KR20090069398A - 플라즈마 디스플레이 패널 격벽용 유리 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 낮은 열팽창 계수, 낮은 유전 상수, 낮은 유리 전이 온도 및 유리 연화 온도를 가지고, 친환경적인 플라즈마 디스플레이 패널(PDP) 격벽의 유리 조성물에 관한 것으로서, B2O3 40 내지 50 mol%, ZnO 25 내지 30 mol%, Sb2O3 15 내지 20 mol%, BaO 5 내지 10 mol%, 및 SiO2 0.1 내지 5 mol% 를 포함하는 플라즈마 디스플레이 패널 격벽용 유리 조성물을 제공한다. 본 발명에 따른 플라즈마 디스플레이 패널 격벽용 유리 조성물은 납을 함유하지 않는 무연 유리로서 친환경적이고, 기존의 격벽용 유리와 열적 특성이 유사하며, 저온 소성이 가능하고, 소비 전력을 감소시킨다.
PDP, 격벽, 유리, 무연, 선팽창계수, 전이점, 연화점, 유전상수, B2O3, ZnO, Sb2O3, BaO, SiO2,

Description

플라즈마 디스플레이 패널 격벽용 유리 조성물{Composition of Glass for Partition Wall of Plasma Display Panel}
본 발명은 플라즈마 디스플레이 패널(PDP) 격벽의 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 낮은 열팽창 계수, 낮은 유전 상수, 낮은 유리 전이 온도 및 유리 연화 온도를 가지고, 친환경적인 플라즈마 디스플레이 패널 격벽의 조성물에 관한 것이다.
플라즈마 디스플레이 패널(PDP)은 기체 방전 현상으로 형성된 플라즈마를 이용한 표시 장치로서, 발생된 플라즈마가 도포된 형광체 층을 여기 시켜 발생하는 가시광을 이용하는 디스플레이이다.
도 1에서 상용되는 전형적인 교류 구동방식의 PDP를 나타내었다. 도시된 플라즈마 디스플레이 패널은, 유지 전극(12)이 실장 된 상부 유리기판(10)과, 어드레스 전극(11)이 실장된 하부 유리기판(13)을 가지고 있는 AC-PDP이다. 상부 유리기판(10)에는 유전층(16)과 보호막(17)이 차례로 형성되는데, 유전층(16)은 플라즈마 방전 시에 전하를 축적하며, 보호막(17)은 유지 전극(12)과 유전층(16)을 보호하고 이차전자의 방출 효율을 높이는 역할을 한다. 또한 어드레스 전극(11)이 실장된 하 부 유리기판(13)에는 유전체 후막(15)과 셀들을 분할하는 격벽(14)이 형성된다. 얇은 두 장의 유리기판(10, 13) 사이에 작은 셀을 만들어 미세 격벽(14) 안에 형광체를 도포하고, 그 안에 Ze, He, Ne과 같은 방전 가스를 채운 다음, 방전을 통해 Red, Green, Blue 형광체를 발광시키고, 그 빛의 삼원색을 조합하여 다양한 색을 만들어 내는 가시광이 나와 전면 유리를 통해 빛을 방출시키는 자발광 타입의 디스플레이 기기이다.
종래기술(한국공개특허 10-2001-0029403호)에 따르면, PbO는 50~85wt%, SiO2는 7~25wt%, B2O3는 7~25wt%를 주요 조성으로 하여, 혼합한 후 전기 용융로를 이용하여 용융하고 롤러를 통과시켜 급랭하여 얻어진 유리파편으로부터, 볼밀링하여 10μm 이하 입도의 유리 분말을 얻고 유기 바인더와 유기 용제 및 감광성 재료를 혼합하여 격벽용 페이스트를 만들고 있다. 그러나 이와 같은 격벽용 유리조성은 소성온도가 550~600℃정도로 높고, 1MHz에서의 유전 상수도 12~14로 매우 높기 때문에 생산 비용적인 측면 및 유지 비용(소비 전력)인 측면에서 큰 비용을 요구한다. 또한 PbO를 전체 wt%의 절반 이상 사용하고 있기 때문에, 친환경적인 추세에도 벗어나 현재 유럽에서 발표된 ROHS(Restricting the use Of Hazardous Substances) 국제 조약의 제약을 받고 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 낮은 열팽창 계수로 상용 유리와의 열에 따른 팽창을 같게 하여 구조적으로 안정되게 하고, 낮은 유리 전이 온도 및 유리 연화 온도로 저온 소성이 가능하게 하여 생산 비용을 저렴하게 하며, 낮은 유전 상수로 소비 전력을 적게 하여 유지 비용을 저렴하게 하는 플라즈마 디스플레이 패널 격벽용 유리 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 격벽용 유리 조성물은 B2O3, ZnO를 주성분으로 하여 인체와 환경에 유해한 PbO를 사용하지 않는 무연 유리로서 비용이 저렴한 플라즈마 디스플레이 패널 격벽용 유리 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, B2O3 40 내지 50 mol%, ZnO 25 내지 30 mol%, Sb2O3 15 내지 20 mol%, BaO 5 내지 10 mol%, 및 SiO2 0.1 내지 5 mol% 를 포함하는 플라즈마 디스플레이 패널 격벽용 유리 조성물을 제공한다.
이러한 플라즈마 디스플레이 패널 격벽용 유리 조성물은, 유리 연화점(Tdsp)이 450℃ 내지 480℃, 유리 전이점(Tg)이 410℃ 내지 470℃, 선팽창계수가 70×10-7/℃ 내지 92×10-7/℃, 유전 상수가 12 이하인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 조성물은 종래의 플라즈마 디스플레이 패널 격벽용 유리 조성물보다 소성온도가 10~20℃ 더 낮아 생산 단가를 감소할 수 있으며, 유전상수도 12kHz 이하로 기존의 12~14 kHz보다 낮아 소비 전력을 감소하는 효과가 있으며, PbO를 사용하지 않는 무연 유리로서 친환경적이다.
본 발명은 플라즈마 디스플레이 패널용 격벽 조성에 관한 것으로서, 조성은 다음과 같다: B2O3 40~50 mol%, ZnO 25~30 mol%, Sb2O3 15~20 mol%, BaO 5~10 mol%, 및 SiO2 0.1~5 mol%.
PbO를 포함하지 않는 무연 조성으로써 유리 전이점(Tg)과 유리 연화점(Tdsp)이 낮고, 유전상수 값이 작아서 소비 전력을 낮추는 격벽용 유리 조성을 특징으로 한다.
이하에서 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여 본 발명을 상세하게 소개하기로 한다.
유리 조성물에 함유되는 B2O3는 유리 형성제로 작용하며 유리 전이 온도(Tg)와 열팽창 계수(α)를 낮추는 역할을 한다. B2O3의 함량은 30 ~ 55 mol%, 바람직하게는 40 ~ 50 mol%이다. B2O3의 함량이 40 mol% 미만인 경우에는 유리 형성이 힘들고, 50 mol%를 초과하는 경우에는 기계적 강도와 화학적 내구성이 떨어질 수 있으 므로 바람직하지 못하다.
ZnO는 유리 수식제로서 유리 조성물의 열팽창 계수(α)를 감소시키고, 화학적 내구성과 내수성을 향상시켜 준다. ZnO의 함량은 20 ~ 45 mol%, 바람직하게는 25 ~ 30 mol%이다. ZnO의 함량이 25 mol% 미만인 경우에는 내수성 향상 효과가 미미하고, 30 mol%를 초과하는 경우에는 유리 전이 온도(Tg)가 높아지므로 바람직하지 못하다.
Sb2O3는 유리 형성제로서 작용하며 PbO를 대신하여 유리 전이 온도(Tg)와 연화 온도(Tdsp)를 낮추는데 필수적인 물질이다. Sb2O3의 함량은 10~25 mol%, 바람직하게는 15 ~ 20 mol%이다. Sb2O3의 함량이 15 mol% 미만인 경우에는 유리 전이 온도(Tg)가 높아지고, 20 mol%를 초과하는 경우에는 유전상수(ε)와 열팽창 계수(α)가 크게 상승하므로 바람직하지 못하다.
BaO는 알칼리 토류 화합물(MgO, CaO, SrO, BaO)의 하나로 유리 수식제로 작용하며, 유리의 점도를 조정하고 열팽창 계수를 조정하고 접착성을 높이는 효과가 있다. 많으면 연화점이 상승하고 점성이 증가하며 유동성이 저하되므로 10 mol% 이하가 적당하나, 본 발명에서는 점도를 조절하는 정도에서 5 ~ 10 mol%가 바람직하다.
SiO2는 유리 형성제로서 실투를 억제하며 열팽창계수를 낮추는 효과가 있다. 많아지면 연화온도나 전이점이 상승하고 소성시의 유동성이 현저히 떨어지므로 일반적으로 0.1 ~ 5 mol%가 적당하다. 연화점을 상당히 낮게 해야 되는 경우에 5 mol%을 초과하는 것은 바람직하지 않다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 격벽용 저온 소성 유리는 열팽창 계수가 80 ~ 90×10-7/℃가 바람직하다. 열팽창 계수가 80 ~ 90×10-7/℃을 벗어나는 경우에는 온도 변화에 따라 기판 유리와 격벽용 유리의 열팽창 계수의 차이로 휨이나 뒤틀림 현상이 발생하여 바람직하지 못하다.
본 발명의 일구현예에 따르면, 격벽용 저온 소성 유리의 유전상수는 12 kHz이하가 바람직하다. 유전상수가 12 kHz을 초과하는 경우에는 소비 전력이 크게 상승하여 바람직하지 못하다.
상기한 열팽창 계수와 유전상수를 만족시키는 무연 격벽용 유리의 제조 방법은 다음과 같다.
아래의 표 1의 조성물을 각각 wt%로 환산한 뒤 전자 저울로 칭량하여 건식으로 혼합한 다음 10시간 이상 밀링하고 난 분말을 알루미나 도가니에 장입한다. 다음으로 대기 중에서 전극로를 이용하여 1000~1100℃에서 0.5~1시간 유지한 후 급랭한다. 얻어진 유리파편을 분쇄하여 10μm안팎의 분말을 540 ~ 570℃에서 20 ~ 30분 정도 소성하여 격벽용 유리 재료를 얻어낸다.
상기한 제조 방법을 통하여, 다음의 과정을 거쳐서 유리의 특성을 측정한다.
유리 전이점(Tg): 시차열분석기(Differential Thermal Analyzer, DTA)를 이용하여 10℃/min의 승온 속도로 500℃까지 측정한다.
선 팽창 계수(α), 유리 연화점(Tdsp): 열기계분석기(Thermal Mechanical Analyzer, TMA)를 이용하여 10℃/min의 승온 속도로 500℃까지 측정한다. 시편의 크기는 10 mm x 3 mm x 3 mm로 연마, 성형한다.
유전 상수(ε): 유리 분말 시료의 소성한 후, #320, #600, #900, #1200의 순서로 SiC 연마지를 이용하여 두께가 0.5 mm 이내가 될 때까지 연마하여 얇은 유리층상을 얻는다. 그 유리 표면에 직경 8 mm의 은 페이스트를 입히고 300℃에서 가소성하여 유기 용제 및 유기 바인더를 제거한 후, 임피던스 분석기(impedance analyzer)를 이용하여 측정, 산출한다.
< 실시예 1~4>
B2O3, ZnO, Sb2O3, BaO, 및 SiO2를 하기 표 1의 mol%를 wt%로 환산하여 칭량한 뒤 혼합한 다음, 혼합 분말을 알루미나 도가니에 투입하여 대기 중에서 1000~1100℃로 승온시키고 0.5~1시간 유지한 후 급랭하였다. 실시예 1~4의 온도에 따른 측정 데이터는 각각 도 2a 내지 2d에 도시되고, 측정 결과는 아래 표 1에 기재하였다. 실시예 1~4의 주파수에 따른 유전 상수의 변화는 도 3에 도시된다.
B2O3 mol% ZnO mol% Sb2O3 mol% BaO mol% SiO2 mol% Tg ℃ Tdsp ℃ Tsint ℃ 유전 상수 (50kHz) 선팽창 계수 (x10-7/℃)
실시예1 40 30 20 5 5 428 477 550 9.5 88.67
실시예2 45 30 20 5 0.1 417 455 540 11.4 82.34
실시예3 50 25 15 10 0.1 466 >500 570 9.0 75.49
실시예4 50 25 20 5 0.1 421 458 550 8.3 91.22
< 비교예 1>
PbO, SiO2, B2O3, K2O, 및 Na2O를 하기 표 2의 mol%를 wt%로 환산하여 칭량한 뒤 혼합한 다음, 혼합 분말을 백금 도가니에 투입하여 대기 중에서 1200~1500℃로 승온시키고 1~5시간 유지한 후 급랭하였다.
PbO wt% SiO2 wt% B2O3 wt% K2O wt% Na2O wt% Tsint ℃ 유전 상수 (1MHz) 선팽창 계수 (x10-7/℃)
비교예1 50~85 10~20 10~20 0~10 0~10 580~590 12~14 65~90
상기 표 1에 나타난 유리 전이점(Tg)은 알루미나 표준물질을 시료와 DTA에 장착하여 승온시킴에 따라 흡수되는 열용량 차이를 이용하여 측정하였고, 이 값은 TMA를 이용하여 측정한 값과 ±2℃차이로 오차범위 내에 있다. 유리 전이점(Tg)은 유리가 고무 상태가 되는 온도로서, 도 2a 내지 도 2d에서 볼 수 있듯이 유리 전이점(Tg)은 온도에 따른 변위의 변화가 급격하게 변하는 온도를 측정한 값이다.
유리 연화점(Tdsp)과 선팽창 계수(α)는 TMA를 이용하여 측정한 값으로, 도 2a 내지 2d에서 볼 수 있듯이 선팽창 계수(α)는 온도 증가에 따른 변위 변화를 산출한 값이고, 유리 연화점(Tdsp)는 변위의 최고점을 측정한 값이다.
유전 상수는 상술한 방법으로 측정하였다. 도 3에서 도시되는 바와 같이, 제 1 실시예 내지 제 4 실시예에 따라 제작된 유리 조성물은 10.0 내지 100.0 kHz 주파수 범위에서 8.3(제 4 실시예) 내지 11.4(제 2 실시예)의 유전 상수를 가진다.
표 1을 참조하면 본 발명에 의한 격벽 조성물의 소성온도는 540 ~ 570℃를 나타낸다. 또한 본 발명에 의한 격벽 조성물의 선팽창 계수(CTE)는 75 ~ 91x10-7/℃를 나타내어 종래의 65 ~ 91x10-7/℃과 비슷한 값으로써, PDP용 기판과 유사한 선 팽창 특성을 보임을 확인할 수 있다.
또한 본 발명에 의한 격벽 조성물의 유전 상수는 8.3 ~ 11.4를 나타내며, 종래의 12 ~ 14보다 크게 낮아서 소비 전력을 감소시키는 효과가 있다.
이상에서 살펴본 격벽용 유리 재료는 소성온도가 종래보다 10℃이상 낮은 값을 나타내어 생산 비용 절감의 효과가 있으며, 선팽창 계수가 PDP용 기판과 유사하여 접착성이 좋으며, 유전 상수가 11.4이하로 종래의 값보다 낮아 소비 전력의 감소 효과가 있음을 확인할 수 있다. 최적 조성은 표 1의 실시예 1과 같으며, 소성온도와 유전 상수 및 선팽창 계수의 측면에서 가장 우수함을 확인할 수 있다.
도 1은 통상적인 플라즈마 디스플레이 패널의 단면도,
도 2a 내지 2d는 본 발명의 제 1 실시예 내지 제 4 실시예에서 온도에 따른 유리 변위의 변화를 도시한 그래프, 및
도 3은 본 발명의 제 1 실시예 내지 제 4 실시예에서 주파수에 따른 유전 상수의 변화를 도시한 그래프.
<도면의 부호에 대한 설명>
10: 상부 유리 기판
11: 어드레스 전극
12: 유지 전극
13: 하부 유리 기판
14: 격벽
15: 유전체 후막
16: 유전체
17: 보호막

Claims (4)

  1. B2O3 40 내지 50 mol%, ZnO 25 내지 30 mol%, Sb2O3 15 내지 20 mol%, BaO 5 내지 10 mol%, 및 SiO2 0.1 내지 5 mol% 를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널 격벽용 유리 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    유리 연화점(Tdsp)이 450℃ 내지 480℃, 유리 전이점(Tg)이 410℃ 내지 470℃인 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널 격벽용 유리 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    선팽창계수가 70×10-7/℃ 내지 92×10-7/℃인 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널 격벽용 유리 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    유전 상수가 12 이하인 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널 격벽용 유리 조성물.
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