KR20010003714A - 그라스의 이방성 에칭방법 및 이를 이용한 평판표시장치의 격벽제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 그라스의 이방성 에칭방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 그라스의 이방성 에칭방법은 그라스 기판 상에 마스크패턴을 형성하는 단계와, 자외선을 조사하여 에칭될 부위를 높은 에너지 상태로 유지하면서 에칭액을 가해 에칭하는 단계와, 마스크패턴을 제거하는 단계를 포함한다. 이와 같은 에칭방법을 평판표시장치의 격벽 제조에 이용하면 큰 아스펙트비를 갖는 고정세의 격벽을 용이하게 제조할 수 있다.

Description

그라스의 이방성 에칭방법 및 이를 이용한 평판표시장치의 격벽 제조 방법{Anisotropical Glass Etching Method and Febricating Method for Barrier Rib of Flat Panel Display Using the same}

본 발명은 그라스의 에칭방법에 관한 것으로, 특히 고정세의 마이크로 구조물을 제조하기 위한 그라스의 이방성 에칭방법에 관한 것이다. 또한 본 발명은 그라스의 이방성 에칭방법을 이용하여 평판표시장치에 있어서 고정세의 격벽을 제조하기 위한 격벽 제조방법에 관한 것이다.

지금까지 표시장치 수단의 주종을 이루어왔던 음극선관(Cathode Ray Tube: CRT)은 과도한 부피, 중량등의 이유로 고선명 대형화면의 구현이 어렵다는 단점을 가지고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 최근들어 두께가 얇고 가벼우며 고선명 화질의 구현이 가능한 평판표시장치(Flat Panel Display : 이하 "FPD"라 함)에 대한 연구, 개발이 활발히 진행되고 있다. 특히, FPD 중에서 액정디스플레이(LCD) 장치의 시야각이나 휘도에 따르는 문제점을 해결하고 대형화면을 구현할 수 있는 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel : 이하 "PDP"라 함) 및 플라즈마 어드레스 액정 표시장치(Plasma Address Liquid Crystal Display : 이하 "PALC"라 함)에 대한 관심이 고조되고 있다.

PDP는 가스방전에 의해 발생되는 자외선이 형광체에 작용하여 형광체에서 가시광선이 발생되는 것을 이용한 표시장치이다. PDP는 격벽에 의해 구분되어 매트릭스 형태로 배열된 화소셀들로 이루어진다.

도 1은 일반적인 AC형 PDP의 셀구조를 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, PDP는 상부유리기판(20) 및 하부유리기판(22)과, 상부유리기판(20) 상에 서로 평행하게 배치되는 투명전극(ITO전극)(26)쌍과, 투명전극(26) 밑면에 평행하게 배치되는 버스전극(30)쌍과, 투명전극(26)쌍 및 버스전극(30)쌍을 덮고 있는 유전체층(34)과, 유전체층(34) 밑면에 도포된 MgO 보호막(36)과, 하부유리기판(22)의 상부유리기판(20)과 대향되는 표면에 투명전극(26) 및 버스전극(30)과 서로 수직으로 교차되도록 일렬로 배치된 어드레스전극(28)과, 어드레스전극(28)을 덮고 있는 유전체후막(24)과, 하부유리기판(22) 상에 수직으로 형성되는 격벽(32)과, 유전체후막(24) 및 격벽(32) 표면상에 도포되는 형광체(38)와, 상부유리기판(20)과 하부유리기판(22) 및 격벽(32)으로 둘러싸여 형성되는 방전영역(40)을 구비한다.

빛이 방출되는 과정을 간략히 설명하면, 버스전극(30)과 어드레스전극(28) 간의 어드레스방전에 의해 유전체층(34)에 벽전하가 축적된다. 유전체층(34)과 유전체후막(24)은 방전시 전극들을 보호하는 기능을 갖는다. 그 다음 He+Xe 또는 Ne+Xe의 혼합가스가 충전된 방전영역(40)에서 버스전극(30) 간의 면방전이 일어나면서 자외선이 방출된다. MgO 보호막(34)은 방전시 2차 전자의 방출효율을 높여주고 화소셀의 수명을 연장시키는 역할을 한다. 방출된 자외선은 형광체(38)를 여기시켜 적색, 녹색, 청색 중 어느 하나의 가시광선을 발생시키게 된다.

격벽(32)은 일반적으로 그라스-세라믹스(Glass-Ceramics) 재료로 이루어지고 폭은 대략 100㎛, 높이는 200㎛ 내외로 설계된다. 격벽(32)은 만족할 만한 개구율을 얻기 위하여 큰 아스펙트 비(Aspect ratio : 높이 대 폭의 비)를 갖는 고정세의 구조가 요구되고 있다. 특히, PDP가 고정세의 격벽을 가지게 되면 그만큼 형광체 도포면적과 방전공간이 확대되므로 방전효율 및 휘도가 향상된다.

PALC는 가스방전에 의해 제어되는 액정층을 통하여 백색광을 차단 또는 투과시키고, 투과된 백색광을 컬러필터에 통과시켜 다양한 색상을 구현하는 표시장치이다. PALC 역시 격벽에 의해 구분되어 매트릭스 형태로 배열된 화소셀들로 이루어진다.

도 2를 참조하면, PALC의 셀구조는 크게 플라즈마채널부(52), 액정부(50) 및 백라잇(54)으로 구성된다. 플라즈마채널부(52)는 하부유리기판(62)과, 하부유리기판(62)의 밑면에 접합된 편광필터(64)와, 하부유리기판(62) 윗면에 나란하게 형성되는 양극(78) 및 음극(80)과, 한 쌍의 양극(78)과 음극(80)을 사이에 두고 하부유리기판(62) 상에 수직으로 형성되는 격벽(76)과, 격벽(76) 상에 접합되는 유전체 그라스 박막(66)을 구비한다. 액정부(50)는 상부유리기판(60)과, 상부유리기판(60) 상에 접합된 편광필터(74)와, 상부유리기판(60)의 밑면에 접합된 적색, 녹색, 청색의 컬러필터(72)와, 컬러필터(72) 밑면에 형성된 투명전극(70)과, 투명전극(70)과 유전체 그라스 박막(66) 사이에 형성되는 액정층(68)을 구비한다. 백라잇(54)은 백색광을 방출하는 광소스이다.

가시광선의 방출과정을 살펴보면, 플라즈마채널부에서는 양극(78)과 음극(80) 사이에 고압이 인가되면 플라즈마 방전이 일어나 표시하고자하는 화소셀(82)을 어드레싱한다. 각각의 화소셀(82)은 격벽(76)으로 구분되어져 있다. 이 때, 플라즈마 방전에 의해 방전공간 내에는 방전가스가 이온화되면서 하전입자가 발생하여 양극(78)과 유전체 글라스 박막(66)은 전기적으로 상호 단락된다. 이에 따라 액정부(50)에서는 양극(78)과 데이터 신호가 인가되는 투명전극(70) 사이의 전압차에 의해 액정층(68)의 액정이 회전하면서 백라잇(54)으로부터 발생되어 편광필터(64)와 하부유리기판(62)을 통과한 백색광을 차단 또는 투과시키게 된다. 투과되는 백색광은 컬러필터(72)와 편광필터(74)를 통해 적색, 녹색, 청색의 빛으로 방출된다.

PDP나 PALC등의 FPD에서 각각의 화소셀들을 구분하는 격벽의 형성방법은 장치의 성능을 좌우할 수 있는 중요한 비중을 차지한다. 이러한 격벽 제조에 있어서 종래에 사용되어져온 제조방법 중의 하나가 그라스의 등방성 에칭을 이용한 격벽 제조방법이다. 도 3a 내지 도 3b는 그라스의 등방성 에칭을 이용한 격벽의 제조방법을 도시하는 도면이다. 도 3a를 참조하면 먼저, 포토리소그라피법에 의해 금속의 마스크패턴(102)이 그라스 기판(100) 상에 형성시킨다. 그 다음 마스크패턴(102)이 형성되지 않은 노출된 부위를 통하여 에칭액을 반응시키면 도 3b에 도시된 바와 같이 노출된 부위가 에칭되면서 방전영역(104)이 형성된다. 에칭과정이 끝나면 마스크패턴(102)을 제거하고 포토리소그라피 공정을 이용하여 전극재를 형성하게 된다.

이러한 에칭 방법의 주된 문제점 중의 하나는, 에칭 과정시 도 3b에 도시된 바와 같이 모든 방향으로의 에칭 길이가 거의 동일한 등방성 에칭이므로 에칭 깊이만큼 측면으로도 동일하게 에칭된다는 것이다. 즉 측면 방향으로는 에칭 길이가 제한되어 있으므로 그라스의 밑면 방향으로 충분한 깊이의 에칭이 불가능하게 되고, 도 3b에 도시된 바와 같이 실제 격벽이 차지하는 공간이 많아지게 된다. 그리하여 등방성 에칭을 이용한 격벽 형성 방법은 화소셀의 방전공간이 협소해지고 고정세의 격벽 형성이 곤란하다는 문제점을 지닌다. 또한 PALC에서 등방성 에칭법을 이용하여 격벽을 제조하면 하부유리기판의 두께가 두꺼워지게 되므로 백색광의 광투과율이 저하되는 문제를 초래하게 된다.

격벽의 또 다른 제조방법으로는 스크린프린트법, 샌드브라스트법, 금형법 등이 제안되고 있지만 각각의 방법들에서 많은 문제점들이 지적되고 있다. 스크린프린트법에서는 인쇄와 건조의 공정을 수회 실시하여 필요한 높이의 구조물을 만든 다음 소성하여 격벽을 형성시킨다. 이 제조법은 공정의 반복으로 인하여 제조시간이 많이 소요될 뿐만 아니라, 반복작업 하에서 스크린과 기판의 위치가 어긋나 큰 아스펙트비를 갖는 고정세 격벽을 형성하기가 곤란하다는 단점이 있다. 샌드브라스트법에서는 원하는 두께로 격벽재를 형성한 다음 감광성 수지패턴을 위에 형성하여 불필요한 부위를 샌드브라스트의 방식에 의해 제거해내어 격벽을 형성시킨다. 이 제조법은 연마재(샌드입자)에 의해 제거되는 재료의 낭비와 제조비용이 클뿐만 아니라 연마재에 의해 유리기판에 물리적인 충격을 가하게 되므로 기판의 손상을 초래하는 문제점이 있다. 금형법에서는 격벽재를 형성한 다음 금형으로 찍어내어 격벽을 형성시킨다. 금형법에서는 금형과 반고상화된 격벽재 필름 또는 격벽재 페이스트 사이의 압력제어가 어렵고 금형과 격벽의 분리가 어려우므로 고정세의 격벽 제조가 어렵다. 상기 격벽 제조 방식들은 모두 공정의 복잡성, 정밀한 공정제어 등의 문제를 지니고 있으므로 바람직한 양산공정으로는 확립되어 있지 않다.

따라서, 본 발명의 목적은 고정세의 마이크로 구조물을 제조하기 위한 그라스의 이방성 에칭방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 FPD에 있어서 고정세의 격벽을 제조하기 위한 격벽 제조방법을 제공하는데 있다.

도 1은 일반적인 교류 구동형 플라즈마 디스플레이 패널의 셀 구조를 개략적으로 나타내는 사시도.

도 2는 일반적인 플라즈마 어드레스 액정 표시장치를 개략적으로 나타내는 단면도.

도 3a 및 도 3b는 종래의 그라스의 등방성 에칭방법을 이용한 평판표시장치의 격벽 제조 방법을 도시하는 도면.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 그라스의 이방성 에칭방법을 도시하는 도면.

도 5는 그라스의 이방성 에칭에 있어서 그라스 기판의 자외선 흡수 특성을 나타내는 도면.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 그라스의 이방성 에칭방법을 도시하는 도면.

＜ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ＞

20,60 : 상부유리기판 22,62: 하부유리기판

24 : 유전체후막 26 : 투명전극(ITO전극)

28 : 어드레스전극 30 : 버스전극

32,76 : 격벽 34 : 유전체층

36 : 보호막 38 : 형광체

40,104,124,144 : 방전영역 50 : 액정부

52 : 플라즈마채널부 54 : 백라잇

64,74 : 편광필터 66 : 유전체 그라스 박막

68 : 액정층 70 : 투명전극

72 : 컬러필터 78 : 양극

80 : 음극 82 : 화소셀

100,120,140 : 그라스 기판 102,122,142 : 마스크패턴

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 그라스 에칭방법은 그라스 기판 상에 마스크패턴을 형성하는 단계와, 상기 그라스 기판을 노광시킴과 동시에 에칭액을 가하여 노광 부분을 에칭하는 단계와, 상기 마스크패턴을 제거하는 단계를 포함한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 평판표시장치의 격벽 제조방법은 그라스 기판 상에 마스크패턴을 형성하는 단계와, 상기 그라스 기판을 노광시킴과 동시에 에칭액을 가하여 노광 부분의 에칭 속도를 가속시켜 방전영역을 깊게 함과 아울러 격벽을 높게 형성하는 단계와, 상기 마스크패턴을 제거하는 단계를 포함한다.

상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부도면들을 참조한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.

이하, 도 4a 내지 도 4b 및 도 6a 내지 도 6b를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.

도 4a 내지 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 그라스의 이방성 에칭방법을 나타내는 도면이다. 도 4a를 참조하면, 포토리소그라피 공정에 의해 그라스 기판(120) 상에 금속 마스크패턴(122)이 형성된다. 그라스 기판(120)의 재료로는 소다라임 그라스나 PbO를 함유한 연그라스가 사용된다. 이러한 그라스들은 도 5에 도시한 바와 같이 자외선이나 기타 단파장(320㎚ 이하)의 빛을 상당량 흡수하는 특성을 갖는다. 마스크패턴(122)으로는 Cr 박막층이 주로 사용되며, 기타 선택성있는 금속이나 무기물, 유기물 등 적합한 것을 선택하여 사용할 수도 있다. 그 다음, 자외선을 조사하면서 에칭액을 마스크패턴(122)이 형성된 기판 상에 스프레이(spray)한다. 자외선을 발생시키는 광원으로는 수은 램프나 수은 제논램프 및 그라스 기판(120)의 종류에 따라 적절한 파장의 자외선발생램프를 사용할 수 있다. 그라스 기판(120)의 자외선에 노출된 부위는 자외선을 흡수함으로써 자외선 에너지에 의해 높은 에너지 상태에 있게 된다. 자외선을 흡수한 부위는 마스크패턴(122)에 의해 가려진 부위에 비해 높은 에너지 상태로 되어 에칭시 자외선을 흡수한 부위의 에칭 속도가 더 빨라진다. 그리하여 도 4b에 도시된 바와 같이 마스크패턴(122)에 의해 가려진 부위를 향한 가로방향의 에칭속도보다는 자외선을 흡수한 부위에서 깊이방향으로의 에칭속도가 더 빨라져 이방성 에칭이 이루어진다. 그라스 기판(120)의 한쪽면 또는 양쪽면 위에 형성된 마스크패턴(122)은 에칭시 마이크로 구조물이 형성될 부위를 보호하게 된다.

한편, 에칭액이 자외선을 흡수하게 됨으로써 그라스 기판 내부로 자외선 에너지의 전달이 어려운 경우에는 디핑(dipping) 방식의 그라스 에칭방법을 사용할 수 있다. 도 6a 내지 도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 그라스의 에칭방법을 나타내는 도면이다. 도 6a를 참조하면, 우선 그라스 기판(140) 상부, 하부의 양쪽면에 금속 마스크패턴(142)을 형성시키고 에칭하고자 하는 면의 반대쪽 면에 자외선을 조사한다. 이 때 도 6b에 도시된 바와 같이 에칭하고자 하는 면에는 에칭액이 접하게 하여 에칭이 이루어지게 한다. 그러면 자외선은 에칭액에 흡수되지 않고 그라스 기판(140)내에 적절하게 흡수되어진다. 마스크패턴(142)에 가려지지 않고 자외선을 흡수한 부위는 에칭시 에칭 속도가 빠르므로 그라스 기판(140) 깊은 부위까지의 이방성 에칭이 가능해진다. 도 4b 또는 도 6b의 과정에 의해 에칭이 완료된 후에는 마스크패턴(122,142)이 제거되고 그라스 기판(120,140) 상에 수직으로 형성된 구조물이 완성된다.

도 4b 또는 도 6b와 같은 그라스의 이방성 에칭을 이용한 평판표시장치의 격벽 제조에 있어서는 에칭시 모든 방향으로 동일한 길이로 에칭되는 것이 아니라, 격벽이 형성될 부위로의 방향보다는 그라스의 깊이 방향으로의 에칭이 신속히 이루어진다. 따라서 큰 아스펙트 비를 갖는 고정세의 격벽이 형성되게 되고, 격벽이 불필요하게 차지하는 공간을 줄여 방전영역(124,144)을 넓힐 수 있게 된다. 또한 에칭으로 형성된 방전영역 아래의 그라스 기판 두께도 최소한으로 줄일 수 있게 된다.

PDP의 경우에는 일반적인 스퍼터링 방식이나 기타 적절한 방식에 의해 전극재를 형성한 후, 이것을 포토리소그라피 공정에 의해 패턴으로 형성시킨다. 이 위에 다시 유전체층 및 형광체를 도포시키면 격벽이 수직으로 형성된 하판이 만들어지게 된다. PALC의 경우에는 마스크패턴을 제거한 후 그라스 기판의 에칭된 부위 상에 금속 패턴을 형성시키고, 그 다음 유전체 그라스 박막을 접착시킴으로써 방전셀을 형성할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 그라스의 이방성 에칭방법은 종래의 등방성 에칭방법에 비해 큰 아스펙트 비를 갖는 고정세의 마이크로 구조물을 용이하게 제조할 수 있는 장점이 있다. 그라스의 이방성 에칭을 가능하게 하므로 여러 가지 형태의 마이크로 구조물을 제조할 수 있도록 한다. 본 발명에 따른 그라스의 이방성 에칭방법을 이용한 FPD의 격벽 제조방법은 큰 아스펙트 비를 갖는 고정세의 격벽을 용이하게 제조할 수 있는 장점이 있다. 이에 따라 격벽이 차지하는 불필요한 공간을 줄일 수 있으므로 방전영역이 넓어져 FPD의 방전효율을 향상시킬 수 있게 된다. PALC의 경우에는 방전영역 아래의 하부유리기판의 두께를 최소화시킬 수 있으므로 백색광의 광투과율을 향상시킬 수 있다는 장점을 지닌다.

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 (9)

1. 그라스 기판 상에 마스크패턴을 형성하는 단계와,

   상기 그라스 기판을 노광시킴과 동시에 에칭액을 가하여 노광 부분을 에칭하는 단계와,

   상기 마스크패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 그라스의 에칭방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 그라스 기판의 에칭되는 면에 마스크패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 그라스의 에칭방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 에칭되는 면에 자외선을 조사하면서 상기 에칭되는 면에 에칭액을 가하여 자외선 조사 부분을 에칭하는 것을 특징으로 하는 그라스의 에칭방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 그라스 기판의 에칭되는 면과 그 반대쪽 면에 마스크패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 그라스의 에칭방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 반대쪽 면에 자외선을 조사하면서 상기 에칭되는 면에 에칭액을 가하여 자외선 조사 부분을 에칭하는 것을 특징으로 하는 그라스의 에칭방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   크롬(Cr) 박막과 기타 적절한 재료 중 어느 하나로 된 상기 마스크패턴을 상기 그라스 기판의 구조물이 형성될 부위 상에 형성하는 것을 특징으로 하는 그라스의 에칭방법.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 그라스 기판은 소다라임그라스와 연그라스 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 그라스의 에칭방법.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 그라스 기판으로서 일반적인 판유리와 페이스트 상태로 도포한 다음 소성한 유리 중 어느 하나의 사용이 가능한 것을 특징으로 하는 그라스의 에칭방법.
9. 그라스 기판 상에 마스크패턴을 형성하는 단계와,

   상기 그라스 기판을 노광시킴과 동시에 에칭액을 가하여 노광 부분의 에칭속도를 가속시켜 방전영역을 깊게 함과 아울러 격벽을 높게 형성하는 단계와,

   상기 마스크패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 평판표시장치의 격벽 제조방법.