Plasma Display Panel의 공정 기술

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1 Plasma Display Panel의 공정 기술

2 ★ Front Glass는 설명 편의상 90도 회전시킨 것임
1. Plasma Display Panel 제조 Process 원리 및 구조 ★ Front Glass는 설명 편의상 90도 회전시킨 것임 原 理 構 造 Visible Light (Front Glass Substrate) Dielectric Layer Bus Electrode Protection Layer(MgO) Front Glass Substrate Sustain Electrode Bus Electrode Protection Layer(MgO) Dielectric Layer Plasma Sustain Electrode (Back Glass Substrate) Barrier Rib UV Address Electrode Phosphor(R,G,B) Barrier Rib Visible Light Dielectric Layer Dielectric Layer Under Layer Back Glass Substrate Under Layer Phosphor(R,G,B) Address Electrode 動 作 特 徵 AC PDP는 ■ Glass위에 Plasma를 유지시키기 위한 선전극을 제작하고, 전극보호와 전기적 Condenser 역할을 갖는 유전층과 보호막이 증착된 상판 기판과 ■ 하판 Glass위에 Address전극과 광반사를 위한 백색유전막, 방전공간을 분할하는 격벽 및 형광체가 Coating된 하판기판을 ■ 합착기에서 상·하판을 Align하여 합착하고 방전Gas를 주입하여 Panel을 완성하며 마지막으로 회로부를 연결하여 Module을 완성하는 대형, 평면, 자발광 표시소자임. 1. 전면 Glass기판 내면의 동일면상에 평행하는 한쌍의 선전극이 있고, Panel 내부에 Ne + Xe + α가스를 봉입한 구조로 되어있다. 2. 전극상호간에 전압을 인가하는 것에 의해 유전체 보호층의 표면에서 면방전이 일어난다. 3. Plasma에서 발생된 자외선에 의해 각 형광체(R,G,B)가 여기/ 발광되어 원하는 천연색 표시를 한다. 1/22

3 1. Plasma Display Panel 제조 Process
PDP Ass’y PANEL MODULE Glass Driver Circuit Memory Signal Control Circuit 2/22

4 1. Plasma Display Panel 제조 Process
PDP 공정도 상판 전극 형성 유전체 인쇄 Seal재 형성 보호막 형성 위한 선전극을 제작함. 박막기술과 photolithography기술로 Plasma 유지를 전기적으로 Condenser 역할을 하며 인쇄방식으로 유전체를 Coating함. 상하판 합착을 위하여 저융점 Frit Glass를 형성함. 유전층을 보호하고 2차전자 방출계수를 증가시키기 위하여 MgO박막을 증착하여 보호막 형성함. Protection Layer(MgO) 세 정 유전체 인쇄 Dispensing Seal BUS Electrode 금속막 성막 건 조 가소성 MgO 증착 PR도포/건조 소 성 노광/현상 Front Glass Sustain Electrode Dielectric Layer 에 칭 하판 격벽 형성 형광체 형성 방전 선택용 Address전극을 인쇄방식으로 형성함. 방전 공간을 분할하고 Cross talk를 방지하기 위해서 높이 100㎛가량의 격벽을 Sandblast방식으로 형성함. 각각의 격벽사이에 R,G,B 형광체를 Strip형태로 인쇄함. Barrier Rib 하지막인쇄/건조/소성 Dielectric Layer 격벽재 인쇄/건조 R형광체인쇄/건조 전극 인쇄 감광성 Film 부착 G형광체인쇄/건조 전극 건조 노광 / 현상 B형광체인쇄/건조 Back Glass 전극 소성 Address Electrode Sandblast 소 성 Under Layer 유전층인쇄/건조/소성 소 성 Phosphor(R,G,B) 합 착 배기/GAS주입 Aging Module 조립 상하판 Glass를 Align. 방전을 원활하게 하기 위해서 고진공 상태로 Panel을 배기한 후, 약 500Torr로 혼합가스를 주입한 후 봉입함. MgO 표면의 활성화와 물성 안정을 위해서 예비 방전을 실시. 안정된 Panel을 회로와 연결하여 조립함. 상하판 Align 배기/ Sealing 배 기 주입 SET 장착 부품 자삽 Clamping GAS 주입 예비 방전 Soldering 합 착 Front Glass 봉 입 Front Glass TEST Interconnection Back Glass Back Glass 조정 검사 3/22

5 1-1. AC형 PDP의 前工程 상 판 하 판 4/22 Glass투입 투명전극 보조전극 유전층(하) 유전층(상) Seal
보호막 상 Glass투입 Sputtering Coat 세정 세정 Dispense MgO Depo. P.검사 Cleaning PR Coating Dry Coat Coat Dry 판 Repair Expose Expose Dry Dry Fire Fire Develop Develop Fire Etch/Strip Fire Glass투입 하지막 Data 전극 유전층 Rib 형광체 하 Glass투입 Coating Coat Coat Coat Coat(R) Dry(B) Cleaning Dry Dry Dry Dry Dry(R) Expose 판 Expose Develop Fire Expose Fire DFR Lami. Develop Fire Develop Expose Coat(G) Fire Develop Dry(G) Sandblast P.검사 Expose Strip Repair Develop Fire Coat(B) 4/22

6 1-2. AC형 PDP의 後工程 합착/배기/Gas AGING 상/하판 합착 Aging Sealing Pad Cut
점등검사 휘도,전압 전압Check 5/22

7 1-3. AC형 PDP의 Module 공정 Module 출 하 조립FPC 출하검사 방습제도포 포장 Dry 출하 PCB조립
출 하 조립FPC 출하검사 방습제도포 포장 Dry 출하 PCB조립 Module검사 Module Aging IC방습제 도포 Dry 보호CASE부착 면세정 보호필름부착 6/22

8 2-1. 전극형성 Process 전극의 종류 및 특성 AC형 PDP에서 사용되고 있는 전극은 형광체에서 생성된 가시광선을 효과적으로 투과시키기 위한 투명전극과 이 투명전극에 신호를 전달하는 저저항의 BUS전극이 필요하고, Data를 Writing할 수 있도록 하는 Data전극(하판)으로 구성되어 있슴. 상판(Front Plate) 1. 투명전극(Sustain):두 개의 쌍으로 이루어진 투명전극은 AC PDP의 방전유지 전극으로써 Cell내에서 플라즈마가 형성된 후, 방전을 지속적으로 다음 펄스에 의해 유지될 수 있도록 함. 요구특성 재료 및 성막방법 형성 공법 고투과율 저저항화 막두께의 균일성 BUS전극과의 밀착성. 내열성,내약품성. ITO(Indium Tin Oxide) - Sputter법(전도성이 가장 우수) - Ion Plating. - 진공증착법. SnO2(통칭:NESA막) - 화학증착법(CVD) ITO(Indium Tin Oxide) - Photoetching - Liftoff법 SnO2(NESA막) - Photoetching법 투명전극 (Sustain) 2. BUS전극: BUS전극은 방전시 저항에 의한 전압강하를 줄이기 위함. 요구특성 재료 및 성막방법 형성 공법 저저항화 투명전극과의 밀착성 선폭의 Uniformity 내열성 유전체와의 Matching성 Cr/Cu/Cr,Cr/Al/Cr - Sputter법 감광성Paste(Ag) - 인쇄, Coating Paste(Ag) - Pattern인쇄 Cr/Cu/Cr,Cr/Al/Cr - Photoetching법 - Liftoff법 감광성Paste. - Photo법. 인쇄 Paste. - Direct Pattern인쇄. BUS전극 하판(Back Plate) 1. Address전극(Data 전극) : Data를 writing. - BUS전극의 요구특성 및 공법과 유사함. 7/22

9 2-1. 전극형성 Process Lift Off 법 Photo Etching 법 투명전극 형성공법 8/22
1. PR Coating 1. ITO 증착(Sputter) Duct Roll Roll의 회전방향 ITO(000~0000Å) PR(Photoresist) Glass Coating Roll Glass 2. PR Coating Backup Roll Duct Roll 2. 노광 Roll의 회전방향 PR(Photoresist) Coating Roll Glass UV(365nm)조사. ITO Photomask Backup Roll 3. 노광 PR 감광된 부분 UV(365nm)조사. Photomask 3. 현상 PR 감광된 부분 PR(Photoresist) 4. 현상 4. SnO2 증착(화학 증착법) PR(Photoresist) PR(Photoresist) 5. Etch/Strip 5. Photoresist 박리 ITO Acid Etching Photoresist 제거 8/22

10 2-1. 전극형성 Process Photo Etching 법 감광성 (UV) PASTE 법 Cr/Cu/Cr증착
BUS전극 및 하판전극 형성공법 Photo Etching 법 감광성 (UV) PASTE 법 Cr/Cu/Cr증착 인쇄, Coating Squeezer 감광성Ag Screen Mask PR Coating Paste 건 조 Glass Pre Baking UV(365nm)조사. Photomask 노 광 감광된 부분 노광/현상 현 상 Post Baking Etching 전극 형상 사진 건 조 전극형성 PR Strip 소 성 9/22

11 2-2. Barrier Rib 형성 Process
Red, Green, Blue 방전 영역을 분리할 목적으로 형성 Screen Printing Sandblasting Method Squeezing Method Photolithograpy Method Direct Etching Photosensitive Glass Paste Glass Paste Glass Paste Thick Layer Resist Glass Paste Glass Dry Film Resist Laminating Exposure/Develop Photoresist Coating & Exposure Screen Printing Exposure/Develop Exposure Photoresist Resist Repetition (10 ~ 15 times) Squeezing Glass Paste into grooves Sandblasting Develop Develop/Etch Strip Strip Strip 10/22

12 절연성, 평활성, 고투과율,저기포성,전극과의 저반응성
2-3. 유전체 형성 Process 공정 Flow Process 투명유전체 Process Flow 대표 특성 전면 인쇄 두께 목 적 유지전극 보호와 전기적으로 Condenser 역할 건 조 잔류 용제 요구특성 절연성, 평활성, 고투과율,저기포성,전극과의 저반응성 Binder Burn-Out 전극과의 반응성 유전막의 구조 (치밀성, 표면조도) 소 성 공 법 사 용 재 료 설 비 인쇄기 건조로 소성로 Screen인쇄법 저융점 Glass Paste (*상,하층용) 재 료 유전층 27㎛ 저융점 Glass Green Sheet (상,하층용) Laminator 건조로 소성로 기포 Dry Film법 Glass * 하층용: 전극과의 Matching성 상층용: 절연성 ,평활성 11/22

13 2-3. 유전체 형성 Process 인쇄 法 Dry Film法 장점 단점 설비 형성 공법 종류 Process 인 쇄
공정 그림 인 쇄 1층용 : ITO 반응 억제 D/F Laminating Printing (2∼3회) Dry Film 건 조 2층용 : 고투과율 확보 D/F Laminating 전극 Glass기판 소 성 소 성 Roll 막 두께및 표면 평탄도 우수 공정 간단 고생산성 장점 低 Cost 초기투자비 低 단점 막 두께및 표면 불균일화 재료 Cost가 높다 설비 인쇄기 건조로 소성로 Laminator 소성로 12/22

14 2-3. 유전체 형성 Process 1. 印刷 工程 定義 2. 印刷 Mechanism
1. 印刷 工程 定義 인쇄공정은 Paste를 Screen Mask를 통해 Glass 위에 도포하는 공정으로 인쇄기 한 장비로 Screen Mask와 Paste만 교환해 줌으로써 하지막,Address전극,White Back,Rib, Rib,투명 유전체, B/M 등의 PDP를 구성하고 있는 대부분의 막 형성이 가능하기 때문에 인쇄공정은 PDP에 있어서 핵심공정 이라고 할 수 있다. 2. 印刷 Mechanism S/Q(Squeezer)가 그림에서의 붓의 역할을 하고 Paste가 물감의 역할을 함으로써 인쇄를 하게 된다. Screen Mask는 SUS 재질의 일정한 두께의 SUS 망사로 짜여져 있는데 이사이를 Paste가 통과함으로써 두께가 일정한 막의 도포가 가능해진다. S/Q가 Screen 위를 일정하게 왕복 Screen Mesh 개구부에 Paste유입 ( 토출 Mechanism ) S/Q 인쇄 방향 판 분리에 의해 Screen이 위로 급속히 상승 ( 판 분리 Mechanism ) Paste Screen Mask 기판상에 잔존하는 Paste가 스스로 힘으로 형상을 결정한다. ( Leveling/ 형상 복원 Mechanism ) Leveling 판 분리 토출 Paste Rolling 인쇄는 기본적으로 적정한 인쇄조건, Paste, Screen Mask의 3가지 중요한 요건이 골고루 충족되어야 한다. 13/22

15 2-4. 형광체 형성 Process 형광체 Process Pattern 인쇄 목 적 건 조 요구특성 소 성 재 료
공정 Flow Process 형광체 Process Flow 대표 특성 두께 Patterning성 ( 혼색/격벽 탐) Pattern 인쇄 방전에의해 발생되는 VUV 를 가시광으로 변환 목 적 R, G , B 3회 반복 건 조 잔류 용제 Leveling 정도 색순도,잔광시간 발광휘도,노화 도포특성 요구특성 Binder Burn-Out 형광막의 치밀성 소 성 막형성 방법 사 용 재 료 주재료 부재료 Sqeeze Rubber Pattern인쇄법 * R,G,B 형광체 Paste - Screen Mask 재 료 Barrier Rib 감광성 Paste법 R,G,B감광성 Ag Paste 현상액 Phosphor R,G,B형광체 Green Sheet Dry Film법 현상액 Glass Electrode 14/22

16 2-5. 보호막 형성 Process 보호막의 목적 및 특성 목적 방전으로부터 내구성이 약한 유전체를 보호함으로써 Panel이 장시간동안 안정된 동작을 하게 하며, 방전시에 2차 전자를 많이 방출함으로써 방전전압을 낮추는 역할을 하는 중요한 공정임. 요구 특성 No. 요구 특성 Panel 관련 특성 1 내구성(내 Sputter성)이 높을 것 2차 전자 방출특성이 우수할 것 응답속도가 빠를 것 절연특성이 좋을 것 Sealing 전/후 투과도가 높고 균일할 것 수명 (Life time)을 길게 함 방전전압 및 소모전력 감소에 기여. 화질 및 휘도 향상 안정된 동작을 하는 전압범위가 커짐. 휘도 향상 2 3 4 5 보호막 관련 공정 단계 코팅전 보호막 코팅 코팅후 보관 Aging 표면상태(유전체) 보호막 증착 공법 EB, Sputter, Ion plating, 액상 코팅 증착 조건 Power (전압, 전류), 증착온도 산소유량, 재료순도 등 보관온도, 분위기 합착(Seal)온도 진공 Pumping 온도,시간 Aging 방식 Aging 조건 변수 보호막의 상태 보호막 오염에 영향 막의 물성 결정 (결정성,조도,조성,강도) 표면흡착물 형성 흡착물의 outgassing Crack Ion충격으로 표면물성 변화 보호막재료 및 표면 흡착물의 탈착(활성화) 15/22

17 2-6. Seal봉착/배기/주입 Process
공정 Flow 및 설비 본 Process는 상판/하판 Glass를 합착하여 내부 공기를 배기한 후 Plasma 방전 Gas를 주입하는 공정으로 설비구성은 일체형과 Seal봉착로, 배기/주입기로 분리된 분리형이 있음. 설비는 Seal재 봉착을 위한 Heater부, 배기를 위한 진공 Pump부와 방전Gas 주입부로 구성됨. Process Flow 일체형 설비 개략도 상 판 하 판 TMP RP GAS MgO증착 형광체 소성 봉착 Align Seal 봉착로 Seal봉착 분리형 배기/주입기 배기 Gas주입 Seal봉착 /배기/ 주입기 일체형 Tip-off Aging 16/22

18 2-6. Seal봉착/배기/주입 Process
상/하판의 Align Key를 맞춰 Clipping한 후 Align정도를 검사하고 Seal봉착/배기/주입기에 장착함. 배기와 Gas주입을 위한 배기관과 배기관 고정을 위한 Frit Ring을 설치한 후 소성함. Process Process 내용 설비 / 재료 상/하판 Glass의 합착 Align Key를 맞춤. 상/하판 Glass의 네모서리에 합착용 Align Key를 각각의 전극공정에서 형성시킴. 상/하판 Align 합착기 Align후 상.하판 고정을 위해 Clip으로 네 변을 고정시킴. Clip의 압력 => 0.0 ~ 0.0 Kgf/cm2 Clipping Clip(합착용 집게) Align검사 상/하, 좌/우 Align정도를 검사함. Align 정도 => X ≤ 000㎛, Y ≤ 000 ㎛ 광학현미경 배기관/Frit 장착 배기 & Gas주입을 위한 배기관과 배기관과 Glass를 고정시키는 Frit Ring을 설치함. 배기관 Frit Ring 상.하판 봉착을 위한 Seal 소성 및 배기관의 Frit Ring 융착함. 소성 => 000~000 ℃ Seal/Frit소성 Seal봉착로 17/22

19 2-6. Seal봉착/배기/주입 Process
진공배기를 하여 Panel내부의 불순물을 제거한 후 방전 Gas를 주입함. 배기관을 가열하여 Tip-off하여 Panel을 완성하고 Panel의 안정화를 위해 Aging 및 결함상태를 검사함. Process Process 내용 설비 / 재료 방전Gas 주입전 Panel 내부의 불순물을 배기하여 고진공으로 만듬. * 내부진공도 => ~ 10-7 Torr 이하 배기 배기/주입기 불순물이 제거된 Panel 내부에 방전 Gas를 주입함. 방전 Gas 주입은 Panel의 온도가 상온으로 유지 상태에서 주입함. * 조건 => 방전Gas 종류(He, Ne, Xe.…), 압력 Gas 주입 배기/주입기 방전Gas Tip-off Panel내부의 진공 배기와 Gas 주입의 통로인 배기관을 봉지시킴. Torch Aging기 Tester 휘도계 Aging전 Panel검사를 실시함. * 검사/측정 항목 => 방전전압, 휘도, 결함 (Open, Short, Cell Defect) Aging전 검사 Aging Sustain전극에 Pulse 전압을 인가하여 각 Cell의 발광 상태가 안정화 될때까지 Gas 방전을 시킴. * 조건 => 전압, 주파수, 시간, 온도 Aging기 18/22

20 2-7.실장 Process ACF 부착 Module 조립 FPC 압착 Module조립 Process 목 적 FPC 요구특성
000도,00Kgf/㎠의 힘과 압력으로 FPC와 ACF부착 ACF 부착 Process Module 조립 000도,00Kgf/㎠의 힘과 압력으로 panel에 압착 FPC 압착 Module조립 목 적 Gas가 주입된 Panel과 PDP 회로물의 연결로 최종화상 구동 압착 Head 上 FPC FPC 전극*) ACF*) 전극 요구특성 ◆ 정확한 구동 전압 설정 ◆ 환경에 따른 오방전 발생 無 ◆ FPC를 이용한 Panel과 회로의 정확한 연결 Panel 압착 Head 下 *) ACF : Anisotropic Conducting Film FPC : Flexible Print Circuit 19/22

21 2-7.실장 Process Panel FPC 방열판 Module 조립 공정 PCB회로
ACF : Anisotropic Conductive Film(이방성 전도 Film)으로서 Au를 Coating한 Ni의 Ball을 이용하여 만든 전도성 수지 Film이다. 약 150C 이상에서 부착력을 가져서 FPC와 Glass를 연결하는 재료로 사용된다. FPC : Flexible Printed Circuit로서 Polymide를 이용하여 내부에 Pattern을 형성한 Film으로서 현재 집적화된 전자 부품으로서 널리 사용된다. 이를 이용하여 회로와 Panel을 연결한다. 최종 조립후 신호를 인가하고 전압을 입력시켜서 Panel예 따른 적절한 전압을 설정한다. 이후 고온에서 Aging 하면서 Panel의 동작 전압이 정확한가를 확인한다. 20/22

22 3. PDP 제조장치 구성요소 Process 방식 재료 Tool 제조설비 전극형성 후막인쇄법 스크린 도전성 Paste
스크린 인쇄기 건조로 소성로 Photo-Etching법 감광성 Resist Photo-Mask Target재 DC Sputter 장치 Resist 도포장치 (roll, coater, laminator,기타) 노광장치 현상장치 Etching 장치 Resist 박리장치 감광성 Paste에 의한 Photolithography법 발광성 Paste 스크린 Photo Mask 스크린 인쇄기 건조로 노광장치 현상장치 소성로 스크린 형광체 Paste 스크린 인쇄기 건조로 소성로 형광체형성 후막인쇄법 보호층형성 전자빔증착 MgO Source 전자빔 증착 장치 21/22

23 3. PDP 제조장치 구성요소 Process 방식 재료 Tool 제조설비 격벽형성 후막인쇄법 스크린 격벽 Paste
스크린 인쇄기 건조로 소성로 Additive법 (Photo-보충법) Dry . Film 격벽Paste Photo Mask Dry . Film laminator 노광장치 현상장치 격벽 Paste 보충장치 건조로 Dry Film 박리장치 소성로 Sand Blaster법 격벽 Paste Dry . Film 연마재 Photo Mask 격벽 Paste 도포장치 건조로 laminator 노광장치 현상장치 Sand Blaster Machine Dry Film 박리장치 소성로 감광성 격벽 Paste Photo Mask Paste도포장치 건조로 노광장치 현상장치 소성로 감광성 Paste 에의한 Photolithography법 22/22