KR100810943B1 - 디스플레이장치용 유리 분말 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 디스플레이 장치용 유리 분말에 관한 것으로서, 이 유리 분말은 PbO 45 내지 60 중량%, SiO2 0.1 내지 10 중량%, B2O3 15 내지 35 중량%, BaO 0.1 내지 12 중량%, Al2O3 0.1 내지 12 중량%를 포함한다.
본 발명의 디스플레이 장치용 유리 분말은 적정한 유전율을 갖고, 강도가 우수하다.
유리,전극피복,PDP,유전율,투과율,고강도,명실콘트라스트

Description

디스플레이장치용 유리 분말{GLASS POWDER FOR DISPLAY DEVICE}
본 발명은 디스플레이 장치용 유리 분말에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 적정 유전율과 높은 강도를 나타내는 디스플레이 장치용 유리 분말에 관한 것이다.
일반적으로 플라즈마 디스플레이 패널은 기체 방전을 통하여 얻어진 플라즈마로부터 방사되는 진공 자외선이 형광체를 여기시킴으로써 발생되는 적(R), 녹(G), 청(B)색의 가시광을 이용하여 영상을 구현하는 디스플레이 소자이다.
이러한 플라즈마 디스플레이 패널은 60인치 이상의 초대형 화면을 불과 10cm 이내의 두께로 구현할 수 있고, CRT와 같은 자발광 디스플레이 소자이므로 색 재현력 및 시야각에 따른 왜곡 현상이 없는 특성을 가진다. 또한, LCD 등에 비해 제조공법이 단순하여 생산성 및 원가 측면에서도 강점을 갖는 TV 및 산업용 평판 디스플레이로 각광 받고 있다.
가장 일반적인 3전극 면방전형 플라즈마 디스플레이 패널은 동일면상에 위치한 유지 전극과 주사 전극을 포함한 전면 기판과, 이로부터 일정 거리를 두고 이격되어 수직 방향으로 이어지는 어드레스 전극을 포함한 배면 기판으로 이루어지며, 그 사이에 방전가스를 봉입하고 있다.
이와 같은 플라즈마 디스플레이 패널에 있어서, 배면 기판에는 유전체층이 형성되는데, 이러한 유전체층은 어드레스 전극을 덮으며 형성되어 플라즈마 방전시 이온 충격으로부터 어드레스 전극을 보호하고, 방전을 유지시키고, 발광 효율을 향상시키며, 형광체로부터 백 스캐터링(Back Scattering)되어 나오는 가시 광선을 반사하여 휘도를 증대시키는 기능을 한다.
이러한 유전체층이 상기와 같은 기능을 충분히 발휘하기 위해서는 높은 가시광선 반사 및 투과율, 낮은 열팽창계수, 낮은 소성온도, 높은 치밀도, 적절한 유전율 및 높은 강도 등의 물성을 가질 것이 요구된다.
상기와 같은 유전체층을 형성하기 위한 유리 조성물로는 종래 PbO계 유리 조성물 및 Bi2O3계 유리 조성물이 대표적으로 사용되었으나, PbO 및 Bi2O3가 환경에 유해한 물질이어서 최근에는 이 물질을 사용하지 않는 유리 조성물에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
본 발명의 목적은 저온에서도 높은 투과율 및 강도를 나타낼 수 있는 디스플레이 장치용 유리 분말에 관한 것이다.
본 발명은 PbO 45 내지 60 중량%; SiO2 0.1 내지 10 중량%; B2O3 15 내지 35 중량%; BaO 0.1 내지 12 중량%, 및 Al2O3 0.1 내지 12 중량%를 포함하는 디스플레이 장치용 유리 분말을 제공한다.
본 발명의 디스플레이 장치의 전극 피복용 유리 분말은 적정한 유전율을 갖고, 항복점, 전이점 및 투과율이 높으며, 특히 소성 후 유리의 강도가 높아 기판 유리의 두께를 얇게 가져갈 수 있으며 전극과의 반응성을 제어할 수 있다.
이하 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명은 디스플레이 장치에 사용되는 유리 분말에 관한 것으로서, 특히 플라즈마 디스플레이 패널의 유전체 층을 형성하는데 사용되는 유리 분말에 관한 것이다.
본 발명의 유리 분말은 주성분으로 PbO 45 내지 60 중량%, SiO2 0.1 내지 10 중량%, B2O3 15 내지 35 중량%, BaO 0.1 내지 12 중량% 및 Al2O3 0.1 내지 12 중량%를 포함한다.
본 발명의 유리 분말에서 PbO는 저온 소성을 가능하게 하는 핵심 성분으로서, 45 내지 60 중량%가 바람직하고, 47 내지 55 중량%가 더욱 바람직하다. PbO의 함량이 45 중량% 미만이면 유전율이 저하되고, 60 중량%를 초과하면 투과율이 낮아져서 바람직하지 않다.
상기 SiO2는 유리를 안정화시키는 성분으로서, 0.1 내지 10 중량%가 바람직하고, 5 내지 10 중량%가 더욱 바람직하다. 상기 SiO2의 함량이 0.1 중량% 미만이면, 함량이 너무 적어 제조되는 유리의 안정성 문제가 있고, 10 중량%를 초과하면, 높은 연화점으로 인한 소성 온도상 문제가 있어 바람직하지 않다.
본 발명의 유리 분말에서 사용된 B2O3는 유리 형성에 중요한 역할을 하는 성분으로서, 그 함량은 15 내지 35 중량%가 바람직하며, 20 내지 30 중량%가 더욱 바람직하다. 상기 B2O3의 함량이 15 중량% 미만이면, 결정화 현상 및 투명성이 저하되고 안정성에 문제가 있어 바람직하지 않고, 35 중량%를 초과하면, 내구성이 저하 되어 바람직하지 않다.
단, 본 발명의 유리 분말에서, B2O3 및 SiO2의 혼합 중량이 20 내지 40 중량% 범위가 바람직하므로, SiO2 및 B2O3의 사용 총량은 20 내지 40 중량% 범위가 되도록 한다. 이때, B2O3와 SiO2를 합하여 20 중량% 미만이 되면, 유리 형성재 부족으로 인해 결정화 문제가 있고, 40 중량%를 초과하면, 연화점 상승으로 인해 소성 시에 문제가 발생할 수 있다.
상기 BaO는 연화점, 투과율 및 열팽창 계수를 조절하는 성분으로서, 그 함량은 0.1 내지 12 중량%가 바람직하며, 2 내지 12 중량%가 더욱 바람직하다. 상기 BaO의 함량이 0.1 중량% 미만이면, 열팽창 계수가 저하되고, 연화점이 증가되며, 12 중량%를 초과하면, 열팽창 계수가 증가되어 소성막 이후의 강도가 저하되어 바람직하지 않다.
Al2O3는 유리를 안정하게 하고 결정화를 억제하는 역할을 하는 성분으로서, 그 함량은 0.1 내지 12 중량%가 바람직하며, 4 내지 9 중량%가 더욱 바람직하다. 0.1 중량% 미만이면 유리의 안정성에 문제가 되며, 12 중량%를 초과하면 점도 등의 상승으로 인해 투과율에 문제가 되어 바람직하지 않다.
또한, 본 발명은 상기 주성분 이외에 ZnO; P2O5; CaO, MgO 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 제1 산화물; CuO, CeO2 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 제2 산화물; CoO; TiO2, ZrO2, La2O3, Ta2O5 및 이들의 혼합물로 이 루어진 군에서 선택되는 제3 산화물;로 이루어진 군에서 선택되는 화합물을 1종 이상 부성분으로 더욱 포함할 수도 있다.
이하, 각 성분들의 함량은 전체 유리 분말 100 중량부를 기준으로 한 값이다.
ZnO는 유리를 연화점을 낮추는 역할을 하는 성분으로서, 그 함량은 0 내지 12 중량부가 바람직하며, 2 내지 10 중량부가 더욱 바람직하다. ZnO의 함량이 너무 많아지면 연화점 저하로 인해 적정 온도에서 소성시 과소성 문제가 발생될 수 있으며 이로 인한 기포수 증가 혹은 투과율 저하 문제가 발생할 수 있다.
P2O5는 연화점을 저하시키는 역할을 하는 성분으로서, 그 함량은 0 내지 15 중량부가 바람직하며, 5 내지 10 중량부가 더욱 바람직하다. P2O5의 함량이 15 중량부를 초과하면, 내수성이 저하되어 바람직하지 않다.
MgO, CaO 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 제1 산화물은 열팽창 계수 조절 역할을 하는 성분으로서, 상기 제1 산화물의 함량은 0 내지 20 중량부가 바람직하다. 상기 제1 산화물의 함량이 20 중량부 미만이면 유리 개질제(Modifier) 부족으로 인한 연화점이 상승하여 바람직하지 않다. 이때, MgO 및 CaO를 혼합하여 사용하는 경우, 이들의 혼합 비율은 목적에 따라 적절하게 조절하면 되므로 특별히 한정할 필요는 없다.
CuO, CeO2 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 제2 산화물은 전극과의 반응성을 억제하는 효과가 있으며, 그 함량은 0 내지 2 중량부가 바람직하다. 상기 제2 산화물의 함량이 2 중량부를 초과하는 경우에는 저파장 영역에서 투과율이 저하되어 바람직하지 않다. 이때, CuO 및 CeO2를 혼합하여 사용하는 경우, 그 혼합 비율은 사용 용도에 따라 적절하게 조절하면 되며, 특별히 한정할 필요는 없다.
CoO는 유리의 착색 역할을 하는 성분으로서, 그 함량은 0 내지 1 중량부가 바람직하다. CoO를 1 중량부 이하로 포함시켜 유리를 착색시킬 경우, 백색 유전체 대비 방전 후 플라즈마 디스플레이 패널의 명실 콘트라스트(Contrast)를 5% 이상 향상시키는 효과가 있어 바람직하다. CoO의 1 중량부를 초과하는 경우에는, 착색이 심하여 투과율이 저하되므로 바람직하지 않다.
TiO2, ZrO2, La2O3, Ta2O5 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 제3 산화물은 유전율을 향상시키는 역할을 하는 성분으로서, 그 함량은 0 내지 5 중량부가 바람직하다. 상기 제3 산화물의 함량이 5 중량부를 초과하는 경우 유리의 결정화 발생 가능성이 있고, 또한 유전율이 너무 높아져 디스플레이 장치의 전극 피복용 유리 조성물에 요구되는 유전율을 과도하게 초과할 우려가 있고, 이러한 높은 유전율은 유전체층의 두께를 증가시켜 바람직하지 않다. 이때, TiO2, ZrO2, La2O3 및 Ta2O5를 혼합하여 사용하는 경우, 그 혼합 비율은 원하는 물성에 따라 적절하게 조절하면 되므로 특별히 한정할 필요는 없다.
또한 종래 유전체 분말, 즉 유리 분말을 이용하여 유전체층을 형성하는 경우 유전체 분말을 포함하는 조성물을 기판에 코팅한 후, 550 내지 600℃에서 소성을 할 수 있으므로, 이와 같이 600도 이상의 고온 소성시 발생할 수 있는 기판 유리의 휨을 예방할 수 있다.
본 발명의 유리 분말을 디스플레이 장치에서 유전체층을 제조하는데 사용하기 위해서는 페이스트를 제조하여야 하며, 페이스트를 제조하는 공정은 다음과 같다.
먼저, 유리 분말을 구성하는 모든 성분을 원하는 비율대로 혼합한다. 얻어진 혼합물을 약 1000℃ 이상의 용융로에서 용융하여, 유리물을 제조한다. 상기 유리물을 분쇄 공정을 실시하여 적정 입도를 갖는 유리 분말을 제조한다.
이 유리 분말과 비히클을 혼합하여 페이스트 형태의 유전체 조성물을 제조한다.
이러한 비히클로는 용매 및 바인더가 주로 사용된다. 용매로는 에틸 카비톨, 부틸 카비톨, 에틸 카비톨 아세테이트, 부틸 카비톨 아세테이트, 텍사놀, 테르핀유, 디프로필렌글리콜 메틸 에테르, 디프로필렌글리콜 에틸 에테르, 디프로필렌글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트, γ-부티로락톤, 셀로솔브 아세테이트, 부틸셀로솔브 아세테이트, 트리프로필렌 글리콜 등을 1종 또는 1종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 바인더로는 셀룰로오즈, 히드록시 메틸 셀룰로오즈, 히드록시 에틸 셀룰로오즈, 카르복시 메틸셀룰로오즈, 카르복시 에틸 셀룰로오즈, 카르복시 에틸 메틸 셀룰로오드 등의 셀룰로오즈 유도체를 1종 또는 1종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명의 유리 분말은 디스플레이 장치의 전극을 피복하는 역할을 하는 즉, 유전체층을 형성하기 위한 용도로 유용하게 사용될 수 있으며, 이러한 목적이라면 어떠한 디스플레이 장치에 사용되도 무방하나, 특히 플라즈마 디스플레이 패널에 유용하게 사용될 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 3)
주성분으로 PbO, SiO2, B2O3, BaO 및 Al2O3와, 부성분으로 CoO, TiO2, ZnO, 및 CeO2와 CuO의 혼합물을 각각 하기 표 1에 나타낸 중량%으로 측정하여, 혼합하였다. 얻어진 혼합물을 1200℃ 이상 용융로에서 투입하여 용융하고, 용융완료된 유리물을 압착하였다.
압착된 유리물을 효율을 높이기 위해 1차로 볼밀 분쇄를 실시한 후, 2차 정밀 분쇄기로 2-3.5㎛의 평균 입도를 갖도록 분쇄하여 유리 분말을 제조하였다.
제조된 유리 분말의 유전율, 항복점, 전이점, 열팽창 계수, 투과율 및 강도(Ball drop test)를 다음과 같은 법으로 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
1) 유전율 측정 조건
시편 제조: 상기 실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 3에 따라 얻어진, 분쇄 된 유리 분말에 1Kgf 압력을 가하여 성형한 후 520 내지 550℃ 온도에서 소성하고, 소성된 시료의상하면을 매끄럽게 연마하여 시편을 제조하였다.
- 측정 장치: LCR Meter
- 측정 방법: 제조된 시편의 상하면에 Au를 스퍼터링 코팅하여 Cp값을 측정한 후 유전율 값을 계산하였다.
2) 항복점 측정 조건(단위-℃ (온도))
- 측정 장치: 열분석기(DSC)
- 측정 방법: 상기 실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 3에 따라 얻어진 분쇄된 유리 분말을 30mg 칭량하여 열분석용 셀인 알루미늄 셀에넣고, 10℃/분의 승온 속도로 600℃까지 온도를 증가시키면서 측정하였다.
3) 전이점 측정 조건 (단위-℃ (온도))
- 상기 실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 3에서 얻어진 미세하게 분쇄된 유리 분말을 펠렛 형태로 성형 후 520 내지 550℃ ℃에서 소성하였다. 소성된 시료를 TMA(Theromechanical Analysis, 열기계 분석기) 측정기로 상온부터 연화점 이하까지 측정하였다. 측정된 그래프에서 전이점을 산출하였다.
4) 열팽창 계수 측정 조건(단위: 10-7/℃)
- 측정 방법은 상기 TMA기기를 이용하므로 전이점과 동일한 측정방법을 사용하며 측정완료된 그래프에서 50℃에서 350℃까지 평균 기울기를 구하였다.
5) 투과율 측정 조건(단위: %)
- 측정 방법 : 상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 3에 따라 제조된 유리 분말을 분말을 알파 터피네올 유기 용매 및 에틸 셀룰로즈 바인더를 포함하는 비히클(90 : 10 중량비)과 70 : 30 중량비로 혼합하여 페이스트를 제조하였다. 제조된 페이스트를 유리 기판 위에 도포한 후, 상온에서 600℃이내에서 소성하였다.
페이스트가 도포되지 않은 유리 기판의 550㎛에서의 투과율을 0으로 조절하여, 페이스트가 도포된 유리 기판의 투과율을 투과율 측정기를 이용하여 측정하였다.
6) 강도(Ball drop test) 측정 조건(단위: %)
- 측정 방법은 제조된 유리 분말을 알파 터피네올 유기 용매 및 에틸 셀룰로즈 바인더를 포함하는 비히클(90 : 10 중량비)과 70 : 30 중량비로 균일하게 혼합하여, 이 혼합물을 유리 기판에 100 * 100 크기로 인쇄한 후 560 내지 590℃ 이내에서 소성하여 유리 기판의 일면에 유리막을 제조하였다.
얻어진 유리 기판의 유리막이 형성된 면의 반대면에 해당하는 유리막이 형성되지 않은 면에 16.5g의 볼을 떨어뜨려 유리막이 파손되는 높이를 측정하였다. 시료는 10개를 측정하여 평균값을 산출하였다. 또한 비교예 3에서 얻어진 유리막 파손되는 높이를 100%로 하였을 때, 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 2의 유리막 파손 높이를 %로 계산하여 그 값을 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예 1 비교예 2 비교예 3
PbO 49.5 46 47.5 49 44 45 67
SiO2 6.5 10 9.8 6.8 6 1.5 25
B2O3 21.3 24 23.5 23.5 24 26 6
BaO 5 10 10.5 5 15 13.5 -
Al2O3 5.8 6 4.5 5.7 6.3 11 0.5
CoO - - - - 0.2 - -
TiO2 4 4 4.2 2.5 4.5 3 1.5
ZnO 7.5 - - 7.5 - - -
CeO2 및 CuO의 혼합물 (1:1 중량비) 0.4 - - - - -
총합(중량%) 100 100 100 100 100 100 100
유전율 12.5 12.6 12.5 12.6 12.7 11.9 13.0
항복점(℃) 495 514 505 497 512 499 480
전이점(℃) 451 465 463 450 472 466 440
열팽창 계수(10-7/℃) 74 75 75 72 80 79 74
투과율(550um, %) 74 75 76 76 71 67 55
강도(Ball Drop test, %) 90 95 85 98 73 78 100
상기 표 1에 나타낸 데이터 중, 투과율 및 강도 측정 데이터를 도 1에 나타내었다.
상기 표 1 및 도 1에 나타낸 것과 같이, 실시예 1 내지 4의 디스플레이 장치용 유리 분말은 플라즈마 디스플레이 장치에 적합한 유전율을 가지면서, 항복점, 전이점, 열팽창 계수 및 투과율이 우수하면서, 특히 소성 공정 후 강도가 높은, 즉 내충격성이 우수하므로 기계적 물성이 우수함을 알 수 있다.
이에 대하여 비교예 1 내지 2는 유전율, 항복점, 전이점, 열팽창 계수, 투과율 등에서 실시예 1 내지 6과 어느 정도 유사하나, 내충격성이 저하됨을 알 수 있다. 이는 비교예 1 및 2의 경우 열팽창 계수를 높이는 BaO의 함량이 높아 열팽창 계수값이 증가하고 이에 따라 내충격성이 저하된 것임을 알 수 있다.
또한 PbO의 함량이 67 중량% 및 SiO2가 25 중량%로 과량인 비교예 3은 내충격성은 우수하나, 투과율이 좋지 않음을 알 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
도 1은 본 발명의 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 3에 따라 제조된 유리분말의 강도 및 투과율을 측정하여 나타낸 그래프.

Claims (12)

  1. PbO 45 내지 60 중량%;
    SiO2 0.1 내지 6.5 중량%;
    B2O3 15 내지 35 중량%;
    BaO 0.1 내지 10.5 중량%; 및
    Al2O3 0.1 내지 12 중량%를
    포함하는 디스플레이 장치용 유리 분말.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 SiO2 및 B2O3의 혼합 중량은 20 내지 40 중량%인 디스플레이 장치용 유리 분말.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 PbO의 함량은 47 내지 55 중량%인 디스플레이 장치용 유리 분말.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 SiO2의 함량은 5 내지 6.5 중량%인 디스플레이 장치용 유리 분말.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 B2O3의 함량 20 내지 30 중량%인 디스플레이 장치용 유리 분말.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 BaO의 함량은 2 내지 10.5 중량%인 디스플레이 장치용 유리 분말.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 Al2O3의 함량은 4 내지 9 중량%인 디스플레이 장치용 유리 분말.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 유리 분말은 ZnO; P2O5; CaO, MgO 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 제1 산화물; CuO, CeO2 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 제2 산화물; CoO; TiO2, ZrO2, La2O3, Ta2O5 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 제3 산화물; 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 화합물을 더욱 포함하는 것인 디스플레이 장치용 유리 분말.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 ZnO의 함량은 0 내지 12 중량부이고, P2O5의 함량은 0 내지 15 중량부이고, 상기 CaO, MgO 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 제1 산화물의 함량은 0 내지 20 중량부이고, CuO, CeO2 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 제2 산화물의 함량은 0 내지 2 중량부이고, CoO의 함량은 0 내지 1 중량부이고 TiO2, ZrO2, La2O3, Ta2O5 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 제3 산화물의 함량은 0 내지 5 중량부인 디스플레이 장치용 유리 분말.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 유리 분말은 플라즈마 디스플레이 장치에 사용되는 것인 디스플레이 장치용 유리 분말.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 유리 분말을 포함하는 디스플레이 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 디스플레이 장치는 플라즈마 디스플레이 장치인 디스플레이 장치.
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