DE69916683T2

DE69916683T2 - Glassubstrat für Bildschirme

Info

Publication number: DE69916683T2
Application number: DE69916683T
Authority: DE
Inventors: Tetsuya Yokohama-shi Nakashima; Kei Yokohama-shi Maeda; Yasumasa Yokohama-shi Nakao
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1998-02-27
Filing date: 1999-02-26
Publication date: 2005-04-28
Anticipated expiration: 2019-02-27
Also published as: US6313052B1; EP0939060A1; EP0939060B1; DE69916683D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Glas, das als ein Substrat für einen Flachbildschirm wie einen Feldemissionsbildschirm (FED), einen Plasmabildschirm (PDP) oder dergleichen oder ebenso als ein Substrat für eine Solarzelle verwendet wird.
Im Hinblick auf einen Flachbildschirm sind verschiedene Anzeigesysteme entwickelt worden, und ein bedeutendes unter ihnen ist eine selbstleuchtende Systemanzeige, in der Elektroden auf einem vorderen Glassubstrat und einem hinteren Glassubstrat gebildet werden und ein Phosphor angeregt wird, um unter Verwendung eines Elektronenstrahls oder einer Entladung die zwischen zwei Substraten erzeugt wird, Licht zu emittieren. Typische Beispiele umfassen FED und PDP.
Im Hinblick auf FED sind verschiedene Systeme vorgeschlagen worden und alle von ihnen setzen ein System ein, bei dem ein Elektronenstrahl, der an einer Elektrode auf dem hinteren Glassubstrat erzeugt wurde in Richtung einer transparenten Elektrode auf dem vorderen Glassubstrat gestrahlt wird, und ein Phosphor, der auf der transparenten Elektrode gebildet wurde, angeregt wird, um Licht zu emittieren. Da es notwendig ist, den Strahlungsraum in einem Vakuum zu halten, auf dieselbe Weise wie in einer Kathodenstrahlröhre, werden das vordere Glassubstrat und das hintere Glassubstrat so fixiert, daß sie sich gegenüberliegen, und ihre Umgebung wird schmelz-versiegelt und mit einem Vakuum versehen und ein gemischtes Gas aus Xe-Ne wird hierin eingebracht.
In beiden Systemen von FED und PDP ist es üblich (1) eine transparente Elektrode direkt auf einem vorderen Glassubstrat zu bilden und (2) die Umgebung eines vorderen Glassubstrates und eines hinteren Glassubstrates, die so fixiert sind, daß sie sich gegenüberliegen, Schmelz-zu-versiegeln. Als die transparente Elektrode wird normalerweise ITO (In₂O₃ : Sn) oder SnO₂ verwendet.
Überdies wird stark angenommen, daß eine Solarzelle, die eine reine Energiequelle ist, eine Energiequelle der nächsten Generation ist. Insbesondere ist vor kurzem eine Solarzelle als ein dünner Film erwähnenswert geworden, die amorphes Silicium einsetzt, da eine Solarzelle mit relativ niedrigen Kosten hergestellt werden kann.
Da eine Solarzelle oft draußen verwendet wird, muß ihr Substrat für Licht transparent und abriebbeständig sein, und derzeit wird Natron-Kalk-Kieselsäureglas mit diesen hervorragenden Eigenschaften verwendet. In diesem Fall wird ebenso eine transparente Elektrode wie SnO₂ auf einem Glassubstrat gebildet.
Im Hinblick auf Glas, das als ein Substrat für einen Flachbildschirm wie FED, PDP oder dergleichen verwendet wird, ist zusätzlich zu einem Natron-Kalk-Kieselsäureglas mit einem durchschnittlichen Wärmeausdehnungskoeffizient (nachstehend einfach „Wärmeausdehnungskoeffizient" genannt) von 85 × 10^–7/°C bei 50 bis 350°C ein Glas mit einem hohen unteren Kühlpunkt und einer verbesserten Hitzebeständigkeit bekannt. Beispielsweise offenbart JP-A-7-257937 eine Glaszusammensetzung, die im wesentlichen aus 56 bis 60 Gew.-% SiO₂, 10 bis 16 Gew.-% Al₂O₃, 1 bis 4 Gew.-% ZrO₂, 0 bis 3 Gew.-% TiO₂, 0 bis 4 Gew.-% MgO, 3 bis 9 Gew.-% CaO, 0 bis 4 Gew.-% SrO, 2 bis 8 Gew.-% BaO, 0 bis 3 Gew.-% ZnO, 3 bis 7 Gew.-% Na₂O, 5 bis 10 Gew.-% K₂O und höchstens 16 Gew.-% MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO besteht und das in dem Beispiel veranschaulichte Glas weist einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 77,3 × 10^–7 bis 87,3 × 10^–7/°C auf.
Jedoch weisen ITO oder SnO₂, die als eine transparente Elektrode verwendet werden, einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa 40 × 10^–7/°C auf, während Glas einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von zumindest 77 × 10^–7/°C aufweist. Daher ist der Unterschied des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen den beiden Materialien enorm. Aus diesem Grund gibt es dahingehend Probleme, daß die transparente Elektrode, die auf dem Glassubstrat gebildet wurde, abgetrennt (abge löst) wird oder aufgrund der Ausdehnung oder Schrumpfen, hervorgerufen durch Temperaturveränderungen, Risse verursacht.
Andererseits ist ein sich wenig ausdehnendes Glas mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von höchstens 50 × 10^–7/°C bekannt, das als ein Substrat für eine Flüssigkristallanzeige verwendet wird. Beispielsweise offenbart US-Patent Nr. 5,348,916 ein alkali-freies Glas, umfassend SiO₂, Al₂O₃, B₂O₃, MgO, CaO, SrO und BaO als die wesentlichen Komponenten, und das in dem hierin offenbarten Beispiel veranschaulichte Glas weist einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 34 × 10^–7 bis 49 × 10^–7/°C auf. In diesem Fall ist der Unterschied der Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Glas und einer transparenten Elektrode klein und es werden weniger Probleme hervorgerufen wie die Abtrennung der transparenten Elektrode oder Risse in der transparenten Elektrode.
Jedoch ist ein Frittenmaterial, das dafür geeignet ist, zwei Schichten von Substraten aus einem sich so gering ausdehnenden Glas schmelz-zu-versiegeln beispielsweise ein Frittenmaterial zum Versiegeln eines Aluminiumoxid-Keramiksubstrates, aber ein solches Frittenmaterial erfordert eine hohe Einbrenntemperatur, bei der die Gefahr besteht, daß ein Material zur Bildung von Bildelementen einer chemischen Veränderung unterzogen wird oder erweicht wird und fließt.
Außerdem ist ein Glas mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von 60 × 10^–7 bis 75 × 10^–7/°C bekannt, das als ein Substrat für PDP oder dergleichen verwendet wird.
JP-A-3-170343 offenbart eine Glaszusammensetzung mit einem unteren Kühlungspunkt von zumindest 680°C, einem Glaserweichungspunkt von zumindest 900°C und einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von 60 × 10^–7 bis 75 × 10^–7/°C, die im wesentlichen aus 52 bis 65 Gew.-% SnO₂, 1 bis 10 Gew.-% Al₂O₃, 30 bis 45 Gew.-% MgO + CaC + SrO + BaO, 0,5 bis 6 Gew.-% ZrO₂, 0 bis 3 Gew.-% SnO₂ + TiO₂, 0 bis 0,5 Gew.-% SO₃ + As₂O₃ + Sb₂O₃ und 0 bis 5 Gew.-% La₂O₃ besteht.
JP-A-9-249430 offenbart eine Glaszusammensetzung für ein Substrat, die im wesentlichen aus 56 bis 65 Gew.-% SiO₂, mehr als 15 bis 23 Gew.-% Al₂O₃, 0 bis 7 Gew.-% MgO, 0 bis 8 Gew.-% CaO, 4 bis 15 Gew.-% MgO + CaO, 0 bis 9 Gew.-% Na₂O; 0 bis 11 Gew.-% K₂O, 8 bis weniger als 12 Gew.-% Na₂O + K₂O und 0 bis 2 Gew.-% ZrO₂ besteht.
Ferner sind D263 von Schott und #0211 von Corning Incorporated als ein Glas mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa 72 × 10^–7/°C für ein Substrat bekannt.
Werden diese Gläser als ein Substrat verwendet, besteht weniger die Gefahr, daß Probleme auftreten, wie die Abtrennung einer transparenten Elektrode oder Risse in der transparenten Elektrode, da der Unterschied im Wärmeausdehnungskoeffizienten der Gläser und der transparenten Elektrode relativ klein ist. Im Falle der Verwendung dieser Gläser ist es ebenso möglich, das Schmelzversiegeln ohne die Anwendung eines Frittenmaterials, das eine hohe Einbrenntemperatur erfordert, durchzuführen. Das in JP-A-3-170343 offenbarte Glas weist jedoch eine hohe relative Dichte auf und hellt Elemente nur schwer auf. Im Übrigen weisen alle Gläser, die in den hierin offenbarten Beispielen veranschaulicht werden relative Dichten von zumindest 2,9 auf, berechnet durch ein mathematisches Modell von Glaszusammensetzung – physikalische Eigenschaft, die den oberen Grenzwert 2,6 einer bevorzugten relativen Dichte übersteigt. Das in JP-A-9-249430 offenbarte Glas weist ebenso einen hohen Al₂O₃-Gehalt auf, der 15 Gew.-% übersteigt, was dahingehend zu einem Problem führt, daß ein schmelzgeformter Stein vom Al₂O₃-ZrO₂-SiO₂-Typ oder ein schmelzgeformter Stein vom Al₂O₃-Typ, der zum Teil mit einem geschmolzenen Glas in einem Glasschmelzofen in direkten Kontakt kommt, korrodiert. Ferner weist sowohl das D263 von Schott und das #211 von Corning Incorporated einen hohen ZnO-Gehalt von zumindest 6 Gew.-% auf, und demzufolge besteht die Gefahr, daß im Falle der Formung durch ein Floatverfahren, Entglasung auftritt.
Andererseits wird herkömmlich Natron-Kalk-Kieselsäureglas als ein Substrat für eine Solarzelle verwendet. Natron-Kalk-Kieselsäureglas enthält jedoch Alkalioxide wie Na₂O, K₂O und dergleichen in einer Gesamtmenge von 14,5 Gew.-% und diese Alkalikomponenten werden durch die transparente Elektrode in eine transparente Elektrode oder in amorphes Silicium diffundieren, wobei sich die Leistungen einer Solarzelle verschlechtern. Wird ein Natron-Kalk-Kieselsäureglas ferner für einen TEXT FÄHLT larzelle verschlechtern. Wird ein Natron-Kalk-Kieselsäureglas ferner für einen langen Zeitraum draußen eingesetzt, verursachen die Alkalikomponenten in dem Glas und die Luftfeuchtigkeit das „Fleckenphänomen", wobei die Transparenz verringert wird und ein Problem dahingehend erwächst, daß die Abtrennung der transparenten Elektrode verursacht wird. Weiterhin wird die transparente Elektrode aufgrund des enormen Unterschiedes der Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Glas und der transparenten Elektrode, abgetrennt (abgelöst) oder es treten Risse in der transparenten Elektrode auf.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die oben genannten Probleme zu lösen und ein Glas für ein Substrat bereitzustellen, das fließ-formbar ist; und das einen schmelzgeformten Stein zum Glasschmelzen nicht korrodiert.

Daher liefert die vorliegende Erfindung ein Glas für ein Substrat mit einem durchschnittlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten im Bereich von 60 × 10^–7 bis 74 × 10^–7/°C bei 50 bis 350°C, das im wesentlichen aus der folgenden Zusammensetzung, ausgedrückt in Gew.-%, besteht:

	Gew.-%
SiO₂	mehr als 62 bis 74,
Al₂O₃	1 bis höchstens 12,
MgO	0 bis 9,
CaO	0 bis 14,
Na₂O	0 bis 12,
K₂O	0 bis 13,
SiO₂ + Al₂O₃	72 bis 82,
MgO + CaO	5 bis 24,
Na₂O + K₂O	1 bis 15,
MgO + CaO + Na₂O + K₂O	18 bis 25.

Das Glas der vorliegenden Erfindung wird normalerweise als ein Substrat für einen Flachbildschirm wie FED, PDP oder dergleichen verwendet. Eine transparente Elektrode wird auf dem Substrat gebildet, und die transparente Elektrode wird mit einem niedrigschmelzenden Glas beschichtet. Die Beschichtung mit dem niedrigschmelzenden Glas wird normalerweise durch die Herstellung einer Paste aus einer niedrigschmelzenden Glasfritte, Beschichtung der Paste und dann Einbrennen, durchgeführt.
Das Glas der vorliegenden Erfindung weist einen durchschnittlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten (nachstehend einfach „Wärmeausdehnungskoeffizient" genannt) im Bereich von 60 × 10^–7 bis 74 × 10^–7/°C bei 50 bis 350°C auf. Ist der Wärmeausdehnungskoeffizient kleiner als 60 × 10^–7/°C, wird der Unterschied der Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen einer transparenten Elektrode und einer niedrigschmelzenden Glasfritte, die beschichtet werden soll, zu groß und es besteht die Gefahr, daß Risse oder die Abtrennung der Schicht, die das niedrigschmelzende Glas enthält, verursacht werden. Daher beträgt der Wärmeausdehnungskoeffizient vorzugsweise zumindest 61 × 10^–7/°C. Ist der Wärmeausdehnungskoeffizient größer als 75 × 10^–7/°C, wird der Unterschied der Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Glas und der transparenten Elektrode zu groß, wobei die Gefahr besteht, daß Risse oder die Abtrennung der transparenten Elektrode verursacht werden. Daher beträgt der Wärmeausdehnungskoeffizient höchstens 74 × 10^–7/°C.
Das Glas der vorliegenden Erfindung weist vorzugsweise eine relative Dichte von weniger als 2,6 auf. Beträgt die relative Dichte nicht weniger als 2,6, wird es schwierig, die Elemente des Flachbildschirms aufzuhellen. Daher beträgt die relative Dichte stärker bevorzugt höchstens 2,55.
Das Glas der vorliegenden Erfindung weist vorzugsweise eine Temperatur (nachstehend als „Bildungstemperatur" bezeichnet) von höchstens 1.300°C auf, bei der die Viskosität 10³ Pa·s (10⁴ P) beträgt. Übersteigt die Bildungstemperatur 1.300°C, wird die Temperatur zur Bildung des Glases der vorliegenden Erfindung zu hoch und es wird schwierig das Glas zu bilden. Auch wenn das Glas der Erfindung durch ein Floatverfahren gebildet wird, wird die Floatbadtemperatur zu hoch und die Verdampfung von geschmolzenem Zinn in dem Floatbad wird zu hoch. Im Ergebnis wird die Zinnkonzentration in der Atmosphäre in dem Floatbad zu hoch und das Zinn in der Atmosphäre wird kondensiert und die Zinndeffekte, die auf der Glasbandoberfläche in dem Floatbad erzeugt werden, nehmen zu. Daher beträgt die Bildungstemperatur vorzugsweise höchstens 1.270°C, stärker bevorzugt höchstens 1.250°C.
Das Glas der vorliegenden Erfindung weist vorzugsweise eine Glasübergangstemperatur von zumindest 620°C auf. Ist die Glasübergangstemperatur kleiner als 620°C, verursacht ein Substrat, das dieses Glas einsetzt, Verformung, Schrumpfen und dergleichen, wenn es einer warmen Umgebung ausgesetzt wird und kann nur schwer mit einer transparenten Elektrode, die auf einem gegenüberliegenden Substrat gebildet wurde, bei einer genauen Position genau kombiniert werden. Daher beträgt die Glasübergangstemperatur vorzugsweise zumindest 630°C.
Andererseits weist das Glas der vorliegenden Erfindung vorzugsweise eine Glasübergangstemperatur von höchstens 700°C auf. Ist die Glasübergangstemperatur größer als 700°C wird die Glasbandtemperatur am Auslaß des Floatbades zu hoch, wenn das Glas der vorliegenden Erfindung durch ein Floatverfahren gebildet wird, und es tritt das Problem auf, daß sich die Menge an geschmolzenem Zinn, das von dem Glasband auf eine Transportwalze abgeschieden wird, die nach dem Floatbad angeordnet ist, erhöht. Im Ergebnis besteht die Gefahr, daß das geschmolzene Zinn, das auf der Transportwalze abgeschieden wurde, die Qualität des so erhaltenen Produktes schädigt. Daher beträgt die Glasübergangstemperatur des Glases der Erfindung vorzugsweise höchstens 690°C, stärker bevorzugt höchstens 680°C.
Die Liquidustemperatur des Glases der vorliegenden Erfindung ist bevorzugt nicht höher als die Bildungstemperatur. Ist die Liquidustemperatur des Glases der vorliegenden Erfindung höher als die Bildungstemperatur, besteht die Gefahr, daß das Glas in dem Glasschmelzofen oder bei der Bildung durch ein Floatverfahren entglast. Die Liquidustemperatur ist vorzugsweise 20°C geringer als die Bildungstemperatur, stärker bevorzugt 40°C geringer als die Bildungstemperatur.

Das Glas der vorliegenden Erfindung besteht im wesentlichen aus der folgenden Zusammensetzung, ausgedrückt in Gew.-%:

SiO₂	mehr als 62 bis 74,
Al₂O₃	1 bis höchstens 12,
MgO	0 bis 9,
CaO	0 bis 14,
Na₂O	0 bis 12,
K₂O	0 bis 13,
SiO₂ + Al₂O₃	72 bis 82,
MgO + CaO	5 bis 24,
Na₂O + K₂O	1 bis 15,
MgO + CaO + Na₂O + K₂O	18 bis 25.

Das Glas der vorliegenden Erfindung besteht im wesentlichen vorzugsweise aus der folgenden Zusammensetzung, ausgedrückt in Gew.-%:

SiO₂	mehr als 62 bis 74,
Al₂O₃	3 bis höchstens 12,
MgO	0 bis 7,
CaO	0 bis 13,
Na₂O	0 bis 10,
K₂O	0 bis 11,
SiO₂ + Al₂O₃	72 bis 82,
MgO + CaO	5 bis 20,
Na₂O + K₂O	3 bis 14,
MgO + CaO + Na₂O + K₂O	18 bis 25.

Das Glas der vorliegenden Erfindung besteht stärker bevorzugt im wesentlichen aus der folgenden Zusammensetzung, ausgedrückt in Gew.-%:

SiO₂	65 bis 73,
Al₂O₃	5 bis 12,
MgO	1 bis 5,
CaO	2 bis 11,
Na₂O	2 bis 8,
K₂O	2 bis 10,
SiO₂ + Al₂O₃	74 bis 81,
MgO + CaO	6 bis 15,
Na₂O + K₂O	5 bis 13,5,
MgO + CaO + Na₂O + K₂O	18,5 bis 25.

Das Glas der vorliegenden Erfindung besteht am stärksten bevorzugt im wesentlichen aus der folgenden Zusammensetzung, ausgedrückt in Gew.-%:

SiO₂	68 bis 72,
Al₂O₃	6 bis 10,
MgO	2 bis 4,
CaO	4 bis 10,
Na₂O	4 bis 6,
K₂O	4 bis 9,
SiO₂ + Al₂O₃	76 bis 80,
MgO + CaO	7 bis 13,
Na₂O + K₂O	7 bis 13,
MgO + CaO + Na₂O + K₂O	19 bis 23.

Die Gründe der Einschränkung der Zusammensetzung des Glases der vorliegenden Erfindung werden nachstehend beschrieben und „Gew.-%" wird nachstehend einfach als „%" ausgedrückt.
SiO₂ ist eine wesentliche Komponente zur Bildung der grundlegenden Struktur des Glases. Ist die Menge an SiO₂ kleiner ist als 62% werden die Hitzebeständigkeit und die chemische Haltbarkeit verringert. Daher beträgt die Menge an SiO₂ vorzugsweise zumindest 65%, stärker bevorzugt zumindest 68%. Wenn die Menge an SiO₂ ande rerseits 74% übersteigt, wird der Wärmeausdehnungskoeffizient verringert. Daher beträgt die Menge an SiO₂ vorzugsweise höchstens 73%, stärker bevorzugt höchstens 72%.
Al₂O₃ verbessert die chemische Haltbarkeit und ist eine wichtige Komponente zur Reduzierung von „Flecken". Ist die Menge an Al₂O₃ kleiner als 1%, ist seine Wirkung klein. Daher beträgt die Menge an Al₂O₃ vorzugsweise zumindest 3%, stärker bevorzugt zumindest 5%, am stärksten bevorzugt zumindest 6%. Wenn die Menge an Al₂O₃ 15% übersteigt, besteht die Gefahr, daß die Korrosion eines schmelzgeformten Steins vom Al₂O₃-ZrO₂-SiO₂-Typ oder eines schmelzgeformten Steins vom Al₂O₃-Typ heftig wird und die Bildungstemperatur zu hoch wird, um die Floatbildung zufriedenstellend durchzuführen. Daher beträgt die Menge an Al₂O₃ höchstens 12%, stärker bevorzugt höchstens 10%.
Ist die Gesamtmenge an SiO₂ und Al₂O₃ kleiner als 72%, werden die Hitzebeständigkeit und die chemische Haltbarkeit verringert. Daher beträgt die Gesamtmenge an SiO₂ und Al₂O₃ bevorzugt zumindest 74%, stärker bevorzugt zumindest 76%. Wenn die Gesamtmenge an SiO₂ und Al₂O₃ andererseits 82% übersteigt, wird der Wärmeausdehnungskoeffizient verringert und die Bildungstemperatur wird zu hoch. Daher beträgt die Gesamtmenge an SiO₂ und Al₂O₃ bevorzugt höchstens 81%, stärker bevorzugt höchstens 80%.
MgO und CaO sind jeweils keine wichtigen Komponenten, im Hinblick auf die Verringerung der Viskosität des geschmolzenen Glases zur Erleichterung des Schmelzens, kann MgO jedoch in einer Menge von höchstens 9% und CaO in einer Menge von höchstens 14% enthalten sein. Übersteigen die Mengen an MgO und CaO diese oberen Grenzen, wird der Wärmeausdehnungskoeffizient des Glases zu hoch und die Liquidustemperatur wird ebenso zu hoch. Daher beträgt die Menge an MgO vorzugsweise höchstens 7%, stärker bevorzugt höchstens 5%, am stärksten bevorzugt höchstens 4% und die Menge an CaO beträgt vorzugsweise höchstens 13%, stärker bevorzugt höchstens 11%, am stärksten bevorzugt höchstens 10%. Ferner ist es im Hinblick auf die Verringerung der Viskosität das geschmolzenen Glases zur Erleichterung des Schmelzens bevorzugt, MgO und CaO in jeweiligen Mengen von zumindest 1% und zumindest 2%, stärker bevorzugt jeweils zumindest 2% und zumindest 4% zuzugeben.
Ist die Gesamtmenge an MgO und CaO kleiner als 5%, wird die Viskosität des geschmolzenen Glases zu hoch und das Glas ist schwer schmelzbar. Daher beträgt die Gesamtmenge an MgO und CaO vorzugsweise zumindest 6%, stärker bevorzugt zumindest 7%. Übersteigt die Gesamtmenge an MgO und CaO andererseits 24%, wird der Wärmeausdehnungskoeffizient zu groß und die Liquidustemperatur wird zu hoch. Daher beträgt die Gesamtmenge an MgO und CaO vorzugsweise höchstens 20%, stärker bevorzugt höchstens 15%.
Na₂O und K₂O sind jeweils keine wichtigen Komponenten, können aber jeweils in Mengen von höchstens 12% und höchstens 13% enthalten sein, um die Viskosität des geschmolzenen Glases zur Erleichterung des Schmelzens zu verringern. Übersteigen die Mengen dieser Komponenten die oben genannten oberen Grenzen, wird der Wärmeausdehnungskoeffizient zu groß und die chemische Haltbarkeit wird verringert. Daher betragen die Mengen an diesen Komponenten vorzugsweise jeweils höchstens 10% und höchstens 11%, stärker bevorzugt höchstens 8% und höchstens 10%. Ebenso sind Na₂O und K₂O in jeweiligen Mengen von vorzugsweise zumindest 2%, stärker bevorzugt zumindest 4% enthalten.
Ist die Gesamtenge an Na₂O und K₂O kleiner als 1%, wird die Viskosität des geschmolzenen Glases zu hoch, und das Glas wird schwer schmelzbar. Daher beträgt die Gesamtmenge an Na₂O und K₂O vorzugsweise zumindest 3%, stärker bevorzugt zumindest 5%, am stärksten bevorzugt zumindest 7%. Wenn die Gesamtmenge an Na₂O und K₂O andererseits jedoch 15% beträgt, wird der Wärmeausdehnungskoeffizient zu groß und die chemische Haltbarkeit wird verringert. Daher beträgt die Gesamtmenge an Na₂O und K₂O vorzugsweise höchstens 14%, stärker bevorzugt höchstens 13,5%.
Ist die Menge an MgO, CaO, Na₂O und K₂O kleiner als 18%, wird die Viskosität des geschmolzenen Glases zu hoch, und das Glas kann nur schwer geschmolzen werden. Daher beträgt die Gesamtmenge vorzugsweise zumindest 18,5%, stärker be vorzugt zumindest 19%. Übersteigt die Gesamtmenge auf der anderen Seite jedoch 28%, wird der Wärmeausdehnungskoeffizient des Glases zu hoch und die Liquidustemperatur wird zu hoch und die chemische Haltbarkeit wird verringert. Daher beträgt die Gesamtmenge höchstens 25%, stärker bevorzugt höchstens 23%.
Das Glas der vorliegenden Erfindung besteht im wesentlichen aus den oben genannten Komponenten, kann jedoch ferner die folgenden Komponenten in einer Gesamtmenge von höchstens 5% enthalten.
Daher kann das Glas der vorliegenden Erfindung ferner ein Läuterungsmittel wie SO₃, As₂O₃, Sb₂O₃ und dergleichen in einer Gesamtmenge von höchstens 1%, ein Färbemittel wie Fe₂O₃, NiO, CoO und dergleichen in einer Gesamtmenge von höchstens 2% und TiO₂, CeO₂ oder dergleichen zur Verhinderung der Elektronenstrahlenbräunung in einer Gesamtmenge von höchstens 2% enthalten. Ebenso können SrO, BaO und ZnO jeweils in einer Menge von höchstens 2% und in einer Gesamtmenge von höchstens 2% enthalten sein, um die gleiche Wirkung wie mit CaO und MgO zu erzielen. Wenn die jeweilige Menge von SrO und BaO 2% übersteigt, besteht die Gefahr, daß die relative Dichte des Glases zu groß wird. Wenn die Menge an ZnO 2% übersteigt, besteht ebenso die Gefahr, daß die Liquidustemperatur zu hoch wird.
Ebenso kann Li₂O in einer Menge von höchstens 1% enthalten sein, um die gleiche Wirkung wie mit Na₂O und K₂O zu erzielen. Wenn die Menge an Li₂O jedoch 1% übersteigt, besteht die Gefahr, daß die Glasübergangstemperatur zu gering wird.
Um ebenso die Viskosität des geschmolzenen Glases zur Erleichterung des Schmelzens zu verringern, kann B₂O₃ in einer Menge von höchstens 1% enthalten sein. Übersteigt die Menge an B₂O₃ 1%, besteht die Gefahr, daß die Glasübergangstemperatur zu gering wird.
Um ferner die Glasübergangstemperatur zu erhöhen, kann ZrO₂ in einer Menge von höchstens 2% enthalten sein. Wenn die Menge an ZrO₂ 2% übersteigt, besteht die Gefahr, daß die relative Dichte des Glases zu hoch wird.
Das Verfahren zur Herstellung des Glases der vorliegenden Erfindung ist nicht besonders eingeschränkt, und es können verschiedene Herstellungsverfahren eingesetzt werden. Zum Beispiel werden üblicherweise verwendete Rohmaterialien vermischt, um so die Zielzusammensetzung zu erhalten und die Zusammensetzung wird erwärmt und in einem Glasschmelzofen geschmolzen. Das Glas wird durch Blasenbildung, Zugabe eines Läuterungsmittels, Rühren oder andere Mittel, homogenisiert und das Glas wird durch ein allgemein bekanntes Verfahren wie ein Preßverfahren, ein Streckverfahren, ein Floatverfahren oder dergleichen in eine vorbestimmte Plattendicke geformt und wird langsam abgekühlt und Verarbeitungsbehandlungen unterzogen wie Schleifen, Glätten und dergleichen, um ein Substrat mit einer vorbestimmten Größe und Form zu erhalten.
Beispiele
In bezug auf die Beispiele 1 bis 4 wurden Ausgangsmaterialien aus den jeweiligen Materialien gemischt, um so derartige Zielzusammensetzungen zu erhalten, wie sie in Gew.-% in der folgenden Tabelle gezeigt werden, und wurden in einem Platin-Schmelztiegel bei 1.550 bis 1.650°C 4 Stunden geschmolzen und das geschmolzene Glas wurde zu einem plattenförmigen Produkt gegossen und dann stufenweise abgekühlt. Während des Schmelzens für 4 h wurde das geschmolzene Glas durch einen Platinrührer gerührt, um das Glas zu homogenisieren.
In bezug auf die Bespiele 1 und 2 wurden die jeweiligen physikalischen Eigenschaften, wie in der folgenden Tabelle gezeigt, gemessen. In bezug auf die Beispiele 3 und 4 wurde nur die Liquidustemperatur gemessen und andere jeweilige physikalische Eigenschaften wurden gemäß einem mathematischen Modell von Glaszusammensetzung – physikalische Eigenschaft berechnet. Die Liquidustemperaturen der Beispiele 3 und 4 waren geringer als 1.200°C.
In bezug auf die Beispiele 5 bis 19 wurden die jeweiligen physikalischen Eigenschaften gemäß einem mathematischen Modell von Glaszusammensetzung – physikalische Eigenschaft berechnet.
Die Beispiele 1 bis 4, 6, 9 bis 12 und 15 bis 19 veranschaulichen Beispiele der vorliegenden Erfindung und die Beispiele 20 bis 24 veranschaulichen Vergleichsbeispiele. Beispiel 20 veranschaulicht Natron-Kalk-Kieselsäureglas, Beispiel 21 veranschaulicht das in JP-A-3-170343 offenbarte Glas und die Beispiele 22 bis 24 veranschaulichen die in JP-A-9-249430 offenbarten Gläser.
Die jeweiligen physikalischen Eigenschaften, die in der folgenden Tabelle gezeigt werden, wurden gemäß der folgenden Verfahren gemessen.
Relative Dichte
Unter Verwendung eines Glasblocks von etwa 20 g, der keine Blasen enthält, wurde die relative Dichte durch das Archimedesverfahren gemessen.
Wärmeausdehnungskoeffizient (Einheit: × 10^–7/°C)
Mittels eines Differentialwärmeausdehnungsmeßgerätes und unter Verwendung eines Quarzglases als eine Referenzprobe, wurde die Dehnung eines Glases gemessen, wenn es von Raumtemperatur bei einer Geschwindigkeit von 5°C/min erwärmt wurde. Die Messung wurde bis zu einer Temperatur durchgeführt (Fließgrenze) bei der nicht länger eine Dehnung beobachtet wurde, selbst wenn das Glas erweicht wurde, und ein durchschnittlicher linearer Wärmeausdehnungskoeffizient im Bereich von 50 bis 350°C wurde berechnet.
Glasübergangstemperatur (Einheit: °C)
Der Biegepunkt in der Wärmeausdehnungskurve, die durch die Messung des obigen Wärmeausdehnungskoeffizienten erhalten wurde, wurde als die Glasübergangstemperatur genommen.
Bildungstemperatur (Einheit: °C)
Die Temperatur, bei der die Viskosität von geschmolzenem Glas 10³ Pa·s (10⁴ Poise) erreicht, wurde durch ein Rotationsviskosimeter gemessen.
Liquidustemperatur (Einheit: °C)
Glas wurde in einem Mörser zu Glasteilchen mit einer Teilchengröße von etwa 2 mm pulverisiert und die Glasteilchen wurden in ein Platinschiffchen eingebracht und wurden für 24 Stunden in einem Temperaturgradientenofen wärmebehandelt. Die Maximaltemperatur der Glasteilchen, die einen Kristall ausfällten, wurde als die Liquidustemperatur genommen.
Tabelle 1
Tabelle 2
Tabelle 3
Unter Verwendung des Glases der vorliegenden Erfindung als ein Substrat, trennt sich eine auf dem Substrat gebildete transparente Elektrode kaum ab oder bekommt Risse, und demzufolge wird die Zuverlässigkeit eines Flachbildschirms, einer Solarzelle oder dergleichen verbessert. Da das Glas der vorliegenden Erfindung eine kleine relative Dichte aufweist, ist es möglich das Aufhellen von Elementen eines Flachbildschirms, einer Solarzelle oder dergleichen, zu erreichen. Ferner verändert ein Substrat während der Wärmebehandlung kaum seine Größe und kann leicht mit einer entgegenwirkenden transparenten Elektrode an einer genauen Position kombiniert werden. Weiterhin wird ein Glas der vorliegenden Erfindung kaum „Flecken" bilden und das Substrat, das aus dem Glas der Erfindung hergestellt wurde, erhält die Leistungen einer Solarzelle für einen langen Zeitraum zufriedenstellend.
Ebenso erreicht das Glas der vorliegenden Erfindung für ein Substrat verschiedene Wirkungen in dem Herstellungsverfahren, zum Beispiel verlängert es die Lebensdauer eines Glasschmelzofens, da das Glas der vorliegenden Erfindung gegenüber einem schmelzgeformten Stein weniger korrosiv ist, ermöglicht es Massenproduktion durch ein Floatverfahren, verhindert das Auftreten von Zinndefekten, da es nicht notwenig ist, das Floatbad übermäßig auf eine hohe Temperatur zu erwärmen, es verhindert, daß das Zinn auf der Transportwalze, die nach dem Floatbad positioniert ist, abgeschieden wird, wobei das Auftreten von Zinndefekten verhindert wird, und es verhindert Produktschädigungen, die durch entglastes Material hervorgerufen werden, da das Glas der vorliegenden Erfindung kaum entglast.

Claims

Glas für ein Substrat, das einen durchschnittlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten in einem Bereich von 60 × 10^–7 bis 74 × 10^–7/°C bei 50 bis 350°C aufweist, umfassend die folgende Zusammensetzung, ausgedrückt als Gew.-%: Gew.-% SiO₂ mehr als 62 bis 74, Al₂O₃ 1 bis höchstens 12, MgO 0 bis 9, CaO 0 bis 14, Na₂O 0 bis 12, K₂O 0 bis 13, SiO₂ + Al₂O₃ 72 bis 82, MgO + CaO 5 bis 24, Na₂O + K₂O 1 bis 15, MgO + CaO + Na₂O + K₂O 18 bis 25.
Glas nach Anspruch 1, umfassend die folgende Zusammensetzung, ausgedrückt als Gew.-%: Gew.-% SiO₂ mehr als 62 bis 74, Al₂O₃ 3 bis höchstens 12, MgO 0 bis 7, CaO 0 bis 13, Na₂O 0 bis 10, K₂O 0 bis 11, SiO₂ + Al₂O₃ 72 bis 82, MgO + CaO 5 bis 20, Na₂O + K₂O 3 bis 14, MgO + CaO + Na₂O + K₂O 18 bis 25.
Glas nach Anspruch 1, umfassend die folgende Zusammensetzung, ausgedrückt als Gew.-%: Gew.-% SiO₂ 65 bis 73, Al₂O₃ 5 bis 12, MgO 1 bis 5, CaO 2 bis 11, Na₂O 2 bis 8, K₂O 2 bis 10, SiO₂ + Al₂O₃ 74 bis 81, MgO + CaO 6 bis 15, Na₂O + K₂O 5 bis 13,5, MgO + CaO + Na₂O + K₂O 18,5 bis 25.
Glas nach Anspruch 1, umfassend die folgende Zusammensetzung, ausgedrückt als Gew.-%: Gew.-% SiO₂ 68 bis 72, Al₂O₃ 6 bis 10, MgO 2 bis 4, CaO 4 bis 10, Na₂O 4 bis 6, K₂O 4 bis 9, SiO₂ + Al₂O₃ 76 bis 80, MgO + CaO 7 bis 13, Na₂O + K₂O 7 bis 13, MgO + CaO + Na₂O + K₂O 19 bis 23.
Glas nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das als ein Substrat für einen Feldemissionsbildschirm verwendet wird.
Glas nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das als ein Substrat für einen Plasmabildschirm verwendet wird.
Glas nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das eine Dichte von weniger als 2,6 aufweist.
Glas nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Viskosität bei einer Temperatur von höchstens 1300°C 10⁴ Poise erreicht.
Glas nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das eine Glasübergangstemperatur von mindestens 620°C aufweist.
Glas nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das eine Glasübergangstemperatur von höchstens 700°C aufweist.