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JP2001192240A - 表示装置及びその製造方法 - Google Patents

表示装置及びその製造方法

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Publication number
JP2001192240A
JP2001192240A JP2000331078A JP2000331078A JP2001192240A JP 2001192240 A JP2001192240 A JP 2001192240A JP 2000331078 A JP2000331078 A JP 2000331078A JP 2000331078 A JP2000331078 A JP 2000331078A JP 2001192240 A JP2001192240 A JP 2001192240A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
glass substrate
glass
display device
thickness
chemical strengthening
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000331078A
Other languages
English (en)
Inventor
Mitsuru Suginoya
充 杉野谷
Kazuo Shimada
和夫 島田
Sachiko Kumai
幸子 熊井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Instruments Inc
Original Assignee
Seiko Instruments Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Instruments Inc filed Critical Seiko Instruments Inc
Priority to JP2000331078A priority Critical patent/JP2001192240A/ja
Publication of JP2001192240A publication Critical patent/JP2001192240A/ja
Pending legal-status Critical Current

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  • Surface Treatment Of Glass (AREA)
  • Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 携帯型電子機器に用いられる平面型表示装置
の強度を簡便に向上させる。 【解決手段】 ガラス基板を貼り合わせた間隙に表示材
料を封入してなる表示装置及びその製造方法において、
セル分断工程に従来のガラス表面にキズをつけて破断さ
せる方法を用いるために、厚さ2mm以下のガラス基板
の表面のナトリウム原子をナトリウムよりもイオン半径
が大きい原子に置換することで化学強化した層の厚みを
20μm以下とした表示装置及び表示装置の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は表示装置及びその製
造方法に関し、詳しくは耐衝撃性等の強度が向上した表
示装置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の表示装置の概略構成を以下に説明
する。ソ−ダライムガラス、ホウケイ酸ガラス等のガラ
ス基板の表面にSiO2 から成るナトリウムパッシベ−
ション膜が形成され、さらにその上に蒸着、スパッタリ
ング等の方法で成膜されたITOから成る透明電極がパ
タ−ニング形成されている。このようにナトリウムパッ
シベ−ション膜と透明電極が表面に順次形成された2枚
のガラス基板を相対向するようシ−ル剤で貼り合わせ、
間隙に液晶やエレクトロクロミック材料等の表示材料を
封入し表示装置を形成する。
【0003】このような表示装置はCRT等と違い携帯
性に優れ、また低消費電力なので、現在、デジタル時計
からコンピュ−タ−用ディスプレイに至るまで広く用い
られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このようなフ
ラットパネルディスプレイには透明性の高い基板が望ま
しいので、ガラス基板を用いるのが現状である。しか
し、ガラスであるが故に割れるという欠点を有してい
る。
【0005】特にフラットパネルディスプレイは携帯型
の電子機器に使われる場合が多く、落下衝撃に対しては
強いことが望まれる。一方、携帯型の電子機器にはもう
一つ軽薄短小という要求があるので、ガラス基板の厚さ
を薄くすることとなり、強度が落ちるという矛盾する問
題を含んでいる。
【0006】そこで、本願発明はガラス基板の厚さを薄
くしても、充分な強度を保つ表示装置を実現することを
目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、表面に電極を形成した一対のガラス基板
を相対向して、間隙に表示材料を封入して成る表示装置
において、少なくとも1枚のガラス基板の表面に厚さ2
0μm以下の化学強化層を形成することとした。
【0008】さらに、その表示装置の製造方法におい
て、ガラス基板に厚み20μm以下の化学強化層を形成
するために、ナトリウムよりもイオン半径が大きい陽イ
オンを持つ塩の溶液もしくは溶融液にガラス基板を浸漬
する化学強化処理工程を有することとした。
【0009】さらに、表示装置の製造方法において、ナ
トリウムよりもイオン半径が大きい陽イオンを持つ塩の
溶液もしくは溶融液に厚み2mm以下のガラス基板を浸
漬する工程と、前記ガラス基板に厚み20μm以下の化
学強化層を形成する工程と、一対のガラス基板により形
成される複数のセルを、前記化学強化層が形成されたガ
ラス基板を用いて作製する工程と、前記化学強化層が形
成されたガラス基板の表面にキズをつけ、切断して個々
のセルに分離する工程とを有することとした。
【0010】本発明による表示装置は、ガラス基板表面
のナトリウム原子がナトリウムよりもイオン半径が大き
い原子に置換されることにより化学強化し、機械的強度
が向上する。また、表示装置のガラスの強度を向上させ
るために、ナトリウムよりもイオン半径が大きい陽イオ
ンを持つ塩の溶液もしくは溶融液にガラス基板を浸漬す
る工程を加えるだけで良く、非常に簡便である。さらに
この方法によれば、化学強化層の厚みは浸漬時間等の調
整で簡便に行うことができ、強化した後にもガラス切断
等の加工ができるような条件で作製することが可能であ
る。
【0011】さらに、厚さ2mm以下のガラスを用いた
場合に、化学強化層の厚みを20μm以下にすることに
よって、ガラス切断等の従来工程を大幅に複雑化するこ
となく、充分な機械的強度を備える表示装置が簡便に得
られるものである。
【0012】
【発明の実施の形態】本来、ガラスは理論的にはかなり
の強度を有しているものである。しかし、実用的にはい
とも簡単に脆性破壊を起こしてしまう。その原因として
挙げられているのは、ガラス表面に引っ張り応力が存在
するため、表面に何らかの形の欠陥が分布していると、
その欠陥に応力が集中してしまい、そこが破壊開始点と
なり理論強度よりもかなり低い所で壊れてしまう。この
ようなガラスの破壊メカニズムから、風冷強化ガラス、
低膨張ガラス、高弾性率ガラス、結晶化ガラス、化学強
化ガラス等のガラスの強度向上の提案がなされている。
【0013】風冷強化ガラスはガラス表面に存在する引
っ張り応力を圧縮応力に替えることにより破壊に対する
強度を向上させるもので、具体的には700℃程度に加
熱したガラス板表面に空気ジェットを吹き付け、内部と
表面に温度差を保ったまま冷却してくると固まった状態
で温度差に応じた分だけ歪が表面に圧縮応力、内部に引
っ張り応力となって残存し、ガラスの強度を向上させ
る。この時、表面の圧縮応力は900〜1500kg/
cm2 に達し、内部の引っ張り応力は300〜500k
g/cm2 となる。実用的な強化層の厚みはガラス厚の
1/6とか100μm以上と言われている。
【0014】低膨張ガラスはガラスを加熱,冷却した際
に生じる熱応力が原因で破壊する事を改善するために考
え出されたものである。高弾性率ガラスは従来の酸化物
ガラスに結合力の強い窒素を導入し、ガラスの網目を強
化するもので、3〜5割も弾性率が向上でき強度向上が
図れる。
【0015】結晶化ガラスはガラスを再加熱処理して結
晶粒子をマトリックス中に分散させ、一種の複合材料に
したもので、破壊のクラックの進行を結晶粒子で食い止
めるものである。化学強化ガラスは風冷強化ガラスと同
様、ガラス表面に存在する引っ張り応力を圧縮応力に替
えることにより破壊に対する強度を向上させるもので、
具体的には小さいイオン半径のアルカリイオン(Liや
Na)を含んだガラスを、そのガラス転移点以下の温度
域(例えば400℃)で大きなイオン半径のアルカリ溶
融塩に浸漬することによって、ガラス表面で両者のイオ
ン交換を行わせるものである。この結果、ガラス表面層
では容積が増大し冷却後圧縮応力が存在する状態とな
る。この圧縮応力は100kg/mm2 程度が得られ
る。
【0016】これらの強化ガラスのうち、風冷強化ガラ
ス,低膨張ガラス,高弾性率ガラス,結晶化ガラスはガ
ラス組成そのものが変わったり、処理がガラス製造時に
行われるため後加工工程では実施できない等の制約があ
るため、表示装置への適応が困難である。これに対し
て、化学強化ガラスは比較的低温で処理できるため表示
装置の製造工程内に取り込むことができる。すなわち、
表示装置特有の工程(研磨工程等)を行った後でも化学
強化処理が可能で、従来の表示装置の製造工程を大きく
変更し複雑化させることがない。
【0017】また、液晶表示装置等のフラットパネルデ
ィスプレイを製造する際、大きなガラス基板に多数の表
示装置セルを作り込み、2枚の大きなガラス基板を貼り
合わせた後に、個々の表示装置セルに切断分離する工程
を採用している。この切断にはガラス表面にダイアモン
ド等の硬い刃で傷をつけ、後で加圧し破断していく方法
が一般的である。ガラスを化学強化した場合、化学強化
層が深すぎると傷が内部に伝搬しにくいので、切断分離
がうまく行かず、分離されたセル端面が直線にならな
い。
【0018】そこで、本発明は、ガラスの強化方法とし
て化学強化を選び出すとともに、化学強化工程を、切断
分離工程が従来どおり行えるように表示装置の製造工程
内に取り込んだ。すなわち、厚さ2mm以下のガラス基
板をナトリウムよりもイオン半径が大きい陽イオンを持
つ塩の溶液もしくは溶融液に浸漬し、ガラス基板表面に
厚さ20μm以下の化学強化層を形成することとした。
【0019】この方法によれば、ガラス基板表面のナト
リウム原子はナトリウムよりもイオン半径が大きい原子
に置換され化学強化が施されるため、ガラス基板の厚さ
を薄くしても、充分な強度を保つことができる。さら
に、ガラス切断等の従来工程を複雑化することもない。
【0020】ここで、ガラス基板はアルカリイオンを微
量でも含んだ材質であればよく、ソーダガラスはもちろ
んのこと鉛ガラスやホウケイ酸ガラス等も用いることが
できる。
【0021】
【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を具体
的に説明する。 (実施例1)図1は本発明による表示装置の一例を示す
概略断面図である。基本的な構成は従来の表示装置と同
一であるが、ソ−ダガラスより成るガラス基板1,4は
表面が化学強化されている。この化学強化されたガラス
基板上にSiO2 から成るナトリウムパッシベ−ション
膜2,5が形成され、さらにその上面に蒸着およびスパ
ッタリング等の方法で成膜されたITOから成る透明電
極3,6がパタ−ニング形成される。このように形成さ
れたガラス基板1とガラス基板4とを相対向させシ−ル
剤7で貼り合わせ、その間隙にSTN液晶から成る表示
材料8を封入し表示装置が形成されている。
【0022】図2に本発明による化学強化工程を取り入
れた表示装置の製造方法の概略を示す。図2(a)で厚
さ0.55mmのソ−ダガラス31が用意される。図2
(b)でこのソーダガラスを表示装置に充分な表面の平
滑性が得られるまで研磨が施される。図2(c)でソ−
ダガラスは430℃の50%KNO3 と50%KNO 2
の混合溶融塩中から成る強化溶液32中に浸され、化学
強化処理されたガラス基板33となる。このときの浸漬
時間を調整し化学強化層の厚みが表面から8μmとなる
ようにした。図2(d)でこのガラス基板上にSiO2
から成るナトリウムパッシベ−ション膜34と、蒸着ま
たはスパッタリング等の方法で成膜されたITOから成
る透明電極35が複数の表示装置の分、複数の同一パタ
−ンが形成される。図2(e)でガラス基板33と同様
に表面が化学強化処理されたガラス基板36にナトリウ
ムパッシベ−ション膜37と複数の透明電極38が形成
され、ガラス基板33とを相対向させ、シ−ル剤39で
貼り合わせ、複数のセルが同一ガラス基板で形成され
る。図2(f)でガラス基板上にダイアモンド刃で分離
したい位置に直線上の傷40をつける。その後で、傷4
0の近傍を加圧してガラスを切断分離する。個別に分離
されたセル間隙内にSTN液晶から成る表示材料を封入
し表示装置を形成する。
【0023】このようなSTN液晶表示装置では均一な
液晶層厚みを実現するため基板表面の平坦度には±0.
05μmの精度が要求される。そのためガラス表面の研
磨は必須工程となっている。しかし、原材料に最初から
強化ガラスを使用すると表面の研磨がやり難く、困難を
極める。ところが本実施例のように研磨をしてから比較
的低温で化学強化処理を行えば、簡便にガラス表面の平
滑性が得られ、その後の強化処理でもガラスのそり、う
ねりが避けられ、表示性能を落とす事なく強度が向上し
た表示装置が実現できる。
【0024】また、強化されたガラスにもかかわらず、
切断分離は従来の工程をほとんど変えることなくでき、
非常に簡便に製造できた。それでも、本実施例の表示装
置を高さ2mから落下させた所、全く破損は見られず機
械的強度に優れたものであった。
【0025】(比較例)実施例1の化学強化処理時間を
長くして、化学強化層の厚みを表面から25μmとし、
他は実施例1と同様に表示装置を作製したところ、切断
分離工程において、ガラス破断面がノコギリ状になりク
ラックも多数見られた。さらに、表示装置を高さ2mか
ら落下させたところ、クラックから破損してしまった。
【0026】(実施例2)ガラス基板を厚さ0.7mm
のソ−ダガラスにし、400℃に加熱したKNO 3 溶融
塩から成る強化溶液42に浸漬し化学強化した。このと
きの浸漬時間を調整し化学強化層の厚みを表面から15
μmとし、他は実施例1と同様に表示装置を作製したと
ころ、実施例1と同様の効果が得られた。
【0027】(実施例3)ガラス基板を厚さ1.1mm
のソ−ダガラスにし、化学強化の浸漬時間を調整して化
学強化層の厚みを表面から20μmに形成し、他は実施
例1と同様に表示装置を作製したところ、実施例1と同
様の効果が得られた。
【0028】(実施例4)ガラス基板を鉛ガラスとし、
他は実施例1と同様に表示装置を作製したところ、実施
例1と同様の効果が得られた。 (実施例5)ガラス基板をホウケイ酸ガラスとし、他は
実施例1と同様に表示装置を作製したところ、実施例1
と同様の効果が得られた。
【0029】
【発明の効果】この方法によれば、ガラス表面のナトリ
ウム原子はナトリウムよりもイオン半径が大きい原子に
置換され化学強化が施されるため、ガラス基板の厚さを
薄くしても、充分な強度を保つことができる。また、ガ
ラス基板表面の研磨後に化学強化処理ができるので、表
面粗さ精度の良い強化ガラスが簡便に得られる。
【0030】さらに、厚さ2mm以下のガラス基板を用
いた場合に、化学強化層の厚みを20μm以下に形成す
ることによって、充分な機械的強度が得られるととも
に、ガラス切断等の従来工程を複雑化することがない。
すなわち、携帯型で耐落下衝撃性が向上した表示装置が
簡便に得られる。
【0031】本発明により特に効果が得られるガラス基
板はナトリウムを多く含むソーダガラス基板である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による表示装置の断面図である。
【図2】本発明による表示装置の製造工程を示す図であ
る。
【符号の説明】
1,4,33,36 化学強化ガラス基板 31 ガラス基板 2,5,34,37 ナトリウムパッシベーション膜 3,6,35,38 透明電極 32 強化溶液

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表面に電極を形成したガラス基板と対向
    基板との間隙に表示材料を封入してなる表示装置におい
    て、 前記ガラス基板がソーダガラスであり、 前記ガラス基板の表面のナトリウム原子をナトリウム原
    子より大きい原子に置換して形成されるとともに、厚さ
    20μm以下の化学強化層と、 前記化学強化層の上に形成されたパッシベーション膜
    と、を有することを特徴とする表示装置。
  2. 【請求項2】 前記化学強化層が形成されたソーダガラ
    ス基板の表面の圧縮応力が100Kg/mm2 であるこ
    とを特徴とする請求項1記載の表示装置。
  3. 【請求項3】 ソーダガラス基板の少なくとも一方の面
    を研磨して平坦化処理する工程と、 ナトリウムよりもイオン半径が大きい陽イオンを有する
    塩の溶液または溶融塩に前記ソーダガラス基板を浸漬
    し、前記ソーダガラス基板のガラス転移点より低い温度
    で化学強化処理することにより、前記ソーダガラス基板
    の表面に20μm以下の厚みの化学強化層を設ける工程
    と、 前記ソーダガラス基板上にパッシベーション膜を設ける
    工程と、 前記ソーダガラス基板上に複数のセルを形成する工程
    と、 前記ソーダガラス基板の表面にキズを付け、切断して個
    々のセルに分離する工程と、を備えることを特徴とする
    表示装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記化学強化処理の温度が400℃〜4
    30℃であることを特徴とする請求項3に記載の表示装
    置の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記ソーダガラス基板の厚みが0.55
    mmであり、前記化学強化層の厚みが8μmであること
    を特徴とする請求項3に記載の表示装置の製造方法。
  6. 【請求項6】 前記ソーダガラス基板の厚みが0.7m
    mであり、前記化学強化層の厚みが15μmであること
    を特徴とする請求項3に記載の表示装置の製造方法。
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