JP5066895B2

JP5066895B2 - ディスプレイ用ガラス基板およびその製造方法

Info

Publication number: JP5066895B2
Application number: JP2006307652A
Authority: JP
Inventors: 明田中
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2006-11-14
Filing date: 2006-11-14
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2026-11-14
Also published as: JP2008120638A

Description

本発明は、ディスプレイ用ガラス基板およびその製造方法に関する。

プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、液晶表示装置（ＬＣＤ）、エレクトロルミネッセンスディスプレイ（ＥＬＤ）、フィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）等のフラットパネルディスプレイにおいては、ガラス基板上に透明電極、半導体素子等を形成したものが基板として用いられている。たとえば、ＬＣＤにおいては、ガラス基板上に透明電極、ＴＦＴ（ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等が形成されたものが基板として用いられている。

ガラス基板上への透明電極、半導体素子等の形成は、ガラス基板を吸着ステージ上に真空吸着によって固定した状態で行われる。
しかし、ガラス基板の表面は平滑であるため、ガラス基板が吸着ステージに強く貼り付いてしまい、ガラス基板が吸着ステージから剥離しにくくなり、無理に剥離しようとすると、ガラス基板が破損してしまう。
また、ガラス基板は帯電しやすいため、透明電極、半導体素子等が形成されたガラス基板を吸着ステージから剥離する際に、ガラス基板が帯電してしまう。ガラス基板の剥離帯電が発生した場合、ＴＦＴ等の半導体素子の静電破壊が起こる。

そこで、吸着ステージに接する側のガラス基板の表面を粗面化処理し、ガラス基板と吸着ステージとの接触面積を小さくすることが行われている。該接触面積を小さくすれば、吸着ステージからガラス基板を剥離しやすくなる。また、剥離帯電の発生が抑えられ、剥離帯電量を減らすことができる。粗面化処理の方法としては、たとえば、液体および研磨砥粒を含むスラリーをガラス基板の一方の面に吹き付けるとともに、ガラス基板の表面をブラシで研磨する方法が知られている（特許文献１）。

しかし、従来の方法で粗面化処理されたガラス基板では、剥離帯電の発生が充分に抑えられず、半導体素子の静電破壊が起こる場合がある。また、剥離帯電によって、ガラス基板が吸着ステージ等に再度貼り付いてしまい、ガラス基板が吸着ステージ等から剥離しにくくなり、無理に剥離しようとすると、ガラス基板が破損してしまう。
特開２００１−３４３６３２号公報

よって、本発明は、吸着ステージから剥離する際に剥離帯電が発生しにくいディスプレイ用ガラス基板およびその製造方法を提供する。

本発明のディスプレイ用ガラス基板は、透明電極または半導体素子を形成する際に吸着ステージに接する側となる面の下記方法で求めた平均表面粗さが、０．８〜２．０ｎｍであることを特徴とする。
（平均表面粗さ）
ディスプレイ用ガラス基板の、透明電極または半導体素子を形成する際に吸着ステージに接する側となる面における任意の２点以上を選択し、各点について原子間力顕微鏡を用いて５μｍ×５μｍの測定領域を測定することによってＪＩＳＢ０６０１（２００１年）に規定される算術平均高さＲａを求め、Ｒａの平均値を求める。

本発明のディスプレイ用ガラス基板においては、平均表面粗さが０．８〜２．０ｎｍである面が、粗面化処理された面であることが好ましい。
本発明のディスプレイ用ガラス基板の製造方法は、本発明のディスプレイ用ガラス基板の製造方法であって、圧縮空気とともに、液体および研磨砥粒を含むスラリーをノズルからガラス基板の一方の面に吹き付けて粗面化処理することを特徴とする。

前記圧縮空気の圧力（ゲージ圧）は、０．３〜０．５ＭＰａであることが好ましい。
前記スラリーの流量は、１本のノズルあたり５〜１０Ｌ／分であることが好ましい。
前記研磨砥粒は、酸化セリウムであることが好ましい。
前記研磨砥粒の、動的光散乱法によって測定された平均粒子径は、０．５〜３．０μｍであることが好ましい。
前記粗面化処理は、ガラス基板を８０〜４００ｃｍ／分で搬送しながら行われることが好ましい。

本発明のディスプレイ用ガラス基板は、吸着ステージから剥離する際に剥離帯電が発生しにくい。
本発明のディスプレイ用ガラス基板の製造方法によれば、吸着ステージから剥離する際に剥離帯電が発生しにくいディスプレイ用ガラス基板を製造できる。

本発明のディスプレイ用ガラス基板は、一方の面の平均表面粗さが、０．８〜２．０ｎｍであり、１．０〜１．５ｎｍが好ましい。平均表面粗さが０．８ｎｍ以上であれば、吸着ステージから剥離する際に剥離帯電が発生しにくい。

平均表面粗さは、下記方法にて求める。
ディスプレイ用ガラス基板の一方の面における任意の２点以上を選択し、その算術平均高さＲａを各々測定し、各値の平均値を平均表面粗さとする。
算術平均高さＲａは、ＪＩＳＢ０６０１（２００１年）に規定される算術平均高さＲａであり、原子間力顕微鏡によって各点における５μｍ×５μｍの測定領域を測定することによって求める。

平均表面粗さが０．８〜２．０ｎｍである面は、粗面化処理された面であることが好ましい。粗面化処理された面は、透明電極、半導体素子等を形成する際に、吸着ステージに接する側の面となる。一方、粗面化された面とは反対側の面は、通常、研磨処理等によって平滑化されており、透明電極、半導体素子等が形成される面となる。

本発明のディスプレイ用ガラス基板は、圧縮空気とともに、液体および研磨砥粒を含むスラリーをノズルからガラス基板の一方の面に吹き付けて粗面化処理することによって製造できる。

図１は、ガラス基板の粗面化処理装置の一例を示す側面図である。粗面化処理装置１０は、ガラス基板１を上下から挟み込んだ状態で搬送する、上下一対からなる複数対の搬送ロール１２と、圧縮空気とともにスラリーをガラス基板１の上面に吹き付けるノズル１４とを具備して概略構成されるものである。

ノズル１４は、図２に示すように、ノズル１４を貫通し、スラリー供給管１６から供給されたスラリーが流れるスラリー流路２２と、圧縮空気供給管１８から供給された圧縮空気をスラリー流路２２に合流させる圧縮空気流路２４とを有する。
ノズル１４は、１つであってもよく、複数であってもよい。ノズル１４が１つの場合、ノズル１４は、ガラス基板１の進行方向に対して直交する方向に、水平移動可能とされる。ノズル１４が複数の場合、ノズル１４は、ガラス基板１の進行方向に対して直交する方向に所定間隔で並置される。

ノズル１４の吐出口の径（スラリー流路２２の出口の径）は、８〜１２ｍｍが好ましい。圧縮空気流路２４の径は、スラリー流路２２と合流する直前で、３〜６ｍｍが好ましい。ノズル１４の吐出口の径および圧縮空気流路２４の径を該範囲とすれば、ガラス基板１の平均表面粗さを０．８〜２．０ｎｍの範囲に容易に調整できる。

ガラス基板１としては、ソーダライムシリケートガラス基板等のアルカリ含有ガラス基板；ホウケイ酸ガラス基板等の無アルカリガラス基板等が挙げられる。
ガラス基板１の大きさは、縦および横ともに１００〜３０００ｍｍであることが好ましい。また、ガラス基板１の厚さは０．３〜３ｍｍであることが好ましい。
特に、無アルカリガラス基板の場合は、組成は、モル％表示で実質的に、ＳｉＯ_２：６６〜７０％、Ａｌ_２Ｏ_３：９〜１４％、Ｂ_２Ｏ_３：６〜９．５％、ＭｇＯ：１〜５％、ＣａＯ：１〜６％、ＳｒＯ：２〜８％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ：９〜１６％からなり、ＢａＯを実質的に含有せず、厚さが０．５〜１．０ｍｍであれば特に好ましい。

スラリーは、研磨砥粒を液体に分散させた分散液である。
液体としては、水、有機溶剤が挙げられる。
研磨砥粒としては、酸化セリウム、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、酸化チタン、立方晶窒化ホウ素、ダイアモンド等が挙げられ、粗面化処理の効率の点から、酸化セリウムが好ましい。

研磨砥粒の平均粒子径は、０．５〜３．０μｍが好ましく、０．８〜２．０μｍがより好ましい。平均粒子径が０．５μｍ以上であれば、効率よくガラス基板１を粗面化処理できる。平均粒子径が３．０μｍ以下であれば、ガラス基板１の平均表面粗さを０．８〜２．０ｎｍの範囲に容易に調整できる。
研磨砥粒の平均粒子径は、動的光散乱法によって測定される。

研磨砥粒の濃度は、スラリー（１００質量％）中、８〜２０質量％が好ましい。研磨砥粒の濃度が８質量％以上であれば、効率よくガラス基板１を粗面化処理できる。研磨砥粒の濃度が２０質量％以下であれば、ガラス基板１の平均表面粗さを０．８〜２．０ｎｍの範囲に容易に調整できる。

スラリーの流量は、１本のノズル１４あたり５〜１０Ｌ／分が好ましく、６〜１０Ｌ／分がより好ましい。スラリーの流量が５Ｌ／分以上であれば、効率よくガラス基板１を粗面化処理できる。スラリーの流量が１０Ｌ／分以下であれば、ガラス基板１の平均表面粗さを０．８〜２．０ｎｍの範囲に容易に調整できる。

圧縮空気の圧力（ゲージ圧）は、０．３〜０．５ＭＰａが好ましく、０．４〜０．５ＭＰａがより好ましい。圧縮空気の圧力が０．３ＭＰａ以上であれば、効率よくガラス基板１を粗面化処理できる。圧縮空気の圧力が０．５ＭＰａ以下であれば、ガラス基板１の平均表面粗さを０．８〜２．０ｎｍの範囲に容易に調整できる。

ガラス基板１の搬送速度は、８０〜４００ｃｍ／分が好ましく、８０〜２５０ｃｍ／分がより好ましい。ガラス基板１の搬送速度が８０ｃｍ／分以上であれば、効率よくガラス基板１を粗面化処理でき、かつガラス基板１の平均表面粗さを２．０ｎｍ以下に容易に調整できる。ガラス基板１の搬送速度が４００ｃｍ／分以下であれば、ガラス基板１の平均表面粗さを０．８ｎｍ以上に容易に調整できる。

粗面化処理されたガラス基板１は、ガラス基板１の表面に残った研磨砥粒を除去する目的で、必要に応じてスラリー洗浄してもよく、さらに水研磨してもよい。
スラリー洗浄は、たとえば、特許文献１の図１に記載の研磨処理装置を用いて行うことができる。
水研磨の方法としては、たとえば、水を供給しながら不織布にて一定の圧力を加えてガラス基板表面を研磨する方法等が挙げられる。

一方の面が粗面化処理されたディスプレイ用ガラス基板は、粗面化された面とは反対側の面に、公知の方法によって透明電極、半導体素子等を形成することによって、ディスプレイ基板として用いられる。
ディスプレイとしては、ＰＤＰ、ＬＣＤ、ＥＬＤ、ＦＥＤ等が挙げられる。

以上説明した本発明のディスプレイ用ガラス基板にあっては、一方の面の平均表面粗さが０．８〜２．０ｎｍであるため、吸着ステージから剥離する際に剥離帯電が発生しにくい。そのため、ガラス基板の剥離帯電量がほぼ０になり、半導体素子の静電破壊が抑えられ、また、ガラス基板の破損が抑えられる。平均表面粗さを０．８〜２．０ｎｍとする根拠については、後述の実施例にて詳述する。

また、以上説明した本発明のディスプレイ用ガラス基板の製造方法にあっては、圧縮空気とともに、液体および研磨砥粒を含むスラリーをノズルからガラス基板の一方の面に吹き付けて粗面化処理するため、一方の面の平均表面粗さが０．８〜２．０ｎｍであるディスプレイ用ガラス基板を製造できる。

一方、特許文献１に記載の方法で粗面化処理されたガラス基板は、スラリーを圧縮空気とともに吹き付けていないため、粗面化処理された面の平均表面粗さが０．５ｎｍ前後である。そのため、吸着ステージから剥離する際における剥離帯電の抑制効果が充分でないと考えられる。なお、特許文献１においては、粗面化処理によって形成された微小な凹凸の凹凸差は１００〜１５０Å（１０〜１５ｎｍ）であるとされているが、これは、表面粗さを、接触式粗さ計等によって広範囲の測定領域を測定することによって求めているため、ガラス基板の「うねり」が加味されているためであると考えられる。原子間力顕微鏡を用いて５μｍ×５μｍの微小な測定領域を測定した場合は、ガラス基板の「うねり」が加味されることなく、純粋にガラス基板の「粗さ」を測定できる。

以下に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの例によって限定されない。

〔例１〜４〕
まず、ガラス基板の平均表面粗さと、剥離帯電量との関係の検証を行った。
図１に示す粗面化処理装置１０を用い、表１に示す条件にてガラス基板の上面の粗面化処理を行った。
ノズル１４の吐出口の径（スラリー流路２２の出口の径）は、１２ｍｍとし、圧縮空気流路２４の径は、スラリー流路２２と合流する直前で、６ｍｍとした。ノズル１４の数は８本とした。ノズル１４の先端からガラス基板までの距離は２０ｃｍとした。

ガラス基板としては、ＬＣＤ用無アルカリガラス基板（旭硝子社製：ＡＮ１００、縦５５０ｍｍ×横４４０ｍｍ×厚さ０．７ｍｍ）を用いた。
スラリーとしては、動的光散乱法によって測定された平均粒子径が１．８μｍである酸化セリウムを水に分散させた、酸化セリウム濃度が２０質量％の分散液を用いた。
ガラス基板の粗面化された面の平均表面粗さ、および粗面化されたガラス基板の剥離帯電量を測定した。結果を表１および図３に示す。また、粗面化されたガラス基板の面内強度を測定した。結果を表１に示す。

（平均表面粗さ）
ガラス基板の粗面化された面における任意の２点以上を選択し、その算術平均高さＲａを各々測定し、各値の平均値を平均表面粗さとした。
算術平均高さＲａは、ＪＩＳＢ０６０１（２００１年）に規定される算術平均高さＲａであり、原子間力顕微鏡（ＰａｃｉｆｉｃＮａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社製、ＮａｎｏＳｃｏｐｅ IIIａ；ＳｃａｎＲａｔｅ１．０Ｈｚ，ＳａｍｐｌｅＬｉｎｅｓ２５６，Ｏｆｆ−ｌｉｎｅＭｏｄｉｆｙＦｌａｔｔｅｎｏｒｄｅｒ−２，Ｐｌａｎｅｆｉｔｏｒｄｅｒ−２）によって各点における５μｍ×５μｍの測定領域を測定することによって求めた。

（剥離帯電量）
一定時間ガラス基板を吸着ステージに真空吸着し、その後リフトピンにてガラス基板を剥離した際に発生する帯電量（帯電圧）の最小値（帯電量（帯電圧）の絶対値の最大値）を剥離帯電量とした。

（面内強度）
ガラス基板の粗面化した面を上にし、リング・オン・リング方式にてガラス基板表面が塑性変形したときの荷重を面内強度とした。

〔例５、６〕
特許文献１の図１に示すような研磨処理装置を用い、表１に示す条件にてガラス基板の下面の粗面化処理を行った。ガラス基板、スラリーとしては、例１と同じものを用いた。
ガラス基板の粗面化された面の平均表面粗さ、および粗面化されたガラス基板の剥離帯電量を測定した。結果を表１および図３に示す。また、粗面化されたガラス基板の面内強度を測定した。結果を表１に示す。

図３の結果から、平均表面粗さが０．８ｎｍ以上になると、剥離帯電量がほぼ０になることがわかった。また、表１および図３の結果から、平均表面粗さが２．０ｎｍを超えても、剥離帯電量はほぼ０のままであると推測されるが、平均表面粗さが２．０ｎｍを超えた場合、粗面化処理に時間がかかるだけではなく、面内強度が不充分となるおそれがある。以上の結果から、本発明におけるディスプレイ用ガラス基板の平均表面粗さを０．８〜２．０ｎｍの範囲と決定した。

〔例７〜９〕
ついで、圧縮空気の圧力と、ガラス基板の平均表面粗さとの関係の検証を行った。
表２に示す条件に変更した以外は、例１と同様にして、ガラス基板の上面の粗面化処理を行った。
ガラス基板の粗面化された面の平均表面粗さを測定した。結果を表２に示す。

表２の結果から、圧縮空気の圧力（ゲージ圧）が０．３〜０．５ＭＰａの範囲であれば、ガラス基板の粗面化された面の平均表面粗さが０．８〜２．０ｎｍとなることがわかった。

〔例１０〜１２〕
ついで、スラリー流量と、ガラス基板の平均表面粗さとの関係の検証を行った。
表３に示す条件に変更した以外は、例１と同様にして、ガラス基板の上面の粗面化処理を行った。
ガラス基板の粗面化された面の平均表面粗さを測定した。結果を表３に示す。

表３の結果から、スラリーの流量が１本のノズルあたり５〜１０Ｌ／分の範囲であれば、ガラス基板の粗面化された面の平均表面粗さが０．８〜２．０ｎｍとなることがわかった。

〔例１３〜１５〕
ついで、ガラス基板の搬送速度と、ガラス基板の平均表面粗さとの関係の検証を行った。
表４に示す条件に変更した以外は、例１と同様にして、ガラス基板の上面の粗面化処理を行った。
ガラス基板の粗面化された面の平均表面粗さを測定した。結果を表４に示す。

表４の結果から、ガラス基板の搬送速度が８０〜４００ｃｍ／分の範囲であれば、ガラス基板の粗面化された面の平均表面粗さが０．８〜２．０ｎｍとなることがわかった。

本発明のディスプレイ用ガラス基板は、ＰＤＰ、ＬＣＤ、ＥＬＤ、ＦＥＤ等のディスプレイの基板として有用である。

ガラス基板の粗面化処理装置の一例を示す側面図である。ノズルの一例を示す側面図である。ガラス基板の平均表面粗さと剥離帯電量との関係を示すグラフである。

符号の説明

１ガラス基板
１４ノズル

Claims

透明電極または半導体素子を形成する際に吸着ステージに接する側となる面の下記方法で求めた平均表面粗さが、０．８〜２．０ｎｍである、ディスプレイ用ガラス基板。
（平均表面粗さ）
ディスプレイ用ガラス基板の、透明電極または半導体素子を形成する際に吸着ステージに接する側となる面における任意の２点以上を選択し、各点について原子間力顕微鏡を用いて５μｍ×５μｍの測定領域を測定することによってＪＩＳＢ０６０１（２００１年）に規定される算術平均高さＲａを求め、Ｒａの平均値を求める。
平均表面粗さが０．８〜２．０ｎｍである面が、粗面化処理された面である、請求項１に記載のディスプレイ用ガラス基板。
請求項１または２に記載のディスプレイ用ガラス基板の製造方法であって、
圧縮空気とともに、液体および研磨砥粒を含むスラリーをノズルからガラス基板の一方の面に吹き付けて粗面化処理する、ディスプレイ用ガラス基板の製造方法。
前記圧縮空気の圧力（ゲージ圧）が、０．３〜０．５ＭＰａである、請求項３に記載のディスプレイ用ガラス基板の製造方法。
前記スラリーの流量が、１本のノズルあたり５〜１０Ｌ／分である、請求項３または４に記載のディスプレイ用ガラス基板の製造方法。
前記研磨砥粒が、酸化セリウムである、請求項３〜５のいずれかに記載のディスプレイ用ガラス基板の製造方法。
前記研磨砥粒の、動的光散乱法によって測定された平均粒子径が、０．５〜３μｍである、請求項３〜６のいずれかに記載のディスプレイ用ガラス基板の製造方法。
前記粗面化処理が、ガラス基板を８０〜４００ｃｍ／分で搬送しながら行われる、請求項３〜７のいずれかに記載のディスプレイ用ガラス基板の製造方法。