KR100510005B1 - 유전체 보호층의 흡습 차단방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디스플레이 소자 등에 많이 사용되는 유전체 보호층의 흡습 차단방법에 관한 것으로, 본 발명의 방법에 따라, 기판에 유전체 층 및 유전체 보호층을 형성한 후 대기에 노출시키지 않은 상태로 상기 유전체 보호층 위에 친수성 반응기와 소수성 작용기를 가진 양쪽성(amphiphilic) 분자층을 흡습방지층으로 형성함으로써, 기존의 유전체 보호층의 흡습에 의한 문제점을 근본적으로 해결하면서 기존의 공정을 그대로 승계할 수 있어 소자의 물성 개선과 더불어 생산성을 크게 향상시킬 수 있다.

Description

유전체 보호층의 흡습 차단방법{METHOD FOR BLOCKING MOISTURE-ABSORPTION OF PROTECTIVE LAYER FOR DIELECTRIC LAYER}

본 발명은 디스플레이 소자에 많이 사용되는 유전체층 보호층의 흡습 현상을 방지하는 방법에 관한 것이다.

PDP(plasma display panel)와 같은 디스플레이 소자는 통상 유리 기판에 전극 및 유전체 막을 형성한 후 MgO 또는 다른 금속이 도핑된 MgO층을 유전체 보호막으로서 코팅함으로써 방전 셀에서 방전 전압을 낮추고 플라즈마에 의한 전극의 식각을 막고 있다. 이 MgO 보호막은 2차 전자 방출계수가 높아서 방전 셀 내에 방전 특성을 향상시켜 방전 전압을 낮출 수 있고 물리적으로 매우 안정적인 상이어서 플라즈마에 의한 식각을 억제할 수 있다.

MgO 보호막은 빛에 대한 투과도가 좋기 때문에 일찍부터 PDP에서 전극의 보호막으로 사용되어 왔는데, 화학적으로 매우 불안정하여 수분과 쉽게 반응하며 상온에서도 Mg(OH)₂를 생성하는 단점이 있다. MgO 보호막의 표면에 형성된 이 Mg(OH)₂는 방전 셀에서 2차 전자 방출계수를 낮추어 방전 전압을 증가시키고, MgO 보호막이 수화될 때 MgO 보호막 내에 많은 결함이 생성되어 MgO 보호막의 내구성이 떨어지게 된다. 또한, 수화 상태의 Mg(OH)₂는 투과도가 떨어져 PDP의 휘도를 저하시키게 된다.

이 같은 이유로 PDP 제조 공정시 통상, 코팅된 MgO 보호막의 수분을 제거하기 위하여 불활성 분위기의 오븐(oven)에서 기판을 300℃ 이상으로 가열하여 장시간 유지시킴으로써 Mg(OH)₂층을 분해하여 MgO층으로 재생시킨 다음 PDP의 봉합을 수행한다. 그러나 이 공정은 온도 변화에 취약한 유리를 고온에서 장시간 유지해야하기 때문에 유리 전체에 균일한 온도가 유지될 수 있도록 오븐이 고안되어야 하고 처리시간이 길며 온도를 올리거나 내릴 때 매우 천천히 유지해야 하므로 PDP 생산성의 큰 장애 공정으로 인식되어 오고 있다.

이를 극복하기 위한 방법으로서, MgO 보호막의 치밀도를 높여서 수분과의 반응성을 줄이기 위하여 여러 가지 증착 방법의 개선을 통한 연구와 MgO를 대체할 새로운 물질 개발 노력이 진행되어 왔으나 아직 만족할 만한 수준에는 도달하지 못하고 있다 (논문[J.H. Lee, et al., "The influences of film density on hydration of MgO protective layer in plasma display panel", IMID '02 Digest, pp228-231]; 논문[M.O. Aboelfotoh, et al., J. Appl. Phys., Vol. 48(7), p2910 (1977); 논문[H. Uchiike, et al., SID 91 Digest, p444 (1991)]; 대한민국 특허 공개 제 2000-0044655 호; 제 2001-0097793 호; 제 2002-0070755 호; 제 2002-0080749 호; 제 2002-0093169 호; 및 제 2002-0096852 호 참조).

따라서, 본 발명은 PDP와 같은 디스플레이 소자 제조시 사용되는 유전체 보호층의 흡습 현상을 차단할 수 있는 방법을 개발하고자 한 것으로서, 본 발명은 유전체 보호층 위에 특정의 방법으로 흡습방지층을 제공하여 보호막의 흡습에 의한 문제점을 근본적으로 해결하면서 기존의 공정을 그대로 승계할 수 있도록 하여, 소자의 물성을 향상시키고 생산성을 증대시킬 수 있는 방법을 제공하는데에 그 목적이 있다.

상기 기술적 과제를 이루기 위하여, 본 발명은 기판에 유전체 층 및 유전체 보호층을 형성한 후 대기에 노출시키지 않은 상태로 상기 유전체 보호층 위에 친수성 반응기와 소수성 작용기를 가진 분자층을 흡습방지층으로서 형성하는 것을 특징으로 하는, 유전체 보호층의 흡습 차단 방법을 제공한다.

이하에서 본 발명에 관해 보다 상세하게 설명한다.

본 발명은 PDP와 같은 디스플레이 소자에 사용되는 유전체 보호층이 공기중의 수분과 반응하여 수화되는 현상을 방지하기 위해 유전체 보호층 위에 친수성 반응기와 소수성 작용기를 가진 물질을 코팅하여 흡습방지층을 형성함을 특징으로 한다. 상기 친수성 반응기는 유전체 보호층에 결합되고 상기 소수성 작용기는 외부로 노출되어 수분이 흡수되는 것을 차단하게 된다.

본 발명에 따르면 상기 흡습방지층에 사용되는 물질로서 자기조립용 화합물을 이용하여 자기조립단분자층(self-assembled monolayer, SAM)을 형성하는 것이 바람직하다. 흡습 방지 특성을 가지고 있는 SAM은, 계면활성제 분자들이 고체 표면에서의 분자 자기조립 현상을 통하여 주어진 기질의 표면에 만들어진 일정하게 정렬된 단분자막으로서, 이 계면활성제 분자들은 유전체 보호층에 결합되는 반응기와 SAM의 성질을 결정하는 작용기, 그리고 긴 알칸 사슬로 이루어져 있으며, 특히 PDP용으로 사용되는 MgO 보호막의 경우는 MgO 표면에 대해 실란(silane) 반응기를 가진 분자들을 이용하여 SAM을 제조할 수 있다.

상기 실란기 함유 SAM 분자의 예로는 CH₃(CH₂)_nSiCl₃, CH₃ (CH₂)_nSi(OCH₃)₃, CH₃(CH₂)_nSi(OCH₂CH₃)₃, CH₃(CH ₂)_nSi[OCH(CH₃)₂]₃, CF₃(CF₂) _nSiCl₃, CF₃(CF₂)_nSi(OCH₃)₃, CF₃(CF₂)_nSi(OCH₂CH₃)₃, CF₃(CF ₂)_nSi[OCH(CH₃)₂]₃ 등이 있다.

상기 흡습방지층은 기판에 유전체층 보호막을 코팅한 후 공기에 노출시키지 않은 채 동일한 챔버 내에서 코팅하거나 연속적으로 밸브를 통하여 분리된 다른 챔버에서 코팅할 수 있으며, 흡습 방지층의 코팅은 통상의 침지, 분사, 기상 증착 등의 방법에 의해 수행될 수 있다.

상기 침지법은 코팅하고자 하는 물질을 수분이 포함되지 않은 용액 상태로 만들어 이 용액이 함유된 용기에 유전체층 보호막이 코팅된 유리 기판을 침지하는 방법이고, 상기 분사법은 흡습 방지층으로 코팅하고자 하는 물질의 용액을 상기 기판의 유전체층 보호막 위에 분사하는 방법이고, 상기 기상 증착법은 증착 챔버 내의 압력을 저압으로 낮추거나 불활성 분위기의 대기압 상태에서 코팅 물질을 가열함으로써 코팅하고자 하는 물질을 증발시켜 기상으로 코팅하는 방법이다.

상기 흡습방지층 물질은 PDP와 같은 디스플레이 소자에 이용시 소자가 작동할 때 플라즈마와 반응하여 분해되거나 다른 물질로 재합성될 수도 있으며, 특히 다른 물질로 재합성되는 경우에는 디스플레이 소자의 방전 특성이나 상하판 봉합 특성을 저하시킬 수 있으므로, 이 흡습방지층은 상하판 봉합 공정 직전 또는 도중에 UV 조사, 대기압 플라즈마 발생 또는 기판 가열 공정 등을 사용하여 간단히 제거할 수 있다. 상기 흡습방지층 제거로 표면 활성화가 일어나 상하판 봉합 공정에서 높은 밀착력을 갖게 하는 효과를 제공할 수도 있다.

하기 실시예 및 비교예를 통해 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 하되, 본 발명이 하기 실시예로만 한정되는 것은 아니다.

실시예

PDP용 유리 기판에 PDP에서 유전체 보호막으로 사용되는 MgO층을 전자빔 증발법에 의해 코팅하였다. MgO 보호막 코팅 조건은, MgO 공급원으로서 단결정을 사용하였으며, 기본 압력은 1.0×10^-5 Torr 이하, 작업 압력은 1.0∼2.0×10^-4 Torr 였고, 유리 기판 온도는 80∼120℃였다. 이때의 증착속도는 45∼50 nm/min, 증착된 MgO 층의 두께는 650∼750 nm 였다.

MgO막을 코팅한 직후의 물에 대한 접촉각을 측정하기 위해 접촉각 측정장치(모델 Phoenix 300, 에스이오사 제품)로 촬영하였으며, 그 결과를 도 1에 나타내었다.

이 시편을, 이어서, 다양한 자기조립용 물질을 포함한 용액에 담가 SAM을 코팅한 후 물에 대한 접촉각을 측정하였다. SAM 코팅은 침지법을 사용하였으며 실험 절차는 다음과 같았다: OTS(옥타데실트리클로로실란, CH ₃ C ₁₇ H ₃₄ SiCl ₃ ) 0.05ml를 CCl ₄ 15ml와 C ₁₆ H ₃₄ 35ml의 혼합용액에 용해시켜 만든 용액에 MgO 박막이 코팅된 시료를 침전시켜 1시간 유지 후 꺼내서 용제인 클로로포름으로 여분의 SAM 코팅층을 제거한 후 탈이온수로 용제를 깨끗하게 세척한 후 접촉각을 측정하였다. 상기 접촉각 측정 결과는 도 2에 나타내었다.

MgO 보호막 위에 SAM 코팅된 상기 시편을 다시 대기압 플라즈마를 사용하여 SAM을 제거한 후 물에 대한 접촉각을 측정하였으며, 그 결과를 도 3에 나타내었다.

도 1, 도 2 및 도 3을 비교해보면, 도 1에서와 같이, MgO층이 코팅된 기판은 약 40°의 접촉각을 보이고 있으나 본 발명에 따라 흡습방지층을 MgO층 위에 코팅한 후에는 물에 대한 접촉각이 도 2에서와 같이 110°이상으로 증가하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 이 흡습방지층을 제거하기 위하여 대기압 플라즈마에 조사한 후 물에 대한 접촉각을 측정한 결과 도 3에서와 같이 20°이하로 감소하는데, 이는 표면의 흡습방지층인 SAM이 제거되었음과 더불어 표면이 매우 활성화되었음을 의미하며 높은 표면에너지를 나타내고 있다. 이러한 높은 표면에너지 상태는 후속 공정인 봉합 공정에서 접합 부위의 높은 밀착력을 갖게 해 줄 수 있다.

MgO 박막 증착 후 처리가 안된 시편의 표면과 MgO 박막 상에 SAM이 코팅된 표면의 상태 비교를 위해 XPS를 사용하여 각각의 표면 상태를 측정하였다. 실험 방법은 다음과 같다.

표 1에 나타낸 바와 같이, SAM 코팅 조건은 구체적으로, MgO/Si 기판의 전처리를 위해, MgO/Si 기판을, SAM(self-assembled monolayer : 자기 조립 단분자막)를 증착시킬 수 있는 반응기에 옮겨 펌핑을 시작하여 기본 압력을 얻은 후 MgO 박막을 클리닝(cleaning)하기 위해 300∼600℃의 온도에서 30분동안 아닐링(annealing) 하였으며, XPS(X-ray Photoelectron spectroscopy : VG microtech 2000)를 통해 클리닝이 잘 되었는지 확인하였다. X-ray 공급원으로는 Mg 양극(anode)을 사용하였으며, 결합에너지 등급(binding energy scale)은 C_1s peak (284.6eV)를 기준으로 전체 데이타를 보정해주었다. 상기와 같이 전처리 과정을 거친 기판에 대해 기판의 온도가 25∼400℃ 정도에서 표 1의 반응 조건에 따라 SAM를 증착시켰다.

기판	MgO/ Si
아닐링 전처리 조건 (온도, 시간, 기본 압력)	300∼600℃, 30min, 5.0×10-10torr
SAM 코팅 조건(작업 압력, 증착 온도 및 공급원 물질)	1.0×10-5torr, 25∼400℃, 알콕시실란CH3(CH2)7Si(OCH3)3

한편, 상기에서 MgO 증착된 기판과 그 위에 추가로 SAM 증착된 기판을 공기 중에 1 ∼ 72시간 방치할 경우 표면특성의 변화를 XPS를 통해 분석하였다. SAM 증착 조건은 표 1과 같다. 구체적으로, MgO층을 코팅한 후 흡습방지층을 코팅하고 일정시간 동안 공기 중에 방치한 후 (1시간, 10시간, 1일, 2일, 3일) MgO층의 수화현상을 XPS를 통하여 분석하였으며, 비교를 위하여 MgO층에 흡습방지층을 코팅하지 않은 시편에 대해서도 같은 시간 동안 XPS를 분석하였다. MgO 보호막을 공기 중에서 방치한 경우 탄소에 대한 XPS 피크는 도 4에, 산소 피크에 대한 변화는 도 5에 나타내었으며, MgO 보호막에 SAM을 코팅한 후 공기 중에 노출시킨 경우의 탄소에 대한 XPS 피크의 시간에 따른 변화는 도 6에, 산소 피크에 대한 시간에 따른 변화는 도 7에 나타내었다. 상기 XPS 결과를 요약하여 도 8에 나타내었다.

도 8의 결과는, 흡습방지층을 코팅한 시료에서는 수 일동안 MgO층이 수화되지 않고 유지되고 있어 본 발명에 따라 MgO 보호막에 SAM을 코팅하였을 때 흡습을 방지하는 효과를 확연히 보여주고 있다.

본 발명에 따르면, 유전체 보호층을 형성한 후 대기에 노출시키지 않은 상태로 상기 유전체 보호층 위에 친수성 반응기와 소수성 작용기를 가진 양쪽성(amphiphilic) 분자층을 흡습방지층으로 형성함으로써, 기존의 유전체 보호층의 흡습에 의한 문제점을 근본적으로 해결하면서 기존의 공정을 그대로 승계할 수 있어 유전체 보호층을 포함하는 디스플레이 소자의 물성 개선과 더불어 생산성을 크게 향상시킬 수 있다.

도 1은 PDP용 유리 기판에 MgO 층을 전자빔 증발법에 의해 증착한 직후 촬영한, 물에 대한 접촉각을 보여주는 사진이고,

도 2는 도 1의 시편을 자기조립용 화합물 용액에 침지하여 자기조립단분자층(SAM)을 코팅한 후에 촬영한, 물에 대한 접촉각을 보여주는 사진이고,

도 3은 도 2의 시편에서 다시 자기조립단분자층(SAM)을 제거한 후 촬영한, 물에 대한 접촉각을 보여주는 사진이고,

도 4 및 도 5는 각각, 기판위에 증착된 MgO 층을 공기 중에서 방치할 경우 시간 경과에 따른 탄소 함량 및 산소 함량의 변화에 대해 측정한 XPS 스펙트럼이고,

도 6 및 도 7은 각각, MgO 증착막 위에 SAM을 코팅한 후, 공기 중에 방치할 경우의 시간 경과에 따른 탄소 함량 및 산소 함량의 변화에 대해 측정한 XPS 스펙트럼이고,

도 8은 상기 도 5 및 도 7의 결과를 요약하여, 본 발명에 따라 MgO 보호막에 SAM을 코팅할 때의 수분 차단 효과를 보여주는 그래프이다.

Claims (10)

1. 디스플레이 기판에 유전체 층 및 유전체 보호층을 형성한 후 대기에 노출시키지 않은 상태로 상기 유전체 보호층 위에, 유전체 보호층에 결합되는 친수성 말단 작용기 및 외부에 노출되는 소수성 말단 작용기를 갖는 자기조립 단분자층(self-assembled monolayer)을 형성하는 것을 특징으로 하는, 유전체 보호층의 흡습 차단 방법.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 자기조립단분자층이 CH₃(CH₂)_nSiCl₃, CH₃(CH₂)_nSi(OCH₃)₃, CH₃(CH₂)_nSi(OCH₂CH₃)₃, CH₃(CH₂)_nSi[OCH(CH₃)₂]₃, CF₃(CF₂)_nSiCl₃, CF₃(CF₂)_nSi(OCH₃)₃, CF₃(CF₂)_nSi(OCH₂CH₃)₃, CF₃(CF₂)_nSi[OCH(CH₃)₂]₃ 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹 중에서 선택된 물질로 이루어짐을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 분자층 형성이 침지법, 분사법 또는 기상 증착법에 의해 수행됨을 특징으로 하는 방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   침지법이, 수분이 포함되지 않은 코팅 물질 용액에 유전체 보호층이 코팅된 유리 기판을 침지함으로써 수행됨을 특징으로 하는 방법.
6. 제 4 항에 있어서,

   상기 분사법이, 수분이 함유되지 않은 코팅 물질 용액을 유리 기판의 유전체 보호층 위에 분사함으로써 수행됨을 특징으로 하는 방법.
7. 제 4 항에 있어서,

   상기 기상 증착법이, 증착 챔버 내의 압력을 저압으로 낮추어 코팅할 물질을 증발시키거나 불활성 가스 분위기 상태에서 코팅할 물질을 가열 증발시켜 유리 기판의 유전체 보호층 위에 기상으로 코팅함으로써 수행됨을 특징으로 하는 방법.
8. 제 1 항에 있어서,

   유전체 보호층이 플라즈마 디스플레이 패널(PDP)용 MgO층임을 특징으로 하는 방법.
9. 제 8 항에 있어서,

   PDP 제조를 위한 배기봉합 공정 직전 또는 도중에, 흡습방지층으로 형성된 분자층을 제거하는 것을 추가로 포함함을 특징으로 하는 방법.
10. 제 9 항에 있어서,

    분자층을 제거하기 위해 UV 조사, 대기압 플라즈마 발생 또는 기판 가열을 이용함을 특징으로 하는 방법.