KR20070063457A - 양이온 중합성 광화상형성가능 후막 조성물, 전극, 및 이를형성하는 방법 - Google Patents

양이온 중합성 광화상형성가능 후막 조성물, 전극, 및 이를형성하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은: (I) (a) 전기 전도성, 저항성 및 유전성 입자로부터 선택된 기능성 상(functional phase) 입자; 및 (b) 유리 전이 온도가 325 내지 600℃의 범위이고, 표면적이 10 m2/g 이하이며, 입자의 85 중량％ 이상이 크기가 0.1 내지 10 ㎛인 무기 결합제를 포함하는 무기 물질의 미분 입자, (II) (c) 각 공중합체 또는 혼성중합체가 (1) C1 -10 알킬 아크릴레이트, C1-10 알킬 메타크릴레이트, 스티렌, 치환 스티렌 또는 그의 조합을 포함하는 비-산성 공단량체, 및 (2) 에틸렌성 불포화 카르복실산 함유 잔기를 포함하는 산성 공단량체를 포함하는 공중합체, 혼성중합체(interpolymer) 또는 이들의 혼합물인 수성 현상가능한 중합체; (d) 양이온 중합성 단량체; (e) 광개시 시스템; 및 (f) 유기 용매를 포함하는 유기 매질을 포함하며, 상기 무기 물질의 미분 입자 (I)가 상기 유기 매질 (II)에 분산되어 있는 광화상형성가능(photoimageable) 조성물에 관한 것이다.
양이온 중합성 광화상형성가능 후막 조성물, 전극

Description

양이온 중합성 광화상형성가능 후막 조성물, 전극, 및 이를 형성하는 방법 {Cationically Polymerizable Photoimageable Thick Film Compositions, Electrodes, and Methods of Forming Thereof}
도 1은 AC PDP에서의 블랙 전극(black electrode)을 도시한 도면.
도 2a 내지 2e는 본 발명의 일 실시양태를 구성하는 것과 관련된 공정들을 나타낸 도면.
도 3a 내지 3h는 본 발명의 제2 실시양태를 구성하는 것과 관련된 공정들을 나타낸 도면.
[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]
1. 투명 전극 4. 셀 배리어
5. 전면 유리 기판 6. 후면 유리 기판
7. 버스 전극 7a. 노광 부분
7b. 미노광 부분 8. 유전체 코팅 층
10. 블랙 전극 10a. 노광 부분
10b. 미노광 부분 11. MgO 코팅 층
13. 포토툴 또는 표적
본 발명은 광패터닝(photo-patterning) 방법에서 사용하기 위한 광화상형성가능(photoimageable) 후막(thick film) 조성물(들) 및 테이프 조성물에 관한 것이다. 일 실시양태에 있어 보다 상세하게는, 본 발명의 광화상형성가능 후막 페이스트 조성물은 플라스마 디스플레이 패널 (PDP)와 같은 평판 디스플레이 분야에서 전자 회로를 형성하기 위해 사용된다.
전자산업은 보다 작고, 보다 저렴하며, 보다 고해상도의 성능을 제공하는 전자 장치를 창조하기 위해 끊임없이 노력하고 있다. 따라서. 이러한 목적을 달성하는 새로운 광화상형성가능 조성물 및 광패터닝 방법을 개발할 필요가 있게 되었다.
광패터닝 기술은 전통적인 스크린 인쇄법(screen-printing method)에 비해 균일하고 더 미세한 선 및 공간 해상도를 제공한다. 듀퐁(DuPont)사의 포델(FODEL)
Figure 112006092687305-PAT00001
광화상형성가능 후막 페이스트와 같은 광패터닝 방법은 미국 특허 제4,912,019호, 미국 특허 제4,925,771호, 미국 특허 제5,049,480호, 미국 특허 제5,851,732호 및 미국 특허 제6,075,319 호에 나와 있는 것과 같은 광화상형성가능 유기 매체를 이용하는데, 이로써 기판을 먼저 광화상형성가능 후막 조성물로 완전히 피복하고(인쇄, 분무, 코팅 또는 적층하고), 필요한 경우, 건조시킨다. 패턴의 화상은, 패턴이 새겨진 포토마스크(photomask)를 통해 광화상형성가능 후막 조성물을 화학선 복사에 노광시킴으로써 생성된다. 그 후, 노광된 기판을 현상한다. 패턴의 미노광 부분을 세정하여 제거하면, 기판 상에 광화상형성된 후막 조성물이 남 고, 이어서 이를 소성하여 유기 물질을 제거하고, 무기 물질을 소결한다. 이와 같은 광패터닝 방법은 기판의 평활성, 무기질 입자 크기 분포, 노광 및 현상 변수에 따라 약 30 마이크론 이상의 후막 선 해상도를 나타낸다. 그러한 기법은 플라스마 디스플레이 패널과 같은 평판 디스플레이의 제조에 유용한 것으로 입증되었다.
그러나 상술한 광화상형성가능 후막 조성물 및 테이프 조성물은 모두 자유 라디칼 중합에 의거하는데, 여기에서는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 단량체가 자유 라디칼의 개시에 의해 중합되며, 자유 라디칼은 광개시제의 분해로써 생성된다. 중합된 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 단량체는 UV-노광된 영역의 가용성을 감소시킨다.
자유 라디칼 중합은 공기 중 또는 후막 조성물 중의 산소에 의해 억제될 수 있다. 현재, 대부분의 PDP 제조업체들은 포토마스크의 가능한 손상을 피하도록 광화상형성가능 후막 조성물을 노광시키는 소위 오프-콘택트(off-contact) 방식을 이용한다. 매우 종종 후막 조성물은 어느 정도 끈적거린다. 포토마스크가 조성물과 접촉하면, 조성물의 일부가 포토마스크에 들러붙어 마스크 상의 화상을 손상시킬 수 있다. 용어 '오프-콘택트'란, 목적하는 전자 회로 패턴이 있는 포토마스크와 노광될 후막 조성물 사이에 간극이 있음을 의미한다. 간극은 공기, 즉 산소의 존재로 충진되어 있다. 이것이 가공 변화성의 이유 중 하나이다.
본 발명은 양이온 중합성 단량체(에폭시 단량체 포함)를 갖는 조성물(들), 광패터닝 방법, 및 전극 형성 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의해 제공되는 조성물에서는, UV-노광이 오프-콘택트 노광의 간극 사이의 산소의 존재에 더 이상 민감 하지 않다. 본 발명은 신규한 후막 페이스트 및 테이프 조성물, 광패터닝 방법, 및 전극 형성 방법을 개시한다. 후막 페이스트 조성물은 에폭시드 단량체 및 오늄 염 광개시제를 함유한다. 오늄 염은 화학선 UV-조사 시 분해되어 초강산(super acid) 또는 양이온을 생성하며, 이들은 이어서 에폭시드 단량체의 중합을 개시한다. 중합된 에폭시드 단량체는 UV-노광된 영역의 가용성을 감소시키고, 현상 후 기판 상에 전자 회로 패턴으로서 남는다.
본 발명의 목적은 UV-노광이 오프-콘택트 노광의 간극 사이의 산소의 존재에 더 이상 민감하지 않은 광화상형성가능 조성물, 이를 이용한 광-패터닝 방법 및 상기 조성물 및 방법으로부터 형성된 물품/장치를 제공하는 데 있다.
본 발명은
(I) (a) 전기 전도성, 저항성 및 유전성 입자로부터 선택된 기능성 상(functional phase) 입자; 및
(b) 유리 전이 온도가 325 내지 600℃의 범위이고, 표면적이 10 m2/g 이하이며, 입자의 85 중량％ 이상이 크기가 0.1 내지 10 ㎛인 무기 결합제
를 포함하는 무기 물질의 미분 입자,
(II) (c) 각 공중합체 또는 혼성중합체가 (1) C1 -10 알킬 아크릴레이트, C1 -10 알킬 메타크릴레이트, 스티렌, 치환 스티렌 또는 이들의 조합물을 포함하는 비-산 성 공단량체, 및 (2) 에틸렌성 불포화 카르복실산 함유 잔기를 포함하는 산성 공단량체를 포함하는 것인 공중합체, 혼성중합체(interpolymer) 또는 이들의 혼합물인 수성 현상가능한 중합체;
(d) 양이온 중합성 단량체;
(e) 광개시 시스템; 및
(f) 유기 용매
를 포함하는 유기 매질을 포함하며,
상기 무기 물질의 미분입자 (I)가 상기 유기 매질(II)에 분산되어 있는 광화상형성가능 조성물에 관한 것이다.
본 발명은 또한 상기한 광화상형성가능 조성물로부터 형성된 테이프(들) 및 테이프 조성물(들), 이러한 조성물을 이용하는 광-패터닝 방법, 및 상기 조성물(들) 및 방법(들)으로부터 형성된 물품/장치에 관한 것이다.
일반적으로, 후막 조성물은 전도성, 저항성 및 유전 특성과 같은 적절한 전기적 기능성 특성을 부여하는 기능성 상(functional phase)을 포함한다. 기능성 상은 전기적 기능성 분말이 기능성 상을 위한 담체로서 작용하는 유기 매질 중에 분산되어 있는 것을 포함한다. 기능성 상은 소성된 후막의 전기적 특성을 결정하고 기계적 특성에 영향을 미친다. 본 발명의 후막 페이스트 조성물 및 테이프 조성물은 그와 같은 기능성 상이 무기 결합제와 함께 유기 매질 중에 분산된 것을 포함한다.
본 발명의 조성물은 PDP 전극을 형성하기 위한, 듀퐁사의 포델
Figure 112006092687305-PAT00002
제품과 같 은 광화상형성가능 후막 페이스트의 일반적 가공 하에 사용될 수 있는데, 가공에는 후막 페이스트를 유리 기판 위에 인쇄 또는 피복시키고, 인쇄된 페이스트를 상승된 온도에서 건조시켜 용매를 제거하고, UV-노광하고, 현상하며, 소성시키는 것이 포함된다. 그러나, 노광후 건조 단계는 화상 또는 패턴 품질을 더 양호하게 할 수도 있다.
실시예 1(제1 실시양태)에서 입증된 바와 같이, 본 발명에 따라, 유기 용매를 제거하기에 충분한 시간 및 온도에서 조성물을 건조시킴으로써 테이프 또는 시트를 형성할 수 있다. 그러한 종류의 테이프는 적층에 의해 기판에 적용될 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 그 후, 적층된 테이프는 인쇄된 페이스트로 추가 가공될 수 있다.
본 발명의 광화상형성가능 조성물(들)의 주요 성분들이 하기에 논의될 것이다.
I. 무기 물질
A. 기능성 상 - 전기적 기능성 분말(입자)
i. 전도체 응용분야
전도체 응용분야에서는, 기능성 상이 전기적 기능성 전도체 분말(들)로 이루어져 있다. 주어진 후막 조성물 중의 전기적 기능성 분말은 단일 유형의 분말, 분말 혼합물, 몇가지 원소의 합금 또는 화합물을 포함할 수 있다. 본 발명에서 사용될 수 있는 전기적 기능성 전도성 분말에는 금, 은, 니켈, 알루미늄, 팔라듐, 몰리브덴, 텅스텐, 탄탈룸, 주석, 인듐, 란타늄, 가돌리늄, 붕소, 루테늄, 코발트, 탄 탈룸, 이트륨, 유로퓸, 갈륨, 황, 아연, 규소, 마그네슘, 바륨, 세륨, 스트론튬, 납, 안티몬, 전도성 탄소, 백금, 구리 또는 이들의 혼합물이 포함되나, 이에 제한되지는 않는다.
금속 입자는 유기 물질로 코팅되거나 코팅되지 않을 수 있다. 특히, 금속 입자는 계면활성제로 코팅될 수 있다. 한 실시양태에서는, 계면활성제가 스테아르산, 팔미트산, 스테아레이트 염, 팔미테이트 염 및 이들의 혼합물로부터 선택된다. 짝이온은 수소, 암모늄, 나트륨, 칼륨 및 이들의 혼합물일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
한 실시양태에서는, 스테아르산 및 팔미트산 또는 이들의 염의 혼합물이 사용되는 경우, 그 비율의 범위가 범위 내에 포함되는 모든 비율을 포함하여 30/70 내지 70/30인 것이 바람직하다. 한 실시양태에서는, 계면활성제가 은 입자상에서 발견되든지 조성물에 첨가된 것이든지 간에, 조성물 중에서 은 입자의 중량에 대해 0.10 내지 1 중량％의 범위 내로 발견된다.
본 발명의 수행에 있어서는 구형 입자 및 박편(flake)(막대, 원추 및 판상)을 포함하는, 거의 모든 형상의 금속 분말(들)이 사용될 수 있다. 한 실시양태에서는, 금속 분말이 금, 은, 팔라듐, 백금, 구리 및 이들의 조합물이다.
또 다른 실시양태에서는, 입자가 구형일 수 있다.
또 다른 실시양태에서는, 본 발명은 분산액에 관한 것이다. 분산액은 조성물, 입자, 박편, 또는 이들의 조합물을 포함할 수 있다. 본 발명의 분산액은 입자 크기가 0.1 ㎛ 미만인 고체를 상당량으로 포함하지 않아야 함이 밝혀졌다. 분산액 이 보통 스크린인쇄법에 의해 도포되는 후막 페이스트를 제조하기 위해 사용되는 경우, 최대 입자 크기는 스크린의 두께를 초과하지 않아야 한다. 한 특정 실시양태에서는, 전도성 고체의 80 중량％ 이상이 0.5 내지 10 ㎛ 범위 내에 속해야 한다.
또 다른 실시양태에서는, 전도성 입자의 표면적이 20 m2/g를 초과하지 않으며; 이 실시양태의 한 측면에서는 전도성 입자의 표면적이 10 m2/g을 초과하지 않고, 이 실시양태의 또 다른 측면에서는 전도성 입자의 표면적이 5 m2/g을 초과하지 않는다. 표면적이 20 m2/g을 초과하는 금속 입자가 사용되면, 수반되는 무기 결합제의 소결 특성에 좋지 못한 영향을 미친다.
ii. 저항체 응용분야
저항체 조성물에서는, 기능성 상이 일반적으로 전도성 산화물이다. 저항체 조성물 중의 기능성 상의 예에는 Pd/Ag, RuO2, 파이로클로어(pyrochlore) 산화물을 비롯하여 당해 분야에 공지된 기타 물질이 포함된다.
루테늄계 다원 산화물(polynary oxides)은, 하기 일반식으로 표시되는, Ru+4, Ir+4 또는 그의 혼합물 (M")의 다중성분 화합물인 파이로클로어 산화물의 한 종류이다:
(MxBi2 -x)(M'yM"2-y)O7 -z
[식 중, M은 이트륨, 탈륨, 인듐, 카드뮴, 납, 구리 및 희토류 물질로 이루어진 군에서 선택되고,
M'은 백금, 티탄, 크롬, 로듐 및 안티몬으로 이루어진 군에서 선택되며;
Mn은 루테늄, 이리듐 또는 이들의 혼합물이고;
x는 0 내지 2이나, 단 일가 구리에 대해서는 x≤1이며;
y는 0 내지 0.5이나, 단 M'이 로듐이나, 백금, 티탄, 크롬, 로듐 또는 안티몬 중 하나 초과인 경우에는 y는 0 내지 1이고;
z는 0 내지 1이나, 단 M이 2가 납 또는 카드뮴인 경우에는 z는 적어도 약 x/2와 같다].
루테늄 파이로클로어 산화물은 본원에 참조로서 인용된 미국 특허 제3,583,931호에 상세히 설명되어 있다.
바람직한 루테늄 다원 산화물은 루테늄산비스무트 Bi2Ru2O7, 루테늄산납 Pb2Ru2O6, Pb1.5Bi0.5Ru2O6.5, PbBiRu2O6 .75 및 GdBiRu2O6이다. 이 물질들은 순수 형태로 용이하게 얻을 수 있다. 이들은 유리 결합제에 의해 좋지 못한 영향을 받지 않으며, 공기 중에서 약 1000℃로 가열해도 안정하다.
루테늄 산화물 및/또는 루테늄 파이로클로어 산화물은 유기 매질을 포함한 전체 조성물의 중량에 대해 4 내지 50 중량％, 바람직하게는 6 내지 30 중량％, 더욱 바람직하게는 5 내지 15 중량％, 가장 바람직하게는 9 내지 12 중량％의 분율로 사용된다.
전도성 금속 산화물 입자도 또한 본 발명에 유용할 수 있다. 이들 전도성 금속 산화물 입자는 디스플레이 응용분야의 전도성 블랙 조성물에 특히 유용하다. 전도성 금속 산화물 입자는 Ba, Ru, Ca, Cu, Sr, Bi, Pb 및 희토류 금속에서 선택된 둘 이상의 원소의 산화물을 포함하는 무기 물질의 미분 입자를 함유한다. 특히, 이들 산화물은 금속성 또는 반-금속성 전도성을 가진 금속 산화물이다. 희토류 금속에는 스칸듐(Sc) 및 이트륨(Y)(원자 번호 21과 39), 및 La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 및 Lu(원자 번호 57에서 71까지)를 포함하는 란탄족 원소가 포함된다. 바람직한 산화물은 Ba, Ru, Ca, Cu, La, Sr, Y, Nd, Bi 및 Pb에서 선택된 둘 이상의 원소의 산화물이다. 또한, Ni 분말이 블랙 전도체로서 이용될 수도 있다.
본 발명의 금속 산화물(들)의 표면적 대 중량 비는 2 내지 20 m2/g의 범위일 수 있다. 한 실시양태에서는, 범위가 5 내지 15 m2/g이다. 또 다른 실시양태에서는, 표면적 대 중량 비의 범위가 6 내지 10 m2/g이다.
iii. 유전체 응용분야
유전체 조성물에서는, 기능성 상이 유리 또는 세라믹일 수 있다. 유전체 후막 조성물은 전기 전하를 분리하는 비-전도성 조성물 또는 절연체 조성물이며, 전기 전하가 저장되도록 할 수 있다. 따라서, 후막 유전체 조성물은 세라믹 분말, 산화물 및 비-산화물 프릿(frit), 결정화 개시제 또는 억제제, 계면활성제, 착색제, 유기 매질, 및 이와 같은 후막 유전체 조성물의 당해 기술에서 흔히 쓰이는 기 타 성분들을 함유할 수 있다. 세라믹 고체의 예에는 알루미나, 티탄산염, 지르콘산염 및 주석산염, BaTiO3, CaTiO3, SrTiO3, PbTiO3, CaZrO3, BaZrO3, CaSnO3, BaSnO3, 및 Al2O3, 유리 및 유리-세라믹이 포함되나, 이에 제한되지는 않는다. 이는 이와 같은 물질의 전구체, 즉 소성시 유전체 고체로 전환되는 고체 물질, 및 이들의 혼합물에도 적용가능하다.
B. 무기 결합제
본 발명에서 사용되는 무기 결합제 및 일반적으로는 유리 프릿의 기능은 소성 후에 입자들을 상호 간에 또한 기판에 결합시키는 것이다. 무기 결합제의 예에는 유리 결합제 (프릿), 금속 산화물 및 세라믹이 포함된다. 조성물에 유용한 유리 결합제는 당해 분야에서 통상적인 것이다. 몇 가지 예에는 보로실리케이트 및 알루미노실리케이트 유리가 포함된다. 비제한적인 예에는 추가로 B2O3, SiO2, Al2O3, CdO, CaO, BaO, ZnO, SiO2, Na2O, Li2O, PbO, 및 ZrO와 같은 산화물의 조합이 포함되며, 이들은 독립적으로 또는 조합되어 유리 결합제를 형성하도록 사용될 수 있다. 후막 조성물에 유용한 금속 산화물은 당해 분야에서 통상적인 것이며, 예를 들면 ZnO, MgO, CoO, NiO, FeO, MnO 및 이들의 혼합물일 수 있다.
가장 바람직하게 사용되는 유리 프릿은 보로실리케이트 프릿, 예컨대 납 보로실리케이트 프릿, 비스무트, 카드뮴, 바륨, 칼슘 또는 기타 알칼리 토류 보로실리케이트 프릿이다. 한 실시양태에서는, 유리 결합제가 무납(Pb-free) 유리 프릿이다. 다양한 무납 프릿이 이용될 수 있지만, 바륨-비스무트 기재 무납 유리 프릿 이 특히 유용하다. 한 실시양태에서는 무기 결합제가 총 유리 결합제 조성물의 중량에 대해 55 내지 85％의 Bi2O3, 0 내지 20％의 SiO2, 0 내지 5％의 Al2O3, 2 내지 20％의 B2O3, 0 내지 20％의 ZnO, 0 내지 15％의, BaO, CaO 및 SrO에서 선택된 하나 이상의 산화물; 및 0 내지 3％의, Na2O, K2O, Cs2O, Li2O 및 이들의 혼합물에서 선택된 하나 이상의 산화물을 포함하는 무납 유리 프릿이며, 상기 유리 결합제 조성물은 무납이거나 실질적으로 무납이다.
이와 같은 유리 프리의 제법은 공지되어 있으며, 예를 들면 구성성분의 산화물의 형태인 유리의 구성성분들을 함께 용융시키고, 그러한 용융 조성물(들)을 물에 부어 프릿을 형성시키는 단계가 포함될 수 있다. 배치(batch) 성분은 당업자가 인식하는 바와 같이, 프릿 제조의 통상적 조건 하에 목적하는 산화물을 생성하는 임의의 화합물일 수 있다. 예를 들어, 산화붕소는 붕산에서 얻어질 것이고, 이산화규소는 플린트(flint)에서 제조될 것이며, 산화바륨은 탄산바륨에서 제조될 것이다. 유리는, 바람직하게는 프릿의 입자 크기를 감소시키고 실질적으로 균일한 크기의 프릿을 얻기 위해 볼 밀에서 물과 함께 분쇄한다. 이어서, 프릿을 물에서 침강시켜서 미세물(fines)을 분리하고, 미세물을 함유하는 상층액을 제거한다. 다른 분류 방법도 마찬가지로 사용할 수 있다.
유리는 통상적인 유리 제조 기법으로, 목적하는 성분들을 목적하는 비율로 혼합하고, 그 혼합물을 가열하여 용융물을 형성함으로써 제조한다. 당해 분야에서 공지된 바와 같이, 가열은 용융물이 완전히 액체가 되고 균질해지도록 하는 시간 동안, 피크 온도까지 수행된다. 목적하는 유리 전이 온도는 325 내지 600℃의 범위이다.
한 특정 실시양태에서는, 무기 결합제 입자의 85％ 이상이 0.1 내지 10 ㎛일 수 있다. 이 실시양태의 한 측면에서는, 총 고체에 대한 무기 결합제의 중량비가 0.1 내지 0.75의 범위이고, 또 다른 측면에서는 0.2 내지 0.5의 범위일 수 있다.
C. 유기 중합체
본원에 기재된 조성물 중 중합체 결합제(들)는 수성 현상성(aqueous developability)이 있고 높은 분해능(resolving power)을 나타낸다.
중합체 결합제 자체는 감광성이 아니다. 이들은 공중합체, 혼성중합체 또는 이들의 혼합물로 이루어지는데, 각 공중합체 또는 혼성중합체는 (1) C1 -10 알킬 아크릴레이트, C1 -10 알킬 메타크릴레이트, 스티렌, 치환 스티렌 또는 이들의 조합물을 포함하는 비-산성 공단량체, 및 (2) 에틸렌성 불포화 카르복실산 함유 잔기를 10 중량％ 이상 함유하는 산성 공단량체를 포함한다.
조성물 중 산성 공단량체 성분의 존재는 이 기법에서 중요하다. 산성 작용기는 탄산나트륨의 0.4 내지 2.0％ 수용액과 같은 수성 염기에서 현상될 수 있는 능력을 제공한다. 산성 공단량체가 10％ 미만의 농도로 존재하는 경우, 조성물은 수성 염기로 완전히 세정되어 제거되지 못한다. 산성 공단량체가 30％ 초과의 농도로 존재하는 경우, 조성물은 현상 조건 하에서 저항성이 낮아지고, 화상 부분에서 부분적 현상이 일어난다. 적절한 산성 공단량체에는 아크릴산, 메타크릴산 또 는 크로톤산과 같은 에틸렌성 불포화 모노카르복실산, 및 푸마르산, 이타콘산, 시트라콘산, 비닐숙신산 및 말레산과 같은 에틸렌성 불포화 디카르복실산을 비롯하여, 이들의 반에스테르(hemiester), 및 일부 경우에는 이들의 무수물 및 혼합물이 포함된다. 한 특정 실시양태에서는, 저산소 대기 중에서의 청정 연소(clean burning) 특성으로 인해 메타크릴 중합체가 (아크릴 중합체 대신에) 사용된다.
비-산성 공단량체가 앞서 언급한 바와 같은 알킬 아크릴레이트 또는 알킬 메타크릴레이트인 경우에는, 비-산성 공단량체는 중합체 결합제의 50 중량％ 이상을 구성할 수 있고; 한 특정 실시양태에서는 비-산성 공단량체가 70 내지 85 중량％를 구성한다. 비-산성 공단량체가 스티렌 또는 치환 스티렌인 경우에는, 이들 비-산성 공단량체가 중합체 결합제의 50 중량％를 구성하고, 나머지 50 중량％는 무수 말레산의 반에스테르산 무수물과 같은 산 무수물인 것이 바람직하다. 바람직한 치환 스티렌은 알파-메틸스티렌이다.
한 실시양태에서는, 중합체 결합제의 비-산성 부분이 중합체의 알킬 아크릴레이트, 알킬 메타크릴레이트, 스티렌, 또는 치환 스티렌 부분에 대한 치환기로서 다른 비-산성 공단량체를 약 50 중량％까지 함유할 수 있다. 예로는 아크릴로니트릴, 비닐 아세테이트, 및 아크릴아미드가 포함되나, 이에 제한되지는 않는다. 한 실시양태에서는, 총 중합체 결합제 중 그와 같은 단량체가 약 25 중량％ 미만으로 사용된다. 한 실시양태에서는, 단일 공중합체 또는 공중합체의 조합물이 결합제로서 사용될 수 있다. 상기 공중합체 외에도, 소량의 기타 중합체 결합제가 첨가될 수 있다. 이들의 예에는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리이소부틸렌, 및 에틸렌-프로필렌 공중합체와 같은 폴리올레핀, 폴리비닐 알코올 중합체(PVA), 폴리비닐 피롤리돈 중합체(PVP), 비닐 알코올 및 비닐 피롤리돈 공중합체를 비롯하여 폴리에틸렌 옥사이드와 같이 저알킬렌 옥사이드 중합체인 폴리에테르가 포함되나, 이에 제한되지는 않는다.
또한, 중합체 결합제의 중량 평균 분자량은 2,000 내지 250,000의 범위일 수 있으며, 여기에 포함되는 임의적인 범위가 포함된다. 중합체 결합제의 분자량은 응용분야에 따라 달라질 것이다.
조성물 중 총 중합체는 총 조성물에 대해 5 내지 70 중량％ 범위, 및 여기에 포함되는 임의적인 범위일 수 있다.
D. 양이온 중합성 단량체
통상적인 양이온 중합성 단량체 및 올리고머, 예컨대 에폭시 화합물, 엔올성(enolic) 에테르 및 알렌성(allenic) 에테르가 본 발명에서 사용될 수 있다. 단량체 성분은 건조 광중합성 층의 총 중량에 대해 20 중량％ 이하의 양으로 존재할 수 있다. 다른 실시양태들에서는 단량체가, 모두 건조 광중합성 층의 총 중량에 대해 1 내지 20 중량％, 1 내지 5 중량％, 3 내지 5 중량％의 범위의 양으로 존재한다. 한 실시양태에서는, 양이온 중합성 단량체의 양이 건조 광중합성 층의 총 중량에 대해 3 내지 10 중량％의 범위이다.
E. 광개시 시스템
적당한 광개시 시스템은 주위 온도에서 화학선 광에 노출되었을 때 초강산 양이온을 생성하는 시스템이다. 여기에는 치환 또는 비치환 오늄 염, 예컨대 요오 도늄 염 및 술포늄 염이 포함되나, 이에 제한되지는 않는다. 광개시제 또는 광개시제 시스템은 건조 광중합성 층의 총 중량에 대해 0.05 내지 10 중량％로 존재한다.
F. 유기 용매(들)
용매 또는 용매 혼합물일 수 있는, 유기 매질의 유기 용매 성분은 중합체 및 기타 유기 성분의 용액을 수득하도록 선택된다. 용매는 비양성자성이고 조성물의 기타 구성성분에 대해 불활성(비-반응성)이어야 한다. 한 특정 실시양태에서 용매(들)는, 용매가 대기압에서 비교적 낮은 수준의 열 적용에 의해 분산액으로부터 증발될 수 있도록 하기에 충분히 높은 휘발성을 가질 수 있다. 이 실시양태의 또 다른 측면에서는, 용매는 페이스트가 인쇄 공정 중에 보통 실온에서 스크린상에서 신속히 건조될 수 있도록 그리 휘발성이지 않아도 된다. 이 용매들은 예를 들면 스크린 인쇄가능하고 광화상형상가능한 페이스트에 유용할 수 있다. 또 다른 측면에서는, 페이스트 조성물에 유용한 용매가 대기압에서 비점이 300℃ 미만일 수 있으며; 또 다른 측면에서는 용매가 대기압에서 비점이 250℃ 미만이다. 이같은 용매에는 자일렌, 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르 및 부틸 셀로솔브 아세테이트 및 이들의 혼합물이 포함되나, 이에 제한되지는 않는다.
한 특정 실시양태에서는, 용매(들)가 스크린 인쇄가능한 페이스트에 사용되는 용매에 비해 비점이 더 낮다. 이들 용매는 예를 들면 테이프 주형에 사용될 수 있다. 이와 같은 용매에는 에틸 아세테이트, 아세톤, 메틸에틸 케톤 및 톨루엔이 포함되나, 이에 제한되지는 않는다.
G. 기타 첨가제
종종 유기 매질은 또한, 너무 조기에 형성된 초강산을 중화시키는 안정화제, 및 기판으로의 적층이 잘 되도록 확실히 하고 조성물의 미노광 영역의 현상성을 증대시키는 가소화제를 하나 이상 함유할 것이다. 안정화제의 선택은 광개시제 및 제형에 의해 결정된다. 트리알킬아민이 보통 선택된다. 가소화제의 선택은 주로 개질되어야 할 중합체에 의해 결정된다. 다양한 결합제 시스템에서 사용되어 온 가소화제 중에는 디에틸 프탈레이트, 디부틸 프탈레이트, 부틸 벤질 프탈레이트, 디벤질 프탈레이트, 알킬 포스페이트 및 폴리에스테르 가소화제가 있다. 분산제, 이형제, 분산제, 스트리핑제, 소포제 및 습윤제를 포함한, 당해 분야에서 공지된 부가적 성분이 조성물 중에 존재할 수 있다. 적당한 물질의 일반적 개시가 본원에 참조로서 인용된 미국 특허 제5,049,480 호에 나타나 있다.
평판 디스플레이 응용분야
본 발명이 평판 디스플레이 응용분야 (블랙 전극)의 한 실시양태로서 유용한 것으로 하기에 기재되나, 당업자는 본 발명이 다수의 전자 응용분야에서 유용하다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 다양한 평판 디스플레이 응용분야 외에도, 본 발명은 자동차 응용분야에도 유용성을 가진다.
본 발명은 상기 블랙 전도성 조성물로부터 형성된 블랙 전극을 포함한다. 본 발명의 블랙 전극은 평판 디스플레이 응용분야, 특히 교류 플라스마 디스플레이 패널 장치에서 바람직하게 사용될 수 있다. 블랙 전극은 장치 기판과 전도체 전극 배열 사이에 형성될 수 있다.
한 실시양태에서는, 본 발명의 전극이 하기 기술되는 바와 같이 AC PDP (교류 플라스마 디스플레이 패널) 응용분야에 사용된다. 본 발명의 조성물 및 전극은 다른 평판 디스플레이 응용분야에서 사용될 수도 있으며, AC PDP 장치에 대한 설명은 제한적이 아닌 것임을 이해해야 한다. 교류 플라스마 디스플레이 패널에서 사용되는 본 발명의 블랙 전극의 일례를 하기에 설명한다. 본 설명은 기판과 전도체 전극(버스 전극) 사이에 블랙 전극을 포함하는 2층 전극을 포함한다. 블랙 조성물이 부가적이고 임의적인 귀금속 또는 금속, 전형적으로 은을 포함하는 경우에는 단층 전극이 형성될 수도 있음을 또한 이해해야 한다. 또한, 교류 플라스마 디스플레이 패널 장치의 제조 방법을 본원에 기술한다. 교류 플라스마 디스플레이 패널 장치는, 간극을 두고 떨어져 있는 전면 및 후면 유전체 기판, 및 평행인 제1 및 제2 전극 복합체 군을 함유하는 전극 배열을, 이온화 기체로 충진된 방전 공간(discharge space) 내에 포함한다. 제1 및 제2 전극 복합체 군은 서로 수직으로 마주 보며, 중간에는 방전 공간이 있다. 일정 전극 패턴이 유전체 기판 상에 형성되고, 유전체 물질이 유전체 기판의 적어도 한 면 상의 전극 배열상에 코팅된다. 이 장치에서는, 적어도 전면 유전체 기판상의 전극 복합체에, 동일 기판상의 버스 전도체에 연결된 전도체 전극 배열 군이 설치되어 있고, 상기 기판과 상기 전도체 전극 배열 사이에 형성된 본 발명의 블랙 전극이 설치되어 있다.
도 1은 AC PDP 내의 본 발명의 블랙 전극을 도시한다. 도 1은 본 발명의 블랙 전극을 사용하는 AC PDP를 나타낸다. 도 1에서 보듯이, AC PDP 장치는 하기의 구성요소를 갖는다: 유리 기판(5) 상에 형성된 기저 투명 전극(1); 투명 전극(1) 상에 형성된 블랙 전극(10)(본 발명의 블랙 전도성 조성물이 블랙 전극(10)에 사용된다); 블랙 전극(10) 상에 형성된 버스 전극(7)(버스 전극(7)은 Au, Ag, Pd, Pt 및 Cu 또는 이들의 조합에서 선택된 금속으로 이루어진 전도성 금속 입자를 함유하는 감광성 전도체 조성물이다(하기에 상세히 설명함)). 블랙 전극(10) 및 버스 전도체 전극(7)은 화학선 복사에 의해 화상을 형성하도록(imagewise) 노광하여 패턴을 형성하고, 염기성 수용액 중에서 현상시키고, 상승된 온도에서 소성하여, 유기 성분은 제거하고 무기 물질은 소결한다. 블랙 전극(10) 및 버스 전도체 전극(7)은 동일하거나 매우 유사한 화상을 이용하여 패터닝된다. 최종 결과물은 소성된 고전도성 전극 복합체로서, 투명 전극(1)의 표면상에서 흑색으로 보이고, 전면 유리 기판 상에 놓이면 외부광의 반사가 억제된다.
본 명세서에서 사용되는 단어 "블랙(black)"은 백색 배경에 대해 상당한 시각적 콘트라스트를 갖는 흑색을 의미한다. 이 용어는 색상의 부재를 보유하는 흑색으로 제한되지 않는다. "흑색화" 정도를 비색계(colorimeter)로 측정하여 L-값을 구할 수 있다. L-값은 밝음을 나타내는 것으로서, 100은 순수 백색이고 0은 순수 흑색이다. 도 1에 나타내었지만, 하기에 기술하는 투명 전극은 본 발명의 플라스마 디스플레이 장치를 형성하기 위해 필요하지는 않다.
투명 전극이 사용되는 경우, SnO2 또는 ITO를, 화학적 증착 또는 이온 스퍼터링 또는 이온 도금과 같은 전기 증착에 의해 투명 전극(1)을 형성하기 위해 사용할 수 있다. 본 발명에서 투명 전극의 구성요소 및 그 형성 방법은 당해 분야에서 공지된 통상의 AC PDP 제조 기술의 것이다.
도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 AC PDP 장치는 패터닝되고 소성된 금속화 위에 유전체 코팅 층(8) 및 MgO 코팅 층(11)을 갖는 유리 기판을 기재로 한다.
전도체 선은 선폭이 균일하고, 흠집이 나거나 끊기지 않고, 높은 전도성, 광학적 선명함 및 선 사이의 양호한 투명도를 갖는다.
그 다음, 버스 전극 및 블랙 전극 모두를 PDP 장치의 전면 판의 유리 기판상의 광학적 투명 전극 위에 제조하는 방법을 예시한다.
도 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 한 실시양태의 형성 방법은 일련의 공정들((A) 내지 (E))을 포함한다.
(A) 당업자에게 공지된 통상적 방법에 따라 SnO2 또는 ITO를 사용하여 형성된 투명 전극(1) 상에 블랙 전극-형성용 감광성 후막 조성물 층(10)을 유리 기판(5) 상에 도포한 후, 후막 조성물 층(10)을 질소 또는 공기 대기 중에서 건조시키는 공정. 블랙 전극 조성물은 본 발명의 무납 블랙 전도성 조성물이다(도 2(A)).
(B) 제1의 도포된 블랙 전극 조성물 층(10)에 버스 전극 형성용 감광성 후막 전도체 조성물(7)을 도포한 후, 후막 조성물 층(7)을 질소 또는 공기 대기 중에서 건조시킴. 감광성 후막 전도성 조성물은 하기에 설명한다(도 2(B)).
(C) 제1의 도포된 블랙 전극 조성물 층(10) 및 제2의 버스 전극 조성물 층(7)을, 투명 전극(1)에 상관하게 배열된 블랙 및 버스 전극의 패턴에 상응하는 모양을 가진 포토툴(phototool) 또는 표적(13)을 통해 화학선 복사(전형적으로 UV 공 급원)에, 현상 후에 정확한 전극 패턴을 형성하는 노광 조건을 사용하여 화상 형성하도록 노광함(도 2(C)).
(D) 제1 블랙 전도성 조성물 층(10) 및 제2 버스 전극 조성물 층(7)의 노광 부분(10a, 7a)을 염기성 수용액, 예컨대 0.4 중량％ 탄산나트륨 수용액 또는 기타 알칼리 수용액 중에서 현상하는 공정. 이 공정은 층(10, 7)의 미노광 부분(10b, 7b)을 제거한다. 노광 부분(10a, 7a)은 남아 있는다(도 2(D)). 이어서, 현상된 결과물은 건조시킨다.
(E) 공정 (D) 후에, 이어서 부분들을 기판 물질에 따라 450 내지 650℃의 온도에서 소성하여, 무기 결합제 및 전도성 성분을 소결한다(도 2(E)).
본 발명의 제2 실시양태의 형성 방법을 도 3과 함께 하기에 설명한다. 편이를 위해, 도 3의 각 부분에 배정된 번호는 도 2의 것과 동일하다. 제2 실시양태의 방법은 일련의 공정들(A'-H')을 포함한다.
A'. 당업자에게 공지된 통상적 방법에 따라 SnO2 또는 ITO를 사용하여 형성된 투명 전극(1) 상의 블랙 전극-형성용 감광성 후막 조성물 층(10)을 유리 기판(5) 상에 도포한 후, 후막 조성물 층(10)을 질소 또는 공기 대기 중에서 건조시키는 공정. 블랙 전극 조성물은 본 발명의 무납 블랙 전도성 조성물이다(도 3(A)).
B'. 제1의 도포된 블랙 전극 조성물 층(10)을, 투명 전극(1)에 상관하게 배열된 블랙 전극의 패턴에 상응하는 모양을 가진 포토툴 또는 표적(13)을 통해 화학선 복사(전형적으로 UV 공급원)에, 현상 후에 정확한 블랙 전극 패턴을 형성하는 노광 조건을 사용하여 화상 형성하도록 노광함 (도 3(B)).
C'. 제1 블랙 전도성 조성물 층(10)의 노광 부분(10a)을 염기성 수용액, 예컨대 0.4 중량％ 탄산나트륨 수용액 또는 기타 알칼리 수용액 중에서 현상하여, 층(10)의 미노광 부분(10b)을 제거하는 공정(도 3(C)). 현상된 결과물은 그 후 건조시킨다.
D'. 공정 (C') 후에, 부분들을 기판 물질에 따라 450 내지 650℃의 온도에서 소성하여, 무기 결합제 및 전도성 성분을 소결한다(도 3(D)).
E'. 제1 감광성 후막 조성물 층(10)의 소성되고 패터닝된 부분(10a)에 따라 버스 전극-형성 감광성 후막 조성물 층(7)을 블랙 전극(10a)에 도포한 후, 질소 또는 공기 대기 중에서 건조시키는 공정(도 3(E)). 감광성 후막 전도성 조성물은 하기에 설명한다.
F'. 제2의 도포된 버스 전극 조성물 층(7)을, 투명 전극(1)에 상관하게 배열된 버스 전극의 패턴에 상응하는 모양을 가진 포토툴 또는 표적(13)을 통해 화학선 복사(전형적으로 UV 공급원)에, 현상 후에 정확한 전극 패턴을 형성하는 노광 조건을 사용하여 화상 형성하도록 노광함 (도 3(F)).
G'. 제2 버스 전도성 조성물 층(7)의 노광된 부분(7a)을 염기성 수용액, 예컨대 0.4 중량％ 탄산나트륨 수용액 또는 기타 알칼리 수용액 중에서 현상하여, 층(7)의 미노광 부분(7b)을 제거하는 공정(도 3(G)). 현상된 결과물은 그 후 건조시킨다.
H'. 공정 (G') 후에, 이어서 부분들을 기판 물질에 따라 450 내지 650℃의 온도에서 소성하여, 무기 결합제 및 전도성 성분을 소결한다(도 3(H)).
제3 실시양태(도시되지 않음)는 하기에 나타낸 일련의 공정들((i)-(v))을 포함한다. 이 실시양태는 예를 들어 단일층 전극 응용분야에 유용하다.
(i) 블랙 전극 조성물을 기판 상에 부하하는 공정. 이 블랙 전극 조성물은 상기 기술한 본 발명의 블랙 전도성 조성물이다.
(ii) 감광성 전도성 조성물을 기판 상에 부하하는 공정. 이 감광성 전도성 조성물은 하기에 설명한다.
(iii) 블랙 조성물 및 전도성 조성물을 화학선 복사에 의해 화상 형성하도록 노광함으로써 전극 패턴을 세팅하는 공정.
(iv) 노광된 블랙 조성물 및 전도성 조성물을 염기성 수용액에 의해 현상하여, 화학선 복사에 노광되지 않은 영역을 제거하는 공정.
(v) 현상된 전도성 조성물을 소성하는 공정.
상기 기술한 바와 같이 형성된 전면의 유리 기판 어셈블리는 AC PDP용으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 1을 다시 참조하면, 전면 유리 기판(5)상에 블랙 전극(10) 및 버스 전극(7)에 상관하여 투명 전극(1)을 형성한 후, 전면 유리 기판 어셈블리를 유전체 층(8)으로 피복한 후, MgO 층(11)으로 코팅한다. 그 다음, 전면 유리 기판(5)을 후면 유리 기판(6)과 조합한다. 셀 배리어(cell barrier)(4) 형성과 함께 인광체로 스크린 인쇄된 다수의 디스플레이 셀들이 후면 유리(6)에 세팅된다. 전면 기판 어셈블리 상에 형성된 전극은 후면 유리 기판 상에 형성된 어드레스(address) 전극에 대해 수직이다. 전면 유리 기판(5)과 후면 유리 기판(6) 사이에 형성된 방전 공간은 유리 밀봉으로 밀폐되어 있고, 동시에 혼합 방전 기체가 공간 내에 밀봉되어 있다. 이와 같이 AC PDP 장치가 조립된다.
다음은, 버스 전극용 버스 전도성 조성물을 하기에 설명한다.
본 발명에서 사용되는 버스 전도성 조성물은 시중 입수가능한 감광성 후막 전도성 조성물일 수 있다. 상기 언급한 바와 같이, 버스 전도성 조성물은 (a) Au, Ag, Pd, Pt 및 Cu, 및 이들의 조합에서 선택된 하나 이상의 금속의 전도성 금속 입자; (b) 하나 이상의 무기 결합제; (c) 광개시제; 및 (d) 광경화성 단량체를 포함한다. 본 발명의 한 실시양태에서는, 버스 전도성 조성물이 Ag를 포함한다.
전도성 상은 상기 조성물의 주요 성분으로서, 전형적으로 입자 직경이 0.05 내지 20 ㎛(마이크론)이고 무작위 또는 박편 모양인 은 입자를 포함한다. 본원에는 한 실시양태를 참조하여, 은 입자를 포함하는 버스 전도성 조성물이 기술되어 있으나, 이에 제한하고자 함은 아니다. UV-중합성 매질이 조성물과 함께 사용되는 경우, 은 입자는 입자 직경이 0.3 내지 10 ㎛ 범위 내이어야 한다. 조성물은 후막 페이스트 전체에 대해 5 내지 75 중량％의 은 입자를 함유할 수 있다.
버스 전극 형성용 은 전도성 조성물은 또한 Ag 외에도 0 내지 10 중량％의 유리 결합제, 및/또는 유리 또는 전구체를 형성하지 않는, 0 내지 10 중량％의 내화 물질을 필요에 따라 함유할 수 있다. 유리 결합제의 예에는 상기 기술한 무납 유리 결합제가 포함된다. 유리 및 전구체를 형성하지 않는 내화 물질은 예컨대 알루미나, 산화구리, 산화가돌리늄, 산화탄탈룸, 산화니오븀, 산화티탄, 산화지르코늄, 코발트 철 크롬 산화물, 알루미늄, 구리, 다양한 시중 입수가능한 무기 안료 등이다.
그러한 주요 성분 외에 제2, 제3 및 그 이상의 무기 첨가제를 첨가하는 목적은 패턴 모양의 조절, 소성 중의 소결의 억제 또는 촉진, 접착 특성 유지, 주요 금속 성분 확산의 조절, 버스 전극 근처의 변색 억제, 저항성의 조절, 열팽창계수의 조절, 기계적 강도 유지 등을 위한 것이다. 종류 및 양은 기본적 성능에 상당한 악영향을 미치지 않는 범위 내에서 필요에 따라 선택된다.
또한, 은 전도성 조성물은 상기 입자성 물질이 분산된 감광성 매질을 10 내지 30 중량％ 함유할 수도 있다. 이와 같은 감광성 매질은 폴리메틸 메타크릴레이트 및 다작용기성 단량체 용액일 수 있다. 이 단량체는, UV 경화 전에 은 전도성 조성물 페이스트 제조 및 인쇄/건조 공정 중의 증발을 최소화하기 위해 저휘발성의 것들로부터 선택된다. 감광성 매질은 또한 용매 및 UV 개시제를 함유할 수 있다. UV 중합성 매질은 95/5의 비(중량 기준)의 메틸 메타크릴레이트/에틸 아크릴레이트를 기재로 한 중합체를 포함할 수 있다. 상기 은 전도성 조성물은 자유 유동 페이스트이기 위해 점도가 10 내지 200 Pa.s이다.
이와 같은 매질을 위해 적당한 용매는 부틸 카르비톨(carbitol) 아세테이트, 텍사놀(Texanol)
Figure 112006092687305-PAT00003
및 β-테르핀올이나, 이에 제한되지는 않는다. 유용할 수 있는 부가적 용매에는 상기 [(G) 유기 매질] 란에 열거한 것들이 포함된다. 이와 같은 매질은 분산제, 안정화제 등으로 처리될 수 있다.
샘플 제조 및 시험 절차
유기 매질 제조
유기 매질은, 유리 또는 기타 기판에 용이하게 도포될 수 있는 형태의 조성물의 미분 고체의 분산액을 위한 운반체(vehicle)로서 작용할 수 있다. 유기 매질은 첫째로 고체가 적당한 정도의 안정성으로 그에 분산될 수 있는 것일 수 있다. 둘째로는, 유기 매질의 유변학적 성질이 분산액에 양호한 도포 성질을 부여하는 것일 수 있다.
유기 매질의 제조를 위한 일반적 절차는 다음과 같다. 용매 및 아크릴 중합체를 혼합하고, 교반 하에 100℃로 가열한다. 가열 및 교반은 결합제 중합체 전체가 용해될 때까지 계속한다. 나머지 유기 성분을 첨가하고, 혼합물을 모든 고체가 용해될 때까지 황색광 하에 50℃에서 교반한다. 용액을 냉각시킨다.
일반적 페이스트 제조
전형적으로, 후막 조성물은 페이스트와 유사한 점성을 가지도록 제형화하고, "페이스트"라고 부른다. 일반적으로, 페이스트는 황색 광 하에서 유기 운반체, 단량체(들) 및 기타 유기 성분들을 혼합 용기 내에서 혼합함으로써 제조한다. 이어서, 무기 물질을 유기 성분들의 혼합물에 첨가한다. 이어서, 조성물 전체를 무기 분말이 유기 물질에 의해 습윤될 때까지 혼합한다. 이어서, 혼합물을 삼단롤 밀(three-roll mill)을 사용하여 롤 밀링한다. 이 시점에서의 페이스트 점도를 적당한 운반체 또는 용매로 조정하여, 가공에 최적인 점도를 달성할 수도 있다.
당업자에게 알려진 바와 같이, 페이스트 조성물의 제조 공정 및 부품 제조에서 먼지 오염을 피하도록 주의를 기울여야 하는데, 그 이유는 그러한 오염이 결함으로 이어질 수 있기 때문이다.
일반적 테이프 제조
본 발명의 조성물(들)은 예를 들어 테이프, 시트, 롤, 또는 기타 유사 개체를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 본 발명자들은 테이프 형성의 일반적이고, 예시적이며, 비제한적인 측면에서 개체를 논의할 것이다.
본 발명의 조성물은 테이프의 형태로 사용될 수 있다. 조성물을 테이프의 형태로 사용하고자 하는 경우에는, 테이프 주형을 위해 슬립(slip)을 제조하고 사용할 수 있다. 슬립은 테이프 제조에서의 조성물에 대해 사용되는 일반적 용어이며, 유기 매질 중에 분산된 무기 분말의 적절히 분산된 혼합물이다. 유기 매질 중 무기 분말의 양호한 분산액을 수득하는 통상적 방식은 통상의 볼 밀링 공정을 사용하는 것이다. 볼 밀은 세라믹 밀링 용기(milling jar)와 밀링 매체(전형적으로 구형이거나 원통 형상인 알루미나 또는 지르코니아 펠렛)로 구성된다. 혼합물 전체를 밀링 용기에 넣고, 밀링 매체를 첨가한다. 용기를 밀폐 뚜껑으로 닫은 후, 용기 내부의 밀링 매체의 밀링 작용이, 혼합 효율이 최적화되는 롤링 속도로 생성되도록 용기를 회전시킨다. 롤링의 길이는 성능 세부사항을 충족시키도록 잘 분산된 무기 입자를 수득하는데 필요한 시간이다. 슬립은 블레이드 또는 바 코팅법, 또는 당해 분야에 공지된 기타 방법에 의해 기판에 도포한 후, 주위 온도에서 또는 가열하여 건조할 수 있다. 건조 후의 코팅 두께는 응용분야에 따라 수 마이크론 내지 수십 마이크론의 범위일 수 있다. 테이프는 용매를 충분히 제거하기 위해 주위 온도 또는 가열 건조시켜 형성된다. 그러나, 건조/가열의 시간 및 온도는 일반적으로 중합체와 이작용기성 단량체 사이의 반응을 개시하기에 충분하지는 않다.
테이프는 와이드스톡 롤(widestock roll)로서 권취하기 전에 커버시트(coversheet)로 적층될 수 있다. 실리콘으로 코팅된 마일라르(mylar)(테레프탈레이트 PET 필름), 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 마일라르 및 나일론이 통상적 커버시트 물질의 예이며, 커버시트로서 사용될 수 있다. 커버시트는 최종 기판에 적층되기 전에 제거된다.
유리 프릿의 제조
유리 프릿은 시판용을 사용했거나, 필요한 경우 0.5 인치 직경 및 0.5 인치 길이의 알루미나 실린더를 사용하여 스웨코 밀(Sweco Mill)로 워터 밀링(water milling)하여 제조하였다. 이어서, 유리 프릿 혼합물을 동결 건조시키거나 열풍 건조시켰다. 열풍 건조는 보통 150℃의 온도에서 수행하였다. 유리 프릿 제조의 다른 방법도 똑같이 효과적일 수 있다.
C. 인쇄 및 적층 조건
예시적 블랙 페이스트를 먼저 355 메쉬 폴리에스테르 스크린을 사용하여 스크린 인쇄함으로써 유리 기판 상에 증착하였다. 이어서, 부품들을 50 내지 70℃에서 공기 대기 오븐에서 대략 20 분간 건조시켰다. 건조된 코팅의 두께는 5 내지 8 마이크론으로 측정되었다.
테이프를 유리 기판 상에 열압착한 후, 커버시트를 벗겨냄으로써 적층하였다.
D. 공정 조건
부품들을, 평행(collimated) UV 광원을 사용하는 포토툴을 통해, 포토툴과 샘플 표면 사이에 약 100 마이크론의 간극을 두고 노광하였다. 사용된 에너지 수준은 200 내지 1000 mJ/㎠이었다. 일부 경우에서는, 노광된 부품들을 현상하기 전에 50℃에서 10 분간 소성되었다. 노광/소성된 부품들은, 현상제 용액으로서 0.5 중량％의 탄산나트륨 수용액을 함유하는 컨베이어화된 스프레이 프로세서를 사용하여 현상하였다. 현상제 용액 온도를 대략 30℃에서 유지시켰고, 현상제 용액을 10 내지 20 psi로 분무하였다. 현상된 부품들은 과량의 물을 취거(blowing off)함으로써 건조시키고, 현상 후에는 강제 기류를 사용하여 건조시켰다.
일반적 소성 프로파일
본 발명의 조성물(들)은 소성 프로파일(firing profile)을 사용하여 가공될 수 있다. 소성 프로파일은 후막 기술 분야의 당업자의 지식 범위 내에 족히 속한다. 유기 매질의 제거 및 무기 물질의 소결은 소성 프로파일에 의존한다. 프로파일은 매질이 최종 물품으로부터 실질적으로 제거되었는지, 그리고 무기 물질이 최종 물품에서 실질적으로 소결되었는지를 결정할 것이다. 본원에 사용되는 용어 "실질적으로"는 매질의 95％ 이상의 제거, 및 의도된 용도 또는 응용분야에 적어도 적당한 저항성 또는 전도성을 제공하는 정도로까지 무기 물질을 소결하는 것을 의미한다.
실시예에서는, 건조된 부품을 공기 대기 중에서, 피크 온도가 520 내지 580℃에서 10 분간 지속되는 30-시간 프로파일을 사용하여 소성하였다.
실시예
실시예 1 내지 3의 조성물(조성물 전체의 중량 백분율)을 하기 표 1에 요약 하였다.
실시예 조성물
실시예 1 실시예 2 실시예 3
유기 매질 65 65 65
은 전도체 분말 20
블랙 전도체 분말 20
유전체 물질 20
UV-경화성 에폭시 단량체 15 15 15
실시예 1은 전도체 조성물을 나타낸다. 실시예 2는 흑색의 전도체 또는 저항체 조성물을 나타내고, 실시예 3은 유전체 조성물을 나타낸다.
실시예의 물질에 대한 사항
유기 매질: 60％의 아크릴레이트 중합체, 35％의 용매, 4.5％의 광개시제 및 0.5％의 억제제로 이루어진 용액.
아크릴레이트 중합체: 80 중량％의 메틸 메타크릴레이트 및 20 중량％의 메타크릴산의 공중합체, 중량 평균 분자량 Mw = ~7000, 산가 = ~125, 노베온(Noveon) 사로부터 구매.
용매: 메틸 에틸 케톤, 알드리치 케미컬즈(Aldrich Chemicals) 사로부터 구매.
광개시제: UV큐어(UVacure)
Figure 112006092687305-PAT00004
1600, 또는 페닐-p-옥틸옥시페닐-요오도늄 헥사플루오르안티모네이트, UCB 케미컬즈 사로부터 시중 입수가능함.
억제제: 트리에틸아민, 알드리치 케미컬즈 사로부터 구매.
은 전도체 분말: 듀퐁(DuPont) 사에서 제조한 은 분말.
블랙 전도체 분말: 듀퐁 사에서 제조한 화학식 Bi2Sr2CaCu2O8의 것.
유리 프릿: 하기 조성(중량 백분율)을 갖는 유리 프릿: 12.5％ B2O3, 9.1％ SiO2, 1.4％ Al2O3, 77.0％ PbO[비옥스(Viox) 사의 유리 제품 번호 24109, 듀퐁에 의해 Y-밀링됨].
UV-경화성 에폭시 단량체: UVacure
Figure 112006092687305-PAT00005
1500, UCB 케미컬즈 사로부터 시중 입수가능한 지환족 디에폭시드 단량체.
본 발명에 의해 제공되는 조성물(들), 광패터닝 방법, 및 전극 형성 방법에서는, UV-노광이 오프-콘택트 노광의 간극 사이의 산소의 존재에 더 이상 민감하지 않다.

Claims (16)

  1. (I) (a) 전기 전도성, 저항성 및 유전성 입자로부터 선택된 기능성 상(functional phase) 입자; 및
    (b) 유리 전이 온도가 325 내지 600℃의 범위이고, 표면적이 10 m2/g 이하이며, 입자의 85 중량％ 이상이 크기가 0.1 내지 10 ㎛인 무기 결합제
    를 포함하는 무기 물질의 미분 입자, 및
    (II) (c) 각 공중합체 또는 혼성중합체가 (1) C1 -10 알킬 아크릴레이트, C1 -10 알킬 메타크릴레이트, 스티렌, 치환 스티렌 또는 그의 조합을 포함하는 비-산성 공단량체, 및 (2) 에틸렌성 불포화 카르복실산 함유 잔기를 포함하는 산성 공단량체를 포함하는 것인 공중합체, 혼성중합체 또는 이들의 혼합물인 수성 현상가능한 중합체;
    (d) 양이온 중합성 단량체;
    (e) 광개시 시스템; 및
    (f) 유기 용매
    를 포함하는 유기 매질을 포함하며,
    상기 무기 물질의 미분 입자 (I)가 상기 유기 매질 (II)에 분산되어 있는 후막 광화상형성가능(photoimageable) 조성물.
  2. 에폭시드, 엔올성(enolic) 에테르 또는 알렌성(allenic) 에테르를 포함하는. 제1항의 (d)항의 양이온 중합성 단량체.
  3. 제1항에 있어서, 아크릴 단량체를 더 포함하는 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 부가적 유기 첨가제를 추가로 포함하는 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 광개시 시스템이 술포늄 염, 요오도늄 염 및 이들의 혼합물에서 선택되는 것인 막 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 기능성 상 입자가 Au, Ag, Pd, Pt, Cu, Ni, Al 및 이들의 혼합물에서 선택되는 것인 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 상기 기능성 상 입자가 RuO2, 루테늄-기재 다원 산화물 및 이들의 혼합물에서 선택되는 것인 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 상기 기능성 상 입자가 Ba, Ru, Ca, Cu, Sr, Bi, Pb 및 희토류 금속에서 선택된 둘 이상의 원소의 산화물에서 선택된, 금속성 또는 반-금속성(semi-metallic) 전도성을 갖는 금속 산화물이며, 상기 금속 산화물은 표면적 대 중량 비가 2 내지 20 m2/g의 범위인 것인 조성물.
  9. 제4항에 있어서, 상기 기능성 상 입자가 유기 물질로 코팅된 것인 조성물.
  10. 제1항에 있어서, 상기 무기 결합제가 무납(lead-free) 유리 결합제인 조성물.
  11. 제1항에 있어서, 상기 무기 결합제가, 총 유리 결합제 조성물의 중량에 대한 백분율로서 55 내지 85％의 Bi2O3, 0 내지 20％의 SiO2, 0 내지 5％의 Al2O3, 2 내지 20％의 B2O3, 0 내지 20％의 ZnO, 및 0 내지 15％의, BaO, CaO 및 SrO에서 선택된 하나 이상의 산화물; 및 0 내지 3％의, Na2O, K2O, Cs2O, Li2O 및 이들의 혼합물에서 선택된 하나 이상의 산화물을 포함하고, 상기 유리 결합제 조성물은 무납이거나 실질적으로 무납인 것인 조성물.
  12. 제1항의 조성물로부터 형성된 전극.
  13. 제1항의 조성물이 건조되어 유기 용매가 제거된, 제1항의 조성물의 층을 포함하는 시트.
  14. 제1항의 조성물이 가열되어 유기 매질이 실질적으로 제거되고 무기 물질이 실질적으로 소결된, 제1항의 조성물의 층을 포함하는 물품.
  15. 제12항의 전극을 포함하는 평판 디스플레이.
  16. 제12항의 전극을 포함하는 장치.
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