CN102026743A - 柔性显示器用不锈钢箔 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够制作卷曲和弯曲后的形状复原性优良的显示器用TFT基板、并且表面平滑性高的柔性显示器用不锈钢箔，其特征在于，其厚度为20μm～200μm，表面粗糙度Ra为50nm以下，并且具有卷绕成直径为30mm的圆筒后的变形角度为10°以下的形状复原性。

Description

柔性显示器用不锈钢箔
技术领域
本发明涉及适用于电子纸、有机EL显示器等柔性显示器中使用的TFT基板的柔性显示器用不锈钢箔。
背景技术
作为显示器的新兴领域，电子书、PND(Personal Navigation Device，个人导航设备)、PDA(Personal Digital Assistants，个人数字助理)等个人携带类型的显示装置正在兴起。另外，如利用了电子纸的电子报纸那样，也在进行以与纸相同的感觉来阅读以往印刷在纸上的内容的显示装置的开发。有机EL(Electro Luminescence，电致发光)显示器或电子纸的显示基板最近受到特别关注，在通过这些显示器进行高性能的显示时，必须搭载驱动用的TFT(Thin Film Transistor，薄膜晶体管)。目前的TFT的主流是Si系的半导体材料，因为退火等而常常达到300～450℃的工艺温度，并且是在玻璃基板上制作TFT。
近年来，面对新的携带显示终端或电子纸的普及，与以往的显示器不同，要求其具有纸一样的薄、轻和柔软性，要求具有即使摔落也不会破裂的安全性。由于以往的玻璃基板无法满足上述要求，所以进行了使用有机树脂薄膜或金属箔的显示器基板的开发。
例如，电子书可以通过将电子油墨即“E Ink”和厚度为0.1～0.2mm左右的TFT基板组合来制作，上述电子油墨是在直径为50～70μm的微胶囊中封入带电的白色和黑色粒子而得到的。在由薄的透过性树脂薄膜形成的前面板上涂布透明电极和封入了白色和黑色粒子的微胶囊。在背面基板上形成TFT电路作为用于施加电压的开关。通过对前面板上的透明电极和背面基板上的电极间施加电压，胶囊朝一方凝聚，从而微胶囊内的黑白粒子能够进行黑白显示。前面板可以使用树脂薄膜，但形成TFT的背面基板由于要求耐热性和耐化学药品性等，所以基板材料的选定比较困难。
有机树脂薄膜重量轻并且柔性优良，种类也丰富。但是，在显示器用的TFT基板用途中，由于要求有经得住TFT制作工艺的化学稳定性、耐热性、耐湿性等，所以能利用的树脂有限，已研究了聚酰亚胺、PES、PEN等(参照非专利文献1、2)，但还没有能够在350℃以上的可获得良好的TFT特性的工艺下广泛利用的树脂薄膜。
有关金属箔，对耐热性和耐蚀性优良的不锈钢箔进行了作为TFT基板的研究和显示器的试制(参照非专利文献3～5)。金属箔由于是导电性的，所以当代替玻璃基板作为显示器基板使用时，必须在表面形成绝缘膜。已经进行了使用绝缘覆盖不锈钢箔作为TFT制作基板的试验(参照专利文献1)。
电子纸等显示元件的析像度取决于TFT的制作精度，所以一般对显示器用玻璃基板的表面平滑性的要求极高，例如，在原子力显微镜(AFM)下15μm见方的区域的Ra为5nm以下这种水平的规格。对于绝缘覆盖不锈钢箔来说，也要求绝缘膜表面具有高的平滑性。由于绝缘膜的厚度通常为2μm左右，所以不锈钢箔本身的表面平滑性也会影响绝缘膜表面的平滑性。因此，作为使不锈钢箔的表面变得平滑的方法，在箔压延后，通过进行光亮退火来使表面镜面化。光亮退火后的材料被称作光亮退火(BA)材，比不进行光亮退火的硬(H)材的平滑性更优良。图1中表示了SUS430的H材和BA材的表面的扫描型电子显微镜(SEM)照片、和在各自的上面形成1.5μm厚的绝缘膜后的绝缘膜表面的SEM照片。SUS430的H材上可以明显看到被称作凸纹的与压延方向平行的条纹，即使形成了1.5μm的绝缘膜，从照片也能判断其条纹的残留。有关用触针式表面粗度计测定得到的Ra，H和BA处理的不锈钢箔表面分别为61nm和15nm，绝缘膜表面的粗糙度Ra分别为28nm和11nm。可以判断BA材的平滑性比H材高，在其上面形成的绝缘膜表面的平滑性也更优良。
但是，实施了光亮退火的BA材的不锈钢箔尽管还取决于厚度，但存在形状复原性低的问题。将厚度为150μm左右的箔卷曲成直径为50mm左右的能用一只手拿住这种大小的圆筒状时，即使去除卷曲力，箔也不会恢复成平面。如果使其勉强恢复，则会成为有凹凸的面。BA材的形状复原性低的原因认为是由于退火中应力被消除而变软。作为柔性显示器用基板，卷曲后形状是否能复原是重要的。卷曲后，如果不能展平来看，则难以用作显示器。因此，柔性显示器用的TFT背面基板要求具有卷曲后的形状复原性，但至今，能同时兼顾表面平滑性和形状复原性的方法还不清楚。
专利文献
专利文献1：特开2003-247078号公报
非专利文献
非专利文献1：I-Chung et al.，Mat.Res.Soc.Symp.Proc.，664，A26.1(2001)
非专利文献2：W.A.MacDonald et al.，SID 07 Digest，p.373(2007)
非专利文献3：M.Wu and S.Wagner，Mat.Res.Soc.Symp.Proc.，664，A17.2(2001)
非专利文献4：J.Chen et al.，SID 06Digest，p.1878(2006)
非专利文献5：S.-H.Paek et al.，SID 06Digest，p.1834(2006)
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够制作卷曲和弯曲后的形状复原性优良的显示器用TFT基板、并且表面平滑性高的柔性(也称为挠性)显示器用不锈钢箔。
本发明是为了解决上述课题而完成的，其包括以下主要内容。
(1)一种柔性显示器用不锈钢箔，其特征在于，其厚度为20μm～200μm，表面粗糙度Ra为50nm以下，并且具有卷绕成直径为30mm的圆筒后的变形角度为10°以下的形状复原性。
(2)根据(1)所述的柔性显示器用不锈钢箔，其特征在于，所述不锈钢箔的0.2％屈服强度为600N/mm2以上。
(3)根据(1)或(2)所述的柔性显示器用不锈钢箔，其特征在于，所述不锈钢是铁素体系不锈钢。
根据本发明的不锈钢箔，可以得到在作为面向柔性显示器的TFT基板使用时，能够形成良好的TFT，并且卷曲和弯曲后容易恢复到原来形状的柔性显示器。
附图说明
图1是SUS430H和SUS430BA不锈钢箔表面和在其上面形成了1.7μm的硅氧烷系绝缘膜后的表面SEM照片。
图2是表示评价本发明中的不锈钢箔的柔性的方法的图。
图3是表示评价本发明中的不锈钢箔的柔性的参数即变形角度的定义的图。
具体实施方式
作为柔性显示器所必要的特性，是能够反复卷绕成能够用一只手拿住的直径为50mm左右的圆筒状，或能够经得起以翻书页时的平均的纸的曲率半径来反复弯曲，这成为柔性(也称为挠性)的指标。作为上述评价柔性的指标，本发明者等人对如下情况进行了研究：沿着各种直径的圆筒形铁芯弯曲SUS箔，去除弯曲力时不锈钢箔能够多大程度地恢复到原来形状。
其结果判明，由于当铁芯的直径大的话，则容易恢复到原来形状，所以用直径为40mm以上的铁芯难以确定薄的不锈钢箔的形状复原性的优劣。此外，在直径为20mm以下的细铁芯的试验中，比实际用途中想象的情况施加更严酷的应力，无论哪种SUS箔都难以复原形状，所以很难知晓不锈钢箔的材质和厚度的影响。
作为显示器所必要的柔性，发明者等人作了如下定义：如图2所示，将大致矩形的不锈钢箔的长度方向的一端固定于夹头上，施加力而将另一端沿着直径为30mm的圆筒形铁芯弯曲180°，由去除力后的不锈钢箔的弯曲程度来定义变形角度(°)。即，如图3所示，将矩形的长度方向的一端固定于平面上时，将另一端与平面所成的角度设定为变形角度(°)。于是发现，作为必要的柔性，该变形角度变形角度必须为10°以下。变形角度为180°的情况表示完全不能恢复形状，0°的情况表示恢复为平面。当该变形角度大于10°时，作为柔性显示器使用时，会发生弯折或形状不能复原的问题。因此，变形角度越小越好。
不锈钢箔的厚度优选为20μm～200μm，更优选为60μm～150μm。当不锈钢箔比20μm薄时，容易产生弯折或皱纹，箔的操作不现实，另一方面，当厚度超过200μm时，作为柔性显示器时变得过重，而且柔性也丧失。
不锈钢箔的表面粗糙度Ra为50nm以下，优选为25nm以下。如图1所示，不锈钢箔表面由于有10μm左右的鳞状折叠或凸纹等，所以用AFM等对狭小的区域进行粗糙度测定时，根据测定部位的不同会产生很大差异的结果。本发明中的表面粗糙度Ra是用触针式粗度计以1.25mm的扫描长度对箔的压延方向和与压延方向垂直的方向分别进行2次测定，并对合计4次测定的全部结果进行平均。当不锈钢箔的表面粗糙度Ra超过50nm时，形成绝缘膜后的绝缘膜表面的Ra变大，在TFT的布线间会发生短路。
另外，本发明的不锈钢箔的屈服强度没有特别限定，但不锈钢箔的0.2％屈服强度优选为600N/mm2以上。0.2％屈服强度(也称为屈服强度)是指在不表现屈服现象的多数金属材料的拉伸试验中，卸载时使其产生0.2％的塑性变形的应力。当0.2％屈服强度低于600N/mm2时，不锈钢箔的厚度变厚时变形角度有容易变大的倾向。屈服强度越高越好，但不锈钢的情况是，作为材料特性，1600～1700N/mm2是一般所知道的上限。
另外，本发明的不锈钢箔对于不锈钢的钢种没有特别限定，但不锈钢箔优选是铁素体系不锈钢。即，要在绝缘覆盖不锈钢箔上形成TFT时，由于绝缘覆盖膜与不锈钢箔的热膨胀系数差而容易发生绝缘覆盖膜的裂纹或剥离。不锈钢大致分为奥氏体系和铁素体系，铁素体系不锈钢的热膨胀系数为奥氏体系的三分之二，约为11×10-6/℃，具有绝缘覆盖膜的裂纹抑制效果。从该观点出发，优选为铁素体系不锈钢。
本发明的形状复原性良好的不锈钢箔可以如下制造：按照常规方法将具有各种组成的不锈钢熔炼和铸造而制成钢坯，将其加热而实施热轧，从而制成热轧钢板，根据需要对该热轧钢板进行退火，然后进行冷轧和箔压延，由此制造本发明的形状复原性良好的不锈钢箔。本发明的形状复原性良好的不锈钢箔可以不实施光亮退火(BA处理)，而通过仅有冷轧和箔压延的工序来制造。不进行光亮退火的硬(H)材由于经过加工硬化，弹性高，所以容易形状复原。以同一钢种来比较实施了光亮退火的BA材和不实施光亮退火的H材的0.2％屈服强度，钢种为SUS304时，BA材为400N/mm2左右，而H材为1000N/mm2左右。对于SUS430来说，BA材的0.2％屈服强度为300N/mm2，而H材为800N/mm2左右。这样，对于不进行光亮退火的H材来说，可以期待高的形状复原性。但是，由于不进行有助于材料的镜面化的光亮退火，所以表面的平滑性差，为了得到Ra为50nm以下的平滑性，就必须进行研磨。研磨优选抛光轮研磨，通过使用细的抛光轮可以得到镜面。
由于研磨需要花费时间和成本，所以在箔压延的精轧道次中可以使用如下的超光亮(SB)精加工的方法：使用用#1000以上抛光研磨后的平滑性高的辊在高压下进行压延，从而在不进行光亮退火的情况下成为接近镜面的精加工质量。该方法对SUS304等奥氏体系不锈钢是有效的方法。另一方面，对铁素体系不锈钢来说，由于在晶体结构上比奥氏体系柔软，所以即使如上述那样在高压下压延，辊也会陷入金属中，通过在高压下的压延得到平滑面是极其困难的。但是，在20～200μm的箔压延、更优选为50～150μm的箔压延中总压下率为70％以上，并且确保各道次的压下为20％以上，在紧接精轧道次前的道次和精轧道次中使用用#1000以上的磨粒研磨后的超硬辊，以50m/min以下的压延速度下进行压延，由此可以在不进行光亮退火的情况下得到平滑性良好的表面。
作为铁素体系不锈钢，除了SUS430以外，还可以使用C、N的浓度被降低的SUS430J1L等高纯度铁素体。通常的SUS430只有[C]≤0.12％的规定，但高纯度铁素体中，[C]≤0.025％，[N]≤0.025％。特别是，组成范围为[C]≤0.015％、[Si]≤0.50％、[Mn]≤0.50％、[P]≤0.04％、[S]≤0.03％、18.00％≤[Cr]≤20.0％、1.75％≤[Mo]≤2.25％、[N]≤0.011％、[Ti]+[Nb]≥16([C]+[N])的材料(NSSC190)由于结晶方位比SUS430和SUS430J1L更难以一致，所以被称作凸纹的压延方向的条纹花样减少，可以得到平滑性极其优良的面(SB精加工)。这里，[C]、[N]、[Si]、[Mn]、[P]、[S]、[Cr]、[Mo]、[Ti]、[Nb]分别是钢中的碳、氮、硅、锰、磷、硫、铬、钼、钛、铌的含有浓度，单位是质量％。
如上所述，从确保高的形状复原性的观点出发，使用不实施光亮退火的H材以确保一定的高屈服强度。另一方面，对于实施了光亮退火的不锈钢箔的BA材来说，由于屈服强度低，所以只有60μm以下的薄的箔才能减小变形角度，可以得到表面平滑性也良好的箔。
为了用作TFT基板，本发明的不锈钢箔上要实施绝缘覆盖。作为绝缘覆盖材料，可以列举出聚酰亚胺等耐热性高的有机树脂、硅氧烷系树脂。作为覆盖方法，可以列举出浸涂法、喷涂法、旋涂法、狭缝涂布法等。绝缘膜的膜厚尽管是越厚越具有平滑化的效果，但厚度越增加，则在TFT制作工序中越容易剥离，所以一般为1.5～3.0μm左右的覆盖。
实施例
在表1所示的实施例和比较例中，使用板厚、精加工、研磨、表面粗糙度等不同的各种不锈钢箔被切成370mm×470mm的(不锈钢箔)试验片，研究其特性。
此外，SUS是按照JIS标准(JIS G4305)的不锈钢种，NSSC190是按照申请人的公司内部标准的不锈钢种，以质量％计具有如下组成：C≤0.015％、Si≤0.50％、Mn≤0.50％、P≤0.040％、S≤0.030％、Cr 18.00-20.00％、Mo1.75-2.25％、N≤0.015％、Nb％+Ti％≥16(C％+N％)。
另外，精加工栏的H-SB是将不进行光亮退火的硬材通过高压下的压延进行高平滑化而得到的材料(SB精加工)。H是通常的硬材。BA是光亮退火材。抛光轮研磨栏表示是否使用细的抛光轮进行了镜面精加工。
表面粗糙度Ra表示对不锈钢箔本身和形成绝缘膜后的表面分别用AFM对15μm见方的区域进行测定所得到的结果。此外，绝缘膜是如下形成的：用狭缝涂布器在不锈钢箔上涂布硅氧烷系绝缘膜，在烘箱中进行热处理，从而形成厚度为1.7μm的绝缘膜。
变形角度是如图2所示那样，将未形成有绝缘膜的无垢的不锈钢箔沿着直径为30mm的圆筒形铁芯弯曲180°，根据去除力后的SUS箔的弯曲程度，如图3所示那样定义变形角度而求出的角度。
作为屈服强度，表示了未形成有绝缘膜的无垢的不锈钢箔的0.2％屈服强度。
TFT的特性如下进行评价。在不锈钢箔的试验片上形成绝缘膜后，通过CVD使SiO2成膜0.3μm，形成门电极、门绝缘层、多晶硅层。形成多晶硅层时要进行350℃的退火处理。然后，通过形成源电极和漏电极而制作尺寸为50μm×5μm的100个TFT。对370mm×470mm的不锈钢箔内形成的TFT的特性进行研究，无表面的凹凸所引起的布线间的短路的情况用◎表示，短路数为2个以下的情况用○表示，短路数为2个以上的情况用×表示。此外，无裂纹所引起的TFT不良的情况用◎表示，不良为2个以下的情况用○表示，不良为2个以上的情况用×表示。
另外，作为柔性的评价，将不锈钢箔卷绕成直径为50mm的圆筒状然后打开，将该操作重复实施100次后研究不锈钢箔的平坦度。将上述的反复卷取后的不锈钢箔放置于平坦面上时，端部的翘起为10mm以下的情况用◎表示，端部的翘起为25mm以下的情况用○表示，端部的翘起为25mm以上的情况用×表示。
有关操作性，对于370mm×470mm的不锈钢箔来说，不锈钢箔能够单独操作的情况用◎表示，如果与支撑体一起操作则不会形成弯折的情况用○表示，在固定于支撑体上或从支撑体上取下的工序中会形成弯折的情况用×表示。
Figure BPA00001256026000091
如表1所示，本发明的实施例1～11的不锈钢箔的板厚是合适的，变形角度为10°以下，形状复原性优良，表面粗糙度小，平滑性良好，使用其制作的TFT的不良极少。
与之对照，比较例1、比较例2的不锈钢箔均为BA材，屈服强度较小并且板厚大，所以变形角度大，形状复原性和平坦度差，比较例3的不锈钢箔由于箔的厚度过小而处理性差，比较例4的不锈钢箔的箔的厚度过大，变形角度大，形状复原性不足，此外，比较例5的不锈钢箔的表面粗糙度大，在TFT上会发生凹凸引起的不良。
本发明的不锈钢箔由于卷曲和弯曲后的形状复原性优良，并且表面的平滑性高，所以可以用作薄型液晶显示器、柔性显示器、有机EL显示器、电子纸等的基板。

Claims (3)

1.一种柔性显示器用不锈钢箔，其特征在于，其厚度为20μm～200μm，表面粗糙度Ra为50nm以下，并且具有卷绕成直径为30mm的圆筒后的变形角度为10°以下的形状复原性。
2.根据权利要求1所述的柔性显示器用不锈钢箔，其特征在于，所述不锈钢箔的0.2％屈服强度为600N/mm2以上。
3.根据权利要求1或2所述的柔性显示器用不锈钢箔，其特征在于，所述不锈钢是铁素体系不锈钢。
CN200980117792.8A 2008-05-16 2009-05-13 柔性显示器用不锈钢箔 Active CN102026743B (zh)

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