JP2966207B2 - フラットパネルディスプレー装置 - Google Patents
フラットパネルディスプレー装置Info
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Description
プレー装置の支持体に適するガラスに関する。
ディスプレー装置の支持体として選択されてきた。すな
わち、第1の理由は透明であること、第2の理由はディ
スプレー加工中にさらされる化学的および物理的条件に
耐え得ること、そして第3の理由は、合理的なコストで
正確に制御された寸法を有する薄手シートに製造できる
ことである。液晶ディスプレーは、照明を外部光源に依
存する受動的ディスプレーである。それらは、セグメン
トディスプレーとして、あるいは2つの基本的マトリッ
クス構造の1つとして製造される。2つのタイプの支持
体の要件は異なる。一方のタイプは液晶材料の限界特性
に応じた内因性マトリックス(intrinsic matrix)構成の
ものであり、もう一方のタイプは、ダイオード、金属−
絶縁体−金属デバイスまたは薄手フイルムトランジスタ
(TFT)のアレーが各画素(pixel)への電子スイッチ
を供給するよう構成された外因性マトリックス(extrins
ic matrix)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、ガラスの2層がディスプレー
の構造を形成する。
約350 ℃の温度で薄手フイルムを付着させ、つづいて写
真平版パターニング(photolithgraplic patterning)す
ることにより製造される。このプロセスに伴う低温要件
のために、Na+ イオンの移行(migration)を防止する
ためシリカバリヤー層を有するソーダ石灰ケイ酸塩ガラ
スが、支持体として大規模に使用されてきた。スーパー
トゥウィステッドネマティック(super twisted nemati
c)と称する、内因性の構成を有する液晶ディスプレーの
高性能バージョンは、さらなる支持体要件(すなわち極
めて正確な平面度)を有する。この要件により、それら
のディスプレーに使用されるソーダ石灰ケイ酸塩ガラス
を研磨する必要が生じる。あるいは、コーニング社製バ
リウムホウアルミノケイ酸塩ガラス(コーニングコード
7059ガラス)が使用されてきた。このガラスは、ダウン
ドロー溶融パイプ(downdraw fusion pipe)を用いて表面
研磨を必要とせずにシートに精密成形される。それにつ
いては米国特許第3,338,696 号および第3,682,609 号に
記載されている。
2つのカテゴリーに再分割できる。第1のカテゴリーは
金属−絶縁体−金属またはアモルファスシリコン(a-s
i)デバイスに基づくものであり、第2のカテゴリーは
多結晶質シリコン(poly-si)デバイスに基づくものであ
る。poly-si から形成されたデバイスは、a-si薄手フイ
ルムトランジスタを用いたデバイスよりかなり高温で処
理される。そのような温度は、加工中にシートが熱変形
しないようにするため、ソーダ石灰ケイ酸塩ガラスやコ
ーニングコード7059ガラスより高い歪点を有するガラス
を使用することを要求する。
きくなる。この問題を解決する1つの方法は、成形後に
ガラスシートをアニールすることである。しかし、これ
はかなりのコストを要する。より経済的な解決策は、約
600 ℃の温度でデバイス加工をする際に寸法変化を最少
限にするよう高い歪点を有するガラスを開発することで
ある。
とによる薄手フイルムトランジスタの汚染は加工中にお
ける大きな問題点である。このような問題により、アル
カリの移行に対するバリヤーを与えるために支持体ガラ
スにコーティングを施すことが行われるに至った。
フイルムトランジスタを用いた液晶ディスプレー装置の
支持体に適したガラス組成を提供することである。
金属酸化物を実質的に含まず、ディスプレー加工に使用
される化学物質に対して比較的不活性であり、625 ℃を
超える歪点を有し、薄手ガラスシートの精密成形に関連
して前述したダウンドロー溶融パイプに使用される高温
耐火性セラミック材料および白金と接触した際に失透に
対する長時間安定性を有する。
たさなければならない最も重大な要件は、ガラスが約10
4 −106 ポアズの粘度を示す温度において大きい耐火性
を有するセラミック材料および白金に長時間さらした際
の失透の出現をおさえられることである。溶融パイプを
用いたガラスシートの引落し(drawing)は、ガラス品を
造形する従来のプレスプロセスの大変急速な急冷作用を
与えない。そのプロセスの性質上、溶融ガラスは、30日
間もの間溶融装置の耐火性部品と接触していることもあ
り得る。
行う際の条件下でのガラスの失透傾向を評価することは
大変困難である。第1の近似として、液相線測定が用い
られる。しかしながら、実際には、実験室において用い
る方法のために、その測定値は真の液相線ではない。測
定技術は、白金ボートに圧潰ガラスをおき、それを液相
線が存在すると思われる範囲の温度の広がりをもつ勾配
炉(gradient furnace)に入れることを含む。24時間
後、前記ボートを炉から取り出し、天然冷却し、ガラス
を取り出し、そのガラスから薄い切片を作り、それを顕
微鏡で検査する。測定は、結晶が見られる最高温度を測
ることにより行なう。この液相線温度に対応する粘度
が、各々のガラスが許容できるかどうかに関する第1の
評価を与える。
ガラスシートを形成するのに必要な粘度は約1〜3×10
5 ポアズである。このプロセスにおいて使用するガラス
の失透傾向をより適切に評価するため、ガラスの固体片
を、そのガラスの組成に最も適した溶融パイプ材料に応
じて、アルミナあるいはジルコンなどの高耐火性セラミ
ック材料または白金と接触させながら液相線より十分高
い温度まで加熱する。その後、得られた溶融ガラスをガ
ラス成形範囲内の粘度まで冷却し、その温度で7日間保
持する。その後、サンプルを結晶の有無について目視検
査する。
パイププロセスを利用してシートを形成するのに用いる
ことを意図しているため、該ガラスは液相線温度におい
て約1.5 ×105 ポアズを超える粘度を有する。
準の重量%で表わして、約25%のBaO、10%のAl2
O3 、15%のB2 O3 および50%のSiO2 から実質的
に成り、639 ℃のアニール点と、593 ℃の歪点と、25〜
300 ℃の温度範囲で46×10-7/℃の線熱膨張率を有す
る。アルカリ金属酸化物を含まず、そしてダウンドロー
溶融パイププロセスを用いた薄手ガラスシートの成形に
有用であるため、コーニングコード7059ガラスはa-Siデ
バイスの支持体として大規模に使用されてきた。poly-S
i デバイスの支持体として使用するガラスを考案しよう
とする試みにおいて、より高い歪点、およびガラスをし
て多結晶質シリコン薄手フイルムトランジスタを用いた
液晶ディスプレーの支持体に適したものとなすなどのコ
ーニングコード7059ガラスをうわまわる特性を有するガ
ラスを開発するための研究プログラムが開始された。
ングコード7059よりずっと高いアニール点および歪点を
有するストロンチウムアルミノケイ酸塩系の一連のガラ
スを発見した。このようにして得られた本発明によるガ
ラスは、675 ℃を超える歪点と725 ℃を超えるアニール
点を有し、酸化物基準のモル%で表わして、15-26 %S
rO、6-10%のAl2 O3 、および65-75 %のSiO2
から実質的になる。個々の成分を上記範囲内に維持する
ことは、ガラスの所望する特性を発現させるために必要
である。例えば、SiO2 を上記範囲より多くすると粘
稠過ぎるガラスができてしまい、Al2 O3 が上記範囲
を超えると液相線温度が高くなり過ぎてしまい。SrO
が上記範囲を超えると歪点が低くなり過ぎてしまう。ガ
ラスの物性を改良するのに、BaO、CaOおよびB2
O3 を少量加えることが有用となり得る。例えば、合計
量10%までのBaOおよび/またはCaOは液相線温度
を下げる作用があり、5%までのB2 O3 はガラスの溶
融性を改善するのに有用である。しかしながら、それら
およびその他全ての外来混入物は、ガラス特性に悪影響
を与えないため、約12%以下とすべきである。
重大な発見は、ガラス組成からMgOを排除することが
必要であるということである。より高い温度でマグネシ
ウムケイ酸塩がその他のアルカリ土類金属ケイ酸塩より
多くの量、ガラスから沈殿し、その結果、結晶の成長が
大きく増大するのが見られた。従って、本発明によるガ
ラスの組成は、アルカリ金属イオンの移行(migration)
を防止するためにアルカリ金属酸化物を実質的に含まな
いのみならず、MgOをも実質的に含まない。すなわ
ち、バッチ材料に実質的な量のアルカリ金属含有材料お
よびマグネシウム含有材料を含まない。
ルディスプレー装置の支持体として使用することを意図
したガラスを開示している。該ガラスはモル%で表わし
て、9-12%のSrO、9-12%のAl2 O3 および77-82
%のSiO2 から実質的になる。これらのガラスは、本
発明のガラスに比べて明らかにSrOの含有量が少な
く、SiO2 の含有量が多い。同米国特許に開示された
ガラスは850 ℃以上のアニール点を有し、従って、poly
-Si 薄手フイルムトランジスタを用いたディスプレーの
支持体として有用であることが強調されている。しかし
ながら、これらのガラスのバッチは1800℃付近の溶融温
度を必要とし、よって現行の商業的ガラス溶融装置を用
いて経済的に溶融することができない。
℃を超える歪点を有しつつ、約1600℃以下の温度で溶融
でき、従って現行の商業的ガラス溶融装置で溶融できる
という点において従来のガラスと大きく相違している。
液相線温度は約1100℃〜1325℃の範囲にあり、25−300
℃の範囲における線熱膨張率は約45〜62×10-7/℃の範
囲にある。
%で表わして以下から実質的になる。
であるが、本発明によるガラスの組成の重量%で表わし
た近似値は以下の通りである。
内容を記載したものには以下がある。
および第4,824,808 号;並びにkh.sh.Iskhakov,“Regi
on of Glass Formation in a Strontium Oxide-silicon
Dioxide System ”,Uzb,Khim.Zh.15 [1],10-12ページ
(1971 年);kh.sh.Iskhakov,“Properties of Glasse
s in Strontia-Alumina-Silica System ”,Uzb,Khim.z
h.15[2],79〜81ページ,(1971 年);そしてG.I.Zhura
vlev ,A.I.Kugnetsov,T.I.SemenovaおよびN.G.Suikov
skaya ,Glass ,USSR SU 870,365 ,1984年1月1日。
に説明する。
重量部で表わしている。個々の成分の合計が100 かある
いは100 に極めて近いので、便宜上、それらの値を重量
%とみなしてもさしつかえないと思われる。実際のバッ
チ成分は、互いに溶融すると適切な割合の所望の酸化物
が形成されるようなあらゆる材料(例えば酸化物でもよ
いし、その他の化合物でもよい)から構成し得る。例え
ば、SrCO3 およびCaCO3 は、それぞれSrOお
よびCaO3 の供給源となり得る。
製を促進するために互いに完全にタンブルミックスし、
そして白金るつぼに充填した。るつぼにふたをした後、
るつぼを約1600℃で作動する炉に移し、バッチを約16時
間溶融した。その後、るつぼを炉から取り出し、溶融物
をスチールプレート上に注いで、約30cm×15cm×1cmの
寸法を有するガラススラブを作り、それを直ちに約775
℃で作動するアニーラーに入れた。実施例において、70
59、1733および1724の番号はコーニング社販売のガラス
番号を表わしており、比較例を構成する。
のであるが、本発明のガラスは、大規模な商業ベースの
ガラス溶融および成形装置を用いて溶融および成形でき
ることに留意されたい。本発明のガラスは、ダウンドロ
ー溶融パイプを用いて薄手ガラスシートに引落すことを
意図されていることが想起されるであろう。また、実験
室での溶融では用いなかったが、As2 O3 やSb2 O
3 などの従来からある清澄剤も、所望ならば適当な量で
バッチに加えることができる。
って測定したガラスの物理的および化学的特性を示して
いる。ここで、アニール点(A.P.)、歪点(st.P.)、そ
して白金ボートを用いた内部液相線温度(Liq.)は、℃
表示である。さらに、表1において、液相線温度におけ
るガラスの粘度(Vis.)はポアズを単位として表示されて
いる。また、25-300℃の範囲における線熱膨張率(Exp.)
は×10-7/℃を単位として表示してあり、密度(Den.)は
g/cm3 を単位として表示してある。酸による攻撃に対す
る耐性の評価を、95℃の温度で5重量%HCl水溶液の
浴に24時間浸漬した後の減量(W.L.)(mg/cm2 で表示)で
測った。
である。
持体に用いるべく説明してきたが、本発明はエレクトロ
ルミネセントディスプレーあるいはプラズマディスプレ
ーなど、上記以外のフラットパネルディスプレー装置に
も使用できることは理解されよう。
Claims (1)
- 【請求項1】 多結晶質シリコン薄手フイルムトランジ
スタを用いた、ガラス支持体を含むフラットパネルディ
スプレー装置において、 前記ガラスは25-300℃の範囲における線熱膨張率が45-6
2×10-7/℃の範囲にあり、675 ℃を超える歪点と、160
0℃以下の融点と、1325℃以下の液相線温度と、白金お
よび高温耐火性セラミック材料との接触に際して失透に
対する長時間安定性とを有し、 前記ガラスはアルカリ金属酸化物とMgOを実質的に含
まず、酸化物基準のモル%で表わして以下の組成から実
質的になることを特徴とするフラットパネルディスプレ
ー装置。 SiO2 67-70 CaO および/または BaO 0-10 Al2 O3 7-9 B2 O3 0-5 SrO 21-25 (CaO および/または BaO)+B2 O3 0-12
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