KR20080044771A - 디스플레이 장치용 유전체 분말 - Google Patents

디스플레이 장치용 유전체 분말 Download PDF

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KR20080044771A
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Abstract

본 발명은 디스플레이 장치용 유전체 분말에 관한 것으로서, 이 유전체 분말은 SiO2 0.1 내지 30 중량%; B2O3 15 내지 55 중량%; BaO 0.1 내지 25 중량%; Al2O3 0.1 내지15 중량%; P2O5 0.1 내지 10 중량%; 및 ZnO 3 내지 50 중량%를 포함한다.
본 발명의 디스플레이 장치용 유전체 분말은 환경 친화적이고, 낮은 유전율을 가짐에 따라 유전체층을 얇게 형성할 수 있어 투과율을 향상시킬 수 있다.
유리,전극피복,PDP,저유전율,투과율

Description

디스플레이 장치용 유전체 분말{DIELECTRIC POWDER FOR DISPLAY DEVICE}
본 발명은 디스플레이 장치용 유전체 분말에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 저유전율 및 높은 투과율을 나타내고, 환경 친화적이며 경제적인 디스플레이 장치용 유전체 분말에 관한 것이다.
일반적으로 플라즈마 디스플레이 패널은 기체 방전을 통하여 얻어진 플라즈마로부터 방사되는 진공 자외선이 형광체를 여기시킴으로써 발생되는 적(R), 녹(G), 청(B)색의 가시광을 이용하여 영상을 구현하는 디스플레이 소자이다.
이러한 플라즈마 디스플레이 패널은 60인치 이상의 초대형 화면을 불과 10cm 이내의 두께로 구현할 수 있고, CRT와 같은 자발광 디스플레이 소자이므로 색 재현력 및 시야각에 따른 왜곡 현상이 없는 특성을 가진다. 또한, LCD 등에 비해 제조공법이 단순하여 생산성 및 원가 측면에서도 강점을 갖는 TV 및 산업용 평판 디스플레이로 각광 받고 있다.
가장 일반적인 3전극 면방전형 플라즈마 디스플레이 패널은 동일면상에 위치한 유지 전극과 주사 전극을 포함한 전면 기판과, 이로부터 일정 거리를 두고 이격되어 수직 방향으로 이어지는 어드레스 전극을 포함한 배면 기판으로 이루어지며, 그 사이에 방전가스를 봉입하고 있다.
이와 같은 플라즈마 디스플레이 패널에 있어서, 배면 기판에는 유전체층이 형성되는데, 이러한 유전체층은 어드레스 전극을 덮으며 형성되어 플라즈마 방전시 이온 충격으로부터 어드레스 전극을 보호하고, 방전을 유지시키고, 발광 효율을 향상시키며, 형광체로부터 백 스캐터링(Back Scattering)되어 나오는 가시 광선을 반사하여 휘도를 증대시키는 기능을 한다.
이러한 유전체층이 상기와 같은 기능을 충분히 발휘하기 위해서는 높은 가시광선 반사 및 투과율, 낮은 열팽창계수, 낮은 소성온도, 높은 치밀도, 적절한 유전율 등의 물성을 가질 것이 요구된다.
상기와 같은 유전체층을 형성하기 위한 유리 조성물로는 종래 PbO계 유리 조성물 및 Bi2O3계 유리 조성물이 대표적으로 사용되었으나, PbO 및 Bi2O3가 환경에 유해한 물질이어서 최근에는 이 물질을 사용하지 않는 유리조성물에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
본 발명의 목적은 저유전율 및 높은투과율을 나타내며, 환경 친화적이고 경제적인 디스플레이 장치용 유전체 분말에 관한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 구현예는 SiO2 0.1 내지 30 중량%; B2O3 15 내지 55 중량%; BaO 0.1 내지 25 중량%; Al2O3 0.1 내지 15 중량%; P2O5 0.1 내지 10 중량%; 및 ZnO 3 내지 50 중량%를 포함하는 디스플레이 장치용 유전체 분말을 제공하는 것이다.
기타 본 발명의 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.
본 발명의 디스플레이 장치용 유전체 분말은 환경 친화적이고, 낮은 유전율을 가짐에 따라 유전체층을 얇게 형성할 수 있어 투과율을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구 항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 일 구현에는 디스플레이 장치에 사용되는 유전체 분말에 관한 것으로서, 특히 플라즈마 디스플레이 패널의 유전체 층을 형성하는데 사용되는 유전체 분말에 관한 것이다.
본 발명의 유전체 분말은 주성분으로 SiO2 0.1 내지 30 중량%; B2O3 15 내지 55 중량%; BaO 0.1 내지 25 중량%; Al2O3 0.1 내지 15 중량%; P2O5 0.1 내지 10 중량%; 및 ZnO 3 내지 50 중량%를 포함한다.
본 발명의 유전체 분말에서 사용된 SiO2는 제조되는 유전체 분말인 유리를 안정화시키는 성분으로서, 0.1 내지 30 중량%가 바람직하고, 1 내지 15 중량%가 더욱 바람직하다. 상기 SiO2의 함량이 0.1 중량% 미만이면, 유리의 형성제 저하 문제로 결정화 문제가 있고, 30 중량%를 초과하면, 연화점이 650℃ 이상으로 높아져서 소성 온도상 문제가 있어 바람직하지 않다.
상기 B2O3는 유리 형성에 중요한 역할을 하는 성분으로서, 그 함량은 15 내지 55 중량%가 바람직하며, 15 내지 40 중량%가 더욱 바람직하다. 상기 B2O3의 함량이 15 중량% 미만이면, 결정화 현상 및 투명성이 저하되고 안정성에 문제가 있어 바람직하지 않고, 55 중량%를 초과하면, 유기물과 반응이 일어나고, 연화점이 상승되어 바람직하지 않다.
단, 본 발명의 유전체 분말에서, SiO2 및 B2O3의 혼합 중량이 15 내지 75 중 량% 범위가 바람직하므로, SiO2 및 B2O3의 사용 총량은 15 내지 75 중량% 범위가 되도록 한다. 이때,SiO2 및 B2O3를 합하여 15 중량% 미만이 되면, 유리 형성제 함량이 낮아 결정화 문제가 있고, 75 중량%를 초과하면, 유리의 연화점의 상승으로 소성상 문제가 있다.
상기 BaO는 연화점 및 투과율을 조절하는 성분으로서, 그 함량은 0.1 내지 25 중량%가 바람직하며, 10 내지 20 중량%가 더욱 바람직하다. 상기 BaO의 함량이 0.1 중량% 미만이면, 선팽창 계수가 저하되고, 연화점이 증가되며, 25 중량%를 초과하면, 선팽창 계수가 증가되고, 투과율이 저하되어 바람직하지 않다.
상기 Al2O3는 유리를 안정하게 하는 역할을 하는 성분으로서, 그 함량은 0.1 내지 15 중량%가 바람직하다. Al2O3의 함량이 0.1 중량% 미만이면, 제조되는 유전체 분말이 안정적이지 못하며 결정화가 일어날 수 있고, 15 중량%를 초과하면 유전체 분말은 안정적이 되나, 투과율이 저하되어 바람직하지 않다.
본 발명의 유전체 분말에서, ZnO는 연화점 및 열팽창 계수를 조절하는 성분으로서, 그 함량은 3 내지 50 중량%가 바람직하고, 35 내지 50 중량%가 더욱 바람직하다. ZnO의 함량이 3 중량% 미만이면, 연화점 상승으로 소성상 문제가 있고, 50 중량%를 초과하는 경우에는 유리가 결정화되기 쉬워 바람직하지 않다.
본 발명의 유전체 분말에서, P2O5는 유리 형성제로서 유리 온도 및 열팽창 계수를 조절하는 성분으로서, 그 함량은 0.1 내지 10 중량%가 바람직하고, 1 내지 9 중량%가 더욱 바람직하다. P2O5의 함량이 10 중량%를 초과하는 경우에는 유리의 내수성 저하 및 열팽창 계수가 상승되기 쉬워 바람직하지 않다.
또한, 본 발명은 상기 주성분 이외에 TiO2; CuO, CeO2 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 제1 산화물 CoO; CaO, MgO 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 제2 산화물 Li2O, Na2O, K2O 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 제3 산화물, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 화합물을 보조 성분으로 더욱 포함할 수 있다.
이하, 각 성분들의 함량은 전체 유전체 분말 100 중량부를 기준으로 한 값이다.
상기 TiO2는 유전율을 상승시키는 성분으로서, 그 함량은 0 내지 8 중량부가 바람직하다. 상기 TiO2를 8 중량부 이하로 포함하는 경우, 유리가 결정화되지 않으면서 유전율을 적절하게 상승시킬 수 있어 바람직하다.
상기 CuO, CeO2 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 제1 산화물은 전극과의 반응성을 억제하는 효과가 있으며, 그 함량은 0 내지 2 중량부가 바람직하다. 상기 제1 산화물을 2 중량부 이하로 사용하는 경우에는 저파장 영역에서 투과율을 상승시킬 수 있어 바람직하다. 이때, CuO 및 CeO2를 혼합하여 사용하는 경우, 그 혼합 비율은 사용 용도에 따라 적절하게 조절하면 되며, 특별히 한정할 필요는 없다.
CoO는 유리의 착색 역할을 하는 성분으로서, 그 함량은 0 내지 1 중량부가 바람직하다. CoO를 1 중량부 이하의 함량으로 사용하면, 너무 과도한 착색 문제를 야기시키지 않으므로, 투과율 저하 문제가 없어 바람직하다.
CaO, MgO 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 제2 산화물은 열팽창 계수 조절 역할을 하는 성분으로서, 그 함량은 0 내지 10 중량부가 바람직하다. 상기 제2 산화물을 10 중량부 이하의 함량으로 사용하면, 유리의 연화점을 적절하게 유지할 수 있어 바람직하다.
아울러, Li2O, Na2O, K2O 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 제3 산화물은 연화점을 조절하는 성분으로서, 그 함량은 0 내지 20 중량부가 바람직하다. Li2O, Na2O, K2O 또는 이들의 조합의 함량이 20 중량부 이하인 경우에는 결정화가 일어나지 않으면서, 유리의 연화점은 저하시킬 수 있어서 바람직하다. 이때, Li2O, Na2O, K2O 를 혼합하여 사용하는 경우, 그 혼합 비율은 원하는 물성에 따라 적절하게 조절하면 되므로 특별히 한정할 필요는 없다.
본 발명의 유전체 분말은 Bi2O3를 포함하지 않으므로, 환경 친화적이면서, 또한 유전율은 낮은 물성을 갖는다. 본 발명의 유전체 분말의 낮은 유전율은 얇은 두께의 유전체층 형성을 가능하게 하므로, 재료비를 절감시킬 수 있어, 경제적이며, 또한 투과율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 유전체 분말을 디스플레이 장치에서 유전체층을 제조하는데 사용하기 위해서는 페이스트를 제조하여야 하며, 페이스트를 제조하는 공정은 다음과 같다.
먼저, 유전체 분말을 구성하는 모든 성분을 원하는 비율대로 혼합한다. 얻어진 혼합물을 약 1000℃ 이상의 용융로에서 용융하여, 유리물을 제조한다. 상기 유리물을 분쇄 공정을 실시하여 적정 입도를 갖는 유전체 분말을 제조한다.
이 유전체 분말과 비히클을 혼합하여 페이스트 형태의 유전체 조성물을 제조한다.
이러한 비히클로는 용매 및 바인더가 주로 사용된다. 용매로는 에틸 카비톨, 부틸 카비톨, 에틸 카비톨 아세테이트, 부틸 카비톨 아세테이트, 텍사놀, 테르핀유, 디프로필렌글리콜 메틸 에테르, 디프로필렌글리콜 에틸 에테르, 디프로필렌글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트, γ-부티로락톤, 셀로솔브 아세테이트, 부틸셀로솔브 아세테이트, 트리프로필렌 글리콜 등을 1종 또는 1종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 바인더로는 셀룰로오즈, 히드록시 메틸 셀룰로오즈, 히드록시 에틸 셀룰로오즈, 카르복시 메틸 셀룰로오즈, 카르복시 에틸 셀룰로오즈, 카르복시 에틸 메틸 셀룰로오드 등의 셀룰로오즈 유도체를 1종 또는 1종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명의 유전체 분말은 디스플레이 장치의 전극을 피복하는 역할을 하는 즉, 유전체층을 형성하기 위한 용도로 유용하게 사용될 수 있으며, 이러한 목적이라면 어떠한 디스플레이 장치에 사용되도 무방하나, 특히 플라즈마 디스플레이 패널에 유용하게 사용될 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1 내지 7 및 비교예 1)
SiO2, B2O3, BaO, Al2O3, TiO2, ZnO, CoO, P2O5, MgO, CuO, CaO, 및 Li2O, K2O 및 Na2O의 혼합물을 각각 하기 표 1에 나타낸 함량으로 측정하여, 혼합하였다. 얻어진 혼합물을 1200℃ 이상 용융로에서 투입하여 용융하고, 용융완료된 유리물을 압착하였다.
압착된 유리물을 1차로 볼밀 분쇄를 실시한 후, 2차 정밀 분쇄기로 2-2.5㎛의 평균입도를 갖도록 분쇄하여 유전체 분말을 제조하였다.
제조된 유전체 분말의 유전율, 항복점, 전이점, 열팽창 계수, 결정화 유무 및 투과율을 다음과 같은 방법으로 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
1) 유전율(ε) 측정 조건
상기 실시예 1 내지 7 및 비교예 1에 따라 얻어진 분쇄된 유전체 분말에 1Kgf/cm2 압력을 가하여 성형한 후, 490 내지 560℃ 온도에서 소성하고, 소성된 시료의 상하면을 매끄럽게 연마하여 시편을 제조하였다.
제조된 시편의 상하면에 Au 전극 재료를 스퍼터링 코팅하여 Cp값을 측정한 후(LCR Meter 측정 장치), 유전율 값을 계산하였다.
2) 항복점 측정 조건(단위: ℃)
상기 실시예 1 내지 7 및 비교예 1에 따라 얻어진 유전체 분말을 30mg 칭량하여 열분석용 셀인 알루미늄 셀에 넣고, 10℃/분의 승온 속도로 600℃까지 온도를 증가시키면서 열분석기(DSC)로 측정하였다.
3) 전이점(Tg) 측정 조건(단위: ℃)
상기 실시예 1 내지 7 및 비교예 1에서 얻어진 미세하게 분쇄된 유전체 분말을 펠렛 형태로 성형 후 490 내지 560℃에서 소성하였다. 소성된 시료를 TMA(Theromechanical Aanlysis, 열기계 분석기) 측정기로 상온부터 연화점 이하까지 측정하였다. 측정된 그래프에서 전이점을 산출하였다.
4) 열팽창 계수 측정 조건(단위: 10-7/℃)
상기 실시예 1 내지 7 및 비교예 1에 따라 제조된 미세하게 분쇄된 유전체 분말을 펠렛 형태로 성형 후 490 내지 560℃에서 소성하였다. 소성된 시료를 TMA(Theromechanical Analysis, 열기계 분석기) 측정기로 5℃/분의 승온 속도로 50 내지 350℃까지 측정하고, 이 범위에서의 평균 기울기를 구하여, 열팽창 계수를 산출하였다.
5) 결정화 유무
상기 실시예 1 내지 7 및 비교예 1에 따라 제조된 유전체 분말을 알파 터피네올 유기 용매 및 에틸 셀룰로즈 바인더를 포함하는 비히클(90 : 10 중량비)과 70 : 30 중량비로 혼합하여 페이스트를 제조하였다. 이 페이스트를 560 내지 600℃에서 소성하였다. 소성 과정 후 결정화가 발생하는지를 육안 또는 현미경으로 확인하였다.
6) 투과율 측정 조건(단위: %)
상기 실시예 1 내지 7 및 비교예 1에 따라 제조된 유전체 분말을 알파 터피네올 유기 용매 및 에틸 셀룰로즈 바인더를 포함하는 비히클(90 : 10 중량비)과 70 : 30 중량비로 혼합하여 페이스트를 제조하였다. 제조된 페이스트를 유리 기판에 도포한 후, 상온 내지 600℃ 이하의 온도 범위에서 소성하였다.
페이스트가 도포되지 않은 유리 기판을 기준(base)으로 하여 550nm에서 투과율 측정기로 투과율을 측정하였다.
하기 표 1에서, 각 성분 함량 단위는 중량%이다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 실시예 7 비교예 1
SiO2 8.9 3 19 17 8 4.4 5 2
B2O3 34.2 26.5 40.3 42 33.8 34 27 28
BaO 15.5 20 14.5 9 19.6 16 18 20
Al2O3 4.5 5 8 8 4 4 3 -
TiO2 - - - - - 2 - -
ZnO 28 33 8 13 30 35 36.4 48
CoO 0.2 - 0.2 0.3 - - - -
P2O5 0.1 9 1 0.2 0.2 0.1 7 -
CuO 0.6 0.5 0.5 0.5 0.4 0.5 0.6 -
CaO 3 - - - - - - -
Li2O+K2O+Na2O (1:1:1 중량비) 5 3 8.5 10 4 4 3 2
총합 100 100 100 100 100 100 100 100
유전율 8.3 8.4 7.5 7.4 8.5 9.2 8.2 -
항복점 490 511 522 514 515 505 513 483
전이점 463 470 483 472 486 479 482 458
열팽창 계수 82 73 79 78 76 77 73 -
결정화 유무 미발생 미발생 미발생 미발생 미발생 미발생 미발생 발생
투과율 65 63 69 64 59 51 77 -
상기 표 1에 나타낸 것과 같이, SiO2, B2O3, BaO, ZnO, P2O5 및 Al2O3를 주성분으로 포함하는 실시예 1 내지 7의 유전체 분말은 적절한 유전율을 나타내면서, 항복점, 전이점, 열팽창 계수 및 투과율이 높고, 결정화가 일어나지 않으므로, 투명성이 우수할 것을 예측할 수 있다. 이에 대하여, Al2O3를 포함하지 않는 비교예 1은 항복점 및 전이점이 실시예 1 내지 7보다 낮고, 유전율, 열팽창 계수 및 투과율은 측정이 불가능할 정도로 낮았으며, 또한 결정화가 발생함에 따라 투명성이 낮으므로 플라즈마 디스플레이 장치에서 유전체층을 형성하는데 유용하게 사용할 수가 없음을 예측할 수 있다.
7) 전극과의 반응성 측정
상기 실시예 7에 따라 제조된 유전체 분말을 알파 터피네올 유기 용매 및 에틸 셀룰로즈 바인더를 포함하는 비히클(90 : 10 중량비)과 70 : 30 중량비로 혼합하여 페이스트를 제조하였다. 이 페이스트를 유리 기판에 형성된 Ag 전극에 도포한 후, 570 내지 600℃의 온도에서 소성하여, 전극과의 반응성을 검토하였다. 그 결과를 도 1에 나타내었다. 도 1에 나타낸 것과 같이, 가운데 형성된 Ag 전극의 색변화가 전혀 없으므로, 유전체층과 전극이 서로 반응하지 않음을 알 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 7에 따라 제조된 유전체 분말의 Ag 전극과의 반응성을 알아보기 위해 나타낸 사진.

Claims (12)

  1. SiO2 0.1 내지 30 중량%;
    B2O3 15 내지 55 중량%;
    BaO 0.1 내지 25 중량%;
    Al2O3 0.1 내지 15 중량%;
    P2O5 0.1 내지 10 중량%; 및
    ZnO 3 내지 50 중량%
    를 포함하는 디스플레이 장치용 유전체 분말.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 B2O3 및 SiO2의 혼합중량은 15 내지 75 중량%인 디스플레이 장치용 유전체 분말.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 B2O3의 함량은 15 내지 40 중량%인 디스플레이 장치용 유전체 분말.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 SiO2의 함량은 1 내지 15 중량%인 디스플레이 장치용 유전체 분말.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 BaO의 함량은 10 내지 20 중량%인 디스플레이 장치용 유전체 분말.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 P2O5의 함량은 1 내지 9 중량%인 디스플레이 장치용 유전체 분말.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 ZnO의 함량은 35 내지 50 중량%인 디스플레이 장치용 유전체 분말.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 유전체 분말은 TiO2; CuO, CeO2 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 제1 산화물; CoO; CaO, MgO 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 제2 산화물; Li2O, Na2O, K2O 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 제3 산화물; 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 화합물을 더욱 포함하는 것인 디스플레이 장치용 유전체 분말.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 유전체 분말은 전체 유전체 분말 100 중량부에 대하여 상기 제1 산화물을 0 내지 2 중량부로 포함하고, 상기 CoO를 0 내지 1 중량부로 포함하고, 상기 제2 산화물을 0 내지 10 중량부로 포함하고, 상기 제3 산화물을 0 내지 20 중량부로 포함하는 것인 전극 피복용 디스플레이 장치용 유전체 분말.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 유전체 분말은 플라즈마 디스플레이 장치에 사용되는 것인 디스플레이 장치용 유전체 분말.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 유전체 분말을 포함하는 디스플레이 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 디스플레이 장치는 플라즈마 디스플레이 장치인 디스플레이 장치.
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