(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モル％で、ＳｉＯ２  ６７〜７２％、Ｂ２Ｏ３  ６〜１０％、Ａｌ２Ｏ３  ９〜１５％、ＭｇＯ  ３〜１３．５％、ＣａＯ  ０〜６％、ＳｒＯ  ０〜０．４％、ＢａＯ  ０〜０．２％、Ａｓ２Ｏ３  ０〜０．５％、Ｓｂ２Ｏ３  ０〜０．５％、及びＳｎＯ２  ０〜０．５％を含み、Ａｓ２Ｏ３＋Ｓｂ２Ｏ３＋ＳｎＯ２が０〜１％の範囲内にあり、且つ、ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３＋ＭｇＯ＋ＣａＯが９８．５モル％以上であり、ヤング率と比重の比率によって与えられる比弾性率が３１ＧＰａ以上であり、歪点が６９０℃以上であり、前記比重と前記ヤング率がそれぞれ２．４１以下と７７ＧＰａ以上であって、１５００℃における粘度が３００ポアズ以下であることを特徴とするガラス組成物。
【請求項２】
モル％で、ＳｉＯ２  ６８〜７２％、Ｂ２Ｏ３  ７〜９％、Ａｌ２Ｏ３  ９〜１３％、ＭｇＯ  ５〜１３．５％、ＣａＯ  ０〜３．４％、ＳｒＯ  ０〜０．４％、ＢａＯ  ０〜０．１％を含有する請求項１に記載のガラス組成物。
【請求項３】
ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３＋ＭｇＯ＋ＣａＯが２０モル％以上で、（Ａｌ２Ｏ３＋ＭｇＯ＋ＣａＯ）／（ＳｉＯ２＋Ｂ２Ｏ３）がモル比で０．２５以上である請求項１又は２に記載のガラス組成物。
【請求項４】
Ａｌ２Ｏ３＋ＭｇＯ＋ＣａＯが２０モル％以上であり、Ａｌ２Ｏ３／Ｂ２Ｏ３のモル比が１．１から２．２の範囲内であり、もうひとつのモル比（Ａｌ２Ｏ３＋ＭｇＯ＋ＣａＯ）／（ＳｉＯ２＋Ｂ２Ｏ３）が０．２５以上である請求項３に記載のガラス組成物。
【請求項５】
前記ガラス組成物が実質的にＡｓ２Ｏ３を含まない請求項１〜４のいずれか一項に記載のガラス組成物。
【請求項６】
前記ガラス組成物が実質的にアルカリ金属酸化物を含まない請求項１〜５のいずれか一項に記載のガラス組成物。
【請求項７】
１００〜３００℃の温度範囲において、熱膨張係数が３５×１０−７／℃以下である請求項１〜６のいずれか一項に記載のガラス組成物。
【請求項８】
モル％で、ＳｉＯ２  ６７〜７１％、Ｂ２Ｏ３  ６〜１０％、Ａｌ２Ｏ３  ９〜１５％、ＭｇＯ  ３〜１３．５％、ＣａＯ  ０〜６％、ＳｒＯ  ０〜０．４％、ＢａＯ  ０〜０．２％、Ａｓ２Ｏ３  ０〜０．５％、Ｓｂ２Ｏ３  ０〜０．５％、及びＳｎＯ２  ０〜０．５％を含み、（Ａｓ２Ｏ３＋Ｓｂ２Ｏ３＋ＳｎＯ２）が０〜１モル％の範囲内であって、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、およびＣａＯの合計含有量が９８．５モル％以上であり、歪点が６８０℃以上であり、ヤング率が７７Ｇｐａ以上、且つ、比重が２.４１以下であって且つ、１５００℃における粘度が３００ポアズ以下であることを特徴とする液晶パネルのガラス基板に用いるガラス組成物。
【請求項９】
Ａｌ２Ｏ３＋ＭｇＯ＋ＣａＯが２０モル％以上であり、（Ａｌ２Ｏ３＋ＭｇＯ＋ＣａＯ）／（ＳｉＯ２＋Ｂ２Ｏ３）のモル比が０．２５以上である請求項８に記載のガラス組成物。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載されたガラス組成物により構成され、内側空隙を間にして互いに対向する一対のガラス基板を有する液晶パネルであって、前記液晶パネルは、各ガラス基板の、前記内側空隙に面した対向表面上に電極膜およびアラインメント膜を有し、前記内側空隙に液晶を充填した液晶パネル。
【請求項１１】
請求項１０に記載の液晶パネルと、前記液晶パネルに接続された駆動回路とを備えた液晶ディスプレイ。
【請求項１２】
ダウンドロー法またはフロー法により、請求項１〜７のいずれか一項に記載のガラス組成物をプレート状に成形してガラス基板を形成する工程を含む、ガラス基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、液晶パネルに用いられるガラス基板およびガラス組成物に関し、本明細書では、これらをそれぞれ単にガラス基板およびガラス組成物と呼ぶものとする。
【０００２】
近年、液晶パネルや液晶ディスプレイは様々な分野で広く使用されている。例えば、液晶パネルはラップトップ型コンピュータやデジタルビデオディスク（ＤＶＤ）プレーヤーにも使用されている。このことから、液晶パネルは軽量で小型であり、且つ、非常に精細な画像を表示できることが求められている。
【０００３】
この目的のため、歪点が高く、軽量で、液晶パネル上に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が形成できる程度に高い強度を持つ液晶パネル用ガラス組成物を提供する必要がある。
【０００４】
ここで、従来のＴＦＴはアモルファスシリコンＴＦＴと、ポリシリコンＴＦＴに分類される。とりわけ、アモルファスＴＦＴは画面を広くすることが可能であり、低温プロセスによって製造することができる。このため、アモルファスＴＦＴはこれまで、ポリシリコンＴＦＴと比べて広く使用されてきた。しかし、アモルファスＴＦＴでは、用いられる材料の特性によって駆動回路の構造が複雑になることは避けられず、その結果、高集積化が困難となる。
【０００５】
一方、ポリシリコンＴＦＴは駆動回路の構造を簡素化でき、画素の高密度化が可能であるという利点がある。しかし、ポリシリコンＴＦＴは、その製造の際に高温プロセスが必要であるという欠点がある。近年、低温で製造できるポリシリコンＴＦＴが研究されているが、その研究報告によると、６００℃から６５０℃の間のプロセスが不可欠であることが指摘されている。
【０００６】
このような状況のもとで、液晶パネルガラスは、通常、熱収縮や変形が少なく、安定性の高い石英ガラスで形成されている。このような石英ガラスはその特質のため液晶パネルに好適であるが、高価である。
【０００７】
また、アルカリ成分を含まない、無アルカリガラスと呼ばれるガラスも液晶パネルガラスとして用いられている。しかし、ポリシリコンＴＦＴの製造プロセスに耐えることができる高い歪点を持つ無アルカリガラスについては未だに何の提案も開示されてはいない。
【０００８】
また、液晶パネルはモバイル機器やラップトップ型コンピュータなどの携帯機器に用いられることが多いため、液晶ガラスは軽量であることが望ましい。さらに、製造プロセスと試験プロセスにおけるガラスの取り扱いを容易にするため、液晶パネルガラスには、比重が低く且つ可撓性が低いことが要求される。可撓性が低いことは、高いヤング率を持つことを意味している。
【０００９】
一般に、上述の要求をすべて満たすようなガラスは溶解性が非常に悪く、溶解温度が非常に高くなることが予測される。このことにより、清澄化（refinement）と均質化が困難となるおそれがある。さらに、歪点が６８０℃以上で、ヤング率と比重の比率により与えられる比弾性率が３１ＧＰａ以上のガラス組成物およびガラス基板については開示されていない。
【００１０】
本発明の目的は、ポリシリコンＴＦＴ基板として好適であり、６８０℃以上の高い歪点を有する液晶パネルガラス基板または組成物を提供することである。
【００１１】
本発明の別の目的は、軽量で高い強度を有する上記液晶パネルガラス基板または組成物を提供することである。
【００１２】
本発明のさらに別の目的は、溶解性が良好で、清澄化および均質化が良好な、上記液晶パネルガラス基板または組成物を提供することである。
【００１３】
本発明の他の目的は、耐失透性、清澄性、脱ガス特性において優れ、実質的に脈理の生じない液晶パネルガラス基板またはその組成物を提供することである。
【００１４】
本発明の別の目的は、３１ＧＰａ以上の高い比弾性率をもつ、上記ガラス基板または組成物を提供することである。
【００１５】
本発明によれば、歪点が６８０℃以上、比重が２．４５以下であり、ヤング率は７６ＧＰａ以上である液晶パネルガラスが得られる。好ましくは、液晶パネルガラスは、６９０℃以上の歪点、２．４２以下の比重、７７ＧＰａ以上のヤング率を有している。
【００１６】
発明者の実験的研究により、ポリシリコンＴＦＴ用液晶パネルガラス基板または組成物は、歪点が６８０℃（好ましくは６９０℃）以上、比重が２．４５（好ましくは２．４２）以下、ヤング率が７６ＧＰａ（好ましくは７７ＧＰａ）以上であればよいことがわかった。比弾性率はヤング率（Ｅ）と比重の比率により与えられるから、上記した基板または組成物については、比弾性率を計算できる。すなわち、上記ヤング率と比重を用いて、本発明のガラス基板または組成物の比弾性率を計算すると、３１GPa以上となる。
【００１７】
ヤング率（Ｅ）を算出するため、密度（ρ）と２０×２０×１００ｍｍの大きさをもつアニーリング処理ガラス試料を用意し、高温に保たれたチャンバに入れた。その後、６ＭＨｚの超音波の前進速度（VL)を計測した。このとき、ヤング率は下式（１）によって与えられる。
【００１８】
E = (4G2 - 3GVL2ρ)/(G-VL2ρ)    …（１）
ここで、Ｇは剪断弾性率（shear modulus）すなわち剛性係数（modulus of rigidity）をあらわす。
【００１９】
また、比重が小さくなると、液晶ディスプレイに組み立てる際のガラス基板の反りや変形を低減させることができる。これは、反り（Ｗ）が下式（２）によって与えられるからである。
【００２０】
W = (L4gρ(1-ν2))/(6.4Et2)      …（２）
ここで、Ｌとｔはそれぞれガラス試料の長さと厚み、νはポワソン比をあらわし、反りＷは、主にρ/Eに依存する。このことは、反り（Ｗ）が比重（ρ）に応じて減少することを意味する。
【００２１】
上述の歪点、比重、およびヤング率は、ＳｉＯ２  ６７〜７２モル％、Ｂ２Ｏ３  ６〜１０モル％、Ａｌ２Ｏ３  ９〜１５モル％、ＭｇＯ  ３〜１３．５モル％、ＣａＯ  ０〜６モル％、ＳｒＯ  ０〜０．３モル％、ＢａＯ  ０〜０．２モル％、及びＡｓ２Ｏ３  ０〜０．５モル％からなるガラスによって実現された。また、Ｓｂ２Ｏ３とＳｎＯ２のそれぞれを１モル％まで添加できることが確認された。
【００２２】
更に、ガラス基板または組成物において、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯおよびＣａＯの合量を第１の合量とすると、第１の合量は２０モル％〜２４モル％の範囲内であることが好ましい。また、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＣａＯの合量を第２の合量とすると、第２の合量（すなわち、ＳｉＯ２＋Ｂ２Ｏ３＋Ａｌ２Ｏ３＋ＭｇＯ＋ＣａＯ）が９７モル％以上、好ましくは９８．５モル％、さらに好ましくは９９モル％以上であればよいことがわかった。とにかく、第１の合量は９７モル％〜９９．５モル％の範囲内であればよい。Ａｌ２Ｏ３とＢ２Ｏ３の第１の比率（すなわちＡｌ２Ｏ３／Ｂ２Ｏ３）は、モル比で１．１から２．２の間にあればよく、一方、第３の合量（ＳｉＯ２＋Ｂ２Ｏ３）に対する第１の合量（Ａｌ２Ｏ３＋ＭｇＯ＋ＣａＯ）の比率は、モル比で０．２５〜０．３２の範囲内であればよい。このことは、Ａｌ２Ｏ３＋ＭｇＯ＋ＣａＯが２０モル％以上であるという条件のもとで、（Ａｌ２Ｏ３＋ＭｇＯ＋ＣａＯ）／（（ＳｉＯ２＋Ｂ２Ｏ３）の比率が０．２５以上であればよいことを示している。より好ましくは、Ａｌ２Ｏ３＋ＭｇＯ＋ＣａＯは２０〜２２．５モル％の範囲内であり、Ａｌ２Ｏ３／Ｂ２Ｏ３のモル比が１．１から１．７の間であればよい。この時、（ＳｉＯ２＋Ｂ２Ｏ３＋Ａｌ２Ｏ３＋ＭｇＯ＋ＣａＯ）が９９モル％以上であること、および、（Ａｌ２Ｏ３＋ＭｇＯ＋ＣａＯ）／（ＳｉＯ２＋Ｂ２Ｏ３）が０．２５から３．０の間であることが好ましい。
【００２３】
ここで、Ａｓ２Ｏ３やアルカリ金属酸化物は、実質的にガラスに含まれなくてもよい。このガラスは、１００から３００℃の温度範囲において、平均熱膨張係数が３５×１０−７／℃以下であることが好ましい。さらに、１００から３００℃の温度範囲において熱膨張係数が３１×１０−７／℃以下であることがより好ましい。
【００２４】
さらに、その他の例１〜４を表に示す。
【００２５】
【表１】
0004445176.tif 000002
【００２６】
上記を考慮して、液晶パネル用ガラス基板またはガラス組成物は、ＳｉＯ２  ７５モル％、Ｂ２Ｏ３  ６〜１１モル％、Ａｌ２Ｏ３  ８〜１５モル％、ＭｇＯ  ３〜１５モル％、ＣａＯ  ０〜８モル％、ＳｒＯ  ０〜１モル％、ＢａＯ  ０〜１モル％、Ａｓ２Ｏ３  ０〜１モル％、Ｓｂ２Ｏ３  ０〜１モル％、ＳｎＯ２  ０〜１モル％を含んでいればよいことが結論づけられる。さらに、第１の合量（Ａｌ２Ｏ３＋ＭｇＯ＋ＣａＯ）は２０モル％〜２５モル％の範囲内にあり、第１の比率（Ａｌ２Ｏ３／Ｂ２Ｏ３）は１．１〜２．２の範囲内であればよい。同様に、第２の合量（ＳｉＯ２＋Ｂ２Ｏ３＋Ａｌ２Ｏ３＋ＭｇＯ＋ＣａＯ）は９８．５モル％以上であり、第２の比率（ＳｉＯ２とＢ２Ｏ３の第３の合量に対する第１の合量との比）すなわち（Ａｌ２Ｏ３＋ＭｇＯ＋ＣａＯ）／（ＳｉＯ２＋Ｂ２Ｏ３）は０．２５以上であればよい。
【００２７】
より好ましくは、ガラス基板または組成物は、モル％で、ＳｉＯ２  ６８〜７２％、Ｂ２Ｏ３  ７〜９％、Ａｌ２Ｏ３  ９〜１３％、ＭｇＯ  ５〜１３．５％、ＣａＯ  ０〜３．４％、ＳｒＯ  ０〜０．４％、ＢａＯ  ０〜０．１％、Ａｓ２Ｏ３  ０〜０．５％、Ｓｂ２Ｏ３  ０〜０．５％、ＳｎＯ２  ０〜０．５％を含んでいればよい。
【００２８】
上に列挙した限定の理由を下記に述べる。
【００２９】
６７０℃以上の歪点を達成するためには、Ａｌ２Ｏ３  ８モル％以上およびＢ２Ｏ３  １１モル％以下をガラスに含有させ、Ａｌ２Ｏ３とＢ２Ｏ３の第１の比率（Ａｌ２Ｏ３／Ｂ２Ｏ３）を１．１以上の範囲に保つ必要がある。歪点に関しては、ガラスがアルカリ金属酸化物を含まないことが好ましい。
【００３０】
第１の合量（Ａｌ２Ｏ３＋ＭｇＯ＋ＣａＯ）を２５モル％以下の範囲内に保ち、且つ、第２の合量（ＳｉＯ２＋Ｂ２Ｏ３＋Ａｌ２Ｏ３＋ＭｇＯ＋ＣａＯ）を９７モル％以上の範囲に保つことによって、２．４５以下の比重が得られる。
【００３１】
さらに、第１の合量（Ａｌ２Ｏ３＋ＭｇＯ＋ＣａＯ）が２０モル％以上であり、且つ、第２の比率（Ａｌ２Ｏ３＋ＭｇＯ＋ＣａＯ）／（ＳｉＯ２＋Ｂ２Ｏ３）が０．２５以上である場合に、７６ＧＰａ以上のヤング率が得られる。
【００３２】
Ａｌ２Ｏ３が１５モル％を超えないという前提のもとで、ＳｉＯ２とＢ２Ｏ３がそれぞれ６５モル％と６モル％以上であれば耐失透性が維持される。この時、第１の比率（Ａｌ２Ｏ３／Ｂ２Ｏ３）を２．２以下に保たなければならない。ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯはそれぞれ８モル％、１モル％、１モル％まで添加される。
【００３３】
ＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３がそれぞれ８０モル％と１５モル％以下であり、且つ、Ｂ２Ｏ３とＭｇＯがそれぞれ６モル％と３モル％以上である場合に、所望の溶解性が保たれる。ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯをそれぞれ８モル％、１モル％、１モル％まで添加しても、溶解性に変化はない。
【００３４】
より詳細には、ＳｉＯ２が６５モル％以下だと歪点が低くなり、望ましくない。一方、ＳｉＯ２が７５モル％より多いとガラス組成物の粘度が増加して不適当である。Ｂ２Ｏ３が６モル％より少ないと溶解性が減少し、Ｂ２Ｏ３が１１モル％より多いと耐フッ酸性が低くなる。Ａｌ２Ｏ３が５モル％から１５モル％の範囲を超えると、それぞれ、歪点の低下を招き、失透を生じる。ＭｇＯが３モル％より少ないと粘度が増加し、ＭｇＯが１５モル％より多いとガラス基板に失透を生じる。同様に、ＣａＯが８モル％より多いと失透を生じる。
【００３５】
ＳｒＯとＢａＯはともに、Ｂａ（ＮＯ３）２とＳｒ（ＮＯ３）２の形で加えることができ、わずかに０．１モル％を添加しただけでも清澄性を向上させ、失透と相分離の傾向を抑制する効果がある。しかし、ＳｒＯが０．４モル％以上でＢａＯが０．２モル％以上だと粘度の増加を生じ、失透性を悪化させることになる。Ａｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３、およびＳｎＯ２は清澄剤として用いられるが、Ａｓ２Ｏ３が多すぎると本明細書の前文で述べたように環境汚染を生じ、Ｓｂ２Ｏ３とＳｎＯ２が多すぎると歪点の低下を招く。
【００３６】
耐環境特性（property of withstanding environments）を向上させるために、Ａｓ２Ｏ３をガラスに添加しなくてもよい。
【００３７】
ガラス基板は、公知のダウンドロー法やフロー法などにより製造することができる。すなわち、上述のガラス組成物は、従来のダウンドロー法やフロー法などを用いて、液晶パネル用プレートに容易に成形することができる。
【００３８】
図１を参照して、一対の上述のガラス基板１１を持つ液晶ディスプレイが概略的且つ部分的に図示されている。これらのガラス基板１１は、内側空隙を挟んで互いに対向している。内側空隙は封止剤１４によって封止され、内側空隙内に配置されたスペーサ１５によって支持されている。これらのガラス基板１１の、内側空隙に面した各表面上には、電極膜１２およびアラインメント膜１３がＣＶＤなどにより順次成膜されている。
【００３９】
実際には、電極膜１２はアクティブマトリクスＬＣＤにおけるトランジスタ、ダイオード、および／または画素電極を構成することができ、単純マトリクスＬＣＤにおける透明膜であってもよい。
【００４０】
内側空隙内において、アラインメント膜１３の間に液晶層１６が介在している。ガラス基板１１の各外側表面には、偏光膜１７が設けられている。
【００４１】
このような液晶ディスプレイは、電極膜１２とアラインメント膜１３を備えた各ガラス基板１１を用意し、封止剤１４を塗布し、スペーサ１５を配置することにより製造される。その後、両方のガラス基板１１を組み立てて封止剤１４により接合する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る一対のガラス基板を用いた液晶ディスプレイの概略断面図である。
【図１】
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