JP2008074692A - ディスプレイ装置用基板ガラス - Google Patents

Abstract

【課題】特にディスプレイ分野において使用されるガラス基板に、適度な熱膨張係数、低い溶融温度と高い歪点を持ち、高い耐熱性が要求されるガラス基板、例えばＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）等の電子ディスプレイ用基板に好適なガラス組成物がない。
【解決手段】
実質的に重量％表示で、ＳｉＯ_２が５４〜５７、Ａｌ_２Ｏ_３が７〜１１、Ｎａ_２Ｏが２〜６、Ｋ_２Ｏが６〜９、Ｒ_２Ｏ（Ｎａ_２ＯとＫ_２Ｏの合計量）が１０〜１３、ＭｇＯが４〜７、ＣａＯが４〜８、ＳｒＯが０〜５、ＢａＯが６〜１４、Ｒ’Ｏ（ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯの合計量）が１８〜２５、ＺｒＯ_２が２〜６であるディスプレイ装置用基板ガラス。３０〜３００℃における平均線膨張係数が８０〜８４（×１０^−７／℃）、歪点が５７０℃以上である特徴も持つ。
【選択図】 なし

Description

本発明は、特に適度な熱膨張係数と高い歪点が要求されるガラス基板、例えばＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）等の電子ディスプレイ用基板に好適なガラス組成物に関する。

従来、ＰＤＰ製造分野においては高歪点ガラスが使用されてきた。初期には、ソーダライムシリカガラスと同様なアルカリ・アルカリ土類・シリカ系ガラスが使用され、そのガラスは熱膨張係数がソーダライムシリカガラスと近似していたが、特徴としては歪点が５５０℃を超えるような高歪点ガラスである（特許文献１〜３参照）。

また、パネル製造工程での熱収縮を小さくするために平均熱膨張係数を調整したものが知られている（特許文献４参照）。

さらに、ＰＤＰ等では、歪点は高い方が望ましいため、歪点を６００℃程度まで高くしたものも知られている（特許文献５参照）。
特開平１０−０４５４２３号公報 特開平１１−２４０７３５号公報 特開２０００−１０３６３８号公報 特許第３６６９０２２号公報 特許第３７７０６７０号公報

しかし、上記特開平１０−０４５４２３号公報、特開平１１−２４０７３５号公報及び特開２０００−１０３６３８号公報に記載のものは、ディスプレイパネルの製造工程において、熱膨張係数がソーダライムシリカガラスに近いため、熱収縮が大きく、パネル製造工程において熱変形が多いという問題点がある。

また、上記特許第３６６９０２２号公報に記載のものは、パネル製造工程での熱収縮に関しては適度な値である平均熱膨張係数を持つが、歪点が低いという問題がある。

さらに、上記特許第３７７０６７０号公報に記載のものは、高い歪点を持つが平均熱膨張係数がソーダライムシリカガラスとほぼ同等であり、熱収縮が大きく、パネル製造工程における熱変形の問題を解決しているとは言えない。

本発明は、耐熱性に優れ、軽量かつ耐久性に優れたガラス組成物を与えるものであり、特に適度な熱膨張係数、低い溶融温度と高い歪点を持ち、高い耐熱性が要求されるガラス基板に応用できるものである。

本発明は、実質的に重量％表示で、ＳｉＯ_２が５４〜５７、Ａｌ_２Ｏ_３が７〜１１、Ｎａ_２Ｏが２〜６、Ｋ_２Ｏが６〜９、Ｒ_２Ｏ（Ｎａ_２ＯとＫ_２Ｏの合計量）が１０〜１３、ＭｇＯが４〜７、ＣａＯが４〜８、ＳｒＯが０〜５、ＢａＯが６〜１４、Ｒ’Ｏ（ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯの合計量）が１８〜２５、ＺｒＯ_２が２〜６であるディスプレイ装置用基板ガラスである。

また、３０〜３００℃における平均線膨張係数が８０〜８４（×１０^−７／℃）であることを特徴とする上記のディスプレイ装置用基板ガラスである。

また、歪点が５７０℃以上であることを特徴とする上記のディスプレイ装置用基板ガラスである。

また、溶融温度（粘性がlogη＝２．０の時の温度（℃））が１５２０℃以下であることを特徴とする上記のディスプレイ装置用基板ガラスである。

さらに、作業温度（粘性がlogη＝４．０の時の温度（℃））−失透温度の値が０℃以上であることを特徴とする上記のディスプレイ装置用基板ガラスである。

本発明のガラスはパネル製造工程での熱収縮を小さくするために平均熱膨張係数を、８０〜８４（×１０^−７／℃）にするとともに、高い歪点も持つものであり、これまでの同種のガラスの問題点を解決するものである。また、溶融温度が低く粘度も小さいため、溶融しやすく、フロート法生産においては、レンガの侵食も少ないという特徴も持つものである。

本発明のガラスはディスプレイ基板、特にＰＤＰ用の問題点を改善した、適度な熱膨張係数と高い歪点をもつものである。

本発明は、実質的に重量％表示で、ＳｉＯ_２が５４〜５７、Ａｌ_２Ｏ_３が７〜１１、Ｎａ_２Ｏが２〜６、Ｋ_２Ｏが６〜９、Ｒ_２Ｏ（Ｎａ_２ＯとＫ_２Ｏの合計量）が１０〜１３、ＭｇＯが４〜７、ＣａＯが４〜８、ＳｒＯが０〜５、ＢａＯが６〜１４、Ｒ’Ｏ（ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯの合計量）が１８〜２５、ＺｒＯ_２が２〜６であるディスプレイ装置用基板ガラスである。

ＳｉＯ_２はガラスの主成分であり、重量％において５４％未満ではガラスの耐熱性または化学的耐久性、耐酸処理性を悪化させる。他方、５７％を超えるとガラス融液の高温粘度が高くなり、ガラス成形が困難となり、失透温度が下がる。また、ガラスの線膨張係数が小さくなり過ぎて、ディスプレイパネルを構成する他の部材との整合性が悪くなる。従って、５４〜５７％の範囲とする。より好ましくは５４．５〜５６．５％である。

Ａｌ_２Ｏ_３は、歪点を高くし、化学的耐久性、耐酸処理性を向上する成分である。重量％において７％未満ではガラスの耐熱性または化学的耐久性、耐酸処理性を悪化させる。他方、１１％を超えるとガラスの溶融温度が高くなり、ガラスの溶融が困難になる。従って７〜１１％の範囲が好ましい。

Ｎａ_２Ｏは、Ｋ_２Ｏとともにガラス溶解時の融剤として作用する。６％を超えると化学的耐久性、耐酸処理性が悪くなるとともに平均熱膨張係数が高くなりすぎる。また、２％未満では、溶融性が悪くなると共に平均熱膨張係数が低くなりすぎる。従って２〜６％の範囲とする。

Ｋ_２Ｏも、Ｎａ_２Ｏと同様の作用効果を示す。９％を超えると化学的耐久性、耐酸処理性が悪くなるとともに平均熱膨張係数が高くなりすぎる。また、６％未満では、溶融性が悪くなると共に平均熱膨張係数が低くなりすぎる。従って６〜９％の範囲とする。

前記アルカリ成分Ｒ_２Ｏ（Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ）は、同様の効果を持つため、合量に関しても適正な範囲があり、それは１０〜１３％である。この範囲にすることにより、高温粘度および化学的耐久性、耐酸処理性、平均熱膨張係数を適切な範囲に維持することができる。アルカリ成分の合量が８％未満ではガラス融液の高温粘度が高くなり、ガラス溶解が困難となる。１３％を超えると化学的耐久性、耐酸処理性が悪くなる。従って、１０〜１３％の範囲とするものである。より好ましくは１２〜１３％である。

ＭｇＯは、ガラス溶解時の溶融ガラスの粘度を下げる作用を有する。４％未満ではこの効果が得られない。７％を超えるとガラスの失透傾向が増大し溶融ガラスの成形が困難になる。従って４〜７％の範囲とする。より好ましくは４．５〜５．５％である。

ＣａＯは、ガラス溶解時の溶融ガラスの粘度を下げる作用を有すると共に、ガラスの熱膨張係数を上昇させる作用を有する。４％未満ではガラスの熱膨張係数が低くなりすぎる。他方、８％を超えると失透傾向が大きくなり、溶融ガラスの成形が困難になる。従って４〜８％の範囲とする。

ＳｒＯは、必須成分ではないが、ＣａＯとの共存下でガラス融液の高温粘度を下げて失透の発生を抑制する作用を有する。５％を超えると密度が高くなり過ぎるので、５％以下が望ましい。特に望ましくは０％である。

ＢａＯは、ガラス融液の失透傾向を抑制する作用を有すると共に、平均熱膨張係数を調整する作用を有する。１４％を超えると密度が上昇し、平均熱膨張係数が大きくなりすぎる。６％未満では、歪点が低くなりすぎる。従って、６〜１４％が望ましい。

さらに、上記組成範囲内において、二価の金属酸化物Ｒ’Ｏ（Ｒ’は、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）の合計量を１８〜２５％の範囲とすることによって、ガラスの溶融性を良好な範囲に維持しつつ、粘度―温度勾配を適度としてガラスの成形性を良好とし、耐熱性、化学的耐久性、耐酸処理性などに優れ、適切な範囲の熱膨張係数を有するガラスを得ることができる。Ｒ’Ｏの合計が１８％未満では、高温粘度が上昇してガラスの溶融と成形が困難となる。また、歪点が下がり過ぎる上に、熱膨張係数が低下する。一方、２５％を超えると、特に密度が上昇するとともに失透傾向が増大し、化学的耐久性が低下する。より好ましい範囲は、２０〜２２％である。

ＺｒＯ_２は、ガラスの歪点を上昇させ、またガラスの化学的耐久性を向上させる効果を有する。２％以下ではこの効果が得られない。しかし、６％を超えると失透傾向が増加し、ガラス成型が困難となるので２〜６％が好ましい。

本発明の好ましい態様のガラスは実質的に上記成分からなるが、本発明の目的を損なわない範囲で他の成分を合量で１％まで含有してもよい。たとえば、ガラスの溶解、清澄、成形性の改善のためにＳＯ_３、Ｃｌ、Ｆ、Ａｓ_２Ｏ_３等を合量で１％まで含有してもよい。また、ガラスを着色するためにＦｅ_２Ｏ_３、ＣｏＯ、ＮｉＯ等を合計量で１％まで含有してもよい。さらに、ＰＤＰにおける電子線ブラウニング防止等のためにＴｉＯ_２およびＣｅＯ_２をそれぞれ１％まで、合計量で１％まで含有してもよい。

また、本発明は３０〜３００℃における平均線膨張係数が８０〜８４（×１０^−７／℃）であることを特徴とする上記のディスプレイ装置用基板ガラスである。

熱膨張係数はガラスの耐熱性を示す特性であり、８４×１０^−７／℃を超えるとディスプレイパネルの製造工程において熱変形が大きくなりすぎるため不適であるとともに、８０〜８４×１０^−７／℃の範囲外では、他の部材との変形量が異なり好ましくない。

また、歪点が５７０℃以上であることを特徴とする上記のディスプレイ装置用基板ガラスである。歪点もガラスの耐熱性を示す特性であり、ディスプレイパネルでは歪点は他の性質を損なわない限り高い方が良い。そこで、５７０℃以上が適当である。

また、溶融温度（粘性がlogη＝２．０の時の温度（℃））が１５２０℃以下であることを特徴とする上記のディスプレイ装置用基板ガラスである。溶融温度が１５２０℃を超えると、原料の溶融及びガラスの成形が困難になる。

さらに、作業温度（粘性がlogη＝４．０の時の温度（℃））−失透温度の値が０℃以上であることを特徴とする上記のディスプレイ装置用基板ガラスである。この値が０℃未満では、失透を起こさずにガラス板を生産することが困難となる。

さらにまた、耐酸性に優れていることが望ましい。特にディスプレイ基板を生産する場合には、表面の汚れを除去する目的で、ＨＮＯ_３溶液による洗浄が行われることが一般的である。そのため、基板自体がＨＮＯ_３溶液で侵されにくいことが望ましい。

以下、実施例に基づき、説明する。

（ガラスの作成）
珪砂、酸化アルミニウム、炭酸ナトリウム、硫酸ナトリウム、炭酸カリウム、酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸ストロンチウム、炭酸バリウムおよび珪酸ジルコニウムよりなる調合原料を白金ルツボに充填し、電気炉内で１５００〜１６００℃、約６時間加熱溶融した。加熱溶融の途中で白金棒によりガラス融液を攪拌してガラスを均質化させた。次に、溶融ガラスを鋳型に流し込み、ガラスブロックとし、５５０〜６００℃に保持した電気炉に移入して該炉内で徐冷した。得られたガラス試料は泡や脈理の無い均質なものであった。

原料調合に基づくガラスの組成（酸化物換算）を表１に示す。これらのガラスについて、３０〜３００℃の平均線膨張係数（１０^−７／℃）、溶融温度・作業温度（℃）、歪点（℃）、失透温度（℃）、耐酸処理性を以下の方法により測定した。

膨張係数は、熱機械分析装置ＴＭＡ８３１０（理学電機（株）製）を用いて３０〜３００℃における平均線膨張係数を測定した。溶融温度・作業温度は球引き上げ粘度計（オプト企業製）を用いて球引き上げ法によりlogη＝２．０、４．０の温度をそれぞれ溶融温度・作業温度として測定した。歪点は、ＪＩＳ Ｒ３１０３−２の規定に基づくビーム曲げ法により測定した。

失透温度は、２５℃ずつ温度傾斜の付いた炉内に試料を２時間放置し、失透の有無を目視して、失透がなくなる最低の温度とその一つ下の温度の平均を取ることで求めた。

耐酸処理性は、基板状の試料を３ＮのＨＮＯ_３溶液で４０℃、１ｍｉｎ．処理し、反射率の変化ΔＲから、ΔＲが０．３％を超えるものを耐酸処理性が劣るとして×、０．３％以下のものを○と評価した。

（結果）
表１の実施例１〜４は本発明におけるガラスであり、表２は比較例である。比較例１はソーダライムシリカガラスである。比較例２、３は従来の高歪点ガラスである。比較例１のソーダライムシリカガラスは、平均熱膨張係数が大きく、歪点が低い。比較例２の高歪点ガラスにおいては、平均熱膨張係数は適切な値であるものの、歪点が低く、溶融温度が高い。比較例３の高歪点ガラスにおいては、歪点や溶融温度は良好であるものの、平均熱膨張係数が大きすぎる。

これらに対して実施例１〜３のガラスは、熱膨張係数が８０〜８４×１０^−７/℃の範囲内である上に、歪点、溶融温度と（作業温度−失透温度）が所望の値である。従って、本願発明のガラスは、ディスプレイ基板、特にＰＤＰ用の問題点を改善した、適度な熱膨張係数と高い歪点をもつものであることは明白である。

本発明は、ＰＤＰ等のディスプレイパネル用途だけでなく、熱処理工程の必要な電子材料分野全体に利用できるものである。

Claims (5)

1. 実質的に重量％表示で、ＳｉＯ_２が５４〜５７、Ａｌ_２Ｏ_３が７〜１１、Ｎａ_２Ｏが２〜６、Ｋ_２Ｏが６〜９、Ｒ_２Ｏ（Ｎａ_２ＯとＫ_２Ｏの合計量）が１０〜１３、ＭｇＯが４〜７、ＣａＯが４〜８、ＳｒＯが０〜５、ＢａＯが６〜１４、Ｒ’Ｏ（ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯの合計量）が１８〜２５、ＺｒＯ_２が２〜６であるディスプレイ装置用基板ガラス。
2. ３０〜３００℃における平均線膨張係数が８０〜８４（×１０^−７／℃）であることを特徴とする請求項１に記載のディスプレイ装置用基板ガラス。
3. 歪点が５７０℃以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載のディスプレイ装置用基板ガラス。
4. 溶融温度（粘性がlogη＝２．０の時の温度（℃））が１５２０℃以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか1項に記載のディスプレイ装置用基板ガラス。
5. 作業温度（粘性がlogη＝４．０の時の温度（℃））−失透温度の値が０℃以上であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか1項に記載のディスプレイ装置用基板ガラス。