JP3666608B2

JP3666608B2 - 無アルカリガラス基板

Info

Publication number: JP3666608B2
Application number: JP12944495A
Authority: JP
Inventors: 晋吉三和
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 1995-04-27
Filing date: 1995-04-27
Publication date: 2005-06-29
Anticipated expiration: 2020-06-29
Also published as: JPH08295530A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、液晶ディスプレイ、ＥＬディスプレイ等のディスプレイ、フィルター、センサー等の基板として用いられる無アルカリガラス基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より液晶ディスプレイ等のフラツトパネルディスプレイ、フィルター、センサー等の基板としてガラス基板が使用されている。
【０００３】
この種のガラス基板の表面には、透明導電膜、絶縁膜、半導体膜、金属膜等が成膜され、しかもフォトリソグラフィ−エッチング（フォトエッチング）によって種々の回路やパターンが形成される。これらの成膜、フォトエッチング工程において、ガラス基板には、種々の熱処理や薬品処理が施される。
【０００４】
例えば薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）型アクティブマトリックス液晶ディスプレイの場合、ガラス基板上に絶縁膜や透明導電膜が成膜され、さらにアモルファスシリコンや多結晶シリコンのＴＦＴが、フォトエッチングによって多数形成される。このような工程において、ガラス基板は、数百度の熱処理を受けると共に、硫酸、塩酸、アルカリ溶液、フッ酸、バッファードフッ酸等の種々の薬品による処理を受ける。特にバッファードフッ酸は、絶縁膜のエッチングに広く用いられるが、ガラスを侵食してその表面を白濁させやすく、またガラス成分と反応して反応生成物ができ、これが工程中のフィルターをつまらせたり、基板上に付着するため、この種のガラス基板には、耐バッファードフッ酸性を付与することが大変重要である。
【０００５】
従ってＴＦＴ型アクティブマトリツクス液晶ディスプレイに使用されるガラス基板には、以下のような特性が要求される。
【０００６】
（１）ガラス中にアルカリ金属酸化物が含有されていると、熱処理中にアルカリイオンが成膜された半導体物質中に拡散し、膜特性の劣化を招くため、実質的にアルカリ金属酸化物を含有しないこと。
【０００７】
（２）フォトエッチング工程において使用される種々の酸、アルカリ等の薬品によって劣化しないような耐薬品性を有すること。
【０００８】
（３）成膜、アニール等の工程における熱処理によって、熱収縮しないこと。そのため高い歪点を有すること。
【０００９】
また溶融性、成形性を考慮して、この種のガラス基板には、以下のような特性も要求される。
【００１０】
（４）ガラス中に基板ガラスとして好ましくない溶融欠陥が発生しないよう、溶融性に優れていること。
【００１１】
（５）ガラス中に溶融、成形中に発生する異物が存在しないように、耐失透性に優れていること。
【００１２】
また近年、ＴＦＴ型アクティブマトリックス液晶ディスプレイ等の電子機器は、パーソナルな分野への利用が進められており、機器の軽量化が要求されている。これに伴ってガラス基板にも軽量化が要求されており、薄板化が進められている。しかしながらこの種の電子機器は、大型化も進められており、ガラス基板の強度を考慮すると、薄板化については自ずと限界がある。そこでガラス基板の軽量化を図る目的で、ガラスの密度を低くすることが望まれている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従来よりＴＦＴ型アクティブマトリックスディスプレイ基板に用いられている無アルカリガラスとしては、石英ガラス、バリウム硼珪酸ガラス及びアルミノ珪酸塩ガラスが存在するが、いずれも一長一短がある。
【００１４】
すなわち石英ガラスは、耐薬品性、耐熱性に優れ、低密度であるが、材料コストが高いという難点がある。
【００１５】
またバリウム硼珪酸ガラスとしては、市販品としてコーニング社製＃７０５９が存在するが、このガラスは耐酸性に劣り、フォトエッチング工程においてガラス基板の表面に変質や白濁、荒れが生じやすく、しかも基板からの溶出成分によって薬液を汚染しやすい。さらにこのガラスは、歪点が低いため、熱収縮や熱変形を起こしやすく、耐熱性に劣っている。またその密度も２．７６ｇ／ｃｍ³ と高い。
【００１６】
アルミノ珪酸塩ガラスは、耐熱性に優れているが、現在市場にあるガラス基板の多くが、溶融性が悪く、大量生産に不向きである。またこのガラス基板は、密度が高かったり、耐バッファードフッ酸性に劣るものが多く、全ての要求特性を満足するものは未だ存在しないというのが実情である。
【００１７】
本発明の目的は、上記した要求特性項目（１）〜（５）を全て満足し、しかも密度が２．６ｇ／ｃｍ³ 以下である無アルカリガラス基板を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の無アルカリガラス基板は、重量百分率で、ＳｉＯ₂ ５７〜６５％、Ａｌ₂Ｏ₃ １１〜２０％、Ｂ₂Ｏ₃ ９〜１５％、ＭｇＯ３〜１０％、ＣａＯ０〜４．５％、ＳｒＯ０．５〜１０％、ＢａＯ０．５〜９％、ＺｎＯ０〜５％、ＺｒＯ₂ ０〜５％、ＴｉＯ₂ ０〜５％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯ５〜２０％の組成を有し、実質的にアルカリ金属酸化物を含有せず、密度が２．６ｇ／ｃｍ³以下であることを特徴とする。
【００１９】
また本発明の無アルカリガラス基板は、好ましくは、重量百分率で、ＳｉＯ₂ ５７〜６５％、Ａｌ₂Ｏ₃ １１〜２０％、Ｂ₂Ｏ₃ ９〜１５％、ＭｇＯ３〜１０％、ＣａＯ０〜２％、ＳｒＯ０．５〜１０％、ＢａＯ０．５〜９％、ＺｎＯ０〜５％、ＺｒＯ₂ ０〜１．８％、ＴｉＯ₂ ０〜５％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯ５〜２０％の組成を有することを特徴とする。
【００２０】
【作用】
以下、本発明の無アルカリガラス基板の構成成分を上記のように限定した理由を説明する。
【００２１】
ＳｉＯ₂ は、ガラスのネットワークフォーマーとなる成分であり、その含有量は、５５〜６５％である。５５％より少ないと、耐薬品性、特に耐酸性が低下すると共に歪点が低くなるため耐熱性が悪くなり、且つ、ガラスの密度を２．６ｇ／ｃｍ³ 以下にすることが困難となる。また６５％より多いと、高温粘度が大きくなり、溶融性が悪くなるとと共にクリストバライトの失透物が析出しやすくなる。
【００２２】
Ａｌ₂ Ｏ₃ は、ガラスの耐熱性、耐失透性を高めると共に、密度を低下させるために不可欠な成分であり、その含有量は、１１〜２０％である。１１％より少ないと、失透温度が著しく上昇し、ガラス中に失透異物が生じやすくなる。また２０％より多いと、耐酸性、特に耐バッファードフッ酸性が低下し、ガラス基板の表面に白濁が生じやすくなる。
【００２３】
Ｂ₂ Ｏ₃ は、融剤として働き、粘性を下げ、溶融性を改善すると共に密度を低下させるための成分であり、その含有量は、９〜１５％である。９％より少ないと、融剤としての働きが不十分となると共に、ガラスの密度が高くなり、しかも耐バッファードフッ酸性が低下する。また１５％より多いと、ガラスの歪点が低下し、耐熱性が悪くなると共に、ガラスの耐酸性も悪くなる。
【００２４】
ＭｇＯは、歪点を下げずに高温粘性を下げ、ガラスの溶融性を改善する作用を有しており、二価のアルカリ土類酸化物の中で、最も密度を下げる効果が大きい成分であり、その含有量は、３〜１０％である。３％より少ないと、上記の効果が得られず、１０％より多いと、失透温度が著しく上昇し、エンスタタイト（ＭｇＯ・ＳｉＯ₂ ）の結晶異物がガラス中に析出しやすくなると共に、ガラスの耐バッファードフッ酸性が著しく悪化する。
【００２５】
ＣａＯも、ＭｇＯと同様に歪点を下げずに高温粘性を下げ、ガラスの溶融性を改善する作用を有する成分であり、その含有量は、０〜４．５％、好ましくは０〜２％である。４．５％より多いと、ガラスの耐バッファードフッ酸性が著しく悪化する。
【００２６】
ＳｒＯ、ＢａＯは、共にガラスの耐薬品性を向上させると共に、失透性を改善するための成分であるが、多量に含有させると、溶融性を損なうと共にガラスの密度が高くなるため好ましくない。従ってＳｒＯの含有量は、０〜１０％、好ましくは０．５〜１０％であり、ＢａＯの含有量は、０．５〜９％である。
【００２７】
ＺｎＯは、耐バッファードフッ酸性を改善すると共に、失透性を改善する成分であり、その含有量は、０〜５％である。５％より多いと、逆にガラスが失透しやすくなると共に、歪点が低下するため耐熱性が得られない。
【００２８】
ただしＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ及びＺｎＯの合量が５％より少ないと、ガラスの高温での粘性が高くなり、溶融性が悪くなると共に、ガラスが失透しやすくなり、２０％より多くなると、ガラスの密度が高くなり、２．６ｇ／ｃｍ³以下にするのが困難となる。
【００２９】
ＺｒＯ₂ は、ガラスの耐薬品性、特に耐酸性を改善すると共に、高温粘性を下げて溶融性を向上させる成分であり、その含有量は、０〜５％、好ましくは０〜１．８％である。５％より多いと、失透温度が上昇し、ジルコンの失透異物が析出しやすくなる。
【００３０】
ＴｉＯ₂ は、耐薬品性、特に耐バッファードフッ酸性を改善すると共に、高温粘性を低下し溶融性を向上させる成分であり、その含有量は、０〜５％である。５％より多いと、ガラスに着色を生じ、透過率が低下するためディスプレイ用ガラス基板として好ましくない。
【００３１】
また本発明においては、上記成分以外にも、特性を損なわない範囲で他の成分を添加させることが可能であり、例えば清澄剤としてＡｓ₂ Ｏ₃ 、Ｓｂ₂ Ｏ₃ 、Ｆ₂ 、Ｃｌ₂ 、ＳＯ₃ 等の成分を添加させることが可能である。
【００３２】
ただし一般に融剤として使用されるＰｂＯとＰ₂ Ｏ₅ は、ガラスの耐薬品性を著しく低下させるため、本発明においては添加を避けるべきである。特にＰｂＯは、溶融時に融液の表面から揮発し、環境を汚染する虞れもあるため好ましくない。
【００３３】
【実施例】
以下、本発明の無アルカリガラス基板を実施例に基づいて詳細に説明する。
【００３４】
表１、２は、実施例のガラス（試料Ｎｏ．１〜９）と比較例のガラス（試料Ｎｏ．１０〜１３）を示すものである。
【００３５】
【表１】

【００３６】
【表２】

【００３７】
表中の各試料は、次のようにして作製した。まず表の組成となるようにガラス原料を調合し、白金坩堝に入れ、１５８０℃で、１６時間溶融した後、カーボン板上に流し出し、板状に成形した。次いでこれらの板状ガラスの両面を光学研磨することによってガラス基板としたものである。
【００３８】
表から明らかなように、実施例であるＮｏ．１〜９の各試料は、いずれも密度が２．６ｇ／ｃｍ³ 以下、歪点が６４０℃以上、失透温度が１１００℃以下、１０^2.5 ポイズに相当する温度が１５８０℃以下であり、いずれも良好な特性を有していた。またこれらの試料は、耐硫酸性と耐バッファードフッ酸性にも優れていた。
【００３９】
それに対し、比較例であるＮｏ．１０の試料は、密度が大きいため、実施例の試料に比べて重量が大きいものと考えられる。しかも歪点が低いため、耐熱性に劣り、且つ、耐硫酸性についても劣っていた。またＮｏ．１１の試料も、密度が大きく、歪点がやや低かった。さらに失透温度が高いため、溶融性に劣り、且つ、耐バッファードフッ酸性についても劣っていた。さらにＮｏ．１２の試料は、耐バッファードフッ酸性が劣り、Ｎｏ．１３の試料は、高温粘度が高く、溶融性に劣ると共に、失透温度も高かった。
【００４０】
尚、表中の密度は、周知のアルキメデス法によって測定したものである。また歪点は、ＡＳＴＭＣ３３６−７１の方法に基づいて測定し、失透温度は、各試料から３００〜５００μｍの粒径を有するガラス粉末を作製し、これを白金ボート内に入れ、温度勾配炉に２４時間保持した後の失透観察によって求めたものである。
【００４１】
また１０^2.5 ポイズ温度は、高温粘度である１０^2.5 ポイズに相当する温度を示すものであり、この温度が低いほど、溶融、成形性に優れていることになる。
【００４２】
さらに耐硫酸性は、各試料を８０℃に保持された１０重量％硫酸水溶液に２４時間浸漬した後、ガラス基板の表面状態を観察することによって評価した。ガラス基板の表面が、白濁したり、クラック等が入ったものを×、全く変化がないものを○で示した。
【００４３】
また耐バッファードフッ酸性は、各試料を、２０℃に保持された３８．７重量％フッ化アンモニウム、１．６重量％フッ酸からなるバッファードフッ酸に３０分間浸漬した後、ガラス基板の表面状態を観察することによって評価した。ガラス基板の表面が白濁しているものを×、全く変化のなかったものを○で示した。
【００４４】
【発明の効果】
以上のような本発明の無アルカリガラス基板は、実質的にアルカリ金属酸化物を含有せず、耐熱性、耐薬品性、溶融成形性に優れ、しかも低密度であるため、特に軽量化が要求されるＴＦＴ型アクティブマトリックス基板として好適である。

Claims

重量百分率で、ＳｉＯ₂ ５７〜６５％、Ａｌ₂Ｏ₃ １１〜２０％、Ｂ₂Ｏ₃ ９〜１５％、ＭｇＯ３〜１０％、ＣａＯ０〜４．５％、ＳｒＯ０．５〜１０％、ＢａＯ０．５〜９％、ＺｎＯ０〜５％、ＺｒＯ₂ ０〜５％、ＴｉＯ₂ ０〜５％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯ５〜２０％の組成を有し、実質的にアルカリ金属酸化物を含有せず、密度が２．６ｇ／ｃｍ³以下であることを特徴とする無アルカリガラス基板。
重量百分率で、ＳｉＯ₂ ５７〜６５％、Ａｌ₂Ｏ₃ １１〜２０％、Ｂ₂Ｏ₃ ９〜１５％、ＭｇＯ３〜１０％、ＣａＯ０〜２％、ＳｒＯ０．５〜１０％、ＢａＯ０．５〜９％、ＺｎＯ０〜５％、ＺｒＯ₂ ０〜１．８％、ＴｉＯ₂ ０〜５％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯ５〜２０％の組成を有することを特徴とする請求項１記載の無アルカリガラス基板。