KR100268587B1 - 플라즈마 표시장치용 유전체 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플라즈마 표시장치용 유전체 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따른 플라즈마 표시장치용 유전체 조성물은 P2O5-Li2O-ZnO계 유리를 사용한다.
이에따라, 유전체 조성물은 비교적 낮은 유전율을 갖게됨과 아울러, 반사율이 향상된다. 또한, PbO성분을 배제하여 유전체 조성물이 경량화 됨과 아울러 환경오염을 방지하게 된다.

Description

플라즈마 표시장치용 유전체 조성물 (Composition of Dielectric Layer for Plasma Display Panel)
본 발명은 플라즈마 표시장치에 관한 것으로, 특히 플라즈마 표시장치용 유전체 조성물에 관한 것이다.
최근, 액정표시장치(Liquid Crystal Display; 이하 "LCD"라 함), 전계방출 표시장치(Field Emission Display; 이하 "FED"라 함) 및 플라즈마 표시장치(Plasma Display Panel; 이하 "PDP"라 함)등의 평면 표시장치가 활발히 개발되고 있으며, 이들중 PDP는 단순구조에 의한 제작의 용이성, 고휘도 및 고발광 효율의 우수, 메모리 기능 및 160。 이상의 광시야각을 갖는 점과 아울러 40 인치이상의 대화면을 구현할수 있는 장점을 가지고 있다.
도 1을 참조하면, 종래기술에 따른 PDP는 어드레스 전극(2)을 실장한 하부유리판(14)과, 상기 하부 유리판(14)의 상부에 소정의 두께로 도포된 하부 유전체후막(18)과, 하부 유전체후막(18)의 상부에 형성되어 각각의 방전셀을 분할하는 격벽(8)과, 플라즈마 방전으로 발생된 빛에 의해 여기되어 발광하는 형광체(6)와, 상부유리판(16)의 상부에 형성된 투명전극(4)과, 상기 상부유리판(16) 및 투명전극(4)의 상부에 소정의 두께로 도포된 상부 유전체후막(12)과, 상기 유전체 후막(12)의 상부에 도포된 보호막(10)을 구비한다. 어드레스 전극(2) 및 투명전극(4)에 소정의 구동전압(예를들어 200V)이 인가되면, 방전셀의 내부에는 어드레스전극(2)에서 방출된 전자에 의해 플라즈마 방전이 일어나게 된다. 이를 상세히 설명하면, 전극에서 방출된 전자가 방전셀에 봉입된 He+Xe 가스 또는 Ne+Xe 가스의 원자와 충돌하여 상기 가스의 원자들을 이온화 시켜면서 2차전자의 방출이 일어나며 이때의 2차전자는 가스의 원자들과 충돌을 반복하면서 차례로 원자를 이온화 해간다. 즉, 전자와 이온이 배로 증가하는 애벌런치(Avalanche)과정에 들어간다. 상기 애벌런치 과정에서 발생된 빛이 적색(Red; 이하 "R"라 함), 녹색(Green; 이하 "G"라 함), 청색(Blue;이하 "B"라 함)의 형광체를 여기 발광하게 되며 상기 형광체에서 발광된 R,G,B의 빛은 보호막(10), 상부 유전체후막(12) 및 투명전극(4)을 경유하여 상부유리판(16)으로 진행되어 문자 또는 그래픽을 표시하게 된다. 한편, 상기 격벽(8)은 각각의 방전셀을 분할함과 아울러, 형광체(6)에서 발광된 빛을 상부유리판(16) 쪽으로 반사시키게 된다. 이를위해, 격벽(8)은 낮은 열팽창계수와 높은 반사율, 열적안정성, 낮은 소성온도와 치밀한 조직 및 낮은 유전율 등의 특성이 요구된다.
한편, 종래기술에 따른 격벽 비정질유리의 조성비는 표 1에 나타나 있다. 표 1에서의 조성비는 격벽의 무게를 100 중량%로하여 산출된 것이다.
격벽 비정질유리의 조성비
성 분 PbO SiO2 B2O3 Al2O3
중량% 60-80 2-10 10-20 0.1-4.5
또한, 종래기술에 따른 격벽 비정질유리에 첨가되는 충진제의 조성비는 표 2에 나타나 있다. 표 2에서의 조성비는 격벽의 무게를 100 중량%로하여 산출된 것이다.
격벽 충진제의 조성비
성 분 Al2O3 TiO2
중량 % 95-100 0-5
한편, 상기 격벽의 충진제에 대해서 설명하면, TiO2는 격벽의 반사율과 결정화도가 향상시킨다. 이를 상세히 설명하면, 비정질유리의 굴절율(n)은 1.4-1.5이고 TiO2의 굴절율(n)은 2.7이 되며, 굴절율과 반사율은 비례하게 되므로 굴절율이 높을수록 반사율이 증가하게 된다. 또한, TiO2는 결정화도를 높이게 되어 반사율이 증가시키게 된다. 또한, Al2O3는 낮은 열팽창계수를 갖는 격벽을 형성하게 한다. 이를 상세히 설명하면, 비정질유리의 열팽창계수는 101 X 10-7/℃이고 Al2O3의 열팽창계수는 66 X 10-7/℃이며, 상기 비정질유리에 Al2O3를 첨가하여 형성된 격벽의 열팽창계수는 85-90 X 10-7/℃로 하부유리판(소다석회 유리)의 열팽창계수인 83-85 X 10-7/℃에 근사하게 되어 격벽의 표면조도가 향상된다.
도 2를 참조하여 종래기술에 따른 격벽의 제조방법에 대해서 설명하기로 한다.
혼합분말을 형성한다.(제21 단계) 격벽의 비정질유리분말과 산화물 충진제 분말을 소정비율로(예를들면, 4:6 내지 7:3의 비율) 소정시간 혼합하여 혼합분말을 형성한다. 이때, PbO계 화합물 유리 또는 상기 화합물 유리에 산화물 충진제를 섞은 글라스-세라믹스(Glass-Ceramics) 재료를 10㎛ 이하의 미분말로 만든다.
혼합분말을 유기용매(Vehicle)와 혼합하여 페이스트(Paste) 또는 슬러리(Slurry)를 형성한다. (제22 단계) 유기용매(Vehicle)는 BCA(Butyl-Carbitol- Acetate; 이하 "BCA"라 함), BC(Butyl-Carbitol; 이하 "BC"라 함) 및 EC(Ethyl-Cellulose; 이하 "EC"라 함)가 일정비율로 혼합된 유기용매를 사용하게 된다. 이때 페이스트(Paste)의 점도는 70000 - 100,000 CPS가 바람직하며, 슬러리의 점도는 700 - 1,000 CPS가 바람직하다. 상기 페이스트는 스크린 프린팅(Screen Printing)용 으로 사용되며, 슬러리는 액상의 상태를 유지하며 테이프 캐스팅(Tape Casting)용으로 사용된다.
상기 페이스트를 유전체후막이 형성된 유리기판의 상태에 격벽을 형성한다. (제23 단계) 격벽은 스크린 프린터법, 샌딩법, 식각공법, 첨가법 및 스탬핑법 등에 의해 제조되어지며, 상기 방법들을 도 3a 내지 도 3e를 결부하여 설명하기로 한다. 도 3a에 도시된 스크린 프린터(Screen Print)법은 먼저, 유전체후막(18)이 형성된 유리기판(14)의 상부에 스크린(22)을 정위치 시킨후, 스크린 상부의 페이스트(20)를 소정의 두께로 유리기판에 도포한후, 소정시간 건조시킨다. 이어서, 상기와 동일한 방법을 수차례(예를들면, 7-8회) 반복수행하여 소정의 두께(예를들어, 150 - 200㎛)를 갖는 격벽(8)을 형성하게 된다. 도 3b에 도시된 샌딩(Sanding) 법은 먼저, 유전체후막(18)이 형성된 유리기판(14)의 상부에 소정두께(예를들어, 150 - 200㎛)의 페이스트(20)를 도포한다 이어서, 페이스트의 상부에 라미네이트를 도포한후, 사진식각법에 의해 패턴을 형성한다. 다음으로 상기 패턴에 샌드(Sand)를 불어서 패턴이 형성되지 않은 부분의 페이스트(20)를 제거시킨후, 페이스트 상부의 라미네이트(24)를 제거한다. 이때, 라미네이트는 포토 레지스트 또는 슬러리에 유기물 또는 무기물을 소정비율로 첨가하여 테이프(Tape)의 형태로 제작된 것을 의미하며, 상기 유기물 또는 무기물의 조성에 의해 감광성을 가지게 된다. 도 3c에 도시된 식각공법은 먼저 유전체후막(18)이 도포된 유리기판(14)의 상부에 소정두꼐(예를들어, 150 - 200㎛)의 감광성 페이스트(20)를 도포한후 사진식각법에 의해 패턴을 형성한다. 이어서 상기 패턴이 형성된 유리기판(14)을 식각하여 격벽(8)을 형성하게 된다. 도 3d에 도시된 첨가법(Additive)법은 유전체후막이 도포된 유리기판의 상부에 소정두께(예를들어, 150 - 200㎛)의 라미네이트(24)를 도포한후, 사진식각법에 의해 패턴을 형성한다. 다음으로 패턴이 형성되지 않은 부분의 라미네이트(24)를 제거한다. 이어서, 라미네이트가 제거된 부분에 페이스트(20)를 도포한다. 다음으로, 페이스트(20)와 인접한 라미네이트(24)를 제거하여 격벽(8)을 형성하게 된다. 이때, 라미네이트는 포토 레지스트 또는 슬러리에 유기물 또는 무기물을 소정비율로 첨가하여 테이프(Tape)의 형태로 제작된 것을 의미하며, 상기 유기물 또는 무기물의 조성에 의해 감광성을 가지게 된다. 도 3e에 도시된 스탬핑법(Stamping)은 유전체후막(18)이 형성된 유리기판(14)의 상부에 소정의 두께(예를들어, 150 - 200㎛)로 페이스트(20)를 도포한다. 이어서, 페이스트의 상부에 금형(26)을 정위치한후, 스탬핑한다. 다음으로, 금형(26)을 제거하여 격벽(8)을 형성하게 된다.
격벽이 형성된 유리기판을 소결한다.(제24 단계) 유리기판을 300-350℃에서 소정시간(예를들면, 15-23분) 소결하여 페이스트 내의 유기용매를 제거한후, 550-600℃의 온도범위에서 소결하여 격벽을 형성하게 된다.
상기와 같은 방법으로 제조된 격벽의 유전율은 12-15로 비교적 높은 유전율을 갖게되어 어드레싱 시간의 지연 현상이 나타나게 됨과 아울러, PbO가 차지하는 비중이 높으므로 환경오염을 유발함과 아울러, 소자의 무게가 증대되어 전체적인 중량의 증가를 가져오는 단점이 도출되고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 광학적, 열적, 전기적 요구특성을 만족시키는 플라즈마 표시장치용 유전체 조성물을 제공 하는데 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 플라즈마 표시장치의 구조를 도시한 도면.
도 2는 종래기술에 따른 격벽 제조방법의 수순을 도시한 흐름도.
도 3a 내지 도 3e는 도 2의 격벽 제조방법 및 제조공정 수순을 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 격벽 제조방법의 수순을 도시한 흐름도.
〈 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 〉
2: 어드레스 전극 4 : 투명전극
6 : 형광체 8 : 격벽
10 : 보호막 12 : 상부 유전체후막
14 : 하부유리판 16 : 상부유리판
18 : 하부 유전체후막 20 : 페이스트
22 : 스크린 24 : 라미네이트
26 : 금형
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 플라즈마 표시장치용 유전체 조성물은 P2O5-Li2O-ZnO계 유리를 사용한다.
격벽의 제조방법에 대해서 설명하면, 비정질유리의 원재료(Raw Material)를 일정한 조성비로 혼합하고 용융시킨후 급속냉각함에 의해 미세한 입자를 갖는 분말을 형성한후, 산화물 충진제 분말과 비정질유리 분말을 소정시간 혼합하여 혼합분말을 형성한다. 상기 혼합분말을 유기용매(Vehicle)와 소정비율로 혼합하여 페이스트(Paste)화하여 유전체후막이 형성된 유리기판에 소정의 두께로 도포하여 일정한 온도로 소결함에 의해 격벽을 형성하게 된다. 이렇게 제작된 격벽은 광학적, 열적, 전기적 요구특성이 향상된다.
이하에 본 발명에 따른 격벽의 조성비와 그 제조방법의 실시예를 설명하나, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 국한되는 것은 아님을 밝혀둔다.
실시예
본 발명의 실시예에서는 격벽의 조성물 및 그 제조방법에 대해서 설명하기로 한다. 격벽은 P2O5-Li2O-ZnO계 비정질유리 분말에 충진제 분말(산화물 분말)을 혼합한 조성물을 가지게 된다. 이때 P2O5-Li2O-ZnO계 비정질유리 분말 및 충진제의 조성비가 표 3 및 표 4에 나타나 있다.
표 3에서의 조성비는 P2O5-Li2O-ZnO계 비정질유리 분말유리의 무게를 100 중량%로하여 산출된 것이다.
P2O5-Li2O-ZnO계 비정질유리 분말의 조성비
비정질 유리 중 량%
P2O5 45-65
Li2O 4-20
ZnO 5-10
MgO 1-7
BaO 3-8
CaO 0-5
SrO 1-5
Sb2O3 0-2
Al2O3 0-5
한편, P2O5-Li2O-ZnO계 비정질유리에 첨가되는 충진제의 조성비가 표 4에 나타나 있다. 표 4에서의 조성비는 P2O5-Li2O-ZnO계 비정질유리의 무게를 100 중량%로하여 산출된 것이다.
P2O5-Li2O-ZnO계 비정질유리에 첨가되는 충진제의 조성비
충진제 중 량%
TiO2 5-10
Al2O3 30-90
V2O5 5-15
Mg2Al3(AlSi5O18) 0-20
LiAl(Si2O6) 0-20
ZnO·Al2O3 0-20
MgO·Al2O3 0-20
상기 P2O5-Li2O-ZnO계 비정질유리에 첨가되는 충진제에 대해서 설명하면, 상기 TiO2는 격벽의 반사율과 결정화도를 향상시킨다. 이를 상세히 설명하면, 비정질유리의 굴절율(n)은 1.4-1.5이고 TiO2의 굴절율(n)은 2.7이 되며, 굴절율과 반사율은 비례하게 되므로 굴절율이 높을수록 반사율이 증가하게 된다. 또한, TiO2는 결정화도를 높이게 되어 반사율이 증가시키게 된다. 한편, 상기 V2O5는 격벽의 결정화도가 향상된다. 또한, Al2O3는 유전율과 열팽창계수가 낮은 격벽을 형성하도록 한다. 이를 상세히 설명하면, 비정질유리의 열팽창계수는 101 X 10-7/℃이고 Al2O3의 열팽창계수는 66 X 10-7/℃이며, 상기 비정질유리에 Al2O3를 첨가하여 형성된 격벽의 열팽창계수는 70-95 X 10-7/℃로 유리기판(소다석회 유리)의 열팽창계수인 83-85 X 10-7/℃에 근사하게 되어 격벽의 표면조도가 향상된다. 한편, TiO2, Al2O3, Mg2Al3(AlSi5O18), V2O5, LiAl(Si2O5), ZnO·Al2O3, MgO·Al2O3를 비정질유리에 모두 첨가하여 격벽을 형성할수도 있으며, 격벽에서 요구되는 특성에 따라 비정질유리에 상기 TiO2, Al2O3, Mg2Al3(AlSi5O18), V2O5, LiAl(Si2O5), ZnO·Al2O3및 MgO·Al2O3를 선택적으로 첨가하여 격벽을 형성할수도 있다.
도 4를 참조하면, 격벽의 제조방법의 수순을 도시한 흐름도가 도시되어 있다.
P2O5-Li2O-ZnO계 비정질유리 분말과 충진제 분말을 혼합하여 혼합분말을 형성한다(제31 단계) 상기 P2O5-Li2O-ZnO계 비정질유리의 분말형성 과정에 대해서 상세히 설명하면, 첫 번째 공정에서 P2O5-Li2O-ZnO계 비정질유리의 원재료(Raw Material)를 상기 표 3의 조성비에 따라 혼합한다. 상기 P2O5-Li2O-ZnO계 비정질유리의 원재료(Raw Material)를 일정한 조성비에 따라 칭량하여 텀블링 믹서(Tumbling Mixer)에서 소정시간(예를들면, 10시간) 혼합하게 된다. 두 번째 공정에서 혼합된 원재료를 용융로에 투입하여 용융시킨다. 이때의 용융조건(Melting Condition)은 1000 - 1200℃에서 소정시간(예를들면, 1-5시간) 용융하며, 용융도중에 원재료가 골고루 용융되도록 2-3 차례 교반(Stirring)시킴에 의해 균질화되어 용융된 유리는 치밀한 조직을 가지게 된다. 세 번째 공정에서 용융된 유리를 급속냉각 시킴에 의해 미세한 입자를 갖는 분말을 형성시킨다. 상기 용융된 유리는 쿠엔칭 롤러(Quenching Roller)를 통과시킨후 급속냉각하면 미세한 크랙(Crack)을 갖는 파쇄유리(Cullets)가 생성되며, 이 파쇄유리를 볼밀링(Ball Milling)법에 의해 소정시간(예를들어, 16 시간) 밀링하고 #170, #270 시버(Siver)를 순차적으로 통과시킴에 의해 입자크기가 약 10㎛인 양호한 입도분산을 갖는 분말을 만들 수 있다. 또한, 상기 비정질유리 분말에 표 4의 조성비에 따라 충진제를 선택적으로 첨가하여 텀블링 믹서(Tumbling Mixer)에서 소정시간(예를들면, 10시간) 혼합하여 혼합분말을 형성하게 된다. 또한, 상기 혼합분말의 유전체 조성물은 유전체후막에 적용될수도 있다.
혼합분말을 유기용매(Vehicle)와 소정비율로 혼합하여 페이스트(Paste) 또는 슬러리(Slurry)를 형성한다.(제32 단계) 페이스트 형성과정에 대해서 상세히 설명하면, 분말과 유기용매(Vehicle)를 일정비율로 혼합하여 페이스트 상태를 만든다. 이때의 유기용매(Vehicle)는 BCA(Butyl-Carbitol-Acetate; 이하 "BCA"라 함),BC(Butyl-Carbitol; 이하 "BC"라 함) 및 EC(Ethyl-Cellulose; 이하 "EC"라 함)가 일정비율로 혼합된 유기용매를 사용하며, 이중 EC의 양에 의해서 페이스트의 점도가 변화되어 리올리지(Rheology) 및 소결특성에 영향을 주므로 EC의 혼합비율은 10%가 바람직하다. 또한, BCA의 혼합비율은 60%, BC의 혼합비율은 20%가 바람직 하며, 이때 페이스트(Paste)의 점도는 70000 - 100,000 CPS가 바람직하며, 슬러리의 점도는 700 - 1,000 CPS가 바람직하다. 이때, 페이스트는 스크린 프린팅(Screen Printing)용 으로 사용되며, 슬러리는 액상의 상태를 유지하며 테이프 캐스팅(Tape Casting)용으로 사용된다. 또한, 유기용매에 소정량의 감광성수지를 혼합할 경우 감광용 격벽재료에 적용될수도 있다.
페이스트를 유전체후막이 형성된 유리기판에 격벽을 형성(제33 단계)한후, 소정온도에 소정시간 소결한다.(제34 단계) 격벽은 도 3a 내지 도 3e의 방법들중 하나를 선택하여 형성하게 되며, 격벽 형성방법의 상세한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 격벽이 형성된 유리기판을 소정시간(예를들어 20분) 건조하여 가열로에 유리기판을 투입하여 결정화 온도에 따라 소결하여 격벽을 형성하게 된다. 이때, 드라이오븐에서는 페이스트 내에 함유된 유기물이 소거된다. 상기 소결온도는 혼합분말에 대한 DTA(Differential Thermal Analysis; 이하 "DTA"라 함)분석 으로부터 결정화 온도를 정하게 되며, P2O5-Li2O-ZnO계의 경우 소결온도를 530-580℃로 설정하여 소정시간(예를들면, 15-30분) 소결하는 것이 바람직 하다. 이에따라, 광학적, 열적, 전기적 요구특성을 만족시키는 격벽을 형성하게 된다.
한편, 상기와 같은 제조방법에 의해 P2O5-Li2O-ZnO계 비정질유리에 충진제를 첨가하여 형성된 격벽의 특성이 표 5에 나타나 있다.
P2O5-Li2O-ZnO계 비정질유리에 충진제를 첨가한 격벽의 특성
유전율(1Mhz) 8-11
내전압(KV) 1.5-2.0
열팽창 계수(10-7/℃) 70-85
소결온도(℃) 520-580
표면조도(100㎛,Å) 2500-5000
반사율(400nm, %) 50-55
상기와 같은 방법으로 형성된 격벽의 유전율은 8-11으로 비교적 낮은 유전율을 갖게됨과 아울러, 격벽의 반사율이 향상된다. 또한, PbO의 함유량이 낮아 격벽의 중량을 경량화 할수있다.
상술한 바와같이, 본 발명에 따른 플라즈마 표시장치용 유전체 조성물은, 비교적 낮은 유전율을 갖게됨과 아울러, 유전체의 반사율을 향상시킬수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 표시장치용 유전체 조성물은, PbO성분을 배제하여 격벽의 중량을 경량화 함과 아울러, 환경오염을 방지할수 있는 장점이 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자 라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알수 있을 것이다. 일례로 격벽이P2O5-Li2O-ZnO계 비정질유리 분말에 충진제 분말을 첨가한 조성물로 형성되어 지나, 상기 유전체 조성물은 유전체후막에도 적용될수 있음을 당업자는 알수 있을것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.

Claims (5)

  1. 플라즈마 표시장치용 유전체 조성물에 있어서,
    상기 유전체 조성물이 P2O5-Li2O-ZnO계 유리를 사용하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표시장치용 유전체 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전체 조성물은 P2O5-Li2O-ZnO계 유리분말에 충진제로 산화물분말을 소정비율로 섞어 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표시장치용 유전체 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 P2O5-Li2O-ZnO계 유리는 45 내지 65 중량%의 P2O5와, 5 내지 10 중량%의 ZnO와, 4 내지 20 중량%의 Li2O와, 3 내지 8 중량%의 BaO와, 1 내지 7 중량%의 MgO와, 1 내지 5 중량%의 SrO와, 0 내지 5 중량%의 CaO와, 0 내지 5 중량%의 Al2O3와,0 내지 2 중량%의 Sb2O3로 이루어진 것을 특징으로 하는 플라즈마 표시장치용 유전체 조성물.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 충진제가 30 내지 90 중량%의 Al2O3, 5 내지 15 중량%의 V2O5, 5 내지 10 중량%의 TiO2, 0 내지 20 중량%의 Mg2Al3(AlSi5O18), 0 내지 20 중량%의 LiAl(Si2O6), 0 내지 20 중량%의 ZnO·Al2O3및 0 내지 20 중량%의 MgO·Al2O3중 적어도 하나이상 인것을 특징으로 하는 플라즈마 표시장치용 유전체 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전체 조성물은 플라즈마 표시장치의 격벽 및 유전체후막중 적어도 하나이상에 적용되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표시장치용 유전체 조성물.
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