(57)【要約】【課題】  ガラス表面粗さを低下させる調整が可能なエッチング方法、表面粗さが調整されたガラス板およびフラットパネルディスプレイの提供。【解決手段】  エッチング方法は、フッ酸を含有させたガラスエッチング液に、ガラスを１２０秒以内の時間で浸漬する工程と、この工程の後にエッチング反応生成物をガラス表面から除去する洗浄工程と、からなるエッチング工程を繰り返し行う。この方法は、ガラス表面に所定パターンでマスキング剤を被覆することで、任意のエッチングを行なうことができる。ガラス板は、前記方法によりエッチングされたガラス板であり、フラットパネルディスプレイは、このガラス板を使用して製造される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス表面をエッチングする方法であって、
エッチング液をガラス表面に接触させるエッチング液接触工程と、
前記接触工程後に前記ガラス表面に付着するガラスとエッチング液との反応により生じた反応生成物を洗浄除去する洗浄工程と、を備え、
前記エッチング液をガラス表面に接触させる時間が１２０秒以内であり、
前記エッチング液接触工程と洗浄工程とからなるエッチング工程を繰り返し行なうことを特徴とするガラス表面のエッチング方法。
【請求項２】
前記エッチング液接触工程がガラス表面に所定パターンのマスキング剤を被覆した後に行なわれる請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の方法によりエッチングしたガラス板。
【請求項４】
請求項３に記載のガラス基板を使用して製造したフラットパネルディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラスの表面粗度を調整することが可能なガラス表面のエッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラスは、従来から様々な製品の構成部材として採用されている。先端技術産業分野においては、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、エレクトロルミネッセンスディスプレイ等のフラットパネルディスプレイの画像表示パネル、光導波路やマイクロ化学チップ等の製品に使用されている。
【０００３】
図１２は、フラットパネルディスプレイの一種である液晶ディスプレイパネル基板の一例を表す断面模式図である。図示の液晶ディスプレイパネルは、一対のガラス基板の間に液晶を保持した貼り合せ構造をとっている。画像表示面となる一方のガラス基板７には、貼り合せ後に外表面となる面に偏光板８が積層され、その反対面には、カラーフィルター９がブラックマトリックス１０に区分けされつつ形成され、オーバーコート１１、透明電極１２及び配向膜１３が順次積層されている。他方のガラス基板１４には、貼り合せガラス基板の外表面側に偏光板１５が積層され、反対面には、薄膜トランジスタ１６及び透明電極１７が形成され、更に配向膜１８が積層されている。これらガラス基板７、１４の貼り合せは、両ガラス基板間に液晶封入領域を確保させるためのスペーサー１９を介在させ、両ガラス基板の配向膜を形成した面を対向させて行われている。
【０００４】
図１３は、光導波路の一例を表す図であり、図１３（ａ）は、光導波路の斜視図であり、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）のＡ−Ａ断面模式図である。光導波路は、光の伝搬路となるコア２１が充填される溝が形成された下部クラッド層２０ａに、上部クラッド層２０ｂを、コア２１を覆うようにして積層させた構成をとっている。溝が形成される下部クラッド層２０ａには、石英ガラス基板が使用される。
【０００５】
マイクロ化学チップは、光導波路と類似する構造をとっている。即ち、光導波路のコアがない状態の２層構造がとられ、コアが存在しないので、下部クラッド層に相当するガラスの表面上の溝が薬品の流路となる。
【０００６】
上記フラットパネルディスプレイにおいては、需要者から軽薄化が要望されており、この要望に応じるためにガラス基板を薄型化する方法が開示されている。例えば、特許文献１には、ガラス基板表面をフッ酸に晒すことにより、その表面をエッチングしてガラス基板の薄型化を行なうことが開示されている。このようにガラス基板をフッ酸に晒す方法は、フッ酸をエッチング液とし、この液にガラス基板を浸漬することが通常である。
【０００７】
一方、光導波路やマイクロ化学チップにおいては、コアを充填又は薬品の流路となるガラス表面上の溝を形成する方法が光導波路およびマイクロ化学チップの製造工程で使用されることになる。
【０００８】
光導波路の製造方法は、例えば、特許文献２に開示されている。その方法は、石英ガラス基板の一表面の溝形成部分以外にマスキング剤を被覆し、その後、反応性イオンエッチングを行なって石英ガラス基板表面上に溝を形成する工程を備えた方法である。
【０００９】
また、マイクロ化学チップの製造方法は、例えば、特許文献３にマイクロ化学システム用チップの製造方法として開示されている。その方法は、ガラス基板上に流路となる溝をフッ酸からなるエッチング液を使用して形成する工程を備えた方法である。
【特許文献１】特開２００４−２２６８８０号公報
【特許文献２】特開２００３−１３１０５７号公報
【特許文献３】特開２００３−３０２３５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に開示されているガラス基板を単にフッ酸からなるエッチング液に浸漬する方法を使用すると、エッチング前に比べてエッチングされたガラス表面が粗面化することになる。例えば、フッ酸に浸漬する前のガラス基板を表す図１４（ａ）、フッ酸に浸漬した後のガラス基板を表す図１４（ｂ）に示すように、フッ酸に浸漬する前のガラス基板２２には目視で確認することができる程度の凹凸は存在していないが、フッ酸に浸漬することによってその表面が粗面化している。
【００１１】
一方、特許文献２に開示されている方法において採用されている反応性イオンエッチングを、単にフッ酸からなるエッチング液に浸漬することにより行なわれるエッチングに置き換えた場合には、エッチング前のガラス表面粗さに比べてエッチング後に形成される溝の表面が粗面化することになる。これと同様に、特許文献３に開示されている方法においても、ガラス基板表面に形成される溝の表面が粗面化することになる。
【００１２】
このようなガラス表面が粗面化することは、必ずしも不適切ではない。なぜなら、表面が粗面化することによる利点があるからである。例えば液晶ディスプレイ用ガラス基板の場合、粗面化したガラス基板表面とこの表面に直接積層されるカラーフィルター等との接着強度が向上する。また、光導波路においては、コア層とガラス表面との接着強度が向上する。また、マイクロ化学チップでは、流路を通過する薬品の攪拌効果が高まる。
【００１３】
しかし、ガラス表面が適切な表面粗さでなければ、ガラス表面とカラーフィルター等の他の部材との接着強度が逆に低下することが生じることがあり、液晶ディスプレイにおいては表示画像の歪みが生じ、光導波路においてはコアとガラスとの界面で反射する光の反射角度が不規則になる。また、マイクロ化学チップにおいては、固形薬品がガラス表面に付着する場合もある。即ち、ガラス表面粗さを調整する必要があり、この調製が可能なエッチング方法が要望されている。
【００１４】
本発明は、上述の事情に鑑み、エッチングによりガラス表面の粗さを調整することが可能なエッチング方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者は、ガラス表面にエッチング液を接触および洗浄とからなる工程を繰り返し、エッチングを終了するまでの過程でエッチング液とガラスとの反応生成物をガラス表面から洗浄除去すると、ガラス表面粗さを調整することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１６】
即ち、本発明は、ガラス表面をエッチングする方法であって、エッチング液をガラス表面に接触させるエッチング液接触工程と、前記接触工程後に前記ガラス表面に付着するガラスとエッチング液との反応により生じた反応生成物を洗浄除去する洗浄工程と、を備え、前記エッチング液をガラス表面に接触させる時間が１２０秒以内であり、前記エッチング液接触工程と洗浄工程とからなるエッチング工程を繰り返し行なうことを特徴とするガラス表面のエッチング方法である。この方法で使用されるエッチング液は、ガラス溶解性の液体を意味し、フッ化水素を含有させた水溶液を使用することが好適である。また、エッチング液をガラス表面に接触させるには、ガラスをエッチング液に浸漬、エッチング液をガラス表面に塗布等により行われると良く、特にその接触方法が問われるものではない。
【００１７】
ガラス表面を任意のエッチングパターンでエッチングする場合には、前記エッチング液接触工程がガラス表面に所定パターンのマスキング剤を被覆した後に行なわれるものであると良い。
【００１８】
また、本発明は、前記エッチング方法によりエッチングしたガラス板、及び、このガラス板を使用して製造されたフラットパネルディスプレイである。
【発明の効果】
【００１９】
上記構成のエッチング方法の発明によれば、エッチング終了までにエッチング反応生成物をガラス表面から洗浄除去することで、エッチングにより粗面化するガラス表面の粗さを滑面化に向けて調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明を実施形態により詳細に説明する。本発明における第一の実施形態は、矩形のガラス板にエッチング液を接触させるエッチング液接触工程と、この工程で表面をエッチングしたガラス板を洗浄する洗浄工程とからなるエッチング工程を繰り返すものである。各エッチング工程の間にはガラス表面の乾燥処理が行われる。
【００２１】
図１は、本発明の第一実施形態によるエッチングでガラス板表面が変化する状態を表した断面模式図である。図１（ａ）は、エッチングを行なう前のガラス板１を表した図であり、図１（ｂ）は、一回目のエッチング工程を経たガラス板１を表した図であり、図１（ｃ）は、エッチング工程を繰り返し行なった後のガラス板１を表した図である。
【００２２】
図１（ａ）におけるエッチング工程前のガラス板１の外観表面は、目視で確認することができる程度の傷が存在せず、算術平均粗度（Ｒａ）が０．０１μｍ以下の平坦なものとなっている。このガラスの材質は、特に限定されるものではなく、ケイ酸を主成分とするガラスであっても良く、無アルカリガラスであっても良い。またアルミノホウケイ酸ガラスであっても良い。
【００２３】
エッチング液接触工程は、本発明において、ガラス板をエッチング液に浸漬、エッチング液をガラス表面に塗布等の手法をとることができるが、本実施形態では、エッチング液に浸漬することにより行なわれる。このエッチング液には気泡を発生させても良い。エッチング液の液温は、１０〜５０℃の範囲における一定温度に保たれたガラス溶解性の液体が使用される。
【００２４】
エッチング液は、ガラス溶解性の液体が選択され、必要に応じて増粘剤を含有させて粘度を高めたエッチング液が使用される。本実施形態では、フッ化水素を含有させた水溶液が選択されている。エッチング液に含有させるフッ化水素の量は、特に限定されないが、エッチング液に含有させるフッ化水素が１０〜６０重量％であると良い。また、エッチング液には、フッ化水素以外のフッ化物を含有させても良く、有機酸及び／又は無機酸を含有させても良く、陰イオン系界面活性剤及び両性界面活性剤のうち一種以上添加しても良い。
【００２５】
エッチング液に含有させるフッ化物としては、フッ化アンモニウム、フッ化カリウム、フッ化ナトリウム等が挙げられる。有機酸としては、酢酸、コハク酸等から一種又は二種以上を選択すると良く、無機酸としては、塩酸、硫酸、リン酸、硝酸等から一種又は二種以上を選択すると良い。エッチング反応生成物の生成を抑制して、エッチングされたガラス表面の粗さを低く抑えるときには、フッ化水素と硫酸を含有させた水溶液をエッチング液として使用することが好適であり、この場合、エッチング液に含有させる濃度は、フッ化水素が１０〜３０重量％、好ましくは１５〜２８重量％、更に好ましくは１７〜２５重量％であり、硫酸が２０〜５０重量％、好ましくは３０〜４５重量％、更に好ましくは３５〜４２重量％である。
【００２６】
エッチング液に浸漬する時間は、１２０秒以内の時間で行なわれる。１２０秒を超える時間であると、最初のエッチング工程後のガラス表面粗さが大きくなって、滑面化に要するエッチング工程の繰り返し回数が増加すると共に、表面粗さを低くする調整が困難となる。ガラス基板をエッチング液に浸漬して接触させる好適な時間は、４０秒以内であり、更に好適には３０秒以内である。エッチング液を接触させる総時間が同じであれば、一回あたりの接触時間が短時間であるほど、ガラス表面の滑面化に好適である。
【００２７】
洗浄工程は、エッチング液接触工程後に、エッチング液およびエッチング液とガラスとの反応で生じたエッチング反応生成物をガラス表面から除去するために行なわれる。洗浄液として水を使用し、これをガラス表面に接触させることにより洗浄工程が行なわれる。ガラス表面に水を吹き付け、超音波を発生させている水にガラスを浸漬等の方法によりガラス表面から反応生成物の除去洗浄が行なわれる。
【００２８】
乾燥処理は、洗浄工程後にガラス表面に付着している水を除去するために行なわれる。乾燥処理は、ガラスを放置することによる水の自然蒸発、熱乾燥、ガラス周囲気圧を減圧化して乾燥等の手法が採られる。乾燥処理後のガラスをエッチング液に浸漬した場合、ガラスがエッチング液に水を持ち込むことを防止してフッ化水素等の溶質濃度の変化を抑えるので、ガラス表面がエッチングされる効率が安定化する。また、ガラスとエッチング液との界面におけるエッチング液の溶質濃度のバラつきを抑え、均質なエッチングを可能とする。
【００２９】
乾燥処理を経た後に、エッチング液接触工程と洗浄工程からなるエッチング工程が行なわれる。即ち、エッチング工程は、複数回行なわれる。エッチング工程を１回だけ経たガラスよりも、複数回経たガラスの方が表面粗さを滑面化したものとなり、エッチング工程を繰り返すごとにガラス表面の粗さが滑面化し、表面粗さを調整することが可能となる。図１（ｂ）に示すように、一回目のエッチング工程を経たガラス板表面は粗面であったが、エッチング工程を複数回経ることで滑面化される。
【００３０】
以上のエッチングを終えたガラス板は、例えば、フラットパネルディスプレイの構成部材として、その製造に使用される。
【００３１】
上記第一実施形態は、１枚の矩形ガラス板をエッチングするものであるが、液晶ディスプレイ用ガラス基板に使用される２枚の貼り合わせガラス基板であっても、当然エッチングすることが可能である。
【００３２】
また上記第一実施形態のエッチングの後、更にガラス板をエッチングして薄型化しても良い。この場合、ガラス表面エッチング速度が０．５〜２０μｍ／分のフッ化水素を含有させたエッチング液をガラス板表面に接触させることが好適である。エッチング速度は、フッ化水素濃度が高い程、また、エッチング液の温度が高い程、エッチング速度が速まることから、適宜設定することが可能である。
【００３３】
次に第二の実施形態に基づき本発明を説明する。第二実施形態は、エッチング工程前にガラス表面に所定パターンのマスキング剤被覆層を設ける点において第一実施形態と異なる。
【００３４】
図２は、本発明の第二実施形態によるエッチングでガラス板表面が変化する状態を表した断面模式図である。以下、図２を参酌しつつ本実施形態を説明する。
【００３５】
図２（ａ）は、矩形のガラス板上面に幅が約２００μｍの直線状マスキング剤非被覆部分を残してマスキング剤３を形成したガラス板２を表す図である。ガラス板２は、Ｒａが０．０１μｍ以下の平坦な表面となっている。
【００３６】
図２（ｂ）は、一回目のエッチング工程を経た後に、乾燥処理を行ったガラス板２を表した図である。ガラス板２の上面のマスキング剤３が被覆されなかった部分がエッチング液と接触することによってエッチングされ、エッチングされた部分が溝４となっている。溝４の底は、エッチングされることによって、エッチング前よりも粗面化された状態となっている。
【００３７】
図２（ｃ）は、エッチング工程と乾燥工程とを繰り返し行なったガラス板２を表した図である。エッチング液が溝４に接触することにより、溝４が深くなっている。深くなった溝４の底面は、断面略半円状となっている。そして、溝４の底面は、一回目のエッチング工程後よりも滑面化している。
【００３８】
図２（ｄ）は、エッチングが終了した後にガラス板２に被覆されていたマスキング剤３を剥離した状態を表した図である。
【００３９】
上記第二実施形態は、エッチングにより矩形のガラス板に直線状の溝を形成するものであるが、直線状の溝を複数形成させたガラス板は、プラズマディスプレイにおける蛍光体を区分けする隔壁を備えたガラス板として使用することも可能である。また、被覆するマスキング剤のパターンにより、種々の溝形成パターンが可能である。図３は、第二実施形態の変形実施形態により溝を形成したガラス板の一例を示した平面図であり、図４は、更に他の変形実施形態により溝を形成したガラス板の一例を表した平面図である。図３及び図４に示した溝が形成されたガラス板は、光導波路やマイクロ化学チップの構成部材として使用することができるガラス板である。
【００４０】
図３のガラス板５ａは、図示ガラス板５ａの左側辺中央から右側辺に向けてＹ字状に伸びる線と、このＹ字状線の右側辺側の端部に接続し右側辺に向けて伸びる２つのＹ字状線と、このＹ字状線の右側辺側端部に接続し右側辺側に向けて真っ直ぐに伸びる４つの直線部分を残して、ガラス板５ａの表面をマスキング剤で被覆した後にエッチングを行なったものであり、マスキング剤を被覆しなかった部分のみがエッチングされて溝６ａが形成されている。
【００４１】
図４のガラス板５ｂは、図示ガラス板５ｂの左側辺から右側辺に向けて伸びる直線が４度のＵターンをした蛇行線と、この蛇行線の右側辺側端部に直結する略Ｙ字状の線部分を残して、ガラス板５ｂの表面をマスキング剤で被覆した後にエッチングを行なったものであり、マスキング剤を被覆しなかった部分のみがエッチングされて溝６ｂが形成されている。
【００４２】
以下、本発明を実施例に基づき具体的に示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。実施例及び比較例のエッチングを、スクリーン印刷法によりガラス基板上に幅２００μｍの直線状非マスキング部分を残してマスキング剤を被覆した後、ガラス基板をエッチング液に浸漬する浸漬工程およびこの浸漬工程後に水をガラス表面に吹き付けてエッチング反応生成物をガラス表面から除去する洗浄工程からなるエッチング工程、並びに、エッチング工程後にガラス基板表面を乾燥する乾燥処理を施すことにより行った。このエッチング工程と乾燥処理からなる一連の処理を一回以上行った。
【００４３】
浸漬工程で使用したエッチング液は、以下の通りである。
（エッチング液組成）水にフッ化水素と硫酸を含有させてエッチング液を調製した。エッチング液に含有させたフッ化水素の濃度は、２０重量％とし、硫酸の濃度は、４０重量％とした。
（エッチング液温度）２５℃
（エッチング液への浸漬時間）総浸漬時間が９０秒となるように浸漬した。
【００４４】
エッチングを行った後、ガラス基板表面上に形成されている直線状溝幅の略中心線上のＲａを計測した。計測したＲａの数値を、ガラス基板をエッチング液に浸漬した１回のエッチング液浸漬時間、及び、エッチング工程と乾燥処理工程からなる一連の処理を繰り返した回数（エッチング液への浸漬回数）、と共に表１に示す。また、ガラス基板面上に形成された溝の顕微鏡写真を、実施例１については図５に、実施例２については図６に、実施例３については図７に、比較例１については図８に、示す。
【００４５】
【表１】
2006265017.tif 000003
【００４６】
表１において、エッチング液への浸漬回数が多いほどＲａ値が小さくなっていることを確認することができる。つまり、エッチング液の総浸漬時間が同じであれば、浸漬工程および洗浄工程からなるエッチング工程を繰り返すほど表面粗さが小さくなることを確認することができる。即ち、エッチング工程を繰り返すことにより、エッチング面の表面粗さを抑える調整が可能であることが明確である。
【００４７】
また、図５〜８において、溝は図の中央部に表されており、表１で示したＲａ値が小さくなると、観察できる表面が滑面化していることを確認することができる。即ち、実施例および比較例のＲａが小さな順は、実施例１、実施例２、実施例３、比較例１の順番であり、この順番に応じて、実施例１（図５）、実施例２（図６）、実施例３（図７）、比較例１（図８）の順で滑面な溝となっている。
【００４８】
上記実施例および比較例のエッチングとは別に、１回のエッチング液への浸漬時間を３０秒とし、この浸漬時間およびエッチング液への総浸漬時間以外の条件が上記実施例および比較例と同じ参考例１〜３のエッチングを行なった。参考例１のエッチングは、エッチング液への浸漬回数を１回とし、参考例２のエッチングは、浸漬回数を２回とし、参考例３のエッチングは、浸漬回数を４回とした。これら参考例１〜３のＲａを実施例と同様にして計測した。Ｒａの数値を、エッチング液への浸漬回数と共に表２に示す。なお、表２には、実施例２の結果も示している。また、ガラス基板面上に形成された溝の顕微鏡写真を、参考例１については図９に、参考例２については図１０に、参考例３については図１１に、示す。
【００４９】
【表２】
2006265017.tif 000004
【００５０】
表２において、１回のエッチング液浸漬時間が同じであっても、エッチング液を浸漬する回数が増加すれば、Ｒａ値が小さくなっていることを確認することができる。つまり、エッチング液の総浸漬時間が異なっていても、浸漬工程および洗浄工程からなるエッチング工程を繰り返すほど表面粗さが小さくなることを確認することができる。即ち、エッチング工程を繰り返すことにより、エッチング面の表面粗さを抑える調整が可能であることが明確である。
【００５１】
また、図９〜１１において、溝は図の中央部に表されており、表２で示したＲａ値が小さくなると、観察できる表面が滑面化していることを確認することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第一実施形態によるエッチングでガラス板表面が変化する状態を表した断面模式図である。
【図２】本発明の第二実施形態によるエッチングでガラス板表面が変化する状態を表した断面模式図である。
【図３】溝を形成したガラス板の一例を表した平面図である。
【図４】溝を形成したガラス板の他の一例を表した平面図である。
【図５】実施例１のガラス基板面上に形成された溝の顕微鏡写真である。
【図６】実施例２のガラス基板面上に形成された溝の顕微鏡写真である。
【図７】実施例３のガラス基板面上に形成された溝の顕微鏡写真である。
【図８】比較例１のガラス基板面上に形成された溝の顕微鏡写真である。
【図９】参考例１のガラス基板面上に形成された溝の顕微鏡写真である。
【図１０】参考例２のガラス基板面上に形成された溝の顕微鏡写真である。
【図１１】参考例３のガラス基板面上に形成された溝の顕微鏡写真である。
【図１２】液晶ディスプレイパネル基板の一例を表す断面模式図である。
【図１３】光導波路の一例を表す図である。
【図１４】ガラス基板をフッ酸に浸漬したときの表面変化を表した断面模式図である。
【符号の説明】
【００５３】
１、２  ガラス板
３  マスキング剤
４  溝
【図１】
2006265017.tif 000005
【図２】
2006265017.tif 000006
【図３】
2006265017.tif 000007
【図４】
2006265017.tif 000008
【図１２】
2006265017.tif 000009
【図１３】
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【図１４】
2006265017.tif 000011
【図５】
2006265017.tif 000012
【図６】
2006265017.tif 000013
【図７】
2006265017.tif 000014
【図８】
2006265017.tif 000015
【図９】
2006265017.tif 000016
【図１０】
2006265017.tif 000017
【図１１】
2006265017.tif 000018