JP2006285068A - 導電性偏光フィルム - Google Patents

Abstract

【課題】
導電性と偏光性とを有し、容易に形成することができる透明な導電性偏光フィルムを安価に提供する。
【解決手段】
樹脂製のフィルム中にカーボンナノチューブを含有した導電性偏光フィルムにおいて、チューブ配向手段によって、フィルム中のカーボンナノチューブの長軸が一定方向に沿って整列するように配向し、フィルムが、この配向方向と直交する振動方向を有する光を透過させる偏光機能と、カーボンナノチューブを分散配置したことによる導電性とを有するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、導電性と偏光性とを兼ね備えた導電性偏光フィルムに関する。

近年、液晶ディスプレイでは、ディスプレイに生じる静電気によって、ゴミや埃が表面に吸着し易く、表示の不具合が生じるという問題を解消するために、ディスプレイ（パネル）表面に帯電防止効果を有する保護フィルムが用いられている。

図５は、このような保護フィルムを具備した従来の液晶パネルを示す概略断面図である。同図において、液晶パネル１００は、上ガラス基材１０１ａと下ガラス基材１０１ｂとに狭持されている液晶部１０２と、上ガラス基材１０１ａの上面に接着された表側偏光板１０３ａと、下ガラス基材１０１ｂの下面に接着された裏側偏光板１０３ｂとから構成されている。

液晶部１０２は、液晶層１０２ａと、該液晶層１０２ａの液晶分子を一定方向に整列するための配向膜１０２ｂ，１０２ｃと、液晶層１０２ａに電圧を印加して液晶ディスプレイを駆動するための透明電極１０２ｄ，１０２ｅとから構成されている。なお、透明電極１０２ｄ，１０２ｅは、表示の妨げにならないように透明度の高い素材が用いられている。

また、表側偏光板１０３ａの上面には、帯電防止機能を有する保護フィルム１０４が配されており、該保護フィルム１０４によって、帯電によるゴミや埃の付着を防止して表示品位の劣化を防止するようになっている。

なお、符号１０５の矢印は、液晶パネル１００の背面照明光であり、この背面照明光１０５のうち、裏側偏光板１０３ｂの偏光軸成分のみが液晶部１０２に到達するようになっている。

一般に、このような保護フィルム１０４には、フィラーや金属等をフィルム中に含有させることにより導電性を生じさせたものが用いられていたが、これらをフィルム中に含有させることは、光の透過率を低下させる原因になっていた。

そこで、近年、導電性フィルムとして、透明で電気をよく通す素材であるという利点から、酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）に酸化スズ（ＳｎＯ_２）を５〜１０％程度混合させた酸化インジウムスズ膜（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）が用いられてる。このＩＴＯ膜は、スパッタリング法、真空蒸着、あるいはイオンプレーティング法などの化学気相堆積法（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いて、基板上に混合物質層を堆積させることにより成形される。

しかしながら、上記ＩＴＯ膜は、ディスプレイ装置のような大面積を有する表面を被覆するのが困難であるとともに、混合物質層が均一になるように曲面上に成形するのが極めて難しかった。また、上述したＣＶＤ製造方法では、真空装置などを用いるため、製造過程における温度などの設定条件が制限され、製造コストが高くなってしまうという問題があった。また、仮に、このＩＴＯ膜を液晶パネルの保護フィルムとして用いたとしても、光の透過率は８０％程度であり、光を実質的に１００％透過できるものではなかった。そのため、液晶パネルの表面を被覆する保護フィルムとして、帯電防止効果を備えるとともに、液晶パネル内の液晶層を通過してきた光を、限りなく１００％に近い透過率で透過することができるフィルムが求められていた。

また、図５に示したような従来の液晶パネル１００では、保護フィルム１０４と、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）などからなる偏光板１０３ａとは、別々に形成されるものであった。このように、保護フィルム１０４と偏光板１０３ａとからなる従来の構造では、これらを別々に形成することによるコスト、ならびに、形成された保護フィルム１０４と偏光板１０３ａとを接着するための労力を要していた。そのため、液晶パネルなどの製造関係者の間では、導電性フィルムの特性と偏光板の特性とを兼ね備え、製造コストの軽減およびパネルの薄型化・軽量化を図ることができる透明なフィルムが求められていた。

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、導電性と偏光性とを有し、容易に形成することができる透明な導電性偏光フィルムを安価に提供することにある。

本発明の上記目的は、樹脂製のフィルム中にカーボンナノチューブを含有した導電性偏光フィルムにおいて、前記カーボンナノチューブは、チューブ配向手段によって、前記カーボンナノチューブの長軸が一定方向に沿って整列するように配向され、前記フィルムが、前記カーボンナノチューブを分散配置したことによる導電性と、前記一定方向と直交する振動方向を有する光を透過させる偏光機能とを有するようにしたことにより、達成される。

また、上記目的は、前記チューブ配向手段が、融点もしくは二次転移点以上の温度に維持された前記フィルムに磁界を印加することにより、前記カーボンナノチューブの長軸を前記磁界の力線に沿って整列させたことにより、効果的に達成される。

また、上記目的は、前記チューブ配向手段が、融点もしくは二次転移点以上の温度に維持された前記フィルムに電界を印加することにより、前記カーボンナノチューブの長軸を前記磁界の力線に沿って整列させたことにより、効果的に達成される。

また、上記目的は、前記チューブ配向手段が、融点もしくは二次転移点以上の温度に維持された前記フィルムに電圧と磁界とを同時に印加することにより、前記カーボンナノチューブの長軸を前記電界および前記磁界の力線に沿って整列させたことにより、効果的に達成される。

また、上記目的は、前記チューブ配向手段が、融点もしくは二次転移点以上の温度に維持された前記フィルムを一定方向に延伸することによって、前記カーボンナノチューブの長軸を前記一定方向に沿って整列させたことにより、効果的に達成される。

さらに、上記目的は、前記フィルムが、液晶パネルの表側の表面に配される保護フィルムであり、かつ、前記カーボンナノチューブの配向方向が前記液晶パネル中の液晶層を通過した光の振動方向に直交していることにより、効果的に達成される。

本発明に係るカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を含有した導電性偏光フィルムによると、フィルム中のＣＮＴを、各ＣＮＴの長軸が一定方向に沿って整列するように配向させた。これにより、この導電性偏光フィルムは、ＣＮＴによる導電性だけでなく、フィルムを透過する光を一定方向に揃える偏光性も兼ね備えることができる。したがって、本導電性偏光フィルムを液晶パネルに適用すれば、従来の液晶パネル構造では保護フィルムと偏光板の２要素から構成されていたものを、１要素で構成することができるので、製造コストの軽減、ならびに液晶パネルの薄型化・軽量化を図ることができる。

また、本発明に係る導電性偏光フィルムは、透明性と導電性とを有する材料として、ＣＮＴをフィルム中に分散させたものを適用している。これにより、従来のＩＴＯ膜などの製造過程で要していた真空蒸着やスパッタリングなどの工程を省略できるとともに、融点もしくは二次転移点以上の温度に維持されたフィルムに電界や磁界を印加する、あるいはこのフィルムを一定方向に延伸することにより、真空装置などを用いることなく容易にＣＮＴの長軸を一定方向に沿って整列させることができる。この結果、導電性効果と偏光機能とを兼ね備えた透明なフィルムを安価に製造することができ、かつ、製造効率の向上を図ることができる。

また、上述した図５の液晶パネル１００の保護フィルム１０４の代わりに、本発明に係る導電性フィルムを適用する場合には、液晶パネル１００の液晶層１０２を通過してきた光は波長が揃えられているので、この光の振動方向と、フィルム中のＣＮＴの配向方向を直交させれば、実質上、この光の透過率を９９％以上にすることができる。

さらに、フィルム中のＣＮＴは一定方向に沿って配向されているので、別々のフィルム同士を互いに接着する際に、このＣＮＴの配向方向を一致させれば、光の透過率を低下させることなく、大面積を有する表面を被覆するためのフィルムを容易に形成することができ、かつ、含有されているＣＮＴが均一な状態で曲面を被覆することができる。

以下、図面を参照にしながら本発明に係る実施形態について説明する。

図１は、本実施形態に係る透明薄膜フィルムを説明するための概略図である。同図において、導電性偏光フィルム１は、樹脂製のフィルム２中にカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）３を均一に分散させたものであり、このようにＣＮＴを含有した薄膜は、優れた透明性および導電効果を有する。このカーボンナノチューブ３は、アーク放電法、レーザ蒸発法、あるいはＣＶＤ法などの公知の製造方法によって製造される微細中空炭素繊維である。

このフィルム２中に分散されたカーボンナノチューブ３は、最初はランダム（非同一方向）に配向されているが、後述するチューブ配向手段によって、図１に示すように、その長軸が一定方向（図１中の矢印Ｘ−Ｘ´方向）に沿って整列するように配向される。これにより、導電性偏光フィルム１は、カーボンナノチューブ３の配向方向と直交する振動方向（振動面）（図１中の矢印Ａ−Ａ´方向）を有する光４をよく透過させる偏光機能を有する。

なお、フィルム２のベース樹脂として用いられる素材は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などが好ましいが、特にこれに限定されず、光の透過率が高く、薄膜に塗布することが可能、あるいはフィルム成形することが可能なものであればよい。

また、カーボンナノチューブ３の外径の大きさは、特に限定されるものではないが、外径が大きすぎるとフィルム成形が困難になってしまうので、０．５ｎｍ〜１００ｎｍ程度のものが好ましい。

さらに、本実施形態に係る透明電導性フィルムは、液晶パネルなどに用いるのに適しているため、膜厚が５００μｍ以下であることが好ましい。

図２は、本発明の実施形態に係る導電性偏光フィルムを液晶パネルに適用した例を示す概略断面図である。同図において、液晶パネル１０は、上ガラス基材１１ａと下ガラス基材１１ｂとに狭持されている液晶部１２を備え、上ガラス基材１１ａの上面には、導電性偏光フィルム１ａが配されている。また、下ガラス基材１１ｂの下面には、裏側偏光板１３ｂが配され、液晶パネル１０の背面照明光１５のうち、この裏側偏光板１３ｂの偏光軸成分だけが液晶部１２に到達するようになっている。液晶部１２は、上述（図５参照）の液晶部１０２と同様、液晶層１２ａと、該液晶層１２ａの液晶分子を一定方向に整列するための配向膜１２ｂ，１２ｃと、液晶層１０２ａに電圧を印加して液晶ディスプレイを駆動するための透明電極１２ｄ，１２ｅとから構成されている。

この液晶パネル１０では、図１に示した導電性と偏光性とを兼ね備えた導電性偏光フィルム１ａを用いているため、図５に示した従来の液晶パネル１００のように、偏光板１０３ａおよび保護フィルム１０４を用いる必要がない。これにより、液晶パネルの肉厚を薄くすることができるとともに、液晶パネルの軽量化を図ることができる。

また、導電性偏光フィルム１ａ中のＣＮＴの配向方向を、液晶部１２を透過する光の振動方向と直交させておけば、理論上１００％の透過率を実現することができる。この場合、光の透過率は、フィルム２に用いるベース樹脂の透過率にのみ依存するため、透過率の高いベース樹脂を用いれば、光の透過率を実質上９９％以上にすることが可能である。

さらに、導電性偏光フィルム１ａは、ＣＮＴをフィルム２中に分散配置したことにより導電性を有するので、液晶パネルの帯電によるゴミや埃の付着を防止することができ、表示品位の向上を図ることができる。また、導電性能が高い導電性偏光フィルム１ａを用いれば、液晶パネルの表示に影響を与える電磁波を遮断することができる。

なお、図２では、従来の液晶パネル１００における偏光板１０３ａおよび保護フィルム１０４の代わりに導電性偏光フィルム１ａを用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、保護フィルム１０４の代わりとして、本発明に係る導電性偏光フィルムを表側偏光板１０３ａの上面に配してもよい。この場合、液晶層を通過してくる光の振動方向と導電性偏光フィルムのＣＮＴの配向方向とを直交させておけば、従来の保護フィルム１０４より透明性を向上させた保護フィルムとして機能させることができる。

また、本発明に係る導電性偏光フィルムの導電性をさらに向上させれば、図２における裏側偏光板１３ｂと透明電極１２ｅの機能を兼ね備えて、１要素の導電性偏光フィルムに置き換える、あるいは、導電性偏光フィルム１ａと透明電極１２ｄの機能を兼ね備えて、１要素の導電性変更フィルムに置き換えることも可能である。

次に、ＣＮＴの長軸が一定方向に沿って整列するようにＣＮＴを配向させるためのチューブ配向手段ついて、図３および図４を参照にしながら説明する。

図３は、第１のチューブ配向手段を示す概略図である。同図において、第１のチューブ配向手段２０は、フィルム２を成形するフィルム成形機の一部に配されており、ＣＮＴがランダム（非同一方向）な状態で分散れているフィルム２を矢印Ｂ方向に搬送する搬送ローラ２１，２２と、フィルム２を取り囲むように配され、フィルム２に磁界を印加するための超伝導コイル２３とを備えている。このフィルム２は、温度が低すぎて固化してしまうと配向が困難になってしまうため、適用されるベース樹脂の融点もしくは二次転移点以上の温度に維持されていることが好ましい。なお、フィルム２に印加する磁界の強さは、限定されるものでないが、５〜１５Ｔ程度の磁場であることが好ましい。

この第１のチューブ配向手段２０では、超伝導コイル２３がフィルム２に磁界を印加することにより、フィルム２中にランダムな状態で分散されていたＣＮＴの長軸を磁界の力線に沿って整列させるようになっている。フィルム２中のＣＮＴは、磁界と相互作用して、系のエネルギーを下げようとするため、磁界の力線に沿うように長軸が整列される。よって、この第１のチューブ配向手段２０では、磁界の方向を変えることにより、ＣＮＴの配向方向を容易に制御することができる。

なお、第１のチューブ配向手段２０は、これに限定されるものではなく、例えば超伝導コイル２３の代わりに電極を配し、該電極が、融点もしくは二次転移点以上の温度であるフィルム２に電界を印加することにより、フィルム２中に分散しているＣＮＴの長軸を電圧印加方向に沿って整列させるようにしても、磁界を印加した場合と同様の効果を得ることができる。

さらに、超伝導コイル２３と電極とを組み合わせて、磁界と電界とを同時に印加するようにしてもよい。このように磁界と電界を同時に印加することにより、微弱な磁界でもＣＮＴを配向できるようになり、また、磁界あるいは電界の強さを調整することにより、ＣＮＴの整列間隔を制御することができる。

図４は、第２のチューブ配向手段を示す概略図である。同図において、第２のチューブ配向手段３０は、ＣＮＴがランダム（非同一方向）な状態で分散れているフィルム２を矢印Ｃ−Ｃ´方向に機械的に延伸するための延伸機であり、第１ピンチローラ３１（上ローラ３１ａおよび下ローラ３１ｂ）と、該第１ローラ３１の回転速度より速く設定された第２ピンチローラ３２（上ローラ３２ａおよび下ローラ３２ｂ）とから構成され、２つのピンチローラ３１，３２の回転速度差に応じて、フィルムの延伸比率を調整するようになっている。なお、延伸されるフィルム２は、第１のチューブ配向手段と同様、適用されるベース樹脂の融点もしくは二次転移点以上の温度に維持されていることが好ましい。

この第２のチューブ配向手段３０では、例えばフィルム成形の適正温度である、ベース樹脂の軟化温度と溶融温度の中間程度まで加熱されたフィルム２を、回転速度の異なる２つのピンチローラ３１，３２で３〜１０倍程度に延伸し、フィルム中に分散していたＣＮＴの長軸を応力方向（矢印Ｃ−Ｃ´方向）に沿って整列させるようになっている。これにより、ＣＮＴを含有したフィルムに対して機械的負荷を加えるだけで、ＣＮＴの配向方向を揃えることができるので、製造コストおよび労力をより軽減することができる。

なお、第２のチューブ配向手段は、これに限定されるものではなく、フィルム２を一定方向に延伸できるものであれば、異なる構造を有するものであってもよい。

以上、本発明について具体的に説明してきたが、本発明はこれに限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

本発明の実施形態に係る導電性偏光フィルムを説明するための概略図である。 上記導電性偏光フィルムを液晶パネルに適用した例を示す概略断面図である。 上記導電性偏光フィルムのＣＮＴを配向するための第１のチューブ配向手段を示す概略図である。 上記導電性偏光フィルムのＣＮＴを配向するための第２のチューブ配向手段を示す概略図である。 従来の液晶パネルを示す概略断面図である。

符号の説明

１，１ａ・・・導電性偏光フィルム
２・・・フィルム（ベース樹脂）
３・・・カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）
４・・・光
１０・・・液晶パネル
１２ａ・・・液晶層
２０・・・第１のチューブ配向手段
３０・・・第２のチューブ配向手段
Ｘ−Ｘ´・・・ＣＮＴの配向方向

Claims (6)

1. 樹脂製のフィルム中にカーボンナノチューブを含有した導電性偏光フィルムであって、
   前記カーボンナノチューブは、チューブ配向手段によって、前記カーボンナノチューブの長軸が一定方向に沿って整列するように配向され、
   前記フィルムは、前記カーボンナノチューブを分散配置したことによる導電性と、前記一定方向と直交する振動方向を有する光を透過させる偏光機能とを有することを特徴とする導電性偏光フィルム。
2. 前記チューブ配向手段は、融点もしくは二次転移点以上の温度に維持された前記フィルムに磁界を印加することにより、前記カーボンナノチューブの長軸を前記磁界の力線に沿って整列させた請求項１に記載の導電性偏光フィルム。
3. 前記チューブ配向手段は、融点もしくは二次転移点以上の温度に維持された前記フィルムに電界を印加することにより、前記カーボンナノチューブの長軸を前記電界の力線に沿って整列させた請求項１に記載の導電性偏光フィルム。
4. 前記チューブ配向手段は、融点もしくは二次転移点以上の温度に維持された前記フィルムに磁界および電界を印加することにより、前記カーボンナノチューブの長軸を前記磁界および前記電界の力線に沿って整列させた請求項１に記載の導電性偏光フィルム。
5. 前記チューブ配向手段は、融点もしくは二次転移点以上の温度に維持された前記フィルムを一定方向に延伸することによって、前記カーボンナノチューブの長軸を前記一定方向に沿って整列させた請求項１に記載の導電性偏光フィルム。
6. 前記フィルムは、液晶パネルの表側の表面に配される保護フィルムであり、かつ、
   前記カーボンナノチューブの配向方向は、前記液晶パネル中の液晶層を通過した光の振動方向に直交している請求項１ないし５の何れかに記載の導電性偏光フィルム。
   

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