JP2020011862A

JP2020011862A - ディスプレイ用ガラス基板

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Publication number: JP2020011862A
Application number: JP2018134494A
Authority: JP
Inventors: 学市川; Manabu Ichikawa
Original assignee: Avanstrate Inc; Avanstrate Asia Pte Ltd; Avanstrate Taiwan Inc
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Priority date: 2018-07-17
Filing date: 2018-07-17
Publication date: 2020-01-23
Anticipated expiration: 2038-07-17
Also published as: JP7140582B2

Abstract

【課題】失透温度を低く抑えつつ高歪点又は高Tgを満足するガラス基板を提供する。【解決手段】ガラス組成として、モル％でＳｉＯ2６９〜７２％Ａｌ2Ｏ3１１〜１５％Ｂ2Ｏ3０．５〜２．５％ＭｇＯ１〜４％ＣａＯ４〜７％ＳｒＯ０〜１％ＢａＯ４〜７％Ｋ2Ｏ０．０１〜０．５％Ｐ2Ｏ5０．１〜２．０％Ｂ2Ｏ3／Ｐ2Ｏ5０．２〜５ＣａＯ／ＢａＯ０．６〜１．２を有するガラスからなる、ディスプレイ用ガラス基板。好ましくは、失透温度が１３５０℃以下であり、歪点が７１０℃以上であり、ガラス転移温度が７７９℃以上であり、エッチングレートが７０μｍ／ｈ以上である。【選択図】なし

Description

本発明は、ガラス基板に関する。特に、本発明は、低温ポリシリコン薄膜トランジスタ(以下、LTPS-TFT(Low-Temperature-Polycrystalline-Silicon Thin-Film-Transistor)と記載する)ディスプレイ、酸化物半導体薄膜トランジスタ(以下、OS-TFT(Oxide-Semiconductor Thin-Film-Transistor)と記載する)ディスプレイ等に好適なガラス基板に関する。さらに詳細には、本発明は、前記ディスプレイが液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ、フラットパネルディスプレイ等であるディスプレイ用ガラス基板に関する。

携帯機器などに搭載されたディスプレイは、消費電力を低減できるなどの理由から、薄膜トランジスタ(TFT)の製造にLTPSを適用することが望まれるが、LTPS−TFTの製造において400〜600℃という比較的高温での熱処理が必要である。一方、小型携帯機器のディスプレイには、近年ますます高精細化が求められている。そのため、画素のピッチズレを引き起こす、ディスプレイパネル製造時に生じるガラス基板の熱収縮が問題となっている。また、OS−TFTが形成されるガラス基板においても、同様に熱収縮の抑制が課題となっている。

ガラス基板の熱収縮率は、一般に、ガラスの歪点を高くすること、あるいはガラス転移点（以下、Tg）を高くすることで低減可能である。このような背景から、熱収縮率を低減させるためにＴｇを高くする技術が開示されている（特許文献１）。さらに、近年益々ディスプレイパネルの高精細化が求められるため、特許文献１の技術では、不十分な熱収縮率の低減となってきた。このために、ガラスの歪点を725℃以上にする技術も開示されている（特許文献２）。

日本特開2011-126728号公報日本特開2012-106919号公報

そこで本発明は、失透温度を低く抑えつつ高歪点又は高Tgを満足するガラス基板を提供することを目的とする。特に、本発明は、LTPS−TFTあるいはOS−TFTを用いたディスプレイに適したディスプレイ用ガラス基板を提供することを目的とする。

また、ガラス基板を用いるディスプレイの製造では生産性を向上させることが求められる。例えば、薄膜トランジスタが形成されたガラス基板を薄板化する工程の生産性の向上も求められている。ガラス基板を薄板化する工程の生産性は、ガラス基板のエッチングにかかる時間に大きく依存する。そのため、ディスプレイガラス基板には、エッチングレートの上昇による生産性の向上と熱収縮率の低減とを両立することが求められている。しかし、上記特許文献２に記載のガラス基板については、歪点は高いものの、エッチングレートについて配慮されていないという問題があった。

本発明は、好ましくはエッチングレートについても配慮されたガラス基板を提供することを目的とする。

本発明は以下のとおりである。
［１］
ガラス組成として、モル％で
ＳｉＯ₂ ６９〜７２％
Ａｌ₂Ｏ₃ １１〜１５％
Ｂ₂Ｏ₃ ０．５〜２．５％
ＭｇＯ１〜４％
ＣａＯ４〜７％
ＳｒＯ０〜１％
ＢａＯ４〜７％
Ｋ₂Ｏ０．０１〜０．５％
Ｐ₂Ｏ₅ ０．１〜２．０％
Ｂ₂Ｏ₃／Ｐ₂Ｏ₅ ０．２〜５
ＣａＯ／ＢａＯ０．６〜１．２
を有するガラスからなる、ディスプレイ用ガラス基板。
［２］
失透温度が１３５０℃以下である［１］に記載のディスプレイ用ガラス基板。
［３］
歪点が７１０℃以上である［１］又は［２］に記載のディスプレイ用ガラス基板。
［４］
ガラス転移温度が７７９℃以上である［１］〜［３］のいずれかに記載のディスプレイ用ガラス基板。
［５］
エッチングレートが７０μｍ／ｈ以上である［１］〜［４］のいずれかに記載のディスプレイ用ガラス基板。
［６］
ＳｉＯ₂／Ａｌ₂Ｏ₃が４〜６である［１］〜［５］のいずれかに記載のディスプレイ用ガラス基板。
［７］
ＭｇＯ／ＲＯ０．１５〜０．４である［１］〜［６］のいずれかに記載のディスプレイ用ガラス基板、但し、ＲＯ＝ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯである。

本発明によれば、失透温度を低く抑えつつ高歪点又は高Tgを満足するガラス基板を提供することができる。

本願明細書において、ガラスの組成は特に断らない限り、含有量はモル％で表示し、含有量を％で表示しているものはモル％を意味する。ガラス組成を構成する成分の比はモル比で表示する。

SiO₂は、ガラスの骨格成分であり、従って、必須成分である。含有量が少なくなると、歪点が低下し、熱膨張係数が増加する傾向がある。また、SiO₂含有量が少なすぎると、ガラス基板を低密度化するのが難しくなる。一方、SiO₂含有量が多すぎると、熔融ガラスの比抵抗が上昇し、熔融温度が著しく高くなり熔解が困難になる傾向がある。さらに、SiO₂含有量が多すぎると、エッチングレートが遅くなる。このような観点から、SiO₂の含有量は、適宜調整することができる。ガラスのSiO₂含有量は、69〜72%の範囲であり、好ましくは、69.0〜72.0%の範囲である。SiO₂の含有量は、より好ましくは69.5〜71.5%、一層好ましくは69.7〜71.3%の範囲である。

Al₂O₃は、歪点を高くする必須成分である。Al₂O₃含有量が少なすぎると、歪点が低下する。さらに、Al₂O₃含有量が少なすぎると、ヤング率及び酸によるエッチングレートも低下する傾向がある。一方、Al₂O₃含有量が多すぎると、ガラスの失透温度が上昇して、耐失透性が低下するので、成形性が悪化する傾向がある。このような観点から、適宜調整することができる。ガラスのAl₂O₃の含有量は、11〜15%の範囲である。Al₂O₃の含有量は、好ましくは11.0〜15.0%、より好ましくは12.0〜14.8%、より好ましくは12.5〜14.5%、さらに好ましくは12.7〜14.3%の範囲である。

B₂O₃は、ガラスの高温粘性を低下させ、熔融性を改善する成分である。即ち、熔融温度近傍での粘性を低下させるので、熔解性を改善する。また、失透温度を低下させる成分でもある。B₂O₃含有量が少ないと、熔解性及び耐失透性が低下する傾向がある。B₂O₃含有量が多すぎると、歪点及びヤング率が低下する。また、ガラス成形時のB₂O₃の揮発により、失透が生じやすくなる。特に、歪点が高いガラスは、成型温度が高くなる傾向にあるため、上記揮発が促進され、失透の生成が顕著な問題となる。また、ガラス熔解時のB₂O₃の揮発により、ガラスの不均質が顕著となり、脈理が発生しやすくなる。このような観点から、B₂O₃含有量は、0.5%〜2.5%の範囲である。B₂O₃含有量は、好ましくは0.5〜2.0%であり、より好ましくは0.5〜1.8%であり、さらに好ましくは0.5〜1.7%、一層好ましくは0.5〜1.6%、より一層好ましくは0.5〜1.5%の範囲である。

MgOは、熔解性を向上させる成分であり、必須成分である。また、アルカリ土類金属の中では密度を増加させにくい成分であるので、その含有量を相対的に増加させると、低密度化を図りやすくなる。含有させることで、熔融ガラスの比抵抗及び熔融温度を低下できる。但し、MgOの含有量が多すぎると、ガラスの失透温度が急激に上昇するため、特に成形工程で失透しやすくなる。このような観点から、MgO含有量は、1〜4%であり、好ましくは1.0〜4.0%、より好ましくは1.5〜3.5%、さらに好ましくは2.0〜3.5%、より一層好ましくは2.3〜3.3%の範囲である。

CaOは、ガラスの失透温度を急激に上げることなくガラスの熔解性を向上させるのに有効な成分であり、必須である。また、アルカリ土類金属酸化物の中では密度を増加させにくい成分であるので、その含有量を相対的に増加させると、低密度化を図りやすくなる。含有量が少な過ぎると、熔融ガラスの比抵抗の上昇及び耐失透性低下が生じる傾向がある。CaO含有量が多すぎると、熱膨張係数が増加し、密度が上昇する傾向がある。このような観点から、CaO含有量は、4〜7%、好ましくは4.0〜7.0%、より好ましくは4.5〜6.5%、さらに好ましくは5.0〜6.0%の範囲である。

SrOは、ガラスの失透温度を下げることができる成分である。SrOは、必須ではないが、含有させると、耐失透性および熔解性が向上する。しかし、SrO含有量が多すぎると、密度が上昇してしまう。このような観点から、SrO含有量は、0〜1%であり、好ましくは0〜0.5%であり、より好ましくは実質的に含有しない。

BaOは、ガラスの失透温度および熔融ガラスの比抵抗を効果的に下げることができる成分であり、必須成分である。BaOを含有させると、耐失透性および熔解性が向上する。しかし、BaOの含有量が多すぎると、密度が上昇してしまう。また、環境負荷の観点、および熱膨張係数が増大する傾向があることから、BaO含有量は、4〜7%である。BaO含有量は、好ましくは4.0〜7.0%であり、より好ましくは4.5〜6.5%、さらに好ましくは5.0〜6.0%の範囲である。

K₂Oは、ガラスの塩基性度を高め、清澄性を促進させる成分である。また、熔融ガラスの比抵抗を低下させる成分である。含有させると、熔融ガラスの比抵抗が低下するため、熔解槽を構成する耐火物に電流が流れてしまうことを防止でき、熔解槽が侵食されることを抑制できる。また、熔解槽を構成する耐火物がジルコニアを含有する場合、熔解槽が侵食されて、熔解槽から熔融ガラスへジルコニアが溶出してしまうことを抑制できるため、ジルコニアに起因する失透も抑制できる。また、熔解温度近傍におけるガラス粘性を低下させるので、熔解性と清澄性が向上する。一方、K₂O含有量が多すぎると、熱膨張係数増大及び歪点低下の傾向がある。このような観点から、K₂O含有量は、0.01〜0.5%、好ましくは0.1〜0.4%、より好ましくは0.1〜0.3%の範囲である。

P₂O₅は、高温粘性を低下させ、熔解性を向上させる成分であり、必須成分である。P₂O₅含有量が多すぎると歪点が低下する。また、ガラス熔解時のP₂O₅の揮発により、ガラスの不均質が顕著となり、脈理が発生しやすくなる。このような観点から、P₂O₅含有量は、0.1〜2.0%、より好ましくは0.2〜1.9%、さらに好ましくは0.3〜1.7%の範囲である。

B₂O₃とP₂O₅のモル比であるB₂O₃/P₂O₅は、小さすぎると失透温度が上昇する傾向があり、大きすぎるとガラス転移温度が下降する傾向がある。そのためB₂O₃/P₂O₅は、0.2〜5、好ましくは0.25〜4.5%、より好ましくは0.30〜4.0%、さらに好ましくは0.30〜3.5%の範囲である。

モル比CaO/BaOは、値が小さすぎると失透温度が上昇する傾向があり、大きすぎても失透温度が上昇する傾向がある。モル比CaO/BaOは、0.6〜1.2、好ましくは0.7〜1.2、好ましくは0.8〜1.2、より好ましくは0.9〜1.1の範囲である。

モル比SiO₂/Al₂O₃は、値が大きすぎると、エッチングレートが低下するおそれがあり、値が小さすぎると耐失透性の低下するおそれがある。このような観点から、モル比SiO₂/Al₂O₃は、4〜6であることが好ましく、より好ましくは4.3〜5.8、さらに好ましくは4.4〜5.7の範囲である。なお、SiO₂+Al₂O₃の値が近似している組成を有するガラスでは、エッチングレートはSiO₂/Al₂O₃に、より顕著に依存する。高歪点、耐失透性、エッチングレートを両立させるという観点からは、SiO₂+Al₂O₃が80〜90%であり、かつ、SiO₂/Al₂O₃が4〜6であることが好ましく、より好ましくは、SiO₂+Al₂O₃が82〜88%であり、かつ、SiO₂/Al₂O₃が4.3〜5.8の範囲であることが好ましい。

MgO、CaO、SrO及びBaOは、熔融ガラスの比抵抗及び熔融温度を低下させ、熔解性を向上させる成分である。MgO、CaO、SrO及びBaOの含有量の合量であるMgO+CaO+SrO+BaO（以下、ROと示す）が少なすぎると、熔解性が悪化する。ROが多すぎると、歪点およびヤング率が低下し、密度及び熱膨張係数が上昇する。密度を増大させすぎずに、効果的に失透温度を低下させるために、MgO/ROは、好ましくは0.15〜0.4、より好ましくは0.18〜0.38、さらに好ましくは0.20〜0.36の範囲である。尚、ROは、好ましくは9〜19%の範囲であり、より好ましくは11〜17%の範囲である。

本発明のガラス基板は失透温度が、1350℃以下、好ましくは1300℃以下、より好ましくは1280℃以下、さらに好ましくは1250℃未満である。失透温度が低いほど、オーバーフローダウンドロー法でガラス板の成形がしやすくなる。オーバーフローダウンドロー法を適用することで、ガラス基板表面を研磨する工程を省略することができるので、ガラス基板の表面品質を向上できる。また、生産コストも低減することができる。失透温度が高すぎると、失透が生じやすいのでオーバーフローダウンドロー法への適用が難しくなる傾向がある。

なお、本明細書において、「実質的に含有せず」とは、前記ガラス原料にこれら成分の原料となる物質を用いないことを意味し、他の成分のガラス原料に不純物として含まれる成分、熔解槽、成形体等の製造装置からガラスへ溶出する成分の混入を排除するものではない。

本発明のガラス基板は清澄剤を含むことができる。清澄剤としては、環境への負荷が小さく、ガラスの清澄性に優れたものであれば特に制限されないが、例えば、Sn、Fe、Ce、Tb、Mo、As、およびWの金属酸化物の群から選ばれる少なくとも１種を挙げることができる。本発明のガラス基板はSb₂O₃およびAs₂O₃を実質的に含まない。Sb₂O₃およびAs₂O₃を実質的に含まないことで、環境負荷を低減することができる。清澄剤としては、SnO₂が好適である。清澄剤の含有量は、少なすぎると泡品質が悪化し、多くなりすぎると失透や着色などの原因となる場合がある。清澄剤の含有量は、清澄剤の種類やガラスの組成にもよる。例えば、SnO₂の含有量は、0.05〜0.50%であることが好ましく、0.05〜0.40%であることがより好ましい。

SnO₂は1600℃以上でも清澄効果が得られる清澄剤であり、Li₂O、Na₂O及びK₂Oを微量にしか含有できないフラットパネルディスプレイ用ガラス基板（例えば、Li₂O、Na₂O及びK₂Oの合量が0.01〜0.8%）の製造に使用できる数少ない清澄剤である。しかし、SnO₂は自ら失透を生じやすい成分であるとともに、他の成分の失透の生成を促進する成分のため、失透を抑制する観点からは、多量に添加することは好ましくない。

また、歪点が高いガラス（例えば、歪点が730℃以上のガラス）は、歪点が低いガラス（例えば、歪点が730℃未満のガラス）と比較して失透温度が高くなりやすい傾向にあるため、失透を抑制するために、成形工程における熔融ガラスの温度を歪点が低いガラスと比較して高くしなくてはならない場合がある。ここで、オーバーフローダウンドロー法で用いられる成形体は、耐クリープ性・耐熱性という観点から、ジルコニアを含有する耐火物を含んで構成されることが好ましい。成形方法としてオーバーフローダウンドローを採用する場合、成形工程における熔融ガラスの温度を高くしようとするほど、成形体の温度も上昇させる必要がある。しかし、成形体の温度が高くなると、成形体からジルコニアが溶出し、当該ジルコニアの失透が生じやすくなるという問題がある。また、特にSnO₂を多く含有するガラスでは、このジルコニアに起因するSnO₂の失透、SnO₂に起因するジルコニアの失透が生じやすい傾向にある。

さらに、歪点が高いガラス（例えば、歪点が730℃以上のガラス）は、歪点が低いガラス（例えば、歪点が730℃未満のガラス）と比較して、ガラス原料を熔解する温度も高くなりやすい傾向にある。ここで、熔解工程を行う熔解槽は、耐侵食性の観点から、ジルコニアを含有する高ジルコニア系耐火物を含んで構成されることが好ましい。また、エネルギー効率の観点から、電気熔融あるいは、電気熔融と他の加熱手段の組み合わせで、ガラス原料を熔解することが好ましい。しかし、本発明に記載されたような高歪点であり、かつLi₂O、Na₂O及びK₂Oを微量にしか含有できないガラスを熔解する場合、熔融ガラスの比抵抗が大きいため、高ジルコニア系耐火物に電流が流れてしまい、熔融ガラス中にジルコニアが溶出してしまうという問題が生じやすくなる。ジルコニアが溶出してしまうと、上述したジルコニアの失透およびSnO₂の失透が生じやすい傾向にある。

つまり、ジルコニア及びSnO₂の失透を抑制するという観点からも、本発明のガラス基板においては、SnO₂は0.5%を超えて含有させることは好ましくない。

Fe₂O₃は、清澄剤としての働きを有する以外に、熔融ガラスの比抵抗を低下させる成分である。高温粘性が高く、難熔解性のガラスにおいては、熔融ガラスの比抵抗を低下させるために含有させることが好ましい。しかし、Fe₂O₃含有量が多くなりすぎると、ガラスが着色し、透過率が低下する。そのためFe₂O₃含有量は、0〜0.1%の範囲であり、好ましくは0〜0.08%、より好ましくは0.001〜0.06%、さらに好ましくは0.001〜0.05%、一層好ましくは0.001〜0.04%の範囲である。

清澄剤は、SnO₂とFe₂O₃を組合せて用いることもできる。失透抑制の観点からは、SnO₂を多く含有させることは好ましくないことは上述の通りである。しかし、清澄効果を十分に得るためには清澄剤を所定値以上含有させることが求められる。そこで、SnO₂とFe₂O₃を併用することで、SnO₂の含有量を失透が生じるほど多くせずに、十分な清澄効果を得、泡の少ないガラス基板を製造することができる。SnO₂とFe₂O₃の合量は、好ましくは0.05〜0.50%の範囲であり、より好ましくは0.05〜0.20%、さらに好ましくは0.05〜0.40%の範囲である。

SnO₂とFe₂O₃の合量に対するSnO₂の含有量の質量比(SnO₂/(SnO₂+Fe₂O₃))は、大きすぎると失透が生じやすくなり、小さすぎると十分な清澄効果を得られなくなり、ガラスが着色してしまう場合がある。そのため、好ましくは0.6〜1.0の範囲であり、より好ましくは0.7〜1.0の範囲である。

本発明のガラス基板は、環境負荷の問題から、As₂O₃は実質的に含有しないことが好ましい。本発明のガラス基板は、環境負荷の問題から、Sb₂O₃は、実質的に含有しない。

本発明のガラス基板は、環境上の理由からPbO及びFは実質的に含有しないことが好ましい。

本発明のガラス基板は、100℃〜300℃における平均熱膨張係数（100-300℃）が、50.0×10^-7℃^-1以下であり、28.0〜50.0×10^-7℃^-1であることが好ましく、より好ましくは33.0〜47.0×10^-7℃^-1、さらに好ましくは33.0〜46.0×10^-7℃^-1、一層好ましくは35.0〜44.0×10^-7℃^-1、より一層好ましくは36.0〜43.0×10^-7℃^-1の範囲である。熱膨張係数が大きいと、熱処理工程において、熱衝撃や熱収縮率が増大する傾向がある。また、熱膨張係数が大きいと、熱収縮率を低減することが困難となる。なお、熱膨張係数が大きくても小さくても、ガラス基板上に形成される金属、薄膜などの周辺材料と熱膨張係数との整合がとりにくくなり、周辺部材が剥離してしまう虞がある。

一般にガラス基板は歪点が低いと、ディスプレイ製造時の熱処理工程において熱収縮が生じやすくなる。本発明のガラス基板は、歪点が、好ましくは710℃以上であり、より好ましくは720℃以上であり、さらに好ましくは730℃以上であり、一層好ましくは735℃以上である。

本発明のガラス基板は熱収縮率が、15ppm以下であることが好ましく、13ppm以下、10ppm以下であることがより好ましい。熱収縮率が大きくなり過ぎると、画素の大きなピッチズレを引き起こし、高精細なディスプレイを実現できなくなる。熱収縮率を所定範囲に制御するためには、ガラス基板の歪点を700℃以上あるいは715℃以上とすることが好ましい。なお、熱収縮率を0ppmにしようとすると、徐冷工程を極めて長くすることや、徐冷、切断工程後に熱収縮低減処理（オフライン徐冷）を施すことが求められるが、この場合、生産性が低下し、コストが高騰してしまう。生産性およびコストを鑑みると、熱収縮率は、例えば、0.1ppm〜15ppm、あるいは0.5ppm〜15ppmであることが好ましく、より好ましくは1ppm〜15ppm、さらに好ましくは1ppm〜13ppm、一層好ましくは2ppm〜10ppmである。

尚、熱収縮率は、ガラス基板を500℃の温度で30分間保持し、その後、常温まで放冷する熱処理を施された後の下記式で示される。
熱収縮率（ppm）＝｛熱処理前後のガラスの収縮量／熱処理前のガラスの長さ｝×10⁶
このとき、「熱処理前後のガラスの収縮量」とは、「熱処理前のガラスの長さ−熱処理後のガラスの長さ」である。

本発明のガラス基板は密度が、ガラス基板の軽量化及びディスプレイの軽量化という観点から、好ましくは3.0g/cm³以下、より好ましくは2.9g/cm³以下、さらに好ましくは2.8g/cm³以下である。密度が高くなり過ぎると、ガラス基板の軽量化が困難となり、ディスプレイの軽量化も図り難くなる。

ガラスの転移点（以下、Tgと記載）が低くなると、ディスプレイ製造の熱処理工程において熱収縮が生じやすくなる傾向がある。本発明のガラス基板はTgが、好ましくは779℃以上、より好ましくは790℃以上、さらに好ましくは795℃以上である。ガラス基板のTgを上記範囲にするには、本発明のガラス基板の組成の範囲において、例えば、SiO₂及びAl₂O₃等の成分を多めにする、あるいはB₂O₃、RO、R₂Oの成分を少なくすることが適当である。

本発明のガラスは粘度が10^2.5[dPa・s]を示す温度（以下、熔融温度と記す。）が、好ましくは1680℃以下であり、より好ましくは1500〜1680℃の範囲、さらに好ましくは1520〜1660℃、一層好ましくは1540〜1640℃の範囲である。熔融温度が低いガラスは、歪点が低くなりやすい。歪点を高くするには、熔融温度もある程度高くする必要がある。但し、熔融温度が高いと、熔解槽への負荷が大きくなる。また、エネルギーを大量に使用するため、コストも高くなる。また、ガラス熔解に電気熔解を適用する場合、ガラスではなく、熔解槽を形成する耐熱煉瓦に電流が流れてしまい、熔解槽が破損してしまうことがある。ガラスの熔融温度を上記範囲にするには、本発明のガラス基板の組成の範囲において、粘度を低下させる、例えば、B₂O₃、RO等の成分を上述した範囲で含有することが適当である。

本発明のガラス基板を製造する際の熔融ガラスは比抵抗（1550℃における)が、好ましくは30〜700Ω・cm、より好ましくは30〜400Ω・cm、さらに好ましくは30〜300Ω・cm、一層好ましくは50〜300Ω・cmの範囲である。比抵抗が小さくなりすぎると、熔解に必要な電流値が過大になり、設備上の制約がでる場合がある。また、電極の消耗が多くなる傾向もある。熔融ガラスの比抵抗が大きくなりすぎると、ガラスではなく、熔解槽を形成する耐熱煉瓦に電流が流れてしまい、熔解槽が熔損してしまう場合もある。熔融ガラスの比抵抗は、主に、RO、R₂O、Fe₂O₃の含有量をコントロールすることで、上記範囲に調整できる。

本発明のガラス基板を構成するガラスは、エッチングレートが70μm/h以上であることが好ましい。エッチングレートが速くなると、生産性が向上する。特に、TFT側とカラーフィルタ側のガラス基板を張り合わせた後にガラス基板のエッチングを行い、軽量化を図る場合には、エッチングレートが生産性を左右する。しかし、エッチングレートが高くなりすぎるとディスプレイ製造時の生産性は向上するものの、ガラスの耐失透性が低下してしまう。また、熱収縮率も増大しやすくなる。エッチングレートは好ましくは70〜100μm/h 、より好ましくは72〜95μm/h、さらに好ましくは75〜90μm/hである。ガラスのエッチングレートを高めるためには、SiO₂-(1/4×Al₂O₃)あるいはSiO₂/Al₂O₃の値を小さくすればよい。本発明においては、上記エッチングレートは以下の条件で測定したものと定義する。本明細書におけるエッチングレート(μm/h)とは、ガラス基板を、HF濃度1mol/kg、HCl濃度5mol/kgとなるように調整した40℃のエッチング液に1時間浸漬した場合の、単位時間(1時間)当たりのガラス基板の一方の表面の厚み減少量(μm)である。

本発明のガラス基板は板厚が、例えば、0.1〜1.1mm 、あるいは0.3〜1.1mmの範囲であることができる。但し、この範囲に限定する意図ではない。板厚は、例えば、0.3〜0.7mm、0.3〜0.5mmの範囲であることもできる。ガラス板の厚さが薄すぎると、ガラス基板自体の強度が低下する。例えば、フラットパネルディスプレイ製造時の破損が生じやすくなる。板厚が厚すぎると、薄型化が求められるディスプレイには好ましくない。また、ガラス基板の重量が重くなるため、フラットパネルディスプレイの軽量化が図りがたくなる。さらに、TFT形成後にガラス基板のエッチング処理を行う場合には、エッチング処理量が多くなり、コストと時間がかかってしまう。

本発明のガラス基板は、例えば、アレイ・カラーフィルタ張り合わせ後にガラス基板表面をエッチング処理するフラットパネルディスプレイの製造に用いられる。本発明のガラス基板は、ディスプレイ用ガラス基板に好適である（ただし、CRT(ブラウン管)ディスプレイは除く）。特に本発明のガラス基板は、LTPS−TFTまたはOS−TFTが形成されるフラットパネルディスプレイ用ガラス基板に好適である。具体的には、液晶ディスプレイ用ガラス基板、有機ELディスプレイ用ガラス基板に好適である。特に、LTPS−TFT液晶ディスプレイ用ガラス基板、LTPS−TFT有機ELディスプレイ用ガラス基板に好適である。中でも、高精細が求められる携帯端末などのディスプレイ用ガラス基板に好適である。

＜フラットパネルディスプレイ＞
本発明は、LTPS−TFTまたはOS−TFTをガラス基板表面に形成したフラットパネルディスプレイを包含し、このフラットパネルディスプレイはガラス基板が上記本発明のガラス基板である。本発明のフラットパネルディスプレイは、例えば、液晶ディスプレイまたは有機ELディスプレイであることかできる。

＜ガラス基板の製造方法＞
本発明のディスプレイ用ガラス基板の製造方法は、所定の組成に調合したガラス原料を、例えば、少なくとも直接通電加熱を用いて、熔解する熔解工程と、前記熔解工程にて熔解した熔融ガラスを平板状ガラスに成形する成形工程と、前記平板状ガラスを徐冷する徐冷工程と、を有する。特に、前記徐冷工程は、前記平板状ガラスの熱収縮率を低減するように前記平板状ガラスの冷却条件を制御する工程であることが好ましい。

［熔解工程］
熔解工程においては、所定の組成を有するように調合したガラス原料を、例えば、直接通電加熱及び／又は燃焼加熱を用いて熔解する。ガラス原料は、公知の材料から適宜選択できる。エネルギー効率の観点から、熔解工程では、ガラス原料を、少なくとも直接通電加熱を用いて熔解することが好ましい。また、熔解工程を行う熔解槽は、高ジルコニア系耐火物を含んで構成されることが好ましい。上記所定の組成は、例えば、ガラスの各成分に関して上述した含有量を満たす範囲で適宜調整できる。

［成形工程］
成形工程では、熔解工程にて熔解した熔融ガラスを平板状ガラスに成形する。平板状ガラスへの成形方法は、例えば、ダウンドロー法、特にオーバーフローダウンドロー法が好適であり、平板状ガラスとしてガラスリボンが成形される。その他、フロート法、リドロー法、ロールアウト法などを適用できる。ダウンドロー法を採用することにより、フロート法など他の成形方法を用いた場合に比べ、得られたガラス基板の主表面が雰囲気以外とは非接触である自由表面で形成されるために、極めて高い平滑性を有しており、成形後のガラス基板表面の研磨工程が不要となるために、製造コストを低減することができ、さらに生産性も向上させることができる。さらに、ダウンドロー法を使用して成形したガラス基板の両主表面は均一な組成を有しているために、エッチング処理を行った際に、成型時の表裏に関係なく均一にエッチングを行うことができる。

［徐冷工程］
徐冷時の条件を適宜調整することでガラス基板の熱収縮率をコントロールすることができる。特に、前記平板状ガラスの熱収縮率を低減するように前記平板状ガラスの冷却条件を制御することが好ましい。ガラス基板の熱収縮率は上述のように、15ppm以下であり、好ましくは13ppm以下、より好ましくは1〜13ppmである。このような数値の熱収縮率を持つガラス基板を製造するためには、例えば、ダウンドロー法を使用する場合は、平板状ガラスとしてのガラスリボンの冷却速度を、Tgから(Tg−100℃)の温度範囲内において、30〜300℃／分とするように徐冷を行うことが好ましい。冷却速度が速すぎると、熱収縮率を十分低減することができない。一方、冷却速度が遅すぎると、生産性が低下すると共に、ガラス製造装置（徐冷炉）が大型化してしまうという問題が生じる。冷却速度の好ましい範囲は、30〜300℃／分であり、50〜200℃／分がより好ましく、60〜120℃／分がさらに好ましい。冷却速度を30〜300℃／分とすることで、本発明のガラス基板をより確実に製造することができる。なお、徐冷工程の下流で平板状ガラスを切断した後に、別途オフラインで徐冷を行うことでも熱収縮率は低下させることができるが、この場合、徐冷工程を行う設備の他に、別途オフラインで徐冷を行う設備が必要となる。そのため、上述したように、オフライン徐冷を省略することができるように、徐冷工程において熱収縮率を低減できるように制御したほうが、生産性及びコストの観点からも好ましい。なお、本明細書では、ガラスリボンの冷却速度とは、ガラスリボンの幅方向中央部の冷却速度を示すものとする。

以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明する。但し、本発明は実施例に限定されるものではない。下記に示す実施例、比較例では、以下説明する物性を計測した。

（歪点）
示差熱膨張計（株式会社リガク製Thermo Plus2 TMA8310）を用いて、等温ペネトレーション法でガラスの低温粘度を測定した。Vogel Fulcher Tammann式を用いて粘度の近似を行い、ガラスの粘度が10^14.5[dPa・s]を示す温度を算出した。この温度を歪点とした。

（失透温度）
ガラスを粉砕し、2380μｍのふるいを通過し、1000μｍのふるい上に留まったガラス粒を白金ボートに入れた。この白金ボートを、1050〜1380℃の温度勾配をもった電気炉内に１６時間保持し、その後、炉から取り出して、ガラス内部に発生した失透を５０倍の光学顕微鏡にて観察した。失透が観察された最高温度を、失透温度とした。

（100〜300℃の範囲における平均熱膨張係数αおよびTgの測定方法）
示差熱膨張計（Thermo Plus2 TMA8310）を用いて測定した。この時の昇温速度は5℃／分とした。測定結果を元に100〜300℃の温度範囲における平均熱膨張係数およびTgを求めた。

（熱収縮率）
熱収縮率は、90mm〜200mm×15〜30mm×0.3〜1mmの大きさのガラスについて、ケガキ線法で求めた。熱収縮測定の熱処理としては、エアサーキュレーション炉（Nabertherm製N120/85HA）を用いて、500℃の温度で30分間保持し、室温まで放冷した。
熱収縮率（ppm）＝｛熱処理でのガラスの収縮量／熱処理前のガラスのケガキ線間距離｝×10⁶

なお、ガラス原料を白金ルツボで熔解した後に鉄板上に流し出し、冷却固化して得たガラスの熱収縮を測定する場合は、0.5mmの厚さとなるように切断・研削・研磨を施し、電気炉を用いて、Tg+15℃の温度で30分間保持した後、降温速度150〜250℃/分の速度で炉外へ取り出したガラスを用いた。

（密度）
ガラスの密度は、アルキメデス法によって測定した。

（エッチングレート）
エッチングレート(μm/h)は、ガラス(12.5mmx20mmx0.7mm)を、HF濃度1mol/kg、HCl濃度5mol/kgとなるように調整した40℃のエッチング液(200mL)に1時間浸漬した場合の厚み減少量(μm)を測定し、単位時間(1時間)当たりのガラス基板の一方の表面の厚み減少量(μm)を算出することで求めた。

以下、実施例の組成と評価について説明する。
表１に示すガラス組成になるように、実施例１〜３２のガラスを以下の手順に従って作製した。得られたガラスについて、歪点、失透温度、Tg、100〜300℃の範囲における平均熱膨張係数（α）、熱収縮率、密度、エッチングレートを求めた。

表１に示すガラス組成となるように、各成分の原料を調合して熔解、清澄、成形を行った。

上記のように得られた実施例１〜３２は、失透温度が1350℃以下であり、歪点が710℃以上であり、ガラス転移温度が779℃以上であり、エッチングレートが70μm/h以上であった。また、直接通電加熱を用いてガラス原料を熔解し、オーバーフローダウンドロー法でガラス基板を製造した場合にも、同様の結果が得られた。したがって、これらのガラスを用いることで、オーバーフローダウンドロー法により、LTPS−TFTが適用されるディスプレイに用いることが可能な、ガラス基板を製造することができる。また、これらのガラス基板は、OS−TFT用ガラス基板としても適したものである。

本発明は、ガラス基板に関する分野に有用である。

Claims

ガラス組成として、モル％で
ＳｉＯ₂ ６９〜７２％
Ａｌ₂Ｏ₃ １１〜１５％
Ｂ₂Ｏ₃ ０．５〜２．５％
ＭｇＯ１〜４％
ＣａＯ４〜７％
ＳｒＯ０〜１％
ＢａＯ４〜７％
Ｋ₂Ｏ０．０１〜０．５％
Ｐ₂Ｏ₅ ０．１〜２．０％
Ｂ₂Ｏ₃／Ｐ₂Ｏ₅ ０．２〜５
ＣａＯ／ＢａＯ０．６〜１．２
を有するガラスからなる、ディスプレイ用ガラス基板。
失透温度が１３５０℃以下である請求項１に記載のディスプレイ用ガラス基板。
歪点が７１０℃以上である請求項１又は２に記載のディスプレイ用ガラス基板。
ガラス転移温度が７７９℃以上である請求項１〜３のいずれかに記載のディスプレイ用ガラス基板。
エッチングレートが７０μｍ／ｈ以上である請求項１〜４のいずれかに記載のディスプレイ用ガラス基板。
ＳｉＯ₂／Ａｌ₂Ｏ₃が４〜６である請求項１〜５のいずれかに記載のディスプレイ用ガラス基板。
ＭｇＯ／ＲＯ０．１５〜０．４である請求項１〜６のいずれかに記載のディスプレイ用ガラス基板、但し、ＲＯ＝ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯである。