WO2010125981A1 - 基板用ガラス板 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a glass plate for a substrate used for various display panels such as a liquid crystal display (LCD) panel and a plasma display panel (PDP) and a substrate for a solar cell.
- the glass plate for substrates of the present invention is particularly suitable as a glass plate for LCD panels.
- an alkali-free glass containing no alkali metal oxide has been used for a glass substrate for an LCD panel.
- the reason for this is that if an alkali metal oxide is contained in the glass substrate, the thin film transistor (TFT) used by the alkali ions in the glass substrate to drive the LCD panel during the heat treatment performed in the LCD panel manufacturing process. This is because it may diffuse into the semiconductor film and cause deterioration of TFT characteristics.
- alkali-free glass has a low coefficient of thermal expansion and a high glass transition point (Tg), so there is little dimensional change in the LCD panel manufacturing process, and there is little effect on display quality due to thermal stress when using the LCD panel. Therefore, it is preferable as a glass substrate for an LCD panel.
- non-alkali glass has the following problems in terms of production.
- Alkali-free glass has properties such as extremely high viscosity and difficulty in melting, and is accompanied by technical difficulties in production.
- alkali-free glass has a poor effect of a fining agent.
- SO 3 when SO 3 is used as a fining agent, the temperature at which SO 3 decomposes and foams is lower than the melting temperature of glass, so most of the added SO 3 decomposes and melts before fining. It evaporates from the glass and cannot fully demonstrate the clarification effect.
- Patent Documents 1 and 2 Due to recent technological advances, the use of an alkali glass substrate containing an alkali metal oxide as a glass substrate for an LCD panel has begun to be examined (see Patent Documents 1 and 2). Since glass containing an alkali metal oxide generally has a high thermal expansion coefficient, B 2 O 3 having an effect of reducing the thermal expansion coefficient is used for the purpose of obtaining a preferable thermal expansion coefficient as a glass substrate for an LCD panel. Usually contained (see Patent Documents 1 and 2). However, when the glass composition contains B 2 O 3 , when the glass is melted, B 2 O 3 is volatilized particularly in the melting step and the refining step, so that the glass composition tends to be inhomogeneous.
- a glass substrate for an LCD panel is required to have a high degree of flatness in order to maintain a constant gap between two glasses sandwiching a liquid crystal, that is, a cell gap, in order to ensure display quality. For this reason, in order to ensure a predetermined flatness, the surface of the plate glass is polished after being formed into a plate glass by the float method, but if the predetermined flatness is not obtained with the formed plate glass, the polishing step is performed. The time required increases and productivity decreases. Further, the consideration of the B 2 O 3 environmental load due to volatilization of it the content of B 2 O 3 in the molten glass lower, more preferably does not substantially contained.
- the alkali glass substrate having a low content of B 2 O 3 and not substantially containing it has a problem that it is easily damaged.
- the present invention contains a small amount of an alkali metal oxide, has a low content of B 2 O 3 , preferably does not contain it, and is used as a glass substrate such as an LCD panel. It aims at providing the glass plate for substrates which can be manufactured.
- the present inventors have intensively studied and have completed the present invention. That is, the present invention In terms of mass% based on oxide, SiO 2 68-80, Al 2 O 3 0.1-5, B 2 O 3 0-3, MgO 9.5-12, CaO + SrO + BaO 0-2, Na 2 O + K 2 O 12.5 to 15.5 And a density of 2.5 g / cm 3 or less, an average coefficient of thermal expansion at 50 to 350 ° C. of more than 75 ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C. and 87 ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C. or less, and a glass transition point ( There is provided a glass plate for a substrate having a Tg) of 560 ° C. or higher and a brittleness of 6.5 ⁇ m ⁇ 1/2 or lower.
- the glass plate for a substrate of the present invention has an average coefficient of thermal expansion of 50 to 350 ° C. of more than 75 ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C. and not more than 87 ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C., and Tg of 560 ° C. or more. It is particularly suitable as a glass substrate for an LCD panel because there is little dimensional change in the manufacturing process and there is little influence on display quality due to thermal stress when the panel is used.
- the glass plate for a substrate of the present invention has a low content of B 2 O 3 , and preferably contains substantially no B 2 O 3 , so there is little volatilization of B 2 O 3 during glass production, Preferably, since there is no volatilization of B 2 O 3 , the glass plate is excellent in homogeneity and flatness, and the surface of the glass plate after molding on the glass plate requires less polishing and is excellent in productivity. Further, the glass plate for a substrate of the present invention is hardly damaged and has a brittleness described below of 6.5 ⁇ m ⁇ 1/2 or less, which is suitable as a glass plate for a display panel and a glass plate for a solar cell.
- the glass plate for substrates of the present invention has a density as low as 2.5 g / cm 3 or less, the display panel, particularly a large display panel, can be reduced in weight, which is preferable in handling.
- the glass plate of the present invention preferably has a heat shrinkage rate (C) (compaction (C)) of 20 ppm or less, the heat shrinkage rate (150 to 300 ° C.) in the heat treatment at a low temperature (150 to 300 ° C.) in the TFT panel production process. C) is small, and the shift of the film formation pattern on the glass substrate hardly occurs.
- the suitable aspect of the glass plate for substrates of this invention is especially low-viscosity in glass melting temperature, it is easy to melt a raw material and is easy to manufacture.
- SO 3 is used as a clarifier, it has a low viscosity, so it has an excellent clarifier effect and excellent foam quality.
- the glass plate for a substrate of the present invention is suitable as a glass substrate for an LCD panel, but can be used for other display substrates such as a plasma display panel (PDP), an inorganic electroluminescence display, and the like.
- PDP plasma display panel
- the glass plate for substrates of this invention can be used also for uses other than a display panel. For example, it can be used as a glass plate for a solar cell substrate.
- the glass plate for a substrate of the present invention is In terms of mass% based on oxide, SiO 2 68-80, Al 2 O 3 0.1-5, B 2 O 3 0-3, MgO 9.5-12, CaO + SrO + BaO 0-2, Na 2 O + K 2 O 12.5 to 15.5 Contained, the density is 2.5 g / cm 3 or less, the average thermal expansion coefficient at 50 to 350 ° C.
- the glass plate of the present invention does not substantially contain B 2 O 3 .
- the reason for limiting to the said composition in the glass plate for substrates of this invention is as follows.
- the glass plate for a substrate of the present invention has a B 2 O 3 content as low as 3% or less, and preferably does not contain B 2 O 3 .
- B 2 O 3 volatilization is small, preferably no volatilization, are manufactured
- the glass plate is excellent in homogeneity and flatness. As a result, when used as a glass plate for an LCD panel that requires a high degree of flatness, the polishing amount of the glass plate can be reduced as compared with a conventional glass plate for a display panel.
- the content of B 2 O 3 is that less is preferable. Therefore, the content of B 2 O 3 is preferably 2% or less, and more preferably substantially free of B 2 O 3 .
- B 2 O 3 may be contained at 2% or less, further 1.5% or less, particularly 1% or less.
- substantially does not contain means that it is not contained other than inevitable impurities mixed from raw materials or the like, that is, it is not intentionally contained.
- SiO 2 is a component that forms the skeleton of the glass. If it is less than 68%, Tg decreases, the heat resistance and chemical durability of the glass decrease, the thermal expansion coefficient increases, the brittleness increases, and the glass increases. Problems such as increased damage and increased density occur. However, if it exceeds 80%, the devitrification temperature increases, the high temperature viscosity of the glass increases, and the meltability deteriorates.
- the content of SiO 2 is preferably 69 to 80%, more preferably 70 to 80%, and further preferably 71 to 79.5%.
- Al 2 O 3 is contained because it has the effects of increasing Tg, improving heat resistance and chemical durability, and reducing the thermal expansion coefficient. If the content is less than 0.1%, Tg decreases and the thermal expansion coefficient increases. In addition, the thermal shrinkage rate (C) increases. However, if it exceeds 5%, the high temperature viscosity of the glass increases and the meltability deteriorates, the density increases, the devitrification temperature increases and the moldability deteriorates.
- the content of Al 2 O 3 is preferably 0.5 to 4.5%, more preferably 1 to 4%.
- MgO is contained because it has the effect of lowering the viscosity at the melting temperature of the glass and promoting melting and suppressing the increase in brittleness. If the content is less than 9.5%, the effect of suppressing the increase in brittleness is insufficient, and the high-temperature viscosity of the glass increases and the meltability deteriorates. However, if it exceeds 12%, problems such as glass phase separation, increase in devitrification temperature, increase in density, increase in Tg, and increase in thermal expansion coefficient occur.
- the MgO content is preferably 10 to 11.8%.
- CaO, SrO and BaO have the effect of reducing the viscosity at the melting temperature of the glass and promoting the melting. However, if these contents are high, the effect of suppressing the increase in brittleness due to the inclusion of MgO is inhibited, and the thermal contraction rate (C) increases, so the total amount is made 2% or less.
- the total content of CaO, SrO and BaO is preferably 1% or less, and more preferably 0.5% or less. Considering environmental load, it is preferable that BaO is not substantially contained.
- Na 2 O and K 2 O have the effect of lowering the viscosity at the melting temperature of the glass and promoting melting, and also have the effect of lowering the brittleness and the devitrification temperature. 12.5% or more is contained. However, if the total amount exceeds 15.5%, problems such as an increase in the thermal expansion coefficient, a decrease in Tg, an increase in the thermal contraction rate (C), and an increase in density occur.
- Li 2 O in order to obtain the same effect as Na 2 O and K 2 O, it may be contained Li 2 O.
- the Li 2 O content is preferably 5% or less.
- the total amount of Na 2 O, K 2 O and Li 2 O is preferably 12.5 to 15.5%.
- ⁇ is a resistivity [ ⁇ cm] at 150 ° C.
- the glass plate for a substrate of the present invention is preferably composed of SiO 2 , Al 2 O 3 , MgO, CaO, SrO, Na 2 O and K 2 O as a mother composition.
- SO 3 can be used as a fining agent.
- SO 3 can exhibit a sufficient effect as a fining agent. This is because the temperature at which SO 3 decomposes and foams is higher than the temperature at which the raw material becomes molten glass.
- sulfates such as potassium sulfate (K 2 SO 4 ), sodium sulfate (Na 2 SO 4 ), and calcium sulfate (CaSO 4 ) are added to the glass matrix composition raw material.
- sulfate is 0.05 to 1%, preferably 0.05 to 0.3% in terms of SO 3 .
- the residual amount in the glass plate for a substrate is 100 to 500 ppm, preferably 100 to 400 ppm in terms of SO 3 .
- the glass plate for a substrate of the present invention may contain other components in addition to the above components as long as the glass plate is not adversely affected.
- F, Cl, SnO 2 and the like are contained in a total amount of 2% or less, preferably 1.5% or less with respect to 100% of the mother composition raw material. May be.
- the total amount of ZrO 2 , Y 2 O 3 , La 2 O 3 , TiO 2 , SnO 2, etc. is preferably 5% or less, preferably 100% of the mother composition raw material. May be contained in an amount of 2% or less.
- Y 2 O 3 , La 2 O 3 and TiO 2 contribute to the improvement of the Young's modulus of the glass.
- ZrO 2 when considering the reduction of bubbles in the glass, it is preferable to contain ZrO 2 at 2% or less, further 1.5% or less, particularly 1% or less.
- a colorant such as Fe 2 O 3 or CeO 2 may be contained. The content of such a colorant is preferably 1% or less, more preferably 0.3% or less, based on 100% of the mother composition raw material.
- the glass plate for substrates of the present invention does not substantially contain As 2 O 3 and Sb 2 O 3 in consideration of environmental load. In consideration of stable float forming, it is preferable that ZnO is not substantially contained.
- the substrate glass plate of the present invention has a density of 2.5 g / cm 3 or less.
- the low density of the glass plate is particularly effective when used as a glass substrate for a large display because it prevents cracking and improves handling properties.
- the density is preferably 2.47 g / cm 3 or less, more preferably 2.45 g / cm 3 or less.
- the glass plate for a substrate of the present invention has an average coefficient of thermal expansion at 50 to 350 ° C. of more than 75 ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C. and not more than 87 ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C.
- the glass plate for a substrate of the present invention is an LCD panel.
- the average thermal expansion coefficient of 50 to 350 ° C. is a value measured using a differential thermal dilatometer (TMA), and means a value determined in accordance with JIS R3102.
- TMA differential thermal dilatometer
- Average thermal expansion coefficient of 50 ⁇ 350 ° C. is, 75 ⁇ 10 -7 / °C greater, preferably at 85 ⁇ 10 -7 / °C less, more preferably 75 ⁇ 10 -7 / °C greater than 80 ⁇ 10 - 7 / ° C or less.
- the glass plate for a substrate of the present invention has a Tg of 560 ° C. or higher.
- Tg is 560 ° C. or higher, the substrate dimensional change in the heat treatment step performed at the time of manufacturing the LCD panel can be suppressed to such an extent that it does not substantially cause a problem.
- Tg is preferably 580 ° C. or higher, more preferably 600 ° C. or higher.
- the glass plate for a substrate of the present invention is less likely to be damaged than a conventional alkali glass plate which does not substantially contain B 2 O 3 and is suitable for display panel applications.
- the brittleness (B) can be used as an index of the difficulty of scratching.
- the brittleness (B) shows that when the Vickers indenter is pushed with a load P, the average value of the two diagonal lengths of the indentation is a, and the length of the two cracks generated from the four corners of the indentation (two symmetrical cracks including the indentation). Means the value calculated by the following calculation, where c is the average value of the total length).
- Buritorunesu is at 6.5 [mu] m -1/2 or less, preferably 6.0 .mu.m -1/2 or less, more preferably 5.5 [mu] m -1/2 or less.
- the glass plate for a substrate of the present invention preferably has a thermal contraction rate (C) of 20 ppm or less. Moreover, it is preferably 15 ppm or less, more preferably 10 ppm or less.
- the thermal contraction rate (C) is a glass thermal contraction rate generated by relaxation of the glass structure during the heat treatment.
- the heat shrinkage rate (C) means that the glass plate is heated to the transition temperature Tg + 50 ° C., held for 1 minute, cooled to room temperature at 50 ° C./minute, and then indented at a predetermined interval on the surface of the glass plate.
- the glass plate is heated to 300 ° C., held for 1 hour, and then cooled to room temperature at 100 ° C./hour, which means the shrinkage rate (ppm) of the indentation distance.
- the heat shrinkage rate (C) will be described more specifically.
- the thermal contraction rate (C) means a value measured by the method described below. First, after a target glass plate is melted at 1600 ° C., the molten glass is poured out, cooled into a plate shape, and then cooled. The obtained glass plate is polished to obtain a sample of 100 mm ⁇ 20 mm ⁇ 2 mm.
- the distance between the indentations is measured again, and the distance is B.
- the thermal contraction rate (C) is calculated from A and B thus obtained using the following formula.
- a and B are measured using an optical microscope.
- C [ppm] (AB) / A ⁇ 10 6
- the glass plate for substrates contains 3% or more of Na 2 O.
- Na 2 O and K 2 O have the effect of lowering the viscosity at the melting temperature of the glass and promoting melting, the effect of lowering the brittleness, and the effect of lowering the devitrification temperature. is there.
- Na 2 O has a higher effect of lowering the viscosity at the melting temperature of glass and promoting melting than K 2 O.
- the glass plate for a substrate according to a preferred embodiment may contain 9.5% or less of K 2 O in order to lower the viscosity at the melting temperature of the glass to promote melting and to reduce brittleness.
- the glass plate for a substrate may contain 2% or less of Li 2 O in order to decrease the viscosity at the melting temperature of the glass, promote the melting, and reduce the brittleness. If Li 2 O exceeds 2%, Tg is excessively lowered, which is not preferable. However, considering the raw material cost, the content of Li 2 O is preferably 1% or less, and more preferably substantially not contained.
- the glass plate for substrates of this invention When manufacturing the glass plate for substrates of this invention, it is preferable to implement a melt
- the glass plate for substrates of the present invention is an alkali glass substrate containing an alkali metal oxide (Na 2 O, K 2 O, etc.), SO 3 can be effectively used as a fining agent, and molding This method is suitable for the float method.
- a float method In the manufacturing process of glass plates for display panels, as a method of forming glass into a plate shape, a float method that can easily and stably form a large area glass plate with the recent increase in size of liquid crystal televisions and the like. It is preferable to use it.
- the raw materials of each component of the glass plate are adjusted so as to become target components, which are continuously charged into a melting furnace, heated to 1400-1600 ° C. and melted.
- the glass plate for a substrate of the present invention is produced by forming the molten glass into a predetermined plate thickness by a float method or the like, slowly cooling it, and cutting it.
- Density (unit: g / cm 3 ), average thermal expansion coefficient (unit: ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C.), Tg (unit: ° C.), brittleness (unit: ⁇ m ⁇ 1/2 ), 150
- the temperature T 2.5 (unit: ° C.) at which the viscosity of the molten glass becomes 10 2.5 dPa ⁇ s and the temperature T 4 at which the viscosity becomes 10 4 dPa ⁇ s (unit: ° C.)
- And heat shrinkage ratio (C) (unit: ppm) were measured and shown in Table 1. The values in parentheses in the table are obtained by calculation.
- B Brittleness
- High temperature viscosity The viscosity was measured using a rotational viscometer, the temperature was measured T 4 at which the temperature T 2.5 and 10 4 dPa ⁇ s when the viscosity of 10 2.5 dPa ⁇ s.
- the viscosity of 10 2.5 dPa ⁇ s was used as an index indicating that the viscosity of the glass melt was sufficiently low in the glass melting step.
- the temperature T 2.5 when the viscosity is 10 2.5 dPa ⁇ s is preferably 1450 ° C. or lower.
- the viscosity of 10 4 dPa ⁇ s is a reference viscosity when glass is float formed.
- the temperature T 4 when the viscosity is 10 4 dPa ⁇ s is preferably 1200 ° C. or lower.
- Thermal contraction rate (C) Measured by the method for measuring thermal contraction rate (C) described above.
- the glass of the examples has an average coefficient of thermal expansion of more than 75 ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C. and not more than 87 ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C., and Tg of 560 ° C. Since it is above, when it uses as a glass plate for LCD panels, the dimensional change in a LCD panel manufacturing process can be suppressed. Moreover, since the content of B 2 O 3 is low, the flatness of the glass is excellent. On the other hand, despite the low content of B 2 O 3 , the brittleness is 6.5 ⁇ m ⁇ 1/2 or less and is hardly damaged.
- the glass of the examples (Examples 1 and 2) has a heat shrinkage rate (C) of 20 ppm or less. Therefore, when used as a glass plate for a TFT panel, the TFT panel is manufactured. In the thermal contraction at a low temperature in the process, the thermal contraction of the glass plate can be suppressed. Moreover, as is clear from Table 1, the glass of Example (Example 1 ⁇ 7), T 2.5 is at 1450 ° C. or less, a low viscosity in the step of melting glass may productivity, excellent refining effect .
- the glasses of Examples 8 to 9 have a Tg of less than 560 ° C., the dimensional change is large when a thermal load is applied as in the panel manufacturing process and panel use.
- the glasses of Examples 8 to 9 have a thermal shrinkage rate (C) of more than 20 ppm, when used as a glass plate for a TFT panel, the thermal shrinkage after low-temperature heat treatment is large in the TFT panel manufacturing process. There is a possibility that pattern dimension deviation of wiring or the like will occur, making it difficult to produce a TFT device or the like.
- the glass plate for a substrate of the present invention has little dimensional change in the panel manufacturing process, has little influence on display quality due to thermal stress when the panel is used, and has a low content of B 2 O 3. because do not contain B 2 O 3, volatilization of B 2 O 3 at the time of glass manufacture can be reduced less environmental load, a glass substrate, which is industrially useful as a glass plate for a solar cell substrate for an LCD panel.
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Abstract
Description
また、無アルカリガラスは、熱膨張係数が低く、ガラス転移点(Tg)が高いため、LCDパネルの製造工程での寸法変化が少なく、LCDパネル使用時の熱応力による表示品質への影響が少ないことからも、LCDパネル用のガラス基板として好ましい。
無アルカリガラスは粘性が非常に高く、溶融が困難といった性質を有し、製造に技術的な困難性を伴う。
また、一般的に、無アルカリガラスは清澄剤の効果が乏しい。例えば、清澄剤としてSO3を使用した場合、SO3が分解して発泡する温度がガラスの溶融温度よりも低いため、清澄がなされる前に、添加したSO3の大部分が分解して溶融ガラスから揮散してしまい、清澄効果を十分発揮することができない。
しかしながら、B2O3を含有するガラス組成とした場合、ガラスを溶融した際に、特に溶解工程および清澄工程において、B2O3が揮散するため、ガラス組成が不均質になりやすい。ガラス組成が不均質になると、板状に成形する際の平坦性に影響を与える。LCDパネル用のガラス基板は、表示品質確保のため、液晶を挟む2枚のガラス間隔、すなわちセルギャップを一定に保つために高度の平坦度が要求される。このため所定の平坦度を確保するために、フロート法で板ガラスに成形された後、板ガラスの表面の研磨を行うが、成形後の板ガラスで所定の平坦性が得られていないと、研磨工程に要する時間が長くなり生産性が低下する。また、前記B2O3の揮散による環境負荷を考慮すると、溶融ガラス中のB2O3の含有率はより低いこと、さらには実質的に含有しないことが好ましい。
しかし、B2O3の含有率が低い場合、さらには実質的に含有しない場合には、LCDパネル用のガラス基板として好ましい熱膨張係数まで下げることは困難であった。さらには粘性の上昇を抑えつつ所定のTg等を得ることも困難であった。また、B2O3の含有率の低い、さらには実質的に含有しないアルカリガラス基板は、傷つきやすいという問題も有していた。
すなわち、本発明は、
酸化物基準の質量%表示で、ガラス母組成として、
SiO2 68~80、
Al2O3 0.1~5、
B2O3 0~3、
MgO 9.5~12、
CaO+SrO+BaO 0~2、
Na2O+K2O 12.5~15.5
を含有し、密度が2.5g/cm3以下であり、50~350℃の平均熱膨張係数が75×10-7/℃超、87×10-7/℃以下であり、ガラス転移点(Tg)が560℃以上であり、ブリトルネス(Brittleness)が6.5μm-1/2以下である基板用ガラス板を提供する。
また、本発明の基板用ガラス板は、B2O3の含有率が低く、好ましくは実質的にB2O3を含有していないので、ガラス製造時におけるB2O3の揮散が少なく、好ましくはB2O3の揮散がないことから、ガラス板の均質性、平坦性に優れており、ガラス板に成形後のガラス板表面の研磨が少なくてすみ、生産性に優れている。
また、本発明の基板用ガラス板は傷つきにくく、後述するブリトルネスが6.5μm-1/2以下であり、ディスプレイパネル用ガラス板および太陽電池用ガラス板として好適である。
本発明の基板用ガラス板は、密度が2.5g/cm3以下と低いため、ディスプレイパネル、特に、大型のディスプレイパネルとした場合、より軽量化が図れるため、取扱い上好ましい。
また、本発明のガラス板は、好ましくは熱収縮率(C)(コンパクション(C))が20ppm以下であるため、TFTパネル製造工程における低温(150~300℃)での熱処理において熱収縮率(C)が小さく、ガラス基板上の成膜パターンのずれが生じ難い。
また、本発明の基板用ガラス板の好適態様は、ガラス溶解温度において特に低粘性であるため、原料を溶融しやすく製造が容易である。
また、清澄剤にSO3を用いるときは、低粘性であることから、清澄剤効果に優れ、泡品質に優れる。
本発明の基板用ガラス板は、LCDパネル用のガラス基板として好適であるが、他のディスプレイ用基板、例えば、プラズマディスプレイパネル(PDP)、無機エレクトロ・ルミネッセンス・ディスプレイなどに使用することができる。例えば、PDP用のガラス板として使用した場合、従来のPDP用のガラス板にくらべて熱膨張係数が小さいため、熱処理工程におけるガラスの割れを抑制することができる。
なお、本発明の基板用ガラス板は、ディスプレイパネル以外の用途にも用いることができる。例えば、太陽電池基板用ガラス板としても用いることができる。
以下において、%は、特に断りがない限り「質量%」を意味する。また、本明細書において、「~」とは、その前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味で使用される。
本発明の基板用ガラス板は、
酸化物基準の質量%表示で、ガラス母組成として、
SiO2 68~80、
Al2O3 0.1~5、
B2O3 0~3、
MgO 9.5~12、
CaO+SrO+BaO 0~2、
Na2O+K2O 12.5~15.5
含有し、密度が2.5g/cm3以下であり、50~350℃の平均熱膨張係数が75×10-7/℃超、87×10-7/℃以下であり、Tgが560℃以上であり、ブリトルネスが6.5μm-1/2以下であることを特徴とする。
好ましくは、本発明のガラス板は、実質的にB2O3を含有しない。
本発明の基板用ガラス板は、B2O3の含有率が3%以下と低く、好ましくはB2O3を含有しない。そのためガラス板製造時にガラスを溶融する際の、溶解工程、清澄工程および成形工程での、特に溶解工程および清澄工程での、B2O3の揮散が少なく、好ましくは揮散がなく、製造されるガラス板が均質性および平坦性に優れる。その結果、高度の平坦性が要求されるLCDパネル用のガラス板として使用する場合に、従来のディスプレイパネル用ガラス板に比べて、ガラス板の研磨量が少なくすることができる。
また、B2O3の揮散による環境負荷を考慮しても、B2O3の含有率はより低いことが好ましい。したがって、B2O3の含有率は2%以下であることが好ましく、B2O3を実質的に含有しないことがより好ましい。なお、ガラス中の泡の低減を考慮する場合には、B2O3を2%以下、さらに1.5%以下、特に1%以下含有してもよい。
本発明において、「実質的に含有しない」とは、原料等から混入する不可避的不純物以外には含有しないこと、すなわち、意図的に含有させないことを意味する。
SiO2の含有量は、69~80%であることが好ましく、より好ましくは70~80%であり、さらに好ましくは71~79.5%である。
Al2O3の含有量は、0.5~4.5%が好ましく、より好ましくは1~4%である。
MgOの含有量は、10~11.8%が好ましい。
CaO、SrOおよびBaOの含有量は、合量で1%以下が好ましく、0.5%以下がより好ましい。環境負荷を考慮すると、BaOは実質的に含有しないことが好ましい。
また、Li2Oを含有させる場合においても、Na2O、K2OおよびLi2Oの合量は、12.5~15.5%であることが好ましい。但し、Tgを高く維持すること、及び、SO3による清澄効果を高く維持することを考慮すると、Li2Oは実質的に含有しないことが好ましい。
SO3源として、硫酸カリウム(K2SO4)、硫酸ナトリウム(Na2SO4)、硫酸カルシウム(CaSO4)等の硫酸塩がガラス母組成原料に投入されるが、母組成原料100%に対して硫酸塩が、SO3換算で0.05~1%であり、0.05~0.3%であることが好ましい。
基板用ガラス板での残存量はSO3換算で100~500ppmであり、好ましくは100~400ppmである。
また、基板ガラスの化学的耐久性向上のため、ZrO2、Y2O3、La2O3、TiO2、SnO2などを、母組成原料100%に対して合量で5%以下、好ましくは2%以下含有してもよい。これらのうち、Y2O3、La2O3およびTiO2は、ガラスのヤング率向上にも寄与する。なお、ガラス中の泡の低減を考慮する場合には、ZrO2を2%以下、さらに1.5%以下、特に1%以下含有することが好ましい。
さらに、基板ガラスの色調を調整するため、Fe2O3、CeO2など等の着色剤を含有してもよい。このような着色剤の含有量は、母組成原料100%に対して合量で1%以下が好ましく、より好ましくは0.3%以下である。
ガラス板が低密度であることは、特に大型ディスプレイ用ガラス基板として用いられる場合には、割れの防止や、ハンドリング性の向上となるため、有効である。密度は2.47g/cm3以下であることが好ましく、より好ましくは2.45g/cm3以下である。
なお、本発明において、50~350℃の平均熱膨張係数は、示差熱膨張計(TMA)を用いて測定した値であり、JIS R3102に準拠して求めた値を意味する。
50~350℃の平均熱膨張係数は、75×10-7/℃超、85×10-7/℃以下であることが好ましく、より好ましくは75×10-7/℃超、80×10-7/℃以下である。
B=2.39×(c/a)3/2×P-1/4
ただし、上記式で、単位はcおよびaは、μmであり、PはNであり、Bはμm-1/2である。
本発明の基板用ガラス板は、ブリトルネスが6.5μm-1/2以下であり、好ましくは6.0μm-1/2以下であり、より好ましくは5.5μm-1/2以下である。
以下では、基板用ガラス板の成分のうち、上記した本発明の基板用ガラス板(上位概念)に対し、さらに限定ないし特定した点のみを記載し、上位概念の基板用ガラス板と同一である点については記載を省略する。
本発明において熱収縮率(C)とは、ガラス板を転移点温度Tg+50℃まで加熱し、1分間保持し、50℃/分で室温まで冷却した後、ガラス板の表面に所定の間隔で圧痕を2箇所打ち、その後、ガラス板を300℃まで加熱し、1時間保持した後、100℃/時間で室温まで冷却した場合の、圧痕間隔距離の収縮率(ppm)を意味するものとする。
熱収縮率(C)について、より具体的に説明する。
本発明において熱収縮率(C)とは、次に説明する方法で測定した値を意味するものとする。
初めに、対象となるガラス板を1600℃で溶融した後、溶融ガラスを流し出し、板状に成形後冷却する。得られたガラス板を研磨加工して100mm×20mm×2mmの試料を得る。
次に、得られたガラス板を転移点温度Tg+50℃まで加熱し、この温度で1分間保持した後、降温速度50℃/分で室温まで冷却する。その後、ガラス板の表面に圧痕を長辺方向に2箇所、間隔A(A=90mm)で打つ。
次にガラス板を300℃まで昇温速度100℃/時(=1.6℃/分)で加熱し、300℃で1時間保持した後、降温速度100℃/時で室温まで冷却する。そして、再度、圧痕間距離を測定し、その距離をBとする。このようにして得たA、Bから下記式を用いて熱収縮率(C)を算出する。なお、A、Bは光学顕微鏡を用いて測定する。
C[ppm]=(A-B)/A×106
酸化物基準の質量%表示で、
Na2O 3~15.5、
K2O 0~9.5
を含有し、粘度をη[dPa・s]とするとき、logη=2.5を満たす温度が1450℃以下である。
上記したように、Na2OおよびK2Oは、ガラスの溶解温度での粘性を下げ、溶解を促進する効果があり、また、ブリトルネスを低下させる効果、および、失透温度を低下させる効果がある。また、Na2OはK2Oに比べて、ガラスの溶解温度での粘性を下げ、溶解を促進する効果が高い。このため、Na2Oを3%以上含有する好適態様の基板用ガラス板は、上記したように、粘度をη[dPa・s]とするとき、logη=2.5を満たす温度が1450℃以下であるという特性を有し、ガラス溶解温度において特に低粘性であり、原料を溶融しやすく製造が容易である。また、低粘性であることにより、SO3による清澄剤効果に優れ、泡品質に優れる。
しかし、Na2Oの含有量が15.5%超だと、熱膨張係数が大きくなる、Tgが低下する、密度が増大する等の問題が生じ、また、ブリトルネスがかえって増大するので、好ましくない。また、熱収縮率(C)が大きくなる。
好適態様の基板用ガラス板は、ガラスの溶解温度での粘性を下げ、溶解を促進させるため、また、ブリトルネスを低下させるために、K2Oを9.5%以下含有してもよい。K2Oを9.5%を超えて含有すると、膨張が大きくなり過ぎるため好ましくない。 好適態様の基板用ガラス板は、ガラスの溶解温度での粘性を下げ、溶解を促進させるため、また、ブリトルネスを低下させるために、Li2Oを2%以下含有してもよい。Li2Oを2%を超えて含有すると、Tgが低下し過ぎるため好ましくない。ただし、原料コストを考慮すると、Li2Oの含有量は1%以下が好ましく、実質的には、含有しないことがより好ましい。
ディスプレイパネル用のガラス板の製造工程において、ガラスを板状に成形する方法としては、近年の液晶テレビなどの大型化に伴い、大面積のガラス板を容易に、安定して成形できるフロート法を用いることが好ましい。
各成分の原料を表に質量%で表示した目標組成(SiO2~K2O)になるように調合し、白金坩堝を用いて1500~1600℃の温度で3時間加熱し溶融した。溶融にあたっては、白金スターラーを挿入し1時間攪拌しガラスの均質化を行った。次いで溶融ガラスを流し出し、板状に成形後徐冷した。
なお、例1~7は実施例であり、例8~例9は比較例である。
こうして得られたガラスの密度(単位:g/cm3)、平均熱膨張係数(単位:×10-7/℃)、Tg(単位:℃)、ブリトルネス(単位:μm-1/2)、150℃での抵抗率ρ[Ωcm]および高温粘度として、溶融ガラスの粘度が102.5dPa・sとなる温度T2.5(単位:℃)と104dPa・sとなる温度T4(単位:℃)、および熱収縮率(C)(単位:ppm)を測定し、表1に示した。なお、表中の括弧書きした値は、計算により求めたものである。また、表中の『-』は、未測定であることを示す。
以下に各物性の測定方法を示す。
密度:泡を含まない約20gのガラス塊をアルキメデス法を原理とした簡易密度計によって測定した。
平均熱膨張係数:TMA(示差熱膨張計)を用いて測定し、50~350℃の平均熱膨張係数をJIS R3102(1995年)に準拠した方法により算出した。
Tg:TgはTMA(示差熱膨張計)を用いて測定した値であり、JIS R3103-3(2001年)に準拠した方法により求めた。
ブリトルネス(B):ビッカース圧子を荷重P(23.52N)で押し込んだ際、圧痕の2つの対角長の平均値をa、圧痕の四隅から発生する2つのクラックの長さ(圧痕を含む対称な2つのクラックの全長)の平均値をcとしたときに以下の計算により算出した。
B=2.39×(c/a)3/2×P-1/4
単位はc,およびaは、μmであり、PはNであり、Bはμm-1/2である。
高温粘度:回転粘度計を用いて粘度を測定し、粘度が102.5dPa・sとなるときの温度T2.5と104dPa・sとなるときの温度T4を測定した。この温度T2.5は、粘度をη[dPa・s]とするとき、logη=2.5を満たす温度に対応する。
本発明において、粘度102.5dPa・sは、ガラスの溶解工程において、ガラス融液の粘度が十分低くなっていることを示す指標として用いた。粘度が102.5dPa・sとなるときの温度T2.5は、1450℃以下であることが好ましい。
粘度104dPa・sは、ガラスをフロート成形する際の基準粘度である。粘度104dPa・sとなるときの温度T4は、1200℃以下であることが好ましい。
熱収縮率(C):前述の熱収縮率(C)の測定方法により測定した。
また、表1より明らかなように、実施例(例1~2)のガラスは、熱収縮率(C)が20ppm以下であるため、TFTパネル用のガラス板として使用した場合に、TFTパネル製造工程における低温での熱収縮において、ガラス板の熱収縮を抑制することができる。
また、表1より明らかなように、実施例(例1~7)のガラスは、T2.5が1450℃以下であり、ガラスの溶解工程において低粘性であり、生産性がよく、清澄効果に優れる。
一方、例8~例9のガラスは、Tgが560℃未満であることから、パネル製造工程およびパネル使用時のような熱負荷が加わった際の寸法変化が大きい。
また、例8~例9のガラスは、熱収縮率(C)が20ppm超であるため、TFTパネル用のガラス板として使用した場合に、TFTパネル製造工程において、低温熱処理後の熱収縮が大きく、配線等のパターン寸法ずれを生じ、TFTデバイス等の作製に困難をきたすおそれがある。
なお、2009年4月28日に出願された日本特許出願2009-109699号の明細書、特許請求の範囲及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の開示として取り入れるものである。
Claims (4)
- 酸化物基準の質量%表示で、ガラス母組成として、
SiO2 68~80、
Al2O3 0.1~5、
B2O3 0~3、
MgO 9.5~12、
CaO+SrO+BaO 0~2、
Na2O+K2O 12.5~15.5
を含有し、密度が2.5g/cm3以下であり、50~350℃の平均熱膨張係数が75×10-7/℃超、87×10-7/℃以下であり、ガラス転移点が560℃以上であり、ブリトルネスが6.5μm-1/2以下である基板用ガラス板。 - 実質的にB2O3を含有しない請求項1に記載の基板用ガラス板。
- 熱収縮率(C)が20ppm以下である請求項1又は2に記載の基板用ガラス板。
- 酸化物基準の質量%表示で、
Na2O 3~15.5、
K2O 0~9.5
を含有し、
粘度をη[dPa・s]とするとき、logη=2.5を満たす温度が1450℃以下である請求項1~3のいずれかに記載の基板用ガラス板。
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