(57)【要約】【課題】板状を呈するガラス基板に対して微細な凹凸を均一に形成可能な表面処理装置を提供する。【解決手段】  ガラス基板の表面処理装置１０は、少なくとも搬送ローラ１２、ベルト研磨部１６およびエッチング部２０を備えている。搬送ローラ１２は、表面処理が施されるガラス基板３０を搬送するように構成される。ベルト研磨部１６は、研磨材を少なくとも有し、搬送ローラ１２によって搬送されるガラス基板３０の主面を前記研磨材の粗面に接触させることによって、接触した主面の一部または全部にマイクロクラックを形成するように構成される。エッチング部２０は、マイクロクラックが形成されたガラス基板３０の主面に突起成長液を接触させることによって、マイクロクラックの近傍に突起を形成するように構成される。【選択図】図１
2017154903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状を呈するガラス基板の主面に対して表面処理を行うように構成されたガラス基板の表面処理装置であって、
表面処理が施されるガラス基板を搬送するための搬送手段と、
研磨材を少なくとも有し、前記搬送手段によって搬送されるガラス基板の主面を前記研磨材の粗面に接触させることによって、接触した主面の一部または全部にマイクロクラックを形成するマイクロクラック形成手段と、
マイクロクラックが形成された前記ガラス基板の主面に突起成長液を接触させることによって、前記マイクロクラックの近傍に突起を形成するように構成された突起形成手段と、
を少なくとも備えたガラス基板の表面処理装置。
【請求項２】
前記搬送手段は、マイクロクラックが形成される主面を上向き状態にして前記ガラス基板を搬送することを特徴とする請求項１に記載のガラス基板の表面処理装置。
【請求項３】
前記突起成長液は、少なくともフッ酸およびアルカリ金属イオンを含むことを特徴とする請求項１または２に記載のガラス基板の表面処理装置。
【請求項４】
板状を呈するガラス基板の主面の一部または全部に研磨材の粗面を接触させることによってマイクロクラックを形成するマイクロクラック形成工程と、
マイクロクラックが形成された前記ガラス基板の主面を突起成長液と接触させる工程と、
を含む粗面化されたガラス基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、板状を呈するガラス基板に対して表面処理を行う装置に関し、特にガラス基板の主面に微細な凹凸を形成する表面処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス基板は、その質感や耐久性等の性質からディスプレイ等の表示装置や光学部品において使用されることが多い。特に近年では、スマートフォンやタブレット等の携帯型電子機器や車載ディスプレイ等の表示装置における保護部材としてカバーガラスが盛んに使用されている。このようなガラス基板は、防眩性等の所望の光学特性を付与するために、反射防止フィルム等の機能膜をガラス基板の表面に被覆することがあった。しかしながら、ガラス基板の表面を機能膜等によって被覆してしまうことで、ガラス基板が本来備えている質感や光透過性を低下させるといった問題がある。また、タッチ操作によって操作する機器では、使用者の指が引っ掛かってしまいタッチパネルの操作性も低下するおそれがある。
【０００３】
そこで、ガラス基板を直接加工することによって表面に凹凸を形成し、粗面化させることで防眩性を向上させる方法がある。この方法では、ガラス基板の表面に機能膜等が存在しないため、ガラス基板の質感や透過性を維持したまま、防眩性を向上させることが可能となる。
【０００４】
ガラス基板に直接凹凸を形成する方法としては、サンドブラスト処理、レーザ加工、フッ酸等のエッチング液を用いたウェットエッチング処理やそれらを組み合わせた処理がある。（例えば特許文献１や特許文献２参照。）。それぞれの表面処理を組み合わせることによって、凹凸を所望の形状に形成し、ガラス基板に防眩性を付与することが可能になるとされていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−２３７５５８号公報
【特許文献２】特開２０１５−０４８２５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のようなガラス製品を生産する際は、生産効率の観点から複数のガラス基板が面取りされた大型のガラス基板が用いられ、一括でガラス基板に凹凸を形成した後に個片のガラス基板に分断されることが多い。しかし、大型ガラス基板に対して一括で凹凸を形成することは非常に難しい。特に、サンドブラストを用いた加工は、装置の大型化が困難なため、処理可能なガラス基板のサイズが限定されている。そのため、大型ガラス基板の処理は非常に加工時間が長くなったり、形成する凹凸の密度が均一にならなかったりするといった不具合があった。
【０００７】
また、レーザ処理は大判のガラス基板を処理することも可能であるが、レーザ処理による形成される凹凸は規則正しく配列されるため、ガラス基板にモアレと呼ばれる干渉縞が発生してしまう。モアレは、表示画像の視認性を低下させるため、上記のような表示装置に使用されるガラス基板にはレーザ加工はふさわしくない。このように、従来の技術では大型のガラス基板を効率的に処理する方法が確立されておらず、生産効率の高い凹凸の形成が可能な表面処理装置が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るガラス基板の表面処理装置は、少なくとも搬送手段、マイクロクラック形成手段および突起形成手段を備えている。搬送手段は、表面処理が施されるガラス基板を搬送するように構成される。マイクロクラック形成手段は、研磨材を少なくとも有し、搬送手段によって搬送されるガラス基板の主面を前記研磨材の粗面に接触させることによって、接触した主面の一部または全部にマイクロクラックを形成するように構成される。研磨剤は、ガラス基板の表面における搬送方向に直行する幅方向の全域に同時に接触するように配置されることが好ましい。突起形成手段は、マイクロクラックが形成されたガラス基板の主面に突起成長液を接触させることによって、マイクロクラックの近傍に突起を形成するように構成される。
【０００９】
本発明では、研磨材を有するマイクロクラック形成手段をガラス基板に直接接触させるため、ガラス基板に均一にマイクロクラックを形成することが可能になる。さらに、マイクロクラック形成手段は装置が大型化しても均一にマイクロクラックを形成することができるので、大型のガラス基板も処理することが可能となる。突起成長液は、マイクロクラックが形成された領域と接触することによってマイクロクラックを起点に突起を成長させ、ガラス基板の全面に凹凸を形成することができる。本発明では、マイクロクラック形成手段によりマイクロクラックが均一に形成されているため、結果としてガラス基板を均一に粗面化させることが可能になる。
【００１０】
また、搬送手段は、マイクロクラックが形成される面を上向きにした状態でガラス基板を搬送することが好ましい。詳しくは後述するが突起成長液を効果的に作用させるためには、マイクロクラックが形成された面を上向きの状態にすることが好ましい。さらに、上向きにされた面に対して上方から突起成長液を噴射させることによってさらに効果的に凹凸を形成することが可能となる。
【００１１】
また、突起成長液は少なくともフッ酸とアルカリ金属イオンを含んでいることが好ましい。フッ酸はガラス基板と反応し、エッチングする作用を有している。フッ酸がガラス基板と反応すると、突起成長液中にSiF62-およびAlSiF63-が発生する。アルカリ金属イオンは、SiF62-およびAlSiF63-と反応し、X2SiF6(Xは任意のアルカリ金属元素を示す。) およびX3AlSiF6を形成する。X2SiF6とX3AlSiF6は突起成長液中で不溶性の生成物であるスラッジの主成分となる。スラッジは、マイクロクラックの近傍に堆積しやすく、スラッジが堆積した領域は、その他の領域と比較してエッチングの進行が遅くなるので、結果としてマイクロクラックの近傍に凸状の突起が形成される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ガラス基板に対して微細な凹凸を均一に形成可能な表面処理装置を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係るガラス基板の表面処理装置を示す図である。
【図２】ベルト研磨部について示す図である。
【図３】突起成長液によるエッチングの過程を示す図である。
【図４】研磨ローラについて示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
ここから、本発明に係るガラス基板の表面処理装置について説明する。図１は、本発明の実施形態に係るガラス基板の表面処理装置１０の概略側面図である。表面処理装置１０は、搬送ローラ１２、搬入部１４、ベルト研磨部１６、前洗浄部１８、エッチング部２０、後洗浄部２２、乾燥部２４および搬出部２６を備えている。搬送ローラ１２は、特許請求の範囲の搬送手段に相当し、処理すべきガラス基板３０を水平方向に搬送するように構成される。搬送ローラ１２は、ガラス基板３０が落下しないように表面処理装置１０の長さ方向に沿って等間隔に配置されており、不図示の駆動部からの動力を得て回転する。なお、本実施形態では、搬送手段として搬送ローラ１２を使用しているが、これには限定されず、ダブルウォーキングビーム機構、ベルトコンベヤ機構やそれらを組み合わせて使用してもよい。後述するが、本実施形態においても、搬送手段の一部としてベルトコンベヤ機構を使用している。
【００１５】
搬入部１４は、板状を呈するガラス基板３０を表面処理装置１０に導入するように構成される。ガラス基板３０を導入する際は、ロボットアームや作業員等によって、ガラス基板３０を搬送ローラ１２上に載置する。表面処理装置１０に導入されたガラス基板３０は、搬送ローラ１２によって搬送されながら所定の表面処理が行われる。
【００１６】
ベルト研磨部１６は、特許請求の範囲のマイクロクラック形成手段に相当し、ベルトコンベヤ３２およびベルトプレス３４を備えている。ガラス基板３０は、ベルトコンベヤ３２によって搬送されながら、ベルトプレス３４と接触することによってマイクロクラックが形成されるように構成される。なお、本発明においてマイクロクラックとは、マイクロクラック形成手段によってガラス基板の表面に形成される深さ１０μm以下の微小な傷のことである。ここから、ベルト研磨部１６について、図２を用いて説明する。
【００１７】
ベルトコンベヤ３２は、張架ローラ３６および搬送ベルト３８を有している。張架ローラ３６は、ベルト研磨部１６の長さ方向に沿って搬送ローラ１２と同じ高さに配置されている。張架ローラ３６は、不図示の駆動部からの動力により回転し、その回転速度は搬送ローラ１２の回転速度は同じになるように制御される。搬送ベルト３８は、無端状のベルト部材であり、複数の張架ローラ３６によって張架されている。なお、前述のようにベルトコンベヤ３２も特許請求の範囲の搬送手段に相当し、ガラス基板３０を図示の矢印Ｘ方向に搬送するように構成される。ベルトコンベヤ３２は、ガラス基板３０の全面を下から支持することが可能な長さであることが好ましい。また、本実施形態では、ベルトコンベヤ３２を用いているが、ベルト研磨部１６における搬送手段はガラス基板３０を下面から支持することが可能な構成であればよい。
【００１８】
ベルトプレス３４は、支持ローラ４０、加重ローラ４２および研磨ベルト４４を有している。ベルトプレス３４は、搬送されているガラス基板３０に研磨ベルト４４を接触させることによってマイクロクラックを形成するように構成される。支持ローラ４０は、加重ローラ４２とともに無端状の研磨ベルト４４を張架するように構成される。
【００１９】
加重ローラ４２は、研磨ベルト４４を張架しつつ、ガラス基板３０に研磨ベルト４４を押し当てるように構成される。なお、加重ローラ４２は、不図示の駆動機構から動力を得て回転する。加重ローラ４２が研磨ベルト４４をガラス基板３０に押し当てる荷重は、研磨ベルト４４とガラス基板３０の間隔を調節することによって所望の値に調節される。なお、本実施形態では加重ローラ４２が１つの構成で説明しているが、複数の加重ローラを用いた構成であってもよい。
【００２０】
研磨ベルト４４は、支持ローラ４０および加重ローラ４２によって張架されている無端状のベルト部材である。研磨ベルト４４は、特許請求の範囲の研磨材に相当し、ガラス基板３０と接触することによってマイクロクラックを形成するように構成される。研磨ベルト４４は、搬送方向に直交する幅方向においてガラス基板３０よりも広範囲にわたって配置されるとともに、その全面にわたって稠密に砥粒が設けられている。砥粒はガラス基板３０に接触し、マイクロクラックを形成する。砥粒は、ガラス基板３０よりも硬質なアルミナ系のものを使用することが好ましく、その粒径は２〜１０μmであることが好ましい。粒径をこの範囲に設定することで、好適にガラス基板を粗面化することが可能となる。
【００２１】
また、加重ローラ４２がガラス基板３０と接触する際は、ガラス基板３０の全面が下方から搬送ベルト３８によって支持されている状態であることが好ましい。ガラス基板３０の全面が支持されている状態で荷重をかけることによって、ガラス基板３０に加わる応力を軽減され、ガラス基板３０の破損を防止することが可能になる。また、加重ローラ４２は張架ローラ３６の上部に配置されることが好ましい。張架ローラ３６の上部においてガラス基板３０と接触することによって、ガラス基板３０へ荷重を加えやすくなる。
【００２２】
この構成により、研磨ベルト４４がガラス基板３０に加える荷重は、常に一定になるので、ガラス基板３０に対して均一にマイクロクラックを形成することが可能となる。また、搬送しながらマイクロクラックを形成するという構成により、生産効率も向上する。ガラス基板３０を一定数以上処理すると、研磨ベルト４４の砥粒が徐々に欠けてくるので、砥粒が磨耗した研磨ベルト４４は新規の研磨ベルトと交換することが好ましい。
【００２３】
前洗浄部１８は、ベルト研磨部１６の後段に配置されており、スプレーユニット５０を有している。スプレーユニット５０は、搬送ローラ１２の上下に配置されており、ガラス基板３０に均一に洗浄液を噴射するように複数のスプレーノズル５２を有している。スプレーノズル５２の数や配置は適宜変更することが可能であり、スプレーユニット５０は必要に応じて揺動機構を有していてもよい。なお、本実施形態では洗浄液として水を使用している。
【００２４】
前洗浄部１８では、ベルト研磨部１６においてガラス基板３０上に残った細かな残留物等を洗い流すように構成される。また、ガラス基板３０が乾いた状態でフッ酸の酸雰囲気に曝されると表面に白曇りが発生するといった不具合が起こる。このため、ガラス基板３０を湿らせた状態にし、ガラス基板３０を酸雰囲気から保護するという目的もある。
【００２５】
エッチング部２０は、前洗浄部１８の後段に配置されており、少なくともスプレーユニット５０１を有している。エッチング部２０は、特許請求の範囲の突起形成手段に相当する。スプレーユニット５０１は、前洗浄部１８に設けられているスプレーユニット５０と実質的に同一の構成であり、ガラス基板３０に突起成長液を噴射するように構成される。なお、スプレーユニット５０１は、搬送ローラ１２の上部のみに配置されている。なお、マイクロクラックが形成されていない主面は、耐酸性フィルム等であらかじめ保護され、突起成長液と接触しないように保護されることが好ましい。また、スプレーユニット５０は、ガラス基板３０の上面にエッチング液が滞留しないように揺動機構を有していることが好ましい。
【００２６】
突起成長液は、少なくともフッ酸とアルカリ金属イオンを含んでおり、それ以外にも無機酸、界面活性剤または分散剤等を含んでいてもよい。突起成長液は、装置外の薬液タンク等で所望の濃度で調合され、スプレーユニット５０１から噴射される。本実施形態では、突起成長液として、硫酸ナトリウム５〜１５重量％、フッ酸５〜１０重量％を少なくとも含む水溶液が用いられているが、突起成長液の成分はこれに限定されるものではない。また、エッチング部２０の長さや突起成長液の噴射圧力、スプレーノズルの形状等は適宜設定してもよい。さらに、本実施形態ではエッチング部２０が１つの構成で説明しているが、エッチング部は複数設けられていてもよい。
【００２７】
ここから突起成長液の作用について図３（Ａ）〜図３（Ｄ）を用いて説明する。図３（Ａ）に示すように、ガラス基板３０の上には、ベルト研磨部１６において形成されたマイクロクラック５４が形成されている。突起成長液とガラス基板３０が接触すると、突起成長液に含まれるフッ酸の作用によりガラス基板３０がエッチングされ始める。エッチングが進行すると、ガラス基板に含まれている二酸化ケイ素およびアルミニウムがフッ酸と反応し、突起成長液中にSiF６２-およびAlSiF63-が発生する。SiF６２-およびAlSiF63-は液中のナトリウムイオンと反応し、不溶性の生成物としてNa２SiF６およびNa3AlSiF6が主成分であるスラッジ５６が生成される。
【００２８】
出願人の実験によると、スラッジ５６はマイクロクラック５４の周辺にのみ堆積しやすいことが確認されている。（図３（Ｂ）参照。）このため、スラッジ５６が堆積したマイクロクラック５４の周辺領域は、突起成長液と接触しにくくなるため、周辺の領域と比較して図３（Ｃ）に示すようにエッチングの進行が緩やかになる。このようにスラッジ５６が堆積したまま、エッチングが進行すると、結果としてマイクロクラック近傍が凸形状の突起となる。（図３（Ｄ）参照。）また、凸部の形状は、エッチングの時間や薬液の濃度を調整することによって調整することが可能である。スラッジ５６が付着していない領域は、エッチングが進行していき、結果として凹部に成長し、ガラス基板が粗面化される。
【００２９】
また、本発明において突起成長液に使用するアルカリ金属イオンは、ナトリウムイオンであることが好ましい。ナトリウムイオンを含む薬液は、他のアルカリ金属イオンと比較しても入手が容易であり、さらにナトリウムイオンによって形成されるスラッジは、マイクロクラックの近傍に形成されやすく、均一な凹凸を形成することが可能になる。また、突起成長液におけるアルカリ金属イオンの濃度は１mol/l以上であることが好ましい。アルカリ金属イオンが１mol/l以上の濃度で含まれることによって、スラッジが発生しやすくなることが出願人の実験により確認されている。
【００３０】
また、上記のような作用により凹凸が形成されるため、ガラス基板３０は、マイクロクラックが形成された面を上向きの状態で搬送することが好ましい。マイクロクラックの形成された面を上向きの状態で搬送することで、突起成長液とガラス基板３０との接触で発生するスラッジ５６がマイクロクラック５４に付着しやすくなる。この状態のガラス基板３０に対して、上部に配置されているスプレーユニット５０１より突起成長液を噴射することにより、効率的に凹凸を形成することが可能となる。マイクロクラックが形成された面が下向きの状態やガラス基板を立てた状態で搬送すると、スラッジ５６がガラス基板３０に付着せず、突起が成長しにくくなるおそれがある。
【００３１】
後洗浄部２２は、エッチング部２０の後段に配置されており、ガラス基板３０に洗浄液を噴射するように構成される。後洗浄部２２は、前洗浄部１８と実質的に同一の構成であり、洗浄液を噴射することによって、ガラス基板３０からスラッジ５６および突起成長液を洗い流す。乾燥部２４は、後洗浄部２２の後段に配置されており、一対の吸水ローラ５８を有している。吸水ローラ５８はガラス基板３０の両主面と接触することによって、洗浄液を除去するように構成される。本実施形態では、一対の吸水ローラ５８を使用して乾燥処理を行っているが、ローラによる乾燥処理以外にもエアナイフ等を使用して、乾燥処理を行うことが可能である。
【００３２】
ガラス基板３０は、搬出部２６において表面処理装置１０から搬出される。ガラス基板３０はロボットアームや作業員によって取り出すことが可能である。取り出されたガラス基板３０は、適宜個片に分断したり、センサを形成したりする等の後工程において処理される。
【００３３】
ここから、本発明の別の実施形態について説明する。図４は、マイクロクラック形成手段の別の実施形態である研磨ローラ６０について示す図である。研磨ローラ６０は、上述の表面処理装置１０におけるベルトプレス３４に相当する。研磨ローラ６０は、搬送されているガラス基板３０に対してマイクロクラックを形成するように構成される。研磨ローラ６０は、その周面に砥粒が稠密に設けられており、ガラス基板３０と接触することによってマイクロクラックを形成することが可能となる。また、マイクロクラック形成手段は、研磨ベルト４４や研磨ローラ６０以外にもガラス基板３０と接触し、マイクロクラックを形成できる構成であれば、もちろん制限はない。  
【００３４】
このような表面処理装置１０を使用することでガラス基板３０を搬送しながら微細な凹凸を均一に形成することができる。さらに、従来では対応の難しかった大型のガラス基板も効率的に処理することができるため、加工時間も短縮することが可能になる。
【００３５】
上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００３６】
１０‐表面処理装置
１２‐搬送ローラ
１４‐搬入部
１６‐ベルト研磨部
１８‐前洗浄部
２０-エッチング部
２２‐後洗浄部
２４-乾燥部
２６‐搬出部
３０‐ガラス基板
３２-ベルトコンベヤ
３４-ベルトプレス
３６-張架ローラ
３８-搬送ベルト
４０-支持ローラ
４２-加重ローラ
４４-研磨ベルト
５０-スプレーユニット
５２-スプレーノズル
５８-脱水ローラ
【図１】
2017154903.tif 000003
【図２】
2017154903.tif 000004
【図３】
2017154903.tif 000005
【図４】
2017154903.tif 000006