JPS6179646A - 透明積層導電フイルム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高分子フィルム上にアンダーコートとしてウレ
タン系樹脂を設け、更にポリビニルアルコール系樹脂を
設け、更に該フィルムの両面にＳｉＯ，ＳｉＯ２、Ｔｉ
Ｏ□、ＺｒＯ２、ＡＩ□Ｏ，、Ｔａ２Ｏ−１Ｎｂ２０ｔ
、ＳｎＯ２、ＣｅＯ２の群から選ばれた少なくとも１種
以上の金属酸化物層を設け、更に片面もしくは両面上に
導電層として酸化インジウムを主成分とする被膜を形成
した透明積層導電フィルムに関するものである。

透明導電体としては、以前より酸化スズ、酸化インシ゛
ウム膜をガラス基板上に形成したちのが知られており、
今日では各種ディスプレイの電極や透明な面発熱体等に
広く利用されている。

一方、透明導電フィルムは従来のガラス基板を高分子フ
ィルムに置き替えたものであり、薄くて軽量、割れなく
フレキシブルであり、加工性が良く、大面積が可能であ
るなどガラス基板にはない種々の特徴を持っており特に
液晶用の電極材料としては有望である。

透明導電体のフィルム化はポリエステルフィルムによっ
て始まったが、通常２紬延伸法により作製するため複屈
折を生じ、ＴＮ（ツイスト・ネマティック）型液晶表示
素子の透明電極として用いることができなかった。

そのため−軸延伸ポリエステルフイルムが液晶素子用透
明電極として検討されているが、これを用いる場合は光
学異方性の軸を液晶素子に用いられる偏向板の粕１こ一
致させなくてはならず、作業性が非常に悪い。

又、−軸延伸であるため、熱時の収縮率に異方性があり
、光学的にも外観的にも透明電極としての性能を損なう
。

その他セルロース系のフィルムなどが検討されているが
、耐熱性がなく液晶表示素子の加工工程でかなり変形す
るため使用することが困難である。

従って液晶表示素子用電極としては、特に限定するもの
ではないが透明性が良く、非晶質で、耐熱性のあるフィ
ルムを用いなくてはならない。

そこで鋭意研究を行った結果、複屈折率が位相差にして
４０度以内であり、かつ光弾性定数が２．０ｍｍ／ｋｇ
以下であり、更に２００　’Ｃに於ける熱収縮率が５％
以下である高分子フィルムが最も適していることを見出
した。

しかしながら従来のがラス基板では生じなかったフィル
ム化に伴なう水蒸気や空気の拡散により液晶の着しい劣
化及び障害が起こることが判明した。

更に一般的に高分子フィルムは傷がつき易く加工時に多
数の傷が入り外観上、透明性の点で大きは問題となって
おりから何らかの保護コートが必要である。

そこで鋭意検討した結果、水蒸気及び空気バリア層とし
てＳｉＣ、ＳｉＣ２、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＡｌＯ２、
Ｔａ２０５、Ｎｂ２０１、ＳｎＯ２、ＣｅＯ２のうち、
少くとも１種以上の透明な金属酸化物層と、更にバリヤ
ー向上のため、空気゛に対して最も効果の高い高分子で
あるポリビニルアルコール系樹脂をベースフィルムにア
ンダーコートした有機物層の上に設けることによって、
水蒸気や空気の透過を防止し、更にはらう一方の高分子
フィルムに設ける金属酸化物層によってベースフィルム
、アンダーコートのウレタン系樹脂、ポリビニルアルコ
ール系樹脂からのイオン性不純物の拡散を防止し、且つ
高分子フィルムの保護コートとしての特性を得ることに
よって液晶の寿命を飛躍的に向上することが出来る透明
積層導電フィルムを見出したので以下に於て詳細に説明
する。

まず第１に液晶用としては透明積層導電フィルムを用い
る際のベースフィルムは、特に限定するものではないが
厚さにか・わらず複屈折率は４０度以上の位相差があっ
てはならない。

通常ＴＮ型液晶表示素子は明視野で用いるが、フィルム
の複屈折が大きな場合、地の部分が着色し、文字部分の
コントラストが小さくなるという欠点が生じる。

従ってベースフィルム並びに金属酸化物、有機物層の複
屈折は全くないことが好ましいが、生産工程に於けるバ
ラツキ等も考慮した場合は複屈折率の程度は、厚さにか
）わらず位相差にして４０度が限界であることを見出し
た。

尚この測定は位相差メータにて金属酸化物、有機物層を
設けたベースフィルムの主軸方向の光波の速度差から。

生ずる位相差を測定することにより得られる。

第２の条件として光弾性定数であるが、これはフィルム
に力を加え変形した場合に於ける複屈折の生じ易さを表
わしている定数である。

一般にフィルム電極を用いた液晶セルに於いては、フィ
ルム電極をセットする場合とか、フィルム電極を接着す
る場合など、フィルム電極に張力や圧縮応力が加わるこ
とがあるが、この際に大きな複屈折を生じたのでは第１
の条件で記した如く、表示のコントラストが小さくなる
。

更に重要な点は、フィルム電極を用いる場合は、液晶の
曲面表示が行なわれる場合があり、この時フィルムにか
なりの張力及び圧縮力がか）るため応力下に於いて大き
な複屈折を生じる材料では、同様の理由により表示コン
トラストを小さくするため好ましくない。

従ってフィルム電極に用いるべ一又フィルム並びに金属
酸化物、有機物層は応力下に於いで、出来る限り複屈折
を生じない材質が好ましい。

こ）で種々の透明プラスチックにつき検討した結果、光
弾性定数は２．０ｍｍ／ｋｇが限界であり、これ以下の
値が好ましい。

一般に光弾性定数の小さな材料としては、ヤング率が大
きく、即ち歪みが生じ難く、組成的には大きな分極率を
有する分子を含まないことが好ましい。

尚、光弾性定数の測定は光弾性装置を用い、金属酸化物
、有機物層を設けたベースフィルムにかけた応力と生じ
た光弾性島の関係から求められる。

第３の条件としてべ一又フィルムの熱的性質であるが、
まず透明積層導電フィルムの作製時、金属酸化物の安定
化のため１００’Ｃから２００°Ｃの範囲で熱処理を行
うが、フィルムの収縮率が大きい場合には、金属酸化物
膜に応力集中が起り、シワやクラックが生じる。

また電極パターンに加工する工程に於いては、洗浄、乾
燥等の工程を数回繰るが、電導性金属酸化物層がついた
ベースフィルムの熱収縮率が大きな場合は、パターン精
度が損なわれ、その後の加工に支障をきたす。

その他液晶表示体を組み込んだ機器が比較的高温になる
場合かあｒ）、この様な環境では電極フィルムが収縮・
変形し、その機能を損なう恐れがある。

この様な理由か呟液晶用電極に用いるフィルムは耐熱性
が必要であり、最低限度２００℃に於ける収縮率が５％
以下であることが好ましい。

第４には液晶等に用いる場合にはフィルム側からの水蒸
気や空気の透過を防止しなければならない。

一般的に用いられるシッフベース系、アゾ系、７ゾキシ
系、ビフェニル系、フェニルシクロヘキシル系の液晶い
ずれに於いても、加水分解を受は易いため水蒸気透過は
寿命に直接的な影響を与える。

特にシッフベース系では注意が必要である。

又空気が透過した場合は液晶内に気泡が生じ大きな障害
となる。

従ってプラス基板を高分子フィルム化するためには、ど
うしても水蒸気や空気の透過を防がねば液晶用途には用
いることが出来ない。

そこで防止法としては水蒸気や空気をトラップ出来るベ
ースフィルムを用いれば良いが、液晶等に用いる際の最
も好ましい条件である複屈折率が位相差にして４０度以
内で、かつ光弾性定数が２．ＯＩＩ１ｍ／ｋｇ以下とい
う光学定数を満足するためには無定形高分子でなければ
達成出来ない。

しかしながらこれら無定形高分子フィルムの水蒸気や空
気の透過率は一般的に大きく、液晶劣化を防止すること
は困難である。

更には、ベースフィルム、アンダーコートのウレタン系
樹脂、ポリビニルアルコール系Ｕ（脂からのイオン性不
純物の拡散によって液晶の劣化が著しく促進される。

このためには何らかのバリヤ一層が必要であるが、有機
物層では実際上イオン性不純物をトラップすることは出
来ない。

そこで種々の金属酸化物膜や有機物につき意検討した結
果可視領域に於いて、透過率が８５％以上で、かつ水蒸
気透過率が３　Ｘ　１０′ｇ７ｃｍ２・２４Ｈｒ−ａｔ
ｍ以下で又空気透過率が５×１０″ｃｃ／ｃｍ２・２４
Ｈｒ−ａＬＩ１１以下の金属酸化物層並びに有機物層を
設けることによって液晶用の信頼性試験である８０’Ｃ
１９０％ＲＨの環境下に於いて、実用化が可能な基準を
大巾に向上する１８００時間の使用に耐えることを見出
したものである。

これらの金属酸化物層としては、５ｉＯ１Ｓ１ｏ２、Ｔ
ｉＯ２、ＺｒＯ２、Ａ　Ｉ　２０３、Ｔａ２０５、Ｎｂ
２Ｏ，、ＳｎＯ２、ＣｅＯ２の群から選ばれた少なくと
も一種以上を用い、次に空気バリヤーとしての有機物層
は分子間力が強く官能基濃度も高いポリビニルアルコー
ル樹脂が最も好ましく上記の金属酸化物層で有機物、ベ
ースフィルムをサンドイッチすることによりその目的を
達するができる。

ここでバリヤ一層として金属酸化物と有機物を組み合せ
る理由であるが、金属酸化物は本来、拡散以外にガスの
透過はなく、理想的な物質であるが、一般に金属酸化物
を高分子フィルム上に形成する方法としては、気相法で
あるスパッタリングや蒸着法等で作製するが、装置内に
ある微粒子、ベースフィルムの汚れや作成時の応力等で
生じるピンホールを皆無にすることは不可能であり、金
属酸化物の単独層だけでは充分なバリヤ一層とはなり得
ない。

次に空気バリヤ一層として有機物を単独層として設けた
場合であるが、この目的に適する有機物としては、セル
ロース系やポリアクリルニトリル系、ポリ塩化ビニリデ
ン系、ポリアミド系樹脂等があるが、分子間力が強く官
能基濃度が高いポリビニルアルコール系樹脂が最も好ま
しい。

しかしながらポリビニルアルコール系樹脂は親水性であ
るため高分子フィルムには直接強固には付着させるこ；
瓢 とは出来ず、又高温度下では水を吸着し、水素結合を切
断させ、構造の坂密性が損なわれ空気バリヤー性が急激
に低下する。

更にポリビニルアルコール樹脂は導電膜のエツチング液
である塩酸におかされるため、単独では用いるこのは出
来ない。

そこで以上の欠点を改善するため鋭意検討した結果、ま
ず基板である高分子フィルムに空気バリヤー性に最も優
れたポリビニルアルコール系樹脂を強固に付着させるた
めウレタン系樹脂を用い、更に高湿度下での劣化を防止
し、更に耐塩酸性のため金属酸化物をポリビニルアルコ
ール系樹脂上に形成し、更にもう一方の高分子フィルム
面上にも設けることによって水蒸気、空気、イオン性不
純物の防止等が出来て、欠点が全て解決出来ることを見
い出したものである。

これらの金属酸化物層の厚さは特に限定しないが、１０
０〜５０００Ａの範囲が好ましい。

厚さが１００Ａ未満では連続的な膜を形成しないため目
的とする水蒸気や空気の透過の防止を達成することは困
難である。

又５０００Ａを越えた厚さでは、酸化物層にクラックが
入ったりして好ましくない。

バリヤ一層としての有機物層の厚さは特に限定するちの
ではないが、性能面からは、余り薄い場合は本来のバリ
ヤーコートとしての性能が期待出来なくなるため、０゜
５μｍ以上の厚みは必要である。

又、２０μｍを越える厚みでは、応力が強く、カール等
の問題が生じる。

さしつかえない。

以上記した様に従来のガラス基板に替えて高分子フィル
ムベースによる透明導電性フィルムを用いることにより
、薄く、フレキシブルである新しいタイプの液晶素子の
作製が可能になると共に、生産面に於いては取扱いが容
易で、打抜き加工も可能であり、生産性を飛躍的に向上
することが出来る。

更に性能面ではフィルム側からの水蒸気や空気透過並び
に有機物層からのイオン性不純物を防止したため、寿命
の大巾な向上が計られ、又高分子フィルムの欠点である
容易に傷が入る点をも改善したものである。

以上主として液晶用の電極材料について述べたが、高分
子フィルム上に有機物を設け、該高分子フィルムの両面
上に特定の有機物層と金属酸化物層を設け、更に片面も
しくは両面上に酸化インジウムを主体とする被膜を有し
た透明積層導電フィルムは、他の用途においてもフィル
ム面からの水蒸気や空気並びにイオン性不純物の拡散を
防ぎ、例えば種々の電気特性、信頼性等の低下を防止す
ることが出来、液晶用の電極材料同様きわめて有用なも
のである。

以下、実施例により更に詳細に説明する。

実施例 ベースフィルムとしては、１００μ〜厚のポリエーテル
スルホンフィルムを用い、アンダーコートとしてウレタ
ン樹脂（式日薬品工業（株）タケネー）Ａ−３）を５μ
ｍ厚に、更にポリビニルアルコール樹脂を５μｍ厚にコ
ートした。

更にこの両面に金属酸化物としてＴａ２０５をスパッタ
法で各５０ＯＡ厚に形成し、次に導電層として酸化イン
ジウムをスパッタ法により２５０λ厚に設は透明積層導
電フィルムを作成した。

この際の金属酸化物（Ｔ　ａ　２０５）層までを含めた
フィルムの複屈折率は２０度であり、光弾性定数は１．
７５ｍｍ／ｋｇであった。

又、金属酸化物、有機物層を付与したフィルムの水蒸気
透過率は３　Ｘ　１０’ｇ／ａｍ２・２４Ｈｒ−ａ−で
あり、空気透過率は５　Ｘ　１０’ｃｃ／ａｍ２・２４
Ｈｒ−ａｔｎであり、可視光領域に於ける透過率は８７
％であった。

又比較例として同一のベースフィルムに同様な方法で直
接酸化インジウムを２５ＯＡ厚につけた透明積層導電膜
を作成した。

尚、この際のベースフィルムの水蒸気透過率は１×１０
’ｇ７ｃ＋ｎ２・２４Ｈｒ−ａｒｍ、又空気透過率は２
　Ｘ　１０−２ｃｃ／ｃｍ２・２４Ｈｒ−ａｔｍであっ
た。

以上の２種類の積層導電フィルムを用いて液晶表示用の
セルを作製し、８０°Ｃ１９０％ＲＨの環境下で信頼性
試験を行った５ この結果金属酸化物であるＴａ２０５を設けたセルでは
、実用化が可能な基準を大巾に上回る１８００時間の使
用が可能であった。

一方、ベースフィルムに直接酸化インジウム薄膜を付し
た比較例より作製したセルでは、約５００時間で使用が
不可能となった。

以上実施例で示した様に水蒸気や空気並びにイオン性不
純物の透過を防止する金属酸化物層や有機物層を設ける
ことによって、液晶の寿命を飛躍的に向上出来る透明積
層導電フィルムであることがわかる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 透明高分子フィルムの片面にアンダーコートとしてウレ
   タン系樹脂を設け、更にポリビニルアルコール系樹脂を
   設ける。 更に該フィルムの両面に金属酸化物のＳｉＯ、ＳｉＯ＿
   ２、ＴｉＯ＿２、ＺｒＯ＿２、Ａｌ＿２Ｏ＿３、Ｔａ＿
   ２Ｏ＿５、Ｎｂ＿２Ｏ＿３、ＳｎＯ＿２、ＣｅＯ＿２の
   群から選ばれた少なくとも１種以上の金属酸化物層を設
   け、更に片面もくしは両面上に導電層として酸化インジ
   ウムを主成分とする被膜を形成した透明積層導電フィル
   ム。