JP2005041704A

JP2005041704A - 無アルカリガラス基板

Info

Publication number: JP2005041704A
Application number: JP2003199985A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Tomamoto; 雅博笘本; Tatsuya Takatani; 辰弥高谷
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2003-07-22
Filing date: 2003-07-22
Publication date: 2005-02-17

Abstract

【課題】溶融性を低下させることなく、耐酸性を向上させることが可能な無アルカリガラス基板を提供する。
【解決手段】ガラスのβ−ＯＨ値が０．４５／ｍｍ以上、好ましくは０．４８５／ｍｍ以上、さらには０．５／ｍｍ以上である。また質量％で、ＳｉＯ_２５０〜７０％、Ａｌ_２Ｏ_３１０〜２５％、Ｂ_２Ｏ_３５〜２０％、ＭｇＯ０〜１０％、ＣａＯ０〜１５％、ＢａＯ０〜１５％、ＳｒＯ０〜１０％、ＺｎＯ０〜１０％含有し、本質的にアルカリ金属酸化物を含まない。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無アルカリガラス、特に液晶ディスプレイ等の透明ガラス基板として使用されている無アルカリガラス基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液晶ディスプレイ等の透明ガラス基板として、無アルカリガラスが使用されている。ディスプレイ用途の無アルカリガラスには、表示欠陥となる泡がないことの他、耐酸性等の特性が要求される。
【０００３】
このような無アルカリガラスとして、従来より種々のガラスが提案されており、例えば、特許文献１には、アルミノシリケート系の無アルカリガラスが開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−２６３４７３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
液晶ディスプレイに使用される透明ガラス基板の表面には、金属膜やＩＴＯ膜が成膜される。膜のパターンは、酸によるエッチングにて形成されるために、ガラスには高い耐酸性が要求される。この種の基板に用いられるガラスでは、ガラス中のＢ_２Ｏ_３量が耐酸性と密接に関係しており、Ｂ_２Ｏ_３量を低減すれば耐酸性を向上することが可能であることが知られている。
【０００６】
またホウ素（Ｂ）はＰＲＴＲ法の指定化学物質に挙げられており、環境面からもＢ_２Ｏ_３使用量を低減することが望まれている。
【０００７】
ところがＢ_２Ｏ_３量を低減すると溶融性が低下し、泡が増加する等の問題が生じるおそれがある。
【０００８】
本発明の目的は、溶融性を低下させることなく、耐酸性を向上させることが可能な無アルカリガラス基板を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、種々の検討を行った結果、ガラス中の水分量を一定値以上に調整することにより、上記目的が達成できることを見いだした。
【００１０】
即ち、本発明の無アルカリガラス基板は、ガラスのβ−ＯＨ値が０．４５／ｍｍ以上であることを特徴とする。
【００１１】
また本発明の無アルカリガラス基板は、ガラスのβ−ＯＨ値が０．４８５／ｍｍ以上、さらには０．５／ｍｍ以上であることが好ましい。
【００１２】
また本発明の無アルカリガラス基板は、質量％で、ＳｉＯ_２５０〜７０％、Ａｌ_２Ｏ_３１０〜２５％、Ｂ_２Ｏ_３５〜２０％、ＭｇＯ０〜１０％、ＣａＯ０〜１５％、ＢａＯ０〜１５％、ＳｒＯ０〜１０％、ＺｎＯ０〜１０％含有し、本質的にアルカリ金属酸化物を含まないことを特徴とする。
【００１３】
また本発明の無アルカリガラス基板は、液晶ディスプレイの透明ガラス基板として用いられることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
一般的なガラスにおいては、アルカリ金属酸化物が代表的なフラックス成分であるが、無アルカリガラスでは、アルカリ土類金属酸化物やＢ_２Ｏ_３がフラックスとして働く。このためアルカリ土類金属酸化物やＢ_２Ｏ_３は、アルミノシリケート系の無アルカリガラスにおいてガラスの粘性を低下させるために、それぞれ特定量含有させる必要がある。このようなガラスにおいて、化学耐久性の向上や環境面からＢ_２Ｏ_３の含有量のみを減少させようとすると、ガラスの粘性が上昇し、ガラス溶融し難くなる。また、Ｂ_２Ｏ_３の減量分をアルカリ土類金属酸化物で補うことも考えられるが、アルカリ土類金属酸化物は熱膨張係数に大きな影響を与えるために、その含有量を変更することは困難である。
【００１５】
そこで本発明では、ガラスの水分量を高め、Ｂ_２Ｏ_３含有量の減少に伴うガラス粘性の上昇を抑制しようとするものである。具体的には、ガラス中の水分量をβ−ＯＨ値で０．４５／ｍｍ以上、好ましくは０．４８５／ｍｍ以上、さらに好ましくは０．５／ｍｍ以上に調整する。水分量が高くなるほどガラスの粘性が低下し、Ｂ_２Ｏ_３含有量の低減が容易になる。なおガラスのβ−ＯＨ値は、以下の式を用いて求めることができる。
β−ＯＨ値＝（１／Ｘ）ｌｏｇ１０（Ｔ１／Ｔ２）
Ｘ：ガラス肉厚（ｍｍ）
Ｔ１：参照波長３８４６ｃｍ^−１における透過率（％）
Ｔ２：水酸基吸収波長３６００ｃｍ^−１付近における最小透過率（％）
【００１６】
また本発明のガラス基板は、質量％で、ＳｉＯ_２５０〜７０％、Ａｌ_２Ｏ_３１０〜２５％、Ｂ_２Ｏ_３５〜２０％、ＭｇＯ０〜１０％、ＣａＯ０〜１５％、ＢａＯ０〜１５％、ＳｒＯ０〜１０％、ＺｎＯ０〜１０％含有し、本質的にアルカリ金属酸化物を含まない無アルカリガラスからなる。因みに、本質的にアルカリ金属酸化物を含まないとは、アルカリ金属酸化物（Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ）が０．２質量％以下であることを意味する。
【００１７】
無アルカリガラスの組成を限定した理由は、次のとおりである。
【００１８】
ＳｉＯ_２は、ガラスのネットワークとなる成分であり、その含有量は５０〜７０％である。ＳｉＯ_２が５０％より少ないと耐薬品性が悪化すると共に、歪点が低下して耐熱性が悪くなる。７０％より多くなると、高温粘度が高くなって溶融性が悪くなると共にクリストバライトの失透物が析出しやすくなる。ＳｉＯ_２の好ましい含有量は５５〜７０％である。
【００１９】
Ａｌ_２Ｏ_３は、ガラスの耐熱性、耐失透性を高める成分であり、その含有量は１０〜２５％である。Ａｌ_２Ｏ_３が１０％より少ないと失透温度が著しく上昇してガラス中に失透が生じやすくなり、２５％より多いと耐酸性、特に耐バッファードフッ酸性が低下してガラス表面に白濁が生じやすくなる。Ａｌ_２Ｏ_３の好ましい含有量は１０〜２０％である。
【００２０】
Ｂ_２Ｏ_３はフラックスとして働き、粘性を下げて溶融を容易にする成分であり、その含有量は５〜２０％である。Ｂ_２Ｏ_３が５％より少ないとフラックスとしての効果が不十分となり、２０％より多いと耐酸性が低下すると共に、歪点が低下して耐熱性が悪化する。Ｂ_２Ｏ_３の好ましい含有量は８．５〜１５％である。
【００２１】
ＭｇＯはフラックスとして働き、歪点を下げずに高温粘性を下げてガラスの溶融を容易にする成分であり、その含有量は０〜１０％である。ＭｇＯが１０％より多いと、ガラスの耐バッファードフッ酸性が著しく低下する。ＭｇＯの好ましい含有量は０〜３．５％である。
【００２２】
ＣａＯも、ＭｇＯと同様の働きをする成分であり、その含有量は０〜１５％である。ＣａＯが１５％より多いと、耐バッファードフッ酸性が著しく低下する。ＣａＯの好ましい含有量は０〜１０％、より好ましい含有量は５〜１０％である。
【００２３】
ＢａＯはフラックスとして働き、またガラスの耐薬品性を向上させると共に失透性を改善する成分であり、その含有量は０〜１５％である。ＢａＯが１５％より多いと歪点が低下して耐熱性が悪くなる。またガラスの密度が大きくなる。ＢａＯの好ましい含有量は０〜１０％である。
【００２４】
ＳｒＯも、ＢａＯと同様の働きをする成分であり、その含有量は０〜１０％である。ＳｒＯが１０％より多いと失透性が増すため好ましくない。ＳｒＯの好ましい含有量は、０〜７％である。
【００２５】
ところで携帯電話やノート型パソコンといった携帯型デバイスには、携帯時の利便性から機器の軽量化が要求されており、それに使用されるガラス基板にも軽量化を図るため、低密度化が要求されている。また、この種のガラス基板は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）材料との熱膨張係数が大きくなると、反りが発生するため、ＴＦＴ材料の熱膨張係数（約３０〜３３×１０^−７／℃）に近似するような低膨張、具体的には２８〜４０×１０^−７／℃の熱膨張係数を有することが望ましい。ＢａＯとＳｒＯは、ガラスの密度と熱膨張係数にも影響を与える成分であり、低密度、低膨張のガラスを得るためには、これらを合量で１５％以下、好ましくは１０％以下に抑えるべきである。
【００２６】
ＺｎＯは、耐バッファードフッ酸性と失透性を改善する成分であり、その含有量は０〜１０％である。しかしながらＺｎＯが１０％より多いと、逆にガラスが失透しやすくなり、また歪点が低下して耐熱性が悪くなる。ＺｎＯの好ましい含有量は、０〜５％である。
【００２７】
また本発明では、上記成分の他に、例えばＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｐ_２Ｏ_５、Ｙ_２Ｏ_３、Ｎｂ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３等を合量で５％まで、Ａｓ_２Ｏ_３、Ｓｂ_２Ｏ_３、Ｃｌ_２、ＳＯ_３、ＳｎＯ_２等の清澄剤を合量で３％まで含有することができる。
【００２８】
次に本発明の無アルカリガラス基板の製造方法を述べる。
【００２９】
まず所望の組成を含有するガラスとなるようにガラス原料調合物を用意する。次いで調合したガラス原料調合物を溶融する。その後、溶融ガラスを所望の形状に成形し、ガラス基板を得る。ディスプレイ用途に使用する場合、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、フロート法、ロールアウト法等の方法を用いて薄板状に成形すればよい。特にオーバーフローダウンドロー法によって成形すると、非常に表面品位に優れたガラス板が得られるため好ましい。
【００３０】
なお無アルカリガラスの水分量を調整するには、含水量の高い原料（例えば水酸化物原料）を選択したり、原料中に水分を添加したり、塩素等のガラス中の水分量を減少させる成分の含有量を調整したり、ガラス溶融の際に酸素燃焼を採用して炉内雰囲気中の水分量を増加させたり、炉内に直接水蒸気を導入したり、溶融ガラス中で水蒸気バブリングを行う等の方法により行うことができる。
【００３１】
【実施例】
以下、実施例に基づいて本発明の無アルカリガラス基板を説明する。
【００３２】
表１は、本発明の実施例（試料Ｎｏ．１、２）及び比較例（試料Ｎｏ．３、４）を示している。
【００３３】
【表１】

【００３４】
表中の各試料ガラスは、次のようにして作製した。
【００３５】
まず表の組成となるようにガラス原料を調合し、混合した後、連続溶融炉にて溶融した。清澄剤に関しては、各試料同量を使用している。さらに溶融ガラスをオーバーフローダウンドロー法にて板状に成形し、切断することにより、ガラス基板を得た。なお試料Ｎｏ．１は水酸化原料の使用により、また試料Ｎｏ．２は水蒸気バブリングによりガラス中の水分量を増加させた。なおガラスのβ−ＯＨ値は、ＦＴ−ＩＲを用いてガラスの透過率を測定し、下記の式を用いて求めた。
β−ＯＨ値＝（１／Ｘ）ｌｏｇ１０（Ｔ１／Ｔ２）
Ｘ：ガラス肉厚（ｍｍ）
Ｔ１：参照波長３８４６ｃｍ^−１における透過率（％）
Ｔ２：水酸基吸収波長３６００ｃｍ^−１付近における最小透過率（％）
【００３６】
次に、各試料の耐酸性（耐塩酸性）及び溶融性を評価したところ、本発明の実施例であるＮｏ．１、２の試料は何れも良好であった。
【００３７】
なお溶融性は、ガラス基板中の１００μｍ以上の泡数をカウントし、１ｋｇ当たりの泡数に換算することにより評価した。耐塩酸性は、各試料ガラスの一部をマスキングし、８０℃に保持された１０質量％塩酸水溶液に２４時間浸漬した。浸漬後の試料ガラスのマスキング面と侵食面の段差を接触式表面粗さ計で測定した。その差を侵食量として評価した。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の無アルカリガラス基板は、溶融性を低下させることなく、高い耐酸性を得ることが可能であるため、液晶ディスプレイの透明ガラス基板として好適である。また液晶ディスプレイ用途以外にも、エレクトロルミネッセンスディスプレイ等のその他の平面ディスプレイのガラス基板、電荷結合素子、等倍近接型固体撮像素子、ＣＭＯＳイメージセンサ等の各種イメージセンサのカバーガラス、及びハードディスクやフィルタのガラス基板等として使用可能である。

Claims

ガラスのβ−ＯＨ値が０．４５／ｍｍ以上であることを特徴とする無アルカリガラス基板。
ガラスのβ−ＯＨ値が０．４８５／ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１の無アルカリガラス基板。
ガラスのβ−ＯＨ値が０．５／ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１の無アルカリガラス基板。
質量％で、ＳｉＯ_２５０〜７０％、Ａｌ_２Ｏ_３１０〜２５％、Ｂ_２Ｏ_３５〜２０％、ＭｇＯ０〜１０％、ＣａＯ０〜１５％、ＢａＯ０〜１５％、ＳｒＯ０〜１０％、ＺｎＯ０〜１０％含有し、本質的にアルカリ金属酸化物を含まないことを特徴とする請求項１〜３の何れかの無アルカリガラス基板。
液晶ディスプレイの透明ガラス基板として用いられることを特徴とする請求項１〜４の何れかの無アルカリガラス基板。