JP2010105841A - フラットディスプレイパネルの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラス基板上に表示素子を形成する目的で実施される熱処理の際にガラス基板で発生するコンパクションを低減することができ、製造されるフラットディスプレイパネルの表示品位に悪影響が及ぶことがないフラットディスプレイパネルの製造方法の提供。
【解決手段】ガラス基板をプレアニールする工程、および、前記ガラス基板上に表示素子を形成する目的で実施される熱処理工程と、を有するフラットディスプレイパネルの製造方法であって、前記熱処理工程での前記ガラス基板の昇温後の温度をＴ₁（℃）（但し、Ｔ₁は前記ガラス基板の歪点Ｔｓ（℃）以上徐冷点Ｔａ（℃）以下。）、該ガラス基板を該Ｔ₁（℃）に保持する時間をｔ₁（ｈ）（但し、ｔ₁ ≧ １０^{（1.518logη-20.3 -c/100）}。式中、ηは該Ｔ₁（℃）における該ガラスの粘性（ｄＰａ・ｓ）、ｃは前記熱処理工程の際にガラス基板で発生するコンパクションの目標値（許容可能な上限値）（ｐｐｍ）。）、該Ｔ₁（℃）から該ガラス基板を２００℃まで冷却する際の冷却速度をｒ₁（℃／ｍｉｎ）とし、前記プレアニール工程でのガラス基板の昇温後の温度をＴ₂（℃）、該ガラス基板を該Ｔ₂（℃）に保持する時間をｔ₂（ｈ）、該Ｔ₂（℃）から該ガラス基板を２００℃まで冷却する際の冷却速度をｒ₂（℃／ｍｉｎ）とするとき、（１）Ｔ₂＝Ｔ₁、（２）ｒ₂ ＝ｒ₁、（３）ｔ₂ ≧ｔ₁を満たすように、前記プレアニール工程を実施することを特徴とするフラットディスプレイパネルの製造方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）ディスプレイパネル、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネル、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）等のフラットディスプレイパネルの製造方法に関する。

有機ＥＬディスプレイパネル、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネル、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）等のフラットディスプレイパネルを製造する際には、ガラス基板上に表示素子を形成する目的で熱処理が実施される。たとえば、有機ＥＬディスプレイパネルを製造する際には、成膜したシリコンを結晶化させる目的で６００〜８００℃の温度での熱処理が実施される。ＬＣＤパネルを製造する際には、ＬＣＤパネルを駆動するための薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）をガラス基板上に形成する目的で実施される成膜工程の中で２５０〜４５０℃の温度での熱処理が実施される。ＰＤＰを製造する際には、プラズマ発光セルを形成する目的で４５０〜６５０℃の温度での熱処理が実施される。
これらガラス基板上に表示素子を形成する目的で実施される熱処理の際にガラス基板で発生するコンパクション（熱収縮）が、製造されるフラットディスプレイパネルの表示品位に悪影響を及ぼすことが問題となっている。なお、ここで言うコンパクションとは、加熱処理の際にガラス構造の緩和によって発生するガラスの熱収縮であり、コンパクションの程度はガラスの熱収縮率で表わされる。コンパクションの算出方法については、後述する実施例に示す。

ｐ−ＳｉＴＦＴ（多結晶シリコンベースのＴＦＴ）製造工程でのガラス基板のコンパクションを低減する方法として、ガラス基板が熱処理される温度と同様の温度で該ガラス基板を予め熱処理（以下、「プレアニール」という。）することが知られている（特許文献１参照）。

国際公開ＷＯ２００７／０９５１１５号パンフレット

しかしながら、単に熱処理される温度と同様の温度でプレアニールしてガラス基板のコンパクションを低減する方法は、次のような問題点を有することを本願発明者らは見出した。
（１）ガラスの物性（具体的には、熱特性）によってはコンパクションを十分低減することができず、製造されるフラットディスプレイパネルの表示品位に悪影響を及ぼす場合がある。
（２）また、プレアニール時間によってはコンパクションを十分低減することができず、製造されるフラットディスプレイパネルの表示品位に悪影響を及ぼす場合がある。
（３）また、プレアニール後の冷却条件によってはコンパクションを十分低減することができず、製造されるフラットディスプレイパネルの表示品位に悪影響を及ぼす場合がある。
本発明は、上記した従来技術の問題点を解決するため、ガラス基板上に表示素子を形成する目的で実施される熱処理の際にガラス基板で発生するコンパクションを低減することができ、製造されるフラットディスプレイパネルの表示品位に悪影響が及ぶことがないフラットディスプレイパネルの製造方法を提供することを目的とする。

本願発明者らは、上記の目的を達成するため鋭意検討した結果、製造されるフラットディスプレイパネルの表示品位に悪影響を及ぼさない程度までコンパクションを低減するためには、ガラス基板上に表示素子を形成する目的で実施される熱処理条件に対応させてプレアニール条件を設定する必要があることを見出した。
本発明は、上記の知見に基づいてなされたものであり、ガラス基板をプレアニールする工程、および、前記ガラス基板上に表示素子を形成する目的で実施される熱処理工程と、を有するフラットディスプレイパネルの製造方法であって、
前記熱処理工程でのガラス基板の昇温後の温度をＴ₁（℃）（但し、Ｔ₁は前記ガラス基板の歪点Ｔｓ（℃）以上徐冷点Ｔａ（℃）以下。）、該ガラス基板を該Ｔ₁（℃）に保持する時間をｔ₁（ｈ）（但し、ｔ₁ ≧ １０^{（1.518logη-20.3 -c/100）}。式中、ηは該Ｔ₁（℃）における該ガラスの粘性（ｄＰａ・ｓ）、ｃは前記熱処理工程の際にガラス基板で発生するコンパクションの目標値（許容可能な上限値）（ｐｐｍ）。）、該Ｔ₁（℃）から該ガラス基板を２００℃まで冷却する際の冷却速度をｒ₁（℃／ｍｉｎ）とし、
前記プレアニール工程でのガラス基板の昇温後の温度をＴ₂（℃）、該ガラス基板を該Ｔ₂（℃）に保持する時間をｔ₂（ｈ）、該Ｔ₂（℃）から該ガラス基板を２００℃まで冷却する際の冷却速度をｒ₂（℃／ｍｉｎ）とするとき、
下記（１）〜（３）を満たすように、前記プレアニール工程を実施することを特徴とするフラットディスプレイパネルの製造方法を提供する。
Ｔ₂ ＝Ｔ₁ （１）
ｒ₂ ＝ｒ₁ （２）
ｔ₂ ≧ｔ₁ （３）

本発明のフラットディスプレイパネルの製造方法によれば、ガラス基板上に表示素子を形成する目的で実施される熱処理の際にガラス基板に生じるコンパクションを製造されるフラットディスプレイパネルの表示品位に悪影響を及ぼさない程度まで低減することができる。このため、本発明の方法により製造されるフラットディスプレイパネルは表示品位に優れることが期待される。また、フォトリソグラフィプロセスの成膜時の露光補正工程の時間短縮や、補正マスクが不要になる等、製造コスト削減に貢献できる。

以下、本発明のフラットディスプレイパネルの製造方法について説明する。
本発明のフラットディスプレイパネルの製造方法は、ガラス基板をプレアニールする工程（以下、「プレアニール工程」という。）、および、ガラス基板上に表示素子を形成する目的で実施される熱処理工程（以下、「熱処理工程」という。）と、を有する。ここで、熱処理工程は、フラットパネルディスプレイパネルを製造する際に通常実施される手順であり、具体的な熱処理の目的はフラットディスプレイパネルの種類によって異なる。例えば、有機ＥＬディスプレイパネルを製造する場合、成膜したシリコンを結晶化させる目的で熱処理が実施される。ＬＣＤを製造する場合、ＬＣＤパネルを駆動するための薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）をガラス基板上に形成する目的で実施される成膜工程の中で熱処理が実施される。ＰＤＰを製造する場合、プラズマ発光セルを形成する目的で熱処理が実施される。

本発明のフラットディスプレイパネルの製造方法では、熱処理工程でのガラス基板の昇温後の温度Ｔ₁（℃）が、ガラス基板の歪点Ｔｓ（℃）以上徐冷点Ｔａ（℃）以下である。Ｔ₁（℃）がガラス基板の徐冷点Ｔａ（℃）超であると、熱処理時のガラス基板の変形量が大きく、ガラス基板に大きなうねりを生じさせてフラットディスプレイパネルの製造に支障をきたす。一方、Ｔ₁（℃）が歪点Ｔｓ（℃）未満であると、プレアニールに要する時間が長くなり、製造コストが増加する。
また、ガラス基板をＴ₁（℃）に保持する時間ｔ₁（ｈ）が下記式を満たす。
ｔ₁ ≧ １０^{（1.518logη-20.3 -c/100）}
式中、ηは該Ｔ₁（℃）における該ガラスの粘性（ｄＰａ・ｓ）であり、歪点（Ｔｓ）におけるガラスの粘性を１０^14.5（ｄＰａ・ｓ）とし、徐冷点（Ｔａ）におけるガラスの粘性を１０^13.0（ｄＰａ・ｓ）として、アレニウス回帰することで求めることができる。
また、ｃは前記熱処理工程の際にガラス基板で発生するコンパクションの目標値（許容可能な上限値）（ｐｐｍ）である。
ｔ₁が上式を満たさないと、コンパクションを目標値まで低減することが困難となる。
熱処理工程の際にガラス基板で発生するコンパクションの目標値（許容可能な上限値）は、フラットパネルディスプレイパネルの種類によって異なるが、有機ＥＬディスプレイパネルの場合、５０ｐｐｍ以下であることが好ましく、２０ｐｐｍ以下であることがより好ましく、１０ｐｐｍ以下であることがさらに好ましい。

本発明のフラットディスプレイパネルの製造方法では、プレアニール工程でのガラス基板の昇温後の温度をＴ₂（℃）、ガラス基板をＴ₂（℃）に保持する時間をｔ₂（ｈ）、Ｔ₂（℃）から該ガラス基板を２００℃まで冷却する際の冷却速度をｒ₂（℃／ｍｉｎ）とするとき、下記（１）〜（３）を満たすようにプレアニール工程を実施する。
Ｔ₂ ＝Ｔ₁ （１）
ｒ₂ ＝ｒ₁ （２）
ｔ₂ ≧ｔ₁ （３）
式（２）中のｒ₁は、熱処理工程の際にＴ₁（℃）からガラス基板を２００℃まで冷却する際の冷却速度（℃／ｍｉｎ）である。ここで、冷却速度ｒ₁、ｒ₂をそれぞれ温度Ｔ₁、Ｔ₂から２００℃まで冷却する際の冷却速度とする理由は、２００℃以上がコンパクションに影響しうる温度と考えられるからである。
なお、ｔ₁、ｔ₂は、製造コスト等を考慮すると１００時間以下が好ましく、２４時間以下がより好ましく、１２時間以下がさらに好ましく、６時間以下が特に好ましい。
また、プレアニール工程の際のガラス基板の昇温速度、すなわち、ガラス基板の温度をＴ₂（℃）まで上昇させる際の昇温速度は、熱処理工程でのガラス基板の昇温速度、すなわち、ガラス基板の温度をＴ₁（℃）まで上昇させる際の昇温速度と特に一致させる必要はないが、両者の差が±３０％以内であることが好ましく、±１０％以内であることがより好ましく、両者が一致することが特に好ましい。

本発明のフラットディスプレイパネルの製造方法では、上述した手順でプレアニール工程および熱処理工程を実施することで、熱処理工程の際にガラス基板で発生するコンパクションを目標値以下に抑制することができる。

本発明において、ガラス基板を構成するガラスは特に限定されず、フラットパネルディスプレイパネルに用いられるものから幅広く選択することができる。具体的には、ソーダライムガラスのようなアルカリ含有ガラス、無アルカリガラス、高歪点ガラス等が挙げられる。これらの材料の中から、製造されるフラットディスプレイパネルに応じて好適な材料を適宜選択すればよい。例えば、有機ＥＬディスプレイパネル、ＬＣＤパネルを製造する場合、無アルカリガラスを用いることがＴＦＴ半導体シリコンへのアルカリ拡散によるトランジスタ性能低下抑止の観点から好ましい。ＰＤＰを製造する場合、高電気抵抗のアルカリ含有ガラス等を用いることが、プラズマ生成電極でのアルカリ生成物の生成抑止や電極間絶縁性の破壊防止の観点から好ましい。

また、本発明のガラス基板は、ガラス原料を溶融ガラスに加熱溶解し、該溶融ガラスを板ガラスに成形し徐冷して、その後所定の寸法に切断されたものである。板ガラスの成形、徐冷方法は、通常の方法であれば、特に限定されない。例えば、フロート法で板ガラスに成形し徐冷することや、ダウンドロー法で板ガラスに成形し徐冷することで得ることができる。
ガラス基板の寸法は、製造されるフラットディスプレイパネルに応じて適宜選択されるが、収縮率が同じでも縮み量の絶対値は基板寸法に比例するため、大型基板ほど収縮率の低減は重要となる。有機ＥＬディスプレイパネルの場合、一辺が好ましくは７００ｍｍ以上、より好ましくは９００ｍｍ以上、さらに好ましくは１１００ｍｍ以上である。

本発明のフラットディスプレイパネルの製造方法では、上述したプレアニール工程および熱処理工程以外に、フラットディスプレイパネルを製造するうえで必要となる他の工程が実施される。このような他の工程は製造されるフラットディスプレイパネルの種類に従って行われるが、本発明では特に限定されない。
有機ＥＬディスプレイパネルを製造する場合に必要となる工程の一例としては、アモルファスシリコン形成工程、結晶化（ポリシリコン化）工程、ゲート絶縁膜形成工程、ゲート線メタル形成工程、イオン注入工程、活性化アニール工程、層間膜形成工程、信号線メタル形成工程、パッシベーション膜形成工程、有機平坦化膜形成工程、透明画素電極形成工程が挙げられる。ここで、活性化アニール工程は、比較的高温での複数の熱処理が行われるため、本発明での熱処理工程に該当する。

以下、実施例を用いて本発明をさらに説明する。
実施例では、有機ＥＬディスプレイパネルを製造する際の熱処理工程を想定して、以下の条件でプレアニール工程および熱処理工程を実施する。なお、ガラス基板としては、歪点（Ｔｓ）が６７０℃、徐冷点（Ｔａ）が７２５℃の無アルカリガラスでフロート成形後に徐冷された寸法１００ｍｍ×２０ｍｍ×０．７ｍｍの板ガラスを使用する。
（実施例１）
下記条件で熱処理工程を実施することを想定してプレアニール工程の条件を設定する。
熱処理工程
ガラス基板の昇温後の温度Ｔ₁：７００℃
Ｔ₁（℃）からガラス基板を２００℃まで冷却する際の冷却速度ｒ₁：１００℃／分
７００℃のガラスの粘性ηは１０^13.66（ｄＰａ・ｓ）となるので、コンパクションの目標値ｃが１０ｐｐｍである場合、１０^{（1.518logη-20.3 -c/100）}＝２．１７時間となることから、ガラス基板をＴ₁（℃）に保持する時間ｔ₁を２．５時間とする。
プレアニール工程
ガラス基板の昇温後の温度Ｔ₂：７００℃
ｔ₂（ガラス基板をＴ₂（℃） に保持する時間）：２．５時間
Ｔ₂（℃）からガラス基板を２００℃まで冷却する際の冷却速度をｒ₂：１００℃／分
上記の条件でプレアニール工程および熱処理工程を実施する。
なお、熱処理工程の際に発生するコンパクションは以下の手順で算出する。
プレアニール後、ガラス基板の表面に圧痕を長辺方向に２箇所、間隔Ａ（Ａ＝約９０ｍｍ）で打つ。次に熱処理工程実施後の圧痕間距離を測定し、その距離をＢとする。このようにして得たＡ、Ｂから下記式を用いてコンパクション（ｃ）を求める。なお、Ａ、Ｂは測長が可能な光学顕微鏡を用いて測定する。
ｃ［ｐｐｍ］＝（Ａ−Ｂ）／Ａ×１０⁶
上記の手順で求められるコンパクションは１０ｐｐｍ以下となり、目標値を満たす。

（実施例２）
下記条件でプレアニール工程および熱処理工程を実施する。
熱処理工程
Ｔ₁：７１０℃
ｒ₁：１００℃／分
７１０℃のガラスの粘性ηは１０^13.39（ｄＰａ・ｓ）となるので、コンパクションの目標値ｃが１０ｐｐｍである場合、１０^{（1.518logη-20.3 -c/100）}＝０．８４時間となることから、ｔ₁を１時間とする。
プレアニール工程
Ｔ₂：７１０℃
ｔ₂：１時間
ｒ₂：１００℃／分
実施例１と同様の手順で熱処理工程の際にガラス基板で発生したコンパクションを求める。コンパクションは１０ｐｐｍ以下となり、目標値を満たす。

（実施例３）
下記条件でプレアニール工程および熱処理工程を実施する。
熱処理工程
Ｔ₁：７２０℃
ｒ₁：１００℃／分
７２０℃のガラスの粘性ηは１０^13.13（ｄＰａ・ｓ）となるので、コンパクションの目標値ｃが１０ｐｐｍである場合、１０^{（1.518logη-20.3 -c/100）}＝０．３４時間となることから、ｔ₁を０．５時間とする。
プレアニール工程
Ｔ₂：７２０℃
ｔ₂：１時間
ｒ₂：１００℃／分
実施例１と同様の手順で熱処理工程の際にガラス基板で発生したコンパクションを求める。コンパクションは１０ｐｐｍ以下となり、目標値を満たす。

（実施例４）
下記条件でプレアニール工程および熱処理工程を実施する。
熱処理工程
Ｔ₁：６９０℃
ｒ₁：１００℃／分
６９０℃のガラスの粘性ηは１０^13.93（ｄＰａ・ｓ）となるので、コンパクションの目標値ｃが５０ｐｐｍである場合、１０^{（1.518logη-20.3 -c/100）}＝２．２２時間となることから、ｔ₁を３時間とする。
プレアニール工程
Ｔ₂：６９０℃
ｔ₂：３時間
ｒ₂：１００℃／分
実施例１と同様の手順で熱処理工程の際にガラス基板で発生したコンパクションを求める。コンパクションは５０ｐｐｍ以下となり、目標値を満たす。

（実施例５）
下記条件でプレアニール工程および熱処理工程を実施する。
熱処理工程
Ｔ₁：７００℃
ｒ₁：１００℃／分
７００℃のガラスの粘性ηは１０^{13. 66}（ｄＰａ・ｓ）となるので、コンパクションの目標値ｃが５０ｐｐｍである場合、１０^{（1.518logη-20.3 -c/100）}＝０．８６時間となることから、ｔ₁を１時間とする。
プレアニール工程
Ｔ₂：７００℃
ｔ₂：１時間
ｒ₂：１００℃／分
実施例１と同様の手順で熱処理工程の際にガラス基板で発生したコンパクションを求める。コンパクションは５０ｐｐｍ以下となり、目標値を満たす。

（実施例６）
下記条件でプレアニール工程および熱処理工程を実施する。
熱処理工程
Ｔ₁：７２０℃
ｒ₁：１００℃／分
７１０℃のガラスの粘性ηは１０^13.39（ｄＰａ・ｓ）となるので、コンパクションの目標値ｃが５０ｐｐｍである場合、１０^{（1.518logη-20.3 -c/100）}＝０．３３５時間となることから、ｔ₁を０．５時間とする。
プレアニール工程
Ｔ₂：７２０℃
ｔ₂：１時間
ｒ₂：１００℃／分
実施例１と同様の手順で熱処理工程の際にガラス基板で発生したコンパクションを求める。コンパクションは５０ｐｐｍ以下となり、目標値を満たす。

Claims (4)

1. ガラス基板をプレアニールする工程、および、前記ガラス基板上に表示素子を形成する目的で実施される熱処理工程と、を有するフラットディスプレイパネルの製造方法であって、
   前記熱処理工程での前記ガラス基板の昇温後の温度をＴ₁（℃）（但し、Ｔ₁は前記ガラス基板の歪点Ｔｓ（℃）以上徐冷点Ｔａ（℃）以下。）、該ガラス基板を該Ｔ₁（℃）に保持する時間をｔ₁（ｈ）（但し、ｔ₁ ≧ １０^{（1.518logη-20.3 -c/100）}。式中、ηは該Ｔ₁（℃）における該ガラスの粘性（ｄＰａ・ｓ）、ｃは前記熱処理工程の際にガラス基板で発生するコンパクションの目標値（許容可能な上限値）（ｐｐｍ）。）、該Ｔ₁（℃）から該ガラス基板を２００℃まで冷却する際の冷却速度をｒ₁（℃／ｍｉｎ）とし、
   前記プレアニール工程でのガラス基板の昇温後の温度をＴ₂（℃）、該ガラス基板を該Ｔ₂（℃）に保持する時間をｔ₂（ｈ）、該Ｔ₂（℃）から該ガラス基板を２００℃まで冷却する際の冷却速度をｒ₂（℃／ｍｉｎ）とするとき、
   下記（１）〜（３）を満たすように、前記プレアニール工程を実施することを特徴とするフラットディスプレイパネルの製造方法。
   Ｔ₂ ＝Ｔ₁ （１）
   ｒ₂ ＝ｒ₁ （２）
   ｔ₂ ≧ｔ₁ （３）
2. 前記コンパクションの目標値（許容可能な上限値）ｃが５０ｐｐｍであることを特徴とする請求項１に記載のフラットディスプレイパネルの製造方法。
3. 前記フラットディスプレイパネルが、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）ディスプレイパネルである請求項１または２に記載のフラットディスプレイパネルの製造方法。
4. 前記ガラス基板が無アルカリガラス基板である請求項１〜３のいずれかに記載のフラットディスプレイパネルの製造方法。