JP2008270115A - 透明導電性ガスバリアフィルム - Google Patents

Abstract

【課題】真空プロセスのみの単一プロセスによって製造可能であるとともに、耐溶剤性に優れた透明導電性フィルムを提供すること。
【解決手段】プラスチックフィルム（１）の少なくとも一方の面に、プラズマソースとして希ガス、水素、窒素、アンモニアガスのうち少なくとも一種類のガスを用いたプラズマイオン注入法によって層厚が１５ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であるイオン注入層（２）が形成されており、前記イオン注入層の上にガスバリア層（３）、透明導電層（４）を順次形成してなることを特徴とする透明導電性ガスバリアフィルム。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばLCDや有機EL素子を用いたフィルムディスプレイの電極として用いられる耐溶剤性に優れた透明導電性フィルムに関するものである。

近年、液晶ディスプレイ(LCD)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が、広く普及してきた。
これらの情報機器の携帯性を向上するため、より一層の薄型化・軽量化、耐破損性が求められている。従来、LCD、タッチパネルの透明導電性基板として、重く、厚く、割れやすいガラス基板が用いられて来たが、これに代わる材料として、透明導電性樹脂基板が提案されている。しかし、透明導電性樹脂基板は、耐久性、耐溶剤性、ガスバリア性等の基本特性がガラス基板より劣っている。

例えば、透明導電性樹脂基板を、LCD用電極基板として利用しようとした場合、金属酸化物層を設けることにより、ガスバリア性は付与できる。しかし、液晶配向膜形成過程で、液晶配向膜の前駆材料をＮ−メチルピロリドン(NMP)等の溶剤に溶解した塗工液をコーティングする際に、上記溶剤に透明導電性樹脂基板が、白化、膨潤等の損傷を受ける。そこで、基板の上記溶剤による白化を防止するために、基板上に高分子膜を塗布し、耐溶剤性を付与することが一般的に行われている（特許文献１）。

しかしながら、上記従来の技術では、少なくとも3層成膜する必要があることに加えて、有機層/無機層/有機層という積層のため無機層は真空プロセス、有機層は大気中プロセスと、成膜プロセスが全く違う工程を順に通すことによるコストアップは避けることができない。
よってできるだけ単一プロセスで各層を形成することができる膜構成が望まれている。しかし、ディスプレイ基板として使用に耐えうるガスバリア層を形成するには今のところ真空プロセス以外にない。有機層を真空プロセスで形成可能なものに置換することが望まれている。
特許第３６６７９３３号公報

本発明の目的は、かかる従来技術の問題点を解決し、真空プロセスのみの単一プロセスによって製造可能であるとともに、耐溶剤性に優れた透明導電性フィルムを提供することにある。

請求項１に記載の発明は、プラスチックフィルム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層厚が１５ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であるイオン注入層が形成されており、前記イオン注入層の上にガスバリア層、透明導電層を順次形成してなることを特徴とする透明導電性ガスバリアフィルムである。
請求項２に記載の発明は、前記イオン注入層は、プラズマソースとして希ガス、水素、窒素、アンモニアガスのうち少なくとも一種類のガスを用いて形成されたものであることを特徴とする請求項１に記載の透明導電性ガスバリアフィルムである。
請求項３に記載の発明は、前記イオン注入層のＣ＝Ｃ結合（Ｂｃ＝ｃ）とＣ−Ｃ結合（Ｂｃ−ｃ）との比である、Ｂｃ＝ｃ／Ｂｃ−ｃが０．２以上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である。

本発明の透明導電性フィルムは、プラスチックフィルム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層厚が１５ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であるイオン注入層が形成されており、前記イオン注入層の上にガスバリア層、透明導電層を順次形成してなることを特徴としている。従来技術は上述のように、耐溶剤性を高めるためにアクリレートのような耐溶剤性の高い高分子膜を形成した後、ガスバリア層及び透明導電性薄膜を形成していたが、本発明では、上記イオン注入層が耐溶剤性を付与するものであり、従来技術と同等の性能を提供する。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の基本構造の結合が切断され新たに炭素の二重結合が形成されることによって、プラスチック表面に溶剤に対して可溶ではない炭素の二重結合が多く含まれた薄膜が形成され、これが耐溶剤性に寄与する。
このように本発明によれば、真空プロセスのみの単一プロセスによって製造可能であるとともに、耐溶剤性に優れた透明導電性フィルムを提供することができる。

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。
図１は、本発明の透明導電性ガスバリアフィルムの一形態の断面図である。図１の形態の透明導電性ガスバリアフィルムは、プラスチックフィルム（１）上に、イオン注入層（２）が形成され、さらにガスバリア層（３）および透明導電層（４）が順次形成されている。このイオン注入層（２）はプラズマイオン注入法によって形成されており、その上に形成されているガスバリア層（３）は例えば、DC及びRFマグネトロンスパッタリング法もしくはCVD法によって形成されており、透明導電層（４）は例えば、ＤＣスパッタリング方式により形成された膜である。

本発明の透明導電性フィルムを構成するプラスチックフィルム（１）としては、例えば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、ポリアリレートフィルムやポリエーテルサルフォンフィルム等のエンジニアリングプラスチックフィルムなどが挙げられる。特にLCD用途に用いる場合は、複屈折率の少ないプラスチックフィルムが好ましい。なお本発明の透明導電性フィルムは、ディスプレイ全面に貼りつける形になるので，このプラスチックフィルム（１）は透明性を有することが必要条件となる。 基材の厚さは特に限定はしないが、100ミクロン〜200ミクロン程度が適している。

また、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ている。プラズマイオン注入条件は、プラスチックフィルム（１）に印加するパルス電圧が5kV〜20kV、パルス幅が10μsec〜20μsec程度の条件が適している。また、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、アンモニアガスのうち少なくとも一種類のガスが好ましい。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（１）表面がより活性化され、後述するガスバリア層との密着が良くなる。十分な密度を有するイオン注入層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。
またイオン注入層（２）層の層厚は１５ｎｍ以上１５０ｎｍ以下が好ましい。１５ｎｍ未満では充分な耐溶剤性が得られない。また１５０ｎｍを超えると、良好な透明性を得られない可能性が高い。
さらに好ましいイオン注入層（２）層の層厚は３０ｎｍ以上７０ｎｍ以下である。

また本発明によれば、イオン注入層のＣ＝Ｃ結合（Ｂｃ＝ｃ）とＣ−Ｃ結合（Ｂｃ−ｃ）との比である、Ｂｃ＝ｃ／Ｂｃ−ｃが０．２以上であることが好ましい。この値が０．２以上であることにより、アモルファス化が進み、耐溶剤性が向上し、硬度も増す。Ｂｃ＝ｃ／Ｂｃ−ｃは、化学修飾法を用いて測定することができる。Ｂｃ＝ｃを検出する場合は、臭素をクロロホルムで希釈したものにサンプルを浸すことにより、サンプル表面にあるC=CをC-Brで置換し、それをXPSを用いて測定することにより、C-CとC-Brの比が測定できこれがすなわち、C-C結合とC=C結合の比となる。
さらに好ましいＢｃ＝ｃ／Ｂｃ−ｃは０．２〜０．５である。

本発明におけるガスバリア層（３）は、高い透明性と高いガスバリア性能を有していれば特に限定されないが、DCスパッタリング法やCVD法で形成された、酸化珪素薄膜や、酸窒化珪素が好んで用いられる。

本発明における透明導電層（４）の材料としては、酸化インジウムスズ（ITO）が特に多く用いられているが、酸化亜鉛や酸化錫等、高い透明性と高い導電性を有していれば特に限定されない。

以下、実施例および比較例により、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は下記例に制限されるものではない。

〈実施例１〉
厚さ100μｍのPETフィルム（東レ社製、T60）基材にアルゴンイオン注入層を設けた。その際、基材に印加した電圧は20kVでパルス幅は20μ秒であった。40秒間、アルゴンイオン注入を行ったところ、約30nmのイオン注入層を得た。このイオン注入層上に、NMPを数滴垂らし８０℃５分間保持後、水洗し外観変化を見たところ、滴下前と変化は見られなかった。この際、イオン注入層のＢｃ＝ｃ／Ｂｃ−ｃは0.5であった。その後、ガスバリア層として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酸化珪素薄膜を形成した。この積層体の酸素透過速度をMOCON社製OXTRANにて30℃、70%RHの条件下で測定したところ0.2cc/m²/dayであり、水蒸気透過速度を同じくMOCON社製PERMATRANにて４０℃、90%RHの条件下で測定したところ0.2g/m²/dayであり、良好なガスバリア性能を有していた。その後、ガスバリア層上にITO薄膜をDCマグネトロンスパッタ法によって150nm成膜した。この際、表面抵抗値は35Ω/□であった。以上の積層体を再び同様にNMP処理を行ったところ外観に変化は見られなかった。

<実施例２>
厚さ188μmのポリカーボネートフィルム（帝人社製、パンライト）基材に、窒素イオン注入層を設けた。その際、基材に印加した電圧は5kVでパルス幅は20μ秒であった。40秒間、窒素イオン注入を行ったところ、約１５nmのイオン注入層を得た。この積層体上に、NMPを数滴垂らし８０℃５分間保持後、水洗し外観変化を見たところ、滴下前と変化は見られなかった。この際、イオン注入層のＢｃ＝ｃ／Ｂｃ−ｃは0.2であった。その後、ガスバリア層として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酸化珪素薄膜を形成した。この積層体の酸素透過速度をMOCON社製OXTRANにて30℃、70%RHの条件下で測定したところ0.15cc/m²/dayであり、水蒸気透過速度を同じくMOCON社製PERMATRANにて４０℃、90%RHの条件下で測定したところ0.12g/m²/dayであり、良好なガスバリア性能を有していた。その後、同様にITO薄膜をDCマグネトロンスパッタ法によって150nm成膜した。この際、表面抵抗値は35Ω/□であった。以上の積層体を再び同様にNMP処理を行ったところ外観に変化は見られなかった。

<実施例３>
厚さ188μmのポリカーボネート（帝人社製、パンライト）基材に、水素イオン注入層を設けた。その際、基材に印加した電圧は20kVでパルス幅は20μ秒であった。300秒間、水素イオン注入を行ったところ、約１５０nmのイオン注入層を得た。この積層体上に、NMPを数滴垂らし８０℃５分間保持後、水洗し外観変化を見たところ、滴下前と変化は見られなかった。この際、イオン注入層のＢｃ＝ｃ／Ｂｃ−ｃは0.35であった。その後、ガスバリア層として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酸化珪素薄膜を形成した。この積層体の酸素透過速度をMOCON社製OXTRANにて30℃、70%RHの条件下で測定したところ0.15cc/m²/dayであり、水蒸気透過速度を同じくMOCON社製PERMATRANにて４０℃、90%RHの条件下で測定したところ0.12g/m²/dayであり、良好なガスバリア性能を有していた。その後、同様にITO薄膜をDCマグネトロンスパッタ法によって150nm成膜した。この際、表面抵抗値は35Ω/□であった。以上の積層体を再び同様にNMP処理を行ったところ外観に変化は見られなかった。

〈比較例１〉
厚さ188μmのポリカーボネート（帝人社製、パンライト）基材に、アルゴンイオン注入層を設けた。その際、基材に印加した電圧は1kVでパルス幅は20μ秒であった。40秒間、水素イオン注入を行ったところ、7.5nmのイオン注入層を得た。この積層体上に、NMPを数滴垂らし８０℃５分間保持後、水洗し外観変化を見たところ、白濁が見られた。この際、イオン注入層のＢｃ＝ｃ／Ｂｃ−ｃは0.1であった。その後、ガスバリア層として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酸化珪素薄膜を形成した。この積層体の酸素透過速度をMOCON社製OXTRANにて30℃、70%RHの条件下で測定したところ0.15cc/m²/dayであり、水蒸気透過速度を同じくMOCON社製PERMATRANにて４０℃、90%RHの条件下で測定したところ0.12g/m²/dayであり、良好なガスバリア性能を有していた。その後、同様にITO薄膜をDCマグネトロンスパッタ法によって150nm成膜した。この際、表面抵抗値は35Ω/□であった。以上の積層体を再び同様にNMP処理を行ったところやはり白濁が見られた。

本発明の透明導電性フィルムは、真空プロセスのみを用いて形成でき、コスト性に優れるとともに、耐溶剤性にも優れるので、例えばLCDや有機EL素子を用いたフィルムディスプレイの電極として有用である。

本発明の透明導電性ガスバリアフィルムの一形態の断面図である。

符号の説明

（１） プラスチックフィルム
（２） イオン注入層
（３） ガスバリア層
（４） 透明導電層

Claims (3)

1. プラスチックフィルム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層厚が１５ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であるイオン注入層が形成されており、前記イオン注入層の上にガスバリア層、透明導電層を順次形成してなることを特徴とする透明導電性ガスバリアフィルム。
2. 前記イオン注入層は、プラズマソースとして希ガス、水素、窒素、アンモニアガスのうち少なくとも一種類のガスを用いて形成されたものであることを特徴とする請求項１に記載の透明導電性ガスバリアフィルム。
3. 前記イオン注入層のＣ＝Ｃ結合（Ｂｃ＝ｃ）とＣ−Ｃ結合（Ｂｃ−ｃ）との比である、Ｂｃ＝ｃ／Ｂｃ−ｃが０．２以上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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