JP2016155693A - 無アルカリガラス - Google Patents

Abstract

【課題】高ヤング率および高比弾性率を同時に満たす無アルカリガラスの提供。【解決手段】酸化物基準の質量％表示で、ＳｉＯ2４０〜６１、Ａｌ2Ｏ3１５〜２３．５、ＭｇＯ ２〜２０、ＣａＯ ０．１〜４０を含有し、［ＳｉＯ2］＋０．４３×［Ａｌ2Ｏ3］＋０．５９×［ＣａＯ］−７４．６≦０、かつ、［ＳｉＯ2］＋０．２１×［ＭｇＯ］＋１．１６×［ＣａＯ］−８３．０≦０である無アルカリガラス。【選択図】なし

Description

本発明は、各種フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ)の製造に用いられるディスプレイ用基板ガラスやフォトマスク用基板ガラスとして好適な、アルカリ金属酸化物を実質上含有せず、高ヤング率および高比弾性率を同時に満たす無アルカリガラスに関する。

ＦＰＤの高精細化、大型化が進むにつれ、製造工程において、自重たわみに起因する変形や、それに伴う欠陥や板割れが生じ、歩留まりの低下が懸念されている。また、大型ＦＰＤの実用強度を十分に確保するには、基板ガラスの破壊靱性を向上させることが有用である。
このため、各種ディスプレイ用基板ガラスは、自重たわみを低減するために高比弾性率ことが求められ、かつ、破壊靭性を向上させるために高ヤング率であることが求められる。

一方、各種ディスプレイ用基板ガラス、特に表面に金属ないし酸化物薄膜等を形成するものでは、従来、例えば特許文献１に示されるような以下に示す特性が要求されてきた。
（１）半導体形成に用いる各種薬品に対して充分な化学耐久性を有すること、特にＳｉＯ_xやＳｉＮ_xのエッチングのためのバッファードフッ酸（ＢＨＦ：フッ酸とフッ化アンモニウムの混合液）、およびＩＴＯのエッチングに用いる塩酸を含有する薬液、金属電極のエッチングに用いる各種の酸（硝酸、硫酸等）、レジスト剥離液のアルカリに対して耐久性のあること。
（２）液晶ディスプレイ作製時の熱処理の昇降温速度を速くして、生産性を上げたり耐熱衝撃性を上げるために、ガラスの線膨張係数が小さいこと。

特開２００１−３４８２４７号公報

本発明の目的は、ディスプレイ用基板ガラスやフォトマスク用基板ガラスとして好適な、高ヤング率および高比弾性率を同時に満たす無アルカリガラスを提供することにある。

本発明は、酸化物基準の質量％表示で、
ＳｉＯ₂ ４０〜６１、
Ａｌ₂Ｏ₃ １５〜２３．５、
ＭｇＯ ２〜２０、
ＣａＯ ０．１〜４０を含有し、
［ＳｉＯ₂］＋０．４３×［Ａｌ₂Ｏ₃］＋０．５９×［ＣａＯ］−７４．６≦０、かつ、
［ＳｉＯ₂］＋０．２１×［ＭｇＯ］＋１．１６×［ＣａＯ］−８３．０≦０
である無アルカリガラスを提供する。

本発明の無アルカリガラスは、各種ディスプレイ用基板ガラスやフォトマスク用基板ガラスとして好適であるが、磁気ディスク用ガラス基板等としても使用できる。但し、各種ディスプレイ用基板ガラスやフォトマスク用基板ガラスとして、ガラス板の大型化や薄板化が求められることを考慮すると、高ヤング率であり、かつ、高比弾性率であることから、各種ディスプレイ用基板ガラスやフォトマスク用基板ガラスとして有効である。

次に各成分の組成範囲について説明する。ＳｉＯ₂は４０％（質量％、以下特記しないかぎり同じ）未満では、失透粘性や耐酸性が低下する。４５％以上が好ましく、５０％以上がより好ましく、５３％以上であることがさらに好ましく、５５％以上であることが特に好ましい。６１％超では、ヤング率が低下する。６０.５％以下がより好ましく、６０％以下であることがさらに好ましい。

Ａｌ₂Ｏ₃の含有によりヤング率と比弾性率が向上するが、２３．５％超だと失透温度が上昇するため、ガラスの製造が困難となる。２３％以下が好ましく、２２％以下であることがより好ましく、２１％以下であることがさらに好ましく、２０％以下であることが特に好ましい。また、１５％未満では、失透温度が上昇するため、ガラスの製造が困難となる。１６％以上が好ましく、１７％以上がより好ましく、１８％以上であることがさらに好ましく、１９％以上であることが特に好ましい。

ＭｇＯは、ヤング率と比弾性率の向上に寄与する。２％未満だと比弾性率が低下する。３％以上が好ましく、６％以上がより好ましく、８％以上であることがさらに好ましく、１０％以上であることが特に好ましい。また、２０％超では失透が発生しやすくなる。１８％以下が好ましく、１７％以下がより好ましく、１６％以下であることがさらに好ましく、１５％以下であることが特に好ましい。

ＣａＯの含有により、失透温度を下げ、ヤング率を向上させることが可能であるが、含有量が多すぎると、ＳｉＯ₂との過度の置換により密度が上昇し比弾性率が低下する。このため、４０％以下とする。３０％以下が好ましく、２５％以下がより好ましく、２０％以下であることがさらに好ましく、１５％以下であることが特に好ましい。一方、０．１％未満だと、上述したヤング率を向上させる効果を発揮できない。１％以上が好ましく、５％以上がより好ましく、８％以上であることがさらに好ましく、１０％以上であることが特に好ましい。

本願発明者らは、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯおよびＣａＯを主要成分とする無アルカリガラスについて、ガラスの組成と物性の関係を詳細に検討した結果、ヤング率と比弾性率を共に向上させるためには、各成分の寄与度に応じた特定の配合割合とする必要があることを見出した。下記式（１）、（２）を同時に満たす配合割合とすることで、９４．５ＧＰａ以上の高ヤング率と、３４．５Ｐａ／ｇ・ｃｍ^-3以上の高比弾性率を同時に達成できる。
［ＳｉＯ₂］＋０．４３×［Ａｌ₂Ｏ₃］＋０．５９×［ＣａＯ］−７４．６≦０ （１）
［ＳｉＯ₂］＋０．２１×［ＭｇＯ］＋１．１６×［ＣａＯ］−８３．０≦０ （２）
上記式（１）はヤング率９４．５ＧＰａ以上を満たすための配合割合、上記式（２）は比弾性率３４．５Ｐａ／ｇ・ｃｍ^-3以上を満たすための配合割合をそれぞれ示している。上式（１）、（２）の範囲を外れると、ヤング率と比弾性の目標特性を同時に満たさなくなる。

本発明の効果を妨げない範囲で、他の成分、例えば以下の成分を含有してもよい。この場合の他の成分は、ヤング率の低下などを抑えるために、好ましくは５％未満、より好ましくは３％未満、さらに好ましくは１％未満であり、さらにより好ましくは０．５％未満であり、特に好ましくは、実質的に、すなわち不可避的不純物を除き、含有しない。したがって、本発明において、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＣａＯ、および、ＭｇＯの合計含有量が９５％以上であることが好ましく、９７％以上であることがより好ましく、９９％以上であることがさらに好ましく、９９．５％以上であることがさらにより好ましい。実質的に、即ち不可避的不純物を除き、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＣａＯ、および、ＭｇＯからなることが特に好ましい。

Ｂ₂Ｏ₃は、ガラスの耐薬品性を向上させるため３％未満で含有することが可能である。一方で、含有によりヤング率が低下するため、好ましい含有量は１％未満であり、０．５％未満がより好ましい。実質的に含有しないことが特に好ましい。

ＺｒＯ₂を含有することによりヤング率を向上させることが可能であるが、同時に失透温度が上昇することから、含有量は３％未満とすることが望ましく、１％未満であることがより好ましく、０．５％未満がさらにより好ましい。特に好ましくは実質的に含有しない。

ＳｒＯおよびＢａＯは、熔解性向上のため、力学特性、具体的にはヤング率と比弾性率を損なわない範囲で含有することが可能である。好ましくはそれぞれ１％未満であり、０．５％未満がさらにより好ましい。実質的に含有しないことが特に好ましい。

なお、本発明のガラスは、パネル製造時にガラス表面に設ける金属ないし酸化物薄膜の特性劣化を生じさせないために、アルカリ金属酸化物を不純物レベルを超えて（すなわち実質的に）含有しない。また、ガラスのリサイクルを容易にするため、ＰｂＯ、Ａｓ₂Ｏ₃、Ｓｂ₂Ｏ₃は実質的に含有しないことが好ましい。

本発明の無アルカリガラスは、ヤング率が９４．５ＧＰａ以上であるため、破壊靭性が向上しており、ガラス板の大型化や薄板化が求められる各種ディスプレイ用基板ガラスやフォトマスク用基板ガラスに好適である。

また、本発明の無アルカリガラスは、比弾性率が３４．５Ｐａ／ｇ・ｃｍ^-3以上であるため、自重たわみが低減されている。このため、製造工程において自重たわみに起因する変形が少なく、ガラス板の大型化や薄板化が求められる各種ディスプレイ用基板ガラスやフォトマスク用基板ガラスに好適である。

本発明の無アルカリガラスは、例えば次のような方法で製造できる。通常使用される各成分の原料を目標成分になるように調合し、これを溶解炉に連続的に投入し、１５５０〜１６５０℃に加熱して熔融する。この熔融ガラスをフロート法により所定の板厚に成形し、徐冷後切断することによって板ガラスを得ることができる。

以下において例１〜５０は実施例、例５１〜５４は比較例である。各成分の原料を目標組成になるように調合し、白金坩堝を用いて１５５０〜１６５０℃の温度で溶解した。次いで溶解ガラスを流し出し、板状に成形後徐冷した。

表１〜１０には、式（１），（２）の数値を含めたガラス組成（単位：質量％）と、密度ρ（ｇ／ｃｍ³）、ヤング率Ｅ（ＧＰａ）（超音波法により測定）、比弾性率Ｅ／ρ（ＧＰａ／ｇ・ｃｍ^-3）、ビッカース硬度Ｈｖ、ガラス粘度ηが１０²ポイズとなる温度Ｔ₂（単位：℃）、ガラス転移点Ｔｇ（単位：℃）、および、５０〜３５０℃での熱膨脹係数（単位：×１０^-7／℃）を示す。
なお、表１〜１０中、括弧書で示した値は計算値である。

＊： 上記式（１），（２）適用組成範囲外

表から明らかなように、実施例のガラスはいずれも、ヤング率が９４．５ＧＰａ以上と高く、かつ、比弾性率が３４．５ＧＰａ／ｇ・ｃｍ^-3以上と高い。

本発明の無アルカリガラスは、各種ディスプレイ用基板ガラスやフォトマスク用基板ガラスとして好適であるが、磁気ディスク用ガラス基板等としても使用できる。但し、各種ディスプレイ用基板ガラスやフォトマスク用基板ガラスとして、ガラス板の大型化や薄板化が求められることを考慮すると、高ヤング率であり、かつ、高比弾性率であることから、各種ディスプレイ用基板ガラスやフォトマスク用基板ガラスとして有効である。

Claims (3)

1. 酸化物基準の質量％表示で、
   ＳｉＯ₂ ４０〜６１、
   Ａｌ₂Ｏ₃ １５〜２３．５、
   ＭｇＯ ２〜２０、
   ＣａＯ ０．１〜４０を含有し、
   ［ＳｉＯ₂］＋０．４３×［Ａｌ₂Ｏ₃］＋０．５９×［ＣａＯ］−７４．６≦０、かつ、
   ［ＳｉＯ₂］＋０．２１×［ＭｇＯ］＋１．１６×［ＣａＯ］−８３．０≦０
   である無アルカリガラス。
2. ヤング率が９４．５ＧＰａ以上であり、比弾性率が３４．５Ｐａ／ｇ・ｃｍ^-3以上である請求項１に記載の無アルカリガラス。
3. 失透温度が１３５０℃以下である請求項１または２に記載の無アルカリガラス。