複合片材、含其的顯示元件用基板和含該基板的顯示裝置製造方法

2023-07-24 13:22:06

複合片材、含其的顯示元件用基板和含該基板的顯示裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及複合片材、包含該複合片材的顯示元件用基板以及包含該基板的顯示裝置。更具體地，該複合片材包含：增強材料填充的基質；在該基質的至少一個表面上形成的塗層；以及在該塗層的至少一個表面上形成的阻擋層，其中，如果該基質在25℃的溫度下的彈性模量為E2並且該塗層在25℃的溫度下的彈性模量為E3，則上述彈性模量之比，即E3/E2，為約5×104或更低。
【專利說明】複合片材、含其的顯示元件用基板和含該基板的顯示裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及複合片材、包含該複合片材的顯示元件用基板以及包含該基板的顯示器。更具體地，本發明涉及複合片材、包含該複合片材的顯示元件用基板以及包含該基板的顯示器，上述複合片材包含的塗層具有特定範圍內的塗層彈性模量與基質彈性模量之比。根據本發明，由於複合片材因添加塗層而減少了其層間彈性模量的差異，因此複合片材在撓曲阻力、柔性和耐久性方面可具有改進的性質，並且透溼性和平整度降低。
【背景技術】
[0002]具有優異的耐熱性和透明度以及低線性膨脹係數的玻璃基板用作液晶顯示元件、有機EL顯示元件、濾色器和太陽能電池等的基板。最近，作為對顯示裝置用玻璃基板的替代，以符合諸如減少尺寸、厚度和重量，優異的抗衝擊性，以及柔性的要求，塑料材料已經引起了關注。
[0003]最近用作此類塑料基板的材料的實例包括諸如PET (聚對苯二甲酸乙二醇酯)或PEN (聚萘二甲酸乙二醇酯)等的聚酯、聚碳酸酯、聚醚碸、環烯烴樹脂、環氧樹脂和丙烯酸樹脂等。然而，由於其熱膨脹係數相當高，這些材料會引起例如產品翹曲和導線斷開等問題。此外，呈現低的熱膨脹係數的樹脂諸如聚醯胺樹脂可用作基板。然而，聚醯胺樹脂由於非常低的透明度、高的雙折射率和吸溼性等而不適用於基板材料。
[0004]為解決上述問題，使用玻璃纖維布和低各向異性矽酮橡膠化合物作為基質而製備了具有非常低的熱膨脹並且呈現良好的柔性、耐熱性和透明度的複合片材。然而，為了使用該複合片材作為顯示器用基板，應當引入阻擋層用於防止從外部滲透水分以及透過氣體。然而，該阻擋層呈現高彈性模量、不同於基質的機械性質以及兩層之間弱的界面粘合力，從而在撓曲阻力、柔性和耐久性方面引起問題，例如破裂等。

【發明內容】
`
[0005]【技術問題】
[0006]本發明的一方面提供具有改進的撓曲阻力、柔性和耐久性的複合片材。
[0007]本公開的另一方面提供具有降低的透溼性和平整度的複合片材。
[0008]本發明的又一方面提供可用作顯示器用基板的複合片材。
[0009]本發明的再一方面提供包含上述複合片材的顯示元件用基板。
[0010]【技術方案】
[0011]根據本發明的一個方面，複合片材包含:基質；填充(impregnated)到所述基質中的增強材料；在所述基質的至少一個表面上形成的塗層；以及在所述塗層的至少一個表面上形成的阻擋層，其中，當所述基質在25°C下具有的彈性模量為E2並且所述塗層在25°C下具有的彈性模量為E3時，所述彈性模量之比E3/E2為約5 X IO4或更低。
[0012]所述彈性模量之比E3/E2可在約10至約5X IO4的範圍內。
[0013]所述塗層可包含在25°C下具有不同彈性模量的至少兩層。[0014]所述塗層可具有梯度彈性模量結構(gradient elastic modulus structure)。
[0015]當所述基質具有厚度T2並且所述塗層具有厚度T3時，所述厚度之比T3/T2可在約1Χ10-3至約5的範圍內。
[0016]根據本發明的另一方面，顯示元件用基板可包含所述複合片材。
[0017]根據本發明的又一方面，顯示器可包含所述複合片材或所述顯示元件用基板。
[0018]【有益效果】
[0019]本發明提供的複合片材呈現低平整度和透溼性，以及高撓曲阻力、柔性和耐久性。本發明還提供了包含所述複合片材的顯示元件用基板。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是根據本發明的一個實施方式的複合片材的截面圖。
[0021]圖2是根據本發明的另一實施方式的複合片材的截面圖。
[0022]圖3是根據本發明的又一實施方式的複合片材的截面圖。
[0023]圖4是根據本發明的再一實施方式的複合片材的截面圖。
【具體實施方式】
[0024]【最佳模式】
[0025]根據本發明的一個方面，複合片材可包含:基質；填充到基質中的增強材料；在基質的至少一個表面上形成的塗層；以及在塗層的至少一個表面上形成的阻擋層。
``[0026]由於塗層減少了複合片材的層間彈性模量的差異，複合片材在撓曲阻力、柔性和耐久性方面可具有改進的性質，並且透溼性和平整度降低。
[0027]複合片材可在25°C下具有特定範圍內的基質與塗層的彈性模量之比。具體地，當基質在25°C下具有的彈性模量為E2並且塗層在25°C下具有的彈性模量為E3時，上述彈性模量之比E3/E2可為約5 X IO4或更低。如果彈性模量之比E3/E2大於5X 104，則複合片材無法實現在撓曲阻力、柔性和耐久性方面的優異性質。
[0028]優選地，彈性模量之比E3/E2在約10至約5 X IO4的範圍內，更優選約5 X IO2至約2X104。
[0029]在複合片材中，塗層可在基質的一個或兩個表面上形成，並且阻擋層可在塗層的一個或兩個表面上形成。
[0030]圖1和圖2為根據本發明的實施方式的複合片材的截面圖。
[0031]參見圖1，複合片材可具有以下結構，其中塗層(2)在增強材料填充的基質(I)的一個表面上形成，並且阻擋層(3)在塗層(2)的一個表面(不接觸基質的表面)上形成。
[0032]參見圖2，複合片材可具有以下結構，其中塗層(2)在增強材料填充的基質(I)的兩個表面上形成，並且阻擋層(3)在塗層(2)的一個表面(不接觸基質的表面)上形成。
[0033]在複合片材中，塗層可包含在25°C下具有不同彈性模量的至少兩層。此處，在塗層中所包含的各層之中，由於接觸基質的層具有類似於基質的彈性模量，並且接觸阻擋層的層具有類似於阻擋層的彈性模量，因此塗層可提供減緩作用。
[0034]圖3是根據本發明的又一實施方式的複合片材的截面圖。
[0035]參見圖3，複合片材可包含:增強材料填充的基質(I);在基質(I)的一個表面上形成的塗層(2a和2b);以及在塗層的一個表面(不接觸基質的表面)上形成的阻擋層(3)，其中塗層可包含具有不同彈性模量的兩層2a和2b。儘管塗層在圖3中顯示為包含具有不同彈性模量的兩層的堆疊體，但是根據本發明的塗層可包含具有不同彈性模量的兩層或更多層的堆疊體。
[0036]在根據本發明的複合片材中，塗層可具有梯度彈性模量結構。如本文所使用，「梯度彈性模量結構」可意指以下結構，其中彈性模量具有漸變的梯度或變化，而不是在一層中迅速變化。
[0037]圖4是根據本發明的再一實施方式的複合片材的截面圖。
[0038]參見圖4，複合片材可包含:增強材料填充的基質(I);在基質(I)的一個表面上形成的塗層(2);和在塗層的一個表面(不接觸基質的表面)上形成的阻擋層(3)，其中塗層(2)可作為單層形成並且具有梯度彈性模量結構。例如，接觸基質的塗層部分具有類似於基質的彈性模量，並且接觸阻擋層的塗層部分具有類似於阻擋層的彈性模型，其中塗層的彈性模量從接觸基質部分到接觸阻擋層部分形成漸變的梯度。
[0039]具體而言，圖4的塗層可通過塗層材料的等離子體處理來製備，塗層材料是通過溶膠-凝膠水解製備的有機/無機混合溶液，但不限於此。
[0040]有機/無機混合溶液可通過任何方法製備而無限制，只要在該方法中使用溶膠-凝膠水解。然後，通過有機/無機混合溶液的等離子體處理，隨後形成梯度彈性模量結構來固定除去烴的無機層，但不限於此。
[0041]當通過溶膠-凝膠水解製備有機/無機混合溶液時，溶膠-凝膠水解的原料可包括由式I表示的烷氧基矽烷或芳氧基矽烷、由式2表示的矽烷醇鹽(Silanealkoxide)或矽燒酹鹽(siIanearyloxide)或它們的混合物。
[0042]〈式1>
[0043]R1xSi (OR2) (4-x)`
[0044](其中R1為C1至C2tl烷基、C6至C2tl芳基、乙烯基，以及具有丙稀酸基、甲基丙稀酸基或環氧基的C1至C2tl烷基；R2為C1至C2tl烷基，或C6至C2tl芳基；並且X為I至3的整數)
[0045]〈式2>
[0046]Si (OR3)4
[0047](其中R3為C1至C2tl烷基，或C6至C2tl芳基)。
[0048]當R1和R2為烷基時，至少一個氫原子可被氟原子取代。
[0049]當R3為烷基時，至少一個氫原子可被氟原子取代。
[0050]此外，可使用以下化合物，其中在由式I表示的烷氧基矽烷或芳氧基矽烷中以及由式2表示的矽烷醇鹽或矽烷酚鹽中，諸如Ti和Zr等的另一金屬代替Si。
[0051]優選地，溶膠-凝膠水解的原料包括對應於式I中X為I的情況的三烷氧基矽烷，或對應於式I中X為2的情況的二烷氧基矽烷。三烷氧基矽烷的實例可包括甲基三甲氧基矽烷、甲基二乙氧基矽烷、乙基二甲氧基矽烷、乙基二乙氧基矽烷、3-環氧丙氧基丙基二甲氧基矽烷、3-丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、3-丙烯醯氧基丙基三乙氧基矽烷、3-甲基丙稀酸氧基丙基二甲氧基矽烷、3_甲基丙稀酸氧基丙基二乙氧基矽烷、乙烯基二乙氧基矽烷和乙烯基二甲氧基矽烷，但不限於此。二烷氧基矽烷的實例可包括二甲基二甲氧基矽烷、二甲基二乙氧基矽烷、二乙基二甲氧基矽烷和二乙基二乙氧基矽烷，但不限於此。式2的矽烷醇鹽可包括原矽酸四乙酯、原矽酸四甲酯、原矽酸四異丙酯和原矽酸四丁酯中的至少一種。
[0052]基質可在25°C下具有約IOOMPa或更低，即約0.1GPa或更低的彈性模量。在該範圍內，複合片材在呈現優異的柔性、撓曲阻力和耐久性的同時會降低平整度和透溼性。優選地，基質在25°C下具有約0.0lMPa至約IOMpa的彈性模量，更優選為約0.1MPa至約IMPa。
[0053]塗層可在25°C下具有約IOGPa或更低的彈性模量。在該範圍內，複合片材在呈現優異的柔性、撓曲阻力和耐久性的同時會降低平整度和透溼性。優選地，塗層在25°C下具有約0.1GPa至約IOGpa的彈性模量，更優選約0.1GPa至約6GPa，再更優選約0.1GPa至約5GPa。
[0054]阻擋層可在25°C下具有約IOGPa或更高的彈性模量。在該範圍內，複合片材在呈現優異的柔性、撓曲阻力和耐久性的同時會降低平整度和透溼性。優選地，阻擋層在25°C下具有約IOGPa至約350Gpa的彈性模量，更優選約IOOGPa至約200GPa。
[0055]當基質具有厚度T2並且塗層具有厚度T3時，上述厚度之比T3/T2可在約I X 10_3至約5 X―1的範圍內。在該範圍內，複合片材可呈現優異的表面平整度，並且在水蒸氣透過率方面可得到有效控制，而不會影響透光率。T3可意指在複合片材中包含的總塗層的厚度，或僅在基質的一個表面上形成的塗層的厚度。
[0056]在複合片材中，基質、塗層和阻擋層可分別具有約50 μ m至約200 μ m、約0.2 μ m至約100 μ m以及約5nm至約200nm的厚度。
[0057]基質可包括選自由矽酮樹脂、苯乙烯-丁二烯橡膠(SBR)、丁二烯橡膠、異戊二烯橡膠、氯丁二烯橡膠、氯丁橡膠、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯(SEBS)嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯(SEPS)嵌段共聚物、丙烯腈-丁二烯橡膠(NBR)、氫化丁腈橡膠(NBR)、氟化橡膠和增塑聚氯乙烯組成的組中的至少一種。優選地，上述基質是矽酮橡膠。
[0058]矽酮樹脂可為具有約5至約2000的平均聚合度的有機聚矽氧烷。有機聚矽氧烷的實例可包括聚二甲基矽氧烷、聚甲基苯基矽氧烷、聚烷基芳基矽氧烷和聚烷基烷基矽氧烷等。這些化合物由具有三維網狀結構的分子構成。有機聚矽氧烷可具有約5至約500個網絡粘結點，並且具有以下結構，其中每個R2SiO (其中R2為C1至Cltl烷基、C6至C2tl芳基或氫)中包含一個網絡點。
[0059]矽酮樹脂可為具有約5Cst至約500，OOOCst的粘度的有機聚矽氧烷。在該範圍內，複合片材在柔性、耐熱性、透溼性、耐久性和平整度方面可呈現優異的性質。優選地，矽酮樹脂具有約5Cst至約120，OOOCst的粘度，更優選約IOOCst至約100，OOOCst，再更優選約 1，OOOCst 至約 80，OOOCst。
[0060]將增強材料填充到基質中。如本文所使用，「增強材料填充的基質」可包括兩種結構:其中增強材料分散或包含於基質中的結構，以及其中增強材料在基質內的層結構中形成的結構。增強材料可包括玻璃纖維、玻璃纖維布、玻璃織物、無紡玻璃織物、玻璃網、玻璃珠、玻璃片、二氧化矽顆粒和膠狀二氧化矽中的至少一種。
[0061]複合片材可通過將增強材料填充到基質樹脂中，隨後交聯(固化)來製備。
[0062]塗層可包括丙烯酸樹脂、環氧樹脂、矽酮樹脂、氨基甲酸酯樹脂以及不飽和聚酯樹脂中的至少一種，作為可固化樹脂。優選地，塗層包含丙烯酸樹脂。
[0063]在複合片材中，可通過將可固化樹脂等塗覆到增強材料填充的基質上，隨後固化來製備塗層。
[0064]阻擋層可呈現氣體阻擋(gas barrier)性質、耐透溼性、機械特性、光滑性，以及使基質和塗層之間的粘合力達最大的性質。阻擋層可包含氮化矽、氧化矽、碳化矽、氮化鋁、ITO和IZO中的至少一種。阻擋層可作為單層形成，其包含用於形成阻擋層的至少兩種材料，或者作為多層形成，其中多個不同阻擋層堆疊。
[0065]在複合片材中，阻擋層可在塗層的表面上通過物理沉積、化學沉積、塗覆、濺射、蒸發、離子注入、溼塗或有機/無機多層塗覆等形成。
[0066]由於複合片材在降低平整度和透溼性的同時在撓曲阻力、柔性和耐久性方面具有改進的性質，因此複合片材可用於顯示器和光學裝置，例如用於液晶顯示元件、濾色器、有機EL顯示元件、太陽能電池、觸控螢幕面板和柔性顯示器等的基板。
[0067]根據本發明的另一方面，顯示元件用基板可包含上述複合片材。顯示元件用基板可通過本領域已知的典型方法製備。顯示元件的基板可包括柔性顯示器的基板，但不限於此。
[0068]根據本發明的進一步方面，裝置可包括複合片材或顯示元件的基板。裝置可包括柔性顯示器、液晶顯示器、有機EL裝置、濾色器和太陽能電池，但不限於此。
[0069]【發明模式】
[0070]在下文中，將參考一些實施例更詳細地描述本發明。應理解提供這些實施例僅用於進行闡述而不應以任何方式解釋為限制本發明。
[0071]為清楚起見將省略對本領域技術人員顯而易見的細節描述。
[0072]實施例和對比例中使用的各組分的詳情如下:
[0073]1.基質:兩種基質分別具有0.1MPa和IMPa的彈性模量，同時能夠通過混合矽酮樹脂(Sylgardl84, MH系列和XD系列，Dow Corning C0., Ltd.)用於製備透明的複合片材
[0074]2.增強材料:玻璃纖維布(3313，Nittobo C0.，Ltd.)
[0075]3.塗層:可固化丙烯酸樹脂(OER, Minuta Technology C0., Ltd.)
[0076]4.阻擋層:氧化矽、氮化矽
[0077]實施例1
[0078]在將增強材料置於玻璃基板上時，將基質樹脂塗覆到增強材料上。將玻璃基板置於基質樹脂上，隨後通過層壓將增強材料填充到基質樹脂中。進行熱固化，隨後移除玻璃基板，從而製備90 μ m厚的增強材料填充到基質中的片材。
[0079]對片材的表面進行等離子體處理。接著，將具有0.5GPa的彈性模量的可固化丙烯酸樹脂在基板的兩個表面上塗覆至5 μ m厚度，隨後通過UV固化，從而製備100 μ m的片材。通過交替濺射氧化矽和氮化矽來形成阻擋層，從而製備複合片材。
[0080]實施例2
[0081]以與實施例1中相同的方式製備複合片材，區別在於使用具有2GPa的彈性模量的可固化丙烯酸樹脂，而不是具有0.5GPa的彈性模量的可固化丙烯酸樹脂。
[0082]實施例3
[0083]以與實施例1中相同的方式製備複合片材，區別在於使用具有6GPa的彈性模量的可固化丙烯酸樹脂，而不是具有0.5GPa的彈性模量的可固化丙烯酸樹脂。
[0084]實施例4[0085]以與實施例1中相同的方式將增強材料填充到具有0.1MPa的基質彈性模量的基質樹脂中。進行熱固化，隨後移除玻璃基板，從而製備90 μ m厚的增強材料填充到基質中的片材。接著，以與實施例1中相同的方式製備複合片材，區別在於使用具有2GPa的彈性模量的可固化丙烯酸樹脂，而不是具有0.5GPa的彈性模量的可固化丙烯酸樹脂。
[0086]對比例I
[0087]以與實施例1中相同的方式將增強材料填充到具有0.1MPa的基質彈性模量的基質樹脂中。進行熱固化，隨後移除玻璃基板，從而製備90 μ m厚的增強材料填充到基質中的片材。接著，以與實施例1中相同的方式製備複合片材，區別在於使用具有6GPa的彈性模量的可固化丙烯酸樹脂，而不是具有0.5GPa的彈性模量的可固化丙烯酸樹脂。
[0088]實驗例
[0089]針對彈性模量、透溼性、透光率、熱膨脹係數、平整度和撓曲阻力評價實施例和對比例中製備的每個複合片材。結果示於表I中。
[0090](I)彈性模量:使用設有100N測力傳感器的MTS Alliance RT/5測試機架，在25°C測量彈性模量。將試樣固定至彼此間隔25mm的兩個氣動夾具上，並以lmm/min的十字頭速度拉試樣。連續收集負載和位移數據，並選擇負載-位移曲線的開始部分的最大斜率作為楊氏模量。使用Nano Indenter (Hysitron C0., Ltd.)通過50mN的負載壓複合片材5秒，隨後除去負載以恢復複合片材，從而選擇位移曲線的斜率作為楊氏模量。
[0091](2)透溼性:根據ASTM F1249，使用MOCON裝置測量透溼性。將所製備的試樣切割為30mmX40mm的尺寸，並固定至在其中心具有通孔的夾具，隨後測量在25°C和100%RH下的透溼性。
[0092](3)透光率:使用 UV/VIS 分光儀(Lambda45, PerkinElmer C0.，Ltd.),在 550nm
波長測量透光率。
[0093](4)熱膨脹係數:根據 ASTM E83I,使用 TMA (Q40, Texas Instrument Inc.)測量熱膨脹係數。
[0094](5)平整度:使用光學表面輪廓儀(700s，ZYGO C0.，Ltd.)測量平整度(Ra)。
[0095](6)撓曲阻力:根據ASTM D522_93a，在7mm芯軸直徑條件下，通過芯軸彎曲試驗測量撓曲阻力。將發生破裂的試樣評為不合格，未發生破裂的試樣評為合格。
[0096][表 I]
[0097]
【權利要求】
1.一種複合片材，包含: 基質; 填充到所述基質中的增強材料； 在所述基質的至少一個表面上形成的塗層；和 在所述塗層的至少一個表面上形成的阻擋層， 其中，當所述基質在25°c下具有的彈性模量為E2並且所述塗層在25°C下具有的彈性模量為E3時，所述彈性模量之比E3/E2為約5 X IO4或更低。
2.根據權利要求1所述的複合片材，其中所述彈性模量之比E3/E2在約10至約5X IO4的範圍內。
3.根據權利要求1或2所述的複合片材，其中所述塗層包含在25°C下具有不同彈性模量的至少兩層。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的複合片材，其中所述塗層具有梯度彈性模量結構。
5.根據權利要求4所述的複合片材，其中所述塗層是通過塗層材料的等離子體處理製備的，所述塗層材料是通過溶膠/凝膠水解製備的有機/無機混合溶液。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的複合片材，其中所述基質在25°C下具有約0.1GPa或更低的彈性模量。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的複合片材，其中所述塗層在25°C下具有約0.1GPa至約IOGpa的彈性模量。
8.根據權利要求1至7中任一項所述的複合片材，其中所述阻擋層在25°C下具有約IOGPa或更高的彈性模量。
9.根據權利要求1至8中任一項所述的複合片材，其中當所述基質具有厚度T2並且所述塗層具有厚度T3時，所述厚度之比T3/T2在約1X10_3至約5X—1的範圍內。
10.根據權利要求1至9中任一項所述的複合片材，其中所述塗層包含丙烯酸樹脂、環氧樹脂、矽酮樹脂、氨基甲酸酯樹脂以及不飽和聚酯樹脂中的至少一種。
11.根據權利要求1至10中任一項所述的複合片材，其中所述增強材料包括玻璃纖維、玻璃纖維布、玻璃織物、無紡玻璃織物、玻璃網、玻璃珠、玻璃片、二氧化矽顆粒和膠狀二氧化矽中的至少一種。
12.根據權利要求1至11中任一項所述的複合片材，其中所述基質包括矽酮樹脂、苯乙烯-丁二烯橡膠(SBR)、丁二烯橡膠、異戊二烯橡膠、氯丁二烯橡膠、氯丁橡膠、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯(SEBS)嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯(SEPS)嵌段共聚物、丙烯腈-丁二烯橡膠(NBR)、氫化丁腈橡膠(NBR)、氟化橡膠和增塑聚氯乙烯中的至少一種。
13.根據權利要求1至12中任一項所述的複合片材，其中所述阻擋層包含氮化矽、氧化矽、碳化矽、氮化鋁、氧化鋁、ITO和IZO中的至少一種。
14.一種顯示元件用基板，包含根據權利要求1至13中任一項所述的複合片材。
15.一種顯示器，包含根據權利要求14所述的顯示元件用基板。
【文檔編號】B32B17/10GK103889714SQ201280051299
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年9月19日 優先權日:2011年9月21日
【發明者】丁奎夏, 金泰浩, 金星國, 金榮權, 李尚傑, 郭炳都, 林成翰, 鄭殷煥, 崔碩元, 金泰貞, 李雨晉 申請人:第一毛織株式會社