JP5169209B2 - 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、フラットパネルディスプレイ用ガラス基板に関し、特に端面部にＲ面取りが施されたフラットパネルディスプレイ用ガラス基板に関する。

周知のように、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）、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）などのフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）用のガラス基板は、矩形状をなし、その端面部に仕上げ処理として面取りが施される。

この種のガラス基板を用いてＦＰＤを製作するに際し、当該ガラス基板に対して種々の熱処理工程が実行されるのが通例とされている。具体的には、例えばＰＤＰ用のガラス基板には、その表面に電極や誘電体等を形成するに際して、焼成や乾燥等を行うべくガラス基板を加熱及び冷却する熱処理工程が実行される。

しかしながら、このような熱処理工程において、ガラス基板の端面部に微小クラックや微小傷が存在していると、加熱時または冷却時に発生する熱応力により微小クラック等の存在部位に応力集中が生じ、端面部を起点としてガラス基板が破損するという事態を招き得る。

詳述すると、ガラス基板が加熱処理または冷却処理を受けると、当該ガラス基板の周縁部（端面部を含む）から熱が放熱されやすいため、ガラス基板の中央部とガラス基板の周縁部との間に温度差が生じる。そのため、この温度差に起因してガラス基板の端面に引張応力が作用する。このとき、ガラス基板の端面部に相当程度の大きさの微小クラック等が存在していると、それを引き裂くように引張応力が作用して、その微小クラック等に応力が集中するため、当該微小クラック等が拡大してガラス基板が破損するに至る。

そのため、従来においては、この問題を緩和するために、ガラス基板の端面部にＲ面取りを施すようにするのが通例とされているが、この場合にもＲ面取りを施した後の端面部の面性状が不適正であれば、依然として端面部を起点とする破損が生じてしまう。

そこで、例えば、下記の特許文献１,２には、Ｒ面取りが施されたガラス基板の端面部の面性状を、輪郭曲線の算術平均高さ（算術平均粗さ）Ｒａにより評価し、これを管理することにより端面部を起点とする破損の低減を図ろうとしている。
特開２００３−３０３５５６号公報 特開２００３−３０８７９２号公報

ところで、上記の特許文献１,２に開示されているように、ガラス基板の端面部の面性状をＲａのみで評価した場合には、Ｒ面取りされた端面部の凹凸のうち、その深さ方向の度合のみが管理される結果となる。そのため、この場合には、Ｒ面取りされた端面部の長手方向等に現われる凹凸の周期については何ら配慮がなされないことになる。

しかしながら、Ｒ面取りが施された端面部に短い周期で凹凸が現われた場合には、端面部を起点とする破損に至らしめるような鋭い谷部（微小クラックや微小傷）が多く現われることになるため、この場合には、仮にＲａが所期の範囲に管理されていたとしても、端面部を起点とするガラス基板の破損が起こり得る。したがって、Ｒａのみでは、Ｒ面取りが施された端面部を起点とするガラス基板の破損を防止し得るような端面部の面性状を正確に評価することは困難となる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、Ｒ面取りが施されたガラス基板の端面部の面性状を好適に評価した上で適正化して、熱処理工程を実行する際における端面部を起点とするガラス基板の破損の発生確率を可及的に低減させることを技術的課題とする。

上記課題を解決するために創案された本発明は、回転砥石で端面部にＲ面取りが施されたフラットパネルディスプレイ用ガラス基板の製造方法であって、輪郭曲線の算術平均高さをＲａ、輪郭曲線要素の平均長さをＲＳｍとした場合に、Ｒａについては、回転砥石の砥粒の粒径を主たる調整項目とし、ＲＳｍについては、回転砥石のガラス基板の端面に対する相対的な移動速度を主たる調整項目とすることで、前記Ｒ面取りが施された端面部におけるＲＳｍ／Ｒａが８０以上になるように管理することに特徴づけられる。ここで、輪郭曲線の算術平均粗さＲａ、および輪郭曲線要素の平均長さＲＳｍは、それぞれＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１に準拠するものとする。

このような構成によれば、Ｒ面取りが施されたガラス基板の端面部における面性状の評価設定要素として、輪郭曲線の算術平均高さＲａに加えて、輪郭曲線要素の平均長さＲＳｍが使用されるようになる。そして、ＲＳｍは凹凸の平均周期を表すものであるので、ＲＳｍとＲａとの比であるＲＳｍ／Ｒａが小さくなるに連れて、凹凸の平均周期が短く且つその凹凸の谷部の平均深さが深くなる。すなわち、この場合には、端面部を起点とする破損に至らしめるような鋭く且つ深い谷部（微小クラックや微小傷）が多くなる。これに対して、ＲＳｍ／Ｒａが大きくなるに連れて、凹凸の平均周期が長く且つその凹凸の谷部の平均深さが浅くなるので、そのような破損に至らしめるような谷部が少なくなる。

そして、本願発明者は鋭意研究を重ねた結果、このＲＳｍ／ＲａでＲ面取りが施されたガラス基板の端面部を評価した場合に、その値が８０以上であれば、当該端面部を起点とするガラス基板の破損の発生確率が極めて低くなることを見出した。換言すれば、ＲＳｍ／Ｒａが、上記の数値範囲内にある場合に限って、当該破損の発生確率が極めて小さくなるのであって、上記の数値範囲を逸脱すればこのような利点を得ることができない。これは、Ｒ面取りが施されたガラス基板の端面部に微小クラックや微小傷が存在し、それらに熱応力が集中するような事態となっても、端面部におけるＲＳｍ／Ｒａが上記の数値範囲内にあれば、その微小クラック等が伸展する程度の応力集中には至らないことから、ガラス基板の破損を阻止できるものと考えられることによる。

上記の構成において、前記Ｒ面取りが施された端面部におけるＲＳｍ／Ｒａが５００以下になるように管理されていることが好ましい。

すなわち、ＲＳｍ／Ｒａは、８０以上の範囲でその値が大きくなればなるほど、端面部を起点とする破損を防止する観点からは好ましいものの、その値を必要以上に大きくしようとすれば、それだけ加工時間が長くなってしまう。したがって、加工時間との関係からは、ＲＳｍ／Ｒａは５００以下とすることが好ましく、この範囲であればガラス基板の端面部にＲ面取りを施す際の加工時間を実用上問題とならない範囲に抑えることができる。換言すれば、この数値範囲を満たすようにすれば、オバーフローダウンドロー法やフロート法等の公知の手法によって短時間に大量生産されるガラス基板の端面部に対しても、その生産効率を不当に低下させることなく、適正なＲ面取りを施すことが可能となる。

そして、以上の構成を備えた製造方法により製造されたガラス基板は、ＰＤＰ用のガラス基板として使用すれば、上述の有用な利点を的確に得ることができる。

以上のように本発明によれば、ＦＰＤ用のガラス基板におけるＲ面取りが施された端面部の面性状が、ＲＳｍとＲａとの比であるＲＳｍ／Ｒａとからなる最適な評価設定要素を用いて適正化されることから、この種のパネルを製造する上で必要不可欠となる焼成工程や乾燥工程などの熱処理工程において、Ｒ面取りが施された端面部を起点とするガラス基板の破損の発生確率を確実に低減させることが可能となる。

以下、本発明に係るガラス基板について説明する。

本発明の一実施形態に係るＦＰＤ用のガラス基板は、短辺寸法が３００〜３０００ｍｍ及び長辺寸法が３００〜５０００ｍｍの矩形をなし、板厚が１．３〜３．０ｍｍとされている。これは、板厚が１．３ｍｍよりも薄いガラス基板は、例えばＰＤＰ等からなるパネルに使用した場合の強度上の問題があるためであり、板厚が３．０ｍｍよりも厚いガラス基板は、不当な重量増を招き当該パネルの軽量化の要請に応じることができないためである。

さらに、本実施形態に係るガラス基板には、四辺全ての端面部にＲ面取りが施されている。そして、このＲ面取りが施された端面部の面性状は、ＦＰＤの製造工程に含まれる焼成工程や乾燥工程などの熱処理工程において、端面部を起点とするガラス基板の破損の有無を左右するため、当該端面部の面性状は次のような特性を示すようになっている。すなわち、Ｒ面取りが施された端面部の面性状は、輪郭曲線の算術平均高さをＲａ、輪郭曲線要素の平均長さをＲＳｍとした場合に、ＲＳｍ／Ｒａが８０以上となるようになっている。このように、Ｒ面取りが施された端面部の面性状を設定すれば、その表面が、不当に深い微小クラックや微小傷のない平滑面となり、熱処理工程において破損原因にならない程度の面性状となる。なお、このような観点からは、ＲＳｍ／Ｒａが８０以上となる範囲において、Ｒａが０．５μｍ未満で、且つ、ＲＳｍが４０μｍ以上であることが好ましく、この場合にはＲ面取りが施された端面部の面性状がより好ましい状態となって、熱処理工程における破損をより確実に防止することができる。

一方、ＲＳｍ／Ｒａは、８０以上の範囲でその値が大きくなればなるほど、端面部を起点とする破損を防止する観点からは好ましいものの、その値を必要以上に大きくしようとすればそれだけ加工時間が長くなってしまう。そこで、本実施形態に係るガラス基板のＲ面取りが施された端面部は、ＲＳｍ／Ｒａが５００以下に抑えられている。これにより、加工時間との関係からＲＳｍ／Ｒａの値が適正化され、端面部にＲ面取りを施す際の加工時間が実用上問題とならない範囲となる。

以上のように、本実施形態に係るＦＰＤ用のガラス基板によれば、そのＲ面取りが施された端面部の面性状が、算術平均高さＲａと平均長さＲＳｍとの比であるＲＳｍ／Ｒａを評価要素として適正化されることから、ＦＰＤを製造する上で必要不可欠となる焼成工程や乾燥工程などの熱処理工程において、端面部を起点としてガラス基板に割れやひび等の破損が生じる確率を確実に低減させることが可能となる。

本発明の実施例１〜７として、Ｒ面取りが施された端面部におけるＲＳｍ／Ｒａが８０以上の範囲内でその値を異ならせたＰＤＰ用のガラス基板をそれぞれ５０枚作製し、比較例１〜２として、Ｒ面取りが施された端面部におけるＲＳｍ／Ｒａが上記の数値範囲を逸脱した範囲内でその値を異ならせたＰＤＰ用のガラス基板をそれぞれ５０枚作製した。

以上の本発明の実施例１〜７及び比較例１〜２に係るガラス基板は、以下に示す条件で製作し且つ測定を行った。すなわち、フロート法により、長辺寸法６００ｍｍ、短辺寸法５００ｍｍ、板厚１．８ｍｍのＰＤＰ用のガラス基板を、各実施例及び各比較例についてそれぞれ５０枚用意し、各ガラス基板の四辺全てに対して、側面が凹曲面をなす回転砥石を相対移動させてＲ面取りを施した。そして、この場合に回転砥石の回転速度は、各実施例及び各比較例の全てについて同一とし、Ｒａについては、回転砥石の側面に固着されたダイヤモンド砥粒の平均粒径を各実施例及び各比較例で異ならせることを主たる要因として調整し、ＲＳｍについては、回転砥石のガラス基板の端面に対する相対的な移動速度を異ならせて研磨時間を変えることを主たる要因として調整した。

このようにして端面部にＲ面取りが施された各実施例及び各比較例に係る５０枚のガラス基板のうち、それぞれの２５枚のガラス基板についてはＲ面取りが施された端面部のＲａ及びＲＳｍを、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１に準拠して測定し、その平均値を算出した。

また、それぞれの残り２５枚のガラス基板については、ガラス基板の端面部から平面部の中央側に向かって２６ｍｍ離間した位置にラバーヒーターを貼り付け、この状態で２０±５℃／分の昇温速度で端面部に破損が生じるまで加熱し、その破損したガラス基板の破断面の破面解析およびワイブルプロット処理を行い、そのワイブルプロットの近似直線から破損確率１０％に対応した破損強度を算出した。

詳述すると、破面解析は、ＡＳＴＭ Ｃ１２５６−９３に準拠して行った。すなわち、強制的に破損させたガラス基板の破断面に観測される破壊の起点から、この破壊の起点の周囲に形成される滑らかな鏡面域とその外側に形成されるやや粗いミスト域との境界までの距離（ミラー半径ｒ）に基づいて、破損強度σを算出することによって行った。この破損強度σは以下の式により求められる。
σ＝Ｋ／ｒ^1/2［ｋｇｆ／ｃｍ²］・・・・（１）

ここで、上記の式（１）中のＫは、対象物の物性で決定されるミラー定数と呼ばれるものであり、各実施例及び各比較例に係るガラス基板では２２０となる。

この破面解析から求められる破損強度σの値は、同一の実施例及び同一の比較例の中でもガラス基板毎にばらつきが大きいので、その求められた複数の破損強度σをワイブルプロット処理することでガラス基板の破損強度を定量的に評価した。

このワイブルプロット処理は、次のようにして行われる。すなわち、各実施例及び各比較例毎に、求められた複数の破損強度σを、値が小さいものから順に配列し、先頭から順にデータ番号（１，２，３・・・）を付す。そして、求められた破損強度σから求められるｌｎσを横軸に、破損確率Ｆ（＝ｍ／（ｎ＋１）；ｍはデータ番号，ｎはデータ総数）から求められるｌｎ｛ｌｎ［１／（１−Ｆ）］｝を縦軸として、ワイブルプロットを行う。そして、このワイブルプロットを最小二乗法により直線近似し、破損確率１０％に対応した破損強度を近似直線から逆算することにより求める。なお、このようにして求められた破損確率１０％の破損強度は、実際のＰＤＰやその他のＦＰＤの製造工程に含まれる焼成工程や乾燥工程などの熱処理工程において端面部を起点とした破損を確実に低減する上では、５０ＭＰａ以上であることが必要であり、特に６５ＭＰａ以上であることが好ましい。以上の結果を表１に示す。

表１からも明らかなように、ＲＳｍ／Ｒａが８０未満となる比較例１,２に係るＰＤＰ用のガラス基板では、破損確率１０％に対応した破損強度が５０ＭＰａ未満となり、ＰＤＰの製造工程における熱処理工程で端面部を起点とした破損が生じ得る。これに対して、ＲＳｍ／Ｒａが８０以上となる実施例１〜７に係るＰＤＰ用のガラス基板では、破損確率１０％に対応した破損強度が５０ＭＰａ以上となり、ＰＤＰの製造工程における熱処理工程で端面部を起点とした破損の発生確率を可及的に低減することが可能となることが認識できる。

この観点からは、破損確率１０％に対応した破損確率が６５ＭＰａ以上であることが好ましく、したがって実施例３〜７に係るガラス基板のように、ＲＳｍ／Ｒａが２００以上であることが好ましい。具体的には、ＲＳｍ／Ｒａが８０以上となる範囲において、ＲＳｍが４０μｍ以上であり且つＲａが０．５μｍ未満であることが好ましい。

また、表１から、ＲＳｍ／Ｒａの値が大きくなるに連れて、ガラス基板の端面部のＲ面取りに要する加工時間が長くなることが分かる。したがって、加工時間の観点からは、ＲＳｍ／Ｒａは、５００以下であることが好ましく、この範囲であれば、短時間に大量生産されるＰＤＰ用のガラス基板の生産効率を低減させることなく、ガラス基板の端面部に適正なＲ面取りを施すことができる。

そして、以上の結果によれば、比較例１のように、ＲＳｍが比較的大きな値を示してもＲａの値が大きければ、ＲＳｍとＲａとの関係が不適正となり、十分な破損強度が得られないことが認識できる。これと同様に、比較例２のように、Ｒａが比較的小さな値を示してもＲＳｍの値が小さければ、ＲＳｍとＲａとの関係が不適正になり、十分な破損強度が得られないことが認識できる。したがって、ＲＳｍとＲａとの相対的なバランスがガラス基板の端面部を起点とした破損の発生確率を低減する上では重要となることが認識でき、その意味でＲＳｍ／Ｒａをガラス基板の端面部の評価設定要素として選択することは非常に有用となる。

Claims (3)

1. 回転砥石で端面部にＲ面取りが施されたフラットパネルディスプレイ用ガラス基板の製造方法であって、
   輪郭曲線の算術平均高さをＲａ、輪郭曲線要素の平均長さをＲＳｍとした場合に、Ｒａについては、回転砥石の砥粒の粒径を主たる調整項目とし、ＲＳｍについては、回転砥石のガラス基板の端面に対する相対的な移動速度を主たる調整項目とすることで、前記Ｒ面取りが施された端面部におけるＲＳｍ／Ｒａが８０以上になるように管理することを特徴とするフラットパネルディスプレイ用ガラス基板の製造方法。
2. 前記Ｒ面取りが施された端面部におけるＲＳｍ／Ｒａが５００以下になるように管理されていることを特徴とする請求項１に記載のフラットパネルディスプレイ用ガラス基板の製造方法。
3. 請求項１又は２に記載の製造方法で製造されたプラズマディスプレイ用ガラス基板。