JP4686858B2

JP4686858B2 - フラットパネルディスプレイ装置用ガラス基板

Info

Publication number: JP4686858B2
Application number: JP2000394536A
Authority: JP
Inventors: 知浩永金
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2000-12-26
Filing date: 2000-12-26
Publication date: 2011-05-25
Anticipated expiration: 2020-12-26
Also published as: JP2002193635A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、フラットパネルディスプレイ装置、特にプラズマディスプレイ装置用ガラス基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマディスプレイ装置は一般に、前面ガラス基板表面にＩＴＯ膜、ネサ膜等からなる透明電極、誘電体ペーストを、背面ガラス基板表面には、Ａｌ、Ａｇ、Ｎｉからなる電極、リブペーストを塗布してから５００〜６００℃程度の温度で焼成することにより回路を形成し、その後、前面ガラス基板と背面ガラス基板を対向させ、周囲を５００〜６００℃程度の温度でフリットシールすることにより作製される。従来、ガラス基板としては、建築用または自動車用として広く用いられているソーダ石灰ガラス（熱膨張係数約８４×１０^-7／℃）が一般的に用いられてきた。
【０００３】
ところが、ソーダ石灰ガラスは歪点が５００℃程度と低く、５８０℃程度の温度で熱処理する際、熱変形や熱収縮により、寸法が著しく変化するため、前面ガラス基板と背面ガラス基板を対向させる際、電極の位置合わせを精度よく実現することが難しく、特に大型高精細のプラズマディスプレイ装置を作製する上で困難を生じていた。
【０００４】
また、ソーダ石灰ガラスは、１５０℃での体積電気抵抗率（ｌｏｇ ρ）が８．４Ω・ｃｍと低く、ガラス中のアルカリ成分の移動度が大きい。従って、ガラス中のアルカリ成分がＩＴＯ膜やネサ膜等の薄膜電極と反応し、電極材料の電気抵抗値を変化させる問題も有している。
【０００５】
これらの事情から、現在では、ガラス基板の熱変形、熱収縮及び体積電気抵抗率の問題を解決するために、歪点及び体積電気抵抗率の高いプラズマディスプレイ装置用ガラス基板が広くガラス基板が使用されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記した従来の歪点、体積電気抵抗率の高いプラズマディスプレイ装置用ガラス基板は、製造工程において、ソーダ石灰ガラスに比べ、クラックが発生し割れが生じやすい。そのため、装置の歩留まりが低く、生産性向上を妨げる原因の一つとなっている。従って、生産性向上のため、ガラス基板を割れにくくする必要がある。つまり、耐クラック性の高いガラス基板が望まれている。
【０００７】
また、従来のプラズマディスプレイ装置用ガラス基板は、熱膨張係数が８０〜９０×１０^-7／℃であるため、５７０〜６００℃の温度で熱処理したあと、急冷すると熱応力に起因する割れが生じる。そのため、熱工程の冷却速度が制限され、工程の所要時間が長くなり、生産性を低下させていた。生産性向上のために、ガラス基板の熱膨張係数を小さくし、熱応力を発生しにくくさせれば良いが、熱膨張係数を小さくしすぎると、絶縁ペースト、リブペースト、フリットシールといった周辺材料との整合性が取れなくなる。
【０００８】
熱応力に起因する割れを抑え、しかも、周辺材料と整合性が取れるように、ガラス基板の熱膨張係数を６５〜８０×１０^-7／℃にしたガラス組成が特開平１１−３１０４３３号及び特開平１１−３１４９３３号で開示されている。ところが、特開平１１−３１０４３３号は、Ａｌ₂Ｏ₃を１０％以上含有しているため、高温粘度が高く、ガラスの成形が困難であった。また、特開平１１−３１４９３３号では、高温粘度を低下させるために、ＭｇＯとＣａＯを使用しているが、これら成分はガラスを失透させやすくする成分であるため、多量に含有させることはできず、十分に高温粘度を低下させることはできなかった。
【０００９】
本発明の目的は、耐熱衝撃性、耐クラック性、及び成形性に優れ、５７０〜６００℃の温度で熱処理しても熱変形や熱収縮が問題とならず、しかも、体積電気抵抗率（ｌｏｇ ρ）が１０．５Ω・ｃｍ以上の特性を有するフラットパネルディスプレイ装置用ガラス基板を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のフラットパネルディスプレイ装置用ガラス基板は、質量百分率で、ＳｉＯ_２６８．３〜７４％、Ａｌ_２Ｏ_３０〜１０％未満、ＭｇＯ１〜１０％、ＣａＯ０〜３．３％、ＳｒＯ１〜１５％、ＢａＯ０〜７％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ１２〜２３％、Ｎａ_２Ｏ０〜８％、Ｋ_２Ｏ２〜１２％、Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ６〜１４％、ＺｒＯ_２０〜７％の組成を有し、かつ基板の３０〜３８０℃における熱膨張係数が６５〜７５×１０^−７／℃未満であることを特徴とする。
【００１１】
【作用】
本発明のフラットパネルディスプレイ装置用ガラス基板は、熱膨張係数を６５〜７５×１０^-7／℃未満に設定しているため、熱応力に起因する割れを抑え、しかも、周辺材料の熱膨張係数との整合性が良好である。
【００１２】
また、Ａｌ₂Ｏ₃を１０％未満、ＳｒＯを１％以上含有しているため、成形温度を低くすることができ、また、体積抵抗率を高くすることができる。現在、フラットパネルディスプレイ装置に使用されている高い歪点、高い体積電気抵抗率を有するガラス基板は、ソーダ石灰ガラスに比べ割れが生じやすいが、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯの合量を２０％以下に抑え、耐クラック性を向上させているため、割れを抑えることができる。
【００１３】
本発明のガラス基板において、各成分の割合を上記のように限定した理由を以下に述べる。
【００１４】
ＳｉＯ_２は、ガラスのネットワークフォーマーであるが、６１％より少なくなるとガラスの歪点が低くなり、熱変形や熱収縮が大きくなるため問題となる。一方、７４％より多くなると熔融性が悪化するため好ましくない。ＳｉＯ_２の好ましい範囲は６８．３〜７２％である。より好ましくは６８．３〜７０％である。
【００１５】
Ａｌ₂Ｏ₃は、ガラスの歪点を高める成分であるが、１０％以上になると、高温粘度が高くなり、ガラスの成形が困難となるため好ましくない。Ａｌ₂Ｏ₃の好ましい範囲は０〜８％である。より好ましくは１〜６％である。
【００１６】
ＭｇＯは、ガラスの高温粘度を低下させてガラスの成形性や熔融性を高めたり、ガラスの体積電気抵抗率を高める成分であるが、１％より少なくなると前記効果が得られない。一方、１０％より多くなるとガラスが失透したり、ガラスの耐クラック性が著しく低下するため好ましくない。ＭｇＯの好ましい範囲は２〜９％である。より好ましくは４〜８％である。
【００１７】
ＣａＯは、ＭｇＯと同様、ガラスの高温粘度を低下させてガラスの成形性や熔融性を高めたり、ガラスの体積電気抵抗率を高める成分であるが、８％より多くなるとガラスが失透したり、ガラスの耐クラック性が著しく低下するため好ましくない。ＣａＯの好ましい範囲は１〜３．３％である。より好ましくは２〜３．３％である。
【００１８】
ＳｒＯは、ガラスの高温粘度を低下させてガラスの成形性や熔融性を高めたり、体積電気抵抗率を高める成分であるが、１％より少なくなると前記効果が得られない。一方、１５％以上になるとガラスの耐クラック性が低下するため好ましくない。ＳｒＯの好ましい範囲は２％〜１４％である。より好ましくは３％〜１１％である。
【００１９】
ＢａＯは、ＳｒＯと同様、ガラスの高温粘度を低下させてガラスの成形性や熔融性を高めたり、体積電気抵抗率を高める成分であるが、７％より多くなるとガラスの耐クラック性が低下するため好ましくない。ＢａＯの好ましい範囲は０〜５％である。より好ましくは０〜３％である。
【００２０】
また、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯの合量が、１２％より少なくなるとガラスの熔融性が低下し、２３％より多くなるとガラス基板の耐クラック性が著しく低下する。これらの成分の合量は１３〜２１％であることが好ましい。より好ましくは１４〜２０％である。
【００２１】
Ｎａ₂Ｏは、ガラスの熱膨張係数を制御したり、ガラスの熔融性を高める成分であるが、８％より多くなるとガラスの歪点が低下するため好ましくない。好ましい範囲は１〜７％である。より好ましくは２〜６％である。
【００２２】
Ｋ₂Ｏは、Ｎａ₂Ｏと同様、ガラスの熱膨張係数を制御したり、ガラスの熔融性を高める成分であるが、２％より少なくなると熔融性が損なわれる。一方、１２％より多くなると歪点が低下するため好ましくない。好ましい範囲は、３〜１０％である。より好ましくは４〜８％である。
【００２３】
Ｎａ₂Ｏ及びＫ₂Ｏの合量が、６％より少なくなると熔融性が低下し、１４％より多くなると歪点が低下するため好ましくない。これらの成分の合量は７〜１３％の範囲にあることが好ましい。より好ましくは８〜１２％である。
【００２４】
ＺｒＯ₂は、ガラスの歪点を高める成分であるが、７％より多くなるとガラスの耐クラック性が著しく低下するため好ましくない。好ましい範囲は０〜６％である。さらに好ましくは０〜５％である。
【００２５】
また本発明においては、上記成分以外にも種々の成分を添加することができる。例えば紫外線による着色を防止するためにＴｉＯ₂を５％まで、耐クラック性を向上させるためにＰ₂Ｏ₅を４％まで添加することが可能である。更に、Ａｓ₂Ｏ₃、Ｓｂ₂Ｏ₃、ＳＯ₃、Ｃｌ等の清澄剤成分を合量で１％まで、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｃｒ₂Ｏ₃、ＣｅＯ₃等の着色剤成分を各１％まで添加することが可能である。
【００２６】
上記組成を有する本発明のガラス基板は、板ガラスの成形方法として知られているフロート法、ロールアウト法等の方法によって製造できる。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
【００２８】
本発明の実施例（試料Ｎｏ．５、１２及び２１）と比較例（試料Ｎｏ．２２〜２４）を表１に示す。尚、試料Ｎｏ．２４は、ソーダ石灰ガラスである。
【００２９】
【表１】
【００３３】
表中の各試料は、次のようにして作製した。
【００３４】
まず、表の組成となるようにガラス原料を調合し、白金ポットで１４５０〜１６００℃で４時間熔融した。その後、熔融ガラスをカーボン板の上に流し出して板状に成形し、徐冷後、板厚が２．８ｍｍになるように両面研磨して、得られた板ガラスを２００ｍｍ角の大きさに切断加工することで試料ガラスを作製した。
【００３５】
このようして得られた各試料について、耐クラック性、密度、熱膨張係数、歪点、成形温度、液相温度、体積電気抵抗率を測定し、表に示した。
【００３６】
本発明におけるガラスの耐クラック性の評価は、和田らが提案した方法（Ｍ．Ｗａｄａｅｔａｌ．Ｐｒｏｃ．，ｔｈｅＸｔｈＩＣＧ，ｖｏｌ．１１，Ｃｅｒａｍ．Ｓｏｃ．，Ｊａｐａｎ，Ｋｙｏｔｏ，１９７４，ｐ３９）を用いた。この方法は、ビッカース硬度計のステージに試料ガラスを置き、試料ガラスの表面に菱形状のダイヤモンド圧子を種々の荷重で１５秒間押し付ける。そして、除荷後１５秒までに圧痕の四隅から発生するクラック数をカウントし、最大発生しうるクラック数（４ヶ）に対する割合を求め、クラック発生率とした。また、クラック発生率が５０％になる時の荷重を「クラック抵抗」とした。クラック抵抗が大きいということは、高い荷重でもクラックが発生しにくい、つまり、耐クラック性に優れているということである。
【００３７】
尚、クラック発生率の測定は、同一荷重で２０回測定し、その平均値を求めた。また、クラック抵抗は湿度の影響を受けるため、測定は気温２５℃、湿度３０％の条件で行った。
【００３８】
密度については、周知のアルキメデス法で、熱膨張係数については、ディラトメーターで３０〜３８０℃における平均熱膨張係数を測定した。また、歪点については、ＡＳＴＭＣ３３６−７１に基づいて測定した。
【００３９】
成形温度については、ガラスの粘度が１０⁴ｄＰａ・ｓに相当する温度を白金球引き上げ法により測定した。この成形温度が熔融ガラスを板状のガラス基板に成形する際の目安となり、この温度が低い方が好ましい。
【００４０】
液相温度については、以下の要領で行った。まず、各試料をそれぞれ３００〜５００μｍの大きさに粉砕、混合し、これを白金製のボートに入れて９００〜１２００℃の温度勾配炉に移して４８時間保持し、温度勾配炉より白金製のボートを取り出した。その後、白金製のボートからガラスを取り出した。このようにして得られたサンプルを偏光顕微鏡で観察し、結晶の析出点を測定した。
【００４１】
体積電気抵抗率については、ＡＳＴＭＣ６５７−７８に基づいて１５０℃における値を測定した。
【００４２】
表から明らかなように、実施例である試料Ｎｏ．５、１２及び２１の各試料は、クラック抵抗が９８０ｍＮ以上で、ソーダ石灰ガラスと同等以上であり、耐クラック性に優れていた。また、熱膨張係数は７２．１〜７３．８×１０^−７／℃の範囲で、周辺材料と良好に整合することができ、しかも、熱応力に起因する割れを抑えることができる。さらに、成形温度は１２０６℃以下、液相温度は１１００℃以下と低く、ガラスの成形性にも優れていた。さらに、密度は２．５８ｇ／ｃｍ^３以下と低く、歪点は５７４℃以上、体積電気抵抗率（ｌｏｇρ）は１１．３Ω・ｃｍ以上であった。
【００４３】
これに対して、比較例である試料Ｎｏ．２２は、ＳｒＯを含有しておらず、試料Ｎｏ．２３は、Ａｌ₂Ｏ₃含有量が１１％であるため、いずれも成形温度が１２５０℃と高く、また、体積電気抵抗率（ｌｏｇ ρ）も１０．４Ω．ｃｍ以下と低かった。また、試料Ｎｏ．２４は、ソーダ石灰ガラスであるため、歪点が５１２℃と低く、また、体積電気抵抗率（ｌｏｇ ρ）も８．４Ω・ｃｍ低かった。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように本発明のフラットパネルディスプレイ装置用ガラス基板は、耐熱衝撃性、耐クラック性、及び成形性に優れ、しかも、歪点及び体積電気抵抗率も高いため、フラットパネルディスプレイ装置、特にプラズマディスプレイ装置のガラス基板として好適である。

Claims

質量百分率で、ＳｉＯ_２６８．３〜７４％、Ａｌ_２Ｏ_３０〜１０％未満、ＭｇＯ１〜１０％、ＣａＯ０〜３．３％、ＳｒＯ１〜１５％、ＢａＯ０〜７％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ１２〜２３％、Ｎａ_２Ｏ０〜８％、Ｋ_２Ｏ２〜１２％、Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ６〜１４％、ＺｒＯ_２０〜７％の組成を有し、かつ基板の３０〜３８０℃における熱膨張係数が６５〜７５×１０^−７／℃未満であることを特徴とするフラットパネルディスプレイ装置用ガラス基板。