TWI787537B - 導電性膜、及使用其之導電性膜捲筒、電子紙、觸控面板及平面顯示器 - Google Patents
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Abstract
本發明之目的在於,提供一種既藉由將金屬細線細線化而提高了透明性,又進一步提高了機械特性、電氣特性、光學特性中至少任一者的導電性膜、及使用其之導電性膜捲筒、電子紙、觸控面板及平面顯示器。
本發明之導電性膜具有透明基材及導電部,該導電部由配設於該透明基材之單面或雙面之金屬細線圖案構成;且上述金屬細線圖案由金屬細線構成,該金屬細線除了導電性金屬原子M以外,亦包含矽原子Si、氧原子O、碳原子C中至少任一種原子,於與上述金屬細線之延伸方向正交之上述金屬細線之截面的STEM-EDX分析中,將上述金屬細線之最大厚度設為T時,上述金屬細線於厚度方向上,以特定比率含有上述矽原子Si、上述氧原子O、上述碳原子C中至少任一者。
Description
本發明係關於一種導電性膜、及使用其之導電性膜捲筒、電子紙、觸控面板及平面顯示器。
先前,於電子紙、觸控面板及平面顯示器等電子元件中,使用採用氧化銦錫(以下,亦稱為「ITO」)之透明之導電性膜。今後,為了進一步提高電子元件之附加價值,較重要為增大面積、提高回應性、使其具備柔性。因此,要求用於其之導電性膜一面維持較高之透過率,一面提高導電性與可撓性。
ITO由於材料固有之導電率較低,因而要想顯現出較高之導電性,則需使其厚膜化,隨之透過率會降低。又,若厚膜化,則容易因彎曲、撓曲或屈曲等變形而產生龜裂,因此於使用ITO之導電性膜中,難以同時顯現出較高之透過率、導電性、可撓性。
因而,傾注精力進行取代ITO之導電性膜之研究開發,其中具有圖案化於透明基材上之金屬細線之導電性膜備受關注。相較於作為氧化物之ITO,金屬細線之導電率更高,使用其之導電性膜有望展現更高之導電性。又,金屬細線之延伸性亦更高,使用其之導電性膜之導電性與可撓性優異。
又,與ITO不同,金屬細線不透明,但藉由使金屬細線之線寬細線化至例如5 μm以下,能實現較低之視認性與較高之透過率。關於該點,於非專利文獻1中,揭示有一種藉由印刷於塑料基板上製作出最小線寬為0.8 μm之金屬細線之技術。
另一方面,於使用金屬細線之導電性膜中,存在如下問題:因操作或元件安裝中之彎曲、撓曲、屈曲等變形,而發生金屬細線自透明基材剝離之狀況,從而導致導電性易於降低。針對此種問題,作為提供具有與基板之密接性良好之金屬細線圖案之透明電極的方法,已知有如下方法:於透明樹脂基板與金屬細線圖案之間形成多孔質層,於金屬細線圖案上形成透明導電性保護層(例如,參照專利文獻1)。
又,於專利文獻2中,揭示有如下方案:使以銅為主成分之金屬配線含有矽等第2金屬元素,銅與第2金屬元素之合金會於金屬配線之界面形成金屬氧化膜,藉此與作為保護膜之有機膜之密接性提高,從而能提高可靠性。
[先前技術文獻]
[非專利文獻]
[非專利文獻1]Nature Communications 7,Article number:11402
[專利文獻]
[專利文獻1]國際公開第2014/034920號
[專利文獻2]國際公開第2015/046261號
[發明所欲解決之問題]
然而,金屬細線不透明,因此僅藉由將金屬細線細線化難以解決透明性降低之問題。又,如非專利文獻1所述,於僅進行金屬細線之細線化之情形時,隨著細線化,導電性會降低。因此,要想一面顯現較高之透過性一面提高導電性,尚有改善之餘地。
又,若進行金屬細線之細線化,則有因彎曲、撓曲或屈曲等變形而導致金屬細線容易發生斷線之問題。例如,專利文獻1中研究之金屬細線之線寬為10 μm以上。根據本發明人等之研究可知,例如,於使用線寬為5 μm以下之金屬細線,以欲提高導電性膜所要求之透明性之情形時,即便使用如專利文獻1中所記載之多孔質層,對因導電性膜之彎曲、撓曲或屈曲等變形而導致的金屬細線自透明基材之剝離之抑制效果亦不充分。
推測其原因在於,例如,於線寬為5 μm以下之金屬細線中,導電性油墨向多孔質層之滲透量較少,又,金屬細線與透明性基板之接觸面積亦較少,因此即便為如專利文獻1般之構成,亦無法確保金屬細線與透明性基板具有充分之密接性。
又,專利文獻2針對作為覆蓋金屬細線之保護膜之有機膜與金屬細線之密接性的提高進行了闡述,但於提高透明導電膜所要求之機械特性、電氣特性、光學特性等之點上,尚有餘地。
本發明係鑒於上述問題而完成者,其目的在於,提供一種既藉由將金屬細線細線化而提高了透明性,又進一步提高了機械特性、電氣特性、光學特性中至少任一者的導電性膜、及使用其之導電性膜捲筒、電子紙、觸控面板及平面顯示器。
[解決問題之技術手段]
本發明人等為了解決上述問題進行了銳意研究。結果發現,於具有金屬細線之導電性膜中,藉由在金屬細線中相對於導電性金屬原子M含有特定量之矽原子Si,能解決上述問題,從而完成了本發明之第1實施形態。
即,本發明之第1實施形態如下所述。
〔1〕
一種導電性膜,其具有透明基材及導電部,該導電部由配設於該透明基材之單面或雙面之金屬細線圖案構成;且
上述金屬細線圖案由金屬細線構成,
該金屬細線包含導電性金屬原子M與矽原子Si,
於與上述金屬細線之延伸方向正交之上述金屬細線之截面的STEM-EDX分析中,將上述金屬細線之最大厚度設為T時,上述透明基材側之上述金屬細線界面至0.10T~0.90T之厚度區域內,上述矽原子Si相對於上述導電性金屬原子M之原子百分比Si/M0.10 ~ 0.90
為0.001以上0.070以下。
〔2〕
如〔1〕之導電性膜,其中上述透明基材側之上述金屬細線界面至0.10T~0.25T之厚度區域內之原子百分比Si/M0.10 ~ 0.25
為0.001以上0.070以下。
〔3〕
如〔1〕或〔2〕之導電性膜,其中上述透明基材側之上述金屬細線界面至0.75T~0.90T之厚度區域內之原子百分比Si/M0.75 ~ 0.90
為0.001以上0.070以下。
〔4〕
如〔1〕至〔3〕中任一項之導電性膜,其中上述導電性金屬原子M包含選自由金、銀、銅及鋁所組成之群中之至少一種以上金屬元素。
〔5〕
如〔1〕至〔4〕中任一項之導電性膜,其中上述金屬細線之線寬為0.1 μm以上5.0 μm以下。
〔6〕
如〔1〕至〔5〕中任一項之導電性膜,其中上述金屬細線之縱橫比為0.05以上1.00以下。
〔7〕
如〔1〕至〔6〕中任一項之導電性膜,其中上述導電性膜之薄片電阻為0.1 Ω/sq以上1,000 Ω/sq以下。
〔8〕
如〔1〕至〔7〕中任一項之導電性膜,其中上述導電性膜之可見光透過率為80%以上100%以下。
〔9〕
如〔1〕至〔8〕中任一項之導電性膜,其中上述導電性膜之霧度為0.01%以上5.00%以下。
〔10〕
如〔1〕至〔9〕中任一項之導電性膜,其中上述金屬細線圖案之開口率為80%以上且未達100%。
〔11〕
如〔1〕至〔10〕中任一項之導電性膜,其中上述金屬細線圖案為網格圖案。
〔12〕
如〔1〕至〔10〕中任一項之導電性膜,其中上述金屬細線圖案為線圖案。
〔13〕
如〔1〕至〔12〕中任一項之導電性膜,其中於上述透明基材與上述導電部之間具有中間層。
〔14〕
如〔13〕之導電性膜,其中上述中間層包含選自由氧化矽、氮化矽、氧化鋁及氟化鎂所組成之群中之至少一種。
〔15〕
一種導電性膜捲筒,其由如〔1〕至〔14〕中任一項之導電性膜捲繞而成。
〔16〕
一種電子紙,其具備如〔1〕至〔14〕中任一項之導電性膜。
〔17〕
一種觸控面板,其具備如〔1〕至〔14〕中任一項之導電性膜。
〔18〕
一種平面顯示器,其具備如〔1〕至〔14〕中任一項之導電性膜。
本發明人等為了解決上述問題進行了銳意研究並反覆開展了實驗,結果發現,藉由調整金屬細線之組成,而調整金屬細線之折射率,藉此使透明基材與金屬細線之折射率接近,由此透明性進一步提高,從而完成了本發明之第2實施形態。
即,本發明之第2實施形態如下所述。
〔1〕
一種導電性膜,其具有透明基材及導電部,該導電部由配設於該透明基材之單面或雙面之金屬細線圖案構成;且
上述金屬細線圖案由金屬細線構成,
該金屬細線包含導電性金屬原子M與氧原子O,
於與上述金屬細線之延伸方向正交之上述金屬細線之截面的STEM-EDX分析中,將上述金屬細線之厚度設為T時,上述透明基材側之金屬細線界面至0.10T~0.90T之厚度區域內,上述氧原子O相對於上述導電性金屬原子M之原子百分比O/M0.10 ~ 0.90
為0.01以上1.00以下。
〔2〕
如〔1〕之導電性膜,其中上述金屬細線中之原子百分比O/M自上述透明基材側向上述金屬細線之厚度方向逐漸減少。
〔3〕
如〔1〕或〔2〕之導電性膜,其中上述透明基材側之上述金屬細線界面至0.75T~0.90T之厚度區域內之原子百分比O/M0.75 ~ 0.90
為0.25以下。
〔4〕
如〔1〕至〔3〕中任一項之導電性膜,其中上述透明基材側之上述金屬細線界面至0.10T~0.25T之厚度區域內之原子百分比O/M0.10 ~ 0.25
為0.05以上。
〔5〕
如〔1〕至〔4〕中任一項之導電性膜,其中上述導電性金屬原子M包含選自由銀、銅及鋁所組成之群中之至少一種以上金屬元素。
〔6〕
如〔1〕至〔5〕中任一項之導電性膜,其中上述金屬細線包含選自由氧化亞銅、氧化銅、氧化銀及氧化鋁所組成之群中之至少一種以上金屬氧化物。
〔7〕
如〔1〕至〔6〕中任一項之導電性膜,其中上述金屬細線之線寬為0.1 μm以上5.0 μm以下。
〔8〕
如〔1〕至〔7〕中任一項之導電性膜,其中上述金屬細線之縱橫比為0.05以上1.00以下。
〔9〕
如〔1〕至〔8〕中任一項之導電性膜,其中上述導電性膜之薄片電阻為0.1 Ω/sq以上1,000 Ω/sq以下。
〔10〕
如〔1〕至〔9〕中任一項之導電性膜,其中上述導電性膜之可見光透過率為80%以上100%以下。
〔11〕
如〔1〕至〔10〕中任一項之導電性膜,其中上述導電性膜之霧度為0.01%以上5.00%以下。
〔12〕
如〔1〕至〔11〕中任一項之導電性膜,其中上述金屬細線圖案之開口率為80%以上且未達100%。
〔13〕
如〔1〕至〔12〕中任一項之導電性膜,其中上述金屬細線圖案為網格圖案。
〔14〕
如〔1〕至〔12〕中任一項之導電性膜,其中上述金屬細線圖案為線圖案。
〔15〕
如〔1〕至〔14〕中任一項之導電性膜,其中於上述透明基材與上述導電部之間具有中間層。
〔16〕
如〔15〕之導電性膜,其中上述中間層包含選自由氧化矽、氮化矽、氧化鋁及氟化鎂所組成之群中之至少一種。
〔17〕
如〔15〕或〔16〕之導電性膜,其中上述中間層之折射率小於上述透明基材之折射率,且
上述透明基材側之上述金屬細線界面至0.10T~0.25T之厚度區域內,上述金屬細線之理論折射率小於上述中間層之折射率。
〔18〕
一種導電性膜捲筒,其由如〔1〕至〔17〕中任一項之導電性膜捲繞而成。
〔19〕
一種電子紙,其具備如〔1〕至〔17〕中任一項之導電性膜。
〔20〕
一種觸控面板,其具備如〔1〕至〔17〕中任一項之導電性膜。
〔21〕
一種平面顯示器,其具備如〔1〕至〔17〕中任一項之導電性膜。
本發明人等為了解決上述問題進行了銳意研究並反覆開展了實驗,結果發現,藉由將金屬細線之截面中之導電性金屬原子M與碳原子C之原子百分比調整至特定範圍內,能獲得兼具較高之導電性、透明基材與金屬細線之較高密接性之導電性膜,從而完成了本發明之第3實施形態。
即,本發明之第3實施形態如下所述。
〔1〕
一種導電性膜,其具有透明基材及導電部,該導電部由配設於該透明基材之單面或雙面之金屬細線圖案構成;且
上述金屬細線圖案由金屬細線構成,
該金屬細線包含導電性金屬原子M與碳原子C,
於與上述金屬細線之延伸方向正交之上述金屬細線之截面的STEM-EDX分析中,將上述金屬細線之厚度設為T時,上述透明基材側之金屬細線界面至0.10T~0.25T之厚度區域內之原子百分比C/M0.10 ~ 0.25
為0.3以上6.0以下,
上述導電性膜之薄片電阻為0.1 Ω/sq以上500 Ω/sq以下。
〔2〕
如〔1〕之導電性膜,其中該金屬細線進而包含氧原子O,且
上述透明基材側之金屬細線界面至0.10T~0.25T之厚度區域內之原子百分比O/M0.10 ~ 0.25
為0.05以上。
〔3〕
如〔1〕或〔2〕之導電性膜,其中上述導電性金屬原子M包含選自由金、銀、銅及鋁所組成之群中之至少一種以上金屬元素。
〔4〕
如〔1〕至〔3〕中任一項之導電性膜,其中上述金屬細線之線寬為0.1 μm以上5.0 μm以下。
〔5〕
如〔1〕至〔4〕中任一項之導電性膜,其中上述金屬細線之縱橫比為0.05以上1.00以下。
〔6〕
如〔1〕至〔5〕中任一項之導電性膜,其中上述導電性膜之可見光透過率為80%以上100%以下。
〔7〕
如〔1〕至〔6〕中任一項之導電性膜,其中上述導電性膜之霧度為0.01%以上5.00%以下。
〔8〕
如〔1〕至〔7〕中任一項之導電性膜,其中上述金屬細線圖案之開口率為80%以上且未達100%。
〔9〕
如〔1〕至〔8〕中任一項之導電性膜,其中上述金屬細線圖案為網格圖案。
〔10〕
如〔1〕至〔8〕中任一項之導電性膜,其中上述金屬細線圖案為線圖案。
〔11〕
如〔1〕至〔10〕中任一項之導電性膜,其中於上述透明基材與上述導電部之間具有中間層。
〔12〕
如〔11〕之導電性膜,其中上述中間層包含選自由氧化矽、氮化矽、氧化鋁及氟化鎂所組成之群中之至少一種。
〔13〕
一種導電性膜捲筒,其由如〔1〕至〔12〕中任一項之導電性膜捲繞而成。
〔14〕
一種電子紙,其具備如〔1〕至〔12〕中任一項之導電性膜。
〔15〕
一種觸控面板,其具備如〔1〕至〔12〕中任一項之導電性膜。
〔16〕
一種平面顯示器,其具備如〔1〕至〔12〕中任一項之導電性膜。
[發明之效果]
根據本發明,可提供一種既藉由將金屬細線細線化而提高了透明性,又進一步提高了機械特性、電氣特性、光學特性中至少任一者之導電性膜、導電性膜捲筒、電子紙、觸控面板及平面顯示器。
以下,對本發明之實施形態詳細地進行說明,但本發明並不限定於此,於不脫離其主旨之範圍內可進行各種變形。本發明之實施形態之各數值範圍之上限值及下限值可任意組合而構成任意數值範圍。
<<第1實施形態>>
第1實施形態之目的在於,提供一種既充分維持透明性,且導電性及可撓性兩者均優異之導電性膜、導電性膜捲筒、電子紙、觸控面板及平面顯示器。
〔第1實施形態:導電性膜〕
第1實施形態之導電性膜係具有透明基材及導電部之導電性膜,該導電部由配設於透明基材之單面或雙面之金屬細線圖案構成。上述金屬細線圖案由金屬細線構成,金屬細線包含導電性金屬原子M與矽原子Si,於與金屬細線之延伸方向正交之上述金屬細線之截面的STEM-EDX分析中,將金屬細線之最大厚度設為T時,透明基材側之金屬細線界面至0.10T~0.90T之厚度區域內,矽原子Si相對於導電性金屬原子M之原子百分比Si/M0.10 ~ 0.90
為0.001以上0.070以下。
第1實施形態之導電性膜藉由在金屬細線中相對於導電性金屬原子M含有特定量之矽原子Si,導電性及可撓性變得優異。第1實施形態之導電性膜因可撓性優異,故能抑制屈曲等變形導致金屬細線斷線之狀況。金屬細線例如藉由如下方法而形成:將主要分散有金屬粒子之油墨、或者溶解或分散有金屬錯合物等之油墨塗佈或印刷至透明基材上,使所塗佈或印刷之油墨乾燥,並進行焙燒。如此形成之金屬細線為含有導電性金屬原子M之奈米構造體彼此接觸及/或接合之形態,此種形態存在相對於塊狀金屬具有較高之比電阻之傾向。而且,為了進一步提高金屬細線之導電性,較重要為將奈米構造體彼此之接觸及/或接合形成得更加牢固。此處,本發明人等獲得了如下見解:藉由相對於金屬添加特定量之矽原子Si,能提高金屬之強度。基於該見解,本發明人等發現:藉由在金屬細線中相對於導電性金屬原子M添加特定量之矽原子Si,能提高含有導電性金屬原子M之奈米構造體彼此之接觸或接合強度,其結果,導電性膜之導電性及可撓性提高。
在第1實施形態之導電性膜中,由於原子百分比Si/M0.10 ~ 0.90
為0.001以上,因而導電性與可撓性變得優異。在第1實施形態之導電性膜中,由於原子百分比Si/M0.10 ~ 0.90
為0.070以下,因而能抑制矽原子Si阻礙金屬細線中之電子傳導從而導致導電性降低之狀況。進而,由於原子百分比Si/M0.10 ~ 0.90
為0.001以上0.070以下,因而相較於含有矽原子Si而導致電子傳導降低之狀況,含有矽原子Si而使金屬細線中之導電性金屬原子M彼此之接合變得牢固從而使導電性提高之狀況更具優勢地發揮作用,能提高導電性與可撓性兩者。因此,在第1實施形態之導電性膜中,由於原子百分比Si/M0.10 ~ 0.90
為0.001以上0.070以下,因而導電性及可撓性變得優異。自相同之觀點而言,原子百分比Si/M0.10 ~ 0.90
之下限值較佳為0.003以上,進而較佳為0.005以上。原子百分比Si/M0.10 ~ 0.90
之上限值較佳為0.065以下,進而較佳為0.063以下。
金屬細線中之矽原子Si相對於導電性金屬原子M之原子百分比Si/M之上述範圍較佳為於金屬細線之厚度方向上均勻地存在,即金屬細線之可撓性於截面內具有各向同性。藉此,存在無論將導電性膜朝何方彎折均不易斷線之傾向。因此,透明基材側之金屬細線界面至0.10T~0.25T之厚度區域內,原子百分比Si/M0.10 ~ 0.25
之下限值較佳為0.001以上,進而較佳為0.003以上,更佳為0.005以上。原子百分比Si/M0.10 ~ 0.25
之上限值較佳為0.070以下,進而較佳為0.065以下,更佳為0.063以下。又,透明基材側之金屬細線界面至0.75T~0.90T之厚度區域內,原子百分比Si/M0.75 ~ 0.90
之下限值較佳為0.001以上,進而較佳為0.003以上,更佳為0.005以上。原子百分比Si/M0.75 ~ 0.90
之上限值較佳為0.070以下,進而較佳為0.065以下,更佳為0.063以下。
作為矽化合物,可列舉(聚)矽烷類、(聚)矽氮烷類、(聚)矽硫類、(聚)矽氧烷類、矽、碳化矽、氧化矽、氮化矽、氯化矽、矽酸鹽、沸石、矽化物等。該等聚矽烷類、聚矽氮烷類、聚矽硫類、聚矽氧烷類亦可具有直鏈或支鏈狀、環狀、網狀之形態。該等矽化合物可將1種單獨使用,或將2種以上組合而使用。
金屬細線中包含之矽原子Si可以矽原子或矽化合物之形態存在,亦可以矽原子或矽化合物與導電性金屬原子M鍵結之形態(例如,Si-M、Si-O-M等)存在。
本說明書中之導電性金屬原子M進而較佳為選自金、銀、銅及鋁中之至少一種以上金屬元素,更佳為銀或銅,進而,尤佳為相對較為廉價之銅。藉由使用此種金屬元素,存在導電性膜之導電性變得更加優異之傾向。再者,導電性金屬原子M不含矽原子Si。
於本說明書中,根據與金屬細線之延伸方向正交之上述金屬細線之截面的STEM-EDX分析而獲得之矽原子Si相對於導電性金屬原子M之原子百分比Si/M0.10 ~ 0.90
、Si/M0.10 ~ 0.25
及Si/M0.75 ~ 0.90
分別藉由以下方法而求出。再者,自防止金屬細線截面之氧化或污染之觀點而言,下述金屬細線之截面之形成或STEM-EDX分析較佳為於氬等惰性氣體環境下或真空中進行。
測定樣品較佳為包含與金屬細線之延伸方向正交之金屬細線之截面的薄切片。因此,根據需要,亦可於環氧樹脂等支持體中嵌埋導電性膜,然後採用下述方法形成薄切片。金屬細線之截面之形成方法只要為能抑制形成、加工截面時對金屬細線截面造成之損傷之方法即可,並不特別限制,較佳為採用使用離子束之加工法(例如,BIB(Broad Ion Beam,寬離子束)加工法或FIB(Focused Ion Beam,窄離子束)加工法)、精密機械研磨或超薄切片法等。
藉由掃描型穿透式電子顯微鏡(STEM)觀察所形成之金屬細線之截面,獲得金屬細線之截面之STEM像。同時,藉由能量分散型X射線分析(EDX)測定金屬細線之截面之元素映射。
由金屬細線截面之STEM像,算出透明基材側之金屬細線界面至金屬細線表面之最大厚度T。此處所謂之「最大厚度T」,係指透明基材側之金屬細線界面至金屬細線表面之厚度中最大之厚度。又,由透明基材側之金屬細線界面至0.10T~0.90T之厚度之區域內的矽原子Si之K殼之EDX強度的累計值算出Si原子百分比,由透明基材側之金屬細線界面至0.10T~0.90T之厚度之區域內的導電性金屬原子M之K殼之EDX強度的累計值算出M原子百分比,從而能算出原子百分比Si/M0.10 ~ 0.90
。藉由相同之方法,亦能算出Si/M0.10 ~ 0.25
及Si/M0.75 ~ 0.90
。
圖1表示金屬細線圖案為網格圖案之導電性膜之俯視圖,以此作為第1實施形態之導電性膜之一態樣。第1實施形態之導電性膜10於透明基材11上具有由金屬細線圖案12構成之導電部13。
於透明基材11上,除了導電部13以外,根據導電性膜10之使用用途,亦可形成用以連接於控制器等之引出電極(未圖示)。再者,透明基材11可於單面或雙面具有導電部13,亦可於一面具有複數個導電部13。導電部13由以能實現通電或荷電(帶電)之方式構成之金屬細線圖案12構成。第1實施形態之導電性膜10組裝入電子元件中時,導電部13作為電子紙、觸控面板及平面顯示器等之畫面部分之透明電極而發揮功能。
〔透明基材〕
透明基材之「透明」,較佳指可見光透過率為80%以上,進而較佳指可見光透過率為90%以上,更佳指可見光透過率為95%以上。此處,可見光透過率可依據JIS K 7361-1:1997而測定。
作為透明基材之材料,並不特別限定,例如可列舉:玻璃等透明無機基材;丙烯酸酯、異丁烯酸酯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚碳酸酯、聚芳酯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、尼龍、芳香族聚醯胺、聚醚醚酮、聚碸、聚醚碸、聚醯亞胺、聚醚醯亞胺等透明有機基材。其中,藉由使用聚對苯二甲酸乙二酯,用以製造導電性膜之生產性(成本削減效果)變得更加優異。又,藉由使用聚醯亞胺,導電性膜之耐熱性變得更加優異。進而,藉由使用聚對苯二甲酸乙二酯及/或聚萘二甲酸乙二酯,透明基材與金屬細線之密接性變得更加優異。
透明基材可由1種材料構成,亦可由2種以上材料積層而成。又,於透明基材為由2種以上材料積層而成之多層體之情形時,透明基材可為由有機基材或無機基材彼此積層而成者,亦可為由有機基材及無機基材積層而成者。
透明基材之厚度較佳為5 μm以上500 μm以下,進而較佳為10 μm以上100 μm以下。
〔中間層〕
又,亦可於透明基材與導電部之間設置中間層。作為中間層中包含之成分,並不特別限定,例如可列舉矽化合物(例如,(聚)矽烷類、(聚)矽氮烷類、(聚)矽硫類、(聚)矽氧烷類、矽、碳化矽、氧化矽、氮化矽、氯化矽、矽酸鹽、沸石、矽化物等)、鋁化合物(例如,氧化鋁等)、鎂化合物(例如氟化鎂)等。其中尤以選自由氧化矽、氮化矽、氧化鋁及氟化鎂所組成之群中之至少一種為佳。藉由使用此種成分,存在導電性膜之透明性及耐久性進一步提高之傾向,從而用以製造導電性膜之生產性(成本削減效果)變得更加優異。中間層可藉由PVD(Physical Vapor Deposition,物理氣相沈積)、CVD(Chemical Vapor Deposition,化學氣相沈積)等氣相成膜法、或塗佈由上述中間層中包含之成分分散於分散媒而形成之中間體形成組合物並使其乾燥的方法而成膜。根據需要,中間體形成組合物亦可含有分散劑、界面活性劑、結著劑等。
中間層之厚度較佳為0.01 μm以上500 μm以下,進而較佳為0.05 μm以上300 μm以下,更佳為0.10 μm以上200 μm以下。由於中間層之厚度為0.01 μm以上,因而中間層與金屬細線之密接性得以顯現,若中間層之厚度為500 μm以下,則能確保透明基材之可撓性。
藉由將中間層積層於透明基材上,能防止在採用電漿等焙燒手段使油墨中之金屬成分燒結時,未經金屬細線圖案部被覆之部位之透明基材遭受電漿等之蝕刻。
進而,為了防止因靜電而導致金屬細線圖案斷線,該中間層較佳為具有防靜電功能。為了使中間層具有防靜電功能,中間層較佳為包含導電性無機氧化物及導電性有機化合物中至少任一者。
中間層之體積電阻率較佳為100 Ωcm以上100000 Ωcm以下,進而較佳為1000 Ωcm以上10000 Ωcm以下,更佳為2000 Ωcm以上8000 Ωcm以下。由於中間層之體積電阻率為100000 Ωcm以下,因而能顯現防靜電功能。又,由於中間層之體積電阻率為100 Ωcm以上,因而能得當地用於金屬細線圖案間之高導電性不佳之觸控面板等用途。
體積電阻率可藉由中間層內之導電性無機氧化物或導電性有機化合物等之含量而調整。例如,於在中間層包含電漿耐性較高之氧化矽(體積比電阻為1014
Ω・cm以上)與作為導電性有機化合物之有機矽烷化合物之情形時,藉由增加有機矽烷化合物之含量,能降低體積電阻率。另一方面,藉由增加氧化矽之含量,雖會導致體積電阻率增加,但由於具有較高之電漿耐性,因而能使其成為薄膜,不會損壞光學特性。
〔導電部〕
導電部係由配設於透明基材上之金屬細線構成之金屬細線圖案。金屬細線圖案可為規則之圖案,亦可為不規則之圖案。
金屬細線亦可除了包含導電性金屬原子M且發揮導電性之導電性成分以外,進而包含非導電性成分。又,作為非導電性成分,並不特別限制,例如可列舉金屬氧化物、金屬化合物及有機化合物。再者,作為該等非導電性成分,可列舉:源自於下述油墨中包含之成分,且為油墨所包含之成分中殘留於經焙燒後之金屬細線上之金屬氧化物、金屬化合物及有機化合物。導電性成分之含有比率較佳為50質量%以上,進而較佳為60質量%以上,更佳為70質量%以上。導電性成分之含有比率之上限為100質量%,但並不特別限制。又,非導電性成分之含有比率較佳為50質量%以下,進而較佳為40質量%以下,更佳為30質量%以下。非導電性成分之含有比率之下限為0質量%,但並不特別限制。
(金屬細線圖案)
金屬細線圖案可根據作為目標之電子元件之用途而設計,但並不特別限定,例如可列舉由複數條金屬細線呈網狀交叉而形成之網格圖案(圖1及2)、或由複數條大致平行之金屬細線形成之線圖案(圖3及4)。又,金屬細線圖案亦可為由網格圖案與線圖案組合而成者。網格圖案之網眼可為如圖1所示之正方形或長方形,亦可為如圖2所示之菱形等多邊形。又,構成線圖案之金屬細線可為如圖3所示之直線,亦可為如圖4所示之曲線。進而,於構成網格圖案之金屬細線中,亦可使金屬細線為曲線。
第1實施形態之金屬細線之線寬W係指,自透明基材11之配設有金屬細線圖案12之面側,將金屬細線14投影於透明基材11之表面上時之金屬細線14之線寬。以圖5為例,於具有梯形截面之金屬細線14中,與透明基材11接觸之金屬細線14之面之寬度成為線寬W。金屬細線圖案之線寬W及厚度T、0.10T、0.25T、0.75T及0.90T分別如圖5所示加以定義。間距P係線寬W與金屬細線間之距離之和。
第1實施形態之該金屬細線之線寬W例如為0.1 μm以上5.0 μm以下,較佳為0.2 μm以上4.0 μm以下,進而較佳為0.3 μm以上3.0 μm以下,更佳為0.4 μm以上2.5 μm以下。若金屬細線之線寬W為0.1 μm以上,則能充分確保金屬細線之導電性。又,能充分抑制因金屬細線表面之氧化或腐蝕等而導致導電性降低之狀況。進而,於使開口率相同之情形時,金屬細線之線寬越細,則越能增加金屬細線之條數。藉此,導電性膜之電場分佈變得更加均勻,從而能製作更高解像度之電子元件。又,即便一部分金屬細線發生了斷線,其所造成之影響亦能由其他金屬細線加以彌補。另一方面,若金屬細線之線寬W為5.0 μm以下,則存在金屬細線之視認性進一步降低,導電性膜之透明性進一步提高之傾向。
金屬細線之厚度T較佳為10 nm以上1,000 nm以下。厚度T之下限進而較佳為50 nm以上,更佳為75 nm以上。由於金屬細線之厚度T為10 nm以上,因而存在導電性進一步提高之傾向。又,存在能充分抑制因金屬細線表面之氧化或腐蝕等而導致導電性降低之傾向。另一方面,由於金屬細線之厚度T為1,000 nm以下,因而能於較廣之視野角下顯現較高之透明性。
(縱橫比)
以金屬細線之厚度T相對於金屬細線之線寬W表示之縱橫比較佳為0.05以上1.00以下。縱橫比之下限進而較佳為0.08以上,更佳為0.10以上。藉由提高縱橫比,存在能進一步提高導電性而不會使透過率降低之傾向。
(間距)
金屬細線圖案之間距P較佳為5 μm以上,進而較佳為50 μm以上,更佳為100 μm以上。由於金屬細線圖案之間距P為5 μm以上,因而能獲得良好之透過率。又,金屬細線圖案之間距P較佳為1,000 μm以下,進而較佳為500 μm以下,更佳為250 μm以下。由於金屬細線圖案之間距P為1,000 μm以下,因而存在能進一步提高導電性之傾向。再者,於金屬細線圖案之形狀為網格圖案之情形時,藉由使1 μm線寬之金屬細線圖案之間距為200 μm,能達成99%開口率。
再者,金屬細線圖案之線寬、縱橫比及間距可藉由利用電子顯微鏡等觀察導電性膜截面而確認。又,金屬細線圖案之線寬與間距亦可利用雷射顯微鏡或光學顯微鏡觀察。又,間距與開口率具有下述關係式,因此只要得知其中一者便亦能算出另一者。又,作為將金屬細線圖案之線寬、縱橫比及間距調整至所希望之範圍內的方法,可列舉調整下述導電性膜之製造方法中使用之印版之槽的方法、調整油墨中之金屬粒子之平均粒徑的方法等。
(開口率)
金屬細線圖案之開口率較佳為60%以上,進而較佳為70%以上,更佳為80%以上,尤佳為90%以上。藉由使金屬細線圖案之開口率為上述特定值以上,存在導電性膜之透過率進一步提高之傾向。又,金屬細線圖案之開口率較佳為未達100%,進而較佳為95%以下,更佳為90%以下,進而更佳為80%以下,再進一步更佳為70%以下,尤佳為60%以下。藉由使金屬細線圖案之開口率為上述特定值以下,存在導電性膜之導電性進一步提高之傾向。根據金屬細線圖案之形狀不同,金屬細線圖案之開口率之適當值不同。又,關於金屬細線圖案之開口率,可根據作為目標之電子元件所要求之性能(透過率及薄片電阻),適當組合上述上限值與下限值。
再者,「金屬細線圖案之開口率」可針對透明基材上之形成有金屬細線圖案之區域,藉由下式而算出。透明基材上之形成有金屬細線圖案之區域係指圖1之S所示之範圍,未形成金屬細線圖案之緣部等除外。
金屬細線圖案之開口率
=(1-金屬細線圖案所占面積/透明基材之面積)×100
又,根據金屬細線圖案之形狀不同,開口率與間距之關係式不同,其可以如下所示之方式算出。圖6表示具有圖案單位16之網格圖案(格子(grid)圖案)之模式圖。於該網格圖案之情形時,開口率與間距具有下述關係式。
開口率={開口部15之面積/圖案單位16之面積}×100
={((間距P1-線寬W1)×(間距P2-線寬W2))/(間距P1×間距P2)}×100
又,圖7表示線圖案之模式圖。於該線圖案之情形時,開口率與間距具有下述關係式。
開口率={(間距P-線寬W)/間距P}×100
(薄片電阻)
導電性膜之薄片電阻較佳為0.1 Ω/sq以上1,000 Ω/sq以下,進而較佳為0.1 Ω/sq以上500 Ω/sq以下,更佳為0.1 Ω/sq以上100 Ω/sq以下,進而更佳為0.1 Ω/sq以上20 Ω/sq以下,再進一步更佳為0.1 Ω/sq以上10 Ω/sq以下。導電性膜之薄片電阻可藉由以下方法而測定。
首先,自導電性膜以矩形形狀切出整面配設有金屬細線圖案之部分,獲得測定樣品。於所獲得之測定樣品之兩端部形成與金屬細線圖案電性連接之薄片電阻測定用之集電部,並測定設置於兩端部之集電部間之電阻R(Ω)。利用上述電阻R(Ω)、及測定樣品之相當於集電部間之距離的寬度方向之長度L(mm)、進深方向之長度D(mm),藉由下式,可算出薄片電阻Rs
(Ω/sq)。
Rs
=R/L×D
存在薄片電阻越低則電力損耗越受抑制之傾向。因此,能獲得消耗電力較少之電子紙、觸控面板及平面顯示器。
導電性膜之薄片電阻存在若提高金屬細線之縱橫比(高度)則降低之傾向。又,藉由構成金屬細線之金屬材料種類之選擇,亦可進行調整。
(可見光透過率)
導電性膜之可見光透過率較佳為80%以上100%以下,進而較佳為90%以上100%以下。此處,可見光透過率可藉由依據JIS K 7361-1:1997之全光線透過率,算出該可見光(360~830 nm)範圍內之透過率而測定。
導電性膜之可見光透過率存在藉由縮小金屬細線圖案之線寬、或提高開口率而提高之傾向。
(霧度)
導電性膜之霧度較佳為0.01%以上5.00%以下。霧度之上限進而較佳為3.00%以下,更佳為1.00%以下。若霧度之上限為5.00%以下,則能充分降低導電性膜相對於可見光之透明度。本說明書中之霧度可依據JIS K 7136:2000之霧度而測定。
〔第1實施形態:導電性膜之製造方法〕
作為第1實施形態之導電性膜之製造方法,可列舉具有如下步驟之方法:圖案形成步驟,其係使用包含金屬成分之油墨,於透明基材上形成圖案;及焙燒步驟,其係焙燒油墨,形成金屬細線。於該情形時,第1實施形態之導電性膜之製造方法亦可包含中間層形成步驟,其係在圖案形成步驟之前,於透明基材之表面形成中間層。
〔中間層形成步驟〕
作為中間層形成步驟之具體例,可列舉如下方法:使用PVD、CVD等氣相製膜法,使形成中間層之成分成膜於透明基材之表面,藉此形成中間層。作為中間層形成步驟之另一具體例,可列舉如下方法:將由形成中間層之成分分散於分散媒而形成之中間體形成組合物塗佈至透明基材之表面,並使其乾燥,藉此形成中間層。作為形成中間層之成分,可列舉〔中間層〕項中例示之成分。又,根據需要,中間層形成組合物亦可包含分散劑、界面活性劑、結著劑等。
於中間層形成步驟中,較佳為使用矽化合物作為形成中間層之成分。即,中間層形成步驟較佳為在圖案形成步驟之前,於透明基材之表面形成含有矽化合物之中間層之步驟。藉由使用矽化合物,於焙燒步驟中能使矽原子自包含矽化合物之中間層向金屬細線移行,因此存在能將原子百分比Si/M控制於所希望之範圍內之傾向。作為矽化合物,可列舉〔中間層〕項中例示之矽化合物。
〔圖案形成步驟〕
圖案形成步驟係使用包含金屬成分之油墨形成圖案之步驟。圖案形成步驟只要為使用具有所希望之金屬細線圖案之槽的印版之有版印刷方法即可,並不特別限定,例如具有如下步驟:向轉印媒體表面塗佈油墨;使塗佈有油墨之轉印媒體表面與凸版之凸部表面對向,進行按壓,使其等接觸,將轉印媒體表面上之油墨轉移至凸版之凸部表面;及使塗佈有油墨之轉印媒體表面與透明基材之表面對向,進行按壓,使其等接觸,將殘留於轉印媒體表面之油墨轉印至透明基材之表面。再者,於在透明基材形成有中間層之情形時,油墨被轉印至中間層表面。
(油墨)
用於上述圖案形成步驟之油墨包含含有導電性金屬原子M之金屬成分與溶劑,根據需要,亦可包含界面活性劑、分散劑、還原劑等。金屬成分可以金屬粒子之形式包含於油墨,亦可以金屬錯合物之形式包含於油墨。
金屬粒子之平均一次粒徑較佳為100 nm以下,進而較佳為50 nm以下,更佳為30 nm以下。又,金屬粒子之平均一次粒徑之下限並不特別限制,可列舉1 nm以上。由於金屬粒子之平均一次粒徑為100 nm以下,因而能使所獲得之金屬細線之線寬W更細。再者,於第1實施形態中,所謂「平均一次粒徑」,係指一個一個金屬粒子(所謂之一次粒子)之粒徑,其區別於複數個金屬粒子聚集而形成之凝集體(所謂之二次粒子)之粒徑即平均二次粒徑。
作為金屬粒子,只要為包含導電性金屬原子M者即可,可為氧化銅等金屬氧化物、金屬化合物、或核部為銅且殼部為氧化銅之核/殼粒子之態樣。金屬粒子之態樣可立足於分散性或燒結性之觀點而適當決定。
於圖案形成步驟中,為了將原子百分比Si/M控制於所希望之範圍內,油墨亦可含有矽化合物。作為矽化合物,可列舉〔中間層〕項中例示之矽化合物。
矽化合物之含量相對於除了矽化合物以外之油墨之總量100質量份,較佳為0.01質量份以上10.0質量份以下,進而較佳為0.05質量份以上7.5質量份以下,更佳為0.1質量份以上5.0質量份以下。由於矽化合物之含量處在上述範圍內,因而存在能將原子百分比Si/M控制於所希望之範圍內之傾向。
作為界面活性劑,並不特別限制,例如可列舉氟系界面活性劑等。藉由使用此種界面活性劑,存在油墨向轉印媒體(印刷布)之塗佈性、所塗佈之油墨之平滑性提高,而獲得更加均勻之塗膜之傾向。再者,界面活性劑較佳為以能使金屬成分分散,且焙燒時不易殘留之方式構成。
又,作為分散劑,並不特別限制,例如可列舉與金屬成分表面進行非共價鍵結或相互作用之分散劑、與金屬成分表面進行共價鍵結之分散劑。可列舉具有磷酸基作為進行非共價鍵結或相互作用之官能基之分散劑。藉由使用此種分散劑,存在金屬成分之分散性進一步提高之傾向。
進而,作為溶劑,可列舉:單醇及多元醇等醇系溶劑;烷基醚系溶劑;烴系溶劑;酮系溶劑;酯系溶劑等。其等可單獨使用,亦可將1種以上併用。例如,可列舉併用碳數為10以下之單醇與碳數為10以下之多元醇等。藉由使用此種溶劑,存在油墨向轉印媒體(印刷布)之塗佈性、油墨自轉印媒體向凸版之轉移性、油墨自轉印媒體向透明基材之轉印性、及金屬成分之分散性進一步提高之傾向。再者,溶劑較佳為以能使金屬成分分散,且焙燒時不易殘留之方式構成。
為了將原子百分比Si/M控制於所希望之範圍內,第1實施形態之製造方法亦可採取如下方案:使圖案形成時或焙燒前之油墨與包含矽化合物之媒體接觸,藉此使媒體中包含之矽原子或矽化合物移行至油墨中。
〔焙燒步驟〕
於焙燒步驟中,例如,將轉印至透明基材或中間層之表面之油墨中之金屬成分燒結。焙燒只要為能使金屬成分熔著,而形成金屬成分燒結膜之方法即可,並不特別限制。焙燒例如可使用焙燒爐進行,亦可使用電漿、加熱觸媒、紫外線、真空紫外線、電子束、紅外線燈退火、閃光燈退火、雷射等進行。於所獲得之燒結膜容易氧化之情形時,較佳為於非氧化性氣體環境下進行焙燒。又,於僅藉由油墨中可能包含之還原劑難以使金屬氧化物等還原之情形時,較佳為於還原性氣體環境下進行焙燒。
非氧化性氣體環境係指不含氧等氧化性氣體之氣體環境,包括惰性氣體環境與還原性氣體環境。所謂惰性氣體環境,例如為充滿氬、氦、氖或氮等惰性氣體之氣體環境。又,所謂還原性氣體環境,係指存在氫、一氧化碳等還原性氣體之氣體環境。可將該等氣體填充至焙燒爐中,形成密閉系統而焙燒油墨之塗佈膜(分散體塗佈膜)。又,亦可將焙燒爐形成流通系統,而一面充入該等氣體,一面焙燒分散體塗佈膜。於在非氧化性氣體環境下焙燒分散體塗佈膜之情形時,較佳為將焙燒爐中暫且抽成真空,去除焙燒爐中之氧,再以非氧化性氣體加以置換。又,焙燒可於加壓氣體環境下進行,亦可於減壓氣體環境下進行。
焙燒溫度並不特別限制,較佳為20℃以上400℃以下,進而較佳為50℃以上300℃以下,更佳為80℃以上200℃以下。由於焙燒溫度為400℃以下,故而可使用耐熱性較低之基板,因此較佳。又,由於焙燒溫度為20℃以上,故而存在燒結膜之形成充分進行,導電性變得良好之傾向,因此較佳。再者,所獲得之燒結膜包含源自於金屬成分之導電性成分,此外,根據油墨中使用之成分或焙燒溫度,有可能包含非導電性成分。
如上所述,根據本發明之第1實施形態,可提供一種既充分維持透明性,且導電性及可撓性兩者均優異之導電性膜、導電性膜捲筒、電子紙、觸控面板及平面顯示器。
<<第2實施形態>>
第2實施形態之目的在於,提供一種發揮更加優異之透明性之導電性膜、及使用其之導電性膜捲筒、電子紙、觸控面板及平面顯示器。
〔第2實施形態:導電性膜〕
第2實施形態之導電性膜之特徵在於,其係具有透明基材及導電部之導電性膜,該導電部由配設於該透明基材之單面或雙面之金屬細線圖案構成;上述金屬細線圖案由金屬細線構成,該金屬細線包含導電性金屬原子M與氧原子O,於與上述金屬細線之延伸方向正交之上述金屬細線之截面的STEM-EDX分析中,將上述金屬細線之厚度設為T時,上述透明基材側之金屬細線界面至0.10T~0.90T之厚度區域內,上述氧原子O相對於上述導電性金屬原子M之原子百分比O/M0.10 ~ 0.90
為0.01以上1.00以下。
圖1表示金屬細線圖案為網格圖案之導電性膜之俯視圖,以此作為第2實施形態之導電性膜之一態樣。第2實施形態之導電性膜10於透明基材11上具有由金屬細線圖案12構成之導電部13。
於透明基材11上,除了導電部13以外,根據導電性膜10之使用用途,亦可形成用以連接於控制器等之引出電極(未圖示)。再者,透明基材11可於單面或雙面具有導電部13,亦可於一面具有複數個導電部13。導電部13由以能實現通電或荷電(帶電)之方式構成之金屬細線圖案12構成。第2實施形態之導電性膜10組裝入電子元件中時,導電部13作為電子紙、觸控面板及平面顯示器等之畫面部分之透明電極而發揮功能。
藉由於此種導電性膜中將金屬細線之線寬細化,能使金屬細線之視認性降低,結果能提高透明性。然而,既然金屬細線本身不透明,便難以達成完全之透明化。
與此相對地,根據第2實施形態,藉由調整構成金屬細線之導電性金屬原子M與氧原子O之原子百分比,能使金屬細線之折射率與透明基材之折射率接近。藉由使金屬細線之折射率與透明基材之折射率接近,能抑制於金屬細線與透明基材之折射率界面產生之反射或散射,從而降低霧度,藉此,例如即便於使用相同之線寬、相同之開口率之金屬細線圖案之情形時,亦能實現透明性之進一步提高。進而,使用此種金屬細線之導電性膜可藉由印刷而製作,因此相較於藉由真空蒸鍍法或濺鍍法而製膜之使用ITO之導電性膜,自降低製造成本、減輕環境負荷之觀點而言亦優異。
〔導電部〕
導電部係由配設於透明基材上之金屬細線構成之金屬細線圖案。金屬細線圖案可為規則之圖案,亦可為不規則之圖案。於第2實施形態中,構成金屬細線圖案之金屬細線構成為具有與透明基材之折射率相對較近之折射率。
但鑒於不易測定形成得極細之金屬細線本身之折射率之點,於第2實施形態中,作為該折射率之指標,於與金屬細線之延伸方向正交之金屬細線之截面中,將氧原子O相對於導電性金屬原子M之原子百分比O/M規定為特定比率。即,作為金屬細線之構成要素,金屬與金屬氧化物具有支配性,因此可認為導電性金屬原子M與氧原子O具有支配性地使折射率變化。故而,將氧原子O相對於導電性金屬原子M之原子百分比O/M規定為特定比率。例如,於導電性金屬原子M為銅之情形時,金屬細線全部由銅構成之情形時之折射率為0.60,金屬細線全部由氧化銅構成之情形時之折射率成為2.71。因此,於金屬細線由銅與氧化銅構成之情形時,根據其組成比,可想而知折射率於其間調整。又,例如,於導電性金屬原子M為銀、鋁之情形時,金屬細線全部由該等導電性金屬原子M構成之情形時之折射率分別為0.14(銀)、1.34(鋁),金屬細線全部由導電性金屬原子M之氧化物構成之情形時之折射率分別為2.79(氧化銀)、1.77(氧化鋁)。因此,於金屬細線由銀與鋁中任一者、以及銀與鋁之氧化物構成之情形時,根據其組成比,可想而知折射率於其間調整。再者,於第2實施形態中,將如此根據構成其之原子(或材料)及其組成比而算出之折射率值亦稱為理論折射率。
自如上所述之觀點而言,原子百分比O/M0.10 ~ 0.90
為0.01以上1.00以下,較佳為0.02以上0.80以下,進而較佳為0.03以上0.75以下。原子百分比O/M0.10 ~ 0.90
越為增加,則金屬細線之折射率越多地提高,原子百分比O/M0.10 ~ 0.90
越為減少,則金屬細線之折射率越多地降低。藉此,金屬細線之折射率接近於透明基材之折射率,透明性進一步提高。又,原子百分比O/M0.10 ~ 0.90
越為減少,則氧化物之比率越為減少,因此存在導電性進一步提高之傾向。由於原子百分比O/M0.10 ~ 0.90
為0.01以上,因而透明性提高。另一方面,由於原子百分比O/M0.10 ~ 0.90
為1.00以下,因而能一面維持良好之透明性,一面顯現較高之導電性。
關於金屬細線之截面內之氧原子O之偏置性及均勻性,並不特別限制,氧原子O可幾乎一樣地分佈於金屬細線截面中,例如,亦可偏置於透明基材側之金屬細線之界面,或可偏置於金屬細線之正面側(與透明基材側為相反側)。其中尤以金屬細線中之原子百分比O/M具有自透明基材側向金屬細線之厚度方向逐漸減少之傾向為佳。藉由如此構成,而存在透明性進一步提高之傾向。
作為其原理,並不特別限制,例如,可藉由積層折射率不同之複數個層,而將控制該反射率等光學特性之膜視為模型。即,於第2實施形態之導電性膜中,可將原子百分比O/M自透明基材側向金屬細線之厚度方向逐漸減少之金屬細線想像成與該模型中之折射率不同之複數個層近似者。但原理並不限定於此。
氧原子O之偏置性及均勻性可使用特定厚度區域內之原子百分比O/M表示。例如,於將透明基材側之金屬細線界面至0.75T~0.90T之厚度區域內之原子百分比O/M設為原子百分比O/M0.75 ~ 0.90
時,原子百分比O/M0.75 ~ 0.90
成為表示存在於金屬細線之正面側之區域的氧原子O之比率之指標。此種原子百分比O/M0.75 ~ 0.90
較佳為0.25以下,進而較佳為0.22以下,更佳為0.18以下。由於原子百分比O/M0.75 ~ 0.90
為0.25以下,因而存在導電性進一步提高之傾向。再者,於第2實施形態中,所謂T,表示透明基材側之金屬細線界面至金屬細線表面之厚度中最大之厚度,可利用電子顯微鏡照片測定。再者,自提高導電性之觀點而言,原子百分比O/M0.75 ~ 0.90
之最小值可為0。
又,於將透明基材側之金屬細線界面至0.10T~0.25T之厚度區域內之原子百分比O/M設為原子百分比O/M0.10 ~ 0.25
時,原子百分比O/M0.10 ~ 0.25
成為表示存在於透明基材側之金屬細線之界面側之區域的氧原子O之比率之指標。此種原子百分比O/M0.10 ~ 0.25
較佳為0.05以上,進而較佳為0.06以上,更佳為0.07以上。由於原子百分比O/M0.10 ~ 0.25
為0.05以上,因而存在透明性進一步提高之傾向。又,原子百分比O/M0.10 ~ 0.25
較佳為1.10以下,進而較佳為1.00以下,更佳為0.95以下。由於原子百分比O/M0.10 ~ 0.25
為1.10以下,因而存在導電性進一步提高之傾向。
於第2實施形態中,原子百分比O/M0.10 ~ 0.90
、原子百分比O/M0.75 ~ 0.90
及原子百分比O/M0.10 ~ 0.25
可藉由與金屬細線之延伸方向正交之金屬細線之截面的STEM-EDX分析而求出。具體而言,沿著與金屬細線之延伸方向正交之方向將金屬細線切斷,獲得金屬細線之截面露出之薄切片作為測定樣品。此時,根據需要,亦可於環氧樹脂等支持體中嵌埋導電性膜,然後形成薄切片。金屬細線之截面之形成方法只要為能抑制形成、加工截面時對金屬細線截面造成之損傷之方法即可,並不特別限制,較佳為採用使用離子束之加工法(例如,BIB(Broad Ion Beam)加工法或FIB(Focused Ion Beam)加工法)、精密機械研磨或超薄切片法等。
繼而,藉由掃描型穿透式電子顯微鏡(STEM)觀察以如上所述之方式獲得之測定樣品,獲得金屬細線之截面之STEM像。同時,藉由能量分散型X射線分析(EDX)進行金屬細線之截面之元素映射。具體而言,對截面之各個部位逐一測定氧原子O之K殼之EDX強度、導電性金屬原子M之K殼之EDX強度。對金屬細線之截面中至少透明基材側之金屬細線界面至0.10T~0.90T之厚度區域進行該操作,算出該區域內之氧原子O之K殼之EDX強度的累計值與導電性金屬原子M之K殼之EDX強度的累計值,獲得該等累計值之比作為原子百分比O/M0.10 ~ 0.90
。又,關於原子百分比O/M0.75 ~ 0.90
或原子百分比O/M0.10 ~ 0.25
,於作為對象之厚度區域內,藉由相同之方法求出累計值之比。
再者,此處規定出厚度區域之厚度T,係指可藉由金屬細線截面之STEM像而確認的、透明基材側之金屬細線界面至金屬細線表面之厚度中最大之厚度。因此,即便於在金屬細線之同一截面內厚度因表面粗糙度等而於特定部位不同之情形時,該截面中之最大厚度亦成為厚度T。再者,自防止金屬細線截面之氧化或污染之觀點而言,上述金屬細線之截面之形成或STEM-EDX分析較佳為於氬等惰性氣體環境下或真空中進行。
如上所述,藉由將原子百分比O/M0.10 ~ 0.90
,較佳為進而將原子百分比O/M0.75 ~ 0.90
、原子百分比O/M0.10 ~ 0.25
調整至特定範圍內,能提高導電性膜之透明性。
原子百分比O/M0.10 ~ 0.90
、原子百分比O/M0.75 ~ 0.90
、原子百分比O/M0.10 ~ 0.25
各值並不特別限制,例如,可藉由調整形成金屬細線時之焙燒條件,控制其之增減。金屬細線可藉由如下方法而形成:使用包含金屬成分之油墨,於透明基材上形成圖案,並焙燒該圖案,使金屬成分彼此鍵結。於該焙燒步驟中,可想而知,金屬成分會於氧化或還原條件下,一面擴散、凝集,一面與附近之金屬成分熔著,而形成金屬成分燒結膜。因此,藉由調整焙燒氣體環境及焙燒時之能量(例如,熱、電漿、電子束或光源之照射能量)或焙燒時間,而調整金屬成分之氧化及還原,藉此能調整金屬細線整體之原子百分比O/M、易受氧化或還原影響之金屬細線之表面部分之原子百分比O/M0.75 ~ 0.90
、不易受氧化或還原影響之金屬細線與透明基材界面之原子百分比O/M0.10 ~ 0.25
。
又,如下述第3實施形態中所記載般,亦可進而具有如下構成:在構成第2實施形態之金屬細線圖案之金屬細線中,於與金屬細線之延伸方向正交之金屬細線之截面中,碳原子偏置於透明基材側之金屬細線界面。
如第3實施形態中所記載般,於與金屬細線之延伸方向正交之金屬細線之截面的STEM-EDX分析中,將金屬細線之厚度設為T時,該偏置性由透明基材側之金屬細線界面至0.10T~0.25T之厚度區域內之原子百分比C/M0.10 ~ 0.25
表示。
第2實施形態中之原子百分比C/M0.10 ~ 0.25
為0.3以上6.0以下,較佳為0.4以上5.0以下。由於原子百分比C/M0.10 ~ 0.25
為0.3以上,因而金屬細線相對於透明基材之密接性進一步提高。又,由於原子百分比C/M0.10 ~ 0.25
為6.0以下,因而除了導電性進一步提高以外,導電性金屬原子M彼此更具體而言為金屬成分間之鍵結變得更加牢固,金屬細線之強度提高。
又,自與上述相同之觀點而言,透明基材側之金屬細線界面至0.10T~0.25T之厚度區域內之原子百分比O/M0.10 ~ 0.25
較佳為0.05以上,進而較佳為0.06以上,更佳為0.07以上。由於原子百分比O/M0.10 ~ 0.25
為0.05以上,因而存在金屬細線相對於透明基材之密接性進一步提高之傾向。又,原子百分比O/M0.10 ~ 0.25
較佳為1.10以下,進而較佳為1.00以下,更佳為0.95以下。由於原子百分比O/M0.10 ~ 0.25
為1.10以下,因而存在導電性進一步提高之傾向。
原子百分比C/M0.10 ~ 0.25
及原子百分比O/M0.10 ~ 0.25
之測定方法、以及原子百分比C/M0.10 ~ 0.25
及原子百分比O/M0.10 ~ 0.25
各值之調整方法將於第3實施形態中進行詳細說明。
如上所述,藉由將原子百分比C/M0.10 ~ 0.25
,較佳為進而將原子百分比O/M0.10 ~ 0.25
調整至特定範圍內,能一面維持較高之導電性,一面提高密接性,從而能抑制導電性膜之彎曲、撓曲、屈曲等變形導致金屬細線自透明基材剝離之狀況。又,藉此,可使用較細之金屬細線,因此得以維持較低之視認性。
如上述第1實施形態中所記載般,關於構成第2實施形態之金屬細線圖案之金屬細線,基於提高導電性與可撓性之目的,原子百分比Si/M0.10 ~ 0.90
亦可為0.001以上0.070以下。原子百分比Si/M0.10 ~ 0.90
之下限值較佳為0.003以上,進而較佳為0.005以上。原子百分比Si/M0.10 ~ 0.90
之上限值較佳為0.065以下,進而較佳為0.063以下。
進而,透明基材側之金屬細線界面至0.10T~0.25T之厚度區域內,原子百分比Si/M0.10 ~ 0.25
之下限值較佳為0.001以上,進而較佳為0.003以上,更佳為0.005以上。原子百分比Si/M0.10 ~ 0.25
之上限值較佳為0.070以下,進而較佳為0.065以下,更佳為0.063以下。又,透明基材側之金屬細線界面至0.75T~0.90T之厚度區域內,原子百分比Si/M0.75 ~ 0.90
之下限值較佳為0.001以上,進而較佳為0.003以上,更佳為0.005以上。原子百分比Si/M0.75 ~ 0.90
之上限值較佳為0.070以下,進而較佳為0.065以下,更佳為0.063以下。藉此,存在無論將導電性膜朝何方彎折均不易斷線之傾向。
導電性金屬原子M進而較佳為包含選自銀、銅及鋁中之至少一種以上金屬元素,更佳為銀或銅,進而,尤佳為相對較為廉價之銅。藉由使用此種金屬元素,存在導電性膜之導電性變得更加優異之傾向。
又,氧原子O可作為構成金屬氧化物之氧原子而包含於金屬細線。作為此種金屬氧化物,並不特別限制,例如可列舉選自由氧化亞銅、氧化銅、氧化銀及氧化鋁所組成之群中之至少一種以上。自製程之觀點而言,其中尤以構成金屬氧化物之金屬原子與導電性金屬原子M一致為佳。
進而,金屬細線亦可除了包含導電性金屬原子M且發揮導電性之導電性成分以外,進而包含非導電性成分。作為非導電性成分,並不特別限制,例如,除了上述金屬氧化物以外,亦可列舉:金屬化合物;或源自於下述油墨中包含之成分,且為油墨所包含之成分中殘留於經焙燒後之金屬細線上之有機化合物。導電性成分之含有比率較佳為50質量%以上,進而較佳為60質量%以上,更佳為70質量%以上。導電性成分之含有比率之上限為100質量%,但並不特別限制。又,非導電性成分之含有比率較佳為50質量%以下,進而較佳為40質量%以下,更佳為30質量%以下。非導電性成分之含有比率之下限為0質量%,但並不特別限制。
透明基材側之金屬細線界面至0.10T~0.25T之厚度區域內,金屬細線之理論折射率較佳為0.30~1.45,進而較佳為0.40~1.35,更佳為0.50~1.30。由於金屬細線之理論折射率處在上述範圍內,因而存在透明性進一步提高之傾向。金屬細線之理論折射率如上所述,為藉由構成其之原子(或材料)及其組成比而算出之折射率值。
(金屬細線圖案)
金屬細線圖案可根據作為目標之電子元件之用途而設計,但並不特別限定,例如可列舉由複數條金屬細線呈網狀交叉而形成之網格圖案(圖1及2)、或由複數條大致平行之金屬細線形成之線圖案(圖3及4)。又,金屬細線圖案亦可為由網格圖案與線圖案組合而成者。網格圖案之網眼可為如圖1所示之正方形或長方形,亦可為如圖2所示之菱形等多邊形。又,構成線圖案之金屬細線可為如圖3所示之直線,亦可為如圖4所示之曲線。進而,於構成網格圖案之金屬細線中,亦可使金屬細線為曲線。
第2實施形態之金屬細線之線寬W係指,自透明基材11之配設有金屬細線圖案12之面側,將金屬細線14投影於透明基材11之表面上時之金屬細線14之線寬。圖14表示圖1之導電性膜之III-III'之局部剖視圖。以該圖14為例,於具有梯形截面之金屬細線14中,與透明基材11接觸之金屬細線14之面之寬度成為線寬W。又,金屬細線之厚度T表示考慮到表面粗糙度之情形時之最大厚度,間距P表示線寬W與金屬細線間之距離之和。
(線寬)
金屬細線之線寬W例如較佳為0.1 μm以上5.0 μm以下,進而較佳為0.2 μm以上4.0 μm以下,更佳為0.3 μm以上3.0 μm以下,進而更佳為0.4 μm以上2.5 μm以下。由於金屬細線之線寬W為0.1 μm以上,因而存在導電性進一步提高之傾向。又,存在能充分抑制因金屬細線表面之氧化或腐蝕等而導致導電性降低之傾向。進而,於使開口率相同之情形時,金屬細線之線寬越細,則越能增加金屬細線之條數。藉此,導電性膜之電場分佈變得更加均勻,從而能製作更高解像度之電子元件。又,即便一部分金屬細線發生了斷線,其所造成之影響亦能由其他金屬細線加以彌補。另一方面,由於金屬細線W之線寬為5.0 μm以下,因而存在金屬細線之視認性進一步降低,導電性膜之透明性進一步提高之傾向。
金屬細線之厚度T較佳為10 nm以上1,000 nm以下。厚度T之下限進而較佳為50 nm以上,更佳為75 nm以上。由於金屬細線之厚度T為10 nm以上,因而存在導電性進一步提高之傾向。又,存在能充分抑制因金屬細線表面之氧化或腐蝕等而導致導電性降低之傾向。另一方面,由於金屬細線之厚度T為1,000 nm以下,因而能於較廣之視野角下顯現較高之透明性。
(縱橫比)
以金屬細線之厚度T相對於金屬細線之線寬W表示之縱橫比較佳為0.05以上1.00以下。縱橫比之下限進而較佳為0.08以上,更佳為0.10以上。由於縱橫比為0.05以上,因而存在能進一步提高導電性而不會使透過率降低之傾向。
(間距)
金屬細線圖案之間距P較佳為5 μm以上,進而較佳為50 μm以上,更佳為100 μm以上。由於金屬細線圖案之間距P為5 μm以上,因而能獲得良好之透過率。又,金屬細線圖案之間距P較佳為1,000 μm以下,進而較佳為500 μm以下,更佳為250 μm以下。由於金屬細線圖案之間距P為1,000 μm以下,因而存在能進一步提高導電性之傾向。再者,於金屬細線圖案之形狀為網格圖案之情形時,藉由使1 μm線寬之金屬細線圖案之間距為200 μm,能達成99%開口率。
再者,金屬細線圖案之線寬、縱橫比及間距可藉由利用電子顯微鏡等觀察導電性膜截面而確認。又,金屬細線圖案之線寬與間距亦可利用雷射顯微鏡或光學顯微鏡觀察。又,間距與開口率具有下述關係式,因此只要得知其中一者便亦能算出另一者。又,作為將金屬細線圖案之線寬、縱橫比及間距調整至所希望之範圍內的方法,可列舉調整下述導電性膜之製造方法中使用之印版之槽的方法、調整油墨中之金屬粒子之平均粒徑的方法等。
(開口率)
金屬細線圖案之開口率之下限值較佳為60%以上,進而較佳為70%以上,更佳為80%以上,尤佳為90%以上。藉由使金屬細線圖案之開口率為上述特定值以上,存在導電性膜之透過率進一步提高之傾向。又,金屬細線圖案之開口率之上限值較佳為未達100%,進而較佳為95%以下,更佳為90%以下,進而更佳為80%以下,再進一步更佳為70%以下,尤佳為60%以下。藉由使金屬細線圖案之開口率為上述特定值以下,存在導電性膜之導電性進一步提高之傾向。根據金屬細線圖案之形狀不同,金屬細線圖案之開口率之適當值不同。又,關於金屬細線圖案之開口率,可根據作為目標之電子元件所要求之性能(透過率及薄片電阻),適當組合上述上限值與下限值。
再者,「金屬細線圖案之開口率」可針對透明基材上之形成有金屬細線圖案之區域,藉由下式而算出。透明基材上之形成有金屬細線圖案之區域係指圖1之S所示之範圍,未形成金屬細線圖案之緣部等除外。
開口率=(1-金屬細線圖案所占面積/透明基材之面積)×100
又,根據金屬細線圖案之形狀不同,開口率與間距之關係式不同,其可以如下所示之方式算出。圖6表示具有圖案單位16之網格圖案(格子(grid)圖案)之模式圖。於該網格圖案之情形時,開口率與間距具有下述關係式。
開口率={開口部15之面積/圖案單位16之面積}×100
={((間距P1-線寬W1)×(間距P2-線寬W2))/(間距P1×間距P2)}×100
又,圖7表示線圖案之模式圖。於該線圖案之情形時,開口率與間距具有下述關係式。
開口率={(間距P-線寬W)/間距P}×100。
(薄片電阻)
導電性膜之薄片電阻較佳為0.1 Ω/sq以上1,000 Ω/sq以下,進而較佳為0.1 Ω/sq以上500 Ω/sq以下,更佳為0.1 Ω/sq以上100 Ω/sq以下,進而更佳為0.1 Ω/sq以上20 Ω/sq以下,再進一步更佳為0.1 Ω/sq以上10 Ω/sq以下。存在薄片電阻越低則電力損耗越受抑制之傾向。因此,藉由使用薄片電阻較低之導電性膜,能獲得消耗電力較少之電子紙、觸控面板及平面顯示器。導電性膜之薄片電阻可藉由以下方法而測定。
圖13表示用以說明薄片電阻之測定方法之立體圖。首先,自導電性膜以矩形形狀切出整面配設有金屬細線圖案之部分,獲得測定樣品。於所獲得之測定樣品之兩端部形成與金屬細線圖案電性連接之薄片電阻測定用之集電部,並測定集電部間之電阻R(Ω)。利用所獲得之電阻R(Ω)、及測定樣品之集電部間之距離L(mm)、進深方向之長度D(mm),藉由下式,能算出薄片電阻Rs
(Ω/sq)。
Rs
=R/L×D
導電性膜之薄片電阻存在隨著金屬細線之縱橫比(厚度)之增加而降低之傾向。又,藉由構成金屬細線之金屬材料種類之選擇,亦可進行調整。
存在薄片電阻越低則電力損耗越受抑制之傾向。因此,能獲得消耗電力較少之電子紙、觸控面板及平面顯示器。
(可見光透過率)
導電性膜之可見光透過率較佳為80%以上100%以下,進而較佳為90%以上100%以下。此處,可見光透過率可藉由依據JIS K 7361-1:1997之全光線透過率,算出該可見光(360~830 nm)範圍內之透過率而測定。
導電性膜之可見光透過率存在藉由縮小金屬細線圖案之線寬、或提高開口率而進一步提高之傾向。
(霧度)
導電性膜之霧度較佳為0.01%以上5.00%以下。霧度之上限進而較佳為3.00%以下,更佳為1.00%以下。若霧度之上限為5.00%以下,則能充分降低導電性膜相對於可見光之透明度。本說明書中之霧度可依據JIS K 7136:2000之霧度而測定。
〔透明基材〕
透明基材之「透明」,較佳指可見光透過率為80%以上,進而較佳指可見光透過率為90%以上,更佳指可見光透過率為95%以上。此處,可見光透過率可依據JIS K 7361-1:1997而測定。
透明基材之折射率較佳為1.50~1.80,進而較佳為1.50~1.60,更佳為1.55~1.58。由於透明基材之折射率處在上述範圍內,因而存在透明性進一步提高之傾向。透明基材之折射率可依據JIS K 7142:2014而測定。
自透明性之觀點而言,於依序積層透明基材、金屬細線之情形時,其折射率較佳為分階段地變小。自該觀點而言,透明基材側之金屬細線界面至0.10T~0.25T之厚度區域內,金屬細線之理論折射率較佳為小於透明基材之折射率。
作為透明基材之材料,並不特別限定,例如可列舉:玻璃等透明無機基材;丙烯酸酯、異丁烯酸酯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚碳酸酯、聚芳酯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、尼龍、芳香族聚醯胺、聚醚醚酮、聚碸、聚醚碸、聚醯亞胺、聚醚醯亞胺等透明有機基材。其中尤以聚對苯二甲酸乙二酯、聚醯亞胺或聚萘二甲酸乙二酯為佳。藉由使用聚對苯二甲酸乙二酯,存在用以製造導電性膜之生產性(成本削減效果)變得更加優異,又,透明基材與金屬細線之密接性進一步提高之傾向。又,藉由使用聚醯亞胺,存在導電性膜之耐熱性進一步提高之傾向。進而,藉由使用聚萘二甲酸乙二酯及/或聚對苯二甲酸乙二酯,存在透明基材與金屬細線之密接性變得更加優異之傾向。
透明基材可由1種材料構成,亦可由2種以上材料積層而成。又,於透明基材為由2種以上材料積層而成之多層體之情形時,該透明基材可為由有機基材或無機基材彼此積層而成者,亦可為由有機基材及無機基材積層而成者。
透明基材之厚度較佳為5 μm以上500 μm以下,進而較佳為10 μm以上100 μm以下。
〔中間層〕
第2實施形態之導電性膜亦可於透明基材與導電部之間具有中間層。該中間層有助於提高透明基材與導電部之金屬細線之密接性。
作為中間層中包含之成分,並不特別限制,例如可列舉:(聚)矽烷類、(聚)矽氮烷類、(聚)矽硫類、(聚)矽氧烷類、矽、碳化矽、氧化矽、氮化矽、氯化矽、矽酸鹽、沸石、矽化物等矽化合物;氧化鋁等鋁化合物;氟化鎂等鎂化合物等。其中尤以選自由氧化矽、氮化矽、氧化鋁及氟化鎂所組成之群中之至少一種為佳。藉由使用此種成分,存在導電性膜之透明性及耐久性進一步提高之傾向,從而用以製造導電性膜之生產性(成本削減效果)變得更加優異。
中間層之折射率較佳為1.30~1.80,進而較佳為1.40~1.70,更佳為1.45~1.55。由於中間層之折射率處在上述範圍內,因而存在透明性進一步提高之傾向。中間層之折射率可依據JIS K 7142:2014而測定。
自透明性之觀點而言,於依序積層透明基材、中間層、金屬細線之情形時,其折射率較佳為分階段地變小。自該觀點而言,中間層之折射率較佳為小於透明基材之折射率。又,透明基材側之金屬細線界面至0.10T~0.25T之厚度區域內,金屬細線之理論折射率較佳為小於中間層之折射率。
中間層之厚度較佳為0.01 μm以上500 μm以下,進而較佳為0.05 μm以上300 μm以下,更佳為0.10 μm以上200 μm以下。由於中間層之厚度為0.01 μm以上,因而中間層與金屬細線之密接性得以顯現,若中間層之厚度為500 μm以下,則能確保透明基材之可撓性。
藉由將中間層積層於透明基材上,能防止在採用電漿等焙燒手段使油墨中之金屬成分燒結時,未經金屬細線圖案部被覆之部位之透明基材遭受電漿等之蝕刻。
進而,為了防止因靜電而導致金屬細線圖案斷線,該中間層較佳為具有防靜電功能。為了使中間層具有防靜電功能,中間層較佳為包含導電性無機氧化物及導電性有機化合物中至少任一者。
中間層之體積電阻率較佳為100 Ωcm以上100000 Ωcm以下,進而較佳為1000 Ωcm以上10000 Ωcm以下,更佳為2000 Ωcm以上8000 Ωcm以下。由於中間層之體積電阻率為100000 Ωcm以下,因而能顯現防靜電功能。又,由於中間層之體積電阻率為100 Ωcm以上,因而能得當地用於金屬細線圖案間之高導電性不佳之觸控面板等用途。
體積電阻率可藉由中間層內之導電性無機氧化物或導電性有機化合物等之含量而調整。例如,於在中間層包含電漿耐性較高之氧化矽(體積比電阻為1014
Ω・cm以上)與作為導電性有機化合物之有機矽烷化合物之情形時,藉由增加有機矽烷化合物之含量,能降低體積電阻率。另一方面,藉由增加氧化矽之含量,雖會導致體積電阻率增加,但由於具有較高之電漿耐性,因而能使其成為薄膜,不會損壞光學特性。
〔第2實施形態:導電性膜之製造方法〕
第2實施形態之導電性膜之製造方法並不特別限制,例如可列舉具有如下步驟之方法:圖案形成步驟,其係使用包含金屬成分之油墨,於透明基材上形成圖案;及焙燒步驟,其係焙燒該圖案,形成金屬細線。又,第2實施形態之導電性膜之製造方法亦可包含中間層形成步驟,其係在圖案形成步驟之前,於透明基材之表面形成中間層。
〔中間層形成步驟〕
中間層形成步驟係於透明基材之表面形成中間層之步驟。作為中間層之形成方法,並不特別限制,例如可列舉如下方法:藉由物理蒸鍍法(PVD)、化學蒸鍍法(CVD)等氣相成膜法,於透明基材表面形成蒸鍍膜;或向透明基材表面塗佈中間層形成用組合物,並使其乾燥,藉此形成塗膜。
中間層形成用組合物包含作為上述中間層中包含之成分而例示之成分或其前驅物、及溶劑,根據需要,亦可含有界面活性劑、分散劑、結著劑等。
〔圖案形成步驟〕
圖案形成步驟係使用包含金屬成分之油墨形成圖案之步驟。圖案形成步驟只要為使用具有所希望之金屬細線圖案之槽的印版之有版印刷方法即可,並不特別限定,例如具有如下步驟:向轉印媒體表面塗佈油墨;使塗佈有油墨之轉印媒體表面與凸版之凸部表面對向,進行按壓,使其等接觸,將轉印媒體表面上之油墨轉移至凸版之凸部表面;及使塗佈有油墨之轉印媒體表面與透明基材之表面對向,進行按壓,使其等接觸,將殘留於轉印媒體表面之油墨轉印至透明基材之表面。再者,於在透明基材形成有中間層之情形時,油墨被轉印至中間層表面。
(油墨)
用於上述圖案形成步驟之油墨包含含有導電性金屬原子M之金屬成分與溶劑,根據需要,亦可包含界面活性劑、分散劑、還原劑等。金屬成分可以金屬粒子之形式包含於油墨,亦可以金屬錯合物之形式包含於油墨。
於使用金屬粒子之情形時,其平均一次粒徑較佳為100 nm以下,進而較佳為50 nm以下,更佳為30 nm以下。又,金屬粒子之平均一次粒徑之下限並不特別限制,可列舉1 nm以上。由於金屬粒子之平均一次粒徑為100 nm以下,因而能使所獲得之金屬細線之線寬W更細。再者,於第2實施形態中,所謂「平均一次粒徑」,係指一個一個金屬粒子(所謂之一次粒子)之粒徑,其區別於複數個金屬粒子聚集而形成之凝集體(所謂之二次粒子)之粒徑即平均二次粒徑。
作為金屬粒子,只要為包含導電性金屬原子M者即可,可為氧化銅等金屬氧化物、金屬化合物、或核部為銅且殼部為氧化銅之核/殼粒子之態樣。金屬粒子之態樣可立足於分散性或燒結性之觀點而適當決定。
作為界面活性劑,並不特別限制,例如可列舉矽酮系界面活性劑或氟系界面活性劑等。藉由使用此種界面活性劑,存在油墨向轉印媒體(印刷布)之塗佈性、所塗佈之油墨之平滑性提高,而獲得更加均勻之塗膜之傾向。再者,界面活性劑較佳為以能使金屬成分分散,且焙燒時不易殘留之方式構成。
又,作為分散劑,並不特別限制,例如可列舉與金屬成分進行非共價鍵結或相互作用之分散劑、與金屬成分進行共價鍵結之分散劑。可列舉具有磷酸基作為進行非共價鍵結或相互作用之官能基之分散劑。藉由使用此種分散劑,存在金屬成分之分散性進一步提高之傾向。
進而,作為溶劑,可列舉:單醇及多元醇等醇系溶劑;烷基醚系溶劑;烴系溶劑;酮系溶劑;酯系溶劑等。其等可單獨使用,亦可將1種以上併用。例如,可列舉併用碳數為10以下之單醇與碳數為10以下之多元醇等。藉由使用此種溶劑,存在油墨向轉印媒體(印刷布)之塗佈性、油墨自轉印媒體向凸版之轉移性、油墨自轉印媒體向透明基材之轉印性、及金屬成分之分散性進一步提高之傾向。再者,溶劑較佳為以能使金屬成分分散,且焙燒時不易殘留之方式構成。
〔焙燒步驟〕
焙燒步驟係將向透明基材或中間層之表面轉印至圖案之油墨中之金屬成分焙燒而形成金屬細線之步驟,藉此,能獲得具有與塗佈有油墨之圖案相同之金屬細線圖案之導電部。焙燒只要為能使金屬成分熔著,而形成金屬成分燒結膜之方法即可,並不特別限制。焙燒例如可使用焙燒爐進行,亦可使用電漿、加熱觸媒、紫外線、真空紫外線、電子束、紅外線燈退火、閃光燈退火、雷射等進行。於所獲得之燒結膜容易氧化之情形時,較佳為於非氧化性氣體環境下進行焙燒。又,於僅藉由油墨中可能包含之還原劑難以使金屬氧化物等還原之情形時,較佳為於還原性氣體環境下進行焙燒。
非氧化性氣體環境係指不含氧等氧化性氣體之氣體環境,包括惰性氣體環境與還原性氣體環境。所謂惰性氣體環境,例如為充滿氬、氦、氖或氮等惰性氣體之氣體環境。又,所謂還原性氣體環境,係指存在氫、一氧化碳等還原性氣體之氣體環境。可將該等氣體填充至焙燒爐中,形成密閉系統而焙燒油墨之塗佈膜(分散體塗佈膜)。又,亦可將焙燒爐形成流通系統,而一面充入該等氣體,一面焙燒塗佈膜。於在非氧化性氣體環境下焙燒塗佈膜之情形時,較佳為將焙燒爐中暫且抽成真空,去除焙燒爐中之氧,再以非氧化性氣體加以置換。又,焙燒可於加壓氣體環境下進行,亦可於減壓氣體環境下進行。
自使金屬細線中包含之氧原子O降低,結果調整金屬細線界面中包含之氧原子O之比率之觀點而言,可考慮以還原性氣體環境進行焙燒,又,反之,自藉由使金屬細線中包含之氧原子O增加,而調整金屬細線界面中包含之氧原子O之比率之觀點而言,可考慮以較弱之還原性氣體環境或惰性氣體環境進行焙燒。進而,於特定氣體環境下,藉由焙燒溫度及焙燒時間,亦能調整金屬細線界面中包含之氧原子O之比率。
焙燒溫度並不特別限制,較佳為20℃以上400℃以下,進而較佳為80℃以上300℃以下,更佳為110℃以上250℃以下,尤佳為160℃以上200℃以下。由於焙燒溫度為400℃以下,故而可使用耐熱性較低之基板,因此較佳。又,由於焙燒溫度為20℃以上,故而存在燒結膜之形成充分進行,導電性變得良好之傾向,因此較佳。再者,所獲得之燒結膜包含源自於金屬成分之導電性成分,此外,根據油墨中使用之成分或焙燒溫度,有可能包含非導電性成分。
又,焙燒時間並不特別限制,較佳為80分鐘以上300分鐘以下,進而較佳為100分鐘以上250分鐘以下,更佳為120分鐘以上220分鐘以下。由於焙燒時間為300分鐘以下,故而可使用耐熱性較低之基板,因此較佳。又,由於焙燒溫度為150分鐘以上,故而存在燒結膜之形成充分進行,導電性變得良好之傾向,因此較佳。
如上所述,根據本發明之第2實施形態,可提供一種發揮更加優異之透明性之導電性膜、及使用其之導電性膜捲筒、電子紙、觸控面板及平面顯示器。
<<第3實施形態>>
第3實施形態之目的在於,提供一種兼具較高之導電性、透明基材與金屬細線之較高密接性之導電性膜、及使用其之導電性膜捲筒、電子紙、觸控面板及平面顯示器。
〔第3實施形態:導電性膜〕
第3實施形態之導電性膜之特徵在於,其係具有透明基材及導電部之導電性膜,該導電部由配設於該透明基材之單面或雙面之金屬細線圖案構成。上述金屬細線圖案由金屬細線構成,該金屬細線包含導電性金屬原子M與碳原子C,於與上述金屬細線之延伸方向正交之上述金屬細線之截面的STEM-EDX分析中,將上述金屬細線之厚度設為T時,上述透明基材側之金屬細線界面至0.10T~0.25T之厚度區域內,原子百分比C/M0.10 ~ 0.25
為0.3以上6.0以下,上述導電性膜之薄片電阻為0.1 Ω/sq以上500 Ω/sq以下。
圖1表示金屬細線圖案為網格圖案之導電性膜之俯視圖,以此作為第3實施形態之導電性膜之一態樣。第3實施形態之導電性膜10於透明基材11上具有由金屬細線圖案12構成之導電部13。
於透明基材11上,除了導電部13以外,根據導電性膜10之使用用途,亦可形成用以連接於控制器等之引出電極(未圖示)。再者,透明基材11可於單面或雙面具有導電部13,亦可於一面具有複數個導電部13。導電部13由以能實現通電或荷電(帶電)之方式構成之金屬細線圖案12構成。第3實施形態之導電性膜10組裝入電子元件中時,導電部13作為電子紙、觸控面板及平面顯示器等之畫面部分之透明電極而發揮功能。
於此種導電性膜中,金屬細線之線寬越細,則與透明基材之密接面積越少,因導電性膜之彎曲、撓曲、屈曲等而導致金屬細線自透明基材剝離之狀況變得越為顯著。
與此相對地,根據第3實施形態,藉由構成為碳原子偏置於金屬細線截面之透明基材側之金屬細線界面,能調整密接性。藉此,即便在基於透明性之觀點而將金屬細線細化之情形時,亦能確保金屬細線之密接性。又,藉由於此種金屬細線中將碳原子之偏置設定於特定範圍內,能確保密接性而不會損壞導電性。進而,使用此種金屬細線之導電性膜可藉由印刷而製作,因此相較於藉由真空蒸鍍法或濺鍍法而製膜之使用ITO之導電性膜,自降低製造成本、減輕環境負荷之觀點而言亦優異。
〔導電部〕
導電部係由配設於透明基材上之金屬細線構成之金屬細線圖案。金屬細線圖案可為規則之圖案,亦可為不規則之圖案。於第3實施形態中,構成金屬細線圖案之金屬細線具有如下構成:於與金屬細線之延伸方向正交之金屬細線之截面中,碳原子偏置於透明基材側之金屬細線界面。
在第3實施形態中,於與金屬細線之延伸方向正交之金屬細線之截面的STEM-EDX分析中,將金屬細線之厚度設為T時,該偏置性由透明基材側之金屬細線界面至0.10T~0.25T之厚度區域內之原子百分比C/M0.10 ~ 0.25
表示。第3實施形態中之原子百分比C/M0.10 ~ 0.25
為0.3以上6.0以下,較佳為0.4以上5.0以下。由於原子百分比C/M0.10 ~ 0.25
為0.3以上,因而金屬細線相對於透明基材之密接性進一步提高。又,由於原子百分比C/M0.10 ~ 0.25
為6.0以下,因而除了導電性進一步提高以外,導電性金屬原子M彼此更具體而言為金屬成分間之鍵結變得更加牢固,金屬細線之強度提高。
作為其原理,並不特別限制,例如,可以如下方式考慮。如第3實施形態之導電性膜般,使透明基材與金屬細線等剛性或延伸性等機械性質不同之2種構件藉由彎曲、撓曲、屈曲等而變形時,應力集中於其界面,若反覆執行該操作,則有可能發生金屬細線之剝離。於該情形時,藉由碳原子偏置於透明基材側之金屬細線之界面附近,源自於金屬細線界面之碳原子之官能基與透明基材表面之官能基之間會發生氫鍵結或共價鍵結等化學鍵結,因此密接性進一步提高。又,雖金屬細線內之碳原子會成為阻礙電子傳導之因素,但藉由形成碳原子偏置於透明基材側之金屬細線之界面附近之構造,能同時亦顯現良好之導電性。
又,自與上述相同之觀點而言,透明基材側之金屬細線界面至0.10T~0.25T之厚度區域內之原子百分比O/M0.10 ~ 0.25
較佳為0.05以上,進而較佳為0.06以上,更佳為0.07以上。由於原子百分比O/M0.10 ~ 0.25
為0.05以上,因而存在金屬細線相對於透明基材之密接性進一步提高之傾向。又,原子百分比O/M0.10 ~ 0.25
較佳為1.10以下,進而較佳為1.00以下,更佳為0.95以下。由於原子百分比O/M0.10 ~ 0.25
為1.10以下,因而存在導電性進一步提高之傾向。
於第3實施形態中,原子百分比C/M0.10 ~ 0.25
及原子百分比O/M0.10 ~ 0.25
可藉由與金屬細線之延伸方向正交之金屬細線之截面的STEM-EDX分析而求出。具體而言,沿著與金屬細線之延伸方向正交之方向將金屬細線切斷,獲得金屬細線之截面露出之薄切片作為測定樣品。此時,根據需要,亦可於環氧樹脂等支持體中嵌埋導電性膜,然後形成薄切片。金屬細線之截面之形成方法只要為能抑制形成、加工截面時對金屬細線截面造成之損傷之方法即可,並不特別限制,較佳為採用使用離子束之加工法(例如,BIB(Broad Ion Beam)加工法或FIB(Focused Ion Beam)加工法)、精密機械研磨或超薄切片法等。
繼而,藉由掃描型穿透式電子顯微鏡(STEM)觀察以如上所述之方式獲得之測定樣品,獲得金屬細線之截面之STEM像。同時,藉由能量分散型X射線分析(EDX)進行金屬細線之截面之元素映射。具體而言,對截面之各個部位逐一測定碳原子C之K殼之EDX強度、導電性金屬原子M之K殼之EDX強度。對金屬細線之截面中至少透明基材側之金屬細線界面至0.10T~0.25T之厚度區域進行該操作,算出該區域內之碳原子C之K殼之EDX強度的累計值與導電性金屬原子M之K殼之EDX強度的累計值,獲得該等累計值之比作為原子百分比C/M0.10 ~ 0.25
。關於原子百分比O/M0.10 ~ 0.25
,亦可藉由相同之方法而算出。
再者,此處規定出厚度區域之厚度T,係指可藉由金屬細線截面之STEM像而確認的、透明基材側之金屬細線界面至金屬細線表面之厚度中最大之厚度。因此,即便於在金屬細線之同一截面內厚度因表面粗糙度等而於特定部位不同之情形時,該截面中之最大厚度亦成為厚度T。再者,自防止金屬細線截面之氧化或污染之觀點而言,上述金屬細線之截面之形成或STEM-EDX分析較佳為於氬等惰性氣體環境下或真空中進行。
如上所述,藉由將原子百分比C/M0.10 ~ 0.25
,較佳為進而將原子百分比O/M0.10 ~ 0.25
調整至特定範圍內,能一面維持較高之導電性,一面提高密接性,從而能抑制導電性膜之彎曲、撓曲、屈曲等變形導致金屬細線自透明基材剝離之狀況。又,藉此,可使用較細之金屬細線,因此得以維持較低之視認性。
原子百分比C/M0.10 ~ 0.25
及原子百分比O/M0.10 ~ 0.25
各值並不特別限制,例如,可藉由調整形成金屬細線時之焙燒條件,控制其之增減。金屬細線可藉由如下方法而形成:使用包含金屬成分之油墨,於透明基材上形成圖案,並焙燒該圖案,使金屬成分彼此鍵結。於該焙燒步驟之前,金屬成分以具有初始氧化物或氧化被膜之狀態,或者與分散劑等有機物共存之狀態存在,但可想而知,隨著焙燒之進行,氧或氧化被膜、有機物等會被去除。關於該氧或氧化被膜、有機物之去除,一般認為,於金屬細線之氣固界面(於尚為油墨狀態之情形時,為氣液界面)側容易進行,而相對地,於金屬細線之內部即透明基材側之金屬細線之界面附近難以進行。因此,藉由調整焙燒時之能量(例如,熱、電漿、電子束或光源之照射能量)或焙燒時間、焙燒氣體環境之還原性,而調整氧或氧化被膜、有機物之去除程度,藉此能調整偏置於透明基材側之金屬細線界面附近之原子百分比。又,藉由調整油墨中包含之界面活性劑、分散劑或還原劑之種類或者含量,亦能調整偏置於透明基材側之金屬細線界面附近之原子百分比。
又,如上述第2實施形態中所記載般,構成第3實施形態中之金屬細線圖案之金屬細線亦可構成為具有與透明基材之折射率相對較近之折射率。
如第2實施形態中所記載般,作為折射率之指標,於與金屬細線之延伸方向正交之金屬細線之截面中,氧原子O相對於導電性金屬原子M之原子百分比O/M使用特定比率。
第2實施形態中之原子百分比O/M0.10 ~ 0.90
為0.01以上1.00以下,較佳為0.02以上0.80以下,進而較佳為0.03以上0.75以下。原子百分比O/M0.10 ~ 0.90
越為增加,則金屬細線之折射率越多地提高,原子百分比O/M0.10 ~ 0.90
越為減少,則金屬細線之折射率越多地降低。藉此,金屬細線之折射率接近於透明基材之折射率,透明性進一步提高。又,原子百分比O/M0.10 ~ 0.90
越為減少,則氧化物之比率越為減少,因此存在導電性進一步提高之傾向。由於原子百分比O/M0.10 ~ 0.90
為0.01以上,因而透明性提高。另一方面,由於原子百分比O/M0.10 ~ 0.90
為1.00以下,因而能一面維持良好之透明性,一面顯現較高之導電性。
又,氧原子O之偏置性及均勻性可使用特定厚度區域內之原子百分比O/M表示。例如,於將透明基材側之金屬細線界面至0.75T~0.90T之厚度區域內之原子百分比O/M設為原子百分比O/M0.75 ~ 0.90
時,原子百分比O/M0.75 ~ 0.90
成為表示存在於金屬細線之正面側之區域的氧原子O之比率之指標。此種原子百分比O/M0.75 ~ 0.90
較佳為0.25以下,進而較佳為0.22以下,更佳為0.18以下。由於原子百分比O/M0.75 ~ 0.90
為0.25以下,因而存在導電性進一步提高之傾向。再者,於第2實施形態中,所謂T,表示透明基材側之金屬細線界面至金屬細線表面之厚度中最大之厚度,可利用電子顯微鏡照片測定。
進而,於將透明基材側之金屬細線界面至0.10T~0.25T之厚度區域內之原子百分比O/M設為原子百分比O/M0.10 ~ 0.25
時,原子百分比O/M0.10 ~ 0.25
成為表示存在於透明基材側之金屬細線之界面側之區域的氧原子O之比率之指標。此種原子百分比O/M0.10 ~ 0.25
較佳為0.05以上,進而較佳為0.06以上,更佳為0.07以上。由於原子百分比O/M0.10 ~ 0.25
為0.05以上,因而存在透明性進一步提高之傾向。又,原子百分比O/M0.10 ~ 0.25
較佳為1.10以下,進而較佳為1.00以下,更佳為0.95以下。由於原子百分比O/M0.10 ~ 0.25
為1.10以下,因而存在導電性進一步提高之傾向。
原子百分比O/M0.10 ~ 0.90
、原子百分比O/M0.75 ~ 0.90
及原子百分比O/M0.10 ~ 0.25
之測定方法、以及原子百分比O/M0.10 ~ 0.90
、原子百分比O/M0.75 ~ 0.90
及原子百分比O/M0.10 ~ 0.25
各值之調整方法將於第2實施形態中進行詳細說明。
如上所述,藉由將原子百分比O/M0.10 ~ 0.90
,較佳為進而將原子百分比O/M0.75 ~ 0.90
、原子百分比O/M0.10 ~ 0.25
調整至特定範圍內,能提高導電性膜之透明性。
如上述第1實施形態中所記載般,關於構成第3實施形態之金屬細線圖案之金屬細線,基於提高導電性與可撓性之目的,原子百分比Si/M0.10 ~ 0.90
亦可為0.001以上0.070以下。原子百分比Si/M0.10 ~ 0.90
之下限值較佳為0.003以上,進而較佳為0.005以上。原子百分比Si/M0.10 ~ 0.90
之上限值較佳為0.065以下,進而較佳為0.063以下。
進而,透明基材側之金屬細線界面至0.10T~0.25T之厚度區域內,原子百分比Si/M0.10 ~ 0.25
之下限值較佳為0.001以上,進而較佳為0.003以上,更佳為0.005以上。原子百分比Si/M0.10 ~ 0.25
之上限值較佳為0.070以下,進而較佳為0.065以下,更佳為0.063以下。又,透明基材側之金屬細線界面至0.75T~0.90T之厚度區域內,原子百分比Si/M0.75 ~ 0.90
之下限值較佳為0.001以上,進而較佳為0.003以上,更佳為0.005以上。原子百分比Si/M0.75 ~ 0.90
之上限值較佳為0.070以下,進而較佳為0.065以下,更佳為0.063以下。藉此,存在無論將導電性膜朝何方彎折均不易斷線之傾向。
導電性金屬原子M進而較佳為包含選自金、銀、銅及鋁中之至少一種以上金屬元素,更佳為銀或銅,進而,尤佳為相對較為廉價之銅。藉由使用此種金屬元素,存在導電性膜之導電性變得更加優異之傾向。
進而,金屬細線亦可除了包含上述導電性金屬原子M且發揮導電性之導電性成分以外,進而包含非導電性成分。又,作為非導電性成分,並不特別限制,例如可列舉金屬氧化物、金屬化合物及有機化合物。再者,作為該等非導電性成分,可列舉:源自於下述油墨中包含之成分,且為油墨所包含之成分中殘留於經焙燒後之金屬細線上之金屬氧化物、金屬化合物及有機化合物。導電性成分之含有比率較佳為50質量%以上,進而較佳為60質量%以上,更佳為70質量%以上。導電性成分之含有比率之上限為100質量%,但並不特別限制。又,非導電性成分之含有比率較佳為50質量%以下,進而較佳為40質量%以下,更佳為30質量%以下。非導電性成分之含有比率之下限為0質量%,但並不特別限制。
(金屬細線圖案)
金屬細線圖案可根據作為目標之電子元件之用途而設計,但並不特別限定,例如可列舉由複數條金屬細線呈網狀交叉而形成之網格圖案(圖1及2)、或由複數條大致平行之金屬細線形成之線圖案(圖3及4)。又,金屬細線圖案亦可為由網格圖案與線圖案組合而成者。網格圖案之網眼可為如圖1所示之正方形或長方形,亦可為如圖2所示之菱形等多邊形。又,構成線圖案之金屬細線可為如圖3所示之直線,亦可為如圖4所示之曲線。進而,於構成網格圖案之金屬細線中,亦可使金屬細線為曲線。
第3實施形態之金屬細線之線寬W係指,自透明基材11之配設有金屬細線圖案12之面側,將金屬細線14投影於透明基材11之表面上時之金屬細線14之線寬。圖15表示圖1之導電性膜之III-III'之局部剖視圖。以該圖15為例,於具有梯形截面之金屬細線14中,與透明基材11接觸之金屬細線14之面之寬度成為線寬W。又,金屬細線之厚度T表示考慮到表面粗糙度之情形時之最大厚度,間距P表示線寬W與金屬細線間之距離之和。
(線寬)
金屬細線之線寬W例如較佳為0.1 μm以上5.0 μm以下,進而較佳為0.2 μm以上4.0 μm以下,更佳為0.3 μm以上3.0 μm以下,進而更佳為0.4 μm以上2.5 μm以下。由於金屬細線之線寬W為0.1 μm以上,因而存在導電性進一步提高之傾向。又,存在能充分抑制因金屬細線表面之氧化或腐蝕等而導致導電性降低之傾向。進而,於使開口率相同之情形時,金屬細線之線寬越細,則越能增加金屬細線之條數。藉此,導電性膜之電場分佈變得更加均勻,從而能製作更高解像度之電子元件。又,即便一部分金屬細線發生了斷線,其所造成之影響亦能由其他金屬細線加以彌補。另一方面,由於金屬細線之線寬W為5.0 μm以下,因而存在金屬細線之視認性進一步降低,導電性膜之透明性進一步提高之傾向。
金屬細線之厚度T較佳為10 nm以上1,000 nm以下。厚度T之下限進而較佳為50 nm以上,更佳為75 nm以上。由於金屬細線之厚度T為10 nm以上,因而存在導電性進一步提高之傾向。又,存在能充分抑制因金屬細線表面之氧化或腐蝕等而導致導電性降低之傾向。另一方面,由於金屬細線之厚度T為1,000 nm以下,因而能於較廣之視野角下顯現較高之透明性。
(縱橫比)
以金屬細線之厚度T相對於金屬細線之線寬W表示之縱橫比較佳為0.05以上1.00以下。縱橫比之下限進而較佳為0.08以上,更佳為0.10以上。由於縱橫比為0.05以上,因而存在能進一步提高導電性而不會使可見光透過率降低之傾向。
(間距)
金屬細線圖案之間距P較佳為5 μm以上,進而較佳為50 μm以上,更佳為100 μm以上。由於金屬細線圖案之間距P為5 μm以上,因而能獲得良好之透過率。又,金屬細線圖案之間距P較佳為1,000 μm以下,進而較佳為500 μm以下,更佳為250 μm以下。由於金屬細線圖案之間距P為1,000 μm以下,因而存在能進一步提高導電性之傾向。再者,於金屬細線圖案之形狀為網格圖案之情形時,藉由使1 μm線寬之金屬細線圖案之間距為200 μm,能達成99%開口率。
再者,金屬細線圖案之線寬、縱橫比及間距可藉由利用電子顯微鏡等觀察導電性膜截面而確認。又,金屬細線圖案之線寬與間距亦可利用雷射顯微鏡或光學顯微鏡觀察。又,間距與開口率具有下述關係式,因此只要得知其中一者便亦能算出另一者。又,作為將金屬細線圖案之線寬、縱橫比及間距調整至所希望之範圍內的方法,可列舉調整下述導電性膜之製造方法中使用之印版之槽的方法、調整油墨中之金屬粒子之平均粒徑的方法等。
(開口率)
金屬細線圖案之開口率之下限值較佳為60%以上,進而較佳為70%以上,更佳為80%以上,尤佳為90%以上。藉由使金屬細線圖案之開口率為上述特定值以上,存在導電性膜之透過率進一步提高之傾向。又,金屬細線圖案之開口率之上限值較佳為未達100%,進而較佳為95%以下,更佳為90%以下,進而更佳為80%以下,再進一步更佳為70%以下,尤佳為60%以下。藉由使金屬細線圖案之開口率為上述特定值以下,存在導電性膜之導電性進一步提高之傾向。根據金屬細線圖案之形狀不同,金屬細線圖案之開口率之適當值不同。又,關於金屬細線圖案之開口率,可根據作為目標之電子元件所要求之性能(透過率及薄片電阻),適當組合上述上限值與下限值。
再者,「金屬細線圖案之開口率」可針對透明基材上之形成有金屬細線圖案之區域,藉由下式而算出。透明基材上之形成有金屬細線圖案之區域係指圖1之S所示之範圍,未形成金屬細線圖案之緣部等除外。
開口率=(1-金屬細線圖案所占面積/透明基材之面積)×100
又,根據金屬細線圖案之形狀不同,開口率與間距之關係式不同,其可以如下所示之方式算出。圖6表示具有圖案單位16之網格圖案(格子(grid)圖案)之模式圖。於該網格圖案之情形時,開口率與間距具有下述關係式。
開口率={開口部15之面積/圖案單位16之面積}×100
={((間距P1-線寬W1)×(間距P2-線寬W2))/(間距P1×間距P2)}×100
又,圖7表示線圖案之模式圖。於該線圖案之情形時,開口率與間距具有下述關係式。
開口率={(間距P-線寬W)/間距P}×100。
(薄片電阻)
導電性膜之薄片電阻為0.1 Ω/sq以上500 Ω/sq以下,較佳為0.1 Ω/sq以上200 Ω/sq以下,進而較佳為0.1 Ω/sq以上100 Ω/sq以下,更佳為0.1 Ω/sq以上20 Ω/sq以下,進而更佳為0.1 Ω/sq以上10 Ω/sq以下。存在薄片電阻越低則電力損耗越受抑制之傾向。因此,藉由使用薄片電阻較低之導電性膜,能獲得消耗電力較少之電子紙、觸控面板及平面顯示器。導電性膜之薄片電阻可藉由以下方法而測定。
圖13表示用以說明薄片電阻之測定方法之立體圖。首先,自導電性膜以矩形形狀切出整面配設有金屬細線圖案之部分,獲得測定樣品。於所獲得之測定樣品之兩端部形成與金屬細線圖案電性連接之薄片電阻測定用之集電部,並測定集電部間之電阻R(Ω)。利用所獲得之電阻R(Ω)、及測定樣品之集電部間之距離L(mm)、進深方向之長度D(mm),藉由下式,能算出薄片電阻Rs
(Ω/sq)。
Rs
=R/L×D
導電性膜之薄片電阻存在隨著金屬細線之縱橫比(厚度)之增加而降低之傾向。又,藉由構成金屬細線之金屬材料種類之選擇,亦可進行調整。
存在薄片電阻越低則電力損耗越受抑制之傾向。因此,能獲得消耗電力較少之電子紙、觸控面板及平面顯示器。
(可見光透過率)
導電性膜之可見光透過率較佳為80%以上100%以下,進而較佳為90%以上100%以下。此處,可見光透過率可藉由依據JIS K 7361-1:1997之全光線透過率,算出該可見光(360~830 nm)範圍內之透過率而測定。
導電性膜之可見光透過率存在藉由縮小金屬細線圖案之線寬、或提高開口率而進一步提高之傾向。
(霧度)
導電性膜之霧度較佳為0.01%以上5.00%以下。霧度之上限進而較佳為3.00%以下,更佳為1.00%以下。若霧度之上限為5.00%以下,則能充分降低導電性膜相對於可見光之透明度。本說明書中之霧度可依據JIS K 7136:2000之霧度而測定。
〔透明基材〕
透明基材之「透明」,較佳指可見光透過率為80%以上,進而較佳指可見光透過率為90%以上,更佳指可見光透過率為95%以上。此處,可見光透過率可依據JIS K 7361-1:1997而測定。
作為透明基材之材料,並不特別限定,例如可列舉:玻璃等透明無機基材;丙烯酸酯、異丁烯酸酯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚碳酸酯、聚芳酯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、尼龍、芳香族聚醯胺、聚醚醚酮、聚碸、聚醚碸、聚醯亞胺、聚醚醯亞胺等透明有機基材。其中尤以聚對苯二甲酸乙二酯、聚醯亞胺或聚萘二甲酸乙二酯為佳。藉由使用聚對苯二甲酸乙二酯,存在用以製造導電性膜之生產性(成本削減效果)變得更加優異,又,透明基材與金屬細線之密接性進一步提高之傾向。又,藉由使用聚醯亞胺,存在導電性膜之耐熱性進一步提高之傾向。進而,藉由使用聚萘二甲酸乙二酯及/或聚對苯二甲酸乙二酯,存在透明基材與金屬細線之密接性變得更加優異之傾向。
透明基材可由1種材料構成,亦可由2種以上材料積層而成。又,於透明基材為由2種以上材料積層而成之多層體之情形時,該透明基材可為由有機基材或無機基材彼此積層而成者,亦可為由有機基材及無機基材積層而成者。
透明基材之厚度較佳為5 μm以上500 μm以下,進而較佳為10 μm以上100 μm以下。
〔中間層〕
第3實施形態之導電性膜亦可於透明基材與導電部之間具有中間層。該中間層有助於提高透明基材與導電部之金屬細線之密接性。
作為中間層中包含之成分,並不特別限制,例如可列舉:(聚)矽烷類、(聚)矽氮烷類、(聚)矽硫類、(聚)矽氧烷類、矽、碳化矽、氧化矽、氮化矽、氯化矽、矽酸鹽、沸石、矽化物等矽化合物;氧化鋁等鋁化合物;氟化鎂等鎂化合物等。其中尤以選自由氧化矽、氮化矽、氧化鋁及氟化鎂所組成之群中之至少一種為佳。藉由使用此種成分,存在導電性膜之透明性及耐久性進一步提高之傾向,從而用以製造導電性膜之生產性(成本削減效果)變得更加優異。
中間層之厚度較佳為0.01 μm以上500 μm以下,進而較佳為0.05 μm以上300 μm以下,更佳為0.10 μm以上200 μm以下。由於中間層之厚度為0.01 μm以上,因而中間層與金屬細線之密接性得以顯現,若中間層之厚度為500 μm以下,則能確保透明基材之可撓性。
藉由將中間層積層於透明基材上,能防止在採用電漿等焙燒手段使油墨中之金屬成分燒結時,未經金屬細線圖案部被覆之部位之透明基材遭受電漿等之蝕刻。
進而,為了防止因靜電而導致金屬細線圖案斷線,該中間層較佳為具有防靜電功能。為了使中間層具有防靜電功能,中間層較佳為包含導電性無機氧化物及導電性有機化合物中至少任一者。
中間層之體積電阻率較佳為100 Ωcm以上100000 Ωcm以下,進而較佳為1000 Ωcm以上10000 Ωcm以下,更佳為2000 Ωcm以上8000 Ωcm以下。由於中間層之體積電阻率為100000 Ωcm以下,因而能顯現防靜電功能。又,由於中間層之體積電阻率為100 Ωcm以上,因而能得當地用於金屬細線圖案間之高導電性不佳之觸控面板等用途。
體積電阻率可藉由中間層內之導電性無機氧化物或導電性有機化合物等之含量而調整。例如,於在中間層包含電漿耐性較高之氧化矽(體積比電阻為1014
Ω・cm以上)與作為導電性有機化合物之有機矽烷化合物之情形時,藉由增加有機矽烷化合物之含量,能降低體積電阻率。另一方面,藉由增加氧化矽之含量,雖會導致體積電阻率增加,但由於具有較高之電漿耐性,因而能使其成為薄膜,不會損壞光學特性。
〔第3實施形態:導電性膜之製造方法〕
第3實施形態之導電性膜之製造方法並不特別限制,例如可列舉具有如下步驟之方法:圖案形成步驟,其係使用包含金屬成分之油墨,於透明基材上形成圖案;及焙燒步驟,其係焙燒該圖案,形成金屬細線。又,第3實施形態之導電性膜之製造方法亦可包含中間層形成步驟,其係在圖案形成步驟之前,於透明基材之表面形成中間層。
〔中間層形成步驟〕
中間層形成步驟係於透明基材之表面形成中間層之步驟。作為中間層之形成方法,並不特別限制,例如可列舉如下方法:藉由物理蒸鍍法(PVD)、化學蒸鍍法(CVD)等氣相成膜法,於透明基材表面形成蒸鍍膜;或向透明基材表面塗佈中間層形成用組合物,並使其乾燥,藉此形成塗膜。
中間層形成用組合物包含作為上述中間層中包含之成分而例示之成分或其前驅物、及溶劑,根據需要,亦可含有界面活性劑、分散劑、結著劑等。
〔圖案形成步驟〕
圖案形成步驟係使用包含金屬成分之油墨形成圖案之步驟。圖案形成步驟只要為使用具有所希望之金屬細線圖案之槽的印版之有版印刷方法即可,並不特別限定,例如具有如下步驟:向轉印媒體表面塗佈油墨;使塗佈有油墨之轉印媒體表面與凸版之凸部表面對向,進行按壓,使其等接觸,將轉印媒體表面上之油墨轉移至凸版之凸部表面;及使塗佈有油墨之轉印媒體表面與透明基材之表面對向,進行按壓,使其等接觸,將殘留於轉印媒體表面之油墨轉印至透明基材之表面。再者,於在透明基材形成有中間層之情形時,油墨被轉印至中間層表面。
(油墨)
用於上述圖案形成步驟之油墨包含含有導電性金屬原子M之金屬成分與溶劑,根據需要,亦可包含界面活性劑、分散劑、還原劑等。金屬成分可以金屬粒子之形式包含於油墨,亦可以金屬錯合物之形式包含於油墨。
於使用金屬粒子之情形時,其平均一次粒徑較佳為100 nm以下,進而較佳為50 nm以下,更佳為30 nm以下。又,金屬粒子之平均一次粒徑之下限並不特別限制,可列舉1 nm以上。由於金屬粒子之平均一次粒徑為100 nm以下,因而能使所獲得之金屬細線之線寬W更細。再者,於第3實施形態中,所謂「平均一次粒徑」,係指一個一個金屬粒子(所謂之一次粒子)之粒徑,其區別於複數個金屬粒子聚集而形成之凝集體(所謂之二次粒子)之粒徑即平均二次粒徑。
作為金屬粒子,只要為包含導電性金屬原子M者即可,可為氧化銅等金屬氧化物、金屬化合物、或核部為銅且殼部為氧化銅之核/殼粒子之態樣。金屬粒子之態樣可立足於分散性或燒結性之觀點而適當決定。
作為界面活性劑,並不特別限制,例如可列舉矽酮系界面活性劑或氟系界面活性劑等。藉由使用此種界面活性劑,存在油墨向轉印媒體(印刷布)之塗佈性、所塗佈之油墨之平滑性提高,而獲得更加均勻之塗膜之傾向。再者,界面活性劑較佳為以能使金屬成分分散,且焙燒時不易殘留之方式構成。
又,作為分散劑,並不特別限制,例如可列舉與金屬成分進行非共價鍵結或相互作用之分散劑、與金屬成分進行共價鍵結之分散劑。可列舉具有磷酸基作為進行非共價鍵結或相互作用之官能基之分散劑。藉由使用此種分散劑,存在金屬成分之分散性進一步提高之傾向。
進而,作為溶劑,可列舉:單醇及多元醇等醇系溶劑;烷基醚系溶劑;烴系溶劑;酮系溶劑;酯系溶劑等。其等可單獨使用,亦可將1種以上併用。例如,可列舉併用碳數為10以下之單醇與碳數為10以下之多元醇等。藉由使用此種溶劑,存在油墨向轉印媒體(印刷布)之塗佈性、油墨自轉印媒體向凸版之轉移性、油墨自轉印媒體向透明基材之轉印性、及金屬成分之分散性進一步提高之傾向。再者,溶劑較佳為以能使金屬成分分散,且焙燒時不易殘留之方式構成。
再者,自調整金屬細線中之碳原子C及氧原子O之觀點而言,能調整油墨中包含之上述成分之含量。例如,藉由增加上述成分之含量,或使用包含大量碳原子C及氧原子O之有機物作為上述成分,能增加碳原子C及氧原子O。
〔焙燒步驟〕
焙燒步驟係焙燒圖案而形成金屬細線之步驟,藉此,能獲得具有與塗佈有油墨之圖案相同之金屬細線圖案之導電部。焙燒只要為能使金屬成分熔著,而形成金屬成分燒結膜之方法即可,並不特別限制。焙燒例如可使用焙燒爐進行,亦可使用電漿、加熱觸媒、紫外線、真空紫外線、電子束、紅外線燈退火、閃光燈退火、雷射等進行。於所獲得之燒結膜容易氧化之情形時,較佳為於非氧化性氣體環境下進行焙燒。又,於僅藉由油墨中可能包含之還原劑難以使金屬氧化物等還原之情形時,較佳為於還原性氣體環境下進行焙燒。
非氧化性氣體環境係指不含氧等氧化性氣體之氣體環境,包括惰性氣體環境與還原性氣體環境。所謂惰性氣體環境,例如為充滿氬、氦、氖或氮等惰性氣體之氣體環境。又,所謂還原性氣體環境,係指存在氫、一氧化碳等還原性氣體之氣體環境。可將該等氣體填充至焙燒爐中,形成密閉系統而焙燒油墨之塗佈膜(分散體塗佈膜)。又,亦可將焙燒爐形成流通系統,而一面充入該等氣體,一面焙燒塗佈膜。於在非氧化性氣體環境下焙燒塗佈膜之情形時,較佳為將焙燒爐中暫且抽成真空,去除焙燒爐中之氧,再以非氧化性氣體加以置換。又,焙燒可於加壓氣體環境下進行,亦可於減壓氣體環境下進行。
自使金屬細線中包含之氧原子O降低,結果調整金屬細線界面中包含之氧原子O之比率之觀點而言,可考慮以還原性氣體環境進行焙燒,又,反之,自藉由使金屬細線中包含之氧原子O增加,而調整金屬細線界面中包含之氧原子O之比率之觀點而言,可考慮以較弱之還原性氣體環境或惰性氣體環境進行焙燒。
焙燒溫度並不特別限制,較佳為20℃以上400℃以下,進而較佳為50℃以上300℃以下,更佳為80℃以上200℃以下,尤佳為90℃以上130℃以下。由於焙燒溫度為400℃以下,故而可使用耐熱性較低之基板,因此較佳。又,由於焙燒溫度為20℃以上,故而存在燒結膜之形成充分進行,導電性變得良好之傾向,因此較佳。再者,所獲得之燒結膜包含源自於金屬成分之導電性成分,此外,根據油墨中使用之成分或焙燒溫度,有可能包含非導電性成分。
又,焙燒時間並不特別限制,較佳為15分鐘以上90分鐘以下,進而較佳為20分鐘以上80分鐘以下,更佳為30分鐘以上70分鐘以下。由於焙燒時間為90分鐘以下,故而可使用耐熱性較低之基板,因此較佳。又,由於焙燒溫度為15分鐘以上,故而存在燒結膜之形成充分進行,導電性變得良好之傾向,因此較佳。
自使金屬細線中包含之碳原子C降低,結果調整金屬細線界面中包含之碳原子C之比率之觀點而言,可考慮於相對較高溫度下進行長時間之焙燒,又,反之,自藉由使金屬細線中包含之碳原子C增加,而調整金屬細線界面中包含之碳原子C之比率之觀點而言,可考慮於相對較低溫度下進行短時間之焙燒。
其中,自調整金屬細線中之碳原子C之觀點而言,作為焙燒時之能量,例如較佳為使用熱、電漿、電子束或光源。再者,根據需要,亦可將該等焙燒方法任意組合而進行複數次焙燒。
根據本發明之第3實施形態,可提供一種兼具較高之導電性、透明基材與金屬細線之較高密接性之導電性膜、及使用其之電子紙、觸控面板及平面顯示器。
〔導電性膜捲筒〕
第1實施形態~第3實施形態之導電性膜捲筒係由上述第1實施形態~第3實施形態之導電性膜捲繞而成者。導電性膜捲筒亦可於中心部具有用以裹捲導電性膜之捲芯。第1實施形態~第3實施形態之導電性膜捲筒係根據所希望之用途(例如,電子紙、觸控面板、平面顯示器等)切斷成適當之尺寸而使用。
〔電子紙〕
第1實施形態~第3實施形態之電子紙只要為具備上述導電性膜者即可,並不特別限制。圖8係表示具備第1實施形態~第3實施形態之導電性膜(網格圖案)之電子紙之一態樣的俯視圖,圖9表示第1實施形態~第3實施形態之電子紙之V-V'之局部剖視圖,圖10係表示具備具有與圖8相同之開口率且金屬細線之線寬較粗的先前之導電性膜之電子紙之一態樣的俯視圖。
如圖8所示,電子紙20構成為,於承杯21上配設有金屬細線圖案12,從而能對承杯21施加電場。具體而言,如圖9所示,於電子紙20之承杯21中,收容有帶電之黑顏料22與帶電之白顏料23,藉由底部電極24與導電性膜10之間之電場,控制帶電黑顏料22與帶電白顏料23之行為。
此時,如圖8與圖10之對比所示,開口率相同之情形下,金屬細線圖案較細者之經承杯21之正上方橫斷之金屬細線14更多,從而藉由承杯21能均勻地施加電場。因此,具備第1實施形態~第3實施形態之導電性膜10之電子紙20能提供更高解像度之圖像。再者,本實施形態之電子紙20之構成並不限定於上述構成。
〔觸控面板〕
第1實施形態~第3實施形態之觸控面板只要為具備上述導電性膜者即可,並不特別限制。圖11係表示具備第1實施形態~第3實施形態之導電性膜(線圖案)之觸控面板之一態樣的立體圖。在靜電電容方式之觸控面板30中,於絕緣體31之正面及背面存在2片導電性膜10,2片導電性膜10以線圖案交叉之方式對向。又,導電性膜10亦可具有引出電極32。引出電極32將金屬細線14與用以進行向金屬細線14之通電切換之控制器33(CPU(Central Processing Unit,中央處理單元)等)連接。
又,圖12係表示具備第1實施形態~第3實施形態之導電性膜(線圖案)之觸控面板之另一態樣的立體圖。該觸控面板30於第1實施形態~第3實施形態之導電性膜10之兩面具備金屬細線圖案12,以此取代於絕緣體31之正面及背面具備2片導電性膜10。藉此,成為於絕緣體31(透明基材11)之正面及背面具備2個金屬細線圖案12者。
再者,第1實施形態~第3實施形態之觸控面板並不限定於靜電電容方式,亦可採用電阻膜方式、投影型靜電電容方式及表面型靜電電容方式等。
〔平面顯示器〕
第1實施形態~第3實施形態之平面顯示器只要為具備上述導電性膜者即可,並不特別限制。
[實施例]
以下,例示實施例及比較例,對本發明之實施形態具體地進行說明,但本發明不受以下實施例及比較例之任何限定。
<<實施例A>>
以下,對與第1實施形態相關之實施例A及比較例A具體地進行說明。
《透明基材A》
[透明基材A1之製備]
使用聚對苯二甲酸乙二酯(PET)作為透明基材,向其上塗佈包含氧化矽奈米粒子與導電性有機矽烷化合物之中間層形成組合物,並使其乾燥,形成具有防靜電功能、厚度為150 nm、體積電阻率為5000 Ωcm、含有氧化矽之中間層,藉此獲得透明基材A1。再者,透明基材A1係於作為透明基材之PET上積層有中間層之形態。
[透明基材A2之製備]
將用以製備透明基材A1之PET作為透明基材A2。
《油墨A》
[油墨A1]
將20質量份氧化銅奈米粒子(CIK奈米科技公司製造之氧化銅微粒子)、4質量份分散劑(BYK Chemie公司製造,製品名:Disperbyk-145)、1質量份界面活性劑(清美化學公司製造,製品名:S-611)、及75質量份有機溶劑(n-丁醇及2-丙二醇)混合,製備分散有氧化銅奈米粒子之油墨A1。
[油墨A2]
將20質量份粒徑為21 nm之氧化亞銅奈米粒子、4質量份分散劑(BYK Chemie公司製造,製品名:Disperbyk-145)、1質量份界面活性劑(清美化學公司製造,製品名:S-611)、及75質量份乙醇混合,製備氧化亞銅奈米粒子之含有比率為20質量%之油墨A2。
[油墨A3]
製備相對於100質量份油墨A1添加有5.0質量份有機聚矽氧烷之油墨A3。
<實施例A1>
《導電性膜之製造》
首先,向轉印媒體表面塗佈油墨A1,繼而,使塗佈有油墨A1之轉印媒體表面與具有金屬細線圖案之槽之印版對向,進行按壓,使其等接觸,將轉印媒體表面上之一部分油墨A1轉移至印版之凸部表面。其後,使覆有殘留之油墨A1之轉印媒體表面與透明基材A1對向,進行按壓,使其等接觸,將所希望之金屬細線圖案狀之油墨A1轉印至透明基材A1之上。繼而,使用Nova Centrix公司製造之Pulseforge 1300,於室溫環境下,藉由閃光燈退火焙燒金屬細線圖案狀之油墨A1(分散體塗佈膜),而獲得包含表1所示之線寬與厚度之網格圖案之金屬細線的導電性膜。
《導電性膜之評估》
[實施例A:薄片電阻]
藉由以下方法測定所獲得之導電性膜之薄片電阻Rs0
(Ω/sq)。首先,自導電性膜之整面配設有金屬細線圖案之部分切出100 mm見方之測定樣品。繼而,使用網版印刷裝置向所獲得之測定樣品之表面的寬度方向之兩端部塗佈銀漿,並使其乾燥,如圖13所示,形成寬度10 mm×深度100 mm之長條狀集電部。繼而,藉由使電阻表之測定端子接觸樣品兩端部之兩端子法,測定樣品兩端部之電阻R(Ω)。使用下式由所獲得之電阻算出薄片電阻Rs0
(Ω/sq)。將結果示於下表1。再者,關於表面具有保護層之導電膜之薄片電阻,係製作使金屬細線圖案中之集電部露出、而使其他金屬細線圖案由保護層被覆之導電性膜,並對其進行測定。具體而言,對藉由上述方法而形成之集電部進行遮蔽,形成保護層,最後去除遮蔽,藉此製作僅集電部露出之導電性膜。
Rs0
=R/L×D
L:80(mm):集電部間之距離
D:100(mm):進深方向之距離
[實施例A:可見光透過率及霧度]
依據JIS K 7361-1:1997之全光線透過率,算出具有360~830 nm波長之可見光之透過率,藉此測定導電性膜之可見光透過率。又,依據JIS K 7136:2000測定導電性膜之霧度。將結果示於下表1。
[實施例A:金屬細線截面之STEM-EDX分析]
將所獲得之導電性膜嵌埋至作為支持體之環氧樹脂中,使用超薄切片機沿著與金屬細線之延伸方向正交之金屬細線之面切斷,形成厚度為80 nm之薄切片。將所獲得之薄切片作為測定樣品,於下述條件下照射電子束,藉此進行STEM-EDX分析。
STEM:日立高新技術公司製造之掃描型穿透式電子顯微鏡HD-2300A
EDX:EDAX公司製造之能量分散型X射線分析裝置GENESIS
加速電壓:200 kV
測定倍率:25,000倍
電子束入射角度:90°
X射線掠出角度:18°
映射元素:Cu、Ag、Si
累計次數:200次
停留時間:200 μsec.
解像度:256×200像素
首先,由利用STEM所獲得之金屬細線之截面之STEM像,算出透明基材側之金屬細線界面至金屬細線表面之最大厚度T。繼而,由透明基材側之金屬細線界面至0.10T~0.90T之厚度之區域內的矽原子Si之K殼之EDX強度的累計值算出Si原子之原子百分比,由透明基材側之金屬細線界面至0.10T~0.90T之厚度之區域內的矽以外之導電性金屬原子M之K殼之EDX強度的累計值算出M原子之原子百分比,藉此算出Si/M0.10 ~ 0.90
。繼而,由透明基材側之金屬細線界面至0.10T~0.25T之厚度之區域內的矽原子Si之K殼之EDX強度的累計值算出Si原子之原子百分比,由透明基材側之金屬細線界面至0.10T~0.25T之厚度之區域內的矽以外之導電性金屬原子M之K殼之EDX強度的累計值算出M原子之原子百分比,藉此算出Si/M0.10 ~ 0.25
。繼而,由透明基材側之金屬細線界面至0.75T~0.90T之厚度之區域內的矽原子Si之K殼之EDX強度的累計值算出Si原子之原子百分比,由透明基材側之金屬細線界面至0.75T~0.90T之厚度之區域內的矽以外之導電性金屬原子M之K殼之EDX強度的累計值算出M原子之原子百分比,藉此算出Si/M0.75 ~ 0.90
。
[實施例A:可撓性]
為了評估導電性膜之可撓性,測定反覆屈曲性試驗前後之薄片電阻變化率(%)。反覆屈曲性試驗係使用薄片電阻測定中使用之導電性膜,採用井本製作所公司製造之膜彎曲試驗機(IMC-1304)作為屈曲性試驗機,依據JIS C 5016:1994,藉由以下條件進行測定。再者,於缺乏可撓性之情形時,金屬細線會發生斷線等狀況,因此薄片電阻之變化率變大,於可撓性優異之情形時,薄片電阻之變化率變小。
彎曲半徑:5 mm
試驗衝程:20 mm
屈曲速度:90 rpm
屈曲次數:10,000次
繼而,測定反覆屈曲性試驗後之導電性膜之薄片電阻Rs1
(Ω/sq),藉由下式算出薄片電阻變化率。
(薄片電阻變化率)=Rs1
/Rs0
×100
<實施例A2>
使用具有金屬細線圖案之槽之印版、表1所示之種類之油墨、及浸漬而含有液狀有機聚矽氧烷之轉印媒體,於表1所示之種類之透明基材之上形成網格圖案之分散體塗佈膜。繼而,使用Nova Centrix公司製造之Pulseforge 1300,於室溫環境下,藉由閃光燈退火焙燒分散體塗佈膜,而獲得包含表1所示之線寬與厚度之網格圖案之金屬細線的導電性膜。將所獲得之導電性膜之各種特性示於表1。
<實施例A3>
除了使用油墨A2,藉由電漿取代閃光燈退火進行焙燒及還原以外,其他與實施例A1同樣地操作,而獲得包含表1所示之線寬與厚度之網格圖案之金屬細線的導電性膜。將所獲得之導電性膜之各種特性示於表1。
<實施例A4~A6及比較例A1~A2>
使用具有金屬細線圖案之槽之印版、及表1所示之種類之油墨,於表1所示之種類之透明基材之上形成網格圖案之分散體塗佈膜。繼而,使用Nova Centrix公司製造之Pulseforge 1300,於室溫環境下,藉由閃光燈退火焙燒分散體塗佈膜,而獲得包含表1所示之線寬與厚度之網格圖案之金屬細線的導電性膜。將所獲得之導電性膜之各種特性示於表1。
自實施例A1~A6及比較例A1~A2可知,於與金屬細線之延伸方向正交之金屬細線之截面的STEM-EDX分析中,藉由使上述矽原子Si相對於導電性金屬原子M之原子百分比Si/M為0.001以上0.070以下,能獲得既充分維持透明性(即,藉由較小之線寬實現之較低之視認性),且導電性(即,較低之薄片電阻)及可撓性兩者均優異之導電性膜。
<<實施例A'>>
以下,對與第1實施形態相關之實施例A'及比較例A'具體地進行說明。
《透明基材A'》
[透明基材A'1之製備]
使用聚對苯二甲酸乙二酯(PET)作為透明基材,藉由濺鍍法於其上成膜含有氧化矽且厚度為50 nm之中間層,藉此獲得透明基材A'1。再者,透明基材A'1係於作為透明基材之PET上積層有中間層之形態。
[透明基材A'2之製備]
使用PET作為透明基材,向其上塗佈分散有氧化矽奈米粒子之中間層形成組合物,並使其乾燥,形成具有防靜電功能、厚度為150 nm、體積電阻率為5000 Ωcm、含有氧化矽之中間層,藉此獲得透明基材A'2。再者,透明基材A'2係於作為透明基材之PET上積層有中間層之形態。
[透明基材A'3之製備]
除了使用聚萘二甲酸乙二酯(PEN)取代PET作為有機基材以外,其他與透明基材A'2之製備方法同樣地操作,而製備具有中間層之透明基材A'3。再者,透明基材A'3係於作為透明基材之PEN上積層有中間層之形態。
[透明基材A'4之製備]
將用以製備透明基材A'1之PET作為透明基材A'4。
《油墨A'》
[油墨A'1]
將20質量份氧化銅奈米粒子(CIK奈米科技公司製造之氧化銅微粒子)、4質量份分散劑(BYK Chemie公司製造,製品名:Disperbyk-145)、1質量份界面活性劑(清美化學公司製造,製品名:S-611)、及75質量份有機溶劑(n-丁醇及2-丙二醇)混合,製備分散有氧化銅奈米粒子之油墨A'1。
[油墨A'2]
相對於100質量份DIC公司製造之銀奈米油墨(RAGT-29)添加50質量份乙醇,製備油墨A'2。
<實施例A'1>
《導電性膜之製造》
首先,向轉印媒體表面塗佈油墨A'1,繼而,使塗佈有油墨A'1之轉印媒體表面與具有金屬細線圖案之槽之印版對向,進行按壓,使其等接觸,將轉印媒體表面上之一部分油墨A'1轉移至印版之凸部表面。其後,使覆有殘留之油墨A'1之轉印媒體表面與透明基材A'1對向,進行按壓,使其等接觸,將所希望之金屬細線圖案狀之油墨A'1轉印至透明基材A'1之上。繼而,使用Nova Centrix公司製造之Pulseforge 1300,於室溫環境下,藉由閃光燈退火焙燒金屬細線圖案狀之油墨A'1(分散體塗佈膜),而獲得包含表2所示之線寬之網格圖案之金屬細線的導電性膜。
《導電性膜之評估》
關於實施例A'之薄片電阻、可見光透過率及霧度、金屬細線截面之STEM-EDX分析及可撓性之測定,藉由與實施例A中記載之方法相同之方法而進行。
<實施例A'2、A'4~A'7及比較例A'1、A'2>
使用具有金屬細線圖案之槽之印版、及表2所示之種類之油墨,於表2所示之種類之透明基材之上形成網格圖案之分散體塗佈膜。繼而,使用Nova Centrix公司製造之Pulseforge 1300,於室溫環境下,藉由閃光燈退火焙燒分散體塗佈膜,而獲得包含表2所示之線寬之網格圖案之金屬細線的導電性膜。將所獲得之導電性膜之各種特性示於表2。
<實施例A'3>
使用具有金屬細線圖案之槽之印版、表2所示之種類之油墨、及浸漬而含有液狀有機聚矽氧烷之轉印媒體,於表2所示之種類之透明基材之上形成網格圖案之分散體塗佈膜。繼而,使用Nova Centrix公司製造之Pulseforge 1300,於室溫環境下,藉由閃光燈退火焙燒分散體塗佈膜,而獲得包含表2所示之線寬之網格圖案之金屬細線的導電性膜。將所獲得之導電性膜之各種特性示於表2。
自實施例A'1~A'7及比較例A'1~A'2可知,於與金屬細線之延伸方向正交之金屬細線之截面的STEM-EDX分析中,藉由使上述矽原子Si相對於導電性金屬原子M之原子百分比Si/M為0.001以上0.070以下,能獲得既充分維持透明性(即,藉由較小之線寬實現之較低之視認性),且導電性(即,較低之薄片電阻)及可撓性兩者均優異之導電性膜。
<<實施例B>>
以下,對與第2實施形態相關之實施例B及比較例B具體地進行說明。
《透明基材B》
[透明基材B1之製備]
使用聚對苯二甲酸乙二酯(PET)作為透明基材,向其上塗佈包含氧化矽奈米粒子與導電性有機矽烷化合物之中間層形成組合物,並使其乾燥,形成具有防靜電功能、厚度為150 nm、體積電阻率為5000 Ωcm、含有氧化矽之中間層,藉此獲得透明基材B1。
《油墨B》
[油墨B1]
將20質量份氧化銅奈米粒子(CIK奈米科技公司製造之氧化銅微粒子)、4質量份分散劑(BYK Chemie公司製造,製品名:Disperbyk-145)、1質量份界面活性劑(清美化學公司製造,製品名:S-611)、及75質量份有機溶劑(n-丁醇及2-丙二醇)混合,製備分散有氧化銅奈米粒子之油墨B1。
[油墨B2]
將20質量份市售之氧化銀奈米粒子、5質量份分散劑(羥丙基纖維素)、及75質量份有機溶劑(第二丁醇)混合,製備分散有氧化銀奈米粒子之油墨B2。
<實施例B1>
《導電性膜之製造》
首先,向轉印媒體表面塗佈油墨B1,繼而,使塗佈有油墨B1之轉印媒體表面與具有金屬細線圖案之槽之印版對向,進行按壓,使其等接觸,將轉印媒體表面上之一部分油墨B1轉移至印版之凸部表面。其後,使覆有殘留之油墨B1之轉印媒體表面與透明基材B1對向,進行按壓,使其等接觸,將所希望之金屬細線圖案狀之油墨B1轉印至透明基材B1之上。繼而,使用市售之紅外線烘箱,於以下條件下對油墨B1之圖案實施焙燒,促進金屬細線正面側之氧化銅之還原,藉此獲得使氧原子O偏置於與透明基材B1之界面側且具有1 μm線寬之網格圖案之金屬細線的導電性膜。
熱源:紅外線燈
照射溫度:180℃
照射時間:220 min
環境:含有氫之氮氣環境
《導電性膜之評估》
[實施例B:薄片電阻]
藉由以下方法測定所獲得之導電性膜之薄片電阻Rs0
(Ω/sq)。首先,自導電性膜之整面配設有金屬細線圖案之部分切出100 mm見方之測定樣品。繼而,使用網版印刷裝置向所獲得之測定樣品之表面的寬度方向之兩端部塗佈銀漿,並使其乾燥,如圖13所示,形成寬度10 mm×深度100 mm之長條狀集電部。繼而,藉由使電阻表之測定端子接觸樣品兩端部之兩端子法,測定樣品兩端部之集電部間之電阻R(Ω)。使用下式由所獲得之電阻算出薄片電阻Rs0
(Ω/sq)。再者,關於表面具有保護層之導電膜之薄片電阻,係製作使金屬細線圖案中之集電部露出、而使其他金屬細線圖案由保護層被覆之導電性膜,並對其進行測定。具體而言,對藉由上述方法而形成之集電部進行遮蔽,形成保護層,最後去除遮蔽,藉此製作僅集電部露出之導電性膜。將結果示於下表3。
Rs0
=R/L×D
L:80(mm):集電部間之距離
D:100(mm):進深方向之距離
[實施例B:可見光透過率及霧度]
依據JIS K 7361-1:1997之全光線透過率,算出具有360~830 nm波長之可見光之透過率,藉此測定導電性膜之可見光透過率。又,依據JIS K 7136:2000測定導電性膜之霧度。將結果示於下表3。
[實施例B:金屬細線截面之STEM-EDX分析]
將所獲得之導電性膜嵌埋至作為支持體之環氧樹脂中,使用超薄切片機沿著與金屬細線之延伸方向正交之面切斷,形成厚度為80 nm之薄切片。將所獲得之薄切片作為測定樣品,於下述條件下照射電子束,藉此進行STEM-EDX分析。
STEM:日立高新技術公司製造之掃描型穿透式電子顯微鏡HD-2300A
EDX:EDAX公司製造之能量分散型X射線分析裝置GENESIS
加速電壓:200 kV
測定倍率:25,000倍
電子束入射角度:90°
X射線掠出角度:18°
映射元素:Cu、Ag、O
累計次數:200次
停留時間:200 μsec.
解像度:256×200像素
藉由STEM觀察以如上所述之方式獲得之測定樣品,而獲得金屬細線之截面之STEM像。同時,藉由能量分散型X射線分析(EDX)進行金屬細線之截面之元素映射。具體而言,對截面之各個部位逐一測定氧原子O之K殼之EDX強度、導電性金屬原子M之K殼之EDX強度,對金屬細線之截面之整體進行該操作。
另一方面,由STEM像,算出透明基材側之金屬細線界面至金屬細線表面之最大厚度T,算出透明基材側之金屬細線界面至0.10T~0.90T之厚度區域內的氧原子O之K殼之EDX強度的累計值與導電性金屬原子M之K殼之EDX強度的累計值,獲得該等累計值之比作為原子百分比O/M0.10 ~ 0.90
。又,關於原子百分比O/M0.75 ~ 0.90
或原子百分比O/M0.10 ~ 0.25
,於作為對象之厚度區域內,藉由相同之方法而算出。
<實施例B2~B10及比較例B1~B3>
如表3所示,藉由除了分別變更透明基材、油墨、線寬及焙燒條件等以外,其他與實施例B1相同之操作,製作導電性膜,進行評估。將結果示於下表3。
自實施例B1~B10及比較例B1~B3可知,於與金屬細線之延伸方向正交之金屬細線之截面的STEM-EDX分析中,藉由將導電性金屬原子M與氧原子O之原子百分比O/M調整至0.01~1.00之範圍內,能獲得兼具較高之透明性(即,較小之線寬、較高之透過率及較低之霧度)與較高之導電性之導電性膜。
<<實施例B'>>
以下,對與第2實施形態相關之實施例B'及比較例B'具體地進行說明。
《透明基材B'》
[透明基材B'1之製備]
使用聚對苯二甲酸乙二酯(PET)作為透明基材,向其上塗佈分散有氧化矽奈米粒子之中間層形成組合物,並使其乾燥,形成厚度為150 nm、體積電阻率為5000 Ωcm、含有氧化矽之中間層,藉此獲得透明基材B'1。
《油墨B'》
[油墨B'1]
將20質量份氧化銅奈米粒子(CIK奈米科技公司製造之氧化銅微粒子)、4質量份分散劑(BYK Chemie公司製造,製品名:Disperbyk-145)、1質量份界面活性劑(清美化學公司製造,製品名:S-611)、及75質量份有機溶劑(n-丁醇及2-丙二醇)混合,製備分散有氧化銅奈米粒子之油墨B'1。
[油墨B'2]
將20質量份市售之氧化銀奈米粒子、5質量份分散劑(羥丙基纖維素)、及75質量份有機溶劑(第二丁醇)混合,製備分散有氧化銀奈米粒子之油墨B'2。
<實施例B'1>
《導電性膜之製造》
首先,向轉印媒體表面塗佈油墨B'1,繼而,使塗佈有油墨B'1之轉印媒體表面與具有金屬細線圖案之槽之印版對向,進行按壓,使其等接觸,將轉印媒體表面上之一部分油墨B'1轉移至印版之凸部表面。其後,使覆有殘留之油墨B'1之轉印媒體表面與透明基材B'1對向,進行按壓,使其等接觸,將所希望之金屬細線圖案狀之油墨B'1轉印至透明基材B'1之上。繼而,使用市售之紅外線烘箱,於以下條件下對油墨B'1之圖案實施焙燒,促進金屬細線正面側之氧化銅之還原,藉此獲得使氧原子O偏置於與透明基材B'1之界面側且具有1 μm線寬之網格圖案之金屬細線的導電性膜。
熱源:紅外線燈
照射溫度:180℃
照射時間:220 min
環境:含有氫之氮氣環境
《導電性膜之評估》
關於實施例B'之薄片電阻、可見光透過率及霧度、金屬細線截面之STEM-EDX分析之測定,藉由與實施例B中記載之方法相同之方法而進行。
<實施例B'2~B'10及比較例B'1~B'2>
如表4所示,藉由除了分別變更透明基材、油墨、線寬及焙燒條件等以外,其他與實施例B'1相同之操作,製作導電性膜,進行評估。將結果示於下表4。
自實施例B'1~B'10及比較例B'1~B'2可知,於與金屬細線之延伸方向正交之金屬細線之截面的STEM-EDX分析中,藉由將導電性金屬原子M與氧原子O之原子百分比O/M調整至0.01~1.00之範圍內,能獲得兼具較高之透明性(即,較小之線寬、較高之透過率及較低之霧度)與較高之導電性之導電性膜。
<<實施例C>>
以下,對與第3實施形態相關之實施例C及比較例C具體地進行說明。
《透明基材C》
[透明基材C1之製備]
使用聚對苯二甲酸乙二酯(PET)作為透明基材,向其上塗佈包含氧化矽奈米粒子與導電性有機矽烷化合物之中間層形成組合物,並使其乾燥,形成具有防靜電功能、厚度為150 nm、體積電阻率為5000 Ωcm、含有氧化矽之中間層,藉此獲得透明基材C1。
[透明基材C2之製備]
藉由除了使用聚萘二甲酸乙二酯(PEN)取代PET作為透明基材以外,其他與透明基材C1之製備方法相同之方法,獲得透明基材C2。
《油墨C》
[油墨C1]
將20質量份氧化銅奈米粒子(CIK奈米科技公司製造之氧化銅微粒子)、4質量份分散劑(BYK Chemie公司製造,製品名:Disperbyk-145)、1質量份界面活性劑(清美化學公司製造,製品名:S-611)、及75質量份有機溶劑(n-丁醇及2-丙二醇)混合,製備分散有氧化銅奈米粒子之油墨油墨C1。
[油墨C2]
相對於100質量份DIC公司製造之銀奈米油墨(RAGT-29)添加50質量份乙醇,製備油墨C2。
<實施例C1>
《導電性膜之製造》
首先,向轉印媒體表面塗佈油墨C1,繼而,使塗佈有油墨C1之轉印媒體表面與具有金屬細線圖案之槽之印版對向,進行按壓,使其等接觸,將轉印媒體表面上之一部分油墨轉移至印版之凸部表面。其後,使覆有殘留之油墨C1之轉印媒體表面與透明基材C1對向,進行按壓,使其等接觸,將所希望之金屬細線圖案狀之油墨C1轉印至透明基材C1之上。繼而,藉由以下條件於還原性氣體環境下對油墨C1之圖案實施加熱焙燒,而獲得具有1 μm線寬之網格圖案之金屬細線的導電性膜。
・環境:氦-氫氣體環境下
・加熱溫度:100℃
・加熱時間:60分鐘
《導電性膜之評估》
[實施例C:薄片電阻]
藉由以下方法測定所獲得之導電性膜之薄片電阻Rs0
(Ω/sq)。首先,自導電性膜之整面配設有金屬細線圖案之部分切出100 mm見方之測定樣品。繼而,使用網版印刷裝置向所獲得之測定樣品之表面的寬度方向之兩端部塗佈銀漿,並使其乾燥,如圖13所示,形成寬度10 mm×深度100 mm之長條狀集電部。繼而,藉由使電阻表之測定端子接觸樣品兩端部之兩端子法,測定樣品兩端部之集電部間之電阻R(Ω)。使用下式由所獲得之電阻算出薄片電阻Rs0
(Ω/sq)。再者,關於表面具有保護層之導電膜之薄片電阻,係製作使金屬細線圖案中之集電部露出、而使其他金屬細線圖案由保護層被覆之導電性膜,並對其進行測定。具體而言,對藉由上述方法而形成之集電部進行遮蔽,形成保護層,最後去除遮蔽,藉此製作僅集電部露出之導電性膜。將結果示於下表5。
Rs0
=R/L×D
L:80(mm):集電部間之距離
D:100(mm):測定樣品之深度
[實施例C:可見光透過率及霧度]
依據JIS K 7361-1:1997之全光線透過率,算出具有360~830 nm波長之可見光之透過率,藉此測定導電性膜之可見光透過率。又,依據JIS K 7136:2000測定導電性膜之霧度。將結果示於下表5。
[實施例C:金屬細線截面之STEM-EDX分析]
使用聚焦離子束(FIB),自所獲得之導電性膜,製作包含與金屬細線之延伸方向正交之金屬細線之截面且厚度為200 nm以下之薄切片。將所獲得之薄切片安裝至矽之試料台之前端,將其作為測定樣品,於下述條件下進行STEM-EDX測定。
STEM:日立高新技術公司製造之掃描型穿透式電子顯微鏡HD-2300A
EDX:EDAX公司製造之能量分散型X射線分析裝置,GENESIS
加速電壓:200 kV
測定倍率:25,000倍
電子束入射角度:90°
X射線掠出角度:18°
映射元素:Cu、Ag、C、O
累計次數:200次
停留時間:200 μsec.
解像度:256×200像素
繼而,藉由STEM觀察以如上所述之方式獲得之測定樣品,而獲得金屬細線之截面之STEM像。同時,藉由能量分散型X射線分析(EDX)進行金屬細線之截面之元素映射。具體而言,對截面之各個部位逐一測定碳原子C之K殼之EDX強度、導電性金屬原子M之K殼之EDX強度,對金屬細線之截面之整體進行該操作。
另一方面,由STEM像,算出透明基材側之金屬細線界面至金屬細線之最大厚度T,算出透明基材側之金屬細線界面至0.10T~0.25T之厚度區域內的碳原子C之K殼之EDX強度的累計值與導電性金屬原子M之K殼之EDX強度的累計值,獲得該等累計值之比作為原子百分比C/M0.10 ~ 0.25
。關於氧原子O與導電性金屬原子M之原子百分比O/M0.10 ~ 0.25
,亦藉由相同之方法而算出。將結果示於下表5。
[實施例C:密接性]
針對所獲得之導電性膜,藉由180°剝離試驗法,評估金屬細線相對於透明基材之密接性。具體而言,對所獲得之導電性膜之金屬細線部(導電部),貼附TERAOKA股份有限公司製造之Kapton黏著膠帶650S,並將一端部自導電性膜撕掉,而以180°回折之狀態將膠帶剝離。觀察膠帶被剝離後之透明基材表面,於透明基材上殘留有金屬細線之情形時,判斷出其具有良好之密接性。再者,具有良好之密接性之情形記作A,確認到一部分金屬細線之剝離之情形記作B。將結果示於下表5。
<實施例C2~C6及比較例C1~C8>
如表5所示,藉由除了分別變更透明基材、油墨及焙燒條件等以外,其他與實施例C1相同之操作,製作導電性膜。將所述之條件示於下表5。又,將對所製作出之導電性膜進行評估所得之結果示於下表5。
自實施例C1~C6及比較例C1~C8可知,藉由將金屬細線之截面中之導電性金屬原子M與碳原子C之原子百分比調整至特定範圍內,能獲得一面維持較高之透明性(即,較小之線寬),一面兼具較高之導電性、透明基材與金屬細線之較高密接性之導電性膜。
<<實施例C'>>
以下,對與第3實施形態相關之實施例C'及比較例C'具體地進行說明。
《透明基材C'》
[透明基材C'1之製備]
使用聚對苯二甲酸乙二酯(PET)作為透明基材,採用濺鍍法於PET上製膜厚度為50 nm之氧化矽層作為中間層,從而獲得透明基材C'1。
[透明基材C'2之製備]
藉由除了使用聚萘二甲酸乙二酯(PEN)取代PET作為透明基材以外,其他與透明基材C'1之製備方法相同之方法,獲得透明基材C'2。
《油墨C'》
[油墨C'1]
將20質量份氧化銅奈米粒子(CIK奈米科技公司製造之氧化銅微粒子)、4質量份分散劑(BYK Chemie公司製造,製品名:Disperbyk-145)、1質量份界面活性劑(清美化學公司製造,製品名:S-611)、及75質量份有機溶劑(n-丁醇及2-丙二醇)混合,製備分散有氧化銅奈米粒子之油墨油墨C'1。
[油墨C'2]
相對於100質量份DIC公司製造之銀奈米油墨(RAGT-29)添加50質量份乙醇,製備油墨C'2。
<實施例C'1>
《導電性膜之製造》
首先,向轉印媒體表面塗佈油墨C'1,繼而,使塗佈有油墨C'1之轉印媒體表面與具有金屬細線圖案之槽之印版對向,進行按壓,使其等接觸,將轉印媒體表面上之一部分油墨轉移至印版之凸部表面。其後,使覆有殘留之油墨C'1之轉印媒體表面與透明基材C'1對向,進行按壓,使其等接觸,將所希望之金屬細線圖案狀之油墨C'1轉印至透明基材C'1之上。繼而,藉由以下條件於還原性氣體環境下對油墨C'1之圖案實施加熱焙燒,而獲得具有1 μm線寬之網格圖案之金屬細線的導電性膜。
・環境:氦-氫氣體環境下
・加熱溫度:100℃
・加熱時間:60分鐘
《導電性膜之評估》
關於實施例C'之薄片電阻、可見光透過率及霧度、金屬細線截面之STEM-EDX分析及密接性之測定,藉由與實施例C中記載之方法相同之方法而進行。
<實施例C'2及比較例C'1~C'4>
如表6所示,藉由除了分別變更透明基材、油墨及焙燒條件等以外,其他與實施例C1相同之操作,製作導電性膜。將所述之條件示於下表6。又,將對所製作出之導電性膜進行評估所得之結果示於下表6。
自實施例C'1~C'2及比較例C'1~C'4可知,藉由將金屬細線之截面中之導電性金屬原子M與碳原子C之原子百分比調整至特定範圍內,能獲得一面維持較高之透明性(即,較小之線寬),一面兼具較高之導電性、透明基材與金屬細線之較高密接性之導電性膜。
<<實施例D>>
以下,對與第2實施形態及第3實施形態相關之實施例D及比較例D具體地進行說明。
《透明基材D》
[透明基材D1之製備]
使用PET作為透明基材,向其上塗佈包含氧化矽奈米粒子與導電性有機矽烷化合物之中間層形成組合物,並使其乾燥,形成具有防靜電功能、厚度為150 nm、體積電阻率為5000 Ωcm、含有氧化矽之中間層,藉此獲得透明基材D1。再者,透明基材D1係於作為透明基材之PET上積層有中間層之形態。
《油墨D》
[油墨D1]
將20質量份粒徑為21 nm之氧化亞銅奈米粒子、4質量份分散劑(BYK Chemie公司製造,製品名:Disperbyk-145)、1質量份界面活性劑(清美化學公司製造,製品名:S-611)、及75質量份乙醇混合,製備氧化亞銅奈米粒子之含有比率為20質量%之油墨D1。
<實施例D1>
《導電性膜之製備》
首先,向轉印媒體表面塗佈油墨D1,繼而,使塗佈有油墨之轉印媒體表面與具有金屬細線圖案之槽之印版對向,進行按壓,使其等接觸,將轉印媒體表面上之一部分油墨轉移至印版之凸部表面。其後,使覆有殘留之油墨之轉印媒體表面與透明基材對向,進行按壓,使其等接觸,將所希望之金屬細線圖案狀之油墨D1轉印至透明基材之上。繼而,使用電漿焙燒裝置,於表7中記載之條件下,對油墨D1之圖案進行還原,而獲得具有1 μm線寬之網格圖案之金屬細線的導電性膜。
《導電性膜之評估》
[實施例D:薄片電阻]
藉由以下方法測定所獲得之導電性膜之薄片電阻Rs0
(Ω/sq)。首先,自導電性膜之整面配設有金屬細線圖案之部分切出100 mm見方之測定樣品。繼而,使用網版印刷裝置向所獲得之測定樣品之表面的寬度方向之兩端部塗佈銀漿,並使其乾燥,如圖13所示,形成寬度10 mm×深度100 mm之長條狀集電部。繼而,藉由使電阻表之測定端子接觸樣品兩端部之兩端子法,測定樣品兩端部之集電部間之電阻R(Ω)。使用下式由所獲得之電阻算出薄片電阻Rs0
(Ω/sq)。再者,關於表面具有保護層之導電膜之薄片電阻,係製作使金屬細線圖案中之集電部露出、而使其他金屬細線圖案由保護層被覆之導電性膜,並對其進行測定。具體而言,對藉由上述方法而形成之集電部進行遮蔽,形成保護層,最後去除遮蔽,藉此製作僅集電部露出之導電性膜。將結果示於下表7。
Rs0
=R/L×D
L:80(mm):集電部間之距離
D:100(mm):測定樣品之深度
[實施例D:可見光透過率及霧度]
依據JIS K 7361-1:1997之全光線透過率,算出具有360~830 nm波長之可見光之透過率,藉此測定導電性膜之可見光透過率。又,依據JIS K 7136:2000測定導電性膜之霧度。將結果示於下表7。
[實施例D:金屬細線截面之STEM-EDX分析]
使用聚焦離子束(FIB),自所獲得之導電性膜,製作包含與金屬細線之延伸方向正交之金屬細線之截面且厚度為200 nm以下之薄切片。將所獲得之薄切片安裝至矽之試料台之前端,將其作為測定樣品,於下述條件下進行STEM-EDX測定。
STEM:日立高新技術公司製造之掃描型穿透式電子顯微鏡HD-2300A
EDX:EDAX公司製造之能量分散型X射線分析裝置GENESIS
加速電壓:200 kV
測定倍率:25,000倍
電子束入射角度:90°
X射線掠出角度:18°
映射元素:Cu、C、O
累計次數:200次
停留時間:200 μsec.
解像度:256×200像素
繼而,藉由STEM觀察以如上所述之方式獲得之測定樣品,而獲得金屬細線之截面之STEM像。同時,藉由能量分散型X射線分析(EDX)進行金屬細線之截面之元素映射。具體而言,對截面之各個部位逐一測定碳原子C之K殼之EDX強度、氧原子O之K殼之EDX強度、導電性金屬原子M之K殼之EDX強度,對金屬細線之截面之整體進行該操作。
另一方面,由STEM像,算出透明基材側之金屬細線界面至金屬細線之最大厚度T,算出透明基材側之金屬細線界面至0.10T~0.25T之厚度區域內的碳原子C之K殼之EDX強度的累計值與導電性金屬原子M之K殼之EDX強度的累計值,獲得該等累計值之比作為原子百分比C/M0.10 ~ 0.25
。同樣地,算出透明基材側之金屬細線界面至0.10T~0.90T之厚度區域內的氧原子O之K殼之EDX強度的累計值與導電性金屬原子M之K殼之EDX強度的累計值,獲得該等累計值之比作為原子百分比O/M0.10 ~ 0.90
。又,關於原子百分比O/M0.75 ~ 0.90
或原子百分比O/M0.10 ~ 0.25
,於作為對象之厚度區域內,藉由相同之方法而算出。將結果示於下表7。
[實施例D:密接性]
針對所獲得之導電性膜,藉由180°剝離試驗法,評估金屬細線相對於透明基材之密接性。具體而言,對所獲得之導電性膜之金屬細線部(導電部),貼附TERAOKA股份有限公司製造之Kapton黏著膠帶650S,並將一端部自導電性膜撕掉,而以180°回折之狀態將膠帶剝離。觀察膠帶被剝離後之透明基材表面,將無剝離之情形判斷為A,將確認到一部分金屬細線之剝離之情形判斷為B,將所有金屬細線均剝離之情形判斷為C。將結果示於下表7。
<實施例D2~D13及比較例D1~D8>
如表7所示,藉由除了分別變更透明基材、油墨、線寬及焙燒條件以外,其他與實施例D1相同之操作,製作導電性膜,進行評估。將結果示於下表7。
自實施例D1~D13及比較例D1~D8可知,於與金屬細線之延伸方向正交之金屬細線之截面的STEM-EDX分析中,藉由將導電性金屬原子M與氧原子C之原子百分比C/M0.10 ~ 0.25
調整至0.3~6.0之範圍內,又將導電性金屬原子M與氧原子O之原子百分比O/M0.10 ~ 0.90
調整至0.01~1.00之範圍內,可獲得既能實現藉由細線化所得之較低之視認性,又能同時達成較低之薄片電阻、較高之透過率、較低之霧度、良好之密接性的導電性膜。
本申請案係基於2018年7月30日向日本專利廳提出申請之日本專利申請案(日本專利特願2018-142225、日本專利特願2018-142051及日本專利特願2018-142045)者,其內容作為參照而引用於此。
[產業上之可利用性]
本發明之導電性膜可作為電子紙、觸控面板及平面顯示器等之透明電極而得當利用,具有產業上之可利用性。
10:導電性膜
11:透明基材
12:金屬細線圖案
13:導電部
14:金屬細線
15:開口部
16:圖案單位
20:電子紙
21:承杯
22:黑顏料
23:白顏料
24:底部電極
30:觸控面板
31:絕緣體
32:引出電極
33:控制器
P:間距
P1:間距
P2:間距
S:區域
T:厚度
W:線寬
W1:線寬
W2:線寬
圖1係表示具有網格圖案之第1實施形態~第3實施形態之導電性膜之一態樣的俯視圖。
圖2係表示具有網格圖案之第1實施形態~第3實施形態之導電性膜之另一態樣的俯視圖。
圖3係表示具有線圖案之第1實施形態~第3實施形態之導電性膜之一態樣的俯視圖。
圖4係表示具有線圖案之第1實施形態~第3實施形態之導電性膜之另一態樣的俯視圖。
圖5係圖1之導電性膜之III-III'之局部剖視圖,且為用以說明第1實施形態之金屬細線之截面之圖式。
圖6係用以說明具有網格圖案之第1實施形態~第3實施形態之導電性膜的開口率與間距之關係之金屬細線圖案之俯視圖。
圖7係用以說明具有線圖案之第1實施形態~第3實施形態之導電性膜的開口率與間距之關係之金屬細線圖案之俯視圖。
圖8係表示具備第1實施形態~第3實施形態之導電性膜之電子紙之一態樣的俯視圖。
圖9係第1實施形態~第3實施形態之電子紙之V-V'之局部剖視圖。
圖10係表示具備先前之導電性膜之電子紙之一態樣的俯視圖。
圖11係表示具備第1實施形態~第3實施形態之導電性膜之觸控面板之一態樣的立體圖。
圖12係表示具備第1實施形態~第3實施形態之導電性膜之觸控面板之另一態樣的立體圖。
圖13係用於本實施例之薄片電阻評估之集電部之概略圖。
圖14係圖1之導電性膜之III-III'之局部剖視圖,且為用以說明第2實施形態之金屬細線之截面之圖式。
圖15係圖1之導電性膜之III-III'之局部剖視圖,且為用以說明第3實施形態之金屬細線之截面之圖式。
Claims (18)
- 一種導電性膜,其具有透明基材及導電部,該導電部由配設於該透明基材之單面或雙面之金屬細線圖案構成;且上述金屬細線圖案由包含含有選自由金、銀、銅及鋁所組成之群中之至少一種以上之導電性金屬原子M之金屬成分與矽原子Si之金屬細線構成,上述金屬細線之線寬為0.1μm以上5.0μm以下,於與上述金屬細線之延伸方向正交之上述金屬細線之截面的STEM-EDX分析中,將上述金屬細線之最大厚度設為T時,上述透明基材側之上述金屬細線界面至0.10T~0.90T之厚度區域內,上述矽原子Si相對於上述導電性金屬原子M之原子百分比Si/M0.10~0.90為0.001以上0.070以下。
- 如請求項1之導電性膜,其中上述金屬成分含有選自由金、銀及銅所組成之群中之至少一種以上之導電性金屬原子M。
- 如請求項1之導電性膜,其中上述金屬細線包含熔著之上述金屬成分。
- 如請求項1之導電性膜,其中上述透明基材側之上述金屬細線界面至0.10T~0.25T之厚度區域內之原子百分比Si/M0.10~0.25為0.001以上0.070以下。
- 如請求項1之導電性膜,其中上述透明基材側之上述金屬細線界面至0.75T~0.90T之厚度區域內之原子百分比Si/M0.75~0.90為0.001以上0.070以下。
- 如請求項1之導電性膜,其中於上述透明基材與上述導電部之間具有中間層。
- 如請求項6之導電性膜,其中上述中間層包含選自由氧化矽、氮化矽、氧化鋁及氟化鎂所組成之群中之至少一種。
- 如請求項1之導電性膜,其中上述金屬細線之縱橫比為0.05以上1.00以下。
- 如請求項1之導電性膜,其中上述導電性膜之薄片電阻為0.1Ω/sq以上1,000Ω/sq以下。
- 如請求項1之導電性膜,其中上述導電性膜之可見光透過率為80%以上100%以下。
- 如請求項1之導電性膜,其中上述導電性膜之霧度為0.01%以上5.00%以下。
- 如請求項1之導電性膜,其中上述金屬細線圖案之開口率為80%以上 且未達100%。
- 如請求項1之導電性膜,其中上述金屬細線圖案為網格圖案。
- 如請求項1之導電性膜,其中上述金屬細線圖案為線圖案。
- 一種導電性膜捲筒,其由如請求項1至14中任一項之導電性膜捲繞而成。
- 一種電子紙,其具備如請求項1至14中任一項之導電性膜。
- 一種觸控面板,其具備如請求項1至14中任一項之導電性膜。
- 一種平面顯示器,其具備如請求項1至14中任一項之導電性膜。
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