KR100509726B1 - 알칼리 금속이 없는 알루미노보로실리케이트 유리와 그의 이용 - Google Patents

알칼리 금속이 없는 알루미노보로실리케이트 유리와 그의 이용 Download PDF

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Abstract

알칼리 금속이 없는 알루미노보로실리케이트 유리는 다음과 같은 조성을 갖는 것으로 기술되어진다. (산화물을 기준 중량 %)
SiO2 57-60; B2O3 6.5 - 9.5; Al2O3 14 - 17.5; MgO 5 - 8; CaO 1 - 4; SrO 5 - 8; BaO 0 - 3.5; with MgO + CaO + SrO + BaO 15 - 17; ZrO2 0.4 - 1.5; TiO2 0.4 - 1.5; CeO2 0.1 - 0.5; SnO2 0.2 - 1.
이 유리는 특히 디스플레이 기술에서 기판유리로 사용되는데 적당하다.

Description

알칼리 금속이 없는 알루미노보로실리케이트 유리와 그의 이용
본 발명은 디스플레이 기술에서의 이용을 위한 알칼리 금속이 없는 알루미노보로실리케이트 유리에 관한 것이다.
디스플레이 기술에서 예를 들면 평판 디스플레이의 전면스크린으로서 사용되는 유리에 관한 요구사항들은 더불유. 에이취. 덤바우, 피.엘.복코 와 에프.피. 휄너(W.H. Dumbaugh, P.L. Bocko and F.P. Fehlner)에 의하여 명백히 기술되었다("High-Performance Glasses" 에서의 "Glasses for flat-panel displays", ed.M.Cable and J.M. Parker, Blackie and Son Limited, Glasgow and London, 1992). 이러한 유형의 적용시 이용 가능한 유리들은 또한 1994년 코닝 연구소의 제이.씨.랩,피.엘.복코와 제이.더불유. 넬슨(J.C. Lapp, P.L. Bocko and J.W.Nelson)에 의한 "Advanced glass substrates for flat panel displays" 라는 기사에서 검토된 바 있다. 평평한 유리기판에 요구되고 시스템의 이미징 특성들의 정확성에 결정적인 영향을 미치는 성질들의 질은 한편으로는 직접적으로 유리의 조성에 의하여, 다른 한편으로는 유리에 대한 특이한 성질들을 조정하는 생산, 가공 및 성형방법과 그것들의 설비에 의하여 결정된다. 예를들면 두께 프로파일 매개변수(thickness profile parameters)와 평탄도 매개변수(planarity parameters), 흔히 유리의 조성 또는 성질들에 의하여 제한되는 방법의 적용성 등이 그것이다.
보로실리케이트 유리들은 기술적으로 유리응용에 관한 분야에서 지배적인 역할을 하고 있다. 특히, 이들은 주기적이고 차동 열부하(differential thermal loads)가 주어질때 높은 안정성과 낮은 열팽창, 그리고 침식성 시약과 매질에 대한 우수한 내성에 의하여 구별되어 진다.
따라서 보로실리케이트 유리들은 원칙적으로 디스플레이 기술에서 기판유리로 사용되는 것이 관심사 이지만, 매트릭스 액체 디스플레이(AMLCDs)와 같은 디스플레이 생산 공정과 요구되는 응용들은 이들 유리의 아주 특별한 성질 프로파일(profile)을 요구한다;
- 다결정 실리콘(polycrystalline)에 맞추어진 열팽창율 α20/300 = 3.5 - 3.8 × 10-6 /K
- 생산중인 유리의 높은 열가공과 기하학적 안정도, 특히 냉각 상태에서 낮은 응축성을 보증하기 위하여 점성도 1014.5dPas에서 적어도 650℃의 온도
- 미세하게 조직된 박막 트랜지스터가 반도체 층으로 확산되는 알칼리 금속이온에 의해 못쓰게 되는 것을 피하기 위해 알칼리 금속이 없는 유리조성, 최대 알칼리 금속 산화물의 함량은 ΣR2O=1000ppm까지 허용된다.
- 미세 조직화 과정에서 사용된 시약과 매질에 대한 충분한 화학적, 수성, 산성 그리고 알칼리성의 내성
- 특히 큰 스크린 형식의 경우에 디스플레이의 전체 중량을 낮게 유지하기 위해서 비교적 낮은 밀도, 즉 ρ≤2.60 g/㎤
또한 유리 스크린의 시각적인 품질, 즉 결정 함유물, 매듭과 거품의 부존재에 의한 품질은 매우 좋아야 한다.
이러한 복잡하고 광범위한 요구 조건의 프로파일은 알칼리 토금속 알루미노보로실리케이트 유리 세부족으로부터 보로실리케이트 유리들에 의하여 가장 잘 만족된다. TFT AMLCD용으로 알려진 상용 유리들은 이러한 유형의 유리에 속한다; 이하에서 논의된 특허 또는 특허 출원중인 유리는 또한 이러한 종류를 대표한다. 하지만 디스플레이용으로 현재 알려진 모든 유리들은 여전히 불리한 점들이 있으며 요구조건 전체를 만족시키지는 않는다.
미국 특허 공보 제 5,506,180호는 TFT 디스플레이 유리로 사용되는 것들 중에서 열적으로 안정되고 화학적으로 내성이 있는 유리를 기술하고 있다. 10% 또는 그 이상의 높은 B2O3의 함량과 비교적 낮은 SiO2함량(46-56%) 때문에 이러한 유형의 유리들은 염산에 충분히 견디지 못한다. 게다가 플루오르화수소산을 포함한 용액에 대한 그들의 내성은 보통 정도일 뿐이다. 다결정 실리콘에 있어서 열팽창의 매칭은 충분하지 못하다. 1150℃ 보다 낮은 가공온도 VA는 너무 낮아서 플로트공법(float process)에 대한 대안으로써 마이크로시트 다운-드로 공법(microsheet down-draw method)과 오버플로 융합 공법(overflow fusion method)과 같은 드로잉공법(drawing methods)을 사용하는 것은 가능하지 않다. 또한, 642℃ 이하의 특정된 스트레인 포인트(strain points)는 너무 낮아서 응축이 거의 없다고 보장할 수 없다.
유럽 특허 공보 EP 510 544 B1은 플로트 공법에서 만들어 질 수 있고 다양한 디스플레이와 사진 마스크에 있어서의 기판에 사용되고 있는 알칼리 금속이 없는 유리를 기술하고 있다. 그 유리들은 BaO 와 MgO가 없고 단지 낮은 수준의 B2O3를 함유하고 있다. 4.5-6.0×10-6/K에서 그들의 열팽창은 다결정 실리콘에 있어서 잘 만들어진 고품질 TFT 디스플레이 유리의 요구 조건들을 충족 시키는데 더이상 충분하지 못하다.
유럽 특허 공보 EP 527 320 B1호는 스트론튬 알루미노실리케이트 유리 기판을 가지고 있는 평판 디스플레이 장치들을 기술하고 있다. 실투현상(투명상실; devitrification)에 대한 높은 안정성을 갖고 있는 유리들의 성분은 오버플로 퓨전드로공법(overflow fusion draw method)으로 만들어지기 때문에 특히 적합성에 맞게 되어 있는 것처럼 보인다. 그 유리들의 밀도와 열팽창 계수는 너무 높다.
일본 특허 공보 JP 8-295530 A호는 높은 B2O3의 함량(15 중량 %까지) 때문에 염산에 대한 안정성이 낮아진 알칼리 금속이 없는 유리 기판들에 대해서 기술하고 있다.
PCT 출원 국제 공보 WO 97/11919와 WO 97/11920 또한 알칼리 금속이 없는 유리 기판들에 대해서 기술하고 있다. 그것들은 MgO가 없거나 낮은 수준이다. 또한 각기 ZnO와 TiO2를 5 중량 %까지 함유하고 있을 수도 있다. ZnO는 플로우트 배스(float bath)의 유리 표면으로부터 증발해서 결국 응축되려는 경향 때문에 유리결함을 일으킬 수 있다. 보통의 원료에 항상 존재하는 Fe3+은 Ti4+ 를 가지는 갈색 화합물을 형성하기 때문에 통상적인 원료가 사용되면 높은 TiO2 함량은 유리에 갈색빛이 생기게 될 수 있다.
유럽 특허 공보 EP 714 862 A1호는 TFT 평판 디스플레이에 사용되는 알칼리 금속이 없는 유리를 기술하고 있다. 도시된 실시예들은 매우 양호한 디스플레이 특성을 나타내고 있는데, 예를 들면 열팽창, 스트레인(strain) 포인트 또는 염산 안정성에 있어서 그러하다. 하지만 용해방법 및 정제방법 뿐만 아니라 플로팅방법에 결정적인 기술적 영향을 미치고, 너무 높은 고정 온도 T(logη=4)=1310-1350℃ 와 T(logη=2)=1710-1810℃ 에서 증명 되듯이 유리의 점성거동은 적절한 "플로팅 (floating)"의 생산과정에 바람직하지 않다고한다. 높은 SiO₂성분을 가지는 이러한 유형의 고점성 알루미노실리케이트 유리에 있어서 효율적인 정제는 많은 문제점이 있다. 따라서 이 유리들은 시각적 품질 면에서 필수적인 고도의 요구들을 충족시키지 않는다.
유럽 특허 공보 EP 672 629 A2호 또는 미국 특허 공보 US 5,508,237호는 평판 디스플레이를 위한 알루미노실리케이트유리를 기술하고 있다. 그것들은 다른 열팽창 계수를 가진 다양한 조성 범위를 나타낸다. 이 유리들은 오버플로어 퓨전드로 공법 뿐만 아니라 다른 평판 유리 생산공법으로 가공할 수 있다고 한다. 하지만, 특히 다결정 Si에 맞추어진 열팽창 계수를 가지는 이 유리들은 아주 높은 가공온도 VA를 가지는데, 이것은 유리들을 플로우트 가공에 적절하지 않게 만든다. 위에서 기술된 유리의 경우와 같이 효과적인 정제 방법, 특히 플로우트 가공과 양립되는 것이 주어지지 않기 때문에 여기에서도 시각적 품질은 높지 않다. 예로써 언급된 정제성분 Sb2O3와 As2O3는, 용이하게 환원될 수 있기 때문에 플로우트 공법에는 적당하지 않다. 이는 임의의 유리성분 Ta2O5와 Nb2O5의 경우에도 마찬가지 이다.
일본 특허 공보 JP 9-48632 A에서도 TFT AMLCD 에 대한 알칼리금속이 없는 유리기판에 있어서도 단지 SiO2, B2O3, MgO 와 BaO 가 유리에 존재하기 때문에 그 시각적품질은 높지 않다.
독일 특허 공보 DE 38 08 573 C2는 SnO2를 함유하고 녹이기 쉽고 경제적으로 정제될 수 있는 알칼리 금속이 없는 알루미노실리케이트 유리를 기술하고 있다. 이 유리들은 높은 화학적 안정성을 보여준다. 그들은 사진용 마스크 유리로 사용된다. 4.0×10-6/K에서 그들의 열팽창 거동은 다결정 실리콘의 그것에 최적으로 맞추어 지지는 않는다. 그들은 B2O3가 없고 동시에 높은 Al2O3 함량을 가지고 있기 때문에 그 유리들은 평판 유리 생산 공정에 바람직하지 않은 온도/점성 프로파일(profile)을 가진다.
독일 특허 공보 DE 196 17 344 C1은 출원인 회사 이름으로 또한 SnO2를 함유하는 알칼리 금속이 없는 유리를 기술하고 있다. 그 유리들은 비교적 낮은 수준의 SiO2 와 높은 수준의 Al2O3 성분을 가지고 있다. 약 3.7 ×10-6 /K의 열팽창율과 매우 좋은 화학적 안전성으로 인하여, 이 유리들은 디스플레이 기술에 사용하기에 적합하다. 하지만 드로 공법(draw method) 뿐만 아니라 플로우트 공법(float method)으로 그것들을 경제적으로 만드는 것에 관한, 즉 보편적으로 제조할 수 있는 것에 관한 개선의 필요성이 여전히 있다. 이것은 그 출원인 회사의 명의로된 독일 특허 공보 DE 196 036 98 C1의 유리에 관해서도 마찬가지이다.
본 발명의 목적은 플로우트 공법(float method) 또는 드로 공법(draw method; 업-드로(up-draw) 및 다양한 다운-드로(up-draw) 공법들) 과 같은 다양한 평판 유리 제조 공법들이 다양한 TFT 디스플레이 유형들에 대한 특정 적용 프로파일(profile)에 따라 생산하는 데 채택될 수 있도록 하기 위해서, 적정한 가공 온도와 높은 실투현상에 대한 안정성을 갖는 현대 TFT 디스플레이 유리기판에 있어서 물리, 화학적 요구 조건들을 충족시키는 유리를 제공하는 것이다. 따라서 생산될 수 있는 두께는 30㎛ 내지 수㎜의 범위에서 변화한다. 이러한 유형의 유리들은 쉽게 녹을 수 있고 정제될 수 있어야 하며, 따라서 점성 102.0 dPas 에서 비교적 낮은온도, 즉 1600 - 1630℃의 온도를 가져야 한다.
내부 유리 품질을 손상시킬 수 있는 붕산 아연, 붕산 납, 바륨 알루미노보레이트와 같은 고휘발성 붕산 화합물의 형성은 피해야 하며, 적어도 최소화 하여야 한다.
마이크로시트(microsheet) 다운-드로 공법(MDD method)을 사용하며 30㎛ 과 50㎛ 사이의 두께에서 마이크로쉬트를 생산하기 위해서, 유리는 매우 높은 실투현상에 대한 안정성을 가져야 하는 동시에 특정 가공온도 VA를 가져야 한다. 적절한 가공온도는 104 dPas의 점성에서 1230℃ 내지 1260℃의 온도이다. 실투현상 안정성(devitrification stability) 또는 결정화 안정성(crystallization stability)에 대한 하나의 특성은 최대 결정 성장율 VMAX [㎛/h]이다. 그것은 가장 넓게 관측되는 형성된 결정의 성장길이를 가리킨다; 즉 온도 T에 대한 결정 성장율 V의 선도에서 VMAX는 최대 결정(KGMAX) 성장 온도에서의 성장율에 해당한다. VMAX가 작아 질수록 결정의 체적은 점점 덜 형성된다. 이 경우에 VMAX는 10㎛/h 정도일 것이다.
특히 큰 포맷으로 마이크로 플로우트법을 사용하여 디스플레이용 유리판넬을 생산하기 위해서, 점성도 104 dPas에서 온도는 1230℃과 1280℃ 사이에 있어야 한다. As2O3, Sb2O3, P2O5, BiO3, PbO, CdO 그리고 ZnO와 같이 쉽게 환원 될 수 있는 유리 성분들은 그것들이 플로우트 배스(float bath)에서 조건을 줄이게 되면 기본 상태로 되고, 또한 회색의 금속 표면 반사 혹은 다른 미세 표면의 결함을 일으키기 때문에 유리조성에 포함되지 않아야 한다. 결정화 안정도의 조건들은 앞서 언급한 MDD법과 같이 높지는 않다. 따라서 30㎛/h 이하의 VMAX가 여전히 충분하다.
다운-드로 법(down-draw method)인, 오버플로우 퓨전법(overflow fusion method)으로 0.5 mm에서 1.1㎜ 사이의 두께를 갖는 매우 평평하고 얇은 유리 판넬을 생산하기 위해서, 유리는 특히 높은 실투현상에 대한 안정성을 가져야 하며, 즉 최대 10㎛/h의 VMAX, 그리고 바람직하게는 단지 최대 5㎛/h 에서도, 그리고 실투현 상의 상한에서도 안정성을 가져야하고, 또는 액상선 온도(Tliquidus), 다시 말하면 형성된 결정이 용해될 온도는 가능한 한 가공온도 VA보다 훨씬 낮아야 한다. 이경우에 VA는 1240℃ 와 1320℃ 사이에 있어야 한다. 선행 기술에 의하면 큰 차이 Va-Tliquidus를 달성하기 위하여, VA는 이러한 유형의 유리에 대해서는 다소 높다. 그러나 이것은 높은 가공 온도가 유리 생산에서 주요 에너지 비용을 증가시키고 내화물의 부식을 촉진시키기 때문에 불리하다. 따라서 낮은 용액 온도가 바람직하다.
여기에서 기술된 방법들과 상관없이 VA는 가능한 한 1280℃ 를 초과하지 않아야 한다.
앞서 언급한 목적은 특허 청구범위 1 따르는 유리에 의해 달성된다.
본 발명에 따르면 SiO2, B2O3 그리고 Al2O3의 세가지 유리 형성 성분들이 좁게 한정된 함량 내에 존재하며, 따라서 서로에 대해 좁은 비율 내에 존재한다: SiO2 수준은 상대적으로 높은데, 특히 최소한 57 중량 %, 그러나 최대 60 중량 % 이다. Ba2O3의 함량은 다소 낮고, 최소한 6.5 중량 % 그리고 최대 9.5 중량 % 이다. 9 중량 % 미만의 한정이 바람직하다. Al2O3 의 함량은 단지 14 중량 % 와 17.5 중량 % 사이에서 변화 하여야 하며, 바람직하게는 14 중량 % 내지 17 중량 % 이다. 단지 이러한 방식으로만 3.5 내지 3.8×10-6 /K 의 범위의 요구되는 낮은 열팽창계수 α20/300와 동시에 2.6 g/㎤ 이하의 낮은 밀도 ρ 를 달성할 수 있게 된다. 유리 구조에서 B2O3 와 Al2O3 의 상호영향 때문에, 원하는 좋은 화학적 및 결정화 안정도는 앞서 언급한 좁은 범위의 B2O3 함량 내에서 단지 달성될 수 있다. B2O3 함량이 낮아질수록 유리는 실투현상에 점점 더 민감해지고 배위수 5와 6을 갖는 알루미늄 원자들의 배위수에 직접 영향을 미쳐서 이를 증가 시킴으로써 열팽창을 증가 시킨다. B2O3 와 Al2O3 함량이 너무 높으면 염산에 대한 저항성이 감소된다.
알칼리 토금속 산화물은 최소 총 15 중량 % 로 유리에 존재한다. 더 낮은 함량에서는 용융 및 형성에 요구되는 점성도에서의 온도가 너무 높게된다. 알칼리 토금속 산화물의 작은 양이온과 큰 양이온 사이에서의 균형 비율은 작은 양이온의 수가 우세하다는 조건 하에 가공온도에 긍정적인 영향을 미친다. 따라서 유리는 5-8 중량 % 의 MgO, 0 - 3.5 중량 % 의 BaO를 함유하고, 2 - 3.5 중량 % 의 BaO가 선호 되며, 1 -4 중량 % 의 CaO 와 5 -8 중량 % 의 SrO 를 함유한다. 이 경우에 MgO, CaO, SrO 와 BaO의 총수준은 17 중량 % 로 제한되어야 하는데, 그렇지 않으면 화학적 내성이 다시 감소하기 때문이다.
유리의 밀도를 낮게 유지하기 위해서는 BaO 보다 SrO를 사용하는 것이 바람직하다. 무거운 산화물 BaO 와 SrO가 완전히 제거 된다면 또는 그들의 함량이 충분히 낮아진다면, 유리는 더욱 투명성을 잃기 쉬우며, 그리고 변태온도 및 점성도 1014.5 dPas 에서의 온도는 감소될 것이다.
BaO와 SrO의 수준이 과도하게 높으면 가공온도는 용납하기 어려울 정도로 높아질 것이다.
높은 수준의 BaO를 포함하는 유리는 드로 법(draw method)을 사용하여 가공하는 것이 좋은 반면에, BaO가 없는 유리와 BaO의 수준이 낮은 유리는 플로우트 법(float method)을 사용하여 가공하는 것이 더 좋다.
불가피한 불순물은 별 문제로 하고 이 유리는 ZnO와 알칼리 금속 산화물이 없다.
나아가 상기 유리는 0.4 - 1.5 중량 % 의 ZrO2를 함유하고 있다. ZrO2는 화학적 내성을 향상시킨다. 그것의 최대 함량은 낮은 용해도에 의하여 제한된다. 또한 이 유리는 0.4 - 1 중량 % 의 TiO2를 함유하고 있다. 이것은 그렇지 않으면 흔히 발견되는 솔러리제이션(solarization)에 대한 알루미노보로실리케이트 유리의 민감도를 최소화 시킨다. 즉 UV-VIS파로 인한 가시 파장에 있어서 투과의 감소이다.
SnO2 / SnO 의 산화환원 평형 상태의 유리에 존재하는 TiO2와 SnO2의 조합은 특히 이 경우에 효과적이다. 0.2 - 1 중량 % 이고, 계산, 소개된 SnO2 의 존재 때문에, 보통의 원료가 사용되어질 때 피할수 없는 Fe3+ 이온은 줄어든다. 이는, 그렇지 않으면 TiO2 를 함유한 유리에는 흔한 것으로서, 투과에 해를 미치고 Fe3+ 를 포함하는 Ti착물에 기인한 노란색의 착색의 발생을 피하게 된다. 디스플레이 장치의 기판유리로 사용될 때 비교적 오래 사용 되 후에도 이미지가 매우 밝게 되는 것을 보증하는 유리는 이렇게 해서 얻어진다.
앞서 언급한 SnO2 의 함유 이외에도 0.1 - 0.5 중량 %인 CeO2 의 존재는 본 발명에 필수적이다.
본 발명에 의한 유리가 필수적인 높은 시각적 양호도를 나타내기 위해서 SnO2 와 CeO2 의 조합에 의해 SnO2 /SnO 의 산화 환원 평형이 안정화되고 알루미노보로실리케이트 유리에 있어서 아주 좋은 정제효과가 달성된다. 또한 ZrO2와 합성하 는 경우 SnO2 와 CeO2 는 유리의 화학적 내성을 안정화시킨다. CeO2 함량이 높아지면 UV-흡수가 증가되고 흡수차단을 VIS 범위로 이동시킨다.
다른 것들 중에서 정제요소인 As2O3 와 Sb2O3을 사용하지 않는 것이 가능하고 불가피한 불순물은 별도로 하고, 이 유리들은 이들 성분 및 다른 쉽게 환원될 수 있는 성분들 모두가 없기 때문에 이 유리들은 다양한 드로 공법을 사용하여 가공될 수 있을 뿐만 아니라, 플로우트 공법을 사용해서 가공될 수 있다. 후자의 공법이 채용되지 않으면 부가적인 정제요소로서, 상기 유리는 As2O3 그리고/ 또는 Sb2O3 를 1.5 중량 % 까지 포함할 수 있다. 또는 Cl- (예를들어 BaCl2의 형태로), F-(예를들어 CaF2형태로) 또는 SO42-(예를들어 BaSO4의 형태로)의 각각 1.5 중량 % 를 추가하는 것이 가능하다. 하지만 As2O3, Sb2O3, Cl-, F- 와 SO42-의 합은 1.5 중량 % 를 초과하지 않아야 한다.
실시예:
유리는 1620℃에서 보통의 원료 상태로부터 SiO2도가니에서 녹이고 그 용융액은 이 온도에서 한 시간 반 동안 정제된다. 그리고 나서 유도적으로 가열된 플라티늄 도가니에 부어 그것들을 균질하게 하기 위해서 1550℃에서 30분동안 젓는다.
표들은 실시예 1 내지 실시예 5 의 조성과 가장 중요한 특성들을 갖는 본 발명에 따르는 유리들(표1)을 나타내며 그리고 A 내지 J 의 비교예에서는 본 발명에 따르지 않는 유리(표2)들을 나타낸다. 다양한 화학적 내성은 다음과 같이 주어진다: 크기는 70㎜ × 50㎜ × 2㎜이고 모든 면이 닦여진 유리판은 주어진 온도에서 주어진 시간동안 각각의 용액으로 처리되고, 중량 손실(부식)은 ㎎/㎠으로 결정되고 지시된다.
H2O 95℃에서 24시간동안 물로 처리함
HCl 95℃에서 24시간동안 5%의 강 염산으로 처리함
NaOH 95℃에서 6시간동안 5%의 강한 소다액으로 처리함
"BHF" 20℃에서 20분동안 10%의 강한 플루오르화수소산 용액으로 처리함
결정화에 대한 민감도(실투현상에 대한 민감도) 또는 관련된 안정성에 대해 명시된 특징들은 용액의 온도와 최대 결정의 성장율 VMAX 이다.
점성도 104.5 dPas, 1013 dPas, 107.6 dPas, 104 dPas 그리고 102 dPas 에 대한 온도들은 T 14.5 ; T 13; T 7.6; T 4 그리고 T 2 의해 표들에 나타난다.
표시된 유리의 또 다른 성질들은 변태 온도 Tg, 열팽창율α20/300 [10-6/K] 그리고 밀도ρ [g/㎤]이다.
표 1
표 2
비교예의 유리들은 비교적 매우 좋은 개별 특성들을 가지고 있지만, 본 발명에 따른 유리들과 달리, 비교 유리들은 어떤것도 TFT 적용을 위한 디스플레이 기판유리의 전체 요구사항을 충족시키는 것은 없다: 너무 낮은 정도의 B2O3 함유는 실투 현상에서의 안정도를 감소시키고 열팽창을 증가 시킨다(예 A, C-H). 너무 높은 B2O3 와 Al2O3 의 함유는 염산에 대한 내성을 감소시킨다(예 B).
예 I 와 예 J는 큰 알칼리 토금속 이온에 대한 작은 알칼리 토금속 이온의 균형잡힌 비율의 필요성을 나타낸다: 너무 적은 MgO 와 너무 많은 BaO (예 I)를 제외하고 "정확한" 알칼리 토금속 산화물 전체량의 경우, 가공 온도는 매우 높고 특히 플로우트 가공에 대해서 너무 높다. BaO 와 SrO 모두의 부족이 있으면 (예 J), Vmax 는 너무 높고 용액의 온도는 가공 온도보다 높게 된다.
반대로 본 발명에 따르는 좁게 한정된 조성 범위를 갖는 유리는 논의 되어 온 모든 성질들을 겸비하고 있다.
· 그들의 열팽창율 α20/300은 다결정 실리콘에 잘 매칭된다.
· 그들의 밀도는 매우 낮다.
· 그들의 화학적 내성은 뛰어나다.
· 그들은 충분한 솔러리제이션 안정성을 가진다.
· 그들은 양호한 가공온도(VA ≤ 1280℃)를 가진다.
· 점성도 1014.5 dPas 에서의 온도는 적어도 650℃이다.
· 이 유리들은 알칼리 금속이 없다.
· 이 유리들은 매우 좋은 결정화 안정성을 가진다.
· 그들의 온도/점성도 프로파일과 결정화에 대한 낮은 민감도 때문에 그 유리들은 쉽게 환원될 수 있는 성분들이 없는 한, 다양한 드로 공법과 플로우트 공법을 사용하여 가공될 수 있다. 하지만 그것의 매우 특이한 성질 프로파일 때문에 본 발명에 따른 조성 범위를 갖는 특정 유리는 다른 방법보다 더욱 적합하다는 것을 이해해야 한다. 이 기술에 숙련된 사람이 여기에서 주어진 지시 사항들을 기초로 적절한 응용과 특별한 필요에 최적인 유리를 선택하는 것은 간단하다.
· 구성 성분들, 특히 정제 요소들의 균형 잡힌 조합 때문에 유리는 매우 좋은 시각적 양호도를 갖게된다.
본 발명은 알칼리 금속이 없는 알루미노보로실리케이트 유리 및 그 이용에 관한 것으로서 화학적 내성이 뛰어나며, 충분한 솔러리제이션(solarization) 안정성 및 결정화(crystallization) 안정성을 가진다. 또한 다양한 드로 공법과 플로우트 공법으로 가공될 수 있으며, 디스플레이 기술에 있어서의 이용이 뛰어나다.

Claims (5)

  1. 다음과 같은 조성을 갖는, 알칼리 금속을 포함하지 않는 알루미노보로실리케이트 유리 (산화물 기준으로 중량%):
    SiO2 57 - 60
    B2O3 6.5 - 9.5
    Al2O3 14 - 17.5
    MgO 5 - 8
    CaO 1 - 4
    SrO 5 - 8
    BaO 0 - 3.5
    여기서 MgO + CaO + SrO + BaO 는 15-17
    ZrO2 0.4 - 1.5
    TiO2 0.4 - 1
    CeO2 0.1 - 0.5
    SnO2 0.2 - 1
  2. 제 1항에 있어서,
    불가피한 불순물들은 별도로 하고, 비소 산화물과 안티몬 산화물이 없는 것을 특징으로 하고, 플로우트(float) 시스템에서 생산 가능한 알루미노보로실리케이트 유리.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 알루미노보로실리케이트 유리는 다음의 것을 더욱 함유하는 것을 특징으로 하는 알루미노실리케이트 유리:
    As2O3 0 - 1.5
    Sb2O3 0 - 1.5
    C1- 0 - 1.5
    F- 0 - 1.5
    SO4 2- 0 - 1.5
    여기서 As2O3 + Sb2O3 + Cl- + F- + SO4 2- ≤ 1.5
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    3.5 내지 3.8 × 10-6 /K의 열팽창계수 α20/300, 점성도 1014.5 dPas에서 650℃ 이상의 온도, 점성도 104 dPas에서 1280℃ 이하의 온도, 2.60 g/㎤ 이하의 밀도 ρ, 그리고 95℃ 에서 5%의 강염산에 24시간 동안의 처리를 거친 후 1.0 ㎎/㎠ 이하의 중량 손실을 갖는 것을 특징으로 하는 알루미노보로실리케이트 유리.
  5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 따른 알루미노보로실리케이트 유리의 디스플레이 기술에 기판 유리로서의 이용.
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