KR100229054B1 - 전자 및 합성제품에 사용되는 기판용 유리 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자 장치의 제조에 사용되는 기판을 형성하기 위한 유리 성분에 관한 것이다.

본 발명에 따른 유리는 다음과 같은 양이온 비율로 표현되는 수치로 구성되는 성분을 구비한다.

SiO₂+ B₂O₃57 내지 67 %

B₂O₃5 내지 20 %

Al₂O₃14 내지 18 %

RO(CaO+Mg+Ba+SrO) 18 내지 25 %

여기서 CaO/RO0.7와 CaO18%

Na₂O + K₂O 0 내지 0.5 %

TiO₂0 내지 2.5 %

Fe₂O₃ 0.5 %

F₂0 내지 3 %

(여기서 F₂는 양이온으로 간주됨)

본 발명은 활성 매트릭스 스크린의 제조에도 적용된다.

Description

전자 장치의 제조에 사용되는 유리기판

본 발명은 소정 형태로 전단될 때 그 위에 박막 트랜지스터가 형성되는 기판으로 사용되거나 액정 스크린과 같은 스크린의 제조에 사용되는 시트(sheet)로 변환 가능한 유리 조성물에 관한 것이다.

본 분야에 사용되는 공지의 유리는 다양하며 대부분 알루미노보로실리케이트 유리의 큰 집단에 속하며 이들은 알칼리 토금속 산화물 유리를 포함한다.

상기 유리는 기판이 가지고 있는 물리 화학적 특성에 따라 선택된다. 실제로 유리 기판이 박막 트랜지스터의 네트웍을 그 표면상에 갖는 경우, 상기 박막은 다수의 작업후에 얻어지며 작업동안에 유리는 상대적으로 고온을 받게된다. 유리는 작업중에는 변형되지 않으며 따라서 가능한 가장 높은 변형점을 갖는다. 또한 기판을 형성하는 유리의 열팽창 계수는 그 표면상에 침착된 막의 열팽창 계수와 양립될 수 있어야 한다. 마지막으로 유리는 형성된 막내로 이동되어 트랜지스터의 네트웍 특성을 저하시키게 하는 성분을 포함하지 않아야 하며 특히 알칼리의 경우 포함하지 않아야 한다.

이러한 유리는 그 두께 및 표면이 가능한 균일한 유리 시트를 제조하는데 선택되는 공정에 적용되는 점도 및 불투명성(devitrification)을 가져야 한다.

상기 유리는 산매질, 특히 불화수소산에 기초한 용액에 대해 양호한 내화학성을 가져야 한다.

사용된 처리법중의 하나는 하방으로 수렴하면서 배수로(spillway)로 작용하는 장치의 측벽의 상부로 용탕 유리를 이동하는 단계로 구성되어 있다. 유리는 측벽을 따라 유동함으로 평면 시트의 형태로 수직으로 아래로 배출되기전, 장치의 꼭대기에서 결합하는 두 흐름을 혀성한다. 이런 과정은 액상선 온도에서 적어도 2내지 3 x 10⁵포이스와 같은 점성을 가진 유리를 요구한다. 이런 유리는 예를들어 미합중국 특허 제 4,824,808호에 설명되어 있다.

다른 공정은 종래 부유 유리 기술에 따라 용융 주석의 욕위에 용융 유리를 퍼뜨림으로서 구성된다. 편평 스크린을 형성하기 위한 기판으로써 사용하기 위한 부유되는 유리 조성물은 특허출원 제WO 89/02877호에 상세히 기재되어 있다.

이들 유리는 고함량의 알칼리 토금속 산화물을 가지는 알루미노보로실리케이트의 패밀리에 속한다. 반면 이들 유리는 이를 고려한 출원에 대해서 양호한 물리 화학적 특성을 소유하며, 이들 조성물은 B₂O₃, SrO 와 BaO와 같은 고가의 산화물을 고비율로 포함한다. 또한, 본 발명을 설명하는 일예로 판단한다면 조성물은 부유 유리 공정용으로 상당히 점성이 있다. 사실상, logη = 4에 대응하는 온도는 1,150℃심지어 1,200℃이상이다. 보통 부유 유리(실리그 소다 칼크성 유리)용 동일한 점성에 대응하는 온도가 1,000 내지 1,050℃사이에 놓여지는 것을 상기 할 수 있다.

본 발명의 목적은 활성 매트릭스 스크린의 기판에 필요한 물리 화학적 특성을 소유하고 경제적인면에서 관심있는 부유하는데 적합한 유리 조성물이다.

본 발명의 목적은 종래 유리보다 더 낮은 온도에서 주석욕(tin bath)의 표면에 퍼지는 유리 조성물이다.

본 발명의 목적은 비싼 구성요소의 제한된 양을 포함하는 유리 조성물이다.

이러한 목적은 아연 산화물을 포함하지 않는 유리 조성물에 의해 이루어지는데, 이는 하기 주어진 한계내에서 양이온 퍼센트로 표현되는 하기의 구성요소를 포함한다.

SiO₂+ B₂O₃57 내지 67 %

B₂O₃5 내지 20 %

Al₂O₃14 내지 18 %

RO(CaO+Mg+Ba+SrO) 18 내지 25 %

여기서 CaO/RO0.7와 CaO18%

Na₂O + K₂O 0 내지 0.5 %

TiO₂0 내지 2.5 %

Fe₂O₃ 0.5 %

F₂0 내지 3 %

(여기서 F₂는 양이온으로 간주됨)

본 발명에 따른 유리 조성물은 이를 포함하는 유리에 있어서 상기 산화물이 용탕 주석욕과 이 욕위에 존재하는 감소된 대기압과의 접촉으로 부분적으로 감소되기 때문에 아연 산화물을 포함하지 않는다. 유리 밴드 또는 리본의 표면 조성물은 하부 유리 조성물과는 전혀 다르다. 이는 상기 밴드의 평행성(planeity)이 결여된다.

SiO₂및 B₂O₃는 본 발명에 따른 유리의 투명 네트웍을 형성하고 그 안정성에 필수적인 두개의 주요 산화물이다.

상기 두 산화물이 합이 57%미만인 경우 유리의 화학 저항과 본 발명에 따른 조성물의 다른 구성요소의 너무 많은 양의 존재에 결부된 불투명성 현상의 악화의 관찰이 감소된다.

이들 두 산화물의 합이 67%를 초과하고 B₂O₃함량이 낮은 경우 유리의 용융이 어렵게 되며, 그 점성이 현저하게 증가하고, 실리카에 근거한 결정체 타입 형성의 불투명성이 금속히 증가한다.

이러한 관계에서, B₂O₃함유량은 수용 가능한 한계치내에서 불투명성을 유지하기 위해 5%보다 적지 않아야만 한다. 더우기, 이러한 산화물은 불화수소산에 대하여 현저한 유리의 내화학성을 향상시키고 그 용융을 용이하게 하며 그 점성과 팽창계수를 감축하는데 필요하다. B₂O₃가 20%이상에서는 본 발명에 따른 유리의 내화학성의 향상에 더욱 기여하지 않으며 변형점을 낮춘다. 더우기, 이러한 산화물의 고함량은 유리화할 수 있는 혼합물의 비용을 증가시키고, 유리의 균일성에 해로운 영향을 주는 용융 동안에 물질의 증발 문제를 악화시킨다.

더욱 특정하게는, 본 발명에 따르는 유리 조성물은 양호하게 42내지 53%의 SiO₂를 포함하고 있다.

또한, Al₂O₃는 본 발명의 조성물에서 안정화 역활을 수행한다. 그리고, 변형점을 상승시키고 어느정도로 유리의 내화학성을 증가시킨다. 대략 14%미만 또는 대략 18%이상의 Al₂O₃함유량은 불투명성의 증가를 야기한다.

또한, 알카리 토금속 산화물은 본 발명에 따른 유리에서 매우 중요한 역활을 수행한다. 즉, 이들은 유리의 용융을 도와주고 그 점성을 감소시킨다.

이들 산화물 중에서, CaO는 특별한 역활을 수행한다. CaO는 유리의 용융이 보다 용이하게 되도록 함과 동시에 그 점성 및 액상선 온도가 감축되도록 한다. 또한, 이러한 산화물은 팽창계수를 과잉으로 증가시키지 않고 변형점이 상승하게 된다.

본 발명에 따른 유리에서 이러한 효과를 얻기 위해서는 CaO의 양이온은 적어도 18%이어야만 한다. 더우기, CaO의 양이온은 유리 내로 유입되는 전체의 알칼리 토금속 산화물의 양이온의 합의 적어도 70%를 나타내며, 이러한 합은 18 내지 25%정도가 된다.

이러한 합이 18%이하일 때에 고온에서의 유리의 점도의 저하는 불충분하다. 이러한 합이 25%보다 크면, 불투명성의 경향이 현저하게 증가하고, 팽창계수가 또한 증가하고, 이는 BaO와 SrO의 함유량이 상승할때 더욱 빠르게 발생한다.

보다 정밀하게는, 본 발명에 따른 유리 조성물은 0내지 5%의 MgO, 0내지 4%의 BaO 및 0내지 4% SrO를 함유한다.

MgO의 유입은 유리의 점성과 그 팽창계수가 감축하게 되며, 그 내화학성이 증가하게 된다. 5% 이상에서는 유리 불투명성이 촉진되며 매우 높은 온도에서 발생된다.

BaO 및/또는 SrO의 유입은 고온에서 유리의 점성 저하를 증진하는데 즉, 이들 산화물은 또한 불투명성 위험성이 저하하게 된다.

이들이 꽤 많은 양으로 본 발명에 따른 유리내로 유입되면 열팽창 계수가 증가한다.

기판 표면을 덮는 막내로 원소의 이동현상을 피하기 위하여 본 발명의 유리는 알칼리성 산화물의 극소량 또는 이를 함유하지 않아야 한다. 이들 산화물의 최대 함유량은 양이온으로서 대략 0.5%이다.

또한, 본 발명에 따른 유리는, 유리의 내화학성을 향상하는 TiO₂유리의 용융을 촉진하고 그 점성을 감소시키고 석회로 대체할 때 그 내화학성을 증가시키는 불소와, 산화철과 같은 그외의 다른 성분을 함유할 수도 있다. Fe₂O₃의 형태로 표현되는 전체 철량은 양이온으로 대략 0.5%이하로 남는다.

본 발명에 따른 양호한 유리 조성물은 양이온으로서 표현되는 하기의 한계치내에서 다음의 성분을 함유한다.

SiO₂42 내지 53 %

B₂O₃5 내지 20 %

Al₂O₃14 내지 18 %

CaO 18 내지 22 %

MgO 0 내지 5 %

BaO 0 내지 4 %

SrO 0 내지 4 %

Na₂O + K₂O 0 내지 0.5 %

TiO 0 내지 2.5 %

Fe₂O₃ 0.5 %

F₂0 내지 3 %

여기서, SiO₂와 B₂O₃의 합은 57 및 67%사이에 유지되고; 알칼리 토금속 산화물(RO)의 합은 CaO/RO0.7상태로 18 및 25%사이에서 유지된다.

본원에 적용되는 물리 화학적 특성에 역효과를 주지않고, 본 발명에 따르는 유리 조성물의 비용을 최소로 유지하기 위해서 양호하게 스트론티늄과 바륨의 산화물의 퍼센테이지의 합은 6%와 같거나 또는 그 이하이다.

상술된 조성물을 가진 유리 시트로 형성된 기판의 표면위에 침착된 막내로 원소의 이동을 방지할 목적으로 본 발명에 따른 유리는 양호하게 대략 0.2% 보다 적은 Na₂O의 비율을 갖는다.

본 발명에 따른 유리에 의해 제공되는 장점은 첨부된 표에 나타나 있는 예로부터 더 잘 이해될 수 있을 것이다.

본 발명을 나타내는 유리의 열특성과 불투명성 및 점성은 본 기술 분야의 당업자에게 공지된 방법에 의해 측정된다. 그 내화학성은 산성용액에 담근 후 양면을 연마한 15 x 30 x 6mm의 유리판 시편에 의해 수행된 무게 손실을 측정함으로써 평가된다. 상기 손실은 mg/cm²로 나타낸다. 플루오르화 수소산(R_HF)에 대한 저항은 플루오르화 암모늄과 플루오르화 수소산의 수용액의 대기온도에서 7시간 동안 담근후 측정된다. 상기 부식(attack)용액은 50%의 플루오르화 수소산과 40%의 플루오르화 암모늄을 1대 7의 무게비로 섞어 만든다.

본 발명에 따른 유리는 천연적이고 적어도 약간의 불순물을 가지는 유리화할 수 있는 원료로 부터 준비된다.

그러므로 예 1에 상응하는 100g의 유리를 얻기 위해 사용되는 유리화할 수 있는 혼합물은 다음과 같다.

롱스보산 모래 : 55.327g

수산화 알루미나(프로라보) : 21.760g

쌩-제르벵산 석회석 : 37.712g

마그네슘 카본에이트 : 0.782g

붕산 : 15.793g

석고 : 0.295g

본 예에서, 황산칼슘은 정제제로써 사용된다. 염화칼슘과 염화바륨 및 황산 암모늄 또는 비소 무수물과 같은 다른 물질들은 본 발명의 유리의 생산에 상기 기능을 수행하기 위해 사용된다.

일반적으로, 본 발명에 따른 유리는 630℃이상의 변형점 및 대략 55 x 10^-7/℃이하의 열팽창 계수와 플루오르화 수소의 부식에 대한 양호한 내식성을 갖는다.

또한 본 발명의 유리는 고온에서 그 점성의 상당한 감소를 특징으로 한다. 실제로 log η=3.5에서의 온도는 1.180℃이하이고 그에 상응하는 유리를 위한 log η=4에서의 온도는 1,120℃이하이다. 이런 다양한 특성은 본 발명의 유리를 용융 주석 욕의 표면위에 쉽게 퍼지게 하여 부유유리기술에 의해 유리 리본을 얻을 수 있으며 그 두께는 엄격히 제어된다. 그와 같은 리본으로 부터 기판으로써 사용되는 유리는 절단 작업으로 만들어 진다.

본 발명의 유리는 또한 매우 낮은 최대 불투명을 특징으로 한다. 상기 특성은 1230℃에 도달하는 액상선 온도에도 불구하고 형성하는 동안에 유리의 불투명성의 위험을 무시할 수 있다.

본 발명의 유리는 기판으로 사용될 수 있으며 기판위에는 미세한 박막 트랜지스터 네트웍(TFT)을 생산하기 위해, 주로 규소, SiO_X, 인듐 주석(ITO) 또는 알루미늄으로 된 다양한 기본막 또는 코팅이 침착된다.

본 발명에 따른 유리는 또한 채색된 필터의 구성을 위해 사용될 수 있다. 예를들면 상기 유리는 Cr 또는 NiCr의 막으로 덮힌후 포토리소그라피에 의해 인쇄된다. 색(빨강, 녹색, 파란색)의 포장은 색의 침착과 포토리쏘그라피에 의해 만들어진다. 그 전체는 박막 폴리이미드의 막으로 덮여지고 그 다음 ITO로 덮여진다.

[표 a]

[표 b]

[표 c]

Claims (9)

1. 전자 장치의 제조에 사용되는 유리 기판에 있어서,

   상기 기판은 양이온 비율로 하기에 나타낸 범위내의 성분으로 구성되며,

   SiO₂+ B₂O₃57 내지 67 %

   B₂O₃5 내지 20 %

   Al₂O₃14 내지 18 %

   RO(CaO+Mg+Ba+SrO) 약 18 내지 25 %

   여기서 CaO/RO0.7와 CaO18%

   Na₂O + K₂O 0 내지 0.5 %

   TiO₂0 내지 2.5 %

   Fe₂O₃ 0.5 %

   F₂0 내지 3 %

   여기서 F₂는 양이온이며, 상기 유리 기판은 630℃이상의 변형점과 약 55 x 10^-7이하의 열팽창지수를 가지는 것을 특징으로 하는 전자장치의 제조에 사용되는 유리 기판.
2. 제1항에 있어서,

   양이온 비율로 나타낸 SiO₂의함량은 약 42내지 53%인것을 특징으로 하는 유리기판
3. 제1항에 있어서,

   양이온 비율로 나타낸 CaO가 아닌 알칼리 토금속 산화물의 함량은 다음과 같은 것을 특징으로 하는 유리 기판

   MgO 약 0 내지 5%

   BaO 약 0 내지 4%

   SrO 약 0 내지 4%
4. 제1항에 있어서,

   상기 유리 기판은 하기와 같은 구성성분으로 구성되는 것을 특징으로 하는 유리기판

   SiO₂42 내지 53 %

   B₂O₃5 내지 20 %

   Al₂O₃14 내지 18 %

   CaO 18 내지 22 %

   MgO 0 내지 5 %

   BaO 0 내지 4 %

   SrO 0 내지 4 %

   Na₂O + K₂O 0 내지 0.5 %

   TiO 0 내지 2.5 %

   Fe₂O₃ 0.5 %

   F₂0 내지 3 %
5. 제4항에 있어서,

   BaO와 SrO의 양이온 비율의 합은 6%이하인 것을 특징으로 하는 유리 기판.
6. 제4항 또는 제5항에 있어서,

   Na₂O의 양이온 비율은 0.2%미만인 것을 특징으로 하는 유리 기판.
7. 용융 유리를 용융 주석 욕의 표면위로 퍼짐으로써 형성된 유리 밴드를 절단하여 제조되는 유리 시트에 있어서,

   상기 유리시트를 구성하는 유리 조성물은 제1항 내지 제4항중 어느 한항에 의해서 규정되는 것을 특징으로 하는 유리 시트.
8. 기판위에 박막 트랜지스터의 네트웍을 형성하는 유리 기판에 있어서,

   상기 유리 기판은 제7항에서 규정된 바와 같이 유리 시트로 구성되는 것을 특징으로 하는 유리 기판.
9. 기판위에 칼라 필터를 제조할 수 있는 다양한 필름이 침착된 유리 기판에 있어서,

   상기 유리 기판은 제7항에서 규정된 바와 같은 유리 시트로 구성되는 것을 특징으로 하는 유리기판.