JP2006312585A

JP2006312585A - フラットパネルディスプレイ用ガラス基板及びその製造方法

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Publication number: JP2006312585A
Application number: JP2006220212A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiko Hashimoto; 靖彦橋本; Naoki Nishimura; 直樹西村
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2006-08-11
Filing date: 2006-08-11
Publication date: 2006-11-16
Anticipated expiration: 2018-06-29
Also published as: JP4423611B2

Abstract

【課題】大板ガラスであっても、分割切断後の変形が少なく、パターンが所期の設計からずれてディスプレイの表示不良が発生するということがないフラットパネルディスプレイ用ガラス基板と、その製造方法を提供する。
【解決手段】板ガラスを成形した後の冷却工程で、その平面方向に発生する温度分布を小さくするような温度制御を行うことによって、平面方向の残留応力が、５ｋｇ／ｃｍ^２以下のフラットパネルディスプレイ用ガラス基板を製造する。
【選択図】図１

Description

本発明は、フラットパネルディスプレイのアレイ基板材料や、その対向基板材料として用いられるガラス基板及びその製造方法に関するものである。

従来よりフラットパネルディスプレイ用ガラス基板として、０．３〜３．０ｍｍ程度の厚みを有する矩形状の板ガラスが大量に用いられている。特に近年になって、α−ＳｉＴＦＴ（Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ−ＳｉＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）液晶ディスプレイ等の薄膜電気回路を用いたフラットパネルディスプレイ市場が急速に拡大している。

ところで最近のフラットパネルディスプレイ用ガラス基板には、大板化が求められている。すなわち最終製品であるディスプレイの大きさは、対角１２インチ程度のものが主流であるが、ディスプレイ基板の製造コストの低減と、スループットの向上を目的として大きなガラス基板から複数のディスプレイ基板を作製するマルチ方式が採用されている。つまりガラスメーカーで成形された大型のガラス基板（ガラス素板）上に、複数分の回路パターンを形成した後、回路パターン毎にガラス基板を分割切断して複数のディスプレイ基板を作製する方式が採用されており、これらの基板は、ディスプレイの背面基板となるアレイ基板として使用されている。また同様に、アレイ基板の対向基板（前面基板）についても大型のガラス基板に複数のパターンを形成した後、分割切断する生産方式が採られている。

そのため従来のガラス基板の大きさ（縦横寸法）は、３００×４００ｍｍサイズや３７０×４７０ｍｍサイズであったが、最近では、５５０×６５０ｍｍサイズや、それ以上のサイズのガラス基板が必要とされるようになってきている。
特開平５−１６３０３２号公報特開平５−３３９０２１号公報特開平９−２７８４７０号公報

上記したように最近になって、フラットパネルディスプレイ用ガラス基板は、大板化が進められているが、これに伴ってガラス基板を分割切断した後に、ガラス基板が変形するという問題が発生している。

例えば液晶ディスプレイのアレイ基板として用いられるガラス基板上には、薄膜電気回路や、その他の各種金属膜、絶縁膜等を組み合わせた回路パターンが形成され、その対向基板であるカラーフィルター基板には、ＲＧＢパターンが形成されるが、このような画素パターンが形成されたガラス基板が分割切断された後に変形すると、互いの画素パターンが所期の設計からずれてしまい、アレイ基板の回路パターンとカラーフィルター基板のパターンとが一致せず、最終製品である液晶ディスプレイの表示不良という致命的な欠陥につながることがあるため大きな問題となっている。

本発明の目的は、大板ガラスであっても、分割切断後の変形が少なく、パターンが所期の設計からずれてディスプレイの表示不良が発生するということがないフラットパネルディスプレイ用ガラス基板と、その製造方法を提供することである。

本発明者等は、上記目的を達成すべく種々の実験を繰り返した結果、ガラス基板が分割切断された後に変形する原因が、ガラス基板の平面方向に大きな残留応力が発生するからであり、平面方向の残留応力を一定値以下に抑えることによって、ガラス基板の分割切断後の変形が抑えられることを見いだし、本発明を提案するに至った。
すなわち本発明のフラットパネルディスプレイ用ガラス基板は、平面方向の残留応力が、５ｋｇ／ｃｍ^２以下であることを特徴とする。

また本発明のフラットパネルディスプレイ用ガラス基板は、縦寸法が４００ｍｍ以上、横寸法が５００ｍｍ以上であることを特徴とし、さらに縦寸法が５５０ｍｍ以上、横寸法が６５０ｍｍ以上であることを特徴とする。

また本発明のフラットパネルディスプレイ用ガラス基板は、液晶ディスプレイに用いられることを特徴とする。

また本発明のフラットパネルディスプレイ用ガラス基板の製造方法は、板ガラスを成形した後の冷却工程で、その平面方向に発生する温度分布を小さくするような温度制御を行うことによって、平面方向の残留応力が、５ｋｇ／ｃｍ^２以下のフラットパネルディスプレイ用ガラス基板を製造することを特徴とする。

また本発明のフラットパネルディスプレイ用ガラス基板の製造方法は、好ましくは、フラットパネルディスプレイ用ガラス基板の縦寸法が４００ｍｍ以上、横寸法が５００ｍｍ以上であることを特徴とし、さらにはフラットパネルディスプレイ用ガラス基板の縦寸法が５５０ｍｍ以上、横寸法が６５０ｍｍ以上であることを特徴とする。

また本発明のフラットパネルディスプレイ用ガラス基板の製造方法は、好ましくは、フロート法、オーバーフローダウンドロー法、スロットダウンドロー法のいずれか一つの方法で板ガラスを成形することを特徴とする。

また本発明のフラットパネルディスプレイ用ガラス基板の製造方法は、液晶ディスプレイ基板用ガラス基板の製造方法であることを特徴とする。

本発明のフラットパネルディスプレイ用ガラス基板は、平面方向の残留応力が５ｋｇ／ｃｍ^２以下であるため、このガラス基板上にパターンを形成した後、パターン毎にガラス基板を分割切断しても変形が少ない。そのため、特に周縁部の残留応力が大きくなりやすい縦寸法が４００ｍｍ以上、横寸法が５００ｍｍ以上のディスプレイ用ガラス基板に有用である。

フラットパネルディスプレイ用ガラス基板に残留応力が発生するメカニズムは、次のとおりである。

この種のガラス基板を成形するための一般の工業的な方法としては、フロート法、オーバーフローダウンドロー法、スロットダウンドロー法等が知られているが、いずれの成形法を採用しても、成形した板ガラスを冷却する時に、その肉厚方向に温度分布が発生すると共に、平面方向にもいくらかの温度分布が発生し、その結果、不均一な残留応力が発生することになる。

切断後の変形に影響を与えるのは、主にガラス基板の平面方向に発生する残留応力であり、ガラス基板の中央付近に比べて、周縁部の冷却速度が速い場合や、逆にガラス基板の中央付近に比べて周縁部の冷却速度が遅い場合に、周縁部付近に残留応力が発生する。このような平面方向に残留応力を有するガラス基板が分割切断されると、変形することによって応力を解放しようとする。

本発明者等の知見によると、平面方向の残留応力は、ガラス基板の大きさに比例して大きくなり、例えば、縦寸法４００ｍｍ以上、横寸法５００ｍｍ以上のガラス基板の場合、周縁部の残留応力は、２０ｋｇ／ｃｍ^２以上となることがあった。しかしながらガラス基板の平面方向の残留応力を５ｋｇ／ｃｍ^２以下にすると、これを分割切断しても、問題となるような大きな変形は生じない。

次に本発明のフラットパネルディスプレイ用ガラス基板を作製する方法を説明する。

先ず一つの方法は、板ガラスを成形した後の冷却工程で、その平面方向に発生する温度分布をできるだけ小さくするような温度制御を行う方法である。

またもう一つの方法は、通常の方法で板ガラスを成形、冷却、切断した後、平坦性に優れた低膨張結晶化ガラス板やセラミック板からなるセッターの上に載置してからアニールすることによって、板ガラスに発生した平面方向の残留応力を小さくする方法である。

但し、通常の方法でガラス基板をアニールしても、ガラス基板全面を均一に加熱、冷却することは困難であり、特にアニール炉の炉壁に近いガラス基板の周縁部の残留応力が大きくなりやすいため、次に示す方法のいずれかでアニールすることが望ましい。

（ａ）予め所定寸法より大きい板ガラスを作製し、これをアニールした後、ガラス基板の周縁部を切り落として所定寸法のガラス基板とする方法。但し、この方法では、ガラス基板の周縁部を廃棄することになるため、ガラスの生産効率が低下するという問題がある。

（ｂ）ガラス基板の縦寸法と横寸法よりも５０ｍｍ以上長い縦寸法と横寸法を有する大型の耐熱性セッターを使用することによって、ガラス基板を均一にアニールする方法。

（ｃ）ガラス基板を載置した耐熱性セッターの付近に耐熱性のダミーセッターを配置することによって、ガラス基板を均一にアニールする方法。

尚、アニールする場合、連続式アニール炉やバッチ式電気炉が使用できるが、生産性を考えると、連続式アニール炉を用いることが望ましい。

以下、本発明のフラットパネルディスプレイ用ガラス基板を実施例及び比較例に基づいて詳細に説明する。

まず重量％で、ＳｉＯ_２５５％、Ｂ_２Ｏ_３１０％、Ａｌ_２Ｏ_３１０％、ＲＯ２５％の組成となるようにガラス原料を調合し、１５８０℃で所定時間溶融した後、スロットダウンドロー法を用いて成形し、切断加工することによって、５５０×６５０×０．７ｍｍの寸法を有するα−ＳｉＴＦＴ液晶ディスプレイ用無アルカリガラス基板を３６枚作製した。

次に、これらのガラス基板を板状で平坦性に優れた耐熱性セッター（日本電気硝子株式会社製ネオセラムＮ−０）上に１枚づつ載置し、アニール炉内に入れ、温度条件等を変えることにより、平面方向の残留応力が２０ｋｇ／ｃｍ^２のガラス基板を１２枚（Ａグループ）、平面方向の残留応力が１０ｋｇ／ｃｍ^２のガラス基板を１２枚（Ｂグループ）、平面方向の残留応力が４ｋｇ／ｃｍ^２のガラス基板（Ｃグループ）を１２枚作製した。
その後、図１に示すように、各ガラス基板１０上に４つの回路パターン１１を形成してから、回路パターン１１毎にガラス基板１０を２本の切断線１２、１２に沿って４枚のアレイ基板に分割切断し、これらのアレイ基板上の回路パターン１１の正規位置からの最大ずれ量を測定し、その結果を表１に示した。

表１から明らかなように、Ａグループのアレイ基板は、回路パターンのずれ量が６〜８μｍと大きかったが、Ｃグループのアレイ基板は、回路パターンのずれがほとんど発生せず、このことから、アレイ基板の平面方向の残留応力の大きさと、切断後の寸法のずれ量の間に相関関係が認められた。

尚、上記の残留応力は、東芝歪検査器ＳＶＰ−１００を用い、セナルモン法に基づいて測定した。

またアレイ基板のずれ量は、その対向基板として、アレイ基板と同じサイズを有する未変形のカラーフィルター基板を準備し、図２に示すように、アレイ基板１３をカラーフィルター基板１４上に重ね合わせ、アレイ基板１３上の回路パターン１５と、カラーフィルター基板１４上に形成されたパターン１６の最もずれの大きい部分の長さ（Ｌ）を顕微鏡で測定したものである。

４つの回路パターンが形成されたガラス基板を示す平面図である。アレイ基板をカラーフィルター上に重ね合わせた状態を示す概略説明図である。

符号の説明

１０ガラス基板
１１、１５回路パターン
１２切断線
１３アレイ基板
１４カラーフィルター基板
１６カラーフィルター基板上に形成されたパターン

Claims

平面方向の残留応力が、５ｋｇ／ｃｍ^２以下であることを特徴とするフラットパネルディスプレイ用ガラス基板。
縦寸法が４００ｍｍ以上、横寸法が５００ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１記載のフラットパネルディスプレイ用ガラス基板。
縦寸法が５５０ｍｍ以上、横寸法が６５０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１記載のフラットパネルディスプレイ用ガラス基板。
液晶ディスプレイに用いられることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のフラットパネルディスプレイ用ガラス基板。
板ガラスを成形した後の冷却工程で、その平面方向に発生する温度分布を小さくするような温度制御を行うことによって、平面方向の残留応力が、５ｋｇ／ｃｍ^２以下のフラットパネルディスプレイ用ガラス基板を製造することを特徴とするフラットパネルディスプレイ用ガラス基板の製造方法。
フラットパネルディスプレイ用ガラス基板の縦寸法が４００ｍｍ以上、横寸法が５００ｍｍ以上であることを特徴とする請求項５記載のフラットパネルディスプレイ用ガラス基板の製造方法。
フラットパネルディスプレイ用ガラス基板の縦寸法が５５０ｍｍ以上、横寸法が６５０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項５記載のフラットパネルディスプレイ用ガラス基板の製造方法。
フロート法、オーバーフローダウンドロー法、スロットダウンドロー法のいずれか一つの方法で板ガラスを成形することを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載のフラットパネルディスプレイ用ガラス基板の製造方法。
液晶ディスプレイ用ガラス基板の製造方法であることを特徴とする請求項５〜８のいずれかに記載のフラットパネルディスプレイ用ガラス基板の製造方法。