JP2016124747A - ガラス基板の製造方法、及び、ガラス基板の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱処理においてガラス基板と支持部材との交点に発生する傷を抑制できるガラス基板の製造方法等を提供する。【解決手段】フラットパネルディスプレイ用のガラス基板の熱処理工程を含むガラス基板の製造方法であって、熱処理工程では、ガラス基板を耐熱性の繊維フェルト部材により支持し、支持したガラス基板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。【選択図】 図２

Description

本発明は、ガラス基板の製造方法、及び、ガラス基板の製造装置に関する。

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展している。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寸法精度が高い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、ガラス基板が高温で熱処理されても寸法が変化しにくいように、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。このため、熱収縮率を抑制するために、歪点が高くなるようにガラス組成を変更する方法が知られている（特許文献１）。しかし、歪点が高くなるようにガラス組成を変更すると、熔解温度が高くなる傾向にあり、ガラス基板の製造が難しくなるという問題がある。

特表２０１４−５０３４６５

ガラス基板製造の困難性を招くことなく、ガラス基板の熱収縮を低減させる方法として、フュージョン法等により成形したシートガラスを切断することで得たガラス基板をオフラインにおいて熱処理（オフラインアニール処理）する方法がある。オフラインアニール処理では、ガラス基板を支持する支持部材の上に載置して、ガラス基板の上面と下面との間で熱履歴に差が生じないようにして、ガラス基板の面方向で熱収縮率がばらつくのを抑制している。しかし、熱処理する際のガラス基板と支持部材との熱膨張率が異なるため、支持部材によってガラス基板に傷がつけられる場合がある。また、ガラス基板と支持部材とが接触する個所に異物が存在すると、ガラス基板と支持部材との間に挟まれ、熱処理時に傷が発生する場合がある。また、ピン等の複数の支持材で保持した場合、熱処理条件によっては、ガラス基板の裏面（支持材との接触部）に凹みが出来ることがある。

そこで、本発明は、熱処理においてガラス基板と支持部材との交点に発生する傷を抑制できるガラス基板の製造方法、及び、ガラス基板の製造装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、フラットパネルディスプレイ用のガラス基板の熱処理工程を含むガラス基板の製造方法であって、
前記熱処理工程では、前記ガラス基板を耐熱性の繊維フェルト部材により複数の位置で支持し、支持したガラス基板を熱処理することにより、前記ガラス基板の熱収縮率を低下させる、
ことを特徴とする。

前記繊維フェルト部材は、空隙率が５０％以上である、ことが好ましい。

前記繊維フェルト部材は、カーボンフェルト、シリカフェルト、アルミナフェルト、チラノフェルト、及び、金属フェルトから選ばれた一種、又は、それらの組合せからなる、ことが好ましい。

前記繊維部材は、前記ガラス基板全面を支持する、ことが好ましい。

本発明の他の態様は、フラットパネルディスプレイ用のガラス基板を熱処理して製造するガラス基板の製造装置であって、
前記ガラス基板を複数の位置で支持する耐熱性の繊維フェルト部材と、
前記繊維フェルト部材に支持された前記ガラス基板を熱処理することにより、前記ガラス基板の熱収縮率を低下させる発熱装置を備える炉と、を備える、
ことを特徴とする。

上述のガラス基板の製造方法によれば、熱処理においてガラス基板と支持部材との交点に発生する傷を抑制できる。

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。 （ａ）は、本実施形態で行なわれる熱処理において炉内におけるガラス基板の載置状態を示す側面図であり、（ｂ）は、（ａ）のガラス基板を底面側から見た図である。

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、特に制限されないが、例えば縦寸法及び横寸法のそれぞれが５００ｍｍ〜３５００ｍｍであることが好ましい。ガラス基板の厚さは、０．１〜１．１（ｍｍ）、より好ましくは０．７５ｍｍ以下の極めて薄い矩形形状の板であることが好ましい。
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、ガラス基板を支持する支持部材に支持されるように載置され（ステップＳ３）、次に、この載置されたガラス基板に対して熱処理を行なう（ステップＳ４）。このステップＳ３の処理およびステップＳ４の処理が本実施形態のアニーリング工程である。アニーリング工程の詳細については後述する。

熱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Ｓ５）。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Ｓ６）。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Ｓ７）。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Ｓ８）。梱包されたガラス基板は納入先業者に出荷される。

このようなガラス基板として、以下のガラス組成のガラス基板が例示される。つまり、以下のガラス組成のガラス基板が製造されるように、熔融ガラスの原料が調合される。
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)。

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。
ＲＯのうち、ＭｇＯが０〜１０モル％、ＣａＯが０〜１５モル％、ＳｒＯが０〜１０％、ＢａＯが０〜１０％であることが好ましい。

また、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｂ₂Ｏ₃、及びＲＯ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。
また、ガラス中で価数変動する金属の酸化物（酸化スズ、酸化鉄）を合計で０．０５〜１．５モル％含み、Ａｓ_２Ｏ_３、Ｓｂ_２Ｏ_３及びＰｂＯを実質的に含まないということは必須ではなく任意である。

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）・ＩＧＺＯ・ＴＦＴディスプレイ用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。

〔アニーリング工程〕
次に、アニーリング工程について詳細に説明する。図２（ａ）は、炉４０内におけるガラス基板１１の載置状態を示す側面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のガラス基板１１を底面側から見た図である。ガラス基板１１は、炉４０内に設けられた支持部材１２の上に水平になるよう載置され、炉４０内において熱処理される。まず、ステップＳ２で採板されたガラス基板１１を支持部材１２により支持されるように支持部材１２の上に載置し（ステップＳ３）、ガラス基板１１が支持部材１２の上に載置した状態で、アニーリング処理を行う（ステップＳ４）。本実施形態では、ガラス基板１１を支持部材１２の上に載置した状態で熱処理する場合を記載するが、支持部材１２上に載置したガラス基板１１を１枚ずつ搬送しながら熱処理を行う枚葉方式の熱処理でもよい。また、支持部材１２上に載置したガラス基板１１を炉内に複数設けて、各ガラス基板１１を熱処理してもよく、また、ガラス基板１１と支持部材１２とを交互に積層し、支持部材１２によりガラス基板１１同士を所定の距離だけ離間させて、各ガラス基板１１を熱処理してもよい。

支持部材１２は、耐熱性を有する繊維フェルト部材、例えば、耐熱性を有するカーボンフェルト、シリカフェルト、アルミナフェルト、チラノフェルト、及び、金属フェルトから選ばれた一種、又は、それらの組合せからなり、炉４０内に複数設けられる。ここで、繊維フェルト部材とは、短繊維により編みこまれた部材であり、繊維径が２０μｍ以下であり、空隙率が５０％以上からなる部材である。支持部材１２は、ガラス基板１１がほぼ水平になるように、ガラス基板１１の下面（底面）を支持する。支持部材１２は、ガラス基板１１を面接触により支持してもよく、点接触により支持してもよい。
ガラス基板１１は、支持部材１２により支持された状態で、炉４０内で熱処理される。

熱処理時において炉４０内の雰囲気が加熱、冷却されると、雰囲気の熱がガラス基板１１に伝わり、また、ガラス基板１１の熱が雰囲気に伝わることによって、ガラス基板１１が熱変形（熱膨張）する。ガラス基板１１が熱変形する際、ガラス基板１１と接している支持部材１２とガラス基板１１とが擦れあうため、支持部材１２との接触部分においてガラス基板１１に傷が発生する。この傷が、高精細ディスプレイを製造する際の不良原因となる。このため、熱処理工程において発生するガラス基板１１の傷を抑制する必要がある。本実施形態にかかる支持部材１２は、繊維径が２０μｍ以下からなる部材である。ガラス基板１１の傷は、ガラス基板１１と繊維径が２０μｍ以下の繊維とが擦れあうことによって発生するものであり、ガラス基板１１の傷の幅は２０μｍ以下となる。ガラス基板１１に発生した２０μｍ以下の傷は、高精細ディスプレイを製造する場合であっても、不良原因とはならない。従って、本実施形態にかかる支持部材１２を用いて、熱処理することにより、高精細ディスプレイを製造する際の製造不良を抑制することができる。

また、ガラス基板１１は、図１に示すように、洗浄前であるため、ガラス基板１１の表面には、採板時に発生したガラス屑などの異物が付着している。また、支持部材１２にも異物が付着している。これらの異物がガラス基板１１の表面に付着した状態でガラス基板１１が支持部材１２の上に載置されると、異物が支持部材１２によって押し込まれ、ガラス基板１１に密着する。異物がガラス基板１１に押し込まれ密着したまま、熱処理が行われると、異物が変形し、ガラス基板１１に固着する。固着した異物は洗浄工程で除去することが難しく、ガラス基板１１上に残ってしまうことが多い。この残った異物が、高精細ディスプレイを製造する際の不良原因となる。このため、熱処理工程において、異物がガラス基板１１に固着するのを防止して、洗浄工程において、異物を除去できるようにする必要がある。本実施形態にかかる支持部材１２は、空隙率が５０％以上からなる部材であるため、ガラス基板１１の表面に異物が存在しても、この異物が支持部材１２の空隙に入り、支持部材１２によってガラス基板１１に押し込まれることがない。熱処理後にガラス基板１１に付着している異物は、固着された異物ではないため、洗浄工程において容易に除去することができる。従って、本実施形態にかかる支持部材１２を用いて、熱処理することにより、高精細ディスプレイを製造する際の製造不良を抑制することができる。また、支持部材１２が繊維フェルト部材である場合、繊維フェルト部材に異物が付着していても、この異物が繊維フェルト部材によってガラス基板１１に押し込まれることがなく、浄工程において異物を容易に除去することができるため、支持部材１２がガラス基板１１を汚染する物質とはならない。

なお、支持部材１２の厚さは、任意である。ガラス基板１１を支持部材１２上に乗せる、又は、支持部材１２上から取り除く際に、ガラス基板１１が撓むことにより、炉４０の底面と接触してガラス基板１１に傷がつくのを防げればよい。
また、支持部材１２の間隔、数は、支持部材１２上にガラス基板１１を載置した際に、ガラス基板１１が撓むことを抑制できればよく、任意である。
また、支持部材１２によりガラス基板１１を支持する位置は任意であるが、支持部材１２にかかる荷重が均等になるように支持部材１２を均等に配置することが好ましい。また、ガラス基板１１の撓みを抑制するために、ガラス基板１１全体（全面）を支持部材により支持してもよい。

炉４０には、炉４０の雰囲気（空気）を加熱するための発熱装置４１が複数設けられ、発熱装置４１が熱源となって、炉４０の雰囲気が温められる。発熱装置４１は、例えば、セラミックヒーター、遠赤外線ヒーター、ハロゲンヒーターから構成され、ガラス基板１１の温度が後述する熱履歴になるように、ガラス基板１１及び炉４０の雰囲気を温める。雰囲気の熱がガラス基板１１に伝わり、また、遠赤外線、赤外線によりガラス基板１１を加熱して、ガラス基板１１の温度が４００℃〜６００℃の範囲の温度になるよう熱処理が行われる。熱処理を行う際、炉４０内は閉鎖空間となっており、炉４０外の影響を受けにくくなっている。発熱装置４１は、炉４０内の温度分布はほぼ一様となるように、発熱量を制御する。炉４０内の温度分布がほぼ一様になればよく、発熱装置４１が炉４０内に設けられる位置、数は任意である。ガラス基板１１は、支持部材１２により支持され、ガラス基板１１の下面に所定の空間が設けられている。炉４０内の温度分布はほぼ一様であるため、ガラス基板１１の上面と、支持部材１２により支持されたガラス基板１１の下面とでは、熱履歴は等しくなる。ガラス基板１１の上面と下面との間で熱履歴に差が生じると、上面と下面とで熱収縮率が異なり、引っ張りと圧縮応力が生じるために反りが発生する。このため、ガラス基板１１の上面と下面の温度変化の差をなくす、つまり、熱履歴の差を小さくする。ガラス基板１１の熱処理方法については、例えば、特願２０１４−１３４６５１号、特願２０１４−２６６８７３号に記載される内容を含み、当該内容が参酌される。４００℃〜６００℃の範囲の熱処理温度において、ガラス基板１１を熱処理すると、熱収縮率が０〜１５ｐｐｍ、より好ましい条件では０〜１０ｐｐｍ、さらに好ましい条件では０〜６ｐｐｍとなる。

本実施形態にかかる支持部材１２によってガラス基板１１を支持することにより、高精細ディスプレイを製造する場合に不良原因となる傷の発生を抑制することができる。また、支持部材１２によるガラス基板１１の汚染を抑制でき、高精細ディスプレイを製造する際の製造不良を抑制することができる。

（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。ガラス基板の板厚は、０．５ｍｍであり、ガラス基板の歪点は６６０℃であった。

（ガラス組成）
ＳｉＯ₂ ６７．０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)。

このガラス基板に対し、５００℃まで加熱するアニーリングを行った。実施例では、繊維径、空隙率の異なるカーボンフェルトにガラス基板を載置して、熱処理を行なった。比較例では、実施例と同様に、ガラス基板一枚をレンガ部材に載置し、熱処理を行なった。熱処理した後、洗浄したガラス基板を、レーザー顕微鏡（オリンパス社製、ＬＥＸＴ ＯＬＳ３１００）を用いて、傷及び異物の数を測定した。

以下に示す、実施例１〜９のカーボンフェルト、比較例１，２のカーボンフェルトを、ガラス基板の支持部材とした。カーボンフェルトの厚さは、１００ｍｍとした。傷及び１０ｍｍ^２当たりの異物の数の測定結果を表１に示す。
実施例１：カーボンフェルト、繊維径＝１０μｍ、空隙率＝９０％、
実施例２：カーボンフェルト、繊維径＝２０μｍ、空隙率＝９０％、
実施例３：カーボンフェルト、繊維径＝３０μｍ、空隙率＝９０％、
実施例４：カーボンフェルト、繊維径＝１０μｍ、空隙率＝７０％、
実施例５：カーボンフェルト、繊維径＝２０μｍ、空隙率＝７０％、
実施例６：カーボンフェルト、繊維径＝３０μｍ、空隙率＝７０％、
実施例７：カーボンフェルト、繊維径＝１０μｍ、空隙率＝５０％、
実施例８：カーボンフェルト、繊維径＝２０μｍ、空隙率＝５０％、
実施例９：カーボンフェルト、繊維径＝２０μｍ、空隙率＝５０％、
比較例１：カーボンフェルト、繊維径＝２０μｍ、空隙率＝３０％、
比較例２：カーボンフェルト、繊維径＝２０μｍ、空隙率＝１０％。

カーボンフェルトを支持部材とすると、傷、異物ともに少なく、カーボンフェルトは支持部材として適切であることがわかった。実施例１〜６に示すように、空隙率が７０％以上の場合、異物は検出されなかった。また、実施例３，６に示すように、カーボンフェルトの繊維径が３０μｍの場合、ガラス基板に繊維径に相当する傷が検出された。また、空隙率が５０％の場合、洗浄後のガラス基板であっても１０個以下の異物が検出され、傷幅が５０μｍ程度の傷が検出された。これに対し、比較例１、２では、傷幅が５００μｍ以上の傷が発生し、異物の数も２０個以上であった。

以上に示すように、繊維径が２０μｍ以下、空隙率が５０％以上の繊維フェルト部材を支持部材として用いると、ガラス基板に発生する傷を抑制でき、また、汚染も抑制できる。

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。

１１ ガラス基板
１２ 支持部材
４０ 炉
４１ 発熱装置

Claims (5)

1. フラットパネルディスプレイ用のガラス基板の熱処理工程を含むガラス基板の製造方法であって、
   前記熱処理工程では、前記ガラス基板を耐熱性の繊維フェルト部材により支持し、支持したガラス基板を熱処理することにより、前記ガラス基板の熱収縮率を低下させる、
   ことを特徴とするガラス基板の製造方法。
2. 前記繊維フェルト部材は、空隙率が５０％以上である、
   ことを特徴とする請求項１に記載のガラス基板の製造方法。
3. 前記繊維フェルト部材は、カーボンフェルト、シリカフェルト、アルミナフェルト、チラノフェルト、及び、金属フェルトから選ばれた一種、又は、それらの組合せからなる、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のガラス基板の製造方法。
4. 前記繊維部材は、前記ガラス基板全面を支持する、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のガラス基板の製造方法。
5. フラットパネルディスプレイ用のガラス基板を熱処理して製造するガラス基板の製造装置であって、
   前記ガラス基板を複数の位置で支持する耐熱性の繊維フェルト部材と、
   前記繊維フェルト部材に支持された前記ガラス基板を熱処理することにより、前記ガラス基板の熱収縮率を低下させる発熱装置を備える炉と、を備える、
   ことを特徴とするガラス基板の製造装置。

Images