KR100497763B1

KR100497763B1 - 퓸드 실리카 입자로 표면 처리된 격벽 분말을 포함하는감광성 격벽 페이스트 조성물 및 그의 제조방법, 그리고그를 사용한 플라즈마 디스플레이 패널의 격벽 형성방법

Info

Publication number: KR100497763B1
Application number: KR10-2002-0045812A
Authority: KR
Inventors: 박이순; 윤상원; 백신혜; 최형석; 임무식; 박선우; 김봉출; 신경석; 이효식
Original assignee: 일동화학 주식회사; 이비텍(주); 경북대학교 산학협력단
Priority date: 2002-08-02
Filing date: 2002-08-02
Publication date: 2005-08-03
Also published as: JP2006502942A; WO2004012854A2; AU2003248494A1; WO2004012854A3; AU2003248494A8; CN1791561A; KR20040012298A

Abstract

본 발명은 플라즈마 디스플레이 패널(plasma display panel, PDP) 제조 기술에 관한 것이며, 특히 퓸드 실리카 입자로 표면 처리된 격벽 분말을 포함하는 감광성 격벽 페이스트 조성물 및 그의 제조방법, 그리고 그를 사용한 PDP의 격벽 형성 방법에 관한 것이다. 본 발명은 사진식각법으로 PDP의 격벽 패턴을 형성함에 있어서, 페이스트 소성 온도를 높이지 않으면서 노광 효율을 증대시킬 수 있는 감광성 격벽 페이스트 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다. 본 발명의 감광성 격벽 페이스트 조성물은 무기 격벽 분말에 대해 나노 크기(평균입경 5∼500㎚)의 퓸드 실리카(fumed silica) 입자를 표면 처리하였다. 퓸드 실리카 입자는 무결정성이며 일반 실리카(SiO₂)에 비해 순도가 높기 때문에 투명하며 빛의 굴절률이 낮고 광 진행 손실이 적다. 이러한 퓸드 실리카 입자를 평균입경 2∼5㎛ 크기의 불투명한 무기 격벽 분말과 함께 볼밀(ball mill) 등을 사용하여 혼합 및 분쇄한 다음 100∼150℃의 온도로 열처리하고 재분쇄하면 퓸드 실리카 입자가 표면에 결합된 무기 격벽 분말을 얻을 수 있다. 이와 같이 실리카 나노 입자로 표면 처리된 격벽 분말을 이용하여 감광성 격벽 페이스트를 제조한 다음 사진식각법으로 격벽 패턴을 형성하면 격벽 분말의 표면에 결합된 실리카 나노 입자들이 자외선 광이 침투할 수 있는 채널을 형성해 줌으로써 감광성 격벽 페이스트의 노광 효율을 높일 수 있다.

Description

퓸드 실리카 입자로 표면 처리된 격벽 분말을 포함하는 감광성 격벽 페이스트 조성물 및 그의 제조방법, 그리고 그를 사용한 플라즈마 디스플레이 패널의 격벽 형성방법{Photosensitive barrier rib paste composite having surface treated barrier rib powder with fumed silica particles, fabrication method thereof and method of forming barrier rib for plasma display panel using the same}

본 발명은 플라즈마 디스플레이 패널(plasma display panel, PDP) 제조 기술에 관한 것이며, 특히 퓸드 실리카 입자로 표면 처리된 격벽 분말을 포함하는 감광성 격벽 페이스트 조성물 및 그의 제조방법, 그리고 그를 사용한 PDP의 격벽 형성 방법에 관한 것이다.

플라즈마 디스플레이 패널(PDP)은 상판과 하판 사이에 충진된 Ne, Xe 등의 기체 방전시 생성된 플라즈마로부터 방출된 진공자외선(주로 147nm 파장대)이 형광체와 충돌하여 가시광 영역의 적, 녹, 청색광으로 바뀌는 현상을 이용하는 평판 디스플레이이다.

PDP는 직류(DC)형과 교류(AC)형으로 구분이 되는데, DC형은 플라즈마를 형성하기 위해 외부에서 가해주는 전압인가를 위해 사용되는 전극이 플라즈마에 직접 노출되어 전도전류가 전극을 통해 직접 흐르도록 하는 방식으로, 구조가 비교적 간단한 장점이 있으나 전극이 방전 공간에 노출되어 전류제한을 위한 외부저항을 구비해야 하는 단점이 있다. AC형은 전극이 유전체로 덮여 있어 직접 노출되지 않아 변위전류가 흐르도록 하는 방식으로, 유전체로 전극을 덮어 자연적 전류제한을 할 수 있어 방전시 이온충격으로부터 전극이 보호되어 DC형에 비해 수명이 길다. AC형은 방전 셀의 전극 구조에 따라 다시 대향방전형과 면방전형으로 나뉘어 지는데, 대향방전형은 형광체가 이온충격에 의한 형광체 열화로 인해 수명이 단축되는 문제가 있는 반면, 면방전형은 방전을 형광체 반대편 면으로 모아 형광체 열화를 최소화함으로써 대향형 구조의 문제점을 극복하였으며, 현재 대부분의 PDP에서 이 방식을 채택하고 있다.

한편, 다양한 평판 디스플레이 중에서도 PDP는 풀컬러(full color) 표시가 가능하고, 빠른 응답속도를 가지며, 시야각이 넓고, 40인치 이상의 대형표시장치 구현이 용이하다는 점에서 고해상도 텔레비젼(HDTV) 등 차세대 디스플레이의 하나로 주목을 받고 있다.

도 1은 면방전형 AC PDP의 단면도이다.

도 1을 참조하면, 면방전형 AC PDP는 배면기판(10), 어드레스 전극(11), 백색 유전체(12), 격벽(barrier rib, 13) 등이 배면판을 이루며, 전면기판(14), 투명 전극(15), 버스 전극(16), 투명 유전체(17), 유전체 보호막(18), 블랙 스트라이프(black stripe)(도시되지 않음) 등이 전면판을 이룬다. 또한, PDP에서 색상을 구현하기 위한 형광체(R, G, B)(19)는 투과형의 경우는 전면판에, 반사형의 경우는 도시된 바와 같이 배면판의 격벽(13) 사이에 도포 된다.

PDP에서 격벽은 방전 공간을 확보하고, 인접한 셀(Cell) 간의 전기적, 광학적 상호 혼신(Cross talk)을 방지하기 위하여 PDP의 배면기판 상에 형성되는 구조물로서, 격벽의 상세한 구조는 PDP의 설계에 따라 다르나, 스트라이프(Stripe)상 격벽의 경우 200∼300㎛의 간격으로 상부폭 60∼80㎛, 하부폭 80∼110㎛, 높이 100∼120㎛의 형태를 가지고 있으며, PDP의 영상 표시품질을 결정하는 중요한 요소로 작용한다.

PDP의 격벽 형성방법으로는 스크린 인쇄법(Screen printing method), 샌드 블라스트법(Sand blast method), 사진식각법(Photolithography) 등이 알려져 있다.

스크린 인쇄법은 소정의 격벽 구조로 패턴된 스크린 마스크를 사용하여 인쇄용 격벽 페이스트 조성물을 고무 스퀴즈(Squeeze)로 유리기판 상에 10∼15㎛의 두께로 인쇄한 다음 용제를 건조시켜 제거하고, 다시 먼저 인쇄된 격벽 부위에 인쇄 및 건조를 8∼10회 정도 반복 수행하여 높이 150∼250㎛ 정도의 격벽을 얻는 방법으로서 공정 시간이 많이 소요될 뿐만 아니라 40인치 이상의 대면적 및 고해상도를 가지는 PDP용 격벽을 형성시키고자 할 경우 반복 작업에 의한 오정렬로 인하여 균일한 패턴의 격벽을 형성하기 어려우며, 그에 따라 PDP의 제조수율이 낮아지는 문제점이 있다.

샌드 블라스트법은 격벽 페이스트를 150∼250㎛ 두께로 도포 및 건조시킨 후 내샌딩성을 가지는 드라이 필름 레지스트(Dry film resist, DFR)를 라미네이팅(laminating)하고 노광 및 현상 공정을 통해 이를 패터닝한 다음, 그 패턴을 마스크로 사용하여 미세한 연마제 입자를 고압공기와 함께 충격을 가해 노출된 격벽 페이스트를 제거하는 방법이다. 이러한 샌드 블라스트법은 스크린 인쇄법에 비해 고정세의 격벽 형성이 가능한 장점이 있으나, 공정이 복잡하고 재료 손실이 많으며, 샌드블라스트 과정에서 생성된 분말 혼합물의 분리가 쉽지 않고 비환경친화적이라는 문제점이 있다. 무엇보다도 샌드블라스트 과정에서 유리기판에 유발되는 물리적 충격이 크기 때문에 후속 소성 과정에서 격벽에 균열이 발생하는 것이 단점으로 지적되고 있다.

사진식각법은 감광성 격벽 페이스트를 도포 및 건조한 다음 포토마스크를 사용하여 노광한 후 비노광 부분의 페이스트를 현상액으로 선택적으로 용해시켜 제거하는 공정이다. 이러한 사진식각법은 전술한 스크린 인쇄법 및 샌드 블라스트법에 비해 고정세의 격벽을 형성할 수 있는 장점이 있는 반면, 감광성 격벽 페이스트의 하부까지 감광이 어렵기 때문에 100㎛ 이상 높이의 격벽 형성이 곤란하다는 단점이 있다.

통상적으로, 격벽 페이스트의 주성분인 글래스 프리트(Glass frit)는 PbO-SiO₂-B₂O₃계 글래스를 근간으로 하여 제조되고 있는데, 이중 PbO 성분은 유리의 융점을 낮춰 450∼600℃ 정도의 저온에서 소성이 가능하도록 하는 역할을 부여한다. 한편, PbO 성분이 포함된 감광성 격벽 페이스트를 사용하여 사진식각법으로 격벽을 형성하고자 할 때, 페이스트 내에 굴절률(refractive index)이 큰 금속 산화물(PbO 등)이 존재하므로 사진식각법에 사용되는 광원인 자외선의 산란 때문에 200㎛ 정도의 건조된 감광성 격벽 페이스트에 대한 일 회의 노광 및 현상으로 격벽 패턴을 얻는 것이 어려웠다.

따라서, 종래에는 200㎛ 정도의 높이를 가지는 격벽을 사진식각법으로 형성하기 위해서 감광성 격벽 페이스트를 현상하기에 앞서 도포-건조-노광 과정을 2∼3회 반복 실시해야만 하는 문제점이 있었다.

이러한 광침투 특성과 관련된 문제점을 해결하기 위하여 감광성 격벽 페이스트를 구성하는 무기물 성분과 유기물 성분의 평균 굴절률 차이를 줄임으로서, 무기물 성분과 유기물 성분의 인터페이스에서의 노광원의 반사(reflection) 및 난반사(scattering)를 줄이는 기술이 제안된 바 있다[미합중국 특허 US 6,197,480 참조].

그러나, 이 기술은 무기물 성분 중에서 PbO 성분을 최소화함으로써 무기물 성분의 평균 굴절률을 낮추는 방식을 사용하고 있으며, 이에 따라 격벽 페이스트의 소성 온도가 상승하는 문제점을 유발하고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 사진식각법으로 PDP의 격벽 패턴을 형성함에 있어서, 페이스트 소성 온도를 높이지 않으면서 노광 효율을 증대시킬 수 있는 감광성 격벽 페이스트 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 상기의 감광성 격벽 페이스트를 제조하는 방법 및 그를 사용한 플라즈마 디스플레이 패널의 격벽 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 다관능성 단량체, 다관능성 소중합체 중 선택된 적어도 하나의 물질 8∼20중량%와, 바인더 고분자 5∼20중량%와, 용제 10∼23중량%와, 광개시제 1∼2중량%와, 퓸드 실리카 입자로 표면 처리된 무기 격벽 분말 60∼80중량%를 포함하는 감광성 격벽 페이스트 조성물이 제공된다.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 감광성 격벽 페이스트 조성물 제조방법에 있어서, 글래스 프리트와 세라믹 파우더를 포함하며, 퓸드 실리카 입자가 표면 처리된 무기 격벽 분말을 형성하는 단계; 다관능성 단량체, 다관능성 소중합체 중 선택된 적어도 하나의 물질과, 광개시제와, 첨가제와, 바인더 고분자와, 용매를 포함하는 감광성 용액을 형성하는 단계; 및 상기 퓸드 실리카 입자가 표면 처리된 상기 무기 격벽 분말과 상기 감광성 용액을 혼합 및 분산하는 단계를 포함하는 감광성 격벽 페이스트 조성물 제조방법이 제공된다.

또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기의 감광성 격벽 페이스트 조성물을 사용한 플라즈마 디스플레이 패널의 격벽 형성방법에 있어서, 유전체가 도포된 배면기판 상에 상기 감광성 격벽 페이스트 조성물을 150∼250㎛의 두께로 도포하는 단계; 상기 감광성 격벽 페이스트 조성물을 50∼130℃의 온도에서 5∼30분 동안 건조하는 단계; 격벽 형성용 포토마스크를 사용하여 상기 감광성 격벽 페이스트 조성물을 노광하는 단계; 상기 감광성 격벽 페이스트 조성물을 현상하여 격벽 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 격벽 패턴을 450∼600℃의 온도에서 20∼30분 동안 등온 소성하는 단계를 포함하는 플라즈마 디스플레이 패널의 격벽 형성방법이 제공된다.

본 발명의 감광성 격벽 페이스트 조성물은 무기 격벽 분말에 대해 나노 크기(평균입경 5∼500㎚)의 퓸드 실리카(fumed silica) 입자를 표면 처리하였다. 퓸드 실리카 입자는 무결정성이며 일반 실리카(SiO₂)에 비해 순도가 높기 때문에 투명하며 빛의 굴절률이 낮고 광 진행 손실이 적다. 이러한 퓸드 실리카 입자를 평균입경 2∼5㎛ 크기의 불투명한 무기 격벽 분말과 함께 볼밀(ball mill) 등을 사용하여 혼합 및 분쇄한 다음 100∼150℃의 온도로 열처리하고 재분쇄하면 퓸드 실리카 입자가 표면에 결합된 무기 격벽 분말을 얻을 수 있다. 이와 같이 실리카 나노 입자로 표면 처리된 격벽 분말을 이용하여 감광성 격벽 페이스트를 제조한 다음 사진식각법으로 격벽 패턴을 형성하면 격벽 분말의 표면에 결합된 실리카 나노 입자들이 자외선 광이 침투할 수 있는 채널을 형성해 줌으로써 감광성 격벽 페이스트의 노광 효율을 높일 수 있다.

이하, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 보다 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예를 소개하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무기 격벽 분말 제조 과정을 도시한 흐름도이다.

도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 무기 격벽 분말 제조 과정은, 우선 무기 격벽 분말와 퓸드 실리카를 함께 볼밀(ball mill)을 이용하여 혼합 및 분쇄한다(100). 이때, 무기 격벽 분말은 소성 온도가 450∼600℃인 PbO-SiO₂-B₂O₃계 글래스 프리트, 세라믹 파우더 및 블랙 안료의 혼합물을 사용하며, 볼 밀링 과정은 상온에서 10∼60분 동안 수행하는 것이 바람직하다.

다음으로, 볼 밀링 과정을 거친 무기 격벽 분말(퓸드 실리카를 포함)을 오븐(oven)에서 베이크한다(102). 이때, 베이크 온도는 100∼150℃, 베이크 시간은 10∼30분이 바람직하다.

계속하여, 베이크된 무기 격벽 분말을 다시 혼합 및 분쇄한다(104). 이때에도 역시 볼밀을 사용하며, 상온에서 10∼30분 동안 볼 밀링 과정을 수행하는 것이 바람직하다.

이상의 과정을 통해 제조된 격벽 분말은 나노 크기의 퓸드 실리카 입자(평균 입경 5∼500㎚)가 글래스 프리트, 세라믹 분말, 블랙 안료 분말 등의 무기물 입자와 견고하게 결합하는 상태가 되며 감광성 격벽 페이스트 제조 후에도 격벽 분말 표면에 결합된 상태를 유지하게 된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 감광성 격벽 페이스트 제조 과정을 도시한 흐름도이다.

도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 감광성 격벽 페이스트 제조 과정은, 우선 바인더 고분자와 용매를 혼합하여 바인더 고분자가 용매에 용해되도록 한다(200). 이때, 바인더 고분자가 용해된 용매가 적정 점도를 유지하도록 제어한다.

다음으로, 바인더 고분자가 용해된 용매에 이중결합을 둘 이상 포함하는 다관능성 단량체 또는 소중합체, 광개시제, 첨가제(additives) 등을 혼합하여 감광성 용액(vehicle)을 만든다(202). 여기에 첨가제로는 분산제, 중합금지제, 광증감제, 점증제 등을 포함한다.

이어서, 상기 감광성 용액과 상기 도 2에 도시된 공정을 통해 제조된 퓸드 실리카 입자로 표면 처리된 무기 격벽 분말을 혼합한다(204).

계속하여, 상기 혼합물을 균일하게 혼합, 분산시킨다(206). 이때, 세라믹 3본밀(3 roll mill)을 사용하는 것이 바람직하며, 이후 최종적으로 점도를 조절한다.

상기와 같은 과정을 거쳐 제조된 본 발명의 감광성 격벽 페이스트 조성물은, 바인더 고분자 5∼20중량%와, 다관능성 단량체 또는 소중합체 8∼20중량%와, 광개시제 1∼2중량%와, 퓸드 실리카 0.1∼1중량%와, 글래스 프리트 40∼60중량%와, 세라믹 파우더 10∼25중량%와, 용제 10∼23중량%를 포함한다.

한편, 분산제, 광증감제, 중합금지제 등의 첨가제를 0.5∼5중량% 범위 내에서 첨가하는 것이 바람직하며, 경우에 따라 미량(0.05∼0.1중량%)의 블랙 안료를 첨가할 수 있다. 또한, 세라믹 파우더로는 산화티타늄(TiO₂) 2∼10중량% 및 알루미나(Al₂O₃) 8∼15중량%를 사용하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 감광성 격벽 페이스트 조성물은 2,000∼1,000,000cps의 점도를 갖는 것이 바람직하다. 이는 감광성 격벽 페이스트 조성물의 점도가 2,000cps 미만으로 너무 낮아지면 유리기판에 대해 퍼짐성이 강해 도포가 어려우며, 반대로 1,000,000cps를 초과하는 경우에는 스크린 메쉬를 페이스트가 제대로 통과하지 못하고 스크린 메쉬가 막히는 현상 등 도포 특성이 나쁘고, 거품 발생이 심하여 격벽이 제대로 형성되지 않는 문제점이 있을 수 있기 때문이다.

상기와 같은 조성을 가지는 감광성 격벽 페이스트에서 바인더 고분자(binder polymer)는 격벽을 형성하는 무기 격벽 분말을 결합시키는 역할과 점도를 조절하는 역할을 하며, 다관능성 단량체 또는 소중합체와 혼화성이 좋고 스크린 인쇄 공정시 기포발생을 막아주며 고정세의 패턴 형성에 적합한 고분자들이 사용될 수 있다. 바람직하게, 바인더 고분자로는 셀룰로오즈(cellulose)계, 아크릴레이트(acrylate)계 등의 물질을 사용할 수 있으며, 셀룰로오즈계 바인더 고분자로는 히드록시에틸 셀룰로오즈(Hydroxyethyl cellulose), 히드록시프로필 셀룰로오즈(Hydroxypropyl cellulose), 히록시에틸히드록시프로필 셀룰로오즈(Hydroxyethylhydroxypropyl cellulose) 등의 셀룰로오즈 유도체들로 이루어진 그룹으로부터 선택된 것이 사용될 수 있다. 이들 셀룰로오즈 유도체들은 무기 격벽 분말과의 혼화성과 젖음성이 우수하여 유전체가 도포된 유리기판에 대해 우수한 도포 특성을 나타내어 균일한 격벽 형성을 가능하게 하며, 격벽 형성의 마지막 소성 단계에서 대략 480℃ 정도의 낮은 온도에서의 소성을 가능하게 한다. 그리고, 아크릴레이트계 바인더 고분자로는 메틸메타크릴레이트(Methymethacrylate)와 메타크릴릭에시드(Methacrylic acid)의 공중합체(분자량 5,000∼20,000) 등이 사용될 수 있다. 한편, 바인더 고분자로서 셀룰로오즈 유도체들만을 사용하였을 경우 유전체가 도포된 유리기판과의 접착력 감소로 인해 현상공정 중 격벽 패턴이 쉽게 탈락되는 현상이 발생할 수 되는데, 아크릴레이트계 바인더 고분자는 이러한 단점을 보완해 줄 수 있다.

또한, 다관능성 단량체 또는 소중합체는 한 분자 내에 둘 이상의 이중결합을 가지며, 노광에 의해 광개시제로부터 생성된 자유 라디칼(free radical)과 반응하여 가교된 중합체를 형성함으로써 현상액에 녹지 않도록 하는 작용을 한다. 다관능성 단량체로는 에틸렌글리콜 디아크릴레이트(Ethyleneglycol diacrylate), 에틸렌글리콜 디메타크릴레이트(Ethyleneglycol dimethacrylate), 디에틸렌글리콜 디아크릴레이트(Diethyleneglycol diacrylate), 메틸렌글리콜 비스아크릴레이트(Methylene bisacrylate), 프로필렌 디아크릴레이트(Propylene diacrylate), 1,2,4-부탄트리올트리아크릴레이트(1,2,4-butanetriol triacrylate), 1,4-벤젠디올디아크릴레이트(1,4-benzenediol diacrylate), 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트(Trimethylol triacrylate), 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트(Trimethylol trimethacrylate), 펜타에리쓰리톨 테트라아크릴레이트(Pentaerythritol tetraacrylate), 펜타에리쓰리톨 테트라메타크릴레이트(Pentaerythritol tetramethacrylate), 디펜타에리쓰리톨 헥사아크릴레이트(Dipentaerythritol hexaacrylate), 디펜타에리쓰리톨 헥사메타크릴레이트(Dipentaerythritol hexamethacrylate) 중에서 선택된 것이 사용될 수 있으며, 다관능성 소중합체로는 멜라민 아크릴레이트(Melamine acrylate), 에폭시 아크릴레이트(Epoxy acrylate), 우레탄 아크릴레이트(Urethane acrylate), 폴리에스터 아크릴레이트(Polyester acrylate), 분자량 200∼500의 폴리에틸렌글리콜 비스아크릴레이트(Polyethylene glycol bisacrylate), 분자량 200∼500의 폴리프로필렌글리콜 비스메타크릴레이트(Polypropylene glycol bismethacrylate) 중 선택된 것이 사용될 수 있다. 한편, 다관능성 단량체와 다관능성 소중합체는 선택적으로 하나만을 사용할 수 있으나, 이들을 함께 사용하면 다관능성 단량체를 단독으로 사용하는 경우에 비해 기판과의 접착력을 증대시킬 수 있는 장점이 있다. 참고적으로, 다관능성 단량체를 단독으로 사용하는 경우, 유전체가 도포된 유리기판에 대한 접착력이 감소하여 현상시 공정 마진을 좌우하는 TTC(Time To Clear)가 짧아질 우려가 있다.

또한, 글래스 프리트 및 블랙 안료 분말과 함께 격벽을 구성하는 세라믹 분말로는 Al₂O₃, CaO, Cr₂O₃, CuO, Fe₂O₃, K₂O, MnO, Na₂O, NiO, PbO, SiO₂, SnO₂, ZnO, ZrO₂, B₂O₃, TiO₂중에서 선택된 적어도 하나의 무기물이 사용될 수 있다.

또한, 광개시제는 노광원(예컨대, UV)에 노출시 분해되어 자유 라디칼을 형성하는 광감제의 일종으로서, 노광원의 파장대(UV의 경우, 200∼400㎚)에서 우수한 광반응을 나타낼 수 있는 광개시제라면 어떤 것이나 사용될 수 있다. 예컨대, 2,2-디메톡시-2-페닐아세토페논(2,4-dimethoxy-2-phenyl acetophenone, DMPA)을 단독으로 또는 2종 이상 다른 광개시제들과 혼합한 혼합광개시제를 사용할 수 있다. 혼합광개시제를 사용할 경우, 여러 파장 영역에서 가교능력을 나타낼 수 있으므로 우수한 격벽 패턴을 얻을 수 있다.

첨가제로는 노광원에 대한 감광성 격벽 페이스트의 광반응 특성을 향상시키기 위하여 광증감제를 적정량 사용할 수 있으며, 노광원에 대한 감광성 격벽 페이스트의 과다 광반응을 막기 위해 중합금지제를 적정량 사용할 수 있으며, 노광원의 침투를 용이하게 하기 위해 분산제를 사용할 수 있다. 이외에도 인쇄 특성을 개선하기 위해 실리콘계의 소포제, 점증제, 산화방지제 등 다양한 첨가제들이 사용될 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 나노 크기의 퓸드 실리카 입자로 표면 처리된 감광성 격벽 페이스트를 사용한 PDP의 격벽 형성 공정을 살펴본다.

우선, 스크린 인쇄기(screen printer)를 사용하여 유전체(도시되지 않음)가 형성된 유리기판 상에 감광성 격벽 페이스트를 7∼10회 전면 도포하여 150∼250㎛ 두께의 필름을 형성하고, 50∼130℃에서 5∼30분 동안 건조를 수행한다. 감광성 격벽 페이스트의 도포 공정은 도포기(Coater)를 사용하여 수행할 수 있다.

다음으로, 원하는 격벽 패턴이 그려진 포토마스크를 사용하여 감광성 격벽 페이스트에 대한 노광을 실시한다. 이때, 노광원으로는 고압 수은 램프에서 발생되는 자외선(UV)을 사용하는 것이 바람직하며, 200∼1000 mJ/㎠의 노광에너지를 사용하는 것이 바람직하다.

이어서, 현상 공정을 실시하여 비노광 영역의 감광성 격벽 페이스트를 선택적으로 제거하고, 소정 공정을 실시한다. 이때, 현상 용매로는 0.3∼2wt% Na₂CO₃알칼리 수용액을 사용하며, 1∼3분 동안 현상 용매를 분무하는 방식을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 소성 공정은 10℃/분의 승온 속도로 450∼600℃ 까지 승온시킨 후, 450∼600℃에서 20∼30분간 등온 소성하는 것이 바람직하다. 이러한 소성 공정을 통하여 격벽 패턴 내에 포함된 바인더 고분자와 가교된 관능성 단량체를 열분해하여 제거함으로서 실리카 나노 입자가 혼합된 그라스 프리트와 세라믹 분말 및 블랙 안료로 구성된 무기물 격벽 패턴을 얻을 수 있다.

전술한 본 발명의 감광성 격벽 페이스트를 사용하면 200㎛ 이상의 페이스트를 1회의 노광을 통해 충분히 노광할 수 있게 되므로, 격벽 형성 공정 시간을 단축할 수 있게 된다. 한편, 본 발명의 감광성 격벽 페이스트는 통상적인 PbO-SiO₂-B₂O ₃계 글래스 프리트를 사용하기 때문에 PbO에 의한 페이스트 소성 온도 저하 효과를 유지할 수 있다.

전술한 본 발명의 감광성 격벽 페이스트의 조성비는 수많은 실험을 통해 최적화된 값이며, 그 중 의미 있는 일부 실험 데이터를 다음과 같이 소개한다.

하기의 표 1은 실험예 1 및 2에 적용된 감광성 격벽 페이스트의 조성을 나타낸 것이다.

	실험예 1(단위: g)	실험예 2(단위: g)
아크릴계 바인더	3.000	3.000
용매	4.500	4.500
셀룰로오즈계 바인더	0.750	0.750
용매	3.000	3.000
다관능성 단량체	3.000	3.000
다관능성 소중합체	3.000	3.000
광개시제	2.280	2.280
광증감제	1.254	1.254
중합금지제	0.024	0.024
분산제	0.156	0.156
글래스 프리트	26.500	26.500
TiO₂	1.500	1.500
Al₂O₃	4.614	4.614
블랙 안료 분말	0.062	0.062
나노 퓸드 실리카 입자	-	0.326
합계	53.640	53.966
소성 후 격벽 두께	90 ㎛	130 ㎛

상기 표 1에 나타낸 실험예 1은 나노 크기의 퓸드 실리카 입자를 포함하지 않은 통상의 감광성 격벽 페이스트를 사용한 경우이며, 비교예 2는 나노 크기의 퓸드 실리카 입자를 격벽 분말에 표면 처리를 하지 않고 단순히 혼합한 경우를 나타낸다. 그리고, 실험예 1과 실험예 2에서 퓸드 실리카 입자의 조성비를 제외한 나머지 유기물 및 무기물의 조성은 각각 동일하게 적용하였다. 실험예 1과 실험예 2에 나타낸 조성으로 제조된 감광성 격벽 페이스트를 유전체가 도포된 유리기판 상에 스크린 인쇄기를 사용하여 220㎛의 두께로 인쇄하고 건조시킨 다음, 포토마스크를 사용하여 6.8㎽/㎠의 광세기를 갖는 자외선(UV) 사용하여 30∼150초 동안 1회 노광하였다.

하기의 표 2는 다양한 노광량에 따른 실험예 1 및 실험예 2에 의해 형성된 격벽 패턴의 상태를 나타낸 것이다.

노광량(단위: mJ/㎠)	소성 전 페이스트 높이 (단위: ㎛)	실험예 1	실험예 2	소성 후격벽 폭(단위: ㎛)
300	220	패턴 탈락 발생	패턴 탈락 발생	-
500	220	패턴 탈락 발생	패턴 탈락 발생	78
700	220	패턴 탈락 발생	비노광부위 얼룩 발생(탈락 발생 없음)	80
900	220	패턴 탈락 발생	비노광부위 얼룩 발생(탈락 발생 없음)	83
1100	220	패턴 탈락 발생	비노광부위 얼룩 발생(탈락 발생 없음)	85
1300	220	패턴 탈락 발생	비노광부위 얼룩 발생(탈락 발생 없음)	86

상기 표 2를 참조하면, 실험예 1의 경우, 노광량에 관계없이 220㎛ 두께의 격벽 페이스트에 대한 현상 공정시 격벽 패턴의 탈락 현상이 발생하였으며, 표 2에 나타나진 않았으나, 페이스트의 두께가 160㎛ 이하인 경우에 비로소 격벽 패턴이 탈락 없이 형성되었다. 이는 PbO가 주성분인 무기 격벽 분말에 의한 노광원의 산란으로 인해 광침투가 용이하지 않음에 따라 1회의 노광으로 160㎛ 이상의 두께를 가지는 페이스트에 대한 충분한 노광을 수행할 수 없는데 기인한 것이며, 페이스트의 두께가 160㎛ 이하인 경우에는 소성 후 격벽 높이가 90㎛를 넘기 힘든 한계가 있다.

그리고, 실험예 2의 경우에는 노광량이 500mJ/㎠ 이하인 경우에만 격벽 패턴의 탈락 현상이 발생하였을 뿐, 그 이상의 노광량에서는 현상 공정 중 격벽의 탈락이 발생하지 않았으나 현상 후 노광된 부분에 감광액의 비균일한 분포에 기인한 격벽 높이의 차이로 형성된 격벽 전체 패턴에 얼룩이 다량 발생하였다. 이는 나노 크기의 퓸드 실리카 입자들이 무기 격벽 분말 표면에 균일하게 분포되지 않고 몰려있어 다관능성 단량체 및 소량체, 감광제, 개시제 등과 응집을 일으켜 노광시 가교결합이 과도하게 진행된 것에 기인한다.

하기의 표 3은 본 발명에 따라 나노 크기의 퓸드 실리카 입자로 표면 처리된 무기 격벽 분말의 조성을 나타낸 것이다.

	실험예 3(단위: g)
글래스 프리트	26.500
TiO₂	1.500
Al₂O₃	4.614
블랙 안료 분말	0.062
나노 실리카 분말	0.326
합 계	53.643

상기 표 3의 조성을 이용하여 상기 도 2에 도시된 공정을 통해 나노 크기의 퓸드 실리카 입자로 표면 처리된 무기 격벽 분말을 제조하였다.

도 4a는 일반적인 무기 격벽 분말의 전자현미경 사진이며, 도 4b는 본 발명에 따라 나노 크기의 퓸드 실리카 입자로 표면 처리된 무기 격벽 분말의 전자현미경 사진이다. 도 4a와 도 4b를 비교하면, 본 발명에 따라 나노 크기의 퓸드 실리카 입자들이 약 2∼5㎛의 평균입경을 가지는 무기 격벽 분말의 표면에 결합되어 있는 상태를 확인할 수 있다.

하기의 표 4는 상기 실험예 3에 따라 제조된 나노 크기의 퓸드 실리카 입자로 표면 처리된 무기 격벽 분말을 사용하여 제조된 감광성 격벽 페이스트의 조성비를 나타낸 것이다.

	실험예 4(단위: g)
아크릴계 바인더	3.000
용매	4.500
셀룰로오즈계 바인더	0.750
용매	3.000
다관능성 단량체	3.000
다관능성 소중합체	3.000
광개시제	2.280
광증감제	1.254
중합금지제	0.024
분산제	0.156
나노 크기의 퓸드 실리카 입자로 표면 처리된 무기 격벽 분말	33.002
합계	53.643
소성 후 격벽 두께	120∼140

상기 표 4에 나타낸 조성을 가지는 감광성 격벽 페이스트를 상기 실험예 1 및 2와 동일한 조건으로 도포, 노광(1회) 및 현상을 실시하였다. 건조 후 관찰된 격벽 패턴은 실험예 2에서 보다 낮은 노광량, 즉 300mJ/㎠ 이하의 노광량을 사용한 경우에만 국소적인 격벽 패턴의 탈락 현상이 발생하였을 뿐, 그 이상의 노광량에서는 현상 공정 중 격벽의 탈락이 없을 뿐만 아니라 얼룩 발생이 전혀 없이 전체적으로 균일한 격벽 패턴이 얻어졌다. 또한, 최고온도 560℃에 이르는 소성 과정으로 소성을 수행하여 무기물 성분만으로 구성된 격벽의 패턴을 광학현미경으로 조사한 바, 120㎛ 이상의 높이를 가지며 평균 높이 대비 1% 이내의 편차로 균일한 격벽을 수득할 수 있었다. 이는 불투명한 무기 격벽 분말의 표면에 나노 크기의 퓸드 실리카 입자가 견고하게 결합되어 노광원이 침투할 수 있는 채널을 형성해 줌으로써 감광성 격벽 페이스트의 노광 효율을 높인 결과이며, 단순히 나노 크기의 퓸드 실리카 입자를 혼합한 경우(실험예 2)와 달리 퓸드 실리카 입자가 격벽 분말 표면에 균일하게 부착되어 있으므로 격벽 패턴의 얼룩 발생을 방지할 수 있었다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

예컨대, 전술한 실시예에서는 노광원으로 자외선(UV)을 사용하는 경우를 일례로 들어 설명하였으나, 감광성 격벽 페이스트에 포함된 광개시제를 변경하여 다른 파장대의 노광원을 사용하는 경우에도 본 발명은 적용된다.

전술한 본 발명은 PDP의 격벽 패턴을 사진식각법으로 형성함에 있어서 소성 온도가 450∼600℃ 범위로 낮은 PbO계 격벽 분말 혼합물에 나노 크기(5∼500nm)의 실리카 입자를 표면 처리한 다음 감광성 격벽 페이스트를 제조함으로서 소성 후 높이 120㎛에 달하는 격벽 패턴을 1회 노광, 현상 및 소성 공정을 통해 얻을 수 있으므로 PDP의 격벽 형성 공정을 단순화하고 공정 시간을 단축하는 효과를 기대할 수 있다.

도 1은 면방전형 AC PDP의 단면도.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무기 격벽 분말 제조 과정을 도시한 흐름도.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 감광성 격벽 페이스트 제조 과정을 도시한 흐름도.

도 4a는 일반적인 무기 격벽 분말의 전자현미경 사진.

도 4b는 본 발명에 따라 퓸드 실리카 입자로 표면 처리된 무기 격벽 분말의 전자현미경 사진.

Claims

다관능성 단량체, 다관능성 소중합체 중 선택된 적어도 하나의 물질 8∼20중량%와, 바인더 고분자 5∼20중량%와, 용제 10∼23중량%와, 광개시제 1∼2중량%와, 퓸드 실리카 입자로 표면 처리된 무기 격벽 분말 60∼80중량%를 포함하는 감광성 격벽 페이스트 조성물.
제1항에 있어서,

광증감제, 중합금지제, 분산제, 실리콘계의 소포제, 점증제, 산화방지제 중 선택된 적어도 어느 하나의 첨가제 0.5∼5중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 감광성 격벽 페이스트 조성물.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 무기 격벽 분말은 글래스 프리트 40∼60중량%와, 세라믹 파우더 10∼25중량%와, 상기 퓸드 실리카 입자 0.1∼1중량%(이하, 전체 조성물 대비)를 포함하는 것을 특징으로 하는 감광성 격벽 페이스트 조성물.
제3항에 있어서,

상기 무기 격벽 분말은 블랙 안료 0.05∼0.1중량%(전체 조성물 대비)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 감광성 격벽 페이스트 조성물.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 무기 격벽 분말은 평균입경 2∼5㎛이며, 상기 퓸드 실리카 입자는 평균입경 5∼500nm인 것을 특징으로 하는 감광성 격벽 페이스트 조성물.
감광성 격벽 페이스트 조성물 제조방법에 있어서,

글래스 프리트와 세라믹 파우더를 포함하며, 퓸드 실리카 입자가 표면 처리된 무기 격벽 분말을 형성하는 단계;

다관능성 단량체, 다관능성 소중합체 중 선택된 적어도 하나의 물질과, 광개시제와, 첨가제와, 바인더 고분자와, 용매를 포함하는 감광성 용액을 형성하는 단계; 및

상기 퓸드 실리카 입자가 표면 처리된 상기 무기 격벽 분말과 상기 감광성 용액을 혼합 및 분산하는 단계

를 포함하는 감광성 격벽 페이스트 조성물 제조방법.
제6항에 있어서,

상기 퓸드 실리카 입자가 표면 처리된 상기 무기 격벽 분말을 형성하는 단계는,

상기 글래스 프리트, 상기 세라믹 파우더를 포함하는 상기 무기 격벽 분말과 상기 퓸드 실리카 입자를 볼밀(ball mill)을 사용하여 상온에서 10∼60분 동안 혼합 및 분쇄하는 단계;

상기 퓸드 실리카 입자와 혼합 및 분쇄된 상기 무기 격벽 분말을 100∼150℃에서 10∼30분 동안 베이크하는 단계;

베이크된 상기 무기 격벽 분말을 볼밀을 사용하여 상온에서 10∼30분 동안 다시 혼합 및 분쇄하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 감광성 격벽 페이스트 조성물 제조방법.
제6항에 있어서,

상기 감광성 용액을 형성하는 단계는,

상기 바인더 고분자와 상기 용매를 혼합 및 용해시키는 단계와,

상기 다관능성 단량체, 다관능성 소중합체 중 선택된 하나 이상의 물질, 상기 광개시제, 상기 첨가제를 상기 용매와 혼합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 감광성 격벽 페이스트 조성물 제조방법.
제6항에 있어서,

상기 퓸드 실리카 입자가 표면 처리된 상기 무기 격벽 분말과 상기 감광성 용액을 혼합 및 분산하기 위하여 3본밀(3 roller mill)을 사용하는 것을 특징으로 하는 감광성 격벽 페이스트 조성물 제조방법.
제6항 또는 제7항에 있어서,

상기 무기 격벽 분말은 평균입경 2∼5㎛이며, 상기 퓸드 실리카 입자는 평균입경 5∼500㎚인 것을 특징으로 하는 감광성 격벽 페이스트 조성물 제조방법.
제1항의 감광성 격벽 페이스트 조성물을 사용한 플라즈마 디스플레이 패널의 격벽 형성방법에 있어서,

유전체가 도포된 배면기판 상에 상기 감광성 격벽 페이스트 조성물을 150∼250㎛의 두께로 도포하는 단계;

상기 감광성 격벽 페이스트 조성물을 50∼130℃의 온도에서 5∼30분 동안 건조하는 단계;

격벽 형성용 포토마스크를 사용하여 상기 감광성 격벽 페이스트 조성물을 노광하는 단계;

상기 감광성 격벽 페이스트 조성물을 현상하여 격벽 패턴을 형성하는 단계; 및

상기 격벽 패턴을 450∼600℃의 온도에서 20∼30분 동안 등온 소성하는 단계

를 포함하는 플라즈마 디스플레이 패널의 격벽 형성방법.