JP3665323B2 - 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 - Google Patents

Description

本発明は、ウェットエッチングによりガラス基板表面が所定形状にパターニングされたフラットパネルディスプレイ用ガラス基板を製造する方法に関する。

フラットパネルディスプレイ（以下、「ＦＰＤ」という）とは、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、フィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）、エレクトロルミネッセンスディスプレイ（ＥＬＤ）などの平面表示装置をいう。これらの平面表示装置には、薄型のガラス基板が前面及び／又は背面に使用されている。

ＦＰＤ用ガラス基板には、ＦＰＤの種類を問わず軽量化と薄型化という共通の技術課題があり、またＦＰＤの種類に応じて異なる技術課題を有するため、ＦＰＤの種類に応じたガラス基板のパターニングが行なわれている。ここで、本明細書において「パターニング」とは、エッチングにより、ガラス基板表面の少なくとも一部を所定の形状に加工することをいい、例えばガラス基板の表面全体をエッチングにより薄型化すること、マスキング処理等を施してガラス基板の表面の一部をエッチングすること、ガラス基板の場所に応じてエッチング量を制御して段差を設けること等が該当する。

たとえば、ＰＤＰ用ガラス基板には隔壁の形成が要求される。ストライプ状或いはマトリクス状に隔壁を形成するための方法として、隔壁となる誘電体ペーストを繰り返しスクリーン印刷して焼成するスクリーン印刷法や、誘電体ペーストを塗布乾燥した後サンドブラストにより不要部分を除去するサンドブラスト法などが知られている。

また、ＬＣＤ用ガラス基板とＦＥＤ用ガラス基板には、ガラス基板の薄型化が要求される。現在主流となっている薄型化方法は、エッチング処理液を使用して化学研磨するウェットエッチング法や、砥粒を使用してパットを擦りつけて物理研磨する機械研磨法、両者を組み合わせた化学的機械的研磨（ＣＭＰ）法などが知られている。

また、ＥＬＤ用ガラス基板には、背面キャップとして用いるため、彫り込み型のガラス基板が要求される。現在のパターニング技術として、サンドブラストにより薄くする部分を削りパターニングを行なうブラスト法、金型を高温にしたガラス基板に押し付けてパターニングを行なうプレス成形法、砥粒を使用してパットを擦りつけて物理的に研磨する機械研磨法などが知られている。

以上の通り、従来はＦＰＤ用ガラス基板をパターニングする場合、機械的に研磨する方法が採用されているが、これには次のような問題点がある。

先ず、機械研磨の問題点として、微細なパターニングは物理的限界があり、ミクロンオーダーの研磨は困難である。また、ミリオーダーのパターニングでも表面状態が悪く、ディスプレイ用ガラス基板には適さない。

また、サンドブラスト法では、砥粒とガラスの削り粕が大量に発生し、ガラス基板表面にごみが溜まるという問題点がある。また、機械研磨同様に表面状態が悪く、ディスプレイ用ガラス基板には適さない。

さらに、プレス成形法では、ガラス基板が軟化するまで高温状態にして金型を押しつけるため、製造コストが高いという問題点がある。また、それに使用する金型の製作費用が高いという問題点もある。

以上の点からして、ガラス基板表面にエッチングを施してパターニングを形成するには、機械的に研磨する方法よりもむしろウェットエッチングを行なう化学研磨法が有利であると考えられる。

しかしながら、従来の化学研磨法では、エッチング液に強酸のフッ酸を使用するため、エッチング中にマスキング層が侵食を受けたり、ガラス基板から剥離する等の問題があり、適切なマスキングの形成手段が確立されていなかった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、ウェットエッチングを行なう前に、耐薬品性や密着性の大きい被覆層をガラス基板表面に形成することにより高精度なパターニングが施されたＦＰＤ用ガラス基板の製造方法及びＦＰＤ用ガラス基板を提供することを主たる目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明は、ガラス基板の表面の一部に被覆層を形成し、重量濃度でフッ酸濃度が１〜１０％であり、且つ、前記エッチング液には、垂直又は斜めに保持されたガラス基板に対して気泡発生装置から気泡を発生させて、１〜７００μｍエッチングし、その後被覆層を除去することにより、基板表面が所定の形状にパターニングされたＥＬＤ用ガラスキャップ基板を製造することを特徴とする。

そして、上記被覆層としては、エポキシ樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素樹脂から選ばれる樹脂を被覆材原料としてフィルム転写により形成されたものが第一の好ましい具体例として挙げられる。

また、上記被覆層としては、ポリスチレン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリエチレン系樹脂から選ばれる樹脂をそのままで、若しくは溶剤で溶かしたものを被覆材原料としてコーティングにより形成されたものが第二の好ましい具体例として挙げられる。

また、上記被覆層としては、ポリスチレン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリエチレン系樹脂から選ばれる樹脂をそのままで、若しくは溶剤で溶かしたものを被覆材原料としてスクリーン印刷により形成されたものが第三の好ましい具体例として挙げられる。

上記の３つの被覆層は耐薬品性及びガラス基板に対する密着性が共に大きいため、フッ酸を含有するエッチング液で処理した場合であっても、被覆層が形成された部分以外のガラス基板の表面のみがエッチングされるので、高精度なパターニングが施されたＦＰＤ用ガラス基板を製造することができる。

また、本発明では、エッチング液を用いてガラス基板に直接パターニングするので、ランニングコストの削減を実現することができる。また、ガラス基板に対するエッチング処理によってパターンが形成されるので、処理を行なう個所を選択的にエッチングすることが可能となる。また、本発明では、耐酸性の被覆材をガラス基板に密着させているため、ガラス基板から被覆層が剥がれることなく、選択的に約１μｍ以上エッチングすることが可能である。

また、本発明では、エッチング速度を制御する観点から、エッチング液として、フッ酸に加えて塩酸、硫酸、硝酸及びリン酸から選ばれる少なくとも１種以上の無機酸を含有することが好ましい。また、本発明では、エッチングにより生じた珪フッ化化合物等の反応生成物がガラス基板上に付着するのを防止する観点から、エッチング液として、フッ酸に加えてカルボン酸系、フェノール系、アミド系、脂肪酸エステル系、リン酸エステル系、硫酸エステル系、スルホン酸系、アミン系、エーテル系、高分子アルコールから選ばれる少なくとも１種以上の界面活性剤を含有することが好ましい。

以上のように構成された本発明のＥＬＤ用ガラスキャップ基板の製造方法によれば、耐酸性の被覆層をガラス基板に密着させるため、エッチング処理中に被覆層が基板から剥がれることなく、ガラス基板の一部を選択的にパターニングすることができる。また、フッ酸濃度を１〜１０重量％にすることで、エッチングされたガラス部分の平坦性の悪化を抑制することができる。また、気泡を発生させたエッチング液にガラス基板を浸漬して被覆層が形成された部分以外のガラス基板表面をエッチングしているので、エッチングによってガラス基板の表面に生じた反応生成物を気泡が剥ぎ取り、エッチング条件を安定化させることができる。

本発明により製造されるＦＰＤ用ガラス基板は、ガラス基板の表面の一部に被覆層を形成する工程（被覆工程）、フッ酸を含有するエッチング液で処理することにより被覆層が形成された部分以外のガラス基板の表面をエッチングする工程（エッチング工程）、及び被覆層を除去する工程（除去工程）を必須の工程とするものである。以下では、本発明を各工程別に分けて説明する。
［被覆工程］
本工程で用いられるガラス基板は、ＰＤＰ、ＬＣＤ、ＦＥＤ及びＥＬＤにおいて通常用いられる公知のガラス基板であれば特に限定されるものではないが、一般的には、ソーダガラスやノンアルカリガラスが好適に用いられる。

また、ガラス基板の大きさや厚みは、これが組み込まれる各種のディスプレイ装置に応じて適宜採用されるものであり特に限定されるものではない。

また、ガラス基板の表面の一部に形成される被覆層は、後述するエッチング工程において、フッ酸を含有するエッチング液に侵されない耐薬品性を有し、かつガラス基板から剥離しない密着性を有するものが好ましく用いられる。本発明では、特定の樹脂を被覆材原料とし、かつ特定の手段を用いることにより上記被覆層が形成される。

第一の具体例としては、エポキシ樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素樹脂から選ばれる樹脂を被覆材原料としてフィルム転写により被覆層を形成することが好ましい。

また、第二の具体例としては、ポリスチレン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリエチレン系樹脂から選ばれる樹脂をそのままで、若しくは溶剤で溶かしたものを被覆材原料としてコーティングにより被覆層を形成することが好ましい。この場合、溶媒としては、トルエン、ヘキサン、酢酸エチル等の有機溶剤が好ましく用いられる。

また、第三の具体例としては、ポリスチレン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリエチレン系樹脂から選ばれる樹脂をそのままで、若しくは溶剤で溶かしたものを被覆材原料としてスクリーン印刷により被覆層を形成することが好ましい。この場合、溶媒としては、トルエン、ヘキサン、酢酸エチル等の有機溶剤が好ましく用いられる。

本発明では、上記の特定の被覆材原料を用いてガラス基板の表面の一部に被覆層を形成する場合、フィルム転写、コーティング及びスクリーン印刷等の特定の被覆層形成手段に応じて適宜そのパターンを形成することができる。

例えば、被覆層形成手段としてフィルム転写やコーティングを採用する場合、まずガラス基板の表面の全体に渡って被覆層を形成し、エッチングが必要とされる場所に対応する被覆層の部分をカッティング及び除去することにより、ガラス基板の表面の一部に被覆層を形成することが好ましい。また、被覆層形成手段としてスクリーン印刷を採用する場合、パターンに対応したスクリーンを通してガラス基板の表面の一部に被覆材原料を塗布することにより、ガラス基板の表面の一部に被覆層を形成することが好ましい。

なお、本発明では、被覆層はガラス基板の一方の面にのみ形成してもよいし、両面に形成してもよい。被覆層をガラス基板の一方の面にのみ形成する場合において、ガラス基板の薄型化が要求されないときには、他方の面の全体に渡って被覆材原料を塗布して被覆層を形成した状態で、後述するエッチング処理を行なえばよい。また、被覆層をガラス基板の一方の面にのみ形成する場合において、ガラス基板の薄型化が要求されるときには、他方の面には何も施さないでエッチング処理を行なえばよい。
［エッチング工程］
本工程で用いられるエッチング液は、フッ酸を必須のエッチング成分として含有するものであり、好適には１〜４５重量％、より好適には１〜１０重量％、更に好適には２〜５重量％の濃度範囲で使用される。特に、本発明の如くパターニングを行なう場合には、フッ酸濃度が４５重量％を上回るとエッチング速度が速くなりすぎて、エッチングされたガラス部分の平坦性が悪くなる弊害が生じる。一方、フッ酸濃度が１重量％を下回ると、エッチング速度が遅くなりすぎて、エッチングに要する時間が長くなる。

また、本発明では、エッチング速度を制御する観点から、フッ酸に加えて塩酸、硫酸、硝酸及びリン酸から選ばれる少なくとも１種以上の無機酸を含有するエッチング液が好適に用いられる。

また、本発明では、エッチングにより生じた珪フッ化物等の反応生成物がガラス基板上に付着するのを防止する観点から、フッ酸に加えてカルボン酸系、フェノール系、アミド系、脂肪酸エステル系、リン酸エステル系、硫酸エステル系、スルホン酸系、アミン系、エーテル系、高分子アルコールから選ばれる少なくとも１種以上の界面活性剤を含有するエッチング液が好適に用いられる。すなわち、かかるエッチング液を用いてエッチング処理を行なえば、エッチングされた部分にうねりやピットが生じるのを防止できる。

本工程では、上記エッチング液にガラス基板を浸漬したり、あるいはエッチング液をガラス基板に塗布することにより、その前面及び/又は背面を深さ1μm以上、好ましくは100〜700μmの範囲でエッチングすることが好ましい。

また、エッチング液にガラス基板を浸漬する場合には、例えば所定サイズの処理槽にエッチング液を収容し、エッチング液を流動させた状態でエッチング処理を行なうことが好ましい。この場合、ガラス基板を数十枚収容可能な処理槽を用いれば、エッチングの処理能力を向上させることができる。また、処理槽に温度調節装置を付設すれば、一定のエッチング速度を得ることができるので、エッチング工程の条件管理に便利である。なお、本工程における反応温度は特に限定されるものではないが、通常はエッチング液の組成を適宜設計することにより、２０〜５０℃の温度範囲を目安としてエッチング処理を行なうことが好ましい。

また、本工程では、処理槽からエッチング液を連続的に排出させつつ、エッチングにより生じた反応生成物をフィルター等で濾過し、この濾過されたエッチング液を再び処理槽に供給することもできる。このようにエッチング液を循環使用することにより、常にフレッシュで組成の均一なエッチング液を供給することができるので、連続してエッチング処理を行なう場合でも、高精度のエッチング処理を安定的に行なうことができる。

また、本工程では、処理槽の下部から窒素ガス等の気泡を連続的に発生させる装置を用いることもできる。かかる装置を用いれば、エッチングによってガラス基板の表面に生じた反応生成物を気泡が剥ぎ取るので、エッチング条件を安定化させることができる。また、気泡による反応生成物の剥ぎ取り効果を高めるには、エッチング液の粘度やエッチング条件に応じて、ガラス基板を垂直や斜めに保持するのが好適であり、特に垂直から５度〜４５度の傾きが好適である。
［除去工程］
本工程では、エッチング工程終了後、適宜な方法によってガラス基板を洗浄するとともに、適宜な方法によってガラス基板の表面に形成された被覆層を剥離する。

続いて、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係るＥＬＤ用ガラス基板の製造方法を説明する図面であり、パターニングの基本的プロセスを模式的に図示したものである。以下、パターン形成方法を説明する。

パターン形成を行なうガラス基板１の表面に被覆層２を形成する（図１（ａ）（ｂ））。ガラス基板１に塗布する被覆材原料は、耐酸性に優れるものであれば特に限定されないが、ポリスチレン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエチレン系樹脂が好適に使用される。また、ガラス基板も特に限定されないが、一般的には、ソーダガラスやノンアルカリガラスが好適に使用される。

続いて、パターン形状に合わせて被覆層を、切り込み、打ち抜き等の方法でカッティングし、ガラス基板１表面の必要部分を剥き出し状態にする（図１（ｃ）（ｄ））。図１（ｃ）は、カッティング刃３をガラス基板１の上方から垂直に押し当てる状態を示している。その後、被膜層２の所定部分を剥離するが（図１（ｄ））、剥離される部分は、ガラス基板１のパターニングされる部分に対応する。

以上の処理が終われば、エッチング液を塗布するか、又はエッチング液に浸漬することにより、パターニングが進行する。図１（ｅ）の矢印４は、パターニングの進行方向を示している。ガラス基板１をエッチング液に浸漬する場合には、均一な液組成及び均一な温度分布として、エッチング量を数μｍレベルでコントロールする。また、反応生成物がガラス基板に再付着するのを防止する。

そして、最後にガラス基板１を洗浄するとともに、適宜な方法によって被覆層２を剥離する（図１（ｆ））。なお、図１の例では、ガラス基板１のエッチング処理を片面だけ行なっているが、ガラス基板両面のエッチング処理を行なってもよい。この場合には、被覆層を形成しない面について、エッチング処理による薄型化が実現される。片面だけエッチング処理を行なう場合は、被覆材原料を裏面全面に塗布しても良い。

なお、エッチング液の粘度やエッチング条件に応じて、ガラス基板を垂直や斜めに保持するのが好適である。実施例で説明する気泡を発生させる装置では、ガラス基板を傾斜させると、ガラス表面に付着した反応生成物を気泡によって剥ぎ取る効果があり、その角度は垂直から５度〜４５度の傾きが好適である。

なお、図２は、ＬＣＤやＥＬＤに使用される、ガラス基板の本体部分にパターニングを行った例を示している。図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図３は、ＰＤＰに使用されるガラス基板にマトリクス状のパターニングを行なった例を図示している。図４は、ＥＬＤに使用されるガラス基板の本体部に階段状のパターニングを行った例を示している。図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。図５は、パターニングを行ったガラス基板５ｂとパターニングを行っていないガラス基板５ａを貼りあわせたガラス基板の例を示している。図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。ここでは、ＦＰＤ用ガラス基板として以上の形に図示したが、円形状のパターニング、角型のパターニングなどの様々なパターン形状に対応させても良いことは勿論である。またパターニングの大きさは、数十μｍレベルでもコントロールできる。

以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。

[ガラス基板]
ガラス基板として、ノンアルカリガラス基板（10cm×10cm角、厚み1.1mm）を使用した。

[エッチング液]
水を溶媒として、エッチング成分としてフッ酸３％、硫酸５％を含有するエッチング液を調製した。

[被覆]
被覆材原料としてポリスチレン系樹脂を使用し、ガラス基板の両面全てを被覆した。

[被覆層のパターニング]
エッチング処理する部分の被覆材を切り抜き、除去した。

[処理槽]
処理槽は、ガラス基板を一定角度に保持する保持部と、ガスを導入して保持部の下方から気泡を発生させる気泡吐出部と、エッチング液を循環させる循環部とで構成されている。なお、この処理槽を４０度に加温して実験した。
［結果］
上記の条件において、９０分間作動させると、ガラス基板自体が300μmエッチングされていることを確認した。なお、エッチングしない部分については、被覆層で被覆しているが、最後に被覆材を除去した後、エッチング部分の厚さを無作為に２０箇所計測した結果、板厚のバラツキは最大５μmであった。

ＥＬＤ用ガラス基板のパターニング工程を説明する模式図である。 ＬＣＤ又はＥＬＤ用ガラス基板のエッチングパターン例を説明する模式図である。 ＰＤＰ用ガラス基板のエッチングパターン例を示す模式図である。 ＥＬＤ用ガラス基板のエッチングパターン例を説明する模式図である。 貼り合わせ基板のエッチングパターン例を説明する模式図である。

符号の説明

１ ガラス基板
２ 被覆層

Claims (6)

1. ガラス基板の表面の一部に被覆層を形成し、フッ酸を含有するエッチング液に浸漬することにより、被覆層が形成された部分以外のガラス基板の表面をエッチングし、その後被覆層を除去することにより、基板表面が所定の形状にパターニングされたエレクトロルミネッセンスディスプレイ用ガラスキャップ基板を製造する方法であって、
   前記被覆層が、エポキシ樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素樹脂から選ばれる樹脂を被覆材原料としてフィルム転写により形成され、
   前記エッチング液のフッ酸濃度が１〜１０重量％であり、
   前記エッチング液には、垂直又は斜めに保持されたガラス基板に対して気泡発生装置から気泡を発生させて、１〜７００μｍエッチングするエレクトロルミネッセンスディスプレイ用ガラスキャップ基板の製造方法。
2. ガラス基板の表面の一部に被覆層を形成し、フッ酸を含有するエッチング液に浸漬することにより、被覆層が形成された部分以外のガラス基板の表面をエッチングし、その後被覆層を除去することにより、基板表面が所定の形状にパターニングされたエレクトロルミネッセンスディスプレイ用ガラスキャップ基板を製造する方法であって、
   前記被覆層が、ポリスチレン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリエチレン系樹脂から選ばれる樹脂をそのままで、若しくは溶剤で溶かしたものを被覆材原料としてコーティングにより形成され、
   前記エッチング液のフッ酸濃度が１〜１０重量％であり、
   前記エッチング液には、垂直又は斜めに保持されたガラス基板に対して気泡発生装置から気泡を発生させて、１〜７００μｍエッチングするエレクトロルミネッセンスディスプレイ用ガラスキャップ基板の製造方法。
3. ガラス基板の表面の一部に被覆層を形成し、フッ酸を含有するエッチング液に浸漬することにより、被覆層が形成された部分以外のガラス基板の表面をエッチングし、その後被覆層を除去することにより、基板表面が所定の形状にパターニングされたエレクトロルミネッセンスディスプレイ用ガラスキャップ基板を製造する方法であって、
   前記被覆層が、ポリスチレン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリエチレン系樹脂から選ばれる樹脂をそのままで、若しくは溶剤で溶かしたものを被覆材原料としてスクリーン印刷により形成され、
   前記エッチング液のフッ酸濃度が１〜１０重量％であり、
   前記エッチング液には、垂直又は斜めに保持されたガラス基板に対して気泡発生装置から気泡を発生させて、１〜７００μｍエッチングするエレクトロルミネッセンスディスプレイ用ガラスキャップ基板の製造方法。
4. エッチング液が、フッ酸に加えて塩酸、硫酸、硝酸及びリン酸から選ばれる少なくとも１種以上の無機酸を含有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のガラスキャップ基板の製造方法。
5. エッチング液が、フッ酸に加えてカルボン酸系、フェノール系、アミド系、脂肪酸エステル系、リン酸エステル系、硫酸エステル系、スルホン酸系、アミン系、エーテル系、高分子アルコールから選ばれる少なくとも１種以上の界面活性剤を含有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のガラスキャップ基板の製造方法。
6. 請求項１〜５の何れかの方法で製造したガラスキャップ基板。
   

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