JP7006424B2 - 透明導電性フィルムの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、透明導電性フィルムの製造方法に関する。

光学表示装置の構成要素として、透明なフィルムが広く用いられており、かかる透明フィルムとしては、透明導電性フィルム、即ち透明であり且つ導電性を有するフィルムが求められる場合がある。

例えば、液晶表示装置又は有機エレクトロルミネッセンス表示装置においては、表示素子を駆動させる透明電極としての機能を有する透明導電性フィルムが求められる場合がある。または、タッチパネルの構成要素として、タッチパネルとしての機能発現及びタッチパネルにおいて発生する静電気除去等の目的で、透明導電性フィルムが求められる場合がある。

透明導電性フィルムとしては、樹脂製のフィルム等の透明基材フィルムと、その表面上に設けられた透明な導電層とを備えるものが知られている。導電層を構成する材料としては、様々な材料が知られている。特に、かかる材料として、カーボンナノチューブ、金属ナノワイヤー等の導電性ナノワイヤーを用いることが近年提案されている（特許文献１～４）。

特許文献１～４に開示される技術においては、導電層の形成は、主に、導電性ナノワイヤー及び分散媒を含む液体を、透明基材フィルムの表面上に塗布し、分散媒を蒸発させることにより、行われている。

国際公開第２０１５／０７９６２６号 特開２００８－２５１２７２号公報 特表２００９－５０５３５８号公報 特開２０１４－２０７１１６号公報

導電層の形成を、導電性ナノワイヤーを含む液体を塗布することにより行う場合、導電性ナノワイヤーの粒子同士の導電パスの形成が不十分となり、表面抵抗率が上昇する場合がある。低い表面抵抗率の導電層を得るために、導電性ナノワイヤーの面密度を高めると、導電層の厚みが厚くなり、得られる透明導電性フィルムにおいて、全光線透過率の低下及びヘイズの上昇等の不所望な現象が発生しうる。

したがって、本発明の目的は、表面抵抗率が低く、全光線透過率が高く且つヘイズが低い透明導電性フィルムを、容易に製造することができる製造方法を提供することにある。

前記課題を解決するため、本発明者は検討を行った。その結果、本発明者は、導電性ナノワイヤーを透明基材フィルムに設ける工程として特定の工程を採用すれば、導電性ナノワイヤーの面密度が低くても、低い表面抵抗率を得ることができ、ひいては、低い表面抵抗率、高い全光線透過率及び低いヘイズを達成できることを想到し、本発明を完成した。即ち、本発明は、下記の通りである。

〔１〕 ベルトの表面上に、導電性ナノワイヤーを、所定の面密度で設ける工程（１）、及び
前記ベルトの前記導電性ナノワイヤーを設けた側の面に、透明基材フィルムを圧接し、前記導電性ナノワイヤーを前記透明基材フィルムに転写し、前記透明基材フィルム及び前記導電性ナノワイヤーを備える透明導電性フィルムを得る工程（２）
を含む、透明導電性フィルムの製造方法。
〔２〕 前記導電性ナノワイヤーが、カーボンナノチューブ又は金属ナノワイヤーである、〔１〕に記載の製造方法。
〔３〕 前記工程（１）が、前記導電性ナノワイヤーを、前記ベルトの表面上に、気相に分散した物質を材料として成長させることを含む、〔１〕又は〔２〕に記載の製造方法。
〔４〕 前記透明基材フィルムが、長尺のフィルムであり、
前記工程（１）及び（２）を、前記ベルト及び前記透明基材フィルムを連続的に搬送して行い、
前記工程（２）の後、得られた透明導電性フィルムを巻き取り巻回体とする工程（３）をさらに含む、〔１〕～〔３〕のいずれか１項に記載の製造方法。
〔５〕 前記工程（２）における前記圧接を、前記ベルト及び前記透明基材フィルムが重なった状態で、これらを一対の圧接ロールで加圧することにより行う、〔４〕に記載の製造方法。
〔６〕 前記工程（１）により形成される前記導電性ナノワイヤーの面密度が１×１０^－９ｇ／ｃｍ^２以上、１×１０^－４ｇ／ｃｍ^２以下である、〔１〕～〔５〕のいずれか１項に記載の製造方法。

本発明の製造方法によれば、表面抵抗率が低く、全光線透過率が高く且つヘイズが低い透明導電性フィルムを、容易に製造することができる。

図１は、本発明の製造方法を実施するための製造装置、及びそれを用いた本発明の製造方法の実施の操作の一例を概略的に示す側面図である。 図２は、図１に示される本発明の製造方法の実施の操作において、ベルトに設けられた導電性ナノワイヤーの一例を概略的に示す斜視図である。 図３は、図１に示される本発明の製造方法の実施の操作において、透明基材フィルム上に転写された導電性ナノワイヤーの一例を概略的に示す斜視図である。

以下、本発明について実施形態及び例示物を示して詳細に説明する。ただし、本発明は以下に示す実施形態及び例示物に限定されるものでは無く、本発明の特許請求の範囲及びその均等の範囲を逸脱しない範囲において任意に変更して実施しうる。

以下の説明において、「長尺」のフィルムとは、幅に対して、５倍以上の長さを有するフィルムをいい、好ましくは１０倍若しくはそれ以上の長さを有し、具体的にはロール状に巻き取られて保管又は運搬される程度の長さを有するフィルムをいう。長尺のフィルムの長さの上限は、特に制限は無く、例えば、幅に対して１０万倍以下としうる。

〔１．第一実施形態〕
図１は、本発明の製造方法を実施するための製造装置、及びそれを用いた本発明の製造方法の実施の操作の一例を概略的に示す側面図である。以下において、かかる例を第一実施形態として参照して、本発明の製造方法を説明する。

第一実施形態において、製造装置１０は、輪状のベルト１３１、ベルト１３１を支持し軌道上で周回させる一対のプーリー１３２、長尺の透明基材フィルム１１１を繰り出す繰り出しロール１５１、透明導電性フィルム１１２を巻き取る巻取りロール１５２、及び一対の圧接ロール１４１を備える。製造装置１０はさらに、ベルト１３１の軌道の一部を囲繞する筐体１００を備える。筐体１００はさらに、その側面に、ベルト１３１の搬入及び搬出のための入口スロット１０１ｉ及び出口スロット１０１ｏを備える。

〔２．工程（１）〕
本発明の製造方法は、ベルトの表面上に、導電性ナノワイヤーを、所定の面密度で設ける工程（１）を含む。

ベルトの材質は、特に限定されず、軌道上を周回させるのに適した任意の材料としうる。ベルトは、周回させるのに適した、可撓性のある部材からなるものとしうる。可撓性のある部材の例としては、ゴムベルト、薄い金属製のフィルムのベルト、又は蝶番などの可動機構を多数備えた金属製の幅広いチェーン、及びこれらの組み合わせが挙げられる。ベルトはまた、可撓性のある部材を芯材として備え、さらに、その表面の全部又は一部に設けられた、導電性ナノワイヤーを形成するのに適した、金属製のフィルム又は金属板等の任意の部材を備えるものであってもよい。

導電性ナノワイヤーは、非金属、金属化合物、又は金属の材料により構成される細長い形状の粒子である。非金属の導電性ナノワイヤーの例としては、カーボンナノチューブが挙げられる。金属ナノワイヤーの例としては、銀ナノワイヤーが挙げられる。

工程（１）は、導電性ナノワイヤーを、ベルトの表面上に、気相に分散した物質を材料として成長させることを含むことが好ましい。かかる方法により工程（１）を行い、成長の条件を適宜調整することにより、導電性ナノワイヤーを、疎な面密度で、且つ均一に設けることができる。その結果、透明導電性フィルムにおいて、導電性ナノワイヤーの粒子が不均一に凝集することを容易に回避することができ、得られる透明導電性フィルムにおいて、低い表面抵抗率、高い全光線透過率及び低いヘイズを達成しうる。

第一実施形態に関する以下の説明では、導電性ナノワイヤーとしてカーボンナノチューブを設ける例を説明する。

第一実施形態においては、工程（１）は、筐体１００内にて行われる。例えば、ベルト１３１として、その表面に、カーボンナノチューブの成長に適した金属部材（不図示）を有するものを用い、筐体１００内の条件を、カーボンナノチューブの成長に適した状態とし、カーボンナノチューブの材料を筐体１００内に供給し筐体１００内に分散させることにより、ベルト１３１の表面に、導電性ナノワイヤーとしてのカーボンナノチューブ１２１を形成しうる。一対のプーリー１３２の片方又は両方を駆動させ、ベルト１３１を矢印Ａ２１方向に周回させることにより、入口スロット１０１ｉから筐体１００内に入ったベルト１３１の表面上に、カーボンナノチューブ１２１を連続的に設けることができる。

このように、ベルトの表面上において直接導電性ナノワイヤーを成長させることにより、導電性ナノワイヤーの粒子が不均一に凝集することを回避しながら、且つ導電性ナノワイヤーを疎に分布させることができる。その結果、透明度が高く且つ表面抵抗率が低い透明導電性フィルムを容易に得ることができ、特に好ましい。

カーボンナノチューブの成長に適した基板、材料及び条件、並びにそれにより形成されるカーボンナノチューブの好ましい例としては、国際公開第２００６／０１１６５５号に記載されるスーパーグロース法及びそれにより形成されるカーボンナノチューブが挙げられる。

工程（１）でベルト上に設けられる導電性ナノワイヤーの粒子のサイズ及びその分布は、所望の特性を有する透明導電性フィルムが得られるよう適宜調整しうる。導電性ナノワイヤーのアスペクト比（直径Ｄに対する長さＬの比、即ちＬ／Ｄ）は、好ましくは１０以上であり、一方好ましくは１,０００,０００以下である。導電性ナノワイヤーの直径Ｄは、好ましくは１ｎｍ以上であり、一方好ましくは１０００ｎｍ以下である。アスペクト比及び直径Ｄは、数平均の値としうる。

工程（１）においてベルトの表面上に設ける導電性ナノワイヤーの面密度は、好ましくは１×１０^－９ｇ／ｃｍ^２以上、より好ましくは１×１０^－８ｇ／ｃｍ^２以上であり、一方好ましくは１×１０^－４ｇ／ｃｍ^２以下、より好ましくは１×１０^－５ｇ／ｃｍ^２以下である。かかる面密度で導電性ナノワイヤーを形成することにより、高い透明性及び低い表面抵抗率を備えた透明導電性フィルムを製造することができる。

このような面密度は、導電性ナノワイヤーの形成の条件を調整することにより達成しうる。例えば、基板上にカーボンナノチューブを成長させる場合、基板における、成長点となる材料の面密度を低くし、これにより、カーボンナノチューブを疎な間隔で形成することにより、かかる疎な面密度を達成することができる。

図２は、図１に示される本発明の製造方法の実施の操作において、ベルトに設けられた導電性ナノワイヤーの一例を概略的に示す斜視図である。図２において、ベルト１３１の表面上に設けられた、導電性ナノワイヤーとしてのカーボンナノチューブ１２１は、ベルト１３１の表面において、スーパーグロース法により形成されたものであり、カーボンナノチューブ１２１は、ベルト１３１の表面から、概ね垂直な方向に延長している。

〔３．工程（２）〕
本発明の製造方法は、ベルトの導電性ナノワイヤーを設けた側の面に、透明基材フィルムを圧接し、導電性ナノワイヤーを透明基材フィルムに転写し、透明基材フィルム及び導電性ナノワイヤーを備える透明導電性フィルムを得る工程（２）を含む。

透明基材フィルムとしては、透明導電性フィルムの透明性を損なわない程度の透明性を有する樹脂フィルムを採用しうる。透明基材フィルムは、基材としての物理的強度を発現する樹脂層のみからなってもよく、かかる樹脂層に加えて任意の層を備えてもよい。樹脂層を構成する樹脂の具体例としては、脂環式構造含有重合体を含む樹脂（商品名「ゼオノア」、日本ゼオン株式会社製）が挙げられる。

任意の層の例として、透明基材フィルムは、その最表面を構成する接着剤層を含みうる。かかる接着剤層を含むことにより、工程（２）における転写を良好に行うことができる。工程（２）における転写は、透明基材フィルムとして、導電性ナノワイヤーとの親和性が高い表面を有するものを採用することにより達成しうる。透明基材フィルムとして、その最表面を構成する接着剤層を含むものを採用することにより、工程（２）において導電性ナノワイヤーをその表面に接着させることができ、良好な転写を達成することができる。

第一実施形態においては、導電性ナノワイヤーとしてのカーボンナノチューブ１２１が設けられたベルト１３１を周回させることにより、ベルト１３１を出口スロット１０１ｏを介し筐体１００から搬出し、ベルト１３１を工程（２）に供する。一方、透明基材フィルムとしての長尺の透明基材フィルム１１１を、繰り出しロール１５１から繰り出し矢印Ａ１１方向に誘導する。ベルト１３１と、透明基材フィルム１１１とが重なった状態で、これらを一対の圧接ロール１４１で加圧することにより圧接する。

かかる圧接により、カーボンナノチューブ１２１を透明基材フィルム１１１に転写し、透明基材フィルム１１１及び転写されたカーボンナノチューブ１２２を備える透明導電性フィルム１１２を得る。得られた透明導電性フィルム１１２は、矢印Ａ１２方向に誘導し、巻取りロール１５２にて巻き取る。

図３は、図１に示される本発明の製造方法の実施の操作において、透明基材フィルム上に転写された導電性ナノワイヤーの一例を概略的に示す斜視図である。図３において、透明導電性フィルム１１２は、透明基材フィルム１１１及び導電性ナノワイヤーとしての転写されたカーボンナノチューブ１２２を備え、カーボンナノチューブ１２２は、転写における加圧の結果、透明基材フィルム１１１の表面と、概ね平行な方向に延長している。このような平行な方向への延長が形成されることにより、カーボンナノチューブ同士の結合点が多くなり、導電パスがより多く形成され、その結果、透明度が高く且つ表面抵抗率が低い、導電層が形成される。

工程（２）において、転写の結果得られる、透明導電性フィルムの表面上の導電性ナノワイヤーの面密度は、好ましくは１×１０^－８ｇ／ｃｍ^２以上、より好ましくは５×１０^－８ｇ／ｃｍ^２以上であり、一方好ましくは５×１０^－５ｇ／ｃｍ^２以下、より好ましくは１×１０^－５ｇ／ｃｍ^２以下である。かかる面密度とすることにより、高い透明性及び低い表面抵抗率を備えた透明導電性フィルムを製造することができる。このような面密度は、工程（１）での導電性ナノワイヤーの形成の条件、及び工程（２）での転写の条件を調整することにより達成しうる。

〔４．変形例〕
図１に示す第一実施形態では、工程（１）において、導電性ナノワイヤーとしてカーボンナノチューブを設けたが、本発明の製造方法はこれに限られず、導電性ナノワイヤーとしてはカーボンナノチューブ以外の各種のものを設けうる。また、第一実施形態では、ベルトの表面上において直接カーボンナノチューブを成長させたが、本発明の製造方法はこれに限られず、別途調製した導電性ナノワイヤーを、ベルトの表面上に付着させることによって、ベルトの表面上に導電性ナノワイヤーを設けてもよい。

例えば、第一実施形態では、その工程（１）において導電性ナノワイヤーとしてカーボンナノチューブを設ける工程を行ったが、それに代えて、金属ナノワイヤーを設ける工程を行いうる。それにより、導電性ナノワイヤーとして、金属ナノワイヤーを備える透明導電性フィルムを製造することができる。

ベルトの表面に金属ナノワイヤーを設ける工程は、特に限定されず、既知の各種の方法を採用しうる。例えば、金属ナノワイヤーの分散液を用いた方法を採用しうる。具体的には、銀ナノワイヤー等の金属ナノワイヤーを、適当な液体の媒体に分散させて分散液とし、当該分散液をベルトの表面に塗布し、媒体を乾燥させることにより、ベルトの表面に金属ナノワイヤーを設けることができる。銀ナノワイヤーとしては、特許文献３に記載された方法に従い調製したもの、及び市販のもの（例えば、Ｓｅａｓｈｅｌｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社製の、商品名「ＡｇＮＷ－２５」（平均径２５ｎｍ、平均長さ２３μｍ））を用いうる。

分散液中の金属ナノワイヤーの濃度を薄い濃度とし、これにより、金属ナノワイヤーを疎な間隔で設けることにより、工程（１）における好ましい導電性ナノワイヤーの面密度を達成しうる。さらに、金属ナノワイヤー以外の導電性ナノワイヤーも、同様に、分散液を用いた方法により、ベルトの表面に設けうる。

〔５．透明導電性フィルム〕
本発明の製造方法により得られた透明導電性フィルムは、透明基材フィルム、及びその上に設けられた導電性ナノワイヤーを備えるものとしうる。導電性ナノワイヤーは、細く且つ疎に形成された繊維であるので、導電性ナノワイヤーは、透明導電層として機能しうる。

本発明の製造方法では、前記の通りの特定の工程を採用し、その結果疎に形成された繊維が透明基材フィルムの表面と概ね平行な方向に延長するので、得られる透明導電性フィルムは、表面抵抗率が低く、全光線透過率が高く且つヘイズが低い。例えば、表面抵抗率が１００Ω／□程度又はそれ以下、全光線透過率８５％程度又はそれ以上、ヘイズ１．０程度またはそれ以下といった特性を有する透明導電性フィルムとしうる。

本発明の製造方法により得られた透明導電性フィルムは、そのまま、任意の用途に用いうる。または、本発明の製造方法により得られた透明導電性フィルムは、さらなる追加の処理を経てから、任意の用途に用いうる。

透明導電性フィルムの用途は、特に限定されないが、例えば光学表示装置の構成要素としうる。具体的には、液晶表示装置及び有機エレクトロルミネッセンス表示装置における、表示素子を駆動させる透明電極として、本発明の透明導電性フィルムを用いうる。また、タッチパネルにおける、タッチパネルとしての機能発現及びタッチパネルにおいて発生する静電気除去等の目的で設けられる構成要素として、本発明の透明導電性フィルムを用いうる。

本発明の製造方法では、表面抵抗率が低く、全光線透過率が高く且つヘイズが低い透明導電性フィルムを、容易に製造することができるため、光学表示装置の構成要素として本発明の透明導電性フィルムを採用することにより、性能が高く且つ安価な光学表示装置を得ることができる。

１０ 製造装置
１３１ ベルト
１３２ プーリー
１１１ 透明基材フィルム
１５１ 繰り出しロール
１１２ 透明導電性フィルム
１５２ 巻取りロール
１４１ 圧接ロール
１００ 筐体
１０１ｉ 入口スロット
１０１ｏ 出口スロット
１２１ カーボンナノチューブ
１２２ 転写されたカーボンナノチューブ

Claims (5)

1. ベルトの表面上に、導電性ナノワイヤーを、所定の面密度で設ける工程（１）、及び
   前記ベルトの前記導電性ナノワイヤーを設けた側の面に、透明基材フィルムを圧接し、前記導電性ナノワイヤーを前記透明基材フィルムに転写し、前記透明基材フィルム及び前記導電性ナノワイヤーを備える透明導電性フィルムを得る工程（２）
   を含み、
   前記工程（１）が、前記導電性ナノワイヤーを、前記ベルトの表面上に、気相に分散した物質を材料として成長させることを含む、透明導電性フィルムの製造方法。
2. 前記導電性ナノワイヤーが、カーボンナノチューブ又は金属ナノワイヤーである、請求項１に記載の製造方法。
3. 前記透明基材フィルムが、長尺のフィルムであり、
   前記工程（１）及び（２）を、前記ベルト及び前記透明基材フィルムを連続的に搬送して行い、
   前記工程（２）の後、得られた透明導電性フィルムを巻き取り巻回体とする工程（３）をさらに含む、請求項１又は２に記載の製造方法。
4. 前記工程（２）における前記圧接を、前記ベルト及び前記透明基材フィルムが重なった状態で、これらを一対の圧接ロールで加圧することにより行う、請求項３に記載の製造方法。
5. 前記工程（１）により形成される前記導電性ナノワイヤーの面密度が１×１０^－９ｇ／ｃｍ^２以上、１×１０^－４ｇ／ｃｍ^２以下である、請求項１～４のいずれか１項に記載の製造方法。
   

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