JP2009116140A - 液晶表示装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造効率が高く、しかも、加工端部の盛り上がりに起因する不良が生じにくい液晶表示装置の製造方法を提供する。
【解決手段】基板上の透明導電膜にレーザ光を照射することにより、透明導電膜を所定形状に加工し（工程２０１）、加工工程２０１により透明導電膜端部に生じる盛上がり部を除去工程２０２で除去する。これにより、加工工程２０１では、膜端部に盛上がり部が生じることを許容する照射条件でレーザ光を照射することができるため、照射条件の決定が容易である。また、ＹＡＧレーザの基本波等の所定の一波長に限定して照射条件を求めることが可能になる。よって、照射条件の決定のための要する工程が簡単になり、かつ、大容量のレーザ光で照射を行うことができるため、製造効率を向上させることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、所望の形状にパターニングされた透明電極を備えた液晶表示装置の製造方法に関する。

液晶表示装置に用いられる一般的な液晶セルは、従来、図６に示すような製造方法で製造されている。まず、ガラス基板にＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜を蒸着し（工程６０１）、フォトレジストを塗布した後（工程６０２）、露光機にフォトマスクをセットし、所望のパターンを露光する。露光後は、現像、エッチングおよび剥離工程を行うことにより、ＩＴＯ膜を所望のパターンに加工する（工程６０３）。ＩＴＯ膜の上に配向膜をフレキソ印刷機、インクジェット塗布装置等により塗布する。なお、配向膜を塗布する前に絶縁膜を塗布する場合もある。その後、配向膜にラビング処理を施す（工程６０４）。

ラビング処理まで終了した２枚の基板を、配向膜が向かい合うように重ね合わせ、２枚の基板間に液晶材料を注入して封止し、両外側面に偏光板を貼り付ける（工程６０５）。これにより液晶セルが完成する。

このように、液晶セルのＩＴＯ膜を所望のパターンに加工するには、露光、現像、エッチング、剥離の工程が必要であり、工程が複雑で、しかも必要な装置数も多い。露光工程は、露光機の他に、表示パターンごとにフォトマスクが必要となるため、多品種少量生産ではコストアップに繋がる。また、フォトマスクの汚れや傷は、表示パターンの品質低下、不良品の増加に繋がるため、汚れや傷を防ぎながらフォトマスクを管理する必要がある。このため、管理のための工数が必要となる。現像装置、エッチング装置、剥離装置は、装置が大掛かりであり、液温管理や液交換などに工数がかかる。また、レジスト材料、エッチング液、剥離液、洗浄液等の薬品も大量に必要である。レジストは有機溶剤を含み、現像液および剥離液は強アルカリ性であり、エッチング液は強酸性である。周辺環境に影響を与えずにこれらを廃棄するには、排水処理装置が必要となる。これらのことは、コストアップの大きな要因となっている。

これらの課題を解消するために、ウエットエッチング工程に代えて、ドライエッチング法も利用されるようになってきた。また、最近では、図６のレジスト塗布工程６０２および露光から剥離までの工程６０３を簡略化するために、図７のようにレーザ光をＩＴＯ膜に照射し、アブレーション作用によりＩＴＯ膜を蒸散させる工程７０２を行う技術が、例えば特許文献１および２に開示されている。
特開平９−１５２６１８号公報 特開平７−３２０６３７号公報

レーザアブレーションは、基板であるガラスに損傷を加えず、ＩＴＯ膜のみを蒸散させる条件で実施する必要があるが、ＩＴＯ膜の膜厚や形成すべきパターンの形状等に応じて、最適な加工条件を設定する必要がある。このため、例えば、レーザの波長の種類（例：１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ、３５５ｎｍ）、レーザ出力、繰返しパルス周期などのパラメータの種々の組み合わせについて、予め実験を行い、最適な加工条件を求めておく必要がある。

最適な加工条件としては、レーザでＩＴＯを蒸散させる際に、アブレーション（蒸散）とレーザの熱による加熱溶解が同時に発生して加工端部に膜の盛上りが発生し易いため、盛り上がりが発生しない加工条件を予め求めておくことが特に重要である。というのは、盛り上がりの高さが約１０００オングストローム以上の場合には、その上に形成する配向膜が均一に塗布できなくなり、セル化した際に表示品位が低下するためである。また、車載用途など使用環境が厳しい場合、盛り上がり部分が上下基板の電気的ショートの原因となることもある。しかしながら、盛り上がりが発生しない加工条件を見つけるには、多数の実験を行う必要があり、実験に手間と時間がかかる。

また、加工条件を求める際に、レーザ波長を一波長に固定することができれば、実験パラメータを低減できるため、最適な加工条件を容易に求めることが可能である。特に、レーザ波長としてＹＡＧレーザの基本波である波長１０６４ｎｍを固定的に使用できれば、レーザ発振器の構成が単純であり、容易に大出力が得られるため、製造効率を高め、製造コストを低減できる。しかしながら、必ずしも一つのレーザ波長で、加工端部における盛り上がりが生じない最適の加工条件が見つかるとは限らないため、従来はレーザ発振器の構成が複雑で大出力を得にくいにも関わらず、２倍波（５３２ｎｍ）、３倍波（３５５ｎｍ）等の複数種類の波長についても実験を行い、最適条件を求めていた。

本発明の目的は、製造効率が高く、しかも、加工端部の盛り上がりに起因する不良が生じにくい液晶表示装置の製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明によれば、以下のような液晶表示装置の製造方法が提供される。すなわち、所定形状の透明導電膜を備えた基板を含む液晶表示装置の製造方法であって、基板上の透明導電膜にレーザ光を照射することにより、透明導電膜を所定形状に加工する加工工程の後、加工工程により透明導電膜端部に生じる盛上がり部を除去する除去工程を行うものである。これにより、加工工程では、膜端部に盛上がり部が生じることを許容する照射条件でレーザ光を照射することができるため、照射条件を求めることが容易であるとともに、ＹＡＧレーザの基本波等の所定の一波長に限定して照射条件を求めることが可能になる。よって、照射条件の決定のための要する工程が簡単になり、かつ、大容量のレーザ光で照射を行うことができるため、製造効率の向上させることができる。また、盛上がり部は除去工程で除去できるため、配向膜の塗布に影響を与えず、しかも、盛上がり部に起因する電気的ショートを防止でき、品質を向上させることができる。

上記除去工程は、例えばプラズマによって透明導電膜をエッチングする方法を用いることができる。また、研磨法や、エッチング液を用いるエッチング法を用いることも可能である。

上記加工工程の前に、加工工程におけるレーザ光の照射条件を予め求める場合、レーザ光の波長を所定の一波長に限定して実験することができる。この実験により、盛上がり部が生じることは許容して、基板を損傷せず透明導電膜を蒸散させる照射条件を求めることができる。

加工工程において照射するレーザ光は、基本波を用いることができる。これによりＹＡＧ等の基本波である波長１０６４ｎｍのレーザが使用でき、レーザ発振器の構成が簡単で、かつ大出力を得られ、製造効率が向上する。

本発明の一実施の形態の液晶表示装置の製造方法について図面を用いて説明する。
本実施の形態の液晶表示装置は、図１に示した構造の液晶セルを用いるものである。図１の液晶セルは、２枚のガラス基板１０を一定の間隔を開けて対向させ、その間に液晶１３を充填し、周囲をメインシール材１４で封止した構造である。２枚のガラス基板１０の対向面には、それぞれＩＴＯ膜１１と配向膜１２とが積層配置されている。ＩＴＯ膜１１は、厚さ０．２μｍで所定の電極形状にパターニングされている。２枚のガラス基板１０の外側には、それぞれ偏光板１６が配置されている。メインシール材１４の外側には、２枚のＩＴＯ膜１１への給電を一方の基板側から行うことを可能にするために、２枚のＩＴＯ膜１１の電気的導通を確保する導通材１５が配置されている。

図１の液晶セルにバックライトや制御回路等を組み合わせることにより、液晶ディスプレイが構成されている。

つぎに、図２を用いて、図１の液晶セルの製造方法を説明する。
本実施の形態の製造方法では、図２の工程２０２において、ＩＴＯ膜１１をレーザアブレーションにより所定の電極形状に加工する。そこで製造工程に入るまえに、ＩＴＯ膜１１を基板１０に成膜した試料を用いて予め実験を行って、最適な加工条件を求めておく。最適な加工条件とは、基板１０であるガラスに損傷を加えず、ＩＴＯ膜１１のみを蒸散させて、所望の電極パターンにＩＴＯ膜１１を加工することができる条件である。このとき、本実施の形態では、レーザアブレーション工程でＩＴＯ膜１１の加工端部に膜の盛り上がりが生じることを許容することを特徴とする。したがって、膜端部の盛り上がりが生じない加工条件を求める場合よりも容易に、最適な加工条件を求めることができる。

また、本実施の形態では、レーザアブレーションにおいて照射するレーザ波長を一波長に固定する。特に、レーザ波長として、ＹＡＧレーザの基本波である波長１０６４ｎｍを用い、大出力のレーザを用いて高効率でレーザアブレーションを行う。このように、ＹＡＧの基本波に波長を固定した場合であっても、膜端部の盛り上がりを許容することにより、基板であるガラスに損傷を加えず、ＩＴＯ膜１１のみを蒸散させるという最適な加工条件を求めることが可能である。なお、膜端部に生じる盛り上がりは、本実施の形態では後の工程で除去する。

最適加工条件を求める実験は、具体的には以下のように行う。ガラス基板１０上にＩＴＯ膜１１が形成された複数の試料を用意し、レーザ発振器としてはＹＡＧレーザを用い、波長は基本波１０６４ｎｍに固定し、レーザ出力、繰返しパルス周期などのパラメータ（条件）を種々変化させて、ＩＴＯ膜１１を所定の電極形状に加工するレーザアブレーションを行う。その後、各試料について、ガラス基板１０の損傷状態、および、加工された形状が所望の形状かどうかを評価する。ガラス基板１０に損傷がなく、ＩＴＯ膜１１のみを蒸散することにより所望の形状が形成されている試料の加工条件を最適な条件とする。

次に、図２に示した各製造工程について順に説明する。まず、成膜工程２０１において２枚のガラス基板１０にＩＴＯ膜１１を蒸着等により成膜する。つぎに、レーザアブレーション工程２０２において、ＹＡＧレーザから基本波１０６４ｎｍのレーザ光をＩＴＯ膜１１に照射し、照射された部分のＩＴＯを蒸散させ、ＩＴＯ膜１１を所定の電極形状に加工する。レーザ出力、繰返しパルス周期などのパラメータは、前述の実験により求めておいた最適な加工条件に設定する。これにより、ガラス基板１０に損傷を与えず、ＩＴＯ膜１１を加工することができる。

レーザアブレーション工程２０２で用いた加工条件は、ＩＴＯ膜１１の加工端部の盛り上がりを許容する条件であるため、ＩＴＯ膜１１の端部に盛上がり部が生じている。一例として、レーザ出力１５Ｗ、繰り返しパルス周期２０ｋＨｚに設定して工程２０２を行うことにより加工したＩＴＯ膜１１の試料について、膜面上で探触子をスキャンさせて形状を測定したものを図３に示す。図３の試料では、レーザアブレーションにより除去した部分３０と接する膜１１の端部に、鋭い突起状の盛上がり部３１が生じており、その高さは１０００オングストロームを超えている。

そこで、次のプラズマエッチング処理工程２０３において盛上がり部３１を除去する。プラズマエッチング処理は、平坦なＩＴＯ膜１１に対してはほとんどエッチング作用を生じず、突出した盛上がり部３１を効果的にエッチングする条件で行う。

具体的には、本実施の形態では、プラズマガスをして導入して生じさせた減圧プラズマによりエッチングを行うことができる。プラズマガスとしては、例えばＡｒとＨ_２の混合ガスや、ＡｒとＯ_２の混合ガスを用いることができる。真空度は、５０Ｐａ以上８０Ｐａ以下であることが好ましい。ガス流量は、４０ｓｃｃｍ程度が好ましい。プラズマ出力としては、３００Ｗ以上７００Ｗ以下が好適である。処理時間は、３０分以上６０分以下が好適である。

例えば、プラズマガスとして、ＡｒとＨ_２の混合ガスを用い、真空度６５Ｐａ、ガス流量４０ｓｃｃｍ、プラズマ出力３００Ｗ、処理時間を６０分に設定し、図３の試料の試料に対して工程２０３において減圧プラズマエッチングを行ったところ、図４のように盛上がり部３１が殆ど除去できていることがわかる。これにより、次工程の配向膜１２の成膜の際に、盛上がり部３１が悪影響を与えることがなく、また、対向する基板１０のＩＴＯ膜１１と盛上がり部３１が接触してショートする恐れも回避できる。また、ＩＴＯ膜１１全体の膜厚は、僅かしか低減しておらず、ＩＴＯ膜１１の電極としての作用に殆ど影響はない。

また、減圧プラズマより扱い易い常圧プラズマ（大気圧プラズマ）装置によりエッチングを行うことも可能である。この場合、プラズマガスとしては、例えばＡｒとＨ_２の混合ガスや、ＡｒとＯ_２の混合ガスを用いることができる。圧力は、常圧（大気圧）である。ガス流量は、４０００ｓｃｃｍ程度が好ましい。プラズマ出力としては、４００Ｗ程度が好適である。基板１０を送り速度１０ｍｍ／ｓで移動させながら、２０〜５０回繰り返しプラズマ処理するのが好適である。

つぎに、工程２０４に進み、ＩＴＯ膜１１の上に配向膜１２をフレキソ印刷機、インクジェット塗布装置等により塗布する。その後、配向膜１２にラビング処理を施す。次工程２０５では、ラビング処理まで終了した２枚の基板１０を、配向膜１２が向かい合うように重ね合わせ、２枚の基板１０の間隙に液晶１３を注入してメインシール材１４で封止し、両外側面に偏光板１６を貼り付ける。また、メインシール材１４の外に導通材１５を配置する。これにより液晶セルが完成する。この液晶セルに、バックライトや電気回路等を公知の手法により取り付け、液晶表示装置を完成させる。

上述のように、本実施の形態では、レーザアブレーションによるＩＴＯ膜１１の端部の盛上り部３１を除去もしくは小さくすることができる。これにより、配向膜１２を均一に塗布でき、表示品位の低下を防止できる。また、車載用途など、温度、湿度等の使用環境が厳しい条件下で液晶表示装置を用いた場合であっても、盛り上がり部３１が上下基板１０のＩＴＯ膜１１間で接触してショートする恐れがなく、不良を防止できる。

本実施の形態では、ＩＴＯ端部の盛り上りを許容した加工条件でレーザアブレーション工程を行うことができるので、盛り上がりが生じない加工条件を追求する必要がなくなり、生産性が向上する。また、レーザ発振器として、低価格で取扱いが容易で、かつ、大出力な波長１０６４ｎｍの基本波ＹＡＧレーザを使用できる。

なお、本実施の形態では、工程２０３において、減圧プラズマ処理によりＩＴＯ膜１１の端部の盛上がり部３１を除去したが、この手法以外にも、エッチング液を用いて、盛上がり部３１を除去する方法を用いることができる。

エッチング液を用いて盛上がり部３１を除去する方法としては、具体的には、硝酸と塩酸との混合溶液等を濃度数％程度に希釈したもの、例えば、関東化学株式会社製ＩＴＯ−Ｏ２をエッチング液として用い、エッチング液にＩＴＯ膜１１を浸す方法を用いることができる。このとき、突出した盛上がり部３１は、周囲がエッチング液に接触するため、エッチング速度が大きいが、平坦なＩＴＯ膜１１は上面のみがエッチング液に接触するため、盛上がり部３１よりゆっくりエッチングされる。よって、例えば室温で２０秒程度エッチング処理することにより、盛上がり部３１を除去することができる。

また、本実施の形態では、レーザアブレーションによる加工対象をＩＴＯ膜１１としたが、ＩＴＯに代えて他の材質の透明導電膜を用い、これに本発明を適用することも可能である。

また、液晶セルの構造は、図１の構造に限定される物ではなく、ＩＴＯ膜１１をパターニングする製造方法に本実施の形態を適用することができる。例えば、図５に示したように、配向膜１２とＩＴＯ膜１１との間に絶縁膜２１を配置する構造にすることができる。

本発明を適用して、例えばキャラクターパターン表示、ドットマトリックス表示などを行う各種液晶表示素子や、車載用ＬＣＤ（液晶表示装置）、航空機用ＬＣＤ、民生用ＬＣＤ（コピー機用表示、デジタルカメラ用表示、携帯電話用表示、ＰＤＡ用表示、液晶テレビ、電子ペーパー用など）を製造することができる。

さらに、レーザアブレーションによる端部の盛り上がりは、対象とする膜がＩＴＯ膜１１や透明導電膜ではない場合でも生じるので、パターニングすべき他の膜に本発明を適用することが可能である。

本実施の形態で製造する液晶セルの断面構造を示す説明図。 本実施の形態の液晶セルの製造工程を示す説明図。 本実施の形態のレーザアブレーション工程において加工したＩＴＯ膜１１の形状を示すグラフ。 本実施の形態のプラズマエッチング工程において盛上がり部を除去したＩＴＯ膜１１の形状を示すグラフ。 本実施の形態の別の構成の液晶セルの断面構造を示す説明図。 従来の液晶セルの製造工程を示す説明図。 従来の、レーザアブレーションを用いる液晶セルの製造工程を示す説明図。

符号の説明

１０…ガラス基板、１１…ＩＴＯ膜、１２…配向膜、１３…液晶、１４…メインシール材、１５…導通材、１６…偏光板、３０…レーザアブレーションにより除去した部分、３１…盛上がり部。

Claims (5)

1. 所定形状の透明導電膜を備えた基板を含む液晶表示装置の製造方法であって、
   前記基板上の前記透明導電膜にレーザ光を照射することにより、前記透明導電膜を前記所定形状に加工する加工工程と、
   前記加工工程により前記透明導電膜端部に生じる盛上がり部を除去する除去工程とを有することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
2. 請求項１に記載の液晶表示装置の製造方法において、前記除去工程は、プラズマによって前記透明導電膜をエッチングすることにより前記盛上がり部を除去する工程であることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
3. 請求項１または２に記載の液晶表示装置の製造方法において、前記加工工程の前に、前記加工工程における前記レーザ光の照射条件を予め求める照射条件決定工程をさらに有し、該照射条件決定工程では、レーザ光の波長を所定の一波長に限定し、前記基板を損傷せず前記透明導電膜を蒸散させる照射条件を求めることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の液晶表示装置の製造方法において、前記加工工程において照射するレーザ光は、基本波であることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
5. 請求項４項に記載の液晶表示装置の製造方法において、前記レーザ光は、波長１０６４ｎｍであることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
   
   

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