JP2010090018A - ガラス基板用化学研磨液及びそれを用いた液晶表示装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶表示装置用ガラス基板の薄板化を目的とした化学研磨工程において、ガラス表面の傷などが拡大され、平坦性が劣化する課題があった。
【解決手段】フッ酸及びフッ化アンモニウムの混合液がモル濃度比で１〜２．５の割合で含み、溶媒に水を用いた化学研磨液によりガラス基板表面を研磨することにより傷の拡大を抑制し、表面品位が優れた液晶表示装置を効率よく、低コストに製造する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ガラス表面に傷などの欠陥発生の抑制可能なガラス基板用化学研磨液及びそれを用いて製造される表示特性品位に優れた液晶表示装置の製造方法に関する。

近年、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイをはじめとする様々なフラットパネルディスプレイが製造されている。この製造工程では基板寸法が概ね１２００（横幅）×１０００（縦幅）×０．４（厚さ）ｍｍなるガラス基板をマザーガラス基板として使用され、この中に複数の表示パネル基板を形成する。しかしながら、モバイルや携帯端末等の用途に使用される液晶ディスプレイでは小形・軽量化のニーズが著しく、製品として要求される表示パネルの厚さが一般に０．２ｍｍ以下と言われている。従って、液晶ディスプレイの生産においては、マザーガラス基板を研磨等の手段を用いて所望の厚さに薄板化することが必要である。

ガラス基板の薄板化方法は化学的なエッチング（以下、化学研磨と称する）と機械的な研磨（以下、機械研磨と称する）に大別される。前者は一般にフッ酸を主成分とするエッチング液を用いてガラス基板を溶解する方法であり、後者は酸化セリウム系の研磨液を用いてガラス基板を研磨する方法である。しかしながら、特に化学研磨によるガラス基板の薄板化においては研磨前のガラス基板表面に傷が存在すると、エッチング液がその傷を更に拡大させるように作用し、その結果としてガラス基板の平坦性が損なわれるという大きな問題があった。

このような傷が拡大される点に対して、特許文献１に化学研磨の後に機械研磨で微小欠陥を除去する方法が提案されている。また、特許文献２に研磨速度が１μｍ／ｓｅｃ以上の３０〜６０重量％フッ化水素水溶液を使用してガラス基板表面を研磨することにより傷の拡大を抑制する方法が提案されている。さらに、特許文献３にフッ酸とフッ化アンモニウムと酢酸を水に混合した石英ガラス表面処理液が提案されている。

特開２００３−１５１１１号公報 特開２００３−２２６５５２号公報 特開平７−２６７６７９号公報

特許文献１に記載されている方法を液晶ディスプレイパネルの製造工程に適用した場合、化学研磨と機械研磨の２つの研磨工程を必要とし、大掛かりな設備上の制約やパネルの生産コストアップにつながるという課題があった。

一方、特許文献２に記載されている方法は傷の拡大は抑制されるものの、研磨速度が大きいためにガラス表面でのエッチング量の不均一が生じやすく、その結果としてガラス表面のうねりが顕著になるという問題点を有していた。また、ガラス基板表面に大きな傷が存在する場合、例えば長さが４０μｍ以上の傷が存在する場合、エッチングによって傷が抑制されずに直径１００μｍ以上に拡大するという欠点を有していた。

また、石英ガラスの表面処理液としてフッ酸とフッ化アンモニウムと酢酸を水に混合した石英ガラス表面処理液が特許文献３に記載されている。しかし、この表面処理液は石英ガラス表面に微細な凹凸を形成すること目的としたものであり、薄く、しかも平坦性の優れた表面状態が要求される液晶ディスプレイ用ガラス基板を対象とした研磨液としては適切ではない。

本発明の目的は、ガラス基板表面に微細な凹凸を形成することなく、傷の成長を抑制できるガラス基板用化学研磨液及びそれを用いた液晶表示装置の製造方法を提供することである。

上記した課題を解決するための好適な化学研磨液は、次の通りである。なお、化学研磨液の組成はモル濃度もしくは容量％で表記した。

本発明のガラス基板の化学研磨液は、フッ酸とフッ化アンモニウムをモル濃度比で１〜２．５含むことを特徴とする。これらの薬液成分の混合比率を適正値に制御することにより、ガラス表面に微細な凹凸を形成することなく、傷の成長を抑制できることを見出した。

より好適な例として、フッ酸２〜１８容量％、望ましくは４〜１２容量％に調合することによりガラス表面に微細な凹凸を形成することなく、傷の成長を抑制できる。そして、フッ化アンモニウムの濃度を２〜２０容量％、望ましくは６〜１４重量％に調合することによりガラス表面の平坦性が更に向上し、また、傷の成長もより抑制することが出来る。

以上はガラス基板の研磨に重要な研磨液の成分について記載したが、液晶表示装置の製造工程においては、次のように使用される。即ち、液晶表示装置の製造方法は第１のガラス基板上に薄膜トランジスタを形成する工程と、第２のガラス基板上にカラーフィルタを形成する工程と、上記の第１のガラス基板と第２のガラス基板とが夫々の成膜面が対向するようにシール材を介して貼り合わせる工程と、貼り合わせた一対のガラス基板の少なくとも一方のガラス基板の表面を薄板化研磨する工程と、前記一対のガラス基板を個別の表示パネル基板に切断する工程と、前記表示パネル基板の前記シール材で囲まれた領域に液晶を封入した後、封入口を封止する工程と、前記表示パネル基板の表面に偏光板を貼る工程とを行う方法である。

なお、上記した例以外にも液晶を滴下して封入する方法や、一対のガラス基板を個別の表示パネル基板に切断した後薄板化研磨する方式などにも適用可能である。

上記した薄板化研磨工程では先に述べた組成成分を有する研磨液を用いて行われる。一例として、フッ酸４〜１２容量％、フッ化アンモニウム６〜１４容量％を含む研磨水溶液を対象とするガラス基板の表面に供給し、所定の厚さ（例えば、０．２ｍｍ以下）になるまでガラス基板の表面を研磨する。なお、このときのエッチング速度は０．１〜１０μｍ／ｍｉｎに制御することが基板表面の平坦性や傷の抑制に効果的である。

フッ酸とフッ化アンモニウムをモル濃度比で１〜２．５含む本発明のガラス基板用化学研磨液を用いることにより、ガラス基板表面に微細な凹凸を形成することなく、傷の成長を抑制できる。

例えば、大きな寸法を有するマザーガラス基板あるいはこのマザーガラス基板を分割した表示用パネル基板の表面を本発明のガラス基板用化学研磨液を用いて研磨することにより、携帯電話やモバイル機器に好適で、しかも表示特性に優れたガラス基板を安価に提供することが可能になった。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において同一の機能を有するものは同一の符号を付し、その同一の説明は省略する。また、化学研磨液の組成は、モル濃度もしくは容量％で表記した。

先ず、携帯電話やモバイル機器の表示ディスプレイパネルの製造方法について説明する。図１はその製造工程を説明するための工程フローチャートである。また、図２は化学研磨後の表示パネルの断面を模式的に示した図である。

図１の１０１工程は第１のガラス基板１（マザーガラス）上に良く知られた薄膜プロセスを用いて複数の薄膜トランジスタ素子３（アレイ）を形成する工程であり、露光、現像、エッチングなどから成るフォトリソグラフィプロセスを繰り返して形成される。その後、形成した薄膜トランジスタ素子３の上に配向膜（図示せず）が形成され、この配向膜上に液晶６を配向させるためのラビング処理が施される。一方、１０２工程は第２のガラス基板２（マザーガラス）上にＲＧＢからなるカラーフィルタ素子４を形成するカラーフィルタ形成工程である。カラーフィルタ素子４の形成は、よく知られた染料塗布法あるいは印刷法が用いられる。

次に、第１のガラス基板１もしくは第２のガラス基板２の少なくとも一方のガラス基板上に、個々の薄膜トランジスタ素子３またはカラーフィルタ素子４に対応し、表示画素を形成する領域であって、液晶６が封止込められる領域に製品シール５を、そして、複数の表示画素で構成された表示領域を形成するガラス基板の周辺には外周シール（図示せず）を、よく知られたディスペンサによる塗布法やスクリーン印刷法を用いて同時に印刷する。ここでは、ディスペンサによる塗布法を用いた。

次に、１０３工程では第１のガラス基板１と第２のガラス基板２とを、素子形成面同士が対向するように貼り合わせる。この一対のガラス基板で構成される表示パネル７を携帯電話や携帯端末の表示ディスプレイとして使用するためには、少なくとも一方のガラス基板（１または２）の厚さを０．２ｍｍ程度に薄板化することが必要である。１０４工程は化学研磨液を用いてガラス基板の厚さを薄くする工程である。この工程では化学研磨液を用いるため、仮にガラス基板表面に微小な傷が存在するとその傷が拡大され、表示パネルとしての機能が損なわれてしまう。従って、使用する研磨液には、傷の拡大抑制が可能であるばかりでなく、ガラス基板表面全体の平坦性を維持可能な特性を有することが望まれる。そして、当然のことながら、シール材のシール性能に悪影響を及ぼさないことは言うまでもない。ここで、第１のガラス基板１もしくは２のガラス基板２の何れかが薄板化研磨を不要とする場合は、保護用のフィルムなどを貼り付ける方式が一般に行われている。

その後、１０５工程では、貼り合わされた一対のマザーガラス基板を所定の表示領域を有する液晶表示パネル７に切断するための個片化切断工程である。ガラス基板の切断には、カッターホイールを用いたスクライブ切断方法とガラス基板を分断するためのブレーク切断方法とを組合せて行った。１０６工程では上記した製品シール５で囲まれた領域に液晶を封入した後、封入口を封止する。

最後に、１０７工程は上記した表示パネル基板の表面に偏光板を貼る工程であり、これによって液晶表示パネル７が完成する。

ところで、上記した液晶表示パネルの製造工程ではマザーガラスの状態で貼り合わせた一対のガラス基板（１または２）をマザーガラスの状態で薄板化研磨を行った。しかしながら、予め製品シール５で囲まれた領域に滴下方式で液晶を封入し、１０５工程と１０４工程との順序を入れ替えて、所定の大きさの表示パネルに切断した後、少なくとも一方のガラス基板の表面に対して薄板化研磨を行っても良い。即ち、１０１工程と１０２工程の後、第１のガラス基板１の薄膜トランジスタ素子３が形成された面または第２のガラス基板２のカラーフィルタ素子４が形成された面の上に液晶を滴下する液晶滴下工程を行い、その後１０３工程を行い、その後１０５工程を行い、その後１０４工程を行う、その後１０７工程を行っても良い。

次に、１０４工程において使用する化学研磨液の最適化について検討した。

図３は化学研磨液としてフッ酸及びフッ化アンモニウムの混合溶液を用い、そのモル濃度比とガラス表面に発生する傷の深さの関係を示す図である。なお、フッ酸及びフッ化アンモニウムの混合溶液は、原液の濃度５０％及び４０％に各々調整された溶液を用いて、溶媒として水を用いて所定のモル濃度比となるように調整混合した。なお、各モル濃度比において、フッ酸及びフッ化アンモニウムの総量が２０容量％になるように調合した。また、化学研磨液の温度は、３５℃に調節して使用した。本実施の形態では３５℃を使用したが、化学研磨液の温度は２５℃〜５０℃でもよい。

検討に用いたガラス基板は、プラスチック製のエッチング槽（図示せず）に充填した化学研磨液に全体を浸漬させて、ガラス基板の片側が所定の厚さ（例えば、０．２ｍｍ以下）になるように所定の時間エッチングを行う。ここでは、平均エッチング量が３０μｍとなるように所定の時間エッチングを行った。エッチング後は、従来の洗浄方法にて化学研磨液を完全に除去した。

次に、化学研磨に伴うガラス基板の表面に発生する傷の評価は、次の手順で行った。先ず、予め鋭利な工具、例えばダイヤモンドペンを用いて一定の加圧力でガラス表面に深さ２〜３μｍ程度の傷を形成した。そして、化学研磨後に成長した傷の深さは、レーザ変位計を用いて測定した。

図３において、ガラス表面の傷の深さは、フッ酸及びフッ化アンモニウム混合溶液のモル濃度比に対して適正な範囲が存在する傾向を示す。ここで、傷の深さを目標値の１０μｍ以下に制御するためには、フッ酸及びフッ化アンモニウムのモル濃度比を１〜２．５に調合すればよいことが分かった。また、この時のエッチング速度は概ね５μｍ／ｍｉｎであった。

また、フッ酸の濃度１４％以上では傷の深さは１０μｍ以上となる。また、この時のエッチング速度は概ね７μｍ／ｍｉｎであった。

エッチング速度は０．１〜１０μｍ／ｍｉｎに制御することが基板表面の平坦性や傷の抑制に効果的である。

なお、傷の深さを１０μｍ以下に制御しなければならない理由を、図４に示した模式図で説明する。前述したように薄板化研磨後のガラス基板１もしくは２の表面には、偏光板９が貼り付けられる。ここで、ガラス基板１もしくは２の表面に比較的大きな傷８が存在する場合、偏光板９と傷８の間には空間が生じる。したがって、検査工程で傷８と偏光板９との空間で光が散乱し、光学的な不良と判定される。一方、ガラス基板１もしくは２の表面に比較的小さな傷８’が存在する場合、偏光板９の粘着剤（図示せず）が変形し傷８’に埋め込まれるため、見かけ上傷８’を修復する効果が期待される。この修復効果を実験的に確認するため、各種傷の深さを形成したガラス基板を用いて液晶パネルを作製した。次に、検査工程での所定の光学的な表示性能の規格値を満たす傷の深さの最大値は１０μｍであることを確認した。

図５はフッ酸及びフッ化アンモニウムのモル濃度比を２．０に一定として、フッ酸の濃度を変化させたときのガラス基板上における傷の深さとの関係を表す。ここで、溶媒として水を用いて混合溶液の濃度を調整した。また、混合溶液の温度は３５℃とした。

この図から明らかのように、混合用液に含まれるフッ酸の濃度を２〜１８容量％に調整することによって、ガラス基板表面の傷の深さを小さく抑えることが可能である。傷の深さを１０μｍ以下に制御するためには、フッ酸の濃度を４〜１２容量％にすれば良いことが判明した。また、図示してないが、上記の濃度範囲では、ガラス基板の面あれも異常がなかった。

図６は図５と同様にフッ酸及びフッ化アンモニウムのモル濃度比を２．０に一定として、フッ化アンモニウムの濃度を変化させたときのガラス基板面上の傷の深さとの関係を表す。混合溶液の希釈には水を用い、また、混合溶液の温度は３５℃とした。

この図から明らかのように、混合用液に含まれるフッ化アンモニウムの濃度を２〜２０容量％に調整することによって、ガラス基板表面の傷の深さを小さく抑えることが可能である。フッ化アンモニウムの濃度が６％から１４％の範囲内であれば傷の深さを表示パネルの表示特性に支障を及ぼさない１０μｍ以下に抑えることが出来る。なお、ガラス基板の面あれについても問題はなかった。

以上で述べたように、ガラス基板の薄板化工程においてフッ酸及びフッ化アンモニウム混合溶液の濃度を適切に管理することによって、ガラス基板表面に発生する傷の深さを抑制することが出来、また、面あれも製品に支障のない程度に抑えることが確認できた。

しかしながら、図１のプロセスフローを経て完成した表示パネル基板としての要求事項は表示特性であり、その経時的な信頼性である。そこで、上記した化学研磨液を用いて薄板化処理を施した一対の表示パネル基板をモバイル機器に適用し、その表示・動作特性試験及び環境試験を実施した。その結果、点灯試験による輝度などの光学特性や、駆動電圧、電流などの電気特性や、機械的強度試験及び環境試験の項目で液晶表示装置として要求される表示特性に問題のないことを確認した。

本発明は、ガラス基板表面に微細な凹凸を形成することなく、傷の成長を抑制できるガラス基板用化学研磨液、及びガラス基板に傷などの欠陥が少ない表面品位に優れた液晶表示装置の製造方法に関わり、特に液晶パネルの品質、歩留り向上や低コスト化に寄与する。

本発明の実施の形態を説明する液晶表示装置の製造工程を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態を説明する液晶パネルの断面構造を示す模式図である。 本発明の実施の形態を説明するフッ酸とフッ化アンモニウムの混合液のモル濃度比と傷の深さの関係を示すグラフ図である。 本発明の実施の形態を説明するガラス基板に発生した傷の断面及びガラス基板に偏光板を貼り付けた状態を示す模式図である。 本発明の実施の形態を説明するフッ酸の濃度と傷の深さとの関係を示すグラフ図である。 本発明の実施の形態を説明するフッ化アンモニウムの濃度と傷の深さとの関係を示すグラフ図である。

符号の説明

１ 第１のガラス基板
２ 第２のガラス基板
３ 薄膜トランジスタ素子
４ カラーフィルタ素子
５ 製品シール
６ 液晶
７ 液晶表示パネル
８ ガラス基板に発生した傷
９ 偏光板

Claims (8)

1. フッ酸及びフッ化アンモニウムの混合溶液がモル濃度比１〜２．５の割合で含まれてなることを特徴とするガラス基板用化学研磨液。
2. フッ酸の濃度が２〜１８容量％であることを特徴とする請求項１記載のガラス基板用化学研磨液。
3. フッ化アンモニウムの濃度が２〜２０容量％であることを特徴とする請求項１記載のガラス基板用化学研磨液。
4. 第１のガラス基板上に薄膜トランジスタ素子を形成する薄膜トランジスタ形成工程と、第２のガラス基板上にカラーフィルタ素子を形成するカラーフィルタ形成工程と、素子が形成された面を対向させて配置し、シール材を介して前記第１のガラス基板と前記第２のガラス基板とを貼り合わせる貼り合わせ工程と、貼り合わせた一対のガラス基板の少なくとも一方のガラス基板を薄板化研磨する薄板化研磨工程と、前記表示パネル基板の表面に偏光板を形成する偏光板形成工程と、を行う液晶表示装置の製造方法であって、
   前記薄板化研磨工程が、フッ酸及びフッ化アンモニウムの混合溶液がモル濃度比１〜２．５の割合で含まれた研磨液を少なくとも前記第１のガラス基板または前記第２のガラス基板の表面に供給して研磨を行う工程であることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
5. 前記薄板化研磨工程の後、前記一対のガラス基板を表示パネル基板に切断する個片化切断工程と、前記表示パネル基板に液晶を封入・封止する液晶封入・封止工程と、を行い、その後前記偏光板形成工程を行うことを特徴とする請求項４記載の液晶表示装置の製造方法。
6. 前記薄膜トランジスタ形成工程と前記カラーフィルタ形成工程の後、前記第１のガラス基板の薄膜トランジスタ素子が形成された面または前記第２のガラス基板のカラーフィルタ素子が形成された面の上に液晶を滴下する液晶滴下工程を行い、その後前記張り合わせ工程を行い、その後貼り合わせた一対のガラス基板を表示パネル基板に切断する個片化切断工程を行い、その後前記薄板化研磨工程を行うことを特徴とする請求項４記載の液晶表示装置の製造方法。
7. 前記薄板化研磨工程で少なくとも前記第１のガラス基板または前記第２のガラス基板の表面を前記化学研磨液で研磨することにより、研磨されたガラス基板表面の傷の深さが１０μｍ以下であることを特徴とする請求項４記載の液晶表示装置の製造方法。
8. 前記薄板化研磨工程におけるエッチング速度が０．１〜１０μｍ／ｍｉｎであることを特徴とする請求項４記載の液晶表示装置の製造方法。

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