JP4534282B2

JP4534282B2 - 液晶ディスプレイ基板用ガラス

Info

Publication number: JP4534282B2
Application number: JP35451399A
Authority: JP
Inventors: 学西沢; 敬前田; 泰昌中尾
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1999-12-14
Filing date: 1999-12-14
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2019-12-14
Also published as: JP2001172041A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶ディスプレイ基板に好適なガラスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来使用されている液晶ディスプレイには、ＴＮ−ＬＣＤ、ＳＴＮ−ＬＣＤ、ＤＳＴＮ−ＬＣＤ、ＴＦＴ−ＬＣＤ、ＰＡＬＣ、等多くの種類がある。ここで、ＬＣＤは液晶ディスプレイ、ＤＳＴＮはＤｏｕｂｌｅＳＴＮ、ＰＡＬＣはＰｌａｓｍａＡｄｄｒｅｓｓｅｄＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌのそれぞれ略称である。
【０００３】
従来の液晶ディスプレイを、ＴＦＴ−ＬＣＤの概念図である図１を用いて以下に説明する。
ＴＦＴ−ＬＣＤは液晶セル１０およびバックライト６からなる。液晶セル１０は、液晶１が２枚のガラス基板、すなわちアレイ用ガラス基板２とカラーフィルタ用ガラス基板３により挟み込まれた構造となっている。
【０００４】
液晶１に面したアレイ用ガラス基板２の表面には薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）７と透明な画素電極８が形成されている。アレイ用ガラス基板２の他の表面には偏光板４が貼られている。
また、液晶１に面したカラーフィルタ用ガラス基板３の表面には透明な対向電極９が形成されている。カラーフィルタ用ガラス基板３の他の表面には赤青緑のカラーフィルタ（図示せず）が形成されておりその上に偏光板５が貼られている。なお、偏光板５の偏光面と偏光板４の偏光面は互いに直交する。
【０００５】
液晶セルのアレイ用ガラス基板２の背後にはバックライト６が設置されている。バックライト６は、ノートブックパソコン等に使用されるＴＦＴ−ＬＣＤにおいては、たとえば、１本の蛍光灯の光を拡散板を通して液晶セルに導く構造を有する。投射型液晶パネルにおけるバックライト６は、たとえば、ハロゲンランプ等の点光源からの光を拡散板を通すことなく液晶セルに導く構造を有する。
【０００６】
ＴＦＴ−ＬＣＤの表示原理は概略次のようなものである。
薄膜トランジスタ７により制御された電圧を画素電極８と対向電極９の間に印加することにより、液晶１の液晶分子をまっすぐにしたりねじれさせたりする。印加された電圧が０でないときは、バックライト６からの光は偏光板４、液晶１、偏光板５を透過し、赤、青または緑を表示する。印加された電圧が０のときは、バックライト６からの光は偏光板５を透過せず、黒を表示する。このようにしてコントラストが良好な表示が得られる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のＬＣＤにはコントラスト不良の問題が起ることがあった。
本発明は、この問題を解決する液晶ディスプレイ基板用ガラスの提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ＭｇＯ、ＣａＯおよびＳｒＯからなる群から選ばれる１種以上とＳｉＯ₂を含有し比重が２．５０以下であるガラスであって、５０〜３５０℃における平均線膨張係数（単位：Ｋ^-1）が２４×１０^-7〜３３×１０^-7で、この値をα、ヤング率（単位：ＧＰａ）が６７〜７５で、この値をＥ、光弾性定数（単位：ｎｍ・ＭＰａ^-1・ｃｍ^-1）をＣとして、これらの積α・Ｅ・Ｃが７．６×１０^-3Ｋ^-1・ＧＰａ・ｎｍ・ＭＰａ^-1・ｃｍ^-1以下であり、実質的にモル％表示で、
ＳｉＯ₂ ６６〜６９、
Ａｌ₂Ｏ₃ １０〜１２．５、
Ｂ₂Ｏ₃ ７〜１０、
ＭｇＯ０〜１１．５、
ＣａＯ０〜５．８、
ＳｒＯ０〜７．７、
からなり、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯが５モル％〜残部である液晶ディスプレイ基板用ガラスを提供する（第１の態様）。
【０００９】
また、本発明は、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯからなる群から選ばれる１種以上とＳｉＯ₂を含有し比重が２．５０超であるガラスであって、５０〜３５０℃における平均線膨張係数（単位：Ｋ^-1）が３４×１０^-7〜５８×１０^-7で、この値をα、ヤング率（単位：ＧＰａ）が７５〜８８で、この値をＥ、光弾性定数（単位：ｎｍ・ＭＰａ^-1・ｃｍ^-1）をＣとして、これらの積α・Ｅ・Ｃが１０×１０^-3Ｋ^-1・ＧＰａ・ｎｍ・ＭＰａ^-1・ｃｍ^-1以下であり、実質的にモル％表示で、
ＳｉＯ₂ ６６〜８５、
Ａｌ₂Ｏ₃ ９〜２０、
Ｂ₂Ｏ₃ ０〜６、
ＭｇＯ０〜１６、
ＣａＯ０〜７、
ＳｒＯ０〜９、
ＢａＯ０〜１８、
からなり、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯが５モル％〜残部である液晶ディスプレイ基板用ガラスを提供する（第２の態様）。
【００１０】
本発明者は、前記ＬＣＤコントラスト不良の問題の原因が以下のようなものであると推定し、本発明に至った。
ＬＣＤに使用されているガラス基板には応力が発生していることがある。その原因としては、ＬＣＤ製造工程中の熱処理等によって発生した応力がガラス基板に残留している、バックライトから発生する熱によってガラス基板に応力が発生する、等が考えられる。
【００１１】
このような応力が存在すると光弾性効果によってガラス基板に光学的異方性が発生しガラス基板が偏光板のような働きをするようになる。ガラス基板が光学的等方体である場合にはバックライトからの光が透過せず黒の表示となっていたものが、ガラス基板が偏光板のような働きをする上述のような場合には前記光が一部透過し、その結果、黒ではなく灰色の表示となってコントラストが低下する、と考えられる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の液晶ディスプレイ基板用ガラス（以下単に本発明のガラスという。）は、ＴＮ−ＬＣＤ、ＳＴＮ−ＬＣＤ、ＤＳＴＮ−ＬＣＤ、ＴＦＴ−ＬＣＤ、ＰＡＬＣ、等各種ＬＣＤガラス基板に用いられる。
【００１３】
本発明のガラスにおいて、ネットワークフォーマであるＳｉＯ₂は必須成分であり、その含有量は５０〜９０モル％であることが好ましい。５０モル％未満では、化学的耐久性が低下する、比重が大きくなりすぎる、膨張係数が大きくなりすぎる、または歪点が高くなりすぎるおそれがある。より好ましくは５５モル％以上、特に好ましくは６０モル％以上、最も好ましくは６１モル％以上である。９０モル％超ではガラス溶解が困難になる、または失透温度が高くなりすぎるおそれがある。より好ましくは８５モル％以下、さらに好ましくは８５モル％以下、特に好ましくは７５モル％以下、最も好ましくは７１モル％以下である。
【００１４】
また、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯは化学的耐久性の顕著な低下を防止しつつガラス溶解を容易にする成分であり、これら４成分のうち少なくともいずれか１種を含有しなければならない。これら４成分の含有量の合計は５〜４５モル％であることが好ましい。５モル％未満ではガラス溶解が困難になるおそれがある。より好ましくは８モル％以上、特に好ましくは１０モル％以上である。４５モル％超では比重が大きくなりすぎる、または膨張係数が大きくなりすぎるおそれがある。より好ましくは３５モル％以下、特に好ましくは３２モル％以下である。
【００１５】
本発明のガラスは、ガラスの分相化を抑制する、歪点を高くする、またはヤング率を大きくするために、必須ではないが、Ａｌ₂Ｏ₃を含有してもよい。その含有量は、好ましくは０．１〜４５モル％である。０．１モル％未満では、ガラスが分相化する、歪点が低下する、またはヤング率が小さくなりすぎるおそれがある。より好ましくは１モル％以上、特に好ましくは６モル％以上である。４５モル％超ではガラス溶解が困難になる、または失透しやすくなるおそれがある。より好ましくは２０モル％以下、特に好ましくは１５モル％以下、最も好ましくは１３モル％以下である。
【００１６】
本発明のガラスは下記酸化物基準のモル％表示で、実質的に、
ＳｉＯ₂ ５０〜９０、
Ａｌ₂Ｏ₃ ０〜４５、
Ｂ₂Ｏ₃ ０〜１１、
ＭｇＯ０〜１７、
ＣａＯ０〜１６、
ＳｒＯ０〜１０、
ＢａＯ０〜３２、
からなり、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯが５〜４５モル％であることが好ましい。上記の好ましい組成について、モル％を％と表示して以下に説明する。なお、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯについてはすでに説明したので省略する。
【００１７】
Ｂ₂Ｏ₃は必須ではないが、比重を低下させる、ＴＦＴ−ＬＣＤ製造工程で使用されるバッファードフッ酸（ＢＨＦ）による白濁を防止する、ガラス溶解を容易にする、失透温度を低下させる、または膨張係数を低下させるために、１１％まで含有してもよい。１１％超では光弾性定数が大きくなりすぎ、後述するようにＬＣＤコントラストが低下するおそれがある。また、耐酸性が低下したり歪点が低下したりするおそれがある。好ましくは１０％以下である。Ｂ₂Ｏ₃を含有する場合、その含有量は１％以上であることが好ましい。より好ましくは２％以上、特に好ましくは３％以上である。
【００１８】
ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯのうちの少なくとも１種を含有しなければならないが、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯの含有量は、それぞれ１７％以下、１６％以下、１０％以下であることが好ましい。上記３成分の各含有量がこれらの値を超えると、比重が大きくなりすぎる、または膨張係数が大きくなりすぎるおそれがある。
ＢａＯは光弾性定数を低下させる成分であるが、その含有量は３２％以下であることが好ましい。３２％超では比重が大きくなりすぎる、または膨張係数が大きくなりすぎるおそれがある。
【００１９】
本発明の上記好ましい態様のガラスは実質的に上記成分からなるが、この他の成分を本発明の目的を損なわない範囲で２０％まで含有してもよい。このような成分として、Ｆ等のハロゲン元素、Ｆｅ₂Ｏ₃等の遷移金属酸化物、ＣｅＯ₂等の希土類金属酸化物、Ｌｉ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、ＺｎＯ、ＳｎＯ₂、ＳＯ₃、等が例示される。
【００２０】
本発明のガラスのヤング率は６０〜１００ＧＰａであることが好ましい。６０ＧＰａ未満では、ＬＣＤ製造工程においてガラス基板の２辺を支持して搬送する際のガラス基板の自重によるたわみが大きくなりすぎ、そのハンドリングに問題が生じるおそれがある。より好ましくは６５ＧＰａ以上、特に好ましくは６７ＧＰａ以上である。１００ＧＰａ超ではα・Ｅ・Ｃが大きくなりすぎるおそれがある。より好ましくは９５ＧＰａ以下、特に好ましくは９０ＧＰａ以下である。
【００２１】
次に、本発明の第１の態様のガラス（以下第１発明のガラスという。）について説明する。
第１発明のガラスは比重が２．５０以下であり、特にＬＣＤの軽量化に有効である。好ましくは２．４５以下、より好ましくは２．４０以下である。
【００２２】
第１発明のガラスにおいて、５０〜３５０℃における平均線膨張係数α（単位：Ｋ^-1）、ヤング率Ｅ（単位：ＧＰａ）および光弾性定数Ｃ（単位：ｎｍ・ＭＰａ^-1・ｃｍ^-1）の積α・Ｅ・Ｃは８．５×１０^-3Ｋ^-1・ＧＰａ・ｎｍ・ＭＰａ^-1・ｃｍ^-1未満である。α・Ｅ・Ｃが８．５×１０^-3Ｋ^-1・ＧＰａ・ｎｍ・ＭＰａ^-1・ｃｍ^-1以上ではＬＣＤコントラスト不良が起るおそれがある。α・Ｅ・Ｃは、好ましくは８．２×１０^-3Ｋ^-1・ＧＰａ・ｎｍ・ＭＰａ^-1・ｃｍ^-1以下、より好ましくは７．６×１０^-3Ｋ^-1・ＧＰａ・ｎｍ・ＭＰａ^-1・ｃｍ^-1以下である。以下に、α・Ｅ・ＣがＬＣＤコントラストの指標であることを説明する。
【００２３】
バックライトからの熱により、バックライトに近い側のガラス基板（ＴＦＴ−ＬＣＤにおいてはアレイ用ガラス基板）の温度分布が不均一となる。ガラス基板内の最高温度と最低温度の差をΔＴ（単位：Ｋ）とすると、このガラス基板内に発生する応力の最大値Ｆ（単位：ＧＰａ）は次式によって表わされる。
Ｆ＝α・Ｅ・ΔＴ
この応力Ｆによって厚さＬ（単位：ｃｍ）のガラス基板に発生する光路差すなわちリターデーションＲ（単位：ｎｍ）は次式によって表わされる。
Ｒ＝Ｃ・Ｆ・Ｌ＝（α・Ｅ・Ｃ）・ΔＴ・Ｌ
すなわち、α・Ｅ・Ｃが小さいほどＲは小さく、したがってコントラストは良好になる。
【００２４】
次に、本発明の第２の態様のガラス（以下第２発明のガラスという。）について説明する。
第２発明のガラスの比重は３．７０以下であることが好ましい。３．７０超ではＬＣＤが重くなりすぎるおそれがある。好ましくは３．２０以下、より好ましくは２．７０以下である。
【００２５】
第２発明のガラスにおいて、α・Ｅ・Ｃは１２×１０^-3Ｋ^-1・ＧＰａ・ｎｍ・ＭＰａ^-1・ｃｍ^-1未満である。α・Ｅ・Ｃが１２×１０^-3Ｋ^-1・ＧＰａ・ｎｍ・ＭＰａ^-1・ｃｍ^-1以上ではＬＣＤコントラスト不良が起るおそれがある。α・Ｅ・Ｃは、好ましくは１１×１０^-3Ｋ^-1・ＧＰａ・ｎｍ・ＭＰａ^-1・ｃｍ^-1以下、より好ましくは１０×１０^-3Ｋ^-1・ＧＰａ・ｎｍ・ＭＰａ^-1・ｃｍ^-1以下である。
【００２６】
本発明のガラスを製造する方法は特に限定されず、各種製造方法を採用できる。たとえば、目標組成となるように通常使用される原料を調合し、これを溶解炉中で加熱溶融する。バブリングや清澄剤の添加や撹拌などによってガラスの均質化を行い、周知のプレス法、ダウンドロー法、フロート法などの方法により所定の板厚に成形し、徐冷後、研削、研磨などの加工を行い、所定のサイズ、形状のガラス基板とする。
【００２７】
【実施例】
表のＳｉＯ₂〜Ａｓ₂Ｏ₃の欄にモル％表示で示した組成となるように原料を調合して白金るつぼに入れ、１６００℃に加熱し３〜５時間溶融した。次いで溶融ガラスを流し出して板状に成形後、徐冷を行った。
【００２８】
得られたガラスについて、比重、５０〜３５０℃における平均線膨張係数α（単位：Ｋ^-1）、ヤング率Ｅ（単位：ＧＰａ）、光弾性定数Ｃ（単位：ｎｍ・ＭＰａ^-1・ｃｍ^-1）、粘度が１０²ポアズになる温度Ｔ₂（単位：℃）、粘度が１０⁴ポアズになる温度Ｔ₄（単位：℃）、失透温度Ｔ_D（単位：℃）、歪点（単位：℃）を測定した。これらの測定法を以下に、測定結果を表に示す。なお、表のαの欄には前記平均線膨張係数に１０⁷を乗じた値を示す。
【００２９】
例１〜３、６〜８は第１発明のガラス、例１３〜１５，１７、１８、２０〜２４は第２発明のガラス、例４，５、９〜１２、１６，１９、２５、２６は比較例である。なお、例５〜８および例１１〜２５の比重、α、Ｅ、Ｃ、Ｔ₂、Ｔ₄、Ｔ_Dおよび歪点はいずれも組成から計算によって求めた値である。
【００３０】
比重：アルキメデス法により測定した。
α：示差熱膨張計（ＴＭＡ）により測定した。
Ｅ：曲げ共振法により測定した。
Ｃ：円盤圧縮法により測定した。
Ｔ₂、Ｔ₄：回転粘度計により測定した。
Ｔ_D：ガラスを粉砕して得たガラス粒を適切な温度で熱処理してその内部に結晶を析出させ、次に、このガラスを種々の温度で１７時間熱処理し、前記結晶が消失する最低温度を失透温度とした。
歪点：ＪＩＳＲ３１０３に則って測定した。
【００３１】
【表１】

【００３２】
【表２】

【００３３】
【表３】

【００３４】
【発明の効果】
本発明のガラスを用いることにより、ＬＣＤにおけるコントラスト不良が起りにくくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＴＦＴ−ＬＣＤの概念図。
【符号の説明】
１：液晶
２：アレイ用ガラス基板
３：カラーフィルタ用ガラス基板
４、５：偏光板
６：バックライト

Claims

ＭｇＯ、ＣａＯおよびＳｒＯからなる群から選ばれる１種以上とＳｉＯ₂を含有し比重が２．５０以下であるガラスであって、５０〜３５０℃における平均線膨張係数（単位：Ｋ^-1）が２４×１０^-7〜３３×１０^-7で、この値をα、ヤング率（単位：ＧＰａ）が６７〜７５で、この値をＥ、光弾性定数（単位：ｎｍ・ＭＰａ^-1・ｃｍ^-1）をＣとして、これらの積α・Ｅ・Ｃが７．６×１０^-3Ｋ^-1・ＧＰａ・ｎｍ・ＭＰａ^-1・ｃｍ^-1以下であり、実質的にモル％表示で、
ＳｉＯ₂ ６６〜６９、
Ａｌ₂Ｏ₃ １０〜１２．５、
Ｂ₂Ｏ₃ ７〜１０、
ＭｇＯ０〜１１．５、
ＣａＯ０〜５．８、
ＳｒＯ０〜７．７、
からなり、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯが５モル％〜残部である液晶ディスプレイ基板用ガラス。
前記比重が２．４５以下であり、前記平均線膨張係数（単位：Ｋ^-1）が２４×１０^-7〜３０×１０^-7であり、前記積α・Ｅ・Ｃが７．０×１０^-3Ｋ^-1・ＧＰａ・ｎｍ・ＭＰａ^-1・ｃｍ^-1以下であり、前記ＳｒＯが０〜３モル％である請求項１に記載の液晶ディスプレイ基板用ガラス。
ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯからなる群から選ばれる１種以上とＳｉＯ₂を含有し比重が２．５０超であるガラスであって、５０〜３５０℃における平均線膨張係数（単位：Ｋ^-1）が３４×１０^-7〜５８×１０^-7で、この値をα、ヤング率（単位：ＧＰａ）が７５〜８８で、この値をＥ、光弾性定数（単位：ｎｍ・ＭＰａ^-1・ｃｍ^-1）をＣとして、これらの積α・Ｅ・Ｃが１０×１０^-3Ｋ^-1・ＧＰａ・ｎｍ・ＭＰａ^-1・ｃｍ^-1以下であり、実質的にモル％表示で、
ＳｉＯ₂ ６６〜８５、
Ａｌ₂Ｏ₃ ９〜２０、
Ｂ₂Ｏ₃ ０〜６、
ＭｇＯ０〜１６、
ＣａＯ０〜７、
ＳｒＯ０〜９、
ＢａＯ０〜１８、
からなり、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯが５モル％〜残部である液晶ディスプレイ基板用ガラス。
前記ＳｉＯ₂が６６〜７０モル％、前記Ａｌ₂Ｏ₃が９〜１２モル％である請求項３に記載の液晶ディスプレイ基板用ガラス。