CN1964926A - 显示装置用基板玻璃 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及以重量％表示含有SiO2 63～69、Al2O3 0.5～5、Na2O 2～7、K2O 8～17、MgO 10～18、CaO 0～7、SrO 0～3、BaO 0～3、ZrO2 0.5～7，并且应变点大于等于570℃的平板显示装置用基板玻璃。

Description

显示装置用基板玻璃
技术领域
本发明涉及耐热性优良、轻量并且高强度的玻璃组合物。特别是涉及适合于要求与通常的钠钙硅玻璃同等程度的热膨胀系数和高耐热性的玻璃基板，例如，PDP(等离子显示屏)和EL(电致发光)、FED(场发射显示器)等电子显示器用基板的玻璃组合物。
背景技术
以往，在PDP制造领域，作为玻璃基板一直使用常温～300℃的热膨胀系数为80～90×10-7/℃左右，应变点为510～520℃左右的钠钙硅玻璃。钠钙硅玻璃在很多方面使用，由于价格低且容易供应，从这点出发是有利的。但是，由于应变点低，在玻璃基板上配置电极线图形、进一步用低熔点玻璃形成绝缘被覆时等，在屏幕制造上实施各种热处理时，容易出现基板玻璃的弯曲和收缩等变形的所谓不好的现象。
为了消除上述不好的现象，近年提出了和钠钙硅玻璃同是碱碳酸钙系玻璃的、其热膨胀系数和钠钙硅玻璃近似、应变点超过550℃、或超过600℃那样的高应变点玻璃(例如专利文献1～3)。这些玻璃在显示器屏幕的制造工序中，热变形小，另外和其他部件的膨胀的相容性也好。
专利文献1：专利第2738036号公报
专利文献2：特开平9～202641号公报
专利文献3：特开平9～255354号公报
发明内容
但是，以往的高应变点玻璃，成分组成自身相对于钠钙硅玻璃是稍微有些特殊的组成，以往的高应变点玻璃的密度与钠钙硅玻璃相比要重，多数情况下超过2.6。这样不但有使显示装置的轻量化变得困难的问题，而且还产生了由于玻璃基板自重而引起的垂度问题。即，由玻璃基板的自重引起的垂度量(W)，如式(1)所示的那样，与玻璃的密度(ρ)成比例增大。因此，如果玻璃基板大型化，垂度变得更大，有在基板的搬运和移动的工序中造成破损等不好的现象的问题。
W＝c(ρ/E)(L4/t2)    (1)
W：最大垂度，L：两边支撑之间的距离，t：板厚，ρ：玻璃的密度，
E：玻璃的杨氏模量，c：常数
再有，以往的高应变点玻璃与钠钙硅玻璃相比要脆，所以在实施各种处理时有容易破裂的问题。一般，玻璃的破裂被认为是以损伤(裂缝)作为起点引起的脆性破坏，对于这一破坏的抵抗性称为破坏韧性(KIC)。因此，为了改善上述破裂问题，KIC高的玻璃是必要的。
本发明的目的在于，为了解决这些问题，提供一种基板玻璃，其特征为具有和钠钙硅玻璃同等程度的线性膨胀系数，同时应变点和KIC高，密度低。
按照本发明，以重量％表示，含有SiO263～69、Al2O30.5～5、Na2O2～7、K2O8～17、MgO10～18、CaO0～7、SrO0～3、BaO0～3、ZrO20.5～7，且应变点为570℃或以上的平板显示器用基板玻璃。
具体实施方式
按照本发明，可提供具有与钠钙玻璃同等程度的热膨胀系数，密度低，并且破坏韧性KIC高的高应变点玻璃，这种玻璃作为PDP、EL以及FED等的电子显示器用玻璃基板极为适用。
根据本发明的上述玻璃，基本上，以重量％表示也可以是由SiO2为63～69、Al2O3为0.5～5、Na2O为2～7、K2O为8～17、MgO为10～18、CaO为0～7、SrO为0～3、BaO为0～3、ZrO2为0.5～7构成的玻璃。
SiO2是玻璃的主要成分，在重量％上不足63％不能得到所希望的破坏韧性KIC同时玻璃的耐热性或化学耐久性恶化。另一方面，如超过69％，玻璃熔融液的高温粘度变高，玻璃形成变得困难。另外，玻璃的线性热膨胀系数变得过小，和构成显示器屏幕的其他部件的匹配性变得恶化。因此，使其为63～69％，优选64～68％的范围。
Al2O3是使应变点和破坏韧性KIC变高的成分，是必须的成分。在重量％上不足0.5％的话，玻璃的应变点和破坏韧性KIC降低，另一方面，如超过5％，玻璃熔融液的高温粘度变高，同时失透倾向增大，因而玻璃成型变得困难。因此，使其为0.5～5％，优选1～4％的范围。
Na2O和K2O一起都用作玻璃熔融时的助熔剂，另外，在将玻璃的线性膨胀系数维持在适当大小上是不可欠缺的。如果不足2％，作为助溶剂的效果不充分，再者线性膨胀系数变得过低。如超过7％则应变点降低过多。因此，使其为2～7％，优选3～6％的范围。
K2O在显示和Na2O同样的作用效果的同时，由于和Na2O的混合碱效果，抑制了碱离子的移动，是使玻璃的体积电阻率提高的必须成分。如果不足8％，这些作用不充分，如果超过17％线性膨胀系数变得过大，且应变点也降低过多。
K2O含量为14～17％，进一步15～17％也可以。在这样的K2O含量的场合，本发明的玻璃有时定义为第1玻璃。与此相对，K2O含量也可以是8～15％，进一步8～14％，进一步10～13％。在这样的K2O含量的场合，本发明的玻璃有时定义为第2玻璃。
MgO是可以使玻璃的破坏韧性KIC增大，同时使应变点也上升的必须成分。不足10％，这些作用不充分。另一方面，如果超过18％，则失透倾向变大，因而玻璃成型变得困难。因此，使其为10～18％，优选10.5～16％的范围。
CaO虽不是必须成分，但在具有使玻璃熔解时的熔融玻璃的粘度下降的作用的同时，具有使玻璃的应变点上升的作用。因此，也可以含有直到7％或以下。超过7％，则使玻璃的硬度上升，破坏韧性KIC降低，所以优选在7％或以下的范围引入。
SrO和BaO虽不是必须成分，但在CaO的共同存在下，具有使玻璃熔融液的高温粘度下降，抑制失透发生的作用。如果超过3％，则线性膨胀系数变得过大，所以优选分别在3％或以下的范围。
ZrO2是具有使玻璃的应变点上升，提高玻璃的化学耐久性的效果的必须成分，优选含有0.5％或以上。如果超过7％，则密度上升，不能维持所希望的值。因此，使其为0.5～7％，优选1～6％的范围。
B2O3虽不是必须成分，但具有降低玻璃熔解时的熔融玻璃的粘度的作用，同时，具有减小失透倾向的作用，所以，也可含有5％或以下。如果超过5％，则应变点降低过度，优选在5％或以下的范围内引入。
Li2O虽不是必须成分，但降低玻璃的高温粘度，促进玻璃原料的熔融。但是，如果含3％或以上，则应变点降低过度，优选在3％或以下的范围内引入。
按照本发明所例示的方式的玻璃基本上由上述成分所构成，但在不损坏本发明的目的的范围内也可以含有以重量％表示总量不超过3％的其他成分。例如，为了改善玻璃的熔解、澄清、成型性能，也可以含有总量直到1％的SO3、Cl、F、As2O3等。另外，为了使玻璃着色，也可以含有总量直到1％的Fe2O3、CoO、NiO等。为了防止PDP的电子线的褐色化等也可以分别含有直到1％的TiO2以及CeO2，或含有总量直到1％的TiO2和CeO2。
应变点不足570℃，在玻璃基板上配置电极线图形、进一步用低熔点玻璃形成绝缘被覆时等，在屏幕制造上实施各种热处理时，容易出现基板玻璃的弯曲和收缩等变形的所谓不好的现象。
另外，本发明的玻璃在30℃～300℃的平均线性热膨胀系数也可以在70×10-7/℃～90×10-7/℃的范围内。如果超出该范围，和构成显示器屏幕的其他部件的相容性有时变差。
还有，本发明的第1玻璃在30℃～300℃的平均线性热膨胀系数也可以在86×10-7/℃～90×10-7/℃的范围内，进一步可以在87×10-7/℃～88×10-7/℃的范围内。这些范围内，如果是在后者的范围内，平均线性热膨胀系数和一般用浮法作成的钠钙硅玻璃的平均线性热膨胀系数几乎相等。而，本发明的第2玻璃在30℃～300℃的平均线性热膨胀系数也可以在70×10-7/℃～85×10-7/℃的范围内。
再有，本发明的玻璃的破坏韧性KIC也可以是0.7MPa·m1/2或以上。破坏韧性KIC不足0.7MPa·m1/2，则在显示器的制造工序中，可能会出现容易破裂的问题。
进一步还有，本发明的玻璃，密度可以不足2.6g/cm3。密度如果在2.6g/cm3或以上，则变得比一般的钠钙硅玻璃的值还要大，在显示器大型化的场合，可能会产生由于玻璃基板的自重引起的变形或破裂等不好的现象。
在下面表1中所示的非限定的实施例1～5以及表2中所示的非限定的实施例1～8分别例证了本发明的第1玻璃和第2玻璃。与此相对，表3中所示的比较例1～4是和这些相对照的例子。(实施例1～5，实施例1～8以及比较例1～4)
(玻璃的制造)
将含有硅砂、氧化铝、碳酸钠、硫酸钠、碳酸钾、氧化镁、碳酸钙、碳酸锶、碳酸钡以及硅酸锆的配合原料填充到铂坩埚中，在电炉内1500～1600℃，加热熔融约6小时。加热熔融当中用铂棒搅拌玻璃熔融液使玻璃均化。接着，将熔融玻璃注入模型中，移入保持在600～700℃的电炉中以使其缓慢变冷，在该炉内冷却，得到表1的实施例1～5、表2的实施例1～8以及表3的比较例1～4中所示组成的玻璃。得到的玻璃是没有气泡和条纹的均质玻璃。
关于这些玻璃，应变点(℃)、平均线性热膨胀系数(10-7/℃)、破坏韧性KIC(MPa·m1/2)以及密度(g/cm3)根据以下的方法测定。
应变点根据JIS R3103-2的规定用压梁法测定。线性热膨胀系数使用热功分析装置TMA8310(理学电机(株)制造)测定30～300℃的平均线性热膨胀系数。破坏韧性使用微小硬度计DMH-2(松泽精机(株)制造)，根据JIS R1607中记载的精细陶瓷的破坏韧性试验方法(压头压入法)算出。密度根据阿基米德法对无泡的玻璃(约50g)进行测定。
[表1]
实施例     1    2     3     4     5
SiO2Al2O3Na2OK2OMgOCaOSrOBaOZrO2应变点密度破坏韧性KIC膨胀系数     66.01.04.015.511.02.55702.4910.76788    64.52.04.015.511.52.55732.4960.77586     64.53.04.015.510.50.52.05702.4850.79786     64.03.53.516.510.00.52.05722.4830.80587     63.04.05.014.010.01.03.05702.5120.78487
[表2]
 实施例    1    2    3    4    5    6    7     8
 SiO2Al2O3Na2OK2OMgOCaOSrOBaOZrO2应变点密度破坏韧性KIC膨胀系数    63.54.54.514.010.50.50.52.05932.510.8785    64.04.55.010.511.50.50.53.56062.5350.83876    64.02.06.08.515.00.50.53.56012.5630.83479    65.01.03.011.010.52.03.04.56062.5870.77472    65.01.56.08.013.01.50.51.03.55972.5690.80679    65.03.04.011.511.01.00.54.06142.5370.81976    65.52.03.511.511.01.05.56242.5480.81971     68.01.06.08.016.01.05862.5050.87577
[表3]
 比较例     1     2      3   4
 SiO2Al2O3Na2OK2OMgOCaOSrOBaOZrO2应变点密度破坏韧性KIC膨胀系数     70.92013.60.83.69.15072.5140.7387     54.68.74.58.22.97.49.93.85832.7410.6585     55.56.65.16.41.22.29.39.04.75802.8430.6783    68.90.94.64.80.19.76.70.43.95822.640.6475
(结果)
表1中的实施例1～5的玻璃以及表2中的实施例1～8的玻璃分别对应于本发明的第1以及第2玻璃。比较例1的玻璃是钠钙硅玻璃。比较例2～4的玻璃是以往的高应变点玻璃。比较例1的钠钙硅玻璃，虽然其密度不足2.6、破坏韧性KIC为0.7MPa·m1/2，但应变点表现出显著低于比较例2～4的高应变点玻璃。另一方面，比较例2～4的高应变点玻璃，虽然应变点大于等于580℃，但表现出密度超过2.6，并且破坏韧性KIC为不足0.7MPa·m1/2。
与此相对，表1中的实施例1～5以及表2中的实施例1～8的玻璃，在应变点为大于等于570℃足够高的同时，密度不足2.6，破坏韧性KIc超过0.75MPa·m1/2，充分满足大于等于0.7MPa·m1/2。因此，可知本发明的玻璃在具有和钠钙硅玻璃同等的线性膨胀系数、和以往的高应变点玻璃同等的耐热性的同时，密度低，破坏韧性也高。

Claims (9)

1.平板显示装置用基板玻璃，以重量％表示，含有SiO2 63～69、Al2O3 0.5～5、Na2O 2～7、K2O 8～17、MgO 10～18、CaO 0～7、SrO 0～3、BaO 0～3、ZrO2 0.5～7，并且应变点为570℃或以上。
2.权利要求1所述的平板显示装置用基板玻璃，以重量％表示，基本上由SiO2 63～69、Al2O3 0.5～5、Na2O 2～7、K2O 8～17、MgO 10～18、CaO 0～7、SrO 0～3、BaO 0～3、ZrO2 0.5～7构成。
3.权利要求1或2所述的平板显示装置用基板玻璃，其中，含有14～17重量％的K2O。
4.权利要求1或2所述的平板显示装置用基板玻璃，其中，含有8～15重量％的K2O。
5.权利要求1或2所述的平板显示装置用基板玻璃，其特征为，30℃～300℃的平均线性热膨胀系数为70×10-7/℃～90×10-7/℃。
6.权利要求3所述的平板显示装置用基板玻璃，其特征为，30℃～300℃的平均线性热膨胀系数为86×10-7/℃～90×10-7/℃。
7.权利要求4所述的平板显示装置用基板玻璃，其特征为，30℃～300℃的平均线性热膨胀系数为70×10-7/℃～85×10-7/℃。
8.权利要求1～7的任一项所述的平板显示装置用基板玻璃，其特征为，破坏韧性KIC为大于等于0.7MPa·m1/2。
9.权利要求1～8的任一项所述的平板显示装置用基板玻璃，其特征为，密度为不足2.6g/cm3。
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