JP2007197236A - ディスプレイ用ガラス基板の製造方法及びそのガラス基板 - Google Patents
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Abstract
【課題】高品質のフラットパネルディスプレイ用ガラス基板を高い歩留り率で製造できる製造方法を提供する。
【解決手段】フラットパネルディスプレイ用のガラス基板を、フッ酸を含有する水溶液で化学研磨する研磨工程(ST2)と、研磨工程で化学研磨された後のガラス基板のうち、最大直径が50μm〜2000μmの凹部傷の有無を検査して、凹部傷を有する不良なガラス基板を抽出する検査工程(ST3)と、検査工程で抽出された不良なガラス基板について、凹部傷に第一塗布剤を塗布する第一塗布工程(ST11)と、第一塗布工程を終えたガラス基板について、凹部傷から溢れ出るまで第二塗布剤を塗布する第二塗布工程(ST12)と、塗布された第二塗布剤を硬化させる硬化工程(ST14)と、硬化工程の後、凹部傷から隆起している第二塗布剤のみを除去して平坦化する平坦化工程(ST16)とを備える。
【選択図】 図1
【解決手段】フラットパネルディスプレイ用のガラス基板を、フッ酸を含有する水溶液で化学研磨する研磨工程(ST2)と、研磨工程で化学研磨された後のガラス基板のうち、最大直径が50μm〜2000μmの凹部傷の有無を検査して、凹部傷を有する不良なガラス基板を抽出する検査工程(ST3)と、検査工程で抽出された不良なガラス基板について、凹部傷に第一塗布剤を塗布する第一塗布工程(ST11)と、第一塗布工程を終えたガラス基板について、凹部傷から溢れ出るまで第二塗布剤を塗布する第二塗布工程(ST12)と、塗布された第二塗布剤を硬化させる硬化工程(ST14)と、硬化工程の後、凹部傷から隆起している第二塗布剤のみを除去して平坦化する平坦化工程(ST16)とを備える。
【選択図】 図1
Description
本発明は、フラットパネルディスプレイを構成するガラス基板の製造方法に関し、特に、高品質のガラス基板を高い歩留り率で製造できる製造方法に関する。
フラットパネルディスプレイ(以下FPDと称す)は、CRTディスプレイのブラウン管のように膨らみを持った表示装置と対比される用語であり、奥行きが少なく省スペースで、且つ、表示パネルに膨らみがない点に大きな特徴があり、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ELディスプレイなどが実用化されている。FPDのうち、特に、液晶ディスプレイは、テレビ受像機だけでなく、携帯電話機やコンピュータ機器などの表示装置としても広く普及している。
図2は、液晶ディスプレイの表示パネルPNについて、一般的な断面構造を例示したものであり、一対のガラス基板1,2を貼合せ、その間に液晶LCを封入して構成されている。
第一ガラス基板1の内面側には、ブラックマトリクス3に区分されてカラーフィルタ4が配置され、これらを覆うオーバーコート5、透明電極6A、及び配向膜7Aがこの順番に積層されている。第二ガラス基板2の内面側には、薄膜トランジスタ8と透明電極6Bとが配置され、更に、配向膜7Bが積層されている。
図2の構造の表示パネルPNを製造するには、対向する配向膜7A,7Bの間に複数のスペーサ9を配置した状態で、第一ガラス基板1と第二ガラス基板2とを貼合せて、厚さ3μ〜6μm程度の液晶封入領域を確保する。その後、真空吸引法によって液晶封入領域に液晶LCを注入し、最後に、一対のガラス基板1,2の外表面に偏光膜10A,10Bを貼着するのが一般的である。
但し、最近では、ガラス基板1,2を極限まで薄型化する製造方法も採られている。具体的には、複数の表示パネル領域PN・・・PNを設けた第一と第二のガラス基板GL1、GL2を貼合せ、貼り合わせガラス基板GLの外周を厳重に封止した状態で、貼合せガラス基板GLをフッ酸を含んだ水溶液に浸漬させて化学研磨して薄型化している(図3参照)。この化学研磨方法によれば、複数枚の表示パネルPN・・・PNをまとめて製造できるだけでなく、機械研磨に比べて化学研磨の方が処理速度が速いので、生産性に優れるという利点がある。また、貼合せガラス基板GLを限界まで薄型化できるので表示パネルPNの薄型化と軽量化の更なる要請にも応えることができる。
このような化学研磨処理を終えた貼合せガラス基板GLは、その後、各表示パネルPNの領域毎に切断分離されて、液晶の封入処理や偏光膜の貼着処理に移行される。なお、偏光膜を設けない表示パネルPNも存在する。
上記の通り、化学研磨処理を伴う製造方法によれば、効率よく貼合せガラス基板GLを限界まで薄型化できるが、更に改善すべき課題も存在する。
先ず、化学研磨によってガラス基板を薄型化すると、ガラス基板に潜在していた極めて微小な傷や変質部分が化学研磨によって顕在化することがあった(以下、これをエッチング傷という)。このようなエッチング傷は、化学研磨を更に進めると自然に消滅するが、そこまで研磨量を増やせない場合には、目視可能な傷として残ることになる。具体的には、ガラス基板に正対する平面視で、その最大直径が50〜2000μm程度のものが残存する可能性がある。なお、この傷は、潜在的な傷がエッチングされる結果、略円形か略楕円形の比較的滑らかな凹部傷となっている。
また、化学研磨処理を終えた段階では凹部傷がなくても、その後の切断作業などにおいてヒビ割れなどの新たな凹部傷が発生する可能性もあった(以下、これを非エッチング傷という)。この非エッチング傷は、エッチング処理を経ないので、丸みや滑らかさがなく、また、凹部傷の内部も微小な凹凸面を有している。
ところで、このようなガラス基板上の凹部傷は、検査工程で検出されるが、凹部傷を有するガラス基板を廃棄するのでは、高価な表示パネルを廃棄するのと同じであり生産効率が極めて悪い。一方、凹部傷を有するガラス基板をそのまま使用すると、表示画面の画質を劣化させてしまい、特に、表示画面を注意して見つめる携帯電話機やパソコンの表示パネルにとっては致命的な欠陥となる。なお、化学研磨後に顕在化する傷の殆どは、化学研磨前には潜在化しているので、化学研磨以前の品質管理だけでは有効に対処できない。そのため、何らかの方法によって凹部傷を修復して良品のガラス基板に復帰させることが強く望まれる。
かかる場合、ガラス基板を再度、機械的に研磨することが先ず考えられるが、ガラス基板が既に極限まで薄型化されている上に、貼り合わせた一対のガラス基板の間にスペーサが配置されているので、研磨速度を上げることができず、作業効率が極めて悪いという問題がある。ちなみに、ガラス基板の片面を更に30μmを機械研磨するのに、通常60分程度の作業時間を要する。しかも、そのように、ゆっくり時間をかけて研磨しても、研磨過程で20%程度のガラス基板を破損させてしまい良品への復帰率は高くない。
一方、凹部傷を適宜な充填剤(接着剤)で埋めることも考えられる。しかし、非エッチング傷であれば、ガラス基板に充填剤を密着させることが比較的容易であるが、エッチング傷の場合には、化学研磨の過程で傷口が広がっているので、通常の充填剤ではガラス基板との密着性が不十分である。例えば、偏光膜の貼着作業において、貼り直し作業の必要が生じた場合には、傷口の広さから容易に剥離するおそれがある。また、凹部傷を埋めた充填剤は、その周りにガラスと同一視される程度に平滑な表面に仕上げる必要があるが、研削などによる仕上げ作業に伴って充填剤が剥離するおそれもある。
以上の問題点は、液晶ディスプレイに固有のものではなく、その他のFPDにおいても同様に問題となる。そこで、本発明は、高品質のフラットパネルディスプレイ用ガラス基板を高い歩留り率で製造することのできる製造方法、及び高品質のガラス基板を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するため、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の製造方法は、フラットパネルディスプレイ用のガラス基板を、フッ酸を含有する水溶液で化学研磨する研磨工程と、前記研磨工程で化学研磨された後のガラス基板のうち、最大直径が50μm〜2000μmの凹部傷の有無を検査して、前記凹部傷を有する不良なガラス基板を抽出する検査工程と、前記検査工程で抽出された不良なガラス基板について、前記凹部傷に第一塗布剤を塗布する第一塗布工程と、前記第一塗布工程を終えたガラス基板について、前記凹部傷から溢れ出るまで第二塗布剤を塗布する第二塗布工程と、塗布された第二塗布剤を硬化させる硬化工程と、前記硬化工程の後、前記凹部傷から隆起している第二塗布剤のみを除去して平坦化する平坦化工程と、を備えて構成されている。
本発明では、硬化状態の第二塗布剤が凹部傷を埋める充填剤として機能する。したがって、第一塗布剤は、必要最小限の塗布量に制限する一方、第二塗布剤は、凹部傷から溢れ出るまで塗布される。塗布された第二塗布剤は、硬化時に収縮するが、この収縮状態でも凹部溝から隆起するような十分量の第二塗布剤が塗布される。なお、第一塗布剤や第二塗布剤は、硬化状態での屈折率や透過率が、ガラス基板のそれとほぼ同一となるものが選択される。
硬化状態で隆起している第二塗布剤は、平坦化工程において除去されて平坦化される。そのため、ガラス基板と同様の鏡面に仕上げることができ、貼合せガラス基板は、良品に修復されることになる。平坦化作業では、スクレーパーなどを用いて不要な第二塗布剤を人為的にそぎ取るか、或いは、電動器具の切削刃によって第二塗布剤のみを切削するのが好ましい。但し、前者に比べて後者の方が、仕上げ面の平坦性に優れている。
なお、スクレーパーを使用する場合は、その刃先全体からガラス基板に0.7〜1.0kg程度の荷重を加え、ガラス基板に対して約25〜35°傾斜させたスクレーパーを押し出すことで第二塗布剤を削り取るべきである。一方、電動器具を使用する場合は、ガラス基板に0.2kg以下の切削荷重を加え、ガラス基板に対して電動器具を30〜40°傾斜させて手前に引くことでガラス基板を傷付けることなく第二塗布剤を切削すべきである。
本発明では、化学研磨後のガラス基板の凹部傷が大き過ぎると、発明の効果が半減するので、凹部傷の最大直径が2000μm以下となるよう管理するのが好ましい。具体的には、(a)化学研磨前のガラス基板を機械的に所定厚さだけ研磨して潜在傷を除去する方策、及び/又は、(b)ガラス基板の化学研磨量を制限する方策を採用するのが効果的である。一方、最大直径が50μm未満の凹部傷は、現実的な弊害がないので放置しても良い。なお、本発明で問題にする凹部傷は、化学研磨の前からガラス基板に存在していた微小な傷が化学研磨によって広がったエッチング傷だけでなく、化学研磨後の作業で始めて生じた非エッチング傷も含まれる。
また、本発明の化学研磨では、組成の異なる二種類の研磨液を用意し、最初に、第1研磨液でガラス基板を1μm/秒以上の速度で高速に研磨し、その後、第2研磨液で0.5μm〜20μm/分の速度でゆっくり研磨するのも効果的である。このような研磨方法を採ると、化学研磨による凹部傷(エッチング傷)の最大直径を、100〜300μm(最適には100〜200μm)未満に抑制することができる。
第1研磨液は、フッ酸及び硫酸を含有する水溶液であり、第1研磨液中におけるフッ酸の濃度は、10〜30重量%であると良く、好ましくは、15〜28重量%、更に好ましくは、17〜25重量%である。また、第1研磨液中における硫酸の濃度は、20〜50重量%であると良く、好ましくは、30〜45重量%、更に好ましくは、35〜42重量%である。第1研磨液をガラス板表面に接触させる時間は、好ましくは1分以内である。先に説明した通り、第1研磨液による研磨速度は、1μm/秒以上であるが、好ましくは、3〜10μm/秒、さらに好ましくは、5〜8μm/秒とすべきである。
一方、第2研磨液には、フッ酸を10重量%以下含有する水溶液であり、このフッ酸に加えて、無機酸及び界面活性剤を一種又は二種以上含有させるのが好ましい。無機酸としては、塩酸、硝酸、硫酸、リン酸等が例示され、界面活性剤としては、エステル系、フェノール系、アミド系、エーテル系、ノニオン系、アミン系等の界面活性剤が例示される。先に説明した通り、第2研磨液による研磨速度は、0.5〜20μm/分であるが、更に好適には0.5〜10μm/分である。
第一塗布剤は、特に限定されるものではないが、好ましくは、ガラス基板との密着性を向上させるプライマが使用される。エッチング傷は、化学研磨によって傷口が広がっており、凹部傷を埋める充填剤が剥離しやすいので、特にプライマの使用が有効である。プライマとしては、好ましくは、シランカップリング剤を主成分として含有するシラン系プライマが選択される。
第二塗布剤として硬化性樹脂が使用されるが、表示画面の歪を防止するため、硬化後の屈折率や透過率がガラスと同程度のメタクリル酸樹脂やアクリル酸樹脂が好適に選択される。硬化性樹脂としては、熱硬化型や光硬化型が考えられるが光硬化型が好ましく、特に、紫外線硬化型の接着剤が好ましい。この紫外線硬化型の接着剤のうち、特に好ましいのは、空気の遮蔽を必要とする嫌気硬化型であるが、紫外線を照射するだけで硬化するUV硬化型でも良い。
以上説明した本発明によれば、高品質のフラットパネルディスプレイ用ガラス基板を高い歩留り率で製造することができる。すなわち、補修作業においてガラス基板を機械研磨しないので作業時間が短く、また作業コストも廉価である。しかも、ガラス基板にダメージを与えることもないので、ほぼ100%の良品率を実現できる。
以下、実施形態に基づいて本発明を詳細に説明する。図1(a)は、液晶ディスプレイの製造方法を示す工程図であり、図1(b)は、ガラス基板の修復処理を詳細に図示したフロー図である。
最終的に製造される表示パネルPNは、図2と同一構成であるが、図1の貼合せ工程(ST1)の段階では、例えば、730mm×920mmの貼合せガラス基板GLに、複数枚の表示パネルPN・・・PNが、半完成状態で縦横に配置されている(図3参照)。
すなわち、各表示パネルPNは、工程ST6で封入される液晶LCと、工程ST7で貼着される偏光膜10A,10Bとを有しない半完成状態であり、このような第一ガラス基板GL1と第二ガラス基板GL2とが貼り合わされた後、その貼合せガラス基板GLの外周が、耐酸性の封止剤によって封止されている。
このような貼合せガラス基板GLは、フッ酸を含有する水溶液に浸漬されて、ガラス基板GL1,GL2の外表面が化学研磨される(ST2)。貼合せガラス基板GLの板厚は、全体として0.6mm、0.8mm、1.0mm程度であるが、各ガラス基板GL1,GL2を、それぞれ50μm〜300μm(貼合せガラス基板全体としては100〜600μm)程度研磨される。このとき、好ましくは、前記した第1研磨液と第2研磨液を、この順番で使用する。
この化学研磨工程では、ガラス基板GL1、GL2の平坦性を維持しつつガラス基板を薄型化する必要がある。そこで、研磨槽の底部から気泡を連続的に浮上させることで研磨液の上昇流を生じさせるのが好ましい。また、液槽から研磨液を連続的に溢れ出させて反応生成物をフィルタで除去するか、或いは、適当なタイミングで研磨液の全部又は一部を入れ替えるのが好ましい。
但し、このような研磨方法を採っても、当初からガラス基板GL1,GL2に潜在していた傷は、ガラス基板の化学研磨に伴って拡大する傾向があり、元の傷の深さによっては、化学研磨工程の後に、最大直径が50μm〜2000μmの凹部傷として顕在化することがある。
この凹部傷は、単体の略円形又は略楕円形か、或いは、連続した略円形又は略楕円形の平面形状を有する。しかし、いずれの場合でも、上記した好適な化学研磨方法を採用することで、最大直径を2000μm未満とすることができる。なお、この寸法は、ガラス基板に正対する平面視での凹部傷の最大直径であり、連続した凹部傷の場合には、個々の凹部傷についての仮想的な最大直径である。
化学研磨工程(ST2)を終えた貼合せガラス基板GL(図3)は、次に、切断分離工程(ST3)に移行される。切断分離工程では、縦横に配置された半完成状態の表示パネルPN・・・PNが、個々の表示パネルPNごとに切り出される。この切断分離作業を容易化するには、化学研磨工程に先立って、表示パネルの境界線(図3の破線部)に沿って、機械的なスクライブラインを設けておくのが好適である。この場合、化学研磨工程(ST2)において、機械的に変質されたスクライブラインの部分が、他の部分より余分にエッチングされて溝状となるので、切断分離工程(ST3)において、適度な機械的な荷重を加えるだけで、スクライブラインに沿って表示パネルPNを正確に切り出すことが可能となる。また、エッチング溝が存在するため、各表示パネルPNの分離切断面も滑らかなものとなる。
以上の切断分離工程(ST3)が終わると、次に、検査工程に移行する(ST4)。ここでは、一般的な良否判定とは別に、半完成状態の各表示パネルPNについて、最大直径が50μm〜2000μmの凹部傷が存在するか否かが判定される。そして、凹部傷が検出された表示パネルPNは、ガラス基板の修復工程(ST5)に移行される。
図1(b)に示す通り、修復工程では、先ず、ガラス基板の表面がエタノールなどで洗浄される(ST10)。次に、第一塗布剤たるプライマを綿棒などに染み込ませ、凹部溝に綿棒を押し当てて擦ることによってプライマを凹部溝に付着させる(ST11)。なお、凹部溝に綿棒を押し当てる作業時間は30秒程度であり、何ら作業性を損なわない。
続いて、第二塗布剤たる嫌気性の紫外線硬化樹脂を凹部溝に塗布する(ST12)。具体的には、塗布作業にマイクロピペットなどを使用するが、凹部溝から溢れ出るまで紫外線硬化樹脂を塗布する。なお、紫外線硬化樹脂は、硬化時に収縮するので、収縮状態でもガラス基板から隆起する程度の十分な量を塗布する。
この実施態様では、嫌気性の紫外線硬化樹脂を使用するので、工程ST12に続いて、遮蔽マスクを第二塗布剤の上に重ねて脱気状態にする。なお、使用する遮蔽マスクとしては、紫外線透過性のPP(ポリプロピレン)フィルムが好適であり、内部に気泡を閉じ込めないよう遮蔽マスクを重ねる。
以上の準備作業が終われば、ハンディUV照射機を使用して、遮蔽マスクを通して紫外線を照射する(ST14)。なお、紫外線照射量は、凹部溝の大きさや深さに応じて変更されるが、200mJ〜450mJの強度で、3〜4分程度であり、それほどの時間を要することなく円滑に作業を終えることができる。
その後、遮蔽マスクを剥離した後(ST15)、平坦化工程に移行する(ST16)。硬化状態の第二塗布剤は、凹部溝から隆起しているので、平坦化工程では、スクレーパー20や電動器具たるシェーバー30が使用される。
スクレーパー20を使用する場合は、その刃先全体からガラス基板GLに0.7〜1.0kg程度の荷重を加え、ガラス基板GLに対して約25〜35°傾斜させたスクレーパー20を押し出すことで隆起部40を削り取る(図4(a))。一方、シェーバー30を使用する場合は、ガラス基板に0.2kg以下の切削荷重を加え、ガラス基板GLに対してシェーバー30を30〜40°傾斜させて手前に引くことで隆起物40だけを切削する(図4(b))。
以上の平坦化作業が終われば、エタノールなどで修復箇所の周りを洗浄して(ST17)修復処理を終える。このようにして修復された表示パネルPNには、その後、液晶LCが封入され(ST6)、表裏面に偏光膜10A,10Bが貼着される(ST7)。偏光膜が貼着されることで、修復部は完全に隠蔽される。なお、何らかの都合で偏光膜を剥がす必要が生じた場合にも、凹部溝の内部は、第一と第二の塗布剤による二層構造となっているので、ガラス基板との密着性に優れ、第二塗布剤が剥離するおそれはない。
以上、図1に基づいて、作業手順を詳細に説明したが、あくまで一例を説明したに過ぎず、具体的な記載内容は特に本発明を限定するものではない。例えば、嫌気条件が不要の場合には、工程ST13と工程ST15は省略されるのは勿論である。
また、第二塗布剤の塗布作業を、必ずしも一回で終える必要はない。例えば、最大直径が200μ〜300μmを越えるような比較的大型の凹部溝の場合には、塗布作業を二回に分けるのが好ましい。
図5は、この場合の作業手順を図示したものであり、第一塗布作業が終わった後、凹部溝をほぼ満たす程度に第二塗布剤を塗布する(ST20)。そして、必要に応じて遮蔽マスクで覆った状態で紫外線を照射する。この場合、第二塗布剤がゼリー状の硬度になる程度の紫外線照射量と照射時間とする。その後、遮蔽マスクが存在する場合には、これを剥離すると共に、凹部溝の周りに第二塗布剤が存在する場合には、これをスクレーパーなどで除去する。
続いて、凹部溝から溢れ出るまで第二塗布剤を塗布し(ST22)、必要に応じて遮蔽マスクで覆った状態で紫外線を照射する。この場合には、上塗りした第二塗布剤が完全に硬化する程度の紫外線照射量と照射時間とする。したがって、最初に塗布された第二塗布剤は、更に硬化されることになり、密着強度が更に改善される。そして、その後、図1(b)の場合と同様の平坦化処理に移行される。
このように第二塗布剤を二度塗りする場合には、図1(b)の場合以上の密着性を実現できるので、ガラス基板の表面に偏光膜が貼着されない場合でも、凹部溝を完全に隠蔽することができる。
ST2 研磨工程
ST3 検査工程
ST11 第一塗布工程
ST12 第二塗布工程
ST14 硬化工程
ST16 平坦化工程
ST3 検査工程
ST11 第一塗布工程
ST12 第二塗布工程
ST14 硬化工程
ST16 平坦化工程
Claims (9)
- フラットパネルディスプレイ用のガラス基板を、フッ酸を含有する水溶液で化学研磨する研磨工程と、
前記研磨工程で化学研磨されたガラス基板のうち、最大直径が50μm〜2000μmの凹部傷の有無を検査して、前記凹部傷を有する不良なガラス基板を抽出する検査工程と、
前記検査工程で抽出された不良なガラス基板について、前記凹部傷に第一塗布剤を塗布する第一塗布工程と、
前記第一塗布工程を終えたガラス基板について、前記凹部傷から溢れ出るまで第二塗布剤を塗布する第二塗布工程と、
塗布された第二塗布剤を硬化させる硬化工程と、
前記硬化工程の後、前記凹部傷から隆起している第二塗布剤のみを除去して平坦化する平坦化工程と、
を備えたフラットパネルディスプレイ用ガラス基板の製造方法。 - 前記平坦化工程を経たガラス基板に偏光膜を貼着する貼着工程を更に備える請求項1に記載の製造方法。
- 前記ガラス基板は、複数の表示パネル領域が縦横に設けられた貼合せガラス基板であり、
前記貼合せガラス基板が各表示パネル領域ごとに切断分離される切断工程が、前記検査工程に先立って設けられた請求項1又は2に記載の製造方法。 - 前記平坦化工程では、第二塗布剤のみが機械的に研削される請求項1〜3の何れかに記載の製造方法。
- 第一塗布剤は、密着向上性を有するプライマであり、第二塗布剤は、光硬化型の接着剤である請求項1〜4の何れかに記載の製造方法。
- 前記硬化工程は、第二塗布剤を透光性の被覆材で覆って実行される請求項1〜5の何れかに記載の製造方法。
- 前記第二塗布工程は、
第一塗布工程を終えたガラス基板について、前記凹部傷から溢れ出ない程度に第二塗布剤を塗布する予備塗布工程と、
前記第二塗布剤が完全に硬化する前に、前記凹部傷から第二塗布剤が溢れ出るまで第二塗布剤を重複して塗布する重複塗布工程と、に区分されて実行される請求項1〜6の何れかに記載の製造方法。 - 請求項1〜7の何れかの製造方法によって加工されたガラス基板。
- 請求項8に記載のガラス基板を使用して製造されたフラットパネルディスプレイ。
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