JP5414983B2 - 液晶表示装置の製造方法、及びガラス基板切断装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置等のガラス基板からなる平面表示装置を製造する方法、及びこのためのガラス基板切断装置に関する。詳しくは、大型の原基板から多面取りを行うなどのためにガラス基板を切断するもの、特には、厚みが１ｍｍ以下の薄板のガラス基板を切断する工程を含む液晶表示装置の製造方法、及びこのためのガラス基板切断装置に関する。

液晶表示装置等の平面表示装置は、薄型、軽量、低消費電力といった特徴を生かして、各種コンピューターや携帯用端末機器等のための画像表示装置として広く用いられている。特には、小型の携帯用テレビから大型の壁掛け用テレビ、小型ノートパソコン及びその他各種携帯情報端末、及び、車載用のカーナビゲーションシステム等のための画像表示装置等にも広く用いられるようになってきた。

以下に、光透過型のアクティブマトリクス型液晶表示装置を例にとり、その構成について簡単に説明する。

一般に、アクティブマトリクス型液晶表示装置は、マトリクスアレイ基板（以下アレイ基板と呼ぶ）と対向基板とが所定の間隔をなすよう近接配置され、この間隔中に、両基板の表層に設けられた配向膜を介して液晶層が保持されて成っている。

アレイ基板においては、ガラス等の透明絶縁基板上に、例えば上層の金属配線パターンからなる信号線と下層の金属配線パターンからなる走査線とが絶縁膜を介して格子状に配置され、格子の各マス目に相当する領域にＩＴＯ(Indium-Tin-Oxide)等の透明導電材料からなる画素電極が配される。そして、格子の各交点部分には、各画素電極を制御するスイッチング素子が配されている。スイッチング素子が薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと略称する。）である場合には、ＴＦＴのゲート電極は走査線に、ドレイン電極は信号線にそれぞれ電気的に接続され、さらにソース電極は画素電極に電気的に接続されている。対向基板は、ガラス等の透明絶縁基板上にＩＴＯ等から成る対向電極が配置され、またカラー表示を実現するのであればカラーフィルタ層が配置されて構成されている。

周縁部では、例えば、その一長辺側及び一短辺側において、アレイ基板が対向基板から突き出して、外部からの駆動信号の入力を行うための棚状領域をなしている。これら棚状領域には、信号線や走査線に駆動信号等を入力するための接続パッドが配列される。

アレイ基板及び対向基板は、シール材を介して貼り合わされ、シール材により囲まれる矩形状の画像表示領域に液晶が注入され、封止される。一般に、１つの大型の原基板から複数の表示パネルを切り出す、「多面取り」という方式が採用されている。このために、ガラス基板を切断して、大型のパネルを各個の表示パネルの単位にまで切り出す工程が行われる。また、多面取り方式でない場合にも、不要な周縁部を切断して除去する操作が行われることがある。

このような切断のためには、一般に、スクライブ・ブレーク法（切り込み・割断法）が用いられている。スクライブ・ブレーク法とは、次のようにしてガラス基板を所定形状に破断する方法である。まず、ダイアモンドやタングステンカーバイド等の硬質材料からなるチップ状またはホイール状の切削具で引っ掻いて、線状の溝（スクライブライン、切り込み線）を形成する。この後、スクライブラインに沿って、機械的応力または熱適応力を加えることにより、破断を引き起こす。典型的には、スクライブラインの両側を、スクライブバーと呼ばれる器具などで押圧することで、スクライブラインに沿った破断を引き起こす。

一方、スクライブ・ブレーク法によるガラス板の切断にあたり、溶剤を用いる試みもいくつかなされている。特許文献１には、プラズマディスプレイパネル（PDP）の背面板として用いる「厚さ2.8mmの高歪点ガラス」を切断するにあたり、プロピレングリコール等の有機溶剤を切断前に塗布しておくことで、「カレット」と呼ばれる細かい割れの発生を防止することが開示されている。特許文献２には、6mm厚のガラス板に切り込み線を入れるにあたり、トリクロロエタンとナフサとの混合溶剤を切削液（cutting fluid）として用いることで、割断後におけるエッジ部の強度を向上させることが開示されている。また、非特許文献１には、水蒸気が、ガラスの亀裂の成長に複雑な影響を与えうることにつき記載されている。

他方、特許文献３には、スクライブ処理に用いるホイール状の切削具（ホイールカッター）の汚れについて、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）等の溶剤を染み込ませた布を用いて拭き取ることが示されている。また、特許文献４には、スクライブ処理の後、フッ酸を含む混合酸溶液にガラス基板を浸漬して、ガラスを部分的に溶かしてしまうことにより、平滑な切断面を得ることが開示されている。
特開２００３−１００２１３公報 米国特許US4084737 特開平０６−０８２７３９公報 特開２００４−３０７３１８公報 Wiederhorn S M. 「Influence of water vapor on crack propagation in soda-lime glass（ソーダ石灰ガラスでの亀裂伝播に対する水蒸気の影響）」J. American Chemical Society 50: 407-414 (1967).

最近の液晶表示装置においては、薄型化が図られており、特に、携帯電話等に搭載される液晶表示装置について、その薄型化の要求が高い。そのため、一対のガラス基板を貼り合わせた表示パネルの厚みは、1mm以下、特には0.3〜0.7mmとなっている。一方、ガラス基板上にTFT等を形成する成膜及びパターニングの際には、少なくとも300mm角以上の大型基板が用いられている。この大型基板のままで、アレイ基板と対向基板とがシール材を介して貼り合わされ、各表示パネルの表示領域ごとに液晶材料が注入されて封止される。そして、このような液晶表示パネルの原基板が、例えば対角寸法２〜４インチの小型で薄型の多数の表示パネルに切り分けられる。

液晶表示パネルの原基板から切り分けを行う際、ダイアモンドカッターやホイールカッターといった接触式の切断装置を用いると、各表示パネルをなす小型で薄型のガラス基板には、ストレスが入り易く、ガラスの欠けや割れが生じ易い。

ところが、特許文献１〜４及び非特許文献１の記載の各方法では、このような問題を解決することができないか、または、製造コストを大きく増加させるなど、実際上適用できないものであった。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、さらに薄型化を行った場合にもガラスの欠けや割れ等の問題を防止することのできる、ガラス基板の切断装置、及びこれを用いた平面表示装置の製造方法を提供するものである。

本発明の液晶表示装置の製造方法は、液晶表示パネルの原基板を多数の表示パネルに切り分ける際、切り込み（スクライブライン）を入れるために、接触式の切削具による切削が行われたならば、切削により形成された直後、例えば切削から0.1〜0.01秒のタイムラグで、切削面及びその近傍（例えば1〜3mm径のスポット）に、水蒸気、または、ケロシンその他の有機溶媒の蒸気もしくはミストを局所的に吹き付けることを特徴とする。好ましくは、この際、蒸気吹き付け箇所の近傍を拡散防止板で囲みつつ、吸引ノズルにより、蒸気吹き付け箇所から周囲へと流れ出す蒸気を回収または排出する。

本発明のガラス基板切断装置は、液晶表示パネルの原基板を載置する載置台と、この原基板を多数の表示パネルに切り分けるために、原基板に対して、その長手方向及び幅方向に移動しつつ複数のスクライブラインを互いに平行に形成する複数の切削ユニットとを備え、各切削ユニットは、ダイアモンドカッター、ホイールカッターまたはその他の接触式の切削具と、この切削具の近傍に、かつ切削具の後方に配置されて、切削直後の切削面及びその近傍に蒸気もしくはミストを吹き付ける吹き付けノズルと、蒸気吹き付け箇所の近傍（例えば5mm〜20mm径のスポット）を囲む筒状の拡散防止板と、蒸気吹き付け箇所から周囲へと流れ出す蒸気を回収または排出するために、筒状の拡散防止板の内側に差し込まれる吸引ノズルとを備える。好ましくは、各切削ユニットに、吹き付けノズルの噴射量を制御する噴射量制御装置が備えられ、載置台には、原基板の温度を所定の温度に保持するための加熱機構及び定温保持機構が備えられる。

水蒸気または有機溶剤の蒸気もしくはミストを、切削直後の活性な表面に吹き付けることで、ガラス基板の欠け不良を低減できる。この際、蒸気を吹き付けるか、または最小限の量の有機溶剤のミストを吹き付けるものであるため、ガラス基板表面を汚染させることがなく、次の工程に投入するにあたり汚染除去を行う必要がない。また、蒸気もしくはミストの使用量が必要最小限であって、かつ、吸引ノズル及び筒状の拡散防止板を用いて回収または排出されるため、切断装置全体を特別なチャンバーに入れたり、防爆仕様とする必要がない。したがって、工程負担を増加させず、経済的である。

本発明の一実施形態について、図１〜３を用いて説明する。図１は、実施例に係るガラス基板切断装置の要部を模式的に示す側面図である。また、図２及び図３は、それぞれ、図１におけるスクライブ処理の箇所、及び、蒸気吹き付けの箇所を示す断面図である。

本実施形態のガラス基板切断装置は、液晶表示パネルの原基板３から多数の小型の表示パネルを切り分けるためのものであり、多数の切削ユニットを備え、これらが、並行して、ガラス基板に切り込み（スクライブライン）４を入れるスクライブ処理を行うことができる。例えば、880×680mmの原基板３から表示領域の対角寸法が2.2インチの表示パネルを約200枚作成すべく、多数の切削ユニットを互いに平行に原基板３に対して移動させる。この際、まず、原基板３の長手方向に沿った、互いに平行の14〜15本のスクライブライン４を作成し、次いで、原基板３の幅方向に沿った、互いに平行の14〜15本のスクライブライン４を作成する。

なお、原基板３は、アレイ原基板３１と、対向原基板３２とが、シール材を介して貼り合わされ、各表示パネルの表示領域の箇所に液晶材料が封入されたものである。切り分けを行う切断箇所では、シール材や液晶材料が現れないため、アレイ原基板３１と、対向原基板３２との間が単なる空隙となっている。この基板間ギャップ３３のために、スクライブ処理の際に、ガラス基板に不所望の応力がかかりやすく、スクライブラインの切削箇所から、細かい亀裂が走り易い。

図１に示すように、ガラス基板切断装置の各切削ユニットは、ガラス基板に切り込み（スクライブライン）４を入れるためのホイールカッター２と、ホイールカッター２の進行方向から見て直後に配置されて、スクライブライン４上へと蒸気またはミストを吹き付けノズル１と、吹き付けノズル１から噴射された蒸気が周囲に拡散するのを防止するための、筒状に組み合わされた拡散防止板８と、拡散防止板８の内側に差し込まれた吸引ノズル９とからなる。ここで、各吹き付けノズル１には、蒸気またはミストの噴射量を制御する噴射量制御バルブ６が備えられ、不図示の自動制御機構により、スクライブライン４上及びその近傍のみを含む狭小な吹き付けスポット５に対してだけ吹き付けが行われるように噴射量を最適化する。

実施例のガラス基板切断装置は、液晶表示パネルの原基板３を載置し、その温度を制御するためのヒート・プレート７を含む。ヒート・プレート７は、例えば電熱線及びサーモスタット機構からなり、吹き付けられた蒸気が原基板３の表面で凝固するのを防ぐべく、原基板３を所定の温度まで加熱してその温度で保持するようにする。水蒸気を吹き付ける場合に、原基板３を例えば40〜60℃の範囲内の所定温度にまで加熱しておくことができる。なお、図には示さないが、吹き付ける蒸気またはミストの温度を適切な範囲に保つために、蒸気またはミストの発生装置にも温度制御装置が備えられる。

ホイールカッター２の外径は、例えば4mmであり、図示の例で、吹き付けノズル１の吹き付けスポット５は、切削箇所（ホイールカッター２と原基板３との接触箇所）から、ホイールカッター２の外径とほぼ同一の距離だけ離れている。なお、原基板３に対するホイールカッター２の移動速度は、例えば300mm/sec（秒）である。したがって、ホイールカッター２により切削が行われてから約0.01秒のタイムラグで、蒸気吹き付けが行われる。すなわち、切削面の表面が、活性をもった状態のままで、蒸気の吹き付けが行われる。これにより、切削により形成された表面ラジカルが大部分、蒸気の分子と結び付き、ガラスの亀裂成長には向けられなくなる。

図に示すとおり、蒸気の吹き付けが、非常に狭小な吹き付けスポット５、例えば、1〜2mmの径の箇所で行われるため、蒸気の加熱、温度維持、噴射等における消費エネルギーは最小に抑えられる。また、蒸気の吹き付けスポット５を四方から取り囲む拡散防止板８と、この内側に挿入された吸引ノズル９の作用により、蒸気の損失が最小限に抑えられるだけでなく、蒸気の拡散による悪影響が防がれる。例えば、可燃性の溶剤の蒸気もしくはミストを用いる場合にも、必ずしも防爆チャンバー内でスクライブ処理を行う必要がない。また、水蒸気を用いる場合に、激しい換気を行わなくても結露等の問題を回避することができる。

吹き付けノズル１に接続する蒸気配管１１は、例えば、耐力構造をなす金属管の内側に、樹脂発泡体等による断熱層を有し、蒸気やミストの温度低下を防止している。噴射量制御バルブ６は、非常に小型の電磁弁などからなり、吹き付けノズル１の上方にて蒸気配管１１中に設けられて該蒸気配管１１から支持される。また、図示の例では、ホイールカッター２を吊り下げ状に支持する支持棒２１が、支持梁２２を介して、蒸気配管１１における吹き付けノズル１近傍の部分、及び、吸引ノズル９に接続されている。また筒状の拡散防止板８も、支持梁２２から吊り下げられて支持されている。このような支持構造により、吹き付けノズル１、筒状の拡散防止板８及び吸引ノズル９が、ホイールカッター２に追随して同時に移動する。

拡散防止板８は、軟質の樹脂材により、円筒状または角筒状に設けることができ、例えば、10mmの径で、高さ20mm程度に設けることができる。図１中に示す具体例によると、吹き付けノズル１が、筒状の拡散防止板８における前方（ホイールカッターの側）の部分に近接し、後方の部分から離れている。例えば、吹き付けスポット５の中心点が、拡散防止板８の前方の部分からは3mm、後方の部分からは7mmの距離をなすよう配置する。このような配置により、ホイールカッター２と吹き付けノズル１を近接させることができ、かつ、拡散防止板８に囲まれる領域の面積及び体積が、蒸気等の回収や排出のために必要な最小限の値に達するようにできる。

本実施形態において、有機溶剤のミストとして、例えば、ケロシンのミストを用いることができる。ケロシンは、ジェット燃料に用いられる沸点が150〜275℃の石油製品であり、炭素数１２〜１５、特には平均炭素数１４の炭化水素である。また、イソプロピルアルコール、プロパルギルアルコール、プロプレングリコール、エチレングリコール、グリセリン等を蒸気またはミストの形で用いることができる。さらには、水とこれらアルコール系溶剤との混合物を蒸気またはミストの形で用いることもできる。

本発明の一実施形態における、スクライブ処理及び蒸気吹き付けの様子を示す模式的な側面図である。 図１の実施形態におけるスクライブ処理の箇所を示す断面図である。 図１の実施形態における蒸気吹き付け箇所を示す断面図である。

符号の説明

１ 吹き付けノズル １１ 蒸気配管 ２ ホイールカッター
２１ 支持棒 ２２ 支持梁 ３ 液晶表示パネルの原基板
３１ アレイ基板 ３２ 対向基板 ３３ 基板間ギャップ
４ スクライブライン ５ 吹き付けスポット ６ 噴射量制御バルブ
７ ヒートプレート ８ 拡散防止板 ９ 吸引ノズル

Claims (4)

1. ガラス基板上に成膜及びパターニングを行って得られた一対の大型基板を、シール材を介して貼り合わせることで液晶表示パネルの原基板を得た後、この原基板をスクライブ・ブレーク法によって複数の表示パネルに切り分ける工程を含む液晶表示装置の製造方法において、
   スクライブラインを設けるべく接触式の切削具による切削を行う際、切削から0.1〜0.01秒のタイムラグで、切削面及びその周辺の1〜3mm径の領域に、水蒸気、または、ケロシンその他の有機溶媒の蒸気またはミストを局所的に吹き付け、この際、前記原基板を予め40〜60℃の範囲内となるように加熱しておくことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
2. 切削を行う箇所以外の領域にて、蒸気またはミストを吹き付ける吹き付け箇所の近傍を拡散防止板で囲むとともに、吸引ノズルにより、蒸気またはミストを、回収または排出することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置の製造方法。
3. ガラス基板からなる一対の大型基板を、シール材を介して貼り合わせることで得られた、液晶表示パネルの原基板を、スクライブ・ブレーク法によって複数の表示パネルに切り分けるためのガラス基板切断装置であって、
   液晶表示パネルの原基板を載置する載置台と、
   この原基板に対して、その長手方向及び幅方向に移動しつつ、複数の互いに平行のスクライブラインを設けるための複数の切削ユニットとを備え、
   各切削ユニットが、ダイアモンドカッター、ホイールカッターその他の接触式の切削具を備えたガラス基板切断装置において、
   各切削ユニットには、さらに、
   切削直後の切削面及びその近傍に、水蒸気または有機溶剤の蒸気もしくはミストを吹き付けるために、接触式の切削具の近傍、かつ切削具の後方に配置される吹き付けノズルと、
   切削具の配置箇所以外に配置されて蒸気吹き付け箇所の近傍を囲む筒状の拡散防止板と、
   蒸気吹き付け箇所から周囲へと流れ出す蒸気を回収または排出するために、筒状の拡散防止板の内側に差し込まれる吸引ノズルとを備え、
   切削から0.1〜0.01秒のタイムラグで、切削面及びその周辺の1〜3mm径の領域に、水蒸気、または、ケロシンその他の有機溶媒の蒸気またはミストを局所的に吹き付けるように設定され、前記原基板を予め40〜60℃の範囲内に加熱しておくように設定されることを特徴とするガラス基板切断装置。
4. 切削直後の切削面及びその近傍のみに蒸気またはミストが吹き付けられるように噴射量を制御する噴射量制御装置と、
   載置台上の原基板、及び、蒸気またはミストの温度を制御する温度制御装置とを備え、
   前記載置台が原基板の温度を制御する温度制御装置としてのヒート・プレートからなることを特徴とする請求項３に記載のガラス基板切断装置。

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