KR20070051399A - 저융점 및 무황변의 디스플레이용 유전체유리 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무연 저융점의 디스플레이용 투명 유전체에 관한 것으로, Tg의 범위로 430~480℃의 저융점이고, 550~580℃에서 투과율의 변화율이 5%이내이며, Bi성분이 30~60중량%를 포함하고, Bi/B의 비가 중량비로 2.25이상인 Bi₂0₃ 30~60중량%, B₂O₃ 10~20중량%, ZnO 15~25중량%, BaO 0~20중량%, SiO₂ 1~5중량%, Al₂O₃ 1~5중량%, CuO 0.1~1중량% 인 것을 특징으로 하는 투명유전체를 제공하는 것이다.

투명 유전체, 디스플레이

Description

저융점 및 무황변의 디스플레이용 유전체유리{Low Glass Transition Temp. and Non-Yellowish Dielectric Glass Material}

도 1은 종래에 사용하던 디스플레이의 구조 중 그 일 예로서 AC-PDP의 구조를 나타낸 것이다.

1 - 투명전극 2 - 투명유전체 3 - MgO 보호막

4 - 어드레스전극 5 - 유전체 6 - 격벽

7 - 형광제 8 - 실링제

본 발명은 디스플레이(예, AC-PDP, SED 등)용 투명 유전체, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 디스플레이패널에 관한 것으로, 상세하게는 지금까지 사용되어온 인체 및 환경에 유해한 PbO 대신 Bi₂O₃를 주성분으로 하고 특히 황변현상이 전혀 없는 무연 저융점 유리를 제조하는 기술에 관한 것이다.

도 1은 종래에 사용하던 디스플레이의 구조중 그 일예로서 AC-PDP의 구조를 나타낸 것이다. AC-PDP는 전면 기판에 투명전극(1), 투명 유전체(2) 및 MgO 보호막 (3)이 형성되며, 후면 기판에 어드레스전극(4), 유전체(5), 격벽(6), 형광제(7)와 sealing제(8)로 이루어진다.

여기서 투명 유전체는 방전 시 발생하는 이온에 대하여 전극을 보호해 주며, 유전체로서 작용하기 때문에 낮은 구동전압으로 방전을 유도할 수 있도록 할 수 있다. 이에 유전체의 유전상수는 10~15정도를 가져야 하며, 높은 휘도를 위해서 85%이상의 투과도를 가져야 한다. 또한 전극 및 다른 재질과의 열응력 발생을 방지하기 위하여 적정한 열팽창 계수가 필요하다. 그리고, 공정 온도에 적합하기 위해서는 연화점이 500℃ 미만의 저융점의 조건이 만족되어야 하며 황변현상을 완전히 제거할 수 있는 새로운 유전체의 개발이 필요하다. 그러나 현재 상용 제품인 Pb계의 유전체의 경우 유리전이 온도가 460~470℃의 범위이며 소성 온도는 550℃ 20min, 580℃ 6min의 수준으로 상대적으로 유리전이 온도가 높고 저온에서는 긴 시간의 소성이 필요하여 상업적으로 더욱 물성의 개선이 필요하며, 특히 소성온도가 높아 황변현상이 발생하여 투과도를 감소시키는 단점이 있었다.

본 발명은 황변현상이 거의 없는 유전체로서 유전체의 경우, 황변현상이 일어나는 이유는, 플라즈마 디스플레이 패널의 버스전극의 주성분은 Ag로 이루어져 있고, 디스플레이 페널은 버스전극, 유지전극, 상부유리 기판에 상부 유전체층이 형성되게 되는데, 상부 유전체층은 유전체 물질을 버스전극, 유지전극, 상부유리 기판상에 도포한 후 500~600℃에서 소성하여 제조하는데, 소성과정에 있어서 상기 버스 전극을 형성할 때 발생하는 Ag이온이 상기 유전체층의 내부에 확산되어 Ag 콜로이드가 생성되며 이러한 콜로이드 색이 황색을 나타내게 되므로 유전체가 황변현 상이 나타나게 된다. 이러한 황변 현상은 플라즈마 디스플레이 패널이 구동할 때 전체 백색영상의 색온도를 감소시켜 화질을 저하 시킨다.

상기 황변 현상이 주로 발생되는 상부 유전체층의 조성물은 일반적으로 PbO-B₂O₃-SiO₂그룹의 유리 분말 혹은 Bi₂O₃-B₂O₃-SiO₂-BaO-ZnO 그룹의 유리분말과, 알칼리, 알칼리 토류 중 어느 한개 이상과 버스 전극에 의한 확산되는 Ag에 의하여 생성된다.

따라서 Ag이온이 상부의 유전체 측에 확산되지 않게 하기 위하여 PbO를 최소한 사용하거나, 확산을 방지하는 원소(Cu,Co)등을 이용 하였으나 현재까지 완벽하게 확산을 방지할 수 없었다.

따라서, 본 발명은 본 발명은 인체 및 환경에 유해한 Pb계 유리 대신 Bi를 주성분으로 하고, 황변 현상을 억제할 수 있는 디스플레이용 투명 유전체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 적합한 고유전율 및 저융점의 투명유전체용 유리재료를 제공하는 것으로, 본 발명의 유전체는 유리전이 온도가 430~450도 부근으로 매우 낮은 온도로 저온에서 소성이 가능한 새로운 디스플레이용 투명 유전체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 공정상 저온의 소성이 가능하여 제조 원가 절감에 큰 효과를 볼 수 있고, 재료의 소성을 540~580도의 넓은 범위에서 소성 할 경우에도 투과율의 범위가 5%를 넘지 않는 특징적인 조합을 갖는 저융점, 고투과도의 황변현상이 거의 없는 새로운 유전체 조성물을 제공한다.

또한 본 발명은 제조 공정에서 소성 온도가 낮아, 공정상의 비용 절감 뿐만 아니라, 차후 전면 및 후면 유리의 저가용 대체가 가능하여 그 효과가 뛰어난 유전체 조성물을 제공한다. 본 발명은 530℃에서 10분 정도의 소성에 의하여 현재 시제품의 생산조건인 550℃ 20분, 570℃ 7분에서 소성 하는 것과 거의 차이가 없는 저융점을 갖는 특징이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 많은 연구를 한 결과,Bi₂O₃ 30~60중량%, B₂O₃ 10~20중량%, ZnO 15~25중량%, BaO 0~20중량%, SiO₂ 1~5중량%, Al₂O₃ 1~5중량%, CuO, SrO 또는 CoO에서 선택되는 1성분이상의 산화물 0.1~1중량%이며, Bi산화물/보론산화물의 비가 중량비로 2.25이상인 유전체 글라스 조성물을 사용하는 경우 Tg의 범위로 430~450℃의 저융점 유리전이온도를 가지고, 550~580℃에서 투과율이 5%이내이며, 황변현상이 거의 발생하지 않는 새로운 유전체 유리조성물을 얻을 수 있음을 알게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.

특히, 본 발명에서는 비스무스산화물을 보론산화물과 무게비를 조절할 경우 황변 현상이 없어지는 것을 확인할 수 있었으며, 이러한 것은 보론산화물이 가지는 상대적으로 센 결합에 의하여 유리화에 참여하지 못한 보론산화물에 의하여 비스무스산화물의 환원을 유도하는 것을 억제하기 위해 비스무스산화물과 보론산화물의 무게비를 2.25이상으로 유지함으로써, Ag 콜로이드의 발생을 완전히 방지하게 황변현상이 억제되는 것으로 추정된다.

본 발명에서 Bi₂O₃의 경우 그 양이 상기 범위 이상으로 사용하는 경우에는 열팽창 계수가 증대하여 열응력이 증가하여 제품의 안정성을 떨어뜨리고, 30 중량%보다 낮을 경우에는 연화점이 높아 적절하지 않다.

B₂O₃는 10 중량%이하는 연화점이 감소하여 열적특성에 의한 가공이 곤란해지고, 20중량% 이상의 경우는 열팽창 계수가 저하하며, 연화점이 증가되므로 10 ~ 20 중량%의 범위에서 사용하는 것이 좋다.

또한 본원발명에서는 Bi₂O₃/B₂O₃ ≥2.25 의 값을 가져야 한다. 2.25보다 낮은 값을 가지는 경우 황변현상이 나타나 투과도를 감소시키는 현상이 나타나서 좋지 않고, 상기 값 이상의 경우 거의 황변현상이 나타나지 않은 우수한 물성을 얻었으며, 이는 황변현상을 방지하기 위한 신규한 조성물의 개발이 아니라 특정 조성비로 한정하고, 각 조성성분들간의 사용함량 비를 조절함으로 얻어지는 매우 특이한 효과로 판단된다.

본원발명에서는 CuO와 SrO 및 CoO를 함께 사용하는 경우 더욱 우수한 효과를 부여할 수 있다. 본 발명에서는 특히 CuO, SrO 및 CoO를 혼합한 산화물을 각 성분비의 한정 없이 0.1 ~ 1.0중량% 사용하는 경우 더욱 우수한 황변방지 및 열화방지 효과가 나타난다.

ZnO는 15 ~ 25중량%의 범위에서 사용하는데, 25중량%를 넘을 경우에는 열팽 창계수가 증대되어 좋지 않고 또한 투명성을 손상시키고 전체 조성물의 유동성이 저하되므로 상기의 범위에서 사용하는 것이 좋다.

Al₂O₃는 열팽창계수를 낮추고 내산성을 향상 시키나, 5중량%이상을 사용하는 경우에는 점성과 연화점이 높아져, 좋지 않고, 또한 1중량%이하를 사용하는 경우에는 내산성이 열세여서 좋지 않다.

BaO는 유리의 연화점을 낮추나 내구성에 영향을 줄 수 있기 때문에 0 ~ 20중량%가 적당하며, 필요에 의해 1~20중량%로 사용한다. SiO₂는 기계적 강도를 증가 시키고 열팽창계수를 낮추는 역할을 하며, 1 ~ 5중량%가 적당하다.

본원 발명의 유리 분말의 평균 입경은 4~6㎛ 최대입경은 10~15㎛인 것이 가장 적당하고 특히 최대입경이 10㎛이하인 것이 더욱 좋다. 유리 분말의 평균 입경은 투과도 및 전극과 유리 기판과의 접착성에 관계되며, 이보다 클 경우 printing하는데 문제가 생기며, 너무 작은 경우에는 소성이 잘 되지 않아 투과율이 낮아진다.

이하는 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 구체적으로 설명 드리도록 하겠으며, 본 발명은 하기의 실시예에 국한 되는 것이 아니라 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있음은 주지의 사실이다.

[실시예 및 비교예]

유전체 유리의 제조

하기의 표 1의 조성을 갖는 유전체를 혼합하여 건식 볼밀(ball-mill)에서 2시간 혼 합한 후, 혼합 분말을 Pt-도가니(crucible)에 넣고 1300℃에서 2시간 동안 용융하고, 냉각하여 분쇄 후 유리를 제조하였다.

유전체 유리분말의 제조

유리를 제조한 후, 유리분말을 조분쇄 및 미분쇄를 거쳐서 상기 표1의 실시예 및 비교예의 유리재료를 평균입경 2㎛(최대입자 8㎛) 분쇄물을 제조하였다, 분쇄과정에서 입자의 크기 및 분포는 적절한 조절에 의해 재현 가능하였다.

유전체의 도포

에틸셀룰로오스 수지와 에틸렌글리콜 프로필에테르를 3.5:6.5의 중량비로 혼합하여 수지용액을 제조한 후, 상기 실시예에 제조한 유리분말을 중량비로 30:70(유리분말:수지용액)의 비율로 혼합하고 혼합기에서 혼합하고 분산하여 페이스트 용액을 제조하고, 이를 블레이드 코팅법으로 유리기판상에 도포한다. 이후 도포된 유리기판을 100℃에서 30분간 건조한 후, 여러 소성온도 530, 550 및 570℃에서 6분간 소성 하였다. 얻어진 두께는 10㎛이었다.

황변의 확인

Ag전극 paste(노리다케社)를 유리 기판에 블레이드 코팅법으로 도포한 후, 도포된 유리기판을 100℃ 30분간 건조 한 후, 550℃ 20min 동안 소성한다. 이 전극 위에 제조한 유전체의 paste를 동일한 방법으로 코팅한 후 도포된 유리기판을 100℃ 30분간 건조 한 후, 550℃ 20min 동안 소성한다. 이 전극 위에 제조한 유전체의 paste를 동일한 방법으로 코팅한 후 530℃, 550℃ 570℃에서 각 각 10min 소성 한다. 소성을 거쳐 변색의 생성을 육안으로 관측할 수 있다.

[표 1] 본 발명의 유전체 조성성분 및 조성비(중량%)

[표 2] 분쇄한 유리입자의 물성

상기의 표2에서 보듯이 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제조된 무연 유리의 Tg는 430℃ 부근으로서 전체적으로는 430~450℃로서, 투과율은 540~580℃ 6min의 조건에서 투과율의 70% 이상이며, 더욱 좋게는 80%이상이고, 소성 온도(550~580℃)에 따른 투과율의 변화가가 20%미만 더욱 좋게는 5% 미만의 물성을 동시에 만족하는 저온 소성되는 고투과율의 유전체 조성물을 제공할 수 있음을 알 수 있었으며, 또한 Bi/B의 조성비가 2.5이상일 경우 변색이 전혀 관찰되지 않았음을 알 수 있었다.

본 발명의 조성물로 형성된 유전체는 저융점의 유전체를 제공하고 황변현상의 완전히 제거한 것으로서, 유전상수가 높고 또한 투과율에서 상승효과가 있어 고휘도이며 고화질의 PDP를 제공할 수 있는 장점이 있다.

Claims (14)

1. 유리전이온도가 430~450℃이고, 유전상수가 10~15이며, 540~580℃의 범위에서 투과율이 70%이상이며, 투과율의 변화율이 20%이하이고, Ag 전극 위에 코팅한 후 소성 시 황변현상이 발생하지 않는 비알카리성 디스플레이용 유전체 유리.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 유전체 유리는 550~580℃의 소성온도에서 투과율이 80%이상이고, 투과율의 변화율이 5%이하인 것을 특징으로 하는 비알카리성 디스플레이용 유전체 조성물.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 유전체 유리는 Bi₂O₃를 전체 유리조성물에 대하여 30~60중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 비알카리성 디스플레이용 유전체 조성물.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 유전체 유리는 BaO, ZnO, SiO₂, Al₂O₃, CuO를 포함하는 것을 특징으로 하는 비알카리성 디스플레이용 유전체 조성물.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 유전체 유리는 전체 유리조성물에 대하여 Bi₂O₃ 30~60중량%, BaO 10 ~ 20 wt%, ZnO 15 ~ 25 wt%, SiO₂ 1 ~ 5 wt%, CuO 0.1 ~ 1.0 wt%를 함유하는 것을 특징으로 하는 비알카리성 디스플레용 유전체 유리.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 유전체 유리는 B₂O₃를 전체 조성물에 대하여 1 ~ 20 wt% 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비알카리성 디스플레이 유전체 유리.
7. 제 5항에 있어서,

   상기 유전체 유리는 SrO와 CoO를 각각 0.1~1.0wt%를 더 포함하는 것을 특징을 하는 비알카리성 디스플레이 유전체 유리.
8. 제 6항에 있어서,

   상기 유전체 유리는 SrO 0.1~1.0wt%와 CoO 0.1~1.0wt%에서 선택되는 어느 한 성분 이상을 더 포함하는 것을 특징을 하는 비알카리성 디스플레이 유전체 유리.
9. 제 4항 내지 제8항에서 선택되는 어느 한 항에 있어서,

   상기 Bi₂O₃/B₂O₃ 의 무게비가 2.25 이상인 것을 특징을 하는 비알카리성 디스 플레용 유전체 유리.
10. 제 8항에 있어서,

    상기 유전체 유리의 평균입경이 10미크론 이하 인 것을 특징으로 하는 비알카리성 디스플레용 유전체 유리.
11. 전면 기판에 투명전극, 투명 유전체 및 MgO 보호막이 형성되며, 후면 기판에 어드레스전극, 유전체, 격벽, 형광제와 실링제로 이루어진 디스플레이 패널에 있어서, 전면기판의 투명유전체로 상기 제 1항 내지 제8항에서 선택되는 어느 한 항의 비알카리성 유전체 유리를 사용하는 것을 특징으로 하는 디스플레이패널.
12. Bi₂O₃ 30 ~ 60 wt%, B₂O₃ 10 ~ 20 wt%, ZnO 10 ~ 20 wt%, BaO 10 ~ 20 wt%, SiO₂ 1 ~ 5 wt%, Al₂O₃ 1 ~ 5 wt%, 및 SrO 와 CuO 및 CoO에서 선택되는 하나이상의 성분 각각을 0.1 ~ 1.0 wt% 포함하고, 상기 성분중 Bi₂O₃/B₂O₃의 무게비 ≥ 2.25인 평균입경이 10㎛이하의 비알카리성 디스플레이용 유전체 유리.
13. 제 12항에 있어서,

    상기 유리분말은 평균입경이 <4㎛이고, 최대입경이 <10㎛인 것을 특징으로 하는 비알카리성 디스플레이용 유전체 유리.
14. 면 기판에 투명전극, 투명 유전체 및 MgO 보호막이 형성되며, 후면 기판에 어드레스전극, 유전체, 격벽, 형광제와 실링제로 이루어진 디스플레이 패널에 있어서, 전면기판의 투명유전체로 상기 제 12항 또는 제13항의 비알카리성 유전체 유리를 사용하는 것을 특징으로 하는 디스플레이패널.

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