JP2011222353A - Transparent conducting thin film, and transparent conducting film having the same - Google Patents

Transparent conducting thin film, and transparent conducting film having the same Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a transparent conducting thin film and a transparent conducting film which have an excellent electrical conductivity and are capable of keeping their film properties for a long time, namely have an excellent durability.SOLUTION: A transparent conducting thin film includes: a conducting polymer consisting of a conjugated system conducting polymer and a poly-anion and a salt having anion with five or more carbon atoms. Particularly, it is preferable that the content of the anion with five or more carbon atoms is 0.1-80 wt.% on the basis of the mass of the conducting polymer. Further, it is preferable that the anion contains fluorine and/or phosphorus.

Description

本発明は、透明導電性薄膜並びにこれを有する透明導電性フィルムに関する。   The present invention relates to a transparent conductive thin film and a transparent conductive film having the same.

従来、液晶ディスプレイ、透明タッチパネル等の透明電極や電磁波シールド材として透明導電性フィルムが好適に用いられている。かかる透明導電性フィルムとしては、ポリエチレンテレフタレート(PET)、トリアセチルセルロース(TAC)等の透明基材フィルムの少なくとも片面に、酸化インジウム(In)、酸化錫(SnO)、InとSnOの混合焼結体(ITO)等を、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等のドライプロセスによって設けたものがよく知られている。 Conventionally, a transparent conductive film is suitably used as a transparent electrode such as a liquid crystal display or a transparent touch panel or an electromagnetic shielding material. As such a transparent conductive film, at least one surface of a transparent substrate film such as polyethylene terephthalate (PET) or triacetyl cellulose (TAC) is provided with indium oxide (In 2 O 3 ), tin oxide (SnO 2 ), In 2 O. It is well known that a mixed sintered body (ITO) of 3 and SnO 2 is provided by a dry process such as vacuum deposition, sputtering, or ion plating.

しかし、通常透明導電性フィルムは、ウェブ状での連続加工や打ち抜き加工があり、また、表面加工中も曲げられた状態で用いられたり、保管されたりするため、上記ドライプロセスにより得られる透明導電性フィルムは、該加工工程や保管している間にクラックが発生して表面抵抗が増大することがあった。   However, the transparent conductive film usually has continuous processing and punching processing in a web shape, and is used and stored in a bent state during surface processing. Therefore, the transparent conductive film obtained by the dry process is used. In the case of the conductive film, cracks may occur during the processing step or storage, and the surface resistance may increase.

一方、透明基材フィルムの上に導電性高分子を塗布すること(ウェットプロセス)によって形成される透明導電塗膜層は、膜自体に柔軟性があり、クラックなどの問題は生じがたい。また、導電性高分子を塗布することによって透明導電性フィルムを得る方法は、ドライプロセスとは異なって製造コストが比較的安く、またコーティングスピードも一般的に速いので生産性に優れるという利点もある。このような導電性高分子の塗布によって得られる透明導電性フィルムにおいては、これまで一般的に用いられてきたポリチオフェン、ポリアニリン、ポリピロール等は、開発の初期段階では高い導電性が得られなかったため、帯電防止用途などに使用が限定されていたり、導電塗膜層自体の色相が問題となったりしていた。しかし、最近では製法の改良などによりこれらの問題も改善されてきている。例えば、3,4−ジアルコキシチオフェンをポリアニオン存在下で酸化重合することによって得られるポリ(3,4−ジアルコキシチオフェン)とポリアニオンとからなる導電性高分子(特許文献1)は、近年の製法の改良(特許文献2〜5)などにより、高い光線透過率を保ったまま非常に低い表面抵抗を発現している。   On the other hand, a transparent conductive coating film layer formed by applying a conductive polymer on a transparent base film (wet process) has flexibility in the film itself, and problems such as cracks hardly occur. In addition, the method of obtaining a transparent conductive film by applying a conductive polymer has the advantage that the manufacturing cost is relatively low unlike the dry process, and the coating speed is generally high, so that the productivity is excellent. . In the transparent conductive film obtained by application of such a conductive polymer, polythiophene, polyaniline, polypyrrole, etc. that have been generally used so far have not been able to obtain high conductivity at the initial stage of development. Use has been limited to antistatic applications or the like, and the hue of the conductive coating layer itself has been a problem. However, these problems have recently been improved by improving the production method. For example, a conductive polymer (Patent Document 1) comprising a poly (3,4-dialkoxythiophene) obtained by oxidative polymerization of 3,4-dialkoxythiophene in the presence of a polyanion and a polyanion is a recent production method. (Patent Documents 2 to 5) and the like exhibit a very low surface resistance while maintaining a high light transmittance.

また、上記のような共役系導電性高分子の薄膜中に、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムブロマイド、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムクロライド、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート、1−ベンジル−3−メチルイミダゾリウムクロライド、1−ブチル−1−メチルピロリジウムクロライドや、トリフルオロメタンスルホニル基を有する電解質を含有させることで、導電性を向上する検討がなされている。(特許文献6〜8、非特許文献1)   Further, in the above conjugated conductive polymer thin film, 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, 1-butyl-3-methylimidazolium bromide, 1-ethyl-3-methylimidazolium By containing an electrolyte having chloride, 1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, 1-benzyl-3-methylimidazolium chloride, 1-butyl-1-methylpyrrolidinium chloride or trifluoromethanesulfonyl group Studies have been made to improve conductivity. (Patent Documents 6 to 8, Non-Patent Document 1)

特開平1−313521号公報Japanese Patent Laid-Open No. 1-313521 特開2002−193972号公報JP 2002-193972 A 特開2003−286336号公報JP 2003-286336 A 特開平10−88030号公報JP-A-10-88030 特開2004−58648号公報JP 2004-58648 A 特開2007−96016号公報JP 2007-96016 A 特開2009−205970号公報JP 2009-205970 A WO2006/14701号パンフレットWO2006 / 14701 pamphlet

Chem. Mater., 2007, 19, 2147-2149Chem. Mater., 2007, 19, 2147-2149

一方で、透明導電性フィルムが電子材料として使用されるにあたり、透明導電層が長期に渡ってその膜特性を維持できることが重要であるが、添加する塩が極性剤であると、それによって透明導電層が変質、吸湿等を起こし長期の安定性が低下するという懸念がある。   On the other hand, when a transparent conductive film is used as an electronic material, it is important that the transparent conductive layer can maintain its film characteristics over a long period of time. There is concern that the layer will be altered, absorb moisture, etc., and long-term stability will be reduced.

そこで本発明は、導電性に優れ、尚且つ長期に渡って膜特性を維持することができる、すなわち耐久性に優れる透明導電性薄膜およびこれを有する透明導電性フィルムを提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a transparent conductive thin film excellent in conductivity and capable of maintaining film characteristics over a long period of time, that is, excellent in durability and a transparent conductive film having the same. .

本発明者らは、鋭意検討の結果、導電性高分子を用いた透明導電性薄膜中に、特定のアニオンを有する塩を含有させることにより、上記課題が解決されることを見出し本発明に到達した。   As a result of intensive studies, the present inventors have found that the above problems can be solved by including a salt having a specific anion in a transparent conductive thin film using a conductive polymer. did.

すなわち本発明は、共役系導電性高分子およびポリアニオンからなる導電性高分子と、炭素数5以上のアニオンを有する塩とを含有する透明導電性薄膜である。
また本発明は、炭素数5以上のアニオンの含有量が、導電性高分子の質量を基準として0.1〜80質量%であること、アニオンがフッ素元素もしくはリン元素、またはその両方を含有することのうち、少なくともいずれか1つの態様を具備することによって、さらに優れた透明導電性薄膜を得ることができる。
さらに本発明は、基材フィルムの少なくとも一方の面に、上記いずれかの透明導電性薄膜を有する透明導電性フィルムを包含する。
That is, the present invention is a transparent conductive thin film containing a conductive polymer comprising a conjugated conductive polymer and a polyanion and a salt having an anion having 5 or more carbon atoms.
In the present invention, the content of an anion having 5 or more carbon atoms is 0.1 to 80% by mass based on the mass of the conductive polymer, and the anion contains a fluorine element, a phosphorus element, or both. Of these, by providing at least one of the aspects, a further excellent transparent conductive thin film can be obtained.
Furthermore, this invention includes the transparent conductive film which has one of the said transparent conductive thin films in the at least one surface of a base film.

本発明によれば、導電性に優れ、尚且つ耐久性に優れる透明導電性薄膜を提供することができる。またこれを用いた透明導電性フィルムを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a transparent conductive thin film having excellent conductivity and excellent durability. Moreover, the transparent conductive film using this can be provided.

[導電性高分子]
本発明における導電性高分子は、共役系導電性高分子とポリアニオンとからなる。
(共役系導電性高分子)
本発明における共役系導電性高分子は、ポリアニリン、ポリチオフェン誘導体、ポリピロールまたはこれらの共重合体のうち少なくとも1種類以上をその構造に含むものである。この共役系導電性高分子のいずれかを含んでいれば良く、共重合体、ブレンド、ハイブリッドのような形態でも構わない。
[Conductive polymer]
The conductive polymer in the present invention includes a conjugated conductive polymer and a polyanion.
(Conjugated conductive polymer)
The conjugated conductive polymer in the present invention contains at least one or more of polyaniline, polythiophene derivative, polypyrrole or a copolymer thereof in its structure. Any one of these conjugated conductive polymers may be included, and a form such as a copolymer, a blend, or a hybrid may be used.

これらのうち、本発明における共役系導電性高分子としては、下記一般式

Figure 2011222353
で表される繰返し単位からなるからなるポリカチオン状のポリチオフェン(以下、“ポリ(3,4−ジ置換チオフェン)”)が好ましい。上記式中、RおよびRは、相互に独立して水素原子または炭素数が1〜4のアルキル基を表すか、あるいは一緒になって任意に置換されていてもよい炭素数が1〜12のアルキレン基を表す。RおよびRが一緒になって形成される、置換基を有していてもよい炭素数が1〜12のアルキレン基の代表例としては、1,2−アルキレン基(例えば、1,2−シクロヘキシレン、2,3−ブチレンなど)があげられる。この1,2−アルキレン基は、α−オレフィン類(例えば、エテン、プロペン、ヘキセン、オクテン、デセン、ドデセンおよびスチレン)を臭素化して得られる1,2−ジブロモアルカン類から誘導される。RおよびRが一緒になって形成される炭素数が1〜12のアルキレン基の好適な置換基は、メチル基、エチル基およびプロピル基が好ましく、エチル基が特に好適である。 Among these, as the conjugated conductive polymer in the present invention, the following general formula
Figure 2011222353
A polycationic polythiophene (hereinafter referred to as “poly (3,4-disubstituted thiophene)”) consisting of repeating units represented by In the above formula, R 1 and R 2 each independently represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, or have 1 to 1 carbon atoms which may be optionally substituted together. 12 alkylene groups are represented. As a typical example of the alkylene group having 1 to 12 carbon atoms which may be substituted, which is formed by combining R 1 and R 2 , a 1,2-alkylene group (for example, 1, 2 -Cyclohexylene, 2,3-butylene, etc.). This 1,2-alkylene group is derived from 1,2-dibromoalkanes obtained by brominating α-olefins (for example, ethene, propene, hexene, octene, decene, dodecene and styrene). Suitable substituents of the alkylene group having 1 to 12 carbon atoms formed by R 1 and R 2 together are preferably a methyl group, an ethyl group and a propyl group, and particularly preferably an ethyl group.

(ポリアニオン)
本発明においては、上記共役系導電性高分子は、ポリアニオンを含んだ複合化合物(以下、導電性高分子と呼称する場合がある。)として用いられる。
かかるポリアニオンとしては、高分子状カルボン酸類(例えば、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリマレイン酸など)、高分子状スルホン酸類(例えば、ポリスチレンスルホン酸、ポリビニルスルホン酸など)などがあげられる。これらの高分子状カルボン酸およびスルホン酸類は、ビニルカルボン酸およびビニルスルホン酸類と他の重合可能なモノマー類、例えばアクリレート類およびスチレンなどとの共重合体であってもよい。これらのポリアニオンのなかで、ポリスチレンスルホン酸、およびその全部もしくは一部が金属塩であるものが、導電性の向上効果を大きくするという観点から特に好適である。なお、かかるポリアニオンの数平均分子量は、1,000〜2,000,000の範囲が適当であり、特に2,000〜500,000の範囲が好ましい。
(Polyanion)
In the present invention, the conjugated conductive polymer is used as a composite compound containing a polyanion (hereinafter sometimes referred to as a conductive polymer).
Examples of such polyanions include polymeric carboxylic acids (eg, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, polymaleic acid, etc.), polymeric sulfonic acids (eg, polystyrene sulfonic acid, polyvinyl sulfonic acid, etc.), and the like. These polymeric carboxylic acids and sulfonic acids may be copolymers of vinyl carboxylic acids and vinyl sulfonic acids with other polymerizable monomers such as acrylates and styrene. Among these polyanions, polystyrenesulfonic acid and all or a part of which are metal salts are particularly preferable from the viewpoint of increasing the conductivity improving effect. The number average molecular weight of the polyanion is suitably in the range of 1,000 to 2,000,000, particularly preferably in the range of 2,000 to 500,000.

[塩]
本発明の透明導電性薄膜は、その導電性および耐久性を向上させる目的で、後述するアニオン及びカチオンからなる塩を含有する。塩の含有量は、塩を構成するアニオンが導電性高分子の質量に対して0.1〜80質量%となる量が好ましい。含有量を上記数値範囲とすることによって、導電性および耐久性の向上効果を大きくすることができる。含有量が0.1質量%未満の場合は、導電性および耐久性の向上効果が小さくなる傾向にあり、80質量%を越える場合は、透明導電性薄膜を形成するためのコーティング組成物を基材フィルムのごとく基体上に塗工して透明導電性薄膜を形成する際に、透明導電性薄膜の膜硬度や透明性が低下する傾向にある。このような観点から、含有量は、さらに好ましくは、塩を構成するアニオンが導電性高分子の質量に対して0.1〜60質量%となる量であり、特に好ましくは20〜55質量%である。
[salt]
The transparent conductive thin film of this invention contains the salt which consists of the anion and cation mentioned later for the purpose of improving the electroconductivity and durability. The content of the salt is preferably such that the anion constituting the salt is 0.1 to 80% by mass with respect to the mass of the conductive polymer. By making content into the said numerical range, the improvement effect of electroconductivity and durability can be enlarged. When the content is less than 0.1% by mass, the effect of improving conductivity and durability tends to be small, and when it exceeds 80% by mass, the coating composition for forming a transparent conductive thin film is used. When a transparent conductive thin film is formed by coating on a substrate like a material film, the film hardness and transparency of the transparent conductive thin film tend to decrease. From such a viewpoint, the content is more preferably an amount such that the anion constituting the salt is 0.1 to 60% by mass with respect to the mass of the conductive polymer, and particularly preferably 20 to 55% by mass. It is.

かかる塩は、1種を単独で使用することもできるし、または2種以上を組み合わせて使用することもできる。塩は、その製造方法について特に制限されず、例えば、従来公知の製造方法によって得られたものを用いればよい。本発明の透明導電性薄膜は、後述するアニオンを有する塩を必須成分として含有するが、2種類以上の塩を用いる場合においては、そのうちの少なくとも1種が本発明が規定するアニオンを有する塩であればよく、この塩の含有量が、上記数値範囲となるようにすればよい。   Such salts can be used singly or in combination of two or more. The salt is not particularly limited with respect to its production method, and for example, a salt obtained by a conventionally known production method may be used. The transparent conductive thin film of the present invention contains a salt having an anion, which will be described later, as an essential component, but when two or more kinds of salts are used, at least one of them is a salt having an anion defined by the present invention. What is necessary is just to make it content of this salt into the said numerical range.

以下、本発明における塩を構成するアニオンおよびカチオンについて説明する。
(アニオン)
本発明における塩を構成するアニオンは、炭素数5以上のアニオンである。アニオンがこのような態様であると、透明導電性薄膜の導電性および耐久性を高くすることができる。このように、炭素数5以上のアニオンとすることによって、かかるアニオンの疎水性が高くなる傾向にあり、それにより上記作用効果を奏すると推測される。このような観点から、かかる炭素数は6以上が好ましく、7以上がさらに好ましい。炭素数の上限は特に限定されないが、塩の安定性の観点から12以下が好ましい。
Hereinafter, the anion and cation constituting the salt in the present invention will be described.
(Anion)
The anion constituting the salt in the present invention is an anion having 5 or more carbon atoms. When the anion is in such an embodiment, the conductivity and durability of the transparent conductive thin film can be increased. Thus, it is presumed that by using an anion having 5 or more carbon atoms, the hydrophobicity of the anion tends to be high, and thereby the above-mentioned effects are exhibited. From such a viewpoint, the number of carbon atoms is preferably 6 or more, and more preferably 7 or more. The upper limit of the carbon number is not particularly limited, but is preferably 12 or less from the viewpoint of salt stability.

また、かかるアニオンは、骨格にフッ素元素を含むと、アニオンの化学的安定性及び疎水性をさらに高めることが可能となり、透明導電性薄膜の導電性および耐久性の向上効果を大きくすることができる。また、アニオン中心にリン元素を含む態様が、より高い導電性および耐久性が得られることから好ましい。本発明におけるアニオンとしては、フッ素元素とリン元素との両方を含む態様が特に好ましい。   In addition, when such an anion contains a fluorine element in the skeleton, the chemical stability and hydrophobicity of the anion can be further increased, and the effect of improving the conductivity and durability of the transparent conductive thin film can be increased. . Moreover, the aspect which contains a phosphorus element in an anion center is preferable from higher electroconductivity and durability being obtained. As an anion in the present invention, an embodiment containing both a fluorine element and a phosphorus element is particularly preferable.

このようなアニオンの具体例としては、トリス(ペンタフルオロエチル)トリフルオロフォスフェート、テトラシアノボレート、ビス(オキサレート(2−)−O,O’)ボレート、n−ブチルスルフェート、n−ヘキシルスルフェート、オクチルスルフェート、p−トルエンスルホネート、2(2−メトキシエトキシ)エチルスルフェート、パーフルオロブタンスルフォネート等が挙げられる。中でも、特に安定性が高く、耐久性の向上効果が大きいという観点から、トリス(ペンタフルオロエチル)トリフルオロフォスフェート、テトラシアノボレートが好ましい。   Specific examples of such anions include tris (pentafluoroethyl) trifluorophosphate, tetracyanoborate, bis (oxalate (2-)-O, O ') borate, n-butyl sulfate, and n-hexyl sulfate. Octyl sulfate, p-toluenesulfonate, 2 (2-methoxyethoxy) ethyl sulfate, perfluorobutanesulfonate, and the like. Among these, tris (pentafluoroethyl) trifluorophosphate and tetracyanoborate are particularly preferable from the viewpoint of high stability and a large effect of improving durability.

(カチオン)
本発明における塩を構成するカチオンとしては、特に限定されるものではないが、例えばイミダゾリウム誘導体、ピリジニウム誘導体、アンモニウム誘導体、ピロリジン誘導体、スルホニウム誘導体、ホスホニウム誘導体が挙げられる。
(Cation)
The cation constituting the salt in the present invention is not particularly limited, and examples thereof include imidazolium derivatives, pyridinium derivatives, ammonium derivatives, pyrrolidine derivatives, sulfonium derivatives, and phosphonium derivatives.

イミダゾリウム誘導体としては例えば、1,3−ジメチルイミダゾリウム、1,2,3−トリスメチルイミダゾリウム、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム、1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリウム、1−プロピル−3−メチルイミダゾリウム、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム、1−ブチル−2,3−ジメチルイミダゾリウム、2,3−ジメチル−1−プロピルイミダゾリウム、1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウム、1−ヘキシル−2,3−ジメチルイミダゾリウム、3−メチル−1−オクチルイミダゾリウム、1−ベンジル−3−メチルイミダゾリウム、1−シアノメチル−3−メチルイミダゾリウム、1−(2−ヒドロキシエチル)−3−メチルイミダゾリウムが挙げられる。   Examples of the imidazolium derivative include 1,3-dimethylimidazolium, 1,2,3-trismethylimidazolium, 1-ethyl-3-methylimidazolium, 1-ethyl-2,3-dimethylimidazolium, 1- Propyl-3-methylimidazolium, 1-butyl-3-methylimidazolium, 1-butyl-2,3-dimethylimidazolium, 2,3-dimethyl-1-propylimidazolium, 1-hexyl-3-methylimidazolium 1-hexyl-2,3-dimethylimidazolium, 3-methyl-1-octylimidazolium, 1-benzyl-3-methylimidazolium, 1-cyanomethyl-3-methylimidazolium, 1- (2-hydroxy And ethyl) -3-methylimidazolium.

ピリジニウム誘導体としては、N−ブチルピリジニウム、N−ブチル−3−メチルピリジニウム、N−(3−ヒドロキシプロピル)ピリジニウム、N−エチル−3−メチルピリジニウム、N−エチル−3−ヒドロキシメチルピリジニウム、N−ヘキシル−4−ジメチルアミノピリジニウム等が挙げられる。   Examples of pyridinium derivatives include N-butylpyridinium, N-butyl-3-methylpyridinium, N- (3-hydroxypropyl) pyridinium, N-ethyl-3-methylpyridinium, N-ethyl-3-hydroxymethylpyridinium, N- And hexyl-4-dimethylaminopyridinium.

アンモニウム誘導体としては、例えば、テトラメチルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、エチル−ジメチル−プロピルアンモニウム、N−エチル−N,N−ジメチル−2−メトキシエチルアンモニウム、メチルトリオクチルアンモニウム、(2−ヒドロキシエチル)トリメチルアンモニウム、ヒドラジノカルボニルメチルトリメチルアンモニウム、エチルジメチル−(5−ジイソピロピルアミノ−3−オキサペンチル)−アンモニウム、エチル−ジメチル−シアノメチル等が挙げられる。   Examples of ammonium derivatives include tetramethylammonium, tetrabutylammonium, ethyl-dimethyl-propylammonium, N-ethyl-N, N-dimethyl-2-methoxyethylammonium, methyltrioctylammonium, and (2-hydroxyethyl) trimethyl. Ammonium, hydrazinocarbonylmethyltrimethylammonium, ethyldimethyl- (5-diisopropylpyramino-3-oxapentyl) -ammonium, ethyl-dimethyl-cyanomethyl and the like can be mentioned.

ピロリジン誘導体としては、N−ブチル−N−メチルピロリジニウム、N,N−ジメチルピロリジニウム、N−(メトキシエチル)−N−メチルピロリジニウム、N−メチル−N−オクチルピロリジニウム、N−ヘキシル−N−メチルピロリジニウム、N−(6−アミノヘキシル)−N−メチルピロリジニウム等が挙げられる。   Examples of pyrrolidine derivatives include N-butyl-N-methylpyrrolidinium, N, N-dimethylpyrrolidinium, N- (methoxyethyl) -N-methylpyrrolidinium, N-methyl-N-octylpyrrolidinium, N-hexyl-N-methylpyrrolidinium, N- (6-aminohexyl) -N-methylpyrrolidinium and the like can be mentioned.

その他のカチオンとしては、グアニジニウム、トリエチルスルホニウム、トリヘキシル(テトラデシル)ホスホニウム、1−(2−メトキシエチル)−1−メチル−ピペリジニウム、N−(メトキシエチル)−N−メチルモルフォリニウム等が挙げられる。   Examples of other cations include guanidinium, triethylsulfonium, trihexyl (tetradecyl) phosphonium, 1- (2-methoxyethyl) -1-methyl-piperidinium, N- (methoxyethyl) -N-methylmorpholinium and the like.

[透明導電性薄膜]
本発明の透明導電性薄膜は、前記導電性高分子と、前記炭素数5以上のアニオンを有する塩とを含有するものである。
[Transparent conductive thin film]
The transparent conductive thin film of the present invention contains the conductive polymer and the salt having an anion having 5 or more carbon atoms.

(厚み)
本発明の透明導電性薄膜の厚みは、20〜1000nmが好ましい。厚みがかかる範囲であると、導電性の向上効果を高くすることができると同時に、透明性をより高くすることができる。このような観点から、厚みは、さらに好ましくは50〜700nm、特に好ましくは100〜600nmである。
(Thickness)
The thickness of the transparent conductive thin film of the present invention is preferably 20 to 1000 nm. When the thickness is within the range, the effect of improving the conductivity can be increased, and at the same time, the transparency can be further increased. From such a viewpoint, the thickness is more preferably 50 to 700 nm, and particularly preferably 100 to 600 nm.

(添加剤)
本発明の透明導電性薄膜は、本発明の効果を損なわない範囲でさらに添加剤を含有することができる。かかる添加剤としては、例えば、造膜剤、架橋剤、溶媒、結合剤、本発明の透明導電性薄膜に含有される塩以外のドーパント、艶消し剤、界面活性剤、塗被助剤、寸法安定性を改善するための樹脂成分、無機成分、増粘剤、増粘防止剤、粘度改質剤、硬膜剤、帯電防止剤、色素、顔料、カブリ防止剤、滑剤、酸化防止剤、接着性付与材等を挙げることができる。添加剤はそれぞれ単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。
(Additive)
The transparent conductive thin film of the present invention can further contain an additive as long as the effects of the present invention are not impaired. Examples of such additives include film forming agents, crosslinking agents, solvents, binders, dopants other than salts contained in the transparent conductive thin film of the present invention, matting agents, surfactants, coating aids, dimensions. Resin component for improving stability, inorganic component, thickener, thickener, viscosity modifier, hardener, antistatic agent, dye, pigment, antifoggant, lubricant, antioxidant, adhesion The property imparting material etc. can be mentioned. The additives can be used alone or in combination of two or more.

造膜剤としては、例えば、所謂シランカップリング剤を例示することができる。特に、エポキシ基を有するアルコキシシランが好ましい。造膜剤の添加量は、導電性高分子の質量を基準として、好ましくは0.1〜90質量%、より好ましくは0.2〜80質量%、さらに好ましくは1〜70質量%である。このような造膜剤を用いることによって、透明導電性薄膜を均一に形成することができる。また、耐久性の向上効果を大きくすることができる。   As the film forming agent, for example, a so-called silane coupling agent can be exemplified. In particular, an alkoxysilane having an epoxy group is preferable. The amount of the film-forming agent added is preferably 0.1 to 90% by mass, more preferably 0.2 to 80% by mass, and still more preferably 1 to 70% by mass based on the mass of the conductive polymer. By using such a film forming agent, a transparent conductive thin film can be formed uniformly. In addition, the effect of improving durability can be increased.

界面活性剤を添加する場合は、その添加量は、導電性高分子の質量を基準として、好ましくは0.1〜15質量%、より好ましくは0.2〜10質量%、さらに好ましくは0.5〜8質量%である。界面活性剤を用いることによって、透明導電性薄膜を均一に形成することができる。   When a surfactant is added, the addition amount is preferably 0.1 to 15% by mass, more preferably 0.2 to 10% by mass, and still more preferably 0.00, based on the mass of the conductive polymer. It is 5-8 mass%. By using the surfactant, the transparent conductive thin film can be formed uniformly.

[基材フィルム]
本発明においては、基材上に上記透明導電性薄膜を設けて、基材に導電性を付与することができる。
かかる基材としては、プラスチックのシートやフィルム、不織布等、用途に応じて任意のものを用いることができる。本発明においては、基材としてプラスチックのフィルムからなる基材フィルムを用いて、その少なくとも一方の面に上記透明導電性薄膜を設けて、透明導電性フィルムを形成することができる。ここでプラスチックとしては、例えばポリエステル、ポリスチレン、ポリイミド、ポリアミド、ポリスルホン、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、並びにこれらの混合物および共重合体、さらにはフェノール樹脂、エポキシ樹脂、ABS樹脂などをあげることができる。これらの中でも、二軸配向したポリエステルフィルムが、寸法安定性、機械的性質、耐熱性、電気的性質などに優れた性質を有することより好ましく、特にポリエチレンテレフタレートフィルムまたはポリエチレン−2,6−ナフタレートフィルムが、高ヤング率である等の機械的特性に優れ、耐熱寸法安定性がよい等の熱的特性にも優れているため好ましい。なかでも、ポリエチレン−2,6−ナフタレートフィルムを用いることが好ましく、後述する塩を含浸させる方法において、好ましい加熱乾燥条件を採用することが容易であり、導電性および耐久性の向上効果を大きくすることができる。なお、ポリエステルフィルムの厚みは500μm以下が好ましく、これを超える場合には剛性が強くなりすぎて、得られた透明導電性フィルムの取扱い性が低下しやすい。
[Base film]
In this invention, the said transparent conductive thin film can be provided on a base material, and electroconductivity can be provided to a base material.
As such a base material, an arbitrary material such as a plastic sheet, film or nonwoven fabric can be used depending on the application. In the present invention, a transparent conductive film can be formed by using a substrate film made of a plastic film as a substrate and providing the transparent conductive thin film on at least one surface thereof. Here, examples of the plastic include polyester, polystyrene, polyimide, polyamide, polysulfone, polycarbonate, polyvinyl chloride, polyethylene, polypropylene, and mixtures and copolymers thereof, as well as phenol resin, epoxy resin, and ABS resin. Can do. Among these, a biaxially oriented polyester film is more preferable because it has excellent properties such as dimensional stability, mechanical properties, heat resistance, electrical properties, etc., and particularly polyethylene terephthalate film or polyethylene-2,6-naphthalate. The film is preferable because it has excellent mechanical properties such as a high Young's modulus and thermal properties such as good heat-resistant dimensional stability. Among them, it is preferable to use a polyethylene-2,6-naphthalate film, and in the method of impregnating with a salt described later, it is easy to adopt preferable heat drying conditions, and the effect of improving conductivity and durability is greatly increased. can do. The thickness of the polyester film is preferably 500 μm or less, and if it exceeds this, the rigidity becomes too strong, and the handleability of the obtained transparent conductive film tends to be lowered.

[製造方法]
本発明の透明導電性薄膜は、共役系導電性高分子、ポリアニオン、炭素数5以上のアニオンを有する塩、および必要に応じて使用することができる添加剤を、例えば、ロール、ニーダー、バンバリーミキサー等の混練機による機械撹拌、撹拌子による撹拌、超音波を利用する撹拌等によって混合することにより得られる、透明導電性薄膜を形成するためのコーティング組成物を、例えば樹脂成形体や前記基材フィルムのごとく基体上に塗布し、乾燥して形成される。または、スピンコート法などにより形成することもできる。
[Production method]
The transparent conductive thin film of the present invention includes a conjugated conductive polymer, a polyanion, a salt having an anion having 5 or more carbon atoms, and an additive that can be used as necessary, for example, a roll, a kneader, a Banbury mixer. A coating composition for forming a transparent conductive thin film obtained by mixing by mechanical stirring using a kneader, stirring by a stirrer, stirring using ultrasonic waves, or the like, such as a resin molded body or the substrate It is formed on a substrate like a film and dried. Alternatively, it can be formed by a spin coating method or the like.

上記各成分の混合時に、さらに溶媒を添加することによって、透明導電性薄膜の製膜性を高くすることができる。かかる溶媒としては、例えば、水、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノールのようなアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンのようなケトン類、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、メチルプロピルカーボネートのような炭酸エステル類、プロピオン酸エチル、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、δ−バレロラクトン、メチルアセテート、エチルアセテートのようなエステル類、エチレングリコール、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、グリコールエーテル、テトラヒドロフランのようなエーテル類、これらにフッ素などの置換基を導入した化合物等が挙げられる。溶媒はそれぞれ単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。   By adding a solvent at the time of mixing the above components, the film forming property of the transparent conductive thin film can be enhanced. Examples of the solvent include water, alcohols such as methanol, ethanol, propanol, and isopropanol, ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, and methyl isobutyl ketone, propylene carbonate, ethylene carbonate, vinylene carbonate, and methylpropyl carbonate. Carbonate esters, ethyl propionate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, δ-valerolactone, esters such as methyl acetate, ethyl acetate, ethylene glycol, ethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol diethyl ether, glycol ether, tetrahydrofuran Examples of such ethers, and compounds obtained by introducing a substituent such as fluorine into these ethers. A solvent can be used individually or in combination of 2 types or more, respectively.

また、共役系導電性高分子、ポリアニオン、および必要に応じて使用することができる添加剤からなる、透明導電性薄膜を形成するためのコーティング組成物を、例えば前記基材フィルムのごとく基体上に塗布し、乾燥して透明導電性薄膜を形成した後に、かかる層を、炭素数5以上のアニオンを有する塩を分散させた分散液で洗浄し、透明導電性薄膜に塩を含浸させることによっても、本発明の透明導電性薄膜を製造することができる。   Further, a coating composition for forming a transparent conductive thin film, comprising a conjugated conductive polymer, a polyanion, and an additive that can be used as necessary, is formed on a substrate such as the base film. After applying and drying to form a transparent conductive thin film, such a layer is washed with a dispersion in which a salt having an anion having 5 or more carbon atoms is dispersed, and the transparent conductive thin film is impregnated with the salt. The transparent conductive thin film of the present invention can be produced.

上記分散液における分散媒としては、特に限定はされないが、例えば、水、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノールのようなアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンのようなケトン類、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、メチルプロピルカーボネートのような炭酸エステル類、プロピオン酸エチル、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、δ−バレロラクトン、メチルアセテート、エチルアセテートのようなエステル類、エチレングリコール、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、グリコールエーテル、テトラヒドロフランのようなエーテル類、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトキシド、N−メチルピロリドン等の極性溶媒、これらにフッ素などの置換基を導入した化合物が挙げられる。溶媒はそれぞれ単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。   The dispersion medium in the dispersion is not particularly limited, and examples thereof include water, alcohols such as methanol, ethanol, propanol, and isopropanol, ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, and methyl isobutyl ketone, propylene carbonate, and ethylene carbonate. , Carbonates such as vinylene carbonate and methylpropyl carbonate, ethyl propionate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, δ-valerolactone, esters such as methyl acetate, ethyl acetate, ethylene glycol, ethylene glycol dimethyl ether, Ethylene glycol diethyl ether, glycol ether, ethers such as tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, dimethyl Setokishido, N- polar solvent such as methyl pyrrolidone, a compound obtained by introducing a substituent such as those in the fluorine and the like. A solvent can be used individually or in combination of 2 types or more, respectively.

分散液における塩の濃度は、5〜50質量%が好ましく、良好に塩を含浸させることができる。このような観点から、濃度は、5〜20質量%がさらに好ましく、5〜15質量%が特に好ましい。   The salt concentration in the dispersion is preferably 5 to 50% by mass, and can be satisfactorily impregnated with the salt. From such a viewpoint, the concentration is more preferably 5 to 20% by mass, and particularly preferably 5 to 15% by mass.

透明導電性薄膜を分散液に含浸する時間は、1〜10分が好ましく、2〜5分がさらに好ましい。含浸した後は、加熱乾燥を行なう。かかる加熱乾燥の条件は、好ましくは温度80〜180℃で5〜120秒、さらに好ましくは温度120〜170℃で10〜40秒である。このような条件で含浸および加熱乾燥を行なうことによって、透明導電性薄膜中の塩の量を好ましい範囲とすることが容易となり、導電性および耐久性の向上効果を大きくすることができる。   The time for impregnating the transparent conductive thin film into the dispersion is preferably 1 to 10 minutes, and more preferably 2 to 5 minutes. After impregnation, heat drying is performed. Such heat drying conditions are preferably a temperature of 80 to 180 ° C. for 5 to 120 seconds, and more preferably a temperature of 120 to 170 ° C. for 10 to 40 seconds. By performing impregnation and heat drying under such conditions, it becomes easy to bring the amount of salt in the transparent conductive thin film into a preferable range, and the effect of improving conductivity and durability can be increased.

[透明導電性フィルム]
本発明の透明導電性フィルムは、基材フィルムの少なくとも一方の面に、前記透明導電性薄膜を有するものである。
[Transparent conductive film]
The transparent conductive film of the present invention has the transparent conductive thin film on at least one surface of the base film.

(表面抵抗率)
本発明の透明導電性フィルムは、透明導電性薄膜表面における表面抵抗率が100,000Ω/□以下であることが好ましい。表面抵抗率は、さらに好ましくは10,000Ω/□以下、特に好ましくは5,000Ω/□以下である。表面抵抗率が上記数値範囲にあると、液晶ディスプレイや透明タッチパネル等の透明電極や太陽電池の透明電極、電磁波シールド材として好適に用いることができる。表面抵抗率の下限は、特に制限はなく、低い方が好ましいが、表面抵抗率を低くしすぎるとコストアップとなるため、実質的な下限は5Ω/□以上である。
(Surface resistivity)
The transparent conductive film of the present invention preferably has a surface resistivity on the surface of the transparent conductive thin film of 100,000 Ω / □ or less. The surface resistivity is more preferably 10,000 Ω / □ or less, particularly preferably 5,000 Ω / □ or less. When the surface resistivity is in the above numerical range, it can be suitably used as a transparent electrode such as a liquid crystal display or a transparent touch panel, a transparent electrode of a solar cell, or an electromagnetic shielding material. The lower limit of the surface resistivity is not particularly limited and is preferably low. However, if the surface resistivity is too low, the cost increases, so the substantial lower limit is 5Ω / □ or more.

(導電率)
本発明の透明導電性フィルムは、透明導電性薄膜表面における導電率が5S/cm以上であることが好ましい。導電率は、さらに好ましくは10S/cm以上、特に好ましくは20S/cm以上である。導電率が上記数値範囲にあると、高い導電性が得られるため好ましい。導電率は高い方が好ましく、上限は特に制限は無いが、コストの観点等から実質的には2000S/cm以下である。
(conductivity)
As for the transparent conductive film of this invention, it is preferable that the electrical conductivity in the surface of a transparent conductive thin film is 5 S / cm or more. The conductivity is more preferably 10 S / cm or more, and particularly preferably 20 S / cm or more. It is preferable for the conductivity to be in the above numerical range since high conductivity can be obtained. Higher conductivity is preferable, and the upper limit is not particularly limited, but is substantially 2000 S / cm or less from the viewpoint of cost.

以下、実施例をあげて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、実施例中における各評価は下記の方法に従った。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. In addition, each evaluation in an Example followed the following method.

(1)表面抵抗率
三菱化学社製Lorester MCP−T600を用いて、JIS K7194に準拠して測定した。測定は任意の5箇所を測定し、それらの平均値を表面抵抗率(Ω/□)とした。
(1) Surface resistivity It measured based on JISK7194 using Mitsubishi Chemical Corporation Lorester MCP-T600. The measurement was performed at five arbitrary points, and the average value thereof was defined as the surface resistivity (Ω / □).

(2)厚み測定
フィルムサンプルを長手方向2mm、幅方向2cmに切り出し、包埋カプセルに固定後、エポキシ樹脂(リファインテック(株)製エポマウント)にて包埋した。包埋されたサンプルをミクロトーム(LEICA製ULTRACUT UCT)で幅方向に垂直に切断、5nm厚の薄膜切片にした。透過型電子顕微鏡(日立S−4300)を用いて、加速電圧100kVにて観察撮影し、写真から各層の厚みを測定した。
(2) Thickness measurement A film sample was cut into 2 mm in the longitudinal direction and 2 cm in the width direction, fixed to an embedded capsule, and then embedded with an epoxy resin (Refotech Co., Ltd. Epomount). The embedded sample was cut perpendicularly in the width direction with a microtome (LETAC ULTRACUT UCT) to form a 5 nm thick thin film slice. Using a transmission electron microscope (Hitachi S-4300), the film was observed and photographed at an acceleration voltage of 100 kV, and the thickness of each layer was measured from the photograph.

(3)導電率
上記(1)で得られた表面抵抗率(Ω/□)および上記(2)で得られた透明導電性薄膜の厚み(nm)から以下の式に基づいて導電率を算出した。
1/(厚み×表面抵抗率) × 10 = 導電率(S/cm)
(3) Conductivity Calculate the conductivity based on the following equation from the surface resistivity (Ω / □) obtained in (1) above and the thickness (nm) of the transparent conductive thin film obtained in (2) above. did.
1 / (thickness × surface resistivity) × 10 7 = conductivity (S / cm)

(4)透明導電性薄膜の耐久性評価
透明導電性フィルムを温度105℃、相対湿度100%RH下において24時間処理した後、上記(1)と同様の方法で表面抵抗率を測定した。下記式に従って処理前の表面抵抗率に対する処理後の表面抵抗率の変化率を求めて、表面抵抗率の変化率が20%以下であれば合格とした。
変化率(%)
=(|処理後の表面抵抗率−処理前の表面抵抗率|/処理前の表面抵抗率)×100
(4) Durability Evaluation of Transparent Conductive Thin Film After the transparent conductive film was treated for 24 hours at a temperature of 105 ° C. and a relative humidity of 100% RH, the surface resistivity was measured by the same method as in (1) above. The change rate of the surface resistivity after the treatment with respect to the surface resistivity before the treatment was determined according to the following formula, and if the change rate of the surface resistivity was 20% or less, it was regarded as acceptable.
Rate of change(%)
= (| Surface resistivity after treatment−surface resistivity before treatment | / surface resistivity before treatment) × 100

[コーティング組成物の調整]
本実施例においては、以下の材料を使用した。
導電性高分子:共役系導電性高分子としてのポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)0.5質量%と、ポリアニオンとしてのポリスチレンスルホン酸(数平均分子量Mn=150,000)0.8質量%とを含んでなる導電性高分子の水分散体(BaytronP:バイエルAG製、固形分濃度1.3質量%)を使用した。
塩:グアニジニウム トリス(ペンタフルオロエチル)トリフルオロフォスフェート(メルク株式会社製)を使用した。
造膜剤:3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(濃度100質量%)を用いた。
界面活性剤:プラスコートRY−2(互応化学工業製、濃度10質量%)を用いた。
これらの材料を表1に示す比率で混合し、表1に示す溶剤で希釈して、透明導電性薄膜を形成するためのコーティング組成物を得た。
[Adjustment of coating composition]
In this example, the following materials were used.
Conductive polymer: 0.5% by mass of poly (3,4-ethylenedioxythiophene) as a conjugated conductive polymer and polystyrene sulfonic acid (number average molecular weight Mn = 150,000) 0.8 as a polyanion An aqueous dispersion of a conductive polymer (BaytronP: Bayer AG, solid content concentration: 1.3% by mass) was used.
Salt: guanidinium tris (pentafluoroethyl) trifluorophosphate (manufactured by Merck & Co., Inc.) was used.
Film-forming agent: 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane (concentration 100% by mass) was used.
Surfactant: Plus Coat RY-2 (manufactured by Kyoyo Chemical Co., Ltd., concentration 10% by mass) was used.
These materials were mixed at a ratio shown in Table 1 and diluted with a solvent shown in Table 1 to obtain a coating composition for forming a transparent conductive thin film.

[実施例1、比較例1]
マイヤーバーを用いて、基材フィルム(二軸配向PENフィルム、帝人デュポンフィルム株式会社製、商品名Q65F−100)上に、上記で得られた透明導電性薄膜を形成するためのコーティング組成物を塗工し、150℃で120秒の乾燥を行い、透明導電性フィルムを得た。この透明導電性フィルムの特性を表1に示す。
なお、実施例1のコーディング組成物における各成分の固形分比率は、導電性高分子/塩/造膜剤/界面活性剤=100/60/50/7.7であり、透明導電性薄膜におけるアニオンの含有量は、導電性高分子の質量を基準として53質量%となる。また、透明導電性薄膜の厚みは表1に示すとおりであった。
[Example 1, Comparative Example 1]
Using a Meyer bar, a coating composition for forming the transparent conductive thin film obtained above on a base film (biaxially oriented PEN film, manufactured by Teijin DuPont Films, trade name Q65F-100) Coating was performed and drying was performed at 150 ° C. for 120 seconds to obtain a transparent conductive film. The properties of this transparent conductive film are shown in Table 1.
In addition, the solid content ratio of each component in the coding composition of Example 1 is conductive polymer / salt / film-forming agent / surfactant = 100/60/50 / 7.7, and in the transparent conductive thin film The anion content is 53% by mass based on the mass of the conductive polymer. The thickness of the transparent conductive thin film was as shown in Table 1.

Figure 2011222353
Figure 2011222353

[実施例2]
比較例1で作成したフィルムを、10質量%の塩(グアニジニウム トリス(ペンタフルオロエチル)トリフルオロフォスフェート)を含む水溶液中(温度23℃)に3分含浸したのち、150℃で30秒加熱を行なうことで導電フィルムを得た。このフィルムの特性を表2に示す。
実施例2で得られた透明導電性薄膜においては、導電性高分子の質量を基準として25質量%のアニオンが含有されていた。なお、かかる含有量は、TOFSIMSによりN原子を定量することにより求めた。また、透明導電性薄膜の厚みは表2に示すとおりであった。
[Example 2]
The film prepared in Comparative Example 1 is impregnated in an aqueous solution containing 10% by weight of a salt (guanidinium tris (pentafluoroethyl) trifluorophosphate) (temperature 23 ° C.) for 3 minutes, and then heated at 150 ° C. for 30 seconds. Thus, a conductive film was obtained. The properties of this film are shown in Table 2.
The transparent conductive thin film obtained in Example 2 contained 25% by mass of anions based on the mass of the conductive polymer. In addition, this content was calculated | required by quantifying N atom by TOFSIMS. The thickness of the transparent conductive thin film was as shown in Table 2.

Figure 2011222353
Figure 2011222353

Claims (4)

共役系導電性高分子およびポリアニオンからなる導電性高分子と、炭素数5以上のアニオンを有する塩とを含有する透明導電性薄膜。   A transparent conductive thin film comprising a conductive polymer composed of a conjugated conductive polymer and a polyanion, and a salt having an anion having 5 or more carbon atoms. 炭素数5以上のアニオンの含有量が、導電性高分子の質量を基準として0.1〜80質量%である請求項1に記載の透明導電性薄膜。   The transparent conductive thin film according to claim 1, wherein the content of an anion having 5 or more carbon atoms is 0.1 to 80% by mass based on the mass of the conductive polymer. アニオンがフッ素元素もしくはリン元素、またはその両方を含有する請求項1または2に記載の透明導電性薄膜。   The transparent conductive thin film according to claim 1 or 2, wherein the anion contains fluorine element or phosphorus element, or both. 基材フィルムの少なくとも一方の面に、請求項1〜3のいずれか1項に記載の透明導電性薄膜を有する透明導電性フィルム。   The transparent conductive film which has the transparent conductive thin film of any one of Claims 1-3 in the at least one surface of a base film.
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