JP6517643B2 - 表示装置の製造方法、および、表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は、表示装置の製造方法、および、表示装置に関する。
表示画面を柔軟に変形することが出来るフレキシブルディスプレイが知られている。
このフレキシブルディスプレイを製造する際には、まず、ガラス等の支持基板上にポリイミド等の樹脂材料を成膜して、薄膜トランジスタやカラーフィルタが配列された機能層を樹脂材料上に形成する。そしてその後に、支持基板から樹脂材料を剥離する工程が設けられる。
なお特許文献1には、低コストで生産性の高い基板の剥離方法を提供する旨が記載されている。
特開2013−145808号公報
ここで支持基板から樹脂材料を剥離する技術としては、レーザを透明樹脂の裏面に照射してアブレーションをすることが知られているが、レーザを使用すると装置コストが大きくなりスループットも低いので高い量産性を実現することが困難になる。
また、ガラス基板と樹脂層の間に熱交換膜としての金属層を形成し、ガラス基板側からフラッシュランプを照射して金属層の界面における樹脂において瞬間的に熱分解を生じさせて、フレキシブルディスプレイを構成する樹脂層をガラス基板から剥離することも考えられる。
しかしながら上記のフラッシュランプを用いる方法においては、ガラス基板と金属層の界面においては発熱が生じやすいものの、その発熱が樹脂層までは伝熱しにくく、金属層と樹脂層の界面において十分な熱分解が生じないことがある。また金属層を薄くすることで、金属層と樹脂層との界面に伝熱しやすくすることも考えられるが、金属層を薄くすることで、フラッシュランプによる発光がフレキシブルディスプレイの機能層に至って破壊されるおそれがある。
本発明は、上記のような課題に鑑みて、フレキシブルディスプレイを製造する際の、カラーフィルタ層や薄膜トランジスタ層といった機能層を有する樹脂層と、支持基材とを、高い量産性で剥離する方法を提供することを目的とする。また本発明は、フレキシブルディスプレイを製造する際における前記の剥離方法が効率化された表示装置を提供することを目的とする。
本発明に係る表示装置の製造方法は、上記のような課題に鑑みて、ガラス基板、犠牲樹脂層、金属層、透明金属酸化物層、基材樹脂層及び機能層の順で積層された構造体を用意する工程と、キセノンフラッシュランプのパルス光を、前記ガラス基板及び前記犠牲樹脂層を通して、前記金属層に到達するように照射する工程と、前記犠牲樹脂層を、前記金属層から剥離する工程とを含み、前記機能層は、画像を表示するための輝度を制御する複数の画素回路が形成された画素回路構成層及びカラーフィルタ層のいずれか一方を含み、前記パルス光を照射する工程で、前記パルス光の吸収によって前記金属層に生じた熱で、前記犠牲樹脂層と前記金属層との間における界面の密着力低下を生じさせることを特徴とする。
また本発明に係る表示装置は、上記のような課題に鑑みて、第1の保護フィルムと、前記第1の保護フィルムに積層された金属層と、前記金属層に積層された第1の透明金属酸化物層と、前記第1の透明金属酸化物層に積層された第1の基材樹脂層と、画像を表示するための輝度を制御する複数の画素回路が前記第1の基材樹脂層に積層された画素回路構成層と、を有することを特徴とする。
第1の実施形態にかかる有機EL表示装置の斜視図である。 第1の実施形態における有機EL表示装置の画素回路の様子を示す概略図である。 第1の実施形態における有機EL表示装置の、支持基板から樹脂層を剥離する前の状態の断面の様子を示す図である。 第1の実施形態における有機EL表示装置の、支持基板から樹脂層を剥離した後の状態の断面の様子を示す図である。 第1の実施形態における有機EL表示装置の製造工程を説明するための図である。 第1の実施形態における有機EL表示装置の製造工程を説明するための図である。 第1の実施形態における有機EL表示装置の製造工程を説明するための図である。 第1の実施形態における有機EL表示装置の製造工程を説明するための図である。 第2の実施形態における有機EL表示装置の、支持基板から樹脂層を剥離する前の状態の断面の様子を示す図である。 第2の実施形態における有機EL表示装置の、支持基板から樹脂層を剥離した後の状態の断面の様子を示す図である。
以下、本発明の各実施形態に係る有機EL表示装置について、図面を参照しながら説明する。
[第1の実施形態]
図1は、第1の実施形態の有機EL表示装置1の説明するための概略斜視図である。
本実施形態の有機EL表示装置1は、複数の自発光素子としての有機エレクトロルミネッセンス素子が配置された第1の基材樹脂層B1に、第2の基材樹脂層B2が貼り合わされて構成され、第1の基材樹脂層B1において第2の基材樹脂層B2が露出した領域(露出領域EX)には、フレキシブルプリント基板F1が配置される。
図2は、第1の実施形態の有機EL表示装置1の表示領域DPにおける画素回路の様子を示す図である。有機EL表示装置1は、画像を表示する表示領域DPと、走査信号線駆動部GDRと、映像信号線駆動部DDRと、電源駆動部EDRとを備える。
表示領域DPにおいては、画像を表示するための輝度を制御する複数の画素回路PXがマトリクス状に配置されており、また画素のそれぞれに対応して有機エレクトロルミネッセンス素子OL(自発光素子)が配置される。画素回路PXは薄膜トランジスタTFT1、容量素子CAP、および薄膜トランジスタTFT2で構成される。走査信号線駆動部GDRと映像信号線駆動部DDR、電源駆動部EDRは、画素回路PXを駆動して有機エレクトロルミネッセンス素子OLの発光を制御する。
走査信号線駆動部GDRは、画素の水平方向の並び(画素行)ごとに設けられた走査信号線GLに接続されて、順番に選択された走査信号線GLに走査信号を出力する。
映像信号線駆動部DDRは、画素の垂直方向の並び(画素列)ごとに設けられた映像信号線DLに接続されて、走査信号線駆動部GDRによる走査信号線GLの選択にあわせて、選択された画素行の映像信号に応じた電圧を各映像信号線DLに出力をする。当該電圧は、画素回路PX内の容量素子CAPに書き込まれて、書き込まれた電圧に応じた電流が有機エレクトロルミネッセンス素子OLに供給される。
電源駆動部EDRは、画素列ごとに設けられた駆動電源線SLに接続されて、画素回路PX内の薄膜トランジスタTFT2を介して有機エレクトロルミネッセンス素子OLに電流を供給する。
有機エレクトロルミネッセンス素子OLの陰極(カソード)は、接地電位に接続され、全画素の有機エレクトロルミネッセンス素子OLの陰極は、共通の電極で構成される。
図3Aは、本実施形態の有機EL表示装置1の、プロセス用の支持基板(ガラス基板)SB1,SB2から基材樹脂層B1,B2を剥離する前の状態の断面の様子を示す模式図であり、図3Bは、支持基板SB1,SB2から基材樹脂層B1,B2を剥離後、最終的なフレキシブルディスプレイとなった状態を示す断面模式図である。
フレキシブルディスプレイにおいては、画素回路PXがマトリクス状に形成された基材樹脂層B1や、カラーフィルタ層CFが形成された基材樹脂層B2の剛性が小さいことから、ガラス等の材料で形成された支持基板SB1,SB2を土台として、これらの樹脂層上に機能層を形成する工程が実施される。
本実施形態においては、図3Aで示されるように、第1の支持基板SB1上に、第1の犠牲樹脂層SC1と、第1の金属層M1と、第1の透明金属酸化物層TR1と、画素回路PXがマトリクス状に形成された第1の基材樹脂層B1が形成されて、第2の支持基板SB2上に、第2の犠牲樹脂層SC2と、第2の金属層M2と、第2の透明金属酸化物層TR2と、カラーフィルタ層CFやブラックマトリクスBMが形成された第2の基材樹脂層B2が形成され、これらが互いに貼り合わされる。また貼り合わされる際には、カラーフィルタ層CFが形成された第2の支持基板SB2側には、露出領域EXを設けるための切り欠き(溝)が予め形成された状態となっている。
カラーフィルタ層CFが形成された第2の基材樹脂層B2や、複数の画素回路PXを有する画素回路構成層CLが形成された第1の基材樹脂層B1の表面には、第1の保護層PR1と第2の保護層PR2がそれぞれ形成されており、2つの樹脂層がシール材SLおよび充填材FLを介して貼り合わされるようになっている。なお図3Aの段階では、第2の基材樹脂層B2から露出される、第1の基材樹脂層B1の一部となる露出領域EXにおいて、透明導電膜TRが表面に形成された端子TEが第1の保護層PR1に覆われた状態で配置される。
また、第1の基材樹脂層B1、第2の基材樹脂層B2、第1の犠牲樹脂層SC1、第2の犠牲樹脂層SC2のそれぞれは、ポリイミドを材料とする樹脂層となっている。また第1の金属層M1、第2の金属層M2は、融点が高いTi、Mo、W(チタニウム、モリブデン、タングステン)といった金属で構成される。フレキシブルディスプレイの基材層となる第1の基材樹脂層B1、第2の基材樹脂層B2は、10μm程度の厚み(具体的には5μm以上20μm以下の厚み)で構成され、第1の金属層M1、M2は、後述のフラッシュランプによる閃光の機能層への透過を防止するべく、少なくとも100nm程度の厚み(具体的には、75nm以上200nm以下の厚み)を有して構成される。また第1の透明金属酸化物層TR1、第2の透明金属酸化物層TR2は、第1の金属層M1と第1の基材樹脂層B1の密着性を向上させるための層であって、5nm程度の厚み(具体的には3nm以上20nm以下の厚み)にて、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)で形成される。また、第1の犠牲樹脂層SC1、第2の犠牲樹脂層SC2は、1μm程度の厚みにて形成される。
そして本実施形態における最終的なフレキシブルディスプレイとしては、図3Bで示されるように、両側の支持基板SB1,SB2と、両側の犠牲樹脂層SC1,SC2と、カラーフィルタCFが存在する側となる第2の金属層M2とが取り除かれて、さらに、それぞれの最表面に保護フィルムPT1,PT2が貼り付けられたものとなっている。
以下においては、図4〜図7を用いて、本実施形態におけるフレキシブルディスプレイの基材層となる樹脂層を、支持基板から剥離する方法をさらに詳細に説明をする。
まず図4は、本実施形態における有機EL表示装置1の製造工程を説明するための図であり、支持基板SB1,SB2と、犠牲樹脂層SC1,SC2と、金属層M1,M2と、透明金属酸化物層TR1,TR2と、基材樹脂層B1,B2と、機能層(カラーフィルタ層CFまたは画素回路構成層CL)を有した構造体を用意する工程の様子を説明するための図となっている。
具体的には図4(a)で示されるように、まず第1の支持基板SB1上に、第1の犠牲樹脂層SC1を積層した後、当該第1の犠牲樹脂層SC1の表面にプラズマ処理を施して改質をする。その後図4(b)で示されるように、プラズマ処理をされた第1の犠牲樹脂層SC1上に第1の金属層M1を形成し、さらに図4(c)で示されるように、第1の透明金属酸化物層TR1、第1の基材樹脂層B1、保護膜PR1で覆われた画素回路構成層CLを順番に形成して、画素回路構成層を有する画素回路構造体を形成する。
図4(a)においてプラズマ処理が施されることで、ポリイミドを材料とする第1の犠牲樹脂層SC1と第1の金属層M1との密着性が向上し、その後の製造工程を支障なくすすめることができるようになる。なお、機能層としてカラーフィルタ層CFを備えた構造体についても同様に、第2の犠牲樹脂層SC2の表面にプラズマ処理を施して第2の金属層M2との密着性を向上させるため、その説明は省略する。
図5は、本実施形態における有機EL表示装置1の製造工程を説明するための図であり、カラーフィルタや画素回路がそれぞれ加工された2つのマザーガラスを貼り合わせて、表示装置の各片に裁断される様子を説明するための図となっている。
図5(a)において示されるように、本実施形態の製造工程では、まずサンドブラストにより画素回路側となる第1の支持基板SB1がそれぞれ裁断された後、図5(b)のように、貼り合わされたマザーガラスが反転されて、カラーフィルタ側となる第2の支持基板SB2がそれぞれ裁断される。その後、図5(c)のように、マザーガラスの貼り合わせ前に形成されたカラーフィルタ側の溝に相当する第2の支持基板SB2の裏面がスクライブされて、表示装置の各片のフレキシブルプリント基板F1が取り付けられる露出領域EXに対応する領域の第2の支持基板SB2、第2の基材樹脂層B2が取り除かれる。
ここで特に、図6は、カラーフィルタ層CF側の、第2の支持基板SB2を第2の基材樹脂層B2から剥離する工程の様子を説明するための図である。
図6(a)で示されるように、まず、ポリイミドを材料とする第2の基材樹脂層B2から第2の支持基板SB2を剥離する工程では、まず、第2の支持基板SB2側から波長200〜1100nmのキセノンフラッシュランプのパルス光が照射される。このキセノンフラッシュランプの照射時間としては、1μs〜数ms程度であり、強度としては数mJ/cm〜数十mJ/cmとされる。この際、露出領域EXに対してフラッシュランプが照射されないようにするべく遮光マスクSHが配置される。
その後、図6(b)で示されるように、フラッシュランプによるパルス光が、第2の支持基材SB2と第2の犠牲樹脂層SC2を介して第2の金属層M2に到達するように照射されると、第2の金属層M2に吸収されて発熱が生じる。このパルス光による発熱は、第2の金属層M2から第2の犠牲樹脂層SC2に瞬間的に伝熱して、図6(c)で示されるように、第2の犠牲樹脂層SC2の界面のポリイミドに熱分解が生じ、第2の支持基板SB2と第2の犠牲樹脂層SC2が剥がされることになる。フラッシュランプの照射時間や強度は、第2の犠牲樹脂層SC2のポリイミドが熱分解される温度(600〜1200℃程度)に熱せられるように調整される。
次に、カラーフィルタ層CF側から画像が出力されるようにするため、図6(d)で示されるように、カラーフィルタ層CFの外側に形成されている第2の金属層M2を、フッ素ラジカルによりドライエッチングをして取り除く。この図6(d)の工程においては、露出領域EXにて窒化シリコン膜や酸化シリコン膜で形成された第1の保護層PR1も同時にエッチングされて、いわゆる端子出しが行われる。第2の透明金属酸化物層TR2や、透明導電膜TRは、このドライエッチングにおけるエッチングストッパ膜として機能する。
その後、図6(e)で示されるように、第2の透明金属酸化物層TR2の上に保護フィルムPT2が配置され、図6(f)で示されるように、露出領域EXの端子TEにて、フレキシブルプリント基板F1が接続される。
また、図7は、低温ポリシリコン(LTPS)の薄膜トランジスタによる画素回路PXが形成された第1の基材樹脂層B1から、第1の支持基板SB1を剥離する工程の様子を説明するための図である。
図7(a)で示されるように、まず、ポリイミドを材料とする第1の基材樹脂層B1から第1の支持基板SB1を剥離する工程では、図6(a)の場合と同様に、キセノンフラッシュランプが照射されて、その後、図7(b)及び図7(c)で示されるように、第1の金属層M1から第1の犠牲樹脂層SC1に瞬間的に伝熱して界面のポリイミドが熱分解され、第1の支持基板SB1と第1の犠牲樹脂層SC1が剥がされることになる。
そして図7(c)の工程の後、図7(d)で示されるように、保護フィルムPT1が第1の金属層M1の裏面に貼り付けられることとなる。
図7(d)および図3Bで示されるように、画素回路構成層を備えた第1の基材樹脂層B1の裏側にて第1の金属層M1が残存することで、画素回路PXを備えた機能層に影響を与えうる電磁波を遮断することができる。またこの第1の金属層M1と第1の基材樹脂層B1の間には、第1の透明金属酸化物層TR1が配置されており、ポリイミドによって形成された第1の基材樹脂層B1と第1の金属層M1との密着性を向上させている。このように第1の透明金属酸化物層TR1が形成されることで、基材樹脂層にて機能層が形成されるフレキシブルディスプレイにおいても、電磁波を遮断する構造を基材樹脂層上に安定的に形成することができるようになる。
なお上記の実施形態においては、表示装置として有機エレクトロルミネッセンス素子を備えた有機EL表示装置1を例にして説明をしているが、量子ドット発光素子(QLED:Quantum‐Dot Light Emitting Diode)のような自発光素子を各画素に備えた自発光表示装置であってもよい。また、自発光表示装置に限られず、例えば液晶表示装置のようなフレキシブルディスプレイであっても本発明は適用される。
なお上記の実施形態においては、カラーフィルタ層を備えた基材樹脂層と、画素回路構成層CLを備えた基材樹脂層の双方において、金属層と犠牲樹脂層を配置することによるフラッシュランプの剥離方法が使用されているが、このような態様には限定されず、いずれか一方においてのみ当該剥離方法が使用されてもよい。また画素回路構成層を備えていない対向基板側の基材樹脂層においては、必ずしもカラーフィルタ層CFを備えておらずともよく、例えば、ブラックマトリクスBMによって各画素が仕切られているだけであってもよく、カラーフィルタ層CFの代わりに円偏光板やタッチパネルを備えてもよい。特に有機エレクトロルミネッセンス素子を備えた有機EL表示装置において、赤黄青の3色の有機発光層を塗り分ける場合はカラーフィルタ層が必要ないので円偏光板やタッチパネルを対向基板として用いるのがよい。
[第2の実施形態]
図8A及び図8Bは第2の実施形態を説明するための図である。本実施形態においては、第1の実施形態と違う箇所を説明する。第1の実施形態と対応する箇所には同じ符号が付与されている。図8Bに示す有機EL表示装置は、第1の実施形態と比べて、第1の金属層M1と第1の保護フィルムPT1の間にさらに第3の透明金属酸化物層TR3が配置されている。
製造途中の図8Aに示すように、第3の透明金属酸化物層TR3は、第1の犠牲樹脂層SC1形成後、第1の金属層M1形成前に形成される。この第3の透明金属酸化物層TR3は第1の犠牲樹脂層SC1と第1の金属層M1との密着性を高める。このことで、製造工程中に第1の金属層M1と第1の犠牲樹脂層SC1とが剥がれるのを防ぐことができる。さらに、第2の犠牲樹脂層SC2形成後、第2の金属層M2形成前に、第4の透明金属酸化物層TR4が形成される。その後、第2の犠牲樹脂層SC2がはがされた後であり、第2の金属層M2が除去される前に第4の透明金属酸化物層TR4が除去される。詳しくは図6(c)および(d)に示すプロセスを適用する。この第4の透明金属酸化物層TR4は第2の犠牲樹脂層SC2と第2の金属層M2との密着性を高める。このことで、製造工程中に第2の金属層M2と第2の犠牲樹脂層SC2とが剥がれるのを防ぐことができる。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例および修正例に想到し得るものであり、それら変更例および修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。また例えば、上記の各実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、もしくは設計変更を行ったもの、または、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。
1 有機EL表示装置、DP 表示領域、B1 第1の基材樹脂層、B2 第2の基材樹脂層、EX 露出領域、F1 フレキシブルプリント基板、GDR 走査信号線駆動部、DDR 映像信号線駆動部、EDR 電源駆動部、TFT1,TFT2 薄膜トランジスタ、CAP 容量素子、GL 走査信号線、DL 映像信号線、PX 画素回路、OL 有機エレクトロルミネッセンス素子、CF カラーフィルタ層、CL 画素回路構成層、BM ブラックマトリクス、FL 充填層、SL シール材、SB1 第1の支持基板、SB2 第2の支持基板、SC1 第1の犠牲樹脂層、SC2 第2の犠牲樹脂層、M1 第1の金属層、M2 第2の金属層、TR1 第1の透明金属酸化物層、TR2 第2の透明金属酸化物層、TR 透明導電膜、TE 端子、PR1 第1の保護層、PR2 第2の保護層、PT1 第1の保護フィルム、PT2 第2の保護フィルム、SH 遮光マスク。

Claims (6)

  1. ガラス基板、犠牲樹脂層、金属層、透明金属酸化物層、基材樹脂層及び機能層の順で積層された構造体を用意する工程と、
    キセノンフラッシュランプのパルス光を、前記ガラス基板及び前記犠牲樹脂層を通して、前記金属層に到達するように照射する工程と、
    前記犠牲樹脂層を、前記金属層から剥離する工程と、
    を含み、
    前記機能層は、画像を表示するための輝度を制御する複数の画素回路が形成された画素回路構成層及びカラーフィルタ層のいずれか一方を含み、
    前記パルス光を照射する工程で、前記パルス光の吸収によって前記金属層に生じた熱で、前記犠牲樹脂層と前記金属層との間における界面の密着力低下を生じさせることを特徴とする表示装置の製造方法。
  2. 請求項1に記載された表示装置の製造方法において、
    前記機能層には、前記カラーフィルタ層が含まれて、
    前記構造体に、前記画素回路構成層を有する画素回路層構造体が貼り合わされる工程が含まれ、
    前記画素回路層構造体が貼り合わされて、かつ、前記犠牲樹脂層を剥離した後に、前記透明金属酸化物層をストッパとして、前記金属層をエッチングして除去するとともに、前記画素回路層構造体における一部の層を除去する工程をさらに含むことを特徴とする表示装置の製造方法。
  3. 請求項1に記載された表示装置の製造方法において、
    前記機能層は、前記画素回路構成層を含み、
    前記犠牲樹脂層を剥離した後に、前記金属層の表面に保護フィルムを配置する工程をさらに含むことを特徴とする表示装置の製造方法。
  4. 請求項1〜3のいずれかに記載された表示装置の製造方法において、
    前記構造体を用意する工程は、
    前記ガラス基板に、前記犠牲樹脂層を積層する工程と、
    前記犠牲樹脂層の表面をプラズマ処理する工程と、
    前記プラズマ処理された前記表面に、前記金属層を密着形成する工程と、
    を含むことを特徴とする表示装置の製造方法。
  5. 第1の保護フィルムと、
    前記第1の保護フィルムに積層された金属層と、
    前記金属層に積層された第1の透明金属酸化物層と、
    前記第1の透明金属酸化物層に積層された第1の基材樹脂層と、
    複数の画素回路が前記第1の基材樹脂層に積層された画素回路構成層と、
    を有することを特徴とする表示装置。
  6. 請求項5に記載された表示装置であって、
    前記画素回路構成層上にある機能層と、
    前記機能層上にある第2の基材樹脂層と、
    前記第2の基材樹脂層上にある第2の透明金属酸化物層と、
    前記第2の透明金属酸化物層上にある第2の保護フィルムと、をさらに有する、
    ことを特徴とする表示装置。
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