KR100612584B1 - 표시소자용 고강도 유전체 조성물 - Google Patents

표시소자용 고강도 유전체 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고강도 특성이 요구되는 유전체 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따른 표시소자용 유전체 조성물은 글라스 재료 내에 결정상을 가지게 된다.
본 발명에 의하면, 유전체 조성물이 1000 kg/cm2 이상의 높은 굽힘강도와 850℃ 이상의 연화점을 가지게 된다.

Description

표시소자용 고강도 유전체 조성물{Dieletric Composition Of High Intensity For Display Device}
도 1은 플라즈마 어드레스 액정 표시장치를 나타내는 사시도.
도 2는 전계 방출 표시장치를 나타내는 단면도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
2 : 백라잇 4,50 : 하부기판
6,32 : 상부기판 8 : 컬러필터
10 : 투명전극 12,34 : 양극
14,48 : 음극 16,24 : 편광필터
18 : 격벽 20 : 유전체 글라스 박막
22 : 액정 36 : 형광체
38 : 스페이서 40 : 게이트 전극
42 : 절연층 44 : 저항체
46 : 이미터팁
본 발명은 표시소자에 관한 것으로 특히, 고강도 특성이 요구되는 표시소자용 유전체 조성물에 관한 것이다.
최근, 음극선관(Cathode Ray Tube)의 단점인 무게와 부피를 줄일 수 있는 각종 평판 표시장치들이 개발되고 있다. 이러한 평판 표시장치로는 액정 표시장치(Liquid Crystal Display : 이하 "LCD"라 함), 전계 방출 표시장치(Field Emission Display : FED), 플라즈마 표시장치(Plasma Display Panel : 이하 "PDP"라 함) 및 플라즈마 어드레스 액정 표시장치(Plasma Address Liquid Crystal : 이하 "PALC"라 함)를 들 수 있다. PALC는 PDP와 LCD의 장점을 모두 가지는 표시장치로서, 플라즈마 방전에 의해 주사라인 및 화소셀을 스위칭하고 액정에 의해 계조가 구현된다. 이러한 PALC는 종래의 액트브 매트릭스 LCD(AMLCD)가 최대 30″의 크기로 제약이 있는 반면, 최대 50″까지 대면적화될 수 있다.
도 1을 참조하면, PALC는 플라즈마 방전이 발생되는 플라즈마채널부, 광투과율을 조정하는 액정부 및 광을 발생하는 백라잇(2)으로 대별된다. 플라즈마채널부는 편광필터(16)가 부착되는 하부기판(4)과, 하부기판(4) 위에 나란히 형성되는 양극(12) 및 음극(14)과, 한 쌍의 양극(12)과 음극(14)을 사이에 두고 하부기판(4) 위에 수직으로 형성되는 격벽(18)과, 격벽(18) 위에 형성되는 유전체 글라스 박막(20)을 구비한다. 한 쌍의 양극(12) 및 음극(14)은 스캐닝 기간에 공급되는 방전 구동전압에 의해 방전을 일으키게 된다. 격벽(18)은 방전공간을 마련함과 아울러 라인 단위로 방전공간을 구분하는 역할을 한다. 액정부는 표시면에 제2 편광필터(24)가 접착되고 그 반대면에 적·녹·청색의 컬러필터(8)와 투명전극(10)이 형성되는 상부기판(6)과, 상부기판(6)과 유전체 글라스 박막(20) 사이에 주입되는 액정(22)을 구비한다. 컬러필터(8)는 액정(22)을 경유하여 공급되는 백색광을 파장별로 선택적으로 투과시켜 적(R)·녹(G)·청(B) 색의 색신호를 발생하는 역할을 하게 된다. 액정(22)은 유전체 글라스 박막(20)과 투명전극(10) 사이의 전위차에 의해 회전되어 자신에게 입사되는 백색광을 차단 또는 투과시키는 역할을 하게 된다. 투명전극(10)은 데이터신호전극으로서 자신에게 공급되는 데이터신호에 따라 액정의 구동을 조절하는 역할을 하게 된다.
유전체 글라스 박막(20)은 플라즈마채널부와 액정부 사이의 절연을 유지시키며, 플라즈마 채널부와 액정부 사이의 상호 확산을 방지하는 역할을 한다. 이 유전체 글라스 박막(20)의 재료로는 대략 750 kg/cm2 정도의 굽힘강도를 가지는 보로실리케이트(Borosilicate)계 글라스가 주로 사용되고 있다. 또한, 유전체 글라스 박막(20)은 캐패시턴스(Capacitance)의 값이 커지도록 얇은 쉬트(Sheet) 형태로 박막화된다. 이는 유전체 글라스 박막(20)에 충전되는 전하량이 많으면 많을수록 플라즈마 채널부의 방전에 필요한 전압 레벨이 낮아지는데 기인한다. 그러나 유전체 글라스 박막(20)의 두께가 얇아질수록 강도가 약해지므로 쉽게 변형되는 문제점이 있다. PALC의 제조공정 중에서, 플라즈마 채널부와 액정부가 각각 완성되면 플라즈마 채널부와 액정부를 합착하는 공정이 따르게 된다. 합착공정에서, 유전체 글 라스 박막(20)과 액정(22)을 사이에 두고 플라즈마 채널부와 액정부가 고온환경에서 가압되어 압착된다. 이러한 합착공정에 의해 유전체 글라스 박막(20)은 자신의 굽힘강도 이상의 압력을 받게 되면 변형되거나 균열이 발생될 수 있다. 이에 따라, 유전체 글라스 박막(20)의 캐패시턴스값이 국부적으로 변화되므로 방전시 오방전 또는 미스방전을 일으켜 패널의 균일성을 떨어 뜨리게 된다.
FED는 음극선관과 같이 전자선 여기 형광체 발광을 이용하는 것으로 첨예한 음극(즉, 에미터)에 고전계를 집중해 양자역학적인 터널(Tunnel) 효과에 의하여 전자를 방출하는 냉음극을 이용하고 있다. 음극으로부터 방출된 전자는 양극(에노드 : Anode) 및 음극(Cathod)간의 전압으로 가속되어 양극에 형성된 형광체막에 충돌 및 여기시켜 가시광을 발생시키게 된다.
도 2를 참조하면, FED는 하부기판(50) 상에 적층된 음극(48) 및 저항체(44)와, 저항체(44) 위에 형성된 이미터팁(46)과, 음극(48) 위에 형성되는 절연층(42)과, 절연층(42) 위에 형성되는 게이트전극(40)과, 상부기판(32)에 적층된 양극(34) 및 형광체(36)와, 상부기판(32)과 하부기판(50) 사이에 형성된 스페이서(38)를 구비한다. 음극(48)은 이미터팁(48)으로부터 방출된 전자를 양극(34) 쪽으로 가속시키게 된다. 저항체(44)는 음극(48)에 인가되는 과전류를 제한하게 된다. 절연층(42)은 음극(48)과 게이트 전극(40) 사이를 절연하는 역할을 한다. 게이트 전극(40)은 전자를 방출시키기 위한 인출전극으로 사용된다.
FED에 있어서, 전자 가속을 위해서는 음극(48)과 양극(34) 사이에 일정한 거리를 유지하여야 한다. 또한, 방출된 전자들의 자유행정을 높이고 이미터팁(48)의 물리적·화학적 오염이나 손상을 방지하기 위하여 패널 내부는 소정 진공압 상태를 유지하여야 한다. 이에 따라, 상/하부기판(32,50)과 스페이서(50)에 의해 마련된 패널 내부의 전자 방출공간에는 10-6 Torr 이하의 높은 진공도를 유지하게 된다. 스페이서(38)는 진공상태를 유지하는 전자 방출공간과 외부 대기압 사이의 기압차에 의해 상/하부기판(32,50)의 파손을 방지함과 아울러, 음극(48) 및 이미터팁(46)과 양극(34) 간의 거리를 일정하게 유지시키는 역할을 하게 된다. 따라서, 스페이서(38)는 압력차를 극복할 수 있도록 고강도 특성이 요구되고 있다. 스페이서(38)는 글라스-세라믹스 재료로 이루어지며, 그 굽힘강도는 대략 750 kg/cm2 정도이다. 그러나 패널이 대면적화될수록 종래의 스페이서(38)로 이용되는 글라스-세라믹스 재료의 굽힘강도가 낮기 때문에 패널 내/외부의 기압차로 인하여 스페이서(38)에 휨현상이 나타나게 된다. 외부 대기압과 전자 방출공간의 큰 기압차를 극복하기 위하여, 스페이서(38)는 음극선관에 사용되는 고중량의 글라스를 사용하거나 패널 내부에서 소정 간격으로 많은 수가 설치되어야 한다. 이 경우, 공정의 난이도가 상승되고 재료비의 낭비가 커지게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 굽힘강도와 연화점을 높이도록 한 고강도 유전체 조성물을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 표시소자용 유전체 조성물은 글라스 재료 내에 결정상을 가지게 된다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 잇점들은 첨부한 도면들을 참조한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
이하, 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 표시소자용 고강도 유전체 조성물은 Li2O-Al2O3-SIO2계, Na2O-Al2O3-SiO2계, MgO-Al2O3-SiO2계 중 어느 하나를 모상 글라스로 하게 되며, 이 모상 글라스는 소정온도로 열처리되어 수십 내지 수백 Å 크기의 결정상이 석출된다.
아래의 표 1은 고강도 유전체 조성물용 글라스-세라믹스 재료의 조성비를 나타낸다.
(wt%)
글라스-세라믹스 SiO2 Al2O3 Li2O MgO ZnO TiO2 ZrO2 Na2O K2O BaO
Li2O-Al2O3-SIO2계 55∼70 15∼20 1∼10 1∼5 1∼5 1∼6 1∼6 0.5∼1 0.5∼1 0.2∼1
Na2O-Al2O3-SiO2계 35∼55 25∼35 - - - 2∼10 - 8∼17 - 1∼10
MgO-Al2O3-SiO2계 40∼55 25∼35 - 10∼18 - 5∼16 1∼5 - - -
표 1에 있어서, SiO2, Al2O3는 모상 글라스의 주재료로 사용된다. Li2O, MgO, TiO2, ZrO2는 모상 글라스의 핵생성제로 사용된다. Na2O, k2O, BaO는 모상 글라스의 연화점을 저하시키는 역할을 하게 된다. 그리고 ZnO는 모상 글라스 상에 석출되는 결정의 크기를 조절하는 역할을 하게 된다.
아래의 표 2는 고강도 유전체 조성물용 글라스-세라믹스 재료의 특성을 나타낸다.
글라스-세라믹스 굽힘강도(kg/cm2) 연화점(℃) 석출상
Li2O-Al2O3-SIO2계 1000∼1800 850 β-석영 고영체, β-spodumene
Na2O-Al2O3-SiO2계 1300 950 nephein,celsian
MgO-Al2O3-SiO2계 1200 1250 cordierite
Li2O-Al2O3-SIO2계 모상 글라스가 먼저, 400∼500℃의 온도로 1차 가열된 후, 분당 6℃의 온도로 냉각하여 대략 25℃로 냉각된 상태에서 800℃의 온도로 2차 가열되면 수십 Å 크기의 Al2Ti2O7, ZrO2, ZrO2, TiO2 결정이 모상 글라스 내에 핵으로 석출된다. 그리고 Li2O-Al2O3-SIO2계 모상 글라스는 대략 900℃에서 β-석영 고영체가 석출된다. 이 때의 석출상은 모상 글라스 내에 함유된 ZnO의 중량비에 따라 수십∼수백 Å 정도의 크기를 가지게 된다. 도 1과 같은 PALC의 유전체 글라스 박막(20)은 고강도의 특성뿐 아니라 광투과율이 높은 특성이 요구된다. 이는 백라잇(2)으로부터 발생된 백색광이 액정(22) 쪽으로 입사될 수 있도록 유전체 글라스 박막(20)에 의해 반사, 흡수 또는 소멸되는 광이 최소화되어야 함을 의미한다. 이에 따라, PALC의 유전체 글라스 박막용의 고강도 유전체 조성물은 모상 글라스 내에 함유된 ZnO의 중량비를 낮추어 결정상의 크기를 낮추어야 한다. 이와 달리, 도 2와 같은 FED의 스페이서(38)로 이용되는 유전체 소정물의 경우, 모상 글라스 내에 함유된 ZnO의 중량비를 높여 결정상의 크기를 광파장보다 크게 함으로써 전자 방출공간 내로 반사 또는 산란시킴이 바람직하다.
이와 같이 결정상이 석출된 Li2O-Al2O3-SIO2계 모상 글라스는 표 2에서 알 수 있는 바와 같이 그 굽힘강도가 1000∼1800 kg/cm2으로서 종래의 유전체 재료의 굽힘강도(750 kg/cm2)보다 훨씬 높고 연화점이 850℃ 이상이다. 특히, Li2O-Al2O 3-SIO2계 모상 글라스가 대략 1100℃로 재가열되면 β-석영 고영체는 사라지고 β-스포쥬민(Spodumene)이 석출됨으로써 그 굽힘강도가 1800 kg/cm2까지 증대시킬 수 있다.
이에 따라, 결정상이 석출된 Li2O-Al2O3-SIO2계 모상 글라스를 PALC의 유전체 글라스 박막(20) 또는 FED의 스페이서(38)로 이용하게 되면 PALC 또는 FED의 제조공정 상에서의 열절 및 기계적 충격에도 안정된 특성을 유지할 수 있게 된다. 즉, 유전체 글라스 박막(20)의 캐패시턴스를 높이기 위하여 두께를 얇게 하는 경우에도 굽힘강도 및 연화점이 높기 때문에 합착공정에 따른 고온환경에서의 가압변형 및 균열 등을 방지하여 미스방전 및 오방전을 방지할 수 있으며, 패널의 균일성을 향상시킬 수 있게 된다. 또한, FED의 스페이서로 적용되면 굽힘강도 및 연화점이 높기 때문에 고온 열처리공정에서의 변형을 방지할 수 있으며 패널의 내/외부 기압차를 극복하여 전자 방출공간의 높이를 일정하게 유지시킬 수 있게 된다.
Na2O-Al2O3-SiO2계 모상 글라스의 경우, 알칼리 이온을 다량 함유하고 있으므로 용융이 쉽고, 판상의 글라스로 제작하기 쉬운 장점이 있다. 또한, Na2O-Al2O3-SiO2계 모상 글라스는 재료비가 낮으므로 생산성이 높은 장점이 있다. 이와 같은 Na2O-Al2O3-SiO2계 모상 글라스는 TiO2가 핵생성제로 작용하게 된다. 판상의 Na2O-Al2O3-SiO2계 모상 글라스를 900℃에서 1차 가열, 1100℃에서 2차 가열하게 되면 수십 Å 크기의 네핀(Nephein : Na2O-Al2O3-2SiO2)이 석출되며 BaO가 첨가되면 셀시안(Selsian : BaO-Al2O3-2SiO2)도 석출된다. 결정상이 석출된 Na2O-Al2O3-SiO2계 모상 글라스로 이루어진 유전체 글라스 박막 또는 스페이서는 표 2에서 알 수 있는 바와 같이 최대 1300 kg/cm2의 굽힘강도를 유지하게 되며, 950℃의 연화점을 가지게 되므로 높은 기계적·열적 안정성을 나타낸다.
MgO-Al2O3-SiO2계 모상 글라스의 경우, TiO2와 ZrO2가 핵생성제로 작용하게 된다. 판상의 MgO-Al2O3-SiO2계 모상 글라스를 1600℃에서 고온처리하게 되면 어느 한 방향으로 길이가 긴 주상정 결정인 코디에라이트(Cordierite : 2MgO-2Al2O3- 5SiO2)가 석출된다. 이와 같이, 결정상이 석출된 MgO-Al2O3-SiO2계 모상 글라스로 이루어진 유전체 글라스 박막 또는 스페이서는 표 2에서 알 수 있는 바와 같이 그 굽힘강도가 최대 1200 kg/cm2이며, 연화점이 1250℃로서 높은 열적, 기계적 안정성을 가지게 된다. 아울러, MgO-Al2O3-SiO2계 모상 글라스는 조직밀도가 매우 높으므로 PALC의 유전체 글라스 박막(20)으로 적용되면 플라즈마 방전셀과 액정으로부터의 확산을 차단할 수 있는 장점이 있다.
이와 같이 결정상이 석출된 유전체 글라스 박막은 종래와 동일하게 고온 열처리에 의해 플라즈마 채널부와 액정부 사이에 합착된다. 또한, 결정상이 석출된 모상 글라스는 일정 크기로 절단하여 FED의 스페이서로 이용될 수 있다. 결정상이 석출된 FED의 스페이서를 제조하는 다른 방법으로는 결정상이 석출된 판상의 모상 글라스에 방전공간에 대응하는 홀을 형성한 다음 상부기판과 하부기판 사이에 삽입하는 방법이 있다. 또한, 결정상이 석출된 모상 글라스를 분말화시키고 소정 비율로 유기용제와 혼합하여 페이스트(paste)화한 다음, 이 페이스트를 하부기판 상에 스크린 프린트하여 일정 높이로 도포함으로써 스페이서로 이용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 표시소자용 고강도 유전체 조성물은 Li2O-Al2O3-SIO2계, Na2O-Al2O3-SiO2계, MgO-Al2O3-SiO2계 모상 글라스를 열처리하여 결정상을 석출시킴으로써 1000 kg/cm2 이상의 높은 굽힘강도와 850℃ 이상의 연화점을 가지게 된다. 본 발명에 따른 표시소자용 고강도 유전체 조성물은 PALC의 유전체 글라스 박막 또는 FED의 스페이서 등 표시소자 내의 고강도 스페이서 부재로 적용될 수 있다. 본 발명에 따른 고강도 유전체 조성물이 PALC의 유전체 글라스 박막에 적용되면 결정상을 미스방전·오방전을 최소화함과 아울러 패널의 균일성을 향상시키게 됨은 물론, 높은 치밀도를 가지게 되어 상호확산을 방지할 수 있으며 광에 대하여 높은 투과특성을 갖게 된다. 본 발명에 따른 고강도 유전체 조성물이 FED의 스페이서로 적용되면 10-6 Torr 이하의 고진공하에서도 열적·기계적인 충격에 의한 변형을 방지할 수 있을 뿐 아니라 높은 치밀도를 가지게 되며 광에 대하여 높은 산란도를 가지게 된다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.

Claims (8)

  1. 글라스 재료 내에 결정상을 가지는 유전체 조성물을 포함하며,
    상기 유전체 조성물은 Li2O-Al2O3-SIO2계, Na2O-Al2O3-SiO2계, MgO-Al2O3-SiO2계 중 적어도 어느 하나를 포함한 모상 글라스를 소정온도로 열처리함으로써 상기 결정상이 석출된 것을 특징으로 하는 표시소자용 고강도 유전체 조성물.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전체 조성물은 1000 kg/cm2 이상의 굽힘강도 및 850 ℃ 이상의 연화점을 가지는 것을 특징으로 하는 표시소자용 고강도 유전체 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 Li2O-Al2O3-SIO2계 모상 글라스는 55 내지 70% 중량의 SiO2, 15 내지 20% 중량의 Al2O3, 1 내지 10% 중량의 Li2O, 1 내지 5% 중량의 Mgo, 1 내지 5% 중량의 ZnO, 1 내지 6% 중량의 TiO2, 1 내지 6% 중량의 ZrO2, 0.5 내지 1% 중량의 Na2O, 0.5 내지 1% 중량의 K2O, 0.2 내지 1% 중량의 BaO를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시소자용 고강도 유전체 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서,
    Na2O-Al2O3-SiO2계 모상 글라스는 35 내지 55% 중량의 SiO2, 25 내지 35% 중량의 Al2O3, 2 내지 10% 중량의 TiO2, 8 내지 17% 중량의 Na2O, 1 내지 10% 중량의 BaO를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시소자용 고강도 유전체 조성물.
  6. 제 1 항에 있어서,
    MgO-Al2O3-SiO2계 모상 글라스는 40 내지 55% 중량의 SiO2, 25 내지 35% 중량의 Al2O3, 10 내지 18% 중량의 MgO, 5 내지 16% 중량의 TiO2, 1 내지 5% 중량의 ZrO2를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시소자용 고강도 유전체 조성물.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전체 조성물은 주사라인을 스위칭하기 위한 플라즈마 채널부와 광투과율을 조정하기 위한 액정부 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 표시소자용 고강도 유전체 조성물.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전체 조성물은 전계 방출 표시장치의 상/하부 기판 사이에 설치되어 상기 상/하부 기판 사이의 간격을 유지시키는 것을 특징으로 하는 표시소자용 고강도 유전체 조성물.
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