JP2017014058A - ガラス基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラス基板の熱収縮率の絶対値を低減しつつ、ガラス基板の面方向での熱収縮率のばらつきを低減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】ディスプレイ用のガラス基板を熱処理温度で熱処理する熱処理工程を含むガラス基板の製造方法であって、ガラス基板の搬送方向に沿って複数の熱源が設けられた熱処理炉において、ガラス基板の平面が鉛直方向になるように保持しつつ、かつ、互いに隣接するガラス基板の平面が進行方向に向けて距離的に所定間隔をあけた対面状態を維持して、ガラス基板の平面に対して垂直方向に前記ガラス基板を搬送する搬送工程と、ガラス基板を、ガラス基板の平面方向の側部側から中心方向に向かって加熱し、室温から加熱後、熱処理温度より低い中間温度から熱処理温度になるまで昇温速度で加熱する加熱工程と、ガラス基板を、中間温度になるまで昇温速度の絶対値と等しい降温速度で冷却工程と、を備える。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ガラス基板の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。しかし、オフラインアニール処理では、ガラス基板を昇温・降温させる際にガラス基板の面方向で温度差が生じ、ガラス基板の面方向で熱収縮率がばらついてしまうという問題があった。

そこで、本発明は、ガラス基板の熱収縮率の絶対値を低減しつつ、ガラス基板の面方向での熱収縮率のばらつきを低減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、ディスプレイ用のガラス基板を４００℃〜６００℃の範囲にある熱処理温度で熱処理する熱処理工程を含むガラス基板の製造方法であって、
前記熱処理工程は、
前記ガラス基板の搬送方向に沿って複数の熱源が設けられた熱処理炉において、前記ガラス基板の平面が鉛直方向になるように保持しつつ、かつ、互いに隣接するガラス基板の平面が進行方向に向けて距離的に所定間隔をあけた対面状態を維持して、前記ガラス基板の平面に対して垂直方向に前記ガラス基板を搬送する搬送工程と、
前記搬送工程で搬送されるガラス基板を、前記ガラス基板の平面方向の側部側から中心方向に向かって加熱し、室温から加熱後、前記熱処理温度より５０℃から１５０℃より低い中間温度から前記熱処理温度になるまで昇温速度で加熱する加熱工程と、
前記加熱工程で加熱されたガラス基板を、前記中間温度になるまで前記昇温速度の絶対値と等しい降温速度で冷却工程と、を備える、
ことを特徴とする。

前記熱処理工程は、前記ガラス基板を前記熱処理温度で維持する維持工程をさらに備える、ことが好ましい。

前記熱処理工程では、室温から前記中間温度になるまで前記昇温速度より速い昇温速度で前記ガラス基板を加熱し、
前記冷却工程では、前記中間温度から室温になるまで前記降温速度より速い降温速度で前記ガラス基板を冷却する、ことが好ましい。

前記熱処理工程では、前記熱処理炉において熱風を循環させる、ことが好ましい。

上述のガラス基板の製造方法によれば、ガラス基板の熱収縮率の絶対値を低減しつつ、ガラス基板の面方向での熱収縮率のばらつきを低減することができる。

本実施形態のガラス基板の製造方法の流れを示すフローチャートである。 熱処理において炉内におけるガラス基板の状態を示す図である。 ガラス基板の温度履歴を示す図である。 ガラス基板において、風上側部分と風下側部分との温度履歴差を示す図である。

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基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、０．１ｍｍ〜１．１ｍｍ、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、搬送機構によりピンチング保持されつつ、熱処理炉に搬送され（ステップＳ３）、次工程のアニーリング（熱処理）工程（ステップＳ４）までレールに誘導されて搬送される。次に、この搬送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）あるいはＩＧＺＯ（Indium-Gallium-Zinc-Oxide）を用いた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。本実施形態の熱処理により熱収縮率を低減する前のガラス基板の熱収縮率は、８０ｐｐｍ以下であり、より好ましくは４０ｐｐｍ〜６０ｐｐｍである。

〔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は、アニーリング工程（熱処理）において炉内におけるガラス基板Ｇの状態を示す図であり、二つ一組の走行循環手段８１０，８２０を備えたガラス板保持装置の構造を模式的に示す図である。ガラス基板Ｇは、図２に示すように、垂直に吊り下げられた状態で熱処理炉５００に搬送され、熱処理炉５００内を移動しながら熱処理が行われる。熱処理炉５００には、熱処理炉５００の雰囲気（空気）を加熱するための発熱装置（ヒーター）５１０が複数設けられ、発熱装置５１０が熱源となって、熱処理炉５００の雰囲気が温められる。発熱装置５１０は、ガラス基板Ｇの面方向の周囲に設けられ、ガラス基板Ｇの温度が後述する熱履歴になるように、ガラス基板Ｇを加熱する。また、発熱装置５１０は、熱風を放出し、熱処理炉５００において熱風を循環させて、ガラス基板Ｇを熱処理する。発熱装置５１０は、ガラス基板Ｇの面方向の温度分布はほぼ一様となるように、熱風の温度、熱風の速度を制御する。熱処理炉５００において、昇温区間、維持区間、降温区間が形成され、ガラス基板Ｇの面方向の温度分布がほぼ一様になるように、熱処理炉５００内に発熱装置５１０が設けられる。

ここで、熱履歴とは、熱処理によって変化するガラス基板Ｇの温度の履歴を示すものである。熱処理炉５００ではガラス基板Ｇの面方向の周囲に発熱装置５１０に設けられているため、ガラス基板Ｇの面方向の側部（周辺部、一側縁Ｇ１、下縁Ｇ２、他側縁Ｇ３、上縁Ｇ４）から中心方向に向かって、ガラス基板Ｇは、加熱、冷却される。このため、ガラス基板Ｇの側部と中心部とでは、ガラス基板Ｇの熱履歴が異なり、ガラス基板Ｇの熱収縮率のばらつき、歪が発生することがある。ガラス基板Ｇを熱処理炉５００に搬送すると、発熱装置５１０に近い位置（発熱装置５１０に対して上流側、風上側）であるガラス基板Ｇの面方向の側部に熱処理炉５００からの熱が伝わる。ガラス基板Ｇの縁を含む側部領域は、高温の雰囲気から熱の伝導を受けて、ガラス基板Ｇの側部領域に囲まれた中央領域に比べて早く昇温する。また、ガラス基板Ｇが熱処理炉５００を移動することにより、熱処理炉５００内の雰囲気温度が降温すると、低温となった雰囲気に高温状態のガラス基板Ｇの側部領域は晒されて放熱し、ガラス基板Ｇの中央領域に比べて早く降温する。ガラス基板Ｇ上では、ガラス基板Ｇの面方向の側部である一側縁Ｇ１、下縁Ｇ２、他側縁Ｇ３、上縁Ｇ４は、縁Ｇ１〜Ｇ４に囲まれた中央領域より早く昇温、降温する。このように熱履歴に差が生じると、側部領域から中央領域にかけて、熱収縮率が異なり、引っ張りと圧縮応力が生じるために歪が発生する。ガラス基板Ｇ面内での熱収縮率を均一して、歪の発生を抑制するためには、ガラス基板Ｇの側部領域から中央領域かけて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必要がある。ガラス基板Ｇ面内において熱履歴の差を抑制する方法は後述する。

同図において、符号３７０は、切断工程で耳部が切断されたガラス基板Ｇの上縁Ｇ４を吊り下げて熱処理炉５００の入り口側５０１までレール３８０に誘導されて搬送する搬送機構であり、符合４５０は、ガラス保持装置４００へのガラス基板Ｇの保持を補助する装着補助装置であり、符号４７０は、熱処理後のガラス基板Ｇの上縁Ｇ４を吊り下げて次工程までレール４８０に誘導されて搬送する搬送機構である。また、同図において、ガラス板保持装置４００は、ガラス基板Ｇの一側縁Ｇ１及び下縁Ｇ２を挟持して保持する縦・横一組の保持部（縦保持部４１０，横保持部４２０）を備えている。また、天面にも同形状に熱風を通す穴を設けたレールを設置している。更にもう一方の側面も同形状のレールで保持し、出口でピンチングするまでの間、保持する。

熱処理炉５００の外壁は、厚い断熱材により覆われ、長手方向(進行方向)の中間部の天井壁５３０には電熱ヒータやセラミックヒータなどの加熱手段としての発熱装置５１０が取り付けられて昇温区間、維持区間が形成されている。また、進行方の後方部の壁面には高反射塗料などが塗布された反射面が形成され、これにより降温区間５０６が形成され、また、加熱手段がない入り口側５０１に位置する前方部は助走区間５０３となる。

ここで、熱処理炉５００に求められる条件としては、入り口及び出口付近での温度低下をなるべく低減させることが求められている。このため、この実施の形態では、入り口には助走区間５０３を設け、中間位置に発熱装置５１０を設けて確実に昇温させて高温域を形成させる昇温区間５０４、維持区間５０５を形成し、さらに、降温しながらガラス基板Ｇの熱収縮率を低減される降温区間５０６を形成する。

また、このような構成を採用すれば、熱処理炉５００内の主な加熱源は中間に配置される発熱装置５１０に基づくが、昇温・維持区間で昇温された雰囲気は、ガラス基板Ｇの平面が進行方向に対して雰囲気ガスの拡散を阻害する交差する方向に配設されているので、例えば、入り口側５０１及び出口側５０２に開閉扉を設けなくても、側壁に直交する方向に配設されたガラス基板Ｇが、熱処理炉内の入り口方向または出口方向に向けての隔壁の役割を果たすことができ、これにより、助走区間５０３および降温区間での温度低下を抑制できるという、作用効果も備える。なお、助走区間５０３を設けずに、昇温区間５０４において、ガラス基板Ｇの温度を室温から加熱することもできる。助走区間５０３を省略することにより、ガラス基板Ｇの加熱時間を短くすることができるため、熱処理工程（アニール工程）の時間を短くすることができ、生産効率を高めることができる。

つぎに、図２において、符号８１０は、ベルトコンベアやチェーンなどからなる垂直循環手段８１０であり、この垂直循環手段８１０は、熱処理炉５００の側壁(不図示)の内外を循環している。この垂直循環手段８１０の外周には、多数の縦保持部４１０が配設され、垂直循環手段８１０が駆動すると、縦保持部４１０は、熱処理炉５００の側壁(不図示)の内外を縦保持部４１０の垂直を維持しつつ循環する。

同様に、符号８１０は、ベルトコンベアやチェーンなどからなる水平循環手段８２０であり、この水平循環手段８２０は、熱処理炉の底壁（不図示）の内外を循環している。この水平循環手段８２０の外周には、多数の横保持部４２０が配設され、水平循環手段８２０が駆動すると、横保持部４２０は、熱処理炉５００の底壁（不図示）の内外を横保持部４２０の水平を維持しつつ循環する。

縦保持部４１０はガラス基板Ｇの一側縁Ｇ１を熱処理炉５００の側壁に沿って鉛直方向に保持できればどのような構成でもよいが、この実施の形態では、二つの突条部４１１，４１２とそれらの突条部４１１，４１２間に設けられた保持溝４１３とにより主に構成されている。二つの突条部４１１，４１２の保持溝４１３側は傾斜面４１１ａ，４１２ａとされ、これにより、縦保持部４１０に向けてガラス基板Ｇの一側縁Ｇ１が挿入されると、一側縁Ｇ1は傾斜面４１１ａ，４１２ａに誘導されて保持溝４１３へ挿嵌される。

他方の横保持部４２０はガラス基板の重力方向の下縁Ｇ２を熱処理炉５００の底壁上を横断して水平方向に保持できればどのような構成でもよいが、この実施の形態では、二つの突条部４２１，４２２とそれらの突条部４２１，４２２間に設けられた保持溝４２３とにより主に構成され、保持溝４２３は、側壁に直交して配置されている。突条部４２１，４２２の保持溝４２３側は傾斜面４２１ａ，４２２ａとされ、また、突条部４２１，４２２の先端（縦保持部４１１と反対側）には内側に向けた傾斜面４２１ｂ，４２２ｂを備えている。これにより、横保持部４２０に向けてガラス基板Ｇの一側縁Ｇ１の下端が挿入されると、一側縁Ｇ1の下端Ｇ１ａは傾斜面４２１ｂ，４２２ｂに誘導されて下縁Ｇ２が保持溝４２３へ誘導される。

また、垂直循環手段８１０と水平循環手段８２０とは、入り口側５０１で合流され、出口側５０２で互いに離間する。互いに合流する熱処理炉５００の入り口側５０１では、保持溝４２３の底辺中央部の延長線と保持溝４１３の底辺中央部の延長線とが一点で交差する位置に配設されている。これにより、互いの循環手段（垂直循環手段８１０および水平循環手段８２０）が合流する熱処理炉５００の入り口側５０１では、１つの縦保持部４１０と１つの横保持部４２０とが一組となって一枚のガラス基板Ｇを保持するガラス板保持装置４００として機能する。

ここで、「縦保持部４１０と横保持部４２０とが一組となって」とは、縦保持部４１０と横保持部４２０とが一組となって一枚のガラス基板Ｇを保持することが本質であることを意味し、このため、例えば、垂直循環手段８１０と水平循環手段８２０とが合流する熱処理炉５００の入り口側５０１では縦保持部４１０と横保持部420とが係合して一体化されるように構成されていてもよい。縦保持部４１０と横保持部420とが係合して一体化されることにより、縦保持部４１０と横保持部４２０との位置合わせが確実となり、結果として１つの縦保持部４１０と１つの横保持部４２０とが一組となって一枚のガラス基板Ｇを確実に保持することができる。

装着補助装置は、搬送機構３７０により搬送されてきたガラス基板Ｇの縦保持部４１０および横保持部４２０への装着を補助する装置であり、ガラス基板Ｇの一側縁Ｇ１に接する面側が緩衝材などにより構成された緩衝面４５１ａを備えたピンチング機能を有する押圧部材４５１により構成されている。

これにより、搬送機構３７０により垂下されて搬送されてきたガラス基板Ｇが熱処理炉５００の入り口側５０１の所定位置に到着すると、装着補助装置が作動して緩衝面４５１ａをガラス基板Ｇの他側縁Ｇ３に当接させる。ついで、押圧部材４５１によりピンチングした状態で押し込むことにより、ガラス基板Ｇの他側縁Ｇ３から押圧する。これにより、下縁Ｇ２は保持溝４２３内に挟持され、さらに押圧部材４５１によりガラス基板Ｇを縦保持部４１０側に向けて押し出すと、下縁Ｇ２は保持溝４２３内をスライドして、一側縁Ｇ１が保持溝４１３内に嵌入する。

この状態で、ガラス基板Ｇは、水平方向に位置する保持溝４２３と鉛直方向に位置する保持溝４１３とにより挟持されて、一枚のガラス基板Ｇが縦保持部４１０と横保持部４２０との組み合わせにより保持される。また、このときのガラス基板Ｇの平面は、縦保持部４１０が鉛直方向に配列されていることにより流れ方向（Ｚ方向）である鉛直下方が維持される。また、ガラス基板Ｇの平面は横保持部４２０の配設位置が側壁に直交されているので、熱処理炉５００の室内を直交して横断している。

このような構成によれば、縦保持部４１０が鉛直方向に維持されることにより、熱処理中のガラス基板Ｇの平面は流れ方向(Ｚ方向)を維持し、また、横保持部４２０が縦保持部４１０及び側壁と直交する水平方向に維持されることにより、熱処理中のガラス基板の平面は、熱処理炉の側壁間を横断し、かつ、互いに隣接するガラス基板の平面が所定間隔で平行状態を維持されることになる。また、ガラス基板Ｇの平面が鉛直方向に保たれているので、ガラス基板Ｇの平面が水平方向に維持された場合の撓んだ状態での応力緩和を受けるおそれがない。また、熱処理中のガラス基板の平面間の間隔が一定に保たれていることに加えて、全てのガラス基板の平面間の距離が一定であることから、全てのガラス基板Ｇは、同一経路を通過することにより同一条件で熱処理される。これにより、全てのガラス基板の熱履歴等しくなり、配設位置の相違に基づく熱履歴の相違が限りなく軽減できる。

次に、ステップＳ４の熱処理について説明する。
ステップＳ３の処理で搬送されたガラス基板Ｇに対して、製造ラインから外れたオフラインで熱処理が行われる。切断装置により幅方向の端部（耳部）の切断された板状のガラス基板Ｇは必要に応じて表面等に付着した切断屑（パーティクル、カレット等）の除去が行われた後、図２に示すように、搬送機構３７０により垂下されつつ熱処理炉５００の入り口側５０１の所定位置まで搬送されてくる。熱処理炉５００では、発熱装置５１０を制御して、炉内の雰囲気温度が、熱処理温度になるよう処理する。ここで、熱処理温度とは、高精細ディスプレイに用いるＬＴＰＳ、ＩＧＺＯから構成される半導体層をガラス基板Ｇに形成する形成温度であり、具体的には４００℃〜６００℃の範囲の温度である。高精細ディスプレイを製造する際のガラス基板Ｇの加工処理温度は、ガラスの歪点（１０^１４．５ポワズの粘度に相当する温度、例えば６６１℃）より低い温度である。この加工処理温度より低い温度領域において、ガラス基板の熱収縮率が大きいと、ガラス基板は高精細ディスプレイを製造するためのガラス基板として適さない。このため、高精細ディスプレイを製造するガラス基板の加工処理温度と等しい温度領域である４００℃〜６００℃の範囲の熱処理温度において、ガラス基板Ｇを熱処理し、熱処理温度以下の温度領域において、熱収縮率が０〜１５ｐｐｍ、好ましくは０〜１０ｐｐｍ、より好ましくは０〜６ｐｐｍ、さらに好ましくは０〜３ｐｐｍとなるようにする。
なお、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、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く、より好ましくは６５５℃以上であり、例えば６６１℃である。

ガラス基板Ｇは、搬送されながら助走区間５０３に入り、助走区間５０３において室温から温度Ｔｍ１になるよう徐々に加熱された後、昇温区間５０４に入る。助走区間５０３において、ガラス基板Ｇを加熱する工程が、助走加熱工程である。ガラス基板Ｇを、助走区間５０３において予め加熱することにより、ガラス基板Ｇが急激に熱変形することを抑制でき、ガラス基板Ｇに発生する歪、反り、窪み等を低減することができる。助走区間５０３では、ガラス基板Ｇが急激に熱変形するのを抑制するため、昇温区間５０４における昇温速度より遅い速度で、加熱される。助走区間５０３の昇温速度は、昇温区間５０４の昇温速度より遅ければよく、例えば、１０℃／分未満である。また、助走区間５０３における最高温度Ｔｍ１は、例えば、５０℃〜２００℃であり、より好ましくは１００℃〜２００℃である。

次に、ガラス基板Ｇは、搬送されながら昇温区間５０４に入り、昇温区間５０４において４００℃〜６００℃の範囲の熱処理温度Ｔｍ３になるまで加熱される。ガラス基板Ｇの温度を熱処理温度になるまで加熱する工程が、加熱工程である。昇温区間５０４では、助走区間５０３で加熱された温度Ｔｍ１から熱処理温度Ｔｍ３より５０℃〜１５０℃低い中間温度Ｔｍ２になるまでの区間と、中間温度Ｔｍ２から熱処理温度Ｔｍ３になるまでの区間とで、ガラス基板Ｇの昇温速度を変化させて加熱する。具体的には、温度Ｔｍ１から中間温度Ｔｍ２までの区間では、１０℃／分以上〜２５℃／分未満の第１昇温速度Ｓ１で加熱し、中間温度Ｔｍ２から熱処理温度Ｔｍ３までの区間では、０．５℃／分以上〜１０℃／分未満の第２昇温速度Ｓ２で加熱する。昇温区間５０４においては、中間温度Ｔｍ２までの加熱処理時間を短くして、昇温速度を速めることにより、ガラス基板Ｇの生産効率を高めることができる。また、中間温度Ｔｍ２から熱処理温度Ｔｍ３までの加熱処理時間を、中間温度Ｔｍ２までの加熱処理時間より長くして、昇温速度を遅くすることにより、ガラス基板Ｇの熱収縮率を低減することができる。

次に、ガラス基板Ｇは、搬送されながら維持区間５０５に入り、維持区間５０５において４００℃〜６００℃の範囲の熱処理温度Ｔｍ３が維持される。加熱工程を経た後、ガラス基板Ｇの温度を熱処理温度Ｔｍ３で０分〜１２０分、維持する。ガラス基板Ｇの温度を熱処理温度Ｔｍ３のまま維持し続ける工程が、維持工程である。維持工程では、ガラス基板Ｇの温度が４００℃〜６００℃の範囲で変化してもよく、ガラス基板Ｇの温度が一定でなくてもよい。例えば、０．５℃／分〜１０℃／分の昇温・降温速度より遅い速度で、ガラス基板１１の温度が４００℃〜６００℃の範囲になるように維持することもできる。また、維持区間５０５を設けずに、昇温区間５０４においてガラス基板Ｇを加熱した後、降温区間５０６においてガラス基板Ｇを冷却することもできる。

次に、ガラス基板Ｇは、搬送されながら降温区間５０６に入り、降温区間５０６において温度Ｔｍ１または室温まで加熱される。ガラス基板Ｇの温度を温度Ｔｍ１または室温まで冷却する工程が、冷却工程である。降温区間５０６では、熱処理温度Ｔｍ３から熱処理温度Ｔｍ３より５０℃〜１５０℃低い中間温度Ｔｍ２になるまでの区間と、中間温度Ｔｍ２から室温になるまでの区間とで、ガラス基板Ｇの降温速度を変化させて加熱する。具体的には、熱処理温度Ｔｍ３から中間温度Ｔｍ２までの区間では、０．５℃／分以上〜１０℃／分未満の第２降温速度Ｓ４で冷却し、中間温度Ｔｍ２から室温までの区間では、１０℃／分以上〜２５℃／分未満の第１降温速度Ｓ５で冷却する。ここで、第１降温速度Ｓ５は、第１昇温速度Ｓ１の絶対値と等しい速度であり、第２降温速度Ｓ４は、第２昇温速度Ｓ２の絶対値と等しい速度である。降温区間５０６においては、熱処理温度Ｔｍ３から中間温度Ｔｍ２までの冷却処理時間を長くして、降温速度を遅くすることにより、ガラス基板Ｇの熱収縮率を低減することができる。また、中間温度Ｔｍ２から室温までの冷却処理時間を、熱処理温度Ｔｍ３から中間温度Ｔｍ２までの冷却処理時間より短くして、降温速度を速くすることにより、ガラス基板Ｇの生産効率性を高めることができる。

図３は、ガラス基板Ｇの熱履歴を示す図である。図中に示す温度はＴｍ１＜Ｔｍ２＜Ｔｍ３であり、Ｔｍ１＝助走温度（例えば、２００℃）、Ｔｍ２＝中間温度（例えば、４００℃）、Ｔｍ３＝熱処理温度（例えば、５００℃）である。
助走加熱工程、加熱工程、維持工程、冷却工程における速度、時間の範囲を以下に示す。
（１）助走加熱工程：時間＝５分〜２０分、助走区間５０３の最高温度＝２００℃、助走加熱速度＝１０℃／分未満、
（２）第１加熱工程：ｔ１−ｔ０＝１０分〜１５分、Ｔｍ２−Ｔｍ１＝１５０℃〜２５０℃、昇温速度Ｓ１（第１昇温速度）は、（Ｔｍ２−Ｔｍ１）／（ｔ１−ｔ０）＝１０℃／分〜２５℃／分。
（３）第２加熱工程：ｔ２−ｔ１＝１５分〜１００分、Ｔｍ３−Ｔｍ２＝５０℃〜１５０℃、昇温速度Ｓ２（第２降温速度）＝（Ｔｍ３−Ｔｍ２）／（ｔ２−ｔ１）＝０．５℃／分〜１０℃／分
（４）維持工程：ｔ３−ｔ２＝０分〜１２０分、Ｔｍ３−Ｔｍ３＝０、速度Ｓ３＝（Ｔｍ３−Ｔｍ３）／（ｔ３−ｔ２）＝０℃／分、
（５）第２冷却工程：ｔ４−ｔ３＝１５分〜１００分、Ｔｍ３−Ｔｍ２＝５０℃〜１５０℃、降温速度Ｓ４（第２降温速度）＝（Ｔｍ３−Ｔｍ２）／（ｔ４−ｔ３）＝０．５℃／分〜１０℃／分
（６）第１冷却工程：ｔ５−ｔ４＝１０分〜１５分、Ｔｍ２−室温＝１５０℃〜２５０℃、降温速度Ｓ５（第１降温速度）は、（Ｔｍ２−室温）／（ｔ５−ｔ４）＝１０℃／分〜２５℃／分。
ここで、室温は、２５℃に限定されず、例えば、０℃〜３０℃である。また、熱処理温度は、５００℃に限定されず、４００℃〜６００℃の任意の温度であり、中間温度は、４００℃に限定されず、熱処理温度−（５０℃〜１５０℃）の任意の温度である。また、昇温速度・降温速度は、ガラス基板１１全体を昇温・降温する平均速度である。

熱処理炉５００内において、ガラス基板Ｇの平面方向の周囲（図２では、上方）からの熱風加熱によりガラス基板Ｇが加熱されると、ガラス基板Ｇにおいて、発熱装置５１０に近い風上側部分と発熱装置５１０から遠い風下側部分とでは、温度のずれが生じる。発熱装置５１０に近い位置（発熱装置５１０に対して上流側、風上側）であるガラス基板Ｇの面方向の上側部にまず熱が伝わる。これにより、ガラス基板Ｇの縁を含む上側部領域は、高温の雰囲気から熱の伝導を受けて、ガラス基板Ｇの側部領域に囲まれた中央領域、及び発熱装置５１０に遠い位置（発熱装置５１０に対して下流側、風下側）であるガラス基板Ｇの面方向の下側部領域に比べて早く昇温する。一方、ガラス基板Ｇの側部領域に囲まれた中央領域、ガラス基板Ｇの面方向の下側部領域は、ガラス基板Ｇの上側部に熱を与え、温度が低下した熱風により加熱されるため、ガラス基板Ｇの上側部領域に比べて遅く昇温する。熱処理炉５００の上方に設けられた発熱装置５１０から放出される熱風は、熱処理炉５００の上方から下方に流れるにしたがって温度が低下するため、この熱風によって加熱されるガラス基板Ｇもガラス基板Ｇの上側部領域と下側部領域とでは、昇温速度が異なる。また、ガラス基板Ｇが熱処理炉５００を移動し冷却工程に入ると、発熱装置５１０から放出される熱風の温度が下がるため、高温状態のガラス基板Ｇの上側部領域が低温の熱風に晒されて放熱し、ガラス基板Ｇの中央領域、下側部領域に比べて早く降温する。図４は、ガラス基板Ｇにおいて、風上側部分と風下側部分との温度履歴差を示す図である。同図において、点線（破線）Ｌ１は、風上側部分の温度履歴であり、一点鎖線Ｌ２は、風下側部分の温度履歴である。一枚のガラス基板Ｇの面方向において、同図に示すような熱履歴に差が生じると、風上側部分と風下側部分にかけて熱収縮率が異なる。特に、中間温度Ｔｍ２から熱処理温度Ｔｍ３までの温度範囲においては、ガラス基板Ｇの熱収縮率への影響が大きいため、熱履歴の差によって生じる風上側部分と風下側部分との熱収縮率の差は大きくなる。風上側部分の温度履歴（熱履歴）Ｌ１は、時間ｔ１において温度Ｔｍ２から上昇し、時間ｔ２において温度Ｔｍ３に達し、時間ｔ３まで温度Ｔｍ３を維持し、時間ｔ４において温度Ｔｍ２まで下降する。これに対し、風下側部分の温度履歴Ｌ２は、時間ｔ１より遅い時間ｔ１’から上昇し、時間ｔ２より遅い時間ｔ２’において温度Ｔｍ３に達し、時間ｔ３より遅い時間ｔ３’まで温度Ｔｍ３を維持し、時間ｔ４より遅い時間ｔ４’において温度Ｔｍ２まで下降する。つまり、風下側部分では、風上側部分の温度履歴Ｌ１より一定時間遅れた温度履歴が形成される。風下側部分と風上側部分との間で、温度履歴に差が生じるため、熱収縮率に差が生じる。このため、風上側部分と風下側部分との熱収縮率の差を小さくする、または、風上側部分と風下側部分とが受け取る全熱量を一致させる必要がある。本実施形態にかかる熱処理方法では、中間温度Ｔｍ２から熱処理温度Ｔｍ３までの温度範囲の第２加熱工程及び第２冷却工程における昇温・降温速度を、中間温度Ｔｍ２以下の温度範囲の第１加熱工程及び第１冷却工程における昇温・降温速度より遅くすることにより、ガラス基板Ｇの風上側部分と風下側部分とで生じる熱履歴差を抑制している。昇温・降温速度より遅くすることにより、熱風が循環することにより変化する熱処理炉５００の雰囲気（空気）によって、加熱・冷却されるガラス基板Ｇの温度変化が抑制され、ガラス基板Ｇの風上側部分と風下側部分とで生じる熱履歴差を小さくすることができる。また、維持区間５０５を中心として、昇温区間５０４と降温区間５０６における加熱・冷却時間、速度を左右対称にすることにより、ガラス基板Ｇの風上側部分と風下側部分とにおける昇温時の熱量差異を、降温時の熱量で相殺（キャンセル）する。昇温区間５０４における昇温時では、ガラス基板Ｇの風下側部分の温度履歴Ｌ２は、図４に示すように、ガラス基板Ｇの風上側部分の温度履歴Ｌ１に比べて温度上昇遅れるため、風下側部分が受け取る熱量は、風上側部分が受け取る熱量より少なくなる。一方、降温区間５０６における降温時では、ガラス基板Ｇの風下側部分は、ガラス基板Ｇの風上側部分に比べて温度下降遅れるため、風下側部分が受け取る熱量は、風上側部分が受け取る熱量より多くなる。このため、ガラス基板Ｇが最高温度となる熱処理温度Ｔｍ３をピークとして、昇温時、降温時の加熱・冷却時間、速度を左右対称にすることで、図中の時間ｔ１から時間ｔ２’、温度Ｔｍ２から温度Ｔｍ３の範囲において温度履歴Ｌ１、Ｌ２により囲まれた面積Ｓ１と、時間ｔ３から時間ｔ４’、温度Ｔｍ２から温度Ｔｍ３の範囲において温度履歴Ｌ１、Ｌ２により囲まれた面積Ｓ２と、を一致させることにより、ガラス基板Ｇの風上側部分と風下側部分とにおける昇温時の熱量差異を、降温時の熱量で相殺（キャンセル）することができる。また、本実施形態にかかるガラス基板Ｇの厚さは、０．１ｍｍ〜１．１ｍｍ、より好ましくは０．７５ｍｍ以下の極めて薄いガラス板である。ガラス基板Ｇの厚さが薄くなるほど、ガラス基板Ｇの温度は、熱処理炉５００内の温度変化により変化しやすい。昇温時、降温時の加熱・冷却時間、速度を左右対称にすることで、熱処理炉５００内の温度を変化させて、ガラス基板Ｇの面方向の各位置における熱履歴を均一にすることができる。

このような熱処理により、高精細液晶ディスプレイを製造するのに好適な熱収縮率を有するガラス基板を製造することができる。また、ガラス基板の熱収縮率を０〜１５ｐｐｍとすることができる。ガラス基板Ｇの熱収縮率は、０〜１０ｐｐｍとすることが好ましく、０〜６ｐｐｍとすることがより好ましい。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。また、ガラス基板の熱収縮に対して影響が小さい温度領域においては、処理時間を短くし、昇温速度・降温速度を速めることにより、ガラス基板の生産効率を高めることができる。また、ガラス基板が最高温度となる熱処理温度をピークとして、昇温時、降温時の加熱・冷却時間、速度を左右対称にすることで、ガラス基板の風上側部分と風下側部分とで生じる熱収縮率の差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。熱処理により熱収縮率を低減する前のこのガラス基板の熱収縮率は、４０ｐｐｍ〜６０ｐｐｍであった。

（ガラス組成）
ＳｉＯ_２ ６７．０モル％、
Ａｌ_２Ｏ_３ １０．６モル％、
Ｂ２Ｏ_３ １１．０モル％、
ＲＯ １１．４モル％（ＲＯはＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯの合量)。

〔アニーリング〕
このガラス基板に対し、上述した熱処理炉において、熱風を循環させることにより、アニーリングを行った。実施例では、室温（２０℃）から昇温し、５００℃で１時間維持し、その後、室温まで降温する熱処理を行う。この際、昇温区間、降温区間における加熱・冷却時間、速度を等しくし、維持区間を中心として昇温区間、降温区間の温度勾配が左右対称になるように、アニーリングを行った。また、比較対象として、室温（２０℃）から昇温し、５００℃で１時間維持し、その後、室温まで降温する時間が、昇温時間の半分となる、アニーリングを行った。

〔熱収縮率の測定〕
ガラス基板から所定のサイズの長方形の試験片に切りだし、長辺両端部間の長さを計測する。次に、切り出した試験片を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。２つのガラスサンプルの一方の端から同じ距離の位置にケガキ線を入れる。このうちの一方のガラスサンプルを、室温（２０℃）から１０℃／分の昇温速度で昇温し、５００℃で１時間維持し、その後、１０℃／分で室温まで降温する。その後、加熱した一方のガラスサンプルと加熱しなかった他方のガラスサンプルの一方の端を位置あわせして、２つのケガキ線の位置ずれ距離を測定し、この位置ずれ距離を熱収縮量とする。熱収縮量は、レーザ顕微鏡等で測定される。この熱収縮量と、熱処理前のガラスサンプルの長さ用いて、以下の式により熱収縮率を求める。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）＝（熱収縮量）／（熱処理前のガラスサンプルの長さ）×１０^６

ガラス基板に対して、昇温区間、降温区間の温度勾配が左右対称になるように、アニーリングを行った結果、ガラス基板の面方向の中央領域の熱収縮率は８ｐｐｍ、ガラス基板の面方向の周辺領域の熱収縮率は８ｐｐｍとなり、ガラス基板の熱収縮率の絶対値を低減しつつ、ガラス基板の面方向における熱収縮率のばらつきを抑制することができた。
一方、ガラス基板に対して、昇温区間、降温区間の温度勾配が非対称になるように、アニーリングを行った結果、ガラス基板の面方向の中央領域の熱収縮率は１８ｐｐｍ、ガラス基板の面方向の周辺領域の熱収縮率は１０ｐｐｍとなり、ガラス基板の熱収縮率の絶対値は低減したが、ガラス基板の面方向における熱収縮率のばらつきを抑制することはできなかった。

以上に示すように、昇温時、降温時の加熱・冷却時間、速度を左右対称にすることで、ガラス基板の風上側部分と風下側部分とにおける昇温時の熱量差異を、降温時の熱量で相殺（キャンセル）することができ、ガラス基板の熱収縮率の絶対値を低減しつつ、ガラス基板の面方向における熱収縮率のばらつきを抑制することができる。

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。

Ｇ ガラス基板
５００ 炉
５１０ 発熱装置

Claims (4)

1. ディスプレイ用のガラス基板を４００℃〜６００℃の範囲にある熱処理温度で熱処理する熱処理工程を含むガラス基板の製造方法であって、
   前記熱処理工程は、
   前記ガラス基板の搬送方向に沿って複数の熱源が設けられた熱処理炉において、前記ガラス基板の平面が鉛直方向になるように保持しつつ、かつ、互いに隣接するガラス基板の平面が進行方向に向けて距離的に所定間隔をあけた対面状態を維持して、前記ガラス基板の平面に対して垂直方向に前記ガラス基板を搬送する搬送工程と、
   前記搬送工程で搬送されるガラス基板を、前記ガラス基板の平面方向の側部側から中心方向に向かって加熱し、室温から加熱後、前記熱処理温度より５０℃から１５０℃より低い中間温度から前記熱処理温度になるまで昇温速度で加熱する加熱工程と、
   前記加熱工程で加熱されたガラス基板を、前記中間温度になるまで前記昇温速度の絶対値と等しい降温速度で冷却工程と、を備える、
   ことを特徴とするガラス基板の製造方法。
2. 前記熱処理工程は、前記ガラス基板を前記熱処理温度で維持する維持工程をさらに備える、
   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. 前記熱処理工程では、室温から前記中間温度になるまで前記昇温速度より速い昇温速度で前記ガラス基板を加熱し、
   前記冷却工程では、前記中間温度から室温になるまで前記降温速度より速い降温速度で前記ガラス基板を冷却する、
   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. 前記熱処理工程では、前記熱処理炉において熱風を循環させる、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のガラス基板の製造方法。
   

Images