JP2012519139A - 遷移金属をドープしたスズリン酸塩ガラス - Google Patents
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Abstract
遷移金属をドープしたスズリン酸塩ガラス組成物及びその調製方法であって、例えば、このガラス組成物は封着用途に使用可能なものである。
Description
本出願は、米国特許出願第１２/３９４，２６９号（出願日：２００９年２月２７日）の優先権を主張するものである。
本発明は遷移金属をドープしたスズリン酸塩ガラス組成物及びその調製方法に関し、特には、例えば、封着ガラスとして有用である、遷移金属をドープしたスズリン酸塩ガラスに関するものである。
化学的耐久性を有する低温ガラスは、例えば封着用途のフリット又はガラスとして有用である。このような用途の材料として、鉛ホウ酸塩ガラス及び鉛ホウケイ酸塩ガラスが従来から使用されている。しかし、環境に優しい材料に対する要求の高まりを考慮した場合、従来のガラスと同等の耐久性及び封着温度を有する無鉛ガラスが望ましい。例えば、ＳｎＺｎ及びＶＳｂリン酸塩ガラスのような幾つかの種類の無鉛リン酸塩ガラスが、環境に優しい、“未焼成”フリットとして開発されている。
封着ガラスとして使用可能なガラスを特定の用途に適合させる場合、できるだけ高い柔軟性を得るためには、封着用途に対しできるだけ広い範囲のガラス組成を用意し、例えば、化学的耐久性を損なうことなく、特定の基体に適合する熱膨張係数又は軟化点を選択できるようにすることが有益である。また、かかるガラス組成を無鉛とすることも有益である。
本発明のガラス組成物は、前記封着用途として有用な従来のガラス組成の欠点に取り組み以下の効果を提供するものである。即ち“未焼成”封着ガラスのガラス化領域の大幅な拡大によって、例えば、特性温度、熱膨張係数、及び／又は屈折率のような別のガラス特性を適合させる際、より大きな柔軟性が得られる。このことは特定の用途にとって有益であり、基体の特定の特性に正確に適合させる必要がある場合に特に有益である。例えば、Ｔｉ、Ｖ、Ｆｅ、及び／又はＮｂのような遷移金属添加物により、熱膨張のような特性を更に適合させることができる一方、このような適合性が、従来のＳｎＺｎリン酸塩ガラスに一般にみられる望ましい低特性温度を犠牲にすることなく達成できるという更なる効果が得られる。
１つの実施の形態は、モルパーセントで示すガラス組成物であって、４０〜８０パーセントのＳｎＯ、１２〜３５パーセントのＰ２Ｏ５、０〜１５パーセントのＺｎＯ、及び酸化チタン、酸化バナジウム、酸化鉄、酸化ニオブ、及びこれらの組合せから選択される、０超〜４０パーセントの金属酸化物を含むガラス組成物において、ＺｎＯの含有量が６パーセント以上であって、金属酸化物が酸化チタン、酸化ニオブ、又はその組合せから成る場合、酸化チタン、酸化ニオブ、又はその組合せの含有量が５パーセントより多いことを特徴とするガラス組成物である。
別の実施の形態は、モルパーセントで示すガラス組成物であって、０〜８０パーセントのＳｎＯ、１２〜３５パーセントのＰ２Ｏ５、０〜１５パーセントのＺｎＯ、及び酸化チタン、酸化バナジウム、酸化鉄、酸化ニオブ、及びこれらの組合せから選択される、０超〜４０パーセントの金属酸化物から実質的に成るガラス組成物において、ＺｎＯの含有量が６パーセント以上であって、金属酸化物が酸化チタン、酸化ニオブ、又はその組合せから成る場合、酸化チタン、酸化ニオブ、又はその組合せの含有量が５パーセントより多いことを特徴とするガラス組成物である。
別の実施の形態は、モルパーセントで示すガラス組成物であって、４０〜８０パーセントのＳｎＯ、１２〜２５パーセント未満のＰ２Ｏ５、０〜１５パーセントのＺｎＯ、及び酸化チタン、酸化バナジウム、酸化鉄、酸化ニオブ、及びこれらの組合せから選択される、０超〜４０パーセントの金属酸化物を含むことを特徴とするガラス組成物である。
別の実施の形態は、モルパーセントで示すガラス組成物であって、４０〜８０パーセントのＳｎＯ、１２〜２５パーセント未満のＰ２Ｏ５、０〜１５パーセントのＺｎＯ、及び酸化チタン、酸化バナジウム、酸化鉄、酸化ニオブ、及びこれらの組合せから選択される、０超〜４０パーセントの金属酸化物から実質的に成ることを特徴とするガラス組成物である。
本発明の更なる特徴及び効果は以下の詳細な説明に述べてあり、当業者にとって以下の説明によりある程度明白になり、また本明細書及びクレームに記載の本発明を実施することにより認識することができる。
前記概要説明及び本発明の実施の形態を示す以下の詳細な説明は、本発明の例示に過ぎず、特許請求した本発明の本質及び特徴を理解するための要旨及び構成の提供を意図したものである。
前記概要説明及び本発明の実施の形態を示す以下の詳細な説明は、本発明の例示に過ぎず、特許請求した本発明の本質及び特徴を理解するための要旨及び構成の提供を意図したものである。
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
１つの実施の形態は、モルパーセントで示すガラス組成物であって、４０〜８０パーセントのＳｎＯ、１２〜３５パーセントのＰ２Ｏ５、０〜１５パーセントのＺｎＯ、及び酸化チタン、酸化バナジウム、酸化鉄、酸化ニオブ、及びこれらの組合せから選択される、０超〜４０パーセントの金属酸化物を含むガラス組成物において、ＺｎＯの含有量が６パーセント以上であって、金属酸化物が酸化チタン、酸化ニオブ、又はその組合せから成る場合、酸化チタン、酸化ニオブ、又はその組合せの含有量が５パーセントより多いことを特徴とするガラス組成物である。
本発明において、ガラス組成物成分のモルパーセントは酸化物を基準に算出したものである。
一部の実施の形態において、ガラス組成物がモルパーセントで示す４０〜８０パーセント内の少数を含む任意の値、例えば、５０〜８０パーセント又は５１．３〜７９．２パーセントのＳｎＯを含んでいる。
一部の実施の形態において、ガラス組成物がモルパーセントで示す１２〜３５パーセント内の少数を含む任意の値、例えば、１５〜３０パーセント、１６．５〜２９．９パーセント、あるいは１７〜２８．８ルパーセントのＰ２Ｏ５を含んでいる。
一部の実施の形態において、ガラス組成物がモルパーセントで示す０〜１５パーセント内の少数を含む任意の値のＺｎＯを含んでいる。１つの実施の形態において、ＺｎＯの含有量が０パーセントであり、別の実施の形態において、ＺｎＯの含有量が０パーセントより多い。
一部の実施の形態において、ガラス組成物がモルパーセントで示す０超〜４０パーセント内の少数を含む任意の値、例えば、０超〜３０パーセント又は０．１〜３０パーセントの金属酸化物を含んでいる。別の実施の形態によれば、ガラス組成物が１〜４０パーセント、例えば、１〜３０パーセントの金属酸化物を含んでいる。金属酸化物は酸化チタン、酸化バナジウム、酸化鉄、酸化ニオブ、及びこれらの組合せから選択され、ＺｎＯの含有量が６パーセント以上であって、金属酸化物が酸化チタン、酸化ニオブ、又はその組合せから成る場合、酸化チタン、酸化ニオブ、又はその組合せの含有量が５パーセントより多い。
１つの実施の形態によれば、金属酸化物は酸化チタン、酸化バナジウム、酸化鉄、又は酸化ニオブである。別の実施の形態において、ガラス組成物が酸化チタン、酸化バナジウム、酸化鉄及び／又は酸化ニオブのうちの２つ以上から成る組合せを含んでいる。
別の実施の形態はモルパーセントで示すガラス組成物であって、４０〜８０パーセントのＳｎＯ、１２〜３５パーセントのＰ２Ｏ５、０〜１５パーセントのＺｎＯ、及び酸化チタン、酸化バナジウム、酸化鉄、酸化ニオブ、及びこれらの組合せから選択される、０超〜４０パーセントの金属酸化物から実質的に成るガラス組成物において、ＺｎＯの含有量が６パーセント以上であって、金属酸化物が酸化チタン、酸化ニオブ、又はその組合せから成る場合、酸化チタン、酸化ニオブ、又はその組合せの含有量が５パーセントより多いこと特徴とするガラス組成物である。
ガラス組成物の成分範囲は、当該範囲内のモルパーセントで示す少数を含む任意の値を含み、例えば、金属酸化物の範囲は１〜４０パーセント、１〜３０パーセント、あるいは１．１〜２８．９パーセントである。
別の実施の形態は、モルパーセントで示すガラス組成物であって、４０〜８０パーセントのＳｎＯ、１２〜２５パーセント未満のＰ２Ｏ５、０〜１５パーセントのＺｎＯ、及び酸化チタン、酸化バナジウム、酸化鉄、酸化ニオブ、及びこれらの組合せから選択される、０超〜４０パーセントの金属酸化物を含むことを特徴とするガラス組成物である。
ガラス組成物の成分範囲は、当該範囲内のモルパーセントで示す少数を含む任意の値を含み、例えば、金属酸化物の範囲は１〜４０パーセント、１〜３０パーセント、あるいは１．１〜２８．９パーセントである。
別の実施の形態は、モルパーセントで示すガラス組成物であって、４０〜８０パーセントのＳｎＯ、１２〜２５パーセント未満のＰ２Ｏ５、０〜１５パーセントのＺｎＯ、及び酸化チタン、酸化バナジウム、酸化鉄、酸化ニオブ、及びこれらの組合せから選択される、０超〜４０パーセントの金属酸化物から実質的に成ることを特徴とするガラス組成物である。
ガラス組成物の成分範囲は、当該範囲内のモルパーセントで示す少数を含む任意の値を含み、例えば、金属酸化物の範囲は１〜４０パーセント、１〜３０パーセント、あるいは１．１〜２８．９パーセントである。
１つの実施の形態によれば、ガラスの遷移温度が摂氏４００度（４００℃）以下、例えば、３７０℃以下である。別の実施の形態において、ガラスの遷移温度が２７０℃〜３７０℃である。これらのガラス組成物のガラス遷移温度（Ｔｇ）は、３５０℃〜４２５℃の封着用途に適した封着温度であることを示している。更に、Ｔｉ、Ｖ、及びＮｂ酸化物が水耐性に優れていることを考慮すれば、本発明の遷移金属をドープしたスズリン酸塩ガラスは類似のＳｎＺｎと同等又はそれ以上の耐久性を有している。
１つの実施の形態は本発明のいずれか１つのガラス組成物から成る物品である。物品は本発明の２つ以上のガラス組成物から成ることができる。物品は有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、光学部品、照明装置、通信装置、フラットパネル表示装置、あるいは液晶表示装置であってよい。別の実施の形態は、本発明の１つ以上のガラス組成物から成るガラスフリット又は封着ガラスである。ガラスフリットや封着ガラスは、例えば、ＯＬＥＤ、光学部品、照明装置、通信装置、フラットパネル表示装置、あるいは液晶表示装置に使用することができる。ガラスフリットは当業者周知の方法を用いて前記ガラス組成物から製造することができる。
１つの実施の形態は本発明のガラス組成物を調製する方法である。この方法は還元酸化状態を有する酸化物から成るバッチ材料を混合するステップ、及びバッチ材料を溶解してガラス組成物を調製するステップを有し成ることを特徴とするものである。１つの実施の形態によれば、この方法は不活性又は還元環境においてガラスを溶解するステップを更に有している。窒素又はアルゴンのような不活性ガス、フォーミングガスのような還元ガス、あるいはこれらの組合せによって不活性又は還元環境を実現することができる。
１つの実施の形態によれば、例えば、Ｔｉ及びＦｅがそれぞれ三価及び二価の状態で含有されているバッチ材料のような、還元バッチ材料を使用して、ガラスの成形を向上させている。Ｔｉ２Ｏ３をＴｉの供給源とし, シュウ酸鉄及び／又はＦｅＯをＦｅの供給源とすることができる。また、無水リン酸アンモニウム及び／又はリン酸水素二アンモニウムをＰの供給源とすることができる。還元酸化状態の成分を使用することにより、ガラス生成が促進され、低ガラス遷移温度を有するガラスの生成が促進される。還元酸化状態の成分を使用することにより、溶解中における還元環境の維持に役立つ。特に、前記ＳｎＯを含有するガラス組成物において、還元酸化状態の別の成分を用いることにより、溶解中におけるＳｎ２＋からＳｎ４＋への酸化を抑制することができる。
撹拌器で混合した酸化物粉末から成る５００グラムのバッチを蓋付きシリカるつぼにおいて７００℃〜１０００℃の温度で溶解することにより、本発明の例示的なガラス組成物を調製した。８００℃〜８５０℃の温度でバッチ材料を溶解することができる。
ガラス組成物の実施例を表１、表２、表３、及び表４に示す。表１はガラス組成物の実施例１〜８を示している。表２はガラス組成物の実施例９〜１１を示し、表３はガラス組成物の実施例１２〜２０を示している。更に、表４はガラス組成物の実施例２１〜２８を示している。
各々の表において、行の第１グループはモルパーセント表示のガラス組成物を示している。行の第２グループは、重量パーセント表示のガラス組成物を示している。各々の表において、グラム（ｇ）表示の実際のバッチ組成は行の第３グループに示してある。表１のガラス組成物の実施例は三元ＴｉＯ２−ＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系及びＦｅＯ±Ｖ２Ｏ５±Ｎｂ２Ｏ５−ＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系のガラス生成を示している。表２のガラス組成物の実施例は三元ＴｉＯ２−ＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系のガラス生成を示している。表３のガラス組成物の実施例はＦｅＯ±ＴｉＯ２±ＺｎＯ−ＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系のガラス生成を示している。また、表４のガラス組成物の実施例はＦｅＯ±ＴｉＯ２±ＺｎＯ−ＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系のガラス生成を示している。示差走査熱量測定（ＤＳＣ）によりガラス遷移温度（Ｔｇ）を測定し、膨張率測定により熱膨張係数（α）を決定した。
ガラス組成物の実施例サンプルの重量を測定すると共に、外観を観察しその結果を各表に示した。次に、表１のガラス組成物の実施例に対し、温度８５℃、相対湿度８５％において１０００時間の耐久試験を行った。次いで、これらのサンプルの重量を測定すると共に、再度外観を観察しその結果を表１に示した。試験したガラス組成物は８５／８５という厳しい試験環境に耐えることができ、重量及び外観共にほとんど又は全く変化しなかった。
本発明の精神及び範囲を逸脱せずに本発明に対し各種改良及び変更が可能であることは当業者にとって明らかである。従って、本発明は添付クレーム及びその均等物の範囲に属する改良及び変更を含むものである。
Claims (5)
- モルパーセントで示すガラス組成物であって、
４０〜８０パーセントのＳｎＯ、
１２〜３５パーセントのＰ２Ｏ５、
０〜１５パーセントのＺｎＯ、及び
酸化チタン、酸化バナジウム、酸化鉄、酸化ニオブ、及びこれらの組合せから選択される、０超〜４０パーセントの金属酸化物、
を含むガラス組成物において、
前記ＺｎＯの含有量が６パーセント以上であって、前記金属酸化物が、酸化チタン、酸化ニオブ、又はその組合せから成る場合、該酸化チタン、酸化ニオブ、又はその組合せの含有量が５パーセントより多いことを特徴とする組成物。 - モルパーセントで示すガラス組成物であって、
４０〜８０パーセントのＳｎＯ、
１２〜２５パーセント未満のＰ２Ｏ５、
０〜１５パーセントのＺｎＯ、及び
酸化チタン、酸化バナジウム、酸化鉄、酸化ニオブ、及びこれらの組合せから選択される、０超〜４０パーセントの金属酸化物、
を含むことを特徴とするガラス組成物。 - モルパーセントで示すガラス組成物であって、
４０〜８０パーセントのＳｎＯ、
１２〜２５パーセント未満のＰ２Ｏ５、
０〜１５パーセントのＺｎＯ、及び
酸化チタン、酸化バナジウム、酸化鉄、酸化ニオブ、及びこれらの組合せから選択される、０超〜４０パーセントの金属酸化物、
から実質的に成ることを特徴とするガラス組成物。 - モルパーセントで示すガラス組成物であって、
４０〜８０パーセントのＳｎＯ、
１２〜３５パーセントのＰ２Ｏ５、
０〜１５パーセントのＺｎＯ、及び
酸化チタン、酸化バナジウム、酸化鉄、酸化ニオブ、及びこれらの組合せから選択される、０超〜４０パーセントの金属酸化物、
から実質的に成るガラス組成物において、
前記ＺｎＯの含有量が６パーセント以上であって、前記金属酸化物が、酸化チタン、酸化ニオブ、又はその組合せから成る場合、該酸化チタン、酸化ニオブ、又はその組合せの含有量が５パーセントより多いことを特徴とする組成物。 - 請求項１記載のガラス組成物を調製する方法であって、
還元酸化状態を有する酸化物から成るバッチ材料を混合するステップと、
前記バッチ材料を溶解して前記ガラス組成物を調製するステップと、
を有して成ることを特徴とする方法。
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