KR20030096063A - 전자빔 여기 디스플레이용 글래스 스페이서 - Google Patents

전자빔 여기 디스플레이용 글래스 스페이서 Download PDF

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코야마아키히로
후지와라코스케
쿠로다이사무
나가시마유키히토
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닛뽄 시트 글래스 가부시끼가이샤
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Abstract

플랫형 전자빔 여기 디스플레이는: 이미지 형성 부재(5)가 내면에 형성된 유리 기판(15)으로 이루어진 전면 패널(1)과; 전자 방출 소자 그룹이 탑재된 유리 기판(21)으로 이루어진 후면 패널(2)을 포함한다. 상기 전면 패널(1)과 상기 후면 패널(2) 사이에는 다수의 글래스 스페이서(4)가 삽입되고 상기 글래스 스페이서(4)는 대기압을 견디는 부재로서 기능한다. 글래스 스페이서(4) 각각은 30 내지 80몰%의 SiO2, 10 내지 40몰%의 천이 금속 산화물, 10 내지 50몰%의 RO(여기서 R은 알칼리 토류 금속), 및 5몰% 미만의 R'2O(여기서, R'은 알칼리 금속)를 포함하는 글래스 조성으로 이루어진다.

Description

전자빔 여기 디스플레이용 글래스 스페이서{GLASS SPACER FOR ELECTRON BEAM EXCITATION DISPLAY}
본 출원은 일본 특허출원 제2002-172642호에 기초한 것이다.
발명의 배경
발명의 분야
본 발명은 전자빔 여기 디스플레이용 글래스 스페이서에 관한 것으로, 특히 글래스 스페이서가 전기적으로 대전되는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 전자 전도성을 갖는 전자빔 여기 디스플레이용 글래스 스페이서에 관한 것이다.
관련 기술의 설명
크고 무거운 음극선관에 비해 얇고 경량이며 액정 디스플레이 장치에 비해 시야각이 넓고 얻어진 이미지가 밝은 플랫형 디스플레이로서 FED(field emission display)로 표현되는 자기 발광형 전자빔 여기 디스플레이(self-luminous type electron beam excitation display)가 주목을 끌고 있다. 자기 발광형 전자빔 여기 디스플레이의 연구가 최근 활발하게 진행되고 있다.
플랫형 전자빔 여기 디스플레이는: 그 내면에 이미지 형성 부재를 구비하는 유리 기판으로 이루어진 전면 기판; 및 한 그룹의 전자빔 방출 소자(캐소드)가 탑재된 유리 기판으로 이루어진 후면 기판을 포함한다. 이미지 형성 부재는 전자 방출 소자로부터 방출된 전자빔에 의해 조사될 때 이미지를 형성할 수 있는 형광 물질을 구비한다. 전면 패널 및 후면 패널은 지지 프레임을 통해 서로 밀폐 결합되어, 전면 패널과 후면 패널 및 지지 프레임이 대기압에 대한 밀폐 구조로서의 진공 용기(vacuum container)를 형성한다(예를 들면, JP-A-7-230776).
플랫형 전자빔 여기 디스플레이에 있어서, 전자빔 소스와 형광 물질과 같은 구성 부분이 형성된 진공 용기의 내부는 약 1.33×10-8Pa(약 10-10Torr) 이하의 압력으로 유지되는데, 그 이유는 전자빔에 의한 형광 물질의 조사에 의해 이미지가 형성되기 때문이다. 따라서, 디스플레이의 디스플레이 스크린이 커질수록, 진공 용기의 내부와 외부 사이의 압력 차이(대기압)로 인해 전면 패널과 후면 패널은 변형되거나 서로 접촉되어 이미지 디스플레이를 불가능하게 한다. 변형 또는 접촉을 방지하여 전면 패널과 후면 패널 사이의 간격을 일정하게 하기 위해서는, 대기압을 견딜 수 있는 부재로서 글래스 또는 세라믹 스페이서가 전면 패널과 후면 패널 사이에 삽입된다.
그러나, 보통의 글래스 또는 세라믹은 비전도체로 간주된다. 따라서, 전자빔 소스로부터 방출된 전자의 일부가 스페이서와 충돌하면, 전자의 일부는 스페이서 내에 포획되어 스페이서를 대전시키게 된다. 이 동작이 반복되면, 스페이서의 대전량이 증가한다. 스페이서의 대전량이 허용 가능한 값을 초과하면, 스페이서 내에 포획된 전자는 한꺼번에 풀려나서 과도한 전류를 생성하게 된다. 결과적으로, 디스플레이 이미지가 왜곡되는 문제가 발생한다.
이 문제를 해결하기 위한 방법으로서, 전자 전도성의 피막이 각 스페이서의 표면에 형성되는 방법(예를 들면, JP-A-8-180821), 전자 전도성 물질과 혼합된 원료를 소성하여 얻어진 세라믹 재료가 각각의 스페이서로 사용되는 방법(예를 들면, US 특허 5,675,212호) 등이 지금까지 알려져 왔다. 생산성, 생산 단가, 품질 등을 고려하면, 이들 방법은 근본적인 해결책이 될 수 없다.
본 발명의 목적은 글래스 스페이서가 대전되는 것을 방지할 수 있는 전자 전도성을 갖는 전자빔 여기 디스플레이용 글래스 스페이서를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 글래스 스페이서가 유리 기판을 구비하는 전자빔 여기 디스플레이에서 사용되는데, 상기 글래스 스페이서는 30 내지 80몰%의 SiO2, 10 내지 40몰%의 천이 금속 산화물, 10 내지 50몰%의 RO(여기서 R은 알칼리 토류 금속), 및 5몰% 미만의 R'2O(여기서, R'은 알칼리 금속)를 포함하는 글래스 조성으로 이루어진다.
본 발명에 따른 글래스 스페이서에 있어서, 상기 천이 금속 산화물은 12 내지 30몰%의 범위 내에 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 글래스 스페이서에 있어서, 상기 천이 금속 산화물은 Fe, V, Ti, Co, Ni, Cu, Mn 및 Cr로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 금속 산화물인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 글래스 스페이서에 있어서, 상기 R'2O는 2.5몰% 이하인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 글래스 스페이서에 있어서, 상기 각 유리 기판과 상기 글래스 스페이서 사이의 선열팽창 계수에서의 차이는 15% 이하인 것이 바람직하다. 또한, "선팽창 계수"라는 용어는 본 발명에서 30 내지 400℃의 온도 범위 내에서의 평균 선열팽창 계수를 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자빔 여기 디스플레이용 글래스 스페이서를 갖는 플랫형 전자빔 여기 디스플레이의 확대 사시도.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 라인을 따라 취해진 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자빔 여기 디스플레이용 글래스 스페이서를 생성하기 위한 장치의 개략적인 구성도.
도 4는 도 3의 Ⅵ-Ⅵ 라인을 따라 취해진 단면도.
♠도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명♠
1 : 전면 패널2 : 후면 패널
3 : 지지 프레임4 : 글래스 스페이서
15, 21 : 유리 기판23 : 소자부
24 : 배선부25 : 전자 방출 소자
30 : 제조 장치34 : 가열로
36, 45 : 모터37 : 배선
41 : 모재 글래스43, 44 : 전기 히터
46 : 스트레칭 롤
본 발명가는 상기의 목적을 달성하는 더 쉬운 연구를 행하였다. 결과적으로, 30 내지 80몰%의 SiO2와, 10 내지 40몰%의 천이 금속 산화물, 10 내지 50몰%의 RO(여기서 R은 알칼리 토류 금속), 및 5몰% 미만의 R'2O(여기서 R'은 알칼리 금속)를 포함하는 글래스 조성으로 이루어진 글래스 스페이서는, 전자빔 소스로부터의 전자빔으로 조사될 때, 스페이서와 충돌하는 전자에 의해 대전되지 않는다는 것을 발견하였다.
본 발명은 상기 연구 결과에 기초한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자빔 여기 디스플레이용 글래스 스페이서의 구성이 도면을 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 글래스 스페이서를 구비하는 플랫형 전자빔 여기 디스플레이의 확대 사시도이다.
도 1에 있어서, 플랫형 전자빔 여기 디스플레이는 전면 패널(1), 및 후면 패널(2)을 포함한다. 전면 패널(1)은 그 내면에 이미지 형성 부재(5)를 구비하는 유리 기판(15)으로 이루어진다. 후면 패널(2)은 전자빔 방출 소자의 그룹이 탑재된 유리 기판(21)으로 이루어진다. 이미지 형성 부재(5)는 전자 방출 소자로부터 방출된 전자빔에 의해 조사될 때 빛을 방출하는 형광 물질을 구비한다.
예를 들면, 각각의 유리 기판(15 및 21)은 소다 석회 글래스, PDP 고왜곡 스폿 글래스 또는 TFT 알루미노보로실리케이트 글래스로 이루어진다. 글래스의 선팽창 계수는 대략 35×10-7/℃ 내지 95×10-7/℃의 범위 내에 있다.
도 1의 Ⅱ-Ⅱ 라인을 따라 취해진 단면도인 도 2에 도시된 바와 같이, 전면 패널(1)과 후면 패널(2)은 지지 프레임을 통해 서로 밀폐되어 결합되어, 전면 패널(1), 후면 패널(2) 및 지지 프레임(3)이 대기압에 대한 내성이 있는 밀폐 구조로서의 진공 용기를 형성한다. 또한, 대기압에 대한 내성이 있는 부재로서의 다수의 글래스 스페이서(4)가 전면 패널(1)과 후면 패널(2) 사이에 삽입된다.
전면 패널(2)은 유기 기판(21), 상기 우리 기판(21) 상에 매트릭스 형상으로 정렬된 다수의 소자부(23), 및 상기 다수의 소자부(23)에 전력을 공급하기 위해 상기 유리 기판(21) 상에 정렬된 다수의 배선부(24)를 포함한다. 소자부(23) 각각은 약 100㎚ 두께의 Ni로 이루어진다. 배선부(24) 각각은 약 2㎛ 두께의 Ag로 이루어진다. 소자부(23) 각각에 전자빔 방출 소자(25)가 형성된다. 배선부(24)의 배선 패턴은 평행선의 패턴이며, 따라서 인접한 배선부(24)의 각 쌍을 따라 정렬된 다수의 전자 방출 소자(25)는 상기 인접한 배선부(24)의 쌍을 통해 한번에 전력을 공급받을 수 있다. 도시되지는 않았지만, 약 50㎛ 직경의 전자 통과 구멍을 갖는 변조 전극이 SiO2전기 절연막을 통해 유리 기판(21)의 위쪽으로 약 10㎛ 떨어져서 더 배치된다.
글래스 스페이서(4) 각각의 하단은 접착 부재(8)를 통해 후면 패널(2)에 고정된다. 다르게는, 글래스 스페이서(4) 각각의 상단이 접착 부재(8)를 통해 전면 패널(1)에 고정되거나 또는 글래스 스페이서(4) 각각의 상단 및 하단이 접착 부재(8)를 통해 전면 패널(1)과 후면 패널(2)에 각각 고정될 수도 있다.
각 글래스 스페이서(4)의 단면 형상의 종횡비(높이/최대 폭의 비율)는 일반적으로 4 내지 50의 범위 내에 있다.
각 글래스 스페이서(4)의 두께는 0.03 내지 0.30㎜의 범위 내에서 선택되는 것이 바람직하다. 광 방출에 기초한 디스플레이가 글래스 스페이서(4)와 전면 및 후면 패널(1 및 2) 각각과의 사이의 접촉부에서는 수행될 수 없기 때문에 각 글래스 스페이서(4)는 가능한 한 얇은 것이 바람직하지만, 글래스 스페이서(4)가 0.03㎜보다 더 얇으면 글래스 스페이서(4)의 절대 강도가 부족하게 되어 글래스 스페이서(4)의 취급이 어렵게 된다. 또한, 글래스 스페이서(4)는 디스플레이의 수치적 개구를 향상시키기 위해 배선부에 배치된다. 일반적으로, 각 배선부(24)의 폭은 0.30㎜보다 크지 않다. 따라서, 글래스 스페이서(4)의 두께를 배선부(24)의 폭 보다 더 크게 선택하는 것은 바람직하지 않다.
각 글래스 스페이서(4)의 높이는 일반적으로 0.7 내지 5.0㎜의 범위 내에 있도록 선택되고, 바람직하게는 1.0 내지 3.0㎜의 범위 내에 있도록 선택된다. 플랫형 전자빔 여기 디스플레이에 있어서, 형광 물질의 사용에 있어서 효율성을 향상시키기 위해 5000 내지 6000V의 높은 가속 전압이 일반적으로 사용된다. 이 때문에, 글래스 스페이서(4)를 통해 형성된 전면 패널(1)과 후면 패널(2) 사이의 간격이1.0㎜보다 작으면, 전면 패널(1)과 후면 패널(2)을 서로 전기적으로 절연시키는 것이 어렵다. 만약 간격이 3.0㎜ 보다 더 크면, 각 전자빔 소스로부터 방출된 전자빔이 너무 넓게 퍼지게 되어 인접한 픽셀이 바람직하지 않게 광을 방출하게 된다.
각 글래스 스페이서(4)의 길이는 디스플레이의 크기와 그 생산 방법에 따라 결정된다. 일반적으로, 각 글래스 스페이서(4)의 길이는 30 내지 2000㎚의 범위 내에 있도록 선택된다.
디스플레이는 다음과 같이 조립된다. 전자 방출 소자의 그룹이 탑재된 후면 패널(2) 상에 글래스 스페이서(4)가 밀봉 프릿(8)을 통해 소정 피치의 간격으로 정렬된다. 이 상태에서, 전면 패널(1)이 밀봉 프릿(8)에 의해 후면 패널(2)과 글래스 스페이서(4)에 결합된다. 그 다음, 이렇게 결합된 패널을 약 400 내지 500℃ 범위의 온도에서 가열하여 소성한다. 이렇게 하여, 디스플레이의 조립이 완료된다.
본 발명에 따른 전자빔 여기 디스플레이용 글래스 스페이서의 글래스 조성이 제한되는 이유가 하기에 설명될 것이다.
본 발명에 따른 전자빔 여기 디스플레이용 글래스 스페이서를 형성하기 위한 글래스 조성은 30 내지 80몰%의 SiO2와, 10 내지 40몰%의 천이 금속 산화물과, 10 내지 50몰%의 RO(여기서 R은 알칼리 토류 금속), 및 5몰% 미만의 R'2O(여기서 R'은 알칼리 금속)를 포함한다.
SiO2는 글래스의 골격을 형성하는 주 성분이다. 만약 SiO2의 함유량이 30몰% 보다 적으면, 글래스의 내구성이 너무 낮아서 안정한 글래스를 얻을 수 없게 된다.만약 SiO2의 함유량이 80몰% 보다 많으면, 글래스의 융점 온도가 너무 높게 되어 글래스를 용해하는 것이 어렵게 된다. 따라서, SiO2의 함유량은 30 내지 80몰%의 범위, 바람직하게는 40 내지 60몰%의 범위 내에 있도록 선택된다.
천이 금속 산화물은 글래스에 전자 전도성을 부여하는데 필수적이다. 필요한 전자 전도성을 얻는데 필요한 천이 금속 산화물의 함유량은 10 내지 40몰%의 범위 내에 있다. 만약 천이 금속 산화물의 함유량이 10몰% 보다 적으면, 글래스의 전기 전도성이 너무 낮아서 스페이서에 축적된 전하를 충분히 배출하지 못하기 때문에 전자빔 여기 디스플레이용 글래스 스페이서의 기능이 수행될 수 없다. 천이 금속 산화물의 함유량이 40몰%보다 많으면, 글래스가 탈유리되기(devitrified) 때문에 안정한 글래스를 얻을 수 없게 된다. 천이 금속 산화물의 함유량은 12% 내지 30몰%의 범위 내에 있도록 선택되는 것이 바람직하다.
천이 금속 이온은 글래스에서 두 종류의 원자가(valences) 또는 세 종류 이상의 원자가를 나타낸다. 글래스에서의 천이 금속 이온의 원자가는 글래스의 조성에 따라 그리고 글래스 제조시의 조건에 따라 변한다. 본 발명에 있어서, 글래스에 필요한 전기 전도성을 부여하기 위해서는 원자가의 함유량이 중요하다. 즉, 글래스에서 2가 및 3가 둘 다를 갖는 천이 금속 이온의 경우에 있어서, 2가의 천이 금속 이온의 함유량은 10 내지 90%의 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 만약 2가 천이 금속 이온의 함유량이 10% 미만이거나 90%를 초과하면, 글래스는 실질적으로 전자 전도성을 가질 수 없게 되고, 그 결과 본 발명에 따른 전자빔 여기 디스플레이용글래스 스페이서의 기능은 수행될 수 없게 된다. 글래스에서 3 종류 이상의 원자가를 나타내는 천이 금속 이온의 경우에 있어서는, 각 원자가를 갖는 천이 금속 이온의 함유량은 상기 상술된 것과 동일한 이유로 인해 적어도 10%인 것이 바람직하다.
글래스의 천이 금속 산화물의 원자가의 함유량은 여러 방법으로 제어될 수 있다. 글래스 원재료가 일반적인 용해 분위기에서 용해되면, 글래스의 천이 금속은 고원자가측으로 치우치기 쉽다. 그러나, 글래스 원재료가 환원 분위기에서 용해되면, 글래스의 천이 금속은 저원자가 상태로 유지될 수 있다. 가장 간단한 방법으로서, 탄소 등이 글래스 원재료와 혼합되고, 그 혼합물을 가열하여 환원 분위기에서 용해시킨다.
천이 금속은 Fe, V, Ti, Co, Ni, Cu, Mn 및 Cr로 이루어진 그룹에서 선택되는 것이 바람직하다. 이들 금속은 전자 전도성에 대한 각 원소의 활성화 에너지가 상이하기 때문에, 전자 전도성이 상이하다. 본 발명가의 실험에 따르면, Fe, Cu 및 V는, 이들 금속이 글래스에서 적절한 이온화 에너지를 나타내기 때문에, 특히 바람직하다.
RO, 즉, MgO, CaO, SrO, 및 BaO와 같은 알칼리 토류 금속 산화물은 글래스의 내구성 향상뿐만 아니라 성형시 탈유리 온도(devirifying temperature)와 점도 조정을 위해 사용된다. 한 종류의 RO가 포함되거나 또는 두 종류 이상의 RO가 포함될 수 있다. RO의 전체 양이 10몰% 미만이면, 용해 온도가 상승하여 글래스는 거의 용해되지 않고 글래스의 내구성이 감소된다. 만약 RO의 전체 양이 50몰%를 초과하면, 유기질 제거 온도는 상승한다. RO의 전체 양은 20몰% 내지 40몰%의 범위 내에 있는것이 바람직하다.
나트륨 이온과 같은 가동 이온(movable ion)이 본 발명에 따른 글래스 스페이서 형성용 글래스에 포함되면, 상기 이온은 바이어스 전압을 따라 글래스 내에서 이동하게 된다. 결과적으로, 상기 이온은 글래스 내에 불균일하게 분포되어, 전기장 파괴가 발생하는 문제점이 나타나게 된다. 이런 문제점을 방지한다는 관점에서, R'2O, 즉, Li2O, Na2O, 및 K2O와 같은 알칼리 금속 산화물은 가능하면 글래스에 포함되지 않는 것이 바람직하지만, 글래스 용해를 가속시키고 탈유리 온도를 감소시키기 위해서 5몰% 미만의 R'2O가 포함될 수도 있다. R'2O의 양은 2.5몰% 이하로 되는 것이 바람직하고, 1몰% 이하로 되는 것이 더 바람직하다. 또한, 이온의 전도성을 방지한다는 관점에서, 포함되는 알칼리 금속 산화물은 가능하면 무거운 원소의 산화물인 것이 바람직하다.
글래스 스페이서의 선팽창 계수가 유리 기판으로 이루어진 전면 또는 후면 기판의 선팽창 계수와 상이하면, 선팽창 계수가 큰 쪽은 소성을 위한 온도 상승시에는 선팽창 계수가 작은 쪽보다 더 빨리 팽창하지만 온도 하강시에는 더 빨리 수축한다. 만약 선팽창 계수의 차이가 허용 가능한 값을 초과하면, 글래스 스페이서가 뒤틀리거나, 변형되거나, 파괴될 가능성이 있다. 따라서, 본 발명에 있어서는, 유리 기판과 글래스 스페이서 사이의 선팽창 계수의 차이는 15% 이하, 보다 바람직하게는 10% 이하가 되도록 선택된다. 선팽창 계수의 차이가 이 범위 내에 있으면, 가열시의 열팽창 계수 차이에 의해 야기되는 글래스 스페이서의 뒤틀림, 변형, 파괴 등의 문제점은 확실히 방지될 수 있다.
글래스 스페이서의 소정의 선팽창 계수는 글래스 스페이서의 조성을 조정함으로써(특히 알칼리 금속 산화물의 함유량을 조정함으로써) 얻어질 수 있다. 소정의 선팽창 계수를 갖는 유리 기판에 대하여 글래스 스페이서의 선팽창 계수를 적절하게 조정함으로써, 제품에 있어서 유리 기판과 글래스 스페이서 사이의 선팽창 계수에서의 차이가 소정 범위 내로 얻어질 수 있다.
또한, 글래스 스페이서의 저항이 너무 낮다면, 전자빔 여기 디스플레이의 구조에서 봤을 때 시스템에서 전기적 단락이 발생하기 때문에 글래스 스페이서는 사용될 수 없다. 한편, 글래스 스페이서의 저항이 너무 높다면, 축적된 전하는 충분히 완화될 수 없게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 전자빔 여기 디스플레이용 스페이서의 저항은 대략 103Ω·㎝ 내지 1010Ω·㎝의 범위 내에 있도록 선택되는 것이 바람직하다.
본 발명에 다른 전자빔 여기 디스플레이용 글래스 스페이서를 제조하기 위한 방법은 특별히 제한되지 않는다. 도 3에 도시된 바와 같은 전자빔 여기 디스플레이용 글래스 스페이서 제조용 장치가 하기의 방법에 의해 글래스 스페이서를 제조하는데 사용되는 것이 바람직하다.
제 1의 공정:
먼저, 절단, 절삭 또는 연마와 같은 기계적인 공정을 글래스 재료에 시행하거나 또는 용접, 열간 프레싱(hot pressing), 또는 열간 압출(hot extrusion)과 같은 스트레칭(신장)을 글래스 재료에 시행하는 것에 의해 소정의 단면 형상을 갖는 기본 재료인 글래스(41)을 준비한다. 모재 글래스(mother glass; 41)는 그 단면 형상이 얻어질 글래스 스페이서(4)의 단면 형상과 거의 유사하도록 형성된다. 모재 글래스(41)의 단면적은 얻어질 글래스 스페이서(4)의 단면적 보다 거의 100배 내지 700배 더 큰 범위에 있다.
제 2의 공정:
준비된 모재 글래스(41)는 제조 장치(30)의 배선(37)의 단부에 매달리도록 부착된다. 모터(36)의 구동축이 회전되어 모재 글래스(41)의 하단부는 가열로(34)에 유입된다. 그 다음, 전기 히터(43 및 44)가 온되어 모재 글래스(41)의 하단부는 가열로(34) 내에서 가열된다. 이 가열에 의해 모재 글래스(41)에 매달려 스트레칭된(신장된) 글래스는 스트레칭 롤(stretching roll; 46)을 통과하게 되고 모터(45)에 의해 회전되는 스트레칭 롤(46)에 의해 아래로 끌어 내려진다.
그 다음, 하기에 상술된 소정의 공급율로 모재 글래스(41)를 가열로(34)에 유입시키면서 신장된 글래스가 하기에 상술될 소정의 신장율로 아래로 끌어 내려지도록 모터(36 및 45)가 각각 제어된다. 이 때, 모재 글래스(41)를 가열하는 온도가 소정의 범위 내에 있도록 전기 히터(43 및 44)가 제어된다. 즉, 모재 글래스(41)는 소정의 온도 범위에서 가열되어 모재 글래스(41)의 점도가 104Pa·s 내지 108Pa·s(105푸아즈 내지 109푸아즈)의 범위, 바람직하게는 107Pa·s 내지 108Pa·s(108푸아즈 내지 109푸아즈)의 범위 내에 있게 된다.
모재 글래스(41)의 공급율에 대한 모재 글래스(41)의 신장율의 비율은 20 내지 8000의 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 만약 비율이 20 보다 낮으면, 모재 글래스(41)의 신장율이 너무 작아서 생산성이 저하된다. 만약 비율이 8000을 넘으면, 신장율이 너무 높아서 신장 방향에 수직한 신장된 글래스의 단면 형상이 불안정하게 된다. 상기 비율은 100 내지 7000의 범위 내에 있는 것이 바람직하다.
제 3의 공정:
그 다음, 신장된 글래스는 소정의 길이를 갖는 글래스 스페이서(4)로 절단된다. 절단은 다이아몬드 톱, 글래스 커터, 워터 제트 머신(water jet machine) 등에 의해 수행된다. 글래스 스페이서(4) 각각의 절단면 이외의 네 개의 면은 가열 및 신장(스트레칭)시 거의 화조면(fire-polished surfaces)으로 형성되기 때문에, 원글래스(original glass)의 가공 정밀도는 그렇게 문제가 되지 않는다. 여기서, "화조면"이라는 용어는 용해된 글래스가 성형 툴(molding tool) 등에 접촉되지 않은 상태에서 가열 온도와 글래스의 점도 사이의 상호 관계에 기초하여 가열 온도를 제어하는 동안 용해된 글래스가, 예를 들면, 판 형상으로 성형되는 경우의 글래스의 표면을 의미한다. 이러한 화조면은 성형 툴 상의 작은 범프가 화조면으로 전사되지 않기 때문에 미시적으로 평탄하다는 특징으로 갖는다.
세 공정에 의해, 모재 글래스(41)의 단면 형상과 거의 유사한 소정의 단면 형상을 각각 갖는 글래스 스페이서(4)가 모재 글래스(41)로부터 형성될 수 있다.
실시예
하기에 실시예와 비교예에 기초하여 본 발명이 더욱 상세히 설명될 것이다.
각각의 모재 글래스(41)는 다음과 같이 준비되었다. SiO2원료로서 광학 글래스용의 규사, 천이 금속 산화물 원료로서 필요한 천이 금속 산화물, RO(단, R은 알칼리 토류 금속을 나타내다) 원료로서 금속 탄산염 및 R'2O(단, R'은 알칼리 금속을 나타낸다) 원료로서 금속의 탄산염을 소정의 비율로 혼합하여 용해 후의 글래스의 무게가 300g이었다. 이 원료 혼합물을 백금제의 도가니(platinum crucible)에 넣고, 1500∼1550℃로 유지된 전기로에서 2 시간 용해했다. 용해 후, 글라스를 철판상에 쏟아 부어, 두께 약 5㎜이 되도록 성형했다. 이 때, 탈유리 발생의 유무를 관찰하고, 탈유리가 발생하지 않는 것은 O, 탈유리가 발생한 것은 × 표기하여, 글래스 상태를 판정하였다. 표 1은 판정 결과를 도시한다. 또한, 표 1에 있어서, 각각의 글래스 조성에 부여된 숫자는 몰%를 나타낸다.
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6 실시예7 실시예8
SiO2 50.0 59.7 38.0 30.0 65.0 50.0 35.0 33.0
Fe2O3 20.0 20.0 20.0 30.0 15.0 15.0 16.0 36.0
V2O5
TiO2
NiO
CuO
MnO
CrO
SrO 29.8 20.0 42.0 40.0 20.0 20.0 30.0 30.0
BaO 15.0 10.0
MgO 6.0
CaO
Li2O
Na2O 0.2 0.3 0.0 0.0 1.0 0.5
K2O 2.0 0.5
합계 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0
검증 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○
전기전도도 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○
실시예9 실시예10 실시예11 실시예12 실시예13 실시예14 실시예15
SiO2 45.0 44.0 40.0 44.0 60.0 50.0 45.0
Fe2O3 36.0
V2O5 20.0 5.0
TiO2 5.0 20.0 5.0
NiO 20.0
CuO 20.0
MnO 27.0
CrO 20.0
SrO 15.0 25.0 20.0 25.0 18.0 6.0 15.0
BaO 4.0 5.0 10.0 5.0 2.0 4.0 10.0
MgO 5.0 3.0 5.0
CaO 5.0 3.0 5.0
Li2O
Na2O 0.5 0.5 1.0
K2O 0.5 0.5 1.0
합계 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0
검증 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○
전기전도도 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○
성형 후, 밀 500 내지 600℃의 온도로 가열된 전기로에 글래스를 집어 넣어 한 시간동안 글래스를 뜨겁게 유지하였다. 그 다음, 전기로의 전력을 차단하여 글래스를 자연적으로 냉각시켰다. 글래스가 약 3㎜의 두께로 연마된 후, 글래스의 저항을 측정하였다. 구체적으로는, 측정 절차는 JIS-R214에 따라 수행되었다. 이미 보고된 바와 같이(예를 들면, J.D.Mackenzie, Modern Aspects of the Vitreous States, Vol.3), 글래스의 전자 전도성은 시간에 따른 전기 저항의 변화에 기초하여 판정될 수 있다. 즉, 이온 전도성을 나타내는 일반적인 글래스를 통해 DC 전류가 계속해서 흐를 때, 이온은 불균일하게 분포되어 시간의 경과에 따라 글래스의 저항은 증가한다. 전자 전도성을 나타내는 글래스에 있어서, 저항에서의 이러한 변화는 관측되지 않는다. 즉, 글래스의 저항은 DC 전류가 글래스를 통해 연속적으로 흐르게 되는 경우에도 변하지 않는다. 본 발명에서 얻어진 전자 전도성은 전류가 글래스를 통해 흐르게 된 직후 측정된 값과 전류가 3시간동안 글래스를 통해 흐른후 측정된 값 사이의 비교에 기초하여 판정되었다. 표 1에 있어서, 전자 도전성은 다음과 같이 판정되었다. 즉, 글래스의 저항이 변하지 않아서 글래스가 전자 전도성을 나타내는 경우가 ○로 판정되고 글래스의 저항이 변하여 글래스가 전자 전도성을 나타내지 않는 경우가 X로 판정되었다. 표 1에서 명백한 바와 같이, 본 발명의 영역 내에서, 안정성이 우수한 전자 전도성 글래스가 마련될 수 있고, 그 결과 전자빔 여기 디스플레이에 적합한 글래스 스페이서가 마련될 수 있다.
표 2는 비교예의 글래스를 나타낸다. 표 2에 있어서, 각 글래스 조성의 숫자는 몰%를 나타낸다. 탈유리의 유/무 및 전자 전도성의 유/무에 관한 평가는 상기 실시예의 경우와 동일하다.
비교예1 비교예2 비교예3 비교예4 비교예5 비교예6 비교예8
SiO2 72.4 58.2 25.0 40.0 50.0 60.0 44.0
Al2O3 1.4 6.8 1.0
Fe2O3 0.1 0.1 30.0 8.0 30.0 20.0
V2O5 10.0
ZrO2 2.7
TiO2
NiO
CuO 9.0
MnO
CrO
SrO 6.8 30.0 30.0 7.0 2.0 6.0
BaO 7.8 10.0 10.0 8.0 5.0 2.0
MgO 4.1 2.1 5.0 10.0 2.0 4.0
CaO 8.1 4.8 5.0 10.0 6.0
Li2O
Na2O 13.2 4.1 3.0 1.0 3.0 0.5 4.0
K2O 0.7 6.6 2.0 1.0 2.0 0.5 4.0
합계 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0
검증 ○ ○ X ○ ○ X X
전기전도도 X X ○ X X ○ ○
표 2에 있어서, 비교예1 및 비교예2는 시판되고 있는 글래스의 전형적인 예를 나타낸다. 비교예1 및 비교예2 각각에 있어서, 아주 안정한 글래스가 얻어졌지만, 상기 글래스는 전자 전도성을 나타내지 않는다. 상기 글래스로 시험 제작된 전자빔 여기 디스플레이에 있어서는, 대전된 상태가 어디에서나 관측되었다.
비교예3에 있어서, 충분한 천이 금속 산화물을 포함하기 때문에 전자 전도성을 나타내지만, 안정적이지는 않았다. 따라서, 글래스 제조시에 다수의 탈유리된 부분이 발생하여, 스페이서를 형성하는데 사용될 수 없었다.
비교예4 및 비교예 5 각각에 있어서, 안정한 글래스가 얻어졌지만, 글래스 내의 천이 금속 산화물의 양이 너무 적기 때문에 상기 글래스는 충분한 전자 전도성을 나타내지 못했다.
비교예6 및 비교예7에는, 적은 양의 RO(여기서 R은 알칼리 토류 금속)을 포함하는 글래스와 많은 양의 R'2O(여기서 R'은 알칼리 금속)를 포함하는 글래스가 나타내어져 있다. 전자의 경우, 용해 온도가 높을뿐만 아니라 균질한 글래스를 얻기도 어려웠다. 후자의 경우, 탈유리성(devitrification)이 컸다. 비교예6 및 비교예7 각각에서 얻어진 글래스는 전자 전도성을 나타냈지만, 안정적이지도 않고 스페이서를 얻을 정도로 충분히 균질적이지도 않고 안정적이지도 않았다.
상기 상술된 바와 같이, 본 발명에 따른 글래스 스페이서는 30 내지 80몰%의 SiO2와, 10 내지 40몰%의 천이 금속 산화물과, 10 내지 50몰%의 RO(여기서, R은 알칼리 토류 금속), 및 5몰% 미만의 R'2O(여기서, R'은 알칼리 금속)를 포함하는 글래스 조성으로 이루어진다. 따라서, 글래스 스페이서는, 전자빔 소스로부터 방출된 전자의 일부가 글래스 스페이서와 충돌할 때 글래스 스페이서 내에 포획되는 전자에 의해 글래스 스페이서의 대전이 방지될 수 있는 전자 전도성을 갖는다.
본 발명에 따른 글래스 스페이서에 있어서, 천이 금속 산화물은 12몰% 내지 30몰%의 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 이렇게 하여, 충분한 전자 전도성을 갖는 아주 안정한 글래스 스페이서를 얻을 수 있게 되고, 그 결과 글래스 스페이서의 대전을 방지할 수 있게 된다.
본 발명에 따른 글래스 스페이서에 있어서, 천이 금속 산화물은 Fe, V, Ti, Co, Ni, Cu, Mn 및 Cr로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 금속 산화물이다. 이렇게 하여, 글래스 스페이서는 실제 사용에 있어서 전자 전도성을 나타내는 글래스 스페이서로서 얻어질 수 있다.
본 발명에 따른 글래스 스페이서에 있어서, R'2O는 2.5몰% 이하인 것이 바람직하다. 이렇게 하여, 글래스 스페이서의 대전을 방지하는 효과를 확실히 얻을 수 있게 된다.
본 발명에 따른 글래스 스페이서에 있어서, 유리 기판 각각과 글래스 스페이서 사이의 선열팽창 계수에서의 차이는 15% 이하인 것이 바람직하다. 이렇게 하여, 글래스 스페이서가 가열될 때 글래스 스페이서의 뒤틀림, 변형 또는 파괴를 방지할 수 있다.

Claims (6)

  1. 유리 기판을 구비하는 전자빔 여기 디스플레이에서 사용되는 글래스 스페이서에 있어서,
    상기 글래스 스페이서는 30 내지 80몰%의 SiO2, 10 내지 40몰%의 천이 금속 산화물, 10 내지 50몰%의 RO, 및 5몰% 미만의 R'2O를 포함하는 글래스 조성으로 이루어지고,
    상기 R은 알칼리 토류 금속이고, R'은 알칼리 금속인 것을 특징으로 하는 글래스 스페이서.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 천이 금속 산화물은 12 내지 30몰%의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 글래스 스페이서.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 천이 금속 산화물은 Fe, V, Ti, Co, Ni, Cu, Mn 및 Cr로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 금속 산화물인 것을 특징으로 하는 글래스 스페이서.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 R'2O는 2.5몰% 이하인 것을 특징으로 하는 글래스 스페이서.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 각 유리 기판과 상기 글래스 스페이서 사이의 선열팽창 계수에서의 차이는 15% 이하인 것을 특징으로 하는 글래스 스페이서.
  6. 이미지 형성 부재가 내면에 형성된 제 1의 유리 기판으로 이루어진 전면 패널과;
    다수의 전자 방출 소자가 탑재되는 제 2의 유리 기판으로 이루어진 후면 패널과;
    상기 전면 패널과 상기 후면 패널이 소정의 간격으로 서로 떨어지도록 상기 전면 패널과 상기 후면 패널 사이에 삽입되는 다수의 글래스 스페이서를 포함하며,
    상기 글래스 스페이서는 30 내지 80몰%의 SiO2, 10 내지 40몰%의 천이 금속 산화물, 10 내지 50몰%의 RO, 및 5몰% 미만의 R'2O를 포함하는 글래스 조성으로 이루어지고,
    상기 R은 알칼리 토류 금속이고, R'은 알칼리 금속인 것을 특징으로 하는 플랫형 전자빔 여기 디스플레이.
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