JP4756428B2

JP4756428B2 - フラットパネルディスプレイ装置用ガラス基板

Info

Publication number: JP4756428B2
Application number: JP2001103484A
Authority: JP
Inventors: 知浩永金
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2001-04-02
Filing date: 2001-04-02
Publication date: 2011-08-24
Anticipated expiration: 2021-04-02
Also published as: JP2002293567A

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に適した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ＩＴＯ膜、ネサ膜等からなる透明電極が形成された前面ガラス基板表面に誘電体材料を塗布し、Ａｌ、Ａｇ、Ｎｉからなる電極が形成された背面ガラス基板表面に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を比較的多く含有するため液相温度が高く、ガラスが失透しやすいという問題があった。
【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、１５０℃における体積電気抵抗率（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_２５５〜７１％、Ａｌ_２Ｏ_３０〜５％、ＭｇＯ５〜６．９％、ＣａＯ０〜５％、ＳｒＯ１２．５〜１６％、ＢａＯ０〜３％、ＭｇＯ＋ＣａＯ５〜７％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ１７．５〜２１％、Ｎａ_２Ｏ０〜８％、Ｋ_２Ｏ２〜９％、Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ８〜１２％、ＺｒＯ_２０〜２％の組成を有し、且つ、ＭｇＯ／Ａｌ_２Ｏ_３の値が１．５０以上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６５〜８０×１０^-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、ＭｇＯを５％以上含有し、ＭｇＯ／Ａｌ₂Ｏ₃の値を１．５０以上にしているため、歪点を５７０℃以上と高くすることができ、しかも、成形温度を１２００℃以下と低くすることができる。ＭｇＯの含有量が高くなると失透しやすくなることが懸念されるが、ＭｇＯ＋ＣａＯの合量を１０％以下にすることで、失透を抑えることができる。
【００１３】
更に、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２１％以下、ＺｒＯ₂を２％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。
【００１４】
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。
【００１５】
ＳｉＯ₂は、ガラスのネットワークフォーマーであるが、５５％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、７１％より多くなると熔融性が悪化するため好ましくない。好ましい範囲は６３．５〜７０％である。
【００１６】
Ａｌ₂Ｏ₃は、ガラスの歪点を高める成分であるが、５％より多くなると、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。好ましい範囲は１〜４％である。
【００１７】
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、５％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。好ましい範囲は５〜８％である。
【００１８】
ＣａＯ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、５％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。好ましい範囲は０〜３％である。
【００１９】
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、２％より少なくなると前記効果が得られない。一方、１６％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。好ましい範囲は６．５％〜１４％である。
【００２０】
ＢａＯ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、３％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０〜２．５％である。
【００２１】
ＭｇＯ及びＣａＯの合量が、５％より少なくなると、歪点が低くなったり、ガラスの熔融性が低下する。一方、１０％より多くなるとガラスが失透しやすくなり成形が困難になるため好ましくない。好ましい範囲は５〜９．５％である。
【００２２】
また、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯの合量が、１５％より少なくなるとガラスの熔融性が低下し、２１％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１６〜２０％であることが好ましい。
【００２３】
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１〜６％である。
【００２４】
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％より少なくなると前記効果が得られない。一方、９％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、３〜８％である。より好ましくは４〜８％である。
【００２５】
Ｎａ₂Ｏ及びＫ₂Ｏの合量が、８％より少なくなると熔融性が低下し、１２％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９〜１１％の範囲にあることが好ましい。
【００２６】
ＺｒＯ₂は、ガラスの歪点を高める成分であるが、２％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０〜１．５％である。
【００２７】
高歪点を維持し、成形温度を低下させるためには、ＭｇＯ／Ａｌ₂Ｏ₃の割合を１．５０以上にする必要がある。この割合が１．５０未満になると、前期効果が得られない。好ましくは１．８０以上である。
【００２８】
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３％まで、耐クラック性を向上させるためにＰ₂Ｏ₅を２％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。
【００２９】
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。
【００３０】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
【００３１】
本発明の実施例（試料Ｎｏ．３、４、６及び７）と比較例（試料Ｎｏ．９〜１１）を表１及び２に示す。尚、試料Ｎｏ．１１は、ソーダ石灰ガラスである。
【００３２】
【表１】
【００３３】
【表２】
【００３４】
表中の各試料は、次のようにして作製した。
【００３５】
まず、表の組成となるようにガラス原料を調合し、白金ポットを用いて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。
【００３６】
このようして得られた各試料について、クラック抵抗、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。
【００３７】
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、このクラック発生率が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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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良く、具体的には、１２００℃以下であることが好ましい。
【００４１】
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。液相温度も低い方が方が良く、具体的には１１００℃以下であることが好ましい。
【００４２】
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。
【００４３】
表から明らかなように、実施例である試料Ｎｏ．３、４、６及び７の各試料は、クラック抵抗が８８０ｍＮ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７２．５〜７３．１×１０^−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１１９４℃以下、液相温度は１０２５℃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２．６１ｇ／ｃｍ^３以下と低く、歪点は５７９℃以上、体積電気抵抗率（ｌｏｇ ρ）は１１．７Ω・ｃｍ以上であった。
【００４４】
これに対して、比較例である試料Ｎｏ．９は、ＭｇＯ含有量が４．０％であるため、試料Ｎｏ．１０は、ＭｇＯ／Ａｌ₂Ｏ₃の値が質量比で１．４であるため、いずれも成形温度が１２２０℃程度で高く、ガラスの成形性に劣っていた。また、試料Ｎｏ．１２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。
【００４５】
【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_２５５〜７１％、Ａｌ_２Ｏ_３０〜５％、ＭｇＯ５〜６．９％、ＣａＯ０〜５％、ＳｒＯ１２．５〜１６％、ＢａＯ０〜３％、ＭｇＯ＋ＣａＯ５〜７％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ１７．５〜２１％、Ｎａ_２Ｏ０〜８％、Ｋ_２Ｏ２〜９％、Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ８〜１２％、ＺｒＯ_２０〜２％の組成を有し、且つ、ＭｇＯ／Ａｌ_２Ｏ_３の値が１．５０以上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。
３０〜３８０℃における平均熱膨張係数が６５〜８０×１０^−７／℃未満であることを特徴とする請求項１記載のフラットパネルディスプレイ装置用ガラス基板。