JP2007230817A - フロートガラス及びその製造方法並びにそのフロートガラスを用いたディスプレイ用パネル - Google Patents

Abstract

【課題】ＰＤＰなどのディスプレイ用パネルに好適に使用し得る縦方向の熱収縮率と横方向の熱収縮率の差が極めて小さいフロートガラス及びその製造方法、さらには該フロートガラスを用いたディスプレイ用パネルを提供すること。
【解決手段】フロート法により製造されるフロートガラスであって、該ガラスの縦方向と横方向の以下の条件による熱処理後の熱収縮率の差が±５ｐｐｍ以下であることを特徴とするフロートガラスである。熱処理条件：常温から６００℃まで１０℃／分の速度で昇温し、６００℃で３０分間放置し、１０℃／分の速度で常温まで降温する。
【選択図】なし

Description

本発明は、フロートガラス及びその製造方法に関し、詳しくは、プラズマディスプレイなどのディスプレイ用パネルに好適なフロートガラス及びその製造方法及び該フロートガラスを用いたディスプレイ用パネルに関する。

ガラスは非晶質であり、無秩序な原子配列構造を持っているため、ガラスをある温度以上に加熱すると、その温度において最も安定な状態へ構造が変化する構造緩和と呼ばれる現象が起きる。この構造緩和が起こる温度域ではガラスは熱変形を起こし、冷却過程によっては室温に戻した際に元の形状に戻らない場合がある。
プラズマディスプレイ用パネル（以下「ＰＤＰ」という）などの基板として用いられるガラス基板は、パネルの製造過程で構造緩和が起こる温度域までガラスを加熱する必要があり、冷却後に構造緩和に起因する熱収縮が問題となる場合がある。
すなわち、ＰＤＰなどは、所定の形状の電極がその表面に設けられた２枚のガラス基板を、電極のパターンがずれないように精密に位置合わせをして貼り合わせることで製造されるが、この際にガラス基板の熱収縮によって、電極パターンのずれが生じる場合があり、これを解決することが課題であった。

このような、ガラス基板の熱収縮を低減する方法として、いくつかの方法が提案されている。例えば、フロートガラスの製造方法において、溶融ガラスを引っ張ってリボン状ガラスとし、該リボン状ガラスを溶融スズから引き離す温度Ｔ_oと該フロートガラスのガラス転移点Ｔ_Gとの関係において、Ｔ_oをＴ_G−５０℃〜Ｔ_G＋３０℃の範囲で制御することが提案されている（特許文献１、特許請求の範囲参照）。また、ガラスの加熱工程において、ガラス板をそのガラスの歪点よりも０℃以上３０℃以下高い温度まで加熱し、その後、冷却工程としてガラス板温度がそのガラスの初期歪点よりも３０℃以上低い温度になるまで、ステップ状に温度を低下させるガラス板の熱処理方法が提案されている（特許文献２、特許請求の範囲参照）。
そして、上述のようなガラス基板の熱収縮を低減する方法あるいはパネルの製造工程での工夫により、ガラスの熱収縮率自体は許容範囲となってきた。例えば、あらかじめガラス基板の熱収縮率を測定しておき、その収縮率を考慮した配線等を行うことにより、熱収縮による問題を解決してきた。

特開２００３−２３８１７４号公報 特開２００５−３２０１８０号公報

しかしながら、ディスプレイの高精細化が要求されるようになってきたことから、パネルの縦方向の熱収縮率と横方向の熱収縮率の差が無視できなくなり、その差が±５ｐｐｍを超えると、電極やセル等の位置ずれが発生し、不良の原因となることが明らかとなってきた。パネルの縦方向の熱収縮率と横方向の熱収縮率の差については、パネルの製造工程での工夫では改善することは困難であり、ガラス基板そのものの熱収縮挙動を改善することが求められていた。
本発明の目的は、このような問題点に鑑み、ＰＤＰなどのディスプレイ用パネルに好適に使用し得る縦方向の熱収縮率と横方向の熱収縮率の差が極めて小さいフロートガラス及びその製造方法、さらには該フロートガラスを用いたディスプレイ用パネルを提供するものである。

本発明者らは、前記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、フロートガラスの製造過程で、ガラスの徐冷点から歪点の領域において、フロートガラスの幅方向に温度を均一に制御し、かつ、ガラスの歪点より２００〜３５０℃低温の領域において、フロートガラスの幅方向に温度差を設けることで、上記課題を解決し得ることを見出した。本発明はかかる知見に基づいて完成したものである。
すなわち、本発明は、
（１）フロート法により製造されるフロートガラスであって、該ガラスの縦方向と横方向の以下の条件による熱処理後の熱収縮率の差が±５ｐｐｍ以下であることを特徴とするフロートガラス、
熱処理条件：常温から６００℃まで１０℃／分の速度で昇温し、６００℃で３０分間放置し、１０℃／分の速度で常温まで降温する、
（２）厚さが０．７〜５．０ｍｍである上記（１）に記載のフロートガラス、
（３）上記（１）又は（２）に記載のフロートガラスを用いたディスプレイ用パネル、
（４）溶融スズ上に溶融ガラスを連続的に供給し、該溶融ガラスを引っ張るフロートガラスの製造方法であって、ガラスの徐冷点から歪点の領域において、フロートガラスを幅方向に３等分した各部分の温度が均一になるように制御し、かつ、ガラスの歪点より２００〜３５０℃低温の領域内のいずれかの部分において、前記幅方向に３等分した各部分の温度を両側部分が中央部分に比較して１０〜３５℃高くなるように制御することを特徴とするフロートガラスの製造方法、
（５）フロートガラスの厚さが０．７〜５．０ｍｍである上記（４）に記載のフロートガラスの製造方法、及び
（６）ガラスを引っ張る流れ方向と幅方向の熱収縮率の差が±５ｐｐｍ以下である上記（４）又は（５）に記載のフロートガラスの製造方法、
を提供するものである。

本発明によれば、ＰＤＰなどのディスプレイ用パネルに好適に使用し得る縦方向の熱収縮率と横方向の熱収縮率の差が極めて小さいフロートガラス及びその効率的な製造方法、さらには該フロートガラスを用いた高性能なディスプレイ用パネルを提供することができる。

本発明はフロート法により製造されるフロートガラスであって、特定の条件におけるガラスの縦方向と横方向の熱収縮率の差が±５ｐｐｍ以下であることを特徴とするフロートガラス、及び該フロートガラスの製造方法に関する。
フロート法は、溶融スズ上に溶融ガラスを連続的に供給し、該溶融ガラスを引っ張るフロートガラスの製造方法であり、この製造方法においては、溶融ガラスを引っ張る流れ方向（本明細書では「ガラスの縦方向」と同義である）とこれに垂直な幅方向（本明細書では「ガラスの横方向」と同義である）の張力のかかり方が異なる。このような流れ方向と幅方向の張力のかかり方の差によって、ガラス内部の密度の等方性が失われ仮想温度に差が生じる。具体的には、張力のかかる流れ方向で仮想温度が高くなる。そして、ガラスの縦方向と横方向で仮想温度に差が生じているため、このガラスを熱処理すると加熱処理後その温度差分だけ熱収縮率が異なると考えられる。
なお、ここで仮想温度とは、ガラスの構造を熱平衡状態の温度で表したものであり、熱収縮は熱処理による仮想温度の変化として説明できる。一般に、ガラスの仮想温度は溶融状態からガラス状態までガラスを冷却するときの冷却温度に依存し、急冷されたガラスはその構造が高い温度で凍結されるため仮想温度は高く、その構造は密度としては疎なものとなる。一方、徐冷されたガラスはその構造が低い温度で凍結されるために仮想温度は低く、その構造は密度としては密なものとなる。

本発明は、流れ方向により大きな張力がかかるフロート法において、特定の冷却領域でフロートガラスを幅方向に３等分した各部分の温度を均一にし、また異なる特定の冷却領域で該フロートガラスを幅方向に３等分した各部分の温度に差を設けることにより、幅方向にもガラスの熱膨張の差による張力を生じさせ、流れ方向と幅方向の張力差を制御することで、ガラスの縦方向と横方向の仮想温度の差を最小限にするものである。
より具体的には、ガラスの徐冷点から歪点の領域において、フロートガラスを幅方向に３等分した各部分の温度が均一になるように制御し、かつ、ガラスの歪点より２００〜３５０℃低温となる領域内のいずれかの部分において、フロートガラスを幅方向に３等分した各部分の温度を両側部分が中央部分に比較して１０〜３５℃高くなるように制御することが特徴である。以下、本発明の製造方法について、図１〜図３を用いて詳細に説明する。

図１はフロート法によるガラスの製造過程の一部を模式化したものである。原料Ｒは溶解窯１に供給され、約１６００℃で溶解され、脱泡された後、１３００〜１１００℃に冷却されてフロートバス２に供給される。フロートバス２中には溶融スズ４があり、この上に溶融ガラスが連続的に供給され、板ガラス状に成形される。フロートバス２の中間地点では８００℃程度の温度となり固化が始まる。出口付近ではガラスの温度は６００℃程度まで冷却される。その後、固化した板ガラスは回転するロール５によって、徐冷ライン３に導入され、ゆっくりと冷却される。

徐冷ライン３では左側から右側にフロートガラスが流れるに従って徐々にガラスが冷却されるが、本発明では、徐冷ライン３中のガラスの徐冷点から歪点の領域６と歪点より２００〜３５０℃低温となる領域７において、ガラスの幅方向の温度を特定の温度分布に制御することが特徴である。
なお、ガラスの徐冷点とは、ガラス中の歪を取り除くための上限温度であり、この温度では内部歪が約１５分間で除去される。また、ガラスの歪点とは、徐冷範囲の下限温度で、内部応力が約４時間で市販品として使用可能な値まで低下する温度である。通常、これ以下の温度ではガラスの歪を除去できない。

本発明では、まず、ガラスの徐冷点から歪点の領域６において、図２に示すように、フロートガラスを幅方向に３等分した各部分６１、６２及び６３の温度が均一になるように制御する。その方法としては、例えば、３等分した各部分６１、６２及び６３の中央付近であるＸ、Ｙ及びＺの温度を均一に制御することが簡便であり好ましい。

次に、歪点より２００〜３５０℃低温となる領域７中のいずれかの部分において、図３に示すように、フロートガラスを幅方向に３等分した各部分７１、７２及び７３の温度を、両側部分７１及び７３が中央部分７２に比較して１０〜３５℃高くなるように制御する。すなわち、部分７１、７２及び７３の温度Ｔ₇₁、Ｔ₇₂及びＴ₇₃が、次の関係を示すように制御するものである。
１０≦Ｔ₇₁−Ｔ₇₂（℃）≦３５、１０≦Ｔ₇₃−Ｔ₇₂（℃）≦３５
このように歪点より２００〜３５０℃低温となる領域７において、上記のように温度制御することによって、幅方向にガラスの熱膨張の差が生じ、この熱膨張の差が領域７よりも温度の高い上流側、特に徐冷点から歪点の領域６に影響を及ぼし、幅方向における張力を生じさせるものと考えられる。従って、流れ方向と幅方向の仮想温度の差を極めて小さくすることができ、ガラスの縦方向と横方向の熱収縮率の差を小さくすることができるものと考えられる。
以上の点から、部分７１、７２及び７３の温度Ｔ₇₁、Ｔ₇₂及びＴ₇₃が次の関係を示すものがさらに好ましい。
１５≦Ｔ₇₁−Ｔ₇₂（℃）≦２５、１５≦Ｔ₇₃−Ｔ₇₂（℃）≦２５

領域７における上述の温度制御は、ガラスの歪点より２００〜３５０℃低温となる領域７中のいずれかの部分においてなされていればよい。すなわち、図３において、例えば、ガラスの歪点より２２０℃程度低い温度域であるＸ１、Ｙ１及びＺ１の地点で温度制御してもよいし、ガラスの歪点より２８０℃程度低い温度域であるＸ２、Ｙ２及びＺ２の地点で温度制御してもよいし、また、ガラスの歪点より３３０℃程度低い温度域であるＸ３、Ｙ３及びＺ３の地点で温度制御してもよい。これは、上述のように、領域７での幅方向の温度制御が、領域７の範囲内であればいずれの部分であっても、領域６に影響を及ぼすことができるためであると考えられる。

本発明の製造方法において、徐冷速度はフロート法で用いられる速度範囲であれば特に限定されず、通常１０〜５０℃／分の範囲であればよい。むしろ徐冷速度に左右されず、上記領域６及び７におけるガラスの幅方向の温度分布を上述のように制御することのみで、本発明の効果を達成することができる。

また、本発明の製造方法により得られるガラスは、ガラスを引っ張る速度によってその厚さを調整することができるが、本発明においては、０．７〜５．０ｍｍ程度であることが好ましい。厚さが０．７ｍｍ以上であるとパネル製作時におけるパネルの強度が十分であり、一方、５．０ｍｍ以下であるとパネルの重量を軽くし得る。

本発明で使用されるガラスの組成については特に限定されないが、例えば、ＳｉＯ₂を５６〜６８質量％、Ａｌ₂Ｏ₃を０．２〜５質量％、ＺｒＯ₂を０〜６．４質量％、Ｌｉ₂Ｏを０〜０．５質量％、Ｎａ₂Ｏを０．２〜８質量％、Ｋ₂Ｏを２．５〜１４質量％、ＭｇＯを１〜７質量％、ＣａＯを２〜１２質量％、ＳｒＯを０〜１２質量％、ＢａＯを０〜１３質量％、ＴｉＯ₂を０〜３質量％、ＺｎＯを０〜２質量％、ＳＯ₃＋Ｓｂ₂Ｏ₃を０〜１質量％、Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏを７〜１７質量％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯを１５〜２７質量％含有するガラス組成物などを用いることができる。

本発明の製造方法により得られるガラスは、ガラスの縦方向と横方向の以下の条件による熱処理後の熱収縮率の差が±５ｐｐｍ以下である。熱処理条件としては、常温から６００℃まで１０℃／分の速度で昇温し、６００℃で３０分間放置し、１０℃／分の速度で常温まで降温するものである。このようなガラスをＰＤＰなどに適用することで、電極パターンのずれなどが生じない。

本発明はまた前記フロートガラスを用いたディスプレイ用パネルをも提供するものである。ディスプレイ用パネルの代表例であるＰＤＰ１００は、図４にその断面図を示すように、データ電極１１０ａと蛍光層１１０ｂが塗布された背面ガラス１１０とその前面に配置される透明電極１２０ａが塗布された表示面ガラス１２０との組み合せ体からなる。ここで用いる背面ガラス１１０と表示面ガラス１２０に本発明のフロートガラスを用いるものである。
本発明のフロートガラスを使用することで、データ電極１１０ａ及び蛍光層１１０ｂと透明電極１２０ａの位置づれが生じず、良好なＰＤＰなどを容易に製造することができる。

次に、本発明を実施例により、さらに詳細に説明するが、本発明は、この例によってなんら限定されるものではない。
評価方法；熱収縮率（ｐｐｍ）の測定
（１）図５に示すように、１８０ｍｍ×３０ｍｍ程度の大きさに切り出した測定用ガラス８の１５０ｍｍ離れた２点にスクラッチマーク８１を入れる。
（２）スクラッチマークを含めて、８２の線に沿って長手方向にガラスをカットする。
（３）切り離した半分を次の条件で熱処理する。常温から６００℃まで昇温速度１０℃／分で上げ、６００℃で３０分間放置し、１０℃／分の速度で常温まで降温する。
（４）熱処理したガラスと未処理のガラスのスクラッチマーク間距離を測定し、両者の比較から熱収縮率（ｐｐｍ）を計算する。計算は以下の式により行う。
熱収縮率＝（未処理のガラスのスクラッチマーク間距離−熱処理したガラスのスクラッチマーク間距離）／未処理のガラスのスクラッチマーク間距離

実施例１
フロート法によりガラスを製造する過程において、ガラスの歪点より２００〜３５０℃低温の領域７で、図３に示すようにフロートガラスを幅方向に３等分して７１、７２及び７３の部分に分け、それぞれの部分の中央部の温度Ｘ２、Ｙ２及びＺ２をそれぞれ３１０℃、３００℃及び３１０℃に制御した。また、徐冷速度は３５℃／分とした。このようにして、厚さ２．８ｍｍ、板幅３ｍのガラス板を製造した。なお、徐冷点は６２４℃、歪点は５７５℃であった。
上記方法で製造したフロートガラスを、図６に示すように、ガラスの縦方向約１ｍを切断して得たガラス板９のＡ１〜Ｃ３の９ヶ所の部分から評価用のガラスを切り出し、ガラスの縦方向及び横方向について、上記方法により、熱収縮率を測定した。測定結果を第１表に示す。

実施例２〜４及び比較例１〜３
図３において、フロートガラスを幅方向に３等分した７１、７２及び７３の部分について、それぞれの部分の中央部の温度Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２及び徐冷速度を第１表に示したように変更したこと以外は実施例１と同様にしてフロートガラスを得た。実施例１と同様にして評価した結果を第１表に示す。

実施例１〜４で製造される本発明のフロートガラスは、縦方向と横方向の熱収縮率の差が極めて小さく、５ｐｐｍ以下を示した。一方、比較例１及び２で製造されたフロートガラスは、領域７におけるＸ２、Ｙ２及びＺ２の温度差が１０℃未満と小さいため、フロート法において大きな張力がかかる流れ方向（ガラスの縦方向）の熱収縮率が高くなった。また、比較例３で製造されたフロートガラスでは、領域７におけるＸ２とＹ２の温度差及びＹ２とＺ２の温度差が３５℃を超えて高くなっているため、流れ方向（ガラスの縦方向）の熱収縮率が低くなった。これは、下流にあるロール５の摩擦力によって、下流から圧縮がかかり、流れ方向（ガラスの縦方向）の見かけ上の仮想温度が低下したためと考えられる。

本発明のフロートガラスは、縦方向の熱収縮率と横方向の熱収縮率の差が極めて小さく、ディスプレイ用パネルに使用することで、ディスプレイ用パネルの各素子のずれが小さくなり、生産性が飛躍的に向上する。また、本発明のフロートガラスは、他の高精細ディスプレイ用など熱収縮の管理を厳重に行う必要のある用途に有効である。
また、本発明の製造方法によれば、縦方向の熱収縮率と横方向の熱収縮率の差が極めて小さいガラスがフロート法により製造することができ、効率的に大量生産ができる。

フロート法によるガラスの製造過程の一部を示す模式図である。 徐冷ライン中のガラスの徐冷点から歪点の領域を示す図である。 徐冷ライン中のガラスの歪点より２００〜３５０℃低温となる領域を示す図である。 プラズマディスプレイ用パネルを示す概念図である。 熱収縮率の測定方法の説明図である。 評価に使用したガラス板を示す図である。

符号の説明

１：溶解窯
２：フロートバス
３：徐冷ライン
４：溶融スズ
５：ロール
６：ガラスの徐冷点から歪点の領域
６１：フロートガラスの左側部
６２：フロートガラスの中央部
６３：フロートガラスの右側部
７：ガラスの歪点より２００〜３５０℃低温となる領域
７１：フロートガラスの左側部
７２：フロートガラスの中央部
７３：フロートガラスの右側部
８：測定用ガラス
８１：スクラッチマーク
８２：カット線
９：ガラス板
９１：フロートガラスの左側部
９２：フロートガラスの中央部
９３：フロートガラスの右側部
１００：プラズマディスプレイ用パネル（ＰＤＰ）
１１０：背面ガラス
１１０ａ：データ電極
１１０ｂ：蛍光層
１２０：表示面ガラス
１２０ａ：透明電極
Ｒ：原料
Ｘ，Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３：フロートガラスの左側部の温度制御点
Ｙ，Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３：フロートガラスの中央部の温度制御点
Ｚ，Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３：フロートガラスの右側部の温度制御点
Ａ１，Ｂ１，Ｃ１：フロートガラスの左側部のガラス切り出し位置
Ａ２，Ｂ２，Ｃ２：フロートガラスの中央部のガラス切り出し位置
Ａ３，Ｂ３，Ｃ３：フロートガラスの右側部のガラス切り出し位置

Claims (6)

1. フロート法により製造されるフロートガラスであって、該ガラスの縦方向と横方向の以下の条件による熱処理後の熱収縮率の差が±５ｐｐｍ以下であることを特徴とするフロートガラス。
   熱処理条件：常温から６００℃まで１０℃／分の速度で昇温し、６００℃で３０分間放置し、１０℃／分の速度で常温まで降温する。
2. 厚さが０．７〜５．０ｍｍである請求項１に記載のフロートガラス。
3. 請求項１又は２に記載のフロートガラスを用いたディスプレイ用パネル。
4. 溶融スズ上に溶融ガラスを連続的に供給し、該溶融ガラスを引っ張るフロートガラスの製造方法であって、ガラスの徐冷点から歪点の領域において、フロートガラスを幅方向に３等分した各部分の温度が均一になるように制御し、かつ、ガラスの歪点より２００〜３５０℃低温の領域内のいずれかの部分において、前記幅方向に３等分した各部分の温度を両側部分が中央部分に比較して１０〜３５℃高くなるように制御することを特徴とするフロートガラスの製造方法。
5. フロートガラスの厚さが０．７〜５．０ｍｍである請求項４に記載のフロートガラスの製造方法。
6. ガラスを引っ張る流れ方向と幅方向の熱収縮率の差が±５ｐｐｍ以下である請求項４又は５に記載のフロートガラスの製造方法。

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