JP7496051B2

JP7496051B2 - 液晶ディスプレイパネル及び無アルカリガラスの基板

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Publication number: JP7496051B2
Application number: JP2022191502A
Authority: JP
Inventors: 和孝小野; 保真加藤; 昌也欅田
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2014-11-28
Filing date: 2022-11-30
Publication date: 2024-06-06
Anticipated expiration: 2035-11-27
Also published as: TWI766182B; JPWO2016084952A1; JP7188487B2; US10386686B2; TW201940454A; US20230142463A1; US20240176198A1; US20170329192A1; CN107003553A; KR20230148860A; US20190317376A1; JP2020076985A; JP2021130604A; TWI693201B; KR20170086529A; JP2023036599A; TW201625503A; CN107003553B; JP2019219663A; US11586084B2

Description

本発明は、液晶ディスプレイパネルに関する。詳細には、所定の無アルカリガラスから成る基板上に画素アレイが形成されて成る液晶ディスプレイパネルに関する。

近年、液晶ディスプレイパネルが大型化且つ高精細化する中にあって、製造工程中の熱処理による画素アレイのパターンずれの抑制が最重要課題の一つとなっている。高精細化の要求によって、基板上に形成される半導体素子アレイの金属配線がより細くなっているため、パターンずれの許容度がますます小さくなっている。

パターンずれは、液晶ディスプレイパネル製造工程におけるガラス基板の構造緩和による熱収縮が原因であると考えられている。これを抑制するために提案されている第１の方法はガラスの平均熱膨張係数を小さくすることである。この方法を用いるものとして、３０～３８０℃における平均熱膨張係数が２５×１０^－７～３６×１０^－７／℃である無アルカリガラス（特許文献１）、５０～３００℃における平均熱膨張係数が３０×１０^－７～４３×１０^－７／℃である無アルカリガラス（特許文献２）が提案されている。また、平均熱膨張係数をガラス基板上に成膜されるａ－Ｓｉ、ｐ－Ｓｉ等に近くしたガラスも提案されている（特許文献３）。

第２の方法はガラスの歪点を高くすることである。上記特許文献１は歪点を６４０℃以上とすること、特許文献２は７１０℃以上７２５℃未満とすること、特許文献３は６８０℃以上７４０℃未満とすることを、夫々、提案している。

その他、ガラスの撓みを抑制するためにガラスの密度を低くすること（特許文献１、２）、ヤング率を高くすること（特許文献３）等が提案されている。

日本国特開２００２－３０８６４３号公報国際公開第２０１３／１６１９０２号日本国特開２０１４－１１８３１３号公報

しかし、製造プロセスにおける熱処理等の最高温度が２００～４５０℃程度と比較的低い場合のパターンずれは、ガラスの構造緩和の影響では説明することが難しい。実際、基板ガラスの平均熱膨張係数を低くすると、却ってパターンずれが大きくなる場合がある。

本発明は、このような状況に鑑み、製造プロセスの最高温度が比較的低い大型液晶ディスプレイパネルのパターンずれを抑制することを目的とする。

本発明は、アクティブマトリクス駆動形式の液晶ディスプレイパネルであって、
該液晶ディスプレイパネルは、無アルカリガラスの基板の少なくとも一の表面上に、金属からなる膜を成膜し、得られる金属膜をパターニングして配線膜とし、次いで無機物質からなるゲート絶縁膜を成膜する工程を含む製造プロセスで製造される液晶ディスプレイパネルであって、前記無アルカリガラスの基板の少なくとも一の表面上には、前記金属からなる配線膜と前記無機物質からなる絶縁膜とが備えられてなる。
即ち本発明は、無アルカリガラスの基板と、金属からなる配線膜と、該配線膜の表面上に形成される無機物質からなる絶縁膜とを備え、
該配線膜は、厚さが０．１μｍ以上であり、
該絶縁膜は、厚さが１００ｎｍ以上であり、
該基板は、長辺が１８００ｍｍ以上、短辺が１５００ｍｍ以上、厚さが０．５ｍｍ以下であり、
該金属は、その室温でのヤング率と熱膨張係数の積が１０，０００×１０^－７ＧＰａ／℃～２５，０００×１０^－７ＧＰａ／℃であり、
該無機物質は、該無アルカリガラスより小さい平均熱膨張係数（５０℃～３５０℃）を有し、
該無アルカリガラスは、ヤング率（Ｅ）が７０～９５ＧＰａ、５０℃～３５０℃の平均熱膨張係数（α）が３２×１０^－７～４５×１０^－７（１／℃）、且つ下記式（１）を満たし、
２０α＋７Ｅ≧１３１０（１）、
式（１）において、αの単位は１０^－７（１／℃）、Ｅの単位はＧＰａであり、
及び、
酸化物基準のモル％表示で下記組成を有する、
ＳｉＯ_２６６～７４、
Ａｌ_２Ｏ_３１０～１５、
Ｂ_２Ｏ_３０．１～５、
ＭｇＯ２～１２、
ＣａＯ３～１１、
ＳｒＯ０～１０、
ＢａＯ０～５、
ＺｒＯ_２０～２、
好ましくは、酸化物基準のモル％表示で下記組成を有する、
ＳｉＯ_２６６～７４、
Ａｌ_２Ｏ_３１０～１５、
Ｂ_２Ｏ_３０．１～３．０未満、
ＭｇＯ２～１０、
ＣａＯ３～１１、
ＳｒＯ０．１～１０、
ＢａＯ０～５、
ＺｒＯ_２０～２、
液晶ディスプレイパネルである。
好ましいさらに他の例において、上記無アルカリガラスは、酸化物基準のモル％表示で下記組成を有する、
ＳｉＯ_２６８．０～７４、
Ａｌ_２Ｏ_３１０～１５、
Ｂ_２Ｏ_３０．１～５、
ＭｇＯ２～９．０、
ＣａＯ３～１１、
ＳｒＯ０～１０、
ＢａＯ０～１、
ＺｒＯ_２０～２、
ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ：１８以下。

本発明者らは、種々検討した結果、製造プロセスにおける熱処理の最高温度が比較的低い（例えば４５０℃以下）大型液晶ディスプレイパネルでは、配線膜金属及び絶縁膜誘導体と基板ガラスとの組合せの影響が無視できないことを見出した。本発明を限定する趣旨ではないが、製造プロセスにおける熱処理の最高温度が比較的低い場合、従来考慮されていた構造緩和ではなく、ガラス基板の反りがパターンずれを起こす大きな要因であると考えられる。上記本発明の液晶ディスプレイパネルは、基板を構成するガラス、配線を構成する金属、絶縁膜を構成する誘電体、及びディスプレイパネルの設計態様を所定の組合せとすることによって、パターンずれが顕著に抑制されている。

図１（ａ）～（ｃ）は、例１におけるガラス基板の変形状態を示す図であり、図１（ｂ）はステップ１、図１（ａ）はステップ２、図１（ｃ）はステップ３における変形状態をそれぞれ示す図である。図２は、実施例で調製したガラスを基板として用い、その上に所定膜厚の銅パターン、及び該銅パターンを覆う所定膜厚の窒化ケイ素膜が形成された場合の基板の反りをシミュレーションしてプロットしたグラフである。

最初に、本発明の液晶ディスプレイパネルにおけるガラス基板を構成する無アルカリガラスについて説明する。本発明において、「無アルカリ」ガラスとは、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ等のアルカリ金属酸化物を実質的に含有しないガラスを意味する。ここで「実質的に含有しない」とは、不可避的不純物を除き含有しないことを意味する（以下、同じ）。本発明においては、不可避的に含有されるアルカリ金属は、多くとも０．１モル％程度である。

該無アルカリガラスは、該ガラスの骨格を形成するＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３に加え、所定量のアルカリ土類金属酸化物等を含む。先ず、これら各成分の酸化物基準での含有量について説明する。以下において、特に断りがない限り、「％」は「モル％」を意味する。

ＳｉＯ_２の含有量が６６％未満であると、歪点が充分に高くなく、熱膨張係数及び比重が高くなりすぎる傾向がある。従って、ＳｉＯ_２の含有量は６６％以上であり、好ましくは６６．５％以上である。一方、含有量が７４％を超えると、ガラス粘度が１０^２ポアズ（ｄＰａ・ｓ）となる温度（Ｔ_２）が高くなる等、溶解性が悪くなり、失透温度が上昇し、ヤング率が低下する傾向がある。従って、ＳｉＯ_２の含有量は７４％以下であり、７３％以下が好ましく、７２％以下がより好ましく、７１％以下がさらに好ましい。

Ａｌ_２Ｏ_３は、分相性を抑制し、歪点を向上させ、ヤング率を高める効果があるが、その含有量が１０％未満では、これらの効果を十分に得ることが難しい。従って、Ａｌ_２Ｏ_３の含量は１０％以上であり、好ましくは１１％以上、より好ましくは１２％以上である。一方、含有量が１５％を超えると、Ｔ_２が上昇して溶解性が悪くなり、及び失透温度も高くなる傾向がある。従って、Ａｌ_２Ｏ_３の含量は１５％以下であり、１４％以下が好ましく、１３％以下がより好ましい。

Ｂ_２Ｏ_３はガラスの溶解性を良くし、失透温度を低下させる効果がある必須成分であるが、その量が５％超であると、ヤング率が過度に低下し且つ熱膨張係数が低くなりすぎる傾向がある。従って、Ｂ_２Ｏ_３の含量は５％以下であり、好ましくは４％以下、さらには３％未満であり、より好ましくは２．７％以下であり、さらに好ましくは２．５％以下、よりさらに好ましくは２．０％以下であり、特に好ましくは１．５％以下である。一方、含有量が０．１％未満であると、溶解性が悪化し、均質なガラスを得にくくなる。従って、Ｂ_２Ｏ_３の含量は０．１％以上であり、好ましくは０．２％以上、より好ましくは０．３％以上であり、さらに好ましくは０．５％以上である。

ＭｇＯは、熱膨張係数を高くしすぎることなく、且つ、歪点を大きく低下することなく、溶解性を向上し、比重を低下する効果があるが、その含有量が２％未満であると該効果を十分に得られない。従って、ＭｇＯの含量は２％以上であり、好ましくは３％以上であり、より好ましくは４％以上である。一方、含有量が１２％を超えると、失透温度が高くなる。そのため、ＭｇＯの含量は１２％以下であり、１０％以下が好ましく、９．５％以下がより好ましく、９％以下がさらに好ましい。

ＣａＯも、熱膨張係数を高くしすぎることなく、且つ、歪点を大きく低下することなく、溶解性を向上し、ヤング率を高くし、失透温度を低下する効果があり、その含有量が３％未満であると、該効果が十分に得られない。ＣａＯの含量は３％以上であり、好ましくは４％以上であり、より好ましくは５％以上である。一方、含有量が１１％を超えると、失透温度が高くなり、ＣａＯの原料である石灰石（ＣａＣＯ_３）中の不純物であるリンの量が多くなるおそれがある。そのため、ＣａＯの含量は１１％以下であり、１０％以下が好ましく、９％以下がより好ましく、８％以下がさらに好ましい。

ＳｒＯは、必須成分ではないが、失透温度を上昇させることなく溶解性を向上する効果があり、また、比較的熱膨張率を高める効果を得るにはＳｒＯの含量は、好ましくは０．１％以上であり、より好ましくは１％以上であり、さらに好ましくは２％以上である。一方、含有量が１０％を超えると、比重及び熱膨張係数を高くしすぎる傾向がある。そのため、ＳｒＯの含量は１０％以下であり、８％以下が好ましく、７％以下がより好ましく、６％以下がさらに好ましい。

ＢａＯは必須成分ではないが、溶解性向上や耐失透性の向上の効果があるので、５％以下で含有してよい。しかし、該量を超えると、密度が増加する傾向がある。好ましくは４．５％以下であり、４％以下がより好ましく、１％以下がさらに好ましく、０．５％以下が特に好ましく、実質的に含有されないことが最も好ましい。

ＺｒＯ_２も必須成分ではないが、溶融温度を低下し、及び、焼成時の結晶析出を促進する効果があるので、２％以下で含有してもよい。該量を超えると、ガラスの耐失透性が低下し、また、比誘電率（ε）が大きくなる傾向がある。好ましくは、１．５％以下であり、１％以下がより好ましく、０．５％以下がさらに好ましく、実質的に含有されないことが最も好ましい。

本発明の無アルカリガラスは、アルカリ土類金属酸化物、即ちＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯの合量の合計（モル％）が１５％未満であると、ヤング率が低くなり、また溶解性が悪くなる傾向がある。従って、合計が１５％以上であることが好ましく、１６％以上がより好ましく、１７％以上がさらに好ましい。一方、合計が２１％を超えては熱膨張係数が大きくなりすぎる傾向がある。好ましくは２０％以下であり、より好ましくは１９％以下であり、１８％以下がさらに好ましい。

さらに、ＭｇＯと他のアルカリ土類金属との間で、含有量が下記３条件を満たすことが好ましい。これにより、失透温度を上昇させることなしに、歪点を高くし、さらにガラスの粘性、特にガラス粘度が１０^４ｄＰａ・ｓとなる温度Ｔ_４を下げることができる。
ＭｇＯ／（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）が０．２０以上であることが好ましく、０．２５以上がより好ましく、０．３以上がさらに好ましく、０．４以上が特に好ましく、０．４５以上が最も好ましい。
ＭｇＯ／（ＭｇＯ＋ＣａＯ）が０．３以上であり、０．４以上がより好ましく、０．５２以上がさらに好ましく、０．５５以上が特に好ましく、０．６以上が最も好ましい。
ＭｇＯ／（ＭｇＯ＋ＳｒＯ）が０．６以上であり、０．６３以上がより好ましく、０．６５以上がさらに好ましい。

また、好ましくはＡｌ_２Ｏ_３×（ＭｇＯ／（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ））が５．５以上である。該比が５．５未満であると、ヤング率が低くなる傾向がある。より好ましくは５．７５以上であり、６以上がさらに好ましく、６．２５以上が最も好ましい。

本発明の無アルカリガラスは、各成分の関係、具体的には酸化物基準のモル％表示で表される組成が、７５９－１３．１×ＳｉＯ_２－７．５×Ａｌ_２Ｏ_３－１５．５×Ｂ_２Ｏ_３＋９．７×ＭｇＯ＋２１．８×ＣａＯ＋２７．２×ＳｒＯ＋２７．９×ＢａＯ≧０であると、熱膨張率とヤング率の範囲が反りを抑制するために好適な範囲となることを見出した。

上記各成分に加え、該ガラスは、その溶解性、清澄性、成形性等を向上する効果がある、ＺｎＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＳＯ_３、Ｆ、Ｃｌ、ＳｎＯ_２を総量で２％以下、好ましくは１％以下、より好ましくは０．５％以下で含有してもよい。

一方、該ガラスは、ガラス板表面に設ける金属または酸化物等の薄膜の特性劣化を生じさせないために、Ｐ_２Ｏ_５を実質的に含有しないことが好ましい。さらに、ガラスのリサイクルを容易にするため、ＰｂＯ、Ａｓ_２Ｏ_３、Ｓｂ_２Ｏ_３を実質的に含有しないことが好ましい。

次に、上記無アルカリガラスの諸特性について説明する。
該ガラスは、５０～３５０℃での平均熱膨張係数（α）が４５×１０^－７／℃以下である。これにより、耐熱衝撃性が大きく、パネル製造時の生産性を高くすることができる。好ましくは４２×１０^－７／℃以下であり、より好ましくは４１×１０^－７／℃以下、さらに好ましくは４０×１０^－７／℃以下である。一方、αが小さすぎると成膜時の反りが大きくなるため、３２×１０^－７／℃以上である。３３×１０^－７／℃以上が好ましく、３５×１０^－７／℃以上がより好ましい。

該ガラスは、ヤング率（Ｅ）が７０ＧＰａ以上である。斯かる高いヤング率によりガラスの破壊靭性が高く、大型ディスプレイ用基板に好適である。好ましくは７５ＧＰａ以上であり、より好ましくは７８ＧＰａ以上であり、さらに好ましくは８０ＧＰａ以上であり、特に好ましくは８３ＧＰａ以上である。一方、ヤング率が高すぎるとガラスの切断性が悪化するため、９５ＧＰａ以下である。好ましくは９０ＧＰａ以下であり、より好ましくは８８ＧＰａ以下である。

上記αとＥは、下記式（１）を満たす。
２０α＋７Ｅ≧１３１０（１）
ここで、αの単位は１０^－７／℃、Ｅの単位はＧＰａである。上記式（１）を満たす場合、大型基板であっても加熱による反りが小さい。

好ましくは、該ガラスは、粘度ηが１０^２ポイズ（ｄＰａ・ｓ）となる温度Ｔ_２が１７１０℃以下であり、これにより溶解が比較的容易である。より好ましくは１７１０℃未満であり、さらに好ましくは１７００℃以下、よりさらに好ましくは１６９０℃以下である。

好ましくは、該ガラスは粘度ηが１０^４ポイズとなる温度Ｔ_４が１３２０℃以下であり、フロート成形に適する。より好ましくは１３１５℃以下であり、さらに好ましくは１３１０℃以下、よりさらに好ましくは１３０５℃以下である。

好ましくは、該ガラスは、歪点が６８０℃以上であり、より好ましくは７１０℃以上であり、さらに好ましくは７３０℃以上である。
好ましくは、該ガラスは、上記歪点と同様の理由で、ガラス転移点が７６０℃以上であり、より好ましくは７７０℃以上であり、さらに好ましくは７８０℃以上である。

好ましくは、該ガラスは、比重が２．６５以下であり、より好ましくは２．６４以下であり、さらに好ましくは２．６２以下である。

好ましくは、該ガラスは失透温度が、１３５０℃以下であり、これによりフロート法による成形がより容易となる。より好ましくは１３４０℃以下であり、さらに好ましくは１３３０℃以下である。本発明における失透温度は、白金製の皿に粉砕されたガラス粒子を入れ、一定温度に制御された電気炉中で１７時間熱処理を行い、熱処理後の光学顕微鏡観察によって、ガラスの表面及び内部に結晶が析出する温度である。

好ましくは、該ガラスは、光弾性定数が３１ｎｍ／ＭＰａ／ｃｍ以下である。液晶ディスプレイパネル製造工程や液晶ディスプレイ装置使用時に発生した応力によってガラス基板が複屈折性を有することにより、黒の表示がグレーになり、液晶ディスプレイのコントラストが低下する現象が認められることがある。光弾性定数を３１ｎｍ／ＭＰａ／ｃｍ以下とすることにより、この現象を抑制することができる。より好ましくは３０ｎｍ／ＭＰａ／ｃｍ以下、さらに好ましくは２９ｎｍ／ＭＰａ／ｃｍ以下、よりさらに好ましくは２８．５ｎｍ／ＭＰａ／ｃｍ以下、特に好ましくは２８ｎｍ／ＭＰａ／ｃｍ以下である。また、該ガラスは、他の物性確保の容易性を考慮すると、光弾性定数が好ましくは２３ｎｍ／ＭＰａ／ｃｍ以上、より好ましくは２５ｎｍ／ＭＰａ／ｃｍ以上である。なお、光弾性定数は円盤圧縮法により測定できる。

好ましくは、該ガラスは、比誘電率が５．６以上である。日本国特開２０１１－７００９２号公報に記載されているような、インセル型のタッチパネル（液晶ディスプレイパネル内にタッチセンサを内蔵したもの）の場合、タッチセンサのセンシング感度の向上、駆動電圧の低下、省電力化の観点から、ガラス基板の比誘電率が高いほうがよい。比誘電率を５．６以上とすることにより、タッチセンサのセンシング感度が向上する。より好ましくは５．８以上、さらに好ましくは６．０以上である。さらに液晶ディスプレイの画像の表示品質低下（クロストーク）、消費電力増大、高精細化が難しくなることの抑制を考慮すると、好ましくは７．５以下、より好ましくは７以下、さらに好ましくは６．５以下である。なお、比誘電率はＪＩＳＣ－２１４１に記載の方法で測定できる。

本発明の液晶ディスプレイパネルは、上記無アルカリガラスからなる基板上にＴＦＴ等のスイッチング素子を備えるアクティブマトリクス駆動形式のパネルである。該基板は長辺が１８００ｍｍ以上、短辺が１５００ｍｍ以上である。好ましくは、長辺が２１００ｍｍ以上、短辺が１８００ｍｍ以上である。より好ましくは、長辺が２４００ｍｍ以上、短辺が２１００ｍｍ以上である。また、該基板は厚さが０．５ｍｍ以下であり、好ましくは０．４ｍｍ以下であり、さらに好ましくは、０．３ｍｍ以下である。該基板の各辺の上限及び厚さの下限については特に制限はないが、例えば、長辺が３２００ｍｍ以下、短辺が２９００ｍｍ以下であり、板厚は０．０５ｍｍ以上である。

該基板上の少なくとも一の表面上には、金属からなる配線膜と無機物質からなる絶縁膜とが備えられている。本発明は、これらの膜と無アルカリガラスの諸特性の組合せの観点から、パターンずれを抑制する。

該配線膜は、ゲート電極、ゲートバスライン、補助容量配線、補助容量電極等を含む回路パターンを構成する。該配線膜は、その厚さが０．１μｍ以上である。厚さの上限値については特に制限はないが、実際上、０．３～０．６μｍ程度である。この厚みを有する場合、ゲートバスラインを幅４～１０μｍ程度の細線として形成することが可能である。

該金属は、その室温でのヤング率と熱膨張係数の積が１０，０００×１０^－７ＧＰａ／℃～２５，０００×１０^－７ＧＰａ／℃、好ましくは１０，０００×１０^－７ＧＰａ／℃～２４，０００×１０^－７ＧＰａ／℃、より好ましくは１０，０００×１０^－７ＧＰａ／℃～２２，０００×１０^－７ＧＰａ／℃である。積が前記範囲外のものは、配線膜成膜後にガラス基板の反りを増大する傾向がある。

該金属の例としては、銅、アルミニウム、モリブデン、チタン、クロム、タンタル、タングステン、及びこれらの合金が挙げられる。ゲート電極は、これら金属が積層された構造としてもよい。好ましくは、銅、アルミニウム、モリブデン又はこれらの合金が使用され、より好ましくは銅、アルミニウム、又はモリブデンが使用される。これらの室温でのヤング率と熱膨張係数の積は以下に示すとおりである。
銅：２１，０００～２３，０００×１０^－７ＧＰａ／℃
アルミニウム：１６，０００～１７，０００×１０^－７ＧＰａ／℃
モリブデン：１５，０００～１７，０００×１０^－７ＧＰａ／℃

該基板は、上記回路パターンを覆う無機物質からなる絶縁膜を備える。該絶縁膜は、その厚さが１００ｎｍ以上である。厚さの上限値については特に制限はないが、実際上、３００～４００ｎｍ程度である。

該無機物質は、上記無アルカリガラスの平均熱膨張係数（α）、即ち、３２×１０^－７～４５×１０^－７／℃、より小さい平均熱膨張係数（５０～３５０℃）を有する。このような無機物質の例としては、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウム等が挙げられ、これらを単層もしくは積層構造としてよい。好ましくは窒化シリコン、酸化シリコン、または酸窒化シリコンが使用される。これらの平均熱膨張係数は、例えば以下に示すとおりである。
窒化シリコン：３２×１０^－７／℃
酸化シリコン：５．５×１０^－７／℃
なお、酸窒化シリコンの熱膨張率は、酸素窒素比により上記の中間の数値を取ると考えられる。

なお、成膜条件のコントロールにより、膜応力が変化することが知られており、膜応力を変化させることにより、ガラス基板の反りを適宜低減させることは可能である。しかし、ゲート電極用の金属膜の場合には、成膜時の印加出力が大きくなりすぎ、異常放電の可能性が高くなる。また、ゲート絶縁膜の場合には、水素添加などを用いることができるが、望みの特性のトランジスタが得られない可能性がある。そこで、成膜条件に制約がある場合や、さらに反りを抑制させたい場合には、本発明の所定のガラス基板を適用することにより、反りを有効に抑制させることが可能となる。

液晶ディスプレイパネルが高精細になると、金属配線膜は細くなることから抵抗値を維持するために金属配線膜は厚くなる。ガラス基板上に金属配線膜の回路パターンが形成され、絶縁膜が該配線の間及びその上を覆ってガラス基板のほぼ全面に形成される。このとき、ガラス基板と厚くなった金属配線膜と絶縁膜のそれぞれの熱膨張係数とヤング率の違いにより、製造工程における熱処理の際に、ガラス基板と金属配線膜と絶縁膜が一体となった状態で反りが発生することを見出した。特に金属配線膜の回路パターンが、主に縦方向または横方向のように偏っていた場合には、反りが顕著となりやすいことを見出した。ガラス基板に反りが発生すると、配線や素子の当初の設計位置からのパターンずれが発生しやすくなる。

該絶縁膜の上側に、ＴＦＴの活性層、パシベーション膜、平坦化膜等が備えられて、ＴＦＴ基板となる。ＴＦＴ基板は、公知の製造工程により製造することができ、例えば該製造工程の最高温度が好ましくは４５０℃以下である。該最高温度は、通常、ＴＦＴの活性層形成プロセスにおける最高温度である。なお、適用される半導体の種類やプロセスによって、最高温度がより好ましくは４００℃以下、あるいはさらに好ましくは３７０℃以下、よりさらに好ましくは３５０℃以下である場合がある。また製造プロセスやＴＦＴ性能の安定性を考慮すると、好ましくは２００℃以上、より好ましくは２５０℃以上、さらに好ましくは３００℃以上である。そのような活性層用の半導体としては、例えば非晶質シリコン（ａ－Ｓｉ）、インジウムーガリウム－亜鉛の酸化物半導体が挙げられる。該ＴＦＴはボトムゲート型（逆スタガ型）であってもトップゲート型（スタガ型）であってもよいが、本発明の効果を十分に発揮するためには、ＴＦＴ製造工程の初期に金属膜と絶縁膜を形成するプロセスを取ることが多い、逆スタガ型の方が好ましい。パシベーション膜、平坦化膜等としては、公知の材料を用いてよい。
即ち、本発明の液晶ディスプレイパネルは、アクティブマトリクス駆動形式の液晶ディスプレイパネルであって、該液晶ディスプレイパネルは、例えば非晶質シリコン（ａ－Ｓｉ）やインジウム－ガリウム－亜鉛の酸化物半導体等のような、無アルカリガラスの基板の少なくとも一の表面上に、金属からなる膜を成膜して該金属膜をパターニングして配線膜とし、さらに無機物質からなるゲート絶縁膜を成膜する工程を含む製造プロセスで製造される液晶ディスプレイパネルである。即ち、ＬＴＰＳのような高温熱処理される製造プロセスとは異なるものであり、本発明における液晶ディスプレイパネル（非晶質シリコン（ａ－Ｓｉ）やインジウム－ガリウム－亜鉛系の酸化物半導体等をＴＦＴとして用いた液晶ディスプレイパネル）の前記製造プロセスの最高温度は低温熱処理の温度、例えば４５０℃以下である。前記無アルカリガラスの基板の少なくとも一の表面上には、前記金属からなる配線膜と前記無機物質からなる絶縁膜とが備えられて成る。

該ＴＦＴ基板は、カラーフィルター基板、液晶分子、シール材、偏光板、導光板、各種光学フィルム、バックライト等と組み合わされて、液晶ディスプレイパネルとなる。ディスプレイのサイズは、用途に応じて適切に選択されるが、例えば対角長３～１０インチ程度のモバイルディスプレイ用のパネルや、対角長３０～７０インチの４Ｋテレビ用ディスプレイなどとなる。精細度については３０インチ以上のものでは１００ｐｉｘｅｌｐｅｒｉｎｃｈ（以下ｐｐｉ）以上が好ましく、１５０ｐｐｉ以上がより好ましく、２００ｐｐｉ以上がさらに好ましい。モバイルディスプレイ用途では３００ｐｐｉ以上が好ましく、４００ｐｐｉ以上がより好ましく、５００ｐｐｉ以上がさらに好ましい。

以下、実施例および比較例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に限定されない。

各成分の原料を、ガラス組成が表１に示す目標のガラス組成（単位：モル％）になるように調合し、白金坩堝を用いて１５００～１６００℃の温度で溶解した。溶解にあたっては、白金スターラを用い撹拌しガラスの均質化を行った。次いで溶解ガラスを流し出し、板状に成形後徐冷した。このガラス板を用いて、各種評価を行った。表１中、例１～４及び７～１２は本発明の例となるガラスであり、例５～６は比較用の例となるガラスである。カッコは計算値を示す。

表１に、ガラス組成（単位：モル％）と５０～３００℃での平均熱膨脹係数（単位：×１０^－７／℃）、歪点（単位：℃）、ガラス転移点（単位：℃）、比重（単位：ｇ／ｃｍ^３）、ヤング率（ＧＰａ）（超音波法により測定）、高温粘性値として、溶解性の目安となる温度Ｔ_２（ガラス粘度ηが１０^２ｄＰａ・ｓとなる温度、単位：℃）、とフロート成形性およびフュージョン成形性の目安となる温度Ｔ_４（ガラス粘度ηが１０^４ｄＰａ・ｓとなる温度、単位：℃）、失透温度（単位：℃）、光弾性定数（単位：ｎｍ／ＭＰａ／ｃｍ）（円盤圧縮法により測定）、および、比誘電率（ＪＩＳＣ－２１４１に記載の方法により測定）を示す。

本発明の効果を確認するために、有限要素法を用いてガラス基板の変形を計算した。計算ソフトウェアとして、ＭＳＣ社のＭＡＲＣを用い、以下の手順で計算した。まず、ステップ１として、例１のガラスを基板サイズＧ６（長辺１８００ｍｍ、短辺１５００ｍｍ）、厚さ０．５ｍｍの基板として用い、その上に、膜厚２００ｎｍの銅膜を２００℃にてコーティングし、室温（２０℃）まで冷却した場合の基板変形を計算した。次に、ステップ２として、幅７μｍ、ピッチ７０μｍのパターニングを模擬するために、室温で、基板の長軸方向に対して、端軸方向のヤング率が１／１０となるような異方性を銅膜に与えた場合の基板変形を計算した。さらに、ステップ３として、ステップ２にて異方性を与えた基板を２００℃まで加熱し、該窒化ケイ素膜を膜厚２００ｎｍでコーティングし、室温（２０℃）まで冷却した場合の基板の変形を計算した。銅膜における銅の室温でのヤング率と熱膨張係数の積は２１，０００×１０^－７～２３，０００×１０^－７ＧＰａ／℃である。また、窒化ケイ素の平均熱膨張係数（５０～３５０℃）は３２×１０^－７／℃であり、ガラスの平均熱膨張係数よりも小さい。
図１（ａ）～図１（ｃ）に、例１のガラス（ヤング率８４ＧＰａ、熱膨張率が３９×１０^－７／℃）の基板に対して、計算した結果をコンター図として示す。ステップ１（図１（ｂ））では、当方的な膜のため同心円状の変形であるが、ステップ２（図１（ａ））では銅膜の異方性により、鞍型の変形が見られた。さらに、ステップ３（図１（ｃ））では、ステップ２と比較して、変形が軽減されていることがわかった。

図２は、例１～１２のガラスを、基板サイズＧ６（長辺１８００ｍｍ、短辺１５００ｍｍ）、厚さ０．５ｍｍのガラス基板として用い、その上に膜厚２００ｎｍ、幅７μｍ、及びピッチ７０μｍの一方向に平行な銅パターン相当及び該銅パターンを覆ってガラス基板全面に厚さ２００ｎｍの窒化ケイ素膜が形成されたと想定した場合の、該窒化ケイ素膜成膜後における基板の反りの最大値を上記の方法で計算し、プロットしたものである。同図において、右上程反りが小さく、左下程反りが大きい。直線の右上の部分が、２０α＋７Ｅ≧１３００に相当する部分である。同図から分かるように、本発明の要件を満たす例１～４および７～１２のガラスは、反りが小さく、パターンずれを起こし難い。一方、ガラス組成及び且つ式（１）を満たさない例５、６は反りが大きく、パターンずれが大きくなると考えられる。

本発明を詳細に、また特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。本出願は２０１４年１１月２８日出願の日本特許出願（特願２０１４－２４１６０１）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

本発明の液晶ディスプレイパネルは、基板ガラス、配線金属、誘電体、及びディスプレイパネルの設計態様の所定の組合せによって、パターンずれが顕著に抑制されている。

Claims

アクティブマトリクス駆動形式の液晶ディスプレイパネルであって、
該液晶ディスプレイパネルは、無アルカリガラスの基板と、
該無アルカリガラスの基板の少なくとも一の表面上に形成される金属からなる配線膜と、
該配線膜の表面上に形成される無機物質からなる絶縁膜とを備え、
該配線膜は、厚さが０．１μｍ以上であり、
該絶縁膜は、厚さが１００ｎｍ以上であり、
該基板は、長辺が１８００ｍｍ以上、短辺が１５００ｍｍ以上、厚さが０．５ｍｍ以下であり、
該金属は、その室温でのヤング率と熱膨張係数の積が１０，０００×１０^－７ＧＰａ／℃～２５，０００×１０^－７ＧＰａ／℃であり、
該無機物質は、該無アルカリガラスより小さい平均熱膨張係数（５０℃～３５０℃）を有し、
該無アルカリガラスは、ヤング率（Ｅ）が７０～９５ＧＰａ、５０℃～３５０℃の平均熱膨張係数（α）が３２×１０^－７～４５×１０^－７（１／℃）、且つ下記式（１）を満たし、
１３９４≧２０α＋７Ｅ≧１３１０（１）、
式（１）において、αの単位は１０^－７（１／℃）、Ｅの単位はＧＰａであり、及び、
酸化物基準のモル％表示で下記組成を有する、
ＳｉＯ_２６６～７４、
Ａｌ_２Ｏ_３１０～１３、
Ｂ_２Ｏ_３１～３、
ＭｇＯ２～１２、
ＣａＯ５～１１、
ＳｒＯ０．１～４、
ＢａＯ０～１、
ＺｒＯ_２０～２、
ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ１９～２１、
Ａｌ_２Ｏ_３＊（ＭｇＯ／（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ））：５．５以上、液晶ディスプレイパネル。
前記無アルカリガラスは、酸化物基準のモル％表示で表される組成が、７５９－１３．１×ＳｉＯ_２－７．５×Ａｌ_２Ｏ_３－１５．５×Ｂ_２Ｏ_３＋９．７×ＭｇＯ＋２１．８×ＣａＯ＋２７．２×ＳｒＯ＋２７．９×ＢａＯ≧０の関係を満たす、請求項１に記載の液晶ディスプレイパネル。
前記無アルカリガラスは、酸化物基準のモル％表示で表される組成が、ＭｇＯ／（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）が０．４５以上の関係を満たす、請求項１又は２に記載の液晶ディスプレイパネル。
該金属が、銅、アルミニウム、又はモリブデンである、請求項１から３のいずれか１項に記載の液晶ディスプレイパネル。
該無機物質が窒化シリコン、酸窒化シリコン又は酸化シリコンである、請求項１から４のいずれか１項に記載の液晶ディスプレイパネル。
前記液晶ディスプレイパネルの製造プロセスの最高温度が４５０℃以下である、請求項１から５のいずれか１項に記載の液晶ディスプレイパネル。
酸化物基準のモル％表示で、
ＳｉＯ_２６６～７４、
Ａｌ_２Ｏ_３１０～１３、
Ｂ_２Ｏ_３１～３、
ＭｇＯ２～１２、
ＣａＯ５～１１、
ＳｒＯ０．１～４、
ＢａＯ０～１、
ＺｒＯ_２０～２、
ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ１９～２１、
Ａｌ_２Ｏ_３×（ＭｇＯ／（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ））：５．５以上を含み、
ヤング率（Ｅ）が７０～９５ＧＰａ、５０℃～３５０℃の平均熱膨張係数（α）が３２×１０^－７～４５×１０^－７（１／℃）、且つ下記式（１）を満たす、
１３９４≧２０α＋７Ｅ≧１３１０（１）、
式（１）において、αの単位は１０^－７（１／℃）、Ｅの単位はＧＰａである、無アルカリガラスの基板。
前記無アルカリガラスの基板は、酸化物基準のモル％表示で表される組成が、７５９－１３．１×ＳｉＯ_２－７．５×Ａｌ_２Ｏ_３－１５．５×Ｂ_２Ｏ_３＋９．７×ＭｇＯ＋２１．８×ＣａＯ＋２７．２×ＳｒＯ＋２７．９×ＢａＯ≧０の関係を満たす、請求項７に記載の無アルカリガラスの基板。
前記無アルカリガラスの基板は、酸化物基準のモル％表示で表される組成が、ＭｇＯ／（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）が０．４５以上の関係を満たす、請求項７又は８に記載の無アルカリガラスの基板。