ガラス板表面の傷部の修正法
【課題】フラットパネルディスプレイ用ガラス基板として使用されるガラス基板の表面傷部をの表面近傍のみを瞬間的に軟化させ、残留応力を低減しつつ、平滑化する新規な方法が求められている。
【解決手段】歪点が５００℃以上のガラス板を予熱することなしに、ガラス板の表面傷部に炭酸ガスレーザを照射して表面を溶融し平滑化する方法であって、パルスレーザ光線のパルス幅が、１μ〜５００ｍ秒であり、該パルスレーザ光線の該ガラス板に照射される面の照射断面積が０．０００１〜８０ｍｍ２であり、該照射される面の断面に照射される該パルスレーザ光線の平均のパワー密度が、１パルスあたりのエネルギー／パルス幅で定義される実効ワット数を用いて、実効ワット数／照射面積で定義され、該平均のパワー密度が２〜２５０００００Ｗ／ｍｍ２であることを特徴とするガラス板の表面傷部の平滑化方法。
【解決手段】歪点が５００℃以上のガラス板を予熱することなしに、ガラス板の表面傷部に炭酸ガスレーザを照射して表面を溶融し平滑化する方法であって、パルスレーザ光線のパルス幅が、１μ〜５００ｍ秒であり、該パルスレーザ光線の該ガラス板に照射される面の照射断面積が０．０００１〜８０ｍｍ２であり、該照射される面の断面に照射される該パルスレーザ光線の平均のパワー密度が、１パルスあたりのエネルギー／パルス幅で定義される実効ワット数を用いて、実効ワット数／照射面積で定義され、該平均のパワー密度が２〜２５０００００Ｗ／ｍｍ２であることを特徴とするガラス板の表面傷部の平滑化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス板表面の傷部の平滑化方法、特にフラットパネルディスプレイ用のガラス基板の表面傷部を平滑化させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、ディスプレイ用ガラス基板、特に液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、フィールドエミッションディスプレイといったフラットパネルディスプレイに用いられるガラス基板はフロート法、フュージョン法またはダウンドロー法を用いて溶融ガラスから成形される。また、一次成形されたガラス基板をリドロー加工することによって得られる。
【０００３】
これらのガラス基板の表面に存在する傷が視認性を妨げるため問題となっている。例えば、ディスプレイ用のガラス基板には、厚さ３ｍｍ以下の薄板ガラスが用いられているが、薄板ガラス表面に一定以上の大きさの傷が存在していると、その存在が表示に影響してしまう。
【０００４】
また、一方で、特にディスプレイ用のガラス基板では、微小な傷の存在により電極形成時に断線してしまうことがしばしば生じる。大型ディスプレイ製造の際にはこの小さな欠点の存在により歩留まりが大きく低下する恐れがある。
【０００５】
従来、傷などの微小な凹凸を平滑化し鏡面を得る方法として、研磨による方法やファイアポリッシュ法が用いられていた。研磨による方法は基板の固定が必要であり、さらに砥石や研磨パッドを接触させて行うため高い精度で治工具を長時間にわたり摺動させる必要があり、また、削り取られたガラスの粉末や砥石から剥がれたり研磨スラリーから生じた研磨剤を除去しガラス基板を洗浄する必要があり、部分的に研磨するだけでも多大な労力が生じるため、コスト増加に繋がるという問題があった。
【０００６】
一方で、ファイアポリッシュによる方法はガラス表面を火炎によって溶融し鏡面を得る方法であるが、火炎を精度よく微小な傷に作用させることが困難であり、微小な傷を平滑するには不適切である。
【０００７】
上記課題を解決する方法として、レーザー光線を微小な凹凸に照射することで表面を溶融し平滑化することが行われてきた。特許文献１には、ガラスの歪点を越える温度に加熱保持したガラスに炭酸ガスレーザーを瞬間的に照射することでガラス表面を瞬間的に溶融し、微細な凹凸を平滑化する方法が開示されている。
【０００８】
しかしながら、基板加熱には電気炉やバーナー、レーザー装置などが必要であり、ガラスの微小な傷のみを平滑化する目的に関しては、システム全体が煩雑になり好ましくない。また、ガラスの歪点を越える温度に加熱保持すると、その温度からの徐冷が必要であり工程がさらに煩雑になってしまう。基板全体でなく、該温度に部分的に加熱しようとすると、加熱時には加熱部分周囲に発生する引っ張り応力のためにガラスが熱割れを起こす恐れがあり、また冷却後も複雑に発生した残留応力のためにガラス基板の局所的な変形や強度低下を引き起こす可能性がある。
【０００９】
特許文献１に類似の発明は数多く、使用するレーザーなどの光源も炭酸ガスレーザーだけでなく、特許文献２にはアルゴンレーザや高圧水銀ランプ、特許文献３にはＦ２レーザーが用いられることが開示されており、ガラス表面を溶融して微小キズの平滑化が可能であるとしている。
【００１０】
しかしながら、特許文献１も含めたこれらの文献には、照射後に残留する応力に関する記載が無い。レーザー照射により急速に加熱されたガラスは加熱中に局所的に強い熱応力が発生し、さらにその後レーザー照射の終了とともに急速に冷却されるため、必ず強い残留応力が生じるため、照射部が割れてしまうという問題があった。また、残留応力は透過する偏光光に光路差（レターデーション）を生じさせるため、液晶用基板に用いる場合には、画素を黒くしたいときにも望まざる透過光が発生し欠点化されてしまうという問題があった。残留応力を低減し割れを防ぐために、ガラス基板を数１００℃以上に予熱することが行われている。また、残留応力による光路差を低く抑えるには、ガラスを少なくとも歪点以上に加熱し徐冷する必要がある。それゆえ、これらは特許文献１の場合と同様、工程が煩雑化することになり微小傷を修正するメリットがなくなってしまう。
【００１１】
ガラス表面を溶融する方法以外にも微小傷を修正する方法が提案されている。例えば特許文献４には、表示パネル表面の傷を液状樹脂で充填後硬化し、研磨により平坦化させることにより傷を修復する方法が開示されている。しかしながらこの方法は充填、硬化、研磨という複数のプロセスを経ることで操作が面倒であり、また充填する樹脂の性質上、修復後の成膜プロセスでの基板加熱やエッチングプロセスなどに耐えられない恐れがあり、使用される場所は表示パネルの最終工程後、さらに表面のみといった場合に限定される。
【００１２】
特許文献５には、加熱により体積変化を生じるガラス材料の表面に、炭酸ガスレーザーを同心円状の強度分布をもつようにして照射することでガラス表面に微小な隆起または陥没を形成する方法が開示されている。本方法でレーザーは加熱が目的であり、加熱によってガラスが密度変化を起こし膨張または収縮することで、ガラス表面に隆起または陥没を形成する。従って本方法ではガラス表面が軟化しリフローするまで加熱されることはなく、表面キズに本方法で炭酸ガスレーザーを照射しても、原理的にキズが平滑化されることはない。
【００１３】
また、特許文献６には、ＡｒＦエキシマレーザービームをガラス基板表面の凹状欠陥に照射して、該欠陥部分の原子間結合を断ち切ることにより切削加工して、該欠陥部を平滑化する方法が提案されている。しかしながら本方法では、削り取られたガラスの効率的除去が必要であり除去物の集塵や除去後基板の洗浄が必要となり、近年のフラットパネルディスプレイのクリーンプロセスでの利用は好ましくない。また、傷が深い場合はその深さ以上の切削が必要であり、切削部の深さや体積も増大していき、該切削部が逆に欠点化してしまう恐れがある。
【００１４】
また、特許文献７で開示された方法で、ディスプレー用ガラス基板の表面異物（スズ欠点）をレーザビームで除去した後の微小な傷部も問題となっている。
【００１５】
【特許文献１】特表昭５７−５０１３２６号公報
【特許文献２】特許第１６３８２４７号公報
【特許文献３】特開平２−１０２１４２号公報
【特許文献４】特開平５−１５０２０５号公報
【特許文献５】特開２００４−３５３３３号公報
【特許文献６】特許第２７８６３７７号公報
【特許文献７】特開２００４−２５６３８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、上記のような課題を解決するべく提案されたものであり、ガラス基板、特にフラットパネルディスプレイ用ガラス基板として使用されるガラス基板の表面傷部の表面近傍のみを瞬間的に軟化させ、残留応力を低減しつつ、平滑化する新規な方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は歪点が５００℃以上のガラス板を予熱することなしに、ガラス板の表面傷部に炭酸ガスレーザによりパルスレーザ光線を照射して表面を溶融し平滑化する方法であって、パルスレーザ光線のパルス幅が、１μ〜５００ｍ秒であり、該パルスレーザ光線の該ガラス板に照射される面の照射断面積が０．０００１〜８０ｍｍ２であり、該照射される面の断面に照射される該パルスレーザ光線の平均のパワー密度が、１パルスあたりのエネルギー／パルス幅で定義される実効ワット数を用いて、実効ワット数／照射面積で定義され、該平均のパワー密度が２〜２５０００００Ｗ／ｍｍ２であることを特徴とするガラス板の表面傷部の平滑化方法を提供する。
【００１８】
また、本発明は該ガラス基板の歪点が５００〜５９０℃かつ軟化点７１０〜８５０℃で、該パルスレーザ光線のパルス幅が、１〜５００ｍ秒であり、該パルスレーザ光線の該ガラス板に照射される面の照射断面積が０．０００１〜８０ｍｍ２で、該平均のパワー密度が１〜５００Ｗ／ｍｍ２であることを特徴とするガラス板の表面傷部の平滑化方法を提供する。
【００１９】
また、本発明は該パルス幅Δｔ（ｍ秒）と該平均のパワー密度Ｄ（Ｗ／ｍｍ２）との関係は、７０／Δｔ＋２≦Ｄ≦７０／Δｔ＋１９であることを特徴とするガラス板の表面傷部の平滑化方法を提供する。
【００２０】
また、本発明は該ガラス基板の歪点が６１０〜６９０℃かつ軟化点９３０〜１０００℃で、パルスレーザ光線のパルス幅が、１μ〜１０ｍ秒であり、該パルスレーザ光線の該ガラス板に照射される照射断面積が０．０００１〜８０ｍｍ２であり、該平均のパワー密度が７〜２５０００００Ｗ／ｍｍ２で、該パルスレーザ光線照射後の残留応力が、光線がガラス表面に垂直に透過する場合の光路差で４ｎｍ以下であることを特徴とするガラス板表面傷部の平滑化方法を提供する。
【００２１】
また、本発明はパルス幅Δｔ（ｍ秒）と該平均のパワー密度Ｄ（Ｗ／ｍｍ２）との関係は、２０／Δｔ＋６≦Ｄ≦２５００／Δｔ＋３００であることを特徴とするガラス板の表面傷部の平滑化方法を提供する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のガラス基板の表面傷部の平滑化方法によれば、歪点が５００℃以上のガラス基板を予熱することなしに、ガラス基板の表面傷部に、特定のパルス幅、該パルス幅の特定のパワー密度、該ガラス基板に照射される面の照射断面積が特定の炭酸ガスレーザ光線を照射して、ガラス基板の表面近傍のみを軟化させ直ちに冷却することにより、ガラス基板の広い範囲を残留応力を低減した状態で表面傷部を平滑化することが可能となる。また、本発明による処理後のガラス基板に新たな欠陥が生じるおそれも低減されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明では液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、フィールドエミッションディスプレイといったフラットパネルディスプレイに用いられるガラス基板の製造時に生じるガラス基板の表面傷部を平滑化し、量産性を確保した上でガラス基板の歩留まりを向上させる方法を提供するものである。
【００２４】
これらのガラス基板の表面傷部としては、その起源により様々であるが、幅が数μｍ〜数１００μｍ、深さが数１０μｍ以下のものを指す。これらの傷部の長さは数μｍ〜数ｍｍに及ぶ。例えば、フロート法で製造された際にできる傷部や、またガラス基板表面には数μｍ〜数１０μｍの大きさのスズを含んだ異物が付着し、その異物をＹＡＧレーザなどで除去した後の除去痕よってガラス基板表面にできる傷などもこれらの傷部に含まれる。これらのガラス基板の表面傷部を平滑化するために本発明では以下で説明するような理由で炭酸ガスレーザが使用される。
【００２５】
ガラス表面に炭酸ガスレーザを照射した場合、炭酸ガスレーザ光の波長は通常１０．６μｍと長く、ガラス表面の表面近傍部分のみで吸収されて直ちに熱になり、表面近傍の温度が急激に上昇し、ガラスを溶融するため、ガラスの表面のみを平滑化することが可能になる。ガラス表面の傷部を平滑化するには、ガラス表面が流動する必要がある。そのため、レーザによりガラス表面を軟化点以上に加熱する必要がある。軟化点以上に加熱できれば、ガラス表面の傷部を平滑化することが可能となる。
【００２６】
しかしながら、キズを平滑化するには温度を上げる必要があるが、必要以上にガラスに熱を与えすぎるとガラスの変形や不要な歪が発生することになり好ましくない。そのため、短時間で加熱を終了させる必要がありパルス状のレーザ光の使用が有効である。レーザはパルスとして、短時間で照射すると、照射中にガラス基板表面のみ温度が上昇し、照射が終了すると直ちに温度が降下する。そのため、表面の傷部は平滑化されるが、不要な溶融によるガラスの変形や不要な加熱による応力の発生を抑制することが可能となる。
【００２７】
ただし、照射する炭酸ガスレーザの照射条件によっては、予熱がない場合にはガラス表面の割れなどが生じてしまう。そこでガラス基板を予熱なしに、ガラスの表面の傷部を平滑化し、かつガラス表面に割れなどが生じさせないためには、照射する炭酸ガスレーザの照射条件を特定のパルス幅、照射断面積の範囲に制御することが必要となる。
【００２８】
そのため、炭酸ガスレーザ照射のパルス幅、照射断面積などの制御範囲は、歪点が５００℃以上のガラス基板に関しては、ガラス基板の表面傷部に炭酸ガスレーザによりパルスレーザ光線を照射して表面を溶融し平滑化する際に、パルスレーザ光線のパルス幅が、１μ〜５００ｍ秒であり、該パルスレーザ光線の該ガラス基板に照射される面の照射断面積が０．０００１〜８０ｍｍ２であり、該照射される面の断面に照射される該パルスレーザ光線の平均のパワー密度が、１パルスあたりのエネルギー／パルス幅で定義される実効ワット数を用いて、実効ワット数／照射面積で定義され、平均のパワー密度が２〜２５００００Ｗ／ｍｍ２である。ガラス基板の傷部の十分な温度上昇を得るには上記のように２Ｗ／ｍｍ２以上の平均のパワー密度必要となる。ただし、平均のパワー密度が２５０００００Ｗ／ｍｍ２超であるとレーザ照射部の変形量が大きくなりすぎて、また高温に加熱されてガラスが蒸発するという問題を生じるので好ましくない。また、不要な変形や応力発生を防ぐためには５００ｍ秒以下のパルス幅が必要である。しかしながら、パルス幅が１μ秒未満であると炭酸ガスレーザの機構上、そのような短いパルス幅のレーザパルスを発生させることが困難なので好ましくない。
【００２９】
また前記パルスレーザ光線がフラットトップ型の強度分布を有すると、最小限のエネルギーで所望の範囲のキズを平滑化することができてさらに好ましい。フラットトップ型の強度分布を得るには、通常のレーザビームの中心付近の均一な強度分布の領域を切り出して用いてもよいし、ホログラムなどの回折光学素子を用いてもよい
レーザ光線のガラス基板に照射される面の照射断面積は０．０００１〜８０ｍｍ２の範囲であり、照射断面積が０．０００１ｍｍ２より小さいレーザ光線はレンズの焦点距離が小さくなるために実現が困難になるため好ましくない。８０ｍｍ２よりも大きいと出力の大きなエネルギーのレーザが必要となり実現が困難となり好ましくない。このようなレーザ光線は、複数のレンズやミラーを組み合わせたり、ホログラムのような回折光学素子を用いることで容易に実現される。
【００３０】
また、ガラス基板の歪点が５００〜５９０℃かつ軟化点７１０〜８５０℃のガラス基板に対してはパルスレーザ光線のパルス幅が、１〜５００ｍ秒であり、そのパルスレーザ光線のガラス基板に照射される面の照射断面積は０．０００１〜８０ｍｍ２であり、該平均のパワー密度が１〜５００Ｗ／ｍｍ２である。このような波長の長い炭酸ガスレーザの照射条件を用いると、十分なパワーでパルス幅を短くする、つまり照射時間を短くすることにより、上記のような特徴を有するガラス基板に対しても、ガラス基板の表面近傍のみ軟化させて、直ちに冷却することが可能になる。このことにより、ガラス基板表面の傷部の平滑化を行うと同時に残留応力の低減が可能となり、炭酸ガスレーザ照射部分の割れの問題を解決することが可能となる。残留応力は透過する偏光光に光路差（レターデーション）を生じさせるため、光路差を見ることでおよその応力値を推定することができる。そのため、この場合、残留応力の範囲は光路差で０から７０ｎｍが好ましい。
【００３１】
この場合に、パルスレーザ光線のパルス幅が、５〜２００ｍ秒であり、該パルスレーザ光線の該ガラス基板に照射される面の照射断面積が０．００８〜７ｍｍ２、該平均のパワー密度が４〜４０Ｗ／ｍｍ２であることが好ましい。パルスレーザ光線のパルス幅が、５ｍ秒以下あるとレーザ照射により割れが生じやすく、また、レーザ照射部の変形量も大きくなりやすいという問題が生じる。また２００ｍ秒以上であるとパルスレーザの繰り返し周波数が低下し、所定時間当たりに傷を平滑化できる面積が低下するという問題が生じる。照射断面積が０．００８ｍｍ２以下であるとレーザ照射部の変形量が大きくなりすぎるという問題を生じる。一方、照射断面積が７ｍｍ２以上であるとレーザ照射により基板がわれやすくなるという不都合が生じる。特に好ましいのは、パルスレーザ光線のパルス幅が、３０〜１５０ｍ秒であり、パルスレーザ光線の該ガラス基板に照射される面の照射断面積が０．１３〜０．５ｍｍ２であり、該平均のパワー密度が５〜２０Ｗ／ｍｍ２である。それはレーザ照射により割れが非常に発生しにくく、かつ残留応力も低く抑えられるという理由からである。
【００３２】
さらに、歪点が５００〜５９０℃かつ軟化点７１０〜８５０℃のガラス基板の場合、該パルス幅Δｔ（ｍ秒）と該平均のパワー密度Ｄ（Ｗ／ｍｍ２）との関係は、７０／Δｔ＋２≦Ｄ≦７０／Δｔ＋１９であることがより好ましい。該平均のパワー密度Ｄが７０／Δｔ＋２よりも小さいと、ガラス表面を十分に溶融出来ず、微小なキズを平滑化できない恐れがあり好ましくない。７０／Δｔ＋１９よりも大きいと、レーザ照射部に割れが生じやすくなるため好ましくない。
【００３３】
また、ガラス基板の歪点が６１０〜６９０℃かつ軟化点９３０〜１０００℃のガラス基板に対しては、パルスレーザ光線のパルス幅が、１μ〜１０ｍ秒であり、そのパルスレーザ光線の該ガラス基板に照射される照射断面積が０．０００１〜８０ｍｍ２であり、該平均のパワー密度が７〜２５０００００Ｗ／ｍｍ２である。この場合に、パルスレーザ光線のパルス幅が、２μ〜２ｍ秒であり、パルスレーザ光線のガラス基板に照射される面の照射断面積が０．０００３〜７．１ｍｍ２で該平均のパワー密度が１０〜２００００００Ｗ／ｍｍ２であることが好ましい。パルスレーザ光線のパルス幅が、２μｍ秒以下あると炭酸ガスレーザの機構上、このようなパルス幅を発生することが難しいという問題が生じる。また２ｍ秒以上であると光路差が大きくなりやすいという問題が生じる。照射断面積が０．０００３ｍｍ２以下であるとレーザ照射部の変形量が大きくなりやすいという問題が生じる。また、レーザビームを回折限界近くまで絞る必要があり、モード品質のよいレーザ光源と開口数（ＮＡ）の大きな集光光学系が必要となる。ＮＡの大きな集光光学系は高価でありコスト上昇に繋がるという問題を生じる。
【００３４】
一方、照射断面積が７．１ｍｍ２以上であると短いパルス幅で平均のワット数を上げなければならず、出力の高い炭酸ガスレーザ装置が必要となりコスト上昇の要因になるという不都合が生じる。特に好ましいのは、パルスレーザ光線のパルス幅が、３μ〜０．２ｍ秒であり、パルスレーザ光線の該ガラス基板に照射される面の照射断面積が０．００２〜３．１ｍｍ２で該平均のパワー密度が１００〜１００００００Ｗ／ｍｍ２である。それは本条件を満たす炭酸ガスレーザ装置の調達も容易で、かつ低い残留応力でしかもレーザ照射部の変形量を少なくすることができるという理由からである。
【００３５】
前述してきたように、残留応力は透過する偏光光に光路差（レターデーション）を生じさせるため、液晶用基板に用いる場合には、画素を黒くしたいときにも望まざる透過光が発生し欠点化されてしまうという問題があった。そのため、レーザ照射後の光路差の大きさは４ｎｍ以下となるようにする必要がある。光路差が４ｎｍより大きいと、液晶パネルを作製する際に、画素を黒く表示させたい場合でもレーザ照射部から光が漏れてしまい欠点として視認される恐れがあり好ましくない。光路差の大きさは好ましくは２ｎｍ以下、より好ましくは１ｎｍ以下である。
【００３６】
さらに、歪点が６１０〜６９０℃かつ軟化点９３０〜１０００℃のガラス基板の場合、該パルス幅Δｔと該平均のパワー密度Ｄとの関係は、２０／Δｔ＋６≦Ｄ≦２５００／Δｔ＋３００であることがより好ましい。該平均のパワー密度Ｄが２０／Δｔ＋６よりも小さいと、ガラス表面を十分に溶融出来ず、微小なキズを平滑化できない恐れがあり好ましくない。２５００／Δｔ＋３００よりも大きいと、残留応力により発生する光路差が大きくなりすぎて好ましくない。
【００３７】
本発明の方法では、ガラス基板表面付近で炭酸ガスレーザの大半が吸収される。その結果、ガラス基板の表面近傍付近の温度が上昇する。この温度上昇によって表面付近のガラス基板が膨張し、ガラス基板表面に局所的な隆起形状が生じることがある。ガラス基板表面に隆起形状が生じた場合、ガラス基板の外観や光学特性に悪影響を及ぼす恐れがある。
【００３８】
また、ガラス基板のレーザを集光させた部位では、密度変化やガラスの網目構造の変化が誘起される。この変化によって、ガラス基板の内部に残留応力や複屈折が発現する恐れもある。ガラス基板の内部に局所的な残留応力や複屈折が発現すると、ガラス基板の「光学特性に悪影響を及ぼす場合もある。
【００３９】
したがって、本発明の方法を実施する際には、上記のガラス基板の隆起形状、またはガラス基板内部における局所的な残留応力や複屈折といった問題が生じないように、またはできるだけ、こうした問題が軽微になるようにレーザの照射条件を選択する必要がある。上記で記載された条件でレーザの照射を行った場合には、通常特段の問題は生じない。
【００４０】
しかしながら、このような適切な条件でレーザの照射を行った場合であって、ガラス基板表面の隆起形状が生じたとしても、後処理によって解消することもできる。例えば、ガラス基板表面に生じた隆起形状はガラス表面を研磨することによって除去できる。一方、レーザを集光させた部位における密度変化やガラス基板の網目構造の変化は、レーザ照射後のガラス基板を電気炉などで徐々に加熱し、その後冷却することで解消することが可能である。
【実施例】
【００４１】
以下、本発明の具体的な態様を実施例（例１〜２６）および比較例（例２７〜３０）により説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４２】
（例１〜１４）
ガラス板は、４ｃｍ×４ｃｍの液晶ディスプレイ用ガラス基板（商品名ＡＮ１００、旭硝子株式会社製）を用意した。歪点は６６５℃、軟化点は９５０℃である。厚さは０．７ｍｍであった。該ガラス表面を１５ミクロンのダイヤモンドペーストで擦り模擬的にキズのついたガラス基板とした。本ガラス表面に、表１に示す条件で炭酸ガスレーザ照射した。照射後のガラス表面を光学顕微鏡（倍率１００倍）で観察し、平滑化効果を調べた。また、表面形状の変化は反射型干渉計（ニコン製マイクロマップ）にて観測し、隆起の大きさを測定した。隆起の大きさは最下点（隆起のみの場合は基板面を基準とし、陥没のある場合はその最下点とする）と最高点（隆起が存在せず陥没のみの場合は基板面とする）との高さの差を隆起量とした。残留応力の測定は、偏光顕微鏡を使いセナルモン法を適用して光路差（レターデーション）を算出した。結果を表１〜３に示す。
図１は、例６において、レーザ照射によりキズが平滑化された場合の光学顕微鏡写真である。このように、本発明の条件を用いるとレーザ照射部のみキズが平滑化されて見えなくなった。
【００４３】
（例１５）
ガラス板は、実施例１〜１４と同じ４ｃｍ×４ｃｍの液晶ディスプレイ用ガラス基板（商品名ＡＮ１００、旭硝子株式会社製）を用意した。厚さは０．７ｍｍであった。該ガラスに付着していたスズ欠点を特開２００４−２５６３８５に示す方法で除去した。除去した後は凹凸が１ミクロン程度のごく微細なキズが残っていた。このガラス基板のキズのついた部分に、例１５に示す条件で炭酸ガスレーザー照射した。照射後のガラス表面を光学顕微鏡（倍率１００倍）で観察し、平滑化効果を調べた。また、表面形状の変化は反射型干渉計（ニコン製マイクロマップ）にて観測し、隆起の大きさを測定した。隆起の大きさは最下点（隆起のみの場合は基板、陥没のある場合はその最下点）と最高点との高さの差を隆起量とした。残留応力の測定は、偏光顕微鏡を使いセナルモン法を適用して光路差（レターデーション）を算出した。結果を例１５に示す。例１５に示すとおり、レーザ照射により残留応力を低く抑えたままキズを平滑化させて、その視認性を低下することができた。
【００４４】
（例１６〜２６）
ガラス板は、４ｃｍ×４ｃｍのプラズマディスプレイ用ガラス基板（商品名ＰＤ２００、旭硝子株式会社製）を用意した。歪点は５７０℃、軟化点は８３０℃である。厚さは２．８ｍｍであった。実施例１の方法で同様にダイヤモンドペーストでキズをつけた。本ガラス表面に、表４〜５上段に示す条件でレーザ照射した。照射後のガラス表面は前記実施例１に示す方法と同様に平滑化効果、隆起の大きさ、光路差（レターデーション）を算出した。結果を表４〜５下段に示す。
図２は、例１８においてレーザ照射によりキズが平滑化された場合の光学顕微鏡写真である。このように、本発明の条件を用いるとレーザ照射部のみキズが平滑化されて見えなくなった。また、レーザ照射部が割れることもなかった。
【００４５】
（例２７〜２８）
ガラス板は、例１〜１９と同じ４ｃｍ×４ｃｍの液晶ディスプレイ用ガラス基板（商品名ＡＮ１００、旭硝子株式会社製）を用意した。厚さは０．７ｍｍであった。実施例１の方法で同様にダイヤモンドペーストでキズをつけた。本ガラス表面に、表６上段に示す条件でレーザ照射した。照射後のガラス表面は前記実施例１に示す方法と同様に平滑化効果、隆起の大きさ、光路差（レターデーション）を算出した。結果を表６下段に示す。このように、本発明の範囲外の条件を用いるとレーザ照射部でキズが平滑化されなくなってしまった。
【００４６】
（例２９〜３０）
ガラス板は、実施例２１〜３１と同じ４ｃｍ×４ｃｍのプラズマディスプレイ用ガラス基板（商品名ＰＤ２００、旭硝子株式会社製）を用意した。厚さは２．８ｍｍであった。実施例１の方法で同様にダイヤモンドペーストでキズをつけた。本ガラス表面に、表７上段に示す条件でレーザ照射した。照射後のガラス表面は前期実施例１に示す方法と同様に平滑化効果、隆起の大きさ、光路差（レターデーション）を算出した。結果を表７下段に示す。このように、本発明の範囲外の条件を用いると平滑化効果が得られなかった。
【００４７】
【表１】
【００４８】
【表２】
【００４９】
【表３】
【００５０】
【表４】
【００５１】
【表５】
【００５２】
【表６】
【００５３】
【表７】
【産業上の利用可能性】
【００５４】
ディスプレイ用ガラス基板の表面傷部を平滑化させ歩留まりを向上させる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】例６において、レーザ照射によりキズが平滑化された場合の光学顕微鏡写真
【図２】例１８においてレーザ照射によりキズが平滑化された場合の光学顕微鏡写真
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス板表面の傷部の平滑化方法、特にフラットパネルディスプレイ用のガラス基板の表面傷部を平滑化させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、ディスプレイ用ガラス基板、特に液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、フィールドエミッションディスプレイといったフラットパネルディスプレイに用いられるガラス基板はフロート法、フュージョン法またはダウンドロー法を用いて溶融ガラスから成形される。また、一次成形されたガラス基板をリドロー加工することによって得られる。
【０００３】
これらのガラス基板の表面に存在する傷が視認性を妨げるため問題となっている。例えば、ディスプレイ用のガラス基板には、厚さ３ｍｍ以下の薄板ガラスが用いられているが、薄板ガラス表面に一定以上の大きさの傷が存在していると、その存在が表示に影響してしまう。
【０００４】
また、一方で、特にディスプレイ用のガラス基板では、微小な傷の存在により電極形成時に断線してしまうことがしばしば生じる。大型ディスプレイ製造の際にはこの小さな欠点の存在により歩留まりが大きく低下する恐れがある。
【０００５】
従来、傷などの微小な凹凸を平滑化し鏡面を得る方法として、研磨による方法やファイアポリッシュ法が用いられていた。研磨による方法は基板の固定が必要であり、さらに砥石や研磨パッドを接触させて行うため高い精度で治工具を長時間にわたり摺動させる必要があり、また、削り取られたガラスの粉末や砥石から剥がれたり研磨スラリーから生じた研磨剤を除去しガラス基板を洗浄する必要があり、部分的に研磨するだけでも多大な労力が生じるため、コスト増加に繋がるという問題があった。
【０００６】
一方で、ファイアポリッシュによる方法はガラス表面を火炎によって溶融し鏡面を得る方法であるが、火炎を精度よく微小な傷に作用させることが困難であり、微小な傷を平滑するには不適切である。
【０００７】
上記課題を解決する方法として、レーザー光線を微小な凹凸に照射することで表面を溶融し平滑化することが行われてきた。特許文献１には、ガラスの歪点を越える温度に加熱保持したガラスに炭酸ガスレーザーを瞬間的に照射することでガラス表面を瞬間的に溶融し、微細な凹凸を平滑化する方法が開示されている。
【０００８】
しかしながら、基板加熱には電気炉やバーナー、レーザー装置などが必要であり、ガラスの微小な傷のみを平滑化する目的に関しては、システム全体が煩雑になり好ましくない。また、ガラスの歪点を越える温度に加熱保持すると、その温度からの徐冷が必要であり工程がさらに煩雑になってしまう。基板全体でなく、該温度に部分的に加熱しようとすると、加熱時には加熱部分周囲に発生する引っ張り応力のためにガラスが熱割れを起こす恐れがあり、また冷却後も複雑に発生した残留応力のためにガラス基板の局所的な変形や強度低下を引き起こす可能性がある。
【０００９】
特許文献１に類似の発明は数多く、使用するレーザーなどの光源も炭酸ガスレーザーだけでなく、特許文献２にはアルゴンレーザや高圧水銀ランプ、特許文献３にはＦ２レーザーが用いられることが開示されており、ガラス表面を溶融して微小キズの平滑化が可能であるとしている。
【００１０】
しかしながら、特許文献１も含めたこれらの文献には、照射後に残留する応力に関する記載が無い。レーザー照射により急速に加熱されたガラスは加熱中に局所的に強い熱応力が発生し、さらにその後レーザー照射の終了とともに急速に冷却されるため、必ず強い残留応力が生じるため、照射部が割れてしまうという問題があった。また、残留応力は透過する偏光光に光路差（レターデーション）を生じさせるため、液晶用基板に用いる場合には、画素を黒くしたいときにも望まざる透過光が発生し欠点化されてしまうという問題があった。残留応力を低減し割れを防ぐために、ガラス基板を数１００℃以上に予熱することが行われている。また、残留応力による光路差を低く抑えるには、ガラスを少なくとも歪点以上に加熱し徐冷する必要がある。それゆえ、これらは特許文献１の場合と同様、工程が煩雑化することになり微小傷を修正するメリットがなくなってしまう。
【００１１】
ガラス表面を溶融する方法以外にも微小傷を修正する方法が提案されている。例えば特許文献４には、表示パネル表面の傷を液状樹脂で充填後硬化し、研磨により平坦化させることにより傷を修復する方法が開示されている。しかしながらこの方法は充填、硬化、研磨という複数のプロセスを経ることで操作が面倒であり、また充填する樹脂の性質上、修復後の成膜プロセスでの基板加熱やエッチングプロセスなどに耐えられない恐れがあり、使用される場所は表示パネルの最終工程後、さらに表面のみといった場合に限定される。
【００１２】
特許文献５には、加熱により体積変化を生じるガラス材料の表面に、炭酸ガスレーザーを同心円状の強度分布をもつようにして照射することでガラス表面に微小な隆起または陥没を形成する方法が開示されている。本方法でレーザーは加熱が目的であり、加熱によってガラスが密度変化を起こし膨張または収縮することで、ガラス表面に隆起または陥没を形成する。従って本方法ではガラス表面が軟化しリフローするまで加熱されることはなく、表面キズに本方法で炭酸ガスレーザーを照射しても、原理的にキズが平滑化されることはない。
【００１３】
また、特許文献６には、ＡｒＦエキシマレーザービームをガラス基板表面の凹状欠陥に照射して、該欠陥部分の原子間結合を断ち切ることにより切削加工して、該欠陥部を平滑化する方法が提案されている。しかしながら本方法では、削り取られたガラスの効率的除去が必要であり除去物の集塵や除去後基板の洗浄が必要となり、近年のフラットパネルディスプレイのクリーンプロセスでの利用は好ましくない。また、傷が深い場合はその深さ以上の切削が必要であり、切削部の深さや体積も増大していき、該切削部が逆に欠点化してしまう恐れがある。
【００１４】
また、特許文献７で開示された方法で、ディスプレー用ガラス基板の表面異物（スズ欠点）をレーザビームで除去した後の微小な傷部も問題となっている。
【００１５】
【特許文献１】特表昭５７−５０１３２６号公報
【特許文献２】特許第１６３８２４７号公報
【特許文献３】特開平２−１０２１４２号公報
【特許文献４】特開平５−１５０２０５号公報
【特許文献５】特開２００４−３５３３３号公報
【特許文献６】特許第２７８６３７７号公報
【特許文献７】特開２００４−２５６３８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、上記のような課題を解決するべく提案されたものであり、ガラス基板、特にフラットパネルディスプレイ用ガラス基板として使用されるガラス基板の表面傷部の表面近傍のみを瞬間的に軟化させ、残留応力を低減しつつ、平滑化する新規な方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は歪点が５００℃以上のガラス板を予熱することなしに、ガラス板の表面傷部に炭酸ガスレーザによりパルスレーザ光線を照射して表面を溶融し平滑化する方法であって、パルスレーザ光線のパルス幅が、１μ〜５００ｍ秒であり、該パルスレーザ光線の該ガラス板に照射される面の照射断面積が０．０００１〜８０ｍｍ２であり、該照射される面の断面に照射される該パルスレーザ光線の平均のパワー密度が、１パルスあたりのエネルギー／パルス幅で定義される実効ワット数を用いて、実効ワット数／照射面積で定義され、該平均のパワー密度が２〜２５０００００Ｗ／ｍｍ２であることを特徴とするガラス板の表面傷部の平滑化方法を提供する。
【００１８】
また、本発明は該ガラス基板の歪点が５００〜５９０℃かつ軟化点７１０〜８５０℃で、該パルスレーザ光線のパルス幅が、１〜５００ｍ秒であり、該パルスレーザ光線の該ガラス板に照射される面の照射断面積が０．０００１〜８０ｍｍ２で、該平均のパワー密度が１〜５００Ｗ／ｍｍ２であることを特徴とするガラス板の表面傷部の平滑化方法を提供する。
【００１９】
また、本発明は該パルス幅Δｔ（ｍ秒）と該平均のパワー密度Ｄ（Ｗ／ｍｍ２）との関係は、７０／Δｔ＋２≦Ｄ≦７０／Δｔ＋１９であることを特徴とするガラス板の表面傷部の平滑化方法を提供する。
【００２０】
また、本発明は該ガラス基板の歪点が６１０〜６９０℃かつ軟化点９３０〜１０００℃で、パルスレーザ光線のパルス幅が、１μ〜１０ｍ秒であり、該パルスレーザ光線の該ガラス板に照射される照射断面積が０．０００１〜８０ｍｍ２であり、該平均のパワー密度が７〜２５０００００Ｗ／ｍｍ２で、該パルスレーザ光線照射後の残留応力が、光線がガラス表面に垂直に透過する場合の光路差で４ｎｍ以下であることを特徴とするガラス板表面傷部の平滑化方法を提供する。
【００２１】
また、本発明はパルス幅Δｔ（ｍ秒）と該平均のパワー密度Ｄ（Ｗ／ｍｍ２）との関係は、２０／Δｔ＋６≦Ｄ≦２５００／Δｔ＋３００であることを特徴とするガラス板の表面傷部の平滑化方法を提供する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のガラス基板の表面傷部の平滑化方法によれば、歪点が５００℃以上のガラス基板を予熱することなしに、ガラス基板の表面傷部に、特定のパルス幅、該パルス幅の特定のパワー密度、該ガラス基板に照射される面の照射断面積が特定の炭酸ガスレーザ光線を照射して、ガラス基板の表面近傍のみを軟化させ直ちに冷却することにより、ガラス基板の広い範囲を残留応力を低減した状態で表面傷部を平滑化することが可能となる。また、本発明による処理後のガラス基板に新たな欠陥が生じるおそれも低減されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明では液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、フィールドエミッションディスプレイといったフラットパネルディスプレイに用いられるガラス基板の製造時に生じるガラス基板の表面傷部を平滑化し、量産性を確保した上でガラス基板の歩留まりを向上させる方法を提供するものである。
【００２４】
これらのガラス基板の表面傷部としては、その起源により様々であるが、幅が数μｍ〜数１００μｍ、深さが数１０μｍ以下のものを指す。これらの傷部の長さは数μｍ〜数ｍｍに及ぶ。例えば、フロート法で製造された際にできる傷部や、またガラス基板表面には数μｍ〜数１０μｍの大きさのスズを含んだ異物が付着し、その異物をＹＡＧレーザなどで除去した後の除去痕よってガラス基板表面にできる傷などもこれらの傷部に含まれる。これらのガラス基板の表面傷部を平滑化するために本発明では以下で説明するような理由で炭酸ガスレーザが使用される。
【００２５】
ガラス表面に炭酸ガスレーザを照射した場合、炭酸ガスレーザ光の波長は通常１０．６μｍと長く、ガラス表面の表面近傍部分のみで吸収されて直ちに熱になり、表面近傍の温度が急激に上昇し、ガラスを溶融するため、ガラスの表面のみを平滑化することが可能になる。ガラス表面の傷部を平滑化するには、ガラス表面が流動する必要がある。そのため、レーザによりガラス表面を軟化点以上に加熱する必要がある。軟化点以上に加熱できれば、ガラス表面の傷部を平滑化することが可能となる。
【００２６】
しかしながら、キズを平滑化するには温度を上げる必要があるが、必要以上にガラスに熱を与えすぎるとガラスの変形や不要な歪が発生することになり好ましくない。そのため、短時間で加熱を終了させる必要がありパルス状のレーザ光の使用が有効である。レーザはパルスとして、短時間で照射すると、照射中にガラス基板表面のみ温度が上昇し、照射が終了すると直ちに温度が降下する。そのため、表面の傷部は平滑化されるが、不要な溶融によるガラスの変形や不要な加熱による応力の発生を抑制することが可能となる。
【００２７】
ただし、照射する炭酸ガスレーザの照射条件によっては、予熱がない場合にはガラス表面の割れなどが生じてしまう。そこでガラス基板を予熱なしに、ガラスの表面の傷部を平滑化し、かつガラス表面に割れなどが生じさせないためには、照射する炭酸ガスレーザの照射条件を特定のパルス幅、照射断面積の範囲に制御することが必要となる。
【００２８】
そのため、炭酸ガスレーザ照射のパルス幅、照射断面積などの制御範囲は、歪点が５００℃以上のガラス基板に関しては、ガラス基板の表面傷部に炭酸ガスレーザによりパルスレーザ光線を照射して表面を溶融し平滑化する際に、パルスレーザ光線のパルス幅が、１μ〜５００ｍ秒であり、該パルスレーザ光線の該ガラス基板に照射される面の照射断面積が０．０００１〜８０ｍｍ２であり、該照射される面の断面に照射される該パルスレーザ光線の平均のパワー密度が、１パルスあたりのエネルギー／パルス幅で定義される実効ワット数を用いて、実効ワット数／照射面積で定義され、平均のパワー密度が２〜２５００００Ｗ／ｍｍ２である。ガラス基板の傷部の十分な温度上昇を得るには上記のように２Ｗ／ｍｍ２以上の平均のパワー密度必要となる。ただし、平均のパワー密度が２５０００００Ｗ／ｍｍ２超であるとレーザ照射部の変形量が大きくなりすぎて、また高温に加熱されてガラスが蒸発するという問題を生じるので好ましくない。また、不要な変形や応力発生を防ぐためには５００ｍ秒以下のパルス幅が必要である。しかしながら、パルス幅が１μ秒未満であると炭酸ガスレーザの機構上、そのような短いパルス幅のレーザパルスを発生させることが困難なので好ましくない。
【００２９】
また前記パルスレーザ光線がフラットトップ型の強度分布を有すると、最小限のエネルギーで所望の範囲のキズを平滑化することができてさらに好ましい。フラットトップ型の強度分布を得るには、通常のレーザビームの中心付近の均一な強度分布の領域を切り出して用いてもよいし、ホログラムなどの回折光学素子を用いてもよい
レーザ光線のガラス基板に照射される面の照射断面積は０．０００１〜８０ｍｍ２の範囲であり、照射断面積が０．０００１ｍｍ２より小さいレーザ光線はレンズの焦点距離が小さくなるために実現が困難になるため好ましくない。８０ｍｍ２よりも大きいと出力の大きなエネルギーのレーザが必要となり実現が困難となり好ましくない。このようなレーザ光線は、複数のレンズやミラーを組み合わせたり、ホログラムのような回折光学素子を用いることで容易に実現される。
【００３０】
また、ガラス基板の歪点が５００〜５９０℃かつ軟化点７１０〜８５０℃のガラス基板に対してはパルスレーザ光線のパルス幅が、１〜５００ｍ秒であり、そのパルスレーザ光線のガラス基板に照射される面の照射断面積は０．０００１〜８０ｍｍ２であり、該平均のパワー密度が１〜５００Ｗ／ｍｍ２である。このような波長の長い炭酸ガスレーザの照射条件を用いると、十分なパワーでパルス幅を短くする、つまり照射時間を短くすることにより、上記のような特徴を有するガラス基板に対しても、ガラス基板の表面近傍のみ軟化させて、直ちに冷却することが可能になる。このことにより、ガラス基板表面の傷部の平滑化を行うと同時に残留応力の低減が可能となり、炭酸ガスレーザ照射部分の割れの問題を解決することが可能となる。残留応力は透過する偏光光に光路差（レターデーション）を生じさせるため、光路差を見ることでおよその応力値を推定することができる。そのため、この場合、残留応力の範囲は光路差で０から７０ｎｍが好ましい。
【００３１】
この場合に、パルスレーザ光線のパルス幅が、５〜２００ｍ秒であり、該パルスレーザ光線の該ガラス基板に照射される面の照射断面積が０．００８〜７ｍｍ２、該平均のパワー密度が４〜４０Ｗ／ｍｍ２であることが好ましい。パルスレーザ光線のパルス幅が、５ｍ秒以下あるとレーザ照射により割れが生じやすく、また、レーザ照射部の変形量も大きくなりやすいという問題が生じる。また２００ｍ秒以上であるとパルスレーザの繰り返し周波数が低下し、所定時間当たりに傷を平滑化できる面積が低下するという問題が生じる。照射断面積が０．００８ｍｍ２以下であるとレーザ照射部の変形量が大きくなりすぎるという問題を生じる。一方、照射断面積が７ｍｍ２以上であるとレーザ照射により基板がわれやすくなるという不都合が生じる。特に好ましいのは、パルスレーザ光線のパルス幅が、３０〜１５０ｍ秒であり、パルスレーザ光線の該ガラス基板に照射される面の照射断面積が０．１３〜０．５ｍｍ２であり、該平均のパワー密度が５〜２０Ｗ／ｍｍ２である。それはレーザ照射により割れが非常に発生しにくく、かつ残留応力も低く抑えられるという理由からである。
【００３２】
さらに、歪点が５００〜５９０℃かつ軟化点７１０〜８５０℃のガラス基板の場合、該パルス幅Δｔ（ｍ秒）と該平均のパワー密度Ｄ（Ｗ／ｍｍ２）との関係は、７０／Δｔ＋２≦Ｄ≦７０／Δｔ＋１９であることがより好ましい。該平均のパワー密度Ｄが７０／Δｔ＋２よりも小さいと、ガラス表面を十分に溶融出来ず、微小なキズを平滑化できない恐れがあり好ましくない。７０／Δｔ＋１９よりも大きいと、レーザ照射部に割れが生じやすくなるため好ましくない。
【００３３】
また、ガラス基板の歪点が６１０〜６９０℃かつ軟化点９３０〜１０００℃のガラス基板に対しては、パルスレーザ光線のパルス幅が、１μ〜１０ｍ秒であり、そのパルスレーザ光線の該ガラス基板に照射される照射断面積が０．０００１〜８０ｍｍ２であり、該平均のパワー密度が７〜２５０００００Ｗ／ｍｍ２である。この場合に、パルスレーザ光線のパルス幅が、２μ〜２ｍ秒であり、パルスレーザ光線のガラス基板に照射される面の照射断面積が０．０００３〜７．１ｍｍ２で該平均のパワー密度が１０〜２００００００Ｗ／ｍｍ２であることが好ましい。パルスレーザ光線のパルス幅が、２μｍ秒以下あると炭酸ガスレーザの機構上、このようなパルス幅を発生することが難しいという問題が生じる。また２ｍ秒以上であると光路差が大きくなりやすいという問題が生じる。照射断面積が０．０００３ｍｍ２以下であるとレーザ照射部の変形量が大きくなりやすいという問題が生じる。また、レーザビームを回折限界近くまで絞る必要があり、モード品質のよいレーザ光源と開口数（ＮＡ）の大きな集光光学系が必要となる。ＮＡの大きな集光光学系は高価でありコスト上昇に繋がるという問題を生じる。
【００３４】
一方、照射断面積が７．１ｍｍ２以上であると短いパルス幅で平均のワット数を上げなければならず、出力の高い炭酸ガスレーザ装置が必要となりコスト上昇の要因になるという不都合が生じる。特に好ましいのは、パルスレーザ光線のパルス幅が、３μ〜０．２ｍ秒であり、パルスレーザ光線の該ガラス基板に照射される面の照射断面積が０．００２〜３．１ｍｍ２で該平均のパワー密度が１００〜１００００００Ｗ／ｍｍ２である。それは本条件を満たす炭酸ガスレーザ装置の調達も容易で、かつ低い残留応力でしかもレーザ照射部の変形量を少なくすることができるという理由からである。
【００３５】
前述してきたように、残留応力は透過する偏光光に光路差（レターデーション）を生じさせるため、液晶用基板に用いる場合には、画素を黒くしたいときにも望まざる透過光が発生し欠点化されてしまうという問題があった。そのため、レーザ照射後の光路差の大きさは４ｎｍ以下となるようにする必要がある。光路差が４ｎｍより大きいと、液晶パネルを作製する際に、画素を黒く表示させたい場合でもレーザ照射部から光が漏れてしまい欠点として視認される恐れがあり好ましくない。光路差の大きさは好ましくは２ｎｍ以下、より好ましくは１ｎｍ以下である。
【００３６】
さらに、歪点が６１０〜６９０℃かつ軟化点９３０〜１０００℃のガラス基板の場合、該パルス幅Δｔと該平均のパワー密度Ｄとの関係は、２０／Δｔ＋６≦Ｄ≦２５００／Δｔ＋３００であることがより好ましい。該平均のパワー密度Ｄが２０／Δｔ＋６よりも小さいと、ガラス表面を十分に溶融出来ず、微小なキズを平滑化できない恐れがあり好ましくない。２５００／Δｔ＋３００よりも大きいと、残留応力により発生する光路差が大きくなりすぎて好ましくない。
【００３７】
本発明の方法では、ガラス基板表面付近で炭酸ガスレーザの大半が吸収される。その結果、ガラス基板の表面近傍付近の温度が上昇する。この温度上昇によって表面付近のガラス基板が膨張し、ガラス基板表面に局所的な隆起形状が生じることがある。ガラス基板表面に隆起形状が生じた場合、ガラス基板の外観や光学特性に悪影響を及ぼす恐れがある。
【００３８】
また、ガラス基板のレーザを集光させた部位では、密度変化やガラスの網目構造の変化が誘起される。この変化によって、ガラス基板の内部に残留応力や複屈折が発現する恐れもある。ガラス基板の内部に局所的な残留応力や複屈折が発現すると、ガラス基板の「光学特性に悪影響を及ぼす場合もある。
【００３９】
したがって、本発明の方法を実施する際には、上記のガラス基板の隆起形状、またはガラス基板内部における局所的な残留応力や複屈折といった問題が生じないように、またはできるだけ、こうした問題が軽微になるようにレーザの照射条件を選択する必要がある。上記で記載された条件でレーザの照射を行った場合には、通常特段の問題は生じない。
【００４０】
しかしながら、このような適切な条件でレーザの照射を行った場合であって、ガラス基板表面の隆起形状が生じたとしても、後処理によって解消することもできる。例えば、ガラス基板表面に生じた隆起形状はガラス表面を研磨することによって除去できる。一方、レーザを集光させた部位における密度変化やガラス基板の網目構造の変化は、レーザ照射後のガラス基板を電気炉などで徐々に加熱し、その後冷却することで解消することが可能である。
【実施例】
【００４１】
以下、本発明の具体的な態様を実施例（例１〜２６）および比較例（例２７〜３０）により説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４２】
（例１〜１４）
ガラス板は、４ｃｍ×４ｃｍの液晶ディスプレイ用ガラス基板（商品名ＡＮ１００、旭硝子株式会社製）を用意した。歪点は６６５℃、軟化点は９５０℃である。厚さは０．７ｍｍであった。該ガラス表面を１５ミクロンのダイヤモンドペーストで擦り模擬的にキズのついたガラス基板とした。本ガラス表面に、表１に示す条件で炭酸ガスレーザ照射した。照射後のガラス表面を光学顕微鏡（倍率１００倍）で観察し、平滑化効果を調べた。また、表面形状の変化は反射型干渉計（ニコン製マイクロマップ）にて観測し、隆起の大きさを測定した。隆起の大きさは最下点（隆起のみの場合は基板面を基準とし、陥没のある場合はその最下点とする）と最高点（隆起が存在せず陥没のみの場合は基板面とする）との高さの差を隆起量とした。残留応力の測定は、偏光顕微鏡を使いセナルモン法を適用して光路差（レターデーション）を算出した。結果を表１〜３に示す。
図１は、例６において、レーザ照射によりキズが平滑化された場合の光学顕微鏡写真である。このように、本発明の条件を用いるとレーザ照射部のみキズが平滑化されて見えなくなった。
【００４３】
（例１５）
ガラス板は、実施例１〜１４と同じ４ｃｍ×４ｃｍの液晶ディスプレイ用ガラス基板（商品名ＡＮ１００、旭硝子株式会社製）を用意した。厚さは０．７ｍｍであった。該ガラスに付着していたスズ欠点を特開２００４−２５６３８５に示す方法で除去した。除去した後は凹凸が１ミクロン程度のごく微細なキズが残っていた。このガラス基板のキズのついた部分に、例１５に示す条件で炭酸ガスレーザー照射した。照射後のガラス表面を光学顕微鏡（倍率１００倍）で観察し、平滑化効果を調べた。また、表面形状の変化は反射型干渉計（ニコン製マイクロマップ）にて観測し、隆起の大きさを測定した。隆起の大きさは最下点（隆起のみの場合は基板、陥没のある場合はその最下点）と最高点との高さの差を隆起量とした。残留応力の測定は、偏光顕微鏡を使いセナルモン法を適用して光路差（レターデーション）を算出した。結果を例１５に示す。例１５に示すとおり、レーザ照射により残留応力を低く抑えたままキズを平滑化させて、その視認性を低下することができた。
【００４４】
（例１６〜２６）
ガラス板は、４ｃｍ×４ｃｍのプラズマディスプレイ用ガラス基板（商品名ＰＤ２００、旭硝子株式会社製）を用意した。歪点は５７０℃、軟化点は８３０℃である。厚さは２．８ｍｍであった。実施例１の方法で同様にダイヤモンドペーストでキズをつけた。本ガラス表面に、表４〜５上段に示す条件でレーザ照射した。照射後のガラス表面は前記実施例１に示す方法と同様に平滑化効果、隆起の大きさ、光路差（レターデーション）を算出した。結果を表４〜５下段に示す。
図２は、例１８においてレーザ照射によりキズが平滑化された場合の光学顕微鏡写真である。このように、本発明の条件を用いるとレーザ照射部のみキズが平滑化されて見えなくなった。また、レーザ照射部が割れることもなかった。
【００４５】
（例２７〜２８）
ガラス板は、例１〜１９と同じ４ｃｍ×４ｃｍの液晶ディスプレイ用ガラス基板（商品名ＡＮ１００、旭硝子株式会社製）を用意した。厚さは０．７ｍｍであった。実施例１の方法で同様にダイヤモンドペーストでキズをつけた。本ガラス表面に、表６上段に示す条件でレーザ照射した。照射後のガラス表面は前記実施例１に示す方法と同様に平滑化効果、隆起の大きさ、光路差（レターデーション）を算出した。結果を表６下段に示す。このように、本発明の範囲外の条件を用いるとレーザ照射部でキズが平滑化されなくなってしまった。
【００４６】
（例２９〜３０）
ガラス板は、実施例２１〜３１と同じ４ｃｍ×４ｃｍのプラズマディスプレイ用ガラス基板（商品名ＰＤ２００、旭硝子株式会社製）を用意した。厚さは２．８ｍｍであった。実施例１の方法で同様にダイヤモンドペーストでキズをつけた。本ガラス表面に、表７上段に示す条件でレーザ照射した。照射後のガラス表面は前期実施例１に示す方法と同様に平滑化効果、隆起の大きさ、光路差（レターデーション）を算出した。結果を表７下段に示す。このように、本発明の範囲外の条件を用いると平滑化効果が得られなかった。
【００４７】
【表１】
【００４８】
【表２】
【００４９】
【表３】
【００５０】
【表４】
【００５１】
【表５】
【００５２】
【表６】
【００５３】
【表７】
【産業上の利用可能性】
【００５４】
ディスプレイ用ガラス基板の表面傷部を平滑化させ歩留まりを向上させる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】例６において、レーザ照射によりキズが平滑化された場合の光学顕微鏡写真
【図２】例１８においてレーザ照射によりキズが平滑化された場合の光学顕微鏡写真
【特許請求の範囲】
【請求項１】
歪点が５００℃以上のガラス板を予熱することなしに、ガラス板の表面傷部に炭酸ガスレーザによりパルスレーザ光線を照射して表面を溶融し平滑化する方法であって、パルスレーザ光線のパルス幅が、１μ〜５００ｍ秒であり、該パルスレーザ光線の該ガラス板に照射される面の照射断面積が０．０００１〜８０ｍｍ２であり、該照射される面の断面に照射される該パルスレーザ光線の平均のパワー密度が、１パルスあたりのエネルギー／パルス幅で定義される実効ワット数を用いて、実効ワット数／照射面積で定義され、該平均のパワー密度が２〜２５０００００Ｗ／ｍｍ２であることを特徴とするガラス板の表面傷部の平滑化方法。
【請求項２】
該ガラス基板の歪点が５００〜５９０℃かつ軟化点７１０〜８５０℃で、該パルスレーザ光線のパルス幅が、１〜５００ｍ秒であり、該パルスレーザ光線の該ガラス板に照射される面の照射断面積が０．０００１〜８０ｍｍ２で、該平均のパワー密度が１〜５００Ｗ／ｍｍ２であることを特徴とする請求項１記載のガラス板の表面傷部の平滑化方法。
【請求項３】
該パルス幅Δｔ（ｍ秒）と該平均のパワー密度Ｄ（Ｗ／ｍｍ２）との関係は、７０／Δｔ＋２≦Ｄ≦７０／Δｔ＋１９であることを特徴とする請求項２記載のガラス板の表面傷部の平滑化方法。
【請求項４】
該ガラス基板の歪点が６１０〜６９０℃かつ軟化点９３０〜１０００℃で、パルスレーザ光線のパルス幅が、１μ〜１０ｍ秒であり、該パルスレーザ光線の該ガラス板に照射される照射断面積が０．０００１〜８０ｍｍ２であり、該平均のパワー密度が７〜２５０００００Ｗ／ｍｍ２で、該パルスレーザ光線照射後の残留応力が、光線がガラス表面に垂直に透過する場合の光路差で４ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記載のガラス板表面傷部の平滑化方法。
【請求項５】
該パルス幅Δｔ（ｍ秒）と該平均のパワー密度Ｄ（Ｗ／ｍｍ２）との関係は、２０／Δｔ＋６≦Ｄ≦２５００／Δｔ＋３００であることを特徴とする請求項２記載のガラス板の表面傷部の平滑化方法。
【請求項１】
歪点が５００℃以上のガラス板を予熱することなしに、ガラス板の表面傷部に炭酸ガスレーザによりパルスレーザ光線を照射して表面を溶融し平滑化する方法であって、パルスレーザ光線のパルス幅が、１μ〜５００ｍ秒であり、該パルスレーザ光線の該ガラス板に照射される面の照射断面積が０．０００１〜８０ｍｍ２であり、該照射される面の断面に照射される該パルスレーザ光線の平均のパワー密度が、１パルスあたりのエネルギー／パルス幅で定義される実効ワット数を用いて、実効ワット数／照射面積で定義され、該平均のパワー密度が２〜２５０００００Ｗ／ｍｍ２であることを特徴とするガラス板の表面傷部の平滑化方法。
【請求項２】
該ガラス基板の歪点が５００〜５９０℃かつ軟化点７１０〜８５０℃で、該パルスレーザ光線のパルス幅が、１〜５００ｍ秒であり、該パルスレーザ光線の該ガラス板に照射される面の照射断面積が０．０００１〜８０ｍｍ２で、該平均のパワー密度が１〜５００Ｗ／ｍｍ２であることを特徴とする請求項１記載のガラス板の表面傷部の平滑化方法。
【請求項３】
該パルス幅Δｔ（ｍ秒）と該平均のパワー密度Ｄ（Ｗ／ｍｍ２）との関係は、７０／Δｔ＋２≦Ｄ≦７０／Δｔ＋１９であることを特徴とする請求項２記載のガラス板の表面傷部の平滑化方法。
【請求項４】
該ガラス基板の歪点が６１０〜６９０℃かつ軟化点９３０〜１０００℃で、パルスレーザ光線のパルス幅が、１μ〜１０ｍ秒であり、該パルスレーザ光線の該ガラス板に照射される照射断面積が０．０００１〜８０ｍｍ２であり、該平均のパワー密度が７〜２５０００００Ｗ／ｍｍ２で、該パルスレーザ光線照射後の残留応力が、光線がガラス表面に垂直に透過する場合の光路差で４ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記載のガラス板表面傷部の平滑化方法。
【請求項５】
該パルス幅Δｔ（ｍ秒）と該平均のパワー密度Ｄ（Ｗ／ｍｍ２）との関係は、２０／Δｔ＋６≦Ｄ≦２５００／Δｔ＋３００であることを特徴とする請求項２記載のガラス板の表面傷部の平滑化方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００７−２８４２７０（Ｐ２００７−２８４２７０Ａ）
【公開日】平成１９年１１月１日（２００７．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１１０９７０（Ｐ２００６−１１０９７０）
【出願日】平成１８年４月１３日（２００６．４．１３）
【出願人】（０００００００４４）旭硝子株式会社 (2,665)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月１日（２００７．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月１３日（２００６．４．１３）
【出願人】（０００００００４４）旭硝子株式会社 (2,665)
【Ｆターム（参考）】
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