DE60103332T2

DE60103332T2 - Alkalifreies Glas

Info

Publication number: DE60103332T2
Application number: DE60103332T
Authority: DE
Inventors: Hyun-chui Gumi city Park; Chan-yun Gumi city Hwang
Original assignee: Hankuk Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Hankuk Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2000-07-13
Filing date: 2001-07-11
Publication date: 2004-09-23
Anticipated expiration: 2021-07-12
Also published as: EP1172340B1; DE60103332D1; JP2002037642A; EP1172340A1; KR20020006822A; US20020022566A1

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein alkalifreies Glas, genauer gesagt ein alkalifreies Glas, das bei der Herstellung verschiedenster Anzeigevorrichtungen, wie z. B. TFT-LCD's, und Fotomasken verwendet werden kann.
Stand der Technik
Gläser, die zur Herstellung von Fernsehapparaten und Computersystemen usw. verwendet werden, umfassen Gläser für eine Kathodenstrahlröhre (CRT) und Gläser für Dünnfilmtransistor-Flüssigkristalldisplays (TFT-LCD's) sowie für Fotomasken und umfassen Glassubstrate für eine Vielzahl von Anzeigevorrichtungen. Geschmolzenes Glas, ein sogenannter "Glasspeisetropfen", wird unter Anwendung von Druck- und Formverfahren zu einer Vorform verarbeitet, die dann geschliffen und inspiziert wird, um das gewünschte Produkt zu erhalten.
Gläser für TFT-LCD's und Fotomasken, die erst kürzlich entwickelt wurden, werden unter spezifischen Bedingungen hergestellt, die sich von den Bedingungen bei der Herstellung eines gewöhnlichen Glases für eine CRT unterscheiden. Die Bedingungen werden im Folgenden beschrieben.
Ein Glas für eine TFT-LCD und für eine Fotomaske sollte im Wesentlichen keine Alkalimetalloxide enthalten. Wenn ein dünner Metalloxidfilm auf einer Glasoberfläche gebildet wird, dringen Alkalimetallionen in den dünnen Film ein, wodurch die Eigenschaften des Films verschlechtert werden und die Glasoberfläche verformt wird.
Es ist erforderlich, dass das Glas für eine TFT-LCD und für eine Fotomaske eine vergleichsweise hohe untere Kühltemperatur bzw. einen vergleichsweise hohen unteren Kühlpunkt (strain point) aufweist, so dass die Verformung der Glasoberfläche minimiert wird, wenn der dünne Film gebildet wird.
Ein Glas für eine TFT-LCD und für eine Fotomaske sollte weiterhin gegen eine Vielzahl von Chemikalien ausreichend chemisch beständig sein.
Da ein zunehmender Bedarf an integrierten Produkten besteht, muss ein Glas für eine TFT-LCD und für eine Fotomaske eine geringere Dichte und eine geringere Dicke aufweisen. Weiterhin muss der thermische Ausdehnungskoeffizient (bzw. Wärmeausdehnungskoeffizient) des Glases vergleichsweise gering sein, so dass eine ausreichende Wärmebeständigkeit sichergestellt wird.
Herkömmliche Gläser für TFT-LCD's und für Fotomasken zeichnen sich jedoch durch einen relativ geringen unteren Kühlpunkt von 593°C sowie durch eine relativ hohe Dichte von 2,76 g/cm³ und einen relativ hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 47 × 10^–7/°C aus. Deshalb können diese Gläser nicht als Gläser für TFT-LCD's und Fotomasken verwendet werden.
Das Glas, das im US-Patent Nr. 4824808 beschrieben wird, wurde zur Verwendung in TFT-LCD's entwickelt, aber es kann nicht als Glas für eine TFT-LCD und für eine Fotomaske verwendet werden, da der untere Kühlpunkt des Glases relativ gering ist und unterhalb von 650°C liegt. Das Glas, das im US-Patent Nr. 5116787 beschrieben wird, kann nicht als Glas für eine TFT-LCD und für eine Fotomaske verwendet werden, da der thermische Ausdehnungskoeffizient des Glases relativ hoch ist und oberhalb von 40–50 × 10^–7/°C liegt, obwohl die untere Kühltemperatur des Glases oberhalb von 655°C liegt.
Zusammenfassung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Probleme des Standes der Technik zu lösen und ein alkalifreies Glas bereitzustellen, das bei der Herstellung verschiedenster Anzeigevorrichtungen, wie z. B. TFT-LCD's, und Fotomasken verwendet werden kann.
Die vorliegende Erfindung stellt ein alkalifreies Glas bereit, umfassend etwa 57 bis 61 Gew.-% SiO₂, 16 bis 18 Gew.-% Al₂O₃, 8 bis 11 Gew.-% B₂O₃, 3 bis 4,5 Gew.-% CaO, 1 bis 5 Gew.-% SrO, 5 bis 8 Gew.-% BaO und 0,1 bis 3 Gew.-% ZnO, wobei das Glas im Wesentlichen keine Alkalimetalloxide und MgO enthält.
Es ist bevorzugt, dass die untere Kühltemperatur des alkalifreien Glases 660°C oder mehr beträgt, dass der thermische Ausdehnungskoeffizient des alkalifreien Glases 38 × 10^–7/°C oder weniger beträgt und dass die Dichte des alkalifreien Glases 2,6 g/cm³ oder weniger beträgt.
Die vorliegende Erfindung sowie weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden genauer beschrieben.
Das alkalifreie Glas entsprechend der vorliegenden Erfindung umfasst etwa 57 bis 61 Gew.-% SiO₂, 16 bis 18 Gew.-% Al₂O₃, 8 bis 11 Gew.-% B₂O₃, 3 bis 4,5 Gew.-% CaO, 1 bis 5 Gew.-% SrO, 5 bis 8 Gew.-% BaO und 0,1 bis 3 Gew.-% ZnO. Das Glas enthält im Wesentlichen keine Alkalimetalloxide und MgO.
Die Eigenschaften und die Mengen der Bestandteile, die in dem erfindungsgemäßen alkalifreien Glas enthalten sind, werden im Folgenden beschrieben.
SiO₂ bildet das Netzwerk des alkalifreien Glases entsprechend der vorliegenden Erfindung. Wenn der Gehalt an SiO₂ unterhalb von 57 Gew.-% liegt, sind die Dichte und der thermische Ausdehnungskoeffizient des Glases zu hoch, und wenn der Gehalt an SiO₂ oberhalb von 61 Gew.-% liegt, hat das Glas eine zu hohe Viskosität bei hoher Temperatur, so dass die Schmelzeigenschaften des Glases verschlechtert werden und gleichzeitig eine Entglasung auftreten kann. Deshalb liegt der Gehalt an SiO₂ in dem Glas im Bereich von 57 bis 61 Gew.-%.
Al₂O₃ ist ein Bestandteil, der die thermische Beständigkeit des Glases verbessert, während ein vergleichsweise hoher unterer Kühlpunkt sichergestellt wird. Wenn der Gehalt an Al₂O₃ in dem alkalifreien Glas unterhalb von 16 Gew.-% liegt, wird die thermische Beständigkeit des Glases nicht ausreichend verbessert, und wenn der Gehalt an Al₂O₃ oberhalb von 18 Gew.-% liegt, hat das Glas eine zu hohe Viskosität bei hoher Tempera tur, so dass die Schmelzeigenschaften des Glases verschlechtert werden und gleichzeitig eine Entglasung auftreten kann. Deshalb liegt der Gehalt an Al₂O₃ in dem Glas im Bereich von 16 bis 18 Gew.-%.
B₂O₃ dient als Flussmittel, welches das Schmelzen des Glases unterstützt. Wenn der Gehalt an B₂O₃ unterhalb von 8 Gew.-% liegt, wird das Schmelzen des Glases nicht ausreichend unterstützt, und wenn der Gehalt an B₂O₃ oberhalb von 11 Gew.-% liegt, wird die untere Kühltemperatur des Glases verringert, wodurch die thermische Beständigkeit des Glases verschlechtert wird.
CaO ist ein Bestandteil, der das Schmelzen des Glases unterstützt, indem er die Viskosität des Glases bei hoher Temperatur verringert. Wenn der Gehalt an CaO unterhalb von 3 Gew.-% liegt, wird der zuvor genannte Effekt nicht erzielt, und wenn der Gehalt an CaO oberhalb von 4,5 Gew.-% liegt, wird der thermische Ausdehnungskoeffizient des Glases erhöht.
SrO ist ein Bestandteil, der ähnlich wie CaO wirkt. Wenn der Gehalt an SrO unterhalb von 1 Gew.-% liegt, wird der zuvor genannte Effekt nicht erzielt, und wenn der Gehalt an SrO oberhalb von 5 Gew.-% liegt, werden die thermische Beständigkeit und die Dichte des Glases erhöht.
BaO ist ein Bestandteil, der ähnlich wie SrO wirkt. Wenn der Gehalt an BaO oberhalb von 8 Gew.-% liegt, werden die Dichte und die thermische Beständigkeit des Glases erhöht. Wenn das Glas mehr als 3 Gew.-% ZnO enthält, werden die Dichte und die thermische Beständigkeit des Glases erhöht. Deshalb enthält das Glas 5 bis 8 Gew.-% BaO und 0,1 bis 3 Gew.-% ZnO.
Das alkalifreie Glas, das die zuvor beschriebenen Bestandteile enthält, zeichnet sich durch eine untere Kühltemperatur von 660°C oder mehr, einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 38 × 10^–7/°C oder weniger und eine Dichte von 2,6 g/cm³ oder weniger aus. Deshalb ist es insbesondere als Glas für eine TFT-LCD und eine Fotomaske geeignet. Dem erfindungsgemäßen alkalifreien Glas können weitere Bestandteile, wie z. B. As₂O₃, Sb₂O₃, Cl₂, SO₃ usw., zugegeben werden, welche die Eigenschaften des Glases verbessern.
In der folgenden Tabelle 1 sind Beispiele für Gläser entsprechend der vorliegenden Erfindung angegeben.
Tabelle 1
Die Proben 1 bis 5 sind Beispiele für Gläser entsprechend der vorliegenden Erfindung und die Proben 6 und 7 sind Vergleichsbeispiele.
Der Gehalt an SrO in der Probe 6 beträgt 7 Gew.-% und liegt damit außerhalb des Bereichs an SrO in dem Glas entsprechend der vorliegenden Erfindung.
Die Probe 7 enthält 55,0 Gew.-% SiO₂, 19,0 Gew.-% Al₂O₃, 5,0 Gew.-% CaO und 10,0 Gew.-% BaO; diese Werte liegen außerhalb der Bereiche dieser Bestandteile in dem Glas entsprechend der vorliegenden Erfindung.
Die Proben 1 bis 7 wurden hergestellt, indem die in Tabelle 1 angegebenen Bestandteile in einen Platinschmelztiegel gegeben und etwa 6 Stunden lang in einem elektrischen Ofen bei etwa 1700°C geschmolzen wurden, und dann wurde unter Verwendung einer Kohlenstoffplatte eine Glasplatte aus dem geschmolzenen Glas hergestellt.
Nachdem die Glasplatte langsam abgekühlt worden war, wurden die Dichte, der thermische Ausdehnungskoeffizient und die untere Kühltemperatur der Glasplatte gemessen.
Die in Tabelle 1 angegebenen Ergebnisse zeigen, dass sich die Proben 1 bis 5 durch untere Kühlpunkte von oberhalb 660°C, Wärmeausdehnungskoeffizienten unterhalb von 38 × 10^–7/°C und Dichten unterhalb von 2,6 g/cm³ auszeichneten. Folglich haben die Proben 1 bis 5 ausgezeichnete Eigenschaften als alkalifreie Gläser und können als Gläser für TFT-LCD's und Fotomasken verwendet werden.
Die Vergleichsproben 6 und 7 können nicht als Gläser für TFT-LCD's und Fotomasken verwendet werden, da sie vergleichsweise hohe Dichten und thermische Ausdehnungskoeffizienten aufweisen.
Wie zuvor beschrieben wurde, umfasst das Glas entsprechend der vorliegenden Erfindung etwa 57 bis 61 Gew.-% SiO₂, 16 bis 18 Gew.-% Al₂O₃, 8 bis 11 Gew.-% B₂O₃, 3 bis 4,5 Gew.-% CaO, 1 bis 5 Gew.-% SrO, 5 bis 8 Gew.-% BaO und 0,1 bis 3 Gew.-% ZnO, wobei das Glas im Wesentlichen keine Alkalimetalloxide und MgO enthält, so dass das Glas ausgezeichnete Eigenschaften als alkalifreies Glas aufweist.
Deshalb kann das alkalifreie Glas entsprechend der vorliegenden Erfindung als Glas für TFT-LCD's und Fotomasken verwendet werden, sowie als Glas für verschiedenste Arten von Anzeigevorrichtungen.
Die vorliegende Erfindung wurde zuvor anhand bevorzugter Ausführungsformen genauer beschrieben; diese spezifischen Ausführungsformen können in vielfältiger Art und Weise modifiziert werden, ohne dass der Schutzumfang der beiliegenden Patentansprüche verlassen wird.

Claims

Alkalifreies Glas, umfassend etwa 57 bis 61 Gew.-% SiO₂, 16 bis 18 Gew.-% Al₂O₃, 8 bis 11 Gew.-% B₂O₃, 3 bis 4,5 Gew.-% CaO, 1 bis 5 Gew.-% SrO, 5 bis 8 Gew.-% BaO und 0,1 bis 3 Gew.-% ZnO, wobei das Glas im Wesentlichen keine Alkalimetalloxide und MgO enthält.
Alkalifreies Glas nach Anspruch 1, wobei die untere Kühltemperatur des Glases 660°C oder mehr beträgt.
Alkalifreies Glas nach Anspruch 1 oder 2, wobei der thermische Ausdehnungskoeffizient des Glases 38 × 10^–7/°C oder weniger beträgt.
Alkalifreies Glas nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Dichte des Glases 2,6 g/cm³ oder weniger beträgt.