JP5712922B2 - 無アルカリガラスおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
(1)アルカリ金属酸化物を含有していると、アルカリ金属イオンが薄膜中に拡散して膜特性を劣化させるため、実質的にアルカリ金属イオンを含まないこと。
(2)薄膜形成工程で高温にさらされる際に、ガラスの変形およびガラスの構造安定化に伴う収縮(熱収縮)を最小限に抑えうるように、歪点が高いこと。
(4)内部および表面に欠点(泡、脈理、インクルージョン、ピット、キズ等)がないこと。
(5)ディスプレイの軽量化が要求され、ガラス自身も密度の小さいガラスが望まれる。
(6)ディスプレイの軽量化が要求され、基板ガラスの薄板化が望まれる。
(8)液晶ディスプレイ作製熱処理の昇降温速度を速くして、生産性を上げたり耐熱衝撃性を上げるために、ガラスの平均熱膨張係数の小さいガラスが求められる。
また、ガラス製造プロセス、特に溶解、成形における要請から、ガラスの粘性がさらに低く、低失透性を有することが求められている。
SiO2 66〜70、
Al2O3 12〜15、
B2O3 0〜1.5、
MgO 6〜9.5、
CaO 4.5〜8、
SrO 2〜7、
BaO 0〜1未満、
ZrO2 0〜2、からなり
MgO+CaO+SrO+BaO が14〜18.2であり、
MgO/(MgO+CaO+SrO+BaO)が0.35以上であり、MgO/(MgO+CaO)が0.52以上であり、MgO/(MgO+SrO)が0.45以上であり、アルカリ金属酸化物を実質的に含有しない無アルカリガラスを提供する。
SiO2 66〜70、
Al2O3 12〜14、
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MgO 6〜9.5、
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BaO 0〜1未満、
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MgO+CaO+SrO+BaO 14〜18.2、からなり、
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なお、後述するT4−Td≧80℃とするためには12〜13.5%が好ましい。
また、歪点≧735℃とするためには13〜15%が好ましい。
なお、後述するT4−Td≧80℃とするためには0.7〜1.5%が好ましい。
また、歪点≧735℃とするためには0.7%未満が好ましい。
なお、後述するT4−Td≧80℃とするためには4.5〜6%が好ましい。
また、歪点≧735℃とするためには5〜8%が好ましい。
なお、後述するT4−Td≧80℃とするためには4〜7%が好ましい。
また、歪点≧735℃とするためには2〜6%が好ましい。
なお、後述するT4−Td≧80℃とするためには0.5%以下が好ましい。
また、歪点≧735℃とするためには実質的に含有しないことが好ましい。
MgO/(MgO+CaO+SrO+BaO)が0.35以上であり、好ましくは0.37以上である。
MgO/(MgO+CaO)が0.52以上であり、好ましくは0.55以上である。
MgO/(MgO+SrO)が0.45以上であり、好ましくは0.5以上である。
本発明のガラスにおいて、さらに好ましくは歪点が735℃以上である。歪点が735℃以上であると、高歪点用途(例えば、有機EL用のディスプレイ用基板または照明用基板、あるいは板厚100μm以下の薄板のディスプレイ用基板または照明用基板)に適している。
板厚100μm以下の板ガラスの成形では、成形時の引き出し速度が速くなる傾向があるため、ガラスの仮想温度が上昇し、ガラスのコンパクションが増大しやすい。この場合、高歪点ガラスであると、コンパクションを抑制することができる。
また、本発明のガラスは失透温度(ガラス内部失透温度(Td))が、1330℃以下、好ましくは1300℃未満、より好ましくは1290℃以下であり、フロート法やフュージョン法による成形が容易である。
さらに、T4が失透温度(ガラス内部失透温度(Td))以上であると好ましい。
ガラス表面失透温度(Tc)とは、白金製の皿に粉砕されたガラス粒子を入れ、一定温度に制御された電気炉中で17時間熱処理を行い、熱処理後の光学顕微鏡観察によって、ガラスの表面に結晶が析出する最高温度と結晶が析出しない最低温度との平均値である。
ガラス内部失透温度(Td)とは、白金製の皿に粉砕されたガラス粒子を入れ、一定温度に制御された電気炉中で17時間熱処理を行い、熱処理後の光学顕微鏡観察によって、ガラスの内部、具体的には、例えばガラス表面から100μmよりも深い部分に結晶が析出する最高温度と結晶が析出しない最低温度との平均値である。
なお、T4−Td≧80℃となる組成の場合、ヤング率が84GPa以上となることが好ましい。
また、歪点が735℃以上となる組成の場合、ヤング率が88GPa以上となることが好ましい。
本発明のガラスは、比較的溶解性が低いため、各成分の原料として下記を用いることが好ましい。
SiO2の珪素源としては珪砂を用いることができるが、メディアン粒径D50が20μm〜27μm、粒径2μm以下の粒子の割合が0.3体積%以下、かつ粒径100μm以上の粒子の割合が2.5体積%以下の珪砂を用いることが、珪砂の凝集を抑えて溶融させることができるので、珪砂の溶融が容易になり、泡が少なく、均質性、平坦度が高い無アルカリガラスが得られることから好ましい。
また、本明細書における「メディアン粒径D50」とは、レーザー回折法によって計測された粉体の粒度分布において、ある粒径より大きい粒子の体積頻度が、全粉体のそれの50%を占める粒子径をいう。言い換えると、レーザー回折法によって計測された粉体の粒度分布において、累積頻度が50%のときの粒子径をいう。
また、本明細書における「粒径2μm以下の粒子の割合」及び「粒径100μm以上の粒子の割合」は、例えば、レーザー回折/散乱法によって粒度分布を計測することにより測定される。
また、珪砂における粒径100μm以上の粒子の割合は、0%であることが珪砂の溶融がより容易になるので特に好ましい。
アルカリ土類金属源としては、アルカリ土類金属化合物を用いることができる。ここでアルカリ土類金属化合物の具体例としては、MgCO3、CaCO3、BaCO3、SrCO3、(Mg,Ca)CO3(ドロマイト)等の炭酸塩や、MgO、CaO、BaO、SrO等の酸化物や、Mg(OH)2、Ca(OH)2、Ba(OH)2、Sr(OH)2等の水酸化物を例示できるが、アルカリ土類金属源の一部または全部にアルカリ土類金属の水酸化物を含有させることが、ガラス原料の融解時のSiO2成分の未融解量が低下するので好ましい。珪砂中に含まれるSiO2成分の未融解量が増大すると、この未融解のSiO2が、ガラス融液中に泡が発生した際にこの泡に取り込まれてガラス融液の表層近くに集まる。これにより、ガラス融液の表層と表層以外の部分との間においてSiO2の組成比に差が生じて、ガラスの均質性が低下するとともに平坦性も低下する。
アルカリ土類金属源中の水酸化物のモル比が増加するにつれて、ガラス原料の融解時のSiO2成分の未融解量が低下するので、上記水酸化物のモル比は高ければ高いほどよい。
無アルカリガラスがB2O3を含有する場合、B2O3のホウ素源としては、ホウ素化合物を用いることができる。ここでホウ素化合物の具体例としては、オルトホウ酸(H3BO3)、メタホウ酸(HBO2)、四ホウ酸(H2B4O7)、無水ホウ酸(B2O3)等が挙げられる。通常の無アルカリガラスの製造においては、安価で、入手しやすい点から、オルトホウ酸が用いられる。
無水ホウ酸以外のホウ素化合物としては、安価で、入手しやすい点から、オルトホウ酸が好ましい。
なお、表1中、括弧書で示した値は計算値である。
なお、例11〜16は歪点が735℃以上であり、高歪点用途(例えば、有機EL用のディスプレイ用基板または照明用基板、もしくは板厚100μm以下の薄板のディスプレイ用基板または照明用基板)に適している。
なお、例2,3はT4−Td≧80℃であり、フュージョン法による成形に適している。
例8:SiO2の珪素源として、メディアン粒径D50が50μm、粒径2μm以下の粒子の割合、および、粒径100μm以上の粒子の割合がいずれも0体積%の珪砂を用いた。アルカリ土類金属源として、ドロマイト((Mg,Ca)(CO3)2)を用いた。
例9:SiO2の珪素源として、メディアン粒径D50が25μm、粒径2μm以下の粒子の割合が0体積%、かつ、粒径100μm以上の粒子の割合が2.2体積%の珪砂を用いた。アルカリ土類金属源として、ドロマイト((Mg,Ca)(CO3)2)を用いた。
例10:SiO2の珪素源として、メディアン粒径D50が25μm、粒径2μm以下の粒子の割合が0体積%、かつ、粒径100μm以上の粒子の割合が2.2体積%の珪砂を用いた。アルカリ土類金属源として、Mg(OH)2+Ca(CO3)2を用いた。なお、アルカリ土類金属源におけるMg(OH)2の含有量は43モル%(酸化物換算)である。
例8〜10のガラスについて、ガラスの溶解性を以下の手順で評価した。
250gの原料を長さ400mm×幅20mmの白金ボートに添加し800〜1500℃の温度傾斜をつけた炉で1時間加熱した後に、原料が目視で半分以上ガラス化する温度を溶融開始温度とした。また、顕微鏡観察において残存未融物が確認できる最高温度を未融物上限温度とした。
結果を下記表に示す。
本出願は、2009年7月2日出願の日本特許出願2009−157542および2010年6月3日出願の日本特許出願2010−127767に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
Claims (7)
- 歪点が725℃以上であって、50〜300℃での平均熱膨張係数が30×10 -7 〜40×10 -7 /℃であって、ガラス粘度が10 2 dPa・sとなる温度T 2 が1710℃以下であって、ガラス粘度が10 4 dPa・sとなる温度T 4 が1315℃以下であって、ガラス表面失透温度(T c )が1330℃以下であって、ガラス内部失透温度(T d )が1250℃以下であって、T4−Td≧80℃であって、ヤング率が84GPa以上であって、酸化物基準のモル%表示で
SiO2 66〜70、
Al2O3 12〜13.5、
B2O3 0.7〜1.5、
MgO 6〜9.5、
CaO 4.5〜6、
SrO 4〜7、
BaO 0〜1未満、
ZrO2 0〜0.5、からなり、
MgO+CaO+SrO+BaO が14〜18.2であり、
MgO/(MgO+CaO+SrO+BaO)が0.35以上であり、MgO/(MgO+CaO)が0.52以上であり、MgO/(MgO+SrO)が0.45以上であり、アルカリ金属酸化物を実質的に含有しない、無アルカリガラス。 - 歪点が735℃以上であって、50〜300℃での平均熱膨張係数が30×10 -7 〜40×10 -7 /℃であって、ガラス粘度が10 2 dPa・sとなる温度T 2 が1710℃以下であって、ガラス粘度が10 4 dPa・sとなる温度T 4 が1330℃以下であって、ガラス表面失透温度(T c )が1300℃以下であって、ガラス内部失透温度(T d )が1330℃以下であって、T4−Tc≧−20℃であって、ヤング率が88GPa以上であって、酸化物基準のモル%表示で
SiO2 66〜70、
Al2O3 13〜15、
B2O3 0〜0.7未満、
MgO 6〜9.5、
CaO 5〜8、
SrO 2〜6、
BaO 0〜1未満、からなり、
ZrO2を実質的に含有せず、
MgO+CaO+SrO+BaO が14〜18.2であり、
MgO/(MgO+CaO+SrO+BaO)が0.35以上であり、MgO/(MgO+CaO)が0.52以上であり、MgO/(MgO+SrO)が0.45以上であり、アルカリ金属酸化物を実質的に含有しない、無アルカリガラス。 - 請求項1に記載の無アルカリガラスをフュージョン法で成形して板ガラスを得る、板ガラスの製造方法。
- 請求項2に記載の無アルカリガラスをフロート法で成形して板ガラスを得る、板ガラス製造方法。
- SiO2の珪素源として、メディアン粒径D50が20μm〜27μm、粒径2μm以下の粒子の割合が0.3体積%以下、かつ粒径100μm以上の粒子の割合が2.5体積%以下の珪砂を用いる、請求項1または2に記載の無アルカリガラスの製造方法。
- MgO、CaO、SrOおよびBaOのアルカリ土類金属源として、アルカリ土類金属の水酸化物を、アルカリ土類金属源100モル%(MO換算。但しMはアルカリ土類金属元素である。以下同じ。)のうち、15〜100モル%(MO換算)含有するものを用いる、請求項1または2に記載の無アルカリガラスの製造方法。
- SiO2の珪素源として、メディアン粒径D50が20μm〜27μm、粒径2μm以下の粒子の割合が0.3体積%以下、かつ粒径100μm以上の粒子の割合が2.5体積%以下の珪砂を用い、MgO、CaO、SrOおよびBaOのアルカリ土類金属源として、アルカリ土類金属の水酸化物を、アルカリ土類金属源100モル%(MO換算。但しMはアルカリ土類金属元素である。以下同じ。)のうち、15〜100モル%(MO換算)含有するものを用いる、請求項1または2に記載の無アルカリガラスの製造方法。
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