JP2019059170A - 結晶化フィルム - Google Patents

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Abstract

【課題】高温高湿雰囲気に暴露されても、比較的短時間では、クラックを生じることを抑制することのできる結晶化フィルムを提供すること。【解決手段】結晶化フィルム11は、透明フィルム基材および結晶化インジウムスズ複合酸化物層を備える。結晶化フィルム11は、透明フィルム基材2および非晶質インジウムスズ複合酸化物層6を備える非晶質フィルム非晶質フィルム1を特定温度で結晶化することにより得られる特定温度結晶化フィルム11Aである。特定温度結晶化フィルム11Aにおける結晶化インジウムスズ複合酸化物層7の残留応力σ1と、非晶質フィルム1を110℃で結晶化することにより得られる110℃結晶化フィルム11Bにおける結晶化インジウムスズ複合酸化物層7の残留応力σ2との差が、150MPa以下である。【選択図】図1

Description

本発明は、結晶化フィルムに関する。
従来、透明導電性フィルムは、結晶化により抵抗値が低減された透明導電層を備えており、タッチパネルに備えられることが知られている。
例えば、従来、可撓性透明基材、および、その上に形成され、結晶化されたインジウム・スズ複合酸化物(結晶性ITO膜)からなる透明導電層を備え、透明導電層の圧縮残留応力が0.4〜2GPaである透明導電性フィルムが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
特許文献1に記載の透明導電性フィルムでは、圧縮残留応力を上記した下限以上にすることより、透明導電性フィルムをゲーム機のタッチパネルに使用する際の、重荷重での打点特性、および、耐屈曲性を向上させている。
特開2016−179686号公報
しかるに、タッチパネルが例えば車載される場合には、透明導電性フィルムは、高温高湿雰囲気に暴露される。しかし、特許文献1に記載の透明導電性フィルムは、高温高湿雰囲気に暴露されると、透明導電層にクラック(割れ)を比較的短時間で生じるという不具合がある。
本発明は、高温高湿雰囲気に暴露されても、比較的短時間では、損傷を生じることを抑制することのできる結晶化フィルムを提供することにある。
本発明(1)は、透明フィルム基材および結晶化インジウムスズ複合酸化物層を備える結晶化フィルムであって、前記結晶化フィルムは、透明フィルム基材および非晶質インジウムスズ複合酸化物層を備える非晶質フィルムを特定温度で結晶化することにより得られる特定温度結晶化フィルムであって、前記特定温度結晶化フィルムにおける結晶化インジウムスズ複合酸化物層の残留応力σ1と、前記非晶質フィルムを110℃で結晶化することにより得られる110℃結晶化フィルムにおける結晶化インジウムスズ複合酸化物層の残留応力σ2との差が、150MPa以下である、結晶化フィルムを含む。
本発明(2)は、前記特定温度結晶化フィルムは、前記非晶質フィルムの前記特定温度での加熱により、前記非晶質フィルムに対して収縮しており、前記110℃結晶化フィルムは、前記非晶質フィルムの110℃での加熱により、前記非晶質フィルムに対して収縮しており、前記特定温度結晶化フィルムの収縮率SR1と、前記110℃結晶化フィルムの収縮率SR2との差が、0.05%以下である、(1)に記載の結晶化フィルムを含む。
本発明(3)は、前記特定温度結晶化フィルムおよび前記110℃結晶化フィルムは、ともに、一定の引張荷重下で、25℃および10%RHから、85℃および85%RHに、加熱および加湿されるときに、伸長し、前記特定温度結晶化フィルムの伸長率EP1と、前記110℃結晶化フィルムの伸長率EP2との差が、0.07%以下である、(1)または(2)に記載の結晶化フィルムを含む。
本発明の特定温度結晶化フィルムにおける結晶化インジウムスズ複合酸化物層の残留応力σ1と、非晶質フィルムを110℃で結晶化することにより得られる110℃結晶化フィルムにおける結晶化インジウムスズ複合酸化物層の残留応力σ2との差は、150MPa以下と小さい。
そのため、本発明の特定温度結晶化フィルムを高温高湿雰囲気に暴露しても、比較的短時間では、損傷を生じることを抑制することができる。
図1Aおよび図1Bは、本発明の結晶化フィルムの一実施形態の製造方法を示す工程断面図であり、図1Aが、非晶質フィルムを製造する第1工程、図1Bが、結晶化フィルムを製造する第2工程を示す。 図2Aおよび図2Bは、図1Aおよび図1Bに示す結晶化フィルムの変形例(非晶質インジウムスズ複合酸化物層および透明フィルム基材のみからなる結晶化フィルム)の製造方法の工程断面図であり、図2Aが、非晶質フィルムを製造する第1工程、図2Bが、結晶化フィルムを製造する第2工程を示す。 実施例において、残留応力の算出に用いられるX線散乱法における角度θおよびΨを説明するための概略図である。
<一実施形態>
本発明の結晶化フィルムの一実施形態を、図1Aおよび図1Bを参照して説明する。
図1Aおよび図1Bにおいて、紙面上下方向は、上下方向(厚み方向、第1方向)であって、紙面上側が、上側(厚み方向一方側、第1方向一方側)、紙面下側が、下側(厚み方向他方側、第1方向他方側)である。また、紙面左右方向および奥行き方向は、上下方向に直交する面方向である。具体的には、各図の方向矢印に準拠する。
(結晶化フィルム)
図1Bに示すように、結晶化フィルム11は、所定の厚みを有するフィルム形状(シート形状を含む)をなし、面方向に延び、平坦な上面および平坦な下面を有する。結晶化フィルム11は、例えば、画像表示装置にガラス層9および感圧接着剤層8(後述)とともに備えられるタッチパネル用基材などを作製するための一部品であり、つまり、画像表示装置ではない。すなわち、結晶化フィルム11は、LCDモジュールなどの画像表示素子、ガラス層9、感圧接着剤層8などを含まず、部品単独で流通し、産業上利用可能なデバイスである。
結晶化フィルム11は、例えば、アンチブロッキング層4、透明フィルム基材2、ハードコート層3、光学調整層5および結晶化インジウムスズ複合酸化物層7を上側に向かって順に備える。好ましくは、結晶化フィルム11は、アンチブロッキング層4、透明フィルム基材2、ハードコート層3、光学調整層5および結晶化インジウムスズ複合酸化物層7のみからなる。以下、各層を順に説明する。
(透明フィルム基材)
透明フィルム基材2は、結晶化フィルム11の機械強度を確保するための透明な基材である。具体的には、透明フィルム基材2は、結晶化インジウムスズ複合酸化物層7を、ハードコート層3および光学調整層5とともに、支持している。
なお、透明フィルム基材2は、後で詳述するが、図1Bの矢印で示すような面方向内側への収縮力を有しており、この収縮力によって、結晶化インジウムスズ複合酸化物層7に残留応力σ1を付与する。
透明フィルム基材2は、フィルム形状を有しており、面方向に延び、平坦な上面および平坦な下面を有する。
透明フィルム基材2は、例えば、可撓性を有する透明フィルムである。透明フィルム基材2の材料としては、特に限定されず、例えば、シクロオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂(ポリエチレンテレフタレート(PET)など)、アセテート系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、オレフィン系樹脂、(メタ)アクリル系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリ塩化ビニリデン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリアリレート系樹脂、ポリフェニレンサルファイド系樹脂などが挙げられる。
透明フィルム基材2の材料として、好ましくは、シクロオレフィン系樹脂が挙げられる。透明フィルム基材2の材料がシクロオレフィン系樹脂であれば、透明フィルム基材2を等方性の透明フィルムとすることができ、結晶化フィルム11に等方性を付与することができる。
透明フィルム基材2は、等方性または複屈折性を有する。透明フィルム基材2は、好ましくは、等方性を有する。透明フィルム基材2の面内方向の複屈折率は、例えば、200以下、好ましくは、150以下であり、また、例えば、0以上である。
透明フィルム基材2の厚みは、例えば、100μm以下、好ましくは、50μm以下であり、また、例えば、5μm以上、好ましくは、15μm以上である。
(ハードコート層)
ハードコート層3は、結晶化フィルム11(あるいは、後述する製造途中の非晶質フィルム1)に擦り傷を生じ難くするための擦傷保護層である。ハードコート層3は、フィルム形状を有しており、例えば、透明フィルム基材2の上面全面に、透明フィルム基材2の上面に接触するように、配置されている。ハードコート層3の材料は、例えば、ハードコート組成物である。ハードコート組成物としては、例えば、特開2016−179686号公報に記載の混合物などが挙げられる。混合物は、例えば、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂などの樹脂(バインダー樹脂)を含有する。ハードコート層3の厚みは、例えば、0.1μm以上、好ましくは、0.5μm以上であり、また、例えば、10μm以下、好ましくは、5μm以下である。
(光学調整層)
光学調整層5は、結晶化インジウムスズ複合酸化物層7における透明電極パターンの視認を抑制しつつ、結晶化フィルム11に優れた透明性を確保するために、結晶化フィルム11の光学物性(例えば、屈折率)を調整する層である。
光学調整層5は、フィルム形状を有しており、例えば、ハードコート層3の上面全面に、ハードコート層3の上面に接触するように、配置されている。より具体的には、光学調整層5は、ハードコート層3と結晶化インジウムスズ複合酸化物層7との間に、ハードコート層3の上面および結晶化インジウムスズ複合酸化物層7の下面に接触するように、配置されている。光学調整層5の材料は、例えば、光学調整組成物である。光学調整組成物としては、例えば、特開2016−179686号公報に記載の混合物などが挙げられる。混合物は、例えば、アクリル系樹脂などの樹脂(バインダー樹脂)と、無機系または有機系の粒子(好ましくは、ジルコニアなどの無機系の粒子)とを含有する。光学調整層5の厚みは、例えば、50nm以上、好ましくは、100nm以上であり、また、例えば、800nm以下、好ましくは、300nm以下である。
(アンチブロッキング層)
アンチブロッキング層4は、複数の結晶化フィルム11(製造途中の非晶質フィルム1)を厚み方向に積層した場合などに、互いに接触する複数の結晶化フィルム11の表面に耐ブロッキング性を付与する。アンチブロッキング層4は、結晶化フィルム11における最下面をなす。具体的には、アンチブロッキング層4は、透明フィルム基材2の下面全面に、透明フィルム基材2の下面に接触するように、配置されている。
アンチブロッキング層4の材料は、例えば、アンチブロッキング組成物である。アンチブロッキング組成物としては、例えば、特開2016−179686号公報に記載の混合物などが挙げられる。混合物は、例えば、アクリル系樹脂などの樹脂(バインダー樹脂)と、無機系または有機系の粒子(好ましくは、スチレン系などの有機系の粒子)とを含有する。アンチブロッキング層4の厚みは、例えば、0.1μm以上、好ましくは、0.5μm以上であり、また、例えば、10μm以下、好ましくは、5μm以下である。
(結晶化インジウムスズ複合酸化物層)
結晶化インジウムスズ複合酸化物層7は、エッチングなどの後工程で、透明電極パターンに形成するための透明導電層である。なお、後述するが、結晶化インジウムスズ複合酸化物層7は、非晶質インジウムスズ複合酸化物層6(図1A参照)を特定温度で結晶化した結晶化層(特定温度結晶化層)である。結晶化インジウムスズ複合酸化物層7は、結晶質であることから、比較的硬い。結晶化インジウムスズ複合酸化物層7は、光学調整層5およびハードコート層3を介して、透明フィルム基材2に支持されている。
結晶化インジウムスズ複合酸化物層7は、結晶化フィルム11の最上層であって、フィルム形状を有しており、光学調整層5の上面全面に、光学調整層5の上面に接触するように、配置されている。
なお、結晶化インジウムスズ複合酸化物層7は、後で詳述するが、図1Bの矢印で示すような透明フィルム基材2の収縮力に基づいて、残留応力σ1を有する。
結晶化インジウムスズ複合酸化物層7の材料は、結晶質のインジウムスズ複合酸化物(ITO)である。ITOは、インジウム(In)とスズ(Sn)とを必須成分として含む複合酸化物である。具体的には、ITOは、酸化スズ(SnO)および酸化インジウム(In)を主成分として含有する。酸化スズの含有割合は、酸化スズおよび酸化インジウムの合計量に対して、例えば、0.5質量%以上、好ましくは、3質量%以上であり、また、例えば、15質量%以下、好ましくは、13質量%以下である。酸化インジウムの含有割合は、上記した合計量における酸化スズの含有割合の残部である。なお、ITOは、主成分(必須成分)以外の追加成分、具体的には、Zn、Ga、Sb、Ti、Si、Zr、Mg、Al、Au、Ag、Cu、Pd、W、Fe、Pb、Ni、Nb、Cr、Gaなどの追加成分を含むこともできる。
結晶化インジウムスズ複合酸化物層7の厚みは、例えば、10nm以上、好ましくは、20nm以上であり、また、例えば、100nm以下、好ましくは、35nm以下である。
結晶化インジウムスズ複合酸化物層7の表面抵抗は、例えば、200Ω/□以下、好ましくは、150Ω/□以下であり、また、例えば、10Ω/□以上である。結晶化インジウムスズ複合酸化物層7の表面抵抗は、四端子法により測定される。
(結晶化透明導電性フィルムの製造方法)
次に、結晶化フィルム11を製造する方法を、図1Aおよび図1Bを参照して説明する。
この方法では、まず、図1Aに示すように、非晶質フィルム1を製造し(第1工程)、その後、図1Bに示すように、非晶質フィルム1を結晶化して、結晶化フィルム11を製造する(第2工程)。
(第1工程)
第1工程では、非晶質フィルム1を製造する。
非晶質フィルム1は、図1Aに示すように、非晶質フィルム1は、アンチブロッキング層4、透明フィルム基材2、ハードコート層3、光学調整層5および非晶質インジウムスズ複合酸化物層6を上側に向かって順に備える。好ましくは、結晶化フィルム11は、アンチブロッキング層4、透明フィルム基材2、ハードコート層3、光学調整層5および非晶質インジウムスズ複合酸化物層6のみからなる。
図1Aに示す非晶質フィルム1におけるアンチブロッキング層4、透明フィルム基材2、ハードコート層3および光学調整層5は、図1Bに示すそれらと同一である。
非晶質インジウムスズ複合酸化物層6は、結晶化インジウムスズ複合酸化物層7の結晶化前の非晶質層である。非晶質インジウムスズ複合酸化物層6は、非晶質であることから、比較的柔らかい(軟らかい)。非晶質インジウムスズ複合酸化物層6の材料および厚みは、結晶化インジウムスズ複合酸化物層7で例示したそれらと同一である。非晶質インジウムスズ複合酸化物層6の表面抵抗値は、例えば、200Ω/□超過、さらには、250Ω/□以上、さらには、300Ω/□以上であり、また、例えば、500Ω/□以下である。非晶質インジウムスズ複合酸化物層6の表面抵抗は、四端子法により測定される。
非晶質フィルム1の製造方法は、特に限定されず、例えば、まず、透明フィルム基材2を用意し、次いで、透明フィルム基材2に対して、ハードコート層3、アンチブロッキング層4、光学調整層5および非晶質インジウムスズ複合酸化物層6を順に配置する。具体的には、透明フィルム基材2の上下両面のそれぞれに、ハードコート組成物の希釈液およびアンチブロッキング組成物の希釈液を塗布し、乾燥後、紫外線照射により、ハードコート組成物およびアンチブロッキング組成物のそれぞれを硬化する。これにより、透明フィルム基材2の上下両面のそれぞれに、ハードコート層3およびアンチブロッキング層4のそれぞれを形成する。その後、光学調整組成物の希釈液を、ハードコート層3の上面に塗布し、乾燥後、紫外線照射により、光学調整組成物を硬化する。これにより、光学調整層5を形成する。
その後、非晶質インジウムスズ複合酸化物層6を、例えば、スパッタリング法などで、光学調整層5の上面に設ける。なお、非晶質インジウムスズ複合酸化物層6は、光学調整層5およびハードコート層3を介して、透明フィルム基材2に支持されている。なお、非晶質インジウムスズ複合酸化物層6は、無負荷で(詳しくは、面方向における応力を有さず)、透明フィルム基材2に支持されている。
また、各層を、例えば、ロールトゥロール方式で、透明フィルム基材2に対して設けることができ、または、これらの層の一部または全部をバッチ方式(枚葉方式)で設けることもできる。
(第2工程)
第2工程では、図1Bに示すように、非晶質フィルム1を特定温度で加熱して、非晶質インジウムスズ複合酸化物層6を結晶化させる。
加熱は、例えば、赤外線ヒーター、オーブンなどを用いて実施することができる。
特定温度、つまり、加熱温度は、例えば、110℃以上、好ましくは、110℃超過、より好ましくは、115℃以上、さらに好ましくは、120℃以上、とりわけ好ましくは、125℃以上であり、また、例えば、150℃未満、好ましくは、145℃以下、より好ましくは、140℃以下、さらに好ましくは、135℃以下、とりわけ好ましくは、130℃以下である。加熱時間は、加熱温度に応じて適宜決定されるが、例えば、5分以上、好ましくは、10分以上、より好ましくは、15分以上、さらに好ましくは、20分以上、とりわけ好ましくは、25分以上であり、また、例えば、5時間以下、好ましくは、1時間以下、好ましくは、50分以下、より好ましくは、45分以下、さらに好ましくは、40分以下である。
加熱が上記条件より過酷であれば(具体的には、加熱温度が上記上限温度を超えれば、および/または、加熱時間が上記上限を超えれば)、結晶化フィルム11が高温高湿雰囲気下に暴露されると、比較的短時間でも、クラックなどの損傷を生じることを抑制することができない場合がある。
一方、加熱が上記条件より温和(緩慢)であれば(具体的には、加熱温度が上記下限温度に満たなければ、および/または、加熱時間が上記下限温度に満たなければ)、非晶質インジウムスズ複合酸化物層6を確実に結晶化して、結晶化インジウムスズ複合酸化物層7を得ることができない場合がある。とりわけ、加熱温度が110℃に満たなければ、非晶質インジウムスズ複合酸化物層6を確実に結晶化して、結晶化インジウムスズ複合酸化物層7を確実に得ることができない場合がある。換言すれば、第2工程において、非晶質インジウムスズ複合酸化物層6を結晶化して結晶化インジウムスズ複合酸化物層7を製造するための最低加熱温度は、例えば、110℃である。
また、加熱が上記条件の範囲内であれば、後で詳述する残留応力の差、収縮率の差、伸長率の差を所望の範囲にすることができる。
これにより、図1Bに示すように、非晶質インジウムスズ複合酸化物層6が結晶化され、結晶化インジウムスズ複合酸化物層7となる。すると、アンチブロッキング層4、透明フィルム基材2、ハードコート層3、光学調整層5および結晶化インジウムスズ複合酸化物層7を上側に向かって順に備える結晶化フィルム11を得る。結晶化フィルム11は、非晶質フィルム1を特定温度で加熱した特定温度結晶化フィルム11Aである。特定温度結晶化フィルム11Aにおいて、結晶化インジウムスズ複合酸化物層7は、非晶質インジウムスズ複合酸化物層6を特定温度で結晶化した特定温度結晶化層7Aである。
その後、例えば、放冷などによって、結晶化フィルム11が冷却される。冷却温度は、通常、常温(例えば、20〜30℃、具体的には、25℃程度、あるいは、室温)である。
このようにして製造された結晶化フィルム11は、次に説明する用途に用いられる。
(透明導電性フィルムの用途)
結晶化フィルム11において、結晶化インジウムスズ複合酸化物層7の上面に、図1Bの仮想線で示すガラス層9を感圧接着剤層8を介して接着して、結晶化フィルム11の上面を保護することができる。結晶化インジウムスズ複合酸化物層7は、結晶化フィルム積層体10に備えられる。結晶化フィルム積層体10は、アンチブロッキング層4、透明フィルム基材2、ハードコート層3、光学調整層5、結晶化インジウムスズ複合酸化物層7、感圧接着剤層8およびガラス層9を上側に向かって順に備える。
結晶化フィルム積層体10は、例えば、画像表示装置に備えられる。
また、そのような画像表示装置は、例えば、車載用途などに用いられる。
(非晶質フィルムの加熱、結晶化フィルムの冷却、および、結晶化フィルムの加熱加湿)
次に、非晶質フィルム1の加熱および結晶化フィルム11の冷却に起因する結晶化インジウムスズ複合酸化物層7の残留応力および結晶化フィルム11の収縮と、一定の引張荷重下において結晶化フィルム11が加熱加湿されたときの伸長とについて詳説する。
[1]第1工程後、第2工程前の非晶質フィルム
図1Aに示すように、第1工程によって製造される非晶質フィルム1において、非晶質インジウムスズ複合酸化物層6および透明フィルム基材2は、それらが暴露される雰囲気が、通常、常温である。そのため、透明フィルム基材2および非晶質インジウムスズ複合酸化物層6は、互いに収縮および伸長のいずれもしない。従って、非晶質インジウムスズ複合酸化物層6は、残留応力を有しない。
なお、常温雰囲気における水蒸気濃度は、比較的低く、例えば、20℃で17g/m、25℃で23g/m、30℃で30g/mであるため、水蒸気濃度の範囲は、17g/m〜30g/m程度である。そのため、このような低い湿度(低湿、あるいは、常湿)雰囲気では、非晶質インジウムスズ複合酸化物層6および透明フィルム基材2に影響(劣化など)を実質的に与えない。
[2]第2工程における非晶質フィルムの加熱
次いで、第2工程では、加熱により、透明フィルム基材2は、図1Aの矢印に示すように、面方向外側に向かって伸長(膨張)する。
これと同時に、加熱途中において、非晶質インジウムスズ複合酸化物層6は、非晶質であるので、比較的柔らかい(軟らかい)ため、透明フィルム基材2の伸長に伴って、図1Aに示すように、面方向外側に向かって伸長する(追従する)。そのため、第2工程の加熱によって、非晶質インジウムスズ複合酸化物層6が結晶化した結晶化インジウムスズ複合酸化物層7は、残留応力を有しない。
[3]第2工程における結晶化フィルムの冷却
その後、結晶化フィルム11は、常温に冷却される。すると、図1Bの実線矢印で示すように、透明フィルム基材2は、面方向内側に向かって大きく収縮する。一方、結晶化インジウムスズ複合酸化物層7は、結晶質であって、比較的(非晶質インジウムスズ複合酸化物層6に比べて)硬いため、透明フィルム基材2に完全には追従しない。具体的には、結晶化インジウムスズ複合酸化物層7は、透明フィルム基材2の収縮に比べて小さく収縮する。そのため、結晶化インジウムスズ複合酸化物層7には、面方向内側に向かう残留応力σ1が生じる。
冷却後の結晶化フィルム11(透明フィルム基材2)の寸法(具体的には、図1Bにおける長さL1)は、加熱前の非晶質フィルム1(透明フィルム基材2)の寸法(具体的には、図1Aにおける長さL0)に対して、小さくなっている。つまり、非晶質フィルム1は、非晶質フィルム1に対して、収縮している。結晶化フィルム11の収縮量(L1−l0)は、非晶質フィルム1の加熱温度(特定温度)が高くなれば、増大し、非晶質フィルム1の加熱温度(特定温度)が低くなれば、低減する。
[4]高温高湿雰囲気下における結晶化フィルム
その後、製造された結晶化フィルム11は、上記した車載用途に用いられる場合には、高温高湿雰囲気下に暴露される。温度(高温)は、例えば、40℃以上、さらには、50℃以上、さらには、60℃以上、さらには、70℃以上である一方、また、例えば、110℃(後述する最低加熱温度)未満、さらには、105℃以下、さらには、100℃以下である。なお、この一実施形態では、上記した温度(高温)の上限を超える態様(用途)を想定しない。湿度(高湿)は、例えば、60%RH以上、好ましくは、70%RH以上であり、また、例えば、90%RH以下、好ましくは、95%RH以下である。
図1Bの鎖線矢印で示すように、上記した高温高湿雰囲気下に暴露された透明フィルム基材2は、面方向外側にわずかに伸長する(再伸長)。なお、高温高湿雰囲気下に暴露された結晶化フィルム11も、透明フィルム基材2のわずかな伸長に伴って、わずかに伸長する(再伸長)。
具体的には、図1Bの鎖線矢印が参照されるように、高温高湿雰囲気下に暴露された透明フィルム基材2は、第2工程における加熱に基づく透明フィルム基材2の伸長(図1Aの矢印参照)に対して、小さく伸長する(再伸長)。
なお、高温高湿雰囲気下における透明フィルム基材2の再伸長の程度(図1Aの矢印参照)が、第2工程における加熱に基づく透明フィルム基材2の伸長の程度(図1Bの鎖線矢印参照)に比べて小さいことは、再伸長における高温が、110℃(第2工程の最低加熱温度)未満であることに起因する。
一方、結晶化インジウムスズ複合酸化物層7が、結晶質かつ比較的硬く、ほとんど伸長しないため、結晶化インジウムスズ複合酸化物層7が有する残留応力σ1は、わずかに緩和される(応力緩和される)。但し、上記した応力緩和後も、結晶化インジウムスズ複合酸化物層7は、依然として残留応力σ1’を有する。
さらに、上記用途に用いられる結晶化フィルム11(とりわけ、透明フィルム基材2)は、第2工程直後であって、上記用途に用いられる前の結晶化フィルム11が暴露される水蒸気(常温で、17g/m〜30g/m程度)よりも著しく多量の水蒸気(85℃、85%RHで、約300g/m)に暴露される。そうすると、結晶化フィルム11は、長時間における、応力緩和後の残留応力σ1’と、多量の水蒸気による暴露と、さらには、それらの相互作用とによって、劣化し易く、結晶化インジウムスズ複合酸化物層7においてクラックなどの損傷を生じ易い状態となる。
なお、水蒸気は、結晶化インジウムスズ複合酸化物層7に対しては、直接接触するが、透明フィルム基材2に対しては、例えば、アンチブロッキング層4を通過して透明フィルム基材2に接触する。
なお、上記した透明フィルム基材2の伸縮に伴って、ハードコート層3、アンチブロッキング層4および光学調整層5は、ともに伸縮(追従)する。そのため、ハードコート層3、アンチブロッキング層4および光学調整層5は、結晶化インジウムスズ複合酸化物層7の作用(課題および効果)に、実質的な影響を与えない。
[5]特定温度および最低加熱温度(110℃)での結晶化と、クラックとの関係
上記したように、結晶化インジウムスズ複合酸化物層7のクラックは、応力緩和後の残留応力σ1’と、多量の水蒸気による暴露とに基づく。結晶化フィルム11の用途および層構成を考慮すると、多量の水蒸気による暴露を防止することできない。そのため、応力緩和後の残留応力σ1’の低減に着目して、以下の各物性を検討する。
(i)残留応力
まず、応力緩和後の残留応力σ1’を低減するには、第2工程直後の結晶化インジウムスズ複合酸化物層7の残留応力σ1は、低減すればよい。
残留応力σ1を発生させる第2工程は、加熱工程を必須工程として含むが、加熱工程における加熱温度(特定温度)を過度に低く設定すれば、上の「(第2工程)」で詳述したように、非晶質インジウムスズ複合酸化物層6を結晶化できないことから、最も低く設定できる加熱温度、すなわち、最低加熱温度は、110℃である。そうすると、非晶質フィルム1を110℃で結晶化することにより得られる結晶化フィルム11、すなわち、110℃結晶化フィルム11Bにおける残留応力σ2を最小残留応力として設定し、残留応力σ1と最小残留応力σ2との差を、低減すればよいこととなる。
具体的には、結晶化フィルム11の結晶化インジウムスズ複合酸化物層7の残留応力σ1と、110℃結晶化フィルム11Bにおける結晶化インジウムスズ複合酸化物層7の最小残留応力σ2との差は、150MPa以下であり、好ましくは、150MPa未満、より好ましくは、145MPa以下である。また、残留応力σ1と最小残留応力σ2との差は、例えば、0MPa以上、好ましくは、0MPa超過、より好ましくは、10MPa以上である。
残留応力σ1と最小残留応力σ2との差が上記した上限を上回れば、高温高湿雰囲気下において、比較的短時間における結晶化インジウムスズ複合酸化物層7においてクラックなどの損傷を抑制することができない。
一方、残留応力σ1と最小残留応力σ2との差が上記した下限を上回れば、結晶化インジウムスズ複合酸化物層7は、非晶質インジウムスズ複合酸化物層6が確実に結晶化した結晶質となる。
残留応力は、例えば、特開2016−179686号公報の実施例の「評価方法」欄の記載に基づいて算出され、より具体的な測定方法および測定条件は、後の実施例で記載する。
(ii)収縮率
また、上の[3]で記載したように、冷却後の結晶化フィルム11は、加熱前の非晶質フィルム1(透明フィルム基材2)に対して収縮しており、結晶化フィルム11は、収縮率SR1を有する。この収縮率SR1を低減すれば、上の(i)で記載した第2工程直後の結晶化インジウムスズ複合酸化物層7の残留応力σ1を低減でき、応力緩和後の残留応力σ1’を低減することができる。
しかし、上の[3]で記載した通り、収縮率SR1は、加熱工程における加熱温度が低くなれば低減するが、加熱温度(特定温度)を過度に低く設定すれば、非晶質インジウムスズ複合酸化物層6を結晶化できない。そのため、110℃結晶化フィルム11Bにおける収縮率SR2を最小収縮率として設定し、収縮率SR1と最小収縮率SR2との差を、低減すればよいこととなる。
具体的には、結晶化フィルム11の収縮率SR1と、110℃結晶化フィルム11Bの最小収縮率SR2との差は、例えば、0.05%以下、好ましくは、0.05%未満、より好ましくは、0.04%以下、さらに好ましくは、0.03%以下である。また、収縮率SR1と最小収縮率SR2との差は、例えば、0%以上、好ましくは、0%超過、より好ましくは、0.001%以上、より好ましくは、0.01%以上、さらに好ましくは、0.02%以上、とりわけ好ましくは、0.025%以上である。
収縮率SR1と最小収縮率SR2との差が上記した上限を下回れば、高温高湿雰囲気下において、比較的短時間における結晶化インジウムスズ複合酸化物層7においてクラックなどの損傷を抑制することができる。
一方、収縮率SR1と最小収縮率SR2との差が上記した下限を上回れば、結晶化インジウムスズ複合酸化物層7は、非晶質インジウムスズ複合酸化物層6が確実に結晶化した結晶質となる。
収縮率の詳細な測定方法および測定条件は、後の実施例で記載する。
(iii)雰囲気を常温常湿から高温高湿に変動させたときの、一定の引張荷重下における結晶化フィルムの伸長率
別途、一定の引張荷重下および高温雰囲気下における結晶化インジウムスズ複合酸化物層7の伸長率と、[4]に記載の結晶化インジウムスズ複合酸化物層7の応力緩和との関係を考量する。
結晶化フィルム11は、一定の引張荷重下において、雰囲気を常温常湿から高温高湿に変動させたときにも、図1Bの鎖線矢印に示すように、引張方向に伸長する(再伸長)。そのため、変動後の結晶化フィルム11は、伸長率EP1を有する。そして、結晶化フィルム11の伸長率EP1が増大すれば、[4]の記載に鑑みれば、結晶化インジウムスズ複合酸化物層7の応力緩和が増大する。応力緩和が増大すれば、高温高湿において比較的短時間における結晶化インジウムスズ複合酸化物層7においてクラックなどの損傷を抑制することができる。そのため、伸長率EP1を増大させればよい。
そして、雰囲気を常温常湿から高温高湿に変動させたときの110℃結晶化フィルム11Bの伸長率EP2を最大伸長率として設定し、伸長率EP1と最大伸長率EP2との差を、低減すればよいこととなる。
ここで、伸長率EP1は、長さ150mm、幅10mmの結晶化フィルム11に、長手方向に20mNの一定の引張荷重をかけ、かかる結晶化フィルム11に暴露される雰囲気を、25℃および10%RHから、85℃および85%RHに、加熱および加湿したときに、結晶化フィルム11が長手方向(引張方向)に伸長する(引張される)ときの伸長率である。また、最大伸長率EP2は、長さ150mm、幅10mmの110℃結晶化フィルム11Bに、長手方向(引張方向)に20mNの一定の引張荷重をかけ、かかる110℃結晶化フィルム11Bに暴露される雰囲気を、25℃および10%RHから、85℃および85%RHに、加熱および加湿したときに、110℃結晶化フィルム11Bが引張方向に伸長する(引張される)ときの伸長率である。伸長率EP1および最大伸長率EP2の詳細な測定方法および測定条件は、実施例で記載する。
そして、結晶化フィルム11の伸長率EP1と、110℃結晶化フィルム11Bの最大伸長率EP2との差は、例えば、0.07%以下、好ましくは、0.04%以下、より好ましくは、0.03%以下である。
伸長率EP1と最大伸長率EP2との差が上記した上限以下であれば、高温高湿雰囲気下において、比較的短時間では、結晶化インジウムスズ複合酸化物層7においてクラックなどの損傷を生じることを抑制することができる。
(作用効果)
そして、この一実施形態では、図1Bに示す結晶化フィルム11(特定温度結晶化フィルム11A)における結晶化インジウムスズ複合酸化物層7の残留応力σ1と、非晶質フィルム1を110℃で結晶化することにより得られる110℃結晶化フィルム11Bにおける結晶化インジウムスズ複合酸化物層7の最小残留応力σ2との差は、150MPa以下と小さい。
そのため、結晶化フィルム11を高温高湿雰囲気に暴露しても、比較的短時間では、クラックなどの損傷を生じることを抑制することができる。
また、この一実施形態では、結晶化フィルム11(特定温度結晶化フィルム11A)の収縮率SR1と、110℃結晶化フィルム11Bの最小収縮率SR2との差が、0.05%以下と小さければ、結晶化インジウムスズ複合酸化物層7の残留応力σ1を小さくできる。そのため、結晶化フィルム11を高温高湿雰囲気に暴露しても、比較的短時間では、クラックなどの損傷を生じることを抑制することができる。
また、この一実施形態では、一定の引張荷重下において、雰囲気を、25℃および10%RHから、85℃および85%RHに、加熱および加湿したときの結晶化フィルム11(特定温度結晶化フィルム11A)伸長率EP1と、一定の引張荷重下において、雰囲気を、25℃および10%RHから、85℃および85%RHに、加熱および加湿したときの110℃結晶化フィルム11Bの最大伸長率EP2との差が、0.07%以下と小さければ、雰囲気を高温高湿に変動させたときの結晶化インジウムスズ複合酸化物層7を大きく応力緩和することができる。そのため、結晶化フィルム11を高温高湿雰囲気に暴露しても、比較的短時間では、クラックなどの損傷を生じることを抑制することができる。
<変形例>
変形例において、上記した一実施形態と同様の部材および工程については、同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図2Aに示すように、非晶質フィルム1は、ハードコート層3(図1A参照)、光学調整層5(図1A参照)およびアンチブロッキング層4(図1A参照)を備えず、透明フィルム基材2および非晶質インジウムスズ複合酸化物層6を順に備える。非晶質フィルム1は、好ましくは、透明フィルム基材2および非晶質インジウムスズ複合酸化物層6のみからなる。
図2Bに示すように、第2工程後には、透明フィルム基材2および結晶化インジウムスズ複合酸化物層7を順に備える結晶化フィルム11が製造される。結晶化フィルム11は、好ましくは、透明フィルム基材2および結晶化インジウムスズ複合酸化物層7のみからなる。
図示しないが、非晶質インジウムスズ複合酸化物層6は、非晶質フィルム1において、透明フィルム基材2の上下両側に設けられていてもよい。結晶化インジウムスズ複合酸化物層7は、結晶化フィルム11において、透明フィルム基材2の上下両側に設けられていてもよい。
以下に実施例および比較例を示し、本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明は、何ら実施例および比較例に限定されない。以下の記載において用いられる配合割合(含有割合)、物性値、パラメータなどの具体的数値は、上記の「発明を実施するための形態」において記載されている、それらに対応する配合割合(含有割合)、物性値、パラメータなど該当記載の上限値(「以下」、「未満」として定義されている数値)または下限値(「以上」、「超過」として定義されている数値)に代替することができる。また、各例中、部、%はいずれも質量基準である。
比較例1
図1Aが参照されるように、まず、等方性を有する(複屈折性を有しない)透明フィルム基材2を用意した。具体的には、シクロオレフィン系樹脂基材(COPフィルム、厚み40μm、日本ゼオン社製、「ZEONOR」(登録商標)、面内の複屈折率0.0001)を透明フィルム基材2としてそのまま用意した。
次いで、透明フィルム基材2の上面に、バインダー樹脂(ウレタン系多官能ポリアクリレート、商品名「UNIDIC」、DIC社製)からなるハードコート組成物の希釈液を塗布するとともに、透明フィルム基材2の下面に、バインダー樹脂(ウレタン系多官能ポリアクリレート、商品名「UNIDIC」、DIC社製)と粒子(架橋アクリル・スチレン系樹脂粒子、商品名「SSX105」、直径3μm、積水樹脂社製)とを含有するアンチブロッキング組成物の希釈液を塗布し、次いで、これらを乾燥した後、透明フィルム基材2の両面に紫外線を照射し、ハードコート組成物およびアンチブロッキング組成物を硬化させた。これにより、透明フィルム基材2の上面に、厚み1μmのハードコート層3を形成し、透明フィルム基材2の下面に、厚み1μmのアンチブロッキング層4を形成した。
次いで、ハードコート層3の上面に、ジルコニア粒子と紫外線硬化性樹脂(アクリル系樹脂)とを含有する光学調整組成物の希釈液(「オプスターZ7412」、JSR社製、屈折率1.62)を塗布し、80℃で3分間乾燥した後、紫外線を照射した。これにより、ハードコート層3の上面に、厚み0.1μmの光学調整層5を形成した。これにより、アンチブロッキング層4、透明フィルム基材2、ハードコート層3および光学調整層5からなる積層体を得た。
その後、スパッタリングで、光学調整層5の上面に、非晶質インジウムスズ複合酸化物層6として、厚み25nmの非晶質インジウムスズ複合酸化物層6を形成した。詳しくは、まず、平行平板型の巻取式マグネトロンスパッタ装置に酸化インジウム(In)および酸化スズ(SnO)を70:30の重量比で含有する焼結体ターゲットを装着し、積層体を搬送しながら、真空排気により、水の分圧が5×10−4Paとなるまで真空排気した。その後、アルゴンガスおよび酸素ガスの導入量を調整し、光学調整層5の上面に出力12.5kWでDCスパッタリングにより、厚み25nmの非晶質インジウムスズ複合酸化物層6を形成した。なお、非晶質インジウムスズ複合酸化物層6の表面抵抗を四端子法により測定したところ、340Ω/□であった。
これにより、図1Aに示すように、アンチブロッキング層4、透明フィルム基材2、ハードコート層3、光学調整層5および非晶質インジウムスズ複合酸化物層6を順に備える非晶質フィルム1を製造した。
その後、非晶質フィルム1を、150℃、30分加熱して、非晶質インジウムスズ複合酸化物層6を結晶化して、結晶化インジウムスズ複合酸化物層7を調製した。これにより、図1Bに示すように、アンチブロッキング層4、透明フィルム基材2、ハードコート層3、光学調整層5および結晶化インジウムスズ複合酸化物層7を備える結晶化フィルム11を製造した。結晶化インジウムスズ複合酸化物層7の表面抵抗を四端子法により測定したところ、100Ω/□であった。
実施例1および実施例2
表1に記載に従って、非晶質インジウムスズ複合酸化物層6の結晶化温度を、特定温度に変更した以外は、比較例1と同様に処理して、結晶化フィルム11を製造した。
なお、実施例2および実施例4の結晶化フィルム11は、結晶化温度が110℃であることから、110℃結晶化フィルム11Bである。
比較例2
等方性を有する(複屈折性を有しない)透明フィルム基材2に代えて、複屈折性を有する(等方性を有しない)透明フィルム基材2を用意した以外は、比較例1と同様に処理して、非晶質フィルム1を製造し、続いて、結晶化フィルム11を製造した。
具体的には、シクロオレフィン系樹脂基材(COPフィルム、厚み40μm、日本ゼオン社製、「ZEONOR」(登録商標))を延伸して、面内の複屈折率140である透明フィルム基材2を用意した。
実施例3および実施例4
表1に記載に従って、非晶質インジウムスズ複合酸化物層6の結晶化温度(非晶質フィルム1の加熱温度)を変更した以外は、比較例2と同様に処理して、結晶化フィルム11を製造した。
なお、実施例4の結晶化フィルム11は、非晶質フィルム1を110℃で結晶化して得られるので、110℃結晶化フィルム11Bに相当する。
評価
下記の各項目を評価した。その結果を表1に記載する。
(残留応力σ)
各実施例および各比較例の結晶化インジウムスズ複合酸化物層7の残留応力σ1を、X線散乱法により、結晶化インジウムスズ複合酸化物層7の結晶格子歪みから間接的に求めた。
粉末X線回折装置(リガク製)により、測定散乱角2θ=59〜62°の範囲で0.04°おきに回折強度を測定した。各測定角度における積算時間(露光時間)は100秒とした。
そして、得られた回折像のピーク(インジウムスズ複合酸化物の(622)面のピーク)角2θ、および、X線源の波長λから、結晶化インジウムスズ複合酸化物層7の結晶格子間隔dを算出し、dを基に格子歪みεを算出した。算出にあたっては下記式(1)、(2)を用いた。
λはX線源(Cu Kα線)の波長(=0.15418nm)であり、dは無応力状態のインジウムスズ複合酸化物の格子面間隔(=0.15241nm)である。なお、dはICDD(The International Centre for Diffraction Data)データベースから取得した値である。
上記のX線回折測定を、図3に示すフィルム面法線と、インジウムスズ複合酸化物の結晶面法線とのなす角Ψが45°、50°、55°、60°、65°、70°、77°、90°のそれぞれについて実施し、それぞれの角Ψにおける格子歪みεを算出した。なお、フィルム面法線と、インジウムスズ複合酸化物の結晶面法線とのなす角Ψは、TD方向(MD方向と直交する方向)を回転軸中心として結晶化インジウムスズ複合酸化物層7を回転することによって、調整した。結晶化インジウムスズ複合酸化物層7の面内方向の残留応力σ1は、sinΨと格子歪εとの関係をプロットした直線の傾きから下記式(3)により求めた。
上記式において、Eはインジウムスズ複合酸化物のヤング率(116GPa)、νはポアソン比(0.35)である。これらの値は、D. G. Neerinckand T. J. Vink, “Depth profiling of thin ITO films by grazing incidence X-ray diffraction”, Thin Solid Films, 278 (1996), PP 12-17.に記載されている既知の実測値である。
実施例2および4については、残留応力を最小残留応力σ2として求めた。
(収縮率SR)
各実施例および各比較例における第2工程直後の結晶化フィルム11のMD方向の収縮率SR1を評価した。
具体的には、まず、図1Aに示す製造途中の非晶質フィルム1を、幅100mm、長さ100mmに切り取り(試験片)、MD方向において80mm毎に印を付け、MD方向の長さ(mm)をオリンパスデジタル式小型測定顕微鏡STM5(オリンパス光学工業(株)製)により精密に測定した。その後、表1に記載の結晶化条件で加熱して、結晶化インジウムスズ複合酸化物層7を備える結晶化フィルム11を製造した。
その後、結晶化フィルム11を25℃(常温)で1時間放冷後、再度、結晶化フィルム11のMD方向の長さを測定した。
そして、下記式に基づいて、収縮率SR1を算出した。
収縮率SR1(%)=[[加熱前の印間のMD方向長さ(mm)−加熱後の印間のMD方向(mm)]/加熱前の印間のMD方向(mm)]×100
また、実施例2および実施例4については、収縮率を最小収縮率SR2として算出した。
(雰囲気を、25℃および10%RHから、85℃、85%RHに変動させたときの、一定の引張荷重下における結晶化フィルムの伸長率EP)
各実施例および各比較例を一定の引張荷重下における結晶化フィルム11について、熱分析装置(TMA、株式会社Seiko社製)を用いて、25℃および10%RH雰囲気下から、85℃および85%RH雰囲気下に変動したときの伸長率EP1を求めた。
具体的には、比較例1および実施例1、2の結晶化フィルム11(等方性の透明フィルム基材2を備える結晶化フィルム11)を、MD方向が長手方向に沿うように、150mm×10mmに切り取り、試験片を作製した。また、比較例2および実施例3、4の結晶化フィルム11(複屈折性の透明フィルム基材2を備える結晶化フィルム11)を、MD方向およびTD方向に対して45度をなす方向が長手方向に沿うように、150mm×10mmに切り取り、試験片を作製した。
ついて、試験片に、長手方向へ20mNの一定の引張荷重をかけながら、雰囲気を、25℃および10%RHから、85℃および85%RHに、加熱(加熱速度:1℃/分)および加湿(加湿速度:5%RH/分)したときの、結晶化フィルム11の伸長率EP1を以下の式を用いて求めた。
伸長率(%)=伸長量(mm)/150(mm)×100
伸長量=加熱加湿前の結晶化フィルム11の引張方向長さ(mm)−150(mm)
なお、実施例2および4については、伸長率を最大伸長率EP2として求めた。
(クラック抑制試験)
結晶化インジウムスズ複合酸化物層7の上面に、厚み1.3mmのガラス層9(図1B仮想線)を、厚み50μmの感圧接着剤層8(図1B仮想線)を介して接着した。これによって、結晶化フィルム11、感圧接着剤層8およびガラス層9を備える結晶化フィルム積層体10を作製した。
その後、結晶化フィルム積層体10を、85℃、85%RHの環境下におき、120時間毎に取り出し、顕微鏡で結晶化インジウムスズ複合酸化物層7のクラックの有無を確認した。
そして、下記の基準に従って、短時間(240時間)におけるクラックの抑制を評価した。
○:クラックの発生時間が240時間超過であった。つまり、240時間以下では、クラックを抑制できた。
×:クラックの発生時間が240時間以下であった。
1 非晶質フィルム
2 透明フィルム基材
6 非晶質インジウムスズ複合酸化物層
7 結晶化インジウムスズ複合酸化物層
11 結晶化フィルム
11A 特定温度結晶化フィルム
11B 110℃結晶化フィルム
σ1 特定温度結晶化フィルムにおける結晶化インジウムスズ複合酸化物層の残留応力
σ2 110℃結晶化フィルムにおける結晶化インジウムスズ複合酸化物層の最小残留応力
SR1 特定温度結晶化フィルムの収縮率
SR2 110℃結晶化フィルムの最小収縮率
EP1 一定の引張荷重下における特定温度結晶化フィルムを高温高湿に変動させたときの伸長率
EP2 一定の引張荷重下における110℃結晶化フィルムを高温高湿に変動させたときの最大伸長率

Claims (3)

  1. 透明フィルム基材および結晶化インジウムスズ複合酸化物層を備える結晶化フィルムであって、
    前記結晶化フィルムは、透明フィルム基材および非晶質インジウムスズ複合酸化物層を備える非晶質フィルムを特定温度で結晶化することにより得られる特定温度結晶化フィルムであって、
    前記特定温度結晶化フィルムにおける結晶化インジウムスズ複合酸化物層の残留応力σ1と、前記非晶質フィルムを110℃で結晶化することにより得られる110℃結晶化フィルムにおける結晶化インジウムスズ複合酸化物層の残留応力σ2との差が、150MPa以下であることを特徴とする、結晶化フィルム。
  2. 前記特定温度結晶化フィルムは、前記非晶質フィルムの前記特定温度での加熱により、前記非晶質フィルムに対して収縮しており、
    前記110℃結晶化フィルムは、前記非晶質フィルムの110℃での加熱により、前記非晶質フィルムに対して収縮しており、
    前記特定温度結晶化フィルムの収縮率SR1と、前記110℃結晶化フィルムの収縮率SR2との差が、0.05%以下であることを特徴とする、請求項1に記載の結晶化フィルム。
  3. 前記特定温度結晶化フィルムおよび前記110℃結晶化フィルムは、ともに、一定の引張荷重下で、25℃および10%RHから、85℃および85%RHに、加熱および加湿されるときに、伸長し、
    前記特定温度結晶化フィルムの伸長率EP1と、前記110℃結晶化フィルムの伸長率EP2との差が、0.07%以下であることを特徴とする、請求項1または2に記載の結晶化フィルム。
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