JP2009139794A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザーのパワーの揺らぎやマザー基板の反りなどがあっても、対向配置されたマザー基板のうちの所望のマザー基板のみを確実に分断することが可能な構造を有する基板を用いた表示装置を提供する。
【解決手段】少なくともマザー基板の一方がサファイア基板である２枚のマザー基板に複数の液晶表示素子領域を形成して貼付し、サファイア基板の分割ラインに沿ってレーザー光線を走査照射してアブレーションにより溝を形成し、個々の液晶表示素子に分割する液晶表示装置であって、前記サファイア基板のレーザー光線の入射面の反対面にレーザー光線吸収膜を形成し、前記サファイア基板に対向するマザー基板の前記レーザー光線吸収膜に対向する面にレーザー光線反射膜を形成した液晶表示装置とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、表示部を形成する基板をレーザー光線によって分断する液晶表示装置に関するものである。

例えば液晶表示装置等の平面型表示装置を製造する場合には、電極やスイッチング素子を設けた２枚の基板を互いに対向配置することにより、多数の画素が形成された１枚の大きなマザー基板を作成する。このマザー基板を複数に分割することにより、個々の液晶表示パネルを作成する。

マザー基板を個々の表示パネルに分断する方法として、スクライブ・ブレーク法が知られている。これは、ダイヤモンドホイールや針等の切削手段によって基板に傷を付けた後に衝撃を加えることによって、傷の軌跡に沿って基板を分断する方法である。しかしながら、スクライブ・ブレーク法は、直接的に力学的な力を加えることによって基板を分断する方法であるため、基板からの粉塵の発生やこの粉塵の基板内への侵入等の種々の不利益が存在した。

スクライブ・ブレーク法の不利益を克服する非接触の分断方法として、レーザー分断方法が知られている。レーザー分断方法は、例えば炭酸ガスレーザー等のレーザー光線を基板に照射し、レーザー光線による熱応力に起因して発生したマイクロクラックを成長させることによって、所定の分断線に沿って基板を分断する方法である（例えば、特許文献１参照）。

ところで、液晶表示装置の製造においては、個々の表示パネルを例えば駆動用ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等の部品と接続するための接続電極を露出させる場合のように、一方の基板の不用部分のみを分断する場合や上下の基板をオフセットして分断する必要性が生じる場合がある。このとき、レーザー分断に用いるレーザー光線の出力が少しでも強過ぎると、分断すべきでない非分断基板にも熱応力による損傷が発生する可能性が生じる。逆に、レーザー光線の出力が弱いと、分断すべき被分断基板を分断することができない。

所望の基板のみが分断されるようにレーザー光線の出力を調節することは手間がかかる。また、一度出力を調節しても、その出力の微少な変動によって、被分断基板が分断されないことや、非分断基板が損傷する等の不確実性の発生可能性がある。このように、レーザー分断法においては、対向する基板のうちの一方のみを分断することは困難であった。

その解決策として、互いに対向して配置されており、画像表示のための表示画素を形成する第１および第２の基板と、当該第２の基板の、前記第１の基板との対向面側に形成された電極と、前記第１の基板をレーザー光線によって分断した場合に、前記電極への前記レーザー光線の進入を抑制する抑制膜とを有する液晶表示装置が開発されている。（例えば特許文献２参照）

特許文献２では、２枚のガラス基板の間に封入した液晶によって画像表示のための表示領域を規定する液晶表示装置を対象として述べている。

図２（ａ）〜（ｆ）は、従来技術（特許文献２）による液晶表示装置の製造方法の一例を示す断面図である。液晶表示装置を製造する場合には、まず、図２（ａ）に示すように、背面基板２０上に、背面側電極３０と、図示しないスイッチング素子を形成する。背面基板２０としては、例えば、ホウ珪酸アルミナガラスや石英ガラス等のガラス基板を用いる。スイッチング素子としては、例えばＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：薄膜トランジスタ）を用いる。

背面側電極３０には、液晶を画素ごとに駆動するための画素電極や、ＴＦＴに連結され、画素を選択するための走査電極および信号電極が含まれる。また、これらの電極から延長して配線され、駆動用基板等の、背面基板２０の外部の部品に接続するための接続電極等の電極も含まれる。例えば、公知の手法によりＴＦＴを形成した後に、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）電極をフォトリソグラフィの手法を用いてパターニングすることにより、画素電極を形成する。同様に、走査電極、信号電極、接続電極も、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ等の導電性材料を用いて、フォトリソグラフィによって所定のパターンに形成する。背面側電極３０の層は、背面基板２０を含む表示パネルを個々の単個パネルに分断した場合に、単個パネルがそれぞれ表示部として機能するようにパターニング形成する。

背面側電極３０の層の形成後、図２（ｂ）に示すように、絶縁膜５０を所定の領域に形成する。絶縁膜５０としては、例えばＳｉＯ_２を用いる。

さらに、図２（ｃ）に示すように、絶縁膜５０の表面側に抑制膜６０を形成する。抑制膜６０は、レーザー光線によって前面基板１０を分断する場合に、背面側電極３０および背面基板２０へのレーザー光線の進入を抑制するためのものである。したがって、抑制膜６０は、少なくとも、レーザー光線によって背面基板２０を分断させたくない領域に形成する。

抑制膜６０の材料の種類は特に問わないが、例えばＡｌ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｍｏ等の、レーザー光線を反射する金属材料を用いることができる。また、抑制膜６０の膜厚は、レーザー光線の反射率に応じて適宜変更される。膜厚を大きくすると反射率は高くなり、小さくすると反射率は低下する。抑制膜６０を形成するためには、例えば蒸着法やＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等の方法を用いることができるが、パターン形成性の良さの点では、ＣＶＤ法を用いることが好ましい。抑制膜６０を形成したのちに、所定の形状にパターニングする場合には、フォトリソグラフィや研磨を行なえばよい。以下では、抑制膜６０が金属膜である場合を説明する。

絶縁膜５０は、抑制膜６０が金属製であった場合に、抑制膜６０が背面側電極３０に接触して、背面側電極３０のショート等の不都合が生じないようにするためのものである。したがって、絶縁膜５０は、少なくとも、抑制膜６０が背面側電極３０に接触しないように形成される。

抑制膜６０は、背面側電極３０の表面側の最表面に位置する必要はないが、背面側電極３０よりは表側に位置していることは必要である。背面基板２０には、図示はしないが、ポリイミド製の配向膜や、保護膜等の他の膜も形成される。これらの膜が絶縁性である場合には、これらを絶縁膜５０の代わりに用いることも可能である。

抑制膜６０までが形成された背面基板２０を、以後、背面パネル２００と呼ぶことにする。背面パネル２００の完成後には、図２（ｄ）に示すように、複数の画素が形成されている表示領域６２の周辺部に、シール材７０を塗布する。シール材７０としては、熱硬化樹脂や紫外線硬化樹脂等の樹脂が用いられる。これらの樹脂を、例えばスクリーン印刷方式やディスペンサー方式によって背面パネル２００に塗布する。

シール材７０が塗布された背面パネル２００に対して、図２（ｅ）に示すように、前面基板１０上に前面側電極（共通電極）４０を形成した前面パネル１００を対向配置し、前面パネル１００と背面パネル２００とを組立てる。

前面基板１０には、背面基板２０と同様に、例えばホウ珪酸アルミナガラスや石英ガラス等のガラス基板が用いられる。共通電極４０は、ＩＴＯ電極を用いて形成する。共通電極４０は、前面パネル１００と背面パネル２００を組立てたときに、表示領域６２に対向する部分においては全面に均一に存在するように形成する。図２（ｅ）に示すように、表示領域６２ごとに共通電極４０を分けて形成する場合には、フォトリソグラフィによってパターニングする。前面基板１０には、共通電極４０の他に、図示はしないが、例えばカラーフィルターや配向膜も設けられる。

シール材７０によって前面パネル１００と背面パネル２００を貼り合わせることによって形成される表示領域６２の空間に液晶４００を封入することによって、図２（ｆ）に示すように、マザー基板３００が形成される。

以上のようにして製造されたマザー基板３００の平面図を図３に示す。図３は前面基板１０側から見た平面図を示しており、図３中の断面Ａ−Ａから見た断面図が、図２（ｆ）に相当する。このようなマザー基板３００を、レーザー光線を照射することによって、複数の単個パネル５００に分断する。

レーザー光線としては、例えば炭酸ガスレーザー（波長１０．６μｍ）を用いることができる。ＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ−Ａｌｕｍｉｎｕｍ−Ｇａｒｎｅｔ）レーザー（波長１．０６μｍ）等の他のレーザーを用いることも可能である。

図３に示すように、マザー基板３００には、シール材７０によって囲まれた複数の表示領域６２が形成されている。また、各表示領域６２からは背面側電極３０が延長しており、これらの背面側電極３０は、駆動用基板等の他の部品に接続するために、単個パネル５００の一部の領域において、前面基板１０に覆われずに露出している必要がある。図３においては、上記のような、背面側電極３０のうちの露出させるべき領域を、前面基板１０を透過して示している。

図３に示すように、１組の表示領域６２と露出すべき背面側電極３０を有する単個パネル５００ごとにマザー基板３００を分断するようなパネル分断ラインＬＡに沿ってレーザー光線を照射することによって、１枚のマザー基板３００から複数の単個パネル５００が得られる。マザー基板３００を単個パネル５００に分断する場合には、レーザー光線は、前面基板１０と背面基板２０のどちら側から照射してもよい。

抑制膜６０は、少なくとも、図３における分断ラインＬＥに沿って形成されている。
図３中の縦方向のパネル分断ラインＬＡに沿ってレーザー光線を照射する場合に、抑制膜６０上においてはレーザー光線が反射されるため、マザー基板３００を分断しづらくなる可能性がある。しかしながら、このような状態は、マザー基板３００を単個パネル５００に分断する場合には、抑制膜６０が存在しても容易にマザー基板３００を分断可能な出力のレーザー光線を用いることによって回避することができる。もしくは、パネル分断ラインＬＡに沿う領域においては抑制膜６０を形成しないことによっても回避可能である。

なお、マザー基板３００の大きさは、大きいものでは一例として１ｍ×１ｍ程度である。そこから、数ｃｍ×数ｃｍ〜数十ｃｍ×数十ｃｍの大きさの単個パネル５００を入手することができる。また、図３においては、１枚のマザー基板３００を９個の単個パネル５００に分断した場合が示されているが、分断により得る単個パネル５００の平面形状や個数などの事項は、適宜変更可能であることは言うまでもない。

図４（ａ）は、以上のようにマザー基板３００をレーザー分断することによって得られる１個の単個パネル５００を示す平面図である。また、図４（ｂ）は、図４（ａ）の断面Ｂ−Ｂから見た断面図である。単個パネル５００はマザー基板３００の一部であり、マザー基板３００の構造については既に述べている。したがって、同一構成要素については同一符号を付し、単個パネル５００の詳細な構造については省略する。前述のように背面側電極３０の一部である接続電極３０ａは、外部部品との接続のために露出している必要がある。したがって、前面基板１０のうち、接続電極３０ａを覆う不用部１０ａは、分断除去する必要がある。

不用部１０ａを除去する場合には、前面基板１０側から背面基板２０側に向けて、不用部分断ラインＬＥに沿ってレーザー光線Ｌｔを照射する。このとき背面パネル２００に対してレーザー光線Ｌｔが入射する領域には、抑制膜６０が形成されている。したがって、背面パネル２００に入射したレーザー光線Ｌｔは、抑制膜６０によって反射される。

抑制膜６０のレーザー光線反射率を、前面基板１０を分断する出力のレーザー光線Ｌｔに起因する熱応力によって背面パネル２００に損傷が発生しない反射率にしておけば、背面パネル２００を損傷させることなく、不用部１０ａのみを切断して除去することができる。なお、ガラス製の背面基板２０は、熱応力によるマイクロクラックが少しでも存在すると、わずかな外力によってもこのマイクロクラックに沿って分断される。また、レーザー光線Ｌｔに起因する熱によって、接続電極３０ａの各電極が焼き切れることや、溶融して一体化したことによるショートが発生する場合にも、単個パネル５００による画像表示は不可能になる。したがって、背面パネル２００の損傷とは、背面基板２０にマイクロクラックが発生した場合か、接続電極３０ａに熱による不良が生じた場合を意味するものとする。実質的には、背面基板２０にマイクロクラックが発生する条件においては接続電極３０ａに必ず不良が発生するため、レーザー光線Ｌｔによって接続電極３０ａに不良が発生した場合が、背面パネル２００の損傷になる

特開２００１−１７９４７３号公報 特開２００４−９４１７３号公報

前述の反射膜を形成することにより、背面基板への影響を低減できたが、反射膜の状態によりレーザー光線を反射しきれずガラス基板を損傷することがある。特に切断対象の基板がサファイアのように硬質結晶体で、ブレークするときに切断予定ラインを逸脱しやすい材料の場合は、レーザー光線でできるだけ深く切断しておきたいが、レーザー光線のパワーの揺らぎやマザー基板の反りなどの影響で、レーザー光線の焦点位置やパワーとマザー基板の切断位置がずれるため、レーザー光線が反射膜を突き抜けて背面基板に照射されやすくなる。

本発明においては、レーザー光線のパワーの揺らぎやマザー基板の反りなどがあっても、対向配置されたマザー基板のうちの所望のマザー基板のみを確実に分断することが可能な構造を有する基板を用いた液晶表示装置を提供することを目的とする。

少なくともマザー基板の一方がサファイア基板である２枚のマザー基板に複数の液晶表示素子領域を形成して貼付し、サファイア基板の分割ラインに沿ってレーザー光線を走査照射してアブレーションにより溝を形成し、個々の液晶表示素子に分割する液晶表示装置であって、前記サファイア基板のレーザー光線の入射面の反対面にレーザー光線吸収膜を形成し、前記サファイア基板に対向するマザー基板の前記レーザー光線吸収膜に対向する面にレーザー光線反射膜を形成した液晶表示装置とする。

サファイア基板にレーザー光線吸収膜を形成し、さらに対向するマザー基板にレーザー光線反射膜を形成することで、諸条件のバラツキによりサファイア基板のレーザー光線吸収膜をレーザー光線が突き抜けても、反射膜でレーザー光線が対向するマザー基板に入射するのを抑制でき、多少の諸条件のばらつきを吸収することができる。

少なくともマザー基板の一方がサファイア基板である２枚のマザー基板に複数の液晶表示素子領域を形成して貼付し、サファイア基板の分割ラインに沿ってレーザー光線を走査照射してアブレーションにより溝を形成し、個々の液晶表示素子に分割する液晶表示装置であって、前記サファイア基板のレーザー光線の入射面の反対面にレーザー光線吸収膜を形成し、前記サファイア基板に対向するマザー基板の前記レーザー光線吸収膜に対向する面にレーザー光線反射膜を形成した液晶表示装置とする。

図１は本発明による液晶表示装置を説明するための図で、（ａ）はマザー基板の断面図、（ｂ）が上面図、（ｃ）は分断後の単個パネル、（ｄ）はその断面図である。本実施例ではＳＯＳ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｓａｐｐｈｉｒｅ）基板１とサファイア基板２を使用している。

図１において、１はＳＯＳ基板であり、シリコン膜にはトランジスタ他の電子部品や回路パターン、その上には画素電極、配向膜等（不図示）が形成されている。２はサファイア基板であり、内側表面には透明共通電極（例えばＩＴＯ膜）、配向膜、必要であればカラーフィルタ等（不図示）が形成されている。接続電極３０ａ、表示領域６２、シール材７０は従来技術と同じである。図中の矢印Ｌｔｎはレーザー光線であり、矢印の方向は基板への入射方向を示している。ＬＸは２枚の基板１、２の切断ラインが同じ切断ラインであり、ＬＹはレーザー光線Ｌｔｎが入射する側の基板のみ切断する切断ラインを示している。図１（ｃ）、（ｄ）に示すように単個パネルの上下側面は同じ切断ラインであり、左右側面はオフセットして切断される。

３はレーザー光線吸収膜であり、４はレーザー光線反射膜である。レーザー光線Ｌｔ１、Ｌｔ２、Ｌｔ３、Ｌｔ４の入射側基板の内側面にはそれぞれレーザー光線吸収膜３が形成され、入射側基板に対向する基板にはレーザー光線反射膜４が形成されている。本発明ではレーザー光線によるアブレーションにより溝を形成し、複数回照射によりサファイア基板を切断する。レーザー光線吸収膜３及びレーザー光線反射膜４は使用するレーザー光線に適合する材質を選択する。

例えば、吸収膜としては、シリコン膜、カーボン（Ｃ）微粉末、色顔料あるいは、染料を含む樹脂材料あるいは、高分子材料あるいは、感光性材料、シリコン分子（Ｓｉ）を化学量論値より多く含む炭化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化度の低い酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）膜、ＳＯＳ基板と前面基板とを貼り合わせるためのシール材にカーボン微粉末あるいは、顔料等を含む材料等から適宜選出し、反射膜としては、アルミニウム膜、アルミニウム合金、高融点金属膜、クロム膜、誘電体多層膜等から適宜選出する。

前記吸収膜の形成方法は、成膜とエッチング法により形成する方法、感光性材料を用いて露光と現像によるフォトリソ法、インクジェット法、スクリーン印刷法、凸版印刷法等の印刷法により形成する。

例えば、波長が１０６４ｎｍの（Ｎｄ：ＹＶＯ４）ＹＡＧレーザーを使用する場合、吸収膜として顔料、染料を含む樹脂材料、シリコン膜、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂にカーボン微粉末を混入した物等が使用でき、反射膜としては半導体形成工程で使用するアルミニウム膜、あるいは、アルミニウム合金膜、高融点金属膜（Ｗ、Ｍｏ等）が使用できる。膜厚をレーザー光線の吸収率や反射率の応じて適宜決定するのは従来技術と同様である。また、吸収膜として、見切りに利用する膜やカラーフィルターのブラックマトリクスをレーザー切断ラインまで拡張して利用できるようにすると吸収膜形成を省略することができる。さらに、シール材にカーボン微粉末、顔料等の光吸収部材を混合させることで、吸収膜を簡単に設けることができる。

レーザーとしては、連続発振（ＣＷ）レーザーを利用する。単位面積のレーザーエネルギーを高めるために、集光レンズを用いる。レーザー出力は、５から２５Ｗで、レーザーを固定し、基板を移動させる方式を採用し、基板の移動速度は、３０から６０ｍｍ／秒で良好な結果である。さらに切断性を改善するには、ＣＷレーザーを使用する前に、Ｑスイッチレーザーを使用する。Ｑスイッチレーザーを使用することでＣＷレーザーの基板への透過吸収を促進して基板の切断性を改善できる。半導体レーザーが制御性の面で良いが、ガスレーザーでも可能である。

本発明による液晶表示装置を説明するための図 従来技術による液晶表示装置の製造方法の一例を示す断面図 マザー基板３００の平面図 単個パネルの平面図（ａ）と図４（ａ）のＢ−Ｂ断面図

符号の説明

１ ＳＯＳ基板
２ サファイア基板
３ レーザー光線吸収膜
４ レーザー光線反射膜
１０ 前面基板
１０ａ 不用部
２０ 背面基板
３０ 背面側電極
３０ａ 接続電極
４０ 前面側電極
５０ 絶縁膜
６０ 抑制膜
６２ 表示領域
７０ シール材
１００ 前面パネル
２００ 背面パネル
３００ マザー基板
４００ 液晶
５００ 単個パネル
ＬＡ パネル分断ライン
ＬＥ 不用部分断ライン
Ｌｔ レーザー光線
ＬＸ 両基板分断ライン
ＬＹ 一方基板分断ライン

Claims (1)

1. 少なくともマザー基板の一方がサファイア基板である２枚のマザー基板に複数の液晶表示素子領域を形成し、サファイア基板の分割ラインに沿ってレーザー光線を走査照射してアブレーションにより溝を形成し、個々の液晶表示素子に分割する液晶表示装置であって、前記サファイア基板のレーザー光線の入射面の反対面にレーザー光線吸収膜を形成し、前記サファイア基板に対向するマザー基板の前記レーザー光線吸収膜に対向する面にレーザー光線反射膜を形成したことを特徴とする液晶表示装置。
   

Images