JP4522872B2

JP4522872B2 - ガラス基板の修復方法

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Publication number: JP4522872B2
Application number: JP2005019766A
Authority: JP
Inventors: 喜義尾崎; 秀樹中田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2005-01-27
Filing date: 2005-01-27
Publication date: 2010-08-11
Anticipated expiration: 2025-01-27
Also published as: JP2006206372A

Description

本発明は、クラックが発生したガラス基板の修復方法に関し、より詳しくは、液晶パネル等を構成するガラス基板の修復方法に関する。

液晶表示装置は薄くて軽量であるとともに低電圧で駆動できて消費電力が少ないという長所があり、各種電子機器に広く利用されている。特に、画素（サブピクセル）毎にスイッチング素子としてＴＦＴ（Thin Film Transistor：薄膜トランジスタ）を設けたアクティブマトリクス方式の液晶表示装置は、表示品質の点でもＣＲＴ（Cathode-Ray Tube）に匹敵するほど優れているため、テレビやパーソナルコンピュータ等のディスプレイに広く使用されている。

一般的な液晶表示装置は、相互に対向して配置された２枚の基板の間に液晶を封入した構造の液晶パネルを備えている。一方の基板にはＴＦＴ等のスイッチング素子および画素電極等が形成されており、他方の基板にはコモン（共通）電極等が形成されている。以下、ＴＦＴ等のスイッチング素子および画素電極等が形成された基板を「ＴＦＴ基板」といい、コモン（共通）電極等が形成された基板を「対向基板」と呼ぶ。

ＴＦＴ基板及び対向基板は、ガラス基板を用い、洗浄、スパッタリング、パターニング及びエッチング等の工程を経て各素子や電極を設けることにより製造される。また、これらの基板を貼り合わせて液晶パネルが製造される。

このような各基板や液晶パネルの製造工程においては、ガラス基板をカセットに収納したり、クランプを用いて固定したりすることが多い。しかしながら、このような作業中にガラス基板の端部がカセットやクランプに接触することがあり、ガラス基板の端部にクラックが生じてしまうことがある。

このようなクラックは数ｍｍの長さに達することもあり、このような状態でその後の工程を実施した場合には、クラックが成長してガラス基板が破損してしまうというおそれがある。

このような問題に対して、特開平１０−１１１４９７号公報には、液晶パネルを作製した後に、ガラス基板の端面にレーザー光を照射してクラック発生部のガラスを溶解することにより、ガラス基板を修復することが記載されている。
特開平１０−１１１４９７号公報（請求項１及び２、段落番号００１８）

しかしながら、前記特開平１０−１１１４９７号公報に記載された技術では、ガラス面にレーザー光を照射するので、ガラス基板に対するエネルギーの吸収効率が悪い。したがって、クラック発生部のガラスを確実に溶解することができないことにより、ガラス基板を十分に修復できないことがあり、なお改善の余地がある。

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであって、その目的はクラックの生じたガラス基板をより確実に修復できるガラス基板の修復方法を提供することにある。

上記の問題を解決するための本発明のガラス基板の修復方法は、ガラス基板の少なくとも一方の面に修復用金属膜を形成しておき、前記ガラス基板にクラックが生じたときに、前記修復用金属膜を介してクラック発生部にレーザ光を照射してガラスを溶融し、クラックを修復するガラス基板の修復方法であって、前記ガラス基板に前記クラックが生じる前に予め、前記修復用金属膜を前記ガラス基板の縁部にかつ該ガラス基板の周囲全体にわたって形成することを特徴とする。

本発明においては、前記ガラス基板は薄膜トランジスタ形成用基板であり、前記修復用金属膜は薄膜トランジスタのゲート電極又はソース／ドレイン電極と同時に形成することが好ましい。

本発明によれば、ガラス基板のクラック発生部に修復用金属膜を介してレーザー光を照射することで、修復用金属膜がレーザー光を吸収して発熱するので、ガラスを溶融し易くなる。したがって、より確実にガラス基板を修復することが可能となる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
第１の実施形態では、ガラス基板に予め修復用金属膜を形成しておく。図１（Ａ）は、修復用金属膜が形成されたガラス基板の一例を示す平面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＩ−Ｉ線による断面図である。

修復用金属膜は、ガラス基板のクラックが生じ易い箇所に形成することが好ましい。例えば、ガラス基板は接触により端部にクラックが生じ易いので、図１（Ａ）に示すように、ガラス基板１１の縁部に修復用金属膜１２を形成しておく。

修復用金属膜は、ガラス基板の厚さ方向の両側の少なくとも一方の面に形成すればよいが、ガラス基板をより確実に修復する観点からは、図１（Ｂ）に示すように、ガラス基板１１の両面に修復用金属膜１２を形成することが好ましい。

修復用金属膜の材料としては、クラック発生部のガラスをレーザー光の照射により効率よく溶融する観点から、アルミニウム、チタン、クロム等を用いることが好ましい。

修復用金属膜は、ガラス基板上にスパッタリング法、蒸着法、電解めっき法、無電解めっき法等により金属膜を形成し、その後パターニングすることにより形成される。

修復用金属膜の膜厚は、１００ｎｍ以上であることが好ましい。修復用金属膜の厚さが１００ｎｍより薄い場合には、レーザー光が修復用金属膜を透過してしまい、ガラスを効率よく溶融し難くなる。

図１（Ａ）のように修復用金属膜１２をガラス基板１１の周囲の面に形成する場合に、修復用金属膜１２の幅は、ガラス基板１１に生じるクラックの長さを考慮して、１〜２ｍｍであることが好ましい。

本実施形態では、修復用金属膜を形成したガラス基板にクラックが生じた場合に、クラック発生部に修復用金属膜を介してレーザー光を照射し、ガラスを溶融することにより、ガラス基板を修復する。

図２（Ａ）、（Ｂ）は、ガラス基板に発生したクラックの修復方法を示す模式断面図である。図２（Ａ）に示すように、ガラス基板１１のクラックの発生部に修復用金属膜１２を介してレーザー光を照射すると、修復用金属膜１２がレーザー光を吸収して発熱し、図２（Ｂ）に示すように、この修復用金属膜１２近辺のガラスが溶融してクラックが修復される。なお、図２（Ａ）において矢印はレーザー光を示し、図２（Ｂ）において符号１１ａはレーザー光によりガラスが溶融した部分を示す。

レーザー光としては、例えば、波長１μｍのＹＡＧレーザーを用いることができ、その照射強度は、５２ｍＪ／１００μｍ²程度である。図１（Ｂ）に示すようにガラス基板１１の両面に修復用金属膜１２を形成した場合には、ガラス基板１１の両面の側からレーザー光を照射することが好ましい。

本実施形態のガラス基板の修復方法は、具体的には、液晶パネルの製造工程において用いることができる。以下、液晶パネルについて簡単に説明する。

図３は液晶パネルの１画素を示す平面図、図４は図３のＩ−Ｉ線による断面図である。

液晶パネルは、図４に示すように、相互に対向して配置されたＴＦＴ基板１１０及び対向基板１３０と、これらのＴＦＴ基板１１０及び対向基板１３０の間に封入された液晶１４０とにより構成されている。

ＴＦＴ基板１１０は、図３及び図４に示すように、ベースとなるガラス基板１１１と、ガラス基板１１１上に形成された水平方向（Ｘ方向）に延びる複数のゲートバスライン１１２、垂直方向（Ｙ方向）に延びるデータバスライン１１７、ＴＦＴ１１８及び画素電極１２１等により構成されている。また、ＴＦＴ基板１１０には、ゲートバスライン１１２と平行に配置されて画素領域の中央を横断する補助容量バスライン１１３が形成されている。ゲートバスライン１１２及びデータバスライン１１７により区画される領域は、それぞれ画素領域であり、各画素領域毎に、画素電極１２１とＴＦＴ１１８と補助容量電極１１９とが形成されている。

ゲートバスライン１１２及び補助容量バスライン１１３の上には、第１の絶縁膜（ゲート絶縁膜）１１４が形成されている。この第１の絶縁膜１１４の上の所定の領域には、ＴＦＴ１１８の活性層となる半導体膜１１５が形成されている。この半導体膜１１５の上には、チャネル保護膜１１６が形成されており、チャネル保護膜１１６の両側には、ＴＦＴ１１８のソース電極１１８ａ及びドレイン電極１１８ｂに接続されたデータバスライン１１７と、補助容量電極１１９とが形成されている。図４に示すように、補助容量電極１１９は、第１の絶縁膜１１４を挟んで補助容量バスライン１１３に対向する位置に形成されており、補助容量バスライン１１３、補助容量電極１１９及びそれらの間の第１の絶縁膜１１４により、補助容量が構成されている。

図示の液晶パネルにおいては、ゲートバスライン１１２の一部がＴＦＴ１１８のゲート電極となっており、チャネル保護膜１１６の幅方向の両側にはそれぞれＴＦＴ１１８のソース電極１１８ａ及びドレイン電極１１８ｂが配置されている。ソース電極１１８ａは第２の絶縁膜１２０に形成されたコンタクトホール１２０ａを介して画素電極１２１に電気的に接続され、ドレイン電極１１８ｂはデータバスライン１１７に電気的に接続されている。また、画素電極１２１は、第２の絶縁膜１２０に設けられたコンタクトホール１２０ｂを介して補助容量電極１１９に電気的に接続されている。さらに、画素電極１２１の上には、電界が印加されていないときの液晶分子の配向方向を決める配向膜（図示せず）が形成されている。

一方、対向基板１３０は、ベースとなるガラス基板１３１と、このガラス基板１３１の一方の面側（図４では下側）に形成されたブラックマトリクス１３２、絶縁膜１３３及びコモン電極１３４とにより構成されている。ブラックマトリクス１３２は、画素間の領域及びＴＦＴ形成領域を覆うように形成されている。また、絶縁膜１３３は、ガラス基板１３１の下側に、ブラックマトリクス１３２を覆うようにして形成されている。絶縁膜１３３の下にはコモン電極１３４が形成されており、コモン電極の下には配向膜（図示せず）が形成されている。

本実施形態のガラス基板の修復方法を上記のようなＴＦＴ基板１１０を構成するガラス基板１１１の修復に用いる場合には、修復用金属膜をゲートバスライン１１２と同時に形成することが好ましい。修復用金属膜をゲートバスライン１１２と同時に形成した場合には、新たな工程を増やすことなく修復用金属膜を形成することができる。そして、修復用金属膜及びゲートバスライン１１２を形成した後にガラス基板１１１にクラックが生じた場合には、修復用金属膜を介してクラック発生部にレーザー光を照射してクラックを修復することができ、修復用金属膜等を形成した後の工程中にクラックが進行するのを抑制することができる。

図５は、修復用金属膜とゲートバスラインとを同時に形成して作製されたＴＦＴ基板の一例を示す断面図である。なお、図５中の部材のうち図４と共通するものは、同一の符号を付して表している。

以下、このＴＦＴ基板２１０の製造方法について説明する。まず、ガラス基板１１１上に、第１の金属膜を形成し、フォトリソグラフィ法によりこの金属膜をパターニングして修復用金属膜１２２、ゲートバスライン１１２及び補助容量バスライン１１３を形成する。その後、ガラス基板１１１の上側全面に、例えばＳｉＯ₂やＳｉＮ等により第１の絶縁膜（ゲート絶縁膜）１１４を形成し、この上に、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の動作層となる第１の半導体膜（アモルファスシリコン膜又はポリシリコン膜）１１５とチャネル保護膜１１６となるＳｉＮ膜とを形成する。その後、フォトリソグラフィ法によりＳｉＮ膜をパターニングしてチャネル保護膜１１６を形成する。

次に、ガラス基板１１１の上側全面にオーミックコンタクト層となる不純物が高濃度に導入された第２の半導体膜を形成し、続けて第２の半導体膜の上に第２の金属膜を形成する。そして、フォトリソグラフィ法により第２の金属膜、第２の半導体膜及び第１の半導体膜をパターニングして、ＴＦＴ１１８の動作層（半導体膜１１５）の形状を確定するとともに、データバスライン１１７、ソース電極１１８ａ、ドレイン電極１１８ｂ及び補助容量電極１１９を形成する。

次いで、ガラス基板１１１の上側全面に絶縁膜１２０を形成し、この絶縁膜１２０の所定の位置にコンタクトホール１２０ａ及び１２０ｂを形成する。その後、ガラス基板１１１の上側全面にＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−ＴｉｎＯｘｉｄｅ）等の透明導電体からなる膜を形成する。そして、この透明導電体の膜をパターニングすることにより、コンタクトホール１２０ａを介しＴＦＴ１１８のソース電極１１８ａに電気的に接続された画素電極１２１を形成する。その後、ガラス基板１１１の上側全面にポリイミドからなる配向膜を形成することにより、ＴＦＴ基板２１０が得られる。

新たな工程を増やすことなく修復用金属膜を形成する観点からは、修復用金属膜をソース電極１１８ａ及びドレイン電極１１８ｂと同時に形成することも好ましい。図６は、このようにして作製されたＴＦＴ基板の一例を示す断面図である。なお、図６中の部材のうち図４と共通するものは、同一の符号を付して表している。ＴＦＴ基板３１０は、上記したＴＦＴ基板２１０の製造方法において、修復用金属膜１２３を、データバスライン１１７、ソース電極１１８ａ、ドレイン電極１１８ｂ及び補助容量電極１１９と同時に形成することにより得られる。

また、本実施形態のガラス基板の修復方法を上記の対向基板１３０のベースとなるガラス基板１３１の修復に用いる場合には、修復用金属膜をブラックマトリクス１３２と同時に形成することが好ましい。このような場合にも、新たな工程を増やすことなく修復用金属膜を形成することができる。

図７は、修復用金属膜とブラックマトリクスとを同時に形成して作製された対向基板の一例を示す断面図である。なお、図７中の部材のうち図４と共通するものは、同一の符号を付して表している。以下、この対向基板４１０の製造方法について説明する。

まず、ガラス基板１３１の上にＣｒ等の金属膜を形成し、この金属膜をパターニングして修復用金属膜１３５及びブラックマトリクス１３２を形成する。その後、ガラス基板１３１の上に絶縁膜１３３を形成する。カラー型液晶表示パネルを製造する場合は、絶縁膜１３３を赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）の樹脂により形成し、各画素毎に赤色、緑色及び青色のうちのいずれか１色の絶縁膜１３３を配置する。

次いで、絶縁膜１３３の上に、ＩＴＯ等の透明導電体によりコモン電極１３４を形成し、その後、コモン電極１３４の上にポリイミドからなる配向膜を形成することにより、対向基板４１０が得られる。

本実施形態のガラス基板の修復方法によれば、ＴＦＴ基板又は対向基板の製造中や液晶パネルの作製中にガラス基板にクラックが生じた場合に、その都度クラックを修復することができるので、クラックが成長してガラス基板が破損してしまうのを防ぐことができる。

また、ガラス基板の破損により塵が発生してしまうことがあり、塵が発生した場合には液晶パネル等の製造設備にエラーが生じ易く、生産能力の低下を招くことがある。しかしながら、本実施形態のガラス基板の修復方法によれば、ガラス基板の破損を防止できるので、生産能力の低下を抑制することができる。

なお、本実施形態のガラス基板の修復方法は、多様なガラス基板の修復に利用することができ、上記したような液晶パネルを構成するガラス基板の修復だけでなく、例えばプラズマディスプレイパネルや有機エレクトロルミネッセンス（有機ＥＬ）パネル等の表示パネルを構成するガラス基板の修復にも用いることができる。

（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について説明する。図８（Ａ）〜（Ｃ）は、本実施形態のガラス基板の修復方法の一例を示す平面工程図である。

本実施形態のガラス基板の修復方法は、ガラス基板２１にクラックが生じた場合に（図８（Ａ））、ガラス基板２１の少なくとも一方の面のクラック発生部に修復用金属膜２２を形成し（図８（Ｂ））、この修復用金属膜２２を介してクラック発生部にレーザー光を照射することによりガラスを溶融してクラックを修復するものである（図８（Ｃ））。なお、符号２１ａは、レーザー光によりガラス基板２１が溶融した部分を示す。

本実施形態のガラス基板の修復方法においては、レーザーＣＶＤ法を用いて修復用金属膜を形成することにより、ガラス基板を簡便に修復することができる。

レーザーＣＶＤ法は、所望の金属の有機金属ガス及びキャリアガスの供給下で、成膜したい箇所にレーザー光を照射することにより、所望の金属を堆積させて成膜する方法である。

レーザーＣＶＤ法においては、修復用金属膜を形成する金属として、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）又はクロム（Ｃｒ）等を選択することができる。また、これらの金属の有機金属ガスとしては、金属カルボニルが用いられ、例えば金属がクロムの場合にはＣｒ（Ｃｏ）₆が用いられる。

例えば、タングステンからなる修復用金属膜は、流量９０ｍｌ／ｍｉｎのキャリアガス（例えばアルゴンガス）にタングステンカルボニルガスを含ませた成膜ガスをガラス基板に供給し、波長３５５ｎｍのＹＡＧレーザー光を、照射強度をアッテネータ値で０．２〜０．４とし、３．０μｍ／ｓｅｃの走査速度で一往復照射することにより得られる。この修復用金属膜（タングステン膜）の膜厚は、約４００〜６００ｎｍである。

なお、修復用金属膜の好ましい膜厚、及び、クラック発生部のガラスの溶融のためのレーザー光の種類や照射条件は、第１の実施形態と同様である。

また、本実施形態のガラス基板の修復方法も、第１の実施形態と同様に、多様なガラス基板の修復に用いることができ、例えば、液晶パネル、プラズマディスプレイパネル、有機ＥＬパネル等の表示パネルを構成するガラス基板の修復に用いることができる。

本実施形態のガラス基板の修復方法によれば、第１の実施形態と同様に、液晶パネル等の製造中にガラス基板にクラックが生じた場合に、その都度クラックを修復することができるので、クラックが成長してガラス基板が破損してしまうのを防ぐことができる。また、本実施形態のガラス基板の修復方法も、第１の実施形態と同様に、ガラス基板の破損による塵の発生を防止できるので、生産能力の低下を抑制できるという効果がある。

以下、本発明の諸態様を、付記としてまとめて記載する。

（付記１）ガラス基板の少なくとも一方の面に修復用金属膜を形成しておき、
前記ガラス基板にクラックが生じたときに、前記修復用金属膜を介してクラック発生部にレーザー光を照射してガラスを溶融し、クラックを修復することを特徴とするガラス基板の修復方法。

（付記２）前記修復用金属膜を前記ガラス基板の縁部に形成することを特徴とする付記１に記載のガラス基板の修復方法。

（付記３）前記修復用金属膜を、スパッタリング法、蒸着法又はめっき法により形成することを特徴とする請求項１又は２に記載のガラス基板の修復方法。

（付記４）前記ガラス基板は薄膜トランジスタ形成用基板であり、前記修復用金属膜は薄膜トランジスタのゲート電極又はソース／ドレイン電極と同時に形成することを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載のガラス基板の修復方法。

（付記５）前記ガラス基板は液晶パネル用基板であり、前記修復用金属膜はブラックマトリクスと同時に形成することを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載のガラス基板の修復方法。

（付記６）前記修復用金属膜は、前記ガラス基板の両面に形成することを特徴とする付記１に記載のガラス基板の修復方法。

（付記７）クラックが生じたガラス基板の少なくとも一方の面のクラック発生部に修復用金属膜を形成する工程と、
該修復用金属膜を介して前記クラック発生部にレーザー光を照射してガラスを溶融し、クラックを修復する工程と
有することを特徴とするガラス基板の修復方法。

（付記８）前記修復用金属膜をレーザーＣＶＤ法により形成することを特徴とする付記７に記載のガラス基板の修復方法。

（付記９）前記ガラス基板が、薄膜トランジスタ形成用基板であることを特徴とする付記７又は８に記載のガラス基板の修復方法。

（付記１０）前記ガラス基板が、液晶パネル用基板であることを特徴とする付記７又は８に記載のガラス基板の修復方法。

図１（Ａ）は、修復用金属膜が形成されたガラス基板の一例を示す平面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＩ−Ｉ線による断面図である。図２は、第１の実施形態に係るガラス基板の修復方法の一例を示す模式断面図である。図３は、液晶パネルの１画素を示す平面図である。図４は、図３のＩ−Ｉ線による断面図である。図５は、修復用金属膜とゲートバスラインとを同時に形成して作製されたＴＦＴ基板の一例を示す断面図である。図６は、修復用金属膜とソース電極及びドレイン電極とを同時に形成して作製されたＴＦＴ基板の一例を示す断面図である。図７は、修復用金属膜とブラックマトリクスとを同時に形成して作製された対向基板の一例を示す断面図である。図８（Ａ）〜（Ｃ）は、第２の実施形態に係るガラス基板の修復方法の一例を示す平面工程図である。

符号の説明

１１、２１、１１１、１３１ガラス基板
１２、２２、１２２、１２３、１３５修復用金属膜
１１０、２１０、３１０ＴＦＴ基板
１１２ゲートバスライン
１１３補助容量バスライン
１１４第１の絶縁膜
１１５半導体膜
１１６チャネル保護膜
１１７データバスライン
１１８ＴＦＴ
１１８ａソース電極
１１８ｂドレイン電極
１１９補助容量電極
１２０第２の絶縁膜
１２０ａ、１２０ｂコンタクトホール
１２１画素電極
１３０、４１０対向基板
１３２ブラックマトリクス
１３３絶縁膜
１３４コモン電極
１４０液晶

Claims

ガラス基板の少なくとも一方の面に修復用金属膜を形成しておき、
前記ガラス基板にクラックが生じたときに、前記修復用金属膜を介してクラック発生部にレーザ光を照射してガラスを溶融し、クラックを修復するガラス基板の修復方法であって、
前記ガラス基板に前記クラックが生じる前に予め、前記修復用金属膜を前記ガラス基板の縁部にかつ該ガラス基板の周囲全体にわたって形成することを特徴とするガラス基板の修復方法。
前記ガラス基板は薄膜トランジスタ形成用基板であり、前記修復用金属膜は薄膜トランジスタのゲート電極又はソース／ドレイン電極と同時に形成することを特徴とする請求項１に記載のガラス基板の修復方法。
前記修復用金属膜は、アルミニウム、チタン又はクロムであることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載のガラス基板の修復方法。