JPH06263473A - 高液相線粘度ガラスおよびそれを用いた基板 - Google Patents
高液相線粘度ガラスおよびそれを用いた基板Info
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- JPH06263473A JPH06263473A JP6005599A JP559994A JPH06263473A JP H06263473 A JPH06263473 A JP H06263473A JP 6005599 A JP6005599 A JP 6005599A JP 559994 A JP559994 A JP 559994A JP H06263473 A JPH06263473 A JP H06263473A
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Abstract
できるガラスを提供する。 【構成】 アルカリ金属酸化物を実質的に含まず、酸化
物基準のモルパーセントで表して、64−70%のSi
O2 、9.5 −14%のAl2 O3 、5−10%のB2O3 、
0−5%のTiO2 、0−5%のTa2 O5 、0−5%
のNb2 O5 、0−5%のY2 O3 、0−5%のMg
O、3−13%のCaO、0−5.5 %のSrO、2−7%
のBaO、および10−20%のMgO+CaO+SrO+
BaOからなる。
Description
すガラス組成物の製造に関するものである。さらに詳し
くは、本発明は、フラットパネルディスプレーの基板に
用いるのに特に適する化学特性および物理特性を示すガ
ラスに関するものである。
部光源に依存する受動的なディスプレーである。液晶デ
ィスプレーは、セグメントタイプのディスプレーとし
て、または2つの基本構造からなるものとして製造され
る。2つのマトリックスタイプの基板のニーズ(透明で
あることとディスプレーの処理中に露出される化学条件
に耐えられること以外)は異なる。第1のタイプは、液
晶材料の限界特性に依存する固有マトリックスアドレス
タイプ(intrinsic matrix addressed)である。第2の
タイプは、外部マトリックス(extrinsic matrix addre
ssed)または活性マトリックス(AM)アドレスタイプ
(active matrix addressed )であり、ダイオード、金
属−絶縁体−金属(MIM)デバイス、または薄膜トラ
ンジスタ(TFT)の配列が各ピクセルに電気スイッチ
を提供している。どちらの場合においても、2枚のガラ
スシートがディスプレーの構造を形成している。2枚の
シート間の間隔は、約5−10μmの臨界ギャップ寸法で
ある。
lly addressed LCDs )は、350℃以下の温度での
薄膜蒸着技術と、続いての写真平板パターニング(pa
tterning)を用いて製造する。結果として、基
板の必要条件は、セグメントタイプのディスプレーとし
ばしば同じである。障壁層を有するソーダ石灰石英ガラ
スは、ほとんどのニーズに適することが分かった。固有
アドレスタイプのLCDの高性能バージョンの、スーパ
ーツイストネマティック(STN)タイプには、ギャッ
プ寸法を一定に保持する目的のために極めて精密な平面
度を必要とするさらなる要件が加わる。この要件のため
に、それらのディスプレーに使用するソーダ石灰石英ガ
ラスは、研磨しなければならないか、または研磨なく使
用できるコード7059として(ニューヨーク州、コー
ニングのコーニング社により)市販されている、精密成
形されたバリウムアルミノホウケイ酸塩ガラスでなけれ
ばならない。
lly addressed LCDS )はさらに、2つの範疇、すな
わち、1つはMIMまたは非晶質ケイ素(a−Si)デ
バイスに基づくLCD、もう1つは多結晶性ケイ素(p
oly−Si)デバイスに細分できる。MIMまたはa
−Siタイプの基板の必要条件は、STN用途に類似し
ている。コーニングコード7059シートガラスは、非
常に低いナトリウム含有量、すなわち、0.1 重量%未満
のNa2 O、寸法精密性、および商業的有効性のために
好ましい基板である。しかしながら、poly−Siか
ら形成したデバイスは、a−Si TFTを用いたデバ
イスよりも高い温度で加工される。600°−800 ℃(ガ
ラスの歪点より25℃低いとみなす)の使用温度に耐えら
れる基板が求められる。必要とされる実際の温度は、T
FTの製造に用いられる個々の工程により決まる。蒸着
ゲート誘電体を有するそれらのTFTは600 °−650 ℃
を必要とし、一方熱酸化物を有するTFTは約800 ℃を
必要とする。a−Siおよびpoly−Si工程の両方
が、連続の写真平板パターンの正確なアラインメントを
必要とし、それは、基板の熱収縮が低く保持されること
を必要とするからである。それらの温度により、処理中
のシートの熱変形を避けるために、ソーダ石灰石英ガラ
スおよびコーニングコード7059ガラスより高い歪点
を示すガラスの使用が必要となってきた。理解されるよ
うに、歪点が低ければ低いほど、この寸法変化は大きく
なる。このようにして、600 ℃より高い温度、好ましく
は650℃より高い温度でのデバイス処理中に、熱変形
が最少とされるように、高い歪点を示すガラスを開発す
る多くの研究が行なわれている。
ボー、Jr.)は、LCDの基板のニーズを完全に満た
すためにガラスが有していなければならないと考えられ
る4つの特性を記載している。
属がトランジスターマトリックス中に移行するようなこ
とを避けるために、意図的に加えられるアルカリ金属酸
化物を実質的に含んではならない。
ス蒸着工程(TFT matrix deposition process)中に
用いられる試薬に耐えられるように、十分な化学的耐久
性を有していなければならない。
イ素の間の膨脹の不整合は、基板の処理温度が上がって
も、比較的低含有量に保持されなければならない。
いシート状に製造できるようでなければならない、すな
わち、必要な表面仕上げを確保するために大規模なすり
および研磨を必要としてはならない。
および米国特許第3,682,609 号(ドカーティー)に記載
のオーバーフローダウンドロー(overflow downdraw )
シート製造工程のような、実質的に仕上げを施したガラ
スシートを製造できるシートガラス製造工程を必要とす
るので、この最後の必要条件を満たすのは最も困難であ
る。その工程には、液相線温度での非常に高い粘度と、
溶融温度と形成温度での失透に対する、例えば30日の長
期安定性を示すガラスを必要とする。
Dの製造に現在用いられている。そのガラスは、重量パ
ーセントで、約50%のSiO2 、約15%のB2 O3 、約
10%のAl2 O3 、および約24%のBaOから実質的に
なり、名目上アルカリ金属酸化物を含まず、約46×10-7
/℃の線熱膨脹係数(25°−300 ℃)および液相線温度
での600,000 ポアズ(6×104 Pa・s)を超える粘度
を示す。ガラスの高液相線粘度(high liquidus viscos
ity )により、オーバーフローダウンドローシート処理
技術によりそのガラスをシートに引くことができるが、
比較的低い歪点(〜593 ℃)は、a−Siデバイスのみ
を処理するのに適しており、poly−Siデバイスに
は適していない。
は、poly−Siデバイスの製造に使用するための必
要条件を満たすように設計されており、この必要条件に
は、オーバーフローダウンドローシート処理技術により
シートに形成できること、およびケイ素の線熱膨張係数
によく整合するような、約36.5×10-7/℃(25°−300
℃)という低い線熱膨張係数を有することが含まれ、こ
れにより、シリコンチップを直接ガラスにシールできる
が、そのガラスの歪点は650 ℃より低い。
r.)のガラスはまた、LCD基板のために考えられた
が、失透に対する長期安定性は、オーバーフローダウン
ドローシート処理技術に使用するには不十分であると思
われた。
r.)のガラスは、実質的にアルカリ金属酸化物とMg
Oを含まず、655 ℃以上の歪点と液相線温度で1.5 ×10
5 ポアズ(1.5 ×104 Pa・s)より大きな粘度を示
す。このガラスはオーバーフローダウンドローシート処
理技術用に設計されているけれども、失透に対する長期
安定性は、その工程に用いたときに最低限度のものであ
ることが分かり、製造中にガラスにいくらかの結晶が形
成された。また、線熱膨張係数(25°−300 ℃)は一般
的に40代後半から50代前半×10-7/℃の範囲にあり、ケ
イ素の線熱膨張係数(〜35×10-7/℃)と整合させるに
は高過ぎる。
r.)は、高歪点、すなわち675 ℃より高い歪点を示す
が、液相線温度において、オーバーフローダウンドロー
シート処理技術を用いて形成したときに失透するような
比較的低い粘度、すなわち、2000−200,000 ポアズ(2,
000 −20,000Pa・s)を有する他のガラスを開示して
いる。
ー、Jr.)は、675 ℃より高い歪点を示すが、高すぎ
てケイ素との高温整合を達成できない、45−62×10-7/
℃の範囲の線熱膨脹係数(25°−300 ℃)を示す他のガ
ラス組成について記載している。
ス」(COG)と呼ばれる液晶技術における最近の進歩
により、熱膨脹においてケイ素とよく整合する基板ガラ
スに対応するニーズがさらに強調されてきた。したがっ
て、最初のLCDデバイスでは、ドライバーチップを基
板ガラス上には搭載していない。代わりに、シリコンチ
ップを離して搭載し、コンプライアント(compliant )
または柔軟な配線でLCD基板回路部品に接続してい
た。LCDデバイス技術が改良されデバイスが大きくな
ったので、コストと不確かな信頼性のために、これらの
柔軟な取付物が受け入れられなくなった。この状況によ
り、シリコンチップのテープ自動接着(Tape Automatic
Bonding:TAB)へと導かれた。この工程において
は、シリコンチップとチップへの電気接続手段を担体テ
ープ上に搭載し、その副集成部品をLCD基板に直接搭
載し、その後LCD回路部品への接続を完了させた。T
ABはコストを減少させると共に、信頼性を改善し、約
200 μmのピッチまで導体の許容密度を増大せしめた。
これらは全て重要な要素である。しかしながら、COG
はさらに上記3つの要素に関してTABを上回る改良を
提供する。このように、LCDデバイスのサイズと品質
の要件が増加するので、集積回路シリコンチップの使用
に依存するそれらのデバイスのためにCOGが必要とさ
れる。このために、基体ガラスは、ケイ素の線熱膨脹係
数とよく整合する線熱膨脹係数を示さなければならな
い。すなわち、そのガラスは、32−46×10-7/℃、最も
好ましくは32−40×10-7/℃の範囲の線熱膨脹係数(0
°−300 ℃)を示さなければならない。
の温度範囲に亘る32−40×10-7/℃の範囲の線熱膨脹係
数、650 ℃より高い歪点、1200℃以下の液相線温度、約
200,000 ポアズ(20,000Pa・s)より大きい液相線粘
度、95℃での5重量%のHCl水溶液中への24時間の浸
漬後の2mg/cm2 未満の重量損失、溶融温度と形成
温度での失透に対する長期安定性、および1675℃未満で
の約200 ポアズ(20Pa・s)の溶融粘度を示すガラス
の発見に基づくものであり、このガラスは実質的にアル
カリ金属酸化物を含まず、酸化物基準のモルパーセント
で表して、64−70%のSiO2 、9.5 −14%のAl2 O
3 、5−10%のB2 O3 、0−5%のTiO2 、0−5
%のTa2 O5 、0−5%のNb2 O5 、0−3%のY
2 O3 、0−5%のMgO、3−13%のCaO、0−5.
5 %のSrO、2−7%のBaO、および10−20%のM
gO+CaO+SrO+BaOから実質的になる。ガラ
スの電気特性に有害な影響があるため、アルカリ金属酸
化物は最も好ましくは本発明のガラス中にまったく含ま
ない。
スに用いるために望ましい特性を示すガラスを確保する
ために、それらガラスの組成の範囲への執着が、極めて
重要であることが分かった。説明すると:SiO2 の含
有量が64%より低い場合、歪点が低すぎて、酸の攻撃に
対するガラスの耐性が不十分となる。一方で、SiO2
の濃度が70%を超える場合、ガラスは通例のガラス溶融
温度で溶融するのが困難となる。
得るのに重要である。すなわち、Al2 O3 の濃度が9.
5 %より低くなるかまたは14%を超える場合、液相線温
度は1200℃を超え得る。
傾向があり、B2 O3 の含有量が5%未満である場合、
液相線温度は高すぎてしまう。10%より高いB2 O3 の
含有量では、酸の攻撃に対する耐性が犠牲になり、歪点
が低すぎてしまう。
性と物理特性を修正する。しかしながら、その合計が20
%を超えると、線熱膨脹係数が高すぎてしまう。SrO
とBaOは、MgOまたはCaOよりも熱膨脹を上昇せ
しめる。それゆえ、個々に7%を超えない。CaOはま
た、SrOまたはBaOより鈍い割合で、熱膨脹を上昇
せしめるので、その合計は、13%を超えるべきではな
い。MgOは、少ない添加量で液相線温度に有益な効果
を及ぼすが、5%より大きな濃度では、液相線温度は上
昇するように思われる。
iO2 を含有することが有用である。Ta2 O5 の存在
は、ガラスの熱膨張係数を低下せしめるだけでなく、そ
の化学的耐久性を著しく改良する。Nb2 O5 とY2 O
3 は、ガラスの熱膨張係数を減少せしめ、その液相線温
度を低下せしめるように思われる。
有量は、B2 O3 の含有量を超え、最も好ましいガラス
においては、組成は、モルパーセントで表して、65−69
%のSiO2 、10−12%のAl2 O3 、7−10%のB2
O3 、0−3%のTiO2 、0−3%のTa2 O5 、1
−5%のMgO、3−9%のCaO、1−3%のSr
O、2−5%のBaO、および11−16%のMgO+Ca
O+SrO+BaOから実質的になり、比率Al
2 O3 :B2 O3 >1である。そのガラスは、32−40×
10-7/℃の線熱膨張(0°−300 ℃)、1125℃以下の液
相線温度、およびその液相線温度での600,000 ポアズ
(60,000Pa・s)より大きい粘度を示す。
説明する。
る、酸化物基準の重量部で表した多くのガラス組成を記
載している。個々の成分の合計が100 に近いので、全て
の目的に関して、記載した値は重量パーセントを示すも
のと考えてさしつかえない。実際のバッチ成分は、酸化
物、または他のバッチ成分とともに溶融されたときに、
適切な比率で所望の酸化物に転化される他の化合物のい
ずれの材料からなっていてもよい。例えば、SrCO3
およびCaCO3 は、それぞれSrOとCaOの供給源
を提供し得る。
を補助するためにともに完全にタンブル混合し、白金る
つぼに装填した。蓋を乗せた後、るつぼを1600°−1650
℃の温度で運転している炉に移した。不純物と脈理のな
いガラスの製造を確実にするために、2段階溶融方法を
用いた。第1の段階において、バッチを約16時間に亘り
溶融し、撹拌し、次いで微細な流れとして水浴中に注ぎ
入れた。この工程は、ガラス業界において「ドリゲージ
ング」と称する。第2の工程において、ドリゲージング
から細かく粉砕したガラス粒子を約4時間に亘り1600°
−1650℃で再溶融し、この溶融物を両方向(時計回りと
反時計回り)に撹拌し、その後溶融物をスチール板上に
注いで、約18”×6”×0.5 ”(〜45.7×15.2×1.3 c
m)の寸法を有するガラススラブを作成し、それらのス
ラブを約730 ℃で運転しているアニーラーにただちに移
した。
ものであるが、本発明のガラスは、大規模の、商業的な
ガラス溶融装置および成形装置を用いて、溶融および成
形でせきることを理解しなければならない。このよう
に、このガラスは、オーバーフローダウンドローシート
処理技術を用いて薄いシートに引けるように特別に設計
したものである。ここに記載した実験のガラスに関し
て、それぞれ約0−1%および0−0.5 %のヒ素および
/またはアンチモンを各バッチに加えて、清澄剤として
の通常の機能を果たせしめた。ガラス中に残っている少
量の残留物は、ガラスの特性には実質的に影響しない。
り、ガラスについて測定したいくつかの化学特性と物理
特性も列記している。このようにして、×10-7/℃で示
した、0°−300 ℃の温度範囲に亘る線熱膨張係数(E
xp.)、および℃で示した、軟化点(S.P.)、ア
ニール点(A.P.)、および歪点(St.P.)を、
繊維伸び率(fiber elongation)により測定した。HC
l中の耐久性(Dru.)は、5重量%のHCl水溶液
の浴中に95℃で24時間に亘り浸漬した後の重量損失(m
g/cm2 )を測定することにより求めた。
より測定した。標準液相法(standard liquidus metho
d;Liq.)は、粉砕したガラス粒子を白金ボートに
置き、このボートを温度勾配の領域を有する炉中に置
き、このボートを適切な温度領域で24時間に亘り加熱
し、結晶がガラスの内部で現れる最高温度を顕微鏡検査
により測定することにより構成されている。「メルトバ
ック液相線(meltback liquidus )」(M.Liq.)
と呼ばれる第2の方法は、24時間に亘り1000℃の温度に
保持することにより予備結晶化せしめられたガラス試料
を白金ボート中に置き、このボートを勾配炉中の適温領
域で24時間に亘り加熱し、次いで顕微鏡検査によりガラ
スの内部に結晶が観察されない最低温度を測定すること
からなる。一般的に、これらの2つの技術により測定し
た液相線温度は、50℃より大きくは異ならず、「メルト
バック液相線」は典型的に標準液相線温度より高い。
示した表Iと同一のガラス組成を列挙し、その中で、清
澄剤の含有量は、最終ガラス中での存在が小さく、ガラ
スの全体的な特性には実質的な影響を及ぼさないので、
省略した。
有量のSiO2 を有するガラスがいかに高熱膨脹係数と
なり得るかを示している。
した、より深く特徴付けられたガラス組成の第2の群を
記載している。ここでも、個々の成分の合計が100 に近
いので、全ての目的に関して、列挙した値は重量パーセ
ントを示すものと考えてさしつかえない。そして、表I
に記載した組成と同様に、実際のバッチ成分は、酸化
物、またはともに溶融せしめられたときに、適切な比率
で所望の酸化物に転化される他の化合物のいずれの材料
からなっていてもよい。
して、表Iのガラスに概説した実験方法によりガラスス
ラブに造型した。
った2つの追加の測定値とともにいくつかのガラスに行
なった化学特性と物理特性の測定値を列挙している。第
1には、溶融温度[℃で示したMelt](ガラスの溶
融物が200 ポアズ[20Pa・s]の粘度を示した温度と
定義した)を加え、これは高温粘度データに適合したフ
ァルチャーの式(Fulcher equation)を用いて計算し
た。第2には、ファルチャーの式の係数を用いて計算し
た、×100,000 ポアズ(10,000Pa・s)で表した液相
線粘度(Visc)を加えた。記載した液相線温度は、
標準液相線法(Liq)により測定した。最後に、表I
のガラス組成と同様に、ガラスの清澄は、ガラスバッチ
中にヒ素および/またはアンチモンを含有せしめること
により行なった。
した表IIと同一のガラス組成を列挙しており、その中
で、清澄剤による少量の残留物はガラスの全体的な特性
には実質的に影響しないので、清澄剤の濃度は省略し
た。実施例16は実施例6の実験再溶融物である。
が、いくぶん外れている組成を有するガラスを例示して
いる。したがって、実施例28ではSiO2 とBaOの
濃度は高すぎる。実施例29ではSiO2 の含有量は低
く、MgOの含有量は高すぎる。実施例30ではSiO
2 の含有量は低すぎる。実施例31ではSiO2 の量は
低すぎ、CaOの量は高すぎる。
び27は好ましい組成を構成し、化学特性、物理特性、
および溶融特性の全体的な組合せに基づいて、実施例2
1が最も好ましいものである。
Claims (10)
- 【請求項1】 650 ℃より高い歪点、0°−300 ℃の温
度範囲に亘る32−46×10-7/℃の範囲の線熱膨脹係数、
および5重量%のHCl水溶液中への24時間に亘る浸漬
後の2mg/cm2 未満の重量損失を示すガラスであっ
て、該ガラスが、アルカリ金属酸化物を実質的に含ま
ず、酸化物基準のモルパーセントで表して、64−70%の
SiO2 、9.5 −14%のAl2 O3 、5−10%のB2 O
3 、0−5%のTiO2 、0−5%のTa2 O5 、0−
5%のNb2 O5 、0−5%のY2 O3 、0−5%のM
gO、3−13%のCaO、0−5.5 %のSrO、2−7
%のBaO、および10−20%のMgO+CaO+SrO
+BaOから実質的になることを特徴とするガラス。 - 【請求項2】 前記ガラスの液相線温度が1200℃以下で
あることを特徴とする請求項1記載のガラス。 - 【請求項3】 前記液相線温度での前記ガラスの粘度が
約20,000Pa.s(200,000 ポアズ)より大きいことを
特徴とする請求項1記載のガラス。 - 【請求項4】 前記ガラスが、1675℃より低い温度で約
20Pa.s(200 ポアズ)の溶融粘度を示すことを特徴
とする請求項1記載のガラス。 - 【請求項5】 前記ガラスが32−40×10-7/℃の範囲の
線熱膨脹係数を示すことを特徴とする請求項1記載のガ
ラス。 - 【請求項6】 前記ガラスが、65−69%のSiO2 、10
−12%のAl2 O3、、7−10%のB2 O3 、0−3%
のTiO2 、0−3%のTa2 O5 、0−3%のNb2
O5 、0−3%のY2 O3 、1−5%のMgO、3−9
%のCaO、1−3%のSrO、2−5%のBaO、お
よび11−16%のMgO+CaO+SrO+BaOから実
質的になり、比率Al2 O3 :B2 O3 >1であること
を特徴とする請求項1記載のガラス。 - 【請求項7】 前記ガラスの液相線温度が1125℃以下で
あることを特徴とする請求項6記載のガラス。 - 【請求項8】 前記液相線温度での前記ガラスの粘度が
60,000Pa.s(600,000 ポアズ)より大きいことを特
徴とする請求項6記載のガラス。 - 【請求項9】 請求項1から8いずれか1項記載のガラ
スを用いたフラットパネルディスプレー用の基板。 - 【請求項10】 「チップ−オン−ガラス」技術を利用
してシリコンチップをガラス上に直接搭載できることを
特徴とする、請求項5または6記載のガラスを用いたフ
ラットパネルディスプレー用の基板。
Applications Claiming Priority (4)
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US856093A | 1993-01-22 | 1993-01-22 | |
US008560 | 1993-01-22 | ||
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US155483 | 1993-11-22 |
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JPH06263473A true JPH06263473A (ja) | 1994-09-20 |
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