JP6255679B2 - 透明導電膜、導電性素子、組成物、有色自己組織化材料、入力装置、表示装置および電子機器 - Google Patents
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Description
金属フィラーと、
金属フィラーの表面に設けられた有色自己組織化材料と
を含んでいる透明導電膜である。
金属フィラーと、
金属フィラーの表面に設けられた有色自己組織化材料と
を含んでいる組成物、有色自己組織化材料が吸着した金属フィラー及び感光性樹脂を含有する透明導電膜形成用組成物、又は、金属フィラー、有色自己組織化材料及び感光性樹脂を含有する透明導電膜形成用組成物である。
基材と、
基材の表面に設けられた透明導電膜と
を備え、
透明導電膜は、
金属フィラーと、
金属フィラーの表面に設けられた有色自己組織化材料と
を含んでいる導電性素子である。
基材と、
基材の表面に設けられた透明導電膜と
を備え、
透明導電膜は、
金属フィラーと、
金属フィラーの表面に設けられた有色自己組織化材料と
を含んでいる入力装置である。
表示部と、表示部内または表示部表面に設けられた入力装置とを備え、
入力装置は、基材と、基材の表面に設けられた透明導電膜とを備え、
透明導電膜は、
金属フィラーと、
金属フィラーの表面に設けられた有色自己組織化材料と
を含んでいる表示装置である。
表示部と、表示部内または表示部表面に設けられた入力装置とを備え、
入力装置は、基材と、基材の表面に設けられた透明導電膜とを備え、
透明導電膜は、
金属フィラーと、
金属フィラーの表面に設けられた有色自己組織化材料と
を含んでいる電子機器である。
ィラー表面における光の乱反射を抑制することができる。
本発明者らは上述の課題を解決すべく鋭意検討を行った。その概要について以下に説明する。上述したように、金属フィラーを含む透明導電電極では、金属フィラーの金属光沢により光の反射に起因する明度が高く、表示パネルにおいてコントラストが低下してしまうことや、パターニングした際のパターン見えが生じるなどの問題がある。
本技術の実施形態について図面を参照しながら以下の順序で説明する。
1.第1の実施形態(透明導電性素子の構成例)
2.第2の実施形態(パターニングされた透明導電膜を有する透明導電性素子の構成例)
3.第3の実施形態(金属フィラーを含む分散液の成膜後に有色自己組織化材料により金属フィラーの表面処理を行う透明導電膜の製造方法)
4.第4の実施形態(有色自己組織化材料による金属フィラーの表面処理後に金属フィラーを含む分散液の成膜を行う透明導電膜の製造方法)
5.第5の実施形態(情報入力装置および表示装置の構成例)
6.第6の実施形態(表示装置の構成例)
7.第7の実施形態(電子機器の構成例)
[透明導電性素子の構成]
図1の断面図Aは、本技術の第1の実施形態に係る透明導電性素子の一構成例を示している。この透明導電性素子1は、基材11と、基材11の表面に設けられた透明導電膜12とを備える。
基材11は、例えば、透明性を有する無機基材またはプラスチック基材である。基材11の形状としては、例えば、フィルム状、シート状、板状、ブロック状などを用いることができる。無機基材の材料としては、例えば、石英、サファイア、ガラスなどが挙げられる。プラスチック基材の材料としては、例えば、公知の高分子材料を用いることができる。公知の高分子材料としては、具体的には例えば、トリアセチルセルロース(TAC)、ポリエステル(TPEE)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリイミド(PI)、ポリアミド(PA)、アラミド、ポリエチレン(PE)、ポリアクリレート、ポリエーテルスルフォン、ポリスルフォン、ポリプロピレン(PP)、ジアセチルセルロース、ポリ塩化ビニル、アクリル樹脂(PMMA)、ポリカーボネート(PC)、エポキシ樹脂、尿素樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂、シクロオレフィンポリマー(COP)などがあげられる。基材11の膜厚は、例えば5μm〜5mmの範囲内に選ぶことができるが、基板の11厚さは特に制限されず、光の透過率、水蒸気透過率などを考慮して自由に選択することができる。
透明導電膜12の反射L値は、好ましくは8.5以下、より好ましくは8以下である。これにより、黒浮き現象が改善され、表示装置の表示面側に配置する用途に、透明導電膜12および透明導電性素子1を好適に適用できるからである。なお、反射L値は、金属フィラー21に対する有色自己組織化材料の吸着量によって制御可能である。
以下に、金属フィラー21を含む分散液の詳細について後述する。
金属フィラー21は、金属材料を主成分としている。金属材料としては、例えば、Ag、Au、Ni、Cu、Pd、Pt、Rh、Ir、Ru、Os、Fe、CoおよびSnからなる群より選ばれる少なくとも1種を用いることができる。
樹脂材料22は、いわゆるバインダー材料であり、透明導電膜12においては、硬化した樹脂材料22中に金属フィラー21が分散されている。ここで用いる樹脂材料22は、既知の透明な天然高分子樹脂または合成高分子樹脂から広く選択して使用することができ、熱可塑性樹脂であっても熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂であってもよい。熱可塑性樹脂としては、ポリ塩化ビニル、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、ポリメチルメタクリレート、ニトロセルロース、塩素化ポリエチレン、塩素化ポリプロピレン、フッ化ビニリデン、エチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロースが例示される。熱、光、電子線、放射線で硬化する熱(光)硬化性樹脂としては、メラミンアクリレート、ウレタンアクリレート、イソシアネート、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル変性シリケートなどのシリコン樹脂が例示される。
透明導電膜12において、金属フィラー21の表面には有色自己組織化材料23が吸着している。ここで、吸着しているとは、有色自己組織化材料23が、金属フィラー21の表面、または表面とその近傍に存在している現象を意味する。吸着は、化学吸着でもよく物理吸着でもよいが、吸着力が大きい点から、化学吸着が好ましい。金属フィラー21の表面には、化学吸着している有色自己組織化材料と物理吸着している自己組織化材料の双方が存在してもよい。なお、化学吸着とは、金属フィラー21の表面と有色自己組織化材料23との間で、共有結合、イオン結合、配位結合、水素結合などの化学結合を伴って起こる吸着を意味する。物理吸着は、ファンデルワールス力よって起こる。吸着は静電的なものでもよい。
有色自己組織化材料23を形成する自己組織化材料23aとしては、例えば、チオール類、ジチオール類、スルフィド類およびジスルフィド類からなる群より選ばれる1種以上の化合物、好ましくは、一端にチオール基、ジチオール基、スルフィド基又はジスルフィド基を有し、他端に有色材料23bと結合する官能基を有する化合物を用いることができるが、自己組織化材料23aは金属フィラー21に自己組織化膜を形成可能なものであればこれらに限らず使用できる。
チオール類は、例えば、チオール基と、直鎖、枝分かれ、又は環式の炭化水素基とを少なくとも含有する。チオール基を1つ含有する化合物の他、チオール基を2つ含有するジチオール化合物でもよく、チオール基を3つ以上含有する化合物でもよい。炭化水素基は飽和でもよく、不飽和でもよい。炭化水素基の水素原子の一部が水酸基、アミノ基、カルボキシル基、ハロゲン原子、アルコキシシリル基などで置換されていてもよい。
これらのチオール類は1種または2種以上組み合わせて用いることができる。
スルフィド類は、例えば、スルフィド基と、直鎖、枝分かれ、又は環式の炭化水素基とを少なくとも含有する。スルフィド基を2つ以上含有してもよい。炭化水素基の水素原子の一部が水酸基、アミノ基、カルボキシル基、ハロゲン原子、アルコキシシリル基などで置換されていてもよい。
ジスルフィド類は、例えば、ジスルフィド基と、直鎖、枝分かれ、又は環式の炭化水素基とを少なくとも含有する。ジスルフィド基を2つ以上含有してもよい。炭化水素基の水素原子の一部が水酸基、アミノ基、カルボキシル基、ハロゲン原子、アルコキシシリル基などで置換されていてもよい。
有色材料23bとしては、染料などの有色材料前駆体を酸ハロゲン化物に合成したものが好ましい。例えば、自己組織化材料23aの片方の末端官能基と、有色材料23bの官能基とを結合させることにより、有色自己組織化材料23を得ることができる。これら官能基による結合としては、例えば、カルボキシル基(-COOH)とアミン(-NH2)とのアミド結合(-CNO-)がある。但し、結合により有色自己組織化材料23が得られるのであれば、これに限らない。
R−COX、 R−SO3H、又は R−SO3 −Na+ (1)
(但し、Rは、可視光領域に吸収を持つ発色団であり、COXは、自己組織化材料23aに結合する官能基であり、Xは、フッ素(F)、塩素(Cl)、臭素(Br)またはヨウ素(I)である。)
発色団[R]としては、後述する有色材料前駆体の発色団[R2]を例示できる。
有色材料前駆体は、例えば、可視光領域に吸収を持つ発色団R2を有している。有色材料前駆体は、次の一般式(2)で表される。なお、有色材料前駆体の構造はこの一般式で表される構造に限定されるものではない。例えば官能基X2の数は1個に限定されるものではなく、2個以上とすることも可能である。
R2−X2・・・(2)
(但し、R2は、可視光領域に吸収を持つ発色団であり、X2は、ハロゲン化剤と反応して酸ハロゲン化物を生成する官能基である。)
無機材料の発色団[R2]は、官能基[X2]を付けることが可能なもので可視光に吸収波長領域があればよく、例えば、カーボンブラックなどが挙げられる。
透明導電膜12の透明性の向上の観点からすると、発色団[R2]としては、シアニン、キノン、フェロセン、トリフェニルメタンおよびキノリンからなる発色構造を有する化合物、Cr錯体、Cu錯体、アゾ基含有化合物、及びインドリン基含有化合物から選ばれる少なくとも1種を用いることが好ましい。
図1に示した透明導電膜12において、分散剤25は、金属フィラー21の表面に吸着している。ここで、吸着は、前述の有色自己組織化材料の吸着と同様の意味である。
以上説明したように、第1の実施形態によれば、透明導電膜12の金属フィラー21の表面に有色自己組織化材料23を吸着させているので、透明導電膜12の抵抗(例えばシート抵抗)の増加を抑制し、且つ、高コントラストな透明導電膜12を作製することができる。
(変形例1)
図2の断面図Aに示すように、透明導電性素子1が、透明導電膜12の表面にオーバーコート層31をさらに備えるようにしてもよい。オーバーコート層31は、金属フィラー21を含む透明導電膜12を保護するためのものである。オーバーコート層31は、可視光に対して光透過性を有していることが好ましい。オーバーコート層31は、例えば、ポリアクリル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、またはセルロース系樹脂により構成されるか、あるいは金属アルコキシドの加水分解、脱水縮合物などにより構成される。またこのようなオーバーコート層31は、可視光に対する光透過性が阻害されることのない膜厚で構成されていることが好ましい。オーバーコート層31が、ハードコート機能、防眩機能、反射防止機能、アンチニュートンリング機能、およびアンチブロッキング機能などからなる機能群より選ばれる少なくとも1種の機能を有していてもよい。
図2の断面図Bに示すように、透明導電性素子1が、基材11と透明導電膜12との間にアンカー層32をさらに備えるようにしてもよい。アンカー層32は、基材11と透明導電膜12との間の密着性を向上するためのものである。
32は、ポリアクリル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、またはセルロー
ス系樹脂により構成されるか、あるいは金属アルコキシドの加水分解、脱水縮合物などに
より構成される。
図2の断面図Cに示すように、透明導電性素子1が、基材11の表面にハードコート層33をさらに備えるようにしてもよい。ハードコート層33は、基材11の両主面のうち透明導電膜12が設けられる側とは反対側の主面に設けられる。ハードコート層33は、基材11を保護するためのものである。
図3の断面図Aに示すように、透明導電性素子1が基材11の両面にハードコート層33、34をさらに備えるようにしてもよい。ハードコート層34は、基材11の両主面のうち透明導電膜12が設けられる側の主面に設けられる。一方、ハードコート層33は、基材11の両主面のうち透明導電膜12が設けられる側とは反対側の主面に設けられる。ハードコート層33、34は、基材11を保護するためのものである。
図3の断面図Bに示すように、透明導電性素子1が、基材11の表面に設けられたハードコート層33と、このハードコート層33の表面に設けられた反射防止層35とをさらに備えるようにしてもよい。ハードコート層33および反射防止層35は、基材11の両主面のうち透明導電膜12が設けられる側とは反対側の主面に設けられる。反射防止層35としては、例えば低屈折率層を用いることができるが、これに限定されるものではない。
図3の断面図Cに示すように、透明導電性素子1が、基材11の表面に反射防止層36をさらに備えるようにしてもよい。反射防止層36は、基材11の両主面のうち透明導電膜12が設けられる側とは反対側の主面に設けられる。反射防止層36としては、例えば、モスアイ構造体層または形状転写反射防止層(形状転写AR(Anti-reflection)層)などを用いることができる。
図4の断面図Aに示すように、透明導電膜12は、樹脂材料22が除去された構成としてもよい。基材11の表面には、有色自己組織化材料23により修飾された金属フィラー21が、樹脂材料22に分散されることなく集積されている。そして、金属フィラー21の集積によって構成された透明導電膜12が、基材11の表面との密着性を保って基材11の表面に設けられている。このような構成は、金属フィラー21同士および金属フィラー21と基材11との密着性が良好である場合に適用することが好ましい。このような構成を有する透明導電性素子1でも、金属フィラー21の表面を有色自己組織化材料23により修飾しているため、第1の実施形態で説明した構成の透明導電性素子1と同様の効果を得ることが可能である。
図4の断面図Bに示すように、透明導電性素子1が基材11の表面に透明導電膜13をさらに備えるようにしてもよい。透明導電膜13は、基材11の両主面のうち透明導電膜12が設けられる側とは反対側の主面に設けられる。透明導電膜13の構成としては、上述の第1の実施形態における透明導電膜12と同様の構成を採用することができる。
図5−1の断面図Aは、本技術の第2の実施形態に係る透明導電性素子の一構成例を示している。第2の実施形態に係る透明導電性素子1は、図5−1の断面図Aに示すように、透明導電膜12の金属フィラー21がパターニングされている点において、第1の実施形態に係る透明導電性素子1とは異なっている。パターニングされた透明導電膜12は、例えば、X電極またはY電極などの電極41を構成している。電極41の形状としては、例えば、ストライプ状(直線状)、所定形状を有する複数のパッド部(単位電極体)を直線状に連結した形状などが挙げられるが、特にこれらの形状に限定されるものではない。
現像には、感光性樹脂フィルムの種類に応じて、アルカリ性水溶液(炭酸ナトリウム水溶液、炭酸水素ナトリウム水溶液、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液等)又は酸性水溶液(酢酸水溶液等)を使用する。
現像には、透明導電膜12を構成している金属フィラー21や樹脂材料22の種類に応じて適宜し、例えば、アルカリ性水溶液(炭酸ナトリウム水溶液、炭酸水素ナトリウム水溶液、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液等)又は酸性水溶液(酢酸水溶液等)を使用する。
図5−1の断面図Bに示すように、透明導電膜12が、基材11の面内方向に導電領域R1と絶縁領域R2とを備えるようにしてもよい。導電領域R1は、X電極またはY電極などの電極41を構成している。一方、絶縁領域R2は、導電領域R1の間を絶縁する絶縁部を構成している。絶縁領域R2では、例えば、少なくとも金属フィラー21が導電領域R1と分断されて絶縁状態となっている。金属フィラー21を分断する方法としては、例えば、エッチング法が挙げられる。この場合、透明導電膜12のエッチング処理(透明導電膜12を構成する樹脂が感光性樹脂からなる場合には、その現像処理)に使用する液組成、処理温度、処理時間を調整することで、完全エッチングにならないように絶縁領域R2を形成する。このように、完全エッチングせずに絶縁領域R2を形成することで、電極パターンの非視認性を高めることが可能となる。
[透明導電性素子の製造方法]
次に、透明導電性素子の製造方法の一例として、まず、金属フィラー21の分散膜を成膜し、次に、分散膜中の金属フィラー21を有色自己組織化材料23で表面処理する方法について説明する。
先ず、金属フィラー21を溶剤に分散させた分散液を調製する。ここでは、溶剤に対して、金属フィラー21と共に樹脂材料(バインダー)を添加する。この実施形態においても、樹脂材料として前述の感光性樹脂を使用することができる。また必要に応じて、金属フィラー21の分散性を向上させるための分散剤や、密着性や耐久性を向上させるためのその他の添加剤を混合する。
次に、上述したようにして調製した分散液を用いて、基材11上に金属フィラー21を分散させた分散膜を形成する。分散膜の形成方法は特に限定されるものではないが、物性、利便性、製造コストなどを考慮すると湿式製膜法が好ましい。湿式製膜法としては、塗布法、スプレー法、印刷法などの公知の方法が適用される。塗布法であれば、特に限定されるものではなく、公知の塗布法を用いることができる。公知の塗布法としては、例えば、マイクログラビアコート法、ワイヤーバーコート法、ダイレクトグラビアコート法、ダイコート法、ディップ法、スプレーコート法、リバースロールコート法、カーテンコート法、コンマコート法、ナイフコート法、スピンコート法などが挙げられる。印刷法であれば、例えば、凸版、オフセット、グラビア、凹版、ゴム版、スクリーン、インクジェット印刷などが挙げられる。
次に、基材11上に形成された分散膜中の溶剤を乾燥させて除去する。乾燥による溶剤の除去は、自然乾燥であっても加熱乾燥であってもよい。その後、未硬化の樹脂材料22の硬化処理を行い、硬化させた樹脂材料22中に金属フィラー21を分散させた状態とする。次に、得られる透明導電膜12のシート抵抗値を下げるために、必要に応じてカレンダーによる加圧処理を施すようにしてもよい。
次に、分散膜中の金属フィラーを有色自己組織化材料23で表面処理する工程の詳細について説明する。この表面処理の工程としては、(4-1)分散膜中の金属フィラー21の表面に有色自己組織化材料23を直接的に吸着させる方法(以下「直接形成法」と称する。)と、(4-2)分散膜中の金属フィラー21の表面に、まず、自己組織化材料23aを吸着させ、次いで自己組織化材料23aに有色材料23bを結合させることにより、金属フィラー21に有色自己組織化材料23が吸着している状態とする「間接形成法」とがある。したがって、以下の説明では(4-1)直接形成法と、(4-2)間接形成法とに分けて表面処理の工程の詳細について説明する。
直接形成法では、まず、有色自己組織化材料23を、これと反応を起こさない溶剤に溶解させて処理溶液を調製する。次に、樹脂材料22が未硬化又は硬化後の分散膜をこの処理溶液で処理することにより、分散膜の少なくとも表面の金属フィラー21、好ましくは分散膜の表面及び内部の金属フィラー21に有色自己組織化膜を形成する。
以下、分散膜の樹脂材料22の硬化後に直接形成法で有色自己組織化膜23を形成する方法の詳細について説明する。
まず、有色自己組織化材料23を、これと反応を起こさない溶剤と混合し撹拌して処理溶液を調製する。溶媒は有色自己組織化材料23を溶解できる溶媒であれば特に限定されない。具体的には、ジメチルスルホキシド、N,N-ジメチルホルムアミド、エタノール、水などが挙げられる。
次に、硬化した樹脂材料22中に金属フィラー21が分散している分散膜を、処理溶液に接触させる。これにより、図6の模式図Bおよび図6の模式図Cに示すように、処理溶液中の有色自己組織化材料23が、分散膜の表面に露出している金属フィラー21の表面にチオール基やスルフィド基などを介して吸着する。あるいは処理溶液が分散膜を膨潤させ、自己組織化材料23が浸透することにより、自己組織化材料23が分散膜内部の金属フィラー21の表面にも吸着する。有色自己組織化材料23は、金属フィラー21の表面における結晶粒界21aや分散剤25で保護されていない部分Rなどに優先的に吸着する。同時に、分散剤25で保護された部分では、色自己組織化材料23が分散剤25に置き換わって吸着していく。有色自己組織化材料23で処理しても、シート抵抗は全く、もしくは殆ど変化しない。この処理により、図6の模式図Cに示すように、有色自己組織化材料23からなる有色自己組織化単分子膜が金属フィラー21の表面に形成される。
以上のような吸着処理の後、透明導電膜12の乾燥処理を行う。ここでの乾燥処理は、自然乾燥であっても良く、加熱装置中での加熱乾燥であってもよい。
間接形成法では、まず、自己組織化材料23aを含む第1処理溶液で分散膜を処理する。これにより、上述の直接形成法で有色自己組織化材料23が金属フィラー21の表面に吸着する場合と同様に、自己組織化材料23aが金属フィラー21の表面に吸着し、自己組織化材料23aが配列した自己組織化膜が金属フィラー21の表面に形成される。自己組織化膜を形成する自己組織化材料23aの末端官能基(金属フィラーに対する吸着端と反対側の官能基)は、例えばアミンである。但し、酸塩化物等の有色材料23bの官能基と反応し結合する官能基であればこれに限らない。次に、有色材料23bを含む第2処理溶液により分散膜を処理して、金属フィラーの表面に形成された自己組織化膜を有色化する。
以下、間接形成法の詳細について説明する。
まず、自己組織化材料23aを、これと反応を起こさない溶剤と混合し攪拌して、第1処理溶液を調製する。溶媒は自己組織化材料23aを溶解できる溶媒であれば特に限定されない。具体的には、ジメチルスルホキシド、N,N-ジメチルホルムアミド、エタノール、水などが挙げられる。
次に、乾燥又は硬化させた樹脂材料22中に金属フィラー21を分散させてなる分散膜を、第1処理溶液に接触させる。これにより、上記第1処理溶液が金属フィラー21と接触すると、図7の模式図Bに示すように、自己組織化材料23aがチオール基やスルフィド基などを介して金属フィラー表面に吸着する。自己組織化材料23aは金属フィラー表面における結晶粒界21aや分散剤25で保護されていない部分Rなどに優先的に吸着する。同時に、図7の模式図Aに示すように分散剤25で保護された部分でも、自己組織化材料23aが分散剤25に置き換わって吸着していく。自己組織化材料23aで処理しても、シート抵抗は全く、もしくは殆ど変化しない。この処理により、図7の模式図Bに示すように、自己組織化材料23aからなる自己組織化単分子膜が金属フィラー21の表面に形成される。
以上のような吸着処理の後、分散膜の乾燥処理を行う。ここでの乾燥処理は、自然乾燥であっても良く、加熱装置中での加熱乾燥であってもよい。
まず、有色材料23bを、これと反応を起こさない溶剤に溶解・攪拌して、第2処理溶液を調製する。溶媒は有色材料23bを溶解できる溶媒であれば特に限定されない。具体的には、ジメチルスルホキシド、N,N-ジメチルホルムアミド、エタノール、水などが挙げられる。
次に、第1処理溶液により処理した分散膜を、第2処理溶液に接触させると、図8の模式図Aに示すように、第2処理溶液に含まれる有色材料23bの酸塩化物(例えば「R−COCl」)と、金属フィラー21の表面に吸着した自己組織化材料23aの末端官能基(例えば「−NH2」)とが反応して結合して、有色自己組織化材料23が金属フィラー表面に形成される。これにより、図8の模式図Bに示すように、有色自己組織化材料23からなる自己組織化単分子膜が金属フィラー表面に形成される。
印刷方式を適用する場合、例えば、凸版印刷法、オフセット印刷法、グラビア印刷法、凹版印刷法、ゴム版印刷法、インクジェット法、およびスクリーン印刷法などから適宜の方法を選択し、分散膜上に第2処理溶液の液膜を形成する。
以上のような吸着処理の後、透明導電膜12の乾燥処理を行う。ここでの乾燥処理は、自然乾燥であっても良く、加熱装置中での加熱乾燥であってもよい。
なお、上述の第1の実施形態の変形例で説明したように、透明導電膜12の上にオーバーコート層31を設けた透明導電性素子1を作製する場合(図2参照)には、透明導電膜12の上部にオーバーコート層31を形成する工程を行えばよい。また、基材11と透明導電膜12との間にアンカー層32を設けた透明導電性素子1を作製する場合(図2参照)には、分散膜を形成する前の基材11上にアンカー層32を形成する。その後、このアンカー層32上に分散膜を形成する工程と、これに続く工程を行えばよい。
以上説明した第3の実施形態の製造方法により、金属フィラー21の表面が有色自己組織化材料23で修飾されている透明導電膜12を、真空プロセスを用いることのない簡便な方法により、安価に製造することが可能になる。
上述した第3の実施形態に係る透明導電性素子の製造方法において、透明導電膜12をパターニングして電極パターンを形成する工程をさらに備えるようにしてもよい。パターニング方法としては、例えば、分散液を乾燥又は硬化させた以降の工程で、第2の実施形態に係る透明導電性素子の製造方法におけるパターニングと同様に、分散膜または透明導電膜12をパターンエッチングする方法が挙げられる。この場合、分散膜または透明導電膜12における電極パターン以外の領域において、透明導電膜12を除去するのではなく、図5−1の模式図Bに示したように、少なくとも金属フィラー21が分断されて導電領域R1と絶縁領域R2とが絶縁状態となるようにパターンエッチングを行うようにしてもよい。
次に、透明導電性素子の製造方法の一例として、有色自己組織化材料23により金属フィラー21の表面を修飾した後に、その金属フィラーの分散膜を形成する方法について説明する。
まず、金属フィラー21と溶媒の分散液に対して、有色自己組織化材料23を添加し、分散液中の金属フィラー21の表面を有色自己組織化材料23で予め表面修飾する。これにより、有色自己組織化材料23が吸着している金属フィラー21の分散液が調製される。
次に、上述したようにして調製した分散液に、必要に応じて未硬化の樹脂材料22を含有させ、基材11上に分散膜を形成する。この分散膜では、有色自己組織化材料23で表面修飾された金属フィラー21が分散している。このような分散膜の形成方法は特に限定されるものではないが、例示するならば、浸漬法や塗布法などが挙げられる。
次に、基材11上に形成された分散膜中の溶剤を乾燥させて除去する。その後、未硬化の樹脂材料22の硬化処理を行う。これにより、表面修飾した金属フィラー21が分散された透明導電膜12が得られる。なお、溶剤の乾燥による除去、および未硬化の樹脂材料22の硬化処理は、上述の第3の実施形態と同様である。その後、得られる透明導電膜12のシート抵抗値を下げるために、必要に応じてカレンダーによる加圧処理を施すようにしてもよい。以上により、目的とする透明導電性素子1が得られる。
上述の方法は、金属フィラー21と溶剤の分散液に有色自己組織化材料23を添加することにより、有色自己組織化材料23が吸着した金属フィラー21の分散液を得るか、あるいは、金属フィラー21と溶剤の分散液に、自己組織化材料23a及び有色材料23bを順次反応させることにより、有色自己組織化材料23が吸着した金属フィラー21の分散液を調製し、この分散液に必要に応じて未硬化の樹脂材料22を含有させ、この分散液を基材11に成膜して透明導電膜12を形成する方法であるが、この他、金属フィラー21、有色自己組織化材料23及び未硬化の樹脂材料22を同時に含有する分散液、又は金属フィラー、自己組織化材料23a、有色材料23b及び未硬化の樹脂材料22を同時に含有する分散液を調製し、この分散液を基材11に成膜することにより透明導電膜12を形成し、これをパターニングすることにより本発明の透明導電性素子1を製造してもよい。
第4の実施形態の製造方法では、第3の実施形態の製造方法と比較して製造工程を少なくすることができる。この場合に、樹脂材料として感光性樹脂を使用すると、透明導電膜がパターニングされている透明導電性素子の製造工程をさらに簡略化することができる。
[情報入力装置の構成]
図9の断面図Aは、本技術の第5の実施形態に係る情報入力装置の一構成例を示す断面図である。図9の断面図Aに示すように、情報入力装置2は、表示装置3の表示面上に設けられる。情報入力装置2は、例えば貼合層51により表示装置3の表示面に貼り合わされている。貼合層51は、表示装置3の表示面と情報入力装置2の裏面との周縁部にのみ設けられるようにしてもよい。貼合層51としては、例えば、粘着ペースト、粘着テープなどが用いられる。本明細書中では、指やペンなどで情報を入力するタッチ面(情報入力面)側の面を「表面」と称し、それとは反対側の面を「裏面」と称する。
情報入力装置2が適用される表示装置3は特に限定されるものではないが、例示するならば、液晶ディスプレイ、CRT(Cathode Ray Tube)ディスプレイ、プラズマディスプレイ(Plasma Display Panel:PDP)、エレクトロルミネッセンス(Electro Luminescence:EL)ディスプレイ、表面伝導型電子放出素子ディスプレイ(Surface-conduction Electron-emitter Display:SED)などの各種表示装置が挙げられる。
情報入力装置2は、いわゆる投影型静電容量方式タッチパネルであり、第1の透明導電性素子1aと、この第1透明導電性素子1aの表面上に設けられた第2透明導電性素子1bとを備え、第1透明導電性素子1aと第2透明導電性素子1bとは貼合層52を介して貼り合わされている。
図9の斜視図Bは、本技術の第2の実施形態に係る情報入力装置の一構成例を示す分解斜視図である。ここでは、第1透明導電性素子1aおよび第2透明導電性素子1bの面内において直交する2方向をX軸方向およびY軸方向と定義する。
第1透明導電性素子1aおよび第2透明導電性素子1bの上記以外の点は、第2の実施形態に係る透明導電性素子1と同様である。
第5の実施形態に係る情報入力装置2では、X電極およびY電極として、第2の実施形態で説明した光の乱反射が防止された透明導電膜12を用いている。これにより、パターン形成されたX電極およびY電極が外光の乱反射によって視認されることを防止できる。またこのような情報入力装置2を表示装置3の表示面上に配置した場合、情報入力装置2に設けたX電極およびY電極で外光が乱反射することによる、黒表示の際の黒浮きを防止した表示が可能である。
(変形例1)
図10の断面図Aは、第1の変形例に係る情報入力装置の一構成例を示す断面図である。第1透明導電性素子1aは、基材11aと、この基材11aの表面に設けられた透明導電膜12aとを備える。第2透明導電性素子1bは、保護層54と、この保護層54の裏面に設けられた透明導電膜12bとを備える。これらの第1透明導電性素子1aと第2透明導電性素子1bとは、貼合層53を介して互いの透明導電膜12a、12bが対向するようにして貼り合わされている。
図10の断面図Bは、第2の変形例に係る情報入力装置の一構成例を示す断面図である。透明導電性素子1は、基材11aと、基材11aの裏面に設けられた透明導電膜12aと、基材11aの表面に設けられた透明導電膜12bとを備える。透明導電性素子1と保護層54とは貼合層53を介して貼り合わされている。
図11の断面図Aは、第3の変形例に係る情報入力装置の一構成例を示す断面図である。透明導電性素子1は、保護層54と、保護層54の裏面に直接的に設けられた電極パターン部55とを備える。電極パターン部55は、X電極である透明導電膜とY電極である透明導電膜とを備える。これらの透明導電膜は保護層54の裏面に直接的に形成されている。X電極である透明導電膜とY電極である透明導電膜とが絶縁層を介して積層された構成としてもよい。
図11の断面図Bは、第4の変形例に係る表示装置の一構成例を示す断面図である。表示装置3は、液晶パネルなどの表示パネル部4と、表示パネル部4の表面に設けられたカバーガラスなどのカバー層56と、カバー層56の表面に設けられた電極パターン部55と、電極パターン部55の表面に設けられた偏光子57とを備える。また、偏光子57の表面には、貼合層53を介して保護層54が設けられている。電極パターン部55は、X電極である透明導電膜とY電極である透明導電膜とを備える。これらの透明導電膜はカバー層56の表面に直接的に形成されていてもよい。X電極である透明導電膜とY電極である透明導電膜とが絶縁層を介して積層された構成としてもよい。
図12には、透明導電膜を用いた表示装置の要部断面図を示す。この図に示す表示装置61は、有機電界発光素子ELを用いたアクティブマトリックス型の有機EL表示装置である。
以上説明した第6の実施形態の表示装置61では、発光光の取り出し側である表示面側に設けた共通電極71として、第2の実施形態に係る透明導電膜12を備えている。これにより、各有機発光機能層69r、69g、69bで発生させた発光光を、共通電極71側から取り出す場合に、共通電極71での外光の乱反射による黒浮きが防止され、外光環境下においてもコントラストの高い表示が可能になる。
図13〜図17には、第5の実施形態に係る情報入力装置を備えた表示装置、または第6の実施形態に係る表示装置を、表示部に適用した電子機器の一例を示す。以下に、本技術の電子機器の適用例について説明する。
先ず、金属ナノワイヤーとして、銀ナノワイヤーを作製した。ここでは、文献(「ACS Nano」2010年,VOL.4,NO.5,p.2955-2963)を参照した既存の方法により、直径30nm、長さ10〜30μmの銀ナノワイヤーを作製した。
銀ナノワイヤー:0.28質量%
和光純薬工業株式会社製エチルセルロース(49%エトキシ)(透明樹脂材料):0.83質量%
旭化成製デュラネートD101(樹脂硬化剤):0.083質量%
日東化成製ネオスタンU100(硬化促進触媒):0.0025質量%
IPA(溶剤):98.8045質量%
比較例1においては、実施例1におけるチオール類の吸着処理、およびチオール類と染料との反応処理を行わなかったこと以外は、実施例1と同様にして保護層を備えた透明導電膜を得た。
比較例2〜6では、チオール類の吸着処理をしなかったこと、表1に記載の染料を酸塩化物にせずに使用したこと、及び染料の吸着条件を80℃10分としたこと以外は、実施例1と同様にして保護層を備えた透明導電膜を得た。
比較例7においては、チオール類と染料との反応処理を行わなかったこと以外は、実施例1と同様にして保護層を備えた透明導電膜を得た。
比較例8〜12は、表1に記載の染料を酸塩化物にせずに使用したこと、及び染料の吸着条件を80℃10分としたこと以外は、実施例1と同様にして保護層を備えた透明導電膜を得た。
比較例13においては、表1に記載のチオール類を用いて自己組織化膜を形成し、チオール類と染料との反応処理を行わなかったこと以外は、実施例1と同様にして保護層を備えた透明導電膜を得た。
比較例14〜18においては、表1に記載のチオール類を用いて自己組織化膜を形成し、表1に記載の染料を酸塩化物にせずに使用したこと、及び染料の吸着条件を80℃10分としたこと以外は、実施例1と同様にして保護層を備えた透明導電膜を得た。
透過率計(株式会社村上色彩技術研究所製、商品名:HM−150)を用いてJIS K7361に従って評価した。
透過率計(株式会社村上色彩技術研究所製、商品名:HM−150)を用いてJIS K7136に従って評価した。
比較例1以外については、吸着処理を施した部分(処理部)に隣接して、吸着処理を施していない部分(未処理部)を形成した。処理部と未処理部が形成された分散膜(ワイヤー層)側に黒テープを貼った状態で透明基材側から目視し、黒浮きの発生を以下の○、△、×の三段階で評価した。
○:処理部と非処理部の境目がすぐに判断でき、処理部は黒浮き低減
△:処理部と非処理部の境目がわかりにくいが、処理部は黒浮き低減
×:処理部と非処理部の境目がわからず、処理部は黒浮きあり
尚、比較例1は比較例1以外の未処理部と同等である。すなわち、比較例1以外についての三段階評価は、比較例1を基準とした評価である。
非破壊抵抗測定器(ナプソン株式会社製、商品名:EC−80P)を用い、測定プローブを分散膜(ワイヤー層)側に接触させて評価した。
反射L値は、黒浮き評価で使用したサンプルを用いて、エックスライト社製カラーi5で、JIS Z8722に従い分光反射率を測定し、L*a*b*表色系のL*値を求めた。
表1に、実施例1〜実施例10の透明導電膜の作製条件を示し、表2に、比較例1〜比較例18の透明導電膜の作製条件を示す。
表3に、実施例1〜実施例10の透明導電膜の評価結果を示し、表4に、比較例1〜比較例18の透明導電膜の評価結果を示す。
本発明の実施例において、銀ナノワイヤーに有色自己組織化膜が形成されるように、自己組織化膜を形成しているチオール化合物と酸塩化物にした染料とを反応させることにより、黒浮きが無く、シート抵抗が十分に低い銀ナノワイヤーフィルムを作製することができた。実施例の銀ナノワイヤーフィルムによれば、黒浮きが無いことから高コントラストな表示が可能となる。
自己組織化膜の末端官能基であるアミンが、染料化合物のカルボン酸塩化物と反応してアミド結合をすることで、自己組織化膜の上端に染料が結合した構造となり、コントラストが向上したと考えられる。
樹脂材料として感光性樹脂を使用し、次のように透明導電膜がパターニングされている透明導電性素子を製造した。
銀ナノワイヤー[1]:0.11質量%
東洋合成工業製感光基アジド含有ポリマー(平均重量分子量10万):0.272質量%
有色自己組織化材料(岡本染料店製Lany1 Black BG E/C 及び 東京化成工業製2-アミノエタンチオールの反応物):0.03質量%
水:89.615質量%
エタノール:10質量%
次いで、大気中において80℃で3分間の加熱処理を行い、分散膜中の溶剤を乾燥除去した。塗膜にフォトマスク(図18参照)をソフトコンタクトし、東芝ライテック製アライメント露光装置を用いて積算光量10mJの紫外線を照射し、露光部を硬化した。
有色化合物として、岡本染料店製Lany1 Black BG E/Cの代わりに、シンコー製DENを用いる(実施例12)、もしくは田岡化学工業製LA1920を用いて(実施例13)、実施例11の手順で透明導電性素子を製造した。
照射時の積算光量を1mJもしくは5000mJに変更したこと以外は、実施例11の手順で透明導電性素子を製造した。
実施例11で用いた東洋合成工業製感光基アジド含有ポリマー(平均重量分子量10万)に代えて、東洋合成工業製感光基アジド含有ポリマー(平均重量分子量2万5千)を用いて実施例11と同様の手順で透明導電性素子を製造した。
実施例1と同様の銀ナノワイヤー[1]と次の材料から、銀ナノワイヤーの分散液を調製した。
銀ナノワイヤー[1]:0.11質量%
機能性オリゴマー(サートマー製CN9006):0.176質量%
ペンタエリスリトールトリアクリレート(トリエステル37%)(新中村化学工業製A−TMM−3):0.088質量%
重合開始剤(BASF製イルガキュア184):0.008質量%
有色自己組織化材料(岡本染料店製Lany1 Black BG E/C 及び東京化成工業製2-アミノエタンチオールの反応物):0.03質量%
IPA:96.615質量%
DAA:3質量%
実施例1と同様の銀ナノワイヤー[1]と次の材料から銀ナノワイヤーの分散液を調製した。この分散液は有色化合物を含有していない。
銀ナノワイヤー[1]:0.11質量%
東洋合成工業製感光基アジド含有ポリマー(平均重量分子量10万):0.272質量%
水:89.618質量%
エタノール:10質量%
実施例11〜17及び比較例19で得た透明導電性素子について、(A)全光線透過率[%]、(B)ヘイズ値、(C)シート抵抗値[Ω/□]、(D)反射L値、(E)密着性、(F)解像性、(G)比視認性を次のように評価した。これらの結果を表5に示す。
(B)ヘイズ値 実施例1と同様
(C)シート抵抗値の評価
MCP―T360(商品名;株式会社三菱化学アナリテック製)を用いて評価した。
(D)反射L値 実施例1と同様
JIS K5400の碁盤目(1mm間隔X100マス)セロハンテープ(ニチバン株式会社製 CT24)剥離試験により評価した。
KEYENCE製VHX−1000を用いて暗視野、100〜1000倍の倍率で、次の評価基準により評価した。
解像性の評価基準
◎:塗膜面内で無作為に5点スポットを選択し、選択した5点のスポットすべてにおいて、電極パターンの25μmのライン幅がフォトマスク設定値と比較して誤差範囲が±10%以内の場合
○:上記誤差範囲が±20%以内の場合
×:上記誤差範囲が±20%を超える場合
対角3.5インチの液晶ディスプレイ上に、粘着シートを介して透明導電性素子の透明導電膜側の面が画面と対向するように貼り合わせた。次に、透明導電性素子の基材(PETフィルム)側に、粘着シートを介してARフィルムを貼り合わせた。その後、液晶ディスプレイを黒表示し、表示面を目視により観察し、次の基準で非視認性を評価した。
非視認性の評価基準
◎:どの角度から見てもパターンを全く視認できない
○:パターンが非常に視認しにくいが、角度によっては視認可能
×:視認可能
11・・・基材
12・・・透明導電膜
21・・・金属フィラー
22・・・樹脂材料
23・・・有色自己組織化材料
23a・・・自己組織化材料
23b・・・有色材料
25・・・分散剤
31・・・オーバーコート層
32・・・アンカー層
33、34・・・ハードコート層
35、36・・・反射防止層
Claims (16)
- 金属フィラーと、
上記金属フィラーの表面に設けられた有色自己組織化材料からなる有色自己組織化単分子膜と
を含んでいる透明導電膜であって、
上記有色自己組織化材料は、金属フィラーの表面に吸着した自己組織化材料に有色材料が結合してなり、
上記有色材料は、下記の一般式で表され、
R−COX、
R−SO3H、又は
R−SO3 -Na+
(但し、Rは、可視光領域に吸収を持つ発色団であり、Xは、フッ素(F)、塩素(Cl)、臭素(Br)またはヨウ素(I)である。)
上記自己組織化材料は、チオール類、ジチオール類、スルフィド類およびジスルフィド類のうちの少なくとも1種である透明導電膜。 - 上記有色自己組織化材料は、可視光領域の光を吸収する請求項1記載の透明導電膜。
- 上記有色材料は、染料である請求項1又は2記載の透明導電膜。
- 上記有色材料は、可視光領域に吸収を持つ発色団と、上記自己組織化材料に結合する基とを有する請求項1〜3のいずれかに記載の透明導電膜。
- 上記有色材料は、酸ハロゲン化物である請求項1〜4のいずれかに記載の透明導電膜。
- 上記発色団は、有機材料または無機材料である請求項4記載の透明導電膜。
- 上記酸ハロゲン化物は、酸塩化物である請求項5記載の透明導電膜。
- 上記自己組織化材料は、上記金属フィラーに吸着する基を有する請求項1〜7のいずれかに記載の透明導電膜。
- 上記金属フィラーは、金属ナノワイヤーである請求項1〜8のいずれかに記載の透明導電膜。
- 上記金属フィラーは、Ag、Au、Ni、Cu、Pd、Pt、Rh、Ir、Ru、Os、Fe、CoおよびSnから選ばれる少なくとも1種を含んでいる請求項1〜9のいずれかに記載の透明導電膜。
- 金属フィラーと、
上記金属フィラーの表面に設けられる有色自己組織化単分子膜を構成する有色自己組織化材料と
を含んでいる透明導電膜形成用組成物であって、
上記有色自己組織化材料は、金属フィラーの表面に吸着した自己組織化材料に有色材料が結合してなり、
上記有色材料は、下記の一般式で表され、
R−COX、
R−SO3H、又は
R−SO3 -Na+
(但し、Rは、可視光領域に吸収を持つ発色団であり、Xは、フッ素(F)、塩素(Cl)、臭素(Br)またはヨウ素(I)である。)
上記自己組織化材料は、チオール類、ジチオール類、スルフィド類およびジスルフィド類のうちの少なくとも1種である透明導電膜形成用組成物。 - 更に感光性樹脂を含有する請求項11記載の透明導電膜形成用組成物。
- 基材と、
基材の表面に設けられた透明導電膜と
を備え、
上記透明導電膜は、
金属フィラーと、
上記金属フィラーの表面に設けられた有色自己組織化材料からなる有色自己組織化単分子膜と
を含んでいる導電性素子であって、
上記有色自己組織化材料は、金属フィラーの表面に吸着した自己組織化材料に有色材料が結合してなり、
上記有色材料は、下記の一般式で表され、
R−COX、
R−SO3H、又は
R−SO3 -Na+
(但し、Rは、可視光領域に吸収を持つ発色団であり、Xは、フッ素(F)、塩素(Cl)、臭素(Br)またはヨウ素(I)である。)
上記自己組織化材料は、チオール類、ジチオール類、スルフィド類およびジスルフィド類のうちの少なくとも1種である導電性素子。 - 基材と、
上記基材の表面に設けられた透明導電膜と
を備え、
上記透明導電膜は、
金属フィラーと、
上記金属フィラーの表面に設けられた有色自己組織化材料からなる有色自己組織化単分子膜と
を含んでいる入力装置であって、
上記有色自己組織化材料は、金属フィラーの表面に吸着した自己組織化材料に有色材料が結合してなり、
上記有色材料は、下記の一般式で表され、
R−COX、
R−SO3H、又は
R−SO3 -Na+
(但し、Rは、可視光領域に吸収を持つ発色団であり、Xは、フッ素(F)、塩素(Cl)、臭素(Br)またはヨウ素(I)である。)
上記自己組織化材料は、チオール類、ジチオール類、スルフィド類およびジスルフィド類のうちの少なくとも1種である入力装置。 - 表示部と、上記表示部内または上記表示部表面に設けられた入力装置とを備え、
上記入力装置は、基材と、上記基材の表面に設けられた透明導電膜とを備え、
上記透明導電膜は、
金属フィラーと、
上記金属フィラーの表面に設けられた有色自己組織化材料からなる有色自己組織化単分子膜と
を含んでいる表示装置であって、
上記有色自己組織化材料は、金属フィラーの表面に吸着した自己組織化材料に有色材料が結合してなり、
上記有色材料は、下記の一般式で表され、
R−COX、
R−SO3H、又は
R−SO3 -Na+
(但し、Rは、可視光領域に吸収を持つ発色団であり、Xは、フッ素(F)、塩素(Cl)、臭素(Br)またはヨウ素(I)である。)
上記自己組織化材料は、チオール類、ジチオール類、スルフィド類およびジスルフィド類のうちの少なくとも1種である表示装置。 - 表示部と、上記表示部内または上記表示部表面に設けられた入力装置とを備え、
上記入力装置は、基材と、上記基材の表面に設けられた透明導電膜とを備え、
上記透明導電膜は、
金属フィラーと、
上記金属フィラーの表面に設けられた有色自己組織化材料からなる有色自己組織化単分子膜と
を含んでいる電子機器であって、
上記有色自己組織化材料は、金属フィラーの表面に吸着した自己組織化材料に有色材料が結合してなり、
上記有色材料は、下記の一般式で表され、
R−COX、
R−SO3H、又は
R−SO3 -Na+
(但し、Rは、可視光領域に吸収を持つ発色団であり、Xは、フッ素(F)、塩素(Cl)、臭素(Br)またはヨウ素(I)である。)
上記自己組織化材料は、チオール類、ジチオール類、スルフィド類およびジスルフィド類のうちの少なくとも1種である電子機器。
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