JP5571814B2 - 透明導電性フィルム - Google Patents

Description

本開示は、主に、透明導電性フィルムに関する。

光学的に透明で、導電性のフィルムが、特にこれらに限定されないが、タッチスクリーン、ＬＣＤ、ＰＤＰ、ＯＬＥＤおよびＦＥＤなどのフラットパネルディスプレイ、透明ＥＭＩ保護フィルム、透明加熱フィルム、ガスセンサー、太陽電池および光ファイバー通信用の平面アンテナを含むいくつかの応用分野において有用であり得る。本明細書では、材料の層または異なる材料の数々の層の配列が、層を介して可視波長域内（すなわち、４００〜８００ｎｍの領域）の周辺光の少なくとも５０％の透過を許容する場合、これらの層は、光学的に「透明」であるか、または「透明度」を有すると言われ得る。

従来の透明導電性フィルムは、特にこれらに限定されないが、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）などの金属酸化物から構成されており、これは、比較的良好な導電性と共に光学的透明度を提供している。しかしながら、ＡｇおよびＣｕなどの金属と比較するとＩＴＯベースのフィルムは比較的低い導電性を有し、従って、不可避的に、これらは、上記応用分野のいくつかにおいて制限された電気的性能しか提供できない。加えて、ＩＴＯベースのフィルムは比較的脆弱な性質を有し、従って、劣った耐摩耗性を有する。さらに、近年におけるディスプレイ産業の急速な成長および拡大で、ＩＴＯの主要構成成分の１つであるインジウムの価格が急速に上昇してきており、これにより、インジウムの供給が制限されてきている。従って、ＩＴＯのみから構成される透明導電性フィルムは、上記応用分野のいくつかにおいて物理的および経済的な制限を被り得る。

この点において、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）は、近年、光学的透明度および導電性などのこれらの特性により透明導電性フィルム用の新規な材料として大きな注目を集めている。ＣＮＴが透明基板上に堆積されるとき、円柱状のＣＮＴはＣＮＴネットワークを基板上に形成し、これが基板の良好な導電性を許容する。さらに、ＣＮＴが堆積された基板は、これらの長さ対直径比特性により高い透明度をなお維持することが可能である。

しかしながら、個別のＣＮＴは金属に匹敵する卓越した導電性を有するものの、ＣＮＴネットワークは、通常、ネットワークにおける個別のＣＮＴ間の空隙により比較的低い導電性を有する。従って、ＣＮＴネットワークを含む透明導電性フィルムは、個別のＣＮＴの高い導電率に等しい十分なシート導電率を達成することができていない。

概要
透明導電性フィルム、透明導電性フィルムを製造する方法および透明導電性フィルムの種々の用途が提供されている。一実施形態において、透明導電性フィルムは、カーボンナノチューブネットワークとインジウムスズ酸化物との複合体を含む。

本概要は、後述される詳細な説明においてさらに説明されている一連の概念を簡素化された形態で導入するために提供されている。本概要は、特許請求の範囲に記載されている対象の重要な特性または必須の特性を特定することは意図せず、また、特許請求の範囲に記載されている対象の範囲を限定するために用いられることも意図していない。

透明導電性フィルムの例示的な実施形態の概略図である。 透明導電性フィルムを製造する方法の例示的な実施形態のフローチャートである。 透明導電性フィルムを用いるタッチスクリーンの例示的な実施形態の概略図である。

詳細な説明
以下の詳細な説明においては、その一部を構成する添付の図面が参照される。この図面において、同様の記号は、典型的には、文脈がそうでないと示さない限りにおいて同様の構成要素を示す。詳細な説明、図面および特許請求の範囲に記載の例示的な実施形態は、限定的であることは意味しない。ここに提示される対象の思想または範囲から逸脱しない限りにおいて、他の実施形態が利用され得、ならびに他の変更がなされ得る。全体が本明細書に記載されていると共に図面に例示されている本開示の態様は、広く多様に異なる構成でアレンジされ、置き換えられ、組み合わされおよび設計される得、そのすべては明示的に予期されると共に本開示の一部を構成することが容易に理解されるであろう。

本開示は、カーボンナノチューブネットワークとインジウムスズ酸化物との複合体を含み得る透明導電性フィルムを提供する。

一実施形態においては、カーボンナノチューブネットワークとインジウムスズ酸化物との複合体は、カーボンナノチューブネットワーク層と、カーボンナノチューブネットワーク層上に配置されたインジウムスズ酸化物層とを含み得る。

他の実施形態において、カーボンナノチューブネットワーク層は、金属性単層カーボンナノチューブネットワーク層を含み得る。

さらに他の実施形態において、カーボンナノチューブネットワーク層は、金属性多層カーボンナノチューブネットワーク層を含み得る。

本開示はまた、カーボンナノチューブネットワークとインジウムスズ酸化物との複合体から構成される透明導電性フィルムを製造する方法を提供する。この方法は、透明基板を提供する工程、金属タイプカーボンナノチューブ溶液を透明基板上に配置する工程、金属性カーボンナノチューブネットワーク層を金属性カーボンナノチューブ溶液から形成する工程、およびインジウムスズ酸化物層を金属性カーボンナノチューブネットワーク層上全体に配置する工程を含み得る。

一実施形態においては、金属性カーボンナノチューブネットワーク層を形成する工程は、レーザアブレーション、炭素アークまたは化学蒸着（ＣＶＤ）の少なくとも１つを利用する工程を含み得る。

他の実施形態において、金属性カーボンナノチューブ溶液を配置する工程は、カーボンナノチューブ粉末を溶剤中に分散してカーボンナノチューブ溶液を形成する工程と、金属性カーボンナノチューブ溶液をカーボンナノチューブ溶液から単離する工程を含み得る。

さらに他の実施形態において、金属性カーボンナノチューブ溶液を配置する工程は、金属性単層カーボンナノチューブの溶液を配置する工程を含み得る。

さらに他の実施形態において、金属性カーボンナノチューブ溶液を配置する工程は、金属性多層カーボンナノチューブの溶液を配置する工程を含み得る。

さらに他の実施形態において、カーボンナノチューブ溶液を単離する工程は、構造選択性界面活性剤（structure discriminating surfactant）を用いる密度勾配超遠心分離技術を利用する工程を含み得る。

さらに他の実施形態において、金属性カーボンナノチューブ溶液を透明基板上に配置する工程は、スプレーコーティングまたはディップコーティング技術の少なくとも１つを配置する工程を含み得る。

さらに他の実施形態において、インジウムスズ酸化物層を配置する工程は、スパッタリングまたは化学蒸着技術の少なくとも１つを利用する工程を含み得る。

さらに他の実施形態において、この方法は、金属性カーボンナノチューブ溶液を配置する工程と、インジウムスズ酸化物層を金属性カーボンナノチューブ層の上に配置する工程とを交互に１回以上反復する工程をさらに含み得る。

さらに他の実施形態において、この方法は、透明導電性フィルムをアニールする工程をさらに含み得る。

本開示はまた、透明基板、透明基板上に配置された第１の透明導電性フィルム、第１の透明導電性フィルムと反対側に配置された第２の透明導電性フィルム、および第１の透明導電性フィルムと第２の透明導電性フィルムとの間に設けられたエアギャップ層を含み得るタッチスクリーンを提供する。第１および第２の透明導電性フィルムは、カーボンナノチューブネットワークとインジウムスズ酸化物との複合体を含む複合体フィルムである。

一実施形態においては、複数のドットスペーサがエアギャップ層に配置されて、第１の透明導電性フィルムと第２の透明導電性フィルムとの間の空間が維持され得る。

図１は、透明導電性フィルム１００の例示的な実施形態の概略図である。示されているとおり、透明導電性フィルム１００は、基板１０２上のカーボンナノチューブネットワーク層１０４と、カーボンナノチューブ層上に配置されたインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）層１０６を含んで構成されている。

基板１０２は、特にこれらに限定されないが、ＰＥＴ、ガラス、プラスチック、セラミック等などの光学的に透明な基板であり得る。特に、プラスチックフィルムなどの可撓性の基板が用いられる場合、得られる導電性フィルムもまた良好な可撓性を有することが可能である。

ＣＮＴネットワーク層１０４は基板１０２上に配置される。一実施形態において、ＣＮＴネットワーク層１０４は、ＣＮＴ溶液を基板１０２上に塗布することにより形成され得る。例えば、ＣＮＴネットワーク層１０４は、特にこれらに限定されないが、スプレーコーティングおよびディップコーティング法を含む種々の方法を介して形成され得る。

ＣＮＴは、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ、および多層カーボンナノチューブとして区分されてもよく、従ってこれらの事項に限定されるべきではない。ＣＮＴのこれらの形態は、レーザアブレーション、炭素アークおよび化学蒸着（ＣＶＤ）などの数々の方法によって合成され得る。これらのうち、単層カーボンナノチューブは良好な機械特性に追加して特に高い導電性を有する。一実施形態においては、ＣＮＴネットワーク層１０４は、比較的優れた導電性を有する単層カーボンナノチューブから構成され得る。あるいは、他の実施形態において、ＣＮＴネットワーク層１０４は、金属タイプの特性を有する多層カーボンナノチューブから構成され得る。

ＩＴＯ層１０６は、ＣＮＴネットワーク層１０４上に配置される。一実施形態において、ＩＴＯ層１０６は、ＣＮＴネットワーク層１０４の表面の上に、特にこれらに限定されないが、スパッタリング、化学蒸着、およびスプレー熱分解法を含む種々の方法を介して堆積されてもよく、従ってこれらの事項に限定されるべきではない。

図２は、透明導電性フィルムを製造する方法の例示的実施形態のフローチャートである。ブロック２０２においては、光学的に透明な基板が用意される。図１に関して上述したとおり、この基板は、例えば、ＰＥＴ、ガラス、プラスチック、セラミック等から構成されていてもよい。可撓性のディスプレイパネルのために、従来のガラスではなく、可撓性プラスチックなどの可撓性基板を用いることが所望され得る。

ブロック２０４においては、金属性ＣＮＴ溶液が基板上に堆積されるよう調製される。一実施形態においては、カーボンナノチューブ溶液は、先ず、カーボンナノチューブ粉末を適切な溶剤中に分散させることにより調製され得る。この溶剤は、技術分野において公知である数々の多様なものの中から選択され得る。一実施形態においては、カーボンナノチューブは単層ＣＮＴであり得る。あるいは、他の実施形態において、すでに金属タイプ特性を有する多層ＣＮＴもまた用いられ得る。

合成されたままの単層ＣＮＴは、それらの直径およびカイラル角が多様であり得る。それ故、これらの物理的多様性がこれらの電子的および光学的挙動に影響し得る。いくつかの単層ＣＮＴは、金属特性を示し得るが、一方でいくつかは半導体タイプ特性を示し得る。従って、カーボンナノチューブ溶液についての単離プロセスが所望される金属性単層ＣＮＴを得るために利用され得る。

一実施形態においては、単離プロセスは、１種以上の構造選択性界面活性剤（structure discriminating surfactant）を用いる密度勾配超遠心分離技術を介して実施され得る。このアプローチは、異なる構造の単層ＣＮＴ間における浮遊密度の差異を利用し得る。この技術において、精製は、密度勾配における超遠心分離により誘起され得る。得られる求心力に応じて、対応する浮遊密度に向かって沈降する粒子は、勾配で空間的に分離され得る。

ブロック２０６においては、調製された金属性ＣＮＴ溶液が基板上に堆積されてＣＮＴネットワーク層が形成される。一実施形態において、金属性ＣＮＴ溶液は、ＣＮＴネットワーク層が形成されるように、スプレーコーティングまたはディップコーティング技術を介して、基板上に堆積され得る。

次いで、ブロック２０８において、ＩＴＯ層が、ＣＮＴ層の上に堆積され得る。一実施形態において、ＩＴＯ層は、スパッタリング技術を介して堆積され得る。このような場合において、それぞれ適切な分量のインジウムおよびスズを含む混合物粉末が形成され得、焼結されて、ＩＴＯ堆積源ターゲットが形成され得る。次いで、ＩＴＯ層がＣＮＴ層上に堆積されるよう、ＩＴＯ源ターゲットを用いてチャンバ中にスパッタリングが実施され得る。あるいは、化学蒸着（ＣＶＤ）が、ＩＴＯ層をＣＮＴ層上に蒸着させるよう適応され得る。この場合、ＩＴＯ層の得られる厚さは、比較的制御可能であり、均一であり得る。

一実施形態においては、ブロック２１０において、複数のＣＮＴ層およびＩＴＯ層が、互いに交互に堆積されて多層厚膜が形成され得る。さらに、一実施形態においては、ＣＮＴおよびＩＴＯ層の堆積の後、ブロック２１２において、フィルムは接触抵抗を向上させるためにアニールされ得る。

図３は、透明導電性フィルムを用いるタッチスクリーン３００の例示的実施形態の概略図である。示されているとおり、タッチスクリーン３００は、基板３０２と、基板３０２上に形成された第１の透明導電性フィルム３０４とを含む。このタッチスクリーン３００はまた、第２の透明導電性フィルム３０６をも含む。第１および第２の透明導電性フィルム３０４、３０６は、図１に図示されるとおり、ＣＮＴネットワーク層およびＩＴＯ層を含む複合体フィルムであり得る。第１および第２の透明導電性フィルム３０４、３０６は、エアギャップ層３０８がそれらの間となるよう相互に対向して配置され得る。エアギャップ層３０８においては、複数のドットスペーサ３１０が、第１の透明導電性フィルム３０４と第２の透明導電性フィルム３０６との間の空間を維持するために配置され得る。ＩＴＯ材料のみから構成される透明導電性フィルムを有する従来のタッチスクリーンと比すると、タッチスクリーン３００は、向上した導電性ならびに向上した機械的安定性を有し得る。

上記から、本開示の種々の実施形態が本明細書において例示の目的のために記載されていると共に、本開示の範囲および思想から逸脱しない限りにおいて種々の改良をなし得ることが認識されるであろう。従って、本明細書において開示されている種々の実施形態は、以下の特許請求の範囲によって示されている真の範囲および思想を制限することは意図していない。

１００ 透明導電性フィルム
１０２ 基板
１０４ カーボンナノチューブネットワーク層
１０６ ＩＴＯ層
２０２ ブロック
２０４ ブロック
２０６ ブロック
２０８ ブロック
２１０ ブロック
２１２ ブロック
３００ タッチスクリーン
３０２ 基板
３０４ 第１の透明導電性フィルム
３０６ 第２の透明導電性フィルム
３０８ エアギャップ層
３１０ ドットスペーサ

Claims (9)

1. 可撓性透明基板を提供する工程、
   金属性カーボンナノチューブ溶液を前記可撓性透明基板上に配置する工程、
   金属性単層カーボンナノチューブネットワーク層を前記金属性カーボンナノチューブ溶液から形成する工程、
   インジウムスズ酸化物層を前記金属性単層カーボンナノチューブネットワーク層上全体に配置する工程、及び
   接触抵抗を向上させるために前記金属性単層カーボンナノチューブネットワーク層及び前記インジウムスズ酸化物層をアニールする工程、
   を含むカーボンナノチューブネットワークとインジウムスズ酸化物との複合体から構成される可撓性タッチスクリーン用透明導電性フィルムを製造する方法。
2. 前記金属性単層カーボンナノチューブネットワーク層を形成する工程が、レーザアブレーション、炭素アークまたは化学蒸着（ＣＶＤ）の少なくとも１つを利用する工程を含む、請求項１に記載の透明導電性フィルムを製造する方法。
3. 前記金属性カーボンナノチューブ溶液を配置する工程が、カーボンナノチューブ粉末を溶剤中に分散させてカーボンナノチューブ溶液を形成する工程と、前記金属性カーボンナノチューブ溶液を前記カーボンナノチューブ溶液から単離する工程とを含む、請求項１又は２に記載の透明導電性フィルムを製造する方法。
4. 前記金属性カーボンナノチューブ溶液を配置する工程が、金属性単層カーボンナノチューブ溶液を配置する工程を含む、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の透明導電性フィルムを製造する方法。
5. 前記金属性カーボンナノチューブ溶液を単離する工程が、構造選択性界面活性剤を用いる密度勾配超遠心分離技術を利用する工程を含む、請求項３に記載の透明導電性フィルムを製造する方法。
6. 前記金属性カーボンナノチューブ溶液を透明基板上に配置する工程が、スプレーコーティングまたはディップコーティング技術の少なくとも１つを利用する工程を含む、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の透明導電性フィルムを製造する方法。
7. 前記インジウムスズ酸化物層を配置する工程が、スパッタリングまたは化学蒸着技術の少なくとも一つを利用する工程を含む、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の透明導電性フィルムを製造する方法。
8. 前記金属性カーボンナノチューブ溶液を配置する工程と、前記インジウムスズ酸化物層を金属性カーボンナノチューブ層の上に配置する工程とを、交互に１回以上反復する工程をさらに含む、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の透明導電性フィルムを製造する方法。
9. 前記アニールする工程の前に、複数のカーボンナノチューブネットワーク層と、複数のインジウムスズ酸化物層と、を交互に配置することを更に含む、請求項１に記載の透明導電性フィルムを製造する方法。

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