KR101422309B1 - 디스플레이용 유리 기판 - Google Patents

Abstract

대화면에서도 액정 디스플레이의 휘도 불균일을 억제하는 것이 가능한 액정 디스플레이용 유리 기판을 제공하는 것이다. 본 발명의 디스플레이용 유리 기판은 유리 기판면과 직교하는 광에 의해 유리 기판면 내를 50㎜ 간격으로 측정한 리타데이션을 Δ (nm), 그 리타데이션의 유리 기판의 변 방향에 대한 방위각을 θ (˚) 로 하고, 임의의 측정점 a 에 있어서의 {sin(2θ)}²×{sin(180°·Δ/550)}² 에서 구한 값을 A, 측정점 a 에 이웃하는 측정점 a' 에 있어서의 {sin(2θ)}²×{sin(180°·Δ/550)}² 로 구한 값을 A' 로 했을 때, 이웃하는 측정점 a, a' 에 있어서의 값 A, A' 의 변화율 ((A-A')/50) 이 4.0×10^-7 이하인 것을 특징으로 한다.

Description

디스플레이용 유리 기판{GLASS SUBSTRATE FOR DISPLAYS}

본 발명은, 디스플레이용 유리 기판, 특히 액정 디스플레이에 사용되는 유리 기판에 관한 것이다.

액정 디스플레이는 도 1 에 나타내는 바와 같이, 액정 셀 (1) 을 2 장의 유리 기판, 즉 배면 유리 기판 (2 ; 어레이용 유리 기판) 과 전면 유리 기판 (3 ; 컬러 필터용 유리 기판) 사이에 끼운 구조로 되어 있다.

어레이용 유리 기판 (2) 은 액정 셀 (1) 과 접하는 측의 기판 표면에 박막 트랜지스터 (4 ; TFT), 투명한 화소 전극 (5) 및 배향막 (6) 이 형성되어 있고, 그 반대측의 표면에는 편광판 (7) 이 접합되어 있다.

또, 컬러 필터용 유리 기판 (3) 은 액정 셀 (1) 과 접하는 측의 기판 표면에 투명한 대향 전극 (8), 적, 청, 녹의 컬러 필터 (9) 및 배향막 (10) 이 형성되어 있고, 그 반대측의 표면에는 편광판 (11) 이 접합되어 있다. 또한, 어레이용 유리 기판 (2) 에 접합된 편광판 (7) 의 편광 방향과 컬러 필터용 유리 기판 (3) 에 접합된 편광판 (11) 의 편광 방향은 서로 직교한다.

어레이용 유리 기판 (2) 의 배후에는 백라이트 (12) 가 설치되어 있다. 백라이트 (12) 는 노트북 PC 등에 사용되는 액정 디스플레이에 있어서는, 예를 들 어, 몇 개의 가는 직경의 냉음극관의 광을 확산판 (도시 생략) 을 통해 액정 셀로 유도하는 구조를 갖는다.

액정 디스플레이의 표시 원리의 개략은 다음과 같다. 박막 트랜지스터 (4) 에 의해 제어된 전압을 화소 전극 (5) 과 대향 전극 (8) 사이에 인가함으로써, 액정 셀 (1) 내의 액정 분자 (13) 가 똑바로 정렬하게 되고, 어레이용 유리 기판 (2) 에 접합된 편광판 (7) 에서 편광된 백라이트 (12) 로부터의 광의 진동 방향은, 액정 셀 (1) 내에서 회전 (선광) 되지 않기 때문에, 컬러 필터용 유리 기판 (3) 에 접합된 편광판 (11) 에서 광은 차단되어, 흑색을 표시한다. 반대로, 전극 사이에 전압을 인가하지 않은 경우에는, 액정 셀 (1) 내의 액정 분자 (13) 는 비틀린 상태로 유지되기 때문에, 어레이용 유리 기판 (2) 에 접합시킨 편광판 (7) 에서 편광된 백라이트 (12) 로부터의 광의 진동 방향은, 액정 셀 (1) 내에서 회전 (선광) 되어, 컬러 필터용 유리 기판 (3) 에 접합시킨 편광판 (11) 을 투과하여, 적색, 청색 또는 녹색을 표시한다. 이와 같이, 액정 셀 내의 액정 분자의 배열을 제어함으로써, 백라이트로부터의 광의 진동 방향을 제어하여, 컬러 필터용 유리 기판에 접합된 편광판에서 광을 투과시키거나 차단시켜 화상을 표시한다.

그런데, 유리 기판으로는, 유리 용융로에서 용융된 유리 융액을 플로트법, 슬롯 다운드로우법, 오버플로우 다운드로우법, 리드로우법 등에 의해 일정한 두께로 성형하고, 소정 치수의 사이즈로 절단한 것이 사용되고 있다.

통상적으로, 상기 방법으로 제조된 유리 기판에는 변형이 잔존하고 있어, 유리 기판에 리타데이션이 발생되어 투과된 광의 편광 상태가 변화된다. 그 때문 에, 변형이 잔존하는 유리 기판을 액정 디스플레이 용도로 사용하면, 본래 광이 차단되는 지점에서 광 누출이 발생되어, 화면 전체 또는 일부에 휘도 불균일이 발생된다는 문제가 생긴다. 이 문제를 해결하기 위해서, 소정 치수로 절단한 유리 기판에 어닐 처리를 실시하여, 유리 기판에 잔존하는 변형의 양을 작게 하는 것이 고려되지만, 처리 시간과 비용이 든다는 문제가 있다.

그래서, 휘도 불균일의 발생을 방지하기 위해서, 특허 문헌 1 에서는, 유리 기판의 두께와 광 탄성 정수 (定數) 의 곱을 소정치 이하로 제한한 유리 기판을 사용하는 것이 제안되어 있다. 또, 특허 문헌 2 에서는, 유리의 열 팽창 계수, 영률 및 광 탄성 정수의 곱을 소정치 이하로 제한한 유리 기판을 사용하는 것이 제안되어 있다.

특허 문헌 1 : 일본 공개특허공보 2001-255517호

특허 문헌 2 : 일본 공개특허공보 2001-172041호

발명의 개시

최근, 디스플레이의 대형화가 진행되고 있고, 그에 따라 유리 기판의 사이즈도 커지고 있다.

그러나, 유리 기판이 커질수록 잔류하는 변형의 양도 커지는 경향이 있어, 특허 문헌 1 및 2 에서 개시되어 있는 유리 기판을 사용해도, 화면 전체에 휘도 불균일이 발생되는 경우가 있었다.

본 발명의 목적은, 대화면에서도 액정 디스플레이의 휘도 불균일의 발생을 억제하는 것이 가능한 액정 디스플레이용 유리 기판을 제공하는 것이다.

본 발명자는 여러 가지를 검토한 결과, 유리 기판면과 직교하는 광에 의해 유리 기판면 내의 리타데이션을 Δ (nm), 그 리타데이션의 유리 기판의 변 방향에 대한 방위각을 θ(˚) 로 했을 때에, 유리 기판면 내에 있어서, {sin(2θ)}²×{sin(180°·Δ/550)}² 로 구해지는 값의 편차를 줄이는, 즉 유리 기판면 내의 {sin(2θ)}²×{sin(180°·Δ/550)}² 로 구해지는 값의 변화율을 일정치 이하로 억제함으로써, 액정 디스플레이로 했을 때에 휘도 불균일의 발생을 억제할 수 있다는 것을 알아내어, 본 발명을 제안하기에 이르렀다.

즉, 본 발명의 디스플레이용 유리 기판은, 유리 기판면과 직교하는 광에 의해 유리 기판면 내를 50㎜ 간격으로 측정한 리타데이션을 Δ (nm), 그 리타데이션의 유리 기판의 변 방향에 대한 방위각을 θ(˚) 로 하고, 임의의 측정점 a 에 있어서의 {sin(2θ)}²×{sin(180°·Δ/550)}² 로 구한 값을 A, 측정점 a 에 이웃하는 측정점 a' 에 있어서의 {sin(2θ)}²×{sin(180°·Δ/550)}² 로 구한 값을 A' 로 했을 때, 이웃하는 측정점 a, a' 에 있어서의 값 A, A' 의 변화율 ((A-A')/50) 이 4.0×10^-7 이하인 것을 특징으로 한다.

(발명의 효과)

본 발명의 유리 기판은, 유리 기판면과 직교하는 광에 의해 유리 기판면 내의 리타데이션 Δ, 그 리타데이션의 유리 기판의 변 방향에 대한 방위각을 θ 로 했을 때에, 유리 기판면 내에 있어서, 이웃하는 측정점에 있어서의 {sin(2θ)}²×{sin(180°·Δ/550)}² 로 구해지는 값의 변화율을 작게 하고 있기 때문에, 액정 디스플레이로 했을 때에 휘도 불균일의 발생을 억제할 수 있다. 그 때문에, 액정 디스플레이에 사용되는 디스플레이용 유리 기판으로서 바람직하다.

도 1 은, 액정 디스플레이의 제조를 나타내는 개략도이다.

도 2 는, 오버플로우 다운드로우법에 의한 유리 기판의 제조 설비를 개략적으로 나타내는 정면도이다.

도 3 은, 시료 N0.1 에 있어서의 유리 기판의 리타데이션과 그 방위각을 측정한 결과를 나타내는 도면이다.

도 4 는, 시료 No.2 에 있어서의 유리 기판의 리타데이션과 그 방위각을 측정한 결과를 나타내는 도면이다.

도 5 는, 시료 No.3 에 있어서의 유리 기판의 리타데이션과 그 방위각을 측정한 결과를 나타내는 도면이다

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 액정 셀

2 : 배면 유리 기판 (어레이용 유리 기판)

3 : 전면 유리 기판 (컬러 필터용 유리 기판)

4 : 박막 트랜지스터 (TFT) 5 : 화소 전극

6 : 배향막 (배면용) 7 : 편광판 (배면용)

8 : 대향 전극 9 : 컬러 필터

10 : 배향막 (전면용) 11 : 편광판 (전면용)

12 : 백라이트 13 : 액정 분자

20 : 성형로 20a : 성형로의 노벽

21 : 성형체 22 : 성형 롤

23 : 서냉로 23a : 서냉로의 노벽

24 : 인장 롤 25 : 냉각실

26 : 지지 롤 27 : 절단실

28 : 성형실 29 : 송풍기

30 : 주벽부 (周壁部) 31 : 필터

A : 용융 유리 B : 유리 리본

C : 유리 기판

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

디스플레이의 휘도 불균일의 발생은, 유리 기판의 리타데이션의 크기뿐만 아니라, 그 리타데이션의 유리 기판의 변 방향에 대한 방위각이나 이들의 분포 상태에 따라서도 영향을 받는다.

그래서, 본 발명의 디스플레이용 유리 기판은, 상기와 같이 이웃하는 측정점 에 있어서의 {sin(2θ)}²×{sin(180°·Δ/550)}² 로 구해지는 값의 변화율을 4.0×10^-7 이하로 작아지도록 하고 있기 때문에, 액정 디스플레이로 했을 때에 휘도 불균일의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 이웃하는 측정점에 있어서의 {sin(2θ)}²×{sin(180°·Δ/550)}² 로 구해지는 값의 변화율이 4.0×10^-7 보다 커지면, 액정 디스플레이로 했을 때, 화면 전체에 휘도 불균일이 발생하기 쉬워진다. 이 값의 바람직한 범위는 3.8×10^-7 이하이고, 보다 바람직하게는 3.6×10^-7 이하이다.

또한, 휘도 불균일의 발생을 보다 확실하게 억제하려면, 상기 이외에도, 각 측정점에 있어서의 {sin(2θ)}²×{sin(180°·Δ/550)}² 로 구해지는 값을 3.5×10^-5 이하로 하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 유리 기판을 얻으려면, 예를 들어, 유리 용융로에서 용융한 유리 융액을 성형로 (성형체) 에서 판상의 유리 (유리 리본) 로 성형할 때에, 유리 리본의 단부의 두께가 유리 리본의 중앙부의 두께와 거의 동일한 두께가 되도록 성형하거나, 성형한 유리 리본을 서냉로에서 서냉 (냉각) 할 때에 유리 리본의 폭 방향에 있어서의 온도 분포를 가능한 한 작게 하도록 냉각하면 된다.

또한, 성형 공정에 있어서, 유리 리본의 단부의 두께를 유리 리본의 중앙부의 두께와 거의 동일한 두께가 되도록 성형하는 이유는, 유리 리본의 단부의 두께가 유리 리본의 중앙부의 두께와 상이하면, 성형 후의 냉각 공정에 있어서, 유리 리본의 단부 (端部) 와 중앙부에서 냉각 속도가 상이하고, 그 결과 유리 기판면 내의 리타데이션의 크기나 그 방위각에 편차가 발생되기 쉬워지기 때문이다. 유리 리본의 단부의 두께와 유리 리본의 중앙부의 두께가 동일해지도록 성형하려면, 유리 융액을 유리 리본으로 연신 성형하기 위한 성형 롤 등의 회전 속도 등을 조정함으로써 실시할 수 있다.

또, 서냉로에서의 냉각 공정에 있어서, 유리 리본의 폭 방향에 있어서의 온도 분포를 가능한 한 작게 하려면, 다음과 같이함으로써 실시할 수 있다.

(1) 유리 리본이 균일하게 가열되도록 히터의 수를 많게 한다.

(2) 히터로부터의 열이 유리 리본에 균일하게 전해지도록, 히터와 유리 리본 사이에 균열판을 설치한다.

(3) 유리 리본의 중앙부와 단부의 냉각 속도의 차이가 작아지도록, 유리 리본의 단부에 울타리를 설치하거나 그 부분에 히터를 많이 배치한다.

(4) 유리의 판 당김 속도를 낮게 (늦게) 한다.

또한, 유리 융액을 성형로에서 유리 리본으로 성형한 후, 수직 방향 (하방 향) 으로 판을 당기면서, 서냉로에서 냉각 (서냉) 시킨 후, 절단함으로써 유리 기판을 얻는 오버플로우 다운드로우법이나 슬릿 다운드로우법은 유리 융액을 수평 방향으로 판을 당기고, 서냉, 절단하여 유리 기판을 얻는 플로트법과 달리, 저온 분위기인 절단 공정으로부터 고온 분위기인 서냉로 및 성형로의 방향으로, 항상 유리 리본의 표면을 따라 저온의 공기류가 상승되고, 상승된 저온의 공기류는 서냉로 등의 내부에서 가열된 후, 그 일부가 주벽부의 간극을 통해 외부 분위기로 새어 나가 기 때문에, 서냉로나 성형로의 분위기 온도가 변동되기 쉽게 되어 있다. 그 결과, 오버플로우 다운드로우법이나 슬릿 다운드로우법으로 성형된 유리 기판은 유리 기판면 내의 리타데이션의 크기나 그 방위각에 편차가 발생되기 쉬웠다.

그 때문에, 오버플로우 다운드로우법이나 슬릿 다운드로우법으로 유리 기판을 성형하는 경우에는 유리 리본의 단부와 중앙부의 두께를 거의 동일한 두께로 하는 것, 온도 분포를 작게 하는 것에 더하여, 서냉로나 성형로에 있어서의 저온의 공기류의 상승을 억제할 필요가 있다.

또한, 서냉로나 성형로에 있어서의 저온의 공기류의 상승을 억제하려면, 서냉로 내에 대류 방지판을 설치하거나, 송풍기 등을 사용하여 성형로나 서냉로의 외부 분위기의 기압이 높아지도록 조정하는 등하여, 성형로나 서냉로 내의 공기를 외부 분위기로 새어 나오기 어렵게 하면 된다.

또, 상기 방법 이외에도, 유리 중의 SiO₂ 나 Al₂O₃ 나 B₂O₃ 의 함유량을 많게 하여 유리의 열 팽창 계수를 작게 하거나 알칼리 토금속 산화물의 함유량을 많게 하여 유리의 광 탄성 정수를 작게 해도 된다.

또, 본 발명의 디스플레이용 유리 기판은 변형이 잔존하기 쉽고, 휘도 불균일이 현저하게 나타나기 쉬운 대형 유리 기판, 구체적으로는 단변의 길이가 1000㎜ 이상인 유리 기판으로서 특히 바람직하다.

또, 본 발명의 디스플레이용 유리 기판의 구체적 조성은 내약품성, 열수축성, 용융성, 성형성, 열 팽창 계수 등을 고려하여, 용도에 따라 적절히 결정하면 된다. 바람직한 조성 범위는, 질량 백분율로 SiO₂ 40 ∼ 70％, Al₂O₃ 2 ∼ 25％, B₂O₃ 0 ∼ 20％, MgO 0 ∼ 10％, CaO 0 ∼ 15％, SrO 0 ∼ 10％, BaO 0 ∼ 15％, ZnO 0 ∼ 10％, R₂O (R 은 Li, Na, K 를 나타낸다) 0 ∼ 25％, ZrO₂ 0 ∼ 10％ 이다.

본 발명에 있어서 유리의 조성을 상기와 같이 한정한 이유는 다음과 같다.

SiO₂ 는 유리의 네트워크 포머가 되는 성분으로, 유리의 열 팽창 계수를 저하시키고, 유리 기판의 리타데이션 Δ 나 그 리타데이션의 유리 기판의 변 방향에 대한 방위각 θ 의 편차를 억제하고, 이웃하는 측정점에 있어서의 {sin(2θ)}²×{sin(180°·Δ/550)}² 로 구해지는 값의 변화율을 작게 하는 성분이다. 또, 유리의 내산성을 향상시키거나 유리의 변형점을 상승시켜 유리 기판의 열 수축을 작게 하는 성분이기도 하다. 그 함유량은 40 ∼ 70％ 이다. SiO₂ 의 함유량이 많아지면, 유리의 고온 점도가 높아지고, 용융성이 악화됨과 함께 크리스토발라이트의 실투물이 석출되기 쉬워지는 경향이 있다. 한편, 함유량이 적어지면, 유리의 열 팽창 계수가 커지기 쉬워, 유리 기판의 리타데이션 Δ 나 그 리타데이션의 방위각 θ 의 편차가 커지는 경향이 있고, 이웃하는 측정점에 있어서의 {sin(2θ)}²×{sin(180°·Δ/550)}² 로 구해지는 값의 변화율이 커지는 경향이 있다. 또, 유리의 내산성이나 변형점이 저하되는 경향이 있다. SiO₂ 의 보다 바람직한 범위는 50 ∼ 67％ 이며, 더욱 바람직한 범위는 57 ∼ 64％ 이다.

Al₂O₃ 는 유리의 열 팽창 계수를 저하시키고, 유리 기판의 리타데이션 Δ 나 그 리타데이션의 유리 기판의 변 방향에 대한 방위각 θ 의 편차를 억제하고, 이웃하는 측정점에 있어서의 {sin(2θ)}²×{sin(180°·Δ/550)}² 로 구해지는 값의 변화율을 작게 하는 성분이다. 또, 유리의 변형점을 상승시키거나 크리스토발라이트의 실투물의 석출을 억제하는 효과도 있다. 그 함유량은 2 ∼ 25％ 이다. Al₂O₃ 의 함유량이 많아지면 유리의 내 (耐) 버퍼드 플루오르화수소산성이 악화되거나 액상 온도가 상승되어 성형하기 어려워지는 경향이 있다. 한편, 함유량이 적어지면, 유리의 열 팽창 계수가 커지기 쉬워, 유리 기판의 리타데이션 Δ 나 그 리타데이션의 방위각 θ 의 편차가 커지는 경향이 있고, 이웃하는 측정점에 있어서의 {sin(2θ)}²×{sin(180°·Δ/550)}² 로 구해지는 값의 변화율이 커지는 경향이 있다. 또, 유리의 변형점이 저하되는 경향이 있다. Al₂O₃ 의 보다 바람직한 범위는 10 ∼ 20％이며, 더욱 바람직한 범위는 14 ∼ 17％ 이다.

B₂O₃ 은 융제로서 작용하여, 유리의 점성을 낮추고, 용융성을 개선시키는 성분이다. 또한, 유리의 열 팽창 계수를 저하시켜, 유리 기판의 리타데이션 Δ 나 그 리타데이션의 유리 기판의 변 방향에 대한 방위각 θ 의 편차를 억제하고, 이웃하는 측정점에 있어서의 {sin(2θ)}²×{sin(180°·Δ/550)}² 로 구해지는 값의 변화율을 작게 하는 성분이기도 하다. 그 함유량은 0 ∼ 20％ 이다. B₂O₃ 의 함유량이 많아지면, 유리의 변형점이 저하되거나 내산성이 악화되는 경향이 있다. 한편, 함유량이 적어지면, 유리의 열 팽창 계수가 커지기 쉬워, 유리 기판의 리타데이션 Δ 나 그 리타데이션의 방위각 θ 의 편차가 커지는 경향이 있고, 이웃하는 측정점에 있어서의 {sin(2θ)}²×{sin(180°·Δ/550)}² 로 구해지는 값의 변화율이 커지는 경향이 있다. 또, 융제로서 충분히 작용하지 않아 용융성이 저하되는 경향이 있다. B₂O₃ 의 보다 바람직한 범위는 5 ∼ 15％ 이며, 더욱 바람직한 범위는 7.5 ∼ 12％ 이다.

MgO 는 유리의 변형점을 저하시키지 않고 고온 점성만을 저하시켜, 유리의 용융성을 개선시키는 성분이다. 또, 유리의 광 탄성 정수를 낮게 하는 성분이기도 하다. 그 함유량은 0 ∼ 10％ 이다. MgO 의 함유량이 많아지면, 실투물이 석출되기 쉬워진다. 또, 내버퍼드 플루오르화수소산성이 저하되어, 유리 기판 표면이 침식되고, 반응 생성물이 유리 기판 표면에 부착되어, 유리 기판이 백탁되기 쉬워진다. MgO 의 보다 바람직한 범위는 0 ∼ 5％ 이며, 더욱 바람직한 범위는 0 ∼ 3.5％ 이다.

CaO 는 유리의 변형점을 저하시키지 않고 고온 점성만을 저하시켜, 유리의 용융성을 현저하게 개선시키는 성분이다. 또, 유리의 광 탄성 정수를 낮게 하 는 성분이기도 하다. 그 함유량은 0 ∼ 15％ 이다. CaO 의 함유량이 많아지면, 내버퍼드 플루오르화수소산성이 악화되는 경향이 있다. CaO 의 보다 바람직한 범위는 0 ∼ 12％ 이며, 더욱 바람직한 범위는 3.5 ∼ 9％ 이다.

SrO 는 유리의 내약품성과 내실투성을 향상시키는 성분이다. 또, 유리의 광 탄성 정수를 낮게 하는 성분이기도 하다. 그 함유량은 0 ∼ 10％ 이다. SrO 의 함유량이 많아지면, 유리의 열 팽창 계수가 커지기 쉬워, 유리 기판의 리타데이션 Δ 나 그 리타데이션의 방위각 θ 의 편차가 커지는 경향이 있고, 이웃하는 측정점에 있어서의 {sin(2θ)}²×{sin(180°·Δ/550)}² 로 구해지는 값의 변화율이 커지는 경향이 있다. SrO 의 보다 바람직한 범위는 0 ∼ 8％ 이며, 더욱 바람직한 범위는 0.5 초과 ∼ 8％ 이다.

BaO 는 SrO 와 마찬가지로 유리의 내약품성과 내실투성을 향상시키는 성분이다. 또, 유리의 광 탄성 정수를 낮게 하는 성분이기도 하다. 그 함유량은 0 ∼ 15％ 이다. BaO 의 함유량이 많아지면, 유리의 밀도나 열 팽창 계수가 커지거나, 용융성이 현저하게 악화되는 경향이 있다. BaO 의 보다 바람직한 범위는 0 ∼ 10％ 이며, 더욱 바람직한 범위는 0 ∼ 8％ 이다.

ZnO 는 유리의 내버퍼드 플루오르화수소산성이나 용융성을 개선시키는 성분이다. 그 함유량은 0 ∼ 10％ 이다. ZnO 의 함유량이 많아지면, 유리의 내실투성이나 변형점이 저하되는 경향이 있다. ZnO 의 보다 바람직한 범위는 0 ∼ 5％ 이며, 더욱 바람직한 범위는 0 ∼ 1％ 이다.

R₂O (R 은 Li, Na, K 를 나타낸다) 는 유리의 점도를 저하시켜 용융성을 개선시키는 성분이다. 그 함유량은 0 ∼ 25％ 이다. R₂O 의 함유량이 많아지면, 유리의 변형점이 저하되는 경향이 있다. R₂O 의 보다 바람직한 범위는 0 ∼ 20％ 이다.

또한, 본 발명의 디스플레이용 유리 기판을 액정 디스플레이 용도로 사용하는 경우, 사용하는 유리는 무알칼리 유리로 해야 한다. 그 이유는, 유리 중에 알칼리 금속 산화물을 함유하면, 유리 중의 알칼리 성분이 유리 기판 상에 형성된 각종 막이나 TFT 소자의 특성을 열화시킬 우려가 있기 때문이다. 또한, 무알칼리란, R₂O 가 0.1％ 이하를 의미한다.

ZrO₂ 는, 유리의 변형점을 높이는 성분으로, 그 함유량은 0 ∼ 10％ 이다. ZrO₂ 의 함유량이 많아지면 유리의 밀도가 현저하게 상승하거나 ZrO₂ 에서 기인되는 실투물이 석출되는 경향이 있다. ZrO₂ 의 보다 바람직한 범위는 0 ∼ 7％ 이며, 더욱 바람직한 범위는 0 ∼ 5％ 이다.

또, 본 발명에 있어서, 상기 성분 이외에도, 예를 들어 액상 온도를 저하시켜 성형성을 향상시키기 위해서 Y₂O₃, La₂O₃, Nb₂O₃, P₂O₅ 를 각 3％ 까지, 청징제로서 As₂O₃, Sb₂O₃, SnO₂, SO₃, F, Cl 등을 합량으로 2％ 까지 첨가하는 것이 가능하다. 단, As₂O₃, Sb₂O₃ 은 환경 부하 물질인 것, 또 플로트법으로 성형하는 경우, 플로 트 배스 중에서 환원되어 금속 이물질이 되기 때문에, 도입은 피해야 하는 것이다.

다음으로, 본 발명의 디스플레이용 유리 기판을 제조하는 방법을 설명한다.

먼저, 상기 유리 조성 범위가 되도록 유리 원료를 조합한다. 계속해서, 조합한 유리 원료를 연속 용융로에 투입하여 가열 용융하고, 탈포한 후, 유리 융액을 성형 장치에 공급하여, 단부의 두께와 중앙부의 두께가 거의 동일한 두께가 되도록 유리 리본을 성형하거나, 서냉로에서의 냉각 공정에 있어서, 유리 리본의 폭 방향에 있어서의 온도 분포를 가능한 한 작게 함으로써, 이웃하는 측정점에 있어서의 {sin(2θ)}²×{sin(180°·Δ/550)}² 로 구해지는 값의 변화율이 작은 유리 기판을 얻을 수 있다.

또한, 유리 기판의 성형 방법으로는 플로트법, 슬롯 다운드로우법, 오버플로우 다운드로우법, 리드로우법 등의 여러 가지 성형 방법이 있는데, 다운드로우법, 특히, 오버플로우 다운드로우법으로 판상으로 성형하는 것이 바람직하다. 그 이유는, 오버플로우 다운드로우법의 경우, 비교적 용이하게 대형 유리 기판을 얻기 쉽고, 게다가 다른 성형 방법과 달리, 유리 기판의 표면은 성형체와 접하지 않기 때문에, 오염부가 없는 유리 표면을 갖는 유리 기판을 얻을 수 있다. 그 때문에, 유리 기판 표면의 연마가 불필요해져, 제조 비용을 억제할 수 있기 때문이다. 또, 연마에 의한 미소 흠집의 발생을 없앨 수도 있다. 단, 오버플로우 다운드로우법으로 유리 기판을 성형하는 경우에는, 유리 리본의 단부와 중앙부의 두께를 거의 동일한 두께로 하는 것, 온도 분포를 작게 하는 것에 더하여, 서냉로나 성 형로에 있어서의 저온의 공기류의 상승을 억제할 필요가 있다.

실시예

이하, 본 발명의 디스플레이용 유리 기판을 실시예에 기초하여 상세하게 설명한다.

표 1 은 본 발명의 실시예 (시료 N0.1, 2) 및 비교예 (시료 No.3) 를 각각 나타낸다.

	No.1	No.2	No.3
유리 리본 중앙부와 단부의 온도차이 [700℃](℃)	20	45	65
유리 리본의 폭방향의 최고 온도와 최저 온도의 차이 [680℃](℃)	15	30	60
판 당김속도 (cm/분)	0.30L	0.58L	0.56L
변화율의 최대치	1.0×10-7	3.5×10-7	7.0×10-7
리타데이션 및 방위각의 측정도	도 3	도 4	도 5
휘도 불균일의 발생상태	◎	○	×

표 중의 각 시료는 다음과 같이 하여 제작하였다.

먼저, 질량％ 로, SiO₂ 59％, Al₂O₃ 15％, B₂O₃ 10％, CaO 6％, SrO 7％, BaO 2％, ZnO 1％ 의 조성이 되도록 유리 원료를 조합하여, 연속 용융로에서 용융한다.

계속해서, 도 2 에 나타내는 바와 같이 오버플로우 다운드로우 설비를 이용하여, 용융 유리 A 를 성형로 (20) 내에 형성된 성형체 (21) 의 정상부에 공급하고, 그 용융 유리 A 를 성형체 (21) 의 정상부로부터 넘쳐 나오게 함과 함께 그 하단부에서 융합시켜, 융합시킨 용융 유리 A 의 양단부를 성형체 (21) 의 하단부 부근에 형성한 1 쌍의 성형 롤 (에지 롤 ; 22) 로 협지하여 판을 당김으로써 유리 리본 B 를 성형하였다.

다음으로, 성형한 유리 리본 B 가 표면 장력 등에 의해 폭 방향으로 수축되지 않도록, 서냉로 (23) 내에 수직 방향으로 설치한 복수쌍의 인장 롤 (어닐 롤 ; 24) 로 유리 리본 B 를 폭 방향으로 잡아당겨, 유리 리본 B 의 중앙부의 온도가 700℃ 일 때의 유리 리본 B 의 중앙부와 단부에 있어서의 온도 차이, 유리 리본 B 의 중앙부의 온도가 680℃ 일 때의 유리 리본의 폭 방향에 있어서의 최고 온도와 최저 온도의 차이 및 판 당김 속도가 표 1 에 나타내는 값이 되도록 냉각시키면서 하방으로 견인함으로써, 중앙부와 단부의 두께가 약 0.7㎜ 인 유리 리본 B 로 하였다.

다음으로, 서냉로 (23) 하방에 형성된 냉각실 (25) 에 배치되어 있는 복수쌍의 지지 롤 (26) 에 의해 고화된 유리 리본 B 를 하방으로 견인하면서 실온까지 냉각시키고, 절단실 (27) 에서 유리 리본 B 를 절단함으로써 유리 기판 C 를 얻어, 이것을 시료 유리로 하였다.

또한, 성형로 (20) 나 서냉로 (23) 에 있어서의 저온의 공기류의 상승을 억제하기 위해서, 성형실 (28) 에 배치된 송풍기 (29) 를 가동시켜, 주벽부 (30) 에 장착된 필터 (31) 를 통해 이 설비의 외부로부터 성형실 (28) 내에 공기를 도입함으로써 성형로 (20) 나 서냉로 (23) 의 외부 분위기를 가압하여 유리 기판을 제작하였다. 또, 서냉로란, 히터나 냉각기를 구비한, 유리의 서냉점 ∼ 변형점의 범위를 포함하는 범위의 온도를 제어할 수 있는 장치를 나타내고, 표 1 중의 판 당김 속도에 있어서의 L (㎝) 은 이 서냉 장치의 길이를 나타낸다. 또, 시료 No.1 및 No.3 에 대해서는 1000㎜×1200㎜ 의 사이즈로, 시료 No.2 에 대해서는 1050㎜×1250㎜ 의 사이즈로 절단함으로써 시료 유리로 하였다.

얻어진 유리의 열 팽창 계수, 광 탄성 정수, 서냉점 및 변형점을 측정한 결과, 각 시료 모두 열 팽창 계수는 37×10^-7/℃ 이고, 광 탄성 정수는 33(㎚/㎝)/㎫ 이며, 또 서냉점은 705℃ 이고, 변형점은 650℃ 이었다.

이렇게 하여 얻어진 각 시료에 대해, 유리 기판 내에 있어서의 리타데이션 Δ, 유리 기판의 변 방향에 대한 그 리타데이션의 방위각 θ 를 50㎜ 간격으로 측정하고, 이웃하는 측정점에 있어서의 {sin(2θ)}²×{sin(180°·Δ/550)}² 로 구해지는 값의 변화율을 구하였다. 또, 제작한 유리 기판을 사용하여 디스플레이 장치를 제작하고, 휘도 불균일의 발생 상태를 평가하였다. 이들의 결과를 표 1 에 나타낸다.

표 1 로부터 명확한 바와 같이, 실시예인 시료 N0.1 은 유리 기판면 내에 있어서, 이웃하는 측정점에 있어서의 {sin(2θ)}²×{sin(180°·Δ/550)}² 로 구해지는 값의 변화율의 최대치가 1.0×10^-7 이고, 또 시료 No.2 는 3.5×10^-7 로 작았다. 또, 디스플레이 장치를 제작하여 점등시켰을 때의 휘도 불균일의 발생 상태도 전혀 확인되지 않거나 또는 약한 것이었다.

이에 반하여, 비교예인 시료 No.3 은 이웃하는 측정점에 있어서의 {sin(2θ)}²×{sin(180°·Δ/550)}² 로 구해지는 값의 변화율의 최대치가 7.0×10^-7 로 크고, 디스플레이 장치를 제작하여 점등시켰을 때의 휘도 불균일도 강하게 발생되었다.

또한, 이웃하는 측정점에 있어서의 {sin(2θ)}²×{sin(180°·Δ/550)}² 로 구해지는 값의 변화율에 대해서는, 유니옵토 제조의 변형계를 사용하여 광 헤테로다인법에 의해, 유리 기판면 내를 50㎜ 간격으로 리타데이션 Δ 및 유리 기판의 변 방향에 대한 그 리타데이션의 방위각 θ 를 측정하고, 측정점 a 에 있어서의 {sin(2θ)}²×{sin(180°·Δ/550)}² 로 구한 값 A 및 측정점 a 에 이웃하는 측정점 a' 에 있어서의 {sin(2θ)}²×{sin(180°·Δ/550)}² 로 구한 값 A' 를 구하여, ((A-A')/50) 로 구한다. 또한, 도 3 ∼ 5 에 있어서, 각 원의 중심은 측정점, 원의 직경은 리타데이션 Δ 의 크기, 원의 직경으로서 그려진 선의 방향은 유리 기판의 변 방향에 대한 리타데이션의 방위각 θ 을 나타내고 있다.

또, 휘도 불균일의 발생 상태에 대해서는, 디스플레이 장치를 점등시켰을 때의 화면 상의 휘도 불균일을 육안으로 관찰하여, 휘도 불균일이 전혀 확인되지 않는 것을 「◎」, 휘도 불균일이 약하게 발생되어 있는 것을 「○」, 휘도 불균일이 강하게 발생되어 있는 것을 「×」로 하였다.

열 팽창 계수에 대해서는, 백금 도가니를 사용하여 각 시료를 1400℃ 에서 리멜트하여 유리 덩어리를 제작하고, 얻어진 유리 덩어리를 직경 5.0㎜, 길이 20㎜ 의 원주상의 시료로 가공하여, 딜라토미터로 30 ∼ 380℃ 에 있어서의 평균 열 팽창 계수를 측정하였다.

광 탄성 정수에 대해서는 직경 30㎜×5㎜ 의 시료를 제작하고, 원반 압축법에 의해 구한다.

서냉점 및 변형점에 대해서는, ASTM C336-71 의 방법에 기초하여 측정하였다.

본 발명의 디스플레이용 유리 기판은 액정 디스플레이 용도에 한정되는 것이 아니고, 예를 들어 플라즈마 디스플레이, 전계 방사형 디스플레이, 전계 발광 디스플레이 등의 용도의 유리 기판으로서 사용하는 것도 가능하다.

Claims (5)

1. 다운드로우법에 의해 성형되어 이루어지는 유리 기판으로서,

   유리 조성으로서, 질량 백분율로 SiO₂ 40 ∼ 70％, Al₂O₃ 2 ∼ 25％, B₂O₃ 0 ∼ 20％, MgO 0 ∼ 10％, CaO 0 ∼ 15％, SrO 0 ∼ 10％, BaO 0 ∼ 15％, ZnO 0 ∼ 10％, R₂O (R 은 Li, Na, K 를 나타낸다) 0 ∼ 0.1％, ZrO₂ 0 ∼ 10％ 를 함유하고,

   유리 기판면과 직교하는 광에 의해 유리 기판면 내를 50㎜ 간격으로 측정한 리타데이션을 Δ (nm), 그 리타데이션의 유리 기판의 변 방향에 대한 방위각을 θ (˚) 로 하고, 임의의 측정점 a 에 있어서의 {sin(2θ)}²×{sin(180°·Δ/550)}² 로 구한 값을 A, 측정점 a 에 이웃하는 측정점 a' 에 있어서의 {sin(2θ)}²×{sin(180°·Δ/550)}² 로 구한 값을 A' 로 했을 때,

   이웃하는 측정점 a, a' 에 있어서의 값 A, A' 의 변화율 ((A-A')/50) 이 4.0×10^-7 이하인 것을 특징으로 하는 디스플레이용 유리 기판.
2. 제 1 항에 있어서,

   유리 기판의 단변의 길이가 1000㎜ 이상인 것을 특징으로 하는 디스플레이용 유리 기판.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   유리 조성 중의 Al₂O₃ 의 함유량이 10 ~ 20 질량% 인 것을 특징으로 하는 디스플레이용 유리 기판.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   오버플로우 다운드로우 성형법에 의해 성형되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 디스플레이용 유리 기판.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   액정 디스플레이의 유리 기판으로서 사용되는 것을 특징으로 하는 디스플레이용 유리 기판.

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