KR100791579B1

KR100791579B1 - 평면패널 디스플레이용 스페이서 및 평면패널 디스플레이

Info

Publication number: KR100791579B1
Application number: KR1020060015230A
Authority: KR
Inventors: 미오 호소카와; 유키오 카와구치; 아츠시 히토미; 케이코 쿠보; 에미 니노미야; 히로아키 사와다
Original assignee: 티디케이가부시기가이샤
Priority date: 2005-02-17
Filing date: 2006-02-16
Publication date: 2008-01-03
Also published as: TW200704270A; KR20060092142A; CN100578716C; EP1693875A3; CN1822278A; TWI302807B; US20060181187A1; EP1693875A2

Abstract

본 발명은 선팽창계수가 유리와 일치하거나 또는 근사하고, 또한, 강도와 소정의 도전성을 구비하는 평면패널 디스플레이용 스페이서를 제공하는 것을 과제로 한다.

MgAl₂O₄를 함유하고, 바람직하게는 MgAl₂O₄를 주상(主相)으로 하는 소결체로 구성되는 평면패널 디스플레이용 스페이서로서, 상기 소결체는, 다시 MgO를 함유하는 것이 바람직하며, MgAl₂O₄ 및 MgO를 함유하는 경우, X선회절에 의한 MgAl₂O₄(311)면의 피크강도를 100으로 하였을 때의 MgO(200)면의 피크강도가 0.2~50인 것이 바람직하다.

상기 스페이서는, 음극구조체를 구비하는 배판(背板)과, 상기 배판과 소정의 간격을 두고 배설되며, 형광화소영역을 구비하는 면판(面板)과의 사이에 배설되고, 상기 간격을 유지하는 역할을 수행한다.

X선회절, 형광화소영역

Description

평면패널 디스플레이용 스페이서 및 평면패널 디스플레이{SPACER FOR FLAT PANEL DISPLAY AND FLAT PANEL DISPLAY}

도1은, FED의 부분파단 평면도.

도2는, 도1의 II-II화살표를 따라서 본 단면도.

도3은, 스페이서를 나타내는 사시도.

도4는, 도1의 IV-IV화살표를 따라서 본 도면.

도5는, 실시예1의 No.2의 X선회절의 결과를 나타내는 챠트.

도6은, 실시예2의 시료 No.15의 X선회절의 결과를 나타내는 챠트.

도7은, 실시예3에서 촬영한 SEM영상.

(부호의 설명)

100 … FED(전계방출형 디스플레이) 101 … 면판(面板)

102 … 블랙매트릭스구조체 103 … 스페이서

105 … 형광화소영역 201 … 배판(背板)

202 … 음극구조체 206 … 음극

본 발명은, 평면패널 디스플레이용 스페이서 및 평면패널 디스플레이에 관한 것이다.

크고 무거운 브라운관을 대체할 수 있는 디스플레이로서, 경량박형의 평면형 디스플레이가 알려져 있으며, 상기의 평면형 디스플레이의 하나로서 전계방출형 디스플레이(FED:Field Emission Display)가 알려져 있다. 이 FED는, 종래의 음극선관(CRT:Cathode Ray Tube)을 응용한 자기발광형 평면 디스플레이이며, 화상의 표시원리는 브라운관과 동일하다. 즉, FED는 많은 음극(전해방출소자)을 2차원 형상으로 배열한 음극구조체를 구비하고 있으며, 감압 환경조건(예를 들면, 10^-5torr 이하)에 있어서 음극으로부터 방출되는 전자를 가속시키고, 목표가 되는 각 형광화소영역에 충돌시켜서 발광화상을 형성한다(일본국 특개 2001-68042호 공보(특허문헌1)).

FED는 전자를 방출하는 음극구조체를 구비하는 배판과, 형광화소영역을 구비하는 면판, 2매의 평면 유리기판을 구비하고 있으며, 2매의 유리기판간의 간극은 0.1㎜~3㎜정도이다. 2매의 유리기판의 사이는, 상술한 바와 같이, 예를 들면, 10^-5torr 이하라는 진공상태로 유지되고 있기 때문에, 2매의 유리기판의 표면에는 대기압이 걸린다. 그래서, 2매의 유리기판의 간격이 유지되도록, 2매의 유리기판사이에 대기압에 대항하는 내압용(耐壓用) 구조물(이하, 스페이서라고 한다)을 배치한다( 특허문헌1).

스페이서에는 몇가지의 유형이 있으나, 그 가운데 하나로서 장방형 형태의 스페이서가 있다. 이 장방형상의 스페이서는, 면판과 배판과의 사이에 수직으로 배치된다. 또 이 스페이서는, 형광화소와 형광화소와의 사이에 배치된다. 또한 스페이서는 면판 및 배판으로부터 받는 큰 압축력을 견딜수 있을 정도의 강도가 요구된다. 그리고, 각 스페이서의 치수의 정밀도는 높은 수준의 것이 요구된다. 또, 면판과 배판과의 사이에는, 예를 들면, 1kV 이상의 고전압이 인가되기 때문에, 스페이서에는 고전압에 대한 내성과 대전을 방지하기 위한 도전성도 요구된다.

상기의 스페이서로서, 일본국 특허 제3340440호 공보(특허문헌2)에는, 천이금속 산화물이 분산된 세라믹스를 개시하고 있다. 상기 특허문헌2에는, 이 세라믹스로서 알루미나를, 또 천이금속 산화물로서 티타니아, 크로미아, 산화철, 산화바나듐을 제안하고 있다.

또, 일본국 특개2004-111337호 공보(특허문헌3)에는, SiC 및 B₄C의 적어도 하나와, Al₂O₃ 및 TiC를 함유하는 세라믹스를 개시하고 있다.

또, 일본국 특개2004-349178호 공보(특허문헌4)에는, Al₂O₃, TiC 및 TiO₂를 함유하는 세라믹스를 개시하고 있다.

특허문헌1;일본국 특개2001-68042호 공보

특허문헌2;일본국 특허 제3340440호 공보

특허문헌3;일본국 특개2004-111337호 공보

특허문헌4;일본국 특개2004-349178호 공보

상기 특허문헌2에 개시된 천이금속 산화물이 분산된 세라믹스에 대하여, 특허문헌3 및 특허문헌4에 개시된 세라믹스는 TiC와 Al₂O₃를 함유하기 때문에, 고(高)경도의 도전성 세라믹스인 알틱(AlTiC)의 성질을 나타내며, 압축력으로 인한 변형을 견디는 것과 동시에 소정의 도전성을 갖기 때문에 대전되기 어려워지므로, 평면패널 디스플레이의 스페이서로서 사용할 경우에, 화상의 변형 등을 저감시킬 수 있다는 이점이 있다.

평면패널 디스플레이의 스페이서로서 요구되는 특성으로서, 유리로 구성되는 면판 및 배판과 선팽창계수가 근사하거나 또는 일치할 것을 들 수 있으며, 이것은, 화상을 표시하고 있을 때에 디스플레이의 허용환경온도인 -30~50℃의 범위에서 온도의 변동이 발생하면, 열 응력의 발생으로 인하여 스페이서의 배치상태가 무너져 버려서, 방출된 전자가 편향(偏向)함으로써 디스플레이상에 육안으로 확인할 수 있는 결함이 발생하기 때문이다.

즉, Al₂O₃의 선팽창계수는, 6.2×10^-6/℃(0~300℃)이고, 면판 및 배판을 구성하는 유리의 선팽창계수인 8.0~9.3×10^-6/℃와의 차이가 상당히 있기 때문에, Al₂O₃를 함유하는 세라믹스로서는, 온도변화에 충분히 대응할 수 있는 평면패널 디스플레이용 스페이서를 제공할 수가 없었다. 예를 들면, 상기 특허문헌3에 구체적으로 개시되어 있는 소결체의 선팽창계수는 6.9~7.3×10^-6/℃이다.

본 발명은, 이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 선팽창계수가, Al₂O₃보다도 유리에 근사하거나 또는 일치하는 평면패널 디스플레이용 스페이서를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또, 본 발명은, 이와 같은 평면패널 디스플레이용 스페이서를 사용한 평면패널 디스플레이를 제공하는 것을 목적으로 한다.

평면패널 디스플레이용 스페이서로서 기능하기 위해서는, 선팽창계수가 유리에 근사하거나 또는 일치할 뿐 아니라, 강도 및 소정의 도전성을 구비하고 있을 필요가 있으며, 이와 같은 특성을 구비하는 물질로서, MgAl₂O₄가 유효하다는 것을 본 발명자는 여러가지 검토의 결과 발견하였다. 즉, 본 발명은, MgAl₂O₄를 함유하는 소결체로 구성되는 평면패널 디스플레이용 스페이서이다. 그리고 본 발명에 있어서 상기 MgAl₂O₄가 소결체의 주상(主相)을 구성하는 것이 바람직하다.

본 발명의 소결체는, MgAl₂O₄ 이외에, MgO를 함유할 수가 있다. 본 발명의 소결체가 MgAl₂O₄와 MgO를 함유하는 경우, X선회절에 의한 MgAl₂O₄ 스피넬(spinel)(311)면의 피크강도를 100으로 하였을 때의 MgO 페리클레이스(periclase)(200)면의 피크강도가 0.2~50인 것이 바람직하다.

또, 본 발명의 소결체는, 평면패널 디스플레이용 스페이서로서 기능하기 위 하여, MgAl₂O₄ 이외에 도전성 화합물을 함유하는 것이 바람직하다. 이 도전성 화합물로서는 티탄화합물이 바람직하고, 티탄화합물로서는, Ti의 탄화물, 질화물, 산화물 및 탄질화물 중의 적어도 1종인 것이 바람직하다.

또 본 발명은, 음극구조체를 구비하는 배판과, 이 배판과 소정의 간격을 두고 배설되며, 형광화소영역을 구비하는 면판과, 상기 배판과 상기 면판과의 사이에 배설되고, 상기 간격을 유지하는 스페이서를 구비하며, 상기 스페이서는 MgAl₂O₄를 함유하는 소결체로 구성되는 것을 특징으로 하는 평면패널 디스플레이를 제공한다.

(실시예)

먼저, 본 발명이 적용되는 FED 및 FED스페이서를 실시형태에 기초하여 설명한다. 도1은, FED의 부분파단한 평면도이며, 도2는, 도1의 II-II화살표를 따라서 본 단면도이다.

도1 및 도2에 있어서, FED(전계방출형 디스플레이)(100)는, 유리제의 면판(101)과, 면판(101)과 소정의 간격을 두고 배치되는 배판(201)을 구비하고 있으며, 복수의 스페이서(103)는 면판(101)과 배판(201)과의 간격을 균등하게 유지하고 있다.

유리제의 면판(101)상에는, 블랙매트릭스구조체(102)가 형성되어 있다. 블랙매트릭스구조체(102)는 인층(燐層)으로 이루어지는 복수의 형광화소영역(105)을 포함하고 있다. 형광화소영역(105)은 고에너지 전자(電子)가 충돌하면, 광을 방출하여 가시디스플레이를 형성한다. 특정의 형광화소영역(105)으로부터 발생된 광은, 블랙매트릭스구조체(102)를 통하여 외부로 출사된다. 블랙매트릭스구조체(102)는, 서로 인접하는 형광화소영역(105)으로부터의 광의 혼합을 억제하기 위한 격자형상의 흑색구조체이다. 또한, 면판(101)을 구성하는 유리재료로서는, 예를 들면, 강화유리, 또는 화학강화유리를 사용할 수가 있다. 이들 유리재료의 선팽창계수는 대체로 8.0~9.3×10^-6/℃이다. 후술하는 배판(201)도 마찬가지이다.

면판(101)의 상부에는, 그 표면으로부터 아래로 내려뜨린 벽체인 스페이서(103)를 사이에 두고 배판(201)이 배설되어 있다. 유리제 배판(201)의 상기 면판(101)과 대향하는 면에는, 음극구조체(202)가 형성되어 있다. 이 음극구조체(202)는, 전자를 방출하기 위한 돌기를 포함하는 복수개의 음극(전계(전자)방출소자)(206)을 가지고 있다.

상기의 음극구조체(202)의 형성영역은, 배판(201)의 면적보다도 작다. 면판(101)의 외주영역과 배판(201)의 외주영역과의 사이에는, 예를 들면, 융해 유리 프릿에 의해 형성되는 유리씰(203)이 개재됨으로써, 중앙부에 밀폐실(250)이 형성된다. 이 밀폐실(250)의 내부는, 전자가 비행할 수 있을 정도로 감압된다. 또, 상기 밀폐실(250)내에는, 음극구조체(202), 블랙매트릭스구조체(102) 및 스페이서(103)가 배치된다.

스페이서(103)의 사시도를 도3에 나타낸다. 이 스페이서(103)는, 기부(基部)(50)의 표리면(表裏面)인 주면(主面)(50A, 50B)과, 길이 방향으로 연장하는 측면(50C, 50D)과, 길이 방향의 양 끝의 단면(端面)(50E, 50F)을 가지고 있다. 주면 (50A)상에는 패터닝된 금속막(65)이, 또, 측면(50C, 50D)상에는 각각 금속막(42a, 40a)이 형성되어 있다. 금속막(65)은 스페이서(103)의 길이 방향으로 복수로 분할되어 연장하고 있다. 또, 금속막(65)은, 금속막(42a, 40a)과는 절연될 수 있을 정도로 이간되어 있다. 스페이서(103)의 기부(50)의 사이즈는, 구체적으로 예를 들면, 0.08㎜×1.2㎜×120㎜정도이다.

스페이서(103)의 금속막(40a, 42a)은, 배판(201)의 음극구조체(202)나, 면판(101)의 블랙매트릭스구조체(102)와의 접촉저항의 면내에 있어서의 균일성을 확보하기 위하여 형성되어 있다. 또, 금속막(65)은, 스페이서(103)의 내부전계분포를 적합하게 하기 위하여 형성된다.

도4는, 도1의 IV-IV화살표를 따라서 본 도면이다. 스페이서(103)는, 도4에 나타내는 바와 같이, 그 길이 방향으로 설치된 접착제(301, 302)에 의해 면판(101), 배판(201)에 고정되어 있다. 접착제(301, 302)로서는, 자외선 경화성, 열경화성 또는 무기접착제를 사용할 수가 있다. 또한, 접착제(301, 302)는 블랙매트릭스구조체(102)와 음극구조체(202)의 바깥측에 배치된다. 이 때, 스페이서(103)의 금속막(40a, 42a)은, 배판(201)의 음극구조체(202)와 면판(101)의 블랙매트릭스구조체(102)에 각각 접촉한다.

본 발명은, 스페이서(103)를 MgAl₂O₄를 함유하는 소결체로 구성한다. 여기서, MgAl₂O₄의 선팽창계수는 8.1×10^-6/℃(40~400℃)이며, Al₂O₃의 6.2×10^-6/℃ (0~300℃)보다도, 유리의 선팽창계수(8.0~9.3×10^-6/℃)에 근사하거나 또는 일치한다. 따라서, MgAl₂O₄를 함유하는 소결체로 구성되는 스페이서(103)는, FED가 사용되고 있는 환경의 온도가 변동하여도, 스페이서(103)와 면판(101) 및 배판(201)과의 선팽창계수의 상이로 인한 화상의 결함을 방지할 수가 있는 것이다. 또, 패널의 제조공정에 있어서의 열처리에 있어서도 과대한 변형이나 응력이 발생하지 않는다.

본 발명이 스페이서(103)로서 사용하는 소결체는, MgAl₂O₄를 함유하고, 특히 MgAl₂O₄를 주상으로 하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는, 소결체 중의 주상을 특정함에 있어서 CuKα1선을 사용하는 X선회절(XRD)을 이용하고, 30°≤2θ≤80°의 회절선의 챠트에 있어서 가장 높은 피크강도를 나타내는 상(相)을 주상으로 정의(定義)한다.

본 발명이 스페이서(103)로서 사용하는 소결체는, MgAl₂O₄를 함유하고, 바람직하게는 MgAl₂O₄를 주상으로 하며, 다시 MgO를 그 조직중에 포함시킬 수가 있다. MgO의 선팽창계수는, 12.1×10^-6/℃(20~300℃)이기 때문에, MgAl₂O₄와의 양의 비율을 조정하는 것에 의하여, 소결체 전체로서의 선팽창계수를, 유리의 선팽창계수(8.0~9.3×10^-6/℃)와 일치시키는데 있어서 유효하다.

본 발명의 소결체가, MgAl₂O₄와 MgO를 함유하는 경우, X선회절에 의한 MgAl₂O₄(311)면의 피크강도를 100으로 하였을 때의 MgO(200)면의 피크강도가 0.2~50인 것이 바람직하고, 1~35인 것이 보다 바람직하다. 상기 피크강도의 비(比)는 후술하는 실시예를 참조하면 알 수 있듯이, TiC를 첨가하는 경우와 첨가하지 않는 경우에 있어서 바람직한 범위가 상이하다. TiC를 첨가하지 않는 경우에는, 0.2~35가 바람직하고, 1~17이 보다 바람직하다. 또, TiC를 첨가하는 경우에는, 0.5~50이 바람직하고, 5~35가 보다 바람직하다.

본 발명의 MgAl₂O₄를 함유하는 소결체는, 도전성 화합물을 그 조직중에 함유하는 것이 바람직하다. 도전성 화합물은, 상기 소결체의 비저항을 1.0×10⁶~1.0×10¹¹Ω·㎝의 범위로 조정하여, 적합한 도전성을 소결체에 부여한다. 본 발명에 있어서 이 기능을 발휘하게 하고, 또한 MgAl₂O₄와 소결체를 구성하는데 티탄화합물이 바람직하다. 그리고, 이 티탄화합물로서는, Ti의 탄화물, 질화물, 산화물 및 탄질화물 중의 적어도 1종인 것이 보다 바람직하다.

그러나, 본 발명에 있어서 다른 도전성 화합물의 함유를 부정하는 것은 아니다. 예를 들면, Zr, Hf, V, Ta, Nb, W, Mo 및 Cr의 탄화물, 질화물, 산화물, 탄질화물의 1종 또는 2종 이상을 사용할 수도 있다. Ti도 포함된 이들 원소군의 탄화물, 질화물, 탄질화물은, 안정적인 도전성 물질이며, 또, 산화물은 저산소분압하에서 소성 등 환원처리에 의해 산소공위(酸素空位)를 발생시키면 도전성을 갖게 된다.

이상 설명한 본 발명의 MgAl₂O₄를 함유하는 소결체는, 고경도(Hv:15~30GPa) 및 고강도(3점 휨강도:400~500MPa)의 도전성 세라믹스를 구성하고, 평면패널 디스플레이 사용시의 압축력으로 인한 변형을 견딜 수가 있다. 또, 1.0×10⁶~1.0×10¹¹Ω·㎝의 비저항을 얻을 수가 있기 때문에, 전계가 인가되어도 소망하는 도전성을 나타내고, 대전이 발생하기 어려워지는 것과 동시에, 과전류가 흐르는 것에 의한 열폭주도 억제되며, 평면패널 디스플레이에 있어서의 화상의 변형을 억제할 수가 있다. 또한, 유리의 선팽창계수(8.0~9.3×10^-6/℃)와 근사하거나 또는 일치하는 선팽창계수의 소결체로 할 수가 있다. 구체적으로 요약하면, 본 발명에 의해, 7.7~9.6×10^-6/℃, 바람직하게는 8.0~9.3×10^-6/℃의 선팽창계수를 갖는 평면패널 디스플레이용 스페이서를 제공할 수가 있다.

상기와 같이 MgAl₂O₄를 함유하고, 바람직하게는 MgAl₂O₄를 주상으로 하는 소결체는, 원료로서 소정량의 Al₂O₃와 MgO를 사용하는 것에 의해 얻을 수가 있다. Al₂O₃와 MgO를 원료로서 사용하는 것에 의하여, 소결과정의 고상반응(固相反應)에 의해, 주상인 MgAl₂O₄가 생성된다. 한편 Al₂O₃에 대하여 화학량론적으로 과잉량의 MgO를 원료로서 사용한 경우에는, MgAl₂O₄ 외에 MgO가 조직중에 단독으로 존재하게 된다. 이 경우, 조직중에 Al₂O₃는 단독으로 존재하지 않는다.

Ti의 탄화물, 질화물, 산화물 및 탄질화물 중의 적어도 1종을 함유하는 소결 체를 얻기 위해서는, TiC 및/또는 TiO₂, 즉 TiC 및 TiO₂중의 어느 한쪽, 또는, 양쪽을 원료로서 포함시킬 수가 있다. 여기서, TiC를 원료로 하는 경우에는, 소결분위기에 따라서 소결체에 존재하는 물질이 변한다. 즉, TiC를 첨가하여도, 질소분위기에서 소결을 실시하면, 질화티탄(TiN) 또는 탄질화티탄(TiC_(1-X)N_(X))이 소결체 중에 존재한다. 또, 진공중이나 아르곤 분위기에서, 혹은 카본제의 형틀을 사용한 핫프레스로 소결하면, 원료인 TiC의 대부분은 그대로 소결체중에 TiC로서 존재한다. 또한, Ti의 질화물에 대해서는, TiN 등의 질화티탄을 원료로서 사용하고, Ti의 탄질화물에 대해서는, 탄질화티탄을 원료로서 사용할 수가 있다. 또, TiO₂를 원료로서 첨가하는 경우, TiO₂는 MgAl₂O₄에 고용(固溶)되어 버리기 때문에, X선회절로 동정(同定)할 수가 없다. 다만, 예를 들면, SEM-EDS에 의한 관찰에 있어서, MgAl₂O₄입자 중에 Ti의 존재를 확인할 수가 있다.

TiC, TiO₂를 첨가하는 경우, TiC는 2~10wt%, TiO₂는 1~23wt%의 범위에서 배합하는 것이 바람직하다. 다만, TiO₂의 양은, TiC함유의 유무에 따라서 그 양을 조정하는 것이 바람직하고, TiC를 함유하지 않는 경우에는, 1~23wt%의 범위로 하는 것이 바람직하다. 또, TiC를 함유하는 경우에는, 1~8wt%의 범위로 하는 것이 바람직하다.

TiC, TiO₂의 배합량이 상기와 같은 범위에서 벗어나면, 전계가 10000V/㎜에 달하기 전에 비저항이 급격히 저하될 우려가 있다.

또, 스페이서로서 적합하다고 하는 1.0×10⁶~1.0×10¹¹Ω·㎝의 비저항을 얻는 것이 용이하지 않게 될 가능성이 있다. 비저항이 1.0×10⁶Ω·㎝를 밑돌아 너무 낮아지면, 과전류가 흘러서 열 폭주할 우려가 있다. 또, 비저항이 1.0×10¹¹Ω·㎝를 초과하여 너무 높아지면, 대전이 일어나기 쉬워져서 변형이 발생할 우려가 있다.

MgO는, Al₂O₃와 함께 첨가하는 것에 의하여, MgAl₂O₄를 생성한다. 그 때문에, 본 발명의 스페이서를 얻기 위하여 그 원료로서 MgO를 첨가하는 것이 중요하다. MgO의 배합량이 많아지면, MgAl₂O₄의 생성에 소비되지 않는 MgO가 소결체의 조직중에 단독으로 존재하게 된다. 상술한 바와 같이, MgO의 선팽창계수는 12.1×10^-6/℃(20~300℃)로 높기 때문에, 단독으로 존재하는 양이 많아지면, 소결체 전체로서의 선팽창계수가 커진다. 따라서, 본 발명에서는, MgO의 바람직한 배합량은 25~65wt%, 보다 바람직한 배합량은 30~60wt%이다.

또, MgO 및 Al₂O₃와 함께 소정량의 Cr₂O₃를 첨가하는 것이, 2차전자 방출계수를 저감하는데 있어서 유효하다. 2차전자 방출계수를 저감시키는 것에 의하여, 평면패널 디스플레이의 대전을 억제할 수가 있다. 이 효과를 얻기 위한 Cr₂O₃의 바람직한 배합량은 4wt%이상, 보다 바람직하게는 6wt%이상이다. 다만, Cr₂O₃의 배합량이 많아지면 강도가 저하하기 때문에, 그 상한은 15wt%이하로 하는 것이 바람직하다. Cr₂O₃의 바람직한 배합량은 4~15wt%, 보다 바람직하게는 6~8wt%이다. Cr₂O₃을 첨가한 경우에는, MgAl₂O₄에 추가하여 Mg(Al, Cr)₂O₄의 상(相)을 형성할 수가 있다.

다음에, 본 발명의 스페이서의 바람직한 제조방법에 대하여 설명한다.

여기서는 2개의 다른 제조방법을 설명하는바, 그 중 하나는, 시트형상의 성형체를 제조한 후에 이것을 소결하여 스페이서를 얻는 시트공법이며, 다른 하나는, 핫프레스에 의해 소결체를 제조한 후에, 이 소결체로부터 스페이서를 절단하여 얻는 핫프레스법이다. 먼저, 상기 시트공법에 대하여 설명하고, 이어서 핫프레스법을 설명한다.

<시트공법>

시트공법은, 슬러리제조공정, 시트형성공정, 탈 바인더공정, 소결공정을 포함한다. 이하, 각 공정에 대하여 적합한 예를 들어 설명한다. 단, 이하의 설명은 어디까지나 예시일 뿐이다.

(슬러리제조공정)

이 공정에서는 시트를 형성하기 위한 슬러리를 제조한다.

소결체의 원료분말로서, TiC분말 및/또는 TiO₂분말, MgO분말 및 Al₂O₃분말을 준비한다. 이들 원료분말은, 상술한 바와 같은 조성이 되도록 칭량하여 혼합한 후에, 예를 들면, 볼밀 등에 의해 습식으로 혼합·분쇄한다. 이 혼합·분쇄는 평균입경이 0.1~3㎛정도가 될 때까지 실시한다. 습식으로 혼합·분쇄된 분말을 건조시켜 슬러리용 원료분말로 한다.

슬러리용 원료분말에 대하여, 바인더, 분산제, 가소제, 용제를 첨가, 혼합하여 시트형성용 슬러리를 제조한다. 혼합은 볼밀 등의 공지의 혼합수단을 이용할 수가 있다. 또한, 바인더로서는, 에틸셀룰로오스, 아크릴수지, 부티랄 수지 등 공지의 바인더를 사용할 수가 있다. 분산제로서는, 소르비탄 지방산 에스테르, 글리세린 지방산 에스테르를 첨가할 수가 있다. 가소제로서는, 디옥틸프탈레이트, 디부틸프탈레이트, 부틸프탈릴글리콜산 부틸을 사용할 수가 있다. 또, 용제로서는, 테르피오넬, 부틸카르비톨, 케로신 등의 공지의 용제를 사용할 수가 있다. 또, 슬러리용 용제의 일부를 원료의 혼합분쇄공정의 분산매로 사용함으로써, 혼합분쇄공정 후에 건조를 거치지 않고 슬러리를 제조할 수도 있다. 상기 바인더, 분산제, 가소제, 용제의 첨가량에 특별한 제한은 없으나, 바인더는 1~10wt%, 분산제는 0.1~5wt%, 가소제는 0.5~10wt%, 용제는 20~70wt%의 범위로 하는 것을 권장한다.

<시트형성공정>

이상에서 얻어진 슬러리를 폴리에스테르필름 등의 필름상에, 예를 들면, 독터 블레이드법에 의해 도포, 건조하여 그린시트를 제조한다. 이 그린시트는, 100~350㎛ 정도의 두께로 한다. 또한, 이 그린시트는 복수매의 얇은 그린시트를 적층하여 상기 두께의 그린시트를 형성할 수도 있다. 또, 그린시트는 최종적으로 얻고자 하는 폭을 갖는 형태로 하여 형성할 수가 있고, 최종적으로 얻고자 하는 폭보다도 큰 폭을 갖는 형태로 형성하여, 소정의 폭의 웨이퍼(그린시트)로 절단할 수도 있다.

<탈 바인더공정>

탈 바인더공정에서는, 얻어진 그린시트에 포함되어 있는 바인더를 제거한다. 탈 바인더공정은, 그린시트를 200~600℃의 온도범위에서 0.5~20시간 유지한다. 가열온도가 200℃미만 또는 0.5시간 미만에서는 바인더의 제거가 불충분하다. 한편, 가열온도가 600℃를 넘으면, 산화가 현저해진다. 또, 유지시간이 20시간을 넘으면, 바인더의 제거가 거의 완료되고, 가열유지를 위한 에너지소비에 걸맞는 만큼의 효과를 얻을 수가 없다. 따라서, 탈 바인더는 200~600℃의 온도범위에서 0.5~20시간 유지하는 것이 바람직하다. 또, 바람직한 탈 바인더의 온도범위는 300~500℃, 더욱 바람직한 탈 바인더의 온도범위는 350~450℃이다. 또, 탈 바인더에 있어서의 바람직한 유지시간은 1~15시간, 더욱 바람직한 유지시간은 2~10시간이다.

TiC를 첨가하는 경우, 탈 바인더를 실시하는 분위기는, TiC의 분해를 억제하기 위하여 저산소 분압의 분위기로 하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 수소 및/또는 질소의 혼합가스에 수증기를 도입한 분위기로 할 수가 있다. 또, 탈 바인더를 필수공정으로 하는 시트공법에 있어서는, TiC분해의 우려가 없고, 대기 등 산화성 분위기도 사용할 수 있는 TiC를 포함하지 않는 조성을 채용하는 것이 바람직하다.

<소결공정>

탈 바인더된 그린시트는 이어서 소결된다. 소결은, 1400~1750℃의 온도범위로 유지하면 좋다. 1400℃ 미만에서는 소결이 충분히 진행되지 않고, 또 1750℃를 넘으면 입자성장이 너무 진행되어 강도가 저하하기 때문이다. 그래서 바람직한 소결온도는 1500~1700℃이다. 소결에 있어서의 가열유지시간은, 1~12시간의 범위에서 가열유지온도에 맞게 적당히 선택하면 좋다. 1시간 미만의 유지로는 소결이 충분히 진행되지 않고, 또 12시간을 초과하여도 소결이 그 이상 진행되는 것을 기대할 수 없기 때문이다. 그래서 바람직한 가열유지시간은, 2~8시간이다. 소결은, 진공중 또는 질소가스 등의 불활성분위기에서 실시하면 좋다. 또한, 소결온도, 시간, 소성시간에 의해 얻어지는 소결체의 비저항을 변동시킬 수가 있다. 또, 이상과 같은 소결조건에 있어서, MgAl₂O₄가 문제없이 생성된다.

이상에서는, 그린시트를 제조한 후에 당해 그린시트를 소결하는 시트공법에 의한 스페이서의 제조방법에 대하여 설명하였는바, 본 발명의 스페이서는 이 방법에 의하지 않고, 다음에 설명하는 핫프레스법으로도 제조할 수가 있다.

(핫프레스법)

핫프레스법은, 조립공정(造粒工程), 1차성형공정, 핫프레스공정을 포함한다.

<조립분말의 제조>

원료분말로서 TiC분말 및/또는 TiO₂분말, MgO분말 및 Al₂O₃분말을 준비하고, 소정의 조성이 되도록 칭량하여 혼합하는 점은 시트공법과 동일하다. 혼합된 원료분말을 스프레이에 의해 조립한다. 스프레이 조립은, 예를 들면, 산소를 거의 포함하지 않는 질소나 아르곤 등의 불활성가스를 60~200℃ 정도의 온풍 중에서 분무하여 건조시키면 된다. 조립분말의 입경은, 50㎛~200㎛정도로 하면 좋고, 필요에 따라서 용제 등을 첨가하여 조립분말의 액체함유량을 조정하고, 0.1~10중량% 정도의 용제가 조립물 중에 포함되도록 한다.

<1차 성형>

다음에, 상기 조립물을 소정의 형틀 내에 충전하고, 냉간프레스에 의해 1차 성형을 실시하여 성형체를 얻는다. 여기서는, 예를 들면, 안지름 150㎜의 원판형성용 금속제 또는 카본제의 형틀 내에 조립물을 충전하고, 5~15MPa(50~150kgf/㎠)정도의 압력으로 냉간프레스를 실시하면 된다.

<핫프레스>

1차 성형된 성형체를 핫프레스하여 소결체를 얻는다. 여기서, 예를 들면, 소성온도를 1200~1700℃, 압력을 10~50MPa(100~500kgf/㎠), 분위기를 진공, 질소, 아르곤 중에서 실시하는 것이 바람직하다. 또한, 비산화성 분위기로 하는 것은, TiC의 산화를 방지하기 위해서이며, 또, 카본제의 형틀을 사용하는 것이 바람직하다. 소결시간은 1~3시간 정도로 하면 좋다.

얻어진 소결체로부터, 평면패널 디스플레이용 스페이서에 적합한 형상의 부재를 기계가공에 의해 제조한다.

시트공법은, 소결 후의 기계적 가공이 핫프레스법에 비하여 간단하게 끝나기 때문에, 비용면에서 유리하고, 핫프레스법은, 소결에 핫프레스를 사용하고 있기 때문에, 보다 치밀한 소결체를 얻을 수가 있는 이점이 있다.

이하, 적합한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

실시예 1

먼저, 시트공법에 의해 스페이서를 제조하는 구체적인 예를 설명한다.

Al₂O₃분말(평균입경 약 0.5㎛), TiO₂분말(평균입경 약 1.7㎛), MgO분말(평균입경 5.8㎛)을, 하기 표1에 나타내는 배합조성으로 칭량, 배합하고, 그 후에 볼밀을 사용하여 습식으로 분쇄·혼합을 실시하여 슬러리용 원료분말을 얻는다.

슬러리용 원료분말에 대하여, 바인더, 분산제, 가소제, 용제를 하기와 같이 첨가하고, 볼밀을 사용하여 혼합하여 시트형성용 슬러리를 제조하였다.

바인더 : 폴리비닐부티랄 수지…3wt%

분산제 : 그래프트 폴리머형 음이온계 분산제…2wt%

가소제 : 푸탈산 에스테르(예를 들면, BPBG)…3wt%

용제 : 알코올(예를 들면, 에탄올)+방향족(예를 들면, 톨루엔)…51.25wt%

이상의 배합으로 얻어진 시트형성용 슬러리를 사용하여, 독터블레이드법에 의해 두께 약 150㎛의 그린시트를 제조하고, 다시 폭 56㎜×길이 65㎜의 사이즈를 갖는 시험용 웨이퍼로 절단하였다. 웨이퍼는, 포함된 바인더를 제거하기 위하여, 온도 400℃, 대기중에서 8시간 유지하는 탈 바인더처리를 실시하였다.

탈 바인더처리 후에, N₂분위기 중, 1600℃에서 2시간 유지하는 것에 의하여 소결을 실시하였다.

얻어진 소결체에 대하여, X선회절에 의해 동정(同定)된 상(相)의 회절피크강도를 구하였다. 또, 얻어진 소결체에 대하여, 다음의 조건으로 비저항 및 3점 휨강도를 측정하여 그 결과를 표1에 나타낸다.

비저항:

상기 소결체의 표·리 양면에 직경 5㎜Φ의 InGa전극을 형성한 후, 10kV/㎜의 전압을 인가하여 2단자법(端子法)에 의해 비저항을 측정하였다.

3점 휨강도:

상기 소결체를 폭 2.5㎜, 두께 약 130㎛으로 절단하고, JIS1601에 의거하여 3점 휨강도를 측정하였다. 지지점간의 거리는 5㎜로 하였다.

또, 선팽창계수의 측정용으로 제조한 0.5㎜×0.5㎜×10㎜의 소결체를 사용하여, 50~400℃에서 선팽창계수를 측정하여 그 결과도 표1에 나타낸다.

표1에 나타내는 바와 같이, X선회절의 결과, No.1~12의 소결체는, 모두 MgAl₂O₄를 함유하고, 또, MgAl₂O₄를 주상으로 한다. 도5에, No.2의 소결체의 X선회절 챠트(CuKα1선 사용)를 나타내는바, MgAl₂O₄ 및 MgO의 2개의 상이 동정되어 있으나, 배합시에 첨가된 TiO₂를 동정할 수가 없었다. 이것은, 얻어진 MgAl₂O₄의 피크가 JCPDS카드 21-1152에 나타내는 순수한 스피넬상의 것과 비교하여, 저각측(低角側)으로 전위하고 있다는 것과, SEM-EDS에 의한 관찰에 있어서, Ti, O의 존재가 확인되고 있다는 것으로부터, MgAl₂O₄에 TiO₂가 고용되어 있기 때문에, X선회절에서는 동정할 수가 없었던 것으로 이해된다. 다른 소결체도 마찬가지이다.

표1에 나타내는 바와 같이, MgAl₂O₄를 주상으로 하는 No.1~12의 소결체는, 선팽창계수가 유리의 선팽창계수(8.0~9.3×10^-6/℃)의 범위 내에 있거나, 또는 근사하다는 것을 알 수 있다. 이에 대하여, Al₂O₃를 주상으로 하는 No.13은, 선팽창계수 가 7.2×10^-6/℃로 유리의 선팽창계수와의 차이가 크고, 현실적으로는 스페이서로서 사용할 수가 없다.

또, 표1에 나타내는 바와 같이, MgAl₂O₄를 주상으로 하는 No.1~12의 소결체는, 비저항이 1.0×10⁶~1.0×10¹¹Ω·㎝의 범위에 있다. 따라서, 전계가 인가되어도 소망하는 도전성을 나타내고, 대전이 발생하기 어렵게 되는 것과 동시에 과전류로 인한 열폭주도 억제되어, 평면패널 디스플레이에 있어서의 화상의 변형을 억제할 수가 있다.

또한, 표1에 나타내는 바와 같이, MgAl₂O₄를 주상으로 하는 No.1~12의 소결체는, 400MPa 이상의 3점 휨강도를 가지고 있기 때문에, 평면패널 디스플레이 사용시의 압축력에 의한 변형을 견딜 수가 있다. 이에 대하여, No.13의 소결체는 3점 휨강도도 350MPa로 낮다.

실시예 2

Al₂O₃분말(평균입경 0.5㎛, 순도 99.9%), TiC분말(평균입경 0.5㎛, 순도 99%, 탄소함유량이 19%이상으로 그 1%이하는 유리흑연(遊離黑鉛)이다), TiO₂분말(평균입경 0.1㎛) 및 MgO분말(평균입경 5.8㎛)을 표2에 나타내는 배합조성으로 칭량, 배합하고, 탈 바인더의 분위기에서 노점(露点) 35℃로 가습한 질소를 사용한 것을 제외하고는 실시예1과 동일하게 하여 시료를 제조하였다.

얻어진 소결체에 대하여, X선회절에 의해 동정된 상의 회절피크강도를 측정하였다. 또, 얻어진 소결체에 대하여, 실시예1과 동일한 조건으로 선팽창계수, 비저항 및 3점 휨강도를 측정하였다. 그 결과를 도2에 나타낸다.

표2에 나타내는 바와 같이, X선 회절의 결과, No.14~27의 소결체는, 모두 MgAl₂O₄를 함유하고, 또한 MgAl₂O₄를 주상으로 한다. 도6에 No.15의 소결체의 X선회절 챠트(CuKα1선 사용)를 나타내는바, MgAl₂O₄, MgO 및 TiC_0.3N_0.7의 3개의 상이 동정되어 있다. TiC_0.3N_0.7은, 첨가된 TiC가 질소분위기 중의 소결과정에서 TiC_0.3N_0.7로 변화한 것이다. 또, 배합시에 첨가된 TiO₂를 동정할 수 없었던 것은 실시예1과 동일한 이유때문이다.

표2에 나타내는 바와 같이, MgAl₂O₄를 주상으로 하는 No.14~27의 소결체는, 선팽창계수가 유리의 선팽창계수(8.0~9.3×10^-6/℃)의 범위내에 있거나, 또는 근사하다는 것을 알 수 있다.

또, 표2에 나타내는 바와 같이, MgAl₂O₄를 주상으로 하는 No.14~27의 소결체는, 비저항이 1.0×10⁶~1.0×10¹¹Ω·㎝의 범위에 있다. 따라서, 전계가 인가되어도 소망하는 도전성을 나타내고, 대전이 일어나기 어려워지는 것과 동시에 과전류로 인한 열폭주도 억제되어, 평면패널 디스플레이에 있어서의 화상의 변형을 억제할 수가 있다.

또한, 표2에 나타내는 바와 같이, MgAl₂O₄를 주상으로 하는 소결체는, 400MPa 이상의 3점 휨강도를 가지고 있기 때문에, 평면패널 디스플레이 사용시의 압축력으로 인한 변형을 견딜 수가 있다.

실시예 3

Al₂O₃분말(평균입경 약 0.5㎛), TiO₂분말(평균입경 약 1.7㎛), MgO분말(평균입경 약 5.8㎛) 및 Cr₂O₃분말(평균입경 약 3.0㎛)을 표3에 나타내는 비율로 칭량, 배합한 것 이외는 실시예1과 동일하게 시료를 제조하고, 실시예1과 동일한 조건으로 선팽창계수, 비저항 및 3점 휨강도를 측정하였다. 또, 주사형 전자현미경(SEM)을 사용하여, 얻어진 시료의 표면상태를 관찰하였다. 또한, SEM상을 촬영할 때에는, 각 소결체의 시료로부터 전하가 빠져나가지 않도록, 시료대(台)로부터 소결체 시료를 전기적으로 띄워서 촬영하였다. 이들의 결과를 표3에 나타낸다.

표3에 나타내는 바와 같이, Cr을 첨가한 No.29~33의 소결체도, Cr을 첨가하지 않은 No.28과 동일하게 선팽창계수가 유리의 선팽창계수(8.0~9.3×10^-6/℃)의 범위 내에 있다는 것을 알 수 있다.

다만, Cr₂O₃의 첨가량이 18.00wt%인 경우(No.33)에는, 3점 휨강도가 350MPa로 낮기 때문에, Cr₂O₃의 첨가량이 15wt%를 초과하면 강도가 부족할 것이라고 판단된다.

다음에, SEM콘트라스트(밝기)에 착안하면, Cr의 첨가에 의해 SEM콘트라스트가 개선되나, Cr₂O₃의 첨가량이 1.50wt%인 경우(No.29)에는, 그 개선효과가 낮다. 따라서, SEM콘트라스트의 개선이라는 효과를 얻기 위해서는, Cr₂O₃의 첨가량을 4wt% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 여기서, 도7에 시료 No.28(Cr을 첨가하지 않음) 및 시료 No.31(Cr을 첨가함)의 SEM상(像)을 나타낸다. 도7로부터, 시료 No.31의 SEM상 쪽이 전체적으로 어둡고, 시료 No.28의 SEM상 쪽이 흰 부분이 많은 것을 알 수 있다. 2차전자의 방출량이 많을 수록 SEM콘트라스트가 밝아지기 때문에, Cr을 첨가하는 것에 의해 2차전자의 방출량이 저감되고 있다고 할 수 있다.

이상의 결과로부터, Cr₂O₃의 바람직한 첨가량은 4~15wt%인 것을 확인할 수가 있었다.

실시예 4

다음에, 핫프레스법에 의해 스페이서를 제조하는 구체적인 예를 설명한다.

Al₂O₃분말(평균입경 0.5㎛, 순도 99.9%), TiC분말(평균입경 0.5㎛, 순도 99%, 탄소함유량 19%이상으로서 그 1%이하는 유리(遊離)흑연이다), TiO₂분말(평균입경 0.1㎛) 및 MgO분말(평균입경 5.8㎛)을 표2의 No.15에 나타내는 배합조성으로 칭량, 배합하여, 볼밀중에서 에탄올과 함께 30분 동안 분쇄·혼합하고, 질소중, 150℃에서 스프레이로 조립(造粒)하여 조립물을 얻었다.

이어서, 얻어진 조립물을 약 0.5MPa(50kgf/㎠)로 1차 성형하고, 핫프레스법에 의해 진공분위기에서 1시간, 소결온도 1600℃, 프레스의 압력 30MPa(300kgf/㎠)으로 소결하였다.

얻어진 소결체에 대하여, X선회절에 의해 동정된 상의 회절피크강도를 구하였다. 또, 얻어진 소결체에 대하여, 실시예1과 동일하게 하여 선팽창계수, 비저항 및 3점 휨강도를 측정하였다. 그 결과를 이하에 나타낸다.

피크강도비율 : MgAl₂O₄(311)=100, MgO(200)=33, Al₂O₃(104)=0, TiC(200)=48

선팽창계수 : 8.5×10^-6/℃

비저항 : 1×10⁹Ω㎝

3점 휨강도 : 480MPa

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, MgAl₂O₄를 주상으로 하는 소결체로 구성하기 때문에, 선팽창계수가 유리와 근사하거나 또는 일치하는 평면패널 디스플레이용 스페이서를 얻을 수가 있다. 이 스페이서는 또한 강도 및 소정의 도전성을 구비할 수가 있다. 따라서, 상기 스페이서를 사용한 평면패널 디스플레이는 화상의 변형을 저감시킬 수가 있다.

Claims

MgAl₂O₄를 함유하는 소결체로 구성되는 것을 특징으로 하는 평면패널 디스플레이용 스페이서.
제1항에 있어서,

MgAl₂O₄가 상기 소결체의 주상인 것을 특징으로 하는 평면패널 디스플레이용 스페이서.
제1항에 있어서,

상기 소결체는, 다시 MgO를 함유하는 것을 특징으로 하는 평면패널 디스플레이용 스페이서.
제3항에 있어서,

상기 소결체는 MgAl₂O₄ 및 MgO를 함유하고, X선회절에 의한 MgAl₂O₄(311)면의 피크강도를 100으로 하였을 때의 MgO(200)면의 피크강도가 0.2~50인 것을 특징으로 하는 평면패널 디스플레이용 스페이서.
제3항에 있어서,

상기 소결체는, MgAl₂O₄ 및 MgO를 함유하고, X선회절에 의한 MgAl₂O₄(311)면의 피크강도를 100으로 하였을 때의 MgO(200)면의 피크강도가 0.8~30인 것을 특징으로 하는 평면패널 디스플레이용 스페이서.
제 1항에 있어서,

상기 소결체는 도전성 화합물을 더 포함하며, 상기 도전성 화합물은 티탄화합물인 것을 특징으로 하는 평면패널 디스플레이용 스페이서.
삭제
제6항에 있어서,

상기 티탄화합물은, Ti의 탄화물, 질화물, 산화물 및 탄질화물 중의 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 평면패널 디스플레이용 스페이서.
제8항에 있어서,

상기 티탄화합물은, TiO₂, TiC 또는 TiO₂와 TiC의 혼합물인 것을 특징으로 하는 평면패널 디스플레이용 스페이서.
제9항에 있어서,

상기 티탄화합물은, TiO₂인 것을 특징으로 하는 평면패널 디스플레이용 스페이서.
제1항에 있어서,

상기 소결체는, 7.7~9.6×10^-6/℃의 선팽창계수를 갖는 것을 특징으로 하는 평면패널 디스플레이용 스페이서.
음극구조체를 구비하는 배판과,

상기 배판과 대향하여 배설되며, 형광화소영역을 구비하는 면판과,

상기 배판과 상기 면판과의 사이에 배설되며, 상기 배판과 상기 면판과의 간격을 유지하는 스페이서를 구비하고,

상기 스페이서는 MgAl₂O₄를 함유하는 소결체로 구성되는 것을 특징으로 하는 평면패널 디스플레이.
제12항에 있어서,

MgAl₂O₄가 상기 소결체의 주상(主相)이며, 상기 소결체는 다시 MgO를 함유하 는 것을 특징으로 하는 평면패널 디스플레이.
제13항에 있어서,

상기 소결체는, MgAl₂O₄ 및 MgO를 함유하고, X선회절에 의한 MgAl₂O₄(311)면의 피크강도를 100으로 하였을 때의 MgO(200)면의 피크강도가 0.2~50인 것을 특징으로 하는 평면패널 디스플레이.
제13항 또는 제14항에 있어서,

상기 소결체는, 도전성 화합물로서 TiO₂ 및/또는 TiC를 더 함유하는 것을 특징으로 하는 평면패널 디스플레이.
제12항에 있어서,

상기 소결체는, 7.7~9.6×10^-6/℃의 선팽창계수를 갖는 것을 특징으로 하는 평면패널 디스플레이.
제12항에 있어서,

상기 면판은, 선팽창계수가 8.0~9.3×10^-6/℃인 유리로 구성되고, 상기 소결체의 선팽창계수는 8.0~9.3×10^-6/℃인 것을 특징으로 하는 평면패널 디스플레이.
제12항에 있어서,

상기 배판은, 선팽창계수가 8.0~9.3×10^-6/℃인 유리로 구성되고, 상기 소결체의 선팽창계수는 8.0~9.3×10^-6/℃인 것을 특징으로 하는 평면패널 디스플레이.
제12항에 있어서,

상기 소결체는, 3점 휨강도가 400~500MPa인 것을 특징으로 하는 평면패널 디스플레이.
제12항에 있어서,

상기 평면패널 디스플레이는, 전계방출형 디스플레이인 것을 특징으로 하는 평면패널 디스플레이.