KR20090032254A - 음극선관용 유리 조성물 및 그를 포함하는 음극선관용후면유리 - Google Patents

음극선관용 유리 조성물 및 그를 포함하는 음극선관용후면유리 Download PDF

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Abstract

음극선관용 유리 조성물 및 그를 포함하는 음극선관용 후면유리가 개시된다. 음극선관용 유리 조성물은 Si02　51 내지 61중량%, Al203　1 내지 3중량%, Na2O 4 내지 9중량%, K2O 4 내지 9중량%, PbO 15 내지 19중량%, BaO 2 내지 8중량%, SrO 2 내지 8중량%, CaO 1 내지 3중량%, MgO 0 내지 2중량%, 및 Sb2O3 0.1 내지 0.3중량%를 포함하며, 파장이 0.6Å인 X선에 대한 흡수 계수가 56cm-1　이상이다.
음극선관, 유리 조성물, 후면유리, X선, 재활용

Description

음극선관용 유리 조성물 및 그를 포함하는 음극선관용 후면유리 {GLASS COMPOSITE FOR CATHODE RAY TUBE AND FUNNEL COMPRISING THE SAME FOR CATHODE RAY TUBE}
본 발명은 유리 조성물 및 그를 포함하는 표시장치용 유리에 관한 것으로서, 구체적으로 음극선관용 유리 조성물 및 그를 포함하는 음극선관용 후면유리에 관한 것이다.
컬러 텔레비젼이나 컴퓨터용 모니터 등의 제조에 사용되는 음극선관용 유리 벌브(glass bulb)는 기본적으로 세 가지의 구성 요소, 즉, 화상이 디스플레이되는 전면유리(panel), 상기 전면유리의 후면에 접합되는 원추형의 후면유리(funnel) 및 상기 후면유리의 꼭지점에 접합되는 관형상의 네크(neck)로 이루어진다. 여기서, 전면유리 및 후면유리 각각은 유리곱(glass gob)이라 불리는 용융유리 덩어리를 프레스 성형함으로써 제조될 수 있다.
전술한 구성을 갖는 배경기술에 따른 음극선관용 유리 벌브는, 음극선관 제조 공정 시 상기 유리 벌브의 내부로부터 공기가 배기되어 그 내부가 진공으로 될 경우에, 그 내부 및 외부의 압력차에 의하여 정적 응력(static stress)이 발생되 고, 그 정적 응력에 의하여 음극선관이 파손될 우려가 있다.
따라서, 음극선관은 사용자의 안전도를 보장하기 위해 국제전기표준위원회(International Electrotechnical Commission: IEC)의 방폭시험을 만족하도록 제조되어야 한다.
또한, 음극선관은 전면유리 내면에 도포된 형광체를 여기시켜서 화상을 디스플레이하는데, 이 과정에서 인체에 유해한 X선이 발생한다. 이때, 발생된 X선이 음극선관을 투과해서 외부로 유출되는 것을 최소화하기 위해 상기 X선 흡수능력이 높은 음극선관이 요구된다. 이에 따라, 국제전기표준위원회는 파장 0.06nm인 X선 방출량이 0.5mR/h를 초과하지 않아야 한다라고 규정하고 있다.
한편, 음극선관은 최근 표시장치의 시장에서 급속히 성장하는 평판 표시장치(Flat Panel Display: FPD)에 의해 그 생산에 있어 위협을 받고 있다. 이 때문에, 폐음극선관을 재활용하는 방향으로 음극선관 기술이 개발되고 있다.
그러나, 기존의 폐음극선관 재활용 기술은 사용자의 안전도 및 유해성 측면에서 문제가 있거나, 기존 음극선관의 제조 공정에 적용하는데 많은 문제점이 있다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 폐음극선관을 재활용할 시, 방폭특성을 만족시킴과 아울러 X선 흡수능력이 향상된 음극선관용 유리 조성물 및 그를 포함하는 음극선관용 후면유리를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 폐음극선관을 재활용할 시, 기존 음극선관 제조 공정에 적용이 용이한 음극선관용 유리 조성물 및 그를 포함하는 음극선관용 후면유리를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 음극선관용 유리 조성물은 Si02　51 내지 61중량%, Al203　1 내지 3중량%, Na2O 4 내지 9중량%, K2O 4 내지 9중량%, PbO 15 내지 19중량%, BaO 2 내지 8중량%, SrO 2 내지 8중량%, CaO 1 내지 3중량%, MgO 0 내지 2중량%, 및 Sb2O3 0.1 내지 0.3중량%를 포함하며, 파장이 0.6Å인 X선에 대한 흡수 계수가 56cm-1　이상이다.
한편, 상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 음극선관용 후면유리는 상기 유리 조성물을 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 후술되는 상세한 설명에 포함되어 있으며, 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 후술되는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
본 발명에 따르면, 폐음극선관을 재활용할 경우, 음극선관용 유리 조성물 및 그를 포함하는 음극선관용 후면유리의 방폭특성을 만족시킬 수 있으므로, 음극선관 사용자의 안정성을 확보할 수 있다.
또한, 폐음극선관을 재활용할 경우, 본 발명의 음극선관용 유리 조성물 및 그를 포함하는 음극선관용 후면유리는 높은 X선 흡수능력을 가질 수 있으므로, 인체에 무해하다는 장점이 있다.
그리고, 기존 음극선관 제조 공정의 변화를 최소화하여 음극선관을 제조할 수 있으므로, 음극선관을 생산하는 데 있어 경제성을 확보할 수 있다.
이하, 본 발명의 음극선관용 유리 조성물 및 그를 포함하는 음극선관용 후면유리에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 음극선관용 유리 조성물은 음극선관에서 요구되는 다양한 물성 및 특성치를 충족시키기 위해, 서로 유기적으로 조합되어 작용하는 다양한 성분들을 물성 발휘에 적합한 조성비로 포함한다. 또한, 상기 유리 조성물을 포함하는 음극선관용 후면유리는 상기 유리 조성물을 이용한 프레스 성형을 통해 제조될 수 있으며, 상기 후면유리는 음극선관에 구비되는 전면유리 및 네크 각각과 접합될 수 있다.
상기 음극선관용 유리 조성물은 Si02　51 내지 61중량%, Al203　1 내지 3중량%, Na2O 4 내지 9중량%, K2O 4 내지 9중량%, 　PbO 15 내지 19중량%, BaO 2 내지 8중량%, SrO 2 내지 8중량%, CaO 1 내지 3중량%, MgO 0 내지 2중량%, 및 Sb2O3 0.1 내지 0.3중량%를 포함하며, 파장이 0.6Å인 X선에 대한 흡수 계수가 56cm-1　이상이다.
상기 음극선관용 유리 조성물에 포함된 Si02는 유리의 기본 구조를 형성하는 역할을 하며, 유리의 광학적 특성, 열적 특성 및 기계적 강도 특성에 큰 영향을 미친다.
상기 Si02의 함량은 상기 유리 조성물의 총량을 기준으로 51 내지 61중량%일 수 있다. Si02의 함량이 51중량% 미만이면, 유리 조성물의 점도가 감소하게 되므로 성형 공정에 불리할 뿐만 아니라, 화학적 내구성이 감소되므로 상기 유리 조성물로 인해 제조된 후면유리의 내구성이 약화될 수 있다. 한편, Si02의 함량이 61중량%를 초과하면, 유리 조성물의 점도가 상승하게 되어 성형 공정에 불리하다는 문제점이 있다.
상기 음극선관용 유리 조성물에 포함된 Al203는 유리의 화학적 내구성 및 성형성을 향상시키는 역할을 한다.
상기 Al203의 함량은 상기 유리 조성물의 총량을 기준으로 1 내지 3중량% 일 수 있다. Al203의 함량이 1중량% 미만이면, 화학적 내구성이 떨어질 수 있다. 한편, Al203가 3중량%를 초과하면, 실투가 쉬워지고 유리 조성물의 점도가 상승하여 성형 공정시 불량이 발생할 수 있다.
상기 음극선관용 유리 조성물에 포함된 Na2O 및 K2O 각각은 음극선관의 전면유리 및 후면유리간, 및/또는 후면유리 및 네크간 접합품질에 영향을 주는 열팽창 계수 특성을 조절하는 역할을 한다. 또한, 상기 Na2O 및 K2O 각각은 유리의 용융온도를 낮추고 성형성을 조절할 목적으로 사용될 수 있다.
상기 Na2O 및 K2O 각각의 함량은 유리 조성물의 총량을 기준으로 4 내지 9중량%일 수 있다. Na2O의 함량이 4중량% 미만이면, 유리의 용융성 향상 효과가 작다는 문제점이 있고, Na2O의 함량이 9중량%를 초과하면, 열팽창 계수가 커져 후속하는 진공 공정 등에서 불량이 발생할 수 있다. 이와 마찬가지로, K2O의 함량이 4중량% 미만이면, 용융성 향상 효과가 작고, 9중량%를 초과하면 열팽창 계수가 커져 상기 진공 공정 등에서 불량이 발생할 수 있다.
상기 Na2O 및 K2O 각각은 유리의 전기 절연성에 큰 영향을 미치는 알칼리 원소를 포함하므로, 상기 음극선관용 유리 조성물에서 Na2O 및 K2O 각각은 하기 수학식 1을 만족하는 조성비로 함유될 수 있다.
0.40 < CNa2O/(CNa2O + CK2O) < 0.65
여기서, CNa2O 및 CK2O 각각은 Na2O 및 K2O 각각의 함량을 나타내며, 각각의 단위는 몰%이다.
상기 Na2O 및 K2O의 총 함량에 대한 Na2O의 함량이 상술한 범위를 벗어나게 되면, 전기 절연성이 저하되어 누설 전류에 의한 안전 사고의 위험이 있다.
상기 음극선관용 유리 조성물에 포함된 PbO는 상기 유리 조성물의 X선 흡수 계수를 증가시키는 역할을 한다.
상기 PbO의 함량은 상기 유리 조성물의 총량을 기준으로 15 내지 19중량%일 수 있다. PbO의 함량이 15.0중량% 미만이면, 파장이 0.6Å인 X선에 대한 흡수 계수가 급격히 떨어지는 문제점이 있다. 한편, PbO의 함량이 19중량%를 초과하면, 유리의 연화점이 지나치게 저하되는 문제점이 있다.
상기 음극선관용 유리 조성물에 포함된 BaO 및 SrO 각각은 상기 유리 조성물의 X선 흡수 계수를 증가시키는 역할을 한다. 추가적으로, 상기 BaO는 SrO의 실투 온도를 낮추는 기능이 있다. 또한, 추가적으로, 상기 SrO는 전기 전도도의 온도 의존성을 크게 바꾸지 않고 변형점을 올림으로써, 변형점에서의 전기 전도도를 증대시키는 역할을 한다.
상기 BaO의 함량은 상기 유리 조성물의 총량을 기준으로 2 내지 8중량%일 수 있다. 상기 BaO의 함량이 2중량% 미만이면, SrO의 실투 온도를 낮추는 효과가 미미하다. 한편, 상기 BaO의 함량이 8중량%를 초과하면, 유리의 연화점 및 밀도가 급격 히 증가하는 문제점이 있다. 여기서, 상기 BaO는 X선 품질 보증영역인 37KV 영역대에서 X선에 대한 흡수 능력이 급격히 증가하는 특성을 가지고 있기 때문에, 파장이 0.3Å인 X선에 대한 흡수 계수가 9cm-1 이상을 유지하면서도 파장이 0.6Å인 X선에 대한 흡수 계수가 56cm-1 이상이면 국제전기표준위원회에서 정한 안전기준을 만족할 수 있다.
상기 SrO의 함량은 상기 유리 조성물의 총량을 기준으로 2 내지 8중량%일 수 있다. SrO의 함량이 2중량% 미만이면, 파장이 0.6Å인 X선에 대한 흡수 계수를 만족하지 못한다는 문제점이 있다. 또한, SrO의 함량이 8중량%를 초과하면, 실투 온도가 지나치게 높아지는 문제점이 있다.
한편, 상기 SrO 및 BaO 각각은, 일반적으로, 음극선관의 전면유리에 포함되어 있다. 이때, 폐음극선관을 재활용할 시, 즉, 폐음극선관의 회수, 분해 및 분쇄 과정시, 상기 전면유리에 포함되어 있는 SrO 및 BaO 각각이 본 발명에 따른 음극선관용 유리 조성물에 포함될 수 있으나, 이 경우에도 상기 SrO 및 BaO 각각의 총함량은 상술한 바를 만족할 수 있다.
상기 음극선관용 유리 조성물에 포함된 CaO는 유리의 점도 조정 및 열적 안정성을 확보하는 역할을 한다.
상기 CaO의 함량은 상기 유리 조성물의 총량을 기준으로 1 내지 3중량%일 수 있으며, CaO의 함량이 상기의 범위를 벗어나게 되면 원하는 점도 및 열적 안정성 확보가 어렵다는 문제점이 있다.
상기 음극선관용 유리 조성물에 포함된 MgO는 CaO를 일부 대신하여 유리의 점도 조정 및 열적 안정성을 확보하는 역할을 한다.
상기 MgO의 함량은 상기 유리 조성물의 총량을 기준으로 0 내지 2중량%일 수 있다. 상기 MgO의 함량이 2중량%를 초과하면, 유리의 연화점이 지나치게 높아져 온도 상승에 수반되는 점도 증가가 현저해짐으로써 성형이 어렵다는 문제점이 있다.
한편, BaO 및 SrO 각각의 함량 증가에 따라 유리의 연화점이 과도하게 증가할 수 있다. 이를 억제하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 음극선관용 유리 조성물은 하기 수학식 2를 만족하도록 조성될 수 있다.
9 ≤CCaO + CMgO + CAl2O3 + 0.5*(CBaO+CSrO) ≤11
여기서, CCaO, CMgO, CAl2O3, CBaO, CSrO 각각은 CaO, MgO, Al203 , BaO, SrO 각각의 함량을 나타내며, 각각의 단위는 중량%이다.
상기 음극선관용 유리 조성물에 포함된 Sb2O3는 용융유리 중의 기포를 감소시키는 청징 역할을 수행한다.
상기 Sb2O3의 함량은 상기 유리 조성물의 총량을 기준으로 0.1 내지 0.3중량%일 수 있다. Sb2O3의 함량이 0.1중량% 미만이면, 청징 효과가 미미하다라는 문제점이 있다. 또한, Sb2O3의 함량이 0.3중량%를 초과하는 경우에는 Sb2O3에 의한 청징 효과가 포화된다.
한편, 본 발명에 따른 음극선관용 유리 조성물은 상기 성분들 이외에 폐음극선관의 재활용, 즉, 폐음극선관의 분쇄에 따른 ZrO2, ZnO, TiO2, CeO2, NiO, Co3O4, Li2O 등의 성분들이 일부 함유될 수 있으나, 이 성분들의 함량은 극히 적어 유리 조성물의 물성에 거의 영향을 미치지 않는다.
이하에서는, 실시예들을 들어 본 발명의 음극선관용 유리 조성물을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 하기 실시예들에 의하여 본 발명의 기술적 사상이 한정되는 것이다.
[실시예 1 내지 6]
실시예 1 내지 실시예 6의 유리 조성물에 대한 조성은 표 1에 나타냈다. 표 1의 각 성분은 각 원료들로부터 계산된 산화물 형태의 무게를 근거로 표시하였고, 각 원료들은 산화물이나 다른 형태의 화합물 등으로 구성되어 있으며, 용융시 원하는 산화물 형태로 바뀌게 된다.
실시예 1 내지 실시예 6의 유리 조성물은 폐음극선관을 회수한 후, 이를 분해, 절단 및 분쇄하여 주지의 공정을 통해 후면유리로 제조하였다. 그 후면유리의 물성 및 특성들을 표 1에 나타내었다.
비교예 1 내지 비교예 3은 일반적으로 상용화되어 있는 음극선관용 유리 조성물이며, 그 조성을 표 1에, 상기 유리 조성물로 제조된 후면유리의 물성 및 특성들을 표 2에 나타내었다.
조성 (중량%) 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 비교예 1 비교예 2 비교예 3
SiO2 54 54.6 54.9 55.2 54.6 54.7 61 60.6 61.3
Al2O3 2.5 2.5 2.5 1.9 2 2.2 0.75 0.5 0.75
Na2O 6.8 6.8 6.7 6.7 6.5 6.6 7.2 7.2 7.6
K2O 6.8 6.5 6.4 6.2 6.1 6.2 7.8 7.4 7.7
MgO 1.8 1.2 0.9 1.3 1.3 1.3 - - -
CaO 3 2 1.4 2 2 2 4.7 4.3 5
PbO 18.6 17.2 16.4 16.1 15 15.5 17 18.5 16
Sb2O3 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
BaO 3.7 4.2 4.6 5.5 5.9 5.5 - - -
SrO 2.2 4.3 5.6 4.5 6 5.4 - - -
ZnO 0.1* 0.1* 0.1* 0.1* 0.1* 0.1* - - -
ZrO2 0.2* 0.2* 0.2* 0.2* 0.2* 0.2* - - -
*: 미량
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 비교예 1 비교예 2 비교예 3
물 성 및 특 성 치 μ(0.6Å) 60.3 60.3 60.3 58.3 58.3 58.3 49.5 52.9 46.3
μ(0.3Å) 10.7 11 11.2 11.4 11.7 11.5 7 7.6 6.7
밀도(g/cc) 2.99 2.996 2.996 2.997 3.01 3.002 2.84 2.874 2.82
열팽창 계수 (×10-7/℃) 96.9 97 96.9 97.3 97.3 97.4 97.3 96.7 97.8
변형점(℃) 443 443 443 447 454 452 440 435 440
연화점(℃) 660 660 660 662 667 666 660 656 661
LogR,350℃ 7.8 7.9 7.8 7.5 7.7 7.7 - - -
수학식 1 0.6 0.61 0.61 0.62 0.62 0.62 0.58 0.6 0.6
수학식 2 11 10 9.9 10.2 11.3 11 5.5 4.8 5.8
표 1 및 표 2를 참조하면, 실시예 1 내지 실시예 6의 유리 조성물은 파장이 0.6Å인 X선에 대한 흡수 계수가 56cm-1　이상이므로, 국제전기표준위원회의 규정을 만족하고 있음을 알 수 있었다.
또한, 상기 실시예 1 내지 실시예 6의 유리 조성물은 상기 수학식 1의 범위를 만족하므로, 우수한 전기 절연 특성을 나타냈다. 아울러, 상기 실시예 1 내지 실시예 6의 유리 조성물은 상기 수학식 2의 범위를 만족하므로, 경제적이면서도 성형성이 우수한 특성을 보였다. 그리고, 상기 실시예 1 내지 실시예 6의 유리 조성물은 0 내지 300℃에서 열팽창계수가 96 내지 98×10-7　/℃이고, 연화점이 655 내지 665℃이며, 유리 밀도가 2.970 내지 3.020g/cc이므로 생산성이 우수한 후면유리를 제조할 수 있다.
반면, 비교예 1 내지 비교예 3의 유리 조성물은 연화점 등의 특성이 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 6과 비슷한 수준이지만, BaO 및 SrO 성분이 없으므로 파장이 0.6Å인 X선에 대한 흡수 계수가 56cm-1　미만이 되어, 인체에 유해한 X선을 많이 방출하는 특성을 보였다.
이상 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

Claims (5)

  1. Si02　51 내지 61중량%,Al203　1 내지 3중량%, Na2O 4 내지 9중량%, K2O 4 내지 9중량%, PbO 15 내지 19중량%, BaO 2 내지 8중량%, SrO 2 내지 8중량%, CaO 1 내지 3중량%, MgO 0 내지 2중량%, 및 Sb2O3 0.1 내지 0.3중량%
    를 포함하며,
    파장이 0.6Å인 X선에 대한 흡수 계수가 적어도 56cm-1　인 음극선관용 유리 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유리 조성물은,
    하기 수학식 (1)을 만족하도록 조성되며, 하기 수학식 (1)에서 CNa2O 및 CK2O 각각은 Na2O 및 K2O 각각의 함량을 나타내는 음극선관용 유리 조성물.
    0.40 < CNa2O/(CNa2O + CK2O) < 0.65 ---- (1)
  3. 제1항에 있어서, 상기 유리 조성물은,
    하기 수학식 (2)를 만족하도록 조성되며, 하기 수학식 (2)에서 CCaO, CMgO, CAl2O3, CBaO, CSrO 각각은 CaO, MgO, Al203 , BaO, SrO 각각의 함량을 나타내는 음극선관 용 유리 조성물.
    9 ≤CCaO + CMgO + CAl2O3 + 0.5*(CBaO+CSrO) ≤11 ---- (2)
  4. 제1항에 있어서,
    0 내지 300℃에서 열팽창 계수가 96 내지 98×10-7　/℃이고, 연화점이 655 내지 665℃이며, 유리 밀도가 2.970 내지 3.020g/cc인 음극선관용 유리 조성물.
  5. Si02　51 내지 61중량%, Al203　1 내지 3중량%, Na2O 4 내지 9중량%, K2O 4 내지 9중량%, PbO 15 내지 19중량%, BaO 2 내지 8중량%, SrO 2 내지 8중량%, CaO 1 내지 3중량%, MgO 0 내지 2중량%, 및 Sb2O3 0.1 내지 0.3중량%를 포함하며, 파장이 0.6Å인 X선에 대한 흡수 계수가 56cm-1　이상인 음극선관용 유리 조성물을 포함하는 음극선관용 후면유리.
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