JP5759799B2 - 基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、基板、基板を備えた表示装置及び基板の製造方法に関する。

液晶表示装置に代表される平型表示装置は、軽量、薄型、低消費電力などの特徴を生かして、ＯＡ機器、情報端末、時計、テレビなどの各種分野で利用されている。中でもＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を用いた液晶表示装置は、その応答性の高さから携帯端末やコンピュータなど多くの情報を表示するモニタとして多用されている。

近年、携帯電話やＰＤＡ（Personal Digital Assistant）などの携帯情報端末機器では性能面もさることながら、デザイン性、携帯性などの観点から、より薄くしかもより軽い表示装置の要求が高まっている。例えば、液晶表示装置のより一層の薄型化構造を実現するための技術が提案されている。

一般的にＴＦＴを形成する基板材料は耐熱性などの観点から、石英基板やガラス基板が用いられている。そこで、これらの基板を機械的または化学的に研磨するなどの処理を行うことで、薄板化や軽量化を図ることができる。さらに軽量化を狙う方法として、これらのガラス基板を一旦除去してＴＦＴ等が形成された多層構造体のみを別の軽量な樹脂基板などに転写したプラスチック基板などの薄板基板パネルの実用化が検討されている。

特開２００１−３４１２１４号公報

しかしながら、上記薄型の基板では、基板自体の薄型化や柔軟性が向上したことに伴い、基板単体でのガス遮蔽性能が従来ガラス基板に対して劣る傾向にあり、薄型基板を利用する表示装置の信頼性を低下させるなどの問題が生じてしまう。

これに対し、薄型基板にガス遮蔽性能を有する薄膜を形成し、薄型基板のガスバリア性の向上を図るなどの検討がなされている。ガス遮蔽層を薄板基板の表面に形成する場合、薄板基板の表面の凹凸を少なくすることを目的に平坦化層を形成することが一般的である。ここで、平坦化層をアンダーコーティング（U.C.）層と呼ぶ場合もある。U.C.層は通常の塗布プロセスにて形成される。U.C.層によって平坦化された面には、更にガスバリア性に優れた無機薄膜が形成されることも少なくない。

ところで、従来構成のバリア層付き非ガラス基板では、これらU.C.層や無機薄膜層はベースとなる非ガラス基板の表面や内部に潜在的に形成されているクラック、凹凸、基板表面から連続的に繋がる空洞など異物侵入のパスとなる部位を完全にカバーするには十分ではなく、バリア層を形成するための積層数や膜厚の増加といった高コスト化に繋がる問題が存在す。

この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、異物遮蔽性に優れ、低コスト化を図ることのできる基板、基板を備えた表示装置及び基板の製造方法を提供することにある。

また、一実施形態に係る基板の製造方法は、
大気圧より減圧された環境で、シート状のコア部材を有機材料又は無機材料中に浸漬し、
前記環境を大気圧にし、
大気圧下で、前記コア部材の表面に前記有機材料又は前記無機材料のバリア層を形成している。

図１は、第１の実施形態に係る基板を示す断面図である。 図２は、上記第１の実施形態に係る基板の製造工程を示す図であり、コア部材を示す断面図である。 図３は、図２に続く基板の製造工程を示す図であり、製造装置内にコア部材が搬入されている状態を示す概略図である。 図４は、図３に続く基板の製造工程を示す図であり、コア部材を有機材料中に浸漬している状態を示す概略図である。 図５は、図４に続く基板の製造工程を示す図であり、コア部材の置かれる環境を、減圧された環境から大気圧の環境に替え、コア部材の凹部内に有機材料を含浸させている状態を示す概略図である。 図６は、図５に続く基板の製造工程を示す図であり、コア部材にバリア層５が形成された状態を示す断面図である。 図７は、図６に示したバリア層５付のコア部材を示す断面図であり、バリア層５付のコア部材がバリア性を示している状態を示す図である。 図８は、従来のプロセスでアンダーコーディング層（バリア層）が成膜されたコア部材を示す断面図であり、アンダーコーディング層付のコア部材がバリア性を示していない状態を示す図である。 図９は、第２の実施形態に係る液晶表示装置を示す断面図である。 図１０は、第２の実施形態に係る液晶表示装置の製造工程を示す図であり、ガラス基板５０上にアレイパターンを形成し、液晶表示装置を製造している途中の状態を示す図である。 図１１は、上記第２の実施形態に係る実施例１の液晶表示装置、比較例１の液晶表示装置及び比較例２の液晶表示装置における、時間に対する保持率の変化をグラフで示した図である。 図１２は、上記基板の変形例を示す断面図である。 図１３は、上記液晶表示装置の変形例を示す断面図である。

以下、図面を参照しながら第１の実施形態に係る基板及び基板の製造方法について詳細に説明する。始めに、基板の構成について説明する。
図１に示すように、基板Ｓは、シート状のコア部材１（薄板基板）、バリア層５及びバリア層６を備えている。

コア部材１は、非ガラス基板である。例えば、コア部材１には、エンジニアリングプラスチックが用いられ、ガラス基板に対し軽量化や耐衝撃性の向上を図ることができる。エンジニアリングプラスチック材料としては、耐熱性や透明性に優れるＰＥＮ、ＰＥＳ、ポリイミド、高耐熱性ポリカーボネート、ポリアラミド樹脂などを挙げることができる。基板Ｓが、表示装置用途であったり、プロセス温度を満足する必要があったりする場合、コア部材１に、紙、木片、セラミック、ウレタン樹脂などを利用することも可能である。

コア部材１は、表面に開口した凹部を有している。コア部材１の凹部は、異物侵入パスとなる部位である。コア部材１の凹部は、クラック２、表面凹凸３、コア部材１の表面から連続的に繋がる内部空洞４の少なくとも１つである。この実施形態において、コア部材１には、クラック２、表面凹凸３及び内部空洞４が多数、存在している。

バリア層５は、コア部材１の表面に接する側のバリア層である。バリア層５は、コア部材１の表面全体を有効的に被覆した有機材料又は無機材料で形成されている。バリア層５は、塗布型の有機材料、又は塗布型の無機材料で形成されている。バリア層５は、コア部材１の凹部内、即ち、クラック２、表面凹凸３及び内部空洞４の内部に充填されている。バリア層５は、ガスバリア性、イオンバリア性及び水蒸気バリア性を併せ持っている。

バリア層５の材料としては、硬化型のアクリル、エポキシ、ポリイミド、ポリシロキサンなどを利用することが可能である。基板Ｓが、表示装置用途であったり、プロセスに適合する必要があったりする場合でも、上記の材料をバリア層５に概ね利用することができる。また、コア部材１の凹部（クラック２、表面凹凸３及び内部空洞４）にバリア層５を充填する際、塗布膜の硬化収縮が少ない材料（バリア層５の材料）の方が、コア部材１を有効に被覆することが出来るため好ましい。

他のバリア層であるバリア層６は、バリア層５の表面全体に積層され、有機材料又は無機材料で形成されている。バリア層５の表面をバリア層６で覆うことにより、ガスバリア性の向上を図ることができる。

この実施形態において、コア部材１はプラスチックで形成され、バリア層５は有機材料で形成され、バリア層６は無機材料で形成されている。
基板Ｓは、上記のように形成されている。このため、基板Ｓをバリア層付き非ガラス基板と呼ぶことができる。

次に、基板Ｓの製造方法について説明する。特に、バリア層５を形成する際に、コア部材１の凹部に有機材料を有効に充填する方法について説明する。
図２に示すように、基板Ｓの製造が開始されると、まず、プラスチックで形成されたコア部材１を用意する。用意したコア部材１には凹部（クラック２、表面凹凸３及び内部空洞４）が存在している。続いて、コア部材１の表面の脱脂処理を行う。

図３に示すように、次いで、用意したコア部材１を製造装置１０を用いて処理する。
ここで、製造装置１０の構成について説明する。製造装置１０は、真空チャンバ１１と、容器（槽）１３と、排気機構１４とを備えている。真空チャンバ１１はステージ１２を有し、ステージ１２は開閉可能な窓部を有している。窓部を閉状態に切替えることで、真空チャンバ１１を気密に閉塞することができる。窓部を開状態に切替えることで、真空チャンバ１１内への容器１３の出入りを許可することができる。容器１３には有機材料が入っている。排気機構１４は、ホース１５及びステージ１２に形成された開口部を介して真空チャンバ１１内に気密に連通されている。

コア部材１を製造装置１０を用いて処理する際、まず、コア部材１を真空チャンバ１１内に搬入し、次いで排気機構１４を稼働させて真空チャンバ１１内を真空排気する。これにより、コア部材１の表面に吸着したガスや、欠陥領域である凹部内に残存するガスの脱ガス処理を行うことができる。この脱ガス処理は、真空チャンバ１１内の真空度を１Ｐａ以下、コア部材１の温度を１００℃として行った。上記のように、コア部材１を減圧された環境内に置き、コア部材１の凹部内を脱気した。

図４に示すように、次いで、排気機構１４の稼働を維持し、真空チャンバ１１内の真空度を１Ｐａ以下に維持した状態で、ステージ１２の窓部を開状態に切替え、真空チャンバ１１内に有機材料の入った容器１３を搬入する。すなわち、コア部材１の凹部内が脱気された状態に維持される。続いて、図示しない搬送機構を用い、コア部材１全体を容器１３内の有機材料（溶液）中に浸漬する。

図５に示すように、その後、排気機構１４の稼働を停止し、コア部材１の全面が有機材料で覆われた状態で、真空チャンバ１１内を大気圧に戻す。上記のように、コア部材１の置かれる環境を、減圧された環境から大気圧の環境に替えることにより、コア部材１の凹部内に有機材料を含浸させることができる。

その後、容器１３内の有機材料（製造装置１０）の中からコア部材１を取り出し、コア部材１の表面全体を被覆した有機材料を硬化させる。例えば、有機材料が紫外線硬化型である場合は紫外線を照射して硬化させればよく、また、有機材料が熱硬化型である場合は加熱して硬化させればよい。
図６に示すように、これにより、コア部材１の表面全体を被覆したバリア層５を有機材料で形成することができる。

次いで、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用い、バリア層５が形成されたコア部材１上に、無機材料であるＳｉＯ_Ｎを１００ｎｍ成膜する。
図１に示すように、これにより、ＳｉＯ_Ｎでバリア層５の表面全体に積層されたバリア層６を形成することができ、基板Ｓの製造が終了する。

上記のように構成された第１の実施形態に係る基板及び基板の製造方法によれば、コア部材１には、コア部材１の表面付近のクラック２や表面凹凸３、あるいはコア部材１の表面から連続的に繋がる内部空洞４など、コア部材１の内部への異物侵入パスとなるような所謂欠陥が多数存在する。

図８に示すように、従来は、これら欠陥領域をリカバリする目的で、通常の塗布プロセスや薄膜プロセス（真空蒸着、ＣＶＤ、スパッタなど）でアンダーコーディング層などを成膜していたが、コア部材１の最表面部に存在する欠陥以外のクラック２や内部空洞４など潜在的な欠陥のリカバリが不十分になることが多く、外部からの異物（ガス、イオン性不純物、水蒸気など）の浸入経路となり易い。

図７に示すように、これに対し、この実施形態では、コア部材１のクラック２や内部空洞４などに残存するガスを一旦真空チャンバ１１内にて脱ガス処理し、同状態を維持してコア部材１を溶液状の有機材料中に浸漬している。その後、コア部材１の表面が有機材料で覆われた状態にて、コア部材１を大気圧環境に戻すことで負圧状態になったクラック２や内部空洞４内に有機材料を有効に充填することが可能となる。

コア部材１はガス透過性を示すものであるが、コア部材１への外部からの異物（ガス、イオン性不純物、水蒸気など）の浸入を低減することができるため、コア部材１中の異物の通り抜けを低減することができる。上記のように、バリア層５により、コア部材１に起因する基板Ｓのバリア性の低下を改善することができる。しかも、バリア層５の１層のみで上記効果を得ることができるため、製造コストの低減を図ることができる。

さらに、上記有機材料に低分子系の材料を用いることで、コア部材１を構成する分子間へのバリア層材料の浸透も可能となるため、コア部材１との密着性も改善され、副次的にバリア層５の性能のアップに繋げることができる。

またさらに、バリア層６は、バリア層５の表面全体に積層され、ＳｉＯ_Ｎ（ガスバリア性に富んだ無機材料）で形成されている。これにより、基板Ｓが、液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置用途であったりする場合の信頼性を確保することができる。
上記のことから、異物遮蔽性に優れ、低コスト化を図ることのできる基板Ｓ及び基板Ｓの製造方法を得ることができる。また、十分な薄さ及び柔軟性を有する基板Ｓを得ることができる。

次に、第２の実施形態に係る液晶表示装置及び液晶表示装置の製造方法について説明する。この実施形態において、他の構成は上述した第１の実施形態と同一であり、同一の部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図９に示すように、液晶表示装置は、多層配線基板として、アクティブマトリクス型のアレイ基板２０と、このアレイ基板に対向配置された対向基板３０と、これら両基板間に挟持された液晶層４０と、を有している。

アレイ基板２０は、透明な絶縁基板としての基板Ｓと、基板Ｓ上に形成され、多層配線構造を有したアレイパターン２１とを備えている。詳述しないが、アレイパターン２１は、マトリクス状に設けられた複数の画素部を有している。また、アレイパターン２１は、図示しない複数の走査線、複数の信号線、スイッチング素子としての複数のＴＦＴ（薄膜トランジスタ）及び画素電極を有している。

アレイ基板２０は、スペーサとして、アレイパターン２１上に形成された複数の柱状スペーサを有している。その他、アレイ基板２０は、アレイパターン２１上に形成された図示しない配向膜を有している。

対向基板３０は、透明な絶縁基板としての他の基板Ｓと、他の基板Ｓ上に順に形成された対向電極及び配向膜を含む対向パターン３１とを有している。この実施形態において、上記基板Ｓ及び他の基板Ｓは、上記第１の実施形態の基板Ｓと同様に形成されている。

アレイ基板２０及び対向基板３０間の隙間は、柱状スペーサにより保持されている。アレイ基板２０および対向基板３０は、これら両基板の周縁部に配置されたシール材により接合されている。液晶層４０は、滴下注入により、アレイ基板２０及び対向基板３０間に形成されている。

次に、液晶表示装置の製造方法について説明する。
図１０に示すように、液晶表示装置の製造が開始されると、まず、ガラス基板５０を用意し、ガラス基板５０上に、アレイパターン２１、柱状スペーサ及び配向膜を形成する。一方、ガラス基板５０とは別に基板Ｓを用意し、基板Ｓ上に対向パターン３１を形成する。

その後、ガラス基板５０の周縁部又は基板Ｓの周縁部にシール材を設け、シール材を設けた側の基板（ガラス基板５０又は基板Ｓ）上に、液晶材料を滴下し、ガラス基板５０及び基板Ｓを貼り合せる。続いて、シール材を硬化させ、シール材により、ガラス基板５０及び基板Ｓを接合する。

次いで、ガラス基板５０を常法にて完全に削除し、ガラス基板５０を削除した面（アレイパターン２１の表面）に、基板Ｓを貼り付ける。
これにより、液晶表示装置の製造が終了する。

ここで、本願発明者は、実施例１の液晶表示装置、比較例１の液晶表示装置及び比較例２の液晶表示装置における、時間に対する保持率の変化について調査した。この際、液晶表示装置を高温（６０℃）かつ高湿（９０％）の環境に置き、画素電極及び対向電極間に電圧を印加し、液晶表示装置を周期的に駆動することにより行った。

実施例１の液晶表示装置は、図９に示した液晶表示装置であり、図１に示した基板Ｓで形成されている。
比較例１の液晶表示装置は、基板Ｓ以外、実施例１と同様に形成されている。比較例１の基板Ｓは、通常の塗布プロセスや薄膜プロセス（真空蒸着、ＣＶＤ、スパッタなど）でコア部材１にバリア層５及びバリア層６を設けて形成されている。
比較例２の液晶表示装置は、基板Ｓ以外、実施例１と同様に形成されている。比較例２の基板Ｓは、コア部材１にバリア層５及びバリア層６を設けること無しに形成されている。

上記保持率とは、画素電極及び対向電極の電荷の保持率を示している。このため、液晶層４０への異物の侵入が多い程、画素電極及び対向電極の電荷のリークが進み、上記保持率は低下することになる。

図１１に示すように、実施例１の液晶表示装置においては２個を保持率（信頼性）について調査したところ、何れも高い保持率（９５％以上）を維持している結果を得ることができた。さらに、この調査結果から、基板Ｓの替りにガラス基板を利用した場合と同等の保持率を維持できることが確認できた。

また、比較例１の液晶表示装置においては２個を、比較例２の液晶表示装置においては１個を、保持率（信頼性）について調査したところ、何れも高い保持率（９５％以上）を維持する結果は得られなかった。

上記のように構成された第２の実施形態に係る液晶表示装置及び液晶表示装置の製造方法によれば、液晶表示装置は、第１の実施形態と同様に形成された基板Ｓを用いて形成されている。このため、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。コア部材１は、バリア層５だけでなく、バリア層６でも覆われているため、基板Ｓを、信頼性の求められる液晶表示装置に利用することができる。

上記のことから、異物遮蔽性に優れ、低コスト化を図ることのできる液晶表示装置及び液晶表示装置の製造方法を得ることができる。また、十分な薄さ及び柔軟性を有する液晶表示装置を得ることができる。

なお、この発明は上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化可能である。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。

例えば、基板Ｓは、少なくとも、コア部材１と、コア部材１の表面全体を被覆した単一のバリア層とを備えていればよい。この際、バリア層は、有機材料又は無機材料で形成され、コア部材１の凹部内に充填されていればよい。

コア部材１を被覆するバリア層は、単層構造、２層構造に限らず、３層以上の積層構造であってもよい。例えば、表示装置のタイプ（液晶、有機ＥＬ、電気泳道型素子、電子粉流体）によっては、バリア層を３層以上の積層構造とすることも効果的である。

図１２に示すように、例えば、図１に示した基板Ｓにさらにバリア層７を設けて基板Ｓを形成することができる。バリア層７は、バリア層６の表面全体に積層され、有機材料又は無機材料で形成されている。ここで、ＣＶＤ法を用いて無機材料で形成されたバリア層６上にバリア層７を形成する際、バリア層５と同様の製造プロセスを適応することで更なる信頼性アップを図ることができる。

図１３に示すように、図１０に示したガラス基板５０を完全に削除せずに、常法にて２０μｍ乃至５０μｍの厚さに研磨した場合、研磨されたガラス基板５０の表面に、バリア層の設けられていないコア部材１を貼り付けてもよい。なお、上記の場合、研磨されたガラス基板５０がバリア層として機能する。

バリア層６をバリア層５上に積層する際は、バリア層５上にガスバリア性に富んだ無機材料を従来プロセス（真空蒸着、ＣＶＤ、スパッタなど）によって積層することが好ましい。無機材料としては、ＳｉＯ_Ｘ、ＳｉＮ、ＳｉＯ_Ｎ、Ａｌ_２Ｏ_３などの金属酸化物薄膜やＤＬＣ（ダイアモンドライクカーボン）のような高ガスバリア材を用いることができる。

この発明の表示装置は、液晶表示装置に限定されるものではなく、有機ＥＬ表示装置など各種の表示装置に適用可能である。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］表面に開口した凹部を有するシート状のコア部材と、
前記コア部材の表面全体を被覆した有機材料又は無機材料で形成されたバリア層と、を備え、
前記バリア層は、前記コア部材の凹部内に充填されている基板。
［２］前記バリア層は、ガスバリア性、イオンバリア性、及び水蒸気バリア性を示す［１］に記載の基板。
［３］前記コア部材の凹部は、クラック、表面凹凸、及び前記コア部材の表面から連続的に繋がる内部空洞の少なくとも１つである［１］に記載の基板。
［４］前記バリア層は、塗布型の有機材料、又は塗布型の無機材料で形成されている［１］に記載の基板。
［５］前記バリア層の表面全体に積層され、有機材料又は無機材料で形成された他のバリア層をさらに備えている［１］に記載の基板。
［６］上記［１］乃至［５］の何れか１に記載の基板を備えた表示装置。
［７］表面に開口した凹部を有するシート状のコア部材を用意し、
前記コア部材を減圧された環境内に置き、前記コア部材の凹部内を脱気し、
前記コア部材の凹部内が脱気された状態で、前記コア部材を有機材料又は無機材料中に浸漬し、
前記コア部材の置かれる環境を、前記減圧された環境から大気圧の環境に替え、前記コア部材の凹部内に前記有機材料又は無機材料を含浸させ、
前記有機材料又は無機材料中から取り出した前記コア部材の表面全体を被覆したバリア層を有機材料又は無機材料で形成する基板の製造方法。

Ｓ…基板、１…コア部材、２…クラック、３…表面凹凸、４…内部空洞、５，６，７…バリア層、１０…製造装置、１１…真空チャンバ、１２…ステージ、１３…容器、１４…排気機構、２０…アレイ基板、３０…対向基板、４０…液晶層、５０…ガラス基板。

Claims (6)

1. 大気圧より減圧された環境で、シート状のコア部材を有機材料又は無機材料中に浸漬し、
   前記環境を大気圧にし、
   大気圧下で、前記コア部材の表面に前記有機材料又は前記無機材料のバリア層を形成する、
   基板の製造方法。
2. 前記コア部材には凹部が設けられており、
   前記大気圧より減圧された環境で、前記凹部内を脱気し、
   前記凹部内が脱気された状態で、前記コア部材を前記有機材料又は前記無機材料中に浸漬する、
   請求項１に記載の基板の製造方法。
3. 前記凹部は、前記コア部材に発生したクラック、表面凹凸、及び前記コア部材の表面から連続的に繋がる内部空洞の少なくとも１つである、
   請求項２に記載の基板の製造方法。
4. 前記バリア層は、ガスバリア性、イオンバリア性、及び水蒸気バリア性を示す、
   請求項１から３までのいずれか１つに記載の基板の製造方法。
5. 前記バリア層は、塗布型の有機材料、又は塗布型の無機材料で形成されている、
   請求項１から４までのいずれか１つに記載の基板の製造方法。
6. 前記バリア層の表面全体に、有機材料又は無機材料で形成された他のバリア層を積層する、
   請求項１から５までのいずれか１つに記載の基板の製造方法。

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