KR100552619B1 - 진공상태에서 봉착이 가능한 글라스 프릿 및 이를 이용한평판 디스플레이 장치의 제조방법 - Google Patents

진공상태에서 봉착이 가능한 글라스 프릿 및 이를 이용한평판 디스플레이 장치의 제조방법 Download PDF

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Abstract

평판 디스플레이 장치를 제조하기 위한 공정 중 봉착(sealing), 배기(pumping)를 동일 진공 챔버내에서 수행하는 장치에 제공되는 글라스 프릿 및 이를 이용한 평판 디스플레이 장치의 제조방법이 개시된다. 본 발명의 평판 디스플레이 장치를 진공 상태에서 봉착하기 위한 글라스 프릿은 PbO, B2O3, ZnO, SiO2 를 주요구성 성분으로 하며, 상기 PbO는 50 내지 75 중량 퍼센트를 갖는다. 평판 디스플레이 장치의 진공 봉착시에 상기 구성의 글라스 프릿을 적용하면 진공 상태에서 기포 및 가스 발생없이 봉착이 가능하여 진공 봉착용 장치의 상용화가 가능하며, 이로 인한 평판 디스플레이 장치의 품질 향상 및 생산성 향상을 통한 원가 절감을 이룰 수 있다.
글라스 프릿, 플라즈마 디스플레이 패널, 인라인, 기포, 봉착

Description

진공상태에서 봉착이 가능한 글라스 프릿 및 이를 이용한 평판 디스플레이 장치의 제조방법{GLASS FRIT ENABLING SEALING AT THE VACUUM STATE AND FLAT PANEL DISPLAY OF USING THE SAME}
도 1은 종래기술에 따른 봉착 및 배기 방법에 따른 평판 표시소자의 제작 도면,
도 2는 종래의 진공 봉착에 따라서 봉착한 글라스 프릿을 나타내는 사진,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라서 봉착한 글라스 프릿을 나타내는 사진,
도 4는 종래의 대기 봉착용 글라스 프릿의 압력과 온도 변화에 따른 상평형도, 및
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 진공 봉착용 글라스 프릿의 압력과 온도 변화에 따른 상평형도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
11, 21 : 전면 유리판 12 : 글라스 프릿
13, 23 : 배면 유리판 14 : 배기용 유리관
15 : 격벽 13, 33 : 접착 부위
본 발명은 진공 상태에서 봉착이 가능한 글라스 프릿(glass frit) 및 이를 이용한 평판 디스플레이 장치의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 평판 디스플레이 장치를 제조하기 위한 공정 중 봉착(sealing), 배기(pumping)를 동일 진공 챔버내에서 수행하는 장치에 제공되는 글라스 프릿 및 이를 이용한 평판 디스플레이 장치의 제조방법에 관한 것이다.
평판 디스플레이(Flat Panel Display: FPD) 장치는 액정 표시소자(Liquid Crystal Display: LCD), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel; 이하 PDP), 전계방출표시소자(Field Emission Display: FED), 진공형광소자(VFD) 등으로 나뉘어질 수 있으며, 저소음, 저전력 시대인 21세기 사회의 정보전달 매체로 각광을 받고 있다.
이 중에서, PDP(Plasma Display Panel)는 전기 방전에 의해 발생되는 플라즈마를 이용하여 화상을 표시하는 장치로서, 상기 PDP의 제조공정은 전면 유리판과 배면 유리판을 각각 별도로 제조하고 이들을 융착시킨 후 방전가스를 주입하여 완성한다. 즉, PDP는 투명전도막(ITO) 전극, 버스(BUS) 전극, 유전층, 산화마그네슘(MgO) 보호층 등이 형성된 전면 유리판과, 어드레스용 전극, 반사막, 격벽, 형광막이 형성되어 있는 배면 유리판을 150μm 이내로 근접시켜 봉착한 후 내부 공간에 플라즈마 가스를 주입시켜 형성한다.
이러한 PDP의 전면 유리판과 배면 유리판의 봉착 방법은 크게 두 가지 방법이 사용되고 있다.
먼저, 첫 번째 방법은 배면 유리판 둘레에 글라스 프릿과 유기 용매를 혼합하여 페이스트 형태로 제조한 글라스 프릿 페이스트를 도포한 후 대기 상태에서 가소성 공정을 거쳐 진공으로 배기한 후 가스를 주입하고 최종적으로 유리튜브를 토치나 히터블록을 이용하여 밀봉하는 방법이다.
도 1은 종래의 첫 번째 방법에 따른 봉착 및 배기 방법으로 PDP의 봉착 및 배기 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 전면 유리판(11)과 배면 유리판(13)을 대기 중에서 봉착용 글라스 프릿(12)를 이용하여 용융 봉착시키고, 상기 배면 유리판(13)의 모서리에 소정의 구멍을 형성한 후, 구멍의 둘레로 배기용 유리관(14)을 봉착용 글라스 프릿을 사용하여 용융 봉착시킨다. 상기 유리관을 진공챔버의 배기구에 연결시키고, 배기구에 연결된 유리관을 통해 패널 내부를 진공상태로 유지한 후, 유리관을 통해 아르곤(Ar) 개스를 유입시켜 패널 내부를 리프레쉬(refresh)시킨다.
이와같은 과정을 2-3회 반복한 후 방전용 개스를 약 400 torr 정도로 채우고 전압 인가에 의해 방전을 유도하여 표면상에 있는 불순물을 제거하기 위한 플라즈마 세척과정을 수행한다.
최종적으로 배기구를 통해 배기과정을 반복한 뒤 소정의 방전개스를 요구되는 압력(300-500 torr)만큼 주입하고 용융에 의해 유리관을 밀봉(tip-off)함으로써 플라즈마 표시 소자의 봉착 및 배기 과정을 완료하게 된다.
그러나, 이러한 첫번째 방법은 실질적으로 진공 배기를 할 때, 격벽(15)으로 인해 PDP 패널 내부의 진공 컨덕턴스가 작기 때문에 분자의 흐름에 의해 진공도에 서는 배기구와 패널 내부와의 진공도의 차이가 많다. 즉, 유리관을 통해 배기시키기 때문에 배기 전도도(conductivity)에 있어서 제한을 받게 된다. 패널배부 진공도 저하는 사용 플라즈마 개스의 순도를 저하시켜 플라즈마 표시소자의 동작전압을 높이게 되고 발광효율을 저하시켜 결국은 소자의 수명시간을 단축시키는 요인이 되며, 배기시간도 수십시간 이상 소요되므로 생산성 저하의 요인이 된다.
두 번째 방법은 첫 번째 방법을 사용할 때 발생하는 문제점을 해소하기 위하여 진공상태에서 봉착을 실시하는 방법이다. 이 방법은 배면 유리판 둘레에 글라스 프릿과 유기용매를 혼합하여 페이스트 형태로 제조한 글라스 프릿을 도포한 후 대기상태에서 가소성 공정을 거쳐 진공상태에서 봉착하는 방법이 있다. 진공에서 두 패널을 밀봉하게 되면, 접착제에 의한 오염을 줄일 수 있고, 또한 패널 내부의 진공도도 고르게 존재 할 수 있다.
그러나, 상기 진공 상태에서 봉착하는 방법에서 일반적인 봉착용 글라스 프릿을 사용하면, 대기중에서 가소된 봉착용 글라스 프릿을 진공 상태에서 다시 용융(소성) 시킬 때 봉착용 글라스 프릿의 구성성분 중 일부가 증발되어 기공(bubble)이 발생하고 내부를 오염시키는 문제점이 있어 사용화 단계로는 활용되지 못하고 있는 실정이다.
도 2는 종래의 두 번째 방법인 진공 봉착에 따른 글라스 프릿의 봉착을 나타내는 사진이다.
도 2을 참조하면, 배면 유리판(21)과 상면 유리판(25)을 기존 대기 중에서 사용하는 글라스 프릿을 진공 중에서 재용융시키면 다량의 기포가 발생하여 봉착이 되지 않는다. 도면 부호 '23'은 상기 배면 유리판(21)과 상면 유리판(25) 사이에 종래의 글라스 프릿을 도포하고 접합한 부위의 접착부위를 나타낸다. 접착부위(23)에는 다량의 기포가 발생되어 있다.
이와 같이, 대기 상태에서 가소성 공정을 거쳐 진공상태에서 봉착하는 방법에서, 기존의 대기중에서 봉착용으로 사용되는 일반적인 글라스 프릿을 적용하면, 대기 중에서 가소성된 글라스 프릿이 진공 중에서 다시 용융될 때 진공에 의해 글라스 프릿의 휘발온도가 낮아져 구성성분 중 일부가 증발되어 기공(bubble)과 가스(gas)가 발생함으로써 진공도를 유지시키지 못하고 봉착이 안되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 대기상태에서 가소성 후 진공상태에서 다시 용융시켜도 기포 및 가스 발생이 없는 글라스 프릿을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 진공상태에서 가열 봉착시 기포 및 가스발생이 없이 강한 접착 강도를 갖는 글라스 프릿을 이용한 평판 디스플레이 장치의 제조방법에 관한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 평판 디스플레이 장치를 진공 봉착하기 위한 글라스 프릿은 PbO, B2O3, ZnO, SiO2를 주요구성 성분으로 하며, 상기 PbO는 50 내지 75 중량 퍼센트를 갖는다.
본 발명에 있어서, 상기 B2O3는 10 내지 30 중량 퍼센트이며, 상기 ZnO는 5 내지 30 중량 퍼센트이며, 상기 SiO2는 1 내지 15 중량 퍼센트인 것이 바람직하다. 또한, 1 내지 10 중량 퍼센트의 Al2O3, 및 1 내지 10 중량 퍼센트의 BaCO3를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 평판 디스플레이 장치의 제조방법은 PbO, B2O3, ZnO, SiO2를 주요구성 성분으로 하며, 상기 PbO는 50 내지 75 중량 퍼센트를 갖는 진공 봉착용 글라스 프릿 분말을 용매와 혼합하여 글라스 페이스트를 형성하고, 상기 글라스 페이스트를 두 개의 유리판 중 하나의 유리판의 가장자리를 따라 도포한 후에 상기 글라스 페이스트를 가소성한다. 이어서, 하판 유리판과 상판 유리판을 진공상태에서 소성공정을 진행한다.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
본 발명의 일실시예에서는 종래의 글라스 프릿의 진공 상태의 봉착에서 기포 발생의 주요인은 글라스 프릿의 구성성분 중 녹는점이 가장 낮은 PbO의 휘발이라는 점을 발견하여, 글라스 프릿의 구성성분 중 PbO의 함량을 50~75% 범위로 낮춰 10-7 torr 이하의 압력에서도 글라스 프릿의 구성성분이 휘발되지 않도록 하였다.
글라스 프릿의 구성 성분이 PbO 78%, SiO2 6%, ZnO 7%, B2O3 9%인 기존 대기 봉착용 글라스 프릿과 글라스 프릿의 구성 성분이 PbO 65%, SiO2 5%, ZnO 10%, B2O 3 20%인 진공 봉착용 글라스 프릿을 분말 상태로 제조하여 유기 용매와 글라스 프릿 페이스트 상태로 만들어 배면 유리판에 도포하여 대기 중에서 450℃로 가소성한 후 진공압력이 10-7 torr 상태에서 450℃로 봉착을 실시하였다.
기존 대기 봉착용 글라스 프릿은 도 2과 같이 다량의 기포가 발생하였으며, 본 발명의 일실시예에 따른 진공 봉착용 글라스 프릿은 도 3과 같이 기포가 발생하지 않았다.
그 원인을 도 4 및 도 5의 상평형도를 이용하여 설명한다.
도 4는 종래의 대기 봉착용 글라스 프릿의 압력과 온도 변화에 따른 상평형도이다. 종래의 글라스 프릿의 구성 성분은 PbO 78%, SiO2 6%, ZnO 7%, B2O3 9%이다.
도 4를 참조하면, 압력이 감소함에 따라 기화(휘발) 온도가 급격히 낮아지는 현상을 보인다. 따라서, 글라스 프릿의 봉착온도를 450℃로 유지할 때, 진공도가 증가할수록 글라스 프릿의 기화도는 증가한다.
대기압에서는 액상(1)을 유지하지만 진공상태에서는 기체 상태(2)로 상변화를 일으키며, 진공상태가 증가할수록 기체 상태(3)의 상변화 정도가 증가하게 된다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 진공 봉착용 글라스 프릿의 압력과 온도 변화에 따른 상평형도이다. 본 발명의 일실시예에 따른 글라스 프릿의 구성 성분은 PbO 65%, SiO2 5%, ZnO 10%, B2O3 20%로 사용하였다.
도 5를 참조하면, 압력이 감소함에 따라 기화속도가 도 4에 비해 현저히 느리게 낮아지는 현상을 보인다. 따라서, 글라스 프릿의 봉착온도를 450℃로 유지할 때, 진공도가 증가하여도(압력이 감소하여도) 글라스 프릿은 액상을 유지하여 기포가 발생하지 않는 대기 상태에서의 봉착 조건과 차이가 없었다. 즉, 대기압에서 액상(4)을 유지하며 진공상태에서도 액상(5)이며, 진공도가 증가하여도 액상(6)을 유지한다.
도 3을 참조하면, 배면 유리판(31)과 상면 유리판(35)을 기존 대기 중에서 사용하는 글라스 프릿을 진공 중에서 재용융시키도 기포가 발생하지 않는다. 도면 부호 '33'은 상기 배면 유리판(31)과 상면 유리판(33) 사이에 종래의 글라스 프릿을 도포하고 접합한 부위의 접착부위를 나타낸다. 접착부위(33)에는 기포가 발생되지 않고 기밀한 접착상태를 나타낸다.
그 외에 다양한 조건하에서 봉착용 글라스 프릿의 기포 발생여부를 실험하였다.
표 1은 글라스 프릿의 구성성분을 변화시킨 실험예시이다.
No. PbO B2O3 ZnO SiO2 Al2O3 BaCO3 합계 봉착온도
1 59 14 17 8 2 - 100 500℃
2 65 13 15 6 - 1 100 480℃
3 69 12 7 12 - - 100 460℃
4 75 13 7 5 - - 100 440℃
5 78 8 5 9 - - 100 460℃
6 82 6 2 10 - - 100 440℃
표 1을 참조하면, 표 1의 1 내지 4의 조성에서는 진공봉착시 도 3와 같이 기 포가 발생하지 않고 봉착이 가능하였으며, 5 내지 6은 종래의 대기봉착용 글라스 프릿으로서 진공 봉착시 도 2와 같이 기포가 발생하여 봉착이 불가능하였다.
이하, 상술한 글라스 프릿을 사용한 평판 디스플레이 장치를 형성하는 과정은 다음과 같다.
먼저, 글라스 프릿 분말은 PbO, B2O3, ZnO, SiO2를 주요구성 성분으로 하며, 상기 PbO는 50 내지 75 중량 퍼센트를 갖는 것을 특징으로 하는 진공 봉착용 글라스 프릿을 형성하고, 글라스 프릿 분말과 유기용매와 혼합하여 글라스 프릿 페이스트를 형성한다.
혼합된 글라스 프릿 페이스트를 디스펜싱(dispensing)이나 스크린 프린팅(screen printing) 방식을 사용하여 두 장의 유리판 중 하나의 유리판의 가장자리에 소정의 두께와 폭으로 도포한다.
글라스 프릿 페이스트가 도포된 유리판에서 수분 및 프릿의 용매를 제거하기 위한 건조 공정을 마친 후에, 글라스 프릿 페이스트 내부의 바인더(binder) 성분을 제거하기 위하여 가소성 공정을 거친다. 가소성 공정은 바인더(binder: 아크릴 계통)를 태우는 공정으로 산화가 가능한 산소 분위기에서 행해진다. 온도는 통상 370℃~450℃에 이르고 유지시간은 30분 내지 1시간 정도이다.
이어서, 진공상태에서 소성공정 공정을 진행한다. 소성공정은 두장의 상판 유리판 및 하판 유리판을 정렬한 후 온도를 상승시킨다. 온도는 400℃~450℃ 정도에서 진행되고 유지 시간은 10분 내지 30분 정도이다.
진공상태에서 소성공정을 진행할 때, 본 발명의 글라스 프릿은 소성조건의 온도와 압력에서도 휘발이 되지 않아 기밀한 봉착이 가능하다.
이어서, PDP인 경우에는 가스 주입구를 통해 가스를 채운 다음, 주입구 주변에 형성된 글라스 프릿을 위와 같은 온도조건으로 소성시켜 봉입공정을 수행한다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상기와 같이 이루어진 본 발명은, 평판 디스플레이 장치의 진공 상태의 봉착시에 본 발명에 따른 글라스 프릿을 적용하면 진공 상태에서 기포 및 가스 발생없이 봉착이 가능하여 진공 봉착용 장치의 상용화가 가능하며, 이로 인한 평판 디스플레이 장치의 품질 향상 및 생산성 향상을 통한 원가 절감을 이룰 수 있다.

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 평판 디스플레이 장치를 진공 봉착하기 위한 글라스 프릿에 있어서,
    상기 글라스 프릿 분말은 PbO, B2O3, ZnO, SiO2를 주요구성 성분으로 하며, 상기 PbO는 50 내지 75 중량 퍼센트이며, 상기 B2O3는 10 내지 30 중량 퍼센트이며, 상기 ZnO는 5 내지 30 중량 퍼센트이며, 상기 SiO2는 1 내지 15 중량 퍼센트인 것을 특징으로 하는 진공 봉착용 글라스 프릿.
  3. 삭제
  4. 제 2 항에 있어서,
    1 내지 10 중량 퍼센트의 Al2O3, 및 1 내지 10 중량 퍼센트의 BaCO3를 더 포 함하는 것을 특징으로 하는 진공 봉착용 글라스 프릿.
  5. 평판 디스플레이 장치의 상판 유리판과 배면 유리판을 접착하는데 있어서,
    PbO, B2O3, ZnO, SiO2를 주요구성 성분으로 하며, 상기 PbO는 50 내지 75 중량 퍼센트이며, 상기 B2O3는 10 내지 30 중량 퍼센트이며, 상기 ZnO는 5 내지 30 중량 퍼센트이며, 상기 SiO2는 1 내지 15 중량 퍼센트인 진공 봉착용 글라스 프릿 분말을 용매와 혼합하여 글라스 페이스트를 형성하는 단계;
    상기 글라스 페이스트를 두 개의 유리판 중 하나의 유리판의 가장자리를 따라 도포하는 단계;
    상기 글라스 페이스트를 가소성하는 단계; 및
    상기 하판 유리판과 상기 상판 유리판을 진공상태에서 소성공정을 진행하는 단계를 포함하는 평판 디스플레이 장치의 제조방법.
KR1020040011768A 2004-02-23 2004-02-23 진공상태에서 봉착이 가능한 글라스 프릿 및 이를 이용한평판 디스플레이 장치의 제조방법 KR100552619B1 (ko)

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