JP2004075478A - ガラス表面の平滑化方法及び該方法により平滑化されたガラス基板 - Google Patents

Abstract

【課題】微細な凹凸を有するガラス基板表面を高度に平滑化する方法、及び高度に平滑な表面を有するガラス基板を提供すること。
【解決手段】ガラス基板表面に、微粒子化した有機化合物及び／又は無機化合物をクライオ凝縮させることを特徴とするガラス表面の平滑化方法、及び該方法によって得られる表面が平滑化されたガラス基板である。
【選択図】　なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス基板表面の平滑化方法に関し、詳細には微粒子化した有機化合物又は無機化合物をガラス基板表面にクライオ凝縮させることによるガラス基板表面の平滑化方法、及び該方法を用いて得られる表面が平滑化されたガラス基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガラス基板の表面は、微視的にみると凹凸状態が存在し、その種類は、波長が数十ｍｍ〜数百ｍｍの「反り」、波長が数ｍｍ〜数十ｍｍの「うねり」及び波長が数ｍｍ程度の「粗さ」に分類される。フロート法で製造されたガラス基板は特徴的なうねりを有するが、従来これらガラス基板の表面は研磨・研削等の物理的方法によって、またエッチング等の化学的方法によって、凹凸状態が制御され、平滑化されていた。
しかしながら、近年ガラス基板の用途の多様化に伴い、ガラス基板表面の平滑度に対する要求が増してきており、従来までの研磨等の方法では要求を満たす平滑度のものが得られない場合が出てきた。例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の場合には、従来のガラス基板を用いた場合に、上記うねりが色むらを生じさせるという問題が発生した。またこうした問題を生じない平滑度の高いガラス基板を得るためには、より精緻な加工が必要であり、ガラス基板の製造コストを上昇させる要因でもあった。
さらに、用途によっては板厚の極めて薄いガラス基板が要望されるが、このような薄いガラス基板の研磨等は技術的に困難な場合があり、また精緻な加工が要求されることからガラス基板の製造コストを上昇させる要因となっていた。
その上、研磨等による平滑化を行う場合に発生する削り屑は、用途によっては異物となり、性能に悪影響を及ぼす場合があった。
【０００３】
本発明者らは上記問題点に鑑み、ガラス表面の凸部を研磨等するとの考え方から、凹部を埋めつつガラス基板全体をコーティング等の方法で覆うことによって、ガラス表面を平滑化するとの発想に基づき、種々検討を行ってきた。コーティングの方法としては、蒸着、スパッタリング等の固体粒子を用いる方法、スピンコート、ディッピング、ロールコート等の液体を用いる方法が考えられた。
しかしながら、蒸着、スパッタリング等の固体粒子を用いる方法では下地の凹凸を反映し、下地の形状通りに蒸着膜等が形成されるために、凹凸部分は平滑化されなかった。むしろ蒸着等に使用した固体粒子の粒子径が大きい場合には、該粒子の集合・凝集によって却って平滑度が悪化する場合があった。
また、スピンコート等の液体を用いる方法では、液体の粘度が高い場合にはその表面張力によってレベリングせず、却ってガラス表面に凹凸を生じる場合があり、一方、液体の粘度が低い場合には、上記固体粒子を用いた場合と同様に、下地の形状通りに膜等が形成されるために、凹凸部分は平滑化されなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような状況下で、ガラス基板表面に存在する微細な凹凸の凹部を埋めつつガラス基板全体を特定の物質で覆うことによって、ガラス表面を平滑化する方法、及び該方法によって平滑な表面を有するガラス基板を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、
（１）ガラス基板表面に、微粒子化した有機化合物及び／又は無機化合物をクライオ凝縮させるガラス表面の平滑化方法、
（２）前記微粒子化の方法が真空フラッシュ蒸発法である上記（１）記載のガラス表面の平滑化方法、
（３）前記真空フラッシュ蒸発法が、（ａ）前記有機化合物及び／又は無機化合物を液状化する工程、（ｂ）該有機化合物及び／又は無機化合物の分解温度及び重合温度の双方より低い温度で該有機化合物及び／又は無機化合物を真空雰囲気へ噴霧して連続的な小滴の流れとする工程、（ｃ）該有機化合物及び／又は無機化合物の沸点以上であり、かつ、分解温度未満である温度を有する加熱された板材に小滴を連続的に接触させることによって蒸発ガスを発生させる工程、を含む上記（２）記載のガラス表面の平滑化方法、
（４）前記蒸発ガスをプラズマ化する上記（３）記載のガラス表面の平滑化方法、
（５）前記有機化合物が液体モノマーであり、ガラス基板表面にクライオ凝縮された該モノマー層を重合又は架橋する上記（１）〜（４）のいずれかに記載のガラス表面の平滑化方法、
（６）前記有機化合物がポリマーであり、ガラス基板表面にクライオ凝縮された該ポリマー層を架橋する上記（１）〜（４）のいずれかに記載のガラス表面の平滑化方法、
（７）前記（ａ）無機化合物を液状化する工程が無機化合物のゾル溶液化であり、ガラス基板表面にクライオ凝縮された該無機化合物をゲル化し、さらに硬化する上記（３）又は（４）に記載のガラス表面の平滑化方法、
（８）ガラス基板の表面粗度が中心線平均粗さで０．８〜１．５ｎｍである上記（１）〜（７）のいずれかに記載のガラス表面の平滑化方法、
（９）上記（１）〜（８）のいずれかに記載の方法によって得られる表面が平滑化されたガラス基板、
がその目的を達成し得ることを見出した。本発明は、かかる知見に基づいて完成したものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明にかかるガラス表面の平滑化方法は、ガラス基板表面に、微粒子化した有機化合物又は無機化合物をクライオ凝縮させることを特徴とする。
ガラス基板はマクロでみた場合には、平滑な表面を有するが、ミクロ的には微細な凹凸を有する。該凹凸は通常サブミクロンオーダーのものであり、従来までの用途に使用されるガラス基板においては、サブミクロンオーダーの凹凸であれば平滑なガラス基板と認識されていた。本発明における凹凸のあるガラス基板とは、０．１μｍ以上の凹凸を有するガラス基板をいい、従来平滑とされていたガラス基板をその一部に含むものである。
【０００７】
本発明では、微粒子化した有機化合物又は無機化合物をガラス基板上にクライオ凝縮させることを特徴とするが、ここでクライオ凝縮とは、気体状になった有機化合物及び／又は無機化合物がその露点より低い温度を有する表面と接触することによって、気相から液相へ相変化する物理的な現象をいう。本発明では微粒子化した有機化合物及び／又は無機化合物をガラス基板上にクライオ凝縮させることで、ガラス基板表面の凹部を埋めつつガラス基板全体を該有機化合物及び／又は無機化合物で覆うことによって、ガラス表面を平滑化するものである。
これはクライオ凝縮された液滴はその粒子径が非常に小さく、適当な条件を選択することによって、被覆物質がガラス基板の下地形状になるよりも早く該有機化合物及び／又は無機化合物が重合、架橋等によって高分子体を形成する。従って、ガラス基板表面の凹部を埋めつつガラス基板全体を覆うことが可能となり、下地の形状を反映することなく、平滑化が可能となるものである。
【０００８】
本発明における有機化合物とは、微粒子化されてガラス基板の凹部を埋めることができるものであれば特に限定されないが、ガラス基板上で容易にクライオ凝縮され、またクライオ凝縮された後に重合又は架橋等を容易にさせることができる有機化合物が好ましい。
クライオ凝縮が容易にされるためには、該有機化合物の蒸気圧は室温で１．３３×１０^３Ｐａ（１０．０Ｔｏｒｒ）未満、好ましくは１．３３×１０^２Ｐａ（１．０Ｔｏｒｒ）未満、さらには１．３３Ｐａ（１．０×１０^−２Ｔｏｒｒ）未満であることが好ましい。また、クライオ凝縮後の重合又は架橋等が容易である有機化合物としては、反応性の高いモノマー、架橋点が多いポリマー等があり、本発明においては、アクリル系、メタクリル系化合物が特に好ましい。アクリル系化合物としては、具体的には、トリプロピレングリコール・ジアクリレート、テトラエチレングリコール・ジアクリレート、トリプロピレングリコール・モノアクリレート、カプロラクトン・アクリレート及びこれらのポリマーが挙げられ、メタクリル系化合物としては、トリプロピレングリコール・ジメタクリレート、テトラエチレングリコール・ジメタクリレート、トリプロピレングリコール・モノメタクリレート、カプロラクトン・メタクリレート及びこれらのポリマーが挙げられる。これらの有機化合物は一種を単独で用いてもよく、また２種以上のものを混合して用いてもよい。
また、本発明の好ましい一態様として、無機化合物である塩を重合可能な及び／又は架橋可能な有機化合物材料に溶解又は分散させ、本発明の有機化合物として供することも可能である。
さらに、溶媒、光硬化剤、接着増進剤等を添加することもできる。
【０００９】
上記有機化合物の微粒子化の方法としては、種々の方法が挙げられるが、本発明では真空フラッシュ蒸発法が好ましく、さらには真空フラッシュ蒸発法により得られた蒸発ガスをプラズマ化することが好ましい。
真空フラッシュ蒸発法は、（ａ）有機化合物を液状化する工程、（ｂ）該有機化合物の分解温度及び重合温度の双方より低い温度で該有機化合物を真空雰囲気へ噴霧して連続的な小滴の流れとする工程、（ｃ）該有機化合物の沸点以上であり、かつ、分解温度未満である温度を有する加熱された板材に小滴を連続的に接触させることによって蒸発ガスを発生させる工程を含む。
上記（ａ）有機化合物を液状化する工程とは、後の工程で容易に小滴を生成し得るように噴霧する有機化合物を液状化することをいい、該有機化合物が固体である場合に溶媒等に溶解させること等をいう。従って、有機化合物自体が液体である場合には本工程は省略することができる。
上記（ｂ）工程は、例えば真空チャンバー内にノズル等を通じて、上記液状有機化合物を噴霧し、該有機化合物の小滴を作る工程である。ここで該小滴は径が１〜５０μｍであることが好ましい。この範囲内であるとクライオ凝縮によってより平滑な被覆面を得ることができる。また、チャンバー内の真空度は１３．３Ｐａ（１．０×１０^−１Ｔｏｒｒ）〜１．３３×１０^−４Ｐａ（１．０×１０^−６Ｔｏｒｒ）の範囲であることが好ましい。この範囲内であると上述した好適な範囲の径を有する小滴を生成しやすい。
上記（ｃ）工程は、噴霧された気体またはミスト状の有機化合物が該有機化合物の沸点以上で、かつ、分解温度未満に加熱されたヒーターにより、真空チャンバー内でさらに拡散される工程である。
真空チャンバー内には一定温度に冷却されたガラス基板をセットすることができ、この場合にはチャンバー内のガラス基板上でクライオ凝縮が行われる。尚、装置内の他の部分については、該有機化合物の露点以上に保温することで、該有機化合物が凝縮することを防ぐことができる。
【００１０】
また本発明では、真空フラッシュ蒸発法にて得られた上記蒸発ガスをさらにプラズマ化すること（以下「プラズマ蒸着法」ということがある）が好ましい。プラズマ化する場合には、例えば、真空チャンバー内で発生した蒸発ガスを適当なキャリアーガスと共にチャンバー出口に導き、チャンバー出口にプラズマ発生装置を設置して、該蒸発ガスを励起させる方法がとられる。ここではキャリアーガスをプラズマの発生源となるもの、例えば高周波による電磁誘導、アーク放電、熱電離等を用いることができ、効率的に蒸発ガスをプラズマ化することができる。
このように、真空フラッシュ蒸発法とプラズマ蒸着法を組み合わせる場合には、ガラス基板はプラズマ発生装置の近傍に設置されることが好ましく、プラズマ化された蒸発ガスはガラス基板上でクライオ凝縮される。該蒸発ガスはプラズマ化されていることから容易に重合又は架橋等がなされ、ガラス基板の平滑化が効率的に行われる。
プラズマの条件としては、蒸発ガスをプラズマ化することができる範囲で適宜選択できるが、例えばアーク放電の場合は、１．３３×１０^−１Ｐａ（１．０×１０^−３Ｔｏｒｒ）、Ａｒ雰囲気下で５０〜６０Ｖの直流電圧を印加することが好ましい。
【００１１】
本発明では真空フラッシュ蒸発された有機化合物を重合又は架橋等により硬化することが好ましい。重合又は架橋の方法は種々あり、有機化合物がモノマーの場合には例えば光重合開始剤をあらかじめ加えておき、クライオ凝縮の後に紫外線等の光を照射して重合することが好ましい態様として例示することができる。また、有機化合物がポリマーの場合には、架橋剤の添加や紫外線、電子線、放射性等の照射によって架橋させることができる。
また、上述のように蒸発ガスをプラズマ化した場合には特に後処理を行うことなく重合又は架橋が進行することから特に好ましい。
尚、紫外線等の照射装置は真空チャンバー内又はプラズマ発生装置近傍に設置することができ、ガラス基板をセットする場所に応じて適宜選択することができる。
【００１２】
本発明における無機化合物とは、微粒子化されてガラス基板の凹部を埋めつつガラス基板表面全体を平滑化することができるものであれば特に限定されないが、ガラス基板上で容易にクライオ凝縮させることができる無機化合物が好ましい。
具体的には、ケイ素、アルミニウム、チタニウム、ジルコニウム等の金属のアルコキシド、塩化物、硝酸塩等が挙げられる。
【００１３】
上記無機化合物の微粒子化の方法としては、有機化合物の場合と同様に真空フラッシュ蒸発法又は真空フラッシュ蒸発法とプラズマ蒸着法を組み合わせた方法を用いることが好ましい。真空フラッシュ蒸発法及びプラズマ蒸着法の条件は使用する無機化合物によって適宜選択することができる。
特に、無機化合物における（ａ）無機化合物を液状化する工程では、無機化合物をゾル化することが好ましい。ゾル化することによって、以後の工程が容易に進行する。また、（ｂ）工程では無機化合物の分解温度より低い温度で、例えば真空チャンバー内にノズル等を通じて該無機化合物を噴霧し、該無機化合物の連続的な小滴の流れを作ることが好ましい。（ｃ）工程では、噴霧された気体またはミスト状の無機化合物が該無機化合物の分解温度未満に加熱されたヒーターにより、真空チャンバー内でさらに拡散される。
【００１４】
無機化合物を使用した場合のブラズマ化の条件は、有機化合物と同様に、蒸発ガスをプラズマ化することができる範囲で適宜選択できるが、例えばアーク放電の場合は、１．３３×１０^−１Ｐａ（１．０×１０^−３Ｔｏｒｒ）、Ａｒ雰囲気下で５０〜６０Ｖの直流電圧を印加することが好ましい。
また、無機化合物の蒸発ガスをガラス基板上にクライオ凝縮した後にこれをゲル化し、さらに硬化することが好ましい。硬化の方法としては種々あるが加熱又は紫外光を照射した状態での加熱等の方法が好ましく用いられ得る。
【００１５】
【実施例】
次に、本発明を実施例により、さらに詳細に説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定されるものではない。
（評価方法）
中心線平均粗さＲａの測定；Ｓｉ_３Ｎ_４カンチレバーの付属した走査型プローブ顕微鏡（セイコーインスツルメンツ（株）製）を用いて、ガラス基板表面の１０μｍ角範囲をコンタクトＡＦＭモードで測定した。
【００１６】
実施例１
ポリテトラエチレングリコールジアクリレート（ＰＥＧＤＡ）（平均分子量３５０，０００）５５容量％とポリテトラエチレングリコールメチルエーテル（ＰＥＧＭＥ）（平均分子量３５０，０００）３５容量％、アクリル酸（チバガイギー製）５容量％及び光重合開始剤５容量％（チバガイギー製「Ｄａｒｏｃｕｒｅ４２６５」）をスターラーで攪拌した後に、６．６５Ｐａ（５．０×１０^−２Ｔｏｒｒ）の真空中で脱ガス処理をして、混合溶液を得た。この混合溶液を超音波アトマイザーを通じて１２０ｋＨｚの条件で真空チャンバー内に噴霧した。噴霧された小滴は真空チャンバー内の２４５℃に加熱された板材に衝突して蒸発ガス化した。あらかじめ真空チャンバー内に厚さ０．５５ｍｍの未研磨ソーダライムガラス基板を１８℃に冷却した状態でセットし、蒸発ガスをクライオ凝縮させた。その後真空チャンバー内に設置された紫外線ランプで紫外線を照射し、該有機化合物を硬化させ、約１μｍの厚さの薄膜をガラス基板上に得た。
この有機薄膜が形成されたガラス基板表面の中心線平均粗さＲａは０．８〜１．５ｎｍであり、未研磨ソーダライムガラスの中心線平均粗さＲａ約４ｎｍに比較して著しく改善された。
【００１７】
【発明の効果】
本発明によれば、ガラス基板表面に存在する微細な凹凸の凹部を埋めつつガラス基板全体を有機化合物及び／又は無機化合物で覆うことによって、ガラス基板表面を高度に平滑化することができる。該方法によって得られた高度な平滑面を有するガラス基板は、ＴＮ液晶ディスプレイ，ＳＴＮ液晶ディスプレイ，ＴＦＴディスプレイ，有機ＥＬ素子等のディスプレイ用基板、磁気ディスク基板、カラーフィルターのオーバーコート等に適用した場合に高い性能を有することが期待される。

Claims (9)

1. ガラス基板表面に、微粒子化した有機化合物及び／又は無機化合物をクライオ凝縮させることを特徴とするガラス表面の平滑化方法。
2. 前記微粒子化の方法が真空フラッシュ蒸発法である請求項１記載のガラス表面の平滑化方法。
3. 前記真空フラッシュ蒸発法が、（ａ）前記有機化合物及び／又は無機化合物を液状化する工程、（ｂ）該有機化合物及び／又は無機化合物の分解温度及び重合温度の双方より低い温度で該有機化合物及び／又は無機化合物を真空雰囲気へ噴霧して連続的な小滴の流れとする工程、（ｃ）該有機化合物及び／又は無機化合物の沸点以上であり、かつ、分解温度未満である温度を有する加熱された板材に該小滴を連続的に接触させることによって蒸発ガスを発生させる工程、を含むことを特徴とする請求項２記載のガラス表面の平滑化方法。
4. 前記蒸発ガスをプラズマ化することを特徴とする請求項３記載のガラス表面の平滑化方法。
5. 前記有機化合物が液体モノマーであり、ガラス基板表面にクライオ凝縮された該モノマー層を重合又は架橋することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のガラス表面の平滑化方法。
6. 前記有機化合物がポリマーであり、ガラス基板表面にクライオ凝縮された該ポリマー層を架橋することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のガラス表面の平滑化方法。
7. 前記（ａ）液状化する工程が無機化合物のゾル溶液化であり、かつ、ガラス基板表面にクライオ凝縮された該無機化合物をゲル化し、さらに硬化することを特徴とする請求項３又は４に記載のガラス表面の平滑化方法。
8. ガラス基板の表面粗度が中心線平均粗さで０．８〜１．５ｎｍである請求項１〜７のいずれかに記載のガラス表面の平滑化方法。
9. 前記請求項１〜８のいずれかの方法によって得られる表面が平滑化されたガラス基板。