JP2015205811A - 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、ならびに液晶ディスプレイ - Google Patents
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Abstract
Description
これに対し、異物等の透光性を有しない内部欠陥に関しては、依然として厳しい基準が適用されており、特に液晶ディスプレイ用ガラス基板にあっては、ガラス基板中に所定のサイズを超える大きさの内部欠陥が存在する場合、不良品と判別される。
本発明者は、以上の知見に基づき、本発明を完成させた。
ガラス基板であって、
長辺長さが50μmを超え、短辺長さが5μm未満である遮光性の内部欠陥と、
前記内部欠陥の位置に対応する前記ガラス基板の主表面上の位置に形成され、前記主表面からの高さが0.15μm未満である凸部と、を有するガラス基板を、フラットパネルディスプレイガラス基板として用いることを特徴とする。
また、内部欠陥がガラス基板の主表面近傍に存在すると、ガラス基板の主表面には凸部が形成されやすい。
特に、所定の大きさを超える遮光性の内部欠陥に起因して主表面に凸部が形成されたガラス基板は、高コントラストなディスプレイに用いられると品質面で問題が生じるとして、一律に不良品と判別されていた。しかし、長辺長さが50μmを超え、短辺長さが5μm未満である内部欠陥に起因して形成される凸部がガラス基板の主表面に存在する場合であっても、凸部のガラス基板の主表面からの高さが0.15μm未満である場合には、高コントラストなディスプレイに用いても問題が生じないことも分かった。
そこで、本発明では、従来、製品として品質上問題とならないにも関わらず、上記のような内部欠陥が存在するという理由だけで不良品として扱われていたガラス基板を製品として用いることができるようにし、ガラス基板製造の歩留まりを改善している。
前記凸部の前記主表面からの高さが0.10μm未満であり、
前記内部欠陥が、前記主表面から50μm未満の深さ領域に存在してもよい。
内部欠陥の長辺長さが200μm以下であり、また、短辺長さが1μm〜10μmの内部欠陥は長辺長さが50μmを超える大きさであっても、肉眼では存在していることが分かりにくい。そこで、ここでは、このようなサイズの内部欠陥を有するガラス基板を対象としている。
また、前記内部欠陥の長辺長さが50μmを超え80μm未満であり、短辺長さが1μm未満であってもよい。
ガラス基板の主表面の凸部は、内部欠陥がガラス基板の主表面に近い部分にあるほど、主表面からの高さが大きくなり、その分、ディスプレイの品質に影響を与えやすくなる。しかし、本発明のガラス基板では、そのような場合でも、上記所定の条件を満たせば、製品として用いることができる。
また、前記内部欠陥の長辺長さが50μmを超え80μm未満であり、短辺長さが1μm未満であってもよい。
上述のフラットパネルディスプレイ用ガラス基板を用いた液晶ディスプレイであって、
前記ガラス基板の一方の主表面にカラーフィルタ又はTFTデバイスが形成され、前記主表面側に液晶層が形成されていることを特徴とする。
ガラス基板製造工程と、前記ガラス基板製造工程で製造されたガラス基板を検査するガラス基板検査工程と、を備え、
前記ガラス基板検査工程では、透光性を有さず、長辺長さが50μmを超え、短辺長さが5μm未満である内部欠陥を有し、前記内部欠陥の位置に対応する前記ガラス基板の主表面上の位置に形成され、前記主表面からの高さが0.15μm以上である凸部を有するガラス基板、を不良と判別することを特徴とする。
この方法によれば、透光性を有しない所定サイズを超える大きさの内部欠陥を有していても、高コントラストなフラットパネルディスプレイに用いることが可能なガラス基板を選別できる。これにより、製品歩留まりが良くなる。
前記内部欠陥は、線状白金であってもよい。
図1に、本発明の一実施形態によるガラス基板1の厚み方向断面図を示す。
まず、ガラス基板1の概略を説明する。
ガラス基板1の厚さは、0.1〜1.5mmであり、好ましい厚さの上限値は、1.1mm、0.7mm、0.5mmであり、最も好ましい上限値は0.4mmである。一方、好ましい厚さの下限値は、0.2mmである。
ガラス基板1のサイズは、500〜2500mm×2500〜3500mm(短手方向長さ×長手方向長さ)である。
透光性を有しない内部欠陥10とは、ガラス基板1中に存在する遮光性の欠陥をいう。ガラス基板1の主表面3にその一部が現れているものは、内部欠陥10には含まれない。内部欠陥10は、本実施形態では、断面が円形又は三角形などの線状白金である。線状白金は、ガラス基板の製造時に、白金又は白金合金製の清澄槽等の装置から熔融ガラス中に落下して混入したと考えられている、細長く断面が多角形の白金異物である。ガラス基板中では、ガラス基板の製造工程中、熔融ガラスが一方向に流れることで複数の線状白金は一方向に向きを揃えている。具体的には、図1に示す細長い線状白金の長辺の向きは、後述する図4に示す成形装置200を流れるシートガラスの流れる方向(図4中の矢印方向)に揃っている。
長辺長さL2が50μmを超える大きさの内部欠陥10に起因して、主表面3に凸部7(後述)が形成されたガラス基板1は、IPS方式、VA方式の高コントラストの液晶ディスプレイ等に用いられた場合に、ディスプレイの品質(視認可能な表示ムラ、画素欠けなど)に問題を生じさせる可能性がある。しかし、そのような内部欠陥10が存在する場合であっても、その短辺長さL1が5μm未満であり、凸部の形状が15μm未満であれば、凸部が遮光性の内部欠陥に起因するものであっても、高コントラストのディスプレイに用いても品質上問題が生じない。
別の好ましい態様として、内部欠陥10の形状に関して、内部欠陥10の長辺長さL2が50μmを超え80μm未満であり、短辺長さL1が1μm未満である。短辺長さL1は、例えば0.1μm以上である。この場合、凸部7の主表面からの突出高さが0.15μm未満である。このような内部欠陥10及び凸部7があっても、高コントラストのディスプレイに用いても品質上全く問題が生じない。
本願発明者は、ガラス基板の内部に遮光性の内部欠陥が存在することにより主表面に凸部が形成された場合には、内部欠陥近傍のガラスの状態が泡などの内部欠陥の場合と異なるため、ディスプレイ表示品質への影響がより顕著に現れると考えている。遮光性の内部欠陥がディスプレイ表示品質に影響する理由の一つとして、遮光性の内部欠陥が形成されガラス基板中に存在することが内部欠陥近傍のガラスの状態(例えば、密度)に微小な影響を与え、このことが上記した液晶の駆動や、凸の形状と合わさって、また、光の透過量の減少も合わさって、ディスプレイの表示品質に顕著に影響を与えること、が考えられている。
本発明は、このような品質に影響を与える内部欠陥が存在していたとしても、高コントラストの液晶ディスプレイに採用できるガラス基板を特定するものである。
また、内部欠陥10は、ガラス基板1中に、複数存在してもよい。凸部7は、ガラス基板の主表面に複数あってもよい。
次に、ガラス基板の製造方法について説明する。
図3に、ガラス基板の製造方法のフローの一例を説明する図を示す。
本発明のガラス基板の製造方法は、ガラス基板製造工程と、検査工程(ステップS100)と、を備える。
熔解工程(ST1)は熔解炉で行われる。熔解炉では、ガラス原料を、熔解炉に蓄えられた熔融ガラスの液面に投入し、加熱することにより熔融ガラスを作る。さらに、熔解炉の内側側壁の1つの底部に設けられた流出口から下流工程に向けて熔融ガラスを流す。
なお、ガラス原料には清澄剤が添加される。環境負荷低減の点から、清澄剤として酸化錫を用いることが好ましい。
成形工程(ST5)では、熔融ガラスをシートガラスに成形し、シートガラスの流れを作る。成形は、オーバーフローダウンドロー法が用いられる。
徐冷工程(ST6)では、成形されて流れるシートガラスが所望の厚さになり、内部歪が生じないように、さらに、反りが生じないように冷却される。
SiO2 55〜75モル%、
Al2O3 5〜20モル%、
B2O3 0〜15モル%、
RO:5〜20モル%(RはMg、Ca、Sr及びBaのうち、ガラス基板に含まれる全元素)、
R’ 2O:0〜0.8モル%(R’はLi、K、及びNaのうち、ガラス基板に含まれる全元素)。
上記ガラスは、高温粘性が高いガラスの一例である。このようなガラスにおいて、清澄管102において適正な熔融ガラスの粘度で脱泡を行うために熔融ガラスを高温に加熱する。清澄剤として酸化錫を含み、粘度が102.5ポアズ(1ポアズ=0.1Pa・秒)であるときの熔融ガラスの温度は、例えば1500〜1700℃であり、清澄管102の内部における溶融ガラス温度は1600℃以上となるよう加熱される。このため、清澄管102の内壁から揮発物は多量に揮発し、揮発物の凝集(析出)が生じるおそれがある。
なお、清澄管102の内部の気相空間に窒素などの不活性ガスを供給することで、清澄管102の内部の気相空間の酸素濃度(気相空間内の酸素分圧)を、少なくとも大気での酸素濃度未満に下げて揮発量を低減すること、また、清澄管102の内部壁面(気相空間にさらされた壁面)における温度差を低減すること(例えば、気相空間が連通した清澄管102内において、温度差を150℃以下にする)で、揮発した白金の析出を抑制することが行われているが、長期にわたる操業中には、操業条件が崩れてしまい、白金の揮発・凝集(析出)による内部異物を発生させてしまう場合がある。この場合、上述した内部欠陥10及び凸部7をガラス基板が有することは避けられない。
不良品であるか否かの判別は、具体的には、透光性を有さず、長辺長さが50μmを超え、好ましくは50μmを超え80μm未満であり、短辺長さが5μm未満、好ましくは1μm未満である内部欠陥を有し、かつ、ガラス板が延在する方向における内部欠陥の位置と対応するガラス板の主表面の位置に主表面からの高さが0.15μm以上の凸部を有するガラス板を不良と判別することにより行われる。ガラス板に内部欠陥が存在することは、自動検査装置、又は検査員によって判断される。透光性を有しない内部欠陥が存在すると判断られたガラス板は、例えば、レーザ顕微鏡を用いて、内部欠陥の長辺長さおよび短辺長さ、凸部の高さおよび深さが測定される。
ガラス基板の製造方法は、以上の工程の他、梱包工程を有し、梱包工程で積層された複数のガラス基板は、納入先の業者に搬送される。
透光性を有しない内部欠陥として線状白金を有するガラス基板のサンプルを、オーバーフローダウンドロー法により製造されたガラス基板から選別し、実施例1として、線状白金異物サイズが、長辺長さ52〜200μmであり、短辺長さ1〜4μm、かつ線状白金に起因する凸部高さが0.03〜0.14μmの主表面状態を有するガラス基板を複数枚取得した。そして、図2に示す構造と同様のIPS方式の液晶ディスプレイを複数作製した。ガラス基板のサンプルは、カラーフィルタ側の基板として、凸部を液晶層20側に向けて配した。なお、TFT側には、別途作成した、内部欠陥および凸部を有しないガラス基板を配した(実施例1)。
さらに、実施例1と同様に、透光性を有しない内部欠陥として線状白金を有するガラス基板のサンプルを、オーバーフローダウンドロー法により製造されたガラス基板から選別し、実施例2として、線状白金異物サイズが、長辺長さ52〜78μmであり、短辺長さ0.1μm〜0.98μm未満、かつ線状白金に起因する凸部高さが0.03〜0.14μmの主表面状態を有するガラス基板を複数枚取得した。さらに、実施例1と同様に、IPS方式の液晶ディスプレイを複数作製した。ガラス基板のサンプルは、カラーフィルタ側の基板として、凸部を液晶層20側に向けて配した。なお、TFT側には、別途作成した、内部欠陥および凸部を有しないガラス基板を配した(実施例2)。
また、実施例1,2のガラス基板のサンプルに代えて、凸部の高さが0.15μm、0.25μmであるガラス基板のサンプル、内部欠陥の短辺長さが5μm、10μmであるガラス基板のサンプルを用いて、それぞれ、液晶ディスプレイを作成した(比較例1〜4)。
さらに、凸部の高さが0.15μm〜0.2μmであり、内部欠陥の短辺長さが0.1〜1μmであり、長辺長さが52〜78μmであるガラス基板のサンプルを用いて、液晶ディスプレイを作製した(比較例5)。
なお、いずれのガラス基板においても、線状白金は主表面から50μm未満の深さに存在した。線状白金の位置がもう一方の表面側に存在する場合、パネル形成後のガラス基板のスリミング時に表面に現れる問題がある。このため、オーバーフローダウンドロー法により製造されたガラス基板において、線状白金が存在する場合には、裏面側に存在しないことが好ましい。
なお、上記液晶ディスプレイは、正面コントラストが3000:1のコントラスト比となるよう設計をした。
ガラス基板のサンプルの凸部は、自動検査機に蓄積された欠陥データに基づいて、サンプルの主表面における水平方向位置が特定される。また、内部欠陥の長辺長さL2および短辺長さL1、および凸部の高さhおよび深さDは、レーザ顕微鏡を用いて2400倍の倍率にて測定した。測定結果を、表1に示す。
暗室内で、輝度計BM−5A(トプコン社製)を用いて、液晶ディスプレイの黒表示状態および白表示状態での正面輝度を測定し、正面コントラストを算出して確認を行った。
作成した液晶ディスプレイに電圧をかけて液晶を駆動し、液晶ディスプレイの正面および斜め方向から、液晶ディスプレイから所定距離だけ離れた位置で目視により、白表示から黒表示、および黒表示から白表示にかけて表示ムラが全く確認されなかったものをA(使用可能)、表示ムラが確認されたものをB(不良品)、と評価した。表示ムラは、限度サンプルとの対比により判定を行う。結果を、表1に示す。
3 ガラス基板の主表面
7 凸部
10 内部欠陥
h 凸部の高さ
D 内部欠損のガラス基板の主表面からの深さ領域
L1 内部欠陥の短辺長さ
L2 内部欠陥の長辺長さ
アルミノボロシリケイトガラスからなるガラス基板であって、
長辺長さが200μm以下であり、短辺長さが5μm未満である遮光性の白金又は白金合金と、
前記白金又は白金合金の位置に対応する前記ガラス基板の主表面上の位置に形成され、前記主表面からの高さが0.15μm未満である凸部と、を有するガラス基板を、フラットパネルディスプレイ用ガラス基板として用いることを特徴とする。
あるいは、本発明の他の一態様に係るガラス基板は、アルミノボロシリケイトガラスからなるガラス基板であって、
長辺長さが200μm以下であり、短辺長さが5μm未満である遮光性の白金又は白金合金と、
前記白金又は白金合金の位置に対応する前記ガラス基板の主表面上の位置に形成され、前記主表面からの高さが0.15μm未満である凸部と、を有するガラス基板を、液晶ディスプレイ用ガラス基板として用いることを特徴とする。
前記凸部の前記主表面からの高さが0.10μm未満であり、
前記白金又は白金合金が、前記主表面から50μm未満の深さ領域に存在してもよい。
内部欠陥の長辺長さが200μm以下であり、また、短辺長さが1μm〜10μmの内部欠陥は長辺長さが50μmを超える大きさであっても、肉眼では存在していることが分かりにくい。そこで、ここでは、このようなサイズの内部欠陥を有するガラス基板を対象としている。
また、前記白金又は白金合金の長辺長さが50μmを超え80μm未満であり、短辺長さが1μm未満であってもよい。
ガラス基板の主表面の凸部は、内部欠陥がガラス基板の主表面に近い部分にあるほど、主表面からの高さが大きくなり、その分、ディスプレイの品質に影響を与えやすくなる。しかし、本発明のガラス基板では、そのような場合でも、上記所定の条件を満たせば、製品として用いることができる。
また、前記白金又は白金合金の長辺長さが50μmを超え80μm未満であり、短辺長さが1μm未満であってもよい。
上述のガラス基板を用いた液晶ディスプレイであって、
前記ガラス基板の一方の主表面にカラーフィルタ又はTFTデバイスが形成され、前記主表面側に液晶層が形成されていることを特徴とする。
上述のガラス基板は、清澄剤として酸化錫を含んでいてもよい。
アルミノボロシリケイトガラスからなり、フラットパネルディスプレイ用ガラス基板として用いるガラス基板を製造するガラス基板製造工程と、前記ガラス基板製造工程で製造されたガラス基板を検査するガラス基板検査工程と、を備え、
前記ガラス基板検査工程では、透光性を有さず、長辺長さが200μm以下であり、短辺長さが5μm未満である白金又は白金合金を有し、前記白金又は白金合金の位置に対応する前記ガラス基板の主表面上の位置に形成され、前記主表面からの高さが0.15μm以上である凸部を有するガラス基板、を不良と判別することを特徴とする。
あるいは、本発明の他の一態様に係るガラス基板の製造方法は、
アルミノボロシリケイトガラスからなり、液晶ディスプレイ用ガラス基板として用いるガラス基板を製造するガラス基板製造工程と、前記ガラス基板製造工程で製造されたガラス基板を検査するガラス基板検査工程と、を備え、
前記ガラス基板検査工程では、透光性を有さず、長辺長さが200μm以下であり、短辺長さが5μm未満である白金又は白金合金を有し、前記白金又は白金合金の位置に対応する前記ガラス基板の主表面上の位置に形成され、前記主表面からの高さが0.15μm以上である凸部を有するガラス基板、を不良と判別することを特徴とする。
これらの方法によれば、透光性を有しない所定サイズを超える大きさの内部欠陥を有していても、高コントラストなフラットパネルディスプレイに用いることが可能なガラス基板を選別できる。これにより、製品歩留まりが良くなる。
前記白金又は白金合金は、線状白金であってもよい。
前記ガラス基板製造工程は、清澄管において熔融ガラスを清澄する清澄工程を有し、
前記清澄工程において、前記清澄管の内部における前記熔融ガラスの温度は1600℃以上となるよう加熱されてもよい。
前記ガラス基板は、清澄剤として酸化錫を含んでいてもよい。
長辺長さL2が50μmを超える大きさの内部欠陥10に起因して、主表面3に凸部7(後述)が形成されたガラス基板1は、IPS方式、VA方式の高コントラストの液晶ディスプレイ等に用いられた場合に、ディスプレイの品質(視認可能な表示ムラ、画素欠けなど)に問題を生じさせる可能性がある。しかし、そのような内部欠陥10が存在する場合であっても、その短辺長さL1が5μm未満であり、凸部の形状(高さ)が0.15μm未満であれば、凸部が遮光性の内部欠陥に起因するものであっても、高コントラストのディスプレイに用いても品質上問題が生じない。
Claims (9)
- ガラス基板であって、
透光性を有さず、長辺長さが50μmを超え、短辺長さが5μm未満である内部欠陥と、
前記内部欠陥の位置に対応する前記ガラス基板の主表面上の位置に形成され、前記主表面からの高さが0.15μm未満である凸部と、を有するガラス基板を、フラットパネルディスプレイガラス基板として用い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。 - 前記内部欠陥の長辺長さが200μm以下であり、短辺長さが1μm以上であり、
前記凸部の前記主表面からの高さが0.10μm未満であり、
前記内部欠陥が、前記主表面から50μm未満の深さ領域に存在する、請求項1に記載のフラットパネルディスプレイ用ガラス基板。 - 前記内部欠陥の長辺長さが50μmを超え80μm未満であり、短辺長さが1μm未満である、請求項1に記載のフラットパネルディスプレイ用ガラス基板。
- 前記内部欠陥が、線状白金である、請求項1〜3のいずれか1項に記載のフラットパネルディスプレイ用ガラス基板。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載された前記フラットパネルディスプレイ用ガラス基板を用いた液晶ディスプレイであって、
前記ガラス基板の一方の主表面にカラーフィルタ又はTFTデバイスが形成され、前記主表面側に液晶層が設けられていることを特徴とする液晶ディスプレイ。 - 2000:1以上のコントラスト比を有する、請求項5に記載の液晶ディスプレイ。
- ガラス基板を製造するガラス基板製造工程と、前記ガラス基板製造工程で製造されたガラス基板を検査するガラス基板検査工程と、を備え、
前記ガラス基板検査工程では、透光性を有さず、長辺長さが50μmを超え、短辺長さが5μm未満である内部欠陥を有し、かつ、前記内部欠陥の位置に対応する前記ガラス基板の主表面上の位置に形成され、前記主表面からの高さが0.15μm以上である凸部を有するガラス基板、を不良と判別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。 - 前記内部欠陥は、50μmを超え80μm未満の長辺長さを有し、1μm未満の短辺長さを有する、請求項7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。
- 前記内部欠陥が、線状白金である、請求項7または8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。
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