DE60223080T2

DE60223080T2 - Verfahren zur herstellung eines kunststoffsubstrats

Info

Publication number: DE60223080T2
Application number: DE60223080T
Authority: DE
Inventors: Seung Jun Yi; Kyung Hee Choi; Do-Hyun 1205-508 Mokdong Shinshigaji Choi; Seong Sil 305-104 Im; Byung Hyun 415-110 Byun
Original assignee: Daewoo Electronics Service Corp
Current assignee: Daewoo Electronics Service Corp
Priority date: 2001-11-29
Filing date: 2002-11-29
Publication date: 2008-07-24
Anticipated expiration: 2022-11-30
Also published as: EP1468327A4; WO2003046649A1; AU2002365532A1; CN1620629A; EP1468327A1; CN100381898C; US20050012248A1; JP2005510757A; EP1468327B1; DE60223080D1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung eines Kunststoffanzeigen-Substrats mit Barriereeigenschaften gegen Sauerstoff und Feuchtigkeit und spezieller ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffanzeigen-Substrats mit einer ultradünnen Barriereschicht, welche das Eindringen von Sauerstoff und Feuchtigkeit verhindert, indem eine Barriereschicht zur Sicherstellung der Zuverlässigkeit einer Anzeigevorrichtung gebildet und eine thermische Behandlung auf einer Oberfläche einer Barriereschicht durchgeführt wird.
STAND DER TECHNIK
Die Bedürfnisse der Gesellschaft, die sich aufgrund von Entwicklungen der Informationskommunikationstechnologie an vielfältiger Information orientiert, erhöhen den Bedarf an elektronischen Anzeigen. Die gefragten Anzeigen sind in tragbare Vorrichtungen, wie Mobiltelefon, PDA, Notebook-Computer und dergleichen, sowie in Monitor, TV usw. aufgefächert. Wenn die elektronischen Anzeigevorrichtungen auf Substraten gemäß der Anwendung der verschiedenen Arten der Vorrichtungen hergestellt werden, sind für die Substrate solche Eigenschaften wie große Größe, geringe Produktkosten, hohe Leistung, dünne Dicke und dergleichen erforderlich.
Es gibt vielfältige Arten von Substraten, die derzeit verwendet werden, wie ein Substrat aus transparentem Glas oder Quarz, ein transparentes Kunststoffsubstrat, ein Siliciumwafer-Substrat, ein Saphir-Substrat und dergleichen. Die Glas-, Quarz-, Siliciumwafer- und Saphir-Substrate dieser Substrate sind aufgrund früher eingeführter Verfahren und Apparate in großem Umfang verwendet worden. Jedoch wird viel Aufmerksamkeit auf Kunststoff substrate gerichtet, die kaum zerbrechlich, bequem tragbar, leicht und flexibel sowie einfach herzustellen sind.
Im Vergleich zu früheren Substraten, wie den zerbrechlichen Glassubstraten, ist ein Kunststoffanzeigen-Substrat kaum zerbrechlich und viel leichter. Jedoch weist das Kunststoffanzeigen-Substrat selbst das Problem auf, dass Feuchtigkeit oder Sauerstoff in der Luft leicht in das Substrat eindringen. Speziell ist die Herstellung eines Substrats, das frei vom Eindringen von Feuchtigkeit oder Sauerstoff in der Luft ist, damit es als Substrat für eine Anzeigevorrichtung verwendet werden kann, die gegen Feuchtigkeit oder Sauerstoff empfindlich ist, das zu lösende Hauptproblem.
Gemäß den Forschungsmaterialien, die von Ernst Lueder in der Universität Stuttgart, Deutschland, beim IDW (International Display Workshop) 1999, vorgetragen wurden, sollten die Feuchtigkeitpermeabilität und Sauerstoffpermeabilität, die zur Verwendung eines Kunststoffsubstrats für eine Anzeigevorrichtung erforderlich sind, bei LCDs 0,1 g/m²-Tag (Feuchtigkeit) bzw. 0,1 ml/m²·Tag (0,1 cm³/m²·Tag) (Sauerstoff) genügen. Darüber hinaus sind im Fall einer organischen Elektrolumineszenzanzeigevorrichtung, die ein Licht emittierendes Material einschließt, das für Feuchtigkeit besonders empfindlich ist, 10^–4 – 10^–6 g/m²·Tag (Feuchtigkeit) an Feuchtigkeitspermeabilität und 10^–4 – 10^–6 ml/m²·Tag (10^–4 – 10^–6 cm³/m²·Tag) (Sauerstoff) an Sauerstoffpermeabilität erforderlich, was ziemlich wenig ist.
Um das obige Problem zu überwinden, sind viele Bemühungen vorgenommen worden, um verschiedene Verfahren zur Bildung einer Barriereschicht, welche ermöglicht, das Eindringen von Sauerstoff und Feuchtigkeit zu verhindern, auf einem Kunststoffsubstrat zu untersuchen und die Materialgebiete bei dem Forschungsansatz sind hauptsächlich in drei Kategorien eingeteilt, die einen ersten Fall der Verwendung eines Polymermaterials, einen zweiten Fall der Verwendung eines anorganischen Materials und einen dritten Fall der Verwendung sowohl des Polymer- als auch des anorganischen Materials durch Mischen einschließen.
Wenn jedoch die Barriereschicht aus einer einzigen Schicht einer einzigen Art gebildet ist, ist sie nicht in der Lage, Barriereeigenschaften gegen Feuchtigkeit und Sauerstoff zu erfüllen. Deshalb werden viele Bemühungen unternommen, um ein Verfahren zur Bildung von mehrlagigen Barriereschichten oder ein Verfahren zur Bildung einer Barriereschicht, die mehrere Schichten durch abwechselnde Verwendung von Polymer und anorganischen Materialien einschließen, zu untersuchen. Im U.S. Patent Nr. 6,106,933 , das der Tatsache Aufmerksamkeit widmet, dass die Polarität von Feuchtigkeit oder Sauerstoff relativ hoch ist, wird eine Polyethylenfolie mit hydrophoben Eigenschaften, im Gegensatz zu jenen von Feuchtigkeit oder Sauerstoff, auf eine Oberfläche eines Kunststoffsubstrats laminiert, um eine Barriereschicht zu bilden. Jedoch ist das entsprechende Ergebnis für Feuchtigkeit < 1,5 g/m²·Tag und jenes für Sauerstoff ist < 45 cm³/m²·Tag. Und beide Ergebnisse erfüllen bei weitem nicht die Anforderungen an eine organische Elektrolumineszenzanzeigevorrichtung, wie 10^–4 – 10^–6 g/m²·Tag (Feuchtigkeit) und 10^–4 – 10^–6 ml/m²·Tag (10^–4 – 10^–6 cm³/m²·Tag) (Sauerstoff) zu erfüllen. Deshalb ist dringend eine Modifikation erforderlich, um eine Barriereschicht zu bilden, bei der ein hydrophobes Polymermaterial auf ein Kunststoffsubstrat laminiert ist, das als Substrat für eine organische Elektrolumineszenzanzeigevorrichtung verwendet werden kann.
Andererseits wird im Fall eines Hybrid-Typs, bei dem Polymer und anorganisches Material miteinander gemischt sind, wie im U.S. Patent Nr. 5,441,816 , U.S. Patent Nr. 5,415,921 , U.S. Patent Nr. 5,426,131 oder dergleichen, gelehrt, eine Folie hergestellt, um das Eindringen von Feuchtigkeit und Sauerstoff zu verhindern, indem man ein Material, das ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Polyvinylchlorid, Zinn-Stabilisator, Calciumstearat, Butylacrylat-Kautschuk-Pfropfcopolymer und dergleichen mit TiO₂ mischt, die gemischten Materialen aufträgt und die aufgetragenen Materialien mittels UV-Strahlen härtet.
Daneben wird im Fall der Verwendung allein einer anorganischen Substanz als Material für eine Barriereschicht gemäß dem U.S. Patent Nr. 5,508,075 , U.S. Patent Nr. 5,532,063 , IDW' 99 (von Ernst Lueder, S. 215–S. 218), 11^th FPD Manufacturing Conference, E1 Section (S. 17, Tokio, Japan), usw. ein Isoliermaterial auf Silicium-Basis, wie SiO₂, SiN_x (oder Si₃N₄), Si + SiO₂, und SiO_xN_y oder Ta₂O₅, als Material verwendet. In diesem Fall wird ein einschichtiges Material verwendet oder zwei Arten von Materialien werden abwechselnd zur Verwendung gestapelt. Speziell wird in der 11^th FPD Manufacturing Conference, E1 Section, S. 17, Tokio, Japan, eine SiO_xN_y-Schicht durch Sputtern einer Dicke von 100–200 nm als Barriereschicht gebildet. Die beste Feuchtigkeitspermeabilität der Schichten ist < 1,5 g/m²·Tag (Feuchtigkeit), was die Anforderung von 10^–4 – 10^–6 g/m²·Tag (Feuchtigkeit) nicht ausreichend erfüllt, wodurch eine Modifikation erforderlich ist.
Schließlich schließt gemäß dem U.S. Patent Nr. 5,487,940 , U.S. Patent Nr. 5,593,794 , U.S. Patent Nr. 5,607,789 und U.S. Patent Nr. 5,725,909 ein Verfahren zur Bildung einer Barriereschicht auf einem Kunststoffsubstrat, das die Verhinderung des Eindringens von Sauerstoff und Feuchtigkeit ermöglicht, die Schritte des Bildens einer Barriereschicht aus einer Schicht unter Verwendung eines anorganischen oder polymeren Materials und des Bildens einer weiteren Barriereschicht ein, wobei abwechselnd ein anorganisches oder Polymermaterial verwendet wird. Speziell umfasst das Verfahren die Schritte des Bildens einer Polymer- (oder einer anorganischen) Schicht, des Bildens einer anorganischen (oder Polymer-) Schicht auf der Polymerschicht und der Wiederholung oder mehrmaligen Wiederholung der vorangehenden Schritte, um eine Barriereschicht aus mehreren Schichten zu bilden. In diesem Fall wird die Polymerschicht durch Flüssigphasendruck, Tauchen oder Polymerisation durch Abscheiden von Monomeren eines Polymers gebildet, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus vernetztem Acrylat-Polymer, mit Aldehyd vernetztem Polyvinylalkohol, Polyfluorkohlenstoff-Polymer usw.
In der JP 1011499 A werden Barriereschichten auf Silicium-Basis auf jeder Seite eines Kunststoffsubstrats gebildet. Das Material wird dann bei einer Temperatur von ±30°C bezüglich der Glasübergangstemperatur des Kunststoffsubstrats erwärmt. Diese Merkmale, die in Kombination aus der JP 1011499 A bekannt sind, sind im Oberbegriff des beigefügten Anspruchs 1 eingeschlossen.
Im Fall der Bildung einer Barriereschicht mit 1,02 μm (0,04 Mil) vernetztem Polyvinylalkohol auf einer Polypropylen-Folie gemäß dem U.S. Patent Nr. 5,487,940 , war die Permeabilität (3,1 × 10^–5 ml/cm²·Tag) (0,02 cm³/100 in²·Tag), mit der Sauerstoff das Substrat durchdringt, um das Dreißigfache gegenüber jener (> 0,23 ml/cm²·Tag (> 150 cm³/100 in²·Tag) im Fall ohne Bildung der Barriereschicht verringert. Darüber hinaus ist das anorganische Material, das als Barriereschichtmaterial verwendet wird, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus SiO₂, Al₂O₃, SiN_x, Metall, wie Al und dergleichen, einer Glasmischung (SnO:SnF₂:PbO: P₂O₅ = 32:37:8:23) usw. Speziell erhält man im Fall der Bildung von mindestens drei abwechselnden Barriereschichten unter Verwendung von Fluorkohlenstoff-Polymer mit hydrophober Eigenschaft als Polymermaterial und SiN_x oder SiO₂ als anorganischem Material gemäß dem U.S. Patent Nr. 5,593,794 (Polymer/SiN_x) × 3 < 0,01 ml/cm²·Tag (< 8 cm³/100 in²·Tag), aber (Polymer/SiO₂) × 3 liefert < 0,37 ml/cm² Tag (< 240 cm³/100 in² Tag). Demgemäß weist SiN_x eine Feuchtigkeitspenetrations-verhindernde Eigenschaft auf, die etwa 30-mal höher ist als jene von SiO₂. Im Vergleich zum Fall der Bildung der Barriereschicht unter Verwendung der Hybrid-Schicht oder nur des Polymers oder der anorganischen Schicht besitzt der Fall der Verwendung derartiger Multischichten relativ gute Eigenschaften, aber das Erfordernis, eine Mehrzahl von Schichten unter Verwendung von anorganischem und Polymermaterial abwechselnd zu bilden, erhöht die Produktkosten aufgrund der verlängerten Bildungszeit.
Demgemäß ist, um den Fall auf die praktische Massenproduktion anzuwenden, ein Schema der deutlichen Verringerung der Bildungszeit oder des Erbringens einer maximalen Wirkung mit einer minimalen Schicht erforderlich.
Wie in der obigen Erklärung erwähnt, hat lediglich der Fall der Stapelung der Barriereschichten durch mindestens dreimalige Wiederholung der jeweiligen Schichten unter abwechselnder Verwendung des Polymers und der anorganischen Schichten (speziell isolierender Materialien auf Metall- oder Silicium-Basis) die ausgezeichneten penetrationsverhindernden Eigenschaften gegenüber Feuchtigkeit und Sauerstoff zum Ergebnis. Je mehr Schichten gestapelt werden, desto mehr nehmen die penetrationsverhütenden Eigenschaften zu. Jedoch ist die Bildungszeit verlängert, was die Produktkosten ebenfalls erhöht.
Leider weist das Kunststoffsubstrat mit der Barriereschicht gemäß dem verwandten Stand der Technik die folgenden Probleme auf.
Um Feuchtigkeit oder Sauerstoff, die durch ein Kunststoffsubstrat dringen, vollständig auszuschalten, sollte das Stapeln von Harz und anorganischen Schichten mindestens dreimal wiederholt werden. Insbesondere wird die erforderliche Feuchtigkeitspermeabilität nicht erreicht, falls nicht eine Metallkomponente als anorganische Schicht verwendet wird. Da das Substrat für die Verwendung als Anzeigesubstrat transparent sein sollte, kann dieses Verfahren nicht auf die Herstellung des Kunststoffsubstrats angewendet werden. Darüber hinaus nimmt, um die Barriereschicht der mehrfach gestapelten Struktur zu bilden, die Verfahrenszeit zu, wird das Verfahren kompliziert und nehmen die Produktionskosten zu.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Demgemäß ist die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffsubstrats gerichtet, das im Wesentlichen eines oder mehrere der Probleme aufgrund von Beschränkungen und Nachteilen des Standes der Technik überwindet.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines transparenten Kunststoffanzeigesubstrats mit einer Barriereschicht geringer Dicke bereitzustellen, welche ermöglicht, dass die Penetration von Sauerstoff und Feuchtigkeit verhütet wird, ohne eine Beschädigung auf einem Substrat zu verursachen, indem eine Barriereschicht aus isolierendem Material auf Silicium-Basis gebildet wird und lokal eine Wärmebehandlung auf einer Oberfläche der Barriereschicht bei der Herstellung eines Kunststoffsubstrats durchgeführt wird, welches für eine organische Elektrolumineszenzanzeige-Vorrichtung verwendbar ist.
Zusätzliche Vorteile und Merkmale der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung aufgeführt und werden teilweise aus der Beschreibung ersichtlich oder können anhand der Durchführung der Erfindung gelernt werden. Die Ziele und andere Vorteile der Erfindung werden durch die Struktur, auf die speziell in der schriftlichen Beschreibung und deren Ansprüchen sowie den beigefügten Zeichnungen hingewiesen wird, verwirklicht und erreicht.
Um diese und andere Vorteile zu erzielen und gemäß dem Zweck der vorliegenden Erfindung, wie ausgeführt und breit beschrieben, umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffanzeigen-Subtrats die Schritte, die in Anspruch 1 definiert sind.
Bevorzugte Entwicklungen sind in den beigefügten abhängigen Ansprüchen definiert.
Es versteht sich, dass sowohl die vorangehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende detaillierte Beschreibung beispielhaft und erklärend sind und eine weitere Erklärung der Erfindung, wie beansprucht, liefern sollen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die begleitenden Zeichnungen, die eingeschlossen werden, um für ein weiteres Verständnis der Erfindung zu sorgen, und die in dieser Beschreibung eingeschlossen sind und einen Teil derselben ausmachen, veranschaulichen Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erklären.
In den Zeichnungen veranschaulicht:
1 eine Schnittansicht eines Kunststoffanzeigen-Substrats gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ein schematisches Diagramm einer Laser-Glühvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 eine Schnittansicht eines Kunststoffanzeigen-Substrats gemäß der vorliegenden Erfindung;
4 eine Schnittansicht eines Kunststoffanzeigen-Substrats gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
5 ein Diagramm einer Bindungsstruktur einer Siliciumnitrid-Schicht als Barriereschicht, die ein Isoliermaterial auf Silicium-Basis verwendet.
BESTE WEISE ZUR DURCHFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Nun wird in Einzelheiten auf die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung Bezug genommen, von denen Beispiele in den begleitenden Zeichnungen veranschaulicht sind.
1 veranschaulicht eine Schnittansicht eines Kunststoffanzeigen-Substrats gemäß der vorliegenden Erfindung.
Mit Bezug auf 1a wird eine dünne Barriereschicht 30 aus einem Isoliermaterial auf Silicium-Basis, welche ermöglicht, dass die Penetration von äußerem Sauerstoff und äußerer Feuchtigkeit verhindert wird, auf einem transparenten Kunststoffsubstrat 20 gebildet. Die Barriereschicht 30 umfasst eine einzige Schicht oder mehrere Schichten, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus einer Siliciumoxynitrid-Schicht (SiO_xN_y) und einer Siliciumnitrid-Schicht (Si₃N₄ oder SiN_x), und wird mit einer anfänglichen Dicke d1 von 100–10.000 Å und mehr bevorzugt von 100–3000 Å gebildet. Die Barriereschicht 30 wird durch chemische Dampfabscheidung, Sputtern, Elektronenstrahl oder dergleichen gebildet.
Wenn die Barriereschicht 30 durch chemische Dampfabscheidung mit dem Isoliermaterial auf Silicium-Basis gebildet wird, beträgt die Abscheidungstemperatur der Schicht 25–300°C; ein Inertgas wird als Trägergas verwendet, SiN_x verwendet SiH₄, NH₃ und N₂ als reaktive Gase und SiO_xN_y verwendet SiH₄, N₂O, NH₃ und N₂ als reaktive Gase. Wenn die Barriereschicht 30 mit einem Isoliermaterial auf Silicium-Basis durch Sputtern gebildet wird, beträgt die Abscheidungstemperatur 25–300°C; ein Inertgas wird als Sputtergas verwendet und SiN_x und SiO_xN_y verwenden Si₃N₄ bzw. SiON-Targets. Wenn das reaktive Sputtern verwendet wird, wird ein Silicium-Target verwendet, und ein reaktives Gas sowie ein Sputtergas aus Inertgas werden injiziert. Wenn SiN_x abgeschieden wird, wird N₂ injiziert. Wenn SiO_xN_y abgeschieden wird, werden O₂- und N₂-Gas injiziert.
Das Kunststoffsubstrat ist aus einem transparentem Material gebildet, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyethersulfon (PES), Polyethylenterephthalat (PET), Polycarbonat (PC), Polyethylen (PE), Polyethylennaphthenat (PEN), Polyolefin, Polystyrol (PS), Polyvinylchlorid (PVC), Polyester, Polyamid, Polynorbornen (PNB), Polyimid (PI), Polyarylat (PAR) und dergleichen.
Das Material auf Silicum-Basis zur Bildung der Barriereschicht 30 ist Siliciumoxynitrid (SiO_xN_y) oder Siliciumnitrid (Si₃N₄ oder SiN_x). Daher wird die Barriereschicht 30 aus einer einzigen Schicht oder mehreren Schichten mit mindestens zwei Schichten gebildet, welche aus den Isoliermaterialien ausgewählt ist oder sind. Darüber hinaus werden das anorganische Isoliermaterial auf Silicium-Basis, Harz und das anorganische Isoliermaterial auf Silicium-Basis nacheinander übereinander gestapelt, um die Barriereschicht 30 zu bilden.
Anderenfalls werden das Harz, das anorganische Isoliermaterial auf Silicium-Basis und das Harz nacheinander übereinander gestapelt, um die Barriereschicht 30 zu bilden.
Eine gestapelte Struktur aus drei Schichten, die eine Harzschicht, ein anorganisches Isoliermaterial auf Silicium-Basis und eine Harzschicht umfassen, werden nacheinander übereinander gestapelt, um eine Mehrzahl der gestapelten Strukturen aus drei Schichten zu bilden, welche die Schichten aus Harz, anorganischem Isoliermaterial auf Silicium-Basis und Harz umfassen.
Die Barriereschicht 30 kann auf der Unterseite des transparenten Kunststoffsubstrats 20 sowie auf der Oberseite des transparenten Kunststoffsubstrats 20 (in der Zeichnung nicht gezeigt) gebildet werden.
Mit Bezug auf 1b wird eine Wärmebehandlung durchgeführt, um die Defekte der Barriereschicht 30 zu beseitigen. Da die Barriereschicht 30 durch chemische Dampfabscheidung, Elektronenstrahlabscheidung oder Sputtern anstelle von thermischem Wachstum gestapelt ist, wird eine Mehrzahl von unvollständigen Bindungen zwischen Silicium und Sauerstoff oder Stickstoff erzeugt. Eine Vielzahl von nicht abgesättigten Bindungen, die aus den unvollständigen Bindungen erzeugt wurden, und Porosität führen zu den Defekten der Barriereschicht 30. Das heißt, die Defekte der Barriereschicht 30 liefern die Wege, durch welche Sauerstoff und Feuchtigkeit eindringen.
Deshalb sollten die Defekte durch eine Wärmebehandlung beseitigt werden.
Die Glühtemperatur, um die Defekte der aus der Verbindung auf Silicium-Basis bestehenden Barriereschicht 30 zu beseitigen, beträgt etwa 700–1100°C. Da es unmöglich ist, das Kunststoffsubstrat zu glühen, welches bei der Glühtemperatur nicht stabil ist, wird eine lokale Wärmebehandlung auf lediglich der Oberfläche der Barriereschicht durchgeführt, wobei ein Excimer-Laser verwendet wird, um das Substrat nicht zu beschädigen.
Die Wärmebehandlung der Barriereschicht 30 wird mit einem Ar₂-, Kr₂-, Xe₂-, ArF-, KrF-, XeCl- oder F₂-Excimer-Laser durchgeführt. Tabelle 1 zeigt Wellenlängen der jeweiligen Excimer-Laser.
In diesem Fall beträgt die Glühleistung des Excimer-Lasers 10–2000 mJ/cm², und die Umgebungstemperatur liegt unter 300°C. Die Momentantemperatur des Glühens der Barriereschicht 30 beträgt mindestens 700°C. Daneben ist die Zahl der Glühvorgänge mindestens 1 oder mehr, falls erforderlich.
Bei dem oben erklärten Glühen wird ein Puls-Excimer-Laser, ein Excimer-Laser mit kontinuierlicher Wellenoszillation, ein Feststoff-Puls-Laser oder ein Feststofflaser mit kontinuierlicher Wellenoszillation zur Verwendung ausgewählt. Wenn z. B. eine Siliciumnitrid-Schicht (Si₃N₄ oder SiN_X) für eine Barriereschicht verwendet wird, ist ein ArF-Puls-Excimer-Laser zur Durchführung der lokalen Wärmebehandlung auf einer Oberfläche der Barriereschicht ohne Verursachung eines Schadens auf dem Substrat geeignet. Der Absorptionskoeffizient der Siliciumnitrid-Schicht für den ArF-Laser, welcher gemäß den Abscheidungsbedingungen variiert, beträgt etwa 10⁵ cm^–1, mindestens 70% der Energie des ArF-Lasers werden innerhalb von 2000 Å von der Oberfläche absorbiert und die Pulsbreite des ArF-Excimer-Lasers beträgt mehrere zehn Nanosekunden.
Daher wird die Temperatur der Oberflächenschicht momentan auf mindestens 700°C erhöht, ohne einen Schaden auf dem Substrat zu bewirken.
Nach dem Glühen weist die Barriereschicht 30 eine hoch verdichtete homogene Schicht 40 mit einer Netzwerkstruktur auf, die aus Silicium-Sauerstoff- oder Silicium-Stickstoff-Bindungen besteht. Die Porosität und der an die nicht abgesättigten Bindungen gebundene Wasserstoffgehalt der hoch verdichteten Schicht 40 sind minimiert. Die Dicke d2 der gebildeten hoch verdichteten homogenen Schicht 40 beträgt nach dem Glühen etwa 10–2000 Å. Da die Netzwerkstruktur erzielt wird und der Wasserstoffgehalt verringert ist, wird die Penetration von Feuchtigkeit und Sauerstoff durch das transparente Kunststoffsubstrat 20 von der Außenseite her verringert. Deshalb wird die Verschlechterung einer Anzeigevorrichtung unter Verwendung dieses Substrats verringert. [Tabelle 1]

Excimer-Laser Wellenlänge

Ar₂ 126 nm

Kr₂ 146 nm

Xe₂ 172 nm

ArF 193 nm

XeF 351 nm

KrF 250 nm

XeCl 308 nm

F₂ 157 nm
2 veranschaulicht ein schematisches Diagramm eines Laser-Glühsystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
Mit Bezug auf 2 ist schematisch ein Verfahren zum lokalen Glühen einer Oberfläche einer wie in 1 hergestellten Barriereschicht 30 auf dem transparenten Kunststoffsubstrat 20 gezeigt. Eine hoch verdichtete homogene Schicht mit Abschirmeigenschaften gegen Sauerstoff oder Feuchtigkeit wird erzielt, indem man die Oberfläche der Barriereschicht 30 lokal durch Abtasten des transparenten Kunststoffsubstrats 20 mit der darauf gebildeten Barriereschicht 20 mit einem Excimer-Laser 50 glüht. In diesem Fall wird das transparente Kunststoffsubstrat 20 für das Laserglühen auf einen Substratträger 55 gegeben.
Wenn das Kunststoffsubstrat eine Abmessung von 370 mm × 470 mm aufweist, wird das Abtasten mit dem Excimer-Laser 50 mehrere Minuten lang durchgeführt.
[Erste Ausführungsform]
3 erläutert eine Schnittansicht eines Kunststoffanzeigen-Substrats gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
Mit Bezug auf 3 wird, wenn eine Barriereschicht auf einer Seite eines transparenten Kunststoffsubstrats gebildet wird, um eine sehr kleine Menge an Feuchtigkeit, Sauerstoff und dergleichen, die durch das transparente Kunststoffsubstrat dringt, zu entfernen, eine Trocknungsschicht 25 zwischen zwei Barriereschichten 30 auf dem transparenten Kunststoffsubstrat 20 gebildet. In diesem Fall wird die Trocknungsschicht 25 aus einer Metalloxid-Schicht mit ausgezeichneten Feuchtigkeitsabsorptions- und -adsorptionseigenschaften, wie Al₂O₃, CaO, Y₂O₃, MgO oder dergleichen, und Harz, wie Polyharnstoff oder dergleichen, auf eine Dicke von 50–10.000 Å und bevorzugter 100–2.000 Å gebildet.
[Zweite Ausführungsform]
4 veranschaulicht eine Schnittansicht eines Kunststoffanzeigen-Substrats gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Mit Bezug auf 4 werden, wenn Barriereschichten 30 jeweils auf beiden Seiten, d. h. der Oberseite und der Unterseite, eines transparenten Kunststoffsubstrats 20 gebildet werden, um sehr kleine Mengen an Feuchtigkeit, Sauerstoff oder dergleichen, die durch das transparente Kunststoffsubstrat dringen, zu entfernen, Trocknungsschichten 25 zwischen der Barriereschicht 30 und der Oberseite des transparenten Kunststoffsubstrats 20 und zwischen der anderen Barriereschicht 30 und der Unterseite des transparenten Kunststoffsubstrats 20 gebildet. In diesem Fall wird jede der Trocknungsschichten 25 aus einer Metalloxid-Schicht mit ausgezeichneten Feuchtigkeitsabsorptions- und -adsorptioneigenschaften, wie Al₂O₃, CaO, Y₂O₃, MgO oder dergleichen, und Harz, wie Polyharnstoff oder dergleichen, auf eine Dicke von 50–10.000 Å, und bevorzugter 100–2000 Å gebildet.
5 veranschaulicht ein Diagramm einer Bindungsstruktur einer Siliciumnitrid-Schicht als Barriereschicht unter Verwendung eines Isoliermaterials auf Siliciumdioxid-Basis.
Mit Bezug auf 5a sind, da eine Barriereschicht 30 aus einem Isoliermaterial auf Silicium-Basis nicht durch thermisches Wachstum, sondern durch chemische Dampfabscheidung oder Sputtern gebildet wird, Silicium und Stickstoff nicht vollständig aneinander gebunden. Demgemäß existiert eine Vielzahl von nicht abgesättigten Bindungen 60, und die Eigenschaften der Schicht werden fehlerhaft. Daneben sind die nicht abgesättigten Bindungen 60 an Wasserstoff gebunden, was den Wasserstoffgehalt in der Barriereschicht 30 erhöht. Die nicht abgesättigten Bindungen 60 und die poröse Eigenschaft der Schicht führen zur Penetration von Sauerstoff und Feuchtigkeit.
Mit Bezug auf 5b ist eine Bindungsstruktur einer Barriereschicht 30 nach lokalem Glühen gezeigt, das unter Verwendung eines Excimer-Lasers auf einer Oberfläche der Barriereschicht 30 durchgeführt wurde. Das lokale Glühen bricht die Bindung zwischen der nicht abgesättigten Bindung 60 und Wasserstoff an einer Oberfläche der Barriereschicht und eine Bindung 70 zwischen Silicium und Stickstoff wird erzielt, was die nicht abgesättigten Bindungen 60 eliminiert. Die Eliminierung der nicht abgesättigten Bindungen 60 verringert den Wasserstoffgehalt und minimiert die Porosität der Barriereschicht 30. Deshalb wird eine homogene Barriereschicht hergestellt, die ermöglicht, dass die Penetration von Sauerstoff und Feuchtigkeit verhindert wird.
Darüber hinaus können im Fall einer Einzellagenschicht Mikrodefekte, wie ein Pinhole und dergleichen, auf einer Oberfläche einer Folie beseitigt werden, indem mindestens ein vollständigeres Verfahren der Barriereschichtbildung und des Laserglühens durchgeführt wird, wodurch eine homogene Barriereschicht hergestellt werden kann.
Über die oben dargelegte Beschreibung hinaus werden ein anorganisches Material auf Silicium-Basis, bei dem das Gesamtverfahren der Schichtbildung und des Laserglühens durchgeführt wird, eine Harzschicht und ein weiteres anorganisches Material auf Silicium-Basis, bei dem das Gesamtverfahren der Schichtbildung und des Laserglühens durchgeführt wird, nacheinander gestapelt, um die Barriereschicht 30 zu bilden. Oder es werden zur Bildung der Barriereschicht 30 eine Harzschicht, ein anorganisches Material auf Silicium-Basis, bei dem das Ge samtverfahren der Schichtbildung und des Laserglühens durchgeführt wird, und eine Harzschicht nacheinander gestapelt.
Daneben werden eine Barriereschicht 30 und eine hoch verdichtete homogene Schicht 40 auf der Oberseite und der Unterseite auf einem Kunststoffsubstrat 20 gebildet, wodurch eine Maximierung der Wirkung der Verhütung von Feuchtigkeit und Sauerstoff ermöglicht wird.
Das oben beschriebene Verfahren zur Bildung der Barriereschicht, welche die Penetration von Feuchtigkeit und Sauerstoff verhindert, ist nicht auf den Fall eines transparenten Kunststoffsubstrats für eine Anzeige beschränkt, sondern deckt den Fall der Bildung einer Barriereschicht, die Feuchtigkeit und Sauerstoff in der Luft ausschließt, unter Verwendung ähnlicher Zwecke und Verfahren wie in der vorliegenden Erfindung ab.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Das Verfahren zur Herstellung des Kunststoffanzeigen-Substrats gemäß der vorliegenden Erfindung weist die folgenden Wirkungen oder Vorteile auf.
Das erfindungsgemäße Verfahren glüht die Oberfläche der Barriereschicht, die aus Si-O- oder Si-N-Bindungen besteht, lokal ohne irgendeinen Schaden an dem transparenten Kunststoffsubstrat zu verursachen, um eine homogene Schicht zu bilden, was den Wasserstoffgehalt und die Porosität minimiert, wodurch die Verhütung der Verschlechterung der Anzeigevorrichtung durch Unterdrücken der Penetration von äußerem Sauerstoff, äußerer Feuchtigkeit und dergleichen ermöglicht wird.
Darüber hinaus sind durch Sputtern, Elektronenstrahlabscheidung oder chemische Dampfabscheidung gemäß dem Stand der Technik mehrere Schichten mit mindestens 6–7 gestapelten Schichten zur Bildung einer Barriereschicht erforderlich, die ermöglicht, dass der äußere Sauerstoff und die äußere Feuchtigkeit ausgeschlossen werden. Jedoch dauert der lokale Laserglühprozess der dünnen Barriereschicht, die durch das erfindungsgemäße Verfahren gebildet wird, lediglich mehrere Minuten, wodurch die Verringerung der Verarbeitungszeit sowie die Minimierung der Zahl der gestapelten Schichten ermöglicht wird.
Weiter ist gemäß dem Stand der Technik, um eine Barriereschicht durch Sputtern, Elektronenstrahlabscheidung oder chemische Dampfabscheidung zu bilden, welche den Ausschluss des äußeren Sauerstoffs und der äußeren Feuchtigkeit ermöglicht, eine Dicke von mindestens 2000 Å erforderlich. SiN_x weist eine große Fähigkeit auf, die Penetration von Sauerstoff oder Feuchtigkeit zu verhindern, und besitzt eine hohe Oberflächenhärte, so dass es einem Oberflächenkratzen standhalten kann. Jedoch weist SiN_x eine niedrige Durchlässigkeit auf, was den Anwendungsbereich als Barriereschicht auf einem transparenten Kunststoffsubstrat für eine Anzeige beschränkt. Die vorliegende Erfindung verringert die Dicke der SiN_x-Sicht deutlich und modifiziert die Schicht geeignet durch lokales Glühen, wodurch das Problem der Durchlässigkeit sowie der Minimierung der Zahl der Barriereschichten gelöst wird. Deshalb ermöglicht es die vorliegende Erfindung, die Verarbeitungszeit und die Produktionskosten deutlich zu verringern. Darüber hinaus muss die vorliegende Erfindung für die Herstellung des Kunststoffsubstrats keine zusätzliche Hartüberzugsschicht außer der Barriereschicht bilden, um die Oberflächenhärte zu erhöhen.
Während die vorliegende Erfindung hierin mit Bezug auf ihre bevorzugten Ausführungsformen beschrieben und veranschaulicht worden ist, ist es für den Fachmann offensichtlich, dass vielfältige Modifikationen und Abwandlungen derselben vorgenommen werden können, ohne vom Bereich der Erfindung abzuweichen. So ist es beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung die Modifikationen und Abwandlungen dieser Erfindung, die in den Bereich der beigefügten Ansprüche fallen, abdeckt.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffanzeigen-Substrats, umfassend die Schritte: (a) Bilden einer oder mehrerer Barriereschichten (30) auf Silicium-Basis auf einer Basis-Schicht, welche ein transparentes Kunststoffsubstrat (20) einschließt; und (b) Glühen der einen oder mehreren Barriereschichten, dadurch gekennzeichnet, dass nur eine Oberflächenschicht (40) der einen oder mehreren Barriereschichten auf Silicium-Basis geglüht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Basisschicht weiter eine Trocknungsmittelschicht (25) einschließt, die auf dem transparenten Kunststoffsubstrat (20) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem eine Schicht auf Silicium-Basis (30) auf beiden Seiten der Basisschicht gebildet wird.
Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffanzeigen-Substrats nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt (a) die folgenden Schritte einschließt: (a1) Bilden einer ersten Barriereschicht (30) auf der Basisschicht; (a2) Bilden einer Trocknungsmittelschicht (25) auf der ersten Barriereschicht; (a3) Bilden einer zweiten Barriereschicht (30) auf der Trocknungsmittelschicht (25); und dadurch, dass Schritt (b) den Schritt des Glühens nur einer Oberflächenschicht (40) der ersten oder der zweiten Barriereschicht (30) oder des Glühens nur einer Oberflächenschicht (40) der ersten und der zweiten Barriereschicht (30) einschließt.
Verfahren nach den Ansprüchen 2 bis 4, bei dem ein Material, welches die Trocknungsmittelschicht (25) bildet, ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend Al₂O₃, CaO, Y₂O₃, MgO und Polyharnstoff.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, bei dem die eine oder mehreren Barriereschichten (30) aus einer einzigen Schicht oder mehreren Schichten bestehen, die aus einem Material gebildet sind, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Siliciumoxynitrid und Siliciumnitrid.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, bei dem der Schritt des Glühens unter Verwendung eines Puls-Excimer-Lasers, eines Excimer-Lasers mit kontinuierlicher Wellenoszillation, eines gepulsten Festkörper-Lasers oder eines Festkörper-Lasers mit kontinuierlicher Wellenoszillation durchgeführt wird, dessen Glühleistung 10 mJ/cm²–2000 mJ/cm² beträgt, und die Umgebungstemperatur unter 300°C liegt.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 7, bei dem der Schritt des Glühens unter Verwendung eines Ar₂-, Kr₂-, Xe₂-, ArF-, KrF-, XeCl- oder F₂-Excimer-Lasers durchgeführt wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, bei dem jede Barriereschicht eine Struktur von 3 gestapelten Schichten aufweist, welche eine erste Schicht aus isolierendem anorganischem Material auf Silicium-Basis, eine Harzschicht und eine zweite Schicht aus isolierendem anorganischem Material auf Silicium-Basis umfassen.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, bei dem jede Barriereschicht eine Mehrzahl von gestapelten Strukturen aufweist, von denen jede drei gestapelte Schichten mit einer ersten Harzschicht, einer Schicht aus isolierendem anorganischem Material auf Silicium-Basis und einer zweiten Harzschicht aufweist.