JP2001506223A - ディスプレイパネル用ガラスおよび光電圧装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 酸化物基準の重量パーセントで計算して、58-70％のＳｉＯ₂、12-22％のＡｌ₂Ｏ₃、3-15％のＢ₂Ｏ₃、2-12％のＣａＯ、0-3％のＳｒＯ、0-3％のＢａＯ、および0-8％のＭｇＯから実質的になり、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯの合計が10-25％であり、ＳｒＯ＋ＢａＯの組合せのが3％未満である組成を有するアルミノケイ酸塩ガラス。

Description

【発明の詳細な説明】 ディスプレイパネル用ガラスおよび光電圧装置 発明の範囲 本発明は、フラットパネルディスプレイに適した物理的特性および化学的特性 を示す同一系統のアルミノケイ酸塩ガラス組成物に関するものである。 発明の背景 液晶表示装置（ＬＣＤ）は、照明用の外部光源に依存する能動式フラットパネ ルディスプレイである。これらのディスプレイは、セグメント型ディスプレイと して、または二つの基本形態のうちの一つに製造される。この二つのマトリクス の種類についての基板の必要条件（透明である以外に、ディスプレイの加工中に 曝される化学的条件に耐えられること）は異なる。第一の種類は、液晶材料の閾 値特性に依存して、単純マトリクス駆動されるものである。第二の種類は、一連 のダイオード、金属−絶縁物−金属（ＭＩＭ）素子、または薄膜トランジスタ（ ＴＦＴ）が各々のピクセルに電気スイッチを提供している、外部マトリクスまた は能動マトリクス（ＡＭ）駆動されるものである。いずれの場合においても、二 枚のガラスシートがディスプレイの構造を形成している。これら二枚のシートの 間隔は、約5-10μｍの重大な間隙寸法である。 単純駆動されるＬＣＤは、典型的に350℃以下の温度で金属付着技術を用い、 続いて、標準的な金属エッチング法により製造される。その結果、そのための基 板の必要条件はしばしば、セグメント型ディスプレイのものと同じである。バリ ア層を備えたソーダ石灰シリカガラスが、ほんどの必要条件に適していることが 分かっている。単純駆動ＬＣＤの高性能バージョンである超ねじれネマティック （ＳＴＮ）型のものには、前記間隙寸法を均一に維持する目的のために非常に精 密な平面度の必要条件が加わった。 能動駆動されるＬＣＤは、各々の光学要素（サブピクセル）に位置する電気ス イッチの性質に依存して、さらに分割することができる。能動（アクティブマト リクス、ＡＭＬＣＤ）駆動ＬＣＤの二つの最も普及している種類は、非晶質（ａ −Ｓｉ）または多結晶（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）シリコン薄膜トランジスタ（ＴＦＴ） のいずれかに基づくものである。 米国特許第4,842,808号（Dumbaugh,Jr.）には、能動駆動ＬＣＤ用の基板の必 要条件を十分に満たすためにガラスが示すべき四つの望ましい特性が列記されて いる。 第一に、ＴＦＴ中にアルカリ金属が混入する可能性を避けるために、そのガラ スにはアルカリ金属を意図的には実質的に加えない。 第二に、このガラスは、ＴＦＴの製造中に使用される試薬に耐えるほど十分に 化学的に耐久性である。 第三に、ＴＦＴアレイ中に存在するシリコンとガラスとの間の膨脹の差を、基 板の加工温度が上昇したとしても、比較的低レベルに維持する。 第四に、このガラスは、低コストで高品質の薄いシート形態に製造することが できる。すなわち、この操作には、必要とされる表面仕上げを確保するために追 加の研削および研磨を必要としてはならない。 能動駆動ＬＣＤの解像度が最近改良されたために、さらなるガラス特性、すな わち、高ガラス歪み点、低密度、および高弾性率が望まれるようになった。歪み 点は、ガラスの熱収縮の指標として用いられている。これから分かるように、歪 み点が低いほど、この熱収縮が大きくなる。低熱収縮は、ＴＦＴ加工中の連続し たフォトリソグラフ工程および他のパターン形成工程の際の精密な位置合せに望 ましい。その結果、高歪み点を有するガラスが、能動駆動ＬＣＤ、特に、ｐｏｌ ｙ−Ｓｉ ＴＦＴ技術を用いたものにとって一般的に好ましい。このように、素 子の加工中に熱収縮が最小となるように高歪み点を有するガラスを開発する研究 が相当行われてきた。コーニング社のコード1737番のガラスは、ＡＭＬＣＤ基板 業界において最高の歪み点（666℃）を有するものであるが、このガラスが急速 に業界基準となってきた。その高歪み点と同時に、これらのガラスはしばしば、 例えば、約1550-1650℃の高融解温度を有する。低密度および高弾性率は、熱加 工中の垂れを最小にし、ディスプレイをより薄く、そしてより軽くするのに望ま しい。 「チップオンガラス」（ＣＯＧ）と称される別の技術により、ガラス基板がシ リコンと熱膨張で密接に一致する必要性がさらに強調されることになった。すな わち、最初のＬＣＤ装置では、ガラス基板上にはドライバチップが取り付けられ ていなかった。その代わりに、シリコンチップが離れて取り付けられ、従順な、 すなわち柔軟な電線によりＬＣＤ基板の回路に接続されていた。ＬＣＤ装置の技 術が改良され、この装置がより大きくなり、より微細な解像度が望まれてきたの で、これらの柔軟な取付けが、コストと不確かな信頼性両方のために許容されな くなってきた。このような状況のために、シリコンチップのテープ自動接合（Ｔ ＡＢ）に至った。この工程において、シリコンチップおよびこのチップへの電気 接続部が、キャリヤテープ上に取り付けられ、このサブアッセンブリがＬＣＤ基 板に直接取り付けられ、その後、ＬＣＤ回路への接続が完了された。ＴＡＢによ り、信頼性を改善し、導体の許容密度を約200μｍのピッチまで増大させながら 、コストが減少した。これらは全て重要な要因である。しかしながら、ＣＯＧは 、これらの三つの要因に関して、ＴＡＢに勝る改良を提供する。それゆえ、ＬＣ Ｄのサイズおよび品質の必要条件が増加するにつれ、集積回路のシリコンチップ に依存するそれらの装置にＣＯＧが要求されてきた。この理由のために、ガラス 基板は、好ましくは、シリコンの線熱膨張係数に密接に一致する線熱膨張係数、 すなわち、約32-39×10^-7／℃の間の線熱膨張係数（0-300℃）を示す。 したがって、30-40×10^-7／℃の範囲のＣＴＥおよび650℃より高い、より好ま しくは、675℃より高い歪み点を有するガラス基板を提供することが望ましい。 また、2.50ｇ／ｃｍ³未満の密度および11.0Ｍｐｓｉより大きいヤング率も望ま しい。このようなガラスをフロート工程を用いて製造できることも望ましい。 発明の概要 本発明は、25-300℃の温度範囲に亘る30-39×10^-7／℃の間の熱膨張係数（Ｃ ＴＥ）を有し、酸化物基準の重量パーセントで計算して、58-70％のＳｉＯ₂、12 -22％のＡｌ₂Ｏ₃、3-15％のＢ₂Ｏ₃、0-8％のＭｇＯ、2-12％のＣａＯ、0-3％の ＳｒＯ、および0-3％のＢａＯから実質的になり、ＳｒＯ＋ＢａＯの組合せが3％ 未満である組成を有するアルミノホウケイ酸塩(boro-aluminosilicate)ガラスに 関するものである。このガラスは、好ましくは、約10-25重量パーセントの間の ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ＋ＢａＯの組合せ（ＭＣＳＢ）を用いる。他の酸化物と しては、例えば、遷移金属、特に第四周期のもの（ＺｎＯおよびＴｉＯ₂のよう な）、並び にＹ₂Ｏ₃、Ｌａ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、およびＰ₂Ｏ₅、および清澄に用いられる成分（ 例えば、ＣａＳＯ₄、Ａｓ₂Ｏ₃、Ｓｂ₂Ｏ₃、ハロゲン化物等）が挙げられる。こ のように列記したこれらの他の酸化物は、合計で5重量％を越えてはならない。 Ｎａ₂ＯおよびＫ₂Ｏの各々の含有量は、好ましくは、１重量％未満に維持され、 より好ましくは、本発明のガラスは、実質的にアルカリを含まない。 より好ましくは、本発明のガラスは、58-67％のＳｉＯ₂、15-20％のＡｌ₂Ｏ₃ 、3-15％のＢ₂Ｏ₃、0-8％のＭｇＯ、5-12％のＣａＯ、0-3％のＳｒＯ、および0- 3％のＢａＯから実質的になり、ＳｒＯ＋ＢａＯの組合せが3％未満である。 最も好ましくは、本発明のガラスは、58-64％のＳｉＯ₂、16-19％のＡｌ₂Ｏ₃ 、6％より多く、13％未満のＢ₂Ｏ₃、1-8％のＭｇＯ、5-11％のＣａＯ、0-3％の ＳｒＯ、および0-3％のＢａＯから実質的になり、ＳｒＯ＋ＢａＯの組合せが3％ 未満である。 本発明のガラスは、25-300℃の範囲に亘り30-39（より好ましくは、31-38、そ して最も好ましくは、32-38）×10^-7／℃の範囲にある熱膨張係数（ＣＴＥ）お よび高歪み点（予備圧縮アニール工程の必要性をなくすか最小にするために、少 なくとも650℃）より好ましくは、675℃より高い）を示す。低密度（好ましくは 、2.5ｇ／ｃｍ³未満、最も好ましくは、2.4ｇ／ｃｍ³未満）および高ヤング率が 、ディスプレイの重量およびパネルの垂れを最小にすると同時に、耐引掻性およ び縁欠陥を改良するために、硬度を最大にするのに望ましい。 本発明の開示に包含されるガラス組成物は、それら組成物が一般的に、１）Ａ Ｓ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｔｉのような、フロート浴に有害であると知られている ある量のある酸化物または元素を必ずしも含むわけではなく；２）容易に溶解さ れ（1600℃未満、より好ましくは1550℃未満の200ポアズアイソコム(isokom)温 度を有する）；３）10³ポアズより大きい液相線粘度を示す点で、フロート工程 によるフラットガラス製造によく適していると考えられる。さらに、より好まし い組成物は、低密度、高ヤング率、高歪み点、および低融解温度を達成するため に、ほとんどまたは全くＳｒＯまたはＢａＯの酸化物を含有していない。この理 由のために、ＳｒＯおよびＢａＯのそれぞれの含有量は、好ましくは、3％未満 であり、より好ましくは、1％末満（そして組合せで2重量％未満）、そして最も 好ましく は、実質的にゼロである。 発明の説明 本発明は、フラットパネルディスプレイの基板として使用する改良ガラスに関 するものである。特に、本発明のガラスは、フロートガラス製造工程を用いて形 成できると考えられている。溶融工程に融通性を与えるために、そして、特にフ ロート工程によりガラスを製造できるようにするために、本発明のガラスは、溶 融特性に関連するいくつかの特徴を有することが望ましい。例えば、約1550℃以 下、より好ましくは、約1500℃以下の融解温度（すなわち、そのガラスの粘度が 約20Ｐａ・ｓ（200ポアズ）である温度）が挙げられる。より重要なことには、 フロートガラス製造工程によりガラスを製造するために、そのガラスが、50ＭＰ ａ・ｓ（500ポアズ）より大きい、より好ましくは、100ＭＰａ・ｓ（1000ポアズ ）より大きい、そして最も好ましくは、約250ＭＰａ・ｓ（2500ポアズ）より大 きい、液相線温度での粘度を示すことが望ましい。さらに、該ガラスが、約1250 ℃未満、最も好ましくは、約1200℃未満の液相線温度を示すことができるのが望 ましい。 本発明による好ましいガラスは、30-39×10^-7／℃、より好ましくは、31-38× 10^-7／℃、そして最も好ましくは、32-38×10^-7／℃の範囲のＣＴＥを有する。 そのようなＣＴＥへの要望は主に、シリコントランジスタチップのＣＴＥに一致 することが望まれるために生じたものである。本発明のガラスは好ましくは、65 0℃より高い、より好ましくは、675℃より高い歪み点を有する。高歪み点は、そ の後の熱加工中の圧縮／収縮によりパネルが歪むのを防ぐのに役立たせるのに望 ましい。最も好ましい実施の形態において、本発明のガラスは、望ましいＣＴＥ および歪み点の組合せを示す。例えば、最も好ましいガラスは、675℃より高い 歪み点と組み合わせて、31-38×10^-7／℃の間のＣＴＥを示す。 化学的耐久性は、一般的に、ガラス改質剤に対するガラス形成材(former)およ び中間体の比率が増大するにつれ改良される。本発明の目的のためのガラスが、 20分間に亘り95℃の５％のＨＣｌ溶液に露出した後に、約5.0ｍｇ／ｃｍ²未満、 より好ましくは、2.0ｍｇ／ｃｍ²未満、そして最も好ましくは、1.0ｍｇ／ｃｍ² 未満の損失重量を有することが望ましい。重量パーセントで表した以下の酸化物 範囲内の組成を有するガラスが、一般的に、5.0ｍｇ／ｃｍ²未満の損失重量値に より特徴付けられる：58-70％のＳｉＯ₂、12-22％のＡｌ₂Ｏ₃、2-12％のＣａＯ 、0-3％のＳｒＯ、0-3％のＢａＯ、1-8％のＭｇＯ、3-15％のＢ₂Ｏ₃、10-25％の ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ、0-3％のＳｒＯ＋ＢａＯ。 本発明のガラスは、主なガラス形成材として58-70重量％のＳｉＯ₂を用いてい る。ＳｉＯ₂の含有量を増大させると、一般的に耐久性が改良されるが、融点も 上昇させてしまう。このガラスは、12-22重量％のＡｌ₂Ｏ₃も含んでいる。この Ａｌ₂Ｏ₃の含有量が増大すると、ガラスの耐久性が増大するが、ＣＴＥが減少し 、融点が上昇してしまう。酸化ホウ素（Ｂ₂Ｏ₃）は、融解温度を減少させるが、 一般的に、ＨＣｌ耐久性、および歪み点にとっては有害である。Ｂ₂Ｏ₃の含有量 は、3-15重量％の間である。一般的に言うと、ＭｇＯおよび／またはＣａＯは、 Ｂ₂Ｏ₃を置換して、低ＣＴＥ、密度、ヤング率を維持し、溶融物を可塑化させる ことができる。Ｂ₂Ｏ₃は、液相線温度を低下させ、この液相線温度での粘度を増 大させる傾向にある。しかしながら、比較的高レベルのＢ₂Ｏ₃は、ＨＣｌ耐久性 に対して有害である。ＭｇＯおよびＣａＯの役割は、アルカリの移動度を制限し 、比較的高温で溶融物を可塑化すると同時に、高歪み点および低密度を可能にす ることである。ＭｇＯは、８重量％以下、より好ましくは、1-8重量％、そして 最も好ましくは、2-6重量％に制限される。ＳｒＯおよびＢａＯの組合せは、好 ましくは、3％未満、より好ましくは、2％未満、そして最も好ましくは、ＢａＳ Ｏ₄、ＳｒＳＯ₄の形成を最小にするために、並びに、密度を低くし、歪み点を上 昇させ、ガラスの弾性率を増大させるために実質的に避けられる。 本発明を以下の実施例によりさらに説明する。これらの実施例は、請求の範囲 に記載された本発明を説明するためのものであって、いかようにも限定するもの ではない。表Ｉは、ガラスバッチから酸化物基準で計算して、重量パーセントで 表された典型的なガラス組成物を列記している。これらの実施例のガラスは、各 々のガラス組成物の1000-1500グラムのバッチを白金るつぼ内で、比較的均一な ガラス組成物が得られる温度と時間で、例えば、約6-16時間に亘り約1550-1600 ℃の温度で溶融することにより調製した。ガラス業界において慣習的な技術にし たがって上述したガラスについて測定した、各々のガラス組成物の関連するガラ ス特性も列記されている。このように、×10^-7／℃で表された、25-300℃の温度 範囲 に亘る線熱膨張係数（ＣＴＥ）、並びに℃で表された、軟化点、アニール点、お よび歪み点が列記されている。軟化点は、平行板法を用いて測定し、アニール点 および歪み点は両方とも、ビーム曲げ(beam bending)粘度測定法を用いて測定し た。 ガラスの内部液相線温度は、標準的な液相線法を用いて測定した。この方法は 、白金製ボート内に砕いたガラス粒子を入れ、勾配温度の領域を有する炉内にこ のボートを配置し、このボートを24時間に亘り適切な温度領域内で加熱し、結晶 がガラスの内部に現れる最高温度を顕微鏡による観察で決定する各工程を含む。 200ポアズの温度（℃で表される）（ガラスの溶融物が200ポアズ［20Ｐａ・ｓ］ の粘度を示す温度として定義される）を、高温粘度データに当てはめるものとし てファルチャーの方程式を用いて計算した。また、ヤング率、剪断弾性率および 比弾性率（ヤング率／密度）、並びに100グラムの荷重を用い測定したヌープ硬 度も記載されている。 実施例５に示された組成および特性を有するガラスが、現在、本発明の最良の 形態を示すものとして、すなわち、現時点で本発明の目的にとって最良の特性の 合せを提供するものとして考えられる。表Ｉに示された比較例Ａは、現在ＬＣＤ 用途の最も普及した基板のうちの一つである、コーニング社のコード1737番のガ ラスの組成および特性を示している。コード1737番のガラスと比較すると、実施 例５のガラスは、より高い歪み点（683℃対1737ガラスの666℃）、より低い密度 （2.45対2.54ｇ／ｃｍ³）、より低い軟化点（942℃対975℃）、より大きいヤン グ率（12対10.2Ｍｐｓｉ）、およびより大きいヌープ硬度（100gの荷重での505 対460）を有するが、まだ約1516℃の200ポアズ温度（対1737ガラスの1625℃）を 有し、それによって、このガラスを著しく低い温度で形成することを潜在的に可 能にする。 本発明を説明の目的で詳細に記載してきたが、そのような詳細はその目的のた めのみであり、以下の請求の範囲により定義された本発明の精神および範囲から 逸脱せずに当業者によりそこに変更を行えることが理解されよう。例えば、本発 明のガラスは、主に、フラットパネルディスプレイとしてここに記載されている が、このガラスを光電圧装置用途に用いてもよい。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．フラットパネルディスプレイまたは光電圧装置の基板であって、該基板が、 0-300℃の温度範囲に亘る30-40×10^-7／℃の線熱膨脹係数（ＣＴＥ）および60 0℃より高い歪み点を示す平らな透明ガラスから構成され、該ガラスが、酸化 物基準の重量パーセントで計算して、58-70％のＳｉＯ₂、12-22％のAl₂Ｏ₃、3 -15％のＢ₂Ｏ₃、2-12％のＣａＯ、0-3％のＳｒＯ、0-3％のＢａＯ、0-8％のＭ ｇＯ、10-25％のＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ、および3％未満のＳｒＯ＋ ＢａＯの組合せの組成を有するアルミノケイ酸塩から実質的になることを特徴 とする基板。 ２．前記ガラスが、酸化物基準の重量パーセントで計算して、58-67％のＳｉＯ₂ 、15-20％のＡｌ₂Ｏ₃、5-13％のＢ₂Ｏ₃、5-12％のＣａＯ、0-3％のＳｒＯ、0- 3％のＢａＯ、0-8％のＭｇＯ、および3％未満のＳｒＯ＋ＢａＯの組合せの組 成から実質的になることを特徴とする請求の範囲第１項記載の基板。 ３．前記ガラスが、酸化物基準の重量パーセントで計算して、58-64％のＳｉＯ₂ 、16-19％のＡｌ₂Ｏ₃、6％より大きく13％未満のＢ₂Ｏ₃、5-11％のＣａＯ、0- 3％のＳｒＯ、0-3％のＢａＯ、1-8％のＭｇＯ、および3％未満のＳｒＯ＋Ｂａ Ｏの組合せの組成から実質的になることを特徴とする請求の範囲第１項記載の 基板。 ４．0-300℃の温度範囲に亘る30-40×10^-7／℃の線熱膨脹係数（ＣＴＥ）および 600℃より高い歪み点を示すガラスであって、該ガラスが、酸化物基準の重量 パーセントで計算して、58-70％のＳｉＯ₂、12-22％のＡｌ₂Ｏ₃、3-15％のＢ ₂Ｏ₃、2-12％のＣａＯ、0-3％のＳｒＯ、0-3％のＢａＯ、0-8％のＭｇＯ、お よび3％未満のＳｒＯ＋ＢａＯの組合せの組成を有するアルミノケイ酸塩から なることを特徴とするガラス。 ５．フロート工程により製造され、前記ガラスが、約50ＭＰａ・ｓ（500ポアズ ）より大きい液相線粘度を有することを特徴とする請求の範囲第１項から第４ 項いずれかに記載の基板またはガラス。 ６．前記ガラスが、32-38×10^-7／℃のＣＴＥおよび650℃より高い歪み点を有す ることを特徴とする請求の範囲第５項記載の基板またはガラス。 ７．前記ガラスが675℃より高い歪み点を有することを特徴とする請求の範囲第 ６項記載の基板またはガラス。 ８．前記ガラスのＳｒＯとＢａＯの含有量の組合せが、約１重量％未満であるこ とを特徴とする請求の範囲第６項記載の基板またはガラス。 ９．前記ガラスがＳｒＯおよびＢａＯを実質的に含まないことを特徴とする請求 の範囲第６項記載の基板。 10．請求の範囲第１項から第９項いずれかに記載の基板を備えたことを特徴とす るフラットパネルディスプレイ。 11．前記ガラスが、１時間に亘り95℃の５％のＨＣｌに浸漬したときに、5.0ｍ ｇ／ｃｍ²未満の損失重量を有することを特徴とする請求の範囲第６項記載の 基板。 12．請求の範囲第１項から第９項または第11項いずれかに記載の基板またはガラ スの光電圧装置への使用。