JP2005089286A

JP2005089286A - フラットパネルディスプレイ装置用ガラス基板

Info

Publication number: JP2005089286A
Application number: JP2004168132A
Authority: JP
Inventors: Ken Choju; 研長壽
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2003-08-12
Filing date: 2004-06-07
Publication date: 2005-04-07

Abstract

【課題】熱処理工程において、熱収縮や割れが起こりにくく、フリットシールすることが可能な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事である。
【解決手段】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 ５０〜６５％、Ａｌ₂Ｏ₃ ５〜１４％、Ｂ₂Ｏ₃ ０〜４％、ＭｇＯ０〜４％、ＣａＯ１〜６％、ＳｒＯ８〜２０％、ＢａＯ５〜１５％、Ｎａ₂Ｏ０〜８％、Ｋ₂Ｏ０〜１０％、Ｒ₂Ｏ（Ｒ₂ＯはＮａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏの合量を表わす）１〜１２％、ＺｒＯ₂ ０〜７％、Ｐ₂Ｏ₅ ０〜０．５％を含有し、（ＳｒＯ＋ＢａＯ）／ＲＯ（ＲＯはＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯの合量を表わす）の値が０．６〜０．９７であることを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、フラットパネルディスプレイ装置用ガラス基板に関するものである。

電界放射型ディスプレイは、薄型軽量で、低電力で表示が鮮明であり、画像の微細化が容易であるため高品位画像が実現でき、フルカラー化が可能であるなど、多くの利点を有するため、今後表示装置として益々普及する傾向にある。

例えば、電界放射型ディスプレイは、透明電極や蛍光体が形成された前面ガラス基板と、カソード電極、ゲート電極、冷陰極（エミッタ）、絶縁膜等が形成された背面ガラス基板とを対向させて、ガラス基板の周囲をフリットシールし、パネル内部を真空にすることで作製される。そして、冷陰極から放出される電子線を蛍光体にあてることで発光させて映像を映し出す。

この種のガラス基板の表面には、透明電極、絶縁膜等の様々な膜やエミッタ等が成膜され、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。それ故、電界放射型ディスプレイに使用されるガラス基板には、耐熱性や耐薬品性が求められる。

耐熱性や耐薬品性を有するガラス基板として、ソーダガラスや高歪点ガラスや無アルカリガラスがある。（特許文献１、２参照）これらのガラスは、プラズマディスプレイや液晶ディスプレイのガラス基板として使用され、ディスプレイ用途としての実績もあり、安価に供給できることから、電界放射型ディスプレイのガラス基板として使用することが検討されている。
特開平８−２９０９３９号公報特開平１１−２９２５６３号公報

しかしながら、ソーダガラスや高歪点ガラス、無アルカリガラスは何れも電界放射型ディスプレイ用ガラス基板として開発されたものではないため、電界放射型ディスプレイ用のガラス基板として使用すると、様々な問題が発生する。

プラズマディスプレイに使用されているソーダガラスや高歪点ガラスを電界放射型ディスプレイ用ガラス基板として使用した場合、これらのガラス基板は、隔壁及び誘電体と熱膨張係数が整合するように設計されているため、熱膨張係数が８０×１０^-7／℃と大きく、熱処理工程で割れが生じやすい。また、ガラス基板がソーダ石灰ガラスの場合、歪点が低く、熱収縮が起こる。

一方、液晶ディスプレイに使用されている無アルカリガラスを電界放射型ディスプレイ用ガラス基板として使用した場合、熱膨張係数が低いため、熱処理工程での割れの問題も解決できる。しかし、前面ガラス基板と背面ガラス基板とを封着する際に用いるガラスフリットの熱膨張係数を無アルカリガラスの熱膨張係数まで低下させることは困難で、両者の熱膨張係数の差が大きく異なり、良好にフリットシールができず、長期に亘って気密性を維持することができなくなり、パネル内部を真空に保つことができないという問題がある。

本発明の目的は、熱処理工程において、熱収縮や割れが起こりにくく、フリットシールすることが可能な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事である。

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 ５０〜６５％、Ａｌ₂Ｏ₃ ５〜１４％、Ｂ₂Ｏ₃ ０〜４％、ＭｇＯ０〜４％、ＣａＯ１〜６％、ＳｒＯ８〜２０％、ＢａＯ５〜１５％、Ｎａ₂Ｏ０〜８％、Ｋ₂Ｏ０〜１０％、Ｒ₂Ｏ（Ｒ₂ＯはＮａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏの合量を表わす）１〜１２％、ＺｒＯ₂ ０〜７％、Ｐ₂Ｏ₅ ０〜０．５％を含有し、（ＳｒＯ＋ＢａＯ）／ＲＯ（ＲＯはＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯの合量を表わす）の値が０．６〜０．９７であることを特徴とする。

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、液相粘度が高く、成形性に優れている。また、歪点が高く熱処理工程での割れや熱収縮の発生を抑えることができ、しかも、良好にフリットシールが行えるため、電界放射型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。

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おいて、ガラスの組成を上記のように限定した理由は、次のとおりである。

ＳｉＯ₂は、ガラスのネットワークフォーマーである。含有量が多くなると、ガラスの高温粘度が高くなり、溶融、成形が難しくなったり、熱膨張係数が小さくなりすぎて良好なフリットシールが得難くなる。一方、含有量が少なくなると、熱膨張係数が大きくなりガラスの耐熱衝撃性が低下したり、ガラスの歪点が低下する傾向にあり、ディスプレイ装置を製造する際の熱工程で、ガラス基板に割れが発生したり、熱変形や熱収縮が起こりやすくなる。ＳｉＯ₂の含有量が５０〜６５％であれば、ガラスの溶融性や成形性を悪化させることなく、良好なフリットシールが可能となる熱膨張係数を有し、耐熱衝撃性に優れたガラスを得ることができる。好ましい範囲は５１〜６０％であり、より好ましくは５２〜５８％である。

Ａｌ₂Ｏ₃は、ガラスの歪点を高くする成分である。含有量が多くなると、ガラスの高温粘度が高くなり、溶融、成形が難しくなったり、熱膨張係数が小さくなりすぎて良好なフリットシールが得難くなる。一方、含有量が少なくなると、熱膨張係数が大きくなりガラスの耐熱衝撃性が低下したり、ガラスの歪点が低下する傾向にあり、ディスプレイ装置を製造する際の熱工程で、ガラス基板に割れが発生したり、熱変形や熱収縮が起こりやすくなる。Ａｌ₂Ｏ₃の含有量が５〜１４％であれば、ガラスの溶融性や成形性を悪化させることなく、良好なフリットシールが可能となる熱膨張係数を有し、耐熱衝撃性に優れたガラスを得ることができる。好ましい範囲は７．５〜１３％であり、より好ましくは９〜１２．５％である。

Ｂ₂Ｏ₃は、ガラスの粘性を低下させてガラスの溶融性を高める成分である。含有量が多くなると、ガラスの歪点が低下する傾向にあり、ディスプレイ装置を製造する際の熱工程で、ガラス基板に割れが発生したり、熱変形や熱収縮が起こりやすくなる。Ｂ₂Ｏ₃の含有量が４％以下であれば、ガラスの歪点を低下させることなく、ガラスの溶融性を高めることができる。好ましい範囲は３％以下であり、より好ましくは２％以下である。

ＭｇＯは、ガラスの高温粘度を著しく低下させて溶融性と成形性を高める成分である。含有量が多くなると、ガラスが失透しやくなる。ＭｇＯの含有量が４％以下であれば、ガラスの失透性を強めることなく、高温粘度を低くでき、溶融性と成形性を向上することができる。好ましい範囲は２．５％以下であり、より好ましくは１．９％以下である。

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。含有量が多くなると、ガラスが失透しやすくなる。一方、含有量が低くなると、前記効果が得難くなる。ＣａＯの含有量が１〜６％であれば、ガラスの失透性を強めることなく、高温粘度を低くでき、溶融性と成形性を向上させることができる。好ましい範囲は１〜５％であり、より好ましくは２〜４％である。

ＳｒＯは、ガラスの高温粘度を低下させるとともに液相粘度を高めて溶融性や成形性を高める成分である。含有量が多くなると、ガラスが失透しやすくなる。一方、含有量が少なくなると、前記効果が得にくくなる。ＳｒＯの含有量が８〜２０％であれば、ガラスの失透性を強めることなく、高温粘度を低下させるとともに液相粘度を高くでき、溶融性と成形性を向上させることができる。好ましい範囲は８．５〜１８％であり、より好ましくは９〜１７％である。

ＢａＯは、ＳｒＯと同様にガラスの高温粘度を低下させるとともに液相粘度を高めて溶融性や成形性を高める成分である。含有量が多くなると、ガラスが失透しやすくなる。一方、含有量が少なくなると、前記効果が得にくくなる。ＢａＯの含有量が５〜１５％であれば、ガラスの失透性を強めることなく、高温粘度を低下させるとともに液相粘度を高くでき、溶融性と成形性を向上させることができる。好ましい範囲は６〜１４％であり、より好ましくは７〜１３％である。

尚、ガラスの液相粘度を高めて、成形性を向上させるためには、（ＳｒＯ＋ＢａＯ）／ＲＯ（ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯの合量）の値を、０．６０〜０．９７にする必要がある。この値が大きくなると、ＳｒＯやＢａＯに起因する失透ブツが析出しやすくなり、液相粘度が低下して成形性が低下する傾向にある。一方、この値が小さくなると、ＭｇＯやＣａＯに起因する失透ブツが析出しやすくなり、液相粘度が著しく低下して成形性が低下する傾向にある。好ましい範囲は０．７０〜０．９５であり、より好ましくは０．８０〜０．９４である。

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溶融性や成形性を高める成分である。含有量が多くなると、熱膨張係数が大きくなりガラスの耐熱衝撃性が低下する。また、ガラスの歪点が低下する傾向にある。そのため、ディスプレイ装置を製造する際の熱工程で、ガラス基板に割れが発生したり、熱変形や熱収縮が起こりやすくなる。Ｎａ₂Ｏの含有量が８％以下であれば、歪点を低下させることなく、周辺材料と整合する熱膨張係数を有し、耐熱衝撃性に優れたガラスを得ることができる。好ましい範囲は５％以下であり、より好ましくは４％以下である。

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溶融性や成形性を高める成分である。含有量が多くなると、熱膨張係数が大きくなりガラスの耐熱衝撃性が低下する。また、ガラスの歪点が低下する傾向にある。そのため、ディスプレイ装置を製造する際の熱工程で、ガラス基板に割れが発生したり、熱変形や熱収縮が起こりやすくなる。Ｋ₂Ｏの含有量が１０％以下であれば、歪点を低下させることなく、周辺材料と整合する熱膨張係数を有し、耐熱衝撃性に優れたガラスを得ることができる。好ましい範囲は１〜９％であり、より好ましくは２〜８％である。

尚、ガラスの耐熱衝撃性やガラスの歪点を著しく低下させることなく、ガラスの高温粘度を低下させるには、Ｎａ₂Ｏ及びＫ₂Ｏの合量であるＲ₂Ｏを、１〜１２％にする必要がある。Ｒ₂Ｏ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ガラスの耐熱衝撃性が著しく低下する。また、ガラスの歪点が著しく低下する傾向にあり、ディスプレイ装置を製造する際の熱工程で、ガラス基板に割れが発生したり、熱変形や熱収縮が起こりやすくなる。一方、Ｒ₂Ｏの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。また、熱膨張係数が小さくなりすぎて、ガラスフリットの熱膨張係数との差が大きく異なり、良好にフリットシールができなくなる。好ましい範囲は２〜１１％であり、より好ましくは３〜１０．５％である。

ＺｒＯ₂は、ガラスの歪点を高める成分である。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。ＺｒＯ₂の含有量が７％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５％以下であり、より好ましくは４．５％以下である。

Ｐ₂Ｏ₅は、ガラスの失透を抑える成分である。Ｐ₂Ｏ₅の含有量が多くなると、ガラスが乳白しやすくなる。含有量が０．５％以下であれば、ガラスを乳白させることなく、ガラスの失透を抑える効果を得ることができる。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。

尚、本発明において、上記成分以外にも、例えば、Ｘ線着色を抑えるために、ＣｅＯ₂を５％まで、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、ＳｎＯ₂、ＳＯ₃、Ｆ、Ｃｌ等を合量で１％まで添加することが可能である。

また、本発明において、良好にフリットシールが行え、ディスプレイ装置を製造する際の成膜等の熱処理工程での割れの発生を抑えるために、ガラスの熱膨張係数を５５〜７５×１０^-7／℃（より好ましくは６０〜７０×１０^-7／℃）にすることが好ましい。

また、溶融ガラスをフロート法、スロットダウンドロー法、ロールアウト法を用いて、ガラス基板を安く大量に製造するためには、ガラスの液相粘度を１０^4.0ｄＰａ・ｓ以上にすることが好ましい。尚、ガラスの液相粘度を１０^5.3Ｐａ・ｓ以上にすれば、ガラス基板の表面を研磨しなくても高品位なガラス基板が得られるオーバーフローダウンドロー法で成形することができる。

更に、ディスプレイ装置を製造する際の成膜等の熱処理工程で、ガラス基板の熱収縮を起こしにくくするには、ガラスの歪点を６００℃以上（より好ましくは６２０℃以上）にすることが好ましい。

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。

まず、上記のガラス組成範囲となるようにガラス原料を調合する。続いて、調合したガラス原料を連続溶融炉で１４５０〜１６００℃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。

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

表１〜３は本発明の実施例（試料Ｎｏ．１〜１９）を、表４は比較例（試料Ｎｏ．２０〜２２）をそれぞれ示している。

表中の各試料は、次のようにして作製した。

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時間溶融した。その後、溶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２ｍｍ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ガラス試料を作製した。

このようにして作製した各試料について、熱膨張係数、歪点、徐冷点、１０^2.5〜１０^4.0ｄＰａ・ｓに相当する温度、液相温度、液相粘度及び密度について測定した。結果を表に示す。

表から明らかなように、実施例である試料Ｎｏ．１〜１９の各試料は、熱膨張係数が６０〜７０×１０^-7／℃であるため、良好にフリットシールが行え、しかも、熱処理工程で割れが発生しにくい。また、歪点が６３０℃以上と高く、熱処理工程でのガラス基板の熱収縮や変形を抑えることができる。更に、液相粘度が１０^5.1ｄＰａ・ｓ以上であり、成形性に優れている。

これに対し、比較例である試料Ｎｏ．２０は、熱膨張係数が８５×１０^-7／℃と大きく、熱処理工程において割れが生じやすい。しかも、歪点が５１０℃と低く、耐熱性に劣っていた。また、試料Ｎｏ．２１は、液相温度が１２００℃と高かった。また、試料Ｎｏ．２２は、熱膨張係数が３５×１０^-7／℃と低いため、フリットシールを良好に行うことができないことが予想される。

尚、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。

歪点及び徐冷点については、ＡＳＴＭＣ３３６−７１の方法に基づいて測定した。尚、歪点が高いほど、耐熱性が良いことを示す。

軟化点については、ＡＳＴＭ３３８−９３の方法に基づいて測定をおこなった。

１０^2.5〜１０^4.0ｄＰａ・ｓに相当する温度については、白金球引き上げ法で測定した。

液相温度及び液相粘度については、各試料をそれぞれ３００〜５００μｍの大きさに粉砕し、これを白金製のボートに入れて９００〜１３００℃の温度勾配炉に移して２４時間保持した。その後、白金製のボートからガラスを取り出し、偏光顕微鏡で観察し、結晶の析出し始めた温度を測定し、この温度を液相温度とした。また、液相粘度については、上記の方法で求めた粘度から粘度曲線を作成し、液相温度に相当するガラスの粘度を液相粘度とした。尚、液相粘度の値は大きい方が成形しやすいことを示す。

密度については、周知のアルキメデス法によって測定した。

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、電界放射型ディスプレイ用途に限られるものではなく、例えば、エレクトロルミネッセンスディスプレイ用途に用いることも可能である。

Claims

質量百分率で、ＳｉＯ₂ ５０〜６５％、Ａｌ₂Ｏ₃ ５〜１４％、Ｂ₂Ｏ₃ ０〜４％、ＭｇＯ０〜４％、ＣａＯ１〜６％、ＳｒＯ８〜２０％、ＢａＯ５〜１５％、Ｎａ₂Ｏ０〜８％、Ｋ₂Ｏ０〜１０％、Ｒ₂Ｏ（Ｒ₂ＯはＮａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏの合量を表わす）１〜１２％、ＺｒＯ₂ ０〜７％、Ｐ₂Ｏ₅ ０〜０．５％を含有し、（ＳｒＯ＋ＢａＯ）／ＲＯ（ＲＯはＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯの合量を表わす）の値が０．６〜０．９７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。
３０〜３８０℃における熱膨張係数が５５〜７５×１０^-7／℃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。
液相粘度が１０^4.0ｄＰａ・ｓ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。
歪点が６００℃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。