JP4391321B2

JP4391321B2 - ディスプレイ装置用基板ガラス

Info

Publication number: JP4391321B2
Application number: JP2004164311A
Authority: JP
Inventors: 都築　　達也; 汎史町下
Original assignee: Central Glass Co Ltd
Current assignee: Central Glass Co Ltd
Priority date: 2004-06-02
Filing date: 2004-06-02
Publication date: 2009-12-24
Anticipated expiration: 2024-06-02
Also published as: CN1964926A; JP2005343729A

Description

本発明は、耐熱性に優れ、軽量でかつ高強度のガラス組成物に関する。特に通常のソーダライムシリカガラスと同程度の熱膨張係数と高い耐熱性が要求されるガラス基板、例えばＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）やＥＬ（エレクトロルミネセンス）、ＦＥＤ（フィールドエミッションディスプレイ）等の電子ディスプレイ用基板に好適なガラス組成物に関する。

従来、ＰＤＰ製造分野においては、基板ガラスとして常温〜３００℃の熱膨張係数が８０〜９０×１０^ー７／℃程度、歪点が５１０〜５２０℃程度のソーダライムシリカガラスを使用してきた。ソーダライムシリカガラスは多方面に利用され、低価格で容易に調達できる点で有利とされている。しかし歪点が低いため、ガラス基板上に電極線パターンを配し、更に低融点ガラスによる絶縁被覆を形成する等、パネル製作上各種熱処理を施す際に、基板ガラスの反りや収縮などの変形を生じ易いという不具合が生じる。

上記不具合を解消するために、近年においてはソーダライムシリカガラスと同様なアルカリ石灰系ガラスで、熱膨張係数がソーダライムシリカガラスと近似し、歪点が５５０℃を越え、あるいは６００℃を超えるような高歪点ガラスが提案されている（例えば特許文献１〜３）。これらのガラスは、ディスプレイパネルの製造工程において、熱変形が少なく、また他の部材との膨張の整合性も良い。
特許第２７３８０３６号公報特開平９−２０２６４１号公報特開平９−２５５３５４号公報

しかし、従来の高歪点ガラスは、成分組成自体ソーダライムシリカガラスに対しやや特異な組成であって、従来の高歪点ガラスの密度はソーダライムシリカガラスに比べて重く、２.６を越えるものが多い。これは、ディスプレイ装置の軽量化が困難になるという問題がある上に、ガラス基板の自重によるたわみの問題も発生する。即ち、ガラス基板の自重によるたわみ量（Ｗ）は、式（１）で表されるように、ガラスの密度（ρ）に比例して増大する。そのためガラス基板が大型化するとたわみ量がより大きくなって、基板の搬送や移動の工程で破損などの不具合が起こる問題がある。

W=ｃ(ρ/E)(L⁴/t²) （１）
W：最大たわみ量、L：2辺支持間の距離、ｔ：板厚、ρ：ガラスの密度、E：ガラスのヤング率、ｃ：定数

さらに、従来の高歪点ガラスはソーダライムシリカガラスに比べて脆いために、様々な処理を施す際に割れやすい問題がある。一般的にガラスの割れは傷（クラック）を起点として起こる脆性破壊と考えられており、この破壊に対する抵抗性は破壊靭性（Ｋ_ＩＣ）と呼ばれる。従って、前記割れの問題を改善するためにはＫ_ＩＣが高いガラスが必要である。

本発明の目的は、これらの問題を解決するために、ソーダライムシリカガラスと同程度の線膨張係数を有すると共に、歪点とＫ_ＩＣが高く、密度が低いことを特徴とするガラス基板の組成を提供することにある。

本発明は、実質的に重量％表示で、ＳｉＯ_２が６３〜６９、Ａｌ_２Ｏ_３が０．５〜５、Ｎａ_２Ｏが２〜７、Ｋ_２Ｏが８〜１５、ＭｇＯが１０〜１８、ＣａＯが０〜７、ＳｒＯが０〜３、ＢａＯが０〜３、ＺｒＯ_２が０．５〜７からなり、かつ歪点が５７０℃以上、破壊靭性Ｋ _ＩＣが０．７ＭＰａ・ｍ ^１／２以上、密度が２．６ｇ／ｃｍ ^３未満で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基板ガラスである。

また、３０℃〜３００℃における平均線熱膨張係数が（７０〜８５）×１０^−７／℃であることを特徴とする上記のフラットパネルディスプレイ装置用基板ガラスである。

本発明によれば、通常のソーダライムシリカガラスと同程度の熱膨張係数を有し、密度が低く、かつ破壊靱性Ｋ_ＩＣが高い高歪点ガラスを提供でき、これはＰＤＰ、ＥＬおよびＦＥＤなどの電子ディスプレイ用ガラス基板として極めて好適である。

実質的に重量％表示で、ＳｉＯ_２が６３〜６９、Ａｌ_２Ｏ_３が０．５〜５、Ｎａ_２Ｏが２〜７、Ｋ_２Ｏが８〜１５、ＭｇＯが１０〜１８、ＣａＯが０〜７、ＳｒＯが０〜３、ＢａＯが０〜３、ＺｒＯ_２が０．５〜７からなり、かつ歪点が５７０℃以上で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基板ガラスである。

ＳｉＯ_２はガラスの主成分であり、重量％において６３％未満では所望の破壊靱性Ｋ_ＩＣが得られない上に、ガラスの耐熱性または化学耐久性を悪化させる。他方、６９％を超えるとガラス融液の高温粘度が高くなり、ガラス成形が困難となる。また、ガラスの線熱膨張係数が小さくなり過ぎて、ディスプレイパネルを構成する他の部材との整合性が悪くなる。従って６３〜６９％、好ましくは６４〜６８％の範囲とする。

Ａｌ_２Ｏ_３は、歪点並びに破壊靱性Ｋ_ＩＣを高くする成分であり、必須成分である。重量％において０．５％未満ではガラスの歪点並びに破壊靱性Ｋ_ＩＣが低下し、他方５％を超えるとガラス融液の高温粘度が高くなる上に、失透傾向が増大するためガラス成形が困難になる。従って０．５〜５％、好適には１〜４％の範囲がよい。

Ｎａ_２Ｏは、Ｋ_２Ｏとともにガラス溶解時の融剤として作用し、またガラスの線膨張係数を適度な大きさに維持するうえで不可欠である。２％未満であると融剤としての効果が不十分であり、また線膨張係数が低くなり過ぎる。７％を超えると歪点が低下し過ぎる。従って２〜７％、好ましくは３〜６％の範囲とする。

Ｋ_２Ｏは、Ｎａ_２Ｏと同様の作用効果を示すと共に、Ｎａ_２Ｏとの混合アルカリ効果によりアルカリイオンの移動を抑制し、ガラスの体積抵抗率を高める必須成分である。８％未満であるとそれらの作用が不十分であり、１５％を超えると線膨張係数が過大となり、また歪点も低下し過ぎるため、８〜１５％、好適には１０〜１３％の範囲とする。

ＭｇＯは、ガラスの破壊靭性Ｋ_ＩＣを増大させると共に、歪点も上昇させることができる必須成分である。１０％未満ではそれらの作用が不十分である。他方１８％を超えると失透傾向が大きくなるため、ガラスの成形が困難になる。従って１０〜１８％、好ましくは１０．５〜１６％の範囲とする。

ＣａＯは、必須成分ではないが、ガラス溶解時の溶融ガラスの粘度を下げる作用を有すると共に、ガラスの歪点を上昇させる作用を有する。従って７％以下まで含有してもよい。７％を超えるとガラスの硬度を上昇させ破壊靭性Ｋ_ＩＣを低下させるので、望ましくは７％以下の範囲で導入する。

ＳｒＯとＢａＯは、必須成分ではないが、ＣａＯとの共存下でガラス融液の高温粘度を下げて失透の発生を抑制する作用を有する。３％を超えると線膨張係数が過大となるので、それぞれ３％以下の範囲が望ましい。

ＺｒＯ_２は、ガラスの歪点を上昇させ、ガラスの化学的耐久性を向上させる効果を有する必須成分で、０．５％以上含有させることが好ましい。７％を超えると密度が上昇し、所望の値が維持できなくなる。従って０．５〜７％、好ましくは１〜６％の範囲とする。

Ｂ_２Ｏ_３は、必須成分ではないが、ガラス溶解時の溶融ガラスの粘度を低くする作用を有すると共に、失透傾向を小さくする作用を有するために５％以下まで含有してもよい。５％を超えると歪点が低くなり過ぎるので、５％以下の範囲で導入するのが望ましい。

Ｌｉ_２Ｏは、必須成分ではないが、ガラスの高温粘度を下げ、ガラス原料の溶融を促進する。ただし、３％を超えて含有させると歪点を低下し過ぎるので、３％以下の範囲で導入するのが望ましい。

本発明の好ましい態様のガラスは実質的に上記成分からなるが、本発明の目的を損なわない範囲で他の成分を重量％表示で合量で３％まで含有してもよい。たとえば、ガラスの溶解、清澄、成形性の改善のためにＳＯ_３、Ｃｌ、Ｆ、Ａｓ_２Ｏ_３等を合量で１％まで含有してもよい。また、ガラスを着色するためにＦｅ_２Ｏ_３、ＣｏＯ、ＮｉＯ等を合量で１％まで含有してもよい。さらに、ＰＤＰにおける電子線ブラウニング防止等のためにＴｉＯ_２およびＣｅＯ_２をそれぞれ１％まで、合量で１％まで含有してもよい。

歪点が５７０℃未満では、ガラス基板上に電極線パターンを配し、更に低融点ガラスによる絶縁被覆を形成する等、パネル製作上各種熱処理を施す際に、基板ガラスの反りや収縮などの変形を生じ易いという不具合が生じる。

また、３０℃〜３００℃における平均線熱膨張係数が（７０〜８５）×１０^−７／℃であることを特徴とする上記のフラットパネルディスプレイ装置用基板ガラスである。平均線熱膨張係数が（７０〜８５）×１０^−７／℃を外れるとディスプレイパネルを構成する他の部材との整合性が悪くなる。

さらに、破壊靭性Ｋ_ＩＣが０．７ＭＰａ・ｍ^１／２以上であることを特徴とする上記のフラットパネルディスプレイ装置用基板ガラスである。破壊靭性Ｋ_ＩＣが０．７ＭＰａ・ｍ^１／２未満では、ディスプレイ装置の製造工程中で割れやすい問題が出てくる。

さらにまた、密度が２．６ｇ／ｃｍ^３未満であることを特徴とする上記のフラットパネルディスプレイ装置用基板ガラスである。密度が２．６ｇ／ｃｍ^３以上であると、一般的なソーダライムシリカガラスよりも大きな値となり、ディスプレイ装置が大型化した場合にガラス基板の自重による変形や割れなどの不具合を生じる恐れがある。

以下、実施例に基づき、説明する。

（ガラスの作成）
珪砂、酸化アルミニウム、炭酸ナトリウム、硫酸ナトリウム、炭酸カリウム、酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸ストロンチウム、炭酸バリウムおよび珪酸ジルコニウムよりなる調合原料を白金ルツボに充填し、電気炉内で１５００〜１６００℃、約６時間加熱溶融した。加熱溶融の途中で白金棒によりガラス融液を攪拌してガラスを均質化させた。次に、溶融ガラスを鋳型に流し込み、徐冷するために６００〜７００℃に保持した電気炉に移入して該炉内で冷却し、表１の実施例１〜８、表２の比較例１〜４に示す組成のガラスを得た。得られたガラス試料は泡や脈理の無い均質なものであった。

これらのガラスについて、歪点（℃）、平均線熱膨張係数（１０^−７／℃）、破壊靱性Ｋ_ＩＣ（ＭＰａ・ｍ^１／２）および密度（ｇ／ｃｍ^３）を以下の方法により測定した。

歪点は、ＪＩＳＲ３１０３−２の規定に基づくビーム曲げ法により測定した。線熱膨張係数は、熱機械分析装置ＴＭＡ８３１０（理学電機（株）製）を用いて３０〜３００℃における平均線熱膨張係数を測定した。破壊靱性は、微小硬度計ＤＭＨ−２（松沢精機（株）製）を用いて、ＪＩＳＲ１６０７に記載のファインセラミックスの破壊靱性試験方法（圧子圧入法）により算出した。密度は、泡のないガラス（約５０ｇ）についてアルキメデス法により測定した。

（結果）
表１中の実施例１〜８は本発明におけるガラスであり、比較例１はソーダライムシリカガラスである。比較例２〜４は従来の高歪点ガラスである。比較例１のソーダライムシリカガラスにおいては、密度が２.６未満で、破壊靭性Ｋ_ＩＣが０．７ＭＰａ・ｍ^１／２であるものの、歪点が比較例２〜４の高歪点ガラスに較べて著しく低いことを現している。一方、比較例２〜４の高歪点ガラスは、歪点は５８０℃以上と高いものの、密度が２.６を越えていることさらに破壊靭性Ｋ_ＩＣが０．７ＭＰａ・ｍ^１／２未満であることを現している。

これらに対して実施例１〜８のガラスは、歪点が５７０℃以上と十分高い上に、密度は２.６未満で、破壊靭性Ｋ_ＩＣが０．７５ＭＰａ・ｍ^１／２を超えており、０．７ＭＰａ・ｍ^１／２以上を十分満たしている。従って、本願発明のガラスは、ソーダライムシリカガラスと同等の線膨張係数を有し、従来の高歪点ガラスと同等の耐熱性を有する上に、低密度で、破壊靭性も高いことが明白である。

Claims

実質的に重量％表示で、ＳｉＯ_２が６３〜６９、Ａｌ_２Ｏ_３が０．５〜５、Ｎａ_２Ｏが２〜７、Ｋ_２Ｏが８〜１５、ＭｇＯが１０〜１８、ＣａＯが０〜７、ＳｒＯが０〜３、ＢａＯが０〜３、ＺｒＯ_２が０．５〜７からなり、かつ歪点が５７０℃以上、破壊靭性Ｋ _ＩＣが０．７ＭＰａ・ｍ ^１／２以上、密度が２．６ｇ／ｃｍ ^３未満で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基板ガラス。
３０℃〜３００℃における平均線熱膨張係数が（７０〜８５）×１０^−７／℃であることを特徴とする請求項１に記載のフラットパネルディスプレイ装置用基板ガラス。