(57)【要約】【課題】フラットパネルディスプレイ装置用基板ガラスで、歪点が高く、かつ高耐熱性、高靭性、低密度であり、さらに大量生産可能なフロート法で溶融できる組成のものが望まれている。【解決手段】実質的に重量％表示で、ＳｉＯ２が６３〜６９、Ａｌ２Ｏ３が０．５〜３、Ｎａ２Ｏが２〜６、Ｋ２Ｏが１２〜１６、ＭｇＯが１０〜１５、ＣａＯが０．２〜２、ＳｒＯが０〜２、ＢａＯが０〜１、ＺｒＯ２が０．５〜３．５からなり、ガラスの１０２ポイズ温度が１５６０℃以下、１０４ポイズ温度が１１８０℃以下であり、１０４ポイズ温度−失透温度の温度差が３０℃以上ことを特徴とするフラットパネルディスプレイ装置用基板ガラス。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質的に重量％表示で、ＳｉＯ２が６３〜６９、Ａｌ２Ｏ３が０．５〜３、Ｎａ２Ｏが２〜６、Ｋ２Ｏが１２〜１６、ＭｇＯが１０〜１５、ＣａＯが０．２〜２、ＳｒＯが０〜２、ＢａＯが０〜１、ＺｒＯ２が０．５〜３．５からなり、ガラスの１０２ポイズ温度が１５６０℃以下、１０４ポイズ温度が１１８０℃以下であり、１０４ポイズ温度−失透温度の温度差が３０℃以上ことを特徴とするフラットパネルディスプレイ装置用基板ガラス。
【請求項２】
密度が２．５５ｇ／ｃｍ３未満であることを特徴とする請求項１に記載のフラットパネルディスプレイ装置用基板ガラス。
【請求項３】
３０から３００℃の線膨張係数が７５〜９０×１０-7／℃であることを特徴とする請求項１または２に記載のフラットパネルディスプレイ装置用基板ガラス。
【請求項４】
破壊靭性ＫＩＣが０．７ＭＰａ・ｍ１／２以上であることを特徴とする請求項１乃至３に記載のフラットパネルディスプレイ装置用基板ガラス。
【請求項５】
歪点が５７０℃以上であることを特徴とする請求項１乃至４に記載のフラットパネルディスプレイ装置用基板ガラス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直接通電溶融を含めた溶融、フロート法成形に適しているため生産性が高く、かつ耐熱性に優れ、軽量で高強度のガラス組成物に関する。特に通常のソーダライムシリカガラスと同程度の熱膨張係数と高い耐熱性が要求されるガラス基板、例えばＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）やＥＬ（エレクトロルミネセンス）、ＦＥＤ（フィールドエミッションディスプレイ）等の電子ディスプレイ用基板に好適なガラス組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＰＤＰ製造分野においては、基板ガラスとして常温〜３００℃の熱膨張係数が８０〜９０×１０ー７／℃程度、歪点が ５１０〜 ５２０℃程度のソーダライムシリカガラスを使用してきた。ソーダライムシリカガラスは多方面に利用され、低価格で容易に調達できる点で有利とされている。しかし歪点が低いため、ガラス基板上に電極線パターンを配し、更に低融点ガラスによる絶縁被覆を形成する等、パネル製作上各種熱処理を施す際に、基板ガラスの反りや収縮などの変形を生じ易いという不具合が生じる。
【０００３】
上記不具合を解消するために、近年においては、ソーダライムシリカガラスと同様なアルカリ・アルカリ土類・シリカ系ガラスで、熱膨張係数がソーダライムシリカガラスと近似し、歪点が５５０℃を越え、あるいは６００℃を超えるような高歪点ガラスが使用されている（特許文献１〜３参照）。これらのガラスを用いた基板は、ディスプレイパネルの製造工程において、熱変形が少なく、またパネルを構成する他の部材との熱膨張の整合性も良い。
【０００４】
さらに、従来の高歪点ガラスはソーダライムシリカガラスに比べて脆いために、様々な処理を施す際に割れやすい問題がある。一般的にガラスの割れは傷（クラック）を起点として起こる脆性破壊と考えられており、この破壊に対する抵抗性は破壊靭性（ＫＩＣ）と呼ばれる。前記割れの問題を改善するためにはＫＩＣが高いガラスが必要である。
【０００５】
従って、ディスプレイ装置用ガラス基板には、耐熱性はもちろんのこと、密度が低く、ＫＩＣが高いガラスが強く望まれており、そのようなガラスが提案されている（特許文献４〜６）。
【特許文献１】特許第２７３８０３６号公報
【特許文献２】特開平９−２０２６４１号公報
【特許文献３】特開平９−２５５３５４号公報
【特許文献４】特開平１１−３１４９３３号公報
【特許文献５】特開２００２−１９３６３５号公報
【特許文献６】特開２００１―２２６１３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来の高歪点ガラスは、成分組成自体ソーダライムシリカガラスに対しやや特異な組成であって、従来の高歪点ガラスの密度はソーダライムシリカガラスに比べて大きく、２.６を越えるものが多い。例えば上記特開平９−２５５３５４号公報のものは、ＳｒＯ及びＢａＯを多量に含むために密度が２．８を超え、広い範囲で密度が３以上になる。これは、ディスプレイ装置の軽量化が困難になるという問題がある上に、ガラス基板の自重によるたわみの問題も発生する。即ち、ガラス基板の自重によるたわみ量（Ｗ）は、式（１）で表されるように、ガラスの密度（ρ）に比例して増大する。そのためガラス基板が大型化するとたわみ量がより大きくなって、基板の搬送や移動の工程で破損などの不具合が起こる問題がある。
【０００７】
W=ｃ(ρ/E)(L4/t2)                          （１）
W：最大たわみ量、L：2辺支持間の距離、ｔ：板厚、ρ：ガラスの密度、E：ガラスのヤング率、ｃ：定数
【０００８】
しかしながら、ガラスの密度を低く、あるいはＫＩＣを高くするにはアルカリ酸化物やアルカリ土類酸化物を減らして、網目形成酸化物を増やす必要があるが、それに伴って熱膨張係数の低下や溶融・成形温度の上昇等が起こる。例えば、上記特開平１１−３１４９３３号公報及び特開２００２−１９３６３５号公報のものは、熱膨張係数が７５×１０-7／℃以下と低く、パネルを構成する他の部材との熱膨張の整合性が悪くなる。また、上記の特許はこのようなことからガラスの高温粘度が高くなるため、ガラスの溶融温度や成形温度を高くしなければならず、溶融や成形が困難となる。特に、フロート法による成形ではガラスの高温粘度が高いと、窯やフロートバスの錫等に悪影響を及ぼし、生産性が低下することになる。また、例えば上記特開２００１−２２６１３８号公報のものは、Ｐ２Ｏ５を必要とするため溶融・成形条件の微妙な変動によってガラスが着色する可能性がある。
【０００９】
本発明の目的は、これらの問題を解決するために、通常のソーダライムシリカガラスと同程度の熱膨張係数を有し、かつ耐熱性に優れ、非常に軽量で高強度のガラスであるにもかかわらず、直接通電溶融を含めた溶融、フロート法成形に適しているため溶融や成形が容易であるフラットパネルディスプレイ装置用基板ガラスを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
実質的に重量％表示で、ＳｉＯ２が６３〜６９、Ａｌ２Ｏ３が０．５〜３、Ｎａ２Ｏが２〜６、Ｋ２Ｏが１２〜１６、ＭｇＯが１０〜１５、ＣａＯが０．２〜２、ＳｒＯが０〜２、ＢａＯが０〜１、ＺｒＯ２が０．５〜３．５からなり、ガラスの１０２ポイズ温度が１５６０℃以下、１０４ポイズ温度が１１８０℃以下であり、１０４ポイズ温度―失透温度の温度差が３０℃以上ことを特徴とするフラットパネルディスプレイ装置用基板ガラスである。
【００１１】
さらに、密度が２．５５ｇ／ｃｍ３未満であることを特徴とする上記のフラットパネルディスプレイ装置用基板ガラスである。
【００１２】
さらに、３０から３００℃の線膨張係数が７５〜９０×１０-7／℃であることを特徴とする上記のフラットパネルディスプレイ装置用基板ガラスである。
【００１３】
さらに、破壊靭性ＫＩＣが０．７ＭＰａ・ｍ１／２以上であることを特徴とする上記のフラットパネルディスプレイ装置用基板ガラスである。
【００１４】
さらにまた、歪点が５７０℃以上であることを特徴とする上記のフラットパネルディスプレイ装置用基板ガラスである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、フラットパネルディスプレイ装置の基板ガラスに適する高歪点を有し、また適切な密度、熱膨張係数であり、かつ破壊靭性が高いため熱応力やたわみによるガラスの破損が少なく、大量生産に向くようなフロート法で溶融可能なガラスの組成を提供される。これはＰＤＰ、ＥＬおよびＦＥＤなどの電子ディスプレイ用ガラス基板として極めて好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
実質的に重量％表示で、ＳｉＯ２が６３〜６９、Ａｌ２Ｏ３が０．５〜３、Ｎａ２Ｏが２〜６、Ｋ２Ｏが１２〜１６、ＭｇＯが１０〜１５、ＣａＯが０．２〜２、ＳｒＯが０〜２、ＢａＯが０〜１、ＺｒＯ２が０．５〜３．５からなり、ガラスの１０２ポイズ温度が１５６０℃以下、１０４ポイズ温度が１１８０℃以下であり、１０４ポイズ温度−失透温度の温度差が３０℃以上ことを特徴とするフラットパネルディスプレイ装置用基板ガラスである。
【００１７】
ＳｉＯ２はガラスの主成分であり、重量％において６３％未満ではガラスの耐熱性または化学耐久性を悪化させる。他方、６９％を超えるとガラス融液の高温粘度が高くなり、ガラス成形が困難となる。また、ガラスの線膨張係数が小さくなり過ぎて、ディスプレイパネルを構成する他の部材との整合性が悪くなる。従って６３〜６９％、好ましくは６５〜６９％の範囲とする。
【００１８】
Ａｌ２Ｏ３は、密度を低くし、破壊靭性を高くするが、また高温粘度を上昇させる成分である。重量％において３％を超えるとガラス融液の高温粘度が高くなる上に、失透傾向が増大する。従って０．５〜３％、好ましくは０．５〜２．５％の範囲とする。
【００１９】
Ｎａ２Ｏは、Ｋ２Ｏとともにガラス溶解時の融剤として作用し、またガラスの線膨張係数を適度な大きさに維持するうえで不可欠である。２％未満であると融剤としての効果が不十分であり、また線膨張係数が低くなり過ぎる。６％を超えると歪点が低下し過ぎる。従って２〜６％、好ましくは３〜５％の範囲とする。
【００２０】
Ｋ２Ｏは、Ｎａ２Ｏと同様の作用効果を示すと共に、Ｎａ２Ｏとの混合アルカリ効果によりアルカリイオンの移動を抑制し、ガラスの体積抵抗率を高める必須成分である。１２％未満であるとそれらの作用が不十分であり、１６％を超えると線膨張係数が過大となり、また歪点も低下し過ぎるため、１２〜１６％、好適には１２〜１４％の範囲とする。
【００２１】
ＭｇＯは、ガラスの破壊靭性ＫＩＣを増大させると共に、歪点も上昇させることができる必須成分である。１０％未満ではそれらの作用が不十分である。他方１５％を超えると失透傾向が大きくなるため、ガラスの成形が困難になる。従って１０〜１５％、好ましくは１０〜１３％の範囲とする。
【００２２】
ＣａＯは、必須成分ではないが、ガラス溶解時の溶融ガラスの粘度を下げる作用を有すると共に、ガラスの歪点を上昇させる作用を有する。０．２％未満ではその効果が得られない。他方２％を超えると破壊靭性ＫＩＣを低下させ、また失透傾向も増大するので、０．２〜２％の範囲で導入する。
【００２３】
ＳｒＯは、必須成分ではないが、ＣａＯとの共存下でガラス融液の高温粘度を下げて失透の発生を抑制する作用を有する。２％を超えると密度が上昇し、所望の値を維持できなくなるので、２％以下の範囲が望ましい。
【００２４】
ＢａＯは、必須成分ではないが、ＳｒＯと同様にＣａＯとの共存下でガラス融液の高温粘度を下げて失透の発生を抑制する作用を有する。１％を超えると密度が上昇し、所望の値を維持できなくなるので、１％以下の範囲が望ましい。
【００２５】
ＺｒＯ２は、ガラスの歪点を上昇させ、またガラスの化学的耐久性を向上させるとともに失透を抑える効果を有する必須成分で、０．５％以上含有させることが好ましい。３．５％を超えると密度が上昇し、所望の値が維持できなくなる。従って０．５〜３．５％、好ましくは１〜３％の範囲とする。
【００２６】
本発明の好ましい態様のガラスは実質的に上記成分からなるが、本発明の目的を損なわない範囲で他の成分を合量で３％まで含有してもよい。たとえば、ガラスの溶解、清澄、成形性の改善のためにＳＯ３、Ｃｌ、Ｆ、Ａｓ２Ｏ３等を合量で１％まで含有してもよい。また、ガラスを着色するためにＦｅ２Ｏ３、ＣｏＯ、ＮｉＯ等を合量で１％まで含有してもよい。さらに、ＰＤＰにおける電子線ブラウニング防止等のためにＴｉＯ２およびＣｅＯ２をそれぞれ１％まで、合量で１％まで含有してもよい。
【００２７】
また、本発明は、ガラスの１０２ポイズ温度が１５６０℃以下、１０４ポイズ温度が１１８０℃以下であり、１０４ポイズ温度−失透温度の温度差が３０℃以上であることを特徴とする。
【００２８】
一般的にガラス原料を溶融させて均一に混合するためには、融液粘度が１０２ポイズ以下になる必要があり、このときの１０２ポイズ温度は溶融温度ともいわれている。この温度が高いと、原料の溶融や融液の清澄が困難となり、炉材を傷めるなどコストも高くなる。通常のフロート窯などで均一に溶融するためには、この１０２ポイズ温度が１５６０℃以下であることが望ましい。
【００２９】
また、フロート窯などで平滑なガラス面を成形するためには、成形時の融液粘度が１０４ポイズ程度であることが望ましいため、１０４ポイズ温度は成形温度といわれる。溶融後、融液はフロートバス上において成形されるため、成形温度が高くなるとバスの温度も高くする必要がある。バスの温度を高くするとバスの錫等に悪影響を及ぼし、欠陥や歩留の低下を引き起こすため、錫等の影響を考えると、１０４ポイズ温度が１１８０℃以下であることが望ましい。
【００３０】
ここでの失透温度は、ガラスを一定温度に２時間維持して失透が生ずる上限温度を意味する。一般的に１０４ポイズ温度から失透温度までの温度範囲は作業温度範囲といわれ、成形作業の容易性の目安となる。この温度範囲が狭いと、成形作業中にガラスが失透しやすくなり、ガラスの成形が困難となる。このためこの温度範囲は広い方が望ましく、すなわち１０４ポイズ温度−失透温度の温度差が３０℃以上であることが望ましい。
【００３１】
また、本発明は密度が２．５５ｇ／ｃｍ３未満であることを特徴とする上記のフラットパネルディスプレイ装置用基板ガラスである。密度が２．５５ｇ・ｃｍ−３以上ではディスプレイ装置の軽量化ができなくなる。
【００３２】
また、３０から３００℃の線膨張係数が７５〜９０×１０-7／℃であることを特徴とする上記のフラットパネルディスプレイ装置用基板ガラスである。線熱膨張係数が７５未満あるいは９０×１０―７／℃を超えるとパネルを構成する他の部材との熱膨張の整合性が悪くなる。
【００３３】
また、破壊靭性ＫＩＣが０．７ＭＰａ・ｍ１／２以上であることを特徴とする上記のフラットパネルディスプレイ装置用基板ガラスである。破壊靭性ＫＩＣが０．７ＭＰａ・ｍ１／２未満では、ディスプレイ装置の製造工程中で割れやすい問題が出てくる。
【００３４】
さらに、歪点が５７０℃以上であることを特徴とする上記のフラットパネルディスプレイ装置用基板ガラスである。歪点はガラスの耐熱性を示す特性であり、５７０℃未満ではディスプレイパネルの製造工程において熱変形が多くなるため不適である。
【実施例１】
【００３５】
以下、実施例に基づき、説明する。
【００３６】
（ガラスの作成）
珪砂、酸化アルミニウム、炭酸ナトリウム、硫酸ナトリウム、炭酸カリウム、酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸ストロンチウム、炭酸バリウムおよび珪酸ジルコニウムよりなる調合原料を白金ルツボに充填し、電気炉内で１４５０〜１６００℃、約６時間加熱溶融した。加熱溶融の途中で白金棒によりガラス融液を攪拌してガラスを均質化させた。次に、溶融ガラスを鋳型に流し込み、ガラスブロックとし、６００〜７００℃に保持した電気炉に移入して該炉内で徐冷した。得られたガラス試料は泡や脈理の無い均質なものであった。
【００３７】
原料調合に基づくガラスの組成（酸化物換算）を表１に示す。これらのガラスについて、高温粘度（ガラスの粘度が１０２ポイズおよび１０４ポイズに相当する温度）、失透温度（℃）、歪点（℃）、密度（ｇ／ｃｍ３）、３０〜３００℃の平均線膨張係数（１０−７／℃）および破壊靱性ＫＩＣ（ＭＰａ・ｍ１／２）を以下の方法により測定した。
【００３８】
高温粘度は、白金球引き上げ法による測定した。なお、先に述べたように、１０２ポイズの温度はガラスを溶融する際に、また１０４ポイズの温度はガラスを板状に成形する際に目安となる温度で、これらの温度が低いほど成形性が良いことになる。失透温度は、白金ホルダーと温度傾斜炉を用いた急冷法により測定した。歪点は、ＪＩＳ  Ｒ３１０３−２の規定に基づくビーム曲げ法により測定した。密度は、泡の無いガラス（約５０ｇ）を用いてアルキメデス法により測定した。膨張係数は、熱機械分析装置ＴＭＡ８３１０（理学電機（株）製）を用いて３０〜３００℃における平均線膨張係数を測定した。破壊靱性は、微小硬度計ＤＭＨ−２（松沢精機（株）製）を用いて、ＪＩＳ Ｒ １６０７に記載のファインセラミックスの破壊靱性試験方法（圧子圧入法）により算出した。
【００３９】
【表１】
2006143523.tif 000002
【００４０】
【表２】
2006143523.tif 000003
【００４１】
（結果）
表１は実施例であり、表２は比較例である。表１中の実施例１〜９は本発明におけるガラスであり、比較例１はソーダライムシリカガラスである。比較例２は従来の高歪点ガラスであり、比較例３と４は軽量で高強度の高歪点ガラスである。比較例１のソーダライムシリカガラスにおいては、ガラスの成形性が良く、密度が２.５５未満、破壊靭性ＫＩＣが０．７ＭＰａ・ｍ１／２以上であるものの、歪点が比較例２〜４の高歪点ガラスに較べて著しく低いことを現している。一方、比較例２の在来の高歪点ガラスは、歪点は５７０℃以上と高いものの、密度が２.６を越えており、破壊靭性ＫＩＣが０．７ＭＰａ・ｍ１／２未満である。また比較例３と４は、歪点は５８０℃以上と高く、密度が２.５５未満で、破壊靭性ＫＩＣが０．７ＭＰａ・ｍ１／２以上であるが、１０２ポイズあるいは１０４ポイズ温度が高く、また１０４ポイズ温度―失透温度の差も小さいため、ガラスの溶融・成形が容易ではないことが分かる。
【００４２】
これらに対して実施例１〜９のガラスは、ソーダライムシリカガラスと同等の線膨張係数を有し、また歪点が５７０℃以上と十分高い上に、密度は２.５５未満で、破壊靭性ＫＩＣが０．７ＭＰａ・ｍ１／２以上を超えており、さらに１０２ポイズあるいは１０４ポイズ温度と１０４ポイズ温度−失透温度の温度差が適切であるため、フロート法による溶融・成形が容易である。従って、本願発明は、ソーダライムシリカガラスと同等の線膨張係数を有し、従来の高歪点ガラスと同等の耐熱性を有する上に、低密度で、破壊靭性の高いガラスを生産性の高いフロート法により容易に製造できることが明白である。