(57)【要約】【課題】  アニール時間を短縮し、或いはアニール工程を省略しても、熱収縮率の小さいガラス基板を得ることが可能なフラットパネルディスプレイ用基板ガラスの製造方法と、それを用いて製造されたフラットパネルディスプレイ用基板ガラスを提供する。【解決手段】  紫外線を照射することによって板ガラスを収縮させる。例えば溶融ガラスを板状に成形した後、徐冷しながら紫外線を照射してもよい。得られた基板ガラスは、ガラスの徐冷点＋３０℃の温度で１０時間熱処理すると、２５０ｎｍ〜３５０ｎｍの波長域における透過率が熱処理前と比べて高くなる性質を有している。【選択図】  図３
2006169076.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板ガラスに紫外線を照射することを特徴とするフラットパネルディスプレイ用基板ガラスの製造方法。
【請求項２】
紫外線を照射して板ガラスを収縮させることを特徴とする請求項１のフラットパネルディスプレイ用基板ガラスの製造方法。
【請求項３】
板ガラスが収縮するのに十分な紫外線を照射することを特徴とする請求項１のフラットパネルディスプレイ用基板ガラスの製造方法。
【請求項４】
１５０〜４００ｎｍの波長の紫外線を照射することを特徴とする請求項１のフラットパネルディスプレイ用基板ガラスの製造方法。
【請求項５】
熱処理工程を含むことを特徴とする請求項１のフラットパネルディスプレイ用基板ガラスの製造方法。
【請求項６】
熱処理と同時に紫外線を照射することを特徴とする請求項５のフラットパネルディスプレイ用基板ガラスの製造方法。
【請求項７】
紫外線照射後に熱処理することを特徴とする請求項５のフラットパネルディスプレイ用基板ガラスの製造方法。
【請求項８】
熱処理後に紫外線照射することを特徴とする請求項５のフラットパネルディスプレイ用基板ガラスの製造方法。
【請求項９】
溶融ガラスを板状に成形した後、徐冷しながら紫外線を照射することを特徴とするフラットパネルディスプレイ用基板ガラスの製造方法。
【請求項１０】
板ガラスが、アルミノシリケート系ガラスからなることを特徴とする請求項１又は９のフラットパネルディスプレイ用基板ガラスの製造方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０の何れかの方法により製造されることを特徴とするフラットパネルディスプレイ用基板ガラス。
【請求項１２】
ガラスの徐冷点＋３０℃の温度で１０時間熱処理すると、２５０ｎｍ〜３５０ｎｍの波長域における透過率が熱処理前と比べて高くなる性質を有することを特徴とするフラットパネルディスプレイ用基板ガラス。
【請求項１３】
液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ又はフィールドエミッションディスプレイの基板として使用されることを特徴とする請求項１１又は１２のフラットパネルディスプレイ用基板ガラス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フラットパネルディスプレイ用基板ガラスの製造方法と、それを用いて製造されたフラットパネルディスプレイ用基板ガラスに関し、より具体的には液晶ディスプレイ等に使用される基板ガラスの製造方法と、それを用いて製造された液晶ディスプレイ等の基板ガラスに関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイに代表されるフラットパネルディスプレイに用いられる基板ガラスには、種々の特性が要求されるが、その一つとして熱収縮率が小さいことという要求がある。
【０００３】
つまり基板ガラスには、成膜熱処理、パターニング等の処理が施されて薄膜電気回路が形成される。これらの処理で、基板ガラスは、高温下に曝されることになるため、熱収縮率が小さいことが要求されるのである。
【０００４】
例えばＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）及びＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ  Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）モードの液晶ディスプレイの透明導電膜回路、ａ−ＳｉＴＦＴ（Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ−Ｓｉ  Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｅｒ）、ｐ−ＳｉＴＦＴ（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ  Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｅｒ）やその他の各種金属膜、絶縁膜等の組み合わせによって形成された液晶ディスプレイの薄膜電気回路の製造工程において、ガラス基板が高温の熱処理（デバイス作製時の熱処理）を受ける。この時、ガラス基板は、ガラスの構造温度に起因する熱収縮特性とデバイス作製時の熱処理温度、時間等の条件により熱収縮を起こす。ガラスの構造は非平衡な状態なので、粘性流動が起こる温度域まで加熱すると構造緩和を起こし、安定な構造に変化する。このときに生じる体積減少が熱収縮である。
【０００５】
この熱収縮が大きいと、ガラス基板上に形成される回路パターンが、当初の設計からずれてしまい、電気的な性能を維持できなくなるという致命的な欠陥となる。
【０００６】
また近年の高精度、高精細の要求を満足するものとして低温ｐ−ＳｉＴＦＴ液晶ディスプレイがあるが、この液晶ディスプレイを作製する時の熱処理温度は比較的高温であり、しかも回路パターンが微細であるため、特に熱収縮率の小さいガラス基板が要求されている。さらに最近の傾向として、ディスプレイが大型化している。ディスプレイのサイズが大きくなるほど同じ熱収縮率でも大きな寸法変化になるので、より小さな熱収縮率が求められる。
【特許文献１】特開平９−２７８４６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ガラス基板の熱収縮率を低減する有効な方法は、アニールと呼ばれている熱処理である。
前述のようにガラスが安定化するときに熱収縮が生じるので、アニールによって先に構造を安定化しておけばディスプレイ製造工程においては熱収縮が生じにくくなる。しかし、アニールには少なくとも数時間の熱処理を必要とするため、コストが増え、生産効率が下がってしまう。（特許文献１）
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、その目的はアニール時間を短縮し、或いはアニール工程を省略しても、熱収縮率の小さいガラス基板を得ることが可能なフラットパネルディスプレイ用基板ガラスの製造方法と、それを用いて製造されたフラットパネルディスプレイ用基板ガラスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のフラットパネルディスプレイ用基板ガラスの製造方法は、板ガラスに紫外線を照射することを特徴とする。より具体的には、紫外線を照射することによって板ガラスを収縮させるものである。
【００１０】
照射される紫外線は、板ガラスが収縮するのに十分な紫外線である。その波長は１５０〜４００ｎｍであることが好ましい。
【００１１】
また本発明においては、さらに熱処理工程を含むことが好ましい。熱処理工程と紫外線照射の順序は、熱処理と同時に紫外線を照射する場合、紫外線照射後に熱処理する場合、及び熱処理後に紫外線照射する場合を含む。
【００１２】
また本発明のフラットパネルディスプレイ用基板ガラスの製造方法は、溶融ガラスを板状に成形した後、徐冷しながら紫外線を照射することを特徴とする。
【００１３】
本発明の方法において使用される板ガラスは、アルミノシリケート系ガラスからなることが好ましい。
【００１４】
本発明のフラットパネルディスプレイ用基板ガラスは、上記方法により製造されることを特徴とする。
【００１５】
また本発明のフラットパネルディスプレイ用基板ガラスは、ガラスの徐冷点＋３０℃の温度で１０時間熱処理すると、２５０ｎｍ〜３５０ｎｍの波長域における透過率が熱処理前と比べて高くなる性質を有することを特徴とする。
【００１６】
またこれらの基板ガラスは、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ又はフィールドエミッションディスプレイの基板として使用されるものであることが望ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の方法によれば、アニール時間を短縮し、或いはアニール工程を省略しても、熱収縮率の小さいガラス基板を得ることができる。従来と同じ条件（同じ温度・時間）で熱処理を行う場合には、より熱収縮率の小さい基板ガラスを作製することが可能になる。
【００１８】
また本発明の基板ガラスは熱収縮率が小さいために、液晶ディスプレイ作製時の熱処理温度が高温であっても、或いはディスプレイが大型化しても、基板上での薄膜パターンのずれが起こりにくく、フラットパネルディスプレイ用基板ガラスとして好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
熱収縮は、緩和によるガラスの構造変化に起因する。
【００２０】
ガラス融液を冷却していく場合、粘度が高いために融点以下になっても液体の状態が続き（過冷却液体）、さらに冷却されると構造が凍結されて固体の挙動を示すようになる。従って、冷却速度によってガラスの構造は変化する。このガラスの構造は過冷却液体が凍結した温度で表すことができ、その温度を仮想温度Ｔｆと呼んでいる。冷却速度が低いほどＴｆは低くなり、一般にＴｆが低いほど体積は小さくなる。ガラスを再度加熱すると、構造緩和によってＴｆが低くなり体積が収縮する。このとき生じる体積収縮が熱収縮である。
【００２１】
熱収縮を小さくするにはＴｆを予め下げて置くことが効果的である。同じ温度で熱処理する場合、Ｔｆが高いほど構造緩和は生じやすいので、熱処理前のガラスのＴｆを低くすれば熱収縮率を小さくすることができる。従来から広く行われているアニールは、Ｔｆを低くする工程である。
【００２２】
紫外線照射がガラスのＴｆを下げるのに効果がある。つまり紫外線はエネルギーが高く、ガラスの分子同士の結合を切断する効果があるので、紫外線照射によってもガラスの構造を変化させることが可能である。詳述すると、ガラスのＴｆが高い状態とは、ガラスの欠陥、すなわち不安定なエネルギー状態にあるガラス構造部分が多く存在する状態である。これらの不安定なエネルギー状態の結合は紫外線によって切断されやすい。結合が切れた原子は動きやすいので、わずかな熱エネルギーによって安定な位置に移動し再結合を起こす。このとき照射前より安定な結合を形成する。それゆえ紫外線照射後のガラスは、不安定なエネルギー状態にある結合が少ない、すなわちＴｆの低いガラスになっており、熱収縮率は小さくなる。
【００２３】
紫外線照射処理の条件は、この処理によって板ガラスのＴｆが低下するのに十分な紫外線、言い換えれば板ガラスが収縮するのに十分な紫外線を照射することである。照射する紫外線の好適な波長は１５０ｎｍ〜４００ｎｍである。この波長より長いと、光はガラスを透過してしまいＴｆを下げる効果が低くなる。またこの波長より短いと透過率が低いので、表面のＴｆしか変えることができずガラス全体のＴｆを下げる効果は低くなる。照射する紫外線の強度は、強いほど効果が高いと考えるが、強すぎるとガラスの表面の劣化や着色が強くなり好ましくないと考える。なお紫外線源には特に限定はなく、例えばＡｒＦエキシマレーザー、ＫｒＦエキシマレーザー、エキシマランプ、重水素ランプ、高圧水銀ランプ等が使用できる。
【００２４】
紫外線の照射前後、または照射中に積極的に熱処理することでＴｆをさらに下げることができるものと考える。なお熱処理後に紫外線照射を行う場合とは、ガラスが完全に冷却してしまう前に照射を行うことを意味する。ただしこの場合は、紫外線照射による着色が残ってしまうおそれがある。
【００２５】
熱処理を行うことが好ましい理由は、紫外線照射によって結合を切られた原子に熱エネルギーを与えることで、安定な位置での再結合を促進することができるためである。
【００２６】
熱処理方法には特に限定がなく、電気炉や赤外線照射等の装置が使用できる。また紫外線を照射する温度はガラスの徐冷点以下であることが望ましい。この温度より高いとガラスの粘度が低すぎて熱処理のみで短時間に構造緩和が生じ、紫外線照射によるＴｆ低下効果が小さくなる。
【００２７】
また紫外線照射は、必ずしも常温まで冷却された板ガラスを対象として行う必要はない。即ち、フラットパネルディスプレイ用基板ガラスの成形には、ダウンドロー法、フロート法等があるが、いずれの方法も成形後、常温まで冷却するまでの間に徐冷する工程がある。したがって、この徐冷工程中に紫外線照射を行えば生産効率を下げることなく、熱収縮の小さい基板ガラスを製造することができる。
【００２８】
本発明の方法に供されるガラス系は特に限定はなく、シリカガラス、ボロシリケートガラス、アルミノシリケートガラス等にアルカリ、アルカリ土類等を加えたガラスに使用できる。例えば液晶ディスプレイ用途に使用する場合、質量％でＳｉＯ2  ５０〜７０％、Ａｌ2Ｏ3  １〜２０％、Ｂ2Ｏ3  ０〜１５％、アルカリ金属酸化物  ０〜２５％、アルカリ土類金属酸化物  ０〜３０％の組成を有するアルミノシリケート系ガラスを使用することができる。
【００２９】
本発明の方法により作製される基板ガラスは、紫外線照射によって僅かに着色している。その理由は、紫外線照射によって電子の移動が起こり、Ｆｅ3+などのイオンの酸化還元反応が起こる。その結果、イオンの価数が変化して着色が生じるためと思われる。なお紫外線照射後に熱処理を行うと、着色が消えていくという現象が確認できる。これは、ガラスを加熱すると、移動していた電子が元に戻るためであると考えられる。
【００３０】
また本発明により製造される基板ガラスは、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、フィールドエミッションディスプレイなどの様々なフラットパネルディスプレイに適用できる。
【実施例１】
【００３１】
板ガラスに紫外線を照射し、仮想温度が低下するかどうかを評価した。
【００３２】
まず板ガラス（日本電気硝子株式会社製の液晶ディスプレイ用板ガラスＯＡ−１０、徐冷点  ７０５℃）から１５０ｍｍ×３０ｍｍ×０．７ｍｍの短冊状試料１０を切り出し、その両端にけがきでマーク１２をつけた（図１（ａ））。次に短冊状試料１０を、長辺（１５０ｍｍの辺）と平行に半分に折り割った（図１（ｂ））。続いて一方の試料片のみに紫外線を照射した後、紫外線を照射していないもう一方の試料片の折り割り面を突き合わせ、けがきマーク１０のずれを測定した（図１（ｃ））。なお紫外線照射は、３５０ｎｍの紫外線（３０００ｗの高圧水銀ランプ、照射距離３００ｍｍ）を２４時間照射することによって行った。
【００３３】
なお、けがきマーク１０のずれは、紫外線照射した試料片と、未照射の試料片を並べて、接着テープ１１で両者を固定してから、マークのずれ１０を測定し、下記の数１の式から収縮率を求めた。
【００３４】
【数１】
2006169076.tif 000003
【００３５】
評価の結果、紫外線照射を施した試料片は、８ｐｐｍ収縮していることが確認され、仮想温度が低下していることが分かった。
【実施例２】
【００３６】
次に紫外線を照射した基板ガラスが、後の熱処理工程で熱収縮しにくいかどうかを評価した。
【００３７】
まず実施例１の方法に準じて処理した紫外線照射済みの試料片と、未照射の試料片を作製し、両者を並べてその両端にけがきでマークをつけた。続いて両試料片を３５０℃で１時間熱処理した後、けがきマークのずれを実施例１の方法に準じて測定した。
【００３８】
同様にして３５０℃で１０時間、及び４５０℃で１０時間熱処理した試料について、それぞれマークのずれを測定した。結果を表１に示す。
【００３９】
【表１】
2006169076.tif 000004
【００４０】
表から明らかなように、紫外線を照射した試料の方が未照射の試料より熱収縮率が小さく、紫外線照射による効果が認められた。
【実施例３】
【００４１】
次に、紫外線を照射したガラスを熱処理したときの透過率の変化を評価した。
【００４２】
【表２】
2006169076.tif 000005
【００４３】
まず実施例１の方法に準じて作製した１５０ｍｍ×３０ｍｍ×０．７ｍｍの大きさの紫外線照射済み試料片（試料Ｎｏ．１）を用意し、その透過率を測定した。続いて表中の温度で１０時間熱処理して熱処理済み試料片（試料Ｎｏ．２、３）とした後、再度透過率を測定した。
【００４４】
また比較のために、紫外線照射を行っていない１５０ｍｍ×３０ｍｍ×０．７ｍｍの大きさの板ガラス試料（試料Ｎｏ．４）を用意し、その透過率を測定した。続いて７３５℃で１０時間熱処理した後、再度透過率を測定した（試料Ｎｏ．５）。
【００４５】
結果を図２及び図３に示す。なお図３のグラフは、紫外線照射及び熱処理の何れも行っていない試料Ｎｏ．４を基準とし、これとの透過率差を示したものである。
【００４６】
図から明らかなように、紫外線照射を行ったガラス（試料Ｎｏ．１）は、徐冷点＋３０℃の温度である７３５℃で１０時間熱処理すると、２５０ｎｍ〜３５０ｎｍの波長域において透過率が高くなる（試料Ｎｏ．３）ことが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】基板ガラスの収縮率の測定方法を示すための説明図である。
【図２】基板ガラスの透過率を示すグラフである。
【図３】基板ガラスの透過率について、紫外線照射及び熱処理の何れも行っていない試料を基準とし、それとの透過率差で示したグラフである。
【符号の説明】
【００４８】
１０  試料
１０ａ、１０ｂ  試料片
１１  試料片固定用テープ
１２  けがきマーク
１  紫外線照射を行った試料Ｎｏ．１の透過率曲線
２  紫外線照射後、６００℃で熱処理を行った試料Ｎｏ．２の透過率曲線
３  紫外線照射後、７３５℃で熱処理を行った試料Ｎｏ．３の透過率曲線
４  紫外線照射を行っていない試料Ｎｏ．４の透過率曲線
５  紫外線照射を行うことなく、熱処理を行った試料Ｎｏ．５の透過率曲線
【図１】
2006169076.tif 000006
【図２】
2006169076.tif 000007
【図３】
2006169076.tif 000008