柔性顯示器用不銹鋼箔的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種能夠制作卷曲和彎曲后的形狀復(fù)原性優(yōu)良的顯示器用TFT基板、并且表面平滑性高的柔性顯示器用不銹鋼箔，其特征在于，其厚度為20μm～200μm，表面粗糙度Ra為50nm以下，并且具有卷繞成直徑為30mm的圓筒后的變形角度為10°以下的形狀復(fù)原性。
【專利說明】柔性顯示器用不銹鋼箔的制造方法
[0001]本申請是申請日為2009年5月13日、中國申請?zhí)枮?00980117792.8的專利申請
的分案申請。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及適用于電子紙、有機EL顯示器等柔性顯示器中使用的TFT基板的柔性顯示器用不銹鋼箔。
【背景技術(shù)】
[0003]作為顯示器的新興領(lǐng)域，電子書、PND (Personal Navigation Device,個人導(dǎo)航設(shè)備)、PDA (Personal Digital Assistants,個人數(shù)字助理)等個人攜帶類型的顯示裝置正在興起。另外，如利用了電子紙的電子報紙那樣，也在進行以與紙相同的感覺來閱讀以往印刷在紙上的內(nèi)容的顯示裝置的開發(fā)。有機EL (Electro Luminescence,電致發(fā)光)顯示器或電子紙的顯示基板最近受到特別關(guān)注，在通過這些顯示器進行高性能的顯示時，必須搭載驅(qū)動用的TFT(Thin Film Transistor，薄膜晶體管)。目前的TFT的主流是Si系的半導(dǎo)體材料，因為退火等而常常達到300~450°C的工藝溫度，并且是在玻璃基板上制作TFT。
[0004]近年來，面對新的攜帶顯示終端或電子紙的普及，與以往的顯示器不同，要求其具有紙一樣的薄、輕和柔軟性，要求具有即使摔落也不會破裂的安全性。由于以往的玻璃基板無法滿足上述要求，所以進行了使用有機樹脂薄膜或金屬箔的顯示器基板的開發(fā)。
[0005]例如，電子書可以通過將電子油墨即“E Ink”和厚度為0.1~0.2mm左右的TFT基板組合來制作，上述電子油墨是在直徑為50~70 y m的微膠囊中封入帶電的白色和黑色粒子而得到的。在由薄的透過性樹脂薄膜形成的前面板上涂布透明電極和封入了白色和黑色粒子的微膠囊。在背面基板上·形成TFT電路作為用于施加電壓的開關(guān)。通過對前面板上的透明電極和背面基板上的電極間施加電壓，膠囊朝一方凝聚，從而微膠囊內(nèi)的黑白粒子能夠進行黑白顯示。前面板可以使用樹脂薄膜，但形成TFT的背面基板由于要求耐熱性和耐化學(xué)藥品性等，所以基板材料的選定比較困難。
[0006]有機樹脂薄膜重量輕并且柔性優(yōu)良，種類也豐富。但是，在顯示器用的TFT基板用途中，由于要求有經(jīng)得住TFT制作工藝的化學(xué)穩(wěn)定性、耐熱性、耐濕性等，所以能利用的樹脂有限，已研究了聚酰亞胺、PES、PEN等(參照非專利文獻1、2)，但還沒有能夠在350°C以上的可獲得良好的TFT特性的工藝下廣泛利用的樹脂薄膜。
[0007]有關(guān)金屬箔，對耐熱性和耐蝕性優(yōu)良的不銹鋼箔進行了作為TFT基板的研究和顯示器的試制(參照非專利文獻3~5)。金屬箔由于是導(dǎo)電性的，所以當代替玻璃基板作為顯示器基板使用時，必須在表面形成絕緣膜。已經(jīng)進行了使用絕緣覆蓋不銹鋼箔作為TFT制作基板的試驗(參照專利文獻I)。
[0008]電子紙等顯示元件的析像度取決于TFT的制作精度，所以一般對顯示器用玻璃基板的表面平滑性的要求極高，例如，在原子力顯微鏡(AFM)下15 ii m見方的區(qū)域的Ra為5nm以下這種水平的規(guī)格。對于絕緣覆蓋不銹鋼箔來說，也要求絕緣膜表面具有高的平滑性。由于絕緣膜的厚度通常為2 i! m左右，所以不銹鋼箔本身的表面平滑性也會影響絕緣膜表面的平滑性。因此，作為使不銹鋼箔的表面變得平滑的方法，在箔壓延后，通過進行光亮退火來使表面鏡面化。光亮退火后的材料被稱作光亮退火(BA)材，比不進行光亮退火的硬(H)材的平滑性更優(yōu)良。圖1中表示了 SUS430的H材和BA材的表面的掃描型電子顯微鏡(SEM)照片、和在各自的上面形成1.5 U m厚的絕緣膜后的絕緣膜表面的SEM照片。SUS430的H材上可以明顯看到被稱作凸紋的與壓延方向平行的條紋，即使形成了 1.5 的絕緣膜，從照片也能判斷其條紋的殘留。有關(guān)用觸針式表面粗度計測定得到的Ra，H和BA處理的不銹鋼箔表面分別為61nm和15nm，絕緣膜表面的粗糙度Ra分別為28nm和llnm?？梢耘袛郆A材的平滑性比H材高，在其上面形成的絕緣膜表面的平滑性也更優(yōu)良。
[0009]但是，實施了光亮退火的BA材的不銹鋼箔盡管還取決于厚度，但存在形狀復(fù)原性低的問題。將厚度為150pm左右的箔卷曲成直徑為50mm左右的能用一只手拿住這種大小的圓筒狀時，即使去除卷曲力，箔也不會恢復(fù)成平面。如果使其勉強恢復(fù)，則會成為有凹凸的面。BA材的形狀復(fù)原性低的原因認為是由于退火中應(yīng)力被消除而變軟。作為柔性顯示器用基板，卷曲后形狀是否能復(fù)原是重要的。卷曲后，如果不能展平來看，則難以用作顯示器。因此，柔性顯示器用的TFT背面基板要求具有卷曲后的形狀復(fù)原性，但至今，能同時兼顧表面平滑性和形狀復(fù)原性的方法還不清楚。
[0010]專利文獻
[0011]專利文獻1:特開2003-247078號公報
[0012]非專利文獻
[0013]非 專利文獻1: 1-Chung et al., Mat.Res.Soc.Symp.Proc., 664, A26.1 (2001)
[0014]非專利文獻2:ff.A.MacDonald et al.，SID07Digest, p.373 (2007)
[0015]非專利文獻3:M.Wu and S.Wagner, Mat.Res.Soc.Symp.Proc., 664, A17.2 (2001)
[0016]非專利文獻4:J.Chen et al.，SID06Digest, p.1878 (2006)
[0017]非專利文獻5:S.-H.Paek et al.，SID06Digest, p.1834 (2006)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018]本發(fā)明的目的在于提供一種能夠制作卷曲和彎曲后的形狀復(fù)原性優(yōu)良的顯示器用TFT基板、并且表面平滑性高的柔性(也稱為撓性)顯示器用不銹鋼箔。
[0019]本發(fā)明是為了解決上述課題而完成的，其包括以下主要內(nèi)容。
[0020](I) 一種柔性顯示器用不銹鋼箔，其特征在于，其厚度為2011111~20011111，表面粗糙度Ra為50nm以下，并且具有卷繞成直徑為30mm的圓筒后的變形角度為10°以下的形狀復(fù)原性。
[0021](2)根據(jù)(I)所述的柔性顯示器用不銹鋼箔，其特征在于，所述不銹鋼箔的0.2%屈服強度為600N/mm2以上。
[0022](3)根據(jù)(I)或(2)所述的柔性顯示器用不銹鋼箔，其特征在于，所述不銹鋼是鐵素體系不銹鋼。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的不銹鋼箔，可以得到在作為面向柔性顯示器的TFT基板使用時，能夠形成良好的TFT，并且卷曲和彎曲后容易恢復(fù)到原來形狀的柔性顯示器。【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是SUS430H和SUS430BA不銹鋼箔表面和在其上面形成了 1.7 ii m的硅氧烷系絕緣膜后的表面SEM照片。
[0025]圖2是表示評價本發(fā)明中的不銹鋼箔的柔性的方法的圖。
[0026]圖3是表示評價本發(fā)明中的不銹鋼箔的柔性的參數(shù)即變形角度的定義的圖。
【具體實施方式】
[0027]作為柔性顯示器所必要的特性，是能夠反復(fù)卷繞成能夠用一只手拿住的直徑為50_左右的圓筒狀，或能夠經(jīng)得起以翻書頁時的平均的紙的曲率半徑來反復(fù)彎曲，這成為柔性(也稱為撓性)的指標。作為上述評價柔性的指標，本
【發(fā)明者】等人對如下情況進行了研究:沿著各種直徑的圓筒形鐵芯彎曲SUS箔，去除彎曲力時不銹鋼箔能夠多大程度地恢復(fù)到原來形狀。
[0028]其結(jié)果判明，由于當鐵芯的直徑大的話，則容易恢復(fù)到原來形狀，所以用直徑為40mm以上的鐵芯難以確定薄的不銹鋼箔的形狀復(fù)原性的優(yōu)劣。此外，在直徑為20mm以下的細鐵芯的試驗中，比實際用途中想象的情況施加更嚴酷的應(yīng)力，無論哪種SUS (不銹鋼)箔都難以復(fù)原形狀，所以很難知曉不銹鋼箔的材質(zhì)和厚度的影響。
[0029]作為顯示器所必要的柔性，
【發(fā)明者】等人作了如下定義:如圖2所示，將大致矩形的不銹鋼箔的長度方向的一端固定于夾頭上，施加力而將另一端沿著直徑為30mm的圓筒形鐵芯彎曲180°，由去除力后的不銹鋼箔的彎曲程度來定義變形角度(° )。即，如圖3所示，將矩形的長度方向的一端固定于平面上時，將另一端與平面所成的角度設(shè)定為變形角度(° )。于是發(fā)現(xiàn)，作為必要的柔性，該變形角度必須為10°以下。變形角度為180°的情況表示完全不能恢復(fù)形狀，0°的情況表示恢復(fù)為平面。當該變形角度大于10°時，作為柔性顯示器使用時，會發(fā)生彎折或形狀不能復(fù)原的`問題。因此，變形角度越小越好。
[0030]不銹鋼箔的厚度優(yōu)選為20 ii m~200 ii m,更優(yōu)選為60 y m~150 y m。當不銹鋼箔比20 y m薄時，容易產(chǎn)生彎折或皺紋，箔的操作不現(xiàn)實，另一方面，當厚度超過200 y m時，作為柔性顯示器時變得過重，而且柔性也喪失。
[0031]不銹鋼箔的表面粗糙度Ra為50nm以下，優(yōu)選為25nm以下。如圖1所示，不銹鋼箔表面由于有10 左右的鱗狀折疊或凸紋等，所以用AFM等對狹小的區(qū)域進行粗糙度測定時，根據(jù)測定部位的不同會產(chǎn)生很大差異的結(jié)果。本發(fā)明中的表面粗糙度Ra是用觸針式粗度計以1.25mm的掃描長度對箔的壓延方向和與壓延方向垂直的方向分別進行2次測定，并對合計4次測定的全部結(jié)果進行平均。當不銹鋼箔的表面粗糙度Ra超過50nm時，形成絕緣膜后的絕緣膜表面的Ra變大,在TFT的布線間會發(fā)生短路。
[0032]另外，本發(fā)明的不銹鋼箔的屈服強度沒有特別限定，但不銹鋼箔的0.2%屈服強度優(yōu)選為600N/mm2以上。0.2%屈服強度(也稱為屈服強度)是指在不表現(xiàn)屈服現(xiàn)象的多數(shù)金屬材料的拉伸試驗中，卸載時使其產(chǎn)生0.2%的塑性變形的應(yīng)力。當0.2%屈服強度低于600N/mm2時，不銹鋼箔的厚度變厚時變形角度有容易變大的傾向。屈服強度越高越好，但不銹鋼的情況是，作為材料特性，1600~1700N/mm2是一般所知道的上限。
[0033]另外，本發(fā)明的不銹鋼箔對于不銹鋼的鋼種沒有特別限定，但不銹鋼箔優(yōu)選是鐵素體系不銹鋼。即，要在絕緣覆蓋不銹鋼箔上形成TFT時，由于絕緣覆蓋膜與不銹鋼箔的熱膨脹系數(shù)差而容易發(fā)生絕緣覆蓋膜的裂紋或剝離。不銹鋼大致分為奧氏體系和鐵素體系，鐵素體系不銹鋼的熱膨脹系數(shù)為奧氏體系的三分之二，約為11X10_6/°C，具有絕緣覆蓋膜的裂紋抑制效果。從該觀點出發(fā)，優(yōu)選為鐵素體系不銹鋼。
[0034]本發(fā)明的形狀復(fù)原性良好的不銹鋼箔可以如下制造:按照常規(guī)方法將具有各種組成的不銹鋼熔煉和鑄造而制成鋼坯，將其加熱而實施熱軋，從而制成熱軋鋼板，根據(jù)需要對該熱軋鋼板進行退火，然后進行冷軋和箔壓延，由此制造本發(fā)明的形狀復(fù)原性良好的不銹鋼箔。本發(fā)明的形狀復(fù)原性良好的不銹鋼箔可以不實施光亮退火(BA處理)，而通過僅有冷軋和箔壓延的工序來制造。不進行光亮退火的硬(H)材由于經(jīng)過加工硬化，彈性高，所以容易形狀復(fù)原。以同一鋼種來比較實施了光亮退火的BA材和不實施光亮退火的H材的0.2%屈服強度，鋼種為SUS304時，BA材為400N/mm2左右，而H材為1000N/mm2左右。對于SUS430來說，BA材的0.2%屈服強度為300N/mm2，而H材為800N/mm2左右。這樣，對于不進行光亮退火的H材來說，可以期待高的形狀復(fù)原性。但是，由于不進行有助于材料的鏡面化的光亮退火，所以表面的平滑性差，為了得到Ra為50nm以下的平滑性，就必須進行研磨。研磨優(yōu)選拋光輪研磨，通過使用細的拋光輪可以得到鏡面。
[0035]由于研磨需要花費時間和成本，所以在箔壓延的精軋道次(也稱為最終道次)中可以使用如下的超光亮(SB)精加工的方法:使用用#1000以上拋光研磨后的平滑性高的輥在高壓下進行壓延，從而在不進行光亮退火的情況下成為接近鏡面的精加工質(zhì)量。該方法對SUS304等奧氏體系不銹鋼是有效的方法。另一方面，對鐵素體系不銹鋼來說，由于在晶體結(jié)構(gòu)上比奧氏體系柔軟，所以即使如上述那樣在高壓下壓延，輥也會陷入金屬中，通過在高壓下的壓延得到平滑面是極其困難的。但是，在20~200 μm的箔壓延、更優(yōu)選為50~150μ m的箔壓延中總壓下率為70%以上，并且確保各道次的壓下為20%以上，在緊接精軋道次前的道次和精軋道次中使用用#1000以上的磨粒研磨后的超硬輥，以50m/min以下的壓延速度下進行壓延，由此可以在不進行光亮退火的情況下得到平滑性良好的表面。
[0036]作為鐵素體系不銹鋼，除了 SUS430以外，還可以使用C、N的濃度被降低的SUS430J1L等高純度鐵素體。通常的SUS430只有[C] ≤0.12%的規(guī)定，但高純度鐵素體中，[C]≤ 0.025%, [N]≤ 0.025%。特別是，組成范圍為[C]≤ 0.015%、[Si]≤ 0.50%、[Mn]≤0.50%、[P] ≤ 0.04%、[S] ≤0.03%、18.00% ≤ [Cr] ≤ 20.0%、1.75% ≤ [Mo]≤ 2.25%、[N]≤ 0.011%、[Ti]+ [Nb]≥ 16 ([C] +[N])的材料(NSSC190)由于結(jié)晶方位比 SUS430 和SUS430JlL更難以一致，所以被稱作凸紋的壓延方向的條紋花樣減少，可以得到平滑性極其優(yōu)良的面(SB 精加工)。這里，[C]、[N]、[Si]、[Mn]、[P]、[S]、[Cr]、[Mo]、[Ti]、[Nb]分別是鋼中的碳、氮、硅、錳、磷、硫、鉻、鑰、鈦、鈮的含有濃度，單位是質(zhì)量％。
[0037]如上所述，從確保高的形狀復(fù)原性的觀點出發(fā)，使用不實施光亮退火的H材以確保一定的高屈服強度。另一方面，對于實施了光亮退火的不銹鋼箔的BA材來說，由于屈服強度低，所以只有60 以下的薄的箔才能減小變形角度，可以得到表面平滑性也良好的箔。
[0038]為了用作TFT基板，本發(fā)明的不銹鋼箔上要實施絕緣覆蓋。作為絕緣覆蓋材料，可以列舉出聚酰亞胺等耐熱性高的有機樹脂、硅氧烷系樹脂。作為覆蓋方法，可以列舉出浸涂法、噴涂法、旋涂法、狹縫涂布法等。絕緣膜的膜厚盡管是越厚越具有平滑化的效果，但厚度越增加，則在TFT制作工序中越容易剝離，所以一般為1.5~3.0μ m左右的覆蓋。[0039]實施例
[0040]在表1所示的實施例和比較例中，使用板厚、精加工、研磨、表面粗糙度等不同的各種不銹鋼箔被切成370mmX470mm的(不銹鋼箔)試驗片，研究其特性。
[0041 ] 此外，SUS是按照JIS標準(JIS G4305)的不銹鋼種，NSSC190是按照 申請人:的公司內(nèi)部標準的不銹鋼種，以質(zhì)量％計具有如下組成:C≤ 0.015%、Si ≤ 0.50%、Mn ≤ 0.50%、P ≤ 0.040%、S ≤0.030%、Crl8.00-20.00%、Mol.75-2.25%、N ≤ 0.015%、Nb%+Ti% ≥ 16(C%+N%)。
[0042]另外，精加工欄的H-SB是將不進行光亮退火的硬材通過高壓下的壓延進行高平滑化而得到的材料(SB精加工)。H是通常的硬材。BA是光亮退火材。拋光輪研磨欄表示是否使用細的拋光輪進行了鏡面精加工。
[0043]表面粗糙度Ra表示對不銹鋼箔本身和形成絕緣膜后的表面分別用AFM對15 y m見方的區(qū)域進行測定所得到的結(jié)果。此外，絕緣膜是如下形成的:用狹縫涂布器在不銹鋼箔上涂布硅氧烷系絕緣膜，在烘箱中進行熱處理，從而形成厚度為1.7 y m的絕緣膜。
[0044]變形角度是如圖2所示那樣，將未形成有絕緣膜的無垢的不銹鋼箔沿著直徑為30mm的圓筒形鐵芯彎曲180°，根據(jù)去除力后的SUS (不銹鋼)箔的彎曲程度，如圖3所示那樣定義變形角度而求出的角度。
[0045]作為屈服強度，表示了未形成有絕緣膜的無垢的不銹鋼箔的0.2%屈服強度。
[0046]TFT的特性如下進行評價。在不銹鋼箔的試驗片上形成絕緣膜后，通過CVD使SiO2成膜0.3 y m，形成門電極、門絕緣層、多晶硅層。形成多晶硅層時要進行350°C的退火處理。然后，通過形成源電極和漏電極而制作尺寸為50 ii mX 5 ii m的100個TFT。對370mmX 470mm的不銹鋼箔內(nèi)形成的TFT的特性進行研究，無表面的凹凸所引起的布線間的短路的情況用◎表示，短路數(shù)為2個以下的情況用〇表示，短路數(shù)為2個以上的情況用X表示。此外，無裂紋所引起的TFT不良的情況用◎表示，不良為2個以下的情況用〇表示，不良為2個以上的情況用X表示。
[0047]另外，作為柔性的評價，將不銹鋼箔卷繞成直徑為50mm的圓筒狀然后打開，將該操作重復(fù)實施100次后研究不銹鋼箔的平坦度。將上述的反復(fù)卷取后的不銹鋼箔放置于平坦面上時，端部的翹起為IOmm以下的情況用◎表示，端部的翹起為25mm以下的情況用〇表示，端部的翹起為25mm以上的情況用X表示。
[0048]有關(guān)操作性，對于370mmX470mm的不銹鋼箔來說，不銹鋼箔能夠單獨操作的情況用◎表示，如果與支撐體一起操作則不會形成彎折的情況用〇表示，在固定于支撐體上或從支撐體上取下的工序中會形成彎折的情況用X表示。
【權(quán)利要求】
1.一種柔性顯示器用不銹鋼箔的制造方法，所述不銹鋼箔的厚度為20 y m~200 y m,表面粗糙度Ra為50nm以下，并且具有卷繞成直徑為30mm的圓筒后的變形角度為10°以下的形狀復(fù)原性，所述制造方法的特征在于，在不將不銹鋼板進行光亮退火的情況下，在箔壓延的至少精軋道次中，通過用#1000以上的磨粒進行了拋光研磨后的輥進行壓延的超光亮精加工。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性顯示器用不銹鋼箔的制造方法，其特征在于，所述超光亮精加工在不銹鋼板的箔壓延中，將總壓下率設(shè)定為70%以上，將各道次的壓下率設(shè)定為20%以上，在緊接精軋道次前的道次和精軋道次中通過用#1000以上的磨粒進行了拋光研磨后的超硬輥，以50m/min以下的壓延速度下進行壓延，從而制成厚度為20~200 y m的所述不銹鋼箔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的柔性顯示器用不銹鋼箔的制造方法，其特征在于，所述不銹鋼箔的0.2%屈服強度為600N/mm2以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的柔性顯示器用不銹鋼箔的制造方法，其特征在于，所述不銹鋼是鐵素體系不銹鋼。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的柔性顯示器用不銹鋼箔的制造方法，其特征在于，所述不銹鋼是鐵素體系不銹鋼。
【文檔編號】C21D8/02GK103589844SQ201310611706
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2009年5月13日 優(yōu)先權(quán)日:2008年5月16日
【發(fā)明者】山田紀子, 小倉豐史, 久保祐治, 長崎修司 申請人:新日鐵住金高新材料株式會社