JP6332612B2 - Method for producing alkali-free glass - Google Patents

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Description

本発明は、無アルカリガラスの製造方法に関し、具体的には液晶ディスプレイ、有機EL(OLED)ディスプレイ等のディスプレイ基板等として好適な無アルカリガラスの製造方法に関する。高精細のディスプレイに用いられる無アルカリガラス基板には、多くの要求特性がある。その一つとして歪点が高いことが求められる。ディスプレイの製造工程には、成膜、アニール等の工程が含まれ、これらの工程でガラス基板は数100℃に熱処理される。そのため、熱処理の際に、ガラス基板が熱収縮すると、パターンズレ等が発生し易くなる。よって、ガラス基板には、熱収縮し難いこと、特に歪点が高いことが求められる。このような要求に応じるべく種々のガラス組成およびその製造方法が提案されている(例えば、特許文献1)。 The present invention relates to a method for producing alkali-free glass, and more specifically to a method for producing alkali-free glass suitable as a display substrate for liquid crystal displays, organic EL (OLED) displays and the like. An alkali-free glass substrate used for a high-definition display has many required characteristics. As one of them, a high strain point is required. The display manufacturing process includes processes such as film formation and annealing. In these processes, the glass substrate is heat-treated at several hundred degrees Celsius. Therefore, when the glass substrate is thermally contracted during the heat treatment, pattern deviation or the like is likely to occur. Therefore, the glass substrate is required to be resistant to thermal contraction, and in particular to have a high strain point. Various glass compositions and manufacturing methods thereof have been proposed to meet such demands (for example, Patent Document 1).

特開2012−121738号公報JP 2012-121738 A

一般に、ガラスは歪点が高いほど、高温粘度が高くなる。特にアルカリ金属成分を実質的に含まない無アルカリガラスは、高温粘度が非常に高く、難溶性ガラスとして知られている。このため、通常、無アルカリガラスの溶融は高温で行われる。ところが高温で溶融すると、ガラス溶融炉を構成する耐火物がガラス融液に侵食されやすくなり、炉の寿命が短くなる。またエネルギー効率も悪くなるので、経済的にも環境的にも問題がある。   In general, the higher the strain point of glass, the higher the high temperature viscosity. In particular, alkali-free glass substantially free of alkali metal components has a very high high temperature viscosity and is known as a hardly soluble glass. For this reason, the alkali-free glass is usually melted at a high temperature. However, when it melts at a high temperature, the refractory constituting the glass melting furnace is easily eroded by the glass melt, and the life of the furnace is shortened. Moreover, since energy efficiency also worsens, there is a problem both economically and environmentally.

そこで可能な限り低い温度で無アルカリガラスを溶融することが求められている。しかしながら溶融温度を低下させるとガラスの均質性が悪くなり、脈理(スジ)や泡が製品に残って生産性が悪化する傾向がある。脈理は撹拌工程を通すことで改善することが可能であるが、泡については改善することが難しい。これはガラスの粘度が高いために、気泡が浮上しにくくなるためである。しかも無アルカリガラスの溶融温度を低下させると、SiO濃度の高い層が融液表面に生じ易くなる。この層は高い粘性を有することから、ガラス融液中の気泡がさらに抜け難くなり、ガラス製品に残存しやすくなる。 Therefore, it is required to melt the alkali-free glass at the lowest possible temperature. However, when the melting temperature is lowered, the homogeneity of the glass deteriorates, and there is a tendency that streaks and bubbles remain in the product and the productivity deteriorates. The striae can be improved by passing the stirring step, but it is difficult to improve the foam. This is because bubbles are less likely to rise due to the high viscosity of glass. Moreover, when the melting temperature of the alkali-free glass is lowered, a layer having a high SiO 2 concentration is likely to be formed on the melt surface. Since this layer has a high viscosity, bubbles in the glass melt are more difficult to escape and remain in the glass product.

本発明の課題は、溶融温度を低下させても、脈理がなく均質であり、しかも泡品位に優れた無アルカリガラスを得ることが可能な無アルカリガラスの製造方法を提供することである。   The subject of this invention is providing the manufacturing method of the alkali free glass which can obtain the alkali free glass which is homogeneous without a striae, and was excellent in foam quality, even if it reduced melting temperature.

SiO濃度の高い層が融液表面に生じる過程は大凡以下の通りである。まずガラス成分の中で、MgO、SrOなどのアルカリ土類金属成分が比較的低温で溶解し、複数の物質と反応して融液を形成し、未溶解原料の下方へ沈んでいく。逆にSiOなど難溶性成分は溶け残り、融液上部に浮きやすく、成分が分離(溶融分離)する。低温で無アルカリガラスを溶融すると、SiO成分が溶け残りやすくなり、この現象がさらに顕著になる。 The process in which a layer having a high SiO 2 concentration is generated on the melt surface is as follows. First, among the glass components, alkaline earth metal components such as MgO and SrO dissolve at a relatively low temperature, react with a plurality of substances to form a melt, and sink below the undissolved raw material. Conversely, a hardly soluble component such as SiO 2 remains undissolved and easily floats on the upper part of the melt, and the component is separated (melted and separated). When the alkali-free glass is melted at a low temperature, the SiO 2 component tends to remain undissolved, and this phenomenon becomes more remarkable.

本発明者等は種々の実験を行った結果、粒径の細かい酸化マグネシウムをマグネシウム原料として使用することにより、上記課題が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。   As a result of various experiments, the present inventors have found that the above problems can be solved by using magnesium oxide having a small particle size as a magnesium raw material, and propose the present invention.

即ち、本発明の無アルカリガラスの製造方法は、シリカ源とマグネシウム源を含む混合原料を溶融し、成形する無アルカリガラス基板の製造方法であって、マグネシウム源としてD90が150μm未満の酸化マグネシウム原料を用いることを特徴とする。本発明において「無アルカリガラス」とは、アルカリ金属酸化物の含有量が0.5%以下であるガラスを意味する。 That is, the method for producing an alkali-free glass of the present invention is a method for producing an alkali-free glass substrate in which a mixed raw material containing a silica source and a magnesium source is melted and molded, and magnesium oxide having a D 90 of less than 150 μm as the magnesium source It is characterized by using raw materials. In the present invention, “non-alkali glass” means a glass having an alkali metal oxide content of 0.5% or less.

上記構成によれば、酸化マグネシウム原料が溶解する際に、周囲に存在するシリカ原料等と容易に反応し、シリカ成分とマグネシウム成分を含む融液が形成され、溶融炉底部へと沈降する。これにより、溶け残るシリカ原料が減少し、SiO濃度の高い層が融液表面に形成されにくくなる。その結果、融液に含まれる気泡が抜けやすくなる。またシリカ成分がマグネシウム成分等とともに融液化し、溶融分離が起こりにくいことから、得られるガラスが均質になりやすい。 According to the said structure, when a magnesium oxide raw material melt | dissolves, it reacts easily with the silica raw material etc. which exist around, a melt containing a silica component and a magnesium component is formed, and it settles to a melting furnace bottom part. Thus, melt remaining silica raw material is reduced, a high SiO 2 concentration layer is less likely to be formed on the melt surface. As a result, bubbles contained in the melt are easily removed. In addition, since the silica component is melted together with the magnesium component and the like, and melt separation hardly occurs, the obtained glass tends to be homogeneous.

しかも溶融温度を高温にしなくても、脱泡や均質化が可能であるため、ガラス生産に必要なエネルギーを削減することも可能となる。またガラス溶融炉の長寿命化にも効果がある。   Moreover, since defoaming and homogenization are possible without increasing the melting temperature, it is possible to reduce energy required for glass production. It is also effective in extending the life of the glass melting furnace.

本発明においては、ガラス組成中のMgOの含有量が0.5〜5質量%となるように、酸化マグネシウム原料の使用量を調整することが好ましい。   In this invention, it is preferable to adjust the usage-amount of a magnesium oxide raw material so that content of MgO in a glass composition may be 0.5-5 mass%.

本発明においては、シリカ源として、D50が10〜150μmであるシリカ原料を使用することが好ましい。 In the present invention, as the silica source, it is preferable to use a silica material D 50 is 10 to 150 m.

上記構成によれば、シリカ原料が一層溶解し易くなる。   According to the said structure, a silica raw material becomes easier to melt | dissolve.

本発明においては、歪点が680℃以上であるガラスとなるように、混合原料を調合することが好ましい。   In the present invention, it is preferable to prepare the mixed raw material so that the glass has a strain point of 680 ° C. or higher.

歪点が680℃以上であるガラスは、高温粘度が高く難溶融性であることから、本発明の効果を的確に享受することができる。   Since the glass having a strain point of 680 ° C. or higher has high temperature viscosity and is hardly meltable, the effect of the present invention can be enjoyed accurately.

本発明においては、ガラス組成として酸化物換算の質量%でSiO 55〜70%、Al 16〜25%、B 0〜10%、MgO 0.5〜5%、CaO 3〜13%、SrO 0〜10%、BaO 0〜10%、ZrO 0〜5%を含有し、かつアルカリ金属酸化物の含有量が0.5%以下であるガラスとなるように、混合原料を調合することが好ましい。 In the present invention, SiO 2 55 to 70% by mass percent in terms of oxide as a glass composition, Al 2 O 3 16~25%, B 2 O 3 0~10%, 0.5~5% MgO, CaO 3 -13%, SrO 0 to 10%, BaO 0 to 10%, ZrO 2 0 to 5%, and mixed raw material so as to be a glass having an alkali metal oxide content of 0.5% or less Is preferably prepared.

上記組成のガラスは、高温粘度が高く難溶融性であることから、本発明の効果を的確に享受することができる。   Since the glass having the above composition has a high-temperature viscosity and is hardly meltable, the effect of the present invention can be enjoyed accurately.

以下、本発明の実施形態のガラス基板の製造方法について説明する。なお、各成分の含有範囲の説明において、%表示は質量%を指す。   Hereinafter, the manufacturing method of the glass substrate of embodiment of this invention is demonstrated. In addition, in description of the containing range of each component,% display points out the mass%.

まず、目標となるガラス組成となるようにガラス原料を調合し混合する。ガラス原料として、例えばシリカ源、ホウ素源、アルミナ源及びアルカリ土類金属源等となるガラス原料を混合してバッチを調製する。原料の混合方法は特に限定されるものではない。例えばパン型ミキサーやロータリーミキサー等が使用可能であり、1回あたりの混合重量に応じて最適な混合方法を適宜決定すればよい。   First, glass raw materials are prepared and mixed so as to obtain a target glass composition. As a glass raw material, for example, a glass raw material that becomes a silica source, a boron source, an alumina source, an alkaline earth metal source, or the like is mixed to prepare a batch. The method for mixing the raw materials is not particularly limited. For example, a bread mixer, a rotary mixer, or the like can be used, and an optimum mixing method may be appropriately determined according to the mixing weight per one time.

目標ガラス組成として、例えば、酸化物基準の質量%で、SiO 55〜70%、Al 16〜25%、B 0〜10%、MgO 0.5〜5%、CaO 3〜13%、SrO 0〜10%、BaO 0〜10%、ZrO 0〜5%であり、かつアルカリ金属酸化物の含有量が0.5%以下となるようにガラス原料を調合する。このような目標ガラス組成とすることで、ディスプレイ用ガラス基板に要求される種々の特性を満足させることができる。なお、組成範囲を上記の通りとした理由は後述する。 As a target glass composition, for example, SiO 2 55 to 70%, Al 2 O 3 16 to 25%, B 2 O 3 0 to 10%, MgO 0.5 to 5%, and CaO 3 in mass% based on oxide. The glass raw material is prepared so that the content of ˜13%, SrO 0-10%, BaO 0-10%, ZrO 2 0-5% and the content of alkali metal oxide is 0.5% or less. By setting it as such a target glass composition, the various characteristics requested | required of the glass substrate for a display can be satisfied. The reason why the composition range is as described above will be described later.

以下、本発明において使用するガラス原料について説明する。
(シリカ源)
シリカ源としては、天然珪砂(SiO)や珪石粉を用いることができる。シリカ原料は、D50が10〜300μm、20〜150μm、10〜150μm、特に30〜150μmのものを使用することが好ましい。シリカ原料の粒度が粗すぎると、酸化マグネシウム原料との反応が起こりにくくなり、溶融分離が生じてSiO濃度の高い層が融液表面に生じ易くなる。またこれを回避するために溶融温度を高くすると、溶融炉のライフが短くなったり、エネルギー効率が悪くなったりする。なおシリカ原料の粒度が細かすぎると、凝集が生じて粗大な二次粒子を形成し、SiOの未溶解粒子や溶融分離が発生するなどの不具合を生じるおそれがある。
(ホウ素源)
ホウ素源としては、オルトホウ酸(HBO)、メタホウ酸(HBO)、および四ホウ酸(H)等の含水ホウ酸塩、ならびに酸化ホウ素(B)等を用いることができる。オルトホウ酸、メタホウ酸、および四ホウ酸を合量で、全ホウ素源のうち80〜95質量%含むものをホウ素源として用いる。80%よりも少ないと、溶融ガラス中の水分量が不足して高温粘度が上昇し、均質な溶融ガラスを得難くなる。95%より多いと、ガラス原料バッチ中の水分量が多くなりすぎてガラス原料が凝集し易くなる。
(アルミナ源)
アルミナ源としては、アルミナ(Al)、及び水酸化アルミニウム(Al(OH))を用いることができる。アルミニウム源として、水酸化アルミニウムを、全アルミニウム源のうち質量割合で5〜100%含むものを用いることが好ましい。5%よりも少ないと溶融ガラス中の水分量が不足して高温粘度が上昇し、均質な溶融ガラスを得難くなる。
(アルカリ土類金属源)
カルシウム源として炭酸カルシウム(CaCO)等、マグネシウム源として酸化マグネシウム(MgO)等、バリウム源として硝酸バリウム(Ba(NO)等、ストロンチウム源として硝酸ストロンチウム(Sr(NO)等を用いることができる。
Hereafter, the glass raw material used in this invention is demonstrated.
(Silica source)
As the silica source, natural silica sand (SiO 2 ) or silica powder can be used. Silica raw material, D 50 is 10~300μm, 20~150μm, 10~150μm, it is particularly preferred to use those of 30 to 150 [mu] m. When the particle size of the silica raw material is too coarse, reaction with the magnesium oxide raw material is difficult to occur, melt separation occurs, and a layer having a high SiO 2 concentration is likely to be formed on the melt surface. Further, if the melting temperature is increased to avoid this, the life of the melting furnace is shortened and the energy efficiency is deteriorated. When the particle size of the silica raw material is too fine, agglomeration occurs and coarse secondary particles are formed, which may cause problems such as undissolved particles of SiO 2 and melting separation.
(Boron source)
Examples of the boron source include hydroborates such as orthoboric acid (H 3 BO 3 ), metaboric acid (H 3 BO 3 ), and tetraboric acid (H 2 B 4 O 7 ), and boron oxide (B 2 O 3). ) Etc. can be used. A total amount of orthoboric acid, metaboric acid, and tetraboric acid containing 80 to 95% by mass of the total boron source is used as the boron source. If it is less than 80%, the amount of water in the molten glass is insufficient and the high-temperature viscosity increases, making it difficult to obtain a homogeneous molten glass. If it is more than 95%, the amount of water in the glass raw material batch becomes excessive, and the glass raw material tends to aggregate.
(Alumina source)
As the alumina source, alumina (Al 2 O 3 ) and aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ) can be used. As the aluminum source, it is preferable to use aluminum hydroxide containing 5 to 100% by mass of the total aluminum source. If it is less than 5%, the amount of water in the molten glass is insufficient and the high-temperature viscosity increases, making it difficult to obtain a homogeneous molten glass.
(Alkaline earth metal source)
Calcium carbonate (CaCO 3 ) or the like as a calcium source, magnesium oxide (MgO) or the like as a magnesium source, barium nitrate (Ba (NO 3 ) 2 ) or the like as a barium source, strontium nitrate (Sr (NO 3 ) 2 ) or the like as a strontium source Can be used.

本発明においては、マグネシウム源として用いる酸化マグネシウムにD90が150μm以下、好ましくは120〜150μm、特に130〜150μmのものを使用する。また酸化マグネシウムのD50は50〜120μm、特に70〜100μmであることが好ましい。酸化マグネシウム原料の粒度が粗すぎると、シリカ原料との反応性が低くなって、原料溶解時にSiO濃度の高い層が融液表面に生じ易くなり、融液中の気泡の除去が難しくなる。またこれを回避するために溶融温度を高くすると、溶融炉のライフが短くなったり、エネルギー効率が悪くなる等の不都合が生じる。なお酸化マグネシウム原料の粒度が細かすぎると、原料の混合時に偏析が発生する等の不具合が生じるおそれがある。
(ジルコニア源)
ジルコニア源としては、ジルコン(ZrO・SiO)、ジルコニア(ZrO)等を用いることができる。
In the present invention, the following D 90 of 150μm magnesium oxide used as the magnesium source, preferably 120~150Myuemu, particularly using those 130~150Myuemu. The D 50 of the magnesium oxide is 50 to 120 [mu] m, it is particularly preferably 70-100. If the particle size of the magnesium oxide raw material is too coarse, the reactivity with the silica raw material becomes low, and a layer having a high SiO 2 concentration is likely to be formed on the melt surface when the raw material is dissolved, making it difficult to remove bubbles in the melt. Further, if the melting temperature is increased in order to avoid this, problems such as shortening the life of the melting furnace and deteriorating energy efficiency occur. In addition, when the particle size of a magnesium oxide raw material is too fine, there exists a possibility that malfunctions, such as a segregation occurring at the time of mixing of a raw material, may arise.
(Zirconia source)
As the zirconia source, zircon (ZrO 2 · SiO 2 ), zirconia (ZrO 2 ), or the like can be used.

次に、目標組成において各成分の割合を上記のように限定した理由について説明する。   Next, the reason why the ratio of each component in the target composition is limited as described above will be described.

高精細のディスプレイに用いられるガラス基板には、多くの要求特性がある。特に、以下の(1)〜(7)の特性が要求される。上記ガラス組成によれば、これらの特性を同時に満たすことができる。   Glass substrates used for high-definition displays have many required characteristics. In particular, the following characteristics (1) to (7) are required. According to the said glass composition, these characteristics can be satisfy | filled simultaneously.

(1)ガラス中のアルカリ成分が多いと、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、膜の特性の劣化を招く。よって、アルカリ成分(特に、Li成分、Na成分)の含有量が少ないこと、望ましくは実質的に含有しないこと。   (1) When the alkali component in the glass is large, alkali ions are diffused into the semiconductor material on which the film is formed during the heat treatment, and the characteristics of the film are deteriorated. Therefore, the content of alkali components (particularly, Li component and Na component) should be small, and desirably not substantially contained.

(2)フォトリソグラフィーエッチング工程では、種々の酸、アルカリ等の薬液が使用される。よって、耐薬品性に優れていること。   (2) Various chemicals such as acid and alkali are used in the photolithography etching step. Therefore, it has excellent chemical resistance.

(3)成膜、アニール等の工程で、ガラス基板は数100℃に熱処理される。熱処理の際に、ガラス基板が熱収縮すると、パターンズレ等が発生し易くなる。よって、熱収縮し難いこと、特に歪点が高いこと。   (3) The glass substrate is heat-treated at several hundred degrees Celsius in steps such as film formation and annealing. When the glass substrate is thermally contracted during the heat treatment, pattern deviation or the like is likely to occur. Therefore, heat shrinkage is difficult, especially the strain point is high.

(4)熱膨張係数が、ガラス基板上に成膜される部材(例えば、a−Si、p−Si)に近いこと。例えば、熱膨張係数が30〜45×10−7/℃であること。なお、熱膨張係数が45×10−7/℃以下であると、耐熱衝撃性も向上する。 (4) The thermal expansion coefficient is close to a member (for example, a-Si, p-Si) formed on the glass substrate. For example, the thermal expansion coefficient is 30 to 45 × 10 −7 / ° C. When the thermal expansion coefficient is 45 × 10 −7 / ° C. or less, the thermal shock resistance is also improved.

(5)ガラス基板の撓みに起因する不具合を抑制するために、ヤング率(又は比ヤング率)が高いこと。   (5) The Young's modulus (or specific Young's modulus) is high in order to suppress problems caused by the bending of the glass substrate.

(6)泡、ブツ、脈理等の溶融欠陥を防止するために、溶融性に優れていること。   (6) Excellent meltability in order to prevent melting defects such as bubbles, blisters and striae.

(7)ガラス基板中の異物発生を避けるために、耐失透性に優れていること。   (7) Excellent devitrification resistance to avoid generation of foreign matter in the glass substrate.

以下、ガラス組成の各成分について説明する。   Hereinafter, each component of the glass composition will be described.

SiOの含有量は好ましくは55〜70%、より好ましくは58〜65%である。SiOの含有量が55%より少ないと、ガラスの歪点が低下し、ディスプレイ装置を製造する際の熱処理工程で、ガラス基板が割れたり、熱変形や、熱収縮が起こりやすくなったりする。また熱膨張係数が大きくなりすぎて、周辺材料の熱膨張係数との整合性が取りにくくなったり、耐熱衝撃性が低下しやすくなったりする。さらに、耐酸性も悪化する。一方、SiOの含有量が70%より多いと、ガラスの高温粘度が高くなり、ガラスの溶融や成形が困難となる。また、熱膨張係数が小さくなりすぎて、周辺材料の熱膨張係数との整合性が取りにくくなる。 The content of SiO 2 is preferably 55 to 70%, more preferably 58 to 65%. When the content of SiO 2 is less than 55%, the strain point of the glass is lowered, and the glass substrate is cracked or heat deformation or heat shrinkage easily occurs in the heat treatment process when manufacturing the display device. In addition, the thermal expansion coefficient becomes too large, making it difficult to achieve consistency with the thermal expansion coefficient of the surrounding materials, and the thermal shock resistance is likely to decrease. Furthermore, acid resistance also deteriorates. On the other hand, when the content of SiO 2 is more than 70%, the high temperature viscosity of the glass becomes high, and it becomes difficult to melt or mold the glass. In addition, the thermal expansion coefficient becomes too small, making it difficult to match the thermal expansion coefficient of the surrounding material.

Alの含有量が多すぎると、ガラスの歪点が低下し、ディスプレイを製造する際の熱処理工程で、ガラス基板が割れたり、熱変形や熱収縮が起こりやすくなったりする。一方、Alの含有量が少なすぎると、ガラスの耐バッファードフッ酸性が低下したり、ガラスの液相温度が上昇してガラス基板の成形が困難になったりする。Al含有量の好適な範囲は16〜25%、より好ましくは16〜20%である。 When the content of Al 2 O 3 is too large, the strain point of the glass is lowered, the heat treatment step in manufacturing the display, or cracked glass substrate, thermal deformation or thermal shrinkage may become likely to occur. On the other hand, when the content of Al 2 O 3 is too small, or decreased resistance to buffered hydrofluoric acid for glass, the liquidus temperature of the glass and becomes difficult to mold the glass substrate increases. A suitable range for the Al 2 O 3 content is 16 to 25%, more preferably 16 to 20%.

は、ガラスの粘性を低下させ、かつガラスの溶融性を高める成分であるが、過剰に含有すると、ガラスの歪点が低くなり、ディスプレイを製造する際の熱処理工程で、ガラス基板が割れたり、熱変形や熱収縮が起こりやすくなったりする。B含有量の好適な範囲は0.1〜10%、より好ましくは0.1〜7.5%、さらに好ましくは0.1〜6%である。 B 2 O 3 is a component that lowers the viscosity of the glass and increases the meltability of the glass. However, if it is excessively contained, the strain point of the glass is lowered, and a glass substrate is used in the heat treatment step when manufacturing the display. Cracks and heat deformation and shrinkage are likely to occur. B 2 O 3 suitable range of content from 0.1 to 10%, more preferably 0.1 to 7.5%, more preferably 0.1 to 6%.

MgOは、ガラスの歪点を低下させずに、高温粘度を低下させて、ガラスの溶融性を改善する成分である。MgOの含有量が多すぎると、クリストバライトやエンスタタイトの失透ブツが発生しやすくなる傾向にある。さらに耐バッファードフッ酸性が低下し、フォトエッチング工程でガラス基板が侵食され、その反応生成物がガラス基板の表面に付着し、ガラス基板が白濁しやすくなる。MgOの含有量が少なすぎると上記効果が得られない。MgO含有量の好適な範囲は0.5〜5%、より好ましくは0.5〜3%、さらに好ましくは0.5〜2.5%である。   MgO is a component that improves the meltability of the glass by lowering the high temperature viscosity without lowering the strain point of the glass. When there is too much content of MgO, it exists in the tendency for the devitrification bumps of cristobalite and enstatite to occur easily. Further, the resistance to buffered hydrofluoric acid is lowered, the glass substrate is eroded in the photoetching process, the reaction product adheres to the surface of the glass substrate, and the glass substrate tends to become cloudy. If the content of MgO is too small, the above effect cannot be obtained. A suitable range of the MgO content is 0.5 to 5%, more preferably 0.5 to 3%, and still more preferably 0.5 to 2.5%.

CaOは、ガラスの歪点を低下させずに高温粘度のみを低下させて、ガラスの溶融性を改善する。CaOの含有量が多すぎると、耐バッファードフッ酸性が低下するとともに、ガラスの密度や熱膨張係数が上昇する。CaOの含有量が少なすぎると高温粘度が上昇し溶融性が悪化し易くなる。CaO含有量の好適な範囲は3〜13%、より好ましくは2.5〜8%である。   CaO improves the meltability of the glass by reducing only the high temperature viscosity without reducing the strain point of the glass. When there is too much content of CaO, while resistance to buffered hydrofluoric acid will fall, the density and thermal expansion coefficient of glass will rise. When there is too little content of CaO, high temperature viscosity will rise and meltability will deteriorate easily. The suitable range of CaO content is 3 to 13%, more preferably 2.5 to 8%.

SrOは、ガラスの耐薬品性と耐失透性を向上させる成分である。SrOの含有量が多すぎると、ガラスの密度や熱膨張係数が上昇する。SrO含有量の好適な範囲は0〜10%、より好ましくは1.5〜4.5%である。   SrO is a component that improves the chemical resistance and devitrification resistance of glass. When there is too much content of SrO, the density and thermal expansion coefficient of glass will rise. The suitable range of SrO content is 0 to 10%, more preferably 1.5 to 4.5%.

BaOは、ガラスの耐薬品性と耐失透性を向上させる成分である。BaOの含有量が多すぎると、ガラスの密度や熱膨張係数が上昇する。BaO含有量の好適な範囲は0〜10%、より好ましくは、1〜10%である。   BaO is a component that improves the chemical resistance and devitrification resistance of glass. When there is too much content of BaO, the density and thermal expansion coefficient of glass will rise. The suitable range of BaO content is 0 to 10%, more preferably 1 to 10%.

ZrO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る。ZrOの含有量が多すぎると、ガラスの液相温度が上昇し、ジルコンの失透ブツが出やすくなる。ZrO含有量の好適な範囲は0〜5%、より好ましくは0.1〜1%である。 ZrO 2 is a component that improves the chemical resistance of glass, particularly acid resistance, and improves the Young's modulus. When the content of ZrO 2 is too large, the liquidus temperature of the glass rises, devitrification stones of zircon is readily released. A suitable range of the ZrO 2 content is 0 to 5%, more preferably 0.1 to 1%.

また、目標ガラス組成において、上記の成分以外にもZnO、TiO、P等を添加しても良い。 Further, in the target glass composition, ZnO, TiO 2 , P 2 O 5 or the like may be added in addition to the above components.

ZnOは、ガラスの耐バッファードフッ酸性を改善するとともに、ガラスの溶融性を改善する成分である。ZnOの含有量が多すぎると、ガラスが失透しやすくなったり、歪点が低下したりする。ZnO含有量の好適な範囲は0〜5%である。   ZnO is a component that improves the buffered hydrofluoric acid resistance of glass and improves the meltability of glass. When there is too much content of ZnO, it will become easy to devitrify glass, or a strain point will fall. The suitable range of ZnO content is 0 to 5%.

TiOは、高温粘性を下げて溶融性を高め、また化学的耐久性を高める効果があるが、導入量が過剰になると、紫外線透過率が低下し易くなる。TiOの含有量は、好ましくは0〜5%以下である。なお、TiOを極少量導入(例えば0.001%以上)すると、紫外線による着色を抑制する効果が得られる。 TiO 2 has the effect of lowering the high-temperature viscosity to increase the meltability and the chemical durability. However, when the introduction amount is excessive, the ultraviolet transmittance tends to decrease. The content of TiO 2 is preferably 0 to 5% or less. When a very small amount of TiO 2 is introduced (for example, 0.001% or more), an effect of suppressing coloring due to ultraviolet rays can be obtained.

は、歪点を高める成分であると共に、アノーサイト等のアルカリ土類アルミノシリケート系の失透結晶の析出を抑制し得る成分である。但し、Pを多量に含有させると、ガラスが分相し易くなる。Pの含有量は、好ましくは0〜5%である。 P 2 O 5 is a component that increases the strain point and is a component that can suppress precipitation of devitrified crystals of alkaline earth aluminosilicates such as anorthite. However, when P 2 O 5 is contained in a large amount, the glass is likely to be phase-separated. The content of P 2 O 5 is preferably 0 to 5%.

清澄剤として、As、Sb、SnO、SO、CeO、F、Cl等を用いることができる。これらの含有量は、合量で3%以下が好ましい。またこれらの清澄剤の中ではSnOを使用することが好ましく、その含有量は0.01〜2%であることが望ましい。 As a clarifier, As 2 O 3 , Sb 2 O 3 , SnO 2 , SO 3 , CeO 2 , F 2 , Cl 2 or the like can be used. The total content is preferably 3% or less. Further it is preferred to use SnO 2 Among these fining agents, the content thereof is preferably 0.01 to 2%.

本発明の方法で作製されるガラス基板が液晶ディスプレイ基板等に使用される場合、ガラス中にアルカリ金属酸化物(LiO、NaO、KO、特にLiO、NaO)を実質的に含有しないことが好ましい。アルカリ金属酸化物を実質的に含有しないとは、その含有量を0.5%以下に抑えるという意味である。アルカリ金属酸化物の含有量が合量で0.5%を超えると、基板上にTFTを成膜する際の熱処理時に、アルカリ金属が成膜されたTFT半導体物質中に拡散し、膜特性が劣化する。 When the glass substrate produced by the method of the present invention is used for a liquid crystal display substrate or the like, an alkali metal oxide (Li 2 O, Na 2 O, K 2 O, particularly Li 2 O, Na 2 O) is contained in the glass. It is preferable not to contain substantially. “Containing substantially no alkali metal oxide” means that the content is suppressed to 0.5% or less. When the total content of the alkali metal oxide exceeds 0.5%, the alkali metal is diffused into the TFT semiconductor material on which the TFT is formed on the substrate, and the film characteristics are reduced. to degrade.

上記以外にも、ガラス特性が損なわれない限り、種々の成分を添加可能である。例えばY、La、Nd等を添加しても良い。 In addition to the above, various components can be added as long as the glass properties are not impaired. For example, Y 2 O 3 , La 2 O 3 , Nd 2 O 3 or the like may be added.

目標ガラス組成は、得られるガラス基板の歪点が、680℃以上、690℃以上、特には700℃以上となるよう定めることが好ましい。   The target glass composition is preferably determined so that the strain point of the obtained glass substrate is 680 ° C. or higher, 690 ° C. or higher, particularly 700 ° C. or higher.

次いで調合した原料混合物(及び必要に応じて、目標とするガラスと同じ組成のガラスカレット)を、溶融炉のガラス原料投入口から投入し、溶融、ガラス化する。溶融炉への原料バッチの投入は、原料フィーダー、例えばスクリューチャージャーなどを用い、連続的、或いは断続的に行う。溶融炉内部に投入された原料は、バーナーなどの燃焼雰囲気或いは電極の発熱等によって加熱され、個々の原料が反応して溶解、ガラス化する。ガラスの溶融温度は通常1500〜1700℃程度である。なおガラスカレットとは、ガラスの製造の過程等で排出されるガラス屑である。また溶融炉の構成は特に限定されないが、溶解、清澄及び撹拌機能を備えたものであることが好ましい。   Next, the prepared raw material mixture (and, if necessary, glass cullet having the same composition as the target glass) is charged from the glass raw material charging port of the melting furnace, and melted and vitrified. The raw material batch is charged into the melting furnace continuously or intermittently using a raw material feeder such as a screw charger. The raw material charged into the melting furnace is heated by a combustion atmosphere such as a burner or heat generation of the electrodes, and the individual raw materials react to melt and vitrify. The melting temperature of glass is usually about 1500 to 1700 ° C. Glass cullet is glass waste discharged in the process of manufacturing glass. The structure of the melting furnace is not particularly limited, but preferably has melting, clarification, and stirring functions.

次に溶融ガラスを成形装置に供給し、所定の肉厚、表面品位を有するようにガラスを板状に成形する。溶融ガラスを成形装置に供給する際には、徐々に溶融ガラスの温度を低下させ、成形に適した粘度にする。成形方法としては、オーバーフローダウンドロー法を用いることが好ましい。オーバーフローダウンドロー法を用いることで、高い表面品位を有するガラス基板を連続的に容易に製造することができる。なお、スロットダウンドロー法やロールアウト法、フロート法等のその他の従来周知の板ガラス成形法を用いることも可能である。   Next, molten glass is supplied to a molding apparatus, and the glass is molded into a plate shape so as to have a predetermined thickness and surface quality. When supplying the molten glass to the molding apparatus, the temperature of the molten glass is gradually lowered to a viscosity suitable for molding. As a molding method, it is preferable to use an overflow downdraw method. By using the overflow downdraw method, a glass substrate having a high surface quality can be easily produced continuously. In addition, it is also possible to use other conventionally well-known plate glass forming methods such as a slot down draw method, a roll-out method, and a float method.

このようにして作製されたガラス基板は、例えば、液晶ディスプレイやOLEDディスプレイ等のフラットパネルディスプレイの基板として用いられる。   Thus, the produced glass substrate is used as a board | substrate of flat panel displays, such as a liquid crystal display and an OLED display, for example.

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

まず質量%で、SiO 59%、Al 19%、B 6.5%、MgO 2.5%、CaO 6%、SrO 1%、BaO 6%、アルカリ金属酸化物0.5%以下のガラス組成となるように、ガラス原料を調合してガラスバッチを調製した。なお、シリカ源としてはD50が90μmの珪砂を用い、またマグネシウム源としてはD50が500μm、D90が710μmの酸化マグネシウムを使用した。なおガラスバッチは、適量のバッチをパン型ミキサーに投入し、十分な時間混合し調製した。 First, by mass%, SiO 2 59%, Al 2 O 3 19%, B 2 O 3 6.5%, MgO 2.5%, CaO 6%, SrO 1%, BaO 6%, alkali metal oxides. A glass batch was prepared by blending glass raw materials so as to have a glass composition of 5% or less. Silica sand having a D50 of 90 μm was used as the silica source, and magnesium oxide having a D50 of 500 μm and D90 of 710 μm was used as the magnesium source. The glass batch was prepared by putting an appropriate amount of batch into a bread mixer and mixing for a sufficient time.

続いて調合したガラスバッチを連続溶融炉に投入し、1400〜1500℃で溶融した。続いて溶融ガラスをオーバーフローダウンドロー装置に供給し、ガラスを板状に成形した。   Subsequently, the prepared glass batch was put into a continuous melting furnace and melted at 1400 to 1500 ° C. Subsequently, the molten glass was supplied to an overflow downdraw apparatus, and the glass was formed into a plate shape.

このようにして得られたガラス板について、ガラス中に含まれる泡数を計数した。その結果、直径100μm以上の泡数は平均0.4個/kgであった。   For the glass plate thus obtained, the number of bubbles contained in the glass was counted. As a result, the average number of bubbles having a diameter of 100 μm or more was 0.4 / kg.

次に、マグネシウム源を、D50が86μm、D90が150μmの酸化マグネシウムに切り替えて、同様にしてガラス板を製造したところ、切り替え後の泡数は平均0.03個/kgとなった。   Next, the magnesium source was switched to magnesium oxide having D50 of 86 μm and D90 of 150 μm, and a glass plate was produced in the same manner. As a result, the average number of bubbles after switching was 0.03 / kg.

Claims (5)

シリカ源とマグネシウム源を含む混合原料を溶融し、成形する無アルカリガラス基板の製造方法であって、シリカ源として、D 50 が30〜150μm(ただし、1〜30μmである場合を除く)であるシリカ原料を使用し、かつマグネシウム源としてD90が150μm以下の酸化マグネシウム原料を用いることを特徴とする無アルカリガラスの製造方法。 Melting a raw material mixture comprising a silica source and magnesium source, a process for the preparation of an alkali-free glass substrate of molding, as the silica source, D 50 is a 30 to 150 [mu] m (except when it is 1 to 30 [mu] m) using silica raw material, and method for producing an alkali-free glass D 90 as the magnesium source is characterized by using the following magnesium oxide feedstock 150 [mu] m. ガラス組成中のMgOの含有量が0.5〜5質量%となるように、酸化マグネシウム原料の使用量を調整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の製造方法。   The method for producing an alkali-free glass according to claim 1, wherein the amount of the magnesium oxide raw material used is adjusted so that the content of MgO in the glass composition is 0.5 to 5% by mass. マグネシウム源として、D 50 が50〜120μmである酸化マグネシウム原料を使用することを特徴とする請求項1又は2に記載の無アルカリガラスの製造方法。 The method for producing alkali-free glass according to claim 1 or 2, wherein a magnesium oxide raw material having a D50 of 50 to 120 µm is used as the magnesium source . 歪点が680℃以上であるガラスとなるように、混合原料を調合することを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の無アルカリガラスの製造方法。   The method for producing an alkali-free glass according to any one of claims 1 to 3, wherein the mixed raw material is prepared so that the glass has a strain point of 680 ° C or higher. ガラス組成として酸化物換算の質量%でSiO 55〜70%、Al 16〜25%、B 0〜10%、MgO 0.5〜5%、CaO 3〜13%、SrO 0〜10%、BaO 0〜10%、ZrO 0〜5%を含有し、かつアルカリ金属酸化物の含有量が0.5%以下であるガラスとなるように、混合原料を調合することを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載のガラス基板の製造方法。 SiO 2 55 to 70%, Al 2 O 3 16 to 25%, B 2 O 3 0 to 10%, MgO 0.5 to 5%, CaO 3 to 13%, SrO in mass% in terms of oxide as glass composition To prepare a mixed raw material so as to be a glass containing 0 to 10%, BaO 0 to 10%, ZrO 2 0 to 5%, and an alkali metal oxide content of 0.5% or less. The manufacturing method of the glass substrate in any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned.
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