[논문]Bi2O3-ZnO-SiO2 유리계의 투명유전체 후막에서 나타난 광학특성

전재삼; 차명룡; 김형순

doi:10.3740/mrsk.2004.14.9.670

문제 정의

따라서 이 연구에서는 원소주기율표 상 Pb에 인접하며 Pb와 유사한 특성을 보일 것으로 예측되는 Bi 유리 계를 선택하여 투명유전체로 사용될 수 있는 가능성을 조사하였다. 이는 또한 PDP의 격벽과 봉착용으로 사용될 가능성이 높다.
비스무스 유리계 조성의 프릿을 제조하여 스크린 프린팅법에 의한 후막 공정상에 나타난 문제점을 논의하고자 한다. 먼저 용융온도를 다르게 하였을 경우, 제조된 유리의 색이 다르게 나타났다.
이는 또한 PDP의 격벽과 봉착용으로 사용될 가능성이 높다. 이 연구는 주성분으로 Bi2O₃-ZnO-SiO₂- A&O₃-R2O₃계 유리의 프릿을 제조후 스크린 프린팅법에 의해 제조된 후막의 특성을 논의하고자 한다.

제안 방법

이용하여 투광성을 측정하였다. 결정의 생성 여부를 알아보기 위하여 XRD (X-ray diffractometer, Philips, XPERT)분석과 EDX (Energy Dispersive X-Ray Microanalysis System, Phoenix60, EDAX)분석을 하였다.
또한 다른 방법으로 노란색 구의 결정상 여부를 알아 보기 위하여 프릿을 펠렛상태로 제조하여 580, 600, 620℃에서 소성하여 XRD분석을 하였다. 그 후 분석이 끝난 펠렛(bulk)시편을분말상태로 만들어 다시 한번 XRD분석을 하였다(Fig. 5).그 결과로 소성한 펠렛상태 (Fig.
분석결과로, EDX분석을 한 모든 영역에서 산소이온이 나타나는 것을 알 수가 있었다. 또한 다른 방법으로 노란색 구의 결정상 여부를 알아 보기 위하여 프릿을 펠렛상태로 제조하여 580, 600, 620℃에서 소성하여 XRD분석을 하였다. 그 후 분석이 끝난 펠렛(bulk)시편을분말상태로 만들어 다시 한번 XRD분석을 하였다(Fig.
비스무스 유리계의 열적특성 및 후막을 제조하여 광학적 특성을 평가한 결과. 열적특성은 PDP에 적용할만한특성을 나타 내었고 광학적 특성도 상용 투명유전체용으로 쓰이는 PbO 유리계 보다 높은 광투과율을 나타 내었다.
6%, USA), AI2O₃ (Aldrich, 99%, USA), R2O₃의 시약을 혼합하여 65Bi2O₃-12ZnO-3SiO₂-5A1203-15R2O₃ 계의 조성으로 알루미나 도가니를 사용하여 1100~1300℃에서 l~2h 동안용해 후 동판 위에 부어 급랭하여 유리를 얻었다. 시차열분석기 (DTA, Differential Thermal Analysis, DTA-TA 1600, USA)를 이용하여 10℃/min의 승온속도로 상온에서부터 온도를 상승 시켜 Tg (유리전이온도)을 측정하여열적특성을 비교하였다. 유리 섬유를 ASTM {C₃₃8-93 (1998)}에 따라 제조한 후 5℃/min의 승온 속도로 상온에서부터 상승 시켜서 Littleton 연화점(T)을 측정하였다.
용융온도에 따라 제조된 프릿의 표면특성이 다르게 나타나 후막을 형성하는데 중요한 요인인 열적 특성에 영향을 미치는지 확인하기 위하여 DTA 분석을 하였다. 열분석 결과에 의하면, 용융온도에 따라 제조된 Bi 계 유리의 환원정도 차이는 PDP용 투명유전체의 상한 소성 온도인 600℃까지 구간에서 발열, 흡열반응 및 다른 어떤 특별한 차이를 보이지 않았다(Fig.
시차열분석기 (DTA, Differential Thermal Analysis, DTA-TA 1600, USA)를 이용하여 10℃/min의 승온속도로 상온에서부터 온도를 상승 시켜 Tg (유리전이온도)을 측정하여열적특성을 비교하였다. 유리 섬유를 ASTM {C₃₃8-93 (1998)}에 따라 제조한 후 5℃/min의 승온 속도로 상온에서부터 상승 시켜서 Littleton 연화점(T)을 측정하였다.
이러한 현상을 이해하기 위하여 620P에서 소성한 후 막을 EDX 분석을 하였다(Fig. 4). 후막에서 나타난 노란색의 구가 결정(금속)이라고 가정한다면 EDX분석을 하였을 경우 금속이기 때문에 산소가 나타나지 않을 것이다.
제조된 유리를 밀링과정을 통해 d5o = l~2Nm의 frit으로 제조하여 스크린 프린팅법을 이용하여 후막을 형성하였다. Fig.
제조된 후막을 광학현미경을 이용하여 표면을 관찰하고 UV-Visible Spectrometer (Perkin Elmer, Lambda 35)을 이용하여 투광성을 측정하였다. 결정의 생성 여부를 알아보기 위하여 XRD (X-ray diffractometer, Philips, XPERT)분석과 EDX (Energy Dispersive X-Ray Microanalysis System, Phoenix60, EDAX)분석을 하였다.

대상 데이터

제조하였다. Bi2O₃ (Aldrich, 99%, USA), ZnO (Aldrich, 99%, USA), SiO₂ (Aldrich, 99.6%, USA), AI2O₃ (Aldrich, 99%, USA), R2O₃의 시약을 혼합하여 65Bi2O₃-12ZnO-3SiO₂-5A1203-15R2O₃ 계의 조성으로 알루미나 도가니를 사용하여 1100~1300℃에서 l~2h 동안용해 후 동판 위에 부어 급랭하여 유리를 얻었다. 시차열분석기 (DTA, Differential Thermal Analysis, DTA-TA 1600, USA)를 이용하여 10℃/min의 승온속도로 상온에서부터 온도를 상승 시켜 Tg (유리전이온도)을 측정하여열적특성을 비교하였다.
Bi2O3가 첨가된 Bim-ZnO-SnO를 기본 3원계로 하는유리를 제조하였다. Bi2O₃ (Aldrich, 99%, USA), ZnO (Aldrich, 99%, USA), SiO₂ (Aldrich, 99.
BizOvSiObZnO을 기본 3원계로 하는 유리를 제조하였다. 유리를 제조시 각각 1100℃, 1300℃에서 용융을 하였다.
위해서 미세 유리 분말이 필요하다. 미세 유리분말을 제조하기 위해 급랭 후 얻어지는 유리를 마노유발에서 d50= lOem 정도 크기의 유리분말을 제조 후 Planetary mono mill (FRITSCH, pulverisette 6)을 이용해 d50= 1 ~2 “이의 프릿을 제조하였다. 제조된 프릿으로 부터 후막을 형성하기 위해서 결합제인 hydroxypropyl cellulose (Aldrich, Mw=80, 000, USA)와 유기 용매 인 3-methoxy-3- methyl-l-butanlo (Aldrich, 98+%, USA)과 혼합하여 페이스트를 제조하였다.
미세 유리분말을 제조하기 위해 급랭 후 얻어지는 유리를 마노유발에서 d50= lOem 정도 크기의 유리분말을 제조 후 Planetary mono mill (FRITSCH, pulverisette 6)을 이용해 d50= 1 ~2 “이의 프릿을 제조하였다. 제조된 프릿으로 부터 후막을 형성하기 위해서 결합제인 hydroxypropyl cellulose (Aldrich, Mw=80, 000, USA)와 유기 용매 인 3-methoxy-3- methyl-l-butanlo (Aldrich, 98+%, USA)과 혼합하여 페이스트를 제조하였다. 제조된 페이스트를 수동식 스크린프린팅기 (한성기계제작소, HSP-012B)를 이용하여 서]정된 PD200 유리에 도포하였다.

성능/효과

5).그 결과로 소성한 펠렛상태 (Fig. 5a)와 분말상태 (Fig. 5b) 모두 결정상이 보이지 않고 비정질로 나타났다. 이러한 결과로 인해 노란색의 구는 결정이 아닌 것으로 판단하였다.
열적특성은 PDP에 적용할만한특성을 나타 내었고 광학적 특성도 상용 투명유전체용으로 쓰이는 PbO 유리계 보다 높은 광투과율을 나타 내었다. 그러나 소성온도가 낮을수록 많은 양의 미세기포를 발견할 수 있었고 소성온도가 높을수록 미세기포의수는 감소를 하였지만 거대 기포가 출현하였다. PDP의투명유전체에 응용하기 위해서는 가능한 저온영역에서 소성이 가능해야하기 때문에 저온영역에서의 미세기포의 수를 효과적으로 억제하기 위한 방법이 필요하다.
6에 있다. 기판유리인 PD200의 투과율이 약 92%인 상황에서 만들어진 후막은 소성온도에 따라 약 83-85% 정도로 상용 투명유전체로 쓰이는 PbO(약 82%) 보다도 높은 수치를 나타내었다.
후막에서 나타난 노란색의 구가 결정(금속)이라고 가정한다면 EDX분석을 하였을 경우 금속이기 때문에 산소가 나타나지 않을 것이다. 분석결과로, EDX분석을 한 모든 영역에서 산소이온이 나타나는 것을 알 수가 있었다. 또한 다른 방법으로 노란색 구의 결정상 여부를 알아 보기 위하여 프릿을 펠렛상태로 제조하여 580, 600, 620℃에서 소성하여 XRD분석을 하였다.
열분석 결과에 의하면, 용융온도에 따라 제조된 Bi 계 유리의 환원정도 차이는 PDP용 투명유전체의 상한 소성 온도인 600℃까지 구간에서 발열, 흡열반응 및 다른 어떤 특별한 차이를 보이지 않았다(Fig. 2). Table 1에 유리의 열 적특성을 나타내었다.
특성을 평가한 결과. 열적특성은 PDP에 적용할만한특성을 나타 내었고 광학적 특성도 상용 투명유전체용으로 쓰이는 PbO 유리계 보다 높은 광투과율을 나타 내었다. 그러나 소성온도가 낮을수록 많은 양의 미세기포를 발견할 수 있었고 소성온도가 높을수록 미세기포의수는 감소를 하였지만 거대 기포가 출현하였다.
유리를 제조시 각각 1100℃, 1300℃에서 용융을 하였다. 제조 후 육안으로 관찰한 결과, 1300℃에서 제조한 유리는 검정색에 가까운 진한 갈색을 띠며 불투명하였지만 1100℃에서 제조한 유리는 얕은 갈색를 띠면서 투명 한 유리였다. 氏2。3계 유리 의 용융온도에 따른 색깔의 변화는 Bi 이온의 환원으로 설명할 수 있다.

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