DE102006054011A1 - Verfahren zum Herstellen von Flachglasscheiben für Displayanwendungen und ein danach hergestelltes TFT-Display - Google Patents

Abstract

Die Erfindung geht dabei aus von den an sich bekannten Schritten des . Formens eines fortlaufenden Flachglasbandes aus einer Glasschmelze mit anschließendem Entspannen in einem Kühlofen, . Zerteilens des Glasbandes in großformatige Flachglasscheiben, welche durch das Formen an der Oberfläche die Waviness bildende Erhebungen und Vertiefungen aufweisen. Gemäß der Erfindung erfolgt ein . Erfassen der Oberflächen-Waviness der Flachglasscheiben nach Struktur sowie Kennwerten und ergebnisorientierte Weiterbehandlung der Flachglasscheiben. - Polieren der Flachglasscheiben, wenn die Kennwerte größer aist, die im fertigen Display optisch störende Kontrastschwankungen erzeugen würden, mit einer Fertigungstiefe und Polierdauer abhängig vom optischen Störfaktor der Struktur, - direkte Weiterbehandlung der Flachglasscheiben ohne Polierschritt, wenn die Waviness-Kennwerte im Bereich von 50 bis 400 nm liegen und die Waviness-Struktur unterbrochene Ausprägungen der Erhebungen und Vertiefungen in einer gegeneinander leicht verkippten tannenbaumartigen Anordnung aufweist, die keine störenden Kontrastschwankungen erzeugen. Durch diese Maßnahmen ist es möglich, trotz Waviness-Strukturen mit Höhen zwischen 50 und 400 nm die Displayglasscheiben unpoliert oder nach kurzer Polierzeit für die Fertigung der Displays einzusetzen, ohne dass optisch störende Kontrastschwankungen in TFT-Displays auftreten.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Flachglasscheiben für Displayanwendungen, und insbesondere auf ein Verfahren zum Herstellen von gefloateten, großformatigen Flachglasscheiben für Displayanwendungen.
• Derartige großformatige Flachglasscheiben, auch Glastafeln genannt, dienen als Halbfabrikate für das Anfertigen der an die Displayfläche angepassten kleineren Scheiben.
• Die Erfindung betrifft ferner ein nach dem Verfahren hergestelltes TFT-Display.
• Flachglasscheiben für Displayanwendungen, im folgenden auch als Displayglasscheiben bezeichnet, gewinnen durch die erhöhte Produktion von TFT-Flachbildschirmgeräten (TV-Geräte und Computer-Monitore), Mobiltelefonen, Navigationssystemen etc., immer stärker an Bedeutung. Diese Displayglasscheiben sind sehr dünn. Ihre Dicke liegt typischerweise zwischen 0,1 und 3 mm, vorzugsweise zwischen 0,3 und 0,8 mm.
• Derartiges dünnes Flachglas für Displayanwendungen kann nach verschiedenen Verfahren hergestellt werden. Diese können in Abwärts- und Aufwärtsziehverfahren und das Floatverfahren unterteilt werden.
• Üblicherweise wird von den Anwendern für die Displayglasscheiben eine möglichst ebene Oberfläche gefordert. Diese Ebenheit wird mit dem Kennwert der „Waviness" charakterisiert. Die Bestimmung dieses Kennwerts, der ein Maß für die „Welligkeit" der Scheibenoberfläche ist, wird u.a. in der US 6 818 308 beschrieben.
• In der Regel werden für Displays, insbesondere für TFT-Displays, Displayglasscheiben mit Waviness-Werten zwischen 20 und 50 nm verwendet. Displayglasscheiben mit derartigen Werten können durch die Abwärts-Ziehverfahren, insbesondere das Overflow-Fusion-Verfahren, direkt hergestellt werden. Nach anderen Verfahren hergestellte Displayglasscheiben, deren Oberflächenstrukturen typischerweise eine Höhe von 50–400 nm aufweisen, werden oberflächlich mit hohem Aufwand poliert.
• Der Grund für die hohen Anforderungen an die Ebenheit der Displayglasscheiben besteht darin, dass für die Anzeige im fertigen TFT-Flachbildschirm ein nur wenige Mikrometer dicker Flüssigkristall-Film verwendet wird. Da diese Schicht zwischen zwei Glasplatten eingesperrt ist, bilden sich die Oberflächentopographien der Glasplatten als Dickenschwankungen in der Flüssigkristallschicht ab.
• Unterschiedliche Dicken der Flüssigkristallschicht führen zu unterschiedlichen Lichtdurchlässigkeiten. Somit erscheinen Bereiche mit dickeren Schichten dunkler als solche mit dünneren Flüssigkristallschichten.
• Das menschliche Auge ist jedoch sehr empfindlich hinsichtlich Helligkeitsunterschieden in benachbarten Bereichen und ist insbesondere empfindlich, wenn lang gestreckte lineare Strukturen mit scharfen Helligkeitskontrasten auftreten.
• Um im fertigen Display keine störenden Strukturen zu erzeugen, wurden daher Displayglasscheiben bislang aufwändig poliert, wenn sie nicht bereits direkt nach der formgebenden Herstellung die oben genannten Wavinessanforderungen (Werte zwischen 20 und 50 nm) erfüllen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese aufwändigen und kostenintensiven Polierschritte bei der Herstellung von Flachglasscheiben für Displayzwecke, deren Oberflächen-Unebenheit (Wavinessstruktur) einen höheren Wert als 50 nm bis hin zu 400 nm aufweist, zu vermeiden, zumindest signifikant zu reduzieren.
• Die Lösung dieser Aufgabe gelingt durch ein Verfahren zum Herstellen von Flachglasscheiben für Displayanwendungen durch die Schritte:
• • Formen eines fortlaufenden Flachglasbandes aus einer Glasschmelze mit anschließendem Entspannen in einem Kühlofen.
• • Zerteilen des Glasbandes in großformatige Flachglasscheiben, welche durch das Formen an der Oberfläche die Waviness bildende Erhebungen und Vertiefungen aufweisen.
• • Erfassen der Oberflächen-Waviness der Flachglasscheiben nach Struktur sowie Kennwerten und ergebnisorientierte Weiterbehandlung der Flachglasscheiben. – Polieren der Flachglasscheiben, wenn die Kennwerte größer als 50 nm sind und die Waviness eine Struktur aufweist, die im fertigen Display optisch störende Kontrastschwankungen erzeugen würde, mit einer Fertigungstiefe und Polierdauer abhängig vom optischen Störfaktor der Struktur. – Direkte Weiterbehandlung der Flachglasscheiben ohne Polierschritt, wenn die Waviness-Kennwerte im Bereich von 50 bis 400 nm liegen und die Wavinessstruktur unterbrochene Ausprägungen der Erhebungen und Vertiefungen in einer gegeneinander leicht verkippten tannenbaumartigen Anordnung aufweist, die keine störenden Kontrastschwankungen erzeugen.
• Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen gelingt es, Glasscheiben für Displayanwendungen bereitzustellen, an denen die störende Struktur nicht auffällt, so dass diese, verglichen mit üblichen Displayglasscheiben, weniger oder gar nicht mehr poliert werden müssen, obwohl die strengen Anforderungen an die Waviness-Kennwerte nicht erfüllt werden.
• Während des Handlings der Displayglasscheiben bei der Herstellung der Displays können die nicht vollständig ebenen Scheibenoberflächen sogar noch weitere Vorteile besitzen. Bekanntermaßen ist die statische Aufladung und die Haftkraft durch statische Aufladung von der Kontaktfläche zweier Körper abhängig. In der eingangs zitierten US 6 818 308 wird darauf hingewiesen, dass Glasscheiben mit einer höheren Waviness als 50 nm, insoweit Vorteile besitzen, weil sie eine geringere Haftkraft aufweisen, d.h. leichter voneinander trennbar sind.
• Die Erfindung baut auf der überraschenden Erkenntnis auf, dass bei Displays mit Displayglasscheiben, insbesondere hergestellt nach dem Floatverfahren, die eine unterbrochene, tannenbaumartige, d.h. fischgrätenmusterartige, sozusagen eine „weiche" Oberflächen-Waviness-Struktur haben, die für das Auge auffälligen Oberflächenstrukturen deutlich schwächer wahrgenommen werden. Insbesondere zeigt sich, dass eine im Schattenbild eher „wolkige" Erscheinung der Oberflächenstruktur deutlich weniger störend ist als scharf begrenzte strichförmige Linien, wie sie bei einer streifenförmigen Wavinessstruktur auftreten. Zwar sind die auf der gefloateten Glasscheibe entstehenden Oberflächenstrukturen auch weitgehend entlang einer Richtung gestreckt, jedoch wird der dadurch entstehende störende Eindruck weiter abgeschwächt, wenn die Strukturen nicht über die gesamte Displaygröße verlaufen, d.h. unterbrochen sind, und nicht exakt parallel zueinander ausgerichtet sind. Besonders vorteilhaft ist es, wenn 500 mm quer zur Ziehrichtung voneinander entfernt liegende Strukturen mindestens einen Winkel von 4 Grad zueinander aufweisen, wobei es sich bei den Strukturen mit wolkiger Erscheinung nicht um über die gesamte Ausdehnung einer Glasscheibe verlaufende Strukturen handelt, sondern um Strukturen, die typischerweise Längsausdehnungen von weniger als 1000 mm, bevorzugt zwischen 100 und 500 mm, aufweisen. Glasscheiben, die Waviness-Strukturen mit diesen Merkmalen aufwiesen, können zu Displays mit guter Qualität verarbeitet werden, obwohl die Wavinesswerte zwischen 200 und 300 nm liegen.
• Ein weiterer Vorteil, den diese nicht-parallele unterbrochene Anordnung der Strukturen mit sich bringt, ist, dass sich Glasscheiben mit einer solchen Oberflächentopographie, falls überhaupt erforderlich, z.B. auch bei Mischformen mit Streifenmustern, deutlich besser polieren lassen, da nebeneinander liegende Strukturen von einem Poliermedium unter unterschiedlichen Winkeln angegriffen werden, was zu einem verbesserten Abtrag durch das Poliermedium führt. Die unterbrochene Art der Strukturen erleichtert zusätzlich den Abtrag dieser Strukturen gegenüber durchgängigen Strukturen. Bereits nach sehr kurzen Polierzeiten werden so für die Displays störende Oberflächentopographien so weit abgetragen, dass die Glasscheiben zu Displays verarbeitet werden können, die in der Qualität derjenigen von Glasscheiben mit Waviness-Werten zwischen 20 und 50 nm entsprechen. Diese Reduzierung im Polieraufwand macht sich insbesondere bei großen Glasscheiben deutlich bemerkbar. Denn ab Scheibengrößen von etwa 1,5 m² kann das Handling nur noch mit viel Aufwand, insbesondere maschinellem Aufwand, durchgeführt werden.
• Zusammenfassend lässt sich daher feststellen:
  Die vorbeschriebene spezielle unterbrochene Ausprägung der Erhebungen und Vertiefungen der Oberflächentopographie auf den Glasscheiben, welche die Waviness bilden, zusammen mit der gegeneinander leicht verkippten Anordnung der Strukturen ergeben, dass Glasscheiben mit derartigen Waviness-Strukturen entweder bereits ohne Politur eingesetzt werden können, ohne die sonst optisch störenden streifenförmigen Kontrastschwankungen im fertigen Display zu erzeugen, oder, dass bereits nach sehr kurzer Polierzeit das Ausmaß der optischen Störungen so weit reduziert wurde, dass die Glasscheiben zu Displays weiterverarbeitet werden können.
• Die vorstehend beschriebene Oberflächentopographie von Displayglasscheiben lässt sich auch zeichnerisch darstellen.
• 1 zeigt die prinzipielle Ausrichtung dieser Strukturen auf der Displayglasscheibe. Die schwarzen Striche entsprechen in ihrer Lage und Orientierung den auf der Glasscheibe vorhandenen Erhebungen. Charakteristische Merkmale sind dabei:
• • Die Displayglasscheibe hat eine Dicke zwischen 0,1 und 3 mm, bevorzugt zwischen 0,3 bis 0,8 mm, und eine Scheibenfläche von mehr als 1,5 m².
• • Die erhabenen Strukturen weisen eine Höhe zwischen 50 und 400 nm bei einer Länge von weniger als 1000 mm auf.
• • Die Ausrichtung der Strukturen relativ zur Ziehrichtung des Glases, d.h. der entsprechende Winkel ist je nach Messort innerhalb der Glasscheibe unterschiedlich.
• • Bei Strukturen, die quer zur Ziehrichtung einen Abstand von 500 mm haben, unterscheiden sich die jeweiligen Winkel um mindestens 4°.
• 2 stellt den Zusammenhang zwischen dem Winkel, den die Strukturen zur Ziehrichtung der Glasscheibe bilden zum Abstand der Strukturen zur Scheibenmittel dar. Umso größer die Abstände sind, umso mehr steigt der Winkel an.
• Anders als übliche Abwärts- oder Aufwärtsziehverfahren eignet sich das Float-Verfahren sehr gut zur Herstellung von großformatigen Glasscheiben mit oben beschriebener Ausprägung der Strukturen der Oberflächentopographie.
• Die auf Dünnglasscheiben mit Dicken zwischen 0,1 und 3 mm gemäß 1 vorhandene spezielle unterbrochene Ausprägung der Erhebungen und Vertiefungen, die die Waviness bilden, zusammen mit der gegeneinander leicht verkippten Anordnung der Strukturen ergeben, dass Scheiben mit derartigen Waviness-Strukturen mit Höhen zwischen 50 und 400 nm entweder bereits ohne Politur eingesetzt werden können, ohne die sonst optisch störenden streifenförmigen Kontrastschwankungen im fertigen Display zu erzeugen, oder, dass bereits nach sehr kurzer Polierzeit das Ausmaß der optischen Störungen so weit reduziert werden kann, dass die Scheiben eingesetzt werden können.
• Daher bezieht sich die Erfindung auch auf ein Display mit zwei nach dem beschriebenen Verfahren hergestellten Glasscheiben, zwischen denen eine Flüssigkristall-Schicht angebracht ist, und welche unterbrochene erhabene Ausprägungen mit einer Höhe von 50 bis 400 nm in einer gegeneinander leicht verkippten tannenbaumartigen oder fischgrätenartigen Anordnung aufweisen.
• Ein besonderer Vorteil lässt sich dabei noch erzielen, wenn die Glasscheiben so eingebaut sind, dass ihre Ziehrichtungen um 90° verdreht sind.
• Durch diese Maßnahme können sich keine langgestreckten Streifenmuster aus den Tälern und Bergen der Strukturen bilden. Etwaige Kontrastschwankungen wären nur inselförmig und nicht mehr streifig. Sie wären dann noch weniger auffällig.

Claims (6)

1. Verfahren zum Herstellen von Flachglasscheiben für Displayanwendungen mit den Schritten: • Formen eines fortlaufenden Flachglasbandes aus einer Glasschmelze mit anschließendem Entspannen in einem Kühlofen. • Zerteilen des Glasbandes in großformatige Flachglasscheiben, welche durch das Formen an der Oberfläche die Waviness bildende Erhebungen und Vertiefungen aufweisen. • Erfassen der Oberflächen-Waviness der Flachglasscheiben nach Struktur sowie Kennwerten und ergebnisorientierte Weiterbehandlung der Flachglasscheiben. – Polieren der Flachglasscheiben, wenn die Kennwerte größer als 50 nm sind und die Waviness eine Struktur aufweist, die im fertigen Display optisch störende Kontrastschwankungen erzeugen würde, mit einer Fertigungstiefe und Polierdauer abhängig vom optischen Störfaktor der Struktur. – Direkte Weiterbehandlung der Flachglasscheiben ohne Polierschritt, wenn die Waviness-Kennwerte im Bereich von 50 bis 400 nm liegen und die Wavinessstruktur unterbrochene Ausprägungen der Erhebungen und Vertiefungen in einer gegeneinander leicht verkippten tannenbaumartigen Anordnung aufweist, die keine störenden Kontrastschwankungen erzeugen.
2. Verfahren nach Anspruch 1 zum Herstellen von großformatigen Dünnglasscheiben mit einer Dicke zwischen 0,1 und 3 mm und einer Scheibengröße von mehr als 1,5 m².
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, bei welchem der Schritt der direkten Weiterbehandlung ohne Polierschritt durchgeführt wird, wenn • die unterbrochenen Ausprägungen eine Länge von weniger als 1000 mm aufweisen • und ihre Ausrichtung relativ zur Ziehrichtung des Glases je nach Messort innerhalb der Flachglasscheibe unterschiedlich ist, • die Winkel der unterbrochenen Ausprägungen relativ zur Ziehrichtung des Glases in einem Abstand der Ausprägungen von 500 mm in Querrichtung sich um mindestens 4° unterscheiden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Flachglasscheiben nach dem Float-Verfahren hergestellt werden.
5. Display mit zwei nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellten Glasscheiben, zwischen denen eine Flüssigkristall-Schicht angebracht ist, und welche unterbrochene erhabene Ausprägungen mit einer Höhe von 50 bis 400 nm in einer gegeneinander leicht verkippten tannenbaumartigen Anordnung aufweisen.
6. Display nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasscheiben so eingebaut sind, dass ihre Ziehrichtungen um 90° verdreht sind.