JP5170668B2

JP5170668B2 - 基板装置およびその製造方法

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Publication number: JP5170668B2
Application number: JP2008146823A
Authority: JP
Inventors: 靖川田
Original assignee: Japan Display Central Inc
Current assignee: Japan Display Central Inc
Priority date: 2008-06-04
Filing date: 2008-06-04
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2028-06-04
Also published as: JP2009294362A

Description

本発明は、所定間隔で互いに対向配置された一対のフレキシブル基板を備えた基板装置およびその製造方法に関する。

表示素子として液晶表示素子すなわち液晶表示パネルを用いた表示装置は、軽量、薄型、低消費電力などの特徴を有するために、ＯＡ機器、情報端末、時計、テレビジョン受像機など、さまざまな分野に応用されている。

特に、薄膜トランジスタ(ＴＦＴ素子)を用いた液晶表示パネルは、その応答性から携帯テレビジョン受像機やコンピュータなど多くの情報を含むデータの表示用モニタに用いられている。

一般に液晶表示パネル、有機ＥＬパネル、あるいはプラズマディスプレイパネルなどの表示素子の基板には、ガラスを主成分とした材料が用いられており、組み立てた後にガラス基板の不要な部位を切り落とすなどの処理がなされている。

ガラス基板は、微細なクラックを表面に形成して応力を加えるだけで簡単に切断できる特徴を有するため、積層されたガラス基板のそれぞれの切断位置をずらして加工するなど、表示素子として必要な所望の構造を容易に形成することができる。

一方、表示素子の形状が変形可能なフレキシブル基板を用いた表示素子では、その用途により曲面などの平面状態ではない形状での使用が要求される。

従来、フレキシブル基板により構成された表示素子は、例えば合成樹脂など、ガラス以外の材料で形成されるもの、あるいは、ステンレスなどの金属を用いた基板などによって構成されるものの場合が殆どであり、その切断の際には、レーザなどが用いられている(例えば、特許文献１および２参照。)。
特開２００２−１４４０６７号公報特開２００３−２０２３７号公報

しかしながら、レーザを用いてフレキシブル基板を切断する際には、レーザを照射する側のフレキシブル基板のみを加工することができないため、積層された基板の切断位置をずらした加工ができないという問題点を有している。

また、レーザを用いる切断に代えて、パンチング装置により切断することも考えられるものの、この場合でも、パンチング装置により切断する側のフレキシブル基板を確実に切断するためには、反対側のフレキシブル基板までパンチング装置を貫通させなければならず、積層された基板の切断位置をずらした加工が容易でないという問題点を有している。

この結果、低コストでの生産が容易ではないなどの問題が生じる。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、製造コストの増加を抑制しつつ切断位置をずらした加工が可能な基板装置およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、所定間隔で互いに対向配置された一対のフレキシブル基板を備えた基板装置の製造方法であって、前記フレキシブル基板の切断予定部に対応する位置で前記フレキシブル基板の少なくともいずれか一方に、一対の前記フレキシブル基板間の前記所定間隔よりも大きい高さ寸法を有する構造体を配置する配置工程と、一方の前記フレキシブル基板の少なくとも切断予定部の温度を脆化点以下に低下させてこの切断予定部を脆化させる脆化工程と、この脆化工程で脆化させた切断予定部で一方の前記フレキシブル基板を切断して切断部を形成する切断工程と、一対の前記フレキシブル基板間の前記所定間隔よりも大きい高さ寸法を有し、前記切断部に対応する位置に配置された構造体とを具備したものである。

また、本発明は、所定間隔で互いに対向配置された一対のフレキシブル基板と、これらフレキシブル基板のいずれかに、脆化点以下への温度低下による脆化状態下で破壊されることにより形成された切断部と、一対の前記フレキシブル基板間の前記所定間隔よりも大きい高さ寸法を有し、前記切断部に対応する位置に配置された構造体とを具備したものである。

そして、一対のフレキシブル基板の切断予定部に対応する位置でフレキシブル基板の少なくともいずれか一方に、一対のフレキシブル基板間の所定間隔よりも大きい高さ寸法を有する構造体を配置し、一方のフレキシブル基板の切断予定部の温度を脆化点以下へと低下させて脆化させた状態でこの切断予定部から一方のフレキシブル基板を破壊して切断部を形成する。

なお、脆化とは、金属や樹脂が可塑性や延性を失うことをいう。また、脆化点(脆化温度)とは、そのときの温度をいう。

本発明によれば、例えば従来のガラス基板の加工に用いる切断装置を用いてフレキシブル基板を切断予定部から効率よく破壊でき、製造コストの増加を抑制しつつ切断位置をずらした加工が可能となる。

以下、本発明の一実施の形態の基板装置の構成を図１ないし図５を参照して説明する。

図４および図５において、11は基板装置としての表示素子(液晶表示素子)である液晶表示パネルを示し、この液晶表示パネル11は、カラー表示可能なアクティブマトリクス型の液晶表示パネルであって、第１基板であるアレイ基板15と第２基板である対向基板16とを対向配置し、これら基板15，16間に、光変調層としての液晶層17、および、これら基板15，16の間隙を、一定の設計ギャップ(貼り合わせ距離)すなわち所定間隔Ｇに保持するスペーサ18を介在させてその周縁部をシール剤Ｓにより形成された接着層19により貼り合わせて構成され、中央部に位置する四角形状の表示領域22に、複数の画素(副画素)24が一方向である垂直方向(列方向)と他方向である水平方向(行方向)とのそれぞれに沿ってマトリクス状に配設されている。また、液晶表示パネル11には、図示しない偏光板がアレイ基板15の表示側および対向基板16の背面(裏面)側にそれぞれ貼り付けられている。なお、この液晶表示パネル11は、透過型、反射型、あるいは半透過型などのいずれの構成でもよい。

アレイ基板15は、例えば絶縁性を有するフレキシブル基板26を有し、このフレキシブル基板26の液晶層17側(図４中の上側)の主面上には、表示領域22側に対応する四角形状の画素領域27と、この画素領域27の長手方向の一端側の外方(図４中の右側)にする四角形状の配線接続領域28とが形成されている。

フレキシブル基板26は、透光性および絶縁性を有するフレキシブル基板としての大判フレキシブル基板29から周縁切断部としてのアレイ側周縁切断部(第１周縁切断部)である外周切断部26a〜26dによって平面視で四角形状に切り出されるものである。ここで、大判フレキシブル基板29(フレキシブル基板26)は、非ガラス材料、例えばポリエーテルサルフォン(ＰＥＳ)などの透明な合成樹脂によってフィルム状に形成され、柔軟性および伸縮性を有している。

画素領域27は、対向基板16と対向する領域であり、表示領域22に対応する接着層19の内方の位置に、複数の配線である走査線(ゲート配線)31と、複数の配線である信号線(ソース配線)32とが互いに略直交するように格子状に配設され、これら走査線31と信号線32とのそれぞれの交差位置に、スイッチング素子である薄膜トランジスタ(ＴＦＴ)33が設けられ、これらを覆って液晶層17の液晶分子の配向用の配向膜35が形成されている。また、この画素領域27には、接着層19の外方の位置に、各走査線31と接続される走査線駆動回路であるゲートドライバ36と、各信号線32と接続される信号線駆動回路であるソースドライバ37とがそれぞれ配置されている。

走査線31および信号線32は、導電性を有する金属などの部材によりそれぞれ形成されている。このため、これら走査線31および信号線32は、光を透過しない。換言すれば、これら走査線31および信号線32は、遮光性(反射性)を有し、各画素24の間に位置して、配線ブラックマトリクス(ＢＭ)として機能している。また、走査線31は、水平方向に沿って形成され、信号線32は、垂直方向に沿って形成されている。

薄膜トランジスタ33は、ゲート電極が走査線31から突出して形成され、ソース電極が信号線32から突出して形成されているとともに、ドレイン電極に画素24を形成する図示しない画素電極が接続されており、ゲートドライバ36からの信号が走査線31を介してゲート電極に印加されることでスイッチング制御され、ソースドライバ37から信号線32を介して入力された信号に対応して画素電極に電圧を印加することで、画素24をそれぞれ独立して点灯／消灯させるものである。

各画素電極は、例えばＩＴＯ(Indium Tin Oxide)などの透明導電材料により、例えば低温スパッタリングなどによって略四角形状に形成されている。

一方、配線接続領域28は、対向基板16と対向しない領域であり、ゲートドライバ36およびソースドライバ37などと外部回路とを接続するための配線45(図２)が多数形成されている。

そして、画素領域27と配線接続領域28との境界の位置には、フレキシブル基板26の幅方向に沿って、複数の構造体47が略一直線上に並んで配置されている。これら構造体47は、例えば基板用のレジストなどにより互いに離間されるように島状に形成されている。また、これら構造体47の高さ寸法は、基板15，16間の所定間隔Ｇに対して例えば１１０％以上の高さに設定されている。したがって、構造体47は、対向基板16側が、この対向基板16に対して厚み方向に押し上げるように応力を加えた状態となるように配置されている。

また、対向基板16は、透光性を有する絶縁性のフレキシブル基板51を有し、このフレキシブル基板51上に、対向電極53、および、液晶層17の液晶分子の配向用の配向膜54などが順次積層されている。

フレキシブル基板51は、透光性および絶縁性を有するフレキシブル基板としての大判フレキシブル基板56から周縁切断部としての対向側周縁切断部(第２周縁切断部)である外周切断部51a〜51cおよび切断部51dによって平面視で四角形状に切り出されるものである。ここで、大判フレキシブル基板56(フレキシブル基板51)は、非ガラス材料、例えばポリエーテルサルフォン(ＰＥＳ)などの透明な合成樹脂によってフィルム状に形成され、柔軟性および伸縮性を有している。

外周切断部51a〜51cは、アレイ基板15用のフレキシブル基板26の外周切断部26a〜26cと平面視で重なる位置となっており、所定の切断予定部58a〜58cに沿って大判フレキシブル基板56から、レーザなどを用いる図示しない切断装置によってフレキシブル基板51を切り出す工程で、フレキシブル基板26の各外周切断部26a〜26cと同時に形成されるものである。

また、切断部51dは、構造体47と対応する位置に形成されている。すなわち、この切断部51dは、アレイ基板15用のフレキシブル基板26の外周切断部26dと平面視で異なる位置となっており、この外周切断部26dによりフレキシブル基板26を切り出す工程とは別個の工程で形成されるものである。具体的に、この切断部51dは、図１ないし図３に示すように、大判フレキシブル基板56を切断予定部58dに沿って冷却して脆化(本実施の形態では、樹脂特有の軟らかさがなくなり、外部刺激で破壊する状態となる)させた後、通常のガラス基板などのスクライブに用いるスクライブ装置すなわち切断装置であるガラスカッタGCによって切り出されることで形成されるものである。

したがって、この切断部51dは、外周切断部51a〜51cおよび外周切断部26a〜26dとは異なる方法によってその切断面が形成されている。

切断予定部58dは、例えば冷媒Ｆを噴射装置の微細なノズルであるマイクロノズルＮから噴射させることで大判フレキシブル基板56を構成する材料の脆化点(脆化温度)以下へと冷却して脆化させる。この冷却に用いる冷媒Ｆとしては、基本的にはフレキシブル基板51を構成する材料の脆化温度以下に下げられるものであれば任意に選択できるが、作業の安全性などを考慮すると、例えば液体窒素などを用いることが好ましい。

対向電極53は、表示領域22の画素電極に対応する位置にて、例えばＩＴＯなどの透明導電材料により、低温スパッタリングなどによって形成されている。

そして、アレイ基板15と対向基板16とのいずれかには、着色層であるカラーフィルタ層が形成されている。このカラーフィルタ層は、例えば赤(Ｒ)、緑(Ｇ)および青(Ｂ)などの着色部をストライプ状に備え、これらの着色部が表示領域22の画素24に対応するように配置されている。なお、このカラーフィルタ層は、液晶表示パネル11が透過型である場合には、基板15，16のいずれに形成してもよいが、液晶表示パネル11が反射型あるいは半透過型などの場合には、アレイ基板15側に形成する。

また、液晶層17は、所定の液晶材料により形成された光変調層である。

スペーサ18は、基板15，16間の所定間隔Ｇと等しい高さ寸法を有している。

接着層19は、例えば光(紫外線)硬化樹脂などのシール剤Ｓにより、表示領域22を囲む所定のパターンに構成されている。また、この接着層19を形成するシール剤Ｓと大判フレキシブル基板29，56との密着力は、構造体47により大判フレキシブル基板56を押し上げる応力よりも大きく設定されている。

次に、上記一実施の形態の基板装置の製造方法を説明する。

まず、大判フレキシブル基板29上の所定の位置に、一般的な成膜工程とパターニング工程とを繰り返すことで、走査線31、信号線32、配線45、薄膜トランジスタ33および画素電極などを形成する(アレイパターン形成工程)とともに、構造体47を所定位置に配置する(配置工程)。これらアレイパターン形成工程と配置工程とにより、アレイ基板形成工程が構成されている。

また、大判フレキシブル基板56上の所定位置に、対向電極53および配向膜54などを形成する(対向基板形成工程)。

なお、カラーフィルタ層は、アレイ基板15側に形成する場合にはアレイ基板形成工程に、対向基板16側に形成する場合には対向基板形成工程に、それぞれ組み入れることができる。

次いで、上記大判フレキシブル基板29，56に配向膜35，54を塗布した後、所定の配向処理を施し(配向工程)、これら大判フレキシブル基板29，56の一方、例えば大判フレキシブル基板29上にシール剤Ｓを塗布して接着層19を所定パターンに形成した後、これら大判フレキシブル基板29，56を、スペーサ18を間に介在させて互いに所定間隔Ｇで貼り合わせて第１中間体61とする(接着工程)。この接着工程では、シール剤Ｓを塗布した大判フレキシブル基板29，56のいずれか、ここでは大判フレキシブル基板29上に、シール剤Ｓの内方に所定量の液晶材料を滴下して減圧環境下で大判フレキシブル基板29，56を貼り合わせる、一般的な液晶滴下方法を用いることで、これら大判フレキシブル基板29，56間に液晶材料が充填されて液晶層17が形成される。

この後、接着層19の外周部に沿って、第１中間体61から第２中間体62を切り出す(外周(外縁)切断工程)。このとき、例えばレーザなどを用いる切断装置により、各切断予定部58a〜58cに沿って大判フレキシブル基板29，56を一体に切断することで、外周切断部26a〜26dと、外周切断部51a〜51cとが形成される。

さらに、図１および図２に示すように、第２中間体62を、大判フレキシブル基板56側を上側とした状態で、配線接続領域28に近接する切断予定部58dに沿って、マイクロノズルＮによって液体窒素などの冷媒Ｆを噴射することで、この切断予定部58dを脆化させる(脆化工程)。このとき、切断予定部58dの表面および厚み方向で大判フレキシブル基板56が脆化し、この大判フレキシブル基板56に、その特徴である可塑性が殆どなくなり、この大判フレキシブル基板56がガラスのような挙動を示すようになる。

次いで、図３(a)に示すように、この脆化した切断予定部58dに対してガラスカッタGCを当てることにより、このガラスカッタGCの先端によって大判フレキシブル基板56にマイクロクラックMCを形成すると、脆化によってガラスと同等の特性を示すようになった大判フレキシブル基板56に対して、図３(b)に示すように、構造体47により切断予定部58dにて左右に離間される方向へと応力が加わって、マイクロクラックMCが大判フレキシブル基板56の厚みに方向に成長して大判フレキシブル基板56から不要部分Ｄが切断され、切断部51dが形成される(切断工程)。

この後、個々のフレキシブル基板26，51に偏光板を貼着することにより液晶表示パネル11が完成するとともに、この液晶表示パネル11の露出した配線45にフレキシブル配線などを熱圧着などすることにより、液晶表示パネル11と外部回路とが接続される。

上述したように、上記一実施の形態によれば、大判フレキシブル基板56の切断予定部58dの温度を脆化点(脆化温度)以下へと低下させて脆化させた状態でこの切断予定部58dから大判フレキシブル基板56を切断してフレキシブル基板51の切断部51dを形成することにより、例えば従来のガラス基板の加工に用いるガラスカッタGCを用いて大判フレキシブル基板56を切断予定部58dから切断できる。

このとき、大判フレキシブル基板29，56(フレキシブル基板26，51)は、接着層19を構成するシール剤Ｓによって密着しているものの、大判フレキシブル基板29，56(フレキシブル基板26，51)と接着層19との各密着面には、厳密には空気層が存在するため、大判フレキシブル基板56に形成したマクロクラックMCが成長しても大判フレキシブル基板29側に伝播することはない。

この結果、従来のガラス基板を対向させて構成する基板装置の製造時と比較して、製造コストの増加を抑制しつつ大判フレキシブル基板29(フレキシブル基板26)と大判フレキシブル基板56(フレキシブル基板51)との切断位置をずらした加工が可能となる。

特に、液晶表示パネル11においては、外部回路と接続するための配線45を導出するためにアレイ基板15が対向基板16に対して突出する配線接続領域28を有することから、アレイ基板15と対向基板16との端部の位置をずらすことが多いため、上記の製造方法を用いることで、製造コストを増加させることなく、形状を変形可能な液晶表示パネル11を容易に形成できる。

また、基板15，16(フレキシブル基板26，51)間の所定間隔Ｇよりも大きい高さ寸法を有する構造体47を切断予定部58dに対応する位置に配置することにより、ガラスカッタGCにより切断予定部58dに形成したマイクロクラックMCが、構造体47と所定間隔Ｇとの差により生じる応力によって大判フレキシブル基板56の厚み方向に成長するので、大判フレキシブル基板56を効率的に分断できる。

具体的に、シール剤Ｓと大判フレキシブル基板29，56との密着力を、構造体47により大判フレキシブル基板56を押し上げる応力よりも大きく設定することで、マイクロクラックMCを大判フレキシブル基板56の厚みに方向に確実に成長させることができる。

なお、上記一実施の形態において、切断予定部58dを含む部分の冷却には、冷媒Ｆの噴射以外の方法および構成を用いてもよい。

さらに、上記製造方法は、液晶表示パネル11や例えば有機ＥＬなどの表示素子に限らず、互いにずれた位置に切断部を有する一対のフレキシブル基板を備えた基板装置全般に好適に用いることができる。

そして、液晶表示パネル11および各工程は上記に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で任意に構成要素を変形して具体化できる。

本発明の一実施の形態の基板装置の製造方法の脆化工程を示す説明断面図である。同上基板装置の製造方法の脆化工程および切断工程を示す説明平面図である。同上基板装置の製造方法の切断工程を示し、(a)は切断装置によりマイクロクラックが生じた状態を示す説明断面図、(b)は同上マイクロクラックが成長してフレキシブル基板が切断された状態を示す説明断面図である。同上基板装置を示す説明断面図である。同上基板装置を示す回路図である。

11 基板装置としての液晶表示パネル
26，51 フレキシブル基板
29，56 フレキシブル基板としての大判フレキシブル基板
47 構造体
51d 切断部
58d 切断予定部
Ｓシール剤

Claims

所定間隔で互いに対向配置された一対のフレキシブル基板を備えた基板装置の製造方法であって、
前記フレキシブル基板の切断予定部に対応する位置で前記フレキシブル基板の少なくともいずれか一方に、一対の前記フレキシブル基板間の前記所定間隔よりも大きい高さ寸法を有する構造体を配置する配置工程と、
一方の前記フレキシブル基板の少なくとも切断予定部の温度を脆化点以下に低下させてこの切断予定部を脆化させる脆化工程と、
この脆化工程で脆化させた切断予定部で一方の前記フレキシブル基板を切断して切断部を形成する切断工程と
を具備したことを特徴とする基板装置の製造方法。
一対の前記フレキシブル基板を、シール剤により接着する接着工程を具備し、
前記シール剤と前記フレキシブル基板との密着力を、前記構造体により前記フレキシブル基板が押し上げられる応力よりも大きくする
ことを特徴とする請求項１記載の基板装置の製造方法。
所定間隔で互いに対向配置された一対のフレキシブル基板と、
これらフレキシブル基板のいずれかに、脆化点以下への温度低下による脆化状態下で破壊されることにより形成された切断部と、
一対の前記フレキシブル基板間の前記所定間隔よりも大きい高さ寸法を有し、前記切断部に対応する位置に配置された構造体と
を具備したことを特徴とする基板装置。
一対の前記フレキシブル基板は、シール剤により接着され、
前記シール剤と前記フレキシブル基板との密着力は、前記構造体により前記フレキシブル基板が押し上げられる応力よりも大きい
ことを特徴とする請求項３記載の基板装置。