JP2005208184A - 平面ディスプレイの製造方法、及びその方法によって作られる平面ディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】ディスプレイ面積が拡大すると、CVD装置など製造装置が巨大化する。また、その工程が多いため、巨大化した装置が複数台必要で、かつ、それを設置する巨大なクリーンルームも必要となる。結果として、製造コストの低減が困難な状況になっている。
【解決手段】画素制御素子を他の基板上で製作しておき、平面ディスプレイ基板内の所定位置に固定、転写するに際し、平面ディスプレイ基板上に、画素制御素子よりも若干大きな形状の孔を有した有機膜を配設し、この有機膜の孔に、その画素制御素子を接着剤で固着し、かつ、この画素制御素子上面に充填剤を塗布すると共にこの充填剤の表面を平坦にして、平面ディスプレイ基板を形成する。
【選択図】図１１

Description

本発明は、液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ等、薄膜トランジスタなどの画素制御素子により、画素のオン・オフ、濃淡の制御を行なうことを特徴とする平面ディスプレイの製造方法及びその方法によって作られる平面ディスプレイに関するものである。

液晶ディスプレイに代表される平面ディスプレイは、現在、ガラス基板上に化学気相堆積（CVD = Chemical Vapor Deposition）法等により絶縁膜、半導体膜等を順次堆積し、半導体集積回路を製作するのと同じ工程を経て、画面を構成する各画素近傍に、薄膜トランジスタ（TFT = Thin Film Transistor）等の微小電子デバイスを形成し、これにより各画素のオン、オフ、濃淡などを制御することでディスプレイ画像を構成している。すなわち、実際にディスプレイに使用する装置基板上にて能動電子デバイスをその場で製作しているのである。このため、ディスプレイ面積が拡大すると、CVD装置など製造装置が巨大化する。また、その工程が多いため、巨大化した装置が複数台必要で、かつ、それを設置する巨大なクリーンルームも必要となる。結果として、製造コストの低減が困難な状況になっている。

一方、本願出願人は、画素を制御するTFT等の微小電子デバイスを、従来のように薄膜堆積を基本にディスプレイ装置基板上で形成していくのとは全く異なり、画素を制御する電子デバイス（画素制御素子）を微小なチップ形状に、あらかじめ他所で多量に製作しておき、それをディスプレイ装置基板に印刷する方法として、特願2002-050897（特開２００３−２４８４３６）を既に出願している。

この特願2002-050897（特開２００３−２４８４３６）では、画素制御素子をディスプレイ基板に転写する際に、ディスプレイ基板自体に、あるいはディスプレイ基板表面に、熱可塑性の有機材料を使用し、加熱プレスによって、ディスプレイ基板表面に画素制御素子を埋め込む方法が示されている。

しかし、加熱プレスによる、画素制御素子の埋め込みでは、加熱温度、プレス荷重といった埋め込み条件によっては、画素制御素子の割れが生じる危険性があるだけでなく、画素制御素子に、位置ずれが生じるなどの不具合が生じる。さらに、ディスプレイ基板に熱可塑性有機基板を用いた場合など、加熱、冷却による熱膨張、熱収縮を回避できないため、それによっても、位置ずれは生じる。

また、加熱温度などのプレス条件あるいはプレス装置の加熱部の不均一性などによっては、画素制御素子の埋め込み状態が大きく影響される。例えば、部分的に画素制御素子を埋め込めなかったり、画素制御素子周辺部にくぼみが生じるなど、ディスプレイ基板面の平面性に問題が生じる恐れがある。さらに、画素制御素子を埋め込んで、ディスプレイ基板面を平坦化するために、プレス面は、表面粗さがディスプレイ基板と同程度の磨きと平坦性が必要である。また、平面ディスプレイ基板を均一にプレスするには、プレス装置のプレス面と平面ディスプレイ基板との極度の平行度を要求される。これらは、装置製造コストを引き上げる。

また、加熱プレス面によって、平面ディスプレイ基板を平坦化した後は、冷却し、平面ディスプレイ基板あるいはディスプレイ基板表面の有機材料が硬化した後でないと、プレス面を剥離することができない。そのため、加熱プレス後、プレス面が冷却されるのを待つ必要があり、生産性が悪いという問題がある。
特開２００３−２４８４３６号公報

上述のように、平面ディスプレイ基板の製造方法において、有機フィルムあるいは、有機基板に加熱プレスによって、画素制御素子を埋め込み、固定化しようとした場合、画素制御素子の破損、画素制御素子の位置ずれ、ディスプレイ基板表面の変形や、装置の高コスト化、生産効率の悪さ、といった問題がある。本発明の課題は、上述の問題点をした平面ディスプレイ基板の製造方法を提供し、その方法によって作られた平面ディスプレイを提供することである。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、
画素を制御する画素制御素子をその平面ディスプレイ基板以外の他の基板上で製作しておき、その平面ディスプレイ基板内の所定位置に前記画素制御素子を固定し、転写することによる平面ディスプレイの製造方法において、
上記転写するに際し、
その平面ディスプレイ基板上に、画素制御素子よりも若干大きな形状の孔を有した有機膜を配設し、
この有機膜の孔に、画素制御素子を接着剤で固着し、
かつ、この画素制御素子上面に充填剤を塗布すると共にこの充填剤の表面を平坦にして、
平面ディスプレイ基板を形成することを特徴とする平面ディスプレイの製造方法、及びその方法によって作られる平面ディスプレイである。

上記方法によれば、画素制御素子の固定化に際し、加熱プレスを使用せずに、より小さな力で、有機フィルムの孔に、画素制御素子を配置していくだけなので、加熱プレスのように、画素制御素子に、大きな力が加わらないため、画素制御素子の破損、画素制御素子の位置ずれといった問題は、無くなる。また、装置に関しても、加熱プレスで必要な、高精度の平坦度のプレス部や、あるいはそれを制御する精密なプレス装置が不用であるため、低コスト化が図れる。さらに、画素制御素子の加熱プレスでは、加熱と冷却を行なう必要があるため、大きな熱エネルギと、長いプロセス時間を必要としたが、その問題も無くなり、生産性は、向上する。

また、平面ディスプレイ基板上の有機膜に「画素制御素子よりも若干大きな形状の孔加工」を施すことによって、画素制御素子と全く同じサイズの孔加工を施す場合と比較して、画素制御素子の位置合わせ及び設置が容易となる。画素制御素子は、平面ディスプレイ基板に設置後、微細な電気配線を行なうため、精密な位置合わせが必要となる。有機膜に画素制御素子と同じサイズの孔加工を施した場合、画素制御素子の位置精度は、孔の位置精度に左右される。すなわち、軟質で精度の高い加工が困難な有機膜に、高精度の加工が要求される。さらに、画素制御素子の加工に関しても、同様で、孔と全く同サイズの画素制御素子を精密加工する必要があり、加工ロットでの加工条件ばらつきなどによって、加工精度が左右されることから、これは、困難を極める。

それに対して、本発明において、有機膜に、画素制御素子よりも若干大きな形状の孔加工を施すことにより、画素制御素子を有機膜の孔とは若干の隙間が生じる。この隙間があるため、孔サイズと画素制御素子サイズを精密に合わせる必要がない。画素制御素子の位置合わせ精度は、画素制御素子を設置する位置合わせ装置の精度によってのみ影響を受ける。 また、画素制御素子の固定は、接着剤層によって行なわれるため、画素制御素子の設置後、位置ずれの心配はない。すなわち、本発明において、有機膜に、画素制御素子よりも若干大きな形状の孔加工を施すことにより画素制御素子を平面ディスプレイに設置する位置合わせ装置には、高い位置合わせ精度を要求されるが、画素制御素子および有機膜の孔の加工精度を緩やかにしても、画素制御素子の精密な位置合わせが可能となる。なお、画素制御素子の平面ディスプレイへの配置方法として、先述の特願2002-334604によって高精度の画素制御素子の配置が可能である。

以上を例を用いて説明する。仮に、画素制御素子のサイズを200μｍ×150μmとし、その加工精度を±1μmとした場合、有機膜に加工する孔サイズは、200μｍ×150μmで、その加工精度は＋1μm程度で加工しなければならない。また、画素制御素子の設置に関しても、±１μmの位置合わせ精度が可能な装置が必要であり、超精密な加工と装置が必要で、結果として、コスト高となる。
それに対して、本発明での画素制御素子サイズを200μｍ×150μmとし、その加工精度を±５μmとしても、有機膜に加工する孔の加工精度は＋5〜10μm程度で加工すれば良い。すなわち、先述の画素制御素子サイズと孔サイズを同じにする方法と比較して、低コスト化が図れる。

請求項２に係る発明は、特許請求の範囲第１項における有機膜が、感光性透明材料であると共に、画素制御素子が入るこの有機膜への孔加工がフォトリソグラフィ法であることを特徴とする平面ディスプレイの製造方法、及びその方法によって作られる平面ディスプレイである。この方法によれば、有機膜への画素制御素子形状の孔加工が、正確かつ容易に可能である。

請求項３に係る発明は、特許請求の範囲第１項における有機膜が、透明有機フィルムであると共に、この透明有機フィルムに打ち抜き加工によって画素制御素子が入る孔を配設し、前記平面ディスプレイ基板上に透明接着剤で固定して形成することを特徴とする平面ディスプレイの製造方法、及びその方法によって作られる平面ディスプレイである。この方法によれば、有機膜への画素制御素子形状の孔加工が、容易に可能である。さらに、画素制御素子の位置ずれの問題については、有機フィルムをディスプレイ基板に貼りつける際に使用する接着剤が、存在するため、有機フィルムの孔に画素制御素子を配置すると、その接着剤によって画素制御素子が仮固定される。このことによって、室温で、かつ、わずかの力によって、画素制御素子を正確に配置できる。

また、請求項４に係る発明は、特許請求の範囲第１項における、画素制御素子上面に塗布する充填剤は、感光性の透明有機材料であることを特徴とする平面ディスプレイの製造方法、及びその方法によって作られる平面ディスプレイである。この方法によれば、感光性の透明有機膜にフォトリソグラフィ法によって、画素制御素子の電極部分との配線を行なうためのコンタクトホールを形成することが容易である。

また、請求項５に係る発明は、特許請求の範囲第１項における、平面ディスプレイ基板上に、孔を配置した有機膜を配設し、この有機膜の孔に、画素制御素子を接着剤で固着し、かつ、この画素制御素子上面に充填剤を塗布すると共にこの充填剤の表面を平坦にする方法が、スキージによることを特徴とする平面ディスプレイの製造方法、及びその方法によって作られる平面ディスプレイである。この方法によれば、ディスプレイ基板表面の平坦化を容易に実施できる。
以上のように、本発明により、画素制御素子の配置による画素制御素子形成製造において生じる主たる問題点を、解決できる。

平面ディスプレイを製造した場合、画素制御素子が形成された画素制御素子を平面ディスプレイ基板に配置するに際し、加熱プレスを用いないため、加熱プレスによって、生じる問題点（画素制御素子の破損、位置ずれ、ディスプレイ基板表面の変形、装置の高コスト化、生産効率の悪さ）がなくなる。すなわち、本発明によって、低コストで、より正確に画素制御素子をディスプレイ基板上に配置することが可能となる。

以下に、本発明の実施の形態を、液晶ディスプレイを例に、図面を引用しながら説明する。最初に、請求項２の方法の例を示し、次に請求項３の例を示す。

（感光透明材料を用いた方法）
まず、結晶シリコン基板あるいは多結晶シリコン基板（以下シリコン基板）に画素制御を行なう集積回路を形成する。シリコン基板上への集積回路の形成は、従来の半導体製造技術によって行なう。その集積回路の一例を図１に示す。図１の集積回路には画素制御を行なう薄膜トランジスタ等の電子デバイスが形成されている。また、各画素の電流保持回路及び信号線をつなぎ込むための電極パッドも形成しておく。このような画素制御素子を形成した基板から、各画素制御素子ごとに画素制御素子形状に分断加工する。画素制御素子が形成された画素制御素子は、平面ディスプレイの画素を制御するために必要な個数をあらかじめ準備しておく。

次に、平面ディスプレイ基板（以下基板）上に感光性透明材料を塗布する（図２）。感光性透明材料は、画素制御素子の厚みと同じ厚さ、もしくは、それよりも薄く形成する。その後、画素制御素子のパターンが描かれたフォトマスクを介して、紫外線照射を行ない（図３）、現像処理を行なうといったフォトリソグラフィ法によって、感光性透明膜のパターニングを行なう。その状態を図４に示す。次に、基板表面に、接着剤を塗布し、接着剤層を形成する（図５）。接着剤の塗布は画素制御素子を配置する孔にのみおこなっても良い。次に、画素制御素子を感光性透明膜（以降、有機膜）の孔に設置する。その際に、画素制御素子のピックアップ＆プレースを行なうために、図６のような真空チャックを使用する。

このような真空チャックにて画素制御素子を吸引し、画素制御素子を有機膜の孔に搬送し、画素制御素子を接着剤層に貼りつける。その状態を図７に示す。また、画素制御素子を貼りつけた後の状態を図８に示す。その後、充填剤を透明膜に塗布することで、画素制御素子と孔の隙間を埋める。充填剤には、感光性の透明有機材料を使用する。この充填剤の塗布は、基板全面に行なっても良いし、孔部分のみに行なっても良い。その後、スピンコート法によって、充填剤の平坦化処理を行なう。これを図９に示す。

その後、充填剤の溶剤を気化するために、加熱処理を行なった後、フォトリソグラフィー法によって、画素制御素子の電極パッド部分と配線ができるように、感光性透明有機膜にコンタクトホールを形成する。この状態を図１０に示す。その後、加熱処理をして、充填剤を硬化させる。その後、透明電極パターン形成、配線パターン形成、絶縁膜形成、配向膜形成、ラビング処理、液晶封入処理といった通常の液晶ディスプレイ製造工程を経て、図１１のような液晶ディスプレイを得る。

（透明有機フィルムの打ち抜き加工による方法）
先の実施例１同様、結晶シリコン基板あるいは多結晶シリコン基板（以下シリコン基板）に画素制御を行なう集積回路を形成した後、それを各素子に切り分けた画素制御素子を準備する。次に、透明有機フィルムの孔加工について説明する。有機フィルムは、画素制御素子と同じ厚さ、あるいは、画素制御素子よりも若干厚いものを準備する。その有機フィルムに、画素制御素子の大きさよりも、若干大きな矩形パターンの凸型と凹型のプレス型を準備し、そのプレス型で有機フィルムをはさみ込んで、矩形パターンの打ち抜き加工を行なう。その概略図を図１２に示す。また、その孔加工によって形成された有機フィルムの孔パターンを図１３に示す。

次に、基板表面に、接着剤層を形成する。基板は、ガラス基板あるいは透明な有機基板を使用する。接着剤層は、透明な耐熱接着剤あるいは、透明な耐熱粘着シートを使用する。この接着剤層をディスプレイ基板表面に形成した後、基板に前記孔加工を行なった有機フィルムを貼りつける。その状態を図１４に示す。次に、前記画素制御素子を有機フィルムの孔に設置する。その際に、先述の図５のような真空チャックにて画素制御素子を吸引し、画素制御素子を有機フィルムの孔に搬送し、画素制御素子を接着剤層に貼りつける。その状態を図１５に示す。また、画素制御素子を貼りつけた後の状態を図１６に示す。

その後、充填剤を有機フィルムに塗布することで、画素制御素子と孔の隙間を埋める。充填剤には、感光性の透明有機材料を使用する。この充填剤の塗布は、平面ディスプレイ基板全面に行なっても良いし、孔部分のみに行なっても良い。この状態を図１７に示す。その後、平面ディスプレイ基板表面の充填剤の平坦化処理を行なう。この平坦化処理は、充填剤の塗布時に基板を回転させるスピンコート法によって行なっても良いし、図１８のように、スキージによって、充填剤の平坦化を行なっても良い。

図１９に、スキージによって、平坦化した状態を示す。その後、充填剤の溶剤を気化するために、加熱処理を行なった後、フォトリソグラフィー法によって、画素制御素子の電極パッド部分と配線ができるように、充填剤層にコンタクトホールを形成する。この状態を図２０に示す。その後、加熱処理をして、充填剤を硬化させる。その後、透明電極パターン形成、配線パターン形成、絶縁膜形成、配向膜形成、ラビング処理、液晶封入処理といった通常の液晶ディスプレイ製造工程を経て、図２１のような液晶ディスプレイを得る。

画素制御素子を形成した基板を示す図である。 平面ディスプレイ基板上に感光性透明材料を塗布した状態を示した図である。 感光性透明材料に、フォトマスクを使用して紫外線を照射する状態を示す図である。 感光性透明膜（有機膜）に画素制御素子用孔が形成された状態を示す図である。 基板表面に接着剤を塗布した状態を示す図である。 真空チャックを示す図である。 画素制御素子の貼付け過程を示す図である。 画素制御素子が貼付けられた状態を示す図である。 スピンコート法による充填剤の平坦化処理を示す図である。 コンタクトホールの形成を示す図である。 本発明の液晶ディスプレイの断面を示す図である。 有機フィルムの打抜き加工を示す図である。 打抜き加工後の有機フィルムを示す図である。 平面ディスプレイ基板上に孔開きフィルムを貼付した状態を示した図である。 画素制御素子の真空チャックによる平面ディスプレイ基板上への貼付を示す図である。 画素制御素子が平面ディスプレイ上へ貼付された状態を示す図である。 充填剤を塗布した状態を示す図である。 スキージによる充填剤の平坦化過程を示す図である。 スキージによって充填剤が平坦化された状態を示す図である。 充填剤にコンタクトホールを形成した状態を示す図である。 本発明の液晶ディスプレイの断面を示す図である。

Claims (5)

1. 画素を制御する画素制御素子をその平面ディスプレイ基板以外の他の基板上で製作しておき、その平面ディスプレイ基板内の所定位置に前記画素制御素子を固定し、転写することによる平面ディスプレイの製造方法において、
   上記転写するに際し、
   その平面ディスプレイ基板上に、画素制御素子よりも若干大きな形状の孔を有した有機膜を配設し、
   この有機膜の孔に、画素制御素子を接着剤で固着し、
   かつ、この画素制御素子上面に充填剤を塗布すると共にこの充填剤の表面を平坦にして、
   平面ディスプレイ基板を形成することを特徴とする平面ディスプレイの製造方法、及びその方法によって作られる平面ディスプレイ。
2. 特許請求の範囲第１項における有機膜が、感光性透明材料であると共に、画素制御素子が入るこの有機膜への孔加工がフォトリソグラフィ法であることを特徴とする平面ディスプレイの製造方法、及びその方法によって作られる平面ディスプレイ。
3. 特許請求の範囲第１項における有機膜が、透明有機フィルムであると共に、この透明有機フィルムに打ち抜き加工によって画素制御素子が入る孔を配設し、前記平面ディスプレイ基板上に透明接着剤で固定して形成することを特徴とする平面ディスプレイの製造方法、及びその方法によって作られる平面ディスプレイ。
4. 特許請求の範囲第１項における、画素制御素子上面に塗布する充填剤は、感光性の透明有機材料であることを特徴とする平面ディスプレイの製造方法、及びその方法によって作られる平面ディスプレイ。
5. 特許請求の範囲第１項における、平面ディスプレイ基板上に、孔を配置した有機膜を配設し、この有機膜の孔に、画素制御素子を接着剤で固着し、かつ、この画素制御素子上面に充填剤を塗布すると共にこの充填剤の表面を平坦にする方法が、スキージによることを特徴とする平面ディスプレイの製造方法、及びその方法によって作られる平面ディスプレイ。

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