JP2004244257A - フラットパネルディスプレイ装置用ガラス基板 - Google Patents
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Abstract
【目的】溶融や成形が容易であり、しかも、周辺材料と整合性がとりやすい熱膨張係数を有し、耐クラック性に優れた高歪点ガラスからなる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である。
【構成】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、質量百分率で、ＳｉＯ２ ５５〜７０％、Ａｌ２Ｏ３ ３〜８％、ＭｇＯ ６〜１５％、ＣａＯ ０〜８％、ＳｒＯ ５〜１０％、ＢａＯ ０〜５％、ＲＯ（ＲＯはＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯを表わす） １１〜１９．５％未満、Ｎａ２Ｏ ０〜８％、Ｋ２Ｏ ５〜１７％、ＺｒＯ２ ０〜５％、Ｐ２Ｏ５ ０〜３％の組成を含有し、ＲＯ／Ａｌ２Ｏ３の値が１．７以上であり、且つ、３０〜３８０℃における熱膨張係数が８０〜９０×１０−７／℃であり、歪点が５８０℃以上であり、１０４ｄＰａの粘度に相当するガラス融液の温度が１２００℃以下であることを特徴とする。
【選択図】 なし
【構成】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、質量百分率で、ＳｉＯ２ ５５〜７０％、Ａｌ２Ｏ３ ３〜８％、ＭｇＯ ６〜１５％、ＣａＯ ０〜８％、ＳｒＯ ５〜１０％、ＢａＯ ０〜５％、ＲＯ（ＲＯはＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯを表わす） １１〜１９．５％未満、Ｎａ２Ｏ ０〜８％、Ｋ２Ｏ ５〜１７％、ＺｒＯ２ ０〜５％、Ｐ２Ｏ５ ０〜３％の組成を含有し、ＲＯ／Ａｌ２Ｏ３の値が１．７以上であり、且つ、３０〜３８０℃における熱膨張係数が８０〜９０×１０−７／℃であり、歪点が５８０℃以上であり、１０４ｄＰａの粘度に相当するガラス融液の温度が１２００℃以下であることを特徴とする。
【選択図】 なし
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、フラットパネルディスプレイ装置、特にプラズマディスプレイ装置に適したガラス基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマディスプレイ装置は、前面ガラス基板表面にＩＴＯ膜やネサ膜等からなる透明電極を成膜し、その上に誘電体層を形成し、また、背面ガラス基板表面には、Ａｌ、Ａｇ、Ｎｉからなる電極を形成された背面ガラス基板表面に隔壁を形成してから、それぞれ５００〜６００℃程度の温度で焼成することにより回路を形成する。その後、前面ガラス基板と背面ガラス基板を対向させて電極等の位置合わせを行って、周囲を５００〜６００℃程度の温度でフリットシールすることにより作製される。
【０００３】
尚、一般に上記のガラス基板は、熱膨張係数が約８４×１０−７／℃のソーダ石灰ガラスや高歪点ガラス（歪点が５７０℃以上のガラス）からなり、フロート法、ロールアウト法等によって１．８〜３．０ｍｍの肉厚に成形されたものが使用されている。
【０００４】
ところで、ガラス基板は、従来、ソーダ石灰ガラスが用いられていたが、現在では、高歪点ガラスが広く用いられている。
【０００５】
その理由は、高歪点ガラスの方がソーダ石灰ガラスよりも、歪点や体積電気抵抗率が高いため、熱処理工程において、ガラス基板の熱変形や熱収縮が小さく、前面ガラス基板と背面ガラス基板を対向させる際、精度良く電極等の位置合わせが行え、しかも、ガラス中のアルカリ成分の移動度が小さく、ガラス中のアルカリ成分とＩＴＯ膜やネサ膜等の薄膜電極と反応が小さく、電極材料の電気抵抗値の安定化が図れるからである。
【０００６】
ところが、前記した高歪点ガラスは、ソーダ石灰ガラスに比べて、製造工程において割れが生じやすい。そのため、装置の歩留まりが低く、生産性向上を妨げる原因の一つとなっている。従って、生産性向上のため、ガラス基板を割れにくくする必要がある。つまり、クラック抵抗の大きい耐クラック性に優れたガラス基板が望まれている。
【０００７】
そこで、耐クラック性に優れた高歪点のガラス組成が開示されている。（特許文献１〜４）
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−２２６１３８号
【特許文献２】
特開２００１−２４７３３２号
【特許文献３】
特開２００２−１９３６３５号
【特許文献４】
特開２００２−２９３５６７号
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１で開示されているガラスは、Ｐ２Ｏ５を必要とするため、溶融条件や成形条件の微妙な変動によってガラスが乳白する可能性があり、生産歩留まりを低下させる原因となる。また、特に、フロート成形の場合、Ｐ２Ｏ５が還元されて、ガラスが着色する可能性もある。
【００１０】
また、特許文献２で開示されているガラスは、ガラスの高温粘度が高いため、ガラスの溶融温度や成形温度を高くしなければならなくなり、溶融や成形が困難である。特に、フロート成形の場合、ガラスの高温粘度が高いと、溶融ガラスを板状に成形するためのフロートバスの温度を高くしなければならず、フロートバスからのスズの揮発量が増加し、ガラス表面に悪影響を及ぼすことになる。
【００１１】
特許文献３及び４で開示されているガラスは、熱膨張係数が７５×１０−７／℃以下と低いため、現在の製造プロセスにおいては、周辺材料との整合性が取れず、ガラス基板上に周辺材料を形成した際に剥離やクラック等が発生する虞がある。
【００１２】
本発明の目的は、溶融や成形が容易であり、しかも、周辺材料と整合性がとりやすい熱膨張係数を有し、耐クラック性に優れた高歪点ガラスからなる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である。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
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、質量百分率で、ＳｉＯ２ ５５〜７０％、Ａｌ２Ｏ３ ３〜８％、ＭｇＯ ６〜１５％、ＣａＯ ０〜８％、ＳｒＯ ５〜１０％、ＢａＯ ０〜５％、ＲＯ １１〜１９．５％未満、Ｎａ２Ｏ ０〜８％、Ｋ２Ｏ ５〜１７％、ＺｒＯ２ ０〜５％、Ｐ２Ｏ５ ０〜３％の組成を含有し、ＲＯ／Ａｌ２Ｏ３の値が１．７以上であり、且つ、３０〜３８０℃における熱膨張係数が８０〜９０×１０−７／℃であり、歪点が５８０℃以上であり、１０４ｄＰａの粘度に相当するガラス融液の温度が１２００℃以下であることを特徴とする。
【００１４】
【作用】
ガラス基板の耐クラック性を高めるには、ガラス中のＲＯの含有量を少なくして、ガラスのクラック抵抗を大きくすればよい。しかし、ＲＯの含有量が少なくなると、ガラスの高温粘度が高くなって、溶融や成形が困難となる。
【００１５】
そこで、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、ガラス中のＲＯの含有量を１９．５質量％未満に抑えると共に、Ａｌ２Ｏ３の含有量を８質量％以下に抑え、且つ、ＲＯ／Ａｌ２Ｏ３の値を１．７以上に制限している。このようにすることで、クラック抵抗を６００ｍＮ以上、１０４ｄＰａの粘度に相当するガラス融液の温度を１２００℃以下にでき、耐クラック性、溶融性及び成形性に優れたガラスを得ることができる。尚、優れた耐クラック性を有するガラスを得るためには、クラック抵抗を６００ｍＮ以上にすることが望ましい。６００ｍＮより小さくなると、搬送や製造工程で、クラックが入り易くなり、割れが発生しやすくなる。また、優れた成形性を有するガラスを得るためには、１０４ｄＰａの粘度に相当するガラス融液の温度を１２００℃以下（好ましくは１１９５℃）にすることが好ましい。この温度が１２００℃より高くなると、成形体に負担が掛かる。
【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、ガラスの歪点を５８０℃以上に設定しているため、プラズマディスプレイ装置を製造する際の熱処理工程において、ガラス基板の熱変形や熱収縮を抑えることができる。
【００１７】
更に、熱膨張係数を８０〜９０×１０−７／℃に設定しているため、周辺材料の熱膨張係数との整合性を取ることができる。
【００１８】
本発明のガラス基板において、各成分の割合を上記のように限定した理由を以下に述べる。
【００１９】
ＳｉＯ２は、ガラスのネットワークフォーマーである。含有量が５５〜７０％であれば、歪点が高く、熱収縮や熱変形の小さいガラス基板が得られやすい。好ましい範囲は５６〜７０％であり、より好ましくは５８〜６３．５％である。尚、ＳｉＯ２の含有量が多くなると、熱膨張係数が小さくなり周辺材料との整合性が取れなくなったり、ガラスの高温粘度が高くなり、溶融、成形が難しくなる。また、含有量が少なくなると、熱膨張係数が大きくなり周辺材料との整合性が取れなくなったり、ガラスの歪点が低下して熱変形や熱収縮が起こりやすくなる。
【００２０】
Ａｌ２Ｏ３は、ガラスの歪点を高める成分である。含有量が３〜８％であれば、ガラスの高温粘度を低く抑えることができ、しかも、歪点が高く、熱収縮や熱変形の小さいガラス基板が得られやすい。好ましい範囲は３〜７％であり、より好ましくは４〜７％である。尚、Ａｌ２Ｏ３の含有量が多くなると、ガラスの高温粘度が高くなり、溶融、成形が難しくなる。また、含有量が少なくなると、ガラスの歪点が低下して熱変形や熱収縮が起こりやすくなる。
【００２１】
ＭｇＯは、ガラスの高温粘度を著しく低下させて溶融性や成形性を高める成分である。含有量が６〜１５％であれば、ガラスのクラック抵抗を低下させることなく、ガラスの高温粘度を低くすることができる。好ましい範囲は６〜１３％であり、より好ましくは６〜１１％である。尚、ＭｇＯの含有量が多くなると、ガラスが失透しやくなる。また、含有量が少なくなると、前記効果が得にくくなる。
【００２２】
ＣａＯは、ガラスの高温粘度を低下させて溶融性や成形性を高める成分である。含有量が８％以下であれば、ガラスのクラック抵抗を低下させることなく、ガラスの高温粘度を低くすることができる。好ましい範囲は０．５〜７％であり、より好ましくは１〜６％である。尚、ＣａＯの含有量が多くなると、ガラスのクラック抵抗が著しく低下する傾向にあり、割れが発生しやすくなる。
【００２３】
ＳｒＯは、ガラスの高温粘度を低下させてガラスの溶融性や成形性を高めたり、体積電気抵抗率を高める成分である。含有量が５〜１０％であれば、ガラスのクラック抵抗を低下させることなく、ガラスの高温粘度を低くすることができる。好ましい範囲は６〜１３％であり、より好ましくは６〜１１％である。尚、ＳｒＯの含有量が多くなると、ガラスのクラック抵抗が低下する傾向にあり、割れが発生しやすくなる。また、含有量が少なくなると、前記効果が得にくくなる。
【００２４】
ＢａＯは、ＳｒＯと同様にガラスの高温粘度を低下させてガラスの溶融性や成形性を高めたり、体積電気抵抗率を高める成分である。含有量が５％以下であれば、ガラスのクラック抵抗を低下させることなく、ガラスの高温粘度を低くすることができる。好ましい範囲は４％以下であり、より好ましくは３％である。尚、ＢａＯの含有量が多くなると、ガラスのクラック抵抗が低下する傾向にあり、割れが発生しやすくなる。
【００２５】
尚、ガラスのクラック抵抗の低下を抑制するためには、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯの合量であるＲＯは、１０〜１９．５％未満にする必要がある。好ましい範囲は１０〜１９％であり、より好ましくは１０〜１８％である。ＲＯの含有量が多くなると、ガラスのクラック抵抗が低下する傾向にあり、割れが発生しやすくなる。また、ＲＯ含有量が少なくなると、ガラスの高温粘度が上昇し、溶融、成形が難しくなる。
【００２６】
また、ＲＯの含有量の減少に伴うガラスの高温粘度の上昇を防止するために、ＲＯ／Ａｌ２Ｏ３の値を１．７以上に制限する必要がある。好ましい範囲は２．０以上である。尚、この値が低くなると、ガラスの高温粘度が上昇し、溶融、成形が難しくなる。
【００２７】
Ｎａ２Ｏは、ガラスの熱膨張係数を制御したり、ガラスの高温粘度を低下させてガラスの溶融性や成形性を高める成分である。含有量が８％以下であれば、周辺材料と整合する熱膨張係数と高温粘度の低いガラスを得ることができる。好ましい範囲は６％以下であり、より好ましくは５％以下である。尚、Ｎａ２Ｏの含有量が多くなると、ガラスの熱膨張係数が大きくなり、周辺材料と整合する熱膨張係数が得にくくなったり、ガラスの歪点が低下する傾向にあり、製造する際の熱工程で、熱変形や熱収縮が起こりやすくなる。
【００２８】
Ｋ２Ｏは、Ｎａ２Ｏと同様にガラスの熱膨張係数を制御したり、ガラスの高温粘度を低下させてガラスの溶融性や成形性を高める成分である。含有量が５〜１７％であれば、周辺材料と整合する熱膨張係数と高温粘度の低いガラスを得ることができる。好ましい範囲は７〜１７％であり、より好ましくは９〜１７％である。尚、Ｋ２Ｏの含有量が多くなると、ガラスの熱膨張係数が大きくなり、周辺材料と整合する熱膨張係数が得にくくなったり、ガラスの歪点が低下する傾向にあり、製造する際の熱工程で、熱変形や熱収縮が起こりやすくなる。また、含有量が少なくなると、ガラスの熱膨張係数が小さくなり、周辺材料と整合する熱膨張係数が得にくくなったり、ガラスの高温粘度が上昇する傾向あり、溶融、成形が難しくなる。
【００２９】
ＺｒＯ２は、ガラスの歪点を高める成分である。含有量が５％以下であれば、他の特性に悪影響を与えることなく、ガラスの歪点を上昇させることができる。好ましい範囲は４％以下であり、より好ましくは３％以下である。ＺｒＯ２の含有量が多くなると、失透ブツが発生する傾向にあり、成形が難しくなる。
【００３０】
Ｐ２Ｏ５は、ガラスのクラック抵抗を上昇させて、割れの発生を抑える成分である。含有量が０．５％以下であれば、ガラスが乳白することなく、クラック抵抗を上昇させることができる。好ましい範囲は０．４％以下、より好ましくは含有しないことである。
【００３１】
尚、本発明において、上記成分以外にも、紫外線着色を防止するために、ＴｉＯ２を３％まで、液相温度を低下させて、成形性を向上させるために、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ３を各３％まで、着色剤として、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｃｒ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３を各２％まで、清澄剤として、Ａｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３、ＳＯ３、Ｆ、Ｃｌ等を合量で１％まで添加することが可能である。但し、フロート法で成形する場合、Ａｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３は還元されるため、導入は避けるべきである。
【００３２】
また、本発明において、Ｂ２Ｏ３は歪点を著しく低下させるため、含有量は２％未満に抑えるべきであり、含有しないことが望ましい。
【００３３】
次に、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を製造する方法を説明する。
【００３４】
まず、上記のガラス組成範囲となるように原料を調合する。続いて、調合した原料を連続溶融炉で１５２０〜１６８０℃の温度で溶融する。その後、溶融ガラスをスロットダウンドロー法、オーバーフローダウンドロー法、フロート法、ロールアウト法等の方法で板状に成形し徐冷することでガラス基板を得ることができる。
【００３５】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
【００３６】
表１及び２は、本発明の実施例（試料Ｎｏ．１〜７）と比較例（試料Ｎｏ．８及び９）を示すものである。
【００３７】
【表１】
【００３８】
【表２】
【００３９】
表中の各試料は、次のようにして作製した。
【００４０】
まず、表の組成となるようにガラス原料を調合し、白金ポットを用いて１４５０〜１６００℃で４時間熔融した。その後、熔融ガラスをカーボン板の上に流し出して板状に成形し、徐冷後、板厚が２．８ｍｍになるように両面研磨して、得られた板ガラスを２００ｍｍ角の大きさに切断加工することで試料ガラスを作製した。
【００４１】
このようして得られた各試料について、熱膨張係数、密度、体積電気抵抗率、歪点、１０４ｄＰａの粘度に相当するガラス融液の温度、クラック抵抗を測定し、表に示した。
【００４２】
尚、熱膨張係数、密度、クラック抵抗の測定については、熱履歴の影響を受けないように、熱処理したものを用いて測定した。また、熱処理は、試料を、室温からガラスの歪点＋８０℃まで１０℃／分の昇温速度で加熱し、その温度で１時間保持し、その後、５００℃まで２℃／分の降温速度で冷却し、続けて、室温まで１０℃／分の降温速度で冷却する条件で行った。
【００４３】
熱膨張係数については、直径３．５ｍｍ、長さ５０ｍｍの円柱状の試料を作製し、ディラトメーターで３０〜３８０℃における平均熱膨張係数を測定した。
【００４４】
密度については、周知のアルキメデス法により測定した。
【００４５】
体積電気抵抗率については、ＡＳＴＭ Ｃ６５７−７８に基づいて１５０℃における値を測定した。
【００４６】
また、歪点については、ＡＳＴＭ Ｃ３３６−７１に基づいて測定した。また、ガラスの粘度が１０４ｄＰａ・ｓに相当するガラス融液の温度は、白金球引き上げ法により測定した。この温度は、ガラスを板状に成形する際の目安になり、この温度が低い方が成形性が良いことになる。
【００４７】
クラック抵抗の測定は、和田らが提案した方法（Ｍ．Ｗａｄａ ｅｔ ａｌ．Ｐｒｏｃ．， ｔｈｅ Ｘｔｈ ＩＣＧ， ｖｏｌ．１１， Ｃｅｒａｍ． Ｓｏｃ．， Ｊａｐａｎ， Ｋｙｏｔｏ， １９７４， ｐ３９）を用いてクラック発生率を求め、このクラック発生率が５０％になるときの荷重を「クラック抵抗」とした。この方法は、ビッカース硬度計のステージに試料ガラスを置き、試料ガラスの表面に菱形状のダイヤモンド圧子を種々の荷重で１５秒間押し付ける。そして、除荷後１５秒までに圧痕の四隅から発生するクラック数をカウントし、最大発生しうるクラック数（４ヶ）に対する割合（クラック発生率）を求め、クラック発生率が５０％になるときの荷重を「クラック抵抗」とした。クラック抵抗が大きいということは、高い荷重でもクラックが発生しにくい、つまり、耐クラック性に優れているということである。
【００４８】
尚、クラック抵抗の測定は、同一荷重で２０回測定し、その平均値を求めた。また、測定条件は、気温２５℃、湿度３０％の条件で行った。
【００４９】
表から明らかなように、実施例である試料Ｎｏ．１〜７の各試料は、１０４ｄＰａ・ｓに相当するガラス融液の温度は１２００℃以下と低く、クラック抵抗は６００ｍＮ以上であり、成形性及び耐クラック性に優れていた。また、密度は、２．５８ｇ／ｃｍ３以下であった。熱膨張係数は、８１〜８７×１０−７／℃であるため、周辺材料と良好に整合することができる。更に、歪点は５８５℃以上であり、熱処理工程におけるガラス基板の熱変形や熱収縮を抑えることができる。また、体積電気抵抗率（ｌｏｇ ρ）は１１．４Ω・ｃｍ以上であった。
【００５０】
これに対して、比較例である試料Ｎｏ．８は、クラック抵抗は６００ｍＮであったが、１０４ｄＰａ・ｓに相当するガラス融液の温度が１２４０℃で高く、成形性が悪かった。また、試料Ｎｏ．９は、１０４ｄＰａ・ｓに相当するガラス融液の温度は１１５０℃で低いが、クラック抵抗が４７０ｍＮと低かった。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように本発明のガラス基板は、耐クラック性及び成形性に優れ、しかも、歪点及び体積電気抵抗も高いため、フラットパネルディスプレイ装置、特に、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。
【産業上の利用分野】
本発明は、フラットパネルディスプレイ装置、特にプラズマディスプレイ装置に適したガラス基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマディスプレイ装置は、前面ガラス基板表面にＩＴＯ膜やネサ膜等からなる透明電極を成膜し、その上に誘電体層を形成し、また、背面ガラス基板表面には、Ａｌ、Ａｇ、Ｎｉからなる電極を形成された背面ガラス基板表面に隔壁を形成してから、それぞれ５００〜６００℃程度の温度で焼成することにより回路を形成する。その後、前面ガラス基板と背面ガラス基板を対向させて電極等の位置合わせを行って、周囲を５００〜６００℃程度の温度でフリットシールすることにより作製される。
【０００３】
尚、一般に上記のガラス基板は、熱膨張係数が約８４×１０−７／℃のソーダ石灰ガラスや高歪点ガラス（歪点が５７０℃以上のガラス）からなり、フロート法、ロールアウト法等によって１．８〜３．０ｍｍの肉厚に成形されたものが使用されている。
【０００４】
ところで、ガラス基板は、従来、ソーダ石灰ガラスが用いられていたが、現在では、高歪点ガラスが広く用いられている。
【０００５】
その理由は、高歪点ガラスの方がソーダ石灰ガラスよりも、歪点や体積電気抵抗率が高いため、熱処理工程において、ガラス基板の熱変形や熱収縮が小さく、前面ガラス基板と背面ガラス基板を対向させる際、精度良く電極等の位置合わせが行え、しかも、ガラス中のアルカリ成分の移動度が小さく、ガラス中のアルカリ成分とＩＴＯ膜やネサ膜等の薄膜電極と反応が小さく、電極材料の電気抵抗値の安定化が図れるからである。
【０００６】
ところが、前記した高歪点ガラスは、ソーダ石灰ガラスに比べて、製造工程において割れが生じやすい。そのため、装置の歩留まりが低く、生産性向上を妨げる原因の一つとなっている。従って、生産性向上のため、ガラス基板を割れにくくする必要がある。つまり、クラック抵抗の大きい耐クラック性に優れたガラス基板が望まれている。
【０００７】
そこで、耐クラック性に優れた高歪点のガラス組成が開示されている。（特許文献１〜４）
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−２２６１３８号
【特許文献２】
特開２００１−２４７３３２号
【特許文献３】
特開２００２−１９３６３５号
【特許文献４】
特開２００２−２９３５６７号
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１で開示されているガラスは、Ｐ２Ｏ５を必要とするため、溶融条件や成形条件の微妙な変動によってガラスが乳白する可能性があり、生産歩留まりを低下させる原因となる。また、特に、フロート成形の場合、Ｐ２Ｏ５が還元されて、ガラスが着色する可能性もある。
【００１０】
また、特許文献２で開示されているガラスは、ガラスの高温粘度が高いため、ガラスの溶融温度や成形温度を高くしなければならなくなり、溶融や成形が困難である。特に、フロート成形の場合、ガラスの高温粘度が高いと、溶融ガラスを板状に成形するためのフロートバスの温度を高くしなければならず、フロートバスからのスズの揮発量が増加し、ガラス表面に悪影響を及ぼすことになる。
【００１１】
特許文献３及び４で開示されているガラスは、熱膨張係数が７５×１０−７／℃以下と低いため、現在の製造プロセスにおいては、周辺材料との整合性が取れず、ガラス基板上に周辺材料を形成した際に剥離やクラック等が発生する虞がある。
【００１２】
本発明の目的は、溶融や成形が容易であり、しかも、周辺材料と整合性がとりやすい熱膨張係数を有し、耐クラック性に優れた高歪点ガラスからなる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である。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
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、質量百分率で、ＳｉＯ２ ５５〜７０％、Ａｌ２Ｏ３ ３〜８％、ＭｇＯ ６〜１５％、ＣａＯ ０〜８％、ＳｒＯ ５〜１０％、ＢａＯ ０〜５％、ＲＯ １１〜１９．５％未満、Ｎａ２Ｏ ０〜８％、Ｋ２Ｏ ５〜１７％、ＺｒＯ２ ０〜５％、Ｐ２Ｏ５ ０〜３％の組成を含有し、ＲＯ／Ａｌ２Ｏ３の値が１．７以上であり、且つ、３０〜３８０℃における熱膨張係数が８０〜９０×１０−７／℃であり、歪点が５８０℃以上であり、１０４ｄＰａの粘度に相当するガラス融液の温度が１２００℃以下であることを特徴とする。
【００１４】
【作用】
ガラス基板の耐クラック性を高めるには、ガラス中のＲＯの含有量を少なくして、ガラスのクラック抵抗を大きくすればよい。しかし、ＲＯの含有量が少なくなると、ガラスの高温粘度が高くなって、溶融や成形が困難となる。
【００１５】
そこで、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、ガラス中のＲＯの含有量を１９．５質量％未満に抑えると共に、Ａｌ２Ｏ３の含有量を８質量％以下に抑え、且つ、ＲＯ／Ａｌ２Ｏ３の値を１．７以上に制限している。このようにすることで、クラック抵抗を６００ｍＮ以上、１０４ｄＰａの粘度に相当するガラス融液の温度を１２００℃以下にでき、耐クラック性、溶融性及び成形性に優れたガラスを得ることができる。尚、優れた耐クラック性を有するガラスを得るためには、クラック抵抗を６００ｍＮ以上にすることが望ましい。６００ｍＮより小さくなると、搬送や製造工程で、クラックが入り易くなり、割れが発生しやすくなる。また、優れた成形性を有するガラスを得るためには、１０４ｄＰａの粘度に相当するガラス融液の温度を１２００℃以下（好ましくは１１９５℃）にすることが好ましい。この温度が１２００℃より高くなると、成形体に負担が掛かる。
【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、ガラスの歪点を５８０℃以上に設定しているため、プラズマディスプレイ装置を製造する際の熱処理工程において、ガラス基板の熱変形や熱収縮を抑えることができる。
【００１７】
更に、熱膨張係数を８０〜９０×１０−７／℃に設定しているため、周辺材料の熱膨張係数との整合性を取ることができる。
【００１８】
本発明のガラス基板において、各成分の割合を上記のように限定した理由を以下に述べる。
【００１９】
ＳｉＯ２は、ガラスのネットワークフォーマーである。含有量が５５〜７０％であれば、歪点が高く、熱収縮や熱変形の小さいガラス基板が得られやすい。好ましい範囲は５６〜７０％であり、より好ましくは５８〜６３．５％である。尚、ＳｉＯ２の含有量が多くなると、熱膨張係数が小さくなり周辺材料との整合性が取れなくなったり、ガラスの高温粘度が高くなり、溶融、成形が難しくなる。また、含有量が少なくなると、熱膨張係数が大きくなり周辺材料との整合性が取れなくなったり、ガラスの歪点が低下して熱変形や熱収縮が起こりやすくなる。
【００２０】
Ａｌ２Ｏ３は、ガラスの歪点を高める成分である。含有量が３〜８％であれば、ガラスの高温粘度を低く抑えることができ、しかも、歪点が高く、熱収縮や熱変形の小さいガラス基板が得られやすい。好ましい範囲は３〜７％であり、より好ましくは４〜７％である。尚、Ａｌ２Ｏ３の含有量が多くなると、ガラスの高温粘度が高くなり、溶融、成形が難しくなる。また、含有量が少なくなると、ガラスの歪点が低下して熱変形や熱収縮が起こりやすくなる。
【００２１】
ＭｇＯは、ガラスの高温粘度を著しく低下させて溶融性や成形性を高める成分である。含有量が６〜１５％であれば、ガラスのクラック抵抗を低下させることなく、ガラスの高温粘度を低くすることができる。好ましい範囲は６〜１３％であり、より好ましくは６〜１１％である。尚、ＭｇＯの含有量が多くなると、ガラスが失透しやくなる。また、含有量が少なくなると、前記効果が得にくくなる。
【００２２】
ＣａＯは、ガラスの高温粘度を低下させて溶融性や成形性を高める成分である。含有量が８％以下であれば、ガラスのクラック抵抗を低下させることなく、ガラスの高温粘度を低くすることができる。好ましい範囲は０．５〜７％であり、より好ましくは１〜６％である。尚、ＣａＯの含有量が多くなると、ガラスのクラック抵抗が著しく低下する傾向にあり、割れが発生しやすくなる。
【００２３】
ＳｒＯは、ガラスの高温粘度を低下させてガラスの溶融性や成形性を高めたり、体積電気抵抗率を高める成分である。含有量が５〜１０％であれば、ガラスのクラック抵抗を低下させることなく、ガラスの高温粘度を低くすることができる。好ましい範囲は６〜１３％であり、より好ましくは６〜１１％である。尚、ＳｒＯの含有量が多くなると、ガラスのクラック抵抗が低下する傾向にあり、割れが発生しやすくなる。また、含有量が少なくなると、前記効果が得にくくなる。
【００２４】
ＢａＯは、ＳｒＯと同様にガラスの高温粘度を低下させてガラスの溶融性や成形性を高めたり、体積電気抵抗率を高める成分である。含有量が５％以下であれば、ガラスのクラック抵抗を低下させることなく、ガラスの高温粘度を低くすることができる。好ましい範囲は４％以下であり、より好ましくは３％である。尚、ＢａＯの含有量が多くなると、ガラスのクラック抵抗が低下する傾向にあり、割れが発生しやすくなる。
【００２５】
尚、ガラスのクラック抵抗の低下を抑制するためには、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯの合量であるＲＯは、１０〜１９．５％未満にする必要がある。好ましい範囲は１０〜１９％であり、より好ましくは１０〜１８％である。ＲＯの含有量が多くなると、ガラスのクラック抵抗が低下する傾向にあり、割れが発生しやすくなる。また、ＲＯ含有量が少なくなると、ガラスの高温粘度が上昇し、溶融、成形が難しくなる。
【００２６】
また、ＲＯの含有量の減少に伴うガラスの高温粘度の上昇を防止するために、ＲＯ／Ａｌ２Ｏ３の値を１．７以上に制限する必要がある。好ましい範囲は２．０以上である。尚、この値が低くなると、ガラスの高温粘度が上昇し、溶融、成形が難しくなる。
【００２７】
Ｎａ２Ｏは、ガラスの熱膨張係数を制御したり、ガラスの高温粘度を低下させてガラスの溶融性や成形性を高める成分である。含有量が８％以下であれば、周辺材料と整合する熱膨張係数と高温粘度の低いガラスを得ることができる。好ましい範囲は６％以下であり、より好ましくは５％以下である。尚、Ｎａ２Ｏの含有量が多くなると、ガラスの熱膨張係数が大きくなり、周辺材料と整合する熱膨張係数が得にくくなったり、ガラスの歪点が低下する傾向にあり、製造する際の熱工程で、熱変形や熱収縮が起こりやすくなる。
【００２８】
Ｋ２Ｏは、Ｎａ２Ｏと同様にガラスの熱膨張係数を制御したり、ガラスの高温粘度を低下させてガラスの溶融性や成形性を高める成分である。含有量が５〜１７％であれば、周辺材料と整合する熱膨張係数と高温粘度の低いガラスを得ることができる。好ましい範囲は７〜１７％であり、より好ましくは９〜１７％である。尚、Ｋ２Ｏの含有量が多くなると、ガラスの熱膨張係数が大きくなり、周辺材料と整合する熱膨張係数が得にくくなったり、ガラスの歪点が低下する傾向にあり、製造する際の熱工程で、熱変形や熱収縮が起こりやすくなる。また、含有量が少なくなると、ガラスの熱膨張係数が小さくなり、周辺材料と整合する熱膨張係数が得にくくなったり、ガラスの高温粘度が上昇する傾向あり、溶融、成形が難しくなる。
【００２９】
ＺｒＯ２は、ガラスの歪点を高める成分である。含有量が５％以下であれば、他の特性に悪影響を与えることなく、ガラスの歪点を上昇させることができる。好ましい範囲は４％以下であり、より好ましくは３％以下である。ＺｒＯ２の含有量が多くなると、失透ブツが発生する傾向にあり、成形が難しくなる。
【００３０】
Ｐ２Ｏ５は、ガラスのクラック抵抗を上昇させて、割れの発生を抑える成分である。含有量が０．５％以下であれば、ガラスが乳白することなく、クラック抵抗を上昇させることができる。好ましい範囲は０．４％以下、より好ましくは含有しないことである。
【００３１】
尚、本発明において、上記成分以外にも、紫外線着色を防止するために、ＴｉＯ２を３％まで、液相温度を低下させて、成形性を向上させるために、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ３を各３％まで、着色剤として、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｃｒ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３を各２％まで、清澄剤として、Ａｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３、ＳＯ３、Ｆ、Ｃｌ等を合量で１％まで添加することが可能である。但し、フロート法で成形する場合、Ａｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３は還元されるため、導入は避けるべきである。
【００３２】
また、本発明において、Ｂ２Ｏ３は歪点を著しく低下させるため、含有量は２％未満に抑えるべきであり、含有しないことが望ましい。
【００３３】
次に、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を製造する方法を説明する。
【００３４】
まず、上記のガラス組成範囲となるように原料を調合する。続いて、調合した原料を連続溶融炉で１５２０〜１６８０℃の温度で溶融する。その後、溶融ガラスをスロットダウンドロー法、オーバーフローダウンドロー法、フロート法、ロールアウト法等の方法で板状に成形し徐冷することでガラス基板を得ることができる。
【００３５】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
【００３６】
表１及び２は、本発明の実施例（試料Ｎｏ．１〜７）と比較例（試料Ｎｏ．８及び９）を示すものである。
【００３７】
【表１】
【表２】
表中の各試料は、次のようにして作製した。
【００４０】
まず、表の組成となるようにガラス原料を調合し、白金ポットを用いて１４５０〜１６００℃で４時間熔融した。その後、熔融ガラスをカーボン板の上に流し出して板状に成形し、徐冷後、板厚が２．８ｍｍになるように両面研磨して、得られた板ガラスを２００ｍｍ角の大きさに切断加工することで試料ガラスを作製した。
【００４１】
このようして得られた各試料について、熱膨張係数、密度、体積電気抵抗率、歪点、１０４ｄＰａの粘度に相当するガラス融液の温度、クラック抵抗を測定し、表に示した。
【００４２】
尚、熱膨張係数、密度、クラック抵抗の測定については、熱履歴の影響を受けないように、熱処理したものを用いて測定した。また、熱処理は、試料を、室温からガラスの歪点＋８０℃まで１０℃／分の昇温速度で加熱し、その温度で１時間保持し、その後、５００℃まで２℃／分の降温速度で冷却し、続けて、室温まで１０℃／分の降温速度で冷却する条件で行った。
【００４３】
熱膨張係数については、直径３．５ｍｍ、長さ５０ｍｍの円柱状の試料を作製し、ディラトメーターで３０〜３８０℃における平均熱膨張係数を測定した。
【００４４】
密度については、周知のアルキメデス法により測定した。
【００４５】
体積電気抵抗率については、ＡＳＴＭ Ｃ６５７−７８に基づいて１５０℃における値を測定した。
【００４６】
また、歪点については、ＡＳＴＭ Ｃ３３６−７１に基づいて測定した。また、ガラスの粘度が１０４ｄＰａ・ｓに相当するガラス融液の温度は、白金球引き上げ法により測定した。この温度は、ガラスを板状に成形する際の目安になり、この温度が低い方が成形性が良いことになる。
【００４７】
クラック抵抗の測定は、和田らが提案した方法（Ｍ．Ｗａｄａ ｅｔ ａｌ．Ｐｒｏｃ．， ｔｈｅ Ｘｔｈ ＩＣＧ， ｖｏｌ．１１， Ｃｅｒａｍ． Ｓｏｃ．， Ｊａｐａｎ， Ｋｙｏｔｏ， １９７４， ｐ３９）を用いてクラック発生率を求め、このクラック発生率が５０％になるときの荷重を「クラック抵抗」とした。この方法は、ビッカース硬度計のステージに試料ガラスを置き、試料ガラスの表面に菱形状のダイヤモンド圧子を種々の荷重で１５秒間押し付ける。そして、除荷後１５秒までに圧痕の四隅から発生するクラック数をカウントし、最大発生しうるクラック数（４ヶ）に対する割合（クラック発生率）を求め、クラック発生率が５０％になるときの荷重を「クラック抵抗」とした。クラック抵抗が大きいということは、高い荷重でもクラックが発生しにくい、つまり、耐クラック性に優れているということである。
【００４８】
尚、クラック抵抗の測定は、同一荷重で２０回測定し、その平均値を求めた。また、測定条件は、気温２５℃、湿度３０％の条件で行った。
【００４９】
表から明らかなように、実施例である試料Ｎｏ．１〜７の各試料は、１０４ｄＰａ・ｓに相当するガラス融液の温度は１２００℃以下と低く、クラック抵抗は６００ｍＮ以上であり、成形性及び耐クラック性に優れていた。また、密度は、２．５８ｇ／ｃｍ３以下であった。熱膨張係数は、８１〜８７×１０−７／℃であるため、周辺材料と良好に整合することができる。更に、歪点は５８５℃以上であり、熱処理工程におけるガラス基板の熱変形や熱収縮を抑えることができる。また、体積電気抵抗率（ｌｏｇ ρ）は１１．４Ω・ｃｍ以上であった。
【００５０】
これに対して、比較例である試料Ｎｏ．８は、クラック抵抗は６００ｍＮであったが、１０４ｄＰａ・ｓに相当するガラス融液の温度が１２４０℃で高く、成形性が悪かった。また、試料Ｎｏ．９は、１０４ｄＰａ・ｓに相当するガラス融液の温度は１１５０℃で低いが、クラック抵抗が４７０ｍＮと低かった。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように本発明のガラス基板は、耐クラック性及び成形性に優れ、しかも、歪点及び体積電気抵抗も高いため、フラットパネルディスプレイ装置、特に、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。
Claims (2)
- 質量百分率で、ＳｉＯ２ ５５〜７０％、Ａｌ２Ｏ３ ３〜８％、ＭｇＯ ６〜１５％、ＣａＯ ０〜８％、ＳｒＯ ５〜１０％、ＢａＯ ０〜５％、ＲＯ（ＲＯはＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯを表わす） １１〜１９．５％未満、Ｎａ２Ｏ ０〜８％、Ｋ２Ｏ ５〜１７％、ＺｒＯ２ ０〜５％、Ｐ２Ｏ５ ０〜０．５％の組成を含有し、ＲＯ／Ａｌ２Ｏ３の値が１．７以上であり、且つ、３０〜３８０℃における熱膨張係数が８０〜９０×１０−７／℃であり、歪点が５８０℃以上であり、１０４ｄＰａの粘度に相当するガラス融液の温度が１２００℃以下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。
- クラック抵抗値が６００ｍＮ以上であ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。
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