JP5148341B2 - 表示素子用プラスチック基板及び表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、フレキシブル基板として、酸素や水蒸気等の透過に対するガスバリア性が要求される電子部品に対し、紫外線照射による表面洗浄を行なっても、クラック等の変形を防止できる表示素子用プラスチック基板及び表示装置に関するものである。

有機エレクトロルミネッセント（以下、有機ＥＬと略す場合がある。）素子等を使用した表示装置の基板や、半導体素子等を用いた半導体装置の基板において、近年の表示装置等の小型化、薄型化、携帯化等に伴い、可撓性を有する有機樹脂フィルムを用いて、フレキシブル基板を用いることが多くなっている。例えば、特許文献１では、色変換層を有する有機ＥＬ素子に用いることが可能な、ガスバリア性が高く、かつ平坦性を有する有機ＥＬ素子用基板に関し、透明基材と、前記透明基材上に形成された色変換層と、前記色変換層上に形成されたオーバーコート層と、前記オーバーコート層上に形成された蒸着膜からなるガスバリア層と、前記ガスバリア層上に形成され、かつカルドポリマーを有する平坦化層とを有する有機ＥＬ素子用基板が提案されている。そして、そのオーバーコート層は、紫外線硬化型樹脂で構成することが示されている。

上記のようなフレキシブル基板においても、従来のガラス基板の場合と同様に、基板表面の異物付着を防止することが要求されている。その表面に付着して残留する汚染物を洗浄する方法として、例えば、紫外線ランプの光により、オゾンを発生させ、このオゾンの分解により生成した活性酸素により、表面に付着した有機汚染物を分解して洗浄することが行なわれている。しかし、上記のフレキシブル基板において、オーバーコート層の紫外線の硬化した樹脂層は、上記の紫外線照射による表面洗浄（いわゆるＵＶ洗浄）が行なわれると、その樹脂層がもろくなり、分解して、無機化合物からなる蒸着膜のガスバリア層にクラックが発生し、ガスバリア性が低下してしまう問題がある。
特開２００４−３０３５６２号公報

したがって、上記のような課題を解決するために、本発明は、フレキシブル基板として、酸素や水蒸気等の透過に対するガスバリア性が要求される電子部品に対し、紫外線照射による表面洗浄を行なっても、クラック等の変形を防止できる表示素子用プラスチック基板及び表示装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、プラスチックフィルムの少なくとも片面に、無機化合物層と紫外線硬化樹脂層が該順序で交互に１回以上積層してあり、さらに最外層に無機化合物層が積層された表示素子用プラスチック基板であって、
該紫外線硬化樹脂層は、２官能以上の環状構造を有したアクリルモノマーを主成分とする樹脂を硬化したものからなることを特徴とする。

請求項２の発明は、プラスチックフィルムの少なくとも片面に、無機化合物層と紫外線硬化樹脂層が該順序で交互に１回以上積層してあり、さらに最外層に無機化合物層が積層された表示素子用プラスチック基板であって、
該紫外線硬化樹脂層は、ポリエステルアクリレートオリゴマーを主成分とする樹脂を硬化したものからなることを特徴とする。また、請求項３の表示装置の発明は、請求項１または２に記載の表示素子用プラスチック基板に対し、紫外線照射による表面洗浄を行なった後に、該プラスチック基板を用いて、組み立てられたことを特徴とする。

本発明は、プラスチックフィルムの少なくとも片面に、無機化合物層と紫外線硬化樹脂層が該順序で交互に１回以上積層してあり、さらに最外層に無機化合物層が積層された表示素子用プラスチック基板であって、該紫外線硬化樹脂層は、２官能以上の環状構造を有したアクリルモノマーを主成分とする樹脂を硬化したもの、またはポリエステルアクリレートオリゴマーを主成分とする樹脂を硬化したものからなる構成とした。これにより、表示素子用プラスチック基板に対し、紫外線照射による表面洗浄を行なっても、紫外線による該紫外線硬化樹脂層の分解反応を遅らせることが可能となり、プラスチック基板の表面におけるクラック等の変形を防止でき、結果として、ガスバリア性が低下することを防止できた。

本発明の表示装置は、上記の特定した樹脂の硬化物を紫外線硬化樹脂層に用いた表示素子用プラスチック基板に対し、紫外線照射による表面洗浄を行なって、表面に付着した有機汚染物を分解し洗浄して、その清潔な表示素子用プラスチック基板を用いて、表示装置を組み立てることができる。その表示装置は、ガスバリア性や、その他の耐久性、表示性能に優れたものが得られた。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。本発明の表示素子用プラスチック基板は、例えば、図１に示すような構成をとることができる。プラスチックフィルム１の上に、無機化合物層２と紫外線硬化樹脂層３が積層され、さらに最外層として、無機化合物層４が積層された表示素子用プラスチック基板１０である。また、本発明の表示素子用プラスチック基板は、例えば、図２に示すような構成をとることもできる。プラスチックフィルム１の上に、無機化合物層２、紫外線硬化樹脂層３、無機化合物層２´、紫外線硬化樹脂層３´が積層され、さらに最外層として、無機化合物層４が積層された表示素子用プラスチック基板１０である。

図２の場合は、無機化合物層と紫外線硬化樹脂層が該順序で交互に２回、積層された構成で、最外層に無機化合物層４を設けたものである。図示した表示素子用プラスチック基板は、プラスチックフィルム１上に、無機化合物層と紫外線硬化樹脂層が該順序で交互に１回と２回、積層したものであるが、それに限らず、無機化合物層と紫外線硬化樹脂層の単位を３回以上とることも可能である。無機化合物層と紫外線硬化樹脂層の単位を多くとることにより、ガスバリア性がより向上するが、多層を積層した構成で、表示素子用プラスチック基板のカール等の変形が生じない条件から、無機化合物層と紫外線硬化樹脂層を１回、あるいは２回の単位で設けることが好ましい。

以下に、本発明の表示素子用プラスチック基板を構成する各層ごとに詳細に説明する。
（プラスチックフィルム）
プラスチックフィルム１として、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレンなどのポリオレフィン系フィルム、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートなどのポリエステルフィルム、ポリアミドフィルム、ポリカーボネートフィルム、その他の各種の樹脂のフィルム、ないしシートを使用することができる。本発明において、プラスチックフィルムの膜厚としては、１２〜４００μｍ、より好ましくは５０〜２００μｍが望ましい。

プラスチックフィルムは、必要に応じて、例えば、コロナ放電処理、オゾン処理、酸素ガス若しくは窒素ガスなどを用いて低温プラズマ処理、グロー放電処理、化学薬品などを用いて処理する酸化処理、その他の前処理を任意に施すことができる。また、上記表面前処理は、プラスチックフィルムと無機酸化物の蒸着薄膜との密着性を改善するための方法として実施するものであるが、上記の密着性を改善する方法として、例えば、プラスチックフィルムの表面に、あらかじめ、プライマーコート剤層、アンダーコート層、あるいは、蒸着アンカーコート剤層などを任意に形成することもできる。

（無機化合物層）
本発明の表示素子用プラスチック基板における無機化合物層は、上記のプラスチックフィルムと隣接した層、あるいは紫外線硬化樹脂層同士で挟まれる層、あるいは最外層であっても、いずれでも以下に説明する無機化合物層を適用することができる。この無機化合物層は、ガスバリア性を付与することができるので、ガスバリア層として機能することができる。無機化合物層を形成する材料としては、透明性を有し、かつ酸素、水蒸気等のガスバリア性を有する物であればよく、例えば、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化ホウ素、酸化ハフニウム、酸化バリウム等の酸化物であるが、特に、ガスバリア性、生産効率の点などから、酸化ケイ素、酸化窒化ケイ素、酸化炭化ケイ素のいずれかが好ましい。

無機化合物層の形成方法としては、真空蒸着法、反応蒸着法、イオンビームアシスト蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、プラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法等の真空成膜法で行なうことが挙げられる。また、膜厚は２０〜２００ｎｍ、より好ましくは５０〜１５０ｎｍの範囲で適宜設定することができる。２００ｎｍを超えると、薄膜のフレキシビリティ性が低下し、成膜後に折り曲げ、引っ張りなどの外力で、薄膜に亀裂を生じる恐れがあり、透明性が低下したりし、また、材料自身の応力が大きくなり、着色したりして好ましくない。また、上記の厚さが２００ｎｍを超えると、生産性を著しく低下させ、さらに異常粒の成長から突起が形成され、Ｒｍａｘが増加する傾向があるので好ましくない。また一方で、無機化合物層の厚さが２０ｎｍ未満では、透明性は良いが、均一な膜が得られにくく、膜厚が充分ではないことがあり、ガスバリア性の機能を十分に果たすことが難しい。

（紫外線硬化樹脂層）
本発明の表示素子用プラスチック基板における紫外線硬化樹脂層は、２官能以上の環状構造を有したアクリルモノマーを主成分とする樹脂、あるいはポリエステルアクリレートオリゴマーを主成分とする樹脂である紫外線硬化性樹脂が、紫外線により硬化した層からなる。したがって、本発明では、「紫外線硬化性樹脂」は、未硬化である樹脂を意味し、「紫外線硬化樹脂」は、紫外線により硬化された樹脂のことを意味する。

紫外線硬化樹脂層における２官能以上の環状構造を有するアクリルモノマーを主成分とする樹脂の具体例としては、アクリレート系の官能基を有するもの、例えばジメチロール・トリシクロデカンジ（メタ）アクリレート、ジメチロール・ジシクロペンタンジ（メタ）アクリレート、トリシクロデカンジメタノールジ（メタ）アクリレート、シクロヘキサンジメタノールジ（メタ）アクリレート、アルコキシ化シクロヘキサンジメタノールジ（メタ）アクリレート、５−エチル−２−（２−ヒドロキシ−１，１−ジメチルエチル）−５−（ヒドロキシメチル）−１，３−ジオキサンジアクリレート、イソシアヌル酸ＥＯ変性トリアクリレート等が挙げられる。特に本発明では、ジメチロール・トリシクロデカンジ（メタ）アクリレートのアクリルモノマーが重合時の収縮が小さく、紫外線照射による分解反応が遅く、好ましく用いられる。本明細書において「（メタ）アクリレート」とは、アクリレート又はメタクリレートを意味する。

また、紫外線硬化樹脂層におけるポリエステルアクリレートオリゴマーを主成分とする樹脂は、ポリエステルの構造単位の繰り返しの数が２〜５０、好ましくは２〜２０の重合体中に、アクリレート基を結合させた化合物である。本発明の紫外線硬化樹脂層におけるポリエステルアクリレートオリゴマーは、特に東亞合成（株）製アロニックスＭ−８０３０、８０６０、９０５０が、重合時の収縮が小さく、紫外線照射による分解反応が遅く、好ましい。

さらに、上記の紫外線硬化性樹脂中に光重合開始剤として、アセトフェノン類、ベンゾフェノン類、ミヒラーベンゾイルベンゾエート、α−アミロキシムエステル、テトラメチルチウラムモノサルファイド、チオキサントン類や、光増感剤としてｎ−ブチルアミン、トリエチルアミン、トリーｎ−ブチルホスフィン等を混合して用いることができる。この光重合開始剤は、紫外線硬化性樹脂１００質量部に対し、０．１〜２０質量部、好ましくは０．５〜１０質量部程度である。

上記の２官能以上の環状構造を有するアクリルモノマーを主成分とする樹脂、あるいはポリエステルアクリレートオリゴマーを主成分とする樹脂である紫外線硬化性樹脂と、光重合開始剤、溶媒等を加えた組成物を用意し、その組成物を塗布する。その塗布する方法としては、ロールコート法、グラビアロールコート法、キスロールコート法、リバースロールコート法、ミヤバーコート法、グラビアコート法、ダイコート法等の一般的に用いられる塗布方法が挙げられる。上記の樹脂組成物の塗布後に、乾燥と紫外線照射による硬化を行う。

紫外線硬化に用いる紫外線源の具体例としては、超高圧水銀灯、高圧水銀灯、低圧水銀灯、カーボンアーク灯、ブラックライト蛍光灯、メタルハライドランプ灯等の光源が挙げられる。紫外線の波長としては、１９０〜３８０ｎｍの波長域を使用することができる。形成される紫外線硬化樹脂層の膜厚は、１〜１０μｍが好ましく、さらに好ましくは１〜５μｍ、最も好ましくは、１〜３μｍである。膜厚が１μｍ未満であると、紫外線照射による表面洗浄により、紫外線硬化樹脂層のダメージが生じ、また１０μｍを超えると表示素子用プラスチック基板がカールしてしまい、使用することが困難となる。

（表示装置）
本発明で規定する表示装置は、上記に説明した表示素子用プラスチック基板に対し、紫外線照射による表面洗浄を行なった後に、該プラスチック基板を部品の一部として用いて、その他の部品を使用して、組み立てられたものである。例えば、表示素子として、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子の場合で、説明する。本発明のプラスチック基板である透光性基板に透光性電極を形成してから、有機ＥＬ層、対向電極の順に形成して、有機ＥＬ素子が製造される。この有機ＥＬ素子は電極間に電場を印加し、ＥＬ層に電流を通じることで発光するものである。この有機ＥＬ素子を電子回路に組み込んで、発光の制御を行なう表示装置とすることができる。

有機ＥＬ素子のみならず、薄膜の形成された表示装置用基板にも、本発明の表示素子用プラスチック基板を適用することができる。例えば、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）、フィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）などの自発光型表示装置、あるいは、液晶表示装置の基板に、本発明の表示素子用プラスチック基板を適用することができる。

本発明の表示素子用プラスチック基板を具体的な実施例を挙げてさらに説明する。
（実施例１）
（表示素子用プラスチック基板の製造）
プラスチックフィルムとして厚さ１００μｍのＰＥＴフィルム（東洋紡績（株）製、Ａ４１００：商品名）を用い、この片面に巻き取り式真空成膜装置を用いて成膜を行った。成膜にあたり、まず成膜室内においてターゲットとしてシリコンを用い、Ａｒを２０ｓｃｃｍ及びＮ₂を１５ｓｃｃｍ供給して、成膜を行い膜厚８０ｎｍの酸化窒化ケイ素膜の無機化合物層を得た。

得られた酸化窒化ケイ素膜上に、ポリエステルアクリレートオリゴマーを主成分とする紫外線硬化性樹脂である東亞合成（株）製アロニックスＭ−８０６０（アクリロイル当量計算値１３６ｇ／当量）と、光重合開始剤、溶媒等を加えた組成物によるコーティング液をダイコートにて膜厚１μｍとなるように塗布し、乾燥温度１２０℃、３ｍｉｎ乾燥させた後、１５０ｍＪ／ｃｍ²の紫外線を照射して紫外線硬化樹脂層を形成した。
さらに、その紫外線硬化樹脂層上に保護層として先の無機化合物層の形成と同様にして膜厚８０ｎｍの酸化ケイ素成膜を形成し、表示素子用プラスチック基板を得た。

（実施例２）
紫外線硬化樹脂層用コーティング剤を２官能の環状構造を有するアクリルモノマーである下記化学式（１）で示されるジメチロール・トリシクロデカンジアクリレートを主成分とする紫外線硬化性樹脂と、光重合開始剤、溶媒等を加えた組成物によるコーティング剤にして、１μｍの膜厚になるように塗布した以外は、前記実施例１と同様の条件にて表示素子用プラスチック基板を得た。

（実施例３）
紫外線硬化樹脂層用コーティング剤の膜厚が５μｍになるように、塗布した以外は、前記実施例１と同様の条件にて表示素子用プラスチック基板を得た。

（実施例４）
実施例１および実施例２で塗布した紫外線硬化樹脂層用コーティング剤を１：１の割合（質量比）で混合させたものを１．５μｍの膜厚になるように、塗布した以外は前記実施例１と同様の条件にて表示素子用プラスチック基板を得た。

（比較例１）
ポリウレタンオリゴマーを主成分とした紫外線硬化性樹脂と、光重合開始剤、溶媒等を加えた組成物による紫外線硬化樹脂層用コーティング剤を１．５μｍの膜厚になるように、塗布した以外は前記実施例１と同様の条件にて表示素子用プラスチック基板を得た。

（比較例２）
紫外線硬化樹脂層用コーティング剤の紫外線硬化性樹脂の主成分を２官能の直鎖構造を有したアクリルモノマーに変更して、塗布した以外は前記実施例１と同様の条件にて表示素子用プラスチック基板を得た。

（評価条件）
前記実施例１〜４及び比較例１〜２で製造した表示素子用プラスチック基板について、紫外線照射テスト（６００ｍＪ×１５ｍｉｎ）を行い、表面及びカールの観察を行なった。その結果を下記の表１に示す。

（紫外線照射の条件）
１５６ｍｍ□厚み２ｍｍの鉄板（もしくはＳＵＳ板）の４辺に鉄板から８ｍｍ上にガラス板が載置できる樹脂製の台を設け、その台の上に１５０ｍｍ□、１ｍｍ厚のガラス板を載せる。このガラス板の上にテストサンプルを載せるが、カールが大きい場合にはカプトンテープなどで４辺を貼る。この状態で、ＵＶ洗浄装置（オーク製作所製ＵＶ ＤＲＹ ＰＲＯＣＥＳＳＯＲ １２０Ｗ×７灯）に台ごとセットし、１５分間照射する。この条件で照射を３回繰り返す。

表１において、表面外観における○は、気泡発生がなく黄変を除いて、ＵＶ照射前と同じ外観であることを意味し、×はＵＶ照射により気泡もしくは気泡のような斑点状のものが観察されることを意味し、カールにおける○は、１５０ｍｍ角にカットした時の４つの角の反りの和の平均が５ｍｍ以内であることを意味し、×は１５０ｍｍ角にカットした時の４つの角の反りの和の平均が５ｍｍより大きい場合であることを意味する。但し、上記カールの評価は、１５０ｍｍ角のカットサイズで、水平板の上方に向かって凹カールになる状態で測定したものである。

本発明のプラスチック基板の用途は、例えば、液晶、有機ＥＬ，無機ＥＬ、タッチパネル等のディスプレイ基板、太陽電池基板、光ディスク基板、各種レンズ、光学フィルター等が挙げられ、特に制限は無い。

本発明の表示素子用プラスチック基板である一つの実施形態を示す概略図である。 本発明の表示素子用プラスチック基板である他の実施形態を示す概略図である。

符号の説明

１ プラスチックフィルム
２、２´ 無機化合物層
３、３´ 紫外線硬化樹脂層
４ 無機化合物層（最外層）
１０ 表示素子用プラスチック基板

Claims (2)

1. プラスチックフィルムの少なくとも片面に、無機化合物層と紫外線硬化樹脂層が該順序で交互に１回以上積層してあり、さらに最外層に無機化合物層が積層された表示素子用プラスチック基板であって、
   該紫外線硬化樹脂層は、２官能以上の環状構造を有したアクリルモノマーを主成分とする樹脂、およびポリエステルアクリレートオリゴマーを主成分とする樹脂の混合物を硬化したものからなることを特徴とする表示素子用プラスチック基板。
2. 請求項１に記載の表示素子用プラスチック基板に対し、紫外線照射による表面洗浄を行なった後に、該プラスチック基板を用いて、組み立てられたことを特徴とする表示装置。

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