JP2655224B2 - フラットパネル表示装置およびその基体用ガラス - Google Patents

フラットパネル表示装置およびその基体用ガラス

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JP2655224B2
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    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL 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
    • C03C3/00Glass compositions
    • C03C3/04Glass compositions containing silica
    • C03C3/076Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
    • C03C3/089Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing boron
    • C03C3/091Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing boron containing aluminium

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  • Organic Chemistry (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)
  • Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はガラス基体を含むフラッ
トパネル表示装置に関し、さらに詳しくは、前記ガラス
が高アルミナ、アルカリ土類ホウケイ酸塩ガラスである
フラットパネル表示装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】「フラットパネル表示のためのアルカリ
土類アルミノホウケイ酸塩ガラス」の表題で本発明者に
より同時出願された米国特許出願は、多結晶性シリコン
薄膜トランジスタを利用したフラットパネル表示装置に
おける基体用に設計されたガラスに関する。そこに開示
されたガラスは、675℃より高い歪み点、1125℃
末満の液相線温度、および失透に対する長期安定性を示
し、実質的にアルカリ金属酸化物とMgOを含まない組
成を有し、モルパーセントで表わして、63−68%の
SiO、7.5−11%のAl、9.5−16
%のCaO、0−5%のSrO、4.5−10%のBa
O、14−26%のCaO+SrO+BaO、および1
−7%のBから実質的になる。
【0003】「フラットパネル表示のためのアルミノケ
イ酸ストロンチウムガラス」の表題でW.H.Dumb
augh,Jr.とJ.C.Lappにより同時出願さ
れた米国特許出願は同様に、多結晶性シリコン薄膜トラ
ンジスタを利用したフラットパネル表示装置における基
体用に設計されたガラスに関する。そこに開示されたガ
ラスは、675℃より高い歪み点、1325℃以下の液
相線温度、失透に対する長期安定性、および1.5×1
ポアズより大きい液相線粘度を示し、実質的にアル
カリ金属酸化物とMgOを含まない組成を有し、モルパ
ーセントで表わして、65−75%のSiO、6−1
0%のAl、15−26%のSrO、0−10%
のCaOおよび/またはBaO、0−5%のB
および0−12%の[CaOおよび/またはBaO]+
から実質的になる。
【0004】ガラスは、以下の理由により液晶表示装置
における基体として選択される: (1)ガラスは透明である;(2)ガラスは、表示装置
製造中にさらされる化学および物理条件に耐えられる;
そして(3)ガラスは、精密に制御された寸法の薄いシ
ートに安価な費用で製造できる。液晶表示装置は、照明
を外部光源に頼る受動的な表示装置である。その液晶表
示装置は、分割された表示装置として、または2つの基
本マトリックス形状のうちの1つの形状に製造される。
2つのマトリックスタイプの基体に必要な要件は異な
る。第一の種類は、液晶材料の閾値特性によってアドレ
スされた内因的マトリックスである。第二の種類は、ダ
イオード、金属−絶縁体−金属素子または薄膜トランジ
スタ(TFT)のアレーが各ピクセルに電子スイッチを
提供するようにアドレスされた、外因的マトリックスま
たは能動的マトリックスである。しかしながら、どちら
においても、2つのガラスシートが表示装置の構造を形
成する。
【0005】内因的にアドレスされた液晶表示装置は、
≦350℃の温度での薄膜付着を用いて製造され、次い
で、フォトリトグラフィックの模様づけをされる。その
工程に含まれる低温要件のために、Naイオンの移動
を妨げる、シリカバリア層を有するソーダ石灰ケイ酸塩
ガラスは、その基体として広く用いられている。スーパ
ーツイストネマティックと呼ばれる内因的にアドレスさ
れた液晶表示装置の高性能バージョンは、基体の要件と
して非常に精密な平滑性を追加した。その要件は、その
ような表示装置に用いられるソーダ石灰ケイ酸塩ガラス
が磨かれることを要求する。あるいは、ニューヨーク
州、コーニング、コーニング社により市販されているボ
ロアルミノケイ酸バリウムガラス、コーニングコード7
059が用いられ、そのガラスは、米国特許第3,33
8,696号(Dockerty)および同第3,68
2,609号(Dockerty)に記載されているよ
うに下引き溶融パイプ(downdraw fusio
n pipe)を利用して、表面の研磨を必要とせずに
精密にシートに形成される。
【0006】外因的にアドレスされた液晶表示装置は、
さらに2つの範疇に分類される:第一のものは金属−絶
縁体−金属素子またはアモルファスシリコン(a−S
i)素子に基づき;第二のものは多結晶質シリコン(p
oly−Si)素子に基づく。poly−Siから形成
された素子は、a−Si薄膜トランジスタに用いられる
温度よりも実質的に高い温度で加工される。そのような
温度は、加工中のシートの熱変形を防止するためにソー
ダ石灰ケイ酸塩ガラスおよびコーニングコード7059
より高い歪み点を有するガラスの使用を要求する。ガラ
スの歪み点が低ければ低いほど、その寸法変化は大きく
なる。この問題に対する実際的な解決策は、約600℃
の温度での加工中に寸法変化が最小となるように、高い
歪み点を有するガラスを開発することである。
【0007】ガラス基体からのナトリウムの移動による
薄膜トランジスタの汚染は、加工中の重大な問題点であ
る。このような問題は、アルカリの移動に対する障壁を
提供するために基体ガラスに被覆を施すことへと導い
た。
【0008】米国特許第2,010,836号(Ada
msら)は、重量パーセントで、25−45%のSiO
、0−2.5%のRO、12−27%のCaO、1
5−25%のAl、≧5%のZnOおよび5−1
2%のBから実質的になるガラスを開示してい
る。BaOは、5.2%までの量で実施例のいくつかに
存在している。SiOとBaOの量は、本発明の組成
に必要とされる水準より低い。
【0009】米国特許第2,135,662号(Han
leinら)は、重量パーセントで、35%のSi
、30%のAl、10%のB、15%
のCaO、および10%のBaOから実質的になるガラ
スを記載している。SiOの量は、本発明のガラスに
記載されている量より少なく、Alの含有量は多
い。
【0010】来国特許第3,310,413号(Har
rington)は、重量パーセントで、53.5−5
9.5%のSiO、13.0−16.5%のAl
、4.0−9.0%のB、0−5.0%のMg
O、5.5−16.5%のBaO、および8.5−1
5.0%のCaOから実質的になるガラスに関する。M
gOは1−4%で好ましく存在しており、そのガラスは
1125℃より低い液相線温度を示す。この特許の組成
と本発明のガラス組成との間には部分的な重なりがある
が、MgOを含むことが好まれ(実施例では1つを除い
て全てに含まれている)、本発明のガラスの最大液相線
温度はこの特許のガラスの液相線温度より50℃低く、
この特許の実施例は1つも本発明の組成範囲内に入らな
い。
【0011】米国特許第3,496,401号(Dum
baugh,Jr.)は、重量パーセントで、55−7
0%のSiO、13−25%のAl、10−2
5%のMgO+CaO+SrO+BaO、および0−1
0%のBから実質的になるガラスを報告してい
る。BaOは7つの実施例中3つに存在しており、その
最大量は7.55%である。同様にMgOが3つの実施
例中に含まれており、その最大量は8.54%である。
MgOを除いたとしても、どの実施例も本発明の範囲内
に入る組成を有していない。
【0012】米国特許第3,978,362号(Dum
baugh,Jr.ら)は、重量パーセントで、58−
63%のSiO、13−16%のAl、14−
21%のCaO、0−5%のMgO、0−7%のBa
O、および≧19%のCaO+MgO+BaOから実質
的になるガラスについて述べている。BaOの含有量は
少なく、Bは好ましくは存在しないと述べられて
いる。
【0013】米国特許第4,060,423号(Tho
mas)は、重量パーセントで、55−68%のSiO
、15−18%のAl、7−13%のCaO、
および6−16%のBaOから実質的になるガラスを記
載している。Bは存在しないと述べられている。
【0014】米国特許第4,255,198号(Dan
ielsonら)は、重量パーセントで、61−65%
のSiO、14−17%のAl、8−15%の
CaO、6−9%のSrO、0−5%のMgO、および
0−5%のBaOから実質的になるガラスについて検討
している。Bは、この特許のガラスの成分として
述べられていない。
【0015】米国特許第4,302,250号(Dan
ielson)は、重量パーセントで、64−68%の
SiO、16.5−18.5%のAl、11−
14%のCaO、0−4%のSrO、0−5%のBa
O、および2−6.5%のSrO+BaOから実質的に
なるガラスに関する。Bは、この特許のガラスの
成分として述べられていない。
【0016】米国特許第4,394,453号(Dum
baugh,Jr.)は、重量パーセントで、60.0
±1.5%のSiO、17.0±1.0%のAl
、5.0±0.8%のB、11.4±0.8%
のCaO、および7.5±0.8%のMgOから実質的
になるガラスを記載している。MgOはこの特許のガラ
スにおける必要な成分である。
【0017】米国特許第4,409,337号(Dum
baugh,Jr.)は、重量パーセントで、56−5
9%のSiO、16−17%のAl、4.5−
5.25%のB、7.5−9.25%のCaO、
5.5−6.25%のMgO、および5−9%のBaO
から実質的になるガラスを記載している。MgOはこの
特許のガラスにおける必要な成分である。
【0018】米国特許第4,441,051号(Tho
mas)は、再生サイクルハロゲンランプの透明外被の
ために設計されたガラスに関し、そのガラスは、重量パ
ーセントで表わして、52−60%のSiO、11−
17%のAl、11−16%のBaO、8−12
%のCaO、3−7%のB、および0−3%のア
ルカリ金属酸化物から実質的になる。液晶表示装置の基
体についてこの特許中ではなにも言及されてはおらず、
示された3%までのアルカリ金属酸化物の含有は、アル
カリ金属酸化物を含まない本発明のガラスの要件に反し
ている。
【0019】米国特許第4,994,415号(Ima
i)は、液晶表示装置の基体としての使用に適し、重量
パーセントで、55−58%のSiO、8−13%の
Al、4−10%のB、4−7%のCa
O、11−20%のBaO、0−5%のSrO、および
0.5−7%のZnOから実質的になるガラスを記載し
ている。CaOの量は、本発明に必要な水準より低く、
ZnOはこの特許のガラスに必要な成分である。ZnO
は、粘度−温度曲線を平らにし、これにより、溶融粘度
を増大させる一方、ガラスの歪み点を望ましくなく低く
する。
【0020】
【発明が解決しようとする課題】それゆえ、本発明の主
な目的は、poly−Si薄膜トランジスタを利用した
液晶表示装置における基体に適するガラス組成物を提供
することであって、そのガラス組成物は、実質的にアル
カリ金属酸化物を含まず、加工に用いられる化学品に対
して比較的不活性であり、625℃より高い歪み点を有
し、および、最も重要なことに、上述した薄いガラスシ
ートの精密加工のような下引き溶融パイプに利用される
白金および高温耐火性セラミック材料と接触したときの
失透に対する長期安定性を示す。
【0021】
【課題を解決するための手段】上述したように、本発明
のガラスが満たさなければならない最も厳密な必要条件
は、そのガラスが約10−10ポアズの粘度を示す
温度で非常に長期間白金および高耐火性材料へ暴露され
た際の失透に対する抵抗性である。溶融パイプを利用し
たガラスシート引きには、ガラス製品を造形するための
従来のプレス加工における非常に急速な焼き入れ操作が
ない。まさにその加工の性質により、溶融ガラスは、3
0日間溶融ユニットの耐火性成分と接触し続けることも
あり得る。
【0022】シート引きガラスに存在する条件下で失透
するガラスの傾向を研究所において評価することは大変
困難である。最初の近似として、「液相線」測定を用い
る。しかしながら、実際、研究所で用いた方法のため
に、その測定は真の液相線ではない。それゆえ、測定技
術は、その後に液相線が存在すると思われる範囲に広が
る温度幅を有する勾配炉中に導き入れられる白金ボート
に砕いたガラスを配置することを含む。24時間後に、
そのボートをその炉から取り出して、冷却し、そこから
ガラスを取り外す。このガラスから薄膜を調製し、その
薄膜を顕微鏡で観察した。結晶が観察される最高温度で
測定を行なった。この「液相線」温度に対応する粘度
は、そのガラスが許容されるかどうかの最初の評価を提
供する。
【0023】下引き溶融パイプ加工を利用してガラスシ
ートを形成するために必要な粘度は、約1−3×10
ポアズである。したがって、その加工に用いるガラスの
失透傾向をうまく評価するために、どの溶融パイプ材料
が所定のガラス組成に最も適しているかに応じて例えば
白金またはアルミナやジルコンのような高耐火性セラミ
ック材料と接触している間、そのガラスの固体片を液相
線温度よりずっと高い温度に加熱する。その後に、溶融
ガラスをガラス形成範囲内の粘度まで冷却して、その温
度を7日間保持する。その後に、試料について結晶の存
在を視覚的に検査する。本発明のガラスは、下引き溶融
パイプ加工によるシート形成用に設計したので、その組
成物は、液相線温度で約1.5×10ポアズより大き
い粘度を示す。
【0024】酸化物基準の重量パーセントで表わして、
約25%のBaO、約10%のAl、約15%の
O、および約50%のSiOから実質的になるコ
ーニングコード7059は、593℃の歪み点および2
5゜−300℃に亘って46×10−7/℃の線熱膨脹
係数を示す。アルカリ金属酸化物を含まないこと、およ
び下引き溶融パイプによる薄いガラスシート加工におけ
る有用性により、コーニングコード7059ガラスは、
a−Si素子の基体として広く使用されている。ポリ−
Si素子の基体として使用するガラスを発明しようとす
る努力において、研究計画は、多結晶性シリコン薄膜ト
ランジスタを利用した液晶表示装置の基体としてそれら
を適用できるようにするような、コード7059ガラス
の有する歪み点およびその他の特性より優れた特性を示
すガラスを開発することより着手した。
【0025】その研究により、酸化物基準のモルパーセ
ントで表わして、63−68%のSiO、7.5−1
1%のAl、9.5−16%のCaO、0−5%
のSrO、4.5−10%のBaO、ここで14−26
%のCaO+SrO+BaO、および1−7%のB
から実質的になり、アルカリ金属酸化物を実質的に含
まないガラスに至った。この研究からの非常に重大な発
見は、そのガラス組成からMgOを排除する必要性であ
った。それゆえ、ケイ酸マグネシウムが他の結晶相より
高い温度でガラスから沈殿し、それにより実際には、増
大した結晶成長となることが観察された。したがって、
本発明のガラス組成物は、実質的にMgOを含まない;
すなわち、そのバッチ成分は、アルカリ金属酸化物と同
様に、マグネシウム含有材料を実質的に含まない。
【0026】いくつかの成分の含有量は、最適液相線粘
度と長期失透に対する最も高い抵抗性を確保するために
重要である。説明すると: ガラスの十分高い歪み点を達成するために、SiO
量は63%の最低含有量で保持されなければならない
が、SiO含有量が68%を超えた場合には、ガラス
は標準ガラス製造設備を用いた溶融および成形には粘性
が強くなりすぎる。Alの量が7.5−11%の
範囲から外れた場合には、液相線温度が著しく上昇す
る。Bの量を1−7%の間に保持することは、溶
融粘度を低くするのに有用であるが、7%を超えた量で
は、歪み点の値を減少させることもある。アルカリ土類
金属酸化物の合計量は、良好なガラス溶融力を確保する
ために少なくとも14%でなければならないが、26%
を超えると、歪み点を減少させる傾向にある。BaO
は、ガラスの粘度をひどくは減少させずに液相線温度を
低下させるので、合計アルカリ土類金属酸化物含有量の
必要な部分である。AlとBaOの量は、液相線
温度を1075℃より低く保持するのに際して特に重要
である。
【0027】好ましいガラス組成は、モルパーセント
で、64−66%のSiO、8−10%のAl
、10−15%のCaO、0−3%のSrO、
4.5−8%のBaO、ここで18−24%のCaO+
SrO+BaO、および2−6%のBから実質的
になる。
【0028】モルパーセントを重量パーセントに正確に
変換することは数学的に不可能であるが、重量パーセン
トで表わした本発明のガラス組成の近似は以下のとおり
である:53−60%のSiO、11−16%のAl
、8−15%のCaO、0−10%のSrO、1
1−18%のBaO、ここで20−30%のCaO+S
rO+BaO、および2−6%のB
【0029】
【実施例】以下、実施例に基づいて本発明を詳細に説明
する。
【0030】表Iに、酸化物基準の重量部で表わした、
本発明の組成パラメータを例示するいくつかのガラス組
成を示す。各成分の合計が100に近いので、便宜上、
表示した値は重量パーセントを示すものとみなしてさし
つかえない。バッチ成分は、他のバッチ成分とともに溶
融されたときに、適切な比率で所望の酸化物に変換され
る酸化物または他の化合物いずれかの材料でよい。例え
ば、CaCOはCaOの供給源を、HBOはB
の供給源を提供する。
【0031】バッチ成分を配合し、均一な溶融物を得る
ためにともにボールミル粉砕して白金るつぼに装填し
た。その上に蓋をした後に、そのるつぼを約1600℃
で作動している炉に移し、バッチを約16時間溶融し
た。その後に、そのるつぼを炉から取り出して、溶融物
を約30cm×15cm×1cmの寸法を有するガラス
スラブを形成するためにスチール板上に注いだ。そし
て、そのスラブを直ちに約715℃で作動しているアニ
ーラーに移動させた。(7059、1733および17
24のラベルを貼った試料は、コーニング社により市販
されているガラスを示す。)上記記載は研究所規模の溶
融工程を示したものであるが、本発明のガラスは、大規
模の商業ガラス溶融および形成設備を利用して溶融およ
び形成できることは理解されよう。ここでのガラスは、
下引き溶融パイプを利用して薄いガラスシートに引かれ
るように設計されたものであることを確認しておきた
い。また、研究所の溶融では用いなかったが、従来の清
澄剤、例えば、AsおよびSbを所望と思
われる場合に適切な比率でバッチに含ませることができ
る。
【0032】表Iにはまた、ガラス業界で慣習的な技術
に従って記載したガラスについて測定したいくつかの物
理特性および化学特性に関する測定値を示す。ここで、
アニール点(A.P.)、歪み点(St.p.)、およ
び白金ボートを用いた内部液相線温度(Liq.)は℃
で表わす。また、25゜−300℃の温度範囲に亘る線
熱膨脹係数(Exp.)を×10−7/℃で、密度(D
en.)をグラム/ccで、そして液相線温度でのガラ
スの粘度(Vis.)をポアズで表す。最後に、酸によ
る攻撃に対する抵抗の評価を、5重量%のHCl水溶液
の浴に24時間浸漬後のmg/cmで表わした重量損
失(W.L.)の測定により行なった。
【0033】表IIに、モルパーセントで表わした表I
のガラス組成を示す。
【0034】
【表1】
【0035】
【表2】
【0036】
【表3】
【0037】例6と12が最も好ましいガラスであると
思われる。
【0038】以上、液晶表示装置の基体に本発明のガラ
スを利用することについて詳細に説明してきたが、本発
明は電子発光表示装置およびプラズマ表示装置のような
他のフラットパネル表示装置にも用いられることが理解
されよう。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 多結晶質シリコン薄膜トランジスタを利
    用したフラットパネル表示装置の基体用ガラスであっ
    て、前記ガラスが、625℃より高い歪み点、1075
    ℃未満の液相線温度および1.5×10ポアズより大
    きい液相線粘度を示し、実質的にアルカリ金属酸化物と
    MgOを含まず、酸化物基準のモルパーセントで表わし
    て、63−68%のSiO、7.5−11%のAl
    、9.5−16%のCaO、0−5%のSrO、
    4.5−10%のBaO、ここで14−26%のCaO
    +SrO+BaO、および1−7%のBから実質
    的になることを特徴とするガラス。
  2. 【請求項2】 前記ガラスが64−66%のSiO
    8−10%のAl、10−15%のCaO、0−
    3%のSrO、4.5−8%のBaO、ここで18−2
    4%のCaO+SrO+BaO、および2−6%のB
    から実質的になることを特徴とする請求項1記載の
    ガラス。
  3. 【請求項3】 請求項1または2記載のガラスから成る
    基体を含むフラットパネル表示装置。
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