(57)【要約】【課題】熱処理又は研磨工程を必要としない、非常に低い残留応力を有する平坦ガラス基板の製造。【解決手段】１）Ｌｃｍの幅を有する溶融ガラス基板の幅を横切る横線上で、中央部の最高温度地点及び末端部から中央側に０．００５Ｌｃｍ離れた最低温度地点間の温度勾配を０〜０．１０℃／ｍｍの範囲で漸進的に増加させる流体段階、２）前記温度勾配を０．１０〜０．０３℃／ｍｍの範囲で漸進的に減少させる流体からガラス質への転移段階、３）前記温度勾配を０．０３〜０．１０℃／ｍｍの範囲で漸進的に増加させるガラス質への転移完了段階、及び４）前記温度勾配を漸進的に減少させるガラス質段階を含み、この時、前記段階２）及び３）の最終温度勾配値間の差を０．０１〜０．０４℃／ｍｍの範囲内に調節することを含む、平板ガラスの製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１）Ｌｃｍの幅を有する溶融ガラス基板の幅を横切る横線上で、中央部の最高温度地点及び末端部から中央側に０．００５Ｌｃｍ離れた最低温度地点間の温度勾配を０〜０．１０℃／ｍｍの範囲で漸進的に増加させる流体段階、
２）前記温度勾配を０．１０〜０．０３℃／ｍｍの範囲で漸進的に減少させる流体からガラス質への転移段階、
３）前記温度勾配を０．０３〜０．１０℃／ｍｍの範囲で漸進的に増加させるガラス質への転移完了段階、及び
４）前記温度勾配を漸進的に減少させるガラス質段階を含み、
この時、前記段階２）及び３）の最終温度勾配値間の差を０．０１〜０．０４℃／ｍｍの範囲内に調節することを含む、平板ガラスの製造方法。
【請求項２】
段階２）において、末端部及び最低温度地点間の温度勾配を０．１〜１．５℃／ｍｍに、末端部の冷却速度を０．１〜３℃／ｓｅｃに調節することを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
Ｌを１００〜３００ｃｍの範囲に調節することを特徴とする請求項１又は２に記載の製造方法。
【請求項４】
段階２）の最高温度地点の初期温度を８９０〜９９０℃の範囲に調節することを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項５】
段階２）の最高温度地点の到達温度を７１０〜８１０℃の範囲に調節することを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項６】
段階３）の最高温度地点の到達温度を６４０〜７００℃の範囲に調節することを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項７】
段階１）〜段階４）の工程を各々４０〜３６０秒、３０〜２４０秒、１５〜９０秒、及び６０〜２４０秒間行うことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項８】
請求項１の方法によって製造されたディスプレイ用平板ガラス。
【請求項９】
最大残留応力値が７０ｐｓｉ以下であり、最大残留応力値と最小残留応力値の差が８０ｐｓｉ以下であることを特徴とする請求項８に記載のディスプレイ用平板ガラス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、熱処理（ａｎｎｅａｌｉｎｇ）又は研磨段階を必要としない方法であって、かつ冷却の際、溶融ガラス基板の横幅方向の温度勾配を特定の範囲に調節することを含む、ディスプレイ用に好適な低い残留応力を有する平板ガラスの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶融状態のガラス基板を通常の工程によって冷却して製造された平板ガラスは所望の大きさに切断して、ディスプレイガラスパネルとして用いる場合、歪み変形（ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）を起こす内部残留応力のため、不良な画質特性を示す。
【０００３】
従って、平板ガラスに残存する内部応力を除去するため、特開昭６８−３０６１３３号、特開平１２−８６２６１号、特開平１３−３２２８２３号、および欧州特許出願公開第８３２，８５８号明細書は、切断ガラス基板を製造した後、熱処理する方法を開示している。しかし、このような熱処理工程は長時間を要し、熱処理されたガラス表面は熱処理工程によって惹起された表面変形を矯正するための研磨工程が必要となる。
【０００４】
溶融物を冷却した後、ガラス基板に残存する内部応力はガラスの粘弾性から惹起されるが、ナラヤナスワミ（Ｎａｒａｙａｎａｓｕｗａｍｉ）などによって開発された理論及び実験情報を平板ガラスの冷却工程に適用する場合は、平板ガラスの厚さ方向に発生する残留応力に対する予測のみが可能である。しかし、平板ガラスの歪み変形は、冷却時における基板の末端と中央間の大きな温度差のため、基板の横方向の幅に沿って主に発生する。
【０００５】
従って、本発明者は基板の横方向の幅に沿って形成される残留応力を減らす方法を開発するため研究を重ねたところ、冷却時に溶融ガラス基板の横方向の温度勾配を特定範囲に調節することによって、非常に低い残留応力を有する平らなガラス基板を製造できることを発見した。
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−３０６１３３号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開２０００−８６２６１号公報
【０００８】
【特許文献３】
特開２００１−３２２８２３号公報
【０００９】
【特許文献４】
欧州特許出願公開第８３２，８５８号明細書
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は熱処理又は研磨工程を必要としない、低い残留応力を有する平らなガラス基板の製造方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明では、
１）Ｌｃｍの幅を有する溶融ガラス基板の幅を横切る横線上で、中央部の最高温度地点及び末端部から中央側に０．００５Ｌｃｍ離れた最低温度地点間の温度勾配を０〜０．１０℃／ｍｍの範囲で漸進的に増加させる流体段階、２）前記温度勾配を０．１０〜０．０３℃／ｍｍの範囲で漸進的に減少させる流体からガラス質への転移段階、３）前記温度勾配を０．０３〜０．１０℃／ｍｍの範囲で漸進的に増加させるガラス質への転移完了段階、及び４）前記温度勾配を漸進的に減少させるガラス質段階を含み、この時、前記段階２）及び３）の最終温度勾配値間の差を０．０１〜０．０４℃／ｍｍの範囲内に調節することを含む、平板ガラスの製造方法を提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
一般的に、ディスプレイ用平板ガラスは成形機から流出する溶融ガラス基板を冷却及び固体化させて製造できるが、１）溶融ガラス基板を冷却し始める段階（流体状態）、２）基板の両末端部を調節する段階（流体からガラス質への第Ｉ転移領域）、３）両末端部を固定し応力を緩和させる段階（流体からガラス質への第ＩＩ転移領域）、及び４）応力を固着させ、ガラス成形を完了する段階（ガラス質状態）などの４段階に構成される。
【００１３】
また、基板の冷却収縮を防止するため、各末端の厚さを目的とする平板ガラスの厚さより厚く調節する。従って、本発明で用いる用語“末端部”は幅の端部の縁領域に形成された厚い末端領域を示し、例えば、末端部の厚さは基板厚の３〜４倍であり、幅は０．５〜２．０ｃｍである。
【００１４】
本発明の方法は、形成されたガラス基板の内部残留応力に一番決定的に影響を与える段階２）及び３）において基板を横切る横方向の温度勾配を特定範囲に調節することを特徴とする。
【００１５】
さらに詳しくは、本発明によるディスプレイ製造時に用いられる平板ガラスの製造段階は次の通りであり、この時、“軟化点（ｓｏｆｔｅｎｉｎｇ　ｐｏｉｎｔ）”は直径が０．６５ｍｍで、長さが２３．５ｃｍのガラス試料が電気炉内で５℃／ｍｉｎの速度に加熱される際、試料自体の荷重によって１ｍｍ／分の比率で伸長される温度を称し（ＡＳＴＭ　Ｃ３３８−９３）；“徐冷点（ａｎｎｅａｌｉｎｇ　ｐｏｉｎｔ）”はガラスに形成された応力が１５分以内に２５０ｐｓｉ以下に減少する温度であってガラスの粘度が１０１３ｐｏｉｓｅになる温度を称し（ＡＳＴＭ　Ｃ３３６−７１）；“歪点（ｓｔｒａｉｎ　ｐｏｉｎｔ）”はガラスに形成された応力が４時間以内に２５０ｐｓｉ以下に減少する温度であってガラスの粘度が１０１４．５ｐｏｉｓｅになる温度を称する（ＡＳＴＭ　Ｃ３３６−７１）。
【００１６】
段階１）において、成形機から流出するＬｃｍの幅を有する溶融ガラス基板が冷却し始めるが、平板ガラスの幅を横切る横線上で中央部の最高温度地点及び末端部から中央部に０．００５Ｌｃｍ離れた最低温度地点間の温度勾配を０〜０．１０℃／ｍｍの範囲で漸進的に増加させる。この時、ガラスは依然として流体状態である。段階１）で、温度勾配によって発生された応力は早く、例えば、０．００００１秒以内に消滅するので、残留応力の減少のための温度勾配の調節は不必要である。しかし、段階１）で行われた前記温度勾配の調節は次の段階２）の初期横方向温度勾配を要求される範囲以内に設定するために必要である。
【００１７】
段階２）において、末端部とその他領域間の応力緩和作用によって応力が形成し始めるが、前述した温度勾配を０．１０〜０．０３℃／ｍｍの範囲で減少させることによって応力は漸進的に減少し、ガラスは流体状態からガラス質状態に変化する。ガラスは段階１）又は段階２）で軟化点を通過し、段階２）で徐冷点の近くまで接近する。
【００１８】
本発明によると、段階２）で最高温度地点の初期温度を８９０〜９９０℃に、到達温度を７１０〜８１０℃に調節してもよい。また、前記温度勾配値が０．０３℃／ｍｍより小さい場合は、ガラスに縦方向形状の歪曲が発生し、０．１０℃／ｍｍより大きい場合は、基板表面の平坦度が低くなる。
【００１９】
また、段階２）で、末端部の冷却を急激かつ不均一に行うと、ガラスに横及び縦方向の歪曲が発生するため、末端部及び最小温度地点間の温度勾配を０．１〜１．５℃／ｍｍの範囲に調節しながら末端部の冷却速度を０．１〜３℃／ｓｅｃに調節することが好ましい。
【００２０】
段階３）で、両末端部を固定して、前記温度勾配を０．０３〜０．１０℃／ｍｍの範囲で漸進的に増加させて応力を緩和させるが、この時、ガラス質状態への転移が完了される。ガラスは徐冷点を通過し歪点に到達する。また、本発明によると、段階２）及び３）の最終温度勾配値間の差を０．０１〜０．０４℃／ｍｍの範囲以内に調節することが好ましい。
【００２１】
本発明によると、段階３）での最高温度地点の初期温度を段階２）の到達温度に該当する７１０〜８１０℃に、到達温度を６４０〜７００℃に調節してもよい。特に、段階３）での温度勾配値が所定の範囲内に制御してもその範囲内での変動が激しいと残留応力が増加するため、前記温度勾配を特定範囲内で一定に保持することが好ましい。
【００２２】
最後に段階４）で、前記温度勾配は漸進的に減少し、ガラス表面温度が１００℃未満になると内部応力が固定され、成形されたガラス基板となる。
【００２３】
本発明によると、平板ガラスの幅Ｌは１００〜３００ｃｍ、好ましくは１４０〜１９０ｃｍの範囲で多様に調節する。また、前記段階１）、２）、３）、及び４）の所要時間を各々４０〜３６０秒、３０〜２４０秒、１５〜９０秒及び６０〜２４０秒に調節することが好ましいが、ガラスの構成成分及び冷却速度によって多様に変更してもよい。
【００２４】
本発明による前記の冷却条件を満たすため、冷却速度を遅延させるための輻射熱源、及び冷却速度を増進させるための空気及び水のような冷媒を用いる冷却機を設けて、温度勾配値を微細に調節することが好ましい。
【００２５】
本発明の方法によって製造された平板ガラスは、所望の大きさへの切断時にも歪み変形を起こさないため平坦度が高くそのまま用いられ、熱処理及び研磨などの工程は必要でない。前記したように、本発明は薄膜トランジスタ液晶表示装置（ＴＦＴ−ＬＣＤ）、プラズマ表示パネル（ＰＤＰ）、有機及び無機電界発光素子などのディスプレイの製造に有用な平らなガラス基板を簡単でかつ経済的に製造する方法を提供する。
【００２６】
以下、本発明を下記実施例によってさらに詳しく説明する。但し、下記実施例は本発明を例示するためのものであり、なんら限定するものではない。
【００２７】
【実施例】
実施例１
ＬＣＤ用無アルカリガラス溶融物（製品コード１７３７（三星コーニング精密ガラス（株）社製）；軟化点：９７５℃、徐冷点：７２１℃、歪点：６６７℃）を成形機に導入して冷却し、幅（Ｌ）１４０ｃｍ及び厚さ０．７ｍｍ（端厚：２．４ｍｍ、末端部幅：１ｃｍ）の平板ガラスを次のように製造した。
【００２８】
まず、成形機から押し出される溶融ガラス基板の幅を横切る線上の最高温度地点は基板の中央部で検出された。前記最高温度地点及び末端部から中央側に０．７ｃｍ離れた最低温度地点（幅縁から１．７ｃｍ離れた地点）間の温度勾配を０．０３℃／ｍｍから０．０８℃／ｍｍに変化させつつ、冷却を４０秒間行って、最高温度地点の温度を９２０℃に低めた（段階１））。
【００２９】
次に、最高及び最低温度地点間の温度勾配を０．０８℃／ｍｍから０．０４℃／ｍｍに変化させつつ、冷却を３２秒間行って、最高温度地点の温度を７９０℃にした（段階２））。段階２）で、末端部及び最低温度地点間の温度勾配を１℃／ｍｍに、末端部の冷却速度を２℃／ｓｅｃに保持した。
【００３０】
次に、最高及び最低温度地点間の温度勾配を０．０４℃／ｍｍから０．０７℃／ｍｍに変化させつつ、冷却を１５秒間行って、最高温度地点の温度を６５０℃にした後（段階３））、平板ガラスを３℃／秒の速度で２０６秒間冷却させて、ガラス基板を得た（段階４））。
【００３１】
段階１）〜段階４）にかけて観察された温度勾配プロファイルを図１に示した。得られた平板ガラス平面部の残留応力を光弾性測定機（エルシーポルスコープ（ＬＣ−ｐｏｌｓｃｏｐｅ）ＴＭ（ケンブリッジ研究院（Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　Ｉｎｃ．，　ＵＳＡ）社製））を用いて図２に表示された２０個の地点で測定したところ、最大残留応力値が７０ｐｓｉ、最大残留応力値と最小残留応力値の差が８０ｐｓｉであった。なお、平板ガラス表面の平坦度は非常に高く歪み変形はなかった。
【００３２】
実施例２
段階２）で、最終温度勾配値を０．０６℃／ｍｍに、最高温度地点の到達温度を７８０℃にしたことを除いては、前記実施例１と同様の方法で同一の規格の平板ガラスを製造した。
【００３３】
段階１）〜段階４）にかけて観察された温度勾配プロファイルを図１に示した。得られた平板ガラス平面部の残留応力の最大値が４５ｐｓｉ、最大残留応力値と最小残留応力値の差が５０ｐｓｉであった。また、平板ガラス表面の平坦度は非常に高く歪み変形はなかった。
【００３４】
比較例
段階２）で、最終温度勾配値を０．０２℃／ｍｍに、最高温度地点の到達温度を７７０℃にしたことを除いては、前記実施例１と同様の方法で同一の規格の平板ガラスを製造した。
【００３５】
段階１）〜段階４）にかけて観察された温度勾配プロファイルを図１に示した。得られた平板ガラス平面部の残留応力の最大値が１４０ｐｓｉ、最大応力と最小残留応力値の差が１５５ｐｓｉであった。また、平板ガラス表面から屈曲が観察された。
【００３６】
【発明の効果】
前述したように、本発明の方法によると、ディスプレイの製造に有用な低い残留応力を有する平らなガラス基板を熱処理又は研磨工程なしに製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１、２及び比較例で観察された温度勾配プロファイルである。
【図２】平板ガラスの残留応力の測定地点を示す。
【図１】
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【図２】
2004115357.tif 000004