KR20070009459A - 평면표시장치 스페이서용 유리 및 이를 이용한 스페이서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 평면표시장치용 스페이서의 제작에 적합한 소재유리를 제공하는 것으로서, 보다 구체적으로는 (1) 표면에 막형성하여도 막의 도전성이 장시간 변화하지 않고, (2) 주변 재료에 적합한 열팽창계수를 가지며, (3) 치수정밀도가 높고, 평면표시장치 제조공정의 열처리공정에서 파손이나 변형이 일어나지 않으며, (4) 기계적 강도가 높아야 한다는 등의 요구를 만족하는 평면표시장치용 스페이서를 제작할 수 있는 소재유리를 제공하는 것이다.

본 발명의 평면표시장치 스페이서용 유리는 중량%로 SiO₂ 25∼80%, RO(R은 Mg, Ca, Sr 및/또는 Ba임) 20∼60%, R'₂O(R'는 Li, Na 및/또는 K임) 0∼8%, Fe₂O₃ 0∼20% 함유하는 것을 특징으로 한다.

Description

평면표시장치 스페이서용 유리 및 이를 이용한 스페이서{Glass for spacers used in a flat panel display and spacer using it}

도 1은 FED의 구조에 대한 개략설명도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 스페이서 2 : 게이트 라인

3 : 배면판 4 : 이미터 라인

5 : 전자방출소자 6 : 블랙 매트릭스

7 : 형광체 8 : 전면판

본 발명은 평면표시장치용 유리 스페이서에 관한 것으로서, 특히 전계방출 표시장치(Field Emission Display, FED)의 스페이서로서 적합한 평면표시장치용 유리 스페이서에 관한 것이다.

2장의 기판을 일정한 간격으로 유지하는 방법으로서, 유리 스페이서를 기판 사이에 위치시키는 방법이 알려져 있다. 이러한 종류의 기술은, 마주보는 2장의 유리기판을 일정한 간격으로 평행하게 유지하는 평면표시장치, 예컨대 FED를 제조 할 때 특히 중요하다. FED는 음극선관(Cathode Ray Tube, CRT)에서 축적된 기술을 이용할 수 있으며, 또한 액정디스플레이(Liquid Crystal Display, LCD)나 플라즈마 디스플레이(Plasma Display Panel, PDP)보다 소비전력이 적기 때문에, 차세대 평면표시장치로서 기대되고 있는 표시장치이다.

FED는 도 1에 나타낸 바와 같이, 전자 빔이 조사되면 발광하는 형광체(7)를 갖는 전면판(前面板 ; 8)과, 전자를 방출하는 소자(5)가 다수 형성된 배면판(3)을, 유리프릿이나 자외선 경화수지로 기밀하게 밀봉한 구조를 갖는다. 그리고 전면판(8)과 배면판(3)에 의해 형성되는 장치내부의 공간은, 전자를 조사할 수 있도록 하기 위해 진공상태가 된다. 이 때문에 FED에서는, 대기압에 의해 전면판(8)과 배면판(3)이 접촉하는 것을 방지할 필요가 있으며, 이러한 방지를 위해 다수의 스페이서(1)를 기판 사이에 설치하여 간격을 확보하는 작업이 이루어지고 있다.

평면표시장치에 이용되는 스페이서에는 일정한 도전성을 가질 것이 요구된다. 즉, 스페이서 표면의 도전성이 지나치게 높으면, 전면판과 배면판의 사이에 가해진 전압에 의해 스페이서 표면에 전류가 누출된다. 때문에 전자방출소자-전면판(형광체)에 원하는 전압을 가함에 있어 필요 이상으로 전압을 가할 필요가 생겨 소비전력이 높아진다. 단, 스페이서의 도전성이 지나치게 낮으면, 스페이서 표면이 대전되었을 경우, 그 전하를 제거하기가 어려워진다. 때문에 진공중에 방출된 전자는 대전된 스페이서에 의해 궤도가 꺾여 원하는 화소가 발광할 수 없게 된다는 문제가 발생한다. 이 때문에 일정한 도전성을 부여한 막이 스페이서 표면에 형성되어 있는 것이 있다. 그러나, 유리 스페이서에 형성된 막의 도전성이, 시간이 경 과됨에 따라 변화한다는 문제가 있다.

또, FED의 전면판이나 배면판에는 통상적으로 소다석회유리 혹은 이것과 동등한 열팽창계수를 갖는 고(高)왜곡점의 유리가 사용되고 있다. 이 때문에, 스페이서에는 이들 재료에 적합한 열팽창계수를 가질 것이 요구된다.

또한, 평면표시장치용 스페이서는, 전면판과 배면판의 간격을 일정하게 유지하도록 높은 치수정밀도를 가져야 하며, 표시장치의 제조공정중의 열처리에 의한 파손이나 변형이 일어나지 않을 것이 요구된다. 스페이서를 양호한 치수정밀도로 제조하는 방법이 일본 특허공개공보 H7-144939호에 기재되어 있다. 이 방법은, 미리 예비성형한 소재유리를 일정 속도로 가열로에 공급하여 연화(軟化)가 가능한 온도로 가열하고, 연화된 소재유리에 인장력을 부여하여 드로잉(drawing) 성형하는 것이다. 이 방법에 따르면, 소재유리의 단면과 유사한 단면형상의 스페이서를 양호한 정밀도로 제작할 수가 있다. 또, 연속적으로 제작할 수 있기 때문에, 대량생산이 가능하다. 그러나, 드로잉 성형에 의해 제작된 유리 스페이서는 표시장치 제작시의 열처리공정에서 파손되기 쉽다. 또한, 설계 그대로의 치수 정밀도를 얻지 못하는 경우도 있다.

더욱이 상술한 바와 같이, FED는 장치 내부가 진공이므로, 전면판과 배면판의 간격을 유지하는 스페이서에는 그 부하가 걸리게 된다. 때문에 스페이서에는 기계적 강도가 높을 것이 요구된다.

본 발명의 목적은, 평면표시장치용 스페이서의 제작에 적합한 소재유리를 제 공하는 것이며, 보다 구체적으로는 (1) 표면에 막을 형성하여도 막의 도전성이 장시간 변화하지 않고, (2) 주변 재료에 적합한 열팽창계수를 가지며, (3) 치수정밀도가 높고, 평면표시장치의 제조공정중의 열처리공정에서 파손이나 변형을 일으키지 않으며, (4) 기계적 강도가 높아야 한다는 등의 요구를 만족하는 평면표시장치용 스페이서를 제작할 수 있는 소재유리를 제공하는 것이다.

본 발명의 제 2 목적은 상기 (1) 내지 (4)의 특성을 만족하는 스페이서를 제작할 수 있는 평면표시장치용 유리 스페이서의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제 3 목적은 상기 (1) 내지 (4)의 특성을 만족하는 평면표시장치용 유리 스페이서를 제공하는 것이다.

본 발명의 평면표시장치 스페이서용 유리는, 중량%로 SiO₂ 25∼80%, RO(R은 Mg, Ca, Sr 및/또는 Ba임) 20∼60%, R'₂O(R'는 Li, Na 및/또는 K임) 0∼8%, Fe₂O₃ 0∼20% 함유하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 평면표시장치 스페이서용 유리는, SiO₂ 및 RO를 함유하고, SiO₂의 함유량이 25% 이상, RO의 함유량이 60% 이하인 유리로 이루어지며, 온도 350℃에서의 체적저항률(logρ)이 10.0Ω·㎝ 이상, 알칼리용출량이 1mg 이하, 열팽창계수가 50∼95×10^-7/℃, 액상온도가 1200℃ 이하, 왜곡점이 550℃ 이상인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 평면표시장치용 유리 스페이서의 제조방법은, 상기 유리를 드로잉 성형하는 공정과, 드로잉된 유리 성형체를 절단하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 평면표시장치용 유리 스페이서는 상기 유리로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 평면표시장치용 유리 스페이서는 상기 방법에 의해 제작된 것을 특징으로 한다.

막의 도전성이 변화하는 원인은, 유리로부터 알칼리성분이 용출되기 때문이다. 알칼리성분이 많이 용출되면 막 내부의 알칼리성분이 확산되어 막의 저항치를 변화시키므로, 알칼리 용출량은 1mg 이하, 특히 0.5mg 이하, 특히 0.3mg 이하, 특히 0.1mg 이하, 특히 0.08mg 이하, 특히 0.05mg 이하, 보다 특히 0.01mg 이하인 것이 바람직하다. 또, 스페이서 유리의 체적저항률이 지나치게 낮으면, 스페이서 표면에 형성된 막이 아닌 유리에 전류가 흐를 우려가 있기 때문에, 소재유리의 체적저항률(logρ)은 온도 350℃에서 10.0Ω·㎝ 이상, 특히 10.5Ω·㎝ 이상, 특히 11.0Ω·㎝ 이상, 특히 11.5Ω·㎝ 이상, 특히 12.0Ω·㎝ 이상인 것이 바람직하다. 알칼리성분의 용출을 억제하거나 유리의 체적저항률을 높이기 위해서는 유리 내의 알칼리성분의 함유량을 저감시키면 된다.

유리는 평면표시장치의 기판재료에 적합한 열팽창계수를 갖는 것이 바람직한데, 알칼리성분의 용출을 억제하거나 유리의 체적저항률을 높이기 위해 알칼리성분을 적게 하면, 유리의 열팽창계수가 크게 저하되고 만다. 열팽창계수가 적합하지 않을 경우, 표시장치 제작시의 열처리에 의해 발생하는 응력에 의해 스페이서가 파손되기 쉬워진다. 가령, 30 내지 380℃의 온도범위에서 기판재료의 열팽창계수가 85×10^-7/℃인 경우, 스페이서 유리의 바람직한 열팽창계수는 50∼95×10^-7/℃, 특히 60∼95×10^-7/℃, 특히 70∼95×10^-7/℃, 특히 75∼95×10^-7/℃, 보다 특히 82∼88×10^-7/℃이다. 따라서 알칼리성분이 적은 유리의 열팽창계수를 높이려면, 알칼리토류성분을 다량으로 함유시키는 동시에, SiO₂ 함유량을 적극 적게 하는 것이 중요하다.

드로잉 성형에 의해 성형할 경우, 성형된 유리는 가상(假想)온도가 높고, 열수축이라 불리는 체적수축을 일으키기 쉽다. 이 때문에 드로잉 성형된 유리 스페이서는 그 후의 열처리에서 체적수축을 일으키기 쉽다. 예컨대 FED에서는, 유리 스페이서는 기판에 접착고정되어 있으며, 열처리에 의해 스페이서가 체적수축을 일으키면 응력이 발생하여 파손될 것이라 생각된다. 그런데 왜곡점이 높은 유리일수록, 체적수축이 일어나는 온도가 높아진다. 즉, 열처리하여도 체적수축하지 않는 온도영역이 넓어진다. 이는, 드로잉성형에 의해 성형된 유리 스페이서에 있어서 파손 등의 위험이 작아진다는 것을 의미한다. 때문에 유리의 왜곡점은 높을수록 바람직하며, 구체적으로는 550℃ 이상, 특히 570℃ 이상, 특히 580℃ 이상, 특히 590℃ 이상, 특히 600℃ 이상, 보다 특히 610℃ 이상인 것이 바람직하다. 유리의 왜곡점을 높이려면 알칼리토류성분을 다량으로 함유시키거나 Fe₂O₃의 함유량을 제한 하는 것이 효과적이다.

또한, 유리의 실투성이 불량할 경우, 소재유리의 성형시에 발생한 실투결정이 드로잉 성형의 정밀도를 저하시킨다. 소재유리의 성형시에 실투를 잘 일으키지 않도록 하려면, 액상온도가 낮아지도록 설계하는 것이 중요하다. 액상온도가 낮을수록 소재유리의 성형시에, 특히 판유리의 성형시에 실투결정이 잘 생기지 않게 된다. 즉 실투결정의 존재로 인해 드로잉 성형의 정밀도가 저하될 우려가 적어진다. 또, 실투결정을 포함하는 부분이 감소하면, 폐기되는 소재유리량을 줄일 수도 있다. 때문에 액상온도는 낮을수록 바람직하며, 구체적으로는 1200℃ 이하, 특히 1150℃ 이하, 특히 1100℃ 이하, 보다 특히 1050℃ 이하인 것이 바람직하다. 액상온도를 저하시키기 위해서는 알칼리토류성분의 상한을 제한하는 것이 효과적이다. 또한, 액상온도에서의 유리의 점도가 높을수록 성형이 용이해지므로 바람직하며, 10^2.5dPa·s 이상, 특히 10^3.0dPa·s 이상, 특히 10^3.5dPa·s 이상, 특히 10^4.0dPa·s 이상, 나아가 10^4.5dPa·s 이상인 것이 바람직하다.

기계적 강도를 높이려면 유리의 크랙발생률을 낮추면 된다. 유리 스페이서에는 대기압에 의한 응력이 가해지기 때문에 잘 깨지지 않아야 하며, 깨어지기 쉬운 정도의 지표인 크랙발생률이 80% 이하, 특히 75% 이하, 특히 70% 이하, 특히 65% 이하, 특히 60% 이하, 특히 55% 이하, 보다 특히 50% 이하인 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에서의 크랙발생률이란, 『습도 30%, 온도 25℃로 유지된 항온항습조 내에서 하중 30g으로 설정된 비커스(vickers) 압자(壓子)를 유리표면(광학연마면) 에 15초간 박아넣고, 그 15초 후에 압흔(壓痕)의 네 모서리에서 발생하는 크랙의 수를 카운트(1개의 압흔당 최대 4개로 함)한다. 이러한 일련의 평가를 20회 반복하여 총 크랙발생수를 계수하고, 총 크랙발생수/80×100의 식으로 얻어지는 값』이다. 크랙발생률은 SiO₂가 많을수록 낮아지고 알칼리토류성분이 많을수록 높아지는 경향이 있다.

이상의 조건을 고려한 결과, 본 발명의 스페이서용 유리의 구체적인 조성범위는 중량%로 SiO₂ 25∼80%, RO(R은 Mg, Ca, Sr 및/또는 Ba이다) 20∼60%, R'₂O(R'은 Li, Na 및/또는 K이다) 0∼8%, Fe₂O₃ 0∼20%가 된다.

이하에는 조성의 한정이유에 대해 상술하도록 한다.

SiO₂의 함유량이 많아지면, 유리의 용융, 성형이 어려워지거나 열팽창계수가 지나치게 작아져 주변재료와의 정합성(整合性)을 얻기 어려워진다. 이 때문에 SiO₂는 80% 이하, 바람직하게는 70% 이하, 특히 60% 이하, 특히 55% 이하, 특히 50% 이하, 보다 특히 49% 이하인 것이 바람직하다. 한편, SiO₂의 함유량이 적어지면, 열팽창계수가 커져 유리의 내열충격성이 저하된다. 또, 유리화가 어려워지거나 크랙이 발생하기 쉬워지는 경향이 있다. 때문에 SiO₂는 25% 이상, 바람직하게는 35% 이상, 보다 바람직하게는 36% 이상, 특히 40% 이상인 것이 바람직하다.

알칼리토류 금속산화물(RO)인 MgO, CaO, SrO, BaO는 알칼리성분이 적은 유리에서 열팽창계수를 높이기 위한 성분이다. 이들 성분의 합량(合量)이 많아지면 밀 도가 높아지거나 유리가 실투되기 쉬워지거나 열팽창계수가 높아지거나 크랙발생률이 높아지는 경향이 있다. 이 때문에, 이들 성분의 합량은 60% 이하, 바람직하게는 58% 이하, 특히 55% 이하인 것이 바람직하다. 한편, MgO+CaO+SrO+BaO의 합량이 적으면 열팽창계수가 지나치게 낮아져 주변재료와의 정합성을 얻지 못하게 되거나 왜곡점이 저하되기 쉬워진다. 때문에, MgO+CaO+SrO+BaO의 합량은 20% 이상, 바람직하게는 25% 이상, 특히 30% 이상, 특히 31% 이상, 특히 35%이상, 보다 특히 40% 이상인 것이 바람직하다.

MgO는 왜곡점을 저하시키지 않으면서 유리의 고온점도를 저하시켜 용융성이나 성형성을 높이는 성분이다. 또한, 소량 함유시키면 액상온도를 저하시키는 효과가 있기 때문에, 이러한 목적을 위해 0.1% 이상, 특히 0.5% 이상, 보다 특히 1% 이상 함유시켜도 좋다. 단, MgO의 함유량이 많아지면 오히려 유리가 실투되기 쉬워지거나, 열팽창계수가 높아지는 경향이 있다. 때문에, MgO의 상한은 15% 이하, 특히 10% 이하, 나아가 8% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

CaO는 왜곡점을 저하시키지 않으면서 유리의 고온점도를 저하시켜 용융성이나 성형성을 높이는 성분이다. CaO의 함유량은 0.1% 이상, 특히 0.5% 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 단, CaO의 함유량이 많아지면, 유리가 실투되기 쉬워지거나 열팽창계수가 높아지는 경향이 있다. 때문에, CaO는 15% 이하, 특히 12% 이하, 보다 특히 10% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

SrO는 왜곡점을 저하시키지 않으면서 고온점도를 저하시켜 용융성이나 성형성을 높이는 성분이다. 또, 유리의 실투성을 악화시키지 않으면서 열팽창계수를 높일 수 있는 성분이기도 하다. 때문에 0.1% 이상, 특히 1% 이상, 특히 3% 이상, 특히 5% 이상, 특히 6% 이상, 보다 특히 8% 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 단, SrO의 함유량이 지나치게 많아지면 유리가 실투되기 쉬워지거나, 열팽창계수가 높아지는 경향이 있다. 따라서 20% 이하, 특히 18% 이하, 특히 15% 이하, 보다 특히 13% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

BaO는 왜곡점을 저하시키지 않으면서 유리의 고온점도를 저하시켜 용융성이나 성형성을 높이는 성분이다. 또, 유리의 실투성을 악화시키지 않으면서 열팽창계수를 높일 수 있는 성분이기도 하다. 때문에, 1% 이상, 특히 5% 이상, 특히 10% 이상, 특히 15% 이상, 특히 20% 이상, 특히 25% 이상, 특히 28% 이상, 보다 특히 30% 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 단, BaO의 함유량이 지나치게 많아지면, 유리가 실투되기 쉬워지거나 열팽창계수가 높아지는 경향이 있다. 때문에, 50% 이하, 특히 45% 이하, 특히 40% 이하, 특히 38% 이하, 나아가 36% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

또, (MgO+CaO)/(SrO+BaO)는 질량비로 3.0 이하인 것이 바람직하다. 이 비율이 3.0보다 커지면 유리의 실투성이 악화되기 쉽다. 때문에, 3.0 이하, 특히 2.5 이하, 특히 2.0 이하, 특히 1.5 이하, 특히 1.0 이하, 특히 0.5 이하, 보다 특히 0.3 이하인 것이 바람직하다.

또한, 알칼리토류 금속산화물의 함유량에 대하여, 유리의 그물코 형성성분인 SiO₂의 함유량이 적어지면 유리화하기 어려워지는 동시에, 크랙발생률이 높아지는 경향이 있다. 이 때문에, SiO₂/(MgO+CaO+Sr0+BaO)가 질량비로 0.5 이상, 특히 0.6 이상, 특히 0.7 이상, 특히 0.75 이상, 보다 특히 0.8 이상, 나아가 0.81 이상인 것이 바람직하다. 그러나, 이 비율이 지나치게 커지면 열팽창계수가 낮아진다. 때문에, 2.0 이하, 특히 1.5 이하, 특히 1.3 이하, 특히 1.2 이하, 보다 특히 1.1 이하인 것이 바람직하다.

알칼리 금속산화물(R'₂O)인 Li₂O, Na₂O, K₂O는, 유리의 체적저항률을 저하시키고 알칼리용출량을 증대시킨다. 때문에, 이들의 합량은 8% 이하, 바람직하게는 7% 이하, 특히 5% 이하, 특히 3% 이하, 보다 특히 1% 이하로 제한해야 하며, 이상적으로는 함유하지 않는 것이 바람직하다.

Fe₂O₃은 유리의 투과율을 저하시켜, 디바이스에 조립된 스페이서를 블랙 매트릭스로서 기능하도록 하는 등의 효과를 기대할 수 있다. 또한, 유리의 체적저항률을 저하시키는 성분이기도 하다. 단, 유리의 왜곡점을 저하시키는 경향이 있으므로, 20% 이하, 특히 10% 이하, 특히 5% 이하, 특히 3% 이하, 특히 2% 이하, 보다 특히 1% 이하로 제한해야 한다.

더욱이 본 발명의 유리는 Al₂O₃, B₂O₃, 희토류산화물 등을 포함할 수 있다.

Al₂O₃은 왜곡점을 상승시키는 효과가 있기 때문에, 0.1% 이상, 특히 0.5% 이상 함유시켜도 무방하다. 단, 함유량이 많아지면, 실투결정이 석출되기 쉬워진다. 따라서, 20% 이하, 특히 10% 이하, 특히 8% 이하, 특히 6% 이하, 특히 3% 이하, 보 다 특히 1% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

B₂O₃은 유리의 점성을 저하시키고 실투성을 개선하는 성분이다. 또, 크랙발생률을 저하시키는 경향이 있다. 이 때문에, 0.1% 이상, 특히 1% 이상, 특히 3% 이상, 특히 4% 이상, 보다 특히 5% 이상 함유하는 것이 바람직하다. 단, 함유량이 많아지면 왜곡점이 저하된다. 때문에, 20% 이하, 특히 15% 이하, 특히 10% 이하, 보다 특히 9% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

La₂O₃, Y₂O₃, Nb₂O₅ 등의 희토류산화물은, 열팽창계수를 높이는 기능이 있기 때문에, 알칼리토류 금속산화물 대신에 함유시킬 수 있다. 단, 희토류산화물이 함유되면 실투가 일어나기 쉬워진다. 또, 원료비용이 크게 상승한다. 때문에, 희토류산화물은 합량으로 30% 이하, 바람직하게는 25% 이하, 특히 20% 이하, 특히 15% 이하, 특히 10% 이하, 특히 5% 이하, 특히 3% 이하, 보다 특히 1% 이하로 제한하여야 한다.

또한 상기 이외에도 유리의 특성을 손상시키지 않는 범위에서 각종 성분을 첨가할 수 있다. 예를 들어 ZnO나 ZrO₂를 각각 10% 이하, 바람직하게는 4% 이하로 함유시킬 수도 있다. 또, 청징제로서 SO₃, Sb₂O₃, Sb₂O₅ 및 SnO₂의 그룹에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 합량으로 0 내지 3% 함유시켜도 무방하다.

상기 조성범위에 있어서, 각 성분의 바람직한 범위를 임의로 조합하여 보다 바람직한 조성범위를 선택하는 것은 당연히 가능한데, 그 중에서 평면표시장치 스 페이서용 유리로서 보다 바람직한 조성범위로는, 중량%로 SiO₂ 25∼60%, MgO 0∼10%, CaO 0∼10%, SrO 5∼20%, BaO 15∼45%, Al₂O₃ 0∼10%, B₂O₃ 0∼15%, R'₂O(R'는 Li, Na 및/또는 K임) 0∼5%, Fe₂O₃ 0∼5%의 범위를 예시할 수 있다. 유리의 조성범위를 상기와 같이 규정하면, 원하는 특성을 갖는 스페이서용 유리를 쉽게 얻을 수 있다.

평면표시장치 스페이서용 유리의 더욱 바람직한 범위로서 SiO₂ 25∼50%, MgO 0∼5%, CaO 0.1∼10%, SrO 5∼15%, BaO 20∼40%, Al₂O₃ 0∼6%, B₂O₃ 0.1∼15%, R'₂O(R'는 Li, Na 및/또는 K임) 0∼1%, Fe₂O₃ 0∼1%의 범위를 들 수 있다. 유리의 조성범위를 상기와 같이 규정하면, 원하는 특성을 쉽게 얻을 수 있는 동시에 더욱 실투성이 우수한 스페이서용 유리를 얻을 수 있다.

다음으로, 상기 유리를 소재유리로서 사용한 본 발명의 유리 스페이서의 제조방법에 대해 설명하도록 한다.

먼저 상기 조성을 갖는 소재유리를 준비한다. 소재유리로는, 가령 잉곳에서 절취한 판형상 유리나, 판유리를 절단한 스트립(strip)형상 유리를 채용할 수 있다.

준비된 소재유리를 유리 스페이서로 성형하려면, 드로잉 성형을 채용하는 것이 바람직하다. 드로잉 성형은, 한쪽 단부가 고정된 소재유리를, 드로잉이 가능한 온도로 가열하면서 유리의 타단을 연속적으로 잡아당김으로써 이루어진다. 더욱이 드로잉 성형된 유리성형체를 소정의 길이로 절단함으로써 평면표시장치용 유리 스페이서를 얻을 수 있다. 절단면 혹은 절단면에 인접한 능선부는, 절결이나 크랙의 방지를 위해 연마, 에칭 등의 처리를 하여도 된다. 또한 FED 용도의 경우, 스페이서의 대전이나 전자궤도의 왜곡을 방지하기 위하여 스페이서 표면에 도전막을 부여하여 표면저항을 조정하는 것이 바람직하다. 막형성에는 침지(dip), 스프레이, 스퍼터링, CVD 등의 방법을 채용할 수 있다. 또한, 도전막의 형성은 드로잉 성형 후의 독립된 공정으로 진행하여도 되지만, 드로잉과 동시에 실시하여도 무방하다.

또한, 이렇게 하여 제작된 유리 스페이서는 그대로 기판에 접착 고정하여 사용하여도 되지만, 예컨대 자립성을 높이기 위해 다른 부재와 조합하여 우물 정(井)자 형상으로 한 후에 사용하여도 무방하다.

본 특허에서의 평면표시장치용 유리 스페이서는, 상기 소재유리(본 발명의 스페이서용 유리)로 이루어지는 것이다. 바람직하게는 소재유리(본 발명의 스페이서용 유리)를 드로잉 성형하여 이루어지는 것이다. 드로잉 성형을 이용하여 제작하면, 치수 정밀도가 양호한 스페이서를 저렴하게 대량생산할 수 있다. 단, 드로잉 성형 이외의 방법을 배제하는 것은 아니다. 예컨대, 소재유리를 기계적으로 절단함으로써 제작하여도 무방하다.

[ 실시예 1]

실시예 1은 본 발명에 사용되는 유리에 관해 각종 특성을 평가한 것이다.

평가에서는, 먼저 표 1 내지 3의 조성이 되도록 유리원료를 조합하였다. 이 때 원료로부터 불순물로서 혼입되는 알칼리 금속산화물의 합량이 1000ppm 이하, Fe₂O₃의 혼입량이 1000ppm 이하가 되도록 각종 원료를 선정하였다. 이들 원료를 백금포트를 이용하여 1550℃에서 5시간 용융하였다. 그 후, 용융유리를 카본패널 위에 흘려 판형상으로 성형하고 각종 평가를 실시하였다. 그 결과를 하기 표 1 내지 3에 나타내었다.

밀도는 주지의 아르키메데스법으로 측정하였다.

왜곡점은 ASTM C336-71의 방법에 기초하여 측정하였다. 이 값이 높을수록 유리의 내열성이 높아진다.

연화점은 ASTM C338-93의 방법에 기초하여 측정하였다.

점도 10⁴, 10³, 10^2.5의 dPa·s에서의 온도는, 백금구 인상법(引上法)으로 측정하였다. 이 온도가 낮을수록 용융성이 우수하게 된다.

열팽창계수는 열팽창률계를 이용하여 30 내지 380℃에서의 평균 열팽창계수를 측정한 것이다.

액상온도는, 유리를 분쇄하여 표준 체(sieve) 30메시(500㎛)를 통과시키고 50메시(300㎛)에 남는 유리분말을 백금보트에 넣고 온도 구배로(gradient heating furnace) 내에 48시간 유지하여 결정이 석출되는 온도를 측정한 것이다. 액상점도는 액상온도에서의 각 유리의 점도를 나타낸다. 액상점도가 높고 액상온도가 낮을수록, 내실투성이 우수하며 성형성이 우수하다 할 수 있다.

알칼리용출에 대해서는 JIS R3502에 기초한 방법에 의해 시험하였다.

체적저항률(logρ, 단위:Ω·㎝)은 ASTM D257에 기초한 방법으로 측정하였다.

크랙발생률은 다음과 같이 구하였다. 먼저, 습도 30%, 온도 25℃로 유지된 항온항습조 내에서, 하중 30g으로 설정된 비커스 압자를 유리표면(광학연마면)에 15초간 박아넣고, 그 15초 후에 압흔의 네 모서리에서 발생하는 크랙의 수를 카운트(1개의 압흔당 최대 4개로 함)한다. 이러한 일련의 조작을 20회 반복한 후, 총 크랙발생수를 계수한다. 그 후, 총 크랙발생수/80×100의 식으로 구한 값을 크랙발생률로 하였다.

표 1 내지 3에서 알 수 있는 바와 같이, 모든 유리에 있어서 알칼리용출이 적고, 체적저항률(logρ)이 10.0Ω·㎝ 이상이었다. 또한 왜곡점이 550℃ 이상, 액상온도가 1200℃ 이하, 크랙발생률이 80% 이하, 액상점도가 10^2.5dPa·s 이상이며, 열팽창계수도 50∼95×10^-7/℃의 범위 내였다.

[ 실시예 2]

실시예 2는 본 발명의 유리 스페이서에 형성된 막의 저항치를 측정한 것이다. 먼저, 유리 스페이서의 제조방법을 구체적으로 설명한다.

우선, 실시예 1에서의 No.2의 조성을 갖는 유리를 Pt 포트 내에서 용융하여 57×57×1000mm의 잉곳을 제작하였다.

다음으로 상기 잉곳을 28mm×2.8mm×1000mm의 크기로 절단가공하여 스트립형상의 유리를 얻었다.

이어서 No.2의 유리를 750℃∼850℃의 온도로 유지된 전기로의 상부를 통해 5mm/분의 속도로 연속적으로 집어넣어 연화변형이 가능해지도록 가열하였다. 더욱이 연화변형에 의해 하방으로 늘어지기 시작한 스트립형상의 유리의 하단을, 구동하는 롤러 쌍에 의해 유지하고 인장력을 부여하여 드로잉, 절단함으로써, 5mm×0.5mm×100mm의 크기의 유리 스페이서를 얻었다. 얻은 스페이서에 ATO막을 침지법에 의해 형성하였다.

이렇게 하여 제작된 유리 스페이서를 이용하여 ATO막의 저항치의 변화를 평가하였다. 평가는, 전압이 100v로 설정된 표면저항측정기의 프로브를 막에 접촉시킨 상태를 유지한 채로 표면저항을 500시간 측정함으로써 이루어졌다. 그 결과, 스페이서의 막의 저항치에서 커다란 변화는 확인되지 않았다.

본 발명의 스페이서용 유리는 체적저항률이 높고, 알칼리용출이 잘 일어나지 않으며, 적당한 열팽창계수를 가지고, 드로잉 성형성이 우수하며, 더욱이 기계적강도가 높은 유리이다. 구체적으로는 온도 350℃에서의 체적저항률(logρ)이 10.0Ω·㎝ 이상, 알칼리용출량이 1mg 이하, 열팽창계수가 50∼95×10^-7/℃, 액상온도가 1200℃ 이하, 왜곡점이 550℃ 이상이며, 또한 크랙발생률이 낮다는 성질을 갖는다. 이 때문에 상기 유리를 이용하면, (1) 표면에 도전막을 형성하여도 막의 도전성이 장시간 변화하지 않고, (2) 주변 재료에 적합한 열팽창계수를 가지며, (3) 치수정밀도가 높고, 평면표시장치의 제조공정중의 열처리 공정에서 파손이나 변형을 일으키지 않으며, (4) 기계적 강도가 높다는 등의 특성을 갖는 평면표시장치용 유리 스페이서를 제작할 수가 있다.

또한, 본 발명의 제조방법에 따르면, 소재유리의 단면과 유사한 단면형상의 스페이서를 양호한 정밀도로 제작할 수가 있다. 또, 연속적으로 제작할 수 있기 때문에, 대량생산이 가능하여 FED 등의 스페이서의 제조방법으로서 적합하다.

또, 본 발명의 스페이서는 상기한 성질을 갖는 유리로 이루어지기 때문에, FED 등의 스페이서로서 적합하다. 또, 드로잉 성형에 의해 제작될 경우에는 정밀도가 양호하고 더욱이 대량생산된다는 점에서, 저렴하며 치수정밀도가 우수하고 FED 등의 스페이서로서 바람직하게 사용될 수가 있다.

본 발명의 유리 스페이서는 FED용도로 한정되는 것은 아니며, 그 밖의 평면표시장치의 스페이서로서도 사용될 수 있다.

Claims (10)

1. 중량%로 SiO₂ 25∼80%, RO(R은 Mg, Ca, Sr 및/또는 Ba임) 20∼60%, R'₂O(R'는 Li, Na 및/또는 K임) 0∼8%, Fe₂O₃ 0∼20% 함유하는 것을 특징으로 하는 평면표시장치 스페이서용 유리.
2. 제 1항에 있어서, 20중량% 이하의 B₂O₃, 30중량% 이하의 희토류산화물 및 2O중량% 이하의 Al₂O₃로 구성된 군에서 선택된 하나 이상의 성분을 추가적으로 함유하는 것을 특징으로 하는 평면표시장치 스페이서용 유리.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 중량%로 SiO₂ 25∼60%, MgO 0∼10%, CaO 0∼10%, SrO 5∼20%, BaO 15∼45%, Al₂O₃ 0∼10%, B₂O₃ 0∼15%, R'₂O(R'는 Li, Na 및/또는 K임) 0∼5%, Fe₂O₃ 0∼5% 함유하는 것을 특징으로 하는 평면표시장치 스페이서용 유리.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 중량%로 SiO₂ 25∼50%, MgO 0∼5%, CaO 0.1∼10%, SrO 5∼15%, BaO 20∼40%, Al₂O₃ 0∼6%, B₂O₃ 0.1∼15%, R'₂O(R'는 Li, Na 및/ 또는 K임) 0∼1%, Fe₂O₃ 0∼1% 함유하는 것을 특징으로 하는 평면표시장치 스페이서용 유리.
5. 제 1항에 있어서,

   SiO₂/RO가, 질량비로 0.5∼2.0의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 평면표시장치 스페이서용 유리.
6. 제 1항에 있어서,

   (MgO+CaO)/(SrO+BaO)가 질량비로 3.0 이하인 것을 특징으로 하는 평면표시장치 스페이서용 유리.
7. SiO₂ 및 RO를 함유하며, SiO₂의 함유량이 25% 이상, RO의 함유량이 60% 이하인 유리로 이루어지고, 온도 350℃에서의 체적저항률(logρ)이 10.0Ω·㎝ 이상, 알칼리용출량이 1mg 이하, 열팽창계수가 50∼95×10^-7/℃, 액상온도가 1200℃ 이하, 왜곡점이 550℃ 이상인 것을 특징으로 하는 평면표시장치 스페이서용 유리.
8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 기재된 유리를 드로잉 성형하는 공정과, 드로잉된 유리성형체를 절단하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 평면표시장치용 유리 스페이서의 제조방법.
9. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 기재된 유리로 이루어지는 것을 특징으로 하는 평면표시장치용 유리 스페이서.
10. 제 8항에 기재된 방법에 의해 제작된 것을 특징으로 하는 평면표시장치용 유리 스페이서.

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