JP2023521805A - Ｋ２ｏを含有するディスプレイ用ガラス - Google Patents

Ｋ２ｏを含有するディスプレイ用ガラス Download PDF

Info

Publication number
JP2023521805A
JP2023521805A JP2022562115A JP2022562115A JP2023521805A JP 2023521805 A JP2023521805 A JP 2023521805A JP 2022562115 A JP2022562115 A JP 2022562115A JP 2022562115 A JP2022562115 A JP 2022562115A JP 2023521805 A JP2023521805 A JP 2023521805A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
mol
glass
glass composition
mgo
ranges
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2022562115A
Other languages
English (en)
Inventor
ライ チン カオ アンドリューズ ミッチェル，アレクサンドラ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Corning Inc
Original Assignee
Corning Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Corning Inc filed Critical Corning Inc
Publication of JP2023521805A publication Critical patent/JP2023521805A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00—Glass compositions
    • C03C3/04—Glass compositions containing silica
    • C03C3/076—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
    • C03C3/083—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing aluminium oxide or an iron compound
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00—Glass compositions
    • C03C3/04—Glass compositions containing silica
    • C03C3/076—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
    • C03C3/089—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing boron
    • C03C3/091—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing boron containing aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00—Glass compositions
    • C03C3/04—Glass compositions containing silica
    • C03C3/076—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
    • C03C3/083—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing aluminium oxide or an iron compound
    • C03C3/085—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing aluminium oxide or an iron compound containing an oxide of a divalent metal

Abstract

ガラス組成物は、約６０モル％から約８０モル％のＳｉＯ２、０モル％から約１１モル％のＡｌ２Ｏ３、約４．０モル％から約１２モル％のＢ２Ｏ３、約０．５モル％から約２０モル％のＫ２Ｏ、０モル％から約１８．５モル％のＭｇＯ、および０モル％から約１モル％のＳｎＯ２を含む。このガラス組成物は、組成に基づいて調節できる範囲のＣＴＥを有し、ディスプレイ用途に使用することができる。

Description

優先権
本出願は、その内容が依拠され、ここに全て引用される、２０２０年４月１３日に出願された米国仮特許出願第６３／００９１０２号の米国法典第３５編第１１９条の下での優先権の恩恵を主張するものである。
本開示は、広くガラス組成物に関する。より詳しくは、開示された主題は、アルカリ金属を含み、ディスプレイ用途に使用するのに適したガラス組成物に関する。
ガラスなどの光学的な透明な材料から製造された平らなまたは湾曲した基板が、フラットパネルディスプレイ、光起電装置、および他の適切な用途に使用されている。光学的透明度の要件に加え、ガラス組成物は、製造工程および用途に応じて異なる難題に応える必要がある。
例えば、アクティブマトリクス液晶表示装置（ＡＭＬＣＤ）などの液晶ディスプレイの製造は複雑であり、基板ガラスの性質は重要である。ＡＭＬＣＤの製造に使用されるガラス基板では、その物理的寸法を厳しく管理する必要がある。ダウンドローシート延伸過程および特に、フュージョン法は、ラップ仕上げや研磨などの、費用のかかる成形後仕上げ操作を必要とせずに基板として使用できるガラスシートを製造することができる。しかしながら、フュージョン法では、ガラス特性にかなり厳しい制限が課せられ、このために、比較的高い液相粘度が要求される。
液晶ディスプレイの分野では、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）は、多結晶シリコン（ｐ－Ｓｉ）またはアモルファスシリコン（ａ－Ｓｉ）に基づくことがある。アモルファスシリコンは、より低い加工温度などの利点を提示する。時には、多結晶シリコンが、電子をより効果的に輸送する能力のために、使用されるのが好ましい。多結晶シリコン系トランジスタは、アモルファスシリコン系トランジスタよりも移動度が高いと特徴付けられる。このために、より小型でより高速のトランジスタを製造することができ、最終的に、より明るく、より高速のディスプレイが製造される。ｐ－Ｓｉ系トランジスタに関する問題の１つに、その製造には、ａ－Ｓｉ系トランジスタの製造に使用される加工温度よりも高い加工温度が必要とされることがある。これらの温度は、ａ－Ｓｉ系トランジスタの製造に用いられる３５０℃のピーク温度と比べ、４５０℃から６００℃に及ぶ。
ディスプレイ用途に使用されるガラス組成物は、熱的性質と機械的性質が良好であり、寸法安定性が加工要件と性能要件を満たす必要がある。それに加え、薄膜トランジスタ中に金属イオンが拡散すると、トランジスタが損傷を受けることがある。そのような拡散は、最小にするか、またはなくす必要がある。
本開示は、カリウムなどのアルカリ金属を含むガラス組成物、その製造方法、およびその使用方法を提供する。本開示は、そのようなガラス組成物から作られたガラス基板、そのようなガラス組成物またはそのようなガラス組成を有するガラス基板を備えた表示装置も提供する。
いくつかの実施の形態によれば、ガラス組成物は、
約６０モル％から約８０モル％のＳｉＯ２、
０モル％から約１１モル％のＡｌ２Ｏ３、
約４．０モル％から約１２モル％のＢ２Ｏ３、
約０．５モル％から約２０モル％のＫ２Ｏ、
０モル％から約１８．５モル％のＭｇＯ、および
０モル％から約１モル％のＳｎＯ２、
から実質的になる。
この組成物において、成分は、上記６種類の酸化物から選択される。いくつかの実施の形態において、Ｋ２Ｏは、添加される唯一のアルカリ金属酸化物であり、Ｌｉ２ＯおよびＮａ２Ｏなどの他のアルカリ金属酸化物を含まない、または実質的に含まない。ＭｇＯは、添加される唯一のアルカリ土類金属酸化物であり、ＣａＯ、ＳｒＯ、またはＢａＯを含まない、または実質的に含まない。
前記ガラス組成物において、ＳｉＯ２は、任意の適切な範囲で存在する。適切な範囲の例としては、以下に限られないが、約６０モル％から約７５モル％、約６５モル％から約８０モル％、または約６５モル％から約７５モル％が挙げられる。いくつかの実施の形態において、ＳｉＯ２の含有量は、７５モル％以下、例えば、約６０モル％から約７５モル％の範囲にある。
いくつかの実施の形態において、Ａｌ２Ｏ３の含有量は、１１モル％以下である。Ａｌ２Ｏ３の適切な範囲の例としては、以下に限られないが、約０．１モル％から約１０．５モル％、約０．１モル％から約２モル％、約２モル％から約１０．５モル％、約４モル％から約１０．５モル％、または任意の他の適切な範囲が挙げられる。
いくつかの実施の形態において、アルカリ金属酸化物は、任意の適切な範囲の含有量を有するＫ２Ｏである。Ｋ２Ｏの適切な範囲の例としては、以下に限られないが、約０．５モル％から約１５モル％、約１モル％から約１５モル％、約３．５モル％から約１５モル％、約３モル％から約１５モル％、または約３モル％から約１０モル％が挙げられる。
ＭｇＯの適切な範囲の例としては、以下に限られないが、０モル％から約１５モル％、０モル％から約１０モル％、０モル％から約６モル％、０．１モル％から約１５モル％、約０．１モル％から約１０モル％、０．１モル％から約０．６モル％、または約１０モル％から約１８．５モル％が挙げられる。いくつかの実施の形態において、ＭｇＯの含有量は、６モル％以下であり、例えば、０モル％から約２モル％の範囲にある。いくつかの実施の形態において、ＭｇＯの含有量は、１０モル％以上であり、例えば、約１０モル％から約１８．５モル％、または約１６モル％から約１８．５モル％の範囲にある。
Ｂ２Ｏ３の適切な範囲の例としては、以下に限られないが、約４．９モル％から約１１．５モル％、約６モル％から約１１モル％、または約８モル％から約１１モル％の範囲が挙げられる。
前記組成物は、ＳｎＯ２などのいずれの他の適切な成分を含んでもよい。ＳｎＯ２の適切な範囲の例としては、以下に限られないが、約０．０１モル％から約０．５モル％、または約０．０５モル％から約０．１５モル％が挙げられる。
本開示は、ここに記載された成分および含有量範囲の異なる組合せを有する任意の適切な組成物を提供する。
いくつかの実施の形態において、Ｋ２Ｏ／Ａｌ２Ｏ３のモル比は、約０．４から約３６０、例えば、約０．４から約２、約１から約１０、約１から約１００、約１００から約２００、または約２００から約３６０の範囲にある。いくつかの実施の形態において、比Ｋ２Ｏ／Ａｌ２Ｏ３は、約１から約１０、例えば、約０．４から約２の範囲にある。
いくつかの実施の形態において、ＭｇＯ／Ａｌ２Ｏ３のモル比は、０から約１０の範囲、例えば、０から約４、または０から約１の範囲にある。ＳｉＯ２／Ｂ２Ｏ３のモル比（ｋ）は、約６から約１５の範囲にあるかもしれない。
いくつかの実施の形態において、（［Ｋ２Ｏ］－［Ａｌ２Ｏ３］）／［Ｂ２Ｏ３］と定義されるＲ’値は、約－０．７から約０．７の範囲にあり、（［Ｋ２Ｏ］＋０．５＊［ＭｇＯ］－［Ａｌ２Ｏ３］）／［Ｂ２Ｏ３］と定義されるＲ”値は、約－０．３から約１．３の範囲にある。［Ｋ２Ｏ］、［ＭｇＯ］、［Ａｌ２Ｏ３］、および［Ｂ２Ｏ３］は、それぞれ、Ｋ２Ｏ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、およびＢ２Ｏ３のモル含有量を表す。
いくつかの実施の形態において、前記ガラス組成物は、２０℃から３００℃の温度で、約４０×１０－７／℃から約８５×１０－７／℃の範囲の低い熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する。このＣＴＥは、組成に基づいて、異なる用途に調節することができる。例えば、ＣＴＥは、約４０×１０－７／℃から約８０×１０－７／℃、または約４０×１０－７／℃から約７０×１０－７／℃、約４０×１０－７／℃から約６０×１０－７／℃、約３０×１０－７／℃から約４０×１０－７／℃、または約３０×１０－７／℃から約５０×１０－７／℃の範囲にある。
いくつかの実施の形態において、例示のガラス組成物は、
約６０モル％から約７５モル％のＳｉＯ２、
約４モル％から約１０．５モル％のＡｌ２Ｏ３、
約５モル％から約１１モル％のＢ２Ｏ３、
約３．５モル％から約１５モル％のＫ２Ｏ、
０モル％から約６モル％のＭｇＯ、および
０モル％から約１モル％のＳｎＯ２、
から実質的になり、
Ｋ２Ｏ／Ａｌ２Ｏ３のモル比は、約０．４から約２の範囲にあり、ＭｇＯ／Ａｌ２Ｏ３のモル比は、０から約４の範囲にある。
いくつかの実施の形態において、ＳｉＯ２／Ｂ２Ｏ３のモル比（ｋ）は、約６から約１５の範囲にあるかもしれず、（［Ｋ２Ｏ］－［Ａｌ２Ｏ３］）／［Ｂ２Ｏ３］と定義されるＲ’値は、約－０．７から約０．７の範囲にあり、（［Ｋ２Ｏ］＋０．５＊［ＭｇＯ］－［Ａｌ２Ｏ３］）／［Ｂ２Ｏ３］と定義されるＲ”値は、約－０．３から約１．３の範囲にある。［Ｋ２Ｏ］、［ＭｇＯ］、［Ａｌ２Ｏ３］、および［Ｂ２Ｏ３］は、それぞれ、Ｋ２Ｏ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、およびＢ２Ｏ３のモル含有量を表す。
別の態様において、本開示は、ここに記載されたガラス組成物の製造方法と使用方法、そのようなガラス組成物を含むガラス物品（または部品）、およびそのガラス組成物またはガラス組成を有するガラス物品を含む表示装置も提供する。
ガラス物品の例としては、以下に限られないが、パネル、基板、カバー、バックプレーン、およびディスプレイ用途のための電子デバイスに使用される任意の他の構成部材が挙げられる。例えば、いくつかの実施の形態において、前記ガラス組成物またはガラス基板は、電子デバイスにおけるカバーまたはバックプレーンである。いくつかの実施の形態において、薄膜トランジスタが、ガラス組成物上に、またはそれと接触して構築される。電子デバイスの例としては、以下に限られないが、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）ディスプレイ、コンピュータ用モニタ、現金自動預払機（ＡＴＭ）、タッチスクリーン、および光起電装置が挙げられる。
本開示は、添付図面と共に読まれたときに、以下の詳細な説明から最もよく理解される。一般的な慣行にしたがって、これらの図面は、いくつかの実施の形態の説明のためだけであることを強調しておく。
いくつかの実施の形態による例示のガラス組成物のアルカリ酸化物（例えば、Ｋ２Ｏ）の含有量と液相温度との間の例示の関係を示すグラフ いくつかの実施の形態による例示のガラス組成物のアルカリ酸化物（例えば、Ｋ２Ｏ）の含有量と液相粘度との間の関係を示すグラフ
例示の実施の形態のこの説明は、添付図面に関連して読まれることが意図されており、これらの図面は、記載された説明全体の一部と考えられるべきである。説明において、「下側」、「上側」、「水平」、「垂直」、「上方」、「下方」、「上」、「下」、「上部」、および「底部」、並びにその派生語（例えば、「水平に」、「下方へ」、「上方へ」等）などの相対的な用語は、論議中の、記載されている、または図面に示されている向きを称すると解釈すべきである。これらの相対的な用語は、説明の便宜上であり、その装置が特定の向きに構築される、または作動されることを必要としない。「接続された」および「相互接続された」などの取付け、連結などに関する用語は、特に明記のない限り、複数の構造が、直接的に、または介在する構造を通じて間接的にのいずれかで、互いに固定されている、または取り付けられている関係、並びに可動式または固定式両方の取付けまたは関係を称する。
以後の説明の目的のために、下記に記載された実施の形態は、代わりのバリエーションおよび実施の形態を想定するものであることを理解すべきである。ここに記載された特定の物品、組成物、および／または過程は、例示であり、限定と考えるべきではないことも理解すべきである。
本開示において、名詞は、複数の対象を含み、特定の数値のへの言及は、文脈上明白に他の意味に解釈すべき場合を除いて、少なくともその特定値を含む。値が「約」という先行詞を用いて近似として表されている場合、特定値は、別の実施の形態を形成することが理解されよう。ここに用いられているように、「約Ｘ」（この場合、Ｘは数値である）は、列挙された値の±１０％（包括的）を称することが好ましい。例えば、「約８」という句は、７．２から８．８の値（包括的）を称することが好ましい。存在する場合、全ての範囲は、包括的かつ組合せ可能である。例えば、「１から５」の範囲が列挙されている場合、列挙された範囲は、「１から４」、「１から３」、「１～２」、「１～２と４～５」、「１～３と５」、「２～５」などの範囲を含むと解釈されるべきである。それに加え、選択肢のリストが積極的に与えられている場合、そのような列挙は、選択肢のいずれが、例えば、請求項における消極的な限定によって、排除されることがあるのを意味すると解釈できる。例えば、「１から５」の範囲が列挙されている場合、その列挙された範囲は、１、２、３、４、または５のいずれかが消極的に排除される状況を含むと解釈されることがある；それゆえ、「１から５」の引用は、「１と３～５であるが、２ではない」、または単純に、「２は含まれない」と解釈されることがある。ここに積極的に列挙された任意の部品、要素、属性、または工程は、そのような部品、要素、属性、または工程が、選択肢として列挙されているか否か、またはそれらが孤立して列挙されているか否かにかかわらず、請求項において明白に排除されることがあることが意図されている。
ここに用いられているような、「実質的」、「実質的に」という用語、およびそのバリエーションは、記載された特徴が、ある値または記載と等しいか、またはほぼ等しいことを留意する意図がある。さらに、「実質的に類似」とは、２つの値が等しいか、またはほぼ等しいことを示す意図がある。いくつかの実施の形態において、「実質的に類似」とは、互いの約５％以内、または互いの約２％以内など、互いの約１０％以内の値を示すことがある。
本開示は、カリウムなどのアルカリ金属の酸化物を含むガラス組成物、その製造方法、およびその使用法補を提供する。本開示は、そのようなガラス組成物を含むガラス基板または物品、およびそのようなガラス組成物またはそのようなガラス組成を有するガラス基板を含む表示装置も提供する。そのようなガラス組成物は、低含有量のＡｌ２Ｏ３、およびＫ２Ｏなどのアルカリ金属酸化物を含む、ここに記載されたような成分を含む。いくつかの実施の形態において、Ｋ２Ｏは、その組成物中の唯一のアルカリ金属酸化物である。ここに記載されたように、本出願の発明者等は、意外なことに、アルカリ金属酸化物および低含有量のＡｌ２Ｏ３を含むそのようなガラス組成物は、低い液相温度、高い液相粘度、低く、調節可能な熱膨張係数、および良好な機械的性質を提供することを見出した。発明者等は、意外なことに、前記ガラス組成物が電子デバイスに使用される場合、その組成物からのＫ＋などのアルカリ金属イオンのような金属イオンの拡散が生じないことも見出した。Ｋと同等以上のイオン半径を有するアルカリ金属の拡散により生じるどのような起こりうる汚染も、最小にできるか、またはなくすことができる。
文脈上明白に他の意味を示す場合を除いて、ここに用いられている「ガラス物品」または「ガラス」という用語は、ガラスから全体がまたは部分的に製造されたどの物品も包含すると理解される。ガラス物品は、モノリス基板、またはガラスとガラス、ガラスと非ガラス材料、ガラスと結晶質材料、およびガラスとガラスセラミック（非晶相と結晶相を含む）の積層体を含む。
ガラスパネルなどのガラス物品は、平らであっても湾曲していてもよく、透明または実質的に透明である。ここに用いられているように、「透明」という用語は、その物品が、約１ｍｍの厚さで、スペクトルの可視領域（４００～７００ｎｍ）において約８５％超の透過率を有することを示す意図がある。例えば、例示の透明ガラスパネルは、全ての範囲とその間の部分的範囲を含む、約９０％超、約９５％超、または約９９％超の透過率など、可視光範囲における約８５％超の透過率を有することがある。様々な実施の形態によれば、そのガラス物品は、全ての範囲とその間の部分的範囲を含む、約４５％未満、約４０％未満、約３５％未満、約３０％未満、約２５％未満、または約２０％未満など、可視領域における約５０％未満の透過率を有することがある。特定の実施の形態において、例示のガラスパネルは、全ての範囲とその間の部分的範囲を含む、約５５％超、約６０％超、約６５％超、約７０％超、約７５％超、約８０％超、約８５％超、約９０％超、約９５％超、または約９９％超の透過率など、紫外（ＵＶ）領域（１００～４００ｎｍ）における約５０％超の透過率を有することがある。
例示のガラスとしては、以下に限られないが、アルミノケイ酸塩、アルカリアルミノケイ酸塩、ホウケイ酸塩、アルカリホウケイ酸塩、アルミノホウケイ酸塩、アルカリアルミノホウケイ酸塩、および他の適切なガラスが挙げられる。いくつかの実施の形態において、前記ガラス物品は、その物品の複数の部分の間の熱膨張係数の不一致を利用して、圧縮応力領域および引張応力を示す中央領域を作ることによって、機械的に強化されることがある。いくつかの実施の形態において、そのガラス物品は、ガラスを、ガラス転移温度より高い温度に加熱し、次いで、急冷することによって、熱的に強化されることがある。いくつかの他の実施の形態において、そのガラス物品は、イオン交換により化学的に強化されることがある。
いくつかの実施の形態において、ここに記載されたガラス組成物は、アルカリ土類アルミノケイ酸塩ガラス組成物であり、これは、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、１種類のアルカリ土類酸化物、および唯一のアルカリ金属酸化物としてのＫ２Ｏの組合せを含む。いくつかの実施の形態において、ＭｇＯは、そのガラス組成物中の選ばれた１種類のアルカリ土類酸化物である。ここに記載されたガラス組成物は、非晶質構造を有する。この組成物を使用して、結晶または多結晶構造も作ることができる。
ここに用いられている「軟化点」という用語は、ガラス組成物の粘度が１×１０７．６ポアズである温度を称する。軟化点は、平行板粘度法を使用して測定される。
ここに用いられている「徐冷点」という用語は、ガラス組成物の粘度が１×１０１３．１８ポアズである温度を称する。
ここに用いられている「歪み点」および「Ｔ歪み」という用語は、ガラス組成物の粘度が１０１４．６８ポアズである温度を称する。
ガラスの液相温度（Ｔ液相）は、それより高いと結晶相がガラスと平衡状態で共存できない温度（℃）である。液相粘度は、液相温度でのガラスの粘度である。
ここに用いられている「ＣＴＥ」という用語は、ほぼ室温（ＲＴ）から約３００℃の温度範囲に亘るガラス組成物の熱膨張係数を称する。
破壊靱性は、当該技術分野で公知の方法を使用して、例えば、ＡＳＴＭ Ｃ１４２１－１０、「Standard Test Methods for Determination of Fracture Toughness of Advanced Ceramics at Ambient Temperature」にしたがって、シェブロンノッチ付き小型角棒、ノッチ付き梁などを使用して、測定することができる。
本開示の目的のために、有限固体における表面亀裂のモードＩ亀裂開口に関して、破壊靱性を破損応力に関連付ける以下の方程式における欠陥形状を説明する値の減少によって、丸い亀裂先端を定量化することができる：
ＫＩＣ＝σｆ√｛（Ωπα）の平方根｝ 方程式（１）
式中、
ＫＩＣは、材料定数である破壊靱性であり、
σｆは、破損応力の測定値であり、
Ωは、欠陥形状、自由表面効果、および荷重形態を説明し、
αは、傷深さである。
試料の平均荷重および破損応力を特徴付けた。また、その組成が先に与えられたガラスの破損データおよび公知の破壊靱性（ｍがメートルの単位である、シェブロンノッチ試験で測定して、約０．７ＭＰａ・ｍ０．５）から計算した、先の方程式（１）からの式√｛（Ωπα）の平方根｝の値も含まれる。先に述べたように、その式は、方程式（１）において、そのガラスの試料の各々の破損応力の測定値σｆ（ＭＰａの単位）に対するガラスの破壊靱性ＫＩＣ（ＭＰａ・ｍ０．５の単位）の比に対応する。√｛（Ωπα）の平方根｝（ｍ０．５の単位）の値は、傷深さ（α）と傷「形状」（Ω）の両方を考慮するので、その値は、表面傷の付いたガラスシートの応力破損をもたらす強さ制限表面傷の伝搬特徴に影響を与える傷形態係数に対するここに開示されている処理の影響を直接反映する。
ここに記載されたガラス組成物の実施の形態において、構成成分（例えば、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３など）の濃度は、特に明記のない限り、酸化物基準のモルパーセント（モル％）で規定されている。
「含まない(free)」および「実質的に含まない(substantially free)」という用語は、ガラス組成物中の特定の構成成分の濃度および／または不在を記載するために使用される場合、その構成成分がガラス組成物に意図的に添加されていないことを意味する。しかしながら、そのガラス組成物は、０．０１モル％未満の量の汚染物質またはトランプ(tramp)として微量の構成成分を含有することがある。
本開示は、カリウムなどのアルカリ金属を含むガラス組成物、その製造方法、およびその使用方法を提供する。本開示は、そのようなガラス組成物から作られたガラス基板、そのようなガラス組成物またはそのようなガラス組成を有するガラス基板を備えた表示装置も提供する。
本開示は、ディスプレイ用ガラス用途を対象とした新規のガラス組成物を提供する。一般に広く受け入れられている見識に基づいて、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、およびＣｓ２Ｏなどのアルカリ金属は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）堆積を含む高温の下流工程中に電子機器にアルカリが潜在的に拡散するために、ディスプレイ用ガラス組成物においては禁じられている。発明者等は、Ｋ２Ｏなどのイオン半径が大きいアルカリ金属の酸化物は、拡散が生じず、ディスプレイ用ガラス組成物に使用できることを最近見出した。拡散は、ガラス基板から、そのガラス基板上の第１の層として堆積されて重なったＳｉＯ２またはＳｉＮｘバリア層中には生じない。
いくつかの実施の形態によれば、ガラス組成物は、
約６０モル％から約８０モル％のＳｉＯ２、
０モル％から約１１モル％のＡｌ２Ｏ３、
約４．０モル％から約１２モル％のＢ２Ｏ３、
約０．５モル％から約２０モル％のＫ２Ｏ、
０モル％から約１８．５モル％のＭｇＯ、および
０モル％から約１モル％のＳｎＯ２、
から実質的になる。
この組成物において、成分は、上記６種類の酸化物から選択される。いくつかの実施の形態において、これらの６種類の酸化物のみがその成分である。Ｋ２Ｏは、添加される唯一のアルカリ金属酸化物であり、Ｌｉ２ＯおよびＮａ２Ｏなどの他のアルカリ金属酸化物を含まない、または実質的に含まない。ＭｇＯは、添加される唯一のアルカリ土類金属酸化物であり、ＣａＯ、ＳｒＯ、またはＢａＯを含まない、または実質的に含まない。
ここに記載されたガラス組成物の実施の形態において、ＳｉＯ２は、組成物の最大成分であり、それゆえ、ガラス網状組織の主成分である。
前記ガラス組成物において、ＳｉＯ２は、任意の適切な範囲で存在する。適切な範囲の例としては、以下に限られないが、約６０モル％から約７５モル％、約６５モル％から約８０モル％、または約６５モル％から約７５モル％が挙げられる。いくつかの実施の形態において、ＳｉＯ２の含有量は、７５モル％以下、例えば、約６０モル％から約７５モル％の範囲にある。
ここに記載されたガラス組成物は、比較的少ない含有量で、必要に応じて、Ａｌ２Ｏ３をさらに含む。いくつかの実施の形態において、Ａｌ２Ｏ３の含有量は、１１モル％以下である。Ａｌ２Ｏ３の適切な範囲の例としては、以下に限られないが、約０．１モル％から約１０．５モル％、約０．１モル％から約２モル％、約２モル％から約１０．５モル％、約４モル％から約１０．５モル％、または任意の他の適切な範囲が挙げられる。
ここに記載された実施の形態におけるガラス組成物は、アルカリ金属酸化物も含む。アルカリ金属酸化物がＫ２Ｏであることが好ましくは、これは、添加される唯一のアルカリ金属酸化物である。Ｋ２Ｏは、どの適切な範囲の含有量を有してもよい。Ｋ２Ｏの適切な範囲の例としては、以下に限られないが、約０．５モル％から約１５モル％、約１モル％から約１５モル％、約３．５モル％から約１５モル％、約３モル％から約１５モル％、または約３モル％から約１０モル％が挙げられる。
Ａｌ２Ｏ３は、存在する場合、ＳｉＯ２と同様の様式で働くことがあり、そのガラス組成物から形成されたガラス溶融物において四面体配位にある場合、ガラス組成物の粘度を増加させることがある。しかしながら、米国特許第１０１１２８６５号明細書に記載されているように、ガラス組成物中にＡｌ２Ｏ３が存在すると、ガラス組成物中のアルカリ成分の移動度が増すであろうと考えられ、ガラス組成物中のＡｌ２Ｏ３の量を注意深く考える必要がある。
２０１９年６月３日に出願された米国仮特許出願第６２／８５６１７０号、および２０１９年８月１４日に出願された米国仮特許出願第６２／８８６６８７号の各明細書において、発明者等は、意外なことに、高含有量のＡｌ２Ｏ３は、ガラス組成物中に存在するアルカリ酸化物と共に、アルカリ成分が拡散する、またはガラスから浸出する傾向を減少させる、もしくはそのガラス組成物から作られた基板内またはその上に薄膜トランジスタが形成される加工条件下で組成物中にアルカリ成分を維持することを見出した。
本開示の発明者等は、さらに意外なことに、ガラス組成物中に存在するとここに開示されたような、Ｋ２Ｏおよび他の成分と共に、ゼロパーセントまたは低含有量のＡｌ２Ｏ３も、アルカリ成分が拡散する、またはガラスから浸出する傾向を減少させる、もしくはそのガラス組成物から作られた基板内またはその上に薄膜トランジスタが形成される加工条件下で組成物中にアルカリ成分を維持することを見出した。それに加え、Ｋ２Ｏなどのアルカリ酸化物を有するガラス組成物は、比較的低いが、調節可能な熱膨張を有する。関連する熱膨張係数（ＣＴＥ）は、成分の比率に基づいて、調整または調節することができる。
Ｋのイオン半径は、ＮａやＬｉと比べて、比較的大きいために、ガラス中のアルカリ金属の拡散性が減少するので、Ｋ２Ｏは、主要なアルカリ酸化物成分として使用される。重なっているバリア層中へのガラスからのアルカリ金属の低い拡散性は、ディスプレイ用のバックプレーンを形成するためにそのガラス組成物が使用される場合、非常に重要である。何故ならば、ガラス上に堆積された薄膜トランジスタ中にガラスからのアルカリ金属が拡散すると、そのトランジスタが損傷を受けるからである。
いくつかの実施の形態において、Ｋ２Ｏは、融剤であり、液相温度を低下させ、ガラスをより製造しやすくするために使用される。Ｋ２Ｏは、低いＣＴＥから、中程度のＣＴＥ、高いＣＴＥのガラス組成物を含むように、熱膨張係数（ＣＴＥ）の範囲を増加させる。
ここに記載された実施の形態におけるガラス組成物は、Ｂ２Ｏ３もさらに含む。Ｂ２Ｏ３は、ＳｉＯ２およびＡｌ２Ｏ３のように、ガラス網状組織の形成に寄与する。いくつかの実施の形態において、Ｂ２Ｏ３は、ガラス組成物の粘度を低下させるためにガラス組成物に添加されることがある。ここに記載された実施の形態において、Ｂ２Ｏ３は、ある量でガラス組成物中に存在する。Ｂ２Ｏ３の適切な範囲の例としては、以下に限られないが、約４．９モル％から約１１．５モル％、約６モル％から約１１モル％、または約８モル％から約１１モル％の範囲が挙げられる。
本開示に提供される組成物は、必要に応じて、ＭｇＯなどのアルカリ土類金属酸化物を含むことがある。いくつかの実施の形態において、ＭｇＯは、添加される唯一のアルカリ土類金属酸化物である。ＭｇＯの適切な範囲の例としては、以下に限られないが、０モル％から約１５モル％、０モル％から約１０モル％、０モル％から約６モル％、約０．１モル％から約１０モル％、０．１モル％から約０．６モル％、または約１０モル％から約１８．５モル％が挙げられる。いくつかの実施の形態において、ＭｇＯの含有量は、６モル％以下であり、例えば、０モル％から約２モル％の範囲にある。いくつかの実施の形態において、ＭｇＯの含有量は、１０モル％以上であり、例えば、約１０モル％から約１８．５モル％、または約１６モル％から約１８．５モル％の範囲にある。ＭｇＯは、高い電界強度を有し、ガラス組成物の弾性率を増加させるために使用される。
前記組成物は、ＳｎＯ２などのいずれの他の適切な成分を含んでもよい。ＳｎＯ２の適切な範囲の例としては、以下に限られないが、約０．０１モル％から約０．５モル％、または約０．０５モル％から約０．１５モル％が挙げられる。
本開示は、ここに記載された成分の異なる組合せおよび含有量範囲を有する任意の適切な組成物を提供する。
いくつかの実施の形態において、Ｋ２Ｏ／Ａｌ２Ｏ３のモル比は、約０．４から約３６０、例えば、約０．４から約２、約１から約１０、約１から約１００、約１００から約２００、または約２００から約３６０の範囲にある。いくつかの実施の形態において、比Ｋ２Ｏ／Ａｌ２Ｏ３は、約１から約１０、例えば、約０．４から約２の範囲にある。
いくつかの実施の形態において、ＭｇＯ／Ａｌ２Ｏ３のモル比は、０から約１０の範囲、例えば、０から約４、または０から約１の範囲にある。ＳｉＯ２／Ｂ２Ｏ３のモル比（ｋ）は、約６から約１５の範囲にあるかもしれない。
いくつかの実施の形態において、（［Ｋ２Ｏ］－［Ａｌ２Ｏ３］）／［Ｂ２Ｏ３］と定義されるＲ’値は、約－０．７から約０．７の範囲にあり、（［Ｋ２Ｏ］＋０．５＊［ＭｇＯ］－［Ａｌ２Ｏ３］）／［Ｂ２Ｏ３］と定義されるＲ”値は、約－０．３から約１．３の範囲にある。［Ｋ２Ｏ］、［ＭｇＯ］、［Ａｌ２Ｏ３］、および［Ｂ２Ｏ３］は、それぞれ、Ｋ２Ｏ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、およびＢ２Ｏ３のモル含有量を表す。Ｒ’およびＲ”値の範囲は、平面三角形から正方晶へのＢ２Ｏ３の転化のためにＡｌ２Ｏ３の荷電平衡後に残るアルカリ陽イオンとアルカリ土類陽イオンの比を示す。Ｒ’比とＲ”比が高いほど、ＩＶ配位ホウ素としてガラス中に存在するホウ素が多くなり、これにより、ガラス組成物のヤング率が増加する。
前記ガラス組成物は、低から中程度のヤング率、屈折率、密度、歪み点、徐冷点、および軟化点を含む性質を有し得る。これらの性質は、ディスプレイ用途に関連し、それにとって重要である。
いくつかの実施の形態において、前記ガラス組成物は、２０℃から３００℃の温度で、約４０×１０－７／℃から約８５×１０－７／℃の範囲の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する。このＣＴＥは、組成に基づいて、異なる用途に調節することができる。例えば、ＣＴＥは、約４０×１０－７／℃から約８０×１０－７／℃、または約４０×１０－７／℃から約７０×１０－７／℃、約４０×１０－７／℃から約６０×１０－７／℃、約３０×１０－７／℃から約４０×１０－７／℃、または約３０×１０－７／℃から約５０×１０－７／℃の範囲にある。ＣＴＥのこの範囲は、ＣＴＥ範囲の下端でのＴＦＴ、並びにＣＴＥ範囲の上端でのＴｉなどの金属およびアルミナを含む、幅広い材料にＣＴＥを一致させる上で都合よい。これらのガラスが、冷却中のＣＴＥの不一致により圧縮応力を作るために積層構造に使用される場合、そのようなＣＴＥの変動を利用することができる。
本開示は、ここに記載された成分の異なる組合せおよび含有量範囲を有する任意の適切な組成物を提供する。
いくつかの実施の形態において、例示のガラス組成物は、
約６０モル％から約７５モル％のＳｉＯ２、
約４モル％から約１０．５モル％のＡｌ２Ｏ３、
約５モル％から約１１モル％のＢ２Ｏ３、
約３．５モル％から約１５モル％のＫ２Ｏ、
０モル％から約６モル％のＭｇＯ、および
０モル％から約１モル％のＳｎＯ２、
から実質的になり、
Ｋ２Ｏ／Ａｌ２Ｏ３のモル比は、約０．４から約２の範囲にあり、ＭｇＯ／Ａｌ２Ｏ３のモル比は、０から約４の範囲にある。
いくつかの実施の形態において、ＳｉＯ２／Ｂ２Ｏ３のモル比（ｋ）は、約６から約１５の範囲にあるかもしれない。前記組成物は、約－０．７から約０．７の範囲にある、（［Ｋ２Ｏ］－［Ａｌ２Ｏ３］）／［Ｂ２Ｏ３］と定義されるＲ’値、および約－０．３から約１．３の範囲にある、（［Ｋ２Ｏ］＋０．５＊［ＭｇＯ］－［Ａｌ２Ｏ３］）／［Ｂ２Ｏ３］と定義されるＲ”値を有する。［Ｋ２Ｏ］、［ＭｇＯ］、［Ａｌ２Ｏ３］、および［Ｂ２Ｏ３］は、それぞれ、Ｋ２Ｏ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、およびＢ２Ｏ３のモル含有量を表す。
前記ガラス組成物は、加工上の優位性と性能優位性の両方を提供する。例えば、そのガラス組成物は、低い液相温度（Ｔｌｉｑ）および高い液相粘度を有する。液相温度は、１，３００℃以下、例えば、約９００℃から約１，３００℃、約９５０℃から約１，３００℃、約１，０００℃から約１，２００℃、約９００℃から約１，１８５℃、約１，０００℃から約１，１８５℃、約９００℃から約１，１５０℃、または約１，０００℃から約１，１５０℃の範囲にあることがある。いくつかの実施の形態において、液相温度は９５０℃未満である。
前記ガラス組成物は、１００キロポアズ以上、例えば、約２００キロポアズから約４００キロポアズ、約２００キロポアズから約６００キロポアズ、または約２００キロポアズから約８００キロポアズの範囲にある液相粘度を有する。いくつかの実施の形態において、液相粘度は、約１００キロポアズから約８００キロポアズ、例えば、約１００キロポアズから約５５０キロポアズ、または約２００キロポアズから約４５０キロポアズの範囲にあることがある。
ここに開示されたガラス組成物は、約１．４から約１．６、例えば、約１．４７から約１．５０の範囲の、５８９．３ｎｍでの屈折率を有する。応力光学係数は、約３．２ｎｍ／ＭＰａ／ｃｍ、例えば、いくつかの実施の形態において、３．２５３ｎｍ／ＭＰａ／ｃｍである。このガラス組成物の密度は、約２．２ｇ／ｃｍ３から約２．４ｇ／ｃｍ３、例えば、約２．２４９ｇ／ｃｍ３から約２．３９３ｇ／ｃｍ３の範囲にある。
ここに開示されたガラス組成物は、約５２０℃から約７００℃、例えば、約５２２℃から約６５１℃の範囲の歪み点を有することがある。徐冷点は、約５５０℃から約７５０℃、例えば、約５８０℃から約７０５℃の範囲にあることがある。このガラス組成物は、約８００℃から約１，０５０℃、例えば、約８３５℃から約１，０２５℃の範囲の軟化点を有することがある。
ここに開示されたガラス組成物は、良好な靱性も提供する。ガラスの破壊靱性ＫＩＣ（ＭＰａ・ｍ０．５の単位）は、約０．５ＭＰａ・ｍ０．５から約１ＭＰａ・ｍ０．５、例えば、約０．５ＭＰａ・ｍ０．５から約０．７５ＭＰａ・ｍ０．５の範囲にあることがある。
前記ガラス組成物は、０．２から約０．３、例えば、０．２０から約０．２３の範囲にあるポアソン比、約５０ＧＰａから約８０ＧＰａ、例えば、約５３ＧＰａから約７３ＧＰａの範囲にあるヤング率、および約２０ＧＰａから約４０ＧＰａ、例えば、約２０ＧＰａから約３０ＧＰａの範囲にある剛性率を有することがある。
別の態様において、本開示は、ここに記載されたガラス組成物を製造する方法と使用する方法、そのようなガラス組成物から作られたガラス物品（または部品）、およびそのガラス組成物またはガラス組成を有するガラス物品を含む表示装置も提供する。
ガラス物品の例としては、以下に限られないが、パネル、基板、カバー、バックプレーン、およびディスプレイ用途のための電子デバイスに使用される任意の他の構成部材が挙げられる。いくつかの実施の形態において、基板またはパネルなどのガラス物品は、光学的に透明である。ガラス物品の例としては、以下に限られないが、平らなまたは湾曲したガラスパネルが挙げられる。
例えば、いくつかの実施の形態において、前記ガラス組成物またはガラス基板は、電子デバイスにおけるカバーまたはバックプレーンである。いくつかの実施の形態において、薄膜トランジスタが、ガラス組成物上に、またはそれと接触して構築される。薄膜トランジスタは、非晶質シリコン系または多結晶シリコン系であってよい。いくつかの実施の形態において、本開示において提供されるガラス組成物は、その中または上に非晶質シリコン系トランジスタが配置される、基板または層として使用される。電子デバイスの例としては、以下に限られないが、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）ディスプレイ、コンピュータ用モニタ、現金自動預払機（ＡＴＭ）、タッチスクリーン、および光起電装置が挙げられる。
以下の実施例は、開示された主題による方法および結果を示すために下記に述べられている。これらの実施例は、ここに開示された主題の全ての実施の形態を含めることを意図しておらず、そうではなく、代表的な方法および結果を示すことを意図している。これらの実施例は、当業者に明白な、本開示の同等物および変更例を排除する意図はない。
数（例えば、量、温度など）に関連する精度を確実にするために努力を払ってきたが、ある程度の誤差および偏差を考慮すべきである。特に明記のない限り、温度は、℃で表されているか、周囲温度であり、圧力は、大気圧であるか、または大気圧に近い。組成自体は、酸化物基準のモルパーセントで与えられており、１００％に正規化されている。反応条件、例えば、成分濃度、温度、圧力および記載された過程から得られる生成物の純度と収率を最適にするために使用できる他の反応範囲と条件のバリエーションおよび組合せが数多くある。そのような工程条件を最適化するには、妥当な日常的実験しか必要ない。
表に述べられたガラス特性は、ガラスの技術分野で慣習的な技術にしたがって決定した。それゆえ、温度範囲２５～３００℃に亘る線熱膨張係数（ＣＴＥ）は、×１０－７／℃で表され、徐冷点は、℃で表されている。ＣＴＥは、ＡＳＴＭ基準Ｅ２２８にしたがって決定した。徐冷点および歪み点は、特に明記のない限り、ＡＳＴＭ基準Ｃ５９８にしたがってビーム曲げ粘度測定技術により決定した。ｇ／ｃｍ３で表される密度は、アルキメデス法（ＡＳＴＭ Ｃ６９３）により測定した。℃で表される溶融温度（ガラス溶融物が２００ポアズの粘度を示す温度と定義される）は、回転円筒式粘度測定法（ＡＳＴＭ Ｃ９６５－８１）により測定された高温粘度データにフィッティングされたフルチャーの式を利用して計算した。
℃で表されるガラスの液相温度は、ＡＳＴＭ Ｃ８２９－８１の標準勾配ボート液相線法を使用して測定した。これは、白金ボート内に粉砕ガラス粒子を入れ、そのボートを、勾配温度の領域を有する炉に入れ、２４時間に亘り適切な温度領域内でボートを加熱し、顕微鏡検査によりガラスの内部に結晶が現れる最高温度を決定する各工程を含む。より詳しくは、ガラス試料は、ワンピースでＰｔボートから取り出され、Ｐｔと空気の界面に対して、および試料の内部に形成された結晶の位置と性質を特定するために、偏光顕微鏡法を使用して検査される。炉の勾配は非常によく知られているので、温度対位置は、５～１０℃以内で、うまく推測することができる。試料の内部で結晶が観察される温度は、ガラスの液相線（対応する試験期間について）を表すものと解釈される。より遅く成長する相を観察するために、試験は、時々、より長い期間（例えば、７２時間）で行われる。ポアズで表される液相粘度は、液相温度およびフルチャーの式の係数から決定した。
ＧＰａで表されるヤング率値および剛性率値、並びにポアソン比は、ＡＳＴＭ Ｅ１８７５－００ｅ１に述べられた一般型の共鳴超音波スペクトロスコピー技術を使用して決定した。
応力光学係数（ＳＯＣ）値は、「Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient」と題するＡＳＴＭ基準Ｃ７７０－１６の手順Ｃ（ガラスディスク法）に述べられたように測定することができる。
表の例示のガラスは、シリカ源として市販の砂を使用して調製し、９０質量％が標準米国１００メッシュ篩を通過するように粉砕した。アルミナがアルミナ源であり、ペリクレースが、ＭｇＯの供給源であり、酸化スズ（ＩＶ）がＳｎＯ２の供給源であった。原材料を完全に混合し、坩堝内で二重に溶融した。原材料は、混合し、次いで、炭化ケイ素製グローバーで加熱された炉内に吊り下げられた白金製容器中に装填し、数時間に亘り、１６００℃と１６５０℃の間の温度で、溶融し、撹拌し、白金製容器の底にある開口を通じて送達することができる。混合および二重溶融手法により、均一性を確実にした。結果として得られたガラスのパテを徐冷点で、またはその近くで徐冷し、次いで、様々な実験方法を行って、物理的、粘性および液相属性を決定した。
これらの方法は特有ではなく、前記ガラス組成物は、当業者に周知の標準方法を使用して調製することができる。そのような方法は、連続溶融過程に使用される溶融装置が、ガス、電力、またはその組合せにより加熱される、連続溶融過程に行われるであろうような、連続溶融過程を含む。
例示のガラスを製造するのに適した原材料としては、ＳｉＯ２の供給源としての市販の砂；Ａｌ２Ｏ３の供給源としてのアルミナ、水酸化アルミニウム、アルミナの水和形態、並びに様々なアルミノケイ酸塩、硝酸塩およびハロゲン化物；Ｂ２Ｏ３の供給源としてのホウ酸、無水ホウ酸および酸化ホウ素；ＭｇＯの供給源としてのペリクレース、マグネシア、炭酸マグネシウム、水酸化マグネシウム、並びにマグネシウムのケイ酸塩、アルミノケイ酸塩、硝酸塩およびハロゲン化物の様々な形態が挙げられる。化学的清澄剤が望ましい場合、スズをＳｎＯ２として、別の主要ガラス成分との混合酸化物（例えば、ＣａＳｎＯ３）として、もしくはＳｎＯ、シュウ酸スズ、スズハロゲン化物、または当該技術分野に公知のスズの他の化合物として酸化状態で、添加することができる。
前記例示のガラス組成物は、清澄剤としてＳｎＯ２を含有するが、ＴＦＴ基板用途のための十分な品質のガラスを得るために、他の化学的清澄剤も利用しても差し支えない。
例示のガラスに意図的に含ませられる元素に加え、周期表のほぼ全ての安定元素が、原材料中の低レベルの汚染、製造過程における耐火物および貴金属の高温腐食、または最終的なガラスの属性を微調整するために低レベルでの意図的な導入のいずれかにより、ある程度のレベルでガラス中に存在する。
水素は、ヒドロキシル陰イオンのＯＨ－の形態で必然的に存在し、その存在は、標準的な赤外線分光法技術により確認できる。溶存ヒドロキシルイオンは、例示のガラスの徐冷点に著しくかつ非直線的な影響を与え、それゆえ、所望の徐冷点を得るために、埋め合わせをするように主要酸化物成分の濃度を調節する必要があるであろう。ヒドロキシルイオン濃度は、原材料の選択または溶融システムの選択により、ある程度制御することができる。例えば、ホウ酸は、ヒドロキシルの主要供給源であり、ホウ酸を酸化ホウ素と置換することは、最終的なガラスのヒドロキシル濃度を制御するための有用な手段であり得る。同じ論法が、ヒドロキシルイオン、水和物、もしくは物理吸着または化学吸着された水分子を含む化合物を含む他の潜在的な材料に適用される。溶融過程にバーナーが使用される場合、ひいては、天然ガスおよび関連する炭化水素の燃焼による燃焼生成物によってもヒドロキシルイオンが導入され得、それゆえ、埋め合わせをするように、溶融に使用されるエネルギーを、バーナーから電極に変えることが望ましいであろう。あるいは、代わりに、溶存ヒドロキシルイオンの有害な影響を埋め合わせるように主要酸化物成分を調節する反復プロセスを用いてもよい。
硫黄は、多くの場合、天然ガス中に存在し、同様に、多くの炭酸塩、硝酸塩、ハロゲン化物、および酸化物の原材料中のトランプ成分である。硫黄は、ＳＯ２の形態で、ガス状含有物の厄介な供給源であり得る。ＳＯ２が豊富な欠陥を形成する傾向は、原材料中の硫黄レベルを制御することにより、また比較的還元された多価陽イオンを低レベルでガラス基質中に含ませることによって、かなりの程度まで管理することができる。理論で束縛する意図はないが、ＳＯ２が豊富なガス状含有物は、主に、ガラス中に溶解した硫酸イオン（ＳＯ４＝）の還元によって、生じるようである。
原材料中の硫黄レベルを低レベルに慎重に制御することは、ガラス中の溶存硫黄（おそらく硫酸イオンとして）を減少させる有用な手段である。特に、硫黄は、好ましくは、バッチ材料中２００質量ｐｐｍ未満、より好ましくは、バッチ材料中１００質量ｐｐｍ未満である。
還元された多価元素は、例示のガラスがＳＯ２膨れを形成する傾向を制御するためにも使用できる。理論で束縛する意図はないが、これらの元素は、硫酸イオンを還元するための起電力を抑制する潜在的な電子供与体として働く。硫酸イオンの還元は、
ＳＯ４＝→ＳＯ２＋Ｏ２＋２ｅ－
などの半反応で記載することができ、式中、ｅ－は電子を示す。この半反応の「平衡定数」は、
Ｋｅｑ＝［ＳＯ２］［Ｏ２］［ｅ－］２／［ＳＯ４ ＝］
であり、式中、角括弧は化学的活性を示す。理想的には、ＳＯ２、Ｏ２および２ｅ－から硫酸イオンを形成するように反応を仕向けたいであろう。硝酸塩、過酸化物、または他の酸素の豊富な原材料を添加することは、役に立つであろうが、溶融の初期段階における硫酸イオンの還元に反対に作用するであろう。このことは、そもそもそれらを添加する恩恵を弱めるであろう。ＳＯ２は、ほとんどのガラス中に非常に低い溶解度を有し、それゆえ、ガラス溶融過程に添加することは実現困難である。電子は、多価元素の還元によって「添加される」であろう。例えば、第一鉄イオン（Ｆｅ２＋）の適切な電子供与半反応は、
２Ｆｅ２＋→２Ｆｅ３＋＋２ｅ－
と表される。
電子のこの「活性」は、硫酸イオンの還元反応を左に仕向け、ガラス中のＳＯ４＝を安定化させることができる。適切な還元された多価元素としては、以下に限られないが、Ｆｅ２＋、Ｍｎ２＋、Ｓｎ２＋、Ｓｂ３＋、Ａｓ３＋、Ｖ３＋、Ｔｉ３＋、および当業者になじみのある他の元素が挙げられる。各々の場合、ガラスの色に対する有害な影響を避けるようにそのような成分の濃度を最小にすること、またはＡｓおよびＳｂの場合には、エンドユーザの過程における廃棄物管理が複雑になるほど十分に高いレベルでそのような成分を添加することを避けることが重要であろう。
例示のガラスの主要酸化物成分、および上述した微量のまたはトランプ成分に加え、ハロゲン化物が、原材料の選択により導入される汚染物質として、またはガラス中のガス状含有物をなくすために使用される意図的な成分としてのいずれかで、様々なレベルで存在することがある。ハロゲン化物は、清澄剤として、約０．４モル％以下のレベルで含まれることがあるが、可能であれば、排ガス取扱い設備の腐食を避けるために、より少ない量で使用することが一般に望ましい。いくつかの実施の形態において、個々のロゲン化物元素の濃度は、各個別のハロゲン化物について、約２００質量ｐｐｍ未満である、または全てのハロゲン化物元素の合計について、約８００質量ｐｐｍ未満である。
表１～４には、２１の実験試料の組成および性質が纏められている。表１は、実験例１～５（「Ｅｘ．１～５」）の組成を示している。表２は、実験例６～１０（「Ｅｘ．６～１０」）の組成を示している。表３は、実験例１１～１５（「Ｅｘ．１１～１５」）の組成を示している。表４は、実験例１６～２１（「Ｅｘ．１６～２１」）の組成を示している。実施例１～２１には、「Ａ」から「Ｘ」の順序で記号も振られている。軟化点、徐冷点、ヤング率、剛性率、およびポアソン比を含む、実施例１～２１の特性データも、表１～４に列挙されている。
Figure 2023521805000002
Figure 2023521805000003
Figure 2023521805000004
Figure 2023521805000005
表４において、「ＣＯＶ」は、破壊靱性データに関する変動係数である。
図１は、ここに開示された組成物の液相温度に対するＫ２Ｏの含有量の影響を示す一般的な傾向を示している。図２は、ここに開示されたガラス組成物の一般的な傾向として、Ｋ２Ｏの含有量と液相粘度との間の関係を示している。図１～２において、実験試料１～３（「Ｓ１」、「Ｓ２」、「Ｓ３」）を、商標名ＥＡＧＬＥ ＸＧ（商標）（「ＥＸＧ」）でＣｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃ．から市販され、Ｋ２Ｏを含有していない、比較製品と比べる。「ＥＡＧＬＥ ＸＧ」は、匹敵する他の成分を含まないであろうが、ここでは、説明のためだけに示されている。製品ＥＸＧは、１１４０℃の液相温度および２２８，５２７ポアズの液相粘度を有する。
前記ガラス組成物は、１００キロポアズ以上液相粘度を有する。例えば、液相粘度は、約２００キロポアズから約４００キロポアズ、約２００キロポアズから約６００キロポアズ、約１００キロポアズから約５５０キロポアズ、または約２００キロポアズから約４５０キロポアズの範囲に調節することができる。液相粘度のそのような増加および液相温度のそのような低下は、著しい加工上の優位性をもたらし、製造費を低下させる。
表１～４を参照すると、ガラス組成物は、調節可能な範囲にある熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する。例示のガラスは、そのガラスを、ＡＭＬＣＤ基板用途などのディスプレイ用途、より詳しくは、低温ポリシリコンおよび酸化物薄膜トランジスタ用途に適したものとする徐冷点およびヤング率の値などの良好な性質を有する。このガラスは、市販のＡＭＬＣＤ基板から得られる耐久性に似た、酸および塩基媒体中の耐久性を有し、それゆえ、ＡＭＬＣＤ用途に適している。例示のガラスは、ダウンドロー技術を使用して成形することができ、特に、フュージョン法に適合している。
さらに、使用されるアルカリ金属酸化物の著しいレベルにもかかわらず、ガラス組成物が電子デバイスに使用された場合、その組成物から、アルカリ金属イオンなどの金属イオンが、浸出したり、拡散したりしない。
主題が、例示の実施の形態に関して説明されきたが、それらに限定されない。そうではなく、付随の特許請求の範囲は、当業者によって想起されるような、他の変種および実施の形態を含むと広く解釈されるべきである。
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
実施形態１
約６０モル％から約８０モル％のＳｉＯ２、
０モル％から約１１モル％のＡｌ２Ｏ３、
約４．０モル％から約１２モル％のＢ２Ｏ３、
約０．５モル％から約２０モル％のＫ２Ｏ、
０モル％から約１８．５モル％のＭｇＯ、および
０モル％から約１モル％のＳｎＯ２、
から実質的になるガラス組成物。
実施形態２
Ａｌ２Ｏ３の含有量が、約０．１モル％から約１０．５モル％、０モル％から約２モル％、約２モル％から約１０．５モル％、または約４モル％から約１０．５モル％の範囲にある、実施形態１に記載のガラス組成物。
実施形態３
Ｋ２Ｏの含有量が、約０．５モル％から約１５モル％、約１モル％から約１５モル％、約３．５モル％から約１５モル％、約３モル％から約１５モル％、または約３モル％から約１０モル％の範囲にある、実施形態１に記載のガラス組成物。
実施形態４
ＳｉＯ２の含有量が、約６０モル％から約７５モル％、約６５モル％から約８０モル％、または約６５モル％から約７５モル％の範囲にある、実施形態１に記載のガラス組成物。
実施形態５
ＭｇＯの含有量が、０モル％から約１５モル％、０モル％から約１０モル％、０モル％から約６モル％、約０．１モル％から約１０モル％、０．１モル％から約０．６モル％、または約１０モル％から約１８．５モル％の範囲にある、実施形態１に記載のガラス組成物。
実施形態６
Ｂ２Ｏ３の含有量が、約４．９モル％から約１１．５モル％、約６モル％から約１１モル％、または約８モル％から約１１モル％の範囲にある、実施形態１に記載のガラス組成物。
実施形態７
ＳｎＯ２の含有量が、約０．０１モル％から約０．５モル％、または約０．０５モル％から約０．１５モル％の範囲にある、実施形態１に記載のガラス組成物。
実施形態８
Ｋ２Ｏ／Ａｌ２Ｏ３のモル比が、約０．４から約３６０の範囲にある、実施形態１に記載のガラス組成物。
実施形態９
ＭｇＯ／Ａｌ２Ｏ３のモル比が、０から約１０の範囲にある、実施形態１に記載のガラス組成物。
実施形態１０
ＭｇＯ／Ａｌ２Ｏ３のモル比が、０から約４の範囲にある、実施形態１に記載のガラス組成物。
実施形態１１
ＳｉＯ２／Ｂ２Ｏ３のモル比が、約６から約１５の範囲にある、実施形態１に記載のガラス組成物。
実施形態１２
（［Ｋ２Ｏ］－［Ａｌ２Ｏ３］）／［Ｂ２Ｏ３］と定義されるＲ’値が、約－０．７から約０．７の範囲にあり、（［Ｋ２Ｏ］＋０．５＊［ＭｇＯ］－［Ａｌ２Ｏ３］）／［Ｂ２Ｏ３］と定義されるＲ”値が、約－０．３から約１．３の範囲にあり、式中、［Ｋ２Ｏ］、［ＭｇＯ］、［Ａｌ２Ｏ３］、および［Ｂ２Ｏ３］は、それぞれ、Ｋ２Ｏ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、およびＢ２Ｏ３のモル含有量を表す、実施形態１に記載のガラス組成物。
実施形態１３
前記ガラス組成物が、２０℃から３００℃の温度で、約４０×１０－７／℃から約８５×１０－７／℃の範囲の熱膨張係数を有する、実施形態１に記載のガラス組成物。
実施形態１４
約６０モル％から約７５モル％のＳｉＯ２、
約４モル％から約１０．５モル％のＡｌ２Ｏ３、
約５モル％から約１１モル％のＢ２Ｏ３、
約３．５モル％から約１５モル％のＫ２Ｏ、
０モル％から約６モル％のＭｇＯ、および
０モル％から約１モル％のＳｎＯ２、
から実質的になり、
Ｋ２Ｏ／Ａｌ２Ｏ３のモル比は、約０．４から約２の範囲にあり、ＭｇＯ／Ａｌ２Ｏ３のモル比は、０から約４の範囲にある、ガラス組成物。
実施形態１５
ＳｉＯ２／Ｂ２Ｏ３のモル比（ｋ）が、約６から約１５の範囲にある、実施形態１４に記載のガラス組成物。
実施形態１６
（［Ｋ２Ｏ］－［Ａｌ２Ｏ３］）／［Ｂ２Ｏ３］と定義されるＲ’値が、約－０．７から約０．７の範囲にあり、（［Ｋ２Ｏ］＋０．５＊［ＭｇＯ］－［Ａｌ２Ｏ３］）／［Ｂ２Ｏ３］と定義されるＲ”値が、約－０．３から約１．３の範囲にあり、式中、［Ｋ２Ｏ］、［ＭｇＯ］、［Ａｌ２Ｏ３］、および［Ｂ２Ｏ３］は、それぞれ、Ｋ２Ｏ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、およびＢ２Ｏ３のモル含有量を表す、実施形態１４に記載のガラス組成物。
実施形態１７
実施形態１に記載のガラス組成物から作られたガラス物品。
実施形態１８
実施形態１に記載のガラス組成物、または実施形態１に記載のガラス組成物から作られたガラス基板を含む表示装置。
実施形態１９
前記ガラス組成物または前記ガラス基板が、ディスプレイ用途のための電子デバイスにおけるカバーまたはバックプレーンである、実施形態１８に記載の表示装置。
実施形態２０
実施形態１４に記載のガラス組成物、または実施形態１４に記載のガラス組成物から作られたガラス物品を含む表示装置。

Claims (15)

  1. 約６０モル％から約８０モル％のＳｉＯ２、
    ０モル％から約１１モル％のＡｌ２Ｏ３、
    約４．０モル％から約１２モル％のＢ２Ｏ３、
    約０．５モル％から約２０モル％のＫ２Ｏ、
    ０モル％から約１８．５モル％のＭｇＯ、および
    ０モル％から約１モル％のＳｎＯ２、
    から実質的になるガラス組成物。
  2. Ａｌ２Ｏ３の含有量が、約４モル％から約１０．５モル％の範囲にある、請求項１記載のガラス組成物。
  3. Ｋ２Ｏの含有量が、約３モル％から約１０モル％の範囲にある、請求項１記載のガラス組成物。
  4. ＳｉＯ２の含有量が、約６５モル％から約７５モル％の範囲にある、請求項１記載のガラス組成物。
  5. ＭｇＯの含有量が、約１０モル％から約１８．５モル％の範囲にある、請求項１記載のガラス組成物。
  6. Ｂ２Ｏ３の含有量が、約８モル％から約１１モル％の範囲にある、請求項１記載のガラス組成物。
  7. ＳｎＯ２の含有量が、約０．０５モル％から約０．１５モル％の範囲にある、請求項１記載のガラス組成物。
  8. Ｋ２Ｏ／Ａｌ２Ｏ３のモル比が、約０．４から約３６０の範囲にある、請求項１記載のガラス組成物。
  9. ＭｇＯ／Ａｌ２Ｏ３のモル比が、０から約４の範囲にある、請求項１記載のガラス組成物。
  10. ＳｉＯ２／Ｂ２Ｏ３のモル比が、約６から約１５の範囲にある、請求項１記載のガラス組成物。
  11. （［Ｋ２Ｏ］－［Ａｌ２Ｏ３］）／［Ｂ２Ｏ３］と定義されるＲ’値が、約－０．７から約０．７の範囲にあり、（［Ｋ２Ｏ］＋０．５＊［ＭｇＯ］－［Ａｌ２Ｏ３］）／［Ｂ２Ｏ３］と定義されるＲ”値が、約－０．３から約１．３の範囲にあり、式中、［Ｋ２Ｏ］、［ＭｇＯ］、［Ａｌ２Ｏ３］、および［Ｂ２Ｏ３］は、それぞれ、Ｋ２Ｏ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、およびＢ２Ｏ３のモル含有量を表す、請求項１記載のガラス組成物。
  12. 約６０モル％から約７５モル％のＳｉＯ２、
    約４モル％から約１０．５モル％のＡｌ２Ｏ３、
    約５モル％から約１１モル％のＢ２Ｏ３、
    約３．５モル％から約１５モル％のＫ２Ｏ、
    ０モル％から約６モル％のＭｇＯ、および
    ０モル％から約１モル％のＳｎＯ２、
    から実質的になり、
    Ｋ２Ｏ／Ａｌ２Ｏ３のモル比は、約０．４から約２の範囲にあり、ＭｇＯ／Ａｌ２Ｏ３のモル比は、０から約４の範囲にある、ガラス組成物。
  13. ＳｉＯ２／Ｂ２Ｏ３のモル比（ｋ）が、約６から約１５の範囲にある、請求項１２記載のガラス組成物。
  14. （［Ｋ２Ｏ］－［Ａｌ２Ｏ３］）／［Ｂ２Ｏ３］と定義されるＲ’値が、約－０．７から約０．７の範囲にあり、（［Ｋ２Ｏ］＋０．５＊［ＭｇＯ］－［Ａｌ２Ｏ３］）／［Ｂ２Ｏ３］と定義されるＲ”値が、約－０．３から約１．３の範囲にあり、式中、［Ｋ２Ｏ］、［ＭｇＯ］、［Ａｌ２Ｏ３］、および［Ｂ２Ｏ３］は、それぞれ、Ｋ２Ｏ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、およびＢ２Ｏ３のモル含有量を表す、請求項１２記載のガラス組成物。
  15. 請求項１から１４いずれか１項記載のガラス組成物から作られたガラス物品。
JP2022562115A 2020-04-13 2021-03-29 Ｋ２ｏを含有するディスプレイ用ガラス Pending JP2023521805A (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202063009102P 2020-04-13 2020-04-13
US63/009,102 2020-04-13
PCT/US2021/024605 WO2021211284A1 (en) 2020-04-13 2021-03-29 K 2o-containing display glasses

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2023521805A true JP2023521805A (ja) 2023-05-25

Family

ID=78084607

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022562115A Pending JP2023521805A (ja) 2020-04-13 2021-03-29 Ｋ２ｏを含有するディスプレイ用ガラス

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20230133052A1 (ja)
EP (1) EP4136060A4 (ja)
JP (1) JP2023521805A (ja)
KR (1) KR20230008085A (ja)
CN (2) CN115551815B (ja)
TW (1) TW202146348A (ja)
WO (1) WO2021211284A1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023081062A1 (en) * 2021-11-05 2023-05-11 Corning Incorporated Alkali metal containing glasses with low alumina content

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10005088C1 (de) * 2000-02-04 2001-03-15 Schott Glas Alkalihaltiges Aluminoborosilicatglas und seine Verwendung
US20030166758A1 (en) * 2002-02-20 2003-09-04 Barkac Karen A. Curable powder film-forming composition exhibiting improved flow and leveling
JP4947486B2 (ja) * 2006-05-18 2012-06-06 日本電気硝子株式会社 平面画像表示装置用ガラスおよびそれを用いたガラス基板並びにその製造方法
JP5510315B2 (ja) * 2008-04-21 2014-06-04 旭硝子株式会社 ディスプレイパネル用ガラス板、その製造方法およびｔｆｔパネルの製造方法
US9371247B2 (en) * 2009-05-29 2016-06-21 Corsam Technologies Llc Fusion formable sodium free glass
US8598771B2 (en) * 2009-09-15 2013-12-03 Corning Incorporated Glass and display having anti-glare properties
US8835011B2 (en) * 2010-01-07 2014-09-16 Corning Incorporated Cover assembly for electronic display devices
US8778820B2 (en) * 2010-05-27 2014-07-15 Corning Incorporated Glasses having low softening temperatures and high toughness
JP5834793B2 (ja) * 2010-12-24 2015-12-24 旭硝子株式会社 化学強化ガラスの製造方法
JP2012148909A (ja) * 2011-01-18 2012-08-09 Nippon Electric Glass Co Ltd 強化ガラス及び強化ガラス板
US10280112B2 (en) * 2011-08-19 2019-05-07 Corning Incorporated Ion exchanged glass with high resistance to sharp contact failure and articles made therefrom
KR102250735B1 (ko) * 2012-02-29 2021-05-12 코닝 인코포레이티드 낮은 cte, 이온-교환가능한 유리 조성물 및 이를 포함하는 유리 제품
EP2885253B1 (en) * 2012-08-17 2021-06-02 Corning Incorporated Ultra-thin strengthened glasses
KR102255630B1 (ko) * 2013-08-15 2021-05-25 코닝 인코포레이티드 중간 내지 높은 ｃｔｅ 유리 및 이를 포함하는 유리 물품
US9714188B2 (en) * 2013-09-13 2017-07-25 Corning Incorporated Ion exchangeable glasses with high crack initiation threshold
CN106232540A (zh) * 2014-04-24 2016-12-14 日本板硝子株式会社 玻璃组合物、化学强化用玻璃板、强化玻璃板和显示器用强化玻璃基板
CN106573450B (zh) * 2014-08-13 2019-08-02 康宁公司 中间cte玻璃和包括这种玻璃的玻璃制品
WO2017112616A1 (en) * 2015-12-21 2017-06-29 Corning Incorporated Borosilicate glasses with low alkali content
EP3497065A1 (en) * 2016-08-11 2019-06-19 Corning Incorporated Method and apparatus for laminated backlight unit
WO2019226485A1 (en) * 2018-05-22 2019-11-28 Corning Incorporated Low temperature moldable sheet forming glass compositions

Also Published As

Publication number Publication date
KR20230008085A (ko) 2023-01-13
EP4136060A1 (en) 2023-02-22
US20230133052A1 (en) 2023-05-04
EP4136060A4 (en) 2024-04-24
CN117645410A (zh) 2024-03-05
CN115551815A (zh) 2022-12-30
TW202146348A (zh) 2021-12-16
CN115551815B (zh) 2023-11-24
WO2021211284A1 (en) 2021-10-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI656105B (zh) 尺寸穩定之快速蝕刻玻璃
JP6149320B2 (ja) 寸法安定性抗損傷性ガラス板
JP2005537209A (ja) フラットパネルディスプレイ用基板のための低密度ガラス
JP7220248B2 (ja) アルカリ非含有ボロアルミノシリケートガラス
EP3142977B1 (en) Aluminosilicate glasses
JP2024059962A (ja) 寸法安定性ガラス
JP2023521805A (ja) Ｋ２ｏを含有するディスプレイ用ガラス
TW202108529A (zh) 含氧化釔的玻璃基板
US20220324745A1 (en) Alkali metal-containing display glasses
WO2023081062A1 (en) Alkali metal containing glasses with low alumina content
WO2019140427A1 (en) Dimensionally stable fast etching glasses

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20240110