JP6749609B2

JP6749609B2 - ガラス基板の製造方法

Info

Publication number: JP6749609B2
Application number: JP2017089442A
Authority: JP
Inventors: 伍郎新美
Original assignee: NSC Co Ltd
Current assignee: NSC Co Ltd
Priority date: 2017-04-28
Filing date: 2017-04-28
Publication date: 2020-09-02
Anticipated expiration: 2037-04-28
Also published as: JP2018188318A

Description

本発明は、使用者からのタッチ操作を受け付けるカバーガラス等に使用されるガラス基板の製造方法に関し、特に周縁部に屈曲領域を有するガラス基板の製造方法に関する。

近年、タッチパネルは直感的な操作が可能になるという利点により、使用者が機器を操作する際のインターフェースとして幅広い分野に採用されている。タッチパネル用のカバーガラスは、タッチパネルが使用者に露出する側に配置されており、アイコン等が表示されているタッチ操作領域を使用者が視認しながら行うタッチ操作を受け付けるように構成されている。カバーガラスの平坦性や高い透明度によるデザイン性の向上により、従来ならば、物理的なボタンやキーボードが用いられていた機器にも、タッチパネルへ置き換える動きが広がっている。例えば、スマートフォン等の携帯用電子端末では、ほとんどの操作をタッチパネルによって行うことができる。

カバーガラスに使用されるガラス基板は、化学強化処理によって圧縮応力層が形成されているため、タッチ操作や日常的な衝撃等で破損することはほとんどない。しかし、カバーガラスの端面に微小な傷が存在する場合は、圧縮応力層が形成されていても、わずかな衝撃により破損することもある。

そこで、従来技術のなかには、エッチング処理でガラス基板を分断することによって端面の強度を向上させる技術があった（例えば、特許文献１参照。）。スクライブブレーク等の機械加工を行わずにエッチング処理で分断することによって、端面の細かな傷を除去することができるので、カバーガラスの強度が向上するとされている。

特許第５６５４０７２号公報

しかし、ガラス基板をエッチング処理によって分断しているため、ガラス基板の板厚方向の中心部に凸状の突起部が形成されてしまう。突起部は、先細りした形状であり、端面の中でも強度が低く、わずかな衝撃でも破損したり欠けたりすることがある。このため、分断処理後も追加でエッチング処理や端面研磨を行い、突起部の突出距離を短くする必要がある場合があった。

さらに、近年のスマートフォンやタブレット等の携帯情報端末は、デザイン性や操作性の向上のために、周縁部に曲面領域が形成されたものが存在する。しかし、カバーガラスの周縁部のみを湾曲させることは非常に難しく、熱処理工程や端面研磨等の生産効率の低い工程が必要となる。また、熱処理加工は、ガラス基板に１ｍｍ程度の板厚が必要であるため、カバーガラスを薄型化することが困難であった。

本発明の目的は、使用者からのタッチ操作を受け付けるカバーガラス等に使用されるガラス基板の製造方法において、周縁部に屈曲領域を有するガラス基板の製造方法を提供することである。

本発明に係るガラス基板の製造方法は、保護ステップ、第１のパターニングステップ、第２のパターニングステップ、第１のエッチングステップ、分断ステップおよび第２のエッチングステップを含んでいる。保護ステップは、少なくとも耐エッチング性を有する保護層でガラス基板の両主面を被覆する工程である。第１のパターニングステップは、所望の形状に加工するための切断予定線に沿って第１の主面における保護層の一部を除去する工程である。第２のパターニングステップは、第１の主面と対向する第２の主面において、切断予定線に囲まれた領域内における切断予定線の近傍を除く領域の保護層を除去する工程である。第１のエッチングステップは、ガラス基板とエッチング液を接触させることによりガラス基板の第１の主面における切断予定線に沿って切断予定溝を形成すると共に、第２の主面に凹状の薄肉部を形成する工程である。分断ステップは、切断予定線に沿って主面に対して垂直に切断することによって、ガラス基板を分断する工程である。第２のエッチングステップは、保護層を除去した後に分断されたガラス基板をエッチング液と接触させる工程である。

本発明では、エッチング処理と分断処理を組み合わせて行うことによって、ガラス基板の周縁部に屈曲した領域を形成することができる。さらに、屈曲領域も最終的にウェットエッチングによって細かな傷が除去されるため、強度を維持することが可能になる。

また、第２のエッチングステップでは、切断予定線の近傍を、断面視において、第２の主面側が最も突出するくさび形状に形成することが好ましい。第２のエッチング処理では、分断面の近傍がエッチングされることにより、第１の主面側から第２の主面側に向かって傾斜しながら延出する領域が形成される。このような形状を形成することにより、端部が湾曲しているディスプレイを保護するためのカバーガラスとして好適に使用することができる。

本発明によれば、周縁部に屈曲領域を有するガラス基板を簡易に製造することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るカバーガラスを示す図である。スマートフォン上に載置されたカバーガラスを示す図である。ガラス母材のパターニング工程を示す図である。カバーガラスの製造プロセスを示す図である。エッチング処理におけるガラス基板の形状変化を示す図である。

ここから、図面を用いて本発明の一実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態によって製造されたカバーガラス１０の側面を示す図である。カバーガラス１０は、第１の主面１２および第２の主面１４を有するガラス基板である。また、カバーガラス１０は、平面部１６および屈曲部１８を備えている。

カバーガラス１０に使用されるガラス基板としてはアルミノシリケートガラスが好ましいが、特に限定はされず、ソーダガラスや無アルカリガラスを使用しても良い。カバーガラス１０は、必要に応じて圧縮応力層が形成されても良く、圧縮応力層は公知のイオン交換法によって形成することができ、形成される圧縮応力層の厚みは５〜１００μｍの範囲で調整される。

平面部１６は、カバーガラス１０の中央部に存在する領域である。平面部１６の板厚は、０.１〜１.５ｍｍ程度に形成されることが好ましいが、これには限定されない。

屈曲部１８は、カバーガラス１０の周縁部において、平面部１６に隣接して形成された領域である。屈曲部１８は、第１の主面１２側から第２の主面１４側に向かって傾斜するくさび形状を呈している。平面部１６と屈曲部１８の境界部は、丸みを帯びた形状になるように構成される。また、屈曲部１８の板厚も適宜調整することができるが、平面部１６と略同一にすることが好ましい。

屈曲部１８は、第１の傾斜面２０と第２の傾斜面２２を有している。第１の傾斜面２０は、第１の主面１２と接続するように形成された面である。第２の傾斜面２２は、第１の傾斜面２０と接続する領域である。第２の傾斜面２２は、第１の主面１２に対する傾斜角度が第１の傾斜面２０よりも大きくなるように形成される。２つの傾斜面が形成されていることにより、カバーガラス１０のデザイン性が向上する。

カバーガラス１０は、例えば、図２（A）に示すスマートフォン５０に使用することができる。スマートフォン５０は、中央部に情報表示領域５２を有している。情報表示領域５２は、液晶ディスプレイ等のフラットパネルディスプレイによりアイコン等の情報を表示する領域である。また、スマートフォン５０の周縁部は、断面視において湾曲形状を呈している。

カバーガラス１０は、情報表示領域５２が配置された主面を被覆するように配置されている。屈曲部１８がスマートフォン５０の端部に対応するように湾曲しているため、スマートフォン５０の端部も確実に保護することができる。また、カバーガラス１０が０.５ｍｍ程度に薄型化されていれば、屈曲部１８を湾曲させることも可能なので、スマートフォン５０の曲率に沿って湾曲させることも可能である。フラットな形状のカバーガラス１０１では、図２（C）に示すように端部が露出してしまい、スマートフォン５０が何らかの衝撃で破損してしまうおそれが高くなる。

ここから、図３〜図５を用いてカバーガラス１０の製造方法を説明する。カバーガラス１０を製造する場合は、通常、複数のカバーガラス１０が面取りされた大型のガラス母材３０を使用する。カバーガラス１０は、ガラス母材３０から個片に分断されることによって、所望の形状に形成される。本実施形態で矩形状のカバーガラスの製造方法を説明するが、輪郭に曲線部を有するカバーガラスを製造することも可能である。

まず、ガラス母材３０は、耐エッチング性を有する保護フィルム３２によって両主面が被覆される。本実施形態では、保護フィルム３２として、少なくともフッ酸に対する耐性を有する自己粘着型フィルムを使用した。また、フィルム以外にもフッ酸に対する耐性を有していれば、樹脂剤やレジスト剤を使用しても良い。

保護フィルム３２でガラス母材３０の両主面を被覆した後に、エッチングすべき領域から保護フィルム３２を除去するパターニング処理が行われる。本実施形態では、レーザ装置を用いてカバーガラスの輪郭部となる切断予定線に沿って第１の主面１２から保護フィルム３２を除去する。このパターニング処理により、図３（Ａ）に示すように、第１の主面１２側のガラス基板が格子状の加工パターンに沿って露出する。なお、感光性レジスト材を利用してガラス母材３０を被覆する場合は、フォトリソグラフィを利用してパターニングを行うことも可能である。

続いて、ガラス母材３０の第２の主面１４側の保護フィルム３２にパターニング処理を行う。このパターニングは、第２の主面１４において、主面方向からガラス母材３０を見た際に切断予定線に囲まれた領域のうち、切断予定線から水平方向に所定量内側に位置する領域の保護フィルム３２が除去される。

保護フィルム３２がパターニング処理されることにより、所望の領域が露出したガラス母材３０は、第１のエッチング処理が行われる。エッチング処理は、少なくともフッ酸を含むエッチング液とガラス母材３０を接触させることによって行われる。また、エッチング液は、フッ酸以外にも塩酸等の無機酸や界面活性剤が含まれていても良い。ガラス母材３０をエッチングする場合は、所望の搬送機構によって水平方向に搬送されるガラス母材３０に対してエッチング液を噴射する枚葉タイプのエッチング装置やエッチング液が収容されたエッチング槽にガラス母材３０を浸漬するディップ方式のエッチング装置を使用することができる。

第１のエッチング処理により、第１の主面１２および第２の主面１４のパターニングされた領域に凹状部が形成される。第１の主面１２には、切断予定溝３４が格子状に形成され、第２の主面１４には、矩形状の薄肉部３６が形成される。切断予定溝３４および薄肉部３６の深さは、略同一であることが好ましい。なお、切断予定溝３４と薄肉部３６の深さを変更する場合は、第１の主面１２または第２の主面１４のどちらか一方のパターニング処理とエッチング処理を行った後に、他方の主面のパターニング処理とエッチング処理を行えば良い。

切断予定溝３４は、エッチング処理によって第１の主面側に形成される。ガラス母材３０に圧縮応力層が形成されている場合、切断予定溝３４は、少なくとも圧縮応力層よりも深く形成することが好ましい。切断予定溝３４が圧縮応力層を超えない場合、後工程におけるガラス母材３０の分断が困難になったり、分断時にガラス母材３０が破損したりするといった不具合が発生する。また、切断予定溝３４は、ガラス母材３０の端部まで延在することが好ましい。ガラス母材３０の端部まで切断予定溝３４が形成されることにより、後工程におけるガラス母材３０の切断が容易になる。つまり、切断方向に沿って、ガラス母材３０の端部から端部までの板厚の変化がなくなるため、スクライブブレークやレーザ照射の制御が容易になり、好適に分断処理を行うことができる。

また、切断予定溝３４の深さは、ガラス母材３０の板厚の半分以下になるように形成することが好ましい。切断予定溝３４の深さをこの範囲に設定することにより屈曲部１８が衝撃に強い形状に形成される。

薄肉部３６は、ガラス母材３０を一方の主面方向から見たときに切断予定溝３４に囲まれた凹状領域に形成される。この際、薄肉部３６と切断予定溝３４との水平方向の距離が、０.２〜３.５ｍｍ程度に調整されることが好ましい。また、薄肉部３６の底面は、第１の主面１２と略平行になるように形成されることが好ましい。薄肉部３６の測面の傾斜角度は、エッチング液の組成やエッチング方法によって調整することが可能である。測面の傾斜角度は、例えばカバーガラスを配置する携帯情報端末等の端面形状に沿うように形成されることが好ましい。

続いて、切断予定溝３４に沿ってガラス母材３０を切断する。ガラス母材３０の切断は、公知のスクライブブレークやレーザ装置等を使用することができる。なお、カバーガラス１０の輪郭部が曲線領域を有している場合は、レーザ装置を使用することが好ましい。分断処理を行う際は、切断予定溝３４の底面から第２の主面１４に向かって、主面に対して垂直方向の分断面３８が形成され、個片のガラス基板に分断される。また、分断処理にレーザ装置を利用した場合、反射ミラーの反射等の影響により分断面３８が主面に対して垂直ではないことが考えられるが、本発明における主面に対して垂直方向とは、ガラス基板の主面に対して、９０±５度の範囲を含んだ意味に解釈するものとする。

個片に分断されたカバーガラス１０は、保護フィルム３２が剥離される。保護フィルム３２は、物理的な力を加えることによって剥離することが可能である。また、剥離液等を利用して剥離しても良い。個片に分離後に保護フィルム３２を剥離することによって生産性が低下するおそれがあるが、ガラス母材３０の分断時にガラス小片が主表面に付着することを防止することができる。

保護フィルム３２が剥離されたカバーガラス１０は、第２のエッチング処理が行われる。このエッチング処理では、エッチング液を接触させることによってカバーガラス１０の薄型化処理が行われる。第２のエッチング処理も第１のエッチング処理と同様に、枚葉式やディップ式のエッチング装置を用いて行うことができる。

分断されたカバーガラス１０をエッチングすることによって、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）に示すように、切断予定溝３４および分断面３８の形状が徐々に変化する。板厚が薄くなるにしたがって、切断予定溝３４および分断面３８の境界部が徐々に丸みを帯びてきて（図５（Ｂ）参照。）、屈曲部１８が形成される。本実施形態では、屈曲部１８が図５（Ｃ）に示すように、第２の主面１４側が最も延出する形状になるまでエッチング処理が行われた。第２のエッチング処理によって、切断予定溝３４が第１の傾斜面２０に相当する領域となり、分断面３８が第２の傾斜面２２に相当する領域となる。ガラス基板のエッチング量としては、ガラス母材３０の元の板厚に対して、２０〜４５％薄型化することが好ましい。この範囲でエッチングすることによって、屈曲部１８が断面視において、第２の主面１４側が最も突出するようなくさび形状に形成される。

第２のエッチング処理が行われたカバーガラス１０は、圧縮応力層の形成や配線層の形成等の後処理が適宜行われる。また、後工程において、化学強化処理を行う場合は、平面部１６と屈曲部１８の板厚が略同一になるようにエッチング処理することが好ましい。また、屈曲部１８を構成する２つの主面が略平行になるようにエッチングされることが、さらに好ましい。このような形状にエッチングすることにより、カバーガラス１０の圧縮応力のばらつきを抑制することができる。また、平面部１６の板厚は、薄肉部２６の底面から第１の主面１２までの垂直方向の距離によって測定され、屈曲部１８の距離は、薄肉部２６の側面から側面に垂直な方向において、屈曲部１８を構成するもう一方の主面までの距離によって測定される。

なお、平面部１６と屈曲部１８の板厚を同一にしない場合は、パターニング処理やエッチング処理を調整すれば良い。本発明では、平面部１６と屈曲部１８の板厚を自在に調整することもできるため、ガラス基板が適用される物品の形状に応じた形状を形成することが可能になる。

本実施形態によれば、薄型化処理時に、カバーガラス１０の周縁部を屈曲させることができるので、後工程において端面加工を行う必要がない。なお、本実施形態における第２のエッチング処理では、薄型化処理と同時に屈曲部１８の形成が行われたが、分断面３８のみをエッチングすることによって屈曲部１８を形成しても良い。その場合、耐エッチング性を有する保護材で第１の主面１２および薄肉部３６を被覆すれば良い。

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。

１０‐カバーガラス
１２‐第１の主面
１４‐第２の主面
１６‐平面部
１８‐屈曲部
３０‐ガラス母材
３２‐保護フィルム
３４‐切断予定溝
３６‐薄肉部
３８‐分断面

Claims

カバーガラスに使用されるガラス基板の製造方法であって、
少なくとも耐エッチング性を有する保護層でガラス基板の両主面を被覆する保護ステップと、
所望の形状に加工するための切断予定線に沿って第１の主面のみから前記保護層の一部を除去する第１のパターニングステップと、
前記第１の主面と対向する第２の主面において、前記切断予定線に囲まれた領域内における前記切断予定線の近傍を除く領域の保護層を除去する第２のパターニングステップと、
前記ガラス基板とエッチング液を接触させることにより前記ガラス基板の第１の主面における前記切断予定線に沿ってのみ切断予定溝を形成すると共に、第２の主面に凹状の薄肉部を形成する第１のエッチングステップと、
前記切断予定線に沿って主面に対して垂直に切断することによって、前記ガラス基板を分断する分断ステップと、
前記保護層を除去した後に分断されたガラス基板をエッチング液と接触させることにより、前記ガラス基板を薄型化しつつ、前記ガラス基板の周縁部に屈曲部を形成する第２のエッチングステップと、
を含むことを特徴とするガラス基板の製造方法。
前記第２のエッチングステップは、前記切断予定線の近傍を、断面視において、第２の主面側が最も突出するくさび形状に形成す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。