JP7295989B2 - 導電性フィルム、並びに、それを用いた導電性フィルムロール、電子ペーパー、タッチパネル、及びフラットパネルディスプレイ - Google Patents
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Description
〔1〕
透明基材と、前記透明基材の片面又は両面に配された金属細線パターンからなる導電部と、を有する導電性フィルムであって、
前記金属細線パターンが、金属細線から構成されており、
下記(i)又は(ii)の条件を満たす、
(i)前記金属細線は、空隙を有し、且つ、前記金属細線の延伸方向に直交する前記金属細線の断面において、金属細線断面積をSMとし、前記金属細線の断面に含まれる全空隙断面積をSVtotalとするとき、SVtotal/SMが0.10以上0.40以下である、
(ii)前記金属細線の延伸方向に直交する前記金属細線の断面において、金属細線の最大厚さをTとし、前記透明基材側の金属細線界面から0.90Tの高さにおける金属細線の幅をW0.90とし、金属細線界面における前記金属細線の幅をW0としたとき、W0.90/W0が、0.40以上0.90以下である、
導電性フィルム。
〔2〕
(1+W0.90/W0)・(1-SVtotal/SM)が0.84以上1.71以下である、
〔1〕に記載の導電性フィルム。
〔3〕
前記金属細線が、前記透明基材側の前記金属細線の界面に前記空隙を有する、
〔1〕又は〔2〕に記載の導電性フィルム。
〔4〕
前記金属細線の最大厚さをTとしたとき、前記透明基材側の金属細線界面から0.2Tまでの厚さ領域における空隙断面積をSV0.2とするとき、SV0.2/SVtotalが0.15以上0.60以下である、
〔1〕~〔3〕のいずれか一項に記載の導電性フィルム。
〔5〕
前記金属細線の最大厚さをTとしたとき、前記透明基材側の金属細線界面から0.8Tまでの厚さ領域における空隙断面積をSV0.8とするとき、SV0.8/SVtotalが0.80以上1.00以下である、
〔1〕~〔4〕のいずれか一項に記載の導電性フィルム。
〔6〕
(SV0.2+SV0.8)/SVtotalが1.00超1.60以下である、
〔1〕~〔5〕のいずれか一項に記載の導電性フィルム。
〔7〕
前記透明基材側の金属細線界面から0.50Tの厚さにおける金属細線の幅をW0.50としたとき、
W0.50/W0が、0.70以上1.00未満である、
〔1〕~〔6〕のいずれか一項に記載の導電性フィルム。
〔8〕
W0.90/W0.50が、0.50以上0.95以下である、
〔1〕~〔7〕のいずれか一項に記載の導電性フィルム。
〔9〕
W0.50/W0がW0.90/W0.50よりも大きい〔1〕~〔8〕のいずれか一項に記載の導電性フィルム。
〔10〕
前記金属細線の線幅が、0.1μm以上5.0μm以下である、
〔1〕~〔9〕のいずれか一項に記載の導電性フィルム。
〔11〕
前記金属細線のアスペクト比が、0.05以上1.00以下である、
〔1〕~〔10〕のいずれか一項に記載の導電性フィルム。
〔12〕
前記導電性フィルムのシート抵抗が、0.1Ω/sq以上1,000Ω/sq以下である、
〔1〕~〔11〕のいずれか一項に記載の導電性フィルム。
〔13〕
前記導電性フィルムの可視光透過率が、80%以上100%以下である、
〔1〕~〔12〕のいずれか一項に記載の導電性フィルム。
〔14〕
前記導電性フィルムのヘイズが、0.01%以上5.00%以下である、
〔1〕~〔13〕のいずれか一項に記載の導電性フィルム。
〔15〕
前記金属細線パターンの開口率が、80%以上100%未満である、
〔1〕~〔14〕のいずれか一項に記載の導電性フィルム。
〔16〕
前記金属細線パターンがメッシュパターンである、
〔1〕~〔15〕のいずれか一項に記載の導電性フィルム。
〔17〕
前記金属細線パターンがラインパターンである、
〔1〕~〔16〕のいずれか一項に記載の導電性フィルム。
〔18〕
前記金属細線は、金、銀、銅、又はアルミニウムからなる群より選ばれる少なくとも1種以上の金属元素を含む、
〔1〕~〔17〕のいずれか一項に記載の導電性フィルム。
〔19〕
前記透明基材と前記導電部の間に中間層を有する、
〔1〕~〔18〕のいずれか一項に記載の導電性フィルム。
〔20〕
前記中間層が、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、及びフッ化マグネシウムからなる群より選ばれる少なくとも1種を含む、
〔19〕に記載の導電性フィルム。
〔21〕
前記導電部を被覆する保護層を更に有する、〔1〕~〔20〕のいずれか一項に記載の導電性フィルム。
〔22〕
〔1〕~〔21〕のいずれか一項に記載の導電性フィルムを捲回してなる、
導電性フィルムロール。
〔23〕
〔1〕~〔22〕のいずれか一項に記載の導電性フィルムを備える、
電子ペーパー。
〔24〕
〔1〕~〔23〕のいずれか一項に記載の導電性フィルムを備える、
タッチパネル。
〔25〕
〔1〕~〔24〕のいずれか一項に記載の導電性フィルムを備える、
フラットパネルディスプレイ。
本実施形態の導電性フィルムは、透明基材と、前記透明基材の片面又は両面に配された金属細線パターンからなる導電部と、を有する導電性フィルムである。
本実施形態の導電性フィルムにおける前記金属細線パターンが、金属細線から構成されている。
本実施形態の導電性フィルムは、下記(i)又は(ii)の条件を満たす。
(i)前記金属細線は、空隙を有し、且つ、前記金属細線の延伸方向に直交する前記金属細線の断面において、金属細線断面積をSMとし、前記金属細線の断面に含まれる全空隙断面積をSVtotalとするとき、SVtotal/SMが0.10以上0.40以下である
(ii)前記金属細線の延伸方向に直交する前記金属細線の断面において、金属細線の最大厚さをTとし、前記透明基材側の金属細線界面から0.90Tの高さにおける金属細線の幅をW0.90とし、金属細線界面における前記金属細線の幅をW0としたとき、W0.90/W0が、0.40以上0.90以下である。
本実施形態の導電性フィルムによれば、透明性及び導電性を十分に維持しながら、可撓性に優れる導電性フィルムを提供することができる。さらに、金属細線表面上に保護層などの被覆層をより均一に形成でき耐候性などの機能性を付与できる導電性フィルムを提供することができる。
以下、(i)の条件を満たす本実施形態の導電性フィルムは、第1実施形態の導電性フィルムとして説明し、(ii)の条件を満たす本実施形態の導電性フィルムは、第2実施形態の導電性フィルムとして説明する。なお、本実施形態の導電性フィルムは、(i)及び(ii)の条件を満たすことを妨げるものではない。
第1実施形態の導電性フィルムは、透明基材と、前記透明基材の片面又は両面に配された金属細線パターンからなる導電部と、を有し、前記金属細線パターンが、金属細線から構成されており、前記金属細線は空隙を有し、前記金属細線の延伸方向に直交する前記金属細線の断面において、金属細線断面積をSMとし、前記金属細線の断面に含まれる全空隙断面積をSVtotalとするとき、SVtotal/SMが0.10以上0.40以下であることを特徴とする。
導電部は、透明基材上に配された金属細線から構成される金属細線パターンである。金属細線パターンは規則的なパターンであっても不規則なパターンであってもよい。第1実施形態において、金属細線パターンを構成する金属細線は、金属細線の延伸方向に直交する金属細線の断面において、所定の割合で空隙を有する。
金属細線パターンは、目的とする電子デバイスの用途に応じて設計することができ、特に限定されないが、例えば、複数の金属細線が網目状に交差して形成されるメッシュパターン(図1及び2)や、複数の略平行な金属細線が形成されたラインパターン(図3及び4)が挙げられる。また、金属細線パターンは、メッシュパターンとラインパターンとが組み合わされたものであってもよい。メッシュパターンの網目は、図1に示されるような正方形又は長方形であっても、図2に示されるようなひし形等の多角形であってもよい。また、ラインパターンを構成する金属細線は、図3に示されるような直線であっても、図4に示されるような曲線であってもよい。さらに、メッシュパターンを構成する金属細線においても、金属細線を曲線とすることができる。
金属細線の線幅Wは、好ましくは0.1μm以上5.0μm以下であり、より好ましくは0.2μm以上4.0μm以下であり、さらに好ましくは0.3μm以上3.0μm以下であり、よりさらに好ましくは0.4μm以上2.5μm以下である。金属細線の線幅Wが0.1μm以上であることにより、導電性がより向上する傾向にある。また、金属細線表面の酸化や腐食等による導電性の低下を十分に抑制できる傾向にある。さらに、開口率を同じとした場合、金属細線の線幅が細いほど、金属細線の本数を増やすことが可能となる。これにより、導電性フィルムの電界分布がより均一となり、より高解像度の電子デバイスを作製することが可能となる。また、一部の金属細線で断線が生じたとしても、それによる影響を他の金属細線が補うことができる。他方、金属細線の線幅Wが5.0μm以下であることにより、金属細線の視認性がより低下し、導電性フィルムの透明性がより向上する傾向にある。
金属細線の線幅Wに対する金属細線の厚さTで表されるアスペクト比は、好ましくは0.05以上1.00以下である。アスペクト比の下限は、より好ましくは0.08以上、さらに好ましく0.10以上である。アスペクト比が0.05以上であることにより、透過率を低下させることなく、導電性をより向上できる傾向にある。
金属細線パターンのピッチPは、好ましくは5μm以上であり、より好ましくは50μm以上であり、さらに好ましくは100μm以上である。金属細線パターンのピッチPが5μm以上であることで、良好な透過率を得ることができる。また、金属細線パターンのピッチPは、好ましくは1,000μm以下であり、より好ましくは500μm以下であり、さらに好ましくは250μm以下である。金属細線パターンのピッチPが1,000μm以下であることにより、導電性をより向上できる傾向にある。なお、金属細線パターンの形状がメッシュパターンである場合には、線幅1μmの金属細線パターンのピッチを200μmとすることにより、開口率99%とすることができる。
金属細線パターンの開口率の下限値は、好ましくは60%以上であり、より好ましくは70%以上であり、さらに好ましくは80%以上であり、特に好ましくは90%以上である。金属細線パターンの開口率を上述の特定値以上とすることにより、導電性フィルムの透過率がより向上する傾向にある。また、金属細線パターンの開口率の上限値は、好ましくは100%未満であり、より好ましくは95%以下であり、さらに好ましくは90%以下であり、よりさらに好ましくは80%以下であり、さらにより好ましくは70%以下であり、特に好ましくは60%以下である。金属細線パターンの開口率を上述の特定値以下とすることにより、導電性フィルムの導電性がより向上する傾向にある。金属細線パターンの開口率は、金属細線パターンの形状によっても適正な値が異なる。また、金属細線パターンの開口率は、目的とする電子デバイスの要求性能(透過率及びシート抵抗)に応じて、上記上限値と下限値を適宜組み合わせることができる。
開口率=(1-金属細線パターンの占める面積/透明基材の面積)×100
開口率={開口部15の面積/パターン単位16の面積}×100
={((ピッチP1-線幅W1)×(ピッチP2-線幅W2))/(ピッチP1×ピッチP2)}×100
開口率={(ピッチP-線幅W)/ピッチP}×100
導電性フィルムのシート抵抗は、好ましくは0.1Ω/sq以上1,000Ω/sq以下であり、より好ましくは0.1Ω/sq以上500Ω/sq以下であり、さらに好ましくは0.1Ω/sq以上300Ω/sq以下であり、よりさらに好ましくは0.1Ω/sq以上200Ω/sq以下であり、さらにより好ましくは0.1Ω/sq以上100Ω/sq以下であり、さらにより好ましくは0.1Ω/sq以上20Ω/sq以下であり、さらにより好ましくは0.1Ω/sq以上10Ω/sq以下である。シート抵抗が低いほど電力損失が抑制される傾向にある。そのため、シート抵抗の低い導電性フィルムを用いることにより、消費電力の少ない電子ペーパー、タッチパネル、及びフラットパネルディスプレイを得ることが可能となる。導電性フィルムのシート抵抗は、以下の方法により測定できる。
Rs=R/L×D
導電性フィルムの可視光透過率は、好ましくは80%以上100%以下であり、より好ましくは90%以上100%以下である。ここで、可視光透過率は、JIS K 7361-1:1997の全光線透過率に準拠して、その可視光(360~830nm)の範囲の透過率を算出することで測定することができる。
導電性フィルムのヘイズは、好ましくは0.01%以上5.00%以下である。ヘイズの上限はより好ましくは、3.00%以下、さらに好ましくは1.00%以下である。ヘイズの上限が5.00%以下であれば、可視光に対する導電性フィルムの曇りを十分に低減できる。本明細書におけるヘイズは、JIS K 7136:2000のヘイズに準拠して測定することができる。
透明基材の「透明」とは、可視光透過率が、好ましくは80%以上であることをいい、より好ましくは90%以上であることをいい、さらに好ましくは95%以上であることをいう。ここで、可視光透過率は、JIS K 7361-1:1997に準拠して測定することができる。
本実施形態の導電性フィルムは、透明基材と導電部の間に中間層を有していてもよい。該中間層は、透明基材と導電部の金属細線との密着性の向上に寄与しうる。
また、第1実施形態の導電性フィルムは、導電部を被覆する保護層を設けてもよい。保護層は、導電部を構成する金属細線のみを被覆してもよく、金属細線と透明基材(又は中間層)の表面を被覆してもよい。
本実施形態の導電性フィルムの製造方法は、特に制限されないが、例えば、透明基材上に金属成分を含むインクを用いてパターンを形成するパターン形成工程と、当該パターンを焼成して金属細線を形成する焼成工程と、を有する方法が挙げられる。また、本実施形態の導電性フィルムの製造方法は、パターン形成工程に先立ち、透明基材の表面に中間層を形成する中間層形成工程を含んでもよい。
中間層形成工程は、透明基材の表面に中間層を形成する工程である。中間層の形成方法としては、特に制限されないが、例えば、物理蒸着法(PVD)、化学蒸着法(CVD)などの気相成膜法により、透明基材表面に蒸着膜を形成する方法;透明基材表面に中間層形成用組成物を塗布し、乾燥することで塗膜を形成する方法が挙げられる。
パターン形成工程は、金属成分を含むインクを用いてパターンを形成する工程である。パターン形成工程は、所望の金属細線パターンの溝を有する版を用いる有版印刷方法であれば特に限定されないが、例えば、転写媒体表面にインクをコーティングする工程と、インクをコーティングした転写媒体表面と、凸版の凸部表面とを対向させて、押圧、接触して、凸版の凸部表面に転写媒体表面上のインクを転移させる工程と、インクをコーティングした転写媒体表面と透明基材の表面とを対向させて、押圧、接触して、転写媒体表面に残ったインクを透明基材の表面に転写する工程とを有する。なお、透明基材に中間層が形成されている場合には、中間層表面にインクが転写される。
上記パターン形成工程に用いられるインクは、金属成分と溶剤を含み、必要に応じて、界面活性剤、分散剤、還元剤等を含んでもよい。金属成分は、金属粒子としてインクに含まれていてもよいし、金属錯体としてインクに含まれていてもよい。なお、ここでいう金属成分に含まれる金属元素種としては、特に限定されないが、例えば、金、銀、銅、アルミニウムが挙げられる。これらの中でも、銀又は銅が好ましく、銅がより好ましい。
焼成工程は、パターンを焼成して金属細線を形成する工程であり、これにより、インクを塗布したパターンと同様の金属細線パターンを有する導電部を得ることができる。焼成は、金属成分が融着して、金属成分焼結膜を形成することができる方法であれば特に制限されない。焼成は、例えば、焼成炉で行ってもよいし、プラズマ、加熱触媒、紫外線、真空紫外線、電子線、赤外線ランプアニール、フラッシュランプアニール、レーザーなどを用いて行ってもよい。得られる焼結膜が酸化されやすい場合には、非酸化性雰囲気中において焼成することが好ましい。また、インクに含まれ得る還元剤のみで金属酸化物等が還元されにくい場合には、還元性雰囲気で焼成することが好ましい。
本実施形態の導電性フィルムの製造方法は、焼成工程の後に、導電部を被覆する保護層を形成する保護層形成工程を含んでもよい。保護層形成工程の具体例としては、保護層を形成する成分又はそれらの前駆体や、それらが溶剤に溶解又は分散した保護層形成組成物を導電部に塗布し、乾燥、加熱、又はUV照射等を施すことにより保護層を形成する方法が挙げられる。保護層を塗布する方法としては、導電部に対して層をコーティングし導電部が雰囲気に露出しない方法であれば特に制限されないが、例えば、スピンコーティング、ダイコーティング、バーコーティングなどを用いることができる。保護層を形成する成分としては、〔保護層〕の項で例示した成分が挙げられる。また、保護層形成組成物は、必要に応じて、分散剤、界面活性剤、結着剤等を含んでもよい。
第2実施形態の導電性フィルムは、透明基材と、透明基材の片面又は両面に配された金属細線パターンからなる導電部と、を有する導電性フィルムである。前記金属細線パターンが、金属細線から構成されており、金属細線の延伸方向に直交する金属細線の断面において、金属細線の最大厚さをTとし、透明基材側の金属細線界面から0.90Tの高さにおける金属細線の幅をW0.90とし、金属細線界面における金属細線の幅をW0としたとき、W0.90/W0が、0.40以上0.90以下である。
まず、導電性フィルムを切断し、金属細線の延伸方向に直交する金属細線の断面を含む測定サンプルを得る。測定サンプルの作製方法は、断面の形成・加工による金属細線断面へのダメージ(変形)を抑制できる方法であれば特に制限されないが、好ましくはイオンビームを用いた加工法(例えば、BIB(Broad Ion Beam)加工法やFIB(Focused Ion Beam)加工法)や精密機械研磨、ウルトラミクロトーム等を用いることができる。特に、金属細線断面へのダメージを抑制する観点からアルゴンイオンビームを用いたBIB加工法を用いることが好ましい。本実施形態及び実施例では、BIB加工法を用いる。
透明基材の「透明」とは、可視光透過率が、好ましくは80%以上であることをいい、より好ましくは90%以上であることをいい、さらに好ましくは95%以上であることをいう。ここで、可視光透過率は、JIS K 7361-1:1997に準拠して測定することができる。
本実施形態の導電性フィルムは、透明基材と導電部の間に中間層を有していてもよい。該中間層は、透明基材と導電部の金属細線との密着性の向上に寄与しうる。
また、本実施形態の導電性フィルムは、導電部を被覆する保護層を設けてもよい。保護層は、導電部を構成する金属細線のみを被覆してもよく、金属細線と透明基材(又は中間層)の表面を被覆してもよい。
第2実施形態における導電部は、透明基材上に配された金属細線から構成される金属細線パターンである。金属細線パターンは規則的なパターンであっても不規則なパターンであってもよい。金属細線は、特に限定されないが、例えば、金、銀、銅、又はアルミニウムからなる群より選ばれる少なくとも1種以上の金属元素を含む導電性成分を有することが好ましい。特に、導電性成分は、コスト及び導電性の観点から、銀又は銅が主成分であることが好ましく、さらにコストの観点から、銅が主成分であることがより好ましい。本実施形態において「主成分」とは、50質量%以上を占める成分を意味する。
このような材料を用いることにより、導電性フィルムの導電性がより向上する傾向にあり、導電性フィルムを製造するための生産性(コスト削減効果)が優れる。
金属細線パターンは、目的とする電子デバイスの用途に応じて設計することができ、特に限定されないが、例えば、複数の金属細線が網目状に交差して形成されるメッシュパターン(図1及び2)や、複数の略平行な金属細線が形成されたラインパターン(図3及び4)が挙げられる。また、金属細線パターンは、メッシュパターンとラインパターンとが組み合わされたものであってもよい。メッシュパターンの網目は、図1に示されるような正方形又は長方形であっても、図2に示されるようなひし形等の多角形であってもよい。また、ラインパターンを構成する金属細線は、図3に示されるような直線であっても、図4に示されるような曲線であってもよい。さらに、メッシュパターンを構成する金属細線においても、金属細線を曲線とすることができる。
金属細線の幅W0に対する金属細線の最大の厚さTで表されるアスペクト比は、好ましくは0.05以上1.00以下である。アスペクト比の下限は、より好ましくは0.08以上、さらに好ましく0.10以上である。アスペクト比を0.05以上にすることにより、透過率を低下させることなく導電性をより向上できる傾向にある。
金属細線パターンのピッチPは、好ましくは5μm以上であり、より好ましくは50μm以上であり、さらに好ましくは100μm以上である。金属細線パターンのピッチPが5μm以上であることで、良好な透過率を得ることができる。また、金属細線パターンのピッチPは、好ましくは1,000μm以下であり、より好ましくは500μm以下であり、さらに好ましくは250μm以下である。金属細線パターンのピッチPが1,000μm以下であることにより、導電性をより向上できる傾向にある。なお、金属細線パターンの形状がメッシュパターンである場合には、線幅1μmの金属細線パターンのピッチを200μmとすることにより、開口率99%とすることができる。
金属細線パターンの開口率は、好ましくは60%以上であり、より好ましくは70%以上であり、さらに好ましくは80%以上であり、特に好ましくは90%以上である。金属細線パターンの開口率を上述の特定値以上とすることにより、導電性フィルムの透過性がより向上する傾向にある。また、金属細線パターンの開口率は、好ましくは100%未満であり、より好ましくは95%以下であり、さらに好ましくは90%以下であり、よりさらに好ましくは80%以下であり、さらにより好ましくは70%以下であり、特に好ましくは60%以下である。金属細線パターンの開口率を上述の特定値以下とすることにより、導電性フィルムの導電性がより向上する傾向にある。金属細線パターンの開口率は、金属細線パターンの形状によっても適正な値が異なる。また、金属細線パターンの開口率は、目的とする電子デバイスの要求性能(透過率及びシート抵抗)に応じて、上記上限値と下限値を適宜組み合わせることができる。
金属細線パターンの開口率
=(1-金属細線パターンの占める面積/透明基材の面積)×100
開口率={開口部15の面積/パターン単位16の面積}×100
={((ピッチP1-線幅W1)×(ピッチP2-線幅W2))/(ピッチP1×ピッチP2)}×100
開口率={(ピッチP-線幅W)/ピッチP}×100
導電性フィルムのシート抵抗は、好ましくは0.1Ω/sq以上1,000Ω/sq以下であり、より好ましくは0.1Ω/sq以上500Ω/sq以下であり、さらに好ましくは0.1Ω/sq以上300Ω/sq以下であり、よりさらに好ましくは0.1Ω/sq以上200Ω/sq以下であり、さらにより好ましくは0.1Ω/sq以上100Ω/sq以下であり、さらにより好ましくは0.1Ω/sq以上20Ω/sq以下であり、さらにより好ましくは0.1Ω/sq以上10Ω/sq以下である。導電性フィルムのシート抵抗は、以下の方法により測定できる。
Rs=R/L×D
導電性フィルムの可視光透過率は、好ましくは80%以上100%以下であり、より好ましくは90%以上100%以下である。ここで、可視光透過率は、JIS K 7361-1:1997の全光線透過率に準拠して、その可視光(360~830nm)の範囲の透過率を算出することで測定することができる。
導電性フィルムのヘイズは、好ましくは0.01%以上5.00%以下である。ヘイズの上限はより好ましくは、3.00%以下、さらに好ましくは1.00%以下である。ヘイズの上限が5.00%以下であれば、可視光に対する導電性フィルムの曇りを十分に低減できる。本明細書におけるヘイズは、JIS K 7136:2000のヘイズに準拠して測定することができる。
第2実施形態の導電性フィルムの製造方法は、特に制限されないが、例えば、透明基材上に金属成分を含むインクを用いてパターンを形成するパターン形成工程と、該パターンを焼成して金属細線を形成する焼成工程と、を有する方法が挙げられる。また、第2実施形態の導電性フィルムの製造方法は、パターン形成工程に先立ち、透明基材の表面に中間層を形成する中間層形成工程を含んでもよい。
中間層形成工程の具体例としては、中間層を形成する成分を、PVD、CVD等の気相製膜法を用いて中間層を形成する成分を透明基材の表面に成膜させることにより中間層を形成する方法が挙げられる。中間層形成工程の別の具体例としては、中間層を形成する成分が分散媒に分散してなる中間体形成組成物を透明基材の表面に塗布し、乾燥させることにより中間層を形成する方法が挙げられる。中間層を形成する成分としては、〔中間層〕の項で例示した成分が挙げられる。また、中間層形成組成物は、必要に応じて、分散剤、界面活性剤、結着剤等を含んでもよい。
パターン形成工程は、金属成分を含むインクを用いてパターンを形成する工程である。パターン形成工程は、所望の金属細線パターンの溝を有する版を用いる有版印刷方法であれば特に限定されないが、例えば、転写媒体表面にインクをコーティングする工程と、インクをコーティングした転写媒体表面と、凸版の凸部表面とを対向させて、押圧、接触して、凸版の凸部表面に転写媒体表面上のインクを転移させる工程と、インクをコーティングした転写媒体表面と透明基材の表面とを対向させて、押圧、接触して、転写媒体表面に残ったインクを透明基材の表面に転写する工程とを有する。なお、透明基材に中間層が形成されている場合には、中間層表面にインクが転写される。
上記パターン形成工程に用いられるインクは、金属成分と溶剤を含み、必要に応じて、界面活性剤、分散剤、還元剤等を含んでもよい。金属成分は、金属粒子としてインクに含まれていてもよいし、金属錯体としてインクに含まれていてもよい。なお、ここでいう金属成分に含まれる金属元素種としては、特に限定されないが、例えば、金、銀、銅、アルミニウムが挙げられる。これらの中でも、銀又は銅が好ましく、銅がより好ましい。
焼成工程では、例えば、透明基材又は中間層の表面に転写されたインク中の金属成分を焼結する。焼成は、金属成分が融着して、金属成分焼結膜を形成することができる方法であれば特に制限されない。焼成は、例えば、焼成炉で行ってもよいし、プラズマ、加熱触媒、紫外線、真空紫外線、電子線、赤外線ランプアニール、フラッシュランプアニール、レーザーなどを用いて行ってもよい。得られる焼結膜が酸化されやすい場合には、非酸化性雰囲気中において焼成することが好ましい。また、インクに含まれ得る還元剤のみで金属酸化物等が還元されにくい場合には、還元性雰囲気で焼成することが好ましい。
本実施形態の導電性フィルムの製造方法は、焼成工程の後に、導電部を被覆する保護層を形成する保護層形成工程を含んでもよい。保護層形成工程の具体例としては、保護層を形成する成分又はそれらの前駆体や、それらが溶剤に溶解又は分散した保護層形成組成物を導電部に塗布し、乾燥、加熱、又はUV照射等を施すことにより保護層を形成する方法が挙げられる。保護層を塗布する方法としては、導電部に対して層をコーティングし導電部が雰囲気に露出しない方法であれば特に制限されないが、例えば、スピンコーティング、ダイコーティング、バーコーティングなどを用いることができる。保護層を形成する成分としては、〔保護層〕の項で例示した成分が挙げられる。また、保護層形成組成物は、必要に応じて、分散剤、界面活性剤、結着剤等を含んでもよい。
本実施形態の導電性フィルムロールは、上記導電性フィルムを捲回してなるものである。導電性フィルムロールは、中心部に、導電性フィルムを巻き付けるための巻芯を有してもよい。本実施形態の導電性フィルムロールは、所望の用途(例えば、電子ペーパー、タッチパネル、フラットパネルディスプレイ等)に応じて適切なサイズに切断されて用いられる。
本実施形態の電子ペーパーは、上記導電性フィルムを備えるものであれば特に制限されない。図10に、本実施形態の導電性フィルム(メッシュパターン)を備える電子ペーパーの一態様を表す上面図を示し、図11に本実施形態の電子ペーパーのV-V’の部分断面図を示し、図12に、図10と同じ開口率を有し、金属細線の線幅が太い、従来の導電性フィルムを備える電子ペーパーの一態様を表す上面図を示す。
本実施形態のタッチパネルは、上記導電性フィルムを備えるものであれば特に制限されない。図13に、本実施形態の導電性フィルム(ラインパターン)を備えるタッチパネルの一態様を表す斜視図を示す。静電容量方式のタッチパネル30においては、絶縁体31の表裏面に2枚の導電性フィルム10が存在し、2枚の導電性フィルム10は、ラインパターンが交差するように対向する。また、導電性フィルム10は、取り出し電極32を有していてもよい。取り出し電極32は、金属細線14と、金属細線14への通電切り替えを行うためのコントローラー33(CPU等)とを接続する。
本実施形態のフラットパネルディスプレイは、上記導電性フィルムを備えるものであれば特に制限されない。
[透明基材A1の調製]
ポリエチレンテレフタレート(PET)を透明基材として用いて、PET上に酸化ケイ素ナノ粒子と導電性の有機シラン化合物を含む中間層形成用組成物を塗布し、乾燥して、帯電防止機能を有する厚み150nm、体積抵抗率5000Ωcmの酸化ケイ素含有膜を中間層として製膜した、透明基材A1を得た。
PETに代えてポリエチレンナフタレート(PEN)を透明基材として用いたこと以外は、透明基材A1の調製方法と同様の方法により、透明基材A2を得た。
[インクA1]
酸化銅ナノ粒子(CIKナノテック社製 酸化第二銅微粒子)20質量部と、分散剤(ビッグケミー社製、製品名:Disperbyk-145)4質量部と、界面活性剤(セイミケミカル社製、製品名:S-611)1質量部と、有機溶剤(n-ブタノール、及び2-プロピレングリコール)75質量部とを混合し、酸化銅ナノ粒子が分散したインクA1を調製した。
DIC社製銀ナノインク(RAGT-29)100質量部にエタノールを50質量部添加し、インクA2を調製した。
《導電性フィルムの調製》
先ず転写媒体表面にインクを塗布し、次いでインクが塗布された転写媒体表面と金属細線パターンの溝を有する版を対向させて、押圧、接触して、版の凸部表面に転写媒体表面上の一部のインクを転移させた。その後、転移されたインク以外のインクがコーティングされた転写媒体表面と透明基材とを対向させて、押圧、接触させ、透明基材の上に所望の金属細線パターン状のインクを転写させた。次いで、NovaCentrix社製Pulseforge1300を用いて、インクのパターンに対して以下の条件でフラッシュランプアニールにより焼成を施し、線幅1μmのメッシュパターンの金属細線を有する導電性フィルムを得た。得られた導電性フィルムは、金属細線の視認性が低く、目視では金属細線は確認できなかった。得られた導電性フィルムの各種特性を表1に示す。
・光源:キセノンフラッシュランプ
・照射波長:200~1,500nm
・照射エネルギー:30J/cm2
・照射時間:1,500μsec
・環境:室温環境下
[シート抵抗]
得られた導電性フィルムのシート抵抗Rs0(Ω/sq)を以下の方法により測定した。先ず、導電性フィルムの金属細線パターンが全面に配された部分から100mm四方の測定サンプルを切り出した。次いで、得られた測定サンプルの表面の幅方向の両端部にスクリーン印刷装置を用いて銀ペーストを塗布、乾燥し、図15に示すように幅10mm×奥行100mmの長尺な集電部を形成した。次いで、サンプル両端部の集電部間の電気抵抗R(Ω)を、オームメーターの測定端子を接触させる2端子法により測定した。得られた電気抵抗から下記式を用いてシート抵抗Rs0(Ω/sq)を算出した。結果を下記表1に示す。なお、表面に保護層を有する導電フィルムのシート抵抗は、金属細線パターンのうち、集電部を露出させ、その他の金属細線パターンが保護層で被覆された導電性フィルムを作製し、測定を行った。具体的には、上述の方法で形成した集電部にマスキングを行い、保護層を形成し、最後にマスキングを除去することで、集電部のみが露出した導電性フィルムを作製した。
Rs0=R/L×D
L:80(mm) :集電部間の距離
D:100(mm):測定サンプルの奥行
JIS K 7361-1:1997の全光線透過率に準拠して、360~830nmの波長を有する可視光の透過率を算出することにより、導電性フィルムの可視光透過率を測定した。また、JIS K 7136:2000に準拠して導電性フィルムのヘイズを測定した。結果を下記表1に示す。
得られた導電性フィルムから数mm角の小片を切り出し、日本電子社製のSM-09010CPを用い、加速電圧4kVの条件で、上述した方法でアルゴンイオンビームによるBIB加工を施し、金属細線の延伸方向に直交する金属細線の断面を含む測定サンプルを作製した。次いで、金属細線の断面表面に導電性付与のためのOsプラズマコート処理を行った。
・加速電圧:1kV
・エミッション電流:10μA
・測定倍率:50,000倍
・検出器:Upper検出器
・作動距離:約3mm
得られた導電性フィルムの可撓性を評価するために、繰り返し屈曲性試験を行い、その前後におけるシート抵抗変化率(%)を測定した。可撓性に乏しい場合は、金属細線が断線等することにより、シート抵抗変化率が大きくなり、可撓性に優れる場合には、シート抵抗変化率が小さくなる。
・曲げ半径:5mm
・試験ストローク:20mm
・屈曲速度:90rpm
・屈曲回数:10,000回
(シート抵抗変化率)=Rs1/Rs0×100
結果を下記表1に示す。
表1に示すように、透明基材、インク、線幅、及び焼成条件等をそれぞれ変更したこと以外は、実施例A1と同様の操作により導電性フィルムを作製し、評価を行った。結果を下記表1に示す。なお、参考例を除き、得られた導電性フィルムは、金属細線の視認性が低く、目視では金属細線は確認できなかった。
ポリエチレンテレフタレート(PET)を透明基材として用いて、その上にスパッタリング法により酸化ケイ素を含有した厚み50nmの中間層を成膜することにより透明基材B1を得た。なお、透明基材B1は、透明基材であるPET上に中間層が積層した形態である。
ポリエチレンテレフタレート(PET)を透明基材として用いて、PET上に酸化ケイ素ナノ粒子と導電性の有機シラン化合物を含む中間層形成用組成物を塗布し、乾燥して、帯電防止機能を有する厚み150nm、体積抵抗率5000Ωcmの酸化ケイ素含有膜を中間層として製膜した、透明基材B2を得た。
酸化銅ナノ粒子(CIKナノテック社製 酸化第二銅微粒子)20質量部と、分散剤(ビッグケミー社製、製品名:Disperbyk-145)4質量部と、界面活性剤(セイミケミカル社製、製品名:S-611)1質量部と、有機溶剤(n-ブタノール、及び2-プロピレングリコール)75質量部とを混合し、酸化銅ナノ粒子が分散したインクB1を調製した。
先ず転写媒体表面にインクを塗布し、次いでインクが塗布された転写媒体表面と金属細線パターンの溝を有する版を対向させて、押圧、接触して、版の凸部表面に転写媒体表面上の一部のインクを転移させた。その後、残ったインクがコーティングされた転写媒体表面と表2に示す透明基材とを対向させて、押圧、接触させ、透明基材の上に所望の金属細線パターン状のインクを転写させた。この形成工程において、インクを凸版に転写する際のプロセス時間を異ならせることにより、各実施例及び比較例のW0.90/W0 、W0.50/W0の値を制御した。プロセス時間が長いほどW0.90/W0 、W0.50/W0が小さくなった。次いで、NovaCentrix社製Pulseforge1300を用いて室温環境下で金属細線パターン状のインクをフラッシュランプアニールにより焼成し、表2に示す線幅のメッシュパターンの金属細線を有する導電性フィルムを得た。得られた導電性フィルムは、いずれも、金属細線の視認性が低く、目視では金属細線は確認できなかった。得られた導電性フィルムの各種特性を表2に示す。
得られた導電性フィルムのシート抵抗Rs0(Ω/sq)を以下の方法により測定した。先ず、導電性フィルムの金属細線パターンが形成されている領域から幅方向100mm×奥行方向100mmの大きさの矩形状の測定サンプルを切り出した。次いで、この測定サンプルの表面の幅方向の両端部にスクリーン印刷装置を用いて銀ペーストを塗布、乾燥し、図15に示すように、幅方向10mm×奥行方向100mmの集電部を形成した。次いで、形成した集電部間の電気抵抗R(Ω)を、オームメーターの測定端子を接触させる2端子法により測定した。次いで、測定サンプルの集電部を除き、且つ金属細線パターンが配された領域の幅方向の長さ(集電部間の距離に相当)L:80(mm)、奥行方向の長さD:100(mm)を用いて、下記式により、シート抵抗Rs0(Ω/sq)を算出した。
Rs0=R/L×D
なお、表面に保護層を有する導電フィルムのシート抵抗は、金属細線パターンのうち、集電部を露出させ、その他の金属細線パターンが保護層で被覆された導電性フィルムを作製し、測定を行った。具体的には、上述の方法で形成した集電部にマスキングを行い、保護層を形成し、最後にマスキングを除去することで、集電部のみが露出した導電性フィルムを作製した。
JIS K 7361-1:1997の全光線透過率に準拠して、360~830nmの波長を有する可視光の透過率を算出することにより、導電性フィルムの可視光透過率を測定した。また、JIS K 7136:2000に準拠して導電性フィルムのヘイズを測定した。
得られた導電性フィルムから数mm角の小片を切り出し、日本電子社製のSM-09010CPを用い、加速電圧4kVの条件で、上述した方法でアルゴンイオンビームによるBIB加工を施し、金属細線の延伸方向に直交する金属細線の断面を含む測定サンプルを作製した。次いで、金属細線の断面表面に導電性付与のためのOsプラズマコート処理を行った。
・加速電圧:1kV
・エミッション電流:10μA
・測定倍率:50,000倍
・検出器:Upper検出器
・作動距離:約3mm
実施例B1~B10及び比較例B1~B4のそれぞれの導電性フィルムの金属細線上に熱硬化型エポキシ樹脂を用いて同じ形成条件にて保護層を形成した。次いで、25℃50%RHの環境下で7日間保存試験を行い、その後、保存試験後の導電性フィルムのシート抵抗Rs1を測定し、保存試験前のシート抵抗Rs0に対するシート抵抗変化率(%)を次式にて算出した。
(シート抵抗変化率)=Rs1/Rs0×100
ポリエチレンテレフタレート(PET)を透明基材として用いて、PET上に酸化ケイ素ナノ粒子と導電性の有機シラン化合物を含む中間層形成用組成物を塗布し、乾燥して、帯電防止機能を有する厚み150nm、体積抵抗率5000Ωcmの酸化ケイ素含有膜を中間層として製膜した、透明基材C1を得た。
粒子径21nmの酸化第一銅ナノ粒子20質量部と、分散剤(ビッグケミー社製、製品名:Disperbyk-145)4質量部と、界面活性剤(セイミケミカル社製、製品名:S-611)1質量部と、エタノール75質量部とを混合・分散し、酸化第一銅ナノ粒子の含有割合が20質量%のインクC1を調製した。
《導電性フィルムの調製》
先ず転写媒体表面にインクC1を塗布し、次いでインクが塗布された転写媒体表面と金属細線パターンの溝を有する版を対向させて、押圧、接触して、版の凸部表面に転写媒体表面上の一部のインクを転移させた。その後、残ったインクがコーティングされた転写媒体表面と透明基材とを対向させて、押圧、接触させ、透明基材の上に所望の金属細線パターン状のインクを転写させた。この形成工程において、インクを凸版に転写する際のプロセス時間を異ならせることにより、各実施例及び比較例のW0.90/W0 、W0.50/W0の値を制御した。プロセス時間が長いほどW0.90/W0 、W0.50/W0が小さくなった。次いで、インクのパターンに対してプラズマ焼成装置を用いて表3に記載の条件で焼成及び還元して、メッシュパターンの金属細線を有する導電性フィルムを得た。得られた導電性フィルムの各種特性を表3に示す。得られた導電性フィルムは、いずれも、金属細線の視認性が低く、目視では金属細線は確認できなかった。
得られた導電性フィルムのシート抵抗Rs0(Ω/sq)を以下の方法により測定した。先ず、導電性フィルムの金属細線パターンが全面に配された部分から100mm四方の測定サンプルを切り出した。次いで、得られた測定サンプルの表面の幅方向の両端部にスクリーン印刷装置を用いて銀ペーストを塗布、乾燥し、図15に示すように幅10mm×奥行100mmの長尺な集電部を形成した。次いで、サンプル両端部の集電部間の電気抵抗R(Ω)を、オームメーターの測定端子を接触させる2端子法により測定した。得られた電気抵抗から下記式を用いてシート抵抗Rs0(Ω/sq)を算出した。なお、表面に保護層を有する導電フィルムのシート抵抗は、金属細線パターンのうち、集電部を露出させ、その他の金属細線パターンが保護層で被覆された導電性フィルムを作製し、測定を行った。具体的には、上述の方法で形成した集電部にマスキングを行い、保護層を形成し、最後にマスキングを除去することで、集電部のみが露出した導電性フィルムを作製した。
Rs0=R/L×D
L:80(mm) :集電部間の距離
D:100(mm):測定サンプルの奥行
JIS K 7361-1:1997の全光線透過率に準拠して、360~830nmの波長を有する可視光の透過率を算出することにより、導電性フィルムの可視光透過率を測定した。また、JIS K 7136:2000に準拠して導電性フィルムのヘイズを測定した。
得られた導電性フィルムから数mm角の小片を切り出し、日本電子社製のSM-09010CPを用い、加速電圧4kVの条件で、上述した方法でアルゴンイオンビームによるBIB加工を施し、金属細線の延伸方向に直交する金属細線の断面を含む測定サンプルを作製した。次いで、金属細線の断面表面に導電性付与のためのOsプラズマコート処理を行った。
・加速電圧:1kV
・エミッション電流:10μA
・測定倍率:50,000倍
・検出器:Upper検出器
・作動距離:約3mm
得られた導電性フィルムの可撓性を評価するために、60℃90%RHの環境下での繰り返し屈曲性試験を行い、その前後におけるシート抵抗変化率(%)を測定した。耐久性に乏しい場合は、金属細線の断線や酸化等によりシート抵抗変化率が大きくなり、耐久性に優れる場合にはシート抵抗変化率が小さくなる。
・曲げ半径:5mm
・試験ストローク:20mm
・屈曲速度:60rpm
・屈曲回数:10,000回
(シート抵抗変化率)=Rs1/Rs0×100
11…透明基材
12…金属細線パターン
13…導電部
14…金属細線
15…開口部
16…パターン単位
20…電子ペーパー
21…カップ
22…黒顔料
23…白顔料
24…ボトム電極
30…タッチパネル
31…絶縁体
32…取り出し電極
33…コントローラー
Claims (24)
- 透明基材と、前記透明基材の片面又は両面に配された金属細線パターンからなる導電部
と、を有する導電性フィルムであって、
前記金属細線パターンが、金属細線から構成されており、
下記(i)且つ(ii)の条件を満たす、
(i)前記金属細線は、空隙を有し、且つ、前記金属細線の延伸方向に直交する前記金属細線の断面において、金属細線断面積をSMとし、前記金属細線の断面に含まれる全空隙断面積をSVtotalとするとき、SVtotal/SMが0.15以上0.37以下
であり、
前記金属細線の延伸方向に直交する前記金属細線の断面において、前記金属細線の最大厚さをTとしたとき、前記透明基材側の金属細線界面から0.2Tまでの厚さ領域における空隙断面積をS V0.2 、前記透明基材側の金属細線界面から0.8Tまでの厚さ領域における空隙断面積をS V0.8 とするとき、(S V0.2 +S V0.8 )/S Vtotal が1.23以上1.60以下である、
(ii)前記金属細線の延伸方向に直交する前記金属細線の断面において、金属細線の最大厚さをTとし、前記透明基材側の金属細線界面から0.90Tの高さにおける金属細線の幅をW0.90とし、金属細線界面における前記金属細線の幅をW0としたとき、W0.90/W0が、0.40以上0.90以下である、
導電性フィルム。 - (1+W0.90/W0)・(1-SVtotal/SM)が0.84以上1.71以下である、
請求項1に記載の導電性フィルム。 - 前記金属細線が、前記透明基材側の前記金属細線の界面に前記空隙を有する、
請求項1又は2に記載の導電性フィルム。 - S V0.2/SVtotalが0.15以上0.60以下である、
請求項1~3のいずれか一項に記載の導電性フィルム。 - S V0.8/SVtotalが0.80以上1.00以下である、
請求項1~4のいずれか一項に記載の導電性フィルム。 - 前記透明基材側の金属細線界面から0.50Tの厚さにおける金属細線の幅をW0.50としたとき、
W0.50/W0が、0.70以上1.00未満である、
請求項1~5のいずれか一項に記載の導電性フィルム。 - W0.90/W0.50が、0.50以上0.95以下である、
請求項1~6のいずれか一項に記載の導電性フィルム。 - W0.50/W0がW0.90/W0.50よりも大きい、
請求項1~7のいずれか一項に記載の導電性フィルム。 - 前記金属細線の線幅が、0.1μm以上5.0μm以下である、
請求項1~8のいずれか一項に記載の導電性フィルム。 - 前記金属細線のアスペクト比が、0.05以上1.00以下である、
請求項1~9のいずれか一項に記載の導電性フィルム。 - 前記導電性フィルムのシート抵抗が、0.1Ω/sq以上1,000Ω/sq以下である、
請求項1~10のいずれか一項に記載の導電性フィルム。 - 前記導電性フィルムの可視光透過率が、80%以上100%以下である、
請求項1~11のいずれか一項に記載の導電性フィルム。 - 前記導電性フィルムのヘイズが、0.01%以上5.00%以下である、
請求項1~12のいずれか一項に記載の導電性フィルム。 - 前記金属細線パターンの開口率が、80%以上100%未満である、
請求項1~13のいずれか一項に記載の導電性フィルム。 - 前記金属細線パターンがメッシュパターンである、
請求項1~14のいずれか一項に記載の導電性フィルム。 - 前記金属細線パターンがラインパターンである、
請求項1~15のいずれか一項に記載の導電性フィルム。 - 前記金属細線は、金、銀、銅、又はアルミニウムからなる群より選ばれる少なくとも1種以上の金属元素を含む、
請求項1~16のいずれか一項に記載の導電性フィルム。 - 前記透明基材と前記導電部の間に中間層を有する、
請求項1~17のいずれか一項に記載の導電性フィルム。 - 前記中間層が、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、及びフッ化マグネシウムからなる群より選ばれる少なくとも1種を含む、
請求項18に記載の導電性フィルム。 - 前記導電部を被覆する保護層を更に有する、
請求項1~19のいずれか一項に記載の導電性フィルム。 - 請求項1~20のいずれか一項に記載の導電性フィルムを捲回してなる、
導電性フィルムロール。 - 請求項1~20のいずれか一項に記載の導電性フィルムを備える、
電子ペーパー。 - 請求項1~20のいずれか一項に記載の導電性フィルムを備える、
タッチパネル。 - 請求項1~20のいずれか一項に記載の導電性フィルムを備える、
フラットパネルディスプレイ。
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