KR100860878B1

KR100860878B1 - 플라즈마 디스플레이 패널의 격벽용 저융점 유리 조성물

Info

Publication number: KR100860878B1
Application number: KR1020070039149A
Authority: KR
Inventors: 김형순; 성우경; 황성진; 김진호
Original assignee: 인하대학교 산학협력단
Priority date: 2007-04-23
Filing date: 2007-04-23
Publication date: 2008-09-30

Abstract

본 발명은 플라즈마 디스플레이 패널(PDP)의 하판에 사용되는 격벽용 유리조성물에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, PDP의 격벽을 형성하기 위한 저융점 유리 조성물로서, 각각 몰%로, P₂O₅ 28∼40%, V₂O₅ 27∼40%, B₂O₃ 5∼25%, 및 ZnO 10∼30%를 주성분으로 하여 구성되는 PDP의 격벽용 저융점 유리 조성물이 제공된다.

본 발명에 의하면 납 성분을 포함하지 않아 토양 및 수질 오염 등 환경오염을 예방할 수 있고, 제품의 경량화를 실현할 수 있으며, 아울러 소다라임(soda-lime) 유리기판에 적용하기 위한 저온소성이 가능하여 친환경 저가 플라즈마 디스플레이 패널의 생산에 효과가 있다.

PDP, 격벽, 무연조성, 저온소성

Description

플라즈마 디스플레이 패널의 격벽용 저융점 유리 조성물{Glass Compositions of Low Firing Temperature for Barrier Rib in PDP}

도 1은 일반적인 플라즈마 디스플레이 패널 소자의 구조를 나타낸 사시도.

본 발명은 플라즈마 디스플레이 패널(PDP)의 격벽용 저융점 유리 조성물에 관한 것으로, 보다 자세하게는 PDP의 격벽용 유리로서 요구되는 물성을 충분히 만족시키면서도 저가의 산화물들을 이용하여 제조코스트를 저감할 수 있는 PDP의 격벽용 유리 조성물에 관한 것이다.

PDP는 TFT 액정표시소자(LCD), 유기 EL, FED 등과 함께 차세대 표시 소자로 각광을 받고 있다. PDP소자는 격벽(barrier-rib)에 의해 격리된 방전 셀 내에서 He+Xe 또는 Ne+Xe 가스의 방전시 발생하는 147㎚의 자외선이 Red, Green, Blue의 형광체를 여기시켜 그 형광체가 여기 상태에서 기저상태로 돌아갈 때의 에너지 차에 의한 발광현상을 이용하는 표시소자이다. 이러한 PDP는 박막화와 대형화가 용이할 뿐만 아니라 최근의 기술 개발에 힘입어 크게 향상된 화질을 제공한다.

첨부한 도 1을 참조하면, 어드레스 전극(11)이 실장된 하부 유리기판(12)과 유지전극쌍(13)이 실장된 상부 유리기판(14)을 구비하는 교류 구동방식의 PDP가 도시되어 있다. 어드레스 전극이 실장된 하부 유리기판 상에는 유전체 후막(15)과 방전 셀들을 분할하는 격벽(16)이 형성된다. 유전체 후막과 격벽의 표면에는 형광체(17)가 도포된다. 형광체는 플라즈마 방전시 발생되는 자외선에 의해 발광함으로써 가시광선이 발생된다. 유지전극쌍이 실장된 상부 유리기판(16)에는 유전층(17)과 보호막(18)이 순차적으로 형성된다. 유전층은 플라즈마 방전시 벽전하를 축적하게 되고, 보호막은 플라즈마 방전시 가스 이온의 스퍼터링으로부터 유지전극쌍과 유전층을 보호함과 아울러, 이차전자의 방출효율을 높이는 역할을 한다. 이러한 PDP의 방전 셀들에는 He+Xe 또는 Ne+Xe의 혼합가스가 봉입된다. 격벽은 방전 셀간의 전기적, 광학적 크로스토크(Crosstalk)를 방지하는 역할을 한다. 따라서, 격벽은 표시품질과 발광효율을 위한 가장 중요한 요소이며 패널이 대형화, 고정세화됨에 따라 격벽에 대한 다양한 연구가 이루어지고 있다.

종래의 플라즈마 디스플레이 패널의 격벽용 유리 조성물들은 열적 특성에 맞추어 비교적 낮은 소성온도, 기판과 비슷한 선팽창계수, 적당한 유전상수 특성을 지닌 PbO, B₂O₃ 및 SiO₂를 주성분으로 하고 있다. 예를 들면, 플라즈마 디스플레이(PDP)의 격벽에 쓰이는 주 조성물은 50∼70wt%의 PbO와 20∼30wt%의 SiO₂와 3∼10wt%의 B₂O₃와 2∼7wt%의 Al₂O₃를 포함하는 것이 된다. 하지만, 격벽을 형성하기 위해서는 하부 유리기판상에 도포된 격벽형성 재료의 70% 이상이 제거되어 슬러리 상태로 버려진다. 이때, 격벽재료의 모상유리는 저융점 유리로서 납 산화물을 주성분 을 함유하고 있다. 이는 인체에 해롭고 환경오염에도 심각한 영향을 끼치며 제품 폐기 시 폐수 중의 산 또는 알카리 용액과 화학 반응을 일으키게 되면 토양 및 수질 오염에 의한 환경 공해를 유발하는 문제점이 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 한국공개특허 10-2006-0091913에는 B₂O₃가 10 내지 45중량%, P₂O₅ 5 내지 15중량%, ZnO 20 내지 55중량% 및 SrCO₃ 10 내지 30중량%를 함유한 무연 조성 격벽 형성용 유리조성물이 제안되어 있다. 하지만 이 조성물은 유리 전이점, 연화점이 비교적 높아 변형온도가 낮은 일반 소다라임 유리 대신에 PDP용 특수 유리인 PD200을 유리 기판으로 사용하고 있는 실정이다. 따라서, Pb를 함유하지 않는 유리 조성물 개발과 가격이 낮은 소다라임 유리 적용을 위한 낮은 온도에서 소성 가능한 유리 조성물의 개발을 위한 연구가 계속해서 이루어지고 있다.

예를 들면, 일본공개특허 2001-130926에는 시차 열분석에 의한 연화점 온도가 대략 500℃ 전후이고, 선열팽창 계수가 81∼85ㅧ10^-7/℃인 저융점 유리 조성물이 개시되어 있다. 그러나 이 조성물은 Pb를 함유하지 않은 친환경 유리 조성물에는 부합하나 구성성분 산화물로서 SiO₂를 과량으로 포함하여 유리전이점 상승의 요인이 되어 기판유리로 소다라임 유리적용을 위한 520℃이하의 소성온도를 확보하기에는 적합하지 않다는 문제가 있다.

또한 일본공개특허 2001-139344에는 P₂O₅-B₂O₃-ZnO-SnO계 유리 조성물이 개시 되어 있으나, 이 조성물은 고가의 SnO를 다량 함유함으로써 유리 조성물의 제조단가를 크게 상승시키는 문제가 있다.

본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 Pb성분을 전혀 사용하지 않아 환경오염 문제를 해결하고, 동시에 유리 조성물을 구성하는 산화물 원료를 비교적 저가인 것으로 채택함에 의해 제조단가를 낮추면서도 낮은 소성온도(520℃ 이하) 등 PDP 격벽용 유리 조성물로서 갖추어야 할 물성들은 종래의 것과 적어도 동등한 상태로 유지하여 소다라임 기판에 적용할 수 있는 격벽용 유리 조성물을 제공함에 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, PDP의 격벽을 형성하기 위한 저융점 유리 조성물로서, 몰%로, P₂O₅ 28∼40%, V₂O₅ 27∼40%, B₂O₃ 5∼25%, 및 ZnO 10∼30%를 주성분으로 하여 구성되는 것을 특징으로 하는 PDP의 격벽용 저융점 유리 조성물이 제공된다.

본 발명에서 상기 P₂O₅, V₂O₅는 유리를 /구성하기 위한 필수성분인 유리 형성 산화물로서, 그 비율 P₂O₅/V₂O₅이 0.8∼1.2가 되도록 제한하는데, 그 이유는 이 성분비에 벗어나면 유리의 열적 특성(T_g, T_s)이 떨어지기 때문이다. P₂O₅의 함량을 28 내지 40mol% 첨가하는데, 그 미만에서는 낮은 전이점을 얻기 힘들며 이를 초과하면 유리의 내수성이 감소한다.

또한, B₂O₃는 유리 형성 산화물로서 유리 전이점을 높이는 역할을 하고 유리 전이점 이후에 결정화 피크가 없는 안정한 유리를 얻을 수 있게 도와 준다. 안정한 유리를 얻기 위해서 5 내지 25mol% 범위에서 선택되는 것이 바람직한데, B₂O₃가 너무 많으면 유리 전이점이 너무 높고 5mol% 미만에서는 유리의 안정화를 기대하기 어렵다.

ZnO는 유리 수식제로서 유리를 안정화시키는데 효과가 있다. ZnO 함량이 너무 많으면 결정화가 일어나기 쉬우므로 10 내지 30mol% 범위 내에서 선택한다.

(실시예)

이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다.

유리 조성물의 구성성분 (mol%)	실시예
유리 조성물의 구성성분 (mol%)	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
P₂O₅	30	33	35	38	40	28	30	33	35	38
V₂O₅	30	32	35	37	40	27	30	32	35	37
B₂O₃	10	10	10	10	10	25	20	15	10	5
ZnO	30	25	20	15	10	20	20	20	20	20

본 발명에 따른 유리 조성물의 분말은 상기 표 1에 나타낸 각 성분조성이 되도록 원료 산화물의 혼합배치를 만든 후, 이를 백금 도가니에 넣고 1000∼1200℃에서 30∼60분 동안 용융시킨 다음, 분말 시료와 벌크시편을 제조하여 전이점, 연화점, 열팽창계수, 내수성 등을 측정하였으며, 그 결과를 표 2에 나타내었다.

각 물성들에 대한 측정은 다음과 같이 하였다. 즉, 전이점(T_g)은 DTA(Differential Thermal Analysis)를 이용하여 10℃/min의 승온 속도로 1000℃까지 측정하였다. 그리고 연화점(T_ds)과 열팽창계수(CTE)는 딜라토미터(Dilatometer)를 이용하여 5℃/min의 승온 속도로 측정하였다.

유리조성물의 특성		실시예
유리조성물의 특성		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
전이점	DTA	357	350	344	370	375	348	340	358	353	369
전이점	딜라토미터	340	343	345	367	369	337	338	355	350	364
딜라토미터 연화점 (℃)		383	382	386	406	412	380	382	391	390	401
열팽창계수 (×10^-7/℃)		131	125	125	132	129	128	129	120	130	128

상기 표 2에서 보는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1∼5는 P₂O₅와 V₂O₅의 함량비와 B₂O₃의 함량(10mol%)을 고정시키고 ZnO의 함량 변화에 따른 열적 특성을 나타낸 것이고, 실시예 6∼10은 P₂O₅와 V₂O₅의 함량비와 ZnO(20mol%)을 고정시키고 B₂O₃의 함량 변화에 따른 열적 특성을 나타낸 것이다. 이 결과로부터, 본 발명의 유리 조성물의 유리전이점은 대략 340∼370℃, 딜라토미터 연화점은 대략 380∼400℃의 값을 나타내었다.

재료의 온도와 점도와의 관계에서 일반적으로 점도가 10^13.3(dPa·s) 일 경우를 유리전이점, 10^9-10(dPa·s)일 경우를 딜라토미터 연화점이라고 한다. 소성의 경우 점도 10⁴ 전후에서 이루어진다는 사실을 고려한다면, 재료의 점도와 온도의 관계를 바탕으로 본 발명의 유리조성물은 현재 고왜점유리 PD200 유리기판에 상용적으로 사용되는 유리조성물(550℃소성용)의 유리전이점(450∼470℃)과 비교해 현저히 낮은 열적 특성을 나타내고 있어 왜점이 낮은 소다라임 기판에의 적용을 위한 500℃이하에서 소성이 가능하다는 것을 시사한다.

본 발명의 플라즈마 디스플레이 패널의 격벽용 유리조성물은 종래의 SiO₂나 SnO 등을 대신하여 P₂O₅, V₂O₅, B₂O₃, ZnO를 주성분으로 함으로써 인체에 무해하고 환경오염 문제를 해결할 수 있으며, 동시에 낮은 소성온도를 가져 기판으로 저가의 소다라임 유리기판을 적용할 수 있을 정도로 충분한 열적 특성을 보유함으로써 향후 PDP의 제조단가를 낮추는 등 경제적 파급효과가 크게 기대된다고 할 수 있다.

Claims

PDP의 격벽을 형성하기 위한 저융점 유리 조성물로서,

각각 몰%로, P₂O₅ 28∼40%, V₂O₅ 27∼40%, B₂O₃ 5∼25%, 및 ZnO 10∼30%로 구성되는 것을 특징으로 하는 PDP의 격벽용 저융점 유리 조성물.