JPH0552003B2

JPH0552003B2 -

Info

Publication number: JPH0552003B2
Application number: JP59201887A
Authority: JP
Inventors: Junji Tanaka; Unosuke Uchida; Hisakazu Nakamura
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 1984-09-28
Filing date: 1984-09-28
Publication date: 1993-08-04
Also published as: JPS6179646A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は高分子フイ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、更に該フイルムの両面に
SiO、SiO₂、TiO₂、ZrO₂、Al₂O₃、Ta₂O₅、
Nb₂O₃、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イルムに
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
インジウム膜をガラス基板上に形成したものが知
られており、今日では各種デイスプレイの電極や
透明な面発熱体等に広く利用されている。

一方、透明導電フイルムは従来のガラス基板を
高分子フイ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
種々の特徴を持つており特に液晶用の電極材料と
しては有望である。

透明導電体のフイルム化はポリエステルフイル
ムによつて始まつたが、通常２軸延伸法により作
製するため複屈折を生じ、TN（ツイスト・ネマ
テイツク）型液晶表示素子の透明電極として用い
ることができなかつた。

そのため一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成の軸を液晶素子に用いら
れる偏向板の軸に一致させなくてはならず、作業
性が非常に悪い。

又、一軸延伸であるため、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イ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。

従つ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
熱性のあるフイルムを用いなくてはならない。

そこで鋭意研究を行つた結果、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2.0
mm／Kg以下であり、更に200℃に於ける熱収縮率
が５％以下である高分子フイ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ガラス基板では生じなかつ
たフイルム化に伴なう水蒸気や空気の拡散により
液晶の著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イ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
は問題となつ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SiO、SiO₂、TiO₂、ZrO₂、Al₂O₃、
Ta₂O₅、Nb₂O₃、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イ
ルムにアンダーコートした有機物層の上に設ける
ことによつて、水蒸気や空気の透過を防止し、更
にはもう一方の高分子フイルムに設ける金属酸化
物層によつてベースフイルム、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
フイルムの保護コートとしての特性を得ることに
よつて液晶の寿命を飛躍的に向上することが出来
る透明積層導電フイ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イル
ムを用いる際のベースフイルムは、特に限定する
ものではないが厚さにかゝわらず複屈折率は40度
以上の位相差があつてはならない。

通常TN型液晶表示素子は明視野で用いるが、
フイ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。

従つてベースフイ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、厚さにかゝ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イ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
フイ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。

一般にフイルム電極を用いた液晶セルに於いて
は、フイルム電極をセツトする場合とか、フイル
ム電極を接着する場合など、フイルム電極に張力
や圧縮応力が加わることがあるが、この際の大き
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、フイ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
の時フイルムにかなりの張力及び圧縮力がかゝる
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。

従つてフイルム電極に用いるベースフイルム並
びに金属酸化物、有機物層は応力下に於いて、出
来る限り複屈折をじない材質が好ましい。

こゝで種々の透明プラスチツクにつき検討した
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イルムにか
けた応力と生じた光弾性縞の関係から求められ
る。

第３の条件としてベースフイルムの熱的性質で
あるが、まず透明積層導電フイルムの作製時、金
属酸化物の安定化のため100℃から200℃の範囲で
熱処理を行うが、フイ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
ラツクが生じる。

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経るが、電導性金属酸
化物層がついたベースフイ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
温になる場合があり、この様な環境では電極フイ
ルムが収縮・変形し、その機能を損なう恐れがあ
る。

この様な理由から、液晶用電極に用いるフイル
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イルム側か
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ツフベース系、アゾ系、
アゾキシ系、ビフエニル系、フエニルシクロヘキ
シル系の液晶いずれに於いても、加水分解を受け
易いため水蒸気透過は寿命に直接的な影響を与え
る。

特にシツ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。

従つてガラス基板を高分子フイルム化するため
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ツプ
出来るベースフイ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2.0
mm／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イルムの水
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、ベースフイルム、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によつて液晶の劣化が著
しく促進される。

このためには何らかのバリヤー層が必要である
が、有機物層では実際上イオン性不純物をトラツ
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３×10^-5ｇ／cm²・
24Hr・atm以下で又空気透過率が５×10^-5c.c.／
cm²・24Hr・atm以下の金属酸化物層並びに有機
物層を設けることによつて液晶用の信頼性試験で
ある80℃、90％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、SiO、SiO₂、
TiO₂、ZrO₂、Al₂O₃、Ta₂O₅、Nb₂O₃、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、ベースフイルムをサンドイツチすることによ
りその目的を達するができる。

ここでバリヤー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イルム上に形成
する方法としては、気相法であるスパツタリング
や蒸着法等で作製するが、装置内にある微粒子、
ベースフイ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ー層とは
なり得ない。

次に空気バリヤー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イルムには直接強固には
付着させることは出来ず、又高湿度下では水を吸
着し、水素結合を切断させ、構造の緻密性が損な
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イルムに空気バリ
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イルム面上に
も設けることによつて水蒸気、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、100〜5000Åの範囲が好ましい。

厚さが100Å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5000Åを越えた厚さでは、酸化物層にクラツ
クが入つたりして好ましくない。

バリヤー層としての有機物層の厚さは特に限定
するものではないが、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。

又、導電層として酸化インジウムを主成分とす
る複膜を形成する前、耐擦過傷性向上を目的に、
高分子フイルム上に該フイルムに適しなアンダー
コートを設けてもさしつかえない。

以上記した様に従来のガラス基板に替えて高分
子フイルムベースによる透明導電性フイルムを用
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。

更に性能面ではフイ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
フイ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、高分子フイルム上に有機物を設け、該高分子
フイ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イ
ルムは、他の用途においてもフイルム面からの水
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。

実施例ベースフイルムとしては、100μｍ厚のポリエ
ーテルスルホンフイルムを用い、アンダーコート
としてウレタン樹脂（武田薬品工業(株)タケネート
Ａ−３）を5μｍ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Ta₂O₅をスパ
ツタ法で各500Å厚に形成し、次に導電層として
酸化インジウムをスパツタ法により250Å厚に設
け透明積層導電フイルムを作成した。

この際の金属酸化物（Ta₂O₅）層までを含めた
フイルムの複屈折率は20度であり、光弾性定数は
1.75mm／Kgであつた。

又、金属酸化物、有機物層を付与したフイルム
の水蒸気透過率は３×10^-5ｇ／cm²・24Hr・atm
であり、空気透過率は５×10^-5c.c.／cm²・24Hr・
atmであり、可視光領域に於ける透過率は87％で
あつた。

又比較例として同一のベースフイルムに同様な
方法で直接酸化インジウムを250Å厚につけた透
明積層導電膜を作成した。

尚、この際のベースフイルムの水蒸気透過率は
１×10^-2ｇ／cm²・24Hr・atm、又空気透過率は
２×10^-2c.c.／cm²・24Hr・atmであつた。

以上の２種類の積層導電フイルムを用いて液晶
表示用のセルを作製し、80℃、90％RHの環境下
で信頼性試験を行つた。

この結果金属酸化物であるTa₂O₅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つた。

一方、ベースフイ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つた。

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つて、液晶の寿命を飛躍
的に向上出来る透明積層導電フイルムであること
がわかる。

Claims

【特許請求の範囲】

１透明高分子フイルムの片面にアンダーコート
としてウレタン系樹脂層を設け、更にポリビニル
アルコール系樹脂層を設け、更に該フイルムの両
面に金属酸化物のSiO、SiO₂、TiO₂、ZrO₂、
Al₂O₃、Ta₂O₅、Nb₂O₃、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、更に該フイルムの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
成したことを特徴とする液晶用透明積層導電フイ
ルム。