JPWO2009054273A1 - 透明導電性フィルム及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

透明性、導電性、及び面内均一性、耐久性に優れた透明導電性フィルム及びその製造方法を提供する。本発明の透明導電性フィルムは、透明フィルム基材上に金属導電性パターンと透明導電材料を有する透明導電性フィルムであって、前記透明導電材料が、導電性高分子と、導電性繊維および導電性金属のうち少なくとも一方を含有することを特徴とする。

Description

本発明は、導電性、透明性に優れ、面内均一性が高く、繰り返し耐久性に優れて安価な透明導電性フィルム及びその製造方法に関する。
液晶ディスプレイ、エレクトロルミネッセンスディスプレイ、プラズマディスプレイ、エレクトロクロミックディスプレイ、太陽電池、電子ペーパー、タッチパネルなどの透明導電性フィルムとしては、従来インジウム−スズの複合酸化物(ITO)を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)等の透明フィルム上に真空蒸着法やスパッタリング法で設けたITOフィルムが主に使用されてきた。しかし、このITOフィルムは基材の撓みによりクラックが入りやすく、そのため導電性の低下が起こりやすい問題があった。
一方、ウェットプロセスによる低温かつ低コストで成膜可能な導電性高分子層を透明フィルムに製膜した透明導電フィルムが提案されている。導電性高分子により形成される透明導電性層は、膜自体に柔軟性があるため、クラックなどの問題が生じにくいが、一般的に導電性高分子は着色しており、高い導電性を得るために膜厚を厚くすると透明性を損なう等の問題点があった。
そこで透明度、導電性とも高く、かつ安価な透明導電性フィルムとして金属補助電極とITO等の金属酸化物や導電性高分子の透明導電膜を設けた方法が提案されている(例えば特許文献1〜3参照)。
しかし、これらの方法でも金属補助電極と補助電極間での導電性の差異が大きい場合には、面積が大きくなればなるほど全体の均一性が損なわれる。特に有機ELディスプレイやエレクトロデポジション方式の電子ペーパーなどの電流駆動タイプにおいては、発光均一性や画面切り替えの応答速度や繰り返し耐久性が十分満足いくものではなかった。
特開2005−302508号公報 特開2005−338230号公報 特開2006−352073号公報
本発明は、上記問題・状況に鑑みてなされたものであり、その解決課題は、透明性、導電性、及び面内均一性、繰り返し耐久性に優れた安価な透明導電性フィルム及びその製造方法を提供することである。
本願発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討する過程において、透明性と導電性の両立を図るために、補助電極としての金属導電性パターンと透明導電材料を用いた透明導電膜を有機ELディスプレイやエレクトロデポジション方式の電子ペーパーの電極として使用するときに、面内の発光ムラや白/黒切り替え応答速度が遅い等の問題点が明らかになり、これらの問題が補助電極と補助電極間の導電性の差異が大きいためであることを見出し、本願発明に至った。
すなわち、本発明に係る上記課題は、以下の手段により解決される。
1.透明フィルム基材上に金属導電性パターンと透明導電材料を有する透明導電性フィルムであって、前記透明導電材料が、導電性高分子と、導電性繊維および導電性金属のうちの少なくとも一種を含有することを特徴とする透明導電性フィルム。
2.前記導電性金属が透明金属ナノ粒子を含有することを特徴とする前記1に記載の透明導電性フィルム。
3.前記透明導電材料が卑金属により改質されている導電性高分子を含有することを特徴とする前記1又は2に記載の透明導電性フィルム。
4.前記導電性繊維が金属ナノワイヤを含有することを特徴とする前記1から3のいずれか一項に記載の透明導電性フィルム。
5.前記透明導電材料がイオン液体を含有することを特徴とする前記1から4のいずれか一項に記載の透明導電性フィルム。
6.前記金属導電性パターンが銀を含有することを特徴とする前記1から5のいずれか一項に記載の透明導電性フィルム。
7.前記1から6のいずれか一項に記載の透明導電性フィルムの製造方法であって、透明フィルム基材上に帯電する液体を吐出するノズルを有する液体吐出ヘッドと、前記ノズル内に溶液を供給する供給手段と、前記ノズル内の溶液に吐出電圧を印加する吐出電圧印加手段とを備えた液体吐出装置を用いて所望する金属導電性パターンを形成した後、導電性繊維および導電性金属のうち少なくとも一方を含有する透明導電材料層を形成することを特徴とする透明導電性フィルムの製造方法。
8.前記1から6のいずれか一項に記載の透明導電性フィルムの製造方法であって、透明フィルム基材上にハロゲン化銀粒子を含有する層を設け、所望するパターンで露光、現像処理することにより、所望する金属導電性パターンを形成した後、導電性繊維および導電性金属のうち少なくとも一方を含有する透明導電材料層を形成することを特徴とする透明導電性フィルムの製造方法。
本発明の上記手段により、透明性、導電性、及び面内均一性、繰り返し耐久性に優れた透明導電性フィルム及びその製造方法を提供することができる。
すなわち、本発明の手段により、液晶ディスプレイ、エレクトロルミネッセンスディスプレイ、プラズマディスプレイ、エレクトロクロミックディスプレイ、太陽電池、電子ペーパー、タッチパネル等のフレキシビリティの高い透明導電性フィルムとその製造方法の提供が可能となる。
ED電子ペーパーの概略断面図
符号の説明
1 透明導電性フィルム
2 電解質層
3 銀電極
4 電源
5 スイッチ
6 アース
本発明の透明導電性フィルムは、透明フィルム基材上に金属導電性パターンと透明導電材料を有する透明導電性フィルムであって、前記透明導電材料が、導電性高分子と、導電性繊維および導電性金属のうちの少なくとも一種を含有することを特徴とする。この特徴は、請求の範囲第1項から第8項に係る発明に共通する技術的特徴である。
なお、本願において、「透明」とは、JIS K 7361−1:1997(プラスチック−透明材料の全光線透過率の試験方法)に準拠した方法で測定した可視光波長領域における全光線透過率が70%以上であることをいう。
本発明の好ましい態様としては、導電性金属が透明金属ナノ粒子を含有すること、透明導電材料が卑金属により改質されている導電性高分子を含有すること、及び導電性繊維が金属ナノワイヤを含有すること等を挙げることができる。
また、透明導電材料がイオン液体を含有する態様や金属導電性パターンが銀を含有する態様も好ましい。
本発明の透明導電性フィルムの製造方法としては、透明フィルム基材上に帯電する液体を吐出するノズルを有する液体吐出ヘッドと、前記ノズル内に溶液を供給する供給手段と、前記ノズル内の溶液に吐出電圧を印加する吐出電圧印加手段とを備えた液体吐出装置を用いて所望する金属導電性パターンを形成した後、導電性繊維および導電性金属のうち少なくとも一方を含有する透明導電材料層を形成することを特徴とする製造方法や、透明フィルム基材上にハロゲン化銀粒子を含有する層を設け、所望するパターンで露光、現像処理することにより、所望する金属導電性パターンを形成した後、導電性繊維および導電性金属のうち少なくとも一方を含有する透明導電材料層を形成することを特徴とする製造方法が好ましい。
以下、本発明とその構成要素、及び本発明を実施するための最良の形態等について詳細な説明をする。
〔透明フィルム基材〕
本発明に用いられる透明フィルム基材としては、プラスチックフィルムを用いることができる。
プラスチックフィルムの原料としては、例えば、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などのポリエステル類、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリスチレン、環状オレフィン系樹脂などのポリオレフィン類、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデンなどのビニル系樹脂、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリサルホン(PSF)、ポリエーテルサルホン(PES)、ポリカーボネート(PC)、ポリアミド、ポリイミド、アクリル樹脂、トリアセチルセルロース(TAC)などを用いることができる。
中でも透明性、耐熱性、取り扱いやすさ及びコストの点から、二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム、アクリル樹脂フィルム、トリアセチルセルロースフィルムであることが好ましく、二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムであることが最も好ましい。
透明フィルム基材は塗布液の濡れ性や接着性を確保するために、表面処理や易接着層を設けることが好ましい。表面処理や易接着層については従来公知の技術を使用できるが、透明フィルム基材が二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムである場合は、フィルムに隣接する易接着層の屈折率が1.57〜1.63とすることで、フィルム基材と易接着層との界面反射を低減して透過率を向上させることができるのでより好ましい。屈折率を調整する方法としては、酸化スズゾルや酸化セリウムゾルなどの比較的屈折率の高い酸化物ゾルとバインダー樹脂との比率を適宜調整して塗設することで作製できる。易接着層は単層でも良いが、接着性を向上させるためには2層以上の構成にしても良い。
〔金属導電性パターン〕
本発明に係る「金属導電性パターン」とは、例えば、白金、金、銀、銅、アルミニウム、亜鉛、ニッケル、チタン、ビスマス、及びそれらの合金等の金属材料を、メッシュ状、櫛形等に配置したものである。パターン形状としては特に制限はないが、例えば、三角形、正方形、長方形、菱形、平行四辺形、台形等の四角形、(正)六角形、(正)八角形等を組み合わせた幾何学図形を挙げることができる。さらに金属材料としては銀が好ましく、銀とすることにより、透明導電材料と併用する際に弊害のある黒化処理をしなくても、パターン部の着色を防ぐことが可能となる。
金属導電性パターンのライン幅やライン間隔は、任意の値で構わないが、導電性を高くするためにはライン幅を太くする必要がある。導電性パターンは透明導電材料を併用しない、単独のフィルムで50Ω/□以下の導電性を有することが好ましく、10Ω/□以下であることが最も好ましい。
一方、透明度の関係からは開口率(パターンをなす細線のない部分が全体に占める割合)を広くすること、つまりライン幅は細くライン間隔は広くすることが好ましい。開口率は80%以上が好ましく、90%以上が最も好ましい。
このように透明度と導電性の点から、ライン幅は1μm以上、100μm以下が好ましく、ライン間隔は50μmから1000μmが好ましい。
導電性パターンを形成する方法としては、公知の方法を用いることができる。例えば、フォトリソグラフィ法でパターニングしたり、印刷法やインクジェット法、電解メッキや無電解メッキ、銀塩感光材料を用いて露光、現像処理してパターン形成する方法でも良い。
この中でもインクジェット法、特に静電インクジェット法や銀塩感光材料を用いる方法が高精度に連続的に安価で製造することが可能であるために好ましい。
〔静電インクジェット法〕
本願において、「静電インクジェット法」とは、帯電した液体を吐出する内部直径が30μm以下のノズルを有する液体吐出ヘッドと、前記ノズル内に溶液を供給する供給手段と、前記ノズル内の溶液に吐出電圧を印加する吐出電圧印加手段とを備えた液体吐出装置を用いてパターンを形成する方法である。
さらに前記ノズル内の溶液が当該ノズル先端部から凸状に盛り上がった状態を形成する凸状メニスカス形成手段を設けた吐出装置を用いて形成されることが好ましい。
また、前記凸状メニスカス形成手段を駆動する駆動電圧の印加及び吐出電圧印加手段による吐出電圧の印加を制御する動作制御手段を備え、この動作制御手段は、前記吐出電圧印加手段による吐出電圧の印加を行わせつつ液滴の吐出に際して前記凸状メニスカス形成手段の駆動電圧の印加を行わせる第一の吐出制御部を有する液体吐出装置を用いることも好ましい。
また、前記凸状メニスカス形成手段の駆動及び吐出電圧印加手段による電圧印加を制御する動作制御手段を備え、この動作制御手段は、前記凸状メニスカス形成手段による溶液の盛り上げ動作と前記吐出電圧の印加とを同期させて行う第二の吐出制御部を有することを特徴とする液体吐出装置を用いること、前記動作制御手段は、前記溶液の盛り上げ動作及び吐出電圧の印加の後に前記ノズル先端部の液面を内側に引き込ませる動作制御を行う液面安定化制御部を有する液体吐出装置を用いることも好ましい形態である。
この様な静電インクジェットを用いて電極パターンを作製することにより、オンデマンド性に優れ、廃棄材料が少なく、寸法精度に優れた電極を得ることができ有利である。
なお、インクの粘度は、好ましくは30mPa・s以上であり、更に好ましくは100mPa・s以上である。
〔銀塩感光材料を用いる方法〕
「銀塩感光材料を用いる方法」とは、ハロゲン化銀粒子を含有する層を設け、所望するパターンで露光、現像処理し、さらに物理現像処理する方法をいう。この方法により、容易に所望する導電性パターンを形成することが可能であり、また、印刷法などで問題となる交点太りによる透過率の低下も生じない。さらに物理現像処理する方法により、透明基材の平滑性を劣化させる後加熱処理がいらなくなり、好ましい導電性パターンを確保できる。
さらに、形成された銀パターン上に、銅、ニッケル、コバルト、すず、銀、金、白金、その他各種合金等でめっき処理しても良い。
ハロゲン化銀粒子含有層には、感光性ハロゲン化銀粒子及びバインダー、硬膜剤、硬調化剤、活性剤等を含有することができる。
バインダーとしては特に制限がなく、非水溶性ポリマー及び水溶性ポリマーのいずれも用いることができるが、現像性の観点からは、水溶性ポリマー、特にゼラチンを用いることが有利であるが、必要に応じてゼラチン誘導体、ゼラチンと他の高分子のグラフトポリマー、ゼラチン以外のタンパク質、糖誘導体、セルロース誘導体、単一あるいは共重合体のごとき合成親水性高分子物質等の親水性コロイドも用いることができる。
ハロゲン化銀粒子の銀/バインダー体積比は0.3以上0.8以下であることが好ましく、0.4以上0.7以下であることが最も好ましい。0.3よりも小さいと物理現像を施しても十分な導電性を得ることが難しくなり、また0.8より大きいと、バインダーがハロゲン化銀粒子を十分に保持することが出来なくなり、塗布液においてはハロゲン化銀粒子の凝集が発生したり、パターン形成後はパターン保持性が劣りパターンの剥がれを生じたりするため好ましくない。
ハロゲン化銀粒子の組成は、塩化銀、臭化銀、塩臭化銀、沃臭化銀、塩沃臭化銀、塩沃化銀等任意のハロゲン組成を有するものであってもよいが、本発明の効果を得るには、ハロゲン化銀粒子の組成が塩臭化銀であり、物理現像に適した銀濃度を得るという観点から塩化銀含有率が55モル%以上であって、かつ、望ましい導電性を得るという観点から臭化銀含有率が5から45モル%であることが好ましく、塩化銀含有率が70モル%以上であって、かつ、臭化銀含有率が10から30モル%であることが更に好ましい。
ハロゲン化銀粒子が現像され金属銀粒子になった後の表面比抵抗を下げるためには、現像銀粒子同士の接触面積ができるだけ大きくなる必要がある。そのためには表面積比を高めるためにハロゲン化銀粒子サイズが小さい程よいが、小さすぎる粒子は凝集して大きな塊状になりやすく、その場合接触面積は逆に少なくなってしまうので最適な粒子径が存在する。本発明において、ハロゲン化銀粒子の平均粒子サイズは、立方体換算径で0.01〜0.5μmが好ましく、より好ましくは0.03〜0.3μmである。なお、ハロゲン化銀粒子の立方体換算径とは、個々の粒子の体積と等しい体積を立方体に換算したときの一辺の長さを表す。ハロゲン化銀粒子の平均粒子サイズは、ハロゲン化銀粒子の調製時の温度、pAg、pH、銀イオン溶液とハロゲン溶液の添加速度、粒子径コントロール剤(例えば、1−フェニル−5−メルカプトテトラゾール、2−メルカプトベンズイミダゾール、ベンズトリアゾール、テトラザインデン化合物類、核酸誘導体類、チオエーテル化合物類等)を適宜組み合わせて制御することができる。
ハロゲン化銀粒子の形状は特に限定されず、例えば、球状、立方体状、平板状(6角平板状、3角形平板状、4角形平板状等)、8面体状、14面体状等、さまざまな形状であることができる。粒子サイズの分布には特に限定はないが、露光によるパターン形成時に、パターンの輪郭をシャープに再現させ、高い導電性を維持しながら透明性を高めるという観点からは、狭い分布が好ましい。本発明に係る感光材料に用いられるハロゲン化銀粒子の粒径分布は、好ましくは変動係数が0.22以下、さらに好ましくは0.15以下の単分散ハロゲン化銀粒子である。ここで変動係数は、粒径分布の広さを表す係数であり、次式によって定義される。
変動係数=S/R
(式中、Sは粒径分布の標準偏差、Rは平均粒径を表す。)
ハロゲン化銀粒子には、さらに他の元素を含有していてもよい。例えば、写真乳剤において、硬調な乳剤を得るために用いられる金属イオンをドープすることも有用である。特に鉄イオン、ロジウムイオン、ルテニウムイオンやイリジウムイオン等の第8〜10族金属イオンは、金属銀像の生成の際に露光部と未露光部の差が明確に生じやすくなるため好ましく用いられる。
これらの金属イオンは、塩や錯塩の形でハロゲン化銀粒子乳剤に添加することができる。ロジウムイオン、イリジウムイオンに代表される遷移金属イオンは、各種の配位子を有する化合物であることもできる。そのような配位子としては、例えば、シアン化物イオンやハロゲンイオン、チオシアナートイオン、ニトロシルイオン、水、水酸化物イオン等を挙げることができる。具体的な化合物の例としては、臭化ロジウム酸カリウムやイリジウム酸カリウム等が挙げられる。
ハロゲン化銀粒子に含有される前記金属イオン化合物の含有率は、ハロゲン化銀1モル当たり、10-10〜10-2モル/モルAgであることが好ましく、10-9〜10-3モル/モルAgであることがさらに好ましい。
ハロゲン化銀粒子に上述の金属イオンを含有させるためには、該金属化合物をハロゲン化銀粒子の形成前、ハロゲン化銀粒子の形成中、ハロゲン化銀粒子の形成後等、物理熟成中の各工程における任意の場所で添加すればよい。また、添加においては、重金属化合物の溶液を粒子形成工程の全体あるいは一部にわたって連続的に行うことができる。
ハロゲン化銀乳剤には、写真乳剤で行われる化学増感を施すことが好ましい。化学増感としては、例えば、金、パラジウム、白金増感等の貴金属増感、無機イオウ、または有機イオウ化合物によるイオウ増感等のカルコゲン増感、塩化錫、ヒドラジン等還元増感等を利用することができる。
また、ハロゲン化銀粒子には分光増感を施すことが好ましい。好ましい分光増感色素としては、シアニン、カルボシアニン、ジカルボシアニン、複合シアニン、ヘミシアニン、スチリル色素、メロシアニン、複合メロシアニン、ホロポーラー色素等を挙げることができ、当業界で用いられている分光増感色素を単用あるいは併用して使用することができる。
特に有用な色素は、シアニン色素、メロシアニン色素、及び複合メロシアニン色素である。これらの色素類には、その塩基性異節環核として、シアニン色素類に通常利用される核の何れをも通用できる。すなわち、ピロリン核、オキサゾリン核、チアゾリン核、ピロール核、オキサゾール核、チアゾール核、セレナゾール核、イミダゾール核、テトラゾール核、ピリジン核及びこれらの核に脂環式炭化水素環が融合した核、及びこれらの核に芳香族炭化水素環が融合した核、即ち、インドレニン核、ベンズインドレニン核、インドール核、ベンズオキサゾール核、ナフトオキサゾール核、ベンゾチアゾール核、ナフトチアゾール核、ベンゾセレナゾール核、ベンズイミダゾール核、キノリン核等である。これらの核は、炭素原子上で置換されてもよい。
メロシアニン色素または複合メロシアニン色素には、ケトメチレン構造を有する核として、ピラゾリン−5−オン核、チオヒダントイン核、2−チオオキサゾリジン−2,4−ジオン核、チアゾリジン−2,4−ジオン核、ローダニン核、チオバルビツール酸核等の5から6員異節環核を適用することができる。
これらの増感色素は単独に用いてもよいが、それらの組み合わせを用いてもよい。増感色素の組み合わせは特に、強色増感の目的でしばしば用いられる。
増感色素をハロゲン化銀粒子乳剤中に含有せしめるには、それらを直接乳剤中に分散してもよいし、あるいは水、メタノール、プロパノール、メチルセロソルブ、2,2,3,3−テトラフルオロプロパノール等の溶媒の単独もしくは混合溶媒に溶解して乳剤へ添加してもよい。また、特公昭44−23389号、同44−27555号、同57−22089号公報等に記載のように、酸または塩基を共存させて水溶液としたり、米国特許第3,822,135号、同第4,006,025号明細書等に記載のようにドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム等の界面活性剤を共存させて水溶液あるいはコロイド分散物としたものを乳剤へ添加してもよい。また、フェノキシエタノール等の実質上水と非混和性の溶媒に溶解した後、水または親水性コロイド分散したものを乳剤に添加してもよい。特開昭53−102733号、同58−105141号公報に記載のように親水性コロイド中に直接分散させ、その分散物を乳剤に添加してもよい。
銀塩含有層をパターン状に露光する方法は、フォトマスクを利用した面露光で行ってもよいし、レーザービームによる走査露光で行ってもよい。この際、レンズを用いた屈折式露光でも反射鏡を用いた反射式露光でもよく、コンタクト露光、プロキシミティー露光、縮小投影露光、反射投影露光等の露光方式を用いることができる。
露光装置としては、電磁波を用いて行うことができる。電磁波としては、例えば、可視光線、紫外線等の光、X線等の放射線等が挙げられる。さらに露光には波長分布を有する光源を利用してもよく、特定の波長の光源を用いてもよい。
上記光源としては、例えば、陰極線(CRT)を用いた走査露光を挙げることができる。陰極線管露光装置は、レーザーを用いた装置に比べて、簡便でかつコンパクトであり、低コストになる。また、光軸や色の調整も容易である。画像露光に用いる陰極線管には、必要に応じてスペクトル領域に発光を示す各種発光体が用いられる。例えば、赤色発光体、緑色発光体、青色発光体のいずれか1種または2種以上が混合されて用いられる。スペクトル領域は、上記の赤色、緑色及び青色に限定されず、黄色、橙色、紫色あるいは赤外領域に発光する蛍光体も用いられる。特に、これらの発光体を混合して白色に発光する陰極線管がしばしば用いられる。また、紫外線ランプも好ましく、水銀ランプのg線、水銀ランプのi線等も利用される。
また、レーザービームを用いた露光としては、ガスレーザー、発光ダイオード、半導体レーザー、半導体レーザーまたは半導体レーザーを励起光源に用いた固体レーザーと非線形光学結晶を組合わせた第二高調波発光光源(SHG)等の単色高密度光を用いた走査露光方式を好ましく用いることができ、さらにKrFエキシマレーザー、ArFエキシマレーザー、F2レーザー等も用いることができる。システムをコンパクトで、安価なものにするために、露光は、半導体レーザー、半導体レーザーあるいは固体レーザーと非線形光学結晶を組合わせた第二高調波発生光源(SHG)を用いて行うことが好ましい。特にコンパクトで、安価、さらに寿命が長く、安定性が高い装置を設計するためには、露光は半導体レーザーを用いて行うことが好ましい。
レーザー光源としては、具体的には、波長430〜460nmの青色半導体レーザー(2001年3月の第48回応用物理学関係連合講演会で日亜化学発表)、半導体レーザー(発振波長約1060nm)を導波路状の反転ドメイン構造を有するLiNbO3のSHG結晶により波長変換して取り出した約530nmの緑色レーザー、波長約685nmの赤色半導体レーザー(日立タイプNo.HL6738MG)、波長約650nmの赤色半導体レーザー(日立タイプNo.HL6501MG)等が好ましく用いられる。
感光材料を露光した後、化学現像処理(単に「化学現像」ともいう。)が行われる。化学現像処理は、発色現像主薬を含有しない、いわゆる黒白現像処理であることが好ましい。
化学現像処理液としては、現像主薬としてハイドロキノン、ハイドロキノンスルホン酸ナトリウム、クロルハイドロキノン等のハイドロキノン類の他に、1−フェニル−3−ピラゾリドン、1−フェニル−4,4−ジメチル−3−ピラゾリドン、1−フェニル−4−メチル−4−ヒドロキシメチル−3−ピラゾリドン、1−フェニル−4−メチル−3−ピラゾリドン等のピラゾリドン類及びN−メチルパラアミノフェノール硫酸塩等の超加成性現像主薬と併用することができる。また、ハイドロキノンを使用しないでアスコルビン酸やイソアスコルビン酸等レダクトン類化合物を上記超加成性現像主薬と併用することが好ましい。
また、化学現像処理液には保恒剤として亜硫酸ナトリウム塩や亜硫酸カリウム塩、緩衝剤として炭酸ナトリウム塩や炭酸カリウム塩、現像促進剤としてジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジエチルアミノプロパンジオール等を適宜使用できる。
化学現像処理で用いられる現像処理液は、画質を向上させる目的で、画質向上剤を含有することができる。画質向上剤としては、例えば、1−フェニル−5−メルカプトテトラゾール、5−メチルベンゾトリアゾール等の含窒素へテロ環化合物を挙げることができる。
化学現像後に、未露光部分のハロゲン化銀粒子を除去して安定化させる目的で行われる定着処理を行う。本発明における定着処理は、ハロゲン化銀粒子を用いた写真フィルムや印画紙等で用いられる定着液処方を用いることができる。定着処理で使用する定着液は、定着剤としてチオ硫酸ナトリウム、チオ硫酸カリウム、チオ硫酸アンモニウム等を使用することができる。定着時の硬膜剤として硫酸アルミウム、硫酸クロミウム等を使用することができる。定着剤の保恒剤としては、化学現像処理液で述べた亜硫酸ナトリウム、亜硫酸カリウム、アスコルビン酸、エリソルビン酸等を使用することができ、その他にクエン酸、蓚酸等を使用することができる。
更に、定着処理後、水洗処理を行うことが好ましい。本発明に使用する水洗水には、防黴剤としてN−メチル−イソチアゾール−3−オン、N−メチル−イソチアゾール−5−クロロ−3−オン、N−メチル−イソチアゾール−4,5−ジクロロ−3−オン、2−ニトロ−2−ブロム−3−ヒドロキシプロパノール,2−メチル−4−クロロフェノール、過酸化水素等を使用することができる。
好ましい導電性を付与するために、化学現像処理後、物理現像処理(単に「物理現像」ともいう。)を行う。ここで、「物理現像処理」とは、化学現像処理により感光性材料中のハロゲン化銀粒子から生成された現像銀以外に、新たに外部から銀イオンを供給し、化学現像処理で生成された現像銀を触媒として補強するプロセスのことをいう。物理現像処理液から銀イオンを供給するための具体的な方法としては、例えば予め物理現像処理液中に硝酸銀等を溶解しておき銀イオンを溶かしておく方法、あるいは物理現像処理液中に、チオ硫酸ナトリウム、チオシアン酸アンモニウム等のようなハロゲン化銀溶剤を溶解しておき、現像時に未露光部のハロゲン化銀粒子を溶解させ、潜像を有するハロゲン化銀粒子の現像を補力する方法等が挙げられるが、本発明においては、前者であることが好ましい。
本発明においては、化学現像処理後、または/及び物理現像処理後に酸化処理を行ってもよい。酸化処理により、不要な金属成分をイオン化して溶解除去することが可能となり、フィルムの透過率をより高めることが可能となる。
酸化処理に用いる処理液としては、例えばFe(III)イオンを含む水溶液を用いて処理する方法、あるいは過酸化水素、過硫酸塩、過硼酸塩、過燐酸塩、過炭酸塩、過ハロゲン酸塩、次亜ハロゲン酸塩、ハロゲン酸塩、有機過酸化物等の過酸化物を含む水溶液を用いて処理する方法など、従来公知の酸化剤を含有する処理液を用いることができる。酸化処理は、化学現像処理終了後から、物理現像処理終了後までのどのタイミングで実施しても良いが、好ましくは、物理現像処理終了後に行う。
化学現像処理後、あるいは物理現像処理後に、更に導電性を高めるためにめっき処理を行ってもよい。
めっき処理には従来公知の種々のめっき方法を用いることができ、例えば電解めっき及び無電解めっきを単独、あるいは組み合わせて実施することができ、めっきに用いることができる金属としては、例えば銅、ニッケル、コバルト、すず、銀、金、白金、その他各種合金を用いることができるが、本発明のメッシュ形状、及び効果を達成するためには、電解硫酸銅めっき処理が好ましく、更にめっき浴の硫酸銅濃度が60〜120g/lであることが好ましい。
さらに、フィルム表面での外光反射を防止するという観点から、めっき処理後、黒化処理を行っても良い。黒化処理の方法としては、特に制限はなく、既知の手法を適宜、単独あるいは組み合わせて用いることができる。例えば導電性パターンの最表面が金属銅から成る場合には、亜塩素酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、リン酸三ナトリウムを含んでなる水溶液に浸漬して酸化処理する方法、あるいはピロリン酸銅、ピロリン酸カリウム、アンモニアを含んで成る水溶液に浸漬し、電解めっき処理を行うことにより、黒化処理する方法、などを好ましく用いることができる。また、導電性パターンの最表層がニッケル−リン合金被膜から成る場合は、塩化銅(II)または硫酸銅(II)、塩化ニッケルまたは硫酸ニッケル、及び塩酸を含有する酸性黒化処理液中に浸漬する方法を好ましく用いることができる。
また、上述の方法以外にも、表面を微粗面化する方法によっても黒化処理が可能であるが、高い導電性を維持するという観点からは、表面の微粗面化よりも、酸化による黒化処理の方法が好ましい。
〔透明導電材料〕
本発明に係る「透明導電材料」は、導電性高分子と、導電性繊維および導電性金属のうちの少なくとも一種を含有することを特徴とする。
〔導電性高分子〕
本発明において用いられる導電性高分子としては、主鎖がπ共役系で構成されている有機高分子が好ましく、例えばポリピロール類、ポリチオフェン類、ポリアセチレン類、ポリフェニレン類、ポリフェニレンビニレン類、ポリアニリン類、ポリアセン類、ポリチオフェンビニレン類、及びこれらの共重合体等が挙げられる。これらの中でも、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリ(N−メチルピロール)、ポリ(3−メチルチオフェン)、ポリ(3−メトキシチオフェン)、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)から選ばれる重合体、又は共重合体が好適に用いられる。特にポリピロール、ポリチオフェン、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)が好ましい。
さらに本発明の導電性高分子にはポリアニオンやそれ以外のドーパントを含むことができる。ポリアニオンとしては、高分子状カルボン酸塩、高分子状スルホン酸が挙げられる。高分子状カルボン酸としては、例えばポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリマレイン酸などがあげられる。高分子状スルホン酸としては、リスチレンスルホン酸、ポリビニルスルホン酸などがあげられる。これらの高分子状カルボン酸およびスルホン酸類は、ビニルカルボン酸およびビニルスルホン酸類と他の重合可能な低分子化合物、例えばアクリレート類およびスチレンなどとの共重合体であってもよい。具体例としては、ポリビニルスルホン酸、ポリスチレンスルホン酸、ポリアリルスルホン酸、ポリアクリルスルホン酸、ポリメタクリルスルホン酸、ポリ−2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、ポリイソプレンスルホン酸、ポリビニルカルボン酸、ポリスチレンカルボン酸、ポリアリルカルボン酸、ポリアクリルカルボン酸、ポリメタクリルカルボン酸、ポリ−2−アクリルアミド−2−メチルプロパンカルボン酸、ポリイソプレンカルボン酸、ポリアクリル酸等が挙げられる。これらの単独重合体であってもよいし、2種以上の共重合体であってもよい。これらポリアニオンの中でもポリアクリルスルホン酸、ポリメタクリルスルホン酸、ポリスチレンスルホン酸、及びその全てもしくは一部が金属塩であるものが好ましく用いられる。特にポリスチレンスルホン酸が最も好ましい。かかるポリアニオンの数平均分子量は、1,000〜2,000,000の範囲が適当であり、2,000〜500,000の範囲が好ましい。
本発明のポリアニオンと導電性高分子の比率は、塗膜強度、導電性等の観点から、導電性高分子1gに対してポリアニオンが0.5〜10gの範囲であることが好ましく、1〜5gの範囲であることがより好ましい。
他ドーパントとしては、導電性高分子を酸化還元できればドナー性のものでも、アクセプタ性のものでも良い。ドナー性ドーパントとしては、例えば、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属、カルシウム、マグネシウム等のアルカリ土類金属、テトラメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム、テトラプロピルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、メチルトリエチルアンモニウム、ジメチルジエチルアンモニウム等の4級アミン化合物等が挙げられ、アクセプタ性ドーパントとしては、例えば、ハロゲン化合物、ルイス酸、プロトン酸、有機シアノ化合物、有機金属化合物、フラーレン、水素化フラーレン、水酸化フラーレン、カルボン酸化フラーレン、スルホン酸化フラーレン等を使用できる。
さらに導電性高分子溶液には、透明導電層の耐久性に悪影響をおこさない範囲で、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホオキシド等の極性有機溶媒を少量添加しておくことがより好ましい。極性有機溶媒の添加量としては、膜の耐久性、透明性等の観点から、π共役高分子1%水溶液に対して0.5%から50%、好ましくは1%から10%がよい。
〔導電性繊維〕
本発明に係る「導電性繊維」とは、導電性を有し、かつ長さが幅に比べて十分に長い形状を持つものであり、概ね長さと幅の比率(アスペクト比)が5以上、好ましくは20以上のものである。形状としては中空チューブ状、ワイヤ状、ファイバー状のものがあり、例えば、カーボンナノチューブや炭素繊維、金属ナノワイヤ等がある。
本発明に係る導電性繊維としてのカーボンナノチューブは、一般に知られているものであり、厚さ数原子層のグラファイト状炭素原子面(グラフェンシート)が筒形に巻かれた形状からなる炭素系繊維材料であり、その周壁の構成数から単層ナノチューブ(SWNT)と多層ナノチューブ(MWNT)とに大別され、また、グラフェンシートの構造の違いからカイラル(らせん)型、ジグザグ型、アームチェア型に分けられ、各種のものが知られている。本発明には、このようなカーボンナノチューブと称されるものであれば、いずれのタイプのカーボンナノチューブも用いることができる。また、これらの種々のカーボンナノチューブを複数混合して用いても良い。
本発明に用いられるカーボンナノチューブは、アスペクト比が大きい、すなわち細くて長い単層ナノチューブを用いることが好ましい。例えば、アスペクト比が103以上、好ましくは104以上のカーボンナノチューブが挙げられる。カーボンナノチューブの長さは、通常1μm以上、好ましくは50μm以上、更に好ましくは500μm以上であり、長さの上限は特に限定されないが、例えば10mm程度である。外径としてはnmオーダーの極めて微小なカーボンナノチューブが知られている。カーボンナノチューブが有機化合物によって表面処理されていることが好ましく、具体的には、界面活性剤を使用して1次粒子ごとの分散性を向上させることが好ましい。
本発明で使用されるカーボンナノチューブの製造方法は、特に限定されるものではない。具体的には、二酸化炭素の接触水素還元、アーク放電法、レーザー蒸発法、CVD法、気相成長法、一酸化炭素を高温高圧化で鉄触媒と共に反応させて気相で成長させるHiPco法等が挙げられる。また、副生成物や触媒金属等の残留物を除去するために、洗浄法、遠心分離法、ろ過法、酸化法、クロマトグラフ法等の種々の精製法によって、より高純度化されたカーボンナノチューブの方が、各種機能を十分に発現することから好ましい。
〔金属ナノワイヤ〕
本発明に係る金属ナノワイヤの金属元素としては、バルク状態での導電率が1×106S/m以上の元素を用いることができる。本発明で好ましく用いることができる金属ナノワイヤの金属元素としては、Ag,Cu,Au,Al,Rh,Ir,Co,Zn,Ni,In,Fe,Pd,Pt,Sn,Ti等を挙げることができる。本発明においては2種類以上の金属ナノワイヤを組み合わせて用いることもできるが、導電性の観点から、Ag,Cu,Au,Al,Coより選択される元素を用いることが好ましい。
本発明において金属ナノワイヤの製造手段には特に制限が無く、液相法や気相法などの公知の手段を用いることができるが、特にAgナノワイヤは、エチレングリコ ールやポリビニルピロリドンなどのポリオール中で、硝酸銀などの銀塩を還元する液相法により形状の揃ったAgナノワイヤーを大量に合成することができるために好ましい。合成方法としては、例えばXia.Y,et.al.,Chem.Ma ter.誌14巻,2002,p.4736−4745や、Xia.Y,et.al.,Nanolette rs誌3巻,2003,p.955−960に記載されている。
本発明において金属ナノワイヤの平均直径は、透明性の観点から200nm以下であることが好ましく、導電性の観点から10nm以上であることが好ましい。平均直径が200nm以下であれば光散乱の影響を軽減でき、平均直径がより小さい方が光透過率低下やヘイズ劣化を抑制することができるため好ましい。一方で、平均直径が10nm以上であれば導電体としての機能を有意に発現でき、平均直径がより大きい方が導電性が向上するため好ましい。従って、より好ましくは20〜150nmであり、40〜150nmであることが更に好ましい。
本発明において金属ナノワイヤの平均長さは、導電性の観点から1μm以上であることが好ましく、凝集による透明性への影響から100μm以下であることが好ましい。より好ましくは1〜50μmであり、3〜50μmであることが更に好ましい。
本発明において上記金属ナノワイヤの平均直径及び平均長さは、SEMやTEMを用いて十分な数のナノワイヤについて電子顕微鏡写真を撮影し、個々のナノワイヤ像の計測値の算術平均から求めることができる。ナノワイヤの長さは、本来直線状に伸ばした状態で求めるべきであるが、現実には屈曲している場合が多いため、電子顕微鏡写真から画像解析装置を用いてナノワイヤの投影径及び投影面積を算出し、円柱体を仮定して算出する(長さ=投影面積/投影径)ものとする。計測対象のナノワイヤ数は、少なくとも100個以上が好ましく、300個以上のナノワイヤを計測するのが更に好ましい。
〔導電性金属〕
導電性金属としては、金属ナノ粒子や導電性高分子により酸化され、導電性高分子内に酸化物として取り込まれた卑金属酸化物を挙げることができる。
〔金属ナノ粒子〕
本発明に係る金属ナノ粒子を構成する金属元素としては、金、白金、銀、銅、亜鉛、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、ニッケル、アルミニウム、すず、鉛、炭素、チタンから選択される元素が好ましい。又、これらの元素を含む化合物を含有しても良い。
特に、金、白金、銀、銅、亜鉛、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウムが好ましい。
本発明に係る金属ナノ粒子は透明であることが好ましい。本願において、「透明金属ナノ粒子」とは、表面プラズモン吸収が消失するか、又は表面プラズモン吸収が波長シフトし、すなわち、可視光波長域(380〜780nm)の外へ吸収波長域(又は吸収極大波長)がシフトし、可視光波長域に表面プラズモン吸収を有さない状態となり、上記全光線透過率が60%以上である金属ナノ粒子のことをいう。
本発明において金属ナノ粒子の製造方法には特に制限は無く、例えば、液相法や気相法などの公知の方法を用いて製造することができる。液相法としては、例えば液相還元法やアルコキシド法、逆ミセル法、ホットソープ法、水熱反応法のような化学的液相法や、噴霧乾燥法のような物理的液相法などを用いることができる。気相法としては、例えば一般的な化学気相析出法(CVD法)や物理気相析出法(PVD)などを用いることができる。
一般に、金属ナノ粒子の表面プラズモン吸収は、同一元素であってもそのサイズや形状により吸収スペクトルが変化する。例えば金ナノ粒子では、530nm近辺の吸収極大波長が、粒子径が大きくなるに従い長波長側に移動することが知られている。また、棒状の金ナノロッドでは長軸と短軸の比(アスペクト比)の違いによって、可視から近赤外領域にかけて特異的な吸収を持つことが知られている。本発明において金属ナノ粒子の表面プラズモン吸収を消失させる、又は表面プラズモン吸収の波長シフト、すなわち、可視光波長域外へ吸収波長域(又は吸収極大波長)をシフトさせる方法について特に制限は無いが、有機化合物との複合化や2種類以上の金属の複合化を好ましく適用することができる。有機化合物との複合化には、金属ナノ粒子をπ共役系高分子で部分被覆する方法や、金属ナノ粒子表面をチオール基を有する化合物で部分修飾する方法などがある。2種類以上の金属の複合化には、金属ナノ粒子を異なる金属で部分的或いは完全に被覆する方法などがある。
また、金属ナノ粒子を導電性高分子内に均一に分散させるために、金属錯体を導電性高分子の重合酸化剤として用いて、導電性高分子の重合と同時に金属ナノ粒子を生成させてもよい。用いられる金属錯体としては、塩化金酸、塩化白金酸、塩化パラジウム、塩化ロジウム、ヘキサクロロイリジウム塩等が好ましい。特に塩化金酸、塩化白金酸が好ましい。導電性高分子の重合反応を早く、十分に行うためには金属錯体の他にさらに別の酸化重合剤、たとえば過硫酸アンモニウム、塩化鉄等を追加添加しても良い。
本発明において金属ナノ粒子の平均粒径としては、2〜100nmが好ましく、3〜80nmがより好ましく、5〜50nmが特に好ましい。粒径が100nm以下であれば、光散乱の影響を軽減でき、粒径がより小さい方が光透過率低下やヘイズ劣化を抑制することができため好ましい。一方で、安定性の観点から2nmより大きいことが好ましく、さらに導電性の観点から3nmより大きいことが好ましく、5nm以上であることがより好ましい。2種類以上の金属ナノ粒子を複合化して用いる場合には、複合化前の少なくとも1種の金属ナノ粒子の平均粒径、および/または複合化後の金属ナノ粒子の平均粒径が3nmより大きいことが好ましく、5nm以上であることがより好ましい。
なお、本発明において、上記金属ナノ粒子の平均粒径は本来3次元で求める必要があるが、微粒子過ぎるため難しく、現実には二次元画像で評価せざるを得ないため、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて電子顕微鏡写真の撮影シーンを変えて数多く撮影し平均化することで求めることが好ましい。従って、本発明において、当該平均粒径は、TEMを用いて電子顕微鏡写真を撮影し十分な数の粒子について断面積を計測し、その計測値を相当する円の面積としたときの直径を粒径として求めて、その算術平均を平均粒径とした。TEMで撮影する粒子数としては50個以上が好ましく、100〜300個の粒子を撮影するのが更に好ましい。
本発明において、透明導電素子の透明導電膜における金属ナノ粒子の体積分率は10%以上90%以下であることが好ましく、20%以上80%以下がより好ましい。金属ナノ粒子の体積分率が10%以上であれば、金属ナノ粒子を添加することによる導電性改良効果を有意に発現させることができ、体積分率が高くなるに従いより導電性を向上できるため好ましい。一方で、透明性の観点から、金属ナノ粒子の体積分率は90%以下が好ましく、80%以下であることがより好ましい。
〔卑金属により改質されている導電性高分子〕
本願において、「卑金属による改質」とは、導電性高分子と卑金属を接触させ数時間から数日間放置させておくことにより、卑金属が導電性高分子によって酸化され、導電性高分子内に卑金属が酸化物として取り込まれることを意味する。導電性高分子を卑金属と接触させる方法としては、導電性高分子塗膜を形成し、その塗膜表面に別途形成した卑金属薄膜を密着させたり、蒸着やスパッタ法、メッキ法、電着法等で卑金属を堆積させることで可能である。
本発明において、卑金属としては、鉄、銅、ニッケル、アルミニウム、鉛、亜鉛、すず、タングステン、モリブデン、タンタル、マグネシウム、コバルト、ビスマス、カドミウム、チタン、ジルコニウム、アンチモン、マンガン、ベリリウム、クロム、ゲルマニウム、バナジウム、ガリウム、ハフニウム、インジウム、ニオブ、レニウム及びタリウムが用いられるが、特にアルミニウム、チタン、インジウム、カドミウム、マンガン、鉄、銅、すず、鉛、及びアンチモンが好ましく用いられる。
上記導電性繊維と導電性金属は単独で用いても、併用しても良い。さらに卑金属による改質と併用することも可能である。この場合には、金属ナノ粒子または導電性繊維を混合した導電性高分子溶液、または金属錯体を重合酸化剤として用いて、導電性高分子の重合と同時に金属ナノ粒子を形成した導電性高分子溶液を塗布乾燥した後、上記方法により卑金属による改質を行えばよい。
〔イオン液体〕
本発明に係る透明導電材料は、さらにイオン液体を含有していても良い。当該イオン液体は、常温溶融塩または単に溶融塩などとも称されるものであり、常温(室温)を含む幅広い温度域で溶融状態を呈する塩である。
本発明においては、従来から知られた各種のイオン液体を使用することができるが、常温において液体を呈し、かつ安定なものが好ましく、また、導電性膜に使用する導電性ポリマーや必要に応じて使用する各種溶媒と相溶性を有するものが好ましい。イオン液体の中には水に対して不溶性のもの(疎水性イオン液体)があり、湿度に対する不安定性や素子周辺の金属の腐食性が懸念される用途に使用する場合には、疎水性イオン液体を用いることが好ましい。
本発明に用いるのに好適なイオン液体としては、下記の一般式(I)〜(IV)で表わされるカチオン(好ましくは、第4級アンモニウムイオン)と、アニオン(X-)より構成される化合物を挙げることができる。
一般式(III)
[NRX4-X+
一般式(IV)
[PRX4-X+
上記の一般式(I)〜(IV)において、Rは炭素数10以下の直鎖または分枝を有するアルキル基またはエーテル結合を含み炭素と酸素の合計数が3〜12の直鎖または分枝を有するアルキル基を表し、一般式(I)において、R1は炭素数1〜4の直鎖または分枝を有するアルキル基または水素原子を表し、特に炭素数1のメチル基が好ましい。一般式(I)において、RとR1は同一ではないことが好ましい。一般式(III)および(IV)において、Xは1から4の整数である。
エーテル結合を含み炭素と酸素の合計数が3〜12の直鎖または分枝を有するアルキル基としては、CH2OCH3、(CH2p(OCH2CH2qOR2(ここで、pは1〜4の整数、qは1〜4の整数、R2はCH3又はC25を表す。)が挙げられる。
一般式(I)の具体的な化合物としては、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム、1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウム、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムなどが挙げられる。
一般式(II)の具体的な化合物としては、1−エチルピリジニウム、1−ブチルピリジニウム、1−ヘキシルピリジニウムなどが挙げられる。
一般式(III)の具体的な化合物としては、N,N,N−トリメチル−N−プロピルアンモニウム、N−メチル−N−プロピルピペリジニウムなどが挙げられる。
一般式(IV)の具体的な化合物としては、N,N,N−トリメチル−N−プロピルホスホニウムなどが挙げられる。
アニオン(X-)としては、例えば、テトラフルオロホウ酸、ヘキサフルオロリン酸、ビス(トリフロロメチルスルホニル)イミド酸、過塩素酸、トリス(トリフロロメチルスルホニル)炭素酸、トリフロロメタンスルホン酸、ジシアンアミド、トリフロロ酢酸、有機カルボン酸またはハロゲン原子等のイオンが挙げられる。
ただし、これらの組み合わせに限らず、イオン液体であって、導電率が0.1Sm-1以上のものであれば、使用可能である。
本発明に係るイオン液体は、上記に例示したようなカチオンとアニオンとを組み合わせた物質であり、公知の方法で合成することができる。具体的には、アニオン交換法、酸エステル法、中和法等の方法を用いることができる。
〔その他の添加剤〕
本発明に係る導電性組成物には、上述した各種の成分の他に、必要に応じて任意に添加剤を含有することができる。具体的には、界面活性剤、有機溶媒、紫外線吸収剤、酸化防止剤、劣化防止剤、pH調整剤、重合禁止剤、表面改質剤、脱泡剤、可塑剤、抗菌剤、などが挙げられる。これらは、1種単独で使用しても良いし、2種以上を併用しても良い。
界面活性剤としては、一般に知られているアニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、両イオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤などを挙げることが可能で、これらを任意に用いて良い。尚、本発明では、後述する導電性膜を成膜するに当たり水系溶媒を用いると有利なことがあり、その場合は特に、重縮合系の芳香族系界面活性剤、重合系の芳香族系界面活性剤、芳香族系非イオン性界面活性剤、及び、芳香族系非イオン性界面活性剤とイオン性界面活性剤との組み合わせなどを用いることも好ましい態様の1つである。
次に、これら界面活性剤の具体例を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。
アニオン系界面活性剤としては、アルキルスルホン酸、アルキルベンゼンスルホン酸、アルキルカルボン酸、アルキルナフタレンスルホン酸、α−オレフィンスルホン酸、ジアルキルスルホコハク酸、α−スルホン化脂肪酸、N−メチル−N−オレイルタウリン、石油スルホン酸、アルキル硫酸、硫酸化油脂、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸、ポリオキシエチレンスチレン化フェニルエーテル硫酸、アルキルリン酸、ポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルリン酸、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、メチルナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、ブチルナフタレン/ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、ナフトールメチレンスルホン酸ホルマリン縮合物、クレオソート油スルホン酸ホルマリン縮合物、ナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物、ポリスチレンスルホン酸、及びこれらの塩などを挙げることができる。
カチオン系界面活性剤としては、第一〜第三脂肪アミン、四級アンモニウム、テトラアルキルアンモニウム、トリアルキルベンジルアンモニウムアルキルピリジニウム、2−アルキル−1−アルキル−1−ヒドロキシエチルイミダゾリニウム、N,N−ジアルキルモルホリニウム、ポリエチレンポリアミン脂肪酸アミド、ポリエチレンポリアミン脂肪酸アミドの尿素縮合物、ポリエチレンポリアミン脂肪酸アミドの尿素縮合物の第四級アンモニウムおよびこれらの塩などを挙げることができる。
両イオン性界面活性剤としては、N,N−ジメチル−N−アルキル−N−カルボキシメチルアンモニウムベタイン、N,N,N−トリアルキル−N−スルホアルキレンアンモニウムベタイン、N,N−ジアルキル−N,N−ビスポリオキシエチレンアンモニウム硫酸エステルベタイン、2−アルキル−1−カルボキシメチル−1−ヒドロキシエチルイミダゾリニウムベタインなどのベタイン類、N,N−ジアルキルアミノアルキレンカルボン酸塩などのアミノカルボン酸類などを挙げることができる。
非イオン性界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンポリスチリルフェニルエーテル、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレングリコール、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレンアルキルエーテル、多価アルコール脂肪酸部分エステル、ポリオキシエチレン多価アルコール脂肪酸部分エステル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ポリグリセリン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン化ヒマシ油、脂肪酸ジエタノールアミド、ポリオキシエチレンアルキルアミン、トリエタノールアミン脂肪酸部分エステル、トリアルキルアミンオキサイドなどを挙げることができる。
また、フルオロアルキルカルボン酸、パーフルオロアルキルカルボン酸、パーフルオロアルキルベンゼンスルホン酸、パーフルオロアルキルポリオキシエチレンエタノールなどのフッ素系界面活性剤を用いても良い。
ここで、上記アルキル基は炭素数1〜24が好ましく、炭素数3〜18がより好ましい。また、塩のカウンターイオンは任意のアルカリ金属類、アルカリ土類金属類、アミン類等いずれであっても良いが、入手容易性の観点から、Na塩が好ましい。
界面活性剤の含有量としては、使用される界面活性剤の分子量や能力にもより一律に規定できるものではないが、概ね、0.5〜500質量%が好ましく、1〜100質量%がより好ましく、1〜50質量%が更に好ましい。
また、上記の重縮合系の芳香族系界面活性剤及び/又は重合系の芳香族系界面活性剤(A)と、芳香族系ノニオン性界面活性剤、及び/又は芳香族系ノニオン性界面活性剤とイオン性界面活性剤(B)とを組み合わせて併用することも好ましく、その場合の(A)と(B)の混合比〔(A)/(B)〕としては、特に限定されないが、質量比で好ましくは99.9/0.1〜70/30である。芳香族系ノニオン性界面活性剤とイオン性界面活性剤との混合比(芳香族系ノニオン性界面活性剤/イオン性界面活性剤)は、特に限定されないが、質量比で好ましくは99.1/0.1〜50/50である。
溶媒の種類としては、親水性溶媒や疎水性溶媒を任意に使用可能だが、導電性ポリマーの溶解性、導電性組成物の取り扱い性、更に成膜において水系塗布法が適用できる点で、親水性溶媒を使用することが好ましい。
親水性溶媒としては、水、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、プロピルアルコール、ブタノール等のアルコール類;アセトン、メチルエチルケトン、エチルイソブチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類;エチレングリコール、エチレングリコールメチルエーテル、エチレングリコールモノ−n−プロピルエーテル等のエチレングリコール類;プロピレングリコール、プロピレングリコールメチルエーテル、プロピレングリコールエチルエーテル、プロピレングリコールブチルエーテル、プロピレングリコールプロピルエーテル等のプロピレングリコール類;テトラヒドロフランなどのエーテル類;ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド類;N−メチルピロリドン、N−エチルピロリドン等のピロリドン類;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチルのようなエステル類;ジメチルスルオキシド、γ−ブチロラクトン、乳酸メチル、乳酸エチル、β−メトキシイソ酪酸メチル、α−ヒドロキシイソ酪酸メチル等のヒドロキシエステル類;アニリン、N−メチルアニリン等のアニリン類;エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネートなどのカーボネート類などが挙げられる。
疎水性溶媒としては、4−メチルペンタン−2−オンなどの炭素数5〜10のケトン類、クロロホルム、塩化メチレンなどのハロゲン化炭化水素類、トルエン、ベンゼン、キシレンなどの芳香族炭化水素類、ヘキサン、シクロヘキサン等の脂肪族または脂環式炭化水素類が挙げられる。
〔透明導電材料層の形成方法〕
本発明に係る透明導電材料を透明フィルム基材上に成膜して、透明導電素子を形成する方法としては、高生産性と生産コスト低減の両立、および環境負荷軽減の観点から、塗布法や印刷法などの液相成膜法を用いることが好ましい。塗布法としては、ロールコート法、バーコート法、ディップコーティング法、スピンコーティング法、キャスティング法、ダイコート法、ブレードコート法、バーコート法、グラビアコート法、カーテンコート法、スプレーコート法、ドクターコート法などを用いることができる。印刷法としては、凸版(活版)印刷法、孔版(スクリーン)印刷法、平版(オフセット)印刷法、凹版(グラビア)印刷法、スプレー印刷法、インクジェット印刷法などを用いることができる。透明導電材料層を形成した後、適宜乾燥処理を施すことができる。乾燥処理の条件として特に制限はないが、透明樹脂支持体や透明導電層が損傷しない範囲の温度で処理することが好ましい。
〔電子ペーパー〕
本発明に係る手段により、液晶ディスプレイ、エレクトロルミネッセンスディスプレイ、プラズマディスプレイ、エレクトロクロミックディスプレイ、太陽電池、電子ペーパー、タッチパネル等のフレキシビリティの高い透明導電性フィルムとその製造方法の提供が可能となるが、ここではエレクトロデポジション方式の電子ペーパーについて説明する。
エレクトロデポジション方式の電子ペーパー(以下「ED電子ペーパー」と略す。)は、金属または金属塩の溶解析出を利用する方式であり、3V以下の低電圧駆動が可能で、簡便なセル構成、黒と白のコントラストや黒品質に優れる等の利点がある。
ED電子ペーパーの代表例として、対向電極間に、銀、または銀を化学構造中に含む化合物を含有する電解質層を有し、銀の溶解析出を生じさせるように対向電極の駆動操作を行う場合を示す。
銀または銀を化学構造中に含む化合物とは、例えば、酸化銀、硫化銀、金属銀、銀コロイド粒子、ハロゲン化銀、銀錯体化合物、銀イオン等の化合物の総称であり、固体状態や液体への可溶化状態や気体状態等の相の状態種、中性、アニオン性、カチオン性等の荷電状態種は、特に問わない。
図1にED電子ペーパーの概略断面図を示す。図1において、本発明の透明導電性フィルム1と対向電極としての銀電極3の間に、電解質層2を保持し、電源4から電極1、3に電圧または電流を印加することにより、電解質層2中に含まれる銀の溶解反応、または析出反応を生じさせ、銀を含む化合物の光の透過、吸収の光学的性質の違いを利用して表示状態を変更する。
ED電子ペーパーにおいては、電解質層にメルカプト化合物を含有し、前記電解質層中のメルカプト基の硫黄原子の総モル数を[−SH]、前記電解質層中の銀の総モル数を[Ag]とした時、2≦[−SH]/[Ag]≦10を満たすことが好ましい。本発明において、更に好ましい範囲は、2.5≦[−SH]/[Ag]≦5である。なお、本発明でいう電解質層中のメルカプト化合物のメルカプト基の硫黄原子とは、メルカプト基の他に、S-あるいは硫化銀の形態で存在する硫黄原子も含む。
また、メルカプト化合物は、臭気や溶解度等の観点から、分子量が、50≦分子量≦149の条件を満たす化合物が好ましい。また、メルカプト化合物は複数化合物種を併用して用いることが好ましい。化合物種を複数種含有させることにより、銀の溶解モル濃度の向上と、電解質液低温時の析出防止効果が得られる。
電解質層は、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、ブチレンカーボネート、γ−ブチルラクトン、テトラメチル尿素、スルホラン、ジメチルスルホキシド、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、2−(N−メチル)−2−ピロリジノン、ヘキサメチルホスホルトリアミド、N−メチルプロピオンアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルアセトアミド、N,Nジメチルホルムアミド、N−メチルホルムアミド、ブチロニトリル、プロピオニトリル、アセトニトリル、アセチルアセトン、4−メチル−2−ペンタノン、2−ブタノール、1−ブタノール、2−プロパノール、1−プロパノール、エタノール、メタノール、無水酢酸、酢酸エチル、プロピオン酸エチル、ジメトキシエタン、ジエトキシフラン、テトラヒドロフラン、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコールモノブチルエーテル及び水から選ばれる少なくとも1種の溶媒を含むことが好ましい。
上述の溶媒の中でも、凝固点が−20℃以下で、かつ沸点が120℃以上の溶媒を少なくとも1種含むことが好ましい。凝固点が−20℃以下で、かつ沸点が120℃以上の溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、γ−ブチルラクトン、2−(N−メチル)−2−ピロリジノン、N−メチルプロピオンアミド、N,Nジメチルホルムアミド、アセチルアセトンが挙げられる。
電解質層で用いることのできるその他の溶媒として、J.A.Riddick,W.B.Bunger,T.K.Sakano,“Organic Solvents”,4th ed.,John Wiley & Sons(1986)、Y.Marcus,“Ion Solvation”,John Wiley & Sons(1985)、C.Reichardt,“Solvents and Solvent Effects in Chemistry”,2nd ed.,VCH(1988)、G.J.Janz,R.P.T.Tomkins,“Nonaqueous Electorlytes Handbook”,Vol.1,Academic Press(1972)に記載の化合物を挙げることができる。
電解質が液体である場合には、以下の化合物を電解質中に含むことができる。カリウム化合物としてKCl、KI、KBr等、リチウム化合物としてLiBF4、LiClO4、LiPF6、LiCF3SO3等、テトラアルキルアンモニウム化合物として過塩素酸テトラエチルアンモニウム、過塩素酸テトラブチルアンモニウム、ホウフッ化テトラエチルアンモニウム、ホウフッ化テトラブチルアンモニウム、テトラブチルアンモニウムハライド等が挙げられる。また、特開2003−187881号公報の段落番号〔0062〕〜〔0081〕に記載の溶融塩電解質組成物も好ましく用いることができる。さらに、I-/I3 -、Br-/Br3 -、キノン/ハイドロキノン等の酸化還元対になる化合物を用いることができる。
また、電解質が固体である場合には、電子伝導性やイオン伝導性を示す以下の化合物を電解質中に含むことができる。
パーフルオロスルフォン酸を含むフッ化ビニル系高分子、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリピロール、トリフェニルアミン類、ポリビニルカルバゾール類、ポリメチルフェニルシラン類、Cu2S、Ag2S、Cu2Se、AgCrSe2等のカルコゲニド、CaF2、PbF2、SrF2、LaF3、TlSn25、CeF3等の含F化合物、Li2SO4、Li4SiO4、Li3PO4等のLi塩、ZrO2、CaO、Cd23、HfO2、Y2O3、Nb25、WO3、Bi23、AgBr、AgI、CuCl、CuBr、CuBr、CuI、LiI、LiBr、LiCl、LiAlCl4、LiAlF4、AgSBr、C55NHAg56、Rb4Cu167Cl13、Rb3Cu7Cl10、LiN、Li5NI2、Li6NBr3等の化合物が挙げられる。
また、電解質としてゲル状電解質を用いることもできる。電解質が非水系の場合、特開平11−185836号公報の段落番号〔0057〕〜〔0059〕に記載のオイルゲル化剤を用いことができる。
さらに、電解質層が白色粒子を含むことが好ましい。白色粒子としては、例えば、二酸化チタン(アナターゼ型あるいはルチル型)、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化マグネシウムおよび水酸化亜鉛、水酸化マグネシウム、リン酸マグネシウム、リン酸水素マグネシウム、アルカリ土類金属塩、タルク、カオリン、ゼオライト、酸性白土、ガラス、有機化合物としてポリエチレン、ポリスチレン、アクリル樹脂、アイオノマー、エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、尿素−ホルマリン樹脂、メラミン−ホルマリン樹脂、ポリアミド樹脂などが単体または複合混合で、または粒子中に屈折率を変化させるボイドを有する状態で使用されてもよい。
上記白色粒子の中でも、二酸化チタン、酸化亜鉛、水酸化亜鉛が好ましく用いられる。また、無機酸化物(Al23、AlO(OH)、SiO2等)で表面処理した二酸化チタン、これらの表面処理に加えて、トリメチロールエタン、トリエタノールアミン酢酸塩、トリメチルシクロシラン等の有機物処理を施した二酸化チタンを用いることができる。
これらの白色粒子のうち、高温時の着色防止、屈折率に起因する素子の反射率の観点から、酸化チタンまたは酸化亜鉛を用いることがより好ましい。
また、電解質層に増粘剤を用いることもでき、例えば、ゼラチン、アラビアゴム、ポリ(ビニルアルコール)、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、セルロースアセテート、セルロースアセテートブチレート、ポリ(ビニルピロリドン)、ポリ(アルキレングリコール)、カゼイン、デンプン、ポリ(アクリル酸)、ポリ(メチルメタクリル酸)、ポリ(塩化ビニル)、ポリ(メタクリル酸)、コポリ(スチレン−無水マレイン酸)、コポリ(スチレン−アクリロニトリル)、コポリ(スチレン−ブタジエン)、ポリ(ビニルアセタール)類(例えば、ポリ(ビニルホルマール)及びポリ(ビニルブチラール))、ポリ(エステル)類、ポリ(ウレタン)類、フェノキシ樹脂、ポリ(塩化ビニリデン)、ポリ(エポキシド)類、ポリ(カーボネート)類、ポリ(ビニルアセテート)、セルロースエステル類、ポリ(アミド)類、疎水性透明バインダーとして、ポリビニルブチラール、セルロースアセテート、セルロースアセテートブチレート、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリアクリル酸、ポリウレタン等が挙げられる。
これらの増粘剤は2種以上を併用して用いてもよい。また、特開昭64−13546号公報の71〜75頁に記載の化合物を挙げることができる。これらの中で好ましく用いられる化合物は、各種添加剤との相溶性と白色粒子の分散安定性向上の観点から、ポリビニルアルコール類、ポリビニルピロリドン類、ヒドロキシプロピルセルロース類、ポリアルキレングリコール類である。
電極間に設けることのできる構成層には、保護層、フィルター層、ハレーション防止層、クロスオーバー光カット層、バッキング層等の補助層を挙げることができ、これらの補助層中には、各種の化学増感剤、貴金属増感剤、感光色素、強色増感剤、カプラー、高沸点溶剤、カブリ防止剤、安定剤、現像抑制剤、漂白促進剤、定着促進剤、混色防止剤、ホルマリンスカベンジャー、色調剤、硬膜剤、界面活性剤、増粘剤、可塑剤、スベリ剤、紫外線吸収剤、イラジエーション防止染料、フィルター光吸収染料、防ばい剤、ポリマーラテックス、重金属、帯電防止剤、マット剤等を、必要に応じて含有させることができる。
上述したこれらの添加剤は、より詳しくは、リサーチ・ディスクロージャー(以下、RDと略す)第176巻Item/17643(1978年12月)、同184巻Item/18431(1979年8月)、同187巻Item/18716(1979年11月)及び同308巻Item/308119(1989年12月)に記載されている。
これら三つのリサーチ・ディスクロージャーに示されている化合物種類と記載箇所を以下に掲載した。
添加剤 RD17643 RD18716 RD308119
頁 分類 頁 分類 頁 分類
化学増感剤 23 III 648右上 96 III
増感色素 23 IV 648〜649 996〜8 IV
減感色素 23 IV 998 IV
染料 25〜26 VIII 649〜650 1003 VIII
現像促進剤 29 XXI 648右上
カブリ抑制剤・安定剤
24 IV 649右上 1006〜7 VI
増白剤 24 V 998 V
硬膜剤 26 X 651左 1004〜5 X
界面活性剤 26〜7 XI 650右 1005〜6 XI
帯電防止剤 27 XII 650右 1006〜7 XIII
可塑剤 27 XII 650右 1006 XII
スベリ剤 27 XII
マット剤 28 XVI 650右 1008〜9 XVI
バインダー 26 XXII 1003〜4 IX
支持体 28 XVII 1009 XVII
以下、実施例をあげて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、実施例において「%」の表示を用いるが、特に断りがない限り「質量%」を表す。
(金属導電性パターンの作製)
〔金属導電性パターンA〕
反応容器内で下記溶液Aを34℃に保ち、特開昭62−160128号公報記載の混合撹拌装置を用いて高速に撹拌しながら、硝酸(濃度6%)を用いてpHを2.95に調整した。引き続き、ダブルジェット法を用いて下記溶液Bと下記溶液Cを一定の流量で8分6秒間かけて添加した。添加終了後に、炭酸ナトリウム(濃度5%)を用いてpHを5.90に調整し、続いて下記溶液Dと溶液Eを添加した。
(溶液A)
アルカリ処理不活性ゼラチン(平均分子量10万) 18.7g
塩化ナトリウム 0.31g
溶液I(下記) 1.59ml
純水 1246ml
(溶液B)
硝酸銀 169.9g
硝酸(濃度6%) 5.89ml
純水にて317.1mlに仕上げる。
(溶液C)
アルカリ処理不活性ゼラチン(平均分子量10万) 5.66g
塩化ナトリウム 58.8g
臭化カリウム 13.3g
溶液I(下記) 0.85ml
溶液II(下記) 2.72ml
純水にて317.1mlに仕上げる。
(溶液D)
2−メチル−4ヒドロキシ−1,3,3a,7−テトラアザインデン 0.56g
純水 112.1ml
(溶液E)
アルカリ処理不活性ゼラチン(平均分子量10万) 3.96g
溶液I(下記) 0.40ml
純水 128.5ml
(溶液I)
界面活性剤:ポリイソプロピレンポリエチレンオキシジコハク酸エステルナトリウム塩の10質量%メタノール溶液
(溶液II)
六塩化ロジウム錯体の10質量%水溶液
上記操作終了後に、常法に従い40℃にてフロキュレーション法を用いて脱塩及び水洗処理を施し、溶液Fと防バイ剤を加えて60℃でよく分散し、40℃にてpHを5.90に調整して、最終的に臭化銀を10モル%含む平均粒子径0.09μm、変動係数10%の塩臭化銀立方体粒子乳剤を得た。
(溶液F)
アルカリ処理不活性ゼラチン(平均分子量10万) 16.5g
純水 139.8ml
上記ハロゲン化銀乳剤に対し、チオ硫酸ナトリウムをハロゲン化銀1モル当たり20mg用い、40℃にて80分間化学増感を行い、化学増感終了後に4−ヒドロキシ−6−メチル−1,3,3a,7−テトラザインデン(TAI)をハロゲン化銀1モル当たり500mg、1−フェニル−5−メルカプトテトラゾールをハロゲン化銀1モル当たり150mg添加して、ハロゲン化銀乳剤EM−1を得た。このハロゲン化銀乳剤EM−1のハロゲン化銀粒子とゼラチンの体積比(ハロゲン化銀粒子/ゼラチン)は0.625であった。さらに硬膜剤(H−1:テトラキス(ビニルスルホニルメチル)メタン)をゼラチン1g当たり200mgの比率となるようにして添加し、また塗布助剤として、界面活性剤(SU−2:スルホ琥珀酸ジ(2−エチルヘキシル)・ナトリウム)を添加し、表面張力を調整した。こうして得られた塗布液を厚さ100μmの易接着処理済み二軸延伸透明PETフィルムの片面にGelの付量が0.13g/m2になるように塗布した後、50℃、24時間のキュア処理を実施した。
上述のようにして作製したフィルムに対して、ライン幅が6μm、ライン同士の間隔が194μmの格子状のフォトマスクを介して、紫外線ランプを用いて露光を行い、下記現像液(DEV−1)を用いて25℃で60秒間現像処理を行った後、下記定着液(FIX−1)を用いて25℃で120秒間の定着処理を行った。さらに、下記物理現像液(PDEV−1)を用いて25℃で10分間物理現像を行った後、水洗、乾燥処理を行った。
(DEV−1)
純水 500ml
メトール 2g
無水亜硫酸ナトリウム 80g
ハイドロキノン 4g
ホウ砂 4g
チオ硫酸ナトリウム 10g
臭化カリウム 0.5g
水を加えて全量を1リットルとする。
(FIX−1)
純水 750ml
チオ硫酸ナトリウム 250g
無水亜硫酸ナトリウム 15g
氷酢酸 15ml
カリミョウバン 15g
水を加えて全量を1リットルとする。
(PDEV−1)
下記A液、B液を処理の直前に混合する。
(A液)
純水 400ml
クエン酸 10g
リン酸水素2ナトリウム 1g
アンモニア水(28%水溶液) 1.2ml
ハイドロキノン 3g
(B液)
純水 10ml
硝酸銀 0.4g
(水洗処理及び乾燥処理)
水洗処理は、水道水で10分間洗い流した。また乾燥処理は、乾燥風(50℃)を用いてドライ状態になるまで乾燥し、金属導電性パターンAを作製した。
〔金属導電性パターンB〕
厚さ100μmの易接着処理済み二軸延伸透明PETフィルムの片面に、公知のノズル先端部内径10μmの静電インクジェットプリンターを用いて、Agペーストインクで、幅10μm、間隔160μmのパターンを付与した金属導電性パターンBを形成した。
〔金属導電性パターンC〕
厚さ100μmの易接着処理済み二軸延伸透明PETフィルムの片面に、公知のNiペーストインクを用いて印刷法により210μmピッチで、幅20μmのパターンを付与した金属導電性パターンCを形成した。
〔透明導電材料1〕
硫酸第一鉄とクエン酸ソーダを含む水溶液に、硝酸銀水溶液を添加して銀イオンを還元することにより、平均粒径が10nmの銀ナノ粒子のコロイド分散液を調製した。
硫酸第一鉄とクエン酸ソーダを含む水溶液に、酢酸パラジウム水溶液を添加してパラジウムイオンを還元することにより、平均粒径が2.4nmのパラジウムナノ粒子のコロイド分散液を調製した。上記銀ナノ粒子のコロイド分散液とパラジウムナノ粒子のコロイド分散液を、1:3のモル比で混合攪拌して自己組織化反応により複合化を行い銀−パラジウム複合ナノ粒子コロイド分散液を得た。
調製した銀−パラジウム複合ナノ粒子コロイド分散液に対して、分画分子量(MWCO)10000の限外濾過膜を用いて水洗処理と濃縮処理(濃度30質量%)を施した。導電性高分子PEDOT/PSSの濃度1.3質量%分散液(BaytronPH500:H.C.Starck社製)に、ジメチルスルホキシド(DMSO:和光純薬社製)をPEDOT/PSSに対して5質量%となるよう添加し、各成分が均一になるまで十分に攪拌混合したところに、乾燥後の透明導電膜中の銀−パラジウム複合ナノ粒子の体積分率が40%になるように上記銀−パラジウム複合ナノ粒子コロイド分散液を添加、混合して透明導電材料1とした。
〔透明導電材料2〕
3,4−エチレンジオキシチオフェンモノマーとポリスチレンスルホン酸の1:2.5水溶液に塩化金酸(HAuCl4・4H2O)と硫酸鉄水溶液をAuの含有量が1.0質量%になるように加えてポリエチレンジオキシチオフェンの重合と金ナノ粒子の形成を同時に行い、金属ナノ粒子含有導電性高分子水溶液を得た。次いでこの水溶液中の生成物を取り出し蒸留水で精製した後再度蒸留水に分散して透明導電材料2とした。
〔透明導電材料3〕
高純度単層カーボンナノチューブ(カーボン・ナノテクノロジーズ・インコーポレーテッド社製;以下「SWNT」)13質量部を、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムの20%水溶液87質量部に、100rpmの条件で撹拌しながら添加し、引き続き、超音波処理を1時間行った。次に、アクリルアミドゲルを用い、泳動用バッファーのpHを8に調整し、泳動温度20℃、印加電圧200Vの条件でゲル電気泳動を行い、カーボンナノチューブの分画を行った。続いて、泳動方向に垂直な方向に電圧を印加して繊維長約1μm以上のカーボンナノチューブのみをゲル中から回収し、10質量%のカーボンナノチューブ分散液を調製した。次いで、3,4−エチレンジオキシチオフェン(PEDOT)をポリスチレンスルホン酸(PSS)存在下で公知の方法により水系媒体中で酸化重合し、更に限外ろ過処理を行い、導電性ポリマーとしてPEDOT:PSSの20%水系分散体を得た。この段階でこの水系分散体には、50%のPSS、及び20%のエチレングリコールを含有している。一方、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムの20%水溶液にイオン液体として1−エチル−3−メチルイミダゾリウム:BF4(以下「EMIBF4」)を添加して得たEMIBF4の40%水溶液50質量部に前記PEDOT:PSSの20%水系分散体50質量部を撹拌下で添加し、10質量%の導電性ポリマー溶液を調製し、この導電性ポリマー溶液100質量部に、前記カーボンナノチューブ分散液100質量部を撹拌下で添加し、その後1時間撹拌を継続して透明導電材料3とした。
(透明導電性フィルム101の作製)
金属導電性パターンAの上に透明導電材料1を乾燥後の膜厚が40nm、銀−パラジウム複合ナノ粒子の体積分率が40%になるように塗布し、110℃で5分間加熱乾燥して透明導電性フィルム101を作製した。
(透明導電性フィルム102、103の作製)
透明導電性フィルム101の金属導電性パターンAをB、Cに変更した以外は同様にして透明導電性フィルム102、103を作製した。
(透明導電性フィルム104の作製)
金属導電性パターンAの上にH.C.Starck社製BaytronPH500に和光純薬社製DMSOをPEDOT/PSSに対して5質量%となるように調整した導電性ポリマー溶液を乾燥後の膜厚が100nmになるように塗布し、110℃で5分間加熱乾燥させた後、蒸着法(25℃、10-3Pa)でアルミニウム膜を10nm形成した後大気圧に戻し、室内で24時間放置して透明導電性フィルム104を作製した。
(透明導電性フィルム105の作製)
金属導電性パターンAの上に透明導電材料2を乾燥後の膜厚が100nmになるように塗布し、110℃で乾燥させた。さらに蒸着法(25℃、10−3Pa)でアルミニウム膜を10nm形成した後大気圧に戻し、室内で24時間放置して透明導電性フィルム105を作製した。
(透明導電性フィルム106の作製)
透明導電性フィルム101の透明導電材料1を透明導電材料3に変更した以外は同様にして透明導電性フィルム106を作製した。
(透明導電性フィルム107の作製)
文献1(Chem.Mater.2002,14,4736−4745)に記載の方法を参考に、平均直径60nm、平均長さ5.5μmの銀ナノワイヤを作製し、フィルターを用いて銀ナノワイヤを濾別かつ水洗処理を施した後、銀ナノワイヤーの含有量が0.5%になるようにエタノール溶液に再分散した。この銀ナノワイヤ分散液を金属導電性パターンAの上に厚さ100nmで塗布し、乾燥した。さらに、その上にH.C.Starck社製BaytronPH500に和光純薬社製DMSOをPEDOT/PSSに対して5質量%となるように調整した導電性ポリマー溶液を乾燥後の膜厚が100nmになるように塗布、乾燥して透明導電性フィルム107を作製した。
(透明導電性フィルム108の作製)
透明導電性フィルム107のBatronPH500を透明導電材料2に変更した以外は同様にして透明導電性フィルム108を作製した。
(透明導電性フィルム109の作製)
金属導電性パターンAの上に公知のスパッタリング法でITOを全面に40nmの厚さで形成し、透明導電性フィルム109を作製した。
(透明導電性フィルム110の作製)
透明導電性フィルム109の金属導電性パターンAをBに変更した以外は同様にして、透明導電性フィルム110を作製した。
(透明導電性フィルム111の作製)
金属導電性パターンAの上にH.C.Starck社製BaytronPH500に和光純薬社製DMSOをPEDOT/PSSに対して5質量%となるように調整した導電性ポリマー溶液を乾燥後の膜厚が100nmになるように塗布し、110℃で5分間加熱乾燥して透明導電性フィルム111を作製した。
(透明導電性フィルム112の作製)
透明導電膜フィルム107で、銀ナノワイヤ分散液を塗布乾燥しただけのものを透明導電性フィルム112とした。
以上のようにして得られた透明導電性フィルム101から112について、以下の方法にて全光線透過率、表面抵抗を求めた。
[全光線透過率]
JIS K 7361−1:1997に準拠して、スガ試験機(株)製のヘイズメーターHGM−2Bを用いて測定した。
[表面抵抗率]
JIS K 7194:1994(導電性プラスチックの4探針法による抵抗率試験方法)に準拠して、三菱化学社製ロレスターGP(MCP−T610型)を用いて、測定した。
上記評価結果を表1に示す。
(表示素子の作製)
ジメチルスルホキシドの2.5g中に、ヨウ化ナトリウムを90mg、ヨウ化銀を75mgを加えて完全に溶解させた後に、酸化チタン0.5gを加えて超音波分散機にて酸化チタンを分散させた。この溶液にポリビニルアルコール(ケン化度約87〜89%、重合度4500)を150mg加えて120℃に加熱しながら1時間攪拌し、電解質溶液を得た。
対抗電極として、厚さ1.5mmで2cm×4cmのガラス基板上に、公知のスパッタリング法でCu膜を全面に形成した後、フォトリソグラフ法を用いて電極間隔30μm、電極幅180μmのパターンをガラス基板の長手方向に形成し、電解メッキによりCu極上に銀を10μm堆積させて、銀電極を得た。
上記電解質溶液に平均粒子径が20μmのポリアクリル製の球形ビーズを体積分率として4体積%になるように加えて攪拌した溶液を、上記銀電極と透明導電性フィルム101〜112の間に挟み込み、9.8kPaの圧力で押圧し、周辺部を封止して表示素子201〜212を作製した。重ね合わされた2cm×2cmの部分が表示部であり、残りの部分がリード部として用いられる。
以上のようにして得られた表示素子201〜212について白/黒変換応答速度と繰り返し耐久性を以下の方法にて求めた。
[白/黒変換応答速度]
図1に示すように銀電極1と透明導電性フィルム2を単1電池(電源4)でつなぎ、スイッチを入れてから、目視で完全に白から黒に変わる時間を測定した。
[繰り返し耐久性]
電源のプラス、マイナスを逆転することで、白/黒変換を500回繰り返した後の応答速度を、上記と同じように求めた。
上記評価結果を表2に示す。
表1の表面抵抗では大きな差異がないにも関わらず、表2から明らかなように、本発明に係る試料はエレクトロデポジション法を用いた表示素子において、白/黒変換応答速度が速いことがわかる。これは、透明導電材料の抵抗値が低いために面内均一性が高いことによるものと思われる。

Claims (8)

  1. 透明フィルム基材上に金属導電性パターンと透明導電材料を有する透明導電性フィルムであって、前記透明導電材料が、導電性高分子と、導電性繊維および導電性金属のうちの少なくとも一種を含有することを特徴とする透明導電性フィルム。
  2. 前記導電性金属が透明金属ナノ粒子を含有することを特徴とする請求の範囲第1項に記載の透明導電性フィルム。
  3. 前記透明導電材料が卑金属により改質されている導電性高分子を含有することを特徴とする請求の範囲第1項又は第2項に記載の透明導電性フィルム。
  4. 前記導電性繊維が金属ナノワイヤを含有することを特徴とする請求の範囲第1項から第3項のいずれか一項に記載の透明導電性フィルム。
  5. 前記透明導電材料がイオン液体を含有することを特徴とする請求の範囲第1項から第4項のいずれか一項に記載の透明導電性フィルム。
  6. 前記金属導電性パターンが銀を含有することを特徴とする請求の範囲第1項から第5項のいずれか一項に記載の透明導電性フィルム。
  7. 請求の範囲第1項から第6項のいずれか一項に記載の透明導電性フィルムの製造方法であって、透明フィルム基材上に帯電する液体を吐出するノズルを有する液体吐出ヘッドと、前記ノズル内に溶液を供給する供給手段と、前記ノズル内の溶液に吐出電圧を印加する吐出電圧印加手段とを備えた液体吐出装置を用いて所望する金属導電性パターンを形成した後、導電性繊維および導電性金属のうち少なくとも一方を含有する透明導電材料層を形成することを特徴とする透明導電性フィルムの製造方法。
  8. 請求の範囲第1項から第6項のいずれか一項に記載の透明導電性フィルムの製造方法であって、透明フィルム基材上にハロゲン化銀粒子を含有する層を設け、所望するパターンで露光、現像処理することにより、所望する金属導電性パターンを形成した後、導電性繊維および導電性金属のうち少なくとも一方を含有する透明導電材料層を形成することを特徴とする透明導電性フィルムの製造方法。
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