JP2008235292A - 複合基板およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】基板の端面から水分やガスの浸入を防ぐことができるプラスチック基板及びプラスチック基板を製造する方法の提供。
【解決手段】プラスチック基板10は樹脂13とガラス繊維14を含有する。基板10の端面において、ガラス繊維14と樹脂13との界面がガラス繊維14の溶融固化物12により覆われている。溶融固化物12は、プラスチック基板10をレーザー光により、分断する工程において、レーザー光の照射により溶融したガラス繊維14の溶融物が冷却したものである。
【選択図】図3

Description

本発明は表示装置などの電子デバイスに用いられる複合基板およびその製造方法に関する。
近年、小型化や軽量化の要請に応えるべく、液晶パネル用基板としてガラス基板からプラスチック基板に変更されつつある。また、機械的強度を高めるために、ガラス繊維やガラスビーズを含有するプラスチック基板が液晶パネル用基板として用いられることがある。
プラスチック基板は酸素や水蒸気等のガス透過性、吸水による寸法変化率が高いので、透過ガスにより気泡を生ずることで表示不良が発生することがある。また、液晶層中に水分が混入することによって、液晶材料の比抵抗が低下して表示不良が発生することがある。さらに、工程中の吸湿により寸法が変化して、上下基板の透明電極回路の位置ずれによる接続不良が起こるなどの問題がある。このような問題を解決するために、プラスチック基板の少なくとも一方の面に、無機膜や無機膜と有機膜との積層膜が設けられている(例えば特許文献1を参照)。
しかし、プラスチック基板の端面には無機膜等が設けられていないので、プラスチック基板の端面におけるプラスチック基板と無機膜等との界面から水分やガスが進入するおそれがある。
特許文献2には、ディップ法やディスペンサ法により、プラスチック基板断端面を封止するようにコート材で覆うことが開示されている。しかし、特許文献2の方法では、以下の問題があることを本発明者は見いだした。(1)プラスチック基板は薄いために、基板端面に密着性良くコーティングすることが困難である。(2)コート材は剥がれ易いので、ダストの発生原因になる。特にプラスチック基板はフレキシブル性が要求されるので、基板端面のコート材の密着性は重要である。(3)ガラス繊維やガラスビーズを含有するプラスチック基板の端面はガラス繊維やガラスビーズが突出しているので、端面の凹凸が激しい。したがって、密着性良く端面にコーティングすることが困難であるとともに、コート材の厚みのばらつきにより硬化のばらつきが生じて、コート材の剥がれが発生しやすくなる。
一方、液晶表示装置は、典型的には、TFT(薄膜トランジスタ)などの素子が形成された素子基板と、カラーフィルタ(CF)が形成されたCF基板との間にシール材を介在させて貼り合わせ、その間に液晶材料を封入して形成される。また、液晶パネルの製造効率を上げるために、貼り合わせられた2枚の大きな基板(マザー基板)を分断して、複数の液晶パネルが製造される。マザー基板を分断する方法としては、ダイシング方式や打ち抜き方式(例えば特許文献3に記載されたトムソン方式など)などが一般的に採用されている。
ガラス繊維やガラスビーズを含有するプラスチック基板をダイシング方式や打ち抜き方式などにより分断する場合には、以下のような問題がある。(1)基板端面においてガラス繊維やガラスビーズが剥き出しになるので、応力ギャップや密着性の関係で、プラスチック材料とガラス繊維等との界面に隙間が生じる。この隙間から水分やガスが進入し易くなる。(2)機械的に分断するので、分断の際にガラス繊維やガラスビーズの飛び散り、樹脂の剥がれが発生し、ダストの発生原因になる。(3)基板端面においてガラス繊維やガラスビーズが剥き出しになっており、また端面部分のガラス繊維やガラスビーズと樹脂との密着性が悪いので、分断後の取り扱いにおいて怪我やダストが発生するおそれがある。(4)密着性の低下や機械的ダメージにより基板にクラックが入り易くなる。
特開2003-251731 号公報 特開2003-050382 号公報 特開2003-236794 号公報
本発明は基板の端面から水分やガスが進入するのを抑制することを目的とする。
本発明の複合基板は、基板の端面において、少なくとも2つの異なる基板構成材料の界面が一つの基板構成材料の溶融固化物に覆われている。具体的には、本発明の複合基板は、第1材料と、融点が前記第1材料と異なる第2材料とを含有しており、基板端面において、前記第1材料と前記第2材料との界面が前記第1材料または前記第2材料のいずれかの溶融固化物により覆われている。
本発明の複合基板は、ガラス繊維やガラスクロス、ガラスビーズなどのガラス材料を含有するプラスチック基板、金属または合金の膜や粒子を含有するプラスチック基板、少なくとも一方の面にコート層が積層されたプラスチック基板、少なくとも一方の面に樹脂層が積層されたガラス基板を包含する。
本発明の複合基板は、表示装置の素子基板やCF基板として用いることができる。表示装置としては、例えば、液晶表示装置、無機または有機エレクトロルミネッセント表示装置、プラズマディスプレイパネル、表面電界ディスプレイ、エレクトロクロミック表示装置、電気泳動表示装置などが挙げられる。本発明の複合基板は、表示装置だけでなく、X線センサ、太陽電池などの他の電子デバイスにも利用することができる。
本発明によれば、基板の端面から水分やガスが進入するのを抑制することができる。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。以下の実施形態では、画像表示用の液晶パネル(液晶表示パネル)を例にして説明する。なお、液晶パネルは、画像表示以外の目的に利用されることがある。例えば、画素を光学的に順次シフトさせる画像シフトパネルや三次元映像を表示可能とするパララックスバリアパネルに液晶パネルが用いられることがある。
まず、複数のパネル領域を有する貼り合わせ基板(以下、マザー基板という。)から液晶表示装置を製造する工程を簡潔に説明する。一方の基板のパネル領域ごとに、マトリクス状に配列された複数のTFTと、互いに交差する複数のソース配線およびゲート配線と、TFTに接続された画素電極とを形成し、さらに配向膜を設けて、ラビング処理を行う。この基板を以下ではTFT基板と呼ぶ。他方の基板のパネル領域ごとに、共通電極と、カラーフィルタ層と、配向膜とを設けて、ラビング処理を行う。この基板を以下ではCF基板と呼ぶ。
各パネル領域の周縁部分にシール材をスクリーン印刷法によって環状に形成する。シール材には開口が設けられ、この開口が液晶材料の注入口となる。いずれか一方の基板に形成された電極面上にビーズ状のスペーサを散布し、両基板のそれぞれの電極面が対向するように両基板を貼り合わせることにより、マザー基板が製造される。
図1はマザー基板1を模式的に示す平面図である。図1に示すマザー基板1は4つのパネル領域2a,2b,2c,2d を有する。図1に示す切断線3に沿ってマザー基板1を分断することにより、4つのパネルが作成される。パネルの注入口から液晶材料を注入し、注入口を封止することにより、液晶パネルが製造される。さらに、液晶パネルに偏光板や位相差板を貼り合わせ、各種のドライバ回路を実装することによって、液晶表示装置が製造される。なお、上記の製造工程では分断後のパネル内に液晶材料を注入しているが、滴下充填法によって分断前に液晶材料をパネル内に充填しても良い。
次に、マザー基板から複数のパネルを分断する工程について説明する。なお、マザー基板を構成するTFT基板やCF基板は以下の実施形態に示す複合基板である。
(実施形態1)
本実施形態の複合基板は、第1材料と、融点が前記第1材料と異なる第2材料とを含有するプラスチック基板である。第1材料は例えば樹脂であり、第2材料は例えば樹脂よりも融点の高い高融点材料である。樹脂としては、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂が挙げられる。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、塩化ビニル、ポリスチレン、アクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネートなどが挙げられる。熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、シリコン樹脂などが挙げられる。高融点材料としては、ガラスや金属、合金などが挙げられる。
本実施形態のプラスチック基板としては、ガラス繊維によって形成された織布または不織布に樹脂を含浸させたプラスチック基板、樹脂中にガラス繊維またはガラスビーズを分散させたプラスチック基板などが挙げられる。
樹脂中における高融点材料の割合は特に限定されないが、50容量%以上が好ましい。例えば、ガラス繊維が分散された厚さ0.082 mm以上0.122 mm以下のプラスチック基板では、ガラス繊維シート(ガラスクロス)の厚さが0.08mm程度であり、樹脂中におけるガラス繊維の割合は70容量%以上95容量%以下程度である。また、ガラスビーズが分散されたプラスチック基板では、ガラスビーズの割合は50容量%以上75容量%以下程度である。
例示的に、ガラス繊維が分散された上記のプラスチック基板をレーザー光により分断する工程について説明する。図2はプラスチック基板をレーザー光により分断する工程を示す図である。図2(a)に示すように、プラスチック基板10を分断する予定個所(切断線)にレーザー光5を照射する。使用するレーザー光は典型的には炭酸ガスレーザー光であり、レーザー光の波長は4.7 μm以上12μm以下が好ましい。本実施形態では波長が約8.6 μmのレーザー光を用いる。レーザー光5の照射を受けた箇所11では、樹脂成分が溶融あるいは分解される。レーザー光5の照射をさらに続けると、樹脂よりも融点の高いガラス繊維が溶融して、図2(b)に示すように、2つのプラスチック基板10a,10b に分断される。レーザー光5の照射を停止すると、ガラス繊維の溶融した溶融物は冷却され、溶融固化物12となる。
図3(a)はレーザー光5により分断されたプラスチック基板10の端面図であり、図3(b)はその側面図である。図3(a)に示すように、プラスチック基板10の端面において、ガラス繊維14の端部の径が大きくなり、ガラス繊維14と樹脂13との界面がガラス繊維14の溶融固化物12により塞がれる。これにより、プラスチック基板10の端面において、ガラス繊維14と樹脂13との界面から水分やガスが透過するのを防止することができる。また、ガラス繊維14と樹脂13との界面が溶融固化物12に覆われているので、ガラス繊維14と樹脂13との密着性が低下せず、樹脂13やガラス繊維14の剥がれが発生し難くなり、ダストの発生を抑えることができる。さらに、ガラス繊維14の端部が溶融により滑らかになり、ガラス繊維14の端部の飛び出しがなくなるので、分断後の取り扱いにおいてガラス繊維14に起因する怪我を防止することができる。本実施形態では、ガラス繊維14の溶融固化物によりガラス繊維14と樹脂13との界面が塞がれているので、樹脂によるコーティングと比較して、バリア性を格段に向上させることができる。
本実施形態では、レーザー光5による分断と、溶融固化物12によるコーティングとが同じ工程にて行なわれるので、工程や材料の追加がなく、製造が簡単である。また、プラスチック基板10の構成材料を溶融させて固化させるので、デポジションや塗布などの方法と比較して、密着性よくコーティングを行なうことができる。さらに、熱により分断を行なうので、機械的な分断時よりも衝撃が弱く、ガラス繊維14と樹脂13との密着性が低下しない。したがって、分断の際にガラス繊維14の飛び散りや樹脂13の剥がれが発生し難く、ダストの発生を抑えることができる。
なお、本実施形態では、樹脂と、樹脂よりも融点の高い高融点材料とを含有するプラスチック基板について説明したが、本発明の複合基板はこれに限定されない。例えば、熱可塑性樹脂と、熱可塑性樹脂よりも融点の低い低融点材料(例えば金属などの無機物)とを含有する複合基板であっても良い。
(実施形態2)
実施形態1では、プラスチック基板10の端面から飛び出したガラス繊維14の端部の径が大きくなる程度に、レーザー光を用いてガラス繊維を溶融させて、ガラス繊維14と樹脂13との界面を塞いでいるが、本発明はこの態様に限定されない。例えば、レーザー光の照射幅を広く設定するなどして、溶融するガラス繊維14の量を増大させることにより、プラスチック基板10の端面を覆う溶融固化物12 を形成しても良い。
図4(a)は本実施形態の方法により分断されたプラスチック基板10の端面図であり、図4(b)はその側面図である。図4(a)および図4(b)に示すように、プラスチック基板10の端面はガラス繊維14の溶融固化物12により覆われている。本実施形態によれば、実施形態1による効果に加えて、以下の効果が得られる。
プラスチック基板10の端面が溶融固化物12に覆われているので、水分やガスはガラス繊維14と樹脂13との界面のみならず、樹脂13自体を透過することが困難となる。すなわち、プラスチック基板10の端面からの水分やガスの透過をより確実に抑えることができる。また、プラスチック基板10の端面が覆われることにより、樹脂13やガラス繊維14の剥がれが発生し難くなり、ダストの発生をより確実に抑えることができる。さらに、基板10の端面が覆われることにより、基板10の端面からクラックが入るのを防ぐことができる。基板10の端面全体が覆われることによって端面の平滑性が良好となり、ガラス繊維14の飛び出しがなくなるので、分断後の取り扱いにおいてガラス繊維14に起因する怪我やダストの発生を抑えることができる。
なお、実施形態1では、ガラス繊維14と樹脂13との界面をガラス繊維14の溶融固化物12が塞ぎ、実施形態2では、基板10の端面をガラス繊維14の溶融固化物12 が覆っているが、本発明はこれに限定されない。例えば、ガラス繊維14と樹脂13との界面を樹脂13の溶融固化物が塞いでいても良く、基板10の端面を樹脂13の溶融固化物が覆っていても良い。
また、実施形態1ではガラス繊維14と樹脂13との界面をガラス繊維14の溶融固化物12が塞ぎ、実施形態2ではプラスチック基板10の端面をガラス繊維14の溶融固化物12 が覆っているが、本発明はこれらに限定されない。例えば、ガラス繊維14と樹脂13との界面を樹脂13の溶融固化物が塞いでいても良く、プラスチック基板10の端面を樹脂13の溶融固化物が覆っていても良い。
(実施形態3)
プラスチック基板は少なくとも一方の面に積層されたコート層をさらに有していても良い。コート層は有機材料および/または無機材料を含有する。有機材料の例としては、ポリエチレンビニルアルコール共重合体、三フッ化モノクロロエチレン重合体、塩化ビニリデン系ポリマー、ポリアクリレート樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂等を挙げることができる。また、無機材料の例としては、Si、Zr、Al、Ta、Sn等の金属、あるいはこれら金属の酸化物、窒化物、ハロゲン化物を挙げることができる。また、無機材料が有機材料中に分散されたコート層、有機−無機ナノコンポジット、紫外線硬化型シリカ前駆体組成物等のように、有機材料と無機材料とが複合化されたコート層を用いても良い。
図5(a)は本実施形態のプラスチック基板をレーザー光により分断したときの端面図であり、図5(b)はその側面図である。本実施形態のプラスチック基板20は、プラスチックベース(実施形態1のプラスチック基板に相当)10と、その上に積層された第1コート層21および第2コート層22を有する。本実施形態では第1コート層21は有機材料を含有し、第2コート層22は無機を含有する。なお、プラスチック基板10の厚みが100 μm程度のとき、第1コート層21および第2コート層22はそれぞれ数μm〜数十μm程度である。
炭酸ガスレーザー光によりプラスチック基板20を分断することにより、図5(a)および図5(b)に示すように、プラスチック基板20の端面がガラス繊維14の溶融固化物12により覆われている。本実施形態によれば、実施形態2による効果に加えて、以下の効果が得られる。
プラスチック基板20の端面において、プラスチックベース10、第1コート層21および第2コート層22の各界面が溶融固化物12により塞がれるので、これら界面からの水分やガスの透過を抑えることができる。また、プラスチックベース10上には第1コート層21および第2コート層22が積層されているので、プラスチックベース10の表面からの水分やガスの透過を抑えることができる。第2コート層22に含有される無機材料がレーザー光による溶融の後に固化するもの、例えばSiO2であれば、レーザー光の照射によって、ガラス繊維14とともに第2コート層22に含有される無機材料が溶融し、互いに混じり合って固化するので、密着性の良い強固なバリアを端面に形成することができる。
本実施形態ではプラスチックベース10上に有機コート層21と無機コート層22の二層が積層されているが、いずれか一方の層のみが積層されていても良い。
(実施形態4)
実施形態3に示すプラスチック基板20では、高融点材料を含むプラスチックベース10上に第1および第2コート層21,22が積層されている。本実施形態では、高融点材料を含まないプラスチックベース上に第1および第2コート層21,22が積層されたプラスチック基板について説明する。
図6は本実施形態のプラスチック基板をレーザー光により分断したときの側面図である。本実施形態のプラスチック基板30は、ガラスや金属などの高融点材料を含まないプラスチックベース31と、このプラスチックベース31上に順次積層された第1コート層21および第2コート層22を有する。本実施形態では第1コート層21および第2コート層22のうち少なくとも一方のコート層がレーザー光により溶融固化し得る無機材料を含有する。
本実施形態においては、第1および第2コート層21,22のうち少なくとも一方のコート層に含有される無機材料が溶融し、プラスチック基板30の端面を覆って固化することにより溶融固化物12が形成される。したがって、実施形態3と同様に、プラスチック基板30の端面が溶融固化物12によりバリアされる。
(実施形態5)
実施形態1〜4では複合基板としてプラスチック基板を示しているが、本実施形態では複合基板としてガラス基板を示す。図7は本実施形態のガラス基板をレーザー光により分断したときの側面図である。本実施形態のガラス基板40は、ガラスベース41と、ガラスベース41上に積層された樹脂層42を有する。レーザー光の照射によってガラスベース41が溶融するので、ガラス基板40の端面においてガラスベース41と樹脂層42との界面が溶融固化物12に塞がれる。
樹脂層42は熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を含有し、金属や金属酸化物などの無機材料をさらに含有していても良い。なお、樹脂層42に代えて、実施形態3で示したコート層をガラスベース41上に積層しても良い。
(実施形態6)
実施形態1〜5ではレーザー光を用いて分断を行なっているが、本発明はこれに限定されない。例えば、ダイシング方式や打ち抜き方式などの機械的な方法により分断を行なっても良い。図8は実施形態1に示すプラスチック基板10を機械的な方法により分断したときの端面図である。図8に示すように、ガラス繊維14と樹脂13との界面がプラスチック基板10の端面にて表れているので、ヒータなどを用いて端面に熱処理を行なう。熱処理は、樹脂または高融点材料(ガラス)が溶融する温度にて行なう。ガラスを溶融させる場合には、端面の温度を約600 ℃以上にする。なお、熱処理により樹脂を溶融する場合には、熱可塑性樹脂を用いるのが好ましい。
本実施形態ではガラス繊維14を含有するプラスチック基板10が用いられているが、ガラス以外の他の高融点材料(例えば、金属や合金)の膜が積層されたプラスチック基板、ガラス以外の他の高融点材料(例えば、金属や合金)の粒子が分散されたプラスチック基板を用いても良い。なお、ヒータを用いた場合でも、実施形態1〜5に示す、レーザー光を用いた場合と同様の端面コーティングが可能である。
(実施形態7)
実施形態1〜6では、複合基板の構成材料を溶融させることにより、異種材料の界面や基板端面を塞いでいるが、本発明はこれに限定されない。複合基板の構成材料に追加して、あるいは複合基板の構成材料を用いずに、別の材料を用いても良い。本実施形態では、実施形態1に示すプラスチック基板10をレーザー光により分断するとともに、プラスチック基板10の端面を溶融固化物12により覆う方法について説明する。
図9は本実施形態による分断工程を示す図である。図9(a)に示すように、プラスチック基板10の分断する予定個所にガラス材6を置く。なお、ガラス材6の幅は、レーザー光の幅以下に設定するのが好ましい。
図9(b)に示すように、レーザー光5の照射を受けた箇所11では、プラスチック基板10に含まれるガラス繊維のみならずガラス材6が溶融する。レーザー光5の照射をさらに続けると、図9(c)に示すように、2つのプラスチック基板10a,10b に分断される。レーザー光5の照射を停止すると、ガラス繊維の溶融した溶融物は冷却され、溶融固化物12となる。
本実施形態では高融点材料(ガラス繊維)を含有するプラスチック基板10が用いられているが、高融点材料を含まないプラスチック基板を用いても良い。例えば、高融点材料を含まないプラスチック基板上にガラス材を置いて、レーザー光によりガラス材を溶融させ、その溶融固化物によりプラスチック基板の端面を覆うも良い。
以上、実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せに、さらにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。例えば、上記実施形態ではTFTを用いたアクティブマトリクス型液晶表示装置を例にして説明した。しかし、MIM(Metal Insulator Metal) などの2端子素子をスイッチング素子とするアクティブマトリクス型の表示装置やパッシブ(マルチプレックス)駆動型の表示装置にも本発明を適用することができる。また、透過型、反射型、透過反射両用型のいずれのタイプの表示装置にも本発明を適用することができる。
マザー基板1を模式的に示す平面図である。 プラスチック基板をレーザー光により分断する工程を示す図である。 図3(a)はレーザー光5により分断されたプラスチック基板10の端面図であり、図3(b)はその側面図である。 図4(a)は実施形態2の方法により分断されたプラスチック基板10の端面図であり、図4(b)はその側面図である。 図5(a)は実施形態3のプラスチック基板をレーザー光により分断したときの端面図であり、図5(b)はその側面図である。 実施形態4のプラスチック基板をレーザー光により分断したときの側面図である。 実施形態5のガラス基板をレーザー光により分断したときの側面図である。 実施形態1に示すプラスチック基板10を機械的な方法により分断したときの端面図である。 実施形態7による分断工程を示す図である。
符号の説明
1 マザー基板
2a パネル領域
3 切断線
5 レーザー光
6 ガラス材
10,20,30 プラスチック基板(プラスチックベース)
11 レーザー光の照射箇所
12 溶融固化物
13 樹脂
14 ガラス繊維
20 プラスチック基板
21 第1コート層
22 第2コート層
31 プラスチックベース
41 ガラスベース
42 樹脂層

Claims (8)

  1. 第1材料と、融点が前記第1材料と異なる第2材料とを含有する複合基板であって、
    基板端面において、前記第1材料と前記第2材料との界面が前記第1材料または前記第2材料のいずれかの溶融固化物により覆われている複合基板。
  2. 前記第1材料が樹脂であり、前記第2材料がガラスであって、基板端面における前記樹脂と前記ガラスとの界面が前記ガラスの溶融固化物により覆われている請求項1に記載の複合基板。
  3. 前記第1材料が樹脂であり、前記第2材料がガラスであって、基板端面が前記ガラスの溶融固化物により覆われている請求項1に記載の複合基板。
  4. 前記第1材料が熱可塑性樹脂であり、基板端面において、前記熱可塑性樹脂と前記第2材料との界面が前記熱可塑性樹脂の溶融固化物により覆われている請求項1に記載の複合基板。
  5. 前記第1材料を含む第1材料層と、前記第2材料を含む第2材料層とが積層された構造を有しており、基板端面において、前記第1材料層と前記第2材料層との界面が前記第1材料または前記第2材料のいずれかの溶融固化物により覆われている請求項1に記載の複合基板。
  6. 少なくとも一方の面に積層されたコート層をさらに有する請求項1に記載の複合基板。
  7. 請求項1に記載の複合基板を備えた表示装置。
  8. 請求項1に記載の複合基板を製造する方法であって、
    第1材料と、前記融点が前記第1材料と異なる第2材料とを含有するマザー複合基板を準備する工程と、
    前記マザー複合基板を切断する予定箇所にレーザー光を照射することにより、前記第1材料および前記第2材料のうち融点のより高い材料の融点以上に前記切断予定箇所の温度を上昇させて、前記切断予定箇所にて前記マザー複合基板を切断する工程とを有する方法。
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