JP6915307B2 - Substrate base material for flexible devices and its manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、フレキシブルデバイス用基板用基材及びその製造方法に関するものであり、より詳細には、ガラス層との密着性に優れていると共に、形成されるガラス層の表面欠陥を低減可能なフレキシブルデバイス用基板用基材及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a base material for a substrate for a flexible device and a method for manufacturing the same. More specifically, the present invention is flexible in that it has excellent adhesion to a glass layer and can reduce surface defects of the formed glass layer. The present invention relates to a base material for a substrate for a device and a method for manufacturing the same.
有機EL照明や有機ELディスプレイ、有機太陽電池などに用いられるフレキシブルデバイス用基板は、水分バリア性及び蒸気バリア性等のバリア性の他、平滑性及び絶縁性が要求されている。
下記特許文献1には、プラスチックフィルム基材上に、透明導電層、有機発光媒体層、陰極層を順次積層し、接着層を介して金属箔が積層された有機EL素子の構造が提案されているが、かかるプラスチックフィルム基材は水分バリア性の点で満足するものではない。
また下記特許文献2には、ステンレス基材上にポリイミド樹脂から成る平坦化層を設けたフレキシブルデバイス用基板が提案されているが、ポリイミド樹脂の吸水性が高いことから、やはり水分バリア性の点で満足するものではない。
更に下記特許文献3には、ステンレス基材上にシリカ系ガラスを製膜したフレキシブル太陽電池基板が提案されているが、シリカ系ガラスは一般にステンレスに比べて熱膨張係数が小さく、ステンレス基材に対する密着性に欠けると共に、シリカ系ガラスは曲げ加工や衝撃に弱いという問題を有している。
また薄膜電気回路やフレキシブルディスプレイの基板として利用可能なガラス基板も種々提案されているが(特許文献4等)、ガラス基板はひねりなどの曲げに弱いという特徴があり、フレキシブルデバイス用基板としてより強度の高いものが望まれている。
Substrates for flexible devices used for organic EL lighting, organic EL displays, organic solar cells, etc. are required to have smoothness and insulation properties in addition to barrier properties such as moisture barrier property and vapor barrier property.
Further,
Further, Patent Document 3 below proposes a flexible solar cell substrate in which silica-based glass is formed on a stainless steel base material. Silica-based glass generally has a smaller coefficient of thermal expansion than stainless steel, and is compatible with stainless steel base materials. In addition to lacking adhesion, silica-based glass has the problem of being vulnerable to bending and impact.
Various glass substrates that can be used as substrates for thin-film electric circuits and flexible displays have also been proposed (
このような問題を解決するために、本発明者等は、金属基材の表面にニッケルめっき層を形成し、そのニッケルめっき層の表面に、電気絶縁性を有するビスマス系ガラスを積層して成るフレキシブルデバイス用金属基板を提案した(特許文献5)。 In order to solve such a problem, the present inventors have formed a nickel plating layer on the surface of a metal base material, and laminated bismuth-based glass having electrical insulation on the surface of the nickel plating layer. A metal substrate for a flexible device has been proposed (Patent Document 5).
上記フレキシブルデバイス用金属基板は、機械的強度に優れた金属基材上に、水分バリア性及び金属基材との密着性に優れたビスマス系ガラスを積層していることから、曲げ耐性に優れていると共に、絶縁性及び平坦性にも優れ、軽量でフレキシブル性を有しているが、焼成後のガラス層表面に、微小凹部であるはじきが発生する場合があり、このような微小欠陥によりガラス層の平滑性が損なわれる場合があった。
本発明者等は、ガラス層表面に形成されるはじきについてその発生原因を研究した結果、ガラス層表面に形成されるはじきは、気泡による破裂痕、樹脂の分解物、或いはガラス溶融時のアウトガスが原因であり、或いは表面張力の影響によるものが原因であることが分かった。
The metal substrate for a flexible device has excellent bending resistance because bismuth-based glass having excellent moisture barrier properties and adhesion to the metal substrate is laminated on a metal substrate having excellent mechanical strength. In addition, it has excellent insulation and flatness, and is lightweight and flexible. However, the surface of the glass layer after firing may be repelled by minute recesses, and such minute defects cause glass. The smoothness of the layer was sometimes impaired.
As a result of researching the cause of the repellent formed on the surface of the glass layer, the present inventors have found that the repellent formed on the surface of the glass layer has rupture marks due to air bubbles, decomposition products of the resin, or outgas when the glass is melted. It was found that the cause was the cause or the influence of surface tension.
従って本発明の目的は、ガラス層の密着性に優れていると共に、形成されるガラス層表面のはじき等の表面欠陥の発生を有効に抑制可能なフレキシブルデバイス用基板用基材及びその製造方法を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to obtain a substrate for a substrate for a flexible device and a method for manufacturing the same, which are excellent in adhesion of the glass layer and can effectively suppress the occurrence of surface defects such as cissing on the surface of the formed glass layer. To provide.
本発明によれば、金属基材の少なくとも一方の表面にニッケルめっき層が形成されて成るニッケルめっき金属基材又はニッケル系基材から成るフレキシブルデバイス用基板用基材であって、前記ニッケルめっき層表面又はニッケル系基材表面には、凹凸を有する酸化物膜が形成されており、該酸化物膜の厚みが、40〜1200nmの範囲にあり、前記酸化物膜の算術平均粗さ(Ra)が、30〜100nmの範囲にあり、前記酸化物膜の表面の最大高さ粗さ(Rz)が、420〜900nmの範囲にあることを特徴とするフレキシブルデバイス用基板用基材が提供される。
本発明のフレキシブルデバイス用基板用基材においては、
1.前記酸化物膜の厚みが、500〜1000nmの範囲にあること、
2.前記ニッケルめっき層表層又はニッケル系基材表層に、鉄が存在すること、
3.前記ニッケルめっき層表層又はニッケル系基材表層に存在する鉄のうち、金属鉄が3atomic%以下であること、
4.前記ニッケルめっき層表層又はニッケル系基材表層における酸素の割合が30atomic%以上であること、
5.前記ニッケルめっき層表層又はニッケル系基材表層に存在するニッケルのうち、金属ニッケルの割合が20atomic%以下であること、
が好適である。
According to the present invention, a nickel-plated metal base material having a nickel-plated layer formed on at least one surface of the metal base material or a base material for a flexible device substrate made of a nickel-based base material, wherein the nickel-plated layer is formed. the surface or nickel-based base material surface, and the oxide film is formed having an uneven thickness of the oxide film, the range near the 40~1200nm is, the arithmetic average roughness of the oxide film (Ra ) Is in the range of 30 to 100 nm, and the maximum height roughness (Rz) of the surface of the oxide film is in the range of 420 to 900 nm. NS.
In the substrate substrate for flexible devices of the present invention,
1 . Thickness before Symbol oxide film, in the range of 500 to 1000 nm,
2 . Iron is present on the surface layer of the nickel plating layer or the surface layer of the nickel-based base material.
3 . Of the iron present on the surface layer of the nickel plating layer or the surface layer of the nickel-based base material, metallic iron is 3 atomic% or less.
4 . The ratio of oxygen in the surface layer of the nickel plating layer or the surface layer of the nickel-based base material is 30 atomic% or more.
5 . The proportion of metallic nickel in the surface layer of the nickel plating layer or the surface layer of the nickel-based base material is 20 atomic% or less.
Is preferable.
本発明によればまた、金属基材の少なくとも一方の表面にニッケルめっき層が形成されて成るニッケルめっき金属基材又はニッケル系基材を酸素含有雰囲気中で焼成することにより、ニッケルめっき層表面又はニッケル系基材表面に、厚みが40〜1200nmの範囲にあり、算術平均粗さ(Ra)が、30〜100nmの範囲にあり、表面の最大高さ粗さ(Rz)が、420〜900nmの範囲にある酸化物膜を形成することを特徴とするフレキシブルデバイス用基板用基材の製造方法が提供される。 According to the present invention, a nickel-plated metal base material or a nickel-based base material having a nickel plating layer formed on at least one surface of the metal base material is fired in an oxygen-containing atmosphere to obtain the surface of the nickel plating layer or the surface of the nickel plating layer. a nickel-based substrate surface, thickness of Ri range near the 40~1200Nm, arithmetic average roughness (Ra) is in the range of 30 to 100 nm, the maximum height surface roughness (Rz) is, 420~900Nm Provided is a method for producing a base material for a substrate for a flexible device, which comprises forming an oxide film in the range of.
本発明のフレキシブルデバイス用基板用基材においては、ニッケルめっき金属基材のニッケルめっき層表面又はニッケル系基材表面に、表面に凹凸を有する酸化物膜が形成されていることにより、ニッケルめっき層表面又はニッケル系基材表面に絶縁層として形成されるガラス層との密着性が顕著に向上し、フレキシブルデバイス用基板に用いた場合、ロールツーロールの工程に供した場合でもガラス層の剥離などが起こらない、十分なフレキシブル性を発現可能である。
また、酸化物膜表面に凹凸が形成されていることにより、ガラス層形成時のガラスの引き拡がりを抑制できることから、ガラス層の表面のはじきの発生を有効に抑制することができる。
更に本発明のフレキシブルデバイス用基板用基材の製造方法によれば、ニッケルめっき金属基材又はニッケル系基材を酸素含有雰囲気中で仮焼することにより、ニッケルめっき層表面又はニッケル系基材表面に上記機能を有する酸化物膜を形成することが可能であり、その結果、表面欠陥のないガラス層を形成可能な、表面に凹凸を有する酸化物膜を容易且つ連続的に製造することができ、生産性及び経済性にも優れている。
In the base material for a substrate for a flexible device of the present invention, an oxide film having irregularities on the surface is formed on the surface of the nickel plating layer or the surface of the nickel-based base material of the nickel-plated metal base material, so that the nickel plating layer is formed. Adhesion to the glass layer formed as an insulating layer on the surface or the surface of the nickel-based base material is remarkably improved, and when used for a substrate for a flexible device, peeling of the glass layer even when subjected to a roll-to-roll process, etc. It is possible to develop sufficient flexibility that does not occur.
Further, since the unevenness is formed on the surface of the oxide film, it is possible to suppress the spreading of the glass at the time of forming the glass layer, so that the occurrence of cissing on the surface of the glass layer can be effectively suppressed.
Further, according to the method for producing a base material for a substrate for a flexible device of the present invention, a nickel-plated metal base material or a nickel-based base material is calcined in an oxygen-containing atmosphere to obtain a nickel-plated layer surface or a nickel-based base material surface. It is possible to form an oxide film having the above-mentioned functions, and as a result, an oxide film having irregularities on the surface capable of forming a glass layer without surface defects can be easily and continuously produced. It is also excellent in productivity and economy.
本発明のフレキシブルデバイス用基板用基材は、金属基材の少なくとも一方の表面にニッケルめっき層が形成されて成るニッケルめっき金属基材又はニッケル系基材であって、
前記ニッケルめっき層表面又はニッケル系基材表面には、表面に凹凸を有する酸化物膜が形成されていることが重要な特徴である。
図1は、金属基材10の表面にニッケルめっき層11が形成されたニッケルめっき金属基材を用いた、本発明のフレキシブルデバイス用基板用基材の断面構造を示す図であり、ニッケルめっき層11の表面に、酸化物膜12が形成されており、この酸化物膜12の表面が凹凸12aに形成されている。
The base material for a substrate for a flexible device of the present invention is a nickel-plated metal base material or a nickel-based base material having a nickel-plated layer formed on at least one surface of the metal base material.
An important feature is that an oxide film having irregularities on the surface is formed on the surface of the nickel plating layer or the surface of the nickel-based base material.
FIG. 1 is a diagram showing a cross-sectional structure of the base material for a substrate for a flexible device of the present invention, which uses a nickel-plated metal base material having a nickel-plated
[金属基材]
本発明のフレキシブルデバイス用基板用基材に用いられる、ニッケルめっき層を形成する金属基材としては、これに限定されないが、鉄、ステンレス、チタン、アルミニウム、銅等を使用することができ、熱膨張係数が8×10−6〜25×10−6/℃、特に10×10−6〜20×10−6/℃の範囲にあるものを使用することが好ましい。
また本発明においては、ニッケルめっき層を形成することなく、金属基材自体をニッケル系基材、すなわち、純ニッケル板又はニッケル合金板とすることもできる。ニッケル合金板において、ニッケルと合金可能な金属としては、鉄(Fe)、銅(Cu)、クロム(Cr)を用いることができる。
金属基材又はニッケル系基材の厚みは、10〜200μm、特に20〜100μmの範囲にあることが好適であり、これにより十分なフレキシブル性を得ることができる。
[Metal base material]
The metal base material for forming the nickel plating layer used for the base material for the substrate for the flexible device of the present invention is not limited to this, but iron, stainless steel, titanium, aluminum, copper and the like can be used, and heat can be used. It is preferable to use one having an expansion coefficient in the range of 8 × 10 -6 to 25 × 10 -6 / ° C., particularly 10 × 10 -6 to 20 × 10 -6 / ° C.
Further, in the present invention, the metal base material itself may be a nickel-based base material, that is, a pure nickel plate or a nickel alloy plate without forming a nickel plating layer. In the nickel alloy plate, iron (Fe), copper (Cu), and chromium (Cr) can be used as the metal that can be alloyed with nickel.
The thickness of the metal base material or the nickel-based base material is preferably in the range of 10 to 200 μm, particularly 20 to 100 μm, whereby sufficient flexibility can be obtained.
[ニッケルめっき層]
本発明のフレキシブルデバイス用基板用基材において、金属基材表面に形成されるニッケルめっき層は、ニッケルめっきによって形成される層であり、後述するように電解めっき又は無電解めっきの何れであってもよい。ニッケルめっき層は、図1に示した例では、金属基材の一方の表面にのみ形成されていたが、もちろん金属基材の両面に形成されていてもよい。
ニッケルめっき層の厚みは、上記酸化物膜を含んだ値で0.1〜10μm、特に0.5〜5μmの範囲にあることが好適であり、上記範囲よりもニッケルめっき層の厚みが薄いと、上記範囲にある場合に比してガラス層の密着性が劣るようになり、一方、上記範囲よりもニッケルめっき層の厚みが厚くても更なる効果は期待できず、経済性に劣るようになる。
ニッケルめっき層は、金属基材との界面に合金層を有していてもよい。
[Nickel plating layer]
In the base material for a substrate for a flexible device of the present invention, the nickel plating layer formed on the surface of the metal base material is a layer formed by nickel plating, and is either electrolytic plating or electroless plating as described later. May be good. In the example shown in FIG. 1, the nickel plating layer was formed only on one surface of the metal base material, but of course, it may be formed on both sides of the metal base material.
The thickness of the nickel plating layer preferably is in the range of 0.1 to 10 μm, particularly 0.5 to 5 μm, including the oxide film, and the thickness of the nickel plating layer is thinner than the above range. The adhesion of the glass layer becomes inferior as compared with the case where it is in the above range, and on the other hand, even if the thickness of the nickel plating layer is thicker than the above range, no further effect can be expected and it is inferior in economic efficiency. Become.
The nickel plating layer may have an alloy layer at the interface with the metal base material.
[酸化物膜]
前述したとおり、本発明においては、ニッケルめっき層又はニッケル系基材の表面に、表面が凹凸の酸化物膜が形成されていることが重要な特徴であり、この酸化物とガラスとが反応することにより密着層が形成され、ガラス層の密着性が向上される。従って、ニッケルめっき層又はニッケル系基材の表面に存在する金属ニッケルは20atomic%以下、特に18atomic%以下であることが好ましい。
酸化物膜は、ニッケルめっき層又はニッケル系基材の表面が後述する酸素含有雰囲気中で仮焼されることにより形成されるニッケル酸化物から少なくとも成るが、ニッケル酸化物と金属基材から拡散した金属の酸化物から成っていてもよい。
すなわち、金属素材として鋼板を用いた場合や、ニッケル系基材としてニッケル−鉄合金板を用いた場合には、ニッケルめっき層又はニッケル系基材の表面に鉄が存在することが望ましく、この表面に存在する鉄は酸化物として存在することにより、上記ニッケル酸化物と相俟ってガラス層の密着性をさらに向上できることから、ニッケルめっき層表層又はニッケル系基材表層に存在する鉄のうち金属鉄は3atomic%以下であることが好ましい。
[Oxide film]
As described above, in the present invention, it is an important feature that an oxide film having an uneven surface is formed on the surface of the nickel plating layer or the nickel-based base material, and this oxide reacts with glass. As a result, an adhesive layer is formed, and the adhesiveness of the glass layer is improved. Therefore, the amount of metallic nickel present on the surface of the nickel plating layer or the nickel-based base material is preferably 20 atomic% or less, particularly preferably 18 atomic% or less.
The oxide film is composed of at least nickel oxide formed by calcining the surface of the nickel plating layer or the nickel-based base material in an oxygen-containing atmosphere described later, but diffused from the nickel oxide and the metal base material. It may consist of metal oxides.
That is, when a steel plate is used as the metal material or a nickel-iron alloy plate is used as the nickel-based base material, it is desirable that iron is present on the surface of the nickel plating layer or the nickel-based base material, and this surface. Since the iron present in is present as an oxide, the adhesion of the glass layer can be further improved in combination with the nickel oxide. Therefore, among the irons present in the surface layer of the nickel plating layer or the surface layer of the nickel-based base material, the metal Iron is preferably 3 atomic% or less.
またニッケルめっき層表層又はニッケル系基材表層における酸素の割合が、30atomic%以上、特に35〜50atomic%の範囲にあることが好適であり、これによりガラス層との密着性に優れた酸化物膜が形成される。 Further, it is preferable that the ratio of oxygen in the surface layer of the nickel plating layer or the surface layer of the nickel-based base material is in the range of 30 atomic% or more, particularly 35 to 50 atomic%, whereby the oxide film having excellent adhesion to the glass layer is formed. Is formed.
本発明において酸化物膜の表面には結晶粒と思われる凸部が形成されることにより凹凸(粗面)が形成されており、これによりガラス層の形成に際してガラス組成物の引き拡がりが抑制されて、はじきの発生が有効に抑制される。
酸化物膜表面における凹凸(表面粗度)は、算術平均粗さ(Ra)が30〜100nm、特に50〜90nmの範囲にあり、最大高さ粗さ(Rz)が420〜900nm、特に600〜850nmの範囲にあるように形成されていることが望ましい。
またこの酸化物膜の厚みは、40〜1200nm、好ましくは500〜1000nm、より好ましくは500〜900nmの範囲にあることが望ましい。上記範囲よりも酸化物膜の厚みが薄い場合には、上記範囲にある場合に比してニッケルめっき層又はニッケル系基材の表面改質が不十分になるおそれがあり、一方上記範囲よりも酸化物膜の厚みが厚い場合には、上記範囲にある場合に比してニッケルめっき層表層又はニッケル系基材表層の合金化が進みニッケルめっき層表層又はニッケル系基材表層が脆弱化されるおそれがあり、ニッケルめっき層表層又はニッケル系基材表層が剥離するおそれがある。
In the present invention, irregularities (rough surfaces) are formed on the surface of the oxide film by forming convex portions that are considered to be crystal grains, whereby the spread of the glass composition is suppressed during the formation of the glass layer. Therefore, the occurrence of repelling is effectively suppressed.
The irregularities (surface roughness) on the surface of the oxide film have an arithmetic average roughness (Ra) in the range of 30 to 100 nm, particularly 50 to 90 nm, and a maximum height roughness (Rz) of 420 to 900 nm, particularly 600 to. It is desirable that it is formed so as to be in the range of 850 nm.
The thickness of the oxide film is preferably in the range of 40 to 1200 nm, preferably 500 to 1000 nm, and more preferably 500 to 900 nm. If the thickness of the oxide film is thinner than the above range, the surface modification of the nickel plating layer or the nickel-based base material may be insufficient as compared with the case where the thickness is within the above range, while the surface modification is less than the above range. When the thickness of the oxide film is thick, the alloying of the nickel plating layer surface layer or the nickel-based base material surface layer progresses and the nickel plating layer surface layer or the nickel-based base material surface layer becomes weaker than in the above range. There is a risk that the surface layer of the nickel plating layer or the surface layer of the nickel-based base material may peel off.
(フレキシブルデバイス用基板用基材の製造方法)
本発明のフレキシブルデバイス用基板用基材は、金属基材の少なくとも一方の表面にニッケルめっき層が形成されて成るニッケルめっき金属基材又はニッケル系基材を酸素含有雰囲気中で焼成することにより、ニッケルめっき層表面又はニッケル系基材表面に酸化物膜を形成する酸化物膜形成工程、を含む製造方法により製造することができる。
(Manufacturing method of substrate for flexible device substrate)
The base material for a substrate for a flexible device of the present invention is obtained by firing a nickel-plated metal base material or a nickel-based base material having a nickel plating layer formed on at least one surface of the metal base material in an oxygen-containing atmosphere. It can be produced by a production method including an oxide film forming step of forming an oxide film on the surface of a nickel plating layer or the surface of a nickel-based base material.
[ニッケルめっき層形成工程]
本発明のフレキシブルデバイス用金属基板において、ニッケルめっき金属基材におけるニッケルめっき層の形成方法自体は従来公知の方法により行うことができる。
ニッケルめっき層形成工程においては、用いる金属基材によって処理方法が異なるが、金属基材として鋼板を使用する場合には、めっき処理に先立って、アルカリ電解等により脱脂を行い、水洗した後、硫酸浸漬等による酸洗等の従来公知の前処理を施す。
前処理が施された金属基材を、前述したとおり、電解めっき、無電解めっき等従来公知のめっき方法によってニッケルめっき層を形成することができる。連続生産性の観点から電解めっきによることが好ましい。ニッケルめっき浴は、ワット浴、スルファミン酸浴等一般に広く使用されている浴を公知の処方に従って、公知の電解条件で使用することができる。尚、ニッケルめっき層は前述したとおり、0.1〜10μm、特に0.5〜5μmの範囲の厚みとなるように形成されることが好ましい。
[Nickel plating layer forming process]
In the metal substrate for a flexible device of the present invention, the method itself for forming the nickel-plated layer on the nickel-plated metal substrate can be performed by a conventionally known method.
In the nickel plating layer forming step, the treatment method differs depending on the metal base material used, but when a steel plate is used as the metal base material, it is degreased by alkaline electrolysis or the like prior to the plating treatment, washed with water, and then sulfuric acid. A conventionally known pretreatment such as pickling by dipping or the like is performed.
As described above, the nickel plating layer can be formed on the pretreated metal base material by a conventionally known plating method such as electrolytic plating or electroless plating. From the viewpoint of continuous productivity, electrolytic plating is preferable. As the nickel plating bath, a commonly used bath such as a watt bath or a sulfamic acid bath can be used according to a known formulation under known electrolytic conditions. As described above, the nickel plating layer is preferably formed so as to have a thickness in the range of 0.1 to 10 μm, particularly 0.5 to 5 μm.
[酸化物膜形成工程]
本発明のフレキシブルデバイス用基板用基材の製造方法においては、ニッケルめっき金属基材のニッケルめっき層表面又はニッケル系基材表面を酸素含有雰囲気中で仮焼することにより、ニッケルめっき層表面又はニッケル系基材表面に凹凸を有する酸化物膜を形成することが重要である。
仮焼条件は、前述した酸化物膜が形成される限り、特に限定されないが、仮焼温度が550〜900℃、特に750〜850℃の温度であることが好ましい。仮焼時間は、酸素含有雰囲気の酸素濃度、仮焼温度によって適宜変更することができるが、大気中で上記温度範囲で仮焼する場合には、上記仮焼温度で、5〜120秒間仮焼することが好適である。酸化物膜は、前述したとおり、40〜1200nm、好ましくは500〜1000nm、より好ましくは500〜900nmの範囲となるように形成されることが好ましい。
尚、本工程の酸化物膜形成のための焼成により、仮焼条件によっては、ニッケルめっき層或いはニッケル系基材の表面に合金層が形成される場合がある。
[Oxide film forming process]
In the method for producing a base material for a substrate for a flexible device of the present invention, the surface of the nickel plating layer or the surface of a nickel-based base material is calcined in an oxygen-containing atmosphere to obtain the surface of the nickel plating layer or nickel. It is important to form an oxide film with irregularities on the surface of the base material.
The calcining conditions are not particularly limited as long as the above-mentioned oxide film is formed, but the calcining temperature is preferably 550 to 900 ° C., particularly preferably 750 to 850 ° C. The calcining time can be appropriately changed depending on the oxygen concentration of the oxygen-containing atmosphere and the calcining temperature. However, when calcining in the air in the above temperature range, the calcining time is calcined at the above calcining temperature for 5 to 120 seconds. It is preferable to do so. As described above, the oxide film is preferably formed in the range of 40 to 1200 nm, preferably 500 to 1000 nm, and more preferably 500 to 900 nm.
Depending on the calcining conditions, an alloy layer may be formed on the surface of the nickel plating layer or the nickel-based base material by the firing for forming the oxide film in this step.
(その他)
本発明のフレキシブルデバイス用基板用基材は、前述したとおり、絶縁層としてガラス層を有するフレキシブルデバイス用基板の基材として好適に用いることができる。
本発明のフレキシブルデバイス用基板用基材の表面に凹凸を有する酸化物膜上に形成可能なガラス層としては、従来より有機EL照明等の絶縁層或いは透明基板として使用されていたものを制限なく使用することができ、これに限定されないが、錫−リン酸系ガラス、ビスマス系ガラス、バナジウム系ガラス、鉛系ガラス等の低融点ガラスを例示することができる。これらの中でも、水分バリア性に優れ、金属基材との密着性に優れたビスマス系ガラスを好適に積層することができる。
ビスマス系ガラスとしては、軟化点温度が300〜500℃の電気絶縁性を有するビスマス系ガラスが好適であり、特にガラス組成としてBi2O3を主成分(特に70重量%以上)含有するものが好ましい。
(others)
As described above, the substrate for a flexible device substrate of the present invention can be suitably used as a substrate for a substrate for a flexible device having a glass layer as an insulating layer.
The glass layer that can be formed on the oxide film having irregularities on the surface of the substrate for the flexible device of the present invention is not limited to those that have been conventionally used as an insulating layer for organic EL lighting or the like or a transparent substrate. Low melting point glass such as tin-phosphate-based glass, bismuth-based glass, vanadium-based glass, and lead-based glass can be used, and is not limited thereto. Among these, bismuth-based glass having excellent moisture barrier properties and excellent adhesion to a metal substrate can be suitably laminated.
As the bismuth-based glass, bismuth-based glass having an electrically insulating property with a softening point temperature of 300 to 500 ° C. is preferable, and in particular, a glass containing Bi 2 O 3 as a main component (particularly 70% by weight or more) as a glass composition is preferable. preferable.
本発明のフレキシブルデバイス用基板用基材を用いてフレキシブルデバイス用基板を形成する場合、ガラス層は平均粒径20μm以下、好適には1〜10μmのガラスフリットを用いて、焼成することにより形成される。ガラス層のガラス形成の焼成温度および焼成時間としては、ビスマス系ガラスを用いた場合には、430℃以上900℃未満で、10秒〜30分の条件で行われる。
本発明のフレキシブルデバイス用基板用基材上に形成されたガラス層は、表面粗度(Ra)が10nm以下と平滑であり、はじきという表面欠陥もない。
When the substrate for a flexible device is formed using the substrate for a substrate for a flexible device of the present invention, the glass layer is formed by firing using a glass frit having an average particle size of 20 μm or less, preferably 1 to 10 μm. NS. When bismuth-based glass is used, the firing temperature and firing time for forming the glass of the glass layer are 430 ° C. or higher and lower than 900 ° C. for 10 seconds to 30 minutes.
The glass layer formed on the substrate substrate for a flexible device of the present invention has a smooth surface roughness (Ra) of 10 nm or less, and does not have surface defects such as repelling.
(基材No.1〜11、15)
1.ニッケルめっき鋼板
[金属基材]
金属基材として、下記に示す化学組成を有する普通鋼の冷間圧延板(厚さ50μm)を焼鈍脱脂して得られた鋼板を準備した。
組成:C;0.03重量%、Si;0.01重量%、Mn;0.25重量%、P;0.008重量%、S;0.005重量%、Al;0.051重量%、残部;Feおよび不可避的に含有する成分を含む。
[ニッケルめっき層の形成]
次いで、準備した鋼板(サイズ:縦12cm、横10cm、厚み50μm)について、アルカリ電解脱脂、硫酸浸漬の酸洗を行った後、下記条件にてニッケルめっきを行い、厚さ1μm、表面粗度(Ra)30.1nmのニッケルめっき層を両面に形成した。
浴組成:硫酸ニッケル300g/L、塩化ニッケル40g/L、ほう酸35g/L、ピット抑制剤(ラウリル硫酸ナトリウム)0.4mL/L
pH:4〜4.6
浴温:55℃〜60℃
電流密度:25A/dm2
(Base materials Nos. 1 to 11 and 15)
1. 1. Nickel-plated steel sheet [metal base material]
As a metal base material, a steel sheet obtained by annealing and degreasing a cold rolled plate (thickness 50 μm) of ordinary steel having the chemical composition shown below was prepared.
Composition: C; 0.03% by weight, Si; 0.01% by weight, Mn; 0.25% by weight, P; 0.008% by weight, S; 0.005% by weight, Al; 0.051% by weight, Remaining; Contains Fe and inevitably contained components.
[Formation of nickel plating layer]
Next, the prepared steel sheet (size:
Bath composition: Nickel sulfate 300 g / L, nickel chloride 40 g / L, boric acid 35 g / L, pit inhibitor (sodium lauryl sulfate) 0.4 mL / L
pH: 4 to 4.6
Bath temperature: 55 ° C-60 ° C
Current density: 25A / dm 2
2.純ニッケル板
ニッケル系基材として、厚さ100μmの純ニッケル板を準備した。
2. Pure nickel plate As a nickel-based base material, a pure nickel plate having a thickness of 100 μm was prepared.
3.酸化物膜の形成
上記ニッケルめっき鋼板及び純ニッケル板を用いて、表1に示す条件で、基材No.1〜3,5〜7,15のニッケルめっき鋼板、及び基材No.13,14の純ニッケル板を薄鋼板熱処理シュミレーター(真空理工株式会社製、品番;CCT−AV)を用いて仮焼した。基材No.4,12は比較のため仮焼を行わなかった。また基材No.8〜11についてはNH雰囲気下で仮焼した。
仮焼されたニッケルめっき鋼板、基材No.4のニッケルめっき鋼板、仮焼された純ニッケル板及び基材No.12の純ニッケル板について、表面粗度として算術平均粗さ(Ra)及び最大高さ粗さ(Rz)、表面酸化物の厚みについて調べた。結果を表1にあわせて示す。
また、基材No.1,2,6,10について仮焼後のニッケルめっき層表面のSEM写真、及び基材No.4のニッケルめっき層表面のSEM写真を図2に示す。
尚、表1の酸化物膜の厚み、表面粗度(Ra,Rz)については、以下の方法により測定した。
算術平均粗さ(Ra)及び最大高さ粗さ(Rz):JIS B 0601に準拠して、顕微鏡(オリンパス社製、ナノサーチ顕微鏡、品番;OLS3500)のSPM測定モードで測定した。
酸化物膜厚み:フィールドエミッションオージェマイクロプローブ(AES:日本電子社製 品番JAMP−9500F)を用いて測定した。
3. 3. Formation of Oxide Film Using the above nickel-plated steel plate and pure nickel plate, under the conditions shown in Table 1, the base material No. Nickel-plated
Temporarily baked nickel-plated steel sheet, base material No. No. 4 nickel-plated steel plate, calcined pure nickel plate, and base material No. Arithmetic mean roughness (Ra), maximum height roughness (Rz), and surface oxide thickness of 12 pure nickel plates were examined as surface roughness. The results are also shown in Table 1.
In addition, the base material No. SEM photographs of the surface of the nickel plating layer after calcining for 1, 2, 6 and 10, and the base material No. The SEM photograph of the surface of the nickel plating layer of No. 4 is shown in FIG.
The thickness and surface roughness (Ra, Rz) of the oxide film in Table 1 were measured by the following methods.
Arithmetic Mean Roughness (Ra) and Maximum Height Roughness (Rz): Measured in the SPM measurement mode of a microscope (Olympus, Nanosearch microscope, product number; OLS3500) in accordance with JIS B 0601.
Oxide film thickness: Measured using a field emission Auger microprobe (AES: JEOL Ltd., product number JAMP-9500F).
4.基材表層のXPSによる測定
上記基材No.1,4,6,10,11の表層について、炭素,酸素,鉄,ニッケルの割合(合計100atomic%)と、金属鉄,鉄酸化物の割合(合計100atomic%),及び金属ニッケル、ニッケル酸化物の割合(合計100atomic%)とを、スキャニングXPSマイクロプローブ(XPS装置 アルバックファイ社製 品番PHI5000VersaProbeII)を用いて測定した。結果を表2に示す。
4. Measurement of the surface layer of the base material by XPS For the surface layers of 1, 4, 6, 10 and 11, the ratio of carbon, oxygen, iron and nickel (total 100 atomic%), the ratio of metallic iron and iron oxide (total 100 atomic%), and metallic nickel and nickel oxide (100 atomic% in total) was measured using a scanning XPS microprobe (XPS device ULVAC-PHI product number PHI5000 VersaProbeII). The results are shown in Table 2.
5.基材表層の鉄の存在の確認
上記試料1、4,6,12〜14の表層について、上記XPS装置を用いて鉄の存在を確認した。結果を表3に示す。
5. Confirmation of the presence of iron on the surface layer of the base material The presence of iron was confirmed on the surface layers of
6.ガラス層の形成
脱脂工程:基材1〜15の表面をアルコールに浸したガーゼで拭き取り、脱脂した。
塗膜形成工程:水とバインダとを混合したバインダ液を用意し、バインダ液と、下記組成のビスマス系ガラスフリットとを重量比が50:50になるように乳鉢で混合し、セラミック製ロールにて分散処理を行ない、塗膜形成用ガラスペーストを作製した。そして、各基材の表面に塗膜形成用ガラスペーストを焼成後の膜厚が20μmになるようにバーコーターで塗布し、塗膜を形成した。
ガラス組成:ガラスフリットとして、Bi2O3が70wt%以上を主成分として含有するビスマス系ガラスフリットを用いた。
焼成工程:プログラム可能な電気炉を用いて、乾燥(温度:160℃、時間:2分)、焼成(温度:750℃、時間:10秒)を行なった。
6. Formation of glass layer Solventing step: The surfaces of the
Coating film forming step: Prepare a binder solution in which water and a binder are mixed, mix the binder solution and a bismuth-based glass frit having the following composition in a mortar so that the weight ratio is 50:50, and put them into a ceramic roll. The dispersion treatment was carried out to prepare a glass paste for forming a coating film. Then, a glass paste for forming a coating film was applied to the surface of each base material with a bar coater so that the film thickness after firing was 20 μm to form a coating film.
Glass composition: As the glass frit, a bismuth-based glass frit containing 70 wt% or more of Bi 2 O 3 as a main component was used.
Baking step: Drying (temperature: 160 ° C., time: 2 minutes) and firing (temperature: 750 ° C., time: 10 seconds) were carried out using a programmable electric furnace.
7.ガラス層評価
ガラス層が形成されたフレキシブルデバイス用基板について、ガラス膜中の気泡の有無、はじきの有無について、下記のように評価した。結果を表4に示す。
はじきの主原因は気泡であるが、気泡起因以外のはじきもあるため、気泡の有無と、全はじき(気泡起因のものを含む)の有無を分けて評価した。
[気泡評価]
気泡評価は、100×100mmサイズのフレキシブルデバイス用基板につき、光学顕微鏡にて焦点を各基材表面(各基材とガラス層の界面)からガラス層表面方向に焦点移動していく際に気泡が確認できるか否かで判断した。
[はじき評価]
はじき評価は、同じ100×100mmサイズのフレキシブルデバイス用基板につき、目視確認できるはじきの個数を下記の評価基準で評価した。
◎:はじきは皆無
○:はじき個数5個未満
△:はじき個数が5個以上10個未満
×:はじき個数が10個以上
[総合評価]
上記気泡評価及びはじき評価から、下記の基準で総合評価を行った。
◎:気泡、はじき共に皆無
○:気泡はあるが、はじき個数が10個未満
×:気泡があり、はじき個数が10個以上
7. Evaluation of glass layer The presence or absence of air bubbles and the presence or absence of repellency in the glass film of the flexible device substrate on which the glass layer was formed were evaluated as follows. The results are shown in Table 4.
The main cause of cissing is air bubbles, but since there are also cissing other than those caused by air bubbles, the presence or absence of air bubbles and the presence or absence of all cissing (including those caused by air bubbles) were evaluated separately.
[Bubble evaluation]
In the bubble evaluation, for a flexible device substrate having a size of 100 x 100 mm, bubbles are generated when the focus is moved from the surface of each base material (the interface between each base material and the glass layer) toward the surface of the glass layer with an optical microscope. Judgment was made based on whether or not it could be confirmed.
[Flick evaluation]
In the repelling evaluation, the number of repellents that can be visually confirmed was evaluated according to the following evaluation criteria for the same 100 × 100 mm size flexible device substrate.
◎: No repellent ○: Number of repellents less than 5 △: Number of repellents 5 or more and less than 10 ×: Number of
From the above bubble evaluation and cissing evaluation, a comprehensive evaluation was performed according to the following criteria.
◎: No bubbles or repelling ○: There are bubbles, but the number of repelling is less than 10. ×: There are bubbles and the number of repelling is 10 or more.
本発明のフレキシブルデバイス用基板用基材においては、ガラス層の密着性に優れていると共に、形成されるガラス層表面のはじき等表面欠陥の発生を有効に抑制可能であることから、特にガラス層を絶縁層とする、有機EL照明、有機ELディスプレイ、有機薄膜太陽電池等に用いられるフレキシブルデバイス用基板の基板として好適に使用することができる。
また本発明のフレキシブルデバイス用基板用基材は、上記ガラス層が形成される用途に特に好適に使用できるが、これに限定されず、スパッタリングや蒸着による無機膜や、或いはポリイミド樹脂等の樹脂膜を形成することも可能である。
In the base material for a substrate for a flexible device of the present invention, the adhesion of the glass layer is excellent, and the occurrence of surface defects such as repelling on the surface of the formed glass layer can be effectively suppressed. Therefore, the glass layer is particularly effective. Can be suitably used as a substrate for a flexible device used in an organic EL illumination, an organic EL display, an organic thin film solar cell, or the like, which has an insulating layer.
Further, the base material for a substrate for a flexible device of the present invention can be particularly preferably used for applications in which the above glass layer is formed, but the present invention is not limited to this, and an inorganic film by sputtering or vapor deposition, or a resin film such as a polyimide resin can be used. It is also possible to form.
1 フレキシブルデバイス用基板用基材、10 金属基材、11 ニッケルめっき層、12 酸化物膜。 1 Substrate base material for flexible devices, 10 metal base material, 11 nickel plating layer, 12 oxide film.
Claims (7)
前記ニッケルめっき層表面又はニッケル系基材表面には、凹凸を有する酸化物膜が形成されており、該酸化物膜の厚みが、40〜1200nmの範囲にあり、前記酸化物膜の算術平均粗さ(Ra)が、30〜100nmの範囲にあり、前記酸化物膜の表面の最大高さ粗さ(Rz)が、420〜900nmの範囲にあることを特徴とするフレキシブルデバイス用基板用基材。 A nickel-plated metal base material having a nickel-plated layer formed on at least one surface of the metal base material or a base material for a substrate for a flexible device made of a nickel-based base material.
The nickel plating layer surface or a nickel-based base material surface is formed with an oxide film having an uneven thickness of the oxide film, the range near the 40~1200nm is, the arithmetic mean of the oxide film roughness (Ra) is in the range of 30 to 100 nm, the maximum height surface roughness of the oxide film (Rz) is, for a substrate for a flexible device, wherein the range near Rukoto of 420~900nm Base material.
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