JP6749608B2 - ガラス基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、使用者からのタッチ操作を受け付けるカバーガラス等に使用されるガラス基板の製造方法に関し、特に端面の強度が向上したガラス基板の製造方法に関する。

近年、タッチパネルは直感的な操作が可能になるという利点により、使用者が機器を操作する際のインターフェースとして幅広い分野に採用されている。タッチパネル用のカバーガラスは、タッチパネルが使用者に露出する側に配置されており、アイコン等が表示されているタッチ操作領域を使用者が視認しながら行うタッチ操作を受け付けるように構成されている。カバーガラスの平坦性や高い透明度によるデザイン性の向上により、従来ならば、物理的なボタンやキーボードが用いられていた機器にも、タッチパネルへ置き換える動きが広がっている。例えば、スマートフォン等の携帯用電子端末では、ほとんどの操作をタッチパネルによって行うことができる。

カバーガラスに使用されるガラス基板の主面は、化学強化処理によって圧縮応力層が形成されているため、タッチ操作や日常的な衝撃等で破損することはほとんどない。しかし、カバーガラスの端面は主面より強度が低く、微小な傷が存在する場合には、わずかな衝撃が加わっただけで破損することもある。

そこで、従来技術のなかには、エッチング処理でガラス基板を分断することによって端面の強度を向上させる技術があった（例えば、特許文献１参照。）。スクライブブレーク等の機械加工を行わずにエッチング処理で分断することによって、端面の細かな傷を除去することができるので、カバーガラスの強度が向上するとされている。

特許第５６５４０７２号公報

しかし、ガラス基板をエッチング処理によって分断しているため、ガラス基板の板厚方向の中心部に凸状の突起部が形成されてしまう。エッチングは等方的に進行するため、突起部は必然的に形成されてしまう。突起部は、先細りした形状であり、端面の中でも強度が低く、わずかな衝撃でも破損したり欠けたりすることがある。このため、分断処理後も追加でエッチング処理を行い、突起部の突出距離を短くする必要がある場合があった。

また、追加のエッチング処理以外にも分断後に所望の形状に加工するために機械研磨で端面を研削する処理を行うこともある。機械研磨では、端面に細かな傷が発生するため、突起部が研削されたとしても強度が向上するとは限らなかった。このように、エッチング処理での分断は追加の端面加工が必要な場合があり、より効率的な加工方法が求められていた。

本発明の目的は、使用者からのタッチ操作を受け付けるカバーガラス等に使用されるガラス基板の製造方法において、強度の高い端面を有するガラス基板の製造方法を提供することである。

本発明に係るガラス基板の製造方法は、保護ステップ、パターニングステップ、エッチングステップ、分断ステップおよび薄型化ステップを含んでいる。保護ステップは、少なくとも耐エッチング性を有する保護層でガラス基板の両主面を被覆する工程である。パターニングステップは、所望の形状に加工するための加工パターンに沿って第１の主面における保護層の一部を除去する工程である。エッチングステップは、ガラス基板とエッチング液を接触させることによりガラス基板の第１の主面に凹状の切断予定溝を形成する工程である。分断ステップは、切断予定溝に沿って主面に対して垂直に切断することによって、ガラス基板を分断する工程である。薄型化ステップは、保護層を除去した後にエッチング液と接触させることによりガラス基板の薄型化を行う工程である。

本発明では、エッチング処理と分断処理を組み合わせて行うことによって、ガラス基板の端面が凸形状を形成することなくガラス基板を分断することが可能になる。端面には、突出部が存在しないため、追加の端面処理を行うことなく、強度の高い端面を形成することができる。また、端面は最終的にウェットエッチングによって細かな傷が除去されるため、圧縮応力層が形成されていなくとも、強度を維持することができる。

また、薄型化ステップでは、ガラス基板の端面を断面視において、第２の主面側が最も突出するくさび形状に形成することが好ましい。特に、タッチパネル等を保護するカバーガラスでは、第２の主面側をタッチパネルのような被保護物に載置することにより、被保護物の端面まで確実に保護することが可能になる。また、突起部のような強度が著しく低い領域が存在しないため、カバーガラスがより破損しにくくなる。

本発明によれば、強度の高い端面を有するガラス基板を提供することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るカバーガラスを示す図である。 タッチパネル上に載置されたカバーガラスを示す図である。 ガラス母材を示す図である。 カバーガラスの製造プロセスを示す図である。 薄型化工程における端面の形状変化を示す図である。

ここから、図面を用いて本発明の一実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態によって製造されたカバーガラス１０の側面を示す図である。カバーガラス１０は、第１の主面１２および第２の主面１４を有するガラス基板である。ガラス基板としてはアルミノシリケートガラスを使用することが好ましいが、特に限定はされず、ソーダガラスや無アルカリガラスを使用しても良い。カバーガラス１０の板厚は、０.１〜１.５ｍｍ程度あることが好ましいが、特に制限はない。また、必要に応じて、圧縮応力層が形成されても良い。圧縮応力層は公知のイオン交換法によって形成することができ、形成される圧縮応力層の厚みは５〜１００μｍの範囲で調整される。

カバーガラス１０の端面は、第１の主面１２よりも第２の主面１４の方が延出するくさび型を呈している。また、第１の主面１２および第２の主面１４との接続部は、曲面形状を呈している。このような形状は、後述するエッチング処理によって形成することが可能である。一方の端面側に端面が延出することによって、図２（Ａ）に示すようにカバーガラス１０をタッチパネル１６上に配置した場合、タッチパネル１６の周縁部まで確実に保護することが可能になる。また、カバーガラス１０もタッチパネル１６の端部よりも延出した領域がなくなるため、端面に衝撃が加わるおそれが少なくなる。

図２（Ｂ）に示すように、板厚方向の中心部に突起部１８が存在するカバーガラス１０１を使用する場合、タッチパネル１６の周縁部を保護することが困難になる。また、突起部１８がタッチパネル１６の端部からはみ出してしまうため、突起部１８に衝撃が加わりやすくなる。さらに、突起部１８を支持する部材も存在しないため、わずかな衝撃で破損してしまうおそれがある。

カバーガラス１０の端面は、断面視において円弧状を呈する。また、端面の曲面部分の幅（Ｄ１）は、カバーガラス１０の板厚（Ｔ１）よりも短くなるように形成されることが好ましい。端面の曲面部分の幅（Ｄ１）が大きくなることに起因して、端面の延出距離が長くなることで、端面の強度は低下してしまう。端面の曲面部分の幅（Ｄ１）が板厚（Ｔ１）よりも短くなることによって、カバーガラス１０の強度を向上させることが可能になる。

ここから、図３〜図５を用いてカバーガラス１０の製造方法を説明する。カバーガラス１０を製造する場合は、通常、複数のカバーガラス１０が面取りされた大型のガラス母材２０を使用する（図３（Ａ）参照。）。カバーガラス１０は、ガラス母材２０から個片に分断されることによって、所望の形状を形成される。

まず、ガラス母材２０は、図３（Ｂ）に示すように耐エッチング性を有する保護フィルム２２によって両主面が被覆される。本実施形態では、保護フィルム２２として、少なくともフッ酸に対する耐性を有する自己粘着型フィルムを使用した。また、フィルム以外にも、フッ酸に対する耐性を有していれば、樹脂剤やレジスト剤を使用しても良い。

保護フィルム２２で両主面を被覆した後に、ガラス母材２０のエッチングすべき領域から保護フィルム２２を除去するパターニング処理が行われる。本実施形態では、レーザ装置を用いてカバーガラス１０の周辺部の保護フィルム２２を除去した。また、このパターニング処理は、第１の主面１２側のみ行われる。パターニング処理によって、第１の主面１２側のガラス基板が所望の加工パターンに沿って露出する。なお、感光性レジスト材を利用してガラス母材２０を被覆する場合は、フォトリソグラフィを利用してパターニングを行うことも可能である。

保護フィルム２２がパターニング処理されたガラス母材２０は、エッチング処理が行われることによってパターニングされた領域に凹状の切断予定溝２４が形成される。エッチング処理は、少なくともフッ酸を含むエッチング液とガラス母材２０を接触させることによって行われる。また、エッチング液は、フッ酸以外にも塩酸等の無機酸や界面活性剤が含まれていても良い。

ガラス母材２０をエッチングする場合は、所望の搬送機構によって水平方向に搬送されるガラス母材２０に対してエッチング液を噴射する枚葉タイプのエッチング装置やエッチング液が収容されたエッチング槽にガラス母材２０を浸漬するディップ方式のエッチング装置を使用することができる。

切断予定溝２４は、エッチング処理によって第１の主面側に形成された凹状の領域である。ガラス母材２０に圧縮応力層が形成されている場合、切断予定溝２４は、少なくとも圧縮応力層よりも深く形成することが好ましい。切断予定溝２４が圧縮応力層を超えない場合、後工程におけるガラス母材２０の分断が困難になったり、分断時にガラス母材２０が破損したりするといった不具合が発生する。また、切断予定溝２４の深さは、ガラス母材２０の板厚の半分以下になるように形成することが好ましい。切断予定溝２４の深さをこの範囲に設定することにより後工程での処理後の端面が衝撃に強い形状に形成される。

続いて、切断予定溝２４に沿ってガラス母材２０を切断する。ガラス母材２０の切断は、公知のスクライブブレークやレーザ装置等を使用することができる。カバーガラス１０の輪郭部が曲線領域を有している場合は、レーザ装置を使用することが好ましい。分断処理を行う際は、切断予定溝２４の底面から第２の主面１４に向かって、主面に対して垂直方向の分断面２６が形成され、個片のガラス基板に分断される。なお、分断にレーザ装置を利用した場合、反射ミラーの反射等の影響により分断面２６が主面に対して垂直ではないことが考えられるが、本発明における主面に対して垂直方向とは、ガラス基板の主面に対して、９０±５度の範囲を含んだ意味に解釈するものとする。

個片に分断されたカバーガラス１０は、保護フィルム２２が剥がされる。保護フィルム２２は、物理的な力を加えることによって剥離することが可能である。また、剥離液等を利用して剥離しても良い。保護フィルム２２を個片に分離後に剥離することによって生産性が低下するおそれがあるが、ガラス母材２０の分断時にガラス小片が主表面に付着することを防止することができる。

保護フィルム２２が剥離されたカバーガラス１０は、再びエッチング処理が行われる。このエッチング処理では、エッチング液を接触させることによってカバーガラス１０の薄型化処理が行われる。薄型化処理も枚葉式やディップ式のエッチング装置を用いて行うことができる。

カバーガラス１０を薄型化することによって、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）に示すように、円弧状の切断予定溝２４および分断面２６の形状が徐々に変化する。板厚が薄くなるにしたがって、切断予定溝２４および分断面２６の境界部が丸みを帯びてきて（図５（Ｂ）参照。）、最終的に端面が徐々にくさび形状を呈するようになる。ガラス基板のエッチング量としては、ガラス母材２０の元の板厚に対して、２０〜４５％薄型化することが好ましい。この範囲で薄型化することによって、カバーガラス１０の端面が断面視において、第２の主面１４側が最も突出するようなくさび形状に形成される。

薄型化されたカバーガラス１０は、圧縮応力層の形成や配線層の形成等の後処理が適宜行われる。本発明によれば、薄型化処理時に、強度の高い端面形状を形成することが可能になるので、後工程では、端面加工を行う必要がない。また、カバーガラス１０の端面の形成と同時に薄型化処理も同時に行うことができるため、高強度の薄型カバーガラスを製造することが可能になる。

上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０‐カバーガラス
１２‐第１の主面
１４‐第２の主面
２０‐ガラス母材
２２‐保護フィルム
２４‐切断予定溝
２６‐分断面

Claims (2)

1. カバーガラスに使用されるガラス基板の製造方法であって、
   少なくとも耐エッチング性を有する保護層でガラス基板の両主面を被覆する保護ステップと、
   所望の形状に加工するための加工パターンに沿って第１の主面のみから前記保護層の一部を除去するパターニングステップと、
   前記ガラス基板とエッチング液を接触させることにより前記ガラス基板の第１の主面のみに凹状の切断予定溝を形成するエッチングステップと、
   前記切断予定溝に沿って主面に対して垂直に切断することによって、前記ガラス基板を分断する分断ステップと、
   前記保護層を除去した後にエッチング液と接触させることにより前記ガラス基板の薄型化しつつ、端面が断面視円弧状になるようにエッチングする薄型化ステップと、
   を含むことを特徴とするガラス基板の製造方法。
2. 前記薄型化ステップは、前記ガラス基板の端面を断面視において、第２の主面側が最も突出するくさび形状に形成することを特徴とする請求項１に記載のガラス基板の製造方法。

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