WO2012147615A1 - 液晶レンズ用ガラス基板 - Google Patents

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貴弘 川口
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    • G02F2201/54Arrangements for reducing warping-twist

Definitions

  • the present invention relates to a glass substrate for a liquid crystal lens that can be applied to a viewing zone control unit or the like of a 3D display.
  • the parallax barrier method is a method of creating binocular parallax by covering display pixels with stripe-shaped barriers set at appropriate intervals.
  • the barrier is made of liquid crystal, and there is a type that can switch between 2D and 3D.
  • this type has a problem that the brightness of the display is lowered because it is necessary to hide a part of the screen with some kind of barrier.
  • the system using a lens is similar in principle to the parallax system, and uses a plastic film lens instead of a barrier to create binocular parallax.
  • a plastic film lens instead of a barrier to create binocular parallax.
  • the distance between the pixel and the lens becomes long, and the 3D viewing angle becomes narrow. is there.
  • This problem is caused by the fact that a 0.5 to 0.7 mm glass substrate already exists on the front side of the LCD or OLED display unit, and the thickness of the glass substrate of the liquid crystal lens is added.
  • the above problem can be improved by reducing the thickness of the glass substrate for the liquid crystal lens.
  • the conventional glass substrate is easily bent when the plate thickness is reduced.
  • a desired film formation for example, film formation of a transparent conductive film or the like
  • the present invention provides a 3D display viewing zone control unit that has a short distance between a pixel and a lens and has an appropriate transparent conductive film, etc., by providing a glass substrate that is difficult to bend even if the plate thickness is small. Doing this is a technical issue.
  • the present inventors have found that the above technical problem can be solved by strictly regulating the glass composition and dimensions of the glass substrate, and propose the present invention. That is, the glass substrate for a liquid crystal lens of the present invention has a glass composition of mol%, SiO 2 45 to 75%, Al 2 O 3 5 to 15%, B 2 O 3 0 to 15%, MgO 0 to 15%. And CaO 0 to 15%, and the plate thickness is 400 ⁇ m or less.
  • the glass composition is regulated as described above, devitrification resistance and specific Young's modulus can be increased.
  • the devitrification resistance is high, it becomes easy to mold to a plate thickness of 400 ⁇ m or less, and when the specific Young's modulus is large, the glass substrate is hardly bent even when the plate thickness is 400 ⁇ m or less.
  • the glass composition is regulated as described above, the density and high-temperature viscosity can be lowered.
  • the thickness of the glass substrate is regulated to 400 ⁇ m or less in this way, the viewing angle that can be stereoscopically viewed on the 3D display can be widened.
  • flexibility can be imparted to the glass substrate, and a glass roll can be produced by winding the glass substrate into a roll.
  • the glass substrate for a liquid crystal lens of the present invention preferably has a specific Young's modulus of 29 GPa / (g / cm 3 ) or more.
  • the “specific Young's modulus” is a value obtained by dividing the Young's modulus by the density value.
  • Young's modulus refers to a value measured by a known resonance method or the like.
  • the “density” can be measured by a known Archimedes method or the like.
  • the glass substrate for a liquid crystal lens of the present invention preferably has a strain point of 650 ° C. or higher.
  • strain point refers to a value measured based on ASTM C336.
  • the glass substrate for liquid crystal lens of the present invention preferably has a density of 2.7 g / cm 3 or less.
  • the glass substrate for a liquid crystal lens of the present invention preferably has a temperature at 10 2.5 dPa ⁇ s of 1650 ° C. or lower.
  • temperature at 10 2.5 dPa ⁇ s corresponds to the melting temperature and indicates a value measured by a platinum ball pulling method.
  • the glass substrate for a liquid crystal lens of the present invention preferably has a liquidus viscosity of 10 4.0 dPa ⁇ s or more.
  • liquid phase viscosity refers to a value obtained by measuring the viscosity of glass at the liquid phase temperature by a platinum ball pulling method.
  • Liquid phase temperature is obtained by passing glass powder remaining in 50 mesh (300 ⁇ m) through a standard sieve 30 mesh (500 ⁇ m) into a platinum boat, and holding the platinum boat in a temperature gradient furnace for 24 hours. The value at which the temperature at which crystals precipitate is measured.
  • the glass substrate for a liquid crystal lens of the present invention preferably has a thermal expansion coefficient of 30 to 50 ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C. at 30 to 380 ° C.
  • the “thermal expansion coefficient” is a value measured with a dilatometer, and indicates an average value in a temperature range of 30 to 380 ° C.
  • the glass substrate for a liquid crystal lens of the present invention is preferably formed by an overflow down draw method.
  • the “overflow down draw method” is also referred to as a fusion method, in which molten glass overflows from both sides of the heat-resistant cage-like structure, and the overflowing molten glass joins at the lower end of the cage-like structure.
  • the glass substrate is formed by stretching downward.
  • the glass substrate for a liquid crystal lens of the present invention has a glass composition of mol%, SiO 2 45 to 75%, Al 2 O 3 5 to 15%, B 2 O 3 0 to 15%, MgO 0 to 15%, CaO 0 to 15%, molar ratio MgO / CaO 0 to 1.5, molar ratio (SrO + BaO) / (MgO + CaO) 0 to 1, molar ratio MgO / Al 2 O 3 0 to 1
  • the molar ratio CaO / Al 2 O 3 is 0 to 3
  • the molar ratio B 2 O 3 / SiO 2 is 0 to 0.3
  • the alkali metal oxide (Li 2 O, Na 2 O, K 2 O), As 2 O 3 , Sb 2 O 3 , PbO, and Bi 2 O 3 a specific Young's modulus of 29 GPa / (g / cm 3 ) or more, and a thermal expansion coefficient at 30 to 380 ° C.
  • SrO + BaO refers to the total amount of SrO and BaO.
  • MgO + CaO refers to the total amount of MgO and CaO.
  • Substantially free of refers to the case where the content of the target component in the glass composition is less than 0.1 mol%. For example, “substantially does not contain As 2 O 3 ” refers to the case where the content of As 2 O 3 in the glass composition is less than 0.1 mol%.
  • the glass substrate for a liquid crystal lens of the present invention has a glass composition of mol%, SiO 2 45 to 75%, Al 2 O 3 5 to 15%, B 2 O 3 0 to 15%, MgO 0 to 15%, CaO 0 to 15%, molar ratio MgO / CaO 0 to 1.5, molar ratio (SrO + BaO) / (MgO + CaO) 0 to 1, molar ratio MgO / Al 2 O 3 0 to 1 ,
  • the molar ratio CaO / Al 2 O 3 is 0 to 3
  • the molar ratio B 2 O 3 / SiO 2 is 0 to 0.3, and is substantially an alkali metal oxide
  • As 2 O 3 , Sb 2 O 3 , PbO and Bi 2 O 3 are not contained
  • the specific Young's modulus is 29 GPa / (g / cm 3 ) or more, the thermal expansion coefficient at 30 to 380 ° C.
  • the plate thickness is It is 400 ⁇ m or less.
  • liquid crystal lens of the present invention is characterized by comprising any one of the glass substrates for liquid crystal lenses described above.
  • the glass substrate of the present invention is characterized by having a plate thickness of 400 ⁇ m or less and a specific Young's modulus of 29 GPa / (g / cm 3 ) or more.
  • the glass substrate of this invention is especially suitable for a liquid crystal lens use, you may apply it to the board
  • the glass substrate of the present invention is preferably used for a liquid crystal lens.
  • the present invention as described above, it is possible to provide a glass substrate that is difficult to bend even if the plate thickness is small. For this reason, if the glass substrate is used, it is possible to manufacture a viewing zone control unit of a 3D display having a short distance between the pixel and the lens and having an appropriate transparent conductive film and the like.
  • the glass substrate for a liquid crystal lens according to an embodiment of the present invention has a glass composition of mol%, SiO 2 45 to 75%, Al 2 O 3 5 to 15%, B 2 O 3 0 to 15%, MgO 0 to Contains 15%, CaO 0-15%.
  • the reason for limiting the content range of each component as described above will be described below.
  • the content of SiO 2 is 45 to 75%, preferably 50 to 73%, more preferably 55 to 72%, still more preferably 60 to 70%. If the content of SiO 2 is too small, it will be difficult to reduce the density. On the other hand, when the content of SiO 2 is too large, the high-temperature viscosity becomes unduly high and the meltability is lowered, and in addition, defects such as devitrified crystals (cristobalite) are likely to occur in the glass.
  • the content of Al 2 O 3 is 5 to 15%.
  • the preferable lower limit range of Al 2 O 3 is 7% or more, 9% or more, 10% or more, 11% or more, particularly 12% or more.
  • the preferable upper limit range of Al 2 O 3 is 14.5% or less, 14% or less, 13.5% or less, and particularly 13% or less.
  • B 2 O 3 is a component that acts as a flux, lowers the high temperature viscosity, and increases the meltability.
  • the content of B 2 O 3 is 0 to 15%.
  • the preferable upper limit range of B 2 O 3 is 11% or less, 8% or less, 5% or less, 3% or less, 1% or less, particularly 0.5% or less.
  • the content of B 2 O 3 is small, the high temperature viscosity becomes high, there tends to decrease foam quality, further tend to density increases.
  • MgO content is 0-15%.
  • MgO is the following component. That is, it is a component that lowers the high-temperature viscosity and increases the meltability without lowering the strain point. Among alkaline earth metal oxides, it is the component that has the greatest effect of reducing density. Furthermore, it is a component having a large effect of increasing the Young's modulus. However, when there is too much content of MgO, liquidus temperature will rise and devitrification resistance will fall easily. Therefore, the preferable upper limit range of MgO is 12% or less, 10% or less, particularly 9% or less, and the preferable lower limit range of MgO is 1% or more, 1.5% or more, 3% or more, 3.5% or more. 4% or more, 6% or more, particularly 7.5% or more.
  • the CaO content is 0-15%.
  • CaO is a component that lowers the high-temperature viscosity without significantly reducing the strain point and significantly increases the meltability.
  • the glass is easily reduced in density.
  • the preferable upper limit range of CaO is 13% or less, 12% or less, 11% or less, 10.5% or less, 9% or less, particularly 8% or less.
  • a preferable lower limit range of CaO is 1% or more, 3% or more, 4% or more, 5% or more, particularly 5.5% or more.
  • SrO is a component that increases the meltability by lowering the high-temperature viscosity without lowering the strain point.
  • the content of SrO increases, the density and the thermal expansion coefficient tend to increase.
  • the content of SrO increases, the content of CaO and MgO must be relatively lowered in order to match the thermal expansion coefficient of Si. And it becomes easy to cause the situation where devitrification resistance falls, a Young's modulus falls, or high temperature viscosity rises resulting from the fall of content of this CaO and MgO. Therefore, the content of SrO is preferably 0 to 10%, 0 to 5%, 0 to 3%, 0 to 1.8%, 0 to 1.4%, 0 to 1%, particularly preferably 0 to 0.5%. .
  • BaO is a component that lowers the high-temperature viscosity without increasing the strain point, thereby increasing the meltability and improving the devitrification resistance.
  • the content of BaO increases, the density and thermal expansion coefficient tend to increase.
  • the content of BaO increases, the content of CaO or MgO must be relatively lowered in order to match the thermal expansion coefficient of Si. As a result, the devitrification resistance is lowered, the Young's modulus is lowered, and the high temperature viscosity is likely to increase. Therefore, the content of BaO is preferably 0 to 10%.
  • a preferable upper limit range of BaO is 8% or less, 6% or less, 5% or less, and particularly 3% or less. Further, a preferable lower limit range of BaO is 0.5% or more, 1% or more, 1.5% or more, particularly 2% or more.
  • the molar ratio MgO / CaO is preferably 0 to 1.5.
  • the preferred upper limit range of the molar ratio MgO / CaO is 1.4 or less, and the preferred lower limit range is 0.2 or more, 0.4 or more, 0.6 or more, 0.8 or more, particularly 1 or more. .
  • the molar ratio (SrO + BaO) / (MgO + CaO) is preferably 0 to 1. As this value increases, devitrification resistance tends to improve. However, if this value is too large, the high temperature viscosity, density, and thermal expansion coefficient may become too high, or the specific Young's modulus may decrease. Therefore, the preferable upper limit range of the molar ratio (SrO + BaO) / (MgO + CaO) is 0.8 or less, 0.6 or less, 0.5 or less, 0.45 or less, 0.4 or less, and particularly 0.35 or less. The preferred lower limit range of the molar ratio (SrO + BaO) / (MgO + CaO) is 0.05 or more, 0.1% or more, 0.15 or more, 0.2 or more, 0.25 or more, particularly 0.3 or more. .
  • the molar ratio MgO / Al 2 O 3 is preferably 0-1.
  • the preferable upper limit range of the molar ratio MgO / Al 2 O 3 is 0.9 or less, 0.8 or less, 0.75 or less, and particularly 0.7 or less.
  • preferred lower limit range of the molar ratio MgO / Al 2 O 3 is 0.2 or more, 0.3 or more, particularly 0.5 or more.
  • the molar ratio CaO / Al 2 O 3 is preferably 0-3. The larger this value, the higher the Young's modulus and the lower the high temperature viscosity. However, if this value is too large, the liquid phase viscosity becomes extremely high, and the density and thermal expansion coefficient become too high.
  • the preferable upper limit range of the molar ratio CaO / Al 2 O 3 is 2 or less, 1.5 or less, 1 or less, 0.8 or less, particularly 0.6 or less, and the preferable lower limit range is 0.1 or more, 0.00. 2 or more, 0.3 or more, 0.4 or more, particularly 0.5 or more.
  • the molar ratio B 2 O 3 / SiO 2 is preferably 0 to 0.3.
  • MgO + CaO + SrO + BaO is a component that lowers the liquidus temperature and makes it difficult to generate crystal foreign matter in the glass, and is a component that improves meltability and formability.
  • the content of MgO + CaO + SrO + BaO is preferably 0 to 25%, 3 to 20%, 5 to 19%, 10 to 19%, 12% to 19%, 12.5 to 19%, particularly preferably 14 to 19%. If the content of MgO + CaO + SrO + BaO is too small, the function as a flux cannot be sufficiently exhibited, and the meltability is likely to be lowered, and the thermal expansion coefficient is too low to match the thermal expansion coefficient of Si. It becomes difficult.
  • MgO + CaO + SrO + BaO is the total amount of MgO, CaO, SrO, and BaO.
  • a fining agent is a component used to improve foam quality.
  • As 2 O 3 and Sb 2 O 3 have been used as fining agents.
  • As 2 O 3 and Sb 2 O 3 are environmentally hazardous substances, and it is desirable to reduce the amount of these used from an environmental viewpoint. Therefore, when SnO 2 is used as a fining agent, the foam quality can be improved while considering environmental requirements.
  • SnO 2 is a component that exhibits a good clarification action in a high temperature range and a component that lowers the high temperature viscosity.
  • the SnO 2 content is preferably 0 to 1%, 0.001 to 1%, 0.01 to 0.5%, particularly preferably 0.05 to 0.3%.
  • the content of SnO 2 is too large, the devitrification crystal SnO 2 is likely to precipitate in the glass. Incidentally, when the content of SnO 2 is less than 0.001%, it becomes difficult to enjoy the effect of the above.
  • the inclusion of these components is not completely excluded, but from an environmental point of view, the content of these components is It is preferable to regulate the content to less than 0.1%, particularly less than 0.05%.
  • halogens such as F and Cl are effective in lowering the melting temperature and promoting the action of the clarifying agent. Therefore, if halogen is added, the lifetime of the glass production kiln can be extended while reducing the melting cost.
  • the contents of F and Cl are each preferably 1% or less, 0.5% or less, less than 0.1%, 0.05% or less, particularly preferably 0.01% or less.
  • CeO 2 , SO 3 , C, and metal powder may be added as a clarifying agent as long as the glass properties are not impaired.
  • ZnO is a component that enhances the meltability, but if its content is too large, the glass tends to devitrify, the strain point tends to decrease, and the density tends to increase. Therefore, the content of ZnO is preferably 0 to 10%, 0 to 5%, 0 to 3%, 0 to 0.5%, 0 to 0.3%, particularly preferably 0 to 0.1%.
  • ZrO 2 is a component that enhances weather resistance, but if its content is too large, devitrification resistance tends to decrease, and in addition, dielectric constant and dielectric loss tangent easily increase. Therefore, the ZrO 2 content is preferably 0 to 5%, 0 to 3%, 0 to 0.5%, particularly preferably 0.01 to 0.2%. Moreover, when giving priority to the improvement of devitrification resistance, it is preferable to regulate the content of ZrO 2 to 0.01% or less.
  • TiO 2 is a component that lowers the viscosity at high temperature and increases the meltability, and is a component that suppresses solarization. However, if it is added in a large amount in the glass composition, the glass is colored and the transmittance tends to decrease. Therefore, the content of TiO 2 is preferably 0 to 5%, 0 to 3%, 0 to 1%, particularly 0 to 0.02%.
  • P 2 O 5 is a component that enhances devitrification resistance. However, when it is added in a large amount in the glass composition, it tends to cause phase separation and milky white in the glass, and the water resistance may be significantly reduced. is there. Therefore, the content of P 2 O 5 is preferably 0 to 5%, 0 to 1%, particularly preferably 0 to 0.5%.
  • Y 2 O 3 , Nb 2 O 5 , and La 2 O 3 have a function of increasing the strain point. However, if the content of these is too large, the density tends to increase. Therefore, the contents of Y 2 O 3 , Nb 2 O 5 and La 2 O 3 are preferably 0 to 3%, 0 to 1%, particularly 0 to 0.1%, respectively.
  • the content of the alkali metal oxide is preferably 0 to 6%, 0 to 3%, 0 to 1%, particularly preferably 0 to 0.1%. Furthermore, it is desirable that the alkali metal oxide is not substantially contained.
  • PbO and Bi 2 O 3 are not substantially contained.
  • a suitable glass composition range by selecting a suitable content range of each component.
  • the following glass composition ranges include devitrification resistance, density, and specific Young's modulus. From the viewpoint of high temperature viscosity, environmental requirements, etc., it is particularly preferable.
  • the ratio MgO / CaO is 1 to 1.4, the molar ratio (SrO + BaO) / (MgO + CaO) is 0.15 to 0.3, the molar ratio MgO / Al 2 O 3 is 0.5 to 0.7, and the molar ratio CaO / Al 2 O 3 is 0.4 to 0.6, molar ratio B 2 O 3 / SiO 2 is 0 to 0.1, and substantially an alkali metal oxide, As 2 O 3 , Sb 2 O 3 , PbO And Bi 2 O 3 is not contained.
  • the plate thickness is 400 ⁇ m or less, preferably 300 ⁇ m or less, 200 ⁇ m or less, particularly preferably 100 ⁇ m or less.
  • the smaller the plate thickness the wider the viewing angle that can be stereoscopically viewed on the 3D display, and the lighter the glass substrate, the lighter the device.
  • the flexibility of the glass substrate is improved, it becomes easy to impart flexibility to the device, and a liquid crystal lens can be manufactured by a roll-to-roll process.
  • the lower limit of each of the length and width dimensions is preferably 500 mm or more, 700 mm or more, and particularly preferably 1000 mm or more.
  • the upper limit value of each of the length and width dimensions is preferably 3000 mm or less, particularly 2500 mm or less. The larger the length and width dimensions, the larger the 3D display can be made. However, if the length and width dimensions are too large, the amount of deflection becomes too large and the glass substrate tends to be damaged.
  • the surface roughness Ra is preferably 50 mm or less, 30 mm or less, 10 mm or less, 5 mm or less, 3 mm or less, particularly 2 mm or less.
  • surface roughness Ra indicates a value measured by a method based on JIS B0601: 2001.
  • the density is 2.7 g / cm 3 or less, 2.68 g / cm 3 or less, 2.66 g / cm 3 or less, 2.63 g / cm 3 or less, 2.61 g / cm 3 below, 2.59 g / cm 3 or less, 2.57 g / cm 3 or less, in particular 2.55 g / cm 3 or less.
  • the density is large, it is difficult to reduce the weight of the glass.
  • the thermal expansion coefficients are 30 to 50 ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C., 32 to 50 ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C., 35 to 50 ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C., and 37 to 50 ⁇ 10. ⁇ 7 / ° C., 38 to 49 ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C., particularly 38 to 46 ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C. is preferable.
  • the thermal expansion coefficient is out of the above range, the glass substrate is likely to be warped due to a difference in thermal expansion coefficient from the transparent conductive film or patterning film. Moreover, it becomes difficult to attach the substrate to the display device side.
  • the strain point is preferably 650 ° C. or higher, 670 ° C. or higher, 690 ° C. or higher, 700 ° C. or higher, 715 ° C. or higher, 720 ° C. or higher, particularly 730 ° C. or higher.
  • the strain point is increased, the dimensional change of the glass substrate is reduced even when the conductive film is patterned on the glass substrate. For this reason, it becomes possible to perform highly accurate patterning on both surfaces of the glass substrate.
  • the liquidus temperature is preferably 1320 ° C. or lower, 1290 ° C. or lower, 1250 ° C. or lower, 1220 ° C. or lower, 1190 ° C. or lower, particularly 1170 ° C. or lower.
  • the liquidus temperature is an index of devitrification resistance. The lower the liquidus temperature, the better the devitrification resistance.
  • the liquid phase viscosity is 10 4.0 dPa ⁇ s or more, 10 4.3 dPa ⁇ s or more, 10 4.5 dPa ⁇ s or more, 10 4.7 dPa ⁇ s or more. 10 5.0 dPa ⁇ s or more, 10 5.3 dPa ⁇ s or more, and particularly preferably 10 5.5 dPa ⁇ s or more.
  • the liquid phase viscosity is an index of moldability. The higher the liquid phase viscosity, the better the moldability.
  • High temperature melting generally increases the burden on the glass melting kiln.
  • Refractories such as alumina and zirconia used in a glass melting furnace are eroded violently by molten glass as the temperature rises. If the erosion amount of the refractory is increased, the life cycle of the glass melting furnace is shortened, so that the manufacturing cost of the glass substrate is increased.
  • the constituent member of the glass melting kiln since it is necessary to use a highly heat-resistant constituent member as a constituent member of the glass melting kiln, the constituent member of the glass melting kiln becomes expensive, and as a result, the melting cost increases.
  • the temperature at 10 2.5 dPa ⁇ s is preferably 1650 ° C. or lower, 1640 ° C. or lower, 1620 ° C. or lower, 1600 ° C. or lower, particularly 1580 ° C. or lower.
  • the temperature at 10 2.5 dPa ⁇ s is too high, the manufacturing cost of the glass substrate is increased, and the bubble quality is likely to be lowered.
  • specific Young's modulus is 29GPa / (g / cm 3) or more, 30GPa / (g / cm 3 ) or more, 30.5GPa / (g / cm 3 ) or more, 31GPa / ( g / cm 3 ) or more, and particularly preferably 31.5 GPa / (g / cm 3 ) or more.
  • specific Young's modulus is higher, a large and thin glass substrate becomes difficult to bend due to its own weight.
  • the 3D display As a configuration of the 3D display, a combination of an LCD and a liquid crystal lens, an OLED and a liquid crystal lens, and the like are conceivable. In this case, it is preferable to employ a process in which the respective devices are bonded to each other after being manufactured. In this way, defective products of each device can be removed in advance, and the manufacturing yield of 3D displays can be increased. On the other hand, since the thickness of the counter substrate of LCD and OLED is added in this way, the viewing angle of 3D may be narrowed. In this case, after patterning the lens device on the glass substrate for a liquid crystal lens of the present embodiment, CF or the like is formed on the back surface of the glass substrate, and then it is preferably used as a counter substrate for LCD or OLED. With such a structure, the distance between the pixel and the lens is substantially the thickness of the glass substrate for the liquid crystal lens, and the viewing angle of the 3D display can be increased.
  • the glass substrate for a liquid crystal lens of the present embodiment is a glass batch prepared so as to have a predetermined glass composition, put into a continuous glass melting furnace, the glass batch is heated and melted, and then the obtained molten glass is clarified. Then, it can be produced by forming into a thin plate shape after being supplied to the forming apparatus.
  • the glass substrate for a liquid crystal lens of this embodiment is preferably formed by an overflow down draw method.
  • a glass substrate that is unpolished and has good surface quality can be produced.
  • the reason is that, in the case of the overflow downdraw method, the surface to be the surface of the glass substrate is not in contact with the bowl-like refractory and is molded in a free surface state.
  • the structure and material of the bowl-shaped structure are not particularly limited as long as desired dimensions and surface quality can be realized.
  • the method of applying a force to the glass when performing downward stretch molding is not particularly limited as long as desired dimensions and surface quality can be realized.
  • the method can be adopted. Note that the lower the liquidus temperature or the higher the liquidus viscosity, the easier it is to mold a glass substrate having a plate thickness of 400 ⁇ m or less by the overflow downdraw method.
  • overflow down draw method other molding methods may be adopted.
  • a slot down draw method, a redraw method, a float method or the like can be employed.
  • the glass substrate according to the embodiment of the present invention has a thickness of 400 ⁇ m or less and a specific Young's modulus of 29 GPa / (g / cm 3 ) or more, and is preferably used for a liquid crystal lens.
  • the technical characteristics (preferable composition, preferable characteristics, and effects) of the glass substrate of the present embodiment are the same as the technical characteristics of the glass substrate for a liquid crystal lens of the present embodiment already described, and thus detailed description is omitted. To do.
  • Tables 1 to 5 show examples of the present invention (sample Nos. 1 to 35).
  • Sample no. 1 to 35 were produced. First, a glass batch prepared so as to have the glass composition shown in the table was put in a platinum crucible, melted at 1600 ° C. for 24 hours, and then poured out onto a carbon plate to form a flat plate shape. Next, for each sample obtained, density ⁇ , thermal expansion coefficient ⁇ , strain point Ps, annealing point Ta, softening point Ts, temperature at 10 4 dPa ⁇ s, temperature at 10 3 dPa ⁇ s, 10 2. The temperature at 5 dPa ⁇ s, the liquidus temperature TL, the liquidus viscosity log 10 ⁇ TL, Young's modulus, specific Young's modulus, and rigidity were evaluated.
  • the density ⁇ is a value measured by the well-known Archimedes method.
  • the thermal expansion coefficient ⁇ is a value measured with a dilatometer, and is an average value in a temperature range of 30 to 380 ° C.
  • Strain point Ps, annealing point Ta, and softening point Ts are values measured based on ASTM C336.
  • the temperature at 10 4.0 dPa ⁇ s, the temperature at 10 3.0 dPa ⁇ s, and the temperature at 10 2.5 dPa ⁇ s are values measured by the platinum ball pulling method.
  • the liquid phase temperature TL passes through a standard sieve 30 mesh (500 ⁇ m), and after the glass powder remaining in 50 mesh (300 ⁇ m) is placed in a platinum boat, the platinum boat is held in a temperature gradient furnace for 24 hours to obtain crystal It is the value which measured the temperature which deposits.
  • the liquidus viscosity log 10 ⁇ TL is a value obtained by measuring the viscosity of the glass at the liquidus temperature TL by a platinum ball pulling method.
  • the Young's modulus and rigidity are values measured by a well-known resonance method.
  • the density ⁇ is 2.66 g / cm 3 or less
  • the thermal expansion coefficient ⁇ is 38 to 46 ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C.
  • the strain point Ps is 712 ° C. or more.
  • the temperature at 10 2.5 dPa ⁇ s is 1653 ° C. or less
  • the liquidus temperature TL is 1229 ° C. or less
  • the liquidus viscosity log 10 ⁇ TL is 4.7 or more
  • the Young's modulus is 78 GPa or more
  • the specific Young's modulus is 29.7 GPa / It was (g / cm 3 ) or more.
  • sample no. Nos. 1 to 35 have good devitrification resistance, so that they can be easily formed to a plate thickness of 400 ⁇ m or less, and the specific Young's modulus is large, so that even when the plate thickness is 400 ⁇ m or less, the glass substrate is hardly bent. Therefore, sample no. 1 to 35 are considered to be suitable as glass substrates for liquid crystal lenses. Sample No. Although Nos. 1 to 35 did not contain As 2 O 3 or Sb 2 O 3 in the glass composition, they contained SnO 2 and had good foam quality.
  • a glass substrate for a liquid crystal lens having a plate width of 1500 mm and a plate thickness of 250 ⁇ m was formed by an overflow down draw method.
  • the surface roughness Ra of the glass substrate for liquid crystal lenses was 20 mm or less (see Tables 1 and 5).
  • the liquid crystal lens is appropriately adjusted by adjusting the speed of the pulling roller, the speed of the cooling roller, the temperature distribution of the heating device, the temperature of the molten glass, the flow rate of the molten glass, the drawing speed, the rotation speed of the stirring stirrer, etc. The surface quality of the glass substrate was adjusted.

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Abstract

 本発明の液晶レンズ用ガラス基板は、ガラス組成として、mol%で、SiO 45~75%、Al 5~15%、B 0~15%、MgO 0~15%、CaO 0~15%を含有し、且つ板厚が400μm以下である。

Description

液晶レンズ用ガラス基板
 本発明は、3Dディスプレイの視域制御部等に適用し得る液晶レンズ用ガラス基板に関する。
 近年、メガネの着用を必要としない3Dディスプレイデバイスが市場に出始めている。眼鏡を必要としない3Dの表示方式として、パララックスバリア式、レンズを用いる方式が提案されている。パララックスバリア式は、適切な間隔に設定されたストライプ状のバリアにより、ディスプレイの画素を覆うことにより、両眼視差を作り出す方式である。最近では、バリアが液晶で作製されているタイプもあり、2Dと3Dの切り替えが可能なものが出てきている。しかし、このタイプは、少なからず画面の一部を何らかのバリアで隠す必要があるため、ディスプレイの輝度が低下するという問題がある。
 一方、レンズを用いる方式は、基本的な原理がパララックス式に類似しており、バリアの代わりに、プラスチックフィルムレンズにより両眼視差を作り出す方式である。この方式では、画面を遮るものがないため、ディスプレイの輝度を維持し易いが、2Dと3Dの切り替えが不可能であるという問題がある。
 これらの問題を解決する方法として、液晶レンズを用いて視域制御を行う方式が検討されている。この方式は、偏光フィルム、導電膜が形成された2枚のガラス基板間に存在する液晶に電界を印加して、液晶の配向を変化させることにより、一種のレンズのような役割を付与して、立体視を可能にする方式である。そして、この方式は、パララックスバリア式のような画素を遮るものがなく、また2Dと3Dの切り替えも可能であるため、次世代の3Dディスプレイの視域制御機構として期待されている。
 ところが、液晶レンズを用いて視域制御を行う方式では、液晶レンズをディスプレイデバイスの画素上に配置する場合、画素-レンズ間の距離が長くなってしまい、3Dの視野角が狭くなるという問題がある。
 この問題は、LCDやOLEDの表示部に、前面側に0.5~0.7mmのガラス基板が既に存在し、更に液晶レンズのガラス基板の厚みが付加されることに起因している。
 一方、液晶レンズ用ガラス基板の板厚を小さくすると、上記問題を改善可能である。しかし、従来のガラス基板は、板厚を小さくすると、撓み易くなる。ガラス基板が撓むと、その表面上に所望の成膜(例えば、透明導電膜等の成膜)を行うことができないという問題が生じる。
 そこで、本発明は、板厚が小さくても、撓み難いガラス基板を提供することにより、画素-レンズ間の距離が短く、且つ適正な透明導電膜等を有する3Dディスプレイの視域制御部を実現することを技術的課題とする。
 本発明者等は、種々の実験を繰り返した結果、ガラス基板のガラス組成、寸法を厳密に規制することにより、上記技術的課題を解決し得ることを見出し、本発明として提案するものである。すなわち、本発明の液晶レンズ用ガラス基板は、ガラス組成として、mol%で、SiO 45~75%、Al 5~15%、B 0~15%、MgO 0~15%、CaO 0~15%を含有し、且つ板厚が400μm以下であることを特徴とする。
 上記のようにガラス組成を規制すれば、耐失透性、比ヤング率を高めることが可能になる。耐失透性が高いと、板厚400μm以下に成形し易くなり、比ヤング率が大きいと、板厚が400μm以下の場合でもガラス基板が撓み難くなる。また、上記のようにガラス組成を規制すれば、密度、高温粘性を低下させることも可能になる。
 そして、このようにガラス基板の板厚を400μm以下に規制すれば、3Dディスプレイで立体視できる視野角を広げることが可能になる。また、ガラス基板に可撓性を付与することが可能になり、ガラス基板をロール状に巻き取ってガラスロールを作製することも可能になる。ガラス基板をガラスロールの状態にすると、透明導電膜の形成や偏光フィルムの貼り付けを連続的に行うことができ、液晶レンズの生産効率が飛躍的に向上する。
 第二に、本発明の液晶レンズ用ガラス基板は、比ヤング率が29GPa/(g/cm)以上であることが好ましい。ここで、「比ヤング率」は、ヤング率を密度の値で割った値である。「ヤング率」は、周知の共振法等で測定した値を指す。「密度」は、周知のアルキメデス法等で測定可能である。
 第三に、本発明の液晶レンズ用ガラス基板は、歪点が650℃以上であることが好ましい。ここで、「歪点」は、ASTM C336に基づいて測定した値を指す。
 第四に、本発明の液晶レンズ用ガラス基板は、密度が2.7g/cm以下であることが好ましい。
 第五に、本発明の液晶レンズ用ガラス基板は、102.5dPa・sにおける温度が1650℃以下であることが好ましい。ここで、「102.5dPa・sにおける温度」は、溶融温度に相当し、白金球引き上げ法で測定した値を指す。
 第六に、本発明の液晶レンズ用ガラス基板は、液相粘度が104.0dPa・s以上であることが好ましい。ここで、「液相粘度」は、液相温度におけるガラスの粘度を白金球引き上げ法で測定した値を指す。「液相温度」は、標準篩30メッシュ(500μm)を通過し、50メッシュ(300μm)に残るガラス粉末を白金ボートに入れた後、この白金ボートを温度勾配炉中で24時間保持して、結晶が析出する温度を測定した値を指す。
 第七に、本発明の液晶レンズ用ガラス基板は、30~380℃における熱膨張係数が30~50×10-7/℃であることが好ましい。ここで、「熱膨張係数」は、ディラトメーターで測定した値であり、30~380℃の温度範囲における平均値を指す。
 第八に、本発明の液晶レンズ用ガラス基板は、オーバーフローダウンドロー法で成形されてなることが好ましい。ここで、「オーバーフローダウンドロー法」は、フュージョン法とも称されており、耐熱性の樋状構造物の両側から、溶融ガラスを溢れさせて、溢れた溶融ガラスを樋状構造物の下端で合流させながら、下方に延伸成形してガラス基板を成形する方法である。
 第九に、本発明の液晶レンズ用ガラス基板は、ガラス組成として、mol%で、SiO 45~75%、Al 5~15%、B 0~15%、MgO 0~15%、CaO 0~15%を含有し、モル比MgO/CaOが0~1.5、モル比(SrO+BaO)/(MgO+CaO)が0~1、モル比MgO/Alが0~1、モル比CaO/Alが0~3、モル比B/SiOが0~0.3であり、実質的にアルカリ金属酸化物(LiO、NaO、KO)、As、Sb、PbO、及びBiを含有せず、比ヤング率が29GPa/(g/cm)以上、30~380℃における熱膨張係数が30~50×10-7/℃、密度が2.6g/cm以下、液相粘度が105.0dPa・s以上、幅寸法が500mm以上、長さ寸法が500mm以上、板厚が400μm以下であることを特徴とする。ここで、「SrO+BaO」は、SrOとBaOの合量を指す。「MgO+CaO」は、MgOとCaOの合量を指す。「実質的に~を含有しない」とは、ガラス組成中の対象成分の含有量が0.1モル%未満の場合を指す。例えば、「実質的にAsを含有しない」とは、ガラス組成中のAsの含有量が0.1モル%未満の場合を指す。
 第十に、本発明の液晶レンズ用ガラス基板は、ガラス組成として、mol%で、SiO 45~75%、Al 5~15%、B 0~15%、MgO 0~15%、CaO 0~15%を含有し、モル比MgO/CaOが0~1.5、モル比(SrO+BaO)/(MgO+CaO)が0~1、モル比MgO/Alが0~1、モル比CaO/Alが0~3、モル比B/SiOが0~0.3であり、実質的にアルカリ金属酸化物、As、Sb、PbO、及びBiを含有せず、比ヤング率が29GPa/(g/cm)以上、30~380℃における熱膨張係数が30~50×10-7/℃、密度が2.6g/cm以下、液相粘度が105.0dPa・s以上、板厚が400μm以下であることを特徴とする。
 第十一に、本発明の液晶レンズは、上記何れかの液晶レンズ用ガラス基板を備えてなることを特徴とする。
 第十二に、本発明のガラス基板は、板厚が400μm以下であり、且つ比ヤング率が29GPa/(g/cm)以上であることを特徴とする。なお、本発明のガラス基板は、液晶レンズ用途に特に好適であるが、液晶レンズ以外の有機ELディスプレイの基板用途等に適用してもよい。
 第十三に、本発明のガラス基板は、液晶レンズに用いることが好ましい。
 以上のような本発明によれば、板厚が小さくても、撓み難いガラス基板を提供することができる。このため、当該ガラス基板を用いれば、画素-レンズ間の距離が短く且つ適正な透明導電膜等を有する3Dディスプレイの視域制御部を製造することが可能となる。
 本発明の実施形態に係る液晶レンズ用ガラス基板は、ガラス組成として、mol%で、SiO 45~75%、Al 5~15%、B 0~15%、MgO 0~15%、CaO 0~15%を含有する。上記のように各成分の含有範囲を限定した理由を以下に示す。
 SiOの含有量は45~75%であり、好ましくは50~73%、より好ましくは55~72%、更に好ましくは60~70%である。SiOの含有量が少な過ぎると、低密度化を図り難くなる。一方、SiOの含有量が多過ぎると、高温粘度が不当に高くなり、溶融性が低下することに加えて、ガラス中に失透結晶(クリストバライト)等の欠陥が生じ易くなる。
 Alの含有量は5~15%である。Alの含有量が少な過ぎると、ヤング率や耐熱性を高め難くなり、また高温粘性が不当に高くなり、溶融性が低下し易くなる。よって、Alの好適な下限範囲は7%以上、9%以上、10%以上、11%以上、特に12%以上である。一方、Alの含有量が多過ぎると、液相温度が高くなり、耐失透性が低下し易くなる。よって、Alの好適な上限範囲は14.5%以下、14%以下、13.5%以下、特に13%以下である。
 Bは、融剤として働き、高温粘性を下げて、溶融性を高める成分である。Bの含有量は0~15%である。Bの含有量が多過ぎると、ヤング率の低下により、比ヤング率を高め難くなり、また耐熱性や耐候性が低下し易くなる。よって、Bの好適な上限範囲は11%以下、8%以下、5%以下、3%以下、1%以下、特に0.5%以下である。なお、Bの含有量が少ないと、高温粘性が高くなり、泡品位が低下する傾向があり、更には密度が上昇する傾向がある。
 MgOの含有量は0~15%である。MgOは、次のような成分である。すなわち、歪点を低下させずに、高温粘性を下げて、溶融性を高める成分である。またアルカリ土類金属酸化物の中では、密度を下げる効果が最も大きい成分である。更にヤング率を高める効果が大きい成分である。しかし、MgOの含有量が多過ぎると、液相温度が上昇して耐失透性が低下し易くなる。よって、MgOの好適な上限範囲は12%以下、10%以下、特に9%以下であり、MgOの好適な下限範囲は1%以上、1.5%以上、3%以上、3.5%以上、4%以上、6%以上、特に7.5%以上である。
 CaOの含有量は0~15%である。CaOは、歪点を低下させずに、高温粘性を下げて、溶融性を顕著に高める成分である。また、アルカリ土類金属酸化物の中で、CaOの含有量を相対的に増加させると、ガラスを低密度化し易くなる。しかし、CaOの含有量が多過ぎると、熱膨張係数や密度が不当に高くなり、またガラス組成の成分バランスが損なわれて、耐失透性が低下し易くなる。よって、CaOの好適な上限範囲は13%以下、12%以下、11%以下、10.5%以下、9%以下、特に8%以下である。また、CaOの好適な下限範囲は1%以上、3%以上、4%以上、5%以上、特に5.5%以上である。
 上記成分以外にも、例えば、以下の成分を添加してもよい。
 SrOは、歪点を低下させずに、高温粘性を下げて、溶融性を高める成分であるが、SrOの含有量が多くなると、密度や熱膨張係数が上昇し易くなる。また、SrOの含有量が多くなると、Siの熱膨張係数に整合させるために、CaOやMgOの含有量を相対的に低下しなければならない。そして、このCaOやMgOの含有量の低下に起因して、耐失透性が低下したり、ヤング率が低下したり、高温粘性が上昇する事態を招き易くなる。よって、SrOの含有量は0~10%、0~5%、0~3%、0~1.8%、0~1.4%、0~1%、特に0~0.5%が好ましい。
 BaOは、歪点を低下させずに、高温粘性を下げて、溶融性を高めたり、耐失透性を高める成分である。BaOの含有量が多くなると、密度や熱膨張係数が上昇し易くなる。また、BaOの含有量が多くなると、Siの熱膨張係数に整合させるために、CaOやMgOの含有量を相対的に低下しなければならない。その結果、耐失透性が低下したり、ヤング率が低下したり、高温粘性が上昇する事態を招き易くなる。よって、BaOの含有量は0~10%が好ましい。BaOの好適な上限範囲は8%以下、6%以下、5%以下、特に3%以下である。また、BaOの好適な下限範囲は0.5%以上、1%以上、1.5%以上、特に2%以上である。
 モル比MgO/CaOは0~1.5が好ましい。この値が大きい程、ヤング率が高くなり、また高温粘性が低下する傾向があるが、この値が大き過ぎると、ガラスが失透し易くなる。よって、モル比MgO/CaOの好適な上限範囲は1.4以下であり、好適な下限範囲は0.2以上、0.4以上、0.6以上、0.8以上、特に1以上である。
 モル比(SrO+BaO)/(MgO+CaO)は0~1が好ましい。この値が大きい程、耐失透性が向上する傾向があるが、この値が大き過ぎると、高温粘性、密度、熱膨張係数が高くなり過ぎたり、比ヤング率が低下する虞がある。よって、モル比(SrO+BaO)/(MgO+CaO)の好適な上限範囲は0.8以下、0.6以下、0.5以下、0.45以下、0.4以下、特に0.35以下である。また、モル比(SrO+BaO)/(MgO+CaO)の好適な下限範囲は0.05以上、0.1%以上、0.15以上、0.2以上、0.25以上、特に0.3以上である。
 モル比MgO/Alは0~1が好ましい。この値が大きい程、ヤング率が高くなり、また高温粘性が低下する傾向があるが、この値が大き過ぎると、耐失透性が低下したり、密度や熱膨張係数が高くなり過ぎる。よって、モル比MgO/Alの好適な上限範囲は0.9以下、0.8以下、0.75以下、特に0.7以下である。また、モル比MgO/Alの好適な下限範囲は0.2以上、0.3以上、特に0.5以上である。
 モル比CaO/Alは0~3が好ましい。この値が大きい程、ヤング率が高くなり、また高温粘性が低下する傾向があるが、この値が大き過ぎると、液相粘度が極端に高くなったり、密度や熱膨張係数が高くなり過ぎる。モル比CaO/Alの好適な上限範囲は2以下、1.5以下、1以下、0.8以下、特に0.6以下であり、好適な下限範囲は0.1以上、0.2以上、0.3以上、0.4以上、特に0.5以上である。
 モル比B/SiOは0~0.3が好ましい。この値が大きい程、高温粘度が低下して、溶融性が向上したり、密度が低下したり、液相温度が低下する傾向がある。しかしこの値が大き過ぎると、歪点、ヤング率が低下し易くなる。よって、モル比B/SiOの好適な上限範囲は0.25以下、0.2以下、0.15以下、特に0.1以下である。
 MgO+CaO+SrO+BaOは、液相温度を下げて、ガラス中に結晶異物を発生させ難くする成分であり、また溶融性や成形性を高める成分である。MgO+CaO+SrO+BaOの含有量は0~25%、3~20%、5~19%、10~19%、12%~19%、12.5~19%、特に14~19%が好ましい。MgO+CaO+SrO+BaOの含有量が少な過ぎると、融剤としての働きを十分に発揮できず、溶融性が低下し易くなることに加えて、熱膨張係数が低くなり過ぎて、Siの熱膨張係数に整合させ難くなる。一方、MgO+CaO+SrO+BaOの含有量が多過ぎると、密度が上昇して、低密度化を図り難くなることに加えて、比ヤング率が低下し易くなり、更には熱膨張係数が不当に高くなる虞がある。なお、「MgO+CaO+SrO+BaO」は、MgO、CaO、SrO、及びBaOの合量である。
 清澄剤は、泡品位を高めるために用いる成分である。従来、清澄剤として、As、Sbが使用されていた。しかし、As、Sbは、環境負荷物質であり、環境的観点から、これらの使用量を削減することが望ましい。そこで、清澄剤として、SnOを用いると、環境的要請に配慮しつつ、泡品位を高めることができる。SnOは、高温域で良好な清澄作用を発揮する成分であると共に、高温粘性を低下させる成分である。SnOの含有量は0~1%、0.001~1%、0.01~0.5%、特に0.05~0.3%が好ましい。SnOの含有量が多過ぎると、SnOの失透結晶がガラス中に析出し易くなる。なお、SnOの含有量が0.001%より少ないと、上記の効果を享受し難くなる。
 As、Sbも清澄剤として有効に作用し、本実施形態では、これらの成分の含有を完全に排除するものではないが、環境的観点から、これらの成分の含有量をそれぞれ0.1%未満、特に0.05%未満に規制することが好ましい。また、F、Cl等のハロゲンは、溶融温度を低温化すると共に、清澄剤の作用を促進させる効果がある。よって、ハロゲンを添加すれば、溶融コストを低廉化しつつ、ガラス製造窯の長寿命化を図ることができる。しかし、F、Clの含有量が多過ぎると、液晶レンズ用ガラス基板上に形成される金属の配線パターンを腐食させる場合がある。このため、F、Clの含有量は各々1%以下、0.5%以下、0.1%未満、0.05%以下、特に0.01%以下が好ましい。
 ガラス特性を損なわない範囲で、清澄剤として、CeO、SO、C、金属粉末(例えばAl、Si等)を添加してもよい。
 ZnOは、溶融性を高める成分であるが、その含有量が多過ぎると、ガラスが失透し易くなると共に、歪点が低下し易くなる上、密度も上昇し易くなる。よって、ZnOの含有量は0~10%、0~5%、0~3%、0~0.5%、0~0.3%、特に0~0.1%が好ましい。
 ZrOは、耐候性を高める成分であるが、その含有量が多過ぎると、耐失透性が低下し易くなることに加えて、誘電率や誘電正接が上昇し易くなる。よって、ZrOの含有量は0~5%、0~3%、0~0.5%、特に0.01~0.2%が好ましい。また、耐失透性の向上を優先する場合は、ZrOの含有量を0.01%以下に規制することが好ましい。
 TiOは、高温粘性を下げて、溶融性を高める成分であると共に、ソラリゼーションを抑制する成分であるが、ガラス組成中に多く添加すると、ガラスが着色し、透過率が低下し易くなる。よって、TiOの含有量は0~5%、0~3%、0~1%、特に0~0.02%が好ましい。
 Pは、耐失透性を高める成分であるが、ガラス組成中に多く添加すると、ガラス中に分相、乳白が生じ易くなることに加えて、耐水性が顕著に低下する虞がある。よって、Pの含有量は0~5%、0~1%、特に0~0.5%が好ましい。
 Y、Nb、Laは、歪点を高める働きがあるが、これらの含有量が多過ぎると、密度が上昇し易くなる。よって、Y、Nb、Laの含有量は、各々0~3%、0~1%、特に0~0.1%が好ましい。
 アルカリ金属酸化物の含有量が多くなると、熱膨張係数が高くなったり、歪点が低下したり、TFTの特性が劣化する。よって、アルカリ金属酸化物の含有量は0~6%、0~3%、0~1%、特に0~0.1%が好ましい。更に、実質的にアルカリ金属酸化物を含有しないことが望ましい。
 環境的観点から、PbO、Biを実質的に含有しないことが好ましい。
 各成分の好適な含有範囲を適宜選択して、好適なガラス組成範囲を構築することは当然に可能であるが、その中でも、以下のガラス組成範囲が、耐失透性、密度、比ヤング率、高温粘性、環境的要請等の観点から、特に好ましい。
 (1)mol%で、SiO 50~75%、Al 7~15%、B 0~11%、MgO 0~10%、CaO 0~12%を含有し、モル比MgO/CaOが0~1.5、モル比(SrO+BaO)/(MgO+CaO)が0~0.5、モル比MgO/Alが0~0.8、モル比CaO/Alが0~1.5、モル比B/SiOが0~0.2であり、実質的にアルカリ金属酸化物、As、Sb、PbO、及びBiを含有しない。
 (2)mol%で、SiO 55~73%、Al 9~15%、B 0~8%、MgO 1.5~10%、CaO 3~10.5%を含有し、モル比MgO/CaOが0.2~1.4、モル比(SrO+BaO)/(MgO+CaO)が0.1~0.5、モル比MgO/Alが0.2~0.8、モル比CaO/Alが0.2~1、モル比B/SiOが0~0.2であり、実質的にアルカリ金属酸化物、As、Sb、PbO、及びBiを含有しない。
 (3)mol%で、SiO 60~73%、Al 10~15%、B 0~5%、MgO 2~10%、CaO 3~8%を含有し、モル比MgO/CaOが0.6~1.4、モル比(SrO+BaO)/(MgO+CaO)が0.15~0.45、モル比MgO/Alが0.2~0.8、モル比CaO/Alが0.2~0.6、モル比B/SiOが0~0.2であり、実質的にアルカリ金属酸化物、As、Sb、PbO、及びBiを含有しない。
 (4)mol%で、SiO 60~73%、Al 11~15%、B 0~3%、MgO 3~9%、CaO 3~8%を含有し、モル比MgO/CaOが0.8~1.4、モル比(SrO+BaO)/(MgO+CaO)が0.15~0.4、モル比MgO/Alが0.3~0.75、モル比CaO/Alが0.3~0.6、モル比B/SiOが0~0.15であり、実質的にアルカリ金属酸化物、As、Sb、PbO、及びBiを含有しない。
 (5)mol%で、SiO 60~72%、Al 12~15%、B 0~3%、MgO 6~9%、CaO 5~8%を含有し、モル比MgO/CaOが1~1.4、モル比(SrO+BaO)/(MgO+CaO)が0.15~0.3、モル比MgO/Alが0.5~0.75、モル比CaO/Alが0.4~0.6、モル比B/SiOが0~0.1であり、実質的にアルカリ金属酸化物、As、Sb、PbO、及びBiを含有しない。
 (6)mol%で、SiO 60~72%、Al 12~15%、B 0~3%、MgO 7.5~9%、CaO 5~8%を含有し、モル比MgO/CaOが1~1.4、モル比(SrO+BaO)/(MgO+CaO)が0.15~0.3、モル比MgO/Alが0.5~0.7、モル比CaO/Alが0.4~0.6、モル比B/SiOが0~0.1であり、実質的にアルカリ金属酸化物、As、Sb、PbO、及びBiを含有しない。
 本実施形態の液晶レンズ用ガラス基板において、板厚は400μm以下であり、300μm以下、200μm以下、特に100μm以下が好ましい。板厚が小さい程、3Dディスプレイで立体視できる視野角が広がると共に、ガラス基板が軽量になるため、デバイスを軽量化することができる。更に、ガラス基板の可撓性が向上するため、デバイスに可撓性を付与し易くなり、ロールtoロールプロセスで液晶レンズを製造することも可能になる。
 本実施形態の液晶レンズ用ガラス基板において、長さ、幅寸法の各々の下限値は500mm以上、700mm以上、特に1000mm以上が好ましい。また、長さ、幅寸法の各々の上限値は3000mm以下、特に2500mm以下が好ましい。長さ、幅寸法が大きい程、大型3Dディスプレイの作製が可能になるが、長さ、幅寸法が大き過ぎると、撓み量が大きくなり過ぎて、ガラス基板が破損し易くなる。
 本実施形態の液晶レンズ用ガラス基板において、表面粗さRaは50Å以下、30Å以下、10Å以下、5Å以下、3Å以下、特に2Å以下が好ましい。表面粗さRaが大きいと、ガラス基板上に形成されるITO等の膜の品位が低下して、デバイスが表示不良を引き起こす虞がある。ここで、「表面粗さRa」は、JIS B0601:2001に準拠した方法により測定した値を指す。
 本実施形態の液晶レンズ用ガラス基板において、密度は2.7g/cm以下、2.68g/cm以下、2.66g/cm以下、2.63g/cm以下、2.61g/cm以下、2.59g/cm以下、2.57g/cm以下、特に2.55g/cm以下が好ましい。密度が大きいと、ガラスを軽量化し難くなる。
 本実施形態の液晶レンズ用ガラス基板において、熱膨張係数は30~50×10-7/℃、32~50×10-7/℃、35~50×10-7/℃、37~50×10-7/℃、38~49×10-7/℃、特に38~46×10-7/℃が好ましい。熱膨張係数が上記範囲外になると、透明導電膜やパターニング等の膜との熱膨張係数差に起因して、ガラス基板に反りが発生し易くなる。またディスプレイデバイス側の基板と貼り合わせることが困難になる。
 本実施形態の液晶レンズ用ガラス基板において、歪点は650℃以上、670℃以上、690℃以上、700℃以上、715℃以上、720℃以上、特に730℃以上が好ましい。歪点が高くなると、ガラス基板上に導電膜のパターニング等を行った場合でも、ガラス基板の寸法変化が小さくなる。このため、ガラス基板の両面に高精度のパターニングを行うことが可能になる。
 本実施形態の液晶レンズ用ガラス基板において、液相温度は1320℃以下、1290℃以下、1250℃以下、1220℃以下、1190℃以下、特に1170℃以下が好ましい。このようにすれば、ガラス中に失透結晶が発生し難くなるため、オーバーフローダウンドロー法等により、板厚400μm以下のガラス基板を成形し易くなる。結果として、ガラス基板の表面品位を高めつつ、ガラス基板の製造コストを低廉化することができる。なお、液相温度は、耐失透性の指標である。液相温度が低い程、耐失透性に優れる。
 本実施形態の液晶レンズ用ガラス基板において、液相粘度は104.0dPa・s以上、104.3dPa・s以上、104.5dPa・s以上、104.7dPa・s以上、105.0dPa・s以上、105.3dPa・s以上、特に105.5dPa・s以上が好ましい。このようにすれば、成形時にガラス中に失透結晶が発生し難くなるため、オーバーフローダウンドロー法等により、板厚400μm以下のガラス基板を成形し易くなる。結果として、液晶レンズ用ガラス基板の表面品位を高めつつ、液晶レンズ用ガラス基板の製造コストを低廉化することができる。なお、液相粘度は、成形性の指標であり、液相粘度が高い程、成形性に優れる。
 高温溶融は、一般的に、ガラス溶融窯の負担を増加させる。ガラス溶融窯に使用されるアルミナやジルコニア等の耐火物は、高温になる程、溶融ガラスに激しく浸食される。耐火物の浸食量が多くなると、ガラス溶融窯のライフサイクルが短くなるため、ガラス基板の製造コストが高騰する。また、高温溶融の場合、ガラス溶融窯の構成部材に高耐熱性の構成部材を使用する必要があるため、ガラス溶融窯の構成部材が割高になり、結果として、溶融コストが高騰する。更に、高温溶融は、ガラス溶融窯の内部を高温に保持する必要があるため、低温溶融に比べて、ランニングコストが高騰する。よって、102.5dPa・sにおける温度は1650℃以下、1640℃以下、1620℃以下、1600℃以下、特に1580℃以下が好ましい。102.5dPa・sにおける温度が高過ぎると、ガラス基板の製造コストが高騰することに加えて、泡品位が低下し易くなる。
 本実施形態の液晶レンズ用ガラス基板において、比ヤング率は29GPa/(g/cm)以上、30GPa/(g/cm)以上、30.5GPa/(g/cm)以上、31GPa/(g/cm)以上、特に31.5GPa/(g/cm)以上が好ましい。比ヤング率が高い程、大型、薄肉のガラス基板が自重で撓み難くなる。
 3Dディスプレイの構成として、LCDと液晶レンズ、OLEDと液晶レンズの組み合わせ等が考えられる。この場合、それぞれのデバイスを作製した後にお互いを貼り合わせるプロセスを採用することが好ましい。このようにすれば、それぞれのデバイスの不良品を事前に取り除くことが可能になり、3Dディスプレイの製造歩留まりを高めることが可能になる。一方、このようにすれば、LCD、OLEDの対向基板の厚みが付加されるため、3Dの視野角が狭くなる虞がある。この場合、本実施形態の液晶レンズ用ガラス基板にレンズデバイスのパターニングを行った後、同ガラス基板の裏面にCF等を形成した上で、LCDやOLEDの対向基板とすることが好ましい。このような構造であれば、画素-レンズ間の距離が実質的に液晶レンズ用ガラス基板の厚みとなり、3Dディスプレイの視野角を高めることが可能になる。
 本実施形態の液晶レンズ用ガラス基板は、所定のガラス組成になるように調合したガラスバッチを連続式ガラス溶融窯に投入し、このガラスバッチを加熱溶融した後、得られた溶融ガラスを清澄し、成形装置に供給した上で薄板形状等に成形することにより作製することができる。
 本実施形態の液晶レンズ用ガラス基板は、オーバーフローダウンドロー法で成形されてなることが好ましい。このようにすれば、未研磨で表面品位が良好なガラス基板を作製することができる。その理由は、オーバーフローダウンドロー法の場合、ガラス基板の表面となるべき面は樋状耐火物に接触せず、自由表面の状態で成形されるからである。樋状構造物の構造や材質は、所望の寸法や表面品位を実現できる限り、特に限定されない。また、下方への延伸成形を行う際に、ガラスに力を印加する方法は、所望の寸法や表面品位を実現できる限り、特に限定されない。例えば、充分に大きい幅を有する耐熱性ロールをガラスに接触させた状態で回転させて延伸する方法、或いは複数の対になった耐熱性ロールをガラスの幅方向端面近傍のみに接触させて延伸する方法を採用することができる。なお、液相温度が低く、或いは液相粘度が高い程、オーバーフローダウンドロー法により、板厚400μm以下のガラス基板を成形し易くなる。
 オーバーフローダウンドロー法以外に、他の成形方法を採用してもよい。例えば、スロットダウンドロー法、リドロー法、フロート法等を採用することができる。
 本発明の実施形態に係るガラス基板は、板厚が400μm以下であり、且つ比ヤング率が29GPa/(g/cm)以上であることを特徴とし、液晶レンズに用いることが好ましい。本実施形態のガラス基板の技術的特徴(好適な組成、好適な特性、効果)は、既に説明した本実施形態の液晶レンズ用ガラス基板の技術的特徴と同様になるため、詳細な説明を省略する。
 以下、本発明の実施例を説明する。なお、以下の実施例は単なる例示である。本発明は、以下の実施例に何ら限定されない。
 表1~5は、本発明の実施例(試料No.1~35)を示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
 次のようにして、試料No.1~35を作製した。まず表中のガラス組成になるように調合したガラスバッチを白金坩堝に入れ、1600℃で24時間溶融した後、カーボン板上に流し出して平板形状に成形した。次に、得られた各試料について、密度ρ、熱膨張係数α、歪点Ps、徐冷点Ta、軟化点Ts、10dPa・sにおける温度、10dPa・sにおける温度、102.5dPa・sにおける温度、液相温度TL、液相粘度log10ηTL、ヤング率、比ヤング率、剛性率を評価した。
 密度ρは、周知のアルキメデス法で測定した値である。
 熱膨張係数αは、ディラトメーターで測定した値であり、30~380℃の温度範囲における平均値である。
 歪点Ps、徐冷点Ta、軟化点Tsは、ASTM C336に基づいて測定した値である。
 104.0dPa・sにおける温度、103.0dPa・sにおける温度、102.5dPa・sにおける温度は、白金球引き上げ法で測定した値である。
 液相温度TLは、標準篩30メッシュ(500μm)を通過し、50メッシュ(300μm)に残るガラス粉末を白金ボートに入れた後、この白金ボートを温度勾配炉中に24時間保持して、結晶が析出する温度を測定した値である。
 液相粘度log10ηTLは、液相温度TLにおけるガラスの粘度を白金球引き上げ法で測定した値である。
 ヤング率、剛性率は、周知の共振法で測定した値である。
 表1~5から明らかなように、試料No.1~35は、ガラス組成が所定範囲に規制されているため、密度ρが2.66g/cm以下、熱膨張係数αが38~46×10-7/℃、歪点Psが712℃以上、102.5dPa・sにおける温度が1653℃以下、液相温度TLが1229℃以下、液相粘度log10ηTLが4.7以上、ヤング率が78GPa以上、比ヤング率が29.7GPa/(g/cm)以上であった。特に、試料No.1~35は、耐失透性が良好であるため、板厚400μm以下に成形し易く、更に比ヤング率が大きいため、板厚が400μm以下の場合でも、ガラス基板が撓み難い。よって、試料No.1~35は、液晶レンズ用ガラス基板として好適であると考えられる。なお、試料No.1~35は、ガラス組成中にAs、Sbを含有していないが、SnOを含むため、泡品位が良好であった。
 試験溶融炉で試料No.6、34に対応するガラスバッチを溶融した後、オーバーフローダウンドロー法により、板幅1500mm、板厚250μmの液晶レンズ用ガラス基板を成形した。その結果、液晶レンズ用ガラス基板の表面粗さRaは20Å以下であった(表1、5参照)。なお、成形に際し、引っ張りローラーの速度、冷却ローラーの速度、加熱装置の温度分布、溶融ガラスの温度、溶融ガラスの流量、板引き速度、攪拌スターラーの回転数等を適宜調整することで、液晶レンズ用ガラス基板の表面品位を調節した。

Claims (13)

  1.  ガラス組成として、mol%で、SiO 45~75%、Al 5~15%、B 0~15%、MgO 0~15%、CaO 0~15%を含有し、且つ板厚が400μm以下であることを特徴とする液晶レンズ用ガラス基板。
  2.  比ヤング率が29GPa/(g/cm)以上であることを特徴とする請求項1に記載の液晶レンズ用ガラス基板。
  3.  歪点が650℃以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載の液晶レンズ用ガラス基板。
  4.  密度が2.7g/cm以下であることを特徴とする請求項1~3の何れか一項に記載の液晶レンズ用ガラス基板。
  5.  102.5dPa・sにおける温度が1650℃以下であることを特徴とする請求項1~4の何れか一項に記載の液晶レンズ用ガラス基板。
  6.  液相粘度が104.0dPa・s以上であることを特徴とする請求項1~5の何れか一項に記載の液晶レンズ用ガラス基板。
  7.  30~380℃における熱膨張係数が30~50×10-7/℃であることを特徴とする請求項1~6の何れか一項に記載の液晶レンズ用ガラス基板。
  8.  オーバーフローダウンドロー法で成形されてなることを特徴とする請求項1~7の何れか一項に記載の液晶レンズ用ガラス基板。
  9.  ガラス組成として、mol%で、SiO 45~75%、Al 5~15%、B 0~15%、MgO 0~15%、CaO 0~15%を含有し、モル比MgO/CaOが0~1.5、モル比(SrO+BaO)/(MgO+CaO)が0~1、モル比MgO/Alが0~1、モル比CaO/Alが0~3、モル比B/SiOが0~0.3であり、実質的にアルカリ金属酸化物、As、Sb、PbO、及びBiを含有せず、比ヤング率が29GPa/(g/cm)以上、30~380℃における熱膨張係数が30~50×10-7/℃、密度が2.6g/cm以下、液相粘度が105.0dPa・s以上、幅寸法が500mm以上、長さ寸法が500mm以上、板厚が400μm以下であることを特徴とする液晶レンズ用ガラス基板。
  10.  ガラス組成として、mol%で、SiO 45~75%、Al 5~15%、B 0~15%、MgO 0~15%、CaO 0~15%を含有し、モル比MgO/CaOが0~1.5、モル比(SrO+BaO)/(MgO+CaO)が0~1、モル比MgO/Alが0~1、モル比CaO/Alが0~3、モル比B/SiOが0~0.3であり、実質的にアルカリ金属酸化物、As、Sb、PbO、及びBiを含有せず、比ヤング率が29GPa/(g/cm)以上、30~380℃における熱膨張係数が30~50×10-7/℃、密度が2.6g/cm以下、液相粘度が105.0dPa・s以上、板厚が400μm以下であることを特徴とする液晶レンズ用ガラス基板。
  11.  請求項1~10の何れか一項に記載の液晶レンズ用ガラス基板を備えてなることを特徴とする液晶レンズ。
  12.  板厚が400μm以下であり、且つ比ヤング率が29GPa/(g/cm)以上であることを特徴とするガラス基板。
  13.  液晶レンズに用いることを特徴とする請求項12に記載のガラス基板。
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