JPH1143347A

JPH1143347A - 基板用のガラス組成物

Info

Publication number: JPH1143347A
Application number: JP19750597A
Authority: JP
Inventors: Takashi Maeda; 敬前田; Yasumasa Nakao; 泰昌中尾
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1997-07-23
Filing date: 1997-07-23
Publication date: 1999-02-16

Abstract

(57)【要約】【課題】傷がつきにくい基板用ガラス組成物を得る。【解決手段】実質的に重量％で、ＳｉＯ₂ ：５３〜５９
未満、Ａｌ₂ Ｏ₃ ：５〜１０未満、ＭｇＯ：０〜９、Ｃ
ａＯ：０．５〜１１、ＳｒＯ：０〜６、ＢａＯ：０〜
５、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ：３〜１９、Ｎａ
₂ Ｏ：０〜９、Ｋ₂Ｏ：１０〜２１、Ｎａ₂ Ｏ＋Ｋ₂
Ｏ：１０〜２２、ＺｒＯ₂ ：０．５〜１０．５で比重が
２．６未満である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フラットディスプ
レイパネル、特にプラズマディスプレイパネル（ＰＤ
Ｐ）に用いる基板用ガラス組成物に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＰＤＰは一般的に、基板ガラス上に金属
電極、絶縁ペースト、リブペースト等を５５０〜６００
℃程度の最高温度で焼成した後、対向板と周囲をフリッ
トシールすることにより製造される。従来、このための
基板ガラスとして建築用または自動車用として広く用い
られるソーダ石灰ガラスが一般的に用いられてきた。

【０００３】しかし、ソーダ石灰ガラスのガラス転移点
は５３０〜５６０℃であるため、上記の最高温度で熱処
理を受けると基板ガラスが変形または収縮し、寸法が著
しく変化するため、対向板との電極位置合わせを精度良
く実現することが難しいという課題があった。特に、生
産性の高いベルト炉のような連続式の焼成炉を使用して
製造する場合、焼成中にガラス板の先端と後端で温度差
がつき、ガラス板が前後に非対称な寸法変化を起こすと
いう問題があった。

【０００４】このガラス基板の熱変形または熱収縮の問
題を解決するため、熱膨張係数がソーダ石灰ガラスと近
く、ガラス転移点、歪点が高いガラスが知られている
（特開平３−４０９３３号、特開平７−２５７９３７
号）。このようなガラスを用いると、連続式の焼成炉で
ＰＤＰ製造の熱処理を行っても、ソーダ石灰ガラスで問
題となるような前後に非対称な寸法変化を起こしにくい
ため、高い精度でパネルを焼成できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、近年のＰＤＰ
の大型化により、製造工程でのハンドリングがますます
困難になってきている。特に、大型基板は自重により大
きな曲げ応力を受けることが多いため、わずかな傷の存
在が、製造工程での割れにつながる。また、すでに提案
されている組成は、比重が大きく、部材の軽量化が困難
であるという問題もある。

【０００６】さらに、ＰＤＰに要求される画面の解像度
が高まるにつれ、ガラス基板に許容される寸法変化の最
大値はますます厳しくなりつつあり、さらにガラス転移
点が高いガラスが求められている。

【０００７】本発明の目的は上記欠点を解決し、高いガ
ラス転移点を有し、かつ熱膨張係数がソーダ石灰ガラス
と同等であるとともに、傷がつきにくく製造工程で割れ
にくい基板用ガラス組成物を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、実質的に重量
表示で、ＳｉＯ₂ ５３〜５９％未満、Ａｌ₂ Ｏ₃ ５〜１０％未満、ＭｇＯ０〜９％、ＣａＯ０．５〜１１％、ＳｒＯ０〜６％、ＢａＯ０〜５％未満、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ３〜１９％、Ｎａ₂ Ｏ０〜９％、Ｋ₂ Ｏ１０〜２１％、Ｎａ₂ Ｏ＋Ｋ₂ Ｏ１０〜２２％、ＺｒＯ₂ ０．５〜１０．５％、からなり、比重が２．６未満である基板用ガラス組成物
である。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明のガラスの組成について以
下に説明する。ＳｉＯ₂ はガラスの骨格をなす成分であ
る。含有量が５３重量％（以下％と表記する）未満では
耐熱性が劣り、また傷つきやすくなる。他方、５９％以
上では熱膨張係数が小さくなりすぎる。

【００１０】Ａｌ₂ Ｏ₃ はガラス転移点を上げ、耐熱性
を向上させるため５％以上添加される。この観点では、
７％以上含有することが好ましい。他方、１０％以上で
はガラスの熔解性が低下する傾向がある。

【００１１】ＭｇＯは必須ではないが、ガラスの熔解時
の粘性を下げ、熔解を促進するため添加することができ
る。この場合は、０．５％以上添加されることが好まし
い。特に、２％以上含有することが好ましい。他方、９
％超では熱膨張係数が大きくなり、かつ傷つきやすくな
る傾向がある。この観点で、好ましくは、７％以下であ
る。

【００１２】ＣａＯはガラスの熔解時の粘性を下げ、熔
解を促進するため０．５％以上添加される。２％以上含
有することが好ましい。他方、１１％超では熱膨張係数
が大きくなり、かつ傷つきやすくなる傾向がある。ま
た、失透温度が上がり、フロート法による成形温度（例
えば、１０⁴ ポイズの粘性を有する温度）を超えやすく
なるので、フロート法による成形が困難になるおそれが
ある。この観点では、好ましくは９％以下である。

【００１３】ＳｒＯは必須成分ではないが、ガラスの熔
解時の粘性を下げ、熔解を促進する効果があるので添加
できる。しかし、６％超では傷つきやすくなるおそれが
ある。好ましくは、４％以下、特に好ましくは２％以下
である。

【００１４】ＢａＯは必須成分ではないが、ガラスの熔
解時の粘性を下げ、熔解を促進する効果があるので添加
できる。しかし、５％以上では傷つきやすくなるおそれ
がある。好ましくは３％以下、特に好ましくは２％以下
である。

【００１５】ＳｒＯとＢａＯの含有量は、ガラスが傷つ
きやすくなりすぎるのを抑制するため、合量で４％以下
であることが好ましい。特に好ましくは３％以下であ
る。

【００１６】ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯの含
有量は、ガラスの熔解時の粘性を下げ、熔解しやすくす
るため合量で３％以上である。熔解をより容易にするた
め、８％以上含有することが好ましく、特に好ましくは
１０％以上である。他方、合量で１９％超ではガラスが
傷つきやすくなり、また失透温度が高くなる。この観点
で、好ましくは１７％以下、特に好ましくは１６％以下
である。

【００１７】Ｎａ₂ Ｏは必須ではないが、ガラスの熔解
時の粘性を下げ、熔解を促進する効果があるため含有で
きる。この場合は１％以上含有することが好ましい。他
方、９％超では熱膨張係数が大きくなりすぎ、また、化
学的耐久性やガラス転移点が低下し、電気抵抗が小さく
なるおそれがある。この観点で好ましくは５％以下であ
る。

【００１８】Ｋ₂ Ｏはガラスの熔解時の粘性を下げ、熔
解を促進する作用があり、かつＮａ₂ Ｏほどは、化学的
耐久性の劣化やガラス転移点の低下をを生じない成分で
あるので、１０％以上含有される。他方、２１％超では
熱膨張係数が大きくなりすぎ、化学的耐久性が低下す
る。

【００１９】Ｎａ₂ ＯとＫ₂ Ｏとの含有量はガラスの熔
解時の粘性を下げ、熔解しやすくするため合量で１０％
以上である。好ましくは１２％以上含有される。他方、
合量で２２％超では化学的耐久性が低下し、電気抵抗が
小さくなるおそれが強い。

【００２０】ＺｒＯ₂ はガラス転移点を上げ、また、ガ
ラスの化学的耐久性を向上させる効果があるので、０．
５％以上含有される。好ましくは２％以上含有される。
一方、１０．５％超ではガラスが傷つきやすくなる。こ
の観点で好ましくは５％以下である。

【００２１】本発明によるガラスは上記成分以外にガラ
スの熔解性、清澄性、成形性を改善するため、Ａｓ₂ Ｏ
₃ 、Ｓｂ₂ Ｏ₃ 、Ｐ₂ Ｏ₅ 、Ｆ、Ｃｌを合量で２％以下
添加できる。ここで、Ａｓ₂ Ｏ₃ 、Ｓｂ₂ Ｏ₃ はリサイ
クルを容易にするため、Ｐ₂Ｏ₅ 、Ｆ、Ｃｌはガラス転
移点を高く維持するため、それぞれの含有量は０．５％
以下が好ましく、より好ましくは実質的に含有されな
い、すなわち不純物の程度を超えない。

【００２２】また、ガラスの化学的耐久性の向上のた
め、Ｌａ₂ Ｏ₃ 、ＴｉＯ₂ 、ＳｎＯ₂を合量で５％以下
添加できる。さらに、Ｆｅ₂ Ｏ₃ 、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｓ
ｅ、Ｎｄ₂ Ｏ₃ 等の着色剤を添加してガラスの色調を調
整できる。この着色剤の含有量は合量で１％以下が好ま
しい。

【００２３】さらに、熔解性を向上するためにＢ₂ Ｏ₃
を添加できる。ただし、過度の添加は、熱膨張係数を低
下させるので１．５％未満とすることが好ましい。フロ
ート法による成形に悪影響を与えないようにするために
は、実質的に添加しないほうがよい場合もある。

【００２４】また、ＺｎＯを熔解性改善のために添加し
てもよいが、５％以上添加すると、フロートバス内で還
元されて欠点を生じるおそれがある。さらに、Ｌｉ₂ Ｏ
を熔解性改善のために添加してもよいが、３％以上添加
するとガラス転移点が低くなるおそれがある。

【００２５】かくして得られる本発明のガラスは比重が
２．６未満であり、より好ましくは２．５５以下であ
る。また、ガラス転移点は好ましくは６００℃以上、よ
り好ましくは、６６０℃以上である。さらに、５０〜３
５０℃の平均の熱膨張係数は好ましくは７５×１０^-7〜
９５×１０^-7／℃の範囲、より好ましくは８０×１０^-7
〜９０×１０^-7／℃の範囲にある。

【００２６】特に、本発明にかかるガラスは脆さ指標値
が７４００ｍ^-1/2以下であることが好ましく、より好ま
しくは、７３００ｍ^-1/2以下である。なお、本発明にお
いて、ガラスの脆さ指標値としてはローンらによって提
案された脆さ指標値Ｂを使用する（B.R.Lawn and D.B.M
arshall,J.Am.Ceram.Soc.,62[7-8]347-350(1979)）。こ
こで、脆さ指標値Ｂは材料のビッカース硬さＨ_V と破壊
靭性値Ｋ_C から式（１）により定義される。Ｂ＝Ｈ_V ／Ｋ_C （１）

【００２７】本発明で得られるガラスは、ＰＤＰ用基板
として好適である。その分光透過率は４２５〜４７５ｎ
ｍ、５１０〜５６０ｎｍ、６００〜６５０ｎｍの範囲で
それぞれ８５％以上となっていることが好ましい。これ
らの波長範囲での発光が効率的に表示に利用できるから
である。

【００２８】本発明のガラス基板は、例えば次のような
方法で製造できる。すなわち、通常使用される各成分の
原料を目標成分になるように調合し、これを熔解炉に連
続的に投入し、１５００〜１６００℃に加熱して熔融す
る。この熔融ガラスをフロート法により所定の板厚に成
形し、徐冷後切断することによって、透明なガラス基板
を得る。

【００２９】

【実施例】表１に本発明に関する実験例を示す。

【００３０】各成分の原料を目標組成になるように調合
し、白金るつぼを用いて１５５０〜１６５０℃に加熱し
４〜５時間かけて熔融した。熔解にあたっては、白金ス
ターラを挿入し２時間撹拌してガラスの均質化を行っ
た。

【００３１】以上のようにして得られたガラスの脆さ指
標値、平均熱膨張係数、ガラス転移点（一部のものは歪
点も）、比重を以下に示す方法で測定し、表１にガラス
組成とともに示した。また、熔解性を示す指標である粘
性が１０² ポイズとなる温度Ｔ(logη=2) 、フロート成
形のしやすさを示す指標である粘性が１０⁴ ポイズとな
る温度Ｔ(logη=4) を併せて単位℃で示した。

【００３２】比重：泡を含まない約２０ｇのガラス塊を
アルキメデス法によって測定する。

【００３３】脆さ指標値（単位：ｍ^-1/2）：脆さの指標
をガラスに適用する際の大きな問題は破壊靭性値Ｋ_C が
正確に評価しにくいことである。しかし、本出願人は、
いくつかの手法を検討した結果、ビッカース圧子を押し
込んだときにガラス表面に残る圧子の痕の大きさと痕の
四隅から発生するクラックの長さとの関係から脆さを定
量的に評価できることを見いだしている。その関係は式
（２）により定義される。ここで、Ｐはビッカース圧子
の押し込み荷重であり、ａ、ｃは、それぞれ、ビッカー
ス圧痕の対角長および四隅から発生するクラックの長さ
（圧子の痕を含む対称な２つのクラックの全長）であ
る。各種ガラスの表面に打ち込んだビッカース圧痕の寸
法と式（２）を用いて、脆さ指標値を評価する。ｃ／ａ＝０．００５６Ｂ^2/3 Ｐ^1/6 （２）

【００３４】平均熱膨張係数（単位：×10^-7／℃）：示
差熱膨張計を用いて、石英ガラスを参照試料として室温
から５℃／分の割合で昇温した際のガラスの伸び率を測
定する。測定はガラスが軟化してもはや伸びが観測され
なくなる温度（屈伏点）まで行い、５０〜３５０℃の平
均の線熱膨張係数を算出した。

【００３５】ガラス転移点（単位：℃）：熱膨張曲線に
おける屈曲点をガラス転移点とした。

【００３６】表より明らかなように、本発明によるガラ
ス組成物の脆さ指標値は、７４００ｍ^-1/2以下であり、
傷がつきにくい。熱膨張係数は７５×１０^-7〜９５×１
０^-7／℃の範囲にあり、従来ＰＤＰ用基板として用いら
れていたソーダライムガラスの熱膨張係数と同程度であ
るため、同種のフリット材料を使用できる。また、ガラ
ス転移点は、いずれも６００℃以上であり、大型ＰＤＰ
の製造において、ガラスが変形したり収縮したりする等
の問題がない。比重は２．６未満であり、部材の軽量化
が容易である。

【００３７】

【表１】

【００３８】

【発明の効果】本発明によるガラスは、傷がつきにく
く、耐熱性が高く、かつソーダ石灰ガラスと同等の熱膨
張係数を有するので、ＰＤＰ用基板等、かかる特性を要
求する用途に好適である。また、比重が小さいので、部
材の軽量化が容易である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】実質的に重量表示で、ＳｉＯ₂ ５３〜５９％未満、Ａｌ₂ Ｏ₃ ５〜１０％未満、ＭｇＯ０〜９％、ＣａＯ０．５〜１１％、ＳｒＯ０〜６％、ＢａＯ０〜５％未満、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ３〜１９％、Ｎａ₂ Ｏ０〜９％、Ｋ₂ Ｏ１０〜２１％、Ｎａ₂ Ｏ＋Ｋ₂ Ｏ１０〜２２％、ＺｒＯ₂ ０．５〜１０．５％、からなり、比重が２．６未満である基板用ガラス組成
物。
【請求項２】脆さ指標値が７４００ｍ^-1/2以下である請
求項１記載の基板用ガラス組成物。
【請求項３】ガラス転移点が６００℃以上である請求項
１または２記載の基板用ガラス組成物。
【請求項４】請求項１、２または３記載の基板用ガラス
組成物からなる基板を有するプラズマディスプレイパネ
ル。