JPS62196139A - 透明導電性フイルム - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は透明導電性プラスチックフィルムに関する。更
にくわしくは液晶表示セルを構成するために特に好適に
使用される透明導電性フィルムに関する。

［従来の技術］ 従来、液晶表示セルとしては、主としてヨウ素や二色性
染料などを吸着したビニルアルコール系ポリマーフィル
ムやポリエンフィルムからなる偏光子、主としてアセチ
ルセルロースフィルムやアクリル系ポリマーフィルムか
らなる偏光子保護フィルムおよび透明導電膜を設けたガ
ラス板（透明導電ガラス）から構成されたものが用いら
れてきた。　しかし、近年デバイスの小型化、軽量化の
指向で上記ガラス板をプラスチックフィルム化してセル
の構成体をすべてプラスチックフィルム化することによ
り液晶表示デバイスを軽量化する検討がなされ、そのた
めのフィルムとしてたとえば一方向に延伸されたポリエ
ステルフィルムなどが有用であることが知られている（
例えば、特開昭５７−１７３８１６号公報）。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、一方向に延伸されたく一軸延伸）ポリエ
ステルフィルムでガラス板を代替して液晶表示デバイス
を構成すると、■偏光子と偏光子保護フィルムとで構成
されるいわゆる偏光板（偏光フィルム）の耐久性低下、
■液晶自体の寿命低下などの問題が生じてくる。このこ
とはデバイスの信頼性につながる重要な問題である。

液晶表示デバイスは安価でエネルギー消費の少ない今後
とも有望な表示デバイスであり、フィルムによるガラス
板代替が進展して軽薄短小化されることによりその活用
分野は更に拡大されることが期待できるが、上記問題点
等の理由でガラス板のフィルム化が進展せず、その活用
分野も伸びなやんでいる。

本発明の目的は、フィルムを基板とした液晶表示デバイ
スの耐久性、身命を向上させるための液晶表示セルその
他に有用な透明導電性薄層を有するフィルムを提供する
ことにある。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的は、−軸延伸した透明プラスチックフィルム（
Ａ）、非結晶性の酸化アルミニウム薄層（Ｂ）および透
明導電薄層（Ｃ）とから少なくともなり、上記Ａの片面
ないし両面に上記Ｂ、Ｃの少なくとも一層が積層された
透明導電性フィルムにより達成される。

本発明に用いる一軸延伸した透明プラスチックフィルム
（Ａ）とは、次の代表的重合体を溶液ないし溶融押出後
、縦または横方向のどちらか一方向に延伸配向したもの
である。代表的重合体としては、ポリプロピレンなどの
ポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレートやポリエ
チレン−２，６ナフタレーｉ−などのポリエステル、ナ
イロン６やナイロン１２などのポリアミド、ポリイミド
、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネ
ート、ポリフェニレンスルフィドなどあるいはモノマー
（原料）組成的にこれらの重合体の構成単位を主成分と
して含む共重合ヤブレンドボリマーなどがある。中でも
、ポリエチレンテレフタレート成分を８０モル％以上含
むポリエステルが特性のバランス、均質性、価格などの
面ですぐれている。

本発明の一軸延伸とは、押出機で口金から吐出したシー
トないしフィルム状とした未延伸フィルムを縦ないし横
方向のどちらか一方向に少なくとも２．５倍以上延伸す
ることであるが、必要に応じてそれと直向する方向に１
．２倍以下の範囲で延伸してもよく、その延伸倍率は重
合体の種類、押出し条件あるいは必要特性範囲等の因子
により最適範囲を公知の手段で適宜選定されてよい。

本発明の透明プラスチックフィルムの光線透過率は一般
論として高いほど好ましいが、液晶表示デバイスの方式
おるいは該デバイスの活用分野によってもその要求特性
は異なる。これらのことを配慮しても白色自然光での全
光線透過率が少なくとも５０％以上、特に好ましくは７
０％以上であることがよい。

本発明の一軸延伸した透明プラスチックフィルム（Ａ）
は、酸化アルミニウム薄層の形成に先だち、コロナ放電
処理、火炎処理、プラズマ処理、グロー放電処理、粗面
化処理などの表面処理が施されても良い。

本発明の一軸延伸した透明プラスチックフィルム（Ａ＞
の厚さは、特に制限を受けないが、液晶表示セル構成用
の透明導電基板としての適性から５〜４００μｍの範囲
が望ましい。機械強度と可撓性の点では、更に好ましく
は２０〜２００μｍの範囲でおることが望ましい。

本発明でいう酸化アルミニウム薄層（Ｂ）とは、ＡＣ３
、Ａα２０２、ＡＱ２０３などのアルミニウムの酸化物
の薄膜であり、中でも透明性とガス遮断性の点でＡｒＬ
２０３薄膜で必ることが最も望ましい。また、酸化アル
ミニウム薄層中に、透明性とガスバリア性を損わない範
囲で１０重量％以下程度のアルミニウム、銅、鉄、タン
グステン、モリブデンなどの金属や、酸化ジルコニウム
、酸化マグネシウム、酸化タングステン、酸化モリブデ
ン、窒化硼素などの不純物が微量含まれることは許容さ
れる。また、本発明の酸化アルミニウムは、可撓性や成
型性を発揮するため、非結晶性であることが望ましい。

結晶性の酸化アルミニウムが含まれると、膜厚が厚くな
ったり、引っ張りゃ折り曲げの際、亀裂が発生する。本
発明でいう非結晶性の酸化アルミニウムとは、結晶性の
酸化アルミニウムを含まない酸化アルミニウムをいう。

結晶性または非結晶性の判定は、Ｃｕのにα線を用いた
通常のＸ線回折装置で容易に測定できる。

たとえば、結晶性のα−八へ、２０３が含まれていると
、回折角２θが４３．３９度や５７．５６度などの位置
に明瞭な回折ピークがあられれる。β−ＡＪ、０３（７
）場合は、回折角２θが６６．６５度や３３．４３度な
どの位置に回折ピークが必られれる。これらの回折ピー
クの半価幅から結晶の粒子サイズを測定することもでき
る。この他γ−Ａ１２２０３、δ−八へ、２０３など伯
の結晶性酸化アルミニウムについても同様に固有の回折
ピークが測定できる。非結晶性の酸化アルミニウムの場
合は、Ｘ線回析装置では、特定の回折ピークは測定され
ない。本発明でいう、非結晶性の酸化アルミニウムとは
、Ｘ線回折によって特定の回折が観測されないものであ
る。

酸化アルミニウム薄層（Ｂ）の厚みは、使用する基体と
目的に合せて選定されるが、本発明においては３０人〜
５０００人の範囲が望ましく、好ましくは５０人〜２０
００人、更に好ましくは１００人〜１０００人が望まし
い。３０人未満では、本発明の効果の発現が顕著でなく
好ましくない。

５０００Å以上では、基体フィルムが１５μｍ以下のよ
うに極めて薄い場合にカールが発生するなど平面性を損
う。

本発明の酸化アルミニウム薄層（Ｂ）としては、光学的
吸収率が小さく、Ｈｅ−Ｎｅレザー光（６３２８人）の
波長に対する屈折率が１．５０〜１゜６４の範囲にある
ものが好ましい。

光学的吸収率は、酸化アルミニウム薄層（Ｂ）内の八〇
、２０３の量と対応があり、八〇、２０３が９６％以上
１００％、更に好ましくは９８％以上１００％でおると
極めて吸収率が低く、透明性の高いものになる。

また、へ〇２０３結晶の屈折率は約１．７６と高いため
、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレンなど上
記透明プラスチックフィルムと積層すると、境界層での
反射が生ずるため、透過率が減少したり、干渉による虹
模様が発生する。このため、酸化アルミニウム１１ｍの
屈折率は、プラスチックフィルムとの積層によっても虹
模様の発生がみられない、１．５０〜１．６４の範囲に
おることが望ましい。

酸化アルミニウム薄層の形成方法としては、酸化アルミ
ニウムの粉末や固形物を真空蒸着、スパッタリング、イ
オンブレーティングなど真空析出法で行なう方法や、ア
ルミニウム金属を酸素ガスを導入した中でスパッタリン
グ、真空蒸着、イオンブレーティングにより形成する方
法が採用できる。中でも非結晶性で、可撓性がおり、屈
折率が低く虹模様の発生しにくい酸化アルミニウム薄層
を形成するには、アルミニウム金属を抵抗加熱、誘導加
熱、電子ビーム加熱により溶融蒸発させ、酸素ガスを導
入しながら基体に酸化アルミニウム薄層を形成する、反
応性真空蒸着法が最も適している。

図に、本発明の酸化アルミニウム薄層を作成するための
反応性真空蒸着装置の一例を模式的に示す。

真空容器１内に設置された巻出軸２より、プラスチック
フィルム５が送りだされ、−３０〜−５°Ｃに冷却され
た冷却ドラム３を経由して、巻き取り！ｌ’１ｌ１４に
巻き取られる。この間、冷却ドラム上にて、高周波誘導
加熱電源に接続された蒸発器６内のアルミニウムが蒸発
し、酸素ボンベ１０から、ガス流量制御装置９を通して
マスク７で囲まれたガス吹出口８から供給される酸素ガ
スと反応して、プラスチックフィルム基体５の上に酸化
アルミニウム薄層が形成される。真空容器内の圧力は、
１Ｘ１０’〜１Ｘ１０−２トール、酸素ガスの供給量は
、蒸発器６からのアルミニウムの蒸発量に応じて調整さ
れる。

非結晶性の酸化アルミニウムを形成するには、基板温度
、蒸発速度が重要であり、基板温度が低く、かつ蒸発速
度が大きいほど非結晶性の膜が得られやすい。非結晶の
膜を得るためには、基板温度を一５℃以下にすることが
好ましい。また、酸化アルミニウム薄層の屈折率は、基
板温度、蒸発速度の他に蒸着中の酸素圧力にも大きく依
存する。

蒸発速度が小さくかつ、酸素圧力が高いほど屈折率が低
い膜が得られる。このため屈折率の調整は、主として基
板温度、蒸着速度、酸素圧力を調整することによって行
なうことができる。

本発明における透明導電薄層（Ｃ）としては、公知の透
明導電性を有する半導体や貴金属あるいはそれらの複合
体や積層体などの薄膜が有用であり、それらの半導体や
貴金属としては、例えば、酸化インジウム、酸化錫、酸
化カドミウム、酸化アンチモン、酸化チタン、酸化亜鉛
、金、銀、白金、パラジウム、ロジウムなどがおる。特
に好ましいものとしては、酸化インジウム−ＩＩ（ヒ錫
複合体の薄膜が上げられる。

透明導電薄膜層（Ｃ）の厚さは２０〜５，０００大の範
囲がよく、特に好ましくは５０〜１，０００人の範囲が
よい。この範囲よりも膜厚が薄いと液晶表示デバイスの
透明電極としての導電性が悪く、逆にこの範囲よりも厚
いと透明性が悪くなることが多く好ましくない。この導
電性としては、３〜１０７Ω／口の範囲がよく、特に好
ましくは５〜１０”Ω／口の範囲がよい。

本発明の透明導電薄層（Ｃ）はスパッタリング、真空蒸
着、イオンブレーティングなど反応性を含めた通常の真
空薄膜析出法により形成することができる。

本発明において、その構成は、Ｂ／Ａ／Ｃ１Ａ／Ｂ／Ｃ
，Ａ／Ｃ／Ｂなど単純な構成からＢ／Ａ／Ｂ／Ｃ，Ｂ／
Ａ／Ｂ、／Ｃ／Ｂ、Ｃ／Ｂ／Ａ／Ｃ，Ｃ／Ｂ／Ａ／Ｂ／
Ｃなど多くの構成が有効である。

本発明のフィルムの透明性は、上記Ａ、Ｂ、Ｃの材種、
厚さ、構成などにより決まってくるものであるが、白色
自然光での全光線透過率が５０％以上、好ましくは６５
％以上、特に好ましくは７５％以上であることがよい。

［効果］ 本発明の透明導電性フィルムは、非結晶性の酸化アルミ
ニウム薄層（Ｃ）が構成体中に含まれていることが大き
な特徴であり、本発明の透明導電性フィルムで透明導電
ガラスを代替したフィルム構成液晶表示セルを用いたデ
バイスは、偏光フィルムや液晶自体の耐久性、寿命が向
上し、デバイスの軽薄短小化を可能にしながら透明導電
ガラスを使用した場合と同様な信頼性が発現する。この
ことは、以下で述べるように上記非結晶性の酸化アルミ
ニウム薄層（Ｃ）が透明でしかもガス遮断性に著しくす
ぐれていることに基因していると考えることができる。

すなわち、偏光子としては、水溶性ないし水との親和性
が極端に強いビニルアルコール系ポリマーフィルムにや
はり極性が高く水との親和性のめるヨウ素や二色性染料
などを含むものや主鎖に二重結合を有し本質的に耐候性
の悪いポリエン類のフィルムが、保護フィルムとしては
酸素や水蒸気などのガス遮断性の悪い代表例といえるセ
ル０−ス系フィルムやアクリル系ポリマーコーティング
フィルムがそれぞれ最も一般的なものであり、この偏光
子と保護フィルムとから偏光板（偏光フィルム）が構成
されているので偏光フィルムはもとより水、特に湿熱や
熱水などにより構造ないし形態変化を受けやすかったり
、あるいは特に酸素の存在下での紫外線被曝で化学構造
や分子量変化を受けやすい本性がある。これらの物理的
、化学的変化はそのまま偏光性能の低下につながる。も
し透明導電基板やセルのカバ一部分などにガラス板を用
いれば、ガラスにすぐれたガス遮断性があるため偏光フ
ィルムは上記物理的、化学的構造変化を受けにくく、し
たがって偏光フィルムの耐久性も問題ないが、そのガラ
スを単純にガス遮断性のめまりよくない通常の透明導電
フィルムなどで代替した場合には、偏光フィルムは上記
変化が非常に起こりやすい状態に常にざらされるため結
果的には耐久性が悪くなってしまう。同様なことは液晶
自体にも言える。つまり、液晶も極性の高い有機化合物
であり、水や酸素の存在下で熱や紫外線の照射を受ける
と酸化や加水分解などの変化が起こりやすい。このため
ガス遮断性の悪いプラスチックフィルムのみで構成され
たセル中では当然その寿命が短くなる。

これに対して本発明の導明導電性フィルムは、非結晶性
の酸化アルミニウム薄層（Ｃ）があるためにガス遮断性
が極めて良好でおり、偏光フィルムや液晶の特性劣化を
防止している。このため本発明の透明導電性フィルムを
使用した液晶表示デバイスは軽薄短小にしてしかもきび
しい環境条件下で長期間使用することができ、その活用
分野を飛躍拡大させることが期待できる。

本発明における特性の測定には、次の方法を用いた。

（イ）　酸素透過率 ＡＳＴＭ　　Ｄ−３９８５に準じて、酸素透過率測定装
置（モダンコントロールズ製、０Ｘ−ＴＲＡＮｌｏｏ）
を用いて測定した。

（ロ）　水蒸気透過率 水蒸気透過率測定装置（ハネウェル（株）製、Ｗ８２５
型）を用いて、４０℃、１００％Ｒ，Ｈ−の条件にて測
定した。

（ハ）　酸化アルミニウム薄層の組成 ＥＳＣＡスペクトロメータ（島津製作所（株）製、ＥＳ
ＣＡ７５０）を用いて、蒸着膜表面のへ〇、２−ベクト
ルを測定し、結合エネルギーに対応するピークの積分強
度より、金属アルミニウムと酸化アルミニウムの組成比
を算出した。

（ニ）　酸化アルミニウム薄層の結晶性Ｘ線回折装置（
理学電機（株）製）を用いて、Ｃ１，ＩＫα線（Ｎｉフ
ィルタ使用）を蒸着膜表面に入射させ、ゴニオメータで
試料とＸ線源を回転させながら、シンチレーションカウ
ンター（理学電機（株）製）で回折強度を測定した。

（ホ）　酸化アルミニウム薄層の屈折率エリプソメータ
（溝尻光学工業（株）、ＤＶＡ−３６１）を用いて、Ｈ
ｅ−Ｎｅレーザ光（波長６３２８人）に対する屈折率を
測定した。

（へ）　酸化アルミニウム薄層の厚さ 酸化アルミニウム薄層の厚さは、予め基板フィルムにポ
リエステル粘着テープ−（日東電工（株）、ＮＯ３１Ｂ
＞を貼り、蒸着した後、この粘着テープをはがし、蒸着
部分と未蒸着部分の段差をつくる。この段差部を高精度
段差測定機（小板研究所（株）製、ＥＴ−１０＞にて測
定した。

（ト）　光線透過率 分光光度計（日立製作所（株）製、自記分光光度計３２
３型）にて、分光透過率を測定し、波長５５０ｎｍでの
透過率を光線透過率とした。

（チ）　表面電気抵抗値 デジタルテスター（右輪通信機製ＶＯＡＣ７０７）を使
用する。ゴム硬度的６０のゴムシート上に３５順幅のサ
ンプルを処理面を上側にして置き、その上に３５Ｉｒｙ
Ｉ幅、対向距離３５Ａｌ１１の電極にのせ、電穫端子間
の抵抗を測定する。

［実施例］ 実施例１〜４、比較例１ 未延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムを１１０℃
にて縦方向に３．７倍延伸した後、緊張下で２００℃の
熱処理を施し、厚みが１００μの一軸延伸したポリエチ
レンテレフタートフィルム（フィルムａ）を作製した。

次いで、フィルムａを第１図に示す反応性蒸着装置に装
着し、純度９９．９％のアルミニウムを高周波誘導加熱
蒸着器に充填した後、真空槽を１×１０４トールに排気
した。冷却ドラムを一１５°Ｃに冷却した１多、高周波
誘導加熱蒸着器を通電し、アルミニウムが５μｍ／ｍｒ
　ｎの速度で蒸発するよう投入電力を設定し、次にガス
流量制御装置により酸素ガスを真空槽内に供給した。酸
素ガスの供給量は真空容器の圧力を見ながら調整し、圧
力が８×１０　トール以上では透明な酸化アルミニウム
が得られたことから、圧力を９Ｘ１０　　トールに保っ
て、フィルムの巻取速度を調整し、厚さが５０人、１０
０人、５００人、１０００人の酸化アルミニウム薄層（
Ｂ）を蒸着した。酸化アルミニウムを蒸着したフィルム
をフィルムｂと呼ぶ。

酸化アルミニウム薄層の組成は八〇２０３であり、Ｘ線
回折の結果、非結晶性でおった。へ〇、２０３膜の屈折
率は表１に示す。

次いで、フィルムａおよびフィルムｂの酸化アルミニウ
ム薄層の面に、スパッタ法により、酸化インジウム−酸
化錫複合体から成る透明導電薄層（Ｃ）を形成した。ス
パッタ法は、マグネトロン放電型カソードに、インジウ
ム（９０重四％）−錫（１０重量％）の合金ターゲット
を設置し、真空槽を１Ｘ１０−５トールに排気したのち
、アルゴン（７０体積％）−酸素（３０体積％〉の混合
ガスを１Ｘ１０−３トールになるよう導入し、カソード
に一５００Ｖの直流電圧を印加した、反応性スバッタ法
を用いた。透明導電薄層（Ｃ）の表面電気抵抗値は５０
０オ一ム／口となるようフィルム速度を調整した。

一軸延伸ポリエチレンテレフタレートフイルム（フィル
ムａ）に直接透明導電薄層（Ｃ）を設けたものを、比較
例１とする。酸化アルミニウム薄層（Ｂ）の上に透明導
電８層（Ｃ）を設けたもののうち、酸化アルミニウム薄
層の厚さが５０大のものを実施例１、厚さが１００人、
５００人、１０００人のものをそれぞれ実施例２，３．
４とする。

比較例１．実施例１．２，３．４のフィルムの構成、光
線透過率、ガス遮断性を表１に示す。

酸化アルミニウム薄層を設けたものは、比較例にくらべ
、ガス遮断性がすぐれていた。

実施例５ 比較例１で得られたフィルムの透明導電薄層（Ｃ）の表
面に実施例３と同様の反応性蒸着法で、厚さが５００人
の酸化アルミニウム薄層（Ｂ）を蒸着した。このものの
光線透過率、ガス遮断性を表１に示す。

実施例６，７ 比較例１と実施例３で得られたフィルムの透明導電薄層
（Ｃ）を設けていない面に、実施例２と同様の反応性蒸
着法で、厚さが５００人の酸化アルミニウム薄層（Ｂ）
を蒸着した。基板フィルムとして比較例１で得られたフ
ィルムを用いたものを実施例６、実施例３で得られたフ
ィルムを用いたものを実施例７とする。実施例６，７の
フィルムの光線透過率、ガス遮断性を表１に示す。

【図面の簡単な説明】

図は、本発明を実施する反応性真空蒸着装置の例の説明
図である。 １：真空容器　　　　　　２９巻出軸 ３：冷却ドラム　　　　　４：巻取軸 ５ニブラスチツクフイルム ６：蒸発器　　　　　　　７：マスク ８：ガス吹出口 ９：ガス流量制御装置 １０：酸素ボン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 一軸延伸した透明プラスチックフィルム（Ａ）、非結晶
   性の酸化アルミニウム薄層（Ｂ）および透明導電薄層（
   Ｃ）とから少なくともなり、上記Ａの片面ないし両面に
   上記Ｂ、Ｃの少なくとも一層が積層されてなる透明導電
   性フィルム。