KR20090067992A - 실리콘계 계면활성제를 포함하는 전극 형성용 페이스트조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 흑색도(L)와 외광 반사휘도가 우수한 플라즈마 디스플레이 전극으로서, 스크린프린터를 이용한 막 형성시 핀홀이나 얼룩이 없고 기판 부착력이 우수한 전극 형성용 페이스트 조성물이 제공된다. 본 발명에 따른 전극 형성용 페이스트 조성물은 전도성 분말, 결정성 유리프릿, 유기바인더, 및 실리콘계 계면활성제를 포함한다.

PDP, 결정성 유리프릿, 전도성 분말, 유기 바인더, 흑색 안료, 흑색도, 전도성, 실리콘계 화합물

Description

실리콘계 계면활성제를 포함하는 전극 형성용 페이스트 조성물{Composition of paste for fabricating the electrode}

본 발명은 전극 형성용 페이스트 조성물 및 이를 이용하여 제조된 전극을 포함하는 플라즈마 디스플레이 패널에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플라즈마 디스플레이 패널의 버스전극 또는 어드레스 전극을 형성함에 있어서 사용되는 금속 페이스트 조성물에 관한 것이다.

PDP(Plasma Display Panel)는 전면유리와 배면유리 및 그 사이의 칸막이에 의해 밀폐된 유리 사이에 Ne+Ar, Ne+Xe 등의 가스를 주입하고 양극과 음극의 전극에 의해 전압을 인가하여 네온광을 발광시켜 표시광으로 이용하는 전자표시 장치이다.

이러한 PDP는 인가전압에 대한 매우 강한 비선형성, 긴 수명, 고휘도 및 고발광 효율, 넓은 시야각, 대형화의 유리함으로 인해 고해상도 텔레비젼(HDTV)에 주로 응용되고 있다.

PDP는 전면유리기판과 배면유리기판 두장의 기판으로 이루어지는데, 전면 유리기판은 투명전극과 버스전극으로 구성되고, 횡방향으로 연장되며 서로 평행한 1쌍의 방전유지전극으로 이루어진 방전 유지전극쌍이 위치되어 있다.

이들은 투명한 유전체층, 나아가서는 투명한 보호층으로 피복되며, 유사하게 유전체층으로 피복된 배면 유리 기판에는 상기 방전 유지전극 쌍과 직교하는 다수의 어드레스 전극이 위치되어 있다.

이들 방전 유지전극 쌍과 어드레스 전극과의 교차부, 또는 그의 근방에는 간벽에 의해 방전 셀이 화소화 되어 이들 각 방전 셀을 선택적으로 방전시켜 형광체를 발광시키는 것에 의해 표시가 행해지게 된다.

이와 같은 PDP의 금속 전극 중 어드레스 전극의 경우는 주로 은(Ag) 페이스트를 이용하여 인쇄법이나 포토리소그래피(photolithography)법에 의해 형성된다.

한편, 전면 유리기판의 버스 전극에 있어서는 PDP의 투명 전극으로 사용되는 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide, ITO)의 경우 면 저항치가 크기 때문에 도전성이 높은 다층 구조 버스전극을 형성하고 있는데, 이와 같은 버스 전극은 발광광을 차광하여 휘도를 저하시키기 때문에 필요한 라인 저항이 얻어지는 범위에서 최대한 가늘게 할 필요가 있다.

PDP용 버스전극은 Cr/Cu/Cr 구조로 진공 증착/에칭공정에 의해 형성하는 방법, 어드레스 전극같이 인쇄법 또는 포토리소그래피법에 의해 흑색층(Black Layer)과 전도층(Conductive Layer)의 2층으로 형성하는 방법, 흑색층과 전도층의 특성을 동시에 갖는 1층으로 된 일체형으로도 형성하는 방법이 있다.

이러한 버스전극의 형성 방법은 각각 장단점을 가지고 있는데, 진공증착에 의한 Cr/Cu/Cr 3층 구조의 버스전극 형성법은 전극 결함에 의한 수리가 거의 필요없는 우수한 패턴을 얻을수 있는 장점이 있으나, 공정 시간이 길고 박막 형성장치 및 재료의 가격이 높으며 에칭(Etching)시 환경 오염에 대한 단점이 있다.

포토리소그래피법에 의한 2층 버스전극 형성법은 흑색층과 전도층으로 구성되어 있다.

기판과 전도층사이에 존재하는 흑색층에 의해 콘트라스트(Contrast) 향상되며, 흑색층의 버퍼 역할을 통해 기판에 대한 접착력이 우수하다는 장점이 있다, 그러나 부도체인 흑색층에 의해 저항 불균일에 의한 휘도 단차가 발생하며, 공정수가 증가하여 공정비가 증가하는 단점이 있다.

포토리소그래피법에 의한 1층 버스전극 형성법은 흑색층과 전도층을 혼합된 형태로 전도층과 흑색층 각각 인쇄해야 하는 2층 전극에 비해 공정이 단축되며, 휘도 단차가 우수한 장점이 있다. 그러나 이러한 1층 버스전극은 전극 형성 후 저항이 높고 흑색도가 떨어지는 단점이 있다.

1층 버스전극에서 낮은 저항 및 높은 흑색도를 위해서는 높은 함량의 Ag 및흑색안료가 요구된다. 패턴을 형성하는 1층 전극의 조성물을 구성하는 성분을 크게 나누면 다음과 같다. 유기바인더 역할을 하는 수지성분, 흑색안료, 전도성 물질, 유리 프릿(Glass Frit), 용제성분, 그리고 첨가제로 나누어 볼 수 있다.

이와 같은 조성물 성분 중에 전도성 금속, 흑색 안료의 함량이 증가할수록 조성물 인쇄시 유리기판에 존재하는 오염물에 대한 부착성 및 인쇄특성이 저하하게 된다. 따라서 인쇄막 형성시 표면 얼룩, 핀홀등의 불량이 증가하게 되며, 알칼리 현상시 패턴이 탈락하는 등의 불량이 증가된다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 우수한 흑색도와 전기전도성을 가지면서 인쇄시 얼룩 및 핀홀(pinhall)이 없고 현상시 패턴의 기판과의 부착력이 우수한 전극 형성용 페이스트 조성물을 제공하는 데에 있다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전극 형성용 페이스트 조성물은 전도성 분말, 유리프릿, 유기바인더, 용제, 실리콘계 계면활성제를 포함한다.

본 발명의 실시 예에 따른 전극 형성용 페이스트 조성물은 인쇄시 얼룩 및 인쇄 핀홀이 없는 우수한 인쇄막을 형성할 수 있을 뿐만 아니라, 알칼리 현상 후 기판에 대한 부착력이 우수하다.

본 발명의 실시 예에 따른 전극 형성용 페이스트 조성물은 전도성 분말, 유리프릿, 유기바인더, 용제, 실리콘계 계면활성제를 포함한다.

전도성 분말은 전도성을 가지는 유기물 또는 무기물이 모두 사용될 수 있다. 바람직하게 상기 전도성 분말은 금속분말로서 금, 은, 구리, 니켈, 팔라듐, 백금, 알루미늄 등과 같은 금속에서 선택되는 하나 또는 이들의 합금 분말을 사용한다.

상기 금속분말의 경우, 평균 입자 직경(D50)은 사용 막 두께를 고려하여 3㎛ 이하인 것이 좋다.상기 전도성 물질의 함량은 30~90중량%, 보다 바람직하게는 50~80중량%이다.

전도성 물질의 함량이 30중량% 미만인 경우, 저항의 증가로 방전전압이 높아져 휘도 저하를 야기시키고, 90중량%를 초과하면 유리프릿 및 유기 바인더의 양이 상대적으로 적어져 페이스트화가 어렵고 유리기판과의 부착성이 떨어질 수 있다.

본 발명에서 사용되는 결정화 유리프릿은 상기 결정화 유리프릿은 연화 온도가 300~500℃이고, 550nm 파장 영역에서 투과도가 65%이하인 것이 바람직하다. 투과도가 65%를 초과하면 결정화 유리프릿이 가지고 있는 투과도 제어의 특성을 충분히 발휘하지 못해 결정화 유리프릿의 장점인 흑색도 향상의 특성을 잘 발휘할 수 없게 된다.

또한, 상기 유리프릿은 400℃~700℃의 온도에서 결정화도가 5%~80%인 것을 사용한다. 결정화도가 5% 미만인 경우, 유리프릿의 투과도과 높게 되어 흑색도를 저하시킴에 따라 외광반사 휘도가 저하될 수 있으며, 80%를 초과하게 되면 유리프릿이 소결 후에 크랙(Crack)을 발생시킬 수 있다.

상기 결정화 유리프릿의 함량은 1~20중량%, 보다 바람직하게는 3~15중량%이다. 유리프릿의 함량이 1중량% 미만이면, 전도성 물질과 유리기판과의 접촉성을 저하시키는 문제가 있을 수 있고, 20%를 초과하면 소성 후 남아 있는 유리프릿의 양 이 과다하게 분포되어 저항을 상승시키는 문제가 있을 수 있다.

또한, 상기 결정화 유리프릿은 연화 온도가 300~500℃이고, 550nm 파장 영역에서 투과도가 65%이하인 것이 바람직하다. 투과도가 65%를 초과하면 결정화 유리프릿이 가지고 있는 투과도 제어의 특성을 충분히 발휘하지 못해 결정화 유리프릿의 장점인 흑색도 향상의 특성을 잘 발휘할 수 없게 된다.

또한, 본 발명에서는 필요에 따라 상기 결정화 유리프릿으로서 흑색(black)으로 착색된 유리프릿을 사용할 수 있다. 상기 착색 유리프릿은 철, 코발트, 구리, 크롬, 망간, 알루미늄, 아연, 니켈중 적어도 하나의 성분을 포함하여 이루어진 것으로, 착색 유리프릿을 사용할 경우 별도의 흑색안료 사용 없이도 본 발명에 따른 흑색도를 구현할 수 있다.

유기 바인더로는 알칼리 현상성을 부여하기 위한 카르복실기(Carboxyl Group) 등의 친수성을 가지는 아크릴 모노머로 공중합시킨 아크릴계 고분자 이외에 에틸 셀룰로오즈(Ethyl Cellulose). 히드록시에틸 셀룰로오즈(Hydroxyethyl Cellulose), 히드록시프로필 셀룰로오즈(Hydroxypropyl Cellulose) 또는 히드록시에틸히드록시프로필 셀룰로오즈(Hydroxyethylhydroxypropyl) 등의 셀룰로오즈계 고분자들을 각각 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.

상기 유기 바인더의 함량은 1~20중량%, 바람직하게는 4~15중량%이다. 유기 바인더의 함량이 1중량% 미만인 경우, 페이스트 제조 후 점도가 너무 낮아지거나 인쇄, 건조 후에 유리 기판과의 접착력이 저하될 수 있고, 20중량%를 초과하면, 유기 바인더가 과다하게 존재하여 소성 시 바인더 분해가 원활히 이뤄지지 않아 저항 이 높아지는 단점이 발생될 수 있다.

본 발명에서 사용되는 용제는 전극형성용 조성물에서 범용적으로 사용되는 120℃ 이상의 비점을 갖는 것으로, 메틸 셀로솔브(Methyl Cellosolve), 에틸 셀로솔브(Ethyl Cellosolve), 부틸 셀로솔브(Butyl Cellosolve), 지방족 알코올(Alcohol), α-터피네올(Terpineol), β-터피네올, 다이하이드로 터피네올(Dihydro-terpineol), 에틸렌 글리콜(Ethylene Grycol), 에틸렌 글리콜 모노 부틸 에테르(Ethylene glycol mono butyl ether), 부틸셀로솔브 아세테이트(Butyl Cellosolve acetate), 텍사놀(Texanol) 등이 있으며, 이들을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.

상기 용제의 함량은 특별히 한정되지 않으나, 조성물의 점도조절에 있어 1~68중량%의 범위에서 사용이 가능하다.

또한, 본 발명에서는 필요에 따라 흑색도의 향상을 위해 철, 코발트, 구리, 크롬, 망간, 알루미늄, 니켈을 주성분으로 하는 금속 산화물 또는 이들의 복합 금속 산화물 중 선택된 1종 이상의 흑색 안료를 추가로 포함할 수 있다.

이때, 상기 흑색 안료는 상기전극 형성용 조성물 100 중량부에 대하여 1 내지 20중량부를 첨가하는 것이 흑색도와 저항의 측면에서 바람직하다.흑색 안료의 함량이 1중량부 미만인 경우에는 첨가한 효과가 미미하며, 20중량부를 초과하면, 저항이 상승 문제가 발생될 수 있다.

본 발명의 조성물은 유리기판 위에 본 발명의 조성물을 스크린인쇄 시 인쇄 표면 및 건조표면에 발생하는 얼룩이나 핀홀(pinholel) 발생 등을 억제시켜주기 위해 실리콘계 계면활성제를 포함한다.

상기 실리콘계 계면활성제로는 구체적으로는 폴리에테르변성 폴리디메틸실록산 화합물을 포함하는 것이 바람직하며, 시판되는 상품명으로는 BYK-Chemie社의 BYK 306, BYK 333, BYK 337, BYK 341) 등이 있다.

상기 실리콘계 계면활성제의 함량은 전체 조성물 대비 0.01~3중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 함량이 0.01 중량%미만이면, 본 발명에서 이루고자하는 효과의 구현이 어렵고, 3중량%를 초과하는 경우 현상 특성이 악화되어 패턴형성이 잘 이루어 지지 않을 수 있다.

본 발명의 조성물을 이용하여 포토리소그래피방법에 의해 패터닝해주기 위해서는 조성물에 광중합성 화합물과 광중합 개시제를 더 포함할 수 있다.

본 발명에서 상기 광중합성 화합물은 감광성 수지 조성물에 사용되는 다관능성 모노머 또는 올리고머로서, 예를들면, 에틸렌글리콜디아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜디아크릴레이트, 1,4-부탄디올디아크릴레이트, 1,6-헥산디올디아크릴레이트, 네오펜틸글리콜디아크릴레이트, 펜타에리트리톨디아크릴레이트, 펜타에리트리톨트리아크릴레이트, 디펜타에리트리톨디아크릴레이트, 디펜타에리트리톨트리아크릴레이트, 디펜타에리트리톨펜타아크릴레이트, 펜타에리트리톨헥사아크릴레이트,비스페놀 A 디아크릴레이트, 트리메틸롤프로판트리아크릴레이트, 노블락에폭시아크릴레이트, 에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 디에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 트리에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 프로필렌글리콜디메타크릴레이트, 1,4-부탄디올디메타크릴레이트, 및 1,6-헥산디올디메타크릴레이트로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택 한 것을 사용할 수 있다.

상기 광중합성 화합물의 함량은 상기 전극 형성용 조성물 100중량부에 대하여 1 내지 20중량부인 것이 바람직하다. 함량이 1중량부 미만인 경우, 광경화가 완벽히 이뤄지지 않아 현상 시 패턴 탈락의 문제가 발생 될 수 있고, 20중량부를 초과하면, 다관능성 모노머 혹은 올리고머의 양이 많아 소성 시 유기물의 분해의 문제가 발생될 수 있어 저항 상승 문제가 있을 수 있다.

또한, 본 발명에서 상기 광중합 개시제는 200 내지 400nm의 자외선 파장대에서 우수한 광반응을 나타낼 수 있는 것이라면 어떤 것이나 사용될 수 있으며, 일반적으로 벤조페논계, 아세토페논계, 트리아진계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.

상기에서 광중합 개시제의 첨가량은 상기 전극형성용조성물 100 중량부에 대하여 1 내지 15 중량부를 첨가하는 것이 바람직하다.

이하에서는 본 발명에 따른 전극 형성용 페이스트 조성물에 의할 경우 인쇄 막 균일성 및 기판 부착성이 매우 우수하다는 것을 구체적인 실시 예들 및 비교 예들을 들어 설명한다. 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략한다.

<실시예 1>

전도성 분말로서 은(Ag) 분말(평균입경 : 1.5㎛, Dowa Hightech CO. LTD AG- 2-11)을 60g 사용하였고, 결정화 유리프릿으로서 일본 Yamamura사의 BT328(제품명) 8g을 사용하였고, 유기바인더로서 일본 합성의 POLY(METHYL METHACRYLATE-CO-METHACRYLIC ACID, P-118(제품명)을 6.3g 사용하였다.

여기에 Mitsui Mining사의 CX-100 Co₂O₃ 흑색안료를 3g 첨가하였으며, 광중합성 화합물로서 관능성모노머인 TRIMETHYLOLPROPANE ETHOXY TRIACRYLATE (미원상사)를 4.5g 첨가하였으며, 광중합 개시제로서 2-METHYL-4'-(METHYLTHIO)-2-MORPHOLINO-PROPIOPHENONE(SATOMER사)를 2g 첨가하였으며, 용제로서 미국 Eastman chemical사의 Texanol 16g 첨가하였으며, 실리콘계 첨가제로는 BYK306 0.2g 첨가하였다.

상기 조성성분을 3-Roll-Mill을 사용하여 충분히 분산시켜 페이스트 조성물을 제조하였다.

<실시예 2-4>

실리콘계 계면활성제 종류와 함량을 하기 표 1에 기재된 바와 같이 변화시키는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 전극 조성물을 제조하였다.

<비교예 1>

실리콘계 계면활성제를 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

2. 물성평가

상기 실시예 1~4 및 비교예 1에서 제조한 조성물을 이용하여 포토리소그래피법(Photolithography)으로 전극패턴을 형성 후 기판에 인쇄막 특성 및 현상시 기판 부착력 을 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

(1) 인쇄막 특성조사

전극 조성물을 물얼룩에 의해 오염된 유리 기판위에 스크린 프린터를 이용하여 도포한 후 110℃에서 10분간 건조한 후 인쇄막이 형광불빛 밑에서 육안으로 관찰 시 핀홀 및 얼룩이 없으면 '양호' 그렇지 않은 경우를 '불량'으로 판단하였다.

(2) 기판 부착특성 조사

전극 조성물을 물얼룩에 의해 오염된 유리 기판위에 스크린 프린터를 이용하여 도포한 후 110℃에서 10분간 건조한 후 노광 및 알칼리 현상을 진행하였다. 현상 후 현미경 관찰시 패턴의 떨어짐이 없으면 '양호' 그렇지 않은 경우를 '불량'으로 판단하였다.

3. 결과의 분석

표 2는 물성평가 결과를 나타낸 것인데, 표 2를 참조하면 본원발명의 실시예 1~4와 같이 실리콘계 계면활성제를 첨가한 조성물을 이용하여 전극 패턴을 형성하게 되면 인쇄막에 핀홀이나 얼룩이 발생하지 않은 양호한 상태로 패터닝된다는 것을 알 수 있으며 이로 인한 기판부착특성도 매우 양호한 것으로 확인되었다.

이에 비해 비교예 1에서와 같이 실리콘계 계면활성제를 첨가하지 않은 경우엔 인쇄막에 핀홀과 얼룩이 발생하였으며 기판부착특성도 불량하다는 것을 확인할 수 있었다.

Claims (10)

1. 전도성 분말, 유리프릿, 유기바인더, 계면활성제 및 용제를 포함하는 페이스트 조성물에 있어서, 상기 계면활성제로서 실리콘계 계면활성제를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 형성용 페이스트 조성물.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 전도성 분말은 금, 은, 구리, 니켈, 팔라듐, 백금, 알루미늄 중 선택되는 하나 또는 이들의 합금 분말인 것을 특징으로 하는 전극 형성용 페이스트 조성물.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 유리 프릿은 결정화도가 5~80%인것을 특징으로 하는 전극 형성용 페이스트 조성물.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 유리 프릿의 결정화 온도는 400 내지 700℃인 것을 특징으로 하는 전극 형성용 페이스트 조성물.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 실리콘계 계면활성제는 폴리에테르변성 폴리디메틸실록산 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 형성용 페이스트 조성물.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 유기 바인더는 아크릴계 고분자, 셀룰로오스계 고분자를 단독 또는 2종 이상 혼합한 것을 특징으로 하는 전극 형성용 페이스트 조성물.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 조성물은

   전도성 분말 30~90중량%,

   유리프릿 1~20중량% ,

   유기바인더 1~20중량%,

   실리콘 계면활성제 0.01~3중량%,

   및 잔량으로서 용제를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 형성용 페이스트 조성물.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 조성물은 상기 조성물 100 중량부에 대하여 흑색안료를 1 내지 20중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 형성용 페이스트 조성물.
9. 제 7 항에 있어서,

   상기 흑색안료는 철, 코발트, 구리, 크롬, 망간, 알루미늄, 니켈을 주성분으로 하는 금속 산화물 또는 이들의 복합 금속 산화물 중 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 전극 형성용 페이스트 조성물.
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 조성물은 상기 조성물 100중량부에 대하여 광중합성 화합물 1~20중량부와 광중합 개시제 1~15중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 형성용 페이스트 조성물.