기에서 표시전극(1)은 ITO(Indium Tin Oxide, 이하 ITO라고 함)를 이용한 투명전극(2b)과 버스라인(Bus Line)으로 사용되도록 Ag 베이스의 전극(2a)이 많이 사용되고 있다. 또한, 상기 유전체 보호층(4)은 산화마그네슘(MgO)으로 형성된다.

한편, 상기 리어 패널(10)은 상기 표시전극(1)과 직교하도록 스트라이프형으로 배열 형성되어 상기 표시전극(1)과 함께 전체 화면을 매트릭스 형태의 복수개 셀로 구분하는 복수개의 어드레스(Address) 전극으로 사용되도록 Ag 베이스의 전극(5)과, 전면에 도포되어 상기 어드레스 전극(5)을 보호하고 전기적인 절연을 수행하기 위한 제2 유전체층(6)과, 상기 제2 유전체층(6) 상에 스트라이프 형태로 배열 형성되어 방전공간을 형성하는 격벽(7)과, 상기 격벽(7)에 의해 형성된 방전공간 내부에 인쇄 도포되어 각 셀의 방전 시 자외선에 의해 여기되어 가시광을 방출하는 형광층(8)으로 이루어진다. 이 때 상기 형광층(8)은 적색(R), 녹색(G), 청색(B)으로 구분되어 교대로 도포된다.

그리고 일반적으로 상기와 같은 평면 디스플레이 패널의 상기 프론트 패널(9) 상에 형성된 막(膜) 중 버스라인 전극(2a), 제1 유전체층(3), 또 상기 리어 패널(10) 상에 형성된 막 중 어드레스 전극(5), 제2 유전체막(6), 격벽(7), 형광체(8) 등 많은 막들은 인쇄 방식에 의하여 도포, 건조된 후 소성공정을 거쳐 막을 형성한다.

종래에는 상기와 같이 막을 형성하기 위한 소성과정에서 보통 고온으로 5시간 이상씩 평면 디스플레이 패널과 상기 막을 형성하기 위해 상기 평면 디스플레이 패널에 도포된 페이스트를 가열하였다. 만일, 가열 시 전기저항히터에 의한 대류가열방식을 사용할 경우 상기 형광체(8)를 처리할 경우를 제외하고는 550℃ 이상의 고온처리를 행하여야 하여 이에 따른 처리시간도 4시간 이상에 달한다

그러나, 상기와 같이 550℃ 이상의 고온처리가 행해짐에 따라 평면 디스플레이 패널의 가판용으로 사용되는 저가의 소다라임 글라스(Sodalime Glass)에 변형이 일어난다는 문제점이 있다. 또한, 상기와 같은 기판의 변형을 막기 위하여 사용되는 내열 글라스의 경우 상기 소다라임 글라스보다 최소 5배 이상의 가격을 가짐으로 해서 평면 디스플레이 패널의 원가상승을 초래한다는 문제점이 있다.

또한, 상기 처리시간이 최소 4시간 이상이 소요됨에 따라 평면 디스플레이 패널의 전 공정에 있어서 라인(Line) 균형을 맞추기 위하여 소성로의 길이를 증가하여야 한다. 그러나, 이러한 종래 소성로는 전체길이가 40~50m에 달하고 있으며 이는 소성공정이 많은 평면 디스플레이 패널의 제조라인에 있어서 엄청난 면적을 차지함에 따라 투자비용을 높아지는 문제점이 있다. 그리고, 기형적인 장비형태(2m×40~50m)는 최적의 라인 설계를 방해함에 따라 투자효율을 떨어뜨리는 문제점을 야기한다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 기판 상에 형성되는 전극이나 유전체층 등의 소성에 소요되는 시간을 단축하는 동시에 상기 소성으로 인한 기판의 변형을 방지할 수 있는 RTP를 이용한 평면 디스플레이 패널의 제조방법을 제공하는데 있다.

도 1은 평면 디스플레이 패널의 구조가 도시된 도,

도 2는 RTP 방식의 제1 예가 도시된 도,

도 3은 RTP 방식의 제2 예가 도시된 도,

도 4는 RTP 방식의 텅스텐 할로겐 램프와 기판이 흡수하는 파장이 도시된 그래프,

도 5는 본 발명에 따라 금속전극을 완성하는 방법의 흐름이 도시된 도,

도 6은 본 발명에 따라 유전체층을 완성하는 방법의 흐름이 도시된 도,

도 7은 본 발명에 따라 블랙 매트릭스를 완성하는 방법의 흐름이 도시된 도,

도 8은 본 발명에 따라 격벽을 완성하는 방법의 흐름이 도시된 도,

도 9는 본 발명에 따라 형광층을 완성하는 방법의 흐름이 도시된 도,

도 10은 본 발명에 따른 제조방법에 따라 소성시간의 단축되는 바를 도시한 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

30 : 시료 31 : 텅스텐 할로겐 램프

32 : 반사판 33 : 시료 지지대

34 : 시료 반송롤러

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 RTP를 이용한 평면 디스플레이 패널의 제조방법의 제1 특징에 따르면, 금속전극을 형성하고자 하는 기판 상에 금속전극용 페이스트를 인쇄하는 제1 단계와, 상기 제1 단계에서 기판 상에 인쇄된 상기 페이스트를 휘발성분이 제거되도록 건조하는 제2 단계와, 상기 제2 단계에서 건조된 금속전극용 페이스트에 광원으로부터 복사된 열을 단시간내에 집속시켜 금속전극으로 소성시키는 제3 단계로 이루어진다.

또한, 본 발명에 의한 RTP를 이용한 평면 디스플레이 패널의 제조방법의 제2 특징에 따르면, 금속전극이 형성된 기판 상에 상기 금속전극을 보호하는 유전체층을 인쇄하는 제1 단계와, 상기 제1 단계에서 인쇄된 유전체층을 건조하는 제2 단계와, 상기 제2 단계에서 건조된 유전체용 페이스트에 광원으로부터 복사된 열을 단시간내에 집속시켜 유전체층을 소성시키는 제3 단계로 이루어진다.

또한, 본 발명에 의한 RTP를 이용한 평면 디스플레이 패널의 제조방법의 제3 특징에 따르면, 유전체층이 형성된 기판 상에 격벽용 페이스트를 인쇄하는 제1 단계와, 상기 제1 단계에서 인쇄된 페이스트를 휘발성분이 제거되도록 건조하는 제2 단계와, 상기 제2 단계에서 건조된 격벽용 페이스트에 광원으로부터 복사된 열을 단시간내에 집속시켜 격벽으로 소성시키는 제3 단계로 이루어진다.

또한, 본 발명에 의한 RTP를 이용한 평면 디스플레이 패널의 제조방법의 제4 특징에 따르면, 격벽이 형성된 기판 상에 형광체용 페이스트를 인쇄하는 제1 단계와, 상기 제1 단계에서 인쇄된 페이스트를 휘발성분이 제거되도록 건조하는 제2 단계와, 상기 제2 단계에서 건조된 형광체용 페이스트에 광원으로부터 복사된 열을 단시간내에 집속시켜 형광층으로 소성시키는 제3 단계로 이루어진다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

RTP는 열원으로 램프를 사용하고 미러(Mirror)나 렌즈 등의 광학계를 조합하여 집광한 에너지로 시료를 가열하는 열이미지 기술(Thermal Imagine Technique)의 기본기술이다. 이때 시료가 가열되거나 이동되는 가열로는 이미지로라고 하며 상기 RTP는 크게 도 2에 도시된 바와 같이 하나의 시료(30)를 지지대(33) 위에 배치하여 복수개의 텅스텐 할로겐 램프(31)의 열을 반사판(32)을 통해 가열하는 배치방식과, 도 3에 도시된 바와 같이 반송롤러(34) 위로 가열하고자 하는 시료(30)를 이동하면서 가열하는 인라인 방식이 있다.

상기와 같은 RTP는 가열하고자 하는 물체만을 집광하기 때문에 열용량이 작으며 3분 안에 2000℃까지 가열할 수 있는 급속가열 및 점멸가열이 가능하다. 또한, 최대 3000℃까지 가열이 가능하며 가열속도는 램프의 광출력을 가변시킴으로써 조정할 수 있다.

엘지전자(주)는 자체적인 특허조사(LG-PM2000-014, 특허기술정보센터 발행)로 평판 디스플레이 산업 분야 중 LCD, 반도체를 대상으로 불순물 활성화, 어닐링, 결정화를 위해 급속열공정(Rapid Thermal Processing; 이하 RTP라 칭함) 기술이 사용되어 왔으나, 페이스트를 이용하여 막을 형성함에 있어서는 RTP 기술이 적용된 사례가 없는 점을 인지하고 상기 RTP 기술을 적절히 이용하여 평면 디스플레이 패널을 제조하는 방법을 발명하였다.

도 4는 평면 디스플레이 패널에 사용되는 기판의 에너지 흡수파장과 텅스텐 할로겐 램프의 방사에너지 파장영역을 나타낸다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 기판의 에너지 흡수파장 영역과 텅스텐 할로겐 램프에서 방사된 에너지의 파장영역이 거의 겹치지 않기 때문에 텅스텐 할로겐 램프에서 방사된 에너지가 직접적으로 기판에 흡수되는 에너지는 종래의 가열방식에 따라 기판이 받는 에너지보다 훨씬 적다. 즉, 기판의 각종 막들을 RTP를 이용하여 소성하면 텅스텐 할로겐 램프에서 방사된 에너지는 각종 막에는 흡수되지만 기판은 통과된다.

도 5는 본 발명에 따라 평면 디스플레이 패널의 버스 라인용 금속전극과 어드레스버스 전극용 금속전극을 형성하는 과정을 도시한 도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 일반적으로 금속전극의 형성방법은 인쇄방법에 따라 2가지로 구분된다.

도 5의 (a)는 먼저 투명전극 패턴이 형성된 기판 혹은 상기 기판과 짝을 이루는 배면 기판 상에 금속전극용 페이스트를 전면 인쇄한 뒤, 상기 페이스트 내부에 함유된 휘발성분이 제거되도록 상기 페이스트를 건조시킨다. 그 후, 노광 마스크를 이용하여 자외선을 스트라이프 형으로 선택적으로 조사하는 노광공정을 거친 뒤, 상기 노광된 금속전극용 페이스트에 현상액을 뿌려 페이스트 중 자외선이 조사되지 않은 부분을 제거시키면 금속전극의 스트라이프형 패턴이 형성하고 마지막으로 기판이 변형되지 않은 범위내의 500~630℃의 온도 중 580℃ 전후에서 1~2시간동안 RTP 방식의 열처리를 통해 소성하면 금속전극이 완성된다.

도 5의 (b)는 상기 기판 혹은 배면 기판에 금속전극용 페이스트를 스트라이프 형상으로 제작된 인쇄마스크를 사용하여 직접 패턴 인쇄를 실시하고 건조한 후, 상기와 같이 RTP 방식의 열처리를 통해 소성하여 금속전극이 완성되도록 한다.

도 6은 본 발명에 따라 상기 버스 라인용 금속전극과 어드레스버스 전극용 금속전극을 보호하기 위하여 상기 각각의 금속전극 상에 제1,2 유전체층을 형성하는 과정을 도시한 도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 유전체층은 보호하고자 하는 금속전극 상의 전면에 인쇄된 후 100~140℃ 중 120℃ 전후에서 10~20분 정도 건조되고, 600~700℃ 중 650℃ 정도의 온도에서 1~2시간 정도의 RTP 방식의 열처리를 통해 소성됨에 따라 완성된다. 또한, 최근 거론되는 유전체층 형성방법에 따라 테이프(tape) 상의 필름을 패턴상의 금속전극 위에 라미네이트(Laminate)한 후, RTP 소성을 실시할 수 있다.

여기서, 평면 디스플레이 패널의 화질특성 향상을 위하여 상기 버스 라인용 금속전극과 제1 유전체층 사이에 배면 기판의 격벽과 평행하게 블랙 매트릭스(Black Matrix)를 스트라이프 형태로 배열 형성시킨다.

도 7은 상기 블랙 매트릭스를 형성하기 위한 본 발명의 흐름을 도시한 도로써, 먼저 블랙 매트릭스용 페이스트가 금속전극의 전면에 인쇄된 후, 건조되고 노광단계를 거쳐 현상한 다음에 550~650℃ 중 600℃ 전후의 온도로 1~2시간 정도 RTP 방식의 열처리를 통해 소성함으로써 블랙 매트릭스를 완성한다.

도 8은 본 발명에 따른 기판 상의 격벽 형성과정을 도시한 도이다. 도 8에 도시된 바와 같이 격벽을 형성하는 방법은 인쇄방법에 따라 2가지로 구분된다.

도 8의 (a)는 격벽을 형성하기 위하여 어드레스버스 전극용 금속전극 패턴과 제2 유전체층이 형성된 배면 기판 상에 격벽용 페이스트를 전면 인쇄한 뒤, 페이스트 내부에 함유된 휘발성분이 제거되도록 상기 페이스트를 건조하는 과정을 도시하고 있다. 그 후, 필름형 감광재를 도포하고, 노광 마스크를 이용하여 자외선을 스트라이프형으로 선택적으로 조사하는 노광단계를 거친 후, 노광된 감광재의 위에 현상액을 뿌려 페이스트 중 자외선이 조사되지 않은 부분을 제거시키면 스트라이프형 감광재 패턴이 형성된다.

여기서, 상기 감광재 패턴 사이로 드러난 격벽용 페이스트층에 연마재를 분사시켜 깍아내고, 불필요해진 패턴상의 감광재 필름을 박리액을 뿌려 제거시키면 스트라이프형의 격벽 패턴이 형성되고 마지막으로 500~630℃ 중 580℃ 전후에서 1~2시간 동안 RTP 방식의 열처리를 통해 소성하는 단계를 거쳐 격벽이 완성된다.

도 8의 (b)는 격벽을 형성하기 위하여 어드레스버스 전극용 금속전극 패턴과 제2 유전체층이 형성된 배면 기판 상에 격벽용 페이스트를 스트라이프 형상으로 제작된 인쇄마스크를 사용하여 직접 패턴 인쇄를 실시한 후, 건조하고 상기 도 8의 (a)에 도시된 바와 같은 RTP 방식의 열처리를 통한 소성과정을 통해 격벽에 형성되는 바를 도시하고 있다.

여기서, 실제 격벽의 높이는 소성 후 150㎛ 전후로 상당한 두께를 가지고 있으므로 상기 과정 중 인쇄에서 건조의 과정을 약 8회 정도 반복 실시하여 150㎛ 이상의 막을 형성한다.

도 9는 본 발명에 따라 평면 디스플레이 패널에 형광층을 형성하는 과정을 도시한 도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 형광층을 형성하는 방법은 인쇄방법에 따라 2가지로 구분된다.

도 9의 (a)에 따르면, 먼저 어드레스버스 전극용 금속전극과 제2 유전체층 그리고 격벽이 형성된 배면 기판 상에 형광층용 페이스트(R,G,B)를 전면 인쇄한 뒤, 페이스트 내부에 함유된 휘발성분이 제거되도록 건조한다. 그 후, 노광 마스크를 이용하여 자외선을 스트라이프형으로 선택적으로 조사하는 노광단계를 거친 뒤, 노광된 형광층용 페이스트 위에 현상액을 뿌려 페이스트 중 자외선이 조사되지 않은 부분을 제거시키면 형광층의 스트라이프형 패턴이 격벽 사이에 형성된다. 여기서, 상기 형성하고자 하는 형광층용 페이스트는 R,G,B의 3종류이므로 상기의 과정을 3회 반복한다. 마지막으로 상기 형성된 형광층에 450~550℃ 중 500℃ 전후에서 1~2시간 동안 RTP 방식의 열처리를 통한 소성단계를 거침으로써 형광층은 완성된다.

도 9의 (b)에 따르면, 먼저 어드레스버스 전극용 금속전극과 제2 유전체층 그리고 격벽이 형성된 배면 기판 상에 형광층용 페이스트(R,G,B)를 스트라이프 형상으로 제작된 인쇄마스크를 사용하여 직접 패턴으로 인쇄하고 건조하는 과정을 반복한 후, 마지막으로 도 9의 (a)에 실시된 RTP 방식을 통한 소성단계를 거침으로써스트라이프형 패턴상의 형광층이 완성된다.

도 10은 본 발명에 따른 RTP를 이용한 평면 디스플레이 제조방법에 따라 소요되는 소성시간의 차이를 도시한 그래프이다. 또한, 도 10을 참조하면, 종래의 전기저항 히터에 의한 소정방식에 의한 소성 시에는 대류열전달 방식이 사용되므로 형성하고자 하는 막의 페이스트 온도와 기판의 온도가 같다. 이는, 일반 소다라임 글라스의 변형온도인 510℃를 초과하는 550~580℃의 영역이다. 그러나 RTP 방식에 따른 소성 시에는 기판과 막용 페이스트의 에너지 흡수정도 차이 때문에, 막의 페이스트를 최고 580~650℃의 온도로 소성처리 하여도 기판의 온도는 소다라임 글라스의 변형점 510℃ 이하로 유지할 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 RTP를 이용한 평면 디스플레이 패널의 제조방법에 따르면, 텅스텐 할로겐 램프에서 방출되는 열을 이용하여 소성하고자 하는 기판 상의 페이스트를 가열하여 상기 페이스트와 다른 에너지 흡수정도를 가지는 기판이 변형온도 이하로 유지되도록 구성되어 저가의 기판을 사용할 수 있어 평면 디스플레이 패널의 원가가 낮아지도록 할 수 있는 동시에 소성시간이 단축되어 투자 설비의 효율성이 높아지도록 할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 기판 상에 전극, 유전체, 격벽, 형광체 등을 이루는 각종 기능막이 형성되도록 기능막용 페이스트를 인쇄하는 제 1단계와, 상기 제1 단계에서 기판 상에 인쇄된 상기 페이스트를 휘발성분이 제거되도록 건조하는 제2 단계와, 상기 제2 단계에서 건조된 페이스트에 광원으로부터 복사된 열을 단시간내에 집속시켜 기능막으로 소성시키는 제3 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 급속열처리 공정을 이용한 평면 디스플레이 패널 제조방법.
2. 기판 상에 전극, 유전체, 격벽, 형광체 등을 이루는 각종 기능막이 형성되도록 필름형태로 형성된 기능막용 페이스트를 라미네이팅하는 제 1단계와, 상기 제1 단계에서 기판 상에 라미네이팅된 상기 페이스트를 휘발성분이 제거되도록 건조하는 제2 단계와, 상기 제2 단계에서 건조된 페이스트에 광원으로부터 복사된 열을 단시간내에 집속시켜 기능막으로 소성시키는 제3 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 급속열처리 공정을 이용한 평면 디스플레이 패널 제조방법.