JP2006027912A - ガラス板表面の研磨方法、フラットパネルディスプレイ用ガラス基板、及びフラットパネルディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】 ガラス板表面に存在するうねりや傷を除去した後、研磨液中に存在するスラッジがガラス板表面に付着することを抑制した化学研磨を行うガラス板表面の研磨方法、フラットパネルディスプレイ用ガラス基板、及び、フラットパネルディスプレイの提供。
【解決手段】 ガラス板表面の研磨方法は、ガラス板表面を機械的に研磨した後、ガラス板表面に連続的に流動している研磨液を接触させて更にガラス板表面を研磨することによって行われる。この方法においてガラス板表面に研磨液を接触させるには、気体と混合した研磨液が噴射されている研磨液中にガラス板を浸漬するか、又は、研磨液を直接ガラス板に吹き付けることが好適である。フラットパネルディスプレイ用ガラス基板は、前記研磨方法によって研磨したガラス基板である。フラットパネルディスプレイは、前記ガラス基板を使用したディスプレイである。
【選択図】 なし

Description

本発明は、ガラス板表面の研磨方法、この方法を使用することによって研磨されたフラットパネルディスプレイ用ガラス基板、及びこのガラス基板を使用したフラットパネルディスプレイに関する。

液晶ディスプレイ（以下、ＬＣＤ）、有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ、プラズマパネルディスプレイ等のフラットパネルディスプレイは、薄型化された画像表示装置として需要が増大してきている。

図６は、一対のガラス板を貼り合わしたＬＣＤ用ガラス基板の一例を表した断面模式図である。このＬＣＤ用ガラス基板は、図の上方向が液晶ディスプレイの画像表示面となる正面側になる。正面側のガラス板６０１には、偏光板６０８を画像表示面となるガラス表面に積層している。そして、ガラス板６０１の背面側には、カラーフィルター層６０４がブラックマトリクス層６０３に区分けされつつ積層されている。カラーフィルター層６０４には、透明樹脂からなるオーバーコート層６０５が積層され、次いで透明電極（ＩＴＯ膜）層６０６及びポリイミドからなる配向膜層６０７が形成されている。他方のガラス基板６０２には、画像表示面方向に、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）層６０９及びＩＴＯ膜層６１０が順次積層されている。そのＩＴＯ膜層６１０には、配向膜層６１１が積層された構造をとっている。ガラス板６０２の画像表示方向と逆方向面には、偏光板６１２が積層される。

図６に示した通り、ＬＣＤにガラス板が使用され、ガラス板は、ＬＣＤに関わらずフラットパネルディスプレイの画像表示面に使用されている。フラットパネルディスプレイに使用されているガラス板は、フラットパネルディスプレイパネルの主要材料であり、フラットパネルディスプレイパネルの厚みを構成する主部材となっている。このガラス板を薄型化することによって、フラットパネルディスプレイパネルの更なる薄型化を実現することが可能である。

ガラス板を薄型化するためには、ガラス板を研磨することによって可能である。ガラス板を研磨する方法としては、機械的にガラス板表面を研磨する方法や化学的にガラス板表面を研磨する方法が開示されている。例えば特許文献１には、一対のガラス板を貼り合せたＬＣＤ用貼り合せガラス基板を研磨することによって薄型化する方法が開示されている。
特開２００４−２１０１６号公報

特許文献１に開示されているガラス板を研磨する方法は、２段階の研磨工程からなり、第一段階の工程は、化学的な研磨方法によってガラス表面を粗研磨するものであり、第２段階の研磨工程は、第一段階の化学的な研磨方法によって研磨したガラス板表面を更に機械的に研磨する方法である。この第二段階目の機械研磨が仕上げ研磨となるものである。

しかしながら、特許文献１に開示された研磨方法によれば仕上げ研磨を機械的に行うものであり、仕上げ段階においてガラス板に外部応力が加わることを避けることができない。研磨の仕上げ段階では、ガラス板の薄型化が最も進んでいる段階であり、このガラス板に外部応力が加わることは、ガラス割れにつながり易くなってしまう。また、近年のフラットパネルディスプレイは、更なる薄型化が求められており、この求めに対応すべく極薄化したガラス板を製造するためのガラス板表面の研磨を行う必要があるが、極薄化したガラス板を製造するための研磨の仕上げ研磨で、機械的な研磨を行うことは、ガラス割れ発生を一層多く発生させる原因となる。つまり、機械研磨によって仕上げ研磨を行うことは、研磨工程の歩留まりを悪化させるものである。

特許文献１に開示された化学研磨を行った後に機械研磨を行う方法と異なり、機械研磨を行った後に化学研磨を行えば、仕上げ研磨でガラス板に応力が加わることがないため、ガラス割れが生じることはない。この化学研磨は、一般的にガラス板を研磨液に浸漬して行われ、研磨液中には研磨液がガラスと反応することによってスラッジが発生する。研磨液中に発生したスラッジは、ガラス表面に付着し易い性質を有しており、スラッジがガラス表面に付着すると化学研磨を阻害することになり、ガラス表面のうねりを発生し易くさせることになってしまう。このうねりが発生すると、ガラス板表面に表示される画像にゆがみが生じ始め、不鮮明な画像を生じさせることになる。

スラッジは、連続使用した研磨液中において多量に発生し、この場合ガラス板表面のうねりを一層生じさせ易くなる。また、さらなる薄型化が求められているガラス板においては、研磨するガラスの量も増加の一途を辿っており、これに伴い、研磨液中に発生し存在するスラッジ量も増加している。このようなスラッジが多量に存在している研磨液を使用して化学研磨を行うことを回避するには、研磨液を適宜交換して化学研磨を行うことも一つの方法であるが、研磨液の交換のつど研磨工程が中断されるため、効率の悪い研磨方法となってしまう。つまり、スラッジがガラス板表面に付着することを抑制して化学的に研磨する方法が希求されているのである。

ところで、表面にうねりがあるガラス板を化学研磨しても、うねりの***している部分と沈降している部分に関わらず研磨されていくので、うねりを消滅させることは困難である。また、表面に傷が存在しているガラス板表面を研磨すると、その傷の大きさによっては傷内部にまで研磨液が侵入して傷が拡大することになり、更に研磨すれば傷がうねりに転じることがある。従って、ガラス板表面のうねりや傷は、化学研磨前に可能な限り除去しておくことが好ましい。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、ガラス板表面に存在するうねりや傷を可能な限り除去し、その後、スラッジがガラス板表面に付着することを抑制した化学研磨を行うガラス板表面の研磨方法を提供することを目的とする。

また、この方法を使用して研磨したフラットパネルディスプレイ用ガラス基板及びこのガラス基板を使用したフラットパネルディスプレイの提供を本発明は目的とする。

本発明は、ガラス板表面の研磨方法であって、ガラス板表面を機械的に研磨する機械研磨工程の後、前記ガラス板表面に連続的に流動している研磨液を接触させることによって前記ガラス板表面を更に研磨する化学研磨工程を備えることを特徴とするガラス板表面の研磨方法である。

前記化学研磨工程は、前記ガラス板を内部に気泡が発生した前記研磨液に浸漬することによって行われ、前記気泡は、気体と研磨液が混合された後、該研磨液がノズルから噴射されることによって発生するものであることが好ましい。この場合、研磨液中にスラッジが発生している場合であっても、ノズル内がスラッジで詰まることが防止される。

前記気体と研磨液の混合は、気体導入孔及び研磨液導入孔を設けたノズル内部で行われる良い。このノズルには、研磨液を噴射する噴射孔と、前記噴射孔と連通する気液混合室と、前記気液混合室と前記液体導入孔の間に設けられたオリフィスを備え、前記気体導入孔は前記気液混合室に直通し、前記研磨液導入孔は前記オリフィスを介して前記気液混合室に連通していることが、微細な気泡を研磨液中に発生させることができることから好適である。

また、前記化学研磨工程は、前記研磨液を噴射し、前記ガラス板表面に前記研磨液を直接吹き付けることによって行われるものであっても良い。

本発明は、前記方法に研磨されたフラットパネルディスプレイ用ガラス基板、及びこのガラス基板を使用したフラットパネルディスプレイである。

上記のように構成された本発明に係るガラス板表面の研磨方法によれば、機械研磨によってあらかじめガラス板表面のうねりや傷を除去した後に化学研磨を行うので、化学研磨におけるガラス板表面の傷の拡大やうねりの発生を抑制することができ、化学研磨では、研磨液の連続的な流動によって研磨液中に生じたスラッジがガラス表面に付着することを抑制することができるので、化学研磨におけるガラス表面のうねりの発生を抑制することができる。

また、本発明に係るフラットパネルディスプレイ用ガラス基板は、本発明に係る研磨方法によってうねりの発生が抑制されると共に薄型化されたガラス基板であるので、表面の平坦性が向上した薄型化ガラス基板となる。

また、本発明に係るフラットパネルディスプレイは、表面の平坦性が向上した本発明に係るガラス基板を画像表示面としているので、画像品位が向上したフラットパネルディスプレイとなる。

以下、実施形態に基づき本発明を説明する。本発明に係る第一実施形態のガラス板表面の研磨方法は、ガラス板表面を機械的に研磨した後、この機械研磨を行ったガラス板表面を化学研磨することによって行われる。前記ガラス板は、一枚のガラス板であっても良く、また、ＬＣＤに使用される一対のガラス基板を使用しても良い。

機械研磨は、ポリッシングによって行われる。必要であれば、ポリッシングの前にラッピングを行っても良い。ポリッシングは、ガラス板を保持し、このガラス板表面にスラリーを供給しながら、常磐をガラス板表面に当接し、この常磐を回転させることによって行われる。このポリッシングに使用されるスラリーには、平均粒径が１μｍ前後の酸化セリウム砥粒を媒体に分散したスラリーを使用し、ポリッシングを化学的機械研磨によって行うことが好適である。ポリッシングに使用する常磐には、発泡ポリウレタン研磨パッドを貼り付けた常磐を使用すると良い。ポリッシング後のガラス板表面は、うねりや傷が除去された鏡面状態となる。

化学研磨は、流動している研磨液をガラス板表面に接触させることによって行われる。流動は、研磨を目的とするガラス板表面全体を研磨液が連続的に流動しているものである。このように研磨目的となるガラス板表面全体を研磨液が連続的に流動することによって、ガラス板表面に研磨液が連続的に供給され、均一に研磨することができ、更には、研磨液中に生じたスラッジがガラス板表面に付着することを抑制することができる。

研磨液には、ガラス溶解性の薬品を含有する水溶液が使用される。ガラス溶解性の薬品には、フッ化物を含有する水溶液を使用すると良く、フッ化物としては、フッ化水素、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例示される。また研磨液に無機酸及び／又は有機酸を含有させても良い。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く、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い。さらに研磨液には、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。陰イオン系界面活性剤としては、スルホン酸塩系界面活性剤等がある。両性界面活性剤としては、例えば、アミン系界面活性剤がある。この研磨液は、１０〜５０℃の温度範囲における一定温度に保たれている。

図１は、本発明に係る第一実施形態における化学研磨を行うための装置の概略断面図である。ガラス板表面に連続的に流動している研磨液を接触させるには、図１に示す化学研磨装置が使用される。図１の化学研磨装置は、研磨液を貯留する研磨液貯留槽１０１と、この研磨液貯留槽１０１の底部に設けられた研磨液噴射ノズル１０２と、研磨液貯留槽１０１から溢れ出た研磨液を受けるために研磨液貯留槽周縁に設けられた溢出研磨液受け槽１０３と、溢出液受け槽１０３の研磨液をノズルに送液するためのポンプ１０４を備えている。溢出液受け槽１０３、ポンプ１０４及びノズル１０２は配管で一連に接続されている。そして、ノズル１０２には、一端が大気に開放された配管１０５も接続されたものとなっている。また、図１の装置においては、ノズル１０２とポンプ１０４の間にスラッジ除去装置としてのフィルターが備えられている。

研磨液噴射ノズル１０２には、図２に示されるノズルを使用すると良い。図２は、図１の装置に使用されるノズルの断面図である。図２に示したノズルは、貫通孔を有する本体部２０１と、本体部２０１の貫通孔を途中で仕切り且つ貫通孔を備える板であるオリフィス２０７と、この本体部２０２の後端に螺合し貫通孔を有する液体導入部２０２とからなる。このノズル１０２において、オリフィス２０７は、本体部２０１の後端から本体部の貫通孔内に挿嵌され、液体導入部２０２が本体部２０１螺合されることによって挟持・固定されている。

本体部２０１は、先端側に研磨液が噴射される研磨液噴射孔２０３と、この研磨液噴射孔２０３よりも径大で該噴射孔２０３と連通し本体部２０１の後端側に延びる気液混合室２０４とによって一直線状の貫通孔を備えている。また、本体部２０１は、気液混合室２０４と直通し且つ一垂直方向に延びる気体導入孔２０５が備えられている。液体導入部２０２は、貫通孔を有しており、この貫通孔が液体導入孔２０６となる。液体導入孔２０６は、オリフィス２０７の貫通孔を介して、気液混合室２０４と連通している。

オリフィス２０７は、本実施形態において、２つの孔径１〜２ｍｍの貫通孔２０８ａ、２０８ｂを設けている。貫通孔２０８ａ、２０８ｂは、本体部先端に向けて近接するように傾斜している。この貫通孔の傾斜は、貫通孔２０８ａ及び２０８ｂの軸の延長線が気液混合室２０４内で交差していることが好ましい。このとき、気液混合室２０４内で研磨液の乱流が生じ易くなるため、後述する気液混合室２０４に吸引導入される気体を微細な気泡とすることができる。

図２に示したノズルにおいて研磨液は、液体導入孔２０６からオリフィス２０７の貫通孔２０８ａ、２０８ｂを通じて気液混合室２０４に導入され、次いで、研磨液噴射孔２０３から噴射される。これに伴い、気液混合室２０４内が減圧される。気液混合室２０４内が減圧されると、空気が気体導入孔２０５を通じて気液混合室２０４内に吸引導入される。例えば、本体部２０１の容積が０．８〜２ｃｍ^３のノズルを深さ２２ｃｍの研磨液中で保持し、ノズルからの研磨液噴射量を３〜１２Ｌ／ｍｉｎ．に設定し、ノズルに導入する研磨液の液圧力が０．１〜０．５ＭＰａで、気体導入量が３．０〜４８．０Ｌ／ｍｉｎ．であると良い。そして、気液混合室２０４内に吸引導入された空気は、ノズル１０２内部の気液混合室２０４内で研磨液と混合された後に微細な気泡となって研磨液噴射孔２０３から研磨液と共に噴射される。

図１に示した装置を使用した化学研磨は、次の通り行われる。ポンプ１０４を作動させると、研磨液がノズル１０２から噴射される。この噴射によって、ノズル内部が減圧化され、一端が大気に開放された配管１０５を通じて空気がノズル１０２内に導入される。導入された空気は、微細な気泡となってノズル１０２から研磨液と共に噴射される。この噴射によって、研磨液貯留槽１０１内の研磨液には、微細な気泡が定常的に発生している状態となる。この気泡が発生した研磨液にガラス板を浸漬することによって、化学研磨が行われる。研磨液に浸漬したガラス板は、図示されていないガラス板保持治具によって研磨液面に対して鉛直にして保持される。なお、研磨液貯留槽１０１内の研磨液は、この貯留槽１０１から溢出することになるが、溢出した研磨液は、溢出液受け槽１０３に受け止められ、再度ノズル１０２へと送液される。

以上のようにして行われる化学研磨によれば、気泡が浮力によって連続して上昇するので、研磨液に連続的な流動が生じることになる。その結果、この連続的な流動が生じている研磨液は、浸漬したガラス板の表面に接触することになる。また、ガラス板表面が連続的に流動している研磨液にさらされることによって、研磨液に生じたスラッジがガラス板表面に付着することを抑制することができる。また、研磨液中に発生している気泡が微細な気泡であり、研磨液中において気泡が通過しない場所がないので、微細なスラッジも気泡によってガラス表面から除去される。なお、図２に示したノズルを使用することによって発生する気泡は、微細化されており、均質な研磨液の流動を生じさせると共に、機械研磨後にガラス板表面に存在している傷の大きさの拡大が抑制されることが確認されており、さらに、研磨液貯留槽１０１内の研磨液内にスラッジが発生した状態で連続して化学研磨を行った場合であっても、ノズル内部がスラッジで詰まることがないことも確認されている。

次に本発明に係る第二実施形態について説明する。本実施形態においても、ガラス板表面を機械的に研磨した後、この機械研磨を行ったガラス板表面を化学研磨することによって行われる。研磨対象となるガラス板は、一枚のガラス板であっても、ＬＣＤ用ガラス板に使用される一対の貼り合わせガラス板であっても良い。機械研磨は、上記実施形態と同じ機械研磨方法がとられ、酸化セリウム砥粒を含有するスラリーを使用して化学的機械研磨によって行うことが好適であることも上記実施形態と同じである。

本実施形態における化学研磨は、研磨液を噴射して、ガラス板表面に直接研磨液を噴射することによって行われるものであり、上記実施形態と異なり、ガラス板を研磨液に浸漬することなく行われる。この化学研磨において、上記実施形態と同じ研磨液が使用される。

図４は、本発明に係る第二実施形態における化学研磨を行うための装置の概略断面図である。図４の装置は、化学研磨を行うための研磨室４０１と、この研磨室内４０１の底面付近に設置され研磨液を上方に噴射する研磨液噴射ノズル４０２と、研磨液噴射ノズルから噴射するための研磨液を貯留するための研磨液貯留槽４０４と、研磨液貯留槽４０４内に貯留された研磨液をノズル４０２に送液するためのポンプ４０３とからなる。研磨室４０１内には、ガラス板を収納したガラス板収納ユニット４０７を支持するための支持枠４０６が研磨室の内側周に沿って、収納ユニット４０７を略水平にして支持することができるように設けられている。そして、本装置においては、ポンプ４０３とノズル４０２の間には、研磨液中に存在するスラッジを除去する装置としてフィルター４０５が備えられている。

ノズル４０２は、研磨液を霧状にして噴射するノズルが設けられている。このノズルは、エッチング液だけを噴射する一流体ノズル及びエッチング液と気体を混合した後にこれを噴射する二流体ノズルの何れを使用しても良い。二流体ノズルには、本発明に係る第一実施形態で使用される図２に示したノズルを使用すると良い。

図５は、ガラス板を収納したガラス板収納ユニット４０７の概略分解図である。この収納ユニット４０７は、収納される矩形のガラス板５０１の底面積よりもやや大きな面積を有し、かつ、底部に貫通窓４０７ｂを有する容体４０７ａと、この容体４０７ａにガラス板５０１を収容した後にガラス板５０１を固定するための押さえ板４０７ｃからなる。容体４０７ａの底部の貫通窓４０７ｂは、研磨目的となるガラス板５０１表面に研磨液が十分に吹き付けられるように、ガラス板を支持できる程度の底面を有している。押さえ板４０７ｃは、貫通した孔のない一枚板であるが、ガラス板５０１の両面を化学研磨する必要がある場合には、押さえ板４０７ｃにも貫通窓を設けても良い。なお、ガラス板収納ユニット４０７の材質は、ノズル４０２から噴射される研磨液によって、収容ユニット４０７が動じない重量の材質のものを採用すると良く、収納ユニット４０７が動じる場合には、支持枠４０６に収納ユニット４０７が固定されるようにすると良い。

ガラス板収納ユニット４０７へのガラス板５０１の収納は、容体４０７ａに、ガラス板５０１を嵌め込み、ガラス板５０１を押え板４０７ｃで押えることによってガラス板収納ユニットが組み立てられる。このガラス板収納ユニット４０７へのガラス板５０１の収納は、ガラス板が研磨室内で水平に支持されることができるように収納される。

図４の装置を使用した化学研磨は、次のように行われる。研磨液貯留槽４０４内の研磨液がポンプ４０３によってノズル４０２に送液され、ノズル４０２から収納ユニット４０７に収納されたガラス板に向けて研磨液が噴射される。ノズル４０２から噴射された研磨液は、連続的な霧流となって流動し、ガラス板に吹き付けられる。この吹き付けによってガラス板表面が研磨されることになり、吹き付け後の研磨液は、液滴となってガラス板から落下することになる。このような研磨液のガラス板への吹き付け及び落下は、化学研磨過程において、絶えず繰り返されるので、ガラス表面にスラッジが付着することがあっても、速やかに除去されることになる。

上記実施形態で研磨したガラス板は、化学研磨後、ガラス板表面に付着した研磨液が除去される。このガラス板は、研磨によって薄型化されたガラス板となる。なお、ガラス基板の稜線部分に研磨液が接触する化学研磨を行った場合には、機械研磨を行うことによって生じたガラス基板の角部が面取りされて、外部応力に対するガラス基板角部の損傷を防止することができるので、機械的強度の優れたガラス基板となる。

この薄型化されたガラス板は、フラットパネルディスプレイを薄型なものとすることができるガラス基板として使用できる。そして、このガラス基板は、フラットパネルディスプレイの製造に使用される。

本発明に係る第一実施形態における化学研磨を行うための装置の概略断面図である。 図１の装置に使用されるノズルの断面図である。 図２のノズルに使用されているオリフィスの斜視図である。 本発明に係る第二実施形態における化学研磨を行うための装置の概略断面図である。 ガラス板を収納したガラス板収納ユニットの概略分解図である 一対のガラス板を貼り合わしたＬＣＤ用ガラス基板の一例を表した断面模式図である。

符号の説明

１０２ ノズル
１０５ 配管
２０１ 研磨液噴射孔
２０４ 気液混合室
２０５ 気体導入孔
２０６ 液体導入孔
２０７ オリフィス
４０２ 研磨液噴射ノズル

Claims (7)

1. ガラス板表面の研磨方法であって、ガラス板表面を機械的に研磨する機械研磨工程の後、前記ガラス板表面に連続的に流動している研磨液を接触させることによって前記ガラス板表面を更に研磨する化学研磨工程を備えることを特徴とするガラス板表面の研磨方法。
2. 前記化学研磨工程は、前記ガラス板を内部に気泡が発生した前記研磨液に浸漬することによって行われ、前記気泡は、気体と研磨液が混合された後、該研磨液がノズルから噴射されることによって発生することを特徴とする請求項1に記載のガラス板表面の方法。
3. 前記気体と研磨液の混合は、気体導入孔及び研磨液導入孔を設けたノズル内部で行われる請求項２に記載のガラス板表面の研磨方法。
4. 前記ノズルには、研磨液を噴射する噴射孔と、前記噴射孔と連通する気液混合室と、前記気液混合室と前記液体導入孔の間に設けられたオリフィスを備え、前記気体導入孔は前記気液混合室に直通し、前記研磨液導入孔は前記オリフィスを介して前記気液混合室に連通している請求項３に記載のガラス板表面の研磨方法。
5. 前記化学研磨工程は、前記研磨液を噴射し、前記ガラス板表面に前記研磨液を直接吹き付けることによって行われることを特徴とする請求項１に記載のガラス板表面の研磨方法。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の方法によって研磨されたフラットパネルディスプレイ用ガラス基板。
7. 請求項６に記載のガラス基板を使用したフラットパネルディスプレイ。
   

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