JP4181013B2 - 表示装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は表示装置およびその製造方法に関し、特にプラスチック基板を用いた表示装置およびその製造方法に関する。

フラットパネルディスプレイは種々の分野において表示装置として広く使用されている。その一例である液晶表示装置は、薄型、軽量で、且つ、消費電力が低いという特徴から、携帯電話やＰＤＡなどのモバイルディスプレイ分野において、幅広く使用されている。これらの分野では、液晶表示装置のさらなる薄型化、軽量化が望まれるようになっている。

液晶表示装置の厚さおよび重量の大半を占めるガラス基板の薄板化が行われているが、ガラス基板は、薄くすると非常に割れやすくなるという問題がある。そこで、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は、基板の線膨張率が大きく、例えばＴＦＴ液晶表示装置のような高いアライメント精度を必要とする表示装置の基板には不向きである。

プラスチック基板の線膨張率を小さくするために、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が提案されている。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（ガラスクロス）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。この他にも、樹脂にガラスファイバーを分散させて形成された複合基板など、様々な複合基板が提案されているが、上記ガラス繊維布を用いた複合基板はガラスの長繊維を密に織って作製されるため、他の種類の複合基板に比べて割れにくく、線膨張率が低い。

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以下のレベルに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例えば無機層を形成すると、無機層の表面に１００ｎｍ以上の凹凸が形成される場合があることが分かった。無機層は、例えば、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、プラスチック基板の表面の平坦性を向上させることにより、表示装置の表示品位を向上させることを目的とする。

本発明の表示装置は、繊維布と樹脂層とを含む複合体層を有し、かつ、前記樹脂層に含まれる樹脂材料の線膨張率が前記繊維布の線膨張率よりも大きいプラスチック基板であって、前記繊維布の体積分率が第１の値である第１複合体層領域と、前記第１の値よりも小さい第２の値である第２複合体層領域とを備えるプラスチック基板と、前記プラスチック基板上に設けられた表示媒体層とを有する表示装置であって、前記樹脂層は前記樹脂材料と充填材とを含み、前記充填材の線膨張率は前記樹脂材料の線膨張率よりも小さいことを特徴とする。

本発明の表示装置は、繊維布と樹脂層とを含む複合体層を有し、かつ、前記樹脂層に含まれる樹脂材料の線膨張率が前記繊維布の線膨張率よりも大きいプラスチック基板であって、前記繊維布の体積分率が第１の値である第１複合体層領域と、前記第１の値よりも小さい第２の値である第２複合体層領域とを備えるプラスチック基板と、前記プラスチック基板上に設けられた表示媒体層とを有する表示装置であって、前記第２複合体層領域の前記樹脂層は、前記第１複合体層領域の前記樹脂層よりも線膨張率が小さいことを特徴とする。

ある好ましい実施形態では、前記樹脂層は樹脂材料と充填材とを含み、前記充填材の線膨張率は前記樹脂材料の線膨張率よりも小さく、前記第２複合体層領域の前記樹脂層は、前記第１複合体層領域の前記樹脂層よりも前記充填材を高密度で含んでいる。

ある好ましい実施形態では、前記プラスチック基板は、前記繊維布の体積分率が０である第３複合体層領域を備え、前記第３複合体層領域の前記樹脂層は、前記第１複合体層領域および前記第２複合体層領域の前記樹脂層よりも前記充填材を高密度で含んでいる。

ある好ましい実施形態では、前記樹脂層は、前記繊維布を覆う第１樹脂層と、前記繊維布の両側に設けられた第２樹脂層とを含み、前記第１樹脂層は第１樹脂材料を含み、前記第２樹脂層は第２樹脂材料と前記充填材とを含む。

ある好ましい実施形態では、前記樹脂層は、第２樹脂層の上に配置された第３樹脂層をさらに含み、第３樹脂層は第３樹脂材料を含む。

ある好ましい実施形態では、前記充填材は、ガラスファイバーおよびガラスビーズのいずれか一方を少なくとも含む。

ある好ましい実施形態では、前記繊維布はガラス繊維で形成されている。

ある好ましい実施形態では、前記表示媒体層は液晶材料を含む。

ある好ましい実施形態では、前記表示媒体層は有機ＥＬ材料を含む。

ある好ましい実施形態では、前記プラスチック基板は、前記複合体層の少なくとも一方の表面に形成された無機膜を含む。

ある好ましい実施形態では、前記プラスチック基板の表面粗さは１００ｎｍ以下である。

本発明の表示装置の製造方法は、プラスチック基板と、前記プラスチック基板上に設けられた表示媒体層とを有する表示装置の製造方法であって、前記プラスチック基板の製造プロセスは、基板面内において互いに交差するように配列された複数の繊維束を含むことによって交差部に形成される凸部と非交差部に形成される凹部とを有する繊維布と、前記繊維布の表面を覆う含浸樹脂層とを有する樹脂含浸繊維布を用意する工程と、前記樹脂含浸繊維布に充填材を散布することによって、前記凸部に比べて前記凹部に高密度で前記充填材を付与し、前記充填材が付与された前記樹脂含浸繊維布に樹脂材料を付与することによって前記樹脂材料と前記充填材とを含む樹脂層を形成する工程と、を包含し、前記樹脂材料の線膨張率は前記繊維布の線膨張率よりも大きく、かつ、前記充填材の線膨張率は前記樹脂材料の線膨張率よりも小さいことを特徴とする。

本発明の表示装置の製造方法は、プラスチック基板と、前記プラスチック基板上に設けられた表示媒体層とを有する表示装置の製造方法であって、前記プラスチック基板の製造プロセスは、基板面内において互いに交差するように配列された複数の繊維束を含むことによって交差部に形成される凸部と非交差部に形成される凹部とを有する繊維布と、前記繊維布の表面を覆う含浸樹脂層とを有する樹脂含浸繊維布を用意する工程と、樹脂材料と充填材との混合物を前記凹部に選択的に付与するとともに、前記樹脂材料のみを前記凸部に選択的に付与することによって、前記樹脂含浸繊維布に樹脂層を形成する工程と、を包含し、前記樹脂材料の線膨張率は前記繊維布の線膨張率よりも大きく、かつ、前記充填材の線膨張率は前記樹脂材料の線膨張率よりも小さいことを特徴とする。

本発明の表示装置の製造方法は、ラスチック基板と、前記プラスチック基板上に設けられた表示媒体層とを有する表示装置の製造方法であって、前記プラスチック基板の製造プロセスは、基板面内において互いに交差するように配列された複数の繊維束を含むことによって、交差部に形成される凸部と非交差部に形成される凹部とを有する繊維布を用意する工程と、前記繊維布に充填材を散布することによって、前記凸部に比べて前記凹部に高密度で前記充填材を付与し、前記充填材が付与された前記繊維布に樹脂材料を付与することによって前記樹脂材料と前記充填材とを含む樹脂層を形成する工程と、を包含し、前記樹脂材料の線膨張率は前記繊維布の線膨張率よりも大きく、かつ、前記充填材の線膨張率は前記樹脂材料の線膨張率よりも小さいことを特徴とする。

本発明の表示装置の製造方法は、プラスチック基板と、前記プラスチック基板上に設けられた表示媒体層とを有する表示装置の製造方法であって、前記プラスチック基板の製造プロセスは、基板面内において互いに交差するように配列された複数の繊維束を含むことによって、交差部に形成される凸部と非交差部に形成される凸部とを有する繊維布を用意する工程と、樹脂材料と充填材との混合物を前記凹部に選択的に付与するとともに、前記樹脂材料のみを前記凸部に選択的に付与することによって、前記繊維布に樹脂層を形成する工程と、を包含し、前記樹脂材料の線膨張率は前記繊維布の線膨張率よりも大きく、かつ、前記充填材の線膨張率は前記樹脂材料の線膨張率よりも小さいことを特徴とする。

ある好ましい実施形態では、前記樹脂層の上に、薄膜堆積法を用いて２００℃以上で無機膜を形成する工程をさらに含む。

ある好ましい実施形態では、前記充填材は、ガラスファイバーおよびガラスビーズのいずれか一方を少なくとも含む。

ある好ましい実施形態では、前記繊維布はガラス繊維で形成されている。

本発明による表示装置のプラスチック基板は、繊維布の体積分率が互いに異なる複合体層領域において、樹脂層の線膨張率が適宜調整されているので、異なる複合体層領域間の線膨張率の差が従来よりも低減されている。したがって、例えば複合体層上に無機層を形成するための加熱処理工程において、無機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。このため、表示装置を構成した場合に、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、例えば無機層を形成すると、平坦性が損なわれ、無機層の表面に１００ｎｍ以上の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の一部を模式的に示すものであり、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１Ｓ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（図１（ｂ）のｘ軸方向とｙ軸方向）に平織したものである。樹脂層２は、ガラス繊維布１Ｓ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、場所によって異なるが、例えば薄い部分では５〜１０μｍである。この樹脂含浸ガラス繊維布３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、この樹脂含浸ガラス繊維布３の凹凸を平坦化するための平坦化樹脂層４が設けられていた。平坦化樹脂層４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４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、無機層５が設けられる。ＳｉＯ₂を加熱成膜プロセス（例えば２００℃で真空蒸着）で堆積することによって、厚さが約１００ｎｍの無機層５を形成すると、得られたプラスチック基板１０の表面（無機層５の表面）は、図２（ｂ）に模式的に示すように、凹凸の程度が約１００ｎｍ超に増大される。

後述するが、図５（ｂ）に模式的に示すように、上記プラスチック基板１０と同様の基板１０Ａと基板１０Ｂとの間に液晶層１０４を配置した液晶表示装置１５０を構成すると、プラスチック基板１０Ａおよび１０Ｂの表面の凹凸の影響を受けて、液晶層の厚さ（セル厚）に不均一な分布が形成される。液晶層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４上にＳｉＯ₂を堆積する際に、基板（ここでは、樹脂含浸ガラス繊維布３およびその上に形成された平坦化樹脂層４のことを指す。）が例えば２００℃に加熱される。上述したように、繊維の線膨張率は樹脂材料の線膨張率よりも小さい。基板内には、繊維１（繊維布１Ｓ）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４）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て小さく、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。

なお、一般に、ガラス基板上に上記と同様に無機層を高温で蒸着する場合、蒸着後温度が低下する際に、基板と膜との熱膨張率差によるストレスで、無機層の表面に細かいランダムなしわが生じることある。しかしながら、ガラス基板および無機層の熱膨張率はいずれも面内で均一であるため、上記ガラス繊維布を用いたプラスチック基板のように周期的で振幅の大きい凹凸が生じることはない。

本発明者らは、基板内に繊維１の体積分率が異なる領域が存在することによって、プラスチック基板の表面に凹凸が形成される上記のメカニズムを考慮し、プラスチック基板の繊維の体積分率が異なる領域毎に熱膨張率を調整することによって、凹凸が１００ｎｍ以下の表面を得る方法を見出した。また、平坦化樹脂層４の熱膨張率を低減させることによって、凹凸が１００ｎｍ以下の表面を得る方法を見出した。

以下、図３および図４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について説明する。

図３（ａ）および（ｂ）は、プラスチック基板３０の製造方法を説明するための図である。

図３（ａ）に示すように樹脂含浸ガラス繊維布３４を用意する。樹脂含浸ガラス繊維布３４は上述した従来の樹脂含浸ガラス繊維布３と同じものを用いることができる。樹脂含浸ガラス繊維布３４は、繊維束３２を縦横に平織したガラス繊維布と、ガラス繊維布を覆う樹脂層３６とを有している。樹脂層３６は、ガラス繊維布をエポキシ樹脂に含浸することによって形成されている。ガラス繊維布は、図１（ｂ）を参照して説明したように、基板面内において互いに交差するように配列されたｘ軸方向に延びる繊維束と、ｙ軸方向に延びる繊維束とが平織されて形成されている。ｘ軸方向に延びる繊維束とｙ軸方向に延びる繊維束とが交差する部分（交差部）は、ｘ軸方向に延びる繊維束およびｙ軸方向に延びる繊維束のいずれか一方が存在する部分（非交差部）に比べて繊維が多く存在するので、樹脂含浸ガラス繊維布３４は上記交差部に形成される凸部と、上記非交差部に形成される凹部とを有する。なお、図３（ａ）の断面図に示した樹脂含浸ガラス繊維布３４の凹部は、いずれか一方向に延びる繊維を含んでいるが、図１（ｂ）に示したように繊維の存在しない凹部も存在する。上述したようにこの凹凸（うねり）は、例えば約５００ｎｍから６００ｎｍ程度である。

次に、樹脂含浸ガラス繊維布３４上に、樹脂材料と充填材とを含む平坦化樹脂層３８を形成する。ここで、樹脂材料の線膨張率はガラス繊維の線膨張率よりも大きく、充填材の線膨張率は樹脂材料の線膨張率よりも小さい。樹脂材料と充填材とを用いて平坦化樹脂層３８を形成することによって、樹脂材料のみで平坦化樹脂層３８を形成する場合に比べて平坦化樹脂層３８の線膨張率を小さくすることができる。樹脂材料としては、例えばエポキシ樹脂（線膨張率７０ｐｐｍ以上）を用いることができる。また、充填材としては、例えばガラスビーズ（線膨張率１０ｐｐｍ以下）を用いることができる。平坦化樹脂層３８は、例えば下記の２つの方法を用いて形成することができる。

第１の方法を説明する。まず、樹脂含浸ガラス繊維布３４に充填材４０を散布する。上述したように、樹脂含浸ガラス繊維布３４は凹部と凸部とを有しているので、充填材４０は自然に凸部よりも凹部に多く堆積される。充填材４０を付与した後、樹脂含浸ガラス繊維布３４に樹脂材料を付与する。以上の工程により、凹部に充填材の密度の高い樹脂層を形成し、凸部に充填材を含まない樹脂層を形成することができる。充填材を散布した後、樹脂材料に充填材を分散した混合物を付与しても良い。

第２の方法では、例えば、樹脂材料と充填材４０との混合物を用意し、この混合物を樹脂含浸ガラス繊維布３４の凹部に選択的に付与する。その後、樹脂含浸ガラス繊維布３４の凸部上に樹脂材料のみ付与する。以上の工程によって、凹部に充填材の密度の高い樹脂層を形成し、凸部に充填材を含まない樹脂層を形成することができる。もちろん、凸部上に付与する樹脂材料に充填材を混合しても良い。ただし、凹部の樹脂層と凸部の樹脂層との熱膨張量の差を低減できるように、充填材の密度を調節することが好ましい。

ここで、樹脂含浸繊維布３４およびこの上に形成された平坦化樹脂層３８とを合わせて複合体層４４と呼ぶことにする。また、複合体層４４において、樹脂含浸ガラス繊維布３４の凸部に対応する領域、すなわち、ガラス繊維布の体積分率のより大きい領域を第１複合体層領域５０とし、樹脂含浸ガラス繊維布３４の凹部に対応する領域、すなわち、ガラス繊維布の体積分率のより小さい領域を第２複合体層領域５２とする。また、上述したように、図３（ａ）には図示されていないが、ガラス繊維布の体積分率が実質的に０である第３複合体層領域を有する。なお、複合体層領域とは、複合体層の面内に規定される２次元の領域内に存在する複合体層の全体を指す。例えば、ここでは、ｘ方向の繊維束とｙ方向の繊維束とが重なる領域として複合体層の面内における２次元的な広がりの外延が規定される複合体層の全体が第１複合体層領域であり、一方の繊維束だけが存在する領域が第２複合体層領域である。複合体層４４は、さらに、繊維束を含まない領域（不図示：第３複合体層領域）を含む。

上述した２つの平坦化樹脂層３８の形成方法を用いることにより、第１複合体層領域５０よりも第２複合体層領域５２に充填材４０を高密度で含む平坦化樹脂層を形成できる。また、上記の説明では省略したが、繊維束を含まない第３複合体層領域は、第２複合体層領域よりもさらに深い凹部を形成するので、上述の２つの方法または上述の２つの方法を適宜改変することによって、第３複合体層領域に、第２複合体層領域よりも充填材を高密度で含む平坦化樹脂層４０を形成することができる。

充填材４０の線膨張率は樹脂材料よりも小さいので、第１複合体層領域５０の平坦化樹脂層に比べて第２複合体層領域５２の平坦化樹脂層に高密度で充填材４０を付与することにより、第１複合体層領域５０の平坦化樹脂層に比べて第２複合体層領域５２の平坦化樹脂層の線膨張率をより小さくすることができる。さらに、第２複合体層領域５２の平坦化樹脂層に比べて第３複合体層領域の平坦化樹脂層に高密度で充填材４０を付与することにより、第２複合体層領域５２の平坦化樹脂層に比べて第３複合体層領域の平坦化樹脂層の線膨張率をより小さくすることができる。第２複合体層領域５２は第１複合体層領域５０よりも繊維布の体積分率が小さく、平坦化樹脂層の体積分率が大きい。また、第３複合体層領域５０は繊維布を含まず、実質的に平坦化樹脂層だけで構成される。したがって、各複合体層領域に含まれる充填材の密度を、第１複合体層領域＜第２複合体層領域＜第３複合体層領域とすることにより、第１、第２および第３複合体層領域の間の線膨張率の差を小さくし、より好ましくはその差を０にすることができる。

平坦化樹脂層３８を形成した後、図３（ｂ）に示すように、複合体層４４の上に無機層４６を堆積する。無機層４６の材料および堆積方法は従来と同じであってよい。無機層４６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ＳｉＯ₂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。無機層４６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。無機層４６は、具体的には、例えば２００℃の温度条件下、蒸着法を用いて形成された膜厚１００ｎｍのＳｉＯ₂膜で構成することができる。なお、無機層４６には、ＳｉＯ₂以外にもＳｉＮ_xＯ_yやＰＳＧなどを用いることもできる。

このようにして形成された無機層４６の表面は、図３（ａ）に示した平坦化樹脂層３８と同様に１００ｎｍ以下の凹凸を有する。

本実施形態のプラスチック基板には、縦方向に延びる繊維束と横方向に延びる繊維束とが隙間なく織られている繊維布を用いても良い。この場合、複合体層４４は、ガラス繊維布の体積分率が実質的に０である第３複合体層領域を有さず、第１複合体層領域５０および第２複合体層領域５２のみを有する。

なお、本明細書で、複合体層の線膨張率または、樹脂層の線膨張率とは、プラスチック基板の厚さ方向における線膨張率をいう。

以下、プラスチック基板３０をより具体的に説明する。

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て形成された樹脂含浸ガラス繊維布（含浸樹脂層の膜厚最薄部５〜１０μｍ）３４に、上記第１の方法を用いて平坦化樹脂層３８を形成した。

充填材としては、直径１μｍのガラスビーズ４０を用いた。樹脂材料には、ガラス繊維布に含浸した樹脂と同じエポキシ樹脂を用いた。平坦化樹脂層３８は、樹脂含浸ガラス繊維布の両面に、それぞれ、厚さ１０μｍ程度で形成した。

無機層４６を形成する前に、約１００ｎｍの凹凸を有していた複合体層４４の両表面に、約２００℃でＳｉＯ₂を約１００ｎｍ蒸着した。蒸着後の基板表面（無機層４６の表面）は、１００ｎｍ以下の凹凸を有していた。

上記樹脂含浸ガラス繊維布３４に、上記第２の方法を用いて平坦化樹脂層３８を形成した場合も、ＳｉＯ₂無機層４６の表面の凹凸を１００ｎｍ以下とすることができた。平坦化樹脂層３８は、第２複合体層領域５２の平坦化樹脂層におけるガラスビーズ４０の体積分率を３０％とし、第１複合体層領域５０の平坦化樹脂層におけるガラスビーズ４０の体積分率を１０％以下として形成した。また、繊維を含まない第３複合体層領域におけるガラスビーズ４０の体積分率は最も大きく、６０％とした。

なお、ここで用いたプラスチック基板の大きさは１００ｍｍ×１００ｍｍであり、ほぼ全面に亘り凹凸を評価した。

プラスチック基板３０に代えて、図４に模式的に示すプラスチック基板６０を用いることもできる。図４（ａ）および（ｂ）は、プラスチック基板６０の製造方法を説明するための図である。

プラスチック基板６０は、平坦化樹脂層５６がほぼ全体に亘って同程度の密度で充填材４０を含んでいる。すなわち、繊維布の体積分率が互いに異なる第１、第２および第３複合体層領域の平坦化樹脂層５６が、いずれも、同程度の密度で充填材４０を含んでいる。

充填材４０は樹脂材料の線膨張率よりも小さいので、樹脂材料のみで平坦化樹脂層を形成する場合に比べて、平坦化樹脂層５６の線膨張率を低くすることができる。したがって、樹脂材料のみで平坦化樹脂層を形成する場合に比べて、第１複合体層領域の平坦化樹脂層５６の線膨張率と、第２の平坦化樹脂層５６の線膨張率と、第３複合体層領域の平坦化樹脂層５６の線膨張率との間の差を小さくできる。

このプラスチック基板６０は上記プラスチック基板３０（図３（ｂ））と異なり、第１、第２および第３複合体層領域の平坦化樹脂層５６の線膨張率を、全て、等しくすることはできないが、これらの間の差を小さくすることは可能である。

例えば、ガラス繊維布（繊維径１０μｍ、繊維束の幅２００μｍ、ピッチ５００μｍ）を用い、平坦化樹脂層の膜厚を１０μｍとした場合、プラスチック基板６０では、平坦化樹脂層に対してガラスビーズ（直径１μｍ）の体積分率を２０％以上とすれば、基板の表面凹凸を１００ｎｍ以下とすることができる。これに対して、プラスチック基板３０では、平坦化樹脂層に対してガラスビーズの体積分率を１０％以上とすれば、基板の表面凹凸を１００ｎｍ以下とすることができる。

プラスチック基板６０は、以下の方法を用いて作製することができる。

所定の体積分率で充填材が添加された、樹脂材料と充填材とを含む混合物を用意する。

図４（ａ）に示すように、樹脂含浸ガラス繊維布３４の両面に、上記樹脂材料と充填材とを含む混合物を塗布し、平坦化樹脂層５６を形成する。次に、平坦化樹脂層５６の上に、膜厚数μｍ程度のさらなる樹脂層５８を形成する。本製造方法のように樹脂材料と充填材との混合物を用いて平坦化樹脂層５６を形成する場合、充填材４０の一部分が平坦化樹脂層５６の表面から突出し易いので、表面凹凸のより小さい複合体層５４を形成するのに効果的である。なお、この樹脂層５８は省略可能である。

樹脂層５８を形成した後、図４（ｂ）に示すように、複合体層５４の上に無機層４６を堆積し、プラスチック基板６０が作製される。なお、無機層４６の材料および堆積方法は上述したプラスチック基板３０の場合と同じである。

プラスチック基板６０では、平坦化樹脂層５６に添加する充填材４０の密度を複合体層５４の領域毎に異ならせる必要がないので、上記プラスチック基板３０に比べて作製が容易である。

このプラスチック基板６０においても、平坦化樹脂層５６に含める充填材４０の量を適切に調整することにより、例えば１００ｎｍ以下の表面粗さを実現できる。

以下、プラスチック基板６０をより具体的に説明する。

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て形成された樹脂含浸ガラス繊維布（含浸樹脂層の膜厚最薄部５〜１０μｍ）３４に、下記の方法を用いて平坦化樹脂層５６を形成した。

充填材としては、直径１μｍのガラスビーズ４０を用いた。樹脂材料には、ガラス繊維布に含浸した樹脂と同じエポキシ樹脂を用いた。エポキシ樹脂にガラスビーズを体積分率２０％程度混入させた混合物を、樹脂含浸ガラス繊維布３４の両面に塗布した。平坦化樹脂層３８は、樹脂含浸ガラス繊維布３４の両面に、それぞれ、厚さ１０μｍ程度形成した。

平坦化樹脂層３８を形成した後、その表面にエポキシ樹脂を数μｍ塗布することによって樹脂層５８を形成し、複合体層５４を得た。

無機層４６を形成する前に、約１００ｎｍの凹凸を有していた複合体層５４の両表面に、約２００℃でＳｉＯ₂を約１００ｎｍ蒸着した。蒸着後の基板表面（無機層４６の表面）は、１００ｎｍ以下の凹凸を有していた。

なお、ここで用いたプラスチック基板の大きさは１００ｍｍ×１００ｍｍであり、ほぼ全面に亘り凹凸を評価した。

なお、本発明の表示装置に用いられるプラスチック基板の構成は、上述したプラスチック基板に限定されない。

図３（ｂ）に示したプラスチック基板３０も、プラスチック基板６０と同様に、平坦化樹脂層３８の上にさらなる樹脂層５８を有していても良い。特に平坦化樹脂層３８を第２の方法で形成する場合には、第２複合体層領域５２において、平坦化樹脂層５６の表面から充填材４０が突出し易いので、表面凹凸の小さい複合体層を形成するのに効果的である。

上記の説明では、複合体層が有する樹脂層のうち、平坦化樹脂層だけが選択的に充填材４０を含んでいる場合を例示したが、例えば、平坦化樹脂層に代えてガラス繊維束３２を覆う樹脂層（含浸樹脂層）３６が充填材４０を含んでいてもよい。あるいは、この樹脂層３６と平坦化樹脂層とがいずれも充填材４０を含んでいてもよい。

また、例えば、ガラス繊維束３２を覆う樹脂層３６が充填材４０を含んでいる場合、平坦化樹脂層を省略してもよい。この場合、プラスチック基板は、複合体層として樹脂含浸ガラス繊維布のみを有する。

また、樹脂含浸ガラス繊維布３４として凹凸を有しない繊維布を用いても、線膨張率の互いに異なる複数の複合体層領域を有していれば、上述したように２００℃以上の温度で無機層を形成すると、１００ｎｍを超える表面凹凸が形成されることがある。表面が平坦な樹脂含浸ガラス繊維布上に、異なる密度で充填材を含む樹脂層を形成することによって、表面凹凸が１００ｎｍ以下のプラスチック基板を得ることができる。異なる密度で充填材を含む樹脂層は、例えば以下に説明する方法を用いて形成することができる。もちろんこれらの方法は、表面凹凸を有する繊維布にも適用できる。

マスクを用い、樹脂含浸ガラス繊維布の線膨張率の大きい領域に選択的に充填材を散布する。この後、上記と同様の方法で樹脂材料を付与する。

あるいは、まず、充填材および樹脂材料の混合物を樹脂含浸ガラス繊維布に付与して、第１の樹脂層を形成し、樹脂含浸ガラス繊維布の線膨張率の小さい領域の第１の樹脂層のみをフォトリソグラフィ技術を用いて除去する。この後、樹脂材料のみを樹脂含浸ガラスに付与して、充填材を含まない第２の樹脂層を形成する。

異なる密度で充填材を含む樹脂層を形成する方法以外に、表面が平坦な樹脂含浸ガラス繊維布上に、全体に亘って同程度の密度で充填材を含む樹脂層を設けることによっても、表面凹凸が１００ｎｍ以下のプラスチック基板を得ることができる。

無機層４６は少なくとも、表示領域の全面に亘って形成されることが好ましく、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。

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３０および６０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。

充填材としては、ガラスビーズ以外にも例えばガラスファイバーを用いることができる。本実施形態で用いることのできるガラスビーズやガラスファイバーの直径に、特に制限はないが、凹凸を有する繊維布にガラスビーズ等を散布することによって、繊維布の凸部よりも凹部に高密度でガラスビーズ等を付与する場合（例えば図３（ａ））には、ガラスビーズ等の直径は、数μmもしくはそれ以下であれば効果的に付与できる。

図５（ａ）は、本発明による実施形態の液晶表示装置１００の構成を模式的に示したものである。

液晶表示装置１００は、プラスチック基板３０Ａおよびプラスチック基板１０２と、これらの間に設けられた液晶層１０４とを有する。プラスチック基板３０Ａは、樹脂含浸ガラス繊維布３４および平坦化層３８を含む複合体層４４（図３（ａ）参照）と、複合体層４４の液晶層側表面に形成された無機層４６とを有する。プラスチック基板３０Ａは、無機層４６が複合体層４４の片側表面にのみ設けられている点を除いて、前述のプラスチック基板３０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。

プラスチック基板１０２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３０Ａ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１０２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３０Ａおよびこれと同じ構成を有するプラスチック基板１０２を用いて、一般的なプロセスで液晶表示装置１００を作製することができる。例えば、一方のプラスチック基板上に、無機膜の蒸着温度（例えば２００℃）よりも低い温度でＴＦＴ素子（不図示）および透明導電膜（ＩＴＯ）１０６と配向膜１０８を形成し、他方のプラスチック基板上に、無機膜の蒸着温度（例えば２００℃）よりも低い温度でカラーフィルタ（不図示）および透明導電膜（ＩＴＯ）１０６と配向膜１０８を形成する。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以下に低減された状態が維持されているので、セル厚むらに起因する表示品位の低下は発生しない。

図５（ｂ）は、比較例の液晶表示装置１５０の構成を模式的に示したものである。

液晶表示装置１５０は、プラスチック基板１０Ａおよび１０Ｂを有している。プラスチック基板１０Ａおよび１０Ｂは、無機層５が一方の表面にのみ設けられている点を除いて、図２（ｂ）に示した従来例のプラスチック基板１０と同じである。プラスチック基板１０Ａおよび１０Ｂの表面には、繊維布の織り目に対応した凹凸が生じており、その凹凸は１００ｎｍ超である。

比較例の液晶表示装置１５０は、主として、プラスチック基板３０Ａおよび１０２に代えてプラスチック基板１０Ａおよび１０Ｂを用いたこと以外は、図５（ａ）に示した液晶表示装置１００と同じ構成を有しており、液晶表示装置１００と同様の方法で作製した。得られた液晶表示装置１５０は、繊維布の凹凸により、セルギャップが周期的に変化しているため、繊維布の織り目の模様に対応したセルギャップむらが観察され、良好な表示均一性を得ることができなかった。

図６（ａ）は、本発明による実施形態の有機ＥＬ表示装置２００の構成を模式的に示したものである。

有機ＥＬ表示装置２００は、プラスチック基板３０Ｂと、プラスチック基板３０Ｂ上に基板３０Ｂ側からこの順に積層された透明電極（ＩＴＯ）２０２と、正孔輸送層２０４と、発光層２０６と、背面電極２０８とを有する。基板３０Ｂ上の積層構造は、封止板２１０によって封止されている。プラスチック基板３０Ｂは、樹脂含浸ガラス繊維布３４および平坦化樹脂層３８を含む複合体層４４と、複合体層４４の片側表面に形成された無機層４６とを有する。有機ＥＬ表示装置は水分によって容易に劣化するので、無機層４６は、ＳｉＯ₂等の無機膜と有機膜とを交互に数層重ねることによって形成する。プラスチック基板３０Ｂは、無機層４６が上記無機膜と有機膜との積層構造を有する点および無機層４６が複合体層４４の片側表面にのみ設けられている点を除いて、前述のプラスチック基板３０と実質的に同じであり、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３０Ｂ上に、蒸着により透明電極２０２、正孔輸送層２０４、発光層２０６、および背面電極２０８を順に積層したのち、基板３０Ｂの外周部にエポキシ樹脂を塗布し、封止板（例えば金属板）２１０を用いて封止することにより、作製される。

このようにして得られた有機ＥＬ装置２００は、プラスチック基板３０Ｂが表面平滑性に優れるため、基板表面の凹凸による電界強さの差が輝度むらとして現れることがなく、均一で、高い表示品位を実現できる。

なお、封止板２１０にプラスチック基板３０Ｂと同じ構成の基板を用いれば、表裏両面から観察できる透明な有機ＥＬ表示装置が得られる。

図６（ｂ）は、比較例の有機ＥＬ表示装置２５０の構成を模式的に示したものである。

有機ＥＬ表示装置２５０は、プラスチック基板１０Ｃを有している。プラスチック基板１０Ｃは、無機層４６が無機膜と有機膜との積層構造を有する点および無機層４６が複合体層４４の片側表面にのみ設けられている点を除いて、図２（ｂ）に示した比較例のプラスチック基板１０と同じである。プラスチック基板は、平坦化樹脂層を形成した時点では１００ｎｍ以下の平坦性であったが、無機膜を蒸着することにより、プラスチック基板１０Ｃの表面には、繊維布の織り目に対応した凹凸が生じており、その凹凸は１００ｎｍ超であった。

比較例の有機ＥＬ表示装置２５０は、主としてプラスチック基板３０Ｂに代えてプラスチック基板１０Ｃを用いたこと以外は、図６（ａ）に示した有機ＥＬ表示装置２００と同じ構成を有しており、有機ＥＬ表示装置２００と同様の方法で作製した。得られた有機ＥＬ表示装置２５０は、繊維布の織り目に対応した凹凸による電界強さの差が輝度むらとして現れ、良好な表示均一性を得ることができなかった。

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。

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の一部を模式的に示すものであり、（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の製造方法および表面に凹凸が形成されるメカニズムを説明するための図である。 （ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態の表示装置に用いられるプラスチック基板３０の製造方法を説明するための図である。 （ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態の表示装置に用いられるプラスチック基板６０の製造方法を説明するための図である。 （ａ）は本発明による実施形態の液晶表示装置１００の構成を模式的に示す図であり、（ｂ）は比較例の液晶表示装置１５０の構成を模式的に示す図である。 （ａ）は本発明による実施形態の有機ＥＬ表示装置２００の構成を模式的に示す図であり、（ｂ）は比較例の有機ＥＬ表示装置２５０の構成を模式的に示す図である。

符号の説明

１ 繊維
１Ａ 繊維束
１Ｓ 繊維布
２ 樹脂層
３ 樹脂含浸ガラス繊維布（複合体層）
４ 平坦化樹脂層
５ 無機層
１０ プラスチック基板
１０Ａ プラスチック基板
１０Ｂ プラスチック基板
１０Ｃ プラスチック基板
３０ プラスチック基板
３０Ａ プラスチック基板
３２ 繊維束
３４ 樹脂含浸ガラス繊維布
３６ 樹脂層
３８ 平坦化樹脂層
４０ 充填材
４４ 複合体層
４６ 無機層
５０ 第１複合体層領域
５２ 第２複合体層領域
５４ 複合体層
５６ 平坦化樹脂層
５８ 樹脂層
６０ プラスチック基板
１００ 液晶表示装置
１０２ プラスチック基板
１０４ 液晶層
１０６ 透明導電膜
１０８ 配向膜
１５０ 液晶表示装置
２００ 有機ＥＬ表示装置
２０２ 透明電極
２０４ 正孔輸送層
２０６ 発光層
２０８ 背面電極
２１０ 封止板
２５０ 有機ＥＬ表示装置

Claims (15)

1. 繊維布と樹脂層とを含む複合体層を有し、かつ、前記樹脂層に含まれる樹脂材料の線膨張率が前記繊維布の線膨張率よりも大きいプラスチック基板であって、前記繊維布の体積分率が第１の値である第１複合体層領域と、前記第１の値よりも小さい第２の値である第２複合体層領域とを備えるプラスチック基板と、
   前記プラスチック基板上に設けられた表示媒体層とを有する表示装置であって、
   前記樹脂層は樹脂材料と充填材とを含み、前記充填材の線膨張率は前記樹脂材料の線膨張率よりも小さく、
   前記第２複合体層領域の前記樹脂層は、前記第１複合体層領域の前記樹脂層よりも前記充填材を高密度で含んでおり、前記第２複合体層領域の前記樹脂層は、前記第１複合体層領域の前記樹脂層よりも線膨張率が小さい、表示装置。
2. 前記プラスチック基板は、前記繊維布の体積分率が０である第３複合体層領域を備え、前記第３複合体層領域の前記樹脂層は、前記第１複合体層領域および前記第２複合体層領域の前記樹脂層よりも前記充填材を高密度で含んでいる、請求項１に記載の表示装置。
3. 前記樹脂層は、前記繊維布を覆う第１樹脂層と、前記繊維布の両側に設けられた第２樹脂層とを含み、
   前記第１樹脂層は第１樹脂材料を含み、
   前記第２樹脂層は第２樹脂材料と前記充填材とを含む、請求項１または２に記載の表示装置。
4. 前記樹脂層は、第２樹脂層の上に配置された第３樹脂層をさらに含み、第３樹脂層は第３樹脂材料を含む、請求項３に記載の表示装置。
5. 前記充填材は、ガラスファイバーおよびガラスビーズのいずれか一方を少なくとも含む、請求項１から４のいずれかに記載の表示装置。
6. 前記繊維布はガラス繊維で形成されている、請求項１から５のいずれかに記載の表示装置。
7. 前記表示媒体層は液晶材料を含む、請求項１から６のいずれかに記載の表示装置。
8. 前記表示媒体層は有機ＥＬ材料を含む、請求項１から６のいずれかに記載の表示装置。
9. 前記プラスチック基板は、前記複合体層の少なくとも一方の表面に形成された無機膜を含む、請求項１から８のいずれかに記載の表示装置。
10. 前記プラスチック基板の表面粗さは１００ｎｍ以下である、請求項９に記載の表示装置。
11. プラスチック基板と、前記プラスチック基板上に設けられた表示媒体層とを有する表示装置の製造方法であって、前記プラスチック基板の製造プロセスは、
    基板面内において互いに交差するように配列された複数の繊維束を含むことによって交差部に形成される凸部と非交差部に形成される凹部とを有する繊維布と、前記繊維布の表面を覆う含浸樹脂層とを有する樹脂含浸繊維布を用意する工程と、
    樹脂材料と充填材との混合物を前記凹部に選択的に付与するとともに、前記樹脂材料のみを前記凸部に選択的に付与することによって、前記樹脂含浸繊維布に樹脂層を形成する工程と、を包含し、
    前記樹脂材料の線膨張率は前記繊維布の線膨張率よりも大きく、かつ、前記充填材の線膨張率は前記樹脂材料の線膨張率よりも小さい、表示装置の製造方法。
12. プラスチック基板と、前記プラスチック基板上に設けられた表示媒体層とを有する表示装置の製造方法であって、前記プラスチック基板の製造プロセスは、
    基板面内において互いに交差するように配列された複数の繊維束を含むことによって、交差部に形成される凸部と非交差部に形成される凸部とを有する繊維布を用意する工程と、
    樹脂材料と充填材との混合物を前記凹部に選択的に付与するとともに、前記樹脂材料のみを前記凸部に選択的に付与することによって、前記繊維布に樹脂層を形成する工程と、を包含し、
    前記樹脂材料の線膨張率は前記繊維布の線膨張率よりも大きく、かつ、前記充填材の線膨張率は前記樹脂材料の線膨張率よりも小さい、表示装置の製造方法。
13. 前記樹脂層の上に、薄膜堆積法を用いて２００℃以上で無機膜を形成する工程をさらに含む、請求項１１または１２に記載の表示装置の製造方法。
14. 前記充填材は、ガラスファイバーおよびガラスビーズのいずれか一方を少なくとも含む、請求項１１から１３のいずれかに記載の表示装置の製造方法。
15. 前記繊維布はガラス繊維で形成されている、請求項１１から１４のいずれかに記載の表示装置の製造方法。

Images