JP2005172881A

JP2005172881A - 液晶ディスプレイ用基板

Info

Publication number: JP2005172881A
Application number: JP2003408483A
Authority: JP
Inventors: Shinkichi Miwa; 晋吉三和; Tatsuya Takatani; 辰弥高谷; Masahiro Tomamoto; 雅博笘本
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2003-12-08
Filing date: 2003-12-08
Publication date: 2005-06-30

Abstract

【課題】液晶パネルが大型化しても安定した表示画像を得ることが可能な液晶ディスプレイ用基板を提供する。
【解決手段】３０インチ以上の液晶ディスプレイに用いられる基板であって、０．８ｍｍ以上の板厚を有することを特徴とする。特に６０ＧＰａ以上のヤング率を有し、質量百分率でＳｉＯ₂ ５０〜７０％、Ａｌ₂Ｏ₃ ３〜２５％、Ｂ₂Ｏ₃ ０〜２０％、ＭｇＯ０〜１０％、ＣａＯ０〜１５％、ＢａＯ０〜１０％、ＳｒＯ０〜１０％、ＺｎＯ０〜１０％、ＴｉＯ₂ ０〜５％、Ｐ₂Ｏ₅ ０〜５％含有する無アルカリガラスからなることが好ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は、液晶ディスプレイ用基板に関するものである。

液晶ディスプレイは、薄型で消費電力も少ないことから、カーナビゲーションや、デジタルカメラのファインダー、パソコンのモニター等として広く使用されている。さらに近年では応答速度の向上等により、液晶ディスプレイの弱点であった動画表示についても実用上使用可能なレベルが得られるようになっており、テレビ用としての需要が急速に拡大している。

液晶ディスプレイは２枚の基板の間に数〜数１０μｍの厚さで液晶層が保持された構造を持つ。この基板としては、現在ではガラス基板が最も一般的に用いられている。

液晶ディスプレイパネルメーカーでは、ガラスメーカーで成形されたガラス基板（素板）の上に複数個分のパネルを作製した後、パネル毎に分割切断して製品とすることによって、生産性の向上、コストダウンを図っている。近年、特にテレビ用途においては、パネルそのものが大型化されており、これらのパネルを多面取りするために、１０００ｍｍ角を超えるような大面積のガラス基板が要求されている。また携帯電話やノート型パソコンといった携帯型のデバイスにおいては、携帯時の利便性から、機器の軽量化が要求されており、ガラス基板にも軽量化が要求されている。ガラス基板の軽量化を図るには、基板を薄肉化することが有効であり、現在、ガラス基板の標準の厚みは約０．７ｍｍと非常に薄くなっている。
特開２００２−３０８６４３号公報

液晶テレビに用いられる液晶ディスプレイパネルは近年益々大型化の傾向にあり、現在では４０インチ以上のものも開発、製造されている。液晶パネルが大型化しても安定した表示画像が得られることが望まれる。

本発明者等は、液晶ディスプレイパネルが大型化すると、外部環境からの衝撃、振動、圧力等によって一時的に表示ムラが発生する可能性が高いことを見いだした。つまり基板自体が薄く変形し易い上に、画面面積の大型化に伴って板厚が相対的に薄くなってきており、外部環境からの衝撃、振動等で基板が容易に変形する。その結果、画面全体、あるいは一部分のセルギャップが一時的に変化して表示ムラが起こる恐れが大きくなった。例えばＬＣＤに振動を与えるとその振動に対応した縞状の表示のムラが起こることがある。そして本発明者等は、この問題の解決策を検討した結果、特に大型の液晶ディスプレイを作製する場合には、外部からの衝撃で振動しにくい基板を使用することが重要であり、そのためには基板の肉厚を大きくすることが有効であるとの結論に至った。

即ち、本発明の液晶ディスプレイ用基板は、３０インチ以上の液晶ディスプレイに用いられる基板であって、０．８ｍｍ以上の板厚を有することを特徴とする。

また本発明の液晶ディスプレイ用基板は、ヤング率が６０ＧＰａ以上のガラスからなることを特徴とする
また本発明の液晶ディスプレイ用基板は、無アルカリガラスからなることを特徴とする。

また本発明の液晶ディスプレイ用基板としてガラス基板を用いる場合にはそのヤング率が６０ＧＰａ以上のガラスからなることを特徴とする。

また本発明の液晶ディスプレイ用基板は、質量百分率でＳｉＯ₂ ５０〜７０％、Ａｌ₂Ｏ₃ ３〜２５％、Ｂ₂Ｏ₃ ０〜２０％、ＭｇＯ０〜１０％、ＣａＯ０〜１５％、ＢａＯ０〜１０％、ＳｒＯ０〜１０％、ＺｎＯ０〜１０％、ＴｉＯ₂ ０〜５％、Ｐ₂Ｏ₅ ０〜５％含有するガラスからなることを特徴とする。

また本発明の液晶ディスプレイ用基板は、６８０×８８０ｍｍ以上のサイズの素板を切断してなることを特徴とする
また本発明の液晶ディスプレイ用基板は、ヤング率×板厚の積が５０×１０⁶（Ｐａ・ｍ）以上の非ガラス材料からなることを特徴とする。

また本発明の液晶ディスプレイ用基板は、液晶テレビ用ディスプレイに用いられることを特徴とする。

ディスプレイが大型化すると、基板の面積に対して相対的に板厚が薄くなり、基板が容易に変形し、振動し易くなる。基板が振動し易いと、外部環境からの衝撃、振動等によって一時的な表示ムラが発生する問題が懸念される。本発明の基板は、板厚を大きくすることにより基板の変形を起こりにくくし、これによって一時的な表示ムラを防止することができる。

さらに３０インチ以上の液晶テレビに用いられる液晶ディスプレイを効率よく生産しようとすると、少なくとも６８０×８８０ｍｍ以上のサイズが必要である。このような大面積、かつ板厚が薄いガラス基板においてはその取り扱いにおいて従来多くの問題を抱えてきた。液晶ディスプレイ製造工程中でのガラスのたわみ、破損、或いはガラス基板輸送中の破損などの問題である。本発明のディスプレイ基板は板厚が厚いので、これら製造工程又は基板輸送時における種々の問題を著しく改善することが可能である。

本発明の液晶ディスプレイ用基板は、対角３０インチ以上、特に対角３２インチ以上の液晶ディスプレイに用いられる。対角３０インチ未満のディスプレイでは、基板の面積に対する板厚の比率が比較的大きいために、基板の振動が起こりにくい。

また本発明の基板は、板厚が０．８ｍｍ以上、好ましくは０．９ｍｍ以上、さらに好ましくは１．０ｍｍ以上であることを特徴とする。板厚が大きくなるほど基板が振動しにくくなり、セルギャップを安定して保持することが容易となる。またパネルサイズが大きくなるほど同じ板厚でも変形し易くなるため、パネルサイズが大きくなるのにあわせて板厚を厚くすることが好ましい。なお板厚の上限は３ｍｍ程度、好ましくは２．５ｍｍ程度である。

本発明の液晶ディスプレイ用基板として最適な素材のひとつがガラスであるが、その他にも樹脂や樹脂とガラスの複合体、あるいはその表面に各種の厚膜あるいは薄膜を成膜したものが考えられる。

基板材質がガラスである場合、そのヤング率が６０ＧＰａ以上、特に６５ＧＰａ以上であることが望ましい。ヤング率が高いほど同じ板厚でも基板の変形量を小さくすることができる。ガラス基板はそのヤング率が比較的大きいため０．８ｍｍ以上の板厚があれば十分に基板の振動による一時的なセルギャップの変化を防ぐことができる。しかしながら基板が樹脂製などの場合にはヤング率が非常に低いため、より板厚を厚くする必要がある。

樹脂などのヤング率の低い素材で基板が構成される場合には、上記問題を解決するためにヤング率×板厚の積が５０×１０⁶（Ｐａ・ｍ）以上であることが望ましい。

本発明の液晶ディスプレイ用基板がガラスからなる場合、質量百分率でＳｉＯ₂ ５０〜７０％、Ａｌ₂Ｏ₃ ３〜２５％、Ｂ₂Ｏ₃ ０〜２０％、ＭｇＯ０〜１０％、ＣａＯ０〜１５％、ＢａＯ０〜１０％、ＳｒＯ０〜１０％、ＺｎＯ０〜１０％、ＴｉＯ₂ ０〜５％、Ｐ₂Ｏ₅ ０〜５％含有するガラスを採用することが好ましい。なおガラスは必ずしも無アルカリである必要はなく、例えば液晶がパッシブマトリックス駆動の場合、或いはＴＦＴ型であってもガラス表面に各種の厚膜あるいは薄膜が成膜されてガラス表面からのアルカリ成分の拡散が十分に抑制されるか、またはＴＦＴの製造工程や構造に特別な工夫のある場合には、アルカリ成分の含有が許容され得る。この場合、アルカリ成分の含有量は、Ｎａ₂Ｏ０〜１０％、Ｋ₂Ｏ０〜１０％程度である。

ただし現在３０インチ以上の大画面テレビ用途に用いられている液晶ディスプレイは全てＴＦＴ型（薄膜トランジスタ素子のアクティブマトリクスタイプ）であり、このタイプの液晶ディスプレイ用の基板には、現在無アルカリガラスが最適な基板素材として使用されている。以下に本発明の好適な実施態様である無アルカリガラス基板に求められる諸特性について述べる。

ＴＦＴ型液晶ディスプレイに用いられる基板を構成するガラスは３０〜３８０℃の温度範囲における平均熱膨張係数が２５〜５０×１０^-7／℃（好ましくは２５〜４０×１０^-7／℃）、歪点が６４０℃以上（好ましくは６５０℃以上）であることが好ましい。このような特性を有するガラスは、耐熱衝撃性に優れ、ＴＦＴ材料の熱膨張係数と近似するため反りが発生せず、熱収縮が小さいという利点がある。

さらに上記特性に加え、液相温度が１１５０℃以下（特に１１３０℃以下、さらには１１００℃以下）、液相温度における粘度が１０^5.4ｄＰａ・ｓ以上（特に１０^6.0ｄＰａ・ｓ以上）であることが望ましい。この条件を満たすことにより、板ガラスの生産方法として一般的なフロート法は言うに及ばず、大画面テレビ用の液晶ディスプレイ用ガラス基板に必要とされる非常に高い表面精度を得られるダウンドロー法で板状に成形しても失透が発生せず、研磨工程を省略して生産コストを低減することが可能になる。さらに１０％ＨＣｌ水溶液に８０℃−２４時間の条件で処理した時、その浸食量が１０μｍ以下で、しかも１３０ＢＨＦ溶液に２０℃−３０分間の条件で処理した時、その浸食量が０．８μｍ以下であることが望ましい。また比ヤング率が、２５ＧＰａ／ｇ・ｃｍ^-3以上（特に２７ＧＰａ／ｇ・ｃｍ^-3以上）であることが望ましい。この条件を満たすことにより、ガラス基板のたわみ量を小さくすることができ、ガラス板の取り扱いが容易になる。さらに１０^2.5ｄＰａ・ｓの粘度におけるガラス融液の温度が１６５０℃以下であれば、溶融性も良好になる。

上記種々の特性を満足し得るガラスとしては、質量百分率でＳｉＯ₂ ５０〜７０％、Ａｌ₂Ｏ₃ １０〜２５％、Ｂ₂Ｏ₃ ５〜２０％、ＭｇＯ０〜１０％、ＣａＯ３〜１５％、ＢａＯ０〜１０％、ＳｒＯ０〜１０％、ＺｎＯ０〜１０％、ＴｉＯ₂ ０〜５％、Ｐ₂Ｏ₅ ０〜５％含有する無アルカリガラスが挙げられる。このような組成を有するガラスは、上記したようなＴＦＴ型液晶ディスプレイ等の基板として求められるヤング率、歪点、熱膨張係数、耐薬品性、溶融性、成形性等の諸特性を満足することが可能である。以下に組成範囲を限定した理由を説明する。

ＳｉＯ₂の含有量は５０〜７０％である。５０％より少ないと、耐薬品性、特に耐酸性が悪化する。また７０％より多いと、高温粘度が高くなり、溶融性が悪くなると共に、ガラス中に失透異物（クリストバライト）の欠陥が生じ易くなる。ＳｉＯ₂の含有量は５５％以上であることが好ましく、また６５％以下が好ましい。

Ａｌ₂Ｏ₃の含有量は１０〜２５％である。１０％より少ないと、歪点を６４０℃以上にすることが困難となる。またＡｌ₂Ｏ₃にはガラスのヤング率を向上し基板の変形を抑える働きがあるが、１０％より少ないとヤング率が低下する。また２５％より多いと液相温度が高くなり、耐失透性が低下する。Ａｌ₂Ｏ₃の含有量は１２％以上、特に１４％以上であることが好ましく、また２０％以下、特に１８％以下であることが好ましい。

Ｂ₂Ｏ₃は融剤として働き、粘性を下げ溶融性を改善する成分である。一方、液晶ディスプレイに使用されるガラス基板には高い耐酸性が要求されるが、Ｂ₂Ｏ₃が多くなるほど耐酸性が低下する傾向にある。Ｂ₂Ｏ₃の含有量は５〜２０％である。５％より少ないと、融剤としての働きが不十分となると共に、耐バッファードフッ酸性が悪化する。また２０％より多いと、ガラスの歪点が低下し、耐熱性が低下すると共に耐酸性が悪化する。さらにヤング率が低下するためガラス基板が変形しやすくなる。Ｂ₂Ｏ₃の含有量は７％以上であることが好ましく、また１５％以下、特に１４％以下、さらには１３％以下であることが好ましい。

ＭｇＯの含有量は０〜１０％である。ＭｇＯは、歪点を低下させることなく、高温粘性を下げ、ガラスの溶融性を改善する。またアルカリ土類金属酸化物の中では最もヤング率を高める効果がある。しかしながら多量に含有すると液相温度が上昇し、耐失透性が低下する。またＭｇＯはバッファードフッ酸と反応して生成物を形成し、ガラス基板表面の素子上に固着したり、ガラス基板に付着してこれを白濁させる恐れがあるため、その含有量には制限がある。従ってＭｇＯの含有量は０〜５％、好ましくは０〜３％である。

ＣａＯも、ＭｇＯと同様に歪点を低下させることなく、高温粘性を下げ、ガラスの溶融性を著しく改善するとともにヤング率を高める成分であり、その含有量は３〜１５％である。この種の無アルカリガラス基板は、一般に溶融し難く、安価に高品質のガラス基板を大量に供給するためには、その溶融性を高めることが重要である。本発明のガラス組成系ではＳｉＯ₂を減少させることが、溶融性を高めるために最も効果的であるが、ＳｉＯ₂の量を減らすと、耐酸性が極端に低下するため好ましくない。従って本発明においては、ガラスの溶融性を高めるため、ＣａＯを３％以上含有させている。一方、ＣａＯが１５％より多くなると、ガラスの耐バッファードフッ酸性が悪化し、ガラス基板表面が浸食されやすくなると共に、反応生成物がガラス基板表面に付着してガラスを白濁させ、さらに熱膨張係数が高くなりすぎるため好ましくない。ＣａＯの含有量は４％以上、特に５％以上であることが好ましく、また１２％以下、特に１０％以下、さらには９％以下であることが好ましい。

ＢａＯは、ガラスの耐薬品性、耐失透性、ヤング率を向上させる成分であり、０〜１０％含有する。ただし多く含有させるとガラスの熱膨張係数が大きく上昇するため好ましくない。そこでＢａＯの含有量は５％以下、特に３％以下であることが好ましい。

ＳｒＯは、ガラスの耐薬品性、耐失透性を向上させる成分であり、０〜１０％含有する。ただし多量に含有すると、ガラスの密度や熱膨張係数が上昇するので好ましくない。ＳｒＯの含有量は８％以下、特に７％以下が好ましい。

ＺｎＯは、ガラス基板の耐バッファードフッ酸性を改善すると共に溶融性を改善する成分であるが、多量に含有するとガラスが失透しやすくなり、歪点も低下する上、密度が上昇するため好ましくない。従って、その含有量は０〜７％、好ましくは０〜５％、より好ましくは３％以下、最も好ましくは１％以下である。

ＭｇＯ、ＣａＯ、ＢａＯ、ＳｒＯ、ＺｎＯの各成分は混合して含有させることによりガラスの液相温度を著しく下げ、ガラス中に結晶異物を生じさせ難くすることにより、ガラスの溶融性、成形性を改善する効果がある。しかしながら、これらの合量が少ないと、融剤としての働きが充分ではなく溶融性が悪化すると共に、熱膨張係数が低くなりすぎ、ＴＦＴ材料との整合性が低下する。一方、多すぎると、熱膨張係数が高くなり好ましくない。これらの成分の合量は５〜２５％、特に５〜２０％であることが好ましい。

ＴｉＯ₂は、ガラスの耐薬品性、特に耐酸性を改善し、かつ高温粘性を下げて溶融性を向上する成分であるが、多く含有するとガラスに着色を生じ、その透過率を減ずるためディスプレイ用のガラス基板としては好ましくない。よってＴｉＯ₂は０〜５％、好ましくは０〜３％に規制すべきである。

Ｐ₂Ｏ₅は、ガラスの耐失透性を向上する成分であるが、多く含有するとガラス中に分相、乳白が起こると共に、耐酸性が著しく悪化するため好ましくない。よってＰ₂Ｏ₅は０〜５％、好ましくは０〜３％、より好ましくは０〜１％に規制すべきである。

また、上記成分以外にも、本発明では、Ｙ₂Ｏ₃、Ｎｂ₂Ｏ₃、Ｌａ₂Ｏ₃を合量で５％程度まで含有することができる。これらの成分は歪点、ヤング率等を高める働きがあるが多く含有させると耐失透性を損なう恐れがある。またＺｒＯ₂を、耐薬品性の改善やヤング率の向上のために５％まで添加可能である。更にガラス特性が損なわれない限り、Ａｓ₂Ｏ₃、Ｓｂ₂Ｏ₃、Ｓｂ₂Ｏ₅、ＳｎＯ₂、Ｆ₂、Ｃｌ₂、ＳＯ₃、Ｃ、あるいはＡｌ、Ｓｉなどの金属粉末等の清澄剤を合量で５％まで含有させることができる。また、ＣｅＯ₂、Ｆｅ₂Ｏ₃なども清澄剤として合量で３％程度まで含有させることができる。ただしＣｅＯ₂、Ｆｅ₂Ｏ₃を多く含有させるとガラスが着色し透過率が低下するため注意が必要である。

また本発明の液晶ディスプレイ用基板は、６８０×８８０ｍｍ以上のサイズの素板を切断したものであることが望ましい。即ち、３０インチ以上の液晶テレビに用いられる液晶ディスプレイを効率よく生産しようとすると、大型の素板を使用することが重要になるためである。具体的には６８０×８８０ｍｍ以上、特に１０００ｍｍ×１０００ｍｍ以上の素板を採用することが望ましい。

次に本発明の液晶ディスプレイ用基板を製造する方法を、ガラスからなる基板を例に挙げて説明する。

まずＳｉＯ₂ ５０〜７０％、Ａｌ₂Ｏ₃ ３〜２５％、Ｂ₂Ｏ₃ ０〜２０％、ＭｇＯ０〜１０％、ＣａＯ０〜１５％、ＢａＯ０〜１０％、ＳｒＯ０〜１０％、ＺｎＯ０〜１０％、ＴｉＯ₂ ０〜５％、Ｐ₂Ｏ₅ ０〜５％の組成となるようにガラス原料を調合してバッチを用意する。続いて調合したバッチをガラス溶融炉に投入し、１５００〜１６５０℃程度で溶融する。さらに溶融ガラスを清澄、均質化した後、０．８ｍｍ以上の板厚を有するガラス板となるようにガラスを成形する。なおガラスの板厚を調整する方法としては、例えば板引き速度を変化させればよい。この場合、板引き速度を遅くすれば板厚を増大させることができる。なお成形方法としては、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採用することができる。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、未研磨でも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。

以上のようにしてガラスからなる本発明の液晶ディスプレイ用基板を製造することができる。

以下、実施例に基づいて本発明の液晶ディスプレイ用基板を説明する。

まず質量％でＳｉＯ₂ ６０％、Ａｌ₂Ｏ₃ １５％、Ｂ₂Ｏ₃ １０％、ＣａＯ６％、ＢａＯ２％、ＳｒＯ６％の組成となるように珪砂、酸化アルミニウム、ホウ酸、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、硝酸ストロンチウムを調合し、混合した。なお清澄剤として五酸化ヒ素や五酸化アンチモンをＳｂ₂Ｏ₃、Ａｓ₂Ｏ₃換算で合計約１．０％使用した。

次に、ガラス原料を溶融炉に投入し、最高温度１６５０℃で溶融した。続いて溶融ガラスを清澄均質化した後、オーバーフローダウンドロー装置に供給して板状に成形し、切断することにより、大きさ６８０×８８０ｍｍ、板厚１．１ｍｍのガラス板（素板）を得た。なおガラス板の板厚を１．１ｍｍにするために、板引きを従来（０．７ｍｍ厚のガラス板成形時）の約０．６３倍の速度で行った。得られたガラス試料について、各種特性を評価した。結果を表１に示す。

次に、得られたガラス素板を切断して３２インチディスプレイサイズのガラス板を用意し、垂直に立て、４辺を固定した。その状態で一定の応力を加えて、ガラス板を振動させて振幅を測定した。なお比較として、従来品（板厚０．７ｍｍ）のガラス素板を用い、同様にして評価した。

その結果、板厚１．１ｍｍのガラス板は、板厚０．７ｍｍのものに比べて、振動の振幅を約２．５分の１に抑制することができた。この効果により、基板の振動によるセルギャップの変化を大幅に抑制できるものと推測できる。

なおガラスのヤング率は共振法により測定した。失透性は、得られたガラス素板１０ｍ²分について、失透物の有無を顕微鏡により観察した。清澄性は、ガラス板中の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。密度は、周知のアルキメデス法により測定した。熱膨張係数は、ディラトメーターを用いて、３０〜３８０℃の温度範囲における平均熱膨張係数を測定した。歪点、徐冷点はＡＳＴＭＣ３３６−７１の方法に基づいて測定した。軟化点はＡＳＴＭＣ３３８−７３の方法に基づいて測定した。また、１０⁴、１０³、１０^2.5の粘度に相当する各温度は、白金球引き上げ法で測定した。

Claims

３０インチ以上の液晶ディスプレイに用いられる基板であって、０．８ｍｍ以上の板厚を有することを特徴とする液晶ディスプレイ用基板。
ヤング率が６０ＧＰａ以上のガラスからなることを特徴とする請求項１に記載の液晶ディスプレイ用基板。
無アルカリガラスからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶ディスプレイ用基板。
質量百分率でＳｉＯ₂ ５０〜７０％、Ａｌ₂Ｏ₃ ３〜２５％、Ｂ₂Ｏ₃ ０〜２０％、ＭｇＯ０〜１０％、ＣａＯ０〜１５％、ＢａＯ０〜１０％、ＳｒＯ０〜１０％、ＺｎＯ０〜１０％、ＴｉＯ₂ ０〜５％、Ｐ₂Ｏ₅ ０〜５％含有するガラスからなることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の液晶ディスプレイ用基板。
６８０×８８０ｍｍ以上のサイズの素板を切断してなることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の液晶ディスプレイ用基板。
ヤング率×板厚の積が５０×１０⁶（Ｐａ・ｍ）以上の非ガラス材料からなることを特徴とする請求項１の液晶ディスプレイ用基板。
液晶テレビ用ディスプレイに用いられることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の液晶ディスプレイ用基板。