JP2005263593A

JP2005263593A - 平滑化ガラス基板

Info

Publication number: JP2005263593A
Application number: JP2004081822A
Authority: JP
Inventors: Hideki Kubo; 英樹窪
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 2004-03-22
Filing date: 2004-03-22
Publication date: 2005-09-29

Abstract

【課題】未研磨のガラス基板を使用して、フラットパネルディスプレイに適用可能な表面平滑性を有するガラス基板を提供する。
【解決手段】ガラス基板の少なくとも片面にコーティング層が積層された平滑化ガラス基板であって、その平滑性がＪＩＳＢ０６０１で定義される表面粗さ算術平均値（Ｒａ）がＲａ＜１０ｎｍ、最大高さ（Ｒｙ）がＲｙ＜１００ｎｍであり、且つ平均線からの深さが１０ｎｍ以上で穴深さと穴直径のアスペクト比（穴深さ／穴直径）が０．２よりも大きい穴の無いことを特徴とする平滑化ガラス基板。

Description

本発明は、表面平滑性に優れたガラス基板およびこれを用いた表示素子に関する。

フラットパネルディスプレイでは通常２枚のガラス基板が使用されており、これら２枚のガラス基板の間に発光機構や光透過制御機構等が形成される。ガラス基板として使用されるガラスには、代表的なものとして、プラズマディスプレイでは高歪点ガラス（たとえば、旭硝子社製［商品名：ＰＤ２００］）等、ＴＦＴ液晶ディスプレイでは無アルカリホウケイ酸ガラス（たとえば、旭硝子社製［商品名：ＡＮ６３５、ＡＮ１００等］、コーニング社製［商品名：１７３７］）等、ＳＴＮ液晶ディスプレイではソーダライムガラス（たとえば、旭硝子社製［商品名：ＡＳ］）等がある。これらのガラス基板は、フロート法、フュージョン法、スリットダウンドロー法等の方法で製造されている。これらの製造方法によって一定の厚さに成形されたガラスリボンは、所定の寸法に切り出され、ガラス基板として供給される。
しかし、ＳＴＮ液晶ディスプレイでは２枚のガラスの間隔に対してきわめて敏感であり、この間隔の不均一性はコントラスト、表示むらとして表示品位を低下させ階調表示特性をも損なう。また自発光で高速駆動、高精細な表示を目的としたエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）表示素子等の場合には使用される基板は１枚であるが、その基板上に形成される発光層は１００ｎｍ単位の厚みで制御されるため、基板表面の突起欠陥または穴状欠陥が起因となる素子構造不良による表示欠陥（ダークスポット）が発生する。
従って、良好な表示特性を得るためにはガラス基板の平滑化が必要である。従来は研磨テープ等による機械的研磨法やスポンジ材および砥粒を含んだスラリーを用いた化学的機械的研磨法が用いられている。しかし、例えば機械的研磨法ではガラス基板表面を鏡面に仕上げるために、平均粒径０．０１μｍ〜５μｍの砥粒が使用されるが、現状では使用される砥粒の大きさや形状を一定に揃えることは技術的に非常に困難であり、使用される砥粒の大きさや形状にバラツキがある。そのため研磨後のガラス表面には高低差１０ｎｍ程度の突起が連なって形成される。しかも研磨後には高度な技術を要する洗浄工程が必要となる。（例えば、特許文献１，２参照。）一方、化学的機械的研磨法では、研磨処理後に装置よりガラス基板を取り出し、その後表面を洗浄する。そのため、各々の工程の間にガラス基板表面に残留したスラリー中の砥粒とガラス基板の接触界面に固層反応が生じ、これによりこの接触界面に洗浄では除去し得ない高さ１０ｎｍ程度の異質な物質が生成されることがある。これを防ぐためには高度な洗浄技術が必要である。（例えば、特許文献３参照。）これらの事から、通常の研磨法では高度な研磨技術と共に高度な洗浄技術が必要であった。
これに対し、平滑性の不十分なガラス基板に樹脂薄膜をプレス成型させる方法が提案されている。（例えば、特許文献４参照。）この場合では研磨工程が無いため洗浄の必要が無く、大きなコスト削減が可能である。しかしながらプレス加工法では樹脂層に対して鏡面を転写形成させるが、その剥離工程において転写用の鏡面プレス板側に樹脂が固着し、それ故樹脂薄膜の表層には微細な凹凸が形成される恐れがある。

特開平８−１０８３６０号公報特開平１１−３４７９０６号公報特開２００１−９６９７号公報特開平５−２２４１９３号公報

本発明の目的とするところは、ＥＬ素子用途に適用可能な優れた表面平滑特性を持つガラス基板およびこれを用いた表示素子を提供することにある。

すなわち本発明は
（１）ガラス基板の少なくとも片面にコーティング層が積層された平滑化ガラス基板であって、その平滑性がＪＩＳＢ０６０１で定義される表面粗さ算術平均値（Ｒａ）がＲａ＜１０ｎｍ、最大高さ（Ｒｙ）がＲｙ＜１００ｎｍであり、且つ平均線からの深さが１０ｎｍ以上で穴深さと穴直径のアスペクト比（穴深さ／穴直径）が０．２よりも大きい穴の無いことを特徴とする平滑化ガラス基板。
（２）ガラス基板の少なくとも片面にコーティング層が積層された平滑化ガラス基板であって、その平滑性がＪＩＳＢ０６０１で定義される表面粗さ算術平均値（Ｒａ）がＲａ＜１０ｎｍ、最大高さ（Ｒｙ）がＲｙ＜１００ｎｍであり、コーティング層の表面に最大高さと幅の最小値のアスペクト比（最大高さ／幅最小値）が０．２よりも大きい局所的な突起が無いことを特徴とする平滑化ガラス基板。
（３）ガラス基板の少なくとも片面にコーティング層が積層された平滑化ガラス基板であって、その平滑性がＪＩＳＢ０６０１で定義される表面粗さ算術平均値（Ｒａ）がＲａ＜１０ｎｍ、最大高さ（Ｒｙ）がＲｙ＜１００ｎｍであり、且つ平均線からの深さが１０ｎｍ以上で穴深さと穴直径のアスペクト比（穴深さ／穴直径）が０．２よりも大きい穴の無く、コーティング層の表面に最大高さと幅の最小値のアスペクト比（最大高さ／幅最小値）が０．２よりも大きい局所的な突起も無いことを特徴とする平滑化ガラス基板。
（４）前記コーティング層がアクリレートモノマーを主成分とする紫外線硬化性樹脂組成物からなることを特徴とする（１）〜（３）の平滑化ガラス基板。
（５）前記アクリレートモノマーがイソシアヌール酸ＥＯ変性トリアクリレートを含む（４）の平滑化ガラス基板。
（６）前記アクリレートモノマーが、エポキシアクリレートモノマーを含むことを特徴とする（４）、（５）の平滑化ガラス基板。
（７）前記アクリレートモノマーがビスフェノールA型エポキシジアクリレートを
含む（４）〜（６）の平滑化ガラス基板。
（８）前記アクリレートモノマーが４臭素化ビスフェノールA型ジエポキシジアク
リレートを含む（４）〜（７）の平滑化ガラス基板。
（９）前記アクリレートモノマーがノボラック型エポキシアクリレートを含む（４）〜（８）の平滑化ガラス基板。
（１０）前記紫外線硬化性樹脂組成物が硬化前の状態で紫外線硬化する際の環境下で流動性を示す液体であり、前記ガラス基板での前記紫外線硬化性樹脂組成物の溶融接触角が１０°より小さいことを特徴とする（４）〜（９）の平滑化ガラス基板。
（１１）前記コーティング層の厚みが、０．３〜６μｍである（１）〜（１０）の平滑化ガラス基板。
（１２）（１）〜（１１）の平滑化ガラス基板を用いた表示素子。
（１３）（１）〜（１２）の平滑化ガラス基板を用いたエレクトロルミネッセンス表示素子。
である。

本発明によればコーティング層を積層することにより平滑性に優れたガラス基板が作製でき、従来行われていた研磨工程を省くことができる。更に研磨後の洗浄工程を省略することが可能となり、基板のコストが大きく削減され産業上極めて有用である。

本発明は、平滑性の不十分なガラス基板に対して濡れ性の優れたアクリレートモノマーを主成分とする紫外線硬化性樹脂組成物をガラス基板上に積層することで得られた、有機ＥＬ表示素子にも適用可能な表面平滑性を有するガラス基板であり、これを用いた表示素子である。

本発明の平滑化ガラス基板は、少なくとも片面にコーティング層を積層した面の表面粗さ算術平均値（Ｒａ）がＲａ＜１０ｎｍ、最大高さ（Ｒｙ）がＲｙ＜１００ｎｍであり、且つ平均線からの深さ１０ｎｍ以上で穴深さと穴直径のアスペクト比（穴深さ／穴直径）が０．２よりも大きい穴が無い、および／または紫外線硬化性樹脂組成物の表面に最大高さと幅の最小値のアスペクト比（最大高さ／幅最小値）が０．２よりも大きい局所的な突起が無い表面であり、コーティング層に用いられる紫外線硬化性樹脂組成物はアクリレートモノマーを主成分とするものを含むものである。

表面粗さ算術平均値（Ｒａ）が１０ｎｍ以上の場合は、表示素子において表示の不均一性が発生すると言った問題がある。さらに、表面粗さ算術平均値（Ｒａ）が１０ｎｍよりも小さい場合でも、表面粗さにおける最大高さ（Ｒｙ）が１００ｎｍ以上の凸状形状が存在すること、または、穴状欠陥が存在しその穴形状が表面粗さの平均線からの深さが１０nm以上で、穴深さと穴直径のアスペクト比（穴深さ／穴直径）が０．２よりも大きい場合には、やはり表示素子の不均一性が問題となる。これらの場合、液晶表示素子では基板間ギャップの不均一による表示不良、エレクトロルミネッセンス素子では非点灯欠陥の発生と言った、表示素子自体の信頼性を大きく低下させる問題が発生する。表面の突起形状を表現する、最大高さと幅の最小値のアスペクト比（最大高さ／幅最小値）における最大高さとは、表面粗さの平均線からの突起の最大高さを示す。また、幅の最小値とは、局所的な突起を表面粗さの平均線で２次元に切り出した場合の突起のすそのに対応する面形状の最小距離を示す。つまり、突起の表面粗さ平均線における面形状が扁平していた場合に、最も急峻なアスペクト比を算出することができる。

コーティング層の厚みは０．３〜６μｍの範囲が好ましい。望ましいコーティング層の厚みは用いるガラス基板の平滑性、特に最大高さ（Ｒｙ）に依存するが、０．３μｍ以下の場合は、ガラス基板の凹凸を平坦化する効果に乏しい。また、厚みが６μｍ以上の場合は、厚みの不均一性が発生し、そのため表面平滑性が悪化する恐れがある。

前記の平滑性を有するコーティング層を積層したガラス基板の作製方法としては、スピンコート法、バーコート法、スプレーコート法、ナイフコート法等を用いて、例えばアクリレートモノマーを主成分とする紫外線硬化性樹脂組成物を溶剤で希釈し、塗布成膜した後に紫外線硬化する湿式塗布方法を挙げることができる。生産性等を考慮すると湿式塗布法が好ましいが、本発明の平滑化ガラス基板を得る方法としては塗布方法に何ら制限はない。
また、湿式塗布法においては、用いるアクリレートモノマーを主成分とする紫外線硬化性樹脂組成物とガラス基板の濡れ性を良好にすることが好ましく、本検討を進める中で用いるアクリレートモノマーを主成分とする紫外線硬化性樹脂組成物の紫外線硬化前の樹脂組成物とガラス基板との溶融接触角が１０°より小さい場合に上記の平滑性が得られることが見出された。本検討の溶融接触角とは、紫外線硬化性樹脂組成物を積層するガラス基板が紫外線硬化前に曝される雰囲気温度の上限温度での、ガラス基板と硬化前紫外線樹脂組成物の接触角である。

また、紫外線硬化性樹脂組成物と溶剤の組成比は２０：８０〜８０：２０であることが好ましい。組成比が溶剤リッチの場合は、塗布後の外観が悪くなるばかりでなく、揮発する溶剤の相対量が多くなるため、紫外線硬化後の表面凹凸が改善され難く、組成比が樹脂組成物リッチの場合は局所的な表面凹凸は改善されるものの、長周期的な表面うねりが発
生することがあり、外観不良が発生しやすくなる。

本発明のアクリレートモノマーは特に限定はしないが、エポキシアクリレート、ウレタンアクリレート、イソシアヌール酸ＥＯ変性アクリレート、ペンタエリスリトールアクリレート、トリメチロールプロパンアクリレート、エチレングリコールアクリレート、ポリエステルアクリレート、ノルボルネンアクリレートなどのうち、２官能以上のアクリロイル基を有するモノマーを主成分とすることが好ましい。これらの２官能以上のアクリロイル基を有するモノマーは２種類以上を混合して用いる方法、また１官能のアクリレートを混合して用いる方法は硬化収縮を小さく抑える点でより好ましい。また、特に架橋度が高く、ガラス転移温度が200℃以上である、イソシアヌール酸ＥＯ変性トリアクリレートを
主成分とすることが好ましく、更に、アクリレートモノマーから成る紫外線硬化性樹脂組成物の表面にバリア膜のような無機膜を積層する場合は、紫外線硬化性樹脂組成物と無機膜との層間密着性に優れることからエポキシアクリレートを含むことが好ましく、中でもビスフェノールＡ型エポキシジアクリレート、４臭素化ビスフェノールA型ジエポキシジ
アクリレート、ノボラック型エポキシアクリレートがより好ましい。これらのアクリレートモノマーは、単独で用いても複数種を混合して用いても良い。
また、本発明の紫外線硬化性樹脂組成物には、シリコン系、フッ素系のレベリング材、シリコン系、チタネート系、メルカプト系のシランカップリング材等を添加しても良い。

本発明の紫外線硬化性樹脂組成物を硬化させるための紫外線照射に関しては、必要な波長の光を選択的に照射してもよい。具体的には、照射部に選択透過フィルターをもうけるか、ガラス基板にて塗膜が形成される側とは反対面から照射する方法などが挙げられる。また大気中の酸素によって紫外線効果樹脂の硬化反応が阻害させる場合には、窒素など不活性ガス雰囲気化で照射を行っても良い。紫外線照射量は、３６５ｎｍまたは２５４ｎｍの波長か、ある波長を選択的に照射する場合は、紫外線領域で最大照射量となる波長域での照射量を、紫外線照度計によって測定するとよい。

以下本発明を実施例によって説明するが、本発明は実施例により何ら限定されるものではない。
なお基材はフロート法で製造された非研磨ソーダライムガラスを用い、各ガラス基板の表面平滑性については原子間力顕微鏡（AFM）にて、20μｍ×20μｍ角の領域を測定した
。

＜実施例１＞
ガラス基板の表面に紫外線硬化性樹脂組成物としてイソシアヌール酸ＥＯ変性トリアクリレート（東亞合成製Ｍ−３１５）４０重量部、光開始剤（チハ゛カ゛イキ゛ー社製 IRG-907）２．５重量部、メチルセロソルフ゛アセテート（沸点＝145℃）８．５重量部、乳酸エチル（沸点＝155℃）３０重量部，ブチルセロソルブ（沸点＝170℃）６．０重量部にて撹拌、溶解してＲＣ＝３６ｗｔ％の均一な溶液としたものをバーコーターにて塗布し、加熱乾燥機中９０℃で２分間続いて１２０℃で３分間加熱して溶媒を除去した。溶媒除去後の紫外線硬化性樹脂組成物はペースト状の軟化状態であり、ガラス基板と硬化前の樹脂組成物の120℃での溶融接触角は２．２°であった。乾燥後の樹脂組成物に、高圧水銀
灯にて350ｍＪ／cm²の紫外線を照射させ硬化樹脂組成物をガラス基板上に作製した。
作製した平滑化ガラス基板の表面平滑性をAFMにて評価した。作製した基板のコーティ
ング層の表面はＲａ＝０．４ｎｍ、Ｒｙ＝７．５ｎｍであり、且つ平均線からの深さが１０ｎｍ以上で穴深さと穴直径のアスペクト比（穴深さ／穴直径）が０．２よりも大きい穴は無く、最大高さと幅の最小値のアスペクト比（最大高さ／幅最小値）が０．２よりも大きい局所的な突起も無い非常に平滑性の高いガラス基板であった。

＜実施例２＞
ガラス基板の表面に紫外線硬化性樹脂組成物としてイソシアヌール酸ＥＯ変性トリアクリレート（東亞合成製Ｍ−３１５）３０重量部、ビスフェノールA型エポキシアクリレ
ート（昭和高分子社製 VR-７７）１０重量部、光開始剤（チハ゛カ゛イキ゛ー社製 IRG-907）２．０重量部、メチルセロソルフ゛アセテート９．０重量部、酢酸ブチル３０重量部，ブチルセロソルブ６．０重量部にて撹拌、溶解してＲＣ＝４８．３ｗｔ％の均一な溶液としたものをバーコーターコーターにて塗布し、加熱乾燥機中９０℃で２分間続いて１２０℃で３分間加熱して溶媒を除去した。溶媒除去後の紫外線硬化性樹脂組成物はペースト状の軟化状態であり、ガラス基板と硬化前の樹脂組成物の120℃での溶融接触角
は１．０°であった。乾燥後の樹脂組成物に、高圧水銀灯にて350ｍＪ／cm²の紫外線を照射させ硬化樹脂組成物をガラス基板上に作製した。
作製した平滑化ガラス基板の表面平滑性をAFMにて評価した。作製した基板のコーティ
ング層の表面はＲａ＝０．３ｎｍ、Ｒｙ＝５．７ｎｍであり、且つ平均線からの深さが１０ｎｍ以上で穴深さと穴直径のアスペクト比（穴深さ／穴直径）が０．２よりも大きい穴は無く、最大高さと幅の最小値のアスペクト比（最大高さ／幅最小値）が０．２よりも大きい局所的な突起も無い非常に平滑性の高いガラス基板であった。

＜比較例１＞
ガラス基板表面を平均粒径０．７μｍのダイヤモンド砥粒を固定した研磨層を表面に形成した研磨テープで機械的研磨を行い、洗浄工程を経た後、研磨ガラス基板が得られた。
作製したガラス基板の表面平滑性をAFMにて評価した。作製した基板はＲａ＝０．８ｎ
ｍであったが、高さ２５．９nmの突起欠陥が存在し、そのアスペクト比は０．３９であった。

＜比較例２＞
ガラス基板の表面に紫外線硬化性樹脂組成物としてイソシアヌール酸ＥＯ変性トリアクリレート（東亞合成製Ｍ−３１５）４０重量部、光開始剤（チハ゛カ゛イキ゛ー社製 IRG-907）２．５重量部を攪拌、溶解させスピンコーター法によりガラス基板上に塗布し
、その表面平滑性がＲａ＝０．４ｎｍ、Ｒｙ＝５．９ｎｍである鏡面板にてプレスし、ガラス基板裏面より高圧水銀灯にて350ｍＪ／cm²の紫外線を照射させコーティング層を成形し、ガラス基板の表面を平滑化させた。
作製したガラス基板の表面平滑性をＡＦＭにて評価した。作製した基板はＲａ＝０．４ｎｍであったが、高さ３５．１ｎｍの突起欠陥が存在し、そのアスペクト比は０．５１であった。

Claims

ガラス基板の少なくとも片面にコーティング層が積層された平滑化ガラス基板であって、その平滑性がＪＩＳＢ０６０１で定義される表面粗さ算術平均値（Ｒａ）がＲａ＜１０ｎｍ、最大高さ（Ｒｙ）がＲｙ＜１００ｎｍであり、且つ平均線からの深さが１０ｎｍ以上で穴深さと穴直径のアスペクト比（穴深さ／穴直径）が０．２よりも大きい穴の無いことを特徴とする平滑化ガラス基板。
ガラス基板の少なくとも片面にコーティング層が積層された平滑化ガラス基板であって、その平滑性がＪＩＳＢ０６０１で定義される表面粗さ算術平均値（Ｒａ）がＲａ＜１０ｎｍ、最大高さ（Ｒｙ）がＲｙ＜１００ｎｍであり、コーティング層の表面に最大高さと幅の最小値のアスペクト比（最大高さ／幅最小値）が０．２よりも大きい局所的な突起が無いことを特徴とする平滑化ガラス基板。
ガラス基板の少なくとも片面にコーティング層が積層された平滑化ガラス基板であって、その平滑性がＪＩＳＢ０６０１で定義される表面粗さ算術平均値（Ｒａ）がＲａ＜１０ｎｍ、最大高さ（Ｒｙ）がＲｙ＜１００ｎｍであり、且つ平均線からの深さが１０ｎｍ以上で穴深さと穴直径のアスペクト比（穴深さ／穴直径）が０．２よりも大きい穴の無く、コーティング層の表面に最大高さと幅の最小値のアスペクト比（最大高さ／幅最小値）が０．２よりも大きい局所的な突起も無いことを特徴とする平滑化ガラス基板。
前記コーティング層がアクリレートモノマーを主成分とする紫外線硬化性樹脂組成物からなることを特徴とする請求項１〜３何れか一項記載の平滑化ガラス基板。
前記アクリレートモノマーがイソシアヌール酸ＥＯ変性トリアクリレートを含む請求項４記載の平滑化ガラス基板。
前記アクリレートモノマーが、エポキシアクリレートモノマーを含むことを特徴とする請求項４または５記載の平滑化ガラス基板。
前記アクリレートモノマーがビスフェノールA型エポキシジアクリレートを含む請求項４
〜６何れか一項記載の平滑化ガラス基板。
前記アクリレートモノマーが４臭素化ビスフェノールA型ジエポキシジアクリレートを含
む請求項４〜７何れか一項記載の平滑化ガラス基板。
前記アクリレートモノマーがノボラック型エポキシアクリレートを含む請求項４〜８何れか一項記載の平滑化ガラス基板。
前記紫外線硬化性樹脂組成物が硬化前の状態で紫外線硬化する際の環境下で流動性を示す液体であり、前記ガラス基板での前記紫外線硬化性樹脂組成物の溶融接触角が１０°より小さいことを特徴とする請求項４〜９何れか一項記載の平滑化ガラス基板。
前記コーティング層の厚みが、０．３〜６μｍである請求項１〜１０何れか一項記載の平滑化ガラス基板。
請求項１〜１１何れか一項記載の平滑化ガラス基板を用いた表示素子。
請求項１〜１２何れか一項記載の平滑化ガラス基板を用いたエレクトロルミネッセンス表示素子。