JP3629333B2 - タッチパネル用透明導電積層体及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学特性に優れたタッチパネル用途の透明導電膜積層体に関するものであり、液晶パネルと共用される特に優れた視認性と優れた視野角特性を有する抵抗膜方式タッチパネル用透明導電積層体に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、液晶表示パネルと組み合わせた入力機器としてのタッチパネルは、デジタル式のスイッチ素子から、ペン入力によるアナログ認識素子まで幅広くPDIデバイスとして使用されている。従来のタッチパネルの基本構成はガラス基板透明導電膜とPET基板透明導電膜の組み合わせで液晶表示パネルの上側に重ね合わせて使用されている。
【0003】
しかるにこの方式では、タッチパネルを通して見る液晶表示パネルの視認性が悪く、また、サングラスをかけた場合には、PETの光学異方性に起因する着色が生じて視認性が著しく阻害されるという欠点があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
一般にプラスチックフィルムの光学等方性はガラスに比較すると劣っており液晶表示パネルの上側にタッチパネルを重ねる方式では液晶表示パネルの視認性を著しく低減させ、携帯情報端末の使用範囲を制限する結果となっていた。
【0005】
また、特開平3−121523号公報などでは液晶表示素子と組み合わせて2枚の偏光板の間に配置する方式が提案されている。しかしながらこの場合には、直線偏光を表示原理に使用する液晶表示素子との組み合わせであるので、不要な着色の原因となり、液晶表示素子の視認性を低下させるという問題となる。これに対しては位相差板などの更なる組み合わせ等で着色を解消する工夫がなされるが、構成が複雑になる上、光学的なマッチングが困難である。
【0006】
そこで、PETとは異なり、光学等方プラスチックフィルムを用い、タッチパネルとして液晶表示素子と組み合わせて2枚の偏光板の間に配置する方式が検討されつつある。しかしながら、この様なプラスチックフィルム単独に導電膜を積層した構成ではタッチパネル作製時の導電膜パターンニング工程や洗浄工程、接続端子接着工程において必要とされる耐溶剤性に劣る。
【0007】
また、導電膜との密着性に劣るために、耐久試験などで導電膜が自然剥離、あるいはクラック発生が起こってしまう。
【0008】
本発明はかかるタッチパネル用導電膜積層体の欠点を解消し、視認性と視角特性を低減することなく液晶表示素子と組み合わせて2枚の偏光板間に使用できるタッチパネルを提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる導電膜積層体は、プラスチックフィルムの少なくとも片面に導電膜を設けた抵抗膜方式タッチパネル用透明導電膜積層体において、光学等方プラスチックフィルムに耐溶剤性を付与し、かつ導電膜の抵抗特性に影響を及ぼさない保護層として、下記一般式(1)で示されるフェノキシ樹脂またはフェノキシエステル樹脂を多官能イソシアネート化合物で硬化させたフェノキシ樹脂硬化物またはフェノキシエステル樹脂硬化物を積層した後、その上に導電膜を積層し、かつ60℃90%RH雰囲気下で1000時間放置したときの表面抵抗値変化R/R0が0.8≦R/R0≦1.5であることを特徴とする。
【0010】
【化2】
【0011】
ここでR1からR6は、同一または異なる水素または炭素数1から3のアルキル基、R7は炭素数2から5のアルキレン基、Xはエステル基、mは0から3の整数、nは20から300の整数をそれぞれ意味する。
【0012】
2軸延伸により製膜されたPETフィルムは面内の光学異方性つまりリターデーション値が100nmよりも大きくなり、既に述べたように偏光板の間に配置した場合には着色して観察されてしまう。しかしながら、光学等方フィルムを用いることにより、この様な着色は解消される。
【0013】
ここで言う光学等方とは少なくとも590nmでのリターデーション値が15nm以下、特に好ましくは10nm以下のことを言う。また、光軸のばらつきを示す遅相軸のばらつきは好ましくは±15度以下、特に好ましくは±10度以下が良い。
【0014】
保護層としては上述したフェノキシ樹脂、フェノキシエステル樹脂を多官能イソシアネート化合物で硬化させた3〜10μmの厚さのフェノキシ樹脂硬化物、フェノキシエステル樹脂硬化物が好適であった。この様な硬化物は上述したプラスチックフィルムと良好に密着し、例えば、60℃90%RH1000時間の耐久試験においても剥離が無くなおかつ外観も良好で、変色、曇りなどが発生することがない。
【0015】
膜厚については特に限定するものではないが、3μmよりも低い場合には耐溶剤性が不十分である。また、膜厚の上限は製膜性と経済性、耐溶剤性のバランスで決定される。好ましくは20μm以下、より好ましくは10μm以下が良い。
【0016】
組成としてこのほか、粘度低減、反応性向上を目的として反応性希釈剤、保護層表面を荒らすための微粒子等を適当量添加しても構わない。
【0017】
一般にこの様な材料の積層手段としては、ラミネート法、ディッピング法、湿式コーティング法等がある。その中でも均一な膜厚の形成面から、湿式コーティング法がプラスチックフィルムの平面性を極端に悪化することなく上記の膜厚の保護層を積層する手段として最適である。ラミネート法では、上記の保護層を単独でフィルム成形することが困難である上、上記組成の保護層は硬化処理後ではプラスチックフィルムと良好に密着しない。また、ディッピング法では、均一な膜厚で制御良く広い面積に塗工する事が困難である。湿式コーティングをする場合に、上記組成を溶媒に溶解し溶液を作製し、塗工液として用いても構わない。
【0018】
こうして出来た保護層については耐溶剤性試験では何等問題は発生しなかった。しかしながら、導電膜を積層し、導電膜特性を調べると、まだ導電膜特性が不十分となってしまった。この理由は以下のように考えられる。
【0019】
すなわち、保護層中には、塗工液中に添加した各種添加剤や未反応物、溶媒が残留していることが考えられる。この様な成分が導電膜特性を劣化させていると予想された。そこで、120℃以上の温度で3分以上、より好ましくは130℃以上の温度で5分以上の後熱処理が好ましい。
【0020】
光学等方プラスチックフィルムはフィルムの一般的な製膜方法である溶融押し出し法のフィルム製膜ではなく、溶液流延法で作製する事が好ましい。溶融押し出し法は、リターデーション値を小さくすることが困難であると同時に、軸方向と長さ方向の膜厚均一性の制御が困難である。また、溶融による熱履歴に起因する異物欠点を伴いやすく、液晶表示素子のような光学的な用途に使用するには向いていない。溶液流延法は、これに対して、膜厚均一性と光学特性均一性に優れたフィルムの作製が可能であり、また、異物欠点などの除去もプロセス上容易である。
【0021】
溶液流延法としては、従来よく知られているように、この様なフィルム材料を良好に溶解する溶媒に溶解した後に、ダイコーティング法等の手法により支持基板上に連続的に流延し、剥離乾燥させることで好適なプラスチックフィルムを得ることが出来る。かかる乾燥工程では、プラスチックフィルムに上記光学特性を保有させるために、張力と熱処理のバランスをとることにより、3次元の屈折率と膜厚を制御する必要がある。
【0022】
この様なプラスチックフィルムは溶液製膜出来るという特徴故有機溶剤に対する耐溶剤性は十分ではない。分子骨格がアモルファス構造を有し、溶液製膜可能なレベルの有機溶媒可溶性を示すことから、タッチパネル用透明導電膜積層体とする場合にはプラスチックフィルムの耐溶剤性を向上させる保護層としての透明な樹脂層を積層する必要があるわけである。
【0023】
ところで、プラスチックフィルムの三次元光学特性を制御することによりタッチパネルの基板を兼ねた、視認性と視野角拡大の機能を付与することが可能である。すなわち、プラスチックフィルムの面内遅相軸方向の屈折率をnx、面内進相軸方向の屈折率をny、フィルム厚み方向の屈折率をnz、フィルム厚みをdとしたときに、三次元屈折率異方性を示すパラメーターをK=((nx+ny)/2−nz)×dとしたときに│K│≦120nmとすることにより液晶表示素子の視認性と視野角拡大を達成することが出来る。
【0024】
視野による視認性の変化の少ない優れた視角特性をを付与するためには、好ましくは│K│≦120nmが好ましく、更に優れた視角特性を付与するためには│K│≦60nmとすることが特に好ましい。
【0025】
本発明に使用されるプラスチックフィルムは、正の屈折率異方性を有する高分子樹脂を溶液流延した物であればものであれば簡便に使用することが出来る。これらの樹脂の代表例としてはポリアリレート樹脂などのポリエステル樹脂、ポリエーテルスルフォンやポリスルフォン樹脂等のエンジニアリングプラスチック樹脂、ポリカーボネート樹脂やアモルファスポリオレフィン樹脂が好ましく用いられる。特にポリカーボネート樹脂は、機械特性、光学特性、耐熱性の点で本用途に適している。ポリカーボネート樹脂に溶解性、光学特性、耐熱性を更に向上させるために種々の成分を共重合して用いることも適宜可能である。
【0026】
この様に作製された保護層付きプラスチックフィルムの上に以下のような導電膜を形成することでタッチパネル用透明導電積層体が作製される。
【0027】
本発明にかかる透明導電膜としては、透明性、導電性、機械特性等の点から、主としてインジウム金属酸化物(In2O3)及び/またはスズ金属酸化物(SnO2)からなる物であることが好ましい。ただしここに記したIn2O3およびSnO2は、各金属原子の酸化物であることを表しており、必ずしも化学量論的に完全な酸化物を表してはいない。つまり、光学特性を損なわない化学量論数を持つこれら酸化物を示している物である。
【0028】
また、タッチパネル、特に入力位置を抵抗値の大きさで検知する抵抗膜方式タッチパネルでは、タッチパネルの消費電力を低減するために表面抵抗値の高い透明導電膜が望まれる。更に抵抗値の均一性も必要である。ここで言う高い表面抵抗とは、500Ω/□以上のことを言う。このような高い表面抵抗値を得る手段として膜厚を薄くする方法がある。
【0029】
しかし、例えばインジウム金属酸化物とスズ金属酸化物との化合物であるITOは耐久性等の信頼性を十分に維持するためには15nm以上の膜厚を有していなければならなく、このときの表面抵抗値は500Ω/□未満であり、高い表面抵抗値を得ることができない。ここで言う信頼性とは、80℃dry×1000hrの耐熱性試験、60℃90%RH×1000hrの耐湿熱性試験において抵抗変化R/R0が0.8以上1.5以下で、クラック発生等の外観に変化がないことを言う。これは、ITOの抵抗率の低さに起因する。
【0030】
このような観点から透明導電膜中にSiO2、TiO2、Al2O3、ZrO2、MgO、ZnOから選ばれた少なくとも1種類の金属酸化物を微量添加することにより抵抗率を高くすることができ、耐久性などの信頼性において十分安定な膜厚領域で高い表面抵抗値を得ることができる。
【0031】
更に、添加する金属酸化物自身も高い透明性を有し、透明導電膜の光学特性を損なわない。従って添加する金属酸化物の存在は、透明性を損なうことなく透明導電膜の耐久性等の信頼性の面で有効である。
【0032】
ただし、ここに記したSiO2、TiO2、Al2O3、ZrO2、MgO、ZnOは、各金属原子の酸化物であることを表しており、必ずしも化学量論的に完全な酸化物を表していない。つまり、光学特性を損なわない範囲の化学量論数を持つこれら酸化物を示している物である。
【0033】
また、透明導電膜中に添加する金属酸化物の添加量は、前述の抵抗率に対する効果及び透明導電膜自身の透明性の観点から、原子組成比で0.5〜2%が好ましい。より好ましくは、0.8〜1.5%である。ここで言う原子組成比とは、
下記式
a×100/(a+b)(%)
a:SiO2、TiO2、Al2O3、ZrO2、MgO、ZnOから選ばれた少なくとも1種類の金属酸化物の重量
b:主としてインジウム金属酸化物(In2O3)及び/またはスズ金属酸化物(SnO2)の重量
により求めたSiO2、TiO2、Al2O3、ZrO2、MgO、ZnOから選ばれた少なくとも1種類の金属酸化物の含有量のことを言う。
【0034】
更に、透明性、導電性、機械特性等の点から、透明導電性の金属酸化物は主として、インジウム金属酸化物(In2O3)及び/またはスズ金属酸化物(SnO2)からなる物であることが好ましい。
【0035】
これら透明導電膜の膜厚は15nm〜25nmが好ましく、特に17〜20nmがより好ましい。これが15nm未満の場合には、膜が不安定であるため耐久性等の信頼性の面で改善の効果がない。更に、膜厚の斑による抵抗値のバラツキも大きくなってしまう。また、25nmを越えると透過率や表面抵抗値が低下したりして好ましくない。
【0036】
透明導電膜の形成方法としては、スパッタリング法、イオンプレーティング法、真空蒸着法、イオンビームスパッタリング法、CVD法等の公知の方法を用いることができる。中でも幅方向、長さ方向での膜厚均一性、組成均一性の面でスパッタリング法が好ましい。
【0037】
以下の各実施例、比較例記載の各種試験の評価は以下の要領にて行った。
【0038】
光線透過率は公知の可視分光光度計で測定した、550nmにおける平行光線での透過率であり、ヘイズ値は日本電色製の商品名「COH−300A」を用いて測定したときの値である。
【0039】
リタデーション値は公知の複屈折の屈折率の差をΔnと膜厚dの積Δn・dであり、可視光線の範囲である波長での測定値であることが必要であり、一般的にはポリマーは屈折率の波長分散特性を有しているので、代表値として、590nmの測定値とする。また遅相軸のバラツキ角度は同一の波長で測定するが、リタデーション値及び遅相軸の角度は良く知られている複屈折率測定装置で測定することが出来る。例えば日本分光製の多波長複屈折率測定装置M−150等で簡便に測定することが出来る。
【0040】
更に、三次元屈折率の測定は、プラスチックフィルムを三次元楕円体であると仮定し、面内リターデーション値の入射角依存性から計算で求めることが出来る。すなわち、三次元屈折率をnx,ny,nzとしたときに
【0041】
【数1】
【0042】
【数2】
【0043】
の関係式が成り立つ。
【0044】
そこでプラスチックフィルムの平均屈折率n=(nx+ny+nz)/3を決定した後に、入射角θにおけるリターデーションであるR(θ)を入射角θを変えて測定し、上記の二つの式より屈折率nx,ny,nzを決定することが出来る。なおΔn(θ)は入射角θにおける複屈折率、dはプラスチックフィルムの膜厚である。また、nについては文献値を使用しても差し支えない。
【0045】
耐有機溶剤性については、導電塗料に広く使用されている溶剤の代表として選択したトルエンを25℃環境下で導電膜を設ける保護膜上に数滴滴下し、5分放置後の白濁、膨潤、溶解等の外観の変化を目視にて観察することによって行い、変化が確認されない場合に耐有機溶剤性を有すると評価した。
【0046】
耐アルカリ水溶液性については、パターンニング後のレジストを溶解する際に用いられる3.5重量%水酸化ナトリウム水溶液にサンプルを25℃で10分間浸漬し、その後流水にて充分洗浄を行った後に乾燥させ、外観を目視にて観察することによって行い、変化が確認されない場合及び導電膜積層体についてはアルカリ処理前後の表面抵抗値変化R/R0が0.8≦R/R0≦1.5の場合に耐アルカリ水溶液性を有すると評価した。
【0047】
耐酸性水溶液性については、透明電極層をパターンニングする際に用いるエッチング液(35重量%塩化第二鉄水溶液、35重量%塩酸、水を1:1:10の割合で混合した物)に25℃で10分間浸漬し、その後流水にて充分洗浄を行った後に乾燥させ、外観を目視にて観察することによって行い、変化が確認されない場合、耐酸性水溶液性を有すると評価した。
【0048】
密着性の評価は、JIS規格5400に従って、碁盤目テスト(碁盤目テープ法)によって行った。
【0049】
耐熱信頼性については、80℃dry雰囲気下で1000時間放置したときの表面抵抗値変化R/R0が0.8≦R/R0≦1.5の場合に耐熱信頼性を有すると評価した。
【0050】
耐湿熱信頼性については、60℃90%RH雰囲気下で1000時間放置したときの表面抵抗値変化R/R0が0.8≦R/R0≦1.5の場合に耐湿熱信頼性を有すると評価した。
【0051】
【実施例1】
ビスフェノール成分がビスフェノールAのみからなる平均分子量37000のポリカーボネート樹脂を、メチレンクロライドに20重量%溶解した。そしてこの溶液をダイコーティング法により厚さ175μmのポリエステルフィルム上に流延した。次いで、乾燥炉で残留溶媒濃度を13重量%とし、ポリエステルフィルムから剥離した。そして、このポリカーボネートフィルムを温度120℃の乾燥炉中で、縦横の張力をバランスさせながら、残留溶媒濃度が0.08重量%になるまで乾燥した。
【0052】
こうして得られたフィルムは、厚みが102μm、幅方向の膜厚ムラは±3μm、590nmにおけるリターデーション値は、幅方向で8±2nm、遅相軸はMD方向を中心に±8度、│K│は80nmであった。
【0053】
このプラスチックフィルムの両面に以下のようにして保護層を積層した。フェノキシ樹脂として東都化成(株)製の商品名「フェノトートYP−50」を20部とメチルエチルケトン40部と2−エトキシエチルアセテート20部を混合した物に、更に武田薬品工業(株)製の商品名「A3」を20部混合した物をプラスチックフィルム上に塗工し、80℃5分及び130℃5分熱処理することで5μmの保護層を形成した。次いで逆の面にも同一の保護層を形成した。
【0054】
導電膜は、後に形成した保護層の面に以下のように形成した。上記で作製したフィルムをDCマグネトロンスパッタ装置内に設置し、ターゲットとして酸化インジウム:酸化スズ:酸化チタンを重量比94:4.7:1.3で焼結作製した相対密度70%のターゲットを設置した。
【0055】
そして、真空槽内を0.13mPa以下まで排気した後、アルゴン/酸素混合ガス(酸素濃度1%)を導入し、0.67Paの真空度、投入電力1.0W/cm2で導電膜を作製した。このときの導電膜のTiO2含有量は1.3%であった。
【0056】
この導電膜積層体の特性を表1に示す。この様に耐溶剤性、信頼性に優れた導電膜積層体であることが示された。
【0057】
【実施例2】
実施例1で用いたプラスチックフィルム両面に以下のようにして耐溶剤層を積層した。
【0058】
フェノキシエステル樹脂としてユニオンカーバイドコーポレーション製の商品名「PKHM−30」を20部とメチルエチルケトン40部と2−エトキシエチルアセテート20部を混合した物に、更に多官能イソシアネートとして日本ポリウレタン(株)製の商品名「コロネートL」を20部混合した物をプラスチックフィルム上に塗工し、80℃5分及び130℃5分熱処理することで5μmの保護層を形成した。導電膜は実施例1と同様に形成した。
【0059】
この導電膜積層体の特性を表1に示す。この様に耐溶剤性、信頼性に優れた導電膜積層体であることが示された。
【0060】
【比較例1】
実施例1において保護層を以下の様に設けた。下記一般式(2)で示されるアクリレート樹脂
【0061】
【化3】
【0062】
40重量部とペンタエリスリトールトリアクリレート(東亞合成化学社製の商品名「アロニックスM−305」)30重量部、イソシアヌル酸エチレンオキサイド変性ジアクリレート(東亞合成化学社製の商品名「アロニックスM−215」)30重量部の混合物に対し、紫外線硬化開始剤である1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン(チバガイギー社製の商品名「イルガキュア184」)を7重量部及びレベリング剤としてシリコンオイル(東レダウコーニングシリコン社製の商品名「SH28PA」)0.03重量部、希釈溶媒としてイソプロパノール200重量部を混合して塗液とした。
【0063】
この塗液をまずプラスチックフィルムの片面にマイクログラビアコーターを用いて湿式コーティングし、次いで60℃1分間加熱して塗液中の残留溶剤を揮発除去した後、空気環境下で160W/cmの高圧水銀灯を用いて、積算光量800mJ/cm2の条件で紫外線を照射して塗膜の硬化を行い、膜厚4μmの樹脂層を得た。次いで逆の面にも同一の保護層を形成した。
【0064】
続いて、一方の保護層表面に強度200W・min/m2の条件でコロナ放電処理を施した。導電膜はコロナ放電処理を施した面に実施例1と同様に形成した。
【0065】
この導電膜積層体の特性を表1に示す。この様に耐溶剤性、信頼性の悪いものとなってしまった。
【0066】
【比較例2】
実施例1において保護層積層時の熱処理条件を80℃5分及び110℃2分とした。それ以外は実施例1と同一とした。この導電膜積層体の特性を表1に示す。この様に耐溶剤性には優れていたものの、信頼性の悪いものとなってしまった。
【0067】
【表1】
【0068】
【発明の効果】
本発明は以上説明したように、光学特性及び導電膜特性に優れたタッチパネル用途の透明導電膜積層体を提供するものであり、液晶パネルと共用される特に優れた視認性と優れた視野角特性を有する抵抗膜方式タッチパネル用透明導電積層体として特に好適に使用できる。
Claims (8)
- プラスチックフィルムの少なくとも片面に導電膜を設けた抵抗膜方式タッチパネル用透明導電膜積層体において、光学等方プラスチックフィルムに、下記一般式(1)で示されるフェノキシ樹脂またはフェノキシエステル樹脂を多官能イソシアネート化合物で硬化させたフェノキシ樹脂硬化物またはフェノキシエステル樹脂硬化物を積層した後、その上に導電膜を積層し、かつ60℃90%RH雰囲気下で1000時間放置したときの表面抵抗値変化R/R0が0.8≦R/R0≦1.5であることを特徴とする、抵抗膜方式タッチパネル用透明導電膜積層体。
- 前記保護層は120℃以上の温度で3分以上熱処理を施したことを特徴とする、請求項1に記載の抵抗膜方式タッチパネル用透明導電膜積層体の製造方法。
- 前記光学等方プラスチックフィルムは溶液流延法で製膜されたプラスチックフィルムであることを特徴とする、請求項1に記載の抵抗膜方式タッチパネル用透明導電膜積層体。
- 前記光学等方プラスチックフィルムの面内遅相軸方向の屈折率をnx、面内進相軸方向の屈折率をny、フィルム厚み方向の屈折率をnz、フィルム厚みをdとしたときに、三次元屈折率異方性を示すパラメーターをK=((nx+ny)/2−nz)×dとしたときに│K│≦120nmであることを特徴とする、請求項1、3のいずれかに記載の抵抗膜方式タッチパネル用透明導電膜積層体。
- 前記プラスチックフィルムはポリカーボネート樹脂を主成分とすることを特徴とする、請求項1、3、4のいずれかに記載の抵抗膜方式タッチパネル用透明導電膜積層体。
- 前記透明導電膜が、主としてインジウム金属酸化物(In2O3)からなる透明導電性の金属酸化物膜であることを特徴とする請求項1、3、4、5のいずれかに記載の抵抗膜方式タッチパネル用透明導電膜積層体。
- 前記透明導電性の金属酸化物膜が、主としてインジウム金属酸化物(In2O3)とスズ金属酸化物(SnO2)とからなることを特徴とする請求項1、3、4、5、6のいずれかに記載の抵抗膜方式タッチパネル用透明導電膜積層体。
- 前記透明導電膜が、透明導電性の金属酸化物膜中に、SiO2、TiO2、Al2O3、ZrO2、MgO、ZnOから選ばれた少なくとも1種類の金属酸化物を微量添加したものであることを特徴とする請求項1、3、4、5、6、7のいずれかに記載の抵抗膜方式タッチパネル用透明導電膜積層体。
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