JP2011145636A - 低透湿率及び低透酸素率のフレキシブルディスプレイ基板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】基板上に実装される有機素子を極力保護するための低透湿率及び低透酸素率のフレキシブルディスプレイ基板の製造方法を提供する。
【解決手段】ナノまたはマイクロサイズの粒子を溶融状態のポリマーマトリックスに均一に分散させ、均一に分散された溶融状態のポリマーを平板状に作り、これを二つの押出しローラーの間で押し出して成形することにより、粒子を薄膜表面に平行に配向させ、続いて、シートをガラス転移温度と溶融点の間で延伸してフィルム（薄膜）を成形することにより、粒子の剥離を促進させ、粒子を薄膜表面にさらに平行に配向させる。さらに、有機コーティングによってフレキシブル基板の表面を平坦化、有機膜の硬化のための熱処理段階を行う。なお、粒子は板状構造を持つ物質であり、粒子はＳｉ、Ｂ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｂｉ、及びＦｅの中で少なくとも１種の元素を含む。
【選択図】図１
【解決手段】ナノまたはマイクロサイズの粒子を溶融状態のポリマーマトリックスに均一に分散させ、均一に分散された溶融状態のポリマーを平板状に作り、これを二つの押出しローラーの間で押し出して成形することにより、粒子を薄膜表面に平行に配向させ、続いて、シートをガラス転移温度と溶融点の間で延伸してフィルム（薄膜）を成形することにより、粒子の剥離を促進させ、粒子を薄膜表面にさらに平行に配向させる。さらに、有機コーティングによってフレキシブル基板の表面を平坦化、有機膜の硬化のための熱処理段階を行う。なお、粒子は板状構造を持つ物質であり、粒子はＳｉ、Ｂ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｂｉ、及びＦｅの中で少なくとも１種の元素を含む。
【選択図】図１
Description
本発明のフレキシブルディスプレイ基板に係り、より詳しくは外部から浸入する水分または酸素による有機物素子の寿命短縮を抑制あるいは防止することができる低透湿率及び低透酸素率のフレキシブルディスプレイ基板の製造方法に関する。
ガラスを基板として使用する液晶ディスプレイは６０年代初期に初めて紹介されて、電卓、時計、携帯電話、ＰＤＡ、オーディオ及びビデオ装置、コンピューター、及び自動車計器盤のような情報表示装置に広く使用されて来た。このようなガラスを基板にして製造されたＬＣＤは幅広く使用されているにもかかわらず、問題点がなかったものではない。
その問題点は基板として使用するガラスの特性に起因するもので、衝撃に弱くて重いし、曲げ変形不可能であり、使用するガラスの厚さに制限があることであった。このような問題点を解決する方法は、ガラス基板を適切なプラスチック基板に取り替えることである。
最近では、ディスプレイ素子の発展につれて、液晶ディスプレイ素子及び有機電気発光（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅｓ；ＯＬＥＤｓ）ディスプレイ素子に使用されるガス−バリアタイプフィルムをより軽量にかつより大きくする要求だけではなく、フレキシブルディスプレイに使用できるように、フィルムを自由に曲げるか折り曲げることができるようにする要求が現われた。
したがって、重くて壊れやすいし、大面積に使いにくいガラス基板を取り替えて透明プラスチックまたは樹脂フィルム基材物質の使用が研究されている。すなわち、ハイレベルの機械的柔軟性及びガス−バリア特性が、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機ＥＬディスプレイ（ＯＬＥＤ）及び電子ペーパー（ＥＰＤ）に使用可能な基板に要求されている。
しかし、プラスチックまたは樹脂フィルム基材物質のガス−バリア特性はガラス基板のガス−バリア特性に比べて劣り、よって水蒸気や酸素が基板物質に染みこむことができ、これにより、液晶ディスプレイ素子または有機ＥＬディスプレイ素子の寿命と品質を低下させることができる。前記フィルムはモコン（Ｍｏｃｏｎ）法で測定された透湿率が１ｇ／ｍ２／日ととても高いため、バリア特性が満足されない。
このような問題点を解決するために、金属酸化膜をプラスチックフィルム基材物質上に形成して、良好なガス−バリア特性を持つフィルム（透明なプラスチック基板）を開発している。例えば、蒸着によってプラスチックフィルム上にシリコン酸化膜が形成されたガス−バリアフィルム、またはアルミニウム酸化膜が形成されたガス−バリアフィルムが開示されている。
しかし、これも透過湿率または防湿フィルムの機械的柔軟性に対しては解決手段となることができない。
このように、有機ＥＬディスプレイ及び高解像度カラー液晶ディスプレイへの実用的使用が急激に進行されているが、フィルム（フレキシブル基板）の防湿を要求すると、水蒸気及び酸素が有機ＥＬディスプレイ素子に浸透すれば、陰極層及び有機−機能層の間の界面に水分によるディスプレイの劣化がひどく、発光しない部分、言い換えればダークスポット（ｄａｒｋ ｓｐｏｔ）を引き起こすなどの問題が発生する。これは外部から浸透した水分または酸素が有機分子を分解（Ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ）させて有機素子の寿命を短縮させるからである。
したがって、本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、本発明の目的は、外部からの水分及び酸素の浸透率を低下させてディスプレイ素子の寿命をふやすための低透湿率及び低透酸素率のフレキシブルディスプレイ基板の製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、フレキシブルディスプレイ基板内にナノまたはマイクロサイズの水分遮断用平板粒子を埋め込み、フレキシブルディスプレイ基板の製造単価を激減させることができる低透湿率及び低透酸素率のフレキシブルディスプレイ基板の製造方法を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、ロールツーロール方式によって水分遮断用平板粒子物質をフレキシブル基板に埋め込むことにより、製造の容易性と効率性を増大させることができる低透湿率及び低透酸素率のフレキシブルディスプレイ基板の製造方法を提供することにある。
前記目的を達成するために、本発明の一観点によると、有機素子実装フレキシブルディスプレイ基板の製造方法であって、ａ）ナノまたはマイクロサイズの粒子を溶融状態のプラスチックまたはポリマーマトリックスに均一に分散させる段階；ｂ）ナノまたはマイクロサイズの板状粒子が均一に分散された溶融状態のポリマーを一辺が数等長い長方形の容器出口を通じて流し出して平板状のポリマーを作り、これを二つの押出しローラーの間で押し出してプラスチックまたはポリマーシートを成形することにより、前記粒子を薄膜表面に平行に配向させる段階；ｃ）前記ｂ）で成形されたシートを横方向及び縦方向に延伸してフィルム（薄膜）を成形することにより、前記粒子の剥離を促進させ、前記粒子を薄膜表面にさらに平行に配向させる段階；ｄ）有機コーティングによって前記フレキシブル基板の表面を平坦化する段階；及びｅ）前記有機膜の硬化のための熱処理段階；を含む、低透湿率及び低透酸素率のフレキシブルディスプレイ基板の製造方法が提供される。
ここで、フレキシブル基板はポリマー材またはプラスチック材のフィルムであり、前記ナノまたはマイクロサイズの粒子は板状構造を持つことができる。板状構造のナノまたはマイクロサイズの粒子の一例としては、サポナイト（Ｓａｐｏｎｉｔｅ）、モンモリロナイト（Ｍｏｎｔｍｏｒｉｌｌｏｎｉｔｅ）、ベントナイト（Ｂｅｎｔｏｎｉｔｅ）、雲母（ｍｉｃａ）、及びガラス粒子のいずれか１種以上を含むことができる。また、ナノまたはマイクロサイズの粒子は、Ｓｉ、Ｂ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｂｉ、及びＦｅの中で少なくとも１種の元素を含むことができる。
したがって、本発明は、水分及び酸素遮断のためにナノまたはマイクロサイズの板状構造を持つ粒子を溶融状態のポリマー基板内に埋め込んで基板面と平行に配向させ、ポリマーまたはプラスチック基板に外部の水分または酸素が流入することを抑制することにより基板上の有機素子を積極保護して素子の寿命延長を誘導する効果を持つ。
以下、本発明の好ましい実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明によるフレキシブルディスプレイ基板の製造方法を説明するためのフローチャートである。図２は本発明によるプラスチックシート製造装置を説明する構成図である。同図に示すように、Ｓ１０１段階で、フレキシブル基板の母材となるポリマーを溶融させてナノまたはマイクロサイズの粒子を均一に分散させる。粒子の均一な分散のためには、ナノまたはマイクロサイズの無機物質粒子にポリマー母材とよく混合可能な有機分子を化学結合させて使用する。
前記ナノまたはマイクロサイズの粒子２０１は板状構造に提供され、一例としては、サポナイト（Ｓａｐｏｎｉｔｅ）、モンモリロナイト（Ｍｏｎｔｍｏｒｉｌｌｏｎｉｔｅ）、ベントナイト（Ｂｅｎｔｏｎｉｔｅ）、雲母（ｍｉｃａ）、及びガラス粒子を含む。本発明におけるナノまたはマイクロサイズの粒子の構成元素は、Ｓｉ、Ｂ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｂｉ、及びＦｅの少なくとも１種の元素を含むことができる。前記ナノまたはマイクロサイズの粒子２０１の粒径はナノあるいはマイクロサイズが可能であるが、０．１μｍ〜１００μｍであることが好ましい。
Ｓ１０３段階で、板状構造のナノ及びマイクロサイズの粒子２０１をヒーター２０５によって所定温度に加熱して溶融状態のポリマー２０３に生成した後、一辺が数等長い直四角形のノズルを通じて流せば、溶融状態の平板状ポリマー２０７になり、これを二つの押出しローラー２０９の間に押し出してポリマーまたはプラスチックシート２１１を成形する。本発明に適用される“ポリマー”とはそのポリマーの溶融温度以下では“プラスチック”と混用可能である。ポリマーの溶融温度以上ではただ“ポリマー”または“溶融状態のポリマー”としてだけ使用される。よって、以下、本発明の実施例においては、ポリマーの溶融温度以下で“プラスチックシート”、“プラスチックフィルム”などに説明しているが、これは“ポリマーシート”、“ポリマーフィルム”に取り替えられることができるのはいうまでもない。
前記プラスチックシート２１１は、厚さが１０μｍ〜２ｍｍであり、その素材としては、ポリエステルスルホン（ｐｏｌｙｅｓｔｅｒｓｕｌｆｏｎｅ）、ポリエチレン（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｍｅ）、ポリカーボネート（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）、ポリスチレン（ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ）、ポリエチレンテレフタレート（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｔｈｈａｌａｔｅ）、ポリエチレンナフタレート（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｎａｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ポリブチレンテレフタレート（ｐｏｌｙｂｕｔｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｔｈａｌａｔｅ）、硫化ポリフェニレン（ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅ ｓｕｌｆｉｄｅ）、ポリプロピレン（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、アラミド（ａｒａｍｉｄ）、ポリアミドイミド（ｐｏｌｙａｍｉｄｅｉｍｉｄｅ）、ポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）、芳香族ポリイミド（ａｒｏｍａｔｉｃ ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）、ポリエーテルイミド（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｉｍｉｄｅ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ ｂｕｔａｄｉｅｎｅｓｔｙｒｅｎｅ）及び塩化ポリビニル（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｃｈｌｏｒｉｄｅｓ）のいずれか１種の高分子物質が使用される。
また、プラスチックシート２１１は、公知の成形方法、例えば押出し成形、射出成形、圧縮成形などの各種方法を使用することができる。押出し成型の一例として、押出しローラー２０９の内部に装着されたヒーターで
設定温度で設定時間加熱して、ローラーの表面温度をポリマー母材のガラス転移温度と溶融点の間に維持し、前記平板状の溶融状態ポリマー２０７を押し出す。
設定温度で設定時間加熱して、ローラーの表面温度をポリマー母材のガラス転移温度と溶融点の間に維持し、前記平板状の溶融状態ポリマー２０７を押し出す。
その後、Ｓ１０５段階に進み、前記ポリマーシートを延伸してフィルム、つまり薄膜２１３を成形することにより、板状構造のナノ及びマイクロサイズの粒子２０１の剥離を促進させ、前記粒子を薄膜表面にさらに平行に配向させる。これは、フィルムに機械的力を加えて高分子チェーンを規則的に配向する過程で、ナノ及びマイクロサイズの粒子も板状の広い面が薄膜の表面に平行に配向されるからである。フィルムを延伸するためには、前記プラスチックシート２１１を２００℃の温度で１０分間加熱処理したときの熱収縮率が０．１％以下、好ましくは０．０５％以下であることが適切である。
図３はプラスチックシート２１１を横方向及び縦方向に延伸してプラスチックフィルムを製造することを説明する概略図である。前記プラスチックフィルム２１３は、押出しドラムによって成形された未延伸シート２１１を所定温度で横方向及び縦方向に倍率２．０〜５．０倍に２軸延伸する。よって、前記押出しドラムで成形された未延伸シート２１１は押出しローラー２０９によって既にナノ及びマイクロサイズの粒子２０１の配向がどのくらいなされた状態であるが、フィルム延伸によってナノ及びマイクロサイズの粒子２０１を薄膜の表面に一層平行に配向させ、ナノ粒子の剥離を促進させる。
ここで、延伸は一般的に使用される方法、例えば縦方向及び横方向に同時に延伸可能であり、または縦方向及び横方向に連続して延伸する方法が使用できる。よって、前記ナノ及びマイクロサイズの粒子２０１は前記フレキシブル基板、つまりポリマーフィルムまたはプラスチックフィルム上に図４のように平行に整列される構造に埋め込まれて配向される。
Ｓ１０７段階に進み、前記ナノ及びマイクロサイズの粒子２０１が埋め込まれたプラスチックフィルム２１３を平坦化する。前記プラスチックフィルム２１３の表面を平坦化するために、スピンコーティングなどの蒸着方法で有機膜をコートする。ここで、有機コーティングに利用される有機膜物質としては、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ：ｂｅｎｚｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ）、アクリル系樹脂、エポキシ樹脂、ポリビニルフェノール（ＰＶＰ：ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｐｈｅｎｏｌ）及びポリビニルアルコール（ＰＶＡ：ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ）などが使用できる。
前記有機膜はプラスチックの表面を平坦化させるだけでなくバリア（ｂａｒｒｉｅｒ）としての役目をする。この有機膜バリアはアレイ工程中に使用されるストライパー（ｓｔｒｉｐｅｒ）、エッチャント（ｅｔｃｈａｎｔ）などの化学物質または食刻ガスなどがプラスチックフィルム２１３に浸透してプラスチック基板を変形させる現象を防ぎ、水分が含まれた化学物の浸透を防ぐ役目をする。
その後、Ｓ１０９段階で、熱処理工程を実施する。これは、有機膜が硬化しながら発生するガスが外部に放出されないことにより有機膜の内部に気泡が形成されることを防ぐためのものである。よって、本工程において、有機ソルベント（ｓｏｌｖｅｎｔ）などの有機溶媒にとけて流動性がある状態であるので、熱処理工程によって有機溶媒が蒸発しながら有機物を硬化させる。
また、熱処理工程は有機物を硬化させるのみならず、一定時間適切な温度で進行される場合、本発明によるプラスチック基板に均一性を提供する。よって、本発明のフレキシブル基板は機械的特性、電気的特性、熱的特性などに優れ、透湿率及び透酸素率が極めて低くて、酸素及び湿気などの外部ガスを効率的に遮断する。
前述したように、本発明による低透湿率及び低透酸素率のフレキシブルディスプレイ基板の製造方法は、フレキシブルディスプレイ基板内にナノまたはマイクロサイズの水分及び酸素遮断用平板状ナノ及びマイクロサイズの粒子を埋め込んで配向することで、外部からの水分及び酸素の浸透率を低下させてディスプレイ素子の寿命をふやすことができ、フレキシブルディスプレイ基板の製造の容易性を高めるので、フレキシブルディスプレイ基板の市場において産業的利用価値が高い。
２０１ ナノまたはマイクロサイズの粒子
２０３ 溶融状態のポリマー
２０５ ヒーター
２０７ 平板状の溶融状態のポリマー
２０９ 押出しローラー
２１１ プラスチックシート
２１３ プラスチックフィルム
２０３ 溶融状態のポリマー
２０５ ヒーター
２０７ 平板状の溶融状態のポリマー
２０９ 押出しローラー
２１１ プラスチックシート
２１３ プラスチックフィルム
Claims (9)
- 有機素子実装フレキシブルディスプレイ基板の製造方法において、
ａ）ナノまたはマイクロサイズの粒子を溶融状態のポリマーマトリックスに均一に分散させる段階；
ｂ）前記粒子が均一に分散された溶融状態のポリマーを平板状に作り、これを二つの押出しローラーの間で押し出してプラスチックまたはポリマーシートを成形することにより、前記粒子を薄膜表面に平行に配向させる段階；
ｃ）前記シートをガラス転移温度と溶融点の間で延伸してフィルム（薄膜）を成形することにより、前記粒子の剥離を促進させ、前記粒子を薄膜表面にさらに平行に配向させる段階；
ｄ）有機コーティングによって前記フレキシブル基板の表面を平坦化する段階；及び
ｅ）前記有機膜の硬化のための熱処理段階；を含むことを特徴とする、低透湿率及び低透酸素率のフレキシブルディスプレイ基板の製造方法。 - 前記フレキシブル基板は、ポリマー材またはプラスチック材のフィルムであることを特徴とする、請求項１に記載の低透湿率及び低透酸素率のフレキシブルディスプレイ基板の製造方法。
- 前記平板状の溶融状態のポリマーは厚さが１〜１０ｍｍ、前記プラスチックまたはポリマーシートは厚さが１μｍ〜３ｍｍであり；
前記プラスチックまたはポリマーは、ポリエステルスルホン（ｐｏｌｙｅｓｔｅｒｓｕｌｆｏｎｅ）、ポリエチレン（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｍｅ）、ポリカーボネート（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）、ポリスチレン（ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ）、ポリエチレンテレフタレート（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｔｈｈａｌａｔｅ）、ポリエチレンナフタレート（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｎａｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ポリブチレンテレフタレート（ｐｏｌｙｂｕｔｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｔｈａｌａｔｅ）、硫化ポリフェニレン（ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅ ｓｕｌｆｉｄｅ）、ポリプロピレン（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、アラミド（ａｒａｍｉｄ）、ポリアミドイミド（ｐｏｌｙａｍｉｄｅｉｍｉｄｅ）、ポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）、芳香族ポリイミド（ａｒｏｍａｔｉｃｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）、ポリエーテルイミド（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｉｍｉｄｅ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ ｂｕｔａｄｉｅｎｅｓｔｙｒｅｎｅ）及び塩化ポリビニル（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ｃｈｌｏｒｉｄｅｓ）のいずれか１種の高分子物質でなることを特徴とする、請求項１に記載の低透湿率及び低透酸素率のフレキシブルディスプレイ基板の製造方法。 - 前記フィルムは厚さが０．１〜１０００μｍであることを特徴とする、請求項１に記載の低透湿率及び低透酸素率のフレキシブルディスプレイ基板の製造方法。
- 前記押出しローラーの温度はポリマーのガラス転移温度と溶融点との間であることを特徴とする、請求項１に記載の低透湿率及び低透酸素率のフレキシブルディスプレイ基板の製造方法。
- 前記フレキシブル基板の表面を平坦にするために、有機膜コーティングに利用される有機膜物質はベンゾシクロブテン（ＢＣＢ：ｂｅｎｚｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ）、アクリル系樹脂、エポキシ樹脂、ポリビニルフェノール（ＰＶＰ：ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ｐｈｅｎｏｌ）及びポリビニルアルコール（ＰＶＡ：ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ）のいずれか１種が使用されることを特徴とする、請求項１に記載の低透湿率及び低透酸素率のフレキシブルディスプレイ基板の製造方法。
- 前記ナノまたはマイクロサイズの粒子は板状構造を持つことを特徴とする、請求項１に記載の低透湿率及び低透酸素率のフレキシブルディスプレイ基板の製造方法。
- 前記粒子は、サポナイと（Ｓｐｏｎｉｔｅ）、モンモリロナイト（Ｍｏｎｔｍｏｒｉｌｌｏｎｉｔｅ）、ベントナイト（Ｂｅｎｔｏｎｉｔｅ）、雲母（ｍｉｃａ）、及びガラス粒子のいずれか１種以上を含むことを特徴とする、請求項７に記載の低透湿率及び低透酸素率のフレキシブルディスプレイ基板の製造方法。
- 前記ナノまたはマイクロサイズの粒子は、Ｓｉ、Ｂ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｂｉ、及びＦｅの中で少なくとも１種の元素を含むことを特徴とする、請求項１または７に記載の低透湿率及び低透酸素率のフレキシブルディスプレイ基板の製造方法。
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