JP2004002062A - フラットパネルディスプレイ装置用ガラス基板 - Google Patents

Abstract

【目的】特にプラズマディスプレイ装置の前面ガラス基板として用いた時、従来の前面ガラス基板に比べて厚みが小さいため、表示画像の輝度向上を図ることができ、また薄肉でありながら、たわみが小さいため、製造工程での破損が少ないフラットパネルディスプレイ装置用ガラス基板を提供する。
【構成】歪点が５７０℃以上、３０〜３８０℃における平均線熱膨張係数が６５〜９０×１０^−７／℃、比ヤング率が２８．０ＧＰａ／（ｇ・ｃｍ^−３）以上のガラスからなり、厚みが１．０〜２．５ｍｍである。

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、各種フラットパネルディスプレイ装置に用いられるガラス基板に関し、特にプラズマディスプレイ装置の前面ガラス基板として好適なガラス基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般にプラズマディスプレイ装置を製造する場合、まず前面ガラス基板と背面ガラス基板を準備し、これらのガラス基板上に金属ペーストや絶縁ペーストを塗布・焼成することによって、金属膜、ＩＴＯ膜、ネサ膜等からなる透明電極、誘電体層、隔壁、蛍光体等を形成する。次いで前面ガラス基板と背面ガラス基板を約１００μｍの間隔を保つように対向させてから、その周囲に低融点ガラスフリットを塗布・焼成することによってシールし、さらに内部に希ガスを封入し、気密封止する方法が採られる。尚、上記の金属ペースト、絶縁ペースト及び低融点ガラスフリットの焼成は、６００℃近い温度で行われる。
【０００３】
従来より、この種のガラス基板としては、建築窓や自動車窓として広く用いられているソーダ石灰ガラス（熱膨張係数：約８４×１０^−７／℃）が使用されてきた。
【０００４】
ところが、ソーダ石灰ガラスは、歪点が約５００℃と低いため、６００℃付近の高温で熱処理すると、熱変形や熱収縮により、その寸法が著しく変化するため、前面ガラス基板と背面ガラス基板を対向させる際、電極の位置合わせを精度良く行うことが困難となる。この問題は、特に大型高精細のプラズマディスプレイ装置を作製する際に顕著である。
【０００５】
またソーダ石灰ガラスは、１５０℃での体積電気抵抗率（ｌｏｇρ）が８．４Ω・ｃｍと低く、ガラス中のアルカリ成分の移動度が大きいため、このアルカリ成分がＩＴＯ膜やネサ膜等の薄膜電極と反応し、電極材料の電気抵抗値を変化させるという問題も有している。
【０００６】
これらの事情から、現在では、ガラス基板の熱変形や熱収縮が少なく、高い体積電気抵抗率を有する高歪点ガラス基板が、プラズマディスプレイ装置のガラス基板として使用されるようになってきている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
プラズマディスプレイ装置の発光原理は、次の通りである。プラズマディスプレイ装置を起動させると、電極間に放電が起こり、希ガスから紫外線が放出され、この紫外線が背面ガラス基板上に形成された蛍光体に当たることにより、赤色、緑色、青色が発光する。
【０００８】
このような原理で発光するプラズマディスプレイ装置は、ブラウン管では達成することのできない大画面化、薄型化が可能であり、画像表示のちらつきも少ないという長所がある。
【０００９】
しかしながらプラズマディスプレイ装置は、自己発光型表示装置であるため、バックライトと呼ばれる発光体を備えた液晶ディスプレイ装置に比べて、画像表示の輝度が低く、画面が暗いという短所がある。そのためプラズマディスプレイ装置の開発にあっては、画像表示の輝度を向上させることが重要課題の一つとなっている。
【００１０】
またプラズマディスプレイ装置に用いられるソーダ石灰ガラス基板や高歪点ガラス基板は、一般にフロート法で板状（厚み：約２．８ｍｍ）に成形されるが、これらのガラス基板は若干の着色を帯びている。そのためガラス基板が、可視光の波長を吸収することになり、これがプラズマディスプレイ装置の画像表示の輝度を向上する上で大きな障害となっている。
【００１１】
プラズマディスプレイ装置に用いられるガラス基板の厚みを小さくすれば、その画像表示の輝度を向上させることができるが、ガラス基板は薄肉化するほど、その自重でたわみやすくなる。特に、高歪点ガラス基板は、ソーダ石灰ガラス基板に比べて、たわみが大きく、しかもクラックが発生しやすいため、これを薄肉化すると、次のような問題が発生しやすくなる。
【００１２】
プラズマディスプレイ装置のガラスメーカーやパネルメーカーの製造工程において、ガラス基板は、一時保管用のカセットに幾度も出し入れされる。このカセットは、その内周部に複数段の棚が形成された形態を有しており、ガラス基板は、その対向する２辺、或いは３辺のみがカセットの棚上に載置するようにして水平方向に保持される。ところが特に大型（例えば５０インチ以上）のガラス基板の場合はたわみ量が大きくなるため、ガラス基板をカセットに入れる際に、ガラス基板の一部がカセットや他のガラス基板に接触してクラックや破損が生じたり、カセットの棚からガラス基板を取り出す際に、大きく揺動して不安定になりやすく、ハンドリング性が悪くなる。またガラス基板を治具を用いて搬送する工程においても、搬送中の振動によってガラス基板が揺動し、搬送装置に接触して破損することがある。
【００１３】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、特にプラズマディスプレイ装置の前面ガラス基板として用いた時、従来の前面ガラス基板に比べて厚みが小さいため、表示画像の輝度向上を図ることができ、また薄肉でありながら、たわみが小さいため、製造工程での破損が少ないフラットパネルディスプレイ装置用ガラス基板を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、プラズマディスプレイ装置に用いられる高歪点ガラス基板について考察を繰り返した結果、前面ガラス基板の厚みを２．５ｍｍ以下にすると、プラズマディスプレイ装置の輝度向上について一定の効果が見られること、この時、ガラス基板の比ヤング率を２８．０ＧＰａ／（ｇ・ｃｍ^−３）以上にすることで、ガラス基板の薄肉化に伴うたわみ量の増大を抑えることができ、実際の製造工程において、ガラス基板のたわみに起因する破損が起こらないことを見いだし、本発明を提案するに至った。
【００１５】
すなわち本発明のフラットパネルディスプレイ装置用ガラス基板は、歪点が５７０℃以上、３０〜３８０℃における平均線熱膨張係数が６５〜９０×１０^−７／℃、比ヤング率が２８．０ＧＰａ／（ｇ・ｃｍ^−３）以上のガラスからなり、厚みが１．０〜２．５ｍｍであることを特徴とする。
【００１６】
また本発明のフラットパネルディスプレイ装置用ガラス基板は、質量％で、ＳｉＯ_２　５５〜７４％、Ａｌ_２Ｏ_３　１〜１４％、ＭｇＯ　０〜１５％、ＣａＯ　０〜１０％、ＳｒＯ　０〜１５％、ＢａＯ　０〜７％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ　７〜２５％、Ｎａ_２Ｏ　０〜８％、Ｋ_２Ｏ　２〜１８％、Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ　６〜２０％、ＺｒＯ_２　０〜７％の組成を有することを特徴とし、さらに４００〜７００ｎｍにおける分光透過率が８６％以上であることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明のフラットパネルディスプレイ装置用ガラス基板は、歪点が５７０℃以上のガラスからなるため、プラズマディスプレイパネルの製造工程で熱処理しても、熱変形や熱収縮が小さく、問題となるような寸法変化が発生し難い。より耐熱性を向上させるためには、歪点を５８０℃以上、より好ましくは、６００℃以上とすることが望ましい。
【００１８】
また本発明のガラス基板は、３０〜３８０℃における平均線熱膨張係数が、６５〜９０×１０^−７／℃のガラスからなり、プラズマディスプレイ装置の周辺部材である低融点ガラスフリットや誘電体材料等の熱膨張係数と整合しているため、プラズマディスプレイ装置を製造する際に変形等の不具合が発生し難い。平均線熱膨張係数の好ましい範囲は、７０〜８８×１０^−７／℃である。
【００１９】
さらに本発明のガラス基板は、厚みが１．０〜２．５ｍｍであるため、従来のプラズマディスプレイ装置用ガラス基板（厚み：２．８ｍｍ）に比べて、分光透過率が高く、これをプラズマディスプレイ装置の前面ガラス基板として使用すると、画像表示の輝度を向上させることができる。
【００２０】
また一般にガラス基板を薄肉化すると、たわみ量が増大するが、本発明のガラス基板は、比ヤング率（ヤング率／密度）が２８．０ＧＰａ／（ｇ・ｃｍ^−３）以上のガラスからなるため、たわみが小さく、その厚みを２．５ｍｍ以下にしても、プラズマディスプレイ装置の製造工程において、ガラス基板のたわみに起因する破損を抑えることが可能となる。
【００２１】
尚、ガラス基板のたわみ量を一定の値に抑えるためには、その厚みが小さくなるほど、比ヤング率が大きくなるように設計する必要がある。しかしながら、この種の高歪点ガラスは、組成上の制約から、比ヤング率を３２．０ＧＰａ／（ｇ・ｃｍ^−３）以上にすることは極めて困難である。よってガラス基板の比ヤング率を高くすることによって、ガラス基板のたわみを抑えることには自ずと限界がある。つまりガラス基板の厚みが極端に小さくなると、たわみ量が大きくなり、破損しやすくなる。ガラス基板のたわみに起因する破損を防止するためには、その厚みは１．０ｍｍ以上にする必要がある。ガラス基板の厚みは、好ましくは１．１〜２．１ｍｍ、より好ましくは１．１〜１．８ｍｍである。また比ヤング率は、好ましくは２８．５ＧＰａ／（ｇ・ｃｍ^−３）以上、さらに好ましくは２９．０ＧＰａ／（ｇ・ｃｍ^−３）以上である。
【００２２】
また本発明のフラットパネルディスプレイ装置用ガラス基板は、質量％で、ＳｉＯ_２　５５〜７４％、Ａｌ_２Ｏ_３　１〜１４％、ＭｇＯ　０〜１５％、ＣａＯ　０〜１０％、ＳｒＯ　０〜１５％、ＢａＯ　０〜７％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ　７〜２５％、Ｎａ_２Ｏ　０〜８％、Ｋ_２Ｏ　２〜１８％、Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ　６〜２０％、ＺｒＯ_２　０〜７％の組成を有することが好ましく、各ガラス成分の割合を限定した理由は以下のとおりである。
【００２３】
ＳｉＯ_２は、ガラスのネットワークフォーマーであるが、５５％より少ないと、ガラスの歪点が低下し、熱変形や熱収縮が大きくなる。一方、７４％より多いと、ガラスの溶融性が低下する。ＳｉＯ_２の含有量は、好ましくは５６〜７０％、より好ましくは５６〜６９％である。
【００２４】
Ａｌ_２Ｏ_３は、ガラスの歪点を高める成分であるが、１％より少ないと、歪点を高める効果に乏しくなり、１４％より多いと、ガラスの高温粘度が高くなり、失透傾向が増大し、成形が困難となる。Ａｌ_２Ｏ_３の含有量は、好ましくは１〜１２％、より好ましくは１〜１１％である。
【００２５】
ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯは、いずれもガラスの高温粘度を低下させてガラスの成形性や溶融性を高めると共に、ガラスの歪点とヤング率を高める成分である。しかしながらＭｇＯが１５％より多くなったり、ＣａＯが１０％より多くなると、ガラスが失透したり、ガラスが割れやすくなる。またＳｒＯが１５％より多くなったり、ＢａＯが７％より多くなると、ガラスの密度が高くなり、比ヤング率を２８．０ＧＰａ／（ｇ・ｃｍ^−３）以上にすることが困難となる。ＭｇＯの含有量は、好ましくは２〜１３％、より好ましくは３〜１２％である。ＣａＯの含有量は、好ましくは、０〜９％、より好ましくは０〜８％である。ＳｒＯの含有量は、好ましくは０〜１４％、より好ましくは０〜１３％である。ＢａＯの含有量は、好ましくは０〜５％、より好ましくは０〜３％である。
【００２６】
またＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯの合量が７％より少ないと、ガラスの溶融性が低下し、２５％より多いと、ガラスの密度が高くなり、比ヤング率を２８．０ＧＰａ／（ｇ・ｃｍ^−３）以上にすることが困難となる。ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯの合量は、好ましくは８〜２３％、より好ましくは８〜２１％である。
【００２７】
Ｎａ_２Ｏは、ガラスの線熱膨張係数を制御すると共に、溶融性を向上する成分であるが、８％より多いと、ガラスの歪点が低下する。Ｎａ_２Ｏの含有量は、好ましくは０〜６％、より好ましくは０〜４である。
【００２８】
Ｋ_２Ｏも、Ｎａ_２Ｏと同様、ガラスの線熱膨張係数を制御すると共に、溶融性を向上する成分であるが、２％より少ないと、ガラスの溶融性が損なわれる。一方、１８％より多いと、ガラスの歪点が低下する。Ｋ_２Ｏの含有量は、好ましくは４〜１５％、より好ましくは５〜１５％である。
【００２９】
またＮａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏの合量が６％より少ないと、ガラスの溶融性が低下し、２０％より多いと、線熱膨張係数が大きくなりすぎる。Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏの合量は、好ましくは７〜１８％、より好ましくは９〜１８％である。
【００３０】
ＺｒＯ_２は、ガラスの歪点を高める成分であるが、７％より多くなると、失透傾向が増大すると共にガラスが割れやすくなる。ＺｒＯ_２の含有量は好ましくは０〜６％、より好ましくは０〜５％である。
【００３１】
また本発明のガラス基板は、上記成分以外にも、特性を損なわない範囲で、種々の成分を含有させることができる。例えば紫外線によるガラスの着色を防止する目的でＴｉＯ_２を５％まで含有できる。またガラスの液相温度を下げ、成形性を向上させる目的でＹ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｎｂ_２Ｏ_３を各々３％まで、割れやすさを改善する目的でＢ_２Ｏ_３、Ｐ_２Ｏ_５を各々４％まで含有できる。さらにＡｓ_２Ｏ_３、Ｓｂ_２Ｏ_３、ＳＯ_３、Ｃｌ、ＳｎＯ_２等の清澄剤を合量で２％まで含有したり、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｃｒ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２等の着色剤を各々１％まで含有できる。
【００３２】
また本発明のガラス基板は、厚みが２．５ｍｍ以下であるため、４００〜７００ｎｍにおける分光透過率を８６％以上とすることができ、組成を厳密に規制することによって８７％以上、さらには８８％以上とすることも可能である。このような分光透過率を有するガラス基板をプラズマディスプレイ装置の前面基板として用いると、画像表示の輝度を向上させることが可能となる。尚、このガラス基板は、ガラス中に不純物として混入する鉄酸化物の量が多くなるほど着色し、分光透過率が低下するため、Ｆｅ_２Ｏ_３換算で０．５質量％以下（好ましくは０．２質量％以下）に規制することが望ましい。
【００３３】
さらに本発明のガラス基板は、ロールアウト法、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等で板状に成形することが可能であるが、フロート法で成形すると、大面積で、平滑性に優れたガラス基板を得やすいため最も好ましい。
【００３４】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。
【００３５】
表１は、本発明の実施例（試料Ｎｏ．１〜５）及び比較例（試料Ｎｏ．６）を示すものである。尚、試料Ｎｏ．６は、プラズマディスプレイ装置に用いられる高歪点ガラス基板の市販品である。
【００３６】
【表１】

【００３７】
表１の各ガラス試料は、次のようにして作製した。
【００３８】
まず表中のガラス組成となるように調合した原料を白金ルツボに投入し、１４５０〜１６００℃で４時間溶融した。次いでこの溶融ガラスを金型に流し出し、板状に成形し、徐冷した後、その両面を表に示す厚みとなるように研磨した。その後、それらのガラス板を２００ｍｍ角の大きさに切断加工した。尚、表中のＲ’Ｏは、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯといったアルカリ土類金属酸化物を示し、またＲ_２Ｏは、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏといったアルカリ金属酸化物を示している。
【００３９】
こうして得られた各ガラス試料について、線熱膨張係数、歪点、密度、比ヤング率を測定し、それらの値を表１に示した。
【００４０】
表から明らかなように、実施例である試料Ｎｏ．１〜５は、線熱膨張係数が７２〜８０×１０^−７／℃であるため、プラズマディスプレイ装置の周辺部材との整合がとれており、また歪点が６１０℃以上であるため、熱変形や熱収縮が小さい。さらに比ヤング率が２８．１ＧＰａ／（ｇ・ｃｍ^−３）以上であるため、ガラス基板のたわみを抑える効果が大きい。またこれらのガラス基板は、厚みが２．１ｍｍ以下であるため、可視光の吸収が少なく、これらの４００〜７００ｎｍにおける分光透過率を分光光度計を用いて１ｎｍ間隔で測定したところ、全ての波長で８７％以上であり、特に試料Ｎｏ．１、２は、９０％以上であった。
【００４１】
これに対し、比較例である試料Ｎｏ．６は、比ヤング率が低いため、ガラス基板のたわみを抑える効果に乏しく、ガラス基板の薄肉化を図ると、たわみ量が大きくなり、製造工程で破損しやすくなると判断される。またこのガラス基板は、厚みが２．８ｍｍであり、その４００〜７００ｎｍにおける分光透過率を測定したところ、７００ｎｍの透過率は約８５％であった。
【００４２】
尚、表中の線熱膨張係数は、ディラトメーターで３０〜３８０℃における平均線熱膨張係数を測定したものであり、歪点は、ＡＳＴＭ　Ｃ３３６−７１に準じて測定した。また密度は、周知のアルキメデス法で測定し、比ヤング率は、ヤング率を共振法によって測定し、ヤング率と密度の値から求めた。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように本発明のフラットパネルディスプレイ装置は、厚みが１．０〜２．５ｍｍでありながら、たわみが小さいため、これをプラズマディスプレイ装置の前面ガラス基板として使用すると、輝度の向上を図ることができ、しかも製造工程における破損を低減することが可能である。
【００４４】
また本発明のガラス基板は、歪点が５７０℃以上で、線熱膨張係数が６５〜９０×１０^−７／℃であるため、プラズマディスプレイ装置のガラス基板として好適であるが、その他のフラットパネルディスプレイ、例えば自己発光型表示装置である有機ＥＬや無機ＥＬ（エレクトロ・ルミネッセンス）、ＦＥＤ（フィールド・エミッション・ディスプレイ）等に用いられるガラス基板としても適している。

Claims (3)

1. 歪点が５７０℃以上、３０〜３８０℃における平均線熱膨張係数が６５〜９０×１０^−７／℃、比ヤング率が２８．０ＧＰａ／（ｇ・ｃｍ^−３）以上のガラスからなり、厚みが１．０〜２．５ｍｍであることを特徴とするフラットパネルディスプレイ装置用ガラス基板。
2. 質量％で、ＳｉＯ_２　５５〜７４％、Ａｌ_２Ｏ_３　１〜１４％、ＭｇＯ　０〜１５％、ＣａＯ　０〜１０％、ＳｒＯ　０〜１５％、ＢａＯ　０〜７％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ　７〜２５％、Ｎａ_２Ｏ　０〜８％、Ｋ_２Ｏ　２〜１８％、Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ　６〜２０％、ＺｒＯ_２　０〜７％の組成を有することを特徴とする請求項１記載のフラットパネルディスプレイ装置用ガラス基板。
3. ４００〜７００ｎｍにおける分光透過率が８６％以上であることを特徴とする請求項１又は２記載のフラットパネルディスプレイ装置用ガラス基板。