JP2001151534A

JP2001151534A - 液晶ディスプレイ用ガラス基板

Info

Publication number: JP2001151534A
Application number: JP33475399A
Authority: JP
Inventors: Yoshinari Kato; 嘉成加藤
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 1999-11-25
Filing date: 1999-11-25
Publication date: 2001-06-05

Abstract

(57)【要約】【目的】液晶ディスプレイに求められる要求特性を全
て満足し、しかも、携帯用途及び大型ガラス基板の使用
に望ましい低密度で、Ａｓ₂Ｏ₃含有量の少ないガラス基
板を提供することである。【構成】本発明のディスプレイ用ガラス基板は、質量
百分率で、ＳｉＯ₂ ５０〜７０％、Ａｌ₂Ｏ₃ １０〜
２５％、Ｂ₂Ｏ₃ ３〜２０％、ＭｇＯ０〜８％、Ｃａ
Ｏ０．１〜１２％、ＳｒＯ０〜７％、ＢａＯ０〜
７％、ＺｎＯ０〜１０％、Ａｓ₂Ｏ₃ ０〜０．５％、
ＳｎＯ₂ ０．０５〜１％、Ｓｂ₂Ｏ₃ ０．０５〜５％
の組成を有し、実質的にアルカリ金属を含有せず、ガラ
スの密度が２．４ｇ／ｃｍ³以下であることを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶ディスプレイ、Ｅ
Ｌディスプレイ等のフラットディスプレイ基板として用
いられるガラス基板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、液晶ディスプレイ、ＥＬディ
スプレイ等のディスプレイ基板としては、矩形状のガラ
ス基板が広く使用されている。

【０００３】この種のガラス基板の表面には、透明導電
膜、絶縁膜、半導体膜、金属膜等が成膜され、しかもフ
ォトリソグラフィーエッチング（フォトエッチング）に
よって種々の回路やパターンが形成される。これらの成
膜、フォトエッチング工程において、ガラス基板には、
種々の熱処理や薬品処理が施される。

【０００４】例えば薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）型アク
ティブマトリックス液晶ディスプレイの場合、ガラス基
板上に絶縁膜や透明導電膜が成膜され、さらにアモルフ
ァスシリコンや多結晶シリコンのＴＦＴが、フォトエッ
チングによって多数形成される。このような工程におい
て、ガラス基板は、数百度の熱処理を受けると共に、硫
酸、塩酸、アルカリ溶液、フッ酸、ＢＨＦ等の種々の薬
品による処理を受ける。

【０００５】従ってＴＦＴ型アクティブマトリックス液
晶ディスプレイに使用されるガラス基板には、以下のよ
うな特性が要求される。（１）ガラス中にアルカリ金属酸化物が含有されている
と、熱処理中にアルカリイオンが成膜された半導体物質
中に拡散し、膜特性の劣化を招くため、実質的にアルカ
リ金属酸化物を含有しないこと。（２）フォトエッチング工程において使用される種々の
酸、アルカリ等の薬品によって劣化しないような耐薬品
性を有すること。（３）成膜等の液晶製造工程でガラス基板が熱収縮して
パターンずれを起こさないように、高い歪点、具体的に
は、６５０℃以上の歪点を有すること。例えば多結晶シ
リコンＴＦＴ−ＬＣＤの場合、その工程温度が６００℃
以上であるため、このような用途のガラス基板には、歪
点が６５０℃以上であることが要求される。（４）ガラス中に基板として好ましくない溶融欠陥が発
生しないよう溶融性に優れていること。（５）ＴＦＴの材料の熱膨張係数に近似した熱膨張係数
を有すること。

【０００６】また、近年、ＴＦＴ型アクティブマトリッ
クス液晶ディスプレイ等の電子デバイスは、大型化が進
められており、これに伴って大型のガラス基板が要求さ
れている。すなわち、この種の電子デバイスを製造する
場合には、ガラスメーカーで成形された大型のガラス基
板（素板）の上に複数個分のデバイスを作製した後、デ
バイス毎に分割切断して製品とするため、電子デバイス
が大型化するほど、ガラス基板をより大きくする必要が
ある。例えば、１２．１インチのデバイスを６枚取りす
るためには５５０×６５０ｍｍのサイズの基板が要求さ
れている。更に、この種の電子デバイスは、パーソナル
な分野への応用が進められており、機器の軽量化が要求
されている。

【０００７】これに伴ってガラス基板にも軽量化が要求
され、ガラス基板の薄肉化及びガラスの低密度化が進め
られている。それゆえ、現在では約０．７ｍｍの厚みの
ガラスが標準となり、２．４ｇ／ｃｍ³以下の密度を持
つガラスが求められている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、現在の
液晶ディスプレイ用ガラス基板の密度は約２．５ｇ／ｃ
ｍ³であり、ガラス基板の軽量化の要求に十分応えてい
るとは言えない。

【０００９】また、液晶ディスプレイ用ガラス基板とし
て先で述べたように、溶融欠陥、特に泡のないことが必
要であり、これらのガラスには清澄剤として、Ａｓ₂Ｏ₃
を使用している。しかし、最近の環境への関心の高まり
から、ガラス中のＡｓ₂Ｏ₃の含有量が少ない、または、
含まないことが望まれている。

【００１０】本発明の目的は、上記した要求特性項目
（１）〜（５）の全てを満足し、しかも、携帯用途及び
大型ガラス基板の使用に望ましい低密度で、Ａｓ₂Ｏ₃含
有量の少ないガラス基板を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者は、種々の実験
を繰り返した結果、ＴＦＴ型アクティブマトリックス液
晶ディスプレイに使用されるガラス基板に要求される特
性を満足し、しかも、低密度で、Ａｓ₂Ｏ₃含有量の少な
くてすむガラス組成を見いだし、本発明として提案する
ものである。

【００１２】すなわち、本発明の液晶ディスプレイ用ガ
ラス基板は、質量百分率で、ＳｉＯ ₂ ５０〜７０％、
Ａｌ₂Ｏ₃ １０〜２５％、Ｂ₂Ｏ₃ ３〜２０％、ＭｇＯ
０〜８％、ＣａＯ０．１〜１２％、ＳｒＯ０〜７
％、ＢａＯ０〜７％、ＺｎＯ０〜１０％、Ａｓ₂Ｏ₃
０〜０．５％、ＳｎＯ₂ ０．０５〜１％、Ｓｂ₂Ｏ ₃
０．０５〜５％の組成を有し、実質的にアルカリ金属
を含有せず、ガラスの密度が２．４ｇ／ｃｍ³以下であ
ることを特徴とする。

【００１３】

【作用】本発明の上記組成範囲は、ガラスの密度、耐薬
品性、熱収縮性、溶融性、成形性及び熱膨張係数を考慮
して規制したものであり、各成分の限定理由は、次のと
おりである。

【００１４】ＳｉＯ₂は、ガラスのネットワークフォー
マーとなる成分であり、５０．０％より少ないと、ガラ
スの耐薬品性、特に耐酸性が低下すると共に、歪点が低
くなり、熱収縮しやすくなるため好ましくない。一方、
７０．０％より多いと、高温粘度が大きくなり、溶融性
が悪くなるため好ましくない。

【００１５】Ａｌ₂Ｏ₃は、１０．０％より少ないと、歪
点を６５０℃以上にすることが困難となるため好ましく
ない。一方、２５．０％より多いと、耐ＢＨＦ性が悪く
なるため好ましくない。

【００１６】Ｂ₂Ｏ₃は、融剤として作用し、ガラスの粘
性を下げ、溶融性を改善する成分であり、且つガラスの
密度を下げる成分であるが、３．０％より少ないと、こ
のような効果が得られない。一方、２０．０％より多い
と、ガラスの歪点が低下して６５０℃以上にすることが
困難となるため好ましくない。より好ましい範囲は、１
２．０〜２０．０％である。

【００１７】ＭｇＯとＣａＯは、ＲＯの中でも、比較的
密度を上げず、しかも、歪点を下げることなく、高温粘
性だけを下げ、ガラスの溶融性を改善する成分である。
但し、ＭｇＯの場合、多量に含有させるとガラス中にク
リストバライトの結晶が析出し、ガラスが失透するが、
ＣａＯ場合、多量に含有させても失透しない。また、Ｃ
ａＯを含有させておくと、Ａｓ₂Ｏ₃代替清澄剤であるＳ
ｎＯ₂を添加してもＳｎＯ₂の失透が起こりにくく、Ｓｎ
Ｏ₂が清澄剤として利用でき、Ａｓ₂Ｏ₃の含有量を減少
させることが可能となる。これらの理由より、本発明の
ガラスにおいてはＣａＯを必須成分として含有させてい
る。

【００１８】尚、ＭｇＯが８．０％より多いと、ガラス
が失透するため好ましくない。

【００１９】ＣａＯが０．１％より少ないと、ＳｎＯ₂
の失透を抑える効果がなく、１２％より多いとガラスの
歪点が低下したり、密度が上昇したり、耐ＢＨＦ性が悪
化するため好ましくない。また、Ａｓ₂Ｏ₃フリーでも十
分な清澄効果が得られるように、ＳｎＯ₂を０．２％以
上含有させる場合、ＳｎＯ₂の失透を抑えるためにＣａ
Ｏは５．０％以上含有させることが好ましい。より好ま
しい範囲は５．０〜１０．０％である。

【００２０】ＳｒＯは、ガラスの耐薬品性を向上させる
成分であるが、７．０％より多いとガラスの密度が上昇
するため、好ましくない。

【００２１】ＢａＯも、ＳｒＯと同様、ガラスの耐薬品
性を向上させる成分であるが、７．０％より多くなる
と、ガラスの密度が上昇するため好ましくない。より好
ましい範囲は５．０％以下である。

【００２２】ＺｎＯは、溶融性を改善するための成分で
あるが、１０．０％より多いと、歪点が低下するため好
ましくない。

【００２３】また、ガラスの密度を２．４ｇ／ｃｍ³以
下にするために、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯの合
量は１０．０％以下に抑えておくことが望ましい。

【００２４】更に、耐薬品性を向上させるために、Ｓｒ
Ｏ、ＢａＯの合量は３．０％以上にすることが好まし
い。

【００２５】Ａｓ₂Ｏ₃は、ガラスの清澄剤であるが０．
５％より多くなると、揮発するＡｓ ₂Ｏ₃の量も増加し、
人体に悪影響を及ぼすため好ましくない。そのため、で
きる限り、Ａｓ₂Ｏ₃含有量は少なくすべきであり、全く
含まないことが望ましい。

【００２６】ＳｎＯ₂は、ガラスの清澄剤であり、Ａｓ₂
Ｏ₃代替清澄剤として必須の成分である。０．０５％よ
り少ないと十分な清澄効果は得られず、１．０％より多
いとガラスが着色するため好ましくない。好ましくは、
０．１〜１．０％の範囲である。また、Ａｓ₂Ｏ₃を含ま
ない場合には、十分な清澄効果を得るために、ＳｎＯ ₂
を０．２％以上含有させることが望ましい。

【００２７】Ｓｂ₂Ｏ₃も、ガラスの清澄剤であり、Ａｓ
₂Ｏ₃代替清澄剤として必須の成分である。０．０５％よ
り少ないと十分な清澄効果は得られず、５．０％より多
いとガラスの密度は上昇し、また、ガラスが着色するた
め好ましくない。好ましい範囲は、０．１〜５．０％の
範囲である。

【００２８】尚、本発明においては、上記の成分以外に
も、特性を損なわない範囲で他の成分、例えば、Ｃ
ｌ₂、ＳＯ₃等の清澄剤やＺｒＯ₂、ＴｉＯ₂、Ｙ₂Ｏ₃、Ｌ
ａ₂Ｏ₃、Ｐ₂Ｏ₅を添加しても良い。

【００２９】更に、前記した理由から、アルカリ金属酸
化物（Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、Ｌｉ₂Ｏ）の添加も避けるべき
である。また、一般に融剤として使用されるＰｂＯもガ
ラスの耐薬品性を著しく低下させたり、ガラス溶融時に
融液の表面から揮発し、環境を汚染する虞れもあるため
好ましくない。

【００３０】上記組成を有するガラスにおいて、Ａｓ₂
Ｏ₃の代替清澄剤としてＳｎＯ₂を０．２％以上使用する
場合、ＳｎＯ₂の失透を抑えるためＣａＯを５％以上含
有する組成にすることが好ましい。しかし、ＣａＯを多
く含むガラス組成は、耐薬品性が比較的低い傾向にあ
る。

【００３１】また、ガラス基板の耐薬品性、特に耐ＢＨ
Ｆ性は、ガラス組成のみならず、ガラス基板の表面状態
に大きな影響を受け、研磨したガラス基板では無研磨で
アズ・フォームの表面を持つガラス基板と比較して耐Ｂ
ＨＦ性が悪化する傾向がある。

【００３２】従って、耐薬品性の低いガラス基板を液晶
ディスプレイ用ガラス基板として好適に使用するために
は、ガラス基板を無研磨で用いることが望ましい。

【００３３】それゆえ、本発明の液晶ディスプレイ用ガ
ラス基板は、ダウンドロー法で成形されてなることこと
が好ましい。ダウンドロー成形の例としては、オーバー
フローダウンドロー法、スロットダウンドロー法があ
る。ダウンドロー成形に限定した理由は次のとおりであ
る。

【００３４】液晶ディスプレイガラス基板のような薄
肉、大面積のガラス板の成形方法は、ダウンドロー法ま
たはフロート法に大別されるが、フロート法で液晶ディ
スプレイ用のガラス基板のような薄い板ガラスを成形す
ると、ガラス基板の表面に微小なスジ状の凹凸が発生
し、これが液晶ディスプレイの表示ムラの原因となる。
また、フロート法で成形したガラスの表面には、成形時
に錫浴との接触により、Ｓｎによる汚染層が数μｍ〜数
十μｍ形成され、これがガラス基板表面の駆動素子の特
性を損なう恐れが大きい。そのため、フロート法で成形
したガラス基板を液晶ディスプレイに使用する場合、ガ
ラス表面を研磨し、上記した微小の凹凸、Ｓｎの汚染層
を除去する必要がある。

【００３５】つまり、フロート法では、アズ・フォーム
の表面を持つガラス基板を得ることができないため、研
磨が必要となる。一方、ダウンドロー法では、ガラス基
板の表面に微小なスジ状の凹凸が発生しないため、アズ
・フォームの表面を持つガラス基板を得ることができ、
上記したような比較的耐薬品性の低いガラスでも十分な
耐ＢＨＦ性が得られ、液晶用ディスプレイ用ガラス基板
として使用可能である。

【００３６】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明
する。

【００３７】表１〜４は、本発明の実施例（試料Ｎｏ．
１〜１０）と比較例（試料Ｎｏ．１１〜１９）を示すも
のである。

【００３８】

【表１】

【００３９】

【表２】

【００４０】

【表３】

【００４１】

【表４】

【００４２】表中の各試料は、次のようにして作製し
た。

【００４３】まず、表の組成となるようにガラス原料を
調合し、白金ポットで１５８０℃で２４時間溶融した。
その後、ラボ的なスロットダウンドロー装置及びフロー
ト装置を用いて、縦寸法が３００ｍｍ、横寸法が３００
ｍｍ、厚みが０．７ｍｍの大型で薄肉のガラス基板を作
製した。

【００４４】スロットダウンドロー装置で作製した各試
料（試料Ｎｏ．１〜１８）については、無研磨の状態で
特性を評価した。結果を表に示す。

【００４５】また、試料Ｎｏ．１９は、試料Ｎｏ．２と
同じ組成のガラスをフロート装置で作製したものであ
り、このガラス基板については、光学研磨を行った後で
特性を評価した。結果を表に示す。

【００４６】表から明らかなように実施例であるＮｏ．
１〜１０の各試料は、ガラスの密度が２．３９ｇ／ｃｍ
³以下と低密度であり、熱膨張係数が２９．３〜３３．
１×１０^-7／℃であり、歪点が６５０℃以上であるため
熱収縮も小さく、また、耐塩酸性、耐ＢＨＦ性も優れて
おり、ＴＦＴ型アクティブマトリックス液晶ディスプレ
イに使用されるガラス基板に要求される種々の特性を満
足していた。

【００４７】更に、これらのガラスは、高温粘度１０
^2.5ポイズに相当する温度が１５９５℃以下と溶融性が
良好であり、また、泡切れもよかった。しかも、液相温
度が１１５０℃以下と低かった。このため、本発明のガ
ラス基板は、ガラスの製造にも適している。

【００４８】それに対し、比較例であるＮｏ．１１〜１
６及びＮｏ．１８の各試料は、いずれもガラスの密度が
２．４１ｇ／ｃｍ³以上と大きく、Ｎｏ．１１、１７及
び１８については、歪点も６３９℃以下と低かった。ま
た、Ｎｏ．１１については、耐塩酸性が悪く、Ｎｏ．１
５及び１８については、耐ＢＨＦ性が悪かった。

【００４９】更に、Ｎｏ．１６については、１０^2.5ポ
イズに相当する温度が１７６５℃と高く、溶融性が悪か
った。Ｎｏ．１２〜１７については、ＳｎＯ₂の失透が
発生し、液相温度が高くなるため、ＳｎＯ₂を用いて清
澄する場合、安定した生産ができない。

【００５０】また、Ｎｏ．１９については、Ｎｏ．２と
同じ組成であるが、フロート法で作製しガラス基板表面
を研磨しているため、耐薬品性が非常に悪かった。

【００５１】尚、表中の歪点は、ＡＳＴＭＣ３３６−
７１の方法に基づいて測定し、この値が高いほど、ガラ
スの熱収縮は小さくなる。ｌｏｇη ａｔ１０
^2.5は、高温粘度である１０^2.5ポイズに相当する温度を
示すものであり、この温度が低いほど、溶融性に優れて
いることになる。

【００５２】耐塩酸性は、各試料を８０℃に保持された
１０質量％塩酸水溶液に２４時間浸漬した後、それらの
表面状態を目視で観察することによって評価した。ガラ
ス基板の表面が変色したものは×、変化のないものは○
で示した。また、顕微鏡で観察して変化のないものは◎
で示した。

【００５３】耐ＢＨＦ性は、各試料を２０℃に保持され
た３８．７質量％弗化アンモニウム、１．６質量％フッ
酸からなるバッファードフッ酸に１０分間浸漬した後、
それらの表面状態を目視で観察することによって評価し
た。ガラス基板の表面が白濁したものは×、全く変化の
ないものは○で示した。また、顕微鏡で観察して変化の
ないものは◎で示した。

【００５４】また、液相温度の測定は、ガラスを粉砕
し、標準篩３０メッシュ（５００μｍ）を通過し、５０
メッシュ（３００μｍ）に残るガラス粉末を白金ボート
に入れ、温度勾配炉中に２４時間保持して、結晶の析出
する温度を測定したものである。

【００５５】ガラス中の泡の評価は、ガラス中の直径５
００μｍ以上の泡を計数し、ガラス１ｋｇ当たりの泡数
が１個未満のものを○、１個以上のものを×とした。

【００５６】熱膨張係数は、ディラトメーターを用い
て、３０〜３８０℃における平均熱膨張係数を測定した
ものである。

【００５７】

【発明の効果】以上のように本発明のガラス基板は、実
質的にアルカリ金属酸化物を含有せず、溶融性、成形性
に優れ、さらに歪点が６５０℃以上であるため熱処理時
の熱収縮が小さく、ＴＦＴ材料の熱膨張係数に近似した
熱膨張係数を有し、ダウンドロー法で成形し、無研磨で
形成できるため、耐薬品性に優れている。このため、特
にＴＦＴ型アクティブマトリックス液晶ディスプレイに
使用されるガラス基板として好適である。

【００５８】更に、ガラスの密度が２．４ｇ／ｃｍ³以
下であるため、軽量化が求められている大型ディスプレ
イ及びモバイル用途の液晶ディスプレイ用ガラス基板と
して適している。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H090 JB02 JB06 JC14 JD09 JD13 LA04 4G062 AA04 BB01 BB05 DA06 DB04 DC03 DC04 DD01 DE01 DE02 DE03 DF01 EA01 EB01 EC01 ED01 ED02 ED03 EE02 EE03 EE04 EF01 EF02 EF03 EG01 EG02 EG03 FA01 FB01 FC01 FD01 FE02 FF01 FG01 FH01 FJ01 FK01 FL01 GA01 GA10 GB01 GC01 GD01 GE01 HH01 HH03 HH05 HH07 HH09 HH11 HH13 HH15 HH17 HH20 JJ01 JJ03 JJ04 JJ05 JJ07 KK01 KK03 KK05 KK07 KK10 MM12 MM27 NN29 NN31 NN32 NN34

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】質量百分率で、ＳｉＯ₂ ５０〜７０
％、Ａｌ₂Ｏ₃ １０〜２５％、Ｂ₂Ｏ₃ ３〜２０％、Ｍ
ｇＯ０〜８％、ＣａＯ０．１〜１２％、ＳｒＯ０
〜７％、ＢａＯ０〜７％、ＺｎＯ０〜１０％、Ａｓ
₂Ｏ₃ ０〜０．５％、ＳｎＯ₂ ０．０５〜１％、Ｓｂ₂
Ｏ₃ ０．０５〜５％の組成を有し、実質的にアルカリ
金属を含有せず、ガラスの密度が２．４ｇ／ｃｍ³以下
であることを特徴とする液晶ディスプレイ用ガラス基
板。
【請求項２】実質的にＡｓ₂Ｏ₃を含有しないことを特
徴とする請求項１記載の液晶ディスプレイ用ガラス基
板。
【請求項３】ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯの合量
が１０％未満であることを特徴とする請求項１及び２記
載の液晶ディスプレイ用ガラス基板。
【請求項４】ダウンドロー成形法により成形されてな
ることを特徴とする請求項１、２及び３記載の液晶ディ
スプレイ用ガラス基板。