~2016년 교육부 이야기/신기한 과학세계

디스플레이 유리기판의 기포제거에 쓰이는 산화물의 특성차이 규명

대한민국 교육부 2013. 3. 26. 09:00

 산화물의 특성차이 규명
- 미국 세라믹학회지 발표, 산화 환원의 온도 의존성

차이가 기포제거 능력을 좌우 -

 

국내 연구진이 TFT-LCD 이나 OLED 등 디스플레이용 모듈의 핵심부품인 기판유리의 최종 품질을 좌우하는 기포제거 공정, 즉 청징*에 쓰이는 화합물들의 기포제거 능력 차이에 대한 원인을 알아냈습니다. 앞으로 태양전지의 효율을 높일 수 있는 고 투과율 기판 유리 개발 등에 기여할 것으로 기대됩니다. 

 

* 청징(Fining) : 기판유리를 만들기 위해 여러 고순도 세라믹 원료의 혼합물을 녹이는 용융과정에서 발생하는 기포를 제거하는 공정입니다. 산화물을 청징제로 이용합니다.

 

<용융유리의 1차 및 2차 청징영역에서 SnO2와 As2O5의 Redox반응과 As3+(■)와 Sn2+(●) 농도(%)의 온도의존성>

○ 군산대학교 신소재공학과 김기동 교수가 수행한 이번 연구결과는 교육과학기술부(장관 서남수)와 한국연구재단(이사장 이승종)이 추진하는 일반연구자지원사업(지역대학 우수과학자사업)의 지원을 받아 수행되었으며,

 

○ 세라믹 분야 권위지 미국 세라믹학회지(Journal of the American Ceramic Society) 2월 12일 자 온라인판에 게재되었습니다.

 

 * 논문명 : Fining behavior in alkaline earth aluminoborosilicate melts doped with As2O5 and SnO2

 

기판유리는 TFT-LCD와 OLED 모듈의 핵심소재로서 오직 한국, 일본 그리고 대만에서만 생산되며, 모듈 원가의 30%를 차지할 정도로 부가가치가 높습니다. 국내시장 규모만도 연간 약 10조 원 이상에 이르는 대표적 세라믹 재료입니다.

 

김 교수는 가스크로마토그래프* 등 복합적인 방법을 이용하여 주석산화물은 1차 청징에 매우 유리하지만 비소산화물은 2차 청징에 큰 영향력을 발휘한다는 사실을 발견하였습니다.

 

* 가스크로마토그래프(gas chromatography) : 물질의 다양한 반응으로 발생하는 가스를 헬륨(He)과 같은 비활성 운반가스를 이용하여 정성 및 정량적으로 측정하는 분석방법입니다.

 

<용해로 내부에서 발생하는 고체 원료혼합물 (결정성 원료)에서 액체(유리)로의 전이단계 과정에서 발생하는 기포의 생성 및 제거>

김 교수는 밀봉된 실리카튜브에 담긴 유리원료 혼합물을 녹이는 용융로에 가스크로마토그래프를 연결하여 가열과정에서 발생하는 산소방출을 정량적으로 추적하고 나아가 전기화학적인 볼타메트리, 고온 점도*에 근거해 이들 산화물의 청징능력 테스트를 수행하였습니다.

 

* 고온 점도 : 고온에서 유리의 유동성의 정도를 나타내는 값으로 용융유리에 존재하는 거품의 제거와 관계가 있습니다.  

 

김 교수는 “이번 연구를 통해 용융유리에서 주석산화물이 비소산화물보다 기포제거 능력이 낮은 이유를 확실히 밝혔으며, 또한 용융유리분야에서 순수 기초연구에만 적용하였던 볼타메트리법을 상업적인 유리를 대상으로 한 응용연구까지 확대할 수 있는 계기가 되었다”고 연구의의를 밝혔습니다.