JP5403487B2 - ガラスロール - Google Patents
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Description
本発明は、可撓性(フレキシブル性)を有するデバイス（以下、可撓性デバイス）の作製に好適なガラスロールに関し、具体的には液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ等のディスプレイ用基板、チップサイズパッケージ（ＣＳＰ）、電荷結合素子（ＣＣＤ）、等倍近接型固体撮像素子（ＣＩＳ）等のイメージセンサー用基板、有機ＥＬ照明等の照明デバイス用基板、太陽電池用基板、太陽電池用カバーガラスおよび配線基板の作製に好適なガラスロールに関する。
近年、有機ＥＬディスプレイ等のデバイスは、小型化、薄型化、軽量化が進んでいる。また、これらのデバイスは、携帯電話、ノートＰＣ、ＴＶ等に搭載されており、今後、消費電力を更に低下させることが望まれている。しかもこれらのデバイスは、平面状態のみで使用する用途だけでなく、曲面状に湾曲させて使用する用途もあり、例えばフレキシブルな腕時計の表示部、湾曲した壁や柱の一部に設置する表示部、自動車の車体表面に設置する表示部に用いるケースも増えつつある。
現在、有機ＥＬディスプレイ等には、０．５〜０．７ｍｍ厚のガラス基板が用いられており、このガラス基板は、可撓性に乏しいため、可撓性デバイスに適用できない。しかし、ガラス基板の板厚を小さくすれば、具体的にはガラス基板の板厚を２００μｍ以下にすれば、ガラス基板の可撓性が高まり、可撓性デバイスに適用可能になる。
また、肉厚の小さいガラスフィルム（或いはガラスフィルムとプラスチックフィルムの複合フィルム）をロール状に巻き取り、ガラスロールにすると、可撓性デバイスの作製に際し、ロール・ツー・ロールプロセスを採用することができ、結果として、可撓性デバイスの連続生産が可能になり、可撓性デバイスの生産性が飛躍的に高まる。また、ガラスフィルムをロール状に巻き取り、ガラスロールにすると、ガラスフィルムの梱包効率や搬送効率も向上する。
有機ＥＬディスプレイ等は、基板上にＩＴＯ等の透明電極が形成される。しかし、ガラスフィルムの平均表面粗さＲａが大きいと、具体的にはガラスフィルムの平均表面粗さＲａが１０Åより大きいと、ガラスフィルム上に形成される電極膜の表面品位が低下し、結果として、電極膜の凹凸形状に起因して、電界分布にムラが発生し、表示不良を引き起こす場合がある。
一方、ガラスフィルムの平均表面粗さＲａが小さいと、具体的にはガラスフィルムの平均表面粗さＲａが１０Å以下であると、ガラスロールからガラスフィルムを順次引き出す際、継続的にガラスフィルム−ガラスフィルム（或いはガラスフィルム−プラスチックフィルム）間で引き剥がし部分が発生するため、その部分で剥離による帯電が発生し、雰囲気中の異物がガラスフィルムに吸着したり、その後の工程でガラスフィルムが帯電破壊を起こすといった不具合が生じやすくなる。また、有機ＥＬディスプレイの製造工程の場合、金属製のステージ上にガラスフィルムを載置し、ガラスフィルムの表面に成膜した後、次の工程へ搬送する際、ガラスフィルムをリフトピンで持ち上げると、ガラスフィルムが帯電し、ガラスフィルムが帯電破壊を起こすといった不具合も生じやすくなる。
このように帯電破壊は、ガラスフィルムの平均表面粗さＲａと関係があり、ガラスフィルムの平均表面粗さＲａがＡＦＭによる測定で１０Åより大きくなると、帯電破壊が起こり難くなる。このため、エッチング等により、ガラスフィルムの表面を粗面化すれば、帯電破壊が起こり難くなるが、上記電極膜の凹凸形状に起因した表示不良が生じやすくなるとともに、ガラスフィルムの製造コストが高騰してしまう。
そこで、本発明は、ガラスフィルムの表面品位が良好であるにもかかわらず、ガラスフィルムを順次引き出す際に、剥離による帯電が生じ難いガラスロールを創案することにより、可撓性デバイスの表示特性や生産性等を高めることを技術的課題とする。
本発明者は、種々の実験を繰り返した結果、ガラスフィルムの表面品位を高めつつ、誘電率を低下させて、更にこのガラスフィルムをロール状に巻き取りガラスロールにすることにより、上記技術的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。すなわち、本発明のガラスロールは、フィルム厚２００μｍ以下のガラスフィルムをロール状に巻き取ったガラスロールであって、ガラスフィルムの誘電率が７以下であり、且つ平均表面粗さＲａが１０Å以下であることを特徴とする。ここで、「ガラスロール」には、ガラスフィルム単体をロール状に巻き取ったものだけでなく、ガラスフィルムとプラスチックフィルムの複合フィルムをロール状に巻き取ったものも含まれる。また、「誘電率」は、周波数１ＭＨｚ、２５℃においてＡＳＴＭ Ｄ１５０に記載の方法に基づいて測定した値を指す。さらに、「平均表面粗さＲａ」は、ＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１に記載の方法に基づいて測定した値を指し、例えばＡＦＭ等で測定することができる。なお、本発明のガラスロールにおいて、ガラスフィルムの平均表面粗さＲａは、少なくとも一方の表面（端面を除く）が上記範囲内であればよく、両表面（端面を除く）が上記範囲であると好ましい。
本発明のガラスロールにおいて、ガラスフィルムの誘電率を７以下にすれば、ガラスロールからガラスフィルムを順次引き出す際、ガラスフィルムの表面品位が高くても、ガラスフィルム−ガラスフィルム間の引き剥がし部分で剥離による帯電が発生し難くなるため、雰囲気中の異物がガラスフィルムに吸着したり、その後の工程でガラスフィルムが帯電破壊を起こすといった不具合が生じ難くなる。また、本発明のガラスロールにおいて、ガラスフィルムの誘電率を７以下にすれば、ガラスフィルムの表面品位が高くても、有機ＥＬディスプレイの製造工程でガラスフィルムが帯電破壊し難くなる。
本発明のガラスロールにおいて、ガラスフィルムの平均表面粗さＲａを１０Å以下にすれば、ガラスフィルム上にＩＴＯ等の透明電極を表面品位が向上するため、有機ＥＬディスプレイ等において電界分布にムラが発生し難くなり、表示不良を引き起こし難くなる。
第二に、本発明のガラスロールは、ガラスフィルムのフィルム厚が１００μｍ以下であることを特徴とする。
第三に、本発明のガラスロールは、ガラスフィルムの誘電正接が０．５以下であることを特徴とする。ここで、「誘電正接」は、周波数１ＭＨｚ、２５℃においてＡＳＴＭ Ｄ１５０に記載の方法に基づいて測定した値を指す。
第四に、本発明のガラスロールは、ガラスフィルムが、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２ ４０〜８０％、Ａｌ２Ｏ３ ０〜２０％、Ｂ２Ｏ３ ０〜３０％、ＭｇＯ ０〜１５％、ＣａＯ ０〜１５％、ＳｒＯ ０〜１５％、ＢａＯ ０〜１５％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ（Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏの合量） ０〜１０％未満含有することを特徴とする。
第五に、本発明のガラスロールは、ガラスフィルムが、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２ ５５〜７８％、Ａｌ２Ｏ３ １０〜２０％、Ｂ２Ｏ３ １０〜３０％、ＭｇＯ ０〜４％、ＣａＯ １〜１０％、ＳｒＯ ０〜５％、ＢａＯ ０〜５％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ０〜６％含有することを特徴とする。
第六に、本発明のガラスロールは、ガラスフィルムが、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２ ５５〜７０％、Ａｌ２Ｏ３ １０〜２０％、Ｂ２Ｏ３ １３〜２０％、ＭｇＯ ０〜２％、ＣａＯ ６〜１０％、ＳｒＯ ０〜３％、ＢａＯ ０〜３％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ（ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯの合量） ６．５〜１０％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ０〜０．１％含有することを特徴とする。
第七に、本発明のガラスロールは、ガラスフィルムの液相粘度が１０４．０ｄＰａ・ｓ以上であることを特徴とする。ここで、「液相粘度」は、液相温度におけるガラスの粘度を白金球引き上げ法で測定した値を指す。また、「液相温度」は、標準篩３０メッシュ（５００μｍ）を通過し、５０メッシュ（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、結晶が析出する温度を測定した値を指す。なお、液相粘度が高く、液相温度が低い程、耐失透性や成形性に優れている。
第八に、本発明のガラスロールは、ガラスフィルムが、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。ここで、「オーバーフローダウンドロー法」は、フュージョン法とも称されており、溶融ガラスを耐熱性の樋状構造物の両側から溢れさせて、溢れた溶融ガラスを樋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フィルムを製造する方法である。
第九に、本発明のガラスロールは、最小曲率半径が５００ｍｍ以下の状態で巻き取られていることを特徴とする。最小曲率半径が５００ｍｍ以下の状態でガラスフィルムを巻き取ると、ガラスフィルムの梱包効率や搬送効率が向上する。なお、「最小曲率半径」は、通常、巻き取られたガラスフィルムの内、最も内側の部分の曲率半径に相当する。
本発明のガラスロールにおいて、ガラスフィルムのフィルム厚は２００μｍ以下であり、１００μｍ以下、８０μｍ以下、５０μｍ以下、特に３０μｍ以下が好ましい。フィルム厚が小さい程、ガラスフィルムの可撓性が向上するため、ガラスロールの最小曲率半径を小さくすることができ、結果として、ガラスフィルムの梱包効率や搬送効率を高めやすくなるとともに、デバイスの可撓性も高めやすくなる。また、フィルム厚が小さい程、ガラスロールを軽量化することができ、結果として、デバイスも軽量化することができる。
本発明のガラスロールにおいて、ガラスフィルムの誘電率は７以下であり、６．５以下、６以下、５．３以下、５以下、４．９以下、特に４．８以下が好ましい。誘電率が高くなると、ガラスフィルムが帯電しやすくなり、帯電破壊を引き起こしやすくなる。また、誘電率が高くなると、有機ＥＬ等のデバイスにおいて、画素電極に電圧が印加された際に、誘起される電荷が高くなり、消費電力が高くなる傾向にある。また、誘電率×フィルム厚の値は１４００μｍ以下、１２００μｍ以下、１０００μｍ以下、８００μｍ以下、５００μｍ以下、３００μｍ以下、２００μｍ以下が好ましい。誘電率×フィルム厚の値が小さくなる程、ガラスフィルムの可撓性が高まり、且つ帯電が生じ難いガラスロールを作製しやすくなり、更にはガラスロールの軽量化を図りやすくなる。
本発明のガラスロールにおいて、ガラスフィルムの平均表面粗さＲａは１０Å以下であり、８Å以下、５Å以下、４Å以下、３Å以下、特に２Å以下が好ましい。平均表面粗さＲａが大きくなると、有機ＥＬ等のデバイスにおいて、ガラスフィルム上に形成される膜の凹凸により、表示ムラが発生しやすくなる。
本発明のガラスロールにおいて、ガラスフィルムの誘電正接は０．５以下、０．１以下、０．０１以下、０．００５以下、０．００１以下、特に０．０００５以下が好ましい。誘電正接が高くなると、デバイスの動作時に、ガラスフィルムが発熱しやすくなり、デバイスの動作特性に悪影響を及ぼすおそれが生じる。
本発明のガラスロールにおいて、ガラスフィルムの密度は２．６ｇ／ｃｍ３以下、２．５ｇ／ｃｍ３以下、２．４５ｇ／ｃｍ３以下、２．４２ｇ／ｃｍ３以下、２．４０ｇ／ｃｍ３以下、２．３８ｇ／ｃｍ３以下、２．３５ｇ／ｃｍ３以下、特に２．３４ｇ／ｃｍ３以下が好ましい。密度が２．６ｇ／ｃｍ３より大きいと、ガラスを軽量化し難くなる。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。
本発明のガラスロールにおいて、ガラスフィルムの熱膨張係数は２５〜５０×１０−７／℃、２９〜４５×１０−７／℃、３１〜３９×１０−７／℃、３２〜３８×１０−７／℃、３３〜３７×１０−７／℃、特に３３〜３５×１０−７／℃が好ましい。熱膨張係数が上記範囲外となると、ガラスフィルムが、ＴＦＴ等の膜との熱膨張係数差に起因して、反りやすくなる。なお、フィルム厚が小さい程、ガラスフィルムが反りやすくなる。このため、フィルム厚が小さい程、熱膨張係数を上記範囲内に規制する必要性が高くなる。
本発明のガラスロールにおいて、ガラスフィルムの歪点は５００℃以上、５５０℃以上、６２０℃以上、６３０℃以上、６４０℃以上、６５０℃以上、特に６６０℃以上が好ましい。歪点が低いと、有機ＥＬディスプレイ用基板に使用する場合に、ガラスフィルムがｐ−Ｓｉ・ＴＦＴの製造工程で熱収縮しやすくなる。
高温溶融は、ガラス溶融窯の負担を増加させる。ガラス溶融窯に使用されるアルミナやジルコニア等の耐火物は、高温になる程、溶融ガラスに激しく浸食される。耐火物の浸食量が多くなると、ガラス溶融窯のライフサイクルが短くなり、結果として、ガラスフィルムの製造コストが高騰する。また、高温溶融を行う場合、ガラス溶融窯の構成部材に高耐熱性の構成部材を使用する必要があるため、ガラス溶融窯の構成部材が割高になり、結果として、溶融コストが高騰する。さらに、高温溶融は、ガラス溶融窯の内部を高温に保持する必要があるため、低温溶融に比べて、ランニングコストが高騰する。したがって、本発明のガラスロールにおいて、ガラスフィルムの１０２．５ｄＰａ・ｓにおける温度は１５９０℃以下、１５８０℃以下、１５７０℃以下、１５６０℃以下、特に１５５０℃以下が好ましい。１０２．５ｄＰａ・ｓにおける温度が１５９０℃より高いと、低温溶融が困難になり、また泡品位が低下しやすくなり、結果として、ガラスフィルムの製造コストが高騰しやすくなる。ここで、「１０２．５ｄＰａ・ｓにおける温度」は、溶融温度に相当し、白金球引き上げ法で測定した値を指す。
本発明のガラスロールにおいて、ガラスフィルムの液相温度は１１８０℃以下、１１５０℃以下、１１１０℃以下、１０７０℃以下が好ましい。このようにすれば、ガラスに失透結晶が発生し難くなるため、オーバーフローダウンドロー法等でガラスフィルムを成形しやすくなる。このため、ガラスフィルムの表面品位を向上しつつ、ガラスフィルムの製造コストを低廉化することができる。なお、液相温度は、耐失透性の指標であり、液相温度が低い程、耐失透性に優れる。
本発明のガラスロールにおいて、ガラスフィルムの液相粘度は１０４．５ｄＰａ・ｓ以上、１０５．０ｄＰａ・ｓ以上、１０５．５ｄＰａ・ｓ以上、１０５．７ｄＰａ・ｓ以上、特に１０５．８ｄＰａ・ｓ以上が好ましい。このようにすれば、成形時に失透結晶が発生し難くなるため、オーバーフローダウンドロー法等でガラスフィルムを成形しやすくなり、ガラスフィルムの表面品位を向上しつつ、ガラスフィルムの製造コストを低廉化することができる。なお、液相粘度は、成形性の指標であり、液相粘度が高い程、成形性に優れる。
本発明のガラスロールは、最小曲率半径が５００ｍｍ以下（望ましくは３００ｍｍ以下、１５０ｍｍ以下、１００ｍｍ以下、７０ｍｍ以下、５０ｍｍ以下、特に３０ｍｍ以下）の状態で巻き取られていることが好ましい。最小曲率半径が小さい状態で巻き取れば、ガラスフィルムの梱包効率や搬送効率が向上する。
本発明のガラスロールは、巻芯に巻き取られていることが好ましい。このようにすれば、ガラスフィルムを巻き取る際に、ガラスフィルムを巻芯に固定できるため、ガラスロールに外圧が加わったとしても、巻芯によりガラスフィルムの変形が抑制されて、ガラスフィルムの破損を防止することができる。また、巻芯は、外的要因によりガラスフィルムの端面から破損に至る事態を防止するため、ガラスフィルムの幅より長いことが好ましい。なお、巻芯の材質は、特に限定されず、熱可塑性樹脂、紙管等が使用可能である。
本発明のガラスロールは、耐衝撃性を高めるためにガラスフィルム−ガラスフィルム間に樹脂製または紙製の緩衝フィルム（合紙）を挿入してもよく、機械的強度を高めるためにガラスフィルムの端面に樹脂を被覆してもよい。
本発明のガラスロールは、ガラスフィルムの幅方向の端部（耳部）をスクライブした後に巻き取る場合、スクライブラインが内側になるように巻き取られていることが好ましい。このようにすれば、ガラスフィルムの端面からクラックが発生し難くなる。逆に、スクライブラインが外側になるように巻き取ると、引っ張り応力により、スクライブラインの溝に生じている微細な傷をオリジンとして、ガラスフィルムが破損しやすくなる。なお、このような微細な傷は、ケミカルポリッシュやファイアポリッシュで低減することができる。
本発明のガラスロールにおいて、ガラスフィルムの端部がレーザーで切断分離されてなることが好ましい。このようにすれば、ガラスフィルムの成形後に、ガラスフィルムの端部を連続的に切断分離することができるため、ガラスロールの生産効率が向上するとともに、ガラスフィルムの端面からクラックが発生し難くなる。レーザーとして、炭酸ガスレーザー、ＹＡＧレーザー等が使用可能である。レーザーの出力は、レーザーによって進行するクラックの進展速度と、ガラスフィルムの板引き速度が整合するように調整することが好ましい。この場合、速度比＝（レーザーによって進展するクラックの速度−板引き速度）／（板引き速度）×１００の値は、±１０％以下、±５％以下、±１％以下、±０．５％以下、±０．１％以下が好ましい。
本発明のガラスロールにおいて、ガラスフィルムのガラス組成を上記範囲に限定した理由を下記に示す。
ＳｉＯ２の含有量は４０〜８０％、好ましくは５０〜７８％、より好ましくは５０〜７０％、更に好ましくは５５〜６５％、特に好ましくは５７〜６３％、最も好ましくは５８〜６２％である。ＳｉＯ２の含有量が４０％より少ないと、密度を低下させ難くなる。一方、ＳｉＯ２の含有量が８０％より多いと、高温粘度が高くなり、溶融性が低下することに加えて、ガラス中に失透結晶（クリストバライト）等の欠陥が生じやすくなる。
Ａｌ２Ｏ３の含有量は０〜２０％である。Ａｌ２Ｏ３の含有量が少ないと、耐熱性を高め難くなったり、高温粘性が高くなり、溶融性が低下しやすくなる。よって、Ａｌ２Ｏ３の好適な下限範囲は０．１％以上、３％以上、５％以上、１０％以上、１２％以上、１４％以上、１４．５％以上、１５％以上、特に１５．５％以上である。一方、Ａｌ２Ｏ３の含有量が多いと、液相温度が高くなり、耐失透性が低下しやすくなる。よって、Ａｌ２Ｏ３の好適な上限範囲は１９％以下、１８％以下、特に１７％以下である。
Ｂ２Ｏ３は、誘電率を低下させる成分である。また融剤として働き、高温粘性を下げて、溶融性を高める成分であり、その含有量は０〜３０％である。Ｂ２Ｏ３の含有量が少ないと、誘電率を低下させることが困難になり、また融剤としての働きが不十分になるため、高温粘性が高くなり、泡品位が低下しやすくなる。更には、ガラスを低密度化し難くなる。よって、Ｂ２Ｏ３の好適な下限範囲は０．１％以上、３％以上、5%以上、１１％以上、１１．５％以上、１２％以上、１３％以上、１４％以上、１５％以上、特に１５．５％以上である。一方、Ｂ２Ｏ３の含有量が多いと、耐熱性や耐候性が低下しやすくなる。よって、Ｂ２Ｏ３の好適な上限範囲は２５％以下、２０％以下、１９％以下、１８％以下、特に１７％以下である。
ＭｇＯは、歪点を低下させずに、高温粘性を下げて、溶融性を高める成分であり、また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り、その含有量は０〜１５％、０〜１０％、０〜６％、０〜２％、０〜１％、０〜０．５％、０〜０．１％が好ましい。しかし、ＭｇＯの含有量が多過ぎると、誘電率や誘電正接が高くなりやすい。また、ＭｇＯの含有量が多過ぎると、液相温度が上昇し、耐失透性が低下しやすくなり、更にはガラスが分相しやすくなり、透明性が損なわれるおそれがある。
ＣａＯの含有量は０〜１５％である。ＣａＯは、歪点を低下させずに、高温粘性を下げて、溶融性を顕著に高める成分であるとともに、本発明に係るガラス組成系において、失透を抑制する効果が大きい成分である。さらに、アルカリ土類金属酸化物の中で、その含有量を相対的に増加させると、ガラスを低密度化しやすくなる。よって、ＣａＯの好適な下限範囲は０．１％以上、１％以上、２％以上、３％以上、６％以上、６．５％以上、特に７％以上である。一方、ＣａＯの含有量が多いと、誘電率や誘電正接が高くなりやすく、また熱膨張係数や密度が高くなり過ぎたり、ガラス組成の成分バランスを損なわれて、耐失透性が低下しやすくなる。よって、ＣａＯの好適な上限範囲は１２％以下、９．５％以下、９％以下、特に８．５％以下である。
ＳｒＯの含有量は０〜１５％である。ＳｒＯは、歪点を低下させずに、高温粘性を下げて、溶融性を高める成分であるが、ＳｒＯの含有量が多くなると、密度や熱膨張係数が上昇しやすくなり、誘電率や誘電正接も上昇しやすくなる。また、ＳｒＯの含有量が多くなると、ＴＦＴ等の膜の熱膨張係数に整合させるために、相対的にＣａＯやＭｇＯの含有量を低下しなければならず、その含有量の低下に起因して、耐失透性が低下したり、高温粘性が上昇する事態を招きやすくなる。よって、ＳｒＯの含有量は０〜１０％、０〜８％、０〜５％、０〜２％、０〜１．５％、０〜１％、０〜０．５％、特に０〜０．１％が好ましい。
ＢａＯの含有量は０〜１０％である。ＢａＯは、歪点を低下させずに、高温粘性を下げて、溶融性を高める成分であるが、ＢａＯの含有量が多くなると、密度や熱膨張係数が上昇しやすくなり、誘電率や誘電正接も上昇しやすくなる。また、ＢａＯの含有量が多くなると、ＴＦＴ等の膜の熱膨張係数に整合させるためには、相対的にＣａＯやＭｇＯの含有量を低下しなければならず、結果として、耐失透性が低下したり、高温粘性が上昇する事態を招きやすくなる。よって、ＢａＯの含有量は０〜１０％、０〜８％、０〜５％、０〜２％、０〜１．５％、０〜１％、０〜０．５％、特に０〜０．１％未満が好ましい。
ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯは、液相温度を下げて、ガラス中に結晶異物を発生させ難くする成分であり、また溶融性や成形性を高める成分であり、その含有量は０〜２５％、１〜２０％、３〜１５％、５〜１０％、６．５〜９．５％、特に７〜９％が好ましい。ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯの含有量が少ないと、融剤としての働きを十分に発揮できず、溶融性が低下することに加えて、熱膨張係数が低くなり過ぎ、ＴＦＴ等の膜の熱膨張係数に整合し難くなる。一方、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯの含有量が多いと、密度が上昇し、ガラスを軽量化し難くなり、また比ヤング率が低下するとともに、熱膨張係数が高くなり過ぎる。
Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏの含有量が多くなると、熱膨張係数が高くなったり、歪点が低下したり、ＴＦＴの特性が劣化する。よって、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏの含有量は０〜１０％未満、０〜６％、０〜５％未満、０〜３％、０〜１％、特に０〜０．１％が好ましく、理想的には実質的に含有しないことが望ましい。ここで、「実質的にＬｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏを含有しない」とは、ガラス組成中のＬｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏの含有量が０．１％未満の場合を指す。
上記成分以外にも、他の成分を例えば２５％まで、好ましくは１５％までガラス組成中に添加することができる。
清澄剤は、泡品位を高めるために用いる成分である。従来、清澄剤としては、Ａｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３が使用されていた。しかし、Ａｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３は、環境負荷物質であり、環境的観点から、これらの使用量を削減することが要求されている。そこで、清澄剤として、ＳｎＯ２を用いると、環境的要請に配慮しつつ、泡品位を高めることができる。
ＳｎＯ２は、高温域で良好な清澄作用を発揮する成分であるとともに、高温粘性を低下させる成分であり、その含有量は０〜１％、０．００１〜１％、０．０１〜０．５％、特に０．０５〜０．３％が好ましい。ＳｎＯ２の含有量が１％より多いと、ＳｎＯ２の失透結晶がガラス中に析出しやすくなる。なお、ＳｎＯ２の含有量が０．００１％より少ないと、上記の効果を享受し難くなる。
Ａｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３も清澄剤として有効に作用し、本発明に係るガラスフィルムは、これらの成分の含有を完全に排除するものではないが、環境的観点から、これらの成分の含有量をそれぞれ０．１％未満、特に０．０５％未満に規制することが好ましい。また、Ｆ、Ｃｌ等のハロゲンは、溶融温度を低温化するとともに、清澄剤の作用を促進させる効果があり、結果として、溶融コストを低廉化しつつ、ガラス製造窯の長寿命化を図ることができる。しかし、Ｆ、Ｃｌの含有量が多過ぎると、ガラスフィルム上に形成される金属の配線パターンを腐食させる場合がある。よって、Ｆ、Ｃｌの含有量はそれぞれ１％以下、０．５％以下、０．１％未満、０．０５％以下、特に０．０１％以下が好ましい。
上記の通り、清澄剤として、ＳｎＯ２が好適であるが、ガラス特性を損なわない限り、ＣｅＯ２、ＳＯ３、Ｃ、金属粉末（例えばＡｌ、Ｓｉ等）を５％まで添加することができる。
ＺｎＯは、溶融性を高める成分であるが、その含有量が多くなると、誘電率や誘電正接が高くなり、またガラスが失透しやすくなるとともに、歪点が低下する上、密度も上昇しやすくなる。よって、ＺｎＯの含有量は０〜１０％、０〜５％、０〜３％、０〜０．５％、特に０〜０．３％が好ましく、理想的には実質的に含有しないことが望ましい。ここで、「実質的にＺｎＯを含有しない」とは、ガラス組成中のＺｎＯの含有量が０．１％以下の場合を指す。
ＺｒＯ２は、耐候性を高める成分であるが、その含有量が多くなると、誘電率や誘電正接が高くなる。よって、ＺｒＯ２の含有量は０〜５％、０〜３％、０〜０．５％、特に０〜０．２％が好ましく、理想的には実質的に含有しないことが望ましい。ここで、「実質的にＺｒＯ２を含有しない」とは、ガラス組成中のＺｒＯ２の含有量が０．０１％以下の場合を指す。なお、耐候性を高めたい場合は、ＺｒＯ２の含有量を０．０１％以上にすることが好ましい。
ＴｉＯ２は、高温粘性を下げて、溶融性を高める成分であるとともに、ソラリゼーションを抑制する成分であるが、ガラス組成中に多く添加すると、誘電率や誘電正接が高くなり、またガラスが着色し、透過率が低下しやすくなる。よって、ＴｉＯ２の含有量は０〜５％、０〜３％、０〜１％、特に０〜０．０２％が好ましい。
Ｐ２Ｏ５は、耐失透性を高める成分であるが、ガラス組成中に多く添加すると、ガラス中に分相、乳白が生じることに加えて、耐水性が顕著に低下する。よって、Ｐ２Ｏ５の含有量は０〜５％、０〜１％、特に０〜０．５％が好ましい。
Ｙ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、Ｌａ２Ｏ３は、歪点を高める働きがあるが、これらの含有量が多いと、誘電率、誘電正接、密度が上昇しやすくなる。よって、これらの成分の含有量は、それぞれ０〜３％、０〜１％、特に０〜０．１％が好ましい。
本発明に係るガラスフィルムは、ガラス組成範囲を以下のように規定すれば、誘電率が低下し、またＴＦＴ等の膜の熱膨張係数に整合しやすくなるとともに、高温粘度が低下し、しかも液相粘度が高くなりやすい。（１）ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２ ５０〜７０％、Ａｌ２Ｏ３ ０．１〜２０％、Ｂ２Ｏ３ １１〜２５％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ５〜１３％、ＭｇＯ ０〜１０％、ＣａＯ ０〜９％、ＳｒＯ ０〜７％、ＢａＯ ０〜７％含有し、Ａｓ２Ｏ３の含有量が０．５％未満、Ｓｂ２Ｏ３の含有量が０．５％未満、Ｆの含有量が０．１％未満、Ｃｌの含有量が０．１％未満、アルカリ金属酸化物の含有量が１０％未満、
（２）ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２ ５５〜７０％、Ａｌ２Ｏ３ １１〜１８％、Ｂ２Ｏ３ １２〜２２％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ７〜１１％、ＭｇＯ ０〜９％、ＣａＯ ０．１〜９％、ＳｒＯ ０〜６％、ＢａＯ ０〜６％含有し、Ａｓ２Ｏ３の含有量が０．１％未満、Ｓｂ２Ｏ３の含有量が０．１％未満、Ｆの含有量が０．１％未満、Ｃｌの含有量が０．１％未満、アルカリ金属酸化物の含有量が５％未満、
（３）ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２ ５５〜７０％、Ａｌ２Ｏ３ １２〜１７％、Ｂ２Ｏ３ １２〜１９％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ７〜１１％、ＭｇＯ ０〜５％、ＣａＯ ２〜９％、ＳｒＯ ０〜３％、ＢａＯ ０〜３％含有し、Ａｓ２Ｏ３の含有量が０．１％未満、Ｓｂ２Ｏ３の含有量が０．１％未満、Ｆの含有量が０．１％未満、Ｃｌの含有量が０．１％未満、アルカリ金属酸化物の含有量が１％未満、
（４）ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２ ５５〜６５％、Ａｌ２Ｏ３ １３〜１８％、Ｂ２Ｏ３ １３〜１９％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ７〜１０％、ＭｇＯ ０〜１％、ＣａＯ ６．５〜９％、ＳｒＯ ０〜１％、ＢａＯ ０〜１％含有し、Ａｓ２Ｏ３の含有量が０．０５％未満、Ｓｂ２Ｏ３の含有量が０．０５％未満、Ｆの含有量が０．１％未満、Ｃｌの含有量が０．１％未満、アルカリ金属酸化物の含有量が０．１％未満、
（５）ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２ ５７〜６３％、Ａｌ２Ｏ３ １５〜１７％、Ｂ２Ｏ３ １５〜１８％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ７〜９％、ＭｇＯ ０〜１％、ＣａＯ ７〜９％、ＳｒＯ ０〜０．５％、ＢａＯ ０〜０．５％、ＳｎＯ２ ０．０１〜０．６％含有し、Ａｓ２Ｏ３の含有量が０．０５％未満、Ｓｂ２Ｏ３の含有量が０．０５％未満、Ｆの含有量が０．１％未満、Ｃｌの含有量が０．１％未満、アルカリ金属酸化物の含有量が０．１％未満。
（２）ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２ ５５〜７０％、Ａｌ２Ｏ３ １１〜１８％、Ｂ２Ｏ３ １２〜２２％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ７〜１１％、ＭｇＯ ０〜９％、ＣａＯ ０．１〜９％、ＳｒＯ ０〜６％、ＢａＯ ０〜６％含有し、Ａｓ２Ｏ３の含有量が０．１％未満、Ｓｂ２Ｏ３の含有量が０．１％未満、Ｆの含有量が０．１％未満、Ｃｌの含有量が０．１％未満、アルカリ金属酸化物の含有量が５％未満、
（３）ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２ ５５〜７０％、Ａｌ２Ｏ３ １２〜１７％、Ｂ２Ｏ３ １２〜１９％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ７〜１１％、ＭｇＯ ０〜５％、ＣａＯ ２〜９％、ＳｒＯ ０〜３％、ＢａＯ ０〜３％含有し、Ａｓ２Ｏ３の含有量が０．１％未満、Ｓｂ２Ｏ３の含有量が０．１％未満、Ｆの含有量が０．１％未満、Ｃｌの含有量が０．１％未満、アルカリ金属酸化物の含有量が１％未満、
（４）ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２ ５５〜６５％、Ａｌ２Ｏ３ １３〜１８％、Ｂ２Ｏ３ １３〜１９％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ７〜１０％、ＭｇＯ ０〜１％、ＣａＯ ６．５〜９％、ＳｒＯ ０〜１％、ＢａＯ ０〜１％含有し、Ａｓ２Ｏ３の含有量が０．０５％未満、Ｓｂ２Ｏ３の含有量が０．０５％未満、Ｆの含有量が０．１％未満、Ｃｌの含有量が０．１％未満、アルカリ金属酸化物の含有量が０．１％未満、
（５）ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２ ５７〜６３％、Ａｌ２Ｏ３ １５〜１７％、Ｂ２Ｏ３ １５〜１８％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ７〜９％、ＭｇＯ ０〜１％、ＣａＯ ７〜９％、ＳｒＯ ０〜０．５％、ＢａＯ ０〜０．５％、ＳｎＯ２ ０．０１〜０．６％含有し、Ａｓ２Ｏ３の含有量が０．０５％未満、Ｓｂ２Ｏ３の含有量が０．０５％未満、Ｆの含有量が０．１％未満、Ｃｌの含有量が０．１％未満、アルカリ金属酸化物の含有量が０．１％未満。
ガラスフィルムの誘電率を低下させるためには、一般的に、ガラス組成中のＳｉＯ２の含有量を増加させることが有効である。しかし、無アルカリガラスまたは低アルカリガラスの場合、ＳｉＯ２の含有量を増加させると、溶融性が著しく低下する場合がある。しかし、ガラス組成範囲を上記（３）〜（５）のように規制すれば、誘電率を低下させつつ、溶融性の低下を抑制することができる。
本発明のガラスロールは、所定のガラス組成になるように調合したガラスバッチを連続式ガラス溶融窯に投入し、このガラスバッチを加熱溶融した後、得られた溶融ガラスを清澄し、成形装置に供給した上で薄板形状等に成形し、ロール状に巻き取ることにより作製することができる。
本発明のガラスロールにおいて、ガラスフィルムは、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。このようにすれば、未研磨で表面品位が良好なガラスフィルムを作製することができる。その理由は、オーバーフローダウンドロー法の場合、ガラスフィルムの表面となるべき面は樋状耐火物に接触せず、自由表面の状態で成形されるからである。樋状構造物の構造や材質は、所望の寸法や表面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、ガラスフィルムに対して力を印加する方法は、所望の寸法や表面品位を実現できるものであれば、特に限定されない。例えば、充分に大きい幅を有する耐熱性ロールをガラスフィルム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フィルム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。なお、液相温度が低く、液相粘度が高い程、オーバーフローダウンドロー法でガラスフィルムを成形しやすくなる。
オーバーフローダウンドロー法以外にも、種々の成形方法を適用することができる。例えば、スロットダウンドロー法、リドロー法等を適用することができる。
以下、実施例に基づいて、本発明を詳細に説明する。
表１は、本発明に係るガラス試料（試料Ｎｏ．１〜１０）を示している。
次のようにして、試料Ｎｏ．１〜１０を作製した。まず表中のガラス組成になるように調合したガラスバッチを白金坩堝に入れ、１６００℃で２４時間溶融した後、カーボン板上に流し出して平板形状に成形した。次に、得られた各試料について、誘電率、誘電正接、密度、熱膨張係数α、歪点、徐冷点、軟化点、１０４．０ｄＰａ・ｓにおける温度、１０３．０ｄＰａ・ｓにおける温度、１０２．５ｄＰａ・ｓにおける温度、液相温度ＴＬ、液相粘度ｌｏｇηＴＬを評価した。
誘電率、誘電正接は、周波数１ＭＨｚ、２５℃においてＡＳＴＭ Ｄ１５０に記載の方法に基づいて測定した値である。
密度は、周知のアルキメデス法で測定した値である。
熱膨張係数αは、ディラトメーターで測定した値であり、３０〜３８０℃の温度範囲における平均値である。
歪点、徐冷点および軟化点は、ＡＳＴＭ Ｃ３３６に記載の方法に基づいて測定した値である。
１０４．０ｄＰａ・ｓにおける温度、１０３．０ｄＰａ・ｓにおける温度、１０２．５ｄＰａ・ｓにおける温度は、白金球引き上げ法で測定した値である。
液相温度ＴＬは、標準篩３０メッシュ（５００μｍ）を通過し、５０メッシュ（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、結晶の析出する温度を測定した値である。
液相粘度ｌｏｇηＴＬは、液相温度ＴＬにおけるガラスの粘度を白金引き上げ法で測定した値である。
表１から明らかなように、試料Ｎｏ．１〜１０は、ガラス組成が所定範囲に規制されているため、誘電率が４．９３以下、誘電正接が０．０００７以下、密度が２．３９ｇ／ｃｍ３以下、熱膨張係数αが３０〜３５×１０−７／℃、歪点が５１１℃以上、１０２．５ｄＰａ・ｓにおける温度が１５４８℃以下、液相温度ＴＬが１１９０℃以下、液相粘度ｌｏｇηＴＬが４．０以上であった。なお、試料Ｎｏ．１〜１０は、ガラス組成中にＡｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３を含有していないが、泡品位が良好であった。
試験溶融炉で表１に記載の試料Ｎｏ．１〜１０を溶融し、オーバーフローダウンドロー法またはリドロー法により、フィルム厚が５０μｍ、平均表面粗さＲａが２Åのガラスフィルムを成形した後、ロール状に巻き取り、ガラスロールとした。成形に際し、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、溶融ガラスの温度、溶融ガラスの流量、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で、ガラスフィルムの表面品位を調節した。なお、平均表面粗さＲａは、ＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１に記載の方法に基づいて測定した値である。
さらに、［実施例２］で得られたガラスフィルム（試料Ｎｏ．１）を３００ｍｍ角に切り出し、ガラスフィルムの両面をエタノールで洗浄した後、イオナイザーで除電した。次に、ガラスフィルムを持ち上げるためのリフトピンを４隅に内蔵するアルミ基板上に、ガラスフィルムを載置して３０秒間エアーで真空吸着した後、ガラスフィルムとアルミ基板を剥離した。アルミ基板と接触していない側のガラスフィルムの中央部において、剥離直後の最大帯電量と３分経過後の帯電量を表面電位計で測定したところ、剥離直後の最大帯電量が−２００Ｖ、３分経過後の帯電量は−８０Ｖであった。
一方、［実施例２］の方法で得られたガラスフィルム（フィルム厚：５０μｍ、誘電率：７．６、平均表面粗さＲａ：２Å、ガラス組成：ＳｉＯ２ ５５．８％、Ａｌ２Ｏ３ ７．０％、ＭｇＯ １．９％、ＣａＯ ２．０％、ＳｒＯ ８．９％、ＢａＯ ８．５％、ＺｒＯ２ ４．６％、Ｎａ２Ｏ ４．３％、Ｋ２Ｏ ７．０％）について、同様の実験を行ったところ、剥離直後の最大帯電量は−３５０Ｖ、３分経過後の帯電量は−１５０Ｖであった。なお、測定時の温度は２３℃、湿度は４０％であった。
Claims (9)
- フィルム厚２００μｍ以下のガラスフィルムをロール状に巻き取ったガラスロールであって、
ガラスフィルムの誘電率が７以下であり、且つ平均表面粗さＲａが１０Å以下であることを特徴とするガラスロール。 - ガラスフィルムのフィルム厚が１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のガラスロール。
- ガラスフィルムの誘電正接が０．５以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のガラスロール。
- ガラスフィルムが、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２ ４０〜８０％、Ａｌ２Ｏ３ ０〜２０％、Ｂ２Ｏ３ ０〜３０％、ＭｇＯ ０〜１５％、ＣａＯ ０〜１５％、ＳｒＯ ０〜１５％、ＢａＯ ０〜１５％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ０〜１０％未満含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のガラスロール。
- ガラスフィルムが、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２ ５５〜７８％、Ａｌ２Ｏ３ １０〜２０％、Ｂ２Ｏ３ １０〜３０％、ＭｇＯ ０〜４％、ＣａＯ １〜１０％、ＳｒＯ ０〜５％、ＢａＯ ０〜５％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ０〜６％含有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のガラスロール。
- ガラスフィルムが、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２ ５５〜７０％、Ａｌ２Ｏ３ １０〜２０％、Ｂ２Ｏ３ １３〜２０％、ＭｇＯ ０〜２％、ＣａＯ ６〜１０％、ＳｒＯ ０〜３％、ＢａＯ ０〜３％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ６．５〜１０％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ０〜０．１％含有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のガラスロール。
- ガラスフィルムの液相粘度が１０４．０ｄＰａ・ｓ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ガラスロール。
- ガラスフィルムが、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１〜７のいずれかに記載のガラスロール。
- 最小曲率半径が５００ｍｍ以下の状態で巻き取られていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のガラスロール。
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