KR100832259B1 - 터치 패널용 투명 전기전도 성형체 및 터치 패널 - Google Patents

터치 패널용 투명 전기전도 성형체 및 터치 패널 Download PDF

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타키론 가부시기가이샤
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Abstract

내마모성, 내굴곡성이 우수하며 터치 패널 사용시의 표면 저항의 변화가 적으며 투과하는 빛의 색상이 변화되는 경우가 없는 전기전도층을 갖는 터치 패널용 투명 전기전도 성형체와 이를 사용하는 터치 패널을 제공한다. 터치 패널용 투명 전기전도 성형체는 투명 기재(11)의 한 면 이상에 극세 전기전도성 섬유(4)를 포함하는 투명 전기전도층(12)이 형성된 것이며 터치 패널은 투명 전기전도 성형체를 전극으로서 사용하는 것이다. 투명한 전기전도층(12)의 극세 전기전도성 섬유는 응집되지 않고 분산되며 당해 섬유가 1개씩 분리된 상태로, 또는 복수개 집합하여 다발로 된 것이 한 다발씩 분리된 상태로, 분산되어 서로 접촉하고 있다. 따라서, 전기전도층의 표면 저항을 104Ω/□ 이하로, 그리고 550nm 파장에서의 광선 투과율을 75% 이상으로 용이하게 조정할 수 있다.
터치 패널, 투명 전기전도 성형체, 내마모성, 내굴곡성, 광선 투과율.

Description

터치 패널용 투명 전기전도 성형체 및 터치 패널{Touch panel-use transparent conductive molded product and touch panel}
본 발명은 투명성이 높으며 착색이 적고, 내마모성, 내굴곡성이 우수한 투명 전기전도층을 갖는 터치 패널용 투명 전기전도 성형체 및 이를 사용하는 터치 패널에 관한 것이다.
최근, 터치 패널은 전자수첩, 휴대 정보 단말, 휴대용 게임기, 카 네비게이션, 퍼스널 컴퓨터, 철도의 차표 자동판매기 등에 대한 데이터 입력을 실시하는 장치의 한가지로서 수요가 확대되고 있다.
이러한 터치 패널용의 투명 전기전도 성형체로서는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름 기재의 한 면에 산화인듐-산화주석(ITO)로 이루어진 투명 전기전도층을 형성한 투명 전기전도성 필름이 잘 알려져 있다(특허 문헌1, 특허 문헌2).
특허 문헌1: 일본 공개특허공보 제(평)2-194943호
특허 문헌2: 일본 공개특허공보 제(평)11-203047호
[발명의 개시]
[발명이 해결하고자 하는 과제]
그러나, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름 기재의 한 면에 산화인듐-산화주석(ITO)으로 이루어진 투명 전기전도층을 형성한 투명 전기전도 성형체는 투명 전기전도층이 세라믹질이며, 내굴곡성이 떨어지므로 입력을 반복하면 투명 전기전도층에 균열이 생겨 표면 저항이 변화되며, 검지 이상을 일으켜서 정확하게 입력되지 않는다는 문제나, 내마모성이 떨어지므로 터치 패널 가공작업의 각종 공정에서 취급에 주의를 요한다는 문제점이 있다.
또한, ITO로 이루어진 투명 전기전도층은 ITO 특유의 광흡수를 하며, 투과하는 빛의 색상을 바꾸므로 터치 패널 표시장치의 표시 색상을 정확하게 표현하는 것이 어렵다는 문제점이 있다.
또한, 최근 입력 정밀도의 고정밀도화 또는 소비전력의 감소가 요망됨에 따라, 표면 저항도 800Ω/□ 내지 수천Ω/□ 정도로 종래보다 높은 저항이 요구되고 있지만, ITO로 이루어진 투명 전기전도 성형체에서는 이의 표면 저항을 얻기 위해서는 ITO막의 두께를 10nm 정도로 적게(얇게) 하는 것이 필요하며, 내굴곡성이나 내마모성이 보다 떨어질 뿐만 아니라 표면 저항의 재현성도 없으며, 실용에 견딜수 있는 것이 아니다.
또한, ITO로 이루어진 투명 전기전도 성형체는 스퍼터링 등의 뱃치식의 제법이므로 생산성이 나쁘며, 비용이 높다는 문제도 있다.
본 발명은 상기한 문제에 대처하기 위해 이루어진 것이며, 내마모성, 내굴곡성이 우수하므로 터치 패널 사용시의 표면 저항의 변화를 감소할 수 있으며 사용 수명을 장기화할 수 있는 동시에 투과하는 빛의 색상이 변화되는 경우가 없는 전기전도층을 갖는 터치 패널용 투명 전기전도 성형체와, 이를 사용하는 터치 패널을 제공하는 것을 해결 과제로 하고 있다.
또한, 비용이 싸고 경제적이며 투명한 전기전도층을 갖는 터치 패널용 투명 전기전도 성형체와, 이를 사용하는 터치 패널을 제공하는 것도 해결 과제로 하고 있다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 제1 양태의 터치 패널용 투명 전기전도 성형체는 투명한 기재의 한 면 이상에 극세 전기전도성 섬유를 포함하는 투명한 전기전도층이 형성된 성형체임을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 제2 양태의 터치 패널용 투명 전기전도 성형체는 투명한 기재의 한 면 이상에 극세 전기전도성 섬유를 포함하는 투명한 전기전도층이 형성된 성형체로서, 극세 전기전도성 섬유가 응집되지 않고 분산되어 서로 접촉하고 있음을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 제3 양태의 터치 패널용 투명 전기전도 성형체는 투명한 기재의 한 면 이상에 극세 전기전도성 섬유를 포함하는 투명한 전기전도층이 형성된 성형체로서, 극세 전기전도성 섬유가 1개씩 분리된 상태로, 또는 복수개 집합하여 다발로 된 것이 한 다발씩 분리된 상태로, 분산되어 서로 접촉하고 있음을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에서 극세 전기전도성 섬유로서는 탄소섬유, 특히 카본 나노 튜브가 바람직하게 사용되며, 이들이 1개씩 분리된 상태로 분산되어 서로 접촉하거나 복수개 집합하여 다발로 된 상태에서 한 다발씩 분산되어 서로 접촉하고 있는 것이 바람직하다. 또한, 전기전도층의 표면 저항은 104Ω/□ 이하의 전기전도성을 갖는 것이 바람직하며 550nm 파장에서의 광선 투과율이 75% 이상인 것도 바람직하다. 그리고, 이러한 전기전도층은 곡률 반경 3mm에서 굴곡된 후의 표면 저항의 증대가 1.3배 이하인 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 투명 전기전도 성형체의 투과 색상은 JIS Z8729에 규정된 L*a*b* 표색계에서의 투과 색상 a* 및 b*가 모두 -2.5 내지 2.5의 범위인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 터치 패널은 상기한 각 투명 전기전도 성형체를 전극으로서 사용하는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명에서「응집되지 않고」란, 전기전도층을 광학 현미경으로 관찰했을 때 평균 직경이 0.5㎛ 이상의 응집괴가 없음을 의미하는 용어이다. 또한, 「접촉」이란 극세 전기전도성 섬유가 현실적으로 접촉하고 있는 경우와 극세 전기전도성 섬유가 도통할 수 있는 미소 간격을 두고 근접하고 있는 경우 둘 다를 의미하는 용어이다. 또한, 「전기전도성」이란, JIS K7194(ASTM D 991)에서 측정시 표면 저항이 104Ω/□ 이하임을 의미하는 용어이다.
[발명의 효과]
본 발명의 제1 양태의 터치 패널용 투명 전기전도 성형체는 극세 전기전도성 섬유에 의해 전기전도층이 형성되어 있으므로 표면 저항을 104Ω/□ 이하, 또한 전기전도층의 550nm 파장에서의 광선 투과율을 75% 이상으로 용이하게 조정할 수 있으며 또한 ITO와 같이 투과하는 빛의 색상을 바꾸는 경우가 없으므로 터치 패널 표시장치의 표시 색상을 정확하게 표현할 수 있다. 또한 내굴곡성, 내마모성이 우수하므로 내구성이 우수한 터치 패널용 투명 전기전도 성형체로 할 수 있다.
그리고, 극세 전기전도성 섬유가 카본 나노 튜브이면 당해 카본 나노 튜브가 가늘고 길기 때문에 이들 상호간의 접촉을 보다 양호하게 확보할 수 있으며 104Ω/□ 이하의 표면 저항을 용이하게 수득할 수 있다.
본 발명의 제2 양태의 터치 패널용 투명 전기전도 성형체는 전기전도층에 포함되는 극세 전기전도성 섬유가 응집되지 않고 분산되어 서로 접촉하고 있으므로 당해 섬유가 응집되지 않고 있는 분량만큼, 극세 전기전도성 섬유가 풀리고 상호간의 충분한 도통을 확보할 수 있다. 따라서 극세 전기전도성 섬유량을 적게 해도 종래와 동일한 전기전도성을 확보할 수 있으며 극세 전기전도성 섬유량이 감소한 분량만큼 투명성을 향상시킬 수 있다. 이와 같이 극세 전기전도성 섬유량을 적게 해도 전기전도층의 표면 저항을 104Ω/□ 이하에서 550nm 파장에서의 광선 투과율을 75% 이상으로 할 수 있으며 또한 색상 및 투명성이 우수한 터치 패널용 투명 전기전도 성형체로 할 수 있다.
본 발명의 제3 양태의 터치 패널용 투명 전기전도 성형체는 전기전도층에 포함되는 극세 전기전도성 섬유가 1개씩 분리된 상태, 또는 복수개 집합하여 다발로 된 것이 한 다발씩 분리된 상태로 분산되어 서로 접촉하고 있으므로 분산된 1개 또는 한 다발의 극세 전기전도성 섬유 상호간의 접촉기회가 많아지며 충분한 도통을 확보할 수 있으며 양호한 전기전도성과 투명성을 수득할 수 있다. 따라서 극세 전기전도성 섬유량을 적게 해도 전기전도층의 표면 저항이 104Ω/□ 이하이며 550nm 파장에서의 광선 투과율이 75% 이상의 성형체로 하는 것이 용이하게 된다.
도 1은 본 발명의 투명한 전기전도층을 갖는 터치 패널용 투명 전기전도 성형체를 사용하는 저항막식 터치 패널의 측면도이다.
도 2는 상기 터치 패널에 사용하는 본 발명의 투명 전기전도 성형체의 한 실시양태를 나타내는 단면도이다.
도 3에서의 (A) 및 (B)는 상기 투명 전기전도 성형체의 전기전도층에서 극세 전기전도성 섬유의 분산 상태를 나타내는 모식 단면도이다.
도 4는 상기 전기전도층을 평면에서 본 극세 전기전도성 섬유의 분산 상태를 나타내는 모식 평면도이다.
부호의 설명
1 터치 패널용 투명 전기전도 성형체
11 투명한 기재
12 투명한 전기전도층
2 도트 스페이서
3 기능층
4 극세 전기전도성 섬유
A 저항막식 터치 패널
[발명을 실시하기 위한 최선의 양태]
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 대표적인 실시양태를 상세하게 기재하지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니다.
도 1에 예시하는 저항막식 터치 패널(A)은 상부 전극(A1)과 하부 전극(A2)으로 이루어진 것이며, 이러한 터치 패널(A)의 하측에는 액정 등의 표시장치(A3)가 배치되어 있다. 상부 전극(A1)은 합성수지 등으로 이루어진 투명 기재(11)의 한 면(하면)에 투명 전기전도층(12)을 형성하는 본 발명의 터치 패널용 투명 전기전도 성형체(1)로 이루어진 것이며, 투명 기재(11)의 반대면(상면)에는 표면 보호를 위한 경질 피복층이나 화면을 보기 쉽게 하는 현기증 방지층 등의 기능층(3)이 설치되어 있다. 또한, 하부 전극(A2)은 유리나 합성수지 등으로 이루어진 투명 기재(11)의 한 면(상면)에 투명 전기전도층(12)을 형성하는 본 발명의 터치 패널용 투명 전기전도 성형체(1)로 이루어진 것으로, 투명 전기전도층(12)의 표면에는 도 트 스페이서(2)가 설치되어 있다. 상부 전극(A1)과 하부 전극(A2)은 이들 투명 전기전도층(12, 12)이 대면하도록 간극을 설치하여 상하에 배치되어 있으며 상부 전극(A1)의 표시면을 펜 등으로 누르면 도트 스페이서(2) 사이에서 극을 마주보고 있는 상부 전극(A1)의 일부와 하부 전극(A2)의 일부가 접촉, 도통해서 신호가 입력되도록 되어 있다.
이러한 저항막식 터치 패널(A)에 사용되고 있는 터치 패널용 투명 전기전도 성형체(1)는 도 2에 확대하여 도시된 바와 같이 합성수지나 유리 등의 투명 기재(11)의 한 면의 표면에 극세 전기전도성 섬유(4)를 포함하는 투명 전기전도층(12)을 적층 형성한 것이다.
또한, 투명 전기전도층(12)은 투명 기재(11)의 양면에 적층 형성할 수 있다.
투명 전기전도 성형체(1)를 구성하는 투명 기재(11)에는 상기와 같이 투명성을 갖는 열가소성 수지, 열이나 자외선이나 전자선이나 방사선 등으로 경화하여 투명성을 갖는 경화성 수지, 또는 유리 등이 사용되고 있다. 투명 열가소성 수지로서는 예를 들면, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 환상 폴리올레핀 등의 올레핀계 수지, 폴리염화비닐, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리스티렌 등의 비닐계 수지, 니트로셀룰로스, 트리아세틸셀룰로스 등의 셀룰로스계 수지, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리사이클로헥산디메틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리알릴레이트, 방향족 폴리에스테르 등의 에스테르계 수지, ABS 수지, 폴리에테르설폰, 폴리에테르에테르케톤, 이들 수지끼리의 공중합체 수지, 이들 수지끼리의 혼합 수지 등이 사용되며, 투명 경화성 수지로서는 예를 들면, 에폭시 수지, 폴리 이미드 수지, 아크릴 수지 등이 사용된다.
상기 수지는 이것을 기재(11)로 할 때의 전체 광선 투과율이 75% 이상, 헤이즈가 4% 이하의 투명성을 갖고 있으며 이중에서도, 80% 이상, 바람직하게는 85% 이상의 전체 광선 투과율과, 4% 이하의 헤이즈를 구비한 투명 기재(11)를 수득할 수 있는 수지가 특히 바람직하게 사용된다. 이러한 수지로서는 환상 폴리올레핀, 폴리염화비닐, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리스티렌, 트리아세틸셀룰로스, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리사이클로헥산디메틸렌테레프탈레이트, 또는 이의 공중합체 수지, 이들의 혼합 수지, 경화형 아크릴 수지가 사용된다. 기타, 유리도 전체 광선 투과율이 95% 이상으로 투명성이 대단히 양호하므로 바람직하게 사용된다.
또한, 상기 합성수지제 투명 기재(11)에는 가소제, 안정제, 자외선 흡수제 등이 적절하게 배합되며, 성형성, 열안정성, 내후성 등이 높아진다.
이들 수지나 유리 중에서 상부 전극(A1)에 사용되는 기재 재질로서는 당해 상부 전극(A1)을 억압하여 입력을 반복하기 위해 가요성을 갖는 것이 바람직하며 상기 재질 중에서도 열가소성 수지, 특히 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 환상 폴리올레핀, 트리아세틸셀룰로스, 폴리메틸메타크릴레이트를 사용하는 것이 바람직하다. 그리고, 이의 두께도 5㎛ 내지 1mm, 바람직하게는 25 내지 500㎛로 하여 가요성을 부여하는 것이 바람직하다.
한편, 하부 전극(A2)은 상부 전극(A1)을 억압하여 입력을 반복할 때에 지지재로서의 작용을 하는 것이 필요하므로 강성을 갖는 것이 바람직하며 상기한 유리, 열가소성 수지, 경화성 수지의 어느 재질의 것이라도 사용할 수 있지만, 이의 두께는 500㎛ 내지 3mm 정도인 것이 바람직하다. 특히 바람직한 재질로서는 유리, 폴리카보네이트, 환상 폴리올레핀, 트리아세틸셀룰로스, 폴리메틸메타크릴레이트 등이 사용된다.
이러한 투명 기재(11)의 한 면에 형성된 전기전도층(12)은 극세 전기전도성 섬유(4)를 포함하는 투명층이며, 이의 표면 저항이 104Ω/□ 이하이며 550nm 파장에서의 광선 투과율이 75% 이상으로 되도록 조정되어 있다. 따라서, 극세 전기전도성 섬유(4)가 응집되지 않고 분산되어 서로 접촉하고 있는 것이 바람직하다. 환언하면 극세 전기전도성 섬유(4)가 교락되지 않고 1개씩 분리된 상태 또는 복수개 집합하여 다발로 된 것이 한 다발씩 분리된 상태로, 분산되어 서로 접촉하도록 이루어지고 있다. 전기전도층(12)이 주로 극세 전기전도성 섬유(4)와 투명한 결합제로 형성되어 있으면 도 3의 (A)에 도시된 바와 같이 극세 전기전도성 섬유(4)는 결합제의 내부에 상기한 분산 상태로 분산되어 서로 접촉되어 있거나, 또는 도 3의 (B)에 도시된 바와 같이 극세 전기전도성 섬유(4)의 일부가 결합제 중에 들어가고 다른 부분이 결합제 표면에서 돌출 내지 노출되어 상기 분산 상태로 분산되어 서로 접촉되어 있거나, 또는 일부의 극세 전기전도성 섬유(4)가 도 3의 (A)와 같이 결합제의 내부에 다른 극세 전기전도성 섬유(4)가 도 3의 (B)와 같이 표면에서 돌출 내지 노출되어 있는 상태로 분산되어 있는 것으로 된다.
이들 극세 전기전도성 섬유(4)의 평면에서 본 분산 상태를 도 4에 모식 개략적으로 도시한다. 이러한 도 4에서 이해되는 바와 같이 극세 전기전도성 섬유(4) 는 다소 굴곡되어 있지만 1개씩 또는 한 다발씩 분리하여, 서로 복잡하게 교락되지 않으며 즉 응집되지 않으며 단순하게 교차된 상태로 전기전도층(12)의 내부 또는 표면에 분산되어, 각각의 교점에서 접촉하고 있다.
이와 같이 분산되어 있으면 응집되어 있는 경우와 비교하여, 극세 전기전도성 섬유(4)가 풀려 광범위하게 존재하게 되므로 이들 섬유끼리 접촉하는 기회가 현저하게 증가하며, 그 결과, 도통하여 전기전도성을 현저하게 높일 수 있다. 종래의 카본 나노 튜브를 사용하는 특허 문헌(일본 공개특허공보 2000-26760호)와 동일한 103Ω/□정도의 전기전도성을 얻기 위해서는 접촉점(도통의 밀도)를 종래의 것과 동일하게 하면 양호하므로 상기 분산 상태로 하는 것으로 극세 전기전도성 섬유(4)의 양을 감소시켜도 동일한 접촉 기회를 얻을 수 있으며, 그 만큼 극세 전기전도성 섬유(4)의 양을 적게 할 수 있는 것이다. 그 결과, 투명성을 억제하는 극세 전기전도성 섬유(4)의 양이 적어진 분량만큼 투명성이 향상되며 또한, 전기전도층(12)을 얇게 할 수 있으며 한층 더 투명성을 향상시킬 수 있다.
또한, 극세 전기전도성 섬유(4)는 완전하게 1개씩 또는 한 다발씩 분리하여 분산되어 있을 필요는 없으며 일부에 교락된 작은 응집괴가 있어도 좋지만, 이의 크기는 평균 직경이 0.5㎛ 이상이 아닌 것이 바람직하다.
한편, 종래와 동일한 양의 극세 전기전도성 섬유(4)를 전기전도층(12)에 포함시키면 상기 분산 상태로 하는 것으로, 섬유끼리 접촉기회를 종래보다 많게 할 수 있다. 따라서 전기전도성을 현저하게 향상시킬 수 있으므로 104Ω/□ 이하의 전 기전도성을 용이하게 얻을 수 있다.
또한, 극세 전기전도성 섬유(4)를 전기전도층(12)에 포함시켜 당해 전기전도층(12)의 두께를 5 내지 500nm으로 얇게 하면 두께 방향으로 분산되는 극세 전기전도성 섬유(4)를 농축할 수 있으며 이들 상호간의 접촉하는 기회가 증가되므로 한층 더 전기전도성을 높일 수 있게 된다. 따라서, 전기전도층(12)의 두께를 상기한 범위에서 얇게 하는 것이 바람직하며 보다 바람직하게는 10 내지 400nm으로 하는 것이 바람직하다.
이와 같이 극세 전기전도성 섬유(4)가 전기전도층(12) 내에서 다소 굴곡되어 있지만 1개씩 또는 한 다발씩 분리하며, 서로 복잡하게 교락되지 않고 즉, 응집되지 않고 분산된 상태로 접촉하고 있으면 당해 전기전도층(12)을 굴곡시켜도, 극세 전기전도성 섬유(4)가 신장되어 절단되거나 또는 어긋나거나 하는 것이 거의 없다. 따라서 펜 입력 등에 의한 가압으로 당해 전기전도층(12)에 균열이나 박리를 발생시키는 경우가 없으며 표면 저항이 증대되거나, 단선을 발생시키는 경우가 없는 신뢰성, 내구성이 우수한 터치 패널용 투명 전기전도 성형체(1)로 된다. 하기 실시예로부터 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 터치 패널용 투명 전기전도 성형체(1)는 곡률 반경 3mm에서 굴곡시켜도, 이의 표면 저항은 원래의 성형체의 1.3배 이하밖에 증가되지 않으며, 곡률 반경 1mm에서 굴곡시켜도 1.4배 이하밖에 증가되지 않는 것이 확인되어 있다.
전기전도층(12)에 사용되는 극세 전기전도성 섬유(4)로서는 카본 나노 튜브나 카본 나노 호른, 카본 나노 와이어, 카본 나노 섬유, 그래파이트 피브릴 등의 극세 길이 탄소 섬유, 백금, 금, 은, 니켈, 실리콘 등의 금속 나노 튜브, 나노 와이어 등의 극세 길이 금속섬유, 산화아연 등의 금속 산화물 나노 튜브, 나노 와이어 등의 극세 길이 금속 산화물 섬유 등의 직경이 0.3 내지 100nm에서 길이가 0.1 내지 20㎛, 바람직하게는 길이가 O.1 내지 10㎛인 극세 전기전도성 섬유가 바람직하게 사용된다. 이들 극세 전기전도성 섬유(4)는 응집되지 않고 1개씩 또는 한 다발씩 분산됨으로써 당해 전기전도층(12)의 표면 저항이 104Ω/□ 이하이며 이의 550nm 파장에서의 광선 투과율이 75% 이상인 것이 수득된다.
이들 극세 전기전도성 섬유(4) 중에서도, 카본 나노 튜브는 직경이 매우 미세하며 0.3 내지 80nm이므로 1개 또는 한 다발씩 분산하는 것으로 당해 카본 나노 튜브가 광투과를 억제하는 것이 적어지며 보다 투명한 전기전도층(12)을 수득하는 데에 특히 바람직하다.
이들 극세 전기전도성 섬유(4)는 전기전도층(12)의 내부 또는 표면에 응집되지 않으며 1개씩 되어 있는 상태 또는 복수개가 다발로 된 상태에서 분산되며 서로 접촉하여 도통성을 확보하고 있다. 따라서 극세 전기전도성 섬유(4)를 전기전도층(12)에 1 내지 450mg/m2의 단위면적당 중량으로 포함시킴으로써 이의 표면 저항을 104Ω/□ 이하, 특히 10o 내지 104Ω/□의 범위 내에서 자유롭게 조정할 수 있다. 당해 단위면적당 중량은 전기전도층(12)의 표면을 전자현미경으로 관찰하여, 표면 면적에 차지하는 극세 전기전도성 섬유(4)의 면적 비율을 측정하고, 여기에 두께와 극세 전기전도성 섬유(4)의 비중(극세 전기전도성 섬유가 카본 나노 튜브인 경우에는 그래파이트의 문헌치 2.1 내지 2.3의 평균치 2.2를 채용)을 거는 것으로 계산한 값이다.
여기서, "응집을 하지 않는다"란, 상기와 같이 전기전도층(12)을 광학현미경으로 관찰하여 응집되어 있는 덩어리가 있는 경우라도, 이의 장직경과 단직경을 측정하였을 때 평균치 0.5㎛ 이상의 덩어리가 없는 경우를 의미하는 용어이다.
상기 카본 나노 튜브에는 중심축선의 주위에 직경이 상이한 복수의 원통상으로 폐쇄된 카본벽을 동심적으로 구비한 다층 카본 나노 튜브 또는 중심축선의 주위에 단독의 원통상으로 폐쇄된 카본벽을 구비한 단층 카본 나노 튜브가 있다.
전자의 다층 카본 나노 튜브는 중심축선의 주위에 다층으로 중첩되어 구성된 것과 소용돌이 모양으로 다층으로 형성된 것이 있다. 이중에서도 바람직한 다층 카본 나노 튜브는 2 내지 30층, 보다 바람직하게는 2 내지 15층 중첩된 것이다. 당해 다층 카본 나노 튜브는 1개씩 분리된 상태로 분산되어 있는 것이 대부분이지만, 2 내지 3층 카본 나노 튜브는 다발로 분산되어 있는 경우에도 있다.
한편, 후자의 단층 카본 나노 튜브는 중심축선의 주위에 원통상으로 폐쇄된 단층의 튜브이다. 이러한 단층 카본 나노 튜브는 통상적으로 2개 이상이 다발로 된 상태로 존재하며, 이의 다발이 한 다발씩 분리되어, 다발끼리 복잡하게 교락되지 않고 응집되지 않으며 단순하게 교차된 상태로 전기전도층의 내부 또는 표면에 분산되어, 각각의 교점에서 접촉하고 있다. 그리고, 바람직하게는 10 내지 50개의 단층 카본 나노 튜브가 집합하여 다발로 된 것이 사용된다. 또한, 1개씩 분리된 상태로 분산되어 있는 경우도 당연히 본 발명에 포함된다.
상기와 같이 극세 전기전도성 섬유(4)가 교락되지 않고 응집되지 않으며 전기전도층(12) 중에 분산되어 서로 접촉하면 전기전도층(12)의 두께를 얇게 해도, 카본 나노 튜브 상호간의 충분한 도통이 확보되므로 극세 전기전도성 섬유(4)의 단위면적당 중량을 1 내지 450mg/m2로 하고, 전기전도층(12)의 두께를 5 내지 500nm으로 얇게 해도, 카본 나노 튜브가 풀려 있으므로 상호간의 충분한 도통이 확보되어, 표면 저항을 104Ω/□ 이하로 하는 것이 용이하고, 양호한 전기전도성을 발휘한다. 그리고, 극세 전기전도성 섬유(4)가 풀려 응집괴가 없어지며 광투과를 억제하지 않으므로 투명성이 양호하게 되는 동시에 전기전도층(12)의 두께를 얇게 하여 카본 나노 튜브의 단위면적당 중량을 적게 한 분량 만큼 투명성이 향상하게 된다.
극세 전기전도성 섬유(4)를 다량으로 전기전도층(12) 내에 함유하며, 보다 양호한 전기전도성 및 투명성을 발현시키는 데는 극세 전기전도성 섬유(4)의 분산성을 높인 다음, 제작한 도포액의 점도를 내려서 도포액의 균전성을 향상시키고, 얇은 전기전도층을 형성하는 것이 중요하며, 이를 위하여는 분산제를 병용하는 것이 중요하다. 이러한 분산제로서는 산성 중합체의 알킬암모늄염 용액이나 3급 아민 개질 아크릴 공중합물이나 폴리옥시에틸렌-폴리옥시프로필렌 공중합물 등의 고분자계 분산제, 커플링제 등이 바람직하게 사용된다.
전기전도층(12)에 사용되는 결합제로서는 투명한 열가소성 수지, 특히 폴리염화비닐, 염화비닐-아세트산비닐 공중합체, 폴리메틸메타크릴레이트, 니트로셀룰로스, 염소화 폴리에틸렌, 염소화 폴리프로필렌, 플루오르화비닐리덴 등의 불소 수지, 또한 열이나 자외선이나 전자선이나 방사선등으로 경화되는 투명한 경화성 수지, 특히 멜라민아크릴레이트, 우레탄아크릴레이트, 에폭시 수지, 폴리이미드 수지, 아크릴 변성 실리케이트 등의 실리콘 수지 등이 사용되며, 이들 결합제와 극세 전기전도성 섬유(4)로 이루어진 전기전도층(12)이 투명층으로 되도록 한다. 또한, 이들 결합제에는 콜로이드성 실리카와 같은 무기재를 첨가할 수 있다. 기재(11)가 투명한 열가소성 수지로 형성되어 있으면 이와 동종의 투명한 열가소성 수지, 또는 상용성이 있는 이종의 투명한 열가소성 수지가 상호간의 적층성이 우수하며 바람직하게 사용된다. 또한, 결합제로서 경화성 수지나 콜로이드성 실리카를 함유하는 결합제를 사용하면 내살상성, 내마모성 등이 우수한 터치 패널용 투명 전기전도 성형체(1)를 수득할 수 있으며 펜 입력 등에 의한 마찰 상처 등을 발생시키는 경우가 적어지며 표면 저항의 증대가 없는 내구성이 높은 성형체로 할 수 있게 될 뿐만 아니라 터치 패널 가공시의 취급도 용이해진다. 이러한 결합제는 전기전도층(12)에는 반드시 필요하지 않지만, 표면 저항을 유지하는 데에 바람직하게 사용된다.
상기한 바와 같이 전기전도층(12)에서 극세 전기전도성 섬유(4)의 단위면적당 중량을 1 내지 450mg/m2로 하며, 전기전도층(12)의 두께를 5 내지 500nm으로 얇게 하여, 극세 전기전도성 섬유(4)를 응집되지 않고 1개씩 또는 한 다발씩 분산시킨 것으로, 표면 저항이 104Ω/□ 이하의 양호한 전기전도성 및 550nm 파장에서의 광선 투과율이 75% 이상의 투명성이 발현된다. 보다 바람직한 극세 전기전도성 섬유(4)의 단위면적당 중량은 3 내지 400mg/m2, 전기전도층(12)의 두께는 10 내지 400nm이다.
또한, 이러한 전기전도층(12)에는 자외선 흡수제, 표면 개질제, 안정제 등의 첨가제를 적절하게 가하여, 내후성, 기타 물성을 향상시킬 수 있다. 또한, 카본 나노 튜브 이외에 전기전도성 금속 산화물의 분말을 30 내지 50질량% 정도 함유시킬 수 있다.
전기전도층(12)은 극세 전기전도성 섬유(4)가 상기와 같이 분산되어 색상에 영향을 별로 주지 않으므로 황색상이나 청색상 등에 치우치는 경우가 없이 대략 무색 투명할 수 있다. 따라서 전기전도층(12)을 투명 기재(11)의 한 면에 형성한 투명 전기전도 성형체(1)는 JIS Z8729에 규정된 L*a*b* 표색계의 투과 색상 a* 및 b*가 하기하는 실시예로부터 알 수 있는 바와 같이 모두 -2.5 내지 2.5의 범위로 되며, 황색상이나 청색상 등에 치우치는 경우가 없는 대략 무색의 투명성을 유지하고 있다. 따라서, 하부 전극(A2)의 하측에 배치한 표시장치(A3)로 표시되는 표시 색상을 변경할 수 없으므로 터치 패널 표시장치(A3)의 표시 색상을 정확하게 표현할 수 있다. 또한, JIS K7103에 근거하는 투명 전기전도 성형체(1)의 황색도(YI)도 4.5이하로 되며, 황변되지 않은 성형체로 된다. 바람직하게는 a*가 -1 내지 1, b*가 -2.5 내지 2.5, YI가 4.5이하로 되도록 동시에 만족시킨 성형체(1)이 바람직하다. 또한, L*, a*, b*는 JIS Z8722에 기초하여 측정된다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이 외표면에 경질 피복층으로 이루어진 기능층(3)이 형성되어 있으면 당해 기능층(3)에서 마찰 상처 등을 방지할 수 있으며 터치 패널(A)을 손가락으로 가압해도 상부 전극(A1)의 투명성을 유지할 수 있으므로 바람직하게 사용된다. 또한, 이러한 기능층(3)을 반드시 형성할 필요는 없다.
이상과 같은 터치 패널용 투명 전기전도 성형체는 예를 들면, 다음 방법으로 효율적으로 양산할 수 있다. 제1 방법은 전기전도층 형성용의 결합제를 휘발성 용제에 용해한 용액에 극세 전기전도성 섬유(4)를 균일하게 분산시켜 도포액을 조제하며, 이러한 도포액을 기재(11)의 한 면에 도포, 고화시키고 전기전도층(12)을 형성함으로써 터치 패널용 투명 전기전도 성형체(1)를 제조하는 방법이다.
제2 방법은 기재(11)와 동종의 열가소성 수지 필름 또는 상용성이 있는 이종(異種)의 열가소성 수지 필름의 한 면에 상기 도포액을 도포, 고화시켜 전기전도층(12)을 형성한 전기전도성 필름을 제작하며, 이러한 전기전도성 필름을 기재(11)의 한 면에 중첩하여 열 프레스나 롤 프레스로 열압착함으로써 터치 패널용 투명 전기전도 성형체(1)를 제조하는 방법이다.
또한 다른 방법은 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등의 박리 필름에 상기 도포액을 도포, 고화시켜 전기전도층(12)을 형성하며, 필요하면 다시 접착층을 형성하여 전사 필름을 제작하여, 이러한 전사 필름을 기재(11)의 한 면에 중첩하여 압착하여 전기전도층(12) 또는 접착층과 전기전도층(12)을 전사함으로써 터치 패널용 투명 전기전도 성형체(1)를 제조하는 방법이다.
또한, 기타 공지된 제법에 따라서도 제조되는 것은 말할 필요도 없다.
이와 같이 수득된 투명 전기전도 성형체(1)는 표면 저항이 104Ω/□ 이하로 되며, 터치 패널용 전극으로서 충분한 표면 저항을 갖고 있으며 전기전도층(12)의 550nm 파장에서의 광선 투과율이 75% 이상, 투명 전기전도 성형체(1)의 전체 광선 투과율이 70% 이상, 헤이즈가 4% 이하이며 당해 성형체(1)의 L*a*b* 표색계에서의 투과 색상 a* 및 b*가 모두 -2.5 내지 2.5의 범위이므로 투과하는 빛의 색상을 바꾸는 경우가 없으며 터치 패널 표시장치의 표시 색상을 정확하게 표현할 수 있다.
상기 실시양태에서는 상부 전극(A1)과 하부 전극(A2)에 모두 본 발명의 투명 전기전도 성형체(1)를 사용했지만, 상부 전극(A1)에 본 발명 성형체를 사용하며, 하부 전극(A2)에 ITO로 이루어진 투명 전기전도층을 형성한 성형체(예: ITO 전기전도층 부착 유리)를 사용하거나, 상부 전극(A1)에 ITO로 이루어진 투명 전기전도층을 형성한 성형체(예: ITO 전기전도층 부착 필름)을 사용하여 하부 전극(A2)에 본 발명 성형체를 사용할 수 있다. 또한, 하부 전극(A2)으로서, 유리나 수지제 지지 부재 위에 본 발명 투명 전기전도 성형체를 적재하여 사용할 수 있다.
다음에 본 발명의 보다 구체적인 실시예를 열거한다.
[실시예 1]
용매로서 이소프로필 알콜/물 혼합물(혼합비 3:1) 중에 단층 카본 나노 튜 브[문헌 Chemical Physics Letters, 323(2000) P580-585에 근거하여 합성한 물질, 직경 1.3 내지 1.8nm]와 분산제로서 폴리옥시에틸렌-폴리옥시프로필렌 공중합물을 가하여 균일하게 혼합, 분산시키고 단층 카본 나노 튜브를 O.003질량%, 분산제를 0.05질량% 함유하는 도포액을 조정한다.
이러한 도포액을, 시판하는 두께 10O㎛의 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름(전체 광선 투과율 94.5%, 헤이즈 1.5%)의 표면에 도포하여 건조한 다음, 다시 메틸 이소부틸 케톤으로 600분의 1로 희석한 열경화성의 우레탄아크릴레이트 용액을 도포하여 건조함으로써 전기전도층을 형성하며, 전기전도성 투명 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름을 수득한다.
이러한 전기전도성 투명 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름의 표면 저항을 미쓰비시가가쿠사제의 로레스타 EP에서 측정한 바, 표 1에 기재된 바와 같이 표면 저항이 약 3.63 ×102Ω/□이다.
또한, 이러한 전기전도성 필름의 전체 광선 투과율과 헤이즈를 ASTM D1003에 준거하여, 스가시켄키사제의 직독 헤이즈 컴퓨터 HGM-2DP로 측정한 바, 표 1에 기재된 바와 같이 전체 광선 투과율이 82.0%, 헤이즈가 2.5%이다.
또한, 이러한 전기전도성 필름에서 전기전도층의 550nm 파장에서의 광선 투과율을 시마쓰세이사쿠쇼제 시마쓰 자기분광 광도계 UV-3100PC를 사용하여, 전기전도성 필름과 원래의 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름과의 550nm 파장에서 광선 투과율의 차이를 측정하며, 전기전도층의 광선 투과율로 한다. 이러한 광선 투과율은 표 1에 기재된 바와 같이 87.2%이다.
또한, 이러한 전기전도성 필름에서 전기전도층의 단층 카본 나노 튜브의 단위면적당 중량을 측정한 바, 94mg/m2이다.
또한, 이러한 전기전도성 필름에서 전기전도층을 광학현미경으로 관찰한 바, 0.5㎛ 이상의 응집괴는 존재하지 않으며 단층 카본 나노 튜브의 분산이 충분하게 실시되고 있다. 그리고, 다수의 카본 나노 튜브가 한 다발씩 분리된 상태로 균일하게 분산되어, 단순하게 교차된 상태로 접촉하고 있는 것을 알았다.
또한, 이러한 전기전도성 필름의 색상을 조사하기 위해 JIS Z8722에 근거하는 니혼덴쇼쿠고교가부시키가이샤제의 색차계 ZE-2000을 사용하여, 전기전도성 필름의 투과 색상을 측정한다. 표 1에 기재된 바와 같이 이러한 전기전도성 필름은 L*: 90.48, a*: -0.29, b*: 2.14, YI: 4.30이다.
또한, 이러한 전기전도성 필름을 굴곡시킬 때의 표면 저항의 변화를 조사하기 위해 필름을 소정 반경의 와이어 또는 원통에 따라 1분 동안 유지한 후, 부합된 부분을 포함한 표면 저항을 측정한다. 이를 굴곡시키기 전의 표면 저항을 1(100%)로 할 때의 표면 저항의 증대율을 표 1에 기재한다.
[실시예 2]
실시예 1에서 사용하는 도포액을 실시예 1에서 사용하는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름의 표면에 도포하여 건조함으로써 전기전도층을 형성하며, 당해 전기전도층 중의 카본 나노 튜브의 단위면적당 중량이 50mg/m2인 전기전도성 투명 폴리 에틸렌 테레프탈레이트 필름을 수득한다.
이러한 전기전도성 투명 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름의 표면 저항을 실시예 1과 동일하게 하여 측정한 바, 표 1에 병기한 바와 같이 표면 저항이 9.55 ×102Ω/□이다.
또한, 이러한 전기전도성 필름의 전체 광선 투과율과 헤이즈를 실시예 1과 동일하게 하여 측정한 바, 표 1에 병기한 바와 같이 전체 광선 투과율이 87.9%, 헤이즈가 2.5%이다.
또한, 이러한 전기전도성 필름에서 전기전도층의 550nm 파장에서의 광선 투과율을 실시예 1과 동일하게 하여 측정한 바, 표 1에 병기한 바와 같이 93.0%이다.
[실시예 3]
실시예 1에서 사용하는 도포액을 실시예 1에서 사용하는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름의 표면에 도포하여 건조함으로써 전기전도층을 형성하여, 당해 전기전도층 중의 카본 나노 튜브의 단위면적당 중량이 47mg/m2인 전기전도성 투명 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름을 수득한다.
이러한 전기전도성 투명 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름의 표면 저항을 실시예 1과 동일하게 하여 측정한 바, 표 1에 병기한 바와 같이 표면 저항이 13.96 ×102Ω/□이다.
또한, 이러한 전기전도성 필름의 전체 광선 투과율과 헤이즈를 실시예 1과 동일하게 하여 측정한 바, 표 1에 병기한 바와 같이 전체 광선 투과율이 90.1%, 헤이즈가 2.0%이다.
또한, 이러한 전기전도성 필름에서 전기전도층의 550nm 파장에서의 광선 투과율을 실시예 1과 동일하게 하여 측정한 바, 표 1에 병기한 바와 같이 95.6%이다.
또한, JIS L0849에 근거하는 학진형(學振型) 염색물 마찰 견뢰도(堅牢度) 시험기 NR-100형(다이에이가가쿠세이키세이사쿠쇼사제)을 사용하여, 마모용 헤드(카나킨 3호 면포 권취)를 50Og/cm2로 250왕복(500회) 마찰한 후의 내마모면의 표면 저항을 측정한 바, 표 1에 병기한 바와 같이 7.6 ×103Ω/□이다.
[비교예 1]
시판하고 있는 도요보세키가부시키가이샤제의 ITO 필름 「투명 전기전도성 필름 400R」을 사용하여, 표면 저항, 전체 광선 투과율과 헤이즈, 색상, 굴곡시킬 때의 표면 저항의 변화, 또한 내마모 시험 후의 표면 저항을 실시예 1과 동일하게 하여 측정하며, 그 결과를 표 1에 병기한다.
Figure 112006075565110-pct00001
표 1에서 알 수 있는 바와 같이 실시예 1 내지 3은 표면 저항이 363 내지 1396Ω/□이며, 비교예 1의 ITO 필름과 동일한 정도의 저항을 가지며 터치 패널용 전극으로서 필요한 표면 저항을 갖고 있는 것을 알았다. 또한, 내마모 시험 후의 표면 저항이 7610Ω/□로서 시험 전의 약 5배밖에 상승하지 않으며 필요한 표면 저항을 유지하고 있으며 펜 입력 등으로 투명 전기전도층에 가압을 반복해도, 터치 패널용 전극으로서의 기능을 갖는 것을 알았다. 이에 대해 비교예 1의 ITO 필름은 13870Ω/□로서 시험 전의 약 30배나 상승하여, 펜 입력 등의 가압을 계속하면 터치 패널용 전극으로서의 기능이 없어지는 것으로 추정된다.
또한, 실시예 1의 색상은 a*가 -0.29, b*가 2.14로서 모두 -2.5 내지 2.5의 범위로 되어 있으며 황색상이나 청색상 등에 치우치는 경우가 없는 대략 무색의 색상인 것을 나타내고 있지만, 비교예 1은 b*가 2.82로서 크며, 황색을 나타내고 있는 것을 알았다. 따라서 실시예 1의 필름을 터치 패널용 전극으로서 사용하면 이의 하측에 있는 표시체의 표시 색상이 그대로의 색상으로 볼 수 있지만, 비교예 1의 필름을 사용하면 황색을 띠고 표시되는 것으로 되며, 이것을 없애는 데는 색깔을 보정하는 별도의 필름을 필요로 하는 것으로 된다.
또한, 실시예 1, 2의 전기전도성 필름은 부합되는 와이어의 반경이 3mm, 또한 1mm의 경우에도, 시험 후의 표면 저항의 증가는 시험 전의 1.3배 이하인 것을 알았다. 이러한 점에서 실시예 1, 2의 전기전도성 필름은 펜 등으로 강하게 눌러도 표면 저항의 증가가 작고 터치 패널용 전극으로서의 기능을 유지할 수 있다. 그러나, 비교예 1의 ITO 필름은 와이어의 반경이 5mm 이상이면 시험 전의 1.1배 이하의 표면 저항의 증가이지만, 반경이 3mm로 되면 시험 후의 표면 저항의 증가가 시험 전의 3배 이상으로 되며, 1mm로 되면 시험 전의 2700배 이상으로 되는 것이 확인되며, 펜 등으로 강하게 누른 경우에는 표면 저항이 너무 높아져서 터치 패널용 전극으로서의 기능을 유지할 수 없게 될 우려가 있는 것을 알았다.
본 발명의 투명 전기전도 성형체는 투명성이 높으며 착색이 적고, 내마모성, 내굴곡성이 우수한 투명 전기전도층을 가지므로 예를 들면, 전자수첩, 휴대 정보 단말, 휴대용 게임기, 카 네비게이션, 퍼스널 컴퓨터, 철도의 차표 자동판매기 등에 대한 데이터 입력을 하는 터치 패널에 바람직하게 이용된다.

Claims (17)

  1. 삭제
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  6. 투명한 기재의 한 면 이상에 단층 카본 나노 튜브를 포함하는 투명한 전기 전도층이 형성되어 있으며, 전기전도층의 표면 저항이 104Ω/□이하이며 550nm 파장에서의 광선 투과율이 75% 이상임을 특징으로 하는 터치 패널용 투명 전기전도 성형체.
  7. 투명한 기재의 한 면 이상에 2 내지 3층 카본 나노 튜브를 포함하는 투명한 전기 전도층이 형성되어 있으며, 전기전도층의 표면 저항이 104Ω/□이하이며 550nm 파장에서의 광선 투과율이 75% 이상임을 특징으로 하는 터치 패널용 투명 전기전도 성형체.
  8. 삭제
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  11. 삭제
  12. 제6항 또는 제7항에 따르는 투명 전기전도 성형체를 전극으로서 사용함을 특징으로 하는 터치 패널.
  13. 제6항 또는 제7항에 있어서, 투명 전기전도 성형체의 JIS Z8729에 규정된 L*a*b* 표색계에서의 투과 색상 a* 및 b*가 모두 -2.5 내지 2.5의 범위임을 특징으로 하는 터치 패널용 투명 전기전도 성형체.
  14. 제6항 또는 제7항에 있어서, 전기전도층 중에 카본 나노 튜브를 1 내지 450mg/㎡의 단위면적당 중량으로 포함함을 특징으로 하는 터치 패널용 투명 전기전도 성형체.
  15. 제14항에 있어서, 전기전도층 중에 분산제를 포함함을 특징으로 하는 터치 패널용 투명 전기전도 성형체.
  16. 제14항에 있어서, 전기전도층 중에 결합제를 포함함을 특징으로 하는 터치 패널용 투명 전기전도 성형체.
  17. 제13항에 있어서, 전기전도층이 곡률 반경 3mm에서 굴곡된 후의 표면 저항의 증가가 1.3배 이하임을 특징으로 하는 터치 패널용 투명 전기전도 성형체.
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