JP2008292919A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製造効率や製造コストを特別に変化させることなく、機械的強度を極限的に高めた表示装置を提供する。
【解決手段】基板セルの周縁断面は、基板セルの周縁に沿って物理的に形成された切断線がその後の化学研磨処理によって滑面化された第１部と、第１部から板厚方向に連続してガラス割断面を形成する第２部とに区分される。第１部は、周縁断面について、基板セルの表面に直交するＸＹ平面上で６００μｍ^２以上に設定された仮想的な平坦基準面積Ｓ_０と、平坦基準面積Ｓ_０の輪郭で確定される周縁断面の計測領域について算出される判定面積Ｓとの面積比Ｒ＝Ｓ／Ｓ_０が１．２未満に平坦化されている。判定面積は、Ｘ方向にｈ＝９０／１０２４μｍ、Ｙ方向にｖ＝６７／７６８μｍのピッチでｎ＊ｍ個に区分される計測領域の全体について、ＸＹ平面に直交する方向の高さＴ（ｉ，ｊ）を特定して表面の凹凸形状を台形近似して算出される表面積である。
【選択図】なし

Description

本発明は、１．０ｍｍ以下まで薄型化された貼合せガラス基板で構成された表示装置であって、機械的強度を極限的に高めた表示装置に関する。

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。

ところで、液晶ディスプレイの軽量化と薄型化の要請に基づき、最近では、液晶ディスプレイを構成する貼合せガラス基板を極限まで化学研磨する方法が好適に採用されている。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６０，６０を貼合せ、貼り合わせガラス基板ＧＬの外周６２を厳重に封止した状態で、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９参照）。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。

このようにして、限界まで薄型化された貼合せガラス基板ＧＬは、その後、物理的及び／又は化学的な方法で個々の表示パネル毎に分離される。好適な分離方法としては、ホイールカッタなどを用いて物理的に形成したスクライブラインを、ガラス基板の化学研磨に合わせて深さ方向に研磨し、最後に、スクライブラインに沿ってガラス基板を割断する方法が知られている（例えば、特許文献１）。
特開２００４−３０７３１８号公報

上記した特許文献１の切断分離方法によれば、物理的な切断方法を経た表示装置より、機械的強度に優れる表示装置を製造できるが、人間の指が触れる機会の多い携帯電話機の液晶表示装置などでは、更に、機械的強度を高めることが望まれる。ここで、機械的強度を高めるために、製造効率が劣化したり、或いは、製造コストが大きく増加したのでは意味がない。

本発明は、上記の要請に基づくものであって、製造効率や製造コストを特別に変化させることなく、機械的強度を極限的に高めた表示装置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、本発明者は、種々の実験と研究を繰り返した。その結果、(a)ガラス基板の周縁断面のうち、ガラス割断面は、通常、極めて平坦であり、機械的強度に悪影響を与えないこと、(b)一方、物理的に形成したスクライブラインは、例え、その後に化学研磨工程を設けても、機械的強度に大きく影響すること、(c)但し、スクライブラインを所定レベルまで滑面化すれば、機械的強度を大きく増加させることができること、（e)そして、所定レベルまで滑面化すれば、それ以上の滑面化は、殆ど意味がないことを発見して本発明を完成させた。

すなわち、本発明は、二枚のガラス基板の間に複数の表示領域を設けた貼合せガラス基板を、個々の表示領域に切断分離した基板セルを使用する表示装置であって、前記基板セルの周縁断面は、前記基板セルの周縁に沿って物理的に形成された切断線がその後の化学研磨処理によって滑面化された第１部と、前記第１部から板厚方向に連続してガラス割断面を形成する第２部とに区分され、前記第１部は、前記周縁断面について、前記基板セルの表面に直交するＸＹ平面上で６００μｍ^２以上に設定された仮想的な平坦基準面積Ｓ_０と、前記平坦基準面積Ｓ_０の輪郭で確定される前記周縁断面の計測領域について算出される判定面積Ｓと、の面積比Ｒ＝Ｓ／Ｓ_０が１．２未満に平坦化されており、前記判定面積は、Ｘ方向にｈ＝９０／１０２４μｍ、Ｙ方向にｖ＝６７／７６８μｍのピッチでｎ＊ｍ個に区分される前記計測領域の全体について、ＸＹ平面に直交する方向の高さＴ（ｉ，ｊ）を特定して、下記の算出式で特定される。

本発明でガラス割断面は、基板セルの表面に直交する方向の輪郭線について、ほぼ平坦な形状を示している。具体的な数値評価としては、基板セルの表面に直交する方向４．２０μｍの範囲内に、極大点か極小点の何れか一方しか存在せず、且つ、その範囲内での高低差が０．２０μｍ未満であると評価できる。なお、高低差で評価するのは、ガラス割断面は、精密には基板セルの表面に直交せず、ゆらぎ成分が重畳するので、このゆらぎ成分を除去して評価するためである。

機械的強度を極限的に高めるには、本発明のように、基板セルの表面に直交する仮想的な基準面積Ｓ_０に対する表面積Ｓの面積比Ｓ／Ｓ_０が、１．２未満まで平坦化されていることが重要である。この程度まで平坦化すれば、４点曲げ試験による４点曲げ強度が１００ＭＰａ〜１８０ＭＰａ程度に飽和する。但し、切断面が実質的に１．２未満まで平坦化されていれば足り、研磨工程において、低頻度ではあるが不可避的に発生する付着物や変質部分を除いた基準面積で評価される。すなわち、基準面積は、周縁断面の平坦化の度合いを正確に評価するための領域であるから、６００μｍ^２以上となる任意の領域が使用される。もっとも、付着物や変質部分の部分を含んで評価しても、通常の場合には、面積比に殆ど影響を与えることはなく、また、４点曲げ強度にも実質的な影響を与えない。

いずれにしても、４点曲げ強度を増加させるには、周縁断面の凹凸を排除して理想平面に近づけることが重要であるが、本発明では、そのための手段は特に問わない。但し、ガラス基板の周縁に、フッ酸を含有する研磨液を接触させて滑面化するのが簡易的である。

好適な製造方法としては、使用者に露出する第一ガラス板と、使用者に露出しない第二ガラス板との間に複数の表示領域を設けた貼合せガラス基板について、最終板厚より４０〜２００μｍ厚い段階で、前記切断線を前記第二ガラス板の外表面に設ける第１工程と、前記貼合せガラス基板の周縁を封止した状態で、前記切断線を化学研磨すると共に、前記貼合せガラス基板を最終板厚まで化学研磨する第２工程と、前記第一ガラス板の外表面から前記切断線に荷重を加えて、ガラス割断面を形成して、前記表示領域毎の基板セルに切断分離する第３工程と、をこの順番で実行するのが好ましい。上記の４０〜２００μｍは二次研磨量（貼合せガラス基板についての総和）を意味するが、二次研磨量は、より好ましくは、５０μｍ以上、更に好ましくは６０μｍ以上である。但し、１００μｍ以上研磨しても、４点曲げ強度は余り改善されない。

なお、本発明に使用するガラス板としては、アルミノケイ酸ガラスまたはホウケイ酸ガラスであれば良く、アルミノホウケイ酸ガラスも含まれる。但し、好ましい組成比としては、ＳｉＯ_２：５５〜６０重量％、Ａｌ_２Ｏ_３：１６〜１８重量％、Ｂ_２Ｏ_３：８〜１０重量％、ＳｒＯ：１．５〜６重量％、ＣａＯ：３．５〜５．０重量％、ＢａＯ：２．２〜９．０重量％である。

上記した本発明によれば、製造効率や製造コストを特別に変化させることなく、機械的強度を極限的に高めた表示装置を実現できる。

以下、実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。但し、何ら本発明を限定するものではない。

＜化学研磨及び切断分離＞
元板厚１．４ｍｍの貼合せガラス基板について、その周縁を封止した状態で１．０ｍｍ＋６０μｍの板厚まで化学研磨した。化学研磨液は、フッ酸（ＨＦ）の含有率が１０％未満の水溶液であり、微細な気泡を上昇させる研磨槽に、貼合せガラス基板を静止状態で直立させて研磨した。

使用したガラス基板の組成比は、ＳｉＯ_２：５７．８重量％、Ａｌ_２Ｏ_３：１７．５重量％、Ｂ_２Ｏ_３：９．３重量％、ＳｒＯ：５．５重量％、ＣａＯ：４．５重量％、ＢａＯ：３．８重量％である。

貼合せガラス基板を水洗浄して乾燥させた後、ホイールカッタを使用してスクライブ荷重１．０〜１．５ｋｇｗで、トランジスタ（ＴＦＴ）の配置されたＴＦＴ側のガラス基板の外表面にスクライブラインを設けた。

その後、周縁を封止した状態で、貼合せガラス基板を更に６０μｍ化学研磨した後、研磨槽から引き上げ、水洗浄して乾燥させた。そして、カラーフィルタ（ＣＦ）の配置されたＣＦ側のガラス表面からスクライブラインに荷重をかけて、ガラス基板を切断分離して、２．６インチパネル（４２×５５ｍｍ）の液晶セルを得た。
＜破断面の計測＞
上記の液晶セルのサンプル３個について、レーザー顕微鏡（ＫＥＹＥＮＣＥ製：超深度カラー３Ｄ形状測定顕微鏡ＶＫ−９５００シリーズ）を使用して、各サンプルの２箇所について、破断面の形状を計測した。

面積比を計測する断面は、図１に示すように、最も湾曲するため機械的強度に最も影響を与えると思われる支点間の中央位置を測定した。具体的には、４２×５５ｍｍの液晶セルの長辺側（５５ｍｍ）の中央位置であって、ＴＦＴ側のガラス基板の、長さ０．０９ｍｍの範囲を測定した。レーザー顕微鏡での測定は、対物レンズ倍率１５０倍で行なった。なお、高さ測定及び幅測定における表示分解能は、０．０１μｍであり、０．０１μｍ単位で高さが特定される。
［１．観察測定範囲］
レーザー顕微鏡（ＫＥＹＥＮＣＥ製：超深度カラー３Ｄ形状測定顕微鏡ＶＫ−９５００シリーズ）では、対物レンズ倍率を１５０倍に設定すると、観察測定範囲がＸ方向（横）に９０μｍ、Ｙ方向（縦）に６７μｍとなる。また、表示分解能は、Ｘ方向に１０２４、Ｙ方向に７６８である（図２参照）。

したがって、Ｘ方向９０μｍ、Ｙ方向６７μｍの観察測定範囲について、Ｘ方向に９０／１０２４μｍ、Ｙ方向に６７／７６８μｍのピッチで三次元座標が特定されることになる。なお、ＫＥＹＥＮＣＥ社のカタログには、「一平面（１０２４×７６８ピクセル）をレーザーでスキャン後、微小ステップだけＺ軸方向にレンズが移動し、さらに一平面スキャンを行ない、この動作を測定レンジ分だけ繰り返し、１０２４×７６８のそれぞれのピクセルにおいて、焦点が合うＺ軸位置を検出する」と計測原理が説明されている。
［２．観察測定範囲での計測領域の選択］
判定面積（計測領域の擬似的な表面積）の計測は、観察測定範囲（９０μｍ×６７μｍ）内で選択された任意の計測領域について、Ｘ方向９０／１０２４μｍ、Ｙ方向６７／７６８μｍのピッチで存在するドット（計測点）の高さ情報（Ｚ軸の座標値Ｔ（ｉ，ｊ））から算出される。

計測領域の選択は任意であるが、なるべく広い計測領域とすること、但し、周縁断面の凹凸形状を正確に計測すること、との観点から計測領域を個々的に決定した。具体的には、顕微鏡画面上で確認できる付着物や突起は、凹凸形状を数値化する上で影響を与える可能性があるので除外した（図３参照）。各計測結果において、計測領域の面積（平坦基準面積Ｓ_０）が異なるのはそのためである。但し、周縁断面の凹凸形状を正確に数値化するため、計測領域を６００μｍ^２以上に設定した。

したがって、上記の手順で計測領域を選択することによって、液晶セルの周縁断面についてセル表面に直交するＸＹ平面上で６００μｍ^２以上の仮想的な平坦基準面積Ｓ_０が特定されることになる。
［３．判定面積（計測領域の擬似的な表面積）の算出］
面積比（＝判定面積／平坦基準面積Ｓ_０）を求めるため、ＶＫ９５００専用形状解析アプリケーションＶＫ−ＨＩＡ９（ＫＥＹＥＮＣＥ製）を使用して、判定面積Ｓ（擬似表面積）を計測した。

ＶＫ９５００専用形状解析アプリケーションＶＫ−ＨＩＡ９のマニュアルによれば、擬似表面積Ｓの算出アルゴリズムは、以下の通りである。

（１）［計測値Ｔ（ｉ，ｊ）］
適宜に設定された平坦基準面積Ｓ_０の輪郭で確定される、液晶セル周縁断面の計測領域について、Ｘ方向にｈ＝９０／１０２４μｍ、Ｙ方向にｖ＝６７／７６８μｍのピッチで、ｎ＊ｍ個の測定点について、ＸＹ平面に直交する方向（Ｚ方向）の高さＴ（ｉ，ｊ）を特定する。

図４（ａ）は、この関係を図示したものであり、Ｘ方向にｎ個、Ｙ方向にｍ個の合計ｎ＊ｍ個の測定点が特定される。測定結果Ｔ（ｉ，ｊ）は、Ｘ方向がｉ＝０〜ｎ−１であり、Ｙ方向がｊ＝０〜ｍ−１であり、配列表現すれば、ｉ行ｊ列の合計ｎ＊ｍ個のデータとなる。なお、各測定点は、縦ｖ＊横ｈの四角形の領域全体である。

図４（ｂ）は、ｉ行ｊ列目の測定点（ｉ，ｊ）について、隣接する測定点との高低差を図示したものである。図示の通り、Ｘ方向の高さの推移は、Ｔ（ｉ，ｊ−１）→Ｔ（ｉ，ｊ）→Ｔ（ｉ，ｊ＋１）となり、一方、図４（ｃ）に示す通り、Ｙ方向の高さの推移は、Ｔ（ｉ，ｊ−１）→Ｔ（ｉ，ｊ）→Ｔ（ｉ，ｊ＋１）となる。

（２）［Ｘ方向の側壁面積の総和Ｓｖ］
前記のピッチで特定される単位面積ｈ＊ｖの全ｎ＊ｍ個の測定点（ピクセル）のうち、第ｉ行目に着目する。そして、第ｉ行目をＸ方向に計算して側壁面の面積の総和Ｓｖ（ｉ）を求めると、以下の通りである。
Ｓｖ（ｉ）＝Σ［Ｔ（ｉ，ｊ）−Ｔ（ｉ，ｊ−１）］＊ｖ・・・（式１）。なお、（式１）において、Σは、ｊ＝１からｎ−１の範囲の総和演算を意味する。また、［ ］は、絶対値を意味する。

（式１）の計算を、ｉ＝０からｍ−１まで総合すると、全ｎ＊ｍ個の測定点をＸ方向に走査して算出される側壁面の面積の総和Ｓｖが以下の通りに特定される。
Ｓｖ＝ΣＳｖ（ｉ）・・・（式２） なお、（式２）において、Σは、ｉ＝０〜ｍ−１の範囲の総和演算を意味する。

そして、（式１）と（式２）をまとめて表記すると図４の（式３）の通りである。

（３）［Ｙ方向の側壁面積の総和Ｓｈ］
次に、全ｎ＊ｍ個の測定点（ピクセル）のうち、第ｊ列目に着目する。そして、第ｊ列目をＹ方向に計算して側壁面の面積の総和Ｓｈ（ｊ）を求めると、以下の通りである。
Ｓｈ（ｊ）＝Σ［Ｔ（ｉ，ｊ）−Ｔ（ｉ−１，ｊ）］＊ｈ・・・（式４）。なお、（式４）において、Σは、ｉ＝１からｍ−１の範囲の総和演算を意味する。また、［ ］は、絶対値を意味する。

（式４）の計算を、ｊ＝０からｎ−１まで総合すると、全ｎ＊ｍ個の測定点をＹ方向に走査して算出される側壁面の面積の総和Ｓｈが以下の通りに特定される。
Ｓｈ＝ΣＳｈ（ｊ）・・・（式５） なお、（式５）において、Σは、ｊ＝０〜ｎ−１の範囲の総和演算を意味する。

そして、（式４）と（式５）をまとめて表記すると図４の（式６）の通りである。また、（式３）と（式６）を加算すると共に、全ｎ＊ｍ個の測定点の頂上面の総面積Ｓｏを加算することで、判定面積Ｓは、Ｓｏ＋Ｓｖ＋Ｓｈと特定される。なお、頂上面の総面積Ｓｏは、ｎ＊ｍ個の平面ピクセルの総面積ｖ＊ｈ＊ｎ＊ｍで与えられるが、この総面積は、平坦基準面の面積に他ならない。

以上の算出アルゴリズムでは、全ピクセルを角柱形状に近似し、周縁断面の表面凹凸形状が階段状に形成されていると近似して表面積を算出したことになる。そのため、実際の表面積より高い数値が算出されることになるが、周縁断面の凹凸形状を数値的に評価する指標としては、問題がないと解される。

（４）［面積比］
上記の手順で判定面積Ｓが、Ｓｏ＋Ｓｖ＋Ｓｈと算出されるので、最後にＳ／Ｓ_０から面積比が特定される。
＜強度試験＞
各サンプルについてＪＩＳ Ｒ １６０１に準拠した試験方法による４点曲げ試験を行い（図５参照）、次式で算出される４点曲げ強度σを算出した。その結果を図６に示す。
４点曲げ強度σ＝３Ｐ（Ｌ−ｌ）／（２Ｗｔ^２）
ここで、Ｐは最大荷重、Ｌは支点間距離３０ｍｍ、ｌは支点間距離１０ｍｍ、Ｗは試験片の幅、ｔは試験片の厚みである。

なお、４点曲げ試験では、ＴＦＴ側のガラス基板を下にし、ＣＦ側のガラス基板に荷重を加えた。
［比較例１］

元板厚１．４ｍｍの貼合せガラス基板について、１．０ｍｍ＋１０．０μｍの板厚まで化学研磨した状態で研磨槽から引き上げスクライブラインを設けた。その後、更に１０．０μｍ化学研磨して目標の板厚にした。それ以外の実験方法は、実施例１の場合と同じである。
［比較例２］

元板厚１．４ｍｍの貼合せガラス基板について、１．００ｍｍの板厚まで化学研磨した状態で研磨槽から引き上げた。なお、使用したガラス基板の組成や化学研磨液の組成は、実施例１と同じである。

貼合せガラス基板を水洗浄して乾燥させた後、ホイールカッタを使用してスクライブ荷重１．０〜１．５ｋｇｗで、トランジスタの配置されたＴＦＴ側のガラス基板の外表面にスクライブラインを設けた。そして、カラーフィルタの配置されたＣＦ側のガラス表面からスクライブラインに荷重をかけて、ガラス基板を切断分離して液晶セルを得た。

以上の実施例及び比較例の計測結果をまとめると図６に示す通りである。なお、計測した最大荷重Ｐに基づき、σ＝３Ｐ（Ｌ−ｌ）／（２Ｗｔ^２）の計算をした。試験片の幅Ｗ＝４２ｍｍ、Ｌ−ｌ＝２０ｍｍであるが、試験片の厚みｔは、試験片毎にやや相違する。すなわち、全ての実験は、板厚１．０ｍｍを目標にガラス基板を研磨したが、実際の板厚は０．９９６５〜１．０２２ｍｍであったので、その数値を代入して４点曲げ強度を算出した。

また、面積比と４点曲げ強度などとの関係を図示すると、図７に示す通りであり、面積比１．２を境界として、４点曲げ強度が大きく向上することが確認される。

続いて、上記の実施例１と同様の手順で、二次研磨量αを増加させて、面積比と４点曲げ強度との関係を調べた。すなわち、元板厚１．４ｍｍの貼合せガラス基板について、その周縁を封止した状態で１．０ｍｍ＋αの板厚まで化学研磨し、スクライブラインを設けた後に目標板厚１．０ｍｍまで二次研磨した。

その試験結果は図８に示す通りであり、研磨量を増加させて面積比を１．０に近づけても、余り４点曲げ強度が改善されないことが確認された。すなわち、面積比が１．２未満となるよう研磨すれば、それで足り、それ以上の研磨は余り必要がでないことが確認される。なお、研磨量を増やすほど、面積比が減少傾向を示すことは他の実験で確認している。

図８に示す実験では、各１０個程度のサンプルについて、片面研磨量を０μｍ、１０μｍ、２０μｍ、３０μｍ、４０μｍ、５０μｍに変化させ、それぞれの機械的強度（最大荷重）について平均値と数値範囲を示している。図８より、片面研磨量が３０μｍ〜５０μｍで機械的強度が飽和することが確認される。なお、貼合せガラス基板に液浸入のおそれが生じるため、片面研磨量を５０μｍに止めているが、一枚のガラス基板による別の実験によって、５０μｍ以上研磨しても機械的強度が殆ど増加しないことを確認している。

実験に使用した表示セルの形状と測定箇所を示す図面である。 破断面の形状を模式的に図示したものである。 計測領域を模式的に図示したものである。 擬似表面積の算出法を説明する図面である。 ４点曲げ試験を説明する図面である。 実験結果をまとめた表である。 図６の実験結果を整理したグラフである。 研磨量と機械的強度の関係を示すグラフである。

Claims (4)

1. 二枚のガラス基板の間に複数の表示領域を設けた貼合せガラス基板を、個々の表示領域に切断分離した基板セルを使用する表示装置であって、
   前記基板セルの周縁断面は、前記基板セルの周縁に沿って物理的に形成された切断線がその後の化学研磨処理によって滑面化された第１部と、前記第１部から板厚方向に連続してガラス割断面を形成する第２部とに区分され、前記第１部は、
   前記周縁断面について、前記基板セルの表面に直交するＸＹ平面上で６００μｍ^２以上に設定された仮想的な平坦基準面積Ｓ_０と、
   前記平坦基準面積Ｓ_０の輪郭で確定される前記周縁断面の計測領域について算出される判定面積Ｓと、の面積比Ｒ＝Ｓ／Ｓ_０が１．２未満に平坦化されており、
   前記判定面積は、Ｘ方向にｈ＝９０／１０２４μｍ、Ｙ方向にｖ＝６７／７６８μｍのピッチでｎ＊ｍ個に区分される前記計測領域の全体について、ＸＹ平面に直交する方向の高さＴ（ｉ，ｊ）を特定して、下記の算出式で特定される表示装置。
   
2. 前記平坦基準面積Ｓ_０は、前記基板セルの周縁四辺の中央位置に設定され、その位置における前記面積比Ｒ＝Ｓ／Ｓ_０が、１．２未満であることにより、ＪＩＳＲ１６０１に基づく４点曲げ強度が１００ＭＰａ以上となる請求項１に記載の表示装置。
3. 前記基板セルは、その板厚が１．０ｍｍ以下である請求項１又は２に記載の表示装置。
4. 使用者に露出する第一ガラス板と、使用者に露出しない第二ガラス板との間に複数の表示領域を設けた貼合せガラス基板について、最終板厚より４０〜２００μｍ厚い段階で、前記切断線を前記第二ガラス板の外表面に設ける第１工程と、
   前記貼合せガラス基板の周縁を封止した状態で、前記切断線を化学研磨すると共に、前記貼合せガラス基板を最終板厚まで化学研磨する第２工程と、
   前記第一ガラス板の外表面から前記切断線に荷重を加えて、ガラス割断面を形成して、前記表示領域毎の基板セルに切断分離する第３工程と、をこの順番で実行して製造される請求項１〜３の何れかに記載の表示装置。