JP5372240B2 - 透明導電性フィルムおよびその製造方法並びに透明導電性フィルムを用いた電子デバイス - Google Patents
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Description
1−1)透明導電性フィルムのガスバリア層並びに基材
本発明の透明導電性フィルムは、基材の少なくとも片面に、(A)ガスバリア層と、(B)酸化亜鉛系導電材料からなる透明導電層とが形成された酸化亜鉛系導電性積層体であって、前記ガスバリア層は、酸素原子、炭素原子及びケイ素原子を少なくとも含む材料から構成されてなり、該ガスバリア層の表面から深さ方向に向かって、層中における酸素原子の存在割合が漸次減少し且つ炭素原子の存在割合が漸次増加している領域を有することを特徴とする。
本発明において、酸化亜鉛系導電層は、酸化亜鉛系導電材料からなる透明導電層であり、酸化亜鉛系導電材料は、酸化亜鉛を主体とするものであり、好適には、酸化亜鉛を90質量%以上含有するのが好ましいが、その他の組成は特に限定されず、例えば、抵抗率を低下させるために、アルミニウム、インジウム、ホウ素、ガリウム、ケイ素、スズ、ゲルマニウム、アンチモン、イリジウム、レニウム、セリウム、ジルコニウム、スカンジウムおよびイットリウムなど各種添加元素、添加剤を添加されたものでもよい。これらの各種添加元素、添加剤は、少なくも1種以上含んでいてもよく、添加量は0.05〜15質量%含んでいることが好ましい。また、酸化亜鉛系透明導電材料の成膜方法としては、従来から公知の方法により成膜することができ、例えば、スパッタリング法、イオンプレーティング法、真空蒸着法、化学気相成長法などで成膜することができる。透明導電材料を成膜する前に、ガスバリア性を有するフィルムをあらかじめ、フィルムの融点を超えない温度領域で真空もしくは大気圧下で加熱処理を施したり、プラズマ処理や紫外線照射処理を行う工程を設けても良い。
本発明の透明導電性フィルムは、基材の少なくとも片面に、(A)ガスバリア層と、(B)酸化亜鉛系導電材料からなる透明導電層とが形成された酸化亜鉛系導電性積層体であるが、他の層を含んでいてもよい。他の層の配置位置は特に限定されず、基材の少なくとも片面にあってもよく、またはガスバリア層の少なくとも片面にあってもよく、酸化亜鉛系導電層の少なくとも片面にあってもよい。他の層としては、例えば、前記基材のオリゴマー成分や低分子成分を遮蔽する目的のために、ハードコート層などの層を設けることができる。ハードコート層としては、特に限定されず、エネルギー線硬化型樹脂や熱硬化型樹脂からなる公知のものを用いることができる。またガスバリア層の上にガスバリア層の保護の目的としてハードコート層を設けても良い。ハードコート層の厚さは、0.1〜20μmであることが好ましく、特に1〜10μmであることが好ましい。
T1=(R1−R0)/R0
T2=(R2−R0)/R0
本発明の透明導電性フィルムの製造方法は、前記ポリオルガノシロキサン系化合物を含む層にイオンを注入してガスバリア層を形成する工程と、このガスバリア層上に酸化亜鉛系導電材料からなる透明導電層を形成する工程とを有することを特徴とする。
本発明の透明導電性フィルムは、優れたガスバリア性と透明導電性を有しているので、電子デバイスに用いると、水蒸気等のガスによる素子の劣化を防ぐことができる。また、光の透過性が高いので、タッチパネル、液晶ディスプレイ、ELディスプレイ等のディスプレイ部材;太陽電池等に用いる太陽電池用電極;有機トランジスタ用電極等として好適である。
以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。但し、本発明は、以下の実施例になんら限定されるものではない。
RF電源:型番号「RF56000」、日本電子社製
高電圧パルス電源:「PV−3−HSHV−0835」、栗田製作所社製
測定装置:「PHI Quantera SXM」アルバックファイ社製
X線ビーム径:100μm
電力値:25W
電圧:15kV
取り出し角度:45°
この測定条件にて、下記測定を行った。
実施例1〜10及び19、比較例1で得られたフィルムのプラズマイオン注入された面、実施例19で得られたフィルムのプラズマ処理面及び比較例1のフィルムのポリジメチルシロキサンを含む層の表面の、酸素原子、炭素原子及びケイ素原子の存在割合、並びにケイ素原子の2p電子の結合エネルギーのピーク位置を測定した。その後、それぞれのフィルムにつき、プラズマイオン注入された面(実施例1〜10)、プラズマ処理されたポリジメチルシロキサンを含む層の面(実施例19)、ポリジメチルシロキサンを含む層の表面(比較例1)から深さ方向に向かって、アルゴンガスを用いてスパッタリングを行い、スパッタリングにより露出した表面における原子の存在割合を測定する操作を繰り返すことにより深さ方向の原子の存在割合及びケイ素原子の2p電子の結合エネルギーのピーク位置を測定した。
透過率測定器:「L80−5000」、LYSSY社製
測定条件:相対湿度90%、40℃
可視光透過率測定装置として、「ヘイズメーターNDH2000」、日本電色工業社製を使用し、全光線透過率を測定した。なお、サンプルへの光線入射面は、全て透明導電層である酸化亜鉛膜面からとした。
23℃50%RH環境下で透明導電性フィルムのシート抵抗値を測定する装置として、「LORESTA―GP MCP−T600」三菱化学株式会社社製を使用した。またプローブは「PROBE TYPE LSP」三菱化学アナリック株式会社製を用いた。
透明導電性フィルムを60℃および60℃90%RH環境下で3日間投入した。取り出し後、23℃50%RH環境下で1日調温・調湿を行い、シート抵抗値を測定した。投入前のシート抵抗値R0と、60℃3日間投入後のシート抵抗値R1、60℃90%RH環境投入後のシート抵抗値R2の値から以下のような計算式で評価を行った。
T1=(R1−R0)/R0
T2=(R2−R0)/R0
基材としてポリエチレンナフタレート(帝人デュポン株式会社製、厚さ200μm、商品名Q65FA)(以下、「PENフィルム」という。)の易接着面に、ポリオルガノシロキサン系化合物として、ポリジメチルシロキサンを主成分とするシリコーン樹脂(A)(シリコーン剥離剤「KS835」、信越化学工業社製)を、マイヤーバーを用いて塗布し、120℃で2分間加熱して、厚さ100nmのシリコーン剥離剤Aを含む層を形成してポリジメチルシロキサン層を得た。次に、図1に示すプラズマイオン注入装置を用いてポリジメチルシロキサン層の表面に、窒素をプラズマイオン注入してガスバリア層を作製した。得られたガスバリア層上に酸化ガリウムを5.7質量%含む酸化亜鉛を厚み100nmとなるようにスパッタリング法により成膜を行い、目的とする実施例1に係る透明導電性フィルムを得た。
・プラズマ生成ガス:N2
・Duty比:0.5%
・繰り返し周波数:1000Hz
・印加電圧:−10kV
・RF電源:周波 13.56MHz、印加電力 1000W
・チャンバー内圧:0.2Pa
・パルス幅:5μsec
・ 処理時間(イオン注入時間):5分間
・ 搬送速度:0.4m/min
・基板温度:室温
・DC出力:500W
・キャリアガス:アルゴンと酸素を100:1の流量比率になるように調整
・真空度:0.3〜0.8Paの範囲
プラズマ生成ガスとしてアルゴン(Ar)を用いた以外は、実施例1と同様にして実施例2の透明導電フィルムを作製した。
プラズマ生成ガスとしてヘリウム(He)を用いた以外は、実施例1と同様にして実施例3の透明導電フィルムを作製した。
プラズマ生成ガスとして酸素(O2)を用いた以外は、実施例1と同様にして実施例4の透明導電フィルムを作製した。
実施例1で用いた同じPENフィルムに、ポリジメチルシロキサンのメチル基の一部がフェニル基に置換された構造を有するポリオルガノシロキサン系化合物を主成分とするシリコーン樹脂(B)(商品名「X62−9201B」、信越化学社製)をマイヤーバーを用いて塗布し、120℃で2分間加熱して、厚さ100nmの、フェニル基を有するポリオルガノシロキサンを含む層を形成した。次にシリコーン樹脂(B)を含む層の表面に、実施例1と同様にして、窒素をプラズマイオン注入し、ガスバリア層を得た。その後実施例1と同様に透明導電層を成膜して実施例5の透明導電性フィルムを得た。
プラズマ生成ガスとしてアルゴン(Ar)を用いた以外は、実施例5と同様にして実施例6の透明導電フィルムを作製した。
n−プロピルトリメトキシシラン(東京化成工業社製)3.29g(20mmol)、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(東京化成工業社製)4.73g(20mmol)、トルエン20ml、蒸留水10mlおよびリン酸(関東化学社製)0.10g(1mmol)を混合し、室温で24時間反応させた。反応終了後、反応混合物に飽和炭酸水素ナトリウム水溶液を加え、これに酢酸エチル100mlを加えて分液し有機層を分取した。有機層を蒸留水にて2回洗浄後、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、硫酸マグネシウムをろ別した。得られたろ液を多量のn−ヘキサン中に滴下して沈殿させた。n−ヘキサンをデカンテーションにより分離した後、沈殿物をTHFに溶解させて回収した。エバポレーターでテトラヒドロフラン(THF)を減圧留去し、真空乾燥することにより、ラダー状の構造を有するポリシルセスキオキサン(ポリオルガノシロキサン系化合物)を得た。このものの重量平均分子量は2,000であった。次いで、得られたポリシルセスキオキサンをトルエンに溶解させた溶液(固形分濃度2質量%)を、実施例1で用いたのと同じPENフィルムにマイヤーバーを用いて塗布し、125℃で6時間加熱して硬化させて、厚さ100nmのポリシルセスキオキサンの層を得た。硬化後のポリシルセスキオキサンの層の表面に、プラズマイオン注入装置を用いて実施例1と同様にして、窒素をプラズマイオン注入し、ガスバリア層を得た。その後実施例1と同様に透明導電層を成膜して、実施例7の透明導電性フィルムを得た。なお、重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)法により測定したポリスチレン換算の値である。なお、プラズマイオン注入する前のガスバリア層の水蒸気透過率は、12.1(g/m2/day)であった。
プラズマ生成ガスとしてアルゴン(Ar)を用いた以外は、実施例7と同様にして実施例8の透明導電性フィルムを作製した。
フェニルトリメトキシシラン(東京化成工業社製)7.94g(40mmol)、トルエン20ml、蒸留水10mlおよびリン酸(関東化学社製)0.10g(1mmol)を混合し、室温で24時間反応させた。反応終了後、反応混合物に飽和炭酸水素ナトリウム水溶液を加え、これに酢酸エチル100mlを加えて分液し有機層を分取した。有機層を蒸留水にて2回洗浄後、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、硫酸マグネシウムをろ別した。得られたろ液を多量のn−ヘキサン中に滴下して沈殿させた。n−ヘキサンをデカンテーションにより分離した後、沈殿物をTHFに溶解させて回収した。エバポレーターでTHFを減圧留去し、真空乾燥することにより、ラダー状の構造を有するポリシルセスキオキサン(ポリオルガノシロキサン系化合物)を得た。このものの重量平均分子量は、1,600であった。次いで、得られたポリシルセスキオキサンをトルエンに溶解させた溶液(固形分濃度2質量%)を、実施例1で用いたのと同じPENフィルムにマイヤーバーを用いて塗布し、125℃で6時間加熱して硬化させて、厚さ100nmのポリシルセスキオキサン層を作成した。硬化後のポリシルセスキオキサンの層の表面に、プラズマイオン注入装置を用いて実施例1と同様にして、窒素をプラズマイオン注入し、ガスバリア層を得た。得られたガスバリア層上に実施例1と同様に、透明導電層を成膜して実施例9の透明導電性フィルムを作製した。なお、プラズマイオン注入する前のガスバリア層の水蒸気透過率は、11.7(g/m2/day)であった。
プラズマ生成ガスとしてアルゴン(Ar)を用いた以外は、実施例9と同様にして実施例10の透明導電性フィルムを作製した。
搬送速度を0.2m/minとして、処理時間(イオン注入時間)を10分間とした以外は、実施例1と同様にして実施例11の透明導電性フィルムを作製した。
プラズマ生成ガスとしてアルゴン(Ar)を用いた以外は、実施例11と同様にして実施例12の透明導電性フィルムを作製した。
印加電圧を−5kVとした以外は、実施例2と同様にして、実施例13の透明導電性フィルムを作製した。
パルス幅を10μsecとした以外は、実施例2と同様にして、実施例14の透明導電性フィルムを作製した。
イオン注入条件を以下に示すようにした以外は、実施例1と同様にして、実施例15の透明導電性フィルムを作製した。
・プラズマ生成ガス:Ar
・Duty比:1%
・繰り返し周波数:1000Hz
・印加電圧:−15kV
・RF電源:周波 13.56MHz、印加電力 1000W
・チャンバー内圧:0.2Pa
・パルス幅:10μsec
・処理時間(イオン注入時間):1分間
・搬送速度:2m/min
プラズマ生成ガスとしてヘリウムを用いた以外は、実施例11と同様にして、実施例16の透明導電性フィルムを得た。
ヘキセニル基を官能基とするポリジメチルシロキサンと架橋剤(ポリメチルハイドロジェンシロキサン)を主成分とする付加反応型シリコーン樹脂(東レ・ダウコーニング社製、商品名「LTC−760A」)100重量部に、白金系触媒(東レ・ダウコーニンニグ社製、商品名「SRX−212」)を2質量部加えた状態で、光増感剤としてアセトフェノンを付加型反応シリコーン樹脂に1質量部添加して、トルエンで希釈して固形濃度1質量%の液を得た。この液を実施例1で用いたPENフィルムに100nmになるようマイヤーバーを用いて均一に塗布した。その後50℃の熱風循環式乾燥機にて30秒処理して直ちにフュージョンHバルブ240W/cm 1灯取付のコンベアー式紫外線照射機によりコンベアスピード40m/minの条件で紫外線を照射し、ポリジメチルシロキサンを有する層を得た。その後実施例2と同様にポリジメチルシロキサン層にイオン注入を行い、ガスバリア層を得た。更にイオン注入された層上に実施例1と同様に透明導電層を形成し、実施例17の透明導電性フィルムを得た。
フェニルトリメトキシシラン(東京化成工業社製)3.97g(20mmol)、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(東京化成工業社製)4.73g(20mmol)、トルエン20ml、蒸留水10mlおよびリン酸(関東化学社製)0.10g(1mmol)を混合し、室温で24時間反応させた。反応終了後、反応混合物に飽和炭酸水素ナトリウム水溶液を加え、これに酢酸エチル100mlを加えて分液し有機層を分取した。有機層を蒸留水にて2回洗浄後、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、硫酸マグネシウムをろ別した。得られたろ液を多量のn−ヘキサン中に滴下して沈殿させた。n−ヘキサンをデカンテーションにより分離した後、沈殿物をTHFに溶解させて回収した。エバポレーターでTHFを減圧留去し、真空乾燥することにより、ラダー状の構造を有するポリシルセスキオキサンを(ポリオルガノシロキサン系化合物)を得た。このものの重量平均分子量は1,800であった。次いで、得られたポリシルセスキオキサンをトルエンに溶解させた溶液(固形分濃度20質量%)を実施例1で用いたのと同じPENフィルムにマイヤーバーを用いて塗布し、125℃で6時間加熱して硬化させて、厚さ10μmのポリシルセスキオキサンの層を得た。硬化後のポリシルセスキオキサンの層の表面に、プラズマイオン注入装置を用いて実施例12と同様にして、アルゴンをプラズマイオン注入し、ガスバリア層を得た。その後実施例1と同様に透明導電層を形成して、実施例18の透明導電性フィルムを得た。
実施例1の成形物のポリジメチルシロキサンを含む層の表面に、プラズマイオン注入を行う代わりに、以下に示す条件でプラズマ処理を施し、実施例19の透明導電性フィルムを得た。
高周波電力 :300W
高周波発振周波数:13.56MHz
プラズマ生成ガス:アルゴン
ガス流量 :50ml/分
処理圧力 :30Pa
処理温度 :40℃
処理時間 :3分間
イオン注入を行わない以外は、実施例1と同様にして、比較例1の透明導電性フィルムを作製した。すなわちPENフィルムにポリジメチルシロキサン層を作製して、イオン注入処理を行わずに透明導電層を成膜した。
PENフィルムにシリコーン剥離剤Aを塗布しない以外は、実施例1と同様にしてフィルムを作製した。すなわち、PENフィルムの易接着面表面に窒素をプラズマイオン注入後、透明導電層を成膜し、比較例2の透明導電性フィルムとした。
Claims (18)
- 基材の少なくとも片面に、(A)ガスバリア層と、(B)酸化亜鉛系導電材料からなる透明導電層とが形成された酸化亜鉛系導電性積層体であって、前記ガスバリア層は、酸素原子、炭素原子及びケイ素原子を少なくとも含む材料から構成されてなり、該ガスバリア層の表面から深さ方向に向かって、層中における酸素原子の存在割合が漸次減少し且つ炭素原子の存在割合が漸次増加している領域を有することを特徴とする透明導電性フィルム。
- 前記ガスバリア層の表層部における、酸素原子、炭素原子及びケイ素原子の存在量全体に対する各元素の存在割合は、酸素原子の存在割合が10〜70%、炭素原子の存在割合が10〜70%、ケイ素原子の存在割合が5〜35%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。
- 前記ガスバリア層が、該ガスバリア層の表層部におけるX線光電子分光(XPS)測定における、ケイ素原子の2p電子の結合エネルギーのピーク位置が102〜104eVであることを特徴とする請求項1又は2に記載の透明導電性フィルム。
- 前記ガスバリア層が、ポリオルガノシロキサン系化合物を含む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。
- 前記ガスバリア層が、厚みが30nmから10μmであり、該ガスバリア層の表層部の厚さが5nmから100nm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。
- 前記ガスバリア層が、ポリオルガノシロキサン系化合物を含む層にイオンが注入されて得られる層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。
- 前記イオンが注入された部分が、前記ポリオルガノシロキサン系化合物を含む層の表層部であ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。
- 前記イオンが、水素、窒素、酸素、希ガス及びフルオロカーボンからなる群から選ばれる少なくとも一種のガスがイオン化されたものであることを特徴とする請求項7又は8に記載の透明導電性フィルム。
- 前記イオンの注入が、プラズマイオン注入によるものであることを特徴とする請求項7〜9のいずれか1項に記載の透明導電性フィルム。
- 前記透明導電層は、膜厚が20〜500nmであり、前記透明導電性フィルムのシート抵抗値の値が1000Ω/□以下であることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の透明導電性フィルム。
- 前記酸化亜鉛系導電材料は、ガリウム、インジウム、及びケイ素から選択される少なくとも1つの元素を0.01〜10質量%含むことを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の透明導電性フィルム。
- 前記透明導電性フィルムは、その初期シート抵抗値をR0とし、60℃90%RH環境下および60℃環境下で3日間投入後のシート抵抗値をR1、R2とした場合に、シート抵抗値の変化率T1=(R1−R0)/R0およびT2=(R2−R0)/R0の値が1.0以下であることを特徴とする請求項1〜12のいずれかに記載の透明導電性フィルム。
- ポリオルガノシロキサン系化合物を含む層にイオンを注入してガスバリア層を形成する工程と、該ガスバリア層上に酸化亜鉛系導電材料からなる透明導電層を形成する工程とを有することを特徴とする透明導電性フィルムの製造方法。
- 前記イオンを注入する工程が、水素、窒素、酸素、希ガス及びフルオロカーボンからなる群から選ばれる少なくとも一種のガスをイオン化して注入する工程であることを特徴とする請求項14に記載の透明導電性フィルムの製造方法。
- 前記イオンを注入する工程が、プラズマイオン注入する工程であることを特徴とする請求項15に記載の透明導電性フィルムの製造方法。
- 前記イオンを注入する工程が、ポリオルガノシロキサン系化合物を含む層を有する長尺のフィルムを一定方向に搬送しながら、前記ポリオルガノシロキサン系化合物を含む層にイオンを注入する工程であることを特徴とする請求項15又は16に記載の透明導電性フィルムの製造方法。
- 請求項1〜13のいずれか1項に記載の透明導電性フィルムを使用したことを特徴とする電子デバイス。
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