JP2006168298A

JP2006168298A - ガスバリア性積層体及びその積層体を用いた表示素子

Info

Publication number: JP2006168298A
Application number: JP2004367278A
Authority: JP
Inventors: Junko Tateno; 潤子舘野; Takuzo Watanabe; 卓三渡邉
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2004-12-20
Filing date: 2004-12-20
Publication date: 2006-06-29

Abstract

【課題】本発明は、表示素子用途として、表示素子内在水分を吸着させると同時にガスバリア層が外部からの水分侵入を防止し、素子内の防湿環境を維持することができる十分なガスバリア機能（防湿性能）を持つバリア性積層体およびその積層体を用いた表示素子を提供することを目的としている。
【解決手段】フィルム基材の少なくとも片面に、ガスバリア層、吸湿層を順次積層してなることを特徴とするガスバリア性積層体およびその積層体を用いた表示素子である。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガスバリア性を必要とする表示素子に用いられるガスバリア性積層体及びその積層体を用いた表示素子に関する。

近年、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）の開発が急速に進展しており、薄型化・軽量化・耐衝撃性向上に向け、ガラス基板の代替としてプラスチック基板を用いることが注目されている。プラスチック基板の可とう性を利用し、曲面での表示や丸めて収納すること等を目標としたフレキシブルディスプレイの開発を目指す動きが盛んになってきている。

ディスプレイ用途としてプラスチック基板に求められる水蒸気バリア性は、例えばＬＣＤ用途では１０^-1ｇ／ｍ²／ｄａｙ台、有機ＥＬ用途では１０^-5〜１０^-6ｇ／ｍ²／ｄａｙ台レベルと言われており、ディスプレイへの実装段階においてディスプレイ用途として用いるに十分な性能を保持したプラスチック基板の作製技術が求められている。

ガラス並のガス透過性、水蒸気透過性、平滑性、光学特性をプラスチック基板に付加する目的で、プラスチック基板上にガスバリア層を積層する技術が開発されている。

例えば、特許文献１では、導電層のパターニング等後工程におけるガスバリア層劣化を防ぐ目的でガスバリア層上に保護層を設けている。このように、ガスバリア層の機能を補填する目的でガスバリア層上に機能層を設ける手段は一般的に取られており、保護機能だけでなく、密着性や表面平滑性の向上、内部応力緩和といった機能を付与している。例えば、このような機能層付きのバリアフィルム基板を表示素子として用いる場合、素子の外部から侵入するガスに対してのバリア性を有していても、内在水分等が存在した場合に逆に水分を閉じ込める機能を持ってしまう。

例えば、特許文献２では、プラスチックフィルム基板上の片面あるいは両面に機能層、水蒸気バリア層を順次積層してパネル内の防湿効果を狙っている。この構成での親水性層は、外部からの水分を取りこむ機能を備えているが、水蒸気バリア層がパネル内在水分を閉じ込めてしまう危険性も含んでいる。例えば、有機ＥＬ用途としてバリア性積層体を用いる場合、封止層側に吸湿剤を用いる例も報告されているが、光取り出し側においても吸湿性を持たせた方がより効果的である。

以下に特許文献を記す。
特開２００４−１３９９２８号公報特開２００１−１７６６５３号公報

本発明は、上記の技術的背景を考慮してなされたものであって、表示素子用途として用いるに十分なガスバリア機能（防湿性能）を持ち、かつ、素子内の防湿環境を維持することでのできるバリア性積層体及びその積層体を用いた表示素子を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために、すなわち、請求項１に記載の発明は、フィルム基材の少なくとも片面に、ガスバリア層、吸湿層を順次積層してなることを特徴とするガスバリア性積層体である。

また、請求項２に記載の発明は、フィルム基材の両面に、ガスバリア層、吸湿層を順次積層してなることを特徴とするガスバリア性積層体である。

また、請求項３に記載の発明は、前記吸湿層が、吸湿性無機粒子を含む樹脂組成物からなることを特徴とする請求項１又は２に記載のガスバリア性積層体である。

また、請求項４に記載の発明は、前記吸湿性無機粒子が、酸化カルシウム、酸化バリウム、ゼオライトのいずれか１種以上を含むことを特徴とする請求項３に記載のガスバリア性積層体である。

また、請求項５に記載の発明は、水蒸気透過速度が、０．１ｇ／ｍ²／ｄａｙ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のガスバリア性積層体である。

また、請求項６に記載の発明は、少なくとも、層間に密着層を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のガスバリア性積層体である。

また、請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載のガスバリア性積層体自体からなる前面板、もしくはそのガスバリア性積層体を前面板基材上に積層してなる前面板を表示素子の前面の表面に設けたことを特徴とする表示素子である。

また、請求項８に記載の発明は、前記ガスバリア性積層体に設けられた吸湿層が、少なくとも、表示素子の内面側に有することを特徴とする請求項７に記載の表示素子である。

また、請求項９に記載の発明は、前記表示素子が、液晶表示素子、もしくは有機ＥＬ表示素子であることを特徴とする請求項７又は８に記載の表示素子である。

本発明により、フィルム基材の少なくとも片面にガスバリア層、その上の少なくとも片面に吸湿性無機粒子を含む樹脂層である吸湿層を形成することで、素子内在水分を吸着させると同時にガスバリア層が外部からの水分侵入を防止することができるガスバリア積層体を得ることができる。そのガスバリア積層体は、例えば、有機ＥＬ表示素子のような水分による劣化の激しい素子に用いる場合に非常に有用である。このように、表示素子内の防湿環境を維持することができる防湿性能に優れる表示素子を提供することが可能となった。

以下、本発明の好ましい一実施例としての実施形態について説明する。図１は、本発明のガスバリア性積層体の一例を示す断面模式図である。図１に示すように、本発明の一実施例としてのガスバリア性積層体は、フィルム基材１の両面に、ガスバリア層２、吸湿層３を順次積層してなることを特徴とするガスバリア性積層体４である。

本発明で使用されるフィルム基材１としては、どの様な用途に用いるかによって使い分けられ、一般的にポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアクリル（ＰＭＭＡ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）等が汎用されている。

本発明におけるガスバリア層２としては、高い水蒸気バリア性と透過率を兼ね備え、かつ工業的に安価であることから、珪素やアルミニウムの酸化、窒化、あるいは酸窒化膜が一般的に用いられているが、これらに限られるものではない。ガスバリア層の膜厚は、水蒸気バリア性や生産性を考慮すると５〜５０ｎｍ程度が好ましい。成膜方法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、ゾルゲル法、化学蒸着法等が挙げられるがこれに限るものではない。

本発明における吸湿層３としては、吸湿性無機粒子を含む樹脂組成物からなることを特徴とするものであり、密着性や表面平滑性の向上、後工程におけるバリア層の保護、吸水や熱負荷による膜の伸縮、応力変化の緩和といった機能を付与する層である。層の膜厚は少なくとも３０ｎｍ以上必要であり、３０ｎｍ〜５０００ｎｍ程度が望ましい。

吸湿層２に混入する無機粒子は、酸化カルシウム、酸化バリウム、ゼオライト等が挙げられるが、ゼオライト等のシリカ系吸湿剤は物理吸着した水分を再放出する懸念があるので、素子作製前にフィルム基材を十分に乾燥させる必要がある。酸化カルシウムや酸化バリウム等は、水との化学反応により水分を排除する物質であるため、後工程で水に触れる工程を含む場合の使用は望ましくない。

本発明のガスバリア性積層体４の層間には密着層を設けることができる。密着の弱い層間に密着層を挿入することで、膜の剥がれを防止するためのものである。密着層としては、珪素やアルミニウム、あるいはコバルト、クロム、ニッケル、銅等の金属あるいはこれらの混合物、あるいはこれらの酸化物、あるいは樹脂層が用いられ、膜厚は０．５〜２００ｎｍであることが望ましい。

上記の本発明のガスバリア性積層体４を、液晶表示素子又は有機ＥＬ表示素子の前面の表面に設けてた表示素子を提供することができる。そして、表示素子の表面側に前記吸湿層３を設けることができる。本発明のガスバリア性積層体４を用いた表示素子の一例を図２に示す。図２に示すように、ガスバリア性積層体４上に、透明導電層５、有機発光媒体層６、陰極層７、接着層８、封止層９を順次積層してなる有機ＥＬ表示素子１０である。

本発明のガスバリア性積層体４を表示素子に用いる際、ガスバリア性積層体４にはＬＣＤ用途としては１０^-1ｇ／ｍ²／ｄａｙ台、ＥＬ用途としては１０^-5〜１０^-6ｇ／ｍ²／ｄａｙ台レベルの水蒸気バリア性や全光線透過率は８０％が要求されることから、本発明のガスバリア性積層体４は前記水蒸気バリア性や全光線透過率特性を有するものである。また、よりハイバリアなガスバリア性積層体の作製により外部からの水分の侵入を防ぐことも重要であるが、発光層、粘着層等からの水分放出が認められる場合、そのハイバリアな膜により水分を閉じ込める効果を持たせることとなってしまうため、水分の存在に敏感な有機ＥＬ用途としてガスバリア性積層体を用いる際には対処が必要である。

また、本発明のガスバリア性積層体４を用いた表示素子の他の例を図３に示す。図３に示すように、透明導電層５，５の間に液晶１２を挟み、透明導電層５の観察側片面にガスバリア性積層体４を設けて、両面に偏光板１１，１１を積層した構成の液晶表示素子１３である。

以下に一実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

フィルム基材として厚さ２００μｍの透明なポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）を用い
、この両面にガスバリア層としてＣＶＤ法によるＳｉＮｘ膜、さらにその少なくとも素子内側に面する側に吸湿層としてゼオライト粒子を添加した紫外線硬化型樹脂を積層し、有機ＥＬ用のバリア基板とした。さらにその素子内側に面する側に、透明導電層としてＤＣスパッタリングによるＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）層を積層し、フォトリソグラフィ−法及びウェットエッチング法によりＩＴＯのパターニングを行った。次に、ＩＴＯ表面をＵＶオゾン処理した後に、有機発光媒体層として、正孔輸送層にポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）とポリスチレンスルフォン酸との混合物（２０ｎｍ）、蛍光体層にポリ［２−メトキシ−５−（２’−エチル−ヘキシロキシ）−１，４−フェニレンビニレン］（ＭＥＨＰＰＶ）（１００ｎｍ）をそれぞれスピンコート法により形成した。基板を十分に乾燥後、その上に陰極層として、真空蒸着法によりＣａ（２０ｎｍ）とＡｇ（２００ｎｍ）を順次成膜した。陰極層の上に、接着層としてエポキシ樹脂系熱硬化型接着剤を積層した後に、封止層としてアルミニウム箔（５０μｍ）を積層し、図２に示すような有機ＥＬ表示素子とした。得られた本発明の有機ＥＬ表示素子を４０℃９０ＲＨ％の恒温恒湿槽で１０００時間保持した結果、発光画素面積に占めるダークスポットの割合は、１％以下であった。

実施例１における本発明のガスバリア性積層体及びその積層体を用いた有機ＥＬ表示素子と性能を比較するための比較例として、
フィルム基材として厚さ２００μｍの透明なポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）を用い、この両面にガスバリア層としてＣＶＤ法によるＳｉＮｘ膜、さらにその上に吸湿層として紫外線硬化型樹脂を積層し、有機ＥＬ用のバリア基板とした。さらに、その少なくとも素子内側に面する側に、透明導電層としてＤＣスパッタリングによるＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）膜を積層し、フォトリソグラフィ−法及びウェットエッチング法によりＩＴＯのパターニングを行った。次に、ＩＴＯ表面をＵＶオゾン処理した後に、有機発光媒体層として、正孔輸送層にポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）とポリスチレンスルフォン酸との混合物（２０ｎｍ）、蛍光体層にポリ［２−メトキシ−５−（２’−エチル−ヘキシロキシ）−１，４−フェニレンビニレン］（ＭＥＨＰＰＶ）（１００ｎｍ）をそれぞれスピンコート法により形成した。基板を十分に乾燥後、その上に陰極層として、真空蒸着法によりＣａ（２０ｎｍ）とＡｇ（２００ｎｍ）を順次成膜した。陰極層の上に、接着層としてエポキシ樹脂系熱硬化型接着剤を積層した後に、封止層としてアルミニウム箔（５０μｍ）を積層し、有機ＥＬ表示素子とした。得られた有機ＥＬ表示素子を４０℃９０ＲＨ％の恒温恒湿槽で１０００時間保持した結果、発光画素面積に占めるダークスポットの割合は、５０％以下であった。

実施例１における本発明のガスバリア性積層体及びその積層体を用いた有機ＥＬ表示素子と性能を比較するための比較例として、
フィルム基材として厚さ２００μｍの透明なポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）を用い、少なくとも素子内側に面する側に吸湿層としてゼオライト粒子を混入した紫外線硬化型樹脂を積層し、さらにその両面にガスバリア層としてＣＶＤ法によるＳｉＮｘ膜を成膜して有機ＥＬ用のバリア基板とした。さらにその素子内側に面する側に、透明導電層としてＤＣスパッタリングによるＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）膜を積層し、フォトリソグラフィ−法及びウェットエッチング法によりＩＴＯのパターニングを行った。次に、ＩＴＯ表面をＵＶオゾン処理した後に、有機発光媒体層として、正孔輸送層にポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）とポリスチレンスルフォン酸との混合物（２０ｎｍ）、蛍光体層にポリ［２−メトキシ−５−（２’−エチル−ヘキシロキシ）−１，４−フェニレンビニレン］（ＭＥＨＰＰＶ）（１００ｎｍ）をそれぞれスピンコート法により形成した。基板を十分に乾燥後、その上に陰極層として、真空蒸着法によりＣａ（２０ｎｍ）とＡｇ（２００ｎｍ）を順次成膜した。陰極層の上に、接着層としてエポキシ樹脂
系熱硬化型接着剤を積層した後に、封止層としてアルミニウム箔（５０μｍ）を積層し、有機ＥＬ表示素子とした。得られた有機ＥＬ表示素子を４０℃９０ＲＨ％の恒温恒湿槽で１０００時間保持した結果、発光画素面積に占めるダークスポットの割合は、５０％以下であった。

本発明のガスバリア性積層体の一例を示す断面模式図である。本発明の表示素子の一例としての有機ＥＬ表示素子を示す断面模式図である。本発明の表示素子の他の例としての液晶表示素子を示す断面模式図である。

符号の説明

１…フィルム基材
２…ガスバリア層
３…吸湿層
４…ガスバリア性積層体
５…透明導電層
６…有機発光媒体層
７…陰極層
８…接着層
９…封止層
１０…有機ＥＬ表示素子
１１…偏光板
１２…液晶
１３…液晶表示素子

Claims

フィルム基材の少なくとも片面に、ガスバリア層、吸湿層を順次積層してなることを特徴とするガスバリア性積層体。
フィルム基材の両面に、ガスバリア層、吸湿層を順次積層してなることを特徴とするガスバリア性積層体。
前記吸湿層が、吸湿性無機粒子を含む樹脂組成物からなることを特徴とする請求項１又は２に記載のガスバリア性積層体。
前記吸湿性無機粒子が、酸化カルシウム、酸化バリウム、ゼオライトのいずれか１種以上を含むことを特徴とする請求項３に記載のガスバリア性積層体。
水蒸気透過速度が、０．１ｇ／ｍ²／ｄａｙ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のガスバリア性積層体。
少なくとも、層間に密着層を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のガスバリア性積層体。
請求項１〜６のいずれか１項に記載のガスバリア性積層体自体からなる前面板、もしくはそのガスバリア性積層体を前面板基材上に積層してなる前面板を表示素子の前面の表面に設けたことを特徴とする表示素子。
前記ガスバリア性積層体に設けられた吸湿層が、少なくとも、表示素子の内面側に有することを特徴とする請求項７に記載の表示素子。
前記表示素子が、液晶表示素子、もしくは有機ＥＬ表示素子であることを特徴とする請求項７又は８に記載の表示素子。