KR100826957B1 - 면광원용 봉지재 조성물 및 이를 사용한 봉지 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정표시장치의 면광원용 봉지재 조성물 및 이를 사용한 면광원 봉지 방법에 관한 것으로 PbO 58~80 중량%, TiO2 5~15 중량%, B2O3 5~15 중량%, Al2O3 1~5 중량%와 SiO2 1~5 중량 %로 이루어지는 유리 프릿 70 내지 95 중량%; 아크릴 또는 셀룰로오즈계 바인더 0.1 내지 5 중량%: 및 상기 바인더를 용해하는 용제 잔량으로 이루어지는 면광원 봉지재 조성물을 제공한다.

본 발명의 봉지재 조성물은 열분해 특성이 우수하고, 소성후 잔재가 없어 기포 및 잔류가스가 없는 봉지재를 제공한다.

봉지재, 면광원, 액정표시장치

Description

면광원용 봉지재 조성물 및 이를 사용한 봉지 방법{Seal paste composition for plane lamp and sealing method using the composition}

본 발명은 면광원용 봉지재 조성물 및 이를 사용한 봉지 방법, 더 상세하게는 액정표시장치의 면광원용 봉지재 조성물 및 이를 사용한 봉지 방법에 관한 것이다.

종래에는, 액정표시장치에 사용하는 백라이터(back-lighter; back light unt; 또는 blu)는 선형 냉음극형광관을 백라이터의 가장자리(에지형)나 액정표시장치의 바로 밑에 배치하여(직하형) 사용하여 왔다. 그러나 액정표시장치가 평판형 디스플레이로서 TV브라운관을 대체하여 나감으로써 점점 대형화하고 있고 따라서 액정표시장치의 백라이터도 점점 대면화(大面化)하고 있다. 이러한 대면화된 백라이터의 광원으로 복수의 선형 냉음극형광관을 직하형으로 배치하여 사용하고 있으나 한계가 있다. 성능과 에너지 효율면이나 제조경비의 관점에서 대면화된 백라이터의 광원으로 다양한 발광 방식의 선택, 예를 들면, LED, 유기EL(OLED)과 외부전극냉음극형광관(EEFL) 등과 함께 평판형 램프(면광원)가 개발되고 있다.

면광원은 일반적으로 전체면을 커버할 수 있도록 복수의 방전공간을 형성하 여 발광하게 함으로써 면광원을 달성하는데 크게 세가지 방법으로 제조된다. 첫째, 플라스마디스플레이패널의 제조 방법과 유사하게 상판 또는 하판에(주로 하판에) 격벽을 형성하여 복수의 방전공간을 형성하고 형광층을 포함하는 광학층을 도포하고 상, 하판을 면광원 봉지재 조성물로 접합하고 진공처리하여 가스흡입하고 봉지한다. 전극 방식(외부 또는 내부)에 따라 전극형성은 접합 전후로 바뀔 수 있다. 두 번째는 상기 첫째 방식의 격벽 형성 방식 대신에 상판 또는 하판에(주로 하판에) 에칭에 의하여 원하는 형태의 복수의 방전공간을 형성하는 방법이다. 셋째는 상판 또는 하판을 복수의 방전공간이 형성된 금형에서 성형하여 요철판을 만들고 평판을 접합하여 복수의 방전공간을 형성하는 방법이다.

따라서, 면광원의 제조에는 제조방식의 차이에도 불구하고 상기 방전공간 내에는 아르곤(Ar), 네온(Ne) 또는 제논(Xe) 등의 희가스 또는 수은 (Hg)가스와 함께 진공이 유지되어야 하므로 상, 하판은 고온 환경에서 견딜 수 있도록 견고하게 봉지되어야 한다. 한국특허등록 제563366호에는 물유리를 물로 희석하여 여기에 내화성 무기 충진제를 가하여 얻은 무기 접착제 페이스트(PASTE)를 사용하여 면광원 램프를 봉지하는데 사용하고 있다. 그러나 이러한 물유리 페이스트는 무기물이 용융되지 않고 분산되어 있는 상태이고 건조되어 겔 형으로 된 물유리는 높은 온도에서 결합수가 빠져 나가면서 다공성 상태로 되기 때문에 가열된 환경에서 진공밀폐형의 봉지재나 접착제로 사용되는 경우에는 램프의 수명을 단축시킨다.

본 발명의 목적은 가열 환경에서 진공밀폐성이 우수한 면광원 봉지재 조성물을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 열분해 특성이 우수하고 소성 후 잔재가 없어 기포 및 잔류가스가 없으며, 점도 경시 변화가 적은 봉지재 조성물을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 봉착 공정에서 소성시간을 단축시킴으로서 생산성 향상으로 인한 저가격화를 실현할 수 있는 면광원 봉지재 조성물을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 기밀성이 우수하고 생산성이 향상된 면광원의 봉지 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명에 의하여 PbO 58~80 중량%, TiO2 5~15 중량%, B2O3 5~15 중량%, Al2O3 1~5 중량%와 SiO2 1~5 중량 %로 이루어지는 유리 프릿 70 내지 95 중량%; 1종 이상의 아크릴 및 셀룰로오즈계 바인더 0.1 내지 5 중량%: 및 상기 바인더를 용해하는 용제 잔량으로 이루어지는 면광원 봉지재 조성물이 제공된다. 상기 면광원 봉지재 조성물에는 소량의 필러와 피그먼트가 포함될 수 있다. 상기 유리 프릿은 바람직하게는 80 내지 90 중량%이고 상기 바인더는 바람직하게는 0.2 내지 3 중량%이다.

또한 본 발명에 의하여 면광원 봉지재 조성물을 기판상에 일정 선폭과 높이 로 정량토출하는 디스펜싱 단계; 상기 디스펜싱된 페이스트 조성물을 200 ℃ 이하에서 건조하는 단계; 상기 건조된 페이스트 조성물을 가소성하는 단계; 상기 가소성된 페이스트 조성물을 소성하는 단계로 이루어지는 면광원 장치 봉지 방법이 제공된다. 봉지재 형성방법으로는 스크린 인쇄법, X-Y 정량 토출 장치를 결합한 디스펜서법, 미리 선으로 형성한 것을 정해진 위치에 놓는 방법등이 있지만 간편성과 유연성 때문에 디스펜서법이 주로 사용되고 있다. 봉지층 형성에 있어서 중요한 요소는 프릿과 유리 기판의 젖는 정도, 도폭과 높이의 균일성, 이물질 섞임이 없을 것과 형성 위치의 정확도 등이 있다.

이하 본 발명의 면광원 봉지재 조성물의 조성 성분에 대하여 상세히 설명한다. 바인더와 용매를 합하여 비이클 즉 용액이라는 개념으로 업계에서는 사용하는 경우도 있으나 혼동을 피하기 위해서 여기서는 용매와 바인더를 별도로 하여 설명한다.

(1) 유리 프릿

본 발명에 사용되어 지는 유리 프릿은 PbO 50~80 중량%, TiO2 5~15 중량%, B2O3 5~15 중량%, Al2O3 1~5 중량%와 SiO2 1~5 중량%를 포함하는 유연 (Pb 함유) 프릿을 사용한다. 이 경우 연화점은 350 ~ 450 ℃ 더 바람직하게는 380 ~ 420 ℃가 적당하다.

면광원 봉지재 조성물 중에 프릿의 사용량은 전체 페이스트 중에서 70 내지 95 중량% 바람직하게는 80 내지 90 중량%이다. 프릿의 사용량이 80 중량% 미만이 면, 씰 층의 도포 선폭이 넓어지고 또한 높이가 낮아져 밀봉 특성이 저하될 수 있고, 90 중량%를 초과하면 씰 페이스트 안정성이 저하되어 디스펜싱법에 의한 정량토출이 어려워 씰 층 형성이 어려워질 수 있다.

봉착강도와 크랙방지 및 열팽창 계수를 조절하기 위하여 필러를 사용할 수 있다. 이 경우 TiO2, ZrO2, PbTiO3, Al2O3 및/또는 코디어라이트 등을 사용할 수 있다. 사용량은 5 ~ 20 중량%가 바람직하다.

목적에 따라 피그먼트를 사용할 수 있으며, 본 발명에 있어서는 봉착 후 기포 검사를 용이하게 하기 위하여 흑색 피그먼트를 사용할 수 있다. 흑색 피그먼트는 제조 공정 온도 범위에서 내열성이 있고, 안정한 것으로 Cu-Cr계, Cu-Cr-Mn계, Cr-Co_Mn-Fe계, Mn-Fe-Cu계 및 Co-Fe-Cr계등을 사용할 수 있으며, 0.5~2 중량%를 사용하는 것이 바람직하다.

(2) 바인더

본 발명의 면광원 봉지재 조성물 구성 성분 중, 바인더 고분자는 씰 층을 형성하는 프릿 글라스를 분산시켜 결합시키는 역할 및 점도를 조절하는 역할을 하며, 아크릴 및 셀룰로오즈계 바인더가 사용된다. 이 경우 프릿 글라스에 대한 젖음성, 분산성 및 디스펜싱시 토출량, 점도 안정성 및 열특성 등을 고려하여 선정하여야 한다.

아크릴계 바인더의 경우, 메타크리레이트계 폴리머가 적당하며, 특히 메틸메타크리레이트 (MMA), 에틸메타크리레이트 (EMA), 부틸메타크리레이트 (BMA), 이소 부틸메타크리레이트 (IBMA) 폴리머 또는 이들의 코폴리머가 사용되어 진다. 바람직하게는 열특성이 우수하고 소성후 잔재가 없는 IBMA 폴리머가 적당하다. 이 경우 측쇄의 아이소부틸기가 비교적 안정한 구조로서 측쇄 분해가 진행됨과 동시에 분해시 생성된 라디칼이 메인체인 분리를 가속화시켜 저온소성이 가능하게 된다. 분자량은 15만에서 25만, 바람직하게는 20만 정도가 적당하다.

셀룰로오즈계 바인더의 경우, 니트로셀룰로오즈가 적당하다. 일반적으로 니트로 셀룰로오즈 종류는 질소 함량에 따라 RS (Regular soluble, N : 11.5%~12.5%)와 SS (Sprits soluble. N : 10.7%~11.5%) 형으로 나누어진다. 이는 질소함량에 따라 용제에 대응하는 선택성이 있어 나누고 있다. (NC 규격 KSM 3814 표기) 또한 중합도(분자량)에 따라 다양한 등급이 존재한다. 본 발명에서는 사용하는 점도 및 분말 함량에 따라 다양한 등급을 선택할 수 있다.

바인더의 경우 페이스트 전체에 대하여 0.1 내지 5 중량% 바람직하게는 0.2 내지 3 중량% 사용된다. IBMA 폴리며 및 니트로셀룰로오즈 단독으로도 사용이 가능하며, 프릿 및 디스펜싱 특성에 따라 혼용하여 사용할 수 있다. 예를들면, 페이스트의 흐름성 개선을 위해서는 니트로셀룰로오즈를, 페이스트의 점도 안정성을 위해서는 IBMA 폴리머를 혼합하여 사용할 수 있다.

(3) 용제

본 발명에서 용제는 바인더 고분자를 용해시켜 일정 점도의 페이스트 상태를 유지시키는 역할을 한다. 이와같은 용매로는 180 ℃ 이상의 비점을 갖즌 부틸카비 톨아세테이트 (BCA), 부틸카비톨 (BC), 텍사놀 (Texanol), 터피네올 (Terpineol) 및 아이소아밀아세테이트 (Isoamyl asetate), 멘사놀 (Menthanol)등을 사용하는 것이 바람직하다. 이들 용제는 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 용제는 면광원 봉지재 조성물의 전체 페이스트 조성물에 대하여 8 내지 20 중량%, 바람직하게는 12 내지 16 중량%이다.

상기 세가지 성분으로 이루어진 면광원 장치용 면광원 봉지재 조성물은 40,000 내지 150,000 cps 점도를 갖는 것이 바람직하다. 상기 페이스트 조성물의 점도가 40,000 미만으로 너무 낮아지면 디스펜싱 단계에서 정량 토출량이 좋지 않고 유동 현상에 의해 씰층의 도폭폭과 높이의 불균일성이 일어나는 문제점이 있을 수 있으며, 반대로 150,000을 초과시 씰 페이스트 안정성이 떨어지고 봉착공정에 의한 씰 층이 형성되지 않는 문제점이 있을 수 있다.

본 발명에 따른 면광원 봉지재 조성물을 이용한 면광원 장치 봉지방법은, 상기 면광원 봉지재 조성물을 기판상에 선폭 2~3 mm, 높이 300 ~ 310 ㎛ 두께로 정량 토출하는 디스펜싱 단계; 200 ℃ 이하 바람직하게는 120 내지 150 ℃의 온도 범위 이내에서 10분간 건조하는 단계; 420 ℃에서 가소성하는 단계; 및 450 ℃에서 프릿재료를 용융해서 합착하는 것을 포함하는 소성 단계로 이루어지는 것이 바람직하다.

이하 실시예를 들어 본 발명의 실시 형태를 더욱 구체적으로 설명한다.

이하의 실시예들은 본 발명을 예증하기 위한 것으로서 본 발명의 범위를 국한시키는 것으로 이해되어서는 안될 것이다.

실시예 1

프릿 글라스로 PbO계를 사용하며 전체 프릿의 조성은 Al2O3 2.6 중량%, PbO 77.6 중량%, TiO2 8.0 중량%, B2O3 8.6 중량%, SiO2 2.2 중량% 그리고, Fe-Cr-Co 1.0 중량%이다.

바인더 고분자로 중량평균분자량 19만, 유리전이온도가 55 ℃의 IBMA 폴리머 그리고 용제로는 BCA 및 Terpineol을 혼합하여 표 1에 나타난데로 면광원 봉지재 조성물을 제조하였다.

제조된 면광원 봉지재 조성물을 디스펜싱법으로 기판 위에 정량토출하고,

120 ℃에서 10분간 건조한 다음 420 ℃ 가소성 후, 450 ℃에서 합착하여 씰층의 기포 상태를 확인하였다. 자세한 조성비,도포특성과 기포상태를 표1에 정리하였다.

실시예 2.

바인더 고분자로 니트로셀룰로오즈 RS40 (미원상사, 한국)를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 같다. 자세한 조성비,도포특성과 기포상태를 표1에 정리하였다.

실시예 3.

바인더 고분자로 에틸셀룰로즈 STD10 (Dow Chemical)를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 같다. 자세한 조성비,도포특성과 기포상태를 표1에 정리하였다.

실시예 4.

바인더 고분자로 중량평균분자량 10만, 유리전이온도가 100 ℃의 MMA 폴리머를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 같다. 자세한 조성비,도포특성과 기포상태를 표1에 정리하였다.

[표1]

면광원 봉지재 조성물 및 그로부터 수득된 씰 층 특성

	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4
프릿글라스	87중량％ (PbO함량:77.6중량％, 프릿글라스 대비)	87중량％ (PbO함량:77.6중량％, 프릿글라스 대비)	87중량％ (PbO함량:77.6중량％, 프릿글라스 대비)	87중량％ (PbO함량:77.6중량％, 프릿글라스 대비)
바인더	3중량％ (IBMA 폴리머)	0.3중량％ (NC 폴리머)	EC 폴리머: 2중량％	MMA 폴리머: 3.5 중량％
용제	BCA: 9중량％ Terpineol: 1중량％	BCA: 11.4중량％ Terpineol: 1.3중량％	BCA: 9.5중량％ Terpineol: 1.5중량％	BCA: 8중량％ Terpineol: 1.5중량％
점도	100,000 cps	50,000 cps	70,000 cps	90,000 cps
Pot life	4 개월	2 개월	6 개월	4 개월
기포 여부	○	◎	△	△
도포 특성	○	○	◎	○

본 발명에 의해 종래의 씰 페이스트와 달리 열분해 특성이 우수하고 소성후 잔재가 없어 기포 및 잔류가스가 전혀 없으며, 점도 경시 변화가 적고 친환경적인 면광원 봉지재 조성물을 제공할 수 있다.

Claims (10)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. PbO 58~80 중량%, TiO2 5~15 중량%, B2O3 5~15 중량%, Al2O3 1~5 중량%, SiO2 1~5 중량%와 흑색 피그먼트 0.5~2 중량%로 이루어지는 유리 프릿 70 내지 95 중량%; 1종 이상의 셀룰로오즈계 바인더 0.1 내지 5 중량%: 및 상기 바인더를 용해하는 용제 잔량으로 이루어지는 면광원 봉지재 조성물
6. 제 5항에 있어서, 상기 유리 프릿은 필러를 더 포함하는 면광원 봉지재 조성물
7. 제 6항에 있어서, 상기 필러는 PbTiO3, TiO2, ZrO2, Al2O3 또는 코디어라이트이고 상기 피그먼트는 Cu, Cr, Mn 및 Fe 금속산화물 1종 이상의 흑색 피그먼트인 면광원 봉지재 조성물
8. 제 5항에 있어서, 상기 용제가 부틸카비톨아세테이트, 부틸카비톨, 터피네올, 텍사놀, 멘사놀 및 이소아밀 아세테이트로 이루어지는 군에서 선택된 하나 이상의 화합물로 이루어지는 면광원 봉지재 조성물
9. 제 5항의 봉지재 조성물을 기판상에 일정 선폭과 높이로 정량 토출하는 디스펜싱 단계; 상기 디스펜싱된 페이스트 조성물을 200℃ 이하에서 건조하는 단계; 상기 건조된 페이스트 조성물을 가소성하는 단계; 상기 가소성된 페이스트 조성물을 소성하는 단계로 이루어지는 면광원 봉지 방법
10. 제 9항에 있어서, 상기 기판은 격벽 형성 방식으로 방전공간이 형성되어 있는 면광원 봉지 방법