JP5559491B2

JP5559491B2 - 透明導電性積層体及びそれを用いたタッチパネル

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Publication number: JP5559491B2
Application number: JP2009101974A
Authority: JP
Inventors: 英男菅原; 知功野口; 豪彦安藤
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2001-02-14
Filing date: 2009-04-20
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2021-06-11
Also published as: JP2009196364A

Description

本発明は、フィルム基材を有する透明導電性積層体及びそれを用いたタッチパネルに関するものである。

一般に、可視光線領域で透明であり、且つ導電性を有する薄膜は、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などの新しいディスプレイ方式やタッチパネルなどにおける透明電極のほか、透明物品の帯電防止や電磁波遮断などのために用いられている。

従来、このような透明導電性薄膜として、ガラス上に酸化インジウム薄膜を形成したいわゆる導電性ガラスがよく知られているが、基材がガラスであるために可撓性、加工性に劣り、用途によっては使用できない場合がある。

このため、近年では可撓性、加工性に加えて、耐衝撃性に優れ、軽量であるなどの利点から、ポリエチレンテレフタレートフィルムをはじめとする各種のプラスチックフィルムを基材とした透明導電性薄膜が使用されている。

しかるに、このようなフィルム基材を用いた従来の透明導電性薄膜は、薄膜表面の光線反射率が大きいために、透明性に劣るという問題があるほか、導電性薄膜の耐擦傷性や耐屈曲性に劣り、使用中に傷がついて電気抵抗が増大したり、断線を生じるといった問題があった。

また、特にタッチパネル用の導電性薄膜では、スペーサを介して対向させた一対の薄膜同志がその一方のパネル板側からの押圧打点で強く接触するものであるため、これに抗しうる良好な耐久特性、即ち打点特性を有していることが望まれるが、上記従来の透明導電性薄膜ではかかる特性に劣り、その分タッチパネルとしての寿命が短くなるという問題があった。

そこで、本発明は前記従来の問題を解決するため、ポリエチレンテレフタレートフィルムなどのフィルム基材を用いた透明導電性薄膜において、その透明性及び導電性薄膜の耐擦傷性や耐屈曲性を改良するとともに、タッチパネル用としてのペン入力耐久性の改良を図ることを目的としている。

前記目的を達成するため、本発明の透明導電性積層体は、厚さが２〜１２０μｍの透明なフィルム基材の一方の面に、透明な第１の誘電体薄膜、透明な第２の誘電体薄膜、及び透明な導電性薄膜をこの順番に積層し、前記フィルム基材の他方の面に透明な粘着剤層を介して透明基体を貼り合わせてなる透明導電性積層体であって、前記フィルム基材の光の屈折率をｎ₁、前記第１の誘電体薄膜の光の屈折率をｎ₂、前記第２の誘電体薄膜の光の屈折率をｎ₃、前記導電性薄膜の光の屈折率をｎ₄としたとき、ｎ₃＜ｎ₂≦ｎ₁＜ｎ₄の関係を満たすことを特徴とする。

また、本発明の透明導電性積層体は、前記第１の誘電体薄膜が、有機物、無機物又は有機物と無機物との混合物であることが好ましい。

また、本発明の透明導電性積層体は、前記第２の誘電体薄膜が、有機物、無機物又は有機物と無機物との混合物であることが好ましい。

また、本発明のタッチパネルは、導電性薄膜を有する一対のパネル板を、前記導電性薄膜同志が対向するようにスペーサを介して対向配置してなるタッチパネルであって、前記パネル板の少なくとも一方が、前記透明導電性積層体からなることを特徴とする。

以下のように本発明によれば、誘電体薄膜のハード効果及び粘着剤層のクッション効果に基づいて、導電性薄膜の耐擦傷性及びタッチパネルとしての打点特性が改良され、且つ誘電体薄膜及び導電性薄膜の組み合わせに基づく反射防止効果により透明性が著しく改良された透明導電性積層体を提供でき、またこれを用いたタッチパネルを提供することができる。

本発明の透明導電性積層体の断面図である。本発明の透明導電性積層体の断面図である。本発明の透明導電性積層体を用いたタッチパネルの断面図である。

本発明において使用するフィルム基材としては、特に限定はなく適宜なものを用いうる。例えば、ポリエステル系樹脂やアセテート系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂やポリカーボネート系樹脂、ポリアミド系樹脂やポリイミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂やアクリル系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂やポリスチレン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂やポリビニルアルコール系樹脂、ポリアリレート系樹脂やポリフェニレンサルファイド系樹脂、ポリ塩化ビニリデン系樹脂や（メタ）アクリル系樹脂などを使用できる。この中で特に好ましいのは、ポリエステル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリオレフィン系樹脂である。

これらフィルム基材の厚みは、２〜１２０μｍの範囲にあることが必要で、特に好適には６〜１００μｍの範囲にあるのがよい。２μｍ未満ではフィルム基材としての機械的強度が不足し、この基材をロール状にして誘電体薄膜や導電性薄膜さらには粘着剤層を連続的に形成する操作が難しくなる。一方、１２０μｍを超えると、後述する粘着剤層のクッション効果に基づく導電性薄膜の耐擦傷性やタッチパネル用としてのペン入力耐久性の向上を図れなくなる。

このフィルム基材は、表面にあらかじめスパッタリング、コロナ放電、火炎、紫外線照射、電子線照射、化成、酸化などのエッチング処理や下塗り処理を施して、この上に設けられる誘電体薄膜の上記基材に対する密着性を向上させるようにしてもよい。また、誘電体薄膜を設ける前に、必要に応じて溶剤洗浄や超音波洗浄などにより除塵、清浄化を行なってもよい。

本発明においては、このようなフィルム基材の一方の面に、透明な第１、第２の誘電体薄膜を形成する。この誘電体薄膜の光の屈折率ｎ₂、ｎ₃は、この誘電体薄膜上に設けられる導電性薄膜の光の屈折率ｎ₄に比べて小さいことが必要で、通常導電性薄膜の光の屈折率ｎ₄は約２程度であるため、誘電体薄膜の光の屈折率ｎ₂，ｎ₃としては、通常１．３〜１．９程度であるのがよい。この誘電体薄膜の形成により、主に透明性及び導電性薄膜の耐擦傷性や耐屈曲性が大幅に向上し、またタッチパネル用としての打点特性の向上にも好結果が得られる。

このような誘電体薄膜の材料としては、例えば、ＮａＦ（１．３）、Ｎａ₃ＡｌＦ₆（１．３５）、ＬｉＦ（１．３６）、ＭｇＦ₂（１．３８）、ＣａＦ₂（１．４）、ＢａＦ₂（１．３）、ＳｉＯ₂（１．４６）、ＬａＦ₃（１．５５）、ＣｅＦ₃（１．６３）、Ａｌ₂Ｏ₃（１．６３）などの無機物〔上記各材料の（）内の数値は光の屈折率を示す。〕や、光の屈折率が１．４〜１．６程度のアクリル樹脂、ウレタン樹脂、シロキサン系ポリマーなどの有機物や、前記無機物と前記有機物の混合物があり、これらの中から光の屈折率ｎ₂、ｎ₃が前記の関係を満たすものが選択使用される。この中で、有機物、或いはＭｇＦ₂、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃などが特に好適に用いられる。

誘電体薄膜の総厚としては、特に限定するものではない。第１の誘電体薄膜に関しては１０ｎｍ以上とするのがよく、好ましくは１０〜３０００ｎｍである。１０ｎｍ未満では連続被膜になりにくく、３０００ｎｍ以上となると耐屈曲性に問題が生じてくる。第２の誘電体薄膜に関しては１０ｎｍ以上とするのがよく、好ましくは１０〜３００ｎｍ、特に好ましくは２０〜１２０ｎｍの範囲とするのがよい。１０ｎｍ未満では連続被膜となりにくく、透明性や耐擦傷性の向上をあまり期待できない。なお、厚くなりすぎると透明性の向上が期待できなくなり、またクラックを生じるおそれがあり、好ましくない。

誘電体薄膜の形成方法としては、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、塗工法などがあり、上記の材料の種類及び必要とする膜厚に応じて適宜の方法を採用することができる。

本発明においては、上記の如く透明な誘電体薄膜を形成した後、さらにこの薄膜上に透明な導電性薄膜を形成する。導電性薄膜の形成方法としては、誘電体薄膜の場合と同様の技術を採用できる。用いる薄膜材料も特に制限されるものではなく、例えば、酸化スズを含有する酸化インジウム、アンチモンを含有する酸化スズなどが好ましく用いられる。

これら材料からなる導電性薄膜の光の屈折率ｎ₄は、既述のとおり、通常約２程度であり、フィルム基材の光の屈折率ｎ₁が通常１．４〜１．７程度のため、この屈折率ｎ₁よりは大きくなる。したがって、これらと誘電体薄膜の光の屈折率ｎ₂、ｎ₃の関係は、ｎ₃＜ｎ₂≦ｎ₁＜ｎ₄となる。

この導電性薄膜の厚さは、１０ｎｍ以上とするのが好ましく、これより薄いと表面電気抵抗が１０３（Ω／□）以下となる良好な導電性を有する連続被膜となりにくい。また、あまり厚くしすぎると透明性の低下などを来すため、特に好適な厚さとしては、１０〜３００ｎｍ程度とするのがよい。

このような透明な誘電体薄膜と透明な導電性薄膜とが順次形成されたフィルム基材の他方の面には、透明な粘着剤層を介して透明基体が貼り合わされる。この貼り合わせは、透明基体の方に上記の粘着剤層を設けておき、これに上記のフィルム基材を貼り合わせるようにしてもよいし、逆にフィルム基材の方に上記の粘着剤層を設けておき、これに透明基体を貼り合わせるようにしてもよい。後者の方法では、粘着剤層の形成をフィルム基材をロール状にして連続的に行なうことができるから、生産性の面でより有利である。

粘着剤層としては、透明性を有するものであれば特に制限なく使用でき、例えば、アクリル系粘着剤、シリコーン系粘着剤、ゴム系粘着剤などが用いられる。この粘着剤層は、透明基体の接着後そのクッション効果により、フィルム基材の一方の面に設けられた導電性薄膜の耐擦傷性やタッチパネル用としての打点特性を向上させる機能を有する。この機能をより良く発揮させる観点から、粘着剤層の弾性係数を１×１０⁵〜１×１０⁷ｄｙｎ／ｃｍ²の範囲、厚さを１μｍ以上、通常５〜１００μｍの範囲に設定するのが望ましい。

前記弾性係数が１×１０⁵ｄｙｎ／ｃｍ²未満となると、粘着剤層は非弾性となるため、加圧により容易に変形してフィルム基材ひいては導電性薄膜に凹凸を生じさせ、また加工切断面からの粘着剤のはみ出しなどが生じやすくなり、その上導電性薄膜の耐擦傷性やタッチパネル用としての打点特性の向上効果が低減する。一方、弾性係数が１×１０⁷ｄｙｎ／ｃｍ²を超えると、粘着剤層が硬くなり、そのクッション効果を期待できなくなるため、導電性薄膜の耐擦傷性やタッチパネル用としての打点特性を向上できない。

また、粘着剤層の厚さが１μｍ未満となると、そのクッション効果をやはり期待できないため、導電性薄膜の耐擦傷性やタッチパネル用としての打点特性の向上を望めない。逆に、厚くしすぎると、透明性を損なったり、粘着剤層の形成や透明基体の貼り合わせ作業性さらにコストの面で好結果を得にくい。

このような粘着剤層を介して貼り合わされる透明基体は、フィルム基材に対して良好な機械的強度を付与し、特にカールなどの発生防止に寄与するものであり、これを貼り合わせた後においても可撓性であることが要求される場合は、通常６〜３００μｍ程度のプラスチックフィルムが用いられ、可撓性が特に要求されない場合は、通常０．０５〜１０ｍｍ程度のガラス板やフィルム状ないし板状のプラスチックが用いられる。プラスチックの材質としては、前記したフィルム基材と同様のものが挙げられる。

また、必要に応じて、上記透明基体の外表面（粘着剤層とは反対側の面）に、視認性の向上を目的とした防眩処理層や反射防止処理層を設けたり、外表面の保護を目的としたハードコート処理層を設けるようにしてもよい。後者のハードコート処理層としては、例えば、メラニン系樹脂、ウレタン系樹脂、アルキド系樹脂、アクリル系樹脂、シリコン系樹脂などの硬化型樹脂からなる硬化被膜が好ましく用いられる。

図１は、本発明の透明導電性積層体の一例を示したもので、透明なフィルム基材１の一方の面に透明な第１の誘電体薄膜２、第２の誘電体薄膜３と、さらにこの上に透明な導電性薄膜４とが積層され、他方の面に透明な粘着剤層５を介して透明基体６が貼り合わされている。また、図２は、本発明の透明導電性積層体の他の例を示したもので、上記透明基体６の外表面にハードコート処理層７を設けるようにしたものであり、その他の構成は図１と全く同様である。

図３は、本発明の透明導電性積層体を用いたタッチパネルの例を示したもので、導電性薄膜４ａ、４ｂを有する一対のパネル板Ｐ１、Ｐ２を、互いに直交するように形成した導電性薄膜４ａ、４ｂ同志が対向するように、スペーサ８を介して対向配置してなるタッチパネルにおいて、一方のパネル板Ｐ１として、上記の図２に示す透明導電性積層体を用いたものである。

このタッチパネルは、パネル板Ｐ１側より、入力ペン１０にてスペーサ８の弾性力に抗して押圧打点したとき、導電性薄膜４ａ、４ｂ同志が接触して、電気回路のＯＮ状態となり、上記押圧を解除すると、元のＯＦＦ状態に戻る、透明スイッチ構体として機能する。その際、パネル板Ｐ１が上記の透明導電性積層体からなるために、導電性薄膜の耐擦傷性や打点特性、耐屈曲性などに優れ、長期にわたって上記機能を安定に維持させることができる。

なお、図３において、パネル板Ｐ１は、図１に示す透明導電性積層体であってもよい。また、パネル板Ｐ２は、プラスチックフィルムやガラス板などからなる透明基体９に導電性薄膜４ｂを設けたものであるが、上記のパネル板Ｐ１と同様の図１又は図２に示す透明導電性積層体を用いてもよい。

以下、本発明を実施例に基づき具体的に説明する。なお、以下において、部とあるのは質量部を意味する。

（実施例１）
厚さが２５μｍのポリエチレンテレフタレートフィルム（ＰＥＴフィルム）からなるフィルム基材（光の屈折率ｎ₁＝１．６６）の一方の面に、メラミン樹脂：アルキド樹脂：有機シラン縮合物の２：２：１の比率からなる熱硬化型樹脂（光の屈折率ｎ₂＝１．５４）を厚さ１８０ｎｍに形成し、次にＳｉＯ₂（光の屈折率ｎ₃＝１．４６）を電子ビーム加熱法により、（１〜２）×１０^-4Ｔｏｒｒの真空度で真空蒸着して、厚さ４０ｎｍからなる透明な誘電体薄膜（ＳｉＯ₂薄膜）を形成した。

次に、上記のＳｉＯ₂薄膜上に、アルゴンガス８０％と酸素ガス２０％とからなる４×１０³Ｔｏｒｒの雰囲気中で、インジウム−スズ合金を用いた反応性スパッタリング法により、厚さ２０ｎｍの酸化インジウムと酸化スズとの複合酸化物（光の屈折率ｎ₄＝２．００）からなる透明な導電性薄膜（ＩＴＯ薄膜）を形成した。

次いで、上記ＰＥＴフィルムの他方の面に、弾性係数が１×１０⁶ｄｙｎ／ｃｍ²に調整されたアクリル系の透明な粘着剤層（アクリル酸ブチルとアクリル酸と酢酸ビニルとの質量比が１００：２：５のアクリル系共重合体１００部にイソシアネート系架橋剤を１部配合してなるもの）を約２０μｍの厚さに形成し、この上に厚さが１２５μｍのＰＥＴフィルムからなる透明基体を貼り合わせて、図１に示す構造の透明導電性積層フィルムを作製した。

この透明導電性積層フィルムを一方のパネル板とし、他方のパネル板として、ガラス板上に厚さ３０ｎｍのＩＴＯ薄膜を上記と同様の方法で形成したものを用い、この両パネル板を、ＩＴＯ薄膜同志が対向するように、厚さ１００μｍのスペーサを介して対向配置させ、スイッチ構体としてのタッチパネルを作製した。なお、両パネル板の各ＩＴＯ薄膜は、上記の対向配置に先立って、予め互いに直交するように形成した。

（実施例２）
厚さが１２５μｍのＰＥＴフィルムの一方の面に、アクリル・ウレタン系樹脂〔大日本インキ化学（株）製のユニディック１７−８０６〕１００部に光重合開始剤としてのヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン〔チバガイギー（株）製のイルガキュア１８４〕５部を加えて、５０質量％の濃度に希釈してなるトルエン溶液を塗布し、１００℃で３分間乾燥した後、直ちにオゾンタイプ高圧水銀灯（８０Ｗ／ｃｍ、１５ｃｍ集光型）２灯で紫外線照射を行ない、厚さ５μｍのハードコート処理層を形成した。

このハードコート処理層を形成したＰＥＴフィルムを透明基体として用い、この透明基体のハードコート処理層とは反対側の面より粘着剤層を介して貼り合わせるようにした以外は、実施例１と同様にして図２に示す構造の透明導電性積層フィルムを作製した。また、この積層フィルムを用いて、実施例１と同様にして、図３に示す構造のタッチパネルを作製した。

（実施例３）
メラミン樹脂：アルキド樹脂：有機シラン縮合物の２：２：１の比率からなる熱硬化型樹脂（光の屈折率ｎ₂＝１．５４）を厚さ２μｍに形成した以外は実施例１と同様にして透明導電性積層フィルムとこれを用いたタッチパネルを作成した。

（実施例４）
メラミン樹脂：アルキド樹脂：有機シラン縮合物の２：２：１の比率からなる熱硬化型樹脂（光の屈折率ｎ＝１．５４）にＴｉＯ₂（光の屈折率ｎ＝２．３５）の微粒子を混合して屈折率ｎ₂＝１．６６となるように配合比を調整して厚さ２μｍの誘電体薄膜を形成した以外は実施例１と同様にして透明導電性積層フィルムとこれを用いたタッチパネルを作成した。

（比較例１）
誘電体薄膜をＡｌ₂Ｏ₃（光の屈折率ｎ₃＝１．６３）とした以外は、実施例１と同様にして透明導電性積層フィルムとこれを用いたタッチパネルを作製した。

（比較例２）
厚さ１７５μｍのポリエステルフィルムをフィルム基材として用いて、粘着剤と透明基体とを貼り合わせる以外は、実施例１と同様にして透明導電性積層フィルムとこれを用いたタッチパネルを作製した。

（比較例３）
厚さ１７５μｍのポリエステルフィルムをフィルム基材として用いて、粘着剤と透明基体とを貼り合わせる以外は、実施例３と同様にして透明導電性積層フィルムを作製し、またこのフィルムを用いて実施例１と同様にしてタッチパネルを作製した。

以上の実施例１〜４及び比較例１〜３の各透明導電性積層フィルムにつき、フィルム抵抗、光の透過率及び導電性薄膜の耐擦傷性を下記の方法で測定した。また、上記の実施例１〜４及び比較例１〜３の各タッチパネルについて、下記の方法で打点特性及び耐屈曲性を測定した。これらの結果を表１に示す。

＜フィルム抵抗＞
二端子法を用いて、フィルムの表面電気抵抗（Ω／□）を測定した。

＜光の透過率＞
島津製作所製の分光分析装置ＵＶ−２４０を用いて、光波長５５０ｎｍにおける可視光線透過率を測定した。

＜導電性薄膜の耐擦傷性＞
新東科学社製のヘイドン表面性測定機ＴＹＰＥ−ＨＥＩＤＯＮ１４を用いて、１）擦傷子：ガーゼ（日本薬局方タイプＩ）、２）荷重：１００ｇ／ｃｍ²、３）擦傷速度：３０ｃｍ／分、４）擦傷回数：１００回（往復５０回）の条件で、導電性薄膜表面を擦った後にフィルム抵抗（Ｒｓ）を測定し、初期のフィルム抵抗（Ｒｏ）に対する変化率（Ｒｓ／Ｒｏ）を求めて、耐擦傷性を評価した。

＜打点特性＞
透明導電性積層フィルムで構成したパネル板側から、硬度４０度のウレタンゴムからなるロッド（鍵先７Ｒ）を用いて荷重１００ｇで１００万回のセンター打点を打った後、フィルム抵抗（Ｒｄ）を測定し、初期のフィルム抵抗（Ｒｏ）に対する変化率（Ｒｄ／Ｒｏ）を求めて、打点特性を評価した。なお、上記フィルム抵抗の測定は、対向配置した導電性薄膜同志の打点時の接触抵抗について行ない、その平均値で表したものである。

＜耐屈曲性＞
太佑機材株式会社製ガードナー式マンドレル屈曲試験器を用いて、直径７．９３ｍｍ、ロッドに作成したサンプルを導電面を外側にして約１秒かけて１８０°折り曲げを行なう。これを１０回繰り返し、フィルム抵抗（Ｒｄ）を測定し、初期のフィルム抵抗（Ｒｏ）に対する変化率（Ｒｄ／Ｒｏ）を求めて耐屈曲性を評価した。

表１から明らかなように、本発明の実施例１〜４は、比較例１〜３に比べて、光の透過率、耐擦傷性、打点特性、耐屈曲性においてほぼ優れていることが分かる。

以上のように本発明によれば、誘電体薄膜のハード効果及び粘着剤層のクッション効果に基づいて、導電性薄膜の耐擦傷性及びタッチパネルとしての打点特性が改良され、且つ誘電体薄膜及び導電性薄膜の組み合わせに基づく反射防止効果により透明性が著しく改良された透明導電性積層体を提供でき、またこれを用いたタッチパネルを提供することができる。

１フィルム基材
２第１の誘電体薄膜
３第２の誘電体薄膜
４導電性薄膜
５粘着剤層
６透明基体
７ハードコート処理層
８スペーサ
９透明基体
１０入力ペン

Claims

厚さが２〜１２０μｍの透明なフィルム基材の一方の面に、透明な第１の誘電体薄膜、透明な第２の誘電体薄膜、及び透明な導電性薄膜をこの順番に積層し、
前記フィルム基材の他方の面に透明な粘着剤層を介して透明基体を貼り合わせてなる透明導電性積層体であって、
前記フィルム基材の光の屈折率をｎ_１、前記第１の誘電体薄膜の光の屈折率をｎ_２、前記第２の誘電体薄膜の光の屈折率をｎ_３、前記導電性薄膜の光の屈折率をｎ_４としたとき、ｎ_３＜ｎ _４、ｎ_２＜ｎ_４、及び、ｎ_１＜ｎ_４の関係を満たし、かつ、
前記第１の誘電体薄膜の材料は、光の屈折率が１．４〜１．６の有機物、又は、前記有機物とＮａＦ、Ｎａ_３ＡｌＦ_６、ＬｉＦ、ＭｇＦ_２、ＣａＦ_２、ＢａＦ_２、ＳｉＯ_２、ＬａＦ_３、ＣｅＦ_３、及びＡｌ_２Ｏ_３からなる群から選択される無機物との混合物であり、
前記第２の誘電体膜はＳｉＯ_２であり、
前記透明導電性積層体は、導電性薄膜を有する一対のパネル板を前記導電性薄膜同士が対向するようにスペーサを介して対向配置してなるタッチパネルにおいて、前記タッチパネルの打点される側のパネル板として使用するための透明導電性積層体であることを特徴とする透明導電性積層体。
導電性薄膜を有する一対のパネル板を、前記導電性薄膜同士が対向するようにスペーサを介して対向配置してなるタッチパネルであって、前記タッチパネルの打点される側のパネル板が請求項１記載の透明導電性積層体を含むことを特徴とするタッチパネル。