JP5285336B2 - 表示素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＴＦＴやＳＴＮなどの液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイやＦＰＤなどのフラットディスプレイの薄型化技術に関する。特に、携帯電話、ＰＤＡ、デジタルカメラや電子辞書などの携帯機器の表示装置に関する。

携帯機器向けの表示装置は、表示材料がガラス基板間に保持された表示素子を、ドライバＩＣで駆動して表示を行なっている。代表的な表示素子として、液晶表示素子が知られている。例えば、カラーＴＦＴ液晶表示素子は、ＴＦＴ素子が形成されたガラス基板とＲＧＢからなるカラーフィルターが形成されたガラス基板との間に液晶層を保持し、そのガラス基板に偏光板や位相差板等の光学フィルムを貼り付けた構造である。少なくとも一方のガラス基板には端子部が形成され、ドライバＩＣの駆動信号が端子部を経由して液晶層に印加される。そして、この液晶表示素子の背面に、バックライトを配置した構造が一般的な液晶表示装置である。

液晶表示素子の薄型化は、主に、表示素子を構成するガラス基板と光学フィルムとバックライトの薄型化がポイントとなる。一般に、ガラス基板の材料として、無アルカリガラスを使用する。ガラス板の製造方法としては、ガラス表面の不純物に触れることなく製造できるヒュージョン法を用いるのが一般的である。市販されているヒュージョン法のガラス板の厚みは０．７ｍｍ，０．６３ｍｍ，０．６ｍｍ，０．５ｍｍの種類がある。このヒュージョン法で製造できるガラス板の厚みの薄型化には限界があり、おおよそ０．４ｍｍといわれている。薄型ガラスの製造に適した製造方法として、ダウンドロー法が知られているが、現状のダウンドロー法では、表示素子用のガラス基板の特性を得ることができない。そのため、ガラス基板を０．４ｍｍより薄くするには、ヒュージョン法で製造されたガラス板に、加工を加えて薄くする必要がある。

一般に、液晶表示素子は、例えば、３００×４００ｍｍの大きさの大判のガラス基板に複数の製品をレイアウトして、大判の状態で製造される。ガラス基板の大きさは、これに限ったものではない。以下、製造工程について簡単に説明する。まず、大判のガラス基板の状態で加工し、配線やＴＦＴ素子やカラーフィルターを形成する。次に、カラーフィルターを形成したガラス基板にセルギャップを一定にするためのポストスペーサーを形成する。カラーフィルターを形成したガラス基板とＴＦＴ素子を形成したガラス基板のそれぞれに配向膜を形成し、ラビングや光により配向する。シール剤をどちらか一方のガラス基板に印刷やディスペンスにより塗布し、必要量の液晶を滴下して、気泡が入らないように真空中で圧着し、ＵＶや可視光や熱などによりシール剤を硬化して液晶を封入する。

上記の工程後にガラス基板を薄型化する。薄型化する方法として化学研磨がある。エッチングレートを制御したフッ化アンモニウムとフッ酸からなるバッファードフッ酸等でガラスをエッチングする。エッチング後のガラス表面の凹凸を酸化セリウム等の研磨剤により機械研磨をして仕上げる場合もある。この方法は製品サイズにスクライブし分離した後に行ってもよい。（例えば、特許文献１を参照）
ガラス基板にダイヤモンドや超鋼などの刃でスクライブして、ガラス基板を分離して製品サイズに加工し、液晶表示素子は完成する。その後ガラス表面に偏光板や位相差補正フィルムをラミネートする。ラミネート時に混入した気泡は、オートクレープにより加圧加熱して消滅させる。

液晶表示素子の一方のガラス基板には、ドライバＩＣと接続するための端子が形成してある。ドライバＩＣには、Ａｕからなるバンプ電極を形成してある。ドライバＩＣは、ＣＯＧ実装用の異方性導電膜によって、液晶表示素子の端子とフェイスダウン実装して接続する。ＣＯＧ実装用の異方性導電膜には、１０〜１５ミクロンの厚みのシート状の熱硬化型接着剤に約３〜５ミクロンの導電粒子を分散配合したものが知られている。

ドライバＩＣと駆動回路基板を接続するフレキシブル基板は、液晶表示素子のドライバＩＣに隣接した端子にＯＬＢ（Ｏｕｔｅｒ−Ｌｅａｄ−Ｂｏｎｄｉｎｇ）用異方性導電膜で接続される。ガラス基板の端子の露出した配線には、水分や汚染に対する保護のためシリコーン接着剤やアクリル系接着剤などの保護モールドを塗布する。

液晶表示装置は、液晶表示素子の背面にバックライトを配置し、製品によっては金属枠により固定されて完成する。バックライトは、表示素子の表示エリア以上の面積の発光領域を持ち、表示エリアの外側に設けられた両面テープやクッション材などで固定される。バックライトには、光を導光板の側面から入光して面発光するサイドライト方式や、冷陰極管やＬＥＤなどの光源を、発光面の直下に配置して、乳白色のアクリルなどからなる拡散板により光を均一な面発光にする直下型方式などがある。

液晶表示素子を薄型化する方法として、上記同様に大判のガラス基板の状態で製造した後に、スクライブにより製品サイズに分離し、液晶表示素子の端子部に保護膜を形成して機械研磨により薄型化する方法がある（例えば、特許文献２を参照）。薄型化した後、上記同様に偏光板等の光学フィルムをガラス基板に貼り、ドライバＩＣとＦＰＣを実装し、更にバックライトを組み液晶表示装置は完成する。

更に他の方法として、上記同様に大判のガラス基板の状態で製造した後に、スクライブにより製品サイズに分離し、液晶表示素子の端子部にポリイミドテープを貼り付け、化学研磨により薄型化する方法もある（例えば、特許文献３を参照）。薄型化した後は、上記同様に偏光板等の光学フィルムをガラス基板に貼り、ドライバＩＣとＦＰＣを実装し、バックライトに組み込み液晶表示装置は完成する。

ガラス基板を薄型化する方式には、機械研磨と化学研磨がある。化学研磨は、加工スピードが速いが、薄型化によりガラス表面に凹凸が発生する。特にエッチング液に接触したところは、全て溶けてしまうため、溶かしたくない部分にはエッチング液に対して保護する必要がある。機械研磨は、平滑性の高い研磨が可能であるが、同一条件で薄型化と仕上げを行うのには時間がかかるため、ラップ（研削）とポリッシュ（研磨）の２段階で加工するのが一般的である。
特開２００４−２１０１６号公報（図２） 特開２００５−２１５０５０号公報（図２） 特開２００８−９３５６号公報（図７）

このような従来技術にはさまざまな課題がある。例えば、大判サイズのガラス基板を化学研磨後に機械研磨する方法には、ガラス基板の薄型化に限界がある。すなわち、大判サイズのガラス基板の取り扱いが非常に難しいためである。ガラス基板の厚みが０．２０〜０．１５ｍｍ以下では、強度が弱いため割れや破損が多発する。特に、化学研磨後の機械研磨の際にガラスが破損しやすい。また、０．２０ｍｍ以下のガラス厚みでは、大判のガラス基板をスクライブにより分離する際に、スクライブの刃の跡のとおりの形状で割れないという問題や、ガラスコーナーで欠けが発生するという課題がある。特に厚さ０．１ｍｍガラスのスクライブは、改善の目処がない状況である。

大判のガラス基板をスクライブにより製品サイズに分割した後で、液晶表示素子を化学研磨する方法では、２枚のガラス基板を接着固定しているシール部にバッファードフッ酸がしみ込み、シール部を破壊する課題がある。また、液晶表示素子の端子部をポリイミドテープで保護する場合においても、その密着度によってはバッファードフッ酸がしみ込み特にガラス基板とガラス基板の段差部分の配線が断線するという課題がある。

大判のガラス基板をスクライブにより製品サイズに分離した後で、液晶表示素子を機械研磨する方法では、２枚のガラス基板の研磨量の偏りが生じてしまう。製品サイズに分離した液晶表示素子は、端子部を有するガラス基板と端子部を持たない対向ガラス基板で構成される。この液晶表示素子を機械研磨すると、端子部側ではガラス基板の研磨量が少なく、対向ガラス基板の研磨量が多くなる。例えば０．３５ｍｍのガラス基板を２枚で構成した液晶表示素子を、ガラス基板の厚みを０．１ｍｍまで、ラップとポリッシュの２回の機械研磨で加工した場合、端子部側のガラス基板の厚みが約０．１４ｍｍ、端子部側の対向ガラス基板の厚みが約０．０７ｍｍとなり約２倍の厚みの差が生じた。一方、端子部とは反対辺の近傍ではガラスの厚みはガラス基板とガラス対向基板でほぼ同一であった。

このようなガラスの厚みが不均一な液晶表示素子では、ガラス強度が低下する問題がある。また、端子上の配線を保護するために、端子部に樹脂を塗布して保護した場合やフィルム基板を粘着固定した場合では、機械研磨により保護部材が剥がれ落ち、表示素子と干渉して液晶表示素子の割れが多発するという問題がある。保護部材の剥がれを防ぐために剥がれない保護部材で端子を保護した場合には、研磨後の保護部材の除去する際に、例えば０．１０ｍｍのガラス厚みでは、表示素子のガラス基板の端子部が割れてしまう問題がある。

そこで、本発明は、２枚のガラス基板の厚みがそれぞれ０．２０ｍｍ以下、特に約０．１０ｍｍのガラス厚みの表示素子を、生産性が高く安価な方法で作製することを目的とする。

本課題を解決するために、端子部が設けられたガラス基板と対向ガラス基板の間に表示材料を保持した表示素子を２つ用意し、それぞれの端子部を対向させて保持し、この保持状態の一対の表示素子の両面をポリッシュすることによりガラス基板と対向ガラス基板を薄型化することとした。例えば、ＴＦＴ素子やカラーフィルターや駆動電極を形成した２枚のガラス基板の間に表示を行うための液晶材料を保持し、少なくとも一方の基板に形成した端子部を有する表示素子の製造方法において、安定した品質でスクライブができる厚みまで、１対のガラス基板を化学研磨により薄くする第一の工程と、表示素子のサイズにスクライブしガラス基板を分割する第二の工程と、表示素子の端子部と端子部を対向して保持し、該表示素子の両面を同時にラップとポリッシュ、または、ポリッシュのみの機械研磨により最終製品の厚みまで薄型化する第三の工程とした。

本発明の表示素子の製造方法によれば、ガラス基板の厚みが０．２ｍｍ以下の特に０．１ｍｍ程度の厚みまで、安定して表示素子のガラスの薄型化が可能となり、生産性の高い薄型の表示素子を提供できる。

本発明は、端子部が設けられたガラス基板と対向ガラス基板の間に表示材料を保持し、端子部から入力する信号で表示材料を駆動する表示素子の製造方法であって、表示素子を２つ用意し、それぞれの端子部を対向させて保持する接合工程と、保持した状態の一対の表示素子の両面をポリッシュしてガラス基板と対向ガラス基板を薄型化する機械研磨工程を備えることとした。この機械研磨工程で、ポリッシュの前にラップによる研磨を行ってもよい。

また、接合工程で、２つの表示素子の端子部を保持するために、端子部の端子面に接合材を塗布する。この接合材は、機械研磨により剥がれることなく、機械研磨後に容易に剥がれ、機械研磨中に端子と端子の間に研磨剤が入り込まない特性を持っている。例えば、接合材を加温することにより、２つの表示素子の端子部の保持が解除されると良い。加温する温度は、研磨時に表示素子が達する温度より高く、表示素子に悪影響を及ぼす温度より低い必要がある。

さらに、接合工程の前に、表示素子を構成するガラス基板と対向ガラス基板を化学研磨により薄型化する化学研磨工程を備えることとした。このとき、化学研磨工程で、ガラス基板と対向ガラス基板を、０．２５ｍｍ〜０．２ｍｍまで薄型化しておき、機械研磨工程で、０．１ｍｍまで薄型化する。

また、大判のガラス基板に対してこの化学研磨を行って、化学研磨後に、単個の表示素子に分離して、機械研磨を行っても良い。すなわち、端子部が設けられた基板と対向基板の間に表示材料を保持し、端子部から入力する信号で表示材料を駆動する表示素子の製造方法において、基板が複数個レイアウトされた大判ガラス基板と対向基板が複数個レイアウトされた大判ガラス基板を貼りあわせて大判状の表示セルを形成する工程と、大判状の表示セルを化学研磨して、大判ガラス基板を薄型化する工程と、大判状の表示セルを表示素子の製品サイズに分割する工程と、分割された２つの表示素子を、それぞれの端子部が接合材を介して対向するように組み合わせ、組み合わされた一対の表示素子の両面を機械研磨することにより基板と対向基板を薄型化する工程を備えることとした。このときも、機械研磨工程でラップとポリッシュの２段階の研磨を行ってもよい。

また、化学研磨により、大判ガラス基板を０．２５ｍｍ〜０．２ｍｍまで薄型化することとした。これ以上薄くなると大判から分離するときに不良が発生しやすくなり、また、厚すぎると、機械研磨に時間がかかることになる。そのため、機械研磨により、０．１ｍｍまで薄型化するに、予め化学研磨により薄くしておくことが望ましい。

以下に、表示素子として液晶表示パネルを用いた実施例を基に説明する。はじめに、アレイ基板にＴＦＴ素子と配線を形成する。アレイ基板のガラスの厚みは、０．６ｍｍである。対向基板には、ＲＧＢとブラックからなるカラーフィルターと電極を形成する。対向基板もアレイ基板と同じ厚さ０．６ｍｍのガラス基板である。次の工程では、それぞれの基板に配向膜とポストスペーサーを形成する。次の工程では、配向膜を専用の布でラビングして配向処理する。アレイ基板と対向基板には複数の製品をレイアウトしている。

次に、一方の基板にＵＶシール材を製品の形状にあわせてディスペンサーで塗布し、製品に必要量の液晶を滴下して真空化でアレイ基板と対向基板を重ね合わせ、ＵＶを液晶には当たらないように照射し、シール材を硬化する。この状態を図１に示す。図示するように、大判のアレイ基板８と大判の対向基板９が重ね合わされて大判セルを形成しており、これらの基板間には製品３のレイアウトにあわせてシール材が設けられている。

次に、大判セルの両基板を化学研磨してガラス厚み０．６０ｍｍから０．２２５ｍｍまで薄くする。化学研磨に用いるガラスエッチング液にはフッ酸とフッ化アンモニウムからなるバッファードフッ酸を使用した。化学研磨時の液温は常温で、圧着基板をバッファードフッ酸のプールにディッピングでガラスをエッチングした。エッチングレートを早めるために液温を上げてもよい。これ以外のガラスエッチング液を用いてもよい。また、ディッピングにこだわらず、大判セルの基板にバッファードフッ酸をスプレーで吹き付けてエッチングしてもよい。大判セルを構成するアレイ基板と対向基板の間には隙間がある。その隙間にエッチング液がしみ込むと製品が不良となるため、化学研磨前に、アレイ基板と対向基板の外周を、接着剤かシール剤でプロテクトする。

次に、アレイ基板面と対向基板面のそれぞれをスクライブして、大判セルから製品形状の表示素子に分離する。分離された個々の表示素子４の形状を図２に模式的に示す。図２ａは上面図、図２ｂは側面図である。表示素子４はＴＦＴが形成された基板２とカラーフィルターが形成された対向基板１で構成されている。表示素子４の一辺には端子部５が形成されており、端子部５の表面（端子表面６）には、ドライバＩＣを実装するためのパターンが形成されている。端子部５は基板２の一端側の部分であり、この部分は対向基板１と重ね合わされていない。すなわち、表示素子４の端子部が製品の一辺のみに形成されており、他の三辺では基板２と対向基板１は同一の端面となっている。

次に、表示素子４の端子面６が互いに重ね合うように、２つの表示素子を保持した状態を図４に模式的に示す。２つの表示素子を、端子面を合わせて一組に保持し、この保持状態で機械研磨を行う。保持する方法としては、端子面に液状の接合材を塗布して端子面同士をあわせる。接合材の特性として、機械研磨により剥がれることなく、機械研磨後に容易に剥がれ、ハンドリングで剥がれないこと、機械研磨中に端子と端子の間に研磨剤が入り込まないことが必要である。接合材として、アクリル系、シリコーン系等の粘着材、接着剤がある。接着剤には、例えばホットメルト系接着剤やエポキシやフェノール系やアクリル系などの熱硬化系接着剤、エポキシ系やアクリル系などのＵＶ硬化接着剤、ＲＴＶ（Ｒｏｏｍ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ−Ｖｕｌｃａｎｉｚｉｎｇ）ゴムなどの大気中の水分を取り込んで硬化する縮合反応型、付加反応型やＵＶ反応型の接着剤などがある。

本実施例の表示素子の端子部は、１辺のみであったが、Ｌ字状に２辺にあってもよい。この場合は４枚の表示素子を組み合わせて保持し、機械研磨する。表示素子の端子が３辺や４辺ある場合は、対応するのは難しい。

図４に示したように、２枚の表示素子を一組にして端子面を合わせて保持した状態で、ラップを行い。それぞれのガラス基板の厚みを基の厚さから０．２２５ｍｍ〜０．１２ｍｍにする。次に仕上げのポリッシュを行いガラス基板の厚みを０．１２ｍｍ〜０．１０ｍｍにする。図５は薄型加工後の側面図である。ラップが終わった時には、ガラスの表面は梨地であるが、ポリッシュにより鏡面に磨き上げられる。

通常、表示素子には、大判から単品に分離するスクライブにより、基板表面に刃の跡が残っているが、上記のラップおよびポリッシュによりなくなる。スクライブの刃の跡は、割れのきっかけとなる場合が多く、削られてなくなることにより、割れ防止につながる。

機械研磨は、ラップとポリッシュの組み合わせにこだわらずポリッシュのみでも原理的には可能である。また、スクライブ以降の機械研磨による薄型加工は、本実施例では、表示素子２枚一組で説明した。実際の加工では、表示素子２枚一組を複数組同時に行うことが、生産性上好ましい。

大判状態の基板を貼り合せてなる大判セルを示す模式図である。 表示素子の外観を模式的に示す上面図及び側面図である。 ２つの表示素子の端子面同士をあわせて保持した状態を示す模式図である。 薄型加工後の表示素子を模式的に示す側面図である。

符号の説明

１ 対向基板
２ 基板
３ 表示素子の製品外形
４ 表示素子
５ 端子部
７ 接合剤

Claims (8)

1. 端子部が設けられたガラス基板と対向ガラス基板との間に表示材料を保持し、前記端子部から入力する信号で前記表示材料を駆動する表示素子の製造方法において、
   表示素子を２つ用意し、それぞれの端子部を対向させて一対の表示素子を保持する接合工程と、
   前記一対の表示素子を保持した状態で、前記一対の表示素子の両面をポリッシュすることにより、前記ガラス基板と前記対向ガラス基板を薄型化する機械研磨工程を備えることを特徴とする表示素子の製造方法。
2. 前記接合工程の前に、前記表示素子は化学研磨され、前記ガラス基板と前記対向ガラス基板が薄型化されていることを特徴とする請求項１に記載の表示素子の製造方法。
3. 前記化学研磨は、前記基板が複数個レイアウトされた大判ガラス基板と前記対向基板が複数個レイアウトされた大判ガラス基板を貼りあわせた大判状の表示セルに対して施されており、
   前記化学研磨の後で前記大判状の表示セルを前記表示素子に分割することを特徴とする請求項２に記載の表示素子の製造方法。
4. 前記化学研磨により、前記ガラス基板と前記対向ガラス基板は、０．２５ｍｍ〜０．２ｍｍまで薄型化され、前記機械研磨工程により、前記ガラス基板と前記対向ガラス基板は０．１ｍｍまで薄型化されることを特徴とする請求項２または３に記載の表示素子の製造方法。
5. 前記機械研磨工程において、前記ポリッシュの前にラップにより研磨することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の表示素子の製造方法。
6. 前記機械研磨工程において、前記一対の表示素子を複数組同時に研磨することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の表示素子の製造方法。
7. 前記接合工程において、２つの表示素子の端子部を保持するために、前記端子部の端子面に接合材を設けるとともに、
   前記接合材が、機械研磨中に一方の表示素子の端子部と他方の表示素子の端子部に研磨剤が入り込まないように設けられたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の表示素子の製造方法。
8. 前記接合材を加温することにより、前記２つの表示素子の端子部の保持が解除されることを特徴とする請求項７に記載の表示素子の製造方法。

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