JPH08295530A - 無アルカリガラス基板 - Google Patents

無アルカリガラス基板

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JPH08295530A
JPH08295530A JP12944495A JP12944495A JPH08295530A JP H08295530 A JPH08295530 A JP H08295530A JP 12944495 A JP12944495 A JP 12944495A JP 12944495 A JP12944495 A JP 12944495A JP H08295530 A JPH08295530 A JP H08295530A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、TFT型アクティブマトリ
ックスディスプレイ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である。 【構成】 本発明の無アルカリガラス基板は、重量百分
率で、SiO2 55〜65%、Al2 O3 11〜2
0%、B2 O3 9〜15%、MgO 3〜10%、C
aO 0〜4.5%、SrO 0〜10%、BaO
0.5〜9%、ZnO 0〜5%、ZrO2 0〜5
%、TiO2 0〜5%、MgO+CaO+SrO+B
aO+ZnO 5〜20%の組成を有し、実質的にアル
カリ金属酸化物を含有せず、密度が2.6g/cm3 以
下であることを特徴とする。

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ツト
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、バッファードフッ酸
等の種々の薬品による処理を受ける。特にバッファード
フッ酸は、絶縁膜のエッチングに広く用いられるが、ガ
ラスを侵食してその表面を白濁させやすく、またガラス
成分と反応して反応生成物ができ、これが工程中のフィ
ルターをつまらせたり、基板上に付着するため、この種
のガラス基板には、耐バッファードフッ酸性を付与する
ことが大変重要である。
【0005】従ってTFT型アクティブマトリツクス液
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。
【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)ガラス中に基板ガラスとして好まし
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り、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。またこのガラス基板
は、密度が高かったり、耐バッファードフッ酸性に劣る
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)を全て満足し、しかも密度が2.6g/
cm3 以下である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 11〜20%、B2 O3 9〜15%、Mg
O 3〜10%、CaO 0〜4.5%、SrO 0〜
10%、BaO 0.5〜9%、ZnO 0〜5%、Z
rO2 0〜5%、TiO2 0〜5%、MgO+Ca
O+SrO+BaO+ZnO 5〜20%の組成を有
し、実質的にアルカリ金属酸化物を含有せず、密度で
2.6g/cm3 以下であることを特徴とする。
【0019】また本発明の無アルカリガラス基板は、好
ましくは、重量百分率で、SiO255〜65%、Al2
O3 11〜20%、B2 O3 9〜15%、MgO
3〜10%、CaO 0〜2%、SrO 0.5〜10
%、BaO 0.5〜9%、ZnO 0〜5%、ZrO
2 0〜1.8%、TiO2 0〜5%、MgO+Ca
O+SrO+BaO+ZnO 5〜20%の組成を有す
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 は、ガラスのネットワークフォー
マーとなる成分であり、その含有量は、55〜65%で
ある。55%より少ないと、耐薬品性、特に耐酸性が低
下すると共に歪点が低くなるため耐熱性が悪くなり、且
つ、ガラスの密度を2.6g/cm3 以下にすることが
困難となる。また65%より多いと、高温粘度が大きく
なり、溶融性が悪くなるとと共にクリストバライトの失
透物が析出しやすくなる。
【0022】Al2 O3 は、ガラスの耐熱性、耐失透性
を高めると共に、密度を低下させるために不可欠な成分
であり、その含有量は、11〜20%である。11%よ
り少ないと、失透温度が著しく上昇し、ガラス中に失透
異物が生じやすくなる。また20%より多いと、耐酸
性、特に耐バッファードフッ酸性が低下し、ガラス基板
の表面に白濁が生じやすくなる。
【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ための成
分であり、その含有量は、9〜15%である。9%より
少ないと、融剤としての働きが不十分となると共に、ガ
ラスの密度が高くなり、しかも耐バッファードフッ酸性
が低下する。また15%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、ガラスの耐酸性も悪く
なる。
【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
大きい成分であり、その含有量は、3〜10%である。
3%より少ないと、上記の効果が得られず、10%より
多いと、失透温度が著しく上昇し、エンスタタイト(M
gO・SiO2 )の結晶異物がガラス中に析出しやすく
なると共に、ガラスの耐バッファードフッ酸性が著しく
悪化する。
【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作用を有す
る成分であり、その含有量は、0〜4.5%、好ましく
は0〜2%である。4.5%より多いと、ガラスの耐バ
ッファードフッ酸性が著しく悪化する。
【0026】SrO、BaOは、共にガラスの耐薬品性
を向上させると共に、失透性を改善するための成分であ
るが、多量に含有させると、溶融性を損なうと共にガラ
スの密度が高くなるため好ましくない。従ってSrOの
含有量は、0〜10%、好ましくは0.5〜10%であ
り、BaOの含有量は、0.5〜9%である。
【0027】ZnOは、耐バッファードフッ酸性を改善
すると共に、失透性を改善する成分であり、その含有量
は、0〜5%である。5%より多いと、逆にガラスが失
透しやすくなると共に、歪点が低下するため耐熱性が得
られない。
【0028】ただしMgO、CaO、SrO、BaO及
びZnOの合量が5%より少ないと、ガラスの高温での
粘性が高くなり、溶融性が悪くなると共に、ガラスが失
透しやすくなり、20%より多くなると、ガラスの密度
が高くなり、2.6g/cm3以下にするのが困難とな
る。
【0029】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
せる成分であり、その含有量は、0〜5%、好ましくは
0〜1.8%である。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。
【0030】TiO2 は、耐薬品性、特に耐バッファー
ドフッ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り、その含有量は、0〜5%であ
る。5%より多いと、ガラスに着色を生じ、透過率が低
下するためディスプレイ用ガラス基板として好ましくな
い。
【0031】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 、Sb2
O3 、F2 、Cl2 、SO3 等の成分を添加させること
が可能である。
【0032】ただし一般に融剤として使用されるPbO
とP2 O5 は、ガラスの耐薬品性を著しく低下させるた
め、本発明においては添加を避けるべきである。特にP
bOは、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。
【0033】
【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。
【0034】表1、2は、実施例のガラス(試料No.
1〜9)と比較例のガラス(試料No.10〜13)を
示すものである。
【0035】
【表1】
【0036】
【表2】
【0037】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、16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。次いでこれら
の板状ガラスの両面を光学研磨することによってガラス
基板としたものである。
【0038】表から明らかなように、実施例であるN
o.1〜9の各試料は、いずれも密度が2.6g/cm
3 以下、歪点が640℃以上、失透温度が1100℃以
下、102.5 ポイズに相当する温度が1580℃以下で
あり、いずれも良好な特性を有していた。またこれらの
試料は、耐硫酸性と耐バッファードフッ酸性にも優れて
いた。
【0039】それに対し、比較例であるNo.10の試
料は、密度が大きいため、実施例の試料に比べて重量が
大きいものと考えられる。しかも歪点が低いため、耐熱
性に劣り、且つ、耐硫酸性についても劣っていた。また
No.11の試料も、密度が大きく、歪点がやや低かっ
た。さらに失透温度が高いため、溶融性に劣り、且つ、
耐バッファードフッ酸性についても劣っていた。さらに
No.12の試料は、耐バッファードフッ酸性が劣り、
No.13の試料は、高温粘度が高く、溶融性に劣ると
共に、失透温度も高かった。
【0040】尚、表中の密度は、周知のアルキメデス法
によって測定したものである。また歪点は、ASTM
C336−71の方法に基づいて測定し、失透温度は、
各試料から300〜500μm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、温度勾配炉に
24時間保持した後の失透観察によって求めたものであ
る。
【0041】また102.5 ポイズ温度は、高温粘度であ
る102.5 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。
【0042】さらに耐硫酸性は、各試料を80℃に保持
された10重量%硫酸水溶液に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。
ガラス基板の表面が、白濁したり、クラック等が入った
ものを×、全く変化がないものを○で示した。
【0043】また耐バッファードフッ酸性は、各試料
を、20℃に保持された38.7重量%フッ化アンモニ
ウム、1.6重量%フッ酸からなるバッファードフッ酸
に30分間浸漬した後、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。ガラス基板の表面が白濁して
いるものを×、全く変化のなかったものを○で示した。
【0044】
【発明の効果】以上のような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を含有せず、耐熱
性、耐薬品性、溶融成形性に優れ、しかも低密度である
ため、特に軽量化が要求されるTFT型アクティブマト
リックス基板として好適である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量百分率で、SiO2 55〜65
    %、Al2 O3 11〜20%、B2 O3 9〜15
    %、MgO 3〜10%、CaO 0〜4.5%、Sr
    O 0〜10%、BaO 0.5〜9%、ZnO 0〜
    5%、ZrO20〜5%、TiO2 0〜5%、MgO
    +CaO+SrO+BaO+ZnO 5〜20%の組成
    を有し、実質的にアルカリ金属酸化物を含有せず、密度
    が2.6g/cm3 以下であることを特徴とする無アル
    カリガラス基板。
  2. 【請求項2】 重量百分率で、SiO2 55〜65
    %、Al2 O3 11〜20%、B2 O3 9〜15
    %、MgO 3〜10%、CaO 0〜2%、SrO
    0.5〜10%、BaO 0.5〜9%、ZnO 0〜
    5%、ZrO20〜1.8%、TiO2 0〜5%、M
    gO+CaO+SrO+BaO+ZnO5〜20%の組
    成を有することを特徴とする請求項1の無アルカリガラ
    ス基板。
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