JP2017014041A - エッチング装置、および導光板用ガラス基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】インクの塗付等をすることなく、簡易に精度の高い光拡散グラデーションを形成することが可能なガラス基板製造方法およびエッチング装置を提供する。【解決手段】エッチング装置１０は、エッチング槽１２、エッチング液給排部１６、濃度調整部１７、ポンプ１８および水洗部１９を少なくとも備える。エッチング液給排部１６でエッチング槽１２に収容されるエッチング液の液面を変化させることで、ガラス基板１００の長さ方向または幅方向において、光拡散層の表面粗さが無段階的に変化するように、当該方向におけるエッチング量を変化させる。【選択図】図２

Description

本発明は、例えば導光板等のような一方の主面に光拡散層を有するガラス基板を製造することができるようなエッチング装置に関する。

スマートフォンやタブレット等で用いられる液晶ディスプレイは、自ら光を発光しないので背面にバックライトを配置することで表示画面を明るくし、見やすくさせるという工夫がなされている。バックライトには、直下型方式とエッジライト方式とがあり、液晶パネルの背面に直接光源を配置する直下型方式に比べ、液晶パネルの側面に配置された光源を導光板によって照らし出すエッジライト方式はコストや消費電力の削減、さらに製品の薄型化が可能であることで注目されている。

エッジライト方式の導光板は、光源からの距離に応じて光量が減衰する問題があるため、光出射面となる主面に凹凸パターンのような光拡散部を形成する際に出射光量が均一化するように様々な工夫がされてきた。これまで射出成形や加熱プレス等で傾斜および凹凸パターンが形成可能なアクリル板が用いられてきたが、熱膨張により内部を圧迫したり、曲げ剛性や耐候性が不足したりする傾向があり、特に屋外で使用する場合に劣化が顕著になるという欠点があった。

以上のようなアクリル板での問題を解決するために、近年では、ガラス基板が採用されることが多くなった。ガラス基板においては、光出射面となる主面に、光源との距離が遠いほど光が出射しやすくなるように光拡散層を印刷加工する技術が存在する（例えば、特許文献１。）。

特表２０１３−５２１６０９公報

しかしながら、光拡散層を印刷加工する場合その精度が十分でなく、稠密な凹凸を形成することが困難であった。また、塗布したインクの分だけガラス基板全体の厚みが増加するため、液晶ディスプレイの薄型化を阻害してしまうおそれがある。しかも、マスク等を製作する必要があり、費用および時間がかかるという不都合がある。

この発明の目的は、インクの塗付等をすることなく、簡易に精度の高い光拡散グラデーションを形成することが可能なエッチング装置を提供する。

本発明に係るエッチング装置は、少なくともどちらか一方の主面に光拡散層を有するガラス基板を製造するよう構成される。このエッチング装置は、エッチング槽、エッチング液給排部、エッチング液量調節手段、濃度調整部および水洗部を少なくとも備える。

エッチング槽は、エッチング液が収容されガラス基板を浸漬しエッチングできるように構成されている。エッチング液給排部は、供給部および排出部を含み、エッチング槽にエッチング液の供給またはエッチング槽のエッチング液を排液することでエッチング液面を変化させるように構成される。このように調整することでエッチング槽に入れられたガラス基板にエッチング液が接触する時間が変わり、液面が変化する方向でエッチング量にグラデーションがつく。エッチング液量調節手段は、エッチング液給排部の供給および排液する流量を調節するように構成される。供給および排液するエッチング液の流量はエッチングレートによって変更される。濃度調整部は、エッチング槽の濃度を一定に保つようになっている。エッチングレートを一定にすることで綺麗なエッチンググラデーションをつけることができる。水洗部は、エッチング液給排部でエッチング液から露出したガラス基板を洗浄するように構成される。適切に洗浄することでエッチング不良を抑えることができる。

また、本発明のエッチング装置は、エッチング液給排部でエッチング液が収容されたエッチング槽からエッチング液を排液し、液面を低下させることを特徴とする。このようにすることで、エッチング槽に浸漬していたガラス基板が上端から露出することになりエッチング液の接触する時間が変わり、エッチング量にグラデーションがつく。

また、本発明のエッチング装置は、エッチング液給排部で空のエッチング槽にエッチング液を供給し、液面を上昇させることを特徴とする。このようにすることで空のエッチング槽に設置されたガラス基板の下端からエッチングが行われ、エッチング液の接触する時間が変わり、エッチング量にグラデーションがつく。

また、上記のようなエッチング装置で処理されるガラス基板は、長手方向または短手方向にエッチング量にグラデーションをつけることを特徴とする。ガラス基板を縦向きまたは横向きに設置することでどちらでも処理が可能である。

本願発明に係るガラス基板製造方法は、少なくとも一方の主面に光拡散層を有するガラス基板を製造するためのものである。ガラス基板製造方法は、ブラスト処理ステップとエッチング処理ステップとを少なくとも含む。

ブラスト処理ステップは、ガラス基板における光拡散を形成すべき主面に対してブラスト材を噴射することによって粗面化するようになっている。エッチング処理ステップは、ブラスト処理ステップで粗面化されたガラス基板をエッチングするようになっている。ガラス基板の長さ方向または幅方向において光拡散層の表面粗さが無段階的に変化するように当該方向におけるエッチング量を変化させることを特徴とする。ブラスト処理ステップで表面を粗面化したガラス基板をエッチング処理ステップでエッチング量を変化させると、エッチング量が多いと光拡散能（HAZE）が小さくなり、エッチング量が少なくなると光拡散能（HAZE）が大きくなる。この結果、ガラス基板の長さ方向または幅方向において光拡散能（HAZE）のグラデーションを有する主面を得ることが可能となる。

本発明によれば、インクの塗付等をすることなく、簡易に精度の高い光拡散グラデーションを形成することが可能なガラス基板の製造が可能である。

本発明の一実施形態に係るエッチング装置を示す図である。 ガラス基板の処理手順を示す図である。 ガラス基板の処理手順を示す図である。 水洗部の概略構成を示す図である。 エッチング液給排部の概略構成を示す図である。 エッチング処理後のガラス基板を表す図である。

図１を用いて、本発明の一実施形態に係るエッチング装置１０について説明する。エッチング装置１０は、ガラス基板１００にエッチング処理を実行するように構成される。特に、エッチング装置１０は、ブラスト等で表面を粗面化したガラス基板１００の長手方向または短手方向において光拡散能（光出射能）のグラデーションを形成するのに適した動作が行えるように構成されている。エッチング装置１０は、エッチング槽１２、エッチング液給排部１６、濃度調整部１７、ポンプ１８（図１には図示せず。）および水洗部１９（図１には図示せず。）を備える。エッチング槽１２は、エッチング液を収容しガラス基板１００の浸漬が行えるように構成される。エッチング液給排部１６は、供給部１４および排出部１５を含み、エッチング槽１２にエッチング液を供給および収容されたエッチング液の排液が行えるように構成される。濃度調整部１７はエッチング槽１２のエッチング液の濃度を調整するようになっている。ポンプ１８は、エッチング液給排部１６および濃度調整部１７の供給および排液する流量を調節するように構成される。ポンプ１８は、本発明のエッチング液量調節手段に対応する。水洗部１９は、エッチング槽１２の上部に配置され、エッチング処理されたガラス基板１００を洗浄するように構成される。

エッチング装置１０は、ガラス基板１００をキャリア２０に複数枚セットすることで同時にエッチング処理することが可能である。エッチング槽１２にはエッチング液が収容されており、キャリア２０をエッチング液中に浸漬させることでガラス基板１００のエッチング処理が行われる。エッチング槽１２にポンプ１８によってエッチング液を供給および排出し、液面を上昇および低下させていくことでガラス基板１００における液面の高さに対応する方向のエッチング量に差がつく。本実施形態ではエッチング槽１２底部よりポンプで送液する流量を調整しているが、これに限定されるものではなく、エッチング槽１２の下部からバルブの開閉等により送液したり、ホース等に接続されたポンプで吸い上げたり、するような構成でも良い。水洗部１９は、液面が低下することでガラス基板１００の露出する部分を洗浄する。

また、ガラスをエッチングすると副産物としてスラッジが析出する。スラッジはエッチング液中に浮遊し、ガラス基板に付着することで不良の発生を引き起こす原因になる。本発明の図面には省略しているが、エッチング槽１２底部からバブリングを行い、ガラス基板１００へのスラッジの付着を防止したり、エッチング液を循環させフィルタ等に通すことでスラッジを回収したり、する機構を設けることが好ましい。

図２（Ａ）および図２（Ｂ）はエッチング槽１２に収容されたエッチング液を排出部１５よりエッチング槽１２外へと送液し、エッチング液面が低下する様子を表した図である。キャリアの図は省略する。図２（Ａ）は、エッチング液にガラス基板１００の全面が浸漬するように液面調整された図である。この状態でエッチングを行うとガラス基板１００全体が均一にエッチング処理されるため、ガラス基板１００全体を予め薄くする場合は、ここで調整することが好ましい。

図２（Ｂ）は、エッチング槽１２に収容されたエッチング液を、エッチング槽１２底部に配置された排出部１５より排出することで、エッチング液面が低下する様子を表した図である。エッチング液の排出量は、エッチングレートに対応する量を排出する。エッチング液に浸漬していたガラス基板１００は、エッチング液面を低下させることでガラス基板１００の上部が外部に露出する。外部に露出したガラス基板１００はエッチングが行われないため、まだエッチング液に浸漬しているガラス基板１００下部とのエッチング量に差がつく。露出したガラス基板１００上端はエッチング液が付着しており、不良が発生する原因となるため水洗部１９にて洗い流される。水洗部１９の図は省略し、後に説明する。本実施形態では、長手方向にエッチング量が変化するようになっているが、これに限定されるものではなく、短手方向にエッチング量を変化するようにエッチングすることも可能である。

図３（Ａ）および図３（Ｂ）は空のエッチング槽１２にエッチング液を供給することで、エッチング液面が上昇する様子を表した図である。キャリア２０の図は省略する。図３（Ａ）は、ガラス基板１００の表面が露出している状態になっており、エッチングガスと接触すると不良が発生する可能性があるため、水洗部１９から洗浄液をガラス基板１００の主面を覆うようにしておくことが好ましい。

図３（Ｂ）は、空のエッチング槽１２を側面に設置された供給部１４よりエッチング液を供給することで、エッチング液面が上昇する様子を表した図である。エッチング液の供給量は、エッチングレートに対応する量を供給する。ガラス基板１００は、液面が上昇するにつれてエッチングが全面に施されると共にガラス基板１００の下部になればなるほどエッチング処理されている時間が長いため、エッチング量に差がつく。また、ガラス基板１００の上端より上にエッチング液がきた時点でエッチング処理が終了するが、さらにガラス基板１００の上部と下部とにエッチング量の差を出したい場合は、図２のように排出部１５からエッチング液を排出させ、液面を低下させていくように処理すれば良い。

図２および図３に示した方法でエッチング処理する場合、エッチングの途中で液面の低下や上昇を止めないことが好ましい。このようにしてしまうと、ガラス基板１００の液面が止まった位置で段差ができてしまうため好適ではない。また、上記に記載したエッチング方法は、ガラス基板１００の上端から下端にかけてエッチング量が変化するように構成されるが、これに限定されるものではない。例えば、ガラス基板１００の半ばまでエッチング液を収容したエッチング槽１２から排出部１５にて液面を低下させることで、ガラス半分だけの処理が可能である。

続いて、図４（Ａ）および図４（Ｂ）を用いて、水洗部１９の構成を説明する。水洗部１９は、複数のノズル２２を備え、ガラス基板１００の上方から下方に洗浄液が流れるような角度で配置される。ノズル２２は、フラットスプレー式のノズルが好ましい。フラットスプレー式のノズル２２でガラス基板１００の上端に向けて噴射することでガラス基板１００の全面に洗浄液が行き届くことができる。ノズル２２はこれに限定されるものではない。

複数のノズル２２は、エッチング液面が低下することで露出するガラス基板１００に対し、水等の洗浄液を吹き付けることでエッチング液を洗い流すようになっている。ノズル２２は図４（Ａ）のように、キャリア２０に入れられたガラス基板１００の間にくるように配置され、また、図４（Ｂ）のようにガラス基板１００の主面に液が行き届くような位置にくるように配列する。図４（Ａ）に示したように、ガラス基板１００の間に配置されたノズル２２は両側のガラス基板１００の主面に対して洗浄液を噴射する。

水洗部１９は、エッチング槽１２の液面にガラス基板１００が露出すると同時にノズル２２より洗浄液を噴射するようにすれば良い。これはエッチング槽１２に液面を感知するセンサ（図示せず）を配置することで容易に行うことができる。また、液面が低下し、ガラス基板１００の露出が多くなるにつれてノズル２２より洗浄液を噴射する流量を増加するようにしても良い。このようにすることで、ガラス基板１００の全面に洗浄液を行き届かせることが可能である。さらに、ノズルが揺動するような機構を設けることでガラス基板１００を適切に洗浄することができる。また、エッチング液の濃度の低下を考慮する場合は、複数回時間を空けて洗浄したり、ミスト状の洗浄液を噴射したりするようにしても良い。

続いて、図５を用いてエッチング液給排部１６および濃度調整部１７の構成を説明する。 エッチング液給排部１６は、供給部１４および排出部１５を備え、それぞれ排液タンク２４に接続される。排液タンク２４は、エッチングで使用したエッチング液を貯液するようになっている。濃度調整部１７は供給部１４を備え、薬液タンク２６に接続される。薬液タンク２６はエッチング槽１２に収容されたエッチング液に薬液を供給することで濃度を調整するようになっている。供給部および排出部はそれぞれポンプ１８を備えており、供給量および排出量を調節することができる。

エッチング槽１２で使用されたエッチング液は、排出部１５から排出され排液タンクへと貯液される。排液タンクに貯液されたエッチング液は、濃度を調整し再びエッチングに使用することが可能である。濃度調整部１７は、水洗部１９の洗浄液で濃度の薄まったエッチング液に薬液を供給することで濃度調整するようになっている。濃度調整を行わないとエッチングレートが一定とならないため綺麗なエッチングのグラデーションをつけることが難しい。

薬液を供給したエッチング液は、濃度が均一になっていないためエッチング槽１２内を循環させるようにすると良い。また、キャリア２０に設置されるガラス基板１００の間に液が循環するようにすることが好ましい。このようにすることで、洗浄液で濃度の薄まりやすいガラス基板１００の間のエッチング濃度を一定に保つことができると共に、スラッジの滞留を起こりにくくすることができる。さらに、エッチング槽１２内のスラッジをエッチング槽１２外に取り出せるように循環濾過するような循環経路を設けても良い。このようにする場合、エッチング槽１２内のエッチング液を循環路に取り込む量とエッチング槽１２に返送する量とを同じ量にする必要がある。そのため、返送する際にスラッジの濾過量分だけ濃度調節用の薬液補充をするようにすれば、エッチング槽１２内のスラッジを好適に処理することができると共にエッチング槽内のエッチング液の濃度調整を行うことができる。

本発明の一実施形態に係るガラス基板１００の製造方法について説明する。ガラス基板１００の製造方法はブラスト処理ステップおよびエッチング処理ステップを含む。ブラスト処理ステップでのブラスト処理方法は、サンドブラストやウエットブラスト等が挙げられるが、ガラスの表面を粗面化できるものであればこれに限定されない。エッチング処理ステップは上記で説明したエッチング装置１０によって処理する。

ブラスト処理は、ガラス基板１００の主面またはもうひとつの主面の少なくとも一方に処理を行っている。ブラスト処理し、ガラス基板１００の主面を粗面化したものを次のエッチングステップでエッチング量に差をつけることで光拡散能（ＨＡＺＥ）のグラデーションを付与することが可能になる。また、ブラスト処理する段階である程度グラデーションがつくようにガラス基板１００を粗面化することでさらに稠密な光拡散能（ＨＡＺＥ）のグラデーションを付与することが可能である。

図６は、ブラスト処理ステップおよびエッチング処理ステップで処理されたガラス基板１００を表している。ガラス基板１００上部のエッチング量が少ない部分は光拡散能（HAZE）もあまりエッチングされないため、光拡散能（HAZE）は大きなままとなる。ガラス基板１００下部のエッチング量が多い部分は光拡散能（HAZE）もエッチングされるため、光拡散能（HAZE）も小さくなる。これに対して、エッチング処理前のブラスト処理を行わなかった場合は、ガラス基板１００の平坦な表面をエッチングによって荒らすのでガラス基板１００上部のエッチング量が少ない部分の光拡散能（HAZE）が小さくなり、ガラス基板１００下部のエッチング量が多い部分の光拡散能（HAZE）が大きくなる。

上記のようなガラス基板１００に光拡散能（HAZE）のグラデーション加工することで、光源に近い位置に光拡散能（HAZE）の小さい面、光源から遠い位置に光拡散能（HAZE）の大きな面になるように配置することで光量が均一となる。さらにガラスを使用しているため光量の高いかつ均一なガラス基板導光板の製造が可能である。しかも、ガラス基板１００上に新たに塗布槽を形成することがないため、ガラス基板１００の薄型化を促進することが可能となる。

上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０−エッチング装置
１２−エッチング槽
１４−供給部
１５−排出部
１６−エッチング液給排部
１７−濃度調整部
１８−ポンプ
１９−水洗部
２０−キャリア
２２−ノズル
２４−排液タンク
２６−薬液タンク
１００−ガラス基板

Claims (5)

1. 少なくとも一方の主面に光拡散層を有する導光板用ガラス基板を製造するためのエッチング装置であって、
   前記ガラス基板をエッチング液に浸漬するように構成されたエッチング槽と、
   前記エッチング槽にエッチング液を供給および排出するように構成されたエッチング液給排部と、
   前記エッチング液給排部におけるエッチング液の供給量および排出量を調節するエッチング液量調節手段と、
   前記エッチング槽に収容されるエッチング液の濃度を調節するような濃度調整部と、
   前記ガラス基板を洗浄するように構成された洗浄部と、
   を備えるエッチング装置。
2. 前記エッチング液量調節手段は、前記ガラス基板を前記エッチング槽に収容されたエッチング液に浸漬するときに、前記エッチング液給排部にてエッチング液を排出することで液面を低下させてエッチング処理を行うことを特徴とする請求項１に記載のエッチング装置。
3. 前記エッチング液量調整手段は、前記ガラス基板を空のエッチング槽に設置するときに、前記エッチング液調節部にてエッチング液を供給することで液面を上昇させてエッチング処理を行うことを特徴とする請求項１に記載のエッチング装置。
4. 前記エッチング液量調整手段は、前記ガラス基板の長手方向または短手方向に無段階にエッチング量が変化するようにエッチング処理することを特徴とする請求項１〜３に記載のエッチング装置。
5. 請求項１〜４に記載したエッチング装置を用いて製造される少なくとも一方の主面に光拡散層を有するガラス基板製造方法であって、
   前記ガラス基板における光拡散層を形成すべき主面に対してブラスト材を噴射することによって、粗面化するブラスト処理ステップと、
   前記ブラスト処理ステップで粗面化された主面をエッチングするエッチング処理ステップと、
   を含み、
   前記エッチング処理ステップは、前記ガラス基板の長さ方向または幅方向において、光拡散層の表面粗さが無段階に変化するように、当該方向におけるエッチング量を変化させることを特徴とするガラス基板製造方法。

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