(57)【要約】本発明は、プラスチック基板に影響を与えず、バリヤ層の熱処理を行なうことにより、外部から浸透する水分や酸素を防ぐことができるプラスチックディスプレイ基板の製造方法に関するもので、透明プラスチック基板上にシリコン系のバリヤ層を形成するステップと、前記バリヤ層を局所的に熱処理を行なうステップを含むことを特徴とする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明プラスチック基板上にシリコン系のバリヤ層を形成するステップと、
前記バリヤ層を局所的に熱処理するステップとを含むことを特徴とするプラスチックディスプレイ基板の製造方法。
【請求項２】
前記透明プラスチック基板と前記バリヤ層との間に除湿剤層を介在することを特徴とする請求項１に記載のプラスチックディスプレイ基板の製造方法。
【請求項３】
透明プラスチック基板上にシリコン系の第１バリヤ層を形成するステップと、
前記バリヤ層上に除湿剤層を形成するステップと、
前記除湿剤層上に第２バリヤ層を形成するステップと、
前記第１バリヤ層及び／又は前記第２バリヤ層を局所的に熱処理するステップとを含むことを特徴とするプラスチックディスプレイ基板の製造方法。
【請求項４】
前記除湿剤層は、酸化アルミニウム、酸化カルシウム、イットリウム酸化膜、酸化マグネシウム及びポリユリアからなる群から選択されることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のプラスチックディスプレイ基板の製造方法。
【請求項５】
前記バリヤ層は、シリコン窒化酸化膜及びシリコン窒化膜からなる群から選択されるか、又は二つ以上の複合層から形成されることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のプラスチックディスプレイ基板の製造方法。
【請求項６】
前記バリヤ層は、パルスエキシマレーザ、連続発振エキシマレーザ、パルス固体レーザ、連続発振固体レーザのいずれかによって熱処理を行い、この熱処理パワーは１０〜２００ｍＪ／ｃｍ2、周辺温度は３００℃以下の条件下で熱処理を行なうことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のプラスチックディスプレイ基板の製造方法。
【請求項７】
前記バリヤ層は、Ａｒ2、Ｋｒ2、Ｘｅ2、ＡｒＦ、ＫｒＦ、ＸｅＣｌ及びＦ2エキシマレーザのいずれかによって、少なくとも一回以上熱処理を行なうことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のプラスチックディスプレイ基板の製造方法。
【請求項８】
前記バリヤ層は、シリコン系の絶縁性無機物質、樹脂膜及び別のシリコン系の絶縁性無機物質の３重層の積層構造からなることを特徴とする請求項１及び請求項３に記載のプラスチックディスプレイ基板の製造方法。
【請求項９】
前記バリヤ層は、樹脂膜、シリコン系の絶縁性無機物質及び別の樹脂膜の３重層の積層構造で、少なくとも複数個の前記積層構造からなることを特徴とする請求項１及び請求項３に記載のプラスチックディスプレイ基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸素や水分に対してバリヤ特性を有するプラスチックディスプレイ基板の製造に関し、更に詳しくは、プラスチックディスプレイ基板を製作する際に表示素子の信頼性を確保するために、バリヤ層を形成し、バリヤ層の表面を局所的に熱処理を行なうことにより、酸素及び水分の浸透を防ぐ超薄膜バリヤ層を有するプラスチックディスプレイの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報通信技術の発達のため、多様化された情報化社会の要求に応じて、電子ディスプレイの需要が増加しており、求められているディスプレイは、携帯電話、ＰＤＡ、ノート型パソコムなどの携帯用デバイスだけでなく、モニター、ＴＶなどのように色々と多様化している。このように種々のデバイスの応用性に従って、これらの電子ディスプレイ素子を製作する基板の場合においても、大型化、低コスト化、高性能化、薄型化などの特性が求められている。
【０００３】
現在用いられている基板としては、透明なガラス基板や石英、透明プラスチック基板、シリコンウエハ基板、サファイア基板などのように色々用いられている。これらのうち、ガラス基板、石英、シリコンウエハ、サファイア基板などは、以前に確立された工程及び装備によって広く使用されているが、製造が容易であるだけでなく、携帯に便利であり、壊れ難く、軽く、可撓性を持つプラスチック基板に関心が集められている。
【０００４】
従来の壊れやすいガラスなどの従来の基板等に比較して、プラスチックディスプレイ基板は壊れ難く、極めて軽いといった利点をもつにもかかわらず、プラスチック基板自体は、大気中の水分や酸素が基板に容易に浸透する不都合がある。特に水分や酸素に弱いディスプレイ素子の基板として用いられるためには、大気中の水分や酸素の浸透がない基板の製造は解決されるべき重要な問題である。
【０００５】
ＩＤＷ（International Display Workshop）１９９９ワークショップで、ドイツのスツトガルト大学のＥｒｎｓｔ  Ｌｕｅｄｅｒが発表した資料によると、プラスチック基板をディスプレイ素子用として用いるために求められる水分、酸素の透過率は、ＬＣＤの場合は、それぞれ、０．１ｇ／ｍ2・ｄａｙ（Moisture）、０．１ｃｃ／ｍ2・ｄａｙ（Oxygen）を満たさなければならない。さらに、発光物質が水分に特に弱い有機電界発光表示素子（Organic electroluminescent display device）の場合は、１０-4〜１０-6ｇ／ｍ2・ｄａｙ（Moisture）及び１０-4〜１０-6ｃｃ／ｍ2・ｄａｙ（Oxygen）程度の極めて低い透湿率及び透酸素率が求められる。
【０００６】
このような問題を解決するために、プラスチック基板上にこれらの酸素及び水分の浸透を防ぐバリヤ層を形成する様々な方法が研究されており、研究アプローチのうち、材料分野を察してみると、高分子材料を用いる場合、無機材料を用いる場合、高分子及び無機材料をブレンディングして用いる場合の三つに分類することができる。一方、バリヤ層を一種類の物質の単層としてのみ用いる場合、水分や酸素に対するバリヤ特性を満たすことができず、多層のバリヤ層を用いたり、或いは、高分子及び無機材料を交互に用いる多層からなるバリヤ層を用いる方法などが研究されている。このうち、水分や酸素の極性度（Polarity）が大きいといった点に着目して、米国特許第６，１０６，９３３号では、バリヤ層として水分や酸素とは反対の疎水性を持つ物質のポリエチレンフィルムをプラスチック基板の表面にラミネートなどの方法によって形成した。しかし、このとき得られた結果を見ると、水分に対しては＜１．５ｇ／ｍ2・ｄａｙ、酸素に対しては＜４５ｃｃ／ｍ2・ｄａｙであるが、有機電界発光表示素子の場合に求められる１０-4〜１０-6ｇ／ｍ2・ｄａｙ（Moisture）及び１０-4〜１０-6ｃｃ／ｍ2・ｄａｙ（Oxygen）とは大きな差がある。よって、単純にプラスチック基板上に疎水性の高分子材料をラミネートさせるバリヤ膜を形成した後、有機電界発光表示素子用の基板として使用するには多くの改善が必要となる。
【０００７】
一方、高分子と無機物質がともにブレンドされたハイブリッドタイプの場合、米国特許第５，４４１，８１６号、第５，４１５，９２１号、第５，４２６，１３１号などからわかるように、ポリビニールクロライド（Polyvinylchloride）、スズ安定剤（Tin stabilizer）、カルシウムステアラート（Calcium stearate）、ブチルアクリレートゴムグラフト共重合体（Butylacrylate rubber graft copolymer）などの物質に酸化チタン（ＴｉＯ2）をブレンドしてコーティングした後、ＵＶにより硬化することにより、水分及び酸素の浸透を防ぐ膜を製造することもできる。
【０００８】
その他に、バリヤ層の材料として無機物質のみを用いる場合は、米国特許第５，５０８，０７５号、第５，５３２，０６３号、ＩＤＷ１９９９（by Ernst Lueder、pp215〜pp218）、１１回ＦＰＤ製造カンファレンス（11th FPD Manufacturing Conference、E1 Section、pp17、Tokyo（Japan））などによると、その使用物質としては、ＳｉＯ2、ＳｉＮx（あるいはＳｉ3Ｎ4）、Ｓｉ＋ＳｉＯ2、ＳｉＯxＮyなどのシリコン系絶縁物質やＴａ2Ｏ5などを用いられる。この場合、単一膜の物質にして用いたり、またはこれらの物質の２種類を交互に積層して用いたりする。特に、１１回ＦＰＤ製造カンファレンス（11th FPD Manufacturing Conference、E1 Section、pp17、Tokyo（Japan））では、バリヤ層としてＳｉＯxＮy膜をスパッタリング法で１００〜２００ｎｍを形成した。これらの透湿度では、最も好ましくは、水分の透湿度が＜１．５ｇ／ｍ2・ｄａｙの程度であるが、目標値の１０-4〜１０-6ｇ／ｍ2・ｄａｙ（Moisture）とは大きな差があるので、改善が必要となる。
【０００９】
最後に、一層内に無機物あるいは高分子材料を用いてバリヤ膜を形成し、これらを交互に製造した多層膜のバリヤ層を有するプラスチック基板に酸素及び水分の浸透を防ぐバリヤ膜を形成する方法では、米国特許第５，４８７，９４０号、第５，５９３，７９４号、第５，６０７，７８９号、第５，７２５，９０９号によると、まず高分子層（あるいは無機膜）を形成し、その上に無機膜（あるいは高分子層）を形成し、これを複数回繰り返して形成した多層のバリヤ膜を形成する。このとき用いられる高分子物質としては、架橋化されたアクリレート高分子（Cross-linked acrylate polymer）、アルデヒドで架橋化されたポリビニールアルコール（Polyvinylalchole cross-linked with aldehyde）、ポリフルオロカーボン系高分子（Polyfluorocarbon polymer）などがある。バリヤ膜の形成方法としては、これらの高分子物質をモノマー形態に蒸着して高分子化するか、液相のプリント法又はディーピング法などで膜を形成する。米国特許第５，４８７，９４０号では、ポリプロピレンフィルム上の０.０４ｍｉｌの架橋化されたポリビニールアルコールのバリヤ層を形成する場合における酸素の基板透過率が、バリヤ層がない場合（＞１５０ｃｃ／１００ｉｎ2・ｄａｙ）に比較して、０．０２ｃｃ／１００ｉｎ2・ｄａｙであり、３０倍減少した。また、用いられる無機物質としては、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＮx、Ａｌ等の金属、ガラス混合物成分（ＳｎＯ：ＳｎＦ2：ＰｂＯ：Ｐ2Ｏ5＝３２：３７：８：２３）などをバリヤ膜材料として用いた。特に、米国特許第５，５９３，７９５号では、高分子材料として疎水性を持つフルオロカーボン系高分子を用い、無機物質としてはＳｉＮxあるいはＳｉＯ2を用いて３回以上交互にバリヤ膜を形成した場合、（高分子/ＳｉＮx）×３の場合は、＜８μｇ／１００ｉｎ2・ｄａｙである反面、（高分子/ＳｉＯ2）×３の場合は、＜２４０μｇ／１００ｉｎ2・ｄａｙであり、ＳｉＮxは、ＳｉＯ2が水分に対して約３０倍の水分浸透を防ぐ特性を見せる。このような多重膜を用いる場合、ハイブリッド膜を用いたり、高分子膜や無機膜のみを用いてバリヤ膜を形成する場合に比較して優れている反面、多くの層を無機材料と高分子を用いて交互に形成する必要があるため、製造時間がかなり長いため、費用が増加する。よって、実際量産に適用するためには、これを画期的に減らす方案や最小の膜で最大の効果を出せる方案が求められる。
【００１０】
以上のように高分子及び無機膜、特に金属やシリコン系絶縁物質を用いて各層を交互に少なくとも３回以上繰り返してバリヤ層を積層する場合にのみ、水分及び酸素に対する優れた浸透効果を見せた。しかし、このように層を積層すればするほど、浸透防止特性は増加するが、製造時間が増加することで、製造コストも増加する。
【００１１】
このような従来の技術のバリヤ層を有するプラスチック基板は、次のような問題がある。
【００１２】
プラスチック基板を通して浸透する水分や酸素を完全に遮断するためには、樹脂と無機膜を少なくとも３回以上繰返して行なう必要があり、特に無機膜に金属成分を用いない限り、要求する透湿度などを得るには足りない。しかし、ディスプレイの基板用として用いるためには、基板が透明である必要があるため、この方法はプラスチック基板の製造時には応用することができない。また、複数の多層構造のバリヤ層を形成するためには、それ分、多くの工程時間が必要となり、多くの工程と共に製造コストも大きくなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、プラスチック基板を通して浸透する水分や酸素を妨げてプラスチック特に有機電界発光表示素子用の基板としてまで用いることができるプラスチック基板を製造することにおいて、バリヤ層としてシリコン系の絶縁物質を用いて形成した後、その表面を局所的に熱処理することで基板に損傷を与えずに、薄い厚さだけでも酸素及び水分に対して浸透を防ぐことのできるバリヤ層を有する透明プラスチックディスプレイ基板の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、次のような構成になっている。
【００１５】
本発明によるプラスチックディスプレイ基板の製造方法は、透明プラスチック基板両面のうち、少なくとも一面上にバリヤ層を形成するステップと局所的に熱処理を行なうステップとを含むことを特徴とする。
【００１６】
好ましくは、前記透明プラスチック基板と前記バリヤ層との間に除湿剤層（desiccant layer）を介在することを特徴とする。
【００１７】
更に好ましくは、前記除湿剤は、酸化アルミニウム、酸化カルシウム、イットリウム酸化膜、酸化マグネシウム及びポリユリアからなる群から選択されることを特徴とする。
【００１８】
好ましくは、前記バリヤ層はシリコン窒化酸化膜及びシリコン窒化膜からなる群から選択されるか、又は二つ以上の複合層から形成されることを特徴とする。
【００１９】
好ましくは、前記バリヤ層は、パルスエキシマレーザ、連続発振エキシマレーザ、パルス固体レーザ、連続発振固体レーザのうちのいずれかによって熱処理を行い、その熱処理パワーは１０〜２，０００ｍＪ／ｃｍ2、周辺温度は３００℃以下に熱処理を行なうことを特徴とする。
【００２０】
好ましくは、前記バリヤ層は、Ａｒ2、Ｋｒ2、Ｘｅ2、ＡｒＦ、ＫｒＦ、ＸｅＣｌ及びＦ2エキシマレーザのいずれかによって用いられることを特徴とする。
【００２１】
好ましくは、前記バリヤ層は、シリコン系の絶縁性無機物質、樹脂膜及び別のシリコン系の絶縁性無機物質の３重層を少なくとも１回は積層させることを特徴とする。
【００２２】
好ましくは、前記バリヤ層は、樹脂膜、シリコン系の絶縁性無機物質及び別の樹脂膜の３重層を少なくとも１回は積層させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によるプラスチックディスプレイ基板の製造方法は、次のような効果を奏する。
【００２４】
シリコンと酸素または窒素との結合からなるバリヤ層の表面を透明プラスチック基板に影響を与えずに局所的に熱処理を行なって、水素含有量及び多孔性を最小化した均質膜を形成することにより、外部の酸素及び水分などの浸透を抑えて表示素子が劣化することを防止する。
【００２５】
更に、従来のスパッタリング法、電子ビーム蒸着法または化学気相蒸着法で外部の酸素及び水分が遮断できるバリヤ層を形成するために、少なくとも６〜７層以上の多層膜を構成する必要があるが、本発明のように薄膜に形成されたバリヤ層の局所的なレーザ熱処理工程は、数分しかかからないため、工程時間を減らすことができ、且つ、積層する膜の数を最小化することができる。
【００２６】
更に、従来のスパッタリング法、電子ビーム蒸着法、化学気相蒸着法で外部酸素及び水分が遮断できる膜質を形成するためには、少なくとも２０００Å以上が求められる。ＳｉＮxは、水分や酸素浸透に優れた防止特性を有し、表面強度が高く表面スクラッチに強い反面、透過度が低くディスプレイ用の透明プラスチック基板上にバリヤ膜としての応用限界を有するため、本発明ではＳｉＮx膜の厚さを顕著に低くし、局所的な熱処理により膜質を改善することにより、透過度の問題を解決するとともに、バリヤ膜の数を最小化させる。よって、工程時間及び費用を著しく低減することができる。更に、表面強度を増加させるために、バリヤ層のほかはプラスチック基板製造時に必要なハードコーティング層を別途設ける必要がない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、添付の図面に基づいて本発明によるディスプレイ素子用の基板の製造方法について詳細に説明する。
【００２８】
図１は、本発明によるプラスチックディスプレイ基板の断面図である。
【００２９】
図１Ａに示すように、透明プラスチック基板２０上に外部の酸素や水分などの浸透が遮断できるシリコン系の絶縁物質からなる薄膜のバリヤ層３０を形成する。バリヤ層３０は、シリコン窒化酸化膜（ＳｉＯxＮy）及びシリコン窒化膜（Ｓｉ3Ｎ4またはＳｉＮx）からなる群から選択された単層膜または２以上の複数膜であり、最初の厚さｄ１は１００〜１０，０００Åに形成され、好ましくは１００〜３，０００Åに形成する。バリヤ層３０は、化学気相蒸着、スパッタリングまたは電子ビームの方法などによって形成される。
【００３０】
化学気相蒸着法によってシリコン系の絶縁物質でバリヤ層３０を形成する場合、成膜温度は２５〜３００℃であり、搬送ガス（carrier gas）として不活性ガスを利用し、ＳｉＮxは反応ガスとしてＳｉＨ4、ＮＨ3、Ｎ2を用い、ＳｉＯxＮyは反応ガスとしてＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、ＮＨ3、Ｎ2を用いる。スパッタリング法によってシリコン系の絶縁物質でバリヤ層３０を形成する場合、成膜温度は２５〜３００℃であり、スパッタリングガスとして不活性ガスを用い、ＳｉＮx、ＳｉＯxＮyはそれぞれ、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＯＮターゲットを用いる。または、反応スパッタリング法を用いる場合は、シリコンターゲットを用い、不活性ガスのスパッタリングガス以外に反応ガスを注入する。このとき、ＳｉＮxを蒸着する場合は、Ｎ2ガスを注入し、ＳｉＯxＮyを蒸着する場合は、Ｏ2ガスとＮ2ガスを注入する。
【００３１】
プラスチック基板２０は、ポリエーテルスルホンＰＥＳ（polyethersulphone）、ポリエチレンテレフタレートＰＥＴ（polyethylene terephthalate）、ポリカルボナートＰＣ（polycarbonate）、ポリエチレンＰＥ（polyethylene）、ポリエチレンナフテン酸塩ＰＥＮ（polyethylene naphthenate）、ポリオレフィン（polyolefin）、ポリスチレンＰＳ（polystyrene）、ポリビニールクロライドＰＶＣ（polyvinylchloride）、ポリエステル（polyester）、ポリアミド（polyamide）、ポリノルボルネンＰＮＢ（polynorbornene）、ポリイミドＰＩ（polyimide）、ポリアリルレートＰＡＲ（polyarylate）などからなる群から選択された透明物質から形成される。
【００３２】
バリヤ層３０を形成するシリコン系の絶縁物質は、シリコン窒化酸化膜（ＳｉＯxＮy）またはシリコン窒化膜（Ｓｉ3Ｎ4またはＳｉＮx）である。よって、バリヤ層３０は、絶縁物質から選択される一つの単層膜、または２個以上の複数膜に成膜される。更に、シリコン系の絶縁性無機物質、樹脂膜、シリコン系の絶縁性無機物質を順次積層して成膜することでバリヤ層３０を形成したり、または樹脂膜、シリコン系の絶縁性無機物質、樹脂膜を順次積層して成膜することでバリヤ層３０を形成する。
【００３３】
樹脂膜、シリコン系の絶縁性無機物質、樹脂膜の３重層の積層構造を連続的に積層して成膜することで、樹脂膜、シリコン系の絶縁性無機物質、樹脂膜、シリコン系の絶縁性無機物質、樹脂膜からなる複数個の３重層の積層構造を形成する。
【００３４】
バリヤ層３０は、透明プラスチック基板２０の上面だけでなく、下面にも形成することができる（図示せず）。
【００３５】
図１Ｂに示すように、バリヤ層３０の欠陥を除去するために、熱処理工程を行なう。バリヤ層３０は、熱成長の方法によって形成されず、化学気相蒸着、電子ビーム蒸着法またはスパッタリング法で積層されるため、シリコンと酸素または窒素の不完全な結合が多数発生する。このような不完全な結合によって発生する多数のダングリングボンド（dangling bond）及び多孔性によって、バリヤ層３０の欠陥の原因となる。すなわち、バリヤ層３０のこのような欠陥は、酸素及び水分が透過できる通路を提供することになるため、前記欠陥を熱処理によって除去しなければならない。
【００３６】
シリコン系の化合物から構成されるバリヤ層３０の欠陥を除去するための熱処理温度は、７００〜１，１００℃程度である。しかし、プラスチック基板は、上記の温度で安定せず、前記温度での熱処理は不可能であるため、本発明ではエキシマレーザを用いて基板に損傷を与えずに、バリヤ層の表面にのみ局所熱処理工程を行なう。
【００３７】
バリヤ層３０の熱処理は、Ａｒ2、Ｋｒ2、Ｘｅ2、ＡｒＦ、ＫｒＦ、ＸｅＣｌ及びＦ2エキシマレーザのいずれかによって行なわれる。表１は、各エキシマレーザの放出波長を示す。
【００３８】
ここでエキシマレーザの熱処理パワーは、１０〜２，０００ｍＪ／ｃｍ2、周辺温度は、３００℃以下の条件下で熱処理を行なう。また、バリヤ層３０の熱処理を行なう瞬間温度は、７００℃以上である。熱処理の回数は、必要に応じて１回またはそれ以上実施する。
【００３９】
上述の熱処理において、パルスエキシマレーザ、連続発振エキシマレーザ、パルス固体レーザ、連続発振固体レーザのいずれか一つを選択して用いる。一例として、シリコン窒化膜（Ｓｉ3Ｎ4またはＳｉＮx）をバリヤ層に用いる場合、ＡｒＦパルスエキシマレーザは、基板に損傷を与えずにバリヤ層の表面のみへの局所熱処理に適切である。シリコン窒化膜のＡｒＦレーザに対する吸収率は、蒸着条件によって違いはあるが、約１０5ｃｍ-1、ＡｒＦレーザのエネルギーは、表面から２，０００Å以内で７０％以上吸収され、ＡｒＦパルスエキシマレーザのパルス幅は、数十ナノ秒である。よって、表面層の温度が瞬間的に７００℃以上の高温に上昇して、基板に損傷を与えずに熱処理が行なわれる。
【００４０】
熱処理の後、バリヤ層３０は、シリコンと酸素または窒素との結合からなる網状構造の、多孔性及びダングリングボンドに結合される水素含有量が最小化された高密度均質膜４０が形成される。高密度均質膜４０の厚さｄ２は、熱処理の後、約１０〜２，０００Åに形成される。また、網状構造をなし、水素含有量が減少することから、外部からの透明プラスチック基板２０を通る湿気及び酸素の浸透を防ぐことができ、この基板から製造されたディスプレイ素子が劣化することを防止する。
【表１】
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【００４１】
図２は、本発明によるレーザアニール装置を示す概略図である。
【００４２】
図２に示すように、図１で製造された透明プラスチック基板２０上に形成されたバリヤ層３０の表面を局所的にアニール処理を行なう工程の概略図で、レーザアニールのための基板支持台５５上にバリヤ層３０が形成された透明プラスチック基板２０をエキシマレーザ５０でスキャニングするとともに、バリヤ層３０の表面を局所的にアニールすることにより、酸素や水分などに対して遮断特性を有する高密度均質膜を得る。３７０ｍｍ×４７０ｍｍのプラスチック基板の場合、エキシマレーザ５０によるスキャニングは、数分の間行なわれる。
【００４３】
実施例１
図３は、本発明の第１実施例によるプラスチックディスプレイ基板の断面図である。
【００４４】
図３に示すように、透明プラスチック基板を通して浸透する極少量の水分や酸素などを除去するために、透明プラスチック基板の片面にのみバリヤ層を形成する場合、透明プラスチック基板２０上の二つのバリヤ層３０間に除湿剤層２５を形成する。除湿剤層２５は、酸化アルミニウムＡｌ2Ｏ3、酸化カルシウムＣａＯ、イットリウム酸化膜Ｙ2Ｏ3及び酸化マグネシウムＭｇＯ等の吸湿及び吸着性のよい酸化金属層及びポリユリアなどの樹脂を約５０〜１０，０００Å、好ましくは約１００〜２，０００Åに形成することもできる。
【００４５】
実施例２
図４は、本発明の第２実施例によるプラスチックディスプレイ基板を示す断面図である。
【００４６】
図４に示すように、透明プラスチック基板を通して浸透する極少量の水分や酸素などを除去するために、透明プラスチック基板の両面、すなわち、上面と下面にそれぞれバリヤ層３０を形成する場合、透明プラスチック基板２０の上面及び下面とバリヤ層３０との間に除湿剤層として酸化アルミニウムＡｌ2Ｏ3、酸化カルシウムＣａＯ、イットリウム酸化膜Ｙ2Ｏ3及び酸化マグネシウムＭｇＯなどの吸湿及び吸着性のよい酸化金属層及びポリユリアなどの樹脂を、約５０〜１０，０００Å、好ましくは約１００〜２，０００Åに形成することもできる。
【００４７】
図５は、シリコン系の絶縁物質を用いるバリヤ層としてシリコン窒化膜の結合構造を示すものである。
【００４８】
図５Ａに示すように、シリコン系の絶縁物質からなるバリヤ層３０を熱成長ではなく、化学気相蒸着またはスパッタリング法によって積層するため、シリコンと窒素が完全な結合をなされず、多数のダングリングボンド６０が存在し、欠陥を持つ膜質を有する。また、ダングリングボンド６０等が水素と結合して、バリヤ層３０内に水素含有量を増加させる。このようなダングリングボンド６０及び多孔性膜質は、酸素及び水分の浸透を発生させることになる。
【００４９】
図５Ｂでは、エキシマレーザを用いてバリヤ層３０の表面に局所的な熱処理工程を実施した後のバリヤ層３０の結合構造を示す。局所的な熱処理によって、バリヤ層３０の表面では、ダングリングボンド６０と水素との間の結合が切れてしまい、シリコンと窒素との結合７０がなされてダングリングボンド６０等が除去される。ダングリングボンド６０等の除去は、水素の含有量を減少させ、且つ、バリヤ層３０の多孔性を最小化する。よって、酸素及び水分の浸透を抑制できる均質なバリヤ膜を得ることができる。
【００５０】
更に、単層膜の場合、薄膜の表面に生じるピンホールなどのようなマイクロディフェクト（micro defect）は、バリヤ膜の形成及びレーザアニール工程の一括工程を少なくとも１回以上実施し、よって、均一なバリヤ膜を得ることができる。
【００５１】
更に、上記の記述において、成膜及びレーザアニールの一括工程を行なったシリコン系の絶縁性無機物質、樹脂膜、成膜及びレーザアニールの一括工程を行なったシリコン系の絶縁性無機物質を順次積層して成膜することでバリヤ層３０を形成したり、または樹脂膜、成膜及びレーザアニールの一括工程を行なったシリコン系の絶縁性無機物質、樹脂膜を順次積層して成膜することでバリヤ層３０を形成する。
【００５２】
なお、バリヤ層３０及び高密度均質膜４０をプラスチック基板２０の上面及び下面に形成して、水分及び酸素に対する浸透防止効果を最大化することができる。
【００５３】
上述の水分及び酸素の浸透を防ぐバリヤ膜の形成方法は、透明なディスプレイ用のプラスチック基板の場合に限るものではなく、本発明と類似する目的や方法を用いて大気中の水分や酸素を遮断するバリヤ層を形成する場合を含む。
【００５４】
本発明の実施形態及び応用例は、以上説明した通りであるが、当業者にとって、上記したものよりさらに多くの変更が、ここにおける本発明の概念を逸脱することなく可能なことは明白である。従って、本発明は、請求の範囲の精神をおいて限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１Ａ】本発明によるプラスチックディスプレイ基板の断面図。
【図１Ｂ】本発明によるプラスチックディスプレイ基板の断面図。
【図２】本発明によるレーザアニール装置の概略図。
【図３】本発明の第１実施例によるプラスチックディスプレイ基板の断面図。
【図４】本発明の第２実施例によるプラスチックディスプレイ基板の断面図。
【図５Ａ】シリコン系の絶縁物質を用いるバリヤ層のうち代表的にシリコン窒化膜の結合構造を示す図。
【図５Ｂ】シリコン系の絶縁物質を用いるバリヤ層のうち代表的にシリコン窒化膜の結合構造を示す図。
【符号の説明】
【００５６】
２０…透明プラスチック基板、３０…バリヤ層、４０…密度均質膜、５０…エキシマレーザ光、５５…基板支持台、６０…ダングリングボンド、７０…シリコンと窒素との結合。
【図１Ａ】
2005510757.tif 000004
【図１Ｂ】
2005510757.tif 000005
【図２】
2005510757.tif 000006
【図３】
2005510757.tif 000007
【図４】
2005510757.tif 000008
【図５Ａ】
2005510757.tif 000009
【図５Ｂ】
2005510757.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成15年8月21日(2003.8.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明プラスチック基板上にシリコン系のバリヤ層を形成するステップと、
前記バリヤ層を局所的に熱処理するステップとを含むことを特徴とするプラスチックディスプレイ基板の製造方法。
【請求項２】
前記透明プラスチック基板と前記バリヤ層との間に除湿剤層を介在することを特徴とする請求項１に記載のプラスチックディスプレイ基板の製造方法。
【請求項３】
透明プラスチック基板上にシリコン系の第１バリヤ層を形成するステップと、
前記バリヤ層上に除湿剤層を形成するステップと、
前記除湿剤層上に第２バリヤ層を形成するステップと、
前記第１バリヤ層及び／又は前記第２バリヤ層を局所的に熱処理するステップとを含むことを特徴とするプラスチックディスプレイ基板の製造方法。
【請求項４】
前記除湿剤層は、酸化アルミニウム、酸化カルシウム、イットリウム酸化膜、酸化マグネシウム及びポリユリアからなる群から選択されることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のプラスチックディスプレイ基板の製造方法。
【請求項５】
前記バリヤ層は、シリコン窒化酸化膜及びシリコン窒化膜からなる群から選択されるか、又は二つ以上の複合層から形成されることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のプラスチックディスプレイ基板の製造方法。
【請求項６】
前記バリヤ層は、パルスエキシマレーザ、連続発振エキシマレーザ、パルス固体レーザ、連続発振固体レーザのいずれかによって熱処理を行い、この熱処理パワーは１０〜２００ｍＪ／ｃｍ2、周辺温度は３００℃以下の条件下で熱処理を行なうことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のプラスチックディスプレイ基板の製造方法。
【請求項７】
前記バリヤ層は、Ａｒ2、Ｋｒ2、Ｘｅ2、ＡｒＦ、ＫｒＦ、ＸｅＣｌ及びＦ2エキシマレーザのいずれかによって、少なくとも一回以上熱処理を行なうことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のプラスチックディスプレイ基板の製造方法。
【請求項８】
前記バリヤ層は、シリコン系の絶縁性無機物質、樹脂膜及び別のシリコン系の絶縁性無機物質の３重層の積層構造からなることを特徴とする請求項１及び請求項３に記載のプラスチックディスプレイ基板の製造方法。
【請求項９】
前記バリヤ層は、樹脂膜、シリコン系の絶縁性無機物質及び別の樹脂膜の３重層の積層構造で、少なくとも複数個の前記積層構造からなることを特徴とする請求項１及び請求項３に記載のプラスチックディスプレイ基板の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸素や水分に対してバリヤ特性を有するプラスチックディスプレイ基板の製造に関し、更に詳しくは、プラスチックディスプレイ基板を製作する際に表示素子の信頼性を確保するために、バリヤ層を形成し、バリヤ層の表面を局所的に熱処理を行なうことにより、酸素及び水分の浸透を防ぐ超薄膜バリヤ層を有するプラスチックディスプレイの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報通信技術の発達のため、多様化された情報化社会の要求に応じて、電子ディスプレイの需要が増加しており、求められているディスプレイは、携帯電話、ＰＤＡ、ノート型パソコムなどの携帯用デバイスだけでなく、モニター、ＴＶなどのように色々と多様化している。このように種々のデバイスの応用性に従って、これらの電子ディスプレイ素子を製作する基板の場合においても、大型化、低コスト化、高性能化、薄型化などの特性が求められている。
【０００３】
現在用いられている基板としては、透明なガラス基板や石英、透明プラスチック基板、シリコンウエハ基板、サファイア基板などのように色々用いられている。これらのうち、ガラス基板、石英、シリコンウエハ、サファイア基板などは、以前に確立された工程及び装備によって広く使用されているが、製造が容易であるだけでなく、携帯に便利であり、壊れ難く、軽く、可撓性を持つプラスチック基板に関心が集められている。
【０００４】
従来の壊れやすいガラスなどの従来の基板等に比較して、プラスチックディスプレイ基板は壊れ難く、極めて軽いといった利点をもつにもかかわらず、プラスチック基板自体は、大気中の水分や酸素が基板に容易に浸透する不都合がある。特に水分や酸素に弱いディスプレイ素子の基板として用いられるためには、大気中の水分や酸素の浸透がない基板の製造は解決されるべき重要な問題である。
【０００５】
ＩＤＷ（International Display Workshop）１９９９ワークショップで、ドイツのスツトガルト大学のＥｒｎｓｔ  Ｌｕｅｄｅｒが発表した資料によると、プラスチック基板をディスプレイ素子用として用いるために求められる水分、酸素の透過率は、ＬＣＤの場合は、それぞれ、０．１ｇ／ｍ2・ｄａｙ（Moisture）、０．１ｃｃ／ｍ2・ｄａｙ（Oxygen）を満たさなければならない。さらに、発光物質が水分に特に弱い有機電界発光表示素子（Organic electroluminescent display device）の場合は、１０-4〜１０-6ｇ／ｍ2・ｄａｙ（Moisture）及び１０-4〜１０-6ｃｃ／ｍ2・ｄａｙ（Oxygen）程度の極めて低い透湿率及び透酸素率が求められる。
【０００６】
このような問題を解決するために、プラスチック基板上にこれらの酸素及び水分の浸透を防ぐバリヤ層を形成する様々な方法が研究されており、研究アプローチのうち、材料分野を察してみると、高分子材料を用いる場合、無機材料を用いる場合、高分子及び無機材料をブレンディングして用いる場合の三つに分類することができる。一方、バリヤ層を一種類の物質の単層としてのみ用いる場合、水分や酸素に対するバリヤ特性を満たすことができず、多層のバリヤ層を用いたり、或いは、高分子及び無機材料を交互に用いる多層からなるバリヤ層を用いる方法などが研究されている。このうち、水分や酸素の極性度（Polarity）が大きいといった点に着目して、米国特許第６，１０６，９３３号では、バリヤ層として水分や酸素とは反対の疎水性を持つ物質のポリエチレンフィルムをプラスチック基板の表面にラミネートなどの方法によって形成した。しかし、このとき得られた結果を見ると、水分に対しては＜１．５ｇ／ｍ2・ｄａｙ、酸素に対しては＜４５ｃｃ／ｍ2・ｄａｙであるが、有機電界発光表示素子の場合に求められる１０-4〜１０-6ｇ／ｍ2・ｄａｙ（Moisture）及び１０-4〜１０-6ｃｃ／ｍ2・ｄａｙ（Oxygen）とは大きな差がある。よって、単純にプラスチック基板上に疎水性の高分子材料をラミネートさせるバリヤ膜を形成した後、有機電界発光表示素子用の基板として使用するには多くの改善が必要となる。
【０００７】
一方、高分子と無機物質がともにブレンドされたハイブリッドタイプの場合、米国特許第５，４４１，８１６号、第５，４１５，９２１号、第５，４２６，１３１号などからわかるように、ポリビニールクロライド（Polyvinylchloride）、スズ安定剤（Tin stabilizer）、カルシウムステアラート（Calcium stearate）、ブチルアクリレートゴムグラフト共重合体（Butylacrylate rubber graft copolymer）などの物質に酸化チタン（ＴｉＯ2）をブレンドしてコーティングした後、ＵＶにより硬化することにより、水分及び酸素の浸透を防ぐ膜を製造することもできる。
【０００８】
その他に、バリヤ層の材料として無機物質のみを用いる場合は、米国特許第５，５０８，０７５号、第５，５３２，０６３号、ＩＤＷ１９９９（by Ernst Lueder、pp215〜pp218）、１１回ＦＰＤ製造カンファレンス（11th FPD Manufacturing Conference、E1 Section、pp17、Tokyo（Japan））などによると、その使用物質としては、ＳｉＯ2、ＳｉＮx（あるいはＳｉ3Ｎ4）、Ｓｉ＋ＳｉＯ2、ＳｉＯxＮyなどのシリコン系絶縁物質やＴａ2Ｏ5などを用いられる。この場合、単一膜の物質にして用いたり、またはこれらの物質の２種類を交互に積層して用いたりする。特に、１１回ＦＰＤ製造カンファレンス（11th FPD Manufacturing Conference、E1 Section、pp17、Tokyo（Japan））では、バリヤ層としてＳｉＯxＮy膜をスパッタリング法で１００〜２００ｎｍを形成した。これらの透湿度では、最も好ましくは、水分の透湿度が＜１．５ｇ／ｍ2・ｄａｙの程度であるが、目標値の１０-4〜１０-6ｇ／ｍ2・ｄａｙ（Moisture）とは大きな差があるので、改善が必要となる。
【０００９】
最後に、一層内に無機物あるいは高分子材料を用いてバリヤ膜を形成し、これらを交互に製造した多層膜のバリヤ層を有するプラスチック基板に酸素及び水分の浸透を防ぐバリヤ膜を形成する方法では、米国特許第５，４８７，９４０号、第５，５９３，７９４号、第５，６０７，７８９号、第５，７２５，９０９号によると、まず高分子層（あるいは無機膜）を形成し、その上に無機膜（あるいは高分子層）を形成し、これを複数回繰り返して形成した多層のバリヤ膜を形成する。このとき用いられる高分子物質としては、架橋化されたアクリレート高分子（Cross-linked acrylate polymer）、アルデヒドで架橋化されたポリビニールアルコール（Polyvinylalchole cross-linked with aldehyde）、ポリフルオロカーボン系高分子（Polyfluorocarbon polymer）などがある。バリヤ膜の形成方法としては、これらの高分子物質をモノマー形態に蒸着して高分子化するか、液相のプリント法又はディーピング法などで膜を形成する。米国特許第５，４８７，９４０号では、ポリプロピレンフィルム上の０.０４ｍｉｌの架橋化されたポリビニールアルコールのバリヤ層を形成する場合における酸素の基板透過率が、バリヤ層がない場合（＞１５０ｃｃ／１００ｉｎ2・ｄａｙ）に比較して、０．０２ｃｃ／１００ｉｎ2・ｄａｙであり、３０倍減少した。また、用いられる無機物質としては、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＮx、Ａｌ等の金属、ガラス混合物成分（ＳｎＯ：ＳｎＦ2：ＰｂＯ：Ｐ2Ｏ5＝３２：３７：８：２３）などをバリヤ膜材料として用いた。特に、米国特許第５，５９３，７９５号では、高分子材料として疎水性を持つフルオロカーボン系高分子を用い、無機物質としてはＳｉＮxあるいはＳｉＯ2を用いて３回以上交互にバリヤ膜を形成した場合、（高分子/ＳｉＮx）×３の場合は、＜８μｇ／１００ｉｎ2・ｄａｙである反面、（高分子/ＳｉＯ2）×３の場合は、＜２４０μｇ／１００ｉｎ2・ｄａｙであり、ＳｉＮxは、ＳｉＯ2が水分に対して約３０倍の水分浸透を防ぐ特性を見せる。このような多重膜を用いる場合、ハイブリッド膜を用いたり、高分子膜や無機膜のみを用いてバリヤ膜を形成する場合に比較して優れている反面、多くの層を無機材料と高分子を用いて交互に形成する必要があるため、製造時間がかなり長いため、費用が増加する。よって、実際量産に適用するためには、これを画期的に減らす方案や最小の膜で最大の効果を出せる方案が求められる。
【００１０】
以上のように高分子及び無機膜、特に金属やシリコン系絶縁物質を用いて各層を交互に少なくとも３回以上繰り返してバリヤ層を積層する場合にのみ、水分及び酸素に対する優れた浸透効果を見せた。しかし、このように層を積層すればするほど、浸透防止特性は増加するが、製造時間が増加することで、製造コストも増加する。
【００１１】
このような従来の技術のバリヤ層を有するプラスチック基板は、次のような問題がある。
【００１２】
プラスチック基板を通して浸透する水分や酸素を完全に遮断するためには、樹脂と無機膜を少なくとも３回以上繰返して行なう必要があり、特に無機膜に金属成分を用いない限り、要求する透湿度などを得るには足りない。しかし、ディスプレイの基板用として用いるためには、基板が透明である必要があるため、この方法はプラスチック基板の製造時には応用することができない。また、複数の多層構造のバリヤ層を形成するためには、それ分、多くの工程時間が必要となり、多くの工程と共に製造コストも大きくなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、プラスチック基板を通して浸透する水分や酸素を妨げてプラスチック特に有機電界発光表示素子用の基板としてまで用いることができるプラスチック基板を製造することにおいて、バリヤ層としてシリコン系の絶縁物質を用いて形成した後、その表面を局所的に熱処理することで基板に損傷を与えずに、薄い厚さだけでも酸素及び水分に対して浸透を防ぐことのできるバリヤ層を有する透明プラスチックディスプレイ基板の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、次のような構成になっている。
【００１５】
本発明によるプラスチックディスプレイ基板の製造方法は、透明プラスチック基板両面のうち、少なくとも一面上にバリヤ層を形成するステップと局所的に熱処理を行なうステップとを含むことを特徴とする。
【００１６】
好ましくは、前記透明プラスチック基板と前記バリヤ層との間に除湿剤層（desiccant layer）を介在することを特徴とする。
【００１７】
更に好ましくは、前記除湿剤は、酸化アルミニウム、酸化カルシウム、イットリウム酸化膜、酸化マグネシウム及びポリユリアからなる群から選択されることを特徴とする。
【００１８】
好ましくは、前記バリヤ層はシリコン窒化酸化膜及びシリコン窒化膜からなる群から選択されるか、又は二つ以上の複合層から形成されることを特徴とする。
【００１９】
好ましくは、前記バリヤ層は、パルスエキシマレーザ、連続発振エキシマレーザ、パルス固体レーザ、連続発振固体レーザのうちのいずれかによって熱処理を行い、その熱処理パワーは１０〜２，０００ｍＪ／ｃｍ2、周辺温度は３００℃以下に熱処理を行なうことを特徴とする。
【００２０】
好ましくは、前記バリヤ層は、Ａｒ2、Ｋｒ2、Ｘｅ2、ＡｒＦ、ＫｒＦ、ＸｅＣｌ及びＦ2エキシマレーザのいずれかによって用いられることを特徴とする。
【００２１】
好ましくは、前記バリヤ層は、シリコン系の絶縁性無機物質、樹脂膜及び別のシリコン系の絶縁性無機物質の３重層を少なくとも１回は積層させることを特徴とする。
【００２２】
好ましくは、前記バリヤ層は、樹脂膜、シリコン系の絶縁性無機物質及び別の樹脂膜の３重層を少なくとも１回は積層させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によるプラスチックディスプレイ基板の製造方法は、次のような効果を奏する。
【００２４】
シリコンと酸素または窒素との結合からなるバリヤ層の表面を透明プラスチック基板に影響を与えずに局所的に熱処理を行なって、水素含有量及び多孔性を最小化した均質膜を形成することにより、外部の酸素及び水分などの浸透を抑えて表示素子が劣化することを防止する。
【００２５】
更に、従来のスパッタリング法、電子ビーム蒸着法または化学気相蒸着法で外部の酸素及び水分が遮断できるバリヤ層を形成するために、少なくとも６〜７層以上の多層膜を構成する必要があるが、本発明のように薄膜に形成されたバリヤ層の局所的なレーザ熱処理工程は、数分しかかからないため、工程時間を減らすことができ、且つ、積層する膜の数を最小化することができる。
【００２６】
更に、従来のスパッタリング法、電子ビーム蒸着法、化学気相蒸着法で外部酸素及び水分が遮断できる膜質を形成するためには、少なくとも２０００Å以上が求められる。ＳｉＮxは、水分や酸素浸透に優れた防止特性を有し、表面強度が高く表面スクラッチに強い反面、透過度が低くディスプレイ用の透明プラスチック基板上にバリヤ膜としての応用限界を有するため、本発明ではＳｉＮx膜の厚さを顕著に低くし、局所的な熱処理により膜質を改善することにより、透過度の問題を解決するとともに、バリヤ膜の数を最小化させる。よって、工程時間及び費用を著しく低減することができる。更に、表面強度を増加させるために、バリヤ層のほかはプラスチック基板製造時に必要なハードコーティング層を別途設ける必要がない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、添付の図面に基づいて本発明によるディスプレイ素子用の基板の製造方法について詳細に説明する。
【００２８】
図１は、本発明によるプラスチックディスプレイ基板の断面図である。
【００２９】
図１Ａに示すように、透明プラスチック基板２０上に外部の酸素や水分などの浸透が遮断できるシリコン系の絶縁物質からなる薄膜のバリヤ層３０を形成する。バリヤ層３０は、シリコン窒化酸化膜（ＳｉＯxＮy）及びシリコン窒化膜（Ｓｉ3Ｎ4またはＳｉＮx）からなる群から選択された単層膜または２以上の複数膜であり、最初の厚さｄ１は１００〜１０，０００Åに形成され、好ましくは１００〜３，０００Åに形成する。バリヤ層３０は、化学気相蒸着、スパッタリングまたは電子ビームの方法などによって形成される。
【００３０】
化学気相蒸着法によってシリコン系の絶縁物質でバリヤ層３０を形成する場合、膜蒸着温度は２５〜３００℃であり、搬送ガス（carrier gas）として不活性ガスを利用し、ＳｉＮxは反応ガスとしてＳｉＨ4、ＮＨ3、Ｎ2を用い、ＳｉＯxＮyは反応ガスとしてＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、ＮＨ3、Ｎ2を用いる。スパッタリング法によってシリコン系の絶縁物質でバリヤ層３０を形成する場合、膜蒸着温度は２５〜３００℃であり、スパッタリングガスとして不活性ガスを用い、ＳｉＮx、ＳｉＯxＮyはそれぞれ、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＯＮターゲットを用いる。または、反応スパッタリング法を用いる場合は、シリコンターゲットを用い、不活性ガスのスパッタリングガス以外に反応ガスを注入する。このとき、ＳｉＮxを蒸着する場合は、Ｎ2ガスを注入し、ＳｉＯxＮyを蒸着する場合は、Ｏ2ガスとＮ2ガスを注入する。
【００３１】
プラスチック基板２０は、ポリエーテルスルホンＰＥＳ（polyethersulphone）、ポリエチレンテレフタレートＰＥＴ（polyethylene terephthalate）、ポリカルボナートＰＣ（polycarbonate）、ポリエチレンＰＥ（polyethylene）、ポリエチレンナフテン酸塩ＰＥＮ（polyethylene naphthenate）、ポリオレフィン（polyolefin）、ポリスチレンＰＳ（polystyrene）、ポリビニールクロライドＰＶＣ（polyvinylchloride）、ポリエステル（polyester）、ポリアミド（polyamide）、ポリノルボルネンＰＮＢ（polynorbornene）、ポリイミドＰＩ（polyimide）、ポリアリルレートＰＡＲ（polyarylate）などからなる群から選択された透明物質から形成される。
【００３２】
バリヤ層３０を形成するシリコン系の絶縁物質は、シリコン窒化酸化膜（ＳｉＯxＮy）またはシリコン窒化膜（Ｓｉ3Ｎ4またはＳｉＮx）である。よって、バリヤ層３０は、絶縁物質から選択される一つの単層膜、または２個以上の複数膜に成膜される。更に、シリコン系の絶縁性無機物質、樹脂膜、シリコン系の絶縁性無機物質を順次積層して成膜することでバリヤ層３０を形成したり、または樹脂膜、シリコン系の絶縁性無機物質、樹脂膜を順次積層して成膜することでバリヤ層３０を形成する。
【００３３】
樹脂膜、シリコン系の絶縁性無機物質、樹脂膜の３重層の積層構造を連続的に積層して成膜することで、樹脂膜、シリコン系の絶縁性無機物質、樹脂膜、シリコン系の絶縁性無機物質、樹脂膜からなる複数個の３重層の積層構造を形成する。
【００３４】
バリヤ層３０は、透明プラスチック基板２０の上面だけでなく、下面にも形成することができる（図示せず）。
【００３５】
図１Ｂに示すように、バリヤ層３０の欠陥を除去するために、熱処理工程を行なう。バリヤ層３０は、熱成長の方法によって形成されず、化学気相蒸着、電子ビーム蒸着法またはスパッタリング法で積層されるため、シリコンと酸素または窒素の不完全な結合が多数発生する。このような不完全な結合によって発生する多数のダングリングボンド（dangling bond）及び多孔性によって、バリヤ層３０の欠陥の原因となる。すなわち、バリヤ層３０のこのような欠陥は、酸素及び水分が透過できる通路を提供することになるため、前記欠陥を熱処理によって除去しなければならない。
【００３６】
シリコン系の化合物から構成されるバリヤ層３０の欠陥を除去するための熱処理温度は、７００〜１，１００℃程度である。しかし、プラスチック基板は、上記の温度で安定せず、前記温度での熱処理は不可能であるため、本発明ではエキシマレーザを用いて基板に損傷を与えずに、バリヤ層の表面にのみ局所熱処理工程を行なう。
【００３７】
バリヤ層３０の熱処理は、Ａｒ2、Ｋｒ2、Ｘｅ2、ＡｒＦ、ＫｒＦ、ＸｅＣｌ及びＦ2エキシマレーザのいずれかによって行なわれる。表１は、各エキシマレーザの波長を示す。
【００３８】
ここでエキシマレーザの熱処理パワーは、１０〜２，０００ｍＪ／ｃｍ2、周辺温度は、３００℃以下の条件下で熱処理を行なう。また、バリヤ層３０の熱処理を行なう瞬間温度は、７００℃以上である。熱処理の回数は、必要に応じて１回またはそれ以上実施する。
【００３９】
上述の熱処理において、パルスエキシマレーザ、連続発振エキシマレーザ、パルス固体レーザ、連続発振固体レーザのいずれか一つを選択して用いる。一例として、シリコン窒化膜（Ｓｉ3Ｎ4またはＳｉＮx）をバリヤ層に用いる場合、ＡｒＦパルスエキシマレーザは、基板に損傷を与えずにバリヤ層の表面のみへの局所熱処理に適切である。シリコン窒化膜のＡｒＦレーザに対する吸収率は、蒸着条件によって違いはあるが、約１０5ｃｍ-1、ＡｒＦレーザのエネルギーは、表面から２，０００Å以内で７０％以上吸収され、ＡｒＦパルスエキシマレーザのパルス幅は、数十ナノ秒である。よって、基板に損傷を与えずに表面層の温度が瞬間的に７００℃以上の高温に上昇する。
【００４０】
熱処理の後、バリヤ層３０は、シリコンと酸素または窒素との結合からなる網状構造の、多孔性及びダングリングボンドに結合される水素含有量が最小化された高密度均質膜４０が形成される。高密度均質膜４０の厚さｄ２は、熱処理の後、約１０〜２，０００Åに形成される。また、網状構造をなし、水素含有量が減少することから、外部からの透明プラスチック基板２０を通る湿気及び酸素の浸透を防ぐことができ、この基板から製造されたディスプレイ素子が劣化することを防止する。
【表１】
2005510757.tif 000011
【００４１】
図２は、本発明によるレーザアニール装置を示す概略図である。
【００４２】
図２に示すように、図１で製造された透明プラスチック基板２０上に形成されたバリヤ層３０の表面を局所的にアニール処理を行なう工程の概略図で、レーザアニールのための基板支持台５５上にバリヤ層３０が形成された透明プラスチック基板２０をエキシマレーザ５０でスキャニングするとともに、バリヤ層３０の表面を局所的にアニールすることにより、酸素や水分などに対して遮断特性を有する高密度均質膜を得る。３７０ｍｍ×４７０ｍｍのプラスチック基板の場合、エキシマレーザ５０によるスキャニングは、数分の間行なわれる。
【００４３】
実施例１
図３は、本発明の第１実施例によるプラスチックディスプレイ基板の断面図である。
【００４４】
図３に示すように、透明プラスチック基板を通して浸透する極少量の水分や酸素などを除去するために、透明プラスチック基板の片面にのみバリヤ層を形成する場合、透明プラスチック基板２０上の二つのバリヤ層３０間に除湿剤層２５を形成する。除湿剤層２５は、酸化アルミニウムＡｌ2Ｏ3、酸化カルシウムＣａＯ、イットリウム酸化膜Ｙ2Ｏ3及び酸化マグネシウムＭｇＯ等の吸湿及び吸着性のよい酸化金属層及びポリユリアなどの樹脂を約５０〜１０，０００Å、好ましくは約１００〜２，０００Åに形成することもできる。
【００４５】
実施例２
図４は、本発明の第２実施例によるプラスチックディスプレイ基板を示す断面図である。
【００４６】
図４に示すように、透明プラスチック基板を通して浸透する極少量の水分や酸素などを除去するために、透明プラスチック基板の両面、すなわち、上面と下面にそれぞれバリヤ層３０を形成する場合、透明プラスチック基板２０の上面及び下面とバリヤ層３０との間に除湿剤層として酸化アルミニウムＡｌ2Ｏ3、酸化カルシウムＣａＯ、イットリウム酸化膜Ｙ2Ｏ3及び酸化マグネシウムＭｇＯなどの吸湿及び吸着性のよい酸化金属層及びポリユリアなどの樹脂を、約５０〜１０，０００Å、好ましくは約１００〜２，０００Åに形成することもできる。
【００４７】
図５は、シリコン系の絶縁物質を用いるバリヤ層としてシリコン窒化膜の結合構造を示すものである。
【００４８】
図５Ａに示すように、シリコン系の絶縁物質からなるバリヤ層３０を熱成長ではなく、化学気相蒸着またはスパッタリング法によって積層するため、シリコンと窒素が完全な結合をなされず、多数のダングリングボンド６０が存在し、欠陥を持つ膜質を有する。また、ダングリングボンド６０等が水素と結合して、バリヤ層３０内に水素含有量を増加させる。このようなダングリングボンド６０及び多孔性膜質は、酸素及び水分の浸透を発生させることになる。
【００４９】
図５Ｂでは、エキシマレーザを用いてバリヤ層３０の表面に局所的な熱処理工程を実施した後のバリヤ層３０の結合構造を示す。局所的な熱処理によって、バリヤ層３０の表面では、ダングリングボンド６０と水素との間の結合が切れてしまい、シリコンと窒素との結合７０がなされてダングリングボンド６０等が除去される。ダングリングボンド６０等の除去は、水素の含有量を減少させ、且つ、バリヤ層３０の多孔性を最小化する。よって、酸素及び水分の浸透を抑制できる均質なバリヤ膜を得ることができる。
【００５０】
更に、単層膜の場合、薄膜の表面に生じるピンホールなどのようなマイクロディフェクト（micro defect）は、バリヤ膜の形成及びレーザアニール工程の一括工程を少なくとも１回以上実施し、よって、均一なバリヤ膜を得ることができる。
【００５１】
更に、上記の記述において、成膜及びレーザアニールの一括工程を行なったシリコン系の絶縁性無機物質、樹脂膜、成膜及びレーザアニールの一括工程を行なったシリコン系の絶縁性無機物質を順次積層して成膜することでバリヤ層３０を形成したり、または樹脂膜、成膜及びレーザアニールの一括工程を行なったシリコン系の絶縁性無機物質、樹脂膜を順次積層して成膜することでバリヤ層３０を形成する。
【００５２】
なお、バリヤ層３０及び高密度均質膜４０をプラスチック基板２０の上面及び下面に形成して、水分及び酸素に対する浸透防止効果を最大化することができる。
【００５３】
上述の水分及び酸素の浸透を防ぐバリヤ膜の形成方法は、透明なディスプレイ用のプラスチック基板の場合に限るものではなく、本発明と類似する目的や方法を用いて大気中の水分や酸素を遮断するバリヤ層を形成する場合を含む。
【００５４】
本発明の実施形態及び応用例は、以上説明した通りであるが、当業者にとって、上記したものよりさらに多くの変更が、ここにおける本発明の概念を逸脱することなく可能なことは明白である。従って、本発明は、請求の範囲の精神をおいて限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１Ａ】本発明によるプラスチックディスプレイ基板の断面図。
【図１Ｂ】本発明によるプラスチックディスプレイ基板の断面図。
【図２】本発明によるレーザアニール装置の概略図。
【図３】本発明の第１実施例によるプラスチックディスプレイ基板の断面図。
【図４】本発明の第２実施例によるプラスチックディスプレイ基板の断面図。
【図５Ａ】シリコン系の絶縁物質を用いるバリヤ層のうち代表的にシリコン窒化膜の結合構造を示す図。
【図５Ｂ】シリコン系の絶縁物質を用いるバリヤ層のうち代表的にシリコン窒化膜の結合構造を示す図。
【符号の説明】
【００５６】
２０…透明プラスチック基板、３０…バリヤ層、４０…密度均質膜、５０…エキシマレーザ光、５５…基板支持台、６０…ダングリングボンド、７０…シリコンと窒素との結合。
【手続補正書】
【提出日】平成16年3月9日(2004.3.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明プラスチック基板上にシリコン系のバリヤ層を形成するステップと、
前記バリヤ層を局所的に熱処理するステップとを含むことを特徴とするプラスチックディスプレイ基板の製造方法。
【請求項２】
前記透明プラスチック基板と前記バリヤ層との間に除湿剤層を介在することを特徴とする請求項１に記載のプラスチックディスプレイ基板の製造方法。
【請求項３】
透明プラスチック基板上にシリコン系の第１バリヤ層を形成するステップと、
前記バリヤ層上に除湿剤層を形成するステップと、
前記除湿剤層上に第２バリヤ層を形成するステップと、
前記第１バリヤ層及び／又は前記第２バリヤ層を局所的に熱処理するステップとを含むことを特徴とするプラスチックディスプレイ基板の製造方法。
【請求項４】
前記除湿剤層は、酸化アルミニウム、酸化カルシウム、イットリウム酸化膜、酸化マグネシウム及びポリユリアからなる群から選択されることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のプラスチックディスプレイ基板の製造方法。
【請求項５】
前記バリヤ層は、シリコン窒化酸化膜及びシリコン窒化膜からなる群から選択されるか、又は二つ以上の複合層から形成されることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のプラスチックディスプレイ基板の製造方法。
【請求項６】
前記バリヤ層は、パルスエキシマレーザ、連続発振エキシマレーザ、パルス固体レーザ、連続発振固体レーザのいずれかによって熱処理を行い、この熱処理パワーは１０〜２００ｍＪ／ｃｍ2、周辺温度は３００℃以下の条件下で熱処理を行なうことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のプラスチックディスプレイ基板の製造方法。
【請求項７】
前記バリヤ層は、Ａｒ2、Ｋｒ2、Ｘｅ2、ＡｒＦ、ＫｒＦ、ＸｅＣｌ及びＦ2エキシマレーザのいずれかによって、少なくとも一回以上熱処理を行なうことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のプラスチックディスプレイ基板の製造方法。
【請求項８】
前記バリヤ層は、シリコン系の絶縁性無機物質、樹脂膜及び別のシリコン系の絶縁性無機物質の３重層の積層構造からなることを特徴とする請求項１及び請求項３に記載のプラスチックディスプレイ基板の製造方法。
【請求項９】
前記バリヤ層は、樹脂膜、シリコン系の絶縁性無機物質及び別の樹脂膜の３重層の積層構造で、少なくとも複数個の前記積層構造からなることを特徴とする請求項１及び請求項３に記載のプラスチックディスプレイ基板の製造方法。
【国際調査報告】
2005510757.tif 000012
2005510757.tif 000013