JP2009058974A

JP2009058974A - 表示装置

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Publication number: JP2009058974A
Application number: JP2008293687A
Authority: JP
Inventors: Shinsuke Saida; 信介齋田; Noriko Watanabe; 典子渡辺
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2008-11-17
Filing date: 2008-11-17
Publication date: 2009-03-19

Abstract

【課題】無機バリア層を有し、且つ、表面の平坦性に優れたプラスチック基板を備えた表示装置を提供することにある。
【解決手段】樹脂が含浸された繊維布３のみを含む複合体層と、複合体層上に形成された無機バリア層２５と、無機バリア層２５上に形成された、表面の凹凸が約１００ｎｍ以下である平坦化樹脂層２４とを有する第１プラスチック基板２０と、第１プラスチック基板の前記平坦化樹脂層側に設けられた表示媒体層２６とを有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、プラスチック基板を備えた表示装置およびその製造方法に関し、特に、繊維充填系プラスチック基板を備えた表示装置に関する。

近年、薄型、軽量で、且つ、消費電力が低いという特徴から、液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置の携帯情報端末機器への利用が広がるにつれて、これらの表示装置の更なる軽量化、薄型化、耐衝撃性の向上などが強く望まれるようになっている。

そこで、従来使用されてきたガラス基板の代わりにプラスチック基板を用いるという対策が提案されている。しかしながら、樹脂材料をシート化したプラスチック基板を表示装置の基板に適用するためには、様々な課題がある。

最も大きな課題の１つは、プラスチック基板の線膨張率が大きいことである。ガラスの線膨張率は一般に数ｐｐｍ／℃程度であるのに対し、プラスチックの線膨張率は、小さいものでも数十ｐｐｍ／℃ある。線膨張率が大きいと、温度による寸法の変動が大きくなるため、高精度のパターニングを要求される、例えばＴＦＴのような駆動素子の作製が困難である。また、ＴＦＴが形成される基板（単に「ＴＦＴ基板」ということもある。）として従来のガラス基板を用い、対向基板にプラスチック基板を用いても、対向基板に形成されたカラーフィルタ（および／またはブラックマトリクス）と、ＴＦＴ基板の画素電極との位置合わせが困難となる。

プラスチック基板の線膨張率を小さくし、寸法安定性を向上させるために、樹脂マトリクス中に充填材（フィラー）を混合した材料（複合材料）を用いてプラスチック基板を構成する方法も提案されている。本明細書において、複合材料から形成されたプラスチック基板を特に「複合基板（コンポジット基板）」ということもある。

例えば、特許文献１には、ガラス繊維布に樹脂を含浸させて硬化することによって形成された複合基板を備える反射型導電性基板が開示されている。

また、特許文献２は、樹脂中に繊維を線状あるいは帯状に繊維同士が互いに接触しないように配置された複合基板を開示している。特許文献２によると、特許文献１に開示されている繊維布（織布）を充填した複合基板を用いると繊維布の繊維の織目や重なり目に起因した微小な凹凸が基板表面に生じ、表示品位の低下の原因となってしまうのに対し、上記構成とすることによって、平坦な表面の複合基板が得られる。
特開平１１−２８１２号公報特開２００１−１３３７６１号公報

上記特許文献２にも記載されているように、ガラス繊維布を用いてプラスチック基板を形成すると、その表面に凹凸が形成される。また、特許文献２に記載されているプラスチック基板は作製が困難であり、また、作製できたとしても、例えば１００ｎｍ以下のレベルまで凹凸を抑制することは困難である。

また、プラスチック基板の表面を平坦化するために、上記凹凸を有する表面に平坦化膜を形成する方法がある。平坦化膜を形成することによって、例えば凹凸を１００ｎｍ以下
のレベルまで抑制した平坦な表面を得ることができる。しかしながら、本発明者の検討によると、この平坦な表面上に無機バリア層を形成すると、無機バリア層の表面に１００ｎｍ以上の凹凸が形成されることがある。無機バリア層は、空気中の水分および／または酸素に対するプラスチック基板のバリア性を向上するために設けられる。

本発明は、上記諸点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、無機バリア層を有し、且つ、表面の平坦性に優れたプラスチック基板を備えた表示装置を提供することにある。

本発明の表示装置は、樹脂が含浸された繊維布を含む複合体層と、前記複合体層上に形成された無機バリア層と、前記無機バリア層上に形成された平坦化樹脂層とを有する第１プラスチック基板と、前記第１基板の前記平坦化樹脂層側に設けられた表示媒体層とを有することを特徴とする。

ある実施形態において、前記表示媒体層を介して前記第１基板に対向するように配置された第２プラスチック基板を有し、前記第２基板は前記第１基板と同じ構成を有する。

ある実施形態において、前記表示媒体層は、有機発光層を含む。

ある実施形態において、前記表示媒体層は、液晶層である。

ある実施形態において、前記無機バリア層は、前記複合体層の前記表示媒体層に対向する領域の全体を覆う。

本発明の表示装置の製造法は、上記いずれかの表示装置の製造方法であって、前記第１プラスチック基板を製造するプロセスが、樹脂が含浸された繊維布を含む複合体層を用意する工程と、前記複合体層の表面に薄膜堆積法を用いて、第１の温度で無機バリア層を形成する工程と、前記無機バリア層上に、前記第１の温度よりも低い第２の温度で前記平坦化樹脂層を形成する工程とを包含することを特徴とする。

ある実施形態において、前記第１の温度が２００℃以上である。

ある実施形態において、前記無機バリア層は、二酸化ケイ素を含む。

本発明による表示装置のプラスチック基板は、樹脂が含浸された繊維布を含む複合体層上に形成された無機バリア層の上に平坦化樹脂層が形成されているので、平坦化樹脂層上に無機バリア層を形成するための加熱処理工程において無機バリア層の表面に凹凸が形成されることが無く、平坦な表面を有している。従って、例えば液晶表示層を構成した場合も、プラスチック基板の表面の凹凸に起因するセル厚のむらが無く、高品位の表示を実現することができる。

上述したように、本発明者は、所定の平坦性を有する複合基板の平坦化膜の表面上に無機バリア層を堆積すると、平坦性が損なわれ、無機バリア層の表面に凹凸が形成されるという現象を見出した。まず、図１および図２を参照しながら、この現象を説明する。

図１は、プラスチック基板に用いられる樹脂を含浸したガラス繊維布３の一部を模式的であり、図１（ａ）は断面図であり、図１（ｂ）は平面図である。

図１に示した樹脂含浸ガラス繊維布３は、ガラス繊維布１Ｓと、ガラス繊維布１Ａを覆う樹脂層２とを有している。ガラス繊維布１Ｓは、複数のガラス繊維１を束ねた繊維束１Ａを縦横に平織したものである。樹脂層２は、ガラス繊維布１３を例えばエポキシ樹脂に含浸することによって形成されるので、ガラス繊維束１Ａの表面を覆う薄膜として形成される。樹脂含浸ガラス繊維布３は、図１（ａ）に模式的に示したように、繊維束１Ａが互いに重なる織り目に応じた凹凸を有する。

例えば、繊維束１Ａを構成する繊維１の直径は約１０μｍであり、繊維束１Ａの幅は約２００μｍで、繊維束１Ａの間のピッチは縦横いずれにおいても約５００μｍである。樹脂層２の厚さは、例えば約２０μｍである。この樹脂含浸繊維布１Ｓは、約５００ｎｍから６００ｎｍの程度の凹凸（うねり）を有している。

従来は、図２（ａ）に示すように、この樹脂含浸繊維布３の凹凸を平坦化するための平坦化樹脂層１４が設けられている。平坦化層１４を設けることによって、表面の凹凸は約１００ｎｍ程度にまで低減される。

この平坦化樹脂層１４の上に、空気中の水分および／または酸素に対するバリア性を向上するために、無機バリア層１５が設けられる。ＳｉＯ₂を加熱成膜プロセス（例えば２
００℃で真空蒸着）で堆積することによって、厚さが約１００ｎｍの無機バリア層１５を形成すると、得られたプラスチック基板１０の表面（無機バリア層１５の表面）は、図２（ｂ）に模式的に示すように、凹凸の程度が約４００ｎｍ程度にまで増大される。

図３に模式的に示すように、このプラスチック基板１０と基板（例えばガラス基板）１７との間に液晶層１６を配置した液晶表示装置１００を構成すると、プラスチック基板１０の表面の凹凸の影響を受けて、液晶層１６の厚さ（セル厚）に不均一な分布が形成される。液晶層１６の厚さの不均一な分布は、リタデーションの不均一な分布となるので、表示むらとして観察される。

一旦平坦化された表面に再び凹凸が形成されるメカニズムを種々の実験結果に基づいて検討した。その結果、以下に説明するメカニズムであると考えるに至った。

図２（ａ）に示した平坦化樹脂層１４上にＳｉＯ₂を堆積する際に、基板（ここでは、
樹脂含浸繊維布３およびその上に形成された平坦化樹脂層１４のことを指す。）が例えば２００℃に加熱される。基板内には、繊維１の体積分率が異なる領域が存在するので、熱膨張量に不均一な分布が形成される。すなわち、繊維１が多く存在する領域の熱膨張量が小さく、繊維１が少ない領域の熱膨張量は大きくなる。もちろん、繊維１が存在しない領域の熱膨張量が最も大きい。この熱膨張量の不均一分布によって基板（平坦化樹脂層１４）の表面に凹凸が形成される。この凹凸が形成された表面上にＳｉＯ₂が堆積されると、
ＳｉＯ₂膜（無機バリア層）の表面は、下地の凹凸を反映した凹凸を有したものとなる。
ＳｉＯ₂膜の熱膨張率は、樹脂に比べ小さく且つ硬い（弾性率が高い）ので、成膜終了後
に室温に戻っても、基板の表面に形成された凹凸が維持される。

平坦な表面（凹凸が１００ｎｍ以下）を有する平坦化樹脂層１４上に無機バリア層１５を形成することによって凹凸の程度が増大される上記のメカニズムを考慮すると、無機バリア層１５を形成した上に、平坦化樹脂層１４を形成すれば、凹凸が１００ｎｍ以下の表面を得ることができることが理解される。

図４（ａ）、（ｂ）および図５を参照しながら、本発明の実施形態による表示装置に好適に用いられるプラスチック基板の構成および製造方法を説明する。

図４（ａ）に示すように、樹脂含浸繊維布３を用意する。この樹脂含浸繊維布３は上述した従来と同じものを用いることができる。樹脂含浸繊維布３上に、無機バリア層２５を堆積する。無機バリア層２５の材料および堆積方法は従来と同じであってよい。無機バリア層２５は、優れたバリア性を有するＳｉＯ₂膜を用いることが好ましい。ＳｉＯ₂膜（厚さ１００ｎｍ）の透湿度は、０．４ｇ／ｍ²／ｄａｙである。ただし、室温で成膜したＳ
ｉＯ₂膜は耐薬品性に劣り、例えばＴＦＴの製造プロセスで不具合を発生することがある
ので、加熱条件下で堆積することが好ましく、２００℃以上で堆積することがさらに好ましい。無機バリア層１５の厚さは、バリア性の観点から約２０ｎｍ以上であることが好ましく、基板のフレキシビリティーを保つという観点から約３００ｎｍ以下であることが好ましい。ＳｉＯ₂以外にもＳｉＮ_xやＰＳＧなどを用いることもできる。

このようにして得られた無機バリア層２５の上に、平坦化樹脂層２４を形成する。平坦化樹脂層２４は従来と同じ材料を用いて同じ方法で形成ればよい。例えば、樹脂含浸繊維布３の樹脂層２と同じ材料を用いる。これらの樹脂材料は、ガラス繊維１およびＳｉＯ₂
と屈折率が略一致するように選択することが好ましい。もちろん、耐薬品性や耐熱性に優れた樹脂を用いることが好ましく、例えばエポキシ樹脂を用いることができる。平坦化樹脂層は、無機バリア層を形成する温度よりも低い温度で形成されることが好ましく、２００℃未満であることが好ましい。

このようにして形成された平坦化樹脂膜２４の表面は、図２（ａ）に示した平坦化樹脂膜１４と同様に１００ｎｍ以下の凹凸を有する。さらに、この平坦化樹脂膜２４上には、無機バリア層を形成する必要がないので、図２（ｂ）のように凹凸の程度が増大することもなく、凹凸が１００ｎｍ以下に低減されたプラスチック基板２０が得られる。

プラスチック基板２０に代えて、図５に模式的に示すプラスチック基板４０を用いることもできる。

図５に示すプラスチック基板４０は、図４に示した樹脂含浸繊維３上に平坦化樹脂層４２を形成した上に、無機バリア層４５を形成し、さらに無機バリア層４５の上に平坦化樹脂層４４を形成したものである。言いかえると、図２（ｂ）に示したプラスチック基板１０の表面にさらに平坦化樹脂層を設けたものである。すなわち、平坦化樹脂層４２の上に無機バリア層４５を加熱条件下で堆積すると、凹凸が増大された表面しか得られないが、この上にさらに平坦化樹脂層４４を形成すると、表面の凹凸が１００ｎｍ以下に低減されたプラスチック基板が得られる。

ここで、樹脂含浸繊維布３およびこの上に形成された平坦樹脂層４２とを合わせて複合体層４３と呼ぶことにする。プラスチック基板４０は、複合体層４３上に形成された無機バリア層４５と、無機バリア層４５上に形成された平坦化樹脂層４４とを有する。先に図４（ｂ）に示したプラスチック基板２０は、複合体層として、樹脂含浸繊維布３のみを有する構成ということになる。このように複合体層上に無機バリア層を形成し、この無機バリア層上に平坦化樹脂層を形成することによって、平坦な表面が実現される。

例えば、前述したＥガラス繊維布（繊維径１０μｍ、繊維束の幅２００μｍ、ピッチ５００μｍ）にエポキシ樹脂を含浸したものに平坦化樹脂層４２を設けた複合体層４３を用いた例を説明する。

無機バリア層４５を形成する前に、約１２０ｎｍの凹凸を有していた複合体層４３の表面に、約２００℃でＳｉＯ₂を約１００ｎｍ蒸着したところ、その表面の凹凸は約１９０
ｎｍにまで増大した。この上に、ガラス繊維布３に含浸した樹脂および平坦化樹脂層４２
と同じエポキシ樹脂を用いて約１０μｍの厚さの平坦化樹脂層４４を形成した結果、表面の凹凸は約９０ｎｍまでに低減された。なお、ここで用いたプラスチック基板の大きさは１２７ｍｍ×１２７ｍｍであり、ほぼ全面に亘り凹凸を評価した。なお、無機バリア層は少なくとも、表示領域の全面に亘って形成される必要があり、基板の全面に形成することが好ましい。ただし、液晶層や有機ＥＬ層が設けられる側の面と反対側については省略することができる。

上述したように、プラスチック基板２０および４０は、表面の凹凸が１００ｎｍ以下に低減されているので、表示装置に適用した場合に、良好な表示を実現できる。

なお、本発明の表示装置に好適に用いられるプラスチック基板を構成する材料は、上記に例に限られない。

透明なプラスチック基板２０および４０を得るために用いられる透明樹脂としては、一般的な透明樹脂、エポキシ系樹脂、フェノール樹脂、フェノール―エポキシ系樹脂混合系、ビスマレイミド―トリアジン樹脂混合系などの熱硬化樹脂や、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミドなどの熱可塑性樹脂を使用することができる。

また、透明繊維としては、Ｅガラス、Ｄガラス、Ｓガラスなどの無機繊維および芳香族ポリアミド等の樹脂などによる有機繊維を使用することができる。透明繊維は、上述したように繊維束として用いることが好ましく、織布として用いることがさらに好ましい。

複合基板の機械的強度を向上するため、さらに機械的特性および光学的特性の均一性を高めるために、繊維を面内に均等に配置することが好ましく、繊維径および繊維束の径は細い方が好ましく、繊維束のピッチも狭い方が良い。具体的には、個々の繊維径は、約２０μｍ以下が好ましく、約１０μｍ以下であることがさらに好ましい。繊維束の幅としては２００μｍ以下であることが好ましく、繊維束のピッチは５００μｍ以下であることが好ましい。

また、繊維布の織り方は、上述したように、平織が最も好ましいが、朱子織および綾織等の一般的な織り方を採用することもできるし、不織布を使用することもできる。

プラスチック基板の透明性は高い方が好ましいので、繊維と樹脂マトリクスとの界面における拡散反射や繊維による散乱を抑制するために、繊維の屈折率と樹脂マトリクスの屈折率はできるだけ一致するように選択することが好ましい。一般に、繊維の材料よりも、樹脂マトリクスの材料の方が選択の範囲が広く、また、樹脂骨格に置換基（例えばフッ素原子を導入すると低屈折率化、臭素原子を導入すると高屈折率化できる）などの方法で上記の樹脂を改質することによって屈折率を調整することが好ましい。

プラスチック基板は、上記の繊維（繊維束または織布）および樹脂マトリクスの材料を用いて、種々の公知の方法で製造される。熱硬化性樹脂を用いる場合には、圧縮成形法、圧延成形法、注型法やトランスファー成形法などで製造することができ、熱可塑性樹脂を用いる場合は、圧縮法、射出成形法、押出し法などを用いて成形することができる。

図６は、本発明による実施形態の液晶表示装置２００の構成を模式的に示したものである。

液晶表示装置２００は、樹脂含浸繊維布３を含む複合体層２３と複合体層２３上に形成された透湿防止用の無機バリア層２５と、無機バリア層２５上に形成された平坦化樹脂層２５とを有する繊維充填系透明プラスチック基板２０と、プラスチック基板２７と、プラ
スチック基板２２とプラスチック基板２７との間に設けられた液晶層２６とを有する。プラスチック基板２７として、透過型または透過／反射型（半透過型）の場合には、プラスチック基板２０と同じ基板を用いることが好ましいが、例えば、反射型液晶表示装置を構成する場合、プラスチック基板２７には透明性が要求されないので、異なる構成を採用することができる。

プラスチック基板２０およびこれと同じ構成を有するプラスチック基板２７を用いて、一般的なプロセスで液晶表示装置２００を作製することができる。例えば、一方の基板上に、ＴＦＴ素子および透明導電膜（ＩＴＯ）と配向膜を形成し、他方の基板上にカラーフィルタおよび透明導電膜（ＩＴＯ）と配向膜を形成する。例えば、ＩＴＯを２００℃未満の温度（例えば室温）で真空蒸着することによって透明導電膜を形成する。配向膜は、室温で塗布され、２００℃未満の温度（例えば、１５０℃から１７０℃）で焼成する。カラーフィルタ側の基板にシール材を付与し、ＴＦＴ側の基板にスペーサを散布した後、これらの基板を互いに貼り合せる。その後、これらの基板の間隙に真空注入法により液晶材料の注入を行う。得られた液晶表示装置の基板の表面は、上述したように、凹凸が１００ｎｍ以下に低減されているので、セル厚のむらに起因する表示品位の低下は発生しない。

図７は、本発明による実施形態の有機ＥＬ表示装置３００の構成を模式的に示したものである。

有機ＥＬ表示装置３００は、樹脂含浸繊維布を含む複合体層３３と複合体層３３上に形成された無機バリア層３５と、無機バリア層３５上に形成された平坦化樹脂層３４とを有する繊維充填系透明プラスチック基板３０と、プラスチック３０基板上に形成された陽極３６と、陽極３６上に形成された有機発光層３７と、有機発光層３７上に形成された陰極３８とを有する。プラスチック基板３０は、前述のプラスチック基板２０と実質的に同じ構成を有しており、その表面の凹凸は１００ｎｍ以下に低減されている。有機ＥＬ表示装置は、一般的なプロセスで作製することができる。例えば、平坦な表面を有する基板３０上に陽極として透明電極（ＩＴＯ）を形成し、真空蒸着法で有機発光層を成膜する。この有機発光層の上に陰極として透明電極（ＩＴＯ）を真空蒸着によって形成すればよい。陽極(空孔注入輸送層)ならびに有機発光層、陰極(電子注入輸送層)の真空蒸着は、２００℃未満の温度、例えば室温で行う。このようにして得られた有機ＥＬ装置３００は、繊維充填系透明プラスチック基板３０が表面平滑性に優れるため、基板表面の凹凸による表示品位のばらつきが抑制され、高い表示品位を実現される。

本発明による表示装置は、プラスチック基板を備えているので、軽量、薄型および耐衝撃性が要求される用途に好適に用いられ、従来よりも高品位の表示を提供できる。本発明は、液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置に限られず、電気泳動型表示装置など他の表示装置にも適用できる。

（ａ）および（ｂ）は、樹脂含浸繊維布の構成を模式的に示す図であり、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は平面図である。（ａ）および（ｂ）は、従来のプラスチック基板１０の製造工程および表面の凹凸が増大されるメカニズムを説明するための図である。従来の液晶表示装置１００の構成を模式的に示す図である。（ａ）および（ｂ）は、本発明による実施形態に好適に用いられるプラスチック基板２０の製造工程を模式的に示す図である。本発明による実施形態に好適に用いられるプラスチック基板４０の構成を模式的に示す断面図である。本発明よる実施形態の液晶表示装置２００の構成を模式的に示す断面図である。本発明よる実施形態の有機ＥＬ表示装置３００の構成を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１・・・繊維
１Ａ・・・繊維束
１Ｓ・・・繊維布
２・・・樹脂層
３・・・樹脂含浸繊維布（複合体層）
１０、２０、３０・・・繊維充填系透明プラスチック基板
１３、２３、３３、４３・・・樹脂含浸繊維布を含む複合体層
１４、２４、３４、４４・・・平坦化樹脂層
１５、２５、３５、４５・・・無機バリア層
１６、２６・・・液晶層
１７、２７・・・繊維充填系プラスチック基板
３６・・・陽極
３７・・・有機発光層
３８・・・陰極
１００、２００・・・液晶表示装置
３００・・・有機ＥＬ表示装置

Claims

樹脂が含浸された繊維布のみを有する複合体層と、前記複合体層の表面に形成された無機バリア層と、前記無機バリア層上に形成された、表面の凹凸が約１００ｎｍ以下である平坦化樹脂層とを有する第１プラスチック基板と、
前記第１プラスチック基板の前記平坦化樹脂層側に設けられた表示媒体層と、
を有する、表示装置。
前記表示媒体層を介して前記第１プラスチック基板に対向するように配置された第２プラスチック基板を有し、前記第２プラスチック基板は、前記第１プラスチック基板と同じ構成を有する、請求項１に記載の表示装置。
前記表示媒体層は、有機発光層を含む、請求項１または２に記載の表示装置。
前記表示媒体層は、液晶層である、請求項１または２に記載の表示装置。
前記無機バリア層は、前記複合体層の前記表示媒体層に対向する領域の全体を覆う、請求項４に記載の表示装置。