JP2015189656A - ガラス基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱収縮の小さいガラス基板を効率よく製造することができるガラス基板の製造方法を提供する。【解決手段】ガラス基板の製造方法は、作製されたガラス基板とシート体を交互に積層してガラス基板の束を作製する工程と、作製した前記ガラス基板の束を熱処理することにより、ガラス基板の熱収縮率を低下させる熱処理工程と、熱処理工程後、前記ガラス基板の束からガラス基板を１枚ずつ取り出して、前記熱処理中にガラス基板の表面に付着した付着物を除去する付着物除去工程と、を含む。【選択図】 図１

Description

本発明は、ガラス基板の熱収縮率を低下させる熱処理工程を含むガラス基板の製造方法に関する。

近年、ディスプレイパネルの分野では、画質の向上のために画素の高精細化が進んでいる。この高精細化の進展に伴って、ディスプレイパネルに用いるガラス基板にも高品質であることが望まれている。例えば、ディスプレイパネルの製造工程中に、高温に熱処理されたガラス基板において寸法変化が生じ難いように、熱収縮の小さいガラス基板が求められている。

一般に、ガラス基板の熱収縮率は、ガラスの歪点が高いほど小さくなる。また、ガラス基板の熱収縮率は、ガラス基板の製造工程中の徐冷速度を小さくするほど小さくなることが知られている。そのため、同じガラス組成であっても、徐冷速度を十分に小さくすることによって、熱収縮率を求められるレベルまで低減することは可能である。しかし、より一層低い熱収縮率を実現するためには、作製されたガラス基板を製造ラインから外れたオフラインにて時間をかけて熱処理を施すことが行われる。

例えば、複数枚の板ガラスをその各板ガラス間に紙を介在させて積層してなる集合体を窒素雰囲気中でガラス歪点以下、かつ４００℃の温度を超える温度範囲内の所定温度に昇温し、所要時間保持した後、徐冷する板ガラスの処理方法が知られている（特許文献１）。

特開平８−１５１２２４号公報

近年の高精細ディスプレイのパネル製造工程では、従来よりも高温にガラス基板を加熱してディスプレイパネルを作製するため、これにあわせて熱収縮率を低減するために行なう熱処理の温度も高くする必要がある。しかし、上述の技術では、従来よりも高温にガラス基板を熱処理すると、ガラス基板間に挟んでいる紙から着色物質が生成され、ガラス基板にこの着色物質が付着する場合があった。このため、高精細ディスプレイ用ガラス基板を効率よく製造できない、といった問題がある。

そこで、本発明は、熱収縮率の低いガラス基板を効率よく製造することができるガラス基板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、ガラス基板の製造方法である。当該製造方法は、
作製されたガラス基板とシート体を交互に積層してガラス基板の束を作製する工程と、
作製した前記ガラス基板の束を熱処理することにより、ガラス基板の熱収縮率を低下させる熱処理工程と、
熱処理工程後、前記ガラス基板の束からガラス基板を１枚ずつ取り出して、前記熱処理中にガラス基板の表面に付着した付着物を除去する付着物除去工程と、を含む。

前記付着物除去工程は、付着物を吸引除去する処理を含むことが好ましい。

前記付着物除去工程は、前記吸引除去する処理の後、ガラス基板にガスを吹き付けて前記付着物の残留物を排除する処理、を含むことが好ましい。

前記熱処理工程における熱処理温度は、ガラス基板の歪点−４００℃の温度から歪点の温度範囲である、ことが好ましい。

前記ガラス基板のガラスの歪点は、６００℃以上である、ことが好ましい。

前記ガラス基板の熱収縮率は、１５ｐｐｍ以下である、ことが好ましい。

前記シート体は、紙である、ことが好ましい。

上述のガラス基板の製造方法によれば、熱収縮率の低いガラス基板を効率よく製造することができる。

本実施形態のガラス板の製造方法の流れを示すフローチャートである。 本実施形態で行なわれる熱処理の一例を説明する図である。

以下、本発明のガラス基板の製造方法について詳細に説明する。

図１は、本実施形態のガラス板の製造方法の流れを示すフローチャートである。製造されるガラス基板は、例えば縦寸法及び横寸法のそれぞれが５００ｍｍ〜３５００ｍｍであり、厚さが０．１〜１．１（ｍｍ）の極めて薄い矩形形状の板である。
まず、熔融されたガラスが、例えばフュージョン法あるいはフロート法等の公知の方法により、所定の厚さの帯状ガラスであるシートガラスが成形される（ステップＳ１）。
次に、成形されたシートガラスが所定の長さの素板であるガラス基板に採板される（ステップＳ２）。採板により得られたガラス基板は、ガラス基板を保護するシート体と交互に積層してガラス基板の束を作製する（ステップＳ３）。

次に、このガラス基板の束に対して熱処理を行なう（ステップＳ４）。この熱処理では、ガラス基板を所定の温度の雰囲気下、所定時間放置することにより、ガラス基板の熱収縮率を低下させる。この熱処理は、連続的に流れるシートガラスを採板してガラス基板を製造する製造ラインから外れたオフラインで複数のガラス基板Ｇと複数のシート体１２とを交互に１枚ずつ積層して作製されたガラス基板の束に対して熱処理するオフライン処理である。

図２は、ガラス基板の束を熱処理する状態の一例を説明する図である。熱処理では、金属製、例えばステンレス製の定盤１０の上に、平板１２を載置し、平板１２の上に、シート体１４、ガラス基板Ｇ、シート体１４、・・・、ガラス基板Ｇ、シート体１４の順番で、ガラス基板Ｇとシート体１４を交互に積層し、最上層には、平板１２と同じ構造の平板１４を載せ、その上方から圧力を掛けるために、ブロック材を載置する。さらに、ガラス基板の束の側面からの放熱を抑えて、ガラス基板Ｇの主表面上で場所に関わらず一定の温度となるように断熱板１６でガラス基板の束の周囲を囲む。シート体１４は、例えば再生紙あるいはパルプ紙が用いられ、例えば厚さ０．０２ｍｍ〜０．２ｍｍで、ガラス基板Ｇよりも大きなサイズである。この他に、シート体はガラスペーパーや織物であってもよい。

平板１２，１４のガラス基板Ｇに面する表面は、平坦度の高い、例えば５００μｍ以下の基板であることが好ましい。平板１２，１４は、例えば耐熱性の高いガラス基板、ガラスセラミック基板、金属板、ＳｉＣ基板等が好適に用いられる。断熱板１６は、例えば耐火レンガ、耐火ボード等が用いられる。
断熱板１６により囲まれたガラス基板の束に対して、例えば空気を加熱して所定時間放置することによりガラス基板Ｇを熱処理する。この場合熱処理の温度は、ガラス基板Ｇの歪点−４００℃の温度から歪点の温度範囲であることが、加熱処理によってガラス基板Ｇの熱収縮率を低下させる点から好ましい。熱処理の時間は、例えば１〜１２０時間である。熱処理における雰囲気中の温度の時間履歴は特に制限されず、雰囲気の温度が、歪点−４００℃の温度から歪点の温度範囲にある時間が少なくとも１時間以上あるとよい。１時間未満であると、熱収縮率が十分に低下せず、１２０時間より長いと、熱収縮率は十分低減するが、ガラス基板Ｇの生産効率が低下する。
なお、後述するように、歪点はガラスの種類によって異なるが、ガラス基板Ｇは、熱収縮を小さくするために、歪点が高いガラス組成を有することが好ましく、例えばガラス基板Ｇのガラスの歪点は、６００℃以上であることが好ましい。この場合、熱処理温度の最低温度は、２００℃（＝６００℃―４００℃）以上である。ガラス基板Ｇの熱収縮を小さくして、高精細ディスプレイ用ガラス基板とするために、２５０℃〜７００℃であることが好ましく、３００℃〜６００℃であることがより一層好ましく、３５０℃〜６００℃であることが更により一層好ましく、４００℃〜５５０℃であることが特に好ましい。
ガラス基板の束が晒される高温の雰囲気は、特に制限されず、酸素含率が５〜５０％である雰囲気であってもよく、例えば空気からなる大気雰囲気であってもよい。

このような熱処理により、ガラス基板Ｇの熱収縮率を０〜１５ｐｐｍとすることができる。熱収縮率は、好ましくは、０〜１２μｍであり、より好ましくは、０〜６μｍである。このような熱収縮率が、ガラス基板のガラス組成と、熱処理の温度と熱処理時間を調整することにより達成することができる。熱処理前に所定のサイズの長方形にガラス基板を切りだし、長辺両端部にケガキ線を入れ、短辺中央部で半分に切断し、２つのガラスサンプルを得る。このうちの一方のガラスサンプルを、熱処理（昇温速度が１０℃／分、４５０℃で１時間放置）する。熱処理をしない他方のガラスサンプルの長さを計測する。さらに、熱処理したガラスサンプルと未処理のガラスサンプルとをつき合わせてケガキ線のずれ量を、レーザー顕微鏡等で測定して、ガラスサンプルの長さの差分を求めることでサンプルの熱収縮量を求めることができる。この熱収縮量である差分と、熱処理前のガラスサンプルの長さを用いて、以下の式により熱収縮率が求められる。このガラスサンプルの熱収縮率をガラス基板の熱収縮率とする。
熱収縮率（ｐｐｍ）＝ （差分）／（熱処理前のガラスサンプルの長さ）×１０^６

次に、ガラス基板の束から一枚ずつ取り出したガラス基板に対して付着物除去を行なう（ステップＳ５）。付着物除去処理では、ガラス基板の主表面に付着した付着物を除去する。この点は後述する。

付着除去処理後のガラス基板は切断工程に搬送され、製品のサイズに切断され、ガラス基板が得られる（ステップＳ６）。得られたガラス基板には、端面の研削、研磨およびコーナカットを含む端面加工が行われた後、ガラス基板は洗浄される（ステップＳ７）。洗浄では、例えば、洗浄剤を水で希釈した、アルカリ成分を含んだ洗浄液を用いて、ガラス基板の主表面をブラシ研磨、さらにはスポンジ研磨をした後、純粋でリンスする例が挙げられる。すなわち、アルカリ性の洗浄液を用いてガラス基板が洗浄される。また、アルカリ性の洗浄液に代えて酸性（例えばフッ酸）の洗浄液を用いてガラス基板を洗浄してもよい。
特に、高精細ディスプレイに用いられるガラス基板は、主表面に半導体素子を形成するため、高い洗浄度が求められる。洗浄されたガラス基板はキズ、塵、汚れあるいは光学欠陥を含む傷が無いか、光学的検査が行われる（ステップＳ８）。検査により品質の適合したガラス基板は、ガラス基板を保護する紙と交互に積層された積層体としてパレットに積載されて梱包される（ステップＳ９）。梱包されたガラス基板は納入先業者に出荷される。出荷されるガラス基板に挟みこまれてガラス基板の表面を保護する紙は、ガラス基板の表面の汚染を防止する観点から、樹脂分等を含まないパルプ紙が用いられる。

このようなガラス基板Ｇにおいて、熱収縮率を低下させるために熱処理が行なわれるが、熱処理によりシート体１４の一部が熱により変性してガラス基板Ｇの主表面に付着する場合がある。例えば、シート体１４が紙である場合、紙の一部が炭化して、灰あるいは炭となる場合がある。このために、本実施形態では付着物除去工程を有する。付着物除去工程は、付着物を吸引除去する工程を含むことが好ましい。さらに、吸引除去の処理の後、ガラス基板にガスを吹き付けて付着物の残留物を排除する工程を含むことが好ましい。
吸引除去の工程では、バキュームにより、ガラス基板Ｇの主表面に付着した灰、炭等を除去する。バキュームでは、ガラス基板の主表面から一定距離離して吸引ノズルを主表面上で動かして、ガラス基板の主表面の全面から付着物を除去することができる。このとき、ガラス基板はバキュームによる吸引によって部分的に変形して破損することがないように、バキュームするガラス基板の主表面と反対側の主表面は、図示されない基盤上に吸着支持されていることが好ましい。ガスを吹き付けるとき、上記吸引除去により依然としてガラス基板Ｇの主表面に残留する付着物を主表面から除去する。ガスを吹き付ける工程では、高圧ガスの吐出ノノズルの開口をガラス基板の主表面に対して傾斜するように傾けて付着物を吹き飛ばしながら、上記吐出ノズルをガラス基板の主表面の全面に移動させてもよい。例えば、ガラス基板Ｇには、タールが着色物質として付着する場合がある。この場合、高圧スチーム等の高圧ガスを吹き付けて着色物質を除去することができる。

なお、吸引除去の工程では、さらに、ガラス基板の洗浄を含んでもよい。例えば、ガスを吹き付ける工程後、ガラス基板Ｇを枚様式に、洗浄剤を水で希釈した、アルカリ成分を含む洗浄液とブラシを用いた洗浄、さらには、上記洗浄液とスポンジを用いた洗浄を行なう。さらに、上記洗浄液中に複数のガラス基板Ｇを浸して複数のガラス基板Ｇを同時に洗浄してもよい。洗浄剤として、例えば無機アルカリ系の洗浄剤、例えばパーカーコーポレーション社製のＰＬ−ＬＣＧシリーズ、あるいは横浜油脂工業株式会社製のセミクリーンシリーズ等が用いられる。この場合、上記アルカリ成分を含んだ水は、ＫＯＨ、ＮａＯＨ，ＥＴＤＡ−４Ｎａ，ＥＴＤＡ−４Ｋ，Ｎａ_４Ｐ_２Ｏ_７，あるいはＫ_４Ｐ_２Ｏ_７を含むことが好ましい。洗浄液において、上記アルカリ成分は、１質量％〜１０質量％洗浄液に含まれることが好ましい。このような付着物除去を行わない場合、洗浄剤を用いた上記洗浄において、付着物が洗浄槽内を汚染するので好ましくない。

本実施形態では製造されるガラス基板Ｇのガラスの歪点は、６００℃以上であることが、熱収縮歪を小さくする点から好ましく、６５０℃以上であることがより好ましい。さらには、６９０℃以上であることがより好ましい。

このような熔融ガラスによりつくられるガラス基板として、以下のガラス組成のガラス基板が例示される。つまり、以下のガラス組成をガラス基板が有するようにガラス原料は調合される。
ＳｉＯ₂ ５５〜８０モル％、
Ａｌ₂Ｏ₃ ８〜２０モル％、
Ｂ₂Ｏ₃ ０〜１２モル％、
ＲＯ ０〜１７モル％（ＲＯはＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯの合量)。
また、ＭｇＯ ０〜１０モル％、ＣａＯ ０〜１０モル％、ＳｒＯ ０〜１０％、ＢａＯ ０〜１０％であってもよい。
このとき、ＳｉＯ₂は６０〜７５モル％、さらには、６３〜７２モル％であることが、熱収縮率を小さくするという観点から好ましい。
このとき、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｂ₂Ｏ₃、及びＲＯ（ＲＯは、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯの合量）を少なくとも含み、モル比（（２×ＳｉＯ₂）＋Ａｌ₂Ｏ₃）／（（２×Ｂ₂Ｏ₃）＋ＲＯ）は４．５以上であるガラスであってもよい。また、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、及びＢａＯの少なくともいずれか含み、モル比（ＢａＯ＋ＳｒＯ）／ＲＯ（ＲＯは、ＣａＯ，ＭｇＯ，ＳｒＯ及びＢａＯの合量）は０．１以上であることが好ましい。

また、モル％表示のＢ₂Ｏ₃の含有率の２倍とモル％表示の上記ＲＯの含有率の合計は、３０モル％以下、好ましくは１０〜３０モル％であることが好ましい。
また、上記ガラス組成のガラス基板におけるアルカリ金属酸化物の含有率は、０モル％以上０．４モル％以下であってもよい。

本実施形態では、オフラインでガラス基板を加熱処理後、ガラス基板の主表面に付着する付着物を除去するので、残留物を略確実に除去することができるので、後に行われるガラス基板の洗浄液を用いた洗浄工程（ステップＳ７）において、付着物が洗浄液に混入してガラス基板の主表面に再度付着させることはなく、熱収縮率の低いガラス基板を効率よく生産することができる。
特に、高圧ガスをガラス基板の主表面に吹き付けることにより、ガラス基板にシート体由来の着色物質を除去することができる。

本実施形態で製造されるガラス基板は、フラットパネルディスプレイ用ガラス基板、例えば、液晶ディスプレイ用ガラス基板あるいは、有機ＥＬディスプレイ用のガラス基板として好適である。さらに、本実施形態で製造されるガラス基板は、高精細ディスプレイに用いるＬＴＰＳ（Low-temperature poly silicon）・ＴＦＴディスプレイ用ガラス基板、あるいは、酸化物半導体・ＴＦＴディスプレイ用のガラス基板として特に好適である。

本実施形態における熔融ガラスからシートガラスを成形する方法として、フロート法やフュージョン法等が用いられるが、本実施形態のガラス基板のオフラインにおける熱処理と付着物除去処理を含むガラス基板の製造方法では、フュージョン法（オーバーダウンドロー法）において製造ライン上の徐冷装置を構成上長くすることが困難である点から、フュージョン法に適している。

（実験例）
下記ガラス組成を有するガラス基板をフュージョン法の１つであるオーバダウンドロー法により複数作製した。ガラス基板の歪点は６６０℃であった。熱処理前のガラス基板について熱収縮率を調べたところ、１８ｐｐｍであった。

（ガラス組成）
ＳｉＯ₂ ６６．６モル％、
Ａｌ₂Ｏ₃ １０．６モル％、
Ｂ₂Ｏ₃ １１．０モル％、
ＲＯ １１．４モル％（ＲＯはＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯの合量)。

さらに、このガラス基板に熱処理と付着物除去を行なった後、図１に示すＳ６〜Ｓ９の処理を行なった（実施例）。また、ガラス基板に熱処理を行った後、付着物除去処理を行なうことなく図１に示すＳ６〜Ｓ９の処理を行なった（従来例）。熱処理は、雰囲気温度を５００℃とし、放置時間を８時間とした。実施例では、吸引除去と高圧スチームによる吹きつけを行なった。
実施例及び従来例のガラス基板の熱収縮率は、いずれも２．７ｐｐｍであった。

実施例のガラス基板の主表面には、灰、炭等の残留物は見られず、着色物質の付着も見られなかった。従来例のガラス基板の主表面には、灰、炭等の残留物はわずかに残り、主表面が着色物質でわずかに着色していることが確認された。
これより、本実施形態の効果は明らかである。

以上、本発明のガラス基板の製造方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態及び実施例等に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。

１０ 定盤
１２，１４ 平板
１６ 断熱板

Claims (7)

1. ガラス基板の製造方法であって、
   作製されたガラス基板とシート体を交互に積層してガラス基板の束を作製する工程と、
   作製した前記ガラス基板の束を熱処理することにより、ガラス基板の熱収縮率を低下させる熱処理工程と、
   熱処理工程後、前記ガラス基板の束からガラス基板を１枚ずつ取り出して、前記熱処理中にガラス基板の表面に付着した付着物を除去する付着物除去工程と、を含むことを特徴とするガラス基板の製造方法。
2. 前記付着物除去工程は、付着物を吸引除去する処理を含む請求項１に記載のガラス基板の製造方法。
3. 前記付着物除去工程は、前記吸引除去する処理の後、ガラス基板にガスを吹き付けて前記付着物の残留物を排除する処理、を含む請求項２に記載のガラス基板の製造方法。
4. 前記熱処理工程における熱処理温度は、ガラス基板の歪点−４００℃の温度から歪点の温度範囲である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のガラス基板の製造方法。
5. 前記ガラス基板のガラスの歪点は、６００℃以上である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のガラス基板の製造方法。
6. 前記ガラス基板の熱収縮率は、１５ｐｐｍ以下である、請求項１〜５のいずれか１項に記載のガラス基板の製造方法。
7. 前記シート体は、紙である、請求項１〜６のいずれか１項に記載のガラス基板の製造方法。

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