JP2001322823A - ディスプレイ用ガラス基板 - Google Patents

ディスプレイ用ガラス基板

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JP2001322823A
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Japan
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temperature
glass
glass substrate
display
manufacturing process
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JP2000139888A
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Shigeaki Aoki
重明 青木
Yoshinari Kato
嘉成 加藤
Tadashi Takahashi
忠 高橋
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Nippon Electric Glass Co Ltd
Original Assignee
Nippon Electric Glass Co Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B25/00Annealing glass products
    • C03B25/02Annealing glass products in a discontinuous way
    • C03B25/025Glass sheets
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B32/00Thermal after-treatment of glass products not provided for in groups C03B19/00, C03B25/00 - C03B31/00 or C03B37/00, e.g. crystallisation, eliminating gas inclusions or other impurities; Hot-pressing vitrified, non-porous, shaped glass products

Abstract

(57)【要約】 【目的】 p−SiTFTディスプレイや高精彩ディス
プレイ用としてデバイス作製時に、高温、長時間の熱処
理に曝されても熱収縮率の小さいディスプレイ用ガラス
基板を提供することである。 【構成】 本発明のディスプレイ用ガラス基板は、10
℃/分の速度で500℃まで昇温し、500℃で4時間
保持した後、10℃/分の速度で冷却する熱処理を行っ
た時に、ガラスが一旦膨張し、その後、収縮に転じる性
質を有することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ディスプレイ用ガラス
基板に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、液晶ディスプレイ、プラズマ
ディスプレイ、電解放射型ディスプレイ、エレクトロル
ミネッセンス等のフラットパネルディスプレイは、その
基板材料としてガラスが広く用いられている。この種の
ガラス基板は、その上に薄膜電気回路を形成するため、
成膜処理、パターニング等の処理が施される。これらの
処理で、ガラス基板は、度々高温下に曝される。
【0003】例えば、液晶ディスプレイの場合、ガラス
基板としては無アルカリガラスが広く用いられ、このガ
ラス基板上に絶縁膜や透明導電膜が成膜され、さらにa
−Si(アモルファスシリコン)、p−Si(多結晶シ
リコン)のTFT(薄膜トランジスタ)が、フォトエッ
チングによって形成される。このような製造工程におい
て、ガラス基板は数回にわたって350〜500℃の熱
処理を受ける。また、TFTが形成されるガラス基板と
対を成すカラーフィルター(CF)と呼ばれるもう一つ
のガラス基板上には、液晶ディスプレイにおいてカラー
表示を行うために種々の有機物の薄膜が常温で形成され
る。その後、TFTガラス基板とCFガラス基板を貼り
合わせた後、これらのガラス基板の間に液晶を注入し、
注入口を紫外線硬化樹脂で硬化させるとことにより液晶
ディスプレイは作製される。
【0004】また、プラズマディスプレイの場合、ガラ
ス基板としては、ソーダライムガラスや高歪点ガラスが
広く用いられ、前面ガラス基板上に透明導電膜、誘電体
ペーストを、背面ガラス基板に金属電極、リブペースト
を塗布して500〜600℃の高温で焼成することによ
り回路を形成し、その後、前面ガラス基板と背面ガラス
基板を対向させ、周囲を500〜600℃の高温でフリ
ットシールすることにより作製される。このようにガラ
ス基板は数回にわたって500〜600℃の熱処理を受
ける。
【0005】一般にガラスは、ガラスの歪点以下の高温
環境に曝されると、時間と共に体積が収縮する。そのた
め、ディスプレイの製造工程において、ガラス基板は熱
収縮を起こす。この熱収縮が大きいと、ガラス基板上に
形成される回路パターンが、初期の設定からずれてしま
い、電気的な性能を維持できなくなるという致命的な欠
陥となる。そこで、熱収縮率の小さいガラス基板が求め
られている。
【0006】熱収縮率の小さいディスプレイ用ガラス基
板を得るためには、ディスプレイを製造する前に、数日
間かけてゆっくりと徐冷する前処理を施してやる必要が
あるが、この方法は、生産効率やエネルギーコストの点
から好ましいことではない。
【0007】そこで、生産効率を向上させたり、エネル
ギーコストを低下させる目的で、ガラスの歪点以下の温
度で、例えば、10時間程度の前処理を施して熱収縮率
を抑えたガラス基板が用いられるようになった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上記の前処理を施した
ガラス基板は、未処理のガラス基板に比べると大幅に熱
収縮率は小さくなるものの、ディスプレイの製造工程に
おいて、10ppm以上の体積収縮が生じるため、高
温、長時間の熱処理を受けるp−SiTFT液晶ディス
プレイでは、パターンずれを起こし電気的な性能を維持
できない可能性があった。
【0009】また、近年、フラットパネルディスプレイ
は、高精度、高精彩の要求が高く、回路パターンがより
微細になってきており、ディスプレイの製造工程におい
て熱収縮率の小さいガラス基板の要求が益々高くなって
いる。
【0010】本発明は、上記事情に鑑みなされたもので
あり、p−SiTFTディスプレイや高精彩ディスプレ
イ用として、ディスプレイを作製する際に高温、長時間
の熱処理に曝されても熱収縮率の小さいディスプレイ用
ガラス基板を提供することを目的とするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明のディスプレイ用
ガラス基板は、10℃/分の速度で500℃まで昇温
し、500℃で4時間保持した後、10℃/分の速度で
冷却する熱処理を行った時に、ガラスが一旦膨張し、そ
の後、収縮に転じる性質を有することを特徴とする。
【0012】
【作用】ガラスは、高温では粘性が低く液体状であり、
ガラスの構造は粗の状態である。そして、冷却していく
とガラスの構造は密になりながら固化する。このガラス
の構造変化は、ガラスがその温度において最も安定な状
態に移ろうとすることにより起こる。ところが、ガラス
の冷却速度が大きいと、ガラスの構造が、その温度に対
応する密な構造になる前にガラスが固化してしまい、高
温側の状態でガラスの構造が固定されてしまう。この固
化したガラスの構造に相当する温度を仮想温度という。
この仮想温度よりも低い温度で熱処理すると、ガラスは
熱処理した温度に相当する構造状態へ近づこうと高温の
構造状態(粗)から低温の構造状態(密)へゆっくり変
化し、ガラスの体積が収縮する。逆に、仮想温度よりも
高い温度で熱処理すると、低温の構造状態(密)から高
温の構造状態(粗)へ速い速度で変化し、ガラスの体積
が膨張する。
【0013】ところで、微視的に見るとガラスの構造状
態は完全に一様ではなく粗な構造状態と密な構造状態の
部分が入り混じっている。このことにより、ガラスの構
造状態を表わす仮想温度もガラス全体にわたって単一の
値でなく、これら粗と密の構造の混合状態に対応した範
囲で分布した値を有しており、これを仮想温度分布と呼
ぶことにする。
【0014】次に仮想温度分布の範囲内の温度にガラス
を保持し、熱処理する場合について説明する。熱処理温
度よりも高い仮想温度を持つガラス部分は、その構造を
粗から密へと変化させ、ガラスの体積を収縮させるよう
に作用する。一方、熱処理温度よりも低い仮想温度を持
つガラス部分は、その構造を密から粗へ変化させるた
め、ガラスの体積を膨張させるように作用する。この場
合の熱処理においては、これら二つの異なる現象、即
ち、収縮と膨張が同時に生じており、これらの効果の相
殺による結果が熱収縮や膨張の体積変化として現われ
る。
【0015】この仮想温度分布で表わされるガラスの構
造を利用して、ディスプレイの製造工程で、一旦体積膨
張を示した後、体積収縮するような性質を付与すること
により、総熱収縮量の小さいディスプレイ用ガラス基板
を得ることができる。尚、ディスプレイの製造工程で最
初に体積膨張が現われる理由は、低温から高温への構造
変化速度の方が高温から低温への構造変化速度よりも大
きいためである。
【0016】ディスプレイの製造工程で体積膨張を示し
た後、体積収縮を示すようなガラス基板を作製するため
には、ガラスの網目構造がどのような状態にあるのか、
また、熱処理によりガラス網目構造がどのような早さで
変化してゆくのかを把握し、ディスプレイを製造する前
に、ガラスの網目構造を目的とする状態へ変化させるよ
うな熱処理をガラス基板に施せばよい。
【0017】ディスプレイの製造工程で体積膨張を示し
た後、体積収縮を示すようなディスプレイ用ガラス基板
を得るには次に示す(1)〜(3)の前処理を行えばよ
い。
【0018】(1)ガラス基板の高温保持。
【0019】ディスプレイ用ガラス基板を高温で保持
し、保持温度よりも高い仮想温度を持つガラス部分の網
目構造を粗から密へ迅速に変化させる。保持温度が低い
と、ガラスの網目構造を変化させるための保持時間が長
くなり、逆に保持温度が高いと、ガラスの網目構造を変
化させるための保持時間は短時間で済むが、次のステッ
プでの保持温度からディスプレイの製造工程温度まで冷
却する際の冷却時間が長くなりすぎて生産性が悪化する
ため、保持温度は、ガラスの歪点〜仮想温度の範囲で保
持することが望ましい。尚、ここでは、高温域にある仮
想温度を短時間で保持温度まで低下させることを目的と
している。
【0020】尚、仮想温度は、ガラス基板の昇温、冷却
速度を一定にしてガラス基板を各温度で熱処理し、ガラ
ス基板の熱収縮率が0になるときの温度を探すことで求
めることができる。
【0021】(2)ディスプレイの製造工程温度までの
冷却、保持。
【0022】ディスプレイ用ガラス基板を高温で保持し
た後、ディスプレイの製造工程温度に向けてゆっくり冷
却する。次いで、ディスプレイの製造工程温度付近の温
度に長く滞在させ、ガラスの網目構造を将来ガラスが曝
されるディスプレイの製造工程温度に相当するガラスの
網目構造に変化させる。尚、ガラスの網目構造の変化速
度は温度低下と共に遅くなるため、ディスプレイ用ガラ
ス基板を高温保持した温度からディスプレイの製造工程
温度までの冷却速度を速くすると、ガラスの網目構造が
冷却速度に対応できなくなり、ディスプレイの製造工程
で熱収縮率が大きくなる。そのため、ディスプレイ用ガ
ラス基板を保持した温度からディスプレイの製造工程温
度までの冷却速度は2.5℃/分以下のゆっくりとした
速度で行うことが望ましい。また、ガラス基板へのディ
スプレイの製造工程温度の滞在時間が短いと網目構造の
変化が不完全になるため、ディスプレイ製造工程温度付
近の温度に2時間以上曝すことが望ましい。尚、ここで
は、ガラスの歪点以上であった仮想温度をディスプレイ
製造工程温度付近まで低下させ、仮想温度分布の範囲が
ディスプレイ製造工程温度を含むようにすることを目的
としている。
【0023】(3)ガラス基板の冷却。
【0024】ディスプレイ用ガラス基板の温度がディス
プレイの製造工程温度より低くなったら、冷却速度を徐
々に速めて冷却し、ガラスの構造変化を終了させる。
尚、冷却速度が速すぎると、ガラスに許容範囲外の歪が
残留し、ディスプレイ用ガラス基板に割れが生じる可能
性があるため、冷却速度はディスプレイの製造工程温度
より約100℃程度低い温度までは3℃/分以下で、こ
れより低い温度域では3〜10℃/分であることが望ま
しい。
【0025】以上のように、前処理において、ガラス基
板を歪点〜仮想温度の温度範囲でガラス基板を保持し
て、高温で固まったガラスの網目構造を変化し、次い
で、ディスプレイの製造工程温度まで冷却し、この温度
付近に長時間滞在させることで、ガラスの網目構造をデ
ィスプレイの製造工程温度に相当するガラスの網目構造
に変化させている。つまり、高温域にあった仮想温度を
ディスプレイの製造工程温度まで低下させて、仮想温度
分布の範囲がディスプレイ製造工程温度を含むようにし
ている。このことにより、ディスプレイ製造工程で、デ
ィスプレイ製造工程温度よりも低い仮想温度を持つガラ
ス部分は熱膨張を示し、高い仮想温度を持つガラス部分
は熱収縮を示す。
【0026】このように前処理にすることで、短時間
で、しかも、熱収縮率の小さい本発明のディスプレイ用
ガラス基板を得ることができる。
【0027】
【実施例】以下、本発明のディスプレイ用ガラス基板に
ついて詳細に説明する。
【0028】表1の試料No.1は実施例を、試料N
o.2、3及び4は比較例を示す。
【0029】
【表1】
【0030】表中の各試料は次のようにして準備した。
【0031】まず、歪点が650℃、仮想温度が765
℃の特性を有する液晶ディスプレイ用無アルカリガラス
基板を準備した後、ガラス基板を電気炉に入れて図1に
示すようなスケジュールで前処理を行った。
【0032】実施例である試料No.1は、図1中のA
のように、昇温速度11℃/分で690℃まで加熱し、
その温度で30分保持した後、515℃まで徐々に冷却
速度を緩めながら冷却し、ディスプレイの製造工程温度
である515〜490℃の温度で3時間保持した。次い
で470℃まで冷却速度を0.4℃/分で、400℃ま
で冷却速度を1.5℃/分で、400℃以下になった時
点で冷却速度を8.5℃/分まで上げて室温まで冷却し
て作製した。
【0033】比較例である試料No.2は、図1中のB
のように、昇温速度10℃/分で650℃まで加熱し、
その温度で8時間保持した後、冷却速度10℃/分で室
温まで冷却して作製し、試料No.3は、図1中のCの
ように、昇温速度10℃/分で630℃まで加熱し、そ
の温度で8時間保持した後、冷却速度10℃/分で室温
まで冷却して作製した。また、No.4は、図1中のD
のように、昇温速度10℃/分で600℃まで加熱し、
その温度で8時間保持した後、冷却速度10℃/分で室
温まで冷却して作製した。
【0034】このようにして前処理を施して得られた各
ガラス基板を電気炉に入れ、昇温速度10℃/分で50
0℃まで加熱し、その温度で4時間保持した後、冷却速
度10℃/分で冷却し、その熱収縮率を求めた。このと
きの各試料の熱収縮率変化を図2に示す。尚、図2にお
いて横軸は経過時間、縦軸は熱収縮率を示している。熱
収縮率で+は、体積膨張を表し、−は、体積収縮を表し
ている。
【0035】ここで、ガラス基板の熱収縮率は、図3
(a)に示すようにガラス板10の所定箇所に直線状の
マーキングを入れた後、図3(b)に示すようにガラス
板10をマーキングに対して垂直に折り、2つのガラス
板片10a、10bに分割し、一方のガラス板片10a
のみに前処理を施した後、図3(c)に示すように前処
理を施したガラス板片10aと、未処理のガラス板片1
0bを並べて接着テープ11で両者を固定してから、マ
ーキングのずれを測定し、下記の数1の式で求めること
ができる。
【0036】
【数1】
【0037】表1及び図2から明らかなように実施例で
ある試料No.1は、一旦体積膨張を示し、その後、体
積収縮を示し、最終的に熱収縮率は4.8ppmと小さ
かった。一方、比較例である試料No.2、No.3及
びNo.4は、体積膨張は示さず体積収縮のみを示し、
最終的な熱収縮率は、15.8ppm以上と大きかっ
た。
【0038】尚、本実施例では、液晶ディスプレイ用無
アルカリガラス基板について説明したが、ソーダライム
ガラスや高歪点ガラスで同様の特徴を有するガラス基板
を作製することにより、プラズマディスプレイやエレク
トロルミネッセンスのガラス基板として使用することが
できる。
【0039】
【発明の効果】本発明のディスプレイ用ガラス基板は、
ディスプレイの製造工程で一旦、体積膨張を示し、その
後、体積収縮するような性質を有している。そのため、
ディスプレイの製造工程においてガラス基板の熱収縮率
を軽微に抑えることができ、高温、長時間の熱処理を受
けるp−SiTFT液晶ディスプレイやより高精彩のデ
ィスプレイに好適なディスプレイ用ガラス基板を提供す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ガラス基板の前処理条件を示すグラフである。
【図2】昇温、冷却速度が10℃/分、500℃で4時
間の熱処理におけるガラス基板の熱収縮の様子を示すグ
ラフである。
【図3】ガラス基板の熱収縮率の測定方法を示すための
説明図である。
【符号の説明】 10 ガラス板 10a、10b ガラス板片 11 接着テープ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 10℃/分の速度で500℃まで昇温
    し、500℃で4時間保持した後、10℃/分の速度で
    冷却する熱処理を行った時に、ガラスが一旦膨張し、そ
    の後、収縮に転じる性質を有することを特徴とするディ
    スプレイ用ガラス基板。
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