KR20090059710A

KR20090059710A - 플라즈마 디스플레이 패널 필터의 프릿 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20090059710A
Application number: KR1020070126709A
Authority: KR
Inventors: 최병호; 김혁종; 정영규; 탁남수; 정철용; 김영신; 이승진
Original assignee: 금오공과대학교 산학협력단
Priority date: 2007-12-07
Filing date: 2007-12-07
Publication date: 2009-06-11

Abstract

본 발명은 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP)에 사용되는 필터 프릿을 제조하는 것에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 이산화규소(SiO₂)를 주원료로 하고 삼산화비스무트(Bi₂O₃), 삼산화이붕소(B₂O₃) 및 오산화인(P₂O₅)로 구성된 그룹에서 독립적으로 선택되는 산화물, 알카리토금속류 산화물로 구성된 그룹에서 독립적으로 선택되는 산화물 및 상기 산화알루미늄(Al₂O₃), 산화아연(ZnO), 산화스트론튬(SrO)로 구성된 그룹에서 독립적으로 선택되는 산화물을 건식 혼합하고, 상기 혼합된 산화물을 열을 가하여 용융시켜 상기 용융된 산화물을 동판으로 급속냉각시켜서 분말시료 및 벌크시료를 제조한다. 그 후에 상기 분말시료 및 벌크시료를 분쇄하는 것을 포함하여 제조되는 친환경적인 필터 프릿 조성물에 관한 것이다.

상기와 같은 친환경적인 필터 프릿 조성물는 산화납이 아닌 유리의 원료인 이산화규소를 주원료로 제조하여 플라즈마 디스플레이 패널의 폐기시에 환경을 오염시키지 않는 것을 특징으로 한다.

플라즈마 디스플레이 패널 필터, 세라믹 프릿 조성물, 무연 세라믹 프릿

Description

플라즈마 디스플레이 패널 필터의 프릿 및 그 제조방법{Frit of PDP filter and Method for manufacturing the same}

현대 사회가 고도로 정보화 되어감에 따라서 광일렉트로닉스(Photoelectronics) 관련부품 및 기기가 현저하게 진보하고 보급되고 있다. 그 중에서, 화상을 표시하는 디스플레이장치는 텔레비전 장치용, 퍼스널컴퓨터의 모니 터 장치용 등에 대한 연구가 가속화되었다.

상기와 같은 디스플레이 장치의 일종인 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP)은 기존의 디스플레이 장치를 대표하는 CRT(브라운관)에 비해 대형화 및 박형화를 동시에 만족할 수 있어 차세대 디스플레이 장치로서 각광받고 있다. 이러한 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP)은 가스방전현상을 이용하여 화상을 표시하는 것으로서, 표시용량, 휘도, 콘트라스트, 잔상, 시야각 등의 각종 표시능력이 우수하다. 그리고, 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP)은 다른 표시장치보다 대형화가 용이하고, 박형의 발광형 표시장치로써 향후 고품질 디지털 텔레비젼으로서 가장 적합한 특성을 갖추고 있는 것으로 평가되고 있어 CRT(브라운관)를 대체할 수 있는 디스플레이 장치로 각광받고 있다.

일반적으로 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP)은 양 유리 사이의 밀폐된 공간에 Ne+Ar, Ne+Xe 등의 가스를 넣은 뒤 전압을 가해 네온광을 발광시키는 방식의 디스플레이를 말한다. 상기 플라즈마는 방전으로 발생한 기체를 말하는 것으로서, 상기 플라즈마는 양전하(이온), 음전하(전자)가 거의 같은 양으로 혼재하여 자유입자에 가까운 형태를 가진다. 간단히 말하자면 상기 플라즈마는 전기적으로 중성의 상태로 유지하는 이온과 전자의 혼합물질이다. 상기 플라즈마는 진공상태에서 양전극과 음전극에 강한 전압을 걸면 그 안에 있는 가스가 활성화되었다가 시간의 경과에 따라 다시 안정된 본래의 상태로 돌아가면서 마치 오로라 같은 강하고 아름다운 빛을 발하게 된다. 상기와 같은 원리로 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP)은 전극에 인가되는 직류 또는 교류 전압에 의하여 전극 사이의 가스에서 방전이 발생하고, 여기에서 수반되는 자외선의 방사에 의하여 형광체를 여기시켜 발광하게 된다.

그러나, 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP)은 그 구동의 특성상 전자파의 방출량이 많다. 게다가 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP)에서 발생되는 전자파에 의해 인체에 유해한 영향을 미치고 무선 전화기나 리모콘 등의 정밀기기의 오동작을 유발할 수도 있다. 또한, 상기 플라즈마 디스플레이 패널은 형광체의 표면반사가 높을 뿐 아니라 봉입가스인 헬륨(He)이나 제논(Xe)에서 방출되는 오렌지 광으로 인해 색순도가 음극선관에 미치지 못하는 단점이 있다.

상기와 같이 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP)의 전자파 및 근적외선을 차폐하는 동시에 반사광을 감소시키고 색순도를 향상시키기 위해, 전자파 차폐, 근적외선 차폐, 빛 표면 반사 방지 및/또는 색순도 개선 등의 기능을 갖는 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP)의 필터에 대한 연구가 시작되었다.

종래 기술에 따른 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP)의 필터는 산화납(PbO)을 포함하여 제작되었다. 상기 산화납(PbO)은 유전체로서 농약·도료·안료·축전지·광학유리·고무·산화제 등으로 쓰인다. 그러나, 상기 산화납(PbO)은 환경 및 인체에 유해한 물질로 RoHs와 WEEE의 규제품목으로 선정되었다. 상기 RoHs는 전기전자 제품 내 유해물질 제한 지침이고, 상기 WEEE는 전기전자 제 품 폐기지침으로서 2006년과 2007년에 발효되었다. 그리하여 산화납(PbO)을 사용하지 않는 무연 세라믹 조성물을 이용하여 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP)을 제조하고자 하였다.

상기 무연 세라믹 조성물은 삼산화비스무트Ⅲ(Bi₂O₃), 오산화인(P₂O₅), 산화바륨(BaO), 오산화비소(V₂O₅), 산화주석(SnO)를 주원료로 하고, 물성향상을 위하여 삼산화이붕소(B₂O₃), 산화아연(ZnO), 이산화규소(SiO₂), 알카리 또는 알카리토류 산화물을 첨가하여 제조하는 것이다. 그러나 상기 무연 세라믹 조성물에 의하여 제조된 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP)은 저융점이 가능한 수준의 조성을 갖는 경우 결정 석출의 문제가 있었다. 또한, 상기 산화납(PbO)을 이용하여 패널을 제조하는 것보다 상기 무연 세라믹을 이용하는 경우 가격적인 면에서 상당히 고가에 해당되어 제작비용면에서 문제가 있었다. 게다가 상기 무연 세라믹은 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP)의 제작에 요구되는 물성수치에 미달되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서 본 발명은 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP)에 사용되는 필터를 제조시에 이산화규소(SiO₂)를 주원료로 하고 삼산화비스무트(Bi₂O₃), 삼산화이붕소(B₂O₃) 및 오산화인(P₂O₅)로 구성된 그룹에서 독립적으로 선택되는 산화물, 알카리토금속류 산화물로 구성된 그룹에서 독립적으로 선택되는 산화물 및 산화알루미늄(Al₂O₃), 산화아연(ZnO), 산화스트론튬(SrO)로 구성된 그룹에서 독립적으로 선택되는 산화물을 건식 혼합하고, 상기 혼합된 산화물을 열을 가하여 용융시켜 상기 용융된 산화물을 동판으로 급속냉각시켜서 분말시료 및 벌크시료를 제조한다. 그 후에 상기 분말시료 및 벌크시료를 분쇄하는 것을 포함하여 플라즈마 디스플레이 패널의 필터 프릿을 제조하는 것이다.

상기와 같은 친환경적인 필터 프릿 조성물는 산화납(PbO)이 아닌 유리의 원료인 이산화규소를 주원료로 제조하여 플라즈마 디스플레이 패널의 폐기시에 환경을 오염시키지 않는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널의 필터 프릿 조성물을 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 플라즈마 디스플레이 패널에 사용되는 필터를 제조하는데 있어서는 상기 필터는 이산화규소(SiO₂)를 주원료 로 하고 삼산화비스무트(Bi₂O₃), 삼산화이붕소(B₂O₃) 및 오산화인(P₂O₅)로 구성된 그룹에서 독립적으로 선택되는 산화물, 알카리토금속류 산화물로 구성된 그룹에서 독립적으로 선택되는 산화물 및 산화알루미늄(Al₂O₃), 산화아연(ZnO), 산화스트론튬(SrO)로 구성된 그룹에서 독립적으로 선택되는 산화물을 건식 혼합하는 단계;상기 혼합된 산화물을 열을 가하여 용융시키는 단계; 상기 용융된 산화물을 동판으로 급속냉각시켜서 분말시료 및 벌크시료로 제조하는 단계 및 상기 분말시료 및 벌크시료를 분쇄하는 단계를 포함하여 제조되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 이산화규소(SiO₂)는 45wt% 내지 55wt%로 하여 건식혼합을 하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 삼산화비스무트(Bi₂O₃), 삼산화이붕소(B₂O₃) 및 오산화인(P₂O₅)로 구성된 그룹에서 독립적으로 선택되는 산화물은 25wt% 내지 35wt%로 하여 건식혼합 하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 알카리토금속류 산화물은 산화칼슘(CaO), 산화바륨(BaO), 산화마그네슘(MgO)이고, 상기 산화물로 구성된 그룹에서 독립적으로 선택되는 산화물은 5wt% 내지 15wt%로 하여 건식혼합 하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 산화알루미늄(Al₂O₃), 산화아연(ZnO), 산화스트론튬(SrO)로 구성된 그룹에서 독립적으로 선택되는 산화물은 15wt%로 하여 건식혼합 하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 건식혼합은 약 20분 정도로 하는 것을 특징으로 하고, 상기 용융은 1200℃ 내지 1300℃의 온도로 20분 내지 60분 동안 하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 분쇄는 습식분쇄로 4시간 동안 하고, 분쇄입자 크기가 6.5㎛이하인 것을 특징으로 하고, 더 바람직하게는 상기 분쇄입자 크기가 2.4㎛ 내지 1.5㎛인 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 필터 프릿 조성물은 열팽창계수가 85×10^-7℃ 내지 95×10^-7℃인 것을 특징으로 하고, 상기 필터 프릿 조성물은 600℃ 내지 650℃에서 소성이 이루어지는 플라즈마 디스플레이 패널의 필터에 사용되는 것을 특징으로 한다.

이상에서 상술한 바와 같이 상기와 같은 본 발명에 따른 플라즈마 디스플레이 패널에 사용되는 친환경적인 필터 프릿 조성물을 제조하는 것에 따르면 이산화규소를 주원료로 하고 삼산화비스무트(Bi₂O₃), 삼산화이붕소(B₂O₃) 및 오산화인(P₂O₅)로 구성된 그룹에서 독립적으로 선택되는 산화물, 알카리토금속류 산화물로 구성된 그룹에서 독립적으로 선택되는 산화물 및 산화알루미늄(Al₂O₃), 산화아연(ZnO), 산화스트론튬(SrO)로 구성된 그룹에서 독립적으로 선택되는 산화물을 이용하여 제조되므로 기존의 환경오염 물질인 산화납을 대체할 수 있으므로 환경오염을 방지하는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하고자 한다. 본 발명에서는 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP)에 사용되는 필터를 제조하는데 있어서 이산화규소(SiO₂)를 주원료로 하고 있다. 상기 이산화규소(SiO₂)는 저융점 규산무수물이라고도 한다. 상기 이산화규소(SiO₂)의 화학식은 SiO₂이고. 순수한 것은 무색 투명한 고체이며, 분자량 60.09이다. 천연으로는 석영·수정·옥수(玉髓)·마노(瑪瑙)·부싯돌·규사(硅砂)·인규석(鱗硅石)·홍연석(紅鉛石) 등에 결정 또는 비결정으로 부터 산출된다. 상기 이산화규소(SiO₂)의 배열이 불규칙한 것이 석영유리이며, 결정 이산화규소(SiO₂)를 융해하여 냉각하여 석영 유리를 얻을 수 있다. 상기 석영 유리는 고온에 견디며 팽창률이 아주 작고 급격한 열변화에 강하기 때문에 내열(耐熱)유리로 많이 사용된다. 또한, 상기 석영유리는 자외선을 잘 통과하기 때문에 각종 광학장치에 사용된다.

본 발명에서는 상기 이산화규소(SiO₂)를 45wt% 내지 55wt%의 무게비율로 프릿(frit) 조성물을 만든다. 상기 이산화규소(SiO₂)는 본 발명에서 패널의 네트워크를 구성하는 역할을 하는데 45wt%이하의 경우에는 프릿(frit)의 점도가 낮게 되어 패널이 형성되기 어렵다. 게다가 패널의 화학적 내구성도 감소하게 되어 내산화성 및 내수성이 감소된다. 그리고 상기 이산화규소(SiO₂)의 양이 55wt%이상이 되는 경우에는 패널 프릿(frit)의 연화온도이 500℃이상이 되어 저온 봉착이 어려워진다.

본 발명은 상기 이산화규소(SiO₂)를 주원료로 하고 삼산화비스무트(Bi₂O₃), 삼산화이붕소(B₂O₃) 및 오산화인(P₂O₅)으로 구성된 그룹에서 독립적으로 선택되는 산화물을 첨가한다. 상기 산화비스무트는 산화창연(酸化蒼鉛)이라고도 하며, 이산화비스무트(Ⅱ), 삼산화비스무트 및 오산화비스무트(Ⅴ) 등으로 여러 가지 산화물이 존재한다. 본 발명에서는 삼산화비스무트로서 화학식은 Bi₂O₃ 이다. 상기 삼산화비스무트 는 백색의 결정성(結晶性) 분말로 되어 있으며, 천연으로는 비스무트화(華) Bi₂O₃·3H₂O로서 산출된다.

그리고, 상기 산화붕소는 이산화이붕소(B₂O₂),삼산화이붕소(B₂O₃),삼산화사붕소(B₄O₃),오산화사붕소(B₄O₅) 등 몇 가지 종류가 있으나, 일반적으로는 삼산화이붕소(B₂O₃)가 많이 쓰인다. 상기 삼산화이붕소는 화학식 B₂O₃이고 녹는점은 577℃이지만 평균적으로 일정하지 않다. 상기 삼산화이붕소(B₂O₃)는 유리에서의 망목형성산화물(網目形成酸化物, network former)로서의 역할도 하고 융제(融劑, flux)의 역할도 하는 산화물이다. 상기 삼산화이붕소(B₂O₃)는 붕사(硼砂, borax, 또는 Na₂B₄O₇·10H₂O )와 붕산(硼酸, boric, H₃BO₃)를 산화시켜서 얻어내며 그 중에서도 붕사에서 보편적으로 많이 얻어낸다. 상기 삼산화이붕소(B₂O₃)는 상기 필터의 프릿(frit)의 융제로서 널리 이용된다. 상기 프릿(frit)의 점성을 낮추는 역할을 하고, 프 릿(frit)의 융점을 낮춘다. 또한, 상기 삼산화이붕소(B₂O₃)는 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP) 필터의 팽창성(膨脹性)을 작게 하여 열적 안정성을 증가시키는 역할을 한다. 또한, 삼산화이붕소(B₂O₃)는 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP) 필터의 내수성과 내산성(耐酸性)을 향상시키는 효과가 크다. 게다가 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP) 필터 프릿(frit)의 용융(熔融), 청징(淸澄, refining) 및 가공성(加工性) 향상시킨다.

상기 산화인의 종류로는 삼산화인(P₂O₃), 사산화인(P₂O₄), 오산화인(P₂O₅)이 일반적으로 알려져 있다. 본 발명에서는 오산화인(P₂O₅)이 첨가되었다. 산화인(phosphoric oxide)은 보통 인을 산소 또는 건조공기 속에서 태우거나 화학반응에 의한 얻을 수 있는데, 화학반응에 의한 경우에는 완전한 무수산화인을 얻기 어렵다.

상기 삼산화비스무트, 삼산화이붕소(B₂O₃) 및 오산화인(P₂O₅)으로 구성된 그룹에서 독립적으로 선택되는 산화물은 25wt% 내지 35wt%로 하여 첨가한다. 상기 산화물이 25wt%이하의 양으로 첨가되면 900℃이하에서 소결되지 않을 우려가 있다. 또한, 산화물이 35wt% 이상의 양으로 첨가되면 패널의 내습성에 문제가 생길 우려가 있으므로 상기와 같은 양으로 첨가되는 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명에는 알카리토금속류 산화물이 첨가되는데 상기 알카리토금속류에는 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 바륨(Ba), 스트론튬(Sr), 라듐(Ra) 이 있다. 상기 알카리토금속류 중에서도 칼슘(Ca), 바륨(Ba) 및 마그네슘(Mg)의 산화물인 산화칼슘(CaO), 산화바륨(BaO) 및 산화마그네슘(MgO)으로 구성된 그룹에서 독립적으로 선택하여 본 발명의 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP) 프릿(frit) 조성물을 제조하는 것이 바람직하다. 상기 베릴륨(Be)은 반응성이 커서 안정하지 못하고 바륨(Ba)은 방사성 물질이므로 본 발명의 친환경 필터 프릿(frit)의 조성물로서 적합하지 않다.

상기 산화물은 5wt% 내지 15wt%로 하여 첨가한다. 상기 산화물이 5wt%의 이하의 양으로 첨가하는 경우는 온도계수가 크게 감소하고, 상기 산화물의 양을 15wt%이상으로 첨가하는 경우에는 온도계수가 크게 증가하여 실제 응용이 불가능하다. 상기와 같은 이유로 상기 범위 내에서 상기의 산화물을 첨가는 것이 바람직한 것이다. 그러나, 상기 산화물의 선택과 첨가량은 바람직한 실시예일 뿐 본 발명의 보호범위를 한정하는 것은 아니다.

본 발명에서 상기 살펴본 물질 외에 산화알루미늄(Al₂O₃), 산화아연(ZnO), 산화스트론튬(SrO)으로 구성된 그룹에서 독립적으로 선택되는 산화물이 첨가된다. 상기 산화알루미늄(Al₂O₃)은 알루미늄(Al)과 산소(O₂)가 결합한 것으로 천연적으로는 코런덤, 루비 및 사파이어에서 얻어지고, 인공적으로는 수산화알루미늄(Al(OH)₃)을 소성하여 얻어진다. 상기 산화알루미늄은 백색의 가루로서, 화학식 Al₂O₃이고 분자량은 101.96이다. 상기 산화알루미늄(Al₂O₃)은 알루미늄(Al)을 제조하는데 사용되 며, 연마재, 내화재료에 사용된다.

상기 산화아연(ZnO)은 산소(O₂)와 아연(Zn)의 화합물로서 분자량은 81.4이다. 상기 산화아연(ZnO)은 가벼운 백색 분말로서 아연화, 아연백이라고도 한다. 상기 산화아연(ZnO)은 천연에서 홍아연석으로 존재하며, 상기 홍아연석을 연소 또는 가열하여 얻는다. 또한, 상기 산화아연(ZnO)은 공업적으로는 금속아연을 가열하여 기화시켜서 공기로 연소시키거나, 황산아연(ZnSO₄) 또는 질산아연(ZnNO₃)을 소성하여 얻어낸다.

상기 산화아연(ZnO)에 강한 열을 가하면 1기압하에서는 약 1300℃에서 승화되는 성질이 있으며, 상기 산화아연(ZnO)은 가시광선은 잘 반사하지만 자외선은 잘 흡수하는 성질이 있다. 또한, 상기 산화아연(ZnO)은 태양빛에 의해 인광(燐光)을 내며 음극선·양극선 등에 의해 초록·보라 등으로 발광하고, 가열하면 흰색의 열발광을 한다. 상기 산화아연은 가열해도 분해되지 않는다. 상기 산화아연(ZnO)을 첨가하여 유리를 제조하는 경우에는 열팽창계수를 작게 함으로써 열충격(thermal shock)에 대한 저항성을 높게 한다. 또한, 상기 산화아연(ZnO)은 유리의 광택을 향상시키고, 응력(stress)에 의한 변형에 대하여 크게 안전성을 높인다. 게다가 상기 산화아연(ZnO)은 유리에 첨가되는 경우 유리의 온도에 다른 점성(viscosity)의 구배를 둔화시킬 수 있다.

상기 산화아연(ZnO)은 무기재료 분야에 있어서 유리, 유약, 법랑, 자성페라이트(magnetic ferrite) 및 기타 특수 무기재료의 제조 원료로 쓰인다. 상기 산화 아연(ZnO)은 백색 안료로서 페인트·그림물감 등으로 사용된다. 그 밖에 상기 산화아연(ZnO)은 시멘트·에나멜·유탁(乳濁)유리 등의 용도가 있으며 고무충전제 등에도 사용된다. 게다가 상기 산화아연(ZnO) 중 입자가 고운 상질(上質)의 것은 의약품·화장품·치과충전제로서 이용되고 있으며, 상기 산화아연(ZnO)은 메탄올의 합성용 촉매로 사용된다.

또한, 상기 산화아연(ZnO)은 반도성, 압전성, 형광성, 광도전성 등 여러 가지 기능을 겸비하고 있어서 신요업체(new ceramics)에서의 많이 쓰인다.

상기 반도성을 가지고 있는 산화아연(ZnO)은 투명하면서도 금속과 같은 수준의 전도성을 부여할 수 있어 투명 도전성 기판으로 활용된다. 상기와 같은 성질을 이용한 것으로는 소결체로 되어 있는 가스센서(gas sensor), 촉매, 바리스터(varister)가 있다. 그리고, 산화아연(ZnO) 결정은 전력이나 배터리 전원을 빛으로 전환할 수 있는 광도전성을 가지는데 상기 성질을 이용한 것으로 분체로 된 전자사진용 감광제가 있다. 또한, 상기 산화아연(ZnO)의 압전성을 이용한 것으로는 박막으로 된 표면탄성과 필터(filter)가 있으며, 상기 산화아연(ZnO)의 형광성을 이용한 것으로는 표지판이 있다.

산화스트론튬(SrO)은 주기율표 제2족에 속하는 알칼리토금속원소의 하나로서, 1808년 영국의 화학자 H.데이비가 스코틀랜드의 스트론티아 광산에서 발견한 스트론티아나이트에서 분리시키는 데 성공하여, 광석의 명명을 따서 스트론튬이라 이름하였다. 상기 산화스트론튬(SrO)은 천연으로는 셀레스타이트(SrSO₄) 및 스트론 티아나이트(SrCO₃)로서 산출되며, 이 밖에 알칼리토금속 광석에도 소량이 함유되어 있다. 그 존재는 동족원소인 칼슘에 비하여 극히 적으며, 광석의 종류도 적다. 클라크수 제22위, 해수 속의 함유량은 8100 ㎍/ℓ이다.

그리고, 상기 산화스트론튬(SrO)은 은백색 금속으로, 납보다 약간 단단하다. 공기 중에서는 상온에서 곧 산화되어, 금속의 표면에 황색의 산화피막(酸化被膜)이 생긴다. 상기 산화스트론튬(SrO)의 미소 분말은 공기 중에서 자연발화하고, 물과는 격렬하게 반응하여 수산화스트론튬을 생성함과 동시에 수소를 발생한다. 또한, 수은과는 아말감을 만들며, 일반 알카리금속과 마찬가지로 염산에서는 수소를 발생하면서 녹는다. 더불어, 상기 스트론튬(SrO)은 화합물의 원자가는 보통 +2가이다.

또한, 상기 스트론튬(SrO)은 주로 특수합금, 진공관의 게터용 재료 등으로 사용된다. 합금으로는 5 % 스트론튬-주석합금, 5 % 스트론튬-납합금 등이 구리합금·주석합금·납합금·아연합금 등에 모합금(母合金)으로 첨가된다. 상기와 같은 성질을 가지는 산화스트론튬(SrO)은 본 발명에서 필터 프릿의 점성곡선을 조정하며, 상기 산화스트론튬(SrO) 과량 투입되는 경우 유리의 액상온도가 높아져 성형이 곤란해지고 실투가 발생할 수 있다. 상기 스트론튬(SrO)은 본 발명의 필터 프릿(frit)의 내수성을 향상시키며 분상을 억제하는 중요한 역할을 한다.

상기 산화알루미늄(Al₂O₃), 산화아연(ZnO), 산화스트론튬(SrO)로 구성된 그룹에서 독립적으로 선택되는 산화물은 15wt%로 첨가하여 본 발명의 필터 프릿(frit) 조성물을 제조한다. 상기 산화물의 양이 15wt%이하이면 유리의 안정화 역 할을 하여 분상으로 형성이 되지 않고 내구성을 증가 된다. 상기와 같이 유리가 안정화되면 분쇄가 어렵고 입자가 커져 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP)의 광학적 특성이 떨어진다. 상기 산화물의 양이 15wt% 이상으로 첨가되면 유리화가 일어나지 않으므로 상기의 범위 내에서 상기 산화물을 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 살펴 본 바와 같이 선택된 산화물의 양을 칭량하여 칭량된 산화물을 약 20분 동안 건식혼합 해 준다. 상기 선택된 산화물은 서로 결합시키기 위하여 열을 가하여 용융시킨다. 상기 용융은 1200℃ 내지 1300℃의 온도로 20분 내지 60분 동안 한다. 상기 용융 온도는 1200℃ 내지 1300℃ 사이에서 실시해야 상기 건식혼합된 산화물이 완전히 용융되어 유리로 된다. 상기 용융온도가 1200℃이하로 되면 용융이 완전히 일어나지 않고 부분적으로 용융이 일어나 부분 결정화가 일어날 수 있고, 유리 분말의 특성에 영향을 미친다. 또한, 상기 용융온도가 1300℃ 이상으로 하면 공정의 효율이 떨어진다는 문제점이 있다.

상기 용융시간은 20분 내지 60분의 범위에서 이루어지는데 20분 이하로 용융시키는 경우 상기 건식혼합된 산화물에 완전하게 용융되지 않는다. 또한, 상기 용융시간을 60분 이상으로 하면 상기 삼산화비스무트 등과 같은 산화물의 환원현상에 따른 색깔의 변화가 생긴다. 게다가 상기 산화물 등의 기포 형성 등에 영향을 미쳐 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP)의 필터의 투과율에 영향 미친다.

상기 완전히 용융된 산화물은 동판 위에 부어서 급속 냉각시킴으로써 분말시 료 및 벌크시료로 제조한다. 상기 동판에 용융된 혼합 산화물을 급속 냉각하면 세립질의 유리결정이 형성된다. 반면에 상기 용융 혼합물을 천천히 냉각시키는 경우 조립질의 유리결정이 형성되어 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP)의 광투과성을 떨어뜨려 선명한 색을 표현할 수 없게 된다. 그러므로, 상기와 같이 용융 혼합물을 급속 냉각시키는 것이 바람직하다.

상기 제조된 분말시료 및 벌크시료는 분쇄하여 미세입자로 만든다. 상기 분쇄는 습식분쇄로 4시간 동안 한다. 상기 습식분쇄는 상기 분말시료 및 벌크시료와 볼을 교반하여 분쇄를 하는 방법이다. 상기 습식분쇄는 용매를 사용하는데 상기 용매로 인하여 분쇄에 필요한 에너지가 낮아지기 때문에 건식분쇄에 비해 미세입자로 분쇄하는 것이 용이하므로 분쇄 효율이 높다. 그러므로, 본 발명의 바람직한 실시예는 습식분쇄를 사용한 것이다.

상기 분쇄입자의 크기는 6.5㎛이하인 것이 바람직한데 입자크기가 6.5㎛이상이면 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP) 필터의 후막 형성시 기포의 양이 많아지기 때문이다. 더 바람직한 실시예로는 분쇄입자의 크기가 평균적으로 2.4㎛정도인데 매우 바람직한 분쇄입자의 크기는 2.4㎛ 내지 1.5㎛ 사이이다.

본 발명의 제조 방법에 의하여 제조된 상기 필터 프릿(frit) 조성물은 열팽창계수가 열팽창계수가 85×10^-7℃ 내지 95×10^-7℃이다. 상기 열팽창계수의 범위는 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP)의 전면 유리의 열팽창계수 와 유사하다. 상기와 같은 열팽창계수의 유사성으로 인하여 소성시 발생할 수 있는 표면 장력 응력을 최소화하여 내구성 및 신뢰성을 높일 수 있다.

또한, 본 발명인 필터 프릿(frit) 조성물은 600℃ 내지 650℃에서 소성이 이루어지는 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP)의 필터에 사용되는 것이다. 상기와 같은 공정온도로 전기 제품의 봉착 및 다른 용도로 응용하기 위하여 행해지는 저온 소성을 가능하게 한다.

이하, 본 발명의 제 1 실시 예인 산화물의 성분비에 따라 제조된 필터 프릿(frit) 조성물의 물리·화학적 특성을 설명하고자 한다. 그리고, 본 발명의 바람직한 실시예인 제 2 실시예에서는 필터 프릿(frit) 조성물로 후막을 형성하여 상기 후막의 물리화학적 특성을 설명하고자 한다.

- 제 1 실시예-

본 발명에 따른 필터 프릿(frit) 조성물은 하기 표 1에서와 나타난 성분비로 산화물을 전자저울에서 칭량한 후 마노 유발에서 약 20분동안 건식 혼합하였다.

	SiO₂	Bi₂O₃	CaO	Al₂O₃
1	60	20	10	10
2	50	30	10	10
3	40	40	10	10

상기 건식 혼합된 산화물은 알루미나 혹은 백금 도가니에 담아 전기로에 넣어져 용융하여 유리를 만들었다. 상기 완전히 용융된 유리를 만들기 위해 1200℃ 내지 1300℃에서 20분 내지 60분 동안 유지하였다. 완전히 용융된 유리를 공기 중에서 동판 위에 부어 급속 냉각시켜 분말시료 및 벌크시료를 만들었다. 상기 시료를 밀분쇄기를 사용하여 습식으로 분쇄한 뒤 건조시킨다. 상기 분쇄시간에 따라 입도 크기의 조절이 가능하며 약 4시간 습식시 분말의 크기는 약 d₅₀ = 2.4㎛정도 였다. 상기와 같이 제조된 유리 프릿(frit) 조성물의 전이온도, 연화온도, 선팽창계수를 측정하여 표 2에 나타내었다.

	Tg(℃)	Ts(℃)	Texp(10exp^-7/℃)
1	410	600	75
2	450	500	87
3	520	450	120

상기 표2에 나타난 바와 같이 산화물의 조성비에 따라 유리의 연화온도 및 전이온도가 달라진다는 것을 알 수 있다. 여기서 상기 표2의 Tg는 필터 프릿(frit) 조성물의 전이온도를 나타내는 것으로 한 물질이 2종 이상의 고체상(固體相)을 가진 경우, 일정한 압력 아래에서 어떤 1개의 고체상에서 다른 고체상으로 전이하는 온도이다. 또한, 한 고체상에서 다른 고체상으로 변하는 온도영역을 유리 전이온도라고 한다. 상기 전이온도는 전기제품의 봉착 및 다른 용도로 응용하기 위하여 행해지는 저온 소성 여부를 결정하는 중요한 요소가 된다.

상기 표 2의 Ts는 프릿(frit) 조성물의 연화 온도를 나타내는 것으로 유리, 내화물, 플라스틱, 아스팔트, 타르 등의 고형(固形) 물질이 가열에 의하여 변형되어 연화를 일으키기 시작하는 온도이다. 상기 연화 온도는 후막 공정 후 기판과의 열에 의한 반응을 억제하고 후막의 특성을 손상시키지 않기 위해서 연화 온도는 공정온도보다 낮아야 한다.

그리고, 상기 표 2의 Texp.는 열팽창계수로서 온도변화에 따른 필터 프릿(frit) 조성물의 팽창 정도를 나타내는 것이다. 상기 열팽창계수는 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP)의 전면 유리의 열팽창계수와 유사하여야 한다. 왜냐하면, 필터 프릿(frit) 조성물과 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP)의 소성시에 발생할 수 있는 표면 장력 및 응력을 최소화하여 내구성 및 신뢰성을 높일 수 있기 때문이다. 상기 전면유리의 열팽창계수에 따라 산화물의 조성비를 조정하여 필터 프릿(frit)을 제조할 수 있는 것이다.

플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP) 전면기판에 사용되는 유리로는 소다라임글라스(soda lime silicate glass 또는 soda lime glass)로서 많은 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP) 제품에 사용되고 있다.

상기 소다라임글라스는 산화규소(SiO₂)가 70% 내지 73%를 차지하고 있으며 산화알루미늄(Al₂O₃)은 0.8% 내지 1.0% 포함하고, 산화철(Fe₂O₃)은 0.08% 내지 0.14%, 산화칼슘(CaO)은 7% 내지 12%, 산화마그네슘(MgO)은 1.0% 내지 4.5%, 이산화나트륨(Na₂O)과 산화칼륨(K₂O) 혼합물은 13% 내지 15%가 포함되어 있다.

상기 표2를 참고하면, 소다라임글라스의 열팽창계수는 82×10^-7℃ 내지 92×10^-7℃인데, 상기 소다라임글라스의 열팽창계수가 유사한 시료로 시료1과 시료2임을 알 수 있다. 상기 기판과의 접착을 위해서는 소성을 거치는데 소성과정에 있어서 전면기판과 필터 프릿의 열팽창계수가 유사하지 않을 경우는 접착력 및 표면이 견고하지 않다. 그러므로, 전면기판을 소다라임글라스로 하는 경우 시료1과 시료2가 적당하다고 볼 수 있다. 그러나, 연화점이 높을 경우 저온소성 공정이 어려운데, 시료1은 시료2에 비하여 연화점이 높으므로 저온소성 공정으로 제조하기 어렵다고 볼 수 있으므로 실시예로는 시료2에 의하여 제조된 필터 프릿이 가장 바람직하다.

상기 시료2에서의 산화물 조성비는 전면기판의 재질과 공정의 조건에 따라 성비를 변화시켜 필터 프릿(frit)을 제조할 수 있는 것이며, 상기 필터 프릿(frit)의 조성을 시료2로 발명의 보호범위를 한정하는 것은 아니다.

- 제 2 실시예 -

본 발명에 있어서 바람직한 실시예 중 하나인 제 2 실시예에서는 상기 표 1에서 시료2로 나타나 있는 시료를 유기 비이클(vehicle)과 함께 혼합하고 적당한 paste상 형태로 제조하여 물리적 화학적 특징을 분석하였다. 상기 유기 비이클(vehicle)은 전색제로서 상기 필터 프릿(frit) 조성물에 섞어서 상기 조성물이 잘 퍼지게 하고 빨리 말라서 굳게 하는 물질이다. 이때 사용되는 유기 비이클(vehicle)은 일반적으로 수지용제를 사용하는데 에틸셀룰로스계 및 아크릴 수지를 사용하며, 상기 프릿(frit)상의 총 중량비의 15wt% 내지 25wt%를 넘지 않게 하였다. 상기 용제로는 메탄올(methanol) 및 에틸올(ethanol)을 사용하며 첨가제로서 분산제 및 침전 방지제 등과 함께 적절히 배합할 수 있다. 상기 프릿(frit)을 약 24시간 동안 볼밀로 혼합 및 분쇄하였다. 이때 미량의 소포제를 첨가하여 탈포 과정을 거치고 스크린 프린팅(screen printing) 또는 테이프 캐스팅(tape casting) 등으로 막을 형성한 후 건조과정을 거쳐 소성 공정을 통해 원하는 후막을 형성하였다.

본 발명에서 수행한 제 2 실시예에인 프릿(frit) 조성물의 후막의 물리적 화학적 특성을 표3에 나타내었으며 상기 후막의 단면 및 표면을 주사전자현미경(Scanning Electron Microscopy, JEOL JSM-6500F)으로 확인하였으며 도 1에 나타내었다.

Composition	Si-Bi-Ca-Al
Physical property	Texp.(열팽창계수)	87×10^-7℃
	Particle size	2.4	D50
	Moisure	＜0.50wt%
	Density	3.3
	Shrinkage	12	W
		12	L
		17	T
	Surface Area	3.50
	Visc(kcps)	61

한편, 본 발명은 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP)에 사용되는 필터를 제조에 관한 것으로, 이산화규소(SiO₂)를 주원료로 하고 삼산화비스무트(Bi₂O₃), 삼산화이붕소(B₂O₃) 및 오산화인(P₂O₅)로 구성된 그룹에서 독립적으로 선택되는 산화물, 알카리토금속류 산화물로 구성된 그룹에서 독립적으로 선택되는 산화물 및 상기 산화알루미늄(Al₂O₃), 산화아연(ZnO), 산화스트론튬(SrO)로 구성된 그룹에서 독립적으로 선택되는 산화물을 이용하여 자연친화적인 발명이다. 또한, 본 발명은 상기 산화물을 이용하여 필터 프릿을 제조함으로써 점점 강화되어 가는 환경규제 정책에 대응할 수 있는 유용한 발명이라고 할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 전면기판에 사용되는 재질과 제조공정 온도에 따라 첨가되는 산화물의 조성비를 조절함으로써 필터 프릿을 제조할 수 있으므로 응용력이 큰 발명이라고 할 수 있다.

그리고, 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 저융점 유리 프릿의 페이스트상을 스크린 프린팅법으로 인쇄하여 찍은 단면도이다.

Claims

플라즈마 디스플레이 패널에 사용되는 필터를 제조하는데 있어서,

상기 필터는 이산화규소(SiO₂)를 주원료로 하고 삼산화비스무트(Bi₂O₃), 삼산화이붕소(B₂O₃) 및 오산화인(P₂O₅)로 구성된 그룹에서 독립적으로 선택되는 산화물, 알카리토금속류 산화물로 구성된 그룹에서 독립적으로 선택되는 산화물 및 산화알루미늄(Al₂O₃), 산화아연(ZnO), 산화스트론튬(SrO)로 구성된 그룹에서 독립적으로 선택되는 산화물을 건식 혼합하는 단계;

상기 혼합된 산화물을 열을 가하여 용융시키는 단계;

상기 용융된 산화물을 동판으로 급속냉각시켜서 분말시료 및 벌크시료로 제조하는 단계; 및

상기 분말시료 및 벌크시료를 분쇄하는 단계;를 포함하여 제조되는 친환경 필터 프릿 조성물.
제 1 항에 있어서,

상기 이산화규소는 45wt% 내지 55wt%로 하여 건식혼합을 하는 것을 특징으로 하는 친환경 필터 프릿 조성물.
제 1 항에 있어서,

상기 삼산화비스무트(Bi₂O₃), 삼산화이붕소(B₂O₃) 및 오산화인(P₂O₅)로 구성된 그룹에서 독립적으로 선택되는 산화물은 25wt% 내지 35wt%로 하여 건식혼합 하는 것을 특징으로 하는 친환경 필터 프릿 조성물.
제 1 항에 있어서,

상기 알카리토금속류 산화물은 산화칼슘(CaO), 산화바륨(BaO), 산화마그네슘(MgO)이고, 상기 산화물로 구성된 그룹에서 독립적으로 선택되는 산화물은 5wt% 내지 15wt%로 하여 건식혼합 하는 것을 특징으로 하는 친환경 필터 프릿 조성물.
제 1 항에 있어서,

상기 산화알루미늄(Al₂O₃), 산화아연(ZnO), 산화스트론튬(SrO)로 구성된 그룹에서 독립적으로 선택되는 산화물은 15wt%로 하여 건식혼합 하는 것을 특징으로 하는 친환경 필터 프릿 조성물.
제 1 항에 있어서,

상기 건식혼합은 약 20분 정도로 하는 것을 특징으로 하는 친환경 필터 프릿 조성물.
제 1 항에 있어서,

상기 용융은 1200℃ 내지 1300℃의 온도로 20분 내지 60분 동안 하는 것을 특징으로 하는 친환경 필터 프릿 조성물.
제 1 항에 있어서,

상기 분쇄는 습식분쇄로 4시간 동안 하고, 분쇄입자 크기가 6.5㎛이하인 것을 특징으로 하는 친환경 필터 프릿 조성물.
제 8 항에 있어서,

상기 분쇄입자 크기가 2.4㎛ 내지 1.5㎛인 것을 특징으로 하는 친환경 필터 프릿 조성물.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 필터 프릿 조성물은 열팽창계수가 85×10^-7℃ 내지 95×10^-7℃인 것을 특징으로 하는 친환경 필터 프릿 조성물.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 필터 프릿 조성물은 600℃ 내지 650℃에서 소성이 이루어지는 플라즈마 디스플레이 패널의 필터에 사용되는 것을 특징으로 하는 친환경 필터 프릿 조성물.