CN115171958A - 导电性薄膜、以及使用了其的导电性薄膜卷、电子纸、触摸面板和平板显示器 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于,提供享受由金属细线的细线化带来的透明性提高且机械特性、电特性、光学特性中的至少任一者进一步提高的导电性薄膜、以及使用了其的导电性薄膜卷、电子纸、触摸面板和平板显示器。本发明的导电性薄膜具有透明基材、以及在该透明基材的单面或两面配置的包含金属细线图案的导电部,金属细线图案由金属细线构成,该金属细线在包含导电性金属原子M的基础上,还包含硅原子Si、氧原子O、碳原子C中的至少任意原子,在与金属细线的延伸方向正交的金属细线的截面的STEM‑EDX分析中,将金属细线的最大厚度记作T时,金属细线相对于厚度方向以规定的比率含有前述硅原子Si、前述氧原子O、前述碳原子C中的至少任一者。

Description

导电性薄膜、以及使用了其的导电性薄膜卷、电子纸、触摸面 板和平板显示器
本申请是申请日为2019年7月30日、申请号为201980051138.5、发明名称为导电性薄膜、以及使用了其的导电性薄膜卷、电子纸、触摸面板和平板显示器的申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及导电性薄膜、以及使用了其的导电性薄膜卷、电子纸、触摸面板和平板显示器。
背景技术
以往,电子纸、触摸面板和平板显示器等电子设备中采用使用了氧化铟锡(以下也称为“ITO”)的透明导电性薄膜。今后,对于电子设备的进一步高附加价值化而言,大面积化、提高响应性、柔性化较为重要。因此,对于其中使用的导电性薄膜要求既维持高透射率又提高导电性和挠性。
ITO的材料固有的导电率低,因此,为了表现出高导电性而需要厚膜化,透射率随之降低。此外,通过厚膜化而容易因弯曲、卷曲、挠曲等变形而产生裂纹,因此,使用了ITO的导电性薄膜难以同时表现出高的透射率、导电性、挠性。
因而,致力于进行替代ITO的导电性薄膜的研究开发,在透明基材上具有经图案化的金属细线的导电性薄膜备受关注。金属细线与作为氧化物的ITO相比导电率高,可期待使用了其的导电性薄膜显示高导电性。此外,金属细线的延性也高,因此,使用了其的导电性薄膜的导电性和挠性优异。
此外,与ITO不同的是,金属细线不透明,但通过将金属细线的线宽细线化至例如5μm以下,能够实现低的可视性和高的透射率。关于这一点,非专利文献1公开了通过印刷而在塑料基板上制作最小线宽为0.8μm的金属细线的技术。
另一方面,使用了金属细线的导电性薄膜存在如下问题:由于操作、设备安装中的弯曲、卷曲、挠曲等变形而容易发生金属细线自透明基材的剥离,导电性降低。针对这种问题,作为提供具有与基板的密合性良好的金属细线图案的透明电极的方法,已知在透明树脂基板与金属细线图案之间形成多孔层,且在金属细线图案上形成透明导电性保护层的方法(例如参照专利文献1)。
此外,专利文献2中公开了:通过使以铜作为主成分的金属布线含有硅等第二金属元素,且铜与第二金属元素的合金在金属布线的界面形成金属氧化膜(layer),从而与作为保护膜的有机膜之间的密合性提高,能够提高可靠性。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1:Nature Communications 7,Article number:11402
专利文献
专利文献1:国际公开第2014/034920号
专利文献2:国际公开第2015/046261号
发明内容
发明要解决的问题
然而,由于金属细线不透明,因此,仅通过金属细线的细线化难以解决透明性的降低。此外,如非专利文献1那样,单纯进行金属细线的细线化时,导电性随着细线化而降低。因此,对于既表现高透射性(transparency)又提高导电性而言,尚有改善的余地。
此外,若进行金属细线的细线化,则存在容易因弯曲、卷曲、挠曲等变形而发生金属细线断线的课题。例如,专利文献1中研究的金属细线的线宽为10μm以上。根据本发明人等的研究可知:为了提高对导电性薄膜要求的透明性而使用例如线宽为5μm以下的金属细线时,即便使用专利文献1中记载那样的多孔层,抑制因导电性薄膜的弯曲、卷曲、挠曲等变形而产生的金属细线自透明基材的剥离这一效果也不充分。
可推测这是因为:对于例如线宽为5μm以下的金属细线而言,由于导电性油墨向多孔层中的渗透量少,此外,金属细线与透明性基板的接触面积也小,因此,即便制成专利文献1那样的构成,也能够确保金属细线与透明性基板的充分密合性。
此外,专利文献2虽然公开了提高作为覆盖金属细线的保护膜的有机膜与金属细线的密合性,但在提高对于透明导电薄膜要求的机械特性、电特性、光学特性等方面尚有余地。
本发明是鉴于上述问题而进行的,其目的在于,提供享受由金属细线的细线化带来的透明性提高且机械特性、电特性、光学特性中的至少任一者进一步提高的导电性薄膜,以及使用了其的导电性薄膜卷、电子纸、触摸面板和平板显示器。
用于解决问题的方案
本发明人等为了解决上述课题而进行了深入研究。其结果发现:在具有金属细线的导电性薄膜中,通过使金属细线中含有相对于导电性金属原子M为规定量的硅原子Si,能够解决上述课题,由此完成了本发明所述的第一实施方式。
即,本发明所述的第一实施方式如下所示。
〔1〕一种导电性薄膜,其具有透明基材、以及在该透明基材的单面或两面配置的包含金属细线图案的导电部,
前述金属细线图案由金属细线构成,
该金属细线包含导电性金属原子M和硅原子Si,
在与前述金属细线的延伸方向正交的前述金属细线的截面的STEM-EDX分析中,将前述金属细线的最大厚度记作T时,距离前述透明基材侧的前述金属细线界面为0.10T至0.90T的厚度区域内的前述硅原子Si相对于前述导电性金属原子M的原子%比Si/M0.10~0.90为0.001以上且0.070以下。
〔2〕根据〔1〕的导电性薄膜,其中,距离前述透明基材侧的前述金属细线界面为0.10T至0.25T的厚度区域内的原子%比Si/M0.10~0.25为0.001以上且0.070以下。
〔3〕根据〔1〕或〔2〕的导电性薄膜,其中,距离前述透明基材侧的前述金属细线界面为0.75T至0.90T的厚度区域内的原子%比Si/M0.75~0.90为0.001以上且0.070以下。
〔4〕根据〔1〕~〔3〕中任一项的导电性薄膜,其中,前述导电性金属原子M包含从由金、银、铜和铝组成的组中选择的至少1种以上的金属元素。
〔5〕根据〔1〕~〔4〕中任一项的导电性薄膜,其中,前述金属细线的线宽为0.1μm以上且5.0μm以下。
〔6〕根据〔1〕~〔5〕中任一项的导电性薄膜,其中,前述金属细线的纵横比为0.05以上且1.00以下。
〔7〕根据〔1〕~〔6〕中任一项的导电性薄膜,其中,前述导电性薄膜的薄层电阻为0.1Ω/sq以上且1,000Ω/sq以下。
〔8〕根据〔1〕~〔7〕中任一项的导电性薄膜,其中,前述导电性薄膜的可见光透射率为80%以上且100%以下。
〔9〕根据〔1〕~〔8〕中任一项的导电性薄膜,其中,前述导电性薄膜的雾度为0.01%以上且5.00%以下。
〔10〕根据〔1〕~〔9〕中任一项的导电性薄膜,其中,前述金属细线图案的开口率为80%以上且小于100%。
〔11〕根据〔1〕~〔10〕中任一项的导电性薄膜,其中,前述金属细线图案为网格图案。
〔12〕根据〔1〕~〔10〕中任一项的导电性薄膜,其中,前述金属细线图案为线图案。
〔13〕根据〔1〕~〔12〕中任一项的导电性薄膜,其中,在前述透明基材与前述导电部之间具有中间层。
〔14〕根据〔13〕的导电性薄膜,其中,前述中间层包含从由硅氧化物、硅氮化物、铝氧化物和镁氟化物组成的组中选择的至少1种。
〔15〕一种导电性薄膜卷,其是将〔1〕~〔14〕中任一项的导电性薄膜卷绕而成的。
〔16〕一种电子纸,其具备〔1〕~〔14〕中任一项的导电性薄膜。
〔17〕一种触摸面板,其具备〔1〕~〔14〕中任一项的导电性薄膜。
〔18〕一种平板显示器,其具备〔1〕~〔14〕中任一项的导电性薄膜。
本发明人等为了解决上述课题而反复进行了深入研究和实验,结果发现:通过调整金属细线的组成来调整金属细线的折射率,由此使透明基材与金属细线的折射率接近,从而透明性进一步提高,由此完成本发明所述的第二实施方式。
即,本发明所述的第二实施方式如下所示。
〔1〕一种导电性薄膜,其具有透明基材、以及在该透明基材的单面或两面配置的包含金属细线图案的导电部,
前述金属细线图案由金属细线构成,
该金属细线包含导电性金属原子M和氧原子O,
在与前述金属细线的延伸方向正交的前述金属细线的截面的STEM-EDX分析中,将前述金属细线的厚度记作T时,距离前述透明基材侧的金属细线界面为0.10T至0.90T为止的厚度区域内的前述氧原子O相对于前述导电性金属原子M的原子%比O/M0.10~0.90为0.01以上且1.00以下。
〔2〕根据〔1〕所述的导电性薄膜,其中,前述金属细线中的原子%比O/M从前述透明基材侧朝向前述金属细线的厚度方向递减。
〔3〕根据〔1〕或〔2〕所述的导电性薄膜,其中,距离前述透明基材侧的前述金属细线界面为0.75T至0.90T为止的厚度区域内的原子%比O/M0.75~0.90为0.25以下。
〔4〕根据〔1〕~〔3〕中任一项所述的导电性薄膜,其中,距离前述透明基材侧的前述金属细线界面为0.10T至0.25T为止的厚度区域内的原子%比O/M0.10~0.25为0.05以上。
〔5〕根据〔1〕~〔4〕中任一项所述的导电性薄膜,其中,前述导电性金属原子M包含从由银、铜和铝组成的组中选择的至少1种以上的金属元素。
〔6〕根据〔1〕~〔5〕中任一项所述的导电性薄膜,其中,前述金属细线包含从由氧化亚铜、氧化铜、银氧化物和铝氧化物组成的组中选择的至少1种以上的金属氧化物。
〔7〕根据〔1〕~〔6〕中任一项所述的导电性薄膜,其中,前述金属细线的线宽为0.1μm以上且5.0μm以下。
〔8〕根据〔1〕~〔7〕中任一项所述的导电性薄膜,其中,前述金属细线的纵横比为0.05以上且1.00以下。
〔9〕根据〔1〕~〔8〕中任一项所述的导电性薄膜,其中,前述导电性薄膜的薄层电阻为0.1Ω/sq以上且1,000Ω/sq以下。
〔10〕根据〔1〕~〔9〕中任一项所述的导电性薄膜,其中,前述导电性薄膜的可见光透射率为80%以上且100%以下。
〔11〕根据〔1〕~〔10〕中任一项所述的导电性薄膜,其中,前述导电性薄膜的雾度为0.01%以上且5.00%以下。
〔12〕根据〔1〕~〔11〕中任一项所述的导电性薄膜,其中,前述金属细线图案的开口率为80%以上且小于100%。
〔13〕根据〔1〕~〔12〕中任一项所述的导电性薄膜,其中,前述金属细线图案为网格图案。
〔14〕根据〔1〕~〔12〕中任一项所述的导电性薄膜,其中,前述金属细线图案为线图案。
〔15〕根据〔1〕~〔14〕中任一项所述的导电性薄膜,其中,在前述透明基材与前述导电部之间具有中间层。
〔16〕根据〔15〕所述的导电性薄膜,其中,前述中间层包含从由硅氧化物、硅氮化物、铝氧化物和镁氟化物组成的组中选择的至少1种。
〔17〕根据〔15〕或〔16〕所述的导电性薄膜,其中,
前述中间层的折射率小于前述透明基材的折射率,
距离前述透明基材侧的前述金属细线界面为0.10T至0.25T为止的厚度区域内的前述金属细线的理论折射率小于前述中间层的折射率。
〔18〕一种导电性薄膜卷,其是将〔1〕~〔17〕中任一项所述的导电性薄膜卷绕而成的。
〔19〕一种电子纸,其具备〔1〕~〔17〕中任一项所述的导电性薄膜。
〔20〕一种触摸面板,其具备〔1〕~〔17〕中任一项所述的导电性薄膜。
〔21〕一种平板显示器,其具备〔1〕~〔17〕中任一项所述的导电性薄膜。
本发明人等为了解决上述课题而反复进行了深入研究和实验,结果发现:通过将金属细线的截面中的导电性金属原子M与碳原子C的原子%比调整至特定范围,从而得到兼具高导电性以及透明基材与金属细线的高密合性的导电性薄膜,由此完成了本发明所述的第三实施方式。
即,本发明所述的第三实施方式如下所示。
〔1〕一种导电性薄膜,其具有透明基材、以及在该透明基材的单面或两面配置的包含金属细线图案的导电部,
前述金属细线图案由金属细线构成,
该金属细线包含导电性金属原子M和碳原子C,
在与前述金属细线的延伸方向正交的前述金属细线的截面的STEM-EDX分析中,将前述金属细线的厚度记作T时,距离前述透明基材侧的金属细线界面为0.10T至0.25T为止的厚度区域内的原子%比C/M0.10~0.25为0.3以上且6.0以下,
前述导电性薄膜的薄层电阻为0.1Ω/sq以上且500Ω/sq以下。
〔2〕根据〔1〕所述的导电性薄膜,其中,该金属细线还包含氧原子O,
距离前述透明基材侧的金属细线界面为0.10T至0.25T为止的厚度区域内的原子%比O/M0.10~0.25为0.05以上。
〔3〕根据〔1〕或〔2〕所述的导电性薄膜,其中,前述导电性金属原子M包含从由金、银、铜和铝组成的组中选择的至少1种以上的金属元素。
〔4〕根据〔1〕~〔3〕中任一项所述的导电性薄膜,其中,前述金属细线的线宽为0.1μm以上且5.0μm以下。
〔5〕根据〔1〕~〔4〕中任一项所述的导电性薄膜,其中,前述金属细线的纵横比为0.05以上且1.00以下。
〔6〕根据〔1〕~〔5〕中任一项所述的导电性薄膜,其中,前述导电性薄膜的可见光透射率为80%以上且100%以下。
〔7〕根据〔1〕~〔6〕中任一项所述的导电性薄膜,其中,前述导电性薄膜的雾度为0.01%以上且5.00%以下。
〔8〕根据〔1〕~〔7〕中任一项所述的导电性薄膜,其中,前述金属细线图案的开口率为80%以上且小于100%。
〔9〕根据〔1〕~〔8〕中任一项所述的导电性薄膜,其中,前述金属细线图案为网格图案。
〔10〕根据〔1〕~〔8〕中任一项所述的导电性薄膜,其中,前述金属细线图案为线图案。
〔11〕根据〔1〕~〔10〕中任一项所述的导电性薄膜,其中,在前述透明基材与前述导电部之间具有中间层。
〔12〕根据〔11〕所述的导电性薄膜,其中,前述中间层包含从由硅氧化物、硅氮化物、铝氧化物和镁氟化物组成的组中选择的至少1种。
〔13〕一种导电性薄膜卷,其是将〔1〕~〔12〕中任一项所述的导电性薄膜卷绕而成的。
〔14〕一种电子纸,其具备〔1〕~〔12〕中任一项所述的导电性薄膜。
〔15〕一种触摸面板,其具备〔1〕~〔12〕中任一项所述的导电性薄膜。
〔16〕一种平板显示器,其具备〔1〕~〔12〕中任一项所述的导电性薄膜。
发明的效果
根据本发明,可提供享受由金属细线的细线化带来的透明性提高且机械特性、电特性、光学特性中的至少任一者进一步提高的导电性薄膜、导电性薄膜卷、电子纸、触摸面板和平板显示器。
附图说明
图1是表示具有网格图案的第一实施方式~第三实施方式的导电性薄膜的一个方式的俯视图
图2是表示具有网格图案的第一实施方式~第三实施方式的导电性薄膜的另一方式的俯视图
图3是表示具有线图案的第一实施方式~第三实施方式的导电性薄膜的一个方式的俯视图
图4是表示具有线图案的第一实施方式~第三实施方式的导电性薄膜的另一方式的俯视图
图5为图1的导电性薄膜的III-III'的部分截面图,是用于说明第一实施方式的金属细线的截面的附图
图6是用于说明具有网格图案的第一实施方式~第三实施方式的导电性薄膜的开口率与节距的关系的金属细线图案的俯视图
图7是用于说明具有线图案的第一实施方式~第三实施方式的导电性薄膜的开口率与节距的关系的金属细线图案的俯视图
图8是表示具备第一实施方式~第三实施方式的导电性薄膜的电子纸的一个方式的俯视图
图9为第一实施方式~第三实施方式的电子纸的V-V'的部分截面图
图10是表示具备以往的导电性薄膜的电子纸的一个方式的俯视图
图11是表示具备第一实施方式~第三实施方式的导电性薄膜的触摸面板的一个方式的立体图
图12是表示具备第一实施方式~第三实施方式的导电性薄膜的触摸面板的另一方式的立体图
图13是本实施例的薄层电阻评价所使用的集电部的示意图
图14为图1的导电性薄膜的III-III'的部分截面图,是用于说明第二实施方式的金属细线的截面的附图
图15为图1的导电性薄膜的III-III'的部分截面图,是用于说明第三实施方式的金属细线的截面的附图。
具体实施方式
以下,针对本发明的实施方式进行详细说明,但本发明不限定于此,可以在不超出其主旨的范围内进行各种变形。本发明的实施方式的各数值范围中的上限值与下限值可以任意组合而构成任意的数值范围。
<<第一实施方式>>
第一实施方式的目的在于,提供充分维持透明性且导电性和挠性这两者优异的导电性薄膜、导电性薄膜卷、电子纸、触摸面板和平板显示器。
〔第一实施方式:导电性薄膜〕
第一实施方式的导电性薄膜是具有透明基材以及在透明基材的单面或两面配置的包含金属细线图案的导电部的导电性薄膜。前述金属细线图案由金属细线构成,金属细线包含导电性金属原子M和硅原子Si,在与金属细线的延伸方向正交的前述金属细线的截面的STEM-EDX分析中,将金属细线的最大厚度记作T时,距离透明基材侧的金属细线界面为0.10T~0.90T的厚度区域内的硅原子Si相对于导电性金属原子M的原子%比Si/M0.10~0.90为0.001以上且0.070以下。
第一实施方式的导电性薄膜通过在金属细线中含有相对于导电性金属原子M为规定量的硅原子Si,从而导电性和挠性优异。第一实施方式的导电性薄膜的挠性优异,因此,能够抑制由挠曲等变形导致的金属细线断线。金属细线通过例如将主要分散有金属颗粒的油墨或者溶解或分散有金属络合物等的油墨涂布或印刷在透明基材上,并将涂布或印刷的油墨加以干燥、烧成(sintering)来形成。如此形成的金属细线是含有导电性金属原子M的纳米结构体彼此接触和/或接合而得的形态,这种形态存在与大块金属相比具有更高的电阻率的倾向。并且,为了进一步提高金属细线的导电性,重要的是更牢固地形成纳米结构体彼此的接触和/或接合。此处,本发明人等获得如下见解:通过对金属添加规定量的硅原子Si,金属的强度会提高。基于该见解,本发明人等发现:通过在金属细线中添加相对于导电性金属原子M为规定量的硅原子Si,含有导电性金属原子M的纳米结构体彼此的接触、接合强度会提高,其结果,导电性薄膜的导电性和挠性会提高。
第一实施方式的导电性薄膜中,通过使原子%比Si/M0.10~0.90为0.001以上,导电性和挠性优异。第一实施方式的导电性薄膜中,通过使原子%比Si/M0.10~0.90为0.070以下,能够抑制由硅原子Si阻碍金属细线中的电子传导而引起的导电性降低。进而,通过使原子%比Si/M0.10~0.90为0.001以上且0.070以下,与由含有硅原子Si导致的电子传导降低相比,通过含有硅原子Si而使金属细线中的导电性金属原子M彼此的接合变得牢固所带来的导电性提高占据优势,能够提高导电性和挠性这两者。因此,第一实施方式的导电性薄膜通过使原子%比Si/M0.10~0.90为0.001以上且0.070以下,从而导电性和挠性优异。从同样的观点出发,原子%比Si/M0.10~0.90的下限值优选为0.003以上、更优选为0.005以上。原子%比Si/M0.10~0.90的上限值优选为0.065以下、更优选为0.063以下。
关于金属细线中的硅原子Si相对于导电性金属原子M的原子%比Si/M的上述范围,优选相对于金属细线的厚度方向均匀地存在,即金属细线的挠性在截面内呈现各向同性。由此,存在即使将导电性薄膜向所有方向折弯也不易断线的倾向。因此,距离透明基材侧的金属细线界面为0.10T~0.25T的厚度区域内的原子%比Si/M0.10~0.25的下限值优选为0.001以上、更优选为0.003以上、进一步优选为0.005以上。原子%比Si/M0.10~0.25的上限值优选为0.070以下、更优选为0.065以下、进一步优选为0.063以下。此外,距离透明基材侧的金属细线界面为0.75T~0.90T的厚度区域内的原子%比Si/M0.75~0.90的下限值优选为0.001以上、更优选为0.003以上、进一步优选为0.005以上。原子%比Si/M0.75~0.90的上限值优选为0.070以下、更优选为0.065以下、进一步优选为0.063以下。
作为硅化合物,可列举出(聚)硅烷类、(聚)硅氮烷类、(聚)硅硫烷类、(聚)硅氧烷类、硅、硅碳化物、硅氧化物、硅氮化物、硅氯化物、硅酸盐、沸石、硅化物等。这些聚硅烷类、聚硅氮烷类、聚硅硫烷类、聚硅氧烷类可以具有直链或支链状、环状、网络状的形态。这些硅化合物可以单独使用1种,或者组合使用两种以上。
金属细线中包含的硅原子Si可以以硅原子、硅化合物的形态存在,也可以以硅原子、硅化合物与导电性金属原子M发生了键合的形态(例如Si-M、Si-O-M等)存在。
本说明书中的导电性金属原子M进一步优选为选自金、银、铜和铝中的至少1种以上的金属元素,优选为银或铜,进而特别优选较为廉价的铜。通过使用这种金属元素,存在导电性薄膜的导电性更优异的倾向。需要说明的是,导电性金属原子M不含硅原子Si。
本说明书中,通过与金属细线的延伸方向正交的前述金属细线的截面的STEM-EDX分析而得到的硅原子Si相对于导电性金属原子M的原子%比Si/M0.10~0.90、Si/M0.10~0.25和Si/M0.75~0.90分别通过以下的方法来求出。需要说明的是,从防止金属细线截面的氧化、污染的观点出发,后述金属细线的截面的形成、STEM-EDX分析优选在氩气等非活性气氛下、真空中进行。
测定样品优选制成包括与金属细线的延伸方向正交的金属细线的截面的薄切片。因此,可以根据需要将导电性薄膜包埋于环氧树脂等支承体后,再使用后述方法形成薄切片。金属细线的截面的形成方法只要是能够抑制截面的形成/加工对金属细线截面造成的损伤的方法,就没有特别限定,可优选采用使用了离子束的加工法(例如BIB(宽离子束;Broad Ion Beam)加工法、FIB(聚焦离子束;Focused Ion Beam)加工法)、精密机械研磨、超薄切片机等。
利用扫描型透射电子显微镜(STEM)观察所形成的金属细线的截面,得到金属细线的截面的STEM像。同时,利用能量色散型X射线分析(EDX),测定金属细线的截面的元素映射。
根据金属细线截面的STEM像,算出从透明基材侧的金属细线界面起至金属细线表面为止的最大厚度T。此处提及的“最大厚度T”是指:从透明基材侧的金属细线界面起至金属细线表面为止的厚度之中的最大厚度。此外,由距离透明基材侧的金属细线界面为0.10T~0.90T的厚度区域内的硅原子Si的K层的EDX强度的累积值算出Si原子%,由距离透明基材侧的金属细线界面为0.10T~0.90T的厚度区域内的导电性金属原子M的K层的EDX强度的累积值算出M原子%,能够算出原子%比Si/M0.10~0.90。利用相同的方法,也可以计算Si/M0.10~0.25和Si/M0.75~0.90
图1中,作为第一实施方式的导电性薄膜的一个方式,示出金属细线图案为网格图案的导电性薄膜的俯视图。第一实施方式的导电性薄膜10在透明基材11上具有包含金属细线图案12的导电部13。
在透明基材11上,除了形成导电部13之外,也可以根据导电性薄膜10的使用用途而形成有用于连接于控制器等的取出电极(未图示)。需要说明的是,透明基材11可以在单面或两面具有导电部13,也可以在一个面具有多个导电部13。导电部13包含以能够使其通电或有电(带电)的方式构成的金属细线图案12。将第一实施方式的导电性薄膜10组装至电子设备时,导电部13作为电子纸、触摸面板和平板显示器等的画面部分的透明电极而发挥功能。
〔透明基材〕
透明基材的“透明”是指可见光透射率优选为80%以上,是指更优选为90%以上,是指进一步优选为95%以上。此处,可见光透射率可按照JIS K7361-1:1997进行测定。
作为透明基材的材料,没有特别限定,可列举出例如玻璃等透明无机基材;丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚芳酯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、尼龙、芳香族聚酰胺、聚醚醚酮、聚砜、聚醚砜、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺等透明有机基材。其中,通过使用聚对苯二甲酸乙二醇酯,用于制造导电性薄膜的生产率(成本削减效果)更优异。此外,通过使用聚酰亚胺,导电性薄膜的耐热性更优异。进而,通过使用聚对苯二甲酸乙二醇酯和/或聚萘二甲酸乙二醇酯,透明基材与金属细线的密合性更优异。
透明基材可以由1种材料形成,也可以层叠有2种以上的材料。此外,透明基材为层叠有2种以上材料的多层体时,透明基材可以是有机基材或无机基材彼此层叠而得的多层体,也可以是层叠有有机基材和无机基材的多层体。
透明基材的厚度优选为5μm以上且500μm以下,更优选为10μm以上且100μm以下。
〔中间层〕
此外,在透明基材与导电部之间可以设置有中间层。作为中间层所包含的成分,没有特别限定,可列举出例如硅化合物(例如(聚)硅烷类、(聚)硅氮烷类、(聚)硅硫烷类、(聚)硅氧烷类、硅、硅碳化物、硅氧化物、硅氮化物、硅氯化物、硅酸盐、沸石、硅化物等)、铝化合物(例如铝氧化物等)、镁化合物(例如镁氟化物)等。其中,优选为从由硅氧化物、硅氮化物、铝氧化物和镁氟化物组成的组中选择的至少1种。通过使用这种成分,存在导电性薄膜的透明性和耐久性进一步提高的倾向,用于制造导电性薄膜的生产率(成本削减效果)更优异。中间层可通过PVD、CVD等气相成膜法;涂布在分散介质中分散有上述中间层所包含的成分的中间体形成组合物并干燥的方法来进行成膜。中间体形成组合物可根据需要而含有分散剂、表面活性剂、粘结剂等。
中间层的厚度优选为0.01μm以上且500μm以下,更优选为0.05μm以上且300μm以下,进一步优选为0.10μm以上且200μm以下。通过使中间层的厚度为0.01μm以上,从而表现出中间层与金属细线的密合性,如果中间层的厚度为500μm以下,则能够确保透明基材的挠性。
通过将中间层层叠在透明基材上,在利用等离子体等烧成手段使油墨中的金属成分发生烧结时,能够防止因等离子体等而使未被金属细线图案部覆盖的部位的透明基材发生蚀刻。
进而,为了防止由静电导致的金属细线图案的断线,该中间层优选具备抗静电功能。为了使中间层具有抗静电功能,中间层优选包含导电性无机氧化物和导电性有机化合物中的至少任一者。
中间层的体积电阻率优选为100Ωcm以上且100000Ωcm以下、更优选为1000Ωcm以上且10000Ωcm以下、进一步优选为2000Ωcm以上且8000Ωcm以下。通过使中间层的体积电阻率为100000Ωcm以下,能够表现出抗静电功能。此外,通过使中间层的体积电阻率为100Ωcm以上,能够适合地用于金属细线图案间的高导电并不优选的触摸面板等用途。
体积电阻率可通过中间层内的导电性无机氧化物、导电性有机化合物等的含量来调整。例如,中间层包含耐等离子体性高的硅氧化物(体积电阻率为1014Ω·cm以上)和作为导电性有机化合物的有机硅烷化合物时,通过增加有机硅烷化合物的含量而能够降低体积电阻率。另一方面,通过增加硅氧化物的含量,体积电阻率会增加,但因具有高的耐等离子体性而能够制成薄膜,不会损害光学特性。
〔导电部〕
导电部是配置在透明基材上且由金属细线构成的金属细线图案。金属细线图案可以是规则图案,也可以是不规则图案。
金属细线包含导电性金属原子M,且可以在包含承担导电性的导电性成分的基础上,包含非导电性成分。此外,作为非导电性成分,没有特别限定,可列举出例如金属氧化物、金属化合物和有机化合物。需要说明的是,作为这些非导电性成分,可列举出以后述油墨所包含的成分为来源的成分,且该成分是油墨所包含的成分之中历经烧成后残留于金属细线中的金属氧化物、金属化合物和有机化合物。导电性成分的含有比例优选为50质量%以上,更优选为60质量%以上,进一步优选为70质量%以上。导电性成分的含有比例的上限没有特别限定,为100质量%。此外,非导电性成分的含有比例优选为50质量%以下,更优选为40质量%以下、进一步优选为30质量%以下。非导电性成分的含有比例的下限没有特别限定,为0质量%。
(金属细线图案)
金属细线图案可根据作为目标的电子设备的用途来设计,没有特别限定,可列举出例如多个金属细线交叉成网格状而形成的网格图案(图1和2)、形成有多个大致平行的金属细线的线图案(图3和4)。此外,金属细线图案可以为网格图案与线图案组合而成的图案。网格图案的网格可以是图1所示那样的正方形或长方形,也可以是图2所示那样的菱形等多边形。此外,构成线图案的金属细线可以是图3所示那样的直线,也可以是图4所示那样的曲线。进而,对于构成网格图案的金属细线而言,也可以将金属细线制成曲线。
第一实施方式的金属细线的线宽W是指:从透明基材11的配置有金属细线图案12的一面侧,将金属细线14投影在透明基材11的表面上时的金属细线14的线宽。若以图5为例,则在具有梯形截面的金属细线14中,与透明基材11接触的金属细线14的面的宽度成为线宽W。金属细线图案的线宽W和厚度T、0.10T、0.25T、0.75T和0.90T分别如图5所示那样地定义。节距P是线宽W与金属细线间的距离之和。
第一实施方式的该金属细线的线宽W例如为0.1μm以上且5.0μm以下,优选为0.2μm以上且4.0μm以下,更优选为0.3μm以上且3.0μm以下,进一步优选为0.4μm以上且2.5μm以下。如果金属细线的线宽W为0.1μm以上,则能够充分确保金属细线的导电性。此外,能够充分抑制由金属细线表面的氧化、腐蚀等导致的导电性降低。进而,在使开口率相同的情况下,金属细线的线宽越细,则越能够增加金属细线的根数。由此,导电性薄膜的电场分布变得更均匀,能够制作(fabricate)分辨率更高的电子设备。此外,即便一部分金属细线发生断线,其它金属细线也能够弥补由此导致的影响。另一方面,如果金属细线的线宽W为5.0μm以下,则存在金属细线的可视性进一步降低、导电性薄膜的透明性进一步提高的倾向。
金属细线的厚度T优选为10nm以上且1,000nm以下。厚度T的下限更优选为50nm以上,进一步优选为75nm以上。通过使金属细线的厚度T为10nm以上,存在导电性进一步提高的倾向。此外,存在能够充分抑制由金属细线表面的氧化、腐蚀等导致的导电性降低的倾向。另一方面,通过使金属细线的厚度T为1,000nm以下,能够在宽视角下表现出高透明性。
(纵横比)
用金属细线的厚度T相对于金属细线的线宽W表示的纵横比优选为0.05以上且1.00以下。纵横比的下限更优选为0.08以上、进一步优选为0.10以上。通过提高纵横比,存在能够进一步提高导电性而不降低透射率的倾向。
(节距)
金属细线图案的节距P优选为5μm以上,更优选为50μm以上,进一步优选为100μm以上。通过使金属细线图案的节距P为5μm以上,能够获得良好的透射率。此外,金属细线图案的节距P优选为1,000μm以下,更优选为500μm以下,进一步优选为250μm以下。通过使金属细线图案的节距P为1,000μm以下,存在能够进一步提高导电性的倾向。需要说明的是,金属细线图案的形状为网格图案时,通过使线宽1μm的金属细线图案的节距为200μm,能够使开口率为99%。
需要说明的是,金属细线图案的线宽、纵横比和节距可通过利用电子显微镜等观察导电性薄膜截面来确认。此外,金属细线图案的线宽和节距也可利用激光显微镜、光学显微镜进行观察。此外,节距与开口率具有后述关系式,因此,如果获知一者则能够算出另一者。此外,作为将金属细线图案的线宽、纵横比和节距调整至期望范围的方法,可列举出:调整在后述导电性薄膜的制造方法中使用的版(printing plate)的槽的方法、调整油墨中的金属颗粒的平均粒径的方法等。
(开口率)
金属细线图案的开口率优选为60%以上,更优选为70%以上,进一步优选为80%以上,特别优选为90%以上。通过使金属细线图案的开口率为上述特定值以上,存在导电性薄膜的透射率进一步提高的倾向。此外,金属细线图案的开口率优选小于100%,更优选为95%以下,进一步优选为90%以下,更进一步优选为80%以下,再进一步优选为70%以下,特别优选为60%以下。通过使金属细线图案的开口率为上述特定值以下,存在导电性薄膜的导电性进一步提高的倾向。金属细线图案的开口率的合适值还因金属细线图案的形状而异。此外,金属细线图案的开口率可根据作为目标的电子设备的要求性能(透射率和薄层电阻)来适当组合上述上限值和下限值。
需要说明的是,“金属细线图案的开口率”可针对透明基材上的形成有金属细线图案的区域,利用下式来计算。透明基材上的形成有金属细线图案的区域是指图1的用S表示的范围,不包括未形成金属细线图案的边缘部等。
金属细线图案的开口率=(1-金属细线图案所占据的面积/透明基材的面积)×100
此外,开口率与节距的关系式因金属细线图案的形状而异,可如下那样地计算。图6示出具有图案单元16的网格图案(方格(格子)图案)的示意图。在该网格图案的情况下,开口率与节距具有下述关系式。
开口率={开口部15的面积/图案单元16的面积}×100
={((节距P1-线宽W1)×(节距P2-线宽W2))/(节距P1×节距P2)}×100
此外,图7示出线图案的示意图。在该线图案的情况下,开口率与节距具有下述关系式。
开口率={(节距P-线宽W)/节距P}×100
(薄层电阻)
导电性薄膜的薄层电阻优选为0.1Ω/sq以上且1,000Ω/sq以下,更优选为0.1Ω/sq以上且500Ω/sq以下,进一步优选为0.1Ω/sq以上且100Ω/sq以下,更进一步优选为0.1Ω/sq以上且20Ω/sq以下,再进一步优选为0.1Ω/sq以上且10Ω/sq以下。导电性薄膜的薄层电阻可利用以下的方法来测定。
首先,从导电性薄膜中将整面配置有金属细线图案的部分切成矩形状,得到测定样品。在所得测定样品的两端部形成与金属细线图案电连接的薄层电阻测定用集电部,测定设置于两端部的集电部之间的电阻R(Ω)。可使用上述电阻R(Ω)以及与测定样品的集电部间的距离相当的宽度方向的长度L(mm)、纵深方向的长度D(mm),利用下式算出薄层电阻Rs(Ω/sq)。
Rs=R/L×D
存在薄层电阻越低则电力损耗越受到抑制的倾向。因此,能够获得耗电量少的电子纸、触摸面板和平板显示器。
存在通过提高金属细线的纵横比(高度)而使导电性薄膜的薄层电阻降低的倾向。此外,也可以通过构成金属细线的金属材料种类的选择来调整。
(可见光透射率)
导电性薄膜的可见光透射率优选为80%以上且100%以下,更优选为90%以上且100%以下。此处,可见光透射率可通过根据JIS K 7361-1:1997的总透光率算出其可见光(360~830nm)的范围的透射率来进行测定。
存在通过减小金属细线图案的线宽或者提高开口率而使导电性薄膜的可见光透射率提高的倾向。
(雾度)
导电性薄膜的雾度优选为0.01%以上且5.00%以下。雾度的上限更优选为3.00%以下、进一步优选为1.00%以下。如果雾度的上限为5.00%以下,则能够充分降低导电性薄膜对于可见光的发雾。本说明书中的雾度可根据JIS K 7136:2000的雾度来进行测定。
〔第一实施方式:导电性薄膜的制造方法〕
作为第一实施方式的导电性薄膜的制造方法,可列举出具有如下工序的方法:使用包含金属成分的油墨,在透明基材上形成图案的图案形成工序;以及对油墨进行烧成而形成金属细线的烧成工序。此时,第一实施方式的导电性薄膜的制造方法中,在图案形成工序之前,可以包括在透明基材的表面形成中间层的中间层形成工序。
〔中间层形成工序〕
作为中间层形成工序的具体例,可列举出:通过使用PVD、CVD等气相制膜法,使形成中间层的成分在透明基材的表面成膜而形成中间层的方法。作为中间层形成工序的其它具体例,可列举出:通过将在分散介质中分散形成中间层的成分而成的中间体形成组合物涂布于透明基材的表面,使其干燥而形成中间层的方法。作为形成中间层的成分,可列举出在〔中间层〕一项中例示的成分。此外,中间层形成组合物可根据需要而包含分散剂、表面活性剂、粘结剂等。
在中间层形成工序中,作为形成中间层的成分,优选使用硅化合物。即,中间层形成工序优选为在图案形成工序之前在透明基材的表面形成含有硅化合物的中间层的工序。通过使用硅化合物,能够在烧成工序中使硅原子从包含硅化合物的中间层向金属细线转移(transfer),因此,存在能够将原子%比Si/M控制至期望范围内的倾向。作为硅化合物,可列举出在〔中间层〕一项中例示的硅化合物。
〔图案形成工序〕
图案形成工序是使用包含金属成分的油墨来形成图案的工序。图案形成工序只要是使用具有期望的金属细线图案的槽的版的有版印刷方法,就没有特别限定,可以具有如下工序:例如在转印介质表面涂布油墨的工序;使涂布有油墨的转印介质表面与凸版的凸部表面相对,并进行按压、接触而使转印介质表面上的油墨转移至凸版的凸部表面的工序;以及,使涂布有油墨的转印介质表面与透明基材的表面相对,进行按压、接触而将残留于转印介质表面的油墨转印至透明基材的表面的工序。需要说明的是,在透明基材形成有中间层的情况下,油墨被转印至中间层表面。
(油墨)
上述图案形成工序所使用的油墨包含溶剂和含有导电性金属原子M的金属成分,也可根据需要而包含表面活性剂、分散剂、还原剂等。金属成分可以以金属颗粒的形式包含于油墨中,也可以以金属络合物的形式包含于油墨中。
金属颗粒的平均一次粒径优选为100nm以下,更优选为50nm以下,进一步优选为30nm以下。此外,金属颗粒的平均一次粒径的下限没有特别限定,可列举出1nm以上。通过使金属颗粒的平均一次粒径为100nm以下,能够进一步缩细所得金属细线的线宽W。需要说明的是,第一实施方式中,“平均一次粒径”是指1个个金属颗粒(所谓一次颗粒)的粒径,与多个金属颗粒聚集而形成的聚集体(所谓二次颗粒)的粒径、即平均二次粒径有所区分。
作为金属颗粒,只要包含导电性金属原子M,则可以是铜氧化物等金属氧化物、金属化合物、芯部为铜且壳部为铜氧化物那样的核/壳颗粒的方式。可从分散性、烧结性的观点出发适当决定金属颗粒的方式。
在图案形成工序中,为了将原子%比Si/M控制在期望的范围内,油墨可以含有硅化合物。作为硅化合物,可列举出在〔中间层〕一项中例示的硅化合物。
硅化合物的含量相对于不包括硅化合物在内的油墨的总量100质量份优选为0.01质量份以上且10.0质量份以下、更优选为0.05质量份以上且7.5质量份以下、进一步优选为0.1质量份以上且5.0质量份以下。通过使硅化合物的含量在上述范围内,存在能够将原子%比Si/M控制至期望范围内的倾向。
作为表面活性剂,没有特别限定,可列举出例如氟系表面活性剂等。通过使用这种表面活性剂,存在油墨对转印介质(橡皮布)的涂布性、所涂布的油墨的平滑性提高、能够获得更均匀的涂膜的倾向。需要说明的是,表面活性剂优选以能够分散金属成分且烧成时不易残留的方式构成。
此外,作为分散剂,没有特别限定,可列举出例如与金属成分表面进行非共价键合或发生相互作用的分散剂、与金属成分表面进行共价键合的分散剂。可列举出具有磷酸基作为进行非共价键合或发生相互作用的官能团的分散剂。通过使用这种分散剂,存在金属成分的分散性进一步提高的倾向。
进而,作为溶剂,可列举出一元醇和多元醇等醇系溶剂;烷基醚系溶剂;烃系溶剂;酮系溶剂;酯系溶剂等。它们可以单独使用,也可以组合使用1种以上。可列举出例如碳原子数10以下的一元醇与碳原子数10以下的多元醇的组合使用等。通过使用这种溶剂,存在油墨对转印介质(橡皮布)的涂布性、油墨从转印介质向凸版的转移性、油墨从转印介质向透明基材的转印性和金属成分的分散性进一步提高的倾向。需要说明的是,溶剂优选以能够分散金属成分且烧成时不易残留的方式构成。
第一实施方式的制造方法中,为了将原子%比Si/M控制至期望的范围内,通过使包含硅化合物的介质接触图案形成时或烧成前的油墨,也能够使介质所包含的硅原子、硅化合物转移至油墨中。
〔烧成工序〕
烧成工序中,例如,将向透明基材或中间层的表面转印的油墨中的金属成分进行烧结。烧成只要是金属成分发生熔接而能够形成金属成分烧结膜的方法,就没有特别限定。烧成可以在例如烧成炉中进行,也可以使用等离子体、加热催化剂、紫外线、真空紫外线、电子射线、红外线灯退火、闪光灯退火、激光等来进行。所得烧结膜容易氧化时,优选在非氧化性气氛中进行烧成。此外,在仅利用油墨可包含的还原剂时金属氧化物等难以被还原的情况下,优选在还原性气氛中进行烧成。
非氧化性气氛是指不含氧气等氧化性气体的气氛,有非活性气氛和还原性气氛。非活性气氛是指例如被氩气、氦气、氖气、氮气等非活性气体充满的气氛。此外,还原性气氛是指存在氢气、一氧化碳等还原性气体的气氛。可以将这些气体填充至烧成炉中,以密闭体系的形式对油墨的涂布膜(分散体涂布膜)进行烧成。此外,也可以将烧成炉制成流通体系,一边流通这些气体一边对分散体涂布膜进行烧成。将分散体涂布膜在非氧化性气氛中进行烧成时,优选将烧成炉中暂时抽真空而去除烧成炉中的氧气,并利用非氧化性气体进行置换。此外,烧成可以在加压气氛中进行,也可以在减压气氛中进行。
烧成温度没有特别限定,优选为20℃以上且400℃以下,更优选为50℃以上且300℃以下,进一步优选为80℃以上且200℃以下。通过使烧成温度为400℃以下,能够使用耐热性低的基板,故而优选。此外,通过使烧成温度为20℃以上,存在会充分进行烧结膜的形成、导电性变得良好的倾向,故而优选。需要说明的是,所得烧结膜包含源自金属成分的导电性成分,除此之外,可以根据油墨所使用的成分、烧成温度而包含非导电性成分。
如上所述,根据本发明的第一实施方式,可提供充分维持透明性且导电性和挠性这两者优异的导电性薄膜、导电性薄膜卷、电子纸、触摸面板和平板显示器。
<<第二实施方式>>
第二实施方式的目的在于,提供发挥出更优异透明性的导电性薄膜、以及使用了其的导电性薄膜卷、电子纸、触摸面板和平板显示器。
〔第二实施方式:导电性薄膜〕
第二实施方式的导电性薄膜的特征在于,其是具有透明基材以及在该透明基材的单面或两面配置的包含金属细线图案的导电部的导电性薄膜,前述金属细线图案由金属细线构成,该金属细线包含导电性金属原子M和氧原子O,在与前述金属细线的延伸方向正交的前述金属细线的截面的STEM-EDX分析中,将前述金属细线的厚度记作T时,距离前述透明基材侧的金属细线界面为0.10T至0.90T为止的厚度区域内的前述氧原子O相对于前述导电性金属原子M的原子%比O/M0.10~0.90为0.01以上且1.00以下。
图1中,作为第二实施方式的导电性薄膜的一个方式,示出金属细线图案为网格图案的导电性薄膜的俯视图。第二实施方式的导电性薄膜10在透明基材11上具有包含金属细线图案12的导电部13。
在透明基材11上,除了形成导电部13之外,也可以根据导电性薄膜10的使用用途而形成有用于连接于控制器等的取出电极(未图示)。需要说明的是,透明基材11可以在单面或两面具有导电部13,也可以在一个面具有多个导电部13。导电部13包含以能够使其通电或有电(带电)的方式构成的金属细线图案12。将第二实施方式的导电性薄膜10组装至电子设备时,导电部13作为电子纸、触摸面板和平板显示器等的画面部分的透明电极而发挥功能。
在这种导电性薄膜中,通过缩细金属细线的线宽而使金属细线的可视性降低,其结果,能够提高透明性。然而,既然金属细线自身不透明,就难以完全实现透明化。
与此相对,根据第二实施方式,通过对构成金属细线的导电性金属原子M与氧原子O的原子%比进行调整,能够使金属细线的折射率与透明基材的折射率接近。通过使金属细线的折射率与透明基材的折射率接近,从而抑制在金属细线与透明基材的折射率界面发生的反射或散射,降低雾度,由此,即使在使用例如相同线宽、相同开口率的金属细线图案的情况下,也能够进一步实现透明性的提高。进而,使用了这种金属细线的导电性薄膜可通过印刷来制作,因此,与通过真空蒸镀法、溅射法而制膜的使用了ITO的导电性薄膜相比,在制造上的低成本化、降低环境负担的观点上也是优异的。
〔导电部〕
导电部是配置在透明基材上且由金属细线构成的金属细线图案。金属细线图案可以是规则图案,也可以是不规则图案。第二实施方式中,构成金属细线图案的金属细线以具有与透明基材的折射率比较接近的折射率的方式构成。
但是,鉴于测定形成得极细的金属细线自身的折射率并不容易这一点,在第二实施方式中,作为该折射率的指标,在与金属细线的延伸方向正交的金属细线的截面中,将氧原子O相对于导电性金属原子M的原子%比O/M限定为规定比例。即,作为金属细线的构成要素,金属和金属氧化物起到支配性作用,因此,可以认为导电性金属原子M和氧原子O支配性地使折射率发生变化。因此,将氧原子O相对于导电性金属原子M的原子%比O/M限定为规定比例。例如,导电性金属原子M为铜时,金属细线全部由铜构成时的折射率为0.60,金属细线全部由铜氧化物构成时的折射率为2.71。因此,金属细线由铜和铜氧化物构成时,可以认为:根据其组成比,折射率在这之间进行调整。此外,例如导电性金属原子M为银、铝时,金属细线全部由这些导电性金属原子M构成时的折射率分别为0.14(银)、1.34(铝),金属细线全部由导电性金属原子M的氧化物构成时的折射率分别为2.79(银氧化物)、1.77(铝氧化物)。因此,金属细线由银、铝中的任意者和银、铝的氧化物构成时,可以认为:根据其组成比,折射率在这之间进行调整。需要说明的是,像这样,在第二实施方式中,将根据构成原子(或材料)与其组成比而算出的折射率值也称为理论折射率。
从上述那样的观点出发,原子%比O/M0.10~0.90为0.01以上且1.00以下,优选为0.02以上且0.80以下,更优选为0.03以上且0.75以下。原子%比O/M0.10~0.90越是增加,则金属细线的折射率越会提高,原子%比O/M0.10~0.90越是减少,则金属细线的折射率越会降低。由此,金属细线的折射率接近透明基材的折射率,透明性进一步提高。此外,原子%比O/M0.10~0.90越是减少,则氧化物的比例越会减少,因此,存在导电性进一步提高的倾向。通过使原子%比O/M0.10~0.90为0.01以上,透明性会提高。另一方面,通过使原子%比O/M0.10~0.90为1.00以下,能够既维持良好的透明性又表现出高导电性。
针对金属细线的截面内的氧原子O的偏重存在性和均匀性,没有特别限定,氧原子O可以大致均匀地分布在金属细线截面中,也可以例如偏重存在于透明基材侧的金属细线的界面,还可以偏重存在于金属细线的表面侧(与透明基材侧相反的一侧)。其中,金属细线中的原子%比O/M优选具有从透明基材侧朝向金属细线的厚度方向递减的倾向。通过制成这种构成,存在透明性进一步提高的倾向。
作为其原理,没有特别限定,可以将例如通过层叠折射率不同的多个层来控制其反射率等光学特性的薄膜视作模型。即,在第二实施方式的导电性薄膜中,可以将原子%比O/M从透明基材侧朝向金属细线的厚度方向递减的金属细线视作与该模型中的折射率不同的多个层近似。但原理不限定于此。
氧原子O的偏重存在性和均匀性可以使用特定厚度区域内的原子%比O/M来表示。例如,将距离透明基材侧的金属细线界面为0.75T~0.90T为止的厚度区域内的原子%比O/M记作原子%比O/M0.75~0.90时,原子%比O/M0.75~0.90成为表示在金属细线的表面侧的区域内存在的氧原子O的比例的指标。这种原子%比O/M0.75~0.90优选为0.25以下,更优选为0.22以下,进一步优选为0.18以下。通过使原子%比O/M0.75~0.90为0.25以下,存在导电性进一步提高的倾向。需要说明的是,第二实施方式中,T是指从透明基材侧的金属细线界面起至金属细线表面为止的厚度之中的最大厚度,可利用电子显微镜照片进行测定。需要说明的是,从提高导电性的观点出发,原子%比O/M0.75~0.90的最小值可以为0。
此外,将距离透明基材侧的金属细线界面为0.10T至0.25T为止的厚度区域内的原子%比O/M记作原子%比O/M0.10~0.25时,原子%比O/M0.10~0.25成为表示在透明基材侧的金属细线的界面侧的区域内存在的氧原子O的比例的指标。这种原子%比O/M0.10~0.25优选为0.05以上,更优选为0.06以上,进一步优选为0.07以上。通过使原子%比O/M0.10~0.25为0.05以上,存在透明性进一步提高的倾向。此外,原子%比O/M0.10~0.25优选为1.10以下,更优选为1.00以下,进一步优选为0.95以下。通过使原子%比O/M0.10~0.25为1.10以下,存在导电性进一步提高的倾向。
第二实施方式中,原子%比O/M0.10~0.90、原子%比O/M0.75~0.90和原子%比O/M0.10~0.25可以根据与金属细线的延伸方向正交的金属细线的截面的STEM-EDX分析来求出。具体而言,沿着与金属细线的延伸方向正交的方向切断金属细线,作为测定样品而得到露出金属细线截面的薄切片。此时,可根据需要将导电性薄膜包埋于环氧树脂等支承体后,再形成薄切片。金属细线的截面的形成方法只要是能够抑制截面的形成/加工对金属细线截面造成的损伤的方法,就没有特别限定,可优选采用使用了离子束的加工法(例如BIB(Broad Ion Beam)加工法、FIB(Focused Ion Beam)加工法)、精密机械研磨、超薄切片机等。
接着,利用扫描型透射电子显微镜(STEM)观察如上操作而得到的测定样品,得到金属细线的截面的STEM像。同时,利用能量色散型X射线分析(EDX)来进行金属细线的截面的元素映射。具体而言,在截面的每个部位测定氧原子O的K层的EDX强度和导电性金属原子M的K层的EDX强度。对于金属细线的截面之中的至少距离透明基材侧的金属细线界面为0.10T至0.90T为止的厚度区域进行该操作,算出该区域内的氧原子O的K层的EDX强度的累积值和导电性金属原子M的K层的EDX强度的累积值,获得这些累积值之比来作为原子%比O/M0.10~0.90。此外,针对原子%比O/M0.75~0.90、原子%比O/M0.10~0.25,在作为对象的厚度区域中,通过相同的方法来求出累积值之比。
需要说明的是,此处限定厚度区域的厚度T是指:能够根据金属细线截面的STEM像来确认的从透明基材侧的金属细线界面起至金属细线表面为止的厚度之中的最大厚度。因此,即使在金属细线的同一截面内因表面粗糙度等而使特定部位的厚度不同那样的情况下,该截面中的最大厚度也为厚度T。需要说明的是,从防止金属细线截面的氧化、污染的观点出发,上述金属细线的截面的形成、STEM-EDX分析优选在氩气等非活性气氛下、真空中进行。
如上那样,通过将原子%比O/M0.10~0.90、优选进一步将原子%比O/M0.75~0.90、原子%比O/M0.10~0.25调整至特定范围,能够提高导电性薄膜的透明性。
原子%比O/M0.10~0.90、原子%比O/M0.75~0.90、原子%比O/M0.10~0.25的各值没有特别限定,可通过例如调整形成金属细线时的烧成条件来控制其增减。金属细线可通过使用包含金属成分的油墨在透明基材上形成图案,并对其进行烧成而使金属成分彼此结合来形成。在该烧成工序中,可以认为金属成分在氧化或还原条件下难以一边扩散、聚集一边与附近的金属成分熔接而形成金属成分烧结膜。因此,通过调整烧成气氛和烧成时的能量(例如热、等离子体、电子射线、光源的照射能量)、烧成时间,从而调整金属成分的氧化和还原,由此,能够调整金属细线整体的原子%比O/M、容易受到氧化或还原影响的金属细线的表面部分的原子%比O/M0.75~0.90、难以受到氧化或还原影响的金属细线与透明基材界面的原子%比O/M0.10~0.25
此外,如后述第三实施方式中记载的那样,第二实施方式中的构成金属细线图案的金属细线可以进一步具有如下构成:在与金属细线的延伸方向正交的金属细线的截面中,碳原子偏重存在于透明基材侧的金属细线界面。
如第三实施方式中记载的那样,该偏重存在性如下表示:在与金属细线的延伸方向正交的金属细线的截面的STEM-EDX分析中,将金属细线的厚度记作T时,用距离透明基材侧的金属细线界面为0.10T至0.25T为止的厚度区域内的原子%比C/M0.10~0.25来表示。
第二实施方式中的原子%比C/M0.10~0.25为0.3以上且6.0以下,优选为0.4以上且5.0以下。通过使原子%比C/M0.10~0.25为0.3以上,金属细线相对于透明基材的密合性进一步提高。此外,通过使原子%比C/M0.10~0.25为6.0以下,除了导电性进一步提高之外,导电性金属原子M彼此的键合、更具体为金属成分之间的键合变得更牢固,金属细线的强度提高。
此外,从与上述相同的观点出发,距离透明基材侧的金属细线界面为0.10T至0.25T为止的厚度区域内的原子%比O/M0.10~0.25优选为0.05以上,更优选为0.06以上,进一步优选为0.07以上。通过使原子%比O/M0.10~0.25为0.05以上,存在金属细线相对于透明基材的密合性进一步提高的倾向。此外,原子%比O/M0.10~0.25优选为1.10以下,更优选为1.00以下,进一步优选为0.95以下。通过使原子%比O/M0.10~0.25为1.10以下,存在导电性进一步提高的倾向。
原子%比C/M0.10~0.25和原子%比O/M0.10~0.25的测定方法、以及原子%比C/M0.10~0.25和原子%比O/M0.10~0.25的各值的调整方法在第三实施方式中详述。
如上那样,通过将原子%比C/M0.10~0.25、优选进一步将原子%比O/M0.10~0.25调整至特定范围,能够既维持高导电性又提高密合性,能够抑制由导电性薄膜的弯曲、卷曲、挠曲等变形导致的金属细线自透明基材的剥离。此外,由此能够使用细的金属细线,因此可维持低的可视性。
如前述第一实施方式中记载的那样,关于第二实施方式中的构成金属细线图案的金属细线,出于提高导电性和挠性的目的,原子%比Si/M0.10~0.90可以为0.001以上且0.070以下。原子%比Si/M0.10~0.90的下限值优选为0.003以上、更优选为0.005以上。原子%比Si/M0.10~0.90的上限值优选为0.065以下、更优选为0.063以下。
进而,距离透明基材侧的金属细线界面为0.10T~0.25T的厚度区域内的原子%比Si/M0.10~0.25的下限值优选为0.001以上、更优选为0.003以上、进一步优选为0.005以上。原子%比Si/M0.10~0.25的上限值优选为0.070以下、更优选为0.065以下、进一步优选为0.063以下。此外,距离透明基材侧的金属细线界面为0.75T~0.90T的厚度区域内的原子%比Si/M0.75~0.90的下限值优选为0.001以上、更优选为0.003以上、进一步优选为0.005以上。原子%比Si/M0.75~0.90的上限值优选为0.070以下、更优选为0.065以下、进一步优选为0.063以下。由此,存在即使将导电性薄膜向所有方向折弯也难以断线的倾向。
导电性金属原子M进一步优选包含选自银、铜和铝中的至少1种以上的金属元素,优选为银或铜,进而,特别优选比较廉价的铜。通过使用这种金属元素,存在导电性薄膜的导电性更优异的倾向。
此外,氧原子O可作为构成金属氧化物的氧原子而包含在金属细线中。作为这种金属氧化物,没有特别限定,可列举出例如从由氧化亚铜、氧化铜、银氧化物和铝氧化物组成的组中选择的至少1种以上。其中,从制造工艺的观点出发,构成金属氧化物的金属原子优选与导电性金属原子M保持一致。
进而,金属细线包含导电性金属原子M,且可以在包含承担导电性的导电性成分的基础上,包含非导电性成分。作为非导电性成分,没有特别限定,除了例如上述金属氧化物之外,可列举出金属化合物、以后述油墨所包含的成分为来源的成分且该成分是油墨所包含的成分之中历经烧成后残留于金属细线的有机化合物。导电性成分的含有比例优选为50质量%以上,更优选为60质量%以上,进一步优选为70质量%以上。导电性成分的含有比例的上限没有特别限定,为100质量%。此外,非导电性成分的含有比例优选为50质量%以下,更优选为40质量%以下,进一步优选为30质量%以下。非导电性成分的含有比例的下限没有特别限定,为0质量%。
距离透明基材侧的金属细线界面为0.10T~0.25T为止的厚度区域内的金属细线的理论折射率优选为0.30~1.45,更优选为0.40~1.35,进一步优选为0.50~1.30。通过使金属细线的理论折射率在上述范围内,存在透明性进一步提高的倾向。金属细线的理论折射率如上所述,是根据构成原子(或材料)及其组成比而算出的折射率值。
(金属细线图案)
金属细线图案可根据作为目标的电子设备的用途来设计,没有特别限定,可列举出例如多个金属细线交叉成网格状而形成的网格图案(图1和2)、形成有多个大致平行的金属细线的线图案(图3和4)。此外,金属细线图案可以为网格图案与线图案组合而成的图案。网格图案的网格可以是图1所示那样的正方形或长方形,也可以是图2所示那样的菱形等多边形。此外,构成线图案的金属细线可以是图3所示那样的直线,也可以是图4所示那样的曲线。进而,对于构成网格图案的金属细线而言,也可以将金属细线制成曲线。
第二实施方式的金属细线的线宽W是指:从透明基材11的配置有金属细线图案12的一面侧,将金属细线14投影在透明基材11的表面上时的金属细线14的线宽。图14示出图1的导电性薄膜的III-III'的部分截面图。若以该图14为例,则在具有梯形截面的金属细线14中,与透明基材11接触的金属细线14的面的宽度成为线宽W。此外,金属细线的厚度T是指考虑了表面粗糙度时的最大厚度,节距P是指线宽W与金属细线之间的距离之和。
(线宽)
金属细线的线宽W例如优选为0.1μm以上且5.0μm以下,更优选为0.2μm以上且4.0μm以下,进一步优选为0.3μm以上且3.0μm以下,更进一步优选为0.4μm以上且2.5μm以下。通过使金属细线的线宽W为0.1μm以上,存在导电性进一步提高的倾向。此外,存在能够充分抑制由金属细线表面的氧化、腐蚀等导致的导电性降低的倾向。进而,在使开口率相同的情况下,金属细线的线宽越细,则越能够增加金属细线的根数。由此,导电性薄膜的电场分布变得更均匀,能够制作分辨率更高的电子设备。此外,即便一部分金属细线发生断线,其它金属细线也能够弥补由此导致的影响。另一方面,通过使金属细线的线宽W为5.0μm以下,存在金属细线的可视性进一步降低、导电性薄膜的透明性进一步提高的倾向。
金属细线的厚度T优选为10nm以上且1,000nm以下。厚度T的下限更优选为50nm以上,进一步优选为75nm以上。通过使金属细线的厚度T为10nm以上,存在导电性进一步提高的倾向。此外,存在能够充分抑制由金属细线表面的氧化、腐蚀等导致的导电性降低的倾向。另一方面,通过使金属细线的厚度T为1,000nm以下,能够在宽视角下表现出高透明性。
(纵横比)
用金属细线的厚度T相对于金属细线的线宽W表示的纵横比优选为0.05以上且1.00以下。纵横比的下限更优选为0.08以上、进一步优选为0.10以上。通过使纵横比为0.05以上,存在能够进一步提高导电性而不降低透射率的倾向。
(节距)
金属细线图案的节距P优选为5μm以上,更优选为50μm以上,进一步优选为100μm以上。通过使金属细线图案的节距P为5μm以上,能够获得良好的透射率。此外,金属细线图案的节距P优选为1,000μm以下,更优选为500μm以下,进一步优选为250μm以下。通过使金属细线图案的节距P为1,000μm以下,存在能够进一步提高导电性的倾向。需要说明的是,金属细线图案的形状为网格图案时,通过使线宽1μm的金属细线图案的节距为200μm,能够使开口率为99%。
需要说明的是,金属细线图案的线宽、纵横比和节距可通过利用电子显微镜等观察导电性薄膜截面来确认。此外,金属细线图案的线宽和节距也可利用激光显微镜、光学显微镜进行观察。此外,节距与开口率具有后述关系式,因此,如果获知一者则能够算出另一者。此外,作为将金属细线图案的线宽、纵横比和节距调整至期望范围的方法,可列举出:调整在后述导电性薄膜的制造方法中使用的版的槽的方法、调整油墨中的金属颗粒的平均粒径的方法等。
(开口率)
金属细线图案的开口率的下限值优选为60%以上,更优选为70%以上,进一步优选为80%以上,特别优选为90%以上。通过使金属细线图案的开口率为上述特定值以上,存在导电性薄膜的透射率进一步提高的倾向。此外,金属细线图案的开口率的上限值优选小于100%,更优选为95%以下,进一步优选为90%以下,更进一步优选为80%以下,再进一步优选为70%以下,特别优选为60%以下。通过使金属细线图案的开口率为上述特定值以下,存在导电性薄膜的导电性进一步提高的倾向。金属细线图案的开口率的合适值还因金属细线图案的形状而异。此外,金属细线图案的开口率可根据作为目标的电子设备的要求性能(透射率和薄层电阻)来适当组合上述上限值和下限值。
需要说明的是,“金属细线图案的开口率”可针对透明基材上的形成有金属细线图案的区域,利用下式来计算。透明基材上的形成有金属细线图案的区域是指图1的用S表示的范围,不包括未形成金属细线图案的边缘部等。
开口率=(1-金属细线图案所占的面积/透明基材的面积)×100
此外,开口率与节距的关系式因金属细线图案的形状而异,可如下那样地计算。图6示出具有图案单元16的网格图案(方格(格子)图案)的示意图。在该网格图案的情况下,开口率与节距具有下述关系式。
开口率={开口部15的面积/图案单元16的面积}×100
={((节距P1-线宽W1)×(节距P2-线宽W2))/(节距P1×节距P2)}×100
此外,图7示出线图案的示意图。在该线图案的情况下,开口率与节距具有下述关系式。
开口率={(节距P-线宽W)/节距P}×100
(薄层电阻)
导电性薄膜的薄层电阻优选为0.1Ω/sq以上且1,000Ω/sq以下,更优选为0.1Ω/sq以上且500Ω/sq以下,进一步优选为0.1Ω/sq以上且100Ω/sq以下,更进一步优选为0.1Ω/sq以上且20Ω/sq以下,再进一步优选为0.1Ω/sq以上且10Ω/sq以下。存在薄层电阻越低则电力损耗越受到抑制的倾向。因此,通过使用薄层电阻低的导电性薄膜,能够获得耗电量少的电子纸、触摸面板和平板显示器。导电性薄膜的薄层电阻可通过以下的方法进行测定。
图13示出用于说明薄层电阻的测定方法的立体图。首先,从导电性薄膜中将整面配置有金属细线图案的部分切成矩形状,得到测定样品。在所得测定样品的两端部形成与金属细线图案电连接的薄层电阻测定用集电部,测定集电部之间的电阻R(Ω)。可使用所得电阻R(Ω)和测定样品的集电部之间的距离L(mm)、纵深方向的长度D(mm),利用下式来算出薄层电阻Rs(Ω/sq)。
Rs=R/L×D
存在导电性薄膜的薄层电阻随着金属细线的纵横比(厚度)的增加而降低的倾向。此外,也可以通过构成金属细线的金属材料种类的选择来调整。
存在薄层电阻越低则电力损耗越受到抑制的倾向。因此,能够获得耗电量少的电子纸、触摸面板和平板显示器。
(可见光透射率)
导电性薄膜的可见光透射率优选为80%以上且100%以下,更优选为90%以上且100%以下。此处,可见光透射率可通过根据JIS K 7361-1:1997的总透光率算出其可见光(360~830nm)的范围的透射率来进行测定。
存在通过减小金属细线图案的线宽或者提高开口率而使导电性薄膜的可见光透射率进一步提高的倾向。
(雾度)
导电性薄膜的雾度优选为0.01%以上且5.00%以下。雾度的上限更优选为3.00%以下、进一步优选为1.00%以下。如果雾度的上限为5.00%以下,则能够充分降低导电性薄膜对于可见光的发雾。本说明书中的雾度可根据JIS K 7136:2000的雾度来进行测定。
〔透明基材〕
透明基材的“透明”是指可见光透射率优选为80%以上,是指更优选为90%以上,是指进一步优选为95%以上。此处,可见光透射率可按照JIS K 7361-1:1997来进行测定。
透明基材的折射率优选为1.50~1.80,更优选为1.50~1.60,进一步优选为1.55~1.58。通过使透明基材的折射率在上述范围内,存在透明性进一步提高的倾向。透明基材的折射率可按照JIS K 7142:2014来进行测定。
从透明性的观点出发,在依次层叠透明基材、金属细线的情况下,其折射率优选阶梯式地变小。从该观点出发,距离透明基材侧的金属细线界面为0.10T~0.25T为止的厚度区域内的金属细线的理论折射率优选小于透明基材的折射率。
作为透明基材的材料,没有特别限定,可列举出例如玻璃等透明无机基材;丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚芳酯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、尼龙、芳香族聚酰胺、聚醚醚酮、聚砜、聚醚砜、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺等透明有机基材。其中,优选为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺或聚萘二甲酸乙二醇酯。通过使用聚对苯二甲酸乙二醇酯,存在用于制造导电性薄膜的生产率(成本削减效果)更优异、且透明基材与金属细线的密合性进一步提高的倾向。此外,通过使用聚酰亚胺,存在导电性薄膜的耐热性进一步提高的倾向。进而,通过使用聚萘二甲酸乙二醇酯和/或聚对苯二甲酸乙二醇酯,存在透明基材与金属细线的密合性更优异的倾向。
透明基材可以由1种材料形成,也可以层叠有2种以上的材料。此外,透明基材为层叠有2种以上材料的多层体时,该透明基材可以是有机基材或无机基材彼此层叠而得的多层体,也可以是层叠有有机基材和无机基材的多层体。
透明基材的厚度优选为5μm以上且500μm以下,更优选为10μm以上且100μm以下。
〔中间层〕
第二实施方式的导电性薄膜可以在透明基材与导电部之间具有中间层。该中间层可有助于提高透明基材与导电部的金属细线之间的密合性。
作为中间层所包含的成分,没有特别限定,可列举出例如(聚)硅烷类、(聚)硅氮烷类、(聚)硅硫烷类、(聚)硅氧烷类、硅、硅碳化物、硅氧化物、硅氮化物、硅氯化物、硅酸盐、沸石、硅化物等硅化合物;铝氧化物等铝化合物;镁氟化物等镁化合物等。其中,优选为从由硅氧化物、硅氮化物、铝氧化物和镁氟化物组成的组中选择的至少1种。通过使用这种成分,存在导电性薄膜的透明性和耐久性进一步提高的倾向,用于制造导电性薄膜的生产率(成本削减效果)更优异。
中间层的折射率优选为1.30~1.80,更优选为1.40~1.70,进一步优选为1.45~1.55。通过使中间层的折射率在上述范围内,存在透明性进一步提高的倾向。中间层的折射率可按照JIS K 7142:2014来进行测定。
从透明性的观点出发,在依次层叠透明基材、中间层、金属细线的情况下,优选其折射率阶梯式地变小。从该观点出发,中间层的折射率优选小于透明基材的折射率。此外,距离透明基材侧的金属细线界面为0.10T~0.25T为止的厚度区域内的金属细线的理论折射率优选小于中间层的折射率。
中间层的厚度优选为0.01μm以上且500μm以下,更优选为0.05μm以上且300μm以下,进一步优选为0.10μm以上且200μm以下。通过使中间层的厚度为0.01μm以上,从而表现出中间层与金属细线的密合性,如果中间层的厚度为500μm以下,则能够确保透明基材的挠性。
通过将中间层层叠在透明基材上,在利用等离子体等烧成手段使油墨中的金属成分发生烧结时,能够防止因等离子体等而使未被金属细线图案部覆盖的部位的透明基材发生蚀刻。
进而,为了防止由静电导致的金属细线图案的断线,该中间层优选具备抗静电功能。为了使中间层具有抗静电功能,中间层优选包含导电性无机氧化物和导电性有机化合物中的至少任一者。
中间层的体积电阻率优选为100Ωcm以上且100000Ωcm以下、更优选为1000Ωcm以上且10000Ωcm以下、进一步优选为2000Ωcm以上且8000Ωcm以下。通过使中间层的体积电阻率为100000Ωcm以下,能够表现出抗静电功能。此外,通过使中间层的体积电阻率为100Ωcm以上,能够适合地用于金属细线图案间的高导电并不优选的触摸面板等用途。
体积电阻率可通过中间层内的导电性无机氧化物、导电性有机化合物等的含量来调整。例如,中间层包含耐等离子体性高的硅氧化物(体积电阻率为1014Ω·cm以上)和作为导电性有机化合物的有机硅烷化合物时,通过增加有机硅烷化合物的含量而能够降低体积电阻率。另一方面,通过增加硅氧化物的含量,体积电阻率会增加,但因具有高的耐等离子体性而能够制成薄膜,不会损害光学特性。
〔第二实施方式:导电性薄膜的制造方法〕
第二实施方式的导电性薄膜的制造方法没有特别限定,可列举出例如具有如下工序的方法:使用包含金属成分的油墨,在透明基材上形成图案的图案形成工序;以及对该图案进行烧成而形成金属细线的烧成工序。此外,第二实施方式的导电性薄膜的制造方法中,在图案形成工序之前,可以包括在透明基材的表面形成中间层的中间层形成工序。
〔中间层形成工序〕
中间层形成工序是在透明基材的表面形成中间层的工序。作为中间层的形成方法,没有特别限定,可列举出例如利用物理蒸镀法(PVD)、化学蒸镀法(CVD)等气相成膜法,在透明基材表面形成蒸镀膜的方法;通过在透明基材表面涂布中间层形成用组合物,并进行干燥而形成涂膜的方法。
中间层形成用组合物中包含作为上述中间层所含的成分而例示出的成分或其前体且包含溶剂,也可以根据需要而含有表面活性剂、分散剂、粘结剂等。
〔图案形成工序〕
图案形成工序是使用包含金属成分的油墨来形成图案的工序。图案形成工序只要是使用具有期望的金属细线图案的槽的版的有版印刷方法,就没有特别限定,可以具有如下工序:例如在转印介质表面涂布油墨的工序;使涂布有油墨的转印介质表面与凸版的凸部表面相对,并进行按压、接触而使转印介质表面上的油墨转移至凸版的凸部表面的工序;以及,使涂布有油墨的转印介质表面与透明基材的表面相对,进行按压、接触而将残留于转印介质表面的油墨转印至透明基材的表面的工序。需要说明的是,在透明基材形成有中间层的情况下,油墨被转印至中间层表面。
(油墨)
上述图案形成工序所使用的油墨包含溶剂和含有导电性金属原子M的金属成分,也可根据需要而包含表面活性剂、分散剂、还原剂等。金属成分可以以金属颗粒的形式包含于油墨中,也可以以金属络合物的形式包含于油墨中。
使用金属颗粒时,其平均一次粒径优选为100nm以下,更优选为50nm以下,进一步优选为30nm以下。此外,金属颗粒的平均一次粒径的下限没有特别限定,可列举出1nm以上。通过使金属颗粒的平均一次粒径为100nm以下,能够进一步缩细所得金属细线的线宽W。需要说明的是,第二实施方式中,“平均一次粒径”是指1个个金属颗粒(所谓一次颗粒)的粒径,与多个金属颗粒聚集而形成的聚集体(所谓二次颗粒)的粒径、即平均二次粒径有所区分。
作为金属颗粒,只要包含导电性金属原子M,则可以是铜氧化物等金属氧化物、金属化合物、芯部为铜且壳部为铜氧化物那样的核/壳颗粒的方式。可从分散性、烧结性的观点出发适当决定金属颗粒的方式。
作为表面活性剂,没有特别限定,可列举出例如有机硅系表面活性剂、氟系表面活性剂等。通过使用这种表面活性剂,存在油墨对转印介质(橡皮布)的涂布性、所涂布的油墨的平滑性提高、能够获得更均匀的涂膜的倾向。需要说明的是,表面活性剂优选以能够分散金属成分且烧成时不易残留的方式构成。
此外,作为分散剂,没有特别限定,可列举出例如与金属成分进行非共价键合或发生相互作用的分散剂、与金属成分进行共价键合的分散剂。可列举出具有磷酸基作为进行非共价键合或发生相互作用的官能团的分散剂。通过使用这种分散剂,存在金属成分的分散性进一步提高的倾向。
进而,作为溶剂,可列举出一元醇和多元醇等醇系溶剂;烷基醚系溶剂;烃系溶剂;酮系溶剂;酯系溶剂等。它们可以单独使用,也可以组合使用1种以上。可列举出例如碳原子数10以下的一元醇与碳原子数10以下的多元醇的组合使用等。通过使用这种溶剂,存在油墨对转印介质(橡皮布)的涂布性、油墨从转印介质向凸版的转移性、油墨从转印介质向透明基材的转印性和金属成分的分散性进一步提高的倾向。需要说明的是,溶剂优选以能够分散金属成分且烧成时不易残留的方式构成。
〔烧成工序〕
烧成工序是将在透明基材或中间层的表面转印有图案的油墨中的金属成分进行烧成而形成金属细线的工序,由此能够得到具有与涂布油墨所得的图案相同的金属细线图案的导电部。烧成只要是金属成分发生熔接而能够形成金属成分烧结膜的方法,就没有特别限定。烧成可以在例如烧成炉中进行,也可以使用等离子体、加热催化剂、紫外线、真空紫外线、电子射线、红外线灯退火、闪光灯退火、激光等来进行。所得烧结膜容易氧化时,优选在非氧化性气氛中进行烧成。此外,在仅利用油墨可包含的还原剂时金属氧化物等难以被还原的情况下,优选在还原性气氛中进行烧成。
非氧化性气氛是指不含氧气等氧化性气体的气氛,有非活性气氛和还原性气氛。非活性气氛是指例如被氩气、氦气、氖气、氮气等非活性气体充满的气氛。此外,还原性气氛是指存在氢气、一氧化碳等还原性气体的气氛。可以将这些气体填充至烧成炉中,以密闭体系的形式对油墨的涂布膜(分散体涂布膜)进行烧成。此外,也可以将烧成炉制成流通体系,一边流通这些气体一边对涂布膜进行烧成。将涂布膜在非氧化性气氛中进行烧成时,优选将烧成炉中暂时抽真空而去除烧成炉中的氧气,并利用非氧化性气体进行置换。此外,烧成可以在加压气氛中进行,也可以在减压气氛中进行。
从通过使金属细线所包含的氧原子O降低来调整金属细线界面所包含的氧原子O的比例的观点出发,可以考虑利用还原性气氛来进行烧成,此外,反之从通过使金属细线所包含的氧原子O增加来调整金属细线界面所包含的氧原子O的比例的观点出发,可以考虑利用弱的还原性气氛或非活性气氛来进行烧成。进而,在规定的气氛下,通过烧成温度和烧成时间也能够调整金属细线界面所包含的氧原子O的比例。
烧成温度没有特别限定,优选为20℃以上且400℃以下,更优选为80℃以上且300℃以下,进一步优选为110℃以上且250℃以下,特别优选为160℃以上且200℃以下。通过使烧成温度为400℃以下,能够使用耐热性低的基板,故而优选。此外,通过使烧成温度为20℃以上,存在充分进行烧结膜的形成、导电性变得良好的倾向,故而优选。需要说明的是,所得烧结膜中包含源自金属成分的导电性成分,除此之外,可根据油墨所使用的成分、烧成温度而包含非导电性成分。
此外,烧成时间没有特别限定,优选为80分钟以上且300分钟以下,更优选为100分钟以上且250分钟以下,进一步优选为120分钟以上且220分钟以下。通过使烧成时间为300分钟以下,能够使用耐热性低的基板,故而优选。此外,通过使烧成温度为150分钟以上,存在充分进行烧结膜的形成、导电性变得良好的倾向,故而优选。
如上所述,根据本发明的第二实施方式,可提供发挥出更优异透明性的导电性薄膜、以及使用了其的导电性薄膜卷、电子纸、触摸面板和平板显示器。
<<第三实施方式>>
第三实施方式的目的在于,提供兼具高导电性以及透明基材与金属细线的高密合性的导电性薄膜、以及使用了其的导电性薄膜卷、电子纸、触摸面板和平板显示器。
〔第三实施方式:导电性薄膜〕
第三实施方式的导电性薄膜的特征在于,其是具有透明基材以及在该透明基材的单面或两面配置的包含金属细线图案的导电部的导电性薄膜。前述金属细线图案由金属细线构成,该金属细线包含导电性金属原子M和碳原子C,在与前述金属细线的延伸方向正交的前述金属细线的截面的STEM-EDX分析中,将前述金属细线的厚度记作T时,距离前述透明基材侧的金属细线界面为0.10T~0.25T为止的厚度区域内的原子%比C/M0.10~0.25为0.3以上且6.0以下,前述导电性薄膜的薄层电阻为0.1Ω/sq以上且500Ω/sq以下。
图1中,作为第三实施方式的导电性薄膜的一个方式,示出金属细线图案为网格图案的导电性薄膜的俯视图。第三实施方式的导电性薄膜10在透明基材11上具有由金属细线图案12构成的导电部13。
在透明基材11上上,除了形成导电部13之外,也可以根据导电性薄膜10的使用用途而形成有用于连接于控制器等的取出电极(未图示)。需要说明的是,透明基材11可以在单面或两面具有导电部13,也可以在一个面具有多个导电部13。导电部13由以能够使其通电或有电(带电)的方式构成的金属细线图案12构成。将第三实施方式的导电性薄膜10组装至电子设备时,导电部13作为电子纸、触摸面板和平板显示器等的画面部分的透明电极而发挥功能。
在这种导电性薄膜中,金属细线的线宽越细,则与透明基材的密合面积越会减少,因导电性薄膜的弯曲、卷曲、挠曲等而导致的金属细线自透明基材的剥离越显著。
与此相对,根据第三实施方式,通过制成碳原子偏重存在于金属细线截面的透明基材侧的金属细线界面的构成,能够调整密合性。由此,从透明性的观点出发,即使在缩细金属细线的情况下,也能够确保金属细线的密合性。此外,在这种金属细线中,通过使碳原子的偏重存在为规定的范围,能够确保密合性而不损害导电性。进而,能够通过印刷来制作使用了这种金属细线的导电性薄膜,因此,与通过真空蒸镀法、溅射法而制膜的使用了ITO的导电性薄膜相比,从制造中的低成本化、降低环境负担的观点出发也优异。
〔导电部〕
导电部是配置在透明基材上且由金属细线构成的金属细线图案。金属细线图案可以是规则图案,也可以是不规则图案。第三实施方式中,构成金属细线图案的金属细线可以具有如下构成:在与金属细线的延伸方向正交的金属细线的截面中,碳原子偏重存在于透明基材侧的金属细线界面。
在第三实施方式中,该偏重存在性如下表示:在与金属细线的延伸方向正交的金属细线的截面的STEM-EDX分析中,将金属细线的厚度记作T时,用距离透明基材侧的金属细线界面为0.10T~0.25T为止的厚度区域内的原子%比C/M0.10~0.25来表示。第三实施方式中的原子%比C/M0.10~0.25为0.3以上且6.0以下,优选为0.4以上且5.0以下。通过使原子%比C/M0.10~0.25为0.3以上,金属细线相对于透明基材的密合性进一步提高。此外,通过使原子%比C/M0.10~0.25为6.0以下,除了导电性进一步提高之外,导电性金属原子M彼此的键合、更具体为金属成分之间的键合变得更牢固,金属细线的强度提高。
作为其原理没有特别限定,例如可如下考虑。如第三实施方式的导电性薄膜那样,使透明基材和金属细线这样的刚性、延性等机械性质不同的两种部件因弯曲、卷曲、挠曲等发生变形时,应力集中于其界面,通过反复该变形而可能发生金属细线的剥离。在该情况下,通过使碳原子偏重存在于透明基材侧的金属细线的界面附近,在金属细线界面的源自碳原子的官能团与透明基材表面的官能团之间产生氢键、共价键等化学键,因此,密合性进一步提高。此外,金属细线内的碳原子成为阻碍电子传导的原因,但通过形成碳原子偏重存在于透明基材侧的金属细线的界面附近的结构,还能够同时表现出良好的导电性。
此外,从与上述相同的观点出发,距离透明基材侧的金属细线界面为0.10T~0.25T为止的厚度区域内的原子%比O/M0.10~0.25优选为0.05以上,更优选为0.06以上,进一步优选为0.07以上。通过使原子%比O/M0.10~0.25为0.05以上,存在金属细线相对于透明基材的密合性进一步提高的倾向。此外,原子%比O/M0.10~0.25优选为1.10以下,更优选为1.00以下,进一步优选为0.95以下。通过使原子%比O/M0.10~0.25为1.10以下,存在导电性进一步提高的倾向。
第三实施方式中,原子%比C/M0.10~0.25和原子%比O/M0.10~0.25可以通过与金属细线的延伸方向正交的金属细线的截面的STEM-EDX分析来求出。具体而言,沿着与金属细线的延伸方向正交的方向切断金属细线,作为测定样品而得到露出金属细线截面的薄切片。此时,可根据需要将导电性薄膜包埋于环氧树脂等支承体后,再形成薄切片。金属细线的截面的形成方法只要是能够抑制截面的形成/加工对金属细线截面造成的损伤的方法,就没有特别限定,可优选采用使用了离子束的加工法(例如BIB(Broad Ion Beam)加工法、FIB(Focused Ion Beam)加工法)、精密机械研磨、超薄切片机等。
接着,利用扫描型透射电子显微镜(STEM)观察如上操作而得到的测定样品,得到金属细线的截面的STEM像。同时,利用能量色散型X射线分析(EDX)来进行金属细线的截面的元素映射。具体而言,在截面的每个部位测定碳原子C的K层的EDX强度和导电性金属原子M的K层的EDX强度。对于金属细线的截面之中的至少距离透明基材侧的金属细线界面为0.10T~0.25T为止的厚度区域进行该操作,算出该区域内的碳原子C的K层的EDX强度的累积值和导电性金属原子M的K层的EDX强度的累积值,获得这些累积值之比来作为原子%比C/M0.10~0.25。针对原子%比O/M0.10~0.25,也可通过相同的方法来计算。
需要说明的是,此处限定厚度区域的厚度T是指:能够根据金属细线截面的STEM像来确认的从透明基材侧的金属细线界面起至金属细线表面为止的厚度之中的最大厚度。因此,即使在金属细线的同一截面内因表面粗糙度等而使特定部位的厚度不同那样的情况下,该截面中的最大厚度也为厚度T。需要说明的是,从防止金属细线截面的氧化、污染的观点出发,上述金属细线的截面的形成、STEM-EDX分析优选在氩气等非活性气氛下、真空中进行。
如上那样,通过将原子%比C/M0.10~0.25、优选进一步将原子%比O/M0.10~0.25调整至特定范围,能够既维持高导电性又提高密合性,能够抑制由导电性薄膜的弯曲、卷曲、挠曲等变形导致的金属细线自透明基材的剥离。此外,由此能够使用细的金属细线,因此可维持低可视性。
原子%比C/M0.10~0.25和原子%比O/M0.10~0.25的各值没有特别限定,可通过例如调整形成金属细线时的烧成条件来控制其增减。金属细线可通过使用包含金属成分的油墨在透明基材上形成图案,并对其进行烧成而使金属成分彼此结合来形成。可以认为:在该烧成工序之前,金属成分最初以具有氧化物、氧化覆膜的状态或者与分散剂等有机物共存的状态来存在,但随着烧成的进行,氧、氧化覆膜、有机物等会被去除。通常可以认为:该氧、氧化覆膜、有机物的去除容易在金属细线的气固界面(还在油墨状态的情况下是气液界面)侧进行,相对来说,难以在金属细线的内部、即透明基材侧的金属细线的界面附近进行。因此,通过调整烧成时的能量(例如热、等离子体、电子射线、光源的照射能量)、烧成时间、烧成气氛的还原性来调整氧、氧化覆膜、有机物的去除程度,由此能够调整在透明基材侧的金属细线界面附近偏重存在的原子%比。此外,通过调整油墨中包含的表面活性剂、分散剂、还原剂的种类、含量,也能够调整在透明基材侧的金属细线界面附近偏重存在的原子%比。
此外,如前述第二实施方式中记载的那样,第三实施方式中的构成金属细线图案的金属细线可以以具有与透明基材的折射率比较接近的折射率的方式来构成。
如第二实施方式中记载的那样,作为折射率的指标,在与金属细线的延伸方向正交的金属细线的截面中,氧原子O相对于导电性金属原子M的原子%比O/M使用规定的比例。
第二实施方式中的原子%比O/M0.10~0.90为0.01以上且1.00以下,优选为0.02以上且0.80以下,更优选为0.03以上且0.75以下。原子%比O/M0.10~0.90越是增加,则金属细线的折射率越会提高,原子%比O/M0.10~0.90越是减少,则金属细线的折射率越会降低。由此,金属细线的折射率接近透明基材的折射率,透明性进一步提高。此外,原子%比O/M0.10~0.90越是减少,则氧化物的比例越会减少,因此,存在导电性进一步提高的倾向。通过使原子%比O/M0.10~0.90为0.01以上,透明性提高。另一方面,通过使原子%比O/M0.10~0.90为1.00以下,能够既维持良好的透明性又表现高导电性。
此外,氧原子O的偏重存在性和均匀性可以使用特定厚度区域内的原子%比O/M来表示。例如,将距离透明基材侧的金属细线界面为0.75T~0.90T为止的厚度区域内的原子%比O/M记作原子%比O/M0.75~0.90时,原子%比O/M0.75~0.90成为表示在金属细线的表面侧的区域内存在的氧原子O的比例的指标。这种原子%比O/M0.75~0.90优选为0.25以下,更优选为0.22以下,进一步优选为0.18以下。通过使原子%比O/M0.75~0.90为0.25以下,存在导电性进一步提高的倾向。需要说明的是,第二实施方式中,T是指从透明基材侧的金属细线界面起至金属细线表面为止的厚度之中的最大厚度,可利用电子显微镜照片进行测定。
进而,将距离透明基材侧的金属细线界面为0.10T至0.25T为止的厚度区域内的原子%比O/M记作原子%比O/M0.10~0.25时,原子%比O/M0.10~0.25成为表示在透明基材侧的金属细线的界面侧的区域内存在的氧原子O的比例的指标。这种原子%比O/M0.10~0.25优选为0.05以上,更优选为0.06以上,进一步优选为0.07以上。通过使原子%比O/M0.10~0.25为0.05以上,存在透明性进一步提高的倾向。此外,原子%比O/M0.10~0.25优选为1.10以下,更优选为1.00以下,进一步优选为0.95以下。通过使原子%比O/M0.10~0.25为1.10以下,存在导电性进一步提高的倾向。
原子%比O/M0.10~0.90、原子%比O/M0.75~0.90和原子%比O/M0.10~0.25的测定方法、以及原子%比O/M0.10~0.90、原子%比O/M0.75~0.90、原子%比O/M0.10~0.25的各值的调整方法在第二实施方式中详述。
如上那样,通过将原子%比O/M0.10~0.90、优选进一步将原子%比O/M0.75~0.90、原子%比O/M0.10~0.25调整至特定范围,能够提高导电性薄膜的透明性。
如前述第一实施方式中记载的那样,关于第三实施方式中的构成金属细线图案的金属细线,出于提高导电性和挠性的目的,原子%比Si/M0.10~0.90可以为0.001以上且0.070以下。原子%比Si/M0.10~0.90的下限值优选为0.003以上、更优选为0.005以上。原子%比Si/M0.10~0.90的上限值优选为0.065以下、更优选为0.063以下。
进而,距离透明基材侧的金属细线界面为0.10T~0.25T的厚度区域内的原子%比Si/M0.10~0.25的下限值优选为0.001以上、更优选为0.003以上、进一步优选为0.005以上。原子%比Si/M0.10~0.25的上限值优选为0.070以下、更优选为0.065以下、进一步优选为0.063以下。此外,距离透明基材侧的金属细线界面为0.75T~0.90T的厚度区域内的原子%比Si/M0.75~0.90的下限值优选为0.001以上、更优选为0.003以上、进一步优选为0.005以上。原子%比Si/M0.75~0.90的上限值优选为0.070以下、更优选为0.065以下、进一步优选为0.063以下。由此,存在即使将导电性薄膜向所有方向折弯也难以断线的倾向。
导电性金属原子M进一步优选包含选自金、银、铜和铝中的至少1种以上的金属元素,优选为银或铜,进而,特别优选比较廉价的铜。通过使用这种金属元素,存在导电性薄膜的导电性更优异的倾向。
进而,金属细线包含上述导电性金属原子M,且可以在包含承担导电性的导电性成分的基础上,包含非导电性成分。此外,作为非导电性成分,没有特别限定,可列举出例如金属氧化物、金属化合物和有机化合物。需要说明的是,作为这些非导电性成分,可列举出以后述油墨所包含的成分为来源的成分且该成分是油墨所包含的成分之中历经烧成后残留于金属细线的金属氧化物、金属化合物和有机化合物。导电性成分的含有比例优选为50质量%以上,更优选为60质量%以上,进一步优选为70质量%以上。导电性成分的含有比例的上限没有特别限定,为100质量%。此外,非导电性成分的含有比例优选为50质量%以下,更优选为40质量%以下,进一步优选为30质量%以下。非导电性成分的含有比例的下限没有特别限定,为0质量%。
(金属细线图案)
金属细线图案可根据作为目标的电子设备的用途来设计,没有特别限定,可列举出例如多个金属细线交叉成网格状而形成的网格图案(图1和2)、形成有多个大致平行的金属细线的线图案(图3和4)。此外,金属细线图案可以为网格图案与线图案组合而成的图案。网格图案的网格可以是图1所示那样的正方形或长方形,也可以是图2所示那样的菱形等多边形。此外,构成线图案的金属细线可以是图3所示那样的直线,也可以是图4所示那样的曲线。进而,对于构成网格图案的金属细线而言,也可以将金属细线制成曲线。
第三实施方式的金属细线的线宽W是指:从透明基材11的配置有金属细线图案12的一面侧,将金属细线14投影在透明基材11的表面上时的金属细线14的线宽。图15示出图1的导电性薄膜的III-III'的部分截面图。若以该图15为例,则在具有梯形截面的金属细线14中,与透明基材11接触的金属细线14的面的宽度成为线宽W。此外,金属细线的厚度T是指考虑了表面粗糙度时的最大厚度,节距P是指线宽W与金属细线之间的距离之和。
(线宽)
金属细线的线宽W例如优选为0.1μm以上且5.0μm以下,更优选为0.2μm以上且4.0μm以下,进一步优选为0.3μm以上且3.0μm以下,更进一步优选为0.4μm以上且2.5μm以下。通过使金属细线的线宽W为0.1μm以上,存在导电性进一步提高的倾向。此外,存在能够充分抑制由金属细线表面的氧化、腐蚀等导致的导电性降低的倾向。进而,在使开口率相同的情况下,金属细线的线宽越细,则越能够增加金属细线的根数。由此,导电性薄膜的电场分布变得更均匀,能够制作分辨率更高的电子设备。此外,即便一部分金属细线发生断线,其它金属细线也能够弥补由此导致的影响。另一方面,通过使金属细线的线宽W为5.0μm以下,存在金属细线的可视性进一步降低、导电性薄膜的透明性进一步提高的倾向。
金属细线的厚度T优选为10nm以上且1,000nm以下。厚度T的下限更优选为50nm以上,进一步优选为75nm以上。通过使金属细线的厚度T为10nm以上,存在导电性进一步提高的倾向。此外,存在能够充分抑制由金属细线表面的氧化、腐蚀等导致的导电性降低的倾向。另一方面,通过使金属细线的厚度T为1,000nm以下,能够在宽视角下表现出高透明性。
(纵横比)
用金属细线的厚度T相对于金属细线的线宽W表示的纵横比优选为0.05以上且1.00以下。纵横比的下限更优选为0.08以上、进一步优选为0.10以上。通过使纵横比为0.05以上,存在能够进一步提高导电性而不降低可见光透射率的倾向。
(节距)
金属细线图案的节距P优选为5μm以上,更优选为50μm以上,进一步优选为100μm以上。通过使金属细线图案的节距P为5μm以上,能够获得良好的透射率。此外,金属细线图案的节距P优选为1,000μm以下,更优选为500μm以下,进一步优选为250μm以下。通过使金属细线图案的节距P为1,000μm以下,存在能够进一步提高导电性的倾向。需要说明的是,金属细线图案的形状为网格图案时,通过使线宽1μm的金属细线图案的节距为200μm,能够使开口率为99%。
需要说明的是,金属细线图案的线宽、纵横比和节距可通过利用电子显微镜等观察导电性薄膜截面来确认。此外,金属细线图案的线宽和节距也可利用激光显微镜、光学显微镜进行观察。此外,节距与开口率具有后述关系式,因此,如果获知一者则能够算出另一者。此外,作为将金属细线图案的线宽、纵横比和节距调整至期望范围的方法,可列举出:调整在后述导电性薄膜的制造方法中使用的版的槽的方法、调整油墨中的金属颗粒的平均粒径的方法等。
(开口率)
金属细线图案的开口率的下限值优选为60%以上,更优选为70%以上,进一步优选为80%以上,特别优选为90%以上。通过使金属细线图案的开口率为上述特定值以上,存在导电性薄膜的透射率进一步提高的倾向。此外,金属细线图案的开口率的上限值优选小于100%,更优选为95%以下,进一步优选为90%以下,更进一步优选为80%以下,再进一步优选为70%以下,特别优选为60%以下。通过使金属细线图案的开口率为上述特定值以下,存在导电性薄膜的导电性进一步提高的倾向。金属细线图案的开口率的合适值还因金属细线图案的形状而异。此外,金属细线图案的开口率可根据作为目标的电子设备的要求性能(透射率和薄层电阻)来适当组合上述上限值和下限值。
需要说明的是,“金属细线图案的开口率”可针对透明基材上的形成有金属细线图案的区域,利用下式来计算。透明基材上的形成有金属细线图案的区域是指图1的用S表示的范围,不包括未形成金属细线图案的边缘部等。
开口率=(1-金属细线图案所占的面积/透明基材的面积)×100
此外,开口率与节距的关系式因金属细线图案的形状而异,可如下那样地计算。图6示出具有图案单元16的网格图案(方格(格子)图案)的示意图。在该网格图案的情况下,开口率与节距具有下述关系式。
开口率={开口部15的面积/图案单元16的面积}×100
={((节距P1-线宽W1)×(节距P2-线宽W2))/(节距P1×节距P2)}×100
此外,图7示出线图案的示意图。在该线图案的情况下,开口率与节距具有下述关系式。
开口率={(节距P-线宽W)/节距P}×100
(薄层电阻)
导电性薄膜的薄层电阻为0.1Ω/sq以上且500Ω/sq以下,优选为0.1Ω/sq以上且200Ω/sq以下,更优选为0.1Ω/sq以上且100Ω/sq以下,进一步优选为0.1Ω/sq以上且20Ω/sq以下,更进一步优选为0.1Ω/sq以上且10Ω/sq以下。存在薄层电阻越低则电力损耗越受到抑制的倾向。因此,通过使用薄层电阻低的导电性薄膜,能够获得耗电量少的电子纸、触摸面板和平板显示器。导电性薄膜的薄层电阻可通过以下的方法进行测定。
图13示出用于说明薄层电阻的测定方法的立体图。首先,从导电性薄膜中将整面配置有金属细线图案的部分切成矩形状,得到测定样品。在所得测定样品的两端部形成与金属细线图案电连接的薄层电阻测定用集电部,测定集电部之间的电阻R(Ω)。可使用所得电阻R(Ω)和测定样品的集电部之间的距离L(mm)、纵深方向的长度D(mm),利用下式来算出薄层电阻Rs(Ω/sq)。
Rs=R/L×D
存在导电性薄膜的薄层电阻随着金属细线的纵横比(厚度)的增加而降低的倾向。此外,也可以通过构成金属细线的金属材料种类的选择来调整。
存在薄层电阻越低则电力损耗越受到抑制的倾向。因此,能够获得耗电量少的电子纸、触摸面板和平板显示器。
(可见光透射率)
导电性薄膜的可见光透射率优选为80%以上且100%以下,更优选为90%以上且100%以下。此处,可见光透射率可通过根据JIS K 7361-1:1997的总透光率算出该可见光(360~830nm)的范围的透射率来进行测定。
存在通过减小金属细线图案的线宽或者提高开口率而使导电性薄膜的可见光透射率进一步提高的倾向。
(雾度)
导电性薄膜的雾度优选为0.01%以上且5.00%以下。雾度的上限更优选为3.00%以下、进一步优选为1.00%以下。如果雾度的上限为5.00%以下,则能够充分降低导电性薄膜对于可见光的发雾。本说明书中的雾度可根据JIS K 7136:2000的雾度来进行测定。
〔透明基材〕
透明基材的“透明”是指可见光透射率优选为80%以上,是指更优选为90%以上,是指进一步优选为95%以上。此处,可见光透射率可按照JIS K7361-1:1997来进行测定。
作为透明基材的材料,没有特别限定,可列举出例如玻璃等透明无机基材;丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚芳酯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、尼龙、芳香族聚酰胺、聚醚醚酮、聚砜、聚醚砜、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺等透明有机基材。其中,优选为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺或聚萘二甲酸乙二醇酯。通过使用聚对苯二甲酸乙二醇酯,存在用于制造导电性薄膜的生产率(成本削减效果)更优异、且透明基材与金属细线的密合性进一步提高的倾向。此外,通过使用聚酰亚胺,存在导电性薄膜的耐热性进一步提高的倾向。进而,通过使用聚萘二甲酸乙二醇酯和/或聚对苯二甲酸乙二醇酯,存在透明基材与金属细线的密合性更优异的倾向。
透明基材可以由1种材料形成,也可以层叠有2种以上的材料。此外,透明基材为层叠有2种以上材料的多层体时,该透明基材可以是有机基材或无机基材彼此层叠而得的多层体,也可以是层叠有有机基材和无机基材的多层体。
透明基材的厚度优选为5μm以上且500μm以下,更优选为10μm以上且100μm以下。
〔中间层〕
第三实施方式的导电性薄膜可以在透明基材与导电部之间具有中间层。该中间层可有助于提高透明基材与导电部的金属细线之间的密合性。
作为中间层所包含的成分,没有特别限定,可列举出例如(聚)硅烷类、(聚)硅氮烷类、(聚)硅硫烷类、(聚)硅氧烷类、硅、硅碳化物、硅氧化物、硅氮化物、硅氯化物、硅酸盐、沸石、硅化物等硅化合物;铝氧化物等铝化合物;镁氟化物等镁化合物等。其中,优选为从由硅氧化物、硅氮化物、铝氧化物和镁氟化物组成的组中选择的至少1种。通过使用这种成分,存在导电性薄膜的透明性和耐久性进一步提高的倾向,用于制造导电性薄膜的生产率(成本削减效果)更优异。
中间层的厚度优选为0.01μm以上且500μm以下,更优选为0.05μm以上且300μm以下,进一步优选为0.10μm以上且200μm以下。通过使中间层的厚度为0.01μm以上,从而表现出中间层与金属细线的密合性,如果中间层的厚度为500μm以下,则能够确保透明基材的挠性。
通过将中间层层叠在透明基材上,在利用等离子体等烧成手段使油墨中的金属成分发生烧结时,能够防止因等离子体等而使未被金属细线图案部覆盖的部位的透明基材发生蚀刻。
进而,为了防止由静电导致的金属细线图案的断线,该中间层优选具备抗静电功能。为了使中间层具有抗静电功能,中间层优选包含导电性无机氧化物和导电性有机化合物中的至少任一者。
中间层的体积电阻率优选为100Ωcm以上且100000Ωcm以下、更优选为1000Ωcm以上且10000Ωcm以下、进一步优选为2000Ωcm以上且8000Ωcm以下。通过使中间层的体积电阻率为100000Ωcm以下,能够表现出抗静电功能。此外,通过使中间层的体积电阻率为100Ωcm以上,能够适合地用于金属细线图案间的高导电并不优选的触摸面板等用途。
体积电阻率可通过中间层内的导电性无机氧化物、导电性有机化合物等的含量来调整。例如,中间层包含耐等离子体性高的硅氧化物(体积电阻率为1014Ω·cm以上)和作为导电性有机化合物的有机硅烷化合物时,通过增加有机硅烷化合物的含量而能够降低体积电阻率。另一方面,通过增加硅氧化物的含量,体积电阻率会增加,但因具有高的耐等离子体性而能够制成薄膜,不会损害光学特性。
〔第三实施方式:导电性薄膜的制造方法〕
第三实施方式的导电性薄膜的制造方法没有特别限定,可列举出例如具有如下工序的方法:使用包含金属成分的油墨,在透明基材上形成图案的图案形成工序;以及对该图案进行烧成而形成金属细线的烧成工序。此外,第三实施方式的导电性薄膜的制造方法中,在图案形成工序之前,可以包括在透明基材的表面形成中间层的中间层形成工序。
〔中间层形成工序〕
中间层形成工序是在透明基材的表面形成中间层的工序。作为中间层的形成方法,没有特别限定,可列举出例如利用物理蒸镀法(PVD)、化学蒸镀法(CVD)等气相成膜法,在透明基材表面形成蒸镀膜的方法;通过在透明基材表面涂布中间层形成用组合物,并进行干燥而形成涂膜的方法。
中间层形成用组合物中包含作为上述中间层所含的成分而例示出的成分或其前体且包含溶剂,也可以根据需要而含有表面活性剂、分散剂、粘结剂等。
〔图案形成工序〕
图案形成工序是使用包含金属成分的油墨来形成图案的工序。图案形成工序只要是使用具有期望的金属细线图案的槽的版的有版印刷方法,就没有特别限定,可以具有如下工序:例如在转印介质表面涂布油墨的工序;使涂布有油墨的转印介质表面与凸版的凸部表面相对,并进行按压、接触而使转印介质表面上的油墨转移至凸版的凸部表面的工序;以及,使涂布有油墨的转印介质表面与透明基材的表面相对,进行按压、接触而将残留于转印介质表面的油墨转印至透明基材的表面的工序。需要说明的是,在透明基材形成有中间层的情况下,油墨被转印至中间层表面。
(油墨)
上述图案形成工序所使用的油墨包含溶剂和含有导电性金属原子M的金属成分,也可根据需要而包含表面活性剂、分散剂、还原剂等。金属成分可以以金属颗粒的形式包含于油墨中,也可以以金属络合物的形式包含于油墨中。
使用金属颗粒时,其平均一次粒径优选为100nm以下,更优选为50nm以下,进一步优选为30nm以下。此外,金属颗粒的平均一次粒径的下限没有特别限定,可列举出1nm以上。通过使金属颗粒的平均一次粒径为100nm以下,能够进一步缩细所得金属细线的线宽W。需要说明的是,第三实施方式中,“平均一次粒径”是指1个个金属颗粒(所谓一次颗粒)的粒径,与多个金属颗粒聚集而形成的聚集体(所谓二次颗粒)的粒径、即平均二次粒径有所区分。
作为金属颗粒,只要包含导电性金属原子M,则可以是铜氧化物等金属氧化物、金属化合物、芯部为铜且壳部为铜氧化物那样的核/壳颗粒的方式。可从分散性、烧结性的观点出发适当决定金属颗粒的方式。
作为表面活性剂,没有特别限定,可列举出例如有机硅系表面活性剂、氟系表面活性剂等。通过使用这种表面活性剂,存在油墨对转印介质(橡皮布)的涂布性、所涂布的油墨的平滑性提高、能够获得更均匀的涂膜的倾向。需要说明的是,表面活性剂优选以能够分散金属成分且烧成时不易残留的方式构成。
此外,作为分散剂,没有特别限定,可列举出例如与金属成分进行非共价键合或发生相互作用的分散剂、与金属成分进行共价键合的分散剂。可列举出具有磷酸基作为进行非共价键合或发生相互作用的官能团的分散剂。通过使用这种分散剂,存在金属成分的分散性进一步提高的倾向。
进而,作为溶剂,可列举出一元醇和多元醇等醇系溶剂;烷基醚系溶剂;烃系溶剂;酮系溶剂;酯系溶剂等。它们可以单独使用,也可以组合使用1种以上。可列举出例如碳原子数10以下的一元醇与碳原子数10以下的多元醇的组合使用等。通过使用这种溶剂,存在油墨对转印介质(橡皮布)的涂布性、油墨从转印介质向凸版的转移性、油墨从转印介质向透明基材的转印性和金属成分的分散性进一步提高的倾向。需要说明的是,溶剂优选以能够分散金属成分且烧成时不易残留的方式构成。
需要说明的是,可以从调整金属细线中的碳原子C和氧原子O的观点出发,来调整油墨所包含的上述成分的含量。例如,通过增加上述成分的含量或者将大量包含碳原子C和氧原子O的有机物用作上述成分,能够增加碳原子C和氧原子O。
〔烧成工序〕
烧成工序是将图案进行烧成而形成金属细线的工序,由此能够得到具有与涂布油墨所得的图案相同的金属细线图案的导电部。烧成只要是金属成分发生熔接而能够形成金属成分烧结膜的方法,就没有特别限定。烧成可以在例如烧成炉中进行,也可以使用等离子体、加热催化剂、紫外线、真空紫外线、电子射线、红外线灯退火、闪光灯退火、激光等来进行。所得烧结膜容易氧化时,优选在非氧化性气氛中进行烧成。此外,在仅利用油墨可包含的还原剂时金属氧化物等难以被还原的情况下,优选在还原性气氛中进行烧成。
非氧化性气氛是指不含氧气等氧化性气体的气氛,有非活性气氛和还原性气氛。非活性气氛是指例如被氩气、氦气、氖气、氮气等非活性气体充满的气氛。此外,还原性气氛是指存在氢气、一氧化碳等还原性气体的气氛。可以将这些气体填充至烧成炉中,以密闭体系的形式对油墨的涂布膜(分散体涂布膜)进行烧成。此外,也可以将烧成炉制成流通体系,一边流通这些气体一边对涂布膜进行烧成。将涂布膜在非氧化性气氛中进行烧成时,优选将烧成炉中暂时抽真空而去除烧成炉中的氧气,并利用非氧化性气体进行置换。此外,烧成可以在加压气氛中进行,也可以在减压气氛中进行。
从通过使金属细线所包含的氧原子O降低来调整金属细线界面所包含的氧原子O的比例的观点出发,可以考虑利用还原性气氛来进行烧成,此外,反之从通过使金属细线所包含的氧原子O增加来调整金属细线界面所包含的氧原子O的比例的观点出发,可以考虑利用弱的还原性气氛或非活性气氛来进行烧成。
烧成温度没有特别限定,优选为20℃以上且400℃以下,更优选为50℃以上且300℃以下,进一步优选为80℃以上且200℃以下,特别优选为90℃以上且130℃で以下。通过使烧成温度为400℃以下,能够使用耐热性低的基板,故而优选。此外,通过使烧成温度为20℃以上,存在充分进行烧结膜的形成、导电性变得良好的倾向,故而优选。需要说明的是,所得烧结膜中包含源自金属成分的导电性成分,除此之外,可根据油墨所使用的成分、烧成温度而包含非导电性成分。
此外,烧成时间没有特别限定,优选为15分钟以上且90分钟以下,更优选为20分钟以上且80分钟以下,进一步优选为30分钟以上且70分钟以下。通过使烧成时间为90分钟以下,能够使用耐热性低的基板,故而优选。此外,通过使烧成温度为15分钟以上,存在充分进行烧结膜的形成、导电性变得良好的倾向,故而优选。
从通过使金属细线所包含的碳原子C降低来调整金属细线界面所包含的碳原子C的比例的观点出发,可以考虑在较高温度下进行长时间的烧成,此外,反之从通过使金属细线所包含的碳原子C增加来调整金属细线界面所包含的碳原子C的比例的观点出发,可以考虑在较低温度下进行短时间的烧成。
其中,从调整金属细线中的碳原子C的观点出发,作为烧成时的能量,优选使用例如热、等离子体、电子射线、光源。需要说明的是,可根据需要将这些烧成方法任意组合来进行多次烧成。
根据本发明的第三实施方式,可提供兼具高导电性以及透明基材与金属细线的高密合性的导电性薄膜、以及使用了其的电子纸、触摸面板和平板显示器。
〔导电性薄膜卷〕
第一实施方式~第三实施方式的导电性薄膜卷是将上述第一实施方式~第三实施方式的导电性薄膜卷绕而成的。导电性薄膜卷可以在中心部具有用于卷绕导电性薄膜的卷芯。第一实施方式~第三实施方式的导电性薄膜卷可根据期望用途(例如电子纸、触摸面板、平板显示器等)而切割成适当的尺寸并使用。
〔电子纸〕
第一实施方式~第三实施方式的电子纸只要具备上述导电性薄膜,就没有特别限定。图8示出表示具备第一实施方式~第三实施方式的导电性薄膜(网格图案)的电子纸的一个方式的俯视图,图9示出第一实施方式~第三实施方式的电子纸的V-V'的部分截面图,图10示出表示具备与图8具有相同开口率且金属细线的线宽较宽的现有导电性薄膜的电子纸的一个方式的俯视图。
如图8所示那样,电子纸20以在杯21上配置金属细线图案12且能够对杯21施加电场的方式来构成。具体而言,如图9所示那样,在电子纸20的杯21中容纳有带电的黑色颜料22和带电的白色颜料23,通过底部电极(bottom electrode)24与导电性薄膜10之间的电场来控制带电黑色颜料22与带电白色颜料23的行动。
此时,如图8与图10的对比所示那样,即使开口率相同,金属细线图案较细时,在杯21的正上方横穿的金属细线14也变多,能够利用杯21均匀地施加电场。因此,具备第一实施方式~第三实施方式的导电性薄膜10的电子纸20能够提供更高分辨率的图像。需要说明的是,本实施方式的电子纸20的构成不限定于上述。
〔触摸面板〕
第一实施方式~第三实施方式的触摸面板只要具备上述导电性薄膜,就没有特别限定。图11示出表示具备第一实施方式~第三实施方式的导电性薄膜(线图案)的触摸面板的一个方式的立体图。在静电容量方式的触摸面板30中,在绝缘体31的表面和背面存在两片导电性薄膜10,两片导电性薄膜10以线图案交叉的方式对置。此外,导电性薄膜10可以具有取出电极32。取出电极32将金属细线14与用于对金属细线14进行通电切换的控制器33(CPU等)加以连接。
此外,图12示出表示具备第一实施方式~第三实施方式的导电性薄膜(线图案)的触摸面板的另一方式的立体图。该触摸面板30在第一实施方式~第三实施方式的导电性薄膜10的两面具备金属细线图案12,用以代替在绝缘体31的表面和背面具备两片导电性薄膜10。由此,在绝缘体31(透明基材11)的表面和背面具备两个金属细线图案12。
需要说明的是,第一实施方式~第三实施方式的触摸面板不限定于静电容量方式,可以制成电阻膜方式、投影型静电容量方式和表面型静电容量方式等。
〔平板显示器〕
第一实施方式~第三实施方式的平板显示器只要具备上述导电性薄膜,就没有特别限定。
实施例
以下,示出实施例和比较例来具体说明本发明的实施方式,但本发明完全不限定于以下的实施例和比较例。
<<实施例A>>
以下,针对第一实施方式的相关实施例A和比较例A,进行具体说明。
《透明基材A》
[透明基材A1的制备]
将聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)用作透明基材,在其上涂布包含硅氧化物纳米颗粒和导电性的有机硅烷化合物的中间层形成组合物,进行干燥而形成具有抗静电功能且厚度150nm、体积电阻率5000Ωcm的含有硅氧化物的中间层,由此得到透明基材A1。需要说明的是,透明基材A1是在作为透明基材的PET上层叠有中间层的形态。
[透明基材A2的制备]
将为了制备透明基材A1而使用的PET作为透明基材A2。
《油墨A》
[油墨A1]
将铜氧化物纳米颗粒(CIK NANOTEC公司制氧化铜微颗粒)20质量份、分散剂(BYKCHEMIE公司制、制品名:Disperbyk-145)4质量份、表面活性剂(SEIMI CHEMICAL公司制、制品名:S-611)1质量份和有机溶剂(正丁醇和2-丙二醇)75质量份进行混合,制备分散有铜氧化物纳米颗粒的油墨A1。
[油墨A2]
将粒径为21nm的氧化亚铜纳米颗粒20质量份、分散剂(BYK CHEMIE公司制、制品名:Disperbyk-145)4质量份、表面活性剂(SEIMI CHEMICAL公司制、制品名:S-611)1质量份和乙醇75质量份进行混合,制备氧化亚铜纳米颗粒的含有比例为20质量%的油墨A2。
[油墨A3]
制备相对于100质量份油墨A1而添加有5.0质量份有机聚硅氧烷的油墨A3。
<实施例A1>
《导电性薄膜的制造》
首先,在转印介质表面涂布油墨A1,接着,使涂布有油墨A1的转印介质表面与具有金属细线图案的槽的版对置,进行按压、接触,使转印介质表面上的一部分油墨A1转移至版的凸部表面。其后,使涂布有残留的油墨A1的转印介质表面与透明基材A1对置,进行按压使其接触,使期望的金属细线图案状的油墨A1转印至透明基材A1上。接着,使用Nova Centrix公司制的Pulseforge1300,通过闪光灯退火在室温环境下对金属细线图案状的油墨A1(分散体涂布膜)进行烧成,得到包含表1所示线宽和厚度的网格图案的金属细线的导电性薄膜。
《导电性薄膜的评价》
[实施例A:薄层电阻]
通过以下方法来测定所得导电性薄膜的薄层电阻Rs0(Ω/sq)。首先,从导电性薄膜的整面配置有金属细线图案的部分中切出100mm见方的测定样品。接着,使用丝网印刷装置,在所得测定样品的表面的宽度方向的两端部涂布银糊剂,进行干燥,如图13所示那样地形成宽度10mm×纵深100mm的长条集电部。接着,通过使欧姆表的测定端子接触的两端子法来测定样品两端部的电阻R(Ω)。使用下述式,由所得电阻算出薄层电阻Rs0(Ω/sq)。将结果示于下述表1。需要说明的是,表面具有保护层的导电薄膜的薄层电阻通过制作金属细线图案之中的集电部露出且其它金属细线图案被保护层覆盖的导电性薄膜,并进行测定。具体而言,在利用上述方法而形成的集电部进行掩蔽,形成保护层,最后去除掩蔽,由此制作仅漏出集电部的导电性薄膜。
Rs0=R/L×D
L:80(mm):集电部之间的距离
D:100(mm):纵深方向的距离
[实施例A:可见光透射率和雾度]
按照JIS K 7361-1:1997的总透光率,算出具有360~830nm波长的可见光的透射率,由此测定导电性薄膜的可见光透射率。此外,按照JIS K7136:2000来测定导电性薄膜的雾度。将结果示于下述表1。
[实施例A:金属细线截面的STEM-EDX分析]
将所得导电性薄膜包埋于作为支承体的环氧树脂,使用超薄切片机在与金属细线的延伸方向正交的金属细线的面进行切割,形成厚度80nm的薄切片。以所得薄切片作为测定样品,利用下述条件来照射电子射线,由此进行STEM-EDX分析。
STEM:日立High-Technologies公司制、扫描型透射电子显微镜HD-2300A
EDX:EDAX公司制、能量色散型X射线分析装置、GENESIS
加速电压:200kV
测定倍率:25,000倍
电子射线入射角度:90°
X射线取出角度:18°
映射元素:Cu、Ag、Si
累积次数:200次
dwell time:200μsec.
分辨率:256×200像素
首先,根据通过STEM而得到的金属细线的截面的STEM像,算出从透明基材侧的金属细线界面起至金属细线表面为止的最大厚度T。接着,由距离透明基材侧的金属细线界面为0.10T~0.90T的厚度区域内的硅原子Si的K层的EDX强度的累积值算出Si原子的原子%,由距离透明基材侧的金属细线界面为0.10T~0.90T的厚度区域内的除硅之外的导电性金属原子M的K层的EDX强度的累积值算出M原子的原子%,由此算出Si/M0.10~0.90。接着,由距离透明基材侧的金属细线界面为0.10T~0.25T的厚度区域内的硅原子Si的K层的EDX强度的累积值算出Si原子的原子%,由距离透明基材侧的金属细线界面为0.10T~0.25T的厚度区域内的除硅之外的导电性金属原子M的K层的EDX强度的累积值算出M原子的原子%,由此算出Si/M0.10~0.25。接着,由距离透明基材侧的金属细线界面为0.75T~0.90T的厚度区域内的硅原子Si的K层的EDX强度的累积值算出Si原子的原子%,由距离透明基材侧的金属细线界面为0.75T~0.90T的厚度区域内的除硅之外的导电性金属原子M的K层的EDX强度的累积值算出M原子的原子%,由此算出Si/M0.75~0.90
[实施例A:挠性]
为了评价导电性薄膜的挠性,测定反复弯曲性试验前后的薄层电阻变化率(%)。反复弯曲性试验中,使用用于测定薄层电阻的导电性薄膜,作为弯曲性试验机而使用井本制作所制的薄膜弯曲试验机(IMC-1304),按照JIS C 5016:1994并利用以下条件进行测定。需要说明的是,缺乏挠性时,因金属细线发生断线等而导致薄层电阻的变化率变大,挠性优异时,薄层电阻的变化率变小。
弯曲半径:5mm
试验冲程:20mm
弯曲速度:90rpm
弯曲次数:10,000次
接着,测定反复弯曲性试验后的导电性薄膜的薄层电阻Rs1(Ω/sq),利用下式来算出薄层电阻变化率。
(薄层电阻变化率)=Rs1/Rs0×100
<实施例A2>
使用具有金属细线图案的槽的版、浸渗有表1所示种类的油墨和液状的有机聚硅氧烷的转印介质,在表1所示种类的透明基材上形成网格图案的分散体涂布膜。接着,使用Nova Centrix公司制的Pulseforge1300,通过闪光灯退火在室温环境下对分散体涂布膜进行烧成,得到包含表1所示线宽和厚度的网格图案的金属细线的导电性薄膜。将所得导电性薄膜的各种特性示于表1。
<实施例A3>
使用油墨A2,利用等离子体代替闪光灯退火来进行烧成和还原,除此之外,与实施例A1同样操作,得到包含表1所示线宽和厚度的网格图案的金属细线的导电性薄膜。将所得导电性薄膜的各种特性示于表1。
<实施例A4~A6和比较例A1~A2>
使用具有金属细线图案的槽的版和表1所示种类的油墨,在表1所示种类的透明基材上形成网格图案的分散体涂布膜。接着,使用Nova Centrix公司制的Pulseforge1300,通过闪光灯退火在室温环境下对分散体涂布膜进行烧成,得到包含表1所示线宽和厚度的网格图案的金属细线的导电性薄膜。将所得导电性薄膜的各种特性示于表1。
[表1]
Figure BDA0003738010080000621
由实施例A1~A6和比较例A1~A2可知:在与金属细线的延伸方向正交的金属细线的截面的STEM-EDX分析中,通过使前述硅原子Si相对于导电性金属原子M的原子%比Si/M为0.001以上且0.070以下,能够获得充分维持透明性(即,由小线宽实现的低可视性)且导电性(即低薄层电阻)和挠性这两者优异的导电性薄膜。
<<实施例A'>>
以下,针对第一实施方式的相关实施例A'和比较例A',进行具体说明。
《透明基材A'》
[透明基材A'1的制备]
将聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)用作透明基材,通过溅射法在其上成膜出含有硅氧化物且厚度50nm的中间层,由此得到透明基材A'1。需要说明的是,透明基材A'1是在作为透明基材的PET上层叠有中间层的形态。
[透明基材A'2的制备]
将PET用作透明基材,在其上涂布分散有硅氧化物的纳米颗粒的中间层形成组合物,进行干燥而形成具有抗静电功能且厚度150nm、体积电阻率5000Ωcm的含有硅氧化物的中间层,由此得到透明基材A'2。需要说明的是,透明基材A'2是在作为透明基材的PET上层叠有中间层的形态。
[透明基材A'3的制备]
作为有机基材,使用聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)来代替PET,除此之外,与透明基材A'2的制备方法同样操作,制备具有中间层的透明基材A'3。需要说明的是,透明基材A'3是在作为透明基材的PEN上层叠有中间层的形态。
[透明基材A'4的制备]
将为了制备透明基材A'1而使用的PET作为透明基材A'4。
《油墨A'》
[油墨A'1]
将铜氧化物纳米颗粒(CIK NANOTEC公司制氧化铜微颗粒)20质量份、分散剂(BYKCHEMIE公司制、制品名:Disperbyk-145)4质量份、表面活性剂(SEIMI CHEMICAL公司制、制品名:S-611)1质量份和有机溶剂(正丁醇和2-丙二醇)75质量份进行混合,制备分散有铜氧化物纳米颗粒的油墨A'1。
[油墨A'2]
向DIC公司制的银纳米油墨(RAGT-29)100质量份中添加乙醇50质量份,制备油墨A'2。
<实施例A'1>
《导电性薄膜的制造》
首先,在转印介质表面涂布油墨A'1,接着,使涂布有油墨A'1的转印介质表面与具有金属细线图案的槽的版对置,进行按压、接触,使转印介质表面上的一部分油墨A'1转移至版的凸部表面。其后,使涂布有残留的油墨A'1的转印介质表面与透明基材A'1对置,进行按压使其接触,使期望的金属细线图案状的油墨A'1转印至透明基材A'1上。接着,使用NovaCentrix公司制的Pulseforge1300,通过闪光灯退火在室温环境下对金属细线图案状的油墨A'1(分散体涂布膜)进行烧成,得到包含表2所示线宽的网格图案的金属细线的导电性薄膜。
《导电性薄膜的评价》
针对实施例A'的薄层电阻、可见光透射率和雾度、金属细线截面的STEM-EDX分析和挠性的测定,利用与实施例A中记载的方法相同的方法来进行。
<实施例A'2、A'4~A'7和比较例A'1、A'2>
使用具有金属细线图案的槽的版和表2所示种类的油墨,在表2所示种类的透明基材上形成网格图案的分散体涂布膜。接着,使用Nova Centrix公司制的Pulseforge1300,通过闪光灯退火将分散体涂布膜在室温环境下进行烧成,得到包含表2所示线宽的网格图案的金属细线的导电性薄膜。将所得导电性薄膜的各种特性示于表2。
<实施例A'3>
使用具有金属细线图案的槽的版、浸渗有表2所示种类的油墨和液状的有机聚硅氧烷的转印介质,在表2所示种类的透明基材上形成网格图案的分散体涂布膜。接着,使用Nova Centrix公司制的Pulseforge1300,通过闪光灯退火将分散体涂布膜在室温环境下进行烧成,得到包含表2所示线宽的网格图案的金属细线的导电性薄膜。将所得导电性薄膜的各种特性示于表2。
[表2]
Figure BDA0003738010080000661
由实施例A'1~A'7和比较例A'1~A'2可知:在与金属细线的延伸方向正交的金属细线的截面的STEM-EDX分析中,通过使前述硅原子Si相对于导电性金属原子M的原子%比Si/M为0.001以上且0.070以下,能够获得充分维持透明性(即,由小线宽实现的低可视性)且导电性(即,低薄层电阻)和挠性这两者优异的导电性薄膜。
<<实施例B>>
以下,针对第二实施方式的相关实施例B和比较例B,进行具体说明。
《透明基材B》
[透明基材B1的制备]
将聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)用作透明基材,在其上涂布包含硅氧化物纳米颗粒和导电性的有机硅烷化合物的中间层形成组合物,进行干燥而形成具有抗静电功能且厚度150nm、体积电阻率5000Ωcm的含有硅氧化物的中间层,由此得到透明基材B1。
《油墨B》
[油墨B1]
将铜氧化物纳米颗粒(CIK NANOTEC公司制氧化铜微颗粒)20质量份、分散剂(BYKCHEMIE公司制、制品名:Disperbyk-145)4质量份、表面活性剂(SEIMI CHEMICAL公司制、制品名:S-611)1质量份和有机溶剂(正丁醇和2-丙二醇)75质量份进行混合,制备分散有铜氧化物纳米颗粒的油墨B1。
[油墨B2]
将市售的银氧化物纳米颗粒20质量份、分散剂(羟丙基纤维素)5质量份和有机溶剂(仲丁醇)75质量份进行混合,制备分散有银氧化物纳米颗粒的油墨B2。
<实施例B1>
《导电性薄膜的制造》
首先,在转印介质表面涂布油墨B1,接着,使涂布有油墨B1的转印介质表面与具有金属细线图案的槽的版对置,进行按压、接触,使转印介质表面上的一部分油墨B1转移至版的凸部表面。其后,使涂布有残留的油墨B1的转印介质表面与透明基材B1对置,进行按压使其接触,使期望的金属细线图案状的油墨B1转印至透明基材B1上。接着,使用市售的红外线烘箱,利用以下条件对油墨B1的图案实施烧成,促进金属细线表面侧的铜氧化物的还原,由此得到在与透明基材B1的界面侧偏重存在有氧原子O且具有线宽1μm的网格图案的金属细线的导电性薄膜。
热源:红外线灯
照射温度:180℃
照射时间:220min
环境:含氢气的氮气气氛
《导电性薄膜的评价》
[实施例B:薄层电阻]
通过以下方法来测定所得导电性薄膜的薄层电阻Rs0(Ω/sq)。首先,从导电性薄膜的整面配置有金属细线图案的部分中切出100mm见方的测定样品。接着,使用丝网印刷装置,在所得测定样品的表面的宽度方向的两端部涂布银糊剂,进行干燥,如图13所示那样地形成宽度10mm×纵深100mm的长条集电部。接着,通过使欧姆表的测定端子接触的两端子法来测定样品两端部的集电部之间的电阻R(Ω)。使用下述式,由所得电阻算出薄层电阻Rs0(Ω/sq)。需要说明的是,表面具有保护层的导电薄膜的薄层电阻通过制作金属细线图案之中的集电部露出且其它金属细线图案被保护层覆盖的导电性薄膜,并进行测定。具体而言,在利用上述方法而形成的集电部进行掩蔽,形成保护层,最后去除掩蔽,由此制作仅漏出集电部的导电性薄膜。将结果示于下述表3。
Rs0=R/L×D
L:80(mm):集电部之间的距离
D:100(mm):纵深方向的距离
[实施例B:可见光透射率和雾度]
按照JIS K 7361-1:1997的总透光率,算出具有360~830nm波长的可见光的透射率,由此测定导电性薄膜的可见光透射率。此外,按照JIS K7136:2000来测定导电性薄膜的雾度。将结果示于下述表3。
[实施例B:金属细线截面的STEM-EDX分析]
将所得导电性薄膜包埋于作为支承体的环氧树脂,使用超薄切片机在与金属细线的延伸方向正交的面进行切割,形成厚度80nm的薄切片。以所得薄切片作为测定样品,利用下述条件来照射电子射线,由此进行STEM-EDX分析。
STEM:日立High-Technologies公司制、扫描型透射电子显微镜HD-2300A
EDX:EDAX公司制、能量色散型X射线分析装置、GENESIS
加速电压:200kV
测定倍率:25,000倍
电子射线入射角度:90°
X射线取出角度:18°
映射元素:Cu、Ag、O
累积次数:200次
dwell time:200μsec.
分辨率:256×200像素
通过STEM来观察如上操作而得到的测定样品,得到金属细线的截面的STEM像。同时,利用能量色散型X射线分析(EDX)来进行金属细线的截面的元素映射。具体而言,在截面的每个部位测定氧原子O的K层的EDX强度和导电性金属原子M的K层的EDX强度,对金属细线的整个截面进行该操作。
另一方面,根据STEM像,算出从透明基材侧的金属细线界面起至金属细线表面为止的最大厚度T,算出距离透明基材侧的金属细线界面为0.10T~0.90T为止的厚度区域内的氧原子O的K层的EDX强度的累积值和导电性金属原子M的K层的EDX强度的累积值,获得这些累积值之比作为原子%比O/M0.10~0.90。此外,针对原子%比O/M0.75~0.90、原子%比O/M0.10~0.25,在作为对象的厚度区域中,利用相同的方法来计算。
<实施例B2~B10和比较例B1~B3>
如表3所示那样,分别变更透明基材、油墨、线宽和烧成条件等,除此之外,利用与实施例B1相同的操作来制作导电性薄膜,进行评价。将结果示于下述表3。
[表3]
Figure BDA0003738010080000711
由实施例B1~B10和比较例B1~B3可知:在与金属细线的延伸方向正交的金属细线的截面的STEM-EDX分析中,通过将导电性金属原子M与氧原子O的原子%比O/M调整至0.01~1.00的范围,能够获得兼具高透明性(即,小的线宽、高透射率和低雾度)和高导电性的导电性薄膜。
<<实施例B'>>
以下,针对第二实施方式的相关实施例B'和比较例B',进行具体说明。
《透明基材B'》
[透明基材B'1的制备]
将聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)用作透明基材,在其上涂布分散有硅氧化物的纳米颗粒的中间层形成组合物,进行干燥而形成厚度150nm、体积电阻率5000Ωcm且含有硅氧化物的中间层,由此得到透明基材B'1。
《油墨B'》
[油墨B'1]
将铜氧化物纳米颗粒(CIK NANOTEC公司制氧化铜微颗粒)20质量份、分散剂(BYKCHEMIE公司制、制品名:Disperbyk-145)4质量份、表面活性剂(SEIMI CHEMICAL公司制、制品名:S-611)1质量份和有机溶剂(正丁醇和2-丙二醇)75质量份进行混合,制备分散有铜氧化物纳米颗粒的油墨B'1。
[油墨B'2]
将市售的银氧化物纳米颗粒20质量份、分散剂(羟丙基纤维素)5质量份和有机溶剂(仲丁醇)75质量份进行混合,制备分散有银氧化物纳米颗粒的油墨B'2。
<实施例B'1>
《导电性薄膜的制造》
首先,在转印介质表面涂布油墨B'1,接着,使涂布有油墨B'1的转印介质表面与具有金属细线图案的槽的版对置,进行按压、接触,使转印介质表面上的一部分油墨B'1转移至版的凸部表面。其后,使涂布有残留的油墨B'1的转印介质表面与透明基材B'1对置,进行按压使其接触,使期望的金属细线图案状的油墨B'1转印至透明基材B'1上。接着,使用市售的红外线烘箱,利用以下的条件对油墨B'1的图案实施烧成,促进金属细线表面侧的铜氧化物的还原,由此得到在与透明基材B'1的界面侧偏重存在有氧原子O且具有线宽1μm的网格图案的金属细线的导电性薄膜。
热源:红外线灯
照射温度:180℃
照射时间:220min
环境:含氢气的氮气气氛
《导电性薄膜的评价》
针对实施例B'的薄层电阻、可见光透射率和雾度、金属细线截面的STEM-EDX分析的测定,利用与实施例B中记载的方法相同的方法来进行。
<实施例B'2~B'10和比较例B'1~B'2>
如表4所示那样,分别变更透明基材、油墨、线宽和烧成条件等,除此之外,利用与实施例B'1相同的操作来制作导电性薄膜,进行评价。将结果示于下述表4。
[表4]
Figure BDA0003738010080000741
由实施例B'1~B'10和比较例B'1~B'2可知:在与金属细线的延伸方向正交的金属细线的截面的STEM-EDX分析中,通过将导电性金属原子M与氧原子O的原子%比O/M调整至0.01~1.00的范围,能够获得兼具高透明性(即,小的线宽、高透射率和低雾度)和高导电性的导电性薄膜。
<<实施例C>>
以下,针对第三实施方式的相关实施例C和比较例C,进行具体说明。
《透明基材C》
[透明基材C1的制备]
将聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)用作透明基材,在其上涂布包含硅氧化物纳米颗粒和导电性的有机硅烷化合物的中间层形成组合物,进行干燥而形成具有抗静电功能且厚度150nm、体积电阻率5000Ωcm的含有硅氧化物的中间层,由此得到透明基材C1。
[透明基材C2的制备]
将聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)用作透明基材来代替PET,除此之外,利用与透明基材C1的制备方法相同的方法,得到透明基材C2。
《油墨C》
[油墨C1]
将铜氧化物纳米颗粒(CIK NANOTEC公司制氧化铜微颗粒)20质量份、分散剂(BYKCHEMIE公司制、制品名:Disperbyk-145)4质量份、表面活性剂(SEIMI CHEMICAL公司制、制品名:S-611)1质量份和有机溶剂(正丁醇和2-丙二醇)75质量份进行混合,制备分散有铜氧化物纳米颗粒的油墨C1。
[油墨C2]
向DIC公司制的银纳米油墨(RAGT-29)100质量份中添加乙醇50质量份,制备油墨C2。
<实施例C1>
《导电性薄膜的制造》
首先,在转印介质表面涂布油墨C1,接着,使涂布有油墨C1的转印介质表面与具有金属细线图案的槽的版对置,进行按压、接触,使转印介质表面上的一部分油墨转移至版的凸部表面。其后,使涂布有残留的油墨C1的转印介质表面与透明基材C1对置,进行按压使其接触,使期望的金属细线图案状的油墨C1转印至透明基材C1上。接着,利用以下的条件,在还原性气体气氛下对油墨C1的图案实施加热烧成,得到具有线宽1μm的网格图案的金属细线的导电性薄膜。
·环境:氦气-氢气气氛下
·加热温度:100℃
·加热时间:60分钟
《导电性薄膜的评价》
[实施例C:薄层电阻]
通过以下方法来测定所得导电性薄膜的薄层电阻Rs0(Ω/sq)。首先,从导电性薄膜的整面配置有金属细线图案的部分中切出100mm见方的测定样品。接着,使用丝网印刷装置,在所得测定样品的表面的宽度方向的两端部涂布银糊剂,进行干燥,如图13所示那样地形成宽度10mm×纵深100mm的长条集电部。接着,通过使欧姆表的测定端子接触的两端子法来测定样品两端部的集电部之间的电阻R(Ω)。使用下述式,由所得电阻算出薄层电阻Rs0(Ω/sq)。需要说明的是,表面具有保护层的导电薄膜的薄层电阻通过制作金属细线图案之中的集电部露出且其它金属细线图案被保护层覆盖的导电性薄膜,并进行测定。具体而言,在利用上述方法而形成的集电部进行掩蔽,形成保护层,最后去除掩蔽,由此制作仅漏出集电部的导电性薄膜。将结果示于下述表5。
Rs0=R/L×D
L:80(mm):集电部之间的距离
D:100(mm):测定样品的纵深
[实施例C:可见光透射率和雾度]
按照JIS K 7361-1:1997的总透光率,算出具有360~830nm波长的可见光的透射率,由此测定导电性薄膜的可见光透射率。此外,按照JIS K7136:2000来测定导电性薄膜的雾度。将结果示于下述表5。
[实施例C:金属细线截面的STEM-EDX分析]
使用聚焦离子束(FIB),将所得导电性薄膜制作成包含与金属细线的延伸方向正交的金属细线的截面的厚度200nm以下的薄切片。将所得薄切片安装于硅的试样台的前端,作为测定样品并利用下述条件来进行STEM-EDX测定。
STEM:日立High-Technologies公司制、扫描型透射电子显微镜HD-2300A
EDX:EDAX公司制、能量色散型X射线分析装置、GENESIS
加速电压:200kV
测定倍率:25,000倍
电子射线入射角度:90°
X射线取出角度:18°
映射元素:Cu、Ag、C、O
累积次数:200次
dwell time:200μsec.
分辨率:256×200像素
接着,通过STEM来观察如上操作而得到的测定样品,得到金属细线的截面的STEM像。同时,利用能量色散型X射线分析(EDX)来进行金属细线的截面的元素映射。具体而言,在截面的每个部位测定碳原子C的K层的EDX强度和导电性金属原子M的K层的EDX强度,对金属细线的整个截面进行该操作。
另一方面,根据STEM像,算出从透明基材侧的金属细线界面起至金属细线为止的最大厚度T,算出距离透明基材侧的金属细线界面为0.10T~0.25T为止的厚度区域内的碳原子C的K层的EDX强度的累积值和导电性金属原子M的K层的EDX强度的累积值,得到这些累积值之比来作为原子%比C/M0.10~0.25。针对氧原子O与导电性金属原子M的原子%比O/M0.10~0.25,也通过相同的方法来计算。将结果示于下述表5。
[实施例C:密合性]
针对所得导电性薄膜,利用180°剥离试验法,评价金属细线相对于透明基材的密合性。具体而言,对于所得导电性薄膜的金属细线部(导电部),粘贴TERAOKA公司制的KAPTON粘合胶带650S,将一个端部从导电性薄膜上剥离,在折返180°的状态下剥离胶带。观察胶带剥离后的透明基材表面,在透明基材上残留有金属细线的情况判断为具有良好的密合性。需要说明的是,将具有良好密合性的情况记作A,将观察到一部分金属细线剥离的情况记作B。将结果示于下述表5。
<实施例C2~C6和比较例C1~C8>
如表5所示那样,分别变更透明基材、油墨和烧成条件等,除此之外,通过与实施例C1相同的操作来制作导电性薄膜。将其条件示于下述表5。此外,将进行所制作的导电性薄膜的评价而得的结果示于下述表5。
[表5]
Figure BDA0003738010080000791
由实施例C1~C6和比较例C1~C8可知:通过将金属细线的截面中的导电性金属原子M与碳原子C的原子%比调整至特定范围,能够获得既维持高透明性(即,小的线宽)又兼具高导电性以及透明基材与金属细线的高密合性的导电性薄膜。
<<实施例C'>>
以下,针对第三实施方式的相关实施例C'和比较例C',进行具体说明。
《透明基材C'》
[透明基材C'1的制备]
将聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)用作透明基材,使用溅射法,在PET上制膜出厚度50nm的硅氧化物层作为中间层,得到透明基材C'1。
[透明基材C'2的制备]
将聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)用作透明基材来代替PET,除此之外,利用与透明基材C'1的制备方法相同的方法,得到透明基材C'2。
《油墨C'》
[油墨C'1]
将铜氧化物纳米颗粒(CIK NANOTEC公司制氧化铜微颗粒)20质量份、分散剂(BYKCHEMIE公司制、制品名:Disperbyk-145)4质量份、表面活性剂(SEIMI CHEMICAL公司制、制品名:S-611)1质量份和有机溶剂(正丁醇和2-丙二醇)75质量份进行混合,制备分散有铜氧化物纳米颗粒的油墨C'1。
[油墨C'2]
向DIC公司制的银纳米油墨(RAGT-29)100质量份中添加乙醇50质量份,制备油墨C'2。
<实施例C'1>
《导电性薄膜的制造》
首先,在转印介质表面涂布油墨C'1,接着,使涂布有油墨C'1的转印介质表面与具有金属细线图案的槽的版对置,进行按压、接触,使转印介质表面上的一部分油墨转移至版的凸部表面。其后,使涂布有残留的油墨C'1的转印介质表面与透明基材C'1对置,进行按压使其接触,使期望的金属细线图案状的油墨C'1转印至透明基材C'1上。接着,利用以下的条件,在还原性气体气氛下对油墨C'1的图案实施加热烧成,得到具有线宽1μm的网格图案的金属细线的导电性薄膜。
·环境:氦气-氢气气氛下
·加热温度:100℃
·加热时间:60分钟
《导电性薄膜的评价》
针对实施例C'的薄层电阻、可见光透射率和雾度、金属细线截面的STEM-EDX分析、以及密合性的测定,利用与实施例C中记载的方法相同的方法来进行。
<实施例C'2和比较例C'1~C'4>
如表6所示那样,分别变更透明基材、油墨和烧成条件等,除此之外,利用与实施例C1相同的操作来制作导电性薄膜。将其条件示于下述表6。此外,将进行所制作的导电性薄膜的评价而得的结果示于下述表6。
[表6]
Figure BDA0003738010080000821
由实施例C'1~C'2和比较例C'1~C'4可知:通过将金属细线的截面中的导电性金属原子M与碳原子C的原子%比调整至特定范围,能够获得既维持高透明性(即,小的线宽)又兼具高导电性以及透明基材与金属细线的高密合性的导电性薄膜。
<<实施例D>>
以下,针对第二实施方式和第三实施方式的相关实施例D和比较例D,进行具体说明。
《透明基材D》
[透明基材D1的制备]
将PET用作透明基材,在其上涂布包含硅氧化物纳米颗粒和导电性的有机硅烷化合物的中间层形成组合物,进行干燥而形成具有抗静电功能且厚度150nm、体积电阻率5000Ωcm的含有硅氧化物的中间层,由此得到透明基材D1。需要说明的是,透明基材D1是在作为透明基材的PET上层叠有中间层的形态。
《油墨D》
[油墨D1]
将粒径21nm的氧化亚铜纳米颗粒20质量份、分散剂(BYK CHEMIE公司制、制品名:Disperbyk-145)4质量份、表面活性剂(SEIMI CHEMICAL公司制、制品名:S-611)1质量份和乙醇75质量份进行混合,制备氧化亚铜纳米颗粒的含有比例为20质量%的油墨D1。
<实施例D1>
《导电性薄膜的制备》
首先,在转印介质表面涂布油墨D1,接着,使涂布有油墨的转印介质表面与具有金属细线图案的槽的版对置,进行按压、接触,使转印介质表面上的一部分油墨转移至版的凸部表面。其后,使涂布有残留的油墨的转印介质表面与透明基材对置,进行按压使其接触,使期望的金属细线图案状的油墨D1转印至透明基材上。接着,使用等离子体烧成装置,利用表7中记载的条件对油墨D1的图案进行还原,得到具有线宽1μm的网格图案的金属细线的导电性薄膜。
《导电性薄膜的评价》
[实施例D:薄层电阻]
通过以下方法来测定所得导电性薄膜的薄层电阻Rs0(Ω/sq)。首先,从导电性薄膜的整面配置有金属细线图案的部分中切出100mm见方的测定样品。接着,使用丝网印刷装置,在所得测定样品的表面的宽度方向的两端部涂布银糊剂,进行干燥,如图13所示那样地形成宽度10mm×纵深100mm的长条集电部。接着,通过使欧姆表的测定端子接触的两端子法来测定样品两端部的集电部之间的电阻R(Ω)。使用下述式,由所得电阻算出薄层电阻Rs0(Ω/sq)。需要说明的是,表面具有保护层的导电薄膜的薄层电阻通过制作金属细线图案之中的集电部露出且其它金属细线图案被保护层覆盖的导电性薄膜,并进行测定。具体而言,在利用上述方法而形成的集电部进行掩蔽,形成保护层,最后去除掩蔽,由此制作仅漏出集电部的导电性薄膜。将结果示于下述表7。
Rs0=R/L×D
L:80(mm):集电部之间的距离
D:100(mm):测定样品的纵深
[实施例D:可见光透射率和雾度]
按照JIS K 7361-1:1997的总透光率,算出具有360~830nm波长的可见光的透射率,由此测定导电性薄膜的可见光透射率。此外,按照JIS K7136:2000来测定导电性薄膜的雾度。将结果示于下述表7。
[实施例D:金属细线截面的STEM-EDX分析]
使用聚焦离子束(FIB),将所得导电性薄膜制作成包含与金属细线的延伸方向正交的金属细线的截面的厚度200nm以下的薄切片。将所得薄切片安装于硅的试样台的前端,作为测定样品并利用下述条件来进行STEM-EDX测定。
STEM:日立High-Technologies公司制、扫描型透射电子显微镜HD-2300A
EDX:EDAX公司制、能量色散型X射线分析装置、GENESIS
加速电压:200kV
测定倍率:25,000倍
电子射线入射角度:90°
X射线取出角度:18°
映射元素:Cu、C、O
累积次数:200次
dwell time:200μsec.
分辨率:256×200像素
接着,通过STEM来观察如上操作而得到的测定样品,得到金属细线的截面的STEM像。同时,利用能量色散型X射线分析(EDX)来进行金属细线的截面的元素映射。具体而言,在截面的每个部位测定碳原子C的K层的EDX强度、氧原子O的K层的EDX强度和导电性金属原子M的K层的EDX强度,对金属细线的整个截面进行该操作。
另一方面,根据STEM像,算出从透明基材侧的金属细线界面起至金属细线为止的最大厚度T,算出距离透明基材侧的金属细线界面为0.10T~0.25T为止的厚度区域内的碳原子C的K层的EDX强度的累积值和导电性金属原子M的K层的EDX强度的累积值,得到这些累积值之比来作为原子%比C/M0.10~0.25。同样地,算出距离透明基材侧的金属细线界面为0.10T~0.90T为止的厚度区域内的氧原子O的K层的EDX强度的累积值和导电性金属原子M的K层的EDX强度的累积值,得到这些累积值之比来作为原子%比O/M0.10~0.90。此外,针对原子%比O/M0.75~0.90、原子%比O/M0.10~0.25,在作为对象的厚度区域中,利用同样的方法来进行计算。将结果示于下述表7。
[实施例D:密合性]
针对所得导电性薄膜,利用180°剥离试验法,评价金属细线相对于透明基材的密合性。具体而言,对于所得导电性薄膜的金属细线部(导电部),粘贴TERAOKA公司制的KAPTON粘合胶带650S,将一个端部从导电性薄膜上剥离,在折返180°的状态下剥离胶带。观察胶带剥离后的透明基材表面,将无剥离的情况判断为A,将观察到部分金属细线的剥离的情况判断为B,将全部金属细线剥离的情况判断为C。将结果示于下述表7。
<实施例D2~D13和比较例D1~D8>
如表7所示那样,分别变更透明基材、油墨、线宽和烧成条件,除此之外,利用与实施例D1相同的操作来制作导电性薄膜,并进行评价。将结果示于下述表7。
[表7]
Figure BDA0003738010080000871
由实施例D1~D13和比较例D1~D8可知:在与金属细线的延伸方向正交的金属细线的截面的STEM-EDX分析中,通过将导电性金属原子M与氧原子C的原子%比C/M0.10~0.25调整至0.3~6.0的范围,且将导电性金属原子M与氧原子O的原子%比O/M0.10~0.90调整至0.01~1.00的范围,可获得在实现由细线化带来的低可视性的同时,能够实现低薄层电阻、高透射率、低雾度、良好密合性的导电性薄膜。
本申请基于2018年7月30日向日本特许厅申请的日本专利申请(特愿2018-142225、特愿2018-142051和特愿2018-142045),将其内容作为参照而援引至此。
产业上的可利用性
本发明的导电性薄膜可适合地用作电子纸、触摸面板和平板显示器等的透明电极,具有产业上的可利用性。
附图标记说明
10…导电性薄膜
11…透明基材
12…金属细线图案
13…导电部
14…金属细线
15…开口部
16…图案单元
20…电子纸
21…杯
22…黑色颜料
23…白色颜料
24…底部电极
30…触摸面板
31…绝缘体
32…取出电极
33…控制器

Claims (17)

1.一种导电性薄膜,其具有透明基材、以及在该透明基材的单面或两面配置的包含金属细线图案的导电部,其特征在于,
所述金属细线图案由金属细线构成,
该金属细线包含导电性金属原子M和碳原子C,
在与所述金属细线的延伸方向正交的所述金属细线的截面的STEM-EDX分析中,将所述金属细线的厚度记作T时,距离所述透明基材侧的金属细线界面为0.10T至0.25T为止的厚度区域内的原子%比C/M0.10~0.25为0.3以上且6.0以下,
所述导电性薄膜的薄层电阻为0.1Ω/sq以上且500Ω/sq以下。
2.根据权利要求1所述的导电性薄膜,其中,该金属细线还包含氧原子O,
距离所述透明基材侧的金属细线界面为0.10T至0.25T为止的厚度区域内的原子%比O/M0.10~0.25为0.05以上。
3.根据权利要求1或2所述的导电性薄膜,其中,所述导电性金属原子M包含从由金、银、铜和铝组成的组中选择的至少1种以上的金属元素。
4.根据权利要求1或2所述的导电性薄膜,其中,在所述透明基材与所述导电部之间具有中间层。
5.根据权利要求4所述的导电性薄膜,其中,所述中间层包含从由硅氧化物、硅氮化物、铝氧化物和镁氟化物组成的组中选择的至少1种。
6.根据权利要求1或2所述的导电性薄膜,其中,所述金属细线的线宽为0.1μm以上且5.0μm以下。
7.根据权利要求6所述的导电性薄膜,其中,所述金属细线的纵横比为0.05以上且1.00以下。
8.根据权利要求6所述的导电性薄膜,其中,所述导电性薄膜的薄层电阻为0.1Ω/sq以上且1,000Ω/sq以下。
9.根据权利要求6所述的导电性薄膜,其中,所述导电性薄膜的可见光透射率为80%以上且100%以下。
10.根据权利要求6所述的导电性薄膜,其中,所述导电性薄膜的雾度为0.01%以上且5.00%以下。
11.根据权利要求6所述的导电性薄膜,其中,所述金属细线图案的开口率为80%以上且小于100%。
12.根据权利要求6所述的导电性薄膜,其中,所述金属细线图案为网格图案。
13.根据权利要求6所述的导电性薄膜,其中,所述金属细线图案为线图案。
14.一种导电性薄膜卷,其是将权利要求1~13中任一项所述的导电性薄膜卷绕而成的。
15.一种电子纸,其具备权利要求1~13中任一项所述的导电性薄膜。
16.一种触摸面板,其具备权利要求1~13中任一项所述的导电性薄膜。
17.一种平板显示器,其具备权利要求1~13中任一项所述的导电性薄膜。
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