PDP 공정에서 표면분석에 의한 Aging Time 단축에 관한 연구

이기형, 소현, 문수현, 김양도*, 전형탁*, 김영채, 문세기

한양대학교 공과대학 화학공학과, *한양대학교 공과대학 재료공학부

A study on aging time shortening by surface analysis in PDP process

Ki Hyung Lee, Hyun Soh, Su Hyun Mun, Yangdo Kim*, Hyeongtag Jeon*, Young Chai Kim, Sei-Ki Moon

Dept.of Chem.Eng,Hanyang University, *Division of Materials Science and Engineering, Hanyang University

서 론

PDP 생산공정 중 최종으로 수행되는 에이징 공정은 초기방전을 통하여 전자소자 및 패널 내부 벽면물질을 안정화시키며 광학적, 전기적 성능을 유지하는 목적으로 장시간동안 수행되는 필수공정이다. 에이징 시간으로 대략 48시간 정도 소모되므로 제품의 생산성 향상을 위하여 긴 공정시간 단축은 반드시 개선되야 한다. 현재까지 에이징 공정의 원인으로는 패널내부의 진공도 및 불순기체의 영향으로 MgO 보호막의 오염, 또는 흡습성이 강한 MgO 표면의 수분흡착으로 인한 화학적 변화가 주원인으로 고려되고 있다. 그러나 방전기체가 채워진 패널 내부를 대기중에서 열어분석하면 MgO가 대기중에서 이 물질과 흡착,반응 하므로 내부 작동 표면의 분석자료를 신뢰 할 수 없다. 따라서, 대기중 노출없이 패널 특성을 분석하는 분석시스템의 개발과 외부영향을 최소화하여 봉합패널 내부의 표면물성을 파악해야만 에이징 원인을 예측할 수 있고, 표준화된 공정조건을 제시 할 수 있다. 봉합패널 내부의 표면 변화를 측정해서 에이징 공정을 이해하는 방법은 첫째 각 단계에 의해 제조된 단일 상,하판의 물리, 화학적 특성을 관찰하고, 둘째 에이징 시간에 따라 제작된 봉합패널의 표면특성을 진공이송하여 분석해서, 두 단계를 비교해서 정확한 에이징 원인과 에이징 시간 단축이라는 과제를 수행할 수 있다. 따라서, 새로운 in-situ 패널분석장비를 고안하여 에이징에 따른 실제 재료의 표면 특성을 진공 분위기에서 이송하여 MgO 표면의 변화를 분석, 화학적인 조성과 물리적인 형상 변화결과를 해석한다. 이와 같은 연구를 통하여 에이징 또는 표면의 안정화처리와 필요성에 대해서도 확실한 결론이 기대되며, 궁극적으로 PDP패널 제작에 있어 에이징 시간단축에 크게 활용할 수 있다.

실 험

1.실험 장치

봉합패널을 분석할 때 대기 중에서 분리한 시편은 분석 신뢰성의 큰 한계가 있으므로, 청정상태에서 해체하여 분석장비로 이송할 수 있는 챔버를 구성하였다. 제작한 청정 이송시스템을 표면 분석 장비와 연결하면 7˙ 크기의 봉합된 패널도 분석 가능하며 특히, 에이징 공정과 같은 봉합된 패널의 내부 상태를 파악하기 위한 목적으로 제작된 시스템으로 다음과 같은 재원을 같는다.

시스템 재원 :   SUS □285mm, (H)230mm (Figure 1 참조)

10-8 mbar, transfer rod, wobble stick

4˙, 7˙ 크기 봉합패널 수용

분석장비    :   UHV-system (XPS,AES,AFM), 전자 현미경

2.실험 방법

재료표면의 변화 및 상태를 관찰하기 위해 업체에서 생산되는 단일 상,하판을 제공받았다. 제공 받은 공정단계별 상,하판을 Glove Box의 질소 분위기 하에서 13mm(가로)×15mm(세로)로 자른다음, UHV-system의 XPS를 통해 표면 분석을 하였다. 봉합패널의 경우는 봉합패널을 In-situ 분석용 챔버에 넣고, 진공이 어느정도(10-8mbar)까지 도달하면 분석가능한 크기로 깬 다음, Magnetic transfer를 이용해서 UHV system의 Fast entry lock chamber 로 이송 한다음, 진공을 유지하면서 Preparation chamber 와 analysis chamber로 이송(Figure 1 참고)하여 표면 분석을 하였다. 봉합된 패널의 표면을 진공 분위기에서 분석하여 에이징 공정으로 인한 봉합된 패널의 내부상태를 파악하였다. 측정한 패널은 국내 기업체에서 제공된 것으로 Table 1 목록에 표시하였다.

결과 및 고찰

패널 상, 하판은 각 단계별 공정에 의해 제조되고 다양한 성분으로 구성되어있다. 각 단계의 화학적, 물리적 분석에 관한 자료는 대기 및 진공 이송을 통해 XPS와 전자현미경으로 측정하였으며, 각 공정단계별 패널에 대해 XPS분석 결과를 Table 1 와 Figure 2에 나타내었다. 단일 상, 하판의 표면 분석으로 기본적인 기초자료를 확립하였으며, 봉합 패널과 비교 분석하는 기준 자료로 활용할 것이다. 봉합 패널의 방전시 MgO 보호막과 형광체의 화학적 변화가 중요한 요인으로 추정된다. 그 중 MgO의 강한 수분흡습성으로 단일 상판의 경우 Mg(OH)2로 화학종의 변화를 관찰하였다. 봉합 패널의 표면특성은 국내 생산업체로부터 에이징 시간이 10min, 30min, 1hr, 2hr, 12hr, 24hr인 봉합패널을 제공받아 표면특성을 조사하였으며,진공이송을 통해 외부조건을 최소화하였으며, MgO표면의 화학적 성분 및 조성 변화를 분석하여 Figure 4와 같은 결과를 얻었다. XPS 표면 분석결과로 피크변화와 면적을 기초로 결합상태를 예측하였다. 이 결과 낮은 에이징 시간에서는 단일 상판의 보호막에서와 같은 Mg-O, O-O, C-O의 결합으로 산소 및 탄소의 존재를 나타내며 특히, 탄소의 존재는 수산화 탄산마그네슘으로 화학 변화하였음을 짐작가능하다. 또한, 에이징 시간이 24hr 이상에선 순수 MgO의 피크 위치인 50.22eV로 변화함을 나타낸다. 따라서, 에이징 시간변화만으로 제작된 봉합패널 분석으로는 플라즈마 방전에 의한 열효과 및 비활성 방전기체의 전자효과에 의해 수분의 탈착과정이 발생하는 것으로 여겨진다. 또한 패널 내부의 방전에 의해 직접적인 영향을 받는 상판의 MgO 보호막의 비교자료를 위해 MgO single crystal(100)을 구입하여 표면 분석을 해 보았다.(Figure 3) 제품의 내부를 볼 수 있는 진공 이송시스템으로 공정중 결함이 발견된 봉합패널의 표면상태를 측정하고 결함원인을 밝혀내는데 매우 유용하게 사용된다. 특히, 에이징 공정변수를 세밀하게 채택하여 해석한다면 실제 공정에서 최적 상태의 에이징 시간을 체계적으로 도출할 수 있다. 또한, 이전 각 생산공정에 따른 단일 상, 하판 성분의 분석으로 대체 재료물질 개발에 참고 자료로 활용 가능하다.

참고문헌

1. 最新 Plasma Display 製造技術,  PRESS JOURNAL

2. Ping Liu, Tom Kendelewicz, Gordon E. Brown,Jr, George A.Parks,"Reaction     of water with MgO(100) surfaces. Part I:Synchrotron X-ray photoemission

studies of low-defect surfaces" Surface Science,412/413 287-314

3. John C.Vickerman,"Surface Analysis-The Principal Techniques" John Wiley     & Sons Ltd,1997

Figure 1. PDP Chember and UHV-system for in-situ analysis

Table 1. single and double panel lists and compounds used in each process

	공정단계	약자	A사	B사	A사 성분 물질	B사 성분 물질
상판	Glass Substrate	GS	V	V	O, C, Pb, Si	O, C, Pb, Si
	Transparancy Electrode	TE	V	V	O, C, In, Sn	O, C, In, Sn
	Bus Electrode	BE	V	V	O, C, Si, Mg	O, C, Ru, Pb
	Dielectric Layer	DL	-	V		O, C, Ru, Pb
	MgO Film	MF	V	V	O, C, Si, Mg	O, C, Si, Mg
하판	Adress Electrode	AE	V	V	O, C, Ag	O, C, Ag, Pb
	Dielctric Layer	DL	-	V	O, C, Ru, Pb	O, C, Ru, Pb
	Barrier Rib	BR	V	V	O, C, Pb	O, C, Pb
	Phosphor Layer(R,G,B)	PL	V	V	O,C,Pb,Y,Ba,Si	O,C,Pb,Mn,B,Y,K,Si
	Aging double panel		-	V

Figure 2.XPS and Optical microscopy analysis of Transparancy Electrode

Figure 3. AES and AFM analysis of MgO single crystal

a) Mg2P peak shift

b) O1S peak shift

Figure 4. Mg2p and O1s peak shift comparison of front panel formed in MgO

protection layer