JP2008209906A - Glass substrate for display - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ディスプレイ用ガラス基板、特に、液晶ディスプレイに用いられるガラス基板に関するものである。 The present invention relates to a glass substrate for display, and more particularly to a glass substrate used for a liquid crystal display.
液晶ディスプレイは、図１に示すように、液晶セル１を２枚のガラス基板、即ち、背面ガラス基板２（アレイ用ガラス基板）と前面ガラス基板３（カラーフィルター用ガラス基板）により挟み込まれた構造となっている。 As shown in FIG. 1, the liquid crystal display has a structure in which a liquid crystal cell 1 is sandwiched between two glass substrates, that is, a rear glass substrate 2 (array glass substrate) and a front glass substrate 3 (color filter glass substrate). It has become.
アレイ用ガラス基板２は、液晶セル１と接する側の基板表面に薄膜トランジスタ４（ＴＦＴ）、透明な画素電極５及び配向膜６が形成されており、その反対側の表面には、偏光板７が貼られている。 In the glass substrate 2 for the array, a thin film transistor 4 (TFT), a transparent pixel electrode 5 and an alignment film 6 are formed on the substrate surface in contact with the liquid crystal cell 1, and a polarizing plate 7 is formed on the opposite surface. It is pasted.
また、カラーフィルター用ガラス基板３は、液晶セル１と接する側の基板表面に透明な対向電極８、赤、青、緑のカラーフィルター９及び配向膜１０が形成されており、その反対側の表面には、偏光板１１が貼られている。尚、アレイ用ガラス基板２に貼られた偏光板７の偏光方向とカラーフィルター用ガラス基板３に貼られた偏光板１１の偏光方向は互いに直交している。 The glass substrate 3 for the color filter has a transparent counter electrode 8, a red, blue and green color filter 9 and an alignment film 10 formed on the substrate surface in contact with the liquid crystal cell 1, and the surface on the opposite side. Is attached with a polarizing plate 11. In addition, the polarization direction of the polarizing plate 7 stuck on the glass substrate 2 for arrays and the polarizing direction of the polarizing plate 11 stuck on the glass substrate 3 for color filters are mutually orthogonal.
アレイ用ガラス基板２の背後にはバックライト１２が設置されている。バックライト１２は、ノートブックパソコン等に使用される液晶ディスプレイにおいては、例えば、数本の細い径の冷陰極管の光を拡散板（図示せず）に通して液晶セルに導く構造を有する。 A backlight 12 is installed behind the array glass substrate 2. In a liquid crystal display used for a notebook personal computer or the like, the backlight 12 has a structure that guides light from several small-diameter cold cathode tubes to a liquid crystal cell through a diffusion plate (not shown), for example.
液晶ディスプレイの表示原理の概略は次のようなものである。薄膜トランジスタ４により制御された電圧を画素電極５と対向電極８の間に印加することにより、液晶セル１内の液晶分子１３がまっすぐに並ぶことになり、アレイ用ガラス基板２に貼られた偏光板７で偏光されたバックライト１２からの光の振動方向は、液晶セル１内で回転（旋光）しないため、カラーフィルター用ガラス基板３に貼られた偏光板１１で光は遮断され、黒を表示する。逆に、電極間に電圧を印加しない場合は、液晶セル１内の液晶分子１３はねじれた状態で維持されるため、アレイ用ガラス基板２に貼り付けた偏光板７で偏光されたバックライト１２からの光の振動方向は、液晶セル１内で回転（旋光）し、カラーフィルター用ガラス基板３に貼り付けた偏光板１１を透過し、赤、青または緑を表示する。このように、液晶セル内の液晶分子の配列を制御することで、バックライトからの光の振動方向を制御し、カラーフィルター用ガラス基板に貼られた偏光板で光を透過させたり、遮断させたりして画像を表示させている。 The outline of the display principle of the liquid crystal display is as follows. By applying a voltage controlled by the thin film transistor 4 between the pixel electrode 5 and the counter electrode 8, the liquid crystal molecules 13 in the liquid crystal cell 1 are aligned in a straight line, and the polarizing plate attached to the glass substrate 2 for the array The direction of vibration of the light from the backlight 12 polarized in 7 does not rotate (rotate) in the liquid crystal cell 1, so the light is blocked by the polarizing plate 11 attached to the color filter glass substrate 3 to display black. To do. Conversely, when no voltage is applied between the electrodes, the liquid crystal molecules 13 in the liquid crystal cell 1 are maintained in a twisted state, and therefore the backlight 12 polarized by the polarizing plate 7 attached to the array glass substrate 2. The direction of vibration of light from the light rotates (rotates) in the liquid crystal cell 1 and passes through the polarizing plate 11 attached to the glass substrate 3 for color filter, and displays red, blue or green. In this way, by controlling the alignment of the liquid crystal molecules in the liquid crystal cell, the vibration direction of the light from the backlight is controlled, and light is transmitted or blocked by the polarizing plate attached to the glass substrate for the color filter. The image is displayed.
ところで、ガラス基板としては、ガラス溶融炉で溶融したガラス融液を、フロート法、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、リドロー法等によって一定の厚さに成形し、所定寸法のサイズに切断したものが用いられている。 By the way, as a glass substrate, a glass melt melted in a glass melting furnace is formed into a certain thickness by a float method, a slot down draw method, an overflow down draw method, a redraw method, etc., and cut into a predetermined size. Things are used.
通常、上記方法で製造されたガラス基板には歪が残存しており、ガラス基板にレタデーションが生じ、透過した光の偏光状態が変化する。そのため、歪が残存するガラス基板を液晶ディスプレイ用途に用いると、本来、光が遮断される箇所で光漏れが起こり、画面全体或いは一部に輝度ムラが発生するという問題が生じる。この問題を解決するために、所定寸法に切断したガラス基板にアニール処理を施して、ガラス基板に残存する歪の量を小さくすることが考えられるが、処理時間とコストがかかるという問題がある。 Usually, distortion remains in the glass substrate manufactured by the above method, retardation occurs in the glass substrate, and the polarization state of transmitted light changes. For this reason, when a glass substrate in which distortion remains is used for a liquid crystal display, there is a problem in that light leakage occurs at a place where light is originally blocked and luminance unevenness occurs on the entire screen or a part thereof. In order to solve this problem, it is conceivable to anneal the glass substrate cut to a predetermined size to reduce the amount of strain remaining on the glass substrate, but there is a problem that processing time and cost are increased.
そこで、光漏れを抑えて輝度ムラの発生を防止するために、特許文献１では、ガラス基板の厚みと光弾性定数の積を所定値以下に制限したガラス基板を用いることが提案されている。また、特許文献２では、ガラスの熱膨張係数、ヤング率及び光弾性定数の積を所定値以下に制限したガラス基板を用いることが提案されている。
近年、ディスプレイの大型化が進んでおり、それに伴ってガラス基板のサイズも大きくなってきている。 In recent years, the display has been increased in size, and the size of the glass substrate has been increased accordingly.
しかしながら、ガラス基板が大きくなる程、残留する歪の量も大きくなる傾向にあり、特許文献１及び２で開示されているガラス基板を用いても、光漏れが生じることがあり、画面全体に輝度ムラが発生することがあった。 However, as the glass substrate becomes larger, the amount of residual strain tends to increase. Even when the glass substrates disclosed in Patent Documents 1 and 2 are used, light leakage may occur, and the brightness of the entire screen is increased. Unevenness may occur.
本発明の目的は、大画面でも液晶ディスプレイの光漏れを抑えて、輝度ムラの発生を抑制することが可能な液晶ディスプレイ用ガラス基板を提供することである。 An object of the present invention is to provide a glass substrate for a liquid crystal display capable of suppressing light leakage of the liquid crystal display even on a large screen and suppressing occurrence of luminance unevenness.
本発明者等は種々検討した結果、レタデーションの大きさ及び／またはレタデーションの方位角を制御することで、液晶ディスプレイにした際に、光漏れを抑えて、輝度ムラの発生を抑制できることを見いだし、本発明を提案するに至った。 As a result of various studies, the present inventors have found that by controlling the retardation size and / or the azimuth angle of the retardation, the liquid crystal display can suppress light leakage and suppress the occurrence of luminance unevenness. The present invention has been proposed.
即ち、本発明のディスプレイ用ガラス基板は、ガラス基板面と直交する光により測定したレタデーションをΔ（ｎｍ）、ガラス基板の辺方向に対する該レタデーションの方位角をθ（°）とした際、｛ｓｉｎ（２θ）｝2×｛ｓｉｎ（１８０°・Δ／５５０）｝2で求められる最大値が３．５×１０-5以下であることを特徴とする。 That is, when the glass substrate for display of the present invention has a retardation measured by light orthogonal to the glass substrate surface of Δ (nm) and the azimuth angle of the retardation with respect to the side direction of the glass substrate is θ (°), {sin The maximum value obtained by (2θ)} 2 × {sin (180 ° · Δ / 550)} 2 is 3.5 × 10 −5 or less.
本発明のガラス基板は、ガラス基板のレタデーションをΔ、ガラス基板の辺方向に対する該レタデーションの方位角をθとした際に、｛ｓｉｎ（２θ）｝2×｛ｓｉｎ（１８０°・Δ／５５０）｝2で求められる値を小さくしているため、液晶ディスプレイにした際に、光漏れを抑えることができ、輝度ムラの発生を抑制することができる。それ故、液晶ディスプレイに用いられるディスプレイ用ガラス基板として好適である。 The glass substrate of the present invention has {sin (2θ)} 2 × {sin (180 ° · Δ / 550), where Δ is the retardation of the glass substrate and θ is the azimuth angle of the retardation with respect to the side direction of the glass substrate. } Since the value obtained in 2 is made small, light leakage can be suppressed and occurrence of uneven brightness can be suppressed when a liquid crystal display is used. Therefore, it is suitable as a glass substrate for display used in a liquid crystal display.
ディスプレイの輝度ムラの発生は、ガラス基板のレタデーションの大きさだけでなく、該レタデーションのガラス基板の辺方向に対する方位角にも影響を受ける。 The occurrence of luminance unevenness of the display is affected not only by the magnitude of the retardation of the glass substrate but also by the azimuth angle of the retardation with respect to the side direction of the glass substrate.
そこで、本発明のディスプレイ用ガラス基板は、ガラス基板のレタデーションをΔ、ガラス基板の辺方向に対する該レタデーションの方位角をθとした際に、｛ｓｉｎ（２θ）｝2×｛ｓｉｎ（１８０°・Δ／５５０）｝2で求められる値を３．５×１０-5以下と小さくなるようにしているため、液晶ディスプレイにした際に、光漏れを抑えて、輝度ムラの発生を抑制することができる。尚、｛ｓｉｎ（２θ）｝2×｛ｓｉｎ（１８０°・Δ／５５０）｝2で求められる値が３．５×１０-5より大きくなると、液晶ディスプレイにした際、光漏れが生じやすくなり、画面全体に輝度ムラが発生しやすくなる。この値の好ましい範囲は３．０×１０-5以下であり、より好ましくは２．０×１０-5以下である。 Therefore, the glass substrate for display of the present invention has {sin (2θ)} 2 × {sin (180 ° · 180 ° · Δ / 550)} The value obtained by 2 is set to be as small as 3.5 × 10 −5 or less. Therefore, when a liquid crystal display is used, light leakage is suppressed and occurrence of luminance unevenness is suppressed. it can. If the value obtained by {sin (2θ)} 2 × {sin (180 ° · Δ / 550)} 2 is larger than 3.5 × 10 −5 , light leakage tends to occur when the liquid crystal display is used. Therefore, uneven brightness tends to occur on the entire screen. A preferable range of this value is 3.0 × 10 −5 or less, and more preferably 2.0 × 10 −5 or less.
尚、｛ｓｉｎ（２θ）｝2×｛ｓｉｎ（１８０°・Δ／５５０）｝2で求められる値を小さくするには、ガラス基板のレタデーションΔや｛ｓｉｎ（２θ）｝2の値を小さくすればよく、このようなガラス基板を得るには、例えば、ガラス溶融炉で溶融したガラス融液を成形炉（成形体）で板状のガラス（ガラスリボン）に成形する際に、ガラスリボンの端部の厚みがガラスリボンの中央部の厚みとほぼ同じ厚みとなるように成形したり、成形したガラスリボンを徐冷炉で徐冷（冷却）する際に、ガラスリボンの幅方向における温度分布をできるだけ小さくするように冷却すればよい。 In order to reduce the value obtained by {sin (2θ)} 2 × {sin (180 ° · Δ / 550)} 2 , the value of the glass substrate retardation Δ or {sin (2θ)} 2 should be reduced. In order to obtain such a glass substrate, for example, when a glass melt melted in a glass melting furnace is formed into a plate-like glass (glass ribbon) in a molding furnace (molded body), the end of the glass ribbon is used. The temperature distribution in the width direction of the glass ribbon is as small as possible when the glass ribbon is formed so that the thickness of the part is almost the same as the thickness of the central part of the glass ribbon or when the formed glass ribbon is gradually cooled (cooled) in a slow cooling furnace. Just cool.
また、成形工程において、ガラスリボンの端部の厚みをガラスリボンの中央部の厚みとほぼ同じ厚みになるように成形する理由は、ガラスリボンの端部の厚みがガラスリボンの中央部の厚みと異なると、成形後の冷却工程において、ガラスリボンの端部と中央部とで冷却速度が異なり、その結果、ガラス基板面内のレタデーションの大きさやその方位角にばらつきが生じやすくなるためである。ガラスリボンの端部の厚みとガラスリボンの中央部の厚みが同じになるように成形するには、ガラス融液をガラスリボンに延伸成形するための成形ロール等の回転速度等を調整することで行うことができる。 In addition, in the molding process, the reason why the thickness of the end of the glass ribbon is approximately the same as the thickness of the center of the glass ribbon is that the thickness of the end of the glass ribbon is the same as the thickness of the center of the glass ribbon. If it is different, the cooling rate is different between the end portion and the center portion of the glass ribbon in the cooling step after molding, and as a result, the retardation in the glass substrate surface and the azimuth angle are likely to vary. To form the glass ribbon so that the thickness of the end of the glass ribbon is the same as the thickness of the center of the glass ribbon, adjust the rotational speed of the forming roll etc. to stretch the glass melt into the glass ribbon. It can be carried out.
また、徐冷炉での冷却工程において、ガラスリボンの幅方向における温度分布をできるだけ小さくするには、次のようにすることで行える。
（１）ガラスリボンが均一に加熱されるように、ヒーターの数を多くする。
（２）ヒーターからの熱がガラスリボンに均一に伝わるように、ヒーターとガラスリボンの間に均熱板を設置する。
（３）ガラスリボンの中央部と端部の冷却速度の差が小さくなるように、ガラスリボンの端部に囲いを設置したり、その部分にヒーターを多く配置する。
（４）ガラスの板引き速度を低く（遅く）する。
Moreover, in the cooling process in the slow cooling furnace, in order to make the temperature distribution in the width direction of the glass ribbon as small as possible, it can be performed as follows.
(1) The number of heaters is increased so that the glass ribbon is uniformly heated.
(2) A soaking plate is installed between the heater and the glass ribbon so that the heat from the heater is uniformly transmitted to the glass ribbon.
(3) An enclosure is installed at the end of the glass ribbon or a large number of heaters are arranged at the end so that the difference in the cooling rate between the center and the end of the glass ribbon is reduced.
(4) Lower (slow) the glass drawing speed.
尚、ガラス融液を成形炉でガラスリボンに成形した後、垂直方向（下方向）に板引きしながら、徐冷炉で冷却（徐冷）した後、切断することでガラス基板を得るオーバーフローダウンドロー法やスリットダウンドロー法は、ガラス融液を水平方向に板引きし、徐冷、切断してガラス基板を得るフロート法と異なり、低温雰囲気である切断工程から高温雰囲気である徐冷炉及び成形炉の方向に、常にガラスリボンの表面に沿って低温の空気流が上昇し、上昇した低温の空気流は徐冷炉等の内部で加熱された後、その一部が周壁部の隙間を通して外部雰囲気に洩れ出すため、徐冷炉や成形炉の雰囲気温度が変動しやすくなっている。その結果、オーバーフローダウンドロー法やスリットダウンドロー法で成形されたガラス基板は、ガラス基板面内のレタデーションの大きさやその方位角にばらつきが生じやすくなっている。 In addition, after forming the glass melt into a glass ribbon in a molding furnace, the glass substrate is drawn in the vertical direction (downward), cooled (slow cooling) in a slow cooling furnace, and then cut to obtain a glass substrate. Unlike the float method in which the glass melt is drawn horizontally, slowly cooled, and cut to obtain a glass substrate, the slit down draw method is different from the low temperature atmosphere cutting step to the high temperature atmosphere annealing furnace and molding furnace direction. In addition, a low-temperature air flow always rises along the surface of the glass ribbon, and after the heated low-temperature air flow is heated inside a slow cooling furnace or the like, a part of it leaks to the external atmosphere through the gap in the peripheral wall. The atmospheric temperature of the slow cooling furnace and the molding furnace is likely to fluctuate. As a result, a glass substrate formed by the overflow downdraw method or the slit downdraw method is likely to vary in the size of the retardation in the glass substrate surface and its azimuth angle.
そのため、オーバーフローダウンドロー法やスリットダウンドロー法でガラス基板を成形する場合は、ガラスリボンの端部と中央部の厚みをほぼ同じ厚みにすること、温度分布を小さくすることに加えて、徐冷炉や成形炉における低温の空気流の上昇を抑える必要がある。 Therefore, when forming a glass substrate by the overflow downdraw method or the slit downdraw method, in addition to making the thickness of the end portion and the center portion of the glass ribbon substantially the same thickness, reducing the temperature distribution, It is necessary to suppress an increase in the low-temperature air flow in the molding furnace.
尚、徐冷炉や成形炉における低温の空気流の上昇を抑えるには、徐冷炉内に対流防止板を設けたり、送風機等を用いて成形炉や徐冷炉の外部雰囲気の気圧が高くなるように調整する等して、成形炉や徐冷炉内の空気を外部雰囲気に洩れ出しにくくすればよい。 In order to suppress the rise in the low-temperature air flow in the slow cooling furnace or the forming furnace, a convection prevention plate is provided in the slow cooling furnace, or the air pressure in the external atmosphere of the forming furnace or the slow cooling furnace is adjusted using a blower or the like. Then, it is only necessary to make it difficult for the air in the molding furnace and the slow cooling furnace to leak into the external atmosphere.
また、上記の方法以外にも、ガラス中のＳｉＯ2やＡｌ2Ｏ3やＢ2Ｏ3の含有量を多くしてガラスの熱膨張係数を小さくしたり、アルカリ土類金属酸化物の含有量を多くしてガラスの光弾性定数を小さくしてもよい。 In addition to the above methods, the content of SiO 2 , Al 2 O 3 and B 2 O 3 in the glass is increased to reduce the thermal expansion coefficient of the glass, or the content of alkaline earth metal oxide To increase the photoelastic constant of the glass.
また、本発明のディスプレイ用ガラス基板は、歪が残存しやすく、輝度ムラが顕著に現れやすい大型のガラス基板、具体的には、短辺の長さが１０００ｍｍ以上であるガラス基板として特に好適である。 The display glass substrate of the present invention is particularly suitable as a large glass substrate in which distortion is likely to remain and luminance unevenness is likely to appear, specifically, a glass substrate having a short side length of 1000 mm or more. is there.
また、本発明のディスプレイ用ガラス基板の具体的な組成は、耐薬品性、熱収縮性、溶融性、成形性、熱膨張係数等を考慮して、用途に応じて適宜決定すればよい。好適な組成範囲は、質量百分率で、ＳｉＯ2 ４０〜７０％、Ａｌ2Ｏ3 ２〜２５％、Ｂ2Ｏ3 ０〜２０％、ＭｇＯ ０〜１０％、ＣａＯ ０〜１５％、ＳｒＯ ０〜１０％、ＢａＯ ０〜１５％、ＺｎＯ ０〜１０％、Ｒ2Ｏ（ＲはＬｉ、Ｎａ、Ｋを表わす） ０〜２５％、ＺｒＯ2 ０〜１０％である。 Moreover, what is necessary is just to determine suitably the specific composition of the glass substrate for display of this invention according to a use in consideration of chemical resistance, heat shrinkability, a meltability, a moldability, a thermal expansion coefficient, etc. Suitable compositional ranges are, by mass percentage, SiO 2 40~70%, Al 2 O 3 2~25%, B 2 O 3 0~20%, 0~10% MgO, CaO 0~15%, SrO 0~ 10%, BaO 0-15%, ZnO 0-10%, R 2 O (R represents Li, Na, K) 0-25%, ZrO 2 0-10%.
本発明に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。 The reason for limiting the glass composition as described above in the present invention is as follows.
ＳｉＯ2は、ガラスのネットワークフォーマーとなる成分であり、ガラスの熱膨張係数を低下させて、ガラス基板のレタデーションΔの値を小さくしたり、ガラスの耐酸性を向上させたり、ガラスの歪点を上昇させてガラス基板の熱収縮を小さくする効果がある。その含有量は４０〜７０％である。ＳｉＯ2の含有量が多くなると、ガラスの高温粘度が高くなり、溶融性が悪化すると共にクリストバライトの失透ブツが析出しやすくなる傾向にある。一方、含有量が少なくなると、ガラスの熱膨張係数が大きくなりやすく、ガラス基板のレタデーションΔの値が大きくなる傾向にある。また、ガラスの耐酸性や歪点が低下する傾向にある。ＳｉＯ2のより好ましい範囲は５０〜６７％であり、さらに好ましい範囲は、５７〜６４％である。 SiO 2 is a component that becomes a glass network former, lowers the coefficient of thermal expansion of the glass, decreases the value of the retardation Δ of the glass substrate, improves the acid resistance of the glass, and strains the glass. Is effective in reducing the thermal shrinkage of the glass substrate. Its content is 40-70%. When the content of SiO 2 is increased, the high-temperature viscosity of the glass is increased, the meltability is deteriorated, and devitrification blisters of cristobalite tend to precipitate. On the other hand, when the content decreases, the thermal expansion coefficient of the glass tends to increase and the value of the retardation Δ of the glass substrate tends to increase. Further, the acid resistance and strain point of the glass tend to decrease. A more preferable range of SiO 2 is 50 to 67%, and a further preferable range is 57 to 64%.
Ａｌ2Ｏ3は、ガラスの熱膨張係数を低下させて、ガラス基板のレタデーションΔの値を小さくする成分である。また、ガラスの歪点を上昇させたり、クリストバライトの失透ブツの析出を抑える効果もある。その含有量は２〜２５％である。Ａｌ2Ｏ3の含有量が多くなると、ガラスの耐バッファードフッ酸性が悪化したり、液相温度が上昇して成形しにくくなる傾向にある。一方、含有量が少なくなると、ガラスの熱膨張係数が大きくなりやすく、ガラス基板のレタデーションΔの値が大きくなる傾向にある。また、ガラスの歪点が低下する傾向にある。Ａｌ2Ｏ3のより好ましい範囲は１０〜２０％であり、さらに好ましい範囲は１４〜１７％である。 Al 2 O 3 is a component that decreases the thermal expansion coefficient of glass and decreases the value of retardation Δ of the glass substrate. It also has the effect of raising the strain point of the glass and suppressing the devitrification of cristobalite. Its content is 2 to 25%. When the content of Al 2 O 3 increases, the buffered hydrofluoric acid resistance of the glass deteriorates or the liquidus temperature tends to increase, making it difficult to form. On the other hand, when the content decreases, the thermal expansion coefficient of the glass tends to increase and the value of the retardation Δ of the glass substrate tends to increase. Moreover, it exists in the tendency for the strain point of glass to fall. A more preferable range of Al 2 O 3 is 10 to 20%, and a more preferable range is 14 to 17%.
Ｂ2Ｏ3は、融剤として作用し、ガラスの粘性を下げ、溶融性を改善する成分である。また、ガラスの熱膨張係数を低下させて、ガラス基板のレタデーションΔの値を小さくする成分でもある。その含有量は０〜２０％である。Ｂ2Ｏ3の含有量が多くなると、ガラスの歪点が低下したり、耐酸性が悪化する傾向にある。一方、含有量が少なくなると、ガラスの熱膨張係数が大きくなりやすく、ガラス基板のレタデーションΔの値が大きくなる傾向にある。また、融剤として十分に作用せず溶融性が低下する傾向にある。Ｂ2Ｏ3のより好ましい範囲は５〜１５％であり、さらに好ましい範囲は７．５〜１２％である。 B 2 O 3 is a component that acts as a flux, lowers the viscosity of the glass, and improves the meltability. Moreover, it is also a component which lowers | hangs the thermal expansion coefficient of glass and makes the value of retardation (DELTA) of a glass substrate small. Its content is 0-20%. When the content of B 2 O 3 increases, the strain point of the glass tends to decrease or the acid resistance tends to deteriorate. On the other hand, when the content decreases, the thermal expansion coefficient of the glass tends to increase and the value of the retardation Δ of the glass substrate tends to increase. Moreover, it does not act sufficiently as a flux and tends to lower the meltability. A more preferable range of B 2 O 3 is 5 to 15%, and a more preferable range is 7.5 to 12%.
ＭｇＯは、ガラスの歪点を低下させずに高温粘性のみを低下させて、ガラスの溶融性を改善する成分である。また、ガラスの光弾性定数を低くする成分でもある。その含有量は０〜１０％である。ＭｇＯの含有量が多くなると、失透ブツが析出しやすくなる。また、耐バッファードフッ酸性が低下し、ガラス基板表面が侵食されて、反応生成物がガラス基板表面に付着し、ガラス基板が白濁し易くなる。ＭｇＯのより好ましい範囲は０〜５％であり、さらに好ましい範囲は０〜３．５％である。 MgO is a component that improves the meltability of glass by lowering only the high temperature viscosity without lowering the strain point of the glass. It is also a component that lowers the photoelastic constant of glass. Its content is 0-10%. When the content of MgO is increased, devitrification is likely to precipitate. In addition, the buffered hydrofluoric acid resistance decreases, the glass substrate surface is eroded, the reaction product adheres to the glass substrate surface, and the glass substrate is likely to become cloudy. A more preferable range of MgO is 0 to 5%, and a more preferable range is 0 to 3.5%.
ＣａＯは、ガラスの歪点を低下させずに高温粘性のみを低下させて、ガラスの溶融性を著しく改善する成分である。また、ガラスの光弾性定数を低くする成分でもある。その含有量は０〜１５％である。ＣａＯの含有量が多くなると、耐バッファードフッ酸性が悪化する傾向にある。ＣａＯのより好ましい範囲は０〜１２％であり、さらに好ましい範囲は３．５〜９％である。 CaO is a component that remarkably improves the meltability of the glass by reducing only the high temperature viscosity without reducing the strain point of the glass. It is also a component that lowers the photoelastic constant of glass. Its content is 0-15%. When the content of CaO increases, the resistance to buffered hydrofluoric acid tends to deteriorate. A more preferable range of CaO is 0 to 12%, and a more preferable range is 3.5 to 9%.
ＳｒＯは、ガラスの耐薬品性と耐失透性を向上させる成分である。また、ガラスの光弾性定数を低くする成分でもある。その含有量は０〜１０％である。ＳｒＯ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やすく、ガラス基板のレタデーションΔの値が大きくなる傾向にある。ＳｒＯのより好ましい範囲は０〜８％であり、さらに好ましい範囲は０．５超〜８％である。 SrO is a component that improves the chemical resistance and devitrification resistance of glass. It is also a component that lowers the photoelastic constant of glass. Its content is 0-10%. When the content of SrO increases, the thermal expansion coefficient of the glass tends to increase, and the value of retardation Δ of the glass substrate tends to increase. A more preferable range of SrO is 0 to 8%, and a more preferable range is more than 0.5 to 8%.
ＢａＯは、ＳｒＯと同様にガラスの耐薬品性と耐失透性を向上させる成分である。また、ガラスの光弾性定数を低くする成分でもある。その含有量は０〜１５％である。ＢａＯの含有量が多くなると、ガラスの密度や熱膨張係数が大きくなったり、溶融性が著しく悪化する傾向にある。ＢａＯのより好ましい範囲は０〜１０％であり、さらに好ましい範囲は０〜８％である。 BaO, like SrO, is a component that improves the chemical resistance and devitrification resistance of glass. It is also a component that lowers the photoelastic constant of glass. Its content is 0-15%. When the content of BaO increases, the density and thermal expansion coefficient of the glass increase, and the meltability tends to deteriorate significantly. A more preferable range of BaO is 0 to 10%, and a more preferable range is 0 to 8%.
ＺｎＯは、ガラスの耐バッファードフッ酸性や溶融性を改善する成分である。その含有量は０〜１０％である。ＺｎＯの含有量が多くなると、ガラスの耐失透性や歪点が低下する傾向にある。ＺｎＯのより好ましい範囲は０〜５％であり、さらに好ましい範囲は０〜１％である。 ZnO is a component that improves the buffered hydrofluoric acid resistance and meltability of glass. Its content is 0-10%. When the content of ZnO increases, the devitrification resistance and strain point of the glass tend to decrease. A more preferable range of ZnO is 0 to 5%, and a more preferable range is 0 to 1%.
Ｒ2Ｏ（ＲはＬｉ、Ｎａ、Ｋを表わす）は、ガラスの粘度を低下させて溶融性を改善する成分である。その含有量は０〜２５％である。Ｒ2Ｏの含有量が多くなると、ガラスの歪点が低下する傾向にある。Ｒ2Ｏのより好ましい範囲は０〜２０％である。 R 2 O (R represents Li, Na, K) is a component that lowers the viscosity of the glass and improves the meltability. Its content is 0-25%. When the content of R 2 O increases, the strain point of the glass tends to decrease. A more preferable range of R 2 O is 0 to 20%.
尚、本発明のディスプレイ用ガラス基板を液晶ディスプレイ用途に使用する場合、使用するガラスは無アルカリガラスにすべきである。その理由は、ガラス中にアルカリ金属酸化物を含有すると、ガラス中のアルカリ成分が、ガラス基板上に形成された各種の膜やＴＦＴ素子の特性を劣化させる虞があるからである。尚、無アルカリとは、Ｒ2Ｏが０．１％以下を意味する。 In addition, when using the glass substrate for a display of this invention for a liquid crystal display use, the glass to be used should be an alkali free glass. The reason is that when an alkali metal oxide is contained in the glass, the alkali component in the glass may deteriorate the characteristics of various films and TFT elements formed on the glass substrate. In addition, alkali free means that R 2 O is 0.1% or less.
ＺｒＯ2は、ガラスの歪点を高める成分であり、その含有量は０〜１０％である。ＺｒＯ2の含有量が多くなるとガラスの密度が著しく上昇したり、ＺｒＯ2に起因する失透物が析出する傾向がある。ＺｒＯ2のより好ましい範囲は０〜７％であり、さらに好ましい範囲は０〜５％である。 ZrO 2 is a component that increases the strain point of glass, and its content is 0 to 10%. When the ZrO 2 content is increased, the density of the glass is remarkably increased, and devitrified materials due to ZrO 2 tend to precipitate. A more preferable range of ZrO 2 is 0 to 7%, and a more preferable range is 0 to 5%.
また、本発明において、上記成分以外にも、例えば、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、Ｐ2Ｏ5を各３％まで、清澄剤としてＡｓ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ3、ＳｎＯ2、ＳＯ3、Ｆ、Ｃｌ等を合量で２％まで添加することが可能である。但し、Ａｓ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ3は、環境負荷物質であること、また、フロート法で成形する場合、Ａｓ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ3はフロートバス中で還元されて金属異物となるため、導入は避けるべきである。 In the present invention, in addition to the above components, for example, 3 parts each of Y 2 O 3 , La 2 O 3 , Nb 2 O 3 , and P 2 O 5 are added to lower the liquidus temperature and improve the moldability. It is possible to add As 2 O 3 , Sb 2 O 3 , SnO 2 , SO 3 , F, Cl, etc. as a clarifier up to 2% in total. However, As 2 O 3 and Sb 2 O 3 are environmentally hazardous substances, and when forming by the float process, As 2 O 3 and Sb 2 O 3 are reduced in the float bath to become metal foreign matter. Therefore, introduction should be avoided.
次に、本発明のディスプレイ用ガラス基板を製造する方法を説明する。 Next, a method for producing the glass substrate for display of the present invention will be described.
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に投入して加熱溶融し、脱泡した後、ガラス融液を成形装置に供給し端部の厚みと中央部の厚みがほぼ同じ厚みとなるようにガラスリボンに成形したり、徐冷炉での冷却工程で、ガラスリボンの幅方向における温度分布をできるだけ小さくすることで、レタデーションΔや｛ｓｉｎ（２θ）｝2の小さいガラス基板を得ることができる。 First, a glass raw material is prepared so that it may become said glass composition range. Subsequently, the prepared glass raw material is put into a continuous melting furnace, heated and melted, defoamed, and then the glass melt is supplied to the molding apparatus so that the thickness of the end portion and the thickness of the central portion are substantially the same. A glass substrate having a small retardation Δ and {sin (2θ)} 2 can be obtained by forming the glass ribbon or by reducing the temperature distribution in the width direction of the glass ribbon as much as possible in the cooling step in the slow cooling furnace.
尚、ガラス基板の成形方法としては、フロート法、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、リドロー法等の様々な成形方法があるが、ダウンドロー法、特に、オーバーフローダウンドロー法で板状に成形することが好ましい。その理由は、オーバーフローダウンドロー法の場合、比較的容易に大型のガラス基板を得やすく、しかも、他の成形方法と異なり、ガラス基板の表面は、成形体と接することがないため、汚染部のないガラス表面を有するガラス基板を得ることができる。そのため、ガラス基板表面の研磨が不要となり、製造コストを抑えることができるためである。また、研磨による微小傷の発生をなくすこともできる。但し、オーバーフローダウンドロー法でガラス基板を成形する場合は、ガラスリボンの端部と中央部の厚みをほぼ同じ厚みにすること、温度分布を小さくすることに加えて、徐冷炉や成形炉における低温の空気流の上昇を抑える必要がある。 In addition, as a glass substrate forming method, there are various forming methods such as a float method, a slot down draw method, an overflow down draw method, a redraw method, etc., but it is formed into a plate shape by the down draw method, particularly the overflow down draw method. It is preferable to do. The reason is that in the overflow downdraw method, it is relatively easy to obtain a large glass substrate, and unlike other molding methods, the surface of the glass substrate does not come into contact with the molded body. A glass substrate with no glass surface can be obtained. For this reason, polishing of the glass substrate surface becomes unnecessary, and the manufacturing cost can be suppressed. Moreover, generation | occurrence | production of the fine crack by grinding | polishing can also be eliminated. However, when the glass substrate is formed by the overflow down draw method, the end portion and the center portion of the glass ribbon are made substantially the same thickness, in addition to reducing the temperature distribution, the low temperature in the slow cooling furnace and the forming furnace. It is necessary to suppress the rise in airflow.
以下、本発明のディスプレイ用ガラス基板を実施例に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, the glass substrate for display of this invention is demonstrated in detail based on an Example.
表１は本発明の実施例（試料Ｎｏ．１、２）及び比較例（試料Ｎｏ．３）をそれぞれ示している。 Table 1 shows Examples (Sample Nos. 1 and 2) and Comparative Examples (Sample No. 3) of the present invention, respectively.
表中の各試料は、次のようにして作製した。 Each sample in the table was prepared as follows.
まず、質量％で、ＳｉＯ2 ５９％、Ａｌ2Ｏ3 １５％、Ｂ2Ｏ3 １０％、ＣａＯ ６％、ＳｒＯ ７％、ＢａＯ ２％、ＺｎＯ １％の組成となるようにガラス原料を調合し、連続溶融炉で溶融する。 First, in mass%, SiO 2 59%, Al 2 O 3 15%, B 2 O 3 10%, CaO 6%, SrO 7%, BaO 2%, formulating the glass raw material so that the ZnO 1% of the composition And melted in a continuous melting furnace.
続いて、図２に示すようなオーバーフローダウンドロー設備を用いて、溶融ガラスＡを成形炉２０内に設けられた成形体２１の頂部に供給し、その溶融ガラスＡを成形体２１の頂部から溢れ出させると共にその下端部で融合させ、融合させた溶融ガラスＡの両端部を成形体２１の下端部付近に設けた一対の成形ロール２２で挟持し板引きすることでガラスリボンＢを成形した。 Subsequently, using an overflow downdraw facility as shown in FIG. 2, the molten glass A is supplied to the top of the molded body 21 provided in the molding furnace 20, and the molten glass A overflows from the top of the molded body 21. The glass ribbon B was formed by drawing out and fusing both ends of the fused glass A with a pair of forming rolls 22 provided in the vicinity of the lower end of the molded body 21 and drawing them.
次に、成形したガラスリボンＢが表面張力等で幅方向に収縮しないように、徐冷炉２３内に垂直方向に設置した複数対の引っ張りロール２４でガラスリボンＢを幅方向に引っ張り、ガラスリボンＢの中央部の温度が７００℃の時のガラスリボンＢの中央部と端部における温度差、ガラスリボンＢの中央部の温度が６８０℃の時のガラスリボンの幅方向における最高温度と最低温度の差及び板引き速度が表１に示す値となるように、冷却しながら下方に牽引することで、中央部と端部の肉厚が約０．７ｍｍのガラスリボンＢとした。 Next, the glass ribbon B is pulled in the width direction by a plurality of pulling rolls 24 installed in the vertical direction in the slow cooling furnace 23 so that the formed glass ribbon B does not shrink in the width direction due to surface tension or the like. Difference in temperature between the center and end of the glass ribbon B when the temperature at the center is 700 ° C., difference between maximum temperature and minimum temperature in the width direction of the glass ribbon when the temperature at the center of the glass ribbon B is 680 ° C. And by pulling downward while cooling so that the plate drawing speed becomes a value shown in Table 1, a glass ribbon B having a thickness of about 0.7 mm at the center portion and the end portion was obtained.
次に、徐冷炉２３下方に設けられた冷却室２５に配置されている複数対の支持ロール２６で固化したガラスリボンＢを下方に牽引しながら室温まで冷却し、切断室２７でガラスリボンＢを切断することでガラス基板Ｃを得て、これを試料ガラスとした。 Next, the glass ribbon B solidified by a plurality of pairs of support rolls 26 disposed in the cooling chamber 25 provided below the slow cooling furnace 23 is cooled down to room temperature while being pulled downward, and the glass ribbon B is cut in the cutting chamber 27. By doing this, the glass substrate C was obtained and this was made into sample glass.
尚、成形炉２０や徐冷炉２３における低温の空気流の上昇を抑えるために、成形室２８に配置された送風機２９を稼働させ、周壁部３０に取り付けられたフィルター３１を通してこの設備の外部から成形室２８内に空気を導入することで成形炉２０や徐冷炉２３の外部雰囲気を加圧してガラス基板を作製した。また、徐冷装置とは、ヒーターや冷却器を備えた、ガラスの徐冷点〜歪点の範囲を含む範囲の温度を制御することができる装置を指し、表１中の板引き速度におけるＬ（ｃｍ）はこの徐冷装置の長さを示す。また、試料Ｎｏ．１及びＮｏ．３については１０００ｍｍ×１２００ｍｍのサイズに、試料Ｎｏ．２については１０５０ｍｍ×１２５０ｍｍのサイズに切断することで試料ガラスとした。また、得られたガラスの熱膨張係数、光弾性定数、徐冷点及び歪点を測定したところ、各試料とも熱膨張係数は３７×１０-7／℃であり、光弾性定数は３３（ｎｍ／ｃｍ）／ＭＰａであり、また、徐冷点は７０５℃であり、歪点は６５０℃であった。 In order to suppress an increase in the low-temperature air flow in the molding furnace 20 and the slow cooling furnace 23, the blower 29 disposed in the molding chamber 28 is operated, and the molding chamber is installed from the outside of the equipment through the filter 31 attached to the peripheral wall portion 30. The glass substrate was produced by introducing air into 28 to pressurize the external atmosphere of the forming furnace 20 and the slow cooling furnace 23. Further, the slow cooling device refers to a device equipped with a heater or a cooler and capable of controlling the temperature in the range including the range of the slow cooling point to the strain point of the glass. (Cm) indicates the length of this slow cooling device. Sample No. 1 and no. For sample No. 3, the sample No. Sample 2 was cut into a size of 1050 mm × 1250 mm to obtain a sample glass. Further, when the thermal expansion coefficient, photoelastic constant, annealing point and strain point of the obtained glass were measured, the thermal expansion coefficient of each sample was 37 × 10 −7 / ° C., and the photoelastic constant was 33 (nm). / Cm) / MPa, the annealing point was 705 ° C., and the strain point was 650 ° C.
このようして得られた各試料について、ガラス基板内におけるレタデーションΔ、ガラス基板の辺方向に対する該レタデーションの方位角θを測定し、｛ｓｉｎ（２θ）｝2×｛ｓｉｎ（１８０°・Δ／５５０）｝2で求められる最大値を求めた。また、作製したガラス基板を用いてディスプレイ装置を作製し、輝度ムラの発生状態を評価した。これらの結果を表１に示す。 For each sample thus obtained, the retardation Δ in the glass substrate and the azimuth angle θ of the retardation with respect to the side direction of the glass substrate are measured, and {sin (2θ)} 2 × {sin (180 ° · Δ / 550)} The maximum value obtained in step 2 was obtained. In addition, a display device was produced using the produced glass substrate, and the state of occurrence of luminance unevenness was evaluated. These results are shown in Table 1.
表１から明らかなように、実施例である試料Ｎｏ．１は、｛ｓｉｎ（２θ）｝2×｛ｓｉｎ（１８０°・Δ／５５０）｝2で求められる最大値が１．８×１０-5（レタデーションΔ：０．８０ｎｍ、方位角θ：５５．６°）であり、また、試料Ｎｏ．２は、２．２×１０-5（レタデーションΔ：０．８２ｎｍ、方位角θ：４２．６°）と小さかった。また、ディスプレイ装置を作製し点灯させた際の輝度ムラの発生状態も全く認められない若しくは弱いものであった。 As is clear from Table 1, sample No. 1 is {sin (2θ)} 2 × {sin (180 ° · Δ / 550)} 2 , and the maximum value obtained is 1.8 × 10 −5 (retardation Δ: 0.80 nm, azimuth angle θ: 55. 6 °), and Sample No. 2 was as small as 2.2 × 10 −5 (retardation Δ: 0.82 nm, azimuth angle θ: 42.6 °). In addition, the state of occurrence of luminance unevenness when the display device was manufactured and turned on was not recognized or weak at all.
これに対して、比較例である試料Ｎｏ．３は、ガラス基板内における｛ｓｉｎ（２θ）｝2×｛ｓｉｎ（１８０°・Δ／５５０）｝2で求められる最大値が３．７×１０-5（レタデーションΔ：１．０７ｎｍ、方位角θ：−４６．５°）と大きく、ディスプレイ装置を作製し点灯させた際の輝度ムラも強く発生していた。 On the other hand, sample No. which is a comparative example. 3, the maximum value obtained by {sin (2θ)} 2 × {sin (180 ° · Δ / 550)} 2 in the glass substrate is 3.7 × 10 −5 (retardation Δ: 1.07 nm, azimuth angle) (θ: −46.5 °), and the luminance unevenness when the display device was manufactured and turned on was strongly generated.
尚、ガラス基板中のレタデーションΔ及びガラス基板の辺方向に対する該レタデーションの方位角θは、ガラス基板上の５０ｍｍ間隔における点についてユニオプト製の歪計を用いて光ヘテロダイン法により求めた。尚、図３〜５において、各円の中心は測定点、円の直径はレタデーションΔの大きさ、円の直径として描かれた線の方向はガラス基板の辺方向に対するレタデーションの方位角θを示している。 The retardation Δ in the glass substrate and the azimuth angle θ of the retardation with respect to the side direction of the glass substrate were determined by the optical heterodyne method using a Uniopt strainmeter at points at intervals of 50 mm on the glass substrate. 3 to 5, the center of each circle is the measurement point, the diameter of the circle is the size of the retardation Δ, and the direction of the line drawn as the diameter of the circle indicates the azimuth angle θ of the retardation with respect to the side direction of the glass substrate. ing.
また、輝度ムラの発生状態については、ディスプレイ装置を点灯させた際の画面上の輝度ムラを目視で観察し、輝度ムラが全く認められないものを「◎」、輝度ムラが弱く発生しているものを「○」、輝度ムラが強く発生しているものを「×」とした。 As for the occurrence of uneven brightness, the uneven brightness on the screen when the display device is turned on is visually observed, and “◎” indicates that the uneven brightness is not recognized at all. The case where “○” was given and the case where the luminance unevenness was strong was made “X”.
熱膨張係数については、白金坩堝を用いて各試料を１４００℃でリメルトしてガラス塊を作製し、得られたガラス塊を直径５．０ｍｍ、長さ２０ｍｍの円柱状の試料に加工して、ディラトメーターで３０〜３８０℃における平均熱膨張係数を測定した。 Regarding the thermal expansion coefficient, each sample was remelted at 1400 ° C. using a platinum crucible to produce a glass lump, and the obtained glass lump was processed into a cylindrical sample having a diameter of 5.0 mm and a length of 20 mm, The average coefficient of thermal expansion at 30 to 380 ° C. was measured with a dilatometer.
光弾性定数については、直径３０ｍｍ×５ｍｍの試料を作製し、円盤圧縮法により求めた。 The photoelastic constant was obtained by preparing a sample with a diameter of 30 mm × 5 mm and using a disk compression method.
徐冷点及び歪点についは、ＡＳＴＭ Ｃ３３６−７１の方法に基づいて測定した。 The annealing point and strain point were measured based on the method of ASTM C336-71.
本発明のディスプレイ用ガラス基板は、液晶ディスプレイ用途に限られるものではなく、例えば、プラズマディスプレイ、電界放射型ディスプレイ、エレクトロルミネッセンスディスプレイ等の用途のガラス基板として用いることも可能である。 The glass substrate for display of the present invention is not limited to the liquid crystal display application, and can be used as a glass substrate for applications such as a plasma display, a field emission display, and an electroluminescence display.
１ 液晶セル
２ 背面ガラス基板（アレイ用ガラス基板）
３ 前面ガラス基板（カラーフィルター用ガラス基板）
４ 薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）
５ 画素電極
６ 配向膜（背面用）
７ 偏光板（背面用）
８ 対向電極
９ カラーフィルター
１０ 配向膜（前面用）
１１ 偏光板（前面用）
１２ バックライト
１３ 液晶分子
２０ 成形炉
２０ａ 成形炉の炉壁
２１ 成形体
２２ 成形ロール
２３ 徐冷炉
２３ａ 徐冷炉の炉壁
２４ 引っ張りロール
２５ 冷却室
２６ 支持ロール
２７ 切断室
２８ 成形室
２９ 送風機
３０ 周壁部
３１ フィルター
Ａ 溶融ガラス
Ｂ ガラスリボン
Ｃ ガラス基板
1 Liquid crystal cell 2 Back glass substrate (glass substrate for array)
3 Front glass substrate (glass substrate for color filter)
4 Thin film transistor (TFT)
5 Pixel electrode 6 Alignment film (for back side)
7 Polarizing plate (for the back)
8 Counter electrode 9 Color filter 10 Alignment film (for front)
11 Polarizing plate (for front)
12 Backlight 13 Liquid Crystal Molecule 20 Molding Furnace 20a Molding Furnace Wall 21 Molded Body 22 Molding Roll 23 Slow Cooling Furnace 23a Slow Cooling Furnace Wall 24 Pulling Roll 25 Cooling Chamber 26 Supporting Roll 27 Cutting Chamber 28 Molding Chamber 29 Blower 30 Peripheral Wall 31 Filter A Molten glass B Glass ribbon C Glass substrate
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