JP5071878B2 - Alkali-free glass and alkali-free glass substrate using the same - Google Patents

Alkali-free glass and alkali-free glass substrate using the same Download PDF

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Description

本発明は、液晶ディスプレイ(以下、LCDと称する)やELディスプレイ等のフラットディスプレイ基板に好適な無アルカリガラスおよびこれを用いた無アルカリガラス基板に関するものである。また、本発明は、電荷結合素子(CCD)や等倍近接型固体撮像素子(CIS)等のイメージセンサー用カバーガラス、太陽電池用基板等の電子デバイス用基板に好適な無アルカリガラスおよびこれを用いた無アルカリガラス基板に関するものである。   The present invention relates to an alkali-free glass suitable for a flat display substrate such as a liquid crystal display (hereinafter referred to as LCD) or an EL display, and an alkali-free glass substrate using the same. Further, the present invention provides an alkali-free glass suitable for a substrate for an electronic device such as a cover glass for an image sensor such as a charge-coupled device (CCD) or a solid magnification proximity solid-state imaging device (CIS), a substrate for a solar cell, and the like. The present invention relates to the alkali-free glass substrate used.

薄膜トランジスタ型アクティブマトリックス液晶ディスプレイ(以下、TFT−LCDと称する)等の電子デバイスは、薄型で消費電力も少ないことから、カーナビゲーション、デジタルカメラのファインダー、近年ではパソコンのモニター、テレビ等の様々な用途に使用されている。   Electronic devices such as thin film transistor type active matrix liquid crystal displays (hereinafter referred to as TFT-LCDs) are thin and have low power consumption. Therefore, they are used in various applications such as car navigation, digital camera finder, and recently, personal computer monitors and televisions. Is used.

従来から、LCD、ELディスプレイ等のフラットディスプレイ基板として、ガラスが広く使用されている(例えば、特許文献1参照)。また、TFT−LCDパネルメーカーでは、大型のガラス基板(マザーガラス基板)の上に複数個分のデバイスを作製した後、デバイス毎に分割切断して製品とし、生産性の向上、コストダウンを図っている。   Conventionally, glass has been widely used as flat display substrates such as LCDs and EL displays (see, for example, Patent Document 1). In addition, TFT-LCD panel manufacturers manufacture multiple devices on a large glass substrate (mother glass substrate), and then divide and cut each device into products to improve productivity and reduce costs. ing.

近年、パソコンのモニター、テレビ等のディスプレイは、画面サイズが大型化してきており、これらのデバイスを多面取りするために、従来よりも大面積のガラス基板、例えば2200×2400mmのガラス基板が要求されている。   In recent years, displays such as personal computer monitors and televisions have been increased in screen size, and in order to take a large number of these devices, a glass substrate having a larger area than conventional ones, for example, a glass substrate of 2200 × 2400 mm is required. ing.

特に、テレビ用途では、画面サイズの大型化の要求が大きいため、大型のガラス基板を効率良く生産する技術が重要となっている。なお、一般的に、テレビ用途では、アモルファスシリコンTFT−LCD(以下、a−Si・TFT−LCDと称する)が採用されている。
特開平7−277762号公報
In particular, in television applications, there is a great demand for an increase in screen size. Therefore, a technology for efficiently producing a large glass substrate is important. In general, amorphous silicon TFT-LCDs (hereinafter referred to as a-Si • TFT-LCDs) are used in television applications.
JP-A-7-277762

a−Si・TFT−LCD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。
(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。
(2)フォトエッチング工程で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。
(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。
The glass substrate used for the a-Si • TFT-LCD is required to have the following characteristics.
(1) If an alkali metal oxide is contained in the glass, alkali ions diffuse into the semiconductor material on which the film is formed during the heat treatment, resulting in deterioration of the film characteristics. Do not contain.
(2) To have chemical resistance that does not deteriorate due to various acids and alkalis used in the photoetching process.
(3) No thermal contraction due to heat treatment in processes such as film formation and annealing. Therefore, it must have a high strain point.

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。
(4)ガラス中にガラス基板として好ましくない溶融欠陥が発生しないよう、溶融性が優れていること。特に泡欠陥が存在しないこと。
(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、耐失透性が優れていること。
In consideration of meltability and moldability, this type of glass substrate is also required to have the following characteristics.
(4) The meltability is excellent so that undesirable melting defects as glass substrates do not occur in the glass. There should be no bubble defects.
(5) Devitrification resistance is excellent so that there is no foreign matter generated during melting and molding in the glass.

また、a−Si・TFT−LCDの製造工程は、熱処理工程が多く、急加熱と急冷却が繰り返されるため、ガラス基板にかかる熱衝撃は大きくなる。更に、ガラス基板が大型化すれば、ガラス基板に温度分布が生じやすいだけでなく、端面に微小なキズ、クラックが発生する確率が高くなり、熱処理工程でガラス基板が破壊する確率も高くなる。この問題を解決するためには、熱膨張係数差に起因する熱応力を低減することが最も有効であり、ガラス基板の熱膨張係数が小さい程、熱処理工程で発生する熱応力は小さくなる。しかし、ガラス基板の熱膨張係数を低下させるためには、ガラス材質の溶融性、成形性等のガラス基板を製造する上で重要な特性を犠牲にしなければならないため、ガラス基板の低膨張化には自ずと制約がある。一方、a−Si・TFT−LCDに用いられるガラス基板は、ガラス基板上に形成される各種膜材料等との熱膨張係数の整合性も考慮する必要がある。具体的には、ガラス基板上にはSiNxのような低膨張の酸化膜からAl、Mo等の高膨張の金属膜まで各種膜材料が形成される。ガラス基板とこれらの膜材料等の熱膨張係数が整合していないと、ガラス基板に反りが生じやすくなり、ガラス基板の破損を引き起こす原因にもなる。したがって、ガラスの熱膨張係数は、ガラスの生産性および各種膜材料との整合性を考慮した値、例えば40〜60×10-7/℃に設定するのが望ましい。 In addition, the manufacturing process of the a-Si • TFT-LCD has many heat treatment processes, and rapid heating and rapid cooling are repeated, so that the thermal shock applied to the glass substrate increases. Furthermore, when the glass substrate is enlarged, not only the temperature distribution is likely to occur in the glass substrate, but also the probability that minute scratches and cracks are generated on the end face increases, and the probability that the glass substrate is destroyed in the heat treatment process also increases. In order to solve this problem, it is most effective to reduce the thermal stress caused by the difference in thermal expansion coefficient. The smaller the thermal expansion coefficient of the glass substrate, the smaller the thermal stress generated in the heat treatment step. However, in order to reduce the thermal expansion coefficient of the glass substrate, it is necessary to sacrifice important characteristics in manufacturing the glass substrate such as the meltability and moldability of the glass material. Are naturally limited. On the other hand, the glass substrate used in the a-Si TFT-LCD needs to consider the thermal expansion coefficient consistency with various film materials and the like formed on the glass substrate. Specifically, various film materials are formed on a glass substrate from a low expansion oxide film such as SiNx to a high expansion metal film such as Al and Mo. If the thermal expansion coefficients of the glass substrate and these film materials do not match, the glass substrate is likely to warp, which may cause damage to the glass substrate. Therefore, it is desirable that the thermal expansion coefficient of the glass is set to a value that takes into consideration the productivity of the glass and consistency with various film materials, for example, 40 to 60 × 10 −7 / ° C.

したがって、本発明は、上記要求特性(1)〜(5)を満たすことができるとともに、(6)熱応力を低減しつつ、ガラスの生産性および各種膜材料との整合性に配慮した熱膨張係数を有し、しかも(7)薄板、大型のガラス基板の製造に好適な粘度特性を有するTFT−LCD、特にa−Si・TFT−LCDに好適である無アルカリガラスおよびこれを用いた無アルカリガラス基板を得ることを技術課題とする。   Therefore, the present invention can satisfy the above required characteristics (1) to (5), and (6) thermal expansion considering glass productivity and consistency with various film materials while reducing thermal stress. (7) TFT-LCD having viscosity characteristics suitable for the production of thin and large glass substrates, especially alkali-free glass suitable for a-Si TFT-LCD and alkali-free using the same Obtaining a glass substrate is a technical issue.

本発明者らは、鋭意努力の結果、質量%でSiO 45〜68%、Al〜18%、B 5〜15%、MgO 0〜3%、CaO 〜20%、SrO 5〜20%、BaO 0〜5%未満、ZnO 0〜20%、ZrO 0〜5%、TiO 0〜5%、P 0〜5%、MgO+CaO+SrO+BaO 17〜25%の範囲にガラス組成を規制し、且つ実質的にアルカリ金属酸化物を含有させず、ダウンドロー法で成形することで、上記課題を解決できることを見出し、本発明として、提案するものである。ここで、「実質的にアルカリ金属酸化物を含有しない」とは、アルカリ金属酸化物の含有量が0.1質量%以下の場合を指す。 The present inventors have found the extensive studies, SiO 2 45 to 68% by mass%, Al 2 O 3 1 3 ~18%, B 2 O 3 5~15%, 0~3% MgO, CaO 7 ~20 %, SrO 5-20%, BaO 0-5%, ZnO 0-20%, ZrO 2 0-5%, TiO 2 0-5%, P 2 O 5 0-5% , MgO + CaO + SrO + BaO 17-25% The present inventors have found that the above-mentioned problems can be solved by forming the glass composition within a range and substantially not containing an alkali metal oxide, and forming by the downdraw method, and propose as the present invention. Here, “substantially does not contain an alkali metal oxide” refers to a case where the content of the alkali metal oxide is 0.1% by mass or less.

ガラス組成を上記の範囲に規制することにより、上記要求特性(1)〜(7)を満たすガラスを得ることができるとともに、これをa−Si・TFT−LCDに用いられるガラス基板に適用することができる。すなわち、本発明の無アルカリガラスは、ガラス組成中にアルカリ金属酸化物(Na2O、K2O、Li2O)を実質的に含有しない。したがって、本発明の無アルカリガラスは、TFT製造工程において、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、膜特性が劣化する虞がなく、TFT−LCDの信頼性を損なうことがない。また、本発明の無アルカリガラスは、耐薬品性が良好であるため、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難い。さらに、本発明の無アルカリガラスは、歪点が高いため、成膜、アニール等の工程における熱処理によって、熱収縮を生じ難い。 By restricting the glass composition to the above range, a glass satisfying the above required characteristics (1) to (7) can be obtained, and this can be applied to a glass substrate used in an a-Si TFT-LCD. Can do. That is, the alkali-free glass of the present invention contains substantially no alkali metal oxide (Na 2 O, K 2 O, Li 2 O) in the glass composition. Therefore, the alkali-free glass of the present invention causes the alkali ions to diffuse into the semiconductor material on which the film is formed during the heat treatment in the TFT manufacturing process, and the film characteristics are not deteriorated, and the reliability of the TFT-LCD is impaired. There is no. Moreover, since the alkali-free glass of the present invention has good chemical resistance, it is difficult to be deteriorated by various chemicals such as acid and alkali used in the photoetching process. Furthermore, since the alkali-free glass of the present invention has a high strain point, heat shrinkage hardly occurs due to heat treatment in processes such as film formation and annealing.

また、本発明の無アルカリガラスは、ガラス中にガラス基板として好ましくない溶融欠陥、特に泡欠陥が発生し難く、溶融性に優れている。また、本発明の無アルカリガラスは、ガラス中に溶融、成形中に発生する異物が発生し難く、耐失透性に優れている。さらに、本発明の無アルカリガラスは、TFT−LCD、特にa−Si・TFT−LCDに好適な熱膨張係数を有している。つまり、本発明の無アルカリガラスは、熱膨張係数を適切な値、例えば40〜60×10-7/℃に調整しやすいため、熱膨張係数差に起因する熱応力を低減した上でガラスの生産性を損なうことなく、各種膜材料との整合性を図ることができる。 In addition, the alkali-free glass of the present invention is less susceptible to melting defects, particularly foam defects, as glass substrates in the glass, and has excellent meltability. Further, the alkali-free glass of the present invention is excellent in devitrification resistance because it does not easily generate foreign matters that are generated during melting and molding in the glass. Furthermore, the alkali-free glass of the present invention has a thermal expansion coefficient suitable for TFT-LCD, particularly a-Si • TFT-LCD. That is, the alkali-free glass of the present invention is easy to adjust the thermal expansion coefficient to an appropriate value, for example, 40 to 60 × 10 −7 / ° C. Therefore, after reducing the thermal stress due to the difference in thermal expansion coefficient, Consistency with various film materials can be achieved without impairing productivity.

本発明の無アルカリガラスは、好適な粘度特性を有しているため、薄板、大型のガラス基板を安定して製造することができる。特に、本発明の無アルカリガラスは、ガラス組成を上記の範囲に規制しているため、ガラスの耐失透性が良好であるとともに、ダウンドロー成形に適した粘度特性を有している。したがって、本発明の無アルカリガラスは、ダウンドロー成形に好適なガラスであり、表面精度の優れたガラス基板を安定して生産することができる。   Since the alkali-free glass of the present invention has suitable viscosity characteristics, a thin plate and a large glass substrate can be stably produced. In particular, since the alkali-free glass of the present invention restricts the glass composition to the above range, the glass has good devitrification resistance and has viscosity characteristics suitable for downdraw molding. Therefore, the alkali-free glass of the present invention is a glass suitable for downdraw molding, and can stably produce a glass substrate with excellent surface accuracy.

発明の無アルカリガラスは、実質的にAsを含有せず、SnO を0〜2質量%含有することが好ましい。ここで、「Asを実質的に含有しない」とは、Asの含有量が1000ppm以下の場合を指す。なお、「Sb+SnO+Cl+Fを0〜3%含有する」とは、Sb、SnO、Cl、Fのいずれか1種類または2種以上を合量で0〜3%含有することを意味している。 The alkali-free glass of the present invention does not substantially contain As 2 O 3 and preferably contains 0 to 2 % by mass of SnO 2 . Here, "not substantially contain As 2 O 3" refers to the case where the content of As 2 O 3 is 1000ppm or less. In addition , “containing 0 to 3% of Sb 2 O 3 + SnO 2 + Cl + F” means containing one or more of Sb 2 O 3 , SnO 2 , Cl, and F in a total amount of 0 to 3%. Is meant to do.

泡のないガラスを得るためには、ガラス化反応時から均質化溶融時にかけての温度域で清澄ガスを発生する清澄剤を選択することが重要である。つまり、ガラスの清澄は、ガラス化反応時に発生するガスを清澄ガスによってガラス融液から追い出し、更に均質化溶融時に再び発生させた清澄ガスによって残った微小な泡を大きくして浮上させて除去する。ところで、TFT−LCDに使用される無アルカリガラスは、ガラス組成中にアルカリ成分を含有していないため、ガラス融液の粘度が高く、高温で溶融が行われる。従来まで、清澄剤には幅広い温度域(1200〜1600℃程度)で清澄ガスを発生させるAs23が広く使用されてきた。しかしながら、As23は、毒性が非常に強く、ガラスの製造工程や廃ガラスの処理時等に環境を汚染する可能性があり、その使用が制限されつつある。その点、本発明の無アルカリガラスは、清澄剤としてAs23を実質的に含有しないガラスとすることができ、環境を汚染する事態を回避することができる。 In order to obtain a glass free from bubbles, it is important to select a refining agent that generates a refining gas in the temperature range from the vitrification reaction to the homogenization melting. In other words, glass clarification removes the gas generated during the vitrification reaction from the glass melt by the clarification gas, and further lifts and removes the fine bubbles remaining by the clarification gas generated again during homogenization melting. . By the way, since the alkali-free glass used for TFT-LCD does not contain an alkali component in the glass composition, the viscosity of the glass melt is high and melting is performed at a high temperature. Conventionally, As 2 O 3 that generates clarification gas in a wide temperature range (about 1200 to 1600 ° C.) has been widely used as a clarifier. However, As 2 O 3 is very toxic and may contaminate the environment during the glass production process or waste glass processing, and its use is being restricted. In that regard, the alkali-free glass of the present invention can be a glass that does not substantially contain As 2 O 3 as a fining agent, and can avoid situations that contaminate the environment.

発明の無アルカリガラスは、BaOを実質的に含有しないことが好ましい。ここで、「BaOを実質的に含有しない」とは、BaOの含有量が0.2%未満の場合を指す。BaOは、アルカリ土類金属酸化物の中では、最もガラスの溶融性を向上させる効果が乏しく、密度を低下させにくい成分である。また、BaOは、環境負荷化学物質であるため、その含有量は制限することが好ましい。その点、本発明の無アルカリガラスは、BaOを実質的に含有しないガラスとすることもできるため、ガラスの溶融性を向上させるとともに、密度を低下させることができ、しかも環境的付加を軽減することができる。 The alkali-free glass of the present invention preferably contains substantially no BaO. Here, “substantially free of BaO” refers to a case where the content of BaO is less than 0.2%. BaO is a component that has the least effect of improving the meltability of glass among the alkaline earth metal oxides and hardly reduces the density. Moreover, since BaO is an environmentally hazardous chemical substance, its content is preferably limited. In that respect, since the alkali-free glass of the present invention can be a glass that does not substantially contain BaO, the meltability of the glass can be improved, the density can be lowered, and environmental addition can be reduced. be able to.

発明の無アルカリガラスは、MgOを実質的に含有しないことが好ましい。ここで、「MgOを実質的に含有しない」とは、MgOの含有量が0.1%以下の場合を指す。 The alkali-free glass of the present invention preferably contains substantially no MgO. Here, “substantially does not contain MgO” refers to a case where the content of MgO is 0.1% or less.

発明の無アルカリガラスは、質量%でMgO+CaO+SrO+BaO+ZnOの含有量が1〜25%であることが好ましいAlkali-free glass of the present invention, it is preferable that the content of MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO is 1 7-25% in mass%.

発明の無アルカリガラスは、30〜380℃の温度範囲における熱膨張係数が40〜60×10−7/℃であることが好ましい。ここで、「30〜380℃の温度範囲における熱膨張係数」は、ディラトメーターを用いて測定した値を指す。 Alkali-free glass of the present invention preferably has a thermal expansion coefficient in a temperature range of 30 to 380 ° C. is 40~60 × 10 -7 / ℃. Here , “thermal expansion coefficient in a temperature range of 30 to 380 ° C.” refers to a value measured using a dilatometer.

発明の無アルカリガラスは、歪点が600℃以上であることが好ましい。ここで、「歪点」は、ASTM C336に準拠した方法により測定した値を指す。 The alkali-free glass of the present invention preferably has a strain point of 600 ° C. or higher . Here , “strain point” refers to a value measured by a method based on ASTM C336.

発明の無アルカリガラスは、液相温度が1150℃以下であることが好ましい。ここで、「液相温度」は、ガラスを粉砕し、標準篩30メッシュ(篩目開き500μm)を通過し、50メッシュ(篩目開き300μm)に残るガラス粉末を白金ボートに入れ、温度勾配炉中に24時間保持した後、ガラス中に結晶が析出する温度を指す。 The alkali-free glass of the present invention preferably has a liquidus temperature of 1150 ° C. or lower . Here, the “liquid phase temperature” refers to a temperature gradient furnace in which glass is crushed, passed through a standard sieve 30 mesh (a sieve opening of 500 μm), and glass powder remaining in a 50 mesh (a sieve opening of 300 μm) is placed in a platinum boat. The temperature at which crystals are precipitated in the glass after being held for 24 hours.

発明の無アルカリガラスは、102.5dPa・sに相当する温度が1530℃以下であることが好ましい。ここで、「102.5dPa・sに相当する温度」は、ガラスの溶融温度に相当する温度であり、周知の白金球引き上げ法で測定した値を指す。なお、液相温度が低いほど、ガラスの耐失透性は良好である。 The alkali-free glass of the present invention preferably has a temperature corresponding to 10 2.5 dPa · s of 1530 ° C. or lower . Here, “temperature corresponding to 10 2.5 dPa · s” is a temperature corresponding to the melting temperature of glass, and indicates a value measured by a well-known platinum ball pulling method. The lower the liquidus temperature, the better the devitrification resistance of the glass.

発明の無アルカリガラスは、密度が2.70g/cm以下であることが好ましい。ここで、「密度」は、周知のアルキメデス法で測定した値を指す。 The alkali-free glass of the present invention preferably has a density of 2.70 g / cm 3 or less. Here, “density” refers to a value measured by the well-known Archimedes method.

発明の無アルカリガラスは、ヤング率が75GPa以上であることが好ましい。ここで、「ヤング率」は、共振法により測定した値を指す。 The alkali-free glass of the present invention preferably has a Young's modulus of 75 GPa or more. Here, “Young's modulus” refers to a value measured by a resonance method.

発明の無アルカリガラスは、比ヤング率が27GPa/(g・cm−3)以上であることが好ましい。ここで、「比ヤング率」は、ヤング率を密度で割ることにより算出した値を指す。 Alkali-free glass of the present invention preferably has a specific Young's modulus is 27GPa / (g · cm -3) or greater. Here, “specific Young's modulus” refers to a value calculated by dividing Young's modulus by density.

発明の無アルカリガラスは、80℃の10%HCl水溶液に24時間浸漬したとき、その浸食量が5μm以下であることが好ましい。ここで、「80℃の10%HCl水溶液に24時間浸漬したとき、その浸食量」とは、まずガラス試料の両面を光学研磨した後、一部をマスキングしてから10%HCl水溶液の濃度に調合した80℃の薬液中で24時間浸漬した後、マスクをはずし、マスク部分と浸食部分の段差を表面粗さ計で測定した値を指す。 When the alkali-free glass of the present invention is immersed in a 10% aqueous HCl solution at 80 ° C. for 24 hours, the erosion amount is preferably 5 μm or less. Here, “the amount of erosion when immersed in a 10% HCl aqueous solution at 80 ° C. for 24 hours” means that the glass sample is first optically polished on both sides and then partially masked and then the concentration of the 10% HCl aqueous solution is reached. After dipping in the prepared 80 ° C. chemical solution for 24 hours, the mask is removed, and the level difference between the mask portion and the eroded portion is measured with a surface roughness meter.

発明の無アルカリガラスは、20℃の130バッファードフッ酸(以下、BHFと称する)溶液に30分間浸漬したとき、その浸食量が2μm以下であることが好ましい。ここで、「130BHF溶液に20℃30分間浸漬したとき、その浸食量」とは、20℃の130BHF溶液(NHHF:4.6質量%,NH4F:36質量%)を用いて、30分間の処理条件で測定した値を指し、サンプル作製条件は、まず各ガラス試料の両面を光学研磨した後、一部をマスキングしてから上記濃度に調合した20℃の薬液中で30分間浸漬した後、マスクをはずし、マスク部分と浸食部分の段差を表面粗さ計で測定した値を指す。 When the alkali-free glass of the present invention is immersed in a 130 buffered hydrofluoric acid (hereinafter referred to as BHF) solution at 20 ° C. for 30 minutes, the erosion amount is preferably 2 μm or less. Here, “the amount of erosion when immersed in a 130 BHF solution for 30 minutes at 20 ° C.” is a 130 BHF solution (NH 4 HF 2 : 4.6 mass%, NH 4 F: 36 mass%) at 20 ° C. , Refers to the value measured under the treatment conditions of 30 minutes, the sample preparation conditions, first optically polished on both sides of each glass sample, then masked a part, then in the chemical solution of 20 ℃ prepared to the above concentration for 30 minutes After immersion, the mask is removed, and the value obtained by measuring the level difference between the mask portion and the erosion portion with a surface roughness meter is indicated.

発明の無アルカリガラス基板は、上記いずれかに記載の無アルカリガラスにより構成されていることが好ましい The alkali-free glass substrate of the present invention is preferably composed of any alkali-free glass described above.

発明の無アルカリガラス基板は、オーバーフローダウンドロー法で成形されてなることが好ましいAlkali-free glass substrate of the present invention, Rukoto preferably such are molded by an overflow down draw method.

発明の無アルカリガラス基板は、ガラス基板の面積が0.1m2以上であることが好ましい In the alkali-free glass substrate of the present invention, the area of the glass substrate is preferably 0.1 m 2 or more.

発明の無アルカリガラス基板は、ディスプレイに用いることが好ましい The alkali-free glass substrate of the present invention is preferably used for a display.

発明の無アルカリガラス基板は、LCDに用いることが好ましい The alkali-free glass substrate of the present invention is preferably used for an LCD.

発明の無アルカリガラス基板は、a−Si・TFT−LCDに用いることが好ましい The alkali-free glass substrate of the present invention is preferably used for an a-Si • TFT-LCD.

以下に、上記のようにガラス組成範囲を限定した理由を詳述する。なお、以下の%表示は、特に限定がある場合を除き、質量%表示を指す。   The reason why the glass composition range is limited as described above will be described in detail below. In addition, the following% display points out the mass% display except the case where there is especially limitation.

SiO2は、ガラスのネットワークを形成する成分であり、その含有量は45〜68%であり、好ましくは48〜62%、より好ましくは50〜60%、更に好ましくは52〜58%である。SiO2の含有量が45%より少ないと、歪点が低下しやすく、耐薬品性、特に耐酸性が悪化する傾向があることに加えて、密度が高くなりやすい。一方、SiO2の含有量が68%より多いと、高温粘度が高くなり、溶融性が悪化しやすいとともに、ガラス中に失透異物(クリストバライト)の欠陥が生じやすくなる。 SiO 2 is a component that forms a glass network, and its content is 45 to 68%, preferably 48 to 62%, more preferably 50 to 60%, and still more preferably 52 to 58%. If the content of SiO 2 is less than 45%, the strain point tends to be lowered, the chemical resistance, particularly acid resistance tends to deteriorate, and the density tends to increase. On the other hand, when the content of SiO 2 is more than 68%, the high-temperature viscosity becomes high, the meltability tends to deteriorate, and the defect of devitrified foreign matter (cristobalite) tends to occur in the glass.

Alは、歪点を高める効果があるとともに、ガラスのヤング率を向上させる成分であり、その含有量は1〜18%であり、好ましくは13〜16.5%、より好ましくは14〜16%である。Alの含有量が1%より少ないと、歪点を高める効果が乏しくなり、またヤング率が低下する傾向がある。一方、Alの含有量が18%より多いと、液相温度が高くなり、失透しやすくなる。 Al 2 O 3, together with the effect of enhancing the strain point is a component improving the Young's modulus of the glass, the content thereof is 1 3-18%, preferably from 13 to 16.5%, more preferably 14 to 16%. When the content of Al 2 O 3 is less than 1 to 3%, it becomes poor effect of enhancing the strain point and the Young's modulus tends to decrease. On the other hand, when the content of Al 2 O 3 is more than 18%, the liquidus temperature becomes high and devitrification is likely to occur.

23は融剤として働き、粘性を下げ、溶融性を改善する効果があるとともに、液相温度を低下させる成分であり、その含有量は5〜15%であり、好ましくは6〜13%、より好ましくは7〜12%である。B23の含有量が5%より少ないと、融剤としての働きが不十分となるとともに、耐BHF性が悪化しやすくなる。更に、B23の含有量が5%より少ないと、失透しやすくなるため、液相温度が上昇する傾向がある。また、B23の含有量が15%より多いと、ガラスの歪点が低下し、耐熱性が低下するとともに、耐酸性が悪化する虞がある。更に、B23の含有量が15%より多いと、ヤング率が低下し、比ヤング率が低下する傾向がある。 B 2 O 3 is a component that acts as a flux, lowers the viscosity and improves the meltability, and lowers the liquidus temperature, and its content is 5 to 15%, preferably 6 to 13 %, More preferably 7 to 12%. When the content of B 2 O 3 is less than 5%, the function as a flux becomes insufficient, and the BHF resistance tends to deteriorate. Furthermore, when the content of B 2 O 3 is less than 5%, the liquidus temperature tends to increase because devitrification easily occurs. Further, when the content of B 2 O 3 is more than 15%, the strain point of the glass is lowered, together with the heat resistance is lowered, there is a possibility that acid resistance is deteriorated. Furthermore, when the content of B 2 O 3 is more than 15%, the Young's modulus decreases and the specific Young's modulus tends to decrease.

MgOは、ヤング率を上昇させつつ、歪点を高め、高温粘度を下げ、ガラスの溶融性を改善する成分であるとともに、アルカリ土類金属酸化物の中では最も密度を下げる効果がある成分である。しかし、MgOを多く含有させると失透しやすくなることに加えて、MgOはBHFと反応して生成物を形成し、その生成物がガラス基板表面の素子上に固着または付着して、ガラス基板を白濁させる虞があるため、その含有量には制限がある。したがって、MgOの含有量は0〜3%、好ましくは0〜2%、より好ましくは0〜1%、更に好ましくは0〜0.5%である。特に、MgOを実質的に含有しないガラスとすれば、ガラスの耐失透性を顕著に向上させることができ、ダウンドロー法で安定してガラス基板を成形することができる。   MgO is a component that increases the Young's modulus, increases the strain point, lowers the high-temperature viscosity, and improves the meltability of the glass, and is the component that has the effect of reducing the density most among the alkaline earth metal oxides. is there. However, when MgO is contained in a large amount, devitrification is likely to occur, and MgO reacts with BHF to form a product, which adheres or adheres to the device on the surface of the glass substrate. There is a limit to the content thereof. Therefore, the content of MgO is 0 to 3%, preferably 0 to 2%, more preferably 0 to 1%, and still more preferably 0 to 0.5%. In particular, if the glass does not substantially contain MgO, the devitrification resistance of the glass can be remarkably improved, and a glass substrate can be stably formed by the downdraw method.

CaOは、ヤング率を上昇させ、歪点を低下させることなく、高温粘度を下げる成分であり、その含有量は〜20%であり、好ましくは7〜16.5%、より好ましくは8〜16%、更に好ましくは9〜15%である。本発明に係るガラス組成系は、溶融し難く、泡がガラス内に残存しやすいため、結果的にガラス基板に泡不良が多く発生する。泡不良を低減させるためには、その溶融性を高めることが重要である。本発明に係るガラス組成系において、SiOを減少させると、溶融性を高めることができるが、その一方で、耐酸性が極端に低下することに加えて、ガラスの密度、熱膨張係数が増大するため好ましくない。このような観点から、本発明の無アルカリガラスは、ガラスの溶融性を高める目的のため、CaOを%以上含有している。一方、CaOの含有量が20%より多くなると、ガラスの耐BHF性が悪化し、ガラス基板表面が浸食されやすくなることに加えて、反応生成物がガラス基板表面に付着してガラスを白濁させ、更には密度や熱膨張係数が高くなり過ぎる。 CaO is a component that lowers the high temperature viscosity without increasing the Young's modulus and lowering the strain point, and its content is 7 to 20%, preferably 7 to 16.5%, more preferably 8 to 16%, more preferably 9-15%. Since the glass composition system according to the present invention is not easily melted and bubbles are likely to remain in the glass, many bubble defects are generated in the glass substrate as a result. In order to reduce foam defects, it is important to increase the meltability. In the glass composition system according to the present invention, when SiO 2 is decreased, the meltability can be increased, but on the other hand, in addition to the extreme decrease in acid resistance, the density and thermal expansion coefficient of the glass are increased. Therefore, it is not preferable. From such a viewpoint, the alkali-free glass of the present invention contains 7 % or more of CaO for the purpose of improving the meltability of the glass. On the other hand, if the content of CaO exceeds 20%, the BHF resistance of the glass deteriorates and the surface of the glass substrate is likely to be eroded, and the reaction product adheres to the surface of the glass substrate and causes the glass to become cloudy. Further, the density and the coefficient of thermal expansion become too high.

SrOは、ガラスの耐薬品性を向上させ、歪点を低下させることなく、高温粘度を低下させ、ガラスの溶融性を改善する成分であり、その含有量は5〜20%であり、好ましくは6〜18%、より好ましくは7〜17%、更に好ましくは8〜15%である。SrOの含有量が20%より多くなると、ガラスの密度や熱膨張係数が上昇したり、失透しやすくなる。   SrO is a component that improves the chemical resistance of the glass, lowers the high temperature viscosity without reducing the strain point, and improves the meltability of the glass, and its content is 5 to 20%, preferably It is 6 to 18%, More preferably, it is 7 to 17%, More preferably, it is 8 to 15%. When the content of SrO is more than 20%, the density and thermal expansion coefficient of the glass increase or the glass tends to devitrify.

BaOは、ガラスの耐薬品性、耐失透性を向上させ、ガラスの溶融性を改善させる成分であるが、BaOは、アルカリ土類金属酸化物の中では、最もガラスの溶融性を向上させる効果が乏しく、密度を低下させにくい成分である。それ故、ガラスの溶融性を向上させるとともに、密度を低下させるためには、アルカリ土類金属酸化物の総量に占めるBaOの含有量を低下させることが望ましい。また、BaOは、環境負荷化学物質であるため、その含有量は制限することが好ましい。具体的には、BaOの含有量は0〜5%未満、好ましくは0〜2%未満、より好ましくは0〜1%未満、更に好ましくは0.5%以下、実質的に含有しないことが最も好ましい。BaOの含有量が5%以上であると、耐失透性が悪化し、ガラスの密度や熱膨張係数が上昇しやすくなるとともに、環境に及ぼす負荷が大きくなる。   BaO is a component that improves the chemical resistance and devitrification resistance of glass and improves the meltability of glass, but BaO most improves the meltability of glass among alkaline earth metal oxides. It is a component that is less effective and difficult to reduce density. Therefore, in order to improve the meltability of the glass and reduce the density, it is desirable to reduce the content of BaO in the total amount of the alkaline earth metal oxide. Moreover, since BaO is an environmentally hazardous chemical substance, its content is preferably limited. Specifically, the content of BaO is 0 to less than 5%, preferably 0 to less than 2%, more preferably 0 to less than 1%, and still more preferably 0.5% or less, and is substantially free. preferable. When the content of BaO is 5% or more, the devitrification resistance is deteriorated, the glass density and the thermal expansion coefficient are easily increased, and the load on the environment is increased.

ZnOは、ガラスの耐BHF性を改善するとともに、溶融性を改善する成分である。しかし、多量に含有させるとガラスが失透しやすくなったり、歪点が低下したりするため好ましくない。したがって、ZnOの含有量は0〜20%、好ましくは0〜10%、より好ましくは0.1〜5%以下、最も好ましくは1〜2%である。   ZnO is a component that improves the BHF resistance of the glass and improves the meltability. However, if contained in a large amount, the glass tends to be devitrified or the strain point is lowered, which is not preferable. Therefore, the content of ZnO is 0 to 20%, preferably 0 to 10%, more preferably 0.1 to 5% or less, and most preferably 1 to 2%.

アルカリ土類金属酸化物は、混合して含有させることにより、ガラスの失透温度を効果的に下げ、すなわちガラス中に結晶異物を生じさせ難くすることができ、ガラスの溶融性、成形性を改善する効果が得られる。しかしながら、これらの成分を多く含有させると、ガラスの密度が上昇してガラス基板の軽量化が図り難くなる。したがって、これらの合量、つまりMgO+CaO+SrO+BaO+ZnOは、1〜25%とするのが好ましい。ただし、既述の理由により、BaOおよびMgOは、実質的に含有しないことが望ましい。 Alkaline earth metal oxides can be mixed and contained to effectively reduce the devitrification temperature of the glass, that is, it can be made difficult to produce crystal foreign matter in the glass, and the melting property and moldability of the glass can be reduced. An improvement effect is obtained. However, when these components are contained in a large amount, the density of the glass increases and it becomes difficult to reduce the weight of the glass substrate. Therefore, the total amount of these, that is, MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO is preferably 17 to 25%. However, for the reasons already described, it is desirable that BaO and MgO are not substantially contained.

ZrO2は、ガラスの耐薬品性、特に耐酸性を改善し、ヤング率を向上させる成分であり、その含有量は0〜5%であり、好ましくは0〜2%未満、より好ましくは0〜1%、更に好ましくは0〜0.5%未満、最も好ましくは0〜0.3%である。ZrO2の含有量が5%より多くなると、液相温度が上昇し、ジルコンの失透異物が発生しやすくなる。 ZrO 2 is a component that improves the chemical resistance of glass, particularly acid resistance, and improves the Young's modulus, and its content is 0 to 5%, preferably 0 to less than 2%, more preferably 0 to 0%. 1%, more preferably 0 to less than 0.5%, most preferably 0 to 0.3%. When the content of ZrO 2 exceeds 5%, the liquidus temperature rises and zircon devitrified foreign matter is likely to be generated.

TiO2は、ガラスの耐薬品性、特に耐酸性を改善し、且つ高温粘度を下げて溶融性を改善する成分であり、その含有量は0〜5%であり、好ましくは0〜2%未満、より好ましくは0〜1%、更に好ましくは0〜0.5%未満、最も好ましくは0〜0.3%である。TiO2の含有量が5%を超えると、ガラスが着色し、その透過率が低下するため、ディスプレイ用途に使用し難くなる。 TiO 2 is a component that improves the chemical resistance of glass, particularly acid resistance, and lowers the high temperature viscosity to improve the meltability, and its content is 0 to 5%, preferably less than 0 to 2%. More preferably, it is 0 to 1%, more preferably 0 to less than 0.5%, and most preferably 0 to 0.3%. When the content of TiO 2 exceeds 5%, the glass is colored and its transmittance is lowered, so that it is difficult to use it for display applications.

25は、ガラスの耐失透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0〜3%であり、より好ましくは0〜1%、更に好ましくは0〜0.5%未満、最も好ましくは0〜0.3%である。P25の含有量が5%より多いと、ガラス中に分相、乳白が起こることに加えて、耐酸性が著しく悪化する。 P 2 O 5 is a component that improves the devitrification resistance of the glass, and its content is 0 to 5%, preferably 0 to 3%, more preferably 0 to 1%, and still more preferably 0 to 0%. Less than 0.5%, most preferably 0-0.3%. When the content of P 2 O 5 is more than 5%, in addition to the occurrence of phase separation and milk white in the glass, the acid resistance is remarkably deteriorated.

本発明の無アルカリガラスは、上記成分以外にも、種々の成分を添加することが可能であり、例えばY23、Nb25、La23を5%まで含有させることができる。これらの成分は歪点、ヤング率等を高める働きがあるが、その含有量が5%より多いと、密度が増大する傾向がある。特に、ヤング率を向上させる観点から、Y23を0.1%以上含有させるのが好ましい。 The alkali-free glass of the present invention can contain various components in addition to the above components. For example, Y 2 O 3 , Nb 2 O 5 , and La 2 O 3 can be contained up to 5%. . These components have a function of increasing the strain point, Young's modulus, etc., but if the content is more than 5%, the density tends to increase. In particular, from the viewpoint of improving the Young's modulus, it is preferable to contain 0.1% or more of Y 2 O 3 .

上述の通り、ガラスの清澄剤として、As23が広く使用されてきたが、本発明の無アルカリガラスは、環境的観点からAs23を実質的に含有しないものとすることができる。 As described above, As 2 O 3 has been widely used as a glass fining agent, but the alkali-free glass of the present invention can be substantially free of As 2 O 3 from an environmental point of view. .

本発明の無アルカリガラスにおいては、清澄剤としてSnO2を使用するのが好ましく、その含有量は0〜2%が好ましく、0〜0.5%がより好ましく、0〜0.3%が更に好ましい。SnO2は、高温域で生じるSnイオンの価数変化により多数の清澄ガスを発生させることができる。一般的に、無アルカリガラスは、ガラスの融点がアルカリ金属酸化物を含有するガラスよりも高い。それ故、SnO2は、無アルカリガラスの清澄剤として好適に使用することができる。一方、SnO2の含有量が2%より多いと、ガラスの耐失透性が低下する虞がある。 In the alkali-free glass of the present invention, it is preferable to use SnO 2 as a fining agent, and its content is preferably 0 to 2%, more preferably 0 to 0.5%, further 0 to 0.3%. preferable. SnO 2 can generate a large number of clarified gases by changing the valence of Sn ions generated in a high temperature range. In general, alkali-free glass has a higher melting point than glass containing an alkali metal oxide. Therefore, SnO 2 can be suitably used as a clarifier for alkali-free glass. On the other hand, if the SnO 2 content is more than 2%, the devitrification resistance of the glass may be lowered.

F、Clのハロゲンは、ガラスの融剤として添加されるが、同時に清澄剤としての機能も有する。ただし、ガラス溶融時に発生する揮発物に毒性があることから、その使用量を低減するのが好ましく、実質的に含有しないことが好ましい。ここで、「F、Clのハロゲンを実質的に含有しない」とは、不純物成分として原料等から混入してくる量以外に含まないという意味であり、具体的にはガラス組成内において、F、Clのハロゲンが500ppm以下の場合を指す。   F and Cl halogens are added as glass fluxes, but also have a function as fining agents. However, since the volatile matter generated at the time of melting the glass is toxic, it is preferable to reduce the amount used, and it is preferable not to contain it substantially. Here, “substantially free of halogens of F and Cl” means that they are not contained other than the amount mixed from the raw material as an impurity component. Specifically, in the glass composition, F, This refers to the case where the halogen of Cl is 500 ppm or less.

さらに、本発明の無アルカリガラスは、清澄剤としてSb23を使用することもできる。Sb23は、低温域で多量の清澄ガスを発生する清澄剤であり、上記のSnO2、ハロゲン等の清澄剤と併用することで清澄効果を高めることができる。また、本発明の無アルカリガラスは、溶融性に優れており、低温で溶融することができるため、Sb23を単独で清澄剤として使用することもできる。一方、環境的観点から、清澄剤としてSb23を実質的に含有しないことが好ましい。Sb23は、As23に比べ、その毒性は低いものの、環境負荷物質であるため、環境的観点から使用を制限するのが好ましい。「Sb23を実質的に含有しない」とは、Sb23の含有量が1000ppm以下の場合を指す。 Furthermore, the alkali-free glass of the present invention can also use Sb 2 O 3 as a fining agent. Sb 2 O 3 is a clarifier that generates a large amount of clarification gas in a low temperature range, and the clarification effect can be enhanced by using it together with the above-described clarifiers such as SnO 2 and halogen. Moreover, since the alkali-free glass of the present invention is excellent in meltability and can be melted at a low temperature, Sb 2 O 3 can be used alone as a fining agent. On the other hand, from an environmental point of view, it is preferred not to substantially contain Sb 2 O 3 as a fining agent. Although Sb 2 O 3 is less toxic than As 2 O 3 , it is an environmentally hazardous substance, so it is preferable to limit its use from an environmental point of view. By "substantially free of Sb 2 O 3" refers to the case where the content of Sb 2 O 3 is 1000ppm or less.

本発明の無アルカリガラスにおいては、清澄剤として、実質的にAs23を含有せず、かつSb23+SnO2+Cl+Fを0〜3%の範囲とすることが好ましい。Sb23+SnO2+Cl+Fは、0〜2%であることがより好ましく、0〜1%であることが更に好ましい。Sb23+SnO2+Cl+Fが3%より多いと、ガラスの耐失透性が低下する傾向がある。 In the alkali-free glass of the present invention, it is preferable that the clarifier does not substantially contain As 2 O 3 and Sb 2 O 3 + SnO 2 + Cl + F is in the range of 0 to 3%. Sb 2 O 3 + SnO 2 + Cl + F is more preferably 0 to 2%, still more preferably 0 to 1%. When Sb 2 O 3 + SnO 2 + Cl + F is greater than 3%, devitrification resistance of the glass tends to decrease.

なお、本発明の特徴となるガラス特性が損なわれない限り、C、Al、Si等の金属粉末あるいはSO3を清澄剤として使用することができる。また、CeO2、Fe23等も清澄剤として使用することができる。 Incidentally, it is possible to use as long as the glass properties which is a feature of the present invention are not impaired, C, Al, a metal powder or SO 3, such as Si, as a fining agent. It is also possible to use also CeO 2, Fe 2 O 3 or the like as a fining agent.

上記組成範囲において、各成分の好ましい範囲を任意に組み合わせて、好ましい組成範囲を選択することは当然可能であるが、その中にあって、無アルカリガラスとして、より好ましい組成範囲は、質量%でSiO2 48〜62%、Al23 13〜16.5%、B23 6〜13%、MgO 0〜3%、CaO 7〜16.5%、SrO 6〜18%、BaO 0〜1%未満、ZnO 0〜10%、MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO 17〜22%、ZrO2 0〜2%未満、TiO2 0〜2%未満、P25 0〜3%を含有し、実質的にアルカリ金属酸化物を含有しないガラスが挙げられる。ガラスの組成範囲を上記に規制すれば、薄板、大型のガラス基板を安定して製造することができるとともに、熱膨張係数をより適正な値、例えば45〜56×10-7/℃に規制することができる。 In the above composition range, it is naturally possible to select a preferred composition range by arbitrarily combining preferred ranges of the respective components, but among them, a more preferred composition range as non-alkali glass is mass%. SiO 2 48~62%, Al 2 O 3 13~16.5%, B 2 O 3 6~13%, 0~3% MgO, CaO 7~16.5%, SrO 6~18%, BaO 0~ Contains less than 1%, ZnO 0-10%, MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO 17-22%, ZrO 2 0-2%, TiO 2 0-2%, P 2 O 5 0-3%, substantially alkali metal oxidation The glass which does not contain a thing is mentioned. If the glass composition range is regulated as described above, a thin plate and a large glass substrate can be stably produced, and the thermal expansion coefficient is regulated to a more appropriate value, for example, 45 to 56 × 10 −7 / ° C. be able to.

無アルカリガラスの更に好ましい態様として、質量%でSiO2 50〜60%、Al23 14〜16%、B23 7〜12%、MgO 0〜1%、CaO 8〜16%、SrO 7〜17%、ZnO 0.1〜5%、MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO 18〜21%、ZrO2 0〜1%、TiO2 0〜1%、P25 0〜1%を含有し、実質的にアルカリ金属酸化物、BaO、As23、ハロゲンおよびSb23を含有しないガラスが挙げられる。ガラスの組成範囲を上記に規制すれば、ガラスの溶融性を大幅に改善できるとともに、環境に配慮したガラスを得ることができる。 As a more preferable embodiment of the alkali-free glass, SiO 2 50-60%, Al 2 O 3 14-16%, B 2 O 3 7-12%, MgO 0-1%, CaO 8-16%, SrO by mass%. 7-17%, ZnO 0.1-5%, MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO 18-21%, ZrO 2 0-1%, TiO 2 0-1%, P 2 O 5 0-1%, substantially alkali metal Glasses containing no oxide, BaO, As 2 O 3 , halogen and Sb 2 O 3 are mentioned. If the composition range of the glass is regulated as described above, the melting property of the glass can be greatly improved, and an environment-friendly glass can be obtained.

本発明の無アルカリガラスは、30〜380℃の温度範囲における熱膨張係数が40〜60×10-7/℃であり、好ましくは42〜58×10-7/℃、より好ましくは45〜56×10-7/℃、更に好ましくは47〜55×10-7/℃である。熱膨張係数が40×10-7/℃より小さいと、周辺材料(有機材料や金属、具体的にはSiNxのような低膨張の酸化膜からAl、Moなどの高膨張の金属膜)と熱膨張係数を整合し難くなり、その結果、ガラス基板が反り、ガラス基板の破損を引き起こす原因ともなる。熱膨張係数が60×10-7/℃より大きいと、TFT−LCDの製造工程でガラス基板の破損確率が高くなる。また、TFT−LCDの製造工程は、熱処理工程が多く、ガラス基板は急加熱と急冷が繰り返されるため、ガラス基板への熱衝撃はより一層大きくなることから、TFT−LCD用途において、ガラス基板の耐熱衝撃性も重要な要求課題である。ガラス基板の端面には、面取り加工を行ったとしても微細な傷やクラックが存在しており、熱による引張り応力が傷やクラックに集中して働くと、時としてガラス基板が割れることがある。ガラス基板が破損すれば、製造ラインの稼働率を下げるだけでなく、破損の際に生じた微細なガラス粉がガラス基板上に付着し、断線不良やパターニング不良等を引き起こす虞がある。さらに、ガラス基板は大型化の傾向にあり、ガラス基板が大型化すれば、ガラス基板に温度差がつきやすくなるだけでなく、端面に微少なキズ、クラックが発生する確率も高くなり、熱工程中にガラス基板が破壊する確率が高くなる。この問題を解決する最も根本的かつ有効な方法は、熱膨張差から生じる熱応力を減らすこと、つまりガラスの熱膨張係数を小さくすることである。具体的には、ガラスの熱膨張係数を40〜60×10-7/℃とすれば、ガラスの溶融性および他の部材との熱膨張係数の整合性を損なうことなく、上記問題点を有効に解消することができる。 The alkali-free glass of the present invention has a thermal expansion coefficient in the temperature range of 30 to 380 ° C. of 40 to 60 × 10 −7 / ° C., preferably 42 to 58 × 10 −7 / ° C., more preferably 45 to 56. × 10 −7 / ° C., more preferably 47 to 55 × 10 −7 / ° C. When the thermal expansion coefficient is less than 40 × 10 −7 / ° C., peripheral materials (organic materials and metals, specifically, low expansion oxide films such as SiNx to high expansion metal films such as Al and Mo) and heat It becomes difficult to match the expansion coefficients, and as a result, the glass substrate warps and causes damage to the glass substrate. When the thermal expansion coefficient is larger than 60 × 10 −7 / ° C., the glass substrate has a high probability of breakage in the TFT-LCD manufacturing process. In addition, since the TFT-LCD manufacturing process has many heat treatment processes, and the glass substrate is repeatedly heated and cooled repeatedly, the thermal shock to the glass substrate is further increased. Thermal shock resistance is also an important requirement. Even if chamfering is performed on the end face of the glass substrate, there are fine scratches and cracks. When tensile stress due to heat concentrates on the scratches and cracks, the glass substrate sometimes breaks. If the glass substrate is damaged, not only the operating rate of the production line is lowered, but also fine glass powder generated at the time of the damage may adhere to the glass substrate, causing disconnection failure or patterning failure. Furthermore, the glass substrate tends to be larger, and if the glass substrate is larger, not only the temperature difference is likely to occur on the glass substrate, but also the probability that minute scratches and cracks will occur on the end face increases, and the thermal process The probability that the glass substrate breaks inside increases. The most fundamental and effective method for solving this problem is to reduce the thermal stress resulting from the difference in thermal expansion, that is, to reduce the thermal expansion coefficient of the glass. Specifically, if the coefficient of thermal expansion of glass is set to 40 to 60 × 10 −7 / ° C., the above problem can be effectively solved without impairing the meltability of the glass and the consistency of the coefficient of thermal expansion with other members. Can be resolved.

本発明の無アルカリガラスにおいて、液相温度は1150℃以下が好ましく、1100℃以下がより好ましく、1050℃以下が更に好ましく、1030℃以下が最も好ましい。一般的に、ダウンドロー法は、他の成形方法と比較してガラス成形時の粘度が高いため、ガラスの耐失透性が悪いと、成形中に失透ブツが発生し、ガラス基板に成形できなくなる虞がある。具体的には、少なくとも液相温度が1150℃より高いと、ダウンドロー法による成形が困難となる。また、液相温度が1150℃以下であると、フロート法等の成形方法でも、成形中に失透ブツが発生することなく、大型のガラス基板を効率良く製造することができる。   In the alkali-free glass of the present invention, the liquidus temperature is preferably 1150 ° C. or less, more preferably 1100 ° C. or less, further preferably 1050 ° C. or less, and most preferably 1030 ° C. or less. In general, the downdraw method has a higher viscosity at the time of glass molding than other molding methods, so if the devitrification resistance of the glass is poor, devitrification will occur during molding, and the glass substrate will be molded. There is a risk that it will not be possible. Specifically, if at least the liquidus temperature is higher than 1150 ° C., molding by the downdraw method becomes difficult. In addition, when the liquidus temperature is 1150 ° C. or less, a large glass substrate can be efficiently produced even in a molding method such as a float method without causing devitrification.

本発明の無アルカリガラスは、SnO2を清澄剤として含有し、且つガラス組成として、SnO2が0.2質量%となるように、SnO2を添加したとき、得られるガラスの液相温度は1160℃以下であることが好ましく、1110℃以下であることがより好ましい。ガラス中に泡等の内部欠陥があれば、光の透過を妨げるため、ディスプレイ用ガラス基板としては致命的な欠陥となる。一般的に、ガラス基板が大型化するにつれて、泡が残存する確率が高くなり、泡により欠陥不良となる確率が高くなり、ガラス基板の生産性が低下する。ガラス中に含まれる泡を低減する方法には、清澄剤を使用する方法と、高温粘度を低くする方法がある。前者の方法において、この種の無アルカリガラスの清澄剤として、As23が最も効果的であるが、As23は環境負荷化学物質であることから、その使用を低減する必要がある。そこで、環境的観点から、As23の代替清澄剤としてSnO2の導入が検討されているが、SnO2は結晶性異物(失透)の原因になりやすく、これがガラス基板の内部欠陥となる虞がある。したがって、SnO2に対して失透が生じにくいガラスであれば、清澄剤としてSnO2を導入したとしても、それに起因する失透が生じ難いため、ガラス基板の製造効率の向上および環境的配慮の両立を図ることができ、非常に有効であると考えられる。その上、ガラスの製造工程では、Sn電極がガラス中に溶出する事態もある程度想定されるため、SnO2に対して失透が生じにくいガラスは、更に有利となる。そこで、本発明の無アルカリガラスでは、ガラス組成中のSnO2含有量を0.2%としたとき、得られるガラスの液相温度を1150℃以下であれば、上記効果を最大限に享受することができる。一方、ガラス組成中のSnO2含有量を0.2%としたとき、得られるガラスの液相温度が1150℃より高ければ、上記効果を享受し難くなる。 The alkali-free glass of the present invention contains SnO 2 as a fining agent, and when SnO 2 is added so that SnO 2 is 0.2% by mass as a glass composition, the liquidus temperature of the glass obtained is It is preferably 1160 ° C. or lower, and more preferably 1110 ° C. or lower. If there are internal defects such as bubbles in the glass, light transmission is hindered, which is a fatal defect for a glass substrate for display. In general, as the glass substrate becomes larger, the probability that bubbles remain is increased, the probability that defects are caused by bubbles increases, and the productivity of the glass substrate decreases. As a method for reducing bubbles contained in glass, there are a method of using a fining agent and a method of lowering the high temperature viscosity. In the former method, As 2 O 3 is the most effective as a clarifier for this kind of alkali-free glass, but As 2 O 3 is an environmentally hazardous chemical, its use needs to be reduced. . Therefore, from the environmental point of view, the introduction of SnO 2 as an alternative fining agent for As 2 O 3 has been studied. However, SnO 2 is likely to cause crystalline foreign matter (devitrification), which is considered to be an internal defect of the glass substrate. There is a risk of becoming. Therefore, if the glass is not easily devitrified with respect to SnO 2 , even if SnO 2 is introduced as a fining agent, it is difficult for devitrification to occur. It is possible to achieve both and is considered very effective. In addition, in the glass manufacturing process, a situation where the Sn electrode elutes into the glass is assumed to some extent, and therefore glass that is less susceptible to devitrification with respect to SnO 2 is further advantageous. Therefore, in the alkali-free glass of the present invention, when the SnO 2 content in the glass composition is 0.2%, if the liquidus temperature of the obtained glass is 1150 ° C. or less, the above-mentioned effect is fully enjoyed. be able to. On the other hand, when the SnO 2 content in the glass composition is 0.2%, if the liquid phase temperature of the obtained glass is higher than 1150 ° C., it is difficult to receive the above effect.

本発明の無アルカリガラスにおいて、102.5dPa・sに相当するガラス融液の温度は、1530℃以下が好ましく、1500℃以下がより好ましく、1450℃以下が更に好ましく、1400℃以下が最も好ましい。ガラスを高温で長時間溶融することでガラス中の泡や異物等の内部欠陥を低減することができるが、高温での溶融はガラス溶融窯への負担を増加させる。例えば、窯に使用されているアルミナやジルコニア等の耐火物は、高温になればなる程、ガラス融液によって激しく浸食され、これに付随して窯のライフサイクルも短くなる。また、高温で使用可能な部材は限られるため、使用される全ての部材が割高になる。さらに、窯の内部を常に高温に保つためのランニングコストは低温で溶融するガラスに比べて高くなる等、高温での溶融はガラスを生産する上で不利なものであるため、低温で溶融することができる無アルカリガラスが求められている。そこで、本発明の無アルカリガラスでは、高温粘度102.5dPa・sに相当するガラス融液の温度を1530℃以下であれば、上記効果を的確に享受できる。一方、高温粘度102.5dPa・sに相当するガラス融液の温度が1530℃より高いと、上記効果を享受し難くなる。 In the alkali-free glass of the present invention, the temperature of the glass melt corresponding to 10 2.5 dPa · s is preferably 1530 ° C. or less, more preferably 1500 ° C. or less, still more preferably 1450 ° C. or less, and most preferably 1400 ° C. or less. Melting glass at a high temperature for a long time can reduce internal defects such as bubbles and foreign matters in the glass, but melting at a high temperature increases the burden on the glass melting furnace. For example, refractories such as alumina and zirconia used in a kiln are eroded more vigorously by the glass melt as the temperature rises, and the life cycle of the kiln is shortened accordingly. In addition, since members that can be used at high temperatures are limited, all the members that are used are expensive. Furthermore, since the running cost to keep the interior of the kiln always high is higher than that of glass that melts at low temperatures, melting at high temperatures is disadvantageous in producing glass. There is a need for alkali-free glass that can be used. Therefore, in the alkali-free glass of the present invention, the above-described effect can be enjoyed accurately if the temperature of the glass melt corresponding to the high temperature viscosity of 10 2.5 dPa · s is 1530 ° C. or lower. On the other hand, when the temperature of the glass melt corresponding to the high temperature viscosity of 10 2.5 dPa · s is higher than 1530 ° C., it is difficult to enjoy the above effect.

本発明の無アルカリガラスは、歪点が好ましくは600℃以上であり、より好ましくは610℃以上であり、更に好ましくは620℃以上、特に好ましくは640℃以上、最も好ましくは650℃以上である。ガラス基板の耐熱性が更に低いと、ガラス基板の変形、反り等が生じる虞がある。また、成膜工程等のTFT−LCDの製造工程でガラス基板が熱収縮してパターンずれを起こさないようにするためにも、耐熱性に優れたガラスが要求されている。さらに、TFT−LCDの製造工程、特に多結晶シリコンTFT−LCD(以下、p−Si・TFT−LCDと称する)の製造工程では、ガラス基板が高温で熱処理される。ガラス基板の耐熱性が低いと、p−Si・TFT−LCDの製造工程中で、ガラス基板が400〜600℃の高温にさらされた際、熱収縮と呼ばれる微小な寸法収縮が生じ、これがTFTの画素ピッチのずれを惹起して表示不良の原因となる虞がある。そこで、本発明の無アルカリガラスでは、歪点を600℃以上であれば、上記問題は生じ難い。一方、歪点が600℃未満であれば、上記問題が深刻となる。   The alkali-free glass of the present invention preferably has a strain point of 600 ° C. or higher, more preferably 610 ° C. or higher, still more preferably 620 ° C. or higher, particularly preferably 640 ° C. or higher, and most preferably 650 ° C. or higher. . If the heat resistance of the glass substrate is even lower, the glass substrate may be deformed or warped. Further, in order to prevent the glass substrate from being thermally contracted in the TFT-LCD manufacturing process such as a film forming process to cause a pattern shift, a glass having excellent heat resistance is required. Further, in a TFT-LCD manufacturing process, particularly a polycrystalline silicon TFT-LCD (hereinafter referred to as p-Si TFT-LCD) manufacturing process, the glass substrate is heat-treated at a high temperature. If the heat resistance of the glass substrate is low, when the glass substrate is exposed to a high temperature of 400 to 600 ° C. during the manufacturing process of the p-Si • TFT-LCD, a minute dimensional shrinkage called thermal shrinkage occurs, which is the TFT. There is a risk of causing a display defect by causing a shift in the pixel pitch. Therefore, in the alkali-free glass of the present invention, the above problem hardly occurs when the strain point is 600 ° C. or higher. On the other hand, if the strain point is less than 600 ° C., the above problem becomes serious.

本発明の無アルカリガラスは、密度が好ましくは2.70g/cm3以下であり、より好ましくは2.68g/cm3以下、更に好ましくは2.66g/cm3以下である。ガラスの密度が低ければ低いほど、ガラス基板の軽量化を図ることができ、TFT−LCDの軽量化に寄与することができる。しかし、無アルカリガラスにおいて、ガラスを低密度化すれば、ガラスの粘度が上昇し、溶融性が悪化するとともに、失透傾向が増大し成形性も悪化する傾向がある。例えば、石英ガラスは、密度が2.2g/cm3と低いが、非常に高温で溶融しなければならず、且つ失透性にも劣るため、ダウンドロー法による成形が困難であり、無欠陥の大面積のガラス基板を溶融するには不適切である。このような観点から、本発明の無アルカリガラスの密度は、ガラスの軽量化と生産性を両立させる適切な範囲、具体的には2.55〜2.70g/cm3とするのが好ましい。 Alkali-free glass of the present invention has a density of preferably at 2.70 g / cm 3 or less, more preferably 2.68 g / cm 3 or less, further preferably 2.66 g / cm 3 or less. The lower the density of the glass, the lighter the glass substrate can be, which can contribute to the weight reduction of the TFT-LCD. However, in a non-alkali glass, if the density of the glass is lowered, the viscosity of the glass increases, the meltability deteriorates, the tendency to devitrification increases, and the moldability also tends to deteriorate. For example, although quartz glass has a low density of 2.2 g / cm 3 , it must be melted at a very high temperature and is inferior in devitrification. It is unsuitable for melting large-area glass substrates. From such a viewpoint, it is preferable that the density of the alkali-free glass of the present invention is in an appropriate range in which both the weight reduction of the glass and the productivity are achieved, specifically 2.55 to 2.70 g / cm 3 .

本発明の無アルカリガラスにおいて、ヤング率は、75GPa以上が好ましく、78GPa/g・cm-3以上がより好ましく、80GPa/g・cm-3以上が更に好ましい。ヤング率を75GPa/g・cm-3以上とすれば、大型で薄板のガラス基板であっても問題が生じない程度のたわみ量に抑えることができる。 In the alkali free glass of the present invention, the Young's modulus is preferably at least 75 GPa, more preferably 78GPa / g · cm -3 or more, 80GPa / g · cm -3 or more is more preferable. If the Young's modulus is 75 GPa / g · cm −3 or more, even a large and thin glass substrate can be suppressed to a deflection amount that does not cause a problem.

本発明の無アルカリガラスにおいて、比ヤング率(ヤング率を密度で割った値)は、27GPa/g・cm-3以上が好ましく、28GPa/g・cm-3以上がより好ましく、29GPa/g・cm-3以上が更に好ましい。比ヤング率を27GPa/g・cm-3以上とすれば、大型で薄板のガラス基板であっても問題が生じない程度のたわみ量に抑えることができる。 In the alkali free glass of the present invention, the ratio (a value obtained by dividing the Young's modulus by the density) Young's modulus is preferably 27GPa / g · cm -3 or more, 28GPa / g · cm -3 or more preferably, 29 GPa / g · More preferably, it is cm −3 or more. When the specific Young's modulus is set to 27 GPa / g · cm −3 or more, even a large and thin glass substrate can be suppressed to a deflection amount that does not cause a problem.

本発明の無アルカリガラスは、80℃の10%HCl水溶液に24時間浸漬したとき、その浸食量が5μm以下および/または80℃の10%HCl水溶液に3時間浸漬したとき、目視による表面観察で白濁、荒れが認められないことが好ましい。また、本発明の無アルカリガラスは、20℃の130BHF溶液に30分間浸漬したとき、その浸食量が2μm以下および/または20℃の63BHF(HF:6質量%,NH4F:30質量%)溶液に30分間浸漬したとき、目視による表面観察で白濁、荒れが認められないことが好ましい。TFT−LCD用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ーエッチング(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。また、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。一般的に、TFTアレイプロセスでは、成膜工程→レジストパターン形成→エッチング工程→レジスト剥離工程の一連のプロセスが繰り返される。その際、エッチング液として、Al、Mo系膜のエッチングにはリン酸系溶液、ITO系膜のエッチングには王水(HCl+HNO3)系溶液、SiNx、SiO2膜等のエッチングにはBHF溶液等の多種多様の薬液が使用され、それらは低コスト化を考慮して、使い捨てではなく、循環の液系フローとなっている。ガラスの耐薬品性が低いと、エッチングの際、薬液とガラス基板との反応生成物が、循環の液系フローのフィルターを詰まらせたり、不均質エッチングによってガラス表面に白濁が生じ、あるいはエッチング液の成分が変化することによって、エッチングレートが不安定になる等の様々な問題を引き起こす可能性がある。特に、BHFに代表されるフッ酸系の薬液はガラス基板を強く浸食するため、上記のような問題が発生しやすく、ガラス基板は耐BHF性に優れていることが要求されている。つまり、ガラスの薬液に対する浸食量が小さいことは、薬液の汚染や反応生成物による工程中のフィルターの詰まりを防止する観点から非常に重要である。また、ガラス基板の耐薬品性は、薬液に対する浸食量が小さいだけでなく、外観変化を引き起こさないことも重要である。薬液処理によってガラスの外観が白濁や荒れなどの変化を起こさないことは、光の透過率が重要なTFT−LCD等のディスプレイ用ガラス基板として非常に重要な特性である。この浸食量と外観変化の評価結果は、特に耐BHF性について必ずしも一致せず、例えば同じ浸食量を示すガラスであっても、その組成によって薬品処理後に外観変化を引き起こしたり、引き起こさなかったりする場合がある。その点、本発明の無アルカリガラスによれば、80℃の10%HCl水溶液に24時間浸漬したとき、その浸食量が5μm以下であり、且つ80℃の10%HCl水溶液に3時間浸漬したとき、目視による表面観察で白濁、荒れが生じないものとすることができるため、上記問題点を確実に解消することができる。特に、本発明の無アルカリガラスにおいて、20℃の130BHF溶液に30分間浸漬したとき、その浸食量が2μm以下、且つ20℃の63BHF溶液に30分間浸漬したとき、目視による表面観察で白濁、荒れが認められないものであれば、上記問題点を確実に解消することができる。 When the alkali-free glass of the present invention is immersed in a 10% HCl aqueous solution at 80 ° C. for 24 hours, the amount of erosion is 5 μm or less and / or is immersed in a 10% HCl aqueous solution at 80 ° C. for 3 hours. It is preferable that no cloudiness or roughness is observed. Further, when the alkali-free glass of the present invention is immersed in a 130 BHF solution at 20 ° C. for 30 minutes, the erosion amount is 2 μm or less and / or 63 BHF at 20 ° C. (HF: 6 mass%, NH 4 F: 30 mass%) When immersed in the solution for 30 minutes, it is preferred that no white turbidity or roughness is observed by visual surface observation. A transparent conductive film, an insulating film, a semiconductor film, a metal film, and the like are formed on the surface of the glass substrate for TFT-LCD, and various circuits and patterns are formed by photolithography etching (photoetching). In these film formation and photoetching steps, the glass substrate is subjected to various heat treatments and chemical treatments. In general, in the TFT array process, a series of processes including a film formation process, a resist pattern formation, an etching process, and a resist stripping process is repeated. At that time, as an etchant, a phosphoric acid solution is used for etching Al and Mo films, an aqua regia (HCl + HNO 3 ) solution is used for etching ITO films, a BHF solution is used for etching SiNx, SiO 2 films, and the like. A wide variety of chemical solutions are used, and in consideration of cost reduction, they are not disposable but are a circulating liquid system flow. If the chemical resistance of the glass is low, the reaction product between the chemical and the glass substrate will clog the filter of the circulating liquid system during etching, or the glass surface may become cloudy due to inhomogeneous etching, or the etching solution The change in the components may cause various problems such as an unstable etching rate. In particular, a hydrofluoric acid-based chemical solution typified by BHF erodes the glass substrate strongly, so that the above-described problems are likely to occur, and the glass substrate is required to have excellent BHF resistance. In other words, a small amount of erosion of the glass against the chemical solution is very important from the viewpoint of preventing contamination of the chemical solution and clogging of the filter during the process due to reaction products. In addition, the chemical resistance of the glass substrate is not only small in the amount of erosion with respect to the chemical solution, but also important in not causing an appearance change. It is a very important characteristic as a glass substrate for a display such as a TFT-LCD in which light transmittance is important because the appearance of the glass does not change due to chemical treatment, such as white turbidity or roughness. The evaluation results of the amount of erosion and the change in appearance do not necessarily coincide with each other particularly with respect to BHF resistance. For example, even if the glass shows the same amount of erosion, the appearance may or may not change after chemical treatment depending on the composition. There is. In that respect, according to the alkali-free glass of the present invention, when immersed in a 10% HCl aqueous solution at 80 ° C. for 24 hours, the erosion amount is 5 μm or less, and when immersed in a 10% HCl aqueous solution at 80 ° C. for 3 hours. In addition, since it is possible to prevent white turbidity and roughness from being observed by visual observation of the surface, the above-mentioned problems can be reliably solved. In particular, in the alkali-free glass of the present invention, when immersed in a 130 BHF solution at 20 ° C. for 30 minutes, the erosion amount is 2 μm or less, and when immersed in a 63 BHF solution at 20 ° C. for 30 minutes, white turbidity and roughness are visually observed. If this is not recognized, the above problem can be solved reliably.

本発明の無アルカリガラスは、ガラス基板として使用することが好ましい。本発明の無アルカリガラスは、種々の成形方法を採用することができるが、本発明の無アルカリガラスの耐失透性が優れ、且つ適切な粘度特性を有するため、良好にガラス基板に成形することができ、これをLCD等のディスプレイに適用することができる。   The alkali-free glass of the present invention is preferably used as a glass substrate. The alkali-free glass of the present invention can employ various molding methods. However, since the alkali-free glass of the present invention has excellent devitrification resistance and has an appropriate viscosity characteristic, it can be molded into a glass substrate satisfactorily. This can be applied to a display such as an LCD.

本発明の無アルカリガラス基板は、ダウンドロー法で成形されてなる。ダウンドロー法でガラスを成形すれば、ガラス基板を効率良く製造することができるとともに、ガラス基板の表面品位を向上させることができる。本発明の無アルカリガラス基板は、所望のガラス組成となるように調合したガラス原料を連続溶融炉に投入し、ガラス原料を加熱溶融し、清澄した後、成形装置に供給した上で溶融ガラスをダウンドロー法で板状に成形し、徐冷することにより製造することができる。 The alkali-free glass substrate of the present invention is formed by a down draw method. If the glass is formed by the downdraw method, the glass substrate can be produced efficiently and the surface quality of the glass substrate can be improved. In the alkali-free glass substrate of the present invention, a glass raw material prepared so as to have a desired glass composition is put into a continuous melting furnace, the glass raw material is heated and melted, clarified, and then supplied to a molding apparatus. It can be produced by forming into a plate shape by the downdraw method and slowly cooling it.

ダウンドロー法には、スロットダウンドロー法、オーバーフローダウンドロー法等の各種の成形方法がある。特に、オーバーフローダウンドロー法でガラス基板を成形すれば、未研磨で表面品位が良好なガラス基板を製造することができる。その理由は、オーバーフローダウンドロー法の場合、ガラス基板の表面となるべき面は桶状耐火物に接触せず、自由表面の状態で成形されることにより、無研磨で表面品位が良好なガラス基板を成形できるからである。ここで、オーバーフローダウンドロー法は、溶融状態のガラスを耐熱性の桶状構造物の両側から溢れさせて、溢れた溶融ガラスを桶状構造物の下端で合流させながら、下方に延伸成形してガラス基板を製造する方法である。桶状構造物の構造や材質は、ガラス基板の寸法や表面精度を所望の状態とし、TFT−LCD用ガラス基板に使用できる品位を実現できるものであれば、特に限定されない。また、下方への延伸成形を行うためにガラス基板に対してどのような方法で力を印加するものであってもよい。例えば、充分に大きい幅を有する耐熱性ロールをガラス基板に接触させた状態で回転させて延伸する方法を採用してもよいし、複数の対になった耐熱性ロールをガラス基板の端面近傍のみに接触させて延伸する方法を採用してもよい。本発明の無アルカリガラスは、耐失透性が優れるとともに、成形に適した粘度特性を有しているため、オーバーフローダウンドロー法による成形を精度よく実行することができる。   The downdraw method includes various forming methods such as a slot downdraw method and an overflow downdraw method. In particular, if a glass substrate is formed by the overflow downdraw method, a glass substrate that is unpolished and has good surface quality can be produced. The reason for this is that, in the case of the overflow down draw method, the surface to be the surface of the glass substrate does not come into contact with the bowl-like refractory, and is molded in a free surface state. This is because it can be molded. Here, the overflow down draw method is to melt the molten glass from both sides of the heat-resistant bowl-like structure and draw the overflowed molten glass downward while joining at the lower end of the bowl-like structure. This is a method for producing a glass substrate. The structure and material of the bowl-shaped structure are not particularly limited as long as the dimensions and surface accuracy of the glass substrate can be set to a desired state and the quality usable for the glass substrate for TFT-LCD can be realized. Moreover, in order to perform the downward extending | stretching shaping | molding, you may apply force with what kind of method with respect to a glass substrate. For example, a method may be employed in which a heat-resistant roll having a sufficiently large width is rotated and stretched in contact with the glass substrate, or a plurality of pairs of heat-resistant rolls are only near the end face of the glass substrate. You may employ | adopt the method of making it contact and extending | stretching. The alkali-free glass of the present invention is excellent in devitrification resistance and has a viscosity characteristic suitable for molding, so that molding by the overflow down draw method can be performed with high accuracy.

本発明の無アルカリガラス基板の製造方法として、ダウンドロー法以外にも、種々の方法を採用することができる。例えば、フロート法、リドロー法、ロールアウト法等の様々な成形方法を採用することができる。特に、フロート法でガラスを成形すれば、大型のガラス基板を安価に製造することができる。   Various methods other than the downdraw method can be adopted as the method for producing an alkali-free glass substrate of the present invention. For example, various forming methods such as a float method, a redraw method, and a roll-out method can be employed. In particular, if glass is formed by the float process, a large glass substrate can be manufactured at low cost.

ガラス基板は、大型化の傾向にあるが、ガラス基板の面積が大きくなると、ガラス基板中に失透物が発現する確率が高くなり、ガラス基板の良品率が急激に低下する。その点、本発明の無アルカリガラス基板は、耐失透性が良好であるため、大型のガラス基板を作製する上で有利である。例えば、ガラス基板の面積が0.1m2以上(具体的には、320mm×420mm以上のサイズ)、0.5m2以上(具体的には、630mm×830mm以上のサイズ)、1.0m2以上(具体的には、950mm×1150mm以上のサイズ)、2.3m2以上(具体的には、1400mm×1700mm以上のサイズ)、3.5m2以上(具体的には、1750mm×2050mm以上のサイズ)、更には4.8m2以上(具体的には、2100mm×2300mm以上のサイズ)と大型化するほど有利になる。ディスプレイの画面サイズでいえば、ガラス基板のサイズは、32インチ以上が好ましく、36インチ以上がより好ましく、40インチ以上が更に好ましい。 Although the glass substrate tends to increase in size, when the area of the glass substrate is increased, the probability of devitrification appearing in the glass substrate is increased, and the yield rate of the glass substrate is rapidly decreased. In that respect, since the alkali-free glass substrate of the present invention has good devitrification resistance, it is advantageous in producing a large glass substrate. For example, the area of the glass substrate is 0.1 m 2 or more (specifically, a size of 320 mm × 420 mm or more), 0.5 m 2 or more (specifically, a size of 630 mm × 830 mm or more), 1.0 m 2 or more. (Specifically, a size of 950 mm × 1150 mm or more), 2.3 m 2 or more (specifically, a size of 1400 mm × 1700 mm or more), 3.5 m 2 or more (specifically, a size of 1750 mm × 2050 mm or more) ) And 4.8 m 2 or more (specifically, a size of 2100 mm × 2300 mm or more), the greater the size. Speaking of the screen size of the display, the size of the glass substrate is preferably 32 inches or more, more preferably 36 inches or more, and still more preferably 40 inches or more.

本発明の無アルカリガラスは、ダウンドロー法に好適な粘度特性を有するとともに、耐失透性が優れていることから、ガラス基板の板厚が0.8mm以下(好ましくは0.7mm以下、より好ましくは0.5mm以下、更に好ましくは0.4mm以下)であっても、製造効率を低下させることなく、ガラス基板を成形することができる。また、本発明の無アルカリガラス基板は、板厚を薄くしても、従来のガラス基板に比べて、ガラス基板のたわみ量を小さくすることができるため、ガラス基板をカセットの棚へ出し入れする際の破損等を防止しやすくなる。なお、ガラス基板の板厚を薄くすれば、ディスプレイの軽量化を図ることができる。   The alkali-free glass of the present invention has a viscosity characteristic suitable for the downdraw method and is excellent in devitrification resistance. Therefore, the thickness of the glass substrate is 0.8 mm or less (preferably 0.7 mm or less, more Even if it is preferably 0.5 mm or less, more preferably 0.4 mm or less, the glass substrate can be molded without reducing the production efficiency. In addition, the alkali-free glass substrate of the present invention can reduce the amount of deflection of the glass substrate as compared with the conventional glass substrate even if the plate thickness is reduced. It becomes easy to prevent breakage and the like. Note that if the thickness of the glass substrate is reduced, the weight of the display can be reduced.

本発明の無アルカリガラス基板は、LCD等のディスプレイ、特にa−Si・TFT−LCDに使用することが好ましい。本発明の無アルカリガラス基板は、LCD用ガラス基板に求められる既述の特性(1)〜(7)を満足できるため、上記用途に好適に使用可能である。本発明の無アルカリガラスは、耐失透性が優れるとともに、ダウンドロー成形に好適な粘度特性を有するため、大型および/または薄板のガラス基板を効率よく生産することができるとともに、近年のガラス基板の大型化の要求を満たすことができ、テレビ用途のガラス基板に好適に使用することができる。   The alkali-free glass substrate of the present invention is preferably used for a display such as an LCD, particularly an a-Si • TFT-LCD. The alkali-free glass substrate of the present invention can satisfy the above-described properties (1) to (7) required for a glass substrate for LCD, and therefore can be suitably used for the above applications. The alkali-free glass of the present invention is excellent in devitrification resistance and has a viscosity characteristic suitable for downdraw molding, so that a large and / or thin glass substrate can be produced efficiently, and a recent glass substrate. Can be used suitably for a glass substrate for television use.

また、本発明の無アルカリガラス基板は、p−Si・TFT−LCDにも使用可能である。近年のTFT−LCD分野の開発方向として、大画面化以外に、高精細化、高速応答化、高開口率化等の高性能化があり、具体的には、p−Si・TFT−LCDの開発が盛んに行われている。従来までのp−Si・TFT−LCDでは、その製造工程温度が800℃以上と非常に高かったため、耐熱性が高い石英ガラス基板以外のガラス基板を用いることができなかった。しかし、開発の進展により、現在、製造工程温度が400〜600℃まで低下しており、それに付随してa−Si・TFT−LCDと同様に、p−Si・TFT−LCDのガラス基板として、無アルカリガラス基板が用いられるようになってきた。本発明の無アルカリガラス基板は、このようなp−Si・TFT−LCD用ガラス基板に求められる特性も充足できるため、本用途にも好適に使用可能である。   The alkali-free glass substrate of the present invention can also be used for p-Si TFT-LCDs. Recent developments in the TFT-LCD field include high-definition, high-speed response, high aperture ratio, etc., in addition to large screens. Specifically, p-Si TFT-LCD Development is actively underway. In the conventional p-Si • TFT-LCD, the manufacturing process temperature was as high as 800 ° C. or higher, and it was not possible to use a glass substrate other than a quartz glass substrate having high heat resistance. However, as the development progresses, the manufacturing process temperature is currently reduced to 400 to 600 ° C., and the glass substrate for the p-Si TFT-LCD as well as the a-Si TFT-LCD is accompanied by the following. Alkali-free glass substrates have been used. Since the alkali-free glass substrate of the present invention can satisfy the characteristics required for such a glass substrate for p-Si • TFT-LCD, it can be suitably used in this application.

以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples.

表1〜6は、本発明の無アルカリガラスの実施例(試料No.1〜11、13〜15、17〜24、26、31、)および比較例(試料No.A)を示している。なお、試料No.12、16、25、27〜30は、参考例である。 Tables 1 to 6 show examples of the alkali-free glass of the present invention (sample Nos. 1 to 11, 13 to 15, 17 to 24, 26, 31, and ) and comparative examples (sample No. A). Sample No. Reference numerals 12, 16, 25, and 27 to 30 are reference examples.

まず表中の組成となるようにガラス原料を調合したバッチを白金坩堝に入れ、1550℃で24時間溶融した後、カーボン板上に流し出して板状に成形した。このようにして得られたガラス試料について、密度、熱膨張係数、歪点、徐冷点、軟化点、高温粘度、ヤング率、比ヤング率、耐失透性(液相温度、液相粘度)、耐薬品性(耐BHF性、耐HCl性)の各種特性を測定した。その結果を表1〜6に示す。   First, a batch in which glass raw materials were prepared so as to have the composition shown in the table was put into a platinum crucible, melted at 1550 ° C. for 24 hours, and then poured out onto a carbon plate to be formed into a plate shape. For the glass sample thus obtained, density, thermal expansion coefficient, strain point, annealing point, softening point, high temperature viscosity, Young's modulus, specific Young's modulus, devitrification resistance (liquidus temperature, liquidus viscosity) Various characteristics of chemical resistance (BHF resistance, HCl resistance) were measured. The results are shown in Tables 1-6.

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密度は、周知のアルキメデス法によって測定した。   The density was measured by the well-known Archimedes method.

熱膨張係数は、ディラトメーターを用いて、30〜380℃の温度範囲における熱膨張係数を測定した。   The thermal expansion coefficient was measured using a dilatometer in the temperature range of 30 to 380 ° C.

歪点、徐冷点は、ASTM C336に準拠した方法により測定した。なお、歪点が高いほど、ガラスの耐熱性が高い。   The strain point and annealing point were measured by a method based on ASTM C336. In addition, the higher the strain point, the higher the heat resistance of the glass.

軟化点は、ASTM C338に準拠した方法により測定した。   The softening point was measured by a method based on ASTM C338.

高温粘度104.0dPa・s、103.0dPa・s、102.5dPa・sに相当する各温度は、周知の白金球引き上げ法で測定した。 Each temperature corresponding to a high temperature viscosity of 10 4.0 dPa · s, 10 3.0 dPa · s, 10 2.5 dPa · s was measured by a well-known platinum ball pulling method.

ヤング率は、共振法により測定した。比ヤング率は、ヤング率を密度で割ることにより算出した。   Young's modulus was measured by a resonance method. Specific Young's modulus was calculated by dividing Young's modulus by density.

液相温度は、各ガラス試料を粉砕し、標準篩30メッシュ(篩目開き500μm)を通過し、50メッシュ(篩目開き300μm)に残るガラス粉末を白金ボートに入れ、温度勾配炉中に24時間保持して、ガラス中に結晶が析出する温度を測定したものである。   The liquid phase temperature is obtained by crushing each glass sample, passing through a standard sieve 30 mesh (a sieve opening of 500 μm), putting the glass powder remaining in 50 mesh (a sieve opening of 300 μm) in a platinum boat, and putting it in a temperature gradient furnace. The temperature at which the crystals are precipitated in the glass is measured by holding for a time.

耐BHF性および耐HCl性は、次の方法で評価した。サンプル作製条件は、まず各ガラス試料の両面を光学研磨した後、一部をマスキングしてから所定の濃度に調合した薬液中で、所定の温度で所定の時間浸漬した。薬液処理後、マスクをはずし、マスク部分と浸食部分の段差を表面粗さ計で測定し、その値を浸食量とした。薬液および処理条件は、耐BHF性の浸食量は、130BHF溶液を用いて20℃、30分間の処理条件で測定し、その浸食量が1μm未満の場合を「○」とし、1μm以上の場合を「×」とした。耐HCl性は、10質量%塩酸水溶液を用いて80℃、24時間の処理条件で測定し、その浸食量が2.5μm未満の場合を「○」とし、2.5μm以上の場合を「×」とした。   BHF resistance and HCl resistance were evaluated by the following methods. The sample preparation conditions were as follows. First, both surfaces of each glass sample were optically polished, and then partly masked and then immersed in a chemical solution prepared to a predetermined concentration at a predetermined temperature for a predetermined time. After the chemical treatment, the mask was removed, the step between the mask portion and the erosion portion was measured with a surface roughness meter, and the value was taken as the erosion amount. The chemical solution and processing conditions are as follows: BHF-resistant erosion amount is measured using a 130 BHF solution at 20 ° C. for 30 minutes, and the erosion amount is less than 1 μm. It was set as “x”. The HCl resistance is measured using a 10% by mass hydrochloric acid aqueous solution at 80 ° C. for 24 hours. The erosion amount is less than 2.5 μm, “◯”, and the case where the erosion amount is 2.5 μm or more is “×”. "

外観評価における薬液および処理条件は、耐BHF性が63BHF溶液を用いて、20℃、30分間の処理条件で行い、耐HCl性が10質量%塩酸水溶液を用いて80℃、3時間の処理条件で行った。ガラス表面を目視で観察し、ガラス表面に白濁、荒れ、クラックが生じていないものを「○」とし、ガラス表面が白濁したり、荒れたり、クラックが入っているものは「×」とした。   The chemical solution and processing conditions in the appearance evaluation are as follows: BHF resistance is 63BHF solution, 20 ° C for 30 minutes, and HCl resistance is 10 mass% hydrochloric acid aqueous solution at 80 ° C for 3 hours. I went there. The glass surface was visually observed, and “O” indicates that the glass surface is not clouded, rough, or cracked, and “X” indicates that the glass surface is clouded, rough, or cracked.

実施例であるNo.1〜31の各ガラス試料は、アルカリ金属酸化物を含有せず、密度が2.68g/cm3以下、熱膨張係数が40〜56×10-7/℃であり、歪点が626℃以上であった。また、比ヤング率が29GPa/g・cm-3以上であった。さらに、これらの各試料は、高温粘度102.5dPa・sに相当する温度が1434℃以下であるため低温で溶融することができ、ガラス基板の生産性も優れていると判断できる。したがって、実施例の各試料は、TFT−LCD用ガラス基板として好適であると考えられる。一方、比較例Aのガラス試料は、BaOが5.0質量%と多く含まれるため、密度が2.75g/cm3と高くなっていることがわかる。 No. as an example. Each glass sample of 1 to 31 does not contain an alkali metal oxide, has a density of 2.68 g / cm 3 or less, a thermal expansion coefficient of 40 to 56 × 10 −7 / ° C., and a strain point of 626 ° C. or more. Met. The specific Young's modulus was 29 GPa / g · cm −3 or more. Furthermore, since each of these samples has a temperature corresponding to a high temperature viscosity of 10 2.5 dPa · s of 1434 ° C. or lower, it can be determined that the sample can be melted at a low temperature and the productivity of the glass substrate is excellent. Therefore, each sample of the examples is considered suitable as a glass substrate for TFT-LCD. On the other hand, since the glass sample of Comparative Example A contains a large amount of BaO at 5.0% by mass, it can be seen that the density is as high as 2.75 g / cm 3 .

さらに、実施例であるNo.1および13のガラス試料を試験溶融炉で溶融し、オーバーフローダウンドロー法で成形することにより、基板サイズ900mm×1100mm、厚み0.5mmのディスプレイ用ガラス基板を作製した。その結果、このガラス基板の反りは0.05%以下、うねり(WCA)は0.1μm以下、表面粗さ(Ry)は50Å以下(カットオフλc:9μm)であり、表面精度が優れており、LCD用ガラス基板として適したものであった。なお、オーバーフローダウンドロー法による成形において、引っ張りローラーの速度、冷却ローラーの速度、加熱装置の温度分布、ガラス融液の温度、ガラスの流量、板引き速度、攪拌スターラーの回転数等を適宜調整することによりガラス基板の表面品位を調節した。ここで、「反り」は、ガラス基板を光学定盤上に置き、JIS B−7524に記載のすきまゲージを用いて測定したものである。「うねり」は、触針式の表面形状測定装置を用いて、JIS B−0610に記載のWCA(ろ波中心線うねり)を測定した値であり、この測定は、SEMI STD D15−1296「FPDガラス基板の表面うねりの測定方法」に準拠した方法で測定し、測定時のカットオフは0.8〜8mm、ガラス基板の引き出し方向に対して垂直な方向に300mmの長さで測定したものである。「平均表面粗さ(Ry)」は、SEMI D7−94「FPDガラス基板の表面粗さの測定方法」に準拠した方法により測定した値である。また、実施例の試料No.1および13のガラスの液相粘度は、ともに105.0dPa・sであった。「液相粘度」は、液相温度におけるガラスの粘度を指し、ガラスの粘度は周知のファイバーエロンゲーション法や白金球引き上げ法で測定した値を指す。なお、ガラスの液相粘度が高いほど、耐失透性が優れ、成形性が優れているといえる。 Furthermore, No. which is an example. Glass samples 1 and 13 were melted in a test melting furnace and molded by an overflow downdraw method to produce a glass substrate for display having a substrate size of 900 mm × 1100 mm and a thickness of 0.5 mm. As a result, the warpage of this glass substrate is 0.05% or less, the waviness (WCA) is 0.1 μm or less, the surface roughness (Ry) is 50 mm or less (cutoff λc: 9 μm), and the surface accuracy is excellent. It was suitable as a glass substrate for LCD. In molding by the overflow downdraw method, the speed of the pulling roller, the speed of the cooling roller, the temperature distribution of the heating device, the temperature of the glass melt, the flow rate of the glass, the drawing speed, the rotation speed of the stirring stirrer, etc. are appropriately adjusted. Thus, the surface quality of the glass substrate was adjusted. Here, “warp” is measured by placing a glass substrate on an optical surface plate and using a clearance gauge described in JIS B-7524. “Waviness” is a value obtained by measuring WCA (filtered center line waviness) described in JIS B-0610 using a stylus type surface shape measuring device. This measurement is performed by SEMI STD D15-1296 “FPD”. Measured by a method in accordance with “Measurement method of surface waviness of glass substrate”, cut-off at the time of measurement is 0.8 to 8 mm, measured at a length of 300 mm in a direction perpendicular to the drawing direction of the glass substrate. is there. “Average surface roughness (Ry)” is a value measured by a method based on SEMI D7-94 “Measurement method of surface roughness of FPD glass substrate”. In addition, Sample No. The liquid phase viscosities of the glasses 1 and 13 were both 10 5.0 dPa · s. “Liquid phase viscosity” refers to the viscosity of the glass at the liquidus temperature, and the viscosity of the glass refers to a value measured by a known fiber elongation method or platinum ball pulling method. It can be said that the higher the liquidus viscosity of the glass, the better the devitrification resistance and the better the moldability.

したがって、本発明の無アルカリガラスは、LCDやELディスプレイ等のフラットディスプレイ基板に好適である。また、本発明の無アルカリガラスは、電荷結合素子(CCD)や等倍近接型固体撮像素子(CIS)等のイメージセンサー用カバーガラス、太陽電池用基板等の電子デバイス用基板に好適である。   Therefore, the alkali-free glass of the present invention is suitable for flat display substrates such as LCDs and EL displays. Further, the alkali-free glass of the present invention is suitable for a substrate for an electronic device such as a cover glass for an image sensor such as a charge-coupled device (CCD) or an equal magnification proximity solid-state imaging device (CIS), or a substrate for a solar cell.

Claims (20)

ガラス組成として、質量%でSiO 45〜68%、Al〜18%、B 5〜15%、MgO 0〜3%、CaO 〜20%、SrO 5〜20%、BaO 0〜5%未満、ZnO 0〜20%、ZrO 0〜5%、TiO 0〜5%、P 0〜5%、MgO+CaO+SrO+BaO 17〜25%を含有し、実質的にアルカリ金属酸化物を含有せず、ダウンドロー法で成形されてなることを特徴とする無アルカリガラス。 A glass composition, SiO 2 45 to 68% by mass%, Al 2 O 3 1 3 ~18%, B 2 O 3 5~15%, 0~3% MgO, CaO 7 ~20%, SrO 5~20% BaO 0 to less than 5%, ZnO 0 to 20%, ZrO 2 0 to 5%, TiO 2 0 to 5%, P 2 O 5 0 to 5% , MgO + CaO + SrO + BaO 17 to 25% , substantially alkaline An alkali-free glass which does not contain a metal oxide and is formed by a downdraw method . 実質的にAsを含有せず、SnO を0〜2質量%含有することを特徴とする請求項1に記載の無アルカリガラス。 The alkali-free glass according to claim 1, which is substantially free of As 2 O 3 and contains 0 to 2 mass % of SnO 2 . 実質的にBaOを含有しないことを特徴とする請求項1または2に記載の無アルカリガラス。   The alkali-free glass according to claim 1 or 2, wherein the glass contains substantially no BaO. 実質的にMgOを含有しないことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の無アルカリガラス。   The alkali-free glass according to any one of claims 1 to 3, which contains substantially no MgO. 質量%でMgO+CaO+SrO+BaO+ZnOの含有量が1〜25%であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の無アルカリガラス。 The alkali-free glass according to any one of claims 1 to 4, wherein the content of MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO is 17 % to 25% by mass%. 30〜380℃の温度範囲における熱膨張係数が40〜60×10−7/℃であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の無アルカリガラス。 6. The alkali-free glass according to claim 1, wherein a coefficient of thermal expansion in a temperature range of 30 to 380 ° C. is 40 to 60 × 10 −7 / ° C. 6. 歪点が600℃以上であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の無アルカリガラス。   The alkali-free glass according to any one of claims 1 to 6, wherein the strain point is 600 ° C or higher. 液相温度が1150℃以下であることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の無アルカリガラス。   Liquid phase temperature is 1150 degrees C or less, The alkali free glass in any one of Claims 1-7 characterized by the above-mentioned. 102.5dPa・sに相当する温度が1530℃以下であることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の無アルカリガラス。 The alkali-free glass according to any one of claims 1 to 8, wherein a temperature corresponding to 10 2.5 dPa · s is 1530 ° C or lower. 密度が2.70g/cm以下であることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の無アルカリガラス。 The alkali-free glass according to any one of claims 1 to 9, wherein the density is 2.70 g / cm 3 or less. ヤング率が75GPa以上であることを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の無アルカリガラス。   The alkali-free glass according to any one of claims 1 to 10, wherein Young's modulus is 75 GPa or more. 比ヤング率が27GPa/(g・cm−3)以上であることを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載の無アルカリガラス。 The non-alkali glass according to claim 1, wherein the specific Young's modulus is 27 GPa / (g · cm −3 ) or more. 80℃の10%HCl水溶液に24時間浸漬したとき、その浸食量が5μm以下であることを特徴とする請求項1〜12のいずれかに記載の無アルカリガラス。   The alkali-free glass according to any one of claims 1 to 12, wherein when immersed in a 10% HCl aqueous solution at 80 ° C for 24 hours, the erosion amount is 5 µm or less. 20℃の130バッファードフッ酸溶液に30分間浸漬したとき、その浸食量が2μm以下であることを特徴とする請求項1〜13のいずれかに記載の無アルカリガラス。   The alkali-free glass according to any one of claims 1 to 13, wherein the amount of erosion when immersed in a 130 buffered hydrofluoric acid solution at 20 ° C for 30 minutes is 2 µm or less. 請求項1〜14のいずれかに記載の無アルカリガラスにより構成されていることを特徴とする無アルカリガラス基板。   An alkali-free glass substrate comprising the alkali-free glass according to claim 1. オーバーフローダウンドロー法で成形されてなることを特徴とする請求項15に記載の無アルカリガラス基板。 Alkali-free glass substrate according to claim 15, characterized in Rukoto such is molded by an overflow down draw method. ガラス基板の面積が0.1m以上であることを特徴とする請求項15または16に記載の無アルカリガラス基板。 The alkali-free glass substrate according to claim 15 or 16, wherein the area of the glass substrate is 0.1 m 2 or more. ディスプレイに用いることを特徴とする請求項15〜17のいずれかに記載の無アルカリガラス基板。   The alkali-free glass substrate according to claim 15, which is used for a display. ディスプレイが液晶ディスプレイであることを特徴とする請求項18に記載の無アルカリガラス基板。   The alkali-free glass substrate according to claim 18, wherein the display is a liquid crystal display. ディスプレイがアモルファスシリコンTFT液晶ディスプレイであることを特徴とする請求項18に記載の無アルカリガラス基板。   19. The alkali-free glass substrate according to claim 18, wherein the display is an amorphous silicon TFT liquid crystal display.
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