KR20060019167A - Ｐｄｐ 격벽 제조용 금속-폴리머 복합 몰드 및 그것의제조방법 - Google Patents

Ｐｄｐ 격벽 제조용 금속-폴리머 복합 몰드 및 그것의제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제조 원가를 획기적으로 저하시킬 수 있는 공법으로 알려진 몰딩(molding)법에 의한 플라즈마 디스플레이 소자(PDP)용 배면판의 격벽을 제조하는데 있어서 요구되는 몰드(mold)에 관한 것으로, 다수의 관통구가 형성되어 있는 박형의 금속 판재가 폴리머 기지에 삽입되어 있는 폴리머-금속 복합 몰드 및 그것의 제조방법을 제공한다.
이러한 복합 몰드는 몰드의 열팽창 계수를 유리의 열팽창 계수와 유사하게 조절하는 것이 가능하기 때문에, 몰딩시 배면판과 몰드와의 정렬을 정밀하게 하는 것이 가능하며, 몰드의 열전도도를 증가시켜 몰딩시 발생하는 열을 전도에 의하여 방열을 촉진시키며, 두께가 얇은 평판형으로 제조하는 것이 가능하기 때문에 여러 가지 몰딩 기법에 적용하는 것이 가능하고, 이에 따라 몰드의 안정성 및 수명을 증가시켜 PDP 배면판의 제조원가를 크게 감소시킬 수 있다.

Description

ＰＤＰ 격벽 제조용 금속-폴리머 복합 몰드 및 그것의 제조방법 {METAL-POLYMER COMPOSITE MOLD FOR PDP BARRIER RIB FABRICATION, AND METHOD FOR PREPARATION OF THE SAME}
도 1은 면 방전형 교류 플라즈마 디스플레이 소자의 단면 모식도이고;
도 2는 샌드블라스팅 공법에 의한 격벽 형성 공정의 모식도이고;
도 3a 및 3b는 본 발명의 복합 몰드를 구성하는 천공 금속 판재의 일부 실시예들에 따른 관통구 패턴에 대한 모식도이고;
도 4a 내지 4f는 본 발명에 따른 금속-폴리머 복합 몰드를 제조하기 위한 공정 모식도들이다.
본 발명은 플라즈마 디스플레이 소자(Plasma Display Panel: PDP)의 배면판(rear plate)상에 형성되어 있는 격벽(barrier rib)을 몰딩 공정에 의하여 제조 시 사용되는 평판형 몰드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 폴리머 기지내에 다수의 관통구가 형성되어 있는 금속 판재를 포함시켜, 몰드의 기계적 안정성을 향상시키고 열팽창 계수를 조절하며 열전도도를 향상시켜 격벽 몰딩의 생산성 및 품질 특성을 향상시킬 수 있는 몰드 및 그것의 제조방법을 제공한다.
PDP는 평판형 표시소자로서 화질이 우수하고, 두께가 얇으며, 무게가 가볍기 때문에 40인치 이상의 대형 표시소자로서 주로 사용되고 있다. PDP는 후면판상에 형성된 격벽과 어드레스 전극(address electrode), 전면판에 형성되어 있는 면방전 전극이 수직으로 교차하는 지점에서 화소가 형성되어 화상을 구현한다. 이러한 PDP의 구조를 개략적으로 도시하면 도 1과 같다. 전면판(10)의 서스테인 전극(40)과 후면판(80)의 어드레스 전극(50) 사이에 전압이 인가되면, 격벽(60)들간에 형성된 공간에 플라즈마가 형성되고, 서스테인 전극(40)들 사이에 유지 전압을 가하면 플라즈마로부터 발생하는 진공 자외선(vacuum ultra violet)이 격벽(60) 및 격벽간 하저면에 코팅되어 있는 형광체(70)를 여기시켜 적색, 녹색, 청색 가시광선이 발생된다.
PDP에서 격벽은 방전셀을 정의하고, 형광체의 도포 면적을 제공하며, 오 방전을 억제하는 역할을 하기 때문에, 이를 정밀하고, 품질 편차가 없이 제조하는 것이 필수적이다. 격벽을 형성시키는 대표적인 방법으로는 샌드 블라스팅(sand blasting)법이 있는데, 이 방법이 현재 격벽을 형성하는 방법으로 주로 사용되고 있다. 이 공정을 개략적으로 도시하면 도 2와 같다. 이 방법은 일본 특허출원 제11-120905호, 한국 특허출원 제2000-10322호 등에 자세히 개시되어 있는 바와 같이, 격벽재용 유리 분말과 세라믹 충진제를 포함하고 있는 페이스트를 유리 판재와 같은 하면판 기재상에 도포 및 건조를 수회 반복하여 200 ㎛ 정도의 두께를 형성한 후, 건조된 후막 필름상에 포토레지스트를 코팅하고, 격벽이 형성되어야 하는 부분만을 제외하고 나머지 부분은 현상하여 제거시킨다. 이때 사용된 포토레지스트 필름의 유형에 따라서 노광되는 부위가 결정된다. 그런 다음, 포토레지스트가 입혀진 필름상에 탄산칼슘(CaCO3)과 같은 세라믹 분말을 가압된 공기와 함께 분사시켜 포토레지스트가 제거된 부분을 식각함으로써 격벽을 형성한다.
이 방법은 공정이 비교적 안정적이어서 기존의 PDP의 하면판 격벽을 제조하는데 주로 사용되고 있지만, 공정이 다단계로 복잡하고, 제조된 격벽 측면 형상이 불균일하며, 건조 및 코팅 공정의 속도가 느리다는 단점이 있다.
최근에는, PDP의 화면 해상도가 증가함에 따라 격벽간 서브 화소(sub-pixel)의 피치가 기존의 420 ㎛에서 200 ㎛ 이하로 감소되고 있어, 격벽 두께가 50 ㎛ 보다 얇은 것을 제조할 수 있는 방법이 요구되고 있다. 서브 화소 피치가 200 ㎛이고 격벽 두께가 50 ㎛일 경우, 개구율은 50%, 셀피치가 100 ㎛일 경우, 개구율은 0%가 되어 디스플레이 소자를 구성할 수 없기 때문에, 격벽 두께가 20 내지 30 ㎛ 정도인 것이 요구되고 있다. 그러나, 샌드 블라스팅법에 의하여 이러한 두께를 제조하는 것은 현실적으로 곤란하다. 격벽 형성시 세라믹 분말과 고압 가스를 사용하여 식각을 하기 때문에, 이들 기계적 에너지에 의하여 격벽이 파손되어 두께가 얇은 격벽의 제조가 곤란하다. 또한, 샌드 블라스팅법에 의해 격벽을 제조할 때, 서브 화소 피치를 430 ㎛, 격벽폭을 50 ㎛으로 하면, 후막 필름의 부피의 최대 90% 정도가 식각되어 폐기된다. 따라서, 이 방법은 폐기물을 다량 발생시키며, 더욱이 후막 필름 중에는 일산화 납을 다량 포함하고 있는 유리 가루(glass frit)가 포함되어 있는데, 이들이 폐기될 경우 환경 오염을 유발한다.
이 밖의 식각 방법으로서, 소성된 유리를 에칭하여 격벽을 형성하는 방법이 발표되어있다(SID 01 Digest, p537(2001)). 이 방법을 약술하면 다음과 같다. 우선, 격벽을 구성하는 유리 분말과 세라믹 분말을 포함하는 페이스트를 이용하여 유리 기재상에 소정 두께의 후막을 형성한다. 후막은 공지된 인쇄 및 건조 방법을 반복적으로 이용하여 형성할 수도 있고, 건식 필름을 이용하여 라미네이션하여 형성될 수도 있다. 이와 같은 후막이 형성되면, 후막의 소성 온도까지 소정의 온도 프로파일(profile)로 가열하고 소성하여, 격벽 재료로 이루어진 후막을 형성한다. 소성된 후막 표면에 감광성 필름을 도포 또는 라미네이션하고, 마스크를 이용하여 감광성 필름을 선택적으로 노광시킨다. 노광된 시료를 현상하여 감광성 필름에 의한 에칭 보호 패턴막을 형성시킨 후, 적절한 에칭액으로 노출된 후막을 식각시키고, 세정 및 건조 과정을 거쳐, 최종적으로 PDP용 격벽을 제조한다. 이 방법은 기계적 충격에 의한 식각 과정을 거치지 않기 때문에, 미세하고 복잡한 형상의 격벽을 제조하는 것이 가능한 장점이 있다. 치밀한 유리 후막은 일반적으로 에칭되는 속도가 느리고, 등방성 에칭이 이루어지기 때문에, 포토닉스(Photonics)사에서는 다공성 후막으로 제조한 후 에칭하여, 격벽의 형성 속도를 증가시킬 수 있는 방법을 제공하고 있다(SID 01 Digest, p532(2001)).
이와 같은 에칭법은 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 소성되어 형성된 격벽 재료층이 산 등의 에칭 용액에 의하여 식각되기 때문에, 폐수에 의한 환경 오염의 문제점이 있다. 에칭되어야 하는 층의 두께가 120 내지 150 ㎛ 정도로 두껍기 때문에 생성되는 폐수의 양이 매우 많고, 이를 처리하기 위한 수처리 비용이 많이 요구된다.
둘째, 격벽 재료로 요구되는 물리적 특성, 예를 들어, 전기 저항, 유전 상수, 열팽창 계수, 반사도 등과 같은 특성을 만족시켜야 할 뿐만이 아니라, 수용액에 의하여 에칭되는 속도가 빠른 재료가 선정되어야 한다. 이에 따라서 원재료의 선정에 있어서 매우 제한적이고, 이에 따라 격벽 재료의 선정이 매우 한정적인 문제점이 있다.
셋째, 이와 같은 에칭 방법은 대면적에 적용하였을 경우, 균일한 에칭 속도를 얻는 것이 매우 어려운 문제점이 있다. 즉, 대면적에 걸쳐서 균일한 에칭 속도를 얻고, 플라스마 디스플레이 소자의 격벽으로 요구되는 형상을 갖기 위해서는 에칭 조건을 매우 정밀하게 유지하여야 하는데, 이와 같은 조건을 대면적에 걸쳐서 유지하는 것은 매우 곤란하기 때문에, 공정의 수율이 낮은 단점이 있다.
이와 같은 기존의 기계적 식각(sandblasting) 및 화학적 식각(chemical etching)법에 의한 격벽 제조 공정을 대체하기 위하여, 본 발명자는 모세관 몰딩법(대한민국 특허 출원:2002-41061) 및 인젝션 몰딩(injection molding)법(SID 2004 Digest, pp740-743)을 제안하였다. 이와 같은 몰딩 공법은 격벽의 역 형상을 가지는 몰드 캐비티(cavity)내로 격벽 원재료(glass frit+ceramic filler)를 포함하는 페이스트(paste)또는 슬러리(slurry)를 채우고, 이를 적절한 방법으로 경화시킨 후 , 몰드를 제거하는 방법에 의하여 격벽을 형성하는 방법이다. 이 공정에서 사용되는 몰드는 페이스트 또는 슬러리와 반응하지 않고, 격벽 패턴으로부터의 이형성이 우수하며, 제조가 용이한 실리콘 합성 고무 계열의 유연 폴리머 재료가 주로 사용된다. 그것의 대표적인 재료가 polydimethylsiloxane (PDMS)이다. 그러나, 이러한 재료는 상기의 장점이 있는 반면에, 열팽창 계수가 매우 크고 기계적 강도가 작으며 열전도도가 매우 작은 문제점이 있다. 이에 대한 상술하면 다음과 같다.
첫째, 몰드의 열팽창 계수는 격벽이 형성되는 배면판 유리의 열팽창 계수와 유사한 것이 요구되는 바, 온도 변화에 따라 몰드의 치수 변화가 발생하면, 몰드 패턴이 배면판에 형성되어 있는 어드레스 전극의 패턴과의 정렬이 어려워진다. 폴리머 재료인 PDMS는 열팽창 계수가 100 x 10-6/℃ 정도로서 유리 배면 기판의 열팽창 계수인인 0.7~0.8 x 10-6/℃에 비하여 매우 높다. 이와 같은 열팽창 계수의 차이는 몰드 패턴과 배면 기판의 패턴의 정렬을 어렵게 만드는 주요 원인이다.
둘째, 몰딩 과정에서, 몰드에는 몰딩 압력, 몰드의 고정에 요구되는 응력 등 외부 응력이 부가되는 바, 이러한 응력에 의하여 몰드가 연신되거나 압축되면, 몰드의 격벽 패턴 및 피치가 변화하여 목적하는 격벽 패턴을 제조하기가 곤란하다. 따라서, 격벽 몰딩 공정에 사용되는 몰드는 가해지는 외부 응력에 의하여 기계적 변형이 발생하지 않아야 한다. 그러나, PDMS와 같은 재료는 탄성 재료이기 때문에, 매우 작은 외부 응력에 의하여 연신되므로, 몰드 패턴의 피치 및 형상이 쉽게 변화되어 제조된 격벽의 재현성을 확보하는 것이 어렵다. 따라서 격벽의 몰딩 공 법에 사용되는 몰드는 기계적인 강도를 가져서 외부 응력에 의하여 변형이 거의 없는 재료를 사용하는 것이 필요하다.
셋째, 몰딩시 사용되는 페이스트는 열경화성 또는 광 경화성 재질이 사용되는 것이 일반적이며, 그 중 광경화성은 열경화성에 비하여 생산성이 높기 때문에 몰딩 공정에 주로 사용되는데, 이 광경화 반응과정에서 다량의 열이 몰드내의 캐비티(cavity)에서 발생한다. 이와 같은 열의 발생은 열전도도가 낮은 PDMS와 같은 폴리머 몰드에 축적되어 온도를 상승시키고, 이에 따라 형상의 변화는 물론, 그의 수명을 단축시키므로, 폴리머 몰드의 열전도도를 향상시키는 것이 필요하다.
넷째, 몰드가 실제 사용되기 위해서는 일정한 두께를 갖는 것이 필수적인데, 몰드 두께의 변화는 몰딩된 격벽의 두께 및 높이에 영향을 미치기 때문에, 두께 변화가 최소화된 몰드를 제조하는 것이 필요하다.
따라서, 본 발명은 이상 설명한 바와 같은 폴리머 몰드에 요구되는 기계적, 물리적 성질을 향상시키는 방법을 제공함으로써, 종래 기술의 문제점과 과거로부터 요망되어 온 기술적 과제를 일거에 해결함을 목적으로 한다. 이를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
첫째, 몰드의 열팽창 계수를 배면 유리판과 유사하게 조절하여, 온도 변화에 따른 열 변형에 의한 배면 유리판과 몰드와의 정렬 오차를 최소화할 수 있는 몰드를 제조할 수 있는 기술을 제공한다.
둘째, 몰드의 기계적 강도를 증가시켜, 몰딩시 몰드에 가해지는 외부 응력에 의하여 몰드의 형상 변화를 최소화할 수 있는 몰드 제조 기술을 제공한다.
셋째, 몰드의 열전도도를 향상시켜, 페이스트의 경화시에 발생하는 열을 효과적으로 전단, 방열할 수 있는 몰드의 제조 기술을 제공한다.
넷째, 몰드의 두께 변화를 최소화시키고 이에 따라 공정의 수율 및 격벽 형상의 안정성을 향상시켜, 품질 특성이 우수한 격벽을 제조하는데 필요한 몰드의 제조 기술을 제공한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서 제공하는 플라즈마 디스플레이 소자(PDP)용 배면판 격벽 몰딩용 박판형 몰드는, 탄성 폴리머 기지의 내부 또는 하면에 다수의 관통구가 형성되어 있는 금속 판재를 포함하고 있고 상기 금속 판재의 열팽창 계수가 PDP 유리 배면 기판의 열팽창 계수와 동일하거나 유사한 것을 특징으로 하는 금속-폴리머 복합 몰드의 형태로 구성되어 있다.
본 발명의 주요 특징 중의 하나는, 다수의 관통구가 형성되어 있는 금속 판재를 삽입재로 사용하기 때문에, 복합 몰드내에 금속 판재와 폴리머 기지간의 접합 강도가 금속 판재와 폴리머 기지간의 계면 접착 강도에 의하여 영향을 크게 받지 않으며, 폴리머 기지를 제조하는 과정에서 기공의 혼입을 최소화할 수 있다는 점이다. 통상적인 금속 판재가 폴리머 기지내로 삽입되면, 금속-폴리머 계면의 접합력은 반데르발스 결합력에 의하여 결정되기 때문에, 계면에서 박리가 쉽게 발생하고, 폴리머 기지를 금속 판재가 구속하여 기계적, 물리적 특성을 제어하는 성능이 저하하게 된다. 그러나, 본 발명에서와 같이 다수의 관통구를 가진 금속 판재(이하에서는, 경우에 따라 "천공 금속 판재"로 약칭하기도 함)을 사용하면, 상기 관통구 사이로 폴리머 기지들이 연결되어 있기 때문에, 폴리머 기지와 금속 판재간에 기계적인 interlocking이 발생하여 강력한 구속력을 가지게 되므로, 금속-폴리머 계면의 박리가 억제되고 폴리머 기지의 기계적 성질 및 물리적 성질이 금속 판재재에 용이하게 조절할 수 있다.
또한, 천공 금속 판재의 사용은 몰드의 제조과정에서 혼입된 기포가 용이하게 제거될 수 있게 하여 균일한 폴리머 기지의 제조를 가능하게 한다. 폴리머 기지는 액상 폴리머 재료를 열경화 또는 광경화 방법에 의하여 경화시켜 형성하는 것이 일반적인데, 액상 폴리머 재료를 마스터 몰드와 금속 판재에 채울 때, 기포가 혼입되는 것이 일반적이다. 이와 같은 기포는 액상 폴리머 재료가 경화되기 이전에 진공 처리를 하여 제거하는 것이 일반적인데, 미천공 판재 재료를 사용할 경우 기포가 판재 하부에 포획(trap)되어 제거되지 않는 문제점이 있다. 그러나, 본 발명의 복합 몰드에서는 금속 판재의 관통구를 통해 하부에 포획되어 있는 기포가 위쪽으로 이동하면서 제거될 수 있으므로 상기와 같은 문제점이 발생하지 않는다.
본 발명에 따른 금속-폴리머 복합 몰드는 천공 금속 판재의 열팽창 계수가 PDP 유리 배면 기판의 열팽창 계수와 동일하거나 유사한 것을 요건으로 하고 있다.
천공 금속 판재의 열팽창 계수가 PDP 유리 배면 기판의 열팽창 계수와 동일하거나 유사하기 위해서는 이에 적합한 재료를 사용하여야 한다. 대부분의 금속 재료의 열팽창 계수는 PDP 유리 기판 재료의 10 ~ 20 배 가량 크다. 따라서, 본 발명에서는 열팽창 계수가 0.1 ~ 2 x 10-6/℃의 범위에 있는 금속 재료를 사용한다. 그러한 금속 재료의 바람직한 예로는 인바(Invar) 합금, 코바(Covar) 합금, 엘인바(L-invar) 합금, 수퍼-인바(super-invar) 합금 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, Invar 합금들은 유리와 유사한 열팽창 계수를 가지고 있기 때문에, CRT 스크린의 shadow 마스크와 같은 재료로 사용되고 있다.
본 발명에 따른 금속-폴리머 복합 몰드는 폴리머 기재의 내부 또는 하면에 다수의 관통구가 형성되어 있는 금속 판재를 포함하고 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 대부분의 금속 재료는 폴리머 재료와 화학 결합을 하지 않기 때문에, 폴리머 몰드내로 삽입된 금속 판재와 폴리머 몰드 재료간의 계면 접착력이 낮아 쉽게 박리가 발생한다. 반면에, 본 발명의 금속-폴리머 복합 몰드는 천공 금속 판재를 포함하고 있어서 상부와 하부의 폴리머 재료가 천공된 구멍("관통구")을 통해 서로 연결되게 되므로, 기계적으로 금속 판재를 구속하게 된다. 관통구의 형상 및 금속 판재에서의 배열 및 개수는, 본 발명의 효과를 제공할 수 있는 것이라면, 특별히 한정되는 것은 아니며, 관통구의 형상은 수평 단면상으로, 예를 들어, 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형 등을 포함한 다각형, 타원을 포함한 원형 등일 수 있다. 도 3a 및 3b에는 하나의 실시예로서 원형 및 사각형의 형상을 가진 다수의 관통구가 판재의 전면에 걸쳐 균일하게 배열되어 있는 금속 판재의 형상이 예시되어 있다.
복합 몰드와 금속 판재의 두께 역시 특별히 제한되는 것은 아니며, 바람직한 예로서, 복합 몰드가 0.5 ㎜ 내지 5 ㎜의 두께를 가진 판형 몰드일 때, 상기 금속 판재재의 두께는 바람직하게는 50 ㎛ 내지 1 ㎜의 범위에 있다. 금속 판재에서 관통구의 개구율은 바람직하게는 20 내지 95%, 더욱 바람직하게는 50 내지 90%이다.
경우에 따라서는, 금속-폴리머 기지 계면의 결합 강도를 증가시키기 위하여, 금속 판재의 표면에 Cr, Ti, Ni, Co, Zr 등과 같은 계면 결합 강도 촉진층을 코팅할 수도 있다.
상기 탄성 폴리머 기지의 재료는 열 경화형 또는 광 경화형 액상 폴리머 재료로서 사용상태에서의 액상의 점도가 바람직하게는 약 40,000 cP 이하, 더욱 바람직하게는 약 20,000 cP 이하, 특히 바람직하게는 10,000 cP 이하인 것이 요구된다. 사용상태에서의 액상 점도가 너무 높으면 연성 폴리머 몰드의 두께 균일성을 조절하기가 곤란하고, 몰드를 제조하는 과정에서 기포가 혼입되었을 때 제거하기가 곤란하다.
액상 폴리머의 점도를 상기 범위로 낮추는 방법은 다양할 수 있는데, (ⅰ) 점도가 낮은 폴리머 성분을 사용하는 방법, (ⅱ) 폴리머내에 점도 강하제를 첨가하는 방법, (ⅲ) 사용상태의 온도를 상승시키는 방법 등을 예로서 들 수 있지만, 그것으로 한정되는 것은 아니다.
상기 방법(ⅰ)에서의 저점도 액상 폴리머는 본 발명의 방법에 있어서 열 경화성 또는 광 경화성 바인더로서 사용될 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 시판중인 예로는 PDMS(Corning사 제품)를 들 수 있다. 상기 방법(ⅱ)에서의 점도 강하제는 본 발명의 반응에 영향을 미치지 않으면서 액상 폴리머의 점도를 적 정하게 낮출 수 있는 것으로서, 시판중인 대표적인 예로는 LGE(국도 Chemical. co. ltd., 제품)을 들 수 있다. 상기 방법(ⅲ)에서의 사용상태의 온도는 특별히 제한되는 것은 아니며, 액상 폴리머의 조성에 따라 적절히 결정할 수 있다. 점도는 온도의 상승에 따라 일반적으로 낮아지지만, 너무 높은 온도에서는 첨가되는 경화제의 가사 시간(service life)을 단축시켜 오히려 급격한 점도 상승을 초래할 수 있다. 바람직한 사용상태 온도는 50 내지 70℃이다. 상기 점도 조절 방법은 예시된 방법들을 필요에 따라 단독으로 사용하거나 또는 2 이상의 조합으로 사용할 수 있으며, 경우에 따라서는 상기 예시한 이외의 방법을 추가로 사용할 수 있다.
상기 천공 금속 판재는 폴리머 기지의 내부 또는 하면에 위치하는데, 바람직하게는 폴리머 기지의 내부 중앙에 삽입된다. 경우에 따라서는, 폴리머 기지의 두께 방향을 따라 둘 또는 그 이상의 천공 금속 판재가 포함되어 있을 수도 있다. 또한, 천공 금속 판재는 몰드의 전면에 걸쳐 한 개의 단위로 구성될 수도 있고, 다수 개의 단위로 구성될 수도 있다. 즉, 앞서 설명한 본 발명의 원리를 구현하는 다양한 구성들이 가능할 수 있으며, 이들은 모두 본 발명의 범주에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
이와 같은 재료를 사용하여 금속-폴리머 복합 몰드를 제조하는 바람직한 예는 다음과 같다.
(1) 제조하고자 하는 PDP의 격벽 형상을 가진 마스터 몰드를 준비하는 단계;
(2) 몰드 삽입용 천공 금속 판재(a)를 마스터 몰드의 상부에 10 내지 1,000 ㎛ 간격을 두고 마스터 몰드의 상면과 평행하게 위치시키는 단계;
(3) 몰드 삽입용 천공 금속 판재(a)의 상부에 몰드 두께 조절용 천공 금속 판재(b)를 100 내지 5,000 ㎛ 간격을 두고 몰드 삽입용 천공 급속 판재(a)와 평행하게 위치시키는 단계:
(4) 마스터 몰드/삽입용 천공 금속 판재(a)/두께 조절용 금속 판재(b)로 구성된 몰드 프리폼(PREFORM)에 열경화성 또는 광경화성 액상 폴리머를 채우고, 몰드 프리폼내에 혼입된 기포를 제거하기 위하여 진공 오븐에 장입하는 단계:
(5) 액상 폴리머를 열경화시키거나 광경화시켜 고상화시킨 후 마스터 몰드를 제거하는 단계: 및,
(6) 두께 조절용 천공 금속 판재(b)를 제거하여 일정 두께를 가진 폴리머/금속 복합 몰드를 제조하는 단계;
를 포함하는 것으로 구성되어 있다.
상기 단계(1)의 PDP 격벽 형상의 마스터 몰드는 UV 리쏘그라피 공지 기술을 사용하여도 제작할 수 있다.
먼저, 유리 기판과 같은 기재상에 UV용 후막 포토레지스트(photoresist) 재료를 요구되는 격벽 몰드의 두께로 도포한 후, 격벽의 형상으로 UV 노광 및 현상 과정을 거쳐서 격벽 패턴으로 제조한다. 이때 UV용 후막 포토레지스트로는, 예를 들어, SU-8(Microchem. 사, 미국) 또는 DFR(dry film resist) 등을 사용할 수 있다. 우선, 후막 포토레지스트를 기재상에 스핀 코팅 등의 방식으로 도포한 후, 마스크를 후막상에 위치시키고 UV를 조사한다. 현상액을 사용하여 마스크에 의해 보호되지 않은 부위(UV에 노광된 부위)를 현상하여 마스터 몰드를 제작한다.
마스터 몰드는 UV 리쏘그라피법 이외에 다이아몬드 연마 공구를 이용하여 제조한 것, 전기 도금법으로 제조된 것, 공지의 기술로서 제작된 PDP 배면판 자체를 사용하는 것도 가능하다.
마스터 몰드는 다양한 종류의 격벽 형상들이 각인되어 있을 수 있는데, 예를 들어, 스트라이프(stripe)형, 와플(waffle)형, 허니콤(honeycomb)형, 미안더(meander)형, 피시본(fishbone)형 , SDR형, Step-formed 와플, Step-formed 허니콤, Step-formed SDR형 등을 포함한다.
상기 단계(2)의 몰드 삽입용 천공된 금속 판재(a)를 마스터 몰드의 상부에 평행하게 위치시키기 위해서는 금속 판재에 일정한 인장 응력(pre-tension)을 가한 후, 이를 평행하게 위치시키는 방법이 사용될 수 있다. 이와 같은 인장 응력은 금속 판재의 항복 응력 이하에서 가하여 금속 판재가 영구 변형되지 않도록 한다.
상기 단계(3)에서, 몰드 삽입용 천공 금속 판재(a)의 상부에 몰드 두께 조절용 천공 금속 판재(b)를 몰드 삽입용 천공 급속 판재(a)와 평행하게 위치시키는데, 이는 상기 단계 (2)와 유사한 방법으로 행해질 수 있다. 상기 몰드 두께 조절용 천공 금속 판재(b)는 단순히 몰드의 두께를 조절하기 위하여 몰드의 제조과정에서 사용된 제거되는 부재로서, 몰드 삽입용 천공 금속 부재(a)처럼 다수의 관통구를 포함하고 있지만 반드시 그와 동일한 필요는 없으며, 그것의 소재 및 두께 등도 동일할 필요는 없다.
상기 단계(4)에서 열경화성 또는 광경화성 액상 폴리머를 마스터 몰드/몰드 삽입용 천공 금속 판재(a)/두께 조절용 천공 금속 판재(b)의 몰드 프리폼의 사이에 채우는 방법은 다양한 방법들에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 기포의 혼입을 최소화하기 위하여 마스터 몰드/삽입용 천공된 금속 판재(a)/두께 조절용 금속 판재(b)의 몰드 프리폼의 측면에서 액상 폴리머를 압입하는 방법, 적층 몰드 프리폼의 상부에서 액상 폴리머를 부은 후 레벨링 과정을 거쳐 제조하는 방법, 스퀴져와 같은 어플리케이터(applicator)를 이용하여 액상 폴리머를 적층 몰드 프리폼 상부에 코팅하는 방법 등이 사용될 수 있다.
이와 같은 방법에 의해 몰드 프리폼이 액상 폴리머로 채워지면, 액상 폴리머 기지내에 혼입된 기포를 제거하기 위해서 진공 오븐에 장입한다. 기포의 혼입 정도는 액상 폴리머를 몰드 프리폼에 채우는 방법, 액상 폴리머의 종류 및 분자량, 첨가제 등의 다양한 요인들에 의해서 좌우되기 때문에, 기포를 제거하기 위한 진공 오븐의 진공도, 온도 및 유지시간 등이 특별히 특정되는 것은 아니다. 바람직한 하나의 예로서, 상기 단계(4)는 0.01 ~ 0.5 기압, 50 ~ 70℃ 및 30 분 ~ 2시간의 조건으로 수행될 수 있다.
상기 단계(5)에서 액상 폴리머를 열경화시키거나 광경화시켜 고체상의 몰드를 얻는 단계는 통상적인 열경화 및 광경화 공정이 그대로 사용될 수 있으므로, 그에 대한 설명은 생략한다.
경화된 몰드 프리폼이 얻어지면, 상기 단계(6)에서 두께 조절용 천공 금속 판재를 경화된 몰드 프리폼으로부터 제거하여 일정 두께를 가진 연성 폴리머 몰드를 제조하게 된다. 도 4에는 본 발명에 따른 금속-폴리머 복합 몰드의 제조 과정에 대한 대략적 공정도가 모식적으로 도시되어있다.
본 발명에 따른 PDP 격벽용 금속-폴리머 복합 몰드는, 열팽창 계수가 배면 유리 기판과 유사하고, 기계적 강도가 우수하며, 유연하기 때문에 경화된 격벽으로부터 이형성이 우수하며, 균일한 두께로 제작되기 때문에 모세관 몰딩, 인젝션 몰딩 등과 같은 대량 몰딩 공법의 생산성과 제조된 격벽의 수율을 향상시킬 수 있다. 또한, 몰드를 제조하는 경제적인 방법을 제공함으로써, 궁극적으로는 PDP의 제조원가를 감소시킨다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (9)

  1. 플라즈마 디스플레이 소자(PDP)용 배면판 격벽 몰딩용 박판형 몰드로서, 탄성 폴리머 기지의 내부 또는 하면에 다수의 관통구가 형성되어 있는 금속 판재를 포함하고 있고 상기 금속 판재의 열팽창 계수가 PDP 유리 배면 기판의 열팽창 계수와 동일하거나 유사한 것을 특징으로 하는 금속-폴리머 복합 몰드.
  2. 제 1 항에 있어서, 금속 판재의 상기 열팽창 계수가 0.1 ~ 2 x 10-6/℃의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 금속-폴리머 복합 몰드.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 판재의 재료는 인바(Invar) 합금, 코바(Covar) 합금, 엘인바(L-invar) 합금 또는 수퍼-인바(super-invar) 합금인 것을 특징으로 하는 판형 금속-폴리머 복합 몰드.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 복합 몰드가 0.5 ㎜ 내지 5 ㎜의 두께를 가진 판형 몰드일 때, 상기 금속 판재의 두께는 50 ㎛ 내지 1 ㎜의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 금속-폴리머 복합 몰드.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 판재에서 관통구의 개구율은 20 내지 95%인 것 을 특징으로 하는 금속-폴리머 복합 몰드.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 금속 판재에서 관통구의 개구율은 50 내지 90%인 것을 특징으로 하는 금속-폴리머 복합 몰드.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 탄성 폴리머 기지의 재료는 열 경화형 또는 광 경화형 액상 폴리머 재료로서 사용상태에서의 액상의 점도가 40,000 cP 이하인 것을 특징으로 하는 금속-폴리머 복합 몰드.
  8. 제 1 항에 있어서, 금속-폴리머 기지 계면의 결합 강도를 증가시키기 위하여, 상기 금속 판재의 표면에 Cr, Ti, Ni, Co, Zr 등의 계면 결합 강도 촉진층이 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 금속-폴리머 복합 몰드.
  9. (1) 제조하고자 하는 PDP의 격벽 형상을 가진 마스터 몰드를 준비하는 단계;
    (2) 몰드 삽입용 천공 금속 판재(a)를 마스터 몰드의 상부에 10 내지 1,000 ㎛ 간격을 두고 마스터 몰드의 상면과 평행하게 위치시키는 단계;
    (3) 몰드 삽입용 천공 금속 판재(a)의 상부에 몰드 두께 조절용 천공 금속 판재(b)를 100 내지 5,000 ㎛ 간격을 두고 몰드 삽입용 천공 급속 판재(a)와 평행하게 위치시키는 단계:
    (4) 마스터 몰드/삽입용 천공 금속 판재(a)/두께 조절용 금속 판재(b)로 구 성된 몰드 프리폼(PREFORM)에 열경화성 또는 광경화성 액상 폴리머를 채우고, 몰드 프리폼내에 혼입된 기포를 제거하기 위하여 진공 오븐에 장입하는 단계:
    (5) 액상 폴리머를 열경화시키거나 광경화시켜 고상화시킨 후 마스터 몰드를 제거하는 단계: 및,
    (6) 두께 조절용 천공 금속 판재(b)를 제거하여 일정 두께를 가진 폴리머/금속 복합 몰드를 제조하는 단계;
    를 포함하는 것으로 구성된 제 1 항에 따른 금속-폴리머 복합 몰드의 제조방법.
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