JP2019144347A

JP2019144347A - 表示装置の製造方法

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Publication number: JP2019144347A
Application number: JP2018026977A
Authority: JP
Inventors: 崇柿村; Takashi Kakimura; 土田　実; Minoru Tsuchida; 実土田
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd; Tomoegawa Paper Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd; Tomoegawa Co Ltd
Priority date: 2018-02-19
Filing date: 2018-02-19
Publication date: 2019-08-29

Abstract

【課題】安価かつポリイミド膜にダメージを与えることなくガラス基板からポリイミド膜を剥離することができる表示装置の製造方法を提供する。【解決手段】カーボンナノチューブが相互に絡み合ってなる紙状物である剥離層２０をガラス基板１０の上に形成し、その剥離層２０の上にポリイミド膜３０を形成する。すなわち、ガラス基板１０とポリイミド膜３０との間に剥離層２０が挟み込まれる。さらに、そのポリイミド膜３０の上にバリア層４０および回路層５０を形成する。剥離層２０とポリイミド膜３０との密着性が高い一方で剥離層２０とガラス基板１０との密着性は低い。従って、ポリイミド膜３０を含む積層体６０を機械的に引っ張ると、剥離層２０とガラス基板１０との界面が容易に剥離する。これにより、安価かつポリイミド膜３０にダメージを与えることなくガラス基板１０からポリイミド膜３０を容易に剥離することができる。【選択図】図８

Description

本発明は、ポリイミド膜上にＴＦＴ回路等を形成した液晶ディスプレイ等の表示装置の製造方法に関する。

従来、典型的には、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイはガラス基板上にＴＦＴ(thin-film-transistor)回路等を形成して製造されている。近年、液晶ディスプレイ等のガラス基板の薄型化が進展しており、特にスマートフォンやタブレットに代表される携帯情報端末では軽量化に拍車がかかり、この分野向けのガラス基板は急速に薄型化する傾向にある。さらに、これらのディスプレイに要望される機能として、フレキシブル化が期待されている。

しかし、ガラス基板はいかに薄くても曲げると割れるため、フレキシブル化の要望を満たすことは困難である。そこで、ガラス基板に代えてポリイミド等の樹脂材料の基板を使用することが検討されている。

一般的には、ポリイミド膜を用いて液晶ディスプレイ等を製造する際には、基材となるガラス基板（キャリア基板）上にポリイミド膜を形成し、そのポリイミド膜上にＴＦＴ回路等を形成する。そして、ガラス基板からポリイミド膜を引き剥がすことによって柔軟性に富んだフレキシブルディスプレイが製造される。ところが、ポリイミド膜とガラス基板との密着性は比較的強いため、特許文献１には、レーザーによってポリイミド膜を焼き切ってガラス基板からポリイミド膜を剥離する手法が開示されている。このような、レーザーによってポリイミド膜を焼き切った後に、機械的にポリイミド膜を引っ張ってガラス基板から剥離する手法はＥＰＬａＲ(Electronics on Plastic by Laser Release)法と称されている。

特開２０１５−１６５４９１号公報

しかしながら、ＥＰＬａＲ法では、高出力のレーザーがポリイミド膜に強いダメージを与え、そのダメージに起因して応力が発生し、剥離後のポリイミド膜が巻き取られるように変形する現象が生じる。その結果、ポリイミド膜上に形成された回路に深刻なダメージを与えることとなる。また、高出力のレーザーを照射するＥＰＬａＲ法では、高価なレーザーアニール装置が必要になるという問題もある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、安価かつポリイミド膜にダメージを与えることなくガラス基板からポリイミド膜を剥離することができる表示装置の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、ポリイミド膜上に回路を形成した表示装置の製造方法において、カーボンナノチューブが相互に絡み合ってなる紙状物である剥離層をガラス基板上に形成する剥離層形成工程と、前記剥離層上にポリイミド膜を形成するポリイミド膜形成工程と、前記ポリイミド膜上に回路層を形成する回路層形成工程と、前記ガラス基板から前記剥離層、前記ポリイミド膜および前記回路層を含む積層体を剥離する剥離工程と、を備えることを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る表示装置の製造方法において、前記ポリイミド膜形成工程は、前記剥離層上にポリイミド前駆体を含む塗布液を塗布して塗布膜を形成する塗布工程と、前記塗布膜を焼成してイミド化するイミド化工程と、を含むことを特徴とする。

また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明に係る表示装置の製造方法において、前記ポリイミド膜形成工程にて形成される前記ポリイミド膜は平面視で前記剥離層よりも大きく、前記剥離層の全体を覆うように形成されて前記剥離層の端縁部の外方にて前記ガラス基板に密着することを特徴とする。

また、請求項４の発明は、請求項１から請求項３のいずれかの発明に係る表示装置の製造方法において、前記剥離層形成工程にて形成される前記剥離層の膜厚は１００ｎｍ以下であることを特徴とする。

また、請求項５の発明は、請求項１から請求項４のいずれかの発明に係る表示装置の製造方法において、前記剥離層形成工程は、カーボンナノチューブの分散液を前記ガラス基板上に塗布する工程を含むことを特徴とする。

また、請求項６の発明は、請求項１から請求項４のいずれかの発明に係る表示装置の製造方法において、前記剥離層形成工程は、カーボンナノチューブが相互に絡み合ってなる紙状物を前記ガラス基板に貼付する工程を含むことを特徴とする。

請求項１から請求項６の発明によれば、カーボンナノチューブが相互に絡み合ってなる紙状物である剥離層をガラス基板上に形成し、その剥離層上にポリイミド膜を形成するため、剥離層とポリイミド膜との密着性が高い一方で剥離層とガラス基板との密着性は低く、安価かつポリイミド膜にダメージを与えることなくガラス基板からポリイミド膜を剥離することができる。

特に、請求項３の発明によれば、ポリイミド膜は平面視で剥離層よりも大きく、剥離層の全体を覆うように形成されて剥離層の端縁部の外方にてガラス基板に密着するため、表示装置の製造工程中に剥離層の端縁部がガラス基板から剥離するのを防止することができる。

本発明に係る表示装置の製造方法の処理手順を示すフローチャートである。基材となるガラス基板を示す図である。ガラス基板上に剥離層が形成された状態を示す図である。剥離層上にポリイミド膜が形成された状態を示す図である。形成後のポリイミド膜を上方から見た平面図である。ポリイミド膜上にバリア層が形成された状態を示す図である。バリア層上に回路層が形成された状態を示す図である。ガラス基板からポリイミド膜を含む積層体を剥離する状態を示す図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明に係る表示装置の製造方法の処理手順を示すフローチャートである。まず、基材となるガラス基板１０を準備する（ステップＳ１）。図２は、ガラス基板１０を示す図である。ガラス基板１０は、ガラス製の平面基板であり、その表面は平滑である。このガラス基板１０は、表示装置の製造工程にて後述するポリイミド膜や回路を保持して搬送するためのキャリア基板として機能するものであり、最終製品としての表示装置に残るものではない。ガラス基板１０をキャリア基板として用いることにより、柔軟なポリイミド膜を安定して保持することができ、そのポリイミド膜上に回路等を形成しやすくなる。また、ガラス基板１０をキャリア基板として用いれば、ガラス基板上に回路等を形成するための既存の製造設備（塗布装置、熱処理装置等）を利用することが可能となる。ガラス基板１０の形状やサイズは特に限定されるものではなく、適宜のものとすることができる（本実施形態では矩形のガラス基板１０）。

次に、ガラス基板１０の上面に剥離層２０を形成する。（ステップＳ２）。ステップＳ２に先行する処理として、ガラス基板１０の表面洗浄処理を行っておくようにしても良い。このような洗浄処理としては、薬液によってガラス基板１０の表面を洗浄する薬液洗浄やブラシによってガラス基板１０の表面から機械的に汚染物質を除去するブラシ洗浄等が例示される。或いは、ガラス基板１０の表面に紫外線を照射して汚染物質を分解除去するようにしても良い。

図３は、ガラス基板１０上に剥離層２０が形成された状態を示す図である。本実施形態においては、塗布法によってガラス基板１０の上面に剥離層２０を形成する。形成される剥離層２０の平面サイズはガラス基板１０よりも小さい。塗布法を実行する塗布処理装置としては、例えば塗布液を吐出するスリットノズルを静止状態で保持されるガラス基板１０に対して一定速度で走査させて塗布液を塗布するスリットコータ等を採用することができる。塗布液の塗布範囲を制限することによって、ガラス基板１０よりも小さな剥離層２０を形成することができる。また、塗布法に用いる塗布液は、カーボンナノチューブ(CNT:carbon nanotube)の分散液である。カーボンナノチューブは、炭素原子が六角形に配置されたグラファイトシートが単層あるいは多層の筒状になった物質である。カーボンナノチューブの分散液は、分散媒にカーボンナノチューブが分散した液であり、カーボンナノチューブ以外の分散質は含まれていない。

カーボンナノチューブの分散液をガラス基板１０の上面に均一に塗布して塗布膜を形成し、その塗布膜を乾燥させて液成分（分散媒）を蒸発させることによって剥離層２０が形成される。剥離層２０は、カーボンナノチューブが相互に絡み合ってなる紙状物である。紙状物とは、繊維形状物で形成された多孔質膜である。カーボンナノチューブ自体がその形状から繊維であるため、塗布膜から分散媒を蒸発させることによって繊維形状のカーボンナノチューブが相互に絡み合った紙状物が形成されるのである。また、剥離層２０の膜厚は１００ｎｍ以下である。

続いて、剥離層２０上にポリイミド膜３０を形成する（ステップＳ３）。ポリイミド膜３０も塗布法を用いて形成する。すなわち、上述と同様のスリットコータ等によって剥離層２０上にポリイミド前駆体を含む塗布液を塗布して塗布膜を形成する。そして、熱処理装置によってガラス基板１０を加熱し、当該塗布膜を３５０℃以上で焼成してイミド化することにより、ポリイミド膜３０を成膜する。このような熱処理装置としては、例えば熱風を送風することによってガラス基板１０を加熱する熱処理炉を用いることができる。焼成後のポリイミド膜３０の膜厚は約１０μｍである。

図４は、剥離層２０上にポリイミド膜３０が形成された状態を示す図である。また、図５は、形成後のポリイミド膜３０を上方から見た平面図である。本実施形態においては、平面視でポリイミド膜３０が剥離層２０よりも大きく、ガラス基板１０よりは小さい。ポリイミド膜３０は剥離層２０の全体を覆うように形成されている。ポリイミド前駆体を含む塗布液の塗布範囲を剥離層２０よりも少し大きく調整することにより、ガラス基板１０よりは小さく、かつ、剥離層２０よりも大きなポリイミド膜３０を形成することができる。また、図４に示すように、剥離層２０からはみ出たポリイミド膜３０の四辺の周縁部は、剥離層２０の端縁部の外方にてガラス基板１０の上面に密着する。

カーボンナノチューブが相互に絡み合ってなる紙状物である剥離層２０は繊維状の構造を有する多孔質膜である。このため、塗布法によってポリイミド膜３０を形成する際に、剥離層２０の繊維状構造の微小な凹凸にポリイミド前駆体を含む塗布液が容易に入り込み、その結果剥離層２０とポリイミド膜３０との密着性は高くなる。その一方、平滑な表面を有するガラス基板１０と繊維状構造の剥離層２０との密着性は低くなる（つまり、剥離性は高くなる）。

剥離層２０とガラス基板１０との密着性が低くなると、表示装置の製造工程の途中で剥離層２０がガラス基板１０から剥離する懸念が生じる。このため、剥離層２０よりも大きなポリイミド膜３０が剥離層２０の全体を覆い、剥離層２０の端縁部の外方にてガラス基板１０の上面に密着するように形成されている。ポリイミド膜３０とガラス基板１０との密着性は、剥離層２０とガラス基板１０との密着性よりも高い。従って、剥離層２０の特に端縁部はポリイミド膜３０によってガラス基板１０に押し付けられ、表示装置の製造工程の途中で剥離層２０がガラス基板１０から剥離するのを抑制することができる。

次に、ポリイミド膜３０上にバリア層４０を形成する（ステップＳ４）。図６は、ポリイミド膜３０上にバリア層４０が形成された状態を示す図である。バリア層４０は、後述する回路層５０に水分が浸透するのを防ぐための膜であり、例えば窒化シリコン（ＳｉＮｘ）膜で構成される。バリア層４０は、ＣＶＤ法等の公知の種々の手法によって形成することができる。

その後、バリア層４０上に回路層５０を形成する（ステップＳ５）。図７は、バリア層４０上に回路層５０が形成された状態を示す図である。回路層５０は、ＴＦＴ回路の層である。回路層５０は、成膜、フォトリソグラフィー、エッチング等の工程を繰り返す公知のアレイプロセスによって形成される。回路層５０の形成後に、さらに有機ＥＬ層や封止層を形成するようにしても良い。なお、剥離層２０よりも外側にはみ出しているポリイミド膜３０の周端部上にはバリア層４０および回路層５０を形成しない方が好ましい。

最後に、ガラス基板１０から剥離層２０、ポリイミド膜３０、バリア層４０および回路層５０を含む積層体６０を剥離する（ステップＳ６）。図８は、ガラス基板１０からポリイミド膜３０を含む積層体６０を剥離する状態を示す図である。まず、剥離層２０よりも外側にはみ出てガラス基板１０に密着しているポリイミド膜３０の周縁部をガラス基板１０から切り離す。続いて、ポリイミド膜３０を含む積層体６０をガラス基板１０から機械的に引き剥がす。上述したように、剥離層２０とポリイミド膜３０との密着性が高い一方で剥離層２０とガラス基板１０との密着性は低い。このため、ポリイミド膜３０を含む積層体６０を機械的に引っ張ると、剥離層２０とガラス基板１０との界面が容易に剥離する。従って、ポリイミド膜３０にダメージを与えることなく、ガラス基板１０からポリイミド膜３０を容易に剥離することができるのである。剥離後の積層体６０は、薄いポリイミド基板上にＴＦＴ回路等が形成された柔軟性に富んだフレキシブルデバイスとして表示装置の主要構成部品となる。なお、ポリイミド膜３０の周縁部をガラス基板１０から切り離す手法としては、適宜の方法を用いることが可能であり、例えばガラス基板１０に密着しているポリイミド膜３０の周縁部の面積が小さいため、単に積層体６０を機械的に引っ張るだけでもポリイミド膜３０の周縁部をガラス基板１０から比較的容易に切り離すことができる。

また、剥離層２０とポリイミド膜３０との密着性が高いため、剥離後のポリイミド膜３０に剥離層２０が貼り付いて残ることとなる。しかし、膜厚１００ｎｍ以下の紙状物である剥離層２０は透明かつ可撓性を有するため、ポリイミド膜３０に貼り付いて残っていたとしても問題無い。むしろ、剥離層２０がバリア層としても機能するため、デバイスには有益である。

本実施形態においては、カーボンナノチューブが相互に絡み合ってなる紙状物である剥離層２０をガラス基板１０の上に形成し、その剥離層２０の上にポリイミド膜３０を形成している。すなわち、カーボンナノチューブが相互に絡み合ってなる紙状物である剥離層２０がガラス基板１０とポリイミド膜３０との間に挟み込まれている。剥離層２０は、ポリイミド膜３０との密着性が高い一方でガラス基板１０との密着性は低い。従って、ポリイミド膜３０を機械的に引っ張るだけで、ポリイミド膜３０を密着する剥離層２０とともに容易にガラス基板１０から剥離することができる。すなわち、剥離層２０はデボンディングレイヤーとして機能することとなり、レーザー等を使用してポリイミド膜３０を焼き切らなくても、ポリイミド膜３０をガラス基板１０から容易に剥離することが可能となるのである。高価なレーザーアニール装置が不要であるため、安価にガラス基板１０からポリイミド膜３０を剥離することができる。

また、ポリイミド膜３０の剥離に高出力のレーザーを使用しないため、ポリイミド膜３０にダメージを与えることなくガラス基板１０からポリイミド膜３０を剥離することができる。その結果、ポリイミド膜３０に応力が発生して当該ポリイミド膜３０が巻き取られるように変形することはなく、ポリイミド膜３０上の回路層５０に機械的なダメージを与えることも防止され、デバイスの歩留まりを向上させることができる。

さらに、剥離層２０に含まれるカーボンナノチューブは導電性を有するため、ガラス基板１０からポリイミド膜３０を剥離するときの静電気発生を抑制することができる。これより、剥離時の静電気によって回路層５０に電気的なダメージを与えることも防止することができる。

また、ステップＳ６の剥離工程では剥離層２０がガラス基板１０から容易に剥離することが好ましく、その一方ステップＳ５の回路層形成工程では剥離層２０の剥離が抑制されることが求められる。これらの要求を両立するため、本実施形態では、平面視で剥離層２０よりも大きなポリイミド膜３０が剥離層２０の全体を覆い、剥離層２０の端縁部の外方にてガラス基板１０の上面に密着するように形成されている。これにより、剥離層２０の端縁部はポリイミド膜３０によってガラス基板１０に押し付けられ、ステップＳ５の回路層形成工程で剥離層２０がガラス基板１０から剥離するのを抑制することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明はその趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態においては、塗布法によってガラス基板１０の上面に剥離層２０を形成していたが、これに限定されるものではなく、カーボンナノチューブが相互に絡み合ってなる紙状物をガラス基板１０の上面に貼り付けて剥離層２０を形成するようにしても良い。この場合にも、ガラス基板１０よりも平面サイズの小さな紙状物をガラス基板１０に貼り付ける。このカーボンナノチューブが相互に絡み合ってなる紙状物は、上記実施形態にて塗布法によって形成された薄膜と同じものである。このようにしても、上記実施形態と同様に、カーボンナノチューブが相互に絡み合ってなる紙状物である剥離層２０がガラス基板１０とポリイミド膜３０との間に挟み込まれることとなるため、安価かつポリイミド膜３０にダメージを与えることなくガラス基板１０からポリイミド膜３０を剥離することができる。

また、上記実施形態においては、ポリイミド膜３０上にバリア層４０を形成し、そのバリア層４０の上に回路層５０を形成していたが、バリア層４０は必須のものではなく、ポリイミド膜３０の上に直接回路層５０を形成するようにしても良い。特に、剥離後にポリイミド膜３０に貼り付いて残った剥離層２０がバリア層と機能するのであれば、バリア層４０は不要である。

本発明に係る技術は、有機ＥＬディスプレイや液晶ディスプレイ等の表示装置の製造、特にポリイミド基板上に回路を形成したフレキシブルデバイスの製造に好適である。

１０ガラス基板
２０剥離層
３０ポリイミド膜
４０バリア層
５０回路層
６０積層体

Claims

ポリイミド膜上に回路を形成した表示装置の製造方法であって、
カーボンナノチューブが相互に絡み合ってなる紙状物である剥離層をガラス基板上に形成する剥離層形成工程と、
前記剥離層上にポリイミド膜を形成するポリイミド膜形成工程と、
前記ポリイミド膜上に回路層を形成する回路層形成工程と、
前記ガラス基板から前記剥離層、前記ポリイミド膜および前記回路層を含む積層体を剥離する剥離工程と、
を備えることを特徴とする表示装置の製造方法。
請求項１記載の表示装置の製造方法において、
前記ポリイミド膜形成工程は、
前記剥離層上にポリイミド前駆体を含む塗布液を塗布して塗布膜を形成する塗布工程と、
前記塗布膜を焼成してイミド化するイミド化工程と、
を含むことを特徴とする表示装置の製造方法。
請求項１または請求項２に記載の表示装置の製造方法において、
前記ポリイミド膜形成工程にて形成される前記ポリイミド膜は平面視で前記剥離層よりも大きく、前記剥離層の全体を覆うように形成されて前記剥離層の端縁部の外方にて前記ガラス基板に密着することを特徴とする表示装置の製造方法。
請求項１から請求項３のいずれかに記載の表示装置の製造方法において、
前記剥離層形成工程にて形成される前記剥離層の膜厚は１００ｎｍ以下であることを特徴とする表示装置の製造方法。
請求項１から請求項４のいずれかに記載の表示装置の製造方法において、
前記剥離層形成工程は、カーボンナノチューブの分散液を前記ガラス基板上に塗布する工程を含むことを特徴とする表示装置の製造方法。
請求項１から請求項４のいずれかに記載の表示装置の製造方法において、
前記剥離層形成工程は、カーボンナノチューブが相互に絡み合ってなる紙状物を前記ガラス基板に貼付する工程を含むことを特徴とする表示装置の製造方法。