JP6082434B2 - ガラス基板の製造方法及びガラス基板 - Google Patents

Description

本発明は、ガラス基板の熱処理工程を含むガラス基板の製造方法及びガラス基板に関する。

近年、ディスプレイパネルの分野では、画質の向上のために画素の高精細化が進展している。この高精細化の進展に伴って、ディスプレイパネルに用いるガラス基板にも寸法精度が高いことが望まれている。例えば、ディスプレイパネルの製造工程中に、ガラス基板が高温で熱処理されても寸法が変化しにくいように、熱収縮の小さいガラス基板が求められている。

一般に、ガラス基板の熱収縮率は、ガラスの歪点が高いほど小さくなる。このため、熱収縮率を抑制するために、歪点が高くなるようにガラス組成を変更する方法が知られている（特許文献１）。しかし、歪点が高くなるようにガラス組成を変更すると、失透温度が高くなる傾向にあり、ガラス基板の製造が難しくなるという問題がある。

特表２０１４−５０３４６５

ガラス基板製造の困難性を招くことなく、ガラス基板の熱収縮を低減させる方法として、フュージョン法等により成形したシートガラスを切断することで得たガラス基板をオフラインにおいて熱処理（オフラインアニーリング）する方法がある。しかし、オフラインアニーリングでは、ガラス基板を昇温・降温させる際にガラス基板の面方向で温度差が生じ、ガラス基板の面方向で熱収縮率がばらついてしまうという問題があった。また、オフラインアニーリングでは、ガラス基板の温度を昇温・降温させる際に、昇温速度・降温速度を速くするとガラス基板の熱収縮率が低減せず、昇温速度・降温速度を遅くするとガラス基板の生産効率が低下するという問題があった。

そこで、本発明は、ガラス基板の生産効率を高めつつ、ガラス基板の熱収縮率を低減することができ、また、ガラス基板の面方向での熱収縮率のばらつきを低減することができるガラス基板の製造方法及びガラス基板を提供することを目的とする。

本発明のガラス基板の製造方法及びガラス基板は、以下の形態を含む。

（形態１）
ガラス基板の熱処理工程を含むガラス基板の製造方法であって、
前記熱処理工程は、
歪点より６０℃〜２６０℃低い温度である熱処理温度で前記ガラス基板全体を熱処理する工程と、
前記熱処理温度から、前記熱処理温度より５０℃〜３００℃低い中間温度になるまで、第１速度で前記ガラス基板全体を冷却する工程と、
前記熱処理工程後、前記中間温度から室温になるまで、前記第１速度より速い第２速度で前記ガラス基板全体を冷却する工程と、を含むことを特徴とするガラス基板の製造方法。

（形態２）
ガラス基板の熱処理工程を含むガラス基板の製造方法であって、
前記熱処理工程は、
室温から、歪点より６０℃〜２６０℃低い温度である熱処理温度になるまで熱処理するとき、前記室温から、前記熱処理温度より５０℃〜３００℃低い中間温度になるまで、第３速度で前記ガラス基板全体を加熱する工程と、
前記中間温度から前記熱処理温度になるまで、前記第３速度より遅い第４速度で前記ガラス基板全体を加熱する工程と、
前記熱処理温度で前記ガラス基板全体を熱処理する工程と、を含む、ことを特徴とするガラス基板の製造方法。

（形態３）
前記熱処理工程は、
室温から、歪点より６０℃〜２６０℃低い温度である熱処理温度になるまで熱処理するとき、前記室温から、前記熱処理温度より５０℃〜３００℃低い中間温度になるまで、第３速度で前記ガラス基板全体を加熱する工程と、
前記中間温度から前記熱処理温度になるまで、前記第３速度より遅い第４速度で前記ガラス基板全体を加熱する工程、を含み、
前記第１速度と前記第２速度との平均速度は、前記第３速度と前記第４速度との平均速度より遅い、形態１に記載のガラス基板の製造方法。

（形態４）
前記ガラス基板の歪点は６５５℃以上である、形態１から３のいずれか１項に記載のガラス基板の製造方法。

（形態５）
前記熱処理工程では、前記ガラス基板をシート体の間に挟んだ状態で厚さ方向に複数枚積層したガラス基板の積層体を熱処理する、形態１から４のいずれか１項に記載のガラス基板の製造方法。

（形態６）
フラットパネルディスプレイ用の単層のガラス基板の熱処理工程を含むガラス基板の製造方法であって、
前記熱処理工程は、
４００℃〜６００℃の範囲にある熱処理温度になるまで前記ガラス基板を加熱し、前記熱処理温度を維持する加熱維持工程と、
０．５℃／分以上１０℃／分未満の第１降温速度で、前記熱処理温度から前記熱処理温度より５０℃〜１５０℃低い温度である中間温度になるまで前記ガラス基板を冷却した後、１０℃／分以上２５℃／分未満の第２降温速度で前記ガラス基板を冷却する冷却工程と、を備える、ことを特徴とするガラス基板の製造方法。

（形態７）
前記ガラス基板には、ＩＧＺＯから構成される半導体層が形成される、形態６に記載のガラス基板の製造方法。

（形態８）
前記冷却工程では、前記第２降温速度で前記ガラス基板を冷却した後、前記第１降温速度で室温になるまで前記ガラス基板をさらに冷却する、形態６又は７に記載のガラス基板の製造方法。

（形態９）
前記熱処理工程では、前記ガラス基板を炉内に水平に載置し、前記加熱工程を行う前に、前記炉内の雰囲気温度が前記熱処理温度になるまで加熱する、形態６から８のいずれか１項に記載のガラス基板の製造方法。
前記熱処理工程では、複数の前記ガラス基板を１枚ずつ熱処理する枚葉方式の熱処理でもよい。

（形態１０）
４００℃〜６００℃の範囲にある熱処理温度で５分〜３０分維持して熱処理した液晶ディスプレイ用のガラス基板であって、
前記ガラス基板を、５００℃を第１評価温度、４５０℃を第２評価温度、５５０℃を第３評価温度として、それぞれの評価温度で３０分維持して再び熱処理したときの熱収縮率を、それぞれ第１熱収縮率Ｃ１、第２熱収縮率Ｃ２、及び第３熱収縮率Ｃ３とした場合に、｜Ｃ１−Ｃ２｜／｜Ｃ３−Ｃ１｜＜０．２８
の関係式を満たす、ことを特徴とするガラス基板。

上述のガラス基板の製造方法及びガラス基板によれば、ガラス基板の生産効率を高めつつ、ガラス基板の熱収縮率を低減することができ、また、ガラス基板の熱収縮率のばらつきを低減することができる。

本実施形態のガラス板の製造方法の流れの一例を示すフローチャートである。 本実施形態で行なわれる熱処理においてガラス基板の積層体が載せられたパレットの一例を示す側面図である。 （ａ）は、ガラス基板上の位置を示した図であり、（ｂ）は、ガラス基板上の各位置における熱履歴の一例を示す図である。 熱履歴の差を示す面積と歪との関係の一例を示すグラフである。 ガラス基板を熱処理する際の温度プロファイルの一例を示す図である。 （ａ）は、本実施形態で行なわれる熱処理におけるガラス基板の載置状態の一例を示す側面図であり、（ｂ）は、（ａ）のガラス基板を底面側から見た図である。 ガラス基板の温度履歴の一例を示す図である。 本実施形態で熱処理したガラス基板を評価熱処理方法で熱処理したときのガラス基板の熱収縮率の結果の一例を示す図である。

以下、本発明のガラス基板の製造方法について詳細に説明する。
図１は、本実施形態のガラス板の製造方法の流れの一例を示すフローチャートである。製造されるガラス基板は、特に制限されないが、例えば縦寸法及び横寸法のそれぞれが５００ｍｍ〜３５００ｍｍであることが好ましい。ガラス基板の厚さは、０．１〜１．１（ｍｍ）、より好ましくは０．７５ｍｍ以下の極めて薄い矩形形状の板であることが好ましい。
まず、熔融されたガラスが、例えばフュージョン法あるいはフロート法等の公知の方法により、所定の厚さの帯状ガラスであるシートガラスが成形される（ステップＳ１）。
次に、成形されたシートガラスが所定の長さの素板であるガラス基板に採板される（ステップＳ２）。採板により得られたガラス基板は、ガラス基板を保護するシート体と交互に積層してガラス基板の積層体を作製する（ステップＳ３）。次に、このガラス基板の積層体に対して熱処理を行なう（ステップＳ４）。このステップＳ３の処理およびステップＳ４の処理が本実施形態の熱処理であるアニーリング工程である。アニーリング工程の詳細については後述する。

熱処理後のガラス基板は切断工程に搬送され、製品のサイズに切断され、ガラス基板が得られる（ステップＳ５）。得られたガラス基板には、端面の研削、研磨およびコーナカットを含む端面加工が行われた後、ガラス基板は洗浄される（ステップＳ６）。洗浄されたガラス基板はキズ、塵、汚れあるいは光学欠陥を含む傷が無いか、光学的検査が行われる（ステップＳ７）。検査により品質の適合したガラス基板は、ガラス基板を保護する紙と交互に積層された積層体としてパレットに積載されて梱包される（ステップＳ８）。梱包されたガラス基板は納入先業者に出荷される。

このようなガラス基板として、以下のガラス組成のガラス基板が例示される。つまり、以下のガラス組成のガラス基板が製造されるように、熔融ガラスの原料が調合される。
ＳｉＯ₂ ５５〜８０モル％、
Ａｌ₂Ｏ₃ ８〜２０モル％、
Ｂ₂Ｏ₃ ０〜１２モル％、
ＲＯ ０〜１７モル％（ＲＯはＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯの合量)。

ＳｉＯ₂は６０〜７５モル％、さらには、６３〜７２モル％であることが、熱収縮率を小さくするという観点から好ましい。
ＲＯのうち、ＭｇＯが０〜１０モル％、ＣａＯが０〜１０モル％、ＳｒＯが０〜１０％、ＢａＯが０〜１０％であることが好ましい。

また、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｂ₂Ｏ₃、及びＲＯを少なくとも含み、モル比（（２×ＳｉＯ₂）＋Ａｌ₂Ｏ₃）／（（２×Ｂ₂Ｏ₃）＋ＲＯ）は４．５以上であるガラスであってもよい。また、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、及びＢａＯの少なくともいずれか含み、モル比（ＢａＯ＋ＳｒＯ）／ＲＯは０．１以上であることが好ましい。

また、モル％表示のＢ₂Ｏ₃の含有率の２倍とモル％表示のＲＯの含有率の合計は、３０モル％以下、好ましくは１０〜３０モル％であることが好ましい。
また、上記ガラス組成のガラス基板におけるアルカリ金属酸化物の含有率は、０モル％以上０．４モル％以下であってもよい。
また、ガラス中で価数変動する金属の酸化物（酸化スズ、酸化鉄）を合計で０．０５〜１．５モル％含み、Ａｓ_２Ｏ_３、Ｓｂ_２Ｏ_３及びＰｂＯを実質的に含まないということは必須ではなく任意である。

本実施形態で製造されるガラス基板は、ディスプレイ用ガラス基板、例えば、フラットパネルディスプレイ用ガラス基板、液晶ディスプレイ用ガラス基板あるいは、有機ＥＬディスプレイ用のガラス基板として好適である。
さらに、本実施形態で製造されるガラス基板は、高精細ディスプレイに用いるＬＴＰＳ（Low-temperature poly silicon）・ＴＦＴディスプレイ用ガラス基板、あるいは、ＩＧＺＯ（Indium-Gallium-Zinc-Oxide）等の酸化物半導体・ＴＦＴディスプレイ用のガラス基板として特に好適である。

本実施形態における熔融ガラスからシートガラスを成形する方法として、フロート法やフュージョン法等が用いられるが、本実施形態のガラス基板のオフラインにおける熱処理を含むガラス基板の製造方法では、フュージョン法（オーバーダウンドロー法）において製造ライン上の徐冷装置を長くすることが困難である点から、フュージョン法に適している。本実施形態の熱処理により熱収縮率を低減する前のガラス基板の熱収縮率は、８０ｐｐｍ以下であり、より好ましくは４０ｐｐｍ〜６０ｐｐｍである。

以下、本実施形態のアニーリング工程（第１、第２実施形態）を順番に説明する。本実施形態でいうオフラインアニーリングとは、ガラス基板を製造する製造ラインからはずれて、製造されたガラス基板をアニーリングすることをいう。

（第１実施形態のアニーリング工程）
次に、第１実施形態のアニーリング工程について詳細に説明する。
まず、ステップＳ２で採板された複数のガラス基板１１と複数のシート体１２とを交互に１枚ずつ積層してガラス基板の積層体１０を作製する（ステップＳ３）。本実施形態では、複数のガラス基板１１を積層したガラス基板の積層体１０を熱処理する場合を記載するが、ガラス基板１１を１枚ずつ搬送しながら熱処理を行う枚葉方式の熱処理でもよい。また、ガラス基板１１を積層せずに、複数のガラス基板１１同士を所定の距離だけ離間させて、各ガラス基板１１を熱処理する方法でもよい。

図２は、ガラス基板の積層体１０（以下、積層体１０という）が載せられたパレット２０の一例を示す側面図である。ここで、図２の紙面の左方向をパレット２０の前方向、図２の紙面の右方向をパレット２０の後方向とする。図２の紙面上方向を上方向、紙面下方向を下方向とする。パレット２０には、積層体１０が積層方向をほぼ前後方向として載置される。積層体１０が載置されたパレット２０は、炉４０内に搬送されて、炉４０内において積層体１０を熱処理する。炉４０には、炉４０の雰囲気（空気）を加熱するための発熱装置４１が設けられ、発熱装置４１が熱源となって、炉４０の雰囲気が温められる。熱処理を行う際、炉４０内は閉鎖空間となっており、雰囲気の熱が積層体１０に伝わり、積層体１０（ガラス基板１１）の熱処理が行われる。ここで、積層体１０の積層方向は前後方向と完全に一致している必要はない。例えば、図２に示すように、ガラス基板１１を斜めに立てかける場合、積層方向と前後方向とのなす角はガラス基板１１が上下方向に対して傾く角に対応する。また、積層体１０の積層方向が上下方向になるように、積層体１０を平置きにして、パレット２０に載置してもよい。
パレット２０は、基台部２１と、載置部２２と、背面板２３と、等を備える。
基台部２１、載置部２２および背面板２３は、例えば鋼鉄等の金属からなり、溶接等により一体に形成されている。
基台２１は略長方形の板状であり、端面にフォークリフトの爪を挿入するための開口２１ａが設けられている。
載置部２２は基台２１の上部に固定されており、載置部２２の上部にガラス基板の積層体１０が載せられる。ここで、載置部２２の上面は完全に水平である必要はない。例えば、図２に示すように、ガラス基板１１を斜めに立てかける場合、ガラス基板１１の立てかけ角度に応じて載置部２２の上面を傾斜させておいてもよい。
背面板２３は略長方形の板状であり、基台２１の上部において、載置部２２の後端に載置部２２とほぼ垂直に固定されている。背面板２３は載置部２２の上部に載せられる積層体１０の積層方向の後端部を支持する。ここで、背面板２３は完全に垂直である必要はない。例えば、図２に示すように、ガラス基板１１を斜めに立てかける場合、ガラス基板１１の立てかけ角度に応じて背面板２３を傾斜させておいてもよい。

次に、積層体１０について説明する。積層体１０は、複数のガラス基板１１と、複数のシート体１２と、を有する。

シート体１２は、ガラス基板１１同士の間に挟まれる。シート体１２は積層されるガラス基板１１同士の密着を防ぐ役割を果たす。したがって、ガラス基板１１をシート体の間に挟んだ状態で厚さ方向に複数枚積層することによりガラス基板の積層体１０が形成される。シート体１２には、積層体１０を熱処理する際の温度に耐えうる耐熱性を有する材料を用いることができる。シート体１２は、ガラス基板１１よりも高い熱伝導率を有することが好ましい。
このようなシート体１２の材料として、例えば、カーボングラファイト、アルミナ繊維、シリカ繊維、及び、多孔質セラミックスから選ばれた一種、又は、それらの組合せを選択することができる。
シート体１２の厚さは、ガラス基板１１の面内方向の熱伝導率を高めるために厚いことが好ましい。一方、積層体１０の体積を低減するためにシート体１２の厚さは薄いことが好ましい。このため、シート体１２の厚さは、０．０２ｍｍ〜２ｍｍ程度であることが好ましい。シート体１２の面積は、ガラス基板１１同士の密着を防ぐ役割から、ガラス基板１１と同程度またはそれ以上であることが好ましい。

なお、任意の複数のガラス基板１１の間に、シート体１２に代えて、又はシート体１２とともに、積層体１０を加熱するための加熱板を介在させてもよい。加熱板として、例えば、電流が流すことで発熱する電極板を用いることができる。この場合、電極板の抵抗値が電極板の温度に応じて変化するため、電極板の温度に応じて電極板を流れる電流量が変化する。このため、電極板を流れる電流量に基づいて加熱板の温度を制御することができる。これにより、複数のガラス基板１１間の熱分布を均等に調整することができる。
また、シート体１２として、再生紙、パルプ紙を用いることもできる。

本実施形態においては、上記の積層体１０を、１対の断熱板１５ａ、１５ｂで挟んだ状態で、積層体１０に対し熱処理が行われる。
１対の断熱板１５ａ、１５ｂは、積層体１０の積層方向の両端部に配置されている。図２では、断熱板１５ａが後端部に、断熱板１５ｂが前端部に配置されている。断熱材１５ａ、１５ｂは、ガラス基板よりも熱伝導率が低い材料からなる。ガラス基板よりも熱伝導率が低い材料として、例えば、セラミック、アルミナ、シリカ、及び、ロックウールから選ばれた一種、又は、それらの組合せを選択することができる。
断熱板１５ａ、１５ｂの熱抵抗は、断熱性能を維持するために０．１℃／Ｗ以上であることが好ましい。一方、積層体１０の端部に配置されるガラス基板１１の加熱および冷却を妨げないように、断熱板１５ａ、１５ｂの熱抵抗は１０℃／Ｗ以下であることが好ましい。断熱板１５ａ、１５ｂの厚さは、断熱性能を維持するために厚いことが好ましい。一方、断熱板１５ａ、１５ｂの厚さは、積層体１０の体積を低減するために薄いことが好ましい。このため、断熱板１５ａ、１５ｂの厚さは、１０〜５０ｍｍ程度であることが好ましい。断熱板１５ａ、１５ｂの面積は、積層体の積層方向の外側から端部のガラス基板１１への同士の密着を防ぐ役割から、ガラス基板１１と同程度またはそれ以上であることが好ましい。
積層体１０の積層方向の両端部を断熱板１５ａ、１５ｂで挟み込むと、積層体１０の前方の端（前端部）に位置するガラス基板１１は、雰囲気からこのガラス基板１１の主表面を介してガラス基板１１に流れる熱が抑えられ、ガラス基板１１の積層方向の中央に位置するガラス基板１１の主表面の面方向の外側から流れる熱伝導の形態と同様の形態にすることができる。つまり、積層されたすべてのガラス基板１１において、ガラス基板１１の縁を含む端部領域から熱が入り、端部領域に囲まれた中央領域に向かって熱が伝わる。この結果、積層された複数のガラス基板１１を、厚さ方向で熱分布を等しくすることができる。

次に、ステップＳ４の熱処理について説明する。
ステップＳ３の処理で作製された積層体１０に対して、製造ラインから外れたオフラインで熱処理が行われる。この熱処理では、ガラス基板の積層体を回転させながら所定の温度の雰囲気下に所定時間放置し、ガラス基板の端部領域から端部領域により囲まれた中央領域にかけての熱分布を一様にすることで、端部領域から中央領域にかけての歪分布が一様になるように調整する。

具体的には、熱処理を行う炉４０に上記の積層体１０が載せられたパレット２０を搬入し、発熱装置４１の動作を制御して炉４０内の空気（雰囲気）を加熱することにより、ガラス基板１１を熱処理する。
熱処理の温度は、ガラス基板１１の歪点−６０℃の温度から歪点−２６０℃の温度の温度範囲であることが、熱収縮率を低減させ、ガラス基板の歪分布を一様とする点から好ましい。ここで、歪点とは、一般的なガラスの歪点を言い、１０^１４．５ポワズの粘度に相当する温度である。熱処理の時間は、例えば０．５〜１２０時間である。熱処理における雰囲気中の温度の時間履歴は特に制限されず、雰囲気の温度が、歪点−５６０℃の温度から歪点の温度範囲にある時間が少なくとも０．５時間、好ましくは１時間以上あるとよい。０．５時間１時間未満であると、熱収縮率が十分に低下せず、１２０時間より長いと、熱収縮率は十分低減するが、ガラス基板１１の生産効率が低下する。
なお、歪点はガラスの種類によって異なるが、ガラス基板１１は、熱収縮を小さくするために、歪点が高いガラス組成を有することが好ましく、ガラス基板１１のガラスの歪点は、６００℃以上であることが好ましく、より好ましくは６５５℃以上であり、例えば６６１℃である。この場合、熱処理温度は、歪点（６６１℃）−（６０℃〜２６０℃）＝６０１℃〜４０１℃である。ガラス基板１１の熱収縮を小さくして、高精細ディスプレイ用ガラス基板とするためには、上記の温度範囲に限定されず、例えば、熱処理時の最高温度、すなわち熱処理温度は２５０℃〜７００℃でもよく、また３００℃〜６００℃でもよく、また３５０℃〜６００℃でもよく、４００℃〜５５０℃であってもよい。
ガラス基板の積層体が晒される高温の雰囲気は、特に制限されず、酸素含有率が５〜５０％である雰囲気であってもよく、例えば空気からなる大気雰囲気であってもよい。

図３（ａ）、（ｂ）は、ガラス基板１１上の各位置における熱履歴の一例を示す図である。ここで、熱履歴とは、熱処理によって変化するガラス基板１１の温度の履歴を示すものである。ガラス基板１１の積層体１０を、熱処理を行う炉４０に搬入し、炉４０内の雰囲気の温度を上昇させると、雰囲気の熱が積層体１０の積層方向の外側からガラス基板１１に伝わる。ガラス基板１１の縁を含む縁領域１１ａは、高温の雰囲気から熱の伝導を受けて、ガラス基板１１の縁領域１１ａに囲まれた中央領域１１ｂに比べて早く昇温する。また、雰囲気を降温し、低温となった雰囲気に高温状態のガラス基板１１の縁領域１１ａは晒されて放熱し、ガラス基板１１の中央領域１１ｂに比べて早く降温する。このため、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、ガラス基板１１上では、点Ａ周辺は、点Ｂ周辺より早く昇温、降温する。このように熱履歴に差が生じると、縁領域１１ａから中央領域１１ｂにかけて（点Ａ周辺から点Ｂ周辺にかけて）、熱収縮率が異なり、引っ張りと圧縮応力が生じるために歪が発生する。ガラス基板１１面内での熱収縮率を均一にして、歪の発生を抑制するためには、ガラス基板１１の縁領域１１ａから中央領域１１ｂかけての温度変化の差をなくす、つまり、熱履歴の差を小さくする必要がある。

ここで、ＬＴＰＳ、ＩＧＺＯから構成される半導体層をガラス基板１１に形成する温度は、４００℃〜６００℃（歪点が６６１℃である場合、歪点より略６０℃〜２６０℃低い温度）であるため、この温度範囲におけるガラス基板１１の熱収縮率を低減できればよい。このため本実施形態では、ガラス基板１１の点Ａ及び点Ｂの周辺の最高温度が、４００℃〜６００℃の温度範囲になるよう熱処理を行う。熱収縮率は、ガラス基板１１を熱処理した時の最高温度だけでなく、熱履歴によっても変化する。特に、図３（ｂ）に示すように、熱処理時の最高温度である熱処理温度（例えば、５００℃）から、熱処理温度より５０℃〜３００℃低い温度（例えば、４５０℃〜２００℃）までの熱履歴が、熱収縮率に大きく影響する。熱収縮率は、熱収縮率を評価する温度、ここでは、ＬＴＰＳ、ＩＧＺＯから構成される半導体層をガラス基板１１に形成する温度である例えば４００℃〜５００℃で熱処理することにより、この温度領域において熱収縮率が低減する。また、この温度領域４００℃〜５００℃以下の温度領域においても熱収縮が低減する。つまり、熱収縮率を評価する温度に近い温度では、熱収縮率に大きく影響し、温度が離れるほど、熱収縮率への影響は小さくなる。このため本実施形態では、熱処理時の最高温度である熱処理温度から５０℃〜３００℃低い温度になるまでの温度領域において、ガラス基板１１の面方向での熱履歴の差が抑制されるよう熱処理を行う。図３（ｂ）では、３００℃〜５００℃の温度範囲における熱履歴の差を示している。ガラス基板１１の縁領域１１ａ（点Ａ周辺）と中央領域１１ｂ（点Ｂ周辺）との熱履歴の差（図３（ｂ）における面積Ｄ）を小さくすることにより、ガラス基板１１面上の熱収縮率のばらつきが抑制され、歪の発生を抑制することができる。

点Ａの熱履歴と点Ｂの熱履歴との差によって形成される面積Ｄが小さいほど、歪の値は小さくなる。図４は、熱履歴の差を示す面積と歪との関係の一例を示すグラフである。同図に示すように、歪を２ kgf/cm²以下にする場合には、面積がＤ１以下になるように、ガラス基板１１を熱処理する。また、歪を４ kgf/cm²以下にする場合には面積をＤ２以下に、歪を９ kgf/cm²以下にする場合には面積をＤ３以下になるように、ガラス基板１１を熱処理する。面積Ｄ１〜Ｄ３の値は、時間×温度の単位に対応する。面積Ｄ１〜Ｄ３の値は、ガラス基板１１の大きさ、厚さ、組成等によって任意に変更できる。これにより、高精細ディスプレイのパネル製造時に求められる歪の許容値に応じて、ガラス基板１１の熱処理における温度、時間を適宜変更することもできる。

また、ガラス基板１１の中央領域１１ｂ（点Ｂ周辺）の温度が、縁領域１１ａ（点Ａ周辺）の温度と同様の最高温度に達するように熱処理する。ガラス基板１１の中央領域１１ｂ（点Ｂ周辺）の温度が最高温度に達することにより、縁領域１１ａ（点Ａ周辺）と中央領域１１ｂ（点Ｂ周辺）との熱収縮率の差が小さくなり、歪の発生を低減することができる。中央領域１１ｂ（点Ｂ周辺）の温度が最高温度を継続（保持）する時間は、任意であり、例えば、０．５時間〜４時間であり、より好ましくは、１時間〜２時間である。所定の熱収縮率を達成するために、縁領域１１ａ（点Ａ周辺）から中央領域１１ｂ（点Ｂ周辺）にかけてのガラス基板１１の温度が、最高温度に到達するように熱処理し、歪の発生を抑制するために、ガラス基板１１での面方向での熱履歴の差が小さくなるように熱処理する。

図５は、ガラス基板を熱処理する際の温度プロファイルの一例を示す図である。上述したように、熱処理時の最高温度である熱処理温度（例えば、歪点より６０℃〜２６０℃低い温度）から、上記熱処理温度より５０℃〜３００℃低い中間温度までの熱履歴が、熱収縮率に大きく影響する。積層されたガラス基板１１において、この温度範囲における熱履歴の差を抑制するためには、中間温度から最高温度までの速度（温度勾配）を、室温〜中間温度までの速度（温度勾配）より遅く（緩やかに）する必要がある。図５において、熱収縮に影響の小さい温度領域Ｔｍ１〜Ｔｍ２における昇温速度Ｓ１は、（Ｔｍ２−Ｔｍ１）／（ｔ１−ｔ０）、熱収縮に影響の大きい温度領域Ｔｍ２〜Ｔｍ３における昇温速度Ｓ２は、（Ｔｍ３−Ｔｍ２）／（ｔ２−ｔ１）、最高温度領域Ｔｍ３における速度Ｓ３は、（Ｔｍ３−Ｔｍ３）／（ｔ３−ｔ２）＝０、熱収縮に影響の大きい温度領域Ｔｍ３〜Ｔｍ２における降温速度Ｓ４は、（Ｔｍ２−Ｔｍ３）／（ｔ４−ｔ３）、熱収縮に影響の小さい温度領域Ｔｍ２〜Ｔｍ１における降温速度Ｓ５は、（Ｔｍ１−Ｔｍ２）／（ｔ５−ｔ４）である。ここで、温度はＴｍ１＜Ｔｍ２＜Ｔｍ３であり、Ｔｍ１＝室温（例えば、２５℃）、Ｔｍ２＝中間温度（例えば、３００℃）、Ｔｍ３＝最高温度（例えば、５００℃）である。ここで、室温は、２５℃に限定されず、例えば、１℃〜３０℃である。また、最高温度は、５００℃に限定されず、歪点−（６０℃〜２６０℃）の任意の温度であり、中間温度は、３００℃に限定されず、最高温度−（５０℃〜３００℃）の任意の温度である。中間温度は、最高温度によって変化するが、最高温度を歪点−（６０℃〜２６０℃）の範囲の温度とし、中間温度を３００℃と固定してもよい。この場合、最高温度から３００℃までの昇温・冷却速度は、３００℃から２５℃までの昇温・冷却速度より遅い。また、昇温速度・降温速度は、ガラス基板１１全体を昇温・降温する平均速度である。

昇温時間ｔ０〜ｔ２において、熱収縮に影響が大きい温度領域Ｔｍ２〜Ｔｍ３での昇温速度Ｓ２が、昇温速度Ｓ１＞昇温速度Ｓ２となるように、積層体１０を加熱処理する。熱収縮に対する影響が小さい温度領域での昇温速度Ｓ１は、例えば、６０℃／時間〜３００℃／時間であり、より好ましくは、８０℃／時間〜２５０℃／時間であり、熱収縮に対する影響が大きい温度領域での昇温速度Ｓ２は、例えば、２０℃／時間〜６０℃／時間であり、より好ましくは、２０℃／時間〜４０℃／時間である。最高温度Ｔｍ３を維持する時間ｔ３−ｔ２は、例えば、０．５時間〜４時間、好ましくは１〜４時間であり、より好ましくは、１時間〜２時間である。また、降温時間ｔ３〜ｔ５において、熱収縮に影響が大きい温度領域Ｔｍ２〜Ｔｍ３での降温速度Ｓ４が、降温速度の絶対値で降温速度Ｓ５＞降温速度Ｓ４となるように、積層体１０を冷却（放熱）処理する。熱収縮に対する影響が大きい温度領域での降温速度Ｓ４は、例えば、−２０℃／時間〜−６０℃／時間であり、より好ましくは、−２０℃／時間〜−４０℃／時間であり、熱収縮に対する影響が小さい温度領域での降温速度Ｓ５は、例えば、−６０℃／時間〜−３００℃／時間であり、より好ましくは、−８０℃／時間〜−２５０℃／時間である。また、熱収縮は、昇温時より降温時の方が影響が大きいため、速度の絶対値をＳ２＞Ｓ４として、降温速度Ｓ４を昇温速度Ｓ２より遅くすることもできる。また、昇温速度Ｓ１と昇温速度Ｓ２との平均速度ＡＳ１が、降温速度Ｓ３と降温速度Ｓ４との平均速度ＡＳ２より速くなるように、つまり、平均速度ＡＳ１＞平均速度ＡＳ２となるように、降温速度を遅くすることもできる。熱収縮に対する影響が小さいために歪が発生しにくいＴｍ２からＴｍ１（室温）までの温度領域では昇温速度、降温速度を速くして、昇温時間、降温時間を短くすることにより、積層体１０を熱処理、冷却処理する時間を短縮する。これにより、熱収縮率の低減に影響の小さい温度領域Ｔｍ１〜Ｔｍ２では、熱処理時間を短縮し、ガラス基板１１の生産効率を高めることができる。一方、熱収縮に対する影響が大きいために歪が発生しやすい中間温度から熱処理時の最高温度である熱処理温度までの温度領域Ｔｍ２〜Ｔｍ３では、昇温速度、降温速度を遅くして、昇温時間、降温時間を長くすることにより、歪の発生を抑制する。これにより、ガラス基板１１の熱収縮率のばらつきを低減しつつ歪の発生を抑制し、さらに、ガラス基板１１の生産効率を高めることができる。

炉４０内に設けられた熱源からガラス基板１１の縁領域１１ａ（点Ａ周辺）に熱が伝わる時間と、熱源から中央領域１１ｂ（点Ｂ周辺）に熱が伝わるまでの時間とでは、図３（ｂ）に示すように、熱源から縁領域１１ａ（点Ａ周辺）を介して中央領域１１ｂ（点Ｂ周辺）に熱が伝わるまでの時間の方がより時間がかかる。このため、縁領域１１ａ（点Ａ周辺）に熱が伝わった時間の後、つまり、縁領域１１ａ（点Ａ周辺）が中間温度３００℃になった後では、縁領域１１ａ（点Ａ周辺）が室温から中間温度３００℃になるまでの昇温速度より、昇温速度を遅くする（温度勾配を緩やかにする）。昇温速度を遅くすることにより、縁領域１１ａ（点Ａ周辺）が熱源から加熱される速度を抑制し、縁領域１１ａ（点Ａ周辺）から中央領域１１ｂ（点Ｂ周辺）までに熱が伝わる時間を確保することによって、点Ａの熱履歴と点Ｂの熱履歴との差が小さくなる。また、放熱についても、領域１１ａ（点Ａ周辺）から放熱する時間より、中央領域１１ｂ（点Ｂ周辺）から縁領域１１ａ（点Ａ周辺）を介して放熱する放熱時間の方が長い。このため、縁領域１１ａ（点Ａ周辺）が中間温度３００℃まで冷却（放熱）した後、縁領域１１ａ（点Ａ周辺）が最高温度から中間温度３００℃になるまでの降温速度より、降温速度を遅くする。このような加熱処理・冷却処理をすることにより、縁領域１１ａ（点Ａ周辺）から中央領域１１ｂ（点Ｂ周辺）まで熱が伝わる時間を確保し、また、中央領域１１ｂ（点Ｂ周辺）を冷却する時間を確保することができ、熱収縮に与える影響が大きい中間温度から最高温度（３００℃〜５００℃）の温度領域における熱履歴の差を抑制することができる。

このような熱処理により、ガラス基板１１の熱収縮率を０〜１５ｐｐｍとすることができる。ガラス基板１１の熱収縮率は、０〜１２ｐｐｍとすることが好ましく、０〜６ｐｐｍとすることがより好ましい。このような熱収縮率が、ガラス基板のガラス組成と、熱処理の温度と熱処理時間を調整することにより達成することができる。

本実施形態では、ガラス基板１１よりも熱伝導率が低い１対の断熱板１５ａ、１５ｂでガラス基板１１の積層体１０を積層方向に挟んだ状態で、積層体１０を熱処理を行う炉４０に搬入し、炉４０内の雰囲気の温度を上昇させる。炉４０内の雰囲気の温度勾配において、３００℃〜５００℃までの温度勾配を、室温〜３００℃までの温度勾配より緩やかにすることにより、複数のガラス基板１１間の熱分布を一様にすることができる。したがって、熱処理後の各ガラス基板１１の熱収縮率のばらつきを低減することができる。
ここで、積層体１０の積層方向の任意の位置に加熱板を配置し、複数のガラス基板１１間の熱分布が一様となるように加熱板により積層体１０を加熱してもよい。
さらに、シート体１２としてガラス基板１１よりも高い熱伝導率を有する材料を用いることで、ガラス基板１１の面内方向の伝熱を促進し、ガラス基板１１の端部領域と中央領域との熱分布を一様にすることができる。このため、ガラス基板１１の面方向での熱収縮率のばらつきが抑制され、熱収縮率の差によって発生する歪の発生も抑制され、ガラス基板の歪分布を一様にすることができる。

また、ガラス基板１１を１枚ずつ熱処理する枚葉方式の場合では、ガラス基板１１を積層した積層体１０を熱処理する場合と比べて、昇温速度、降温速度を速めることができる。枚葉方式では熱処理時間を短くできるため、例えば、昇温速度Ｓ１＝１２０℃／時間〜４００℃／時間、昇温速度Ｓ２＝４０℃／時間〜１２０℃／時間、最高温度Ｔｍ３を維持する時間ｔ３−ｔ２＝０．５時間〜２時間、降温速度Ｓ４＝−４０℃／時間〜−１２０℃／時間、降温速度Ｓ５＝−１２０℃／時間〜−４００℃／時間とすることもできる。
また、積層体１０の積層方向における厚さに応じて、昇温速度、降温速度を変更することもできる。例えば、積層体１０の積層方向における厚さが５０ｃｍ以下の場合には、積層方向に熱が早く伝わるため、昇温速度Ｓ１＝９０℃／時間〜３００℃／時間、昇温速度Ｓ２＝３０℃／時間〜９０℃／時間、最高温度Ｔｍ３を維持する時間ｔ３−ｔ２＝０．５時間〜３時間、降温速度Ｓ４＝−３０℃／時間〜−９０℃／時間、降温速度Ｓ５＝−９０℃／時間〜−３００℃／時間とすることもできる。積層体１０の積層方向における厚さが薄いほど、昇温速度、降温速度を速め、積層方向に積層したガラス基板１１が１枚、つまり、枚葉方式の場合には、上述した昇温速度、降温速度で熱処理することもできる。積層体１０の積層方向における厚さが薄くなっても、昇温速度、降温速度の大小関係を変えずに、熱処理することができる。

（第２実施形態のアニーリング工程）
次に、第２実施形態のアニーリング工程について詳細に説明する。第２実施形態は、ガラス基板を１枚ずつ熱処理する枚葉方式の熱処理の形態である。第２実施形態におけるガラス基板の製造方法も、図１に示す流れで行なわれる。この場合、ステップＳ３のガラス基板の積載では、後述する図６（ａ）に示すガラス基板を支持する支持部材に支持されるようにガラス基板１１は載置される。

図６（ａ）は、炉内におけるガラス基板１１の載置状態の一例を示す側面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のガラス基板１１を底面側から見た図である。ガラス基板１１は、炉１４０内に設けられた支持部材１１２の上に水平になるよう載置され、炉１４０内において熱処理される。まず、図１に示すステップＳ２で採板されたガラス基板１１を支持部材１１２により支持されるように支持部材１１２の上に載置し（ステップＳ３）、ガラス基板１１が支持部材１１２の上に載置した状態で、熱処理（アニーリング処理）を行う（ステップＳ４）。本実施形態では、複数のガラス基板１１を積層せずに、一枚の（単層の）ガラス基板１１を支持部材１１２の上に載置した状態で熱処理する。なお、支持部材１１２上に載置したガラス基板１１を１枚ずつ搬送しながら熱処理を行う枚葉方式の熱処理を行なってもよい。また、支持部材１１２上に載置したガラス基板１１を炉内に複数設けて、各ガラス基板１１を熱処理してもよく、また、ガラス基板１１と支持部材１１２とを交互に積層し、支持部材１１２によりガラス基板１１同士を所定の距離だけ離間させて、各ガラス基板１１を熱処理してもよい。

支持部材１１２は、例えば、耐熱性を有する繊維部材、カーボン繊維、アルミナ繊維、シリカ繊維、多孔質セラミックス、カーボングラファイト、カーボンフェルト、金属部材、レンガ部材から構成され、炉１４０内に複数設けられる。支持部材１１２は、ガラス基板１１がほぼ水平になるように、ガラス基板１１の下面（底面）を支持する。
なお、ガラス基板１１を支持する支持部材１１２の数、各支持部材１１２の間隔、ガラス基板１１を支持する位置は、任意である。また、ガラス基板１１を熱処理すると、ガラス基板１１が膨張して変形するため、支持部材１１２は柔軟性を有することが好ましい。

炉１４０には、炉１４０の雰囲気（空気）を加熱するための発熱装置１４１が複数設けられ、発熱装置１４１が熱源となって、炉１４０の雰囲気が温められる。発熱装置１４１は、例えば、セラミックヒーター、遠赤外線ヒーター、ハロゲンヒーターから構成され、ガラス基板１１の温度が後述する熱履歴になるように、ガラス基板１１及び炉１４０の雰囲気を温める。雰囲気の熱がガラス基板１１に伝わり、また、遠赤外線、赤外線によりガラス基板１１を加熱して、ガラス基板１１の温度が４００℃〜６００℃の範囲の温度になるよう熱処理が行われる。熱処理を行う際、炉１４０内は閉鎖空間となっており、炉１４０外の影響を受けにくくなっている。発熱装置１４１は、炉１４０内の温度分布はほぼ一様となるように、発熱量、発熱時間を制御する。炉１４０内の温度分布がほぼ一様になればよく、発熱装置１４１が炉１４０内に設けられる位置、数は任意である。ガラス基板１１は、支持部材１１２により支持され、ガラス基板１１の下面に所定の空間が設けられている。炉１４０内の温度分布はほぼ一様であるため、ガラス基板１１の上面と、支持部材１１２により支持されたガラス基板１１の下面では、熱履歴は等しくなる。ガラス基板１１の上面と下面の間で熱履歴に差が生じると、上面と下面で熱収縮率が異なり、引っ張りと圧縮応力が生じるために反りが発生する。このため、ガラス基板１１の上面と下面の温度変化の差をなくす、つまり、熱履歴の差を小さくする。

次に、ステップＳ４の熱処理について説明する。
まず、発熱装置１４１を制御して、炉１４０内の雰囲気温度が、熱処理温度になるよう処理する。ここで、熱処理温度とは、高精細ディスプレイに用いるＬＴＰＳ、ＩＧＺＯから構成される半導体層をガラス基板１１に形成する形成温度であり、具体的には４００℃〜６００℃の範囲の温度である。高精細ディスプレイを製造する際のガラス基板１１の加工処理温度は、ガラスの歪点（１０^１４．５ポワズの粘度に相当する温度、例えば６６１℃）より低い温度である。この加工処理温度より低い温度領域において、ガラス基板の熱収縮率が大きいと、ガラス基板は高精細ディスプレイを製造するためのガラス基板として適さない。このため、高精細ディスプレイを製造するガラス基板の加工処理温度と略等しい温度領域である４００℃〜６００℃の範囲の熱処理温度において、ガラス基板１１を熱処理し、熱処理温度以下の温度領域において、熱収縮率が０〜１５ｐｐｍ、好ましくは０〜１０ｐｐｍ、より好ましくは０〜６ｐｐｍ、さらに好ましくは０〜３ｐｐｍとなるようにする。

次に、炉１４０内の雰囲気温度が熱処理温度となった後、ガラス基板１１を炉１４０内の支持部材１１２上にほぼ水平になるよう載置し、炉１４０におけるガラス基板１１の投入口を閉鎖し、炉１４０内が閉鎖空間となるようにする。炉１４０内の雰囲気温度を熱処理温度にした状態で、ガラス基板１１を炉１４０内に投入することにより、ガラス基板１１を短時間で加熱することができる。
なお、ガラス基板１１の温度と炉１４０内の雰囲気温度との差があり、ガラス基板１１を炉１４０内に載置した際にガラス基板１１が急激に熱変形（熱膨張）する場合には、ガラス基板１１を予め加熱してから、炉１４０内に載置することもできる。ガラス基板１１を予め加熱することにより、ガラス基板１１が急激に熱変形することを抑制でき、ガラス基板１１に発生する歪、反り、窪み等を低減することができる。また、ガラス基板１１と支持部材１１２とがこすれることにより、ガラス基板１１に発生する傷を抑制することもできる。

次に、発熱装置１４１を制御して、２０℃／分以上〜１２０℃／分未満の昇温速度で、４００℃〜６００℃の範囲にある熱処理時の最高温度である熱処理温度になるまで、ガラス基板１１を加熱する。ガラス基板１１の温度を熱処理温度になるまで加熱する工程が、加熱工程である。加熱工程を経た後、ガラス基板１１の温度を熱処理温度で５分〜１２０分、維持する。ガラス基板１１の温度を熱処理温度のまま維持し続ける工程が、維持工程である。維持工程では、ガラス基板１１の温度が４００℃〜６００℃の範囲で変化してもよく、ガラス基板１１の温度が一定でなくてもよい。例えば、２０℃／分〜１２０℃／分の昇温速度より遅い速度、又は、０．５℃／分〜１０℃／分の第１降温速度より遅い速度で、ガラス基板１１の温度が４００℃〜６００℃の範囲になるように維持することもできる。維持工程を経た後、０．５℃／分以上〜１０℃／分未満の第１降温速度で、熱処理温度から熱処理温度より５０℃〜１５０℃低い第１中間温度になるまで、ガラス基板１１を冷却する。第１降温速度でガラス基板１１を冷却した後、１０℃／分以上〜２５℃／分未満の第２降温速度で、第１中間温度から第２中間温度になるまで、ガラス基板１１を冷却する。第２降温速度でガラス基板１１を冷却した後、第１降温速度で、第２中間温度から室温になるまでガラス基板１１をさらに冷却する。ガラス基板１１の温度を熱処理温度から室温になるまで冷却する工程が、冷却工程であり、熱処理温度から第１中間温度までの冷却が第１冷却工程、第１中間温度から第２中間温度までの冷却が第２冷却工程、第２中間温度から室温までの冷却が第３冷却工程である。

図７は、ガラス基板１１の熱履歴を示す図である。ここで、熱履歴とは、炉１４０内における熱処理によって変化するガラス基板１１の温度の履歴を示すものである。図中に示す温度はＴｍ１＜Ｔｍ２＜Ｔｍ３＜Ｔｍ４であり、Ｔｍ１＝室温（例えば、２５℃）、Ｔｍ２＝第２中間温度（例えば、２００℃）、Ｔｍ３＝第１中間温度（例えば、４００℃）、Ｔｍ４＝熱処理温度（例えば、５００℃）である。
加熱工程、維持工程、各冷却工程における速度、時間の範囲を以下に示す。
（１）加熱工程：ｔ１−ｔ０＝５分〜２０分、Ｔｍ４−Ｔｍ１＝４００℃〜６００℃、昇温速度Ｓ１＝（Ｔｍ４−Ｔｍ１）／（ｔ１−ｔ０）＝２０℃／分〜１２０℃／分、
（２）維持工程：ｔ２−ｔ１＝５分〜１２０分、Ｔｍ４−Ｔｍ４＝０、速度Ｓ２＝（Ｔｍ４−Ｔｍ４）／（ｔ２−ｔ１）＝０℃／分、
（３）第１冷却工程：ｔ３−ｔ２＝１５分〜１００分、Ｔｍ４−Ｔｍ３＝５０℃〜１５０℃、降温速度Ｓ３（第１降温速度）＝（Ｔｍ４−Ｔｍ３）／（ｔ３−ｔ２）＝０．５℃／分〜１０℃／分
（４）第２冷却工程：ｔ４−ｔ３＝１０分〜１５分、Ｔｍ３−Ｔｍ２＝１５０℃〜２５０℃、降温速度Ｓ４（第２降温速度）は、（Ｔｍ３−Ｔｍ２）／（ｔ４−ｔ３）＝１０℃／分〜２５℃／分、
（５）第３冷却工程：ｔ５−ｔ４＝１５分〜１００分、Ｔｍ２−Ｔｍ１＝５０℃〜１５０℃、降温速度Ｓ５（第１降温速度）＝（Ｔｍ２−Ｔｍ１）／（ｔ５−ｔ４）＝０．５℃／分〜１０℃／分。
ここで、室温は、２５℃に限定されず、例えば、０℃〜３０℃である。また、熱処理温度は、５００℃に限定されず、４００℃〜６００℃の任意の温度であり、第１中間温度は、４００℃に限定されず、熱処理温度−（５０℃〜１５０℃）の任意の温度である。第２中間温度は、１５０℃〜２５０℃の範囲の温度であり、２００℃と固定してもよい。また、昇温速度・降温速度は、ガラス基板１１全体を昇温・降温する平均速度である。

加熱工程は、維持工程、冷却工程と比較すると、ガラス基板１１の熱収縮に対する影響が小さく、熱収縮率のばらつきにより発生する歪が生じにくいため、処理時間（＝Ｔｍ４−Ｔｍ１）が短くてもよく、昇温速度も速くすることができる。加熱工程では、処理時間を短くして、昇温速度を速めることにより、ガラス基板１１の生産効率を高めることができる。

維持工程は、冷却工程と同様にガラス基板１１の熱収縮に対する影響が大きいが、冷却工程の処理時間（＝ｔ５−ｔ２）を維持工程の処理時間（＝ｔ２−ｔ１）より長くすることにより、熱収縮率を低減できる。このため、冷却工程の処理時間より、維持工程の処理時間を短くすることにより、ガラス基板１１の生産効率を高めることができる。維持工程の処理時間を長くすることにより、ガラス基板１１の低熱収縮率を実現できるため、ガラス基板１１に対して求められる熱収縮率に応じて、維持工程の処理時間を任意に変更することにより、ガラス基板１１の生産効率の向上、熱収縮率の低減を実現することができる。また、ガラス基板１１の板厚が薄いほど、ガラス基板１１の内部まで熱が早く伝わるため、ガラス基板１１の板厚の薄さに応じて、維持工程の処理時間を短くすることができる。また、維持工程の温度、つまり、熱処理温度は、高精細ディスプレイに用いるＬＴＰＳ、ＩＧＺＯから構成される半導体層をガラス基板１１に形成する形成温度に基づいて設定される温度であるため、形成温度と同等の温度範囲であればよく、ガラスの歪点より低い温度でよい。炉４０内の温度をガラスの歪点まで上昇させる必要がないため加熱コストが安価となり、低コストでガラス基板１１の熱収縮率を低減することができる。
なお、歪点はガラスの種類によって異なるが、ガラス基板１１は、熱収縮を小さくするために、歪点が高いガラス組成を有することが好ましく、ガラス基板１１のガラスの歪点は、６００℃以上であることが好ましく、より好ましくは６５５℃以上であり、例えば６６１℃である。

第１冷却工程は、ガラス基板１１の熱収縮に対する影響が大きいため、第２冷却工程の処理時間（＝ｔ４−ｔ３）より処理時間（＝ｔ３−ｔ２）が長く、第２冷却工程の降温速度Ｓ４より降温速度Ｓ３が遅くなっている。ガラス基板１１の熱収縮に影響の大きい、熱処理温度から第１中間温度（例えば、４００℃）までの熱処理において、他の工程より処理時間を長くし、降温速度を遅くすることにより、ガラス基板１１の熱収縮率のばらつきを低減でき、歪の発生を抑制することができる。

第２冷却工程は、ガラス基板１１の熱収縮に対する影響が小さいため、第１冷却工程の処理時間（＝ｔ３−ｔ２）より処理時間（＝ｔ４−ｔ３）が短く、第１冷却工程の降温速度Ｓ３より降温速度Ｓ４が速くなっている。熱処理温度から第１中間温度までの温度領域と比較して、第１中間温度から第２中間温度までの領域は、ガラス基板１１の熱収縮に対する影響が小さく、熱収縮率のばらつきにより発生する歪が生じにくい。このため、第２冷却工程では、第１冷却工程より処理時間を短くして、降温速度を速めることにより、ガラス基板１１の生産効率を高めることができる。

第３冷却工程は、ガラス基板１１の熱収縮に対する影響が小さいため、任意の降温速度によりガラス基板１１を冷却することができる。第３冷却工程の降温速度Ｓ５を、第２冷却工程の降温速度Ｓ４より遅くすることにより、ガラス基板１１の熱変形を抑制して、ガラス基板１１と支持部材１２とがこすれることにより、ガラス基板１１に発生する傷を抑制することができる。
なお、第３冷却工程は、ガラス基板１１の熱収縮に対する影響が小さいため、第２冷却工程の降温速度Ｓ４でガラス基板１１を冷却することもできる。第３冷却工程において、降温速度Ｓ４で冷却することにより、ガラス基板１１の生産効率を高めることができる。

このような熱処理により、ガラス基板１１の熱収縮率を０〜１５ｐｐｍとすることができる。ガラス基板１１の熱収縮率は、０〜１０ｐｐｍとすることが好ましく、０〜６ｐｐｍとすることがより好ましい。このような熱収縮率が、ガラス基板のガラス組成と、熱処理の温度と熱処理時間を調整することにより達成することができる。また、ガラス基板の熱収縮に対して影響が小さい温度領域においては、処理時間を短くし、昇温速度・降温速度を速めることにより、ガラス基板１１の生産効率を高めることができる。また、枚葉のガラス基板１１の場合、ガラス基板１１の面方向に均等に熱が伝わりやすいため、本実施形態にかかるアニーリング工程でガラス基板１１を処理することにより、ガラス基板１１の生産効率を高めつつ、熱収縮率を低減することができる。

次に、上述の第１実施形態あるいは第２実施形態の熱処理（オフラインアニーリング）したガラス基板１１の評価及び評価結果を説明する。このときのガラス基板１１は、４００℃〜６００℃の範囲にある熱処理温度で５分〜３０分維持して熱処理した液晶ディスプレイ用のガラス基板を対象とする。
熱処理が完了したガラス基板１１の評価では、熱処理炉に投入して再び熱処理を行う。評価する温度は、（１）５００℃である第１評価温度、（２）第１評価温度より５０℃低い第２評価温度（４５０℃）、（３）第１評価温度より５０℃高い第３評価温度（５５０℃）、である。オフラインアニーリング後における熱収縮率は、場合によっては、高精細ディスプレイに用いるＬＴＰＳ、ＩＧＺＯから構成される半導体層をガラス基板１１に形成するのに適さない場合がある。特に、高精細ディスプレイを製造するガラス基板１１の半導体層形成時の温度（この温度を加工処理温度という）と略等しい温度領域である４００℃〜６００℃の範囲近傍におけるガラス基板１１の熱収縮率を抑制することは重要である。このため、高精細ディスプレイを製造するガラス基板１１における半導体層形成時の温度と等しい温度領域において、ガラス基板１１の熱収縮率を評価する。

ガラス基板１１を評価するための評価熱処理方法は、熱処理炉内の温度が、第１評価温度、第２評価温度、第３評価温度になるように設定し、ガラス基板１１を、それぞれの評価温度に設定された熱処理炉に投入し、熱処理炉で３０分熱処理した後、熱処理炉から取り出して自然冷却する。この方法により評価熱処理したときのガラス基板１１の熱収縮率を、それぞれ第１熱収縮率Ｃ１、第２熱収縮率Ｃ２、第３熱収縮率Ｃ３とする。このとき、高精細ディスプレイの製造に好適なガラス基板１１は以下の関係式を満たすガラス基板である。
関係式：｜Ｃ１−Ｃ２｜／｜Ｃ３−Ｃ１｜＜０．２８
ただし、Ｃ１＝第１評価温度で３０分維持したときの第１熱収縮率、Ｃ２＝第２評価温度で３０分維持したときの第２熱収縮率、Ｃ３＝第３評価温度で３０分維持したときの第３熱収縮率。

図８は、第１実施形態で熱処理したガラス基板１１を評価熱処理方法で熱処理したときのガラス基板１１の熱収縮率の結果の一例を示す図である。高精細ディスプレイの製造に好適なガラス基板では、高精細ディスプレイの加工処理温度以下において熱収縮率が小さい。このため、第１評価温度から第２評価温度までの温度領域における熱収縮率（Ｃ１〜Ｃ２）を、第１評価温度から第３評価温度までの温度領域における熱収縮率（Ｃ１〜Ｃ３）より小さくすることで、高精細ディスプレイの製造に好適なガラス基板を実現できる。ガラス基板１１は、第１実施形態の熱処理において、熱処理温度Ｔｍ３（４００℃〜６００℃）で処理するため、図８に示すように、第１評価温度から第２評価温度までの熱処理温度以下の温度領域における熱収縮率は１５ｐｐｍ以下に低減される。しかし、第１評価温度から第３評価温度までの熱処理温度以上の温度領域における熱収縮率の低下が小さく、熱処理前の熱収縮率（例えば、８０ｐｐｍ）に近い熱収縮率となっている。ガラス基板１１は、高精細ディスプレイの製造に影響する温度領域における熱収縮率が、高精細ディスプレイの製造に影響しない温度領域に比べて極めて低くなっているため、高精細ディスプレイの製造に好適である。また、熱処理温度を超える温度領域においては、ガラス基板１１の熱収縮率の低下を抑制することにより、熱収縮のばらつき、ガラス基板１１内の歪を抑制することができる。

（第１実施形態の実験例）
第１実施形態の効果を確認するために、下記ガラス組成を有するガラス基板をフュージョン法の１つであるオーバーフローダウンドロー法により複数作製した。ガラス基板の歪点は６６０℃であった。

・ガラス組成
ＳｉＯ₂ ６７．０モル％、
Ａｌ₂Ｏ₃ １０．６モル％、
Ｂ₂Ｏ₃ １１．０モル％、
ＲＯ １１．４モル％（ＲＯはＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯの合量)。

・アニーリング
このガラス基板に対し、第１実施形態の方法で熱処理（アニーリング）を行った。実施例では、ガラス基板を積層し、３００℃から熱処理温度の最高温度５００℃までの温度領域では、３００℃から室温までの温度領域に比べて、昇温速度、降温速度を遅くして、昇温時間、降温時間が長くなるよう熱処理を行なった。比較例では、ガラス基板の積層体を形成し、温度領域によって、昇温速度、降温速度を変化させずに、すなわち、昇温速度及び降温速度のそれぞれを一定の速度に固定して熱処理を行った（従来例）。

・熱収縮率の測定
熱処理前に所定のサイズの長方形にガラス基板を切りだし、長辺両端部にケガキ線を入れ、短辺中央部で半分に切断し、２つのガラスサンプルを得る。このうちの一方のガラスサンプルを、熱処理（昇温速度が１０℃／分、４５０℃で１時間放置）する。熱処理をしない他方のガラスサンプルの長さを計測する。さらに、熱処理したガラスサンプルと未処理のガラスサンプルとをつき合わせてケガキ線のずれ量を、レーザ顕微鏡等で測定して、ガラスサンプルの長さの差分を求めることでサンプルの熱収縮量を求めることができる。この熱収縮量である差分と、熱処理前のガラスサンプルの長さを用いて、以下の式により熱収縮率が求められる。このガラスサンプルの熱収縮率をガラス基板の熱収縮率とした。
熱収縮率（ｐｐｍ）＝（差分）／（熱処理前のガラスサンプルの長さ）×１０^６

アニーリング前のガラス基板について熱収縮率を調べたところ、５０ｐｐｍであった。
アニーリング後のガラス基板について熱収縮率を調べたところ、実施例では、積層方向の端部のガラス基板の熱収縮率は２ｐｐｍ、積層方向の中央部のガラス基板の熱収縮率は３ｐｐｍであった。一方、従来例では、積層方向の端部のガラス基板の熱収縮率は１０ｐｐｍ、積層方向の中央部のガラス基板の熱収縮率は１８ｐｐｍであった。
また、実施例では、ガラス基の縁領域と中央領域との熱履歴の差が低減されて、縁領域の熱収縮率は２ｐｐｍ、中央領域の熱収縮率は３ｐｐｍであった。一方、従来例では、縁領域の熱収縮率は１１ｐｐｍ、中央領域の熱収縮率は１８ｐｐｍであった。
このように、温度領域によって昇温速度、降温速度を変化させることにより、熱処理工程において複数のガラス基板間の熱分布を均等に調整することで、熱処理後のガラス基板の熱収縮率のばらつきを低減することができる。

（第２実施形態の実験例）
第２実施形態の効果を確認するために、第１実施形態の実験例と同じガラス組成を有するガラス基板をオーバダウンドロー法により複数作製した。ガラス基板の板厚は、０．５ｍｍであり、ガラス基板の歪点は６６０℃であった。

・アニーリング
このガラス基板に対し、第２の実施形態による熱処理の方法で熱処理を行った。実施例では、ガラス基板一枚を支持部材上に載置し、第１中間温度から第２中間温度までの温度領域に比べて、熱処理温度５００℃から第１中間温度までの温度領域の降温速度が遅くなるよう熱処理を行なった。比較例では、実施例と同様に、ガラス基板一枚を支持部材上に載置し、第１中間温度から第２中間温度までの温度領域に比べて、熱処理温度５００℃から第１中間温度までの温度領域の降温速度が速くなるように熱処理を行った。
熱収縮率の測定は、第１実施形態における熱収縮率の測定と同じ方法で行なった。熱処理前のガラスサンプルの熱収縮率は、４０〜５０ｐｐｍであった。

熱処理温度＝５００℃、第１中間温度＝４００℃、第２中間温度＝２００℃、維持時間＝１０分とし、昇温速度、第１降温速度、第２降温速度を変化させて、ガラスサンプルの熱収縮率を比較した。その結果を表１に示す。

表１の実施例１、２に示すように、第１降温速度が第２降温速度より遅く昇温速度が２０℃／分以上〜１２０℃／分未満の範囲において、ガラス基板の熱収縮率を低減でき、熱収縮率のばらつきも小さかった。また、実施例１〜６に示すように、第１降温速度が０．５℃／分以上〜１０℃／分未満、第２降温速度が１０℃／分以上〜２５℃／分未満の範囲内において、ガラス基板の熱収縮率を１５ｐｐｍ以下に低減でき、熱収縮率のばらつきも小さかった。そして、熱収縮率に影響の大きい第１降温速度をより遅くすることにより、熱収縮率をより低減できた。また、比較例１〜３に示すように、本実施形態にかかる速度範囲外であり、第１降温速度＞第２降温速度である場合には、ガラス基板の熱収縮率は低減したものの、１５ｐｐｍを超えるため、有効な熱処理ではないことが判明した。

次に、第２実施形態の熱処理における維持時間を、０分、２分、５分、３０分、６０分、１２０分、１５０分と設定した場合におけるガラスサンプルの熱収縮率を比較した。なお、熱処理温度＝５００℃、第１中間温度＝４００℃、第２中間温度＝２００℃、昇温速度＝５０℃／分、第１降温速度＝３℃／分、第２降温速度＝１３℃／分とした。その結果を表２に示す。

表２の実施例１〜６に示すように、維持時間を設けることにより、ガラス基板の熱収縮率を１０ｐｐｍ以下にすることができ、熱収縮率のばらつきも小さかった。維持時間を、５〜１５０分とすることにより、熱収縮率を１０ｐｐｍ以下に低下できる。特に維持時間が２０〜１２０分である実施例３〜５の熱収縮率は７±１（ｐｐｍ）以下であり、優れた効果を示す。

次に、第２実施形態の熱処理における熱処理温度を、３５０℃、４００℃、５００℃、６００℃、６５０℃と設定した場合におけるガラスサンプルの熱収縮率を比較した。なお、維持時間＝１０分、第１中間温度＝４００℃、第２中間温度＝２００℃、昇温速度＝５０℃、第１降温速度＝３℃／分、第２降温速度＝１３℃／分とした。その結果を表３に示す。

表３の実施例１〜３に示すように、熱処理温度を４００℃以上から６００℃以下にすることにより、ガラス基板の熱収縮率を略１０ｐｐｍ以下にすることができ、熱収縮率のばらつきも小さかった。一方、比較例１に示すように、熱処理温度が３５０℃の場合、ガラス基板の熱収縮率が１５ｐｐｍを超えたため、有効な熱処理ではないことが判明した。また、比較例２に示すように、熱処理温度が６５０℃の場合、ガラス基板の熱収縮率を１５ｐｐｍ以下にすることができたが、熱効率の観点から有効な熱処理ではないと考えられる。

以上に示すように、温度領域によって降温速度を変化させることにより、熱処理後のガラス基板の熱収縮率を低減することができる。

以上、本発明のガラス基板の製造方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態及び実施例等に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。

１０ 積層体
１１ ガラス基板
１２ シート体
１５ａ、１５ｂ 断熱板
２０ パレット
２１ 基台部
２２ 載置部
２３ 背面板
４０，１４０ 炉
４１，１４１ 発熱装置
１１２ 支持部材

Claims (10)

1. ガラス基板の熱処理工程を含むガラス基板の製造方法であって、
   前記熱処理工程は、
   歪点より６０℃〜２６０℃低い温度である熱処理温度で前記ガラス基板全体を熱処理する工程と、
   前記熱処理温度から、前記熱処理温度より５０℃〜３００℃低い中間温度になるまで、第１速度で前記ガラス基板全体を冷却する工程と、
   前記熱処理工程後、前記中間温度から室温になるまで、前記第１速度より速い第２速度で前記ガラス基板全体を冷却する工程と、を含むことを特徴とするガラス基板の製造方法。
2. ガラス基板の熱処理工程を含むガラス基板の製造方法であって、
   前記熱処理工程は、
   室温から、歪点より６０℃〜２６０℃低い温度である熱処理温度になるまで熱処理するとき、前記室温から、前記熱処理温度より５０℃〜３００℃低い中間温度になるまで、第３速度で前記ガラス基板全体を加熱する工程と、
   前記中間温度から前記熱処理温度になるまで、前記第３速度より遅い第４速度で前記ガラス基板全体を加熱する工程と、
   前記熱処理温度で前記ガラス基板全体を熱処理する工程と、を含む、ことを特徴とするガラス基板の製造方法。
3. 前記熱処理工程は、
   室温から、歪点より６０℃〜２６０℃低い温度である熱処理温度になるまで熱処理するとき、前記室温から、前記熱処理温度より５０℃〜３００℃低い中間温度になるまで、第３速度で前記ガラス基板全体を加熱する工程と、
   前記中間温度から前記熱処理温度になるまで、前記第３速度より遅い第４速度で前記ガラス基板全体を加熱する工程、を含み、 前記第１速度と前記第２速度との平均速度は、前記第３速度と前記第４速度との平均速度より遅い、請求項１に記載のガラス基板の製造方法。
4. 前記ガラス基板の歪点は６５５℃以上である、請求項１から３のいずれか１項に記載のガラス基板の製造方法。
5. 前記熱処理工程では、前記ガラス基板をシート体の間に挟んだ状態で厚さ方向に複数枚積層したガラス基板の積層体を熱処理する、請求項１から４のいずれか１項に記載のガラス基板の製造方法。
6. フラットパネルディスプレイ用の単層のガラス基板の熱処理工程を含むガラス基板の製造方法であって、
   前記熱処理工程は、
   ４００℃〜６００℃の範囲にある熱処理温度になるまで前記ガラス基板を加熱し、前記熱処理温度を維持する加熱維持工程と、
   ０．５℃／分以上１０℃／分未満の第１降温速度で、前記熱処理温度から前記熱処理温度より５０℃〜１５０℃低い温度である中間温度になるまで前記ガラス基板を冷却した後、１０℃／分以上２５℃／分未満の第２降温速度で前記ガラス基板を冷却する冷却工程と、を備える、ことを特徴とするガラス基板の製造方法。
7. 前記ガラス基板には、ＩＧＺＯから構成される半導体層が形成される、請求項６に記載のガラス基板の製造方法。
8. 前記冷却工程では、前記第２降温速度で前記ガラス基板を冷却した後、前記第１降温速度で室温になるまで前記ガラス基板をさらに冷却する、請求項６又は７に記載のガラス基板の製造方法。
9. 前記熱処理工程では、前記ガラス基板を炉内に水平に載置し、前記加熱工程を行う前に、前記炉内の雰囲気温度が前記熱処理温度になるまで加熱する、請求項６から８のいずれか１項に記載のガラス基板の製造方法。
10. 昇温速度が１０℃／分で、４５０℃で１時間放置する測定条件における熱収縮率が１１ｐｐｍ以下である液晶ディスプレイ用のガラス基板であって、
    前記ガラス基板を、５００℃を第１評価温度、４５０℃を第２評価温度、５５０℃を第３評価温度として、それぞれの評価温度で３０分維持して再び熱処理したときの熱収縮率を、それぞれ第１熱収縮率Ｃ１、第２熱収縮率Ｃ２、及び第３熱収縮率Ｃ３とした場合に、｜Ｃ１−Ｃ２｜／｜Ｃ３−Ｃ１｜＜０．２８
    の関係式を満たす、ことを特徴とするガラス基板。
    

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