JP5375385B2 - Manufacturing method of glass substrate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガラス基板の製造方法に関し、詳細には、低温ポリシリコン膜を有する薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)を備えるディスプレイなどに好適なガラス基板の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a glass substrate, and more particularly to a method for manufacturing a glass substrate suitable for a display including a thin film transistor (TFT) having a low-temperature polysilicon film.
近年、液晶ディスプレイなどのフラットパネルディスプレイの普及が急速に進みつつある。フラットパネルディスプレイには、一般的に、支持基板として、ガラス基板が用いられている。このガラス基板の表面上には、薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)などの電気回路パターンが形成される。このため、ガラス基板は、薄膜形成工程や、薄膜のパターニング工程などの電気回路パターンの形成工程において高温雰囲気に曝される。ガラス基板が高温雰囲気に曝されると、ガラスの構造緩和が進行するため、ガラス基板の体積が収縮(以下、このガラスの収縮のことを「熱収縮」という。)することとなる。電気回路パターンの形成工程においてガラス基板に熱収縮が生じると、ガラス基板上に形成される電気回路パターンの形状寸法が、設計値からずれてしまい、所望の電気的性能を有するフラットパネルディスプレイが得難くなってしまう。 In recent years, flat panel displays such as liquid crystal displays have been rapidly spreading. In a flat panel display, a glass substrate is generally used as a support substrate. On the surface of the glass substrate, an electric circuit pattern such as a thin film transistor (TFT) is formed. For this reason, the glass substrate is exposed to a high temperature atmosphere in an electric circuit pattern forming process such as a thin film forming process or a thin film patterning process. When the glass substrate is exposed to a high temperature atmosphere, the structural relaxation of the glass proceeds, so that the volume of the glass substrate shrinks (hereinafter, the shrinkage of the glass is referred to as “thermal shrinkage”). If thermal shrinkage occurs in the glass substrate during the electrical circuit pattern formation process, the shape and dimensions of the electrical circuit pattern formed on the glass substrate will deviate from the design values, and a flat panel display having the desired electrical performance is obtained. It will be difficult.
このため、フラットパネルディスプレイ用のガラス基板など、電気回路パターンなどの薄膜パターンが表面に形成されるガラス基板には、熱収縮率が小さいことが望まれている。特に、低温ポリシリコン膜を有するTFTを備える高精細なディスプレイ用のガラス基板には、低温ポリシリコン膜を形成する際に、例えば450℃〜600℃という非常に高い温度雰囲気に曝されるため、熱収縮が生じやすいこと、電気回路パターンが高精細であるため、小さな熱収縮が生じた場合でも、所望する電気的性能が得難くなる傾向にあることから、熱収縮率が小さいことが強く望まれている。 For this reason, a glass substrate on which a thin film pattern such as an electric circuit pattern is formed on the surface, such as a glass substrate for a flat panel display, is desired to have a small thermal shrinkage rate. In particular, a glass substrate for a high-definition display including a TFT having a low-temperature polysilicon film is exposed to a very high temperature atmosphere of, for example, 450 ° C. to 600 ° C. when the low-temperature polysilicon film is formed. Since heat shrinkage tends to occur and the electrical circuit pattern has a high definition, even if small heat shrinkage occurs, it tends to be difficult to obtain the desired electrical performance. It is rare.
従来、フラットパネルディスプレイなどに用いられるガラス基板の成形方法としては、フロート法や、例えば特許文献1に記載のオーバーフローダウンドロー法に代表されるダウンドロー法などが知られている。
Conventionally, as a glass substrate forming method used for a flat panel display or the like, a float method, a down draw method represented by an overflow down draw method described in
フロート法とは、溶融ガラスを溶融スズが満たされたフロートバスの上に流出させ、水平方向に引き延ばしてガラスリボンを形成した後に、フロートバスの下流側に設けられた徐冷炉においてガラスリボンを徐冷することにより、ガラス基板を成形する方法である。フロート法では、ガラスリボンの搬送方向が水平方向となるため、徐冷炉を長くすることが容易である。このため、徐冷炉におけるガラスリボンの冷却速度を十分に低くしやすい。従って、フロート法には、熱収縮率の小さなガラス基板が得やすいというメリットがある。 In the float method, molten glass is flown out onto a float bath filled with molten tin, and stretched in the horizontal direction to form a glass ribbon. Then, the glass ribbon is gradually cooled in a slow cooling furnace provided downstream of the float bath. This is a method for forming a glass substrate. In the float process, since the conveying direction of the glass ribbon is the horizontal direction, it is easy to lengthen the slow cooling furnace. For this reason, it is easy to make the cooling rate of the glass ribbon in a slow cooling furnace low enough. Therefore, the float method has an advantage that it is easy to obtain a glass substrate having a small heat shrinkage rate.
しかしながら、フロート法では、薄いガラス基板を成形することが困難であるというデメリットや、成形後に、ガラス基板の表面を研磨して、ガラス基板の表面に付着しているスズを除去しなければならないというデメリットがある。 However, with the float method, it is difficult to mold a thin glass substrate, and after molding, the surface of the glass substrate must be polished to remove tin adhering to the surface of the glass substrate. There are disadvantages.
一方、ダウンドロー法は、溶融ガラスを下方に引き伸ばして板状に形成する方法である。ダウンドロー法の一種であるオーバーフローダウンドロー法では、横断面略楔形の成形体(forming body)の両側から溢れさせた溶融ガラスを下方に引き伸ばすことによりガラスリボンを成形する。オーバーフローダウンドロー法では、成形体の両側から溢れた溶融ガラスは、成形体の両側面に沿って流下し、成形体の下方において合流する。従って、オーバーフローダウンドロー法では、ガラスリボンの表面が、空気以外と接触せず、表面張力によって形成されるため、成形後に表面を研磨せずとも、表面に異物が付着しておらず、表面が平坦なガラス基板を得ることができる。また、オーバーフローダウンドロー法によれば、薄いガラス基板を成形しやすいというメリットもある。 On the other hand, the downdraw method is a method in which molten glass is drawn downward to form a plate shape. In the overflow downdraw method, which is a kind of downdraw method, a glass ribbon is formed by stretching downward the molten glass overflowed from both sides of a forming body having a substantially wedge-shaped cross section. In the overflow down draw method, the molten glass overflowing from both sides of the molded body flows down along both side surfaces of the molded body and joins below the molded body. Therefore, in the overflow down draw method, the surface of the glass ribbon does not come into contact with anything other than air, and is formed by surface tension. A flat glass substrate can be obtained. Further, the overflow downdraw method has an advantage that a thin glass substrate can be easily formed.
ダウンドロー法では、溶融ガラスが成形体から下方に向かって流下するため、長い徐冷炉を成形体の下に配置するためには、成形体を高所に配置しなければならない。しかしながら、実際上は、工場の天井の高さ制約などにより、成形体を配置できる高さには制約がある。このため、ダウンドロー法では、徐冷炉の長さ寸法に制約があり、十分に長い徐冷炉を配置することが困難である場合もある。徐冷炉の長さが短い場合、ガラスリボンの冷却速度が高くなるため、熱収縮率の小さなガラス基板を成形することが困難となる。 In the downdraw method, the molten glass flows downward from the molded body. Therefore, in order to dispose a long slow cooling furnace under the molded body, the molded body must be disposed at a high place. However, in practice, there is a restriction on the height at which the molded body can be disposed due to the height restriction of the ceiling of the factory. For this reason, in the downdraw method, the length dimension of the slow cooling furnace is limited, and it may be difficult to arrange a sufficiently long slow cooling furnace. When the length of the slow cooling furnace is short, the cooling rate of the glass ribbon becomes high, so that it becomes difficult to form a glass substrate having a small heat shrinkage rate.
このため、一般的に、ダウンドロー法を用いて熱収縮率の小さなガラス基板を製造する場合、成形後に、熱収縮率を小さくするための熱処理(オフラインアニール)が行われていた。よって、製造工程が煩雑であり、かつ製造に長い時間を要するという問題がある。従って、ダウンドロー法を用いて熱収縮率の小さなガラス基板を直接製造し得る方法が切望されている。 For this reason, in general, when a glass substrate having a low thermal shrinkage rate is manufactured using the downdraw method, a heat treatment (off-line annealing) for reducing the thermal shrinkage rate has been performed after molding. Therefore, there are problems that the manufacturing process is complicated and a long time is required for the manufacturing. Therefore, a method capable of directly manufacturing a glass substrate having a small heat shrinkage rate using the downdraw method is desired.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ダウンドロー法により熱収縮率の小さなガラス基板を直接製造し得るガラス基板の製造方法を提供することにある。 This invention is made | formed in view of this point, The objective is to provide the manufacturing method of the glass substrate which can manufacture directly a glass substrate with a small heat shrinkage rate by a downdraw method.
なお、熱収縮率に関しては、例えば、上記の特許文献1に、(徐冷点+50℃)の温度から(徐冷点−100℃)の温度の範囲における冷却速度が熱収縮率に大きく関与することが記載されている。また、特許文献1には、上記温度範囲における冷却速度を高くすることによって、幅方向における熱収縮率のばらつきを小さくできる旨が記載されている。具体的には、徐冷点から(徐冷点−100℃)の温度の範囲におけるガラスリボンの平均冷却速度を200℃/分以上、好ましくは300℃/分以上、より好ましくは350℃/分以上、さらに好ましくは400℃/分以上、特に好ましくは500℃/分以上にすることにより幅方向における熱収縮率のばらつきを小さくできる旨が記載されている。しかしながら、この場合に成形されるガラス基板の幅方向中央部における熱収縮率は、40ppm以上となり、特許文献1に記載の方法では、熱収縮率が十分に小さなガラス基板を直接製造することは困難である。
Regarding the heat shrinkage rate, for example, in the above-mentioned
本発明者らは、鋭意研究の結果、以下の事項(1)〜(3)を見出し、その結果、本発明をなすに至った。 As a result of intensive studies, the present inventors have found the following items (1) to (3), and as a result, have reached the present invention.
(1)ガラス基板の熱収縮率は、主として、徐冷点から徐冷点よりも50℃低い温度までの間の温度範囲におけるガラスリボンの冷却速度によって決まること
(2)上記温度範囲におけるガラスリボンの冷却速度と、ガラス基板の熱収縮率との関係は、ガラスリボンの徐冷点(Ta)によって変化すること
(3)上記温度範囲におけるガラスリボンの冷却速度を、ガラスリボンの徐冷点(Ta)に相関する所定の速度範囲内にすることにより、上記温度範囲以外の温度範囲におけるガラスリボンの冷却速度を速くした場合であっても熱収縮率の小さなガラス基板が得られること
(1) The thermal shrinkage rate of the glass substrate is mainly determined by the cooling rate of the glass ribbon in the temperature range from the annealing point to a temperature lower by 50 ° C. than the annealing point. (2) The glass ribbon in the temperature range. (3) The cooling rate of the glass ribbon in the above temperature range is determined by changing the cooling rate of the glass ribbon and the thermal shrinkage rate of the glass substrate. A glass substrate having a small thermal shrinkage rate can be obtained even when the cooling rate of the glass ribbon in the temperature range other than the above temperature range is increased by making it within a predetermined speed range correlated with Ta).
すなわち、本発明に係るガラス基板の製造方法は、オーバーフローダウンドロー法やスロット(スリット)ダウンドロー法などのダウンドロー法により溶融ガラスをリボン状のガラスリボンに形成する形成工程と、ガラスリボンを徐冷する徐冷工程と、徐冷工程の後に、ガラスリボンを切断してガラス基板を得る切断工程とを備えるガラス基板の製造方法であって、徐冷工程において、ガラスリボンの徐冷点からガラスリボンの徐冷点よりも50℃低い温度までの間の温度範囲におけるガラスリボンの平均冷却速度が下記式(1)を満たすようにガラスリボンを冷却することを特徴とする。 That is, the method for producing a glass substrate according to the present invention comprises a forming step of forming molten glass into a ribbon-like glass ribbon by a down draw method such as an overflow down draw method or a slot (slit) down draw method, and a glass ribbon gradually. A method for producing a glass substrate comprising a slow cooling step for cooling, and a cutting step for cutting the glass ribbon to obtain a glass substrate after the slow cooling step, wherein the glass from the annealing point of the glass ribbon in the slow cooling step The glass ribbon is cooled so that the average cooling rate of the glass ribbon in the temperature range up to a temperature lower by 50 ° C. than the annealing point of the ribbon satisfies the following formula (1).
log10R≦0.00018361Ta2−0.23414Ta+75.29 ……(1)
但し、
R:ガラスリボンの平均冷却速度(℃/分)、
Ta:ガラスリボンの徐冷点(℃)、
である。
log 10 R ≦ 0.00018361Ta 2 −0.23414Ta + 75.29 (1)
However,
R: Average cooling rate of glass ribbon (° C / min),
Ta: annealing point of glass ribbon (° C),
It is.
なお、本発明において、「徐冷点」とは、ガラスが1013dPa・sの粘度を示す温度であり、ASTM C336−71に規定の方法により測定した温度である。 In the present invention, the “slow cooling point” is a temperature at which the glass exhibits a viscosity of 10 13 dPa · s, and is a temperature measured by a method prescribed in ASTM C336-71.
また、「平均冷却速度」とは、所定の温度領域をガラスリボンの幅方向中央部分が通過するのに要する時間を算出し、上記所定の温度領域内の温度差を通過に要した時間で除算して求めた速度である。 The “average cooling rate” is calculated by calculating the time required for the central portion of the glass ribbon in the width direction to pass through a predetermined temperature region, and dividing the temperature difference within the predetermined temperature region by the time required for passing. This is the speed obtained.
本発明では、ガラス基板の熱収縮率の大きさを最も大きく左右する温度範囲である、ガラスリボンの徐冷点からガラスリボンの徐冷点よりも50℃低い温度までの間の温度範囲におけるガラスリボンの平均冷却速度が上記式(1)を満たす低い範囲に設定されている。このため、熱収縮率の小さなガラス基板を製造することができる。具体的には、熱収縮率が30ppm以下のガラス基板を製造することができる。なお、徐冷工程において、ガラスリボンの徐冷点からガラスリボンの徐冷点よりも50℃低い温度までの間の温度範囲におけるガラスリボンの平均冷却速度が下記式(1)を満たすと共に、ガラスリボンの徐冷点(Ta)が、上記式(1)の臨界を表す二次関数(log10R=0.00018361Ta2−0.23414Ta+75.29)の極値(638℃)よりも高いことが好ましい。 In the present invention, the glass in the temperature range between the annealing point of the glass ribbon and the temperature lower by 50 ° C. than the annealing point of the glass ribbon, which is the temperature range that most greatly affects the magnitude of the thermal shrinkage rate of the glass substrate. The average cooling rate of the ribbon is set to a low range that satisfies the above formula (1). For this reason, a glass substrate with a small thermal contraction rate can be manufactured. Specifically, a glass substrate having a heat shrinkage rate of 30 ppm or less can be produced. In the slow cooling step, the average cooling rate of the glass ribbon in the temperature range from the slow cooling point of the glass ribbon to a temperature lower by 50 ° C. than the slow cooling point of the glass ribbon satisfies the following formula (1), and glass The ribbon's annealing point (Ta) is higher than the extreme value (638 ° C.) of the quadratic function (log 10 R = 0.00018361Ta 2 −0.23414Ta + 75.29) representing the criticality of the above formula (1). preferable.
熱収縮率のさらに小さなガラス基板を製造する観点からは、ガラスリボンの徐冷点からガラスリボンの徐冷点よりも50℃低い温度までの間の温度範囲におけるガラスリボンの平均冷却速度がさらに低いことが好ましい。 From the viewpoint of manufacturing a glass substrate having a smaller thermal shrinkage rate, the average cooling rate of the glass ribbon in the temperature range from the annealing point of the glass ribbon to a temperature lower by 50 ° C. than the annealing point of the glass ribbon is even lower. It is preferable.
具体的には、ガラスリボンの徐冷点からガラスリボンの徐冷点よりも50℃低い温度までの間の温度範囲におけるガラスリボンの平均冷却速度が下記式(2)を満たすようにガラスリボンの徐冷を行うことが好ましい。そうすることにより、熱収縮率が23ppm以下のガラス基板を製造することができる。 Specifically, the glass ribbon has an average cooling rate in the temperature range from the annealing point of the glass ribbon to a temperature lower by 50 ° C. than the annealing point of the glass ribbon so as to satisfy the following formula (2). It is preferable to perform slow cooling. By doing so, a glass substrate having a thermal shrinkage rate of 23 ppm or less can be produced.
log10R≦0.00013786Ta2−0.17422Ta+55.53 ……(2) log 10 R ≦ 0.00013786Ta 2 −0.17422Ta + 55.53 (2)
また、徐冷工程において、ガラスリボンの徐冷点からガラスリボンの徐冷点よりも50℃低い温度までの間の温度範囲におけるガラスリボンの平均冷却速度が下記式(2)を満たすと共に、ガラスリボンの徐冷点(Ta)が、上記式(1)の臨界を表す二次関数(log10R=0.00013786Ta2−0.17422Ta+55.53)の極値(632℃)よりも高いことがより好ましい。 In the slow cooling step, the average cooling rate of the glass ribbon in the temperature range from the slow cooling point of the glass ribbon to a temperature lower by 50 ° C. than the slow cooling point of the glass ribbon satisfies the following formula (2), and glass The ribbon's annealing point (Ta) is higher than the extreme value (632 ° C.) of the quadratic function (log 10 R = 0.00013786Ta 2 −0.17422Ta + 55.53) representing the criticality of the above formula (1). More preferred.
さらには、ガラスリボンの徐冷点からガラスリボンの徐冷点よりも50℃低い温度までの間の温度範囲におけるガラスリボンの平均冷却速度が下記式(3)を満たすようにガラスリボンの徐冷を行うことが好ましい。そうすることにより、熱収縮率が20ppm以下のガラス基板を製造することができる。 Further, the glass ribbon is gradually cooled so that the average cooling rate of the glass ribbon in the temperature range from the annealing point of the glass ribbon to a temperature lower by 50 ° C. than the annealing point of the glass ribbon satisfies the following formula (3). It is preferable to carry out. By doing so, a glass substrate having a thermal shrinkage rate of 20 ppm or less can be produced.
log10R≦0.00011821Ta2−0.14847Ta+47.03 ……(3) log 10 R ≦ 0.00011821Ta 2 −0.14847Ta + 47.03 (3)
また、徐冷工程において、ガラスリボンの徐冷点からガラスリボンの徐冷点よりも50℃低い温度までの間の温度範囲におけるガラスリボンの平均冷却速度が下記式(3)を満たすと共に、ガラスリボンの徐冷点(Ta)が、上記式(1)の臨界を表す二次関数(log10R=0.00011821Ta2−0.14847Ta+47.03)の極値(628℃)よりも高いことがより好ましい。 In the slow cooling step, the average cooling rate of the glass ribbon in the temperature range from the slow cooling point of the glass ribbon to a temperature lower by 50 ° C. than the slow cooling point of the glass ribbon satisfies the following formula (3), and glass The annealing point (Ta) of the ribbon is higher than the extreme value (628 ° C.) of the quadratic function (log 10 R = 0.00011821 Ta 2 −0.14847 Ta + 47.03) representing the criticality of the above formula (1). More preferred.
さらには、ガラスリボンの徐冷点からガラスリボンの徐冷点よりも50℃低い温度までの間の温度範囲におけるガラスリボンの平均冷却速度が下記式(4)を満たすようにガラスリボンの徐冷を行うことが好ましい。そうすることにより、熱収縮率が10ppm以下のガラス基板を製造することができる。 Further, the glass ribbon is gradually cooled so that the average cooling rate of the glass ribbon in the temperature range from the annealing point of the glass ribbon to a temperature lower by 50 ° C. than the annealing point of the glass ribbon satisfies the following formula (4). It is preferable to carry out. By doing so, a glass substrate having a thermal shrinkage rate of 10 ppm or less can be produced.
log10R≦0.000054326Ta2−0.064985Ta+19.56 ……(4) log 10 R ≦ 0.000054326Ta 2 −0.064985Ta + 19.56 (4)
また、徐冷工程において、ガラスリボンの徐冷点からガラスリボンの徐冷点よりも50℃低い温度までの間の温度範囲におけるガラスリボンの平均冷却速度が下記式(3)を満たすと共に、ガラスリボンの徐冷点(Ta)が、上記式(1)の臨界を表す二次関数(log10R=0.000054326Ta2−0.064985Ta+19.56)の極値(598℃)よりも高いことがより好ましい。 In the slow cooling step, the average cooling rate of the glass ribbon in the temperature range from the slow cooling point of the glass ribbon to a temperature lower by 50 ° C. than the slow cooling point of the glass ribbon satisfies the following formula (3), and glass The ribbon's annealing point (Ta) is higher than the extreme value (598 ° C.) of the quadratic function (log 10 R = 0.000054326Ta 2 −0.064985Ta + 19.56) representing the criticality of the above formula (1). More preferred.
また、熱収縮率が小さいガラス基板をより確実に得る観点からは、ガラスリボンの徐冷点からガラスリボンの徐冷点よりも50℃低い温度までの間の温度範囲におけるガラスリボンの最大冷却速度(log10RMAX)が下記の式(5)を満たしていることが好ましく、下記の式(6)を満たしていることがより好ましく、下記の式(7)を満たしていることがさらに好ましく、下記式(8)を満たしていることがなお好ましい。
Further, from the viewpoint of more reliably obtaining a glass substrate having a small thermal shrinkage rate, the maximum cooling rate of the glass ribbon in the temperature range between the annealing point of the glass ribbon and the
また、それと同時に、log10RMAXの範囲を規定する式(5)〜(8)の臨界を示す二次関数の極値よりも、ガラスリボンの徐冷点が高いことが好ましい。 At the same time, it is preferable that the annealing point of the glass ribbon is higher than the extreme value of the quadratic function indicating the criticality of the formulas (5) to (8) that define the range of log 10 R MAX .
log10RMAX≦0.00018361Ta2−0.23414Ta+75.29 ……(5)
log10RMAX≦0.00013786Ta2−0.17422Ta+55.53 ……(6)
log10RMAX≦0.00011821Ta2−0.14847Ta+47.03 ……(7)
log10RMAX≦0.000054326Ta2−0.064985Ta+19.56 ……(8)
log 10 R MAX ≦ 0.00018361Ta 2 −0.23414Ta + 75.29 (5)
log 10 R MAX ≦ 0.00013786Ta 2 −0.17422Ta + 55.53 (6)
log 10 R MAX ≦ 0.00011821Ta 2 −0.14847Ta + 47.03 (7)
log 10 R MAX ≦ 0.000054326Ta 2 −0.064985Ta + 19.56 (8)
上述のように、得られるガラス基板の熱収縮率の大きさは、ガラスリボンの徐冷点からガラスリボンの徐冷点よりも50℃低い温度までの間の温度範囲におけるガラスリボンの冷却速度に大きく左右される。それに対して、ガラスリボンの徐冷点からガラスリボンの徐冷点よりも50℃低い温度までの間の温度範囲以外の温度範囲におけるガラスリボンの冷却速度は、ガラス基板の熱収縮率の大きさにそれほど影響を及ぼさない。従って、本発明において、ガラスリボンの徐冷点からガラスリボンの徐冷点よりも50℃低い温度までの間の温度範囲以外の温度範囲におけるガラスリボンの冷却速度は、設置可能な徐冷炉の長さなどに応じて適宜設定することができる。
As described above, the magnitude of the heat shrinkage rate of the glass substrate obtained depends on the cooling rate of the glass ribbon in the temperature range between the annealing point of the glass ribbon and the
例えば、徐冷工程において、ガラスリボンの徐冷点より高い温度域におけるガラスリボンの平均冷却速度と、ガラスリボンの徐冷点よりも50℃低い温度よりも低い温度域におけるガラスリボンの平均冷却速度とのそれぞれが、ガラスリボンの徐冷点からガラスリボンの徐冷点よりも50℃低い温度までの間の温度範囲におけるガラスリボンの平均冷却速度よりも高くなるようにガラスリボンを冷却することができる。この場合であっても、熱収縮率の小さなガラス基板を製造することができる。 For example, in the slow cooling step, the average cooling rate of the glass ribbon in a temperature range higher than the slow cooling point of the glass ribbon, and the average cooling rate of the glass ribbon in a temperature range lower than 50 ° C. lower than the slow cooling point of the glass ribbon Each of the glass ribbon is cooled so as to be higher than the average cooling rate of the glass ribbon in a temperature range between the annealing point of the glass ribbon and a temperature lower by 50 ° C. than the annealing point of the glass ribbon. it can. Even in this case, a glass substrate having a small heat shrinkage rate can be manufactured.
すなわち、本発明に従い、ガラスリボンの徐冷点からガラスリボンの徐冷点よりも50℃低い温度までの間の温度範囲におけるガラスリボンの平均冷却速度を、ガラスリボンの徐冷点の関数で定義される所定の速度以下とすることにより、ガラスリボンの徐冷点からガラスリボンの徐冷点よりも50℃低い温度までの間の温度範囲以外の温度範囲におけるガラスリボンの平均冷却速度を高くすることが可能となる。従って、本発明によれば、短い徐冷炉を有するガラス製造装置を用いて、ダウンドロー法により、熱収縮率の小さなガラス基板を直接製造することが可能となる。 That is, according to the present invention, the average cooling rate of the glass ribbon in the temperature range from the annealing point of the glass ribbon to a temperature lower by 50 ° C. than the annealing point of the glass ribbon is defined as a function of the annealing point of the glass ribbon. The average cooling rate of the glass ribbon in the temperature range other than the temperature range between the annealing point of the glass ribbon and the temperature lower by 50 ° C. than the annealing point of the glass ribbon is increased by setting the speed to be equal to or lower than the predetermined rate. It becomes possible. Therefore, according to the present invention, it is possible to directly manufacture a glass substrate having a small thermal shrinkage rate by a downdraw method using a glass manufacturing apparatus having a short annealing furnace.
上述のように、ガラスリボンの徐冷点からガラスリボンの徐冷点よりも50℃低い温度までの間の温度範囲以外の温度範囲におけるガラスリボンの冷却速度は、ガラスリボンの徐冷点からガラスリボンの徐冷点よりも50℃低い温度までの間の温度範囲におけるガラスリボンの冷却速度ほどは、ガラス基板の熱収縮率の大きさに大きく影響を及ぼさない。しかしながら、ガラスリボンの徐冷点からガラスリボンの徐冷点よりも50℃低い温度までの間の温度範囲以外の温度範囲のなかでも、ガラスリボンの徐冷点よりも50℃低い温度からガラスリボンの徐冷点よりも200℃低い温度範囲におけるガラスリボンの冷却速度は、ガラスリボンの徐冷点よりも200℃低い温度よりも低い温度域におけるガラスリボンの冷却速度や、ガラスリボンの徐冷点よりも高い温度域におけるガラスリボンの冷却速度よりも、得られるガラス基板の熱収縮率の大きさに及ぼす影響が大きい。特に、ガラスリボンの徐冷点よりも50℃低い温度からガラスリボンの徐冷点よりも200℃低い温度範囲内の高温側の温度範囲におけるガラスリボンの冷却速度ほど、得られるガラス基板の熱収縮率の大きさに及ぼす影響が大きい。従って、ガラスリボンの徐冷点よりも50℃低い温度からガラスリボンの徐冷点よりも200℃低い温度までの温度範囲内の高温側の温度範囲におけるガラスリボンの平均冷却速度も、上記式(1)を満たすことが好ましく、上記式(2)を満たすことがより好ましく、上記式(3)を満たすことがさらに好ましく、上記式(4)を満たすことがなお好ましい。また、ガラスリボンの徐冷点よりも50℃低い温度からガラスリボンの徐冷点よりも200℃低い温度までの温度範囲全体におけるガラスリボンの平均冷却速度が上記式(1)を満たすことがなお好ましく、上記式(2)を満たすことがさらになお好ましく、上記式(3)を満たすことが特に好ましく、上記式(4)を満たすことがなお好ましい。
As described above, the cooling rate of the glass ribbon in the temperature range other than the temperature range between the annealing point of the glass ribbon and the temperature lower by 50 ° C. than the annealing point of the glass ribbon is from the annealing point of the glass ribbon to the glass. The cooling rate of the glass ribbon in the temperature range up to 50 ° C. lower than the annealing point of the ribbon does not significantly affect the magnitude of the heat shrinkage rate of the glass substrate. However, in a temperature range other than the temperature range between the annealing point of the glass ribbon and the temperature lower than the annealing point of the glass ribbon by 50 ° C., the glass ribbon starts from a temperature that is 50 ° C. lower than the annealing temperature of the glass ribbon. The cooling rate of the glass ribbon in the temperature range lower by 200 ° C. than the annealing point of the glass ribbon is the cooling rate of the glass ribbon in the temperature range lower than the temperature lower by 200 ° C. than the annealing temperature of the glass ribbon, or the annealing temperature of the glass ribbon The influence on the magnitude of the thermal contraction rate of the glass substrate obtained is larger than the cooling rate of the glass ribbon in a higher temperature range. In particular, the heat shrinkage of the glass substrate to be obtained as the cooling rate of the glass ribbon in the temperature range on the high temperature side within the temperature range from 50 ° C. lower than the annealing point of the glass ribbon to 200 ° C. lower than the annealing point of the glass ribbon. The effect on the rate is large. Therefore, the average cooling rate of the glass ribbon in the temperature range on the high temperature side within the temperature range from the
すなわち、徐冷工程において、Txをガラスリボンの徐冷点よりも50℃低い温度より低く、ガラスリボンの徐冷点よりも200℃低い温度以上である温度としたときに、ガラスリボンの徐冷点からTxまでの温度範囲におけるガラスリボンの平均冷却速度が上記式(1)を満たすようにガラスリボンを冷却することが好ましく、式(2)を満たすようにガラスリボンを冷却することがより好ましく、式(3)を満たすようにガラスリボンを冷却することがさらに好ましく、上記式(4)を満たすようにガラスリボンを冷却することがなお好ましい。そうすることにより、より熱収縮率の小さなガラス基板を製造することができる。さらには、ガラスリボンの徐冷点からTxまでの温度範囲におけるガラスリボンの最大冷却速度(RMAX)が上記式(5)を満たすようにガラスリボンを冷却することが好ましく、上記式(6)を満たすようにガラスリボンを冷却することがより好ましく、上記式(7)を満たすようにガラスリボンを冷却することがさらに好ましく、上記式(8)を満たすようにガラスリボンを冷却することがなお好ましい。 That is, in the slow cooling step, when Tx is set to a temperature that is lower than the temperature lower by 50 ° C. than the slow cooling point of the glass ribbon and 200 ° C. lower than the slow cooling point of the glass ribbon, the glass ribbon is slowly cooled. It is preferable to cool the glass ribbon so that the average cooling rate of the glass ribbon in the temperature range from the point to Tx satisfies the above formula (1), and it is more preferable to cool the glass ribbon so as to satisfy the formula (2). More preferably, the glass ribbon is cooled so as to satisfy the formula (3), and more preferably, the glass ribbon is cooled so as to satisfy the formula (4). By doing so, a glass substrate with a smaller heat shrinkage rate can be manufactured. Furthermore, it is preferable to cool the glass ribbon so that the maximum cooling rate (R MAX ) of the glass ribbon in the temperature range from the annealing point of the glass ribbon to Tx satisfies the above formula (5), and the above formula (6) More preferably, the glass ribbon is cooled so as to satisfy the above condition, more preferably, the glass ribbon is cooled so as to satisfy the above formula (7), and the glass ribbon is preferably cooled so as to satisfy the above formula (8). preferable.
また、それと同時に、log10Rの範囲を規定する式(1)〜(8)の臨界を示す二次関数の極値よりも、ガラスリボンの徐冷点が高いことが好ましい。 At the same time, it is preferable that the annealing point of the glass ribbon is higher than the extreme value of the quadratic function indicating the criticality of the formulas (1) to (8) that define the range of log 10 R.
なお、ガラスリボンの徐冷点からガラスリボンの徐冷点よりも50℃低い温度までの温度範囲におけるガラスリボンの平均冷却速度の下限は特に限定されないが、ガラス製造装置の高さ寸法の制約を考えると、ガラスリボンの徐冷点からガラスリボンの徐冷点よりも50℃低い温度までの温度範囲におけるガラスリボンの平均冷却速度は、0.34℃/分以上であることが好ましく、1℃/分以上であることがより好ましく、2℃/分以上であることがさらに好ましく、5℃/分以上であることがなお好ましい。同様に、ガラスリボンの徐冷点よりも50℃低い温度からTxまでの温度範囲におけるガラスリボンの平均冷却速度も、0.34℃/分以上であることが好ましく、1℃/分以上であることがより好ましく、2℃/分以上であることがさらに好ましく、5℃/分以上であることがなお好ましい。
In addition, the lower limit of the average cooling rate of the glass ribbon in the temperature range from the annealing point of the glass ribbon to a temperature lower by 50 ° C. than the annealing point of the glass ribbon is not particularly limited, but there is a restriction on the height dimension of the glass manufacturing apparatus. When considered, the average cooling rate of the glass ribbon in the temperature range from the annealing point of the glass ribbon to a temperature lower by 50 ° C. than the annealing point of the glass ribbon is preferably 0.34 ° C./min or more. / Min or more, more preferably 2 ° C./min or more, still more preferably 5 ° C./min or more. Similarly, the average cooling rate of the glass ribbon in the temperature range from a
得られるガラス基板の熱収縮率の大きさに及ぼす影響が少ない温度域、すなわち、ガラスリボンの徐冷点より高い温度域と、Txより低い温度域とのそれぞれにおけるガラスリボンの冷却速度は、高い方が好ましい。これらの温度域におけるガラスリボンの冷却速度を高くすることにより、ガラスリボンの徐冷に要する時間を短くできるため、徐冷炉の長さを短くできるためである。具体的には、Txより低い温度域におけるガラスリボンの平均冷却速度は、50℃/分以上であることが好ましい。また、徐冷点より高い温度域におけるガラスリボンの平均冷却速度は、30℃/分以上であることが好ましい。 The cooling rate of the glass ribbon in each of the temperature range having a small influence on the magnitude of the thermal shrinkage rate of the glass substrate obtained, that is, the temperature range higher than the annealing point of the glass ribbon and the temperature range lower than Tx is high. Is preferred. This is because by increasing the cooling rate of the glass ribbon in these temperature ranges, the time required for slow cooling of the glass ribbon can be shortened, so that the length of the slow cooling furnace can be shortened. Specifically, the average cooling rate of the glass ribbon in the temperature range lower than Tx is preferably 50 ° C./min or more. Moreover, it is preferable that the average cooling rate of the glass ribbon in a temperature range higher than a slow cooling point is 30 degree-C / min or more.
本発明において、形成工程においてガラスリボンを形成する方法は、ダウンドロー法である限り特に限定されないが、ダウンドロー法のなかでもオーバーフローダウンドロー法によりガラスリボンを形成することが好ましい。オーバーフローダウンドロー法によりガラスリボンを形成することにより、表面の平滑性が高く、表面に異物が付着していないガラス基板を直接製造することができるためである。 In the present invention, the method of forming the glass ribbon in the forming step is not particularly limited as long as it is a downdraw method, but it is preferable to form the glass ribbon by the overflow downdraw method among the downdraw methods. This is because by forming the glass ribbon by the overflow down draw method, it is possible to directly manufacture a glass substrate having high surface smoothness and no foreign matter attached to the surface.
本発明において、形成工程において形成されるガラスリボンの幅は、500mm以上であることが好ましく、600mm以上であることがより好ましく、700mm以上であることがさらに好ましく、800mm以上であることがなお好ましく、900mm以上であることがさらになお好ましく、1000mm以上であることが特に好ましい。この場合、本発明の効果がより顕著に得られる。具体的には、ガラスリボンの幅が大きくなるほど、ガラス基板の表面の研磨が困難になるが、本発明に従いガラス基板を製造した場合は、表面研磨の必要がないため、ガラス基板を容易かつ安価に製造することができる。また、ガラスリボンの幅が大きくなるほど、ガラス基板に反りや歪みが生じやすいが、本発明に従いガラス基板を製造することにより、幅の大きなガラス基板であっても、反りや歪みの発生を効果的に抑制することができる。 In the present invention, the width of the glass ribbon formed in the forming step is preferably 500 mm or more, more preferably 600 mm or more, further preferably 700 mm or more, and still more preferably 800 mm or more. More preferably, it is 900 mm or more, and particularly preferably 1000 mm or more. In this case, the effect of the present invention can be obtained more remarkably. Specifically, the larger the width of the glass ribbon, the more difficult it is to polish the surface of the glass substrate. However, when the glass substrate is produced according to the present invention, it is not necessary to polish the surface. Can be manufactured. In addition, as the width of the glass ribbon increases, the glass substrate is more likely to warp or distort. However, by manufacturing the glass substrate according to the present invention, it is possible to effectively generate warpage and distortion even with a large glass substrate. Can be suppressed.
本発明において、溶融ガラスの液相温度における粘度(液相粘度)は、104.5dPa・s以上であることが好ましく、105.0dPa・s以上であることがより好ましく、105.5dPa・s以上であることがさらに好ましく、106.0dPa・s以上であることがなお好ましい。この構成によれば、オーバーフローダウンドロー法によるガラスリボンの成形に適した温度にまで溶融ガラスの温度を低下させた場合でも、溶融ガラスが失透しない。すなわち、溶融ガラスがオーバーフローダウンドロー法に適した粘度となるまで溶融ガラスの温度を下げることができる。このため、オーバーフローダウンドロー法によりガラスリボンを好適に成形することができる。 In the present invention, the viscosity (liquid phase viscosity) of the molten glass at the liquidus temperature is preferably 10 4.5 dPa · s or higher, more preferably 10 5.0 dPa · s or higher, more preferably 10 5. More preferably, it is more than 1.5 dPa · s, and still more preferably more than 10 6.0 dPa · s. According to this configuration, even when the temperature of the molten glass is lowered to a temperature suitable for forming a glass ribbon by the overflow downdraw method, the molten glass is not devitrified. That is, the temperature of the molten glass can be lowered until the molten glass has a viscosity suitable for the overflow downdraw method. For this reason, a glass ribbon can be suitably shape | molded by the overflow downdraw method.
なお、液相粘度は、以下の手順で求めることができる。まず、ガラスを粉砕し、標準篩30メッシュ(50μm)を通過し、50メッシュ(300μm)を通過しないガラス粉末を用意する。そのガラス粉末を白金ボードに入れ、所定の温度で24時間保持し、その後、結晶の有無を目視により確認する。これを複数の温度について行い、結晶が析出する最も高い温度(液相温度)を求める。また、白金球引き上げ法により、各温度における溶融ガラスの粘度を測定し、粘度曲線を作成する。この粘度曲線と液相温度とから、液相温度における溶融ガラスの粘度(液相粘度)を算出する。
In addition, a liquid phase viscosity can be calculated | required with the following procedures. First, glass is pulverized, and glass powder that passes through a
また、本発明において、ガラスリボンの徐冷点(Ta)は、600℃以上であることが好ましい。ガラスリボンの徐冷点(Ta)は、ガラス基板の熱収縮率と相関し、具体的には、徐冷点(Ta)が高いほど、ガラス基板の熱収縮率が小さくなる。従って、ガラスリボンの徐冷点(Ta)を600℃以上とすることにより、熱収縮率がより小さなガラス基板を製造することができる。熱収縮率がさらに小さなガラス基板を得る観点からは、ガラスリボンの徐冷点(Ta)は、630℃以上であることがより好ましく、650℃以上であることがさらに好ましい。なお、ガラスリボンの徐冷点(Ta)の上限は、例えば、1000℃であることが好ましく、900℃であることがより好ましい。 Moreover, in this invention, it is preferable that the annealing point (Ta) of a glass ribbon is 600 degreeC or more. The annealing point (Ta) of the glass ribbon correlates with the thermal shrinkage rate of the glass substrate. Specifically, the higher the annealing point (Ta), the smaller the thermal shrinkage rate of the glass substrate. Therefore, by setting the annealing point (Ta) of the glass ribbon to 600 ° C. or higher, a glass substrate having a smaller heat shrinkage rate can be produced. From the viewpoint of obtaining a glass substrate having a smaller thermal shrinkage rate, the annealing point (Ta) of the glass ribbon is more preferably 630 ° C. or higher, and further preferably 650 ° C. or higher. The upper limit of the annealing point (Ta) of the glass ribbon is preferably 1000 ° C., for example, and more preferably 900 ° C.
液相温度が低く、液相粘度が高く、かつ歪点が高いガラスリボンを得ることができる溶融ガラスとしては、例えば、質量百分率で、SiO2:50〜70%、Al2O3:10〜25%、B2O3:3〜15%、MgO:0〜10%、CaO:0〜10%、SrO:0〜15%、BaO:0〜15%及びNa2O:0〜5%を含有する溶融ガラスが挙げられる。また、このような溶融ガラスを用いることにより、例えば、フラットパネルディスプレイ用のガラス基板に要求される特性、例えば、耐薬品性、比ヤング率、化学的耐久性などの特性に優れたガラス基板を製造することができる。 As a molten glass that can obtain a glass ribbon having a low liquidus temperature, a high liquidus viscosity, and a high strain point, for example, in terms of mass percentage, SiO 2 : 50 to 70%, Al 2 O 3 : 10 25%, B 2 O 3: 3~15%, MgO: 0~10%, CaO: 0~10%, SrO: 0~15%, BaO: 0~15% and Na 2 O: the 0-5% The molten glass to contain is mentioned. In addition, by using such molten glass, for example, a glass substrate excellent in characteristics required for a glass substrate for flat panel displays, for example, chemical resistance, specific Young's modulus, chemical durability, etc. Can be manufactured.
本発明に係る製造方法は、電気回路パターンなどが表面に形成されるガラス基板など、熱収縮率が小さいことが求められるガラス基板一般の製造に好適に用いることができる。具体的には、本発明に係る製造方法は、例えば、液晶ディスプレイ、エレクトロルミネッセンスディスプレイ、プラズマディスプレイなどのフラットパネルディスプレイ用のガラス基板、電荷結合素子(CCD:Charge Coupled Device)や相補型金属酸化膜半導体(CMOS:Complementary Metal−Oxide Semiconductor device)などの撮像素子用のガラス基板などに好適に用いることができる。なかでも、本発明に係る製造方法は、高精細な電気回路パターンが形成され、かつガラス基板の面積が大きな、フラットパネルディスプレイ用ガラス基板の製造に好適であり、さらには、低温ポリシリコン膜を有する薄膜トランジスタが表面に形成されているガラス基板を備えるフラットパネルディスプレイのガラス基板の製造に特に好適である。 The production method according to the present invention can be suitably used for general production of glass substrates that are required to have a low thermal shrinkage rate, such as a glass substrate on which an electric circuit pattern is formed. Specifically, the manufacturing method according to the present invention includes, for example, a glass substrate for a flat panel display such as a liquid crystal display, an electroluminescence display, and a plasma display, a charge coupled device (CCD) and a complementary metal oxide film. It can be suitably used for a glass substrate for an imaging element such as a semiconductor (CMOS: Complementary Metal-Oxide Semiconductor device). Among these, the manufacturing method according to the present invention is suitable for manufacturing a glass substrate for flat panel displays in which a high-definition electric circuit pattern is formed and the area of the glass substrate is large. The present invention is particularly suitable for manufacturing a glass substrate of a flat panel display including a glass substrate having a thin film transistor formed thereon.
本発明では、ガラス基板の熱収縮率の大きさを最も大きく左右する温度範囲である、ガラスリボンの徐冷点からガラスリボンの徐冷点よりも50℃低い温度までの間の温度範囲におけるガラスリボンの平均冷却速度が上記式(1)を満たすように設定されているため、ダウンドロー法により、熱収縮率の小さなガラス基板を直接製造することができる。 In the present invention, the glass in the temperature range between the annealing point of the glass ribbon and the temperature lower by 50 ° C. than the annealing point of the glass ribbon, which is the temperature range that most greatly affects the magnitude of the thermal shrinkage rate of the glass substrate. Since the average cooling rate of the ribbon is set so as to satisfy the above formula (1), a glass substrate having a small thermal contraction rate can be directly manufactured by the downdraw method.
以下、本実施形態では、本発明を実施した好ましい形態の一例について詳細に説明する。 Hereinafter, in this embodiment, an example of the preferable form which implemented this invention is demonstrated in detail.
図1は、本実施形態におけるガラス製造装置の一部分を表す模式的構成図である。図1に示すガラス製造装置1は、オーバーフローダウンドロー法によってガラス基板を製造するための装置である。図1に示すように、ガラス製造装置1は、成形炉10を備えている。成形炉10の内部には、横断面が略楔状の成形体(forming body)11が配置されている。この成形体11には、図示しないガラス溶融炉において溶融された溶融ガラス12が供給される。供給された溶融ガラス12は、成形体11の両側からあふれ出し、成形体11の下端部の下方において合流する。その結果、ガラスリボン13が成形される。なお、成形体11の下方には、ローラー対14が配置されている。ガラスリボン13がこのローラー対14の間を通過することによって、ガラスリボン13の形状が整えられる。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a part of a glass manufacturing apparatus in the present embodiment. A
本実施形態において使用するガラス材料は特に限定されないが、ガラスリボン13の徐冷点(Ta)は、600℃以上であることが好ましい。徐冷点(Ta)は、ガラス基板25の熱収縮率と相関し、具体的には、徐冷点(Ta)が高いほど、ガラス基板25の熱収縮率が小さくなる。従って、ガラスリボン13の徐冷点(Ta)を600℃以上とすることにより、熱収縮率がより小さなガラス基板25を製造することができる。熱収縮率がさらに小さなガラス基板25を得る観点からは、ガラスリボン13の徐冷点(Ta)は、630℃以上であることがより好ましく、650℃以上であることがさらに好ましい。ガラスリボン13の徐冷点の上限は、1000℃であることが好ましく、900℃であることがより好ましい。
Although the glass material used in this embodiment is not specifically limited, It is preferable that the annealing point (Ta) of the
また、溶融ガラス12の液相温度における粘度(液相粘度)が104.5dPa・s以上であることが好ましく、105.0dPa・s以上であることがより好ましく、105.5dPa・s以上であることがさらに好ましく、106.0dPa・s以上であることがなお好ましい。この場合、オーバーフローダウンドロー法によるガラスリボン13の成形に適した温度にまで溶融ガラスの温度を低下させた場合でも、溶融ガラス12が失透しない。すなわち、溶融ガラス12がオーバーフローダウンドロー法に適した粘度となるまで溶融ガラス12の温度を下げることができる。従って、オーバーフローダウンドロー法によりガラスリボン13を好適に成形することができる。
Further, the viscosity (liquid phase viscosity) at the liquidus temperature of the
液相温度が低く、液相粘度が高く、かつ歪点が高いガラスリボン13を得ることができる溶融ガラス12としては、例えば、質量百分率で、SiO2:50〜70%、Al2O3:10〜25%、B2O3:3〜15%、MgO:0〜10%、CaO:0〜15%、SrO:0〜15%、BaO:0〜10%及びNa2O:0〜5%を含有する溶融ガラスが挙げられる。また、このような溶融ガラスを用いることにより、例えば、フラットパネルディスプレイ用のガラス基板に要求される特性、例えば、耐薬品性、比ヤング率、化学的耐久性などの特性に優れたガラス基板25を製造することができる。
As the
なお、上記各組成の範囲の好ましい理由の詳細は以下の通りである。 In addition, the detail of the preferable reason of the range of each said composition is as follows.
SiO2は、ガラスのネットワークフォーマーとなる成分である。SiO2の含有量が多すぎると、溶融ガラス12の粘性が高くなりすぎる傾向にあり、また、溶融ガラス12が失透しやすくなる傾向にある。一方、SiO2の含有量が少なすぎると、ガラス基板25の化学的耐久性が低下する傾向にある。
SiO 2 is a component that becomes a network former of glass. When the content of SiO 2 is too large, there is a tendency that the viscosity of the
Al2O3は、ガラス基板25の歪点や徐冷点を高くするための成分である。Al2O3の含有量が多すぎると、溶融ガラス12が失透しやすくなり、また、ガラス基板25のバッファードフッ酸に対する化学的耐久性が低下する傾向にある。一方、Al2O3の含有量が少なすぎると、ガラス基板25の歪点及び徐冷点が低くなり、熱収縮率が大きくなる傾向にある。
Al 2 O 3 is a component for increasing the strain point and annealing point of the
B2O3は、融剤として作用し、ガラスの溶融性を改善する成分である。B2O3の含有量が多すぎるとガラス基板25の歪点及び徐冷点が低くなり、熱収縮率が大きくなる傾向にある。また、ガラス基板25の塩酸に対する耐薬品性が低下する傾向にある。一方、B2O3の含有量が少なすぎると、溶融ガラス12の粘度が高くなり、溶融性が低下する傾向にある。B2O3のより好ましい含有量は、5〜15重量%である。
B 2 O 3 is a component that acts as a flux and improves the meltability of the glass. B strain point and annealing point of the content is too
MgO、CaO、SrO、BaOは、溶融ガラス12の粘度を低下させ、ガラスの溶融性を改善する任意成分である。また、SrO及びBaOは、ガラス基板25の化学的耐久性を向上する成分でもある。MgO、CaO、SrO、BaOの含有量が多すぎると、溶融ガラス12が失透しやすくなり、ガラス基板25のバッファフードフッ酸に対する化学的耐久性も低下する傾向にある。また、BaOの含有量が多すぎると、ガラス基板25の密度が高くなりすぎる傾向にある。MgOのより好ましい含有量は、0〜5重量%である。CaOのより好ましい含有量は、0〜12重量%である。SrOのより好ましい含有量は、0〜10重量%である。BaOのより好ましい含有量は、0〜5重量%である。
MgO, CaO, SrO, and BaO are optional components that lower the viscosity of the
Na2Oは、溶融ガラス12の粘度を低下させ、ガラスの溶融性を改善する成分である。Na2Oの含有量が多すぎると、ガラス基板25の歪点が低くなり、熱収縮率が低くなる傾向にある。また、ガラス基板25からのNa成分の溶出が問題となる場合がある。
Na 2 O is a component that reduces the viscosity of the
なお、上記の成分以外にも、必要に応じて、清澄剤などの各種成分を溶融ガラス12に含ませてももちろん構わない。
In addition to the above components, various components such as a clarifying agent may be included in the
本実施形態において、ガラスの溶融工程は特に限定されない。例えば、所望の比率で混合されたガラス原料、またはガラスカレットを、例えばPt製の坩堝や耐火物製の坩堝などに投入し、例えば1500℃〜1650℃程度の所定の温度にまで加熱した後に、攪拌し、清澄することにより、溶融ガラス12を得ることができる。
In the present embodiment, the glass melting step is not particularly limited. For example, a glass raw material or glass cullet mixed at a desired ratio is charged into, for example, a Pt crucible or a refractory crucible and heated to a predetermined temperature of, for example, about 1500 ° C. to 1650 ° C. The
本実施形態において、成形工程において成形されるガラスリボン13の幅は、500mm以上であることが好ましく、600mm以上であることがより好ましく、700mm以上であることがさらに好ましく、800mm以上であることがなお好ましく、900mm以上であることがさらになお好ましく、1000mm以上であることが特に好ましい。このようにガラスリボン13の幅が大きい場合に、オーバーフローダウンドロー法の効果がより顕著に現れる。具体的には、ガラスリボン13の幅が大きくなるほど、ガラス基板25の表面の研磨が困難になるが、本実施形態のガラス基板の製造方法によりガラス基板25を製造した場合は、ガラス基板25の表面を研磨する必要がないため、ガラス基板25を容易かつ安価に製造することができる。また、ガラスリボン13の幅が大きくなるほど、ガラス基板25に反りや歪みが生じやすいが、本実施形態のガラス基板の製造方法によりガラス基板25を製造した場合は、幅の大きなガラス基板25であっても、反りや歪みの発生を効果的に抑制することができる。
In the present embodiment, the width of the
また、ガラスリボン13の厚みに関しても、特に制約はなく、ガラス基板25の用途などに応じて適宜設定することができる。例えば、モバイル用のディスプレイに用いられるガラス基板25を製造する場合は、ガラス基板25の厚みが0.1〜0.5mm程度となるようにガラスリボン13の厚みを設定することができる。また、モニタやテレビなどのフラットパネルディスプレイ用のガラス基板25を製造する場合には、ガラス基板25の厚みが0.3〜1.1mm程度となるようにガラスリボン13の厚みを設定することができる。
Further, the thickness of the
成形されたガラスリボン13は、成形炉10の下方に配置されている徐冷炉20に導かれる。この徐冷炉20において、ガラスリボン13を所定の温度にまでゆっくりと冷却する徐冷工程が行われる。具体的には、徐冷炉20には、複数のヒーター21が配置されている。これら複数のヒーター21によって徐冷炉20内の温度が制御されている。具体的には、上流側に配置されているヒーター21ほど高い温度に設定されており、下流側に配置されているヒーター21ほど低い温度に設定されている。そして、上流側から下流側に向かって、ヒーター21の設定温度を徐々に低くしていくことにより、徐冷炉20内に温度勾配が形成され、後述する所望のガラスリボン13の冷却条件が実現されている。
The formed
また、徐冷炉20には、複数の引張ローラー対22が設けられており、ガラスリボン13は、これら複数の引張ローラー対22によって引っ張られる。これにより、ガラスリボン13が、ガラスリボン13の幅方向に収縮することが抑制されている。なお、徐冷炉20の長さ(高さ)は、特に限定されないが、徐冷炉20の長さ(高さ)は、例えば、200〜3000cm程度に設定である。
The
徐冷炉20の下方には、冷却室23が配置されている。徐冷炉20において徐冷されたガラスリボン13は、この冷却室23において、室温近くまで、自然冷却によって冷却される。なお、冷却室23の長さ(高さ)も特に限定されないが、冷却室23の長さ(高さ)は、例えば、200〜1000cm程度に設定することができる。
A cooling
冷却室23の下方には、切断室24が配置されている。この切断室24においてガラスリボン13を所定寸法に切断することにより、ガラス基板25が完成する。なお、ガラスリボン13の切断方法は特に限定されず、既知の切断方法によりガラスリボン13を切断することができる。
A cutting
(徐冷工程)
図2は、徐冷工程におけるガラスリボンの温度変化を表すグラフである。図2において、横軸は、ガラスリボン13が徐冷炉20に進入してからの経過時間であり、縦軸は、ガラスリボン13の温度である。図2において、実線が本実施形態における徐冷工程を表し、一点破線は、一定速度でガラスリボンを徐冷したときの徐冷工程を表している。
(Slow cooling process)
FIG. 2 is a graph showing the temperature change of the glass ribbon in the slow cooling process. In FIG. 2, the horizontal axis is the elapsed time after the
次に、主として図1及び図2を参照しながら徐冷工程の詳細について説明する。本実施形態では、図1に示すように、徐冷炉20の内部に、上流側から下流側に向かって、第1の徐冷ゾーン20aと、第2の徐冷ゾーン20bと、第3の徐冷ゾーン20cとが設けられている。
Next, details of the slow cooling step will be described mainly with reference to FIGS. 1 and 2. In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the first
最も上流側に配置されている第1の徐冷ゾーン20aでは、第1の徐冷工程A1が行われる。図2に示すように、第1の徐冷工程A1は、ガラスリボン13の温度が、ガラスリボン13の徐冷点(Ta)となるまでガラスリボン13を徐冷する工程である。
In the first
図1に示すように、第1の徐冷ゾーン20aの下流側に配置されている第2の徐冷ゾーン20bでは、第2の徐冷工程A2が行われる。図2に示すように、第2の徐冷工程A2は、ガラスリボン13の温度が、ガラスリボン13の徐冷点(Ta)からTxとなるまでガラスリボン13を徐冷する工程である。ここで、Txは、ガラスリボン13の徐冷点(Ta)から50℃低い温度以下であって、ガラスリボン13の徐冷点(Ta)から200℃低い温度以上である。
As shown in FIG. 1, the second slow cooling step A2 is performed in the second
図1に示すように、第2の徐冷ゾーン20bの下流側に配置されている第3の徐冷ゾーン20cでは、第3の徐冷工程A3が行われる。図2に示すように、第3の徐冷工程A3は、ガラスリボン13の温度がTxから、Txよりもさらに低い温度にまでガラスリボン13を徐冷する工程である。第3の徐冷工程A3においてガラスリボン13を何度まで冷却するかは、ガラスリボン13の特性や徐冷炉20の長さの制約などに応じて適宜設定することができるが、例えば、第3の徐冷工程A3は、ガラスリボン13の温度がTxよりも250℃低い温度となるまで行うことが好ましい。第3の徐冷工程A3を経たガラスリボン13は、図1に示す冷却室23に搬送され、冷却室23において自然冷却される。
As shown in FIG. 1, in the 3rd
本実施形態では、第2の徐冷工程A2におけるガラスリボン13の平均冷却速度は、下記の式(1)を満たすようにされている。
In the present embodiment, the average cooling rate of the
log10R≦0.00018361Ta2−0.23414Ta+75.29 ……(1)
但し、
R:ガラスリボン13の平均冷却速度
Ta:ガラスリボン13の徐冷点(℃)、
である。
log 10 R ≦ 0.00018361Ta 2 −0.23414Ta + 75.29 (1)
However,
R: Average cooling rate of the
It is.
それに対して、第2の徐冷工程A2以外の第1の徐冷工程A1及び第3の徐冷工程A3では、平均冷却速度が第2の徐冷工程A2におけるガラスリボン13の平均冷却速度よりも高く設定されている。
In contrast, in the first slow cooling step A1 and the third slow cooling step A3 other than the second slow cooling step A2, the average cooling rate is higher than the average cooling rate of the
このように、ガラス基板25の熱収縮率を大きな影響を及ぼす第2の徐冷工程A2におけるガラスリボン13の平均冷却速度をガラスリボン13の徐冷点(Ta)から導き出される所定の冷却速度よりも低くし、それ以外のガラス基板25の熱収縮率にそれほど影響しない第1及び第3の徐冷工程A1,A3におけるガラスリボン13の平均冷却速度を高くすることにより、ガラスリボン13の冷却に要する時間を短くしつつ、熱収縮率の小さなガラス基板25を製造することができる。具体的には、第2の徐冷工程A2におけるガラスリボン13の平均冷却速度を、上記式(1)を満たすように設定することによって、ガラス基板25のガラス組成に関わらず、ガラス基板25の熱収縮率を30ppm以下とすることができる。
Thus, the average cooling rate of the
ガラス基板25の熱収縮率をより小さくする観点からは、第2の徐冷工程A2におけるガラスリボン13の平均冷却速度をより低くすることが好ましい。具体的には、第2の徐冷工程A2におけるガラスリボン13の平均冷却速度を、下記の式(2)を満たすように設定することにより、ガラス基板25の熱収縮率を23ppm以下とすることができる。また、第2の徐冷工程A2におけるガラスリボン13の平均冷却速度を、下記式(3)を満たすように設定することにより、ガラス基板25の熱収縮率を20ppm以下とすることができる。さらには、第2の徐冷工程A2におけるガラスリボン13の平均冷却速度を、下記式(4)を満たすように設定することにより、ガラス基板25の熱収縮率を10ppm以下とすることができる。
From the viewpoint of reducing the thermal contraction rate of the
log10R≦0.00013786Ta2−0.17422Ta+55.53 ……(2)
log10R≦0.00011821Ta2−0.14847Ta+47.03 ……(3)
log10R≦0.000054326Ta2−0.064985Ta+19.56 ……(4)
log 10 R ≦ 0.00013786Ta 2 −0.17422Ta + 55.53 (2)
log 10 R ≦ 0.00011821Ta 2 −0.14847Ta + 47.03 (3)
log 10 R ≦ 0.000054326Ta 2 −0.064985Ta + 19.56 (4)
また、より確実にガラス基板25の熱収縮率を小さくするためには、第2の徐冷工程A2におけるガラスリボン13の最大冷却速度が、下記の式(5)を満たすことが好ましく、下記の式(6)を満たすことがより好ましく、下記の式(7)を満たすことがさらに好ましく、下記の式(8)を満たすことがなお好ましい。
In order to reduce the thermal shrinkage rate of the
log10RMAX≦0.00018361Ta2−0.23414Ta+75.29 ……(5)
log10RMAX≦0.00013786Ta2−0.17422Ta+55.53 ……(6)
log10RMAX≦0.00011821Ta2−0.14847Ta+47.03 ……(7)
log10RMAX≦0.000054326Ta2−0.064985Ta+19.56 ……(8)
但し、
RMAX:ガラスリボンの最大冷却速度(℃/分)、
Ta:ガラスリボンの徐冷点(℃)、
である。
log 10 R MAX ≦ 0.00018361Ta 2 −0.23414Ta + 75.29 (5)
log 10 R MAX ≦ 0.00013786Ta 2 −0.17422Ta + 55.53 (6)
log 10 R MAX ≦ 0.00011821Ta 2 −0.14847Ta + 47.03 (7)
log 10 R MAX ≦ 0.000054326Ta 2 −0.064985Ta + 19.56 (8)
However,
R MAX : Maximum cooling rate of glass ribbon (° C / min),
Ta: annealing point of glass ribbon (° C),
It is.
なお、第2の徐冷工程A2におけるガラスリボン13の平均冷却速度を、式(1)〜(8)を満たすように設定すると同時に、式(1)〜(8)の臨界を示す二次関数の極値よりも、ガラスリボンの徐冷点が高いことが好ましい。具体的には、第2の徐冷工程A2におけるガラスリボン13の平均冷却速度を式(1)、(5)を満たすように設定する場合は、ガラスリボン13の徐冷点を638℃以上とすることが好ましい。第2の徐冷工程A2におけるガラスリボン13の平均冷却速度を式(2)、(6)を満たすように設定する場合は、ガラスリボン13の徐冷点を632℃以上とすることが好ましい。第2の徐冷工程A2におけるガラスリボン13の平均冷却速度を式(3)、(7)を満たすように設定する場合は、ガラスリボン13の徐冷点を628℃以上とすることが好ましい。第2の徐冷工程A2におけるガラスリボン13の平均冷却速度を式(4)、(8)を満たすように設定する場合は、ガラスリボン13の徐冷点を598℃以上とすることが好ましい。
In addition, while setting the average cooling rate of the
本実施形態では、第2の徐冷工程A2は、最も長いときには、ガラスリボン13の温度が、ガラスリボン13の徐冷点(Ta)から、ガラスリボン13の徐冷点(Ta)よりも200℃低い温度となるまで行われることとなるが、ガラスリボン13の徐冷点(Ta)から、ガラスリボン13の徐冷点(Ta)よりも200℃低い温度までの温度範囲のなかでも、ガラスリボン13の徐冷点(Ta)から、ガラスリボン13の徐冷点(Ta)よりも50℃低い温度までの温度範囲が、ガラス基板25の熱収縮率に最も大きく影響する。ガラスリボン13の徐冷点(Ta)よりも50℃低い温度から、ガラスリボン13の徐冷点(Ta)よりも200℃低い温度までも温度範囲は、ガラスリボン13の徐冷点(Ta)から、ガラスリボン13の徐冷点(Ta)よりも50℃低い温度までの温度範囲よりかは、ガラス基板25の熱収縮率に与える影響が小さい。従って、第2の徐冷工程A2を、ガラスリボン13の温度がガラスリボン13の徐冷点(Ta)よりも200℃低い温度となるまで行う必要は必ずしもなく、少なくともガラスリボン13の温度がガラスリボン13の徐冷点(Ta)よりも50℃低い温度となるまで第2の徐冷工程A2を行っておけば、熱収縮率の小さなガラス基板25を得ることができる。
In the present embodiment, when the second annealing step A2 is the longest, the temperature of the
ガラス基板25の熱収縮率をさらに小さくしたい場合は、ガラスリボン13の温度が、ガラスリボン13の徐冷点(Ta)よりも50℃低い温度よりもさらに低い温度となるまで第2の徐冷工程A2を行うことが好ましい。しかしながら、ガラスリボン13の徐冷点(Ta)よりも200℃低い温度よりも低い温度域におけるガラスリボン13の冷却速度は、ガラス基板25の熱収縮率にほとんど影響を及ぼさないため、第2の徐冷工程A2は、ガラスリボン13の徐冷点(Ta)よりも200℃低い温度まで行えば十分である。
When it is desired to further reduce the thermal contraction rate of the
例えば、図2に一点破線で示すように、第1〜第3の徐冷工程A1〜A3の全てにおいて、ガラスリボン13の平均冷却速度を、上記式(1)を満たす速度にすることも考えられる。そうした場合であっても、熱収縮率の小さなガラス基板25を製造することができる。しかしながら、図2から明らかなように、この場合は、ガラスリボン13の冷却に多大な時間を要する。このため、徐冷炉20の長さ(高さ)を非常に大きくする必要がある。よって、ガラス製造装置1の高さ寸法が非常に大きくなり、ガラス製造装置1の建築が実際上極めて困難となる。従って、オーバーフローダウンドロー法によりガラス基板を製造する場合は、第1〜第3の徐冷工程A1〜A3の全てにおいて、ガラスリボン13の平均冷却速度を、上記式(1)を満たす速度にすることは、実際上極めて困難である。
For example, as shown by a dashed line in FIG. 2, in all of the first to third slow cooling steps A1 to A3, the average cooling rate of the
なお、第2の徐冷工程A2におけるガラスリボン13の平均冷却速度の下限は特に限定されないが、ガラス製造装置1の高さ寸法の制約などを考慮すると、第2の徐冷工程A2におけるガラスリボン13の平均冷却速度は、0.34℃/分以上であることが好ましく、1℃/分以上であることがより好ましく、2℃/分以上であることがさらに好ましく、5℃/分以上であることがなお好ましい。
In addition, although the minimum of the average cooling rate of the
本実施形態において、第1の徐冷工程A1におけるガラスリボン13の平均冷却速度は、第2の徐冷工程A2におけるガラスリボン13の平均冷却速度よりも高い限りにおいて特に限定されないが、第1の徐冷工程A1におけるガラスリボン13の平均冷却速度は、第2の徐冷工程A2におけるガラスリボン13の平均冷却速度よりも5℃/分以上高いことが好ましく、10℃/分以上高いことがより好ましく、15℃/分以上高いことがさらに好ましく、20℃/分以上高いことがなお好ましく、25℃/分以上高いことが特に好ましい。
In the present embodiment, the average cooling rate of the
具体的には、第1の徐冷工程A1におけるガラスリボン13の平均冷却速度は、例えば、30℃/分以上であることが好ましく、35℃/分以上であることがより好ましく、40℃/分以上であることがさらに好ましい。これによれば、第1の徐冷工程A1に要する時間をより短くすることができる。また、第1の徐冷工程A1におけるガラスリボン13の平均冷却速度が低すぎると、溶融ガラスの形状が速やかに定まらないため、ガラスリボン13の形状をコントロールしにくくなる。その結果、ガラスリボン13に反りや歪みが生じやすくなる。
Specifically, the average cooling rate of the
第1の徐冷工程A1におけるガラスリボン13の平均冷却速度は、例えば、300℃/分以下であることが好ましく、150℃/分以下であることがより好ましい。第1の徐冷工程A1におけるガラスリボン13の平均冷却速度が高すぎると、ガラスリボン13を均一に冷却することができず、ガラスリボン13の幅方向において冷却ムラが生じやすくなる。従って、ガラスリボン13の厚みの制御が困難になったり、ガラスリボン13に歪みや反りが生じやすくなったりする傾向にある。
The average cooling rate of the
また、本実施形態において、第3の徐冷工程A3におけるガラスリボン13の平均冷却速度は、第2の徐冷工程A2におけるガラスリボン13の平均冷却速度よりも高い限りにおいて特に限定されないが、第3の徐冷工程A3におけるガラスリボン13の平均冷却速度は、第2の徐冷工程A2におけるガラスリボン13の平均冷却速度よりも20℃/分以上高いことが好ましく、25℃/分以上高いことが好ましく、30℃/分以上高いことがより好ましく、35℃/分以上高いことがさらに好ましく、40℃/分以上高いことが好ましく、45℃/分以上高いことが好ましく、50℃/分以上高いことがなお好ましく、55℃/分以上高いことがよりなお好ましく、60℃/分以上高いことがさらになお好ましく、65℃/分以上高いことが好ましく、70℃/分以上高いことがよりさらになお好ましく、75℃/分以上高いことが特に好ましい。具体的には、第3の徐冷工程A3におけるガラスリボン13の平均冷却速度は、例えば、50℃/分以上であることが好ましく、70℃/分以上であることがより好ましく、90℃/分以上であることがさらに好ましい。これによれば、第3の徐冷工程A3に要する時間をより短くすることができる。但し、第3の徐冷工程A3におけるガラスリボン13の平均冷却速度が高すぎると、ガラスリボン13にクラックや割れが生じやすくなるため、なお、第3の徐冷工程A3におけるガラスリボン13の平均冷却速度は、1000℃/分以下であることが好ましく、500℃/分以下であることがより好ましい。
In the present embodiment, the average cooling rate of the
本実施形態のガラス基板の製造方法は、電気回路パターンなどが表面に形成されるガラス基板など、熱収縮率が小さいことが求められるガラス基板一般の製造に好適に用いることができる。具体的には、本実施形態のガラス基板の製造方法は、例えば、液晶ディスプレイ、エレクトロルミネッセンスディスプレイ、プラズマディスプレイなどのフラットパネルディスプレイ用のガラス基板、電荷結合素子(CCD:Charge Coupled Device)や相補型金属酸化膜半導体(CMOS:Complementary Metal−Oxide Semiconductor device)などの撮像素子用のガラス基板などに好適に用いることができる。なかでも、本実施形態のガラス基板の製造方法は、高精細な電気回路パターンが形成され、かつガラス基板の面積が大きな、フラットパネルディスプレイ用ガラス基板の製造に好適であり、さらには、低温ポリシリコン膜を有する薄膜トランジスタが表面に形成されているガラス基板を備えるフラットパネルディスプレイのガラス基板の製造に特に好適である。 The glass substrate manufacturing method of the present embodiment can be suitably used for general glass substrate manufacturing that requires a low thermal shrinkage rate, such as a glass substrate on which an electric circuit pattern or the like is formed. Specifically, the glass substrate manufacturing method of the present embodiment includes, for example, a glass substrate for a flat panel display such as a liquid crystal display, an electroluminescence display, and a plasma display, a charge coupled device (CCD: Charge Coupled Device), and a complementary type. It can be suitably used for a glass substrate for an image sensor such as a metal oxide semiconductor (CMOS). In particular, the method for manufacturing a glass substrate according to the present embodiment is suitable for manufacturing a glass substrate for a flat panel display in which a high-definition electric circuit pattern is formed and the area of the glass substrate is large. It is particularly suitable for manufacturing a glass substrate of a flat panel display including a glass substrate on which a thin film transistor having a silicon film is formed.
なお、上記実施形態では、第1〜第3の徐冷工程A1〜A3のそれぞれにおいて、一定速度でガラスリボン13を冷却する例について説明したが、第1〜第3の徐冷工程A1〜A3のそれぞれにおいて、ガラスリボン13の冷却速度は一定でなくてもよい。
In the above embodiment, the example in which the
例えば、第2の徐冷工程A2において、ガラスリボン13の徐冷点からガラスリボン13の徐冷点よりも50℃低い温度までの温度範囲におけるガラスリボン13の冷却速度と、ガラスリボン13の徐冷点よりも50℃低い温度からTxまでの温度範囲におけるガラスリボン13の冷却速度とを異ならせてもよい。具体的には、第2の徐冷工程A2において、ガラスリボン13の徐冷点からガラスリボン13の徐冷点よりも50℃低い温度までの温度範囲におけるガラスリボン13の冷却速度を、ガラスリボン13の徐冷点よりも50℃低い温度からTxまでの温度範囲におけるガラスリボン13の冷却速度よりも低くしてもよい。
For example, in the second slow cooling step A2, the cooling rate of the
また、上記実施形態では、オーバーフローダウンドロー法によりガラス基板を製造する例について説明したが、本発明においては、例えば、スロットダウンドロー法などのオーバーフローダウンドロー法以外のダウンドロー法を用いてもよい。 In the above embodiment, an example of manufacturing a glass substrate by the overflow downdraw method has been described. However, in the present invention, for example, a downdraw method other than the overflow downdraw method such as the slot downdraw method may be used. .
(実験例1)
本実験例1では、成形されたガラス基板を用いて、熱収縮率が30ppm、20ppm、10ppmとなる場合の徐冷点と冷却速度との関係を求める実験を行った。
(Experiment 1)
In Experimental Example 1, an experiment was performed to determine the relationship between the annealing point and the cooling rate when the thermal shrinkage rate was 30 ppm, 20 ppm, and 10 ppm using a molded glass substrate.
サンプル1〜4として、下記の表1に示す組成、歪点及び徐冷点を有し、両面が光学研磨されたガラス基板(30mm×160mm×0.7mm)を用意した。そして、各サンプルの周りを耐火物で覆い、各サンプルの徐冷点よりも100℃高い温度まで加熱し、その温度で1時間保持した。次いで8℃/分、16℃/分、30℃/分または300℃/分の冷却速度で徐冷点より50℃低い温度まで徐冷し、その後自然放冷するという熱処理を行った。
As
なお8℃/分の冷却速度で冷却するサンプルは、以下のようにして冷却を行った。まず、徐冷点よりも100℃高い温度に保持されたサンプルを、耐火物に覆われた状態のまま、サンプルの徐冷点の温度に維持されたアニール炉内に移した。次いで、冷却速度が8℃/分となるようにアニール炉の温度コントロールを行いながら徐冷点より50℃低い温度まで冷却した。その後、耐火物により覆われたサンプルをアニール炉から取り出し、耐火物を取り外して、サンプルをアルミ板上に載置して自然放冷した。 The sample cooled at a cooling rate of 8 ° C./min was cooled as follows. First, the sample maintained at a temperature 100 ° C. higher than the annealing point was transferred into an annealing furnace maintained at the annealing temperature of the sample while being covered with the refractory. Next, the temperature was lowered to 50 ° C. below the annealing point while controlling the temperature of the annealing furnace so that the cooling rate was 8 ° C./min. Thereafter, the sample covered with the refractory was removed from the annealing furnace, the refractory was removed, and the sample was placed on an aluminum plate and allowed to cool naturally.
一方、16℃/分、30℃/分及び300℃/分の冷却速度で冷却する各サンプルは、以下のようにして冷却を行った。まず、徐冷点よりも100℃高い温度に保持された各サンプルを熱処理炉から取り出し、耐火物で覆われた状態で空気中で冷却した。次いで、各サンプルの温度が徐冷点から50℃低い温度に達したときに、耐火物を取り外し、各サンプルをアルミ板上に載置して自然放冷した。 On the other hand, each sample cooled at a cooling rate of 16 ° C./min, 30 ° C./min, and 300 ° C./min was cooled as follows. First, each sample maintained at a temperature 100 ° C. higher than the annealing point was taken out of the heat treatment furnace and cooled in the air covered with a refractory. Next, when the temperature of each sample reached 50 ° C. lower than the annealing point, the refractory was removed, and each sample was placed on an aluminum plate and allowed to cool naturally.
なお、アニール炉に入れずに空気中で冷却したサンプルの冷却速度(16℃/分、30℃/分または300℃/分)は、耐火物の量により調整した。具体的には、事前に、熱電対を取り付けたサンプルの冷却を、耐火物の量を変化させて行い、耐火物の量とサンプルの冷却速度との関係を確認し、その結果に基づいて、サンプルの冷却速度が所定の冷却速度となるように耐火物の量を調整した。 The cooling rate (16 ° C./min, 30 ° C./min or 300 ° C./min) of the sample cooled in the air without being put in the annealing furnace was adjusted by the amount of the refractory. Specifically, the sample to which the thermocouple is attached is cooled in advance by changing the amount of the refractory, and the relationship between the amount of the refractory and the cooling rate of the sample is confirmed. The amount of the refractory was adjusted so that the cooling rate of the sample became a predetermined cooling rate.
次に、下記の要領にて、各サンプルの熱収縮率(Ta)を測定した。まず、図8(a)に示すように、ガラス基板25の所定の部位に、直線状のマークM1,M2を間隔をおいて2カ所記入した後に、図8(b)に示すように、ガラス基板25を、マークMと垂直な方向に分断することにより、ガラス板片25aと、ガラス板片25bとを得た。そして、ガラス板片25aのみを、常温から10℃/分の速度で450℃まで昇温し、450℃で10時間保持した後、10℃/分の速度で常温まで冷却した。その後、図8(c)に示すように、熱処理を施したガラス板片25aと、熱処理を施していないガラス板片25bとを並べて接着テープTで固定した状態で、ガラス板片25aのマークM1,M2と、ガラス板片25bのマークM1,M2とのずれ量を測定し、下記式(9)に基づいて熱収縮率を算出した。
Next, the thermal contraction rate (Ta) of each sample was measured in the following manner. First, as shown in FIG. 8 (a), two linear marks M1, M2 are entered at predetermined intervals in a predetermined portion of the
(熱収縮率(ppm))=(Δl1(μm)+Δl2(μm))/l0(m) ……(9)
但し、
l0:ガラス基板25におけるマークM間の距離、
l1:ガラス板片25aのマークM1とガラス板片25bのマークM1との間の距離、
l2:ガラス板片25aのマークM2とガラス板片25bのマークM2との間の距離、
である。
(Thermal shrinkage (ppm)) = (Δl 1 (μm) + Δl 2 (μm)) / l 0 (m) (9)
However,
l 0 : distance between the marks M on the
l 1 : distance between the mark M1 of the
l 2 : distance between the mark M2 of the
It is.
結果を下記の表2及び図3に示す。なお、図3における直線L1は、サンプル1のデータの近似直線(一次の近似曲線)である。直線L2は、サンプル2のデータの近似直線である。直線L3は、サンプル3のデータの近似直線である。直線L4は、サンプル4のデータの近似直線である。直線L1〜L4は、下記の近似式(10)〜(13)で表される。
The results are shown in Table 2 below and FIG. A straight line L1 in FIG. 3 is an approximate straight line (primary approximate curve) of the data of the
近似直線L1:(熱収縮率)=27.617(log10R)−10.849 ……(10)
近似直線L2:(熱収縮率)=19.388(log10R)−8.725 ……(11)
近似直線L3:(熱収縮率)=15.784(log10R)−8.8894 ……(12)
近似直線L4:(熱収縮率)=8.9062(log10R)−6.0868 ……(13)
Approximate straight line L1: (heat shrinkage rate) = 27.617 (log 10 R) -10.849 (10)
Approximate straight line L2: (heat shrinkage rate) = 19.388 (log 10 R) −8.725 (11)
Approximate straight line L3: (heat shrinkage rate) = 15.884 (log 10 R) −8.8894 (12)
Approximate straight line L4: (thermal contraction rate) = 8.99062 (log 10 R) −6.0868 (13)
図3に示すように、各サンプル1〜4の熱収縮率は、冷却速度(R(℃/分))の対数(log10(R(℃/分)))が増加するに従って増加する傾向にあることが分かる。具体的には、熱収縮率と、冷却速度の対数とは、ほぼ一次相関しており、熱収縮率と、冷却速度の対数との関係は、一次関数により好適に近似できることが分かる。
As shown in FIG. 3, the thermal contraction rate of each
次に、上記近似式(10)〜(13)に基づいて、ガラス基板の熱収縮率が30ppmとなる冷却速度を算出した。その結果を下記の表3及び図4に示す。 Next, based on the above approximate expressions (10) to (13), a cooling rate at which the thermal shrinkage rate of the glass substrate was 30 ppm was calculated. The results are shown in Table 3 below and FIG.
図4に示すように、ガラス基板の熱収縮率が30ppmとなる冷却速度の対数は、徐冷点が増大するに従って増大する傾向にあることが分かる。ガラス基板の熱収縮率が30ppmとなる冷却速度の対数と、徐冷点とのデータに対する近似曲線のフィッティングを行った結果、図4に示す場合では、直線をフィッティングした場合の相関係数よりも、二次曲線をフィッティングした場合の相関係数の方が高くなった。また、三次曲線をフィッティングした場合の相関係数は二次曲線をフィッティングした場合の相関係数と同等であった(0.995以上)。具体的には、二次曲線をフィッティングした場合の相関係数は、1.000であり、直線をフィッティングした場合の相関係数は0.990であり、三次曲線をフィッティングした場合の相関係数は、1.000であった。二次曲線により十分に高い相関係数でフィッティングできているため、図4に示す場合では、下記二次関数(14)で表される近似曲線C1を採用した。 As shown in FIG. 4, it can be seen that the logarithm of the cooling rate at which the thermal shrinkage rate of the glass substrate becomes 30 ppm tends to increase as the annealing point increases. As a result of fitting an approximate curve to the logarithm of the cooling rate at which the thermal shrinkage rate of the glass substrate becomes 30 ppm and the annealing point, in the case shown in FIG. When the quadratic curve was fitted, the correlation coefficient was higher. Moreover, the correlation coefficient when fitting a cubic curve was equivalent to the correlation coefficient when fitting a quadratic curve (0.995 or more). Specifically, the correlation coefficient when fitting a quadratic curve is 1.000, the correlation coefficient when fitting a straight line is 0.990, and the correlation coefficient when fitting a cubic curve Was 1.000. Since the fitting can be performed with a sufficiently high correlation coefficient by the quadratic curve, the approximate curve C1 represented by the following quadratic function (14) is adopted in the case shown in FIG.
近似曲線C1:log10R=0.00018361Ta2−0.23414Ta+75.29 ……(14) Approximate curve C1: log 10 R = 0.00018361Ta 2 −0.23414Ta + 75.29 (14)
以上の結果から、得られるガラス基板の熱収縮率を30ppm以下にするためには、徐冷工程において、下記の式(1)を満たすようにガラスリボンを冷却すればよいことが分かる。
From the above results, it is understood that the glass ribbon may be cooled so as to satisfy the following formula (1) in the slow cooling step in order to make the thermal shrinkage of the obtained
log10R≦0.00018361Ta2−0.23414Ta+75.29 ……(1)
但し、
R:ガラスリボンの平均冷却速度(℃/分)、
Ta:ガラスリボンの徐冷点(℃)、
である。
log 10 R ≦ 0.00018361Ta 2 −0.23414Ta + 75.29 (1)
However,
R: Average cooling rate of glass ribbon (° C / min),
Ta: annealing point of glass ribbon (° C),
It is.
次に、上記近似式(10)〜(13)に基づいて、ガラス基板の熱収縮率が23ppmとなる冷却速度を算出した。その結果を下記の表4及び図5に示す。 Next, a cooling rate at which the thermal shrinkage rate of the glass substrate was 23 ppm was calculated based on the above approximate expressions (10) to (13). The results are shown in Table 4 below and FIG.
図5に示すように、ガラス基板の熱収縮率が23ppmとなる冷却速度の対数は、徐冷点が増大するに従って増大する傾向にあることが分かる。ガラス基板の熱収縮率が23ppmとなる冷却速度の対数と、徐冷点とのデータに対する近似曲線のフィッティングを行った結果、図5に示す場合においても、上述の図4に示す場合と同様に、二次曲線をフィッティングした場合、十分な高さの相関係数が得られた。このため、図5に示す場合では、下記二次関数(15)で表される近似曲線C2を採用した。なお、近似曲線C2を採用した場合、相関係数は、1.000であった。 As shown in FIG. 5, it can be seen that the logarithm of the cooling rate at which the thermal shrinkage rate of the glass substrate becomes 23 ppm tends to increase as the annealing point increases. As a result of fitting an approximate curve to the logarithm of the cooling rate at which the thermal shrinkage rate of the glass substrate becomes 23 ppm and the annealing point, the case shown in FIG. 5 is the same as the case shown in FIG. When a quadratic curve was fitted, a sufficiently high correlation coefficient was obtained. For this reason, in the case shown in FIG. 5, the approximate curve C2 represented by the following quadratic function (15) was adopted. When the approximate curve C2 was adopted, the correlation coefficient was 1.000.
近似曲線C2:log10R=0.00013786Ta2−0.17422Ta+55.53 ……(15) Approximate curve C2: log 10 R = 0.00013786Ta 2 −0.17422Ta + 55.53 (15)
以上の結果から、得られるガラス基板の熱収縮率を23ppm以下にするためには、徐冷工程において、下記の式(2)を満たすようにガラスリボンを冷却すればよいことが分かる。 From the above results, it can be seen that the glass ribbon may be cooled so as to satisfy the following formula (2) in the slow cooling step in order to reduce the thermal shrinkage of the obtained glass substrate to 23 ppm or less.
log10R≦0.00013786Ta2−0.17422Ta+55.53 ……(2) log 10 R ≦ 0.00013786Ta 2 −0.17422Ta + 55.53 (2)
次に、上記近似式(10)〜(13)に基づいて、ガラス基板の熱収縮率が20ppmとなる冷却速度を算出した。その結果を下記の表5及び図6に示す。 Next, a cooling rate at which the thermal shrinkage rate of the glass substrate was 20 ppm was calculated based on the above approximate expressions (10) to (13). The results are shown in Table 5 below and FIG.
図6に示すように、ガラス基板の熱収縮率が20ppmとなる冷却速度の対数は、徐冷点が増大するに従って増大する傾向にあることが分かる。ガラス基板の熱収縮率が20ppmとなる冷却速度の対数と、徐冷点とのデータに対する近似曲線のフィッティングを行った結果、図6に示す場合においても、上述の図4及び図5に示す場合と同様に、二次曲線をフィッティングした場合、十分な高さの相関係数が得られた。このため、図6に示す場合では、下記二次関数(16)で表される近似曲線C3を採用した。なお、近似曲線C3を採用した場合、相関係数は、1.000であった。 As shown in FIG. 6, it can be seen that the logarithm of the cooling rate at which the thermal shrinkage rate of the glass substrate becomes 20 ppm tends to increase as the annealing point increases. As a result of fitting the approximate curve to the logarithm of the cooling rate at which the thermal shrinkage rate of the glass substrate becomes 20 ppm and the annealing point, the case shown in FIG. 4 and FIG. Similarly, when a quadratic curve was fitted, a sufficiently high correlation coefficient was obtained. For this reason, in the case shown in FIG. 6, the approximate curve C3 represented by the following quadratic function (16) was adopted. When the approximate curve C3 was employed, the correlation coefficient was 1.000.
近似曲線C3:log10R=0.00011821Ta2−0.14847Ta+47.03 ……(16) Approximate curve C3: log 10 R = 0.00011821Ta 2 −0.14847Ta + 47.03 (16)
以上の結果から、得られるガラス基板の熱収縮率を20ppm以下にするためには、徐冷工程において、下記の式(3)を満たすようにガラスリボンを冷却すればよいことが分かる。
From the above results, it can be seen that in order to make the thermal shrinkage of the obtained
log10R≦0.00011821Ta2−0.14847Ta+47.03 ……(3) log 10 R ≦ 0.00011821Ta 2 −0.14847Ta + 47.03 (3)
次に、上記近似式(10)〜(13)に基づいて、ガラス基板の熱収縮率が10ppmとなる冷却速度を算出した。その結果を下記の表6及び図7に示す。 Next, the cooling rate at which the thermal shrinkage rate of the glass substrate was 10 ppm was calculated based on the above approximate expressions (10) to (13). The results are shown in Table 6 below and FIG.
図7に示すように、ガラス基板の熱収縮率が10ppmとなる冷却速度の対数は、徐冷点が増大するに従って増大する傾向にあることが分かる。ガラス基板の熱収縮率が10ppmとなる冷却速度の対数と、徐冷点とのデータに対する近似曲線のフィッティングを行った結果、図7に示す場合においても、上述の図4、図5及び図6に示す場合と同様に、二次曲線をフィッティングした場合の相関係数が最も高かった。このため、図7に示す場合では、下記二次関数(17)で表される近似曲線C4を採用した。なお、近似曲線C4を採用した場合、相関係数は、0.998であった。 As shown in FIG. 7, it can be seen that the logarithm of the cooling rate at which the thermal shrinkage rate of the glass substrate becomes 10 ppm tends to increase as the annealing point increases. As a result of fitting an approximate curve to the data of the logarithm of the cooling rate at which the thermal shrinkage rate of the glass substrate becomes 10 ppm and the annealing point, FIG. 7, FIG. 5, FIG. Similarly to the case shown in Fig. 5, the correlation coefficient when the quadratic curve was fitted was the highest. For this reason, in the case shown in FIG. 7, the approximate curve C4 represented by the following quadratic function (17) was adopted. When the approximate curve C4 was employed, the correlation coefficient was 0.998.
近似曲線C4:log10R=0.000054326Ta2−0.064985Ta+19.56 ……(17) Approximate curve C4: log 10 R = 0.000054326Ta 2 −0.064985Ta + 19.56 (17)
以上の結果から、得られるガラス基板の熱収縮率を10ppm以下にするためには、徐冷工程において、下記の式(4)を満たすようにガラスリボンを冷却すればよいことが分かる。
From the above results, it is understood that the glass ribbon may be cooled so as to satisfy the following formula (4) in the slow cooling step in order to make the thermal shrinkage of the obtained
log10R≦0.000054326Ta2−0.064985Ta+19.56 ……(4) log 10 R ≦ 0.000054326Ta 2 −0.064985Ta + 19.56 (4)
(実験例2)
本実験例2では、実験例1において算出した条件式(1)が、ダウンドロー法により成形したガラスリボンの徐冷にも適用可能であることを確認する実験を行った。具体的には、図1に示すガラス製造装置1の成形体11に溶融ガラスを供給し、ローラー対14,22を用いてガラスリボンを成形した。ガラスリボンの幅は、1500mmであり、厚みは、0.7mmとした。そして、長さLの徐冷炉にて下記の表7及び表8に示す徐冷条件で徐冷し、冷却室23にて自然冷却した後、切断し、ガラス基板を作製した。その後、ガラス基板の熱収縮率、仮想温度、平均表面粗さ(Ra)、歪み値、反り値を測定した。測定結果を、下記の表7及び表8に示す。
(Experimental example 2)
In Experimental Example 2, an experiment was conducted to confirm that the conditional expression (1) calculated in Experimental Example 1 can be applied to slow cooling of a glass ribbon formed by the downdraw method. Specifically, molten glass was supplied to the molded
なお、ガラス基板の熱収縮率は、上記実験例1と同様の手順で算出した。 In addition, the thermal contraction rate of the glass substrate was computed in the same procedure as the said Experimental example 1.
ガラス基板の仮想温度は、以下の要領で測定した。ガラス基板を700℃に加熱した電気炉内に投入し、1時間保持した。その後、ガラス基板をアルミ板上で急冷した後に、熱収縮率を測定した。同様の熱処理を、720℃、740℃、760℃として行い、同様に熱収縮率を測定した。そして、熱処理温度と、熱収縮率とのデータを一次の近似曲線で近似し、その一次の近似曲線から熱収縮率が0ppmとなる熱処理温度を求め、その熱処理温度を仮想温度とした。 The fictive temperature of the glass substrate was measured as follows. The glass substrate was put into an electric furnace heated to 700 ° C. and held for 1 hour. Thereafter, the glass substrate was rapidly cooled on an aluminum plate, and then the thermal shrinkage rate was measured. The same heat treatment was performed at 720 ° C., 740 ° C., and 760 ° C., and the heat shrinkage rate was measured in the same manner. Then, the data of the heat treatment temperature and the heat shrinkage rate are approximated by a first order approximate curve, the heat treatment temperature at which the heat shrinkage rate becomes 0 ppm is obtained from the first order approximate curve, and the heat treatment temperature is set as a virtual temperature.
ガラス基板の平均表面粗さ(Ra)は、SEMI D7−94「FPDガラス基板の表面粗さの測定方法」に準拠して測定した。 The average surface roughness (Ra) of the glass substrate was measured according to SEMI D7-94 “Measurement method of surface roughness of FPD glass substrate”.
ガラス基板の歪み値は、ユニオプト社製歪計を用いて光ヘテロダイン法により測定した。 The strain value of the glass substrate was measured by an optical heterodyne method using a strain meter manufactured by UNIOPT.
ガラス基板の反り値は、ガラス基板の中央部から切り出した550mm×650mmの大きさの試料を東芝社製ガラス基板反り測定機により測定した。 The warpage value of the glass substrate was measured with a glass substrate warpage measuring machine manufactured by Toshiba Corp. with a sample having a size of 550 mm × 650 mm cut out from the center of the glass substrate.
下記表7,8に示す板引き速度は、引張ローラーの周速度を意味する。 The drawing speed shown in Tables 7 and 8 below means the peripheral speed of the tension roller.
徐冷点(Ta)が705℃である場合、上記式(1)より、熱収縮率を30ppm以下にするためには、徐冷工程における冷却速度を30℃/分以下にする必要があることとなる。このため、上記実験例1において算出した条件式(1)が、ダウンドロー法により成形したガラスリボンの徐冷にも適用可能であるとすれば、冷却速度が30℃/分より大きな実験例2−1及び実験例2−2の熱収縮率が30ppmより大きくなり、冷却速度が30℃/分以下であるそれ以外の実験例2−3〜実験例2−7の熱収縮率が30ppm以下となるはずである。ここで、表7及び表8に示す結果を見ると、実際のガラス基板の成形を行った実験例2においても、上記式(1)と合致する結果が得られていることが分かる。この結果から、実験例1において算出した条件式(1)が、ダウンドロー法により成形したガラスリボンの徐冷にも適用可能であることが分かる。
When the annealing point (Ta) is 705 ° C., from the above formula (1), it is necessary to set the cooling rate in the annealing step to 30 ° C./min or less in order to make the
さらに、表7及び表8に示すとおり、実験例1において算出した近似直線L1((熱収縮率)=27.617(log10R)−10.849 ……(10))より算出される熱収縮率と、実際に測定された熱収縮率とは、ほぼ一致した。この結果からも、実験例1において算出した条件式(1)が、ダウンドロー法により成形したガラスリボンの徐冷にも適用可能であることが分かる。 Furthermore, as shown in Table 7 and Table 8, the heat calculated from the approximate straight line L1 calculated in Experimental Example 1 ((heat shrinkage rate) = 27.617 (log 10 R) -10.849 (10)). The shrinkage rate and the actually measured thermal shrinkage rate almost coincided. Also from this result, it is understood that the conditional expression (1) calculated in Experimental Example 1 can be applied to the slow cooling of the glass ribbon formed by the downdraw method.
また、実験例2−5と実験例2−6との比較から、第1の徐冷工程における冷却速度は、熱収縮率に大きく影響していないことが分かる。 Moreover, it turns out from the comparison with Experimental example 2-5 and Experimental example 2-6 that the cooling rate in a 1st slow cooling process has not influenced the thermal contraction rate largely.
また、実験例2−4と実験例2−7との比較から、Txを低くした方が熱収縮率を小さくできることが分かる。 Further, from comparison between Experimental Example 2-4 and Experimental Example 2-7, it can be seen that lowering Tx can reduce the thermal shrinkage rate.
1…ガラス製造装置
10…成形炉
11…成形体
12…溶融ガラス
13…ガラスリボン
14…ローラー対
20…徐冷炉
20a…第1の徐冷ゾーン
20b…第2の徐冷ゾーン
20c…第3の徐冷ゾーン
21…ヒーター
22…引張ローラー対
23…冷却室
24…切断室
25…ガラス基板
25a、25b…ガラス板片
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記ガラスリボンを徐冷する徐冷工程と、
前記徐冷工程の後に、前記ガラスリボンを切断してガラス基板を得る切断工程とを備えるガラス基板の製造方法であって、
前記ガラスリボンの徐冷点(Ta)が705〜774℃であり、
前記徐冷工程において、Txを前記ガラスリボンの徐冷点よりも50℃低い温度より低く、前記ガラスリボンの徐冷点よりも200℃低い温度以上である温度としたときに、前記ガラスリボンの徐冷点から前記Txまでの間の温度範囲における前記ガラスリボンの平均冷却速度が下記式(3)を満たすように前記ガラスリボンを冷却するガラス基板の製造方法。
log 10 R≦0.00011821Ta 2 −0.14847Ta+47.03 ……(3)
但し、
R:ガラスリボンの平均冷却速度(℃/分)、
Ta:ガラスリボンの徐冷点(℃)、
である。 A forming step of forming molten glass into a ribbon-like glass ribbon by a downdraw method;
A slow cooling step of slowly cooling the glass ribbon;
After the slow cooling step, a glass substrate manufacturing method comprising a cutting step of cutting the glass ribbon to obtain a glass substrate,
The annealing point (Ta) of the glass ribbon is 705 to 774 ° C.,
In the slow cooling step, when Tx is set to a temperature that is lower than a temperature that is 50 ° C. lower than the slow cooling point of the glass ribbon and is equal to or higher than a temperature that is 200 ° C. lower than the slow cooling point of the glass ribbon, The manufacturing method of the glass substrate which cools the said glass ribbon so that the average cooling rate of the said glass ribbon in the temperature range from an annealing point to the said Tx may satisfy | fill following formula ( 3 ).
log 10 R ≦ 0.00011821Ta 2 −0.14847Ta + 47.03 (3)
However,
R: Average cooling rate of glass ribbon (° C / min),
Ta: annealing point of glass ribbon (° C),
It is.
log10RMAX≦0.00018361Ta2−0.23414Ta+75.29
……(5)
但し、
RMAX:ガラスリボンの最大冷却速度(℃/分)、
Ta:ガラスリボンの徐冷点(℃)、
である。 In the slow cooling step, the maximum cooling rate of the glass ribbon in the temperature range from the slow cooling point of the glass ribbon to a temperature lower by 50 ° C. than the slow cooling point of the glass ribbon satisfies the following formula (5): The method for producing a glass substrate according to claim 1, wherein the glass ribbon is cooled as described above.
log 10 R MAX ≦ 0.00018361Ta 2 −0.23414Ta + 75.29
...... (5)
However,
R MAX : Maximum cooling rate of glass ribbon (° C / min),
Ta: annealing point of glass ribbon (° C),
It is.
log10R≦0.000054326Ta2−0.064985Ta+19.56
……(4) Any of Claims 1-3 which cool the said glass ribbon in the said slow cooling process so that the average cooling rate of the glass ribbon in the temperature range from the slow cooling point of the said glass ribbon to the said Tx may satisfy | fill following formula (4). A method for producing a glass substrate according to claim 1 .
log 10 R ≦ 0.000054326Ta 2 −0.064985Ta + 19.56
...... (4)
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