JP2011096975A - 透明導電性フィルムの製造方法及び透明導電性フィルム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】(1)透明樹脂基材2の片面上に、溶剤溶解性の印刷材料を印刷したパターンを、細線メッシュパターン用のネガ型の遮蔽マスク8として形成し、(2)遮蔽マスク8が透明樹脂基材2を覆っている状態で、透明樹脂基材2の上に、スパッタまたは真空蒸着により、金属薄膜9を形成し、(3)遮蔽マスク8を溶剤に溶解させて除去し、金属薄膜5からなる細線メッシュパターンを表出させ、(4)細線メッシュパターンの金属薄膜5が成す凸状部と、金属薄膜5が形成されていない凹状の開口部7の一部または全面に、透明性を有する導電樹脂層6を、前記凸状部が埋没するように被覆し、導電樹脂層6による被覆表面の表面高低差が50〜400nmとする。
【選択図】図3
Description
本発明の透明導電性フィルムは、例えば、薄膜太陽電池、EL照明、タッチパネル、調光フィルムなどの電子機器の電極部材、電磁波シールド用の電磁波遮蔽材として用いることができる。
このため、透明導電膜の抵抗を下げるために、透明導電膜の上に、ITO微粉末を混合した樹脂の保護膜を設けることが知られている(特許文献1)。
また、同様に、透明性と低抵抗化を図るため、金属系透明導電性薄膜の上に、導電性高分子を積層することが開示されている(特許文献2)。
また、これらの金属メッシュパターンの金属膜の厚みは、一般的に1μm〜15μm程度であり、例えば、EL照明、有機薄膜太陽電池、調光フィルムなどの素子は、蒸着やスパッタリングにより極めて薄く形成される為、これらの金属膜を電極とした場合には、この電極の金属膜厚みが急峻な段差となって素子が形成されづらく適していない。
ここで、卑金属又は卑金属からなる合金は、アルミニウム、ニッケル、亜鉛、鉄、錫、チタン、モリブデン、ステンレス及びパーマロイから選ばれる少なくとも1種であって、この透明導電性フィルムは、導電性に優れ、導電性能の均一性が高いとしている。
実施例1によると、PENフィルム基板に、パターニング用マスクを用いた真空蒸着により線幅が500μm、線間隔が2,500μm、厚みが0.1μmのメッシュ電極を形成した後、スピンコート法により導電性高分子を厚み100nmに塗布している。実施例2によると、真空蒸着により形成したAg薄膜をエッチングによりパターニングし、線幅が10μm、線間隔100μm、厚みが0.1μmのメッシュ電極を形成した後、スピンコート法により導電性高分子を厚み100nmに塗布している。いずれの実施例においても、細線パターン形成にフォトマスクを使用し、スピンコート法により、メッシュ電極の膜厚と同じ程度の厚みを有した導電性高分子層を形成していることから、生産性が低く経済的でない。また、パターニングマスクを用いて真空蒸着をする場合、パターニングマスクの厚みは通常5μm〜20μmの厚みがあり、マスクの断面形状が矩形であることから、パターニングマスク上には均一に金属薄膜が形成されるが、細線パターンの形成においてはパターニングマスク開口部を均一に金属膜で被覆することは、通常の真空蒸着機やスパッタリング装置では難しく、特殊な装置を必要とするか、実施例1のように線幅を太くする必要があって透明性が損なわれたり、透明性を確保する為に線間隔を広げなければならない為、効率が悪くなるという問題がある。また、エッチングの場合、エッチャントによりフィルム表面が侵され、不透明になる場合があり、その場合所定の透明性を得るには別途透明化処理が必要になるという問題点がある。また、導電性高分子層表面の平滑性についてはなんら記載が無い。
実施例1によると、網目状の金属層の上に、導電性高分子をスクリーン印刷して乾燥させることにより、透明導電性高分子層が形成され、網目状の金属の凹部が埋められるとしている。しかし、同文献の段落0039や段落0097に記載されたように網目状のスクリーン版を用いて金属ペーストのメッシュパターンを形成する場合、スクリーン版の孔内に供給される金属ペーストの塗布厚(乾燥前)はスクリーン版の厚みと同程度となるので、薄い金属メッシュを形成することは容易でない。金属ペーストを低濃度にすればスクリーン版への供給量(体積)を増大させることは可能だが、印刷形成した金属層の形状が溶媒乾燥時に変化して、スクリーン版のメッシュパターンを再現できなくなる問題がある。
また、実施例2によると、自己形成的に成長する形状の不規則な網目状の金属層であることから、開口部の最大間隔がいくらになるのかが成り行きであって制御できず、表面抵抗率の数値も一定範囲に制御できないという問題がある。また、銀ナノ粒子は非常に高価で経済的でない。また、平滑性については、同文献の段落0049に、金属のない部分が透明導電性高分子によって埋められるので透明導電性高分子層の表面は平滑である旨の記載があるものの、段落0015では、金属層の形成に印刷技術を用いることで真空蒸着やスパッタなど真空中での製造が不要であると述べており、ドライプロセスによる形成についてはなんら考慮されていない。
(1)透明樹脂基材の片面上に、溶剤溶解性の印刷材料を印刷したパターンを、前記細線メッシュパターン用のネガ型の遮蔽マスクとして形成する工程、
(2)前記遮蔽マスクが前記透明樹脂基材を覆っている状態で、前記透明樹脂基材の上に、スパッタまたは真空蒸着により、金属薄膜を形成する工程、
(3)前記遮蔽マスクを溶剤に溶解させて除去し、前記金属薄膜からなる細線メッシュパターンを表出させる工程、
(4)前記細線メッシュパターンの金属薄膜が成す凸状部と、前記金属薄膜が形成されていない凹状の開口部の一部または全面に、透明性を有する導電樹脂層を、前記凸状部が埋没するように被覆し、前記導電樹脂層による被覆表面の表面高低差が50〜400nmとなるように導電樹脂層を形成する工程、
を含むことを特徴とする透明導電性フィルムの製造方法を提供する。
前記導電樹脂層を形成する工程において、前記導電樹脂層は、別途用意した基材上に透明性を有する導電樹脂を均一面となるように塗布してなる透明導電膜を圧着して転写することにより、形成することが好ましい。
また、前記細線メッシュパターンは、線幅が5μm〜30μm、厚みが0.08μm〜0.5μmであることが好ましい。
また、前記金属薄膜は、銅、アルミニウム、銀、亜鉛、錫、クロム、ニッケルからなる金属群の中から選択された一種以上の金属からなることが好ましい。
また、前記金属薄膜は、銅、アルミニウム、銀、亜鉛、錫、クロム、ニッケルからなる金属群の中から選択された一種以上の金属からなることが好ましい。
また、前記金属薄膜の表面には黒化処理が施されていることが好ましい。
遮蔽マスクを用いてリフトオフ法で細線メッシュパターンを形成する際、遮蔽マスクの形成に印刷法を用いることにより、遮蔽マスクの端部の断面形状が基材表面に向けて徐々に低くなり、開口部で露出された基材表面と遮蔽マスク上の表面が滑らかに連続するので、金属薄膜は開口部内の透明基材への密着性が向上し、遮蔽マスクの開口部のパターンに基いて細線メッシュパターンを再現性良く形成することができる。これにより、スパッタまたは真空蒸着で厚みの薄い細線メッシュパターンの金属薄膜を容易に形成することができる。そして、厚みの薄い細線メッシュパターンの金属薄膜の上を透明な導電樹脂で被覆することにより、透明性に優れ、且つ、低い表面抵抗率を有すると共に、表面平滑性を有している導電性フィルムを安価に製造することが可能になる。
図1は、本発明に係わる透明導電性フィルムの概略構成の一例を示す平面図であり、図2は図1のA−A矢視による拡大断面図である。
透明基材4は、少なくとも、フィルム状の樹脂からなる透明樹脂基材2を含む。必要に応じて、透明樹脂基材2の他方の面(裏面)には、粘着剤層及びこれを保護する剥離フィルム(いずれも図示略)を設けることができる。粘着剤層を設けた本発明の透明導電性フィルムは、剥離フィルムを剥がしてガラスなどの表面に容易に貼り付けることができる。また、必要に応じて透明樹脂基材2の他方の面には反射層や遮光層を設けても良い。
金属薄膜5からなる細線メッシュパターンは、その好ましい態様においては、線間隔sが100μm〜10mm、線幅wが5〜30μmであり、一定の間隔で配置された格子状パターンに形成されていて開口部7を有していて、開口率が70%以上100%未満となるような隙間があることから透視性(目視されないこと)を備えている。
本発明に使用される透明樹脂基材2は、可視領域で透明性を有し、一般に全光線透過率が90%以上のものが好ましい。中でも、フレキシブル性を有する樹脂フィルムは、取扱い性に優れることから透明樹脂基材2として好ましい。透明樹脂基材2に使用される樹脂フィルムの具体例としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)やポリエチレンナフタレート(PEN)等のポリエステル樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ジアセテート樹脂、トリアセテート樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリスルフォン樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリオレフィン樹脂、環状ポリオレフィン樹脂等からなる厚さ50〜300μmの単層フィルム又は前記樹脂からなる複数層の複合フィルムが挙げられる。
なお、本発明における透明樹脂基材は、上記に例示されるように透明樹脂を主体とする基材であれば良く、樹脂以外の成分を(例えばフィラーその他の添加剤、表面層、裏面層、中間層などとして)含んでいても良い。
本発明で使用される細線メッシュパターン状の金属薄膜は、溶剤溶解性の印刷材料を印刷したパターンを遮蔽マスクとして用いて、金属のスパッタまたは真空蒸着を行った後に遮蔽マスクを溶剤に溶解させて除去して行なう、剥離(リフトオフ)法により形成した金属薄膜を用いる。
なお、図3では、リフトオフ前の金属薄膜には符号9、リフトオフ後の金属薄膜には符号5を付しており、以下の説明でも、これらの符号によってリフトオフの前後を区別する場合がある。
この工程で用いられる溶剤は、上記溶剤溶解性の印刷材料を溶解させることが可能であれば、特に限定されない。該印刷材料が2種類以上の溶剤に溶解可能であれば、そのうち任意の1種類の溶剤でも、あるいは2種類以上の混合溶剤でも良い。遮蔽マスク8が該溶剤に溶解されて除去されるとき、完全に溶解する前に透明基材4から剥離していても構わない。
また、遮蔽マスク8は一般的な真空蒸着機でも、開口部8aに容易に均一な金属薄膜9が得られるよう、最大高さhが5μm以下であり、且つその断面形状が開口部8aへ向けて低くなる蒲鉾状あるいは円弧状をなし、遮蔽マスク8の最大高さhと細線メッシュパターンの線幅wとの比が1:2以上(つまり、w/hの値が2以上)であり、遮蔽マスク8の最大高さhと細線メッシュパターンの線間隔sの比が1:30以上(つまり、s/hの値が30以上)であることが好ましい。つまり、遮蔽マスク8は、遮蔽マスク8の最大高さhと遮蔽マスク8の開口巾wとの比が1:2以上であり、遮蔽マスク8の最大高さhと遮蔽マスク8の最大巾sの比が1:30以上であることが好ましい。
遮蔽マスク8の最大高さhが5μmより大きいと、遮蔽する目的の為には不要であるので樹脂が無駄になり経済的でなく、上記最大高さhと線幅wとの比が1:2未満であり、上記最大高さhと線間隔sとの比が1:30未満であると、遮蔽マスク8の端部と開口部8aのなす角度が急になりすぎ、遮蔽マスク8の上から開口部8aへの金属薄膜9の均一な形成が難しくなる。
ここで、遮蔽マスク8の最大高さhは、図3(b)に示すように、透明基材4の表面から遮蔽マスク8の高さ(厚み)が最も大きい位置での高さ(厚み)を言い、透明基材4が透明樹脂基材2単層である場合は透明樹脂基材2の表面から、透明樹脂基材2の表面にプライマー層3等を有する場合は該プライマー層3等の表面から測定される。
透明樹脂基材2との密着性が高く、且つ、スパッタまたは真空蒸着される金属との密着性が高ければ表面処理の方法に制限は無いが、前記条件を満たす樹脂をコーティングしてプライマー層3とすることが生産性、経済性を鑑みて好ましい。
前述したように、本発明の細線メッシュパターンの線幅wを細くして5μm未満にすると、全光線透過率(目視されないこと)は上昇するが、透明導電性フィルムの表面抵抗率は低下し、逆に線幅wを大きくして30μmを超えると、全光線透過率は低下するが表面抵抗率は高くなる。また、線幅wを5μm未満の微細線にすると、金属薄膜からなる細線メッシュパターンとなる部分以外を印刷でマスクするための印刷版の製造コストが著しく上昇するので好ましくない。
また、金属薄膜の厚みtが0.5μmを超えると、導電性フィルムの表面抵抗率は向上するが、細線メッシュパターンの金属薄膜の凸状の高さが大きくなり好ましくない。この場合でも、後述する導電樹脂層6の塗布厚みを厚くすれば表面を平滑化することが可能であるが、透視性が損なわれる上に、比較的に高価な導電性高分子を多く必要とすることから製造コストが上昇するので好ましくない。金属薄膜の厚みtを0.08μm未満にすると、金属薄膜の凸状の高さがが小さくなるが導電性フィルム1の表面抵抗率が低下するので好ましくない。
本発明で使用される導電樹脂層6は、細線メッシュパターンの凹状の開口部7に導電性を付与し、且つ金属薄膜5の端部に起因するフィルム表面の凹凸を緩和する為に塗布される。
導電樹脂層6は、導電性高分子あるいはカーボンチューブ、カーボン粒子を分散させた樹脂などにより構成される導電樹脂を塗布することによって形成することができる。塗布の方法は所定の膜厚が均一に得られれば特に制限は無いが、ダイコート法、スピンコート法、ディップコート法、ロールコート法、バーコート法、グラビアコート法、スクリーン印刷法、オフセット印刷法、インクジェット印刷法の中から適宜選択でき、中でもロール・ツー・ロールで連続的に且つ高速で加工可能なダイコート法、ロールコート法、バーコート法、グラビアコート法、オフセット印刷法から選択することが好ましい。
まず、予めコロナ処理、易接着処理等が施された100μmのPETフィルム(透明樹脂基材2)に対して、プライマー層3をバー工法にて塗工し、透明基材を得た。
次に、プライマー層の上に水溶性の遮蔽マスク樹脂をグラビア印刷にて塗工し乾燥させ、細線メッシュパターン用のネガ型の遮蔽マスクを形成した。この際、グラビア版として、形成される金属薄膜のアルミニウム層の線がグラビア版の軸線に対して45度傾斜するとともに、アルミニウム層の線間隔が200μmであり、且つ線幅が25μmの細線メッシュパターンとなるものを使用した。
次いで、水により遮蔽マスクを溶解し、遮蔽マスク及び遮蔽マスク上のアルミニウム層を剥離した。これにより前述したように線間隔が200μm、線幅が25μmであるアルミニウム層の細線メッシュパターンを透明基材上に形成した。
その後、バー工法により日本アグファマテリアルズ株式会社のS−300を乾燥後の厚みが0.25μmとなるように塗布し導電性フィルム1を得た。
直流抵抗:導電性フィルム1を10cm巾、12cm長に切り、10cmの巾の金属端子を10cmの距離をおいて導電性フィルム1の導電樹脂層上に置き、端子間の抵抗を測定した。
表面抵抗率:ナプソン株式会社製非接触式表面抵抗測定器で測定した。
表面形状:サンプルを2cm角に切り、東京精密製表面粗さ計(サーフコム 1900DX)で、細線メッシュパターンに対して垂直方向に表面高低差を測定した。測定距離は1.25mm、カットオフ波長は0.25mm、カットオフ比は100とした。表面高低差は、JIS B0601の「最大高さ」(山高さの最大値と谷深さの最大値との和。記号は2001年規格ではRz、1994年規格ではRy)により表示した。
線間隔が200μm、線幅が25μmであるアルミニウム層の細線メッシュパターンを透明基材上に形成するところまでは実施例1と同様に行った。
次に日本アグファマテリアルズ株式会社のS−300の1重量部に対し、ポリビニルアルコール10%水溶液を0.1重量部添加してよく撹拌し、導電性高分子溶液を得た。これを乾燥後の厚みが0.5μmとなるように塗布し透明導電性フィルム1を得た。
線間隔が200μm、線幅が25μmであるアルミニウム層の細線メッシュパターンを透明基材上に形成するところまでは実施例1と同様に行った。
次に日本アグファマテリアルズ株式会社のS−300の1重量部に対し、ポリビニルアルコール10%水溶液を0.1重量部添加してよく撹拌し、導電性高分子溶液を得た。これを非シリコーン系剥離フィルムにバー工法で乾燥後の厚みが0.5μmになるように塗布した。剥離フィルム上に形成された透明導電膜と前記工程で得た透明基材上のアルミニウム層の細線メッシュパターンとを対向させて重ね合わせ、ラミネーターで熱圧着したのち、剥離フィルムを剥がして透明導電性フィルム1を得た。このときラミネーターのニップロールの温度は120℃、ライン速度は0.5m/分であった。また、得られた導電性フィルムで分散型無機EL発光素子を作成し、発光状態を観察した。また、コニカミノルタ センシング株式会社製分光放射輝度計CS−1000Aで発光輝度を測定した。
線間隔が200μm、線幅が25μmであるアルミニウム層の細線メッシュパターンを透明基材上に形成するところまでは実施例1と同じであるが、導電性高分子を塗布しなかったものを作成した。実施例3と同様に、得られた導電性フィルムで分散型無機EL素子を作成し、細線メッシュパターンの開口部の発光状態を観察した。また、実施例3と同様に発光輝度を測定した。
また、実施例3及び比較例1について作成した分散型無機EL発光素子の発光状況を図8、9に概念的に示す。図8、図9において、符号1は図3(e)に示す本発明の導電性フィルム、符号10は図3(d)に示す導電性高分子を塗布しなかった導電性フィルム、符号11はEL素子層、符号12は対向電極層、符号13は発光する部分、符号14は細線メッシュパターンの金属薄膜5の影の部分、符号15は発光していない部分を示す。なお、図8、図9は本発明を概念的に説明するために示したものであって、本発明に関わる導電樹脂層の有無による分散型無機EL素子の発光状態の相違を表わした模式図である。一般的な無機EL素子には、分散型と薄膜型との2種類があるが、両者の主な違いは、分散型無機EL素子の構造が対向電極層12(背面電極)と透明電極の間に厚みが数十μmの蛍光体層と、その蛍光体層の対向電極層側に1層の誘電体層からなるEL素子層11を有しているのに対し、薄膜型無機EL素子の構造が対向電極層(背面電極)と透明電極の間に厚みが0.5μm程度の蛍光体層と、その蛍光体層の両側に1層の誘電体層からなるEL素子層を有している点に於いて異なる。
また、EL素子層が一般的な有機EL素子層の場合の具体的構成としては、例えば発光層、正孔注入層、電子注入層、正孔輸送層、電子輸送層など種々の層(図示せず)の積層体が挙げられる。
また、図9に示すように、透明導電性フィルム10の導電体が細線メッシュパターン状の金属薄膜5だけでは細線メッシュパターンの金属薄膜5の極近傍しか発光していないが、図8に示すように、細線メッシュパターンの開口部を導電性高分子で被覆することにより中央部を含む開口部全体が発光するように改良され、発光輝度も表2に示すように2.8倍となった。
以上より、本発明の透明導電性フィルムは、優れた透明性と導電性を有するとともに、従来は考慮されていなかった開口部の中央部においても導電性を有し、且つ、高い平滑性を有する。
Claims (10)
- 透明樹脂基材の片面上に、金属薄膜の細線メッシュパターンが形成された透明導電性フィルムの製造方法であって、次の(1)〜(4)の工程、
(1)透明樹脂基材の片面上に、溶剤溶解性の印刷材料を印刷したパターンを、前記細線メッシュパターン用のネガ型の遮蔽マスクとして形成する工程、
(2)前記遮蔽マスクが前記透明樹脂基材を覆っている状態で、前記透明樹脂基材の上に、スパッタまたは真空蒸着により、金属薄膜を形成する工程、
(3)前記遮蔽マスクを溶剤に溶解させて除去し、前記金属薄膜からなる細線メッシュパターンを表出させる工程、
(4)前記細線メッシュパターンの金属薄膜が成す凸状部と、前記金属薄膜が形成されていない凹状の開口部の一部または全面に、透明性を有する導電樹脂層を、前記凸状部が埋没するように被覆し、前記導電樹脂層による被覆表面の表面高低差が50〜400nmとなるように導電樹脂層を形成する工程、
を含むことを特徴とする透明導電性フィルムの製造方法。 - 前記導電樹脂層を形成する工程において、前記導電樹脂層は、透明性を有する導電樹脂の塗布により、形成することを特徴とする請求項1に記載の透明導電性フィルムの製造方法。
- 前記導電樹脂層を形成する工程において、前記導電樹脂層は、別途用意した基材上に透明性を有する導電樹脂を均一面となるように塗布してなる透明導電膜を圧着して転写することにより、形成することを特徴とする請求項1に記載の透明導電性フィルムの製造方法。
- 前記透明樹脂基材面からの前記遮蔽マスクの最大高さが5μm以下であり、且つ断面形状が開口部に向けて低くなる蒲鉾状あるいは円弧状をなし、前記遮蔽マスクの最大高さと前記細線メッシュパターンの線幅との比が1:2以上であり、前記遮蔽マスクの最大高さと前記細線メッシュパターンの線間隔の比が1:30以上であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の透明導電性フィルムの製造方法。
- 前記細線メッシュパターンは、線幅が5μm〜30μm、厚みが0.08μm〜0.5μmであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の透明導電性フィルムの製造方法。
- 前記金属薄膜は、銅、アルミニウム、銀、亜鉛、錫、クロム、ニッケルからなる金属群の中から選択された一種以上の金属からなることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の透明導電性フィルムの製造方法。
- 透明樹脂基材の片面上に、金属薄膜からなる細線メッシュパターンが形成されてなり、前記細線メッシュパターンは、線間隔が100μm〜10mm、線幅が5μm〜30μm、厚みが0.08μm〜0.5μmであり、前記細線メッシュパターンの成す開口率は70%以上100%未満であり、前記細線メッシュパターンの金属薄膜が成す凸状部と、前記金属薄膜が形成されていない凹状の開口部の一部または全面が、透明性を有する導電樹脂層により被覆されており、前記導電樹脂層の表面高低差が50〜400nmであることを特徴とする透明導電性フィルム。
- 前記金属薄膜は、前記透明樹脂基材の片面上に形成された、溶剤溶解性の印刷材料を印刷したパターンを、前記細線メッシュパターン用のネガ型の遮蔽マスクとして用いて、スパッタまたは真空蒸着により形成されてなることを特徴とする請求項7に記載の透明導電性フィルム。
- 前記金属薄膜は、銅、アルミニウム、銀、亜鉛、錫、クロム、ニッケルからなる金属群の中から選択された一種以上の金属からなることを特徴とする請求項7または8に記載の透明導電性フィルム。
- 前記金属薄膜の表面には黒化処理が施されていることを特徴とする請求項7〜9のいずれかに記載の透明導電性フィルム。
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