JP2004339046A

JP2004339046A - ガラス粉末の製造方法

Info

Publication number: JP2004339046A
Application number: JP2004015960A
Authority: JP
Inventors: Won Seok Moon; セオモンウォン
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 2003-05-15
Filing date: 2004-01-23
Publication date: 2004-12-02
Also published as: KR20040098740A; US20040226316A1

Abstract

【課題】機械的粉砕工程を行うことなく、微細なガラス粉末を製造し得るガラス粉末の製造方法を提供する。
【解決手段】溶媒にガラス化合物を溶解する工程と、前記溶解されたガラス化合物を噴霧して液滴を形成する工程と、前記液滴に溶解しているガラス化合物を溶融してガラス化する工程とを順次行うことで、ガラス粉末を製造する。
【選択図】図1

Description

本発明は、ガラス粉末の製造方法に係るもので、詳しくは、プラズマディスプレーパネルに使用されるガラス粉末を製造する方法に関するものである。

一般に、薄膜トランジスタ、液晶表示素子、EL(Electro-Luminescence)素子及びFED(Field Emission Display)などと一緒に、次世代表示素子として脚光を浴びているプラズマディスプレー素子は、隔壁により隔離された放電セルの内部でHe+XeガスまたはNe+Xeガスが放電するとき発生する147nmの紫外線が赤、緑及び青の蛍光体を励起させ、該蛍光体が励起状態から基底状態になるとき発生するエネルギー差に係る発光現象を利用する表示素子である。且つ、前記PDP表示素子は、単純な構造による製造の容易性、高輝度及び高発光効率、メモリ機能、高い非線形性、並びに160゜以上の広視野角などの特性から、大型表示素子市場を占有することが期待されている。

以下、従来のプラズマディスプレーパネルの構造に対し、図４の断面図に基づいて説明する。図示するように、従来のプラズマディスプレーパネルにおいては、下部ガラス基板21と、該下部ガラス基板21の上面に形成された下部絶縁層20と、該下部絶縁層20の上面に形成されたアドレス電極22と、該アドレス電極22及び下部絶縁層20の上面に形成された下部誘電体層19と、各放電セルを分割するため、下部誘電体層19の上面の予め定められた部分に限定された隔壁17と、該隔壁17の上面に形成されたブラックマトリックス層16と、該ブラックマトリックス層16及び隔壁17の側面、並びに下部誘電体層19の上面に予め決定された厚さに形成され、紫外線の供給を受けて赤、緑及び青の可視光をそれぞれ放出する蛍光体層18と、上部ガラス基板11と、上部ガラス基板11の上面の予め定められた部分に前記アドレス電極22と垂直に交差するように形成された維持電極(sustain electrode)12と、該維持電極12の上面の予め定められた部分に形成されたバス電極13と、該バス電極13、前記維持電極12及び前記上部ガラス基板11の上面に形成された上部誘電体層14と、該上部誘電体層14を保護するため該上部誘電体層14の上面に形成された、例えばMgOからなる保護層15とで構成されている。

以下、このように構成された従来のプラズマディスプレーパネルに対し詳しく説明する。
まず、従来のプラズマディスプレーパネルの上部ガラス基板11及び下部ガラス基板21としては、高歪点(high strain point)ガラス基板が使用される。且つ、前記高歪点ガラス基板の下部ガラス基板21の上面に下部絶縁層20が位置し、該下部絶縁層20の上面に前記アドレス電極22が位置する。
また、アドレス電極22及び下部絶縁層20の上面に位置する下部誘電体層19は、下部ガラス基板21方向に放出される可視光を遮断する。且つ、発光効率を増加させるため、反射率の高い、（例えば反射率が60%以上）誘電体を下部誘電体層19として使用し、光の損失を低減させる。
また、前記高歪点ガラス基板の上部ガラス基板11の下方側に、前記アドレス電極22と垂直方向に交差するように維持電極12が、該維持電極12の上面にバス電極13がそれぞれ配置されて形成され、該バス電極13上には、上部誘電体層14が形成されている。また、前記上部誘電体層14上には、プラズマの発生により上部誘電体層14が損傷されることを防止するため保護層15が形成されている。ここで、前記上部誘電体層14は、維持電極12及びバス電極13と直接接触されるので、それら維持電極12及びバス電極13との化学反応を避けるため、軟化温度の高い誘電体が使用される。
また、前記蛍光体層18は、赤、緑及び青の蛍光体順に積層され、前記隔壁17間の領域から発生するプラズマによる紫外線の強度によって、特定の波長の可視光を放出する。
一方、前記プラズマディスプレーパネルの上部誘電体層14は、低融点ガラス粉末をペースト状にし、該ペースト状の低融点ガラス粉末を印刷後、焼成して形成される。前記上部誘電体層14は、プラズマが放電するとき発生した電荷を蓄積して放電を維持させる役割をする。さらに、前記上部誘電体層14は、可視光線を透過させる部分であるため、光透過率が高く、且つ適切な誘電率を有する。

以下、誘電体材料として使用される低融点ガラス粉末及び誘電体層を製造する従来の方法に対して説明する。
まず、酸化物または炭酸塩を予め設定された組成比に秤量して混合し、その混合物を白金坩堝に入れて1200〜1300℃の温度で溶融した後、その溶融液を急冷してガラス片を形成する。
次いで、前記ガラス片をボールミルまたはジェットミルのような機械的な方法により粉砕してガラス粉末を形成する。
その後、前記ガラス粉末をペースト状にし、該ペースト状のガラス粉末を印刷後、焼成して誘電体層を形成する。
このような従来のガラス粉末の製造方法においては、1μm以下のガラス粉末を得るため、(1)水またはアルコールを分散媒質(dispersive medium)として使用する湿式粉砕工程、(2)粉砕効率の向上及び粉末凝集の防止のために少量の溶媒を添加した状態でガラス片を粉砕する乾式粉砕工程の何れか一つを用いていた。
その他、従来のプラズマディスプレーパネル及びその製造方法は、特許文献１、特許文献２、特許文献３等に詳細に記載されている。

米国特許第5838106号明細書米国特許第6242859号明細書米国特許第6599851号明細書

前記、従来のガラス粉末の製造方法においては、ガラス粉末をペースト状にし、該ペースト状のガラス粉末を印刷後、焼成して誘電体層を形成するとき、前記微細なガラス粉末の表面状態、粒度及び形状によって、誘電体層の光透過率に直接的な影響を及ぼすようになる。また、前記(1)項記載の湿式粉砕工程の場合、粉砕されたガラス粉末の表面に溶媒分子が吸着されるか、または溶媒とガラス表面間の反応により水和物が生成されることで、製造されたガラス粉末の特性が劣化するという不都合な点があった。
また、前記(2)項記載の乾式粉砕工程の場合は、粉砕効率及び粉末凝集の防止のために少量の溶媒を添加した状態でガラス片を粉砕するため、2μm以下のガラス粉末を得ることが難しく、粉砕されたガラス粉末の形状が不規則であるという不都合な点があった。

本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、機械的粉砕工程を行うことなく、良質の微細なガラス粉末を製造し得るガラス粉末製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、ガラス粉末の粒子表面に水分が吸着されたり、水和物が生成される現象を防止し得るガラス粉末製造方法を提供することにある。
また、本発明の更に他の目的は、プラズマディスプレーパネルに使用される誘電体の光透過率を向上し得るガラス粉末製造方法を提供することにある。

このような目的を達成するため、本発明に係るガラス粉末の製造方法においては、溶媒にガラス化合物を溶解して溶液とする工程と、前記溶液を噴霧して液滴を形成する工程と、前記液滴に溶解しているガラス化合物を溶融してガラス化する工程とを順次行うことを特徴とする。
また、本発明に係るガラス粉末の製造方法においては、溶媒にガラス化合物を溶解して溶液とする工程と、前記溶液を噴霧して液滴を形成し、キャリアガスにより前記液滴を炎式炉(flame reactor)の火炎部に移送する工程と、前記火炎部に移送された、液滴に溶解しているガラス化合物を溶融してガラス化する工程と、前記ガラス化したガラス粒子（ガラス組成物）を捕集する工程とを順次行うことを特徴とする。
また、本発明に係るガラス粉末のガラス化合物は、ガラス組成物を構成する各元素の塩化物、窒化物、水和物、酢酸化合物、アルコキシ化合物及び酸の何れか一つ以上を含み、前記ガラス組成物は、B、Al、Si、P、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Pb及びLaの何れか一つ以上を含むことを特徴とする。
また、本発明に係るガラス粉末の溶媒は、蒸留水またはアルコールであることを特徴とする。
また、本発明に係る捕集されたガラス粉末の粒径は、200nm以下であることを特徴とする。

本発明に係るガラス粉末の製造方法においては、機械的な粉砕過程を行うことなく、溶媒にガラス化合物を溶解して該溶解されたガラス化合物を含む溶液を噴霧することで液滴を形成し、該液滴に溶解しているガラス化合物を溶融してガラス化することで、200nm以下の粒径を有するガラス粉末を製造し得るという効果がある。
また、本発明は、溶媒にガラス化合物を溶解し、該溶解されたガラス化合物を含む溶液を噴霧して液滴を形成し、該液滴に溶解しているガラス化合物を溶融してガラス化することで、ガラス粉末の粒子表面に水分が吸着されたり、水和物が生成される現象を防止し得るという効果がある。
また、本発明は、溶媒にガラス化合物を溶解し、該溶解されたガラス化合物を含む溶液を噴霧することで液滴を形成し、該液滴に溶解しているガラス化合物を溶融してガラス化することで、プラズマディスプレーパネルに使用される誘電体の光透過率を向上し得るという効果がある。即ち、本発明の実施例により製造された200nm以下の粒径を有するガラス粉末を誘電体層に適用することで、該誘電体層の光透過率を向上し得るという効果がある。

以下、溶媒にガラス化合物を溶解し、該溶解されたガラス化合物が溶解された溶液を噴霧して液滴を形成し、該液滴に溶解しているガラス化合物を溶融してからガラス組成物を生成することで、機械的な粉砕過程を行うことなく、微細なガラス粉末を製造し、ガラス粉末の粒子表面に水分が吸着されたり、水和物が生成される現象を防止し、プラズマディスプレーパネルに使用される誘電体の光透過率を向上し得るガラス粉末製造方法の好ましい実施の形態に対し、図１〜図３に基づいて説明する。ここで、前記ガラス粉末は低融点ガラス粉末であって、該低融点ガラス粉末は、プラズマディスプレーパネルの誘電体層を製造するとき、該誘電体層の光透過率を向上し得るガラス材料として使用することができる。

図１に示すように、本発明に係るガラス粉末の製造方法においては、ガラス化合物を溶媒に溶解してガラス化合物の溶液（ガラス溶液）を製造する工程と、前記ガラス溶液を噴霧して炎式炉の火炎部に移送する工程と、前記火炎部に移送された液滴に溶解しているガラス化合物を溶融してガラス化する工程と、前記ガラス化した粒子を捕集する工程とを順次行う。

以下、前記炎式炉に対し、図２に基づいて説明する。図２に示すように、前記炎式炉は、ガラス溶液を収納する容器112と、該容器112の内部に配設されて該容器112の内部の前記ガラス溶液を連結管113に噴霧して液滴とする超音波振動子111と、前記連結管113に連結されて後述する火炎部115に燃焼気体を噴出するノズル114と、該ノズル114から噴出された前記燃焼気体の火炎により前記液滴を溶融する火炎部115とから構成されている。ここで、前記液滴に溶解しているガラス化合物は、火炎部115の外部の温度によりガラス化し、該ガラス化した微細なガラス粒子は、集塵装置(例えば、バッグフィルタ)により捕集される。
前記火炎を発生する燃焼気体としては、H₂、C₃H₆、LPG、またはこれらの何れか一つ以上と酸素(O₂)とが混合された混合ガスが使用される。このとき、前記酸素(O₂)の流量は50リットル／分が好ましく、LPG、H₂及びC₃H₆の各流量は5リットル／分が好ましい。
また、前記ガラス溶液の溶融工程は、燃焼気体を利用して火炎を発生する前記炎式炉の火炎部115で行われ、該火炎部115の温度は、1500℃〜2500℃の範囲であるため、短時間にガラス化合物が溶融され、該溶融されたガラス化合物は、前記火炎部115から排出されながら冷却されて非晶質のガラスとなり（ガラス化）、ガラス組成物が形成される。このとき、最初に噴霧されたガラス化合物から順次ガラス化され、前記ガラス化合物が順次ガラス化することで、微細なガラス粉末が得られる。ここで、前記火炎部115内の温度は1900℃が好ましい。

以下、前記本発明に係るガラス粉末の製造方法に対し、図１及び図２に基づいて説明する。まず、溶媒を準備する(S11)。該溶媒は、水(蒸留水)またはアルコールが好ましい。また、該アルコールは、メチルアルコール、エチルアルコール、n-プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n-ブチルアルコール及び2-メトキシアルコールの何れか一つが用いられる。あるいは、前記ガラス化合物に酸を添加して使用することもできるが、このとき、使用可能な酸は、塩酸、硝酸及び酢酸などであり、前記酸の添加量は、0.1N以内にすることが好ましい。

次いで、ガラス化合物を準備する(S12)。前記ガラス化合物は、ガラス組成物を構成する各元素の塩化物、窒化物、水和物、酢酸塩、酢酸化合物、アルコキシ化合物及び酸からなる群の中の何れか一つ以上の化合物が選択される。前記ガラス組成物を構成する各元素は、B、Al、Si、P、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Pb及びLaの何れかであり、前記ガラス組成物は、前記各元素の何れか一つ以上を含む。

その後、前記ガラス化合物を溶媒に溶解してガラス化合物の溶液（ガラス溶液）を製造する(S13)。例えば、PbO-B₂O₃-SiO₂-Al₂O₃系のガラス組成物（粉末）を製造するために、ガラス化合物として、酢酸鉛(0.28mol/L)、硼酸(0.08mol/L)、テトラエチルオルトシリケート(0.38mol/L)及び硝酸アルミニウム(0.06mol/L)を予め設定された組成比にそれぞれ秤量し、それら称量された前記化合物を溶媒に溶解することでガラス溶液が製造される。該ガラス溶液の濃度は、ガラス化合物の総量を基準として3mol/L以内であることが好ましく、0.5mol/L〜2.0mol/Lであることが、より好ましい。前記ガラス溶液の濃度が3mol/L以上の場合は、ガラス溶液が沈殿しやすく、該ガラス溶液の濃度が不均一になるので好ましくない。

次いで、前記ガラス溶液は炎式炉の火炎部115に噴霧される(S14)。前記ガラス溶液は、超音波振動及び/またはノズル噴射方法、若しくはこれらの組み合せにより噴霧することができる。例えば、前記ガラス溶液を超音波振動方法により噴霧すると、粒径が1μm〜5μmの液滴が形成され、該液滴の平均粒径は2μmになる。

その後、前記液滴は、キャリアガスにより前記炎式炉の火炎部115に移動されるが、このとき、前記キャリアガスとしては、不活性気体の窒素及びアルゴンなどを使用することができる。また、前記キャリアガスとして、酸化反応を容易に起こすため、酸素を使用することもできる。または、窒素、アルゴン及び酸素中何れか２種以上を混合して使用することもできる。
前記キャリアガスの供給流速は、2リットル／分〜20リットル／分の範囲で、5リットル／分が好ましく、キャリアガスの供給流速が20リットル／分以上の場合は、液滴の滞留時間が急激に減少されるので好ましくない。
前記のように噴霧された液滴は、火炎部115に移送され前記液滴に溶解しているガラス化合物が溶融され(S15)、該溶融されたガラス化合物は火炎部115外に排出される。次いで、該溶融されて排出されたガラス化合物は、外部の温度によりガラス化する(S16)。即ち、ガラス化合物は、火炎により短時間で溶融され、該溶融されたガラス化合物は、前記火炎部115から排出されながら冷却されてガラス化される。このとき、最初に噴霧された液滴から順次ガラス粒子が形成されることで、微細なガラス粉末が得られる。このとき、前記液滴から溶媒を除去し、該溶媒が除去された液滴を溶融させることが好ましい。
その後、前記微細なガラス粉末をバッグフィルタなどを利用して捕集する。

図３に示すＳＥＭ写真から明らかなように、本発明の実施形態により製造された微細な低融点ガラス粉末の粒径は200nm以下である。該200nm以下の粒径を有するガラス粉末をプラズマディスプレーパネルの誘電体層のガラス材料に適用することで、該誘電体層の光透過率を向上し得るという利点がある。

本発明の実施の形態に係る低融点ガラス粉末の製造方法を示したフローチャートである。本発明の実施の形態に係るガラス溶液を噴霧及び溶融するための炎式炉の構造を示した概略構成図である。本発明の実施の形態により製造されたガラス粉末のSEM写真である。従来のプラズマディスプレーパネルの構造を示した断面図である。

符号の説明

111：超音波振動子 112：容器 113：連結管 114：ノズル 115：火炎部

Claims

溶媒にガラス化合物を溶解して溶液とする工程と、前記溶液を噴霧して液滴を形成する工程と、前記液滴に溶解しているガラス化合物を溶融してガラス化する工程とを順次行うことを特徴とするガラス粉末の製造方法。
前記ガラス化合物は、ガラス組成物を構成する各元素の塩化物、窒化物、水和物、酢酸化合物、アルコキシ化合物及び酸の何れか一つ以上を含み、前記ガラス組成物は、B、Al、Si、P、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Pb及びLaの何れか一つ以上を含むことを特徴とする請求項1記載のガラス粉末の製造方法。
前記溶媒は、蒸留水またはアルコールであることを特徴とする請求項1記載のガラス粉末の製造方法。
前記アルコールは、メチルアルコール、エチルアルコール、n-プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n-ブチルアルコール及び2-メトキシアルコールの何れか一つを含むことを特徴とする請求項3記載のガラス粉末の製造方法。
前記ガラス化した粒子の粒径は、200nm以下であることを特徴とする請求項1記載のガラス粉末の製造方法。
溶媒にガラス化合物を溶解して溶液とする工程と、前記溶液を噴霧して液滴を形成し、キャリアガスにより前記液滴を火炎部を備える炎式炉の前記火炎部に移送する工程と、前記火炎部に移送された、前記液滴に溶解しているガラス化合物を溶融してガラス化する工程と、前記ガラス化したガラス粒子を捕集する工程とを順次行うことを特徴とするガラス粉末の製造方法。
前記溶媒は、蒸留水またはアルコールであることを特徴とする請求項6記載のガラス粉末の製造方法。
前記アルコールは、メチルアルコール、エチルアルコール、n-プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n-ブチルアルコール及び2-メトキシアルコールの何れか一つ以上を含むことを特徴とする請求項7記載のガラス粉末の製造方法。
前記溶媒は、塩酸、硝酸及び酢酸のうちの一つの酸を含み、前記一つの酸の量は、0.1N以内であることを特徴とする請求項6記載のガラス粉末の製造方法。
前記ガラス組成物は、B、Al、Si、P、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Pb及びLaの何れか一つ以上を含むことを特徴とする請求項6記載のガラス粉末の製造方法。
前記ガラス化合物は、
ガラス組成物を構成する各元素の塩化物、窒化物、水和物、酢酸化合物、アルコキシ化合物及び酸のの何れか一つ以上を含むことを特徴とする請求項6記載のガラス粉末の製造方法。
前記溶解された溶液の濃度は、前記ガラス化合物の総量を基準にして3mol/L以内であることを特徴とする請求項6記載のガラス粉末の製造方法。
前記溶解された溶液は、超音波振動方法、ノズル噴射方法、またはこれらの組み合わせにより噴霧されることを特徴とする請求項6記載のガラス粉末の製造方法。
前記噴霧された液滴の平均粒径は、1μm〜5μmであることを特徴とする請求項6記載のガラス粉末の製造方法。
前記キャリアガスは、窒素、アルゴン、酸素またはこれらの２種以上の混合ガスであることを特徴とする請求項6記載のガラス粉末の製造方法。
前記キャリアガスの供給流速は、2リットル／分〜20リットル／分であることを特徴とする請求項15記載のガラス粉末の製造方法。
前記火炎部で火炎を発生させるガスは、H₂、C₃H₆及びLPGの何れか一つ以上、またはこれらの何れか一つ以上とO₂とが混合された混合ガスで、前記火炎部の温度は、1500℃〜2500℃であることを特徴とする請求項6記載のガラス粉末の製造方法。
前記捕集されたガラス粒子の粒径は、200nm以下であることを特徴とする請求項6記載のガラス粉末の製造方法。
前記炎式炉により溶融されたガラス化合物は、冷却されることでガラス化することを特徴とする請求項6記載のガラス粉末の製造方法。