KR20180005239A - 디스플레이용 유리 기판의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

열수축률이 작은 디스플레이용 유리 기판을 제조할 때, 성형 공정에 의해 성형된 시트 글래스의 폭 방향의 중심부 온도가 300℃로 될 때까지 냉각한다. 이때, 시트 글래스의 폭 방향의 양단부보다도 상기 시트 글래스의 폭 방향 내측에 있고, 상기 중심부를 포함하는 영역인 중앙 영역의 냉각 속도이며, 상기 중심부의 온도가 450℃ 미만 300℃ 이상의 온도 영역에서의 평균 냉각 속도는, 상기 냉각 공정 중의, 상기 온도 영역 이외의 온도 영역에서의 상기 중앙 영역의 평균 냉각 속도에 비하여 작다.

Description

디스플레이용 유리 기판의 제조 방법
본 발명은 디스플레이용 유리 기판의 제조 방법에 관한 것이다.
디스플레이를 제조하는 공정에 있어서, 디스플레이용 유리 기판은, 열처리에 의해 열수축을 한다. 이때, 유리 기판의 열수축률이 크면, 유리 기판의 표면에 형성되는 소자의 배치가 어긋나는 피치 어긋남이 발생하기 쉬워진다. 이 때문에, 피치 어긋남을 저감하는 관점에서, 디스플레이용 유리 기판에는, 열처리 시에 있어서의 열수축률이 작을 것이 요구되고 있다.
유리 기판의 열수축률을 작게 하는 방법으로서는, (1) 유리 조성을 조정함으로써, 유리의 변형점을 높게 하는 것, (2) 성형 공정 후의 시트 글래스 냉각 속도를 저감하는 것 등을 들 수 있다. 예를 들어, 유리 기판의 열수축률을 작게 하는 기술로서, 변형점이 680℃ 이상으로 되도록 유리 조성을 개량하는 기술이 알려져 있다(특허문헌 1).
또한, 냉각 공정을, 성형 후의 시트 글래스의 중앙 영역의 온도가 서냉점으로 될 때까지 시트 글래스를 냉각하는 제1 냉각 공정과, 중앙 영역의 온도가 서냉점으로부터 변형점-50℃로 될 때까지 시트 글래스를 냉각하는 제2 냉각 공정과, 중앙 영역의 온도가 변형점-50℃로부터 변형점-200℃로 될 때까지 시트 글래스를 냉각하는 제3 냉각 공정으로 나눈다. 이때, 제1 냉각 공정에서의 평균 냉각 속도를, 제3 냉각 공정에서의 평균 냉각 속도보다 빠르게 하고, 제3 냉각 공정에서의 평균 냉각 속도를, 제2 냉각 공정에서의 평균 냉각 속도보다 빠르게 하는 기술이 알려져 있다(특허문헌 2).
일본 특허 공표 제2003-503301호 공보 일본 특허 제5153965호 공보
그러나, 특허문헌 1에 따라서, 변형점이 높아지도록 조성을 조정하면, 실투 및 난용해라고 하는 문제가 발생하기 쉽기 때문에, 변형점을 높게 하기에는 한계가 있다. 또한, 오버플로우 다운드로우법으로 유리 기판을 제작할 때, 성형 공정 후에 행하는 냉각 공정에 있어서 시트 글래스의 냉각 속도를 작게 하면, 서냉 경로가 길어져, 서냉 장치의 비용이 증대한다는 문제가 있었다.
또한, 특허문헌 2에 따라서, 제1 냉각 공정에서의 평균 냉각 속도를, 제3 냉각 공정에서의 평균 냉각 속도보다 빠르게 하고, 제3 냉각 공정에서의 평균 냉각 속도를, 제2 냉각 공정에서의 평균 냉각 속도보다 빠르게 해도, 열수축률의 저감에 한계가 있어, 충분하지 않다는 문제가 있었다.
휴대 전화 등의 모바일 기기에 탑재되는 디스플레이에는, 점점 고정밀화 및 저소비 전력화가 요구되고 있다. 그로 인해, 최근 들어, 디스플레이의 제조 공정에 있어서의 열처리 시에 발생하는 유리 기판의 열수축률을 더욱 작게 할 것이 점점 요구되고 있다.
그래서, 본 발명은 성형 후에 행하는 냉각 공정에 있어서, 유리 기판의 열수축률을 종래에 비하여 저감할 수 있는 디스플레이용 유리 기판의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1 형태는, 디스플레이용 유리 기판의 제조 방법이다. 당해 제조 방법은,
용융 유리를 다운드로우법에 의해 시트 글래스로 성형하는 성형 공정과,
성형된 상기 시트 글래스를 흘릴 때에, 상기 시트 글래스의 흐름 방향과 직교하는 폭 방향의 중심부 온도가 300℃로 될 때까지 냉각하는 냉각 공정을 구비한다.
상기 냉각 공정에 있어서, 상기 시트 글래스의 폭 방향의 양단부보다도 상기 시트 글래스의 상기 폭 방향의 내측에 있고, 상기 중심부를 포함하는 영역인 중앙 영역의 냉각 속도이며, 상기 중심부의 온도가 450℃ 미만 300℃ 이상의 온도 영역에서의 평균 냉각 속도는, 상기 냉각 공정 중의, 상기 온도 영역 이외의 온도 영역에서의 상기 중앙 영역의 평균 냉각 속도에 비하여 작다.
상기 냉각 공정은,
상기 시트 글래스로 성형된 후, 상기 시트 글래스의 상기 폭 방향의 중심부 온도가 서냉점 이상일 때, 상기 시트 글래스의 폭 방향의 양단부보다도 상기 시트 글래스의 폭 방향 내측에 있고, 상기 중심부를 포함하는 영역인 중앙 영역을 제1 평균 냉각 속도로 냉각하는 제1 냉각 공정과,
상기 중심부의 온도가 상기 서냉점 미만 450℃ 이상일 때, 상기 중앙 영역을 제2 평균 냉각 속도로 냉각하는 제2 냉각 공정과,
상기 중심부의 온도가 450℃ 미만 300℃ 이상일 때, 상기 중앙 영역을 제3 평균 냉각 속도로 냉각하는 제3 냉각 공정을 포함하고,
상기 제3 평균 냉각 속도는, 상기 제1 평균 냉각 속도 및 상기 제2 평균 냉각 속도보다 작은 것이 바람직하다.
상기 냉각 공정은, 또한, 상기 중심부의 온도가 300℃ 미만 100℃ 이상일 때, 상기 중앙 영역을 제4 평균 냉각 속도로 냉각하는 제4 냉각 공정을 포함하고,
상기 제4 평균 냉각 속도는, 상기 제3 평균 냉각 속도보다도 큰 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 제2 형태는, 소정의 처리 온도에서 열처리를 실시하여 표면에 박막을 형성하기 위한 디스플레이용 유리 기판의 제조 방법이다. 당해 제조 방법은,
용융 유리를 다운드로우법에 의해 시트 글래스로 성형하는 성형 공정과,
성형된 상기 시트 글래스를 흘릴 때에, 상기 시트 글래스의 흐름 방향과 직교하는 폭 방향의 중심부 온도가 상기 처리 온도보다도 250℃ 낮은 온도, 즉 (상기 처리 온도-250℃)로 될 때까지 냉각하는 냉각 공정을 구비한다.
상기 냉각 공정에 있어서, 상기 시트 글래스의 폭 방향의 양단부보다도 상기 시트 글래스의 상기 폭 방향의 내측에 있고, 상기 중심부를 포함하는 영역인 중앙 영역의 냉각 속도이며, 상기 중심부의 온도가 상기 처리 온도보다도 100℃ 낮은 온도 미만, 즉 (상기 처리 온도-100℃) 미만, 상기 처리 온도보다도 250℃ 낮은 온도 이상, 즉 (상기 처리 온도-250℃) 이상의 온도 영역에서의 평균 냉각 속도는, 상기 냉각 공정 중의, 상기 온도 영역 이외의 온도 영역에서의 상기 중앙 영역의 평균 냉각 속도에 비하여 작다.
상기 냉각 공정은,
상기 시트 글래스로 성형된 후, 상기 시트 글래스의 폭 방향의 중심부 온도가 서냉점 이상일 때, 상기 시트 글래스의 폭 방향의 양단부보다도 상기 시트 글래스의 폭 방향 내측에 있고, 상기 중심부를 포함하는 영역인 중앙 영역을 제1 평균 냉각 속도로 냉각하는 제1 냉각 공정과,
상기 중심부의 온도가 상기 서냉점 미만, 상기 처리 온도보다도 100℃ 낮은 온도 이상, 즉 (상기 처리 온도-100℃) 이상일 때, 상기 중앙 영역을 제2 평균 냉각 속도로 냉각하는 제2 냉각 공정과,
상기 중심부의 온도가 상기 처리 온도보다도 100℃ 낮은 온도 미만, 즉 (상기 처리 온도-100℃) 미만, 상기 처리 온도보다도 250℃ 낮은 온도 이상, 즉 (상기 처리 온도-250℃) 이상일 때, 상기 중앙 영역을 제3 평균 냉각 속도로 냉각하는 제3 냉각 공정을 포함하고,
상기 제3 평균 냉각 속도는, 상기 제1 평균 냉각 속도 및 상기 제2 평균 냉각 속도보다 작은 것이 바람직하다.
상기 냉각 공정은, 또한, 상기 중심부의 온도가 상기 처리 온도보다도 250℃ 낮은 온도 미만, 즉 상기 처리 온도(℃)-250℃ 미만, 상기 처리 온도보다도 450℃ 낮은 온도 이상, 즉 상기 처리 온도(℃)-450℃ 이상일 때, 상기 중앙 영역을 제4 평균 냉각 속도로 냉각하는 제4 냉각 공정을 포함하고,
상기 제4 평균 냉각 속도는, 상기 제3 평균 냉각 속도보다도 큰 것이 바람직하다.
상기 제1 형태 및 제2 형태 중 어느 것에 있어서든, 상기 제1 평균 냉각 속도는, 상기 제2 평균 냉각 속도보다 큰 것이 바람직하다.
상기 제1 형태 및 제2 형태 중 어느 것에 있어서든, 상기 제3 평균 냉각 속도는, 5.0℃/초 이하인 것이 바람직하다.
상기 제1 형태 및 제2 형태 중 어느 것에 있어서든, 상기 유리 기판의 열수축률은 15ppm 이하인 것이 바람직하다.
단, 상기 열수축률이란, 500℃에서 30분 유지하는 열처리가 실시된 후의 유리 기판의 수축량을 사용하여, 이하의 식으로 구해지는 값이다.
열수축률(ppm)
={열처리 후의 유리 기판의 수축량/열처리 전의 유리 기판의 길이}×106
상기 제1 형태 및 제2 형태 중 어느 것에 있어서든, 상기 유리 기판의 변형점은 680℃ 이상인 것이 바람직하다.
상술한 디스플레이용 유리 기판의 제조 방법에 의하면, 종래에 비하여 열수축률을 저감할 수 있다.
도 1은 본 실시 형태의 디스플레이용 유리 기판의 제조 방법 공정 일례를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 실시 형태의 디스플레이용 유리 기판의 제조 방법에 사용하는 유리 기판 제조 장치의 일례의 모식도이다.
도 3은 본 실시 형태의 디스플레이용 유리 기판의 제조 방법에 있어서의 성형 장치의 일례를 도시하는 단면도이다.
도 4는 본 실시 형태의 디스플레이용 유리 기판의 제조 방법에서 사용하는 성형 장치의 일례를 도시하는 측면도이다.
도 5는 본 실시 형태의 디스플레이용 유리 기판의 제조 방법에서 사용하는 제어 장치의 구성의 일례를 도시하는 도면이다.
도 6은 본 실시 형태의 디스플레이용 유리 기판의 제조 방법의 냉각 공정에서 사용하는 온도 프로파일의 예를 도시하는 도면이다.
도 7은 본 실시 형태의 디스플레이용 유리 기판의 제조 방법에 있어서의 시트 글래스의 흐름 방향을 따른 온도 이력의 일례를 도시하는 도면이다.
도 8은 디스플레이용 유리 기판의 제조 방법에서 사용하는 시트 글래스의 냉각 공정에서의 복수의 온도 이력의 예의 모식도이다.
이하, 본 실시 형태의 디스플레이용 유리 기판의 제조 방법에 대하여 설명한다. 본 실시 형태의 디스플레이용 유리 기판의 제조 방법에서는, 오버플로우 다운드로우법을 사용하여 유리 기판이 제조된다. 또한, 본 명세서에서는, (처리 온도-X℃)는 처리 온도(℃)보다 X℃ 낮은 온도를 나타낸다(X는 양수).
(1) 유리 기판의 제조 방법 개요
먼저, 도 1 및 도 2를 참조하여, 디스플레이용 유리 기판 제조 방법에 포함되는 복수의 공정 및 복수의 공정에 사용되는 유리 기판 제조 장치(100)를 설명한다. 도 1은, 본 실시 형태의 디스플레이용 유리 기판의 제조 방법 공정 일례를 도시하는 도면이며, 도 2는, 본 실시 형태의 디스플레이용 유리 기판의 제조 방법에 사용하는 유리 기판 제조 장치의 일례의 모식도이다.
유리 기판 제조 방법은, 도 1에 도시한 바와 같이, 주로, 용융 공정 S1과, 청징 공정 S2와, 성형 공정 S3과, 냉각 공정 S4를 포함한다.
용융 공정 S1은, 유리의 원료가 용융되는 공정이다. 유리의 원료는, 원하는 조성이 되도록 조합된 후, 용융 장치(11)에 투입된다. 유리의 원료는, 용융 장치(11)로 용융되어서, 용융 유리(FG)가 된다. 용융 온도는, 유리의 종류에 따라 조정된다. 본 실시 형태에서는, 용융 공정 S1에 있어서의 용융 유리(FG)의 최고 온도가 1500℃ 내지 1650℃로 되도록 가열된다. 용융 유리(FG)는, 상류 파이프(23)를 통하여 청징 장치(12)에 보내진다.
청징 공정 S2는, 용융 유리(FG) 중의 기포의 제거를 행하는 공정이다. 청징 장치(12) 내에서 기포가 제거된 용융 유리(FG)는, 그 후, 하류 파이프(24)를 통하여 성형 장치(40)에 보내진다.
성형 공정 S3은, 용융 유리(FG)를 시트 형상의 유리인 시트 글래스(SG)로 성형하는 공정이다. 구체적으로, 용융 유리(FG)는, 성형 장치(40)에 포함되는 성형체(41)(도 3 참조)에 연속적으로 공급된 후, 성형체(41)로부터 오버플로우한다. 오버플로우한 용융 유리(FG)는, 성형체(41)의 표면을 따라서 유하한다. 용융 유리(FG)는, 그 후, 성형체(41)의 하단부에서 합류하여 시트 글래스(SG)로 성형된다.
냉각 공정 S4는, 시트 글래스(SG)를 냉각하는 공정이다. 유리 시트는, 냉각 공정 S4를 거쳐서 실온에 가까운 온도로 냉각된다. 또한, 냉각 공정 S4에 있어서의 냉각의 상태에 따라, 유리 기판의 두께(판 두께), 유리 기판의 휨량, 및 유리 기판의 평면 변형의 값이 결정된다.
또한, 냉각 공정 S4 후에, 절단 공정을 마련해도 된다. 예를 들어, 절단 공정은, 실온에 가까운 온도가 된 시트 글래스(SG)를, 절단 장치(90)에 있어서 소정의 크기로 절단하는 공정이다.
또한, 절단 공정에서 소정의 크기로 절단된 시트 글래스(SG)는, 그 후, 단부면 가공 등의 공정을 거쳐, 유리 기판이 된다. 유리 기판은, 곤포된 후, 패널 메이커 등에 출하된다. 패널 메이커는, 유리 기판의 표면에 소자를 형성하고, 디스플레이를 제조한다.
또한, 냉각 공정 S4 후에, 절단 공정을 마련하지 않아도 된다. 즉, 냉각 공정 S4에서 냉각된 시트 글래스(SG)는, 그대로 곤포된 후, 패널 메이커 등에 출하되어도 된다. 이 경우, 패널 메이커는, 시트 글래스(SG)의 표면에 소자를 형성한 후에, 시트 글래스(SG)를 소정의 크기로 절단하여 단부면 가공함으로써, 디스플레이를 제조한다.
이하, 도 3 내지 도 5를 참조하여, 유리 기판 제조 장치(100)에 포함되는 성형 장치(40)의 구성을 설명한다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 시트 글래스(SG)의 폭 방향이란, 시트 글래스(SG)의 표면의 면 내 방향 중, 시트 글래스(SG)가 유하하는 방향(흐름 방향)에 교차하는 방향, 즉, 수평 방향을 의미한다.
(2) 성형 장치의 구성
먼저, 도 3 및 도 4에, 성형 장치(40)의 개략 구성을 도시한다. 도 3은, 성형 장치(40)의 단면도이다. 도 4는, 성형 장치(40)의 측면도이다.
성형 장치(40)는 시트 글래스(SG)가 통과하는 경로와, 경로를 둘러싸는 공간을 갖는다. 통로를 둘러싸는 공간은, 예를 들어, 성형체실(20), 제1 냉각실(30), 및 제2 냉각실(80)을 포함하고 있다.
본 실시 형태에서는, 성형체(41)의 하단부(41a)에서 용융 유리(FG)가 합류하여 시트 글래스(SG)가 형성된 위치에서, 시트 글래스(SG)가 하방으로 흐를 때에, 시트 글래스(SG)의 흐름 방향을 따른 온도 영역 중, 시트 글래스(SG)의 중심부(C)(도 4 참조)의 온도가 450℃ 미만 300℃ 이상의 온도 영역에서의 평균 냉각 속도가, 후술하는 바와 같이, 냉각 공정 S4 중, 중심부(C)의 온도가 450℃ 미만 300℃ 이상인 온도 영역 이외의 온도 영역에서의 평균 냉각 속도에 비하여 작다. 이 점은 후술한다. 또한, 중심부(C)의 온도가 450℃ 미만 300℃ 이상인 온도 영역의 평균 냉각 속도와 평균 냉각 속도가 비교되는 온도 영역은, 예를 들어 상류측과 하류측의 온도차가 적어도 10℃ 이상인 온도 영역이다.
또한, 시트 글래스(SG)의 폭 방향의 양단부란, 시트 글래스(SG)의 양측의 단으로부터 시트 글래스(SG)의 폭 방향의 내측을 향해서 200mm 진행한 위치까지의 폭 방향의 범위 내의 영역을 말하며, 양단부의 폭 방향의 내측 영역을 시트 글래스(SG)의 중앙 영역(CA)(도 4 참조)이라고 한다. 시트 글래스(SG)의 양단부(R, L)는, 제조 후에 절단 제거되는 대상의 부분을 포함하는 영역인 것에 반해, 시트 글래스(SG)의 중앙 영역(CA)은, 판 두께를 균일하게 하는 대상의 부분을 포함하는 영역이다. 시트 글래스(SG)의 중앙 영역(CA)은, 시트 글래스(SG)의 폭 방향의 폭 중 시트 글래스(SG)의 폭 방향의 중심으로부터 폭의 절반인 예를 들어 85％ 이내의 범위이다. 중심부(C)란, 시트 글래스(SG)의 폭 방향의 중심 위치를 말한다. 평균 냉각 속도란, 중심부(C)를 포함한 중앙 영역(CA)의 평균 냉각 속도이며, 정해지는 온도 영역에서의 동일한 폭 방향의 위치에서의 흐름 방향의 온도차를, 시트 글래스(SG)가 이 온도 영역을 통과하는 통과 시간으로 나눈 값이다. 450℃ 미만 300℃ 이상의 온도 영역과 같이, X1℃ 미만 X2℃ 이상으로 표현되는 온도 영역에서는, 중심부(C)의 온도차는 X1-X2(℃)로 취급되어서, 중심부(C)에 있어서의 평균 냉각 속도가 산출된다. 중앙 영역(CA)의 중심부(C) 이외의 부분의 평균 냉각 속도도, 그 온도 영역에서의 온도차를 통과 시간으로 나눈 값이다.
성형체실(20)은 전술한 청징 장치(12)로부터 보내지는 용융 유리(FG)가 시트 글래스(SG)로 성형되는 공간이다.
제1 냉각실(30)은 성형체실(20)의 하방에 배치되어, 시트 글래스(SG)의 두께 및 휨량을 조정하기 위한 공간이다. 제1 냉각실(30)에서는, 시트 글래스(SG)의 중심부(C)의 온도가 서냉점보다 높은 상태의 시트 글래스(SG)가 냉각된다. 시트 글래스(SG)의 중심부(C)는, 시트 글래스(SG)의 폭 방향의 중심이다.
제2 냉각실(80)은 성형체실(20) 및 제1 냉각실(30)의 하방에 배치되어, 시트 글래스(SG)의 휨, 열수축률, 및 변형값을 조정하기 위한 공간이다. 제2 냉각실(80)에서는, 제1 냉각실(30) 내를 통과한 시트 글래스(SG)가, 서냉점, 변형점을 거치고, 적어도, 변형점보다 100℃ 낮은 온도까지 냉각된다. 그러나, 제2 냉각실(80)에서는, 시트 글래스(SG)가, 실온 부근의 온도까지 냉각되어도 된다. 또한, 제2 냉각실(80)의 내부는, 단열 부재(80b)에 의해, 복수의 공간으로 구분되어 있어도 된다. 복수의 단열 부재(80b)는 복수의 인하 롤러(81a 내지 81g) 각각의 사이에, 시트 글래스(SG)의 두께 방향의 양측에 배치된다. 이에 의해, 시트 글래스(SG)의 온도 관리를 보다 고정밀도로 행할 수 있다.
또한, 성형 장치(40)는 예를 들어, 성형체(41)와, 구획 부재(50)와, 냉각 롤러(51)와, 온도 조정 유닛(60)과, 인하 롤러(81a 내지 81g)와, 히터(82a 내지 82g)를 구비한다. 또한, 성형 장치(40)는 제어 장치(91)를 구비한다(도 5 참조). 제어 장치(91)는 성형 장치(40)에 포함되는 각 구성의 구동부를 제어한다.
이하, 성형 장치(40)에 포함되는 각 구성에 대하여 상세하게 설명한다.
(2-1) 성형체
성형체(41)는 성형체실(20) 내에 설치된다. 성형체(41)는 용융 유리(FG)를 오버플로우시킴으로써 용융 유리(FG)를 시트 형상의 유리인 시트 글래스(SG)로 성형한다. 도 3에 도시한 바와 같이, 성형체(41)는 단면 형상에 대하여 대략 오각형의 형상(웨지형에 유사한 형상)을 갖는다. 대략 오각형의 선단은 성형체(41)의 하단부(41a)에 상당한다.
또한, 성형체(41)는 제1 단부에 유입구(42)를 갖는다(도 4 참조). 성형체(41)의 상면에는 홈(43)이 형성되어 있다. 유입구(42)는 상술한 하류 파이프(24)와 접속되어 있고, 청징 장치(12)로부터 흘러 나온 용융 유리(FG)는, 유입구(42)로부터 홈(43)에 유입된다. 성형체(41)의 홈(43)에 유입된 용융 유리(FG)는, 성형체(41)의 한 쌍의 정상부(41b, 41b)로부터 오버플로우하고, 성형체(41)의 한 쌍의 측면(표면)(41c, 41c)을 따르면서 유하한다. 그 후, 용융 유리(FG)는, 성형체(41)의 하단부(41a)에서 합류하여 시트 글래스(SG)가 된다.
(2-2) 구획 부재
구획 부재(50)는 성형체실(20)로부터 제1 냉각실(30)에의 열의 이동을 차단하는 부재이다. 구획 부재(50)는 용융 유리(FG)의 합류 포인트의 근방에 배치되어 있다. 또한, 도 3에 도시한 바와 같이, 구획 부재(50)는 합류 포인트에서 합류한 용융 유리(FG)(시트 글래스(SG))의 두께 방향 양측에 배치된다. 구획 부재(50)는 예를 들어, 단열재이다. 구획 부재(50)는 용융 유리(FG)의 합류 포인트의 상측 분위기 및 하측 분위기를 구획함으로써, 구획 부재(50)의 상측과 하측 간의 열 이동을 차단한다.
(2-3) 냉각 롤러
냉각 롤러(51)는 제1 냉각실(30) 내에 설치된다. 보다 구체적으로, 냉각 롤러(51)는 구획 부재(50)의 바로 아래에 배치되어 있다. 또한, 냉각 롤러(51)는 시트 글래스(SG)의 두께 방향 양측이며, 또한, 시트 글래스(SG)의 폭 방향의 양단부(R, L)의 위치에 배치된다. 시트 글래스(SG)의 두께 방향 양측에 배치된 냉각 롤러(51)는 한 쌍으로 동작한다. 즉, 시트 글래스(SG)의 폭 방향 양단부는, 2대의 냉각 롤러(51) 사이에 끼워 넣어진다.
예를 들어, 냉각 롤러(51)는 내부에 통과된 공랭관이나 수랭관에 의해 냉각되어 있다. 냉각 롤러(51)는 시트 글래스(SG)의 양단부(R, L)에 접촉하고, 열전도에 의해 시트 글래스(SG)의 양단부(R, L)를 급랭한다. 냉각 롤러(51)에 접촉한 시트 글래스(SG)의 양단부(R, L)의 점도는, 예를 들어, 109. 0poise 이상이다.
냉각 롤러(51)는 냉각 롤러 구동 모터(390)(도 5를 참조)에 의해 회전 구동된다. 냉각 롤러(51)는 시트 글래스(SG)의 양단부(R, L)를 냉각함과 함께, 시트 글래스(SG)를 하방으로 내리는 기능도 갖는다. 또한, 냉각 롤러(51)에 의한 시트 글래스(SG)의 양단부(R, L)의 냉각은, 시트 글래스(SG)의 폭 및 시트 글래스(SG)의 두께의 균일화에 영향을 준다.
(2-4) 온도 조정 유닛
온도 조정 유닛(60)은 제1 냉각실(30) 내에 설치되고, 시트 글래스(SG)를 서냉점 근방까지 냉각하는 유닛이다. 온도 조정 유닛(60)은 구획 부재(50)의 하방이며, 제2 냉각실(80)의 천장판(80a)의 상방에 배치된다.
온도 조정 유닛(60)은 시트 글래스(SG)의 중심부(C)의 온도가 서냉점 근방이 될 때까지, 시트 글래스(SG)를 냉각한다. 시트 글래스(SG)의 중심부(C)는, 그 후, 제2 냉각실(80) 내에서, 서냉점, 변형점을 거쳐서, 실온 근방의 온도까지 냉각된다.
온도 조정 유닛(60)은 냉각 유닛(61)을 가져도 된다. 냉각 유닛(61)은 시트 글래스(SG)의 폭 방향으로 복수(여기서는, 3개) 및 그 흐름 방향으로 복수 배치된다. 구체적으로는, 냉각 유닛(61)은 시트 글래스(SG)의 양단부(R, L)의 각 표면에 대향하도록 하나씩 배치되고, 또한, 후술하는 중앙 영역(CA)(도 4를 참조)의 각 표면에 대향하도록 하나 배치되어 있다.
(2-5) 인하 롤러
인하 롤러(81a 내지 81g)는 제2 냉각실(80) 내에 설치되고, 제1 냉각실(30) 내를 통과한 시트 글래스(SG)를, 시트 글래스(SG)의 흐름 방향으로 내린다. 인하 롤러(81a 내지 81g)는 제2 냉각실(80)의 내부에서, 흐름 방향을 따라서 소정의 간격을 두고 배치된다. 인하 롤러(81a 내지 81g)는 시트 글래스(SG)의 두께 방향 양측(도 3 참조), 및 시트 글래스(SG)의 폭 방향의 양단부(R, L)의 위치에(도 4 참조)에 복수 배치된다. 즉, 인하 롤러(81a 내지 81g)는 시트 글래스(SG)의 폭 방향의 양단부(R, L)의 위치이며, 또한, 시트 글래스(SG)의 두께 방향의 양측에 접촉하면서 시트 글래스(SG)를 하방으로 내린다.
인하 롤러(81a 내지 81g)는 인하 롤러 구동 모터(391)(도 5 참조)에 의해 구동된다. 인하 롤러(81a 내지 81g)의 주속도는, 인하 롤러(81a 내지 81g)가 하류측에 설치되어 있을수록, 크게 하는 것이 바람직하다. 즉, 복수의 인하 롤러(81a 내지 81g) 중, 인하 롤러(81a)의 주속도가 가장 작고, 인하 롤러(81g)의 주속도가 가장 크다. 시트 글래스(SG)의 두께 방향 양측에 배치된 인하 롤러(81a 내지 81g)는 쌍으로 동작하고, 쌍의 인하 롤러(81a, 81a, ···)가, 시트 글래스(SG)를 하측 방향으로 내린다.
(2-6) 히터
히터(82a 내지 82g)는 제2 냉각실(80)의 내부에 설치되고, 제2 냉각실(80)의 내부 공간의 온도를 조정한다. 구체적으로, 히터(82a 내지 82g)는 시트 글래스(SG)의 흐름 방향 및 시트 글래스(SG)의 폭 방향으로 복수 배치된다. 예를 들어, 시트 글래스(SG)의 흐름 방향으로는 7개의 히터가 배치되고, 시트 글래스의 폭 방향으로는 3개의 히터가 배치된다. 폭 방향으로 배치되는 3개의 히터는, 시트 글래스(SG)의 중앙 영역(CA)과, 시트 글래스(SG)의 양단부(R, L)를 각각 온도 제어한다. 히터(82a 내지 82g)의 출력은, 후술하는 제어 장치(91)에 의해 제어된다. 이에 의해, 제2 냉각실(80) 내부를 통과하는 시트 글래스(SG)의 근방의 분위기 온도가 제어된다. 히터(82a 내지 82g)에 의해 제2 냉각실(80) 내의 분위기 온도가 제어됨으로써, 시트 글래스(SG)의 온도 제어가 행해진다. 또한, 온도 제어에 의해, 시트 글래스(SG)는, 점성 영역으로부터 점탄성 영역을 거쳐서 탄성 영역으로 추이한다. 이와 같이, 히터(82a 내지 82g)의 제어에 의해, 제2 냉각실(80)에서는, 시트 글래스(SG)의 온도가 서냉점 근방의 온도로부터 실온 부근의 온도까지 냉각된다.
또한, 시트 글래스(SG)의 근방에는, 분위기 온도를 검출하는 분위기 온도 검출 수단(본 실시 형태에서는, 열전대)(380)(도 5 참조)이 설치되어 있어도 된다. 예를 들어, 복수의 열전대(380)가 시트 글래스(SG)의 흐름 방향 및 시트 글래스(SG)의 폭 방향으로 배치된다. 열전대(380)는 시트 글래스(SG)의 표면의 온도를 검출할 수 있다. 예를 들어, 열전대(380)는 시트 글래스(SG)의 중심부(C)의 온도와, 시트 글래스(SG)의 양단부(R, L)의 온도를 각각 검출한다. 히터(82a 내지 82g)의 출력은, 열전대(380)에 의해 검출되는 분위기 온도에 기초하여 제어된다.
(2-7) 절단 장치
절단 장치(90)는 제2 냉각실(80) 내에서 실온 부근의 온도까지 냉각된 시트 글래스(SG)를 소정의 크기로 절단한다. 이에 의해, 시트 글래스(SG)는, 복수의 유리판이 된다. 절단 장치(90)는 절단 장치 구동 모터(392)(도 5를 참조)에 의해 구동된다. 또한, 절단 장치(90)는 반드시 제2 냉각실(80)의 바로 아래에 설치되어 있지는 않아도 된다. 또한, 시트 글래스(SG)는 절단 장치(90)로 절단되지 않아도 되고, 시트 글래스(SG)를 롤상으로 권회하여 롤상의 시트 글래스를 제작해도 된다.
(2-8) 제어 장치
도 5는, 제어 장치(91)의 구성의 일례를 도시하는 도면이다.
제어 장치(91)는 CPU, RAM, ROM, 및 하드 디스크 등을 포함하고 있고, 유리 기판 제조 장치(100)에 포함되는 여러가지 기기의 제어를 행한다. 구체적으로는, 도 5에 도시한 바와 같이, 제어 장치(91)는 유리 기판 제조 장치(100)에 포함되는 각종 센서(예를 들어, 열전대(380))나 스위치(예를 들어, 주전원 스위치(381)) 등에 의한 신호를 받고, 온도 조정 유닛(60), 히터(82a 내지 82g), 냉각 롤러 구동 모터(390), 인하 롤러 구동 모터(391), 절단 장치 구동 모터(392) 등의 제어를 행한다.
(3) 온도 관리
본 실시 형태에 따른 유리 기판의 제조 방법의 냉각 공정 S4에서는, 중앙 영역(CA)의 냉각 속도이며, 중심부(C)의 온도가 450℃ 미만 300℃ 이상의 온도 영역에서의 평균 냉각 속도가, 냉각 공정 S4 중, 중심부(C)의 온도가 450℃ 미만 300℃ 이상인 상기 온도 영역 이외의 온도 영역에서의 중앙 영역(CA)의 평균 냉각 속도에 비하여 작다. 즉, 냉각 공정 S4에 있어서, 중심부(C)의 온도가 450℃ 미만 300℃ 이상인 온도 영역에서, 중앙 영역(CA)에 있어서의 평균 냉각 속도는 가장 작다. 이렇게 평균 냉각 속도를 조정함으로써, 유리 기판의 제조 라인 상에서, 극히 낮은 열수축률을 달성할 수 있다. 이 경우, 평균 냉각 속도의 조정은, 상술한, 냉각 롤러(51), 온도 조정 유닛(60), 및 히터(82a 내지 82g)를 사용하여 행해진다. 물론, 이때, 도 6에 도시한 바와 같은 시트 글래스(SG)의 폭 방향의 온도 프로파일 TP1 내지 TP10을 흐름 방향의 각 온도 영역에서의 목표 온도 프로파일로 하여, 제1 냉각실(30) 및 제2 냉각실(80)의 온도를 제어함으로써, 시트 글래스(SG)의 두께, 휨량, 및 변형을 조정할 수 있다.
도 6은, 냉각 공정에서의 목표 온도 프로파일의 일례인 온도 프로파일 TP1 내지 TP10을 설명하는 도면이다. 온도 프로파일 TP1에서는, 시트 글래스(SG)의 중앙 영역(CA)의 온도가 균일하고, 시트 글래스(SG)의 양단부(R, L)는, 중앙 영역(CA)의 온도보다도 낮다. 시트 글래스(SG)가, 이 온도 프로파일 TP1이 되도록, 성형 후의 냉각 롤러(51)를 사용하여 시트 글래스(SG)의 양단부(R, L)의 냉각이 행해진다. 온도 프로파일 TP2 내지 TP5에서는, 시트 글래스(SG) 전체의 온도를 낮추면서, 중앙 영역(CA)의 온도 분포를 직사각형 형상으로부터 위로 볼록한 대략 포물선 형상으로 하고, 대략 포물선 형상의 볼록의 정도를 서서히 작게 한다. 온도 프로파일 TP6에 있어서 양단부(R, L) 및 중앙 영역(CA)에 있어서의 온도를 일정하게 한다. 이 후, 온도 프로파일 TP7 내지 TP10에서는, 아래로 볼록한 대략 포물선 형상의 온도 분포로 하고, 시트 글래스(SG) 전체의 온도를 낮추면서, 중앙 영역(CA)의 온도 분포를 아래로 볼록의 정도를 크게 한다. 시트 글래스(SG)의 온도가 이러한 온도 프로파일이 되도록, 냉각 유닛(61) 및 히터(82a 내지 82g)를 사용하여 제1 냉각실(30) 및 제2 냉각실(80)의 온도 조정을 행한다.
또한, 제1 냉각실(30) 및 제2 냉각실(80)의 온도 조정을 행하는 경우, 시트 글래스(SG)의 온도는, 시트 글래스(SG)의 온도의 실측값을 사용해도 되고, 또한, 히터(82a 내지 82g)에 의해 제어되는 시트 글래스(SG)의 분위기 온도에 기초하여 시뮬레이션에 의해 산출된 값을 사용해도 된다.
도 7은, 본 실시 형태에 있어서의 중심부(C)의 시트 글래스(SG)의 흐름 방향을 따른 온도 이력(온도의 시간 변화)의 일례를 도시하는 도면이다. 도 7에 있어서, 시점 A에서, 성형체(41)의 하단부(41a)에 있어서 시트 글래스(SG)가 형성된다. 이때의 시트 글래스(SG)의 온도는, 예를 들어 1200℃이다. 시점 B에서는, 시트 글래스(SG)의 온도는 서냉점(유리의 점도가 1013poise인 때의 온도, 예를 들어 775℃)으로 되고, 시점 C에서는, 시트 글래스(SG)의 온도는 450℃가 된다. 시점 D에서는, 시트 글래스(SG)의 온도는 300℃가 되고, 시점 E에서는, 시트 글래스(SG)의 온도는 200℃ 이하로 되어 절단 장치(90)로 절단된다. 이때, 시점 A부터 시점 B까지의 시트 글래스(SG)의 온도 영역(시트 글래스(SG)의 형성 후 서냉점 이상의 온도 영역)을 제1 온도 영역 R1로 하고, 시점 B 경과 후 시점 C까지의 시트 글래스(SG)의 온도 영역(서냉점 미만 450℃ 이상의 온도 영역)을 제2 온도 영역 R2로 하고, 시점 C 경과 후 시점 D까지의 시트 글래스(SG)의 온도 영역(450℃ 미만 300℃ 이상의 온도 영역)을 제3 온도 영역 R3으로 하고, 시점 D 경과 후 시점 E까지의 시트 글래스(SG)의 온도 영역(300℃ 미만 100℃ 이상의 온도 영역)을 제4 온도 영역 R4으로 하고 있다. 이때, 제1 내지 4 온도 영역 R1 내지 R4에 있어서, 제3 온도 영역 R3에 있어서의 제3 평균 냉각 속도가, 다른 제1, 2, 4 온도 영역 R1, R2, R4의 제1, 2, 4 평균 냉각 속도에 비하여 작다. 제1 온도 영역 R1에 있어서의 시트 글래스(SG)의 냉각 공정은, 제1 냉각 공정이며, 제2 내지 4 온도 영역 R2 내지 R4에 있어서의 시트 글래스(SG)의 냉각 공정은, 각각 제2 내지 4 냉각 공정이다.
본 실시 형태에서는, 온도 영역 R3에 있어서의 제3 평균 냉각 속도는, 온도 영역 R3 이외의 범위를 임의로 구획하여 온도 영역(10℃ 이상의 온도차를 갖는 온도 영역)을 정한 경우에도, 가장 작다.
또한, 제1 온도 영역 R1에 있어서의 제1 평균 냉각 속도는, 제2 온도 영역에서의 제2 평균 냉각 속도보다 큰 것이, 효율적으로 열수축률을 저감시킬 수 있는 점에서 바람직하다. 구체적으로는, 제1 온도 영역 R1에 있어서의 유리의 완화는 빠르게 진행하기 때문에, 제1 온도 영역 R1보다도 제2 내지 4 온도 영역 R2 내지 R4의 냉각 속도를 늦게 한 쪽이 열수축률을 효율적으로 저감시킨다는 관점에서 바람직하다.
또한, 제4 냉각 공정의 제4 온도 영역 R4에 있어서의 제4 평균 냉각 속도는, 제3 온도 영역에서의 제3 평균 냉각 속도보다도 큰 것이, 냉각 공정 S4의 시트 글래스(SG)의 경로의 길이를 변경하지 않게 되는 점 및 유리 기판의 생산 효율의 저하를 억제하는 점에서 바람직하다.
또한, 제3 온도 영역 R3에 있어서의 제3 평균 냉각 속도는, 5℃/초 이하인 것이, 열수축률을 저감시킬 수 있는 점에서 바람직하다. 또한, 제3 평균 냉각 속도의 하한은 특별히 제한되지 않지만, 시트 글래스(SG)의 경로 길이를 변경하지 않는 점에서, 또는 유리 기판의 생산 효율의 저하를 억제할 수 있는 점에서, 예를 들어 0.5℃/초 이상인 것이 바람직하다. 또한, 생산성을 유지하면서 열수축률을 저감시킨다는 관점에서는, 제3 평균 냉각 속도는, 1℃/초 내지 4.5℃/초인 것이 바람직하다.
또한, 제1 온도 영역 R1에 있어서의 제1 평균 냉각 속도는, 예를 들어, 5℃/초 내지 50℃/초인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 15℃/초 내지 35℃/초이다. 제2 온도 영역 R2에 있어서의 제2 평균 냉각 속도는, 예를 들어 5℃/초 이하이고, 1℃/초 내지 5℃/초인 것이 바람직하고, 2℃/초 내지 5℃/초인 것이 보다 바람직하다.
또한, 본 실시 형태와 같이, 중심부(C)의 온도가 300℃ 미만 100℃ 이상인 제4 온도 영역 R4에 있어서의 제4 평균 냉각 속도는, 제3 온도 영역 R3에 있어서의 제3 평균 냉각 속도보다도 큰 것이, 시트 글래스(SG)의 경로를 길게 하지 않고, 열수축률을 낮게 하는 점에서, 바람직하다.
도 7에 도시하는 온도 이력은, 중심부(C)에 있어서의 온도 이력인데, 중심부(C)로부터 벗어난 중앙 영역(CA)의 다른 부분의 폭 방향의 동일 위치에 있어서의 온도의 시간 이력도 마찬가지로, 제3 온도 영역 R3에 있어서의 평균 냉각 속도가 가장 작다.
제1 온도 영역 R1 내지 제4 온도 영역 R4에 있어서의 제1 내지 4 평균 냉각 속도는, 제1 냉각실(30) 및 제2 냉각실(80)의 분위기 온도를 조정하는 것에 의해 얻어지는 것이며, 상온에서의 자연 방냉에 비하여 작은 속도이다.
일반적으로, 유리는 비정질이며, 고온의 유리는, 열에 의해 분자 구조가 최적의 구조를 향하여 변화하고, 즉 열완화되어 수축하려고 한다. 이 때문에, 열수축률이 작은 유리 기판을 제작하기 위해서는, 시트 글래스(SG)의 열 완화가 충분히 진행하도록, 천천히 냉각하는 것이 바람직하다. 시트 글래스(SG)의 냉각 속도가 빠르고, 열 완화가 충분히 이루어지지 않고 시트 글래스(SG)가 냉각되면, 열 완화의 도중에 유리 내의 분자 구조의 변화는 높은 점성에 의해 억제 또는 저지된다. 이 때문에, 이러한 시트 글래스(SG)로부터 얻어지는 유리 기판을 열처리를 위하여 재가열하면, 열 완화의 억제 또는 저지가 해제되어서 열 완화의 도중부터 재개하기 시작한다.
그런데, 유리는 속도가 상이한 복수의 완화를 갖고 있으며, 유리의 완화는 서로 다른 완화 속도를 갖는 완화의 중첩으로 나타낼 수 있다(이하, 완화 속도가 상이한 완화를, 완화의 「성분」이라고 칭한다). 상술한 바와 같이 유리의 완화 성분으로서, 신속하게 열완화하여 수축하는 성분, 완만하게 열완화하여 수축하는 성분, 또한, 중간의 속도로 열완화하여 수축하는 성분 등이 다수 존재한다. 이 때문에, 냉각 공정에서는, 이들 성분 모두에 있어서 열 완화가 충분히 진행하는 온도 이력을 설정하는 것이 바람직하다. 그러나, 냉각 공정 S4에 있어서의 시트 글래스(SG)의 경로는, 도 4에 도시한 바와 같이, 성형 장치(40)의 연직 상방으로부터 하방을 향하는 경로이며, 건물 등의 구조물 내에 설치되어 있기 때문에, 경로를 연장하는 것은 건물 등의 구조물을 개수, 증축 등을 할 필요가 있기 때문에, 경로를 연장하는 것은 어렵다. 이 때문에, 기존의 반송 경로에 있어서, 시트 글래스(SG)의 온도 이력을 적절하게 행하여 냉각 공정 S4에 있어서의 유리 기판의 열수축률을 효율적으로 작게 하는 것이 바람직하다. 본 실시 형태에서는, 제3 온도 영역 R3에 있어서의 평균 냉각 속도를, 냉각 공정 S4 중, 제3 온도 영역 R3 이외의 온도 영역에서의 평균 냉각 속도에 비하여 작게 함으로써, 유리 기판의 열수축률을 효율적으로 작게 할 수 있다. 이 이유는, 이하와 같이 상정된다.
도 8은, 횡축에 시간, 종축에 온도를 나타낸 냉각 공정 S4에 있어서의 시트 글래스(SG)의 냉각 공정에서의 온도 이력 T1 내지 T3(실선)의 모식도이다. 도면 중의 시점 A, E는, 도 7에 있어서의 시점 A, E에 대응한다. 여기서, 온도 이력 T1은, 본 실시 형태의 온도 이력의 일례이며, 온도 이력 T2는, 고온 상태에서 온도 이력 T1에 대하여 냉각 속도를 작게 하고, 그 후, 냉각 속도를 온도 이력 T1에 대하여 크게 하고, 그 후, 냉각 속도를 온도 이력 T1과 동등한 냉각 속도로 하는 형태이며, 온도 이력 T3은, 고온 상태에서, 온도 이력 T1과 동등한 냉각 속도로 하고, 그 후, 온도 이력 T1에 대하여 냉각 속도를 작게 하고, 그 후, 온도 이력 T1에 대하여 냉각 속도를 크게 하는 형태이다.
온도 이력 T1, T3에서는, 상술한 완만하게 열완화하여 수축하는 성분(이 성분을 성분 X라고 한다)은 고온 상태에 있어서의 냉각 속도에 추종할 수 없게 되어, 점 P1에 있어서, 성분 X에 관한 분자 구조의 변화는 점성에 의해 억제 또는 저지된다. 온도 이력 T2에서는, 고온 상태의 냉각 속도는 작기 때문에, 점 P2에 있어서, 성분 X에 관한 분자 구조의 변화는 점성에 의해 억제 또는 저지된다.
한편, 온도 이력 T1에서는, 신속하게 열완화하여 수축하는 성분(이 성분을 성분 Y라고 한다)은 점 P3에 있어서 냉각 속도에 추종할 수 없게 되어, 점 P3에서, 성분 Y에 관한 분자 구조의 변화(열 완화)는 점성에 의해 억제 또는 저지된다. 온도 이력 T2에서는, 성분 Y는, 점 P4에 있어서 냉각 속도에 추종할 수 없게 되어, 점 P4에서 성분 Y에 관한 분자 구조의 변화(열 완화)는 점성에 의해 억제 또는 저지된다. 온도 이력 T3에서는, 성분 Y는, 점 P5에 있어서 냉각 속도에 추종할 수 없게 되어, 점 P5에서 성분 Y에 관한 분자 구조의 변화(열 완화)는 점성에 의해 억제 또는 저지된다.
이러한 온도 이력 T1 내지 T3에 있어서, 점 P1, P2의, 분자 구조의 변화(열 완화)가 억제 또는 저지될 때의 온도는, 점 P1, P2 사이에서 그다지 다르지 않지만, 성분 Y에 관한 분자 구조의 변화가 억제되는 점 P3 내지 P5에 있어서의 온도는 크게 상이하다. 구체적으로는, 점 P3에 있어서의 온도가 가장 낮다. 따라서, 온도 이력 T1 내지 T3에 있어서, 열 완화가 억제 또는 저지되는 온도가 낮을수록, 열 완화가 진행되어 있는 것으로부터, 성분 Y에 관한 분자 구조의 변화가 억제 또는 저지되는 시점의 온도가 낮을수록, 열수축률을 작게 할 수 있다. 따라서, 온도 이력 T1 내지 T3 중, 가장 낮은 온도에서 성분 Y에 관한 분자 구조의 변화를 억제 또는 저지하는 온도 이력 T1이, 시트 글래스(SG)의 절단 전에, 열 완화를 충분히 행하게 할 수 있고, 이에 의해, 효율적으로 열수축률을 저감한 시트 글래스(SG)를 제공할 수 있다.
또한, 시트 글래스(SG)의 열수축률이 소정의 목표값을 달성하도록 제1 내지 4 온도 영역에서의 제1 내지 4 평균 냉각 속도를 설정할 수 있다. 예를 들어, 시트 글래스(SG)의 열수축률을 복수 가지의 냉각 조건 하에서 실제로 측정하고, 얻어진 측정값에 기초하여 검량선을 작성한다. 또한, 시트 글래스(SG)의 열수축률이 소정의 목표값을 달성하도록, 작성한 검량선을 사용하여, 설정되어 있는 시트 글래스(SG)의 폭 방향의 목표가 되는 온도 프로파일 TP1 내지 TP10의 흐름 방향을 따른 온도 분포를 조정함으로써, 제1 내지 4 온도 영역에서의 제1 내지 4 평균 냉각 속도를 설정할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 제3 온도 영역 R3의 온도 범위를 450℃ 미만 300℃ 이상으로 하고 있지만, 소정의 처리 온도에서 열처리를 실시하여 표면에 박막을 형성하기 위한 디스플레이용 유리 기판에 적용하는 경우, 제3 온도 영역 R3을 (처리 온도-100℃) 미만 (상기 처리 온도-250℃) 이상의 온도 영역으로 할 수도 있다. 이 경우, 처리 온도는, 300℃ 이상, 나아가 400℃ 이상인 것이 바람직하다.
예를 들어, 유리 기판의 표면에, 저온 폴리실리콘 TFT(Thin Film Transistor) 등의 TFT, 또는 IGZO(인듐, 갈륨, 아연, 산소) 등의 산화물 반도체로 대표되는 박막이 형성된다. 이 반도체 등의 박막의 형성 시에, 유리 기판은, 예를 들어, 300℃ 이상, 또는 400℃ 이상의 처리 온도에서 열처리된다. 따라서, 유리 기판은, 이 열처리의 처리 온도에 따라, 제3 온도 영역 R3의 온도 범위를 정하면 된다. 또한, 박막의 형성 시의 열처리의 처리 온도는, 예를 들어, 300℃ 내지 700℃이며, 또는, 400℃ 내지 650℃이다.
이 경우, 시트 글래스(SG)의 형성 후, 중심부(C)의 온도가 서냉점 이상의 온도 영역을 제1 온도 영역 R1로 하고, 중심부(C)의 온도가 서냉점 미만 (처리 온도(℃)-100℃) 이상의 온도 영역을 제2 온도 영역 R2로 했을 때, 제3 온도 영역 R3에 있어서의 제3 평균 냉각 속도는, 제1 온도 영역 R1에 있어서의 제1 평균 냉각 속도 및 제2 온도 영역 R2에 있어서의 제2 평균 냉각 속도보다 작은 것이 바람직하다.
또한, 중심부(C)의 온도가 (처리 온도(℃)-250℃) 미만 (처리 온도(℃)-450℃ 이상인 온도 영역을 제4 온도 영역 R4로 하고, 제4 온도 영역 R4에 있어서의 제4 평균 냉각 속도는, 제3 온도 영역 R3에 있어서의 제3 평균 냉각 속도보다도 큰 것이, 반송 경로를 길게 하지 않고, 열수축률을 낮게 하는 점에서 바람직하다.
본 실시 형태에서는, 이러한 온도 이력을 냉각 공정 S4에서 정함으로써, 유리 기판의 열수축률을 15ppm 이하로 하는 것이, 디스플레이용 유리 기판에 적합한 유리 기판을 제공할 수 있는 점에서 바람직하다. 유리 기판의 열수축률을 10ppm 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 유리 기판의 변형점(유리의 점도가 1014. 5poise인 때의 온도)은 유리 기판의 열수축률을 작게 한다는 관점에서 680℃ 이상인 것이 바람직하고, 700℃ 이상인 것이 보다 바람직하고, 720℃ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 단, 변형점이 높아지도록 유리 조성을 조정하면, 실투 온도가 높아지는 경향이 있기 때문에, 유리 기판의 변형점의 상한은 780℃ 이하인 것이 바람직하고, 760℃ 이하인 것이 보다 바람직하다.
또한, 실투 온도는, 1280℃ 이하인 것이 바람직하고, 열수축률의 저감과 내 실투성을 양립한다는 관점에서는, 1100℃ 내지 1270℃인 것이 바람직하고, 1150℃ 내지 1240℃인 것이 보다 바람직하다.
(유리 조성)
본 실시 형태에서 제조되는 유리 기판의 유리 조성으로서, 예를 들어 이하의 유리 조성이 몰％ 표시로 예시된다.
SiO2 55 내지 80％,
B2O3 0 내지 18％,
Al2O3 3 내지 20％,
MgO 0 내지 20％,
CaO 0 내지 20％,
SrO 0 내지 20％,
BaO 0 내지 20％,
RO 5 내지 25％
(단 R은 Mg, Ca, Sr 및 Ba로부터 선택되는 적어도 1종임),
R'2O 0％ 내지 2.0％
(단 R'는 Li, Na 및 K로부터 선택되는 적어도 1종임)
를 포함한다.
용융 유리 중에서 가수 변동하는 금속의 산화물 합계 함유율은 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어, 0.05 내지 1.5％ 포함해도 된다. 또한, As2O3, Sb2O3 및 PbO를 실질적으로 포함하지 않는 것이 바람직하다.
(유리 기판의 적용예)
본 실시 형태의 유리 기판 제조 방법에 의해 제조되는 유리 기판은, 액정 디스플레이, 플라즈마 디스플레이, 유기 EL 디스플레이 등의 디스플레이용 유리 기판이나 디스플레이를 보호하는 커버 유리로서 특히 적합하다. 디스플레이용 유리 기판을 사용하는 디스플레이에는, 디스플레이 표면이 편평한 플랫 패널 디스플레이 외에, 유기 EL 디스플레이, 액정 디스플레이이며, 디스플레이 표면이 만곡된 곡면 디스플레이가 포함된다. 유리 기판은, 고정밀 디스플레이용 유리 기판으로서, 예를 들어 액정 디스플레이용 유리 기판, 유기 EL(Electro-Luminescence) 디스플레이용 유리 기판, LTPS(Low Temperature Poly-silicon) 박막 반도체, 또는 IGZO(Indium, Gallium, Zinc, Oxide) 등의 산화물 반도체를 사용한 디스플레이용 유리 기판으로서 사용하는 것이 바람직하다.
디스플레이용 유리 기판으로서는, 무알칼리 유리, 또는, 알칼리 미량 함유 유리가 사용된다. 디스플레이용 유리 기판은, 고온 시에 있어서의 점성이 높다. 예를 들어, 102. 5푸아즈의 점성을 갖는 용융 유리의 온도는, 1500℃ 이상이다. 또한, 무알칼리 유리는, 알칼리 금속 산화물(R'2O)을 실질적으로 포함하지 않는 조성의 유리이다. 알칼리 금속 산화물을 실시적으로 포함하지 않는다란, 원료 등으로부터 혼입되는 불순물을 제거하고, 유리 원료로서 알칼리 금속 산화물을 첨가하지 않는 조성의 유리이며, 예를 들어, 알칼리 금속 산화물의 함유량은 0.1질량％ 미만이다.
(열수축률)
본 실시 형태에 있어서의 열수축률은, 열처리를 행하여 측정된다.
유리 기판을 소정의 사이즈의 직사각형으로 잘라내고, 긴 변 양단부에 마킹선을 넣고, 짧은 변 중앙부에서 절반으로 절단하여, 2개의 유리 샘플을 얻는다. 이 중의 한쪽 유리 샘플을, 열처리(500℃에서 30분)한다. 열처리를 하지 않는 다른 쪽 유리 샘플의 길이를 계측한다. 또한, 열처리한 유리 샘플과 미처리된 유리 샘플을 맞대고, 마킹선의 어긋남량을 레이저 현미경 등으로 측정하고, 유리 샘플의 길이의 차분을 구함으로써 샘플의 열수축량을 구할 수 있다. 이 열수축량인 차분과, 열처리 전의 유리 샘플의 길이를 사용하여, 이하의 식에 의해 열수축률이 구해진다. 이 유리 샘플의 열수축률을 유리 기판의 열수축률로 한다.
열수축률(ppm)=(차분)/(열처리 전의 유리 샘플의 길이×106
(실험예)
상기 유리 기판 제조 장치(100) 및 유리 기판의 제조 방법을 사용하여, 이하의 조건에서 실시예 1 내지 3 및 비교예의 유리 기판을 제조하였다. 유리의 조성(몰％)은 SiO2 70.5％, B2O3 7.2％, Al2O3 11.0％, K2O 0.2％, CaO 11.0％, SnO2 0.09％, Fe2O3 0.01％였다. 유리의 실투 온도는, 1206℃이며, 액상 점도는, 1.9×105dPa·s였다. 유리의 서냉점은 758℃이며, 변형점은 699℃였다. 또한, 시트 글래스(SG)의 폭은 1600mm, 두께는, 0.7mm(실시예 1, 비교예 1), 0.5mm(실시예 2, 비교예 2), 0.4mm(실시예 3, 비교예 3)로 하였다. 또한, 유리 기판에 박막을 형성하기 위한 열 처리 온도는 550℃였다.
시트 글래스(SG)의 폭 방향의 중심부(C)의 온도가 서냉점 이상일 때의 평균 냉각 속도를 제1 평균 냉각 속도로 하고, 중심부(C)의 온도가 서냉점 미만 450℃ 이상일 때의 평균 냉각 속도를 제2 평균 냉각 속도로 하고, 중심부(C)의 온도가 450℃ 미만 300℃ 이상일 때의 평균 냉각 속도를 제3 평균 냉각 속도로 하였다. 실시예 1 내지 3에서는, 제3 평균 냉각 속도는, 제1 평균 냉각 속도 및 제2 평균 냉각 속도보다도 느렸다. 한편, 비교예 1 내지 3에서는, 제2 평균 냉각 속도를 실시예 1 내지 3의 제2 평균 냉각 속도보다 느리게 하고, 제3 평균 냉각 속도를 실시예 1 내지 3의 제3 평균 냉각 속도보다 빠르게 했기 때문에, 비교예 1 내지 3의 제2 평균 냉각 속도는, 비교예 1 내지 3의 제3 평균 냉각 속도보다 느렸다. 그 결과, 실시예 1 내지 3의 열수축률은 15ppm 이하였지만, 비교예 1 내지 3의 열수축률은 15ppm을 초과하였다.
이것으로부터, 본 실시 형태의 효과는 명확하다.
이상, 본 발명의 유리 기판 제조 방법에 대하여 상세하게 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태 및 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 주지를 일탈하지 않는 범위에서, 여러가지 개량이나 변경을 해도 되는 것은 물론이다.
11: 용융 장치
12: 청징 장치
20: 성형체실
30: 제1 냉각실
40: 성형 장치
41: 성형체
51: 냉각 롤러
60: 온도 조정 유닛
80: 제2 냉각실
80a: 천장판
80b: 단열 부재
81a 내지 81g: 인하 롤러
82a 내지 82g: 히터
90: 절단 장치
91: 제어 장치
100: 유리 기판 제조 장치

Claims (10)

  1. 용융 유리를 다운드로우법에 의해 시트 글래스로 성형하는 성형 공정과,
    성형된 상기 시트 글래스를 흘릴 때에, 상기 시트 글래스의 흐름 방향과 직교하는 폭 방향의 중심부 온도가 300℃로 될 때까지 냉각하는 냉각 공정을 구비하고,
    상기 냉각 공정에 있어서, 상기 시트 글래스의 폭 방향의 양단부보다도 상기 시트 글래스의 상기 폭 방향의 내측에 있고, 상기 중심부를 포함하는 영역인 중앙 영역의 냉각 속도이며, 상기 중심부의 온도가 450℃ 미만 300℃ 이상의 온도 영역에서의 평균 냉각 속도는, 상기 냉각 공정 중의, 상기 온도 영역 이외의 온도 영역에서의 상기 중앙 영역의 평균 냉각 속도에 비하여 작은, 디스플레이용 유리 기판의 제조 방법.
  2. 소정의 처리 온도에서 열처리를 실시하여 표면에 박막을 형성하기 위한 디스플레이용 유리 기판의 제조 방법이며,
    용융 유리를 다운드로우법에 의해 시트 글래스로 성형하는 성형 공정과,
    성형된 상기 시트 글래스를 흘릴 때에, 상기 시트 글래스의 흐름 방향과 직교하는 폭 방향의 중심부 온도가 상기 처리 온도보다도 250℃ 낮은 온도로 될 때까지 냉각하는 냉각 공정을 구비하고,
    상기 냉각 공정에 있어서, 상기 시트 글래스의 폭 방향의 양단부보다도 상기 시트 글래스의 상기 폭 방향의 내측에 있고, 상기 중심부를 포함하는 영역인 중앙 영역의 냉각 속도이며, 상기 중심부의 온도가 상기 처리 온도보다도 100℃ 낮은 온도 미만, 상기 처리 온도보다도 250℃ 낮은 온도 이상의 온도 영역에서의 평균 냉각 속도는, 상기 냉각 공정 중의, 상기 온도 영역 이외의 온도 영역에서의 상기 중앙 영역의 평균 냉각 속도에 비하여 작은, 디스플레이용 유리 기판의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 냉각 공정은,
    상기 시트 글래스로 성형된 후, 상기 시트 글래스의 상기 폭 방향의 중심부 온도가 서냉점 이상일 때, 상기 시트 글래스의 폭 방향의 양단부보다도 상기 시트 글래스의 폭 방향 내측에 있고, 상기 중심부를 포함하는 영역인 중앙 영역을 제1 평균 냉각 속도로 냉각하는 제1 냉각 공정과,
    상기 중심부의 온도가 상기 서냉점 미만 450℃ 이상일 때, 상기 중앙 영역을 제2 평균 냉각 속도로 냉각하는 제2 냉각 공정과,
    상기 중심부의 온도가 450℃ 미만 300℃ 이상일 때, 상기 중앙 영역을 제3 평균 냉각 속도로 냉각하는 제3 냉각 공정을 포함하고,
    상기 제3 평균 냉각 속도는, 상기 제1 평균 냉각 속도 및 상기 제2 평균 냉각 속도보다 작은, 디스플레이용 유리 기판의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 냉각 공정은, 또한, 상기 중심부의 온도가 300℃ 미만 100℃ 이상일 때, 상기 중앙 영역을 제4 평균 냉각 속도로 냉각하는 제4 냉각 공정을 포함하고,
    상기 제4 평균 냉각 속도는, 상기 제3 평균 냉각 속도보다도 큰, 디스플레이용 유리 기판의 제조 방법.
  5. 제2항에 있어서, 상기 냉각 공정은,
    상기 시트 글래스로 성형된 후, 상기 시트 글래스의 폭 방향의 중심부 온도가 서냉점 이상일 때, 상기 시트 글래스의 폭 방향의 양단부보다도 상기 시트 글래스의 폭 방향 내측에 있고, 상기 중심부를 포함하는 영역인 중앙 영역을 제1 평균 냉각 속도로 냉각하는 제1 냉각 공정과,
    상기 중심부의 온도가 상기 서냉점 미만, 상기 처리 온도보다도 100℃ 낮은 온도 이상일 때, 상기 중앙 영역을 제2 평균 냉각 속도로 냉각하는 제2 냉각 공정과,
    상기 중심부의 온도가 상기 처리 온도보다도 100℃ 낮은 온도 미만, 상기 처리 온도보다도 250℃ 낮은 온도 이상일 때, 상기 중앙 영역을 제3 평균 냉각 속도로 냉각하는 제3 냉각 공정을 포함하고,
    상기 제3 평균 냉각 속도는, 상기 제1 평균 냉각 속도 및 상기 제2 평균 냉각 속도보다 작은, 디스플레이용 유리 기판의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 냉각 공정은, 또한, 상기 중심부의 온도가 상기 처리 온도보다도 250℃ 낮은 온도 미만, 상기 처리 온도보다도 450℃ 낮은 온도 이상일 때, 상기 중앙 영역을 제4 평균 냉각 속도로 냉각하는 제4 냉각 공정을 포함하고,
    상기 제4 평균 냉각 속도는, 상기 제3 평균 냉각 속도보다도 큰, 디스플레이용 유리 기판의 제조 방법.
  7. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 평균 냉각 속도는, 상기 제2 평균 냉각 속도보다 큰, 디스플레이용 유리 기판의 제조 방법.
  8. 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제3 평균 냉각 속도는, 5.0℃/초 이하인, 디스플레이용 유리 기판의 제조 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유리 기판의 열수축률은 15ppm 이하인, 디스플레이용 유리 기판의 제조 방법.
    단, 상기 열수축률이란, 500℃에서 30분 유지하는 열처리가 실시된 후의 유리 기판의 수축량을 사용하여, 이하의 식으로 구해지는 값이다.
    열수축률(ppm)
    ={열처리 후의 유리 기판의 수축량/열처리 전의 유리 기판의 길이}×106
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유리 기판의 변형점은 680℃ 이상인, 디스플레이용 유리 기판의 제조 방법.
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