JPH10286907A - 耐熱性可撓性基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 太陽電池、反射型液晶装置、エレクトロルミ
ネッセンス表示装置等の薄膜半導体装置において、性能
が優れており、かつ経済的に得られる耐熱性可撓性基板
を提供することを目的とする。 【解決手段】 金属薄板１２上に、ポリイミド膜１４を
接着剤層１６により貼着してなる耐熱性可撓性基板１０
を作成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】太陽電池や反射型液晶表示装置、
エレクトロルミネッセンス表示装置等の薄膜半導体装置
の耐熱性可撓性基板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】太陽電池等に使用される基板材料に要求
される基本特性としては、半導体薄膜を組み込む際の形
成温度で変質，変形を生じないこと、大気中の湿度など
によるさび等の変化を生じないこと、また、例えばアモ
ルファスシリコン太陽電池用の基板材料としては、アモ
ルファスシリコン中に不純物を供給しないこと、また、
アモルファスシリコン膜中に、ピンホール等の欠陥を生
じさせないこと、さらに熱膨張係数がよくシリコン膜と
整合し、そり、はがれ、われが生じないこと等が挙げら
れる。これらの性質を有する材料として、種々の板ガラ
スや、セラミックスが基板として従来より用いられてい
る。

【０００３】しかし、近年の電子機器の軽薄短小化、多
様化に伴い、また経済性の面より、薄層の太陽電池、反
射型液晶表示装置、エレクトロルミネッセンス表示装置
等の薄膜半導体装置が、注目されている。これらは、半
導体を形成するのに可撓性を有する基板を使用している
ものがある。板ガラスやセラミックス板は可撓性に乏し
いため、これらに代わる基板材料として、可撓性を有す
る他、優れた耐熱性、耐寒性、電気絶縁性、機械的強
度、耐薬品性等を併せ持つ点より、薄膜形成においてポ
リイミドが樹脂薄膜として、太陽電池に使用されてい
る。しかし、樹脂薄膜のみを基板とすると、デポジショ
ンによって基板がカールし、またデポジション中の変形
により、均一に加熱されないという欠点があった。

【０００４】さらに、上記のカールを防止するため、可
撓性のある金属薄板上に、可撓性、耐熱性に富むポリイ
ミドの樹脂薄膜を形成し、それを基板としてアモルファ
スシリコン系の太陽電池を形成することは、特公平４−
６３５５１号等で開示されている。しかしながら、従来
のポリイミドの樹脂薄膜の形成は、コーティングによっ
ており、金属薄板表面の凹凸などによりピンホールが発
生する場合がある。このため、このピンホールの発生を
抑制する目的で金属薄板の研磨が必要であり、このよう
な工程を経るため可撓性基板は高価なものとなってい
た。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明者ら
は、上記従来の問題点を解決し、性能が優れており、か
つ経済的に得られる耐熱性可撓性基板に想到した。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る耐熱性可撓
性基板の要旨とするところは、金属薄板上に、３μｍ以
上１０μｍ以下のポリイミドフィルムを、接着剤により
貼り合わせたことにある。

【０００７】また、前記接着剤がエポキシ系接着剤であ
ることにある。

【０００８】さらに、前記金属薄板の厚みが、２０μｍ
から１ｍｍであることにある。

【０００９】また、前記金属薄板が、ステンレスの薄板
であることにある。

【００１０】 〔発明の詳細な説明〕本発明に係る耐熱性可撓性基板
は、金属薄板上に、ポリイミドフィルムを接着剤により
貼着したことを特徴とする。以下、本発明に係る耐熱性
可撓性基板の製造方法について、実施の形態の１例を説
明する。

【００１１】本発明に係る耐熱性可撓性基板１０は、金
属板１２上に、ジアミンと酸成分を反応させて得られた
ポリアミド酸溶液を脱水閉環させて製造したポリイミド
からなる膜１４を接着剤層１６により貼着することによ
り得られる。

【００１２】まず、本発明に係る耐熱性可撓性基板に使
用するポリイミド膜の製造方法について説明する。

【００１３】本発明に係る耐熱性可撓性基板に使用する
ポリイミド膜は、耐熱性、及び可撓性を有し、耐薬品
性、耐放射線性等に優れた物性を持つフィルムであれ
ば、基本的にどのような膜であってもよい。ポリイミド
フィルムの材料となるポリイミド重合体は、一般的には
その前駆体であるポリアミド酸重合体を脱水閉環させて
得られる。このポリアミド酸重合体溶液は、酸二無水物
とジアミン成分を実質的に等モル使用し、有機溶媒中で
重合して得られる。

【００１４】ポリアミド酸重合体溶液は、従来公知の方
法で得られるものであり、芳香族ジアミンとしては、た
とえば、ジアミノジフェニルエーテル、パラフェニレン
ジアミン等を挙げることができ、その他種々のジアミン
成分を使用することができる。また、酸無水物成分とし
ては、ピロメリット酸二無水物、ビフェニルテトラカル
ボン酸二無水物等をあげることができるが、その他種々
の酸無水物成分を使用することができる。これらジアミ
ン成分と酸無水物成分を、有機溶剤中で実質的に等モル
になるまで徐々に加えつつ、充分に攪拌することによ
り、重合反応を起こさせポリアミド酸重合体溶液を得
る。かかるジアミン成分と酸無水物成分は、単独で用い
てもよく、また２種以上を混合して用いて共重合させて
もよい。

【００１５】より具体的には、本発明に係る耐熱性可撓
性基板に使用されるポリイミド重合体は、まず、アルゴ
ン、窒素などの不活性ガス雰囲気中において、ジアミン
成分を、有機溶媒に溶解、あるいは、スラリー状に拡散
させる。この溶液に、酸二無水物成分を、固体の状態ま
たは、有機溶媒溶液の状態で添加し、ポリアミド酸重合
体溶液を得る。

【００１６】この時の反応温度は、−２０℃から＋１０
０℃、望ましくは、６０℃以下が好ましい。反応時間
は、３０分から１２時間程度である。

【００１７】また、この反応において、上記添加手順と
は逆に、先ず酸二無水物を有機溶媒中に溶解または拡散
させ、この溶液中に前記ジアミン成分の固体若しくは有
機溶媒による溶液若しくはスラリーを添加させてもよ
い。また、同時に混合して反応させてもよく、混合順序
は限定されない。

【００１８】なお、ポリアミド酸重合体の生成反応に使
用される有機溶媒としては、例えば、ジメチルスルホキ
シド、ジエチルスルホキシド等のスルホキシド系溶媒、
N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジエチルホルムアミド
等のホルムアミド系溶媒、N,N-ジメチルアセトアミド、
N,N-ジエチルアセトアミド等のアセトアミド系溶媒等を
挙げることができる。これらを単独または２種あるいは
３種以上の混合溶媒として用いることもできる。更に、
これらの極性溶媒とともに、アセトン、メタノール、エ
タノール、イソプロパノール、ベンゼンメチルセロソル
ブ等のポリアミド酸重合体の非溶媒との混合溶媒として
用いることもできる。

【００１９】このポリアミド酸は、各々前記の有機溶媒
中に５〜４０重量％、好ましくは１０〜３０重量％溶解
されているのが取扱いの面から望ましい。

【００２０】生成されるポリアミド酸重合体の分子量
は、ポリイミド膜の強度を維持するためには、数平均分
子量が、１万以上１００万が好ましい。平均分子量が１
万未満では、できあがったポリアミド膜が脆くなり、一
方１００万を超えるとポリアミド酸ワニスの粘度が高く
なりすぎ、取扱いが難しくなって好ましくない。

【００２１】次に、このポリアミド酸重合体の溶液を流
延塗布し、乾燥、イミド化して、ポリイミド重合体から
なるポリイミド膜を形成する。イミド化には、熱的方
法、または脱水剤を使用する化学的方法の何れかの方法
を用いる。これらの方法を併用してもよい。

【００２２】具体的には、上記ポリアミド酸重合体溶液
をドラムあるいはエンドレスベルト上に流延または塗布
して膜状とし、その膜を１５０℃以下の温度で５〜９０
分間乾燥させ、自己支持性を有するポリアミド酸重合体
の塗膜を得る。ついで、これを、支持体より引き剥がし
た後、そのフィルムの端部を固定し、さらに、加熱して
乾燥させつつイミド化させ、ポリイミド重合体からなる
ポリイミド膜を形成するのである。加熱の際の温度は、
１１０℃〜５５０℃の範囲の温度が好ましい。加熱の際
の昇温速度には特に制限はないが、徐々に加熱して最高
温度が上記の温度になるようにするのが好ましい。加熱
時間はフィルムの厚みや最高温度によって異なるが一般
的には最高温度に達してから１０秒から１０分の範囲が
好ましい。

【００２３】ここでいう、脱水剤としては、例えば無水
酢酸等の脂肪族酸二無水物、芳香族酸二無水物などが挙
げられる。また、触媒としては、例えばトリエチルアミ
ンなどの脂肪族アミン類、ジエチルアニリン等の芳香族
アミン類、ピリジン、ピコリン、イソキノリン等の複素
環式第３級アミン類などが挙げられる。

【００２４】また、このポリイミド膜の形成において、
このポリイミド重合体の前駆体であるポリアミド酸重合
体溶液に、ナイロン、ポリ酢酸ビニル、ポリテトラフル
オロエチレン、ポリメタクリル酸メチル等の熱可塑性樹
脂等の有機添加剤、あるいは各種の強化剤を配合して膜
を形成してもよく、これらを配合することにより、機械
的強度、接着性などの諸特性をさらに向上させることが
できる。

【００２５】また、形成されるポリイミド膜は、可撓性
を有する範囲において、限定されないが、膜厚は、３μ
ｍから１０μｍ以下が好ましい。

【００２６】なお、上記のようにして得られるポリイミ
ドフィルムは、接着性改善のために表面処理を行っても
よい。表面処理方法としては、例えば、コロナ処理、プ
ラズマ処理等がある。

【００２７】上記のようにして得られたポリイミドフィ
ルムは、可撓性を有する他、優れた耐熱性、耐寒性、電
気絶縁性、機械的強度、耐薬品性等を併せ持つことよ
り、太陽電池、反射型液晶表示、エレクトロルミネッセ
ンス表示装置等に使用される可撓性基板として有用であ
る。また、これらの装置の製造工程において水分を含む
ことによる電気特性の悪化の問題より、低吸水率の特性
を有するポリイミドフィルムであることが好ましい。

【００２８】また、上記ポリイミドフィルムが、諸特性
の他に熱可塑性を有するポリイミドフィルムである場合
は、加熱により、接着性を生ずるため、ポリイミドフィ
ルムを加熱し、直接金属薄板に熱圧着する方法により、
本発明に係る耐熱性可撓性基板を製造することも可能で
ある。

【００２９】また、金属薄板は、ポリイミドフィルムの
みを基板とすると、デポジションによる基板のカールを
防止するために、ポリイミドフィルムを支持するために
使用されている。金属薄板の厚みは２０μｍ以上１ｍｍ
以下が好ましく、さらに３０μｍ以上１ｍｍまでとする
ことが特に好ましく、かかる金属薄板の厚みは薄いほど
高屈曲性の耐熱性可撓性基板が得られる。しかし、２０
μｍ未満では、撓みが大きくハンドリング性に欠けると
いう不都合があり、また、１ｍｍを超えると、可撓性が
小さくなり、基板のそりの原因となるという不都合が生
じる場合がある。

【００３０】また、この可撓性のある金属薄板は、基板
に帯電した静電気を、その金属薄板を介して容易にアー
スすることができると同時に、静電気の発生を減少させ
ることができ、その結果、ノイズの発生等を抑制するこ
とができる効果を有する。

【００３１】また、この金属薄膜上にフィルムを形成し
た基板の上に、例えば、太陽電池の場合を例に説明する
と、まず金属層を被着させた後、フォトエッチング等の
手法により電極を形成し、ついでアモルファスシリコン
層を被着させた後、フォトエッチングやレーザースクラ
イブ等の手法により半導体層を形成する。さらに、その
上に透明導電膜を被着させた後、フォトエッチング等の
手法により電極を形成する等の工程を経て太陽電池が製
造される。このため、金属薄板は、耐薬品性、耐腐食性
等が要求される。得られた太陽電池等の半導体装置等
は、可撓性を要求される用途に使用されるものであるた
め、金属薄板は、可撓性のあるものであれば、いかなる
金属でもよいが、特には、熱伝導性、及び耐薬品性、耐
腐食性の点より、ステンレス鋼、モリブデン鋼、アルミ
ナ等が適するが、特に前記特性を有する他、入手可能
性、経済性等の観点より、特にはステンレスの薄板が好
ましい。

【００３２】上記得られたポリイミドフィルムは、可撓
性のある金属薄板に接着して用いられる。接着剤は、上
記ポリイミドフィルムを金属薄板上に貼着することによ
り、金属薄板とポリイミドフィルムが一体となって、基
板の可撓性を担保することになる。また、金属薄板の表
面が粗雑であっても、また、ポリイミドフィルムに、た
とえピンホールが生じていたとしても、接着剤を用いる
ことにより、金属薄板の表面の凹凸及びポリイミドフィ
ルムのピンホール等を調整して、ポリイミドフィルムを
均一に金属薄板に接着することができる。従って、ポリ
イミドフィルムによる絶縁効果の信頼性も高くなる。

【００３３】用いられる接着剤としては、可撓性、耐久
性等の特性を有しているものであれば基本的には限定さ
れず、種々のものが考えられるが、例えば、材料とし
て、エポキシ系樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミ
ド樹脂、ＢＴ樹脂等が挙げられる。本発明に係る耐熱性
可撓性基板には、上記の特性の他、経済性等よりエポキ
シ系樹脂が好ましい。この樹脂に、硬化剤、変性剤、充
填剤等を配合して接着剤を得るのである。

【００３４】接着剤の層の厚さは、特に限定されない
が、可撓性等を確保するとともに、製品重量や取扱い性
などの観点から、１μｍ〜３μｍが好ましい。

【００３５】金属薄板上に、ポリイミドフィルムを接着
する方法としては、耐熱性可撓性基板の用途によって種
々考えられるが、特には限定されない。例えば、１例と
して、まず金属薄板及びポリイミドフィルムを一定の大
きさに切断した後、接着剤を塗布し、ポリイミドフィル
ムと金属薄板を接着させる方法や、フィルム状の金属薄
板を繰り出しロールにより繰り出して、ロールコータま
たはバーコータを通し、接着剤層を形成した後、ポリイ
ミドフィルムを圧着し、その後使用に要する大きさに切
断する方法等がある。また、接着剤層を形成する工程に
おいて、たとえば、エポキシ系樹脂は、Ｂステージ状態
のものを塗布し、その後ポリイミドフィルムを圧着する
際に、加熱プレスし、接着剤を硬化させる方法もある。

【００３６】上記のようにして得られた耐熱性可撓性基
板は、太陽電池や反射型液晶装置、エレクトロルミネッ
センス表示装置等の薄層半導体装置の耐熱性可撓性基板
において、薄層形成時の加熱によってもピンホールの発
生のない耐熱性可撓性基板を経済的に、かつ安定的に提
供できる。

【００３７】以上、本発明に係る耐熱性可撓性基板につ
いて、実施の形態の１例を示したが、その他、本発明は
その趣旨を逸脱しない範囲内で、当業者の知識に基づ
き、種々なる改良、変更、修正を加えた態様で実施しう
るものである。

【００３８】

【実施例】以下に、実施例により本発明を具体的に説明
するが、本発明はこれら実施例によって限定されるもの
ではない。

【００３９】

【実施例１】厚さ５０μｍのステンレス板（３００ｍｍ
角の切片）に、接着剤として、エポキシ樹脂をバーコー
ターで塗布後、３μｍのポリイミドフィルムをローラー
で貼着した。得られた耐熱性可撓性基板の表面には、ピ
ンホールは認められなかった。

【００４０】

【比較例１】実施例１で使用した厚さ５０μｍのステン
レス板（３００ｍｍ角切片）の上に、ポリアミド酸溶液
を塗布後、加熱してイミド化し、厚さ０．５μｍのポリ
イミド膜を形成した。ピンホールの有無を観察したとこ
ろ、１３個のピンホールが観察された。

【００４１】

【発明の効果】以上のように、本発明は、太陽電池や反
射型液晶装置、エレクトロルミネッセンス表示装置等の
薄層半導体装置に用いられる耐熱性可撓性基板におい
て、薄層半導体装置を形成する時の加熱や、腐食などに
よっても、カールやそりなどの発生がなく、しかもピン
ホールの発生のない耐熱性可撓性基板を経済的にかつ安
定的に提供することが可能となる。

【００４２】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る耐熱性可撓性基板の拡大断面図で
ある。

【符号の説明】 １０；本発明に係る耐熱性可撓性基板 １２；金属薄板 １４；ポリイミド膜 １６；接着剤層

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属薄板上に、３μｍ以上１０μｍ以下
   のポリイミドフィルムを、接着剤により貼り合わせたこ
   とを特徴とする耐熱性可撓性基板。
2. 【請求項２】 前記接着剤がエポキシ系接着剤であるこ
   とを特徴とする請求項１に記載する耐熱性可撓性基板。
3. 【請求項３】 前記金属薄板の厚みが、２０μｍから１
   ｍｍであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記
   載する耐熱性可撓性基板。
4. 【請求項４】 前記金属薄板が、ステンレスの薄板であ
   ることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに
   記載する耐熱性可撓性基板。