JP4763483B2 - 粘土薄膜基板、電極付き粘土薄膜基板、及びそれらを用いた表示素子 - Google Patents
粘土薄膜基板、電極付き粘土薄膜基板、及びそれらを用いた表示素子 Download PDFInfo
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Description
粘土薄膜は、優れたフレキシビリティーを有し、粘土粒子が層状に緻密に配向している構造を有しているので、気体バリア性に優れた材料である(特許文献1参照)。しかしながら、液晶や有機ELディスプレイ用のフィルム基板として使用する場合、いくつかの問題が存在する。その一つは、表面平坦性の問題である。
他の一つの問題点は、水蒸気バリア性の問題である。粘土は親水性の材料であるため、吸湿性であり、水蒸気を透過させ易い性質をもつ。粘土薄膜が水蒸気を多く含むと、粘土薄膜が有する粘土粒子の緻密な層状配向構造が壊れるため、粘土薄膜が有しているガスバリア性が低下するとともに、耐熱性や機械的強度も低下する。これは、粘土が有する性質そのものに起因しているので、改良するのが困難である。
まず、本発明の粘土薄膜基板について詳細に説明する。図1ないし図2は、本発明の粘土薄膜基板の模式的断面図である。図1は、粘土薄膜11の片面に有機ポリマー層13およびガスバリア無機質層12が積層された本発明の第1の態様の粘土薄膜基板を示している。また、図2は、粘土薄膜11の片面に複数(図では2つ)の有機ポリマー13a、13bおよび複数(図では2つ)のガスバリア無機質層12a、12bが交互に積層された本発明の第2の態様の粘土薄膜基板を示している。
粘土薄膜の厚さは、粘土分散液の固液比や粘土粒子を沈積させる条件等によって、任意の厚さに制御できるが、本発明の粘土薄膜基板に用いる粘土薄膜は、膜厚10〜2000μmの範囲のものである。10μmより薄いと膜の強度が弱くなり、安定した自立膜を得ることが困難となる。また2000μmを超えると膜が曲がりにくくなり十分なフレキシブル性を発揮できなる。特に好ましい膜厚の範囲は25〜200μmである。
粘土薄膜基板をディスプレイに用いるためには、透明性も重要な特性の一つである。透明性を向上させるためには、不純物の少ない合成粘土鉱物を用いて粘土薄膜を形成することが望ましい。
本発明の上記粘土薄膜基板の片面に、更に透明導電層を積層して表示素子用の電極付き粘土薄膜基板を作製することができる。具体的には、上記した粘土薄膜基板上に、インジウム、スズ、亜鉛のうち少なくとも一つを含む酸化物を主成分とする透明導電性物質をCVD、PVD、ゾルゲル法などを用いて製膜することにより、透明導電層を形成して、フレキシブル性、高い透明性、ハイガスバリア性、平坦性、耐熱性、難燃性を有する有機ELやLCDに代表されるディスプレイ用の電極付き粘土薄膜基板を提供することができる。
N=Ns1/2 ・・・・・(1)
Nh=λ/4 ・・・・・(2)
本発明の表示素子は、上記粘土薄膜基板または上記電極付き薄膜基板を用いて作製することができる。すなわち、上記粘土薄膜基板の上に電圧または電流の変化によって光学的な特性が変化する素子を形成して、表示素子を作製することができる。また、上記粘土薄膜基板の上に、透明電極層、発光層、および陰極層を順次積層して、エレクトロルミネッセンス表示素子を作製することができる。更にまた、2枚の上記電極付き粘土薄膜基板の2つの透明導電膜の間に、液晶を挟持して液晶表示素子を作製してもよい。
次に、本発明のエレクトロルミネッセンス表示素子の構造と作製法について説明する。
図3および図4は、それぞれ本発明のエレクトロルミネッセンス素子の一例の模式的断面図である。図3において、エレクトロルミネッセンス素子は、粘土薄膜基板21上に、透明電極層22、発光層23、陰極層24が順次積層され、その積層体が金属材料、プラスチック等で形成された封止材25aによって密閉された空間に封止された構造を有している。また、図4においては、図3に示したものと同一の構成を有する積層体がガスバリアフィルム等の樹脂材料よりなる封止材25bによって封止されている。
透明電極層は、発光層に正孔を供給する陽極としての機能を有するものであって、例えば、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫(ITO)、酸化亜鉛インジウム(IZO)等の導電性金属酸化物や金、銀、アルミニウム等の金属を用いることができ、その形状、構造、大きさ等についても特に制限されるものではない。透明電極層の作製法は、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、CVD法、プラズマCVD法等の中から前記材料との適性を考慮して適宜選択すればよい。透明電極層のパターニングは、フォトリソグラフィーによる化学的エッチング法、レーザー等による物理的エッチング法、マスクを用いる真空蒸着法やスパッタリング法、又はリフトオフ法や印刷法等により行うことができる。厚さは、10nm〜5μmの範囲が適当である。
陰極層は、形状、構造、大きさ等に特に制限はなく、発光層に電子を注入する電極として機能すればよい。その形状、構造、大きさ等も特に制限はないが、厚さは、10nm〜5μmの範囲が適当である。陰極層用の材料としては、アルカリ金属(例えばLi、Na、K、Cs等)、アルカリ土類金属(例えばMg、Ca等)、金、銀、鉛、アルミニウム、ナトリウム−カリウム合金、リチウム−アルミニウム合金、マグネシウム−銀合金、インジウム、イッテルビウム等の希土類金属等が挙げられる。これらのなかから、二種以上併用しても構わない。
封止材としては、金属材料、プラスチック等で形成された封止材、例えばアルミニウム管など、公知のものが使用されるが、本発明における上記粘土薄膜基板を封止材として使用してもよい。
次に本発明の液晶表示素子について説明する。
液晶ディスプレイには、TN液晶を使用して薄膜トランジスター(TFT:Thin Film Transistor)で駆動するタイプの他に、強誘電性液晶(FLC:Ferroelectric Liquid Crystal)あるいは反強誘電性液晶(AFLC:Anti-Ferroelectric Liquid Crystal)を用いるタイプがある。これらは表示の原理や駆動方式は異なるが、いずれの液晶ディスプレイでも一対の電極を有する基板間に液晶を狭持するという構造は変わらない。これら従来公知の液晶ディスプレイにおける基板として、本発明においては上記の粘土薄膜基板が使用される。
更に、本発明の粘土薄膜基板は、それがもつ諸特性により、多くの製品に利用することができる。例えば電子ペーパー用基板、電子デバイス用封止フィルム、レンズフィルム、導光版用フィルム、プリズムフィルム、位相差版・偏光版用フィルム、視野角補正フィルム、PDP用フィルム、LED用フィルム、光通信用部材、タッチパネル用フィルム、各種機能性フィルムの基板、内部が透けて見える構造の電子機器用フィルム、ビデオディスク・CD/CD−R/CD−RW/DVD/MO/MD・相変化ディスク・光カードを含む光記録メディア用フィルム、燃料電池用封止フィルム、太陽電池用フィルム等に使用することができる。
ベースとなる粘土薄膜を次の方法で製造した。すなわち、合成スメクタイトを蒸留水に加え、プラスチック製密封容器に回転子とともに入れ、激しく振とうし、均一な粘土分散液を得た。その後、底面が平坦であるフッ素樹脂トレイに注ぎ、粘土分散液を水平に静置し、粘土粒子をゆっくり沈積させるとともに、トレイの水平を保った状態で、強制送風式オーブン中で乾燥した。それによって膜厚100μmの粘土薄膜が得られた。
(2)有機ポリマー層の形成
上記の粘土薄膜に溶媒に溶かしたアクリル系紫外線硬化樹脂を塗布し乾燥機にて100℃で溶媒を揮発させた後、紫外線を用いた重合により硬化させ、厚さ2μmの有機ポリマー層を形成した。
上記の有機ポリマー層を形成した粘土薄膜にマグネトロンスパッタ装置を用いて酸化珪素を主体とするガスバリア無機質層を形成した。すなわち、真空チャンバー内で粘土薄膜を80℃に加熱し、残留水分を除去した後、Siターゲット近傍で酸素と窒素の混合ガスによるプラズマを発生させる反応性スパッタ法を用いることにより、上記薄膜上に膜厚90nmのガスバリア無機質層を形成して本発明の粘土薄膜基板を得た。形成されたガスバリア無機質層をX線光電子分光法(ESCA)により組成の分析を行った。その結果、ガスバリア無機質層の組成は、珪素36.5mol%、酸素43.2mol%、窒素19.3mol%であり、窒素を含有する酸化珪素膜であることが確認された。
実施例1に示された方法で粘土薄膜を形成し有機ポリマー層を形成しないで、ガスバリア無機質層を製膜して比較用の粘土薄膜基板を得た。
上記方法によって得られた実施例1〜3及び比較例1における粘土薄膜基板について下記の特性を測定した。
ガスバリア性能については、JIS K 7126 A法(差圧法)に準じた差圧式のガスクロ法により、ガス・蒸気等の透過率・透湿度の測定が可能なGTRテック株式会社製ガス・蒸気透過率測定装置を用いて、水蒸気透過率および酸素透過率の測定を行った。水蒸気透過率は40℃/90%RHの条件で行い、酸素透過率については40℃/90%RH及び40℃/0%RHの条件で行なった。
また、ガスバリア無機質層形成前の表面における算術平均粗さRa(JIS B 0610-1994)をAFM(原子間力顕微鏡)を用いて測定した。すなわち、実施例1〜3については有機ポリマー層の表面を測定し、比較例1については粘土薄膜の表面を測定した。
また、光学特性としてヘーズメーター(Haze Meter NDH2000、日本電色社製)を用いて全光線透過率及びヘイズを測定した。
これらの結果を表1に示した。
12,12a,12b ガスバリア無機質層
13,13a,13b 有機ポリマー層
Claims (10)
- 粘土粒子が配向して積層した構造を有する粘土薄膜の少なくとも片面に、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル系樹脂、オレフィン系樹脂、フッ素系樹脂、シリコーン樹脂から選択される一種の樹脂からなる算術平均表面粗さ3.5nm以上25nm未満の有機ポリマー層と、窒素を含む酸化珪素膜または珪素の窒化膜からなる厚さ10〜200nmのガスバリア無機質層が積層されたことを特徴とする表示素子用粘土薄膜基板。
- 前記有機ポリマー層と前記ガスバリア無機質層が交互に積層されてなることを特徴とする請求項1に記載の表示素子用粘土薄膜基板。
- 温度40℃、湿度90%の環境下での水蒸気透過率が1×10 −5 g/m 2 ・day以下であり、かつ、酸素透過率が0.15cc/m 2 ・day・atm以下であることを特徴とする請求項1乃至請求項2のいずれか1項に記載の表示素子用粘土薄膜基板。
- 前記ガスバリア無機質層がスパッタリング法によって形成されてなることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の表示素子用粘土薄膜基板。
- 請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の表示素子用粘土薄膜基板の片面に、更に透明導電層が積層されてなることを特徴とする電極付き粘土薄膜基板。
- 前記透明導電膜が積層されている面とは反対側の面に、防眩層が設けられたことを特徴とする請求項5に記載の電極付き粘土薄膜基板。
- 前記透明導電膜が積層されている面とは反対側の面に、反射防止層が設けられたことを特徴とする請求項5に記載の電極付き粘土薄膜基板。
- 前記透明導電膜が積層されている面とは反対側の面に、ハードコート層が設けられたことを特徴とする請求項5に記載の電極付き粘土薄膜基板。
- 基板上に、少なくとも透明電極層、発光層、および陰極層が順次積層された積層体を有するエレクトロルミネッセンス表示素子において、該基板が、請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の表示素子用粘土薄膜基板からなることを特徴とするエレクトロルミネッセンス表示素子。
- 少なくとも電極層が積層された2枚の基板の間に液晶が挟持された液晶表示素子において、該基板が、請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の表示素子用粘土薄膜基板からなることを特徴とする液晶表示素子。
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