JP6099322B2 - 基板トレイ及びフレキシブル電子デバイスの製造方法 - Google Patents

基板トレイ及びフレキシブル電子デバイスの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、フレキシブル電子デバイスに関し、特に、基板トレイ及び該基板トレイを用いるフレキシブル電子デバイスの製造方法に関する。
フレキシブル表示技術は、主にフレキシブル電子技術を用いる。即ち、フレキシブル表示媒質の電子素子及び材料を、フレキシブルまたは湾曲可能な基板に取り付けることで、電子デバイスをいずれの形状に湾曲または巻き取られる特性を有させる。
フレキシブル電子デバイスは、目前の使用状況によって以下のタイプに分ける。
(1)紙類の品質を有するフレキシブル電子デバイスは、主に書物または広告板などの細分化された市場に用いられ、軽薄及び消費電力の低い等の特性を有する。湾曲性は重要ではない。現在、LCD、EPD及びMEMS技術がこれに適用できる。
(2)微小の湾曲性を有するフレキシブル電子デバイスは、消費電力を低く、厚みを0.5mm以下にすることが好ましく、より品質が高い画面特性を有する。電子デバイスの湾曲程度に対して特に高い要求がない。EPD、OLED及びLCD技術は、微小の湾曲特性を有するフレキシブル電子デバイスの発展に非常に適合する。
(3)巻き取り式のフレキシブル電子デバイスは、消費電力を低く、厚みを0.5mm以下にすることが好ましく、より品質が高い画面特性を有し、電子デバイス自体が湾曲でき、ひいては巻き取られる。EPD、OLED及びLCD技術は、巻き取り式のフレキシブル電子デバイスの発展に非常に適合する。
フレキシブル電子デバイスは、主に、基板、中間表示媒質及びパッケージ等の3つの層からなる。フレキシブル電子デバイスは、電子デバイスの基板として、例えば超薄ガラス、プラスチックまたは超薄金属等の材料を用い、従来の硬性ガラス基板を用いる硬性電子デバイスに比べて、軽薄性、フレキシブル性、耐衝撃性等のメリットを有し、便利に携帯できる。
フレキシブル表示技術では、フレキシブル基板の選択が非常に重要になり、これはフレキシブル表示の湾曲性の鍵である。表1において、常用の複数のフレキシブル基板材料の関連特性を比べる。
Figure 0006099322
(1)超薄ガラス基板
ガラス基板の厚みが0.2mm以下である場合、ガラス基板は湾曲可能な特性を有する。ガラス基板によるフレキシブル電子デバイスは、その製造が基本的に現有の熟した製造技術を用いることができ、優れた表示性能を有し、信頼性が高いので、大部分のパネルメーカはLCDのガラス基板の厚みを0.2mmまたはそれ以下にする製造を試して、湾曲可能なフレキシブル電子デバイスを実現することを検討している。しかし、超薄ガラス基板には、例えば、研磨のコストが高く、ガラスが非常に破損しやすいので生産歩留まりが低く、フレキシブル性がよくないなどの欠点が存在し、よって、微小な湾曲可能のディスプレイのみに用いられ、ロールツーロール製造工程を適用できないなどの問題が存在する。
(2)超薄金属
フレキシブル基板として、金属箔は、例えば優れた耐高温性を有し、その熱膨張係数(Coefficient of Thermal Expansion、CTE)がガラス基材に接近し、耐化学性及びガスバリア性もよく、かつ非常によい延性を有し、フレキシブル電子デバイスの開発に適合し、ロールツーロールの製造工程に適用できるなどの優れた特性を有する。しかし、金属箔は不透明な材料であるので、反射型の表示パネルのみに適用できる。さらに、金属箔はその表面が粗いという問題が存在し、この問題はかつて技術的支障になった。しかし、金属箔は優れた特性を有するため、現在の多数のフレキシブル電子デバイスは金属箔基板で実現される。
(3)プラスチック基板
ガラス基板及び金属基板は自体特徴に制約されるので、プラスチック基板はフレキシブル表示の最良選択となっている。これは、よい透過性を有し、優れたフレキシブル性及び良好の表面平坦性を有するからである。しかし、フレキシブル電子デバイスの基板として、プラスチックも克服しなければならない課題がある。例えば、耐熱性、寸法の安定性及びガスバリア性がよくないなどの問題がある。一般的には、表示基板に用いられるプラスチック材料として、PET(Poly Ethylene Terephthalate、ポリエチレンテレフタラート)、PEN(Poly Ethylene Naphthalene、ポリエチレンナフタレート)、PES(Poly Ether Sulfones、ポリエーテルスルホン)、PI(Poly Imide、ポリイミド)、FRP(Fiber Reinforced Plastics、繊維強化プラスチック)等の材料がある。この中で、PET材料は、コストが低く、広く応用できるが、ガラス化温度が低く、その製造工程の温度が低くなる問題がある。PEN材料は、より高いガラス化温度を有し、かつ耐化学性及び寸法の安定性もよりよいので、フレキシブルOLEDの開発に用いられるが、遅延量が非常に大きいので、フレキシブルLCDによく適合しない。PES材料は、より高いガラス化温度を有するが、寸法の安定性が比較的に弱い。現在、住友が開発したFRP材料が、総合的性能がよいプラスチック材料であるが、使用される報道がない。また、プラスチック基板は、そのガスバリア性、耐透水性、ひいては耐化学性などがよくないので、フレキシブル表示基板として用いる場合、複数層のコーティング処理を実施しなければならない。
フレキシブルLCDにプラスチック基板を採用することにおいて技術的問題となるのは、プラスチック基材の硬度が低く、熱膨張係数が高く、耐高温性が低いなどの特徴であり、一般のLCD技術によってそのまま簡単に用いられない。プラスチック基板は、その硬度が6Hに達しないと、LCD生産工程に適用できないが、一般的なプラスチック基板のすべてがその硬度に達しない。例えば、PET基板の硬度は3Hのみである。また、プラスチック基板は、そのCTEが大きいので、寸法の安定性が弱くなり、熱の影響を受け且つ外力を受ける場合に、巻き取り現象が生じやすい。従来において、これら2つの問題は、基板の固定及び取り外し技術によって解決できる。つまり、基板の輸送及び各ステップの工程を完成するために、まず、プラスチック基板を、例えばガラス基板などの剛性基板に固定し、そして、プラスチック基板を剛性基板から取り外す。ここで、プラスチック基板を接着する一側の接着性を弱くし、ガラス基板を接着する一側の接着性を強くするように、両面において接着度が異なる接着剤によって、プラスチック基板と剛性基板とを接着する。これによって、プラスチック基板の取り外しが容易になる。さらに、低温で剥離可能な接着剤によって、温度を下げることで接着性を低下し、プラスチック基板を剛性基板から剥離することもできる。また、LCDの製造において、酸性が強く、アルカリ性も強く、及び環境温度が高いので、該接着剤がよりよい耐化学及び耐高温性を有する必要がある。
上述した基板の固定及び取り外し技術は、従来のTFT−LCD技術に対して、さらに接着剤や、設備を追加するだけでなく、プラスチック基板の固定及び取り外し工程において、例えば、擦過痕、静電及び破損などの不良が生じる可能性があり、生産率が低下する。
また、紫外線照射またはレーザ技術によってフレキシブル基板と普通のガラス基板とを分離する技術もある。例えば、PVI(PVIとは、アメリカの会社であり、1947年に創立され、新しい建築材料の生産・開発で有名である)のEPLaR工程があり、当該PLaR工程は、従来のガラス基板をベースとするTFT−LCDまたはE−paperの生産ラインを用いることができるが、厚みが10μmである重合体層をガラス基板上に追加することに区別がある。また、適当な重合体の接合面に対して適当な界面処理を行えば、重合体はガラス基板に非常に堅固に接合でき、この重合体層でTFTの全ての工程を受ける。そして、フレキシブルデバイスの製造が完了した後、レーザ技術で重合体層をガラス基板から解放し、重合体層はフレキシブル電子デバイスのプラスチック基板になる。しかし、この重合体材料が、LCDまたはAMOLEDにおける化学気相成長及びアニール、高速で高温のアニール等の高温工程設備に耐えるかは疑問になる。さらに、従来のTFT−LCD、AMOLEDの生産ラインに、新しい原材料及び設備を追加する必要があり、その分コストも増加される。
本発明は、従来の設備及び技術条件を利用するが、材料及び設備への投入を節約してフレキシブル電子デバイスを生産できることを目的とする。
本発明の実施例は、フレキシブル電子デバイスを製造する工程においてフレキシブル基板を支持するための基板トレイであって、該基板トレイはトレイ基板を有し、前記トレイ基板は、複数の溝が設けられた溝領域を有する。
前記トレイ基板は、溝領域の周りに位置する平面状の周辺領域を有することが好ましい。
前記複数の溝は、溝領域の縁部まで延びるストリップ形状の溝であることが好ましい。
複数の前記ストリップ形状の溝は、複数の横方向に延びるストリップ形状の溝、及び複数の縦方向に延びるストリップ形状の溝を有することが好ましい。
前記ストリップ形状の槽は、溝領域の一側の縁部から対向の他側の縁部まで延びてもよい。
前記溝は、深さが1μm以下であり、横断面のプロファイルの辺長がmμm〜nmmであり、但し、1≦m≦10、且つ、1≦n≦10であることが好ましい。
前記溝の横断面のプロファイルは、円形、楕円形、多辺形中の1つまたは複数であることが好ましい。
前記基板トレイの材質は、ガラス、金属またはプラスチックであってもよい。
本発明の他の実施例は、フレキシブル電子デバイスの製造方法であって、
複数の溝が設けられた溝領域を有するトレイ基板を含む基板トレイを提供するステップ1と、
フレキシブル基板を基板トレイの溝領域の上方に放置するステップ2と、
フレキシブル基板付きの基板トレイをチャンバ内に配置して真空処理を実施し、フレキシブル基板の上方に、周辺がフレキシブル基板の外境界以外まで覆うとともに延びる固定層を堆積することで、フレキシブル基板が基板トレイに固定され、フレキシブル基板の下方の基板トレイにおける溝の内部の真空度が維持されるステップ3と、
フレキシブル基板において、フレキシブル電子デバイスの加工工程を実施し、そして、フレキシブル基板と基板トレイとを分離するステップ4とを含む。
前記ステップ1によって提供される基板トレイは、溝領域の周りに位置する平面状の周辺領域をさらに有することが好ましい。
前記ステップ4において、フレキシブル基板と基板トレイとを分離する工程は、具体的に、固定層上にフォトレジストを塗布し、フレキシブル基板の外境界及びその外部領域のフォトレジストを露光・現像するステップ41と、フレキシブル基板の外境界及びその外部領域において、フォトレジストに覆われなかった固定層をエッチングし、残されたフォトレジストを剥離し、フレキシブル基板と基板トレイとの間の真空を解放して、フレキシブル基板と基板トレイを分離するステップ42と、を含むことが好ましい。
前記ステップ3では、前記固定層の厚みが0.05μm〜10μmであることが好ましい。
上述技術案による基板トレイ及び該基板トレイを用いるフレキシブル電子デバイスの製造方法は、従来のTFT−LCD、E−paper、AMOLED、LTPS、Oxide TFT、Organic TFTの生産ラインにおいても行うことができ、これによって、従来の技術及び設備を用いられ、かつ大量の材料及び設備の投入を節約できる。
本発明の実施例2に係る基板トレイの平面図である。 図1の基板トレイの一つの溝の断面図である。 本発明の実施例3においてフレキシブル基板が基板トレイに貼り付けられた構造の平面図である。 図3の基板トレイの1つの溝がフレキシブル基板に貼り付けられた状態の断面図である。 本発明の実施例3におけるフレキシブル基板及び基板トレイ上に固定層が堆積された後、基板トレイの1つの溝及びその外境界の断面図である。 図5のフレキシブル基板の外境界及びその外部領域において固定層がエッチングされた後の断面図である。
以下、図面及び実施例を参照しながら、本発明の具体的な実施形態をさらに詳しく説明する。下記の実施例は本発明を説明するものに過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。
実施例1
本実施例は、フレキシブル基板を支持するための基板トレイを提供する。以下は、基板トレイの具体的な製造工程である。
まず、交替的に、かつ整然として分布された複数の透過領域及び遮光領域を有するマスクを形成する。基板トレイは、そのプロファイルに対して特に限定しないので、マスクにおける透過領域または遮光領域のプロファイルがストリップ形状であってもよい。該ストリップ形状のプロファイルは縦横に交差してマスクの縁部まで延びる。
マスクが形成された後、基板トレイの材料を選択し、トレイ基板として、ガラス、金属またはプラスチック等を選択できる。そして、トレイ基板をクリーニングして、トレイ基板上にフォトレジストを被覆し、フォトレジストに対してプレキュア(pre−curing process)する。ここで、フォトレジストの厚みが1μm〜3μmである。次に、形成されたマスクを用いて、トレイ基板上のフォトレジストを露光、現像および硬化する。本実施例におけるフォトレジストとして、ポジティブレジストまたはネガティブレジスであってもよい。続いて、トレイ基板上におけるフォトレジストによって保護されなかった領域をエッチングする。ここで、トレイ基板の材料に従って、ドライエッチングまたはウェットエッチングを選択して、トレイ基板に溝を形成する。最後に、トレイ基板上のフォトレジストを剥離するとともにクリーニングして、所望の基板トレイを得る。
本実施例における基板トレイは、主に、フレキシブル電子デバイスを製造できるようにフレキシブル基板を支持するために用いられるので、真空を維持及び開放するため、基板トレイの溝の深さを1μm以下にすることが好ましい。溝の横断面のプロファイルの辺長は数ミクロン〜数ミリであり、即ち、mμm〜nmmである。但し、1≦m≦10、且つ、1≦n≦10である。
上述した基板トレイの製造方法により、複数の溝が設けられている溝領域を有するトレイ基板を含む基板トレイが形成される。前記基板トレイは、溝領域の周りに位置する平面状の周辺領域をさらに有してもよい。図1は、本実施例の基板トレイを示し、矩形形状のトレイ基板1において、横方向のストリップ形状の複数の槽及び縦方向のストリップ形状の複数の槽が溝領域の縁部まで延びる。図2は、基板トレイにおける一つの溝の断面図である。この図に示すように、溝2は間隔を空けて設けられている。本実施例における基板トレイは、主に、フレキシブル電子デバイスを製造できるようにフレキシブル基板を支持するために用いられるので、真空を維持及び開放するため、溝2は、深さdを1μm以下にすることが好ましい。溝2の横断面プロファイルの辺長aはmμm〜nmmである。但し、1≦m≦10、且つ、1≦n≦10である。
本実施例では、トレイ基板1は、ガラス、金属またはプラスチックであってもよい。また、溝2の横断面の形状は、基板トレイのフレキシブル基板に対する支持及びフレキシブル電子デバイスの製造に影響しないので、溝2の横断面の形状は矩形に限らず、多辺形、円形、楕円形の1つのまたは複数の組み合わせであってもよく、或いは、不規則な幾何プロファイルであってもよい。
実施例2
本実施例に係る基板トレイ及びその製造工程は、実施例1の基板トレイ及びその製造工程に類似する。以下はそれらの区別である。即ち、基板トレイを製造するとき、所望のマスクの透過領域または遮光領域は間隔を空けて設けられ、透過領域または遮光領域のプロファイルは円形、楕円形、多辺形の1つまたは複数である。これによって得られる基板トレイは、その溝領域における溝が互いに連通せず、互いに間隔を空けて設けられている。
実施例3
実施例1及び実施例2に記載の基板トレイを用いて、本実施例のフレキシブル電子デバイスを製造することができる。
まず、複数の溝が設けられている溝領域を有するトレイ基板を備える基板トレイを提供する。前記基板トレイは、溝領域の周りに位置する平面状の周辺領域をさらに有してもよい。図3に示すように、トレイ基板1の外境界は溝がない平面状の周辺領域である。
次に、フレキシブル基板を基板トレイの溝領域の上方に放置する。フレキシブル基板の外境界が溝領域以外の平面状の周辺領域に放置される。図4は、図3のフレキシブル基板の外境界における基板トレイでの1つの溝領域の断面図である。
本実施例では、製作されるフレキシブル電子デバイスの種類に従って、フレキシブル基板は、超薄のガラス、超薄の金属またはプラスチック等を選択できる。
続いて、フレキシブル基板付きの基板トレイをチャンバ内に配置して真空処理し、フレキシブル基板の上方に、周辺がフレキシブル基板の外境界以外まで覆って延びるように固定層を堆積し、これによって、フレキシブル基板が基板トレイに固定され、フレキシブル基板の下方の基板トレイにおける溝2の内部の真空度が維持される。図5に示すように、フレキシブル基板の外境界にて覆われた1つの溝領域を例として、フレキシブル基板及びその外辺部とフレキシブル基板の外境界の外部の基板トレイ上に固定層が堆積された断面図であり、フレキシブル基板3は基板トレイ上に覆われ、固定層4がフレキシブル基板3及び基板トレイ上に覆われる。
本実施例では、フレキシブル基板及び基板トレイ上に堆積された固定層は、有機、無機材料または金属材料からなる絶縁層または導電層であってもよい。固定層は化学気相成長或は物理気相成長によって堆積できる。フレキシブル基板上に絶縁層または導電層を堆積する工程は、フレキシブル電子デバイスの製造において不可欠なステップである。このステップを行うとともに、絶縁層または導電層をフレキシブル基板外境界及びその外部の基板トレイ上に堆積することで、フレキシブル基板を基板トレイ上に固定できる。硬質の基板トレイでフレキシブル基板を支持してフレキシブル電子デバイスの各製造工程を行うことによって、フレキシブル電子デバイスのその自体硬度、耐酸性、耐アルカリ性及び耐高温性による不良率が高くなって生産率が低くなるなどの欠陥を克服できる。フレキシブル基板上の絶縁層または導電層によって、固定層の厚みは0.05μm〜10μmにすることが好ましい。
最後に、基板トレイを真空チャンバから移り出し、フレキシブル基板においてフレキシブル電子デバイスを製造し、そして、フレキシブル基板と基板トレイとを分離する。
基板トレイを真空チャンバから大気雰囲気に移り出した後、大気圧によって、フレキシブル基板が基板トレイ上に密接される。水分等の他の物質の浸透を防止するために、固定層を堆積するとき、追加工程が行わない。
本実施例の例示によれば、フレキシブル基板と基板トレイとの分離は、まず、固定層にフォトレジストを塗布してプレキュアし、他のマスクでフレキシブル基板の外境界及びその外部領域のフォトレジストを露光、現像、硬化する。即ち、上述した塗布、プレキュア、露光、現像および硬化工程によって、フレキシブル基板の表面領域及び基板トレイ上の固定層が堆積されなかった領域が保護され、他の領域のポジティブレジストを露光・現像する。そして、現像領域をエッチングし、該領域における固定層をエッチングし、フレキシブル基板及び基板トレイの他の領域のフォトレジストを剥離することで、フレキシブル基板と基板トレイとの間の真空が解放され、フレキシブル基板と基板トレイとが分離される。
図6は、図5に示すフレキシブル基板の外境界及びその外部の基板トレイ上の固定層がエッチングされた後の図であり、フレキシブル基板3の上方の固定層4のみが残された。本実施例では、固定層の材料に従って、ドライエッチングまたはウェットエッチングでフレキシブル基板の外境界及びその外部の基板トレイにおける固定層をエッチングする。
上述した2つの実施例から分かるように、本発明の実施例は、溝を有する基板トレイを製造し、接着剤を使用してフレキシブル基板を基板トレイに貼り付ける必要がなく、該基板トレイでフレキシブル基板を支持してフレキシブル電子デバイスを製造することができる。基板トレイの溝により、真空環境において導電層または絶縁層を堆積する時、溝内の真空を維持し、フレキシブル基板と基板トレイを固定し、フレキシブル電子デバイスの製作工程が所定の段階に達した後、通常の露光や、現像や、エッチングによって両者を分離させて、フレキシブル電子デバイスの肝心な工程が完了される。そして、基板トレイは、フレキシブル電子デバイスを製造した後、クリーニングされて再利用できるので、フレキシブル電子デバイスの製造コストが低下された。フレキシブル電子デバイスの製造工程の全ては、従来の設備及び工程によって形成されるので、従来のTFT−LCD、E−paper、AMOLED、LTPS、Oxide TFT、Organic TFTの生産ラインにおいて行うことができ、適用範囲が広い。
以上は本発明の好ましい実施方式に過ぎない。当業者にとって、本発明の技術範囲を逸脱しない前提で行われる改善や変更は、本発明の保護範囲に入る。
1 基板トレイ
2 溝
3 フレキシブル基板
4 固定層

Claims (11)

  1. フレキシブル電子デバイスを製造する工程においてフレキシブル基板を支持するための基板トレイであって、該基板トレイはトレイ基板を有し、前記トレイ基板は、複数の溝が設けられた溝領域を有し、
    前記溝は、深さが1μm以下であり、横断面のプロファイルの辺長がmμm〜nmmであり、但し、1≦m≦10、且つ1≦n≦10であることを特徴とする基板トレイ。
  2. 前記トレイ基板は、前記溝領域の周りに位置する平面状の周辺領域をさらに有することを特徴とする請求項1に記載の基板トレイ。
  3. 前記複数の溝は、前記溝領域の縁部まで延びるストリップ形状の溝であることを特徴とする請求項1または2に記載の基板トレイ。
  4. 複数の前記ストリップ形状の溝は、複数の横方向に延びるストリップ形状の溝、及び複数の縦方向に延びるストリップ形状の溝を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の基板トレイ。
  5. 前記ストリップ形状のは、前記溝領域の一側の縁部から対向の他側の縁部まで延びることを特徴とする請求項3または4に記載の基板トレイ。
  6. 前記溝の横断面のプロファイルは、円形、楕円形、多辺形の中の1つまたは複数であることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の基板トレイ。
  7. 前記基板トレイの材質は、ガラス、金属またはプラスチックであることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の基板トレイ。
  8. フレキシブル電子デバイスの製造方法であって、
    複数の溝が設けられた溝領域を有するトレイ基板を含む基板トレイを提供するステップ1と、
    フレキシブル基板を前記基板トレイの前記溝領域の上方に配置するステップ2と、
    前記フレキシブル基板付きの前記基板トレイをチャンバ内に配置して真空処理を実施し、前記フレキシブル基板及び前記基板トレイの上方に、前記フレキシブル基板及び前記基板トレイを覆い、周辺が前記フレキシブル基板の外境界以外まで延びる固定層を堆積することで、前記フレキシブル基板が前記基板トレイに固定されて、前記フレキシブル基板の下方の前記基板トレイにおける溝の内部の真空度が維持されるステップ3と、
    前記フレキシブル基板においてフレキシブル電子デバイスの加工工程を実施し、そして、前記フレキシブル基板と前記基板トレイとを分離するステップ4と、
    を含み、
    前記溝は、深さが1μm以下であり、横断面のプロファイルの辺長がmμm〜nmmであり、但し、1≦m≦10、且つ1≦n≦10であることを特徴とするフレキシブル電子デバイスの製造方法。
  9. 前記ステップ1によって提供される前記基板トレイにおいて、前記トレイ基板は、前記溝領域の周りに位置する平面状の周辺領域をさらに有することを特徴とする請求項に記載のフレキシブル電子デバイスの製造方法。
  10. 前記ステップ4において、前記フレキシブル基板と前記基板トレイとを分離する工程は、具体的に、
    前記固定層上にフォトレジストを塗布し、前記フレキシブル基板の外境界及びその外部領域のフォトレジストを露光・現像するステップ41と、
    前記フレキシブル基板の外境界及びその外部領域において、フォトレジストに覆われなかった固定層をエッチングし、残されたフォトレジストを剥離し、前記フレキシブル基板と前記基板トレイとの間の真空を解放して、前記フレキシブル基板と前記基板トレイを分離するステップ42と、
    を含むことを特徴とする請求項またはに記載のフレキシブル電子デバイスの製造方法。
  11. 前記ステップ3において、前記固定層の厚みが0.05μm〜10μmであることを特徴とする請求項8〜10のいずれか1項に記載のフレキシブル電子デバイスの製造方法。
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