KR100597440B1

KR100597440B1 - Pb-less 플라즈마 디스플레이 패널용 투명 유전체

Info

Publication number: KR100597440B1
Application number: KR1020040055345A
Authority: KR
Inventors: 김정주; 김병숙; 임은섭
Original assignee: 경북대학교 산학협력단
Priority date: 2004-07-16
Filing date: 2004-07-16
Publication date: 2006-07-05
Also published as: KR20060006375A

Abstract

본 발명에서는 납을 포함하지 않은 PDP 투명유전체의 유리조성으로 SiO₂-B₂O₃-Al₂O₃-BaO-Li₂O계를 제안하여 PDP 투명유전체에 적합하면서 환경오염문제가 없는 투명 유전체 유리 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.

이를 위해 본 발명의 조성으로는 SiO₂ 15~30mol%, B₂O₃ 30~45mol%, Al₂O₃ 10~20mol%, BaO 10~30mol%, Li₂O 0~10mol%로 친환경적인 특성을 가지면서, 종래 유전체가 갖는 물성은 유지 혹은 배가 시키면서, 특히 저온 소성 효과가 있는 플라즈마 디스플레이용 투명 유전체로 사용가능한 유리조성물에 관한 것이다.

이를 통해 본 발명의 유전체 조성물로부터 얻어진 투명 유전막의 선팽창 계수는 PDP용 기판의 선팽창계수와 비슷한 6~10 * 10^-6/℃, 유전상수는 10~15, 연화점은 510~550℃, 소성온도는 540~570℃로서 저온소성이 가능한 효과가 있었다. 따라서 본 발명의 무연(Pb-less) 및 저온소성 특성의 투명 유전체 재료를 이용한 PDP는 친환경적이며 생산수율을 향상시켜 생산단가 절감의 효과가 있다.

플라즈마 디스플레이 패널, Pb-less, 저온소성유리, 투명유전체

Description

Pb-less 플라즈마 디스플레이 패널용 투명 유전체{Transparent dielectric composition for Plasma Display Panel}

도 1은 일반적인 PDP의 요부 확대 단면도이다.,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전체 조성의 급냉후와 소결후의 XRD측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시 예 4 조성으로 이루어진 투명 유전체의 TMA(thermomechanical analyzer) 분석결과도로서 선팽창계수를 측정한 그래프이다.

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본 발명은 PDP (plasma display panel : 플라즈마 디스플레이 패널)에 적합한 유리조성물에 관한 것이다. 더욱 상세히는 종래의 유전체가 갖는 특성은 유지 또는 배가 시키면서 저온 소성이 가능한 무연의 투명 유전체 유리 조성물에 관한 것이다.
PDP 는 통상 다수의 미소한 방전 셀을 종횡 (매트릭스상) 으로 배열하여, 필요한 부분의 셀을 방전발광시킴으로써 문자나 도형이 표시되도록 이루어져 있다. 이 PDP 는 구조가 간단하고 대형화가 용이하며, 메모리기능을 갖고, 또한 컬러화가 가능하며, 그리고 텔레비전 등에서 사용되는 브라운관보다 훨씬 크고 또한 안길이를 작게 형성할 수 있는 등의 여러 가지 이점을 갖는 점에서 최근 활발하게 연구개발이 진행되고 있다.
상기 PDP 는 전극구조의 점에서 금속전극이 유리유전체 재료로 덮이는 AC 형과 방전공간에 금속전극이 노출되어 있는 DC 형으로 분류된다. 예컨대, AC 형 PDP 는 도 1 에 나타내는 바와 같이 유리기판(1) 상에 소정 간격을 두고 형성된 복수의 세라믹 격벽(2)을 통해 전면유리로 이루어지는 별도의 유리기판(3)을 덮음으로써 구성된다. 유리기판(3)의 유리기판(1)로의 대향면에는 MgO(산화마그네슘) 등의 보호막(3a)으로 피복된 표시전극(3b) 및 유전체층(3c)이 형성되고, 유리기판(1)과 유리기판(3)과 격벽(2)으로 구획 형성된 미세공간(4)(이하, 방전 셀이라 함) 내에는 애노드방전극인 어드레스전극(4a) 및 형광체층(4b)이 각각 형성되고, 어드레스전극 (4a)은 필요에 따라 절연층(4c)에 의해 보호된다. 또한, 방전 셀(4) 내에는 방전가스(도시생략)가 주입된다. 이와 같이 구성된 PDP에서는 표시전극(3b)과 어드레스전극(4a) 사이에 전압을 인가하여 격벽(2) 사이에 형성된 방전 셀(4) 내의 형광체층(4b)을 선택적으로 방전발광시킴으로써 문자나 도형을 표시할 수 있도록 되어 있다.
한편, 플라즈마 디스플레이에 적용되는 유리 등은 격벽(2), 절연층(4c) 또는 격벽(2)를 통해 씌우는 유리기판(3)의 유전체층(3c) 등이 있다. 유전체층(3c)을 갖는 유리기판(3)은 전면유리로서의 역할을 하는 점에서 유전체층(3c)에 사용되는 유리 등은 격벽(2) 또는 절연층(4c)에 사용되는 유리 등보다 그 투명도 및 유전율이 높은 것이 요구된다.
종래(대한민국 특허출원번호: 10-1999-0046605)에는 PbO(50~85 wt%), SiO₂(7~25 wt%) 및 B₂O₃(7~25 wt%)가 주성분인 유전체 재료를 10㎛이하의 미세분말로 만들고, 여기에 유기 용제 및 바인더 수지를 혼합하여 스크린 프린팅(screen printing)용 페이스트로 만들어서 전극(Ag)이 형성된 유리기판상에 도포, 건조하여 유기 용제를 제거하고, 고온 소성하여 투명한 유전층을 얻고 있다. 그러나 이와 같이 주성분이 PbO-SiO₂-B₂O₃계인 유전체 재료는 소성온도가 550~600℃ 이상으로 높고, PbO 사용에 따른 전극(Ag)과의 반응에 의한 전극기능 상실의 문제점과 소성후 투명성이 저하하는 문제점이 있었다.
또한. PbO는 중금속인 납(Pb)을 포함하고 있으므로 토양 및 수질오염을 유발할 수 있고, 자연 생태계를 파괴시키는 문제점이 있었다.

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이에 본 발명에서는 PbO 성분 사용 시 발생하는 환경오염 문제와 다른 부분 (전극)과의 반응성 등의 문제점을 일소하기 위하여 창안한 것이다.

본 발명의 제 1 목적은 토양 및 수질 오염에 의한 환경오염 및 자연 생태계를 파괴시키는 문제점을 갖는 Pb를 함유시키지 않는 유리조성물을 제공하는데 있다.
본 발명의 제 2 목적은 가시광선의 높은 투과도와 낮은 소성온도를 갖는 유전체용 유리조성물을 제공하는데 있다.
본 발명의 제 3 목적은 PDP에 적용 시 유리기판과의 열팽창계수를 정합시켜 유리기판과의 사이에서 견고한 밀착성을 갖는 후막을 형성할 수 있는 유리조성물을 제공하는데 있다.

삭제

본 발명은 플라즈마 디스플레이 패널용 투명 유전체 유리 제조 시 그 조성물로서 SiO₂ 15~30mol%, B₂O₃ 30~45mol%, Al₂O₃ 10~20mol%, BaO 10~30mol%, Li₂O 0~10mol%로 하는 Pb-less 조성물로 소성온도가 낮고 전극(Ag)과의 반응성이 없는 투명 유전체용 조성물의 제공을 목적으로 한다.
기재된 유리조성물에서는 유리성분을 상기 범위내에서 각각 혼합하면, 소성온도가 낮아져서 소성후의 절연체의 연화점도 저하된다. 또한 상기 유리성분에 Pb 성분을 함유하지 않기 때문에, 환경을 오염시키는 일도 없다.
이하, 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 보다 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여 본 발명을 상세하게 소개하기로 한다.
본 발명에 따른 투명 유전체는 SiO₂, B₂O₃, Al₂O₃, BaO, Li₂O의 조성성분을 가지는 Pb-less 조성물이다. 여기서, SiO₂는 유리를 구성하기 위한 필수성분인 유리형성 산화물로서, 그 함량이 너무 많으면 연화점의 상승으로 소결온도가 높아지고 그 함량이 너무 작으면 유리의 안정성을 떨어트려 화학적 불안정성을 야기 시킨다는 관점에서 15~30몰%가 적당하다.
B₂O₃는 본 발명에서 유리형성제로 작용하며 그 함량이 너무 많으면 연화점의 상승으로 소결온도가 높아지고 그 함량이 너무 작아지면 유전율의 상승을 야기 시킨다는 관점에서 30~45몰%가 적당하다.
Al₂O₃는 본 발명조성에서 중간제로서 작용하며 유리의 안정성을 향상시키기 위해 사용되나 그 함량이 너무 많으면 연화점의 상승으로 소결온도가 높아지고 그 함량이 노무 작아지면 유리의 안정성 저하로 쉽게 결정화가 일어난다는 관점에서 10~20몰%가 적당하다.
BaO는 본 발명조성에서 유리수식제로 작용하며 그 함량의 증가로 연화점이 저하하여 소결온도를 낮출 수 있어나 그 량이 지나치게 많으면 유전율의 상승을 야기 시킨다는 관점에서 10~30몰%가 적당하다.
Li₂O는 본 발명조성에서 유리수식제로 작용하며 그 함량의 증가로 연화점이 저하하여 소결온도를 낮출 수 있어나 그 량이 지나치게 많으면 내화학성을 저하시키는 관점에서 0~10몰%가 적당하다.

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본 발명의 무연 및 저온소성 특성의 투명 유전체 제조방법을 간단히 설명하면 다음과 같다.
상기의 SiO₂, B₂O₃, Al₂O₃, BaO 및 Li₂O를 적절한 몰%로 칭량하여 혼합한 다음 건식으로 혼합한 후, 이 혼합 분말을 백금도가니에 투입한다. 다음으로 대기 중에서 1000~1400℃로 승온시키고 0.5~3시간 유지한 후에 급랭한다. 그리고 이 급냉물을 분쇄하고, 메시수가 60메시인 체를 사용하여 분급함으로서 본 발명의 무연 및 저온소성 특성의 유전체 분말을 얻는다.
본 발명의 유전체 분말은 입경이 0.1~30㎛인 것이 바람직하다. 유전체 분말의 입경을 0.1~30㎛범위로 한정한 것은, 0.1㎛ 미만에서는 입자간에 응집하기 쉬워서 그 취급이 어려울 뿐만 아니라, 소성 후 투명도 저하의 원인이 된다. 도한 입경이 30㎛이상이 되면 얇은 투께의 막을 형성할 수 없는 문제가 발생하기 때문이다.

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상술한 바와 같은 조성 및 방법으로 얻어진 본 발명의 유전체 재료는 PDP용 유전막 형성용으로 적합하였다. 일반적으로 PDP용 유전체 재료가 가져야할 특징으로서는 낮은 소성온도, 소성후 높은 광 투과율, 기판과 비슷한 선팽창계수, 적절한 유전상 수의 특성이 요구된다.

본 발명에 의한 유전체 조성물의 소성온도는 540~580℃를 나타내며, PbO를 포함하는 종래 기술(대한민국 특허출원번호: 10-1999-0046605)의 550~600℃에 비해 소성온도가 낮아졌음을 알 수 있다.

또한, 본 발명의 유전체 조성물로부터 얻어진 소결체의 선팽창 계수는 6~10 x 10^-6/℃를 나타내었으며, 종래 기술(6.5~9.1 x 10^-6/℃)과 유사한 값으로서, PDP용 기판과 비슷한 선팽창 계수 값을 보여 주었다. 또한 소결체의 유전상수는 6.96~9.77의 값을 나타내었으며, PDP용 유전막으로서 적합함을 알 수 있었다.

본 발명의 또 다른 일측면에 따르면 PbO를 상요하지 않기 때문에 토양 및 수질오염을 유발하는 문제점이 없어 자연 생태계를 파괴시키는 문제점이 없다는 특징이 있다.

종래 기술(대한민국 특허출원번호: 10-2001-0053830)에 의하면 PbO를 사용하지 않는 CaO-B₂O₃-ZnO-P₂O₅계 유전체 재료가 소개되고 있으나, 이 조성에 의하면 연화점이 575~583℃로 매우 높은 문제점이 있었다. 본 발명에 의한 조성계 유전체 분말은 연화점이 514~549℃로서, 종래기술의 무연 유전체 재료보다 50℃정도 낮은 연화점을 갖는 특성이 있다. 따라서 본 발명에 의한 무연 유전체 재료는 그 연화점이 낮아 유전막 도포 후의 소성공정 시간 단축 및 치밀한 유전막을 얻을 수 있는 장점이 있다.

이상과 같이 본 발명의 투명 유전체 재료는 선팽창 계수 ,유전상수가 PDP용 투명 유전막에 적합한 물성 값을 나타내면서 종래 기술대비 연화점 및 소성온도가 50℃정도 낮은 값을 나타내었으며, 또한 PbO를 함유하지 않기 때문에 환경 친화적인 특성을 가지고 있었다.

<실시예 1~12>

SiO₂, B₂O₃, Al₂O₃, BaO 및 Li₂O를 하기 표 1과 같은 몰%로 칙량하여 혼합한 다음 이 혼합 분말을 백금도가니에 투입하고, 대기중에서 1200℃로 승온 시키고 1시간 유지한 후에 급랭하였다. 그리고 이 급랭물을 분쇄하고, 메시수가 60인 체를 사용하여 분급하였다.

<표 1>

	SiO₂	Al₂O₃	B₂O₃	BaO	Li₂O	Ts	Tsint.	유전율	선팽창계수 (x 10^-6/℃)
실시예 1	20	10	45	15	10	537	580	8.69	8.0641
실시예 2	20	10	40	20	10	535	550	9.34	6.0587
실시예 3	20	10	35	25	10	532	550	9.77	6.0023
실시예 4	25	10	45	10	10	545	560	7.71	8.0801
실시예 5	25	10	40	15	10	544	560	7.96	8.251
실시예 6	25	10	35	20	10	541	550	8.99	9.1479
실시예 7	20	15	40	15	10	534	560	8.33	8.3031
실시예 8	20	15	35	20	10	526	550	9.09	8.7964
실시예 9	20	15	30	25	10	514	540	9.68	9.8271
실시예 10	25	15	40	10	10	549	570	6.96	7.895
실시예 11	25	15	35	15	10	544	570	8.14	6.3559
실시예 12	25	15	30	20	10	530	550	7.85	8.3551

상기 표 1에 나타난 선팽창계수를 측정하기 위하여 시편은 10㎜ψ의 원주형으로 제조하여 5℃/min으로 최적치밀화 온도에서 1시간 소결하여 준비하였다. 이 소결체를 Dilatometer를 사용하여 승온속도 5℃/min으로 측정하였으며 선팽창계수는 25℃~300℃의 범위에서 기울기로부터 측정하였다.

소결체의 유전상수는 impedance analyzer(HP4194A, U.S.A)를 잉요하여 상온에서 측정하였다. 시편의 준비는 SiC(#220, #400, #800, #1200, #2000 순) 연마지로 소결체를 거울면 연마후 Au를 sputtering 하여 전극을 형성한 후 측정하였다. 유전상수는 다음 식 K = A ? tC/ε0를 이용하여 계산하였다.(여기서 ε0는 dielectric constant in vacuum (8.854 * 10-12F?m-1), K는 relative dielectric constant, t는 thickness of specimen, C는 capacitance, A는 area of electrode를 의미한다.)

이상의 제조 및 측정 조건으로 얻어진 본 발명의 투명 유전체는, 상기 표 1에 나타나 있는 바와 같이, 소성온도가 540~580℃로서 종래 기술대비 10~20℃나 낮은 값을 나타내었으며, 또한 연화점이 514~549℃로서 종래기술의 무연 유전체 재료보다 50℃정도 낮게 나타났다. 따라서 본 발명에 의한 무연 유전체 재료는 그 연화점이 낮아 유전막 도포 후의 소성공정 시간단축 및 치밀한 유전막을 얻을 수 있는 장점이 있었다. 또한 선팽창 계수는 6~10 x 10^-6/℃를 나타내었으며, 유전상수는 6.96~9.77의 값을 나타내었으며, PDP용 유전막으로서 적합함을 알 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 플라즈마 디스플레이 패널용 투명 유전체 유리 조성물에 관한 것으로서, Pb-less계의 새로운 조성을 이용하여 기존의 제품의 특성을 유지 혹은 배가 시키면서, Pb가 포함되지 않아 제품의 폐기 시 환경오염 및 자연 생태계 파괴 등의 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 인체에 무해하고 친환경적인 재료라 할 수 있다. 본 발명의 유전체 조성물의 선팽창계수는 PDP용 기판의 선팽창계수와 비슷한 6~10 x 10^-6/℃를 나타내며, 유전상수는 6.68~9.77의 값을 나타내며, 소성온도는 540~580℃로서 저온소성이 가능한 효과가 있다.
따라서, 본 발명의 무연 및 저온소성 특성의 투명 유전체 재료를 이용한 PDP는 생산수율을 향상시켜 생산단가 절감의 효과가 있다.
본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술 사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허 청구범위 내에 속함은 당연한 것이다.

삭제

Claims

플라즈마 디스플레이용 투명 유전체 재료에 있어서, SiO₂ 15~30mol%, B₂O₃ 30~45mol%, Al₂O₃ 10~20mol%, BaO 10~30mol%, Li₂O 0~10mol% 의 조성을 갖는 투명 유전체 조성물.
제 1항에 있어서,

상기 투명 유전체는 플라즈마 디스플레이 패널용 투명 유전막 형성에 이용됨을 특징으로 하는 투명 유전체 조성물.
제 1항에 있어서,

상기 투명 유전체의 입경이 0.1~30㎛ 인 것을 특징으로 하는 투명 유전체 조성물.