JP2009211978A - Transparent conductive film, and optical device using the same - Google Patents

Transparent conductive film, and optical device using the same Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a transparent conductive film having a high conductivity and a high light transmittance, and an optical device using this. <P>SOLUTION: The transparent conductive film includes a conductive polymer layer (PEDOT) laminated on a transparent substrate (PET) and a CNT layer laminated on the conductive polymer layer. The CNT layer and the conductive polymer layer is formed by either a coating method, a dip method, or a spin coating method. The transparent conductive film includes a layer consisting of a sandwich structure in which the CNT layer is pinched by two layers of the conductive polymer. The layer consisting of the sandwich structure may have a plurality of layers, and the CNT is laminated on the uppermost layer. The transparent conductive film includes excellent conductive characteristics and optical characteristics, and the transparent substrate on which this transparent electrode is formed can be used suitably as a substrate in a touch panel, an electroluminescent device, an electrochromic device, and an optical device such as a solar cell. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、透明導電膜及びこれを用いた光学装置に関する。   The present invention relates to a transparent conductive film and an optical device using the same.

従来、透明導電膜材料としてはインジウム錫酸化物(ITO)が主に用いられているが、機械的特性が悪く、曲げ等に弱く、屈曲可能なプラスチック基板を用いたディスプレイ、太陽電池等柔軟な用途には適していない、また、資源が少なくインジウムが高価であるという問題がある。   Conventionally, indium tin oxide (ITO) has been mainly used as a transparent conductive film material, but its mechanical properties are poor, it is weak against bending, etc., and it is flexible such as a display using a flexible plastic substrate, a solar cell, etc. There is a problem that it is not suitable for use, and there are few resources and indium is expensive.

カーボンナノチューブ(Carbon Nanotube、以下、CNTと略記する)は、優れた電気的、機械的特性を有し、ナノテクノロジーの有力な材料として広範囲の分野での応用が期待され、基礎研究、応用研究が盛んに行われている。その一つとして、CNT等を含む溶液を基板上に塗布する等の方法による透明導電膜の作成が検討されている。   Carbon nanotubes (hereinafter abbreviated as CNT) have excellent electrical and mechanical properties, and are expected to be applied in a wide range of fields as potential materials for nanotechnology. It is actively done. As one of them, preparation of a transparent conductive film by a method such as applying a solution containing CNT or the like on a substrate has been studied.

「カーボンナノチューブ含有フィルムの製造方法及びカーボンナノチューブ含有コーティング」と題する特許文献1には、以下の記載がある。   Patent Document 1 entitled “Method for Producing Carbon Nanotube-Containing Film and Carbon Nanotube-Containing Coating” includes the following description.

CNT含有コーティングフィルムの製造方法において、前記CNT含有コーティングフィルムの製造方法は、少なくともCNTと溶媒とを含有する第1の分散体を基材の表面に塗布し、第1の分散体の溶媒を除去して、CNTを三次元網目構造にし、更に、この上に少なくとも樹脂と溶媒とを含有する第2の分散体を塗布して、第2の分散体をCNTの三次元網目構造の中に浸透させたことを特徴とするCNT含有コーティングフィルムの製造方法。   In the method for producing a CNT-containing coating film, the method for producing a CNT-containing coating film comprises applying a first dispersion containing at least CNT and a solvent to the surface of a substrate, and removing the solvent of the first dispersion. Then, the CNT is made into a three-dimensional network structure, and further, a second dispersion containing at least a resin and a solvent is applied thereon, and the second dispersion penetrates into the three-dimensional network structure of the CNT. A method for producing a CNT-containing coating film, characterized by being made.

特許文献1の発明のフィルムは、少ないCNT含有量で優れた導電性及び透明性が得られる。好ましい実施形態では、フィルム中にCNTは、約0.001から約1重量%存在する。好ましくは、前記フィルム中にCNTは約0.01から約0.1%存在し、このため優れた透明性が得られ低ヘイズとなる。   The film of the invention of Patent Document 1 provides excellent conductivity and transparency with a low CNT content. In a preferred embodiment, the CNT is present in the film from about 0.001 to about 1% by weight. Preferably, about 0.01 to about 0.1% of CNT is present in the film, which provides excellent transparency and low haze.

「カーボンナノチューブ分散溶液及びカーボンナノチューブ分散体」と題する特許文献2には、以下の記載がある。   Patent Document 2 entitled “Carbon Nanotube Dispersion Solution and Carbon Nanotube Dispersion” has the following description.

従来の技術では、CNTの溶液に対する分散性向上をはかるため、CNTの表面を改質すると本来のCNTの特性、例えば、高導電性や半導体特性が損なわれるという問題が生じていた。そこで本発明は上記問題点を解決すべく、CNTの高導電性や半導体特性を維持しながら、溶剤への分散性に優れたCNT、そのCNTを有するCNT分散溶液、及び該溶液によって得られるCNT分散体を提供する。   In the prior art, in order to improve the dispersibility of the CNT in the solution, there has been a problem that the properties of the original CNT, for example, high conductivity and semiconductor characteristics are impaired when the surface of the CNT is modified. Therefore, in order to solve the above problems, the present invention maintains CNTs with high conductivity and semiconductor characteristics, and has excellent dispersibility in a solvent, a CNT dispersion solution containing the CNTs, and a CNT obtained by the solution. Provide a dispersion.

上記課題を達成するために、特許文献2の発明は下記の構成からなる。
(1)カーボンナノチューブと溶媒を有するカーボンナノチューブ分散溶液であって、カーボンナノチューブの少なくとも一部に共役系重合体が付着し、カーボンナノチューブが溶媒中に分散しているカーボンナノチューブ分散溶液。
(2)カーボンナノチューブの少なくとも一部に共役系重合体を付着させる工程と、共役系重合体が付着したカーボンナノチューブを該共役系重合体が可溶な溶媒で洗浄する工程と、上記工程によって得られたカーボンナノチューブを溶媒に溶解させる工程とを有する(1)記載のカーボンナノチューブ分散溶液の製造方法。
(3)上記(1)のカーボンナノチューブ分散溶液を塗布することによって形成されるCNT分散体である。
In order to achieve the above object, the invention of Patent Document 2 has the following configuration.
(1) A carbon nanotube dispersion solution having carbon nanotubes and a solvent, wherein the conjugated polymer is attached to at least a part of the carbon nanotubes, and the carbon nanotubes are dispersed in the solvent.
(2) A step of attaching a conjugated polymer to at least a part of the carbon nanotubes, a step of washing the carbon nanotubes attached with the conjugated polymer with a solvent in which the conjugated polymer is soluble, and the above steps. And a step of dissolving the obtained carbon nanotubes in a solvent.
(3) A CNT dispersion formed by applying the carbon nanotube dispersion solution of (1) above.

特許文献2の発明によれば、CNTを溶液に均一に分散させることができ、そこで得られたCNT分散溶液を用いることによって、CNT自身が本来有する高導電性と優れた半導体特性を持つ分散体を、高温を必要とせず室温で形成することができる。また、特許文献2の発明によれば、CNT分散体の膜厚を均一に形成できることから、CNT分散体膜を電子放出源とした電子放出素子を得ることができ、またCNT分散体の膜厚を薄くすることで、透明導電体を得ることができる。   According to the invention of Patent Document 2, CNT can be uniformly dispersed in a solution, and by using the obtained CNT dispersion solution, a dispersion having high conductivity inherent in CNT itself and excellent semiconductor characteristics. Can be formed at room temperature without the need for high temperatures. Moreover, according to the invention of Patent Document 2, since the film thickness of the CNT dispersion can be formed uniformly, an electron-emitting device using the CNT dispersion film as an electron emission source can be obtained, and the film thickness of the CNT dispersion can be obtained. By thinning, a transparent conductor can be obtained.

特許文献2の発明は、共役系重合体が少なくとも一部に付着したCNTを溶媒に分散することによって均一なCNT分散溶液ができること、更には該溶液を基板上に塗布することによって均一なCNT分散体が得られるものである。なお、特許文献2の発明では、分散という言葉を用いるが、これはCNTが溶媒中に溶解している現象も含むものである。   In the invention of Patent Document 2, a uniform CNT dispersion solution can be formed by dispersing CNT with a conjugated polymer adhering to at least a part thereof in a solvent, and further, a uniform CNT dispersion can be achieved by coating the solution on a substrate. The body is obtained. In the invention of Patent Document 2, the term “dispersion” is used, which includes a phenomenon in which CNT is dissolved in a solvent.

以下、特許文献2の発明について詳述する。特許文献2の発明においてCNTに付着する重合体は、共役系重合体であることが必要で、更に好ましくは直鎖状共役系重合体である。ここで直鎖状とは、重合体の骨格構造が安定状態(外力が加わっていない状態)において螺旋構造を取らず、まっすぐ延びているものを意味し、また、共役系重合体とは重合体の骨格の炭素−炭素の結合が1重結合と2重結合が交互に連なっている重合体を意味する。共役系重合体は共役系構造が伸びた構造からなるのでCNTと重合体とでの電荷の移動がスムーズであり、またCNTに付着した重合体以外の重合体が介在しないため、CNTの高い導電性や半導体特性を効率的に利用できるという特徴がある。特許文献2の発明のCNT分散溶液においてCNTの濃度を変えることによって該溶液を塗布した基板の電導性や半導体特性を制御することができる。 Hereinafter, the invention of Patent Document 2 will be described in detail. In the invention of Patent Document 2, the polymer attached to the CNT needs to be a conjugated polymer, and more preferably a linear conjugated polymer. Here, the straight chain means that the skeleton structure of the polymer does not take a spiral structure in a stable state (a state in which no external force is applied) and extends straight, and the conjugated polymer is a polymer. The polymer in which the carbon-carbon bonds of the skeleton are alternately linked with single bonds and double bonds. Since the conjugated polymer has a structure in which the conjugated structure is extended, the charge transfer between the CNT and the polymer is smooth, and a polymer other than the polymer attached to the CNT does not intervene. Characteristics and efficient use of semiconductor characteristics. By changing the CNT concentration in the CNT dispersion solution of the invention of Patent Document 2, the conductivity and semiconductor characteristics of the substrate coated with the solution can be controlled.

共役系重合体としては、ポリチオフェン系重合体、ポリピロール系重合体、ポリアニリン系重合体、ポリアセチレン系重合体、ポリ−p−フェニレン系重合体、ポリ−p−フェニレンビニレン系重合体等が挙げられる。   Examples of the conjugated polymer include a polythiophene polymer, a polypyrrole polymer, a polyaniline polymer, a polyacetylene polymer, a poly-p-phenylene polymer, and a poly-p-phenylene vinylene polymer.

「カーボンナノチューブ含有組成体、これからなる塗膜を有する複合体、及びそれらの製造方法」と題する特許文献3には、以下の記載がある。   Patent Document 3 entitled “Carbon Nanotube-Containing Composition, Composite Containing the Coated Film, and Manufacturing Method Thereof” includes the following description.

特許文献3の発明の第1は、スルホン酸基のアンモニウム塩及び/又はカルボン酸基のアンモニウム塩を有する導電性ポリマ(a)、溶媒(b)、及びCNT(c)を含有することを特徴とするCNT含有組成物である。特許文献3のCNT含有組成物は、更に高分子化合物(d)、塩基性化合物(e)、界面活性剤(f)、シランカップリング剤(g)及び/又はコロイダルシリカ(h)を含有することで、その性能の向上をはかることができる。   The first invention of Patent Document 3 contains a conductive polymer (a) having an ammonium salt of a sulfonic acid group and / or an ammonium salt of a carboxylic acid group, a solvent (b), and CNT (c). It is a CNT containing composition. The CNT-containing composition of Patent Document 3 further contains a polymer compound (d), a basic compound (e), a surfactant (f), a silane coupling agent (g) and / or colloidal silica (h). As a result, the performance can be improved.

特許文献3の発明の第2は、スルホン酸基のアンモニウム塩及び/又はカルボン酸基のアンモニウム塩を有する導電性ポリマ(a)、溶媒(b)、及びCNT(c)を混合し、超音波を照射することを特徴とするCNT含有組成物の製造方法である。   In the second invention of Patent Document 3, a conductive polymer (a) having an ammonium salt of a sulfonic acid group and / or an ammonium salt of a carboxylic acid group, a solvent (b), and CNT (c) are mixed, and ultrasonic waves are mixed. It is the manufacturing method of the CNT containing composition characterized by irradiating.

特許文献3の発明の第3は、基材の少なくとも一つの面上に、特許文献3の発明のCNT含有組成物からなる塗膜を有することを特徴とする複合体である。特許文献3の発明の第4は、基材の少なくとも一つの面上に、特許文献3のCNT含有組成物を塗工し、常温で放置或いは加熱処理を行って塗膜を形成することを特徴とする複合体の製造方法である。   A third aspect of the invention of Patent Document 3 is a composite comprising a coating film comprising the CNT-containing composition of the invention of Patent Document 3 on at least one surface of a substrate. A fourth aspect of the invention of Patent Document 3 is characterized in that the CNT-containing composition of Patent Document 3 is applied on at least one surface of a substrate, and a coating film is formed by standing or heating at room temperature. This is a method for producing a composite.

また、特許文献3の第5は、基材の少なくとも一つの面上に、特許文献3のCNT含有組成物を塗工し、常温で放置或いは加熱処理を行って塗膜を形成し、該塗膜の物性を評価することを特徴とするCNTの物性評価方法である。また、特許文献3の第6は、発明のCNT含有組成物を脱溶媒してなるCNT含有高分子材料である。また、特許文献3の第7は、特許文献3のCNT含有高分子材料を焼成してなるCNT含有炭素材料である。   In Patent Document 3, No. 5, a CNT-containing composition of Patent Document 3 is applied on at least one surface of a substrate, and a coating film is formed by standing or heating at room temperature. It is a CNT physical property evaluation method characterized by evaluating physical properties of a film. The sixth of Patent Document 3 is a CNT-containing polymer material obtained by desolvating the CNT-containing composition of the invention. The seventh of Patent Document 3 is a CNT-containing carbon material obtained by firing the CNT-containing polymer material of Patent Document 3.

「突出した導電層を有する成形体」と題する特許文献4には、以下の記載がある。   Patent Document 4 entitled “Molded Body Having Protruding Conductive Layer” has the following description.

特許文献4の発明の実施形態の1つは、基材と該基材の表面に形成された導電層とからなる導電性成形体であって、該導電層はその内部で細かい導電繊維は分散されて、少なくとも繊維のある部分が基材に固定され、少なくとも前記繊維のある部分が導電層の最表面から突出して、前記繊維がお互いに電気的に接触して配列しているものである。好ましくは、繊維が最表面から突出した部分で、或は基材に固定された部分でお互いに電気的に接触していることである。   One embodiment of the invention of Patent Document 4 is a conductive molded body composed of a base material and a conductive layer formed on the surface of the base material, and the conductive layer contains fine conductive fibers dispersed therein. Then, at least a part with fibers is fixed to the substrate, at least a part with the fibers protrudes from the outermost surface of the conductive layer, and the fibers are arranged in electrical contact with each other. Preferably, the fibers are in electrical contact with each other at a portion protruding from the outermost surface or a portion fixed to the substrate.

基材は基材本体と表面層とからなり、この基材に固定される繊維の部分は表面層に固定されているか、或は基材に固定された繊維の部分が繊維の端部或は繊維の中間部である。好ましくは、繊維は他の繊維から分離していることであり、多数の繊維が束を形成していれば、該繊維の束が他から分離していることである。好ましい繊維は炭素繊維であるが、これに限定されるものではない。そして、炭素繊維はCNTであることが好ましい。導電層の厚さは5〜500nmであることが好ましい。表面層は硬化性樹脂で形成されていることが好ましく、またそのような表面層は熱可塑性樹脂から形成されていることも好ましい。導電層は、表面抵抗率が約100〜約1011Ω/□であることが好ましく、550nmの光線透過率が50%以上で、表面抵抗率が100〜1011Ω/□であることが好ましい。 The substrate comprises a substrate body and a surface layer, and the portion of the fiber fixed to the substrate is fixed to the surface layer, or the portion of the fiber fixed to the substrate is the end of the fiber or The middle part of the fiber. Preferably, the fibers are separated from other fibers, and if a large number of fibers form a bundle, the bundle of fibers is separated from the other. A preferred fiber is carbon fiber, but is not limited thereto. The carbon fiber is preferably CNT. The thickness of the conductive layer is preferably 5 to 500 nm. The surface layer is preferably formed from a curable resin, and such a surface layer is also preferably formed from a thermoplastic resin. The conductive layer preferably has a surface resistivity of about 10 0 to about 10 11 Ω / □, and has a light transmittance of 550 nm of 50% or more and a surface resistivity of 10 0 to 10 11 Ω / □. Is preferred.

「タッチパネル」と題する特許文献5には、以下の記載がある。
ガラス基板の上面の透明導電膜は、透明性の液状の紫外線硬化型のアクリル樹脂にマット材(酸化シリコン)と共にCNTを10%未満練り込んだCNT混合アクリル樹脂を用意し、ロールを使用してCNT混合アクリル樹脂をガラス基板の上面に塗布して、塗布膜を形成し、最後に紫外線を照射し、アクリル樹脂を硬化させて形成される。透明導電膜内では、CNTは不規則に並んでいる。
Patent Document 5 entitled “Touch Panel” has the following description.
The transparent conductive film on the upper surface of the glass substrate is prepared by preparing a CNT mixed acrylic resin in which less than 10% of CNT is kneaded with a matte material (silicon oxide) in a transparent liquid UV curable acrylic resin, and using a roll. The CNT mixed acrylic resin is applied to the upper surface of the glass substrate to form a coating film, and finally the ultraviolet resin is irradiated to cure the acrylic resin. Within the transparent conductive film, the CNTs are irregularly arranged.

また、非特許文献1には、SWNT間の抵抗に関する記載がある。   Non-Patent Document 1 describes a resistance between SWNTs.

また、非特許文献2には、ろ過法によるSWNT透明フィルムの形成についての記載がある。   Non-Patent Document 2 describes the formation of a SWNT transparent film by a filtration method.

また、非特許文献2には、SWNTフィルムをPEDOT:PSSでコーティングして表面粗度を小さくする記載がある。   Non-Patent Document 2 describes that the SWNT film is coated with PEDOT: PSS to reduce the surface roughness.

特許第3665969号公報(特許請求の範囲(請求項1)、段落0013)Japanese Patent No. 3665969 (Claims (Claim 1), Paragraph 0013) 特開2005−89738号公報(段落0005〜0010)JP 2005-89738 A (paragraphs 0005 to 0010) 特開2005−281672号公報(段落0009〜0013)Japanese Patent Laying-Open No. 2005-281672 (paragraphs 0009 to 0013) 特表2006−519712号公報(段落0008〜0009)JP-T-2006-519712 (paragraphs 0008 to 0009) 特開2007-11997号公報(段落0012、図3)JP 2007-11997 (paragraph 0012, FIG. 3) M.S.Fuhrer et al, “Crossed Nanotube Junctions”, Science, Vol.288(2000)494 - 497(第494頁)M. S. Fuhrer et al, “Crossed Nanotube Junctions”, Science, Vol.288 (2000) 494-497 (page 494) Z. Wu et al, “Transparent, conductive Carbon Nanotube Films”, Science, Vol.305(2004)1273 - 1276(第1273頁)Z. Wu et al, “Transparent, conductive Carbon Nanotube Films”, Science, Vol. 305 (2004) 1273-1276 (page 1273) M.W.Rowell et al, “Organic solar cells with carbon nanotube network electrodes”, Appl. phys. lett., 88, 233506(2006)(233506-2)M. W. Rowell et al, “Organic solar cells with carbon nanotube network electrodes”, Appl. Phys. Lett., 88, 233506 (2006) (233506-2)

従来、CNT等を含む溶液を基板上に塗布する等の方法により透明導電膜の成膜が検討されているが、CNTは、溶媒中に混合した場合に、溶液中に安定に分散させることが非常に困難で、容易に凝集をしてしまうため、塗布等により、均一な導電膜を作成することが困難という問題がある。このため、分散剤等を用いて安定な分散溶液を作成する方法や、分散させた後に均一に成膜する方法等が検討されている。   Conventionally, film formation of a transparent conductive film has been studied by a method such as applying a solution containing CNT or the like on a substrate, but CNT can be stably dispersed in a solution when mixed in a solvent. Since it is very difficult and easily aggregates, there is a problem that it is difficult to form a uniform conductive film by coating or the like. For this reason, a method of preparing a stable dispersion solution using a dispersant or the like, a method of uniformly forming a film after being dispersed, and the like have been studied.

均一に成膜する方法として、例えば、溶液中のCNTをフィルタ上に均一に堆積させ、透明基板上にCNTを転写して生成するフィルタ法等があるが、成膜プロセスが非常に煩雑であり、不純物を多く含んでしまうという問題がある。   As a method for uniformly forming a film, for example, there is a filter method in which CNTs in a solution are uniformly deposited on a filter, and the CNTs are transferred onto a transparent substrate, and the film forming process is very complicated. There is a problem that it contains a lot of impurities.

また、CNTと基板との親和性を利用して、CNTを自発的に基板に付着させる方法があるが、この方法では導電膜の成膜が、比較的に表面エネルギーが大きいシリコン基板上などに限られてしまうという問題がある。また、その他の方法として、電着法、CVDを用いた方法等があるが、いずれもスケールアップが非常に困難であるという問題がある。   In addition, there is a method of voluntarily adhering CNT to the substrate using the affinity between the CNT and the substrate. In this method, the conductive film is formed on a silicon substrate having a relatively large surface energy. There is a problem of being limited. In addition, as other methods, there are an electrodeposition method, a method using CVD, and the like, but there is a problem that scale-up is very difficult.

透明電極等に使用されるITO透明導電膜に換えて、CNTを用いた透明導電膜を実用化するためには、透明性、導電性を高める必要がある。   In order to put a transparent conductive film using CNT into practical use instead of the ITO transparent conductive film used for a transparent electrode or the like, it is necessary to improve transparency and conductivity.

図3は、CNT透明導電膜を実用化する上での問題点を説明する概念図であり、図3(A)はCNTがポリマ中に分散された複合体、図3(B)は理想的な3次元ネットワークをもった複合体、図3(C)は図3(A)、図3(B)におけるCNT間の抵抗を説明する図である。   FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating problems in putting a CNT transparent conductive film into practical use. FIG. 3A is a composite in which CNTs are dispersed in a polymer, and FIG. 3B is an ideal view. FIG. 3C is a diagram for explaining the resistance between the CNTs in FIGS. 3A and 3B.

従来、CNTを含む複合体は、多くの場合、図3(A)に示すように、機械的な強度を保持するために熱可塑性又は熱硬化性ポリマ(樹脂)20a、例えば、アクリル樹脂中にCNT10aを混ぜて複合化した形態のものであり、ポリマ20aの海の中にCNT10aがポリマ20aを介してランダムに存在する構造となっており、CNTのネットワーク構造が乱れ、図3(C)の左側図に示すように、CNT10a同士が近接する部分ではその間隙がポリマ20aで満たされた空間となっているため、CNT10a同士の直接的な接触が悪いため抵抗が高いものとなってしまい、高い導電性を出すことが困難となる。高い導電性を実現するためには、複合体は十分な濃度でCNT10aを含んでいる必要があるが、この場合、複合体はかなり強い黒色を呈してしまい、光透過率が低下したものとなってしまうという問題がある。   Conventionally, in many cases, composites containing CNTs are contained in a thermoplastic or thermosetting polymer (resin) 20a such as an acrylic resin in order to maintain mechanical strength, as shown in FIG. The CNT 10a is mixed and compounded, and the CNT 10a is randomly present in the sea of the polymer 20a via the polymer 20a, and the CNT network structure is disturbed, as shown in FIG. As shown in the left side view, since the gap between the CNTs 10a is a space filled with the polymer 20a, the direct contact between the CNTs 10a is poor, resulting in high resistance and high It becomes difficult to obtain conductivity. In order to achieve high conductivity, the composite needs to contain CNT 10a at a sufficient concentration, but in this case, the composite exhibits a fairly strong black color and has a reduced light transmittance. There is a problem that it ends up.

この問題を解決するには、図3(B)に示すように、CNT10bが相互に接触した理想的な3次元ネットワーク構造が保持され、図3(C)の右側図に示すように、CNT10bの間隙が導電性材料20bによって満たされていることが望ましいが、実際に、理想的な3次元ネットワーク構造が形成されず、CNT10b同士が近接し相互に接触した部分、及び、CNT10b同士が近接し相互に接触していな部分を含んで、全体として3次元ネットワーク構造を有している場合でも、CNT10bの間隙(複数個所に存在する可能性がある。)の少なくとも一部箇所が導電性材料20bによって満たされていれば、複合体の導電性は高いものとなることが期待される。   In order to solve this problem, as shown in FIG. 3B, an ideal three-dimensional network structure in which the CNTs 10b are in contact with each other is maintained, and as shown in the right side of FIG. It is desirable that the gap is filled with the conductive material 20b. However, in reality, an ideal three-dimensional network structure is not formed, the CNTs 10b are close to each other and in contact with each other, and the CNTs 10b are close to each other. Even in the case of having a three-dimensional network structure as a whole, including a portion that is not in contact with the CNT, at least a part of the gap (which may exist in a plurality of locations) of the CNT 10b is formed by the conductive material 20b. If it is satisfied, the conductivity of the composite is expected to be high.

本発明は、上述したような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、高い導電性と高い光透過率を有する透明導電膜及びこれを用いた光学装置を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a transparent conductive film having high conductivity and high light transmittance, and an optical device using the same. is there.

即ち、本発明は、基板(例えば、後述の実施の形態におけるPET基板)に接触させて積層された導電性高分子層(例えば、後述の実施の形態におけるPEDOT膜)と、この導電性高分子層に接触させて積層されたカーボンナノチューブ層(例えば、後述の実施の形態におけるCNT膜)とを有する透明導電膜に係るものである。   That is, the present invention relates to a conductive polymer layer (for example, a PEDOT film in a later-described embodiment) laminated in contact with a substrate (for example, a PET substrate in a later-described embodiment), and the conductive polymer. The present invention relates to a transparent conductive film having a carbon nanotube layer (for example, a CNT film in an embodiment described later) laminated in contact with the layer.

また、本発明は、基板に積層されたカーボンナノチューブ層及び導電性高分子層を具備し、前記導電性高分子層が2つの前記カーボンナノチューブ層と接触させて積層されたサンドイッチ構造からなる層を有し、一方の前記カーボンナノチューブ層が前記基板に接触させて積層された透明導電膜に係るものである。   The present invention also includes a layer having a sandwich structure in which a carbon nanotube layer and a conductive polymer layer stacked on a substrate are provided, and the conductive polymer layer is stacked in contact with the two carbon nanotube layers. And having one of the carbon nanotube layers in contact with the substrate to be laminated.

また、本発明は、上記の透明導電膜が形成された第1の基板と、間隙をおいて前記第1の基板に対向して設けられ電極を具備する第2の基板とを有する光学装置(例えば、後述の実施の形態におけるタッチパネル)に係るものである。   In addition, the present invention provides an optical device having a first substrate on which the transparent conductive film is formed, and a second substrate provided with an electrode with a gap and facing the first substrate ( For example, the present invention relates to a touch panel in an embodiment described later.

本発明の透明導電膜によれば、基板に接触させて積層された導電性高分子層と、この導電性高分子層に接触させて積層されたカーボンナノチューブ層とを有するので、前記基板に前記カーボンナノチューブ層を直接接触させて積層されてなる透明電導膜よりも小さな表面抵抗(シート抵抗)を有する透明電導膜を実現することができる。   According to the transparent conductive film of the present invention, since the conductive polymer layer stacked in contact with the substrate and the carbon nanotube layer stacked in contact with the conductive polymer layer are provided, A transparent conductive film having a smaller surface resistance (sheet resistance) than the transparent conductive film formed by directly contacting the carbon nanotube layers can be realized.

また、本発明の透明導電膜によれば、基板に積層されたカーボンナノチューブ層及び導電性高分子層を具備し、前記導電性高分子層が2つの前記カーボンナノチューブ層と接触させて積層されたサンドイッチ構造からなる層を有し、一方の前記カーボンナノチューブ層が前記基板に接触させて積層された構成を有しているので、前記基板に前記カーボンナノチューブ層を直接接触させて積層されてなる透明電導膜よりも小さな表面抵抗を有する透明電導膜を実現することができる。   The transparent conductive film of the present invention includes a carbon nanotube layer and a conductive polymer layer stacked on a substrate, and the conductive polymer layer is stacked in contact with the two carbon nanotube layers. Since the carbon nanotube layer has a structure in which one of the carbon nanotube layers is stacked in contact with the substrate, the transparent layer is formed by directly contacting the carbon nanotube layer on the substrate. A transparent conductive film having a surface resistance smaller than that of the conductive film can be realized.

また、本発明の光学装置によれば、上記の透明導電膜が形成された第1の基板と、間隙をおいて前記第1の基板に対向して設けられ電極を具備する第2の基板とを有するので、表面抵抗が小さく、光透過率が大きく、電気的特性、光学的特性に優れた、タッチパネル、エレクトロルミネッセンス装置、エレクトロクロミック装置、太陽電池等の光学装置を提供することができる。   In addition, according to the optical device of the present invention, the first substrate on which the transparent conductive film is formed, and the second substrate provided with an electrode provided to face the first substrate with a gap therebetween, Therefore, it is possible to provide an optical device such as a touch panel, an electroluminescence device, an electrochromic device, and a solar cell, which has a small surface resistance, a high light transmittance, and an excellent electrical property and optical property.

本発明の透明導電膜では、前記カーボンナノチューブ層が2つの前記導電性高分子層と接触させて積層されたサンドイッチ構造からなる層を有する構成とするのがよい。この構成によれば、より小さな表面抵抗を有する透明電導膜を実現することができる。   In the transparent conductive film of the present invention, it is preferable that the carbon nanotube layer has a layer having a sandwich structure in which the carbon nanotube layer is laminated in contact with the two conductive polymer layers. According to this configuration, a transparent conductive film having a smaller surface resistance can be realized.

また、前記カーボンナノチューブ層が最も上層に積層された構成とするのがよい。この構成によれば、より小さな表面抵抗を有する透明電導膜を実現することができる。   The carbon nanotube layer is preferably laminated on the uppermost layer. According to this configuration, a transparent conductive film having a smaller surface resistance can be realized.

また、前記導電性高分子層が最も上層に積層された構成とするのがよい。この構成によれば、より小さな表面抵抗を有する透明電導膜を実現することができる。   Further, the conductive polymer layer is preferably laminated on the uppermost layer. According to this configuration, a transparent conductive film having a smaller surface resistance can be realized.

また、シート抵抗が1Ω/□以上、10,000Ω/□以下である構成とするのがよい。この構成によれば、表面抵抗が小さく電気的特性に優れた光学装置を提供することができる。   The sheet resistance is preferably 1 Ω / □ or more and 10,000 Ω / □ or less. According to this configuration, an optical device having a small surface resistance and excellent electrical characteristics can be provided.

また、可視光の光透過率が70%以上である構成とするのがよい。この構成によれば、光透過率が大きく光学的特性に優れた光学装置を提供することができる。なお、可視光の光透過率が70%以上であるとは、可視光の全領域における光透過率を示し、基板に形成された透明導電膜における基板を含まない透明導電膜のみに関する光透過率が70%以上であることを意味するものとする。   In addition, the visible light transmittance is preferably 70% or more. According to this configuration, an optical device having a large light transmittance and excellent optical characteristics can be provided. Note that the visible light transmittance of 70% or more indicates the light transmittance in the entire visible light region, and the light transmittance relating only to the transparent conductive film not including the substrate in the transparent conductive film formed on the substrate. Is 70% or more.

また、前記導電性高分子層及び前記カーボンナノチューブ層の厚さが、数nm以上、100nm以下である構成とするのがよい。この構成によれば、表面抵抗が小さく、光透過率が大きく、電気的特性、光学的特性に優れた透明電導膜を実現することができる。   The conductive polymer layer and the carbon nanotube layer may have a thickness of several nm or more and 100 nm or less. According to this configuration, it is possible to realize a transparent conductive film having a low surface resistance, a high light transmittance, and excellent electrical characteristics and optical characteristics.

また、前記カーボンナノチューブ層が、溶媒中にカーボンナノチューブを分散させた溶液を塗布することによって形成された構成とするのがよい。この構成によれば、透明電導膜を複雑な装置を必要とせずに提供することができる。   The carbon nanotube layer may be formed by applying a solution in which carbon nanotubes are dispersed in a solvent. According to this configuration, the transparent conductive film can be provided without requiring a complicated device.

また、前記導電性高分子層が、導電性高分子を溶媒中に希釈させた溶液を塗布することによって形成された構成とするのがよい。この構成によれば、透明電導膜を複雑な装置を必要とせずに提供することができる。   The conductive polymer layer may be formed by applying a solution obtained by diluting a conductive polymer in a solvent. According to this configuration, the transparent conductive film can be provided without requiring a complicated device.

また、前記カーボンナノチューブ層において、1つのカーボンナノチューブ分子が複数個のカーボンナノチューブ分子と接触している構成とするのがよい。この構成によれば、前記カーボンナノチューブ層が相互に接触したカーボンナノチューブ分子による3次元ネットワークを形成しているので、高い導電性を有する透明導電膜を実現することができる。   In the carbon nanotube layer, one carbon nanotube molecule is preferably in contact with a plurality of carbon nanotube molecules. According to this configuration, since the carbon nanotube layer forms a three-dimensional network of carbon nanotube molecules in contact with each other, a transparent conductive film having high conductivity can be realized.

また、前記基板が透明な基板、望ましくはポリマ基板である構成とするのがよい。この構成によれば、フレキシブルな変形可能であり、所望の形状を有する透明導電膜を実現することができる。   The substrate may be a transparent substrate, preferably a polymer substrate. According to this configuration, a transparent conductive film that can be deformed flexibly and has a desired shape can be realized.

本発明の光学装置では、前記透明導電膜を使用する構成とするのがよい。この構成によれば、電気的特性、光学的特性に優れた光学装置を提供することができる。   In the optical device of the present invention, the transparent conductive film is preferably used. According to this configuration, an optical device having excellent electrical characteristics and optical characteristics can be provided.

また、タッチパネルとして構成されたものがよい。この構成によれば、電気的特性、光学的特性に優れたタッチパネルを実現することができる。   Moreover, what was comprised as a touchscreen is good. According to this configuration, a touch panel excellent in electrical characteristics and optical characteristics can be realized.

また、前記第1の基板と前記第2の基板との間に電圧を印加することによって発光する発光層が設けられエレクトロルミネッセンス装置として構成されたものがよい。この構成によれば、電気的特性、光学的特性に優れたエレクトロルミネッセンス装置を実現すことができる。   Further, it is preferable that a light emitting layer that emits light by applying a voltage between the first substrate and the second substrate is provided and configured as an electroluminescence device. According to this configuration, it is possible to realize an electroluminescence device that is excellent in electrical characteristics and optical characteristics.

また、前記第1の基板にエレクトロクロミック化合物が担持され、エレクトロクロミック装置として構成されたものがよい。この構成によれば、電気的特性、光学的特性に優れたエレクトロクロミック装置を実現すことができる。   Further, it is preferable that an electrochromic compound is supported on the first substrate and configured as an electrochromic device. According to this configuration, an electrochromic device having excellent electrical characteristics and optical characteristics can be realized.

また、前記第1の基板と前記第2の基板との間に有機色素を吸着させた二酸化チタン層と電解質を挟み込んだ構造を有する太陽電池として構成されたものがよい。この構成によれば、電気的特性、光学的特性に優れた太陽電池を実現すことができる。   Further, a solar cell having a structure in which an electrolyte is sandwiched between a titanium dioxide layer having an organic dye adsorbed between the first substrate and the second substrate is preferable. According to this configuration, a solar cell having excellent electrical characteristics and optical characteristics can be realized.

本発明は、(1)基板に接触させて導電性高分子層を積層する第1の工程と、前記導電性高分子層に接触させてカーボンナノチューブ層を形成する第2の工程とを有する、透明導電膜の製造方法に係るものである。   The present invention includes (1) a first step of bringing a conductive polymer layer into contact with a substrate and a second step of forming a carbon nanotube layer in contact with the conductive polymer layer. The present invention relates to a method for producing a transparent conductive film.

また、本発明は(2)基板に接触させてカーボンナノチューブ層を形成する工程と、前記カーボンナノチューブ層に接触させて導電性高分子層を形成し次いでこの導電性高分子層に接触させて前記カーボンナノチューブ層を形成し、サンドイッチ構造からなる層を形成する工程とを有する、透明導電膜の製造方法に係るものである。   The present invention also includes (2) a step of contacting a substrate to form a carbon nanotube layer, a contact with the carbon nanotube layer to form a conductive polymer layer, and then contacting the conductive polymer layer to And a step of forming a carbon nanotube layer and forming a layer having a sandwich structure.

また、(3)(1)において、前記カーボンナノチューブ層に接触させて前記導電性高分子層を積層する第3の工程を有する構成とするのがよい。   (3) In (1), it is preferable to have a third step of laminating the conductive polymer layer in contact with the carbon nanotube layer.

また、(4)(3)において、前記導電性高分子層に接触させて前記カーボンナノチューブ層を積層する第4の工程を有する構成とするのがよい。   (4) In (3), it is preferable to have a fourth step of laminating the carbon nanotube layer in contact with the conductive polymer layer.

また、(5)(1)において、前記カーボンナノチューブ層に接触させて前記導電性高分子層を積層する第3の工程を有し、前記第2の工程と前記第3の工程を繰り返す構成とするのがよい。   (5) In (1), the method includes a third step of laminating the conductive polymer layer in contact with the carbon nanotube layer, and repeating the second step and the third step. It is good to do.

また、(6)(5)において、前記導電性高分子層に接触させて前記カーボンナノチューブ層を積層する第4の工程を有する構成とするのがよい。   In addition, in (6) and (5), it is preferable to have a fourth step of laminating the carbon nanotube layer in contact with the conductive polymer layer.

また、(7)(2)において、前記カーボンナノチューブ層に接触させて前記導電性高分子層を積層する第3の工程を有する構成とするのがよい。   (7) In (2), it is preferable to have a third step of laminating the conductive polymer layer in contact with the carbon nanotube layer.

また、(8)(1)又は(2)において、シート抵抗が1Ω/□以上、10,000Ω/□以下である構成とするのがよい。   In (8) (1) or (2), the sheet resistance is preferably 1 Ω / □ or more and 10,000 Ω / □ or less.

また、(9)(1)又は(2)において、可視光の光透過率が70%以上である構成とするのがよい。   In (9), (1), or (2), the visible light transmittance is preferably 70% or more.

また、(10)(1)又は(2)において、前記導電性高分子層及び前記カーボンナノチューブ層の厚さが、数nm以上、100nm以下である構成とするのがよい。   In (10), (1) or (2), it is preferable that the conductive polymer layer and the carbon nanotube layer have a thickness of several nm or more and 100 nm or less.

また、(11)(1)又は(2)において、前記カーボンナノチューブ層が、溶媒中にカーボンナノチューブを分散させた溶液を塗布することによって形成する構成とするのがよい。   In (11), (1) or (2), the carbon nanotube layer may be formed by applying a solution in which carbon nanotubes are dispersed in a solvent.

また、(12)(1)又は(2)において、前記導電性高分子層が、導電性高分子を溶媒中に希釈させた溶液を塗布することによって形成する構成とするのがよい。   In (12) (1) or (2), the conductive polymer layer may be formed by applying a solution obtained by diluting a conductive polymer in a solvent.

また、(13)(1)又は(2)において、前記カーボンナノチューブ層において、1つのカーボンナノチューブ分子が複数個のカーボンナノチューブ分子と接触している構成とするのがよい。   (13) In (1) or (2), it is preferable that one carbon nanotube molecule is in contact with a plurality of carbon nanotube molecules in the carbon nanotube layer.

以下、図面を参照しながら本発明による実施の形態について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

透明導電膜は、透明基板上に積層された数nm以上、100nm以下の厚さの導電性高分子層と、この導電性高分子層上に積層された数nm以上、100nm以下の厚さのカーボンナノチューブ(CNT)層を有している。CNT層は、溶媒中にCNTを分散させた溶液を用いてディップ法、スピンコート法等の塗布法によって形成され、CNT分子が相互に接触した3次元ネットワーク構造を有している。導電性高分子層は、導電性高分子を溶媒中に希釈させた溶液を用いてディップ法、スピンコート法等の塗布法によって形成されている。CNT層、導電性高分子層は、印刷法によって形成することもできる。   The transparent conductive film comprises a conductive polymer layer having a thickness of several nm or more and 100 nm or less laminated on a transparent substrate, and a thickness of several nm or more and 100 nm or less laminated on the conductive polymer layer. It has a carbon nanotube (CNT) layer. The CNT layer is formed by a coating method such as a dipping method or a spin coating method using a solution in which CNTs are dispersed in a solvent, and has a three-dimensional network structure in which CNT molecules are in contact with each other. The conductive polymer layer is formed by a coating method such as a dipping method or a spin coating method using a solution obtained by diluting a conductive polymer in a solvent. The CNT layer and the conductive polymer layer can also be formed by a printing method.

透明導電膜は、CNT層が2つの導電性高分子層に挟まれ積層されたサンドイッチ構造からなる層を有しており、サンドイッチ構造からなる層は複数有していてもよく、CNT層が最も上層に積層されている。   The transparent conductive film has a layer having a sandwich structure in which a CNT layer is sandwiched between two conductive polymer layers, and a plurality of layers having a sandwich structure may be provided. It is laminated on the upper layer.

また、透明導電膜は、透明基板に積層されたCNT層及び導電性高分子層を具備し、導電性高分子層が2つのCNT層に挟まれ積層されたサンドイッチ構造からなる層を有しており、一方のCNT層は透明基板上に積層されており、サンドイッチ構造からなる層は複数有していてもよく、導電性高分子層が最も上層に積層されている。   The transparent conductive film includes a CNT layer and a conductive polymer layer stacked on a transparent substrate, and has a layer having a sandwich structure in which the conductive polymer layer is stacked between two CNT layers. One CNT layer is laminated on a transparent substrate, and a plurality of layers having a sandwich structure may be provided, and the conductive polymer layer is laminated on the uppermost layer.

透明導電膜が形成される基板として、ガラス基板、各種のポリマ基板(高分子基板)を用いることができ、ポリマ基板としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PAN)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)等のポリエステルフィルムをはじめとして、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ポリエーテルサルフォン(PES)、ポリイミド(PI)、ポリカーボネート(PC)、ポリアリレート(PAR)、ポリスルフォン(PS)等の透明性を有する基板を使用することができる。   As the substrate on which the transparent conductive film is formed, a glass substrate and various polymer substrates (polymer substrates) can be used. Examples of the polymer substrate include polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PAN), and polyethylene naphthalate. Polyester films such as phthalate (PEN), polybutylene terephthalate (PBT), polypropylene (PP), polyethylene (PE), polyethersulfone (PES), polyimide (PI), polycarbonate (PC), polyarylate ( A transparent substrate such as PAR) or polysulfone (PS) can be used.

導電性高分子層は、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリパラフェニレンビ二レン等のポリマを主成分とする有機導電性材料(導電性ポリマ)を使用して形成することができる。   The conductive polymer layer may be formed using an organic conductive material (conductive polymer) mainly composed of a polymer such as polyaniline, polythiophene, polypyrrole, polyacetylene, polyparaphenylene, or polyparaphenylene vinylene. it can.

例えば、導電性ポリマとして、スタルクヴィテック社製(購入先:純正化学)のポリチオフェン系導電性ポリマ、Baytron(登録商標)PEDOT(3,4−エチレンジオキシチオフェンを高分子量スチレンスルホン酸中で重合してなる導電性ポリマである。)を用いることができる。Baytronは青みを帯びた高分子で、高透明性であり、数百〜108Ω/□の表面抵抗が可能とされている。 For example, as a conductive polymer, a polythiophene-based conductive polymer, Baytron (registered trademark) PEDOT (3,4-ethylenedioxythiophene) manufactured by Starck Vitec Co., Ltd. (purchased by: Pure Chemical), is polymerized in high molecular weight styrene sulfonic acid. A conductive polymer) can be used. Baytron is a bluish polymer, highly transparent, and capable of surface resistance of several hundred to 10 8 Ω / □.

PEDOT(ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン))は本来不溶性であるがポリスチレンスルホン酸(PSS)の存在下、水溶液中でコロイド分散液として得られ、このPEDOT/PSS水性分散液は、ロール、スピン、スプレイコーティング等によって塗布可能である。   PEDOT (poly (3,4-ethylenedioxythiophene)) is inherently insoluble but is obtained as a colloidal dispersion in an aqueous solution in the presence of polystyrene sulfonic acid (PSS). This PEDOT / PSS aqueous dispersion It can be applied by spin, spray coating or the like.

本発明では、CNTを溶媒に分散させた分散液を用いて基体(ガラス又は高分子板、或いは、フィルタ)上で溶媒を蒸発させてCNTだけを残し、3次元ネットワーク構造をもったCNT層を形成し、CNT層と導電性ポリマ層を積層することによって、CNT層と導電性ポリマ層が積層された接合部分で、導電性ポリマがCNT層におけるCNTの隙間に浸透して、2つの層の電気的接触が良好に保持されると共に2つの層の接合強度が保持され、高い導電性と高い光透過率を有し優れた電気的特性と光学的特性を有する、CNT層と導電性ポリマ層が積層されてなる複合体として透明導電膜を形成することができる。   In the present invention, a CNT layer having a three-dimensional network structure is obtained by evaporating the solvent on a substrate (glass or polymer plate or filter) using a dispersion liquid in which CNT is dispersed in a solvent, leaving only the CNT. By forming and stacking the CNT layer and the conductive polymer layer, the conductive polymer penetrates the gap between the CNTs in the CNT layer at the joint portion where the CNT layer and the conductive polymer layer are stacked. CNT layer and conductive polymer layer with excellent electrical and optical properties with high electrical conductivity and high light transmittance, with good electrical contact and good bonding strength between the two layers A transparent conductive film can be formed as a composite in which is laminated.

本発明による透明導電膜は透明性、導電性、機械的強度が高く、シート抵抗が1Ω/□以上、10,000Ω/□以下であり、可視光に対する光透過率が70%以上であり、優れた導電特性及び光学特性を有している。光学装置、例えば、エレクトロルミネッセンス(EL)装置、エレクトロクロミック(EC)装置、液晶装置(LCD)、発光ダイオード素子(LED)、プラズマディスプレィパネル(PDP)等では、10Ω/□〜100Ω/□のシート抵抗、70%以上の透過率(透明電極が形成される基板を除く)の特性、太陽電池では、1Ω/□〜20Ω/□のシート抵抗、70%以上の透過率(透明電極が形成される基板を除く)の特性、タッチパネルでは、100Ω/□〜10kΩ/□のシート抵抗、92%以上の透過率(透明電極が形成される基板を除く)の特性を有する透明電極の使用が望ましいとされ、透明導電電極には高透明性と低抵抗性が要求されている。本発明による透明導電膜は、タッチパネル、EL装置、EC装置、LCD、LED、PDP、通常のシリコン系の太陽電池、色素増感太陽電池等の光学装置における透明電極として、好適に使用することができる。   The transparent conductive film according to the present invention has high transparency, electrical conductivity and mechanical strength, has a sheet resistance of 1Ω / □ or more and 10,000Ω / □ or less, and has a light transmittance of 70% or more for visible light. It has conductive and optical properties. For optical devices such as electroluminescence (EL) devices, electrochromic (EC) devices, liquid crystal devices (LCD), light-emitting diode elements (LEDs), plasma display panels (PDP), etc., a sheet of 10Ω / □ to 100Ω / □ Resistance, characteristics of transmittance of 70% or more (excluding the substrate on which the transparent electrode is formed), solar cell, sheet resistance of 1Ω / □ to 20Ω / □, transmittance of 70% or more (transparent electrode is formed) For the touch panel, it is desirable to use a transparent electrode having a sheet resistance of 100Ω / □ to 10 kΩ / □ and a transmittance of 92% or more (excluding the substrate on which the transparent electrode is formed). The transparent conductive electrode is required to have high transparency and low resistance. The transparent conductive film according to the present invention can be suitably used as a transparent electrode in optical devices such as touch panels, EL devices, EC devices, LCDs, LEDs, PDPs, ordinary silicon solar cells, and dye-sensitized solar cells. it can.

実施の形態
図1は、本発明の実施の形態における、PET膜に、(A)PEDOT膜、CNT膜を、(B)CNT膜、PEDOT膜を、順次積層した透明導電膜の構造を説明する図である。
Embodiment FIG. 1 illustrates the structure of a transparent conductive film in which (A) a PEDOT film and a CNT film, (B) a CNT film and a PEDOT film are sequentially laminated on a PET film in an embodiment of the present invention. FIG.

図1に示すように、透明導電膜は、透明基板としてPETを使用しこの上に形成され、ネットワーク状に形成された3次元ネットワーク構造をもったCNT層(図1では単にCNTと記す。)と、上述したPEDOT/PSS水性分散液(製品名Baytron P HCV4を使用。)を使用して形成された導電性高分子層(図1では単にPEDOTと記す。)が交互に積層された構造を有している。   As shown in FIG. 1, the transparent conductive film is formed on a transparent substrate using PET as a transparent substrate, and has a CNT layer having a three-dimensional network structure formed in a network shape (in FIG. 1, simply referred to as CNT). And a conductive polymer layer (simply referred to as PEDOT in FIG. 1) formed by using the above-described PEDOT / PSS aqueous dispersion (product name: Baytron P HCV4). Have.

図1(A)において、
(A1)は、PET膜上に、PEDOT膜、CNT膜を積層したCNT/PEDOT透明電導膜を示す斜視図及び断面図を示し、
(A2)は、PEDOT/CNT/PEDOTサンドイッチ構造を有し、PET膜上に、PEDOT膜、CNT膜、PEDOT膜を順次積層したPEDOT/CNT/PEDOT透明電導膜を示す斜視図であり、
(A3)は、PEDOT/CNT/PEDOTサンドイッチ構造を有し、PET膜上に、PEDOT膜、CNT膜、PEDOT膜、CNT膜を順次積層したCNT/PEDOT/CNT/PEDOT透明電導膜を示す斜視図であり、
(A4)は、PEDOT/CNT/PEDOTサンドイッチ構造を有し、PET膜上に、PEDOT膜、CNT膜、PEDOT膜、CNT膜、PEDOT膜を順次積層したPEDOT/CNT/PEDOT/CNT/PEDOT透明電導膜を示す斜視図である。
In FIG. 1 (A),
(A1) shows a perspective view and a sectional view showing a CNT / PEDOT transparent conductive film in which a PEDOT film and a CNT film are laminated on a PET film,
(A2) is a perspective view showing a PEDOT / CNT / PEDOT transparent conductive film having a PEDOT / CNT / PEDOT sandwich structure, in which a PEDOT film, a CNT film, and a PEDOT film are sequentially laminated on a PET film;
(A3) is a perspective view showing a CNT / PEDOT / CNT / PEDOT transparent conductive film having a PEDOT / CNT / PEDOT sandwich structure in which a PEDOT film, a CNT film, a PEDOT film, and a CNT film are sequentially laminated on a PET film. And
(A4) has a PEDOT / CNT / PEDOT sandwich structure, and a PEDOT / CNT / PEDOT / CNT / PEDOT transparent conductor in which a PEDOT film, a CNT film, a PEDOT film, a CNT film, and a PEDOT film are sequentially laminated on a PET film. It is a perspective view which shows a film | membrane.

図1(B)において、
(B1)は、PET膜上に、CNT膜、PEDOT膜を順次積層したPEDOT/CNT透明電導膜を示す斜視図及び断面図を示し、
(B2)は、CNT/PEDOT/CNTサンドイッチ構造を有し、PET膜上に、CNT膜、PEDOT膜、CNT膜を順次積層したCNT/PEDOT/CNT透明電導膜を示す斜視図であり、
(B3)は、CNT/PEDOT/CNTサンドイッチ構造を有し、PET膜上に、PET膜上に、CNT膜、PEDOT膜、CNT膜、PEDOT膜を順次積層したPEDOT/CNT/PEDOT/CNT透明電導膜を示す斜視図であり、
(B4)は、CNT/PEDOT/CNTサンドイッチ構造を有し、PET膜上に、CNT膜、PEDOT膜、CNT膜、PEDOT膜、CNT膜を順次積層したCNT/PEDOT/CNT/PEDOT/CNT透明電導膜を示す斜視図である。
In FIG. 1 (B)
(B1) shows a perspective view and a sectional view showing a PEDOT / CNT transparent conductive film in which a CNT film and a PEDOT film are sequentially laminated on a PET film,
(B2) is a perspective view showing a CNT / PEDOT / CNT transparent conductive film having a CNT / PEDOT / CNT sandwich structure, in which a CNT film, a PEDOT film, and a CNT film are sequentially laminated on a PET film;
(B3) has a CNT / PEDOT / CNT sandwich structure, and a PEDOT / CNT / PEDOT / CNT transparent conductor in which a CNT film, a PEDOT film, a CNT film, and a PEDOT film are sequentially laminated on a PET film. It is a perspective view showing a membrane,
(B4) has a CNT / PEDOT / CNT sandwich structure, and a CNT / PEDOT / CNT / PEDOT / CNT transparent conductor in which a CNT film, a PEDOT film, a CNT film, a PEDOT film, and a CNT film are sequentially laminated on a PET film. It is a perspective view which shows a film | membrane.

図1(A)に示す透明電導膜では、PET膜上に先ずPEDOT膜を形成するため、相性のよいポリマ同士の接合となり、PET基板とPEDOT層との間の接合(付着)強度は大きくなり、また、図1(A)、図1(B)に示す透明電導膜では、積層毎に形成されるCNT層の3次元ネットワーク構造の表面、積層毎に形成されるPEDOT層の表面にはそれぞれ、凹凸が存在するため、CNT層上にPEDOT層を形成、及び、PEDOT層上にCNT層を形成する際の接合面積が大きく、両層の間の接合(付着)強度が大きくなり、機械的強度大きな透明電導膜がPET基板に形成される。 In the transparent conductive film shown in FIG. 1A, since the PEDOT film is first formed on the PET film, the compatible polymers are bonded to each other, and the bonding (adhesion) strength between the PET substrate and the PEDOT layer is increased. In the transparent conductive films shown in FIGS. 1 (A) and 1 (B), the surface of the three-dimensional network structure of the CNT layer formed for each lamination and the surface of the PEDOT layer formed for each lamination are respectively provided. Since there is unevenness, the PEDOT layer is formed on the CNT layer, and the bonding area when forming the CNT layer on the PEDOT layer is large, the bonding (adhesion) strength between the two layers is increased, and the mechanical strength is increased. A transparent conductive film having high strength is formed on the PET substrate.

図1に示す透明電導膜の形成過程では、CNT層の3次元ネットワーク構造を保持したままの状態で、CNT層上にPEDOT層を形成するので、CNT層の3次元ネットワーク構造を乱すことがなく、PEDOT層によるCNT層間の電気伝導のサポートにより、透明電導膜の導電性を高いものとすることができる。なお、積層するCNT層及びPEDOT層の厚さを薄くすることによって、積層されたCNT層の積層面方向、積層方向の全体において、導電性高分子(PEDOT)とCNT分子との接触頻度を高くし、透明電導膜の導電性をより高いものとすることができる。   In the process of forming the transparent conductive film shown in FIG. 1, since the PEDOT layer is formed on the CNT layer while maintaining the three-dimensional network structure of the CNT layer, the three-dimensional network structure of the CNT layer is not disturbed. The conductivity of the transparent conductive film can be increased by supporting the electric conduction between the CNT layers by the PEDOT layer. In addition, by reducing the thickness of the stacked CNT layer and PEDOT layer, the contact frequency between the conductive polymer (PEDOT) and the CNT molecules is increased in the stacked surface direction and the entire stacked direction of the stacked CNT layers. In addition, the conductivity of the transparent conductive film can be made higher.

CNT層は、例えば、CNTを溶媒に分散させた溶液に透明基板を含浸させ、CNTを基板上に保持することによって、膜厚2nm〜10nmで成膜する。また、PEDOT層は、例えば、スピンコート法によって膜厚2nm〜10nmで成膜する。   The CNT layer is formed with a film thickness of 2 nm to 10 nm, for example, by impregnating a transparent substrate with a solution in which CNT is dispersed in a solvent and holding the CNT on the substrate. The PEDOT layer is formed with a film thickness of 2 nm to 10 nm by, for example, a spin coating method.

後述するように、CNT層の光透過率は、若干ではあるが短波長側で小さく、長波長側で大きく、一方、PEDOT層の光透過率は短波長側で大きく、長波長側で小さいが、光透過特性が異なるCNT層とPEDOT層を交互に積層することによって、光透過率が波長によって大きく変化せず、偏色性の少ない透明電導膜を形成することができる。   As will be described later, the light transmittance of the CNT layer is slightly small on the short wavelength side and large on the long wavelength side, while the light transmittance of the PEDOT layer is large on the short wavelength side and small on the long wavelength side. By alternately laminating CNT layers and PEDOT layers having different light transmission characteristics, the light transmittance does not change greatly depending on the wavelength, and a transparent conductive film with little discoloration can be formed.

なお、CNT層の形成に使用するCNTは、アーク放電法、レーザアブレーション法、CVD法、気相成長法等の何れか方法により製造されたものであり、例えば、Carbon Nanotechnologies Inc.製のHiPco(登録商標)単層CNTを使用することができる。CNTは、酸化、洗浄、ろ過、遠心分離等の精製によって、高純度化されたものを使用するのが好ましく、導電性のより高い透明電導膜を形成するためには、金属的CNTと半導体的CNTを分離して金属的CNTを使用するのが好ましい。また、CNTとして、単層CNT、多層CNTや、それらの中空部にフラーレン、金属等を内包した、内包チューブ等を用いることもできる。   The CNT used for forming the CNT layer is manufactured by any one of an arc discharge method, a laser ablation method, a CVD method, a vapor phase growth method, and the like. For example, HiPco (manufactured by Carbon Nanotechnologies Inc.) (Registered trademark) single-walled CNTs can be used. It is preferable to use CNTs that have been highly purified by purification such as oxidation, washing, filtration, and centrifugal separation. In order to form a transparent conductive film with higher conductivity, metallic CNTs and semiconducting materials are used. It is preferable to separate the CNTs and use metallic CNTs. Further, as the CNTs, single-walled CNTs, multilayered CNTs, and encapsulated tubes in which fullerenes, metals, etc. are encapsulated in their hollow portions can also be used.

本発明では、図3(C)の右側図に示すように、CNTと導電性ポリマ材料との複合化による複合体の特性改善を図るため、CNTを溶媒に分散させた分散液を用いて基体(ガラス又は高分子基板、或いは、フィルタ)上で溶媒を蒸発させてCNTだけを残し3次元ネットワーク構造を形成し、ネットワーク構造を維持しているCNT層に、導電性ポリマ層としてPEDOT層を積層するが、このPEDOT層の形成の際に導電性ポリマ20b(PEDOT)がCNT層におけるCNT10bの隙間に浸透して、CN10b同士が導電性ポリマ20bを介して接触した状態となっているので、CNT層とPEDOT層の電気的接触が良好に保持されると共に、CNT層とPEDOT層の接合(付着)強度が保持され、高い導電性と高い光透過率を有する複合体として透明導電層を形成することができる。   In the present invention, as shown in the right side view of FIG. 3 (C), in order to improve the characteristics of the composite by combining the CNT and the conductive polymer material, a base material is used by using a dispersion in which CNT is dispersed in a solvent. The solvent is evaporated on glass (polymer substrate or filter), leaving only CNTs to form a three-dimensional network structure, and a PEDOT layer is laminated as a conductive polymer layer on the CNT layer maintaining the network structure. However, when the PEDOT layer is formed, the conductive polymer 20b (PEDOT) penetrates into the gap between the CNTs 10b in the CNT layer, and the CNs 10b are in contact with each other via the conductive polymer 20b. The electrical contact between the CNT layer and the PEDOT layer is maintained, and the bonding (adhesion) strength between the CNT layer and the PEDOT layer is maintained. High conductivity and high light transmission It is possible to form a transparent conductive layer as a complex with.

本発明による透明導電膜は、電極を具備し対向する基板を有する各種の光学装置に使用することができ、少なくとも一方の基板に、図1に示す何れかの透明導電膜を電極として有している。以下、光学装置の例について簡単に説明する。   The transparent conductive film according to the present invention can be used in various optical devices that have electrodes and have opposing substrates. At least one of the transparent conductive films shown in FIG. Yes. Hereinafter, an example of the optical device will be briefly described.

図2は、本発明の実施の形態における、透明導電膜を使用したタッチパネルを説明する図であり、図2(A)は断面図、図2(B)は透明電導膜の平面図を示す図である。   2A and 2B are diagrams illustrating a touch panel using a transparent conductive film according to an embodiment of the present invention. FIG. 2A is a cross-sectional view, and FIG. 2B is a plan view of the transparent conductive film. It is.

通常、タッチパネルはLCD(Liquid Crystal Display)やCRT(Cathode Ray Tube)に重ねて配置されるため、80%(550nm)以上の透過率が必要であり、抵抗膜式タッチパネルのアナログ方式では、電極を構成する膜の抵抗の均一性が要求される。   Normally, the touch panel is placed on top of LCD (Liquid Crystal Display) or CRT (Cathode Ray Tube), and therefore requires a transmittance of 80% (550 nm) or more. The uniformity of the resistance of the constituent film is required.

図2(A)の(A1)に示すように、透明タッチパネルは、透明導電膜1aが上部電極として形成された変形可能なPET基板(上部基板)2aと、表面に電気絶縁性のドットスペーサ3が形成された透明導電膜1bが下部電極として形成されたガラス基板(下部基板)2bから構成され、上部基板2aと下部基板2bは、僅かな隙間(空間)5を保ち両電極を対向させて電気絶縁層4を介して接合されている。   As shown in FIG. 2A (A1), the transparent touch panel includes a deformable PET substrate (upper substrate) 2a having a transparent conductive film 1a formed as an upper electrode, and an electrically insulating dot spacer 3 on the surface. A transparent conductive film 1b formed with a glass substrate (lower substrate) 2b on which a lower electrode is formed. The upper substrate 2a and the lower substrate 2b maintain a slight gap (space) 5 so that both electrodes face each other. They are joined via the electrical insulating layer 4.

上部基板2aと下部基板2bとの間隔5は、例えば、100μm〜300μmであり、この間隔5に対してドットスペーサ3の高さは、上部電極と下部電極が常時接触してON状態となることを防止し、パネルに表示される画像に影響を与えないように、例えば、5μm〜50μm程度である。両電極がタッチしていない状態では、微小なドットスペーサ3によって両電極は接触していないために電流は流れない。なお、下部電極はITO膜によって形成されてもよい。   The distance 5 between the upper substrate 2a and the lower substrate 2b is, for example, 100 μm to 300 μm. With respect to this distance 5, the height of the dot spacer 3 is such that the upper electrode and the lower electrode are always in contact with each other to be in the ON state. Is, for example, about 5 μm to 50 μm so as not to affect the image displayed on the panel. In a state where both electrodes are not touched, no current flows because both electrodes are not in contact by the minute dot spacer 3. The lower electrode may be formed of an ITO film.

図2(A)の(A2)に示すように、指又は専用ペンでPET基板2a側に触れ押圧するとPET基板2aのタッチされた部分が変形たわみ、透明導電膜1a、1b同士が接触して電気が流れスイッチ動作が生じ、入力が検知される。   As shown in (A2) of FIG. 2A, when the PET substrate 2a side is touched and pressed with a finger or a dedicated pen, the touched portion of the PET substrate 2a is deformed, and the transparent conductive films 1a and 1b come into contact with each other. Electricity flows and a switch action occurs and the input is detected.

図2(B)の(B1)〜(B4)に示すように、上部電極、下部電極をそれぞれ構成する透明電導膜1a、1bは、連続した平面状の透明電導膜、2次元マトリクス上に配置された不連続な微小電極からなる透明電導膜とすることができる。   As shown in (B1) to (B4) of FIG. 2B, the transparent conductive films 1a and 1b constituting the upper electrode and the lower electrode are arranged on a continuous planar transparent conductive film and a two-dimensional matrix. It can be set as the transparent conductive film which consists of the made discontinuous microelectrode.

図2(B)の(B1)、(B3)、(B4)に示す例では、押圧によりPET基板2aが変形して生じた上部電極、下部電極の接触点(上部電極と下部電極が閉回路を形成する上記の微小電極の位置)、即ち、押圧された位置(座標)を、微小電極が接続された読み取り回路で検出する。   In the example shown in (B1), (B3), and (B4) of FIG. 2 (B), the contact points of the upper electrode and the lower electrode generated by the deformation of the PET substrate 2a by pressing (the upper electrode and the lower electrode are closed circuit). The position of the above-mentioned microelectrodes forming the above, that is, the pressed position (coordinates) is detected by a reading circuit to which the microelectrodes are connected.

図2(B)の(B2)に示す例は、アナログ方式の抵抗膜式タッチパネルであり、上部電極、下部電極をそれぞれ構成する透明電導膜1a、1bの抵抗による分圧比を測定することによって押圧された位置(座標)を検出する。   The example shown in (B2) of FIG. 2 (B) is an analog type resistive film type touch panel, which is pressed by measuring the voltage dividing ratio by the resistance of the transparent conductive films 1a and 1b constituting the upper electrode and the lower electrode, respectively. The detected position (coordinates) is detected.

図2に図示しないが、図2(B)の(B4)に示す例において、横方向に1行に並ぶ微小電極1aを各行毎に連接させた短冊状電極とし、横方向に1列に並ぶ微小電極1bを各列毎に連接させた短冊状電極とし、上部電極、下部電極を構成する短冊状電極を互いに直交するように配置し、上部電極、下部電極の短冊状電極を読み取り回路に接続させたマトリクス構造とすることもでき、押圧によって生じる上部、下部電極の接触点(上部電極と下部電極の短冊状電極が接触し閉回路を形成する位置)を、読み取り回路で検出する構成とすることもできる。   Although not shown in FIG. 2, in the example shown in (B4) of FIG. 2 (B), the microelectrodes 1a arranged in one row in the horizontal direction are formed as strip-like electrodes connected to each row, and are arranged in one row in the horizontal direction. The microelectrode 1b is a strip-shaped electrode connected to each column, the strip electrodes constituting the upper electrode and the lower electrode are arranged so as to be orthogonal to each other, and the strip electrodes of the upper electrode and the lower electrode are connected to the reading circuit. The contact point of the upper and lower electrodes generated by pressing (position where the upper electrode and the lower electrode strip electrode come into contact to form a closed circuit) is detected by the reading circuit. You can also.

また、本発明の透明電導膜は、図示しないエレクトロクロミック装置における透明電極として使用することができる。エレクトロクロミック装置は、有機又は無機化合物からなるエレクトロクロミック化合物が担持された透明電極とこれに対向する電極との間に電圧を印加することによって生じる、エレクトロクロミック化合物の電気化学的な酸化還元反応に伴う吸収スペクトルの変化(エレクトロクロミック現象)を利用するものであり、表示装置等に適用される。   The transparent conductive film of the present invention can be used as a transparent electrode in an electrochromic device (not shown). An electrochromic device is an electrochemical redox reaction of an electrochromic compound, which occurs when a voltage is applied between a transparent electrode carrying an electrochromic compound made of an organic or inorganic compound and an electrode facing the transparent electrode. It utilizes the accompanying change in absorption spectrum (electrochromic phenomenon) and is applied to a display device or the like.

また、本発明の透明電導膜は、図示しないエレクトロルミネッセンス装置における透明電極として使用することができる。エレクトロルミネッセンス装置は、2つの電極の間に、硫化亜鉛等の無機物又はジアミン類等の有機物からなる発光体が配置され、2つの電極の間に電圧を印加することによって発生する発光を利用するものであり、表示装置、照明装置等に適用される。   The transparent conductive film of the present invention can be used as a transparent electrode in an electroluminescence device (not shown). An electroluminescent device uses a light emission generated by applying a voltage between two electrodes, in which a light emitter made of an inorganic material such as zinc sulfide or an organic material such as diamine is disposed between two electrodes. And is applied to display devices, lighting devices, and the like.

更に、本発明の透明電導膜は、図示しない太陽電池における透明電極として使用することができ、2枚の透明電極の間に微量の色素を吸着させた二酸化チタン層と電解質を挟み込んだ単純な構造を有する色素増感太陽電池における、光が入射される側の電極(アノード電極)を形成する透明電導膜として使用することができる。   Furthermore, the transparent conductive film of the present invention can be used as a transparent electrode in a solar cell (not shown), and has a simple structure in which a titanium dioxide layer adsorbing a trace amount of pigment and an electrolyte are sandwiched between two transparent electrodes. In the dye-sensitized solar cell having the above, it can be used as a transparent conductive film for forming an electrode (anode electrode) on the light incident side.

実施例
先ず、PEDOT膜の成膜方法を検討し、透過率、導電率、厚み、表面形状等の膜特性の評価を行ない、その特性をCNT膜と比較した。以下では、PEDOT/PSS水性分散液(製品名Baytron P HCV4)を使用した。
Example First, a method for forming a PEDOT film was examined, and film characteristics such as transmittance, conductivity, thickness, and surface shape were evaluated, and the characteristics were compared with those of a CNT film. In the following, a PEDOT / PSS aqueous dispersion (product name Baytron P HCV4) was used.

PEDOT膜の成膜方法としては、浸漬法(引き上げ法)、スピンコート法を検討したが、均一性等からスピンコート法を選択した。   As a method for forming the PEDOT film, an immersion method (pull-up method) and a spin coating method were examined, but a spin coating method was selected from the viewpoint of uniformity.

スピンコート法に使用するスピンコート用溶液の調整であるが、市販のPEDOT/PSS水性分散液そのままの状態ではアセトンやIPA(イソプロピルアルコール)で希釈することができなかった。そこで、はじめに市販のPEDOT/PSS水性分散液をH2Oと混合した後に、IPAを加えて希釈した結果、均一なスピンコート用溶液を作成することができた。PEDOT(市販のPEDOT/PSS水性分散液)、H2O、IPAの混合比率に関して検討した結果、スピンコート用溶液として、PEDOT:H2O:IPA=1:1:5〜10程度の混合比率が適当であることが分かった。このスピンコート用溶液を使用してスピンコート法によって、透過率99%以上のPEDOT膜を作成することができた。 Although it was adjustment of the solution for spin coats used for a spin coat method, it was not able to dilute with acetone or IPA (isopropyl alcohol) in the state as a commercial PEDOT / PSS aqueous dispersion. Thus, first, a commercially available PEDOT / PSS aqueous dispersion was mixed with H 2 O, and then diluted by adding IPA. As a result, a uniform solution for spin coating could be prepared. As a result of examining the mixing ratio of PEDOT (commercially available PEDOT / PSS aqueous dispersion), H 2 O, and IPA, as a solution for spin coating, a mixing ratio of PEDOT: H 2 O: IPA = 1: 1: 5 to 10 Was found to be appropriate. Using this spin coating solution, a PEDOT film having a transmittance of 99% or more could be formed by spin coating.

回転数を2000rpm〜8000rpm程度、スピンコート時間を1分間程度とするスピンコート条件によって、均一なPEDOT膜が得られた。スピンコート後はホットプレート上にて、100度(摂氏温度)で1分間程度ポストベークを行った。なお、自然乾燥によっても導電性の良好なPEDOT膜が得られた。   A uniform PEDOT film was obtained under spin coating conditions in which the rotational speed was about 2000 rpm to about 8000 rpm and the spin coating time was about 1 minute. After spin coating, post-baking was performed on a hot plate at 100 degrees (Celsius) for about 1 minute. A PEDOT film having good conductivity was obtained by natural drying.

単純にスピンコートするだけでは厚いPEDOT膜を作成することができないため、後述する図4に示す成膜方法のように、スピンコート用溶液におけるIPAとPEDOT(市販のPEDOT/PSS水性分散液)の濃度比(IPA/PEDOT)、スピンコート条件を様々に変化させて、PEDOT膜をガラス基板上にスピンコート法によって成膜して、PEDOT膜の成膜方法による膜厚と特性(シート抵抗、透過率等)との関係を評価した。   Since a thick PEDOT film cannot be formed simply by spin coating, IPA and PEDOT (commercially available PEDOT / PSS aqueous dispersion) in a spin coating solution, as in the film forming method shown in FIG. The concentration ratio (IPA / PEDOT) and spin coating conditions were changed in various ways, a PEDOT film was formed on a glass substrate by a spin coating method, and the film thickness and characteristics (sheet resistance, transmission by the PEDOT film forming method) Rate).

なお、以下で説明する透過率は、U4000型日立分光光度計を使用して
400nm〜800nmの波長領域で測定したものである。
In addition, the transmittance | permeability demonstrated below was measured in the wavelength range of 400 nm-800 nm using U4000 type Hitachi spectrophotometer.

図4は、本発明の実施例における、PEDOT膜の成膜方法とシート抵抗、550nmにおける透過率(PEDOT膜が形成されたガラス基板を含まない透過率である。)、膜厚さの関係を説明する図である。   FIG. 4 shows the relationship between the PEDOT film forming method, sheet resistance, transmittance at 550 nm (transmittance not including the glass substrate on which the PEDOT film is formed), and film thickness in the examples of the present invention. It is a figure explaining.

図4に示す成膜方法(1)のスピンコート条件では、スピンコート用溶液におけるIPAとPEDOT(市販のPEDOT/PSS水性分散液)の濃度比(IPA/PEDOT)=5、回転数を6000rpm、スピンコート時間を1分間とした。この条件によって成膜されたPEDOT膜の厚さは2.4nm、シート抵抗>2MΩ/□であった。   In the spin coating conditions of the film forming method (1) shown in FIG. 4, the concentration ratio (IPA / PEDOT) = 5 of the IPA and PEDOT (commercially available PEDOT / PSS aqueous dispersion) in the spin coating solution is 6000 rpm. The spin coating time was 1 minute. The thickness of the PEDOT film formed under these conditions was 2.4 nm, and the sheet resistance was> 2 MΩ / □.

成膜方法(2)のスピンコート条件では、濃度比(IPA/PEDOT)=2、回転数を3000rpm、スピンコート時間=1分間とした。この条件によって成膜されたPEDOT膜の厚さは14nm、シート抵抗は108kΩ/□、透過率は98.7%であった。   In the spin coating conditions of the film forming method (2), the concentration ratio (IPA / PEDOT) = 2, the rotation speed was 3000 rpm, and the spin coating time = 1 minute. The thickness of the PEDOT film formed under these conditions was 14 nm, the sheet resistance was 108 kΩ / □, and the transmittance was 98.7%.

成膜方法(3)のスピンコート条件では、濃度比(IPA/PEDOT)=2、スピンコート時間=一瞬間とした。この条件によって成膜されたPEDOT膜の厚さは19nm、シート抵抗は22.5kΩ/□、透過率は97.0%であった。   In the spin coating conditions of the film forming method (3), the concentration ratio (IPA / PEDOT) = 2 and the spin coating time = instantaneous. The thickness of the PEDOT film formed under these conditions was 19 nm, the sheet resistance was 22.5 kΩ / □, and the transmittance was 97.0%.

成膜方法(4)のスピンコート条件では、成膜方法(3)のスピンコート条件を2回繰り返す条件とした。この条件によって成膜されたPEDOT膜の厚さは69nm、シート抵抗は11.7Ω/□、透過率は96.2%であった。 The spin coating conditions of the film forming method (4) were set so that the spin coating conditions of the film forming method (3) were repeated twice. The thickness of the PEDOT film deposited by the condition 69 nm, sheet resistance 11.7 k Ω / □, and the transmittance was 96.2%.

成膜方法(5)のスピンコート条件では、濃度比(IPA/PEDOT)=1、スピンコート時間=一瞬間とした。この条件によって成膜されたPEDOT膜の厚さは109nm、シート抵抗は2.69Ω/□、透過率は90.1%であった。 In the spin coating conditions of the film forming method (5), the concentration ratio (IPA / PEDOT) = 1 and the spin coating time = instantaneous. The thickness of the PEDOT film deposited by the condition 109 nm, sheet resistance 2.69 k Ω / □, and the transmittance was 90.1%.

成膜方法(6)のスピンコート条件では、成膜方法(5)のスピンコート条件を3回繰り返す条件とした。この条件によって成膜されたPEDOT膜の厚さは153nm、シート抵抗は1.38Ω/□、透過率は81.5%であった。 The spin coating conditions of the film forming method (6) were the conditions for repeating the spin coating conditions of the film forming method (5) three times. The thickness of the PEDOT film formed under these conditions was 153 nm, the sheet resistance was 1.38 Ω k / □, and the transmittance was 81.5%.

成膜方法(1)〜(4)のように、スピンコート用溶液における濃度比(IPA/PEDOT)、スピンコート時間を変化させても、PEDOT付着量(即ち、膜厚)が制御できるだけで、膜厚の増加と共にシート抵抗が減少するものの、PEDOT膜の透過率特性にはほとんど変化が見られなかった。   Even if the concentration ratio (IPA / PEDOT) in the spin coating solution and the spin coating time are changed as in the film forming methods (1) to (4), the amount of PEDOT adhesion (that is, the film thickness) can be controlled. Although the sheet resistance decreased as the film thickness increased, almost no change was observed in the transmittance characteristics of the PEDOT film.

図5は、本発明の実施例における、PEDOT膜及びCNT膜の透過率を説明する図であり、図5(A)は、上述したスピンコート法によって成膜されたPEDOT膜の透過率、図5(B)は、レーザアブレーション法で合成されたCNTを使用してフィルタ法によってガラス基板上に成膜されたCNT膜の透過率を示す図である。   FIG. 5 is a diagram for explaining the transmittance of the PEDOT film and the CNT film in the example of the present invention. FIG. 5A is a diagram showing the transmittance of the PEDOT film formed by the above-described spin coating method. 5 (B) is a diagram showing the transmittance of a CNT film formed on a glass substrate by a filter method using CNT synthesized by a laser ablation method.

PEDOT膜はそれ自体もITOの代替材料として検討されているが、濃青色を有していることがデメリットとなっており、図5(A)の曲線(2)〜(6)は、図4に示す成膜法(2)〜(6)による膜厚14nm、19nm、69nm、109nm、153nmのPEDOT膜の透過率を示しており、膜厚の増加と共に、長波長側の吸収が大きくなっている。   Although the PEDOT film itself has been studied as an alternative material for ITO, it has a disadvantage that it has a dark blue color. Curves (2) to (6) in FIG. Shows the transmittance of PEDOT films having a film thickness of 14 nm, 19 nm, 69 nm, 109 nm, and 153 nm by the film forming methods (2) to (6) shown in FIG. Yes.

図5(B)の曲線(1)〜(5)はこの順に膜厚が、3nm、8nm、13nm、51nm、65nmであるCNT膜の透過率(CNT膜が形成されたガラス基板を含まない透過率である。)を示しており、膜厚の増加と共に吸収が大きくなっている。図5(A)に示すPEDOT膜と比較して、CNT膜では偏色性が少ないが、やや短波長側での吸収が大きい。この結果から考えると、導電膜の色味という点では、CNT膜とPEDOT膜は相補的であり、この両膜を積層して複合化をすることによって、より偏色性のない導電膜を得ることができる。   Curves (1) to (5) in FIG. 5B indicate the transmittance of a CNT film having a thickness of 3 nm, 8 nm, 13 nm, 51 nm, and 65 nm in this order (transmission not including a glass substrate on which the CNT film is formed). The absorption increases as the film thickness increases. Compared to the PEDOT film shown in FIG. 5A, the CNT film has less discoloration, but slightly absorbs light on the short wavelength side. Considering this result, in terms of the color of the conductive film, the CNT film and the PEDOT film are complementary, and by combining these films together, a conductive film with less discoloration is obtained. be able to.

図6は、本発明の実施例における、PEDOT膜及びCNT膜の両膜の膜厚を変化させ場合のシート導電率と吸光度の関係の例を説明する図であり、横軸は吸光度、縦軸はシート導電率(S/sq)を示し、図6(B)は、図6(A)における吸光度の小さい領域の拡大図である。なお、図6(B)中で矢印及び枠内に示すデータは図4に示す成膜方法(2)のスピンコート条件によるPEDOT膜の特性を示す。   FIG. 6 is a diagram for explaining an example of the relationship between the sheet conductivity and the absorbance when the film thicknesses of both the PEDOT film and the CNT film are changed in the embodiment of the present invention. Indicates sheet conductivity (S / sq), and FIG. 6B is an enlarged view of a region having a small absorbance in FIG. Note that the data indicated by arrows and frames in FIG. 6B indicate the characteristics of the PEDOT film according to the spin coating conditions of the film forming method (2) shown in FIG.

図6では、レーザアブレーション法で合成されたCNT(図6(A)では(1)Laser CNTと記す。)を使用しフィルタ法によってガラス基板上に成膜されたCNT膜の透過率(図5(B)に示す。)から変換された吸光度とシート導電率との関係を示すプロット、及び、図5(A)に示すPEDOT膜の透過率を吸光度に変換し、シート抵抗をシート導電率に変換した関係を示すプロットである。図6の(1)は、CNT膜の550nmにおける吸光度とシート導電率の関係、図6の(2)、(3)はそれぞれ、PEDOT膜の800nm、550nmにおける吸光度とシート導電率の関係を示すプロットである。   In FIG. 6, the transmittance of a CNT film formed on a glass substrate by a filter method using CNT synthesized by a laser ablation method (in FIG. 6A, (1) Laser CNT) is used (FIG. 5). (B).) A plot showing the relationship between the absorbance converted from (1) and the sheet conductivity, and the transmittance of the PEDOT film shown in FIG. 5 (A) is converted into absorbance, and the sheet resistance is converted into sheet conductivity. It is a plot which shows the converted relationship. 6A shows the relationship between the absorbance of the CNT film at 550 nm and the sheet conductivity, and FIGS. 6B and 6B show the relationship between the absorbance of the PEDOT film at 800 nm and 550 nm and the sheet conductivity, respectively. It is a plot.

図6に示すCNT膜とPEDOT膜の特性を比較すると、CNT膜の特性が優れているのが分かる。PEDOT膜は図5に示す結果を反映して、800nmにおける吸収が550nmの2倍近くあるのが分かる。また、図6(B)にはPEDOT膜の低吸収領域のデータを示しているが、2MΩ/□以下(測定器の上限による)のシート抵抗を得るためには、透過率99%程度となるまでPEDOTを塗布する必要がある。この結果の中で、透過率約99%のPEDOT膜のシート抵抗が100kΩ/□以上であるという知見は非常に重要である。   Comparing the characteristics of the CNT film and the PEDOT film shown in FIG. 6, it can be seen that the characteristics of the CNT film are excellent. The PEDOT film reflects the result shown in FIG. 5, and it can be seen that the absorption at 800 nm is nearly twice that at 550 nm. Further, FIG. 6B shows data of the low absorption region of the PEDOT film. In order to obtain a sheet resistance of 2 MΩ / □ or less (depending on the upper limit of the measuring device), the transmittance is about 99%. It is necessary to apply PEDOT. Among these results, the knowledge that the sheet resistance of a PEDOT film having a transmittance of about 99% is 100 kΩ / □ or more is very important.

図7は、本発明の実施例における、図4に示す成膜方法(4)のスピンコート条件によるPEDOT膜のAFM像とその3次元表示を説明する図であり、図7(A)はAFM像、図7(B)はAFM像の3次元表示を示す図(3方向に示す数値の単位はnmである。)である。   FIG. 7 is a view for explaining an AFM image of a PEDOT film under the spin coating conditions of the film forming method (4) shown in FIG. 4 and its three-dimensional display in the embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 7B is a diagram showing a three-dimensional display of an AFM image (the unit of numerical values shown in three directions is nm).

図7(A)から、PEDOT膜は数nm〜数10nmの粒子で形成されているのが分かる。先述したようにPEDOT(ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン))は本来不溶性であり、PSSをドーパントとしこの存在下で水分散性を得ることと引き換えに、PEDOTは短いセグメントに分かれて、水溶液中でコロイド分散液となっており、AFM像もこのようなセグメントサイズになっていると考えられる。   FIG. 7A shows that the PEDOT film is formed of particles of several nm to several tens of nm. As mentioned above, PEDOT (poly (3,4-ethylenedioxythiophene)) is inherently insoluble, and in exchange for obtaining water dispersibility in the presence of PSS as a dopant, PEDOT is divided into short segments, It is a colloidal dispersion in an aqueous solution, and the AFM image is considered to have such a segment size.

図7(B)から、PEDOT膜の表面が数nmのラフネス(粗度、凹凸)を持ってことが分かる。また、図4に示す他の成膜方法で作成したPEDOT膜の表面のラフネス(粗度、凹凸)は、7(B)と同様であった。図4に示す成膜方法(1)、(2)は、本発明におけるPEDOT膜作成の標準的な条件であるが、その膜厚はそれぞれ2.4nm、14nmであり、これら成膜方法によってCNT膜上に形成されるPEDOT膜は数nmの膜厚であり、そのラフネス(粗度、凹凸)も数nmであると考えられる。   FIG. 7B shows that the surface of the PEDOT film has a roughness (roughness, unevenness) of several nm. Further, the roughness (roughness, unevenness) of the surface of the PEDOT film prepared by another film forming method shown in FIG. 4 was the same as 7 (B). The film formation methods (1) and (2) shown in FIG. 4 are standard conditions for producing a PEDOT film in the present invention, and the film thicknesses are 2.4 nm and 14 nm, respectively. The PEDOT film formed on the film has a thickness of several nm, and its roughness (roughness, unevenness) is also considered to be several nm.

一方、溶媒にCNTを分散させた分散液中に基板を浸漬させ基板にCNTを付着させるディップ法(Dip法、浸漬法)によって作成したCNT膜は、CNTが数層程度に積層されるため、CNTが重なる厚い部分でも、数nm程度になっている。また、現在までの技術では全面を隙間なくCNTで埋め尽くすことはできないため、当然ラフネス(粗度、凹凸)も数nmと考えることができる。   On the other hand, since the CNT film created by the dipping method (Dip method, dipping method) in which the substrate is immersed in a dispersion liquid in which CNT is dispersed in a solvent and the CNT is attached to the substrate, the CNTs are stacked in several layers. Even in the thick part where CNTs overlap, it is about several nm. Further, since the entire surface cannot be completely filled with CNTs with the technology up to now, naturally the roughness (roughness, unevenness) can be considered to be several nm.

以上説明したように、CNT膜、PEDOT膜の構造単位はそれぞれ、CNT粒子と短いセグメントの1次細線であり、両膜で異なるが、形成された両膜のそれぞれの外表面は数nm程度のラフネス(粗度、凹凸)をもつ類似の表面形状であると考えられ、CNT膜、PEDOT膜の界面における接合は良好なものとなると考えられる。   As described above, the structural units of the CNT film and the PEDOT film are the primary fine wires of the CNT particles and the short segments, respectively, and differ in both films, but the outer surfaces of both films formed are about several nm. It is considered that the surface shape is similar with roughness (roughness, unevenness), and bonding at the interface between the CNT film and the PEDOT film is considered to be good.

次に、CNT膜(Dip法、フィルタ法によって形成されたCNT膜を使用した。)上へのPEDOTのコーティングによる効果を調べるために、CNT導電膜上にPEDOTをコーティングして2層膜を作成し、そのシート抵抗を評価した結果、PEDOT塗布による、接触角等の基板の表面状態の変化を調べた結果について説明する。   Next, in order to investigate the effect of the coating of PEDOT on the CNT film (a CNT film formed by the Dip method or the filter method), a two-layer film is formed by coating PEDOT on the CNT conductive film. Then, as a result of evaluating the sheet resistance, a result of examining a change in the surface state of the substrate such as a contact angle due to PEDOT application will be described.

図8は、本発明の実施例における、CNT膜上へのPEDOT膜の形成による透過率、シート抵抗の変化を説明する図である。   FIG. 8 is a diagram for explaining changes in transmittance and sheet resistance due to formation of the PEDOT film on the CNT film in the example of the present invention.

図8は、HiPco単層CNTを使用して、Dip法、フィルタ法によって形成されたCNT膜(ガラス基板上に形成されている。)上へのPEDOT膜の形成前後における550nmでの透過率(CNT膜、PEDOT膜が形成されたガラス基板を含まない透過率である。)、シート抵抗を示している。なお、PEDOT膜は、先述のスピンコート用溶液における濃度比(IPA/PEDOT)=5、回転数を6000rpm、スピンコート時間を1分間とした条件で、スピンコート法により成膜した。   FIG. 8 shows the transmittance at 550 nm before and after the formation of the PEDOT film on the CNT film (formed on the glass substrate) formed by the Dip method and the filter method using HiPco single-walled CNT ( The transmittance does not include a glass substrate on which a CNT film and a PEDOT film are formed.), Sheet resistance. The PEDOT film was formed by the spin coating method under the above-mentioned conditions of the concentration ratio (IPA / PEDOT) = 5 in the spin coating solution, the rotational speed of 6000 rpm, and the spin coating time of 1 minute.

図8に示すように、Dip法によって形成されたCNT膜(膜厚5nm)の透過率は95.48%、このCNT膜上へPEDOT膜(推定膜厚3nm)が形成されたPEDOT/CNT透明導電膜の透過率は95.32%であり、PEDOT膜の形成前後では、透過率が僅か0.16%しか低下していない。図4に示す成膜方法(1)によって形成されたPEDOT膜(膜厚2.4nm)のシート抵抗は2MΩ/□であったから、このシート抵抗と殆ど変化しない値をPEDOT/CNT透明導電膜は示すであろうと想定されたが、実際には図8に示すように、CNT膜のシート抵抗は14kΩ/□であったが、PEDOT/CNT透明導電膜のシート抵抗は8kΩ/□であり、PEDOT膜の形成前後でシート抵抗は43%も減少した。   As shown in FIG. 8, the transmittance of the CNT film (film thickness 5 nm) formed by the Dip method is 95.48%, and the PEDOT / CNT transparent film in which the PEDOT film (estimated film thickness 3 nm) is formed on this CNT film. The transmittance of the conductive film is 95.32%, and the transmittance is reduced by only 0.16% before and after the formation of the PEDOT film. Since the sheet resistance of the PEDOT film (film thickness 2.4 nm) formed by the film forming method (1) shown in FIG. 4 was 2 MΩ / □, the PEDOT / CNT transparent conductive film has a value that hardly changes with this sheet resistance. Although the sheet resistance of the CNT film was actually 14 kΩ / □ as shown in FIG. 8, the sheet resistance of the PEDOT / CNT transparent conductive film was 8 kΩ / □. The sheet resistance decreased by 43% before and after film formation.

また、図8に示すように、フィルタ法によって形成されたCNT膜(膜厚67nm)の透過率は65.79%、このCNT膜上へPEDOT膜(推定膜厚3nm)が形成されたPEDOT/CNT透明導電膜の透過率は65.37%であり、PEDOT膜の形成前後では、透過率が僅か0.42%しか低下していない。図4に示す成膜方法(1)によって形成されたPEDOT膜(膜厚2.4nm)のシート抵抗は2MΩ/□であったから、このシート抵抗と殆ど変化しない値をPEDOT/CNT透明導電膜は示すであろうと想定されたが、実際には図8に示すように、CNT膜のシート抵抗は885Ω/□であったが、PEDOT/CNT透明導電膜のシート抵抗は537Ω/□であり、PEDOT膜の形成前後でシート抵抗は39%も減少した。   Further, as shown in FIG. 8, the transmittance of the CNT film (film thickness 67 nm) formed by the filter method is 65.79%, and the PEDOT / film having an PEDOT film (estimated film thickness 3 nm) formed on the CNT film. The transmittance of the CNT transparent conductive film is 65.37%, and the transmittance decreases only by 0.42% before and after the formation of the PEDOT film. Since the sheet resistance of the PEDOT film (film thickness 2.4 nm) formed by the film forming method (1) shown in FIG. 4 was 2 MΩ / □, the PEDOT / CNT transparent conductive film has a value that hardly changes with this sheet resistance. As shown in FIG. 8, the sheet resistance of the CNT film was 885Ω / □, but the sheet resistance of the PEDOT / CNT transparent conductive film was 537Ω / □. The sheet resistance decreased by 39% before and after the film formation.

以上のように、Dip法、フィルタ法の何れによって形成されたCNT膜上へのPEDOT膜の形成前後において、透過率の変化は殆どないのにかかわらず、シート抵抗は40%前後低下しており、CNT膜上へのPEDOT膜の形成によって、透明電導膜の透過率を殆ど変化させることなく、シート抵抗を40%程度低減させることができることが分かった。PEDOT膜の形成前後におけるシート抵抗の低減は、CNT膜上へのPEDOT膜の形成の際に、CNT膜の表面近傍部分でのCNT3次元ネットワーク構造の内部まで、導電性高分子(PEDOT)が浸透していき、導電性高分子(PEDOT)がCNT分子の間付近に存在することで、CNT分子の間の抵抗を低減しているためと考えられる。   As described above, the sheet resistance is reduced by about 40% before and after the formation of the PEDOT film on the CNT film formed by either the Dip method or the filter method, although there is almost no change in transmittance. It was found that the sheet resistance can be reduced by about 40% without changing the transmittance of the transparent conductive film by forming the PEDOT film on the CNT film. The reduction in sheet resistance before and after the formation of the PEDOT film is due to the penetration of the conductive polymer (PEDOT) into the interior of the CNT three-dimensional network structure near the surface of the CNT film when the PEDOT film is formed on the CNT film. It is considered that the resistance between the CNT molecules is reduced by the presence of the conductive polymer (PEDOT) in the vicinity of the CNT molecules.

次に、CNT膜の膜厚の違いによる効果を調べるために、フィルタ法によって作成されたシート抵抗の異なる3つのCNT膜に対して、図8で説明したと同様の方法によって、CNT膜上にPEDOT膜を形成して、PEDOT膜の形成前後における透過率、シート抵抗の変化を調べた。   Next, in order to investigate the effect due to the difference in film thickness of the CNT film, three CNT films having different sheet resistances created by the filter method are applied on the CNT film by the same method as described in FIG. A PEDOT film was formed, and changes in transmittance and sheet resistance before and after the formation of the PEDOT film were examined.

図9は、本発明の実施例における、CNT膜上に形成されている。)上へのPEDOT膜の形成による透過率、シート抵抗の変化を説明する図であり、横軸は透過率(%)、縦軸はシート抵抗(Ω/sq)を示す図である。   FIG. 9 is formed on the CNT film in the embodiment of the present invention. ) Is a diagram for explaining changes in transmittance and sheet resistance due to the formation of the PEDOT film on the top, in which the horizontal axis represents the transmittance (%) and the vertical axis represents the sheet resistance (Ω / sq).

図9は、HiPco単層CNTを使用して、フィルタ法によって形成されたCNT膜(ガラス基板上に形成されている。)上へのPEDOT膜の形成前後における550nmでの透過率(CNT膜、PEDOT膜が形成されたガラス基板を含まない透過率である。)、シート抵抗を示している。   FIG. 9 shows the transmittance at 550 nm before and after the formation of the PEDOT film on the CNT film (formed on the glass substrate) formed by the filter method using HiPco single-walled CNT (CNT film, The transmittance does not include the glass substrate on which the PEDOT film is formed.), The sheet resistance.

図9に示すように、CNT膜の膜厚が、8nm、67nm、150nmと増加するに従って、CNT膜の透過率及びシート抵抗は小さくなっている。また、これらCNT膜上にそれぞれ3nm、3nm、4nmの推定膜厚のPEDOT膜が形成されたPEDOT/CNT透明電導膜では、PEDOT膜の形成前後において、透過率は僅かに減少するものの、シート抵抗は、80%、39%、27%と大きく低減している。このシート抵抗の低減は、CNT膜の膜厚が薄く、シート抵抗が大きくなるに従って顕著であり、シート抵抗は最大でPEDOT膜の形成前の値の1/10に近いものとなる。   As shown in FIG. 9, as the film thickness of the CNT film increases to 8 nm, 67 nm, and 150 nm, the transmittance and sheet resistance of the CNT film decrease. In addition, in the PEDOT / CNT transparent conductive film in which the PEDOT film having an estimated thickness of 3 nm, 3 nm, and 4 nm is formed on each of these CNT films, the transmittance slightly decreases before and after the formation of the PEDOT film, but the sheet resistance Are greatly reduced to 80%, 39%, and 27%. This reduction in sheet resistance becomes more significant as the film thickness of the CNT film becomes thinner and the sheet resistance increases. The sheet resistance is at most close to 1/10 of the value before the formation of the PEDOT film.

図9に示すように、CNT膜の膜厚が厚くなるに従って、PEDOT膜の形成前後でのシート抵抗の減少が小さくなっているのは、CNT膜の膜厚が厚い場合は、CNT膜上へのPEDOT膜の形成の際に、CNT膜のCNT3次元ネットワーク構造の深い内部まで、導電性高分子(PEDOT)が浸透していかず、導電性高分子(PEDOT)の浸透が、3次元ネットワーク構造の表面付近にしか至らないために、PEDOT膜の形成によってシート抵抗が大きく低減しないためと考えられる。   As shown in FIG. 9, as the film thickness of the CNT film increases, the decrease in sheet resistance before and after the formation of the PEDOT film decreases. When the PEDOT film is formed, the conductive polymer (PEDOT) does not penetrate deeply into the CNT three-dimensional network structure of the CNT film, and the conductive polymer (PEDOT) penetrates into the three-dimensional network structure. This is considered to be because the sheet resistance is not greatly reduced by the formation of the PEDOT film because it reaches only near the surface.

従って、CNT膜上にPEDOT膜が形成されたPEDOT/CNT透明導電膜がより小さなシート抵抗をもつためには、CNT膜の膜厚は薄いほど望ましい。   Therefore, in order for the PEDOT / CNT transparent conductive film in which the PEDOT film is formed on the CNT film to have a smaller sheet resistance, the thinner the CNT film, the more desirable.

図10は、本発明の実施例における、CNT膜上へのPEDOT膜の形成後のSEM像(倍率10,000)を説明する図である。   FIG. 10 is a diagram for explaining an SEM image (magnification 10,000) after the formation of the PEDOT film on the CNT film in the example of the present invention.

図10は、HiPco単層CNTを使用して、フィルタ法によって形成された膜厚50nmのCNT膜(ガラス基板上に形成されている。)上に、先述のスピンコート用溶液における濃度比(IPA/PEDOT)=5、回転数を5000rpm、スピンコート時間を1分間とした条件でスピンコート法によってPEDOT膜を成膜し、この結果得られたPEDOT/CNT透明導電膜のSEM像であり、電子線が過剰に照射されPEDOT膜が消失した結果外部に露出されたCNT層の3次元ネットワーク構造が、SEM像の中央右方部に見られる。このように、CNT層の3次元ネットワーク構造が観察されたことは、CNT層上にPEDOT層を形成する際に、CNT層の3次元ネットワーク構造が乱されずに保いることを示している。   FIG. 10 shows the concentration ratio (IPA) in the spin coating solution described above on a 50 nm-thick CNT film (formed on a glass substrate) formed by the filter method using HiPco single-walled CNTs. / PEDOT) = 5, the rotational speed is 5000 rpm, and the spin coating time is 1 minute. A PEDOT film is formed by spin coating, and the resulting PEDOT / CNT transparent conductive film is an SEM image. A three-dimensional network structure of the CNT layer exposed to the outside as a result of the excessive irradiation of the line and the disappearance of the PEDOT film can be seen in the central right part of the SEM image. Thus, the observation of the three-dimensional network structure of the CNT layer indicates that the three-dimensional network structure of the CNT layer is kept undisturbed when the PEDOT layer is formed on the CNT layer.

以上説明したように、CNT層上にPEDOT膜を成膜したPEDOT/CNT透明導電膜では、CNT層のみによる透明導電膜よりも、導電性が向上することが分かった。   As described above, it has been found that the PEDOT / CNT transparent conductive film in which the PEDOT film is formed on the CNT layer has improved conductivity as compared with the transparent conductive film using only the CNT layer.

次に、CNTが付着しやすいように親水処理を施したPETフィルム上に、PEDOT膜、CNT膜を形成し、CNT膜、PEDOT膜のH2Oに対する接触角を測定し、CNT膜、PEDOT膜の各面の表面状態を調べた。 Next, a PEDOT film and a CNT film are formed on a PET film that has been subjected to a hydrophilic treatment so that the CNT easily adheres, and the contact angles of the CNT film and the PEDOT film with respect to H 2 O are measured. The CNT film and the PEDOT film The surface state of each surface of was examined.

図11は、本発明の実施例における、PET膜、親水処理を施したPET膜、CNT膜、PEDOT膜を積層した積層膜の水に対する接触角を説明する図であり、縦軸は接触角(度)を示す。   FIG. 11 is a diagram for explaining the contact angle with respect to water of a laminated film obtained by laminating a PET film, a hydrophilic treated PET film, a CNT film, and a PEDOT film in an example of the present invention. Degree).

図11に示すように、親水処理がなされていないPET基板面の接触角は約85度と大きな値を示すが、PET基板に、シランカップリング材による親水処理を施すことによって接触角が大きく低減し、CNTの付着性が向上する。   As shown in FIG. 11, the contact angle of the PET substrate surface that has not been subjected to hydrophilic treatment shows a large value of about 85 degrees, but the contact angle is greatly reduced by subjecting the PET substrate to hydrophilic treatment with a silane coupling material. In addition, the adhesion of CNT is improved.

この親水処理を施したPET基板上にスピンコート法によって形成されたPEDOT膜面の接触角は約30度とPET基板の85度と比較し低い値であり、同PET基板上にDip法によって形成されたCNT膜面の接触角は、PEDOT膜面のそれよりも大きな約60度であった。これはCNT自体の疎水性が高いためと考えられる。   The contact angle of the PEDOT film surface formed by spin coating on this hydrophilic treated PET substrate is about 30 degrees, which is lower than the 85 degrees of the PET substrate, and is formed on the PET substrate by the Dip method. The contact angle of the formed CNT film surface was about 60 degrees larger than that of the PEDOT film surface. This is considered because CNT itself has high hydrophobicity.

Dip法によって大量のCNTを基板に付着させようと試みたが、基板に形成されたCNT膜に対して、Dip法を複数回繰り返して更にCNTを付着させようと試みても、一定量以上のCNTを、一旦形成されたCNT膜上に付着させることができなかった。このことは、CNT膜面の接触角が大きいという図11に示す実験事実を支持するものである。   Although we tried to attach a large amount of CNTs to the substrate by the Dip method, even if we tried to attach more CNTs by repeating the Dip method multiple times on the CNT film formed on the substrate, a certain amount or more CNT could not be deposited on the CNT film once formed. This supports the experimental fact shown in FIG. 11 that the contact angle of the CNT film surface is large.

上述の親水処理を施したPET基板上に形成された上述のCNT膜上に、更に、スピンコート法によって形成されたPEDOT膜面の接触角は、親水処理を施したPET基板上に形成された上述のPEDOT膜面の接触角と同じ値まで低下した。   The contact angle of the PEDOT film surface formed by the spin coating method on the above-mentioned CNT film formed on the above-mentioned hydrophilic-treated PET substrate was further formed on the hydrophilic-treated PET substrate. It decreased to the same value as the contact angle of the above-mentioned PEDOT film surface.

以上説明した実験事実から、PEDOT膜の親水性は比較的高く、CNTとの親和性は比較的良好であると考えられ、CNT膜上にPEDOT膜を成膜することによって、先述したように導電性を向上させるだけではなく、PEDOT膜がCNT膜の間の接着層として作用する層となることが期待できる。   From the experimental facts described above, the hydrophilicity of the PEDOT film is considered to be relatively high and the affinity with the CNT is considered to be relatively good. By forming the PEDOT film on the CNT film, the conductive property can be obtained as described above. In addition to improving the properties, the PEDOT film can be expected to be a layer that acts as an adhesive layer between the CNT films.

次に、以上の結果に基づいて、CNT膜及びPEDOT膜によって構成され、多層化されたCNT膜を有する透明導電膜を作成しその光学的及び電気的特性を調べた。   Next, based on the above results, a transparent conductive film having a multilayered CNT film composed of a CNT film and a PEDOT film was prepared, and its optical and electrical characteristics were examined.

PEDOT膜を使用することによって多層化されたCNT膜によって、透明導電膜を構成とすることは、透明導電膜の導電性を向上させることにつながる。   Making a transparent conductive film with a CNT film multilayered by using a PEDOT film leads to an improvement in the conductivity of the transparent conductive film.

従来、Dip法を繰り返して、基板へのCNTの付着量を増加させ光透過率の大きな低下を招くことなく透明導電膜の導電性を向上させようとしても、CNTの付着量を増加させることは困難であり、1%程度の光吸収分程度しか付着させることができなかった。シート抵抗が数kΩ/□であり、基板を除く透過率がほぼ100%というような、例えば、タッチパネルのような用途には、1%程度の光吸収分程度のCNTの付着量で十分であるが、より高い透明性と、数Ω〜数10Ω/□のような低シート抵抗が要求される太陽電池などの透明電極として、透明導電膜を使用するには、大量のCNTを基板に付着させる必要がある。   Conventionally, increasing the adhesion amount of CNTs by repeating the Dip method to increase the adhesion amount of CNTs to the substrate and improving the conductivity of the transparent conductive film without causing a large decrease in light transmittance. It was difficult to attach only about 1% of light absorption. For applications such as a touch panel where the sheet resistance is several kΩ / □ and the transmittance excluding the substrate is almost 100%, for example, a CNT deposition amount of about 1% of light absorption is sufficient. However, in order to use a transparent conductive film as a transparent electrode for a solar cell or the like that requires higher transparency and low sheet resistance such as several Ω to several tens of Ω / □, a large amount of CNT is attached to the substrate. There is a need.

以下、薄い膜厚のCNT層及びPEDOT膜を密接させて、多層化されたCNT膜によって構成され、光透過率の大きな低下を招くことなく低シート抵抗を有する透明導電膜について説明する。   Hereinafter, a transparent conductive film composed of a multilayered CNT film in which a thin CNT layer and a PEDOT film are brought into close contact with each other and having a low sheet resistance without causing a large decrease in light transmittance will be described.

図12は、本発明の実施例における、PET膜にPEDOT膜、CNT膜を順次積層した透明導電膜の構造と特性の関係を説明する図であり、図12(A)は吸光度とシート導電率の関係を示し、横軸は吸光度、縦軸はシート電導率(S/sq)であり、図12(B)は透過率とシート抵抗の関係を示し、横軸はシート抵抗(kΩ/sq)、縦軸は透過率(%)である。図12において、吸光度、透過率は550nmにおける値を示し、PET基板の寄与は含んでいない値である。   FIG. 12 is a diagram for explaining the relationship between the structure and characteristics of a transparent conductive film in which a PEDOT film and a CNT film are sequentially laminated on a PET film in an example of the present invention, and FIG. 12 (A) shows absorbance and sheet conductivity. The horizontal axis indicates the absorbance, the vertical axis indicates the sheet conductivity (S / sq), FIG. 12B shows the relationship between the transmittance and the sheet resistance, and the horizontal axis indicates the sheet resistance (kΩ / sq). The vertical axis represents the transmittance (%). In FIG. 12, the absorbance and transmittance show values at 550 nm and do not include the contribution of the PET substrate.

先ず、上述の親水処理を施したPET基板上にスピンコート法によってPEDOT膜を形成した後、(1)先に形成されているPEDOT膜上にDip法によってCNT膜を形成し、次に、更に、(2)先に形成されているCNT膜上にPEDOT膜を形成し、(3)(1)及び(2)を複数回繰り返すよってPEDOT/CNT/PEDOTサンドイッチ構造を有する透明導電膜を形成する。このようにして形成された、CNT/PEDOT、PEDOT/CNT/PEDOT、CNT/PEDOT/CNT/PEDOT、PEDOT/CNT/PEDOT/CNT/PEDOT等の透明導電膜について、透過率及びシート抵抗を測定した。   First, a PEDOT film is formed by spin coating on a PET substrate that has been subjected to the above-described hydrophilic treatment, and (1) a CNT film is formed by Dip on the previously formed PEDOT film. (2) A PEDOT film is formed on the previously formed CNT film, and (3) a transparent conductive film having a PEDOT / CNT / PEDOT sandwich structure is formed by repeating (1) and (2) a plurality of times. . The transmittance and sheet resistance of the transparent conductive films formed in this manner, such as CNT / PEDOT, PEDOT / CNT / PEDOT, CNT / PEDOT / CNT / PEDOT, PEDOT / CNT / PEDOT / CNT / PEDOT, were measured. .

図12(A)には、測定された透過率を吸光度に変換し、シート抵抗をシート導電率に変換してプロット、図12(B)には、測定された透過率、シート抵抗をプロットしている。また、参考のためにPEDOT膜に関するデータもプロットしている。   In FIG. 12A, the measured transmittance is converted into absorbance and the sheet resistance is converted into sheet conductivity and plotted. In FIG. 12B, the measured transmittance and sheet resistance are plotted. ing. For reference, data on the PEDOT film is also plotted.

図12に示すCNT/PEDOT、PEDOT/CNT/PEDOT、CNT/PEDOT/CNT/PEDOT、PEDOT/CNT/PEDOT/CNT/PEDOTの各透明導電膜に関する550nmにおける透過率(%)=T、シート抵抗(kΩ/sq)=Rsを、(T,Rs)によって表わすと、(98.5,9.1)、(97.8,5.0)、(97.0,3.2)、(96.2,2.3)である。 The transmittance (%) at 550 nm for each of the CNT / PEDOT, PEDOT / CNT / PEDOT, CNT / PEDOT / CNT / PEDOT, and PEDOT / CNT / PEDOT / CNT / PEDOT shown in FIG. When kΩ / sq) = R s is expressed by (T, R s ), (98.5, 9.1), (97.8, 5.0), (97.0, 3.2), ( 96.2, 2.3).

なお、先に形成されているPEDOT膜上にCNT膜(膜厚2nm〜10nm)を、HiPco単層CNTを使用してDip法によって形成し、先に形成されているCNT膜上にPEDOT膜(膜厚2nm〜10nm)を、スピンコート法によって形成した。Dip条件は、CNTを分散させる溶媒として1,2−ジクロロエタン溶液を用い、CNTの濃度は0.1g/Lとし、浸漬時間は60secとした。スピンコート条件は、先述のスピンコート用溶液における濃度比(IPA/PEDOT)=5、回転数を5000rpm、スピンコート時間を1分間とした。   Note that a CNT film (film thickness: 2 nm to 10 nm) is formed on the previously formed PEDOT film by the Dip method using HiPco single-layer CNT, and the PEDOT film ( A film thickness of 2 nm to 10 nm) was formed by spin coating. As for Dip conditions, a 1,2-dichloroethane solution was used as a solvent for dispersing CNT, the concentration of CNT was 0.1 g / L, and the immersion time was 60 sec. The spin coating conditions were the concentration ratio (IPA / PEDOT) = 5 in the above-described spin coating solution, the rotation speed was 5000 rpm, and the spin coating time was 1 minute.

図12(A)では、吸収のプロットがほぼ等間隔に並んでいること等から、CNT膜とPEDOT膜の吸光度は同程度になっていること分かる。CNT膜へのPEDOTの付着量はもっと減らしても、図12と略同様の結果となるものと考えられる。   In FIG. 12A, it can be seen that the absorbances of the CNT film and the PEDOT film are approximately the same because the absorption plots are arranged at almost equal intervals. Even if the amount of PEDOT adhering to the CNT film is further reduced, it is considered that the result is almost the same as in FIG.

図12に示す結果から、PET膜に密接して形成されたPEDOT膜を除いて、CNT膜上にPEDOT膜を形成する毎に、透過率が1%程度低下している。ここで、CNT膜、PEDOT膜それぞれの単層において、1%の光吸収を示す膜厚でのシート導電率を調べると、CNT膜について30μS/□(@1%の吸収)、PEDOT膜について5μS/□(@1%の吸収)程度となっていた。   From the results shown in FIG. 12, every time the PEDOT film is formed on the CNT film except for the PEDOT film formed in close contact with the PET film, the transmittance decreases by about 1%. Here, in the single layer of each of the CNT film and the PEDOT film, the sheet conductivity at a film thickness exhibiting 1% light absorption was examined. 30 μS / □ (@ 1% absorption) for the CNT film and 5 μS for the PEDOT film / □ (@ 1% absorption).

この結果から、CNTの方が、6倍近く導電率が高いことが分かる。また、図12に、CNT膜のみ、PEDOT膜のみのシート導電率を破線で示すが、CNT膜、PEDOT膜が積層された複合化膜の導電性は、破線で示されるCNT膜のみ、PEDOT膜のみのシート導電性よりも遥かに高いことが分かる。   From this result, it can be seen that the conductivity of CNT is nearly 6 times higher. Further, in FIG. 12, the sheet conductivity of only the CNT film and only the PEDOT film is indicated by a broken line, but the conductivity of the composite film in which the CNT film and the PEDOT film are laminated is only the CNT film indicated by the broken line, and the PEDOT film. It can be seen that it is much higher than the sheet conductivity of only.

図12に示すように、下層にPEDOT膜を有するPEDOT/CNT透明導電膜のシート導電率は、下層に形成されているPEDOT膜によって十分に向上しているものと想定され、PEDOT/CNT透明導電膜のCNT膜上にPEDOT膜を成膜したPEDOT/CNT/PEDOT透明導電膜のシート導電率は、PEDOT/CNT透明導電膜のシート導電率より僅かに上昇するだけと想定される。   As shown in FIG. 12, the sheet conductivity of the PEDOT / CNT transparent conductive film having the PEDOT film in the lower layer is assumed to be sufficiently improved by the PEDOT film formed in the lower layer, and the PEDOT / CNT transparent conductive film is assumed. It is assumed that the sheet conductivity of the PEDOT / CNT / PEDOT transparent conductive film in which the PEDOT film is formed on the CNT film is only slightly higher than the sheet conductivity of the PEDOT / CNT transparent conductive film.

しかし、実際には、PEDOT/CNT/PEDOT透明導電膜のシート導電率は、PEDOT/CNT透明導電膜のシート導電率は2倍までに向上しており、PEDOT/CNT透明導電膜のCNT膜上に成膜したPEDOT膜の、透明導電膜のシート導電率の向上に対する寄与は非常に顕著である。   However, in actuality, the sheet conductivity of the PEDOT / CNT / PEDOT transparent conductive film has been improved by up to twice the sheet conductivity of the PEDOT / CNT transparent conductive film. The contribution of the PEDOT film deposited on the sheet conductivity of the transparent conductive film is very significant.

図12中に、PEDOT/CNT透明導電膜のシート導電率を単純に2倍したグラフを破線によって示すが、実際に測定されたシート導電率の値は、破線で示される値よりも2倍程度大きくなっている。   In FIG. 12, a graph obtained by simply doubling the sheet conductivity of the PEDOT / CNT transparent conductive film is indicated by a broken line, but the actually measured value of the sheet conductivity is approximately twice the value indicated by the broken line. It is getting bigger.

以上のことから、CNT膜が数nm程度の膜厚であっても、CNT膜の片側(一方の面)だけに形成されたPEDOT膜によるシート導電率を十分に向上させるには不十分であり、CNT膜の両側(両方の面)からPEDOT膜で挟み込むことによって、更に、シート導電率が向上していることが明らかである。   From the above, even if the CNT film has a thickness of about several nanometers, it is insufficient to sufficiently improve the sheet conductivity by the PEDOT film formed only on one side (one surface) of the CNT film. It is clear that the sheet conductivity is further improved by sandwiching the CNT film from both sides (both surfaces) with the PEDOT film.

このように、CNT膜の両方の面からPEDOT膜で挟んだPEDOT/CNT/PEDOTサンドイッチ構造をもたせることによって、大きなシート導電率を有する透明導電膜を作成することができる。   Thus, a transparent conductive film having a large sheet conductivity can be produced by providing a PEDOT / CNT / PEDOT sandwich structure sandwiched by PEDOT films from both sides of the CNT film.

図12に示すように、PEDOT/CNT/PEDOT透明導電膜のPEDO膜上にCNT膜を成膜したCNT/PEDOT/CNT/PEDOT透明導電膜のシート導電率は更に向上し、この透明導電膜のCNT膜上にPEDOT膜を成膜したPEDOT/CNT/PEDOT/CNT/PEDOT透明導電膜のシート導電率は更に向上している。   As shown in FIG. 12, the sheet conductivity of the CNT / PEDOT / CNT / PEDOT transparent conductive film in which the CNT film is formed on the PEDOT / CNT / PEDOT transparent conductive film is further improved. The sheet conductivity of the PEDOT / CNT / PEDOT / CNT / PEDOT transparent conductive film in which a PEDOT film is formed on the CNT film is further improved.

PEDOT/CNT/PEDOT/CNT/PEDOT透明導電膜のシート抵抗は2.3kΩ/□、透過率(PET基板を除く。)は96.2%であり、優れた導電性と高透明性を有する透明導電膜を作成することができた。PEDOT/CNT/PEDOTサンドイッチ構造を繰り返し形成することによって、図12(B)に示すように、外挿によって推定すると、550nmにおける透過率が約95%であり、シート抵抗が約500Ω/□である透明導電膜が作成可能であると考えられる。   The sheet resistance of the PEDOT / CNT / PEDOT / CNT / PEDOT transparent conductive film is 2.3 kΩ / □, the transmittance (excluding the PET substrate) is 96.2%, and it has excellent conductivity and high transparency. A conductive film could be created. By repeatedly forming the PEDOT / CNT / PEDOT sandwich structure, as shown in FIG. 12B, when estimated by extrapolation, the transmittance at 550 nm is about 95%, and the sheet resistance is about 500Ω / □. It is thought that a transparent conductive film can be created.

従来、Dip法では10kΩ/□程度の導電膜しか得られなかったが、PEDOT/CNT/PEDOTサンドイッチ構造を繰り返し形成による、CNT膜の多層化によって、従来よりも導電性を向上することができた。   Conventionally, only the conductive film of about 10 kΩ / □ was obtained by the Dip method, but the conductivity could be improved as compared with the conventional case by multilayering the CNT film by repeatedly forming the PEDOT / CNT / PEDOT sandwich structure. .

以上、PET基板に密着してPEDOT膜が形成され、PEDOT/CNT/PEDOTサンドイッチ構造を有する透明導電膜について説明したが、次に、PET基板に密着してCNT膜が形成され、CNT/PEDOT/CNTサンドイッチ構造を有する透明導電膜について説明する。   As described above, the PEDOT film is formed in close contact with the PET substrate and the transparent conductive film having the PEDOT / CNT / PEDOT sandwich structure has been described. Next, the CNT film is formed in close contact with the PET substrate, and the CNT / PEDOT / A transparent conductive film having a CNT sandwich structure will be described.

図13は、本発明の実施例における、PET膜に、(a)PEDOT膜、CNT膜を、(b)CNT膜、PEDO膜を順次積層した透明導電膜の構造と吸光度及びシート導電率の関係を説明する図であり、横軸は吸光度、縦軸はシート電導率(S/sq)を示す。   FIG. 13 shows the relationship between the structure of a transparent conductive film in which (a) a PEDOT film and a CNT film are laminated on a PET film, and (b) a CNT film and a PEDO film in that order, the absorbance and the sheet conductivity. The horizontal axis indicates the absorbance, and the vertical axis indicates the sheet conductivity (S / sq).

図13に示す(a)は、図12(A)に示す実線のグラフであり、PEDOT/CNT/PEDOTサンドイッチ構造を含む透明導電膜の吸光度とシート導電率の関係を示し、図13に示す(b)は、CNT/PEDOT/CNTサンドイッチ構造を含む透明導電膜の吸光度とシート導電率の関係を示している。   (A) shown in FIG. 13 is a solid line graph shown in FIG. 12 (A), showing the relationship between the absorbance of the transparent conductive film including the PEDOT / CNT / PEDOT sandwich structure and the sheet conductivity, and is shown in FIG. b) shows the relationship between the absorbance of the transparent conductive film including the CNT / PEDOT / CNT sandwich structure and the sheet conductivity.

図12に示す透明導電膜と同様にして、PET基板上に、先ず、上述の親水処理を施したPET基板上にDip法によってCNT膜を形成した後、(1)先に形成されているCNT膜上にPEDOT膜を形成し、次に、更に、(2)先に形成されているPEDOT膜上にCNT膜を形成し、(3)(1)及び(2)を複数回繰り返すよってCNT/PEDOT/CNTサンドイッチ構造を有する透明導電膜を形成する。   In the same manner as the transparent conductive film shown in FIG. 12, a CNT film is first formed on the PET substrate by the Dip method on the PET substrate subjected to the above-described hydrophilic treatment, and (1) the CNT formed first. A PEDOT film is formed on the film, and then (2) a CNT film is formed on the previously formed PEDOT film, and (3) (1) and (2) are repeated a plurality of times. A transparent conductive film having a PEDOT / CNT sandwich structure is formed.

このようにして形成された、PEDOT/CNT、CNT/PEDOT/CNT、PEDOT/CNT/PEDOT/CNT、CNT/PEDOT/CNT/PEDOT/CNT等の透明導電膜について、透過率及びシート抵抗を測定した。   The transmittance and sheet resistance of the transparent conductive films formed as described above, such as PEDOT / CNT, CNT / PEDOT / CNT, PEDOT / CNT / PEDOT / CNT, and CNT / PEDOT / CNT / PEDOT / CNT, were measured. .

図13の(b)には、測定された透過率を吸光度に変換し、シート抵抗をシート導電率に変換してプロットしている。また、参考のためにCNT膜に関するデータもプロットしている。   In FIG. 13B, the measured transmittance is converted into absorbance, and the sheet resistance is converted into sheet conductivity and plotted. For reference, data on the CNT film is also plotted.

なお、先に形成されているCNT膜上にPEDOT膜(膜厚2nm〜10nm)を、スピンコート法によって形成し、先に形成されているPEDOT膜上にCNT膜(膜厚2nm〜10nm)を、HiPco単層CNTを使用してDip法によって形成した。   A PEDOT film (film thickness 2 nm to 10 nm) is formed on the previously formed CNT film by spin coating, and a CNT film (film thickness 2 nm to 10 nm) is formed on the previously formed PEDOT film. , And formed by the Dip method using HiPco monolayer CNTs.

Dip条件は、CNTを分散させる溶媒として1,2−ジクロロエタン溶液を用い、CNTの濃度は0.1g/Lとし、浸漬時間は60secとした。スピンコート条件は、先述のスピンコート用溶液における濃度比(IPA/PEDOT)=5、回転数を5000rpm、スピンコート時間を1分間とした。   As for Dip conditions, a 1,2-dichloroethane solution was used as a solvent for dispersing CNT, the concentration of CNT was 0.1 g / L, and the immersion time was 60 sec. The spin coating conditions were the concentration ratio (IPA / PEDOT) = 5 in the above-described spin coating solution, the rotation speed was 5000 rpm, and the spin coating time was 1 minute.

図12と図13の比較から明らかなように、PET基板に密接して形成されたCNT膜に対する、このCNT膜上にPEDOT膜を成膜したPEDOT/CNT透明導電膜のシート導電率(図13の(b)に示す。)の向上、及び、CNT/PEDOT/CNT透明導電膜に対するこの透明導電膜のCNT膜上にPEDOT膜を成膜したPEDOT/CNT/PEDOT/CNT透明導電膜のシート導電率(図13の(b)に示す。)の向上はそれぞれ、顕著であり、PEDOT/CNT透明導電膜に対する、この透明導電膜のCNT膜上にPEDOT膜を成膜したPEDOT/CNT/PEDOT透明導電膜のシート導電率(図13の(a)、図12に示す。)の向上と、同程度である。   As apparent from the comparison between FIG. 12 and FIG. 13, the sheet conductivity of the PEDOT / CNT transparent conductive film in which the PEDOT film is formed on the CNT film with respect to the CNT film formed in close contact with the PET substrate (FIG. 13). And the sheet conductivity of the PEDOT / CNT / PEDOT / CNT transparent conductive film in which the PEDOT film is formed on the CNT film of the transparent conductive film with respect to the CNT / PEDOT / CNT transparent conductive film. The improvement in the ratio (shown in FIG. 13B) is remarkable, and the PEDOT / CNT / PEDOT transparent film in which the PEDOT film is formed on the CNT film of the transparent conductive film with respect to the PEDOT / CNT transparent conductive film. This is comparable to the improvement in sheet conductivity of the conductive film (shown in FIG. 13A and FIG. 12).

以上のことから、最外層にPEDOT膜を有する透明導電膜のシート導電率は、最外層にCNT膜を有する透明導電膜のシート導電率の約2倍であり、CNT/PEDOT/CNTサンドイッチ構造を有する透明導電膜においても、PEDOT/CNT/PEDOTサンドイッチ構造を有する透明導電膜と同様に、最外層にPEDOT膜を設ける構成とするのが、大きなシート導電率を有する透明導電膜を作成する点で好ましい。   From the above, the sheet conductivity of the transparent conductive film having the PEDOT film as the outermost layer is about twice the sheet conductivity of the transparent conductive film having the CNT film as the outermost layer, and the CNT / PEDOT / CNT sandwich structure is obtained. As in the transparent conductive film having the PEDOT / CNT / PEDOT sandwich structure, the PEDOT film is provided as the outermost layer in the point of creating a transparent conductive film having a large sheet conductivity. preferable.

図13の(b)に示すように、最外層にPEDOT膜を有する透明導電膜の最外層のPEDOT膜上にCNT膜を成膜することによっても、シート導電率を約2倍向上させることができる。   As shown in FIG. 13B, by forming a CNT film on the outermost PEDOT film of the transparent conductive film having the PEDOT film as the outermost layer, the sheet conductivity can be improved about twice. it can.

図13における(a)と(b)との比較から、(1)CNT/PEDOT透明導電膜とPEDOT/CNT透明導電膜、(2)PEDOT/CNT/PEDOT透明導電膜とCNT/PEDOT/CNT透明導電膜、(3)CNT/PEDOT/CNT/PEDOT透明導電膜とPEDOT/CNT/PEDOT/CNT透明導電膜、(4)PEDOT/CNT/PEDOT/CNT/PEDOT透明導電膜とCNT/PEDOT/CNT/PEDOT/CNT透明導電膜はそれぞれ、同程度の透過率及びシート導電率を有しており、透明導電膜が透明電極として使用される光学装置に要求される導電性、透明性に応じて、CNT膜、PEDOT膜の基板に対する積層順を選択することによって、最も好適な光学的及び電気的特性をもった透明導電膜を作成することができる。   From comparison of (a) and (b) in FIG. 13, (1) CNT / PEDOT transparent conductive film and PEDOT / CNT transparent conductive film, (2) PEDOT / CNT / PEDOT transparent conductive film and CNT / PEDOT / CNT transparent Conductive film, (3) CNT / PEDOT / CNT / PEDOT transparent conductive film and PEDOT / CNT / PEDOT / CNT transparent conductive film, (4) PEDOT / CNT / PEDOT / CNT / PEDOT transparent conductive film and CNT / PEDOT / CNT / Each of the PEDOT / CNT transparent conductive films has the same transmittance and sheet conductivity, and depending on the conductivity and transparency required for the optical device in which the transparent conductive film is used as a transparent electrode, By selecting the stacking order of the film and the PEDOT film on the substrate, the transmission with the most suitable optical and electrical characteristics is achieved. It is possible to create a conductive film.

従来、Dip法では10kΩ/□程度の導電膜しか得られなかったが、CNT/PEDOT/CNTサンドイッチ構造を繰り返し形成による、CNT膜の多層化によっても、従来よりも導電性を向上することができた。   Conventionally, only the conductive film of about 10 kΩ / □ has been obtained by the Dip method, but the conductivity can be improved as compared with the conventional case by multilayering the CNT film by repeatedly forming the CNT / PEDOT / CNT sandwich structure. It was.

以上説明したように、本発明では、CNT透明導電膜の特性を向上させるために、CNTと導電性高分子PEDOTとの複合化を検討した結果、両者を単純に混合して複合化するのではなく、CNT膜の3次元ネットワーク構造を保ちつつ、CNT膜とPEDOT膜による層状構造を形成することによって両者を一体化して、CNT膜の3次元ネットワーク構造中に存在する導電パスを保持したままの複合化することによって、PEDOT膜の表面状態及び親水性等によって、CNT膜に接して形成されたPEDOT膜が導電性の向上のみならず、CNT膜の間における接着層として有効に作用しており、このPEDOT膜の接着層としての作用によって、CNT膜とPEDOT膜の積層によって多層膜を作成することができ、CNT膜上にPEDOT膜を形成することによって、シート導電率を約2倍向上させることができ、CNT膜の膜厚が数nmであっても、PEDOT膜によってCNT膜を上下から挟み込んだサンドイッチ構造、或いは、CNT膜によってPEDOT膜を上下から挟み込んだサンドイッチ構造を形成することによって、導電性をより向上させることができた。   As described above, in the present invention, in order to improve the characteristics of the CNT transparent conductive film, as a result of studying the composite of CNT and the conductive polymer PEDOT, it is not possible to simply mix and composite the two. In addition, while maintaining the three-dimensional network structure of the CNT film, by forming a layered structure of the CNT film and the PEDOT film, the two are integrated to maintain the conductive path existing in the three-dimensional network structure of the CNT film. By compounding, the PEDOT film formed in contact with the CNT film not only improves the conductivity, but effectively acts as an adhesive layer between the CNT films due to the surface state and hydrophilicity of the PEDOT film. Due to the action of the PEDOT film as an adhesive layer, a multilayer film can be formed by laminating the CNT film and the PEDOT film. By forming the EDOT film, the sheet conductivity can be improved by about 2 times. Even if the CNT film thickness is several nm, a sandwich structure in which the CNT film is sandwiched from above and below by the PEDOT film, or CNT By forming a sandwich structure in which the PEDOT film was sandwiched from above and below by the film, the conductivity could be further improved.

以上、本発明を実施の形態について説明したが、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、透明導電膜において、これを構成するCNT膜及びPEDOT膜の厚さ、積層されるCNT膜及びPEDOT膜の層数並びに積層順、更に、透明導電膜が形成される基板の材質等は、透明導電膜が使用される光学装置等が必要とする性能を満たすよう必要に応じて任意に適切に設定することができる。また、本発明による透明導電膜は、透明電極の他に、透明帯電防止膜としても利用することができる。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, Various deformation | transformation based on the technical idea of this invention is possible. For example, in the transparent conductive film, the thickness of the CNT film and the PEDOT film constituting this, the number of CNT films and the PEDOT film to be stacked, the stacking order, the material of the substrate on which the transparent conductive film is formed, etc. It can be set arbitrarily and appropriately as necessary so as to satisfy the performance required by an optical device using a transparent conductive film. In addition to the transparent electrode, the transparent conductive film according to the present invention can be used as a transparent antistatic film.

以上説明したように、本発明によれば、高い導電性と高い光透過率を有する透明導電膜及びこれを用いた光学装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a transparent conductive film having high conductivity and high light transmittance and an optical device using the same.

本発明の実施の形態における、PET膜に、(A)PEDOT膜、CNT膜、(B)CNT膜、PEDOT膜を順次積層した透明導電膜の構造を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the transparent conductive film which laminated | stacked (A) PEDOT film | membrane, CNT film | membrane, (B) CNT film | membrane, and PEDOT film | membrane in order in PET film in embodiment of this invention. 同上、透明導電膜を使用したタッチパネルを説明する図である。It is a figure explaining the touch panel which uses a transparent conductive film same as the above. 同上、CNT透明導電膜の問題点を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the problem of a CNT transparent conductive film same as the above. 本発明の実施例における、同上、PEDOT膜の成膜方法とシート抵抗、透過率、膜厚さの関係を説明する図である。In the Example of this invention, it is a figure explaining the relationship between the film-forming method of a PEDOT film | membrane, and sheet resistance, the transmittance | permeability, and film thickness. 同上、PEDOT膜及びCNT膜の透過率を説明する図である。It is a figure explaining the transmittance | permeability of a PEDOT film | membrane and a CNT film | membrane same as the above. 同上、PEDOT膜及びCNT膜のシート導電率と吸光度の関係の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of the relationship between the sheet electrical conductivity of a PEDOT film | membrane and a CNT film | membrane, and an absorbance same as the above. 同上、PEDOT膜のAFM像とその3次元表示を説明する図である。It is a figure explaining the AFM image and its three-dimensional display of a PEDOT film | membrane same as the above. 同上、CNT膜上へのPEDOT膜の形成による透過率、シート抵抗の変化を説明する図である。It is a figure explaining the change of the transmittance | permeability and sheet resistance by formation of a PEDOT film | membrane on a CNT film | membrane same as the above. 同上、CNT膜上へのPEDOT膜の形成による透過率、シート抵抗の変化を説明する図である。It is a figure explaining the change of the transmittance | permeability and sheet resistance by formation of a PEDOT film | membrane on a CNT film | membrane same as the above. 同上、CNT膜上へのPEDOT膜の形成後のSEM像を説明する図である。It is a figure explaining the SEM image after formation of the PEDOT film | membrane on a CNT film | membrane same as the above. 同上、PET膜、親水処理を施したPET膜、CNT膜、PEDOT膜を積層した積層膜の水に対する接触角を説明する図である。It is a figure explaining the contact angle with respect to the water of the laminated film which laminated | stacked PET film, the PET film which performed the hydrophilic treatment, CNT film | membrane, and PEDOT film | membrane same as the above. 同上、PET膜にPEDO膜、CNT膜を順次積層した透明導電膜の構造と特性の関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between the structure of a transparent conductive film which laminated | stacked the PEDO film and the CNT film | membrane in order on the PET film | membrane, and a characteristic same as the above. 同上、PET膜に、(a)PEDO膜、CNT膜、(b)CNT膜、PEDO膜を順次積層した透明導電膜の構造と吸光度及びシート導電率の関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between the structure of the transparent conductive film which laminated | stacked (a) PEDO film | membrane, CNT film | membrane, (b) CNT film | membrane, and PEDO film | membrane in order on the PET film | membrane, and an absorbance and sheet conductivity.

符号の説明Explanation of symbols

1a、1b…透明電導膜、2a…PET基板、2b…ガラス基板、3ドットスペーサ、
4…絶縁層、5…空間、10a、10b…CNT、20a…ポリマ、20b…導電性材料
1a, 1b ... transparent conductive film, 2a ... PET substrate, 2b ... glass substrate, 3 dot spacer,
4 ... Insulating layer, 5 ... Space, 10a, 10b ... CNT, 20a ... Polymer, 20b ... Conductive material

Claims (18)

基板に接触させて積層された導電性高分子層と、
この導電性高分子層に接触させて積層されたカーボンナノチューブ層と
を有する、透明導電膜。
A conductive polymer layer laminated in contact with the substrate;
A transparent conductive film having a carbon nanotube layer laminated in contact with the conductive polymer layer.
基板に積層されたカーボンナノチューブ層及び導電性高分子層を具備し、前記導電性高分子層が2つの前記カーボンナノチューブ層と接触させて積層されたサンドイッチ構造からなる層を有し、一方の前記カーボンナノチューブ層が前記基板に接触させて積層された、透明導電膜。     A carbon nanotube layer and a conductive polymer layer laminated on a substrate, wherein the conductive polymer layer has a layer having a sandwich structure laminated in contact with the two carbon nanotube layers; A transparent conductive film in which a carbon nanotube layer is laminated in contact with the substrate. 前記カーボンナノチューブ層が2つの前記導電性高分子層と接触させて積層されたサンドイッチ構造からなる層を有する、請求項1に記載の透明導電膜。   The transparent conductive film according to claim 1, wherein the carbon nanotube layer has a layer having a sandwich structure in which the carbon nanotube layer is laminated in contact with the two conductive polymer layers. 前記カーボンナノチューブ層が最も上層に積層された、請求項1に記載の透明導電膜。   The transparent conductive film according to claim 1, wherein the carbon nanotube layer is laminated on the uppermost layer. 前記導電性高分子層が最も上層に積層された、請求項2に記載の透明導電膜。   The transparent conductive film according to claim 2, wherein the conductive polymer layer is laminated on the uppermost layer. シート抵抗が1Ω/□以上、10,000Ω/□以下である、請求項1又は請求項2に記載の透明導電膜。   The transparent conductive film according to claim 1 or 2, wherein the sheet resistance is 1Ω / □ or more and 10,000Ω / □ or less. 可視光の光透過率が70%以上である、請求項1又は請求項2に記載の透明導電膜。   The transparent conductive film according to claim 1, wherein the visible light transmittance is 70% or more. 前記導電性高分子層及び前記カーボンナノチューブ層の厚さが、数nm以上、100nm以下である、請求項1又は請求項2に記載の透明導電膜。   The transparent conductive film according to claim 1 or 2, wherein a thickness of the conductive polymer layer and the carbon nanotube layer is several nm or more and 100 nm or less. 前記カーボンナノチューブ層が、溶媒中にカーボンナノチューブを分散させた溶液を塗布することよって形成された、請求項1又は請求項2に記載の透明導電膜。   The transparent conductive film according to claim 1 or 2, wherein the carbon nanotube layer is formed by applying a solution in which carbon nanotubes are dispersed in a solvent. 前記導電性高分子層が、導電性高分子を溶媒中に希釈させた溶液を塗布することよって形成された、請求項1又は請求項2に記載の透明導電膜。   The transparent conductive film according to claim 1 or 2, wherein the conductive polymer layer is formed by applying a solution obtained by diluting a conductive polymer in a solvent. 前記カーボンナノチューブ層において、1つのカーボンナノチューブ分子が複数個のカーボンナノチューブ分子と接触している、請求項1又は請求項2に記載の透明導電膜。   The transparent conductive film according to claim 1, wherein one carbon nanotube molecule is in contact with a plurality of carbon nanotube molecules in the carbon nanotube layer. 前記基板が透明なポリマ基板である、請求項1又は請求項2に記載の透明導電膜。   The transparent conductive film according to claim 1, wherein the substrate is a transparent polymer substrate. 請求項1又は請求項2に記載の透明導電膜が形成された第1の基板と、
間隙をおいて前記第1の基板に対向して設けられ電極を具備する第2の基板と
を有する、光学装置。
A first substrate on which the transparent conductive film according to claim 1 or 2 is formed;
An optical device having a second substrate provided with an electrode and facing the first substrate with a gap.
前記透明導電膜が請求項3から請求項11の何れか1項に記載の透明導電膜である、請求項13に記載の光学装置。   The optical device according to claim 13, wherein the transparent conductive film is the transparent conductive film according to any one of claims 3 to 11. タッチパネルとして構成された、請求項13に記載の光学装置。   The optical device according to claim 13 configured as a touch panel. 前記第1の基板と前記第2の基板との間に電圧を印加することによって発光する発光層が設けられエレクトロルミネッセンス装置として構成された、請求項13に記載の光学装置。   The optical device according to claim 13, wherein a light emitting layer that emits light by applying a voltage between the first substrate and the second substrate is provided and configured as an electroluminescence device. 前記第1の基板にエレクトロクロミック化合物が担持され、エレクトロクロミック装置として構成された、請求項13に記載の光学装置。   The optical device according to claim 13, wherein an electrochromic compound is supported on the first substrate and configured as an electrochromic device. 前記第1の基板と前記第2の基板との間に有機色素を吸着させた二酸化チタン層と電解質を挟み込んだ構造を有する太陽電池として構成された、請求項13に記載の光学装置。   The optical device according to claim 13, wherein the optical device is configured as a solar cell having a structure in which an electrolyte is sandwiched between a titanium dioxide layer having an organic dye adsorbed between the first substrate and the second substrate.
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