KR20080032462A - 유전체 조성물 및 이를 이용한 플라즈마 디스플레이 패널과그 제조방법 - Google Patents

유전체 조성물 및 이를 이용한 플라즈마 디스플레이 패널과그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유전체 조성물 및 이를 이용한 플라즈마 디스플레이 패널과 그 제조방법에 관한 것으로, 15∼30mol%의 Bi2O3, 30∼45mol%의 B2O3, 15∼25mol%의 ZnO, 2∼8mol%의 Al2O3, 4∼12mol%의 BaO 또는 SrO, 및 0∼14mol%의 SiO2을 포함하는 유전체 조성물 및 이를 이용한 플라즈마 디스플레이 패널과 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 모상유리분말이 되는 유전체 조성물에 Pb를 사용하지 않으므로, 환경 규제로부터 자유롭고 알칼리 재료의 사용에 의한 유리 결정화를 방지할 수 있다. 따라서, 520℃ 이하의 저온 소성으로 플라즈마 디스플레이의 유전체층, 격벽 재료로 이용할 수 있다.
PDP, 유전체, 페이스트, 조성물, 격벽

Description

유전체 조성물 및 이를 이용한 플라즈마 디스플레이 패널과 그 제조방법{DIELECTRIC COMPOSITION AND PLASMA DISPLAY PANEL USING THE SAME, MANUFACTURING METHOD THEREOF}
도 1은 종래의 플라즈마 디스플레이 패널의 방전셀 구조를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 플라즈마 디스플레이 패널을 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 2에 따른 플라즈마 디스플레이 패널을 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 3에 따른 플라즈마 디스플레이 패널을 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예 4에 따른 플라즈마 디스플레이 패널을 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 디스플레이 패널의 제조방법을 나타낸 개략 블록도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
1, 11 : 제 1 기판(상부) 2, 12 : 제 2 기판(하부)
3, 13 : 격벽 4, 14 : 제 2 유전체층(하부)
5, 15 : 형광체 6, 16 : 제 1 유전체층(상부)
7, 17 : 보호층
9, 19 : 서스테인 전극쌍 X, X1 : 어드레스전극
본 발명은 유전체 조성물 및 이를 이용한 플라즈마 디스플레이 패널과 그 제조방법에 관한 것이다.
차세대 평판 패널 디스플레이 시장을 주도할 가장 높은 잠재성을 가지고 있는 평판표시소자로 부상하는 있는 플라즈마 디스플레이 패널(PDP : Plasma Display Panel)은 격벽으로 구획된 방전셀(cell)에서 통상 He+Xe, Ne+Xe,He+Xe+Ne 등의 불활성 혼합가스가 방전할 때 발생하는 147nm의 진공자외선이 형광체를 발광시킴으로써 화상을 표시하게 된다. 이러한 플라즈마 디스플레이 패널은 박막화와 대형화가 용이하여 대면적 평판 디스플레이로서 주목받고 있는 디스플레이 장치이다.
도 1을 참조하면, 3전극 교류 면방전형 플라즈마 디스플레이 패널의 방전셀은 상부유리기판(1) 상에 형성되어진 서스테인 전극쌍(9)과, 서스테인 전극쌍(9) 위에 형성된 상부 유전체(6)와, 상부 유전체(6) 상에 형성된 보호막(7)과, 제 2 기판(2) 상에 형성된 어드레스전극(X)과, 어드레스전극(X) 위에 형성된 하부유전체(4)와, 하부유전체(4) 위에 형성된 격벽(3)을 구비한다.
서스테인 전극쌍(9) 각각은 인듐틴옥사이드(Indium-Tin-Oxide : ITO) 등의 투명전극(9a)과, 투명전극(9a)의 선폭보다 작은 선폭을 가지며, 투명전극(9a)의 일측 가장자리에 형성되는 금속버스전극(9b)을 포함한다. 금속버스전극(9b)은 Cr/Cu/Cr을 증착법으로 적층한 후에 에싱공정(ashing)을 거쳐 형성된다. 서스테인 전극쌍(9)이 스크린인쇄나 진공증착법으로 형성된 제 1 기판(1)에는 제 1 유전체(6)과 보호막(7)이 적층된다. 제 1 유전체(6)에는 플라즈마 방전시 발생된 벽전하가 축적되어 방전을 유지시키며, 플라즈마 방전시 이온의 스퍼터링의 확산방지막의 역할을 함으로써 이온 스퍼터링으로 인한 서스테인 전극쌍(9)의 전극손상을 방지하게 된다. 보호층(7)은 대략 5000 Å 정도의 두께로 제 1 유전체층(6) 상에 형성되어 플라즈마 방전시 발생된 스퍼터링으로 인한 제 1 유전체층(6)과 서스테인 전극쌍(9)의 손상을 방지함과 아울러 2차 전자의 방출 효율을 높이게 된다. 보호층(7)으로는 통상 산화마그네슘(MgO)이 이용된다.
어드레스전극(X)이 형성된 제 2 기판(2) 상에는 제 2 유전체(4), 격벽(3)이 형성되며, 제 2 유전체(4)와 격벽(3)의 표면에는 스크린 프린팅공정으로 형광체(5)가 형성된다. 형광체(5)는 방전셀에 주입된 혼합가스의 플라즈마 방전시 발생된 진공자외선(VUV)에 의해 여기되어 적색, 녹색 또는 청색 중 어느 하나의 가시광선을 발생하게 된다. 어드레스전극(2)은 서스테인 전극쌍(9)과 교차하게 형성된다. 격벽(3)은 스크린 프린팅공정이나 금형법 등으로 형성된다. 이 격벽(3)은 벽전하를 형성함으로써 방전을 유지함과 아울러 형광체(5)로부터 발광된 가시광을 반사시키는 등 발광효율을 향상시킨다. 아울러 격벽(3)은 셀 간의 전기적, 광학적 상호혼 신(cross talk)를 방지함으로써 방전에 의해 생성된 자외선 및 가시광이 인접한 방전셀에 누설되는 것을 방지한다. 제 2 유전체(4)는 형광체(5)로부터 후방으로 방사되는 가시광을 재반사시킴으로써 플라즈마 디스플레이 패널의 발광효율을 향상시키고 격벽(3)의 기반층 역할을 한다. 이와 동시에 제 2 유전체(4)는 어드레스전극(X)을 구성하는 전극재료가 형광체(5)로 확산되는 것을 방지하는 확산방지막 역할을 한다.
여기서, 상부 유전체(6)를 형성하는 방법은 Pb를 약 60mol%이상 함유하는 1~2㎛ 크기의 입격인 보로실리케이트(borosilicate) 유리분말에 20~30mol%의 유기바인더를 혼합하여 약 40,000 cps의 점도를 갖도록 한 후, 스크린 프린팅 방법으로 서스테인 전극쌍(9)이 형성된 상부 유리기판(1)에 전면 도포하고 550~580℃의 온도에서 소성하는 것이다. 이러한상부 유전체(6)의 유전율은 14~16 범위의 값을 갖게 되며, 중심파장인 550nm에서 약 70%의 가시광을 투과시키는 광투과율을 나타내게 된다. 하부유전체(4)와 격벽(3)을 형성하기 위해서는 우선, PbO를 약 60mol%이상 함유하는 모상유리분말에 수십mol%의 TiO2, Al2O3와 같은 미분말 상태의 산화물을 혼합하고 유기용매를 첨가하여 약 40,000cps 정도의 점도를 갖는 페이스트를 제조한다. 이와 같이 페이스트가 제조된 후, 스크린 프린팅 방법으로 어드레스전극(X)이 형성된 하부 유리기판(2) 상에 20~25㎛의 두께로 전면 도포하고 550~600℃의 온도에서 산화분위기로 소성하면 하부유전체(4)가 형성된다. 이 후, 하부유전체(4) 상에 다시 페이스트를 120~200㎛의 두께로 전면 도포하고 스크린 프린팅, 샌드 블 라스팅, 금형법 등을 통해 격벽패턴을 형성한 후 소성하면 격벽(3)이 형성된다. 여기서, 미분말 상태의 산화물은 격벽(3) 및 하부유전체(4)의 반사특성을 향상시키고 유전율을 조절하며 내충격성을 확보하게 한다.
이와 같은 플라즈마 디스플레이 패널은 제 1 기판 및 제 2 기판으로서 PD-200의 고왜점 유리가 사용되고 있지만 소다-라임 유리(Soda-Lime Glass)의 사용이 적극적으로 고려되고 있다. 왜냐하면, 소다-라임 유리가 PD-200에 비해 약 1/6 배로 저렴하기 때문에 단가 면에서 유리하기 때문이다. 따라서, 전체적인 플라즈마 디스플레이 패널의 가격 경쟁력을 향상시키기 위하여 소다-라임 유리 기판의 사용에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
한편, 제 1 기판 상에 형성되는 유전층에는 전술한 바와 같이, 납(Pb)을 함유한 재료가 사용되었다. 하지만, Pb으로 인한 환경오염 등의 문제가 대두되면서 Pb을 함유한 재료에 대한 규제가 나날이 강화되고 있는 실정이다. 따라서, 플라즈마 디스플레이 패널용 유전체 조성물로서 Pb 함유 재료를 대체할 수 있는 조성물에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있고, 그 대표적인 것으로 비스무스(Bi)계 유전체 조성물 및 아연(Zn)계 유전체 조성물이 널리 알려져 있다.
단, Zn계 유전체 조성물은 유리전이온도가 높기 때문에 소다-라임 유리 기판을 사용할 경우 유전체 소성 조건에 맞지 않는다는 문제점이 있다. 즉, 단가 면에서 유리하기 때문에 플라즈마 디스플레이 패널용 기판으로 주로 사용될 소다-라임 유리기판은 약 550℃ 이상으로 가열될 경우 열변형이 일어나기 때문에 후속의 공정에서 그 이상의 온도를 넘지 않도록 하는 것이 바람직하다.
그러나, Zn계 유전체 조성물은 유리전이온도가 550℃를 넘기 때문에, 유전층 형성을 위해 필수적으로 수행되는 소성 공정에 필요한 온도, 즉 소성온도가 550℃보다 높을 것이 요구되었고, 이와 같은 높은 소성온도로 인하여 소성 공정 중 소다-라임 유리기판의 열변형이 발생된다는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 낮은 소성온도로 제조할 수 있는 유전체 조성물을 제공하고, 이를 이용한 플라즈마 디스플레이 패널과 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 Pb을 함유하지 않아 환경오염으로부터 자유롭고, 저렴한 단가로 제조할 수 있는 유전체 조성물을 제공하고, 이를 이용한 플라즈마 디스플레이 패널 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 유리 결정화 현상이 발생하지 않는 유전체 조성물을 제공하고, 이를 이용한 플라즈마 디스플레이 패널과 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
따라서, 본 발명의 다른 목적은 플라즈마 디스플레이 패널의 화질을 향상시키도록 한 유전체 조성물을 제공하고, 이를 이용한 플라즈마 디스플레이 패널 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 유전체 조성물 은 15∼30mol%의 Bi2O3, 30∼45mol%의 B2O3, 15∼25mol%의 ZnO, 2∼8mol%의 Al2O3, 4∼12mol%의 BaO 또는 SrO, 및 0∼14mol%의 SiO2가 포함된 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 디스플레이 패널은 제 1 유전체가 형성된 제 1 기판과, 제 2 유전체가 형성된 제 2 기판과, 상기 제 1 기판 및 제 2 기판 사이에 위치하는 격벽을 포함하고, 상기 제 1, 2 유전체 및 격벽은 15∼30mol%의 Bi2O3, 30∼45mol%의 B2O3, 15∼25mol%의 ZnO, 2∼8mol%의 Al2O3, 4∼12mol%의 BaO 또는 SrO, 및 0∼14mol%의 SiO2가 포함된 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 디스플레이 패널의 제조방법은 제 1 전극, 제 1 유전체를 갖는 제 1 기판과, 제 2 전극, 제 2 유전체 및 격벽을 갖는 제 2 기판을 준비하는 단계, 15∼30mol%의 Bi2O3, 30∼45mol%의 B2O3, 15∼25mol%의 ZnO, 2∼8mol%의 Al2O3, 4∼12mol%의 BaO 또는 SrO, 및 0∼14mol%의 SiO2가 포함된 유전체 조성물과 비히클을 혼합하여 페이스트를 제조하는 단계, 상기 페이스트를 기판 상에 도포하는 단계, 및 상기 페이스트를 소성하여 상기 제 1, 2 유전체 및 격벽 중 적어도 어느 하나를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 살펴보도록 한다.
첨부된 도면에서는 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확 대하여 나타냈으며, 도면에 나타난 각 층간의 두께 비가 실제 두께 비를 나타내는 것은 아니다. 한편, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 형성 또는 위치한다고 할 때, 이는 다른 부분의 바로 위에 형성되어 직접 접촉하는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 존재하는 경우도 포함하는 것으로 이해하여야 한다.
여기서, 제 1 기판은 투명전극과 버스전극으로 구성된 유지전극쌍과 상부 유전체층 및 보호막이 순차적으로 형성된 플라즈마 디스플레이 패널의 상부기판이고, 제 2 기판은 유지전극쌍과 방전을 일으키기 위한 어드레스 전극과 하부 유전체층이 순차적으로 형성된 플라즈마 디스플레이 패널의 하부기판을 나타내는 것으로, 상기 제 1 기판에 구비된 전극, 유전체는 제 1 전극, 제 1 유전체라 하고, 제 2 기판에 구비된 전극, 유전체는 마찬가지로, 제 2 전극, 제 2 유전체라 명명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 플라즈마 디스플레이 패널을 나타낸 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예 1에 따른 플라즈마 디스플레이 패널은 저온소성 유전체인 제 1 유전체(16)를 구비한다. 상부 유전체인 상기 제 1 유전체(16)인 유전체 조성물의 기본 조성은 Bi2O3, B2O3, ZnO 및 Al2O3으로 이루어진다.
이 조성물은, 입경 1~1.5㎛인 분말상태에서 비히클과 혼합되어 점도 40,000~60,000cps의 유전체 페이스트로 제조된 후 제 1 기판(11) 상에 전면 도포되 고, 520℃ 이하의 온도에서 소성되는 공정을 거쳐 제 1 유전체(16)가 완성된다.
구체적인 상기 유전체 조성물의 조성비를 살펴보면, 15∼30mol%의 Bi2O3, 30∼45mol%의 B2O3, 15∼25mol%의 ZnO, 2∼8mol%의 Al2O3, 4∼12mol%의 BaO 또는 SrO, 0∼14mol%의 SiO2을 포함한다.
상기 Bi2O3는 B2O3나 SiO2와 함께 첨가되었을 때 유리형성제 역할을 하며, 열팽창계수 및 유전상수를 높이는 역할을 한다.
상기 B2O3는 일반적으로 고상반응의 촉진을 위한 플럭스로서 첨가되지만, 유리형성능력을 향상시켜 유리전이온도를 향상시키는 단점이 있으므로, 전술한 적당량의 조성비를 첨가하게 된다.
상기 ZnO는 유리화 형성능력을 증가시키면서 열팽창 계수와 유리전이온도를 낮추는 역할을 할 뿐만 아니라, 플라즈마 디스플레이 패널의 내부공간에 주입되는 방전가스 중 Ne의 방전으로 발생한 오렌지 광을 흡수하여 플라즈마 디스플레이 패널의 색순도가 저하되는 현상을 방지하기도 한다.
상기 Al2O3는 상기 유전체 조성물 중 분말들의 혼합이나 인쇄를 돕고 결정화 방지를 위해 첨가하게 된다.
상기 BaO는 알칼리토류로서 망목수식제의 역할을 하며 일정량 첨가되면 유리전이온도를 낮추는 역할을 하지만 과량(10mol% 이상) 첨가되면 결정화를 유발한다.
상기 SrO는 유리전이온도, 열팽창계수 등의 특성을 제어하기 위해 첨가된다.
상기 SiO2는 유전체 조성물의 결정화 방지를 위해 첨가된다.
여기에, 조성물의 유전상수, 유리전이온도(Tg) 및 열팽창계수(CTE)를 미세 조정하기 위해, TiO2, MgO, CaO, P2O5 중 적어도 어느 하나 이상을 0∼10mol%의 조성비로 더 첨가할 수 있다.
또한, 조성물의 착색과 전극 반응성을 억제하기 위해, CoO, CuO, Cr2O3, MnO, FeO, NiO 중 적어도 어느 하나 이상을 0∼0.05mol%의 조성비로 더 첨가하거나 또는 CeO2, Er2O3, Nd2O3, Pr2O3 중 적어도 어느 하나 이상을 0∼10mol%의 조성비로 더 첨가할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예 2에 따른 플라즈마 디스플레이 패널을 나타낸 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예 2에 따른 플라즈마 디스플레이 패널은 저온소성 유전체인 격벽(13)을 구비한다. 상기 격벽(13)인 유전체 조성물의 기본 조성은 Bi2O3, B2O3, ZnO 및 Al2O3으로 이루어진다.
이 조성물은, 입경 1~1.5㎛인 분말상태에서 비히클과 혼합되어 점도 40,000~60,000cps의 유전체 페이스트로 제조된 후 제 1 기판(11) 상에 전면 도포되고 패터닝된 후, 520℃ 이하의 온도에서 소성되는 공정을 거쳐 제 1 유전체(16)가 완성된다.
구체적인 상기 유전체 조성물의 조성비를 살펴보면, 15∼30mol%의 Bi2O3, 30 ∼45mol%의 B2O3, 15∼25mol%의 ZnO, 2∼8mol%의 Al2O3, 4∼12mol%의 BaO 또는 SrO, 0∼14mol%의 SiO2을 포함한다.
상기 Bi2O3는 B2O3나 SiO2와 함께 첨가되었을 때 유리형성제 역할을 하며, 열팽창계수 및 유전상수를 높이는 역할을 한다.
상기 B2O3는 일반적으로 고상반응의 촉진을 위한 플럭스로서 첨가되지만, 유리형성능력을 향상시켜 유리전이온도를 향상시키는 단점이 있으므로, 전술한 적당량의 조성비를 첨가하게 된다.
상기 ZnO는 유리화 형성능력을 증가시키면서 열팽창 계수와 유리전이온도를 낮추는 역할을 할 뿐만 아니라, 플라즈마 디스플레이 패널의 내부공간에 주입되는 방전가스 중 Ne의 방전으로 발생한 오렌지 광을 흡수하여 플라즈마 디스플레이 패널의 색순도가 저하되는 현상을 방지하기도 한다.
상기 Al2O3는 상기 유전체 조성물 중 분말들의 혼합이나 인쇄를 돕고 결정화 방지를 위해 첨가하게 된다.
상기 BaO는 알칼리토류로서 망목수식제의 역할을 하며 일정량 첨가되면 유리전이온도를 낮추는 역할을 하지만 과량(10mol% 이상) 첨가되면 결정화를 유발한다.
상기 SrO는 유리전이온도, 열팽창계수 등의 특성을 제어하기 위해 첨가된다.
상기 SiO2는 유전체 조성물의 결정화 방지를 위해 첨가된다.
여기에, 조성물의 유전상수, 유리전이온도(Tg) 및 열팽창계수(CTE)를 미세 조정하기 위해, TiO2, MgO, CaO, P2O5 중 적어도 어느 하나 이상을 0∼10mol%의 조성비로 더 첨가할 수 있다.
또한, 조성물의 착색과 전극 반응성을 억제하기 위해, CoO, CuO, Cr2O3, MnO, FeO, NiO 중 적어도 어느 하나 이상을 0∼0.05mol%의 조성비로 더 포함하거나 또는 CeO2, Er2O3, Nd2O3, Pr2O3 중 적어도 어느 하나 이상을 0∼10mol%의 조성비로 더 첨가할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예 3에 따른 플라즈마 디스플레이 패널을 나타낸 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예 3에 따른 플라즈마 디스플레이 패널은 저온소성 유전체인 제 2 유전체(14)를 구비한다. 상기 하부 유전체인 제 2 유전체(14)인 유전체 조성물의 기본 조성은 기본 조성은 Bi2O3, B2O3, ZnO 및 Al2O3으로 이루어진다.
이 조성물은, 입경 1~1.5㎛인 분말상태에서 비히클과 혼합되어 점도 40,000~60,000cps의 유전체 페이스트로 제조된 후 제 2 기판(12) 상에 전면 도포되고, 520℃ 이하의 온도에서 소성되는 공정을 거쳐 제 2 유전체(14)가 완성된다.
구체적인 상기 유전체 조성물의 조성비를 살펴보면, 15∼30mol%의 Bi2O3, 30∼45mol%의 B2O3, 15∼25mol%의 ZnO, 2∼8mol%의 Al2O3, 4∼12mol%의 BaO 또는 SrO, 0∼14mol%의 SiO2을 포함한다.
상기 Bi2O3는 B2O3나 SiO2와 함께 첨가되었을 때 유리형성제 역할을 하며, 열팽창계수 및 유전상수를 높이는 역할을 한다.
상기 B2O3는 일반적으로 고상반응의 촉진을 위한 플럭스로서 첨가되지만, 유리형성능력을 향상시켜 유리전이온도를 향상시키는 단점이 있으므로, 전술한 적당량의 조성비를 첨가하게 된다.
상기 ZnO는 유리화 형성능력을 증가시키면서 열팽창 계수와 유리전이온도를 낮추는 역할을 할 뿐만 아니라, 플라즈마 디스플레이 패널의 내부공간에 주입되는 방전가스 중 Ne의 방전으로 발생한 오렌지 광을 흡수하여 플라즈마 디스플레이 패널의 색순도가 저하되는 현상을 방지하기도 한다.
상기 Al2O3는 상기 유전체 조성물 중 분말들의 혼합이나 인쇄를 돕고 결정화 방지를 위해 첨가하게 된다.
상기 BaO는 알칼리토류로서 망목수식제의 역할을 하며 일정량 첨가되면 유리전이온도를 낮추는 역할을 하지만 과량(10mol% 이상) 첨가되면 결정화를 유발한다.
상기 SrO는 유리전이온도, 열팽창계수 등의 특성을 제어하기 위해 첨가된다.
상기 SiO2는 유전체 조성물의 결정화 방지를 위해 첨가된다.
여기에, 조성물의 유전상수, 유리전이온도(Tg) 및 열팽창계수(CTE)를 미세 조정하기 위해, TiO2, MgO, CaO, P2O5 중 적어도 어느 하나 이상을 0∼10mol%의 조성비로 더 첨가할 수 있다.
또한, 조성물의 착색과 전극 반응성을 억제하기 위해, CoO, CuO, Cr2O3, MnO, FeO, NiO 중 적어도 어느 하나 이상을 0∼0.05mol%의 조성비로 더 포함하거나 또는 CeO2, Er2O3, Nd2O3, Pr2O3 중 적어도 어느 하나 이상을 0∼10mol%의 조성비로 더 첨가할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예 4에 따른 플라즈마 디스플레이 패널을 나타낸 단면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예 4에 따른 플라즈마 디스플레이 패널은 저온소성 유전체인 제 1 유전체(16), 제 2 유전체(14) 및 격벽(13)을 구비한다. 상부 유전체인 상기 제 1 유전체(16)와, 하부 유전체인 상기 제 2 유전체(14)와, 유전체인 상기 격벽(13)인 유전체 조성물의 기본 조성은 Bi2O3, B2O3, ZnO 및 Al2O3으로 이루어진다.
이 조성물은, 입경 1~1.5㎛인 분말상태에서 비히클과 혼합되어 점도 40,000~60,000cps의 유전체 페이스트로 제조된 후 제 1, 2 기판(11, 12) 상에 전면 도포되고, 520℃ 이하의 온도에서 소성되는 공정을 거쳐 제 1, 2 유전체(16, 14)가 완성되고, 마찬가지로, 제 2 기판(12) 상에 전면 도포되고 패터닝된 후, 520℃ 이하의 온도에서 소성되는 공정을 거쳐 격벽(13)이 완성된다.
구체적인 상기 유전체 조성물의 조성비를 살펴보면, 15∼30mol%의 Bi2O3, 30∼45mol%의 B2O3, 15∼25mol%의 ZnO, 2∼8mol%의 Al2O3, 4∼12mol%의 BaO 또는 SrO, 0∼14mol%의 SiO2을 포함한다.
상기 Bi2O3는 B2O3나 SiO2와 함께 첨가되었을 때 유리형성제 역할을 하며, 열팽창계수 및 유전상수를 높이는 역할을 한다.
상기 B2O3는 일반적으로 고상반응의 촉진을 위한 플럭스로서 첨가되지만, 유리형성능력을 향상시켜 유리전이온도를 향상시키는 단점이 있으므로, 전술한 적당량의 조성비를 첨가하게 된다.
상기 ZnO는 유리화 형성능력을 증가시키면서 열팽창 계수와 유리전이온도를 낮추는 역할을 할 뿐만 아니라, 플라즈마 디스플레이 패널의 내부공간에 주입되는 방전가스 중 Ne의 방전으로 발생한 오렌지 광을 흡수하여 플라즈마 디스플레이 패널의 색순도가 저하되는 현상을 방지하기도 한다.
상기 Al2O3는 상기 유전체 조성물 중 분말들의 혼합이나 인쇄를 돕고 결정화 방지를 위해 첨가하게 된다.
상기 BaO는 알칼리토류로서 망목수식제의 역할을 하며 일정량 첨가되면 유리전이온도를 낮추는 역할을 하지만 과량(10mol% 이상) 첨가되면 결정화를 유발한다.
상기 SrO는 유리전이온도, 열팽창계수 등의 특성을 제어하기 위해 첨가된다.
상기 SiO2는 유전체 조성물의 결정화 방지를 위해 첨가된다.
여기에, 조성물의 유전상수, 유리전이온도(Tg) 및 열팽창계수(CTE)를 미세 조정하기 위해, TiO2, MgO, CaO, P2O5 중 적어도 어느 하나 이상을 0∼10mol%의 조성 비로 더 첨가할 수 있다.
또한, 조성물의 착색과 전극 반응성을 억제하기 위해, CoO, CuO, Cr2O3, MnO, FeO, NiO 중 적어도 어느 하나 이상을 0∼0.05mol%의 조성비로 더 포함하거나 또는 CeO2, Er2O3, Nd2O3, Pr2O3 중 적어도 어느 하나 이상을 0∼10mol%의 조성비로 더 첨가할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예 5∼8에 대하여 구체적으로 살펴보도록 한다.
Figure 112006073022015-PAT00001
실시예 5
본 발명에 따른 유전체 조성물을 제조하기 위하여 16.25mol%의 Bi2O3, 42.9mol%의 B2O3, 24.25mol%의 ZnO, 2.6mol%의 Al2O3, 10.75mol%의 BaO, 3.25mol%의 SiO2의 조성비로 혼합한 결과, 이 유리모상 조성물에 대하여 유전상수는 13.4, 열팽창계수는 89.2×10-7℃, 소성온도는 520℃ 이하란 실험치를 얻을 수 있었다. 이 유리모상 조성물에 0∼15mol%의 유기 바인더를 혼합하면 520℃ 이하에서 소성 가능하고, 투명한 저온소성 무연 유전체 조성물을 얻을 수 있다.
실시예 6
본 발명에 따른 유전체 조성물을 제조하기 위하여 16.25mol%의 Bi2O3, 42.9mol%의 B2O3, 24.9mol%의 ZnO, 5.2mol%의 Al2O3, 10.75mol%의 BaO의 조성비로 혼합한 결과, 이 유리모상 조성물에 대하여 유전상수는 13.1, 열팽창계수는 88×10-7℃, 소성온도는 520℃ 이하란 실험치를 얻을 수 있었다. 이 유리모상 조성물에 0∼15mol%의 유기 바인더를 혼합하면 520℃ 이하에서 소성 가능하고, 투명한 저온소성 무연 유전체 조성물을 얻을 수 있다.
실시예 7
본 발명에 따른 유전체 조성물을 제조하기 위하여 19.98mol%의 Bi2O3, 40.35mol%의 B2O3, 23.67mol%의 ZnO, 4.0mol%의 Al2O3의 조성비로 혼합한 결과, 이 유리모상 조성물에 대하여 유전상수는 15.1, 열팽창계수는 88.3×10-7℃, 소성온도는 520℃ 이하란 실험치를 얻을 수 있었다. 이 유리모상 조성물에 0∼15mol%의 유기 바인더를 혼합하면 520℃ 이하에서 소성 가능하고, 투명한 저온소성 무연 유전체 조성물을 얻을 수 있다.
실시예 8
본 발명에 따른 유전체 조성물을 제조하기 위하여 29.98mol%의 Bi2O3, 47.35mol%의 B2O3, 18.67mol%의 ZnO, 4.0mol%의 Al2O3의 조성비로 혼합한 결과, 이 유리모상 조성물에 대하여 유전상수는 18, 열팽창계수는 85.2×10-7℃, 소성온도는 520℃ 이하란 실험치를 얻을 수 있었다. 이 유리모상 조성물에 0∼15mol%의 유기 바인더를 혼합하면 520℃ 이하에서 소성 가능하고, 저온소성 무연 유전체 조성물을 얻을 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 디스플레이 패널의 제조방법을 나타낸 개략 블록도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 크게 제 1 전극, 제 1 유전체를 갖는 제 1 기판과, 제 2 전극, 제 2 유전체 및 격벽을 갖는 제 2 기판을 준비하는 단계(61), 15∼30mol%의 Bi2O3, 30∼45mol%의 B2O3, 15∼25mol%의 ZnO, 2∼8mol%의 Al2O3, 4∼12mol%의 BaO 또는 SrO, 및 0∼14mol%의 SiO2가 포함된 유전체 조성물과 비히클을 혼합하여 페이스트를 제조하는 단계(62), 상기 페이스트를 기판 상에 도포하는 단계(63) 및 상기 페이스트를 소성하여 상기 제 1, 2 유전체 및 격벽 중 적어도 어느 하나를 형성하는 단계(64)를 포함하여 이루어진다.
상기 유전체 조성물의 유전상수, 유리전이온도(Tg) 및 열팽창계수(CTE)를 미세 조정하기 위해, TiO2, MgO, CaO, P2O5 중 적어도 어느 하나 이상을 0∼10mol%의 조성비로 더 혼합한다.
또한, 상기 유전체 조성물의 착색과 전극 반응성을 억제하기 위해 CoO, CuO, Cr2O3, MnO, FeO, NiO 중 적어도 어느 하나 이상을 0∼0.05mol%의 조성비로 더 혼합하거나 또는 CeO2, Er2O3, Nd2O3, Pr2O3 중 선택된 어느 하나 이상을 0∼10mol%의 조성비로 더 혼합한다.
여기서, 상기 페이스트를 제조하는 단계(62)는 먼저 전술한 조성비로 혼합한 유전체 조성물(유리)을 고온에서 용융시킨 후 상온의 물에 침지하거나 건식으로 트윈롤을 사용하여 급냉한 다음 분쇄기로 분쇄하고, 필요에 따라 필러(filler)와 혼합하여 건조함으로써, 모상유리분말을 제조할 수 있다.
다음, 전술한 바와 같이 제조된 70∼90wt%의 모상유리분말과 10∼30wt%의 비히클을 혼합한다. 여기서, 상기 비히클은 분말들의 혼합이나 인쇄를 돕기 위해 0∼15wt% 바인더, 0∼80wt%의 용제, 0∼5wt%의 분산제 등을 혼합할 수 있다. 이때, 상기 용제로는 Alcohol계, Glycol계, Propylene Glycol Ether류, Propylene Glycol Acetate류, Ketone류, BCA, Xylene, Terpineol, Texanol, 물 등이 사용될 수 있고, 상기 분산제로는 분산효과가 큰 Acryl계 분산제를 주로 사용한다.
상기 페이스트를 기판 상에 도포하는 단계(63)는 스크린 프린팅, 디스펜싱, 잉크젯법 중 적어도 어느 하나의 방법으로 제 1, 2 유전체 및 격벽 중 어느 하나를 형성할 수 있는 층의 전면에 도포한다.
다음, 제조된 페이스트를 제 1, 2 유전체 및 격벽 중 적어도 어느 하나를 형성할 수 있는 층의 전면에 도포하여 520℃ 이하의 온도에서 소성하여, 상기 제 1, 2 유전체 및 격벽 중 선택된 어느 하나를 형성하게 된다.
이상에서와 같이 본 발명의 실시예에 따른 유전체 조성물 및 이를 이용한 플라즈마 디스플레이 패널과 그 제조방법은 단가 면에서 저렴한 소다-라임 유리 기판 상에 저온소성의 유전체 조성물을 도포하여 제조할 수 있어, 전체적으로 플라즈마 디스플레이 패널의 가격 경쟁력을 향상시킬 수 있고, Pb를 사용하지 않기 때문에 환경 규제로부터도 자유롭다는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 낮아진 유리전이온도에 비해 열팽창계수도 증가시키지 않는다는 효과가 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

Claims (14)

15∼30mol%의 Bi2O3;
30∼45mol%의 B2O3;
15∼25mol%의 ZnO;
2∼8mol%의 Al2O3;
4∼12mol%의 BaO 또는 SrO; 및
0∼14mol%의 SiO2가 포함된 것을 특징으로 하는 유전체 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 유전체 조성물은,
조성물의 유전상수, 유리전이온도(Tg) 및 열팽창계수(CTE)를 미세 조정하기 위해, TiO2, MgO, CaO, P2O5 중 적어도 어느 하나 이상이 0∼10mol%로 더 포함된 것을 특징으로 하는 유전체 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 유전체 조성물은,
조성물의 착색과 전극 반응성을 억제하기 위해, CoO, CuO, Cr2O3, MnO, FeO, NiO 중 적어도 어느 하나 이상을 0∼0.05mol%로 더 포함된 것을 특징으로 하는 유전체 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 유전체 조성물은,
조성물의 착색과 전극 반응성을 억제하기 위해, CeO2, Er2O3, Nd2O3, Pr2O3 중 적어도 어느 하나 이상이 0∼10mol%로 더 포함된 것을 특징으로 하는 유전체 조성물.
제 1 유전체가 형성된 제 1 기판과,
제 2 유전체가 형성된 제 2 기판과,
상기 제 1 기판 및 제 2 기판 사이에 위치하는 격벽을 포함하고,
상기 제 1, 2 유전체 및 격벽은 15∼30mol%의 Bi2O3, 30∼45mol%의 B2O3, 15∼25mol%의 ZnO, 2∼8mol%의 Al2O3, 4∼12mol%의 BaO 또는 SrO, 및 0∼14mol%의 SiO2가 포함된 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널.
제 5 항에 있어서, 상기 제 1, 2 유전체 및 격벽은,
조성물의 유전상수, 유리전이온도(Tg) 및 열팽창계수(CTE)를 미세 조정하기 위해, TiO2, MgO, CaO, P2O5 중 적어도 어느 하나 이상을 0∼10mol%의 조성비로 더 포함된 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널.
제 5 항에 있어서, 상기 제 1, 2 유전체 및 격벽은,
조성물의 착색과 전극 반응성을 억제하기 위해 CoO, CuO, Cr2O3, MnO, FeO, NiO 중 적어도 어느 하나 이상이 0∼0.05mol%로 더 포함된 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널.
제 5 항에 있어서, 상기 제 1, 2 유전체 및 격벽은,
조성물의 착색과 전극 반응성을 억제하기 위해, CeO2, Er2O3, Nd2O3, Pr2O3 중 적어도 어느 하나 이상이 0∼10mol%로 더 포함된 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널.
제 1 전극, 제 1 유전체를 갖는 제 1 기판과, 제 2 전극, 제 2 유전체 및 격벽을 갖는 제 2 기판을 준비하는 단계;
15∼30mol%의 Bi2O3, 30∼45mol%의 B2O3, 15∼25mol%의 ZnO, 2∼8mol%의 Al2O3, 4∼12mol%의 BaO 또는 SrO, 및 0∼14mol%의 SiO2가 포함된 유전체 조성물과 비히클을 혼합하여 페이스트를 제조하는 단계;
상기 페이스트를 기판 상에 도포하는 단계; 및
상기 페이스트를 소성하여 상기 제 1, 2 유전체 및 격벽 중 적어도 어느 하나를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널의 제조방법.
제 9 항에 있어서, 상기 유전체 조성물은,
조성물의 유전상수, 유리전이온도(Tg) 및 열팽창계수(CTE)를 미세 조정하기 위해, TiO2, MgO, CaO, P2O5 중 적어도 어느 하나 이상이 0∼10mol%로 더 포함된 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널의 제조방법.
제 9 항에 있어서, 상기 유전체 조성물은,
조성물의 착색과 전극 반응성을 억제하기 위해, CoO, CuO, Cr2O3, MnO, FeO, NiO 중 적어도 어느 하나 이상을 0∼0.05mol%로 더 포함된 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널의 제조방법.
제 9 항에 있어서, 상기 유전체 조성물은,
조성물의 착색과 전극 반응성을 억제하기 위해, CeO2, Er2O3, Nd2O3, Pr2O3 중 적어도 어느 하나 이상이 0∼10mol%로 더 포함된 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널의 제조방법.
제 9 항에 있어서, 상기 페이스트는,
70∼90wt%의 분말 상태인 유전체 조성물과 10∼30wt%의 비히클이 포함된 조성비를 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널의 제조방법
제 9 항에 있어서, 상기 페이스트의 도포는,
스크린 프린팅, 디스펜싱, 잉크젯법 중 적어도 어느 하나의 방법을 이용하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널의 제조방법.
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