KR100827012B1

KR100827012B1 - 플라즈마 디스플래이 패널용 투명유전체 조성물

Info

Publication number: KR100827012B1
Application number: KR1020060124417A
Authority: KR
Inventors: 정경원; 강민수; 민동기; 김광석
Original assignee: 주식회사 다이온
Priority date: 2006-12-08
Filing date: 2006-12-08
Publication date: 2008-05-06

Abstract

본 발명은 플라즈마 디스플래이 패널(PDP)용 투명유전체 유리조성물에 관한 것으로서, Bi₂O₃ 10∼20mol%, BaO 1∼20mol%, Al₂O₃ 0∼10mol%, B₂O₃ 20∼60mol%, ZnO 20∼60mol%, SiO₂ 0∼10mol%, Co₃O₄ 0∼5mol%, CuO 0~5mol%, NiO 0~5mol%를 포함하면서 납(Pb) 성분이 함유되어 있지 않아 환경친화적인 특성을 가지면서, 특히 저온소성이 가능하다는 특징이 있다. 본 발명의 플라즈마 디스플래이 패널용 유전체 조성물의 열팽창계수는 75∼95 x 10^-7/℃, 유전상수는 11∼14, 연화점이 420∼470℃, 소성온도는 480∼540℃로서 저온소성이 가능하다. 특히 PDP용 유리기판으로 쓰이고 있는 PD200 유리기판을 소다라임 유리기판으로 대체할 수 있는 장점을 가지고 있다. 따라서 본 발명의 무연 및 저온소성 투명유전체 재료를 이용한 PDP는 소자의 수명 증대와 함께 제조원가 절감의 효과가 있다.

플라즈마, PDP, 디스플래이, 패널, 투명, 유전체

Description

플라즈마 디스플래이 패널용 투명유전체 조성물{Lead-free dielectric composition for plasma display panel}

도 1은 종래기술의 일실시예의 사시도.

본 발명은 플라즈마 디스플래이 패널(plasma display panel; 이하‘PDP'라 한다)용 투명유전체 조성물에 관한 것으로, 특히 환경 유해물질인 납(Pb)성분을 함유하지 않으며 저온소성이 가능한 투명유전체 조성물에 관한 것이다.

PDP는 불활성 기체의 방전에 의한 플라즈마 생성을 통하여 바탕기체를 형성하고, 형광체를 발광시키는 진공자외선(파장 약 147nm)이 적, 녹, 청색광 형광체에 조사되어 가시광을 발생시키고 이 빛을 조합해 화상을 구현하게 된다. 이러한 PDP는 박형, 경량이면서 대화면 표시가 가능하고, 넓은 광시야각, 완전 컬러가 용이할 뿐만 아니라 고화질 디지털 TV 방송 서비스 도입과 함께 고해상도 HDTV 등 차세대 디스플래이의 하나로 주목을 받고 있다.

도 1을 참조하면 전면기판(1)은 투명전극(2), 버스(bus)전극(3), 투명유전체(4), MgO 보호막(5), 블랙 스트라이프(black stripe)(6) 등으로 이루어져 있으며, 배면기판(7)은 어드레스(address)전극(8), 백색유전체(9), 격벽(10) 등으로 이루어진다. 또한 형광체(R, G, B)(11)는 두 기판 사이에 배치되어 Xe, Ne 등 방전가스가 채워진다.

본 발명은 도 1의 투명유전체(4)를 구성하는 조성물에 관한 것이다. 투명 유전체 조성물은 주로 PbO-SiO₂-B₂O₃, PbO-B₂O_3,PbO-SiO₂-P₂O₅계의 유리 조성이 사용되고 있다. 이와 같은 PbO계 유전체 재료는 소성온도가 비교적 높고, 중금속인 납(Pb)을 포함하고 있어 인체 및 환경적으로 매우 유해한 물질이기 때문에 세계 각국에서 규제 대상이 되고 있다.

대한민국 특허공개 제2002-33006호에서 Pb-free계 투명 유전체용 유리 조성물로서 BaO-B₂O₃-ZnO계 유리 조성물을 개시한 바 있으나, 비교적 높은 유리전이온도를 가져 실제 PDP 패널에 적용하기에는 다소 무리가 있다.

PDP용 기판유리로는 일반 소다라임 유리와 변형온도가 높은 PD200이 있는데, 소다라임 유리의 변형점은 500℃ 부근이기 때문에 패널 제작 시 열처리 공정 중에서 열변형이 쉽게 생겨 PDP 개발이 진행됨에 따라 점차 대형화 추세에 있어 열팽창에 따른 치수변형 등의 문제로 현재는 PDP용 유리기판(PD200)이 적용되어 왔다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점인 납(Pb)성분을 포함하고 있는 문제점, PDP용 유리기판이 소다라임 유리기판에 비해 가격이 월등히 높다는 문제점을 해결하기 위해 고안된 것이다.

즉, 본 발명의 목적은 PbO를 포함하지 않는 유전체 조성물로서, 낮은 소성온도를 가지며 전극(Ag)과의 반응성이 없는 투명 유전체용 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 PDP용 유리기판 대신 소다라임 유리기판으로 대체가 가능한 재료를 제공하는 것이다.

본 발명의 상기 목적은 유리 조성물의 주성분이 Bi₂O₃, BaO, SiO₂, B₂O₃, ZnO, Al₂O₃를 포함하여 이루어진 PDP용 투명유전체 재료 조성물에 의해 달성된다. 본 발명에 따른 투명유전체 조성물은 Bi₂O₃ 10∼20mol%, BaO 1∼20mol%, Al₂O₃ 1~10mol%, B₂O₃ 20∼60mol%, ZnO 20∼60mol%, SiO₂ 0∼10mol%, Co₃O₄ 0∼5mol%, CuO 0~5mol%, NiO 0~5mol%임을 특징으로 한다.

본 발명의 PDP용 투명유전체 유리 조성물은 저온에서 소성이 가능하고 높은 광투과율, 적절한 열팽창계수 및 유전상수로 투명유전체가 요구하는 특성으로 적합하다.

본 발명의 PDP용 투명유전체 유리 조성물은 소성온도가 480∼540℃로서 저온 소성이 가능하고 50∼350℃ 온도범위에서 열팽창계수가 75∼95 x 10^-7/℃로 소다라임 판유리와 유사한 수준을 나타내기 때문에 기존 PDP용 유리기판으로 대체 적용하기가 적합하다.

이하, 본 발명에 대해 보다 상세하게 설명한다.

Bi₂O₃는 본 발명의 조성물에서 유리형성제로 작용하여 유리를 안정화시키고 유리연화점을 낮추고 유전상수, 열팽창계수를 높이는 역할을 한다. Bi₂O₃의 함량 증가는 연화점이 낮아져 소성온도를 낮출 수 있으나 그 양이 많으면 유전율이 상승한다는 관점에서 10∼20mol% 범위가 적당하다.

BaO는 본 발명조성에서 유리 수식제로 작용하여 유리연화점을 낮추고 유전상수, 열팽창계수를 높이는 역할을 하며 유리를 안정화시키는 역할을 한다. 그 함량이 너무 많으면 유전상수와 열팽창계수가 매우 커지므로 1∼20mol% 범위가 적당하다.

B₂O₃는 유리를 구성하기 위한 필수성분인 유리형성제로 작용하여 SiO₂와 함께 유리연화점을 높이는 역할을 한다. 그 함량이 너무 많으면 연화점이 상승하며 겔화(gelation) 현상이 발생하므로 20∼60mol% 범위가 적당하다.

ZnO는 유리 수식제로 작용하여 유리를 화학적으로 안정화시키고 유리연화점, 유전상수, 열팽창계수를 낮추는 역할을 한다. 그 함량이 너무 많으면 유리조성물 소성시 전극변색이 유발되므로 20∼60mol% 범위가 적당하다.

Al₂O₃는 본 발명조성에서 필수성분으로써 유리를 안정화시키는 역할을 한다. 그 함량이 너무 많으면 연화점이 높아지고 그 함량이 너무 작으면 유리 안정성의 저하로 결정화가 일어나므로 1∼10mol% 범위가 적당하다.

SiO₂는 본 발명에서 보조성분으로써 유리를 화학적으로 안정화시키는 역할을 하나 유리전이온도와 연화점을 크게 높인다. 그 함량이 너무 많으면 연화점이 크게 상승하므로 0∼10mol% 범위가 적당하다.

Co₃O₄, CuO 및 NiO는 기능성 첨가제로써 유리조성물 기준으로 각성분이 0∼5mol%로 첨가되거는 각 조합의 성분합이 0~5mol%로 첨가되는 것이 적당하다. 기능성 첨가제의 양이 지나치게 많으면 유리 안정성의 저하가 초래되므로 상기 범위 내에서 조절하는 것이 바람직하다.

본 발명의 무연 및 저온소성 투명유전체 제조방법을 간단히 설명하면 다음과 같다.

상기의 성분들을 적절한 mol%로 칙량 및 혼합하여 900∼1300℃에서 용융시킨 후 건식으로 급랭한다. 그리고 이 급랭물을 1차 조분쇄를 한 후 2차 미분쇄한 유리분말을 분급함으로써 본 발명의 무연 및 저온소성 투명유전체 유리분말을 얻는다.

본 발명의 유전체 유리분말은 1∼3㎛의 평균 입경을 가질 수 있으며 통상적으로 사용되는 비히클(vehicle)과 적당한 비율로 혼합하여 페이스트 상태로 소다-라임(soda-lime) 기판유리 위에 단위막(건조막)을 코팅한 후 건조 및 소성함으로써 목적하는 PDP용 투명유전체를 제조할 수 있다.

본 발명의 유전체 재료는 PDP용 투명유전체용으로 적합하였다. 일반적으로 PDP용 유전체 재료가 가져야할 특징으로서는 낮은 소성온도, 소성 후 높은 광 투과율, 기판과 비슷한 열팽창계수, 적절한 유전상수의 특성이 요구된다.

본 발명에 의한 유전체 조성물은 연화점이 낮아 480∼540℃에서의 저온소성이 가능하고 PbO를 함유하지 않아 환경친화적이고 인체에 무해한 특징이 있다.

또한 본 발명의 유전체 조성물의 광 투과율은 80%이상을 보여 주었으며, 열팽창계수는 75∼95 x 10^-7/℃를 나타내어 PDP용 기판과 비슷한 열팽창계수 값을 보여주어 열처리 도중에서 일어날 수 있는 균열이나 뒤틀림을 막기 위해 열팽창계수의 매칭성에 적합함을 알 수 있었다. 또한 유전상수는 11∼14의 값을 나타내어 낮은 유전상수를 가져 PDP용 투명유전체로서 적합하다. 특히 PDP용 유리기판으로 쓰이고 있는 PD200 유리기판을 소다라임 유리기판으로 대체할 수 있는 장점을 가지고 있다.

<실시예 1∼3>

하기 표 1과 같은 적절한 mol%로 칙량 및 혼합하여 1100℃에서 용융시킨 후 건식으로 급냉시켰다. 그리고 이 급냉물을 1차 조분쇄, 2차 미분쇄 과정을 거쳐 1∼3㎛의 평균 입경을 가지는 투명유전체 유리분말을 제조하였다.

평균입경은 입도분석기(Mastersizer 2000, Malvern, UK)를 이용하여 측정하였다.

유리전이온도(Tg), 연화온도(Tdsp), 열팽창계수(TEC)는 열분석기(TMA : TMA-60, Shimadzu, Japan)를 사용하여 승온속도 10℃/min으로 측정하였으며 열팽창계수는 50∼350℃의 범위에서 기울기로부터 측정하였다.

유전상수는 LCR meter(HP-4277A, USA)를 이용하여 상온에서 측정하였다. 시편의 준비는 5mmφ 원주형의 bulk시편을 제조하여 SiC 연마지로 경면 연마 후 Ag 전극을 형성하여 측정하였다. 유전상수는 다음 식 K=AtC/ε₀를 이용하여 계산하였다. (여기서 ε₀는 진공에서의 유전 상수(8.854*10^-12F/m^-1), K는 상대적 유전 상수, t는 시편의 두께, C는 정전용량(capacitance), A는 전극의 면적을 의미한다.)

광투과율은 UV-가시광선 분광광도계(V-570, Jasco, Japan)을 이용하여 측정하였다. 480℃∼540℃에서 소성된 투명유전체 막에 대해서 빛의 300~800nm 파장대에서의 투과율(R.G.B.형광체의 발광영역에 해당하는 파장대에서의 광투과율) 범위에서 기준파장 550nm에서 직진광 투과율로 측정하였다. 결과를 하기 표 1에 게시하였다.

<비교예>

산화납을 포함하는 일본 아사히 글래스사(Asahi glass)의 투명 유전체용 유리분말 YFT-340(PbO 21mo%, SiO₂ 16mol%, B₂O₃ 50mol%, BaO 12mol%, CuO 0.5mol%)을 사용하여 580℃에서 소성하여 PDP 투명 유전체층을 형성하였다.

실시예 1과 동일한 방법으로 유리전이온도(Tg), 연화온도(Tdsp), 열팽창계 수(TEC), 유전상수 및 광투과율을 측정하여 하기 표 1에 게시하였다.

<표 1>

구분	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예
Bi₂O₃	10	10	15	-
PbO	-	-	-	21
BaO	5	10	5	12
SiO₂	-	5	-	16
B₂O₃	30	40	45	50
ZnO	30	30	30	-
Al₂O₃	5	5	5	-
CoO	0.1	0.1	0.1	-
CuO	-	-	-	0.5
Tg(℃)	446	448	440	472
Tdsp(℃)	466	469	457	498
TEC(x10^-7/℃)	87	85	86	83
유전상수	12.9	13.2	13.4	11.8
광투과율 (550nm)	80	83	81	82

실시예 1~3은 상기 표 1에 나타나 있는 바와 같이 낮은 연화점을 나타내기 때문에, 480∼540℃의 저온에서 소성이 가능하였고 열팽창계수는 75∼95 x 10^-7/℃를 나타내었으며, 유전상수는 11∼14의 값을 나타내어 PDP용 투명유전체로서 적합함을 알 수 있었다. 또한 제조된 투명 유전체층은 기준파장 550nm에서 80% 이상의 높은 광투과율을 나타내었고, 황변 현상은 나타내지 않았다. 특히 이렇게 얻어진 본 발명의 투명유전체는 납(Pb)성분을 포함하지 않기 때문에 환경친화적이고 인체에 무해하며 PDP용 유리기판 대신 소다라임 유리기판으로 대체할 수 있는 장점을 가지고 있다.

전술한 본 발명의 플라즈마 디스플래이 패널용 투명유전체 조성물은 결정을 제어하고 종래의 주성분인 납성분을 포함하지 않기 때문에 환경친화적이고 인체에 무해하며, 저온소성이 가능하다는 특징이 있다. 본 발명의 PDP용 투명유전체는 80% 이상의 고투과율을 가지며 열팽창계수는 75∼95 x 10^-7/℃를 나타내며, 유전상수는 11∼14의 값을 나타내었다. 특히 PDP용 유리기판 대신 소다라임 유리기판으로 대체할 수 있는 장점을 가지고 있다.

Claims

Bi₂O₃ 10∼20mol%, BaO 1∼20mol%, Al₂O₃ 1∼10mol%, B₂O₃ 20∼60mol%, 및 ZnO 20∼60mol%를 포함하는 플라즈마 디스플래이용 투명유전체 유리 재료.
제 1 항에 있어서, 0.1∼10mol%의 SiO₂를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플래이용 투명유전체 유리 재료.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 0.1∼5mol%의 CoO, 0.1∼5mol%의 CuO, 0.1~5mol% NiO 로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플래이용 투명유전체 유리 재료.