KR20010096554A - 알칼리없는 규산 붕소 알루미늄 유리, 및 이 유리의 이용 - Google Patents

알칼리없는 규산 붕소 알루미늄 유리, 및 이 유리의 이용 Download PDF

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KR20010096554A
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Abstract

본 발명은 알칼리없는 규산 붕소 알루미늄 유리에 관한 것으로, 이것은 ＞ 58％ 내지 65％의 이산화 규소(SiO2), ＞ 6％ 내지 10.5％의 산화 붕소(B2O3), ＞ 14％ 내지 25％의 산화 알루미늄(Al2O3), 0％ 내지 ＜ 3％의 산화 마그네슘(MgO), 0％ 내지 9％의 산화 칼슘(CaO), ＞ 3％ 내지 8％의 산화 바륨(BaO) 및 0％ 내지 ＜ 2％의 산화 아연(ZnO)으로 조성(산화물에 기초하여 중량에 의한 ％로)되고, 여기서 산화 마그네슘(MgO)+산화 칼슘(CaO)+산화 바륨(BaO)은 8％ 내지 18％의 조성(산화물에 기초하여 중량에 의한 ％로)을 가지며, 이 유리는 표시장치 기술 및 박막 광기전 장치에서 기판으로서의 사용에 매우 적절하다.

Description

알칼리없는 규산 붕소 알루미늄 유리, 및 이 유리의 이용{ALKALI-FREE ALUMINOBOROSILICATE GLASS, AND USES THEREOF}
본 발명은 알칼리없는 규산 붕소 알루미늄(aluminoborosilicate) 유리에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이 유리의 이용에 관한 것이다.
평면 액정 표시장치 기술, 예를 들어 TN(twisted nematic)/STN(supertwisted nematic) 표시장치, 능동 매트릭스 액정 표시장치(AMLCDs), 박막 트랜지스터(TFTs), 플라즈마 어드레스 액정 표시장치(PALCs)에서 기판으로서의 응용을 위한 유리에 대한 수요가 높다. 상기 유리는 높은 열 쇼크 저항 및 평면 스크린의 생산을 위한 공정에 사용되는 침식성 화학 약품에 대한 우수한 저항 외에도 넓은 스펙트럼 범위(가시 영역, 자외선 영역)에 걸쳐 높은 투과도 및 중량을 줄이기 위하여 저밀도를 가져야 한다. 예를 들어, TFT 표시장치("유리상의 칩")에서 반도체 집적 회로를 위한 기판 물질로서의 이용은 일반적으로 300℃에 달하는 낮은 온도에서 비결정질 규소(a-Si)의 형태로 유리 기판상에 배치되는 박막 물질 규소로의 온도 매칭(matching)을 필요로 한다. 이 비결정질 규소는 차후의 열처리에 의해 약 600℃의 온도에서 부분적으로 재결정화된다. 이 비결정질 규소 단편으로 인하여, 그 결과 부분적으로 결정질인 폴리 규소(poly-Si)층은 열팽창 계수 α20/300 3.7 ×10-6/K에 의해 특징지워진다. 비결정질 규소/폴리 규소 비에 의존하여, 열팽창 계수 α20/300는 2.9 ×10-6/K 및 4.2 ×10-6/K 사이일 수 있다. 대체로 결정질 규소층이 700℃ 이상의 고온 처리 또는 박막 광기전 장치에서 바람직할 것 같은 CVD 공정에 의한 직접 배치에 의해 발생되는 경우, 3.2 ×10-6/K 또는 이보다 더 적은 상당히 감소된 열팽창 계수를 갖는 기판이 요구된다. 또한, 표시장치 및 광기전 장치 기술에서의 적용은 알칼리 금속 이온의 부존재를 필요로 한다. 생산의 결과로서 1000ppm 이하의 산화 나트륨 레벨은 나트륨 이온(Na+)의 반도체 층으로의 확산에 기인하는 일반적으로 "중독" 작용의 관점에서의 내성이 있을 수 있다.
경제적으로 큰 산업적 규모로 적절한 유리를 예를 들어, 유동 설비(flow plant)에서 또는 인발 방법에 의해 우수한 품질(무기포, 무결절 포함)로 생산하는 것이 가능해야 한다. 특히, 낮은 표면 기복을 갖는 가늘고(＜ 1㎜) 자국없는 기판의 인발 방법에 의한 생산은 상기 유리의 높은 유리질 제거 안정도를 필요로 한다. 특히, 반도체 미세 구조상에서 불리한 효과를 나타내는 TFT 표시장치의 경우에 있어서, 생산 동안 상기 기판의 압축(compaction)을 방지하기 위해서, 상기 유리는 적절한 온도-이에 따른 점도 특성 선을 갖는 것이 필요하다: 온도 진행 및 형상 안정도에 관하여, 상기 유리는 매우 높은 유리 전이 온도(Tg)를 가져야 하고(즉, Tg＞700℃), 다른 한편으로 과도하게 높은 용융 및 가공 온도(VA)를 가져서는 안된다(즉, VA 1350℃).
LCD 표시장치 기술 또는 박막 광기전 장치 기술을 위한 유리 기판의 요구는 SPIE 회보 Vol.3014(1997)의 J. C. Lapp의 논문 "Glass substrates for AMLCD applications: properties and implications" 및 J. Schmid, Verlag C. F. Muller가 저술하고 Heidelberg에서 1994년에 출판된 "Photovoltaik - Strom aus der Sonne" 에 각각 기술된다.
상술한 요구 프로필은 알칼리 토금속 규산 붕소 알루미늄에 의해 최대로 이행된다. 그러나, 상기 공지된 표시장치 또는 이하 간행물에 기술되는 태양 전지 기판 유리는 여전히 결점을 가지고, 요구 목록의 전체를 만족시키지 못한다.
예를 들어, 유럽 특허 제 714 862 B1 호, 국제 공개 제 98/27019 호, 일본 특허 제 10-72237 A 호 및 유럽 특허 제 510 544 B1 호와 같은 몇몇 명세서는 소량의 산화 바륨(BaO)을 함유하거나 함유하지 않는 유리를 각각 기술한다. 이러한 형태의 유리, 특히 낮은 열팽창 계수 즉, 낮은 라디칼 산화물(RO) 함량 및 높은 망상 형성체 함량을 갖는 유리는 결정화에 매우 민감하다. 또한, 상기 유리의 대부분은 유럽 특허 제 714 862 B1 호 및 일본 특허 제 10-72237 A 호의 유리는 102dPas의 점도에서 매우 높은 온도를 갖는다.
그러나, 중알칼리 토금속 산화물인 산화 바륨(BaO) 및/또는 산화 스트론튬(SrO)의 높은 레벨을 함유하는 표시장치 유리의 제조는 상기 유리의 불충분한 용융성으로 인하여 큰 어려움이 있다. 또한, 상기 형태의 유리는 예를 들어, 독일 특허 37 30 410 A1 호, 미국 특허 제 5,116,789 호, 미국 특허 제 5,116,787 호, 유럽 특허 제 341 313 B1 호, 유럽 특허 제 510 543 B1 호 및 일본 특허 9-100135 A 호에 기술된 바와 같이 바람직하지 않은 고밀도를 갖는다.
높은 산화 바륨(BaO) 레벨로 조절하기 위하여 화합물 내에 상대적으로 낮은 산화 스트론튬(SrO) 함량을 갖는 유리조차도 예를 들어, 일본 특허 제 9-169538 A 호, 국제 공개 제 97/11920 호 및 일본 특허 제 4-160030 A 호에 기재된 유리와 같이 그것의 용융성에 대하여 바람직하지 않은 점도 특성 선을 갖는다.
경알칼리 토금속, 특히 상대적으로 높은 산화 마그네슘(MgO) 레벨을 함유하는 유리는 예를 들어, 일본 특허 제 9-156953 A 호, 일본 특허 제 8-295530 A 호, 일본 특허 제 9-48632 A 호 및 독일 특허 제 197 39 912 C1 호에서 기술된 바와 같이 우수한 용융성을 나타내고, 저밀도를 갖는다. 그러나, 이것은 특히, 완충제로 처리된 플루오르화 수소산에 대한 화학적 저항, 결정 안정도, 열 저항에 관하여 표시장치 및 태양 전지 기판에 있어서 모든 요구를 충족시키지 못한다.
낮은 붕산 함량을 갖는 유리는 상기 유리에 관계되는 가공을 위해 요구되는 용융 및 가공 온도에서 과도하게 높은 용융 온도 또는 이것의 결과로 과도하게 높은 점도를 나타낸다. 이것은 일본 특허 제 10-45422 호 및 일본 특허 제 9-263421 A 호의 유리에 적용된다. 또한, 상기 형태의 유리는 낮은 산화 바륨(BaO) 함량과 결합될 경우에 높은 유리질 분리 경향을 갖는다.
대조적으로, 높은 붕산 함량을 갖는 유리는, 예를 들어 미국 특허 제4,824,808 호에 기술된 바와 같이, 특히 염산 용액에 대해 불충분한 열 저항 및 화학적 저항을 갖는다.
상대적으로 낮은 이산화 규소(SiO2) 함량을 갖는 유리는 특히 상대적으로 많은 양의 산화 붕소(B2O3) 및/또는 산화 마그네슘(MgO)을 함유하고, 알칼리 토금속 함량이 낮을 경우에는 우수한 화학적 저항을 갖지 못한다. 이것은 국제 공개 제 97/11919 호 및 유럽 특허 제 672 629 A2 호의 유리에 적용된다. 후자 문헌의 상대적으로 이산화 규소(SiO2)가 풍부한 변형은 단지 낮은 산화 알루미늄(Al2O3) 레벨을 갖는데, 이것은 결정화 작용에 불리하다.
일본 특허 제 9-12333 A호에 기재된 하드 디스크용 유리는 상대적으로 산화 알루미늄(Al2O3) 또는 산화 붕소(B2O3) 함량이 낮고, 후자는 선택적이다. 이 유리는 높은 알칼리 토금속 산화물 함량 및 높은 열팰창을 가지고, 이것은 LCD 또는 PV 기술에서의 사용을 부적절하게 만든다.
독일 특허 제 196 17 344 C1 호 및 독일 특허 제 196 03 698 C1 호는 출원인에 의해 알칼리가 없고, 산화 주석을 함유하는 유리를 공지하는데, 이것은 약 3.7 ×10-6/K 의 열팽창 계수 α20/300를 갖고, 매우 우수한 화학적 저항을 갖는다. 이것은 표시장치 기술에 적절하다. 그러나, 이것은 산화 아연(ZnO)을 함유하므로, 특히 유동 설비내의 가공에 있어서 이상적이지 않다. 특히, 더 높은 산화 아연(ZnO) 함량(중량에 있어서 1.5％ 초과)에서는 증발 및 열간 성형 범위에서 뒤이어 일어나는응결에 의해 상기 유리 표면상에 산화 아연(ZnO)막이 형성될 위험이 있다.
독일 특허 제 196 01 022 A1 호는 매우 넓은 조성 범위로부터 선택되고, 이산화 지르코늄(ZrO2) 및 산화 주석(SnO)을 함유해야 하는 유리를 기술한다. 실시예에 있어서, 산화 주석(SnO)을 함유하는 상기 유리는 그것의 이산화 지르코늄(ZrO2) 레벨 때문에 유리 결함이 나타나는 경향이 있다.
독일 특허 제 42 13 579 A1 호는4.0 ×10-6/K의 실시예에 있어서 ＜ 5.5 ×10-6/K의 열팽창 계수 α20/300를 갖는 TFT 적용용 유리를 기술한다. 상대적으로 높은 산화 붕소(B2O3) 레벨 및 상대적으로 낮은 이산화 규소(SiO2) 함량을 갖는 상기 유리는 특히 희석된 염산에 대하여 높은 화학적 저항을 갖지 못한다.
미국 특허 제 5,374,595 호는 3.2 ×10-6/K 및 4.6 ×10-6/K 사이의 열팽창 계수 α20/300를 갖는 유리를 기술한다. 설명한 실시예와 같이 높은 산화 바륨(BaO) 함량을 갖는 상기 유리는 상대적으로 무겁고, 불충분한 용융성 및 열팽창이 나타나는데, 이것은 대체로 규소(Si) 결정체에 이상적으로 매치(match)되지 않는다.
유래없는 일본 공개 일본 특허 제 10-25132 A 호, 일본 특허 제 10-114538 A 호, 일본 특허 제 10-130034 A 호, 일본 특허 제 10-59741 A 호, 일본 특허 제 10-324526 A 호, 일본 특허 제 11-43350 A 호, 일본 특허 제 11-49520 A 호, 일본 특허 제 10-231139 A 호 및 일본 특허 제 10-139467 A 호에서, 기재는 표시장치 유리에 있어서 매우 넓은 조성 범위로 구성되는데, 이것은 많은 선택적 성분에 의해 다양화될 수 있고, 각각의 경우에서 1개 또는 그 이상의 특정한 정련제과 혼합된다. 그러나, 상기 명세서는 상기 기술된 완전한 요구 프로필을 갖는 유리가 특정의 방법으로 획득될 수 있는 방법을 지시하지 않는다.
본 발명의 목적은 특히 높은 열저항, 유리한 가공 범위 및 우수한 유리질 분리 안정도를 갖는 μc-Si 유리를 기초로 한 액정 표시장치용 유리 기판 및 박막 태양 전지용 유리 기판에서 강제되는 물리적 및 화학적 특성에 관하여 상기 복합적인 요구 프로필을 충족시키는 유리를 제공하는 것이다.
상기 목적은 주 청구항에서 한정되는 바와 같은 상대적으로 좁은 조성 범위로부터 형성되는 규산 붕소 알루미늄에 의해 달성된다.
상기 유리는 중량에 의한 ％로 ＞ 58％ 및 65％ 사이의 이산화 규소(SiO2)를 함유한다. 낮은 함량에서는, 상기 화학적 저항은 손상되고, 높은 함량에서는 열팽창이 너무 낮고, 상기 유리의 결정화 경향이 증가한다.
상기 유리는 상대적으로 높은 산화 알루미늄(Al2O3)의 중량 즉, 산화 알루미늄(Al2O3)의 중량에 의한 ％로 ＞ 14％ 내지 25％, 바람직하게는 중량에 의한 ％로 18％ 내지 25％를 함유한다. 이러한 상대적으로 높은 산화 알루미늄(Al2O3) 레벨은 상기 유리의 결정 안정도에 유리하고, 가공 온도의 과도한 증가없이 그것의 열저항에 긍정적인 효과를 나타낸다. 선택형은 산화 알루미늄(Al2O3)의 중량에 의한 ％로 18％ 이상, 특히 바람직하게는 산화 알루미늄(Al2O3)의 중량에 의한 ％로 최소 20.5％, 가장 바람직하게는 산화 알루미늄(Al2O3)의 중량에 의한 ％로 최소 21.5％로 주어진다.
상기 산화 붕소(B2O3) 함량은 중량에 의한 ％로 ＞ 6％ 내지 10.5％, 바람직하게는 중량에 의한 ％로 ＞ 8％ 내지 10.5％이다. 이러한 산화 붕소(B2O3) 함량은 높은 유리 전이 온도(Tg)를 획득하기 위하여 특정된 최대 함량에 한정된다. 또한, 더 높은 함량은 염산 용액에 대한 화학적 저항을 손상시킨다. 상기 특정된 최소 산화 붕소(B2O3) 함량은 상기 유리가 우수한 용융성 및 우수한 결정 안정도를 갖는 것을 보장하는 역할을 한다.
상기 망상 형성체 성분인 산화 알루미늄(Al2O3) 및 산화 붕소(B2O3)는 상호 의존하는 최소 레벨 및 상기 망상 형성체 성분인 이산화 규소(SiO2), 산화 알루미늄(Al2O3) 및 산화 붕소(B2O3)의 바람직한 함량을 보장하는 최소 레벨로 존재하는 것이 바람직하다. 실시예에 있어서, 중량에 의한 ％로 ＞ 6％ 내지 10.5％의 산화 붕소(B2O3) 함량의 경우에 최소 산화 알루미늄(Al2O3) 함량은 중량에 의한 ％로 ＞ 18％가 바람직하고, 중량에 의한 ％로 ＞ 14％ 내지 25％의 산화알루미늄(Al2O3) 함량의 경우에는 최소 산화 붕소(B2O3)의 함량은 중량에 의한 ％로 ＞ 8％가 바람직하다. 특히 3.6 ×10-6/K에 달하는 낮은 열팽창 계수를 획득하기 위해서는 산화 규소(SiO2), 산화 알루미늄(Al2O3) 및 산화 붕소(B2O3) 함량의 합계가 84％ 보다 큰 것이 바람직하다.
필수적인 유리 성분은 상기 망상을 변경하는 알칼리 토금속 산화물이다. 특히 그것의 레벨을 변화시킴으로써 2.8 ×10-6/K 및 3.8 ×10-6/K 사이의 열팽창 계수 α20/300가 중량에 의한 ％로 8％ 내지 18％의 함량의 합 내에서 성취된다. 알칼리 토금속 산화물 의 최대 함량 합은 중량에 의한 ％로 15％가 바람직하고, 중량에 의한 ％로 12％가 특히 바람직하다. 후자의 상한은 특히 낮은 열팽창 계수(α20/300＜ 3.2 ×10-6/K)를 갖는 유리를 획득하는데 특히 유리하다. 산화 마그네슘(MgO) 및 산화 칼슘(CaO)은 임의적인 성분이지만, 산화 바륨(BaO)은 항상 존재한다. 최소 2개의 알칼리 토금속이 존재하는 것이 바람직하고, 언급된 3개 전부의 알칼리 토금속이 존재하는 것이특히 바람직하다.
상기 산화 바륨(BaO) 함량은 중량에 의한 ％로 ＞ 3％ 및 8％ 사이이다. 이러한 상대적으로 높은 산화 바륨(BaO) 레벨은 유동 방법과 같은 다양한 평판 유리 생산 공정 및 다양한 인발 방법, 특히 매우 높은 망상 형성체 성분 레벨 및 이에 따라 원리상 더 높은 결정화 경향을 갖는 저팽창 유리에 있어서 우수한 결정 안정도를 보장하기 위하여 갖춰진다. 최대 산화 바륨(BaO) 함량은 중량에 의한 ％로 5％가 바람직하고, 중량에 의한 ％로 4％가 특히 바람직하며, 중량에 의한 ％로 ＜ 4％가 가장 바람직한데, 이것은 상기 유리의 바람직한 저밀도에 있어서 긍정적인 효과를 나타낸다.
산화 스트론튬(SrO)은 제외되는데, 이것은 상기 유리의 낮은 용융 온도 및 열간 성형 온도 및 낮은 밀도를 유지하게 한다. 그러나, 회분(batch) 원재료의 불순물로서 상기 유리 용융물에 유입되는 보다 작은 량 즉, 중량에 의한 ％로 0.1％ 보다 작은 함량은 묵인될 수 있다.
또한, 상기 유리는 중량에 의한 ％로 9％에 달하는 산화 칼슘(CaO)을 함유할 수 있다. 더 높은 레벨은 열팽창 및 결정화 경향에 있어서 과도한 증가가 발생하게 한다. 상기 유리는 중량에 의한 ％로 최소 2％의 산화 칼슘(CaO)을 함유하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 유리는 중량에 의한 ％로 ＜ 3％에 달하는 산화 마그네슘(MgO)을 함유할 수 있다. 이것의 상대적으로 낮은 레벨은 특히, 완충제로 처리된 플로오르화 수소산에 대한 상기 유리의 화학적 저항 및 그것의 유리질 분리 안정도에 관하여 유리한 반면에, 이것의 상대적으로 높은 레벨은 저밀도 및 낮은 가공 온도에 유리하다.
또한, 상기 유리는 중량에 의한 ％로 ＜ 2％에 달하는 산화 아연(ZnO)을 함유할 수 있다. 붕산의 점도 특성 선과 유사한 점도 특성 선에 영향을 미치는 산화 아연(ZnO)은 구조 분해 기능을 가지고, 열팽창에 있어서 상기 알칼리 토금속 산화물보다도 더 적은 영향을 미친다. 최대 산화 아연(ZnO) 레벨은 특히 상기 유리가 유동 방법에 의해 가공될 경우에 중량에 의한 ％로 1.5％로 한정되는 것이 바람직하고, 중량에 의한 ％로 1.0％로 한정되는 것이 특히 바람직하며, 중량에 의한 ％로 1％ 보다 작게 한정되는 것이 가장 바람직하다. 더 높은 레벨은 증발 및 열간 성형 범위에서 차후에 일어나는 응결에 의해 형성될 수 있는 유리 표면상에서 원치 않는 산화 아연(ZnO)막의 위험을 증가시킬 수 있다. 산화 아연(ZnO)의 첨가는 비록 소량이라 하더라도 유리질 분리 안정도에 있어서 증가를 가져오므로, 중량에 의한 ％로 최소 0.1％로 존재하는 것이 바람직하다.
상기 유리는 알칼리가 없다. "알칼리가 없다"는 용어는 여기서 비록 그것이 1000ppm 미만의 불순물을 함유할 수는 있다 하더라도 본질적으로 알칼리 금속 산화물이 없음을 의미한다.
상기 유리는 중량에 의한 ％로 2％에 달하는 이산화 지르코늄(ZrO2)+이산화 티타늄(TiO2)을 함유할 수 있고, 여기서 이산화 티타늄(TiO2) 함량 및 이산화 지르코늄(ZrO2)은 각각 중량에 의한 ％로 2％에 달할 수 있다. 유리하게도 이산화 지르코늄(ZrO2)은 상기 유리의 열 저항을 증가시킨다. 그러나, 이것의 낮은 용해도 때문에, 이산화 지르코늄(ZrO2)은 상기 유리내에서 소위 지르코늄 네스트(nests)인 이산화 지르코늄(ZrO2)을 함유하는 용융 잔유물의 위험을 증가시킨다. 따라서, 이산화 지르코늄(ZrO2)은 제외하는 것이 바람직하다. 지르코늄을 함유하는 트로프(trough)물질의 부식으로부터 유래하는 낮은 이산화 지르코늄(ZrO2) 함량은 문제가 되지 않는다. 유리하게도 이산화 티타늄(TiO2)은 반전(solarization) 경향을 감소시킨다. 즉, 자외선-가시광선 복사선때문에 가시광선 파장 영역내의 투과도가 감소된다. 중량에 의한 ％로 2％ 보다 큰 함량에서는 사용되는 원료의 불순물의 결과로 낮은 레벨로 상기 유리에 낮은 레벨로 존재하는 철이온(Fe3+)을 갖는 합성체 형성에 기인하여 색조가 발생할 수 있다.
상기 유리는 통상적인 양으로 종래의 정련제을 함유할 수 있다. 따라서, 중량에 의한 ％로 1.5％에 달하는 산화 비소(As2O3), 산화 안티몬(Sb2O3), 이산화 주석(SnO2), 이산화 세륨(CeO2), 염화 이온(Cl-; 예를 들어 염화 바륨(BaCl2)의 형태로), 플루오르 이온(F-; 예를 들어 플루오르화 칼슘(CaF2)의 형태로), 황산 이온(SO4 2-; 예를 들어 황산 바륨(BaSO4)의 형태로)을 함유할 수 있다. 그러나, 상기 정련제의 합은 중량에 의한 ％로 1.5％를 초과해서는 안된다. 정련제인 산화 비소(As2O3) 및 산화 안티몬(Sb2O3)을 제외하는 경우에, 상기 유리는 인발 방법의 변형 뿐만 아니라 유동 방법에 의해 가공될 수 있다.
예를 들어, 용이한 회분 조제에 관하여, 이산화 지르코늄(ZrO2) 및 이산화 주석(SnO2)은 제외할 수 있는 것이 유리하고, 여전히 상술한 특성 프로필 특히, 높은 열 및 화학적 저항 및 낮은 결정화 경향을 갖는 유리를 얻을 수 있는 것이 유리하다.
실시예
유리는 피할수 없는 불순물은 별도로 하고 본질적으로 알칼리가 없는 종래의 원료로부터 1620℃에서 백금/이리듐 도가니로(crucibles)에서 생성된다. 상기 용융물은 한시간 반동안 상기 온도에서 정제된 후, 전도적으로 가열된 백금 도가니로로 전달되며, 균질화를 위하여 30분동안 1550℃에서 휘저어진다.
표는 조성(산화물에 기초하여 중량에 있어서 ％로) 및 가장 중요한 특성을 갖는 본 발명에 따른 유리의 15개의 실시예를 도시한다. 중량에 의한 ％로 0.3％의 레벨의 상기 정련제인 이산화 주석(SnO2; 실시예 1 내지 8, 11, 12, 14, 15)) 또는 산화 비소(As2O3; 실시예 9, 10, 13))는 목록에 넣지 않는다. 특성은 이하와 같이 주어진다.
열팽창 계수 α20/300[10-6/K]
밀도[g/㎤]
DIN 52324에 따른 팽창성 유리의 전이 온도 Tg[℃]
104dPas 의 점도에서의 온도(T4로 지시됨[℃])
Vogel-Fulcher-Tammann 식으로 산출되는 102dPas 의 점도에서의 온도(T4로 지시됨[℃])
95℃에서 24시간 동안 5％ 농도의 염산으로 처리한 후 전면적으로 닦여진 50㎜ ×50㎜ ×2㎜ 크기의 유리판으로부터의 무게 손실(물질 제거값)로서의 염산 저항[mg/㎠]
23℃에서 20분 동안 10％ 농도의 NH4F-HF로 처리한 후 전면적으로 닦여진 50㎜ ×50㎜ ×2㎜ 크기의 유리판으로부터의 무게 손실(물질 제거값)로서 완충제로 처리된 플루오르화 수소산에 대한 "BHF" 저항[mg/㎠]
굴절률 nd
표
실시예: 본 발명에 따른 유리의 조성(산화물을 기초로 하여 중량에 있어서 ％로) 및 필수적인 특성
1 2 3 4 5 6
SiO2 60.0 60.0 59.9 58.9 59.9 61.0
B2O3 7.5 7.5 7.5 8.5 7.5 9.5
Al2O3 21.5 21.5 21.5 21.5 21.5 18.4
MgO 2.9 2.9 2.0 2.0 2.9 2.2
CaO 3.8 2.8 3.8 3.8 4.8 4.1
BaO 4.0 5.0 5.0 5.0 3.1 4.5
ZnO - - - - - -
α20/30[10-6/K] 3.07 3.00 3.01 3.08 3.13 3.11
[g/㎤] 2.48 2.48 2.48 2.48 2.47 2.45
Tg[℃] 747 748 752 741 743 729
T4[℃] 1312 1318 1315 1308 1292 1313
T2[℃] 1672 1678 1691 1668 1662 1700
nd 1.520 1.518 1.519 1.519 1.521 1.515
HCl[mg/㎠] 1.05 n.m 0.58 n.m 1.1 n.m
BHF[mg/㎠] 0.57 0.58 0.55 0.55 0.56 0.49
n.m = 측정되지 않음
표의 연속:
7 8 9 10 11 12
SiO2 58.5 62.8 63.5 63.5 59.7 59.0
B2O3 7.7 8.2 10.0 10.0 10.0 9.0
Al2O3 22.7 16.5 15.4 15.4 18.5 17.2
MgO 2.8 0.5 2.0 1.0 2.0
CaO 2.0 4.2 5.6 6.6 8.3 9.0
BaO 5.0 7.5 3.2 3.2 3.2 3.5
ZnO 1.0 - - - - -
α20/30[10-6/K] 2.89 3.19 3.24 3.34 3.44 3.76
[g/㎤] 2.50 2.49 2.42 2.43 2.46 2.50
Tg[℃] 748 725 711 719 714 711
T4[℃] 1314 1325 1320 1327 1281 1257
T2[℃] 1674 1699 n.m n.m 1650 1615
nd 1.520 1.513 1.511 1.512 1.520 1.526
HCl[mg/㎠] n.m 0.30 0.89 n.m n.m 0.72
BHF[mg/㎠] 0.62 0.45 0.43 0.40 0.44 0.49
n.m = 측정되지 않음
표의 연속:
13 14 15
SiO2 61.4 59.5 63.9
B2O3 8.2 10.0 10.4
Al2O3 16.0 16.7 14.6
MgO 2.8 0.7 2.9
CaO 7.9 8.5 4.8
BaO 3.4 3.8 3.1
ZnO - 0.5 -
α20/30[10-6/K] 3.75 3.60 3.21
[g/㎤] 2.48 2.48 2.41
Tg[℃] 709 702 701
T4[℃] 1273 1260 1311
T2[℃] 1629 1629 n.m
nd 1.523 1.522 n.m
HCl[mg/㎠] 0.41 0.97 n.m
BHF[mg/㎠] 0.74 0.47 n.m
n.m = 측정되지 않음
실시예에서 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 상기 유리는 이하 유리한 특성을 갖는다.
2.8 ×10-6/K 및 3.8 ×10-6/K 사이, 바람직한 실시예에서는3.6 ×10-6/K, 특히 바람직한 실시예에서는3.2 ×10-6/K의 열팽창 계수 α20/300, 따라서 비결정질 규소 및 점점 증가하는 폴리 결정질 규소(Si)의 팽창 동작에 매치된다.
Tg＞ 700℃, 매우 높은 유리 전이 온도 즉, 높은 열저항, 이것은 생산의 결과로서 가장 낮은 가능한 압축(compaction) 및 기판으로서 유리의 사용에 있어서 비결정질 규소층으로의 코팅 및 차후에 일어나는 열처리를 위해 필수적이다.
＜ 2600 g/㎤, 낮은 밀도
최고 1350℃에서의 104dPas의 점도에서의 온도(가공 온도 VA) 및 최고 1720℃에서의 102dPas의 점도에서의 온도, 이것은 열간 성형 및 용융성에 관하여 적절한 점도 특성 선을 의미한다.
nd 1.526, 낮은 굴절률, 이 특성은 상기 유리의 높은 투과를 위한 물리적 필요 조건이다.
높은 화학적 저항, 이것은 그 중에서도 특히 완충제로 처리된 플루오르화 수소산 용액에 대한 우수한 저항으로부터 명백한 것과 같이, 상기 유리를 평판 스크린의 생산에 사용되는 화학 약품에 대해 충분히 비활성이 되도록 한다.
상기 유리는 높은 열 쇼크 저항 및 우수한 유리질 분리 안정도를 갖는다. 상기 유리는 예를 들어, 마이크로 박판 하향 인발(microsheet down-draw) 방법, 상향인발(up-draw) 방법 또는 과잉 용융(overflow fusion) 방법 및 바람직한 실시예로 상기 유리가 산화 비소(As2O3) 및 산화 안티몬(Sb2O3)이 없는 경우에는 상기 유동 공정과 같은 다양한 인발 방법에 의해 평판 유리로 생산될 수 있다.
상기 특성에 있어서, 상기 유리는 표시장치, 특히 TFT 표시장치 기술 및 특히 비결정질 및 μc-Si를 기초로 한 박막 광기전 장치에 있어서 기판 유리로서의 사용에 매우 적절하다.
따라서, 상술한 본 발명에 따른 알칼리 없는 규산 붕소 알루미늄 유리는 높은 열저항, 유리한 가공 범위 및 우수한 유리질 분리 안정도를 가지고, 액정 표시장치용 유리 기판 및 박막 태양 전지용 유리 기판에서 강제되는 물리적 및 화학적 특성에 관한 복합적인 요구 프로필을 충족시키는 효과가 있다.

Claims (10)

  1. 2.8 ×10-6/K 및 3.8 ×10-6/K 사이의 열팽창 계수 α20/300를 갖는 알칼리없는 규산 붕소 알루미늄 유리에 있어서,
    상기 유리는 ＞ 58％ 내지 65％의 이산화 규소(SiO2), ＞ 6％ 내지 10.5％의 산화 붕소(B2O3), ＞ 14％ 내지 25％의 산화 알루미늄(Al2O3), 0％ 내지 ＜ 3％의 산화 마그네슘(MgO), 0％ 내지 ＜ 9％의 산화 칼슘(CaO), ＞ 3％ 내지 8％의 산화 바륨(BaO), 및 0％ 내지 ＜ 2％의 산화 아연(ZnO)의 조성(산화물을 기초로 하여 중량에 의한 ％로)을 가지고, 여기서, 산화 마그네슘(MgO)+산화 칼슘(CaO)+산화 바륨(BaO)의 함량은 중량에 의한 ％로 8％ 내지 18％인 것을 특징으로 하는 규산 붕소 알루미늄 유리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유리는 중량에 의한 ％로 8％ 보다 큰 산화 붕소(B2O3)를 함유하는 것을 특징으로 하는 규산 붕소 알루미늄 유리.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 유리는 중량에 의한 ％로 18％ 보다 큰 산화 알루미늄(Al2O3), 바람직하게는 중량에 의한 ％로 최소 20.5％의 산화 알루미늄(Al2O3)을 함유하는 것을 특징으로 하는 규산 붕소 알루미늄 유리.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 유리는 중량에 의한 ％로 최대 4％의 산화 바륨(BaO)을 함유하는 것을 특징으로 하는 규산 붕소 알루미늄 유리.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 유리는 중량에 의한 ％로 최소 0.1％의 산화 아연(ZnO)을 함유하는 것을 특징으로 하는 규산 붕소 알루미늄 유리.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 유리는 부가적으로 중량에 의한 ％로 0％ 내지 2％의 이산화 지르코늄(ZrO2), 0％ 내지 2％의 이산화 티타늄(TiO2), 0％ 내지 1.5％의 산화 비소(As2O3), 0％ 내지 1.5％의 산화 안티몬(Sb2O3), 0％ 내지 1.5％의 이산화 주석(SnO2), 0％ 내지 1.5％의 이산화 세륨(CeO2), 0％ 내지 1.5％의 염화 이온(Cl-), 0％ 내지 1.5％의 플루오르 이온(F-), 0％ 내지 1.5％의 황산 이온(SO4 2-)을 함유하고, 여기서 이산화 지르코늄(ZrO2)+이산화 티타늄(TiO2)의 함량은 중량에 의한 ％로 0％ 내지 2％이고, 산화 비소(As2O3)+산화 안티몬(Sb2O3)+이산화 주석(SnO2)+이산화 세륨(CeO2)+염화 이온(Cl-)+플루오르 이온(F-)+황산 이온(SO4 2-)의 함량은 중량에 의한 ％로1.5％인 것을 특징으로 하는 규산 붕소 알루미늄 유리.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 유리는 피할 수 없는 불순물을 별도로 하고 산화 비소 및 산화 안티몬이 없고, 유동 설비내에서 생산될 수 있는 것을 특징으로 하는 규산 붕소 알루미늄 유리.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 유리는 2.8 ×10-6/K 내지 3.6 ×10-6/K, 바람직하게는 2.8 ×10-6/K 내지 3.2 ×10-6/K의 열팽창 계수 α20/300, ＞ 700℃의 유리 전이 온도(Tg) 및 ＜ 2.600 g/㎤의 밀도()를 갖는 것을 특징으로 하는 규산 붕소 알루미늄 유리.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    표시장치 기술에서 기판 유리로서의 상기 규산 붕소 알루미늄 유리의 사용.
  10. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    박막 광기전 장치에서 기판 유리로서의 상기 규산 붕소 알루미늄 유리의 사용.
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