JP5541623B2

JP5541623B2 - ガラス基板の製造方法

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Publication number: JP5541623B2
Application number: JP2009296810A
Authority: JP
Inventors: 豊中川; 正雄尾関
Original assignee: Kyocera Display Corp
Current assignee: Kyocera Display Corp
Priority date: 2009-12-28
Filing date: 2009-12-28
Publication date: 2014-07-09
Anticipated expiration: 2029-12-28
Also published as: JP2011136855A

Description

本発明は、化学強化処理が施されるとともに電極が形成されたガラス基板の製造方法に関する。

近年、タッチスイッチなどの入力装置は、液晶表示パネルなどの表示装置と一体化されたタッチパネルとして、携帯電話、ＰＤＡ、ノートＰＣ、産業用ディスプレイなどに用いられている（例えば、特許文献１参照）。

前記タッチスイッチの一例として、静電容量方式のタッチスイッチは、ガラス基板などの透明基板の表面に電極となる導電膜パターン層が形成されており、指などが接触した位置座標を静電容量の変化により検出するものである。

一般に、このようなタッチスイッチに用いられるガラス基板には、イオン交換法などを用いた化学強化処理が施され、ガラスの強度が強化されている。前記イオン交換法は、ガラスをガラス転移点以下の温度域でアルカリ溶融塩に浸漬することにより、ガラス表面においてイオン半径の小さいアルカリイオン（例えば、ＬｉイオンやＮａイオン）をイオン半径の大きなイオン（例えば、Ｋイオン）に交換するものである。その結果、ガラス表面に所定の厚さの圧縮応力層を形成して、ガラス表面に存在する引張応力を圧縮応力に替えることにより、ガラスの強度を強化することができる。

また、従来の前記ガラス基板の製造工程においては、通常、一枚の大きいガラス基板（以下、マザー基板という。）を切断して複数の個片のガラス基板を形成する。

ここで、一枚の大きいマザー基板から、化学強化処理が施されるとともに導電膜のパターン層が形成されたガラス基板を一連の工程により製造する場合、従来においては、まず、マザー基板を個片のガラス基板に切断した後、各ガラス基板について、それぞれ化学強化処理を施し、導電膜パターン層の形成を行うという手順がとられていた。

特開２００１−１９２２４０号公報

しかしながら、前記手順の場合、各ガラス基板について、それぞれ個別に化学強化処理を施し、導電膜のパターン層の形成を行う必要があるため、生産効率が悪いという問題があった。

そこで、生産効率を上げるためには、一枚の大きいマザー基板のままで、化学強化処理を施し、導電膜のパターン層の形成を行った後、個片のガラス基板に切断するという手順が考えられる。しかし、化学強化処理が施されたマザー基板を切断するには、ガラス表面の圧縮応力を取り除く力も必要となるため、切断が困難である。そのため、ガラス基板の切断面に傷や欠けが生じ、その傷や欠けが生じた部分をきっかけにガラスの破壊が生じやすくなり、結果的に、化学強化処理を施していないガラスよりも強度が低下してしまったり、ガラス基板の周縁部の直線性が得られず、均一な形状のガラス基板が形成されず、品質が低下してしまうなどの新たな問題が生じるおそれがある。

また、ガラス基板は、最終的には装置のケースへ組み込まれて使用されるが、その組み込みについては位置合わせも確実かつ容易にできることが望まれている。

本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、生産効率の向上を図ることができ、かつ、均一な形状であってガラスの強度が強化されたガラス基板を製造することが可能なガラス基板の製造方法を提供することを第１の目的とし、さらには、ケースへの組み込みが容易なガラス基板の製造方法を提供することを第２の目的とする。

前記の目的を解決するため、本発明のガラス基板の製造方法においては、マザー基板に化学強化処理を施すことにより、表面に１５〜５０μｍの厚さの圧縮応力層を形成し、前記マザー基板の少なくとも一方の面に所望の加工処理を行った後、前記マザー基板を仮想の切断線に沿って個片のガラス基板に切断する。

ガラス表面に化学強化処理を所定の程度で施し、ガラス表面に付与する圧縮応力を適当な大きさにすることにより、化学強化処理後のマザー基板であっても、切断が容易となる。そのため、一枚の大きいマザー基板のままで、化学強化処理を施し、所望の加工処理を行った後、個片のガラス基板に切断するという手順をとることが可能となり、生産効率の向上を図ることができる。

また、ガラス基板の切断面には欠けや傷が発生することなく、滑らかな切断面が得られるため、従来のように、切断面に発生した欠けや傷によってガラスが割れやすくなることがなく、化学強化処理により強化されたガラスの強度を保つことができる。さらに、ガラス基板の周縁部の直線性が得られるため、均一な形状であって、ガラスの強度が強化されたガラス基板を製造することが可能である。

そして、本発明の請求項１に記載のガラス基板の製造方法は、前記マザー基板に化学強化処理を施す前に、マザー基板の少なくとも一方の面に、前記仮想の切断線を位置させる溝部を形成することを特徴とする。

マザー基板に前記溝部を形成することで、その部分の板厚は薄くなる。したがって、前記溝部から切断することで、マザー基板をより容易に切断することができる。

また、請求項２に記載のガラス基板の製造方法は、請求項１に記載のガラス基板の製造方法において、前記溝部は断面を矩形状に形成されており、その平底部の幅方向中央を前記仮想の切断線として切断されることを特徴とする。

後述するように、マザー基板の表面上に形成された前記溝部の中央に沿って切断することにより、得られたガラス基板の外周部には、厚さ方向の段差部を形成することができる。このように段差部が形成されたガラス基板は、このガラス基板を配設する凹部が形成された装置のケースに、前記段差部を係止させることにより、ガラス基板をきちんと位置決めして配置させることができるため、ケースへの組み込みが容易となる。

また、請求項３に記載のガラス基板の製造方法は、請求項１または２に記載のガラス基板の製造方法において、前記所望の加工処理が前記マザー基板の一方の面に形成される透明導電膜のパターニングであり、前記マザー基板の他方の面に前記溝部が形成されることを特徴とする。装置のケースに段差部を係止させてガラス基板を組み込むとともに、ガラス基板に形成される透明電極を適切に保護することができる。

そして、請求項４に記載のガラス基板の製造方法は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のガラス基板の製造方法において、前記圧縮応力層を１５〜２５μｍに形成し、前記マザー基板をレーザーを用いて個片のガラス基板に切断することを特徴とする。

特に、マザー基板をレーザーを用いて個片のガラス基板に切断する場合には、前記圧縮応力層の厚さを１５〜２５μｍとすることが好ましい。

本発明のガラス基板の製造方法によれば、一枚の大きいマザー基板のままで、化学強化処理を施し、所望の加工処理を行うことができるため、従来のように、各ガラス基板について、それぞれ個別に処理する必要がなく、生産効率を向上させることができる。

また、ガラス基板の切断面には欠けや傷が発生することなく、滑らかな切断面が得られるため、従来のように、切断面に発生した欠けや傷によってガラスが割れやすくなることがなく、化学強化処理により強化されたガラスの強度を保つことができる。さらに、ガラス基板の周縁部の直線性が得られるため、均一な形状であって、ガラスの強度が強化されたガラス基板を形成することが可能である。

さらに、本発明のガラス基板の製造方法によれば、外周部に厚さ方向の段差部が形成された複数の個片のガラス基板が得られる。このように段差部が形成されたガラス基板は、このガラス基板を配設する凹部が形成された装置のケースに、段差部を係止させることにより、ガラス基板をきちんと位置決めして配置させることができるため、ケースへの組み込みが容易となる。

本発明のガラス基板の製造方法により製造されたガラス基板を備えたタッチスイッチの一例を示す断面図本発明のガラス基板の製造方法の実施形態を示す工程図マザー基板に形成された溝部のパターンを示す平面図マザー基板の仮想切断線およびケースとの係止状態を示す断面図（ａ）はマザー基板に形成されたレジストのパターンを示す平面図、（ｂ）は断面図とその拡大断面図

以下、本発明のガラス基板の製造方法について、図面に示す実施形態により説明する。

本発明の製造方法により製造されるガラス基板１は、静電容量方式のタッチスイッチ２を構成し、例えば、図１に示すように、開口となる凸部３ａが形成された入力装置のケース３の最上面に面一となるように配設されている。具体的には、ガラス基板１の上面における４辺には、タッチスイッチ２として用いられる面内よりも肉薄とされたフランジ状の段差部４が形成されている。そして、ガラス基板１は、前記タッチスイッチ２として用いられる上面（図１における上面）を凸部３ａに嵌合させるとともに、前記段差部４をケース３に係止することにより、ケース３の最上面と面一に位置決めして配置されるようになっている。また、ガラス基板１の背面（図１における下面）には、指などが接触した位置座標を静電容量の変化により検出するための電極となる導電膜パターン層５が形成されている。また、必要に応じて、ケース３内に液晶パネルやバックライトユニットなどを収容し、タッチパネルとして用いてもよい。

なお、本発明の製造方法により製造されるガラス基板１としては、上記のようなタッチスイッチ２に限らず、例えば、ガラス基板１の両面に導電膜からなる複数本のＸ電極およびＹ電極が設けられ、指と導電膜との間の静電容量の変化を捉えて位置を検出するものや、その他、抵抗膜方式のタッチスイッチ２などにも使用することができる。

以下、本実施形態のガラス基板１の製造方法について、図２の工程図を用いて説明する。

まず、マザー基板６の一方の面に、外周部に段差部４が形成された個片のガラス基板１を複数枚切り出すための溝部７を形成する（ステップＳＴ１）。なお、本実施形態においては、マザー基板６上に各ガラス基板１の導電膜のパターン層５を一括して形成し、その後、図３に示すように、格子状とされた縦横４本の仮想切断線１０に沿ってマザー基板６を分断することで、一枚の大きいマザー基板６から縦横３×３に配列された計９枚のガラス基板１を分断することを想定している。

前記溝部７の断面は、図４に示すように、所定の幅を有する矩形状となっている。また、溝部７の幅は、最終的なガラス基板１の外周部に形成される段差部４の幅の２倍となっている。すなわち、溝部７の断面形状は、後述するマザー基板６の仮想切断線１０を対称軸として、左右対称形となっている。また、溝部７の深さは、マザー基板６自体の板厚の１／２以下となっている。本実施形態においては、例えば、板厚が０．３〜１．１ｍｍのマザー基板６を用いており、溝部７の深さは０．１〜０．５ｍｍとなっている。したがって、溝部７が形成された部分の板厚は、マザー基板６自体の板厚の１／２以上となっているため、ガラスの強度を確保することができる。また、溝部７の板厚はケース３の凸部３ａの厚さ寸法より大きな数値とすることが好ましい。ケース３の凸部３ａより小さな値とすると、ケース３の最上面とガラス基板１の上面とが面一の関係とならないことがある。

このような溝部７の形成方法としては、研削ブレードやレーザーなどを用いた研削法、フォトリソグラフィー法によりマスキングを施した後に化学エッチングを行う方法、またはこれらの組み合わせを用いることができる。化学エッチングを用いる場合には、後述するように、マスキング手段を組み合わせて行う。

また、溝部７の板厚はケース３の凸部３ａの厚さ寸法より大きな数値とすることが好ましい。ケース３の凸部３ａより小さな値とすると、ケース３の最上面とガラス基板の上面とが面一の関係とならないことがある。

なお、溝部７の断面形状は、上記のような矩形に限定されず、例えば、化学エッチングを行った場合、等方性のエッチングにより、矩形の角部分が面取りされたような略Ｕ字状となるが、このような形状も本発明の一態様に含まれる。

次に、溝部７を形成したマザー基板６にイオン交換法を用いた化学強化処理を施す（ステップＳＴ２）。具体的には、前記マザー基板６を所定の温度域でアルカリ溶融塩に浸漬することにより、ガラス表面に所定の厚さの圧縮応力層を形成する。これにより、ガラス表面に存在する引張応力を圧縮応力に替えることにより、ガラスの強度を強化することができる。このとき、本実施形態においては、アルカリ溶融塩の温度や浸漬させる時間を調整することで、圧縮応力層の厚さが１５〜５０μｍとなるように処理する。また、特に、後述するマザー基板６の切断をレーザーを用いて行う場合には、圧縮応力層の厚さが１５〜２５μｍとなるように処理する。この処理によって、溝部７を含め、マザー基板６の表・裏面が化学強化される。

次いで、化学強化処理を行ったマザー基板６を洗浄後、マザー基板６の溝部７が形成されている反対の面に、指などの接触位置を静電容量の変化により検出するための電極となる導電膜パターン層５を形成する。具体的には、まず、マザー基板６の表面にスパッタ法、真空蒸着法、ＣＶＤ法などを用いて、例えば、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）などからなる透明導電膜を成膜する。その後、透明導電膜の表面にフォトレジストで所定のパターンを形成し、その露出部分に対して透明導電膜のエッチングを行うことで、パターニングを行う（ステップＳＴ３）。

次に、マザー基板６の溝部７が形成された面と反対側の面（図４における下面）から、溝部７の平底部の幅方向中央である仮想切断線１０に超硬ホイールカッターを挿入し、格子状とされた縦横４本の仮想切断線１０に沿ってマザー基板６を分断する（ステップＳＴ４）。なお、切断方法としては、超硬ホイールカッターの他、レーザーなどを用いることができる。これにより、その外周部に厚さ方向の段差部４が形成された、所望の形状のガラス基板１が複数枚得られる。なお、レーザー切断はエキシマレーザ、ＣＯ_２レーザー等を挙げられる。

なお、マザー基板６の切断処理の後に、必要に応じて、得られたガラス基板１の面取り加工を行ってもよい。

以上の工程により、化学強化処理によりガラス表面に所定の厚さの圧縮応力層が形成され、一方の面に電極となる導電膜パターン層５が形成されるとともに、外周部に厚さ方向の段差部４が形成された、所望の形状のガラス基板１を得ることができる。このガラス基板１を入力装置のケース３に組み込んで使用する場合には、図１に示すように、ガラス基板１のタッチスイッチ２として用いられる上面（図１における上面）をケース３の凸部３ａに嵌合させるとともに、段差部４をケース３に係止することにより、ケース３の最上面と面一に位置決めして配置する。

本実施形態のガラス基板１の製造方法においては、化学強化処理により形成する圧縮応力層の厚さを１５〜５０μｍとし、特に、マザー基板６の切断処理をレーザーを用いて行う場合には１５〜２５μｍとして、ガラス表面に付与する圧縮応力を適当な大きさにすることにより、化学強化処理後のマザー基板６であっても、切断が容易となる。そのため、一枚の大きいマザー基板６のままで、化学強化処理を施し、導電膜パターン層５の形成を行うことが可能となり、従来のように、各ガラス基板１について、それぞれ個別に処理する必要がなく、生産効率を向上させることができる。

また、ガラス基板１の切断面には欠けや傷が発生することなく、滑らかな切断面が得られるため、従来のように、切断面に発生した欠けや傷によってガラスが割れやすくなることがなく、化学強化処理により強化されたガラスの強度を保つことができる。さらに、ガラス基板１の周縁部の直線性が得られるため、均一な形状であって、ガラスの強度が強化されたガラス基板１を製造することが可能である。

また、本実施形態のガラス基板１の製造方法によれば、その上面における４辺に、厚さ方向においてタッチスイッチ２として用いられる面内よりも肉薄とされたフランジ状の段差部４が形成された個片のガラス基板１を得ることができる。したがって、ガラス基板１は、この段差部４を凸部３ａが形成された入力装置のケース３の係止部に係止させることにより、入力装置のケース３の最上面に面一に位置決めして配置させることができるため、組み立てが容易となる。

まず、１．１ｍｍの厚さのソーダライムガラスからなるマザー基板６上に、外周部に段差部４が形成された個片のガラス基板１を複数枚切り出すための溝部７を化学エッチングによって形成する。これに先だって、各ガラス基板１のタッチスイッチ２として用いる面内を保護するため、マザー基板６上にレジスト８のパターンを形成する。なお、本実施例においては、図５（ａ）に示すように、格子状とされた縦横４本の仮想切断線１０に沿ってマザー基板６を分断することで、一枚の大きいマザー基板６から縦横３×３に配列された計９枚のガラス基板１を分断することを想定している。

前記レジスト８には、図５（ｂ）に示すように、断面視において開口部９が形成されている。ここで、本実施例においては、最終的なガラス基板１の外周部に形成する段差部４の幅をＬ、深さを０．５ｍｍに設定する。したがって、前記開口部９の幅は、前記段差部４の幅Ｌの２倍（２Ｌ）よりも、段差部４の深さ０．５ｍｍの２倍（１．０ｍｍ）だけ短い長さ、すなわち（Ｌ−１．０）ｍｍとなっている。

このようにレジスト８のパターンを形成した後、フッ酸エッチング液を用いてその深さが０．５ｍｍとなるまで化学エッチングを行い、溝部７を形成する。その後、マザー基板６からレジスト８を剥離し、洗浄する。

次に、マザー基板６を所定の温度域で硝酸カリウムの溶融塩に浸漬し、ガラス表面においてソーダライムガラスに含まれるＮａイオンを溶融塩中のＫイオンに交換することにより、ガラス表面に圧縮応力層を形成する。このとき、硝酸カリウムの溶融塩の温度と、マザー基板６を浸漬する時間を調整することにより、前記圧縮応力層の厚さが３０μｍとなるように処理する。

次に、公知の方法にて、マザー基板６の溝部７が形成された面と反対の面に、ＩＴＯからなる透明導電膜を成膜し、フォトリソ法にて電極となる導電膜パターン層５をパターニングする。

その後、マザー基板６の溝部７が形成された面と反対の面から、溝部７の幅方向の中央に超硬ホイールカッターを挿入し、マザー基板６の平面視における仮想切断線１０のパターン形状に沿って切断する。これにより、外周部に段差部４が形成された、所望の形状の個片のガラス基板１を複数枚得る。

次に、このガラス基板１の強度を測定した。具体的には、ガラス基板１を下方から四辺のみを支持するような台の上に載せ、ガラス基板１の中央の一点を押え付け、ガラス基板１が割れたときに加えた荷重を測定した。

その際、比較例（以下、「比較例１」という。）として、上記のような化学強化処理を行わず、それ以外の処理については実施例１と同様に行ったものを用意し、このガラス基板１の強度を基準として相対値を求めた。

その結果、表１に示すように、実施例１のガラス基板１の強度は、化学強化処理を行っていないガラス基板１（比較例１）と比べて２倍の強度となった。これにより、マザー基板６のままで、化学強化処理を施し、導電膜パターン層５の形成を行った後、個片のガラス基板１に切断した場合であっても、化学強化処理を行っていないガラス基板１よりも、ガラスの強度の向上させることができることが分かった。

溝部７の加工方法として、実施例１のような化学エッチングの代わりに、必要な幅を持った研削ブレードを用いた研削法により行い、それ以外の処理については実施例１と同様に行った。その結果、マザー基板６を容易に切断することができ、各ガラス基板１の周縁部には直線性が得られた。また、複数のガラス基板１について再現性が得られた。

溝部７の加工方法として、実施例１のような化学エッチングの代わりに、まず、必要な幅を持った研磨ブレードを用いた研削法により深さが０．４ｍｍの溝部７を形成した後、さらに、レジスト形成および化学エッチングを行い、最終的に深さが０．５ｍｍの溝部７を形成した。その結果、マザー基板６を容易に切断することができ、各ガラス基板１の周縁部の直線性が得られた。また、複数のガラス基板１について再現性が得られた。

また、他の実施例として、前述した実施例１と同様の処理において、圧縮応力層の厚さを変更したもの（実施例４：５０μｍ、実施例５：２０μｍ）や、マザー基板６の切断処理を超硬ホイールカッターの代わりにレーザーを用いて行い、圧縮応力層の厚さを変更したもの（実施例６：２５μｍ、実施例７：１５μｍ）を形成し、実施例１と同様にガラスの強度を測定した。表１にこれらの結果をまとめる。

表１に示すように、化学強化処理により形成する圧縮応力層の厚さを１５〜５０μｍとした場合については、ガラス基板１の周縁部の直線性が得られ、複数のガラス基板１について再現性が得られた。また、レーザーを用いてマザー基板６の切断を行った場合については、圧縮応力層の厚さを１５〜２５μｍとしたときには、ガラス基板１の周縁部の直線性が得られ、複数のガラス基板１について再現性が得られた。また、これらのガラス基板は、化学強化処理を行わないもの（比較例１）と比べて、ガラスの強度が強化された。

なお、レーザーを用いて切断処理を行った場合の比較例（以下、「比較例２」という。）として、圧縮応力層の厚さを３０μｍとしてガラス基板１を形成した。この場合、マザー基板６を切断することは可能であるが、ガラス基板１の外周面の直線性は得られず、再現性も得られなかった。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、必要に応じて変更することができる。

例えば、上記実施形態においては、上面における４辺に段差部４が形成されたガラス基板１を複数枚得るようにしたが、図２のステップＳＴ１において、マザー基板１の一方の面に形成する溝部７のパターン形状を縦方向（横方向に）並列した複数のライン状とすることで、上面における２辺に段差部４が形成されたガラス基板１を複数枚得るようにしてもよい。この場合、ガラス基板１は、ガラス基板１のタッチスイッチ２として用いられる上面をケース３の凸部３ａに嵌合させるとともに、背面における２辺に形成された段差部４をケース３に係止することにより、ケース３の最上面に面一に位置決めして配置させる。

また、マザー基板６の一方または両方の面に形成する電極としては、上述したような導電膜のパターン層５に限定されない。さらに、図２のステップＳＴ３において、導電膜の成膜およびパターニングを行い、導電膜のパターン層５を形成する代わりに、別の処理を行ってもよい。

また、前記溝部７は、マザー基板６を切断するためのいわゆるスクライブ溝として利用してもよい。すなわち、溝部７を形成することで、その部分のマザー基板６の板厚を薄くし、切断を容易にすることができる。この場合には、溝部７の断面形状は、前述したような矩形の代わりに、例えば、Ｖ字状であってもよい。

１ガラス基板
２タッチスイッチ
３ケース
３ａ凹部
４段差部
５導電膜パターン層
６マザー基板
７溝部
８レジスト
９開口部
１０仮想切断線

Claims

マザー基板に化学強化処理を施すことにより、表面に１５〜５０μｍの厚さの圧縮応力層を形成し、前記マザー基板の少なくとも一方の面に所望の加工処理を行った後、前記マザー基板を仮想の切断線に沿って個片のガラス基板に切断するガラス基板の製造方法であって、前記マザー基板に化学強化処理を施す前に、マザー基板の少なくとも一方の面に、前記仮想の切断線を位置させる溝部を形成することを特徴とするガラス基板の製造方法。
前記溝部は断面を矩形状に形成されており、その平底部の幅方向中央を前記仮想の切断線として切断されることを特徴とする請求項１に記載のガラス基板の製造方法。
前記所望の加工処理が前記マザー基板の一方の面に形成される透明導電膜のパターニングであり、前記マザー基板の他方の面に前記溝部が形成される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製造方法。
前記圧縮応力層を１５〜２５μｍに形成し、前記マザー基板をレーザーを用いて個片のガラス基板に切断することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のガラス基板の製造方法。