KR101077431B1 - Ｘ―선을 이용한 금속 전극패턴 제조방법, 그 방법에 의해 제조된 금속 전극패턴 및 이를 포함하는 플라즈마 디스플레이 패널 - Google Patents

Ｘ―선을 이용한 금속 전극패턴 제조방법, 그 방법에 의해 제조된 금속 전극패턴 및 이를 포함하는 플라즈마 디스플레이 패널 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플라즈마 디스플레이 패널용 금속 전극패턴을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 기판 상에 감광성 금속 페이스트를 코팅한 후 건조하여 도막을 형성하는 단계와, 상기 기판의 도막 상면에 소정의 패턴을 갖는 X-선 마스크를 정렬한 후 X-선을 조사하는 단계와, 상기 X-선이 조사된 도막을 현상하여 전극패턴을 형성하는 단계, 상기 현상된 전극패턴을 소성(firing)하여 소결된 전극패턴을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 X-선을 이용한 금속 전극패턴의 제조방법을 제공한다.
상기한 방법에 의해 제조된 금속 전극패턴은 플라즈마 디스플레이 패널에 유용하게 적용될 수 있다.
플라즈마 디스플레이 패널, 감광성 전극 페이스트, X-선, X-선 마스크

Description

Ｘ―선을 이용한 금속 전극패턴 제조방법, 그 방법에 의해 제조된 금속 전극패턴 및 이를 포함하는 플라즈마 디스플레이 패널{Fabrication method of metallic electrodes using X-ray lithography process, metallic electrodes by the method and plasma display panel including the same}
본 발명은 X-선을 이용한 금속 전극패턴 제조방법, 그 방법에 의해 제조된 금속 전극패턴 및 이를 포함하는 플라즈마 디스플레이 패널에 관한 것이다.
일반적으로 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, 이하 "PDP"라 칭함)은 상부기판과 하부기판 사이에 유지전극과 어드레스 전극을 매트릭스 형태로 형성하여, 상기 전극들 사이에서 방전을 일으키고, 여기서 발생한 자외선을 이용하여 형광체를 여기시킴으로써 화상을 구현하는 평판 디스플레이 장치이다.
도 1은 통상적인 교류 구동방식의 면방전형 플라즈마 디스플레이 패널을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이 어드레스 전극(3)이 내장된 하부 유리기판(1)상에 는 유전체(2)위에 방전 셀들을 분할하는 격벽(4)이 위치하고, 격벽(4)에 의해 분할된 공간의 표면에는 형광체(5)가 도포되어 있다. 상기 형광체(5)는 플라즈마 방전시 발생하는 자외선에 의해 발광하게 된다.
유지전극(8)이 내장된 상부 유리기판(9)에는 유전층(7)과 보호막(6)이 순차적으로 형성된다. 상기 유지전극(8)은 투과도를 고려하여 ITO (Indium Tin Oxide) 재질로 패턴을 형성하고, 전극의 가장자리에는 ITO의 높은 저항을 보상하기 위하여 주로 Ag의 버스전극이 형성된다. 상기 유전층(7)은 플라즈마 방전시 벽전하를 축적하며, 보호막(6)은 플라즈마 방전시 가스이온의 스퍼터링으로부터 유지전극(8)과 유전층(7)을 보호함과 아울러 2차 전자의 방출효율을 높이는 역할을 한다. 이러한 PDP의 방전셀들에는 400∼600 토르정도의 압력으로 He, Xe, Ne의 불활성 혼합가스가 봉입된다.
이때, 상판의 유지전극(8)의 저항을 보상하기 위한 버스전극과 하판의 어드레스 전극은 일반적으로 감광성 금속 페이스트(paste)를 이용한 포토리소그래피 공정을 이용하여 제작한다. 종래의 포토리소그래피 공정은 자외선을 조사하여 이루어지게 되는데, 자외선의 경우 투과율이 떨어짐에 따라 감광성 금속 페이스트의 상부면과 기판과 접촉하는 하부면에서의 자외선 흡수량의 차이가 발생하게 된다. 이 경우 금속페이스트의 하부면이 충분히 경화되지 않아 전극패턴이 기판으로부터 쉽게 떨어져 불량이 발생하는 문제점이 있다. 또한 하부면에서의 최적 경화조건이 이루어지도록 하기 위하여 충분한 자외선을 조사하는 경우 상부면에서 과도한 자외선 흡수가 일어나 과경화로 인한 표면의 크랙발생 등의 문제가 있다.
이에 본 발명은 포토리소그래피 공정에서 조사된 광이 기판상에 코팅된 감광성 금속 페이스트의 후막의 최후단까지 균일하게 도달할 수 있도록 한 금속 전극패턴 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한 본 발명은 상기 제조방법에 의해 제조된 금속 전극패턴을 제공하는데 다른 목적이 있다.
또한 본 발명은 상기 금속 전극패턴을 포함하는 플라즈마 디스플레이 패널을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 기판상에 감광성 금속 페이스트를 코팅한 후 건조하여 도막을 형성하는 단계와, 상기 기판의 도막 상면에 소정의 패턴을 갖는 X-선 마스크를 정렬한 후 X-선을 조사하는 단계와, 상기 X-선이 조사된 도막을 현상하여 전극패턴을 형성하는 단계, 상기 현상된 전극패턴을 소성(firing)하여 소결된 전극패턴을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 X-선을 이용한 금속 전극패턴의 제조방법을 제공한다.
상기 X-선은 0.01~10 ㎚의 파장 범위를 가지며, X-선의 조사는 전자 충격형 (x-ray tube) 또는 플라즈마형 또는 싱크로트론 이용하여 조사하는 것이 바람직하 다. 특히, 상기 X-선의 조사는 X-선 튜브를 이용하는 것이 바람직하며, 이때 다수개의 X-선 튜브를 이용하여 표면을 스캔하면서 대면적으로 X-선을 조사하도록 하는 것이 더욱 바람직하다. 아울러 상기 X-선의 조사량은 10 내지 1000mJ/㎤인 것이 바람직하다.
나아가, 상기 감광성 금속 페이스트는 도전성 금속분말로서 은(Ag), 금(Au), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni), 크롬(Cr) 및 은-팔라듐 합금(Ag-Pd)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한 상기 X-선 마스크는 투과막과 흡수체를 포함하여 이루어지며, 상기 흡수체는 금(Au), 텅스텐(W), 몰리브데늄(Mo), 탄탈륨(Ta), 납(Pb)을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 상기 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 금속 전극패턴을 제공한다.
본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 상기 금속 전극패턴을 포함함을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널을 제공한다.
본 발명에 따른 금속 전극패턴의 제조방법은 고투과력을 가진 X-선을 이용하여 기판상에 도포된 감광성 금속 페이스트의 리소그래피 공정을 진행함에 따라 기판과 접촉하는 하단까지 X-선이 균일하게 도달하여 불량발생 없이 기판 상에 금속 전극패턴을 형성할 수 있으며, 미세한 고정세의 금속 전극패턴의 제작이 가능하게 된다. 전자 충격형(x-ray tube), 플라즈마형 또는 싱크로트론을 X-선의 발생원으로서 이용 가능하다. 특히, 상기 X-선 튜브를 이용할 경우 다수개의 X-선 튜브 어레이 (array) 를 이용하여 표면을 스캔하면서 대면적에서도 X-선 리소그래피 공정에 의한 패턴형성이 용이하다는 이점이 있다.
이하 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 하나, 첨부된 도면은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로서, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명에 따른 금속 전극패턴 제조과정을 도시한 블록도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 금속 전극패턴 제조과정을 개략적으로 도시한 공정도이며, 도 4는 도 3에 적용되는 X-선 마스크의 단면도이다.
상기 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 금속 전극패턴의 제조방법은 기판(51)상에 감광성 금속 페이스트(52)를 코팅한 후 건조하여 도막을 형성하는 감광성 금속 페이스트(52) 코팅 및 건조단계와(S110), 상기 기판(51)의 도막 상면에 소정의 패턴을 갖는 X-선 마스크(53)를 정렬한 후 X-선(54)을 조사하는 X-선 마스크(53) 정렬 및 X-선 조사단계와(S120), 상기 X-선(54)이 조사된 도막을 현상하여 전극패턴을 형성하는 현상단계(S130) 및 상기 현상된 전극패턴을 소성(firing)하여 소결된 전극패턴을 형성하는 소성단계(S140 참조)를 포함하여 이루 어진다.
상기 감광성 금속 페이스트(52)는 당해분야에서 일반적으로 감광성 페이스트에 사용되는 것이라면 제한 없이 적용할 수 있다. X-선 리소그래피 공정에 적합한 상기 감광성 금속 페이스트(52)는 도전성 금속분말, 글라스 프릿(glass frit), 바인더, 감광성 모노머와 올리고머, 광 개시제, 용매 및 기타 첨가제를 포함한다.
글라스 프릿(glass frit)는 전극 패턴의 소성(firing 또는 sintering)과정에서 상기 전극패턴과 기판과의 접착강도를 향상시키기 위하여 사용한다. 글라스 프릿의 종류는 무연계와 유연계로 분류할 수 있다. PbO를 함유한 유연계 글라스 프릿은 저융점의 장점을 가지나, 유해물질로 폐기물 처리과정에서 문제점을 가진다.
본 발명에서는 무연계 글라스 프릿을 사용하는 것을 바람직한 예로 제공한다. 상기 글라스 프릿은 산화아연-산화규소계(ZnO-SiO2), 산화아연-산화붕소-산화규소계(ZnO-B2O3-SiO2), 산화아연-산화붕소-산화규소-산화알루미늄계(ZnO-B2O3-SiO2-Al2O3), 산화비스무스-산화규소계(Bi2O3-SiO2), 산화비스무스-산화붕소-산화규소계(Bi2O3-B2O3-SiO2), 산화비스무스-산화붕소-산화규소계(Bi2O3-B2O3-SiO2), 산화비스무스-산화붕소-산화규소-산화알루미늄계(Bi2O3-B2O3-SiO2-Al2O3), 산화비스무스-산화아연-산화붕소-산화규소계(Bi2O3-ZnOB2O3-SiO2), 및 산화비스무스-산화아연-산화붕소-산화규소-산화알루미늄계(Bi2O3-ZnO-B2O3-SiO2-Al2O3)로 이루어진 군에서 선택되는 한 가지 이상의 것을 포함한다.
상기 글라스 프릿은 그 형상에 있어서 특별히 한정되지 않지만, X-선의 투과 특성과 페이스트의 분산성을 고려하면 구형인 것이 바람직하다.
상기 글라스 프릿의 평균 입경은 0.1 내지 5㎛ 인 것이 바람직하며, 적절한 함량은 전극을 형성하기 위한 페이스트의 총 중량에 대하여 0.5 에서 10 wt%의 양으로 포함되는 것이 바람직하다.
상기 도전성 금속분말은 전극을 구성하는 금속 파우더로 구성되며, 통상적으로 플라즈마 디스플레이 패널의 어드레스 전극이나 버스 전극에 사용되는 금속 분말이라면 한정되지 않고 사용할 수 있다. 보다 구체적으로 상기 도전성 금속분말은 은(Ag), 금(Au), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni), 크롬(Cr) 및 은-팔라듐 합금(Ag-Pd)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 사용할 수 있다. 그 중에서도 전극 패턴의 소성과정에서 산화가 발생하지 않는 Ag를 사용하는 것이 보다 바람직하다.
또한 상기 도전성 금속분말의 형상은 입상형, 구형 또는 플레이크형 등 다양하게 사용할 수 있으나, X-선의 투과 특성과 페이스트 분산성을 고려할 때 구형인 것이 바람직하며, 1종 또는 서로 다른 형상을 혼합한 2종 이상의 금속 물질도 사용 가능하다.
상기 도전성 금속분말은 0.1 내지 10㎛의 평균 입경을 갖는 것이 바람직하다. 상기 도전성 금속분말의 크기가 0.1㎛ 미만이면 X-선의 산란으로 정밀한 전극 패턴을 형성하기가 어렵고, 10㎛를 초과하면 해상도가 높은 전극 패턴을 제작하는데 문제점을 가진다.
상기 도전성 금속분말은 감광성 금속 페이스트의 총 중량에 대해 50 내지 85 중량%의 양으로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 도전성 금속분말의 함량이 50중량% 미만이면 소성시 도전막의 선폭 수축이 심하여 단선이 일어날 우려가 있고, 그 함량이 85중량%를 초과하게 되면 페이스트의 점도가 높아져서 기판으로의 코팅(coating)성이 불량하게 된다.
상기 감광성 금속 페이스트에서 도전성 금속분말을 제외한 성분 즉, 유기물 (vehicle)에는 감광성 바인더, 감광성 모노머와 올리고머, 광중합 개시제, 용매 및 첨가제가 사용되며, 통상의 감광성 조성물에 사용되는 것이라면 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있다.
바람직하게, 상기 감광성 바인더는 전극 패턴의 현상공정에 의해 쉽게 제거될 수 있는 고분자를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 감광성 바인더로는 포토레지스트 조성 분야에서 통상적으로 사용되는 아크릴계 수지, 스티렌 수지, 노볼락 수지 및 폴리에스테르 수지 등을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 아크릴산, 메타크릴산, 말레산, 푸마르산, 클로톤산, 이타콘산, 시트라콘산, 메타콘산, 계피산, 숙신산모노 (2-(메트)아크릴로일옥시에틸), 또는 ω-카르복시-폴리카프로락톤모노(메트)아크릴레이트 등의 카르복실기를 가지는 모노머; (메트)아크릴산2-히드록시에틸, (메트)아크릴산2-히드록시프로필, (메트)아크릴산3-히드록시프로필 등의 OH기 함유 단량체류; o-히드록시스티렌, m-히드록시스티렌, p-히드록시스티렌 등의 OH기를 가지는 모노머; 및 (메트)아크릴산에스테르류; 스티렌, α-메틸스티렌 등의 방향족 비닐계 모노머류; 부타디엔, 이소프렌등의 공역 디엔류; 폴리스티렌 등의 공중합 가능한 모노머로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 공중합체를 사용할 수 있다.
상기 감광성 바인더는 감광성 금속 페이스트의 총 중량에 대하여 5 내지 15중량%의 양으로 포함하는 것이 바람직하다. 상기 감광성 바인더는 감광성 페이스트를 코팅하는 경우 적절한 점도를 나타낼 수 있으며, 현상공정에서의 분해를 고려하여 분자량이 5,000 내지 50,000g/mol이고, 산가가 20 내지 150mgKOH/g인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 감광성 모노머와 올리고머는 X-선에 의해 중합 반응할 수 있는 단관능성 또는 다관능성 모노머와 올리고머라면 특별히 한정하지 않으나, 패턴의 강도를 향상시키기 위해서 다관능성을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 모노머로는 에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리아 크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트, 테트라메틸올프로판 테트라아크릴레이트, 펜타에리쓰리톨 테트라아크릴레이트 및 테트라메틸올프로판 테트라메타크릴레이트를 예로 들수 있다. 상기 예시한 감광성 모노머와 올리고머는 각각 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 감광성 모노머와 올리고머는 감광성 바인더의 함량에 대해 일정비로 첨가되는 것이 바람직하며, 특히 감광성 바인더 100중량부에 대하여 20 내지 200중량부의 양으로 포함될 수 있다.
X-선 노광공정에 의한 중합반응에서 광 개시제는 반드시 필요하지 않지만, 광 개시제는 X-선에 대해 감도를 증가시켜서 노광시간 단축이 가능하다.
상기 광 개시제는 가교 반응을 개시할 수 있는 화합물이라면 특별히 한정되지 않는다. 상기 광 개시제로는 o-벤조일벤조산 메틸, 4,4-비스(디메틸아민)벤조페 논, 2,2-디에톡시아세토페논, 2,2-디메톡시-2-페닐-2-페닐아세토페논, 2-메틸-[4-(메틸티오)페닐]-2-모르폴리노프로파-1-온, 2-벤질-2-디메틸아미노-1-(4-모르폴리노페닐)-1-부타논, 2,4-디에틸티오크산톤(2,4-Diethylthioxanthone) 및 (2,6-디메톡시벤조일)-2,4,4-펜틸포스핀옥사이드로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 사용할 수 있다. 상기 광 개시제는 감광성 모노머의 총 중량에 대하여 1 내지 50중량%의 양으로 포함될 수 있다.
용매는 도전성 물질, 글라스 프릿, 감광성 바인더, 가교제, 및 광 개시제를 분산시키는데 사용되며, 상기 용매로는 이 분야에서 통상적으로 사용되는 유기 용매를 사용할 수 있다. 상기 용매는 구체적으로 디에틸케톤, 메틸부틸케톤, 디프로필케톤, 시클로헥사논 등의 케톤류; n-펜탄올, 4-메틸-2-펜탄올, 시클로헥산올, 디아세톤알코올 등의 알코올류와 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노에틸에테르, 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 프로필렌글리콜모노에틸에테르 등의 에테르계 알코올류와; 아세트산-n-부틸, 아세트산아밀 등의 포화 지방족 모노카르복실산알킬 에스테르류와 락트산에틸, 락트산-n-부틸 등의 락트산 에스테르류; 메틸셀로솔브아세테이트, 에틸셀로솔브아세테이트, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 에틸-3-에톡시프로피오네이트, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올모노(2-메틸프로파노에이트)(2,2,4-trimethyl-1,3-pentanediol mono(2-methylpropanoate)등의 에테르계 에스테르류; 등을 예로 들 수 있다. 상기 예시된 용매는 각각 단독으로 또는 두가지 이상을 혼합하여 사용할 수가 있다.
상기 감광성 금속 페이스트는 상기한 성분들 이외에 필요에 따라서 증감제; 보존성을 향상시키는 중합 금지제; 해상도를 향상시키는 자외선 흡광제; 조성물내의 기포를 줄여 주는 소포제; 분상성을 향상시켜 주는 분산제; 폴리에스테로 변성 디메틸폴리실록산 등의 인쇄시 막의 평탄성을 향상시키기 위한 레벨링제; 또는 유연성을 증가시키는 가소제;로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 기타 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 각 성분들의 함량은 당해분야에서 일반적으로 사용되는 범위 내에서 사용될 수 있으며, 본 발명이 이들 성분들의 함량을 한정하는 것은 아니다.
상기 감광성 전극 페이스트 조성에 의해서 페이스트를 제조하는 방법의 일예는 아래와 같다.
먼저 금속 분말물질, 글라스 프릿, 바인더, 감광성 모노와 올리고머, 광중합 개시제 및 첨가제를 용매에 분산시켜 감광성 전극 페이스트를 제조한다. 이때 바인더와 광중합 개시제를 먼저 혼합한 후 여기에 금속분말과 글라스 프릿, 감광성 모노머와 올리고머 및 첨가제를 용매를 혼합한 후 3체롤, 볼밀, 샌드밀 등의 분산기로 분산시켜 감광성 전극 페이스트 조성물을 제조할 수도 있다.
상기 감광성 금속 페이스트는 기판에 코팅을 용이하게 하기 위해서 500 내지 10,000cPs 의 점도를 갖는 것이 바람직하다. 상기 감광성 금속 페이스트의 점도가 상기 범위내에 포함될 경우 기판상에 용이하게 코팅을 할 수 있다.
상기의 조성과 방법으로 감광성 금속 페이스트(52) 코팅 및 건조단계(S110)에서 기판(51)은 플라즈마 디스플레이 패널에서 전극 패턴을 형성하기 위하여 일반적으로 사용되는 것을 적용할 수 있으며, 바람직하게는 유리기판을 사용할 수 있 다.
상기한 감광성 금속 페이스트(52)를 기판(51)상에 코팅할 때의 코팅은 당해분야에서 일반적으로 스크린 프린팅법, 스프레이 코팅법, 롤 코팅법, 테이블 코팅법, 닥터 블레이드 캐스팅법, 나이프 코팅법 또는 다이 코팅법 등의 통상의 코팅 방법 등 다양한 도포 장치를 이용하여 실시할 수 있다. 상기 감광성 금속 페이스트의 코팅 높이는 1 내지 200 ㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 아울러 코팅시의 두께는 제한 없이 다양한 두께로 형성할 수 있으며, 당해분야에서 일반적으로 실시하는 두께의 범위내로 할 수 있다. 바람직하게 상기 코팅은 5 내지 15㎛의 두께로 코팅할 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
감광성 금속 페이스트(52)의 코팅이 완료되면 건조를 통해 용제 등의 휘발성분을 제거하게 된다. 상기 코팅된 페이스트는 50 내지 150℃에서 1 내지 30분 동안 건조하며, 건조 온도와 시간은 용매에 따라서 달라지므로 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기와 같이 실시하여 기판(51)의 상면에 도막이 형성되면, 기판(51)의 도막 상면에 소정의 패턴을 갖는 X-선 마스크(53)를 정렬한 후 X-선(54)을 조사하는 X-선 마스크(53) 정렬 및 X-선 조사단계(S120)를 거치게 된다.
여기서 X-선 마스크(53)에는 기판(51)상에 형성하고자 하는 금속 전극패턴의 형상과 대응되는 위치에 X-선(54)이 투과되는 패턴 형상이 형성되어 있다. 본 발명에 따른 X-선 마스크(53)는 도 3에 도시된 바와 같이 투과막(532)과 흡수체(531)로 이루어진다.
상기 투과막(532)으로는 원자번호가 낮으면서 강도가 좋은 물질을 사용한다. 상기 X-선 마스크(53)의 투과막(532) 물질로서 우선적으로 고려되어야 할 것으로 X-선의 투과도(transmittance), 기계적 강도(mechanical stiffness)가 고려되어야 한다. X-선에 대한 투과도는 생산성과 관련되며, 기계적 강도는 정렬 여유도와 마스크의 구조적 안정도(dimensional stability)를 결정하는 요인이 된다. 상기 투과막(532) 물질로서 단층 구조의 물질로는 boron계 물질(BC, BN:H, Si-BN:H, BP, B13P2 등)과 Si계 물질(Si,B-Si, SiC, SiN, SixOyNz 등) Al2O3 등과 같은 무기재료와 Be, Ti 등과 같은 금속재료, Kapton, Mylar, Parylene, Polyimide(PI) 등과 같은 유기재료 등이 사용 가능하며, 2층 구조의 물질로는 BN:H/PI, PI/BN:H, Si/PI, Ti/PI 등의 Polyimide 기반이 사용 가능하다.
주지된 바와 같이 X-선은 원자번호가 큰 원소에서 잘 흡수되므로, 상기 흡수체(531)로는 비교적 원자번호가 크면서 증착, 패턴형성, 그리고 응력(stress)조절이 용이한 물질을 사용하게 된다. 상기 흡수체(531) 재질로는 주로 금(Au), 텅스텐(W), 몰리브데늄(Mo), 탄탈륨(Ta) 또는 납(Pb)을 사용하며, 기판(51)과의 흡착을 좋게 하기 위하여 약 100Å 정도의 티타늄(Ti)이나 크롬(Cr)도 사용 가능하다.
상기 흡수체(531)로 패턴을 형성하는 방법에는 제거(subtractive)방식과 첨가(additive)방식이 있는데, 제거방식에서는 보통 스퍼터(sputter)식각이나 RIE 공정을 이용하며, 첨가방식에서는, 특히 금(Au)의 경우 전기도금(electroplating) 방 식을 많이 이용한다.
상기한 X-선 마스크(53)를 기판(51)의 도막 상면에 정렬한 후 X-선(54)을 조사하게 되면 X-선 마스크(53)에 의해 도막의 특정 위치만 노광이 이루어지게 된다. 도막에서의 노광부는 감광성 금속 페이스트(52)에 포함된 유기물의 광경화가 진행되고, 비노광부는 광경화가 일어나지 않게 된다.
본 발명에서는 X-선(54) 발생원, 즉 X-선의 조사는 전자 충격형(x-ray tube; 이하 'X-선 튜브'라 함), 플라즈마형 또는 싱크로트론 이용하여 할 수 있다. 바람직하게는 상기 X-선의 조사는 X-선 튜브를 이용하여 조사하는 것이 좋다. 아울러 상기 X-선의 파장은 보다 효과적인 감광을 위하여 0.01~10 ㎚의 파장 범위를 갖는 것이 바람직하다.
상기와 같이 리소그래피 공정에서 X-선을 사용하게 되면 X-선(54)은 금속분말과 글래스 프릿(glass frit)의 무기 미립자에 대해서 투과력이 높아서 용이하게 도막의 최후단부까지 균일하게 도달하게 되고, 그에 따라 불량발생을 억제하면서 미세패턴의 제작이 용이하다는 이점을 나타낸다.
X-선 튜브를 이용하여 X-선을 조사할 경우 X-선(54)의 노광시간은 코팅된 페이스트 도막과 X-선 발생 소스와의 거리에 따라 달라진다. X-선(54)의 조사량은 X-선에 감응하는 전극 페이스트의 감도에 따라서 변화하여 특별히 제한되지는 않지만 10 내지 1000mJ/㎤로 실시하는 것이 바람직하다. 상기에서 X-선(54) 조사량이 10mJ/㎤ 미만인 경우 기판(51)의 최후단부가 충분한 경화가 이루어지지 않아 불량이 발생하는 문제점이 있으며, 1000mJ/㎤를 초과하는 경우 표면의 과경화로 표면크 랙이 발생하는 문제점이 있다.
상기 X-선(54)의 조사가 완료되면, 상기 X-선(54)이 조사된 도막을 현상하여 전극패턴을 형성하는 현상단계(S130)를 거치게 된다.
X-선에 노광된 감광성 막은 알칼리 수용액으로 현상하여 전극패턴을 제작한다. 상기 현상액으로는 염기를 포함하는 수용액을 사용할 수 있으며, 또한 상기 염기로는 수산화리튬, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 인산수소나트륨, 인산수소이암모늄, 인산수소이칼륨, 인산수소이나트륨, 인산이수소암모늄, 인산이수소칼륨, 인산이수소나트륨, 규산리튬, 규산나트륨, 규산칼륨, 탄산리튬, 탄산나트륨, 탄산칼륨, 붕산리튬, 붕산나트륨, 붕산칼륨, 암모니아 등의 무기 알칼리성 화합물; 테트라메틸암모늄히드록시드, 트리메틸히드록시에틸암모늄히드록시드, 모노메틸아민, 디메틸아민, 트리메틸아민, 모노에틸아민, 디에틸아민, 트리에틸아민, 모노이소프로필아민, 디이소프로필아민, 에탄올아민 등의 유기 알칼리성 화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 것을 사용할 수 있다.
또한 상기 현상액에서 염기의 농도는 0.1 내지 1%인 것이 바람직하다. 상기 염기의 농도가 0.1% 미만 이면 패턴을 형성하는 시간이 길어지며, 1%를 초과하면 패턴의 균일성이 저하되는 문제점을 가진다.
아울러 현상시 현상액의 온도는 20 내지 55℃인 것이 바람직하다.
상기 현상단계(S130)가 완료되면 상기 현상된 전극패턴을 소성(firing 또는 sintering)하여 소결된 전극패턴을 형성하는 소성단계(S140)를 거치게 된다. 기판상에 형성된 전극 패턴을 소성과정을 통하여 유기물을 제거하며 금속분말과 글라스 프릿의 소결과정을 진행한다. 상기 소성 공정은 1~10℃/min의 온도상승율로 최대온도 450 내지 600℃ 소성 온도 범위내에서 실시하는 것이 바람직하다. 상기 소성단계(S140)에서는 감광성 금속 페이스트(52)에 함유되어 있는 유기성분들이 타서 없어지게 되며, 금속분말과 프릿 글래스의 소결이 진행되어 본 발명에 따른 금속 전극 패턴을 형성할 수 있게 된다.
본 발명에 따르면, X-선의 조사는 싱크트론 X-선 또는 X-선 튜브를 이용하여 조사할 수 있다. 그러나 싱크르트론 X-선 소스는 X-선의 강도는 매우 높으나 설치비용이 매우 고가이며 대면적 기판으로의 X-선 조사에 문제점을 가지고 있다. X-선 튜브는 X-선의 강도는 싱크르트론 X-선과 비교하여 약하지만, 저가로 장치 구성이 용이하다.
도 5는 본 발명에서 사용되는 X-선 공급원인 X-선 튜브를 개략적으로 나타낸 도면이다.
상기 도 5에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 X-선 튜브는 진공관(65) 내부에 설치된 애노드(Anode, 61)와 캐소드(cathode, 62)를 포함한다. 상기 애노드(61) 측에는 텅스텐으로 이루어진 저지극(target, 63)이 놓여지고 캐소드(62)는 필라멘트(filament)로 이루어진다. 전자를 방출하는 캐소드(62)의 외부에는 포커스 캡(focus cap, 64)이 위치하며 전자선을 저지극(63)으로 유도하는 역할을 한다. 이러한 X-선 튜브는 애노드(61)와 캐소드(62) 전극 간에 고전압을 주면 양 전극사이 에 고속의 전자선속이 발생하게 되는데, 이때 고속의 전자들이 애노드(61)에 있는 텅스텐의 저지극(63)에서 충돌하여 감속할 때 에너지 변환으로 X-선이 발생하게 된다. 발생된 X-선은 창(window, 66)을 통하여 방출된다.
본 발명에 따른 X-선의 조사에서는 상기 X-선 튜브는 다수개 사용하여 진행 할 수 있다. 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다수개의 X-선 튜브 어레이를 이용하여 X-선을 조사하는 과정을 나타낸 도면이며, 도 7은 다수개의 X-선 튜브 어레이의 이동경로를 나타낸 공정도이다.
상기 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 X-선 조사를 대면적에서 수행하기 위해서 다수개의 정렬된 X-선 튜브(81)를 사용한다. 즉, 기판(85) 상에 코팅된 감광성 금속 페이스트(84) 상면으로 X-선 마스크(83)를 정렬하고, 그 위에 다수개의 정렬된 X-선 튜브(81)를 사용하여 X-선(82)을 조사한다. 이때 정렬된 X-선 튜브(81)의 개수는 X-선 발생원에서 X-선 마스크(83)와의 거리(d)에 따른 조사면적에 따라서 결정된다. 이 경우 대면적으로 균일하게 스캔하면서 X-선을 조사할 수 있어 대면적의 금속 전극패턴의 형성에 유용하다.
상기한 방법에 의해 제조된 본 발명에 따른 금속 전극 패턴은 플라즈마 디스플레이 패널에 유용하게 사용될 수 있다. 여기서 플라즈마 디스플레이 패널은 본 발명에 따른 금속 전극 패턴을 포함하는 것을 제외하고는 일반적인 구성을 채택하여 이루어진 것일 수 있다.
이하 본 발명을 하기 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
<실시예 1 내지 5>
알칼리 수용액으로 현상할 수 있는 바인더(메틸 메타크릴레이트 및 메타크릴산의 공중합체, 산가: 110 ㎎KOH/g, 중량 평균 분자량: 11000) 13중량%, 광개시제(2-메틸-1-[4-(메틸티오)페닐]-2-모르폴리노프로판-1-온과 에틸-4-다이메틸아미노벤조에이트의 1:1 혼합물) 0.5중량%를 a-terpinol 용매에 혼합하였다. 구형의 평균 입자 직경: 1.2 ㎛ Ag 금속분말 60중량%와 평균 입자 직경 2 ㎛를 가진 Bi2O3-B2O3-SiO2 조성의 글라스 프릿 5중량%, 감광성 삼관능성 모노머 PETA 8중량%, 감광성 올리고머 EB-204 3중량%, 분산제 1.6중량%, 계면활성제 SDS 0.40중량%, 중합금지제 0.30중량%를 바인더와 광개시제의 혼함물에 첨가하여 이 혼합물을 3-롤 믹서로 혼련하여 전극 형성용 감광성 도전 페이스트를 얻었다.
이렇게 얻어진 감광성 도전 페이스트를 10㎝ㅧ 10㎝의 고왜점(high strain point) 유리 기판 상에 400 스테인리스 강 메시 스크린으로 인쇄하여 코팅하고, 100℃의 온도로 30분간 유지하여 건조하였다.
상기 건조 도막상에 X-선 튜브를 사용하여 노광을 수행하였다. 175 ㎛ 두께의 폴리이미드 필름위에 20 ㎛ 높이의 Au 흡수체 패턴을 가진 X-선 마스크를 상기 유리기판과 정렬하였다. X-선 소스와 기판과의 거리는 7cm 가 되도록 위치시킨 후에 X-선을 조사하였다. 이때 사용된 2.5mm 포커스 (tube) 최대 튜브전압 450kV, 최대 전류 20mA의 사양을 가진 X-선 튜브를 이용하여 전압 200kV에서 X-선을 조사하였다.
이때 노광시간은 60초간 실시하였다.
이어 0.4% 탄산나트륨 수용액 중에서 17초간 현상을 수행한 다음 500℃에서 1시간 소성하여 금속 전극패턴을 형성하였다.
<실시예 2 내지 4>
각성분의 함량 및 공정조건을 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 변화시킨 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
　 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5
감광성 금속 페이스트 조성 Ag 금속분말(중량%) 60.00 60.00 60.00 60.00 60.00
글라스 프릿(중량%) 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00
바인더(산가 110)(중량%) 13.00 13.00 13.00 13.00 13.00
감광성 모노머(PETA)(중량%) 8.00 8.00 8.00 8.00 8.00
감광성 올리고머(EB-204)
(중량%)		 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00
분산제 BYK-310(중량%) 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50
분산제 BYK-325(중량%) 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50
분산제 BYK-2009(중량%) 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60
계면활성제 SDS(중량%) 0.40 0.40 0.40 0.40 0.40
광 개시제(중량%) 0.50 0.50 0.50 0.00 1.00
중합금지제(중량%) 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30
용매 a-terpinol(중량%) 8.20 8.20 8.20 8.70 7.70
총 중량% 100 100 100 100 100
공정조건 코팅 30㎛ 30㎛ 30㎛ 30㎛ 30㎛
건조 30분,
100℃		 30분,
100℃		 30분,
100℃		 30분,
100℃		 30분,
100℃
X-선 조사 7cm 간격
1분		 7cm 간격
2분		 7cm 간격
3분		 7cm 간격
2분 50초		 7cm 간격
1분 20초
현상 1분 1분 1분 1분 1분
소성 5℃/min,
575℃		 5℃/min,
575℃		 5℃/min,
575℃		 5℃/min,
575℃		 5℃/min,
575℃
<실험예 1>
상기 실시예에서 제조한 전극 패턴을 육안으로 관찰하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
　구분 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5
패턴 형상　 과현상 양호 과경화 양호 양호
<실험예 2>
상기 실시예 1 내지 3에서 제조한 금속 전극패턴의 사진을 각각 도 8a, 도 8b 및 도 8c에 나타내었다.
상기 표 2 및 도 8a 내지 8c에서 보는 바와 같이 노광 시간이 너무 짧으면 완벽하게 패턴이 형성되지 않는 것을 확인할 수 있다. 또한 노광시간이 너무 길게 되면 보는 바와 같이 표면의 과경화로 인하여 전극 패턴의 결함이 발생하게 된다. 아울러 광개시제는 그 유무에 관계없이 패턴 형상이 양호한 것을 확인할 수 있다.
도 1은 통상적인 교류 구동방식의 면방전형 플라즈마 디스플레이 패널을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 금속 전극패턴 제조과정을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 전극패턴 제조과정을 개략적으로 도시한 공정도이다.
도 4는 도 3에 적용되는 X-선 마스크의 단면도이다.
도 5는 본 발명에서 사용되는 X-선 공급원인 X-선 튜브를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다수개의 X-선 튜브 어레이를 이용하여 X-선을 조사하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 7은 다수개의 X-선 튜브 어레이의 이동경로를 나타낸 공정도이다.
도 8은 X-선 조사시간에 따라 제조된 Ag 전극을 나타낸 사진이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
51, 85 : 기판 52, 84 : 감광성 금속 페이스트
53, 83 : X-선 마스크 531 : 흡수체(absorber)
532 : 투과막 54, 82 : X-선
55 : 전극 패턴 61 : 애노드(anode)
62 : 캐소드 (cathode) 63 : 저지극(target)
64 : 포커싱 캡(focusing cap) 65 : 진공관
66 : 창 (window) 81 : X-선 튜브

Claims (10)

  1. 기판상에 도전성 금속 분말을 포함하는 감광성 금속 페이스트를 코팅한 후 건조하여 도막을 형성하는 단계와,
    상기 기판의 도막 상면에 소정의 패턴을 갖는 X-선 마스크를 정렬한 후 다수개의 X-선 튜브를 이용하여 상기 X-선 마스크 표면을 스캔하면서 대면적으로 X-선을 조사하는 단계와,
    상기 X-선이 조사된 도막을 현상하여 전극패턴을 형성하는 단계,
    현상하여 형성된 상기 전극패턴을 소성(firing)하여 소결된 전극패턴을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 X-선을 이용한 금속 전극패턴의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 X-선은 0.01 ~ 10 ㎚의 파장 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 X-선을 이용한 금속 전극패턴의 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 X-선의 조사는 전자 충격형(x-ray tube), 플라즈마형 또는 싱크로트론 이용하여 조사하는 것을 특징으로 하는 X-선을 이용한 금속 전극패턴의 제조방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 X-선의 조사량은 10 내지 1000mJ/㎤인 것을 특징으로 하는 X-선을 이용한 금속 전극패턴의 제조방법.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 도전성 금속분말은 은(Ag), 금(Au), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni), 크롬(Cr) 및 은-팔라듐 합금(Ag-Pd)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 X-선을 이용한 금속 전극패턴의 제조방법.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 X-선 마스크는 투과막과 흡수체를 포함하여 이루어지며, 상기 흡수체는 금(Au), 텅스텐(W), 몰리브데늄(Mo), 탄탈륨(Ta) 및 납(Pb)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 X-선을 이용한 금속 전극패턴의 제조방법.
  9. 청구항 1 내지 3 및 6 내지 8 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 금속 전극패턴.
  10. 청구항 9의 금속 전극패턴을 포함함을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널.
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