JP5092564B2 - ディスプレイ装置用基板ガラス - Google Patents

Description

本発明は、耐熱性・耐久性に優れるガラス組成物に関する。例えば、フラットパネルディスプレイ装置用基板ガラスとして、特にＬＣＤ（液晶ディスプレイ）に好適なディスプレイ装置用基板ガラスに関する。

フラットパネルディスプレイとして知られるＬＣＤには耐熱性やアルカリ含有量の問題などから一般的なソーダライムシリケートガラスが使用できない。そこで、従来ＬＣＤ製造分野においては無アルカリガラスが使用されてきた。これらの無アルカリガラスは耐熱性に優れている上、アルカリ含有量が微量であるために、基板ガラスに電極を付与した後、アルカリイオンの電極側への拡散が起こらないという長所がある。（特許文献１，２参照）。
特許第２７０７６２５号公報 特許第２９８７５２３号公報

しかし、上記公報に記載のものは、そのアルカリの少ない組成のため、一般に融点が１６００℃前後と高く、また組成にＢ_２Ｏ_３が含まれている。

フラットパネルディスプレイの製法については、大型化のニーズが強いため、ＦＬ工法が適しており、ＦＬ工法で大量生産されるガラスは建築用、自動車用などのソーダライムシリケートガラスが一般的である。しかし、これらの溶融温度は１５００℃程度であり、先に述べた無アルカリガラスのそれよりも約１００℃低いため、無アルカリガラスを溶融する場合、耐火物などを１６００℃に対応できるものに入れ替える必要がある。

また、無アルカリガラスに含まれるＢ_２Ｏ_３は揮発しやすい成分で、これらは耐火物を浸食する作用を有する。従って、従来のソーダライムシリケートガラスを溶融していたＦＬ窯で無アルカリガラスを溶融する場合、耐火物の入れ替え等の大掛かりな窯の変更が必要になる上、耐火物に対して浸食性を有する揮発物質が存在することから、窯の寿命が短くなるため、大きなコスト要因となる。

従って、実際に無アルカリガラスを製造する場合には、ソーダライムシリケートガラスとの併用を避け、それ専用のＦＬ窯を一基作製するのが一般的だが、こちらも大きなコスト要因となる。

本発明は、重量％表示で、
ＳｉＯ_２ ５２〜６０、Ａｌ_２Ｏ_３ ３〜１２であって、ＳｉＯ_２とＡｌ_２Ｏ_３の合計量が５５〜７０であり、
Ｎａ_２Ｏ ２〜４、Ｋ_２Ｏ ０〜１であって、Ｎａ_２ＯとＫ_２Ｏの合計量が２〜５であり、
ＭｇＯ ０〜１０、ＣａＯ ０〜１０、ＢａＯ ９〜１７、ＳｒＯ ０〜１０であって、ＭｇＯとＣａＯとＢａＯとＳｒＯの合計量が２５〜３２であり、
ＺｒＯ_２ ２〜６、
を含むことを特徴とするディスプレイ装置用基板ガラスである。

また、実質的にＢ_２Ｏ_３をガラス中に含まないことを特徴とする上記のディスプレイ装置用基板ガラスである。

また、泡切れに要する時間が１５００℃で２時間以内であることを特徴とする上記のディスプレイ装置用基板ガラスである。

また、溶融温度（粘性がｌｏｇη＝２．０の時の温度（℃））が１５２０℃以下であることを特徴とする上記のディスプレイ装置用基板ガラスである。

さらに、ＪＩＳ Ｒ３５０２に基づくアルカリ溶出量が０．０２ｍｇ以下であることを特徴とする上記のディスプレイ装置用基板ガラスである。

本発明により、アルカリ溶出量は無アルカリガラスと同等である上、Ｂ_２Ｏ_３を含まず、溶融温度が１５００℃程度で、従来のＦＬ窯による製造が可能なガラス組成が提供される。

本発明は、重量％表示で、
ＳｉＯ_２ ５２〜６０、Ａｌ_２Ｏ_３ ３〜１２であって、ＳｉＯ_２とＡｌ_２Ｏ_３の合計量が５５〜７０であり、
Ｎａ_２Ｏ ２〜４、Ｋ_２Ｏ ０〜１であって、Ｎａ_２ＯとＫ_２Ｏの合計量が２〜５であり、
ＭｇＯ ０〜１０、ＣａＯ ０〜１０、ＢａＯ ９〜１７、ＳｒＯ ０〜１０であって、ＭｇＯとＣａＯとＢａＯとＳｒＯの合計量が２５〜３２であり、
ＺｒＯ_２ ２〜６、
を含むことを特徴とする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５２％未満ではガラスの耐熱性または化学的耐久性を悪化させる。他方、６０％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。従って５２〜６０％、好ましくは５２〜５６％の範囲とする。

Ａｌ_２Ｏ_３は、歪点を高くし、密度を低くする成分である。重量％において３％未満ではガラスの耐熱性または化学的耐久性を悪化させる。他方、１２％を超えるとガラスの失透傾向が大きくなり、溶融ガラスの成形が困難になる。従って３〜１２％の範囲である。

Ｎａ_２Ｏは、Ｋ_２Ｏとともにガラス溶解時の融剤として作用する。２％未満では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。他方、４％を超えるとアルカリ溶出量が大きくなる。従って２〜４％の範囲とする。

Ｋ_２Ｏは、Ｎａ_２Ｏと同様の作用効果を示す。１％を超えるとアルカリ溶出量が大きくなる。従って、０〜１％の範囲とする。

前記アルカリ成分（Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ）の量に関して、その合量を２〜５％にすることにより、高温粘度およびアルカリ溶出量を適切な範囲に維持することができる。アルカリ成分の合量が２％未満では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。またガラスの失透傾向が増大する。５％を超えるとアルカリ溶出量が大きくなり過ぎる。従って、２〜５％の範囲とするものである。

ＭｇＯ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。１０％を超えるとガラスの失透傾向が増大し溶融ガラスの成形が困難になる。従って０〜１０％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。１０％を超えると失透傾向が大きくなり、溶融ガラスの成形が困難になる。従って０〜１０％の範囲とする。

ＳｒＯ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。１０％を超えると失透傾向が大きくなり、溶融ガラスの成形が困難になる。従って０〜１０％の範囲とする。

ＢａＯは、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中のアルカリイオンの拡散を妨げる作用を有する。９％未満ではガラスのアルカリ溶出量が大きくなる。他方、１７％を超えると失透傾向が大きくなり、溶融ガラスの成形が困難になる。従って、９〜１７％の範囲とする。

さらに、上記組成範囲内において、二価の金属酸化物ＲＯ（Ｒは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）の合計量を２５〜３２％の範囲とすることによって、ガラスの溶融性を良好な範囲に維持しつつ、粘度―温度勾配を適度としてガラスの成形性を良好とし、耐熱性、化学的耐久性等に優れたガラスを得ることができる。ＲＯの合計が２５％未満では、高温粘度が上昇してガラスの溶融と成形が困難となる。一方、３２％を超えると、特に密度が上昇するとともに失透傾向が増大し、化学的耐久性が低下する。より好ましい範囲は、２７〜３２％である。

ＺｒＯ_２は、ガラスの化学的耐久性を向上させる効果を有する。２％未満ではガラスの化学的耐久性が低くなる。他方、６％を超えると失透傾向が大きくなり、溶融ガラスの成形が困難になる。従って２〜６％の範囲とする。

また、実質的にＢ_２Ｏ_３をガラス中に含まないことを特徴とする上記のディスプレイ装置用基板ガラスである。

ここで実質的に含まないとは、０．１％以下であることをいう。Ｂ_２Ｏ_３が０．１％以下であれば、本発明の目的である耐火物の侵食を抑える事ができる。

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合量で１％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。

また、泡切れに要する時間が１５００℃で２時間以内であることを特徴とする上記のディスプレイ装置用基板ガラスである。泡切れに要する時間が１５００℃で２時間を超えると、ＦＬ法による場合、基板に泡が残り望ましくない。

また、溶融温度（粘性がｌｏｇη＝２．０の時の温度（℃））が１５２０℃以下であることを特徴とする上記のディスプレイ装置用基板ガラスである。溶融温度が１５２０℃を超えると、ＦＬ法による製板が困難になる。

また、本発明はＪＩＳ Ｒ３５０２に基づくアルカリ溶出量が０．０２ｍｇ未満であることを特徴とする上記のディスプレイ装置用基板ガラスである。アルカリ溶出量が０．０２ｍｇ以上ではアルカリの拡散により電極の劣化が起こるため不適である。従って、アルカリ溶出量は０．０２ｍｇ以下が適当である。

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、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、ガラスブロックとし、５５０〜６００℃に保持した電気炉に移入して該炉内で徐冷した。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。

原料調合に基づくガラスの組成（酸化物換算）を表１〜３に示す。これらのガラスについて、溶融温度（℃）、アルカリ溶出量、泡切れ時間を以下の方法により測定した。

溶融温度は球引き上げ粘度計（オプト企業製）を用いて球引き上げ法によりlogη＝２．０の温度を溶融温度として測定した。

泡切れ時間は調合原料およびカレットを白金ルツボに充填し、電気炉内で１５００℃で２時間加熱後、０．５時間かけて１４５０℃に降温させ、さらに０．５時間保持後、溶融ガラスを鋳型に流し込み、放冷した。冷却後、ガラス中の残存泡の有無を顕微鏡で確認した。表中で残存泡が無かった場合を○、残存泡があった場合を×とした。

アルカリ溶出量はＪＩＳ Ｒ３５０２の規定に基づいて測定した。

（結果）
表１中の実施例１〜８、表２中の実施例９〜１２は本発明におけるガラスであり、表３中の比較例１〜８は従来の無アルカリガラスで、比較例９は高歪点ガラスである。比較例１〜８の無アルカリガラスにおいては、アルカリ溶出量が０．０２ｍｇ未満で適切な値であるものの、いずれのガラスもＢ_２Ｏ_３を含んでいる上、溶融温度が１５２０℃以下の値を示すものはないため不適である。また、１５００℃での泡切れも達成できていない。また、比較例９のガラスでは溶融温度が実施例１〜１２のガラスと同等であるにもかかわらず、泡切れ特性については×であり、アルカリ溶出量も０．１ｍｇであるため、不適であった。

これらに対して実施例１〜１６のガラスは、アルカリ溶出量が適切な値を示している上、溶融温度がいずれも１５２０℃以下である。また、比較例９と比較されるように、同様の溶融温度を有するガラスの中でも特に泡切れ特性に優れていた。

従って、本願発明のガラスは、アルカリイオンの拡散に対して無アルカリガラスと対等な性質を有している上、溶融温度がソーダライムシリケートガラス相当であるため、従来のＦＬ工法に使用していたＦＬ窯をそのまま利用して製造することが可能である。また、特に泡切れ特性に優れているため、従来のＦＬ窯を用いた大サイズで薄い板ガラス製造を可能にすることは明白である。

また、Ｂ_２Ｏ_３を含まないため、ＦＬ窯の寿命は従来ガラスの場合と同じであることは明白である。

本発明は、ＬＣＤ等のディスプレイパネル用途だけでなく、熱処理工程の必要な電子材料分野全体に利用できるものである。

Claims (5)

1. 重量％表示で、
   ＳｉＯ_２ ５２〜６０、
   Ａｌ_２Ｏ_３ ３〜１２であって、
   ＳｉＯ_２とＡｌ_２Ｏ_３の合計量が５５〜７０であり、
   Ｎａ_２Ｏ ２〜４、
   Ｋ_２Ｏ ０〜１であって、
   Ｎａ_２ＯとＫ_２Ｏの合計量が２〜５であり、
   ＭｇＯ ０〜１０、
   ＣａＯ ０〜１０、
   ＢａＯ ９〜１７、
   ＳｒＯ ０〜１０であって、
   ＭｇＯとＣａＯとＢａＯとＳｒＯの合計量が２５〜３２であり、
   ＺｒＯ_２ ２〜６、
   を含むことを特徴とするディスプレイ装置用基板ガラス。
2. 実質的にＢ_２Ｏ_３をガラス中に含まないことを特徴とする請求項１に記載のディスプレイ装置用基板ガラス。
3. 泡切れに要する時間が１５００℃で２時間以内であることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載のディスプレイ装置用基板ガラス。
4. 溶融温度（粘性がｌｏｇη＝２．０の時の温度（℃））が１５２０℃以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のディスプレイ装置用基板ガラス。
5. ＪＩＳ Ｒ３５０２に基づくアルカリ溶出量が０．０２ｍｇ以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のディスプレイ装置用基板ガラス。