JP2004191463A

JP2004191463A - ディスプレイ用基板及びその製造方法

Info

Publication number: JP2004191463A
Application number: JP2002356471A
Authority: JP
Inventors: Ryoji Inoue; 良二井上; Shingo Kumamoto; 晋吾熊本
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2002-12-09
Filing date: 2002-12-09
Publication date: 2004-07-08

Abstract

【課題】薄型化・軽量化・耐衝撃性・フレキシブル性・低熱膨張特性・絶縁性・耐熱性・平滑性を兼ね備えた薄型ディスプレイ用途に使用される基板と、その製造方法を提供する。
【解決手段】樹脂層の表面粗さが、Ｒａ：０．２μｍ以下、Ｒｚ：２μｍ以下、ガラス転移温度が１５０℃以上の樹脂層が、２０℃〜３００℃迄の熱膨張係数が１１×１０^−６／℃以下の金属薄板表面上に形成されているディスプレイ用基板であり、好ましくは、金属薄板に鉄−ニッケル系合金薄板を用いるディスプレイ用基板である。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シートディスプレイ（別名：電子ペーパー、フレキシブルディスプレイ）、フィールドエミッションディスプレイ（以下ＦＥＤと略記する）、有機ＥＬ、液晶ディスプレイ（以下ＬＣＤと略記する）、プラズマディスプレイ（以下ＰＤＰと略記する）等の所謂ブラウン管を用いない薄型ディスプレイに使用される基板と、その製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＣＤや有機ＥＬ等の薄型ディスプレイにおいては、前面板や背面板にガラス板が使用されている。しかし今後、更に薄型化・軽量化・耐衝撃性・フレキシブル性が要求されており、ガラス基板を利用する場合には材質的に強化する検討が進められている。また、ガラス基板以外の基板を使用する検討も行われている。
例えば電子ペーパー用基板として、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）か、ホウ素ケイ酸ガラスを使用することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。ＰＥＴを用いる場合は耐衝撃性・フレキシブル性に優れ、ホウ素ケイ酸ガラスを用いる場合は、薄型化・軽量化に有効である。
他にもフレキシブルディスプレイ基板として、透明樹脂基板の表面に透明ガスバリア層を設けた基板が提案されている（例えば、特許文献２参照）。また、電気泳動ディスプレイ基板として、トランジスタが金属箔等のフレキシブル基板上に堆積された方式が開示されている（例えば、特許文献３参照）。これらの方式も、耐衝撃性・フレキシブル性は非常に優れたものである。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１６９１９０号公報（第５ページ）
【特許文献２】
特開２０００−３３８９０１号公報（第２ページ）
【特許文献３】
特表２００２−５０４６９６号公報（第３５ページ）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来技術のうち、ガラス基板を用いるものでは薄型化・軽量化・耐衝撃性・フレキシブル性の特性を十分に満足できない問題があった。また、ガラス基板を用いないものでは、ガラス基板のような低熱膨張特性・絶縁性・耐熱性・平滑性を確保することは不十分であった。
具体的には、特許文献１に示される方式では、例えばＰＥＴの場合はガラス転移温度が低いため、表示素子を構成する電極やトランジスタ等を形成するための加熱工程で極度に軟化する問題がある。また、ホウ素ケイ酸ガラスを用いて薄型化を進めると、日常の使用における曲げ変形により割れ易くなるという欠点もある。
【０００５】
また、樹脂基板単体では耐熱性の問題の他に、特許文献２に示される方式のようなガスバリア層として例えば金属酸化物を真空中で形成する必要があり、量産性に優れた方式ではない。
また特許文献３に示される方式のように、金属基板表面に直接トランジスタを堆積する場合には、圧延疵、結晶粒界、介在物等に起因する大きな表面粗さが、表示素子の微細電極や配線を形成する上で障壁となり、ディスプレイを構成する他の部材との熱膨張整合性も問題となる。
本発明の目的は、薄型化・軽量化・耐衝撃性・フレキシブル性・低熱膨張特性・絶縁性・耐熱性・平滑性を兼ね備えた、薄型ディスプレイ用途に使用される基板と、その製造方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は基板に要求される特性全てを満足させるため、種々の検討を行った結果、特定の熱膨張係数を有する金属薄板を用いて、その表面（片面、または両面）に樹脂層を形成することにより、この問題を解決できることを見出し、本発明に到達した。
即ち本発明は、樹脂層の表面粗さが、Ｒａ：０．２μｍ以下、Ｒｚ：２μｍ以下、ガラス転移温度が１５０℃以上の樹脂層が、２０℃〜３００℃迄の熱膨張係数が１１×１０^−６／℃以下の金属薄板表面上に形成されているディスプレイ用基板である。
【０００７】
好ましくは、金属薄板は鉄−ニッケル系合金薄板であるディスプレイ用基板である。
更に好ましくは、樹脂層は、ポリイミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂の何れかであるディスプレイ用基板である。
更に好ましくは、金属薄板の厚みは、２０〜５００μｍであるディスプレイ用基板である。
更に好ましくは、樹脂層の厚みは、２〜５０μｍであるディスプレイ用基板である。
【０００８】
また本発明は、樹脂を有機溶剤に溶かしたワニス中に、２０℃〜３００℃迄の熱膨張係数が１１×１０^−６／℃以下の金属薄板を浸漬した後、前記金属薄板を引き上げて、１００〜４００℃で加熱処理を行うディスプレイ用基板の製造方法である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の重要な特徴は、低熱膨張特性を有す金属薄板の表面に、耐熱性と表面平滑性の高い樹脂層を形成することによって、薄型ディスプレイ用基板に求められる薄型化・軽量化・耐衝撃性・フレキシブル性・低熱膨張特性・絶縁性・耐熱性・平滑性を兼備させたことにある。
以下に本発明を詳しく説明する。
【００１０】
薄型ディスプレイ用基板としては、現状のガラス板が有する特性（▲１▼低熱膨張特性、▲２▼絶縁性、▲３▼耐熱性、▲４▼平滑性）に加えて、▲５▼薄型化、▲６▼軽量化、▲７▼耐衝撃性、▲８▼フレキシブル性が要求される。金属薄板を用いれば前述の▲５▼〜▲８▼の要求を容易に満足させることができるが、ガラス板が有する低熱膨張特性・絶縁性・耐熱性・平滑性を改善する必要が生じる。
【００１１】
先ず低熱膨張特性に関して、従来の薄型ディスプレイ用基板として用いられてきたガラス基板を代替するためには、ガラス基板と同等の低熱膨張特性を有する金属材料を用いることが必要である。
用いられるガラスの種類によっても熱膨張特性（特に熱膨張係数）は若干異なるが、基板として一般的に利用されるガラスの熱膨張係数としては、４〜９×１１^−６／℃である。そしてディスプレイの製造プロセス上、１５０〜３００℃に加熱されるため、熱膨張の大きな基板を用いた場合は表示素子用の電極やトランジスタ、配線等の位置ずれが大きくなり、大画面になるほど製造が困難となる。よって、低熱膨張特性を有するガラス基板がこれまで用いられてきたが、本発明においても同じ理由から低熱膨張特性が要求されるため、２０℃〜３００℃迄の熱膨張係数を１１×１０^−６／℃以下と規定する。
この範囲の熱膨張係数を有する材料には、例えばタングステン、モリブデン、タンタル、鉄−ニッケル系合金等の金属があるが、軽量化し易いことや、入手のし易さを考慮すると、安価な鉄−ニッケル系合金を用いるのが良い。
【００１２】
この鉄−ニッケル系合金は、ニッケル含有量で熱膨張係数の調整が可能であり、上述の熱膨張係数を容易に得るためには、ニッケル量を２７〜５２質量％含み、残部を実質的に鉄とするか、またはニッケルを２０質量％以下のコバルトで置換するとよい。
なお、本発明で言う鉄−ニッケル系合金とは、上述した鉄−ニッケル−コバルト系合金や、その他にはクロムを７質量％以下含んだ鉄−ニッケル−クロム系合金等、鉄とニッケルとを主成分とする合金を指す。
【００１３】
上述の鉄−ニッケル系合金としてより具体的に例示すると、鉄−３６質量％ニッケル合金、鉄−４２質量％ニッケル合金、鉄−４７質量％ニッケル合金、鉄−５０質量％ニッケル合金等がある。
また、鉄−４２質量％ニッケル−６質量％クロム合金等の鉄−ニッケル−クロム系合金、鉄−３１質量％ニッケル−５質量％コバルト合金、鉄−２９質量％ニッケル−１７質量％コバルト合金等の鉄−ニッケルーコバルト系合金がある。
さらにはこれらの合金に強度を向上させる元素を適宜添加した合金を、金属薄板の素材として用いても良い。
これらの鉄−ニッケル系合金は、冷間圧延によって容易に薄くできることから、薄型化も可能であり、軟化焼鈍や圧延率によって硬度の調整が容易であることから、耐衝撃性、フレキシブル性を有する金属薄板として好適である。
【００１４】
次に、ディスプレイ用基板上には表示素子の電極、配線を形成するため、導電性を持つ金属薄板の表面に、絶縁性を付与する必要がある。
絶縁性を付与するためには、樹脂をコーティングする方法が簡便であるが、上述したようにディスプレイの製造プロセス上、１５０〜３００℃に加熱されるため、１５０℃以上のガラス転移温度を有する樹脂を選択する必要がある。
これよりも低い樹脂の場合、加熱中に極度に軟化して所望の厚さ、形状が保てなくなったり、溶融して流出したり、分解する不具合が生じる。一般にガラス転移温度が高いほど、樹脂の融点または熱分解温度も高く、高温のプロセスでも使用可能となる。より好ましくは、ガラス転移温度が１８０℃以上である。
なお、本発明において樹脂のガラス転移温度とは、乾燥、硬化した状態の樹脂を加熱した際、その弾性率が急激に低下する温度を指す。ガラス転移温度は一般に、動的粘弾性測定装置（以下ＤＭＡと表記）を用いて測定可能である。
【００１５】
ところで、本発明では金属薄板を用いているため、金属薄板表面粗さを樹脂層によって平滑とすることが必要である。
上述した樹脂を金属薄板表面にコーティングして、その表面に表示素子用の薄い電極や微細配線を精度良く形成できることが望まれる。そのために表面粗さはＲａ：０．２μｍ以下、Ｒｚ：２μｍ以下であり、この範囲であれば、微細電極や微細配線の形成が容易になる。なお、このＲａ：０．２μｍ以下、Ｒｚ：２μｍ以下の範囲は、従来、ディスプレイ用基板として使用されてきたガラス板の表面粗さである。より好ましくは、Ｒａ：０．１μｍ以下、Ｒｚ：１μｍ以下である。
【００１６】
上述のようなガラス転移温度を持つ樹脂の材質として、ポリイミド系樹脂、またはポリアミドイミド系樹脂が好ましい。これらはその分子鎖内にイミド結合を有する樹脂を指しており、耐熱性が高い。これら２種類を混合した樹脂も使用可能であり、さらにポリアミドイミド系樹脂とエポキシ系樹脂を混合し、熱硬化型とした混合樹脂も使用可能である。
【００１７】
金属薄板の厚みとしては、薄型化・軽量化のためには薄いほど好ましい。しかし薄過ぎる場合、曲げ強度が低いため保持できないこと、および圧延が困難であり、工数の増大によるコスト上昇が発生することから、２０μｍ〜５００μｍの厚みが好ましい。また樹脂層の厚みとしては、平滑性と絶縁性を確保するため２μｍ以上が必要であり、厚過ぎる場合は樹脂による熱膨張量の増大が問題となるため、２〜５０μｍが好ましい。
【００１８】
次に本発明のディスプレイ用基板の製造方法について説明する。
本発明のディスプレイ用基板の製造方法としては、樹脂フィルムを金属薄板に貼りつける方式と、有機溶剤に樹脂を溶かしたワニスを金属薄板に塗布した後、加熱して乾燥−硬化させる方式がある。
樹脂フィルムを貼りつける方式では、金属薄板との未接合部の残存や、異物の巻き込みと言った問題が生じ易い。ワニスを塗布する方式の方が、比較的平滑性と密着性に優れており、樹脂層表面粗さを平滑に調整し易く、量産性および品質信頼性において有利である。
【００１９】
具体的にワニスを金属薄板に塗布する方式としては、金属薄板上にワニスを滴下した後、金属薄板の平面上の中心点を軸として回転させ、遠心力によりワニスを塗り伸ばす方式がある。薄く均一に塗布できる点で優れるが、枚葉で処理するため、量産性に劣る欠点がある。
また、金属薄板の幅方向に渡した棒により、金属薄板上に滴下したワニスを塗り伸ばす方式がある。この方式は、金属薄板を帯の状態で供給することにより、連続して塗布することが可能なため、量産性に優れる利点がある。
【００２０】
ここで、金属薄板の片面のみワニスを塗布し、加熱により乾燥−硬化を行って樹脂層を形成した場合、ワニスからの有機溶剤の揮発による収縮、および樹脂の硬化収縮、冷却過程での樹脂の収縮により、樹脂層を内側とした反りが発生し易い。よって、金属薄板の両面に、ほぼ同じ厚さの樹脂層を設けることが好ましいが、上述した方式では片面にワニスを塗布した後乾燥させ、片面ずつ処理する必要があり、量産速度が著しく低下する欠点がある。
【００２１】
そこで本発明では、ワニス中に金属薄板を浸漬した後、金属薄板を引き上げてワニスの塗布を行う方式による製造が好ましい。この方式は、ワニスを充填した槽内に、帯状の金属薄板を連続して通過させることで連続塗布が可能であり、かつ、両面同時に塗布することが可能であり、量産性に非常に優れる。
さらにこの方式では、ワニスから金属薄板を引き上げた付近において、金属薄板の幅方向に棒を配置し、所望の値に保たれた金属薄板と棒との間隙をワニスが通過することにより、ワニスの塗布厚さを管理することが可能である。
【００２２】
このようにして金属薄板にワニスを塗布した後、１００〜４００℃でワニスを加熱処理し、乾燥および硬化させる。温度条件は使用した樹脂および溶剤成分にも依るが、１００℃以下では低沸点の有機溶剤は揮発しても、吸湿による水分が残存する恐れがある。また、温度が高いほど乾燥および硬化時間は短縮されるが、冷却過程での樹脂の収縮量が大きくなるため、反りが発生し易くなる。そこで実用的な乾燥および硬化温度としては、上述の範囲である。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明を更に詳細に実施例を用いて説明する。
（実施例１）
４．３×１０^−６／℃の熱膨張系数を持った厚さ１５０μｍの鉄−４２質量％ニッケル系合金薄板を準備し、アルカリ性脱脂液および希塩酸を用いて洗浄した。
この鉄−ニッケル系合金薄板の表面粗さを、約１５０×１５０μｍのエリアにおいて、ＪＩＳＢ０６０１に準じてレーザー走査顕微鏡を用いて測定したところ、Ｒａ：０．２０７６μｍ、Ｒｚ：２．５８８７μｍであった。
次に、Ｎメチルー２ピロリドンで希釈したポリアミドイミド系ワニスを準備し、前出の合金薄板をこのワニスに浸漬した後、引き上げた。続いて、１５０℃で１時間の加熱処理により乾燥および硬化を行い、本発明のディスプレイ用基板を作製した。
【００２４】
この樹脂層の表面粗さを前述した測定方法で測定したところ、Ｒａ：０．０４７８８μｍ、Ｒｚ：０．８７９６μｍであった。また、この樹脂層の厚さは片面あたり１０μｍであり、ＤＭＡを用いて測定したガラス転移温度は２２０℃であった。
このディスプレイ用基板を用いて、３００℃に加熱した状態で電極やトランジスタなどを形成した後、シートディスプレイに組立てたところ、正常に作動した。
【００２５】
（実施例２）
１０．２×１０^−６／℃の熱膨張系数を持った厚さ１００μｍの鉄−５０質量％ニッケル系合金薄板を準備し、アルカリ性脱脂液および希塩酸を用いて洗浄した後、ガラス板上に固定した。この鉄−ニッケル系合金薄板の表面粗さを、実施例１で述べた測定方法で測定したところ、Ｒａ：０．１９５６μｍ、Ｒｚ：２．４７０１μｍであった。
次に、ポリイミド系樹脂とエポキシ樹脂をシクロヘキサノンに溶解したワニスを準備し、前出の合金薄板上に滴下した。続いて、丸棒に一定径のワイヤーを密に巻きつけた塗布棒を合金薄板の幅方向に渡し、幅方向と直角に一定速度で移動させて、ワニスを塗り広げた。
その後、加熱処理として１２０℃の乾燥および１７０℃の硬化を行い、本発明であるディスプレイ用基板を作製した。
【００２６】
この樹脂層の表面粗さを実施例１と同様に測定したところ、Ｒａ：０．０５１６６μｍ、Ｒｚ：０．８０６２μｍであった。また、この樹脂層の厚さは２１μｍであり、ＤＭＡを用いて測定したガラス転移温度は２４０℃であった。
このディスプレイ用基板を用いて、３００℃に加熱した状態で電極やトランジスタなどを形成した後、シートディスプレイに組立てたところ、正常に作動した。
【００２７】
（比較例１）
従来、ディスプレイ用基板として用いられている厚さ６９７μｍのガラス板を準備し、その表面粗さを実施例１と同様に測定したところ、Ｒａ：０．０５１０３μｍ、Ｒｚ：０．７９０１μｍであった。
【００２８】
上述したように、本発明品であるディスプレイ用基板は、従来用いられているガラス板と同等の表面平滑性を有しており、なおかつ飛躍的に薄型化が可能である。また、ガラス板は衝撃荷重や曲げにより容易に破壊するが、本発明品は弾性変形可能な金属と樹脂の複合材であるため、耐衝撃性、フレキシブル性を兼ね備えており、今後要求される薄型のディスプレイ用基板として非常に有用である。
【００２９】
【発明の効果】
本発明を用いることにより、薄型化・軽量化・耐衝撃性・フレキシブル性・低熱膨張特性・絶縁性・耐熱性・平滑性を兼ね備えた薄型ディスプレイ用基板が得られるため、今後、需要の増大が予想される耐衝撃性・フレキシブル性を兼備したディスプレイにとって、欠くことのできない技術となる。

Claims

表面粗さが、Ｒａ：０．２μｍ以下、Ｒｚ：２μｍ以下、ガラス転移温度が１５０℃以上の樹脂層が、２０℃〜３００℃迄の熱膨張係数が１１×１０^−６／℃以下の金属薄板表面上に形成されていることを特徴とするディスプレイ用基板。
金属薄板は鉄−ニッケル系合金薄板であることを特徴とする請求項１に記載のディスプレイ用基板。
樹脂層は、ポリイミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂の何れかであることを特徴とする請求項１または２に記載のディスプレイ用基板。
金属薄板の厚みは、２０〜５００μｍであることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のディスプレイ用基板。
樹脂層の厚みは、２〜５０μｍであることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のディスプレイ用基板。
樹脂を有機溶剤に溶かしたワニス中に、２０℃〜３００℃迄の熱膨張係数が１１×１０^−６／℃以下の金属薄板を浸漬した後、前記金属薄板を引き上げて、１００〜４００℃で加熱処理を行うことを特徴とするディスプレイ用基板の製造方法。