[논문]FEM을 이용한 진공유리 패널의 지지대 설계변수 설정

김재경; 전의식

FEM을 이용한 진공유리 패널의 지지대 설계변수 설정
The Pillar Design Variable Determination up of the Vacuum Glazing Panel using FEM 원문보기

반도체디스플레이기술학회지 = Journal of the semiconductor & display technology, v.10 no.4, 2011년, pp.101 - 106

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There are various methods in the flat panel display manufacture. The cost reduction effect is very big in case of using the screen printing method. The screen printing method is much used in the process of forming PDP barrier and can apply to the process of arranging the pillars for maintaining the vacuum gap of the vacuum glazing panel. The pillar which is one of the core elements for comprising vacuum glazing maintains the vacuum gap overcoming the vacuum pressure difference with the atmospheric pressure generated in vacuum glazing. At the same time, the deformation phenomenon by vacuum pressure is relived. In this paper, by using FEM about three considered in the pillar design and arrangement kinds of limiting factors, the simulation was performed. The pillar optimum arrangement method at within the maximum allowable tensile stress and heat transfer coefficients according to the arrangement try to be presented based upon the analyzed result data review and this validity tries to be verified by FEM.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 지지대 설계 및 배치에 고려되는 세 가지의 제한 요소에 대해 FEM을 이용하여 시뮬레이션을 실시 하였다. 진공유리패널에서 발생하는 응력 및 열전달율을 분석하여 진공유리패널이 갖는 지지대의 형상과 최대 배열 간격 및 그 구조를 시뮬레이션하였다.
진공유리패널에서 발생하는 응력 및 열전달율을 분석하여 진공유리패널이 갖는 지지대의 형상과 최대 배열 간격 및 그 구조를 시뮬레이션하였다. 지지대 배열에 따른 진공유리의 응력 및 열전달율 분석 결과 데이터 평가를 토대로 최대 허용인장응력 내에서의 지지대 형상 및 최적배열방안과 그에 따른 열전달율을 제시하고 시뮬레이션을 통해 타당성을 검증하고자 한다.
지지대의 지름과 높이에 따른 열 전달율을 확인하기 위해 시뮬레이션을 실시 하였다. 시뮬레이션을 위한 유리의 두께는 3 mm, 지지대간 간격은 23 mm로 고정하였다.

제안 방법

NSG에서는 진공유리패널 제작 시 지지대의 간격으로 인한 패널의 인장응력변화를 실험적으로 관찰 및 분석 하였다.[6] Fig.
지지대의 형상과 패턴은 선행연구의 결과에 따라 실린더 형태의 지지대와 정사각형의 패턴을 적용하였다[4]. 본 논문에서 사용한 모델은 연속적인 패턴을 갖는 지지대의 특성을 토대로 대칭 조건을 적용 하였다. Fig.
그러나 지지대를 배치하기 위한 제조 공법 및 방법에 따라 오차가 발생 할 수 있기 때문에 이러한 오차까지 고려한 지지대의 높이 설정이 필요할 것으로 사료된다. 셋째, 진공유리 내부에서 발생되는 원뿔형 응력에 대하여 지지대의 간격을 제시하였다.
시뮬레이션에 적용된 지지대의 높이와 지름의 범위는 100 ~ 500 µm 사이를 50 µm씩 증가시켰다.
압력차이에 따른 진공유리패널의 탄성변형으로부터 진공간극을 유지하기 위한 최소 높이의 지지대를 설정하기 위하여 FEM 해석을 실시 하였다. 적용된 지지대의 사이즈는 지름 500 µm와 높이 200 µm이며, 가장 많은 변위가 발생하는 곳은 진공유리패널 내부의 지지대와 지지대 사이 중간지점이다.
진공유리패널에서 발생되는 최대허용인장응력은 유리 외부 표면의 지지대 부근에서 발생되는 인장응력을 고려하게 되며, 이 값을 초과하는 인장응력으로 인해 패널에서 자체파괴가 일어나게 된다. 유리패널의 표면에서 발생되는 응력을 확인함과 동시에 최대허용인장응력 내에서 배치 간격을 제한하기 위해 FEM해석 방법을 이용하여 발생응력에 대해 시뮬레이션 하였다. 시뮬레이션의 조건은 유리 두께 3, 3.
본 논문에서는 지지대 설계 및 배치에 고려되는 세 가지의 제한 요소에 대해 FEM을 이용하여 시뮬레이션을 실시 하였다. 진공유리패널에서 발생하는 응력 및 열전달율을 분석하여 진공유리패널이 갖는 지지대의 형상과 최대 배열 간격 및 그 구조를 시뮬레이션하였다. 지지대 배열에 따른 진공유리의 응력 및 열전달율 분석 결과 데이터 평가를 토대로 최대 허용인장응력 내에서의 지지대 형상 및 최적배열방안과 그에 따른 열전달율을 제시하고 시뮬레이션을 통해 타당성을 검증하고자 한다.
창 내외부 공기의 온도는 각각 15℃와 −8℃며, 대류열전달계수는 각각 8 W/m2k, 20 W/m2k로 설정 하였다.

대상 데이터

지지대는 진공간극을 유지 할 수 있는 압축강도와 열전도를 최소화 할 수 있는 속성들로 이루어져야 한다. 본 논문에서는 압축강도를 고려해 인코넬 718의 물성을 적용하였으며 재료의 열전도 계수는 유리의 열전도 계수보다 높기 때문에 전체 온도 차의 매우 작은 비율이 지지대의 끝에서 존재한다. 이 온도차의 대부분은 각각의 지지대의 끝 부분에서 매우 가까운 부근의 유리판 내에서 존재한다.
지지대의 지름과 높이에 따른 열 전달율을 확인하기 위해 시뮬레이션을 실시 하였다. 시뮬레이션을 위한 유리의 두께는 3 mm, 지지대간 간격은 23 mm로 고정하였다. 시뮬레이션에 적용된 지지대의 높이와 지름의 범위는 100 ~ 500 µm 사이를 50 µm씩 증가시켰다.
시뮬레이션의 조건은 유리 두께 3, 3.8, 4.8, 5.8 mm로 하였으며, 지지대는 지름 500 µm, 높이 200 µm의 치수를 갖는 실린더 형태의 지지대를 적용하였다.
적용된 지지대의 사이즈는 지름 500 µm와 높이 200 µm이며, 가장 많은 변위가 발생하는 곳은 진공유리패널 내부의 지지대와 지지대 사이 중간지점이다.

이론/모형

진공유리패널은 두 장의 유리와 그 사이의 진공간극을 유지할 수 있는 지지대로 구성이 된다. 지지대의 형상과 패턴은 선행연구의 결과에 따라 실린더 형태의 지지대와 정사각형의 패턴을 적용하였다[4]. 본 논문에서 사용한 모델은 연속적인 패턴을 갖는 지지대의 특성을 토대로 대칭 조건을 적용 하였다.

성능/효과

넷째, 진공유리 지지대를 설계 및 배치함에 있어서 요구되는 제한요소 세 가지에 대하여 시뮬레이션을 실시하였으며 각 요소별 최소 및 최대 값을 도출 할 수 있었다. 도출된 값에 따른 열전달 시뮬레이션을 통해 유리와 지지대만을 통한 열전달율을 예측할 수 있었으며, 이후에는 대류 및 모서리 부분을 포함한 전도를 고려한 진공유리패널의 열전달 해석이 필요할 것으로 사료된다.
둘째, 지지대의 배치간격에 따른 유리의 탄성변형을 시뮬레이션 하였으며 그 결과를 토대로 진공간극을 유지하기 위한 최소의 지지대 높이를 설정 할 수 있었다. 그러나 지지대를 배치하기 위한 제조 공법 및 방법에 따라 오차가 발생 할 수 있기 때문에 이러한 오차까지 고려한 지지대의 높이 설정이 필요할 것으로 사료된다.
7은 진공유리의 열전달 회로를 나타내며, 식(7)을 통해서 열전도율을 유추할 수 이다. 시뮬레이션 결과 지지대의 지름이 작고 높이가 커질수록 유리에서 발생되는 열손실은 점점 작아짐을 알 수 있었으며, 지지대의 높이 보다는 지름의 변화가 열전달율에 많은 영향을 미치는 것으로 나타났다. Fig.
진공유리패널의 지지대 설계 시 고려해야 하는 제한 요소를 토대로 시뮬레이션을 실행한 결과 유리패널의 두께에 따라 지지대의 최대 배치 간격 및 형상의 최소 사이즈를 제한할 수 있었다. Fig.
첫째, 유리 외부 표면에서 발생하는 최대허용인장응력을 고려한 지지대의 배치 제한식을 도출 하였다.

후속연구

넷째, 진공유리 지지대를 설계 및 배치함에 있어서 요구되는 제한요소 세 가지에 대하여 시뮬레이션을 실시하였으며 각 요소별 최소 및 최대 값을 도출 할 수 있었다. 도출된 값에 따른 열전달 시뮬레이션을 통해 유리와 지지대만을 통한 열전달율을 예측할 수 있었으며, 이후에는 대류 및 모서리 부분을 포함한 전도를 고려한 진공유리패널의 열전달 해석이 필요할 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	스크린 인쇄 기법은 어디에 사용되는가?	스크린 인쇄 기법은 100 µm이상의 두께를 갖는 PDP 격벽을 형성하는 공정에 많이 사용되고 있으며 진공유리패널의 진공간극을 유지하기 위한 지지대를 배치하는 공정에 적용할 수 있다. 진공유리패널은 좁은 진공 공간에 의해 분리된 두 장의 판유리로 이루어져 있으며, 전도, 대류에 의한 열손실을 최소화한 고 기능성 유리를 말한다[2].
	평판 디스플레이 제작 시 스크린 인쇄법을 사용할 경우 장점은 무엇인가?	이에 따라, 전자 및 디스플레이산업 관련 부품의 소형화, 고정도화, 박판화 추세에 따라 정밀한 미세패턴 형성 장비의 성능 향상이 더욱 요구되며, 전자산업의 제조에 있어서 선진국과의 제품 제조경쟁에 있어서 정밀성, 생산성, 원가절감 노력은 필수적이다. 평판 디스플레이 제작에는 다양한 방법이 있으나 스크린 인쇄법을 이용하는 경우 원가 절감 효과가 매우 크다[1].
	디지털 가전제품시장이 크게 성장함에 따라 어떠한 노력이 필요한가?	휴대전화, 디지털 카메라, DVD, PDP, 액정, 지상파 디지털 방송 등의 디지털 가전제품시장이 크게 늘고 있다. 이에 따라, 전자 및 디스플레이산업 관련 부품의 소형화, 고정도화, 박판화 추세에 따라 정밀한 미세패턴 형성 장비의 성능 향상이 더욱 요구되며, 전자산업의 제조에 있어서 선진국과의 제품 제조경쟁에 있어서 정밀성, 생산성, 원가절감 노력은 필수적이다. 평판 디스플레이 제작에는 다양한 방법이 있으나 스크린 인쇄법을 이용하는 경우 원가 절감 효과가 매우 크다[1].

참고문헌 (8)

"Etching Mechanism of Barrier Ribs in Plasma Display Panel", Journal of the Semiconductor & Display Technology, Vol. 5, No. 3, pp. 33-36 2006.
"Development of Design and manufacturing Technology for Vacuum Window Glazing", Korea Institute of Energy Research, 1998.
R. E. Collins and A. C. Fischer-Scripps, "Design of pillar arrays in' flat evacuated windows", Australian Journal of Physics 44, pp. 73-86, 1991.
J. K. Kim and E. S. Jeon, 2010, "Stress Analysis of the Vacuum glazing according to the Pillar shapes and Arrangements using Finite Element Method", Journal of the Semiconductor & Display Technology, Vol. 9, No. 1, pp. 49-54, 2010.

원문보기 상세보기
Standards Association of Australia, Glass in buildingselection and installation. Australian Standard AS 1288-1989, 1989.
Nippon Sheet Glass, "Translucent Glass Panel", The application number - 10-2004-7017711
Auerbach, F., "Measurement of hardness", Ann. Phys. Chem. 43, 61-100. 1891.
R. E. Collins, O. Asano, M. H. Katoh Misonou, and S. Nagasaka, "Vacuum Glazing: Design options and performance capability", Glass in Buildings Conference, Bath UK, 221 (1999).

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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