KR20040071081A - 유리 세라믹 조성물 및 후막 유리 페이스트 조성물 - Google Patents

유리 세라믹 조성물 및 후막 유리 페이스트 조성물 Download PDF

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KR20040071081A
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Abstract

플라즈마-디스플레이 패널은 버스 전극(12)이 유전체막(15)으로 피복되도록 제공되는 프론트 플레이트(10a), 어드레스 전극이 유전체막(15)으로 피복되도록 제공되는 백 플레이트(10b), 및 파티션(16)을 포함하여 이루어지고, 상기 유전체막(15) 및 파티션(16)은 본질적으로 520 내지 580℃의 연화점을 갖는 SiO2-B2O3-ZnO-R2O계 유리 분말로 구성되는 유리 세라믹 조성물, 및 알루미나, 실리카, 고토감람석, 지르코니아, 지르콘, 티타니아 및 내열성 무기 안료의 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 무기 산화물로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

유리 세라믹 조성물 및 후막 유리 페이스트 조성물{GLASS CERAMIC COMPOSITION AND THICK-FILM GLASS PASTE COMPOSITION}
본 발명은 플라즈마-디스플레이 패널(이하, PDP라 함), 형광 디스플레이 튜브(이하, VFD라 함) 및 전계-방출 디스플레이(이하, FED라고 함)의 유전체 및 파티션을 형성하는 데 사용되는 유리-세라믹 조성물, 및 상기 유리-세라믹 조성물을 포함하여 이루어지는 후막 페이스트 조성물에 관한 것이다.
현재 PDP는 대형 텔레비젼 세트를 만드는 대형 평면 디스플레이로 각광을 받고 있다. VFD는 텍스트 및 기호를 위한 디스플레이 장치로, 및 특히 자동차, 오디오 장치 및 디지털 멀티미터(digital multimeter)와 같은 측정 장치 등에서 디스플레이 장치로 사용된다. FED는 통상의 CRT 디스플레이를 대체할 디스플레이 장치로서 주목을 받고 있다.
도 1은 일반적인 AC형 PDP의 구조를 나타내는 부분 절단 투시도이다. 설명을 위해, 한쪽 모퉁이를 절단하고 부분 절단하여 중앙에서 상면과 바닥을 나누어 분리하였다.
PDP는 작은 틈을 통해 서로 접해 있는 한쌍의 유리 플레이트(10a, 10b)를 가지고, 이는 밀봉재로 둘러싸여 방전공간을 형성하고, 자외선에 의해 여기되고 방전에 의해 생성되어 빛을 방출하는 인광물질에 의해 영상이 투사된다. PDP에서, 영상이 표시되는 유리 플레이트(10a)를 프론트 플레이트(front plate)라고 하고, 반대쪽에 있는 유리 플레이트(10b)를 백 플레이트(back plate)라고 한다.
줄무늬 형상 파티션(16)은 백 플레이트(10b) 위에 형성되고, 단일 전극(이하, 어드레스 전극이라 함)(13)은 어드레스 전극이 파티션(16)과 평행하도록 이러한 파티션들(16) 사이의 각각의 홈의 바닥면위에 형성되고, 유전체막(15)은 어드레스 전극(13)의 표면을 피복하도록 형성된다. 또한, 자외선에 의해 여기되는 인광물질(17)은 이러한 파티션(16)의 벽면 상에 코팅된다.
줄무늬 형상 투명 전극(11)은 ITO 등에 의해 프론트 플레이트(10a) 위에 형성되고, 은 등으로부터 제조된 버스 전극(12)은 투명 전극의 상면 위에 형성된다. 가시광선에 투명한 유리와 같은 유전체막(15)은 이 버스 전극(12)을 피복하도록 형성된다. 또한, MgO막(14)은 증기 증착에 의해 유전체막(15)을 피복하도록 형성된다.
상기한 구성을 갖는 PDP를 형성하는 방법에서, 은으로 이루어진 전극, 및 유전체 및 파티션을 형성하는 방법으로 통상의 후막 기술이 사용된다.
도 2는 VFD의 구성을 나타내는 부분 절단 투시도이다. 설명을 위해, 일부를 절단하였다.
일반적인 VFD는 표면 유리(21) 및 유리 기판(22)에 의해 한정되는 진공 용기를 갖고, 진공 용기 내부의 필라멘트(26)로부터 방출되는 전자는 이들이 조각 전극(segment electrode)(24)에 부딪혀 조각 전극(24) 상의 인광물질을 여기시켜 이들이 빛을 방출하게 하도록 격자 전극(23)에 의해 제어되어, 텍스트 또는 기호가 디스플레이된다. 조각 전극(24)이 디스플레이가 되기 위해서는, 터미널(28)로부터 조각 전극(24)으로 신호를 전달하기 위한 와이어(27), 및 와이어(27)와 조각 전극(24) 사이를 절연하기 위한 절연층(25)을 유리 기판(22) 위에 형성한다.
상기한 구성을 갖는 VFD를 형성하는 방법에서, 전극 및 절연층을 형성하는 방법으로 통상의 후막 기술이 널리 상용된다. 조각 전극(24)에 대한 와이어(27)는 종종 후막 은 페이스트로 이루어져 있고, 이 와이어(27)를 피복하는 절연층(25)은 후막 유리 페이스트로 이루어진 유전 물질이다. 조각 전극(24)은 주성분으로 흑연을 갖는 후막 유리 페이스트로 이루어져 있다. 조각 전극(24) 및 와이어(27)의 전기 전도를 유지하기 위해, 관통 구멍이 절연층(25)을 관통하여 형성될 수 있도록 절연층(25)을 프린팅한다.
도 3은 FED의 구성에 대한 단면도이다. 도 3은 좌우 방향으로 계속되는 내부의 일부만을 나타낸다.
FED에서, 유리 플레이트(31a, 31b)는 진공 용기를 한정하기 위해 서로 마주하여 제공되고, 두 개의 유리 플레이트(31a, 31b)와 함께, 전자를 방출하는 전자-방출 요소(36)는 방출된 전자가 유리 기판(31a) 상의 인광물질(33)에 부딪혀 빛을 방출하기 위해 인광물질(33)을 여기시키도록 유리 기판(31b) 위에 형성된다. 전자-방출 요소(36)로 신호를 보내는 와이어(38), 와이어(38)를 피복하는 유전 물질, 및 스페이서(35) 위에 형성되는 게이트 전극(34)은 전자-방출 요소(36)가 형성되는 유리 기판(31b) 위에 형성된다. 전자-방출 요소(36)는 스페이서(36)가 없는 곳에 위치한다.
FED의 구성 요소를 형성하는 방법에서 종종 박막 기술이 사용되고, 후막 기술을 사용하여 유전 물질을 형성한다.
PDP, VFD 및 FED에서는 고스트레인(high strain) 유리(예를 들어, Asahi Glass Co.사에 의해 제조된 PD-200) 또는 소다 석회 유리가 유리 기판으로 사용되고, 장치의 차원적 안정성의 측면에서, 후막에 대한 소결 온도는 600℃ 이하, 밀 바람직하게는 580℃ 이하여야 한다.
또한, PDP, VFD 및 FED를 위해서는 제조 및 가공된 유리 기판을 밀봉하여 진공 용기를 형성하는 공정이 존재한다. 이 공정에서, 유리 기판을 450℃까지 가열하여, 밀봉에 사용되는 유리-세라믹 물질을 용융시키고 밀봉을 수행한다. 그러나, 장치의 차원적인 안정성을 유지하는 견지에서, 파티션과 유전 물질의 연화로 인한 변형이 용인되지 않는다. 따라서, 후막의 유리 성분의 유리 전이 온도를 450℃ 이상, 및 바람직하게는 470℃ 이상으로 함으로써, 파티션 및/또는 유전 물질의 연화로 인한 변형을 방지할 수 있다. 그러나, 상기의 유리 전이 온도를 갖는 유리 성분을 함유하는 후막의 소결 온도가 500℃ 이상, 또는 바람직하게 520℃ 이상이 아닐 경우, 미세하고 정밀한 소결막을 얻을 수 없다.
따라서, 후막의 소결 온도는 500℃ 내지 600℃, 및 바람직하게는 520℃ 내지 580℃이고, 후막 내의 유리 성분의 전이점이 이 온도 범위 내에 있지 않을 경우, 파티션 및 유전 물질에 적합한 미세하고 정밀한 소결막을 얻을 수 없다.
통상적으로, 상기 온도 범위 내에서 연화 온도를 유지하기 위해 위험 물질인 납, 비스무스, 또는 바륨이 후막에 함유되어 있었다. 예를 들어, 일본국 특개평8-119725호에 개시되어 있는 유리-세라믹 조성물, 일본국 특개평11-60273호에 개시되어 있는 플라즈마 디스플레이 패널용 파티션-형성 물질, 또는 일본국 특개평2000-001334호에 개시되어 있는 유리-페이스트 조성물에는 납이 함유되어 있다. 또한, 일본국 특개평9-268026호에 개시되어 있는 절연용 유리 조성물, 및 일본국 특개평9-283035호에 개시되어 있는 플라즈마 디스플레이에는 비스무스가 함유되어 있다.
유리 조성물에 함유된 위험 물질은 유리 조성물을 포함하여 이루어지는 디스플레이 장치의 폐기 시 뿐만 아니라 디스플레이 장치의 제조시에도 폐기 물질로 환경에 방출되어, 토양, 지하수, 강 등의 오염과 같은 환경 문제를 야기한다.
또한, 유리-세라믹 물질로 이루어진 유리 기판은 절연 물질로 널리 이용되지만, 이들은 또한 전극 사이에 놓여짐으로써 축전기로 작용하는 유전 물질로서의 기능도 가진다.
PDP에서는, 전하를 활발히 축적시키기 위해 유리-세라믹 물질이 유전 물질에사용되는 곳이 있을 수 있지만, 이러한 종류의 영역은 단지 몇 개만 존재하며, 대부분의 다른 절연 물질에 축적되는 전하는 빛 방출에 아무런 기여를 하지 않고, 쓸데없이 전력이 소비된다. 따라서, 장치의 전력 소비의 측면에서, 전하를 운반하는 목적을 갖지 않은 영역에서 절연 물질의 충전이 최소로 유지되는 것이 바람직하다. 이는 VFD 및 FED 물질에 대해서도 동일하다.
또한, 절연 물질의 유전 상수가 더 커질수록 절연 물질 내의 전하 축적량이 증가한다. 상기한 바와 같이, 유리-세라믹 물질은 유전 물질로 알려져 왔으며, 특히 납, 비스무스 또는 바륨을 함유하는 유리-세라믹 물질은 그 안에 함유된 납, 비스무스 또는 바륨으로 인해 높은 유전 상수를 가지고, 납, 비스무스 또는 바륨을 함유하는 통상의 유리-세라믹 물질의 유전 상수는 10의 값을 쉽게 초과한다. 통상적으로, 이러한 높은 유전 상수를 낮출 수 없었으며, 결과적으로, 디스플레이 장치의 전력 소비가 증가하는 문제가 있었다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 납 및 비스무스를 함유하지 않은 유리-세라믹 조성물로서 P2O5-SiO2-ZnO형 유리가 일본국 특개평8-301631호 및 일본국 특개2000-12857호에 개시되었지만, 유리의 내수성 및 화학적 내성이 낮아서 실제 적용에 적합하지 않다는 문제가 있다.
또한, 납 및 비스무스를 함유하지 않고 감소된 유전 상수를 갖는 유리로서 SiO2-B2O3-ZnO형 유리가 일본국 특개평9-283035호에 개시되어 있지만, 개시된 조성 범위 내에 내수성이 극히 좋지 않은 범위 부분이 존재하여, 적용하기에 적합하지않다는 문제가 있다.
SiO2-B2O3-ZnO형 유리는 또한 일본국 특개2000-226232호에 개시되어 있지만, 너무 많은 ZnO가 함유되어 있어, 균일한 유리를 얻기가 어렵다. 균일한 유리를 얻을 수 없으면 디스플레이 장치를 위한 균일한 조성물 물질을 형성할 수 없어서, 디스플레이 장치의 기능불량이 있다는 문제가 있다.
또한, 일본국 특개2000-313635호에 개시되어 있는 SiO2-B2O3-ZnO형 유리의 조성 범위 내에 내수성이 극지 좋지 않은 범위 부분이 존재하여, 실제 적용에 적합하지 않다는 문제가 있다.
또한, SiO2-B2O3-ZnO형 유리가 또한 일본국 특개2001-163635호에 개시되어 있지만, 범위가 특정되지 않아서 원하는 유리를 얻기가 어렵다는 문제가 있다.
납 및 비스무스를 함유하지 않고 알칼리 금속 산화물도 함유하지 않은 유리로서 SiO2-B2O3-BaO형 유리가 일본국 특개2000-327367호에 개시되어 있지만, 유리의 연화점이 너무 높아서 PDP에 사용하기에 적합하지 않다는 문제가 있다.
파티션 물질에 적합한 무기 산화물의 양은 일본국 특개2000-001334호에 개시되었지만, 이와 함께 사용되는 유리는 납을 함유하고 있으며, 납 및 비스무스를 함유하지 않는 유리와의 가장 적합한 조합물이 개시되어 있지 않다.
일본국 특개2002-1902255호에는, 납 및 비스무스를 함유하지 않은 유리에 적합한 무기 산화물, 및 이러한 무기 산화물의 혼합량이 개시되어 있으며, 여기에서 α-석영 및 크리스토발라이트는 무기 산화물의 필수 성분 요소이다. 크리스토발라이트는 유리 기판의 열팽창계수보다 한자리 높은 열팽창계수를 가진다. 또한, α-석영 및 크리스토발라이트는 이들 간에 상 변화를 겪으며, 상 변화는 열팽창계수의 갑작스런 변화를 수반하는 것으로 알려져 있다. 따라서, 파티션 및/또는 유전 물질의 열팽창계수는 기판의 열팽창계수를 따라올 수 없으며, 결과적으로 디스플레이 장치에 균열과 같은 결함이 발생할 수 있어, 이는 적합하지 않다.
본 발명의 목적은, 소다 석회 유리의 상면 상에 정밀한 소결막을 얻을 수 있게 하고 어떠한 위험한 납 및 비스무스를 함유하지 않은 유리-세라믹 조성물, 및 위험 물질을 함유하지 않은 후막 유리 페이스트 조성물을 제공하는 것이다.
도 1은 일반적인 AC형 PDP, 구체적으로는 프론트 플레이트 및 백 플레이트의 구성을 나타내는 부분 절단 투시도이다.
도 2는 VFD의 구성을 나타내는 부분 절단 투시도이다.
도 3은 FED의 구성의 일부의 단면도이다.
본 발명의 일실시형태에서, 유리-세라믹 조성물은 5 내지 30 중량%의 무기 산화물 분말과 나머지 유리 분말을 포함하여 이루어지고, 이 무기 산화물 파우더는 알루미나, 실리카, 고토감람석(forsterite), 지르코니아, 지르콘, 티타니아, 및 내열성 무기 안료로부터 선택된 하나 이상의 물질이고, 유리 분말은 본질적으로 산화물 전환에 의해, 3 내지 30 중량%의 SiO2, 20 내지 45 중량%의 B2O3, 20 내지 45 중량%의 ZnO, 및 5 내지 20 중량%의 알칼리 금속 산화물을 포함하여 이루어진다. 알칼리 금속 산화물은 K2O, Na2O 및 Li2O의 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 물질이다.
또한, 유리 분말은 산화물 전환에 의해 10 중량% 이하의 ZrO2를 함유하는 것이 바람직하다.
또한, 유리 분말은 산화물 전환에 의해 10 중량% 이하의 Al2O3를 함유하는 것이 바람직하다.
본 발명의 유리-세라믹 조성물을 사용하여 플라즈마 디스플레이를 위한 유전 물질 또는 파티션 또는 두 가지 모두, 형광 디스플레이 튜브를 위한 유전 물질 또는 파티션 또는 두 가지 모두, 또는 전계-방출 디스플레이를 위한 유전 물질 또는 파티션 또는 두 가지 모두를 형성한다.
본 발명의 후막 유리 페이스트 조성물은 비히클 내에서 유리-세라믹 조성물로 혼합함으로써 얻어진다.
디스플레이 장치를 위한 파티션 및 유전 물질에는 극도의 정밀함이 요구되고, 파티션에 다수의 보이드가 존재하는 경우, 공기 밀폐성(air tightness) 및 디스플레이 장치의 기계적 강도에서 문제가 발생한다. 이들이 형성되는 유리-세라믹 물질에 대한 심층적인 연구를 통해, 본 발명자들은 미세하고 정밀한 파티션 및 유전 물질을 이루어낼 수 있음을 발견하였으며, 본 발명에 이르게 되었다.
유리 분말 조성물에서, SiO2는 필수 성분이며 유리-세라믹 조성물의 네트워크 형성물질이다. SiO2의 양이 3 중량% 이하일 경우 유리-세라믹 조성물의 내수성 및 화학적 내성이 좋지 못하고, 30 중량%를 초과할 경우 연화점이 높아져 원하는 연화점을 얻을 수 없다.
유리 분말 조성물에서, 필수 성분인 B2O3는 연화점을 낮추고, 유동성을 증가시키고 유리-세라믹 조성물을 안정화시키는 효과를 가진다. B2O3의 양이 20 중량% 이하일 경우 연화점이 높아져 원하는 연화점을 얻을 수 없으며, 양이 45 중량%를 초과할 경우 연화점이 낮아져 원하는 연화점을 얻을 수 없을 뿐만 아니라 유리-세라믹 조성물의 내수성 및 화학적 내성이 나빠진다.
유리 분말 조성물에서, 필수 성분인 ZnO는 연화점을 낮추고 열팽창계수를 적절히 조절하는 효과를 가진다. ZnO의 양이 20 중량% 이하일 경우 원하는 연화점을 얻을 수 없으며, 양이 45 중량%를 초과할 경우 균일한 유리를 얻기가 어렵다.
유리 분말 조성물에서, 필수 성분인 알칼리 금속 산화물은 연화점을 낮추고 유동성을 증가시킬 뿐만 아니라 열팽창계수를 증가시키는 효과를 가진다. 알칼리 금속 산화물의 양이 5 중량% 이하일 경우 연화점이 높아져 원하는 연화점을 얻을 수 없으며, 양이 20 중량%를 초과할 경우 열팽창계수가 커져 이러한 양은 소다 석회 유리 등의 기판 상에 유리-세라믹 조성물을 만드는 데 적합하지 않을 뿐만 아니라 유리 전이점 및 연화점이 낮아져 원하는 세라믹 조성물을 얻을 수 없다.
유리 분말 조성물에서, ZrO2는 필수 성분이지만, 이는 내수성 및 화학적 내성을 증가시키는 효과를 가진다. 그러나, ZrO2의 양이 10 중량%를 초과할 경우, 이는 연화점을 증가시켜 원하는 연화점을 얻을 수 없다.
유리 분말 조성물에서, 알칼리토금속 산화물(CaO, SrO)은 연화점을 낮추고 유동성을 증가시키고 열팽창계수를 적절히 조절하는 효과를 가진다. 알칼리토금속 산화물의 양이 3 중량% 이하일 경우 상기한 효과가 나타나지 않아 원하는 연화점을얻을 수 없으며, 양이 40 중량%를 초과할 경우 열팽창계수가 증가한다. 알칼리토금속 산화물 중에, BaO는 유전 상수를 증가시키는 효과를 갖지만, 이는 위험 물질이기 때문에 상기 조성물에 포함되지 않는 것이 바람직하다.
유리-분말 조성물에서, Al2O3는 필수 성분이 아니지만, 내수성 및 화학적 내성을 개선시키는 효과를 가진다. 그러나, Al2O3의 양이 10 중량%를 초과할 경우, 연화점이 높아져 원하는 연화점을 얻을 수 없다.
D50에 의한 유리 분말의 입자 크기는 10 ㎛ 이하, 및 보다 바람직하게는 5 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. D50에 의한 입자 크기가 10 ㎛보다 클 경우, 정밀 파티션 및/또는 유전체를 얻을 수 없게 된다. 원하는 입자 크기를 갖는 유리 입자를 얻기 위해, 볼 밀 또는 제트 밀 등에 의한 주지의 분쇄법(crushing method)이 사용될 수 있다. 주지의 입자-크기 분석기(예를 들어, Microtrack(등록 상표))를 사용하여 유리 분말의 입자 크기를 확인할 수 있다. D50는 축적된 입자 크기 빈도 분포와 입자 크기 간의 관계에서 축적된 입자-크기 빈도가 50%가 되는 입자 크기를 나타내는 것으로 명시되며, 중간 입자 크기값이다.
무기 산화물 분말은 알루미나, 실리카, 고토감람석, 지르코니아, 지르콘, 티타니아, 및 내열성 무기 안료로부터 선택된 하나 이상의 물질이고, 무기 산화물의 첨가는 유리-세라믹 조성물의 기계적 강도를 향상시킨다.
소결 공정에서, 미세하고 정밀한 소결막을 형성하기 위한 온도보다 높은 온도에서 소결을 수행할 경우, 과도한 소결이 일어나고 기포(보이드)가 쉽게 발생한다. 보이드의 발생은 유리 분말의 용융으로 인한 점성의 저하에 의해 야기되는 것으로 생각된다. 첨가된 무기 산화물은 소결 공정에서 유리 분말의 소결을 방지하는 경향이 있으며, 이는 기포와 같은 보이드의 형성을 억제할 수 있게 하며, 심지어 이 때는 유리 분말의 소결이 과도해진다. 그러나, 보이드의 발생 없이 소결이 가능한 온도 범위는 좁다.
특히, 유리-세라믹 유리 조성물의 점성도를 납 또는 비스무스를 함유하는 유리 조성물 이상으로 낮추는 대량의 B2O3또는 알칼리 금속 산화물이 본 발명의 유리-세라믹 조성물의 유리 분말 중의 조성물과 같은 조성물에 함유될 경우, 보이드의 발생 없이 소결이 가능한 온도 범위는 훨씬 더 좁아진다.
또한, PDP 또는 FED와 같은 대형 디스플레이 패널에 대한 소성로(firing furnace)의 경우, 소성로 내부의 온도를 완전히 균일하게 하기가 어렵다. 따라서, 단지 최적 소결의 적점인 매우 좁은 소결 온도 내의 최적의 영역으로 물질을 소결하기 위해 이러한 소성로를 사용할 경우, 소결이 과도한 곳이 존재할 것이고 소결이 불충분한 곳이 존재할 것이고, 결과적으로 소결 막 내에 과도한 소결로 인해 수많은 보이드가 있는 곳이 존재할 것이며, 불충분한 소결로 인해 수많은 보이드가 있는 곳이 존재할 것이고, 일반적으로 미세하고 정밀한 소결막을 얻을 수 없을 것이다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 미세하고 정밀한 소결이 가능하고 보이드가 발생하지 않는 광범위한 온도 범위를 얻을 수 있는 파티션 물질 및 유전 물질을 제공할 수 있으므로, 이는 디스플레이 장치의 생산성을 향상시키는 데 적합하다. 또한, 보이드의 발생을 억제하고 기계적 강도를 개선시킴으로써, 본 발명은 유전체의 내압(withstand voltage) 특징을 개선시키는 효과를 갖는다.
유리-세라믹 조성물에서, 무기 산화물 분말의 양이 5 중량% 이하일 경우, 상기한 효과를 기대할 수 없다. 또한, 양이 30 중량%를 초과할 경우, 무기 산화물에 의해 유리의 소결이 너무 많이 방지되어 수많은 보이드가 발생하고, 미세하고 정밀한 파티션 또는 유전체를 얻을 수 없다.
실리카 및 고토감람석은 낮은 유전 상수로 알려져 있으며, 이러한 물질을 첨가함으로써, 특징을 개선시키고 유전 상수를 낮출 수 있다.
Fe-Co-Cr 화합물과 같은 흑색 안료를 내열성 안료로 사용할 수 있다.
무기 산화물 분말의 입자 크기는 D50에 의해 10 ㎛ 이하 및 보다 바람직하게는 5 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 무기 산화물 분말의 입자 크기가 10 ㎛보다 클 경우, 미세하고 정밀한 파티션 및 유전체를 얻을 수 없다.
유리-세라믹 조성물의 열팽창계수는 유리 분말과 무기 산화물 분말의 조성비에 따라 설정된다. 유리-세라믹 조성물의 열팽창계수는 50 x 10-7내지 87 x 10-7인 것이 바람직하다. 소다 석회 유리와 같은 기판의 열팽창계수는 83 x 10-7내지 87 x 10-7이고, 유리-세라믹 조성물의 값이 이 범위 근처가 아닐 경우, 소결 동안 디스플레이 장치의 뒤틀림(warping)이 발생할 것이다. 또한, 유리-세라믹 조성물의 값을 이 범위 이하로 하면, 기판에 압축이 가해져 파손이 어려워진다.
유리 분말을 무기 산화물 분말과 조합하여 유리-세라믹 조성물의 열팽창계수를 조절할 수 있다. 실리카의 열팽창계수는 55 x 10-7이고, 이는 유리-세라믹 조성물의 열팽창계수를 저하시키는 효과를 갖지만, 반면에, 고토감람석의 열팽창계수는 95 x 10-7이고, 이는 유리-세라믹 조성물의 열팽창계수를 상승시키는 효과를 가진다.
석영 유리 분말을 실리카로 사용할 수 있다. 실리카 중에, α-석영은 상전이를 겪는 것으로 알려져 있으며, 이것이 크리스토발라이트 등으로 상전이를 겪을 경우, 열팽창계수가 빠르게 변화하며, 열팽창계수의 변화로 인해 파티션 또는 유전체에 균열이 발생할 수 있다. 이는 석영 유리 분말에 대해서는 발생하지 않는다. 석영 유리 분말을 사용하더라도, 본 발명의 다른 무기 산화물 분말과 동일한 효과를 가지며, 열팽창계수 및 유전 상수에 대한 석영 유리 분말의 효과는 실리카(α-석영)의 효과와 다르지 않다.
무기 산화물 분말을 한 종류만을 선택하도록 제한되지 않으며, 다수의 종류를 조합할 수 있다. 파티션 및 유전체의 색을 백색으로 하는 것이 요구될 경우, TiO2를 첨가할 수 있다. 또한, 유전 상수의 증가가 요구되는 경우, TiO2의 첨가가 효과적이다.
유전 상수를 10 이하로 유지하고 파티션 및 유전체의 색을 백색으로 하는 것이 요구될 경우, 유리-세라믹 조성물에 첨가되는 TiO2의 양은 3 중량% 이하가 되어야 하며, 실리카 또는 고토감람석과 같은 무기 산화물 분말과 함께 사용될 수 있다. 이 경우, 본 발명의 목적은 유리-세라믹 조성물 중의 무기 산화물 분말의 총량을 30 중량% 이하로 유지함으로써 달성된다.
본 발명의 후막 유리 페이스트 조성물은 수지, 용매, 및 본 발명의 유리-세라믹 조성물에 첨가되는 다른 공지의 첨가제를 포함하여 이루어지는 비히클을 함유한다.
에틸 셀룰로오스, 아크릴, 및 폴리비닐 부티랄의 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 형태의 수지, 및 터피놀, 디하이드로터피놀, 부틸 카르비톨 아세테이트, 부틸 카르비톨, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄 디올 모노 부틸레이트의 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 형태의 용매는 상기 비히클의 필수 성분이다.
PDP, VFD 또는 FED의 페이스트 프린팅(코팅)은 스크린 프린팅, 염료 코팅기, 또는 롤 코팅기와 같은 주지의 방법에 의해 수행될 수 있다.
후막 유리 페이스트의 점성도는 이러한 프린팅(코팅) 장치에 적합해야 하며, 수지 및 용매의 양에 의해 조절될 수 있다.
소포제 또는 분산제와 같은 후막 유리 페이스트에 대한 주지의 첨가제를 후막 유리 페이스트 조성물에 첨가할 수 있다.
롤 밀 또는 볼 밀을 사용하는 등의 공지된 방법이 후막 유리 페이스트 조성물의 제조에 사용될 수 있다.
실시예
본 발명의 실시예 및 비교예를 하기에 설명하지만, 본 발명은 이러한 어떠한 실시예에 의해서도 제한되지 않는다.
실시예 1 내지 10, 비교예 1 내지 4
유리 조성물:
표 1에 나타난 조성을 갖는 유리 분말 A 내지 F를 1300℃에서 용융시키고, 신속히 냉각시키고 볼 밀을 사용하여 분쇄하였다. Microtrack(등록 상표) 모델 9320-X100을 사용하여 얻어진 유리 분말의 입자 크기를 측정하고, TG-DTA(Seiko Electronics, 모델 TG/DTA320)를 사용하여 유리 전이점 및 연화점을 측정하였다.
얻어진 유리 분말의 유리 전이점, 연화점, 열팽창계수 및 입자 크기는 표 1에 나타나 있다.
유리 페이스트의 제조
수지로서 에틸 셀룰로오스(평균 몰중량 80,000) 10 중량%, 용매로서 터피놀 50 중량% 및 부틸 카르비톨 아세테이트 30 중량% 및 가소제로서 디옥틸 아디페이트10 중량%를 혼합하고 60℃에서 가열하여 비히클을 얻었다.
또한, 유리 분말과 무기 산화물 분말을 표 2a 및 2b에나타난 조성물로 혼합하고, 비히클을 얻어진 유리-세라믹 조성물에 100 대 40의 중량비로 첨가하고 나서, 롤 밀 내에서 혼합하여 후막 유리 페이스트 조성물을 얻는다.
파티션의 소결막의 정밀도의 평가
후막 유리 페이스트 조성물을 갭-700 ㎛ 도포기(applicator)으로 소다 석회 유리 상에 코팅하고 나서, 벨트형 건조기 내에서 120℃에서 30분 동안 건조시켜, 150 ㎛ 두께의 건성막을 얻는다. 이 건성막을 200 ㎛ 너비의 포토레지스트로 마스킹하고, CaCO3를 연마 물질로 사용하여 분사기(sandblaster; Fuji Manufacturing Co.사에 의해 제조된 분사기)로 갈아낸다. 그리고 나서 벨트형 소성로 내에서 520℃, 540℃, 560℃ 및 580℃의 최대 온도에서 30분 동안 소결하고 나서, 소결막의 정밀도를 평가하기 위해 단면을 SEM으로 관찰하였다. 측정 결과는 표 2a 및 2b에 나타나 있다.
유전 상수의 평가
미리 은 전극으로 프린팅된 소다 석회 유리 기판 상에 스크린 프린팅을 사용하여 후막 유리 페이스트 조성물을 프린팅하고 나서 건조시키고, 이 공정을 4회 반복하여 150 ㎛ 두께의 건성막을 얻었다. 이 건성막을 벨트형 소성로 내에서 560℃의 최대 온도에서 30분 동안 소결하고 나서, 벨트형 소성로 내에서 500℃에서 5분 동안 더 소결하였다. 얻어진 표본은 은 전극 및 은 전극 사이에 제공된 유리-페이스트 소결막을 포함하여 이루어졌다. 상기 표본의 유전 상수를 측정하고 Q 미터법(Yokogawa-Hewlett Packard Co., Model 4278A)을 사용하여 계산하였다. 측정 결과는 표 2a 및 2b에 나타나 있다.
내압의 측정
미리 은 전극으로 프린팅된 소다 석회 유리 기판 상에 스크린 프린팅을 사용하여 후막 유리 페이스트 조성물을 프린팅하고 나서 건조시키고, 벨트형 소성로 내에서 560℃의 최대 온도에서 30분 동안 소결하여 20 ㎛의 유리 페이스트 소결막을 얻었다. 그리고 나서, 은 페이스트를 벨트형 소성로 내에서 500℃에서 5분 동안 더 베이킹하였다. 얻어진 표본은 은 전극 및 은 전극 사이에 제공된 유리-페이스트 소결막으로 이루어졌다. 정전압 전력 공급을 사용하여 상기 시료에 전기 부하를 가하고 전압을 상승시키는 동안 유전체 파손이 발생한 압력을 조사하였다. 측정 결과는 표 2a 및 2b에 나타나 있다.
열팽창계수의 측정
후막 유리 페이스트 조성물의 무기 성분만을 혼합하고, 다이로 압착하여 녹색 컴팩트를 형성하고 나서, 녹색 컴팩트를 상자형 소성로 내에서 570℃에서 30분 동안 소결하여, 4 mm의 직경 및 10 mm의 길이를 갖는 실리더를 얻었다. 이 실린더의 열팽창계수를 TMA(Seiko Electronics, Co., 모델 TMA320)로 측정하였다(온도: 50℃ 내지 350℃, 승온 속도: 10℃/분).
측정 결과는 표 2a 및 2b에 나타나 있다.
[표의 주석] : ◎ = 미세하고 정밀한 소결체 및 우수한 파티션
× = 과도한 소결 및 다수의 공극(보이드)
×× = 파손된 파티션
▲ = 소결되지 않음, 및 다수의 공극, 파티션의 형상 유지
실시예 1 내지 10에서, 유리 분말 A 내지 D에 대한 연화점은 540℃ 내지 580℃의 온도 범위 내에 존재하였으며, 소성을 통해 미세하고 정밀한 소결체를 갖는 우수한 파티션을 얻을 수 있었으며, 얻어진 소결막의 유전 상수는 10 이하였으며, 내압을 1000V에서 유지할 수 있다.
반면에, 비교예 1의 경우, 함유된 무기 산화물 분말의 양이 너무 적어서, 적합한 소결 온도 범위가 확인되지 않았으며 내압 또한 매우 좋지 못하였다. 비교예 2의 경우, 함유된 무기 산화물 분말의 양이 너무 많아서, 미세하고 정밀한 소결이 불가능했다. 비교예 3 및 4에서는, 유리 분말 E 및 F의 조성물은 적합하지 않았으며, 미세하고 정밀한 소결막을 얻을 수 없었다.
본 발명의 유리-세라믹 조성물은 납 또는 비스무스와 같은 위험 물질이 유리 성분으로 포함되지 않았을 경우에도 소다 석회 유리 기판 상에 미세하고 정밀한 소결막을 얻을 수 있게 한다.

Claims (7)

  1. 무기 산화물 분말이 알루미나, 실리카, 고토감람석(forsterite), 지르코니아, 지르콘, 티타니아, 및 내열성 무기 안료로부터 선택된 하나 이상의 물질이고, 유리 분말이 본질적으로 산화물 전환에 의해, 3 내지 30 중량%의 SiO2, 20 내지 45 중량%의 B2O3, 20 내지 45 중량%의 ZnO, 및 5 내지 20 중량%의 알칼리 금속 산화물을 포함하여 이루어지고, 상기 알칼리 금속 산화물은 K2O, Na2O 및 Li2O의 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 물질인 것을 특징으로 하는, 본질적으로 5 내지 30 중량%의 무기 산화물 분말과 나머지 유리 분말로 이루어진 유리-세라믹 조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 유리 분말이 산화물 전환에 의해 10 중량% 이하의 ZrO2를 함유하는 것을 특징으로 하는 유리-세라믹 조성물.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 유리 분말이 산화물 전환에 의해, 10 중량% 이하의 Al2O3를 함유하는 것을 특징으로 하는 유리-세라믹 조성물.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물이 플라즈마 디스플레이용 유전 물질 및 파티션 중 하나 이상을 형성하기 위한 것임을 특징으로 하는 유리-세라믹 조성물.
  5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물이 형광 디스플레이 튜브용 유전 물질 및 파티션 중 하나 이상을 형성하기 위한 것임을 특징으로 하는 유리-세라믹 조성물.
  6. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물이 전계-방출 디스플레이용 유전 물질 및 파티션 중 하나 이상을 형성하기 위한 것임을 특징으로 하는 유리-세라믹 조성물.
  7. 유리-세라믹 조성물 및 유리-세라믹 조성물에 혼합된 비히클을 포함하여 이루어지는 후막 유리 페이스트 조성물.
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