JP5244950B2 - 透明導電性フィルム - Google Patents

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Description

本発明はインジウムスズ酸化物（ITO: Indium Tin Oxide）膜を用いた透明導電性フィルムに関する。
二酸化ケイ素などのコーティング層を有するフィルム基材と、フィルム基材のコーティング層上に形成された透明導体パターンと、透明導体パターンを埋設するようにフィルム基材上に形成された充填材料を有する透明導電性フィルムが知られている（特許文献１：特表２００７−５０８６３９）。透明導体パターンは、代表的には、インジウムスズ酸化物（ITO: Indium Tin Oxide）膜からなる。このような透明導電性フィルムは、例えば、静電容量方式タッチパネルに用いられ、透明導体パターンが視認されにくいという特徴を有する。しかし、従来の透明導電性フィルムは、依然として透明導体パターンが視認されることがある。
特表２００７−５０８６３９号公報
本発明の目的は、従来品よりも透明導体パターンがさらに視認されにくい透明導電性フィルムを提供することである。
（１）本発明の透明導電性フィルムは、フィルム基材と、フィルム基材上に形成された透明導体パターンと、透明導体パターンを埋設するようにフィルム基材上に形成された粘着剤層を備える。透明導体パターンは、フィルム基材側から、第１のインジウムスズ酸化物の結晶質層と、第２のインジウムスズ酸化物の結晶質層が、この順に積層された２層構造を有する。第１のインジウムスズ酸化物の結晶質層の酸化スズの含有量は６重量％〜１５重量％であり、第２のインジウムスズ酸化物の結晶質層の酸化スズの含有量は１重量％〜５重量％である。透明導体パターンの厚さ（第１のインジウムスズ酸化物の結晶質層の厚さ＋第２のインジウムスズ酸化物の結晶質層の厚さ）は、１０ｎｍ〜４５ｎｍである。「インジウムスズ酸化物」とは、いわゆるITO (Indium Tin Oxide)である。透明導体パターンの存在する部分の波長４５０ｎｍ〜６５０ｎｍの平均反射率をＲ １ （％）とし、透明導体パターンの存在しない部分の波長４５０ｎｍ〜６５０ｎｍの平均反射率をＲ ２ （％）とし、ΔＲ（％）を平均反射率Ｒ １ と平均反射率Ｒ ２ の差の絶対値とするとき（すなわちΔＲ＝｜Ｒ １ −Ｒ ２ ｜）、平均反射率の差の絶対値ΔＲが０．７％以下である。
（２）本発明の透明導電性フィルムにおいて、第１のインジウムスズ酸化物の結晶質層と第２のインジウムスズ酸化物の結晶質層は、それぞれ、インジウムスズ酸化物の非晶質層を加熱処理により結晶化させた結晶質層である。
（３）本発明の透明導電性フィルムにおいて、第１のインジウムスズ酸化物の結晶質層の厚さは第２のインジウムスズ酸化物の結晶質層の厚さより薄い。
（４）本発明の透明導電性フィルムにおいて、フィルム基材の材料は、ポリエチレンテレフタレート、ポリシクロオレフィン、またはポリカーボネートである。
（５）本発明の透明導電性フィルムにおいて、第１のインジウムスズ酸化物の結晶質層の酸化スズの含有量と、第２のインジウムスズ酸化物の結晶質層の酸化スズの含有量の差は３重量％〜１０重量％である。
（６）本発明の透明導電性フィルムにおいて、第１のインジウムスズ酸化物の結晶質層の厚さは３ｎｍ〜１５ｎｍであり、第２のインジウムスズ酸化物の結晶質層の厚さは７ｎｍ〜３０ｎｍである。
（７）本発明の透明導電性フィルムにおいて、第２のインジウムスズ酸化物の結晶質層の厚さと、第１のインジウムスズ酸化物の結晶質層の厚さの差は１ｎｍ〜１５ｎｍである。
（８）本発明の透明導電性フィルムにおいて、粘着剤層の屈折率は１．４５〜１．５０である。
（９）本発明の透明導電性フィルムにおいて、透明導体パターンの表面抵抗値は１５０Ω／□（単位：ohms per square）未満である。
本発明により、透明導体パターンの存在する部分の反射率と、透明導体パターンの存在しない部分の反射率の差を、従来よりも大幅に低減することができる。その結果、従来品よりも透明導体パターンが視認されにくい透明導電性フィルムを得ることができる。
本発明の透明導電性フィルムの平面図および断面模式図
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、透明導体パターンを特定の二層構造とすることにより、透明導体パターンの存在する部分の反射率と透明導体パターンの存在しない部分の反射率の差を、従来品よりも大幅に低減することができることを見出した。
[透明導電性フィルム]
本発明の透明導電性フィルム１０は、図１に示すように、フィルム基材１１と、フィルム基材１１上に形成された透明導体パターン１２と、透明導体パターン１２を埋設するようにフィルム基材１１上に形成された粘着剤層１３を備える。透明導体パターン１２は、第１のインジウムスズ酸化物の結晶質層１４と、第２のインジウムスズ酸化物の結晶質層１５が積層された二層構造を有する。以後、「第１のインジウムスズ酸化物の結晶質層１４」を単に「第１のインジウムスズ酸化物層１４」といい、「第２のインジウムスズ酸化物の結晶質層１５」を単に「第２のインジウムスズ酸化物層１５」という。
[フィルム基材]
本発明に用いられるフィルム基材１１は、透明性と耐熱性に優れたものが好ましい。フィルム基材１１の材料は、好ましくは、ポリエチレンテレフタレート、ポリシクロオレフィン、またはポリカーボネートである。フィルム基材１１は、その表面に易接着層、アンダーコート層、あるいはハードコート層を備えていてもよい。易接着層は透明導体パターン１２とフィルム基材１１の密着性を高める機能を有する。アンダーコート層はフィルム基材１１の反射率を調整する機能を有する。ハードコート層はフィルム基材１１の表面に傷がつくのを防ぐ機能を有する。フィルム基材１１の厚さは、例えば、１０μｍ〜２００μｍである。揮発成分を少なくして、インジウムスズ酸化物層の成膜性を高くするため、フィルム基材１１の厚さは２０μｍ〜５０μｍが好ましい。
[透明導体パターン]
本発明に用いられる透明導体パターン１２は、第１のインジウムスズ酸化物層１４と、第２のインジウムスズ酸化物層１５が積層された二層構造を有する。第１のインジウムスズ酸化物層１４はフィルム基材１１に近い側に配置され、第２のインジウムスズ酸化物層１５はフィルム基材１１から遠い側に配置される。
透明導体パターン１２の形状には特に制限はなく、図１に示すようなストライプ（縞）状でもよいし、図示しない菱形状でもよい。透明導体パターン１２の厚さ（第１のインジウムスズ酸化物層１４の厚さ＋第２のインジウムスズ酸化物層１５の厚さ）は、好ましくは１０ｎｍ〜４５ｎｍであり、さらに好ましくは１５ｎｍ〜３０ｎｍである。
本発明に用いられる第１のインジウムスズ酸化物層１４および第２のインジウムスズ酸化物層１５は、それぞれ、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）に酸化スズ（ＳｎＯ２）がドープされた化合物層である。本発明に用いられる第１のインジウムスズ酸化物層１４および第２のインジウムスズ酸化物層１５は、それぞれ代表的には、インジウムスズ酸化物の非晶質層を加熱処理により結晶化させた結晶質層である。
第１のインジウムスズ酸化物層１４の酸化スズ含有量は、第２のインジウムスズ酸化物層１５の酸化スズ含有量より多い。第１のインジウムスズ酸化物層１４の酸化スズ含有量は、好ましくは６重量％〜１５重量％であり、さらに好ましくは８重量％〜１２重量％である。第２のインジウムスズ酸化物層１５の酸化スズ含有量は、好ましくは１重量％〜５重量％であり、さらに好ましくは２重量％〜４重量％である。第１のインジウムスズ酸化物層１４の酸化スズ含有量と、第２のインジウムスズ酸化物層１５の酸化スズ含有量の差は、好ましくは３重量％〜１０重量％であり、さらに好ましくは５重量％〜８重量％である。ここで、酸化スズの含有量（重量％）は、｛酸化スズの重量／（酸化インジウムの重量＋酸化スズの重量）｝×１００（％）で表わす。
一般に、インジウムスズ酸化物層は、酸化スズの含有量が多いほど表面抵抗値が低くなるが、反面、結晶化時間が長くなる傾向がある。ところが、本発明の透明導電性フィルム１０においては、酸化スズの含有量が少ない第２のインジウムスズ酸化物層１５が、酸化スズの含有量の多い第１のインジウムスズ酸化物層１４の結晶成長を促進させることができる。これにより、本発明の透明導電性フィルム１０においては、透明導体パターン１２の結晶化時間を短縮しながら、表面抵抗値を小さくすることができる。
第１のインジウムスズ酸化物層１４の厚さは、第２のインジウムスズ酸化物層１５の厚さより薄いことが好ましい。第１のインジウムスズ酸化物層１４の厚さは、好ましくは３ｎｍ〜１５ｎｍであり、さらに好ましくは５ｎｍ〜１０ｎｍである。第２のインジウムスズ酸化物層１５の厚さは、好ましくは７ｎｍ〜３０ｎｍであり、さらに好ましくは１０ｎｍ〜２０ｎｍである。第１のインジウムスズ酸化物層１４の厚さと第２のインジウムスズ酸化物層１５の厚さの差は、好ましくは１ｎｍ〜１５ｎｍであり、さらに好ましくは２ｎｍ〜１０ｎｍである。
第１のインジウムスズ酸化物層１４の酸化スズの含有量と厚さ、および第２のインジウムスズ酸化物層１５の酸化スズの含有量と厚さを上記の範囲とすることにより、透明導体パターン１２の結晶化が促進され、低温、短時間の加熱処理により、表面抵抗値を低くすることができる。本発明の透明導電性フィルム１０においては、例えば１４０℃というような低温加熱処理条件により、透明導体パターン１２の表面抵抗値を１５０Ω／□（単位：ohms per square）未満の低い値にすることができる。
[粘着剤層]
本発明の透明導電性フィルム１０に用いられる粘着剤層１３は、透明導体パターン１２を埋設するように、フィルム基材１１上に形成される。粘着剤層１３を形成する材料としては、アクリル系粘着剤が透明性に優れるため好ましい。アクリル系粘着剤の屈折率は、本発明の効果をより高める観点から、好ましくは１．４５〜１．５０である。アクリル系粘着剤の厚さは、好ましくは１００μｍ〜５００μｍである。なお、本発明の透明導電性フィルム１０が、スマートフォンに用いられる場合、粘着剤層１３の上に、例えばカバーガラスが積層される。
本発明の透明導電性フィルム１０は、透明導体パターン１２の存在する部分の反射率と、透明導体パターン１２の存在しない部分の反射率の差を、従来よりも低減することができる。この結果、本発明の透明導電性フィルム１０において、透明導体パターン１２は従来品よりも視認されにくい。透明導体パターン１２の存在する部分の、波長４５０ｎｍ〜６５０ｎｍの平均反射率をＲ１（％）とし、透明導体パターン１２の存在しない部分の、波長４５０ｎｍ〜６５０ｎｍの平均反射率をＲ２（％）とする。ΔＲ（％）を、平均反射率Ｒ１と平均反射率Ｒ２の差の絶対値とする。つまりΔＲ＝｜Ｒ１−Ｒ２｜である。本発明の透明導電性フィルム１０においては、平均反射率の差の絶対値ΔＲ（％）を、好ましくは０．７％以下とすることができる。さらに好ましくは、平均反射率の差の絶対値ΔＲ（％）を０．３％〜０．５％とすることができる。本発明においては、透明導体パターン１２が、第１のインジウムスズ酸化物層１４と第２のインジウムスズ酸化物層１５の２層構造であるため、透明導体パターン１２の存在する部分の平均反射率Ｒ１と、透明導体パターン１２の存在しない部分の平均反射率Ｒ２の差の絶対値ΔＲが小さくなる。
［製造方法］
本発明の透明導電性フィルム１０の製造方法の一例を説明する。まず、５００ｍ〜５，０００ｍ巻の長尺のフィルム基材１１のロールをスパッタリング装置内に入れ、これを一定速度で巻き戻しながら、スパッタリング法により、フィルム基材１１上に、第１のインジウムスズ酸化物層、第２のインジウムスズ酸化物層を連続的に形成する。スパッタリング法においては、低圧気体（例えば低圧アルゴンガス）中で発生させたプラズマ中の陽イオンを、インジウムスズ酸化物の焼成体ターゲット（負電極）に衝突させ、焼成体ターゲット表面から飛散した物質をフィルム基材１１上に付着させる。この際、スパッタリング装置内に、酸化スズの含有量の異なるインジウムスズ酸化物の焼成体ターゲットを、少なくとも２個設置することにより、２層のインジウムスズ酸化物層（第１のインジウムスズ酸化物層と第２のインジウムスズ酸化物層）を連続的に形成することができる。スパッタリング後（熱処理前）の第１のインジウムスズ酸化物層、第２のインジウムスズ酸化物層は、いずれも非晶質層である。
２層のインジウムスズ酸化物層（第１のインジウムスズ酸化物層と第２のインジウムスズ酸化物層）が形成された長尺のフィルム基材１１は、一旦、巻回してロールにされる。長尺のフィルム基材１１のロールは、巻き戻されながら、加熱オーブン内に連続的に搬送されて、２層のインジウムスズ酸化物層（第１のインジウムスズ酸化物層と第２のインジウムスズ酸化物層）が加熱処理される。加熱温度は、好ましくは１３０℃〜１７０℃であり、加熱時間は、好ましくは３０分〜６０分である。加熱処理によって、第１のインジウムスズ酸化物層と第２のインジウムスズ酸化物層は、非晶質から結晶質に変化する。このようにして、フィルム基材１１側から、第１のインジウムスズ酸化物層、第２のインジウムスズ酸化物層がこの順に積層された透明導体膜を有する、長尺の透明導電性フィルム１０が得られる。本発明においては、第１のインジウムスズ酸化物層の酸化スズの含有量と厚さ、第２のインジウムスズ酸化物層の酸化スズの含有量と厚さを限定された範囲とすることにより、透明導体膜の結晶化が促進され、低温、短時間の加熱処理により、透明導体膜を結晶化することができる。
次に透明導体膜の表面（第２のインジウムスズ酸化物層の表面）に、所望のパターン形状のフォトレジスト膜を形成した後、透明導体膜を塩酸に浸漬することにより、透明導体膜の不要部分（フォトレジストに覆われていない部分）が除去され、透明導体パターン１２（第１のインジウムスズ酸化物層１４と第２のインジウムスズ酸化物層１５の積層膜）が得られる。
最後に、透明導体パターン１２を有する長尺のフィルム基材１１の上に、透明導体パターン１２を埋設するように粘着剤層１３を積層して、本発明の透明導電性フィルム１０が得られる。
［実施例１］
厚さ２３μｍのポリエチレンテレフタレートフィルム上に、メラミン樹脂を含む熱硬化性樹脂のアンダーコート層（厚さ３０ｎｍ）を形成した、長尺のフィルム基材１１のロールを準備した。この長尺のフィルム基材１１のロールを、アルゴンガス８０体積％と酸素ガス２０体積％からなる、ガス圧０．４Ｐａの雰囲気のスパッタリング装置にセットした。長尺のフィルム基材１１のロールを一定速度で巻き戻しながら、フィルム基材１１の上に、第１のインジウムスズ酸化物の非晶質層（酸化スズの含有量１０重量％、厚さ８ｎｍ）、第２のインジウムスズ酸化物の非晶質層（酸化スズの含有量３．３重量％、厚さ１２ｎｍ）を順次形成し、トータル厚さ２０ｎｍの透明導体膜を形成した。第１のインジウムスズ酸化物の非晶質層と第２のインジウムスズ酸化物の非晶質層が形成された長尺のフィルム基材１１を、一旦巻回してロールにした。
次に、このロールを巻き戻しながら、１４０℃の加熱オーブン内に連続的に搬送して、加熱処理を行なった。加熱処理により、第１のインジウムスズ酸化物の非晶質層は結晶質層に変化し、第２のインジウムスズ酸化物の非晶質層は結晶質層に変化した。この結果、長尺のフィルム基材上に第１のインジウムスズ酸化物層１４、第２のインジウムスズ酸化物層１５が形成された長尺のフィルム基材１１が得られた。第１のインジウムスズ酸化物層の厚さおよび酸化スズの重量％は加熱処理前と同じであった。第２のインジウムスズ酸化物層の厚さおよび酸化スズの重量％は加熱処理前と同じであった。
次に、第２のインジウムスズ酸化物層１５の表面に、ストライプ状パターンのフォトレジスト膜を形成した後、透明導体膜を塩酸に浸漬することにより、透明導体膜の不要部分（フォトレジストに覆われていない部分）を除去し、透明導体パターン１２を得た。
最後に、透明導体パターン１２を有する長尺のフィルム基材１１の上に、透明導体パターン１２を埋設するようにアクリル系粘着剤層１３（日東電工株式会社製「LUCIACS（登録商標）ＣＳ9621」）（厚さ５０μｍ、屈折率１．４７）を積層して、透明導電性フィルム１０を得た。得られた透明導電性フィルム１０の特性を表１に示す。
［比較例１］
第１のインジウムスズ酸化物の酸化スズの含有量を３．３重量％、厚さを１２ｎｍとした。第２のインジウムスズ酸化物の酸化スズの含有量を１０重量％、厚さを８ｎｍとした。透明導体膜のトータル厚さ２０ｎｍは実施例１と同じである。上記以外は、実施例１と同様の方法により、透明導電性フィルムを作製した。得られた透明導電性フィルムの特性を表１に示す。
［比較例２］
透明導電膜を２層から１層に変更した。インジウムスズ酸化物の酸化スズの含有量を３．３重量％、厚さを２３ｎｍとした。上記以外は、実施例１と同様の方法により、透明導電性フィルムを作製した。得られた透明導電性フィルムの特性を表１に示す。
［比較例３］
透明導電膜を２層から１層に変更した。インジウムスズ酸化物の酸化スズの含有量を１０重量％、厚さを２３ｎｍとした。上記以外は、実施例１と同様の方法により、透明導電性フィルムを作製した。得られた透明導電性フィルムの特性を表１に示す。
Figure 0005244950
［評価］
表１に示すように、本発明の透明導電性フィルム（実施例１）において、第１のインジウムスズ酸化物層の酸化スズの含有量は、第２のインジウムスズ酸化物層の酸化スズの含有量より多い。また、第１のインジウムスズ酸化物層の厚さは、第２のインジウムスズ酸化物層の厚さより薄い。これらにより、透明導体パターンの存在する部分の反射率と、透明導体パターンの存在しない部分の反射率の差ΔＲを、従来品より低減することができた。その結果、従来品より透明導体パターンが視認されにくい透明導電性フィルムを得ることができた。さらに、本発明の透明導電性フィルム（実施例１）においては、透明導体パターンの結晶化時間を短縮しながら、表面抵抗値を小さくすることができた。
［測定方法］
［反射率の差ΔＲ］
透明導電性フィルムから粘着剤層を取り除いた後、分光光度計（日立製作所製Ｕ４１００）を用いて、透明導体パターンの存在する部分の波長４５０ｎｍ〜６５０ｎｍの平均反射率Ｒ１（％）と、透明導体パターンの存在しない部分の波長４５０ｎｍ〜６５０ｎｍの平均反射率Ｒ２（％）とを測定し、反射率の差の絶対値ΔＲ（％）＝｜Ｒ１−Ｒ２｜を算出した。なお、粘着剤層を積層すると、透明導体パターンの存在する部分の平均反射率Ｒ１（％）と、透明導体パターンの存在しない部分の平均反射率Ｒ２（％）はいずれも同程度小さくなるため、反射率の差の絶対値ΔＲ（％）は若干小さくなる。
［表面抵抗値］
透明導電性フィルムに粘着剤層を積層する前に、４端子法を用いて、表面抵抗値を測定した。
［結晶化時間］
透明導電性フィルムの表面抵抗値がほぼ一定となる時間を結晶化時間とした。
［酸化スズの含有量］
スパッタリング装置に設置したインジウムスズ酸化物の焼成体ターゲットの酸化スズ含有量を、インジウムスズ酸化物の結晶質層の酸化スズ含有量とした。
［膜厚］
透過型電子顕微鏡（日立製作所製H-7650）を用いてインジウムスズ酸化物層の断面を観察し、インジウムスズ酸化物層の膜厚を測定した。
本発明の透明導電性フィルムの用途に制限は無いが、本発明の透明導電性フィルムは投影型の静電容量方式タッチパネルに特に好適に用いられる。
１０ 透明導電性フィルム
１１ フィルム基材
１２ 透明導体パターン
１３ 粘着剤層
１４ 第１のインジウムスズ酸化物の結晶質層
１５ 第２のインジウムスズ酸化物の結晶質層

Claims (9)

  1. フィルム基材と、前記フィルム基材上に形成された透明導体パターンと、前記透明導体パターンを埋設するように前記フィルム基材上に形成された粘着剤層を備えた透明導電性フィルムであって、
    前記透明導体パターンは、前記フィルム基材側から、第１のインジウムスズ酸化物の結晶質層と、第２のインジウムスズ酸化物の結晶質層が、この順に積層された２層構造を有し、
    前記第１のインジウムスズ酸化物の結晶質層の酸化スズの含有量は６重量％〜１５重量％であり、
    前記第２のインジウムスズ酸化物の結晶質層の酸化スズの含有量は１重量％〜５重量％であり、
    前記透明導体パターンの厚さ（前記第１のインジウムスズ酸化物の結晶質層の厚さ＋前記第２のインジウムスズ酸化物の結晶質層の厚さ）は、１０ｎｍ〜４５ｎｍであり、
    前記透明導体パターンの存在する部分の波長４５０ｎｍ〜６５０ｎｍの平均反射率をＲ １ （％）とし、
    前記透明導体パターンの存在しない部分の波長４５０ｎｍ〜６５０ｎｍの平均反射率をＲ ２ （％）とし、
    ΔＲ（％）を前記平均反射率Ｒ １ と前記平均反射率Ｒ ２ の差の絶対値とするとき（ΔＲ＝｜Ｒ １ −Ｒ ２ ｜）、
    前記平均反射率の差の絶対値ΔＲが０．７％以下であることを特徴とする透明導電性フィルム。
  2. 前記第１のインジウムスズ酸化物の結晶質層と前記第２のインジウムスズ酸化物の結晶質層は、それぞれ、インジウムスズ酸化物の非晶質層を加熱処理により結晶化させた結晶質層であ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。
  3. 前記第１のインジウムスズ酸化物の結晶質層の厚さは前記第２のインジウムスズ酸化物の結晶質層の厚さより薄いことを特徴とする請求項１〜２のいずれかに記載の透明導電性フィルム。
  4. 前記フィルム基材の材料が、ポリエチレンテレフタレート、ポリシクロオレフィン、またはポリカーボネート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。
  5. 前記第１のインジウムスズ酸化物の結晶質層の酸化スズの含有量と前記第２のインジウムスズ酸化物の結晶質層の酸化スズの含有量の差は３重量％〜１０重量％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。
  6. 前記第１のインジウムスズ酸化物の結晶質層の厚さは３ｎｍ〜１５ｎｍであり、前記第２のインジウムスズ酸化物の結晶質層の厚さは７ｎｍ〜３０ｎｍであ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。
  7. 前記第２のインジウムスズ酸化物の結晶質層の厚さと前記第１のインジウムスズ酸化物の結晶質層の厚さの差は１ｎｍ〜１５ｎｍであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の透明導電性フィルム。
  8. 前記粘着剤層の屈折率は１．４５〜１．５０であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の透明導電性フィルム。
  9. 前記透明導体パターンの表面抵抗値が１５０Ω／□（単位：ohms per square）未満であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の透明導電性フィルム。
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