KR20100022345A - 무연 유전체 조성물 및 그를 이용한 플라즈마 디스플레이 패널 - Google Patents

무연 유전체 조성물 및 그를 이용한 플라즈마 디스플레이 패널 Download PDF

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KR20100022345A
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Abstract

납(pb) 성분을 함유하지 않는 무연 유전체 조성물 및 그를 이용한 플라즈마 디스플레이 패널에 관한 것으로, 무연 유전체 조성물은, 3 - 35 mol%를 갖는 ZnO과, 30 - 60 mol%를 갖는 B2O3과, 15 - 40 mol%를 갖는 SiO2과, 0 - 8 mol%를 갖는 Al2O3과, 7.5 - 15 mol%를 갖는 제 1 금속 산화물과, 0 - 5 mol%를 갖는 제 2 금속 산화물을 포함하여 구성될 수 있다.
Figure P1020080080978
무연, 유전체, 산화물, 격벽, 투명 유전체층

Description

무연 유전체 조성물 및 그를 이용한 플라즈마 디스플레이 패널{Pb-free dielectric substance composition and plasma display panel using the same}
본 발명은 플라즈마 디스플레이 패널용 유전체 조성물에 관한 것으로, 특히 납(pb) 성분을 함유하지 않는 무연 유전체 조성물 및 그를 이용한 플라즈마 디스플레이 패널에 관한 것이다.
일반적으로 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel)은 기체 방전으로 생성된 자외선으로 형광체를 여기시켜 소정의 영상을 구현하는 장치로서, 고해상도의 대화면 구성이 가능하여 차세대 박형 표시 장치로 각광받고 있다.
플라즈마 디스플레이 패널은 크게 교류형(AC)과 직류형(DC)으로 구분될 수 있다.
교류형 플라즈마 디스플레이 패널은 방전 공간에 형성된 전극이 유전체에 의해 덮혀 노출되지 않는 구조이고, 직류형 플라즈마 디스플레이 패널은 방전 공간에 형성된 전극이 노출된 구조를 갖는다.
현재 일반적으로 사용되는 교류형 플라즈마 디스플레이 패널은 배면 기판과 전면 기판으로 구성되고, 그들 사이에 방전 공간인 방전 셀을 갖는다.
그리고, 배면 기판 위에는 어드레스 전극이 형성되고, 어드레스 전극 위에는 유전체층이 형성되며, 유전체층 위에는 방전 셀을 구분하기 위한 격벽이 형성된다.
이어, 격벽에 의해 구분된 방전 셀 내에는 형광체층이 형성된다.
다음, 전면 기판 위에는 어드레스 전극과 교차하는 방향으로 한쌍의 투명 전극과 버스 전극으로 구성되는 서스테인 전극쌍이 형성되고, 서스테인 전극쌍을 포함한 전면 기판 위에는 유전체층과 MgO 보호막이 형성된다.
이와 같이, 구성된 배면 기판과 전면 기판은 밀봉재에 의해 접합됨으로써, 플라즈마 디스플레이 패널이 완성된다.
그러나, 이러한 구조물들 중에서, 기판, 격벽, 유전체층 등은 납(Pb)을 다량 함유하는 유리 조성물인 유전체 재료가 사용되는데, 이러한 유전체 재료는 제조 과정에서, 인체에 치명적인 영향을 끼칠 수 있으며, 폐기시 환경 오염을 유발할 수 있게 된다.
특히, 전세계적으로 인체 및 환경에 유해한 물질의 사용을 규제하는 움직임이 활발해 짐에 따라, 납을 다량 함유하고 있는 유전체 재료 대신에 납을 포함하지 않는 무연 유전체 재료의 개발이 활발히 이루어지고 있다.
또한, 납을 함유한 유전체 재료는 유전율이 높기 때문에, 이를 이용한 플라즈마 디스플레이 패널은 소비 전력이 커지기 쉽다.
최근에는, 납을 대체 할 만한 유전체 조성으로서, Bi, Zn, P계 유전체 등이 대두되고 있으나, 이들 물질들은 가격이 비싸기 때문에 플라즈마 디스플레이 패널의 가격 경쟁력을 저하시키는 원인이 되고 있다.
따라서, 향후 플라즈마 디스플레이 패널의 가격 경쟁력을 향상시킬 수 있는 유전체 재료의 개발이 필요할 것이다.
본 발명의 목적은 이러한 문제들을 해결하기 위한 것으로, Zn계 유전체 조성물을 이용하여, 친환경적이면서도 가격이 저렴하여 가격 경쟁력을 향상시킬 수 있는 무연 유전체 조성물 및 그를 이용한 플라즈마 디스플레이 패널을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 유전율이 낮은 Zn계 유전체 조성물을 이용하여, 소비전력을 낮출 수 있는 무연 유전체 조성물 및 그를 이용한 플라즈마 디스플레이 패널을 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 무연 유전체 조성물은, 3 - 35 mol%를 갖는 ZnO과, 30 - 60 mol%를 갖는 B2O3과, 15 - 40 mol%를 갖는 SiO2과, 0 - 8 mol%를 갖는 Al2O3과, 7.5 - 15 mol%를 갖는 제 1 금속 산화물과, 0 - 5 mol%를 갖는 제 2 금속 산화물을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 제 1 금속 산화물은, 3 - 15 mol%를 갖는 K2O과, 0 - 10 mol%를 갖는 Na2O과, 0 - 10 mol%를 갖는 Li2O 중 적어도 하나 이상을 포함하여 구성될 수 있고, 제 2 금속 산화물은, BaO, MgO, SrO 중 적어도 하나 이상을 포함하여 구성될 수 있다.
그리고, 0 - 10 mol%를 갖는 전이 원소와, 0 - 5 mol%를 갖는 희토류 원소를 포함하여 구성되는 착색제를 더 포함하여 구성될 수도 있다.
본 발명에 따른 무연 유전체 조성물을 이용한 플라즈마 디스플레이 패널은, 어드레스 전극, 제 1 유전체층 및 격벽을 갖는 제 1 기판과, 격벽을 사이에 두고 제 1 기판과 결합되며, 서스테인 전극쌍, 제 2 유전체층 및 보호막을 갖는 제 2 기판을 포함하고, 제 1, 제 2 유전체층 및 격벽 중 적어도 어느 하나는 무연 유전체 조성물로 이루어지며, 무연 유전체 조성물은 3 - 35 mol%를 갖는 ZnO, 30 - 60 mol%를 갖는 B2O3, 15 - 40 mol%를 갖는 SiO2, 0 - 8 mol%를 갖는 Al2O3, 7.5 - 15 mol%를 갖는 제 1 금속 산화물, 그리고, 0 - 5 mol%를 갖는 제 2 금속 산화물을 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
본 발명에 따른 무연 유전체 조성물 및 그를 이용한 플라즈마 디스플레이 패널은 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명은 Zn을 중심으로 하는 ZnO - B2O3 - SiO2로 이루어지는 무연 유전체 조성물을 사용함으로써, 친환경적이면서도 가격이 저렴하여 가격 경쟁력을 향상시킬 수 있는 플라즈마 디스플레이 패널을 제작할 수 있다.
또한, 본 발명은 유전율이 낮은 Zn계 무연 유전체 조성물을 이용하므로, 플라즈마 디스플레이 패널의 소비전력을 낮출 수 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명의 무연 유전체 조성물은 환경 규제 대상인 Pb와 고가인 Bi를 제외시키고, Zn을 중심으로 하는 ZnO - B2O3 - SiO2로 이루어지는 기본 조성물로 이루어진다.
즉, 본 발명의 무연 유전체 조성물은 약 3 - 35 mol%를 갖는 ZnO과, 약 30 - 60 mol%를 갖는 B2O3과, 약 15 - 40 mol%를 갖는 SiO2와, 약 0 - 8 mol%를 갖는 Al2O3와, 약 7.5 - 15 mol%를 갖는 제 1 금속 산화물과, 약 0 - 5 mol%를 갖는 제 2 금속 산화물을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, ZnO의 바람직한 함유량은 약 3 - 20 mol%이다.
그 이유는 ZnO의 함유량이 약 25 mol%를 초과하게 되면, 유전체의 유전율이 7 이상의 값을 가지기 때문이다.
유전체의 유전율 증가는 플라즈마 디스플레이 패널의 소비 전력을 증가시키기 때문에, 가능한 유전율을 낮추는 것이 바람직하다.
따라서, ZnO의 가장 바람직한 함유량은 약 3 - 15 mol%이고, 이때의 유전율은 6 이하이다.
또한, B2O3의 바람직한 함유량은 약 40 - 50 mol%로서, 그 이유는 B2O3의 함유량이 약 50 mol%를 초과하게 되면, 갈색으로의 변색 발생이 심하기 때문이다.
그리고, SiO2의 바람직한 함유량은 약 30 - 40 mol%로서, 그 이유는 SiO2의 함유량이 약 40 mol%를 초과하게 되면, 연화점이 높아지게 되어 약 600℃ 이하의 온도로 소성하기에 곤란하기 때문이다.
이어, Al2O3의 바람직한 함유량은 약 1 - 4 mol%로서, 그 이유는 약 8 mol% 을 초과하게 되면 연화점이 높아지고, 실투(devitrification)가 발생한다.
한편, 제 1 금속 산화물은, 약 3 - 15 mol%를 갖는 K2O와, 약 0 - 10 mol%를 갖는 Na2O와 약 0 - 10 mol%를 갖는 Li2O 중 적어도 하나 이상을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, K2O의 함유량은 약 5 mol% 미만에서는 연화점을 내리고 유동성을 증가시키는 데에 효과가 크지 않다.
그리고, K2O의 함유량이 약 15 mol%를 초과하게 되면, 열팽창계수가 매우 커지게 되므로, K2O의 바람직한 함유량은 약 4 - 12 mol%인 것이 좋다.
또한, Na2O와 Li2O는 연화점을 내리고 열팽창계수를 조절하기 위해 첨가하는 성분으로서, 각각 바람직한 함유량은 약 1 - 6 mol%인 것이 좋다.
그리고, 제 1 금속 산화물에서, K2O, Na2O, Li2O의 총 함유량이 약 7.5 mol% 미만에서는 유리 안정성의 저하로 실투가 발생할 수 있고, 약 15 mol%를 초과하게 되면 열팽창 계수가 기판 유리보다 커지게 된다.
따라서, K2O, Na2O, Li2O의 가장 바람직한 총 함유량은 약 7.5 - 12 mol% 인 것이 좋다.
또한, 제 2 금속 산화물은 알칼리토류 금속 산화물(RO) 중 적어도 하나 이상으로서, BaO, MgO, SrO 등으로부터 선택된 물질 중 적어도 하나 이상으로 이루어지는데, 열팽창 계수 및 유전상수를 조절하고, 소성온도를 낮추는 효과가 있다.
여기서, 제 2 금속 산화물의 사용 가능한 함량은 약 0 - 5 mol% 이고, 가장 바람직한 함량은 약 0 - 2 mol% 인 것이 좋다.
다음, 본 발명의 유전체 조성물에는 착색과 전극반응성을 억제하기 위해 착색제를 더 첨가할 수 있다.
여기서, 착색제는 약 0 - 10 mol%를 갖는 전이 원소와, 약 0 - 5 mol%를 갖는 희토류 원소를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 전이 원소는 CoO, CuO, Cr2O3, MnO, FeO, NiO 중 적어도 어느 하나일 수 있으며, 희토류 원소는 CeO2, Er2O3, Nd2O3, Pr2O3 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
이와 같은 구성되는 본 발명에 따른 무연 유전체 조성물의 다양한 실시예들을 표 1에 나타내었다.
하기 표 1은 각기 다른 조성비를 갖는 17가지의 실시예들과, 그에 따른 유전체 조성물의 특성을 측정한 것이다.
[표 1]
ZnO B2O3 SiO2 Al2O3 RO (BaO+ MgO+ SrO) K2O Na2O Li2O 전이점 (Tg) 열팽창계수 (CTE) 소성온도 유전상수
실시예 1 5.4 44.3 38.3 4.0 0 4 0 4 455 70 590 5.2
실시예 2 3.0 58.0 25.0 2.0 2 5 0 5 440 70 590 5.2
실시예 3 6.4 45.3 36.3 2.0 2 4 0 4 450 66 580 5.3
실시예 4 4.8 44.6 36.6 4.0 0 8 1 1 449 77 590 5.6
실시예 5 10.0 46.0 30.0 4.0 0 5 0 5 463 71 580 5.7
실시예 6 8.3 49.1 28.6 2.0 2 8 1 1 471 85 580 5.8
실시예 7 15.1 46.0 26.9 2.0 0 5 0 5 473 521 580 5.9
실시예 8 10.0 43.8 32.3 2.0 0 10 1 1 478 87 580 6
실시예 9 12.3 47.1 27.6 1.0 2 5 0 5 484 74 580 6
실시예 10 18.8 45.0 24.8 2.0 0 4.75 0 4.75 495 72 580 6.1
실시예 11 21.9 46.0 21.1 1.0 2 4 0 4 490 70 590 6.3
실시예 12 20.0 46.0 20.0 4.0 0 5 0 5 485 72 580 6.4
실시예 13 28.0 41.0 15.0 4.0 2 10 0 0 490.1 87 580 7
실시예 14 25.2 37.8 26.0 0.0 0 9 1 1 497.6 82 580 7
실시예 15 28.2 30.7 25.1 4.0 0 10 1 1 492.2 83 580 7.1
실시예 16 29.2 34.8 23.0 1.0 2 8 1 1 493.4 84 580 7.1
실시예 17 33.0 35.0 18.0 2.0 0 12 0 0 502.7 86.8 580 7.3
본 발명은 [표 1]과 같이, 각 실시예의 조성비에 따라, 특성 측정을 위하여 플라즈마 디스플레이 패널의 투명 유전체층을 제작하였다.
먼저, 본 발명은 특성 측정을 위한 투명 유전체층 제작을 위하여, 상기 [표 1]에 따라 설정된 양으로 칭량하여 성분들을 잘 혼합한 후에, 백금 도가니에 넣고 전기로에서 약 1000 - 1300도로 약 1 - 2 시간 용융한 다음, 급냉하여 유리 편(glass flake)을 만들었다.
그리고, 유리편을 볼밀(ball mill)로 밀링하여 미세하게 분쇄하였다.
이러한 분말을 형성하기 위한 밀링은 건식과 습식이 모두 가능하지만, 습식으로 실시할 경우 미분쇄된 유리 표면에 수산화(OH)기가 흡착되어 후막 소성시 기포를 형성할 가능성이 있으므로, 투과율 저하를 가져올 수 있다.
따라서, 투명 유전체층과 같이 투과율이 중요한 요인으로 작용하는 플라즈마 디스플레이 패널의 구성부분을 제작할 경우에는 투과율 저하를 가져올 수 있는 습식 밀링보다는 건식 밀링을 사용하는 것이 바람직하다.
이때, 밀링된 분말의 평균 입경은 약 1 - 4um 정도가 되도록 한다.
이어, 밀링된 분말을 용매, 바인더, 가소제로 이루어진 유기 비히클과 혼합하여 페이스트를 제조한다.
여기서, 용매는 부틸카르비톨 아세테이트와 부틸카르비톨을 사용하고, 바인더는 에틸셀룰로즈를 사용하며, 가소제는 디부틸프탈레이트를 사용하였다.
다음, 스크린 인쇄법으로 소다 라임 기판 위에 후막 코팅을 한 후, 약 120도의 건조 공정을 거쳐 약 580 - 590도에서 약 10 - 30분간 소성 공정을 수행함으로써, 특성 측정을 위한 투명 유전체층을 형성한다.
본 발명의 실시예에서는 유전체 조성물을 페이스트로 만든 후에. 인쇄 공정을 통해 플라즈마 디스플레이 패널의 무연 투명 유전체층을 제조하였으나, 그린시트 라미네이팅, 일괄 코트법, 닥터 브레이드 등 다양한 방법으로 제작이 가능하다.
또한, 본 발명은 유전체 조성물을 이용하여 격벽을 제작하는 경우에는 감광 성 페이스트법, 프레스 성형법, 리프트오프법 등을 이용할 수도 있다.
이와 같은 방법으로, 제작된 무연 투명 유전체층의 전이점, 열팽창계수, 유전 상수를 측정한 결과, 전이점은 약 440 - 500도이며, 열팽창계수는 약 66 - 87 × 10-7/℃이고, 유전 상수는 약 5.2 - 7.3을 나타내고 있다.
이러한 측정값들은 플라즈마 디스플레이 패널의 유전체 재료로서 매우 우수한 특성을 보이는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 무연 유전체 조성물을 사용함으로써, 친환경적이면서도 가격이 저렴하여 가격 경쟁력을 향상시킬 수 있는 플라즈마 디스플레이 패널의 제작이 가능할 뿐만 아니라, 유전율이 낮은 무연 유전체 조성물을 이용하므로, 소비 전력이 낮은 플라즈마 디스플레이 패널의 제작이 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 무연 유전체층을 갖는 플라즈마 디스플레이 패널을 보여주는 도면으로서, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 플라즈마 디스플레이 패널은 상판(170) 위에 한 쌍의 투명전극(180a, 180b)과 버스전극(180a', 180b')으로 구성되는 서스테인 전극쌍이 형성된다.
그리고, 서스테인 전극쌍을 덮으면서 상판(170) 전면에 유전체층(190)과 보호막(195)이 순차적으로 형성되어 이루어진다.
상판(170)은 디스플레이 기판용 글라스를 밀링(milling) 및 클리닝(cleaning) 등의 가공을 통하여 형성할 수 있다.
또한, 투명전극(180a, 180b)은 ITO(Indium-Tin-Oxide) 또는 SnO2 등을, 스퍼 터링(sputtering)에 의한 포토에칭(photoetching)법 또는 CVD에 의한 리프트 오프(lift-off)법 등으로 형성될 수 있다.
이어, 버스전극(180a', 180b')은 범용의 도전성 금속과 귀금속이 포함되어 이루어질 수 있다.
여기서, 범용의 도전성 금속으로는 Al(알루미늄), Cu(구리), Ni(니켈), Cr(크롬) 및 Mo(몰리브덴) 등이 있고, 귀금속으로는 Ag(은), Au(금), Pt(백금), Ir(이리듐) 등이 있다.
다음, 범용 금속과 귀금속을 혼합할 때, 범용 금속으로 코어(core)를 형성하고, 귀금속으로 코어의 표면을 감쌀 수도 있다.
그리고, 투명전극과 버스전극이 형성된 상판(170) 위에는 투명 유전체층(190)이 형성된다.
여기서, 투명 유전체층(190)은 무연 유전체 조성물로 형성되는데, 무연 유전체 조성물은 약 3 - 35 mol%를 갖는 ZnO, 약 30 - 60 mol%를 갖는 B2O3, 약 15 - 40 mol%를 갖는 SiO2, 약 0 - 8 mol%를 갖는 Al2O3, 약 7.5 - 15 mol%를 갖는 제 1 금속 산화물, 약 0 - 5 mol%를 갖는 제 2 금속 산화물을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 제 1 금속 산화물은 약 3 - 15 mol%를 갖는 K2O, 약 0 - 10 mol%를 갖는 Na2O, 약 0 - 10 mol%를 갖는 Li2O 중 적어도 하나 이상을 포함하여 구성될 수 있고, 더 바람직하게는 제 1 금속 산화물은 약 4 - 12 mol%를 갖는 K2O, 약 1 - 6 mol%를 갖는 Na2O, 약 1 - 6 mol%를 갖는 Li2O 중 적어도 하나 이상을 포함하여 구성되는 것이 좋다.
그리고, 제 2 금속 산화물은 BaO, MgO, SrO 중 적어도 하나 이상을 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 무연 유전체 조성물에는 약 0 - 10 mol%를 갖는 전이 원소와, 약 0 - 5 mol%를 갖는 희토류 원소를 포함하여 구성되는 착색제를 더 포함할 수도 있다.
여기서, 전이 원소는 CoO, CuO, Cr2O3, MnO, FeO, NiO 중 적어도 어느 하나일 수 있고, 희토류 원소는 CeO2, Er2O3, Nd2O3, Pr2O3 중 적어도 어느 하나일 수도 있다.
더 바람직하게는, 본 발명의 무연 유전체 조성물은 약 3 - 20 mol%를 갖는 ZnO, 약 40 - 50 mol%를 갖는 B2O3, 약 30 - 40 mol%를 갖는 SiO2, 약 1 - 4 mol%를 갖는 Al2O3, 약 7.5 - 12 mol%를 갖는 제 1 금속 산화물, 약 0 - 2 mol%를 갖는 제 2 금속 산화물을 포함하여 구성되는 것이 좋다.
이때, ZnO는 약 3 - 15 mol%를 갖는 것이 더 바람직할 수도 있다.
이와 같이, 무연 유전체 조성물을 페이스트 형태로 제작하여 스크린 인쇄법으로 투명전극과 버스전극이 형성된 상판(170) 위에 형성함으로써, 투명 유전체층(190)을 형성할 수 있다.
다음, 투명 유전체층(190) 위에는 산화 마그네슘 등으로 이루어진 보호막이 형성되어, 방전시 (+) 이온의 충격으로부터 투명 유전체층(190)을 보호하고, 이차전자 방출을 증가시키기도 한다.
한편, 하판(110) 위에는 서스테인 전극쌍과 교차하는 방향을 따라 어드레스 전극(120)이 형성되고, 이 어드레스 전극(120)을 덮으면서 하판(110)의 전면에 백 색 유전체층(130)이 형성된다.
여기서, 어드레스 전극(120)은 상술한 버스 전극과 같이 범용의 도전성 금속과 귀금속이 포함되어 이루어질 수 있고, 범용의 도전성 금속으로는 Al(알루미늄), Cu(구리), Ni(니켈), Cr(크롬) 및 Mo(몰리브덴) 등이 있으며, 귀금속으로는 Ag(은), Au(금), Pt(백금), Ir(이리듐) 등이 있다.
그리고, 백색 유전체층(130)은 상기 상판(170)의 투명 유전체층(190)과 같은 무연 유전체 조성물을 사용하여 인쇄법 또는 필름 라미네이팅(laminating) 방법에 의하여 도포된 후, 소성 공정을 통하여 완성될 수 있으며, 백색 유전체층(130) 위에는 각 어드레스 전극(120) 사이에 배치되도록 격벽(140)이 형성된다.
다음, 격벽(140)은 스트라이프형(stripe-type), 웰형(well-type), 또는 델타형(delta-type)일 수 있다.
격벽(140)은, 상기 상판(170)의 투명 유전체층(190)과 같은 무연 유전체 조성물을 사용하여 제작할 수 있으며, 도시되지 않았으나 격벽(140) 위에는 블랙 탑이 형성될 수도 있다.
그리고, 각각의 격벽(140) 사이의 방전셀 내에는 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 형광체층(150a, 150b, 150c)이 형성된다.
다음, 상판(170)과 하판(110)이 격벽(140)을 사이에 두고 접합되는데, 기판의 외곽에 구비된 실링재를 통하여 접합된다.
이때, 하판(110) 위의 어드레스 전극(120)과 상판(170) 위의 서스테인 전극쌍이 교차하는 지점이 각각 방전셀을 구성하는 부분이 된다.
그리고, 상판(170)과 하판(110)은 구동 장치와 연결되어 구동될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 플라즈마 디스플레이 패널은 격벽(140), 상판(170)의 투명 유전체층(190), 하판(110)의 백색 유전체층(130) 중 적어도 어느 하나를 무연 유전체 조성물을 사용하여 제작할 수 있다.
무연 유전체 조성물로 제작된 플라즈마 디스플레이 패널은 친환경적이면서도 가격이 저렴하여 가격 경쟁력이 향상될 수 있고, 소비 전력을 낮출 수 있는 효과가 있다.
도 2a 내지 2k는 본 발명에 따른 플라즈마 디스플레이 패널의 제조방법의 일실시예를 나타낸 도면이다.
먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이 상판(170) 상에 투명 전극(180a, 180b)과 버스 전극(180a', 180b')을 형성한다.
여기서, 상판(170)은 디스플레이 기판용 글래스 또는 소다라임 유리를 밀링(milling) 및 클리닝(cleaning)하여 제조될 수 있다.
그리고, 투명 전극(180a)은 ITO 또는 SnO2 등을, 스퍼터링에 의한 포토에칭법(photoetching) 또는 CVD에 의한 리프트 오프(lift-off)법 등으로 형성한다.
이어, 버스 전극(180a', 180')을 형성하는데, 상술한 바와 같이 범용 도전성 금속과 귀금속이 포함된 재료를 사용한다.
버스 전극 재료는 상술한 범용 도전성 금속과 귀금속을 혼합하여 페이스트를 제조할 수 있고, 상술한 바와 같이 범용 금속의 코어와 표면의 귀금속 층을 이룰 수도 있다.
그리고, 도 2b에 도시된 바와 같이 투명 전극(180a)과 버스 전극(180b)이 형성된 상판(170) 위에 투명 유전체층(190)을 형성한다.
여기서, 투명 유전체층(190)은 페이스트 형태의 무연 유전체 조성물을 스크린 인쇄법이나 코팅법 또는 그린 시트를 라미네이팅하는 방법 등으로 적층한다.
페이스트 형태의 무연 유전체 조성물은 다음과 같이 제작될 수 있다.
먼저, 약 3 - 35 mol%를 갖는 ZnO, 약 30 - 60 mol%를 갖는 B2O3, 약 15 - 40 mol%를 갖는 SiO2, 약 0 - 8 mol%를 갖는 Al2O3, 약 7.5 - 15 mol%를 갖는 제 1 금속 산화물, 약 0 - 5 mol%를 갖는 제 2 금속 산화물을 서로 잘 혼합한다.
이때, 제 1 금속 산화물은 약 3 - 15 mol%를 갖는 K2O, 약 0 - 10 mol%를 갖는 Na2O, 약 0 - 10 mol%를 갖는 Li2O 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있으며, 더 바람직하게는 제 1 금속 산화물은 약 4 - 12 mol%를 갖는 K2O, 약 1 - 6 mol%를 갖는 Na2O, 약 1 - 6 mol%를 갖는 Li2O 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
그리고, 제 2 금속 산화물은 BaO, MgO, SrO 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 약 0 - 10 mol%를 갖는 전이 원소와, 약 0 - 5 mol%를 갖는 희토류 원소를 포함하여 구성되는 착색제를 더 포함할 수도 있다.
여기서, 전이 원소는 CoO, CuO, Cr2O3, MnO, FeO, NiO 중 적어도 어느 하나일 수 있고, 희토류 원소는 CeO2, Er2O3, Nd2O3, Pr2O3 중 적어도 어느 하나일 수도 있다.
다음, 이러한 성분들을 잘 혼합한 후에, 백금 도가니에 넣고 전기로에서 약 1000 - 1300도로 약 1 - 2 시간 용융한 다음, 급냉하여 유리편(glass flake)을 만들고, 유리편을 볼밀(ball mill)로 밀링하여 미세하게 분쇄한다.
이러한 분말을 형성하기 위한 밀링은 건식과 습식이 모두 가능하지만, 습식으로 실시할 경우 미분쇄된 유리 표면에 수산화(OH)기가 흡착되어 후막 소성시 기포를 형성할 가능성이 있으므로, 투과율 저하를 가져올 수 있다.
따라서, 투명 유전체층과 같이 투과율이 중요한 요인으로 작용하는 플라즈마 디스플레이 패널의 구성부분을 제작할 경우에는 투과율 저하를 가져올 수 있는 습식 밀링보다는 건식 밀링을 사용하는 것이 바람직하다.
이때, 밀링된 분말의 평균 입경은 약 1 - 4um 정도가 되도록 한다.
이어, 밀링된 분말을 용매, 바인더, 가소제로 이루어진 유기 비히클과 혼합하여 페이스트를 제조한다.
여기서, 용매는 부틸카르비톨 아세테이트와 부틸카르비톨을 사용하고, 바인더는 에틸셀룰로즈를 사용하며, 가소제는 디부틸프탈레이트를 사용할 수 있다.
이와 같이, 제작된 페이스트 형태의 무연 유전체 조성물은 상판(170) 위에 형성되고, 약 120도의 건조 공정을 거쳐 약 580 - 590도에서 약 10 - 30분간 소성 공정을 수행함으로써, 투명 유전체층(190)을 형성할 수 있다.
여기서, 공정의 간소화를 위하여 버스 전극 재료와 투명 유전체층(190)을 함께 소성하는 것이 바람직하나, 각각 별개의 공정으로 소성할 수도 있다.
다음, 도 2c에 도시된 바와 같이 투명 유전체층(190) 위에 보호막(195)을 증착한다.
여기서, 보호막(195)은 산화 마그네슘 등으로 이루어지고, 실리콘 등을 도펀트로 포함할 수 있으며, 보호막(195)은 화학적 기상 증착(CVD)법, 전자빔(E-beam)법, 이온 도금(Ion-plating)법, 졸겔법 및 스퍼터링법 등으로 형성될 수 있다.
그리고, 도 2d에 도시된 바와 같이, 하판(110) 위에 어드레스 전극(120)을 형성한다.
여기서, 하판(110)은 디스플레이 기판용 글래스 또는 소다리임 유리를 밀링(milling) 또는 클리닝(cleaning) 등의 가공을 통하여 형성할 수 있으며, 어드레스 전극(120)은 은(Ag) 등을 스크린 인쇄법, 감광성 페이스트법 또는 스퍼터링 후 포토에칭법 등으로 형성할 수 있다.
또한, 어드레스 전극(120)은 범용 도전성 금속과 귀금속을 재료로 하여 형성할 수 있으며, 구체적인 공정은 상술한 버스 전극의 경우와 같다.
그리고, 도 2e에 도시된 바와 같이 어드레스 전극(120)이 형성된 하판(110) 위에 백색 유전체층(130)을 형성한다.
여기서, 백색 유전체층(130)은 상기 투명 유전체층(190)과 같이 무연 유전체 조성물을 사용하여 제작될 수 있으며, 조성물 제작 과정은 상기 투명 유전체층(190)과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
백색 유전체층(130)은 플라즈마 디스플레이 패널의 휘도를 증가시키기 위하여 백색을 나타내는 것이 바람직하다.
공정의 간략화를 위하여, 백색 유전체층(130)과 어드레스 전극(120)을 하나의 공정에서 소성할 수도 있다.
이어, 도 2f 내지 2i에 도시된 바와 각각의 방전 셀을 구분하기 위한 격벽(140)을 형성한다.
여기서, 격벽(140)은 상기 투명 유전체층(190)과 같이 무연 유전체 조성물을 사용하여 제작될 수 있으며, 조성물 제작 과정은 상기 투명 유전체층(190)과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
다음, 도 2f에 도시된 바와 같이, 백색 유전체층(130) 위에 격벽 재료(140a)를 도포한다.
여기서, 격벽 재료의 도포는 스프레이 코팅(spray coating)법, 바(bar) 코팅법, 스크린 프린팅(screen printing)법, 그린시트법 등의 방법으로 수행될 수 있는데, 바람직하게는 그린시트로 제조되어 라미네이팅될 수 있다.
그리고, 격벽 재료(140a)의 패터닝은 샌딩, 식각(etching) 및 감광성 공법 등이 가능하다.
도 2g에 도시된 바와 같이 격벽 재료(140a) 위에 DFR(dry film resist)(155)를 소정 간격으로 형성한다.
여기서, DFR(155)는 격벽이 형성될 위치에 형성하는 것이 바람직하다.
그리고, 도 2h에 도시된 바와 같이, 격벽 재료(140a)를 패터닝하여 격벽(140)을 형성한다.
즉, 식각액을 DFR의 상부에서 분사하면, DFR(155)이 구비되지 않은 부분의 격벽 재료가 점차 식각되어 격벽(140)의 형태로 패터닝된다.
그리고, DFR(155)을 제거하고, 세정공정을 통하여 식각액을 제거한 후 소성 공정을 거치면, 도 2i에 도시된 바와 같이 격벽(140) 구조가 완성된다.
여기서, 격벽(140)은 스트라이브 타입, 웰 타입, 델타 타입 등으로 형성될 수 있음은 상술한 바와 같다.
이어, 도 2j에 도시된 바와 같이 백색 유전체층(130) 중 방전 공간에 접하는 면과, 격벽(140)의 측면에 형광체층(150a, 150b, 150c)을 도포한다.
형광체층(150a, 150b, 150c)은 각각의 방전셀에 따라 R,G,B의 형광체가 차례로 도포되는데, 스크린 인쇄법이나 감광성 페이스트법으로 도포된다.
그리고, 도 2k에 도시된 바와 같이, 상판(170)을 격벽(140)을 사이에 두고 하판(110) 접합하고 실링한 후, 내부의 불순물 등을 배기한 후 방전 가스(160)를 주입한다.
여기서, 실링 공정은 스크린 인쇄법, 디스펜싱법 등으로 수행될 수 있다.
상판(170) 또는 하판(110) 위에 실링재를 도포하는데, 기판의 최외곽에서 소정 간격을 두고 동시에 인쇄되거나 디스펜싱되어 도포될 수 있다.
이어, 실링재를 소성하면, 소성 과정에서, 실링재에 포함된 유기물이 제거되고, 상판(170)과 하판(110)이 합착된다.
이러한 소성 공정에서, 실링재의 폭은 넓어지고 높이가 낮아질 수도 있다.
또한, 실링재는 실링 테이프의 형태로 상판(170) 또는 하판(110)에 형성하여 사용할 수도 있다.
그리고, 합착된 상/하판(170, 110)에 에이징 공정을 수행하면, 보호막의 특성을 향상될 수도 있다.
이어, 상판(170) 위에 전면 필터를 형성할 수도 있는데, 전면 필터에는 패널에서 외부로 방사되는 전자파(Elctromagnetic Interference;EMI)를 차폐하기 위한 전자파 차폐막이 구비된다.
이러한 전자파 차폐막은 전자파를 차폐하면서도 디스플레이 장치에서 요구되는 가시광 투과율을 확보하기 위하여, 도전성 물질이 특정 형태로 패터닝되기도 한다.
그리고, 전면 필터에는 근적외선 차폐막, 색보정막 및 반사방지막 등이 형성될 수도 있다.
이와 같이 제작되는 플라즈마 디스플레이 패널은 친환경적이면서도 가격이 저렴하여 가격 경쟁력이 향상될 수 있고, 소비 전력을 낮출 수 있는 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.
도 1은 본 발명에 따른 무연 유전체층을 갖는 플라즈마 디스플레이 패널을 보여주는 도면
도 2a 내지 도 2k는 본 발명에 따른 플라즈마 디스플레이 패널의 제조방법의 일실시예를 나타낸 도면

Claims (12)

  1. 3 - 35 mol%를 갖는 ZnO;
    30 - 60 mol%를 갖는 B2O3;
    15 - 40 mol%를 갖는 SiO2;
    0 - 8 mol%를 갖는 Al2O3;
    7.5 - 15 mol%를 갖는 제 1 금속 산화물; 그리고,
    0 - 5 mol%를 갖는 제 2 금속 산화물을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무연 유전체 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 금속 산화물은,
    3 - 15 mol%를 갖는 K2O;
    0 - 10 mol%를 갖는 Na2O; 그리고
    0 - 10 mol%를 갖는 Li2O 중 적어도 하나 이상을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무연 유전체 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 금속 산화물은,
    4 - 12 mol%를 갖는 K2O;
    1 - 6 mol%를 갖는 Na2O; 그리고
    1 - 6 mol%를 갖는 Li2O 중 적어도 하나 이상을 포함하여 구성되는 것을 특 징으로 하는 무연 유전체 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 금속 산화물은, BaO, MgO, SrO 중 적어도 하나 이상을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무연 유전체 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서, 0 - 10 mol%를 갖는 전이 원소와, 0 - 5 mol%를 갖는 희토류 원소를 포함하여 구성되는 착색제를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무연 유전체 조성물.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 전이 원소는 CoO, CuO, Cr2O3, MnO, FeO, NiO 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 무연 유전체 조성물.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 희토류 원소는 CeO2, Er2O3, Nd2O3, Pr2O3 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 무연 유전체 조성물.
  8. 3 - 20 mol%를 갖는 ZnO;
    40 - 50 mol%를 갖는 B2O3;
    30 - 40 mol%를 갖는 SiO2;
    1 - 4 mol%를 갖는 Al2O3;
    7.5 - 12 mol%를 갖는 제 1 금속 산화물; 그리고,
    0 - 2 mol%를 갖는 제 2 금속 산화물을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무연 유전체 조성물.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 ZnO는 3 - 15 mol%를 갖는 것을 특징으로 하는 무연 유전체 조성물.
  10. 어드레스 전극, 제 1 유전체층 및 격벽을 갖는 제 1 기판;
    상기 격벽을 사이에 두고 상기 제 1 기판과 결합되며, 서스테인 전극쌍, 제 2 유전체층 및 보호막을 갖는 제 2 기판을 포함하고,
    상기 제 1, 제 2 유전체층 및 격벽 중 적어도 어느 하나는 무연 유전체 조성물로 이루어지며,
    상기 무연 유전체 조성물은 3 - 35 mol%를 갖는 ZnO, 30 - 60 mol%를 갖는 B2O3, 15 - 40 mol%를 갖는 SiO2, 0 - 8 mol%를 갖는 Al2O3, 7.5 - 15 mol%를 갖는 제 1 금속 산화물, 그리고, 0 - 5 mol%를 갖는 제 2 금속 산화물을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 제 1 금속 산화물은, 3 - 15 mol%를 갖는 K2O, 0 - 10 mol%를 갖는 Na2O, 0 - 10 mol%를 갖는 Li2O 중 적어도 하나 이상을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 제 2 금속 산화물은, BaO, MgO, SrO 중 적어도 하나 이상을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널.
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