JP2005089286A - 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

【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%、Al23 5〜14%、B23 0〜4%、MgO 0〜4%、CaO 1〜6%、SrO 8〜20%、BaO 5〜15%、Na2O 0〜8%、K2O 0〜10%、R2O(R2OはNa2O、K2Oの合量を表わす) 1〜12%、ZrO2 0〜7%、P25 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%、Al23 5〜14%、B23 0〜4%、MgO 0〜4%、CaO 1〜6%、SrO 8〜20%、BaO 5〜15%、Na2O 0〜8%、K2O 0〜10%、R2O(R2OはNa2O、K2Oの合量を表わす) 1〜12%、ZrO2 0〜7%、P25 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。
Al23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。Al23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。
23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。B23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。
2O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。
25は、ガラスの失透を抑える成分である。P25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、Y23、La23、Nb23を各3%まで、着色剤として、Fe23、CoO、NiO、Cr23、Nd23を各2%まで、清澄剤として、As23、Sb23、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104.0dPa・s以上にすることが好ましい。尚、ガラスの液相粘度を105.3Pa・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、102.5〜104.0dPa・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105.1dPa・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、ASTM C336−71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、ASTM 338−93の方法に基づいて測定をおこなった。
102.5〜104.0dPa・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 (4)

  1. 質量百分率で、SiO2 50〜65%、Al23 5〜14%、B23 0〜4%、MgO 0〜4%、CaO 1〜6%、SrO 8〜20%、BaO 5〜15%、Na2O 0〜8%、K2O 0〜10%、R2O(R2OはNa2O、K2Oの合量を表わす) 1〜12%、ZrO2 0〜7%、P25 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。
  2. 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。
  3. 液相粘度が104.0dPa・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。
  4. 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。
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