JP2008204683A - 透明導電性フィルム - Google Patents

Abstract

【課題】情報端末入力に利用されているタッチパネルの上部（可動）透明電極やＬＣＤや有機ＥＬ素子を用いたフィルムディスプレイなどにおける透明電極を構成する、摺動耐久性に富む透明導電性フィルムの提供を目的とする。
【解決手段】透明なプラスチックフィルム基材の少なくとも一方の面に、プラズマイオン注入法によってイオン注入層が形成されており、そのイオン注入層の上には非結晶性の酸化物薄膜からなる透明導電性薄膜が積層されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、情報端末入力に利用されているタッチパネルの上部（可動）透明電極やＬＣＤや有機ＥＬ素子を用いたフィルムディスプレイなどにおける透明電極を構成する透明導電性フィルムに関するものである。

透明なプラスチックフィルム基材上に、透明でかつ電気抵抗が小さい導電性薄膜を積層してなる透明導電性フィルムは、その導電性を利用した用途、例えば、液晶ディスプレイやエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）ディスプレイなどのようなフラットパネルディスプレイや、タッチパネルの透明電極などに広く使用されている。

一方、近年、携帯情報端末や、タッチパネル付きノートパソコン、タッチパネル付き携帯ゲーム機などが普及し、これらに用いられている透明導電性フィルムにおいては、より優れた摺動耐久性を有していることが望まれている。

このようなタッチパネルは、ペンや指先などで入力しようとすると、その固定電極側の透明導電性薄膜と可動電極（フィルム電極）側の透明導電性薄膜同士が接触するようになっているが、入力時の荷重、特にペン入力による荷重で透明導電性薄膜にクラック、剥離などの破壊が生じないようにするための優れたペン摺動耐久性を有していることが要望されている。

このような要望に鑑み、従来から、タッチパネルなどを構成する透明導電性フィルムの摺動耐久性を向上させるべく、その透明導電性薄膜の硬度を上げることが種々検討されてきている。

透明導電性薄膜の硬度を上げるためには、例えば、薄膜を構成する酸化物を結晶化することが有効であると考えられている。透明導電性薄膜を結晶化させるためには、特許文献１にあるように、非結晶性の透明導電性薄膜をプラスチックフィルム基材上に成膜した後、得られた積層フィルムを透明導電性薄膜の結晶化温度以上に加熱するという手法がある。その他には透明導電性薄膜を成膜する時に、薄膜が形成されるプラスチックフィルム基材の温度を薄膜の結晶化温度以上に加熱するという手法もある。しかしながら、これらの手法は、高温付加によるプラスチックフィルム基材への悪影響が懸念されるため、加熱を全く必要としないプロセスにより透明導電性薄膜の硬度を上げる方法の開発が強く望まれている。

一方、結晶性の透明導電性薄膜は、電極のパターン化の際に行われる酸によるエッチングの後に残渣として残ってしまうことがあり、この残渣がＬＣＤなどの電極における表示欠陥を生じさせることが危惧される。結晶性の透明導電性薄膜が積層されてなる透明導電性フィルムは、透明導電性薄膜にパターニングを必要とする用途には不適切であるので、硬度の問題は有するものの非結晶性の透明導電性薄膜を有する透明導電性フィルムは有用なものであると考えられている。

そこで、透明導電性フィルム自体の硬度を上げて摺動耐久性を向上させる目的で、プラスチックフィルム基材表面に樹脂により硬度の高いハードコート層を設けた後、透明導電性薄膜を成膜するという手法も用いられているが、透明導電性薄膜が非結晶性である場合は、若干耐摺動耐久性の向上が見られるものの、十分な摺動耐久性を得ることができなかった。

その他に、プラスチックフィルム基材と透明導電性薄膜との密着性を向上させて高い摺動耐久性を得ようという試みもなされている。例えば透明導電性薄膜形成前にプラスチックフィルム基材表面にプラズマ処理を施すという手法である。しかしながら、密着性は向上するものの、その上に非結晶性の透明導電性薄膜を設ける場合においては、十分な摺動耐久性を得ることができなかった。
特許第２５２５４７５号公報

本発明は、かかる従来技術の問題点を解決するものであり、透明なプラスチック基材の少なくとも一方の面に非結晶性の酸化物薄膜からなる透明導電性薄膜が積層されてなる透明導電性フィルムであって、パターニング特性に優れて、かつ高い摺動耐久性を有する透明導電性フィルムを提供することを課題とする。

本発明は、上記の目的を達成するためになされたものであって、請求項１に記載の発明は、透明なプラスチックフィルム基材の少なくとも一方の面に、プラズマイオン注入法によってイオン注入層が形成されており、そのイオン注入層の上には非結晶性の酸化物薄膜からなる透明導電性薄膜が積層されていることを特徴とする透明導電性フィルムである。

また、請求項２記載の発明は、請求項１に記載の透明導電性フィルムにおいて、前記イオン注入層が、プラズマソースとして希ガス、水素、窒素、酸素、アンモニアガスのうち少なくとも一種類のガスを用い、プラズマイオン注入法によって形成されたものであり、かつ、その厚さが、１ｎｍ〜１５０ｎｍであることを特徴とする。

さらにまた、請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載の透明導電性フィルムにおいて、前記透明導電性薄膜が、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）または酸化亜鉛を主成分とした酸化物薄膜であることを特徴とする。

本発明の透明導電性フィルムは、非結晶性の透明導電性薄膜を有していて、しかも結晶性の透明導電性薄膜を用いた透明導電性フィルムと同等の摺動耐久性を有する。このような摺動耐久性の獲得は、プラスチックフィルム基材と透明導電性薄膜との間にプラズマイオン注入法によりイオン注入層が介在するからである。すなわち、そのイオン注入層においては、イオン注入によってプラスチックフィルム基材の基本構造の結合が切断され、新たに強固な結合が生成されるので、イオン注入層が設けられていないプラスチックフィルム基材よりも高密度な層が表面に位置するようになるからである。要するに、このような表面の高密度化は、イオン注入層上に設けた透明導電性薄膜を、それが非結晶であるにもかかわらず高密度な薄膜とし、また、従来のプラズマ処理と同様にイオン注入により生じた水酸基等の効果によりプラスチックフィルム基材と透明導電性薄膜との間の密着性を強固なものとし、これらの協働により摺動耐久性を向上させることが可能になるのである。

また、透明導電性フィルムの非結晶性の透明導電性薄膜は、電極のパターン化の際に行われる酸によるエッチングにより残渣として残ってしまうことがなく、パターニング特性にも優れている。

以下本発明の実施の形態を図面を用いながら詳細に説明する。本発明の透明導電性フィルムは、図１の拡大断面構成説明図に示すように、透明なプラスチックフィルム基材（１
）の上面には、イオン注入層（２）が形成されていて、さらにこのイオン注入層（２）上には非結晶性の酸化物薄膜からなる透明導電性薄膜（３）が積層されてなるものである。

本発明の透明導電性フィルムを構成する透明なプラスチックフィルム基材（１）としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）に代表されるポリエステルフィルムや、ポリカーボネートフィルム、またはエンジニアリングプラスチックなどからなる透明なプラスチックフィルムが挙げられる。なお、本発明の透明導電性フィルムは、例えば、タッチパネルやディスプレイの表面に位置するため、これらのプラスチックフィルム基材（１）は透明性を有することが必要条件となる。また、プラスチックフィルム基材（１）の厚さは、一般的に１００μｍ〜２００μｍ程度のものが用いられるが、特にこの厚さに限定されるものではない。

このようなプラスチックフィルム基材（１）上面のイオン注入層（２）は、プラズマイオン注入法によって形成されるものである。このイオン注入層（２）の形成に当たっては、プラスチックフィルム基材（１）に印加するパルス電圧は５ｋＶ〜２０ｋＶが適している。パルス電圧が５ｋＶより低いとプラスチックフィルム基材（１）のイオンが注入される部分が浅くなり、十分な効果を得ることが難しくなる。また、パルス電圧が２０ｋＶより高いと、プラスチックフィルム基材（１）が熱を保持するようになり、高温付加による悪影響が懸念される。また、パルス幅は２０μｓｅｃ以下が適している。２０μｓｅｃより長い場合、プラスチックフィルム基材（１）がチャージアップするため、イオンを十分に注入することが難しくなる。

プラズマイオン注入法によるイオン注入に使用するプラズマソースとしては、希ガス、水素、窒素、酸素、アンモニアガスのうち少なくとも一種類のガスを用いることが好ましい。上記したプラズマソースを用いることで、プラスチックフィルム基材（１）表面がより活性化され、後述する透明導電性薄膜（３）との密着が良くなる。十分な密度を有するイオン注入層（２）をより短時間で形成するためには、プラズマソースとしてはイオン注入深度が比較的浅く、プラズマの安定性が良好なアルゴンを用いることが特に好ましい。

イオン注入層（２）の厚さは、１ｎｍ〜１５０ｎｍ程度が好ましい。１ｎｍ未満であると十分な強度を得ることが難しくなり、１５０ｎｍを超えると所期の透明性が確保し難くなってしまう。

一方、このようなイオン注入層（２）上に設けられている透明導電性薄膜（３）は、非結晶性の酸化物薄膜からなり、例えば、透明性に優れ、抵抗値が低い酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）または酸化亜鉛を主成分とした酸化物薄膜からなるものである。また、酸化錫を主成分とした酸化物薄膜であってもよい。また、膜質コントロール（例えば、抵抗率調整の際など）のために様々な添加元素が加えてあってもよい。この膜厚は、本発明の透明導電性フィルムが使用されるタッチパネルやディスプレイの品質要求によって異なってくるが、一般的に１０ｎｍ〜１５０ｎｍ程度が好ましい。１０ｎｍ未満だと抵抗値が高くなり過ぎ、また十分な強度を得られ難くなり、１５０ｎｍを超えると十分な透明性を確保することがし難くなる。

この透明導電性薄膜（３）の成膜方法としては、ＤＣマグネトロンスパッタリング法、ＲＦマグネトロンスパッタリング法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法などが挙げられるが、必ずしもこれらに限定されるものではない。

次に実施例により、本発明を具体的に説明する。

厚さ１００μｍのＰＥＴフィルム基材（東レ株式会社製、Ｔ６０）の一方の面に、印加電圧は２０ｋＶでパルス幅は２０μｓｅｃとして、プラズマイオン注入法によって４０秒間のアルゴンイオン注入を行い、厚さが３０ｎｍのイオン注入層を得た。その後、このイオン注入層上にＤＣマグネトロンスパッタ法によって２０ｎｍの物理的膜厚を有するＩＴＯ薄膜を成膜温度０℃で成膜し、実施例１に係る透明導電性フィルムを得た。

得られた透明導電性フィルムに対し、三菱油化株式会社製の電気抵抗測定器（Ｌｏｒｅｓｔａ ＨＰ）を用いてＩＴＯ薄膜の表面抵抗値を測定したところ３１５Ω／□であった。また、株式会社日立製作所製の光学測定器（Ｕ ４０００）を用いて光線透過率を測定したところ、５５０ｎｍにおいて８７％の光線透過率を示した。さらに、株式会社リガク製のＸ線分析器（Ｒｉｎｔ−ＵｌｔｉｍａＩＩＩ）を用いてＩＴＯ薄膜をＸ線回折分析したところ、ＩＴＯ起因のピークは観測されず、成膜されたＩＴＯ薄膜は非結晶性の薄膜であることがわかった。

次に、透明導電性フィルムをスペーサーを介して透明導電性薄膜付硝子と貼り合わせた後、透明導電性フィルムに対して摺動試験（シャープ株式会社製のポリアセタールペン使用；２５０ｇ荷重、５万往復）を行い、試験後にリニアリティの評価を行った。

本明細書でいうリニアリティとは、得られた透明導電性フィルムの８０ｍｍ×８０ｍｍの小片に対し、透明な導電性薄膜形成面の両端辺に幅５ｍｍの電極パターンを銀ペーストで形成して作成したサンプルの電極間に定電圧電源から５Ｖを印加し、しかる後にサンプルの中心部５０ｍｍ×５０ｍｍの範囲を縦横１ｍｍの間隔で、（ｘ１，ｙ１）〜（ｘ５０，ｙ５０）の２５００点において電圧Ｖｉ，ｊ，Ｊ（ｉ，ｊ＝１〜５０）を測定し、その測定結果と各電圧測定点での理論電圧Ｕｉ，ｊ＝Ｖ１，１＋（Ｖ５０，５０−Ｖ１，１）／５０×（Ｊ−１）とのズレをΔｉ，ｊ＝（Ｖｉ，ｊ−Ｕｉ，ｊ）／Ｕｉ，ｊで定義した時の、Δｉ，ｊの絶対値の最大値のことである。この値が、１．５％以下であれば耐摺動性が良好な透明導電性フィルムであると判断した。

実施例１に係る透明導電性フィルムのリニアリティは１．５％以下であり、充分な耐摺動性を示した。

厚さ１００μｍのＰＥＴフィルム基材（東レ株式会社製、Ｔ６０）の一方の面に、印加電圧は２０ｋＶでパルス幅は２０μｓｅｃとして、プラズマイオン注入法によって４０秒間のアルゴンイオン注入を行い、厚さが１５０ｎｍのイオン注入層を得た。その後、このイオン注入層上にＤＣマグネトロンスパッタ法によって２０ｎｍの物理的膜厚を有するＩＴＯ薄膜を成膜温度０℃で成膜し、実施例２に係る透明導電性フィルムを得た。

得られた透明積層フィルムに対し、三菱油化株式会社製の電気抵抗測定器（Ｌｏｒｅｓｔａ ＨＰ）を用いてＩＴＯの表面抵抗値を測定したところ３２０Ω／□であった。また、株式会社日立製作所製の光学測定器（Ｕ ４０００）を用いて光線透過率を測定したところ、５５０ｎｍの光線透過率は８６％であった。さらに、株式会社リガク製のＸ線分析器（Ｒｉｎｔ−ＵｌｔｉｍａＩＩＩ）を用いてＩＴＯ薄膜をＸ線回折で測定したところ、ＩＴＯ起因のピークは観測されず、成膜されたＩＴＯ薄膜は非結晶性の薄膜であることがわかった。

次に、透明導電性フィルムをスペーサーを介し透明導電性薄膜付硝子と貼り合わせた後、透明導電性フィルムに対して実施例１と同様な方法で摺動試験を行い、試験後にリニアリティの評価を行った。リニアリティは１．５％以下であった。

厚さ１００μｍのＰＥＴフィルム基材（東レ株式会社製、Ｔ６０）の一方の面に、印加電圧は２０ｋＶでパルス幅は２０μｓｅｃとして、プラズマイオン注入法によって４０秒間のアルゴンイオン注入を行い、厚さが７０ｎｍのイオン注入層を得た。その後、そのイオン注入層上にＤＣマグネトロンスパッタ法によって２０ｎｍの物理的膜厚を有するＩＴＯ薄膜を成膜温度０℃で成膜し、実施例２に係る透明導電性フィルムを得た。

得られた透明導電性フィルムに対し、三菱油化株式会社製の電気抵抗測定器（Ｌｏｒｅｓｔａ ＨＰ）を用いてＩＴＯの表面抵抗値を測定したところ３１７Ω／□であった。また、株式会社日立製作所製の光学測定器（Ｕ ４０００）を用いて光線透過率を測定したところ、５５０ｎｍの光線透過率は８７％であった。さらに、株式会社リガク製のＸ線分析器（Ｒｉｎｔ−ＵｌｔｉｍａＩＩＩ）を用いてＩＴＯ薄膜をＸ線回折で測定したところ、ＩＴＯ起因のピークは観測されず、成膜されたＩＴＯ薄膜は非結晶性の薄膜であることがわかった。

次に、透明導電性フィルムをスペーサーを介し透明導電性薄膜付硝子と貼り合わせた後、透明導電性フィルムに対して実施例１と同様の方法で摺動試験を行い、試験後にリニアリティの評価を行った。リニアリティは１．５％以下であった。

上記実施例１で用いた厚さ１００μｍのＰＥＴフィルム基材の表面に、その表面硬度を上げる目的で、熱硬化性のポリシロキサン樹脂の薄膜を１０μｍの厚さで塗布し、ハードコート層を設けた。ハードコート層の鉛筆硬度は３Ｈであった。その後、ＤＣマグネトロンスパッタ法によって実施例と同様のＩＴＯ薄膜をハードコート層上に設け、比較のための実施例４に係る透明導電性フィルムを作成し、これに対して摺動試験を上記の方法と同様に行ったところ、リニアリティが３．０％となり、充分な耐摺動性を有していないものであることが分かった。

上記実施例１で用いた厚さ１００μｍのＰＥＴフィルム基材の一方の面に、ＲＦプラズマを用いてプラズマ処理した後、その処理面上に実施例１と同様の方法でＩＴＯ薄膜を設け、比較のための実施例５に係る透明導電性フィルムを作成し、これに対して摺動試験を上記の方法と同様に行ったところ、リニアリティが３．６％となり、充分な耐摺動性を有していないものであることが分かった。

実施例１で用いた厚さ１００μｍのＰＥＴフィルム基材の一方の面に、印加電圧は１５０ｋＶでパルス幅は２０μｓｅｃとして、プラズマイオン注入法によって４０秒間のアルゴンイオン注入を行い、厚さが２００ｎｍのイオン注入層を得た。その後、そのイオン注入層上にＤＣマグネトロンスパッタ法によって２０ｎｍの物理的膜厚を有するＩＴＯ薄膜を成膜温度０℃で成膜し、比較のための実施例６に係る透明導電性フィルムを得た。

得られた透明導電性フィルムに対し、三菱油化株式会社製の電気抵抗測定器（Ｌｏｒｅｓｔａ ＨＰ）を用いてＩＴＯの表面抵抗値を測定したところ３５０Ω／□であった。また、株式会社日立製作所製の光学測定器（Ｕ ４０００）を用いて光線透過率を測定したところ、５５０ｎｍの光線透過率は７５％であった。さらに、株式会社リガク製のＸ線分析器（Ｒｉｎｔ−ＵｌｔｉｍａＩＩＩ）を用いてＩＴＯ薄膜をＸ線回折で測定したところ、ＩＴＯ起因のピークは観測されず、非結晶性のＩＴＯ薄膜であることがわかった。

次に、透明導電性フィルムをスペーサーを介し透明導電性薄膜付硝子と貼り合わせた後
、透明導電性フィルムに対して実施例１と同様の方法で摺動試験を行い、試験後にリニアリティの評価を行った。リニアリティは１．５％以上であった。

実施例１で用いた厚さ１００μｍのＰＥＴフィルム基材の一方の面に、印加電圧は０．５ｋＶでパルス幅は２０μｓｅｃとして、プラズマイオン注入法によって４０秒間のアルゴンイオン注入を行い、厚さが０．５ｎｍのイオン注入層を得た。その後、そのイオン注入層の上にＤＣマグネトロンスパッタ法によって２０ｎｍの物理的膜厚を有するＩＴＯ薄膜を成膜温度０℃で成膜し、比較のための実施例７に係る透明導電性フィルムを得た。

得られた透明導電性フィルムに対し、三菱油化株式会社製の電気抵抗計測器（Ｌｏｒｅｓｔａ ＨＰ）を用いてＩＴＯの表面抵抗値を測定したところ３１５Ω／□であった。また、株式会社日立製作所製の光学測定器（Ｕ ４０００）を用いて光線透過率を測定したところ、５５０ｎｍの光線透過率は８８％であった。さらに、株式会社リガク製のＸ線分析器（Ｒｉｎｔ−ＵｌｔｉｍａＩＩＩ）を用いてＩＴＯ薄膜をＸ線回折で測定したところ、ＩＴＯ起因のピークは観測されず、成膜されたＩＴＯ薄膜は非結晶性の薄膜であることがわかった。

次に、透明導電性フィルムをスペーサーを介し透明導電性薄膜付硝子と貼り合わせた後、透明導電性フィルムに対して実施例１と同様の方法で摺動試験を行い、試験後にリニアリティの評価を行った。リニアリティは１．５％以上であった。

本発明の透明導電性フィルムの概略の断面構成を示す説明図である。

符号の説明

１ プラスチックフィルム基材
２ イオン注入層
３ 透明導電性薄膜

Claims (3)

1. 透明なプラスチックフィルム基材の少なくとも一方の面に、プラズマイオン注入法によってイオン注入層が形成されており、そのイオン注入層の上には非結晶性の酸化物薄膜からなる透明導電性薄膜が積層されていることを特徴とする透明導電性フィルム。
2. 前記イオン注入層が、プラズマソースとして希ガス、水素、窒素、酸素、アンモニアガスのうち少なくとも一種類のガスを用い、プラズマイオン注入法によって形成されたものであり、かつ、その厚さが、１ｎｍ〜１５０ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の透明導電性フィルム。
3. 前記透明導電性薄膜が、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）または酸化亜鉛を主成分とした酸化物薄膜であることを特徴とする請求項１または２に記載の透明導電性フィルム。

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