KR100689924B1 - 수분 조절에 사용하기 위한 후막 게터 페이스트 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 (b) 유기 매질에 분산된 (a) 유리 프릿(glass frit)을 포함하는 스크린 인쇄가능한 게터(getter) 조성물에 관한 것이다. 본 발명은 또한 (c) 유기 매질에 분산된 (a) 유리 프릿 및 (b) 건조제 물질을 포함하는 스크린 인쇄가능한 후막 게터 조성물에 관한 것이다.
본 발명은 또한 중량%를 기준으로 SiO2 1 내지 50%, B2O3 0 내지 80%, Bi 2O3 0 내지 90%, PbO 0 내지 90%, P2O5 0 내지 90%, Li2O 0 내지 60%, Al2 O3 0 내지 30%, K2O 0 내지 10%, Na2O 0 내지 10% 및 MO 0 내지 30%를 포함하고, 이때 M이 Ba, Sr, Ca, Zn, Cu, Mg 및 이들의 혼합물중에서 선택되는, 저연화점 유리를 사용하는 게터 조성물에 관한 것이다. 본원에 기술된 유리는 유리 망상구조-형성 성분을 대체하거나 유리 구조를 변경할 수 있는 몇몇 다른 산화물 성분을 함유할 수 있다.
게터, 수분 조절, 유리 프릿, 후막 페이스트, 스크린 인쇄, 건조제

Description

수분 조절에 사용하기 위한 후막 게터 페이스트 조성물{THICK FILM GETTER PASTE COMPOSITIONS FOR USE IN MOISTURE CONTROL}
본 발명은 수분 민감성 장치에서 수분을 조절하는데 사용하기 위한 후막 게터(getter) 페이스트 조성물에 관한 것이다.
본 발명은 수분을 조절하는데 사용하기 위한 후막 게터 조성물을 기술한다. 많은 환경은 원치 않는 수분에 영향받기 쉬우며, 이는 다양한 전자 장치의 경우에 특히 그러하다. 원치 않는 수분을 조절하기 위한 노력으로, 게터를 사용하는 개념이 다년간 알려져 왔다. 게터는 미량의 불순물을 소비하거나 불활성화하기 위하여 시스템 또는 혼합물에 첨가되는 물질이다.
수분의 유해한 영향을 최소화하기 위한 하나의 방법은 수분 민감성 장치를 차단재에 봉입하여 활성 물질을 산소 및 수분으로부터 분리함을 포함하였다. 이 방법은 약간의 성공을 거두었으나, 시간이 지남에 따라 봉입물내에 포획되거나 봉입물내로 확산되는 그러한 소량의 수분에 의해 초래된 문제에 대해서도 항상 적절하게 다루는 것은 아니다.
전자 부품 또는 장치를 위한 밀폐된 봉입물내의 수분을 조절하기 위하여 게 터를 사용하는 것은 널리 공지되어 있다. 이러한 밀폐된 봉입물은 물을 포함한 외부 환경 오염물질로부터 민감한 전자 부품 및 장치를 보호하도록 설계된다. 그러나, 일부 전자 장치는 수분에 매우 민감하며 매우 낮은 수준으로 수분을 조절하여야 한다. 동시에, 이러한 전자 장치는 게터 조성물이 쉽게 적용되고 가공되면서 가공된 조성물은 바람직한 기재에 충분히 부착함을 나타내어야 한다. 본 발명은 이러한 요건을 도모하기에 우수한 조성물을 제공한다.
전자 용도에서 게터와 관련된 종래 기술의 물질 및 그의 사용을 이후 기술한다. 전형적으로, 게터 물질은 스크린 인쇄가능한 조성물이 아니며 건조제 물질(즉, 제올라이트, 실리카 겔 등) 및 결합제로 이루어진다. 결합제는 유기 또는 무기일 수 있다. 다음은 종래 기술의 수준을 설명한다.
쇼어즈(Shores)에게 허여된 미국 특허 제5,244,707호에는 코팅제 또는 접착제에 건조제 특성을 도입하는 전자 장치의 밀폐된 봉입물이 개시되어 있다. 코팅제 또는 접착제는 중합체내에 분산된 양성자화된 알루미노 실리케이트 분말을 포함한다.
쇼어즈에게 허여된 미국 특허 제5,591,379호에는 결합제에 분산된 분말을 포함하는, 기밀성 전자 장치에서 건조제로서 유용한 조성물이 교시되어 있는데, 이때, 분말은 제올라이트 분자체, 활성화된 알루미나, 실리카 겔, 알칼리 토금속 산화물 및 알칼리 금속 탄산염으로 이루어진 군에서 선택되고, 결합제는 다공질 유리 또는 다공질 세라믹의 연속 매트릭스이고, 분말 대 결합제의 체적비는 0.001 내지 2이다. 결합제로서 사용하는 것으로 개시된 유리는 수증기가 침투하는 채널을 생 성함으로써 다공질로 만들어야 한다. 이는 취입제의 사용, 형성하는 동안 물 또는 다른 기체의 고속 증발, 금속유기 중합체의 고속 분해 및 저온 또는 불완전 소결과 같은 당업계에 공지된 다양한 기법에 의해 행해질 수 있다.
맥라에(MacRae)에게 허여된 미국 특허 제1,626,682호에는 이격되어 있는 제1 및 제2 전극을 포함하고, 하나의 전극과 접촉된 패턴화된 고체 물질층을, 예를 들면 두 전극 사이에 갖는 다중화소 평판 표시 수단이 개시되어 있다. 패턴화된 층(웹)은 다수의 개구를 포함하고, 하나 이상의 개구는 주어진 화소와 연관되어 있다. 개구에는 일정량의 제2 물질, 예를 들면 평판 전계 방출 표시장치의 경우에 인광물질, 또는 액정 표시장치의 경우에 색 필터 물질이 배치되어 있다. 웹은 스크린 인쇄에 의해 제2 물질 침적을 촉진할 수 있다. 웹은 또한 두 전극 사이에서 스페이서(spacer) 구조의 제공을 촉진할 수 있고, 게터 또는 흡습성 물질을 포함할 수 있다.
피셔(Fischer)에게 허여된 미국 특허 제5,401,706호에는 화씨 150도보다 높은 온도에서 사용될 수 있는 건조제 코팅된 기재를 제조하는 방법이 교시되어 있는데, 건조제는 입자의 형태이고, 입자는 기공을 가지며 결합제에 의해 기재에 부착되어 있고, 코팅된 기재는 충분히 가요성이며 코팅제는 코팅된 기재가 물결 모양으로 형성될 수 있도록 충분히 기재에 부착되며, 코팅된 기재내의 건조제 입자는 원래 흡수능의 60% 이상을 나타내고 결합제는 우수한 통기성을 가지며, 이 방법은 (a) 하나 이상의 건조제 입자, 수계 유기 결합제, 현탁액에 건조제 입자를 유지하도록 돕는 현탁제, 및 일부 이상이 건조제 입자의 기공중 일부 이상 안으로 들어가 는 유기 기공 제거제를 포함하는 수성 현탁액을 형성하는 단계; (b) 기재상에 현탁액을 침적하는 단계; 및 (c) 침적된 건조제 입자가 기재에 부착하도록 침적된 현탁액의 결합제를 경화시키고, 일부 이상의 기공 제거제를 건조제 입자의 기공으로부터 나오게 하여 부착된 건조제 입자의 일부 이상의 기공을 결합제가 폐색하지 않도록 하여, 화씨 150도보다 높은 온도에서 사용될 수 있고 충분한 가요성을 가지며 건조제-코팅된 기재가 물결 모양으로 형성될 수 있도록 기재에 충분한 부착성을 갖는 코팅제를 가질 수 있는 건조제-코팅된 기재를 형성하는 단계를 포함하며, 이때 코팅된 기재내의 건조제 입자는 원래 흡수능의 60% 이상을 나타내며 결합제는 우수한 통기성을 갖는다.
본 발명은 400 내지 650℃의 낮은 치밀화 온도에서 치밀화를 촉진하고 후막과 기재 사이의 부착을 증가시키도록 사용될 수 있는 유리를 포함하는 스크린 인쇄가능한 후막 게터 조성물을 제공한다. 또한, 본 발명의 조성물은 종종 습도가 약 1000ppm 미만 및 때때로 심지어 100ppm 미만으로 조절되어야 하는 표시 장치에 사용될 수 있다.
본 발명은 (b) 유기 매질에 분산된 (a) 유리 프릿(glass frit)을 포함하는 스크린 인쇄가능한 게터 조성물에 관한 것이다. 본 발명은 또한 (c) 유기 매질에 분산된 (a) 유리 프릿 및 (b) 건조제 물질을 포함하는 스크린 인쇄가능한 게터 조성물에 관한 것이다.
본 발명은 또한 중량 기준으로 SiO2 1 내지 50%, B2O3 0 내지 80%, Bi2 O3 0 내지 90%, PbO 0 내지 90%, P2O5 0 내지 90%, Li2O 0 내지 60%, Al2 O3 0 내지 30%, K2O 0 내지 10%, Na2O 0 내지 10% 및 MO 0 내지 30%를 포함하고, 이때 M이 Ba, Sr, Ca, Zn, Cu, Mg 및 이들의 혼합물중에서 선택되는, 저연화점 유리를 사용하는 게터 조성물에 관한 것이다. 본원에 기술된 유리는 유리 망상구조-형성 성분을 대체하거나 유리 구조를 변경할 수 있는 몇몇 다른 산화물 성분을 함유할 수 있다.
본 발명의 후막 게터 조성물은 기재상에 형성될 수 있는 스크린 인쇄가능한 세라믹 조성물이다. 예를 들어, 유리 기재는 다양한 전자 표시 장치에서 뚜껑으로서 작용한다. 후막 게터는 수천 ppm 내지 수 ppm의 습도 수준의 다양한 환경 조건에서 흡수제로서 작용한다. 본 발명은 표시 장치 용도에 제한되지 않고, 장치 수명이 수분의 존재에 의해 열화되거나 또는 수분의 존재에 민감할 수 있는 임의의 다른 미소전자 장치 용도에 사용될 수 있다.
또한, 본 발명은 후막 게터로서, 또는 생성된 후막의 치밀화 및 후막과 기재 사이의 부착을 촉진하기 위한 첨가제로서, 건조제 물질이 필요하지 않은 유리 함유 조성물의 사용에 관한 것이다. 후막 게터는 400 내지 650℃에서 소성한 후, 우수한 치밀화를 나타내고, 특히 표시 장치 용도와 관련된 유리 뚜껑 기재와 우수한 적합성을 나타낸다. 후막 게터 페이스트는 주로 유기 발광 다이오드(OLED) 및 전계발광(EL)을 포함한 다양한 표시 용도에 사용될 것이며, 이때 표시 장치의 수명은 습도의 조절 및 기타 유해 기체와 매우 관련있다. 표시 장치 용도는 수분 제거가 고도로 수분 민감성이거나 기체 민감성인 환경에서 작용한다는 점에서 다른 기밀성 미소전자 장치와 다르다. 표시 장치는 종종 습도를 약 1000ppm 미만 및 때때로 심지어 100ppm 미만으로 조절하여야 한다.
후막 게터 조성물의 주성분은 유기 매질에 분산된 유리 분말이다. 유기 매질은 유기 중합체성 결합제 및 휘발성 유기 용매로 이루어진다. 대부분의 용도에서, 조성물은 건조제 물질(예를 들어, 제올라이트), 또는 불순물(예: 수소 또는 기타 기체)을 흡수하는 기타 물질을 추가로 포함할 수 있다. 일반적으로, 건조제 물질은 그의 물 흡수성의 성능을 결정하는, 후막 게터의 주된 기능성 부분이다. 일반적으로, 물 흡수능은 건조제 물질의 상대적 함량에 비례하여 좌우된다. 주로, 유리는 400 내지 650℃의 낮은 치밀화 온도 및 후막과 기재 사이의 우수한 부착성을 제공한다. 소성 온도는 뚜껑 기재의 선택에 의해 제한되는데, 후막 페이스트는 소성에 의해 기재에 부착하는 것으로 생각되기 때문이다. 예를 들어, 소다 석회 실리케이트를 기제로 하는 전형적인 유리 기재가 선택되면 소성 온도는 650℃ 미만이어야 한다. 유리 기재와 함께 650℃보다 높이 소성하면 유리 기재의 뒤틀림 또는 변형이 유도될 수 있다. LTCC 또는 금속계 기재의 경우에는, 650℃보다 높은 온도가 허용될 수 있다.
게터 필름과 기재 사이의 부착은 낮은 연화점의 유리의 존재에 의해 개선될 수 있다. 유리는 소성중에 점성 유동에 의해 기재의 빈 공간내로의 유리의 침투를 촉진함으로써 계면 응력을 완화하도록 도울 수 있다. 기계적 체결은 후막과 기재 사이의 부착을 위한 주요 메카니즘일 가능성이 있다. 그러나, 부착 메카니즘은 기 재의 선택에 좌우된다.
본 발명에서, 유리는 비소성 또는 소성 구조내에 연속 매트릭스를 반드시 형성하지는 않는다. 소성 전에, 유리는 유기 매질에 분산되어 점성 페이스트를 형성한다. 소성시, 유리는 건조제 입자의 표면 또는 기재의 표면을 습윤시키고 점성 유동에 의해 치밀화되는 경향이 있다. 유기 매질의 증발은 고체 입자의 실제 강화 전에 일어난다. 최종의 소성된 구조는 고체의 상대적인 함량에 좌우되어야 한다.
유리 자체는 다공질이 아니며, 유리내에 일부러 기공을 생성하기 위하여, 특별한 가공 공정, 예를 들어 물 또는 유리의 고속 증발, 취입제 또는 기포제의 사용, 임의의 화학 중공 공정 및 저온 소성에 의해 유리를 제조할 필요는 없다. 오히려, 유리 화학을 적당히 선택하여 매우 치밀하거나 본질적으로 빈 공간이 없는 구조를 얻는 것이 중요하다.
막의 경도 및 기계적 강도는 주로 유리의 함량 및 유형에 좌우된다. 약한 막 구조는 외부의 기계적 충격에 의해 손상될 수 있기 때문에 기계적 일체성은 중요하다고 생각된다. 특히 1000ppm보다 낮은 습도 수준에서 작동하는 고도로 수분 민감성인 장치가 사용되는 경우, 더 우수한 수분 흡수 성능을 위하여 높은 수준의 다공성을 유지하는 것이 필요하지는 않다. 1000ppm 미만의 습도 수준의 장치에서, 유리 페이스트 자체(건조제 물질이 없는)를 기능성 게터로서 사용할 수 있다. 강한 흡습성을 갖는 유리의 적당한 선택이 필요하다. 순수한 유리 게터 막은 본질적으로 다공질이 아닌 유리 조성물을 제공하며, 또한 임의의 결함이 없이 기재와 강한 일체성을 허용한다.
본원에 기술된 바와 같이, 후막 게터 조성물은 후막 조성물을 기재상에 침적시키고 기재를 소성함으로써 기재에 결합된다. 장치 구조 및 요구되는 성능에 따라, 게터 필름의 두께는 페이스트의 순차적 침적에 의해 조절될 수 있다. 단일 인쇄 및 후속 소결 후, 후막 필름 게터의 전형적인 두께는 10㎛ 내지 25㎛이다. 수분의 강한 흡수가 필요한 한, 과도한 두께는 고려할 필요가 없다.
스크린 인쇄는 후막 게터를 침적시키는 일반적인 방법인 것으로 예상되지만, 스텐실(stencil) 인쇄, 주사기 분배 또는 기타 침적 또는 주조 기법을 포함한 임의의 다른 통상의 방법이 사용될 수 있다.
본 발명은 건조제 물질의 존재하 또는 부재하에 저연화점의 유리를 유기 매질에 혼합함으로써 후막 게터 조성물(종종 "페이스트"라고 부름)을 제조할 수 있다는 점에 근거한다. 본 발명의 조성물을 이후 더 상세하게 기술한다.
무기 조성물
후막 게터 페이스트의 무기 조성물은 유리 프릿 분말로 이루어지고, 건조제 물질을 추가로 포함할 수 있다.
유리 프릿 분말은 가공시 기재로의 부착 및 조성물의 치밀화를 촉진하기 위하여 조성물에 필수적이다. 또한, 유리 자체는 특히 1000ppm 미만의 습도 수준의 고도의 수분 민감성 장치에서 게터로서 작용할 수 있다. 따라서, 유리의 적절한 수준은 고체 중량%를 기준으로 10중량% 내지 100중량%이어야 한다.
본 발명은 중량 기준으로 SiO2 1 내지 50%, B2O3 0 내지 80%, Bi2 O3 0 내지 90%, PbO 0 내지 90%, P2O5 0 내지 90%, Li2O 0 내지 60%, Al2O 3 0 내지 30%, K2O 0 내지 10%, Na2O 0 내지 10% 및 MO 0 내지 30%를 포함하고, 이때 M이 Ba, Sr, Ca, Zn, Cu, Mg 및 이들의 혼합물중에서 선택되는, 저연화점 유리에 관한 것이다. 본원에 기술된 유리는 몇몇 다른 산화물 성분을 함유할 수 있다. 예를 들어, ZrO2 및 GeO2는 유리 구조에 부분적으로 도입될 수 있다. 흡습성 리튬계 실리케이트 또는 포스페이트 유리도 또한 게터 목적으로 적용될 수 있다. 또한, 본 발명의 유리 조성물은 본질적으로 다공질 유리가 아니다. 따라서, 본 발명의 유리 조성물은 수증기가 침투하는 채널을 생성하여 다공질로 만들 필요가 없다.
유리내 Pb, Bi 또는 P의 높은 함량은 후막 페이스트를 650℃ 미만에서 치밀하게 하는 매우 낮은 연화점을 제공한다. 이들 유리는 소성중에 결정화되지 않는데, 원소들이 유리의 우수한 안정성을 제공하고 다른 유리 원소에 대하여 높은 고체 용해도를 제공하는 경향이 있기 때문이다. 또한, 다량의 인의 존재는 치밀화도에 영향을 미치지 않고 수분을 제거하는데 유용할 수 있다. Li계 실리케이트 유리가 또한 이러한 용도에 사용될 수 있는데, 이들은 수분에 민감하고 650℃보다 낮은 온도에서 치밀화될 수 있기 때문이다. 그러나, Li의 함량은 결정화가 일어나기 전에 완전 치밀화를 위하여 최적화가 필요할 수 있다.
주어진 기재와의 더 우수한 적합성을 위한 유리 특성을 개질하기 위하여 다른 유리 개질제 또는 첨가제가 첨가될 수 있다. 예를 들어, 유리의 열팽창계수(TCE)는 저연화점의 유리내 다른 유리 성분의 상대적 함량에 의해 조절될 수 있다.
본원에 기술된 유리는 통상의 유리 제조 기법에 의해 제조될 수 있다. 더 특히, 유리는 다음과 같이 제조될 수 있다. 유리는 전형적으로 500 내지 2000g의 양으로 제조되었다. 전형적으로, 성분들을 칭량한 다음, 원하는 비율로 혼합하고, 저부-적하 노에서 가열하여 백금 합금 도가니에서 용융물을 형성하였다. 가열은 전형적으로 최고 온도(1100 내지 1400℃)로, 용융물이 완전히 액체로 되고 균질해지는 시간동안 수행하였다. 유리 용융물은 엇회전식 스테인레스강 롤러에 의해 급냉하여 10 내지 20밀 두께의 유리 소판을 형성하였다. 그 다음, 생성된 유리 소판을 분쇄하여 50% 체적 분포가 2 내지 5미크론인 분말을 형성하였다. 그 다음, 유리 분말을 충전제 및 유기 매질과 함께 후막 조성물(또는 "페이스트")로 배합하였다. 즉시 사용할 수 있는 본 발명의 유리 조성물은 유리, 건조제 물질 및 유기 매질을 포함하는 전체 조성물을 기준으로 약 5 내지 약 76중량%의 양으로 존재한다.
분자체(또는 제올라이트), 알칼리 토금속 산화물, 금속 산화물, 황산염, 염화물, 브롬화물과 같은 다양한 건조제 물질이 게터 페이스트 용도를 위해 선택될 수 있다. 다양한 유형의 제올라이트는 그의 다공질 구조의 고유 성질로 인하여 물흡수능의 면에서 최상의 후보인 것으로 알려져 있다.
제올라이트는 물리적 흡수에 의해 수분을 흡수하고 천연적으로 또는 합성적으로 유도될 수 있는 물질이다. 천연 제올라이트는 알루미늄의 수화된 실리케이트 및 Na2O, Al2O3, xH2O 및 xSiO2 형의 나트륨 또는 칼슘 또는 둘다이다. 합성 제올라이트는 제올라이트가 첨가되는 매트릭스를 형성하는 겔 공정 또는 점토 공정에 의 해 제조된다. 천연 및 합성 제올라이트 둘다 본 발명에 사용될 수 있다. 널리 공지된 제올라이트로는 카바자이트(제올라이트 D로도 부름), 클리놉틸로라이트, 에리오나이트, 파우자사이트(제올라이트 X 및 제올라이트 Y로도 부름), 페리에라이트, 모르데나이트, 제올라이트 A 및 제올라이트 P가 있다. 상기 나타낸 제올라이트 및 그밖의 것의 상세한 설명은 본원에 참조로 인용된 브렉(D. W. Breck)의 문헌[Zeolite Molecular Sieves, John Wiley and Sons, New York, 1974]에서 찾을 수 있다. 예를 들어, 제올라이트 3A, 4A 및 13X 형은 모두 물 분자를 흡착할 능력이 있고, 신규 수분 게터를 제조하기 위한 흡착성 분자체로서 현재 바람직하다. 이러한 제올라이트는 Na2O, Al2O3 및 SiO2를 포함한다. 임의의 흡착성 게터는 수분 이외에 기체 오염물질(예: 기체 H2 및 O2)을 흡착할 수 있다. 유기 물질 및 수분을 흡착하도록 만들 수 있는 제올라이트 기법을 기본으로 하는 상업적으로 입수가능한 고체 게터 정제의 예는 시네틱스(Synetix)의 유럽 특허출원 WO 02/43098 A1호에 기술되어 있다.
조성물에 첨가되는 건조제 물질의 양은, 용도에 의해 지시되는 바와 같이 수분을 흡수하기에 필요한 용량을 기준으로 결정되어야 한다. 건조제 대 유리 프릿의 대략의 체적% 비는 0 내지 약 15이다. 건조제 대 유리 프릿의 바람직한 체적% 비는 2.1 내지 10이다.
유기 매질
유리 및 건조제 물질이 분산되는 유기 매질은 휘발성 유기 용매에 용해되는 유기 중합체성 결합제, 및 임의로는 기타 용해된 물질(예: 가소제, 이형제, 분산제, 소거제, 소포제 및 습윤제)로 이루어진다.
고체는 전형적으로 기계적 혼합에 의해 유기 매질과 혼합되어, 인쇄에 적합한 점조도 및 유변성을 갖는 "페이스트"라고 불리는 페이스트형 조성물을 형성한다. 유기 매질로서 광범위한 불활성 액체가 사용될 수 있다. 유기 매질은 고체가 적절한 정도의 안정성으로 분산가능한 것이어야 한다. 매질의 유변학적 특성은 조성물에 우수한 적용 특성을 제공하도록 하는 것이어야 한다. 이러한 특성으로는 적절한 정도의 안정성을 갖는 고체의 분산, 조성물의 우수한 적용성, 적당한 점도, 요변성, 기재 및 고체의 적당한 습윤성, 우수한 건조 속도, 우수한 소성 특성, 및 거친 취급을 견디기에 충분한 건조된 막 강도가 있다. 유기 매질은 당업계에서 통상적이며, 전형적으로 용매(들)내 중합체의 용액이다.
이러한 목적에 가장 빈번하게 사용되는 중합체는 에틸 셀룰로즈이다. 적합한 중합체의 그밖의 예로는 에틸히드록시에틸 셀룰로즈, 나무 로진, 에틸 셀룰로즈와 페놀성 수지의 혼합물, 저급 알콜의 폴리메타크릴레이트, 및 에틸렌 글리콜 모노아세테이트의 모노부틸 에테르, 및 당업자에게 공지된 그밖의 것들이 또한 사용될 수 있다.
후막 조성물에 존재하는 가장 널리 사용되는 용매는 에틸 아세테이트 및 테르펜(예: 알파- 또는 베타-테르피네올) 또는 이들과 다른 용매(예: 케로센, 디부틸프탈레이트, 부틸 카르비톨, 부틸 카르비톨 아세테이트, 헥실렌 글리콜 및 고비점 알콜 및 알콜 에스테르)의 혼합물이다. 또한, 기재에 적용한 후 신속한 경화를 촉 진하기 위한 휘발성 액체가 부형제에 포함될 수 있다. 바람직한 매질은 에틸셀룰로즈 및 β-테르피네올을 기제로 한다. 이들 및 기타 용매의 다양한 혼합물을 배합하여 바람직한 점도 및 휘발성 요건을 얻는다.
후막 조성물내 유기 매질 대 분산액내 무기 고체의 비는 페이스트의 적용 방법 및 사용된 유기 매질의 종류에 좌우되며, 변할 수 있다. 일반적으로, 분산액은 우수한 코팅을 얻기 위하여 무기 고체 50 내지 80중량% 및 부형제 20 내지 50중량%를 함유할 것이다. 이러한 범위내에서, 열분해에 의해 제거되어야 하는 유기 물질의 양을 줄이고 소성시 수축을 감소시키는 더 우수한 입자 충전을 얻기 위하여, 고체에 대하여 최소의 가능한 양의 결합제를 사용하는 것이 바람직하다. 유기 매질의 함량은 주조, 인쇄(예: 실크 스크린 인쇄 또는 잉크-젯 인쇄), 또는 분무, 솔질, 주사기-분배, 닥터 블레이딩(doctor blading) 등에 의한 코팅에 적합한 점조도 및 유변성을 제공하도록 선택된다.
또한, 게터 페이스트내 분산 유기 매질의 비율은 흡수제 게터의 고화된 층의 두께를 조절할 수 있다. 예를 들어, 최소화된 유기 매질을 갖는 후막 페이스트는 더 두꺼운 게터 층을 형성한다(이러한 분산액을 전단 희석하면 분산액이 표면에서 작용함에 따라 희석되기 시작함).
후막의 적용
후막 게터는 전형적으로 기체 및 수분에 불투과성인 기재, 예를 들어 유리, 저온 동시소성 세라믹(LTCC) 또는 실리콘에 침적된다. 기재는 또한 가요성 물질 예를 들어, 불투과성 플라스틱(예: 폴리에스테르, 예를 들어 폴리에틸렌 테레프탈 레이트)의 시이트, 또는 플라스틱 시이트와 그 위에 침적된 임의의 금속성 또는 유전성 층의 혼합물로 이루어진 복합 물질일 수 있다. 하나의 실시양태에서, 기재는 빛을 캡슐화된 영역에 들어가게 하거나 또는 빛이 기재를 통해 캡슐화된 영역으로부터 방출되게 할 수 있도록 투명(또는 반투명)할 수 있다.
후막 게터의 침적은 바람직하게는 스크린 인쇄에 의해 수행되지만, 스텐실 인쇄, 주사기 분배 또는 기타 침적 또는 주조 기법과 같은 다른 침적 기법을 사용할 수 있다. 스크린 인쇄의 경우에, 스크린 메쉬 크기는 침적된 후막의 두께를 조절한다.
침적된 후막은 오븐에서 100 내지 120℃에서 건조시켜 휘발성 유기 매질을 제거한 다음, 프로그램화된 가열 주기로 표준의 후막 콘베이어 벨트 노 또는 상자 노에서 400 내지 650℃에서 수행하여 소성된 제품을 형성한다. 본원에 사용된 바와 같이, "소성"이란 용어는 제품을 산화 또는 불활성 분위기(예: 공기, 질소 또는 아르곤)에서 조립체의 층내 유기 물질을 휘발시키고(태워 버리고) 층내의 임의의 유리 함유 물질을 소결시키기에 충분한 온도로 충분한 시간동안 가열하여 후막 층을 치밀화함을 뜻한다.
막의 소성된 두께는 스크린 메쉬 크기, 유리의 함량 및 페이스트내 고체 백분율에 따라 변할 수 있지만, 전형적으로는 10㎛ 내지 25㎛이다. 휘발성 물질의 재흡착(및 제올라이트의 불활성화)을 방지하기 위하여, 소성(또는 치밀화) 단계는 종종 수분 및 다른 기체가 없는 조절된 분위기하에(예: 진공하에) 수행된다. 소성된 게터가 수분 및(또는) 다른 기체가 없는 분위기에서 보관되지 않는다면, 소성 단계는 일반적으로 장치를 기밀성 용기내로 밀폐하기 직전에 수행된다. 가공 과정에 따라, 흡수된 수분을 증발시키기 위하여 게터의 활성화를 위한 400 내지 550℃에서의 추가 소성이 필요할 수 있다.
소성된 게터 후막의 습도 민감성은 게터 조성물을 변화하는 습도 조건(예: 상이한 습도 수준, 노출 시간 및 온도)에 노출시킴으로써 평가하였다. 열중량 분석(TGA)을 사용하여 임의의 온도까지 중량 손실을 정량화하였다. 평가 결과는 유리 함량이 증가함에 따라 중량 손실의 경향이 동일하게 감소함을 나타내었다. 또한, 대부분의 습도 흡수는 노출 1시간 미만의 비교적 단시간 이내에 일어났다.
본 발명을 실제적인 실시예를 제공하여 더 상세하게 논의하겠다. 그러나, 본 발명의 범주는 이들 실제적인 실시예에 의해 어떤 식으로든 제한되지 않는다.
실시예
실시예 1 내지 3
후막 게터 페이스트에 적용하기에 본 발명에서 적합한 것으로 밝혀진 일련의 비스무스 실리케이트계 유리 조성물을 하기 표 1에 나타내었다. 실시예들은 특히 비스무스를 69중량%보다 많이 함유하는 실리케이트 유리를 설명한다.
모든 유리는 원료들을 혼합한 다음 1100 내지 1400℃의 백금 도가니에서 용융시킴으로써 제조하였다. 생성된 용융물을 교반하고, 엇회전식 스테인레스강 롤러의 표면에 붓거나 물 탱크에 부음으로써 급냉시켰다. 본 발명을 위해 제조된 유리 분말은 페이스트로서 배합하기 전에 알루미나 볼 매체를 사용하여 습식 또는 건식 분쇄하여 2 내지 5㎛의 평균 입도로 조절하였다. 분쇄 후 습윤 슬러리는 고온 공기 오븐에서 건조시키고 체질 과정에 의해 응집 해체시켰다.
유리 조성(중량%)
실시예 # 1 2 3
SiO2 7.1 15.8 3.5
Al2O3 2.1 2.6 3.5
Bi2O3 69.8 81.6 82.0
B2O3 8.4
CaO 0.5
ZnO 12.0
PbO 11.0
실시예 4 내지 7
하기 표 2는 본 게터 적용에 적합한 것으로 밝혀진 일련의 납계 또는 인계 실리케이트 유리 조성물을 나타낸다. 실시예 1 내지 3에 기술된 것과 동일한 처리를 적용하여 평균 입도 2 내지 5㎛의 유리 프릿 분말을 제조하였다.
유리 조성(중량%)
실시예 # 4 5 6 7
SiO2 14.8 9.1 35.6 1.3
Al2O3 0.8 1.4 7.6 19.8
PbO 66.0 77.0 47.0
Bi2O3 11.8 12.5 6.8
ZnO 6.6
SnO2 9.8
Na2O 9.8
Li2O 3.7
P2O5 42.23
NaF 16.41
실시예 8 내지 18
유리 및 건조제(4A 또는 13x 분말) 물질(분자체)을 텍산올(Texanol, 등록상 표) 용매와 에틸 셀룰로즈 수지의 혼합물을 기제로 하는 유기 매질과 혼합하여 후막 게터 페이스트를 제조하였다. 하기 표 3은 유리 5 내지 76%를 함유하는 후막 조성물의 예를 나타낸다. 최적화된 성능을 위하여 건조제에 대한 유리의 상이한 수준을 적용하였다. 특히, 실시예 10 및 18은 유리 및 유기 매질만을 함유하는 후막 조성물을 나타낸다. 용매 함량의 변화는 상이한 침적 방법을 위한 페이스트 점도 및 막 두께를 조절하는데 필요하였다.
게터 페이스트는 소다 석회 실리케이트를 기제로 하는 유리 뚜껑 기재상에 200메쉬의 스크린을 사용하여 인쇄하고, 용매 증발을 위하여 120℃에서 건조시킨 다음, 상자 노에서 1 내지 2시간동안 450 내지 550℃의 최고 온도에서 소성하였다. 몇몇 샘플은 또한 콘베이어 노를 사용하여 550℃에서 1시간동안 가공하고, 약 6시간동안의 가열/냉각 프로파일을 사용하였다. 필요한 경우, 인쇄/소성 단계를 반복하여 더 두꺼운 게터 막을 생성하였다. 단일-인쇄 후막의 소성된 두께는 페이스트 점도 및 스크린 메쉬 크기에 따라 10㎛ 내지 25㎛이었다.
후막은 치밀하게 소성되었고 유리 기재와 우수한 부착성을 나타내었다. 소성된 후막의 표면에서 균열이나 기포형성이 관찰되지 않았다. 소성된 막의 우수한 두께 균일성은 페이스트 조성에 관계없이 ±2㎛ 이내에서 유지되었다.
소성된 샘플의 치밀화도는 유리의 상대적 함량에 따라 좌우되었다. 후막의 더 우수한 치밀화 및 유리 뚜껑 기재에 대한 더 강한 결합을 위하여는 유리의 더 높은 함량이 바람직하였다.
후막 게터 조성(중량%)
실시예 # 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
유리 # 1 1 1 2 3 4 5 5 6 6 7
유리 5.4 14.0 75.8 19.6 19.6 17 8.9 19.6 8.9 19.6 75.8
분자 54.1 46.5 - 39.2 39.2 42.6 44.4 39.2 44.4 39.2 -
계면활성제 1.1 0.9 - 0.8 0.8 0.9 0.9 0.8 0.9 0.8 -
결합제 수지 1.0 0.9 1.4 0.7 0.7 0.8 0.8 0.7 0.8 0.7 1.4
용매 38.4 37.7 22.8 39.7 39.7 38.8 45 39.7 45 39.7 22.8
실시예 19 내지 25
소성된 후막 샘플을 임의의 습도 환경에 노출시킨 후 수분 흡수 정도를 정량화하기 위하여 평가하였다. 하기 표 4는 열중량 분석(TGA) 결과를 기본으로 선택된 게터 샘플의 흡수 성능을 나타낸다. 흡수 결과는 주어진 온도까지 후막의 중량 손실로서 표현되었다. TGA 샘플은 550℃에서 2시간동안 소성하고 85℃/85% RH 습도 조건으로 1시간동안 노출시킴으로써 제조하였다. TGA 분석을 위하여 활성화를 위한 추가의 소성은 사용하지 않았다.
게터 페이스트의 수분 흡수는 실시예 19 내지 24에서 볼 수 있듯이 온도 및 유리의 상대적 함량에 매우 좌우되는 것으로 나타났다. 중량 손실은 예상된 바와 같이 온도가 증가함에 따라 비례적으로 증가하였지만, 400℃ 이후에는 중량 손실이 포화됨을 나타내는 경향이 있다. 유리 함량이 증가하면 중량 손실 백분율이 급격하게 감소되었다. 예를 들어, 28.6%의 유리를 함유하는 샘플의 경우 TGA에 따르면 400℃까지 16%의 중량 손실이 검출되었지만, 66.7%의 유리 조성물의 경우에는 겨우 0.4%의 중량 손실이 검출되었다. 이러한 경향은 흡수능이 건조제 물질의 상대적 함량에 의해 주로 결정된다는 점을 고려할 때 이치에 맞다. 유리는 일반적으로 무기 결합제 및(또는) 흡착 촉진제로서 작용하는 것으로 생각되지만, 실시예 1의 유 리는 기본적으로 실시예 24에서 볼 수 있는 물 흡수능을 나타내지 않으므로 유리는 물 흡수능을 떨어뜨린다.
다른 한편으로, 분자체를 함유하지 않는, 인 유리(실시예 7)를 기제로 하는 실시예 25가 소성 온도에 의존하여 상당한 정도의 물 흡수성을 나타낸다는 것은 흥미롭다. 이는 순수한 유리계 물질이 특히 고도로 수분에 민감성인 장치에 대하여 수분-제거 목적으로 사용될 수 있음을 나타낸다. 33중량%의 분자체를 함유하는 실시예 23에 비하여 실시예 25는 더 우수한 물 흡수율을 나타내었음은 주목할 만하다.
후막 게터 조성(고체 %를 기본으로 한 중량%) 및 중량 손실 %
실시예 # 19 20 21 22 23 24 25
유리 # 1 1 1 1 1 1 7
유리 28.6% 37.5% 44.5% 50.0% 66.7% 100% 100%
분자체 71.4% 62.5% 55.5% 50.0% 33.3%
TGA에 의한 중량손실
100℃ 이하 4.0% 5.5% 3.7% 1.3% 0.2% 0% 0.4%
200℃ 이하 13.0% 13.5% 10.7% 3.6% 0.4% 0% 1.2%
300℃ 이하 16.0% 15.0% 12.5% 4.1% 0.5% 0.01% 1.5%
400℃ 이하 16.4% 15.5% 12.8% 4.2% 0.6% 0.05% 1.6%
500℃ 이하 16.6% 15.5% 13.0% 4.3% 0.6% 0.06% 1.7%
본 발명에 의하면, 400 내지 650℃의 낮은 치밀화 온도에서 치밀화를 촉진하고 후막과 기재 사이의 부착을 증가시키도록 사용될 수 있는 유리를 포함하는 스크린 인쇄가능한 후막 게터 조성물이 제공된다. 또한, 본 발명의 조성물은 종종 습도가 약 1000ppm 미만 및 때때로 심지어 100ppm 미만으로 조절되어야 하는 표시 장치에 사용될 수 있다.

Claims (5)

  1. 건조제의 부재하에 (b) 유기 매질에 분산된 (a) 비다공질 유리 프릿(glass frit)을 포함하는 스크린 인쇄가능한 게터(getter) 조성물.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 유기 매질이 에틸 셀룰로즈, 에틸히드록시에틸 셀룰로즈, 나무 로진, 에틸 셀룰로즈와 페놀성 수지의 혼합물, 저급 알콜의 폴리메타크릴레이트, 에틸렌 글리콜 모노아세테이트의 모노부틸 에테르 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 유기 중합체성 결합제, 및 에틸 아세테이트, 테르펜, 케로센, 디부틸프탈레이트, 부틸 카르비톨, 부틸 카르비톨 아세테이트, 헥실렌 글리콜, 고비점 알콜, 알콜 에스테르 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 휘발성 유기 용매로 이루어지는 게터 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 유리 프릿이 SiO2 1 내지 50%, B2O3 0 내지 80%, Bi2 O3 0 내지 90%, PbO 0 내지 90%, P2O5 0 내지 90%, Li2O 0 내지 60%, Al2 O3 0 내지 30%, K2O 0 내지 10%, Na2O 0 내지 10% 및 MO 0 내지 30%를 포함하고, 이때 M이 Ba, Sr, Ca, Zn, Cu, Mg 및 이들의 혼합물중에서 선택되는 게터 조성물.
  5. (a) 제1항의 게터 조성물을 제공하고; (b) 게터 조성물을 장치에 적용하고; (c) 유기 중합체성 결합제를 휘발시키고 유리 프릿을 소결하도록 게터 조성물 및 장치를 가공함을 포함하는 수분 조절 방법.
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