JP5683734B1 - 透明導電性積層体、タッチパネル、および透明導電性積層体の製造方法 - Google Patents
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B5/00—Non-insulated conductors or conductive bodies characterised by their form
- H01B5/14—Non-insulated conductors or conductive bodies characterised by their form comprising conductive layers or films on insulating-supports
Abstract
Description
タッチパネルの入力方式には、静電容量式、抵抗膜式、超音波式、光学式等が存在するが、中でも静電容量式タッチパネルは、マルチタッチやジェスチャーによる入力が可能であるため普及が進んでいる。静電容量式タッチパネルの基本構成は、透明基材上にパターニングされた透明導電層を積層してなり、タッチパネルに接触した指と透明導電層との間に流れる電流を利用して座標が検出される。
本発明は、上記した課題に鑑み、インビジブル性の高い透明導電性積層体、タッチパネル、および透明導電性積層体の製造方法を提供することを目的とする。
本発明に係る透明導電性積層体の製造方法は、透明基材の少なくとも一方の主面側に、少なくとも1層のアンダーコート層、ケイ素層、酸化ケイ素層、および透明導電層がその順で積層された透明導電性積層体の製造方法であって、前記アンダーコート層を液相成膜法で形成し、前記ケイ素層および酸化ケイ素層をそれらケイ素層および酸化ケイ素層の合計膜厚が10nm以下となるように真空成膜法で形成する、ことを特徴とする。
本発明に係る透明タッチパネルは、上記透明導電性積層体を備えているため、インビジブル性が高く、抵抗値が低い。
本発明に係る透明導電性積層体の製造方法は、上記特徴を有するため、アンダーコート層を液相成膜法で形成しても、透明導電性積層体の密着性が高く、抵抗値が低い導電性積層体を製造することができる。
<透明導電性積層体>
図1は、本実施の形態に係る透明導電性積層体の構成を示す模式的な断面図である。図1に示すように、本実施の形態に係る透明導電性積層体10は、透明導電性フィルムであって、透明基材1の一方の主面に、第1ハードコート層2、第1アンダーコート層3、第2アンダーコート層4、無機物層5、および透明導電層6をその順で積層すると共に、透明基材1の他方の主面に、第2ハードコート層7を積層した構造を有する。
(透明基材)
透明基材1は、タッチパネルの用途に応じて、例えば、PET(ポリエチレンテレフタラート)、TAC(トリアセテートセルロース)、PEN(ポリエチレンナフタレート)、PES(ポリエーテルスルホン)、PC(ポリカーボネート)、PE(ポリエチレン)、PP(ポリプロピレン)、PMMA(ポリメチルメタクリレート)、アクリル、シロキサン架橋型アクリルケイ素樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ナイロン、ウレタン等の有機材料や、ソーダガラス、無アルカリガラス、ホウケイ酸ガラス、石英ガラス等の無機材料や、それら有機材料と無機材料との混成材料で形成することができる。市販製品としては、例えば、東レ株式会社製「ルミラー」シリーズ、東洋紡績株式会社製「コスモシャイン」シリーズ、日本ゼオン社製「ゼオノア」シリーズ、JSR社製「アートン」シリーズ等が挙げられる。
(ハードコート層)
第1ハードコート層2および第2ハードコート層7は、それぞれ透明基材1を保護すると共に、透明基材1に所定の硬度、透明性等を付与する目的で設けられる。それら第1ハードコート層2および第2ハードコート層7は、例えば、紫外線硬化型アクリル樹脂やウレタン樹脂等の有機樹脂を主成分とする材料で形成することができる。また、これにケイ素(Si)、ジルコニウム(Zr)、スズ(Sn)、アンチモン(Sb)等の無機酸化物を含んでいてもよい。
なお、第2ハードコート層7は、本発明に不可欠な層ではないため、第2ハードコート層7を設けるか否かは任意である。第2ハードコート層7を設けることで、透明導電性積層体10の機械的強度をより向上させることができる。また、指やスタイラスペン等の入力手段による操作性(筆記性)、防汚性、耐指紋性、防汚性および表面の耐摩耗性等を向上させることができる。さらに、第2ハードコート層7には、透明基材1とは反対側の主面に、エンボス賦型を行うなどの公知の表面処理を施してもよい。
第1アンダーコート層3および第2アンダーコート層4は、それぞれ所定の屈折率および厚みを有し、骨見えを抑制することで透明導電性積層体10のインビジブル性を向上させる目的で設けられる。本発明では、第1アンダーコート層3の厚みと、第2アンダーコート層4の厚みとの絶妙な組み合わせにより、優れたインビジブル性が実現されている。
第1アンダーコート層3は、第2アンダーコート層4よりも屈折率の高い材料からなる。本実施の形態では、第1アンダーコート層3の屈折率は1.73である。
第1アンダーコート層3の屈折率は、1.61以上1.80以下が好ましい。屈折率が1.61未満の場合、あるいは1.80を超える場合は、透明導電層6が存在する部分と存在しない部分の光学特性を近似させにくくなり、透明導電層6のパターンが目立ってしまうため、良好なインビジブル性は得られない。
第2アンダーコート層4の屈折率は、1.51以上が好ましい。屈折率が1.51未満の場合は、透明導電層6が存在する部分と存在しない部分の光学特性を近似させるために、膜厚を薄く設計する必要があり、それに伴い第1アンダーコート層3との界面が不明確になり、良好なインビジブル性は得られない。
なお、第1アンダーコート層3と第2アンダーコート層4とは、繰り返し積層させてもよいが、積層数が多過ぎると透明導電性積層体10に反りが発生したり、クラックが発生したりするので留意する必要がある。
無機物層5は、ケイ素(Si)原子を含む層からなる。
無機物層5として、透明導電層6の結晶化を促進し、かつ透明性が高い酸化ケイ素(SiOn)層を配するのが好ましい。また、液相成膜法で形成された第2アンダーコート層4と透明導電層6との密着性を高めるために、上記酸化ケイ素(SiOn)層の下層としてケイ素(Si)層を配した2層構成とすることが好ましい。
第2アンダーコート層の上に無機物層5を形成すると、透明導電層6の結晶化が促進されるため、透明導電層6の抵抗値が下がり、抵抗値を100Ω/□以下にしやすい。
(透明導電層)
透明導電層6は、静電容量の変化により座標を検出する目的のために設けられる層であってパターニングされている。なお、本発明に係る透明導電性積層体、タッチパネル、および透明導電性積層体の製造方法において、透明導電層は、パターニングされているものに限定されず、パターニングされていないものであってもよい。パターニングされていないものであっても、パターニングされた場合に、本発明の効果を奏する。
(その他)
本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更して実施することができる。
<タッチパネル>
図3は、本実施の形態に係るタッチパネルの構成を示す模式的な断面図である。図3に示すように、本発明の一態様に係るタッチパネル30は、静電容量式のタッチパネルであって、2枚の透明導電性積層体10を接着層8で貼り合わせた構造を有する。タッチパネル30は、例えば、液晶表示装置、電界放出表示装置、プラズマ表示装置、電子発光ディスプレイ、真空蛍光表示装置等の表示装置(不図示)の表示面に配置されて使用される。なお、本発明に係るタッチパネルは静電容量型に限定されず、抵抗膜型、光学型、超音波型等であってもよい。
接着層8は、例えば、エポキシ系、アクリル系、ケイ素系、ポリエステル系等の透明な接着剤や粘着剤で構成される。なお、接着層8には、透明性フィルム等の芯材が含まれていてもよい。
次に、本発明の実施の形態に係る透明導電性積層体の製造方法を、本実施の形態に係る透明導電性積層体10を製造する場合を例に挙げて説明する。なお、この例では、第1ハードコート層2と第2ハードコート層7とは同一の構成である。
(透明基材の準備)
透明基材1として、厚さ125μmのPETフィルム(東レ株式会社製「ルミラー U483」を用意する。
調整した紫外線硬化型塗料を、例えばロールコーティング法に基づき、透明基材1の一方の主面に塗布する。その後、塗膜を乾燥させて余分な溶媒を除去する。溶媒を揮発除去した後は、高圧水銀灯等を用いて紫外線照射して塗膜をUVキュアすることによって、紫外線硬化樹脂材料を重合させる。これにより第1ハードコート層2が形成される。同様の層を透明基材1の他方の主面にも形成して、第2ハードコート層7とする。
重合開始剤としては、例えばチバ・スペシャリティー・ケミカルズ株式会社製イルガキュア907(2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルホリノプロパン−1−オン)などを用いる。
第1アンダーコート層3は、アクリル系の紫外線硬化樹脂材料にチタン(Ti)、アルミニウム(Al)、ジルコニウム(Zr)の少なくともいずれかの原子を含む無機フィラーを分散調合した材料で形成される。無機フィラーには、TiO2、Al2O3、ZrO2の少なくともいずれかを利用できる。無機フィラーの平均粒径は特に限定されないが、例えば10nm以上70nm以下程度である。第1アンダーコート層3の最終的な厚みは、20nm以上35nm以下の範囲に設定する。
成膜法は、特に限定されず、ゾルゲル法、塗布法等の液相成膜法や、スパッタリング法等の真空成膜法でもよい。ロールコーティング法を用いる場合、第1ハードコート層2上に紫外線硬化樹脂材料を塗布し、溶媒除去を行った後、窒素雰囲気下で紫外線照射することによって塗膜を硬化させる。紫外線硬化樹脂材料の紫外線硬化性が良好である場合は大気雰囲気下での紫外線照射も可能である。
第2アンダーコート層4は、アクリル系の紫外線硬化型材料、または、熱硬化型の材料にケイ素(Si)、フッ素(F)の少なくともいずれかの原子を含んだ樹脂材料で形成される。成膜法としては、第1アンダーコート層と同様にロールコーティング法を用いることで効率的に成膜できる。これにより第1アンダーコート層3上に、Si原子を含んだ厚みが38nm以上60nm以下の層を形成し、この層を第2アンダーコート層4とする。
無機物層5は、例えば、スパッタリング法、電子ビーム法、イオンビーム法、真空蒸着法、プラズマCVD法、Cat−CVD法、MBE法等の真空成膜法で形成する。その場合の製造工程では、例えば、まずスパッタリング成膜装置の内部に成膜対象のフィルムを載置する。そして装置内部を十分に減圧した後に、ターゲットにSi材料を用いてスパッタリングを実施する。これにより第2アンダーコート層4上に、Si原子由来の無機物層5を1nm以上10nm以下で形成する。
透明導電層6は、例えば、スパッタリング法、電子ビーム法、イオンビーム法、真空蒸着法、プラズマCVD法、Cat−CVD法、MBE法等の真空成膜法で形成する。その場合の製造工程では、例えば、まずスパッタリング成膜装置内部に、成膜対象のフィルムを載置する。そして装置内部を減圧した後にアルゴン、酸素等のガスを導入し、ターゲットに酸化インジウムと酸化スズを混合して焼結させたセラミックターゲット(In2O3−SnO2セラミックターゲット)等を用いてスパッタリングを実施する。Arガスと酸素ガスの流量比は、所定のタッチパネル特性(抵抗値や透明性)が得られるように事前に確認された値に適宜設定する。また、スパッタに必要な放電電力やスパッタリング時間も適宜調整する。これにより、最終生成物として抵抗値が100Ω/sq.以下、且つ、厚みが31nm以上38nm以下の透明導電層6(ITO層)を形成する。なお、透明導電層6の結晶性は、スパッタリング法による成膜の際に、例えばIn2O3−SnO2セラミックターゲットのSnO2比率を低くしたもの(SnO2が3wt%以上10wt%以下)を用い、基板温度を調整することで制御できる。
以上の手順で、本発明の透明導電性積層体10が完成する。
次に、本発明に係る透明導電性積層体の特性を確認するために、構造の異なる複数種類の透明導電性積層体を実験用のサンプルとして作製し、それらサンプルの色差ΔE、明度差ΔL、インビジブル性、および抵抗値を評価する試験を行った。以下に、図4から図6を用いて、特性確認試験の方法と評価結果を説明する。
透明基材としては、東レ株式会社製のPETフィルム(ルミラーU483)、または、日本セオン株式会社製のゼオノアフィルム(ZF16)を用いた。実施例1〜6および比較例1〜3にはPETフィルムを用い、実施例7および比較例4にはゼオノアフィルムを用いた。
第1アンダーコート層としては、3官能基以上のアクリル系モノマーを含有するアクリル系の紫外線硬化型樹脂にZrO2フィラーを分散し、屈折率が1.73になるように調整された材料を用いた。
透明導電層は、住友金属鉱山株式会社製のターゲット材料(In2O3−SnO2:90wt%−10wt%)を用いて形成した。
屈折率の測定は、大塚電子株式会社製の反射分光膜厚計FE−3000を用いて測定を行い、633nmの波長における測定値を屈折率値とした。
第1アンダーコート層と第2アンダーコート層の膜厚は、予め膜厚の異なる検量線用サンプルフィルムを用意し、株式会社島津製作所製の走査型プローブ顕微鏡SPM-9600を用いて膜厚段差を測定し、また、株式会社リガク製の「蛍光X線分析装置 RIX−2000」を用いて無機元素の蛍光X線強度を測定することによって、膜厚と蛍光X線強度の相関式を求め、その得られた相関式を用いて蛍光X線の強度から膜厚を算出した。
各サンプルの色差ΔE、明度差ΔL、インビジブル性、および抵抗値の評価結果は、図4に示すとおりである。明度差ΔLが−0.334以上であればインビジブル性は良好「○」であり、明度差ΔLが−0.178以上であればインビジブル性は非常に良好「◎」であった。また、第1アンダーコート層の厚みが25nm以上30nm以下、且つ、第2アンダーコート層の厚みが45nm以上50nm以下であれば、インビジブル性が非常に良好「◎」であった。
2 ハードコート層(第1ハードコート層)
3 第1アンダーコート層
4 第2アンダーコート層
5 無機物層
6 透明導電層
10,20 透明導電性積層体
30 タッチパネル
Claims (8)
- 透明基材の少なくとも一方の主面に、
屈折率が1.46以上1.55以下のハードコート層と、
屈折率が1.61以上1.80以下、厚みが20nm以上35nm以下の第1アンダーコート層と、
前記第1アンダーコート層よりも屈折率が低く、さらに屈折率が1.51以上であって、厚みが38nm以上60nm以下の第2アンダーコート層と、
屈折率が1.81以上、厚みが31nm以上38nm以下であって、パターニングされた透明導電層とがその順で積層されてなり、
さらに粘着剤からなる屈折率1.47の層を介してPETフィルムを積層させた場合に、前記透明導電層が存在する領域と前記透明導電層が存在しない領域において、波長450nmから780nmの範囲の分光反射率を用いて算出されるCIELab表色系のL値、a値、b値から求められる色差ΔEが1以下であり、且つ、明度差ΔLが−0.4以上1以下である、
ことを特徴とする透明導電性積層体。 - 前記透明導電層の抵抗値が100Ω/□以下であることを特徴とする請求項1に記載の透明導電性積層体。
- 前記第1アンダーコート層は、有機樹脂および無機フィラーを含み、前記無機フィラーにはTi、Al、Zrの少なくともいずれかの原子が含まれていることを特徴とする請求項1または2に記載の透明導電性積層体。
- 前記第2アンダーコート層には、有機樹脂および無機成分を含み、前記無機成分にはSi、Fの少なくともいずれかの原子が含まれていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の透明導電性積層体。
- 前記第2アンダーコート層と前記透明導電層との間には、厚みが1nm以上10nm以下の無機物層が介在していることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の透明導電性積層体。
- 透明基材の少なくとも一方の主面に、
屈折率が1.46以上1.55以下のハードコート層と、
屈折率が1.61以上1.80以下、厚みが20nm以上35nm以下の第1アンダーコート層と、
前記第1アンダーコート層よりも屈折率が低く、さらに屈折率が1.51以上であって、厚みが38nm以上60nm以下の第2アンダーコート層と、
屈折率が1.81以上、厚みが31nm以上38nm以下である透明導電層とがその順で積層されてなり、
前記透明導電層をパターニングし、粘着剤からなる屈折率1.47の層を介してPETフィルムを積層させた場合に、前記透明導電層が存在する領域と前記透明導電層が存在しない領域において、波長450nmから780nmの範囲の分光反射率を用いて算出されるCIELab表色系のL値、a値、b値から求められる色差ΔEが1以下であり、且つ、明度差ΔLが−0.4以上1以下である、
ことを特徴とする透明導電性積層体。 - 請求項1から6のいずれかに記載の透明導電性積層体を備え、静電容量式であることを特徴とするタッチパネル。
- 透明基材の少なくとも一方の主面側に、少なくとも1層のアンダーコート層、ケイ素層、酸化ケイ素層、および透明導電層がその順で積層された透明導電性積層体の製造方法であって、
前記アンダーコート層を液相成膜法で形成し、前記ケイ素層および酸化ケイ素層をそれらケイ素層および酸化ケイ素層の合計膜厚が10nm以下となるように真空成膜法で形成する、ことを特徴とする透明導電性積層体の製造方法。
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