JP6977718B2 - 無アルカリガラス - Google Patents
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Description
(1)ガラスがアルカリ金属酸化物を含有している場合、アルカリ金属イオンが上記薄膜中に拡散して薄膜の膜特性を劣化させるため、ガラスが実質的にアルカリ金属イオンを含まないこと。
(2)薄膜形成工程でガラス板が高温にさらされる際に、ガラス板の変形およびガラスの構造安定化に伴う収縮(熱収縮)を最小限に抑えうるように歪点が高いこと。
(4)内部および表面に欠点(泡、脈理、インクルージョン、ピット、キズ等)がないこと。
(5)ディスプレイの軽量化が要求され、ガラス自身も比重の小さいガラスが望まれる。
(6)ディスプレイの軽量化が要求され、ガラス板の薄板化が望まれる。
(7)これまでのアモルファスシリコン(a−Si)タイプの液晶ディスプレイに加え、熱処理温度の高い多結晶シリコン(p−Si)タイプの液晶ディスプレイが作製されるようになってきた(a−Siの耐熱性:約350℃、p−Siの耐熱性:350〜550℃)ため、耐熱性が望まれる。
(9)また、近年、ガラス基板の大板化・薄板化に伴い、比弾性率(ヤング率/密度)が高いガラスが求められている。
[1]酸化物基準のモル%表示で、
SiO2:62〜70%、Al2O3:11〜14%、 B2O3 :3〜6%、MgO:7〜10%、 CaO:3〜9%、 SrO:1〜5%、BaO:0〜1%を含有し、
[SiO2]+0.7[Al2O3]+1.2[B2O3]+0.5[MgO]+0.4[CaO]−0.25[SrO]−0.88[BaO]が85以上であり、
[SiO2]+0.45[Al2O3]+0.21[B2O3]−0.042[MgO]+0.042[CaO]+0.15[SrO]+0.38[BaO]が72以上かつ75以下であり、
0.4[SiO2]+0.4[Al2O3]+0.25[B2O3]−0.7[MgO]−0.88[CaO]−1.4[SrO]−1.7[BaO]が19以下であり、
比弾性率が32MN・m/kg以上であり、歪点が690〜710℃であり、密度が2.54g/cm3以下であり、50〜350℃での平均熱膨張係数が35×10−7/℃以上であり、かつ、ガラス粘度が102dPa・sとなる温度T2が1610〜1680℃であることを特徴とする無アルカリガラス。
[2][MgO]≧[CaO]≧[SrO]≧[BaO]である、[1]に記載の無アルカリガラス。
[3][MgO]>[CaO]>[SrO]>[BaO]である、[1]1または[2]2に記載の無アルカリガラス。
[4]MgO+CaO+SrO+BaOが15〜21%である、[1]〜[3]のいずれかに記載の無アルカリガラス。
[5]MgO/(MgO+CaO+SrO+BaO)が0.35〜0.70である、[1]〜[4]のいずれかに記載の無アルカリガラス。
[6]ガラス粘度が104dPa・sとなる温度T4が1320℃以下である、[1]〜[5]のいずれかに記載の無アルカリガラス。
[7]失透粘度が103.6dPa・s以上である、[1]〜[6]のいずれかに記載の無アルカリガラス。
[8]ヤング率が81GPa以上である、[1]〜[7]のいずれかに記載の無アルカリガラス。
[9](T2−歪点)が920〜1000℃である、[1]〜[8]のいずれかに記載の無アルカリガラス。
[10]ガラス転位点が730〜770℃である、[1]〜[9]のいずれかに記載の無アルカリガラス。
[11]厚みが0.1〜2.0mmであるガラス板である、[1]〜[10]のいずれかに記載の無アルカリガラス。
[12]フロート法又はフージョン法で製造される、[1]〜[11]のいずれかに記載の無アルカリガラス。
以下において、ガラスの各成分の組成範囲は、酸化物基準のモル%で表示する。
SiO2の含有量が62モル%(以下、単に、%という)未満では、歪点が充分に上がらず、かつ、平均熱膨張係数が増大し、比重が上昇する傾向がある。そのため、SiO2の含有量は62%以上であり、好ましくは63%以上、より好ましくは64%以上、特に好ましくは65%以上、最も好ましくは65.5%以上である。
SiO2の含有量が70%超では、ガラスの溶解性が低下し、ヤング率が低下し、失透温度が上昇する傾向がある。そのため、SiO2の含有量は70%以下であり、好ましくは69%以下、より好ましくは68%以下、さらに好ましくは67%以下、特に好ましくは66.7%以下、最も好ましくは66.5%以下である。
Al2O3の含有量が14%超ではガラスの溶解性が悪くなる、また、失透温度を上昇させるおそれがある。そのため、Al2O3の含有量は14%以下であり、好ましくは13.5%以下、より好ましくは13%以下である。
B2O3の含有量が6%超ではフッ酸エッチング処理(以下、「薄板化処理」ともいう)後のガラス板の表面粗さが大きくなって薄板化処理後の強度が低くなる傾向があり、さらに歪点も低下する傾向がある。したがってB2O3の含有量は6%以下であり、5.5%以下が好ましく、5.2%以下がより好ましく、5%以下がさらに好ましい。
しかし、MgO含有量が多すぎると、失透温度が上昇しやすくなる。そのため、MgOの含有量は10%以下であり、9%以下が好ましく、8.8%以下がより好ましい。
CaOの含有量が9%超では平均熱膨張係数が高くなりすぎ、また失透温度が高くなってガラスの製造時に失透が問題となりやすくなる。そのため、CaOの含有量は9%以下であり、好ましくは8%以下、より好ましくは7.5%以下である。
SrOは上記効果がBaOよりも低く、SrOを多くしすぎるとむしろ比重を大きくする効果が勝り、平均熱膨張係数も高くなりすぎ得る。そのため、SrOの含有量は5%以下であり、好ましくは4.5%以下であり、より好ましくは4.2%以下であり、さらに好ましくは4%以下である。
ROが多すぎると、平均熱膨張係数を小さくできないおそれがある。そのため、ROは21%以下が好ましく、19%以下がより好ましく、18.5%以下がさらに好ましく、18%以下が特に好ましい。
MgO/ROは0.70以下が好ましく、0.65以下がより好ましく、0.60以下がさらに好ましい。MgO/ROが0.70以下であれば、(T2−歪点)を大きくすることができる。
[SiO2]+0.7[Al2O3]+1.2[B2O3]+0.5[MgO]+0.4[CaO]−0.25[SrO]−0.88[BaO] …(I)
式(I)で表される値は無アルカリガラスの密度(ρ)の指標であり、この値が85%未満であると密度が高くなる。式(I)で表される値は85.4以上がより好ましく、85.8以上がさらに好ましく、86以上が特に好ましい。式(I)で表される値は、特に限定されないが、90以下が好ましく、88以下であるのがより好ましい。
[SiO2]+0.45[Al2O3]+0.21[B2O3]−0.042[MgO]+0.042[CaO]+0.15[SrO]+0.38[BaO] …(II)
式(II)で表される値は無アルカリガラスの溶解温度の指標であり、この値が72未満であると、ガラス粘度が102dPa・sとなる温度T2が低くなる。式(II)で表されるこの値は好ましくは72.5以上であり、より好ましくは73以上である。式(II)で表されるこの値が75超であるとT2が高くなり得る。この値は好ましくは74以下であり、より好ましくは73.5以下である。
0.4[SiO2]+0.4[Al2O3]+0.25[B2O3]−0.7[MgO]−0.88[CaO]−1.4[SrO]−1.7[BaO] …(III)
式(III)で表される値は無アルカリガラスの熱膨張係数αの指標であり、この値が19超であると、平均熱膨張係数が低くなりすぎてしまう。式(III)で表される値は18.9以下が好ましく、18.7以下がより好ましい。式(III)で表される値は、特に限定されないが、15.8以上が好ましく、16.5以上であるのがより好ましい。
なお、上記式(I)〜(III)で表される値は、その単位はパーセント(%)であるが、単位を省略して示す。
平均熱膨張係数は35.2×10−7/℃以上が好ましく、35.5×10−7/℃以上がより好ましい。平均熱膨張係数の上限は特に限定されないが、ディスプレイ等の製品製造における生産性や耐熱衝撃性の観点から43×10−7/℃以下が好ましく、40×10−7/℃以下がより好ましく、38.5×10−7/℃以下がさらに好ましい。
上記各成分の原料をガラス組成中で目標含有量となるように調合し、これを溶解炉に投入し、1500〜1800℃に加熱して溶解して溶融ガラスを得る。得られた溶融ガラスを成形装置にて、所定の板厚のガラスリボンに成形し、このガラスリボンを徐冷後、切断することによって、無アルカリガラスを得ることができる。
(平均熱膨張係数)
JIS R3102(1995年)に規定されている方法に従い、示差熱膨張計(TMA)を用いて測定した。測定温度範囲は50〜350℃で、単位を10−7/℃として表した。
(密度)
JIS Z 8807に規定されている方法に従い、泡を含まない約20gのガラス塊をアルキメデス法によって測定した。
JIS R3103−2(2001年)に規定されている方法に従い測定した。
(ガラス転移点Tg)
JIS R3103−3(2001年)に規定されている方法に従い、示差熱膨張計(TMA)を用いて測定した。
(ヤング率)
JIS Z 2280に規定されている方法に従い、厚さ0.5〜10mmのガラスについて、超音波パルス法により測定した。
ASTM C 965−96に規定されている方法に従い、回転粘度計を用いて粘度を測定し、102d・Pa・sとなるときの温度T2(℃)を測定した。
(T4)
ASTM C 965−96に規定されている方法に従い、回転粘度計を用いて粘度を測定し、104d・Pa・sとなるときの温度T4(℃)を測定した。
(失透温度)
前述の方法により、失透温度を求めた。
一方、例21のガラスは、B2O3が3%未満であるため、歪点が過度に高くなっている。また、例21のガラスは、式(I)で表される値が本発明で規定される範囲より低く、密度が高くなっている。例22のガラスは、式(II)で表される値が本発明で規定される範囲より低いため、T2が低くなっている。その結果、溶解温度が低下し、清澄性が悪化して、ガラスの泡品質が悪い。例22のガラスは歪点も低い。例23のガラスは、式(II)で表される値が本発明で規定される範囲より高いため、T2が高くなっている。その結果、溶解性が悪い。また、例23のガラスは式(III)で表される値が本発明で規定される範囲より高いため、結果として熱膨張係数が低くなりすぎている。例24のガラスも、式(III)で表される値が本発明で規定される範囲より高くなっており、MgOの含有量も少ないため、熱膨張係数が低くなりすぎている。
なお、2016年4月27日に出願された日本特許出願2016−088988号の明細書、特許請求の範囲、図面、及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。
Claims (12)
- 酸化物基準のモル%表示で、
SiO2 62〜70%、
Al2O3 11〜14%、
B2O3 3〜5%、
MgO 7〜10%、
CaO 3〜9%、
SrO 1〜5%、
BaO 0〜1%、
を含有し、
[SiO2]+0.7[Al2O3]+1.2[B2O3]+0.5[MgO]+0.4[CaO]−0.25[SrO]−0.88[BaO]が85以上であり、
[SiO2]+0.45[Al2O3]+0.21[B2O3]−0.042[MgO]+0.042[CaO]+0.15[SrO]+0.38[BaO]が73〜75であり、
0.4[SiO2]+0.4[Al2O3]+0.25[B2O3]−0.7[MgO]−0.88[CaO]−1.4[SrO]−1.7[BaO]が19以下であり、
比弾性率が32MN・m/kg以上であり、歪点が690〜710℃であり、密度が2.54g/cm3以下であり、50〜350℃での平均熱膨張係数が35×10−7/℃以上であり、かつ、ガラス粘度が102dPa・sとなる温度T2が1610〜1680℃であることを特徴とする無アルカリガラス。 - [MgO]≧[CaO]≧[SrO]≧[BaO]である請求項1に記載の無アルカリガラス。
- [MgO]>[CaO]>[SrO]>[BaO]である請求項1または2に記載の無アルカリガラス。
- MgO+CaO+SrO+BaOが15〜21%である請求項1〜3のいずれかに記載の無アルカリガラス。
- MgO/(MgO+CaO+SrO+BaO)が0.35〜0.70である請求項1〜4のいずれかに記載の無アルカリガラス。
- ガラス粘度が104dPa・sとなる温度T4が1320℃以下である、請求項1〜5のいずれかに記載の無アルカリガラス。
- 失透粘度が103.6dPa・s以上である、請求項1〜6のいずれかに記載の無アルカリガラス。
- ヤング率が81GPa以上である、請求項1〜7のいずれかに記載の無アルカリガラス。
- (T2−歪点)が920〜1000℃である、請求項1〜8のいずれかに記載の無アルカリガラス。
- ガラス転位点が730〜770℃である請求項1〜9のいずれかに記載の無アルカリガラス。
- 厚みが0.1〜2.0mmであるガラス板である請求項1〜10のいずれかに記載の無アルカリガラス。
- フロート法又はフージョン法で製造される請求項1〜11のいずれかに記載の無アルカリガラス。
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