JPH09156953A

JPH09156953A - 無アルカリガラス基板

Info

Publication number: JPH09156953A
Application number: JP34634095A
Authority: JP
Inventors: Shinkichi Miwa; 晋吉三和
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 1995-12-11
Filing date: 1995-12-11
Publication date: 1997-06-17
Anticipated expiration: 2015-12-11
Also published as: JP3858293B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ＴＦＴ型アクティブマトリックス液晶ディス
プレイに使用されるガラス基板に要求される特性を全て
満足する無アルカリガラス基板を提供することを目的と
する。【解決手段】重量百分率で、ＳｉＯ₂ ５５〜６５
％、Ａｌ₂ Ｏ₃ １０〜２０％、Ｂ₂ Ｏ₃ ４〜１２
％、ＭｇＯ３〜６．４％、ＣａＯ４．６〜１０％、
ＳｒＯ０〜５％、ＢａＯ０．５〜９．５％、ＺｎＯ
０〜５％、ＺｒＯ₂０〜１．５％、ＴｉＯ₂ ０〜５
％の組成を有し、実質的にアルカリ金属酸化物、ＰｂＯ
を含有しないことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶ディスプレイ、Ｅ
Ｌディスプレイ等のディスプレイ、フィルター、センサ
ー等の基板として用いられる無アルカリガラス基板に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、液晶ディスプレイ等のフラッ
トパネルディスプレイ、フィルター、センサー等の基板
として、ガラス基板が広く使用されている。

【０００３】この種のガラス基板の表面には、透明導電
膜、絶縁膜、半導体膜、金属膜等が成膜され、しかもフ
ォトリソグラフィ−エッチング（フォトエッチング）に
よって種々の回路やパターンが形成される。これらの成
膜、フォトエッチング工程において、ガラス基板には、
種々の熱処理や薬品処理が施される。

【０００４】例えば薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）型アク
ティブマトリックス液晶ディスプレイの場合、ガラス基
板上に絶縁膜や透明導電膜が成膜され、さらにアモルフ
ァスシリコンや多結晶シリコンのＴＦＴが、フォトエッ
チングによって多数形成される。このような工程におい
て、ガラス基板は、数百度の熱処理を受けると共に、硫
酸、塩酸、アルカリ溶液、フッ酸等の種々の薬品による
処理を受ける。

【０００５】従ってＴＦＴ型アクティブマトリックス液
晶ディスプレイに使用されるガラス基板には、以下のよ
うな特性が要求される。

【０００６】（１）ガラス中にアルカリ金属酸化物が含
有されていると、熱処理中にアルカリイオンが成膜され
た半導体物質中に拡散し、膜特性の劣化を招くため、実
質的にアルカリ金属酸化物を含有しないこと。

【０００７】（２）フォトエッチング工程において使用
される種々の酸、アルカリ等の薬品によって劣化しない
ような耐薬品性を有すること。

【０００８】（３）成膜、アニール等の工程における熱
処理によって、熱収縮しないこと。そのため高い歪点を
有すること。例えば多結晶シリコンＴＦＴ−ＬＣＤの場
合、その工程温度が約６００℃以上であるため、このよ
うな用途のガラス基板には、歪点が６５０℃以上である
ことが要求される。

【０００９】また溶融性、成形性を考慮して、この種の
ガラス基板には、以下のような特性も要求される。

【００１０】（４）ガラス中に基板として好ましくない
溶融欠陥が発生しないよう、溶融性に優れていること。

【００１１】（５）ガラス中に溶融、成形中に発生する
異物が存在しないように、耐失透性に優れていること。

【００１２】また近年、ＴＦＴ型アクティブマトリック
ス液晶ディスプレイ等の電子機器は、パーソナルな分野
への利用が進められており、機器の軽量化が要求されて
いる。これに伴ってガラス基板にも軽量化が要求されて
おり、薄板化が進められている。しかしながらこの種の
電子機器は、大型化も進められており、ガラス基板の強
度を考慮すると、薄板化については自ずと限界がある。
そこでガラス基板の軽量化を図る目的で、ガラスの密度
を低くすることが望まれており、具体的には、２．６ｇ
／ｃｍ³ 以下にすることが要求されている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】従来よりＴＦＴ型アク
ティブマトリックス液晶ディスプレイ基板に用いられて
いる無アルカリガラスとしては、石英ガラス、バリウム
硼珪酸ガラス及びアルミノ珪酸塩ガラスが存在するが、
いずれも一長一短がある。

【００１４】すなわち石英ガラスは、耐薬品性、耐熱性
に優れ、低密度であるが、材料コストが高いという難点
がある。

【００１５】またバリウム硼珪酸ガラスとしては、市販
品としてコーニング社製＃７０５９が存在するが、この
ガラスは耐酸性に劣るため、フォトエッチング工程にお
いてガラス基板の表面に変質や白濁、荒れが生じやす
く、しかも基板からの溶出成分によって薬液を汚染しや
すい。さらにこのガラスは、歪点が低いため、熱収縮や
熱変形を起こしやすく、耐熱性に劣っている。またその
密度も、２．７６ｇ／ｃｍ³ と高い。

【００１６】アルミノ珪酸塩ガラスは、耐熱性に優れて
いるが、現在市場にあるガラス基板の多くが、溶融性が
悪く、大量生産に不向きである。またこれらのガラス基
板は、密度が２．７ｇ／ｃｍ³ 以上と高かったり、耐薬
品性に劣るものが多く、全ての要求特性を満足するもの
は未だ存在しないというのが実情である。

【００１７】本発明の目的は、上記した要求特性項目
（１）〜（５）の全てを満足し、しかも密度が２．６ｇ
／ｃｍ³ 以下の無アルカリガラス基板を提供することで
ある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明の無アルカリガラ
ス基板は、重量百分率で、ＳｉＯ₂ ５５〜６５％、Ａ
ｌ₂ Ｏ₃ １０〜２０％、Ｂ₂ Ｏ₃ ４〜１２％、Ｍｇ
Ｏ３〜６．４％、ＣａＯ４．６〜１０％、ＳｒＯ
０〜５％、ＢａＯ０．５〜９．５％、ＺｎＯ０〜５
％、ＺｒＯ₂ ０〜１．５％、ＴｉＯ₂ ０〜５％の組
成を有し、実質的にアルカリ金属酸化物、ＰｂＯを含有
しないことを特徴とする。

【００１９】また本発明の無アルカリガラス基板は、モ
ル比で、Ｂ₂ Ｏ₃ ＜（ＭｇＯ＋ＣａＯ）の条件を満足す
ることを特徴とする。

【００２０】

【作用】以下、本発明の無アルカリガラス基板の構成成
分を上記のように限定した理由を説明する。

【００２１】ＳｉＯ₂ が、５５％より少ないと、耐薬品
性、特に耐酸性が悪くなると共に、歪点が低くなり、耐
熱性が悪化し、しかも低密度化が図り難くなる。また６
５％より多いと、高温粘度が大きくなり、溶融性が悪化
すると共に、ガラス中にクリストバライトの失透異物が
析出しやすくなる。

【００２２】Ａｌ₂ Ｏ₃ が、１０％より少ないと、失透
温度が上昇し、ガラス中にクリストバライトの失透異物
が析出しやすくなると共に、ガラスの歪点が低下し、耐
熱性が悪くなる。また２０％より多いと、ガラスの高温
粘度が高くなり、溶融性が悪化する。

【００２３】Ｂ₂ Ｏ₃ は、融剤として働き、粘性を下
げ、溶融性を改善すると共に密度を低下させる作用を有
する成分であり、４〜１２％含有する。４％より少ない
と、融剤としての働きが不十分となり、１２％より多い
と、ガラスの歪点が低下し、耐熱性が悪くなると共に耐
酸性も悪くなる。耐酸性を最も良い状態に保つために
は、Ｂ₂ Ｏ₃ 量を４．６〜９％に規制することが望まし
い。

【００２４】ＭｇＯは、歪点を下げずに高温粘性を下
げ、ガラスの溶融性を改善する作用を有しており、二価
のアルカリ土類酸化物の中で、最も密度を下げる効果が
大きい成分であるが、３％より少ないと、このような効
果が得られ難くなり、また６．４％より多いと、失透温
度が上昇し、エンスタタイト（ＭｇＯ・ＳｉＯ₂ ）の結
晶異物がガラス中に析出しやすくなる。

【００２５】ＣａＯも、ＭｇＯと同様に歪点を下げずに
高温粘性を下げ、ガラスの溶融性を改善する効果を有す
る成分である。またＣａＯは、ＭｇＯと異なり、ガラス
の耐失透性を高める効果をも有しており、その含有量
は、４．６〜１０％、好ましくは４．６〜８％である。
４．６％より少ないと、上記のような効果が得られ難く
なり、１０％より多く含有すると、ガラスの耐酸性が悪
化すると共に、ガラスの密度が大きくなるため好ましく
ない。

【００２６】ＭｇＯとＣａＯは、ガラスの溶融性を向上
させる上で、必要欠くべからざる成分であるが、その一
方を極端に多く含有させることは望ましくない。すなわ
ちＭｇＯの方が多すぎると、失透性が悪化し、ＣａＯが
多すぎると、密度が低下すると共に、耐酸性が悪化する
ため、両成分が適度の割合で共存するように規制するこ
とが望ましい。

【００２７】さらに本発明においては、モル比で、Ｍｇ
ＯとＣａＯの合量を、Ｂ₂ Ｏ₃ 量よりも多くすると、ガ
ラスの歪点の低下を防ぎ、また耐酸性を良好に保ち、し
かもガラスの溶融性を飛躍的に向上させる効果が大とな
るためより好ましい。

【００２８】ＳｒＯは、ガラスの耐薬品性と耐失透性を
向上させる成分であるが、５％より多いと、溶融性が悪
くなると共に、ガラスの密度が著しく上昇するため好ま
しくない。

【００２９】ＢａＯも、ＳｒＯと同様、ガラスの耐薬品
性と耐失透性を向上させる上で重要な成分であるが、
０．５％より少ないと、このような効果が得られず、
９．５％より多いと、溶融性が悪くなると共に、ガラス
の密度が著しく上昇するため好ましくない。

【００３０】ＺｎＯは、溶融性を改善する成分である
が、５％より多いと、ガラスが急激に失透しやすくなる
と共に、歪点が低下するため、優れた耐熱性が得られな
い。

【００３１】ただし本発明においては、ＭｇＯ、Ｃａ
Ｏ、ＳｒＯ、ＢａＯ及びＺｎＯの合量が１０％より少な
いと、ガラスの失透温度が上昇し、ガラス中に結晶異物
が析出しやすくなり、またこれらの成分の合量が、２０
％より多いと、ガラスの密度が上昇して基板の軽量化を
図ることが困難となるため好ましくない。

【００３２】ＺｒＯ₂ は、ガラスの耐薬品性、特に耐酸
性を改善すると共に、高温粘性を下げて溶融性を向上さ
せる成分であるが、１．５％より多いと、失透温度が上
昇し、ジルコンの失透異物が析出しやすくなるため好ま
しくない。

【００３３】ＴｉＯ₂ も、ガラスの耐薬品性、特に耐酸
性を改善すると共に、高温粘性を低下し、溶融性を向上
させる成分であるが、５％より多いと、ガラスが着色し
やすくなり、透過率が低下し、ディスプレイ用途に不向
きとなるため好ましくない。

【００３４】また本発明においては、上記成分以外に
も、特性を損なわない範囲で、他の成分を添加させるこ
とが可能であり、例えば清澄剤として、Ａｓ₂ Ｏ₃ 、Ｓ
ｂ₂ Ｏ₃ 、Ｆ₂ 、Ｃｌ₂ 、ＳＯ₃ といった成分やＡｌ、
Ｓｉといった金属粉末等を添加させることが可能であ
る。

【００３５】ただしガラス中にアルカリ金属酸化物が含
有されると、ガラス基板上に形成される各種の膜や半導
体素子の特性を劣化させるため好ましくない。また一般
に融剤として使用されるＰｂＯは、ガラスの耐薬品性を
著しく低下させると共に、溶融時に融液の表面から揮発
し、環境を汚染する虞れもあるため好ましくない。さら
にＰ₂ Ｏ₅ も一般に融剤として使用されるが、ガラスを
分相させると共に、耐薬品性を著しく低下させるため好
ましくない。またＣｕＯを含有すると、ガラスが着色す
るため、ディスプレイ用ガラス基板としては使用できな
くなる。

【００３６】

【実施例】以下、本発明の無アルカリガラス基板を実施
例に基づいて詳細に説明する。

【００３７】表１、２は、実施例のガラス（試料Ｎｏ．
１〜７）と比較例のガラス（試料Ｎｏ．８〜１３）の組
成（重量％）と特性を示したものであり、また表３、４
は、表１、２のガラス組成をモル％で示したものであ
る。

【００３８】

【表１】

【００３９】

【表２】

【００４０】

【表３】

【００４１】

【表４】

【００４２】表中の各試料は、次のようにして作製し
た。まず表の組成となるようにガラス原料を調合し、白
金坩堝に入れ、１５８０℃で、２４時間溶融した後、カ
ーボン板上に流し出し、板状に成形した。

【００４３】表から明らかなように、実施例であるＮ
ｏ．１〜７の各試料は、いずれも密度が２．５７ｇ／ｃ
ｍ³ 以下、歪点が６６５℃以上であり、しかも耐塩酸性
に優れていた。また各試料とも、失透温度が１１２０℃
以下と低いため、耐失透性に優れ、１０^2.5 ポイズに相
当する温度が１５００℃以下であるため、溶融性も良好
であった。

【００４４】それに対し比較例であるＮｏ．８の試料
は、ＳｉＯ₂ が多く、ＣａＯが少ないため、耐失透性と
溶融性に劣り、Ｎｏ．９の試料は、ＣａＯが少なく、Ｂ
ａＯが多く、しかもＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ及
びＺｎＯの合量が２０％以上であるため、密度が高く、
溶融性に劣っていた。またＮｏ．１０の試料は、ＣａＯ
が多いため、耐塩酸性に劣ると共に密度が高く、Ｎｏ．
１１の試料は、ＭｇＯとＣａＯが少ないため、溶融性に
劣り、Ｎｏ．１２の試料は、ＭｇＯが多く、ＢａＯを含
まないため、耐塩酸性にやや劣り、耐失透性に劣ってい
た。さらにＮｏ．１３の試料は、Ｂ₂Ｏ₃が多く、しかも
ＭｇＯとＣａＯの合量が、Ｂ₂ Ｏ₃ よりも少ないため、
歪点が低く、耐塩酸性にやや劣っていた。

【００４５】尚、表中の密度は、周知のアルキメデス法
によって測定し、歪点は、ＡＳＴＭＣ３３６−７１の方
法に基づいて測定した。

【００４６】また耐塩酸性は、各試料を光学研磨してか
ら、８０℃に保持された１０重量％塩酸水溶液に２４時
間浸漬した後、ガラス基板の表面状態を観察することに
よって評価したものであり、ガラス基板の表面が白濁し
たり、クラックが入ったものを×、わずかに白濁が見ら
れたものを△、全く変化のなかったものを○とした。

【００４７】さらに失透温度は、各試料から３００〜５
００μｍの粒径を有するガラス粉末を作製し、これを白
金ボート内に入れ、温度勾配炉中で２４時間熱処理した
後、ガラスを取り出し、失透の発生した温度を顕微鏡観
察で確認することによって測定した。

【００４８】また１０^2.5 ポイズ温度は、高温粘度であ
る１０^2.5 ポイズに相当する温度を示すものであり、こ
の温度が低いほど、溶融成形性に優れていることにな
る。

【００４９】

【発明の効果】以上のように本発明の無アルカリガラス
基板は、実質的にアルカリ金属酸化物とＰｂＯを含有せ
ず、耐熱性、耐薬品性、溶融成形性に優れ、しかも密度
が２．６ｇ／ｃｍ³ 以下であるため、特に軽量化が要求
されるＴＦＴ型アクティブマトリックス液晶ディスプレ
イに使用されるガラス基板として好適である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量百分率で、ＳｉＯ₂ ５５〜６５
％、Ａｌ₂ Ｏ₃ １０〜２０％、Ｂ₂ Ｏ₃ ４〜１２
％、ＭｇＯ３〜６．４％、ＣａＯ４．６〜１０％、
ＳｒＯ０〜５％、ＢａＯ０．５〜９．５％、ＺｎＯ
０〜５％、ＺｒＯ₂ ０〜１．５％、ＴｉＯ₂ ０〜
５％の組成を有し、実質的にアルカリ金属酸化物、Ｐｂ
Ｏを含有しないことを特徴とする無アルカリガラス基
板。
【請求項２】モル比で、Ｂ₂ Ｏ₃ ＜（ＭｇＯ＋Ｃａ
Ｏ）の条件を満足することを特徴とする請求項１記載の
無アルカリガラス基板。