JP3565928B2

JP3565928B2 - 液晶表示素子用プラスチック基板の製造方法

Info

Publication number: JP3565928B2
Application number: JP32541494A
Authority: JP
Inventors: 浩山本
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1994-12-27
Filing date: 1994-12-27
Publication date: 2004-09-15
Anticipated expiration: 2019-09-15
Also published as: JPH08179291A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は液晶表示素子用プラスチック基板の製造方法に関し、特に基材シートのロスの発生が少ないとともに、基材シートの光学特性に悪影響を及ぼすことのない液晶表示素子用プラスチック基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
基板にプラスチックを用いたプラスチック基板液晶表示素子は、ガラス基板を用いた液晶表示素子に比較して軽量であるとともに可撓性を具え基板が破損しにくい等の利点を有することから、種々の用途への応用が期待されている。
【０００３】
すなわち、ガラスは、液晶表示素子の基板に要求される透明性、光学等方性、ガスバリア性、耐薬品性、耐熱性、平滑性、寸法安定性等に優れた材料ではあるが、柔軟性に欠けることから例えば電子手帳、ノート型パソコン等の携帯用端末のディスプレーに用いると、破損することがある。
【０００４】
これに対し、プラスチックは柔軟性を有し、重量が軽く、ロールによる長尺加工が可能である等の特性を具えていることから例えば前記の携帯用端末のディスプレーに用いられる液晶表示素子の基板材料として注目されている。ただし、プラスチックシート単体では、前述した基板材料の要求特性を満足することができないため、ガスバリア性を付与するためのガスバリア層、高い表面硬度を付与するためのハードコート層等の各機能性膜をプラスチックシートに積層する必要がある。特に、ガスバリア層とハードコート層とは、一般に、この順にプラスチックシート上に積層され、これらの層はいずれもコーティング法により形成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の製造方法により液晶表示素子用プラスチック基板を製造する場合には、プラスチック基材シート上に直接に溶液状態の機能性膜形成樹脂を塗布した後、溶剤成分を乾燥するために熱をかける必要があり、この熱によりプラスチック基材の光学的特性に悪影響を及ぼすおそれがある。また、耐溶剤性の劣るプラスチックを用いる場合には、例えば機能性膜形成樹脂を水系で塗布しなければならないという製造上の制約を受けることになる。
【０００６】
さらに、従来の製造方法において、コーティングはロールあるいは枚葉の状態のプラスチック基材シート上に行なうため、コーティング時に不良部分が発生した場合には、プラスチック基材シートごと廃棄しなければならず、複数回のコーティングによるプラスチック基材シートのロスは液晶表示素子用プラスチック基板を製造するうえで大きな問題となっている。
【０００７】
本発明はかかる事情に基づいてなされたものであり、本発明の目的は、プラスチック基材シートの光学的特性に悪影響を及ぼすおそれがなく、また、製造工程におけるプラスチック基板シートのロスの発生を防止することができるとともに耐溶剤性の劣るプラスチックからなる基材シートを用いる場合にも製造上の制約を受けることがない液晶表示素子用プラスチック基板シートの製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明の液晶表示素子用プラスチック基板の製造方法は、
高分子材料からなる基材上にガスバリア層とウレタンアクリレート系樹脂、フェノキシエーテル系樹脂またはエポキシ系樹脂からなるハードコート層とがこの順に積層されてなる液晶表示素子用プラスチック基板の製造方法であって、表面平滑性の高い耐熱性支持体上にハードコート層を形成した後、該ハードコート層上にガスバリア層を形成して転写用積層体を形成し、次いで、高分子材料からなる基材と前記転写用積層体とを該基材の一方の面と該転写用積層体のガスバリア層とが対向する状態で接着し、その後、前記積層体を構成する前記耐熱性支持体を剥離除去する構成とし、
さらに必要に応じて、前記ガスバリア層の形成にプラズマＣＶＤ法を用い、このプラズマＣＶＤ法において有機珪素化合物を気化させて得られるガスと酸素ガスと不活性ガスとの混合比を変化させることにより、炭素、水素、珪素および酸素のうちの１種もしくは２種以上の混合物または化合物の含有量が膜表面から深さ方向に向かって減少する珪素酸化物膜を形成し、この珪素酸化物膜をガスバリア層とする構成とした。
【０００９】
【作用】
本発明のプラスチック液晶表示素子の製造方法においては、先ず、表面平滑性の高い耐熱性支持体を用意し、この表面平滑性の高い耐熱性支持体上にハードコート層を形成する。次いで、このハードコート層上にガスバリア層を形成する。これにより、表面平滑性の高い耐熱性支持体上に、ハードコート層、ガスバリア層がこの順に積層された転写用積層体が得られる。一方、高分子材料からなる基材を用意する。そして、この高分子材料からなる基材と前記転写用積層体とを接着する。このとき、前記転写用積層体と高分子材料からなる基材とは、転写用積層体のガスバリア層側と基材の一方の面とが対向する状態で接着する。これにより、高分子材料からなる基材上にガスバリア層、ハードコート層、表面平滑性の高い耐熱性支持体がこの順に積層されることになる。その後、表面平滑性の高い耐熱性支持体を剥離除去すると、高分子材料からなる基材上に、ガスバリア層、ハードコート層がこの順に積層された液晶表示素子用プラスチック基板が得られる。このようにして得られる液晶表示素子用プラスチック基板は、表面平滑性の高いハードコート層を有するものである。それ故、本発明の方法により製造される液晶表示素子用プラスチック基板を一対用意し、各基板のハードコート層面に透明電極層を設けた後、透明電極層面同士を対向させて配設し、この基板間に液晶材料を注入し封止すれば、基板間隔が一定で安定した性能を発揮する液晶表示素子を得ることができる。このように、本発明の製造方法は、高分子材料からなる基材上に直接にガスバリア層、ハードコート層を形成するものではなく、一旦、表面平滑性の高い耐熱性支持体上に、ハードコート層、ガスバリア層をこの順に形成して積層体とした後、この積層体をガスバリア層側から高分子材料からなる基材に接着し、しかる後、表面平滑性の高い耐熱性支持体を剥離除去することにより高分子材料からなる基材上に、ガスバリア層、ハードコート層がこの順に積層された液晶表示素子用プラスチック基板を製造するように構成されている。したがって、この方法によれば、ガスバリア層およびハードコート層の各層をコーティングにより形成する場合でも、溶剤成分の乾燥に要する熱が高分子材料からなる基材の光学特性に悪影響を及ぼす心配は皆無であり、またコーティング時に不良部分が発生した場合でも、高分子材料からなる基材のロスが発生することはない。しかも、この方法によれば、液晶材料側の最表面となるハードコート層が、製造工程中、表面平滑性の高い耐熱性支持体により保護されるので、製造工程におけるハードコート層の傷つき・汚染が防止される。
【００１０】
また、本発明のプラスチック液晶表示素子の製造方法においては、必要に応じて、ガスバリア層の形成にプラズマＣＶＤ法を用い、このプラズマＣＶＤ法において有機珪素化合物を気化させて得られるガスと酸素ガスと不活性ガスとの混合比を変化させることにより、炭素、水素、珪素および酸素のうちの１種もしくは２種以上の混合物または化合物の含有量が膜表面から深さ方向に向かって減少する珪素酸化物膜を形成し、この珪素酸化物膜をガスバリア層としてもよい。このようにすれば、緻密でガスバリア性が極めて高いとともに耐衝撃性の優れた珪素酸化物の連続層からなるガスバリア層が形成される。しかも、この珪素酸化物膜は、炭素、水素、珪素および酸素のうちの１種もしくは２種以上の混合物または化合物を含有し、かつその含有量が膜表面から深さ方向に向かって減少するように、すなわち膜表面における含有量が最も多く、高分子材料からなる基材との界面における含有量が最も少なくなるように形成されているので、最もクラックが発生し易いガスバリア層表面では耐衝撃性が向上する一方、ガスバリア層とハードコート層との密着は強固なものとなる。
【００１１】
【実施例】
次に本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
図１（イ）に示すように、先ず、表面平滑性の高い耐熱性支持体１を用意する。耐熱性支持体１は、表面平滑性が高く、かつ耐熱性に優れていることが必要であり、表面平滑度は、通常、Ｒ_ａ＝０．２μｍ以下、耐熱温度は、通常、１２０℃以上である。また、耐熱性支持体１は、この耐熱性支持体１上に積層されるハードコート層２との間で剥離可能な性質を有していることが必要である。
【００１２】
上記の性質を有する耐熱性支持体１の形成材料としては、例えば２軸延伸ポリエステルフィルムが挙げられる。
耐熱性支持体１の厚さは、通常、２５〜２００μｍ程度である。
【００１３】
次に、図１（ロ）に示すように、耐熱性支持体１上に、ハードコート層２を形成する。
ハードコート層２は高い表面硬度を有し、後に詳述する基材４の可撓性を損ねることなく基材４に耐衝撃性を付与するとともに基材４の表面の傷つき・汚染を防止する作用乃至機能を有する層であり、形成材料としては、例えばウレタンアクリレート系樹脂、フェノキシエーテル系樹脂、エポキシ系樹脂などが挙げられる。
【００１４】
このハードコート層２の形成にはコーティング法を好適に採用することが可能であり、具体的には、グラビアコート法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法等の各種コーティング法をいずれも好適に採用することができる。
【００１５】
このようにして形成されるハードコート層２の厚さは、通常、５〜３０μｍ程度である。
次いで、図１（ハ）に示すように、ハードコート層２上に直接にあるいは接着剤を介してガスバリア層３を形成する。なお、接着剤としては、例えばポリエステルウレタン系樹脂、ポリウレタン系樹脂などが挙げられる。
【００１６】
ガスバリア層３は、後に詳述する基材４にガスバリア性を付与する作用乃至機能を有する層であり、コーティング法を採用して塗設してもよいし、物理的気相蒸着（ＰＶＤ）法、化学的気相蒸着（ＣＶＤ）法等の手法を採用して連続層として形成してもよい。
【００１７】
ガスバリア層３をコーティング法を採用して形成する場合、ガスバリア層３の形成材料としては、例えばポリビニルアルコール、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリ塩化ビニリデン、ポリシラザンなどが挙げられる。
【００１８】
コーティング法により形成されるガスバリア層３の厚さは、通常、０．３〜２０μｍ程度である。
一方、ガスバリア層３を連続膜として形成する場合には、特に有機珪素化合物を気化させて得られるガスと酸素ガスと不活性ガスとの混合ガスを用いた次のような特定のプラズマＣＶＤ法を好適に採用することができる。
【００１９】
図２は本発明の液晶表示素子用プラスチック基板の製造方法において好適に使用可能なプラズマＣＶＤ装置の一例を示す説明図である。図２に示すように、このプラズマＣＶＤ装置１１は、チャンバー１２、このチャンバー１２内に配設された供給ローラ１３、巻取ローラ１４、冷却・電極ドラム１５、補助ローラ１６、１６を備え、冷却・電極ドラム１５は電源１７に接続されているとともに、チャンバー１２内は真空ポンプ１８により所望の真空度に設定できるように構成されている。また、チャンバー１２内の冷却・電極ドラム１５の近傍には、原料供給ノズル１９の開口部が設けられ、この原料供給ノズル１９の他端はチャンバー１２外部に配設されている原料気化供給装置２１およびガス供給装置２２に接続されている。さらに、冷却・電極ドラム１５の近傍にはプラズマの発生を促進するマグネット２３が設けられている。
【００２０】
このプラズマＣＶＤ装置を使用してガスバリア層３を形成する場合、先ず、ハードコート層２が形成された耐熱性支持体１の原反をプラズマＣＶＤ装置の供給ローラ１３に装着し、補助ローラ１６、冷却・電極ドラム１５、補助ローラ１６を経由して巻取ローラ１４に至る原反搬送パスを形成する。
【００２１】
次いで、真空ポンプ１８によりチャンバー１２内を真空度１０^−１〜１０^−８ｔｏｒｒ、好ましくは真空度１０^−３〜１０^−７ｔｏｒｒに減圧する。そして、原料気化供給装置２１において原料である有機珪素化合物を気化させて得られるガスと、ガス供給装置２２から供給される酸素ガスおよび不活性ガスとを混合させ、この混合ガスを原料供給ノズル１９を介してチャンバー１２内に導入する。ここで、この混合ガス中のそれぞれのガスの含有率は、有機珪素化合物を気化させて得られるガスが１〜４０％、酸素ガスが１０〜７０％、不活性ガスが１０〜６０％の範囲で変化させることが可能であり、例えば有機珪素化合物を気化させて得られるガスと酸素ガスと不活性ガスとの混合比を１：６：５〜１：１７：１４程度とすることができる。
【００２２】
一方、冷却・電極ドラム１５には電源１７からの所定の電圧が印加されているため、チャンバー１２内の原料供給ノズル１９の開口部と冷却・電源ドラム１５との近傍でグロー放電プラズマＰが発生する。このグロー放電プラズマＰは、混合ガス中の１つ以上のガス成分から導出されるものである。この状態で、ハードコート層２が形成された耐熱性支持体１を一定速度で搬送させ、グロー放電プラズマＰによって冷却・電極ドラム１５の周面上の耐熱性支持体１上に形成されているハードコート層２上に珪素酸化物の連続層からなるガスバリア層３を形成する。このときのチャンバー１２内の真空度は、１０^−１〜１０^−４ｔｏｒｒ、好ましくは１０^−１〜１０^−２ｔｏｒｒとする。また、ハードコート層２が形成された耐熱性支持体１の搬送速度は１０〜３００ｍ／分、好ましくは５０〜１５０ｍ／分とする。
【００２３】
このようにハードコート層２上にガスバリア層３が形成された耐熱性支持体１は巻取ローラ１４に巻き上げられる。
このように有機珪素化合物を気化させて得られるガスと、ガス供給装置２２から供給される酸素ガスおよび不活性ガスとの混合ガスの混合比を変化させる特定のプラズマＣＶＤ法においては、得られる珪素酸化物の連続層中に含有される炭素、水素、珪素および酸素のうちの１種もしくは２種以上の混合物または化合物の含有量が膜表面から深さ方向に向かって減少するように混合ガスの混合比を変化させる。
【００２４】
このような特定のプラズマＣＶＤ法を採用したガスバリア層３の形成では、プラズマ化した原料ガスを酸素で酸化しながらＳｉＯ_ｘの形でハードコート層２上に薄膜が形成されるので、形成された珪素酸化物の薄膜は緻密で隙間の少ない連続層となる。したがって、このような珪素酸化物の連続層からなるガスバリア層３のバリア性は、従来の真空蒸着により形成された珪素酸化物膜のバリア性よりもはるかに高いものとなり、薄い層厚で充分なバリア性を得ることができる。また、ＳｉＯ_ｘプラズマによりハードコート層２の表面が清浄化され、ハードコート層２の表面に極性基やフリーラジカルが発生するので、形成された珪素酸化物の薄膜とハードコート層２との接着性が高いものとなる。さらに前述のように珪素酸化物薄膜の形成時の真空度は１０^−１〜１０^−４ｔｏｒｒ、好ましくは１０^−１〜１０^−２ｔｏｒｒであり、従来の真空蒸着による珪素酸化物膜形成時の真空度（１０^−４〜１０^−５）ｔｏｒｒに比べて低いので、ハードコート層２が形成された耐熱性支持体１の原反交換の際の真空状態設定時間を短くすることができ、真空度も安定し易く、成膜プロセスが安定する。
【００２５】
このプラズマＣＶＤ法において使用に供する有機珪素化合物としては、例えば１，１，３，３−テトラメチルジシロキサン、ヘキサメチルジシロキサン、ビニルトリメチルシラン、メチルトリメトキシシラン、ヘキサメチルジシラン、メチルシラン、ジメチルシラン、トリメチルシラン、ジエチルシラン、プロピルシラン、フェニルシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、メチルエトキシシラン、オクタメチルシクロテトラシロキサンなどが挙げられる。これらのかでも、１，１，３，３−テトラメチルジシロキサン、ヘキサメチルジシロキサンが特に好適に用いられる。これらの有機珪素化合物は、常温・常圧では液体である。
【００２６】
このようにして得られる珪素酸化物の連続層からなるガスバリア層３の性質は、珪素酸化物連続層の組成ＳｉＯ_ｘのＸの値および層厚により決定され、ハードコート層２が形成された耐熱性支持体１の搬送速度、プラズマ発生時の電気的パワー、混合ガスの混合比を適正化することにより良好な珪素酸化物連続層を形成することができる。特に、炭素、水素、珪素および酸素のうちの１種もしくは２種以上の混合物または化合物の含有量が膜表面において最も多く、高分子材料からなる基材との界面において最も少なくなるように混合ガスの混合比を変化させることにより、最もクラックが発生し易いガスバリア層表面では耐衝撃性が向上する一方、ガスバリア層３とハードコート層２との密着は強固なものとなる。
【００２７】
この特定のプラズマＣＶＤ法を採用してガスバリア層３を形成する場合、ガスバリア層３の厚さは、通常、０．０２〜０．１μｍ程度である。
本発明の方法においては、上述のようにして耐熱性支持体１上に、ハードコート層２、ガスバリア層３をこの順に形成して転写用積層体５を作成する一方、高分子材料からなる基材４を用意する。
【００２８】
基材４の形成材料としては、液晶表示素子に要求される光学的特性の点から、例えばポリカーボネート樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂などが好適に用いられる。
【００２９】
基材４はシート形状で使用に供される。
図１（ニ）に示すように、本発明の方法では、基材４と上記の転写用積層体５とを接着剤または粘着剤を介して接着する。この接着は、基材４の一方の面と転写用積層体５のガスバリア層３との間で行なう。なお、図１（ニ）において、６は接着層である。
【００３０】
ここで、接着に用いることのできる接着剤・粘着剤としては、例えばウレタン系接着剤、アクリル系接着剤などが挙げられる。
これらの接着剤・粘着剤からなる接着層６の厚さは、通常、１〜２０μｍ程度である。
【００３１】
図１（ホ）に示すように、本発明の方法においては、上述のようにして基材４と上記の転写用積層体５とを接着した後、転写用積層体５を構成する耐熱性支持体１をハードコート層２との界面から剥離し、除去することにより液晶表示素子用プラスチック基板７を得る。
【００３２】
このようにして得られる液晶表示素子用プラスチック基板７は、高分子材料からなる基材４上に、バリア性に優れるガスバリア層３、表面平滑性の高いハードコート層２がこの順に積層されたものであり、可撓性を有しているとともに割れにくいという利点を有し、しかも光学的要求性能を満足していることから、例えば電子手帳、ノート型パソコン等の携帯用端末の液晶表示素子を構成する基板として好適に利用可能である。
【００３３】
【発明の効果】
以上に詳述した通り、本発明の液晶表示素子用プラスチック基板の製造方法によれば、表面平滑性に優れ、かつ耐熱性を具えた耐熱性支持体上に、ハードコート層、ガスバリア層をこの順に形成して転写用積層体とした後、この転写用積層体と高分子材料からなる基材とを、転写用積層体のガスバリア層と基材の一方の面とが対向する状態で接着し、しかる後、転写用積層体を構成する耐熱性支持体を剥離除去することにより、高分子材料からなる基材上に、ガスバリア層とハードコート層とを転写する構成としたので、本発明の方法によれば、ガスバリア層およびハードコート層の各層をコーティングにより形成する場合でも、溶剤成分の乾燥に要する熱が高分子材料からなる基材の光学特性に悪影響を及ぼす心配は皆無であり、またコーティング時に不良部分が発生した場合でも、高分子材料からなる基材のロスが発生することはない。しかも、この方法によれば、液晶材料側の最表面となるハードコート層が、製造工程中、表面平滑性の高い耐熱性支持体により保護されるので、製造工程におけるハードコート層の傷つき・汚染が確実に防止される。
【００３４】
また、ガスバリア層を特定のプラズマＣＶＤ法を採用してハードコート層上に特定の珪素酸化物の連続層を成膜することにより形成するようにすれば、緻密でバリア層に優れ、しかも最もクラックが発生し易い最表面の耐衝撃性が向上しているとともに、ハードコート層との密着性が強固なガスバリア層を有する液晶表示素子用プラスチック基板を効率良く得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶表示素子用プラスチック基板の製造方法を工程順に示す説明図である。
【図２】本発明の方法において好適に使用することのできるプラズマＣＶＤ装置の構成例を示す説明図である。
【符号の説明】
１…耐熱性支持体
２…ハードコート層
３…ガスバリア層
４…基材
５…転写用積層体
７…液晶表示素子用プラスチック基板

Claims

高分子材料からなる基材上にガスバリア層とウレタンアクリレート系樹脂、フェノキシエーテル系樹脂またはエポキシ系樹脂からなるハードコート層とがこの順に積層されてなる液晶表示素子用プラスチック基板の製造方法であって、
表面平滑性の高い耐熱性支持体上にハードコート層を形成した後、該ハードコート層上にガスバリア層を形成して転写用積層体を形成し、次いで、高分子材料からなる基材と前記転写用積層体とを該基材の一方の面と該転写用積層体のガスバリア層とが対向する状態で接着し、その後、前記転写用積層体を構成する前記耐熱性支持体を剥離除去することを特徴とする液晶表示素子用プラスチック基板の製造方法。
前記ガスバリア層の形成にプラズマＣＶＤ法を用い、このプラズマＣＶＤ法において有機珪素化合物を気化させて得られるガスと酸素ガスと不活性ガスとの混合比を変化させることにより、炭素、水素、珪素および酸素のうちの１種もしくは２種以上の混合物または化合物の含有量が膜表面から深さ方向に向かって減少する珪素酸化物膜を形成し、この珪素酸化物膜をガスバリア層とする請求項１記載の液晶表示素子用プラスチック基板の製造方法。