JP2017048084A - 低光弾性ガラス板 - Google Patents

Abstract

【課題】低光弾性でありながら、歪点と溶融性が高いガラス板を創案する。【解決手段】本発明の低光弾性ガラス板は、ガラス組成中にＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３を３５〜６８質量％、ＢａＯを１０質量％以上含み、歪点が５８０℃以上、高温粘度１０２．０ｄＰａ・ｓにおける温度が１５００℃未満、光弾性定数が２８ｎｍ／ｃｍ／ＭＰａ以下であることを特徴とする。【選択図】なし

Description

本発明は、低光弾性ガラス板に関し、具体的には、カーブドディスプレイの基板に好適な低光弾性ガラス板に関する。

近年、カーブドディスプレイは、画面が凹状や凸状の曲面になっているディスプレイであり、映像の臨場感が高いため、鋭意開発されている。また、カーブドディスプレイには、基板として、ガラス板が使用されている。

しかし、ガラス板を曲げると、曲げた部分に応力がかかる。この応力は、カーブドディスプレイに用いた場合に、光漏れの問題を発生させる虞がある。特に、曲げた部分の曲率半径が小さい程、その問題が顕在化し易くなる。

特開２００１−１７２０４１号公報

ガラス板の光弾性を低下させると、カーブドディスプレイの光漏れを抑制し易くなる。しかし、光弾性が低いガラス板は、一般的に歪点が低いため、パネル製造時のプロセス温度が上昇すると、熱変形が生じ易い。結果として、高精細のカーブドディスプレイを作製し難くなる。

また、特許文献１には、熱膨張係数、ヤング率及び光弾性定数を低下させると、液晶ディスプレイのコントラスト不良を低減し得る旨が記載されている。しかし、特許文献１に記載のガラス板は、高温粘度１０^２．０ｄＰａ・ｓにおける温度が高過ぎるため、溶融性が低く、生産性が低いものと推定される。

そこで、本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、その技術的課題は、低光弾性でありながら、歪点と溶融性が高いガラス板を創案することである。

本発明者は、鋭意努力の結果、ガラス組成とガラス特性を所定範囲に規制ことにより、上記技術的課題を解決し得ることを見出し、本発明として提案するものである。すなわち、本発明の低光弾性ガラス板は、ガラス組成中にＳｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｂ_２Ｏ_３を３５〜６８質量％、ＢａＯを１０質量％以上含み、歪点が５８０℃以上、高温粘度１０^２．０ｄＰａ・ｓにおける温度が１５００℃未満、光弾性定数が２８ｎｍ／ｃｍ／ＭＰａ以下であることを特徴とする。ここで、「ＳｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｂ_２Ｏ_３」は、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３及びＢ_２Ｏ_３の合量を指す。「歪点」は、ＡＳＴＭ Ｃ３３６−７１の方法に基づいて測定した値を指す。「高温粘度１０^２．０ｄＰａ・ｓにおける温度」は、白金球引き上げ法により測定した値を指す。「光弾性定数」は、光弾性率測定装置（例えば、ユニオプト社製光弾性率測定装置ＡＢＲ−１０Ａ）を用いて測定した値を指す。

第二に、本発明の低光弾性ガラス板は、Ｂ_２Ｏ_３の含有量が５質量％以下であることが好ましい。

第三に、本発明の低光弾性ガラス板は、更に、ガラス組成中にＴｉＯ_２を１〜１０質量％含むことが好ましい。

第四に、本発明の低光弾性ガラス板は、ガラス組成中にＬｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏを実質的に含まないことが好ましい。ここで、「〜を実質的に含まない」とは、明示の成分の積極的な導入を回避するが、不純物としての混入を許容する趣旨であり、具体的には、明示の成分の含有量が０．１質量％未満の場合を指す。

第五に、本発明の低光弾性ガラス板は、熱膨張係数が４５×１０^−７／℃以上であることが好ましい。

第六に、本発明の低光弾性ガラス板は、液相粘度が１０^３．０ｄＰａ・ｓ以上であることが好ましい。ここで、「液相粘度」は、液相温度におけるガラスの粘度を白金球引き上げ法で測定した値を指す。「液相温度」は、標準篩３０メッシュ（５００μｍ）を通過し、５０メッシュ（３００μｍ）に残るガラス粉末を白金ボートに入れ、温度勾配炉中に２４時間保持して、結晶が析出する温度を測定した値を指す。

第七に、本発明の低光弾性ガラス板は、カーブドディスプレイの基板に用いることが好ましい。

本発明の低光弾性ガラス板は、ガラス組成中にＳｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｂ_２Ｏ_３を３５〜６８質量％、ＢａＯを１０質量％以上含む。上記のように各成分の含有範囲を限定した理由を下記に示す。なお、各成分の含有範囲の説明において、％表示は、特に断りがない限り、質量％を指す。

ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３及びＢ_２Ｏ_３の合量が少なくなると、ガラス網目構造を形成し難くなり、ガラス化が困難になる。またガラスの粘性が低下し過ぎて、高い液相粘度を確保し難くなる。一方、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３及びＢ_２Ｏ_３の合量が多くなると、光弾性定数が上昇し易くなり、また溶融性や成形性が低下し易くなる。よって、ＳｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｂ_２Ｏ_３の好適な下限範囲は３５％以上、３７％以上、３９％以上、４１％以上、４２％以上、４３％以上、４４％以上、特に４５％以上であり、ＳｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｂ_２Ｏ_３の好適な上限範囲は６８％以下、６５％以下、６０％以下、５７％以下、５５％以下、５３％以下、特に５２％以下である。

ＳｉＯ_２の含有量が少なくなると、ガラス網目構造を形成し難くなり、ガラス化が困難になる。またガラスの粘性が低下し過ぎて、高い液相粘度を確保し難くなる。一方、ＳｉＯ_２の含有量が多くなると、光弾性定数が上昇し易くなり、また溶融性や成形性が低下し易くなる。よって、ＳｉＯ_２の好適な下限範囲は１０％以上、１５％以上、２０％以上、２５％以上、３０％以上、３８％以上、特に４０％以上であり、ＳｉＯ_２の好適な上限範囲は６０％以下、５５％以下、５１％以下、４８％以下、特に４５％以下である。

Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が少なくなると、ガラス組成のバランスが崩れて、耐失透性が低下し易くなる。一方、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が多くなると、光弾性定数が上昇し易くなり、またガラス組成のバランスが崩れて、耐失透性が低下し易くなる。よって、Ａｌ_２Ｏ_３の好適な下限範囲は０％以上、０．１％以上、０．５％以上、１％以上、２％以上、特に３％以上であり、Ａｌ_２Ｏ_３の好適な上限範囲は１０％以下、８％以下、７％以下、６％以下、特に５％以下である。

Ｂ_２Ｏ_３の含有量が少なくなると、液相温度が上昇し易くなる。一方、Ｂ_２Ｏ_３の含有量が多くなると、歪点やヤング率が低下し易くなる。よって、Ｂ_２Ｏ_３の好適な下限範囲は０％以上、０．１％以上、０．３％以上、特に０．５％以上であり、Ｂ_２Ｏ_３の好適な上限範囲は１０％以下、８％以下、５％以下、４％以下、３％以下、２％以下、１％以下、特に０．５％以下である。

ＢａＯの含有量が少なくなると、光弾性定数が上昇し易くなり、また高い液相粘度を確保し難くなる。一方、ＢａＯの含有量が多くなると、ガラス組成のバランスが崩れて、耐失透性が低下し易くなったり、密度や熱膨張係数が不当に高くなる虞がある。よって、ＢａＯの好適な下限範囲は１０％以上、１２％以上、１５％以上、１７％以上、２０％以上、２３％以上、特に２５％以上であり、ＢａＯの好適な上限範囲は５０％以下、４５％以下、４０％以下、３５％以下、３２％以下、３０％以下、特に２８％以下である。

上記成分以外にも、ガラス組成中に下記の成分を導入してもよい。

ＭｇＯは、ヤング率を高める成分であり、また高温粘度を低下させる成分であるが、多量に導入すると、液相温度が上昇して、耐失透性が低下したり、密度や熱膨張係数が不当に高くなる虞がある。よって、ＭｇＯの好適な上限範囲は１０％以下、５％以下、３％以下、２％以下、１．５％以下、１％以下、特に０．５％以下である。

ＣａＯの含有量が少なくなると、溶融性が低下し易くなる。一方、ＣａＯの含有量が多くなると、ガラス組成のバランスが崩れて、耐失透性が低下し易くなったり、密度や熱膨張係数が不当に高くなる虞がある。よって、ＣａＯの好適な下限範囲は０％以上、１％以上、３％以上、５％以上、７％以上、特に８％以上であり、ＣａＯの好適な上限範囲は１５％以下、１３％以下、１２％以下、１１％以下、特に１０％以下である。

ＳｒＯの含有量が少なくなると、光弾性定数が上昇し易くなり、また溶融性が低下し易くなる。一方、ＳｒＯの含有量が多くなると、ガラス組成のバランスが崩れて、耐失透性が低下し易くなったり、密度や熱膨張係数が不当に高くなる虞がある。よって、ＳｒＯの好適な下限範囲は０％以上、１％以上、３％以上、５％以上、７％以上、９％以上、特に１０％以上であり、ＳｒＯの好適な上限範囲は１５％以下、１３％以下、１２％以下、特に１１％以下である。

質量比（ＳｒＯ＋ＢａＯ）／（ＭｇＯ＋ＣａＯ）の好適な下限範囲は１以上、２以上、３以上、４以上、特に４．５以上であり、質量比（ＳｒＯ＋ＢａＯ）／（ＭｇＯ＋ＣａＯ）の好適な上限範囲は２０以下、１５以下、１２．５以下、１０以下、特に８以下である。質量比（ＳｒＯ＋ＢａＯ）／（ＭｇＯ＋ＣａＯ）が上記範囲外になると、光弾性定数と高温粘度１０^２．０ｄＰａ・ｓにおける温度を同時に低下させることが困難になる。なお、「（ＳｒＯ＋ＢａＯ）／（ＭｇＯ＋ＣａＯ）」は、ＳｒＯとＢａＯの合量をＭｇＯとＣａＯの合量で割った値である。

ＴｉＯ_２は、光弾性定数を低下させる成分である。しかし、ＴｉＯ_２の含有量が多くなると、ガラスが着色したり、耐失透性が低下し易くなる。よって、ＴｉＯ_２の好適な下限範囲は０％以上、０．１％以上、１％以上、２％以上、３％以上、４％以上、特に５％以上であり、ＴｉＯ_２の好適な上限範囲は１５％以下、１２％以下、１１％以下、１０％以下、９％以下、特に８％以下である。

ＺｒＯ_２は、耐候性を高める成分である。しかし、ＺｒＯ_２の含有量が多くなると、液相粘度が低下し易くなる。よって、ＺｒＯ_２の好適な下限範囲は０％以上、０．５％以上、１％以上、１．５％以上、特に２％以上であり、ＺｒＯ_２の好適な上限範囲は１０％以下、８％以下、７％以下、６．５％以下、特に５．５％以下である。

Ｌａ_２Ｏ_３は、光弾性定数を低下させる成分である。しかし、Ｌａ_２Ｏ_３の含有量が多くなると、液相粘度が低下し易くなる。よって、Ｌａ_２Ｏ_３の好適な下限範囲は０％以上、０．１％以上、０．５％以上、特に１％以上であり、Ｌａ_２Ｏ_３の好適な上限範囲は１５％以下、１０％以下、８％以下、特に５％以下である。

Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏは、高温粘性を低下させる成分であり、また熱膨張係数を調整し得る成分であるが、多量に導入すると、高温粘性が低下し過ぎて、高い液相粘度を確保し難くなる。よって、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏの合量の好適な上限範囲は１５％以下、１０％以下、５％以下、２％以下、１％以下、０．５％以下、特に０．２％以下であり、Ｌｉ_２Ｏの好適な上限範囲は１０％以下、８％以下、５％以下、２％以下、１％以下、特に０．５％以下であり、実質的に含まないことが望ましい。Ｎａ_２Ｏの好適な上限範囲は１０％以下、８％以下、５％以下、２％以下、１％以下、特に０．５％以下であり、実質的に含まないことが望ましい。Ｋ_２Ｏの好適な上限範囲は１０％以下、８％以下、５％以下、２％以下、１％以下、特に０．５％以下であり、実質的に含まないことが望ましい。

Ｐ_２Ｏ_５は、光弾性定数を低下させる成分であるが、固体原料を安価に入手することが困難である。よって、Ｐ_２Ｏ_５の好適な上限範囲は５％以下、３％以下、１％未満、特に０．５％以下である。

ＰｂＯは、光弾性定数と高温粘性を低下させる成分であるが、環境的負荷を上昇させる成分である。よって、ＰｂＯの好適な上限範囲は０．５％以下であり、実質的にＰｂＯを含有しないことが望ましい。

Ｂｉ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｔａ_２Ｏ_５及びＷＯ_３は、光弾性定数を低下させる成分であるが、導入原料を安価に入手することが困難である。よって、Ｂｉ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｔａ_２Ｏ_５及びＷＯ_３の好適な上限範囲は、それぞれ１％未満、特に０．５％以下である。

清澄剤として、Ａｓ_２Ｏ_３、Ｓｂ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、ＳｎＯ_２、Ｆ、Ｃｌ、ＳＯ_３の群から選択される一種又は二種以上を０〜３％、特に０．０５〜０．５％添加してもよい。なお、Ａｓ_２Ｏ_３は、環境的影響から、実質的に含有しないことが好ましい。

本発明の低光弾性ガラス板は、以下のガラス特性を有することが好ましい。

光弾性定数は、好ましくは２８ｎｍ／ｃｍ／ＭＰａ以下、２６ｎｍ／ｃｍ／ＭＰａ以下、２５ｎｍ／ｃｍ／ＭＰａ以下、２４ｎｍ／ｃｍ／ＭＰａ以下、２３ｎｍ／ｃｍ／ＭＰａ以下、特に２２ｎｍ／ｃｍ／ＭＰａ以下である。光弾性定数が高過ぎると、カーブドディスプレイの基板に用いた時に、光漏れが発生し易くなる。

歪点は、好ましくは５８０℃以上、６００℃以上、６３０℃以上、６５０℃以上、６６０℃以上、特に６７０℃以上である。歪点が低過ぎると、パネル製造時のプロセス温度が上昇すると、熱変形が生じ易くなり、結果として、高精細のカーブドディスプレイを作製し難くなる。

高温粘度１０^２．０ｄＰａ・ｓにおける温度は、溶融性の指標になるガラス特性であり、好ましくは１５００℃未満、１４７０℃以下、１４５０℃以下、１４２０℃以下、１４００℃以下、１３７０℃以下、特に１３５０℃以下である。高温粘度１０^２．０ｄＰａ・ｓにおける温度が高過ぎると、溶融性が低下し易くなり、溶融コストが上昇し易くなる。結果として、ガラス板の生産性が低下し易くなる。一方、高温粘度１０^２．０ｄＰａ・ｓにおける温度が低過ぎると、成形時の温度が低くなり、成形時にガラスが失透し易くなる。よって、高温粘度１０^２．０ｄＰａ・ｓにおける温度は、好ましくは１２００℃以上、１２３０℃以上、１２５０℃以上、特に１３００℃以上である。

熱膨張係数の好適な下限範囲は４５×１０^−７／℃以上、５０×１０^−７／℃以上、５５×１０^−７／℃以上、６０×１０^−７／℃以上、特に６５×１０^−７／℃以上であり、熱膨張係数の好適な上限範囲は１００×１０^−７／℃以下、９０×１０^−７／℃以下、特に８０×１０^−７／℃以下である。熱膨張係数が上記範囲外になると、ガラス板の表面にＩＴＯ等の透明導電膜を形成した場合に、ガラス板が反り易くなる。特に、ガラス板の板厚が０．５ｍｍ以下の場合に、その傾向が顕著になる。

液相温度は、好ましくは１２００℃以下、１１５０℃以下、１１３０℃以下、特に１１００℃以下である。液相温度が高過ぎると、成形時にガラスが失透し易くなるため、ガラス板に成形し難くなる。液相粘度は、好ましくは１０^３．０ｄＰａ・ｓ以上、１０^３．５ｄＰａ・ｓ以上、１０^３．７ｄＰａ・ｓ以上、１０^４．０ｄＰａ・ｓ以上、１０^４．３ｄＰａ・ｓ以上、特に１０^４．５ｄＰａ・ｓ以上である。液相粘度が低過ぎると、成形時にガラスが失透し易くなるため、ガラス板に成形し難くなる。

ヤング率は７５ＧＰａ以上が好ましい。ヤング率が低過ぎると、ガラス板の表面にＩＴＯ等の透明導電膜を形成した場合に、膜応力が不当に大きくなる虞がある。なお、「ヤング率」は、周知の共振法で測定可能である。

本発明の低光弾性ガラス板は、オーバーフローダウンドロー法で成形されてなることが好ましい。オーバーフローダウンドロー法で成形すれば、成形時にガラスリボンの表裏面の温度差、組成差が生じ難いと共に、未研磨で表面品位が良好なガラス板を成形し易くなる。この理由は、オーバーフローダウンドロー法の場合、表面となるべき面が樋状耐火物に接触せず、自由表面の状態で成形されるからである。

なお、本発明の低光弾性ガラス板は、オーバーフローダウンドロー法以外にも、スロットダウンドロー法、フロート法、ロールアウト法、リドロー法等で成形することもできる。なお、フロート法では、成形時にガラスリボンの表裏面の温度差、組成差が発生し易いが、成形時の温度制御を厳密に行うと、その温度差、組成差を低減することができる。

本発明の低光弾性ガラス板は、板厚が０．７ｍｍ以下、０．５ｍｍ以下、特に０．５ｍｍ未満である。板厚が大き過ぎると、ガラス板を曲げ難くなる。

以下、実施例に基づいて、本発明を詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施例に何ら限定されない。以下の実施例は単なる例示である。

表１は、本発明の実施例（試料Ｎｏ．１〜３）と比較例（試料Ｎｏ．４、５）を示している。

まず表中に記載のガラス組成になるように、ガラス原料を調合した後、得られたガラスバッチを白金ポットに投入して１４００℃で４時間溶融した。次に、得られた溶融ガラスをカーボン板の上に流し出し、平板形状に成形した後、歪点より室温まで１０時間かけて徐冷処理を行った。最後に、得られたガラス板について、必要に応じて加工を行い、種々の特性を評価した。その結果を表１に示す。

密度は、周知のアルキメデス法で測定した値である。

熱膨張係数は、３０〜３８０℃の温度範囲において、ディラトメーターにより測定した平均値である。

歪点と徐冷点は、ＡＳＴＭ Ｃ３３６−７１の方法に基づいて測定した値である。

軟化点は、ＡＳＴＭ Ｃ３３８−９３の方法に基づいて測定した値である。

高温粘度１０^４．０ｄＰａ・ｓ、１０^３．０ｄＰａ・ｓ、１０^２．５ｄＰａ・ｓ及び１０^２．０ｄＰａ・ｓにおける温度は、白金球引き上げ法で測定した値である。

液相温度は、標準篩３０メッシュ（５００μｍ）を通過し、５０メッシュ（３００μｍ）に残るガラス粉末を白金ボートに入れ、温度勾配炉中に２４時間保持して、結晶が析出する温度を測定した値である。

液相粘度は、液相温度におけるガラスの粘度を白金球引き上げ法で測定した値である。

光弾性定数は、φ２０ｍｍ×１５ｍｍの試料を作製し、（徐冷点＋３０℃）から（歪点−５０℃）までに温度域を０．１℃／分になるような冷却速度で徐冷処理した後、ユニオプト社製光弾性率測定装置ＡＢＲ−１０Ａを用いて測定した値である。

表１から明らかなように、試料Ｎｏ．１〜３は、光弾性定数が２３ｎｍ／ｃｍ／ＭＰａ以下、歪点が６６７℃以上、高温粘度１０^２．０ｄＰａ・ｓにおける温度が１３８９℃以下であった。よって、試料Ｎｏ．１〜３は、低光弾性定数でありながら、歪点と溶融性が高いため、カーブドディスプレイの基板として好適であると考えられる。

一方、試料Ｎｏ．４は、光弾性定数が３１ｎｍ／ｃｍ／ＭＰａ、高温粘度１０^２．０ｄＰａ・ｓにおける温度が１６２０℃であるため、光弾性定数が高く、溶融性が低かった。また、試料Ｎｏ．５は、高温粘度１０^２．０ｄＰａ・ｓにおける温度が１５００℃であるため、溶融性が低かった。

Claims (7)

1. ガラス組成中にＳｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｂ_２Ｏ_３を３５〜６８質量％、ＢａＯを１０質量％以上含み、歪点が５８０℃以上、高温粘度１０^２．０ｄＰａ・ｓにおける温度が１５００℃未満、光弾性定数が２８ｎｍ／ｃｍ／ＭＰａ以下であることを特徴とする低光弾性ガラス板。
2. Ｂ_２Ｏ_３の含有量が５質量％以下であることを特徴とする請求項１に記載の低光弾性ガラス板。
3. 更に、ガラス組成中にＴｉＯ_２を１〜１０質量％含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の低光弾性ガラス板。
4. ガラス組成中にＬｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏを実質的に含まないことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の低光弾性ガラス板。
5. 熱膨張係数が４５×１０^−７／℃以上であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の低光弾性ガラス板。
6. 液相粘度が１０^３．０ｄＰａ・ｓ以上であることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の低光弾性ガラス板。
7. カーブドディスプレイの基板に用いることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の低光弾性ガラス板。