KR20040080522A

KR20040080522A - 무연 ac-pdp 전극용 은 페이스트 프릿 개발

Info

Publication number: KR20040080522A
Application number: KR1020030015340A
Authority: KR
Inventors: 최승철; 김형수; 심동일; 조항노
Original assignee: 최승철; 김형수; 심동일; 조항노
Priority date: 2003-03-12
Filing date: 2003-03-12
Publication date: 2004-09-20

Abstract

본 발명은 납성분을 함유하지 않는 Bi계 AC-PDP(Plasma Display Panel)전극용 은페이스트 프릿(silver paste frit)의 제조 방법을 개시한다.

본 발명은 납성분이 함유되지 않은 AC-PDP(Plasma Display Panel) 전극용 은 페이스트 프릿(silver paste frit)으로 일반적으로 사용되는 PbO대신 Bi2O3를 주성분으로 프릿(frit)을 얻기 위한 Bi2O3의 함량과, 다른 화합물들의 조성으로 이루어진 유리로 전자부품에 피해가 없는 낮은 연화점과, 열충격과 크랙을 방지하기 위해 적합한 열팽창계수와, 전기적 특성이 요구된 유전상수와, 내산성을 제공한다.

이와 같은 본 발명은 통상적으로 인체와 환경에 유해한 기존의 PbO 대신 Bi2O3를 사용한 친환경적인 재료로 스크린 프린팅법으로 후막처리된 AC-PDP전극용 은 페이스트 프릿(silver paste frit)으로 사용될 수 있다.

Description

무연 AC-PDP전극용 은 페이스트 프릿 개발{Development of pb free frit in silver paste for AC-PDP(plasma display panel)electrode}

본 발명은 무연 AC-PDP 은 페이스트 프릿(silver paste frit) 개발에 관한 것으로, 지금까지 사용되어진 인체에 유해한 PbO대신 Bi2O3를 주성분으로 하는 은 페이스트 프릿(silver paste frit)의 제조에 관한 것이다. 현재 평판 디스플레이 시장점유율이 전체 디스플레이 시장에서 급속히 커가고 있다. PDP(Plasma Display Panel)는 넓은 광시야각, 풀 칼라, 빠른 응답 속도, 대형이면서 두께가 얇은 장점으로 가정용 벽걸이 TV, 사무실의 회의용, 공공 장소의 대형 표시 기구로 이용할 수 있다. 평판 디스플레이의 발달로 대형, 박막화가 추진되고 있는바, PDP는 이러한 평판디스플레이중 대형화가 가능하면서 가장 빨리 양산화되고 있는 유력한 분야로서 향후 급속한 발전이 예상되면 여기에 소요되는 PDP의 핵심소재인 전극용 은 페이스트 프릿(silver paste frit)을 개발하였다. 이 전극용 은 페이스트(silver paste)는 PDP의 특성에 지대한 영향을 미치는 핵심이다. PDP는 원재료의 대부분이 페이스트(paste)류로 인쇄 및 기타 가공방법을 통하여 구조를 형성시킨다. 페이스트는 유전체(glass paste)와 전극 페이스트( 어드레스(address)전극 , 버스(bus)전극으로 구분할 수 있으며, 프릿은 이중 가장 고가이며 원재료비의 상당부분을 차지하고있는 전면유리(rear glass)기판위의 전극(electrode)에 첨가되는 재료이다. PDP는 방전 셀의 구조적 차이와 이에 따른 구동전압의 형식에 따라 크게 DC-PDP와 AC-PDP로 분류된다.

도 1은 AC-PDP 구조로 전면 기판에 sustain전극, 투명 유전체, MgO보호막을 형성하고, 후면 기판에는 어드레스(address)전극, 유전체, 격벽, 형광체로 구조가 이루어진다.

배면유리 및 격벽에 의해 셀을 분리시켜 그 내부에 Ne가스에 Ar, Xe을 소량 첨가하여 음극과 양극에 의한 전압을 가해 방전 결과로 나온 자외선으로 인한 형광체(phosphor)에서 발생된 빛을 이용한 것이다. PDP구조에서 은 페이스트 프릿(silver paste frit)은 작은 구동전압으로 방전을 유지 할 수 있게 해주며 발광효율 향상 등 중요한 역할을 한다. 일반적으로 은 페이스트 프릿(silver paste frit)의 요구 조건은 유전상수는 10∼14이며, 피접착제간의 열응력 발생을 방지하기 위해서 재료간의 열팽창 계수의 정합을 위해 유리판넬과 비슷해야하며 접착시의 열에 의한 소자와의 반응을 억제하고 각 기능을 손상시키지 않기 위해서 연화점은 공정온도(530∼600℃)보다 낮아야 한다.

이 외에도 피 접착제사이의 기밀성과 화학적 안정성이 우수하여야 한다.

일반적으로 은 페이스트 프릿(silver paste frit)은 PbO가 주성분으로 많이 이용되어졌다. 하지만 PbO는 인체나 환경적으로 매우 유해한 물질이기에 앞으로 세계 각국에서 규제대상이 되어가고 있다.

이전까지는 PbO를 주성분으로 PbO-SiO2-P2O5, PbO-B2O3계 등이 주로 사용되고 발명되었다. PbO계는 인체와 환경적으로 매우 유해하며, 납을 포함하지 않는 P2O5-ZnO, SiO2-B2O3계 프릿(frit)등은 Li, Na, K등 알카리금속이온이 함유된 재료로 이들 유리는 사용시 전계부하에 따른 이온들의 고속이동이 시스템에 좋지 않은 영향을 미칠 수가 있다. 또한 P2O5-ZnO계 유리는 유리 형성 산화물인 P2O5을 다량으로 함유하고 있기 때문에 화학적 안정성과 기계적 강도가 떨어지고 열팽창계수가 커지며 P2O5계 유리의 결점인 발포 현상의 발생으로 인한 많은 문제점을 가지고 있다.

따라서 전자부품에 유해한 알카리금속이온을 함유하지 않고, 앞으로 환경유해성 물질에 대한 규제가 심해짐에 따라 현재 주로 사용되고 있는 환경 및 인체에 유해한 PbO을 주성분으로 하는 유리를 대신하여 이를 대체할 수 있는 새로운 조성의 무연 AC-PDP전극용 은 페이스 프릿(silver paste frit) 재료의 개발이 필요하다.

무연 AC PDP전극용 은 페이스트 프릿(silver paste frit)은 작은 구동 전압으로 전극(electrode)의 전압을 유지할 수 있게 하기 위해서 큰 유전율을 가져 표면 전하를 축적하는 기능을 한다.

이 같은 종래의 PbO-SiO2-P2O5, PbO-B2O3계 뿐만 아니라 P2O5-ZnO, SiO2-P2O5계 중 PbO는 인체와 환경에 매우 유해한 물질로 수년내에 사용금지가 확실시되기에 환경적인 측면을 위한 대채 재료를 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 납이 포함하지 않는 P2O5-ZnO, SiO2-P2O5계 유리등의 물성을 보완하고 Bi2O3를 주조성으로 스크린 프린팅법으로 후막처리된 무연AC-PDP전극용 은 페이스트 프릿(silver paste frit) 재료로 적용하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 무연 은 페이스트 프릿(silver paste frit) 재료인 Bi계 유리로 열에 의한 소자와의 반응을 억제하고 각 기능을 손상시키지 않기 위해서 연화점을 420∼480℃, 피접착제간의 열응력 발생을 방지하기 위해서 재료간의 열팽창간 정합을 위해 열팽창계수는 7.8∼9.7E-6/℃, 이 외에도 피 접착제사이의 기밀성과 화학적 안정성이 우수하고 작은 구동 전압으로 방전을 유지하기위해 비유전율은 10∼14, 내산성은 0.7%이하인 무연 AC-PDP전극용 은 페이스트 프릿(silver paste frit) 재료에 적합성을 제공한다.

본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람에 의해 첨부된 표를 참조하여 아래에 기술에 기술되는 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

도 1은 종래기술에 따른 AC-PDP 구조를 도시한 도면

도 2는 종래기술에 따른 AC-PDP전극용 은 페이스트 프릿(silver paste frit)개발 제조 공정도

도 3은 종래기술에 따른 AC-PDP전극용 은 페이스트의 제조공정도

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

1 : 투명 유전체 후막 2 : 전면 유리기판

3 : 투명 전극 4 : 버스 전극

5 : 보호막 6 : 격벽

7 : 형광체 8 : 어드레스 전극

9 : 후면 유리기판

상기한 목적달성을 위한 본 발명은 무연 AC-PDP전극용 은 페이스트 프릿 재료로 Bi2O3, B2O3, SiO2, Al2O3, ZnO 를 조성으로 한 무연 유리에 관한 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 AC-PDP 구조로 전면 기판에 sustain 전극, 투명 유전체, MgO보호막을 형성하고, 후면 기판에는 어드레스(address)전극, 유전체, 격벽, 형광체로 구조가 이루어진다. AC-PDP구조에서 은 페이스 프릿(silver paste frit)은 작은 구동전압으로 전도성을 유지 할 수 있는 전극(electrode) 사용되며 이는 발광효율 향상 등 중요한 역할을 한다

도 2는 무연 AC-PDP전극용 은 페이스트 프릿(silver paste frit) 제조방법을 설명한다.

도 3은 무연 AC-PDP전극용 은 페이스트의 제조방법을 설명한다.

유리 제조에서 조성은 Bi2O3, B2O3, SiO2, Al2O3, ZnO를 사용하였다. 유리 제조를 위한 조성을 표 1에 나타난 조성비에 따라 칭량한 후 습식 볼밀로 milling한 후 24시간 이상 건조하여 혼합 분말을 얻었다. 혼합 분말을 알루미나 도가니에 넣고 1050℃∼1100℃에서 2시간 동안 충분히 용융시킨 후 급랭하여 유리를 제조하였다. 제조된 유리는 볼밀법으로 충분히 분쇄하여 체가름한 후 미세한 분말을 얻었다.

페이스트 제조 과정은 제조된 유리를 볼밀법으로 평균 입도가 1,5㎛내외의 유리 분말로 페이스트를 제조하였다. 유기vehicle은 용매(solvent), 바인더(binder), 가소제(plastisizer)로 이루어져 있으며 용매로는 부틸 카비톨 아세테이트(buthyl carbitol acetate)와 부틸 카비톨(buthyl carbitol)를 혼합하여 사용하였다. 바인더로는 에틸 셀룰로오즈(ethyl cellulose)를 사용하였다. 가소제로는 디부틸 프타레이트(dibuthyl phthalate)를 사용하였다.

유기vehicle은 용매(solvent), 바인더(binder), 가소제(plastisizer)를 70-90℃에서 가열 교반하여 제조하였다. 용매(solvent)와 바인더(binder)를 65-95 : 5-35 wt%혼합한 후 유리파우더(glass powder)와 유기비이클(vehicle) 60-90 : 10-40 wt%를 갖는 페이스트를 제조하였다. 초음파 세정 처리된 소다 - 라임 유리기판(2cm×2cm)위에 200mesh stainless steel의 mask fram을 가진 스크린 프린팅장비로 인쇄하여 상온에서 5-20분간 유지한 후 100-150℃에서 5-20분간 건조하여 약 1-10㎛의 두께를 유지하였다. 인쇄된 유리기판을 500-600 ℃범위에서 5 - 20분간 유지함으로써 전극막 보호와 기판유리의 변형을 방지하였다.

표 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 우선 저융점화를 이루기 위해서 Bi2O3를 주성분으로 하여 B2O3, SiO2 등의 유리형성 산화물과 유리의 내산성 및 내구성을 안정시키는 Al2O3 열팽창 계수를 내리고 유동성이 있는 유리를 제조하기 위해서 ZnO를 첨가하였다. 그러나 과량의 첨가물은 유리의 연화점을 높이거나, 열팽창계수에 영향을 주므로, 적당량이하에서 소량 첨가하였다. 이때 Bi2O3가 40 중량% 보다 적으면 연화점이 높게되어 열에 의한 소자와의 반응과 각 기능을 손상에 좋지 못한 영향을 줄 우려가 있다.

또한 B2O3 20 중량%이상인 경우는 유리의 연화점은 높아진다. 이것은 B2O3의 증가에 따라 공용점 상승에 기인한 것으로 보여지고 B2O3의 분극성이 상대적으로 작아 큰 결합에너지 때문에 열팽창계수는 감소하는 경향을 보인다. SiO2는 유리의 기계적 강도를 증가시키고 열팽창계수를 낮추고 내산성을 좋게 하지만 30% 이상일 때는 연화점을 상승시킨다. ZnO 1-10 중량%로 1 중량%이하가 되면 내산성이 약화되고 동시에 유동성이 저하된다.

Al2O3는 열팽창계수를 낮추고 내산성이 향상되지만, 일반적으로 10wt%이상이면 유리의 점성이 매우 높아지기 쉽다. 여기에서는 Al2O3 1-10wt%로 한정하였다.

표 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연화점과 열팽창계수를 나타낸 것이다. 이상의 조성을 가지는 유리로 420-480℃의 연화점을 나타내었다.

표 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열팽창계수로 7.8-9.7E-6/℃을 나타낸다.

이렇게 제조된 본 발명의 무연 유리로 Bi2O3를 주조성으로 한 저융점 유리는 무연 AC-PDP전극용 은 페이스트 프릿(silver paste frit) 적용가능성을 보여 준다.

이하 실시예에 근거하여 본 발명을 설명한다.

(실시예 1)

표 1은 본 발명에 따른 Bi2O3를 주조성으로 한 조성표이다.

	Bi2O3	B2O3	SiO2	Al2O3	ZnO
중량비 (wt%)	40∼85	5∼20	10∼30	1∼10	1∼10

표 1에서 알 수 있는 바와 같이 저융점 유리의 성분은 인체와 환경적으로 유해한 종래의 PbO-SiO2-P2O5, PbO-B2O3계 뿐만 아니라 P2O5-ZnO, SiO2-P2O5계와 다른 Bi2O3를 주조성으로 무연 저융점 유리의 조성을 나타내었다. 무연 AC-PDP전극용 은 페이스트 프릿(silver paste frit)을 위한 저융점 유리를 제조하기 위하여 표 1과 같은 조성비로 각 성분을 혼합하고 이를 알루미나 도가니에서 1100℃의 온도로 1시간 용융한 후 급냉한 후 볼밀하여 유리분말을 제조하였다.

(실시예2)

표 2는 본 발명에 따른 연화점, 열팽창계수, 비유전율을 나타낸 것이다.

1	연화점	420∼480℃
2	CTE	7.82∼9.70×10E-6/℃
3	Dielectric Constant (1MHz)	11.8∼13.57

상기 표 1에서 알 수 있듯이 접착시의 열에 의한 소자와의 반응을 억제하고 각 기능을 손상시키지 않기 위해서 연화점은 공정온도(530℃- 600℃)보다 낮아야 한다. 연화점은 비교적 낮은 420∼480℃범위의 무연 유리로AC-PDP전극용 은 페이스트 프릿(slilver paste frit)을 위한 Bi계 저융점 유리로 적용가능성을 나타내었다. 또한 표 2에서는 열팽창계수는 피접착제간의 열응력 발생을 방지하기 위해서 유리 기판과 비슷한 8.7-9.7E-6/℃ 범위로 frit으로의 적합함을 알 수 있었다.

AC-PDP에 사용되는 전극은 방전유지전압과 방전개시전압에 가장큰 영향을 미치며 벽 전하의 양은 전극의 사용되는 프릿의 비유전율에 의존하기에 비유전율은 작은 구동 전압으로 방전을 유지할 수 있게 하기 위해서 큰 유전율을 가져 표면 전하를 축적하는 기능으로 10∼15 요구된다. 본 발명에서의 비유전율 측정결과 11∼14의 범위로 무연 AC-PDP전극용 은 페이스트 프릿(silver paste frit)의 재료로의 적합함을 보였다.

이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시키지 않고 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있음을 인지해야 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, Bi2O3를 주조성으로 한 무연AC-PDP전극용 은 페이스트(silver paste)의 프릿 으로서 420∼480℃ 연화점을 가지며 열적, 전기적 AC-PDP전극용 은 페이스트 프릿(silver paste frit)을 개발하였다. 또한, 본 발명의 Bi계 AC-PDP전극용 은 페이스트 프릿(silver paste frit)은 현재 대부분 사용되고 있는 주성분이 납인 프릿은 인체와 환경에 유해하지만 저온에서 소성 가능하여 모든 전자부품 분야에 적용되고 있으나 앞으로 환경유해성 물질에 대한 규제가 심해짐에 따라, 이를 대체할 수 있는 친환경성인 새로운 조성의 유리를 대체 재료로 이용할 수 있을 것이다. 또 각종 IC 칩과 기판과의 접착을 위한 패키징 유리로 Bi2O3를 주성분으로 한 무연 저융점 유리로 대체재료로 가능하다.

Claims

Bi2O3를 40-85 중량%의 주성분으로 하고, B2O3, SiO2, Al2O3, 및 ZnO 중 하나 이상을 25∼40 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 AC-PDP전극용 은 페이스트 프릿(silver paste frit) 조성.
AC-PDP 투명유전체에 사용되는 무연 Bi계 유리에 있어서,

중량비로 Bi2O3 40∼85 중량%, B2O3 5∼20 중량%, SiO2 10∼30 중량%, Al2O3 1∼10 중량%, ZnO 1∼10 중량%으로 하는 무연 저융점 유리.
제 2 항에 있어서,

AC-PDP전극용 은 페이스트 프릿(silver paste frit)으로 사용되는 것을 특징으로 하는 무연 저융점 유리.
Bi2O3 40-85 중량%, B2O3 5-20 중량%, SiO2 10-30 중량%, Al2O3 1-10 중량%, ZnO 1-10 중량%를 혼합하여 용융시키는 단계;

용융된 재료를 급냉한 후 분쇄하여 유리 분말을 제조하는 단계;

용매에 바인더와 가소제를 넣어 유기 비히클을 제조하고, 여기에 상기 유리 분말을 혼합하여 페이스트를 제조하는 단계;

상기 페이스트를 유리 기판 위에 스크린 프린팅하는 단계;

인쇄된 유리 기판을 열처리하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 AC-PDP전극용 은 페이스트 프릿(silver paste frit) 제조 방법.
1항과 4항에 있어서, TFT-LCD(Thin Film Trasist or Liquid Crystal Display)에 사용되어지는 무연 저융점 유리.