KR20150137046A

KR20150137046A - 플랫 패널 디스플레이용 유리 기판 및 그 제조 방법, 및 액정 디스플레이

Info

Publication number: KR20150137046A
Application number: KR1020157007658A
Authority: KR
Inventors: 고우 하마가미
Original assignee: 아반스트레이트 가부시키가이샤
Priority date: 2014-04-18
Filing date: 2014-04-18
Publication date: 2015-12-08
Also published as: CN105209966B; JPWO2015159419A1; KR20150142668A; JP5769895B1; KR101657429B1; WO2015159419A1; KR101744431B1; CN105209966A

Abstract

고콘트라스트의 플랫 패널 디스플레이의 유리 기판으로서, 투광성을 갖지 않고, 긴 변 길이가 50㎛를 초과하고, 짧은 변 길이가 5㎛ 미만인 내부 결함과, 상기 내부 결함의 위치에 대응하는 상기 유리 기판의 주 표면 상의 위치에, 상기 주 표면으로부터의 높이가 0.15㎛ 미만인 볼록부를 갖는 유리 기판을 사용한다.

Description

플랫 패널 디스플레이용 유리 기판 및 그 제조 방법, 및 액정 디스플레이 {GLASS SUBSTRATE FOR FLAT PANEL DISPLAY AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME, AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY}

본 발명은, 플랫 패널 디스플레이용 유리 기판 및 그 제조 방법, 액정 디스플레이에 관한 것이다.

액정 디스플레이, 플라즈마 디스플레이 등의 플랫 패널 디스플레이에 사용되는 유리 기판에는, 유리 기판 중에 존재하는 내부 결함에 대해 요구되는 기준이 있다. 기준을 만족시키지 않는 유리 기판은, 폐기 처분 등이 되고 있었다.

그러나, 내부 결함이 광을 차단하는 일이 없는 기포인 경우는, 유리 기판이 내부 결함을 갖는 경우라도 불량품이라고는 판별하지 않는 판별 방법이 제안되어 있다(특허문헌 1 참조).

이에 대해, 이물질 등의 투광성을 갖지 않는 내부 결함에 대해서는, 여전히 엄격한 기준이 적용되고 있고, 특히 액정 디스플레이용 유리 기판에 있어서는, 유리 기판 중에 소정의 사이즈를 초과하는 크기의 내부 결함이 존재하는 경우, 불량품이라고 판별된다.

일본 특허 제4618426호 공보

본 발명은, 고콘트라스트의 플랫 패널 디스플레이에 사용하는 것이 가능한 유리 기판 및 그 제조 방법, 및 액정 디스플레이를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자는, 예의 검토한 결과, 예를 들어 IPS(In-Place-Switching) 방식, VA(Virtical Alignment) 방식 등의 고콘트라스트의 액정 디스플레이에서는, 종래의 액정 디스플레이에서는 품질상 문제가 되지 않았던 유리 기판 주 표면의 볼록부가, 디스플레이의 품질에 크게 영향을 미치는 것을 발견하였다. 이때, 내부 결함이 투광성을 갖지 않고, 내부 결함의 긴 변 길이가 50㎛를 초과하는 경우라도, 짧은 변 길이가 5㎛ 미만이고, 또한 내부 결함에 기인하는 볼록부가, 유리 기판의 주 표면에 있어서 소정 높이 이상 형성되지 않으면, 고화질 디스플레이용의 유리 기판에도 사용 가능한 것을 발견하였다. 보다 구체적으로는, 유리 기판 상에 볼록부가 존재하는 경우라도, 볼록부의 높이가 0.15㎛ 미만인 경우는, 상기 볼록부가 디바이스 형성측의 면에 사용되었다고 해도, 품질상 문제가 되지 않는 것을 발견하였다.

본 발명자는, 이상의 지견에 기초하여, 본 발명을 완성시켰다.

즉, 본 발명의 일 형태에 관한 플랫 패널 디스플레이용 유리 기판은,

유리 기판으로서,

긴 변 길이가 50㎛를 초과하고, 짧은 변 길이가 5㎛ 미만인 차광성의 내부 결함과,

상기 내부 결함의 위치에 대응하는 상기 유리 기판의 주 표면 상의 위치에 형성되고, 상기 주 표면으로부터의 높이가 0.15㎛ 미만인 볼록부를 갖는 유리 기판을, 플랫 패널 디스플레이 유리 기판으로서 사용하는 것을 특징으로 한다.

차광성의 내부 결함이 유리 중에 존재하면, 표시 화소의 결함 등에 의해 디스플레이 품질상의 문제를 발생시킨다.

또한, 내부 결함이 유리 기판의 주 표면 근방에 존재하면, 유리 기판의 주 표면에는 볼록부가 형성되기 쉽다.

특히, 소정의 크기를 초과하는 차광성의 내부 결함에 기인하여 주 표면에 볼록부가 형성된 유리 기판은, 고콘트라스트의 디스플레이에 사용되면 품질면에서 문제가 발생한다고 하여, 일률적으로 불량품이라고 판별되고 있었다. 그러나, 긴 변 길이가 50㎛를 초과하고, 짧은 변 길이가 5㎛ 미만인 내부 결함에 기인하여 형성되는 볼록부가 유리 기판의 주 표면에 존재하는 경우라도, 볼록부의 유리 기판의 주 표면으로부터의 높이가 0.15㎛ 미만인 경우에는, 고콘트라스트의 디스플레이에 사용해도 문제가 발생하지 않는 것도 알 수 있었다.

따라서, 본 발명에서는, 종래, 제품으로서 품질상 문제가 되지 않음에도 불구하고, 상기한 바와 같은 내부 결함이 존재한다는 이유만으로 불량품이라고 취급되고 있었던 유리 기판을 제품으로서 사용할 수 있도록 하여, 유리 기판 제조의 수율을 개선하고 있다.

상기 내부 결함은, 긴 변 길이가 200㎛ 이하이고, 짧은 변 길이가 1㎛ 이상이고,

상기 볼록부의 상기 주 표면으로부터의 높이가 0.10㎛ 미만이고,

상기 내부 결함이, 상기 주 표면으로부터 50㎛ 미만의 깊이 영역에 존재해도 된다.

내부 결함의 긴 변 길이가 200㎛ 이하이고, 또한 짧은 변 길이가 1㎛∼10㎛인 내부 결함은 긴 변 길이가 50㎛를 초과하는 크기라도, 육안으로는 존재하고 있는 것을 알기 어렵다. 따라서, 여기서는, 이러한 사이즈의 내부 결함을 갖는 유리 기판을 대상으로 하고 있다.

또한, 상기 내부 결함의 긴 변 길이가 50㎛를 초과하고 80㎛ 미만이고, 짧은 변 길이가 1㎛ 미만이어도 된다.

상기 내부 결함은, 선상 백금이어도 된다. 유리 기판의 제조는, 백금 또는 백금 합금제의 반응 장치를 사용하여 행해지는 경우가 있는데, 예를 들어 무알칼리 유리나 알칼리 미량 함유 유리를 원료로 하여 유리 기판을 제조하는 경우, 이들 무알칼리 유리, 알칼리 미량 함유 유리는, 고온 점성이 높기 때문에, 청징조에서는, 특히 용융 유리의 온도를 높게 유지할 필요가 있다. 청징조는, 내열성의 점에서 백금 혹은 백금 합금을 포함하지만, 용융 유리를 고온으로 가열하기 위하여 고온 상태로 되는 청징조에 있어서, 청징조의 기상 공간과 접하는 내벽면으로부터 백금은 휘발되기 쉽다. 또한, 휘발된 백금은, 그 일부가 기상 공간의 내벽면에 재응고되어 내벽면에 백금 혹은 백금 합금의 결정립을 형성하기 쉽다. 이로 인해, 용융 유리 중에 청징조의 내벽면으로부터 결정립의 일부가 이탈하여 선상 백금으로 되어 유리 기판 중에 낙하하는 경우가 있다. 여기서는, 특히 선상 백금을 내부 결함으로서 갖는 유리 기판을 대상으로 하여, 내부 결함의 짧은 변 길이가 5㎛ 미만이며, 유리 기판의 주 표면 볼록부가 0.15㎛ 미만인 경우에, 제품으로서 사용하도록 하고 있다.

상기 내부 결함은, 상기 주 표면으로부터 50㎛ 미만의 깊이 영역에 존재해도 된다.

유리 기판의 주 표면 볼록부는, 내부 결함이 유리 기판의 주 표면에 가까운 부분에 있을수록, 주 표면으로부터의 높이가 커져, 그만큼, 디스플레이의 품질에 영향을 미치기 쉬워진다. 그러나, 본 발명의 유리 기판에서는, 그러한 경우라도, 상기 소정의 조건을 만족시키면, 제품으로서 사용할 수 있다.

본 발명의 일 형태에 관한 액정 디스플레이는,

상술한 플랫 패널 디스플레이용 유리 기판을 사용한 액정 디스플레이로서,

상기 유리 기판의 한쪽의 주 표면에 컬러 필터 또는 TFT 디바이스가 형성되고, 상기 주 표면측에 액정층이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 액정 디스플레이는, 2000:1 이상의 콘트라스트비를 갖는 경우에 바람직하게 사용된다.

본 발명의 다른 일 형태에 관한 플랫 패널 디스플레이용 유리 기판의 제조 방법은,

유리 기판 제조 공정과, 상기 유리 기판 제조 공정에서 제조된 유리 기판을 검사하는 유리 기판 검사 공정을 구비하고,

상기 유리 기판 검사 공정에서는, 투광성을 갖지 않고, 긴 변 길이가 50㎛를 초과하고, 짧은 변 길이가 5㎛ 미만인 내부 결함을 갖고, 상기 내부 결함의 위치에 대응하는 상기 유리 기판의 주 표면 상의 위치에 형성되고, 상기 주 표면으로부터의 높이가 0.15㎛ 이상인 볼록부를 갖는 유리 기판을 불량이라고 판별하는 것을 특징으로 한다.

이 방법에 의하면, 투광성을 갖지 않는 소정 사이즈를 초과하는 크기의 내부 결함을 갖고 있어도, 고콘트라스트의 플랫 패널 디스플레이에 사용하는 것이 가능한 유리 기판을 선별할 수 있다. 이에 의해, 제품 수율이 좋아진다.

상기 내부 결함은, 50㎛를 초과하고 80㎛ 미만의 긴 변 길이를 갖고, 1㎛ 미만의 짧은 변 길이를 가져도 된다.

상기 내부 결함은, 선상 백금이어도 된다.

본 발명에 따르면, 투광성을 갖지 않는 소정 사이즈를 초과하는 크기의 내부 결함을 갖고 있어도, 고콘트라스트의 플랫 패널 디스플레이에 사용하는 것이 가능한 유리 기판이 얻어진다.

도 1은 본 실시 형태의 유리 기판의 두께 방향 단면을 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시하는 유리 기판을 구비하는 본 실시 형태의 액정 디스플레이의 단면을 도시하는 도면이다.
도 3은 본 실시 형태의 유리 기판의 제조 방법의 플로우의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 실시 형태에 있어서의 용해 공정∼절단 공정을 행하는 장치의 일례를 모식적으로 도시하는 도면이다.

이하, 본 발명의 유리 기판 및 유리 기판의 제조 방법, 및 액정 디스플레이에 대해 설명한다.

(유리 기판)

도 1에, 본 발명의 일 실시 형태에 의한 유리 기판(1)의 두께 방향 단면도를 도시한다.

우선, 유리 기판(1)의 개략을 설명한다.

유리 기판(1)의 두께는, 0.1∼1.5㎜이며, 바람직한 두께의 상한값은, 1.1㎜, 0.7㎜, 0.5㎜이고, 가장 바람직한 상한값은 0.4㎜이다. 한편, 바람직한 두께의 하한값은, 0.2㎜이다.

유리 기판(1)의 사이즈는, 500∼2500㎜×2500∼3500㎜(짧은 방향 길이×길이 방향 길이)이다.

유리 기판(1)의 종류는, 보로실리케이트 유리, 알루미노실리케이트 유리, 알루미노보로실리케이트 유리, 소다 석회 유리, 알칼리실리케이트 유리, 알칼리알루미노실리케이트 유리, 알칼리알루미노게르마네이트 유리 등을 들 수 있다. 또한, 액정 디스플레이용 유리판이나 유기 EL(Electro-Luminescence)용 유리판으로서는, 알칼리를 실질적으로 함유하지 않거나, 혹은 알칼리를 극미량밖에 함유하지 않는 유리판을 적용하는 것이 바람직하다.

유리 기판(1)은, 액정 디스플레이, 플라즈마 디스플레이, 유기 EL 디스플레이 등의 플랫 패널 디스플레이용이며, 고콘트라스트의 플랫 패널 디스플레이용으로서 바람직하게 사용된다. 고콘트라스트의 플랫 패널 디스플레이로서는, 예를 들어IPS 방식 또는 VA 방식의 액정 디스플레이를 들 수 있다. 또한, 고콘트라스트라 함은, 콘트라스트비가 2000:1∼3000:1 정도 이상의 것을 말한다.

유리 기판(1)은, 본 실시 형태에서는, 액정 디스플레이에 사용되며, 한쪽의 주 표면(3)은, 반도체 소자 어레이 또는 컬러 필터 등의 박막이 형성되는 평활한 면이고, 다른 쪽의 주 표면은, 편광 필터가 설치되는 평활한 면이다.

도 1에서는, 액정 디스플레이에 사용되는 유리 기판(1)은, 투광성을 갖지 않는 내부 결함(10)을 갖고 있다.

투광성을 갖지 않는 내부 결함(10)이라 함은, 유리 기판(1) 중에 존재하는 차광성의 결함을 말한다. 유리 기판(1)의 주 표면(3)에 그 일부가 나타나 있는 것은, 내부 결함(10)에는 포함되지 않는다. 내부 결함(10)은, 본 실시 형태에서는, 단면이 원형 또는 삼각형 등인 선상 백금이다. 선상 백금은, 유리 기판의 제조시에, 백금 또는 백금 합금제의 청징조 등의 장치로부터 용융 유리 중에 낙하하여 혼입되었다고 여겨지고 있는, 가늘고 길고 단면이 다각형인 백금 이물질이다. 유리 기판 중에서는, 유리 기판의 제조 공정 중, 용융 유리가 일방향으로 흐름으로써 복수의 선상 백금은 일방향으로 방향을 정렬시키고 있다. 구체적으로는, 도 1에 도시하는 가늘고 긴 선상 백금의 긴 변의 방향은, 후술하는 도 4에 도시하는 성형 장치(200)를 흐르는 시트 유리가 흐르는 방향(도 4 중의 화살표 방향)으로 정렬되어 있다.

내부 결함(10)은, 긴 변 길이 L2가 50㎛를 초과하고, 짧은 변 길이 L1이 5㎛ 미만이다. 여기서, 긴 변 길이 L2는, 내부 결함(10)에 있어서 길이가 최대로 되는 부분의 길이이며, 통상 유리 기판(1)이 연장되는 방향(도 1에 있어서 지면 수평 방향)의 길이이다. 또한, 짧은 변 길이 L1은, 긴 변 길이 L2의 방향과 대략 직교하는 방향에 있어서, 길이가 최대로 되는 부분의 길이이며, 통상 유리 기판(1)의 판 두께 방향(도 1에 있어서 지면 상하 방향)의 길이이다.

긴 변 길이 L2가 50㎛를 초과하는 크기의 내부 결함(10)에 기인하여 주 표면(3)에 볼록부(7)(후술)가 형성된 유리 기판(1)은, IPS 방식, VA 방식의 고콘트라스트의 액정 디스플레이 등에 사용된 경우에, 디스플레이의 품질(시인 가능한 표시 불균일, 화소 결함 등)에 문제를 발생시킬 가능성이 있다. 그러나, 그러한 내부 결함(10)이 존재하는 경우라도, 그 짧은 변 길이 L1이 5㎛ 미만이고, 볼록부의 형상이 15㎛ 미만이면 볼록부가 차광성의 내부 결함에 기인하는 것이라도, 고콘트라스트의 디스플레이에 사용해도 품질상 문제가 발생하지 않는다.

본 실시 형태에서는, 내부 결함(10)은, 예를 들어 긴 변 길이 L2는 200㎛ 이하 또는 200∼52㎛이고, 짧은 변 길이 L1은 1㎛ 이상 또는 1∼4㎛이다. 또한, 볼록부(7)의 긴 변 길이는, 내부 결함의 긴 변 길이와 거의 동일한 길이이거나, 그 이하이다.

다른 바람직한 형태로서, 내부 결함(10)의 형상에 관하여, 내부 결함(10)의 긴 변 길이 L2가 50㎛를 초과하고 80㎛ 미만이고, 짧은 변 길이 L1이 1㎛ 미만이다. 짧은 변 길이 L1은, 예를 들어 0.1㎛ 이상이다. 이 경우, 볼록부(7)의 주 표면으로부터의 돌출 높이가 0.15㎛ 미만이다. 이러한 내부 결함(10) 및 볼록부(7)가 있어도, 고콘트라스트의 디스플레이에 사용해도 품질상 전혀 문제가 발생하지 않는다.

유리 기판(1)은, 내부 결함(10)의 위치(이하, 내부 결함(10)의 수평 방향 위치라고도 함)에 대응하는 유리 기판(1)의 주 표면(3)의 위치에, 주 표면(3)으로부터의 높이 h가 0.15㎛ 미만, 예를 들어 0.10㎛ 미만인 볼록부(7)가 형성되어 있다. 여기서, 높이 h는, 볼록부(7)에 있어서 주 표면(3)으로부터의 높이가 최대로 되는 부분의 높이이다. 내부 결함(10)의 수평 방향 위치와 대응하는 유리 기판(1)의 주 표면(3)의 위치에 형성된 볼록부(7)는, 내부 결함(10)에 기인하여 형성되었다고 생각된다. 이러한 볼록부(7)를 갖는 유리 기판(1)은, 고콘트라스트의 액정 디스플레이에 사용되면, 액정의 구동에 영향을 미칠 가능성이 있지만, 높이 h가 0.15㎛ 미만이면 그러한 문제는 발생하지 않는다.

여기서, 도 2를 참조하여, 볼록부(7)가 미치는 액정의 구동에의 영향에 대해 설명한다. 도 2에, 유리 기판(1)을 사용하여 제조된 본 실시 형태의 액정 디스플레이의 판 두께 방향의 단면을 나타낸다. 이 액정 디스플레이는, IPS 방식의 디스플레이이며, 도 2에 있어서 상방으로부터, 유리 기판(11), 액정층(20), 유리 기판(1), 백라이트(22)가 적층되어 있다. 유리 기판(11)은, 유리 기판(1)과 마찬가지의 유리 원료를 포함하는 유리 기판이지만, 내부 결함을 갖지 않고, 주 표면에 볼록부를 갖지 않는다. 유리 기판(11)의 액정층(20)측의 주 표면에는, 도시하지 않은 TFT(Thin Film Transistor) 및 화소 전극이 매트릭스 형상으로 배치되어 형성된다. 액정층(20)에는, 액정이 주입되어 있다. 유리 기판(1)은, 상술한 바와 같이 내부 결함(10)을 갖고, 주 표면에 볼록부(7)가 형성되어 있다. 유리 기판(1)은, 볼록부(7)가 형성된 측의 주 표면을 액정층(20)을 향해 배치되고, 이 주 표면에는 컬러 필터가 형성된다. 또한, 유리 기판(11, 1)의, 액정층(20)과 반대측의 주 표면에는 각각, 도시하지 않은 편광 필터가 배치되어 있다.

이 액정 디스플레이에 있어서, 유리 기판의 볼록부의 높이가 예를 들어 0.2㎛ 정도인 경우는, 액정층(20)에 전압이 가해지면, 볼록부(7)가 형성된 유리 기판(1)의 영역에서는, 볼록부(7)가 형성되어 있지 않은 주위의 영역에 비해 저전압에서 액정이 반응하여, 디스플레이에 있어서 주위의 영역보다도 빨리 밝아진다. 한편, 액정층(20)에 가해지고 있는 전압이 떨어지면, 볼록부(7)가 형성된 유리 기판(1)의 영역에서는, 상기 주위의 영역에 비해 디스플레이의 주위 영역보다도 늦게 어두워진다. 이와 같이 유리 기판의 주 표면에, 0.15㎛ 이상의 높이의 볼록부가 존재하는 경우는, 저전압에서 액정이 구동하고, 액정의 구동차가 발생함으로써, 종래의 콘트라스트(콘트라스트비가 1000:1 미만, 예를 들어 500:1∼800:1 정도)의 액정 디스플레이에서는 문제가 되지 않았던, 다른 영역(주위의 영역)과의 발색 또는 발광 형태의 근소한 차이가 편광 필터에 의해 강조되어, 표시 불균일로서 시인되어버린다. 이에 대해, 볼록부(7)의 높이 h가 0.15㎛ 미만인 경우는, 상기한 바와 같은 액정의 구동차가 편광 필터에 의해, 표시 불균일로 되어 시인될 정도로 강조되는 일은 없다. IPS 방식의 액정 디스플레이에서는, 액정을 유리 기판 상에 수평(광 입사 방향에 대해 수직)으로 배열하여, 수평 방향(면내 방향)으로 구동하여(액정 분자를 유리 기판과 평행한 면내에서 회전시켜) 광의 투과량을 제어한다. 이로 인해, IPS 방식의 경우, 유리 기판의 면내에 돌출되는 높이가 0.15㎛ 이상인 볼록부(7)가 존재하면, 액정의 배열·구동 각도가 어긋나, 광의 투과량이 변화되어, 패널의 국소적인 밝기 등의 표시 불균일을 발생한다. 즉, IPS 방식에서는, 볼록부(7)가 액정의 배향에 미치는 영향은 크다.

특히, 선상 백금과 같은 막대 형상의 내부 결함(10)에 기인하여 형성된 볼록부(7)는, 유리 기판(1)의 주 표면(3)에 대해 급준한 상승 각도를 가지므로(국부적으로 융기되므로), 액정층(20)의 갭(판 두께 방향의 거리)이 좁아져 있는 영역(볼록부(7)가 형성된 영역)에서는, 콘트라스트차가 눈에 띄기 쉽다. 게다가, 볼록부(7)는, 긴 변 길이가 50㎛를 초과하는 긴 변 길이 L2를 갖는 내부 결함에 기인하여 형성됨으로써, 긴 변 방향으로 연장된 볼록 영역으로서 시인되기 쉽다. 본 발명의 유리 기판(1)은, 볼록부(7)의 높이 h가 0.15㎛ 미만임으로써, 이러한 고콘트라스트의 디스플레이에도 사용 가능하다.

본원 발명자는, 유리 기판의 내부에 차광성의 내부 결함이 존재함으로써 주 표면에 볼록부가 형성된 경우에는, 내부 결함 근방의 유리의 상태가 기포 등의 내부 결함의 경우와 다르기 때문에, 디스플레이 표시 품질에의 영향이 보다 현저하게 나타난다고 생각하고 있다. 차광성의 내부 결함이 디스플레이 표시 품질에 영향을 미치는 이유 중 하나로서, 차광성의 내부 결함이 형성되어 유리 기판 중에 존재하는 것이 내부 결함 근방의 유리 상태(예를 들어, 밀도)에 미소한 영향을 미치고, 이것이 상기한 액정의 구동이나, 볼록한 형상과 합쳐져, 또한 광의 투과량의 감소도 합쳐져, 디스플레이의 표시 품질에 현저하게 영향을 미치는 것이 생각되고 있다.

본 발명은, 이러한 품질에 영향을 미치는 내부 결함이 존재하고 있었다고 해도, 고콘트라스트의 액정 디스플레이에 채용할 수 있는 유리 기판을 특정하는 것이다.

유리 기판(1)은, 내부 결함(10)의 긴 변 길이가 50㎛를 초과하고 200㎛ 이하이고, 짧은 변 길이가 1㎛ 이상 5㎛ 미만이고, 내부 결함(10)이 유리 기판(1)의 주 표면(3)으로부터 50㎛ 미만의 깊이 영역 D 내에 존재해도, 볼록부(7)의 높이 h가 0.10㎛이면, 내부 결함(10) 및 볼록부(7)를 가져도 된다. 주 표면 부근에 나타난 내부 결함(10)은, 유리 기판(1)의 주 표면(3)을 융기시켜 볼록부(7)를 발생시킬 가능성이 높다. 그러나, 내부 결함(10)이 유리 기판(1)의 주 표면(3)으로부터 50㎛ 미만의 깊이 영역 D 내에 존재하는 경우라도, 볼록부(7)의 높이 h가 0.10㎛보다 낮은 경우, 고콘트라스트의 디스플레이에 사용해도 품질상 문제가 없다.

이상의 유리 기판(1)은, 투광성을 갖지 않는 소정 길이를 초과하는 긴 변 길이 L2를 갖는 내부 결함(10)을 갖지만, 그 짧은 변 길이 L1은 5㎛보다 짧고, 또한 주 표면(3)에 형성된 볼록부(7)의 높이 h는 0.15㎛보다 낮으므로, 고콘트라스트의 디스플레이에 사용되어도, 디스플레이의 품질상 문제가 되지 않는다. 따라서, 종래는 불량품으로서 취급된 유리 기판을 제품으로서 이용할 수 있어, 수율이 개선된다.

또한, 유리 기판(1)은, 다른 실시 형태에서는, 액정 디스플레이에 있어서 TFT측에 배치되는 유리 기판(상술한 유리 기판(11))으로서 사용되어도 된다. 이 경우, 유리 기판은, 볼록부가 형성된 측의 주 표면을 액정층을 향해 배치되어도, 디스플레이 품질에 영향을 미치는 일이 없다.

또한, 내부 결함(10)은 유리 기판(1) 중에, 복수 존재해도 된다. 볼록부(7)는, 유리 기판의 주 표면에 복수 있어도 된다.

(유리 기판의 제조 방법)

다음으로, 유리 기판의 제조 방법에 대해 설명한다.

도 3에, 유리 기판의 제조 방법의 플로우의 일례를 설명하는 도면을 나타낸다.

본 발명의 유리 기판의 제조 방법은, 유리 기판 제조 공정과, 검사 공정(스텝 S100)을 구비한다.

유리 기판 제조 공정은, 용해 공정(ST1)과, 청징 공정(ST2)과, 균질화 공정(ST3)과, 공급 공정(ST4)과, 성형 공정(ST5)과, 서냉 공정(ST6)과, 절단 공정(ST7)을 주로 갖는다. 이 밖에, 연삭 공정, 연마 공정, 세정 공정 등을 갖는다.

용해 공정(ST1)은 용해로에서 행해진다. 용해로에서는, 유리 원료를, 용해로에 축적된 용융 유리의 액면에 투입하고, 가열함으로써 용융 유리를 만든다. 또한, 용해로의 내측 측벽 중 하나의 저부에 설치된 유출구로부터 하류 공정을 향해 용융 유리를 흘린다.

또한, 유리 원료에는 청징제가 첨가된다. 환경 부하 저감의 관점에서, 청징제로서 산화주석을 사용하는 것이 바람직하다.

청징 공정(ST2)은, 적어도 청징관에 있어서 행해진다. 청징 공정에서는, 청징관 내의 용융 유리가 승온됨으로써, 용융 유리 중에 포함되는 CO₂ 또는 SO₂를, 청징제의 환원 반응에 의해 발생한 O₂의 기포가 흡수하여 성장하고, 용융 유리의 액면에 기포는 부상하여 기포에 포함되는 가스가 청징관 내의 기상 공간 내에 방출된다. 또한, 청징 공정에서는, 용융 유리의 온도를 저하시킴으로써, 청징제의 환원 반응에 의해 얻어진 환원 물질이 산화 반응을 한다. 이에 의해, 용융 유리에 잔존하는 기포 중의 O₂ 등의 가스 성분이 용융 유리 중에 재흡수되어, 기포가 소멸된다. 청징제에 의한 산화 반응 및 환원 반응은, 용융 유리의 온도를 제어함으로써 행해진다. 또한, 청징관은, 용융 유리로부터 기상 공간에 방출된 가스를 대기에 방출하기 위해, 대기에 연통된 통기관을 구비한다.

균질화 공정(ST3)에서는, 청징관으로부터 연장되는 배관을 통해 공급된 교반조 내의 용융 유리를, 교반기를 사용하여 교반함으로써, 유리 성분의 균질화를 행한다. 이에 의해, 맥리 등의 원인인 유리의 조성 불균일을 저감시킬 수 있다.

공급 공정(ST4)에서는, 교반조로부터 연장되는 배관을 통해 용융 유리가 성형 장치에 공급된다.

성형 장치에서는, 성형 공정(ST5) 및 서냉 공정(ST6)이 행해진다.

성형 공정(ST5)에서는, 용융 유리를 시트 유리로 성형하여, 시트 유리의 흐름을 만든다. 성형은, 오버플로우 다운드로우법이 사용된다.

서냉 공정(ST6)에서는, 성형되어 흐르는 시트 유리가 원하는 두께로 되어, 내부 변형이 발생하지 않도록, 또한 휨이 발생하지 않도록 냉각된다.

절단 공정(ST7)에서는, 절단 장치에 있어서, 성형 장치로부터 공급된 시트 유리를 소정의 길이로 절단함으로써, 판 형상의 유리판을 얻는다. 절단된 유리판은 다시, 소정의 크기로 절단되어, 목표 사이즈의 유리 기판이 만들어진다. 이 후, 유리 기판의 단부면의 연삭, 연마가 행해지고, 유리 기판의 세정이 행해진다.

여기서, 도 4를 참조하여, 용해 공정(ST1)∼절단 공정(ST7)을 행하는 유리판 제조 장치에 대해 설명한다. 도 4는 본 실시 형태에 있어서의 용해 공정(ST1)∼절단 공정(ST7)을 행하는 유리판 제조 장치의 일례를 모식적으로 도시하는 도면이다. 당해 장치는, 주로 용해 장치(100)와, 성형 장치(200)와, 절단 장치(300)를 갖는다. 용해 장치(100)는, 용해로(101)와, 청징관(청징조 본체)(102)과, 교반조(103)와, 유리 공급관(104, 105, 106)을 갖는다.

도 4에 도시하는 용해 장치(100)에서는, 유리 원료의 투입이 버킷(101d)을 사용하여 행해진다. 청징관(102)에서는, 용융 유리(MG)의 온도를 조정하여, 청징제의 산화 환원 반응을 이용하여 용융 유리(MG)의 청징이 행해진다. 또한, 교반 조(103)에서는, 교반기(103a)에 의해 용융 유리(MG)가 교반되어 균질화된다. 성형 장치(200)에서는, 성형체(210)를 사용한 오버플로우 다운드로우법에 의해, 용융 유리(MG)로부터 시트 유리(SG)가 성형된다.

또한, 도 4에 도시하는 용해로(101)로부터 성형 장치(200)에 이르는 용융 유리(MG)의 유로, 구체적으로는, 유리 공급관(104), 청징관(102), 유리 공급관(105), 교반조(103) 및 유리 공급관(106)의 용융 유리(MG)의 유로를 형성하는 유로 형성 부재는, 백금 또는 백금 합금으로 구성되어 있다.

이러한 백금 또는 백금 합금으로 구성되는 유로 형성 부재는, 유리 기판의 제조(조업)를 개시할 때, 사전 가열된다.

용해 장치(100), 성형 장치(200)에서 제작되는 유리 기판으로서는, 이하의 유리 조성의 유리가 사용된다. 따라서, 이하의 유리 조성을 유리 기판이 갖도록 유리 원료는 사용된다.

SiO₂ 55∼75몰％,

Al₂O₃ 5∼20몰％,

B₂O₃ 0∼15몰％,

RO:5∼20몰％(R은 Mg, Ca, Sr 및 Ba 중, 유리 기판에 포함되는 모든 원소)

R'₂O:0∼0.8몰％(R'은 Li, K 및 Na 중, 유리 기판에 포함되는 모든 원소)

상기 유리는, 고온 점성이 높은 유리의 일례이다. 이러한 유리에 있어서, 청징관(102)에 있어서 적정한 용융 유리의 점도로 탈포를 행하기 위해 용융 유리를 고온으로 가열한다. 청징제로서 산화주석을 포함하고, 점도가 10^2. ⁵푸아즈(1푸아즈＝0.1Pa·초)일 때의 용융 유리의 온도는, 예를 들어 1500∼1700℃이고, 청징관(102)의 내부에 있어서의 용융 유리 온도는 1600℃ 이상으로 되도록 가열된다. 이로 인해, 청징관(102)의 내벽으로부터 휘발물은 다량으로 휘발되어, 휘발물의 응집(석출)이 발생할 우려가 있다.

또한, 청징관(102)의 내부 기상 공간에 질소 등의 불활성 가스를 공급함으로써, 청징관(102)의 내부 기상 공간의 산소 농도(기상 공간 내의 산소 분압)를 적어도 대기에서의 산소 농도 미만으로 낮추어 휘발량을 저감시키는 것, 또한 청징관(102)의 내부 벽면(기상 공간에 노출된 벽면)에 있어서의 온도차를 저감시킴으로써(예를 들어, 기상 공간이 연통된 청징관(102) 내에 있어서, 온도차를 150℃ 이하로 함), 휘발된 백금의 석출을 억제하는 것이 행해지고 있지만, 장기에 걸친 조업 중에는, 조업 조건이 무너져 버려, 백금의 휘발·응집(석출)에 의한 내부 이물을 발생시켜 버리는 경우가 있다. 이 경우, 상술한 내부 결함(10) 및 볼록부(7)를 유리 기판이 갖는 것은 피할 수 없다.

유리 기판의 제조 방법의 설명으로 되돌아가, 검사 공정(ST8)에서는, 기포 등의 결함의 유무가 검사된 후, 검사 합격품의 유리판이 최종 제품으로서 포장된다. 또한, 검사 공정(ST8)에서는, 결함의 유무 외에, 투광성을 갖지 않는 내부 결함이나 유리판의 주 표면에 형성된 볼록부의 사이즈를 검사하여, 유리판이 불량품 인지 여부의 판별을 행한다.

불량품인지 여부의 판별은, 구체적으로는, 투광성을 갖지 않고, 긴 변 길이가 50㎛를 초과하고, 바람직하게는 50㎛를 초과하고 80㎛ 미만이고, 짧은 변 길이가 5㎛ 미만, 바람직하게는 1㎛ 미만인 내부 결함을 갖고, 또한 유리판이 연장되는 방향에 있어서의 내부 결함의 위치와 대응하는 유리판의 주 표면 위치에 주 표면으로부터의 높이가 0.15㎛ 이상인 볼록부를 갖는 유리판을 불량으로 판별함으로써 행해진다. 유리판에 내부 결함이 존재하는 것은, 자동 검사 장치, 또는 검사원에 의해 판단된다. 투광성을 갖지 않는 내부 결함이 존재한다고 판단된 유리판은, 예를 들어 레이저 현미경을 사용하여, 내부 결함의 긴 변 길이 및 짧은 변 길이, 볼록부의 높이 및 깊이가 측정된다.

유리 기판의 제조 방법은, 이상의 공정 외에, 포장 공정을 갖고, 포장 공정에서 적층된 복수의 유리 기판은, 납입처의 업자에게 반송된다.

내부 결함의 긴 변 길이가 50㎛를 초과하는 경우는, 상술한 바와 같이, 이것에 기인하여 유리 기판의 주 표면에 볼록부가 형성되어 당해 볼록부가 디스플레이 품질에 영향을 미칠 가능성이 높지만, 내부 결함의 짧은 변 길이가 5㎛ 미만이고, 유리 기판 주 표면의 볼록부 높이가 0.15㎛ 미만인 경우는, 액정의 동작에 영향을 미치지 않아 문제를 발생하지 않는다. 고콘트라스트의 디스플레이에 사용된 경우라도 디스플레이의 품질에 영향을 미치지 않는다. 따라서, 이상의 유리 기판의 제조 방법에 의하면, 이러한 유리 기판도 제품으로서 사용할 수 있도록, 불량품인지 여부의 판별을 행함으로써, 폐기되는 유리 기판을 저감시켜, 수율을 개선할 수 있다.

(실험예)

투광성을 갖지 않는 내부 결함으로서 선상 백금을 갖는 유리 기판의 샘플을, 오버플로우 다운드로우법에 의해 제조된 유리 기판으로부터 선별하고, 실시예 1로서, 선상 백금 이물질 사이즈가, 긴 변 길이 52∼200㎛이고, 짧은 변 길이 1∼4㎛, 또한 선상 백금에 기인하는 볼록부 높이가 0.03∼0.14㎛인 주 표면 상태를 갖는 유리 기판을 복수매 취득하였다. 그리고, 도 2에 도시하는 구조와 마찬가지인 IPS 방식의 액정 디스플레이를 복수 제작하였다. 유리 기판의 샘플은, 컬러 필터측의 기판으로서, 볼록부를 액정층(20)측을 향하게 하여 배치하였다. 또한, TFT측에는, 별도 제작한, 내부 결함 및 볼록부를 갖지 않는 유리 기판을 배치하였다(실시예 1).

또한, 실시예 1과 마찬가지로, 투광성을 갖지 않는 내부 결함으로서 선상 백금을 갖는 유리 기판의 샘플을, 오버플로우 다운드로우법에 의해 제조된 유리 기판으로부터 선별하고, 실시예 2로서, 선상 백금 이물질 사이즈가, 긴 변 길이 52∼78㎛이고, 짧은 변 길이 0.1㎛∼0.98㎛ 미만, 또한 선상 백금에 기인하는 볼록부 높이가 0.03∼0.14㎛인 주 표면 상태를 갖는 유리 기판을 복수매 취득하였다. 또한, 실시예 1과 마찬가지로, IPS 방식의 액정 디스플레이를 복수 제작하였다. 유리 기판의 샘플은, 컬러 필터측의 기판으로서, 볼록부를 액정층(20)측을 향하게 하여 배치하였다. 또한, TFT측에는, 별도 제작한, 내부 결함 및 볼록부를 갖지 않는 유리 기판을 배치하였다(실시예 2).

또한, 실시예 1, 2의 유리 기판의 샘플 대신에, 볼록부의 높이가 0.15㎛, 0.25㎛인 유리 기판의 샘플, 내부 결함의 짧은 변 길이가 5㎛, 10㎛인 유리 기판의 샘플을 사용하여, 각각, 액정 디스플레이를 제작하였다(비교예 1∼4).

또한, 볼록부의 높이가 0.15㎛∼0.2㎛이고, 내부 결함의 짧은 변 길이가 0.1∼1㎛이고, 긴 변 길이가 52∼78㎛인 유리 기판의 샘플을 사용하여, 액정 디스플레이를 제작하였다(비교예 5).

또한, 어느 쪽의 유리 기판에 있어서도, 선상 백금은 주 표면으로부터 50㎛ 미만의 깊이에 존재하였다. 선상 백금의 위치가 다른 한쪽의 표면측에 존재하는 경우, 패널 형성 후의 유리 기판의 슬리밍시에 표면에 나타나는 문제가 있다. 이로 인해, 오버플로우 다운드로우법에 의해 제조된 유리 기판에 있어서, 선상 백금이 존재하는 경우에는, 이면측에 존재하지 않는 것이 바람직하다.

또한, 상기 액정 디스플레이는, 정면 콘트라스트가 3000:1의 콘트라스트비로 되도록 설계를 하였다.

(내부 결함, 볼록부의 측정)

유리 기판의 샘플 볼록부는, 자동 검사기에 축적된 결함 데이터에 기초하여, 샘플의 주 표면에 있어서의 수평 방향 위치가 특정된다. 또한, 내부 결함의 긴 변 길이 L2 및 짧은 변 길이 L1 및 볼록부의 높이 h 및 깊이 D는, 레이저 현미경을 사용하여 2400배의 배율로 측정하였다. 측정 결과를, 표 1에 나타낸다.

(정면 콘트라스트)

암실 내에서, 휘도계 BM-5A(탑콘사제)를 사용하여, 액정 디스플레이의 흑색 표시 상태 및 백색 표시 상태에서의 정면 휘도를 측정하고, 정면 콘트라스트를 산출하여 확인을 행하였다.

(디스플레이의 표시 불균일)

제작한 액정 디스플레이에 전압을 가하여 액정을 구동하고, 액정 디스플레이의 정면 및 경사 방향으로부터, 액정 디스플레이로부터 소정 거리만큼 이격된 위치에서 육안에 의해, 백색 표시로부터 흑색 표시 및 흑색 표시로부터 백색 표시에 걸쳐 표시 불균일이 전혀 확인되지 않은 것을 A(사용 가능), 표시 불균일이 확인된 것을 B(불량품)라고 평가하였다. 표시 불균일은, 한도 샘플과의 대비에 의해 판정을 행한다. 결과를, 표 1에 나타낸다.

표 1에 의하면, 볼록부의 높이가 0.15㎛ 미만이고, 내부 결함의 짧은 변 길이가 1∼4㎛이고, 긴 변 길이가 52∼200㎛인 경우(실시예 1)는, 표시 불균일이 확인되지 않아, 고콘트라스트의 액정 디스플레이에 사용해도 품질상 문제가 없었다. 또한, 볼록부의 높이가 0.15㎛ 미만이고, 내부 결함의 짧은 변 길이가 1㎛ 미만(0.98μ 이하)이고, 긴 변 길이가 52∼78㎛인 경우(실시예 2), 표시 불균일이 확인되지 않아, 고콘트라스트의 액정 디스플레이에 사용해도 품질상 문제가 없었다. 이에 대해, 볼록부의 높이가 0.15㎛ 이상인 경우는(비교예 1, 2), 표시 불균일이 확인되었다. 또한, 내부 결함의 짧은 변 길이가 5㎛ 미만인 경우는(실시예 1), 표시 불균일이 확인되지 않아, 고콘트라스트의 액정 디스플레이에 사용해도 품질상 문제가 없었다. 이에 대해, 내부 결함의 짧은 변 길이가 5㎛ 이상인 경우는(비교예 3, 4), 표시 불균일이 확인되었다.

이상, 본 발명의 플랫 패널 디스플레이용 유리 기판, 유리 기판의 제조 방법 및 액정 디스플레이에 대해 상세하게 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되지 않고, 본 발명의 주지를 일탈하지 않는 범위에 있어서, 다양한 개량이나 변경을 해도 되는 것은 물론이다.

1 : 유리 기판(플랫 디스플레이 유리 기판)
3 : 유리 기판의 주 표면
7 : 볼록부
10 : 내부 결함
h : 볼록부의 높이
D : 내부 결손의 유리 기판의 주 표면으로부터의 깊이 영역
L1 : 내부 결함의 짧은 변 길이
L2 : 내부 결함의 긴 변 길이

Claims

유리 기판으로서,
투광성을 갖지 않고, 긴 변 길이가 50㎛를 초과하고, 짧은 변 길이가 5㎛ 미만인 내부 결함과,
상기 내부 결함의 위치에 대응하는 상기 유리 기판의 주 표면 상의 위치에 형성되고, 상기 주 표면으로부터의 높이가 0.15㎛ 미만인 볼록부를 갖는 유리 기판을, 플랫 패널 디스플레이 유리 기판으로서 사용하는 것을 특징으로 하는 플랫 패널 디스플레이용 유리 기판.
제1항에 있어서,
상기 내부 결함의 긴 변 길이가 200㎛ 이하이고, 짧은 변 길이가 1㎛ 이상이고,
상기 볼록부의 상기 주 표면으로부터의 높이가 0.10㎛ 미만이고,
상기 내부 결함이, 상기 주 표면으로부터 50㎛ 미만의 깊이 영역에 존재하는 플랫 패널 디스플레이용 유리 기판.
제1항에 있어서,
상기 내부 결함의 긴 변 길이가 50㎛를 초과하고 80㎛ 미만이고, 짧은 변 길이가 1㎛ 미만인 플랫 패널 디스플레이용 유리 기판.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 내부 결함이, 선상 백금인 플랫 패널 디스플레이용 유리 기판.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 상기 플랫 패널 디스플레이용 유리 기판을 사용한 액정 디스플레이로서,
상기 유리 기판의 한쪽의 주 표면에 컬러 필터 또는 TFT 디바이스가 형성되고, 상기 주 표면측에 액정층이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
제5항에 있어서,
2000:1 이상의 콘트라스트비를 갖는 액정 디스플레이.
유리 기판을 제조하는 유리 기판 제조 공정과, 상기 유리 기판 제조 공정에서 제조된 유리 기판을 검사하는 유리 기판 검사 공정을 구비하고,
상기 유리 기판 검사 공정에서는, 투광성을 갖지 않고, 긴 변 길이가 50㎛를 초과하고, 짧은 변 길이가 5㎛ 미만인 내부 결함을 갖고, 또한 상기 내부 결함의 위치에 대응하는 상기 유리 기판의 주 표면 상의 위치에 형성되고, 상기 주 표면으로부터의 높이가 0.15㎛ 이상인 볼록부를 갖는 유리 기판을 불량이라고 판별하는 것을 특징으로 하는 플랫 패널 디스플레이용 유리 기판의 제조 방법.
제7항에 있어서,
상기 내부 결함은, 50㎛를 초과하고 80㎛ 미만의 긴 변 길이를 갖고, 1㎛ 미만의 짧은 변 길이를 갖는 플랫 패널 디스플레이용 유리 기판의 제조 방법.
제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 내부 결함이, 선상 백금인 플랫 패널 디스플레이용 유리 기판의 제조 방법.