JP2010256930A

JP2010256930A - ディスプレイ基板

Info

Publication number: JP2010256930A
Application number: JP2010164430A
Authority: JP
Inventors: Takashi Murata; 隆村田; Shinkichi Miwa; 晋吉三和
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2010-07-22
Filing date: 2010-07-22
Publication date: 2010-11-11

Abstract

【課題】ディスプレイパネルの変形による破損が生じにくいディスプレイ基板を提供する。
【解決手段】以下の条件で面押しした時の応力が、１１０ＭＰａ未満となる性質を有することを特徴とする。
試料サイズ：４０ｍｍ角
試料の支持方法：各周縁部５ｍｍのみで支持
面押し方法：試料中央部を試料表面に対して垂直に０．５ｍｍ押圧
応力測定部位：試料中央部
【選択図】図３

Description

本発明は、液晶ディスプレイパネル、ＥＬディスプレイパネル等に用いられるディスプレイ基板に関するものである。

液晶ディスプレイパネルやＥＬディスプレイパネル等を用いたディスプレイモジュールは、薄型で軽量であるという特徴がある。この特徴を生かして、これらのディスプレイモジュールは、携帯電話やデジタルカメラ等の携帯端末機器の表示部として広く用いられている。

ディスプレイパネルを構成する基板には、板厚０．７〜１．１ｍｍ程度のガラス板が一般に用いられているが、さらなる薄肉化を目的とするガラス板も提案されている（特許文献１）。また一部には、プラスチック板も採用されている。

特開２００２−３０８６４３号公報

ところで、携帯電話やＰＤＡ等の携帯端末機器等の中には、折りたたみ式の構造を有するものがある。そのような構造を有するデバイスでは、非使用時は折りたたまれているのでディスプレイは保護されている。しかしデジタルカメラ等に使用されるディスプレイにおいては使用時、非使用時にかかわらず常にディスプレイがさらされているものがあり、これらのデバイスにおいては外部からの応力が直接加わることがある。また、携帯端末は衣服等に収納することが多く、着座時等に機器に長時間にわたって曲げ応力が加わることもある。それゆえこの種の機器では、ディスプレイパネルの変形によるガラス基板の破損が懸念される。またプラスチック基板の場合、応力が加わることによって塑性変形が起こり、表示不良が生じる可能性がある。

本発明の目的は、ディスプレイパネルの変形による破損が生じにくいディスプレイ基板を提供することである。

破損しにくいディスプレイパネルを作製するには、ディスプレイ基板の機械的強度が高いことが重要である。そして機械的強度を評価する方法として、３点曲げ試験や４点曲げ試験のような試料が破損するまで変形を加え、破壊に至った応力を測定する方法が一般的である。ところが本発明者等の知見によれば、例えば液晶ディスプレイモジュールの場合、実装されたパネルの変形（たわみ）は、パネル背面の導光板等の存在により一定量以下に制限されており、上記した従来の評価方法では、適切な評価ができていないことが明らかとなった。そして鋭意工夫を行った結果、一定量の変形が起こった時に、基板に生じる応力の大きさを機械的強度のパラメータとし、その値が特定値以下となるように基板を設計することにより、上記目的が達成できることを見いだし、本発明を提案するに至った。

即ち、本発明のディスプレイ基板は、以下の条件で面押しした時の応力が、１１０ＭＰａ未満となる性質を有することを特徴とする。

試料サイズ：４０ｍｍ角
試料の支持方法：各周縁部５ｍｍのみで支持
面押し方法：試料中央部を０．５ｍｍ押圧
応力測定部位：試料中央部
また本発明のディスプレイ基板は、基板の板厚が０．５ｍｍ未満、及び／又はヤング率が７０ＧＰａ以下であることが望ましい。

また本発明のディスプレイ基板は、ディスプレイモジュールに組み込まれるディスプレイパネルの基板に使用されるものであるが、そのディスプレイモジュールは、ディスプレイパネルとその背面側に設けられた構成部材とを有しており、ディスプレイパネルの変形が前記構成部材により規制された構造、つまりディスプレイパネルが一定量以上変形しない構造を有していることが好ましい。

また本発明のディスプレイ基板は、液晶ディスプレイパネル用基板であること望ましい。

また本発明のディスプレイ基板は、パネルサイズが２０インチ以下のディスプレイパネル用基板であることが望ましい。

本発明の基板を使用すれば、ディスプレイパネルに応力が加わって変形が生じても、基板の破損を生じにくくすることができる。また基板の強度を維持しながら基板の薄肉化が可能になるため、ディスプレイパネルの重量軽減や薄肉化を達成することが可能となる。

評価用板状ガラスのアニールスケジュールを示す説明図である。試料に歪ゲージを取り付けた状態を示す説明図である。面押し時の応力を測定する方法を示す説明図である。

液晶ディスプレイパネルの背面には、バックライトからの光を拡散する拡散板や導光板等が配置されているため、パネル（基板）がある程度変形するとこれらの構成部材に接触し、基板の変形が規制される。そのためディスプレイモジュールに組み込まれた基板の機械的強度を考える場合、基板の変形量が一定であるときに発生する応力の大きさが重要であり、これを評価することが重要である。

このような観点から、本発明のディスプレイ基板は、基板が一定量変化したときに発生する応力値をパラメータとして用いることで、本発明を特定している。上記応力を測定する方法について以下に詳述する。

まず、４０ｍｍ角の評価用試料を用意する。基板自身が前記サイズより大きい場合は、４０ｍｍ角に切り出した後に評価すればよい。また基板自身がすでに上記サイズより小さいサイズに加工されている場合には、例えば加工前の原板から４０ｍｍ角に切り出して本評価に供すればよい。なお何れの場合も、基板自体の板厚や表面状態を変えることは避けなければならない。

次に、評価用試料を、中央部分が変形可能な状態で支持する。即ち、試料は、周縁部（各辺５ｍｍ幅）のみで支持され、試料中央部分（３０ｍｍ角）は変形可能な状態とする。

その後、評価用試料の中央部を押圧して試料中央部を０．５ｍｍたわませ、この時に試料中央部に発生する応力を測定する。

本発明の基板は、上記方法により測定した応力が１１０ＭＰａ未満、好ましくは１００ＭＰａ未満、さらに好ましくは８０ＭＰａ未満、最適には５０ＭＰａ未満であることが望ましい。この値が小さくなれば、一定量変形したときの基板に生じる応力が小さくなり、基板が破損（ガラス等の脆性材料）或いは塑性変形（プラスチック材料）しにくくなると言える。

本発明において、基板変形により生じる応力値を低下させるには、基板の板厚を薄くしたり、ヤング率の低い材料で基板を作製すればよい。

基板の板厚が薄くなるほど、一定量変形したときの基板に生じる応力が小さくなる。具体的には０．５ｍｍ未満、０．４５ｍｍ未満、０．４ｍｍ未満、０．３５ｍｍ未満、０．３ｍｍ未満、０．２５ｍｍ未満、最適には０．２ｍｍ未満であることが望ましい。

基板のヤング率は、７０ＧＰａ以下、特に６８ＧＰａ以下、さらには６６ＧＰａ以下、最適には６３ＧＰａ以下であることが望ましい。ヤング率は基板の材質によって決定されるものである。基板がガラスからなり、その組成が質量％で、ＳｉＯ_２５０〜７５％、Ａｌ_２Ｏ_３０〜２０％、Ｂ_２Ｏ_３３〜２０％、アルカリ金属酸化物０〜２０％、アルカリ土類金属酸化物０〜２０％、ＺｎＯ０〜１０％の組成を有する場合、特にＢ_２Ｏ_３の増量、ＭｇＯ、ＺｎＯ含有量を減量することでヤング率を効果的に低下させることが可能である。具体的には７０ＧＰａ以下のヤング率を得たい場合には、質量％で、ＳｉＯ_２５０〜６８％、Ａｌ_２Ｏ_３１３〜１９％、Ｂ_２Ｏ_３３〜１５％、ＭｇＯ０〜１５、ＣａＯ０〜１５、ＳｒＯ０〜１５、ＺｎＯ０〜１０％の組成を有するガラスを使用することが好ましい。また６８Ｇｐａ以下のヤング率を得たい場合には質量％で、ＳｉＯ_２５３〜７０％、Ａｌ_２Ｏ_３１２〜１８％、Ｂ_２Ｏ_３５〜１８％、ＭｇＯ０〜１２、ＣａＯ０〜１２、ＳｒＯ０〜１２、ＺｎＯ０〜７％の組成を有するガラスを使用することが好ましい。さらに、６６Ｇｐａ以下のヤング率を得たい場合にはＳｉＯ_２５５〜７０％、Ａｌ_２Ｏ_３１０〜１７％、Ｂ_２Ｏ_３７〜２０％、ＭｇＯ０〜１０、ＣａＯ０〜１０、ＳｒＯ０〜１０、ＺｎＯ０〜５％の組成を有するガラスを使用することが好ましい。なお基板がアクティブマトリクス駆動のＴＦＴＬＣＤや有機ＥＬ等のデバイスに用いられる場合は、アルカリ金属酸化物を実質的に含有しないことが望ましいが、それ以外のデバイスの場合ではアルカリ金属酸化物を含有することができる。また基板材質は、ガラスに限られるものではなく、プラスチックであっても差し支えない。

また本発明の基板が携帯電話などの端末に用いられることを考慮すると、基板の密度は２．５ｇ／ｃｍ^３未満であることが好ましい。より好ましくは２．４５ｇ／ｃｍ^３未満、更に好ましくは２．４０ｇ／ｃｍ^３未満、最も好ましくは２．３５ｇ／ｃｍ^３未満である。

また本発明の基板がディスプレイ用途で用いられることから、基板の透過率が、波長４００ｎｍ、５００ｎｍ、６００ｎｍ及び７００ｎｍにおいて、何れも８８％以上、特に８９％以上、さらには９０％以上、最適には９１％以上であることが望ましい。さらには、ＴＦＴ−ＬＣＤの製造工程中で高温にさらされた時に、微小な寸法変化を起こす恐れがあるので、耐熱性の指標であるガラス転移温度で２００℃以上、好ましくは２５０℃以上、更に好ましくは３００℃以上、最も好ましくは４００℃以上であることが望ましい。

また本発明のディスプレイ基板は、小型基板、具体的には２０インチ以下、特に１０インチ以下（ＰＤＡ用途、携帯電話用途、デジタルカメラ用途等）、さらには５インチ以下（携帯電話用途、デジタルカメラ用途等）の小型ディスプレイの基板である場合に顕著な効果を奏する。つまり一定量の変形が生じた場合、基板サイズが小さいほど、基板サイズに対するたわみ量の割合が大きくなるため、生じる応力が大きくなり、破壊が生じやすくなるためである。

表１は、本発明の実施例（試料Ｎｏ．１〜１２）及び従来例（試料Ｎｏ．１３）を示すものである。

表中の各ガラス試料は次のように作製した。まず定められた割合に原料を調合したバッチを白金坩堝に入れ、１６５０℃で２４時間溶融し、その後カ−ボン板上に流しだし板状に成形した。成形直後のガラスを７５０℃に保持したアニーラーに入れ、室温まで放冷した。

放冷後の板状ガラスを以下のスケジュールでアニールを施した（図１）。

（１）室温から７６２℃まで５℃／分の速度で昇温
（２）７６２℃で３０分間保持
（３）５８２℃まで３℃／分の速度で降温
（４）室温まで１０℃／分の速度で降温
このようにして準備した板状ガラスを用いて評価用試料を作製し、密度、ガラス転移温度、透過率、ヤング率及び面押し時の応力を測定した。

密度は、周知のアルキメデス法によって測定した。

ガラス転移温度は、ＡＳＴＭＣ３３６−７１の方法に基づいて測定した。

透過率は４０ｍｍ×４０ｍｍ×０．３ｍｍの試料を作製し、ＵＶ−３１００ＰＣ（島津製作所製）を用い、スリット幅：２．０ｎｍの条件において各波長の透過率を測定した。

ヤング率は、２０ｍｍ×４０ｍｍ×２ｍｍの試料を作製し共振法により測定した。

面押し時の応力は次のようにして評価した。

まず上記板状ガラスから、４０ｍｍ×４０ｍｍの大きさに評価用試料を切り出し、所定の板厚に加工し、鏡面研磨して評価用試料１を作製した。また試料載置部分に３０ｍｍ×３０ｍｍの開口部を有するステンレス製治具４を用意した。

次に、試料表面をエタノールで洗浄した後、瞬間接着剤（ＣＮ（汎用）東京測器研究所製）を歪ゲージ（ＢＦＬＡ−５−３東京測器研究所製）２に１滴、滴下し、試料１中央部に２分間押し付けて接着した。なお押し付けは、ポリエチレン製のシート上から行った。その際、歪ゲージ２の辺方向と試料１の辺が平行となるよう留意した。（図２参照）

歪ゲージ２を取り付けて室温、大気中で３０分以上放置した後、歪ゲージ２のコード３を前記治具４の開口部に通してデータロガー（ＴＤＳ−６０１東京測器研究所）に接続した。続いて歪みゲージ２接着面が下側となるようにして試料１を治具４上に載置した。このとき治具４の開口部の四辺と試料１の四辺がそれぞれ平行になり、かつ試料１周縁部が各５ｍｍ幅で治具４上面に支持されるよう試料１を載置した。そしてこの時点での歪度を０とした。

続いてマイクロメーター５を、その先端（Ｒ＝３．６ｍｍの球面形状）が試料１中央にくるように設置し、マイクロメーター５先端が試料１に接触するまで接近させ、その時の目盛りを読み取った。さらに読み取った値からマイクロメーター５の目盛りを０．５ｍｍ進めた。即ち試料１を０．５ｍｍたわませた。

このようにして０．５ｍｍたわませた試料１の歪度を、歪ゲージ２にて測定し、この値にヤング率をかけることによって応力を算出した。

表中のヤング率は、２０ｍｍ×４０ｍｍ×２ｍｍの試料を作製し共振法により測定した。密度は、周知のアルキメデス法によって測定した。

表から明らかなように、Ｎｏ．１〜１２の試料は、面押し時の応力が１１０ＭＰａ未満と小さい。一方、従来例であるＮｏ．１３の試料は、面押し時の応力が１６１ＭＰａであった。

次に同じ組成を有するＮｏ．１（実施例）及びＮｏ．１３（従来例）に関して以下の方法で破壊確率を求めた。

まず試料Ｎｏ．１、Ｎｏ．１３について、次に示す条件で２軸曲げ試験（リングオンリング試験）を行った。

使用装置：島津製オートグラフ
支持円直径：２．５ｃｍ
負荷円直径：１．２５ｃｍ
ロードスピード：１ｍｍ／分

得られた破壊荷重を基に破壊応力を算出し、横軸に破壊応力［ＭＰａ］の対数、縦軸に平均値ランク法で求めた破壊確率をＦ［％］としてｌｎ（ｌｎ（１／（１−Ｆ））をプロットし、試料Ｎｏ．１、Ｎｏ．１３のワイブルプロットをそれぞれ作成した。さらに実施例１で求めた試料Ｎｏ．１及びＮｏ．１３の面押し時の応力を各ワイブルプロットの近似曲線に代入し、破壊確率を求めた。

その結果、Ｎｏ．１の破壊確率（６×１０^−３％）は、Ｎｏ．１３のそれ（３３×１０^−３％）の５分の１以下であり、破壊確率が極端に小さくなっていることが理解できる。

本発明は、液晶ディスプレイやＥＬディスプレイの基板としての使用のみならず、固体撮像素子のカバーガラス等にも使用できる。

１試料
２歪ゲージ
３歪ゲージのコード
４治具
５マイクロメーター

Claims

以下の条件で面押しした時の応力が、１１０ＭＰａ未満となる性質を有することを特徴とするディスプレイ基板。
試料サイズ：４０ｍｍ角
試料の支持方法：各周縁部５ｍｍのみで支持
面押し方法：試料中央部を試料表面に対して垂直に０．５ｍｍ押圧
応力測定部位：試料中央部
基板の板厚が０．５ｍｍ未満であることを特徴とする請求項１のディスプレイ基板。
ヤング率が７０ＧＰａ以下の材料からなることを特徴とする請求項１のディスプレイ基板。
ディスプレイモジュールに組み込まれるディスプレイパネルの基板であって、前記ディスプレイモジュールが、ディスプレイパネルと前記ディスプレイパネルの背面側に設けられた構成部材とを有し、ディスプレイパネルの変形が前記構成部材により規制され、一定量以上変形しない構造を有していることを特徴とする請求項１のディスプレイ基板。
液晶ディスプレイパネル用基板であることを特徴とする請求項１のディスプレイ基板。
パネルサイズが２０インチ以下のディスプレイパネル用基板であることを特徴とする請求項１のディスプレイ基板。