JP2014067612A - 導電膜およびその製造方法ならびに積層体、電子デバイス、タッチパネル - Google Patents

Abstract

【課題】導電材料の量を増やすことなく優れた導電性を有する導電膜を提供する。
【解決手段】支持体１と支持体１の少なくとも一方の面に設けた導電層２とを備える導電膜１０であって、導電層１０は、導電性粒子を含み、かつ、収縮したマトリックスを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、導電性を有する粒子により導電性が発現する膜（導電膜）およびその製造方法に関する。このような導電膜は、電気配線、電極機能、および／または電磁波シールドに用いることができ、タッチパネル、液晶ディスプレイ、エレクトロルミネッセンスディスプレイ、プラズマディスプレイ、太陽電池等で使用される。

導電膜は、電気配線、電極機能、および／または電磁波シールドに用いられる。さらに、これらが光学的に用いられる場合、導電性と透明性（透光性）とが同時に求められる。このような導電性および透明性（透明導電機能）を達成するために、通常用いられる方法としては、導電性および透明性のある材料（透明導電材料）を用いる方法、それ自体に透明性は無いが導電性がある材料（不透明導電材料）を実質上視認できない程度の細線とする方法、同じく不透明導電材料を光の波長より小さい大きさ、太さ、厚みとして、透光性を付与する方法が考えられる。

特開平６−２７５１３０号公報 特開２００５−３０６９９２号公報 特開２０１０−３４０２７号公報

しかし、現状では上述したどのような方法を用いても、導電膜に若干の透明性の劣化が発生する。特に高導電性が必要な場合、導電材料の量を増やす必要があり、透明性の劣化が顕著となる。また、導電材料の量を増やした場合、膜の強度や靭性、耐久性が劣ることがある。さらに、このような導電材料は希少であったり、膜は製造方法が煩雑になったりすることが多く、導電膜として高価である。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、導電材料の量を増やすことなく優れた導電性を有する導電膜、および導電膜の製造方法、ならびに導電膜を利用した積層体、電子デバイス、タッチパネルを提供することを目的とする。

本発明者らは、鋭意検討の結果、導電材料に導電性粒子を用いた場合、導電性粒子を含む膜内のマトリックスが収縮することにより上記課題が解決されることを見出し、本発明を完成させた。

上記課題を解決するために、本発明の支持体とこの支持体の少なくとも一方の面に設けた導電層とを備える導電膜は、導電層が、導電性粒子を含み、かつ、収縮したマトリックスを有することを特徴とする。好ましくは、導電性粒子は、金属、金属酸化物、導電性ポリマーから選択される少なくとも一つの材料からなる。また、導電膜は、略透明であることが望ましい。典型的な支持体は、プラスチックフィルムまたはガラスである。

この本発明の導電膜は、導電性粒子を揮発性媒体中に分散させて調製した粒子分散液を、支持体上に塗布して塗膜を形成する塗布工程の後、塗膜を乾燥または硬化させて、塗膜内のマトリックスを収縮させた導電層を形成する乾燥工程または硬化工程を経ることで製造可能である。

本発明の導電膜は、様々なものに利用される。例えば、導電膜の支持体を付着手段を介して他の支持体と貼り合わせて積層体とすることができる。導電膜や積層体は、電子デバイスに利用することができる。また、導電膜、積層体、電子デバイスは、タッチパネルに利用することができる。

従来の導電性粒子を用いた導電膜の場合では、粒子は概ねランダムに分散されるか、無作為的に凝集された状態となる。これに対し、本発明の導電膜および導電膜の製造方法によれば、導電性粒子を含む膜内のマトリックスが収縮することにより、粒子間の距離が減少したり、粒子間が接触したりするため、従来の導電膜と比較すると、同一量の導電性粒子を用いた場合であっても導電性が向上し、また導電性粒子の量が少なくても従来と同一の導電性を持った膜となり得る。

本発明の一実施形態に係る導電膜の構成を示す図 本発明の一実施形態に係る導電膜を用いた積層体の構成を示す図

以下に、本発明の一実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る導電膜１０の構成を示す図である。本発明の導電膜１０は、支持体１の一方面上に導電性粒子を含む導電層２が形成された構造である。

本発明の導電性粒子は、どのような粒子でも構わない。代表的な導電性粒子の材料としては、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）等の金属や合金、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、アンチモンドープ酸化錫（ＡＴＯ）等の金属酸化物、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）、ポリアニリン等の導電ポリマー、カーボンナノチューブ、グラフェン、グラファイト、カーボンブラック等の炭素材料が挙げられる。また、導電性粒子の形状としては、球形、楕円球、ファイバー状等が挙げられるが、配向性を発現しやすい楕円球やファイバー状の粒子が適当である。

本発明においては、上述した膜の収縮性は、揮発性溶媒を乾燥揮発させて固化する際の収縮を利用することができる。揮発性溶媒を分散媒体として用いる場合は、溶媒を揮発除去する工程を含む。揮発性溶媒としては、水、有機溶媒、または水と有機溶媒との混合溶媒が挙げられる。有機溶媒としては、アルコール類、エーテル類、ケトン類、有機酸エステル類、炭化水素類等が挙げられる。また、膜の収縮性は、媒体に硬化性を持たせてその媒体が硬化する際の収縮を利用することができる。硬化は、熱、紫外線や電子線などの電離放射線等で適宜行われる。

収縮性は大きいほど導電性が向上するが、あまりに収縮性が大きい場合は、収縮により膜にクラックが発生する、支持体の剛性が弱い場合（主としてプラスチックフィルム）は膜の収縮により支持体が湾曲する、収縮により膜が支持体から剥れる、等の不具合が発生し得る。

また、必要に応じて、本発明の効果を損なわない範囲で、他の成分を含有してもよい。当該他の成分としては、特に限定されず、当該膜の用途等に応じて、公知の添加剤の中から適宜選択できる。具体的には、アルコキシシラン等の有機金属化合物またはその加水分解物、無機層状化合物、無機針状鉱物、分散剤、レベリング剤、消泡剤、高分子、硬化性モノマー、無機系粒子、有機系粒子、潤滑剤、帯電防止剤、紫外線吸収剤、染料、顔料、安定剤、磁性粉、配向促進剤、可塑剤、架橋剤、赤外線吸収剤、撥水剤、密着性向上剤等を使用でき、それにより、形成される層自体に機能を持たせたり、また、耐久性を向上させたりすることができる。

また、塗液には、いわゆるハジキやムラ等の塗膜欠陥の発生を防止するために、表面調整剤と呼ばれる添加剤を加えてもよい。表面調整剤は、その働きに応じて、レベリング剤、消泡剤、界面張力調整剤、表面張力調整剤とも呼ばれるが、いずれも形成される塗膜の表面張力を一定にする働きや低下させる働きを備える。

表面調整剤として通常用いられる添加剤としては、シリコーン系添加剤、フッ素系添加剤、アクリル系添加剤等が挙げられる。シリコーン系添加剤にあっては、ポリジメチルシロキサンを基本構造とする誘導体であり、ポリジメチルシロキサン構造の側鎖を変性したものが用いられる。例えば、ポリエーテル変性ジメチルシロキサンが、シリコーン添加剤として用いられる。また、フッ素系添加剤としては、パーフルオロアルキル基を備える化合物が用いられる。

粒子分散液の塗布方法は、特に限定されず、コーティング法、キャスト法等の公知の方法が利用できる。コーティング法としては、ディップコーティング法、スピンコーティング法、フローコーティング法、スプレーコーティング法、ロールコーティング法、グラビアロールコーティング法、エアドクターコーティング法、プレードコーティング法、ワイヤードクターコーティング法、ナイフコーティング法、リバースコーティング法、トランスファロールコーティング法、バーコーティング法、マイクログラビアコーティング法、キスコーティング法、キャストコーティング法、スロットオリフィスコーティング法、カレンダーコーティング法、ダイコーティング法等を用いることができる。

塗膜の乾燥温度は、塗膜中の媒体を除去できればよく、特に限定されない。なお、乾燥手段としては加熱、送風、熱風などが考えられる。また、自然乾燥により溶媒を除去することも可能である。層形成材料に熱硬化性を持たせた場合は、上述の溶媒除去と同時あるいはその除去後に続いて硬化のための熱を加える、および／または別途、後工程で熱を加えることにより硬化させることができる。

層形成材料に電離放射線硬化性を持たせた場合は、電離放射線として紫外線、電子線を用いることができる。紫外線硬化の場合は、高圧水銀灯、低圧水銀灯、超高圧水銀灯、メタルハライドランプ、カーボンアーク、キセノンアーク等の光源が利用できる。また、電子線硬化の場合は、コッククロフトワルト型、バンデグラフ型、共振変圧型、絶縁コア変圧器型、直線型、ダイナミトロン型、高周波型等の各種電子線加速器から放出される電子線が利用できる。電子線は、５０〜１０００ＫｅＶのエネルギーを有するのが好ましく、特に１００〜３００ＫｅＶのエネルギーを有する電子線がより好ましい。

また、支持体１には、ガラスやプラスチックフィルム等を用いることができる。プラスチックフィルムとしては、適度の機械強度を有していればよい。例えば、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）、ジアセチルセルロース、アセチルセルロースブチレート、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、シクロオレフィンポリマー、ポリイミド、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）等のフィルムを用いることができる。その中でもポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）が、機械的強度、耐熱性、コスト等のバランスに優れており、好ましく用いられる。

塗膜に対して行う収縮処理は、乾燥と同時に行ってもよく、乾燥後に行ってもよい。また、収縮性を持つバインダマトリックスと導電性粒子とを混合し塗布してもよく、収縮性を持つバインダマトリックスを支持体１上に配置された導電性粒子に重ねて塗布してもよい。また、収縮性を持つバインダマトリックスを支持体１上に配置した後、導電性粒子に重ねて塗布してもよい。

収縮には、揮発溶媒より膨潤したバインダマトリックスを支持体１上に塗布固定し、それを揮発乾燥させることにより収縮する現象を用いることもできるし、硬化や応力緩和により収縮する現象を用いることもできる。膜や支持体を収縮できる方法であれば、これらの収縮現象を単独または併用してもよい。

収縮性を持つバインダマトリックスの例としては、電離放射線硬化樹脂や熱硬化樹脂が挙げられる。収縮性の観点からは、一分子中で多点で硬化する官能基を持った多官能性の硬化樹脂が好ましい。

電離放射線硬化樹脂としては、例えば、多価アルコールのアクリル酸またはメタクリル酸エステルのような多官能性のアクリレート樹脂、ジイソシアネート、多価アルコールおよびアクリル酸またはメタクリル酸のヒドロキシアルキルエステル等から合成されるような多官能性のウレタンアクリレート樹脂等を挙げることができる。さらに、アクリレート系の官能基を有するポリエーテル樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、アルキッド樹脂、スピロアセタール樹脂、ポリブタジエン樹脂、ポリチオールポリエン樹脂等も必要に応じて好適に使用することができる。本発明において、活性エネルギー線が紫外線である場合には、ラジカル重合開始剤を添加する必要がある。光重合開始剤の使用量は、上記樹脂組成物の重合性成分１００重量部に対して０．５〜２０重量部、好ましくは１〜１５重量部である。

熱硬化樹脂としては、例えば、ウレタン樹脂、メラミン樹脂、熱硬化型アクリル樹脂、尿素樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、有機珪素化合物重合体が挙げられる。
有機珪素化合物としては、例えば、Ｓｉ(ＯＣＨ_３)_４、Ｓｉ(ＯＣ_２Ｈ_５)_４、Ｓｉ(ＯＣ_３Ｈ_７)_４、Ｓｉ[ＯＣＨ(ＣＨ_３)_２]_４、Ｓｉ(ＯＣ_４Ｈ_９)_４、ＣＨ_３(ＣＨ_２)_２Ｓｉ(ＯＣＨ_３)_３等が挙げられ、これらを単独あるいは２種類以上併せて用いてもよい。
有機珪素化合物を用いて重合体を作成する方法は限定されないが、加水分解によって作製するにあたっての触媒としては、公知であり、例えば、塩酸、蓚酸、硝酸、酢酸、フッ酸、ギ酸、燐酸、蓚酸、アンモニア、アルミニウムアセトナート、ジブチルスズラウレート、オクチル酸スズ化合物、メタンスルホン酸、トリクロロメタンスルホン酸、パラトルエンスルホン酸、トリフロロ酢酸等が挙げられ、これらを単独あるいは２種類以上併せて用いてもよい。

収縮したかどうかは、収縮前後の膜（以下、収縮膜または未収縮膜ということがある）の比較によって、収縮の状態を確認できる。例えば、収縮前後の体積を比較することにより確認できる。また、収縮前後で重量が変わらない系の場合は、膜の密度を比較してもよい。簡易的には収縮膜の導電性を測定し、未収縮膜に比べて導電性が大きければ、収縮して導電性が向上したと判断できる。

透明性のある導電層２の導電性を測定する方法の一例として、以下の方法がある。透明性のある導電層２が形成された支持体１（１００ｍｍφ以上）に、ナプソン株式会社製・ＥＣ８０−Ｐを軽く接触させることにより導電膜１０の表面抵抗が測定できる。

なお、本発明の導電膜１０は、上述した支持体１の上に導電層２が形成された基本的な構成以外に、反射防止、防眩、傷つき防止、導電、色調補正、赤外線カット、紫外線カット等の機能を有する層をさらに形成した多層膜構成であってもよい。
＜実施例＞

以下、導電膜１０としての透明性のある導電層２の実施例および比較例を示して、本発明を詳細に説明する。ただし、本発明は以下の記載によっては限定されない。

導電層形成塗液として、透明導電性高分子粒子分散液（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）とテトラメトキシシランの加水分解物を固形分比率（重量比）で４：１となるように混合した液を用いた。この導電層形成塗液を乾燥後の膜厚が１００ｎｍとなるようにＰＥＴフィルム上にワイヤーバーを用い塗布し、４０℃で１８０秒間加熱して揮発溶媒を乾燥させた。この乾燥工程において、塗膜内のマトリックスは収縮しなかったので、この時の表面抵抗率は９８０Ω／□、透過率は８５％であった。

この後、１５０℃で１８０秒間加熱し、さらに６０℃で２４時間加熱して、導電層２の硬化を完了させた。この硬化工程において塗膜内のマトリックスを収縮させた結果、この時の表面抵抗率は４２０Ω／□、透過率は８５％であった。

上記テトラメトキシシランの加水分解物は、まずテトラメトキシシラン１ｍｏｌに対して０．１Ｎの塩酸２．５ｍｏｌとイソプロピルアルコールとを混合し、固形分を４ｗｔ％とし、室温で２時間撹拌することによって加水分解反応を行った。
この実施例では、硬化前後で同様の全光線透過率を得ながら、硬化後は硬化前より低い表面抵抗が得られている。

このようにして、透明性のある導電層２が形成された支持体１は、例えば、粘着剤、接着剤等の付着手段を介して他の支持体５と貼り合わされて積層体２０を構成することができる（図２）。この積層体２０は、各種電子デバイスに利用可能であり、例えばタッチパネル、液晶ディスプレイ、エレクトロルミネッセンスディスプレイ、プラズマディスプレイ、太陽電池等に備えられる電子デバイスの透明導電層積層体に利用される。

本発明の導電膜は、例えばタッチパネル、液晶ディスプレイ、エレクトロルミネッセンスディスプレイ、プラズマディスプレイ、太陽電池等の導電性および透明性が求められる導電膜に好適に適用することができる。

１、５ 支持体
２ 導電層
１０ 導電膜
２０ 積層体

Claims (9)

1. 支持体と当該支持体の少なくとも一方の面に設けた導電層とを備える導電膜であって、
   前記導電層は、導電性粒子を含み、かつ、収縮したマトリックスを有することを特徴とする、導電膜。
2. 前記導電性粒子が、金属、金属酸化物、導電性ポリマーから選択される少なくとも一つの材料からなることを特徴とする、請求項１に記載の導電膜。
3. 略透明であることを特徴とする、請求項１または２に記載の導電膜。
4. 支持体と当該支持体の少なくとも一方の面に設けた導電層とを備える導電膜の製造方法であって、
   導電性粒子を揮発性媒体中に分散させて調製した粒子分散液を、前記支持体上に塗布して塗膜を形成する塗布工程と、
   前記塗膜を乾燥させて、当該塗膜内のマトリックスを収縮させた導電層を形成する乾燥工程とを有することを特徴とする、導電膜の製造方法。
5. 支持体と当該支持体の少なくとも一方の面に設けた導電層とを備える導電膜の製造方法であって、
   導電性粒子を揮発性媒体中に分散させて調製した粒子分散液を、前記支持体上に塗布して塗膜を形成する塗布工程と、
   前記塗膜を硬化させて、当該塗膜内のマトリックスを収縮させた導電層を形成する硬化工程とを有することを特徴とする、導電膜の製造方法。
   の製造方法。
6. 前記支持体がプラスチックフィルムまたはガラスであることを特徴とする、請求項４または５に記載の導電膜の製造方法。
7. プラスチックフィルムまたはガラスからなる支持体を有した、請求項１から３のいずれか一項に記載の導電膜と、他の支持体とを備えた、積層体であって、
   前記導電膜の支持体と前記他の支持体とが付着手段を介して貼り合わされた、積層体。
8. 請求項１から３のいずれか一項に記載の導電膜あるいは請求項７に記載の積層体を備えた、電子デバイス。
9. 請求項１から３のいずれか一項に記載の導電膜、請求項７に記載の積層体、あるいは請求項８に記載の電子デバイスを備えた、タッチパネル。

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