－新製品紹介－●ガラス代替樹脂

アロニックスⓇシート X-157

Resin Sheet Alternative to Glass

ARONIX sheet X-157

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神村浩之

Hiroyuki Kamimura
Key Word : Optical Sheet, Transparency, Impact Strength, Retardation, Scratch Resistance, Heat Resistance１ 緒 言

アウトセル型は設計の自由度が高い半面、ディスプレイとタッチパネルを貼りあわせるため、既存の設計では厚く、重タッチパネルは、直観的に操作しやすく、スマートフォン量も重くなる問題点があった。そのため、部品数の削減が可を始め、タブレット端末、車載ディスプレイ、産業用操作パ

能な OGS（OneGlassSolution）と呼ばれる構成が考案されてネルなど多様な分野での応用が進んでいる。タッチパネルにいる3)（図１）。

は、抵抗膜式、静電容量式、光学式、電磁式、超音波式等があるが、2007年のiPhoneの登場以降、マルチタッチやジェス
１)チャー入力が可能な静電容量式が主流となっている 。

OGSでは従来の構成と比べて部品数や工程の削減により高透過率化、軽量化、薄型化、低コスト化が可能である。
一方、カバーガラスが破損すると裏面のタッチセンサーの静電容量式のタッチパネルは、軽量化、薄型化、低コスト透明電極（ITO回路)も断線する為、使用できなくなる問題が化を目的として、種々の構成が提案されている。その構成は、ある。そのため、耐衝撃性に優れる化学強化ガラスが採用さアウトセル、オンセル、インセルに大別される。オンセルおれている。

よびインセルは、ディスプレイ内部あるいは基板に直接タッ

しかし、実際には化学強化ガラスを採用したスマートフォ

チパネルの機能を持たせるため、ディスプレイと合わせた設ン等でも、落下時の衝撃で破損するケースが見られ、破片も計となる。このような設計では、液晶とタッチパネル間に発鋭く危険である。また、強度をさらに向上した化学強化ガラ

生するノイズ干渉の高度な対策が必要となる２）。

スも開発されているが、そのコストが問題となっているそこ

一方、ディスプレイの外側にタッチパネルを配置するアウで、当社独自の手法により、カバーガラスの代替となる

トセル型は、液晶や有機ELなどのディスプレイの種類や設計「硬く」、「割れにくい」、且つITO等の透明電極が実装可能なに依存しない。そのため、ディスプレイメーカーに限らず、耐熱透明樹脂アロニックス®シート X-157 を開発した。
本稿では、アロニックス®シート X-157 のガラス代替材料多くのメーカーが参入している。

としての性能を紹介する。

図２ アロニックス®シート X-157 の外観

図１

既存のアウトセルの構成とOGSの構成

東亞合成株式会社 Ｒ＆Ｄ総合センター 製品研究所
New Products Research Laboratory, General Center of R&D, Toagosei Co., Ltd.

東亞合成グループ研究年報 3-1 TREND 2018 第21号

表２ X-157の力学特性１）２ 光学的特性
アロニックス ®シート X-157 の光学特性を表１及び図３に示す。比較には、いずれも厚さ１ mmのアクリル樹脂（以下 PMMA；日東樹脂工業(株)製：CLAREX）、ポリカーボネート樹脂（以下 PC；三菱ガス化学(株)製：ユーピロン NF-2000）を用いた。
表１に示すように、アロニックス®シート X-157 の全光線透過率は PMMA 同等の92 ％であり、HAZE も PCに比べ低く、光学材料として高い透明性を有している。

X-157

化学強化ガラス

PMMAPC

比重1.2

2.4

1.2

1.2

曲げ弾性率２）

3.0GPa83GPa

3.5GPa2.5GPa

破断ひずみ３）

7.0%

0.9%

5.0%

8.5%

延性

脆性

脆性

延性

破壊形態４）

１） サンプル形状： t1×10×40㎜（レーザーカッター加工）。
支点間距離： 30mm。 たわみ速度： 0.2mm/sec。
試験環境： 23℃ 50％RH。 試験片数： 5。

表１ X-157の光学特性
１）

全光線透過率１）

HAZE２）

屈折率２） 平均値。

X-157

PMMAPC３） 最大値。

92%

92%

89%４） 降伏値が観察されれば延性破壊とした。

0.250.160.91

1.52

1.491.59

４ 耐擦傷性１） 濁度計 NDH2000 （日本電色工業(株)製） JIS K7136準拠

鉛筆硬度とスチールウール試験でアロニックス ® シート２） アッベ式屈折率計、D線、25℃

X-157 およびハードコート処理した X-157（以下、X-157HC
さらに、面内位相差の測定を行った結果を図３に示す。
汎用的なPCの位相差は1500 nm以上であるのに対し、アロニックス®シート

X-157 の位相差は、平均４nm以下、その分布も小さく、光学的に均質であった。の耐擦傷性を評価した。
PMMAは鉛筆硬度で H、耐スチールウール試験では20往復で傷が発生した。一方、アロニックス®シート X-157 は、鉛筆硬度で４H を示し、ディスプレイ用カバー樹脂として多く採用されているハードコート付きの PC（以下 MR58；三菱ガス化学(株)製）と同等であった。
更に X-157 にハードコート処理を施した X-157HC は、鉛筆硬度で６H、耐スチールウール試験にて500往復でも傷の発生が認められなかった。
表３ X-157、X-157HCの耐擦傷性

図３ X-157の面内位相差１）
鉛筆硬度

KAMAKIRI(㈱フォトロン社製）

X-157

X-157HC

PMMAMR58

4 H

6H

H

4H○○
500往復×○１）

スチールウール
２）
試験

３ 力学物性
アロニックス®シート X-157 の曲げ弾性率および破断歪みをPMMA、PCに加えてスマートフォンのカバーに採用されている化学強化ガラスと比較した。
（表２）

１） JISK5600に準拠。荷重：750gf。

X-157 は3 GPaを超える高弾性率かつ、耐衝撃性に優れる
PCと同様に延性的な破壊形態であった。また、化学強化ガラ

２） スチールウール＃0000、荷重： 1㎏/4cm2。 20往復後の傷の有無（ただし、X-157HC は500往復）。

スは83 GPaと高い曲げ弾性率を示した一方で、わずか0.9％の歪みで破断した。

東亞合成グループ研究年報 3-2 TREND 2018 第21号

５ 耐衝撃性

また、表４に示す高温（95℃）の外観変化（⊿Y.I.）は、
MR58よりもアロニックス®シート X-157 の方が小さかった。

アロニックス®シート X-157

及び X-157HC の耐衝撃性を落錘試験により評価した。比較には、PMMAおよび化学強化ガラスを用いた。

50％破損高さ１）(cm)

80

60

40200
化学強化ガラスPMMA

X-157HCX-157

図５ X-157 の粘弾性スペクトル（温度分散）
粘弾性測定： 2℃/min、1 Hz

図４ X-157、X-157HCの耐衝撃性
表４ X-157 の耐熱試験前後の外観変化
落錘試験： JIS K7211-1 に準拠。
錘： 重さ ＝ 40ｇ、先端曲率 ＝ 5㎜ステンレス製。
試験片支持体： 内径50mmの円形の台座。

初期Y.I.
⊿Y.I.（95℃×500hr）

X-157
0.66
0.35MR580.440.43

PMMA0.470.23

色差計、サンプル資料厚み 1 mm

試験片形状： t1×60×60㎜。
破損（傷、クラックを含む）するまで同一試験片に錘を落下させ（10～80cm、10cm刻み）、50％の試験片が破損した高さを記録。

７ 加工性

試験片数： 50

図４に示すように、X-157 の50％破損高さはPMMAの２倍スマートフォンのカバー材として採用されている化学強化の高さを示した。さらに、X-157HC は、化学強化ガラスよりガラスは切削加工ができない為、特定のメーカーでしか生産も優れた耐衝撃性を示した。

ができず、価格が高い。

試験方法：同一の試験片に破損（傷、クラックを含む）が一方、アロニックス®シート X-157 および X-157HC は、確認できるまで、錘を落下させた（10～80cm、10cm刻み）。

レーザーカッターに加えて、樹脂切削加工に汎用的に用いら試験片数 N=50。50％の試験片が破損した高さを 50％破損高れるNCルーターでも切削加工が可能であった。

さとした。

つまり、大判のシートから所望の形状への加工が、容易に低コストで行えることを確認した。

６ 耐熱性
動的粘弾性測定により、PMMAとPCとの高温時の貯蔵弾性率変化を比較した（図５）。
その結果、PMMAでは130℃、PCでは160℃で貯蔵弾性率が一桁低下するが、アロニックス ® シート X-157 は250℃でも1.0×109 Pa以上の貯蔵弾性率を保持していた。

東亞合成グループ研究年報 3-3 TREND 2018 第21号

９ まとめカバーガラスの代替樹脂を目標として開発したアロニック
ス®シート X-157 は、曲げ弾性率が３GPa且つハードコートなしでも鉛筆硬度が４H と「硬く」、ハードコート処理品（X-157HC）は、化学強化ガラス並みの高い耐衝撃性を有する「割れにくい」材料であり、且つPMMA並みの良好な光学特性を示した。
さらには、その耐熱性を活かし、ガラスと同等の高温成膜
図６ NCルーターによる X-157 の加工条件（200℃スパッタリング）により低抵抗の透明導電性膜が実装可能であった。
加工性も良好なことから、ディスプレイ分野に限らず、高透明性、高弾性率、耐熱性、耐擦傷性、耐衝撃性を要求され８ ITO成膜とパターニングる用途への展開を念頭に今後の開発を進めていく。

アロニックス®シート X-157 および X-157HC の耐熱性を引用文献

活かし、200℃でのITOの成膜とそのパターニング試験を行った。
その結果、シート抵抗85±５Ω/□となるITO膜（30 nm）を成膜できた。これは、同条件でガラス基板上に成膜した場合のシート抵抗（78±４Ω/□）とほぼ同程度であった。
また、図７のようなフォトマスクパターンを用いたITOの

１) ファインケミカル, 45, pp.69～72 (2007).
２) 越石健司、“タッチパネル技術開発・市場・アプリケーションの動向”, オーム社(2012), P.80.
３) 鵜飼育弘, 機能材料, 35, p.64～73（2015）.

パターニングも可能であり、現像液、エッチング液への耐性も確認された。

図７ ITO成膜パターニング後の外観

ITO成膜条件： 200℃スパッタリング（ITO膜厚30 nm）
ITO膜パターニング条件：
レジスト現像： 2.38％TMAH浸漬、25℃ 1min。
エッチング： ITO-02浸漬、40℃ 2min。
レジスト剥離： アセトン浸漬、25℃ 1min
※TMAH： 水酸化テトラメチルアンモニウム、※ITO-02： 関東化学（株）製、ITOエッチング液

東亞合成グループ研究年報 3-4 TREND 2018 第21号