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WO2016084952A1 - 液晶ディスプレイパネル - Google Patents

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Publication number
WO2016084952A1
WO2016084952A1 PCT/JP2015/083464 JP2015083464W WO2016084952A1 WO 2016084952 A1 WO2016084952 A1 WO 2016084952A1 JP 2015083464 W JP2015083464 W JP 2015083464W WO 2016084952 A1 WO2016084952 A1 WO 2016084952A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
liquid crystal
crystal display
display panel
less
alkali
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.)
Ceased
Application number
PCT/JP2015/083464
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
和孝 小野
保真 加藤
昌也 欅田
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.)
AGC Inc
Original Assignee
Asahi Glass Co Ltd
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
Priority to KR1020177014083A priority Critical patent/KR20170086529A/ko
Priority to KR1020237035340A priority patent/KR102714914B1/ko
Priority to JP2016561965A priority patent/JPWO2016084952A1/ja
Priority to KR1020247033007A priority patent/KR20240150814A/ko
Priority to CN201580064686.3A priority patent/CN107003553B/zh
Application filed by Asahi Glass Co Ltd filed Critical Asahi Glass Co Ltd
Publication of WO2016084952A1 publication Critical patent/WO2016084952A1/ja
Priority to US15/605,235 priority patent/US10386686B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Priority to US16/454,858 priority patent/US11586084B2/en
Priority to US18/147,767 priority patent/US20230142463A1/en
Priority to US18/147,787 priority patent/US20230140716A1/en
Priority to US18/433,510 priority patent/US20240176198A1/en
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    • H10D30/6729—Thin-film transistors [TFT] characterised by the electrodes
    • H10D30/673—Thin-film transistors [TFT] characterised by the electrodes characterised by the shapes, relative sizes or dispositions of the gate electrodes
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    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
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    • H10D86/40—Integrated devices formed in or on insulating or conducting substrates, e.g. formed in silicon-on-insulator [SOI] substrates or on stainless steel or glass substrates characterised by multiple TFTs
    • H10D86/60—Integrated devices formed in or on insulating or conducting substrates, e.g. formed in silicon-on-insulator [SOI] substrates or on stainless steel or glass substrates characterised by multiple TFTs wherein the TFTs are in active matrices

Definitions

  • the present invention relates to a liquid crystal display panel. Specifically, the present invention relates to a liquid crystal display panel in which a pixel array is formed on a substrate made of a predetermined alkali-free glass.
  • liquid crystal display panels are becoming larger and higher in definition, and suppression of pixel array pattern displacement due to heat treatment during the manufacturing process is one of the most important issues. Due to the demand for higher definition, the metal wiring of the semiconductor element array formed on the substrate is becoming thinner, so that the tolerance for pattern deviation is becoming smaller.
  • the pattern shift is considered to be caused by thermal contraction due to the structural relaxation of the glass substrate in the liquid crystal display panel manufacturing process.
  • the 1st method proposed in order to suppress this is to make the average coefficient of thermal expansion of glass small.
  • alkali-free glass Patent Document 1 having an average coefficient of thermal expansion at 30 to 380 ° C. of 25 ⁇ 10 ⁇ 7 to 36 ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C., average coefficient of thermal expansion at 50 to 300 ° C.
  • Patent Document 2 having a temperature of 30 ⁇ 10 ⁇ 7 to 43 ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C.
  • a glass having an average thermal expansion coefficient close to that of a-Si, p-Si, or the like formed on a glass substrate has been proposed (Patent Document 3).
  • Patent Document 1 proposes to set the strain point to 640 ° C. or higher
  • Patent Document 2 proposes to set 710 ° C. or higher and lower than 725 ° C.
  • Patent Document 3 proposes to set 680 ° C. or higher and lower than 740 ° C., respectively. .
  • Patent Documents 1 and 2 Other proposals have been made to reduce the glass density (Patent Documents 1 and 2), increase the Young's modulus (Patent Document 3), and the like in order to suppress the bending of the glass.
  • the pattern shift when the maximum temperature in the manufacturing process, such as heat treatment, is relatively low, about 200 to 450 ° C., due to the relaxation of the glass structure. In fact, when the average coefficient of thermal expansion of the substrate glass is lowered, the pattern shift may increase.
  • an object of the present invention is to suppress pattern deviation of a large-sized liquid crystal display panel having a relatively low maximum temperature in the manufacturing process.
  • the present invention is an active matrix driving type liquid crystal display panel,
  • a film made of metal is formed on at least one surface of an alkali-free glass substrate, and the resulting metal film is patterned to form a wiring film, and then a gate insulating film made of an inorganic substance is formed.
  • a liquid crystal display panel manufactured by a manufacturing process including a step of forming a film, wherein the wiring film made of the metal and the insulating film made of the inorganic substance are provided on at least one surface of the alkali-free glass substrate.
  • the present invention is an active matrix drive type liquid crystal display panel
  • the liquid crystal display panel comprises a wiring film in which a metal film made of metal is patterned on at least one surface of a non-alkali glass substrate, and a gate insulating film made of an inorganic substance.
  • the wiring film has a thickness of 0.1 ⁇ m or more
  • the insulating film has a thickness of 100 nm or more
  • the substrate has a long side of 1800 mm or more, a short side of 1500 mm or more, and a thickness of 0.5 mm or less.
  • the metal has a product of Young's modulus and thermal expansion coefficient at room temperature of 10,000 ⁇ 10 ⁇ 7 GPa / ° C.
  • the inorganic substance has an average coefficient of thermal expansion (50 ° C. to 350 ° C.) smaller than the alkali-free glass,
  • the alkali-free glass has a Young's modulus (E) of 70 to 95 GPa, an average coefficient of thermal expansion (50 ° C.
  • the present inventors have found that, in a large-sized liquid crystal display panel in which the maximum temperature of heat treatment in the manufacturing process is relatively low (for example, 450 ° C. or less), the influence of the combination of wiring film metal and insulating film derivative and substrate glass is affected. I found that it cannot be ignored.
  • the maximum temperature of the heat treatment in the manufacturing process is relatively low, it is considered that the warpage of the glass substrate is a major factor causing pattern deviation rather than the structural relaxation conventionally considered.
  • the pattern deviation is remarkably suppressed by combining the glass constituting the substrate, the metal constituting the wiring, the dielectric constituting the insulating film, and the design form of the display panel with a predetermined combination. Has been.
  • FIG. 1 (a) to 1 (c) are diagrams showing a deformation state of the glass substrate in Example 1, FIG. 1 (a) is Step 1, FIG. 1 (b) is Step 2, and FIG. 1 (c) is Step.
  • FIG. FIG. 2 simulates the warpage of a substrate when the glass prepared in the example is used as a substrate and a copper pattern with a predetermined thickness and a silicon nitride film with a predetermined thickness covering the copper pattern are formed thereon. Is a graph plotted.
  • alkali-free glass means glass that does not substantially contain alkali metal oxides such as Na 2 O and K 2 O.
  • substantially does not contain means that it is not contained except for inevitable impurities (hereinafter the same).
  • the alkali metal inevitably contained is at most about 0.1 mol%.
  • the alkali-free glass contains a predetermined amount of an alkaline earth metal oxide and the like in addition to SiO 2 and Al 2 O 3 forming the skeleton of the glass.
  • an alkaline earth metal oxide and the like in addition to SiO 2 and Al 2 O 3 forming the skeleton of the glass.
  • the content of SiO 2 is 66% or more, preferably 66.5% or more.
  • the content of SiO 2 is 74% or less, preferably 73% or less, more preferably 72% or less, and even more preferably 71% or less.
  • Al 2 O 3 has the effects of suppressing phase separation, improving the strain point, and increasing the Young's modulus. However, if the content is less than 10%, it is difficult to obtain these effects sufficiently. Therefore, the content of Al 2 O 3 is 10% or more, preferably 11% or more, more preferably 12% or more. On the other hand, when the content exceeds 15%, T 2 increases, the solubility becomes poor, and the devitrification temperature tends to increase. Therefore, the content of Al 2 O 3 is 15% or less, preferably 14% or less, and more preferably 13% or less.
  • B 2 O 3 is an essential component that has the effect of improving the solubility of the glass and lowering the devitrification temperature, but if its amount exceeds 5%, the Young's modulus is excessively reduced and the thermal expansion coefficient is low. It tends to be too low. Therefore, the content of B 2 O 3 is 5% or less, preferably 4% or less, more preferably less than 3%, more preferably 2.7% or less, further preferably 2.5% or less, more More preferably, it is 2.0% or less, and particularly preferably 1.5% or less. On the other hand, if the content is less than 0.1%, the solubility deteriorates and it becomes difficult to obtain a homogeneous glass. Therefore, the content of B 2 O 3 is 0.1% or more, preferably 0.2% or more, more preferably 0.3% or more, and further preferably 0.5% or more.
  • MgO has the effect of improving the solubility and reducing the specific gravity without excessively increasing the thermal expansion coefficient and without greatly reducing the strain point, but the content is less than 2%. The effect cannot be obtained sufficiently. Therefore, the content of MgO is 2% or more, preferably 3% or more, more preferably 4% or more. On the other hand, when the content exceeds 12%, the devitrification temperature increases. Therefore, the content of MgO is 12% or less, preferably 10% or less, more preferably 9.5% or less, and further preferably 9% or less.
  • CaO also has the effect of improving the solubility, increasing the Young's modulus, and lowering the devitrification temperature without increasing the thermal expansion coefficient too much and without greatly reducing the strain point. If it is less than 3%, the effect cannot be sufficiently obtained.
  • the content of CaO is 3% or more, preferably 4% or more, more preferably 5% or more. On the other hand, if the content exceeds 11%, the devitrification temperature becomes high, and the amount of phosphorus that is an impurity in limestone (CaCO 3 ) that is a raw material of CaO may increase. Therefore, the CaO content is 11% or less, preferably 10% or less, more preferably 9% or less, and even more preferably 8% or less.
  • SrO is not an essential component, it has the effect of improving solubility without increasing the devitrification temperature, and the content of SrO is preferably 0.1 for obtaining an effect of relatively increasing the coefficient of thermal expansion. % Or more, more preferably 1% or more, and further preferably 2% or more. On the other hand, if the content exceeds 10%, the specific gravity and the thermal expansion coefficient tend to be too high. Therefore, the SrO content is 10% or less, preferably 8% or less, more preferably 7% or less, and even more preferably 6% or less.
  • BaO is not an essential component, it has an effect of improving solubility and devitrification resistance, so it may be contained at 5% or less. However, when the amount is exceeded, the density tends to increase. It is preferably 4.5% or less, more preferably 4% or less, further preferably 1% or less, particularly preferably 0.5% or less, and most preferably not substantially contained.
  • ZrO 2 is not an essential component, it has the effects of lowering the melting temperature and promoting crystal precipitation during firing, so it may be contained at 2% or less. If the amount exceeds this amount, the devitrification resistance of the glass tends to decrease, and the relative dielectric constant ( ⁇ ) tends to increase. Preferably, it is 1.5% or less, more preferably 1% or less, still more preferably 0.5% or less, and most preferably not substantially contained.
  • the total amount (mol%) of the alkaline earth metal oxides that is, MgO, CaO, SrO and BaO is less than 15%, the Young's modulus is low and the solubility is low. Tend to get worse. Therefore, the total is preferably 15% or more, more preferably 16% or more, and further preferably 17% or more. On the other hand, if the total exceeds 21%, the thermal expansion coefficient tends to be too large. Preferably it is 20% or less, More preferably, it is 19% or less, and 18% or less is still more preferable.
  • the content satisfies the following three conditions between MgO and another alkaline earth metal.
  • the strain point can be increased, and the temperature T 4 at which the viscosity of the glass, particularly the glass viscosity becomes 10 4 dPa ⁇ s, can be lowered.
  • MgO / (MgO + CaO + SrO + BaO) is preferably 0.20 or more, more preferably 0.25 or more, further preferably 0.3 or more, particularly preferably 0.4 or more, and most preferably 0.45 or more.
  • MgO / (MgO + CaO) is 0.3 or more, more preferably 0.4 or more, further preferably 0.52 or more, particularly preferably 0.55 or more, and most preferably 0.6 or more.
  • MgO / (MgO + SrO) is 0.6 or more, more preferably 0.63 or more, and further preferably 0.65 or more.
  • Al 2 O 3 ⁇ (MgO / (MgO + CaO + SrO + BaO)) is preferably 5.5 or more. If the ratio is less than 5.5, the Young's modulus tends to be low. More preferably, it is 5.75 or more, more preferably 6 or more, and most preferably 6.25 or more.
  • the alkali-free glass of the present invention has a relationship of each component, specifically, a composition represented by mol% on the basis of oxide, 759-13.1 ⁇ SiO 2 ⁇ 7.5 ⁇ Al 2 O 3 ⁇ 15. .5 ⁇ B 2 O 3 + 9.7 ⁇ MgO + 21.8 ⁇ CaO + 27.2 ⁇ SrO + 27.9 ⁇ BaO ⁇ 0 makes the range of the thermal expansion coefficient and Young's modulus suitable for suppressing warpage. I found out.
  • the glass has an effect of improving its solubility, clarity, moldability, etc., and ZnO, Fe 2 O 3 , SO 3 , F, Cl, SnO 2 in a total amount of 2% or less,
  • the content may be preferably 1% or less, more preferably 0.5% or less.
  • the glass does not substantially contain P 2 O 5 in order not to cause deterioration of properties of a thin film such as a metal or an oxide provided on the glass plate surface. Further, in order to facilitate recycling of the glass, it is preferable that PbO, As 2 O 3 , and Sb 2 O 3 are not substantially contained.
  • the glass has an average coefficient of thermal expansion ( ⁇ ) at 50 to 350 ° C. of 45 ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C. or less. Thereby, the thermal shock resistance is large, and the productivity at the time of panel manufacture can be increased. It is preferably 42 ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C. or less, more preferably 41 ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C. or less, and further preferably 40 ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C. or less. On the other hand, if ⁇ is too small, warpage during film formation increases, and therefore, it is at least 32 ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C. 33 ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C. or higher is preferable, and 35 ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C. or higher is more preferable.
  • the glass has a Young's modulus (E) of 70 GPa or more. Due to such a high Young's modulus, the fracture toughness of the glass is high and it is suitable for a large display substrate. Preferably it is 75 GPa or more, More preferably, it is 78 GPa or more, More preferably, it is 80 GPa or more, Most preferably, it is 83 GPa or more. On the other hand, if the Young's modulus is too high, the cutting property of the glass deteriorates, so it is 95 GPa or less. Preferably it is 90 GPa or less, More preferably, it is 88 GPa or less.
  • E Young's modulus
  • ⁇ and E satisfy the following formula (1). 20 ⁇ + 7E ⁇ 1310 (1)
  • the unit of ⁇ is 10 ⁇ 7 / ° C.
  • the unit of E is GPa.
  • the glass has a temperature T 2 at which the viscosity ⁇ becomes 10 2 poise (dPa ⁇ s) of 1710 ° C. or less, and is relatively easy to melt. More preferably, it is less than 1710 degreeC, More preferably, it is 1700 degrees C or less, More preferably, it is 1690 degrees C or less.
  • the glass has a temperature T 4 at which the viscosity ⁇ becomes 10 4 poise is 1320 ° C. or less, and is suitable for float forming. More preferably, it is 1315 degrees C or less, More preferably, it is 1310 degrees C or less, More preferably, it is 1305 degrees C or less.
  • the glass has a strain point of 680 ° C. or higher, more preferably 710 ° C. or higher, and further preferably 730 ° C. or higher.
  • the glass has a glass transition point of 760 ° C. or higher, more preferably 770 ° C. or higher, and further preferably 780 ° C. or higher for the same reason as the strain point.
  • the glass has a specific gravity of 2.65 or less, more preferably 2.64 or less, and even more preferably 2.62 or less.
  • the glass has a devitrification temperature of 1350 ° C. or lower, which makes it easier to form by the float process. More preferably, it is 1340 degrees C or less, More preferably, it is 1330 degrees C or less.
  • the devitrification temperature in the present invention is such that the crushed glass particles are put in a platinum dish, subjected to heat treatment for 17 hours in an electric furnace controlled at a constant temperature, and the glass surface and the inside are observed by optical microscope observation after the heat treatment. The temperature at which crystals precipitate.
  • the glass has a photoelastic constant of 31 nm / MPa / cm or less. Due to the birefringence of the glass substrate due to stress generated during the manufacturing process of the liquid crystal display panel and the liquid crystal display device, a phenomenon in which the black display becomes gray and the contrast of the liquid crystal display decreases may be observed. This phenomenon can be suppressed by setting the photoelastic constant to 31 nm / MPa / cm or less.
  • the glass has a photoelastic constant of preferably 23 nm / MPa / cm or more, more preferably 25 nm / MPa / cm or more, considering the ease of securing other physical properties.
  • the photoelastic constant can be measured by a disk compression method.
  • the glass has a relative dielectric constant of 5.6 or more.
  • the sensing sensitivity of the touch sensor is improved, the driving voltage is reduced, From the viewpoint of power saving, it is better that the glass substrate has a higher relative dielectric constant.
  • the relative dielectric constant is 5.6 or more, the sensing sensitivity of the touch sensor is improved. More preferably, it is 5.8 or more, More preferably, it is 6.0 or more.
  • the relative dielectric constant can be measured by the method described in JIS C-2141.
  • the liquid crystal display panel of the present invention is an active matrix drive type panel having a switching element such as a TFT on the substrate made of the alkali-free glass.
  • the substrate has a long side of 1800 mm or more and a short side of 1500 mm or more.
  • the long side is 2100 mm or more and the short side is 1800 mm or more. More preferably, the long side is 2400 mm or more and the short side is 2100 mm or more.
  • the substrate has a thickness of 0.5 mm or less, preferably 0.4 mm or less, and more preferably 0.3 mm or less.
  • a long side is 3200 mm or less
  • a short side is 2900 mm or less
  • board thickness is 0.05 mm or more.
  • a wiring film made of metal and an insulating film made of an inorganic material are provided on at least one surface of the substrate.
  • the present invention suppresses the pattern shift from the viewpoint of the combination of the various characteristics of these films and alkali-free glass.
  • the wiring film constitutes a circuit pattern including a gate electrode, a gate bus line, an auxiliary capacitance wiring, an auxiliary capacitance electrode, and the like.
  • the wiring film has a thickness of 0.1 ⁇ m or more.
  • the upper limit of the thickness is not particularly limited, but is practically about 0.3 to 0.6 ⁇ m.
  • the gate bus line can be formed as a thin line having a width of about 4 to 10 ⁇ m.
  • the metal has a product of Young's modulus and thermal expansion coefficient at room temperature of 10,000 ⁇ 10 ⁇ 7 GPa / ° C. to 25,000 ⁇ 10 ⁇ 7 GPa / ° C., preferably 10,000 ⁇ 10 ⁇ 7 GPa / ° C. C. to 24,000 ⁇ 10 ⁇ 7 GPa / ° C., more preferably 10,000 ⁇ 10 ⁇ 7 GPa / ° C. to 22,000 ⁇ 10 ⁇ 7 GPa / ° C.
  • the warp of the glass substrate tends to increase after the wiring film is formed.
  • the metal examples include copper, aluminum, molybdenum, titanium, chromium, tantalum, tungsten, and alloys thereof.
  • the gate electrode may have a structure in which these metals are stacked.
  • copper, aluminum, molybdenum or an alloy thereof is used, and more preferably, copper, aluminum, or molybdenum is used.
  • the product of Young's modulus and thermal expansion coefficient at room temperature is as follows. Copper: 21,000-23,000 ⁇ 10 ⁇ 7 GPa / ° C. Aluminum: 16,000-17,000 ⁇ 10 ⁇ 7 GPa / ° C. Molybdenum: 15,000 to 17,000 ⁇ 10 ⁇ 7 GPa / ° C.
  • the substrate includes an insulating film made of an inorganic material that covers the circuit pattern.
  • the insulating film has a thickness of 100 nm or more. The upper limit of the thickness is not particularly limited, but is actually about 300 to 400 nm.
  • the inorganic substance has an average thermal expansion coefficient ( ⁇ ) of the alkali-free glass, that is, 32 ⁇ 10 ⁇ 7 to 45 ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C., and a smaller average thermal expansion coefficient (50 to 350 ° C.).
  • ⁇ average thermal expansion coefficient
  • examples of such an inorganic substance include silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, aluminum oxide, aluminum nitride, aluminum oxynitride, and the like, and these may be a single layer or a stacked structure.
  • silicon nitride, silicon oxide, or silicon oxynitride is used.
  • Silicon nitride 32 ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C
  • Silicon oxide 5.5 ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C.
  • thermal expansion coefficient of silicon oxynitride takes the above intermediate numerical value depending on the oxygen-nitrogen ratio.
  • the film stress changes by controlling the film forming conditions, and it is possible to appropriately reduce the warpage of the glass substrate by changing the film stress.
  • a metal film for a gate electrode the applied output at the time of film formation becomes too large, and the possibility of abnormal discharge increases.
  • a gate insulating film hydrogenation or the like can be used, but a transistor having desired characteristics may not be obtained. Therefore, when there are restrictions on the film forming conditions or when it is desired to further suppress the warpage, the warp can be effectively suppressed by applying the predetermined glass substrate of the present invention.
  • the metal wiring film becomes thin, so that the metal wiring film becomes thick to maintain the resistance value.
  • a circuit pattern of a metal wiring film is formed on the glass substrate, and an insulating film is formed on almost the entire surface of the glass substrate so as to cover and cover the wiring.
  • the glass substrate, the metal wiring film, and the insulating film were integrated during the heat treatment in the manufacturing process.
  • warping occurred in the state.
  • the circuit pattern of the metal wiring film is biased mainly in the vertical direction or the horizontal direction, the warp tends to be remarkable.
  • a pattern shift from the initial design position of the wiring or element is likely to occur.
  • a TFT active layer, a passivation film, a planarizing film, and the like are provided on the insulating film to form a TFT substrate.
  • the TFT substrate can be manufactured by a known manufacturing process.
  • the maximum temperature of the manufacturing process is preferably 450 ° C. or less.
  • the maximum temperature is usually the maximum temperature in the TFT active layer formation process.
  • the maximum temperature may be more preferably 400 ° C. or lower, more preferably 370 ° C. or lower, and still more preferably 350 ° C. or lower, depending on the type of semiconductor applied and the process. In consideration of the stability of the manufacturing process and TFT performance, it is preferably 200 ° C. or higher, more preferably 250 ° C. or higher, and further preferably 300 ° C.
  • the TFT may be a bottom gate type (reverse stagger type) or a top gate type (stagger type).
  • a metal film is formed at the initial stage of the TFT manufacturing process. Inverse stagger type, which often takes a process of forming an insulating film, is preferable.
  • a known material may be used for the passivation film, the planarization film, and the like.
  • the liquid crystal display panel of the present invention is an active matrix drive type liquid crystal display panel, and the liquid crystal display panel is made of, for example, an oxide semiconductor such as amorphous silicon (a-Si) or indium-gallium-zinc.
  • a-Si amorphous silicon
  • the liquid crystal display panel according to the present invention amorphous silicon (a-Si), indium-gallium-zinc oxide semiconductor, etc.
  • the maximum temperature of the manufacturing process of the liquid crystal display panel used is a low-temperature heat treatment temperature, for example, 450 ° C. or less.
  • a wiring film made of the metal and an insulating film made of the inorganic material are provided on at least one surface of the alkali-free glass substrate.
  • the TFT substrate is combined with a color filter substrate, liquid crystal molecules, a sealing material, a polarizing plate, a light guide plate, various optical films, a backlight and the like to form a liquid crystal display panel.
  • the size of the display is appropriately selected depending on the application. For example, a mobile display panel having a diagonal length of about 3 to 10 inches, a 4K television display having a diagonal length of 30 to 70 inches, and the like.
  • those having 30 inches or more are preferably 100 pixels per inch (hereinafter referred to as ppi) or more, more preferably 150 ppi or more, and further preferably 200 ppi or more.
  • ppi pixels per inch
  • 400 ppi or more is more preferable
  • 500 ppi or more is more preferable.
  • the raw materials of each component were prepared so that the glass composition became the target glass composition (unit: mol%) shown in Table 1, and melted at a temperature of 1500 to 1600 ° C. using a platinum crucible. In melting, the mixture was stirred using a platinum stirrer to homogenize the glass. Next, the molten glass was poured out, formed into a plate shape, and then slowly cooled. Various evaluation was performed using this glass plate.
  • Table 1 Examples 1 to 4 and 7 to 12 are glasses as examples of the present invention, and Examples 5 to 6 are glasses as examples for comparison. Parentheses indicate calculated values.
  • Table 1 shows the glass composition (unit: mol%), the average thermal expansion coefficient (unit: ⁇ 10 -7 / ° C) at 50 to 300 ° C, the strain point (unit: ° C), the glass transition point (unit: ° C), Specific gravity (unit: g / cm 3 ), Young's modulus (GPa) (measured by ultrasonic method), high-temperature viscosity value, temperature T 2 that is a measure of solubility (temperature at which glass viscosity ⁇ is 10 2 dPa ⁇ s) , Unit: ° C), and temperature T 4 (temperature at which glass viscosity ⁇ becomes 10 4 dPa ⁇ s, unit: ° C), devitrification temperature (unit: ° C), light
  • An elastic constant (unit: nm / MPa / cm) (measured by a disk compression method) and a relative dielectric constant (measured by the method described in JIS C-2141) are shown.
  • the deformation of the glass substrate was calculated using the finite element method.
  • the calculation was performed according to the following procedure using MARC of MSC as calculation software.
  • Step 1 the glass of Example 1 was used as a substrate having a substrate size G6 (long side 1800 mm, short side 1500 mm) and thickness 0.5 mm, and a copper film having a thickness of 200 nm was coated thereon at 200 ° C. Then, the substrate deformation when cooled to room temperature (20 ° C.) was calculated.
  • step 2 in order to simulate patterning with a width of 7 ⁇ m and a pitch of 70 ⁇ m, an anisotropy such that the Young's modulus in the end axis direction becomes 1/10 with respect to the major axis direction of the substrate at room temperature. Substrate deformation when applied to a copper film was calculated. Further, as step 3, the substrate that has been rendered anisotropic in step 2 is heated to 200 ° C., the silicon nitride film is coated with a film thickness of 200 nm, and the substrate is deformed when cooled to room temperature (20 ° C.). Calculated.
  • FIGS. 1 (a) to 1 (c) show the calculated results as a contour diagram for the glass substrate of Example 1 (Young's modulus 84 GPa, thermal expansion coefficient 39 ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C.).
  • Step 1 FIGS. 1 (a) to 1 (c)
  • Step 1 (a) the film is a concentric deformation because of an isotropic film, but in Step 2 (FIG. 1 (b)), a saddle-shaped deformation is observed due to the anisotropy of the copper film. It was. Furthermore, it was found that the deformation was reduced in Step 3 (FIG. 1C) compared to Step 2.
  • the glass of Examples 1 to 12 was used as a glass substrate having a substrate size G6 (long side 1800 mm, short side 1500 mm) and thickness 0.5 mm, and a film thickness of 200 nm, width 7 ⁇ m, and pitch 70 ⁇ m.
  • a silicon nitride film having a thickness of 200 nm is formed on the entire surface of the glass substrate so as to cover the copper pattern parallel to one direction
  • the maximum value of the warp of the substrate after the silicon nitride film is formed is It is calculated and plotted by the above method. In the figure, the warpage is smaller at the upper right and the warpage is larger at the lower left.
  • the upper right portion of the straight line is a portion corresponding to 20 ⁇ + 7E ⁇ 1300.
  • the glasses of Examples 1 to 4 and 7 to 12 that satisfy the requirements of the present invention are less warped and hardly cause pattern displacement.
  • Examples 5 and 6 that do not satisfy the glass composition and the formula (1) it is considered that the warpage is large and the pattern deviation becomes large.
  • pattern deviation is remarkably suppressed by a predetermined combination of substrate glass, wiring metal, dielectric, and display panel design.

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Abstract

　本発明は製造プロセスの最高温度が比較的低い大型液晶ディスプレイパネルのパターンずれを抑制することを目的とする。本発明は所定のサイズの、金属からなる配線膜、無機物質からなる絶縁膜及び無アルカリガラスの基板からなり、該金属の室温でのヤング率（Ｅ）と熱膨張係数（α）の積が所定範囲内、該無機物質のαが該無アルカリガラスより小さく、該無アルカリガラスは、Ｅが７０～９５ＧＰａ、αが３２×１０－７～４５×１０－７（１／℃）、Ｅとαが所定の式を満たし、さらに所定の組成を有する、液晶ディスプレイパネルに関する。

Description

液晶ディスプレイパネル
　本発明は、液晶ディスプレイパネルに関する。詳細には、所定の無アルカリガラスから成る基板上に画素アレイが形成されて成る液晶ディスプレイパネルに関する。
　近年、液晶ディスプレイパネルが大型化且つ高精細化する中にあって、製造工程中の熱処理による画素アレイのパターンずれの抑制が最重要課題の一つとなっている。高精細化の要求によって、基板上に形成される半導体素子アレイの金属配線がより細くなっているため、パターンずれの許容度がますます小さくなっている。
　パターンずれは、液晶ディスプレイパネル製造工程におけるガラス基板の構造緩和による熱収縮が原因であると考えられている。これを抑制するために提案されている第１の方法はガラスの平均熱膨張係数を小さくすることである。この方法を用いるものとして、３０～３８０℃における平均熱膨張係数が２５×１０－７～３６×１０－７／℃である無アルカリガラス（特許文献１）、５０～３００℃における平均熱膨張係数が３０×１０－７～４３×１０－７／℃である無アルカリガラス（特許文献２）が提案されている。また、平均熱膨張係数をガラス基板上に成膜されるａ－Ｓｉ、ｐ－Ｓｉ等に近くしたガラスも提案されている（特許文献３）。
　第２の方法はガラスの歪点を高くすることである。上記特許文献１は歪点を６４０℃以上とすること、特許文献２は７１０℃以上７２５℃未満とすること、特許文献３は６８０℃以上７４０℃未満とすることを、夫々、提案している。
　その他、ガラスの撓みを抑制するためにガラスの密度を低くすること（特許文献１、２）、ヤング率を高くすること（特許文献３）等が提案されている。
日本国特開２００２－３０８６４３号公報 国際公開第２０１３／１６１９０２号 日本国特開２０１４－１１８３１３号公報
　しかし、製造プロセスにおける熱処理等の最高温度が２００～４５０℃程度と比較的低い場合のパターンずれは、ガラスの構造緩和の影響では説明することが難しい。実際、基板ガラスの平均熱膨張係数を低くすると、却ってパターンずれが大きくなる場合がある。
　本発明は、このような状況に鑑み、製造プロセスの最高温度が比較的低い大型液晶ディスプレイパネルのパターンずれを抑制することを目的とする。
　本発明は、アクティブマトリクス駆動形式の液晶ディスプレイパネルであって、
　該液晶ディスプレイパネルは、無アルカリガラスの基板の少なくとも一の表面上に、金属からなる膜を成膜し、得られる金属膜をパターニングして配線膜とし、次いで無機物質からなるゲート絶縁膜を成膜する工程を含む製造プロセスで製造される液晶ディスプレイパネルであって、前記無アルカリガラスの基板の少なくとも一の表面上には、前記金属からなる配線膜と前記無機物質からなる絶縁膜とが備えられて成り、
　即ち本発明は、アクティブマトリックス駆動形式の液晶ディスプレイパネルであって、
　該液晶ディスプレイパネルは、無アルカリガラスの基板の少なくとも一の表面上に、金属からなる金属膜がパターニングされた配線膜と、無機物質からなるゲート絶縁膜とが備えられて成り、
　該配線膜は、厚さが０．１μｍ以上であり、
　該絶縁膜は、厚さが１００ｎｍ以上であり、
　該基板は長辺１８００ｍｍ以上、短辺１５００ｍｍ以上、厚さ０．５ｍｍ以下であり、
　該金属は、その室温でのヤング率と熱膨張係数の積が１０，０００×１０－７ＧＰａ／℃～２５，０００×１０－７ＧＰａ／℃であり、
　該無機物質は、該無アルカリガラスより小さい平均熱膨張係数（５０℃～３５０℃）を有し、
　該無アルカリガラスは、ヤング率（Ｅ）が７０～９５ＧＰａ、平均熱膨張係数（５０℃～３５０℃）αが３２×１０－７～４５×１０－７（１／℃）、且つ下記式（１）を満たし、
　　２０α＋７Ｅ≧１３１０　　　（１）
　及び、
　酸化物基準のモル％表示で下記組成を有する、
　ＳｉＯ２　　　　　　６６～７４、
　Ａｌ２Ｏ３　　　　　１０～１５、
　Ｂ２Ｏ３　　　　　　０．１～５、
　ＭｇＯ　　　　　　　２～１２、
　ＣａＯ　　　　　　　３～１１、
　ＳｒＯ　　　　　　　０～１０、
　ＢａＯ　　　　　　　０～５、
　ＺｒＯ２　　　　　　　０～２、
　好ましくは、酸化物基準のモル％表示で下記組成を有する、
　ＳｉＯ２　　　　　　６６～７４、
　Ａｌ２Ｏ３　　　　　１０～１５、
　Ｂ２Ｏ３　　　　　　０．１～３．０未満、
　ＭｇＯ　　　　　　　２～１０、
　ＣａＯ　　　　　　　３～１１、
　ＳｒＯ　　　　　　　０．１～１０、
　ＢａＯ　　　　　　　０～５、
　ＺｒＯ２　　　　　　　０～２、
液晶ディスプレイパネルである。
　本発明者らは、種々検討した結果、製造プロセスにおける熱処理の最高温度が比較的低い（例えば４５０℃以下）大型液晶ディスプレイパネルでは、配線膜金属及び絶縁膜誘導体と基板ガラスとの組合せの影響が無視できないことを見出した。本発明を限定する趣旨ではないが、製造プロセスにおける熱処理の最高温度が比較的低い場合、従来考慮されていた構造緩和ではなく、ガラス基板の反りがパターンずれを起こす大きな要因であると考えられる。上記本発明の液晶ディスプレイパネルは、基板を構成するガラス、配線を構成する金属、絶縁膜を構成する誘電体、及びディスプレイパネルの設計態様を所定の組合せとすることによって、パターンずれが顕著に抑制されている。
図１（ａ）～（ｃ）は、例１におけるガラス基板の変形状態を示す図であり、図１（ａ）はステップ１、図１（ｂ）はステップ２、図１（ｃ）はステップ３における変形状態をそれぞれ示す図である。 図２は、実施例で調製したガラスを基板として用い、その上に所定膜厚の銅パターン、及び該銅パターンを覆う所定膜厚の窒化ケイ素膜が形成された場合の基板の反りをシミュレーションしてプロットしたグラフである。
　最初に、本発明の液晶ディスプレイパネルにおけるガラス基板を構成する無アルカリガラスについて説明する。本発明において、「無アルカリ」ガラスとは、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ等のアルカリ金属酸化物を実質的に含有しないガラスを意味する。ここで「実質的に含有しない」とは、不可避的不純物を除き含有しないことを意味する（以下、同じ）。本発明においては、不可避的に含有されるアルカリ金属は、多くとも０．１モル％程度である。
　該無アルカリガラスは、該ガラスの骨格を形成するＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３に加え、所定量のアルカリ土類金属酸化物等を含む。先ず、これら各成分の酸化物基準での含有量について説明する。以下において、特に断りがない限り、「％」は「モル％」を意味する。
　ＳｉＯ２の含有量が６６％未満であると、歪点が充分に高くなく、熱膨張係数及び比重が高くなりすぎる傾向がある。従って、ＳｉＯ２の含有量は６６％以上であり、好ましくは６６．５％以上である。一方、含有量が７４％を超えると、ガラス粘度が１０２ポアズ（ｄＰａ・ｓ）となる温度（Ｔ２）が高くなる等、溶解性が悪くなり、失透温度が上昇し、ヤング率が低下する傾向がある。従って、ＳｉＯ２の含有量は７４％以下であり、７３％以下が好ましく、７２％以下がより好ましく、７１％以下がさらに好ましい。
　Ａｌ２Ｏ３は、分相性を抑制し、歪点を向上させ、ヤング率を高める効果があるが、その含有量が１０％未満では、これらの効果を十分に得ることが難しい。従って、Ａｌ２Ｏ３の含量は１０％以上であり、好ましくは１１％以上、より好ましくは１２％以上である。一方、含有量が１５％を超えると、Ｔ２が上昇して溶解性が悪くなり、及び失透温度も高くなる傾向がある。従って、Ａｌ２Ｏ３の含量は１５％以下であり、１４％以下が好ましく、１３％以下がより好ましい。
　Ｂ２Ｏ３はガラスの溶解性を良くし、失透温度を低下させる効果がある必須成分であるが、その量が５％超であると、ヤング率が過度に低下し且つ熱膨張係数が低くなりすぎる傾向がある。従って、Ｂ２Ｏ３の含量は５％以下であり、好ましくは４％以下、さらには３％未満であり、より好ましくは２．７％以下であり、さらに好ましくは２．５％以下、よりさらに好ましくは２．０％以下であり、特に好ましくは１．５％以下である。一方、含有量が０．１％未満であると、溶解性が悪化し、均質なガラスを得にくくなる。従って、Ｂ２Ｏ３の含量は０．１％以上であり、好ましくは０．２％以上、より好ましくは０．３％以上であり、さらに好ましくは０．５％以上である。
　ＭｇＯは、熱膨張係数を高くしすぎることなく、且つ、歪点を大きく低下することなく、溶解性を向上し、比重を低下する効果があるが、その含有量が２％未満であると該効果を十分に得られない。従って、ＭｇＯの含量は２％以上であり、好ましくは３％以上であり、より好ましくは４％以上である。一方、含有量が１２％を超えると、失透温度が高くなる。そのため、ＭｇＯの含量は１２％以下であり、１０％以下が好ましく、９．５％以下がより好ましく、９％以下がさらに好ましい。
　ＣａＯも、熱膨張係数を高くしすぎることなく、且つ、歪点を大きく低下することなく、溶解性を向上し、ヤング率を高くし、失透温度を低下する効果があり、その含有量が３％未満であると、該効果が十分に得られない。ＣａＯの含量は３％以上であり、好ましくは４％以上であり、より好ましくは５％以上である。一方、含有量が１１％を超えると、失透温度が高くなり、ＣａＯの原料である石灰石（ＣａＣＯ３）中の不純物であるリンの量が多くなるおそれがある。そのため、ＣａＯの含量は１１％以下であり、１０％以下が好ましく、９％以下がより好ましく、８％以下がさらに好ましい。
　ＳｒＯは、必須成分ではないが、失透温度を上昇させることなく溶解性を向上する効果があり、また、比較的熱膨張率を高める効果を得るにはＳｒＯの含量は、好ましくは０．１％以上であり、より好ましくは１％以上であり、さらに好ましくは２％以上である。一方、含有量が１０％を超えると、比重及び熱膨張係数を高くしすぎる傾向がある。そのため、ＳｒＯの含量は１０％以下であり、８％以下が好ましく、７％以下がより好ましく、６％以下がさらに好ましい。
　ＢａＯは必須成分ではないが、溶解性向上や耐失透性の向上の効果があるので、５％以下で含有してよい。しかし、該量を超えると、密度が増加する傾向がある。好ましくは４．５％以下であり、４％以下がより好ましく、１％以下がさらに好ましく、０．５％以下が特に好ましく、実質的に含有されないことが最も好ましい。
　ＺｒＯ２も必須成分ではないが、溶融温度を低下し、及び、焼成時の結晶析出を促進する効果があるので、２％以下で含有してもよい。該量を超えると、ガラスの耐失透性が低下し、また、比誘電率（ε）が大きくなる傾向がある。好ましくは、１．５％以下であり、１％以下がより好ましく、０．５％以下がさらに好ましく、実質的に含有されないことが最も好ましい。
　本発明の無アルカリガラスは、アルカリ土類金属酸化物、即ちＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯの合量の合計（モル％）が１５％未満であると、ヤング率が低くなり、また溶解性が悪くなる傾向がある。従って、合計が１５％以上であることが好ましく、１６％以上がより好ましく、１７％以上がさらに好ましい。一方、合計が２１％を超えては熱膨張係数が大きくなりすぎる傾向がある。好ましくは２０％以下であり、より好ましくは１９％以下であり、１８％以下がさらに好ましい。
　さらに、ＭｇＯと他のアルカリ土類金属との間で、含有量が下記３条件を満たすことが好ましい。これにより、失透温度を上昇させることなしに、歪点を高くし、さらにガラスの粘性、特にガラス粘度が１０４ｄＰａ・ｓとなる温度Ｔ４を下げることができる。
　ＭｇＯ／（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）が０．２０以上であることが好ましく、０．２５以上がより好ましく、０．３以上がさらに好ましく、０．４以上が特に好ましく、０．４５以上が最も好ましい。
　ＭｇＯ／（ＭｇＯ＋ＣａＯ）が０．３以上であり、０．４以上がより好ましく、０．５２以上がさらに好ましく、０．５５以上が特に好ましく、０．６以上が最も好ましい。
　ＭｇＯ／（ＭｇＯ＋ＳｒＯ）が０．６以上であり、０．６３以上がより好ましく、０．６５以上がさらに好ましい。
　また、好ましくはＡｌ２Ｏ３×（ＭｇＯ／（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ））が５．５以上である。該比が５．５未満であると、ヤング率が低くなる傾向がある。より好ましくは５．７５以上であり、６以上がさらに好ましく、６．２５以上が最も好ましい。
　本発明の無アルカリガラスは、各成分の関係、具体的には酸化物基準のモル％表示で表される組成が、７５９－１３．１×ＳｉＯ２－７．５×Ａｌ２Ｏ３－１５．５×Ｂ２Ｏ３＋９．７×ＭｇＯ＋２１．８×ＣａＯ＋２７．２×ＳｒＯ＋２７．９×ＢａＯ≧０であると、熱膨張率とヤング率の範囲が反りを抑制するために好適な範囲となることを見出した。
　上記各成分に加え、該ガラスは、その溶解性、清澄性、成形性等を向上する効果がある、ＺｎＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＳＯ３、Ｆ、Ｃｌ、ＳｎＯ２を総量で２％以下、好ましくは１％以下、より好ましくは０．５％以下で含有してもよい。
　一方、該ガラスは、ガラス板表面に設ける金属または酸化物等の薄膜の特性劣化を生じさせないために、Ｐ２Ｏ５を実質的に含有しないことが好ましい。さらに、ガラスのリサイクルを容易にするため、ＰｂＯ、Ａｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３を実質的に含有しないことが好ましい。
　次に、上記無アルカリガラスの諸特性について説明する。
　該ガラスは、５０～３５０℃での平均熱膨張係数（α）が４５×１０－７／℃以下である。これにより、耐熱衝撃性が大きく、パネル製造時の生産性を高くすることができる。好ましくは４２×１０－７／℃以下であり、より好ましくは４１×１０－７／℃以下、さらに好ましくは４０×１０－７／℃以下である。一方、αが小さすぎると成膜時の反りが大きくなるため、３２×１０－７／℃以上である。３３×１０－７／℃以上が好ましく、３５×１０－７／℃以上がより好ましい。
　該ガラスは、ヤング率（Ｅ）が７０ＧＰａ以上である。斯かる高いヤング率によりガラスの破壊靭性が高く、大型ディスプレイ用基板に好適である。好ましくは７５ＧＰａ以上であり、より好ましくは７８ＧＰａ以上であり、さらに好ましくは８０ＧＰａ以上であり、特に好ましくは８３ＧＰａ以上である。一方、ヤング率が高すぎるとガラスの切断性が悪化するため、９５ＧＰａ以下である。好ましくは９０ＧＰａ以下であり、より好ましくは８８ＧＰａ以下である。
　上記αとＥは、下記式（１）を満たす。
　　　２０α＋７Ｅ≧１３１０　　（１）
　ここで、αの単位は１０－７／℃、Ｅの単位はＧＰａである。上記式（１）を満たす場合、大型基板であっても加熱による反りが小さい。
　好ましくは、該ガラスは、粘度ηが１０２ポイズ（ｄＰａ・ｓ）となる温度Ｔ２が１７１０℃以下であり、これにより溶解が比較的容易である。より好ましくは１７１０℃未満であり、さらに好ましくは１７００℃以下、よりさらに好ましくは１６９０℃以下である。
　好ましくは、該ガラスは粘度ηが１０４ポイズとなる温度Ｔ４が１３２０℃以下であり、フロート成形に適する。より好ましくは１３１５℃以下であり、さらに好ましくは１３１０℃以下、よりさらに好ましくは１３０５℃以下である。
　好ましくは、該ガラスは、歪点が６８０℃以上であり、より好ましくは７１０℃以上であり、さらに好ましくは７３０℃以上である。
　好ましくは、該ガラスは、上記歪点と同様の理由で、ガラス転移点が７６０℃以上であり、より好ましくは７７０℃以上であり、さらに好ましくは７８０℃以上である。
　好ましくは、該ガラスは、比重が２．６５以下であり、より好ましくは２．６４以下であり、さらに好ましくは２．６２以下である。
　好ましくは、該ガラスは失透温度が、１３５０℃以下であり、これによりフロート法による成形がより容易となる。より好ましくは１３４０℃以下であり、さらに好ましくは１３３０℃以下である。本発明における失透温度は、白金製の皿に粉砕されたガラス粒子を入れ、一定温度に制御された電気炉中で１７時間熱処理を行い、熱処理後の光学顕微鏡観察によって、ガラスの表面及び内部に結晶が析出する温度である。
　好ましくは、該ガラスは、光弾性定数が３１ｎｍ／ＭＰａ／ｃｍ以下である。液晶ディスプレイパネル製造工程や液晶ディスプレイ装置使用時に発生した応力によってガラス基板が複屈折性を有することにより、黒の表示がグレーになり、液晶ディスプレイのコントラストが低下する現象が認められることがある。光弾性定数を３１ｎｍ／ＭＰａ／ｃｍ以下とすることにより、この現象を抑制することができる。より好ましくは３０ｎｍ／ＭＰａ／ｃｍ以下、さらに好ましくは２９ｎｍ／ＭＰａ／ｃｍ以下、よりさらに好ましくは２８．５ｎｍ／ＭＰａ／ｃｍ以下、特に好ましくは２８ｎｍ／ＭＰａ／ｃｍ以下である。また、該ガラスは、他の物性確保の容易性を考慮すると、光弾性定数が好ましくは２３ｎｍ／ＭＰａ／ｃｍ以上、より好ましくは２５ｎｍ／ＭＰａ／ｃｍ以上である。なお、光弾性定数は円盤圧縮法により測定できる。
　好ましくは、該ガラスは、比誘電率が５．６以上である。日本国特開２０１１－７００９２号公報に記載されているような、インセル型のタッチパネル（液晶ディスプレイパネル内にタッチセンサを内蔵したもの）の場合、タッチセンサのセンシング感度の向上、駆動電圧の低下、省電力化の観点から、ガラス基板の比誘電率が高いほうがよい。比誘電率を５．６以上とすることにより、タッチセンサのセンシング感度が向上する。より好ましくは５．８以上、さらに好ましくは６．０以上である。さらに液晶ディスプレイの画像の表示品質低下（クロストーク）、消費電力増大、高精細化が難しくなることの抑制を考慮すると、好ましくは７．５以下、より好ましくは７以下、さらに好ましくは６．５以下である。なお、比誘電率はＪＩＳ　Ｃ－２１４１に記載の方法で測定できる。
　本発明の液晶ディスプレイパネルは、上記無アルカリガラスからなる基板上にＴＦＴ等のスイッチング素子を備えるアクティブマトリクス駆動形式のパネルである。該基板は長辺が１８００ｍｍ以上、短辺が１５００ｍｍ以上である。好ましくは、長辺が２１００ｍｍ以上、短辺が１８００ｍｍ以上である。より好ましくは、長辺が２４００ｍｍ以上、短辺が２１００ｍｍ以上である。また、該基板は厚さが０．５ｍｍ以下であり、好ましくは０．４ｍｍ以下であり、さらに好ましくは、０．３ｍｍ以下である。該基板の各辺の上限及び厚さの下限については特に制限はないが、例えば、長辺が３２００ｍｍ以下、短辺が２９００ｍｍ以下であり、板厚は０．０５ｍｍ以上である。
　該基板上の少なくとも一の表面上には、金属からなる配線膜と無機物質からなる絶縁膜とが備えられている。本発明は、これらの膜と無アルカリガラスの諸特性の組合せの観点から、パターンずれを抑制する。
　該配線膜は、ゲート電極、ゲートバスライン、補助容量配線、補助容量電極等を含む回路パターンを構成する。該配線膜は、その厚さが０．１μｍ以上である。厚さの上限値については特に制限はないが、実際上、０．３～０．６μｍ程度である。この厚みを有する場合、ゲートバスラインを幅４～１０μｍ程度の細線として形成することが可能である。
　該金属は、その室温でのヤング率と熱膨張係数の積が１０，０００×１０－７ＧＰａ／℃～２５，０００×１０－７ＧＰａ／℃、好ましくは１０，０００×１０－７ＧＰａ／℃～２４，０００×１０－７ＧＰａ／℃、より好ましくは１０，０００×１０－７ＧＰａ／℃～２２，０００×１０－７ＧＰａ／℃である。積が前記範囲外のものは、配線膜成膜後にガラス基板の反りを増大する傾向がある。
　該金属の例としては、銅、アルミニウム、モリブデン、チタン、クロム、タンタル、タングステン、及びこれらの合金が挙げられる。ゲート電極は、これら金属が積層された構造としてもよい。好ましくは、銅、アルミニウム、モリブデン又はこれらの合金が使用され、より好ましくは銅、アルミニウム、又はモリブデンが使用される。これらの室温でのヤング率と熱膨張係数の積は以下に示すとおりである。
　銅：　２１，０００～２３，０００×１０－７ＧＰａ／℃
　アルミニウム：　１６，０００～１７，０００×１０－７ＧＰａ／℃
　モリブデン：　１５，０００～１７，０００×１０－７ＧＰａ／℃
　該基板は、上記回路パターンを覆う無機物質からなる絶縁膜を備える。該絶縁膜は、その厚さが１００ｎｍ以上である。厚さの上限値については特に制限はないが、実際上、３００～４００ｎｍ程度である。
　該無機物質は、上記無アルカリガラスの平均熱膨張係数（α）、即ち、３２×１０－７～４５×１０－７／℃、より小さい平均熱膨張係数（５０～３５０℃）を有する。このような無機物質の例としては、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウム等が挙げられ、これらを単層もしくは積層構造としてよい。好ましくは窒化シリコン、酸化シリコン、または酸窒化シリコンが使用される。これらの平均熱膨張係数は、例えば以下に示すとおりである。
　　窒化シリコン：　３２×１０－７／℃
　　酸化シリコン：　５．５×１０－７／℃
　なお、酸窒化シリコンの熱膨張率は、酸素窒素比により上記の中間の数値を取ると考えられる。
　なお、成膜条件のコントロールにより、膜応力が変化することが知られており、膜応力を変化させることにより、ガラス基板の反りを適宜低減させることは可能である。しかし、ゲート電極用の金属膜の場合には、成膜時の印加出力が大きくなりすぎ、異常放電の可能性が高くなる。また、ゲート絶縁膜の場合には、水素添加などを用いることができるが、望みの特性のトランジスタが得られない可能性がある。そこで、成膜条件に制約がある場合や、さらに反りを抑制させたい場合には、本発明の所定のガラス基板を適用することにより、反りを有効に抑制させることが可能となる。
　液晶ディスプレイパネルが高精細になると、金属配線膜は細くなることから抵抗値を維持するために金属配線膜は厚くなる。ガラス基板上に金属配線膜の回路パターンが形成され、絶縁膜が該配線の間及びその上を覆ってガラス基板のほぼ全面に形成される。このとき、ガラス基板と厚くなった金属配線膜と絶縁膜のそれぞれの熱膨張係数とヤング率の違いにより、製造工程における熱処理の際に、ガラス基板と金属配線膜と絶縁膜が一体となった状態で反りが発生することを見出した。特に金属配線膜の回路パターンが、主に縦方向または横方向のように偏っていた場合には、反りが顕著となりやすいことを見出した。ガラス基板に反りが発生すると、配線や素子の当初の設計位置からのパターンずれが発生しやすくなる。
　該絶縁膜の上側に、ＴＦＴの活性層、パシベーション膜、平坦化膜等が備えられて、ＴＦＴ基板となる。ＴＦＴ基板は、公知の製造工程により製造することができ、例えば該製造工程の最高温度が好ましくは４５０℃以下である。該最高温度は、通常、ＴＦＴの活性層形成プロセスにおける最高温度である。なお、適用される半導体の種類やプロセスによって、最高温度がより好ましくは４００℃以下、あるいはさらに好ましくは３７０℃以下、よりさらに好ましくは３５０℃以下である場合がある。また製造プロセスやＴＦＴ性能の安定性を考慮すると、好ましくは２００℃以上、より好ましくは２５０℃以上、さらに好ましくは３００℃以上である。そのような活性層用の半導体としては、例えば非晶質シリコン（ａ－Ｓｉ）、インジウム－ガリウム－亜鉛の酸化物半導体が挙げられる。該ＴＦＴはボトムゲート型（逆スタガ型）であってもトップゲート型（スタガ型）であってもよいが、本発明の効果を十分に発揮するためには、ＴＦＴ製造工程の初期に金属膜と絶縁膜を形成するプロセスを取ることが多い、逆スタガ型の方が好ましい。パシベーション膜、平坦化膜等としては、公知の材料を用いてよい。
　即ち、本発明の液晶ディスプレイパネルは、アクティブマトリクス駆動形式の液晶ディスプレイパネルであって、該液晶ディスプレイパネルは、例えば非晶質シリコン（ａ－Ｓｉ）やインジウム－ガリウム－亜鉛の酸化物半導体等のような、無アルカリガラスの基板の少なくとも一の表面上に、金属からなる膜を成膜して該金属膜をパターニングして配線膜とし、さらに無機物質からなるゲート絶縁膜を成膜する工程を含む製造プロセスで製造される液晶ディスプレイパネルである。即ち、ＬＴＰＳのような高温熱処理される製造プロセスとは異なるものであり、本発明における液晶ディスプレイパネル（非晶質シリコン（ａ－Ｓｉ）やインジウム－ガリウム－亜鉛系の酸化物半導体等をＴＦＴとして用いた液晶ディスプレイパネル）の前記製造プロセスの最高温度は低温熱処理の温度、例えば４５０℃以下である。前記無アルカリガラスの基板の少なくとも一の表面上には、前記金属からなる配線膜と前記無機物質からなる絶縁膜とが備えられて成る。
　該ＴＦＴ基板は、カラーフィルター基板、液晶分子、シール材、偏光板、導光板、各種光学フィルム、バックライト等と組み合わされて、液晶ディスプレイパネルとなる。ディスプレイのサイズは、用途に応じて適切に選択されるが、例えば対角長３～１０インチ程度のモバイルディスプレイ用のパネルや、対角長３０～７０インチの４Ｋテレビ用ディスプレイなどとなる。精細度については３０インチ以上のものでは１００ｐｉｘｅｌ　ｐｅｒ　ｉｎｃｈ（以下ｐｐｉ）以上が好ましく、１５０ｐｐｉ以上がより好ましく、２００ｐｐｉ以上がさらに好ましい。モバイルディスプレイ用途では３００ｐｐｉ以上が好ましく、４００ｐｐｉ以上がより好ましく、５００ｐｐｉ以上がさらに好ましい。
　以下、実施例および比較例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に限定されない。
　各成分の原料を、ガラス組成が表１に示す目標のガラス組成（単位：モル％）になるように調合し、白金坩堝を用いて１５００～１６００℃の温度で溶解した。溶解にあたっては、白金スターラを用い撹拌しガラスの均質化を行った。次いで溶解ガラスを流し出し、板状に成形後徐冷した。このガラス板を用いて、各種評価を行った。表１中、例１～４及び７～１２は本発明の例となるガラスであり、例５～６は比較用の例となるガラスである。カッコは計算値を示す。
　表１に、ガラス組成（単位：モル％）と５０～３００℃での平均熱膨脹係数（単位：×１０－７／℃）、歪点（単位：℃）、ガラス転移点（単位：℃）、比重（単位：ｇ／ｃｍ３）、ヤング率（ＧＰａ）（超音波法により測定）、高温粘性値として、溶解性の目安となる温度Ｔ２（ガラス粘度ηが１０２ｄＰａ・ｓとなる温度、単位：℃）、とフロート成形性およびフュージョン成形性の目安となる温度Ｔ４（ガラス粘度ηが１０４ｄＰａ・ｓとなる温度、単位：℃）、失透温度（単位：℃）、光弾性定数（単位：ｎｍ／ＭＰａ／ｃｍ）（円盤圧縮法により測定）、および、比誘電率（ＪＩＳ　Ｃ－２１４１に記載の方法により測定）を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　本発明の効果を確認するために、有限要素法を用いてガラス基板の変形を計算した。計算ソフトウェアとして、ＭＳＣ社のＭＡＲＣを用い、以下の手順で計算した。まず、ステップ１として、例１のガラスを基板サイズＧ６（長辺１８００ｍｍ、短辺１５００ｍｍ）、厚さ０．５ｍｍの基板として用い、その上に、膜厚２００ｎｍの銅膜を２００℃にてコーティングし、室温（２０℃）まで冷却した場合の基板変形を計算した。次に、ステップ２として、幅７μｍ、ピッチ７０μｍのパターニングを模擬するために、室温で、基板の長軸方向に対して、端軸方向のヤング率が１／１０となるような異方性を銅膜に与えた場合の基板変形を計算した。さらに、ステップ３として、ステップ２にて異方性を与えた基板を２００℃まで加熱し、該窒化ケイ素膜を膜厚２００ｎｍでコーティングし、室温（２０℃）まで冷却した場合の基板の変形を計算した。銅膜における銅の室温でのヤング率と熱膨張係数の積は２１，０００×１０－７～２３，０００×１０－７ＧＰａ／℃である。また、窒化ケイ素の平均熱膨張係数（５０～３５０℃）は３２×１０－７／℃であり、ガラスの平均熱膨張係数よりも小さい。
　図１（ａ）～図１（ｃ）に、例１のガラス（ヤング率８４ＧＰａ、熱膨張率が３９×１０－７／℃）の基板に対して、計算した結果をコンター図として示す。ステップ１（図１（ａ））では、当方的な膜のため同心円状の変形であるが、ステップ２（図１（ｂ））では銅膜の異方性により、鞍型の変形が見られた。さらに、ステップ３（図１（ｃ））では、ステップ２と比較して、変形が軽減されていることがわかった。
　図２は、例１～１２のガラスを、基板サイズＧ６（長辺１８００ｍｍ、短辺１５００ｍｍ）、厚さ０．５ｍｍのガラス基板として用い、その上に膜厚２００ｎｍ、幅７μｍ、及びピッチ７０μｍの一方向に平行な銅パターン相当及び該銅パターンを覆ってガラス基板全面に厚さ２００ｎｍの窒化ケイ素膜が形成されたと想定した場合の、該窒化ケイ素膜成膜後における基板の反りの最大値を上記の方法で計算し、プロットしたものである。同図において、右上程反りが小さく、左下程反りが大きい。直線の右上の部分が、２０α＋７Ｅ≧１３００に相当する部分である。同図から分かるように、本発明の要件を満たす例１～４および７～１２のガラスは、反りが小さく、パターンずれを起こし難い。一方、ガラス組成及び且つ式（１）を満たさない例５、６は反りが大きく、パターンずれが大きくなると考えられる。
　本発明を詳細に、また特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。本出願は２０１４年１１月２８日出願の日本特許出願（特願２０１４－２４１６０１）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
　本発明の液晶ディスプレイパネルは、基板ガラス、配線金属、誘電体、及びディスプレイパネルの設計態様の所定の組合せによって、パターンずれが顕著に抑制されている。

Claims (6)

  1. 　アクティブマトリクス駆動形式の液晶ディスプレイパネルであって、
    　該液晶ディスプレイパネルは、無アルカリガラスの基板の少なくとも一の表面上に、金属からなる膜を成膜し、得られる金属膜をパターニングして配線膜とし、次いで無機物質からなるゲート絶縁膜を成膜する工程を含む製造プロセスで製造される液晶ディスプレイパネルであって、前記無アルカリガラスの基板の少なくとも一の表面上には、前記金属からなる配線膜と前記無機物質からなる絶縁膜とが備えられて成り、
    　該配線膜は、厚さが０．１μｍ以上であり、
    　該絶縁膜は、厚さが１００ｎｍ以上であり、
    　該基板は長辺１８００ｍｍ以上、短辺１５００ｍｍ以上、厚さ０．５ｍｍ以下であり、
    　該金属は、その室温でのヤング率と熱膨張係数の積が１０，０００×１０－７ＧＰａ／℃～２５，０００×１０－７ＧＰａ／℃であり、
    　該無機物質は、該無アルカリガラスより小さい平均熱膨張係数（５０℃～３５０℃）を有し、
    　該無アルカリガラスは、ヤング率（Ｅ）が７０～９５ＧＰａ、平均熱膨張係数（５０℃～３５０℃）αが３２×１０－７～４５×１０－７（１／℃）、且つ下記式（１）を満たし、
    　　２０α＋７Ｅ≧１３１０　　　（１）
    　及び、
    　酸化物基準のモル％表示で下記組成を有する、
    　ＳｉＯ２　　　　　　６６～７４、
    　Ａｌ２Ｏ３　　　　　１０～１５、
    　Ｂ２Ｏ３　　　　　　０．１～５、
    　ＭｇＯ　　　　　　　２～１２、
    　ＣａＯ　　　　　　　３～１１、
    　ＳｒＯ　　　　　　　０～１０、
    　ＢａＯ　　　　　　　０～５、
    　ＺｒＯ２　　　　　　　０～２、
    液晶ディスプレイパネル。
  2. 　前記無アルカリガラスは、酸化物基準のモル％表示で表される組成が、７５９－１３．１×ＳｉＯ２－７．５×Ａｌ２Ｏ３－１５．５×Ｂ２Ｏ３＋９．７×ＭｇＯ＋２１．８×ＣａＯ＋２７．２×ＳｒＯ＋２７．９×ＢａＯ≧０の関係を満たす請求項１に記載の液晶ディスプレイパネル。
  3. 　該金属が、銅、アルミニウム、又はモリブデンである、請求項１または２に記載の液晶ディスプレイパネル。
  4. 　該無機物質が窒化シリコン、酸窒化シリコン又は酸化シリコンである、請求項１～３のいずれかに記載の液晶ディスプレイパネル。
  5. 　前記液晶ディスプレイパネルの製造プロセスの最高温度が４５０℃以下である、請求項１～４のいずれかに記載の液晶ディスプレイパネル。
  6. 　請求項１～５のいずれかに記載の液晶ディスプレイパネルに使用される、無アルカリガラスの基板。
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