JP7140582B2 - Glass substrate for display - Google Patents
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Description
本発明は、ガラス基板に関する。特に、本発明は、低温ポリシリコン薄膜トランジスタ(以下、LTPS-TFT(Low-Temperature-Polycrystalline-Silicon Thin-Film-Transistor)と記載する)ディスプレイ、酸化物半導体薄膜トランジスタ(以下、OS-TFT(Oxide-Semiconductor Thin-Film-Transistor)と記載する)ディスプレイ等に好適なガラス基板に関する。さらに詳細には、本発明は、前記ディスプレイが液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ、フラットパネルディスプレイ等であるディスプレイ用ガラス基板に関する。 The present invention relates to glass substrates. In particular, the present invention is a low-temperature polysilicon thin film transistor (hereinafter referred to as LTPS-TFT (Low-Temperature-Polycrystalline-Silicon Thin-Film-Transistor) display, an oxide semiconductor thin film transistor (hereinafter referred to as OS-TFT (Oxide-Semiconductor The present invention relates to a glass substrate suitable for displays, etc. (described as Thin-Film-Transistor). More particularly, the present invention relates to a display glass substrate, wherein the display is a liquid crystal display, an organic EL display, a flat panel display, or the like.
携帯機器などに搭載されたディスプレイは、消費電力を低減できるなどの理由から、薄膜トランジスタ(TFT)の製造にLTPSを適用することが望まれるが、LTPS-TFTの製造において400~600℃という比較的高温での熱処理が必要である。一方、小型携帯機器のディスプレイには、近年ますます高精細化が求められている。そのため、画素のピッチズレを引き起こす、ディスプレイパネル製造時に生じるガラス基板の熱収縮が問題となっている。また、OS-TFTが形成されるガラス基板においても、同様に熱収縮の抑制が課題となっている。 It is desirable to apply LTPS to the manufacture of thin film transistors (TFTs) for displays mounted on mobile devices, etc., for reasons such as the ability to reduce power consumption. Heat treatment at high temperature is required. On the other hand, in recent years, there is an increasing demand for high-definition displays for small portable devices. Therefore, thermal shrinkage of the glass substrate that occurs during the manufacture of the display panel, which causes pitch deviation of the pixels, is a problem. Also, in the glass substrate on which the OS-TFT is formed, suppression of thermal shrinkage is a problem as well.
ガラス基板の熱収縮率は、一般に、ガラスの歪点を高くすること、あるいはガラス転移点(以下、Tg)を高くすることで低減可能である。このような背景から、熱収縮率を低減させるためにTgを高くする技術が開示されている(特許文献1)。さらに、近年益々ディスプレイパネルの高精細化が求められるため、特許文献1の技術では、不十分な熱収縮率の低減となってきた。このために、ガラスの歪点を725℃以上にする技術も開示されている(特許文献2)。 The thermal shrinkage of a glass substrate can generally be reduced by raising the strain point of the glass or raising the glass transition point (hereinafter referred to as Tg). Against this background, a technique for increasing Tg in order to reduce the thermal shrinkage rate has been disclosed (Patent Document 1). Furthermore, in recent years, there has been an increasing demand for higher definition display panels, so the technique of Patent Document 1 has resulted in an insufficient reduction in the thermal shrinkage rate. For this reason, a technique for increasing the strain point of glass to 725° C. or higher has also been disclosed (Patent Document 2).
そこで本発明は、失透温度を低く抑えつつ高歪点又は高Tgを満足するガラス基板を提供することを目的とする。特に、本発明は、LTPS-TFTあるいはOS-TFTを用いたディスプレイに適したディスプレイ用ガラス基板を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a glass substrate that satisfies a high strain point or a high Tg while keeping the devitrification temperature low. In particular, it is an object of the present invention to provide a display glass substrate suitable for displays using LTPS-TFTs or OS-TFTs.
また、ガラス基板を用いるディスプレイの製造では生産性を向上させることが求められる。例えば、薄膜トランジスタが形成されたガラス基板を薄板化する工程の生産性の向上も求められている。ガラス基板を薄板化する工程の生産性は、ガラス基板のエッチングにかかる時間に大きく依存する。そのため、ディスプレイガラス基板には、エッチングレートの上昇による生産性の向上と熱収縮率の低減とを両立することが求められている。しかし、上記特許文献2に記載のガラス基板については、歪点は高いものの、エッチングレートについて配慮されていないという問題があった。 In addition, it is required to improve productivity in the manufacture of displays using glass substrates. For example, there is a demand for an improvement in productivity in the process of thinning a glass substrate on which thin film transistors are formed. The productivity of the step of thinning the glass substrate greatly depends on the time required for etching the glass substrate. Therefore, display glass substrates are required to achieve both an improvement in productivity due to an increase in etching rate and a reduction in thermal shrinkage. However, although the glass substrate described in Patent Document 2 has a high strain point, there is a problem that the etching rate is not considered.
本発明は、好ましくはエッチングレートについても配慮されたガラス基板を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a glass substrate that preferably takes into consideration the etching rate.
本発明は以下のとおりである。
[1]
ガラス組成として、モル%で
SiO2 69~72%
Al2O3 11~15%
B2O3 0.5~2.5%
MgO 1~4%
CaO 4~7%
SrO 0~1%
BaO 4~7%
K2O 0.01~0.5%
P2O5 0.1~2.0%
B2O3/P2O5 0.2~5
CaO/BaO 0.6~1.2
を有するガラスからなる、ディスプレイ用ガラス基板。
[2]
失透温度が1350℃以下である[1]に記載のディスプレイ用ガラス基板。
[3]
歪点が710℃以上である[1]又は[2]に記載のディスプレイ用ガラス基板。
[4]
ガラス転移温度が779℃以上である[1]~[3]のいずれかに記載のディスプレイ用ガラス基板。
[5]
エッチングレートが70μm/h以上である[1]~[4]のいずれかに記載のディスプレイ用ガラス基板。
[6]
SiO2/Al2O3が4~6である[1]~[5]のいずれかに記載のディスプレイ用ガラス基板。
[7]
MgO/RO 0.15~0.4である[1]~[6]のいずれかに記載のディスプレイ用ガラス基板、但し、RO=MgO+CaO+SrO+BaOである。
The present invention is as follows.
[1]
SiO 2 69-72% in mol % as glass composition
Al 2 O 3 11-15%
B2O3 0.5-2.5 %
MgO 1-4%
CaO 4-7%
SrO 0-1%
BaO 4-7%
K2O 0.01-0.5%
P2O5 0.1-2.0 %
B 2 O 3 /P 2 O 5 0.2-5
CaO/BaO 0.6-1.2
A glass substrate for a display, made of glass having
[2]
The display glass substrate according to [1], which has a devitrification temperature of 1350° C. or less.
[3]
The glass substrate for display according to [1] or [2], which has a strain point of 710° C. or higher.
[4]
The glass substrate for display according to any one of [1] to [3], which has a glass transition temperature of 779° C. or higher.
[5]
The display glass substrate according to any one of [1] to [4], which has an etching rate of 70 μm/h or more.
[6]
The glass substrate for display according to any one of [1] to [5], wherein SiO 2 /Al 2 O 3 is 4-6.
[7]
The display glass substrate according to any one of [1] to [6], wherein MgO/RO is 0.15 to 0.4, provided that RO=MgO+CaO+SrO+BaO.
本発明によれば、失透温度を低く抑えつつ高歪点又は高Tgを満足するガラス基板を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a glass substrate that satisfies a high strain point or a high Tg while keeping the devitrification temperature low.
本願明細書において、ガラスの組成は特に断らない限り、含有量はモル%で表示し、含有量を%で表示しているものはモル%を意味する。ガラス組成を構成する成分の比はモル比で表示する。 In the specification of the present application, unless otherwise specified, the content of the glass composition is indicated by mol %, and the content indicated by % means mol %. The ratio of components constituting the glass composition is indicated by molar ratio.
SiO2は、ガラスの骨格成分であり、従って、必須成分である。含有量が少なくなると、歪点が低下し、熱膨張係数が増加する傾向がある。また、SiO2含有量が少なすぎると、ガラス基板を低密度化するのが難しくなる。一方、SiO2含有量が多すぎると、熔融ガラスの比抵抗が上昇し、熔融温度が著しく高くなり熔解が困難になる傾向がある。さらに、SiO2含有量が多すぎると、エッチングレートが遅くなる。このような観点から、SiO2の含有量は、適宜調整することができる。ガラスのSiO2含有量は、69~72%の範囲であり、好ましくは、69.0~72.0%の範囲である。SiO2の含有量は、より好ましくは69.5~71.5%、一層好ましくは69.7~71.3%の範囲である。 SiO2 is a framework component of glass and is therefore an essential component. As the content decreases, the strain point tends to decrease and the coefficient of thermal expansion tends to increase. Also, if the SiO 2 content is too low, it will be difficult to reduce the density of the glass substrate. On the other hand, if the SiO 2 content is too high, the glass melt tends to have an increased specific resistance and a remarkably high melting temperature, making melting difficult. Furthermore, too much SiO2 content slows down the etching rate. From such a point of view, the content of SiO 2 can be appropriately adjusted. The SiO 2 content of the glass is in the range of 69-72%, preferably in the range of 69.0-72.0%. The content of SiO 2 is more preferably in the range of 69.5-71.5%, still more preferably 69.7-71.3%.
Al2O3は、歪点を高くする必須成分である。Al2O3含有量が少なすぎると、歪点が低下する。さらに、Al2O3含有量が少なすぎると、ヤング率及び酸によるエッチングレートも低下する傾向がある。一方、Al2O3含有量が多すぎると、ガラスの失透温度が上昇して、耐失透性が低下するので、成形性が悪化する傾向がある。このような観点から、適宜調整することができる。ガラスのAl2O3の含有量は、11~15%の範囲である。Al2O3の含有量は、好ましくは11.0~15.0%、より好ましくは12.0~14.8%、より好ましくは12.5~14.5%、さらに好ましくは12.7~14.3%の範囲である。 Al 2 O 3 is an essential component that raises the strain point. Too little Al 2 O 3 content lowers the strain point. Furthermore, if the Al 2 O 3 content is too low, the Young's modulus and acid etching rate tend to decrease. On the other hand, if the Al 2 O 3 content is too high, the devitrification temperature of the glass will rise and the devitrification resistance will decrease, so that the formability tends to deteriorate. From such a point of view, it can be adjusted as appropriate. The Al 2 O 3 content of the glass is in the range of 11-15%. The content of Al 2 O 3 is preferably in the range of 11.0-15.0%, more preferably 12.0-14.8%, more preferably 12.5-14.5%, still more preferably 12.7-14.3%.
B2O3は、ガラスの高温粘性を低下させ、熔融性を改善する成分である。即ち、熔融温度近傍での粘性を低下させるので、熔解性を改善する。また、失透温度を低下させる成分でもある。B2O3含有量が少ないと、熔解性及び耐失透性が低下する傾向がある。B2O3含有量が多すぎると、歪点及びヤング率が低下する。また、ガラス成形時のB2O3の揮発により、失透が生じやすくなる。特に、歪点が高いガラスは、成型温度が高くなる傾向にあるため、上記揮発が促進され、失透の生成が顕著な問題となる。また、ガラス熔解時のB2O3の揮発により、ガラスの不均質が顕著となり、脈理が発生しやすくなる。このような観点から、B2O3含有量は、0.5%~2.5%の範囲である。B2O3含有量は、好ましくは0.5~2.0%であり、より好ましくは0.5~1.8%であり、さらに好ましくは0.5~1.7%、一層好ましくは0.5~1.6%、より一層好ましくは0.5~1.5%の範囲である。 B 2 O 3 is a component that lowers the high temperature viscosity of the glass and improves the meltability. That is, the meltability is improved by lowering the viscosity near the melting temperature. It is also a component that lowers the devitrification temperature. When the B 2 O 3 content is small, the meltability and devitrification resistance tend to be lowered. Too much B 2 O 3 content lowers the strain point and Young's modulus. In addition, devitrification tends to occur due to volatilization of B 2 O 3 during glass molding. In particular, glass with a high strain point tends to have a high molding temperature, which promotes the above volatilization and causes a significant problem of devitrification. In addition, volatilization of B 2 O 3 during melting of the glass makes the glass significantly non-uniform, and striae are likely to occur. From this point of view, the B 2 O 3 content is in the range of 0.5% to 2.5%. The B 2 O 3 content is preferably 0.5-2.0%, more preferably 0.5-1.8%, even more preferably 0.5-1.7%, more preferably 0.5-1.6%, even more preferably 0.5-1.5 % range.
MgOは、熔解性を向上させる成分であり、必須成分である。また、アルカリ土類金属の中では密度を増加させにくい成分であるので、その含有量を相対的に増加させると、低密度化を図りやすくなる。含有させることで、熔融ガラスの比抵抗及び熔融温度を低下できる。但し、MgOの含有量が多すぎると、ガラスの失透温度が急激に上昇するため、特に成形工程で失透しやすくなる。このような観点から、MgO含有量は、1~4%であり、好ましくは1.0~4.0%、より好ましくは1.5~3.5%、さらに好ましくは2.0~3.5%、より一層好ましくは2.3~3.3%の範囲である。 MgO is a component that improves the meltability and is an essential component. Further, since it is a component that is difficult to increase the density among the alkaline earth metals, relatively increasing the content thereof facilitates the reduction of the density. By containing it, the specific resistance and melting temperature of the molten glass can be lowered. However, if the content of MgO is too high, the devitrification temperature of the glass rises sharply, making devitrification particularly likely during the molding process. From such a viewpoint, the MgO content is 1 to 4%, preferably 1.0 to 4.0%, more preferably 1.5 to 3.5%, still more preferably 2.0 to 3.5%, and even more preferably 2.3 to 3.3%. Range.
CaOは、ガラスの失透温度を急激に上げることなくガラスの熔解性を向上させるのに有効な成分であり、必須である。また、アルカリ土類金属酸化物の中では密度を増加させにくい成分であるので、その含有量を相対的に増加させると、低密度化を図りやすくなる。含有量が少な過ぎると、熔融ガラスの比抵抗の上昇及び耐失透性低下が生じる傾向がある。CaO含有量が多すぎると、熱膨張係数が増加し、密度が上昇する傾向がある。このような観点から、CaO含有量は、4~7%、好ましくは4.0~7.0%、より好ましくは4.5~6.5%、さらに好ましくは5.0~6.0%の範囲である。 CaO is an effective component for improving the meltability of the glass without sharply increasing the devitrification temperature of the glass, and is essential. In addition, since it is a component that is difficult to increase the density among alkaline earth metal oxides, relatively increasing the content thereof facilitates the reduction of the density. If the content is too small, the glass melt tends to have an increase in resistivity and a decrease in devitrification resistance. Too much CaO content tends to increase the coefficient of thermal expansion and increase the density. From this point of view, the CaO content is in the range of 4-7%, preferably 4.0-7.0%, more preferably 4.5-6.5%, still more preferably 5.0-6.0%.
SrOは、ガラスの失透温度を下げることができる成分である。SrOは、必須ではないが、含有させると、耐失透性および熔解性が向上する。しかし、SrO含有量が多すぎると、密度が上昇してしまう。このような観点から、SrO含有量は、0~1%であり、好ましくは0~0.5%であり、より好ましくは実質的に含有しない。 SrO is a component that can lower the devitrification temperature of glass. SrO is not essential, but its inclusion improves devitrification resistance and meltability. However, if the SrO content is too high, the density will increase. From this point of view, the SrO content is 0 to 1%, preferably 0 to 0.5%, and more preferably substantially free.
BaOは、ガラスの失透温度および熔融ガラスの比抵抗を効果的に下げることができる成分であり、必須成分である。BaOを含有させると、耐失透性および熔解性が向上する。しかし、BaOの含有量が多すぎると、密度が上昇してしまう。また、環境負荷の観点、および熱膨張係数が増大する傾向があることから、BaO含有量は、4~7%である。BaO含有量は、好ましくは4.0~7.0%であり、より好ましくは4.5~6.5%、さらに好ましくは5.0~6.0%の範囲である。 BaO is a component capable of effectively lowering the devitrification temperature of glass and the specific resistance of molten glass, and is an essential component. Inclusion of BaO improves devitrification resistance and meltability. However, if the BaO content is too high, the density will increase. In addition, the BaO content is 4 to 7% from the viewpoint of environmental load and the tendency of the coefficient of thermal expansion to increase. The BaO content is preferably in the range of 4.0-7.0%, more preferably 4.5-6.5%, still more preferably 5.0-6.0%.
K2Oは、ガラスの塩基性度を高め、清澄性を促進させる成分である。また、熔融ガラスの比抵抗を低下させる成分である。含有させると、熔融ガラスの比抵抗が低下するため、熔解槽を構成する耐火物に電流が流れてしまうことを防止でき、熔解槽が侵食されることを抑制できる。また、熔解槽を構成する耐火物がジルコニアを含有する場合、熔解槽が侵食されて、熔解槽から熔融ガラスへジルコニアが溶出してしまうことを抑制できるため、ジルコニアに起因する失透も抑制できる。また、熔解温度近傍におけるガラス粘性を低下させるので、熔解性と清澄性が向上する。一方、K2O含有量が多すぎると、熱膨張係数増大及び歪点低下の傾向がある。このような観点から、K2O含有量は、0.01~0.5%、好ましくは0.1~0.4%、より好ましくは0.1~0.3%の範囲である。 K 2 O is a component that increases the basicity of the glass and promotes clarity. Also, it is a component that lowers the specific resistance of the molten glass. When it is contained, the specific resistance of the molten glass is lowered, so that it is possible to prevent the current from flowing through the refractory constituting the melting tank and to suppress the erosion of the melting tank. In addition, when the refractory constituting the melting tank contains zirconia, it is possible to suppress the melting tank from being eroded and eluting zirconia from the melting tank into the glass melt, so devitrification due to zirconia can also be suppressed. . Further, since the viscosity of the glass is lowered in the vicinity of the melting temperature, the meltability and the clarity are improved. On the other hand, if the K 2 O content is too high, the coefficient of thermal expansion tends to increase and the strain point tends to decrease. From this point of view, the K 2 O content is in the range of 0.01-0.5%, preferably 0.1-0.4%, more preferably 0.1-0.3%.
P2O5は、高温粘性を低下させ、熔解性を向上させる成分であり、必須成分である。P2O5含有量が多すぎると歪点が低下する。また、ガラス熔解時のP2O5の揮発により、ガラスの不均質が顕著となり、脈理が発生しやすくなる。このような観点から、P2O5含有量は、0.1~2.0%、より好ましくは0.2~1.9%、さらに好ましくは0.3~1.7%の範囲である。 P 2 O 5 is a component that lowers high-temperature viscosity and improves meltability, and is an essential component. Too much P 2 O 5 content lowers the strain point. In addition, due to volatilization of P 2 O 5 during melting of the glass, the non-uniformity of the glass becomes remarkable, and striae are likely to occur. From this point of view, the P 2 O 5 content is in the range of 0.1-2.0%, more preferably 0.2-1.9%, and still more preferably 0.3-1.7%.
B2O3とP2O5のモル比であるB2O3/P2O5は、小さすぎると失透温度が上昇する傾向があり、大きすぎるとガラス転移温度が下降する傾向がある。そのためB2O3/P2O5は、0.2~5、好ましくは0.25~4.5%、より好ましくは0.30~4.0%、さらに好ましくは0.30~3.5%の範囲である。 If the molar ratio B2O3 / P2O5 of B2O3 and P2O5 is too small , the devitrification temperature tends to increase , and if it is too large, the glass transition temperature tends to decrease. . Therefore, B 2 O 3 /P 2 O 5 is in the range of 0.2-5, preferably 0.25-4.5%, more preferably 0.30-4.0%, still more preferably 0.30-3.5%.
モル比CaO/BaOは、値が小さすぎると失透温度が上昇する傾向があり、大きすぎても失透温度が上昇する傾向がある。モル比CaO/BaOは、0.6~1.2、好ましくは0.7~1.2、好ましくは0.8~1.2、より好ましくは0.9~1.1の範囲である。 If the molar ratio CaO/BaO is too small, the devitrification temperature tends to rise, and if it is too large, the devitrification temperature tends to rise. The molar ratio CaO/BaO is in the range 0.6-1.2, preferably 0.7-1.2, preferably 0.8-1.2, more preferably 0.9-1.1.
モル比SiO2/Al2O3は、値が大きすぎると、エッチングレートが低下するおそれがあり、値が小さすぎると耐失透性の低下するおそれがある。このような観点から、モル比SiO2/Al2O3は、4~6であることが好ましく、より好ましくは4.3~5.8、さらに好ましくは4.4~5.7の範囲である。なお、SiO2+Al2O3の値が近似している組成を有するガラスでは、エッチングレートはSiO2/Al2O3に、より顕著に依存する。高歪点、耐失透性、エッチングレートを両立させるという観点からは、SiO2+Al2O3が80~90%であり、かつ、SiO2/Al2O3が4~6であることが好ましく、より好ましくは、SiO2+Al2O3が82~88%であり、かつ、SiO2/Al2O3が4.3~5.8の範囲であることが好ましい。 If the molar ratio SiO 2 /Al 2 O 3 is too large, the etching rate may decrease, and if the value is too small, the devitrification resistance may decrease. From this point of view, the molar ratio SiO 2 /Al 2 O 3 is preferably 4 to 6, more preferably 4.3 to 5.8, still more preferably 4.4 to 5.7. In addition, in glasses having compositions in which the values of SiO 2 +Al 2 O 3 are close to each other, the etching rate remarkably depends on SiO 2 /Al 2 O 3 . From the viewpoint of achieving both high strain point, devitrification resistance, and etching rate, SiO 2 +Al 2 O 3 should be 80 to 90% and SiO 2 /Al 2 O 3 should be 4 to 6. more preferably, SiO 2 +Al 2 O 3 is 82-88%, and SiO 2 /Al 2 O 3 is preferably in the range of 4.3-5.8.
MgO、CaO、SrO及びBaOは、熔融ガラスの比抵抗及び熔融温度を低下させ、熔解性を向上させる成分である。MgO、CaO、SrO及びBaOの含有量の合量であるMgO+CaO+SrO+BaO(以下、ROと示す)が少なすぎると、熔解性が悪化する。ROが多すぎると、歪点およびヤング率が低下し、密度及び熱膨張係数が上昇する。密度を増大させすぎずに、効果的に失透温度を低下させるために、MgO/ROは、好ましくは0.15~0.4、より好ましくは0.18~0.38、さらに好ましくは0.20~0.36の範囲である。尚、ROは、好ましくは9~19%の範囲であり、より好ましくは11~17%の範囲である。 MgO, CaO, SrO and BaO are components that lower the specific resistance and melting temperature of the glass melt and improve the meltability. If the total content of MgO, CaO, SrO and BaO, MgO+CaO+SrO+BaO (hereinafter referred to as RO), is too small, the meltability deteriorates. Too much RO lowers the strain point and Young's modulus and raises the density and coefficient of thermal expansion. In order to effectively lower the devitrification temperature without excessively increasing the density, MgO/RO is preferably in the range of 0.15-0.4, more preferably 0.18-0.38, and still more preferably 0.20-0.36. RO is preferably in the range of 9-19%, more preferably in the range of 11-17%.
本発明のガラス基板は失透温度が、1350℃以下、好ましくは1300℃以下、より好ましくは1280℃以下、さらに好ましくは1250℃未満である。失透温度が低いほど、オーバーフローダウンドロー法でガラス板の成形がしやすくなる。オーバーフローダウンドロー法を適用することで、ガラス基板表面を研磨する工程を省略することができるので、ガラス基板の表面品質を向上できる。また、生産コストも低減することができる。失透温度が高すぎると、失透が生じやすいのでオーバーフローダウンドロー法への適用が難しくなる傾向がある。 The glass substrate of the present invention has a devitrification temperature of 1,350°C or lower, preferably 1,300°C or lower, more preferably 1,280°C or lower, and still more preferably lower than 1,250°C. The lower the devitrification temperature, the easier it is to form a glass sheet by the overflow down-draw method. By applying the overflow down-draw method, the step of polishing the surface of the glass substrate can be omitted, so that the surface quality of the glass substrate can be improved. Also, production costs can be reduced. If the devitrification temperature is too high, devitrification tends to occur easily, making it difficult to apply the overflow downdraw method.
なお、本明細書において、「実質的に含有せず」とは、前記ガラス原料にこれら成分の原料となる物質を用いないことを意味し、他の成分のガラス原料に不純物として含まれる成分、熔解槽、成形体等の製造装置からガラスへ溶出する成分の混入を排除するものではない。 In the present specification, the term "substantially free of" means that the raw materials for these components are not used in the frit, and components contained as impurities in frit of other components, It does not exclude the contamination of components eluted into the glass from manufacturing equipment such as melting tanks and moldings.
本発明のガラス基板は清澄剤を含むことができる。清澄剤としては、環境への負荷が小さく、ガラスの清澄性に優れたものであれば特に制限されないが、例えば、Sn、Fe、Ce、Tb、Mo、As、およびWの金属酸化物の群から選ばれる少なくとも1種を挙げることができる。本発明のガラス基板はSb2O3およびAs2O3を実質的に含まない。Sb2O3およびAs2O3を実質的に含まないことで、環境負荷を低減することができる。清澄剤としては、SnO2が好適である。清澄剤の含有量は、少なすぎると泡品質が悪化し、多くなりすぎると失透や着色などの原因となる場合がある。清澄剤の含有量は、清澄剤の種類やガラスの組成にもよる。例えば、SnO2の含有量は、0.05~0.50%であることが好ましく、0.05~0.40%であることがより好ましい。 The glass substrate of the present invention can contain a fining agent. The refining agent is not particularly limited as long as it has a small environmental load and is excellent in refining of the glass. At least one selected from can be mentioned. The glass substrate of the present invention is substantially free of Sb2O3 and As2O3 . Substantially free of Sb 2 O 3 and As 2 O 3 can reduce environmental load. SnO 2 is suitable as a refining agent. If the content of the clarifying agent is too small, the quality of the foam will deteriorate, and if it is too large, it may cause devitrification or coloration. The content of the refining agent depends on the type of refining agent and the composition of the glass. For example, the SnO 2 content is preferably 0.05-0.50%, more preferably 0.05-0.40%.
SnO2は1600℃以上でも清澄効果が得られる清澄剤であり、Li2O、Na2O及びK2Oを微量にしか含有できないフラットパネルディスプレイ用ガラス基板(例えば、Li2O、Na2O及びK2Oの合量が0.01~0.8%)の製造に使用できる数少ない清澄剤である。しかし、SnO2は自ら失透を生じやすい成分であるとともに、他の成分の失透の生成を促進する成分のため、失透を抑制する観点からは、多量に添加することは好ましくない。 SnO 2 is a refining agent that can obtain a refining effect even at 1600° C. or higher . and K 2 O in a total amount of 0.01-0.8%). However, SnO 2 is a component that tends to cause devitrification by itself, and is also a component that promotes devitrification of other components, so from the viewpoint of suppressing devitrification, it is not preferable to add a large amount.
また、歪点が高いガラス(例えば、歪点が730℃以上のガラス)は、歪点が低いガラス(例えば、歪点が730℃未満のガラス)と比較して失透温度が高くなりやすい傾向にあるため、失透を抑制するために、成形工程における熔融ガラスの温度を歪点が低いガラスと比較して高くしなくてはならない場合がある。ここで、オーバーフローダウンドロー法で用いられる成形体は、耐クリープ性・耐熱性という観点から、ジルコニアを含有する耐火物を含んで構成されることが好ましい。成形方法としてオーバーフローダウンドローを採用する場合、成形工程における熔融ガラスの温度を高くしようとするほど、成形体の温度も上昇させる必要がある。しかし、成形体の温度が高くなると、成形体からジルコニアが溶出し、当該ジルコニアの失透が生じやすくなるという問題がある。また、特にSnO2を多く含有するガラスでは、このジルコニアに起因するSnO2の失透、SnO2に起因するジルコニアの失透が生じやすい傾向にある。 In addition, glass with a high strain point (e.g., glass with a strain point of 730°C or higher) tends to have a higher devitrification temperature than glass with a low strain point (e.g., glass with a strain point of less than 730°C). Therefore, in order to suppress devitrification, it may be necessary to raise the temperature of the molten glass in the forming process as compared with glass having a low strain point. Here, from the viewpoint of creep resistance and heat resistance, the molded body used in the overflow down-draw method preferably contains a refractory material containing zirconia. When overflow down-draw is employed as the molding method, the temperature of the molded body needs to be increased as the temperature of the molten glass in the molding process is increased. However, when the temperature of the molded body rises, there is a problem that zirconia is eluted from the molded body, and devitrification of the zirconia tends to occur. In addition, particularly in glass containing a large amount of SnO 2 , devitrification of SnO 2 due to zirconia and devitrification of zirconia due to SnO 2 tend to occur easily.
さらに、歪点が高いガラス(例えば、歪点が730℃以上のガラス)は、歪点が低いガラス(例えば、歪点が730℃未満のガラス)と比較して、ガラス原料を熔解する温度も高くなりやすい傾向にある。ここで、熔解工程を行う熔解槽は、耐侵食性の観点から、ジルコニアを含有する高ジルコニア系耐火物を含んで構成されることが好ましい。また、エネルギー効率の観点から、電気熔融あるいは、電気熔融と他の加熱手段の組み合わせで、ガラス原料を熔解することが好ましい。しかし、本発明に記載されたような高歪点であり、かつLi2O、Na2O及びK2Oを微量にしか含有できないガラスを熔解する場合、熔融ガラスの比抵抗が大きいため、高ジルコニア系耐火物に電流が流れてしまい、熔融ガラス中にジルコニアが溶出してしまうという問題が生じやすくなる。ジルコニアが溶出してしまうと、上述したジルコニアの失透およびSnO2の失透が生じやすい傾向にある。 Furthermore, glass with a high strain point (e.g., glass with a strain point of 730°C or higher) has a melting temperature of glass raw materials compared to glass with a low strain point (e.g., glass with a strain point of less than 730°C). tends to be higher. Here, from the viewpoint of corrosion resistance, the melting tank in which the melting step is performed preferably contains a high zirconia-based refractory containing zirconia. Moreover, from the viewpoint of energy efficiency, it is preferable to melt the glass raw materials by electric melting or a combination of electric melting and other heating means. However, when melting a glass having a high strain point as described in the present invention and containing only trace amounts of Li 2 O, Na 2 O, and K 2 O, the specific resistance of the molten glass is large. Current flows through the zirconia-based refractory, which easily causes the problem of elution of zirconia into the molten glass. When zirconia is eluted, devitrification of zirconia and devitrification of SnO 2 described above tend to occur.
つまり、ジルコニア及びSnO2の失透を抑制するという観点からも、本発明のガラス基板においては、SnO2は0.5%を超えて含有させることは好ましくない。 In other words, from the viewpoint of suppressing the devitrification of zirconia and SnO 2 , it is not preferable that the SnO 2 content exceeds 0.5% in the glass substrate of the present invention.
Fe2O3は、清澄剤としての働きを有する以外に、熔融ガラスの比抵抗を低下させる成分である。高温粘性が高く、難熔解性のガラスにおいては、熔融ガラスの比抵抗を低下させるために含有させることが好ましい。しかし、Fe2O3含有量が多くなりすぎると、ガラスが着色し、透過率が低下する。そのためFe2O3含有量は、0~0.1%の範囲であり、好ましくは0~0.08%、より好ましくは0.001~0.06%、さらに好ましくは0.001~0.05%、一層好ましくは0.001~0.04%の範囲である。 Fe 2 O 3 is a component that lowers the specific resistance of molten glass in addition to functioning as a clarifier. In the case of a glass that is highly viscous at high temperature and difficult to melt, it is preferable to contain it in order to reduce the specific resistance of the molten glass. However, if the Fe 2 O 3 content is too high, the glass will be colored and the transmittance will decrease. Therefore, the Fe 2 O 3 content is in the range 0-0.1%, preferably 0-0.08%, more preferably 0.001-0.06%, even more preferably 0.001-0.05%, more preferably 0.001-0.04%. is.
清澄剤は、SnO2とFe2O3を組合せて用いることもできる。失透抑制の観点からは、SnO2を多く含有させることは好ましくないことは上述の通りである。しかし、清澄効果を十分に得るためには清澄剤を所定値以上含有させることが求められる。そこで、SnO2とFe2O3を併用することで、SnO2の含有量を失透が生じるほど多くせずに、十分な清澄効果を得、泡の少ないガラス基板を製造することができる。SnO2とFe2O3の合量は、好ましくは0.05~0.50%の範囲であり、より好ましくは0.05~0.20%、さらに好ましくは0.05~0.40%の範囲である。 The refining agent can also be used in combination with SnO2 and Fe2O3 . As described above, from the viewpoint of suppressing devitrification, it is not preferable to contain a large amount of SnO 2 . However, in order to obtain a sufficient fining effect, it is required that the fining agent is contained in a predetermined amount or more. Therefore, by using SnO 2 and Fe 2 O 3 together, it is possible to obtain a sufficient refining effect and produce a glass substrate with few bubbles without increasing the content of SnO 2 so as to cause devitrification. The total amount of SnO 2 and Fe 2 O 3 is preferably in the range of 0.05-0.50%, more preferably 0.05-0.20%, still more preferably 0.05-0.40%.
SnO2とFe2O3の合量に対するSnO2の含有量の質量比(SnO2/(SnO2+Fe2O3))は、大きすぎると失透が生じやすくなり、小さすぎると十分な清澄効果を得られなくなり、ガラスが着色してしまう場合がある。そのため、好ましくは0.6~1.0の範囲であり、より好ましくは0.7~1.0の範囲である。 If the mass ratio of the SnO 2 content to the total amount of SnO 2 and Fe 2 O 3 (SnO 2 /(SnO 2 +Fe 2 O 3 )) is too large, devitrification tends to occur, and if it is too small, it is insufficient. The fining effect cannot be obtained, and the glass may become colored. Therefore, it is preferably in the range of 0.6 to 1.0, more preferably in the range of 0.7 to 1.0.
本発明のガラス基板は、環境負荷の問題から、As2O3は実質的に含有しないことが好ましい。本発明のガラス基板は、環境負荷の問題から、Sb2O3は、実質的に含有しない。 It is preferable that the glass substrate of the present invention does not substantially contain As 2 O 3 from the viewpoint of environmental load. The glass substrate of the present invention does not substantially contain Sb 2 O 3 due to the environmental burden.
本発明のガラス基板は、環境上の理由からPbO及びFは実質的に含有しないことが好ましい。 The glass substrate of the present invention preferably does not substantially contain PbO and F for environmental reasons.
本発明のガラス基板は、100℃~300℃における平均熱膨張係数(100-300℃)が、50.0×10-7℃-1以下であり、28.0~50.0×10-7℃-1であることが好ましく、より好ましくは33.0~47.0×10-7℃-1、さらに好ましくは33.0~46.0×10-7℃-1、一層好ましくは35.0~44.0×10-7℃-1、より一層好ましくは36.0~43.0×10-7℃-1の範囲である。熱膨張係数が大きいと、熱処理工程において、熱衝撃や熱収縮率が増大する傾向がある。また、熱膨張係数が大きいと、熱収縮率を低減することが困難となる。なお、熱膨張係数が大きくても小さくても、ガラス基板上に形成される金属、薄膜などの周辺材料と熱膨張係数との整合がとりにくくなり、周辺部材が剥離してしまう虞がある。 The glass substrate of the present invention has an average thermal expansion coefficient (100-300°C) at 100°C to 300°C of 50.0 × 10 -7 °C -1 or less and 28.0 to 50.0 × 10 -7 °C -1 . is preferably 33.0 to 47.0×10 -7 ° C. -1 , still more preferably 33.0 to 46.0×10 -7 ° C. -1 , still more preferably 35.0 to 44.0×10 -7 ° C. -1 , still more preferably 36.0 It is in the range of ~43.0×10 -7 °C -1 . When the coefficient of thermal expansion is large, thermal shock and thermal shrinkage tend to increase in the heat treatment process. Moreover, if the thermal expansion coefficient is large, it becomes difficult to reduce the thermal contraction rate. Regardless of whether the coefficient of thermal expansion is large or small, it is difficult to match the coefficient of thermal expansion with the peripheral materials such as metals and thin films formed on the glass substrate, and there is a risk that the peripheral members will peel off.
一般にガラス基板は歪点が低いと、ディスプレイ製造時の熱処理工程において熱収縮が生じやすくなる。本発明のガラス基板は、歪点が、好ましくは710℃以上であり、より好ましくは720℃以上であり、さらに好ましくは730℃以上であり、一層好ましくは735℃以上である。 In general, when a glass substrate has a low strain point, thermal shrinkage tends to occur in a heat treatment process in manufacturing a display. The glass substrate of the present invention preferably has a strain point of 710° C. or higher, more preferably 720° C. or higher, still more preferably 730° C. or higher, and still more preferably 735° C. or higher.
本発明のガラス基板は熱収縮率が、15ppm以下であることが好ましく、13ppm以下、10ppm以下であることがより好ましい。熱収縮率が大きくなり過ぎると、画素の大きなピッチズレを引き起こし、高精細なディスプレイを実現できなくなる。熱収縮率を所定範囲に制御するためには、ガラス基板の歪点を700℃以上あるいは715℃以上とすることが好ましい。なお、熱収縮率を0ppmにしようとすると、徐冷工程を極めて長くすることや、徐冷、切断工程後に熱収縮低減処理(オフライン徐冷)を施すことが求められるが、この場合、生産性が低下し、コストが高騰してしまう。生産性およびコストを鑑みると、熱収縮率は、例えば、0.1ppm~15ppm、あるいは0.5ppm~15ppmであることが好ましく、より好ましくは1ppm~15ppm、さらに好ましくは1ppm~13ppm、一層好ましくは2ppm~10ppmである。 The glass substrate of the present invention preferably has a thermal shrinkage rate of 15 ppm or less, more preferably 13 ppm or less, and more preferably 10 ppm or less. If the heat shrinkage ratio becomes too large, it causes a large pitch deviation of the pixels, making it impossible to realize a high-definition display. In order to control the thermal shrinkage rate within a predetermined range, the strain point of the glass substrate is preferably 700° C. or higher, or 715° C. or higher. In order to make the thermal shrinkage rate 0ppm, it is required to make the slow cooling process extremely long, and to apply heat shrink reduction treatment (offline slow cooling) after slow cooling and cutting process, but in this case, productivity decreases and costs rise. Considering productivity and cost, the thermal shrinkage rate is, for example, preferably 0.1 ppm to 15 ppm, or 0.5 ppm to 15 ppm, more preferably 1 ppm to 15 ppm, still more preferably 1 ppm to 13 ppm, and still more preferably 2 ppm to 10ppm.
尚、熱収縮率は、ガラス基板を500℃の温度で30分間保持し、その後、常温まで放冷する熱処理を施された後の下記式で示される。
熱収縮率(ppm)={熱処理前後のガラスの収縮量/熱処理前のガラスの長さ}×106
このとき、「熱処理前後のガラスの収縮量」とは、「熱処理前のガラスの長さ-熱処理後のガラスの長さ」である。
Incidentally, the thermal shrinkage rate is shown by the following formula after the glass substrate is held at a temperature of 500° C. for 30 minutes and then subjected to a heat treatment by allowing it to cool to room temperature.
Thermal shrinkage rate (ppm) = {Amount of shrinkage of glass before and after heat treatment/Length of glass before heat treatment} x 106
At this time, "the amount of shrinkage of the glass before and after the heat treatment" is "the length of the glass before the heat treatment - the length of the glass after the heat treatment".
本発明のガラス基板は密度が、ガラス基板の軽量化及びディスプレイの軽量化という観点から、好ましくは3.0g/cm3以下、より好ましくは2.9g/cm3以下、さらに好ましくは2.8g/cm3以下である。密度が高くなり過ぎると、ガラス基板の軽量化が困難となり、ディスプレイの軽量化も図り難くなる。 The density of the glass substrate of the present invention is preferably 3.0 g/cm 3 or less, more preferably 2.9 g/cm 3 or less, still more preferably 2.8 g/cm 3 from the viewpoint of weight reduction of the glass substrate and weight reduction of the display. It is below. If the density becomes too high, it becomes difficult to reduce the weight of the glass substrate, and it becomes difficult to reduce the weight of the display.
ガラスの転移点(以下、Tgと記載)が低くなると、ディスプレイ製造の熱処理工程において熱収縮が生じやすくなる傾向がある。本発明のガラス基板はTgが、好ましくは779℃以上、より好ましくは790℃以上、さらに好ましくは795℃以上である。ガラス基板のTgを上記範囲にするには、本発明のガラス基板の組成の範囲において、例えば、SiO2及びAl2O3等の成分を多めにする、あるいはB2O3、RO、R2Oの成分を少なくすることが適当である。 When the glass transition point (hereinafter referred to as Tg) is lowered, thermal shrinkage tends to occur more easily in the heat treatment process for manufacturing displays. The glass substrate of the present invention preferably has a Tg of 779° C. or higher, more preferably 790° C. or higher, and still more preferably 795° C. or higher. In order to make the Tg of the glass substrate within the above range, for example, components such as SiO 2 and Al 2 O 3 are increased, or B 2 O 3 , RO, R 2 are added within the composition range of the glass substrate of the present invention. It is appropriate to reduce the O component.
本発明のガラスは粘度が102.5[dPa・s]を示す温度(以下、熔融温度と記す。)が、好ましくは1680℃以下であり、より好ましくは1500~1680℃の範囲、さらに好ましくは1520~1660℃、一層好ましくは1540~1640℃の範囲である。熔融温度が低いガラスは、歪点が低くなりやすい。歪点を高くするには、熔融温度もある程度高くする必要がある。但し、熔融温度が高いと、熔解槽への負荷が大きくなる。また、エネルギーを大量に使用するため、コストも高くなる。また、ガラス熔解に電気熔解を適用する場合、ガラスではなく、熔解槽を形成する耐熱煉瓦に電流が流れてしまい、熔解槽が破損してしまうことがある。ガラスの熔融温度を上記範囲にするには、本発明のガラス基板の組成の範囲において、粘度を低下させる、例えば、B2O3、RO等の成分を上述した範囲で含有することが適当である。 The temperature at which the glass of the present invention exhibits a viscosity of 10 2.5 [dPa s] (hereinafter referred to as melting temperature) is preferably 1680 ° C. or less, more preferably in the range of 1500 to 1680 ° C., still more preferably 1520 ° C. ~1660°C, more preferably 1540-1640°C. A glass with a low melting temperature tends to have a low strain point. In order to raise the strain point, it is necessary to raise the melting temperature to some extent. However, if the melting temperature is high, the load on the melting tank increases. Moreover, since a large amount of energy is used, the cost is also high. Moreover, when electromelting is applied to melting the glass, the electric current may flow through the heat-resistant bricks forming the melting tank instead of the glass, and the melting tank may be damaged. In order to set the melting temperature of the glass in the above range, it is appropriate to contain, within the range of the composition of the glass substrate of the present invention, components that lower the viscosity, such as B 2 O 3 and RO, within the above range. be.
本発明のガラス基板を製造する際の熔融ガラスは比抵抗(1550℃における)が、好ましくは30~700Ω・cm、より好ましくは30~400Ω・cm、さらに好ましくは30~300Ω・cm、一層好ましくは50~300Ω・cmの範囲である。比抵抗が小さくなりすぎると、熔解に必要な電流値が過大になり、設備上の制約がでる場合がある。また、電極の消耗が多くなる傾向もある。熔融ガラスの比抵抗が大きくなりすぎると、ガラスではなく、熔解槽を形成する耐熱煉瓦に電流が流れてしまい、熔解槽が熔損してしまう場合もある。熔融ガラスの比抵抗は、主に、RO、R2O、Fe2O3の含有量をコントロールすることで、上記範囲に調整できる。 The glass melt used to produce the glass substrate of the present invention has a specific resistance (at 1550°C) of preferably 30 to 700 Ω·cm, more preferably 30 to 400 Ω·cm, still more preferably 30 to 300 Ω·cm, and even more preferably 30 to 300 Ω·cm. is in the range of 50 to 300Ω·cm. If the resistivity is too low, the current value required for melting will be too high, which may impose restrictions on facilities. In addition, there is a tendency that the consumption of the electrodes increases. If the specific resistance of the molten glass becomes too large, the electric current may flow not through the glass but through the heat-resistant bricks forming the melting tank, resulting in the melting damage of the melting tank. The specific resistance of the molten glass can be adjusted within the above range mainly by controlling the contents of RO , R2O and Fe2O3 .
本発明のガラス基板を構成するガラスは、エッチングレートが70μm/h以上であることが好ましい。エッチングレートが速くなると、生産性が向上する。特に、TFT側とカラーフィルタ側のガラス基板を張り合わせた後にガラス基板のエッチングを行い、軽量化を図る場合には、エッチングレートが生産性を左右する。しかし、エッチングレートが高くなりすぎるとディスプレイ製造時の生産性は向上するものの、ガラスの耐失透性が低下してしまう。また、熱収縮率も増大しやすくなる。エッチングレートは好ましくは70~100μm/h 、より好ましくは72~95μm/h、さらに好ましくは75~90μm/hである。ガラスのエッチングレートを高めるためには、SiO2-(1/4×Al2O3)あるいはSiO2/Al2O3の値を小さくすればよい。本発明においては、上記エッチングレートは以下の条件で測定したものと定義する。本明細書におけるエッチングレート(μm/h)とは、ガラス基板を、HF濃度1mol/kg、HCl濃度5mol/kgとなるように調整した40℃のエッチング液に1時間浸漬した場合の、単位時間(1時間)当たりのガラス基板の一方の表面の厚み減少量(μm)である。 The glass constituting the glass substrate of the present invention preferably has an etching rate of 70 μm/h or more. A faster etching rate improves productivity. In particular, when the glass substrates on the TFT side and the color filter side are laminated together and then etched to reduce the weight, the etching rate affects the productivity. However, if the etching rate is too high, the productivity of the display is improved, but the devitrification resistance of the glass is lowered. Also, the thermal shrinkage rate tends to increase. The etching rate is preferably 70-100 μm/h, more preferably 72-95 μm/h, still more preferably 75-90 μm/h. In order to increase the etching rate of glass, the value of SiO 2 -(1/4×Al 2 O 3 ) or SiO 2 /Al 2 O 3 should be decreased. In the present invention, the above etching rate is defined as measured under the following conditions. Etching rate (μm/h) as used herein means the unit time when a glass substrate is immersed for 1 hour in an etching solution adjusted to have an HF concentration of 1 mol/kg and an HCl concentration of 5 mol/kg at 40°C. It is the thickness reduction amount (μm) of one surface of the glass substrate per (1 hour).
本発明のガラス基板は板厚が、例えば、0.1~1.1mm 、あるいは0.3~1.1mmの範囲であることができる。但し、この範囲に限定する意図ではない。板厚は、例えば、0.3~0.7mm、0.3~0.5mmの範囲であることもできる。ガラス板の厚さが薄すぎると、ガラス基板自体の強度が低下する。例えば、フラットパネルディスプレイ製造時の破損が生じやすくなる。板厚が厚すぎると、薄型化が求められるディスプレイには好ましくない。また、ガラス基板の重量が重くなるため、フラットパネルディスプレイの軽量化が図りがたくなる。さらに、TFT形成後にガラス基板のエッチング処理を行う場合には、エッチング処理量が多くなり、コストと時間がかかってしまう。 The thickness of the glass substrate of the present invention can be, for example, in the range of 0.1-1.1 mm, or 0.3-1.1 mm. However, it is not the intention to limit to this range. The plate thickness can also range, for example, from 0.3 to 0.7 mm, from 0.3 to 0.5 mm. If the thickness of the glass plate is too thin, the strength of the glass substrate itself is lowered. For example, damage during flat panel display manufacturing is more likely to occur. If the plate thickness is too thick, it is not preferable for displays that are required to be thin. Moreover, since the weight of the glass substrate increases, it becomes difficult to reduce the weight of the flat panel display. Furthermore, if the glass substrate is etched after the formation of the TFTs, the amount of etching process increases, resulting in cost and time.
本発明のガラス基板は、例えば、アレイ・カラーフィルタ張り合わせ後にガラス基板表面をエッチング処理するフラットパネルディスプレイの製造に用いられる。本発明のガラス基板は、ディスプレイ用ガラス基板に好適である(ただし、CRT(ブラウン管)ディスプレイは除く)。特に本発明のガラス基板は、LTPS-TFTまたはOS-TFTが形成されるフラットパネルディスプレイ用ガラス基板に好適である。具体的には、液晶ディスプレイ用ガラス基板、有機ELディスプレイ用ガラス基板に好適である。特に、LTPS-TFT液晶ディスプレイ用ガラス基板、LTPS-TFT有機ELディスプレイ用ガラス基板に好適である。中でも、高精細が求められる携帯端末などのディスプレイ用ガラス基板に好適である。 The glass substrate of the present invention is used, for example, in the manufacture of flat panel displays in which the surface of the glass substrate is etched after bonding an array and color filter. The glass substrate of the present invention is suitable as a glass substrate for displays (excluding CRT (cathode-ray tube) displays). In particular, the glass substrate of the present invention is suitable for flat panel display glass substrates on which LTPS-TFTs or OS-TFTs are formed. Specifically, it is suitable for liquid crystal display glass substrates and organic EL display glass substrates. In particular, it is suitable for LTPS-TFT liquid crystal display glass substrates and LTPS-TFT organic EL display glass substrates. Among others, it is suitable for glass substrates for displays such as mobile terminals that require high definition.
<フラットパネルディスプレイ>
本発明は、LTPS-TFTまたはOS-TFTをガラス基板表面に形成したフラットパネルディスプレイを包含し、このフラットパネルディスプレイはガラス基板が上記本発明のガラス基板である。本発明のフラットパネルディスプレイは、例えば、液晶ディスプレイまたは有機ELディスプレイであることかできる。
<Flat panel display>
The present invention includes a flat panel display in which LTPS-TFT or OS-TFT is formed on the surface of a glass substrate, and the glass substrate of this flat panel display is the above glass substrate of the present invention. A flat panel display of the present invention can be, for example, a liquid crystal display or an organic EL display.
<ガラス基板の製造方法>
本発明のディスプレイ用ガラス基板の製造方法は、所定の組成に調合したガラス原料を、例えば、少なくとも直接通電加熱を用いて、熔解する熔解工程と、前記熔解工程にて熔解した熔融ガラスを平板状ガラスに成形する成形工程と、前記平板状ガラスを徐冷する徐冷工程と、を有する。 特に、前記徐冷工程は、前記平板状ガラスの熱収縮率を低減するように前記平板状ガラスの冷却条件を制御する工程であることが好ましい。
<Method for manufacturing glass substrate>
The method for producing a glass substrate for a display of the present invention includes a melting step of melting glass raw materials prepared to have a predetermined composition, for example, by using at least direct electric heating, and forming the molten glass melted in the melting step into a flat plate. It has a forming step of forming into glass and a slow cooling step of slowly cooling the flat glass. In particular, the slow cooling step is preferably a step of controlling the cooling conditions of the flat glass so as to reduce the thermal shrinkage of the flat glass.
[熔解工程]
熔解工程においては、所定の組成を有するように調合したガラス原料を、例えば、直接通電加熱及び/又は燃焼加熱を用いて熔解する。ガラス原料は、公知の材料から適宜選択できる。エネルギー効率の観点から、熔解工程では、ガラス原料を、少なくとも直接通電加熱を用いて熔解することが好ましい。また、熔解工程を行う熔解槽は、高ジルコニア系耐火物を含んで構成されることが好ましい。上記所定の組成は、例えば、ガラスの各成分に関して上述した含有量を満たす範囲で適宜調整できる。
[Melting process]
In the melting step, glass raw materials prepared to have a predetermined composition are melted using, for example, direct electric heating and/or combustion heating. Glass raw materials can be appropriately selected from known materials. From the viewpoint of energy efficiency, in the melting step, it is preferable to melt the glass raw materials at least by using direct electric heating. Moreover, it is preferable that the melting tank for performing the melting step is configured to contain a high zirconia-based refractory. The predetermined composition can be adjusted as appropriate within a range that satisfies the above-described content of each component of the glass, for example.
[成形工程]
成形工程では、熔解工程にて熔解した熔融ガラスを平板状ガラスに成形する。平板状ガラスへの成形方法は、例えば、ダウンドロー法、特にオーバーフローダウンドロー法が好適であり、平板状ガラスとしてガラスリボンが成形される。その他、フロート法、リドロー法、ロールアウト法などを適用できる。ダウンドロー法を採用することにより、フロート法など他の成形方法を用いた場合に比べ、得られたガラス基板の主表面が雰囲気以外とは非接触である自由表面で形成されるために、極めて高い平滑性を有しており、成形後のガラス基板表面の研磨工程が不要となるために、製造コストを低減することができ、さらに生産性も向上させることができる。さらに、ダウンドロー法を使用して成形したガラス基板の両主表面は均一な組成を有しているために、エッチング処理を行った際に、成型時の表裏に関係なく均一にエッチングを行うことができる。
[Molding process]
In the forming step, the molten glass melted in the melting step is formed into flat glass. A down-draw method, particularly an overflow down-draw method, is suitable as a method for forming flat glass, and a glass ribbon is formed as flat glass. In addition, a float method, a redraw method, a rollout method, and the like can be applied. By adopting the down-draw method, the main surface of the obtained glass substrate is formed as a free surface that does not come into contact with anything other than the atmosphere, compared to the case of using other molding methods such as the float method. Since it has high smoothness and does not require a step of polishing the surface of the glass substrate after molding, the manufacturing cost can be reduced and productivity can also be improved. Furthermore, since both main surfaces of the glass substrate molded using the down-draw method have a uniform composition, etching can be performed uniformly regardless of the front and back surfaces during molding. can be done.
[徐冷工程]
徐冷時の条件を適宜調整することでガラス基板の熱収縮率をコントロールすることができる。特に、前記平板状ガラスの熱収縮率を低減するように前記平板状ガラスの冷却条件を制御することが好ましい。ガラス基板の熱収縮率は上述のように、15ppm以下であり、好ましくは13ppm以下、より好ましくは1~13ppmである。このような数値の熱収縮率を持つガラス基板を製造するためには、例えば、ダウンドロー法を使用する場合は、平板状ガラスとしてのガラスリボンの冷却速度を、Tgから(Tg-100℃)の温度範囲内において、30~300℃/分とするように徐冷を行うことが好ましい。冷却速度が速すぎると、熱収縮率を十分低減することができない。一方、冷却速度が遅すぎると、生産性が低下すると共に、ガラス製造装置(徐冷炉)が大型化してしまうという問題が生じる。冷却速度の好ましい範囲は、30~300℃/分であり、50~200℃/分がより好ましく、60~120℃/分がさらに好ましい。冷却速度を30~300℃/分とすることで、本発明のガラス基板をより確実に製造することができる。なお、徐冷工程の下流で平板状ガラスを切断した後に、別途オフラインで徐冷を行うことでも熱収縮率は低下させることができるが、この場合、徐冷工程を行う設備の他に、別途オフラインで徐冷を行う設備が必要となる。そのため、上述したように、オフライン徐冷を省略することができるように、徐冷工程において熱収縮率を低減できるように制御したほうが、生産性及びコストの観点からも好ましい。なお、本明細書では、ガラスリボンの冷却速度とは、ガラスリボンの幅方向中央部の冷却速度を示すものとする。
[Slow cooling process]
The heat shrinkage rate of the glass substrate can be controlled by appropriately adjusting the conditions during slow cooling. In particular, it is preferable to control the cooling conditions of the flat glass so as to reduce the thermal shrinkage of the flat glass. As described above, the thermal contraction rate of the glass substrate is 15 ppm or less, preferably 13 ppm or less, and more preferably 1 to 13 ppm. In order to manufacture a glass substrate having such a numerical value of thermal shrinkage, for example, when using the down-draw method, the cooling rate of the glass ribbon as flat glass is changed from Tg to (Tg-100°C) Slow cooling is preferably performed within the temperature range of 30 to 300°C/min. If the cooling rate is too fast, the thermal shrinkage cannot be sufficiently reduced. On the other hand, if the cooling rate is too slow, there arises a problem that the productivity is lowered and the size of the glass manufacturing apparatus (annealer) is increased. A preferable range of the cooling rate is 30 to 300°C/min, more preferably 50 to 200°C/min, and even more preferably 60 to 120°C/min. By setting the cooling rate to 30 to 300° C./min, the glass substrate of the present invention can be produced more reliably. The thermal shrinkage rate can also be reduced by separately performing slow cooling offline after cutting the flat glass downstream of the slow cooling process. Off-line slow cooling equipment is required. Therefore, as described above, it is preferable from the viewpoint of productivity and cost to control the rate of thermal shrinkage in the slow cooling step so as to omit the off-line slow cooling. In this specification, the cooling rate of the glass ribbon indicates the cooling rate of the central portion in the width direction of the glass ribbon.
以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明する。但し、本発明は実施例に限定されるものではない。下記に示す実施例、比較例では、以下説明する物性を計測した。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples. However, the present invention is not limited to the examples. In the examples and comparative examples shown below, the physical properties described below were measured.
(歪点)
示差熱膨張計(株式会社リガク製Thermo Plus2 TMA8310)を用いて、等温ペネトレーション法でガラスの低温粘度を測定した。Vogel Fulcher Tammann式を用いて粘度の近似を行い、ガラスの粘度が10^14.5[dPa・s]を示す温度を算出した。この温度を歪点とした。
(Strain point)
Using a differential thermal dilatometer (Thermo Plus2 TMA8310 manufactured by Rigaku Corporation), the low-temperature viscosity of the glass was measured by the isothermal penetration method. The viscosity was approximated using the Vogel Fulcher Tammann equation, and the temperature at which the viscosity of the glass was 10^14.5[dPa・s] was calculated. This temperature was taken as the strain point.
(失透温度)
ガラスを粉砕し、2380μmのふるいを通過し、1000μmのふるい上に留まったガラス粒を白金ボートに入れた。この白金ボートを、1050~1380℃の温度勾配をもった電気炉内に16時間保持し、その後、炉から取り出して、ガラス内部に発生した失透を50倍の光学顕微鏡にて観察した。失透が観察された最高温度を、失透温度とした。
(devitrification temperature)
The glass was crushed, passed through a 2380 μm sieve, and the glass grains retained on the 1000 μm sieve were placed in a platinum boat. This platinum boat was held in an electric furnace with a temperature gradient of 1050 to 1380° C. for 16 hours, then taken out from the furnace and devitrification generated inside the glass was observed with a 50-fold optical microscope. The maximum temperature at which devitrification was observed was taken as the devitrification temperature.
(100~300℃の範囲における平均熱膨張係数αおよびTgの測定方法)
示差熱膨張計(Thermo Plus2 TMA8310)を用いて測定した。この時の昇温速度は5℃/分とした。測定結果を元に100~300℃の温度範囲における平均熱膨張係数およびTgを求めた。
(Measuring method of average coefficient of thermal expansion α and Tg in the range of 100 to 300°C)
It was measured using a differential thermal dilatometer (Thermo Plus2 TMA8310). The heating rate at this time was 5°C/min. Based on the measurement results, the average thermal expansion coefficient and Tg in the temperature range of 100 to 300°C were obtained.
(熱収縮率)
熱収縮率は、90mm~200mm×15~30mm×0.3~1mmの大きさのガラスについて、ケガキ線法で求めた。熱収縮測定の熱処理としては、エアサーキュレーション炉(Nabertherm製N120/85HA)を用いて、500℃の温度で30分間保持し、室温まで放冷した。
熱収縮率(ppm)={熱処理でのガラスの収縮量/熱処理前のガラスのケガキ線間距離}×106
(Thermal shrinkage rate)
The heat shrinkage rate was determined by the marking line method on a glass having a size of 90 mm to 200 mm×15 to 30 mm×0.3 to 1 mm. As the heat treatment for the heat shrinkage measurement, an air circulation furnace (N120/85HA manufactured by Nabertherm) was used, the temperature was maintained at 500°C for 30 minutes, and the material was allowed to cool to room temperature.
Thermal shrinkage rate (ppm) = {Amount of shrinkage of glass during heat treatment/Distance between marking lines of glass before heat treatment} x 10 6
なお、ガラス原料を白金ルツボで熔解した後に鉄板上に流し出し、冷却固化して得たガラスの熱収縮を測定する場合は、0.5mmの厚さとなるように切断・研削・研磨を施し、電気炉を用いて、Tg+15℃の温度で30分間保持した後、降温速度150~250℃/分の速度で炉外へ取り出したガラスを用いた。 When measuring the heat shrinkage of the glass obtained by melting the glass raw materials in a platinum crucible, pouring them onto an iron plate, and cooling and solidifying them, the glass should be cut, ground, and polished to a thickness of 0.5 mm, and an electric Using a furnace, the glass was held at a temperature of Tg+15° C. for 30 minutes and then removed from the furnace at a cooling rate of 150 to 250° C./min.
(密度)
ガラスの密度は、アルキメデス法によって測定した。
(density)
The density of the glass was measured by the Archimedes method.
(エッチングレート)
エッチングレート(μm/h)は、ガラス(12.5mmx20mmx0.7mm)を、HF濃度1mol/kg、HCl濃度5mol/kgとなるように調整した40℃のエッチング液(200mL)に1時間浸漬した場合の厚み減少量(μm)を測定し、単位時間(1時間)当たりのガラス基板の一方の表面の厚み減少量(μm)を算出することで求めた。
(Etching rate)
Etching rate (μm/h) is obtained by immersing glass (12.5 mm x 20 mm x 0.7 mm) in an etching solution (200 mL) at 40°C with an HF concentration of 1 mol/kg and an HCl concentration of 5 mol/kg for 1 hour. The thickness reduction amount (μm) was measured, and the thickness reduction amount (μm) of one surface of the glass substrate per unit time (1 hour) was calculated.
以下、実施例の組成と評価について説明する。
表1に示すガラス組成になるように、実施例1~32のガラスを以下の手順に従って作製した。得られたガラスについて、歪点、失透温度、Tg、100~300℃の範囲における平均熱膨張係数(α)、熱収縮率、密度、エッチングレートを求めた。
Compositions and evaluations of examples will be described below.
Glasses of Examples 1 to 32 were produced according to the following procedure so as to have the glass compositions shown in Table 1. The strain point, devitrification temperature, Tg, average thermal expansion coefficient (α) in the range of 100 to 300° C., thermal contraction rate, density and etching rate of the obtained glass were determined.
表1に示すガラス組成となるように、各成分の原料を調合して熔解、清澄、成形を行った。 Raw materials for each component were mixed so as to obtain the glass composition shown in Table 1, and then melted, clarified, and molded.
上記のように得られた実施例1~32は、失透温度が1350℃以下であり、歪点が710℃以上であり、ガラス転移温度が779℃以上であり、エッチングレートが70μm/h以上であった。また、直接通電加熱を用いてガラス原料を熔解し、オーバーフローダウンドロー法でガラス基板を製造した場合にも、同様の結果が得られた。したがって、これらのガラスを用いることで、オーバーフローダウンドロー法により、LTPS-TFTが適用されるディスプレイに用いることが可能な、ガラス基板を製造することができる。また、これらのガラス基板は、OS-TFT用ガラス基板としても適したものである。 Examples 1 to 32 obtained as described above have a devitrification temperature of 1350° C. or lower, a strain point of 710° C. or higher, a glass transition temperature of 779° C. or higher, and an etching rate of 70 μm/h or higher. Met. Similar results were also obtained when glass raw materials were melted using direct electric heating and glass substrates were manufactured by the overflow down-draw method. Therefore, by using these glasses, it is possible to manufacture glass substrates that can be used in displays to which LTPS-TFTs are applied by the overflow down-draw method. These glass substrates are also suitable as OS-TFT glass substrates.
本発明は、ガラス基板に関する分野に有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful in fields related to glass substrates.
Claims (7)
SiO2 69~72%
Al2O3 11~15%
B2O3 0.5~1.8%
MgO 1~4%
CaO 4~7%
SrO 0~1%
BaO 4~7%
K2O 0.01~0.5%
P2O5 0.1~2.0%
B2O3/P2O5 0.25~5
CaO/BaO 0.6~1.2
を有するガラスからなり、
歪点が730℃以上であり、
ガラス転移温度が779℃以上であり、
エッチングレートが78μm/h以上である、ディスプレイ用ガラス基板。 SiO 2 69-72% in mol % as glass composition
Al 2 O 3 11-15%
B2O3 0.5-1.8 %
MgO 1-4%
CaO 4-7%
SrO 0-1%
BaO 4-7%
K2O 0.01-0.5%
P2O5 0.1-2.0 %
B 2 O 3 /P 2 O 5 0.25-5
CaO/BaO 0.6-1.2
made of glass having
The strain point is 730 ° C. or higher,
The glass transition temperature is 779° C. or higher,
A display glass substrate having an etching rate of 78 μm/h or more .
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