JP4701561B2

JP4701561B2 - 表示素子及びその製造方法

Info

Publication number: JP4701561B2
Application number: JP2001252007A
Authority: JP
Inventors: 寿伊東; 敏正江口
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 2001-08-22
Filing date: 2001-08-22
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2021-08-22
Also published as: JP2003066423A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示素子用基板にプラスチックを用いた表示素子の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
表示素子用基板としてはガラス基板が従来から使用されてきた。しかしながら、近年携帯用の表示媒体の急速な成長により、軽く，割れないと言った特徴を活かしたプラスチック基板を用いた表示媒体の研究開発がなされている。プラスチック基板とガラス基板の大きな違いは、プラスチック基板の寸法が温度・湿度雰囲気に影響を受ける点にある。高分子材料であるプラスチック基板は、水分の吸着または放散により重量・密度・寸法などの性質が変化する。また、異なった含水率を有する２つの高分子試料を同じ雰囲気中で平衡に達せしめると、高い含水率を持っていた試料は、平衡においても高い含水率を示す。高分子材料はこのように前歴に応じた擬安定な平衡状態を示すヒステリシスが存在している（高分子と水：高分子学会編、p205）。
【０００３】
表示素子用の基板は細線パターンを精度よく加工する必要性があるため、素子の作製過程でドライプロセス及びウエットプロセス等の様々な環境にさらされることによる寸法変化を小さく抑えることは非常に重要である。プラスチック基板の寸法変化を小さく抑えるためには、高度の耐水バリア層を積層する等の方法もあるが、基板の水分量を、位置合わせが必要な組立を行う場所の環境（本明細書中では組立環境と略す。）における平衡水分量に合わせた後に、前記組立を行うことでもこの問題を解決することができる。しかしながら、組立環境下に長時間静置しても、なおその水分量には差があり、また、平衡水分量に達するまで長時間静置することも、仕掛かり在庫やリードタイム削減のためには好ましくなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来寸法変化を制御することができず、表示欠陥を出していたプラスチック基板を用いた表示素子において、寸法変化量を短時間で制御し、表示欠陥を起こさない表示素子を高い生産効率で製造する方法を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは含水率と環境湿度の関係及び含水率と基板寸法変化の関係を詳細に検討した結果、基板寸法変化と環境湿度の関係にもヒステリシスが存在することを見出し、高分子材料特有の吸水挙動に起因する寸法変化のヒステリシス性を制御することが高精細パターンに対応できる寸法変化の小さい表示素子用基板を提供するために必要である事を見出すと同時に、この制御を短時間で処理する方法を提案した。
すなわち本発明は、
（１）表示素子用基板にプラスチックを用い、少なくともドライプロセス及びウエットプロセスを含む表示素子の製造方法において、基板の含水率を０．２ｗｔ％以下に乾燥させた後に、表示素子組立環境における平衡含水率の±１０％以内の含水率となるように吸湿処理を行う際の処理条件が、吸湿処理温度（Ｔ_c）＞素子組立環境温度（Ｔ_o）であり、かつ吸湿処理時間（ｔ_c）が、式１より得られるαが１．５＞α＞０．５の範囲の値をとるｔ_cであることを特徴とする表示素子の製造方法。
α＝［Ｐ_c・ｌｏｇ（ｔ_c＋１）］／［Ｐ_o・ｌｏｇ（ｔ_o＋１）］ …式１
ｔ_c：吸湿処理時間〔ｈｒ〕
ｔ_o：素子組立環境におけるプラスチック基板の吸湿平衡時間〔ｈｒ〕
Ｐ_c：温度Ｔ_c（K）、相対湿度Ｈ_c（%RH）の水蒸気圧（Pa）
Ｐ_o：温度Ｔ_o（K）、相対湿度Ｈ_o（%RH）の水蒸気圧（Pa）
（２）前記吸湿処理が表示素子基板用プラスチックのガラス転移温度より低い温度かつ素子組立環境の相対湿度（Ｈ_o）より高湿度環境下で吸湿処理することを特徴とする（１）の表示素子の製造方法。
（３）ガス・水蒸気バリアが基板の片面または両面に積層されていることを特徴とする（１）〜（２）の表示素子の製造方法。
（４）前記ガス・水蒸気バリアが有機材料または無機材料の少なくとも1種類以上が積層されて成る（３）の表示素子の製造方法。
（５）表示素子基板用プラスチックがポリエーテルサルホンであることを特徴とする（１）〜（４）の表示素子の製造方法。
（６）（１）〜（５）の製造方法により得られる表示素子。
である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の表示用基板に用いるプラスチックは、配向膜焼成工程において、約１５０℃加熱が行われ、また、外部回路との接続のために異方性導電フィルムと熱圧着させるときも、１５０℃程度の加熱が必要であるため、その材料に関しては、ガラス転移温度が１６０℃以上であることが必要である。ガラス転移温度が１６０℃以上の耐熱性熱可塑性樹脂としては、芳香族ポリエーテルスルホン、熱可塑性芳香族ポリエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、環状ポリオレフィン及びそのコポリマー等が挙げられるが、中でも液晶表示素子製造上、透明性、耐熱性、加工性、耐衝撃性のバランスの良いポリエーテルスルホンが特に好ましい。また、ガラス転移温度が１６０℃を下回らなければ、熱可塑性ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネイトなどの樹脂や、滑剤、耐熱安定剤、耐候安定剤、顔料、染料、無機質充填剤などを適宜ブレンドしても良い。
【０００７】
本発明の製造工程のドライプロセスとは、真空プロセスにおいて、ガスバリア膜、回路、半導体等を形成する工程、プラズマ洗浄工程等のプラスチックに含まれる水分が少なくなる方向に向かうすべてのプロセスをいい、また逆にウエットプロセスとは、水・薬液による洗浄工程、アンダーコート剤、レジスト剤、オーバーコート剤等の各種コーティング工程、高湿下におけるエージング等のプラスチックに含まれる水分が多くなる方向に向かうすべてのプロセスをいう。プラスチック基板に含まれる水分量すなわち含水率は、これらのプロセスの前後で変化し、これに伴い基板も伸び縮みするため、基板の回路パターン寸法等も変化する。上下の基板で回路寸法が異なると、表示点灯異常、表示ムラ、表示抜けなどの表示欠陥が生じるため、基板寸法は一定とする必要がある。プラスチック基板の水分量を組立環境の平行水分量に合わせると、上記のような位置あわせを必要とする組み立て作業中に寸法変化を生じない。ところが、プラスチック基板の場合、十分に組立環境下に静置して平衡に達したと考えられる場合でも寸法に狂いが生じることがあり、本発明者は、これが前記のヒステリシスによるものであることをつきとめた。そして、基板の含水率が０．２ｗｔ％以下になるまで一旦乾燥してから再度表示素子組立環境下の平衡含水率に持っていく際の吸湿条件を温度、湿度、時間を制御することで、短時間の吸湿処理で常に平衡含水率の±１０％となるように含水率を再現性良く安定させることができ、寸法変化も表示欠陥を起こさない程度に押さえられることがわかった。
【０００８】
すなわち、寸法変化のヒステリシス性を制御するという課題に対して、乾燥後の低い吸湿状態にあるプラスチック基板の水分量を温度、湿度、時間を制御して吸湿処理することにより、常に一定な素子組立環境の吸湿平衡状態に効率よく短時間で処理するものである。この吸湿処理における温度は、使用するプラスチックのガラス転移温度よりも低い温度が好ましい。また、湿度は素子組立環境の相対湿度よりも高い方が好ましく、処理時間については、吸湿処理温度（Ｔ_c）が素子組立環境温度（Ｔ_o）より高く、吸湿処理時間（ｔ_c）が、式１より得られるα値が１．５＞α＞０．５の範囲の値をとる処理時間とすれば良い。
α＝［Ｐ_c・ｌｏｇ（ｔ_c＋１）］／［Ｐ_o・ｌｏｇ（ｔ_o＋１）］ …式１
ｔ_c：吸湿処理時間〔ｈｒ〕
ｔ_o：素子組立環境におけるプラスチック基板の吸湿平衡時間〔ｈｒ〕
Ｐ_c：温度Ｔ_c（K）、相対湿度Ｈ_c（%RH）の水蒸気圧（Pa）
Ｐ_o：温度Ｔ_o（K）、相対湿度Ｈ_o（%RH）の水蒸気圧（Pa）
【０００９】
本発明で使用される表示素子用基板の表面には、さらにガス・水蒸気バリアが積層されていても良い。このガス・水蒸気バリアは、有機材料または無機材料によって構成させており、有機材料の例としては、ポリビニルアルコール樹脂、ポリエチレンビニルアルコール共重合体、三フッ化モノクロロエチレン重合体、塩化ビニリデン系ポリマー、ポリアクリレート、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂等を挙げることができる。また、無機材料の例としては、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｓｎ等の金属の酸化物、窒化物、ハロゲン化物を挙げることができる。また、透明導電材料であるＩＴＯもガス・水蒸気バリア性があるため、透明電極を一面に積層するＴＦＴ対向基板の場合には、これらのガス・水蒸気バリアは片側だけでも良い場合がある。また、無機材料を有機材料中に分散させたり、有機−無機ナノコンポジット、紫外線硬化型シリカ前駆体組成物等のように、有機材料と無機材料を複合化させても良い。
【００１０】
【実施例】
以下本発明を実施例によって説明するが、本発明は実施例により何ら限定されるものではない。
<実施例１>
基板サイズが３００ｍｍ□、厚さ２００μｍのポリエーテルサルホンを高分子シートの両面にエポキシアクリレート系のＵＶ硬化性接着層をバーコーターにより塗布乾燥後に３００ｍＪ／ｃｍ²のＵＶ照射により２．５μｍ厚の接着層を作製した。前記接着層の片面上層にガスバリア層として１０００Å厚のＳｉＯ₂膜をスパッタリングにより作製した。ガスバリア層の表面を保護するために、ノボラック型エポシキ樹脂系の熱硬化樹脂を保護層として4μｍ厚作製することで表示素子用プラスチック基板を作製した。
作製した基板を１６０℃、３時間乾燥した。乾燥後の含水率は０．０４ｗｔ％であった。含水率はカールフィッシャー法により加熱温度２４０℃で測定した湿量基準水分から下記の式を用いて算出した。
含水率＝湿量基準水分／（１−湿量基準水分）
１６０℃、３時間の乾燥後に７０℃、７０％ＲＨの恒温槽に１５分放置（α＝１．０４）することで吸湿処理した。また、基板を１６０℃、３時間乾燥した後に基板を２２℃、５０％ＲＨの恒温槽に１６８時間放置することで湿度の低い状態からの吸湿平衡基板を作製した。乾燥後に吸湿処理した基板の寸法変化率と低い吸湿状態から十分時間をかけて吸湿平衡状態になった基板の寸法変化率をそれぞれマイクロプロッターにより測定することで平衡状態での寸法変化率の差（ヒステリシス量）として評価した。また、各処理後の含水率を測定した。評価結果を表１に示す。
【００１１】
<実施例２>
基板サイズが３００ｍｍ□、厚さ２００μｍのポリエーテルサルホンを高分子シートの両面にエポキシアクリレート系のＵＶ硬化性接着層をバーコーターにより塗布乾燥後に３００ｍＪ／ｃｍ²のＵＶ照射により２．５μｍ厚の接着層を作製した。前記接着層の片面上層にガスバリア層として１０００Å厚のＳｉＯ₂膜をスパッタリングにより作製した。ガスバリア層の表面を保護するために、ノボラック型エポシキ樹脂系の熱硬化樹脂を保護層として4μｍ厚作製することで表示素子用プラスチック基板を作製した。
作製した基板を１６０℃、３時間乾燥した。乾燥後の含水率は０．０４ｗｔ％であった。乾燥後に６０℃、７０％ＲＨの恒温槽に２５分放置（α＝１．０３）することで吸湿処理した。また、基板を１６０℃、３時間乾燥した後に基板を２２℃、５０％ＲＨの恒温槽に１６８時間放置することで湿度の低い状態からの吸湿平衡基板を作製した。乾燥後に吸湿処理した基板の寸法変化率と低い吸湿状態から十分時間をかけて吸湿平衡状態になった基板の寸法変化率をそれぞれマイクロプロッターにより測定することで平衡状態での寸法変化率の差（ヒステリシス量）として評価した。また、各処理後の含水率を測定した。評価結果を表１に示す。
【００１２】
<実施例３>
基板サイズが３００ｍｍ□、厚さ２００μｍのポリエーテルサルホンを高分子シートの両面にエポキシアクリレート系のＵＶ硬化性接着層をバーコーターにより塗布乾燥後に３００ｍＪ／ｃｍ²のＵＶ照射により２．５μｍ厚の接着層を作製した。前記接着層の片面上層にガスバリア層として１０００Å厚のＳｉＯ₂膜をスパッタリングにより作製した。ガスバリア層の表面を保護するために、ノボラック型エポシキ樹脂系の熱硬化樹脂を保護層として4μｍ厚作製することで表示素子用プラスチック基板を作製した。
作製した基板を１６０℃、３時間乾燥した。乾燥後の含水率は０．０４ｗｔ％であった。乾燥後に４０℃、７０％ＲＨの恒温槽に９０分放置（α＝１．０１）することで吸湿処理した。また、基板を１６０℃、３時間乾燥した後に基板を２２℃、５０％ＲＨの恒温槽に１６８時間放置することで湿度の低い状態からの吸湿平衡基板を作製した。乾燥後に吸湿処理した基板の寸法変化率と低い吸湿状態から十分時間をかけて吸湿平衡状態になった基板の寸法変化率をそれぞれマイクロプロッターにより測定することで平衡状態での寸法変化率の差（ヒステリシス量）として評価した。また、各処理後の含水率を測定した。評価結果を表１に示す。
【００１３】
〈比較例１〉
基板サイズが３００ｍｍ□、厚さ２００μｍのポリエーテルサルホンを高分子シートの両面にエポキシアクリレート系のＵＶ硬化性接着層をバーコーターにより塗布乾燥後に３００ｍＪ／ｃｍ²のＵＶ照射により２．５μｍ厚の接着層を作製した。前記接着層の片面上層にガスバリア層として１０００Å厚のＳｉＯ₂膜をスパッタリングにより作製した。ガスバリア層の表面を保護するために、ノボラック型エポシキ樹脂系の熱硬化樹脂を保護層として4μｍ厚作製することで表示素子用プラスチック基板を作製した。
作製した基板を１６０℃、３時間乾燥した。乾燥後の含水率は０．０４ｗｔ％であった。乾燥後に、作製した基板を２２℃、５０％ＲＨの組立環境下に２４時間放置することで処理基板を作製した。２４時間２２℃、５０％ＲＨの組立環境下に放置することで寸法変化が安定していることをマイクロプロッターにより確認した。また、基板を１６０℃、３時間乾燥した後に基板を２２℃、５０％ＲＨの恒温槽に１６８時間放置することで湿度の低い状態からの吸湿平衡基板を作製した。乾燥後に吸湿処理した基板の寸法変化率と低い吸湿状態から十分時間をかけて吸湿平衡状態になった基板の寸法変化率をそれぞれマイクロプロッターにより測定することで平衡状態での寸法変化率の差（ヒステリシス量）として評価した。また、各処理後の吸水率を測定した。評価結果を表１に示す。
【００１４】
【表１】

【００１５】
表示素子として固体基板を使用する場合、分割駆動を考えると信号線と走査線の位置合わせ精度は３０μｍ以下である必要がある。プラスチック基板のような寸法変化を示す固体基板を用いた場合は、使用する基板の大きさに依存して変化量が大きくなるため、大面積基板から小型表示素子を多面取りする様な場合には、変化量の面内での偏差を考慮すると特に基板の寸法変化率が重要な要素になる。表１に有るように、乾燥後に平衡含水率の±１０％以内の含水率に吸湿処理を施した本発明の基板は、３００ｍｍ□の基板に対して１５μｍ以内の変化量に抑えられることが推定できる。さらに、吸湿処理を温度、湿度、時間で制御することにより大幅に基板処理時間が短縮化され、生産性の向上に寄与することが確認される。
【００１６】
〈実施例４〉
実施例１に記載した方法により作製した３００ｍｍ□のプラスチック基板を用いて基板上に外寸３５ｍｍ×３５ｍｍ、表示部寸法２８ｍｍ×２８ｍｍ、画素数１２０×１２０の白黒ＳＴＮ−ＬＣＤを８×８面取りする配置でＬＣＤを以下の方法にて作製した。液晶素子組立は２２℃、５０％ＲＨの環境下で行った。
表示電極用の透明導電性薄膜をスパッタリング法にて成膜する前に実施例１記載の処理を行った。透明導電性膜を表示電極としてパターニング加工するために、実施例２記載の処理を行った後に、プラスチック基板をレジスト塗布、露光、現像、洗浄、乾燥の工程を通した。続いて液晶配向層をスピンコートし、乾燥・焼成後にラビング処理した。ラビング後の基板を洗浄乾燥し表示素子組立のための上下基板を作製した。
上下基板を張り合わせる前に、実施例１記載の処理を行い、熱硬化型シール材を介して上下のプラスチック基板を貼り合わせた。シール材本硬化後に液晶を注入し、ＵＶ硬化樹脂にて封口した後に、位相差フィルムと偏光板を張り合わせて液晶表示素子とした。一対の基板における電極パターンのずれによる不良品は６４個中０個であった。
【００１７】
【発明の効果】
実施例に示すように、本発明は、従来寸法変化を制御することができず、表示欠陥を出していたプラスチック基板を用いた表示素子においても、寸法変化量を制御することで、表示欠陥を起こさない表示素子表示素子を安定して、歩留まりよく生産性を高めて製造することができる。

Claims

少なくとも片面または両面にガス・水蒸気バリア層が積層されているプラスチック表示用基板を用いる表示素子の製造方法であって、
前記プラスチック基板の含水率を０．２ｗｔ％以下とする乾燥処理工程と
乾燥工程後、前記プラスチック基板の含水率を、表示素子組立環境における平衡含水率の±１０％とする吸湿処理工程とを含むとともに
前記吸湿処理工程における処理条件が以下をみたすものである表示素子の製造方法。
処理条件：
吸湿処理温度（Ｔ_c）＞素子組立環境温度（Ｔ_o）であり、かつ吸湿処理時間（ｔ_c）が、式１より得られるαが１．５＞α＞０．５の範囲の値をとるｔ_cである。
α＝［Ｐ_c・ｌｏｇ（ｔ_C＋１）］／［Ｐ_o・ｌｏｇ（ｔ_o＋１）］ …式１ｔ_C：吸湿処理時間〔ｈｒ〕
ｔ_O：素子組立環境におけるプラスチック基板の吸湿平衡時間〔ｈｒ〕
Ｐ_c：温度Ｔ_c（K）、相対湿度Ｈ_c（%RH）の水蒸気圧（Pa）
Ｐ_o：温度Ｔ_o（K）、相対湿度Ｈ_o（%RH）の水蒸気圧（Pa）
前記吸湿処理工程において表示素子基板用プラスチックのガラス転移温度より低い温度かつ素子組立環境の相対湿度（Ｈ_o）より高湿度環境下で吸湿処理を行う請求項１記載の表示素子の製造方法。
前記ガス・水蒸気バリアが有機材料または無機材料の少なくとも1種類以上が積層されてなる請求項１または２記載の表示素子の製造方法。
表示素子基板用プラスチックがポリエーテルサルホンである請求項１〜３のいずれか１項に記載の表示素子の製造方法。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の製造方法により得られる表示素子。