JP2011197194A - フラットパネルディスプレイの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
ＦＰＤの薄型化を可能にする実用的な技術を提供する。
【解決手段】
一対のガラス基板１の一方に電極を形成してガラス基板をシール材を介して貼り合わせ、内部を封止した後、ガラス基板の外面をエッチング研磨して厚さを薄くする。ノズルに対して相対的にガラス基板を移動させながら、酸性弗化アンモニウムを主成分とする溶出液をノズルからガラス基板の外面に向けて静かに噴射する。溶出液は重力のみによる加速度により、０．５ｋｇ／ｃｍ^２以下の圧力でガラス基板外面に吹き付ける。外面は溶出液により溶出され、溶出液の化学的作用を利用して外面が研磨される。
【選択図】図１

Description

本願発明は、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイなどのフラットパネルディスプレイ（以下、ＦＰＤ）の製造に関する。

液晶ディスプレイやプラズマディスプレイなどのＦＰＤは、コンピュータの表示デバイス用やＴＶ受像器用、携帯電話の表示部用など、各種電子機器に多用されている。最近では有機ＥＬディスプレイの開発も進められており、将来が有望視されている。

このようなＦＰＤに求められている課題の一つに、薄型化がある。薄型化は、搭載される電子機器の薄型化や小型化、軽量化等の流れに伴い、要求が高まっている。例えば、ノートパソコンや携帯電話では、さらなる薄型化や軽量化が求められており、これに伴いＦＰＤも薄く軽量なものが求められている。

ＦＰＤの薄型化や軽量化にとって重要な要素は、ガラス基板である。液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ等は一対のガラス基板を貼り合わせ、その内側面に素子電極を配した構造を採る。この分野においてガラス基板は機械的強度を確保する必要性からある程度の厚さが必要となる。従って、ガラス基板の存在がＦＰＤの薄型化や軽量化にとって障害となっている。

多くのＦＰＤの製造工程では、大きな一対のガラス基板から多数のＦＰＤを産出する工法が採られている。一対のガラス基板は、産出する各ＦＰＤ用に区分けがされており、各区域にそれぞれ素子電極が形成される。貼り合わせ等の工程が終了した後、一対のガラス基板は各区域に切断され、仕上げの工程に回される。

このように一対のガラス基板から多数のＦＰＤを産出する工法は、工程の集約化が行えるため製造コストが安くできるメリットがあるものの、ガラス基板が大きくなる傾向がある。例えば、液晶ディスプレイの製造プロセスでは、２２００ｍｍ×１８００ｍｍ程度の大きなガラス基板が使用される。このように大きなガラス基板を取り扱う場合、ガラス基板がある一定の厚さより薄くなると、割れやすくなる。また自重により微細な変形をすることもある。従って、ある程度の厚さが必要になる。

一方、各区域に切断された後のもの（半製品）や製品となったものの場合、ガラス基板がある程度薄くても、従前においては、ガラス基板の大きさが小さいため問題はなかった。しかしながら現在ではガラス基板の厚みに対する要求は非常に厳しくなっており、薄いガラス基板が求められている。ガラス基板薄くなり過ぎた結果、割れやすくなり、従来の工法では対応しきれなくなっている。

特開２００６−０１８２１７号公報

特許文献1による製造方法においては、溶出液による外面の衝撃の際の圧力が０．５ｋｇ／ｃｍ^２〜３．５ｋｇ／ｃｍ^２と高くなっている。このため、かかる高圧力により、基板に反りが発生してエッチングにムラが発生する。さらに溶出液のはね返りによるムラが発生する。現在は製品における基板の厚さの要求が１ｍｍ以下となっており、このような薄い基板であれば、エッチング時におけるムラの発生に起因して基板が割れることもある。

垂直を保持するためには、ガラス基板の固定が必要となるが、垂直を保持するために基板保持具に取付けられた緩衝具にてガラス基板を完全に固定した場合、緩衝具とガラス基板との接触面において溶出液の流動が不十分になることがある。この結果、緩衝具とガラス基板との接触面に溶出液が行き届かないためエッチングされず、板厚にバラツキが生ずることがある。かかる板厚のバラツキも製品の品質において望ましいものではない。

また本発明に係る製造に使用する装置は、各エッチングユニット内で往復運動するが、ノズルの設置間隔を調整する必要がある。なぜならば往復運動の速度は一定ではないためである。すなわち端部付近での速度は遅く（端部で最小ゼロ）中央部で最大となる。このためノズルの間隔が等間隔では均一に溶出液がガラス基板にかからないこととなる。

以上のことよりＦＰＤにとって非常に重要な要素である平坦性の点で充分な品質が保証できないという問題がある。本願発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、ＦＰＤの薄型化を可能にする実用的な技術を提供する技術的意義を有するものである。

上記課題を解決するため、本発明は、
一方又は双方がガラス基板である一対の基板の少なくとも一方に電極を形成する電極形成工程と、電極形成工程の後に一対の基板をシール材を介して貼り合わせ内部を封止する封止工程と、封止工程の後に、ガラス基板である一方又は双方の基板の外面を化学的に研磨して厚さを薄くする外面研磨工程とを含むフラットパネルディスプレイの製造方法において、
前記外面研磨工程は、前記ガラス基板の外面の材料を溶出させる溶出液を前記外面に一定速度で吹き付けて、前記一方又は双方の基板を、溶出液を噴射するノズルの噴射孔に対して相対的に機械的に移動させながら、溶出液による化学的作用を利用するエッチングにより研磨する工程であることを特徴とするフラットパネルディスプレイの製造方法である。

前記外面研磨工程は、前記ガラス基板の外面の材料を溶出させる溶出液を前記外面に、水圧が強くなり過ぎ無いような、一定速度の溶出液を吹き付けて、前記一方又は双方の基板を、溶出液を噴射するノズルの噴射孔に対して相対的に移動させながら、溶出液による化学的作用を利用してエッチングにより研磨する。

ここで注目すべきは、溶出液の衝撃による物理的作用を利用して研磨するのではなく、溶出液の化学的作用を利用してエッチングによる研磨を行うというものである。この時の溶出液の速度は位置エネルギーが運動エネルギーに変換されたものであるため溶出液の自重による重力加速度のみが溶出液にかかるのである。

また、上記課題を解決するため、本発明は、溶出液は酸性弗化アンモニウムを主成分とする溶出液であるという構成を有する。

また、上記課題を解決するため、本発明は、溶出液による前記外面の衝撃の際の水圧は、０．５ｋｇ／ｃｍ^２以下であるという構成を有する。

また、上記課題を解決するため、本発明は、溶出液の噴射中に噴射液の水圧によりある程度フレキシブルに動くことができるように、具体的には前記外面の角度が９０°±８°（望ましくは９０°±３°）の間で動くことができる程度に、フレキシブルに前記基板が保持されるという構成を有する。

また、上記課題を解決するため、本発明は、貼り合わせられた一対のガラス基板の両方の外面を同時に化学的に研磨して全体の厚さを薄くするという構成を有する。

また、上記課題を解決するため、本発明は、前記溶出液の噴射は、噴射孔を有するノズルによって行われるものであり、化学的研磨における溶出液の跳ね返りを無くすために、外面の衝撃の際の圧力は、０．５ｋｇ／ｃｍ^２以下となるように溶出液の流速を小さくし、尚且つ噴射孔を有するノズルを下方に２０°〜７０°（望ましくは３０°〜６０°）傾けて設置する。研磨を始める際のノズルの噴射孔から前記基板の外面までの距離は、１００ｍｍ以上となっているという構成を有する。

また、上記課題を解決するため、本発明は、複数のノズルが設けられており、ノズルの間隔は等間隔ではなく、製造装置の往復運動の速度の差をキャンセルできるように配置されていること、各噴射孔から前記外面までの距離は一定であることを特徴としているという構成を有する。溶出液の噴射は、噴射孔を有するノズルによって行われるものであり、各ノズルは各エッチングユニット内を往復運動する。そのため板厚を均一にするために、すなわち基板の全面に均一に溶出液がかかるようにするためには、速度の差をキャンセルするようにノズルの設置間隔を調整する必要がある。具体的には端部よりも中央部の方が噴射孔の間隔が狭くなっている。

以下に説明する通り、本発明によれば、従来のディップ方式とは異なり、新鮮な（外面のガラス基板材料が溶け込んでいないのでエッチング能力が大きい）溶出液が次々に供給される他、外面の材料が溶け込んだ溶出液が次々に流出していくので、効率良く且つ均一性良く研磨が行える。研磨後の外面の平坦性を高くでき、産出されるＦＰＤの表示性能も高いものとなる。

溶出液の衝撃による物理的作用を利用して研磨するのではなく、溶出液の化学的作用を利用してエッチングによる研磨を行うというものである。このことによる効果として、化学的に研磨をすることで先行技術文献に係る技術におけるような水圧によるガラス基板のソリ等によるエッチングのムラが発生することを抑制し、又、溶出液の跳ね返りの発生を押さえエッチングのムラを抑制し、かつ、ガラス基板の割れを防止することができる。

また、本発明によれば、上記効果に加え、酸性弗化アンモニウムを主成分とした溶出液によりエッチングを行うため、フッ酸と比較した場合において、エッチング能力が大きいため短時間でより安定したエッチングを行うことができる。

また、本発明によれば、上記効果に加え、溶出液による前記外面の衝撃の際の圧力が０．５ｋｇ／ｃｍ^２以下であるので、溶出液の圧力よる基板の反りの発生を抑える事ができ、かつ、溶出液の跳ね返りを抑制することができ、エッチングのムラを無くすことができる。さらに基板が薄い場合であっても溶出液の圧力により基板が割れることも無い。

また、本発明によれば、従来の方法では、溶出液の噴射中に外面が垂直な姿勢となるように基板を保持する際、基板を固定すると固定治具と基板との接合面における溶出液の流動が不十分になる。このため板厚のバラツキを生じることとなる。これを防止するために、固定治具を基板に完全に固定するのではなく、基板外面の角度が９０±８°（望ましくは９０±３°）の間でフレキシブルに可動である程度、固定治具とガラス基板に僅かな隙間を設けることにより柔軟性を持って前記基板を保持する。この結果、基板は９０°±８°以内（望ましくは９０°±３°）で自由に動けることができ、その効果として、固定治具と基板との接合面における溶出液の流動が十分になる。このため板厚のバラツキを生じることが無くなる。

また、本発明によれば、貼り合わせられた一対のガラス基板の両方の外面を同時に化学的に研磨して全体の厚さを薄くするので、貼り合わせパネルの薄型化により貢献できる他、プロセスの生産性も高い。

また、本発明によれば、研磨を始める際のノズルの噴射孔から基板の外面までの距離は、１００ｍｍ以上としたことで、基板への衝突時における溶出液の流速を小さくし、化学的研磨での溶出液の跳ね返りをなくすこと、かつ、ノズルの噴射孔の向きを下方に２０°〜７０°（望ましくは３０°〜６０°）傾けて設置することで、跳ね返りと乱流の発生を押さえている。

また、本発明によれば、本装置は、各エッチングユニット内で往復運動するが、速度が一定ではないことを考慮して、ノズルの間隔は速度の差をキャンセルできるように配置されており、各噴射孔から外面までの距離は一定であるので、噴射される溶出液による衝撃圧力を均一にすることが容易で、この点で平坦性の高い研磨処理に貢献できる。

以下、本願発明を実施するための実施形態について説明する。
一般的に液晶ディスプレイを製造する工程には、双方がガラス基板である一対の基板の一方に電極を形成する電極形成工程と、電極形成工程の後に、一対のガラス基板をシール材を介して貼り合わせて内部に液晶を注入した上で封止する封止工程（この工程で貼り合わせパネルが完成する）と、封止工程の後に、双方のガラス基板の外面を研磨して厚さを薄くする外面研磨工程とを含まれる。以下の説明では、ＦＰＤの一例として、液晶ディスプレイ（以下、ＬＣＤ）の外面研磨工程を採り上げて説明する。

本実施形態における外面研磨工程は、貼り合わせパネルの外面の材料を溶出させる酸性弗化アンモニウムを主成分とする溶出液を外面に向けて噴射することで自重による加速度を付けて溶出液をガラス基板の外面に吹き付けることで行われる。溶出液が吹き付けられる結果、吹き付け液による化学的作用により外面が研磨される。

尚、本明細書では、一対の基板の互いに向かい合う面を「内面」とし、それとは反対側の面を「外面」としている。本実施形態の外面研磨工程は、貼り合わせた一対のガラス基板（以下、貼り合わせパネル）の両方の外面を研磨する工程となっている。

本実施形態では、図１に示すように、貼り合わせパネルを垂直に立てて貼り合わせパネルの角度が９０°±８°の範囲（望ましくは９０°±３°）で溶出液による水圧に対し、フレキシブルに動くように保持し、その両側に配したノズルから溶出液を噴射させる。溶出液としては、酸性弗化アンモニウムを主成分とする強酸が使用される。酸性弗化アンモニウムの場合、例えば水１００に対して１０〜５０％程度（体積百分率）に希釈して使用される。衝撃圧力は、貼り合わせパネルの外面上で０．５ｋｇ／ｃｍ^２以下である。ノズルから噴射された溶出液により外面は、化学的に溶出液に溶かし出されることによりエッチングされる。これにより外面が化学的に研磨され、ガラス基板の厚さが薄くなる。

研磨の際、溶出液が触れないようにすべき箇所がある場合、マスキングテープを貼り付けして保護しておく。マスキングテープとしては、溶出液が強酸である場合、ポリプロピレン（ＰＰ）やテフロン（デュポン社の登録商標）等のフッ素樹脂系の耐酸性のシートで、裏面に粘着剤が数１０μｍの厚さで塗布されたものが使用できる。

上述した本実施形態の製造方法によれば、ガラス基板の外面の材料を溶出させる溶出液を噴射する際、ノズル角度を下方に２０°〜７０°（望ましくは３０°〜６０°）傾けて外面に向けて噴射することで自重による加速度を付けて溶出液を外面に吹き付ける。吹き付けられた溶出液による化学的作用により外面がエッチングにより研磨される。これは従来のディップ方式とは異なり、新鮮な溶出液が次々に供給される他、外面の材料が溶け込んだ溶出液が次々に流出していくので、効率よく且つ均一性よく研磨が行える。

貼り合わせパネルの保持は、図３に示すように、貼り合わせパネルをある程度の自由度を持たせて固定するための軟質ＰＶＣ等をエッチング装置の内壁部に設置することで行う。

緩衝具は、貼り合わせパネルに直接接触する部材であり、貼り合わせパネルを保持するものである。本実施形態では、貼り合わせパネルを垂直に立てて貼り合わせパネルの角度が９０°±８°の範囲（望ましくは９０°±３°）で溶出液による水圧に対し、フレキシブルに動くように保持するものである。緩衝具は、溶出液に対して腐食されない（耐薬品性のある）材料で形成されており、例えばテフロン（デュポン社の登録商標）のようなフッ素樹脂で形成されている。

図２に示すように、ガラス基板の両側にノズルが配置されており、貼り合わせパネルの両側の外面に向けて同時に溶出液を噴射させることができるようになっている。図３は、図１に示すノズルにおける、貼り合わせパネルの長さ方向についての設置間隔を示した上面から見た図である。

ノズルは、複数の噴射孔を有する管状の部材である。ノズルの噴射孔は、図２に示すように、垂直な方向に延びるよう配置されており、貼り合わせパネル長さ方向に間隔をおいて複数並んで設けられている。図３に示すように、ノズルの間隔は、貼り合わせパネル長さ方向については等間隔ではなく、貼り合わせパネルの往復運動の速度の差をキャンセルできるように配置されていること、各噴射孔から貼り合わせパネル外面までの距離は一定であることを特徴としているという構成を有する。前記溶出液の噴射は、噴射孔を有するノズルによって行われる。貼り合わせパネルは各エッチングユニット内を往復運動する。往復運動であるため、両端では貼り合わせパネルの移動速度がゼロになる。そのため板厚を均一にするために、すなわち貼り合わせパネルの全面に均一に溶出液がかかるようにするためには、速度の差をキャンセルするように各ノズルの間隔を調整する必要がある。図３に示すように、具体的には端部よりも中央部の方がノズルの間隔が狭くなっている。

尚、ノズルの構成としては、図２に示すよりもさらに多くの（又は少ない）ノズルを並べる場合もある。ノズルの噴射孔についても、噴射孔の径についても多種多様である。また、ノズルの形状についても管状である必要はなく、板状や他の形状であってもよい。

実施形態に係るＦＰＤのエッチング装置の全体斜視図である。 エッチング時のシャワーの状態を示す斜視図である。 実施形態に係るＦＰＤのエッチング装置を上から見た概略図である。 シャワーによるエッチング時のノズルの拡大概略図

Claims (7)

1. 一方又は双方がガラス基板である一対の基板の少なくとも一方に電極を形成する電極形成工程と、電極形成工程の後に一対の基板をシール材を介して貼り合わせ内部を封止する封止工程と、封止工程の後に、ガラス基板である一方又は双方の基板の外面を化学的に研磨して厚さを薄くする外面研磨工程とを含むフラットパネルディスプレイの製造方法において、
   前記外面研磨工程は、前記ガラス基板の外面の材料を溶出させる溶出液を前記外面に一定速度で吹き付けて、前記一方又は双方の基板を、溶出液を噴射するノズルの噴射孔に対して相対的に機械的に移動させながら、溶出液による化学的作用を利用するエッチングにより研磨する工程であることを特徴とするフラットパネルディスプレイの製造方法。
2. 前記溶出液は、酸性弗化アンモニウムを主成分とする溶出液であることを特徴とする請求項１記載のフラットパネルディスプレイの製造方法。
3. 前記溶出液による前記外面への衝撃時圧力は、０．５ｋｇ／ｃｍ^２以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のフラットパネルディスプレイの製造方法。
4. 溶出液の噴射中に前記外面が９０±８°（望ましくは±３°）の範囲で自由に動くことができるように前記基板が保持されることを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれかに記載のフラットパネルディスプレイの製造方法。
5. 前記貼り合わせられた一対のガラス基板の両方の外面を同時に化学的に研磨して全体の厚さを薄くすることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のフラットパネルディスプレイの製造方法。
6. 研磨を始める際の前記ノズルの噴射孔から前記基板の外面までの距離は、１００ｍｍ以上となっていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のフラットパネルディスプレイの製造方法。
7. ノズルに複数の噴射孔が設けられており、各ノズルの間隔は等間隔ではなく、装置の往復運動の速度の差をキャンセルできるように配置されていること、各噴射孔から前記外面までの距離は一定であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のフラットパネルディスプレイの製造方法。

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