JP3749909B2

JP3749909B2 - ガラス板表面の研磨方法、フラットパネルディスプレイ用ガラス基板、及びフラットパネルディスプレイ

Info

Publication number: JP3749909B2
Application number: JP2004165217A
Authority: JP
Inventors: 智弘西山
Original assignee: 西山ステンレスケミカル株式会社
Priority date: 2004-06-03
Filing date: 2004-06-03
Publication date: 2006-03-01
Anticipated expiration: 2024-06-03
Also published as: JP2005343742A

Description

本発明は、平坦性に優れたガラス板を得るためのガラス板表面の研磨方法、この研磨方法によって研磨したフラットパネルディスプレイ用ガラス基板、及びこのガラス基板を使用したフラットパネルディスプレイに関する。

液晶ディスプレイ（以下、ＬＣＤ）、有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ、プラズマパネルディスプレイ等のフラットパネルディスプレイ（以下、ＦＰＤ）は、薄型化された映像表示装置として需要が増大してきている。

図２は、ガラス板２枚を貼り合わしたＬＣＤ用ガラス基板の一例を表した断面模式図である。このＬＣＤ用ガラス基板は、図の上方向が液晶ディスプレイの画像表示面となる正面側になる。正面側のガラス板１には、偏光板７を画像表示面となるガラス表面に積層している。そして、ガラス板１の背面側には、カラーフィルター層３がブラックマトリクス層２に区分けされつつ積層されている。カラーフィルター層３には、透明樹脂からなるオーバーコート層４が積層され、次いで透明電極（ＩＴＯ膜）層５及びポリイミドからなる配向膜層６が形成されている。他方のガラス基板８には、画像表示面方向に、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）層９及びＩＴＯ膜層１０が順次積層されている。その透明電極層１０には、配向膜層１１が積層された構造をとっている。ガラス板の画像表示方向と逆方向面には、偏光板１２が積層される。

図２に示した通り、ＬＣＤにガラス板が使用され、ガラス板は、ＬＣＤに関わらずＦＰＤの画像表示面に使用されている。ＦＰＤに使用されているガラス板は、ＦＰＤパネルの主要材料であり、ＦＰＤパネルの厚みを構成する主部材となっている。このガラス板を薄型化することによって、ＦＰＤパネルの更なる薄型化を実現することが可能である。

ＦＰＤに使用されているガラス板を薄型化する方法としては、ガラス板を研磨液に浸漬して、ガラス板表面を化学的に研磨する方法が一手法としてとられる。このガラス表面を化学的に研磨した後のガラス板は、平坦性が要求される。ガラス板の平坦性が優れていないガラス板を使用したＦＰＤは、表示される画像にゆがみが生じやすくなる。そのため、ガラス板を化学的に研磨して、ガラス板の薄型化を図る場合には、化学的に研磨した後のガラス板表面が平坦性に優れたものであることが要求されることになる。化学的な研磨を行った後のガラス板を平坦性の優れたガラス板とするためには、研磨前のガラス板表面に可能な限り傷が存在していないことが望まれる。

ガラス板表面の傷を除去するためには、化学的研磨によって傷の深さに達するまでガラス板表面の研磨を行うことによって除去可能であると予想される。しかし、単に研磨液を使用してガラス板表面の化学的な研磨を行うのみであれば、ガラス表面の傷の大きさが拡大化することになってしまう。傷の拡大化した後、ガラス板表面の研磨を継続すれば、ガラス板表面が波打つうねりが生じ易くなって、平坦性の優れたガラス板を得ることができない。

平坦性の優れたガラス板を得るための研磨方法として、出願人は、特許文献１にガラス板を３０〜６０重量％フッ酸溶液に浸漬、又はガラス板表面に３０〜６０重量％フッ酸溶液を塗布して、ガラス板表面を１μｍ／ｓｅｃ以上の研磨速度で化学的に研磨する方法を開示している。この方法によれば、傷の直径を１００μｍ以上に拡大化させることなくガラス板表面を化学研磨することが可能である。
特開２００３−２２６５５２号公報

しかしながら、この特許文献１に開示されているガラス板表面の化学的研磨方法は、研磨前の傷の直径が１０μｍ程度のものを対象としており、特許文献１に開示されている方法で、研磨前の直径が４０μｍ以上の傷が存在しているガラス板表面を研磨すると、その傷の直径が１００μｍ以上の大きさにまで拡大化する傾向が急激に認められることになる。直径が１００μｍ以上の大きさにまで拡大化した傷を有するガラス板を研磨すれば、ガラス板表面にうねりが生じ易く、優れた平坦性を有するガラス板を得ることができない。そのため、直径１０μｍ程度の傷のみならず、直径４０μｍを超える傷が表面に存在するガラス板を化学的に研磨した場合であっても、傷の直径が１００μｍ以上に拡大することを抑制可能な化学的研磨方法が提供されることが望まれる。

上記事情に鑑み本発明は、直径１０μｍ程度の傷の直径を１００μｍ以上に拡大することを抑制する化学的研磨方法であって、直径４０μｍ以上の傷についても１００μｍ以上に拡大することを抑制して化学的研磨することができる研磨方法を提供することを目的とするものである。また、この研磨方法を使用したＦＰＤ用ガラス基板及びこのガラス基板を使用したＦＰＤを提供することを本発明は目的とする。

本発明は、フッ酸１０〜３０重量％、硫酸２０〜５０重量％含有し、研磨速度を１μｍ/ｓｅｃ以上に設定した研磨液を、アルミノホウケイ酸ガラスを使用したガラス板表面に１分以内接触させることによって、ガラス基板に存在していた線状又はピット状の傷の最大長さが、４０μｍ以上である場合にも、その最大長さが１００μｍ以上に拡大することを抑制しつつ前記ガラス板表面を研磨するガラス板表面の研磨方法である。この方法に使用する研磨液中のフッ酸濃度は、１７〜２５重量％であることが好適である。また硫酸濃度は、３５〜４２重量％であることが好適である。

本発明は、フッ酸１０〜３０重量％、硫酸２０〜５０重量％含有し、研磨速度を１μｍ/ｓｅｃ以上に設定した研磨液を、アルミノホウケイ酸ガラスを使用したガラス板表面に１分以内接触させることによって、ガラス基板に存在していた線状又はピット状の傷の最大長さが、４０μｍ以上である場合にも、その最大長さが１００μｍ以上に拡大することを抑制しつつ前記ガラス板表面を前研磨する前研磨工程と、前記前研磨工程の後、フッ酸を含有する研磨液を前記ガラス板表面に接触させて前記ガラス板表面を研磨速度０．５〜２０μｍ／ｍｉｎで研磨する後研磨工程を備えることを特徴とするガラス板表面の研磨方法である。前研磨工程に使用する研磨液中のフッ酸及び硫酸濃度は、フッ酸が１７〜２５重量％であることが好適であり、硫酸が３５〜４２重量％であることが好適である。

また発明は、前記研磨方法によって研磨したＦＰＤ用ガラス基板である。また、本発明は、前記ＦＰＤ用ガラス基板を使用したＦＰＤである。

上記のように構成されたフッ酸及び硫酸を含有する研磨液を使用してガラス板表面を研磨する方法によれば、直径４０μｍ以上の傷が直径１００μｍ以上に拡大することを抑制してガラス板表面を化学的に研磨することができる。この研磨方法の後にフッ酸を含有する研磨液を使用して更に研磨した場合、表面のうねりの発生が抑制されたガラス板となる。

また、上記のように構成されたＦＰＤ用ガラス基板は、その基板表面のうねりが抑えられたガラス基板となり、このガラス基板を使用したＦＰＤは、表示される画像のゆがみが抑えられた鮮明な画像を表示するＦＰＤとなる。

以下、本発明を実施形態に基づき説明する。本発明に係るガラス板表面の研磨方法は、
研磨液をガラス板表面に接触させて、ガラス板表面を前研磨する前研磨工程と、この前研磨工程の後、研磨液を前研磨工程を経たガラス板表面に接触させて、更に研磨する後研磨工程を経ることによって行われる。後研磨工程は、目的とするガラス板の厚みに応じて省略しても良い。

本発明おける研磨対象となるガラス板は、ガラス板を構成しているガラス成分を特に限定するものではない。本発明の方法は、アルミノホウケイ酸ガラスを使用したガラス板の表面を研磨する方法として好適である。

前研磨工程では、フッ酸及び硫酸を含有する水溶液を研磨液（以下、前研磨液）として使用する。前研磨液中におけるフッ酸の濃度は、１０〜３０重量％であると良く、好ましくは、１５〜２８重量％、更に好ましくは、１７〜２５重量％である。また、この研磨液中における硫酸の濃度は、２０〜５０重量％であると良く、好ましくは、３０〜４５重量％、更に好ましくは、３５〜４２重量％である。前研磨液中のフッ酸濃度及び硫酸濃度が前記濃度範囲の上限値を超える場合には、ガラス板表面が波打つうねりが生じ易くなる。また、前研磨液中のフッ酸濃度及び硫酸濃度が前記濃度範囲の下限値に満たない場合には、ガラス板表面上の傷が大幅に拡大する傾向がある。

前研磨液は、無機酸及び界面活性剤のうち一種又は二種以上を含有していても良い。無機酸としては、塩酸、硝酸、リン酸が例示され、界面活性剤には、エステル系、フェノール系、アミド系、エーテル系、アミン系の界面活性剤が例示される。

前研磨液をガラス板に接触させる方法は、ガラス板を前研磨液に浸漬、前研磨液をガラス板表面に吹き付け、前研磨液をガラス板表面に塗布する等の方法をとることによって行われると良い。前研磨液をガラス板表面に接触させる時間は、除去する傷の大きさによって適宜変更させることになるが、1分以内であると良い。直径が６０μｍ以下の大きさの傷であれば１〜３秒程度の接触時間であると良い。

前研磨工程における研磨速度は、１μｍ／ｓｅｃ以上の研磨速度で行うと良い。好ましくは、３〜１０μｍ／ｓｅｃの研磨速度であり、さらに好ましくは、５〜８μｍ／ｓｅｃの研磨速度である。なお、研磨速度は、ガラス板を前研磨液に浸漬してから３秒経過するまでの平均研磨速度であり、前研磨工程においてガラス板表面に前研磨液を接触させる時間が３秒に満たない場合であっても、この平均研磨速度となる研磨液を使用して研磨する速度を指す。

前研磨液をガラス板に接触させるときの前研磨液温度は、研磨速度が３〜１０μｍ／ｓｅｃとなる温度範囲であれば、特に限定されるものではなく、１７〜８０℃の温度範囲の研磨液で行うと良い。前研磨液の温度が高いほど、研磨速度が速まり、前研磨液の温度が低いほど、研磨速度が遅くなる傾向があるので、前研磨液の温度を適宜設定することで研磨速度を制御することが可能である。

前研磨を終えたガラス板は、後研磨を行わない場合、ガラス板を洗浄して前研磨液の除去が行われる。後研磨を行う場合には、好ましくは、ガラス板を洗浄して前研磨液を除去することであるが、前研磨液を除去せずに、後研磨を行っても良い。

上記前研磨工程を経たガラス板は、表面が研磨されたものとなる。このとき、前研磨工程を行う前にガラス板表面に存在していた傷の直径の拡大が抑制される。本明細書において「傷」とは、板ガラスを真上から観察した場合に、ほとんど幅を有さない線状の凹部をいう。また、「キズの直径」とは、線状部の長さをいう。また、本発明の前研磨方法によればガラス表面のピットの直径拡大を抑制して、ガラス板表面を研磨することも可能である。この「ピット」とは、板ガラスを真上から観察した場合に、ある幅を有する不定形の凹部をいう。また、「ピットの直径」とは、ピット幅の最大値をいい、例えばピットの形状が楕円形の場合、長軸の長さに相当する。

後研磨工程においては、０．５〜２０μｍ／ｍｉｎの研磨速度でガラス板表面を研磨することが好適であり、更に好適には０．５〜１０μｍ／ｍｉｎの研磨速度で研磨することである。研磨速度０．５〜２０μｍ／ｍｉｎの研磨は、フッ酸を含有する研磨液（以下、後研磨液）に、前研磨工程を経たガラス板表面に後研磨液を接触させることによって行われる。

後研磨液には、フッ酸を１０重量％以下含有する研磨液を使用すると良い。この後研磨液は、無機酸及び界面活性剤を一種又は二種以上含有していても良い。無機酸としては、塩酸、硝酸、硫酸、リン酸等が例示され、界面活性剤としては、エステル系、フェノール系、アミド系、エーテル系、ノニオン系、アミン系等の界面活性剤が例示される。

後研磨おいて、ガラス板表面に後研磨液を接触させる方法は、特に限定されるものではないが、後研磨液へのガラス板の浸漬、又は、後研磨液をガラス板表面に吹き付けることによってガラス板表面に後研磨液を接触させると良い。

後研磨液の温度は、研磨速度が０．５〜２０μｍ／ｍｉｎとなるように適宜設定される。後研磨液の温度を高めると研磨速度は速くなり、後研磨液の温度を低めると研磨速度は遅くなるので、０．５〜２０μｍ／ｍｉｎの研磨速度に設定することができる。

後処理研磨におけるガラス板表面の研磨量は、目的とするガラス板厚になるまで研磨すると良い。この目的とする量の研磨を行うことで、後処理研磨は終了する。後処理研磨終了後、ガラス板を洗浄することによって研磨液を除去すると良い。

上述の前研磨を終了したガラス板、又は、後研磨を終了したガラス板は、ＦＰＤに好適に使用することができる平坦性に優れたガラス基板となる。また、このガラス基板を使用して、ＦＰＤを製造することができる。

以上の通り、本発明の研磨方法が行われる。本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、ＬＣＤガラス基板を研磨する場合には、２枚のガラス板を貼り合せた貼り合せＬＣＤガラス基板表面を研磨しても良い。また、研磨する必要のないガラス板表面を研磨する場合、この表面をマスキング剤で被覆して、研磨液によって研磨されないようにしても良い。

以下、本発明を実施例をもとに具体的に示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
［実施例１］
ノンアルカリアルミノホウケイ酸ガラス板表面に傷を形成し、次いで、このガラス板を研磨液に浸漬してガラス板表面を研磨した。詳細は以下の通りである。

（ガラス板表面への傷の形成）
マイクロビッカース硬度計を使用してガラス板表面に尖状物を５秒間押し当てて、ガラス板表面に傷を１００個形成した。このときの尖状物の押し当て荷重を、２００ｇ、３００ｇ、５００ｇ及び１０００ｇの４種類とした。形成した傷の直径を、光学顕微鏡を使用して測定したところ、傷の直径は、荷重の増大に伴い大きくなり、荷重５００ｇの場合の傷の平均直径が４０μｍであり、荷重１０００ｇの場合の傷の平均直径が５５μｍであった。

（研磨液方法）
フッ酸２０重量％、硫酸４０重量％の水溶液を使用し、この研磨液にガラス板を浸漬することにより、ガラス板表面の研磨を行った。このとき、研磨液の温度を２０℃、ガラス板を研磨液に浸漬する時間を約１秒とした。研磨終了後、直ちにガラス板を水洗した。

［比較例１］
研磨液にフッ酸濃度が３重量％の水溶液を使用した。研磨液以外は、実施例１と同様に行った。

［比較例２］
研磨液にフッ酸濃度が５５重量％の水溶液を使用した。研磨液以外は、実施例１と同様に行った。

実施例及び比較例の結果を表１に示す。表１は、ガラス板表面に存在する直径が１００μｍ未満の傷およびピットの数を数えた結果を表したものである。図１は、表１の１００μｍ未満の傷およびピットの数をグラフにしたものである。直径１００μｍ未満の傷及びピットの数は、光学顕微鏡を使用して数えた。このとき、ガラス表面上に形成した傷は、全て残存していた。

表１に示したとおり、実施例１及び比較例１の１００μｍ未満の傷およびピット数を比較すると、実施例１の数が総じて高い値である。また、押し当て荷重が３００ｇ以上においては、比較例１の１００μｍ未満の傷及びピットはなく、全ての傷及びピットの直径が１００μｍ以上であったことが分かる。

実施例１及び比較例２の１００μｍ未満の傷およびピット数は、押し当て荷重５００ｇ（傷の平均直径が４０μｍ）以下まで同程度である。しかし、押し当て荷重１０００ｇ（傷の平均直径が５５μｍ）の場合、１００μｍ未満の傷及びピットの数は、実施例１が５２であり、比較例２が１０である。つまり、１００μｍ以上の傷及びピットの数は、実施例１が４８であり、比較例２が９０である。即ち、本発明に係る実施例１の研磨方法によれば、比較例２の研磨方法よりも１００μｍ以上の傷及びピットの数が半減していることが分かる。

以上の測定した実施例及び比較例のガラス板を研磨速度０．５〜２０μｍ／ｍｉｎで研磨すると、実施例のガラス板の方が比較例のガラス板に比べて平坦性に優れていることが確認されている。

表１の１００μｍ未満の傷およびピットの数をグラフにしたものである。ガラス板２枚を貼り合わしたＬＣＤ用ガラス基板の一例を表した断面模式図である。

Claims

フッ酸１０〜３０重量％、硫酸２０〜５０重量％含有し、研磨速度を１μｍ/ｓｅｃ以上に設定した研磨液を、アルミノホウケイ酸ガラスを使用したガラス板表面に１分以内接触させることによって、
ガラス基板に存在していた線状又はピット状の傷の最大長さが、４０μｍ以上である場合にも、その最大長さが１００μｍ以上に拡大することを抑制しつつ前記ガラス板表面を研磨するガラス板表面の研磨方法。
フッ酸１０〜３０重量％、硫酸２０〜５０重量％含有し、研磨速度を１μｍ/ｓｅｃ以上に設定した研磨液を、アルミノホウケイ酸ガラスを使用したガラス板表面に１分以内接触させることによって、
ガラス基板に存在していた線状又はピット状の傷の最大長さが、４０μｍ以上である場合にも、その最大長さが１００μｍ以上に拡大することを抑制しつつ前記ガラス板表面を前研磨する前研磨工程と、
前記前研磨工程の後、フッ酸を含有する研磨液を前記ガラス板表面に接触させて前記ガラス板表面を研磨速度０．５〜２０μｍ／ｍｉｎで研磨する後研磨工程を備えることを特徴とするガラス板表面の研磨方法。
請求項１に記載の方法によって研磨したフラットパネルディスプレイ用ガラス基板。
請求項３に記載のガラス板を使用したフラットパネルディスプレイ。
請求項２に記載の方法によって研磨したフラットパネルディスプレイ用ガラス基板。
請求項５に記載のガラス板を使用したフラットパネルディスプレイ。