JP4389257B2

JP4389257B2 - フラットパネルディスプレイ装置用ガラス基板

Info

Publication number: JP4389257B2
Application number: JP2000060589A
Authority: JP
Inventors: 知浩永金
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2000-03-06
Filing date: 2000-03-06
Publication date: 2009-12-24
Anticipated expiration: 2020-03-06
Also published as: JP2001247332A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、フラットパネルディスプレイ装置、特にプラズマディスプレイ装置用ガラス基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマディスプレイ装置は一般に、前面ガラス基板表面にＩＴＯ膜、ネサ膜等からなる透明電極、誘電体ペーストを、背面ガラス基板表面には、Ａｌ、Ａｇ、Ｎｉからなる電極、リブペーストを塗布してから５００〜６００℃程度の温度で焼成することにより回路を形成し、その後、前面ガラス基板と背面ガラス基板を対向させ、周囲を５００〜６００℃程度の温度でフリットシールすることにより作製される。従来、ガラス基板としては、建築用または自動車用として広く用いられているソーダ石灰ガラス（熱膨張係数約８４×１０^-7／℃）が一般的に用いられてきた。また、絶縁ペースト、リブペースト、フリットシールといった周辺材料の熱膨張係数もソーダ石灰ガラスに合わせて、７０〜９０×１０^-7／℃の範囲に調整されている。
【０００３】
ところが、ソーダ石灰ガラスは歪点が５００℃程度と低く、５７０〜６００℃の温度で熱処理する際に、熱変形や熱収縮が起こり、寸法が著しく変化するため、前面ガラス基板と背面ガラス基板を対向させる際、電極の位置合わせを精度よく実現することが難しく、特に大型高精細のプラズマディスプレイ装置を作製する上で困難を生じていた。
【０００４】
また、ソーダ石灰ガラスは、１５０℃での体積電気抵抗率（ｌｏｇ ρ）が８．４Ω・ｃｍと低く、ガラス中のアルカリ成分の移動度が大きい。従って、ガラス中のアルカリ成分がＩＴＯ膜やネサ膜等の薄膜電極と反応し、電極材料の電気抵抗値を変化させる問題も有している。
【０００５】
これらの事情から、ガラス基板の熱変形、熱収縮及び体積電気抵抗率の問題を解決するために、ソーダ石灰ガラスと同等の熱膨張係数を有し、歪点及び体積電気抵抗率の高いプラズマディスプレイ装置用ガラス基板が提案されており、現在、これらのガラス基板が使用され、大型高精細のプラズマディスプレイ装置が作製されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記した従来の歪点、体積電気抵抗率の高いガラス基板は、プラズマディスプレイ装置の製造工程において、ソーダ石灰ガラスに比べて割れが生じやすい。そのため、装置の歩留まりが低く、生産性向上を妨げる原因の一つとなっている。従って、生産性向上のため、ガラス基板を割れにくくする必要がある。つまり、耐クラック性の高いガラス基板が望まれている。
【０００７】
本発明の目的は、耐クラック性に優れ、５７０〜６００℃の温度で熱処理しても熱変形や熱収縮が起こらず、また、熱膨張係数が７０〜９０×１０^-7／℃、体積電気抵抗率（ｌｏｇ ρ）が１０．５Ω・ｃｍ以上の特性を有するフラットパネルディスプレイ装置用ガラス基板を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、基礎ガラス成分であるＳｉＯ₂を種々の成分と置換する実験を行った結果、アルカリ土類金属酸化物（ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ）及びＺｒＯ₂が下記の条件を満たせばガラス基板の耐クラック性が向上することを見いだした。
▲１▼アルカリ土類金属酸化物の総量を低く抑える。
▲２▼アルカリ土類金属酸化物の中でも、特にＣａＯの含有量を低くする。
▲３▼ＺｒＯ₂の含有量を低く抑える。
【０００９】
ただし、これらの成分の含有量を低くしすぎると、歪点、体積電気抵抗率、溶融性及び成形性が著しく悪化する。そこで本発明者は、アルカリ土類金属酸化物及びＺｒＯ₂の含有量を適切に設定することにより、上記した特性を維持しつつ、高い耐クラック性を有するガラス基板が得られることを見いだし、本発明として提案するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明のフラットパネルディスプレイ装置用ガラス基板は、質量百分率でＳｉＯ_２５５〜７０％、Ａｌ_２Ｏ_３５％超〜１０％未満、ＭｇＯ１〜５％、ＣａＯ１〜２．５％、ＳｒＯ６％超〜７．５％、ＢａＯ０〜２％未満、Ｌｉ_２Ｏ０〜１．５％、Ｎａ_２Ｏ０〜５％、Ｋ_２Ｏ５〜１６％、ＺｒＯ_２０．３〜３％、ＳｒＯ＋ＢａＯ６％超〜８％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ８％超〜１３．８％、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ６〜１８％の組成を有し、かつＣａＯ／ＭｇＯの値が質量比で０．２０〜０．６９の範囲にあることを特徴とする。
【００１１】
【作用】
本発明のガラス基板において、各成分の割合を上記のように限定した理由を以下に述べる。
【００１２】
ＳｉＯ₂は、ガラスのネットワークフォーマーであるが、５５％より少なくなるとガラスの歪点が低くなり、熱変形や熱収縮が起こりやすくなる。一方、７０％より多くなるとガラスの熱膨張係数が小さくなりすぎる。熱膨張係数が小さくなりすぎると絶縁（誘電体）材料やリブ材料と熱膨張差が大きくなり、焼成時に絶縁層やリブに割れや剥離が生じるため好ましくない。なおＳｉＯ₂の好ましい範囲は５６〜６８％である。
【００１３】
Ａｌ₂Ｏ₃は、ガラスの歪点を高める成分であるが、５％以下では前記効果が得られず、１０％以上になると体積電気抵抗が低下し、また溶融性が悪化するため好ましくない。なおＡｌ₂Ｏ₃の好ましい範囲は５％超〜９．５％である。さらに好ましくは５．１〜９％である。
【００１４】
ＭｇＯは、ガラスの熱膨張係数を制御したり、ガラスの溶融性を高める成分であるが、５％より多くなるとガラスが失透しやすくなり、成形が困難となるため好ましくない。
【００１５】
ＣａＯは、ガラスの溶融性を高める成分であるが、２．５％より多くなるとガラスの耐クラック性が著しく低下するため好ましくない。なおＣａＯの好ましい範囲は１〜２．５％である。
【００１６】
またＣａＯ／ＭｇＯの値が０．２０では、高温粘性が高くなって溶融性が悪化し、また歪点が低くなる。一方、この値が０．６９を超えると、耐クラック性が著しく悪化する。なおＣａＯ／ＭｇＯの値の好ましい範囲は０．２０〜０．６９である。
【００１７】
ＳｒＯは、ガラスの溶融性及び体積電気抵抗率を高める成分であるが、７．５％より多くなるとガラスが失透したり、ガラスの密度が上昇して基板の重量が重くなりすぎるため好ましくない。なおＳｒＯの好ましい範囲はＢａＯの含有量によって異なり、ＢａＯが０〜２％未満の場合は６％超〜７．５％である。
【００１８】
ＢａＯは、ＳｒＯと同様、ガラスの溶融性及び体積電気抵抗率を高める成分であるが、２％以上になるとガラスが失透したり、ガラスの密度が上昇して基板の重量が重くなりすぎるため好ましくない。なおＢａＯの好ましい範囲はＳｒＯの含有量によって異なり、ＳｒＯが６％超〜７．５％の場合に０〜２％未満である。
【００１９】
またＳｒＯとＢａＯの合量が６％以下であると電気抵抗が低下し、８％より多くなるとクラック抵抗が低下する。
【００２０】
またＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯの合量が８％以下であるとガラスの溶融性が低下し、１３．８％より多くなるとガラス基板の耐クラック性が著しく低下する。
【００２１】
Ｌｉ₂Ｏは、ガラスの熱膨張係数を制御したり、ガラスの溶融性を高める成分であるが、１．５％より多くなるとガラスの歪点が低下し、プラズマディスプレイ装置を製造する際の熱処理工程で、熱変形や熱収縮が起こりやすくなるため好ましくない。なおＬｉ₂Ｏの好ましい範囲は０〜１％である。
【００２２】
Ｎａ₂Ｏは、Ｌｉ₂Ｏと同様、ガラスの熱膨張係数を制御したり、ガラスの溶融性を高める成分であるが、５％より多くなるとガラスの歪点が低下するため好ましくない。なおＮａ₂Ｏの好ましい範囲は０．５〜５％である。さらに好ましくは１〜４％である。
【００２３】
Ｋ₂Ｏも、Ｌｉ₂Ｏ及びＮａ₂Ｏと同様、ガラスの熱膨張係数を制御したり、ガラスの溶融性を高める成分であるが、５％より少なくなると溶融性が損なわれる。一方、１６％より多くなると歪点が低下するため好ましくない。なおＫ₂Ｏの好ましい範囲は６〜１５％である。
【００２４】
またＬｉ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ及びＫ₂Ｏの合量が６％より少なくなると溶融性が低下し、１８％より多くなると歪点が低下するため好ましくない。また、ガラスの体積電気抵抗率を高くするために、ガラス中にＬｉ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ及びＫ₂Ｏの内、２種以上のアルカリ金属酸化物を含有させることが好ましい。なおこれらの成分の合量は８〜１７％の範囲にあることが好ましい。
【００２５】
ＺｒＯ_２は、ガラスの歪点を高める成分であるが、０．３％より少ないとその効果がなく、３％より多くなるとガラスの耐クラック性が著しく低下するため好ましくない。なおＺｒＯ_２の好ましい範囲は０．３〜１％である。
【００２６】
また本発明においては、上記成分以外にも種々の成分を添加することができる。例えば紫外線による着色を防止するためにＴｉＯ₂を５％まで、耐クラック性を向上させるためにＰ₂Ｏ₅を４％まで添加することが可能である。更に、Ａｓ₂Ｏ₃、Ｓｂ₂Ｏ₃、ＳＯ₃、Ｃｌ等の清澄剤成分を合量で１％まで、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｃｒ₂Ｏ₃、ＣｅＯ₂等の着色剤成分を各１％まで添加することが可能である。
【００２７】
以上の組成を有する本発明のガラス基板は、板ガラスの成形方法として知られているフロート法、フュージョン法、ロールアウト法等の方法によって製造できる。
【００２８】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
【００２９】
本発明の実施例（試料Ｎｏ．１〜５）を表１、２に、比較例（試料Ｎｏ．９〜１６）を表３，４に示す。尚、試料Ｎｏ．１６は、ソーダ石灰ガラスである。
【００３０】
【表１】
【００３１】
【表２】
【００３２】
【表３】
【００３３】
【表４】
【００３４】
表中の各試料は、次のようにして作製した。
【００３５】
まず、表の組成となるようにガラス原料を調合し、白金ポットで１４５０〜１６００℃で４時間溶融した。その後、溶融ガラスをカーボン板の上に流し出して板状に成形し、徐冷後、板厚が２．８ｍｍになるように両面研磨して、得られた板ガラスを２００ｍｍ角の大きさに切断加工することで試料ガラスを作製した。
【００３６】
このようして得られた各試料について、耐クラック性、密度、歪点、熱膨張係数、体積電気抵抗率を測定し、表に示した。
【００３７】
本発明におけるガラスの耐クラック性の評価は、和田らが提案した方法（Ｍ．Ｗａｄａｅｔａｌ．Ｐｒｏｃ．，ｔｈｅＸｔｈＩＣＧ，ｖｏｌ．１１，Ｃｅｒａｍ．Ｓｏｃ．，Ｊａｐａｎ，Ｋｙｏｔｏ，１９７４，ｐ３９）を用いた。この方法は、ビッカース硬度計のステージに試料ガラスを置き、試料ガラスの表面に菱形状のダイヤモンド圧子を種々の荷重で１５秒間押し付ける。そして、除荷後１５秒までに圧痕の四隅から発生するクラック数をカウントし、最大発生しうるクラック数（４ヶ）に対する割合を求め、クラック発生率とする。なおこの評価は、同一荷重におけるクラック発生率を２０回測定し、その平均値をクラック発生率とする。このようにしてクラック発生率が５０％になるときの荷重を「クラック抵抗」とし、この値を表に示した。クラック抵抗が大きいということは、高い荷重でもクラックが発生しにくい、つまり、耐クラック性に優れているということである。なおクラック抵抗は湿度の影響を受けるため、測定は気温２５℃、湿度３０％の条件で行った。
【００３８】
密度については、周知のアルキメデス法で、歪点については、ＡＳＴＭＣ３３６−７１に基づいて測定した。また、熱膨張係数については、ディラトメーターで３０〜３８０℃における平均熱膨張係数を、体積電気抵抗率については、ＡＳＴＭＣ６５７−７８に基づいて１５０℃における値を測定した。乳白の有無については、ガラスの徐冷後に目視で観察した。
【００３９】
表から明らかなように、実施例である試料Ｎｏ．１〜５の各試料については、ソーダ石灰ガラスと同等以上である８５０ｍＮ以上のクラック抵抗を示しており、耐クラック性に優れている。また密度は２．５６ｇ／ｃｍ^３以下と低く、歪点は５７６℃以上、体積電気抵抗率（ｌｏｇ ρ）は１０．９Ω・ｃｍ以上と高く、熱膨張係数は８０〜８５×１０^−７／℃の範囲であった。
【００４０】
これに対して、比較例である試料Ｎｏ．９は、Ａｌ₂Ｏ₃が５％以下であるために歪点が低かった。試料Ｎｏ．１０は、Ａｌ₂Ｏ₃が１０％以上であるために電気抵抗が低かった。試料Ｎｏ．１１は、ＺｒＯ₂が０．３％未満であるために歪点が低かった。試料Ｎｏ．１２は、ＳｒＯとＢａＯの合量が４％未満であるために電気抵抗が低かった。試料Ｎｏ．１３は、ＳｒＯとＢａＯの合量が９％以上であるためにクラック抵抗が低かった。試料Ｎｏ．１４は、ＣａＯ／ＭｇＯの値が０．１未満であるために歪点が低かった。試料Ｎｏ．１５は、ＣａＯ／ＭｇＯの値が１．４８より大きいためにクラック抵抗が低かった。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように本発明のプラズマディスプレイ装置用ガラス基板は、優れた耐クラック性を有している。また歪点が高いため５７０〜６００℃の温度の熱処理で熱変形や熱収縮を起こさない。しかも７０〜９０×１０^-7／℃の熱膨張係数を有し、体積電気抵抗率も高いため、フラットパネルディスプレイ装置、特にプラズマディスプレイ装置のガラス基板として好適である。

Claims

質量百分率でＳｉＯ_２５５〜７０％、Ａｌ_２Ｏ_３５％超〜１０％未満、ＭｇＯ１〜５％、ＣａＯ１〜２．５％、ＳｒＯ６％超〜７．５％、ＢａＯ０〜２％未満、Ｌｉ_２Ｏ０〜１．５％、Ｎａ_２Ｏ０〜５％、Ｋ_２Ｏ５〜１６％、ＺｒＯ_２０．３〜３％、ＳｒＯ＋ＢａＯ６％超〜８％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ８％超〜１３．８％、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ６〜１８％の組成を有し、かつＣａＯ／ＭｇＯの値が質量比で０．２０〜０．６９の範囲にあることを特徴とするフラットパネルディスプレイ装置用ガラス基板。