WO2013141333A1 - 導電性部材、その製造方法、タッチパネル、及び太陽電池 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a conductive member, a manufacturing method thereof, a touch panel, and a solar cell.
- This conductive member includes a conductive layer including a plurality of metal nanowires on a base material.
- the conductive member includes a conductive layer including a desired conductive region and a non-conductive region by pattern exposure and subsequent development, for example, by containing a photocurable composition as a matrix in a conductive layer. It can be easily processed into a conductive member having a conductive layer. This processed conductive member can be used, for example, as a touch panel or as an electrode of a solar cell.
- the conductive layer of the conductive member is dispersed or embedded in a matrix material in order to improve physical and mechanical properties.
- a matrix material include inorganic materials such as sol-gel matrix (see, for example, paragraphs 0045 to 0046 and 0051 of Patent Document 1).
- a conductive layer having both high transparency and high conductivity a conductive member provided with a conductive layer containing a transparent resin and a fiber-like conductive material such as a metal nanowire on a substrate is provided. Proposed.
- resin which thermally polymerized compounds, such as alkoxysilane and alkoxytitanium, by the sol-gel method is illustrated (for example, refer patent document 2 and 3).
- substrate is proposed (for example, refer patent document 4 and 5). These were calendered (pressurized) to increase the contact points of the metal nanowires to increase the conductivity, and the smoothness was further improved compared to the conventional one.
- the conductive layer as described above When the conductive member as described above is applied to, for example, a touch panel application, it is required that the conductive layer has excellent patternability in addition to high conductivity and low contact resistance.
- a patterning method for the conductive layer for example, there is a method in which a metal nanowire or the like contained in the conductive layer is removed by an etching process to form a non-conductive region. In such applications, a conductive member that is particularly excellent in etching characteristics of the conductive layer is required.
- calendering pressure treatment
- the mass ratio of the alkoxide compound to the metal nanowire (alkoxide compound / metal nanowire) is in the range of 0.25 / 1 to 30/1, and is the side opposite to the surface on the substrate side
- M 1 represents an element selected from the group consisting of Si, Ti, Zr and Al.
- the said alkoxide compound is an electroconductive member as described in said ⁇ 1> containing the compound shown by the following general formula (II).
- M 2 (OR 1 ) a R 2 (4-a) (II)
- M 2 represents an element selected from the group consisting of Si, Ti and Zr.
- R 1 and R 2 each independently represents a hydrogen atom or a hydrocarbon group. Indicates an integer.
- ⁇ 4> The conductive member according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 3>, wherein the metal nanowire is a silver nanowire.
- ⁇ 5> The conductive member according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 4>, wherein the conductive layer has a surface resistivity of 1,000 ⁇ / ⁇ or less.
- ⁇ 6> The conductive layer according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 5>, wherein the conductive layer includes a conductive region and a nonconductive region, and at least the conductive region includes the metal nanowire. It is a member.
- ⁇ 7> The conductive member according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 6>, further including at least one intermediate layer between the base material and the conductive layer.
- the functional group is at least one selected from the group consisting of amide groups, amino groups, mercapto groups, carboxylic acid groups, sulfonic acid groups, phosphoric acid groups, phosphonic acid groups, and salts of these groups. It is an electroconductive member as described in said ⁇ 8>.
- the surface of the conductive layer is placed on a surface of a rubbing member having a size of 20 mm ⁇ 20 mm in contact with the surface of the conductive layer using a continuous load scratch tester, and a load of 500 g is used.
- the ratio of the surface resistivity ( ⁇ / ⁇ ) of the conductive layer after the abrasion resistance test to the surface resistivity ( ⁇ / ⁇ ) of the conductive layer before the abrasion resistance test in the case of performing a double-rubbing abrasion resistance test The conductive member according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 9>, wherein (after the abrasion resistance test / before the abrasion resistance test) is 100 or less.
- the surface resistivity of the conductive layer before the bending test ( Any of ⁇ 1> to ⁇ 10> above, wherein the ratio of the surface resistivity ( ⁇ / ⁇ ) of the conductive layer after the test to ( ⁇ / ⁇ ) (after the bending test / before the bending test) is 5.0 or less
- the ratio of the surface resistivity ( ⁇ / ⁇ ) of the conductive layer after the test to ( ⁇ / ⁇ ) (after the bending test / before the bending test) is 5.0 or less It is an electroconductive member as described in one.
- ⁇ 12> (a) a metal nanowire and a partial condensate obtained by hydrolyzing and polycondensing at least one of an alkoxide compound of an element selected from the group consisting of Si, Ti, Zr and Al. And applying a liquid composition having a mass ratio of the alkoxide compound to the metal nanowire (alkoxide compound / metal nanowire) in the range of 0.25 / 1 to 30/1 on the substrate to form a liquid film. Forming on the substrate; (B) The substrate-side surface including the metal nanowire and the binder that is a sol-gel cured product by hydrolyzing and polycondensing the partial condensate in the liquid film to form a sol-gel cured product.
- ⁇ 14> The method for producing a conductive member according to ⁇ 12> or ⁇ 13>, wherein the sol-gel cured product is hydrolyzed and polycondensed in the presence of an acidic catalyst having no oxidizability to the metal nanowires. It is.
- ⁇ 15> Any one of the above ⁇ 12> to ⁇ 14>, which further includes forming at least one intermediate layer on the surface of the substrate on which the liquid film is formed, prior to the step (a). It is a manufacturing method of the electroconductive member of description.
- a touch panel comprising the conductive member according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 11>.
- a solar cell comprising the conductive member according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 11>.
- a conductive member excellent in conductivity and contact resistance and excellent in etching characteristics a manufacturing method thereof, and a touch panel and a solar cell using the conductive member.
- a numerical range expressed using “to” means a range including numerical values described before and after “to” as a lower limit value and an upper limit value.
- the amount of each component in the composition means the total amount of the plurality of substances present in the composition unless there is a specific notice when there are a plurality of substances corresponding to each component in the composition.
- the term “light” is used as a concept including not only visible light but also high energy rays such as ultraviolet rays, X-rays, and gamma rays, particle rays such as electron beams, and the like.
- (meth) acrylic acid is used to indicate either or both of acrylic acid and methacrylic acid
- (meth) acrylate” is used to indicate either or both of acrylate and methacrylate.
- the content is shown in terms of mass unless otherwise specified. Unless otherwise specified, “mass%” represents a ratio to the total amount of the composition. Further, the “solid content” represents a component excluding the solvent in the composition.
- the conductive member of the present invention includes a base material and a conductive layer provided on the base material.
- the conductive layer according to the present invention includes at least one alkoxide compound of an element selected from the group consisting of Si, Ti, Zr and Al, including a three-dimensional crosslinked structure including a partial structure represented by the following general formula (I).
- a binder which is a sol-gel cured product obtained by hydrolysis and polycondensation of two, and a metal nanowire having an average minor axis length of 150 nm or less, and a mass ratio of the alkoxide compound to the metal nanowire (alkoxide compound /
- the surface roughness Ra of the surface opposite to the surface facing the base material (hereinafter also referred to as “front surface”) is 0 in the range of 0.25 / 1 to 30/1.
- a conductive layer in the range of 5 nm to 50 nm.
- the conductive member may further include components such as other layers as necessary.
- M 1 represents an element selected from the group consisting of Si, Ti, Zr and Al.
- the conductive layer includes a metal nanowire having a specific average minor axis length and a binder having a specific structure in a specific ratio, and the surface roughness Ra of the front surface is within a predetermined range, whereby the conductivity of the present invention is achieved.
- the member has high conductivity, low contact resistance, and excellent etching characteristics. Furthermore, it is excellent in heat resistance, moist heat resistance, wear resistance and flex resistance. “Bending resistance” means that even when the conductive layer is bent, its performance is not impaired by bending, and hereinafter, it is also referred to as “excellent flexibility”.
- the substrate may be transparent or opaque.
- transparent glass such as white plate glass, blue plate glass, silica coated blue plate glass; polycarbonate, polyethersulfone, polyester, acrylic resin, vinyl chloride resin, aromatic polyamide resin, polyamideimide, polyimide
- Polymer resins such as: metals such as aluminum, copper, nickel, and stainless steel; other ceramics, silicon wafers used for semiconductor substrates, and the like.
- the surface on which the conductive layer of these substrates is formed may be cleaned with an alkaline aqueous solution, chemical treatment such as silane coupling agent, plasma treatment, corona discharge treatment, ion plating, sputtering, gas phase reaction, if desired.
- a pretreatment such as a method or vacuum deposition can be performed alone or in combination of two or more treatments.
- the thickness of the substrate is in a desired range depending on the application. Generally, it is selected from the range of 1 ⁇ m to 500 ⁇ m, more preferably 3 ⁇ m to 400 ⁇ m, and even more preferably 5 ⁇ m to 300 ⁇ m.
- the base material When transparency is required for the conductive member, the base material preferably has a total light transmittance of 70% or more, more preferably 85% or more, and further preferably 90% or more. preferable.
- the total light transmittance of the substrate is measured according to JIS K7361-1.
- the conductive layer has a three-dimensional cross-linking structure including the partial structure represented by the general formula (I), and is an alkoxide compound (hereinafter, “specific” selected from the group consisting of Si, Ti, Zr, and Al).
- the conductive layer has a mass ratio of the alkoxide compound to the metal nanowire in the range of 0.25 / 1 to 30/1.
- the surface roughness Ra of the surface (front surface) opposite to the surface facing the substrate of the conductive layer is in the range of 0.5 nm to 50 nm.
- the mass ratio of the alkoxide compound to the metal nanowire is less than 0.25 / 1 or more than 30/1, it may be difficult to make the surface roughness Ra of the front surface within a desired range, and further etching The characteristics may deteriorate.
- the surface roughness Ra of the front surface of the conductive layer is less than 0.5 nm, the contact resistance cannot be sufficiently reduced, and the etching characteristics are further deteriorated. Further, when the surface roughness Ra exceeds 50 nm, sufficient conductivity cannot be obtained.
- the surface roughness Ra of the front surface is preferably 1 nm to 30 nm, more preferably 1.5 nm to 20 nm, and more preferably 2 nm to 15 nm from the viewpoint of conductivity, contact resistance, and etching characteristics. Most preferred. This can be considered as follows, for example.
- the surface roughness Ra is smaller than the predetermined range
- the content of the binder that is a matrix component in the vicinity of the surface of the conductive layer tends to be larger than the content of the metal nanowires. Therefore, it is considered that the surface of the conductive layer is coated with the matrix component, and the contact resistance is increased. Moreover, it is thought that an etching characteristic falls because the surface of an electroconductive layer is coat
- the surface roughness Ra is larger than the predetermined range, it is considered that the individual metal nanowires are covered with the matrix component. Therefore, it can be considered that the contact between the metal nanowires is hindered and the conductivity is lowered.
- the matrix component is likely to be formed between the metal nanowires because the specific alkoxide compound tends to adhere to the metal nanowires. It is done.
- the surface roughness Ra of the conductive layer is an arithmetic average roughness on the front surface of the conductive layer, and is defined in JIS B0601.
- the surface roughness Ra is measured in accordance with JIS B0601 using a scanning probe microscope (manufactured by SII Nanotechnology Inc.).
- the conductivity of the conductive layer is evaluated by measuring the surface resistivity of the front side of the conductive layer.
- the surface resistivity is a value obtained by measuring the surface of the conductive member opposite to the substrate side of the conductive layer by the four-probe method.
- the method of measuring the surface resistivity by the four-probe method can be measured in accordance with, for example, JIS K 7194: 1994 (resistivity test method by the four-probe method of conductive plastics) and the like. It can be easily measured using a meter (for example, Loresta-GP MCP-T600 manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation).
- the surface resistivity on the front side of the conductive layer is appropriately selected according to the purpose.
- the conductive layer has a conductive region and a non-conductive region, the surface resistivity of the conductive layer is measured on the conductive region.
- the contact resistance of the conductive layer is evaluated as a ratio of the contact surface resistivity (SR 1 ) to the non-contact surface resistivity (SR 2 ). The smaller the ratio (SR 1 / SR 2 ), the better the contact resistance.
- the contact surface resistivity (SR 1 ) is measured using a surface resistivity meter as described above.
- the non-contact surface resistivity (SR 2 ) is measured using a non-contact surface resistivity meter (for example, SRM-14 manufactured by NAYY).
- the contact resistance of the conductive layer can be appropriately selected according to the purpose. For example, it is preferably 1.00 to 2.50, more preferably 1.10 to 2.00, and most preferably 1.20 to 1.80. As will be described later, when the conductive layer has a conductive region and a non-conductive region, the contact resistance of the conductive layer is evaluated from the measured value on the conductive region.
- the surface roughness Ra of the conductive layer can be adjusted to a desired range by a commonly used method. For example, it can adjust by selecting the formation method of an electroconductive layer, and the composition of an electroconductive layer suitably.
- the constituent elements of the conductive layer capable of adjusting Ra include the shape of metal nanowire (preferably the average minor axis length), the content of metal nanowire, the ratio of the binder content to the content of metal nanowire, the binder And the like. Specifically, there is a tendency that the surface roughness Ra of the conductive layer can be increased by increasing the average minor axis length of the metal nanowires. Moreover, there is a tendency that the surface roughness Ra of the conductive layer can be increased by increasing the content of the metal nanowires in the conductive layer. Furthermore, there is a tendency that the surface roughness Ra of the conductive layer can be reduced by increasing the ratio of the binder content to the metal nanowire content.
- the surface roughness Ra of the conductive layer is adjusted by appropriately adjusting the weight average molecular weight of the partial condensate. be able to. Specifically, there is a tendency that the surface roughness Ra of the conductive layer can be reduced by increasing the weight average molecular weight of the partial condensate. Further, when the conductive layer is formed by applying a liquid composition, the surface roughness Ra of the formed conductive layer is adjusted by appropriately selecting the configuration of the solvent contained in the liquid composition forming the conductive layer. can do.
- the surface roughness Ra of the conductive layer can be increased by increasing the content of the organic solvent relative to the content of water in the liquid composition.
- the adjustment method of surface roughness Ra of an electroconductive layer may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more types as appropriate.
- it has high conductivity without performing calendering (pressure treatment), excellent heat resistance, moist heat resistance, wear resistance and bending resistance, and further has contact resistance and etching characteristics. It is possible to provide an excellent conductive member.
- the average minor axis length of the metal nanowires contained in the conductive layer is 150 nm or less. From the viewpoint of easily forming a more transparent conductive layer, for example, it is preferable that the average minor axis length is 1 nm to 150 nm and the average major axis length is 1 ⁇ m to 100 ⁇ m.
- the average minor axis length (average diameter) of the metal nanowire is: It is preferably 100 nm or less, more preferably 60 nm or less, still more preferably 50 nm or less, and particularly preferably 25 nm or less. Further, from the viewpoint of setting the oxidation resistance, weather resistance, and surface roughness Ra of the conductive layer in a desired range, the average minor axis length of the metal nanowire is preferably 1 nm or more, and more preferably 5 nm or more.
- the average minor axis length of the metal nanowire is preferably 1 nm to 100 nm from the viewpoint of setting the haze value, oxidation resistance, weather resistance, and surface roughness Ra of the conductive layer to a desired range. It is more preferably from ⁇ 60 nm, further preferably from 10 nm to 60 nm, and particularly preferably from 15 nm to 50 nm.
- the average major axis length of the metal nanowire is preferably 1 ⁇ m to 40 ⁇ m, more preferably 3 ⁇ m to 35 ⁇ m, and even more preferably 5 ⁇ m to 30 ⁇ m.
- the average major axis length of the metal nanowires is 40 ⁇ m or less, it becomes easy to synthesize the metal nanowires without generating aggregates.
- the average major axis length is 1 ⁇ m or more, it becomes easy to obtain sufficient conductivity.
- the average minor axis length (average diameter) and the average major axis length of the metal nanowire are obtained by observing a TEM image or an optical microscope image using, for example, a transmission electron microscope (TEM) and an optical microscope. be able to.
- TEM transmission electron microscope
- the average minor axis length (average diameter) and the average major axis length of the metal nanowires are 300 randomly selected using a transmission electron microscope (TEM; manufactured by JEOL Ltd., JEM-2000FX).
- TEM transmission electron microscope
- a short-axis length and a long-axis length can be measured, respectively, and the average short-axis length and average long-axis length of metal nanowire can be calculated
- the short-axis length when the short-axis direction cross section of the said metal nanowire is not circular makes the length of the longest part a short-axis length by the measurement of a short-axis direction.
- a circle having the arc as the arc is taken into consideration, and a value calculated from the radius and the curvature is taken as the major axis length.
- the metal nanowire includes a metal nanowire having a short axis length (diameter) of 150 nm or less and a long axis length of 5 ⁇ m or more and 500 ⁇ m or less in a metal amount of 50% by mass or more in the total metal nanowire. It is preferable that it contains 60% by mass or more, and more preferably 75% by mass or more.
- the minor axis length (diameter) is 150 nm or less and the ratio of the metal nanowires having a length of 5 ⁇ m or more and 500 ⁇ m or less is 50 mass% or more, sufficient conductivity is obtained and voltage concentration occurs. This is preferable because it is difficult to suppress a decrease in durability due to voltage concentration.
- the transparency may be lowered when plasmon absorption is strong.
- the coefficient of variation of the short axis length (diameter) of the metal nanowires contained in the conductive layer is preferably 40% or less, more preferably 35% or less, and even more preferably 30% or less. If the coefficient of variation exceeds 40%, the durability may deteriorate. This can be considered, for example, because the voltage is concentrated on a wire having a short axis length (diameter).
- the coefficient of variation of the short axis length (diameter) of the metal nanowire is obtained by, for example, measuring the short axis length (diameter) of 300 nanowires randomly selected from a transmission electron microscope (TEM) image, It can be obtained by calculating the arithmetic average value and dividing the standard deviation by the arithmetic average value.
- TEM transmission electron microscope
- the aspect ratio of the metal nanowire is preferably 10 or more.
- the aspect ratio means the ratio of the average major axis length to the average minor axis length (average major axis length / average minor axis length).
- the aspect ratio can be calculated from the average major axis length and the average minor axis length calculated by the method described above.
- the aspect ratio of the metal nanowire is not particularly limited as long as it is 10 or more and can be appropriately selected according to the purpose, but is preferably 10 to 100,000, more preferably 50 to 100,000, More preferable is 100,000. When the aspect ratio is 10 or more, a network in which metal nanowires are in contact with each other is easily formed, and a conductive layer having high conductivity can be easily obtained.
- the aspect ratio is 100,000 or less
- the metal nanowires are prevented from being entangled and aggregated. Since a coating liquid is obtained, manufacture becomes easy.
- the content of metal nanowires having an aspect ratio of 10 or more contained in metal nanowires is not particularly limited. For example, it is preferably 70% by mass or more, more preferably 75% by mass or more, and more preferably 80% by mass or more.
- the shape of the metal nanowire for example, a columnar shape, a rectangular parallelepiped shape, or a columnar shape having a polygonal cross section can be taken. In applications where high transparency is required, those having a columnar shape or a polygonal shape having a cross section of a pentagon or more and a cross-sectional shape having no acute angle are preferable.
- the cross-sectional shape of the metal nanowire can be detected by applying a metal nanowire aqueous dispersion on a substrate and observing the cross-section with a transmission electron microscope (TEM).
- TEM transmission electron microscope
- metal which forms the said metal nanowire Any metal may be used, Two or more types of metals other than one type of metal may be used in combination, and it can also be used as an alloy. It is. Among these, those formed from metals or metal compounds are preferable, and those formed from metals are more preferable.
- the metal is preferably at least one metal selected from the group consisting of the fourth period, the fifth period, and the sixth period of the Long Periodic Table (IUPAC 1991), and at least one selected from Groups 2 to 14 More preferably, at least one metal selected from Group 2, Group 8, Group 9, Group 10, Group 11, Group 12, Group 13, Group 14 is more preferable, It is particularly preferable to contain these as main components.
- the metal include copper, silver, gold, platinum, palladium, nickel, tin, cobalt, rhodium, iridium, iron, ruthenium, osmium, manganese, molybdenum, tungsten, niobium, tantalum, titanium, bismuth, and antimony. , Lead, and alloys thereof.
- copper, silver, gold, platinum, palladium, nickel, tin, cobalt, rhodium, iridium, or alloys thereof are preferable, and palladium, copper, silver, gold, platinum, tin, or alloys thereof are more preferable.
- Silver or an alloy containing silver is particularly preferable.
- the metal nanowires contained in the conductive layer preferably contain silver nanowires from the viewpoint of high conductivity, and have an average minor axis length of 1 nm to 150 nm and an average major axis length of 1 ⁇ m to 100 ⁇ m. It is more preferable to include nanowires, and it is further preferable to include silver nanowires having an average minor axis length of 5 nm to 30 nm and an average major axis length of 5 ⁇ m to 30 ⁇ m.
- the content rate of the silver nanowire contained in metal nanowire is not restrict
- the content of silver nanowires in the metal nanowires is preferably 50% by mass or more, more preferably 80% by mass or more, and the metal nanowires are substantially silver nanowires.
- “substantially” means that metal atoms other than silver inevitably mixed are allowed.
- the content of the metal nanowires contained in the conductive layer is preferably set to an amount such that the surface roughness Ra of the conductive layer becomes a desired value according to the type of the metal nanowires.
- the case for example of silver nanowires is in the range of 0.001g / m 2 ⁇ 0.100g / m 2, preferably in the range of 0.002g / m 2 ⁇ 0.050g / m 2, more preferably it is in the range of 0.003g / m 2 ⁇ 0.040g / m 2.
- the conductive layer is electrically conductive, contact resistance, and in view of the etching characteristics, the average metal nanowires minor axis length of 5 nm ⁇ 60 nm in the range of 0.001g / m 2 ⁇ 0.100g / m 2 it is preferable, an average more preferably comprising metal nanowires of the short axis length of 10 nm ⁇ 60 nm in the range of 0.002g / m 2 ⁇ 0.050g / m 2, an average minor axis length is 20 nm ⁇ 50 nm metal nano it is further preferred to include a wire in the range of 0.003g / m 2 ⁇ 0.040g / m 2.
- the method for producing the metal nanowire is not particularly limited, and the metal nanowire may be produced by any method. It is preferable to produce by reducing metal ions in a solvent in which a halogen compound and a dispersant are dissolved as follows. Moreover, after forming metal nanowire, it is preferable from a viewpoint of dispersibility and the temporal stability of a conductive layer to perform a desalting process by a conventional method. In addition, as a method for producing metal nanowires, JP2009-215594A, JP2009-242880A, JP2009-299162A, JP2010-84173A, and JP2010-86714A are disclosed. Etc. can be used.
- a hydrophilic solvent is preferable.
- water, an alcohol solvent, an ether solvent, a ketone solvent, and the like can be mentioned. These may be used alone or in combination of two or more.
- the alcohol solvent include methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol, ethylene glycol, and the like.
- the ether solvent include dioxane and tetrahydrofuran.
- the ketone solvent include acetone.
- the heating temperature is preferably 250 ° C or lower, more preferably 20 ° C or higher and 200 ° C or lower, further preferably 30 ° C or higher and 180 ° C or lower, and 40 ° C or higher and 170 ° C or lower. Particularly preferred.
- the temperature is set to 20 ° C. or higher, the length of the formed metal nanowires becomes a preferable range in which dispersion stability can be ensured, and by setting the temperature to 250 ° C. or lower, the cross-sectional outer periphery of the metal nanowires has an acute angle. From the viewpoint of transparency, it is suitable because it has a smooth shape.
- the heat treatment is preferably performed by adding a reducing agent.
- the reducing agent is not particularly limited and can be appropriately selected from those usually used.
- borohydride metal salt, aluminum hydride salt, alkanolamine, aliphatic amine, heterocyclic amine examples include aromatic amines, aralkylamines, alcohols, organic acids, reducing sugars such as glucose, sugar alcohols, sodium sulfite, hydrazine compounds, dextrin, hydroquinone, hydroxylamine, ethylene glycol, glutathione, and the like.
- reducing sugars, sugar alcohols as derivatives thereof, and ethylene glycol are particularly preferable.
- reducing sugars sugar alcohols as derivatives thereof, and ethylene glycol are particularly preferable.
- reducing agent there is a compound that functions as a dispersant or a solvent as a function, and can be preferably used in the same manner.
- the metal nanowire it is preferable to add a dispersant and a halogen compound or metal halide particles.
- the timing of addition of the dispersant and the halogen compound may be before or after the addition of the reducing agent, and may be before or after the addition of metal ions or metal halide fine particles.
- the addition of the halogen compound is preferably divided into two or more steps. Thereby, the metal nanowire which is excellent by monodispersity can be obtained. This may be because, for example, nucleation and growth can be controlled.
- the step of adding the dispersant is not particularly limited. It may be added before preparing the metal nanowire, and the metal nanowire may be formed in the presence of a dispersant, or the metal nanowire may be added after the preparation for controlling the dispersion state.
- the amount is preferably changed according to the length of the metal nanowires required. This is considered to be due to the length of the metal nanowires by controlling the amount of metal particles as a nucleus.
- dispersant examples include amino group-containing compounds, thiol group-containing compounds, sulfide group-containing compounds, amino acids or derivatives thereof, peptide compounds, polysaccharides, polysaccharide-derived natural polymers, synthetic polymers, or these. And high molecular compounds such as gel.
- various polymer compounds used as a dispersant are compounds included in the polymer described later.
- polymer suitably used as the dispersant examples include gelatin, polyvinyl alcohol, methyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, polyalkylene amine, polyalkylene acid partial alkyl ester, polyvinyl pyrrolidone, and polyvinyl pyrrolidone structure, which are protective colloidal polymers.
- a polymer having a hydrophilic group such as a copolymer containing an amino group or a polyacrylic acid derivative having an amino group or a thiol group.
- the polymer used as the dispersant has a weight average molecular weight (Mw) measured by GPC method of preferably 3000 or more and 300000 or less, more preferably 5000 or more and 100000 or less.
- the description of “Encyclopedia of Pigments” (edited by Seijiro Ito, published by Asakura Shoin Co., Ltd., 2000) can be referred to.
- the shape of the metal nanowire obtained by the kind of dispersing agent to be used can be changed.
- the halogen compound is not particularly limited as long as it is a compound containing bromine, chlorine, and iodine, and can be appropriately selected according to the purpose.
- alkali halides such as sodium bromide, sodium chloride, sodium iodide, potassium iodide, potassium bromide, potassium chloride, potassium iodide, and compounds that can be used in combination with the following dispersion additives.
- Some halogen compounds may function as a dispersant, but can be preferably used in the same manner.
- silver halide grains may be used, or both a halogen compound and silver halide grains may be used.
- a single substance having both functions may be used as the dispersant and the halogen compound. That is, by using a halogen compound having a function as a dispersant, the functions of both the dispersant and the halogen compound are expressed with one compound.
- the halogen compound having a function as a dispersant include HTAB (hexadecyl-trimethylammonium bromide) containing an amino group and a bromide ion, HTAC (hexadecyl-trimethylammonium chloride) containing an amino group and a chloride ion, Dodecyltrimethylammonium bromide containing bromide ion or chloride ion, dodecyltrimethylammonium chloride, stearyltrimethylammonium bromide, stearyltrimethylammonium chloride, decyltrimethylammonium bromide, decyltrimethylammonium chloride, dimethyldistearylammonium bromid
- desalting treatment is preferably performed after the formation of metal nanowires.
- the desalting treatment after the formation of the metal nanowires can be performed by techniques such as ultrafiltration, dialysis, gel filtration, decantation, and centrifugation.
- the metal nanowire preferably contains as little inorganic ions as possible, such as alkali metal ions, alkaline earth metal ions, and halide ions.
- the electrical conductivity when the metal nanowire is an aqueous dispersion is preferably 1 mS / cm or less, more preferably 0.1 mS / cm or less, and even more preferably 0.05 mS / cm or less.
- the viscosity at 20 ° C. when the metal nanowire is an aqueous dispersion is preferably 0.5 mPa ⁇ s to 100 mPa ⁇ s, more preferably 1 mPa ⁇ s to 50 mPa ⁇ s.
- the electrical conductivity and viscosity are measured in a dispersion having a metal nanowire concentration of 0.45% by mass.
- the conductive layer can be used in combination with other conductive materials such as conductive particles as long as the effects of the present invention are not impaired.
- the content ratio of the metal nanowire preferably, the metal nanowire having an aspect ratio of 10 or more
- the content ratio of the metal nanowire is 50% by volume in the total amount of the conductive material including the metal nanowire.
- the above is preferable, 60% by volume or more is more preferable, and 75% by volume or more is particularly preferable.
- the conductive particles having a shape other than the metal nanowire do not greatly contribute to the conductivity in the conductive layer and may have absorption in the visible light region.
- the conductive particles are metal and the plasmon absorption such as a spherical shape is strong, the transparency of the conductive layer may be deteriorated.
- the content ratio of the metal nanowires is, for example, when the metal nanowires are silver nanowires and the conductive particles are silver particles, the silver nanowire aqueous dispersion is filtered, and the silver nanowires are filtered. And the other conductive particles, and by measuring the amount of silver remaining on the filter paper and the amount of silver particles that have passed through the filter paper using an ICP emission spectrometer, the ratio of metal nanowires Can be requested.
- the aspect ratio of the metal nanowire is calculated by observing the metal nanowire remaining on the filter paper with a TEM and measuring the short axis length and the long axis length of 300 metal nanowires.
- the measurement method of the average minor axis length and the average major axis length of the metal nanowire is as described above.
- the conductive layer has, as a binder, a three-dimensional crosslinked structure including a partial structure represented by the following general formula (I), and at least one element alkoxide compound selected from the group consisting of Si, Ti, Zr, and Al. At least one sol-gel cured product obtained by hydrolysis and polycondensation.
- -M 1 -OM 1- In the general formula (I), M 1 represents an element selected from the group consisting of Si, Ti, Zr and Al.
- the binder is obtained by hydrolyzing and polycondensing an alkoxide compound of an element selected from the group consisting of Si, Ti, Zr and Al (hereinafter also referred to as “specific alkoxide compound”), and further heating and drying as desired. It is comprised with the obtained sol-gel hardened
- the electroconductive layer which is excellent in electroconductivity and transparency, and is excellent in film
- the valence of M 1 contained in the three-dimensional crosslinked structure including the partial structure represented by the general formula (I) is the case where M 1 in the general formula (I) is any one of Si, Ti, and Zr. Is 4, and is 3 when M 1 is Al.
- M 1 in the general formula (I) is preferably selected from the group consisting of Si, Ti and Zr, and more preferably Si.
- the specific alkoxide compound is preferably a compound represented by any one of the following general formula (II) and general formula (III) in terms of easy availability.
- M 2 represents an element selected from Si, Ti and Zr
- R 1 and R 2 each independently represents a hydrogen atom or a hydrocarbon group
- a represents an integer of 2 to 4.
- M 3 represents Al
- R 3 and R 4 each independently represent a hydrogen atom or a hydrocarbon group
- b represents an integer of 1 to 3.
- the hydrocarbon groups represented by R 1 and R 2 in the general formula (II) and R 3 and R 4 in the general formula (III) are preferably an alkyl group or an aryl group.
- the carbon number in the case of showing an alkyl group is preferably 1 to 18, more preferably 1 to 8, and still more preferably 1 to 4.
- a phenyl group is preferable.
- the alkyl group or aryl group may have a substituent, and examples of the substituent that can be introduced include a halogen atom, an amino group, an alkylamino group, and a mercapto group.
- the compound represented by the general formula (II) and the compound represented by the general formula (III) are low molecular weight compounds, and preferably have a molecular weight of 1000 or less.
- M 2 is Si and a is 2, that is, as a bifunctional organoalkoxysilane, for example, dimethyldimethoxysilane, diethyldimethoxysilane, propylmethyldimethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, diethyldiethoxysilane, dipropyldiethoxy Silane, ⁇ -chloropropylmethyldiethoxysilane, ⁇ -chloropropyldimethyldimethoxysilane, chlorodimethyldiethoxysilane, (p-chloromethyl) phenylmethyldimethoxysilane, ⁇ -bromopropylmethyldimethoxysilane, acetoxymethylmethyldiethoxysilane , Acetoxymethylmethyldimethoxysilane, acetoxypropylmethyldimethoxysilane, benzo
- dimethyldimethoxysilane, diethyldimethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, diethyldiethoxysilane, and the like can be given from the viewpoint of easy availability and adhesiveness with the hydrophilic layer.
- M 2 is Si and a is 3, that is, as a trifunctional organoalkoxysilane, for example, methyltrimethoxysilane, ethyltrimethoxysilane, propyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, ethyltriethoxysilane, propyltrimethoxysilane Ethoxysilane, ⁇ -chloropropyltriethoxysilane, ⁇ -chloropropyltrimethoxysilane, chloromethyltriethoxysilane, (p-chloromethyl) phenyltrimethoxysilane, ⁇ -bromopropyltrimethoxysilane, acetoxymethyltriethoxysilane, Acetoxymethyltrimethoxysilane, acetoxypropyltrimethoxysilane, benzoyloxypropyltrimethoxysilane, 2- (carbomethoxy) ethyl
- methyltrimethoxysilane ethyltrimethoxysilane
- methyltriethoxysilane methyltriethoxysilane
- ethyltriethoxysilane 3-glycidoxy from the viewpoint of easy availability and adhesion to the hydrophilic layer.
- propyltrimethoxysilane propyltrimethoxysilane.
- M 2 is a is 4 Si
- tetraalkoxysilane functional for example, tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetrapropoxysilane, tetrabutoxysilane xylan, methoxy triethoxysilane, ethoxy trimethoxy silane, Examples thereof include methoxytripropoxysilane, ethoxytripropoxysilane, propoxytrimethoxysilane, propoxytriethoxysilane, and dimethoxydiethoxysilane. Of these, tetramethoxysilane, tetraethoxysilane and the like are particularly preferable.
- M 2 is Ti and a is 2, that is, as a bifunctional organoalkoxytitanate, for example, dimethyldimethoxytitanate, diethyldimethoxytitanate, propylmethyldimethoxytitanate, dimethyldiethoxytitanate, diethyldiethoxytitanate, dipropyldiethoxy
- examples include titanate, phenylethyldiethoxy titanate, phenylmethyl dipropoxy titanate, dimethyl dipropoxy titanate, and the like.
- M 2 is Ti and a is 3, that is, as a trifunctional organoalkoxytitanate, for example, methyltrimethoxytitanate, ethyltrimethoxytitanate, propyltrimethoxytitanate, methyltriethoxytitanate, ethyltriethoxytitanate, propyltrimethoxy Examples thereof include ethoxy titanate, chloromethyl triethoxy titanate, phenyl trimethoxy titanate, phenyl triethoxy titanate, and phenyl tripropoxy titanate.
- M 2 is a is 4 Ti
- 4 alkoxy titanates functional for example, tetramethoxysilane titanate, tetraethoxy titanate, tetrapropoxy titanate, tetraisopropoxy titanate, can be given Tetrabutoxytitanate like.
- M 2 is Zr and a is 2 or 3, that is, as the bifunctional and trifunctional organoalkoxyzirconate, for example, an organoalkoxy corresponding to the compound exemplified as the bifunctional and trifunctional organoalkoxytitanate Zirconate can be mentioned.
- M 2 is Zr and a is 4, that is, examples of the tetrafunctional tetraalkoxyzirconium include, for example, zirconates corresponding to the compounds exemplified as the tetraalkoxytitanate.
- Al alkoxide compound represented by the general formula (III) examples include trimethoxy aluminate, triethoxy aluminate, tripropoxy aluminate, tetraethoxy aluminate, and the like.
- specific alkoxide compounds can be easily obtained as commercial products, and can also be obtained by a known synthesis method, for example, reaction of each metal halide with an alcohol.
- the specific alkoxide compound one kind of compound may be used alone, or two or more kinds of compounds may be used in combination.
- the binder is a sol-gel obtained by further hydrolysis and polycondensation of a partial condensate obtained by hydrolysis and polycondensation of at least one specific alkoxide compound from the viewpoint of conductivity, contact resistance, and etching characteristics. It is preferably a cured product, the weight average molecular weight of the partial condensate is more preferably 1,000 to 50,000, and the weight average molecular weight of the partial condensate is 4,000 to 46,000. Is more preferable, and the partial condensate preferably has a weight average molecular weight of 10,000 to 35,000.
- the weight average molecular weight of the partial condensate is a polystyrene equivalent value measured by a GPC (gel permeation chromatography) method.
- the weight average molecular weight was measured by the GPC method using a high-speed GPC (HLC-8220GPC) manufactured by Tosoh Corporation, TSKgel SuperHZ4000 (4.6 mm ID ⁇ 15 cm manufactured by TOSOH) as a column, and THF as an eluent. (Tetrahydrofuran) can be used.
- the surface roughness Ra of the electroconductive layer formed will become large, and there exists a tendency for electroconductivity to fall more.
- This can be considered as follows, for example. That is, if the weight average molecular weight of the partial condensate is small, the amount of hydroxyl group derived from the alkoxide compound is relatively large, and this hydroxyl group interacts with the metal nanowire, so that the partial condensate adsorbs to the metal nanowire. The amount is thought to increase. As a result, the metal nanowire is covered with the partial condensate of the alkoxide compound, and it is considered that the surface becomes rough when the conductive layer is formed.
- the said partial condensate can be obtained by heat-processing the aqueous solution containing a specific alkoxide compound.
- the aqueous solution containing the partial condensate is also referred to as “sol-gel solution”.
- the heat treatment conditions such as the temperature and time of the heat treatment can be appropriately selected according to the weight average molecular weight of the target partial condensate.
- the conditions for the heat treatment are from 20 ° C. to 100 ° C., preferably from 0.5 hours to 100 hours, and from 25 ° C. to 80 ° C. from the viewpoint of setting the surface roughness Ra of the conductive layer to a desired range. 1.0 hour to 60 hours, more preferably 30 ° C. to 60 ° C., and further preferably 1.5 hours to 35 hours.
- the conductive layer is preferably used in a mass ratio of the specific alkoxide compound to the metal nanowire, that is, the mass ratio of the specific alkoxide compound / metal nanowire is 0.25 / 1 to 30/1.
- the mass ratio is 0.25 / 1 or more, the conductive layer is excellent in transparency and at the same time has a well-balanced improvement in wear resistance, heat resistance, moist heat resistance and flex resistance.
- the mass ratio is 30/1 or less, the conductive layer is excellent in conductivity and bending resistance.
- the mass ratio is in the range of 0.25 / 1 to 30/1, the surface roughness Ra of the conductive layer can be set to a desired range.
- the mass ratio is more preferably in the range of 0.5 / 1 to 20/1, more preferably in the range of 1/1 to 15/1, and most preferably in the range of 2/1 to 12/1.
- High conductivity and high transparency In addition, it has stable properties (total light transmittance and haze), excellent wear resistance, heat resistance, moist heat resistance, and bending resistance, and a stable conductive member having a surface roughness Ra within a desired range. Therefore, it is preferable.
- the content molar ratio (M 1 / silver) of the element represented by M 1 to silver in the conductive layer is 0.10 / 1 to 22/1. Is preferably 0.20 / 1 to 18/1, more preferably 0.45 / 1 to 15/1. When the content ratio is 0.10 / 1 to 22/1, conductivity, contact resistance, and etching characteristics tend to be improved in a balanced manner.
- the present invention can provide a conductive member having a conductive layer having high conductivity and high transparency, excellent wear resistance, heat resistance and moist heat resistance, and excellent bending resistance is not necessarily clear. This is presumed to be due to the following reasons. That is, when the conductive layer contains metal nanowires and contains a sol-gel cured product obtained by hydrolysis and polycondensation of a specific alkoxide compound as a matrix, a general organic polymer resin (for example, Compared to conductive layers containing acrylic resins, vinyl polymer resins, etc.), even if the ratio of the matrix contained in the conductive layer is small, there are few voids and high conductivity with high crosslink density.
- the layer is formed, a conductive layer having excellent wear resistance, heat resistance, and moist heat resistance can be obtained. Furthermore, it is surmised that the polymer having a hydrophilic group as a dispersant used in the preparation of the metal nanowires is at least somewhat hindering the contact between the metal nanowires.
- the above-mentioned dispersant covering the metal nanowires is peeled off, and further, when the specific alkoxide compound is polycondensed, the contact points between the many metal nanowires increase. Therefore, the contact point between metal nanowires increases, high electrical conductivity is brought about, and at the same time, high transparency is obtained.
- the conductive layer contains a component other than the sol-gel cured product (hereinafter also referred to as “other matrix”) as a matrix in addition to the sol-gel cured product obtained by hydrolysis and polycondensation of the specific alkoxide compound. May be.
- the conductive layer further containing a matrix may be formed by adding a material capable of forming a matrix to the liquid composition described above, applying the material onto a base material, and performing a heat treatment.
- the “matrix” is a general term for substances that form layers including metal nanowires.
- the aforementioned sol-gel cured product also has a function as a matrix.
- the matrix may be a non-photosensitive material such as an organic polymer or a photosensitive material such as a photoresist composition.
- the conductive layer contains another matrix, the content is 0.10% by mass to 20% by mass, preferably 0.15% by mass to 10%, based on the content of the sol-gel cured product derived from the specific alkoxy compound.
- the conductive member having excellent conductivity, transparency, film strength, abrasion resistance, and bending resistance is obtained when it is selected from the range of mass%, more preferably from 0.20 mass% to 5 mass%.
- Other matrices may be non-photosensitive or photosensitive as described above.
- Suitable non-photosensitive matrices include organic polymer polymers.
- the organic polymer include polymethacrylic acid, polymethacrylate (for example, poly (methyl methacrylate)), polyacrylic acid, polyacrylate, polyacrylonitrile, and other acrylic resins, polyvinyl alcohol, polyester (for example, polyethylene Terephthalate (PET), polyester naphthalate, polycarbonate, etc.), phenol or cresol-formaldehyde (Novolacs (registered trademark)), polystyrene, polyvinyltoluene, polyvinylxylene, polyimide, polyamide, polyamideimide, polyetherimide, polysulfide, polysulfone, polyphenylene And polymers having aromaticity such as polyphenyl ether, polyurethane (PU), epoxy, polyolefin (for example, poly Pyrene, polymethylpentene, cyclic polyolefin, etc.), acrylonitrile-butadiene-
- the photosensitive matrix includes a photoresist composition suitable for a lithographic process.
- a photoresist composition is included as the matrix, it is preferable in that the conductive layer has a conductive region and a non-conductive region on the pattern and can be formed by a lithographic process.
- a photopolymerizable composition is particularly preferable because a conductive layer having excellent transparency and flexibility and excellent adhesion to a substrate can be obtained. It is done.
- this photopolymerizable composition will be described.
- the photopolymerizable composition comprises (a) an addition polymerizable unsaturated compound and (b) a photopolymerization initiator that generates radicals when irradiated with light as basic components, and (c) a binder, if desired. (D) In addition, additives other than the above components (a) to (c) are included. Hereinafter, these components will be described.
- the addition polymerizable unsaturated compound of component (a) (hereinafter also referred to as “polymerizable compound”) is a compound that undergoes an addition polymerization reaction in the presence of a radical to form a polymer.
- a compound having at least one ethylenically unsaturated double bond at the molecular end more preferably two or more, more preferably four or more, and even more preferably six or more is used. .
- These have chemical forms such as monomers, prepolymers, i.e. dimers, trimers and oligomers, or mixtures thereof.
- Various kinds of such polymerizable compounds are known, and they can be used as the component (a).
- particularly preferred polymerizable compounds are trimethylolpropane tri (meth) acrylate, pentaerythritol tetra (meth) acrylate, dipentaerythritol hexa (meth) acrylate, dipentaerythritol penta (meth) from the viewpoint of film strength.
- Acrylate is particularly preferred.
- the content of component (a) is preferably 2.6% by mass or more and 37.5% by mass or less based on the total mass of the solid content of the photopolymerizable composition containing the metal nanowires described above. More preferably, it is 0.0 mass% or more and 20.0 mass% or less.
- the photopolymerization initiator of component (b) is a compound that generates radicals when irradiated with light.
- photopolymerization initiators include compounds that generate acid radicals that ultimately become acids upon irradiation with light, and compounds that generate other radicals.
- the former is referred to as “photoacid generator”, and the latter is referred to as “photoradical generator”.
- -Photoacid generator- Photoacid generator includes photoinitiator for photocationic polymerization, photoinitiator for photoradical polymerization, photodecoloring agent for dyes, photochromic agent, irradiation of actinic ray or radiation used for micro resist, etc.
- known compounds that generate acid radicals and mixtures thereof can be appropriately selected and used.
- Such a photoacid generator is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose.
- triazine or 1,3,4-oxadi having at least one di- or tri-halomethyl group may be used.
- examples thereof include azole, naphthoquinone-1,2-diazide-4-sulfonyl halide, diazonium salt, phosphonium salt, sulfonium salt, iodonium salt, imide sulfonate, oxime sulfonate, diazodisulfone, disulfone, and o-nitrobenzyl sulfonate.
- imide sulfonate, oxime sulfonate, and o-nitrobenzyl sulfonate which are compounds that generate sulfonic acid
- imide sulfonate, oxime sulfonate, and o-nitrobenzyl sulfonate which are compounds that generate sulfonic acid
- imide sulfonate, oxime sulfonate, and o-nitrobenzyl sulfonate which are compounds that generate sulfonic acid
- oxime sulfonate which are compounds that generate sulfonic acid
- o-nitrobenzyl sulfonate which are compounds that generate sulfonic acid
- a group in which an acid radical is generated by irradiation with actinic rays or radiation, or a compound in which a compound is introduced into the main chain or side chain of the resin for example, US Pat. No. 3,849,137, German Patent 3914407.
- JP-A-63-26653, JP-A-55-164824, JP-A-62-69263, JP-A-63-146038, JP-A-63-163452, JP-A-62-153853 And compounds described in JP-A-63-146029, etc. can be used. Furthermore, compounds described in each specification such as US Pat. No. 3,779,778 and European Patent 126,712 can also be used as an acid radical generator.
- triazine compound examples include 2- (4-methoxyphenyl) -4,6-bis (trichloromethyl) -s-triazine, 2- (4-methoxynaphthyl) -4,6-bis (trichloromethyl)- s-triazine, 2- (4-ethoxynaphthyl) -4,6-bis (trichloromethyl) -s-triazine, 2- (4-ethoxycarbonylnaphthyl) -4,6-bis (trichloromethyl) -s-triazine 2,4,6-tris (monochloromethyl) -s-triazine, 2,4,6-tris (dichloromethyl) -s-triazine, 2,4,6-tris (trichloromethyl) -s-triazine, 2, -Methyl-4,6-bis (trichloromethyl) -s-triazine, 2-n-propyl-4,6-
- the photoradical generator is a compound that has a function of generating radicals by directly absorbing light or being photosensitized to cause a decomposition reaction or a hydrogen abstraction reaction.
- the photo radical generator is preferably one having absorption in a wavelength region of 300 nm to 500 nm.
- Many compounds are known as such photo radical generators. For example, carbonyl compounds, ketal compounds, benzoin compounds, acridine compounds, organic peroxide compounds as described in JP-A-2008-268884 are known.
- Azo compounds, coumarin compounds, azide compounds, metallocene compounds, hexaarylbiimidazole compounds, organic boric acid compounds, disulfonic acid compounds, oxime ester compounds, and acylphosphine (oxide) compounds can be appropriately selected according to the purpose.
- benzophenone compounds, acetophenone compounds, hexaarylbiimidazole compounds, oxime ester compounds, and acylphosphine (oxide) compounds are particularly preferable from the viewpoint of exposure sensitivity.
- benzophenone compound examples include benzophenone, Michler's ketone, 2-methylbenzophenone, 3-methylbenzophenone, N, N-diethylaminobenzophenone, 4-methylbenzophenone, 2-chlorobenzophenone, 4-bromobenzophenone, 2-carboxybenzophenone, and the like. Can be mentioned. These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.
- acetophenone compound examples include 2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone, 2,2-diethoxyacetophenone, 2- (dimethylamino) -2-[(4-methylphenyl) methyl] -1- [4- (4-morpholinyl) phenyl] -1-butanone, 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone, ⁇ -hydroxy-2-methylphenylpropanone, 1-hydroxy-1-methylethyl (p-isopropylphenyl) ketone, 1-hydroxy- 1- (p-dodecylphenyl) ketone, 2-methyl-1- (4-methylthiophenyl) -2-morpholinopropan-1-one, 1,1,1-trichloromethyl- (p-butylphenyl) ketone, 2 -Benzyl-2-dimethylamino-1- (4-morpholinophenyl) -butanone- And the like. Specific examples of commercially available products are Irg
- Examples of the hexaarylbiimidazole compound include JP-B-6-29285, US Pat. No. 3,479,185, US Pat. No. 4,311,783, US Pat. No. 4,622,286, and the like.
- Examples of the oxime ester compound include J.P. C. S. Perkin II (1979) 1653-1660), J.M. C. S. Perkin II (1979) 156-162, Journal of Photopolymer Science and Technology (1995) 202-232, JP-A 2000-66385, compounds described in JP-A 2000-80068, JP-T 2004-534797 Compounds and the like. Specific examples include Irgacure (registered trademark) OXE-01 and OXE-02 manufactured by BASF. These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.
- acylphosphine (oxide) compound examples include Irgacure 819, Darocur (registered trademark) 4265, and Darocur TPO manufactured by BASF.
- 2- (dimethylamino) -2-[(4-methylphenyl) methyl] -1- [4- (4-morpholinyl) phenyl] -1- is used from the viewpoint of exposure sensitivity and transparency.
- the photopolymerization initiator of component (b) may be used alone or in combination of two or more, and the content thereof is the total solid content of the photopolymerizable composition containing metal nanowires.
- the mass is preferably 0.1% by mass to 50% by mass, more preferably 0.5% by mass to 30% by mass, and still more preferably 1% by mass to 20% by mass. In such a numerical range, when a pattern including a conductive region and a non-conductive region described later is formed on the conductive layer, good sensitivity and pattern formability can be obtained.
- (C) Binder As the binder, a linear organic high molecular polymer having at least one alkali solubility in a molecule (preferably a molecule having an acrylic copolymer or a styrene copolymer as a main chain). It can be appropriately selected from alkali-soluble resins having a group to be promoted (for example, carboxyl group, phosphoric acid group, sulfonic acid group, etc.). Among these, those that are soluble in an organic solvent and soluble in an aqueous alkali solution are preferable, and those that have an acid-dissociable group and become alkali-soluble when the acid-dissociable group is dissociated by the action of an acid are particularly preferable. preferable.
- the acid dissociable group represents a functional group that can dissociate in the presence of an acid.
- a known radical polymerization method For the production of the binder, for example, a known radical polymerization method can be applied. Polymerization conditions such as temperature, pressure, type and amount of radical initiator, type of solvent, etc. when producing an alkali-soluble resin by the radical polymerization method can be easily set by those skilled in the art, and the conditions are determined experimentally. Can be determined.
- a polymer having a carboxylic acid in the side chain is preferable.
- the polymer having a carboxylic acid in the side chain include, for example, JP-A-59-44615, JP-B-54-34327, JP-B-58-12777, JP-B-54-25957, JP-A-59-53836, As described in JP-A-59-71048, methacrylic acid copolymer, acrylic acid copolymer, itaconic acid copolymer, crotonic acid copolymer, maleic acid copolymer, partial ester A maleic acid copolymer, etc., an acidic cellulose derivative having a carboxylic acid in the side chain, a polymer having a hydroxyl group with an acid anhydride added, and a polymer having a (meth) acryloyl group in the side chain Polymers are also preferred.
- benzyl (meth) acrylate / (meth) acrylic acid copolymers and multi-component copolymers composed of benzyl (meth) acrylate / (meth) acrylic acid / other monomers are particularly preferable.
- a high molecular polymer having a (meth) acryloyl group in the side chain and a multi-component copolymer composed of (meth) acrylic acid / glycidyl (meth) acrylate / other monomers are also useful.
- the polymer can be used by mixing in an arbitrary amount.
- 2-hydroxypropyl (meth) acrylate / polystyrene macromonomer / benzyl methacrylate / methacrylic acid copolymer 2-hydroxy-3-phenoxypropyl acrylate / polymethyl described in JP-A-7-140654 Methacrylate macromonomer / benzyl methacrylate / methacrylic acid copolymer, 2-hydroxyethyl methacrylate / polystyrene macromonomer / methyl methacrylate / methacrylic acid copolymer, 2-hydroxyethyl methacrylate / polystyrene macromonomer / benzyl methacrylate / methacrylic acid copolymer Coalescence, etc.
- (meth) acrylic acid and other monomers copolymerizable with the (meth) acrylic acid are suitable.
- Examples of other monomers copolymerizable with the (meth) acrylic acid include alkyl (meth) acrylates, aryl (meth) acrylates, and vinyl compounds. In these, the hydrogen atom of the alkyl group and aryl group may be substituted with a substituent.
- Examples of the alkyl (meth) acrylate or aryl (meth) acrylate include methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, propyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, isobutyl (meth) acrylate, and pentyl (meth).
- the weight average molecular weight of the binder is preferably from 1,000 to 500,000, more preferably from 3,000 to 300,000, and even more preferably from 5,000 to 200,000, from the viewpoints of alkali dissolution rate, film physical properties and the like. .
- the weight average molecular weight is measured by a gel permeation chromatography method and can be determined using a standard polystyrene calibration curve.
- the content of the component (c) binder is preferably 5% by mass to 90% by mass, preferably 10% by mass to 90% by mass based on the total mass of the solid content of the photopolymerizable composition containing the metal nanowires. 85% by mass is more preferable, and 20% by mass to 80% by mass is even more preferable. When the content is within the preferable range, both developability and conductivity of the metal nanowire can be achieved.
- additives other than the above components (a) to (c) examples include chain transfer agents, crosslinking agents, dispersants, solvents, Various additives such as surfactants, antioxidants, sulfurization inhibitors, metal corrosion inhibitors, viscosity modifiers, preservatives and the like can be mentioned.
- chain transfer agents examples include N, N-dialkylaminobenzoic acid alkyl esters such as N, N-dimethylaminobenzoic acid ethyl ester, 2-mercaptobenzothiazole, 2-mercaptobenzoxazole, and 2-mercaptobenzoic acid.
- N-dialkylaminobenzoic acid alkyl esters such as N, N-dimethylaminobenzoic acid ethyl ester, 2-mercaptobenzothiazole, 2-mercaptobenzoxazole, and 2-mercaptobenzoic acid.
- imidazole N-phenylmercaptobenzimidazole, 1,3,5-tris (3-mercaptobutyloxyethyl) -1,3,5-triazine-2,4,6- (1H, 3H, 5H) -trione, etc.
- Aliphatic polyfunctional compounds such as mercapto compounds having a heterocyclic ring, pentaerythritol tetrakis (3-mercaptopropionate), pentaerythritol tetrakis (3-mercaptobutyrate), 1,4-bis (3-mercaptobutyryloxy) butane Examples include mercapto compounds. These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.
- the content of the chain transfer agent is preferably 0.01% by mass to 15% by mass, preferably 0.1% by mass to 10% by mass, based on the total mass of the solid content of the photopolymerizable composition containing the metal nanowires. % Is more preferable, and 0.5% by mass to 5% by mass is still more preferable.
- the cross-linking agent is a compound that forms a chemical bond with free radicals or acid and heat and cures the conductive layer.
- the cross-linking agent is at least one selected from a methylol group, an alkoxymethyl group, and an acyloxymethyl group.
- Examples thereof include a compound, a compound having an ethylenically unsaturated group including a methacryloyl group or an acryloyl group.
- an epoxy compound, an oxetane compound, and a compound having an ethylenically unsaturated group are particularly preferable in terms of film properties, heat resistance, and solvent resistance.
- the said oxetane type compound can be used individually by 1 type or in mixture with an epoxy type compound.
- the reactivity is high, which is preferable from the viewpoint of improving film properties.
- the said crosslinking agent is also included by the said (c) polymeric compound, The content is (c) superposition
- the content of the crosslinking agent is preferably 1 part by weight to 250 parts by weight, preferably 3 parts by weight to 200 parts by weight, when the total weight of the solid content of the photopolymerizable composition containing the metal nanowire is 100 parts by weight. Is more preferable.
- the dispersant is used to disperse the metal nanowires in the photopolymerizable composition while preventing the metal nanowires from aggregating.
- the dispersant is not particularly limited as long as the metal nanowires can be dispersed, and can be appropriately selected according to the purpose.
- a commercially available dispersant can be used as a pigment dispersant.
- a polymer dispersant having a property of adsorbing to metal nanowires is preferable.
- polymer dispersant examples include polyvinyl pyrrolidone, BYK series (manufactured by Big Chemie), Solsperse series (manufactured by Nippon Lubrizol Co., Ltd.), and Ajisper series (manufactured by Ajinomoto Co., Inc.).
- the polymer dispersant is also included in the binder of the component (c), It should be considered that the content is included in the content of the component (c) described above.
- the content of the dispersant is preferably 0.1 to 50 parts by mass, more preferably 0.5 to 40 parts by mass, and more preferably 1 to 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the binder of component (c). Part by mass is particularly preferred.
- (D-4) Solvent The solvent is used to form a coating solution for forming a composition containing the above-described metal nanowires and the specific alkoxide compound and the photopolymerizable composition in the form of a film on the substrate surface. And can be appropriately selected depending on the purpose.
- propylene glycol monomethyl ether propylene glycol monomethyl ether acetate, ethyl 3-ethoxypropionate, methyl 3-methoxypropionate, ethyl lactate, 3-methoxybutanol, water, 1-methoxy-2-propanol, isopropyl acetate, methyl lactate N-methylpyrrolidone (NMP), ⁇ -butyrolactone (GBL), propylene carbonate, and the like.
- This solvent may also serve as at least a part of the solvent of the metal nanowire dispersion described above. These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.
- the solid content concentration of the coating solution containing such a solvent is preferably contained in the range of 0.1% by mass to 20% by mass.
- (D-5) Metal corrosion inhibitor It is preferable to contain a metal nanowire metal corrosion inhibitor.
- a metal corrosion inhibitor There is no restriction
- the metal corrosion inhibitor is added to the composition for forming the photosensitive layer in a state dissolved in a suitable solvent, or in the form of powder, or after preparing a conductive film with a conductive layer coating solution described later, this is added to the metal corrosion inhibitor. It can be applied by soaking in a bath.
- a metal corrosion inhibitor it is preferable to contain 0.5% by mass to 10% by mass with respect to the metal nanowires.
- the other matrix it is possible to use a polymer compound as a dispersant used in the production of the above-described metal nanowires as at least a part of the components constituting the matrix.
- the conductive layer forms a liquid film by applying a liquid composition containing metal nanowires having an average minor axis length of 150 nm or less, the specific alkoxide compound, and water on a substrate.
- a hydrolysis and polycondensation reaction of the specific alkoxide compound is caused in the liquid film (hereinafter, this hydrolysis and polycondensation reaction is also referred to as “sol-gel reaction”), and water as a solvent is heated as necessary.
- the conductive layer can be manufactured by evaporating and drying.
- an aqueous dispersion of metal nanowires may be prepared separately and mixed with a specific alkoxide compound. Furthermore, after preparing an aqueous solution containing the specific alkoxide compound, the aqueous solution is heated to hydrolyze and polycondensate at least a part of the specific alkoxide compound to form a sol state. A mixture of the dispersion and the liquid composition may be used.
- the liquid composition that forms the conductive layer preferably contains at least one catalyst that promotes the sol-gel reaction.
- the catalyst is not particularly limited as long as it promotes the hydrolysis and polycondensation reaction of the alkoxide compound containing silicon, and can be appropriately selected from commonly used catalysts.
- Such catalysts include acids and basic compounds. These may be used as they are, or may be used in a state in which they are dissolved in a solvent such as water or alcohol (hereinafter collectively referred to as an acidic catalyst and a basic catalyst, respectively).
- the concentration at which the acid or basic compound is dissolved in the solvent is not particularly limited, and may be appropriately selected depending on the characteristics of the acid or basic compound used, the desired content of the catalyst, and the like.
- the concentration of the acid or basic compound constituting the catalyst is high, the hydrolysis and polycondensation rates tend to increase.
- a basic catalyst with an excessively high concentration is used, precipitates may be generated and appear as defects in the conductive layer.
- the concentration is converted to a concentration in the liquid composition. It is desirable that it is 1N or less.
- the kind of acidic catalyst and basic catalyst is not particularly limited. When it is necessary to use a catalyst having a high concentration, it is preferable to select a catalyst composed of an element that hardly remains in the conductive layer.
- the acidic catalyst include hydrogen halides such as hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, sulfurous acid, hydrogen sulfide, perchloric acid, hydrogen peroxide, inorganic acids such as carbonic acid, carboxylic acids such as formic acid and acetic acid, and RCOOH. Examples thereof include substituted carboxylic acids in which R in the structural formula has a substituent, and sulfonic acids such as benzenesulfonic acid.
- Examples of the basic catalyst include ammoniacal bases such as aqueous ammonia and organic amines such as ethylamine and aniline.
- R represents a hydrocarbon group.
- the hydrocarbon group represented by R has the same meaning as the hydrocarbon group in the general formula (II), and the preferred embodiment is also the same.
- the acidic catalyst and the basic catalyst are preferably an acidic catalyst and a basic catalyst that do not exhibit oxidizability to the metal nanowires.
- Specific examples include carboxylic acids such as formic acid and acetic acid, substituted carboxylic acids having a structural formula represented by RCOOH, hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, phosphonic acid, sulfonic acid, and the like.
- the sol-gel reaction is preferably performed using at least one selected from the group consisting of an aliphatic carboxylic acid such as acetic acid, hydrochloric acid, and sulfuric acid. More preferably, the sol-gel reaction is performed using at least one selected from the group consisting of group carboxylic acids.
- Conducting a sol-gel reaction using an acidic or basic catalyst that does not exhibit oxidizability for metal nanowires prevents oxidation of metal nanowires and constitutes a conductive member that excels in conductivity, heat resistance, and heat and humidity resistance can do. It is more preferable to use an acidic catalyst from the viewpoint of the pot life of the liquid composition.
- a Lewis acid catalyst comprising a metal complex can also be preferably used as the catalyst.
- Particularly preferred catalysts are metal complex catalysts, metal elements selected from groups 2A, 3B, 4A and 5A of the periodic table and ⁇ -diketones, ketoesters, hydroxycarboxylic acids or esters thereof, amino alcohols, and enolically active hydrogens.
- 2A group elements such as Mg, Ca, St and Ba
- 3B group elements such as Al and Ga
- 4A group elements such as Ti and Zr
- 5A group elements such as V, Nb and Ta are preferable.
- a complex containing a metal element selected from the group consisting of Zr, Al and Ti is excellent and preferable.
- oxo or hydroxy oxygen-containing compound constituting the ligand of the metal complex include ⁇ diketones such as acetylacetone (2,4-pentanedione) and 2,4-heptanedione, methyl acetoacetate, ethyl acetoacetate , Ketoesters such as butyl acetoacetate, hydroxycarboxylic acids such as lactic acid, methyl lactate, salicylic acid, ethyl salicylate, phenyl salicylate, malic acid, tartaric acid, methyl tartrate, 4-hydroxy-4-methyl-2-pentanone, 4 -Ketoalcohols such as hydroxy-2-pentanone, 4-hydroxy-4-methyl-2-heptanone, 4-hydroxy-2-heptanone, monoethanolamine, N, N-dimethylethanolamine, N-methyl-monoethanol Amine, diethanolamine Amino alcohols such as triethanolamine, methylol melamine,
- a preferred ligand is an acetylacetone derivative.
- the acetylacetone derivative refers to a compound having a substituent on the methyl group, methylene group or carbonyl carbon of acetylacetone.
- Substituents for substitution on the methyl group of acetylacetone are all straight-chain or branched alkyl groups having 1 to 3 carbon atoms, acyl groups, hydroxyalkyl groups, carboxyalkyl groups, alkoxy groups, alkoxyalkyl groups, and acetylacetone
- the substituents that substitute for the methylene group are carboxyl groups, both straight-chain or branched carboxyalkyl groups and hydroxyalkyl groups having 1 to 3 carbon atoms, and the substituents that substitute for the carbonyl carbon of acetylacetone are carbon atoms.
- acetylacetone derivatives include ethylcarbonylacetone, n-propylcarbonylacetone, i-propylcarbonylacetone, diacetylacetone, 1-acetyl-1-propionyl-acetylacetone, hydroxyethylcarbonylacetone, hydroxypropylcarbonylacetone, acetoacetate Acetopropionic acid, diacetacetic acid, 3,3-diacetpropionic acid, 4,4-diacetbutyric acid, carboxyethylcarbonylacetone, carboxypropylcarbonylacetone, diacetone alcohol. Of these, acetylacetone and diacetylacetone are particularly preferred.
- the complex of the above acetylacetone derivative and the above metal element is a mononuclear complex in which 1 to 4 molecules of the acetylacetone derivative are coordinated per metal element, and the coordinateable bond of the acetylacetone derivative is the coordinateable bond of the metal element.
- ligands commonly used for ordinary complexes such as water molecules, halogen ions, nitro groups, and ammonio groups may coordinate.
- Examples of preferred metal complexes include tris (acetylacetonato) aluminum complex, di (acetylacetonato) aluminum / aco complex, mono (acetylacetonato) aluminum / chloro complex, di (diacetylacetonato) aluminum complex, ethylacetate Acetate aluminum diisopropylate, aluminum tris (ethylacetoacetate), cyclic aluminum oxide isopropylate, tris (acetylacetonato) barium complex, di (acetylacetonato) titanium complex, tris (acetylacetonato) titanium complex, di-i -Propoxy bis (acetylacetonato) titanium complex salt, zirconium tris (ethyl acetoacetate), zirconium tris (benzoic acid) complex salt, etc.
- ethyl acetoacetate aluminum diisopropylate aluminum tris (ethyl acetoacetate), di ( Acetylacetonato) titanium complex and zirconium tris (ethylacetoacetate) are preferred.
- the type of the counter salt is arbitrary as long as it is a water-soluble salt that maintains the neutrality of the charge as the complex compound, such as nitrate, Salt forms such as halogenates, sulfates, phosphates, etc., that ensure stoichiometric neutrality are used.
- nitrate nitrate
- Salt forms such as halogenates, sulfates, phosphates, etc., that ensure stoichiometric neutrality are used.
- the metal complex in a liquid composition, has a coordination structure and is stable, and promotes crosslinking by a mechanism similar to an acid catalyst in a dehydration condensation reaction that starts in the heat drying process after application to the substrate. it is conceivable that. In any case, by using this metal complex, it is possible to obtain a liquid composition with excellent temporal stability, film surface quality and high durability of the conductive layer.
- the above metal complex catalyst can be easily obtained as a commercial product, and can also be obtained by a known synthesis method, for example, reaction of each metal chloride with an alcohol.
- the catalyst is used in an amount of preferably 50% by mass or less, more preferably 5% by mass to 25% by mass with respect to the solid content of the liquid composition.
- a catalyst may be used independently or may be used in combination of 2 or more type.
- the liquid composition may contain an organic solvent in addition to water, if necessary. By containing the organic solvent, a more uniform liquid film can be formed on the substrate.
- organic solvents include ketone solvents such as acetone, methyl ethyl ketone, and diethyl ketone, alcohol solvents such as methanol, ethanol, 2-propanol, 1-propanol, 1-butanol, and tert-butanol, chloroform, and chloride.
- Chlorine solvents such as methylene, aromatic solvents such as benzene and toluene, ester solvents such as ethyl acetate, butyl acetate and isopropyl acetate, ether solvents such as diethyl ether, tetrahydrofuran and dioxane, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol Examples thereof include glycol ether solvents such as dimethyl ether.
- alcohol solvents are preferable, and alcohol solvents having 4 or less carbon atoms are more preferable.
- the organic solvent may be used alone or in combination of two or more.
- the content of the organic solvent is preferably 20 to 95% by mass in the total mass of the solvent from the viewpoint of setting the surface roughness Ra of the conductive layer to a desired range.
- the content is more preferably 10 to 90% by mass, and more preferably 20 to 85% by mass.
- the content rate of an organic solvent is 95 mass% or more. If it is 95% by mass or less, the surface roughness Ra of the conductive layer tends to be further reduced.
- the content of the specific alkoxide compound contained in the liquid composition can be appropriately selected depending on the method for applying to the substrate.
- the range of 0.1% by mass to 50% by mass is preferable in the total mass of the liquid composition
- the range of 0.2% by mass to 20% by mass is more preferable
- 0.4% by mass to 10% by mass is most preferred.
- the liquid composition may further contain other components as necessary.
- other components include inorganic fine particles, antioxidants, and surfactants.
- Examples of a method for forming the liquid film by applying the liquid composition onto the substrate include a method of applying the liquid composition onto the substrate.
- coating method According to the objective, it can select suitably.
- coating methods include roll coating, bar coating, dip coating, spin coating, casting, die coating, blade coating, gravure coating, curtain coating, spray coating, doctor coating, and the like. Can be mentioned.
- the amount of the liquid composition applied to the substrate can be appropriately selected according to the configuration of the liquid composition.
- the application amount of the metal nanowires can be in the range of 0.001g / m 2 ⁇ 0.100g / m 2.
- the application amount of the metal nanowires can be in the range of 0.002g / m 2 ⁇ 0.050g / m 2, more preferably in the range of 0.003g / m 2 ⁇ 0.040g / m 2.
- the liquid film of the liquid composition formed on the substrate hydrolysis and condensation reactions of the specific alkoxide compound occur.
- the liquid film is heated to It is preferable to dry after removing at least a part of the solvent.
- the heating temperature for promoting the sol-gel reaction is suitably in the range of 30 ° C. to 200 ° C., more preferably in the range of 50 ° C. to 180 ° C.
- the heating and drying time is preferably 10 seconds to 300 minutes, more preferably 1 minute to 120 minutes.
- the average film thickness of the conductive layer of the present invention is preferably 0.01 ⁇ m to 2 ⁇ m, more preferably 0.02 ⁇ m to 1 ⁇ m, more preferably 0.03 ⁇ m to 0.8 ⁇ m, and further preferably 0.05 ⁇ m to 0.5 ⁇ m. Is more preferable.
- the average film thickness of the conductive layer is calculated as an arithmetic average value by measuring the film thickness of the conductive layer at five points by direct observation of the cross section of the conductive layer with an electron microscope.
- the average film thickness of the conductive layer was calculated by measuring the thickness of only the matrix component in which no metal wire was present. In the present Example shown below, the average film thickness measured using an electron microscope is described.
- the conductive layer has a ratio of surface roughness Ra to average film thickness (surface roughness Ra (nm) / average film thickness (nm)) of 0.05 from the viewpoint of conductivity, contact resistance, and etching characteristics. Is preferably in the range of ⁇ 250, more preferably in the range of 1 to 100, still more preferably in the range of 3 to 50, and most preferably in the range of 4 to 10. When the ratio of the surface roughness Ra (nm) / average film thickness (nm) is in the range of 0.05 to 250, a conductive member having superior conductivity, contact resistance, and etching characteristics can be obtained.
- the shape of the conductive member when observed from a direction perpendicular to the substrate surface is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose.
- the conductive layer may include a non-conductive region in addition to the conductive region. That is, the conductive layer is a first embodiment in which the entire region of the conductive layer is a conductive region (hereinafter, this conductive layer is also referred to as “non-patterned conductive layer”), and the conductive layer is a conductive region. And a non-conductive region (hereinafter, this conductive layer is also referred to as a “patterned conductive layer”).
- the metal nanowire is contained in the nonelectroconductive area
- the metal nanowire is contained in the nonconductive region, the metal nanowire contained in the nonconductive region is disconnected.
- the electroconductive member which concerns on a 1st aspect can be used as a transparent electrode of a solar cell, for example.
- the electroconductive member which concerns on a 2nd aspect is used when creating a touch panel, for example. In this case, a conductive region and a non-conductive region having a desired shape are formed.
- the surface resistivity in the non-conductive region and the conductive region is not particularly limited.
- the surface resistivity in the non-conductive region is, for example, preferably 1 ⁇ 10 7 ⁇ / ⁇ or more, and more preferably 1 ⁇ 10 8 ⁇ / ⁇ or more.
- the surface resistivity in the conductive region is, for example, preferably 1 ⁇ 10 3 ⁇ / ⁇ or less, and more preferably 9 ⁇ 10 2 ⁇ / ⁇ or less.
- the patterned conductive layer is manufactured, for example, by the following patterning method.
- a non-patterned conductive layer is formed in advance, and a metal nanowire contained in a desired region of the non-patterned conductive layer is irradiated with a high energy laser beam such as a carbon dioxide laser or a YAG laser.
- a high energy laser beam such as a carbon dioxide laser or a YAG laser.
- a patterning method in which a part of the metal nanowire is disconnected or disappeared to make the desired region a non-conductive region. This method is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-496.
- a photosensitive composition (photoresist) layer capable of forming a resist layer on a previously formed non-patterned conductive layer is provided, and a desired pattern exposure and development are performed on the photosensitive composition layer.
- the region not protected by the resist can be treated by a wet process in which an etching solution capable of dissolving metal nanowires is applied or by a dry process such as reactive ion etching.
- a patterning method for etching away metal nanowires in a conductive layer This method is described, for example, in JP-T-2010-507199 (particularly, paragraphs 0212 to 0217).
- an etching solution capable of dissolving metal nanowires is applied in a desired pattern, and the metal nanowires in the conductive layer in the region where the etching solution is applied A patterning method for removing the etching.
- the light source used for pattern exposure of the photosensitive composition layer is selected in relation to the photosensitive wavelength range of the photosensitive composition, but generally ultraviolet rays such as g-line, h-line, i-line, and j-line are emitted. Preferably used. A blue LED may be used.
- the pattern exposure method is not particularly limited, and may be performed by surface exposure using a photomask, or may be performed by scanning exposure using a laser beam or the like. At this time, refractive exposure using a lens or reflection exposure using a reflecting mirror may be used, and exposure methods such as contact exposure, proximity exposure, reduced projection exposure, and reflection projection exposure can be used.
- the etching solution for dissolving the metal nanowires can be appropriately selected according to the metal nanowires.
- the metal nanowire is a silver nanowire
- bleaching fixer, strong acid, oxidizing agent, peroxidation mainly used for bleaching and fixing process of photographic paper of silver halide color photosensitive material Examples include hydrogen.
- bleach-fixing solution, dilute nitric acid, and hydrogen peroxide are particularly preferable.
- the dissolution of the silver nanowires by the etching solution for dissolving the metal nanowires may not completely dissolve the silver nanowires of the portion to which the solution is applied, and partly if the conductivity is lost. It may remain.
- the concentration of the diluted nitric acid is preferably 1% by mass to 20% by mass.
- the concentration of the hydrogen peroxide is preferably 3% by mass to 30% by mass.
- the bleach-fixing solution for example, JP-A-2-207250, page 26, lower right column, line 1 to page 34, upper-right column, line 9 and JP-A-4-97355, page 5, upper left column, line 17
- the processing materials and processing methods described in the 20th page, lower right column, line 20 can be preferably applied.
- the bleach-fixing time is preferably 180 seconds or shorter, more preferably 120 seconds or shorter and 1 second or longer, and further preferably 90 seconds or shorter and 5 seconds or longer.
- the water washing or stabilization time is preferably 180 seconds or shorter, more preferably 120 seconds or shorter and 1 second or longer.
- the bleach-fixing solution is not particularly limited as long as it is a photographic bleach-fixing solution, and can be appropriately selected according to the purpose.
- CP-48S, CP-49E color paper bleaching manufactured by FUJIFILM Corporation. Fixing agent), Kodak Ektacolor RA bleach-fixing solution, Dai Nippon Printing Co., Ltd. bleach-fixing solution D-J2P-02-P2, D-30P2R-01, D-22P2R-01, and the like.
- CP-48S and CP-49E are particularly preferable.
- the viscosity of the etching solution for dissolving the metal nanowires is preferably 5 mPa ⁇ s to 300,000 mPa ⁇ s at 25 ° C., more preferably 10 mPa ⁇ s to 150,000 mPa ⁇ s.
- the viscosity is preferably 5 mPa ⁇ s to 300,000 mPa ⁇ s at 25 ° C., more preferably 10 mPa ⁇ s to 150,000 mPa ⁇ s.
- the substrate It is preferable to have at least one intermediate layer between the substrate and the conductive layer.
- the intermediate layer By providing an intermediate layer between the base material and the conductive layer, the adhesion between the base material and the conductive layer, the total light transmittance of the conductive layer, the haze of the conductive layer, and the film strength of the conductive layer It is possible to improve at least one of the above.
- the intermediate layer include an adhesive layer for improving the adhesive force between the base material and the conductive layer, and a functional layer for improving functionality by interaction with components contained in the conductive layer. Depending on the situation, it is appropriately provided.
- FIG. 1 is a schematic sectional view showing a conductive member 1 according to the first embodiment of the present invention.
- a conductive layer 20 is provided on a substrate 101 which is a base material having an intermediate layer.
- the conductive member 1 includes a first adhesive layer 31 having excellent affinity with the base material 10 and a second adhesive having excellent affinity with the conductive layer 20 between the base material 10 and the conductive layer 20.
- FIG. 2 is a schematic sectional view showing the conductive member 2 according to the second embodiment of the present invention. In the conductive member 2 shown in FIG.
- a conductive layer 20 is provided on a substrate 102 which is a base material having an intermediate layer.
- the conductive member 2 is adjacent to the conductive layer 20 between the base material 10 and the conductive layer 20 in addition to the first adhesive layer 31 and the second adhesive layer 32 as in the first embodiment.
- the intermediate layer 30 having the functional layer 33 is provided.
- the intermediate layer 30 in this specification refers to a layer including at least one layer selected from the first adhesive layer 31, the second adhesive layer 32, and the functional layer 33.
- the material used for the intermediate layer 30 is not particularly limited as long as it improves at least one of the above characteristics.
- a sol-gel film obtained by hydrolyzing and polycondensing a polymer used as an adhesive, a silane coupling agent, a titanium coupling agent, and an Si alkoxide compound. Materials selected from such are included.
- an intermediate layer in contact with the conductive layer is a functional layer 33 containing a compound having a functional group capable of interacting with the metal nanowires contained in the conductive layer 20, the conductivity excellent in total light transmittance, haze, and film strength. It is preferable because a conductive layer is obtained. In the case of having such an intermediate layer, even if the conductive layer 20 includes metal nanowires and organic polymers, a conductive layer having excellent film strength can be obtained.
- the metal nanowires and intermediate layers included in the conductive layer are provided. Due to the interaction with the compound having the above functional group contained, the aggregation of the conductive material in the conductive layer is suppressed, the uniform dispersibility is improved, and the transparency resulting from the aggregation of the conductive material in the conductive layer It is considered that an increase in film strength is achieved due to adhesion, as well as a decrease in haze and haze.
- the intermediate layer capable of exhibiting such interaction may be referred to as a functional layer. Since the functional layer exerts its effect by interaction with the metal nanowire, if the conductive layer includes the metal nanowire, the effect is exhibited without depending on the matrix included in the conductive layer. .
- an amide group, amino group, mercapto group, carboxylic acid group, sulfonic acid group, phosphoric acid group, phosphonic group More preferably, it is at least one selected from the group consisting of acid groups or salts thereof. More preferred is an amino group, mercapto group, phosphoric acid group, phosphonic acid group or a salt thereof, and most preferred is an amino group.
- Examples of the compound having a functional group as described above include compounds having an amide group such as ureidopropyltriethoxysilane, polyacrylamide, polymethacrylamide and the like, for example, N- ⁇ (aminoethyl) ⁇ -aminopropyltrimethoxysilane.
- 3-aminopropyltriethoxysilane bis (hexamethylene) triamine, N, N′-bis (3-aminopropyl) -1,4-butanediamine tetrahydrochloride, spermine, diethylenetriamine, m-xylenediamine, metaphenylene
- amino groups such as diamines, such as compounds having mercapto groups such as 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, 2-mercaptobenzothiazole, toluene-3,4-dithiol, such as poly (p-styrene sulfone) Acid sodium ), Poly (2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid) and other sulfonic acid or salts thereof, such as polyacrylic acid, polymethacrylic acid, polyaspartic acid, terephthalic acid, cinnamic acid , Compounds having a carboxylic acid group such as fumaric acid, succin
- the metal nanowires and the functional groups contained in the intermediate layer interact with each other after the coating liquid for forming the conductive layer is applied, and the metal nanowires aggregate when drying.
- the conductive layer in which the metal nanowires are uniformly dispersed can be formed.
- the intermediate layer can be formed by applying a solution in which the compound constituting the intermediate layer is dissolved or dispersed (suspended or emulsified) on the substrate and drying.
- a coating method a general method can be used. The method is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. For example, roll coating method, bar coating method, dip coating method, spin coating method, casting method, die coating method, blade coating method, gravure coating method. , Curtain coating method, spray coating method, doctor coating method, and the like.
- the conductive member according to the present invention has excellent wear resistance.
- This abrasion resistance can be evaluated by, for example, the following method (1) or (2).
- a continuous load scratch tester for example, continuous load scratch tester Type 18s manufactured by Shinto Kagaku Co., Ltd.
- the size of the surface contacting the surface of the conductive layer is 20 mm.
- gauze for example, FC gauze manufactured by White Cross Co., Ltd.
- the ratio of the surface resistivity ( ⁇ / ⁇ ) of the conductive layer after the abrasion resistance test to the rate ( ⁇ / ⁇ ) (after the abrasion resistance test / the abrasion resistance test) is 100 or less, more preferably 50 or less, still more preferably Is 10 or less.
- the conductive member When conducting a bending test 20 times using a cylindrical mandrel bending tester (for example, a bending tester manufactured by Cortec Co., Ltd.) equipped with a cylindrical mandrel having a diameter of 10 mm, the conductive member is The ratio of the surface resistivity ( ⁇ / ⁇ ) of the conductive layer after the test to the surface resistivity ( ⁇ / ⁇ ) of the conductive layer before the test is 5.0 or less (after the bending test / before the bending test), More preferably, it is 2.5 or less, More preferably, it is 2.0 or less.
- the conductive member has high conductivity and transparency, the conductive layer has high film strength, excellent wear resistance, and excellent flex resistance.
- a touch panel, a display electrode, an electromagnetic shield It is widely applied to EL display electrodes, inorganic EL display electrodes, electronic paper, flexible display electrodes, integrated solar cells, liquid crystal display devices, display devices with touch panel functions, and other various devices. Among these, application to a touch panel and a solar cell is particularly preferable.
- the method for producing a conductive member of the present invention is obtained by hydrolyzing and polycondensing (a) at least one of metal nanowires and an alkoxide compound of an element selected from the group consisting of Si, Ti, Zr and Al.
- a liquid composition comprising a partial condensate, wherein a mass ratio of the alkoxide compound to the metal nanowire (alkoxide compound / metal nanowire) is in a range of 0.25 / 1 to 30/1.
- the surface roughness Ra of the surface opposite to the surface facing the base material is in the range of 0.5 nm to 50 nm, including the binder that is the metal nanowire and the sol-gel cured product. And a forming a conductive layer.
- the weight average molecular weight of the partial condensate is preferably in the range of 1,000 to 50,000, more preferably 4,000 to 46,000, from the viewpoint of conductivity, contact resistance and etching characteristics. More preferably, the partial condensate has a weight average molecular weight of 10,000 to 35,000.
- the manufacturing method further includes, prior to (a), forming at least one intermediate layer on the surface of the substrate on which the liquid film is formed.
- adhesiveness improves further and the electroconductive member which is more excellent by abrasion resistance can be manufactured.
- the method may further include (c) forming a patterned nonconductive region in the conductive layer to form a conductive layer having the nonconductive region and the conductive region. Also preferred. Thereby, the electroconductive member suitable for devices, such as a touch panel, can be manufactured.
- the conductive member is applied to, for example, a surface capacitive touch panel, a projection capacitive touch panel, a resistive touch panel, and the like.
- the touch panel includes a so-called touch sensor and a touch pad.
- the layer structure of the touch panel sensor electrode part in the touch panel is a bonding method in which two transparent electrodes are bonded, a method in which transparent electrodes are provided on both surfaces of a single substrate, a single-sided jumper or a through-hole method, or a single-area layer method. It is preferable that it is either.
- the surface capacitive touch panel is described in, for example, JP-T-2007-533044.
- the conductive member is useful as a transparent electrode in an integrated solar cell (hereinafter sometimes referred to as a solar cell device).
- a solar cell device There is no restriction
- Group III-V compound semiconductor solar cell devices II-VI compound semiconductor solar cell devices such as cadmium telluride (CdTe), copper / indium / selenium system (so-called CIS system), copper / indium / gallium / selenium system ( So-called CIGS-based), copper / indium / gallium / selenium / sulfur-based (so-called CIGS-based) I-III-VI group compound semiconductor solar cell devices, dye-sensitized solar cell devices, organic solar cell devices, etc. Can be mentioned.
- CdTe cadmium telluride
- CIS system copper / indium / selenium system
- So-called CIGS-based copper / indium / gallium / selenium system
- I-III-VI group compound semiconductor solar cell devices dye-sensitized solar cell devices, organic solar cell devices, etc.
- the solar cell device is an amorphous silicon solar cell device constituted by a tandem structure type or the like, a copper / indium / selenium system (so-called CIS system), copper / indium / gallium / A selenium-based (so-called CIGS-based), copper / indium / gallium / selenium / sulfur-based (so-called CIGS-based) I-III-VI group compound semiconductor solar cell device is preferable.
- CIS system copper / indium / selenium system
- CIGS-based copper / indium / gallium / A selenium-based
- I-III-VI group compound semiconductor solar cell device is preferable.
- amorphous silicon solar cell device composed of a tandem structure type or the like, amorphous silicon, a microcrystalline silicon thin film layer, a thin film containing Ge in these, and a tandem structure of these two or more layers is a photoelectric conversion layer Used as For film formation, plasma CVD or the like is used.
- the conductive member can be applied to all the solar cell devices.
- the conductive member may be included in any part of the solar cell device, but it is preferable that the conductive layer is disposed adjacent to the photoelectric conversion layer.
- the following structure is preferable regarding the positional relationship with a photoelectric converting layer, it is not limited to this.
- the structure described below does not describe all the parts that constitute the solar cell device, but describes the range in which the positional relationship of the transparent conductive layer can be understood.
- the configuration surrounded by [] corresponds to the conductive member.
- A [base material-conductive layer] -photoelectric conversion layer
- B [base material-conductive layer] -photoelectric conversion layer- [conductive layer-base material]
- C Substrate-electrode-photoelectric conversion layer- [conductive layer-base material]
- D Back electrode-photoelectric conversion layer- [conductive layer-base material] Details of such a solar cell are described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-87105.
- TEM transmission electron microscope
- the aspect ratio means the ratio of the average major axis length to the average minor axis length (average major axis length / average minor axis length).
- the average aspect ratio of the metal nanowires used in the present embodiment can be calculated from the average major axis length and the average minor axis length calculated by the above-described method.
- Preparation Example 1 Aqueous nanowires
- -Preparation of silver nanowire dispersion (1) The following additive solutions A, B, C, and D were prepared in advance.
- Additive liquid A Stearyltrimethylammonium chloride 60 mg, stearyltrimethylammonium hydroxide 10% aqueous solution 6.0 g, and glucose 2.0 g were dissolved in distilled water 120.0 g to obtain reaction solution A-1.
- 72 mg of silver nitrate powder was dissolved in 2.0 g of distilled water to obtain an aqueous silver nitrate solution A-1.
- the reaction solution A-1 was kept at 25 ° C., and the aqueous silver nitrate solution A-1 was added with vigorous stirring. After addition of the aqueous silver nitrate solution A-1, the mixture was vigorously stirred for 180 minutes to obtain additive solution A.
- additive solution B 42.0 g of silver nitrate powder was dissolved in 958 g of distilled water to obtain additive solution B.
- additive liquid C 75 g of 25% aqueous ammonia was mixed with 925 g of distilled water to obtain additive C.
- additive liquid D 400 g of polyvinyl pyrrolidone (K30) was dissolved in 1.6 kg of distilled water to obtain Additive Solution D.
- a silver nanowire dispersion liquid (1) was prepared as follows. 1.30 g of stearyltrimethylammonium bromide powder, 33.1 g of sodium bromide powder, 1,000 g of glucose powder and 115.0 g of nitric acid (1N) were dissolved in 12.7 kg of distilled water at 80 ° C. While this liquid was kept at 80 ° C. and stirred at 500 rpm, the additive liquid A was added successively at an addition rate of 250 cc / min, the additive liquid B at 500 cc / min, and the additive liquid C at 500 cc / min. After the addition, the stirring speed was 200 rpm, and the mixture was heated and stirred for 100 minutes while maintaining the liquid temperature at 80 ° C.
- a silver nanowire dispersion liquid (1) having a metal content of 0.45% was obtained.
- the average minor axis length, the average major axis length, the coefficient of variation of the minor axis length of the silver nanowire, and the average aspect ratio were measured as described above.
- the average minor axis length was 17.2 nm
- the average major axis length was 7.9 ⁇ m
- the variation coefficient was 16.0%.
- the average aspect ratio was 459.
- silver nanowire dispersion liquid (1) the silver nanowire dispersion liquid obtained by the said method is shown.
- a bonding solution 1 was prepared with the following composition.
- Adhesive solution 1 Takelac WS-4000 5.0 parts (polyurethane for coating, solid concentration 30%, manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.) ⁇ Surfactant 0.3 part (Narrow Acty HN-100, manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd.) ⁇ Surfactant 0.3 part (Sandet BL, solid content concentration 43%, Sanyo Chemical Industries, Ltd.) ⁇ 94.4 parts of water
- a corona discharge treatment is performed on one surface of a PET film 10 having a thickness of 125 ⁇ m, which is a base material, and the adhesive solution 1 is applied to the surface subjected to the corona discharge treatment and dried at 120 ° C. for 2 minutes, A first adhesive layer 31 having a thickness of 0.11 ⁇ m was formed.
- An adhesive solution 2 was prepared with the following composition.
- the bonding solution 2 was prepared by the following method. While the aqueous acetic acid solution was vigorously stirred, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane was added dropwise over 3 minutes to obtain an aqueous solution 1. Next, 2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane was added over 3 minutes while strongly stirring the aqueous solution 1 to obtain an aqueous solution 2. Next, tetraethoxysilane was added over 5 minutes while vigorously stirring the aqueous solution 2, and then stirring was continued for 2 hours to obtain an aqueous solution 3. Next, colloidal silica, a curing agent, and a surfactant were sequentially added to the aqueous solution 3 to prepare an adhesive solution 2.
- the adhesive solution 2 is applied to the surface by a bar coating method, dried by heating at 170 ° C. for 1 minute, and having a thickness of 0.
- a second adhesive layer 32 of 5 ⁇ m was formed to obtain a PET substrate 101 having the configuration shown in FIG.
- a patterning process was performed by the following method.
- the WHT-3 type and Squeegee No. 4 yellow was used.
- a solution (etching solution) of silver nanowires for forming patterning is a CP-48S-A solution, a CP-48S-B solution (both manufactured by FUJIFILM Corporation), and pure water 1: 1:
- the resulting mixture was mixed so as to be 1 and thickened with hydroxyethyl cellulose to prepare an ink for screen printing.
- the etching solution was applied onto the non-patterned conductive member 1 so that the coating amount was 0.01 g / cm 2 , left at 25 ° C. for 2 minutes, and then washed with pure water and patterned.
- the said patterning process was performed and the patterned electroconductive member 1 containing the electroconductive layer which has an electroconductive area
- a conductive member C1 was obtained in the same manner as the production of the conductive member 1, except that the sol-gel solution was changed to the following solution A.
- the following solution B is applied onto the conductive member C1 by a bar coating method so that the solid content is 0.18 g / m 2, and after drying, using an ultrahigh pressure mercury lamp i-line (365 nm) in a nitrogen atmosphere. Then, exposure was performed at an exposure amount of 40 mJ / cm 2 to obtain a conductive member C2.
- the surface roughness Ra of the obtained conductive member was 0.12 nm.
- the average film thickness of the conductive layer was 130 nm.
- the solution B is applied by a bar coating method so as to have a solid content application amount of 0.18 g / m 2 , dried, and then subjected to ultrahigh pressure in a nitrogen atmosphere.
- a mercury lamp i-line 365 nm
- exposure was performed at an exposure amount of 40 mJ / cm 2 to obtain a conductive member C3.
- the surface roughness Ra of the obtained conductive member was 0.38 nm.
- the average film thickness of the conductive layer was 125 nm.
- ⁇ Surface resistivity> The surface resistivity of the conductive region of the conductive layer was measured using Loresta-GP MCP-T600 manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation. The measurement was performed by measuring the central part of five randomly selected conductive regions of a 10 cm ⁇ 10 cm sample to obtain an arithmetic average value, which was defined as the surface resistivity.
- the total light transmittance (%) of the portion corresponding to the conductive region of the conductive member and the total light transmittance (%) of the PET substrate 101 before forming the conductive layer 20 are obtained by using a haze guard plus manufactured by Gardner.
- the transmittance of the conductive layer was converted from the ratio. The measurement is performed at a measurement angle of 0 ° with respect to the CIE visibility function y under the C light source, and the arithmetic average value is obtained by measuring the central part of five randomly selected conductive regions of a 10 cm ⁇ 10 cm sample. This was defined as the total light transmittance of the conductive member.
- ⁇ Optical characteristics (haze value)> The haze value of the portion corresponding to the conductive region of the conductive member was measured using a haze guard plus manufactured by Gardner. The measurement was performed by measuring the central part of five randomly selected conductive regions of a 10 cm ⁇ 10 cm sample to obtain an arithmetic average value, which was used as the haze value of the conductive member.
- ⁇ Abrasion resistance> The surface of the conductive layer of the conductive member is gauzeed on the surface of the rubbing member having a size of 20 mm ⁇ 20 mm in contact with the surface of the conductive layer using a continuous load scratch tester (Type 18s) manufactured by Shinto Kagaku Co., Ltd. (For example, FC gauze manufactured by White Cross Co., Ltd.) 50 rubs at 500 g load, observes the presence or absence of scratches before and after that, and changes the surface resistance value of the conductive layer (surface resistivity after wear / before wear) Surface resistivity) was measured. The surface resistivity was measured using Loresta-GP MCP-T600 manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation. The presence or absence of scratches was confirmed visually. The less scratched and the less change in surface resistivity (closer to 1), the better the wear resistance. “OL” in the table means that the surface resistivity is 1.0 ⁇ 10 8 ⁇ / ⁇ or more and there is no conductivity.
- ⁇ Heat resistance> The conductive member was heated at 150 ° C. for 60 minutes, and the change in surface resistivity before and after that was observed (surface resistivity after heating / surface resistivity before heating).
- the surface resistivity was measured using Loresta-GP MCP-T600 manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation. The smaller the change in surface resistivity and haze value (the closer the change in surface resistivity is to 1), the better the heat resistance.
- Conductive members were subjected to a bending test 20 times using a cylindrical mandrel bending tester equipped with a cylindrical mandrel with a diameter of 10 mm manufactured by Cortec Co., Ltd. (Surface resistivity after bending test / surface resistivity before bending test) was observed. The presence or absence of cracks was measured by visual observation and using an optical microscope, and the surface resistivity was measured using Loresta-GP MCP-T600 manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation. Flexibility is better as there is no crack and the change in surface resistivity is smaller (closer to 1).
- the conductive member was immersed in a solution prepared by mixing CP-48S-A solution, CP-48S-B solution, and pure water used for patterning at a ratio of 1: 1: 1 at 25 ° C. for 2 minutes, Thereafter, it was washed with running water and dried.
- the surface resistivity was measured using Loresta-GP MCP-T600 manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation and ranked according to the following criteria. It shows that it is excellent in an etching characteristic, so that the surface resistivity after an etching is large (it is insulating).
- AA 1.0 ⁇ 10 8 ⁇ / ⁇ or more
- A 1.0 ⁇ 10 7 or more and less than 1.0 ⁇ 10 8 ⁇ / ⁇
- B 1.0 ⁇ 10 5 or more and less than 1.0 ⁇ 10 7 ⁇ / ⁇
- C Less than 1.0 ⁇ 10 5 ⁇ / ⁇
- SR 1 The contact surface resistivity SR 1 of a portion corresponding to the conductive regions of the conductive member was measured using a Mitsubishi Chemical Corp. Loresta-GP MCP-T600.
- the non-contact surface resistivity SR 2 was measured using a NAGY Co. SRM-14.
- the ratio of the contact surface resistivity SR 1 for noncontact surface resistivity SR 2 and (SR 1 / SR 2) was calculated. It indicates that SR 1 / SR 2 has excellent contact resistance as low.
- the conductive member according to the present invention is excellent in conductivity, transparency (total light transmittance and haze value), wear resistance, heat resistance, moist heat resistance, flexibility, and etching characteristics. I can understand that.
- conductive members C4 to C7 Preparation of conductive members C4 to C7
- the amounts of the sol-gel liquid and silver nanowire aqueous dispersion (1) to be mixed and the mass ratio of the specific alkoxide compound and silver nanowire are as follows.
- Conductive members C4 to C7 were prepared in the same manner as the conductive member 7 except that the changes were made as shown in Table 4.
- Table 4 also shows the surface roughness Ra of the obtained conductive member and the average film thickness of the conductive layer.
- the same conductive layer 20 as the conductive layer of the conductive member 7 was formed, and a non-patterned conductive member 88 shown in the cross-sectional view of FIG. 2 was produced.
- the surface roughness Ra of the obtained conductive member was 5.8 nm. Patterning was performed in the same manner as in the case of the conductive member 7 to obtain a patterned conductive member 88.
- Conductive member 106 Binder composition of conductive member 3 + silver nanowire dispersion liquid (10)
- Conductive member 107 binder constitution of conductive member 7 + silver nanowire dispersion liquid (10)
- Conductive member 108 Binder composition of conductive member 8 + silver nanowire dispersion liquid (10)
- Conductive member 109 binder composition of conductive member 9 + silver nanowire dispersion liquid (10)
- Conductive member 110 binder configuration of conductive member 13 + silver nanowire dispersion liquid (10)
- Conductive member 111 Binder composition of conductive member 14 + silver nanowire dispersion liquid (10)
- Conductive member 112 binder composition of conductive member 23 + silver nanowire dispersion liquid (10)
- Conductive member 113 binder composition of conductive member 31 + silver nanowire dispersion liquid (10)
- the conductive member using the silver nanowire described in US Pat. No. US2011 / 0174190A1 can be made conductive and transparent (total light transmittance) by using the configuration of the present invention. And haze value), wear resistance, heat resistance, moist heat resistance, flexibility and etching characteristics.
- ⁇ Production of integrated solar cell> -Fabrication of amorphous solar cells (super straight type)- A conductive layer was formed on the glass substrate in the same manner as the conductive member 7. However, a patterning process was not performed and a transparent conductive film (conductive layer) that was uniform over the entire surface was formed. A p-type film with a film thickness of about 15 nm, an i-type film with a film thickness of about 350 nm, and an n-type amorphous silicon film with a film thickness of about 30 nm are formed thereon by a plasma CVD method. To form a photoelectric conversion element (integrated solar cell).
- CIGS solar cells Substrate type
- a molybdenum electrode having a film thickness of about 500 nm by a direct current magnetron sputtering method and Cu (In 0.6 Ga 0.4 ) Se which is a chalcopyrite semiconductor material having a film thickness of about 2.5 ⁇ m by a vacuum deposition method.
- the same electroconductive layer as the electroconductive layer of the electroconductive member 7 was formed on it, the transparent conductive film was formed on the glass substrate, and the photoelectric conversion element (CIGS solar cell) was produced.
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Abstract
導電性と接触抵抗に優れると共に、エッチング特性に優れる導電性部材を提供する。基材と、前記基材上に設けられた導電性層と、を備え、前記導電性層は、下記一般式(I)で示される部分構造を含む三次元架橋構造を有し、Si、Ti、Zr及びAlからなる群より選ばれる元素のアルコキシド化合物の少なくとも1つを加水分解及び重縮合して得られるゾルゲル硬化物であるバインダーと、平均短軸長が150nm以下の金属ナノワイヤーと、を含み、前記金属ナノワイヤーに対する前記アルコキシド化合物の質量比(アルコキシド化合物/金属ナノワイヤー)が、0.25/1~30/1の範囲であり、且つ、前記基材側の面とは反対側の面の表面粗さRaが0.5nm~50nmの範囲である、導電性部材。下記一般式(I)中、M1は、Si、Ti、Zr及びAlからなる群より選ばれる元素を示す。 -M1-O-M1- (I)
Description
本発明は、導電性部材、その製造方法、タッチパネル、及び太陽電池に関する。
近年、金属ナノワイヤーのような導電性繊維を含む導電性層を有する導電性部材が提案されている(例えば、特許文献1参照)。この導電性部材は、基材上に、複数の金属ナノワイヤーを含む導電性層を備えるものである。この導電性部材は、例えば導電性層中にマトリックスとしての光硬化性組成物を含有させておくことにより、パターン露光及びそれに引き続く現像によって、所望の導電性領域と非導電性領域とを含む導電性層を有する導電性部材に容易に加工することができる。この加工された導電性部材は、例えばタッチパネルとして、又は太陽電池の電極としての用途に供することができる。
上記の導電性部材の導電性層は、物理的及び機械的な性質を向上させるため、マトリックス材中に分散又は埋め込まれたものとすることも記載されている。そして、このようなマトリックス材として、ゾルゲルマトリックスのような無機材料が例示されている(例えば、特許文献1の段落0045~0046及び0051参照)。
更に、高い透明性と高い導電性を兼ね備えた導電性層として、透明樹脂と金属ナノワイヤーのようなファイバー状の導電性物質とを含有する導電性層を基材上に設けた導電性部材が提案されている。そして、上記の透明樹脂として、アルコキシシラン、アルコキシチタン等の化合物をゾルゲル法により熱重合させた樹脂が例示されている(例えば、特許文献2及び3参照)。
また、表面粗さが低く、金属ナノワイヤーを用いた平滑性の高い導電性層を基板上に備えた導電性部材が提案されている(例えば、特許文献4及び5参照)。これらはカレンダ処理(加圧処理)を施すことにより金属ナノワイヤーの接触点を増加させることで導電性を高め、さらに平滑性が従来のものに比較し、より向上していた。
上記の導電性部材の導電性層は、物理的及び機械的な性質を向上させるため、マトリックス材中に分散又は埋め込まれたものとすることも記載されている。そして、このようなマトリックス材として、ゾルゲルマトリックスのような無機材料が例示されている(例えば、特許文献1の段落0045~0046及び0051参照)。
更に、高い透明性と高い導電性を兼ね備えた導電性層として、透明樹脂と金属ナノワイヤーのようなファイバー状の導電性物質とを含有する導電性層を基材上に設けた導電性部材が提案されている。そして、上記の透明樹脂として、アルコキシシラン、アルコキシチタン等の化合物をゾルゲル法により熱重合させた樹脂が例示されている(例えば、特許文献2及び3参照)。
また、表面粗さが低く、金属ナノワイヤーを用いた平滑性の高い導電性層を基板上に備えた導電性部材が提案されている(例えば、特許文献4及び5参照)。これらはカレンダ処理(加圧処理)を施すことにより金属ナノワイヤーの接触点を増加させることで導電性を高め、さらに平滑性が従来のものに比較し、より向上していた。
上記のような導電性部材を、例えばタッチパネル用途に適用する場合、導電性が高く、接触抵抗が小さいことに加えて、導電性層のパターニング性に優れることが求められている。導電性層のパターニング方法として例えば、導電性層に含まれる金属ナノワイヤー等をエッチング処理で除去して非導電性領域を形成する方法がある。このような用途では特に導電性層のエッチング特性に優れる導電性部材が求められている。
しかしながら、上記のような導電性部材では、優れた導電性及び接触抵抗とエッチング特性とをすべて満たすことは困難である場合であった。更に導電性向上のためにカレンダ処理(加圧処理)を行う場合、製造工程への負荷が大きかった。
従って、本発明が解決しようとする課題は、導電性と接触抵抗に優れると共に、エッチング特性に優れる導電性部材及びその製造方法、並びに当該導電性部材を用いたタッチパネル及び太陽電池を提供することにある。
しかしながら、上記のような導電性部材では、優れた導電性及び接触抵抗とエッチング特性とをすべて満たすことは困難である場合であった。更に導電性向上のためにカレンダ処理(加圧処理)を行う場合、製造工程への負荷が大きかった。
従って、本発明が解決しようとする課題は、導電性と接触抵抗に優れると共に、エッチング特性に優れる導電性部材及びその製造方法、並びに当該導電性部材を用いたタッチパネル及び太陽電池を提供することにある。
前記課題を解決する本発明は、以下のとおりである。
<1> 基材と、前記基材上に設けられた導電性層と、を備え、前記導電性層は、下記一般式(I)で示される部分構造を含む三次元架橋構造を有し、Si、Ti、Zr及びAlからなる群より選ばれる元素のアルコキシド化合物の少なくとも1つを加水分解及び重縮合して得られるゾルゲル硬化物であるバインダーと、平均短軸長が150nm以下の金属ナノワイヤーと、を含み、前記金属ナノワイヤーに対する前記アルコキシド化合物の質量比(アルコキシド化合物/金属ナノワイヤー)が、0.25/1~30/1の範囲であり、前記基材側の面とは反対側の面の表面粗さRaが0.5nm~50nmの範囲である、導電性部材。
-M1-O-M1- (I)
(一般式(I)中、M1は、Si、Ti、Zr及びAlからなる群より選ばれる元素を示す。)
<1> 基材と、前記基材上に設けられた導電性層と、を備え、前記導電性層は、下記一般式(I)で示される部分構造を含む三次元架橋構造を有し、Si、Ti、Zr及びAlからなる群より選ばれる元素のアルコキシド化合物の少なくとも1つを加水分解及び重縮合して得られるゾルゲル硬化物であるバインダーと、平均短軸長が150nm以下の金属ナノワイヤーと、を含み、前記金属ナノワイヤーに対する前記アルコキシド化合物の質量比(アルコキシド化合物/金属ナノワイヤー)が、0.25/1~30/1の範囲であり、前記基材側の面とは反対側の面の表面粗さRaが0.5nm~50nmの範囲である、導電性部材。
-M1-O-M1- (I)
(一般式(I)中、M1は、Si、Ti、Zr及びAlからなる群より選ばれる元素を示す。)
<2> 前記アルコキシド化合物は、下記一般式(II)で示される化合物を含む前記<1>に記載の導電性部材である。
M2(OR1)aR2 (4-a) (II)
(一般式(II)中、M2はSi、Ti及びZrからなる群より選ばれる元素を示す。R1及びR2はそれぞれ独立に水素原子又は炭化水素基を示す。aは2~4の整数を示す。)
M2(OR1)aR2 (4-a) (II)
(一般式(II)中、M2はSi、Ti及びZrからなる群より選ばれる元素を示す。R1及びR2はそれぞれ独立に水素原子又は炭化水素基を示す。aは2~4の整数を示す。)
<3> 前記一般式(I)中のM1がSiである前記<1>又は<2>に記載の導電性部材である。
<4> 前記金属ナノワイヤーが、銀ナノワイヤーである前記<1>~<3>のいずれか1つに記載の導電性部材である。
<5> 前記導電性層の表面抵抗率が、1,000Ω/□以下である前記<1>~<4>のいずれか1つに記載の導電性部材である。
<6> 前記導電性層は導電性領域及び非導電性領域を含み、且つ少なくとも前記導電性領域が前記金属ナノワイヤーを含む前記<1>~<5>のいずれか1つに記載の導電性部材である。
<7> 前記基材と前記導電性層との間に、更に少なくとも1層の中間層を有する前記<1>~<6>のいずれか1つに記載の導電性部材である。
<8> 前記中間層のうち、前記導電性層に接する中間層が、前記金属ナノワイヤーと相互作用可能な官能基を有する化合物を含む前記<7>に記載の導電性部材である。
<9> 前記官能基が、アミド基、アミノ基、メルカプト基、カルボン酸基、スルホン酸基、リン酸基、ホスホン酸基、及びこれらの基の塩からなる群より選ばれる少なくとも1つである前記<8>に記載の導電性部材である。
<10> 前記導電性層の表面を、連続加重引掻試験機を使用し、前記導電性層の表面と接する面のサイズが20mm×20mmの擦り部材表面にガーゼを配置して500g荷重で50往復擦る耐摩耗試験を行った場合に、前記耐摩耗試験前の導電性層の表面抵抗率(Ω/□)に対する前記耐摩耗試験後の導電性層の表面抵抗率(Ω/□)の比(耐摩耗試験後/耐摩耗試験前)が、100以下である前記<1>~<9>のいずれか1つに記載の導電性部材である。
<11> 前記導電性部材を、直径10mmの円筒マンドレルを装着した円筒形マンドレル屈曲試験器を用いて、20回曲げ試験を行った場合に、前記曲げ試験前の導電性層の表面抵抗率(Ω/□)に対する前記試験後の導電性層の表面抵抗率(Ω/□)の比(曲げ試験後/曲げ試験前)が5.0以下である前記<1>~<10>のいずれか1つに記載の導電性部材である。
<12> (a)金属ナノワイヤーと、並びにSi、Ti、Zr及びAlからなる群より選ばれる元素のアルコキシド化合物の少なくとも1つを加水分解及び重縮合させて得られる部分縮合物と、を含み、前記金属ナノワイヤーに対する前記アルコキシド化合物の質量比(アルコキシド化合物/金属ナノワイヤー)が、0.25/1~30/1の範囲である液状組成物を基材上に付与して、液膜を前記基材上に形成することと、
(b)前記液膜中の前記部分縮合物を、加水分解及び重縮合させてゾルゲル硬化物を形成させることにより、前記金属ナノワイヤー及びゾルゲル硬化物であるバインダーを含み、前記基材側の面とは反対側の面の表面粗さRaが0.5nm~50nmの範囲である導電性層を形成することと、を有する前記<1>~<11>のいずれか1つに記載の導電性部材の製造方法である。
(b)前記液膜中の前記部分縮合物を、加水分解及び重縮合させてゾルゲル硬化物を形成させることにより、前記金属ナノワイヤー及びゾルゲル硬化物であるバインダーを含み、前記基材側の面とは反対側の面の表面粗さRaが0.5nm~50nmの範囲である導電性層を形成することと、を有する前記<1>~<11>のいずれか1つに記載の導電性部材の製造方法である。
<13> 前記部分縮合物の重量平均分子量が1,000~50,000の範囲である前記<12>に記載の導電性部材の製造方法である。
<14> 前記ゾルゲル硬化物は、前記金属ナノワイヤーに対する酸化性を有さない酸性触媒の存在下に加水分解及び重縮合される前記<12>又は<13>に記載の導電性部材の製造方法である。
<15> 前記(a)に先だって、前記基材における前記液膜が形成される面に、少なくとも1層の中間層を形成することを更に含む前記<12>~<14>のいずれか1つに記載の導電性部材の製造方法である。
<16> 前記(b)の後に、(c)前記導電性層にパターン状の非導電性領域を形成して、非導電性領域及び導電性領域と有する導電性層を形成することを更に含む前記<12>~<15>のいずれか1つに記載の導電性部材の製造方法である。
<17> 前記<1>~<11>のいずれか1つに記載の導電性部材を備えるタッチパネルである。
<18> 前記<1>~<11>のいずれか1つに記載の導電性部材を備える太陽電池である。
本発明によれば、導電性と接触抵抗に優れると共に、エッチング特性に優れる導電性部材及びその製造方法、並びに当該導電性部材を用いたタッチパネル及び太陽電池が提供される。
以下、本発明の導電性部材について詳細に説明する。以下では、本発明の代表的な実施形態に基づいて記載されるが、本発明の主旨を超えない限りにおいて、本発明は記載された実施形態に限定されるものではない。
なお、本明細書において、「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。また組成物中の各成分の量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。
なお、本明細書において、「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。また組成物中の各成分の量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。
本明細書において「光」という語は、可視光線のみならず、紫外線、エックス線、ガンマ線などの高エネルギー線、電子線のような粒子線等を含む概念として用いる。
本明細書中、アクリル酸、メタクリル酸のいずれか或いは双方を示すため「(メタ)アクリル酸」と、アクリレート、メタクリレートのいずれか或いは双方を示すため「(メタ)アクリレート」と、それぞれ表記することがある。
また、含有量は特に断りのない限り、質量換算で示す。また特に断りのない限り、「質量%」は組成物の総量に対する割合を表す。更に「固形分」とは組成物中の溶剤を除く成分を表す。
本明細書中、アクリル酸、メタクリル酸のいずれか或いは双方を示すため「(メタ)アクリル酸」と、アクリレート、メタクリレートのいずれか或いは双方を示すため「(メタ)アクリレート」と、それぞれ表記することがある。
また、含有量は特に断りのない限り、質量換算で示す。また特に断りのない限り、「質量%」は組成物の総量に対する割合を表す。更に「固形分」とは組成物中の溶剤を除く成分を表す。
<導電性部材>
本発明の導電性部材は、基材と、前記基材上に設けられた導電性層とを備える。本発明に係る前記導電性層は、下記一般式(I)で示される部分構造を含む三次元架橋構造を含み、Si、Ti、Zr及びAlからなる群より選ばれる元素のアルコキシド化合物の少なくとも1つを加水分解及び重縮合して得られるゾルゲル硬化物であるバインダーと、平均短軸長が150nm以下の金属ナノワイヤーと、を含み、前記金属ナノワイヤーに対する前記アルコキシド化合物の質量比(アルコキシド化合物/金属ナノワイヤー)が、0.25/1~30/1の範囲であり、前記基材に対向する面とは反対側の面(以下、「オモテ面」ともいう)の表面粗さRaが0.5nm~50nmの範囲である導電性層である。前記導電性部材は、基材及び導電性層に加え、必要に応じてその他の層等の構成要素を更に有していてもよい。
-M1-O-M1- (I)
一般式(I)中、M1は、Si、Ti、Zr及びAlからなる群より選ばれる元素を示す。
本発明の導電性部材は、基材と、前記基材上に設けられた導電性層とを備える。本発明に係る前記導電性層は、下記一般式(I)で示される部分構造を含む三次元架橋構造を含み、Si、Ti、Zr及びAlからなる群より選ばれる元素のアルコキシド化合物の少なくとも1つを加水分解及び重縮合して得られるゾルゲル硬化物であるバインダーと、平均短軸長が150nm以下の金属ナノワイヤーと、を含み、前記金属ナノワイヤーに対する前記アルコキシド化合物の質量比(アルコキシド化合物/金属ナノワイヤー)が、0.25/1~30/1の範囲であり、前記基材に対向する面とは反対側の面(以下、「オモテ面」ともいう)の表面粗さRaが0.5nm~50nmの範囲である導電性層である。前記導電性部材は、基材及び導電性層に加え、必要に応じてその他の層等の構成要素を更に有していてもよい。
-M1-O-M1- (I)
一般式(I)中、M1は、Si、Ti、Zr及びAlからなる群より選ばれる元素を示す。
前記導電性層が特定の平均短軸長を有する金属ナノワイヤーと特定構造のバインダーとを特定の比率で含み、オモテ面の表面粗さRaが所定の範囲であることで、本発明の導電性部材は、導電性が高く、また接触抵抗が小さいと共に、エッチング特性に優れる。更に耐熱性、耐湿熱性、耐摩耗性及び耐屈曲性に優れる。「耐屈曲性」とは、導電性層が屈曲した場合においても、その性能が屈曲により損なわれないことを意味し、以下、「屈曲性に優れる」ともいう。
[基材]
前記導電性部材を構成する基材としては、導電性層を保持することができるものである限り特に制限されず、目的に応じて種々のもの使用することができる。一般的には、板状又はシート状のものが使用される。
基材は、透明であっても、不透明であってもよい。基材を構成する素材としては、例えば、白板ガラス、青板ガラス、シリカコート青板ガラス等の透明ガラス;ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリエステル、アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、芳香族ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド、ポリイミド等の高分子樹脂;アルミニウム、銅、ニッケル、ステンレス等の金属;その他セラミック、半導体基板に使用されるシリコンウエハーなどを挙げることができる。
前記導電性部材を構成する基材としては、導電性層を保持することができるものである限り特に制限されず、目的に応じて種々のもの使用することができる。一般的には、板状又はシート状のものが使用される。
基材は、透明であっても、不透明であってもよい。基材を構成する素材としては、例えば、白板ガラス、青板ガラス、シリカコート青板ガラス等の透明ガラス;ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリエステル、アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、芳香族ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド、ポリイミド等の高分子樹脂;アルミニウム、銅、ニッケル、ステンレス等の金属;その他セラミック、半導体基板に使用されるシリコンウエハーなどを挙げることができる。
これらの基材の導電性層が形成される表面は、所望により、アルカリ性水溶液による清浄化処理、シランカップリング剤などの薬品処理、プラズマ処理、コロナ放電処理、イオンプレーティング、スパッタリング、気相反応法、真空蒸着などの前処理を、単独で、または2以上の処理を組み合わせて行うことができる。
基材の厚さは、用途に応じて所望の範囲のものが使用される。一般的には、1μm~500μmの範囲から選択され、3μm~400μmがより好ましく、5μm~300μmが更に好ましい。
導電性部材に透明性が要求される場合には、前記基材は全光透過率が70%以上であることが好ましく、85%以上であることがより好ましく、90%以上であることが更に好ましい。なお、基材の全光透過率は、JIS K7361-1に準拠して測定される。
基材の厚さは、用途に応じて所望の範囲のものが使用される。一般的には、1μm~500μmの範囲から選択され、3μm~400μmがより好ましく、5μm~300μmが更に好ましい。
導電性部材に透明性が要求される場合には、前記基材は全光透過率が70%以上であることが好ましく、85%以上であることがより好ましく、90%以上であることが更に好ましい。なお、基材の全光透過率は、JIS K7361-1に準拠して測定される。
[導電性層]
前記導電性層は、前記一般式(I)で表される部分構造を含む三次元架橋構造を有し、Si、Ti、Zr及びAlからなる群より選ばれる元素のアルコキシド化合物(以下、「特定アルコキシド化合物」ともいう)の少なくとも1つを加水分解及び重縮合して得られるゾルゲル硬化物であるバインダーと、平均短軸長が150nm以下の金属ナノワイヤーとを含む。また前記導電性層は、前記金属ナノワイヤーに対する前記アルコキシド化合物の質量比が0.25/1~30/1の範囲である。更に前記導電性層の前記基材に対向する面とは反対側の面(オモテ面)の表面粗さRaが0.5nm~50nmの範囲である。
本構成により、カレンダ処理(加圧処理)を行うことなく導電性が高く、耐熱性、耐湿熱性、耐摩耗性及び屈曲性に優れ、更に接触抵抗、エッチング特性に優れた導電性部材を提供できる。
前記金属ナノワイヤーに対する前記アルコキシド化合物の質量比が0.25/1未満又は30/1を超えると、オモテ面の表面粗さRaを所望の範囲とすることが困難になる場合があり、更にエッチング特性が低下する場合がある。
また前記導電性層のオモテ面の表面粗さRaが0.5nm未満であると、接触抵抗を十分に小さくすることができず、更にエッチング特性が低下する。また表面粗さRaが50nmを超えると十分な導電性が得られない。前記オモテ面の表面粗さRaは、導電性、接触抵抗及びエッチング特性の観点から、1nm~30nmであることが好ましく、1.5nm~20nmであることがより好ましく、2nm~15nmであることが最も好ましい。
これは例えば以下のように考えることができる。
前記導電性層は、前記一般式(I)で表される部分構造を含む三次元架橋構造を有し、Si、Ti、Zr及びAlからなる群より選ばれる元素のアルコキシド化合物(以下、「特定アルコキシド化合物」ともいう)の少なくとも1つを加水分解及び重縮合して得られるゾルゲル硬化物であるバインダーと、平均短軸長が150nm以下の金属ナノワイヤーとを含む。また前記導電性層は、前記金属ナノワイヤーに対する前記アルコキシド化合物の質量比が0.25/1~30/1の範囲である。更に前記導電性層の前記基材に対向する面とは反対側の面(オモテ面)の表面粗さRaが0.5nm~50nmの範囲である。
本構成により、カレンダ処理(加圧処理)を行うことなく導電性が高く、耐熱性、耐湿熱性、耐摩耗性及び屈曲性に優れ、更に接触抵抗、エッチング特性に優れた導電性部材を提供できる。
前記金属ナノワイヤーに対する前記アルコキシド化合物の質量比が0.25/1未満又は30/1を超えると、オモテ面の表面粗さRaを所望の範囲とすることが困難になる場合があり、更にエッチング特性が低下する場合がある。
また前記導電性層のオモテ面の表面粗さRaが0.5nm未満であると、接触抵抗を十分に小さくすることができず、更にエッチング特性が低下する。また表面粗さRaが50nmを超えると十分な導電性が得られない。前記オモテ面の表面粗さRaは、導電性、接触抵抗及びエッチング特性の観点から、1nm~30nmであることが好ましく、1.5nm~20nmであることがより好ましく、2nm~15nmであることが最も好ましい。
これは例えば以下のように考えることができる。
表面粗さRaが所定の範囲より小さい状態の場合は、導電性層の表面近傍におけるマトリックス成分である前記バインダーの含有量が金属ナノワイヤーの含有量に比して大きくなる傾向がある。そのため導電性層の表面がマトリックス成分に被覆され、接触抵抗が大きくなると考えられる。また導電性層の表面がマトリックス成分に被覆されていることで、エッチング特性が低下すると考えられる。
一方、表面粗さRaが所定の範囲より大きい状態の場合には、個々の金属ナノワイヤーがマトリックス成分に被覆されていると考えられる。そのため金属ナノワイヤー間の接触が妨げられ、導電性が低下すると考えることができる。特に金属ナノワイヤーの存在下に特定アルコキシド化合物からそのゾルゲル硬化物であるバインダーを形成する場合、特定アルコキシド化合物が金属ナノワイヤーに付着しやすいため、金属ナノワイヤー間にマトリックス成分が形成されやすいと考えられる。
一方、表面粗さRaが所定の範囲より大きい状態の場合には、個々の金属ナノワイヤーがマトリックス成分に被覆されていると考えられる。そのため金属ナノワイヤー間の接触が妨げられ、導電性が低下すると考えることができる。特に金属ナノワイヤーの存在下に特定アルコキシド化合物からそのゾルゲル硬化物であるバインダーを形成する場合、特定アルコキシド化合物が金属ナノワイヤーに付着しやすいため、金属ナノワイヤー間にマトリックス成分が形成されやすいと考えられる。
ここで導電性層の表面粗さRaは、導電性層のオモテ面における算術平均粗さであり、JIS B0601に規定されるものである。本発明において表面粗さRaは、走査型プローブ顕微鏡(エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製)を用いて、JIS B0601に準拠して測定される。
導電性層の導電性は、導電性層のオモテ面について、表面抵抗率を測定することで評価される。具体的に表面抵抗率は、導電性部材における導電性層の基材側とは反対側の表面を四探針法により測定して得られる値である。四探針法による表面抵抗率の測定方法は、例えば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)などに準拠して測定することができ、市販の表面抵抗率計(例えば、三菱化学株式会社製Loresta-GP MCP-T600)を用いて、簡便に測定することができる。
前記導電性層のオモテ面における表面抵抗率は目的に応じて適宜選択される。例えば、1,000Ω/□以下であることが好ましく、0.1Ω/□~900Ω/□であることがより好ましい。なお、後述するように導電性層が導電性領域及び非導電性領域を有する場合、導電性層の表面抵抗率は導電性領域上で測定される。
前記導電性層のオモテ面における表面抵抗率は目的に応じて適宜選択される。例えば、1,000Ω/□以下であることが好ましく、0.1Ω/□~900Ω/□であることがより好ましい。なお、後述するように導電性層が導電性領域及び非導電性領域を有する場合、導電性層の表面抵抗率は導電性領域上で測定される。
導電性層の接触抵抗は、非接触表面抵抗率(SR2)に対する接触表面抵抗率(SR1)の比として評価され、比(SR1/SR2)が小さいほど接触抵抗に優れる。前記接触表面抵抗率(SR1)は、上記と同様に表面抵抗率計を用いて測定される。また非接触表面抵抗率(SR2)は、非接触表面抵抗率計(例えば、NAGY社製SRM-14)を用いて測定される。
前記導電性層の接触抵抗は目的に応じて適宜選択することができる。例えば、1.00~2.50であることが好ましく、1.10~2.00であることがより好ましく、1.20~1.80であることが最も好ましい。なお、後述するように導電性層が導電性領域及び非導電性領域を有する場合、導電性層の接触抵抗は導電性領域上で測定値から評価される。
前記導電性層の接触抵抗は目的に応じて適宜選択することができる。例えば、1.00~2.50であることが好ましく、1.10~2.00であることがより好ましく、1.20~1.80であることが最も好ましい。なお、後述するように導電性層が導電性領域及び非導電性領域を有する場合、導電性層の接触抵抗は導電性領域上で測定値から評価される。
導電性層の表面粗さRaは、通常用いられる方法で所望の範囲に調整することができる。例えば導電性層の形成方法や、導電性層の組成を適宜選択することで調整することができる。Raを調整可能な導電性層の構成要素としては、金属ナノワイヤーの形状(好ましくは平均短軸長)、金属ナノワイヤーの含有量、金属ナノワイヤーの含有量に対するバインダーの含有量の比率、バインダーの種類等を挙げることができる。
具体的には金属ナノワイヤーの平均短軸長を大きくすることで、導電性層の表面粗さRaを大きくすることができる傾向がある。また導電性層における金属ナノワイヤーの含有量を増やすことで、導電性層の表面粗さRaを大きくすることができる傾向がある。更に金属ナノワイヤーの含有量に対するバインダーの含有量の比率を大きくすることで、導電性層の表面粗さRaを小さくすることができる傾向がある。
具体的には金属ナノワイヤーの平均短軸長を大きくすることで、導電性層の表面粗さRaを大きくすることができる傾向がある。また導電性層における金属ナノワイヤーの含有量を増やすことで、導電性層の表面粗さRaを大きくすることができる傾向がある。更に金属ナノワイヤーの含有量に対するバインダーの含有量の比率を大きくすることで、導電性層の表面粗さRaを小さくすることができる傾向がある。
また後述するようにバインダーを特定アルコキシド化合物の部分縮合物を加水分解及び重縮合して形成する場合、部分縮合物の重量平均分子量を適宜調整することで導電性層の表面粗さRaを調整することができる。具体的には部分縮合物の重量平均分子量を大きくすることで導電性層の表面粗さRaを小さくすることができる傾向がある。
更に導電性層を液状組成物の付与によって形成する場合、導電性層を形成する液状組成物に含まれる溶媒の構成を適宜選択することで、形成される導電性層の表面粗さRaを調整することができる。具体的には、液状組成物における水の含有量に対する有機溶剤の含有量を大きくすることで、導電性層の表面粗さRaを大きくすることができる傾向がある。
導電性層の表面粗さRaの調整方法は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を適宜組み合わせて用いてもよい。
例えば上記の表面粗さRaの調整方法により、カレンダ処理(加圧処理)を行うことなく導電性が高く、耐熱性、耐湿熱性、耐摩耗性及び耐屈曲性に優れ、更に接触抵抗、エッチング特性に優れた導電性部材を提供できる。
更に導電性層を液状組成物の付与によって形成する場合、導電性層を形成する液状組成物に含まれる溶媒の構成を適宜選択することで、形成される導電性層の表面粗さRaを調整することができる。具体的には、液状組成物における水の含有量に対する有機溶剤の含有量を大きくすることで、導電性層の表面粗さRaを大きくすることができる傾向がある。
導電性層の表面粗さRaの調整方法は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を適宜組み合わせて用いてもよい。
例えば上記の表面粗さRaの調整方法により、カレンダ処理(加圧処理)を行うことなく導電性が高く、耐熱性、耐湿熱性、耐摩耗性及び耐屈曲性に優れ、更に接触抵抗、エッチング特性に優れた導電性部材を提供できる。
(金属ナノワイヤー)
前記導電性層に含まれる金属ナノワイヤーの平均短軸長は150nm以下である。より透明性の高い導電性層を形成しやすいという観点からは、例えば、平均短軸長が1nm~150nmであって、平均長軸長が1μm~100μmであることが好ましい。
製造時の扱い易さの観点、より低いヘイズ値を得る観点、及び導電性層の表面粗さRaを所望の範囲とする観点から、前記金属ナノワイヤーの平均短軸長(平均直径)は、100nm以下であることが好ましく、60nm以下であることがより好ましく、50nm以下であることが更に好ましく、25nm以下であることが特に好ましい。また耐酸化性、耐候性、及び導電性層の表面粗さRaを所望の範囲とする観点から、金属ナノワイヤーの平均短軸長は1nm以上であることが好ましく、5nm以上であることがより好ましく、10nm以上であることが更に好ましく、15nm以上であることが特に好ましい。
更に前記金属ナノワイヤーの平均短軸長は、ヘイズ値、耐酸化性、耐候性、及び導電性層の表面粗さRaを所望の範囲とする観点から、1nm~100nmであることが好ましく、5nm~60nmであることがより好ましく、10nm~60nmであることが更に好ましく、15nm~50nmであることが特に好ましい。
前記導電性層に含まれる金属ナノワイヤーの平均短軸長は150nm以下である。より透明性の高い導電性層を形成しやすいという観点からは、例えば、平均短軸長が1nm~150nmであって、平均長軸長が1μm~100μmであることが好ましい。
製造時の扱い易さの観点、より低いヘイズ値を得る観点、及び導電性層の表面粗さRaを所望の範囲とする観点から、前記金属ナノワイヤーの平均短軸長(平均直径)は、100nm以下であることが好ましく、60nm以下であることがより好ましく、50nm以下であることが更に好ましく、25nm以下であることが特に好ましい。また耐酸化性、耐候性、及び導電性層の表面粗さRaを所望の範囲とする観点から、金属ナノワイヤーの平均短軸長は1nm以上であることが好ましく、5nm以上であることがより好ましく、10nm以上であることが更に好ましく、15nm以上であることが特に好ましい。
更に前記金属ナノワイヤーの平均短軸長は、ヘイズ値、耐酸化性、耐候性、及び導電性層の表面粗さRaを所望の範囲とする観点から、1nm~100nmであることが好ましく、5nm~60nmであることがより好ましく、10nm~60nmであることが更に好ましく、15nm~50nmであることが特に好ましい。
前記金属ナノワイヤーの平均長軸長は、1μm~40μmであることが好ましく、3μm~35μmがより好ましく、5μm~30μmが更に好ましい。金属ナノワイヤーの平均長軸長が40μm以下であると、金属ナノワイヤーを凝集物が生じることなく合成することが容易となる。また平均長軸長が1μm以上であると、十分な導電性を得ることが容易となる。
ここで、前記金属ナノワイヤーの平均短軸長(平均直径)及び平均長軸長は、例えば、透過型電子顕微鏡(TEM)と光学顕微鏡を用い、TEM像や光学顕微鏡像を観察することにより求めることができる。具体的に、金属ナノワイヤーの平均短軸長(平均直径)及び平均長軸長は、透過型電子顕微鏡(TEM;日本電子株式会社製、JEM-2000FX)を用い、ランダムに選択した300個の金属ナノワイヤーについて、各々短軸長と長軸長を測定し、その算術平均値から金属ナノワイヤーの平均短軸長及び平均長軸長を求めることができる。なお、前記金属ナノワイヤーの短軸方向断面が円形でない場合の短軸長は、短軸方向の測定で最も長い箇所の長さを短軸長とする。また金属ナノワイヤーが曲がっている場合、それを弧とする円を考慮し、その半径、及び曲率から算出される値を長軸長とする。
ここで、前記金属ナノワイヤーの平均短軸長(平均直径)及び平均長軸長は、例えば、透過型電子顕微鏡(TEM)と光学顕微鏡を用い、TEM像や光学顕微鏡像を観察することにより求めることができる。具体的に、金属ナノワイヤーの平均短軸長(平均直径)及び平均長軸長は、透過型電子顕微鏡(TEM;日本電子株式会社製、JEM-2000FX)を用い、ランダムに選択した300個の金属ナノワイヤーについて、各々短軸長と長軸長を測定し、その算術平均値から金属ナノワイヤーの平均短軸長及び平均長軸長を求めることができる。なお、前記金属ナノワイヤーの短軸方向断面が円形でない場合の短軸長は、短軸方向の測定で最も長い箇所の長さを短軸長とする。また金属ナノワイヤーが曲がっている場合、それを弧とする円を考慮し、その半径、及び曲率から算出される値を長軸長とする。
前記金属ナノワイヤーは、短軸長(直径)が150nm以下であり、かつ長軸長が5μm以上500μm以下である金属ナノワイヤーを、全金属ナノワイヤー中に金属量で50質量%以上含んでいることが好ましく、60質量%以上含んでいることがより好ましく、75質量%以上含んでいることが更に好ましい。
前記短軸長(直径)が150nm以下であり、長さが5μm以上500μm以下である金属ナノワイヤーの割合が、50質量%以上であると、十分な導電性が得られるとともに、電圧集中が生じにくくなり、電圧集中に起因する耐久性の低下を抑制しうるため好ましい。一方、繊維状以外の導電性粒子が感光性層に含まれると、プラズモン吸収が強い場合には透明度が低下するおそれがある。
前記短軸長(直径)が150nm以下であり、長さが5μm以上500μm以下である金属ナノワイヤーの割合が、50質量%以上であると、十分な導電性が得られるとともに、電圧集中が生じにくくなり、電圧集中に起因する耐久性の低下を抑制しうるため好ましい。一方、繊維状以外の導電性粒子が感光性層に含まれると、プラズモン吸収が強い場合には透明度が低下するおそれがある。
前記導電性層に含まれる金属ナノワイヤーの短軸長(直径)の変動係数は、40%以下が好ましく、35%以下がより好ましく、30%以下が更に好ましい。
前記変動係数が40%を超えると、耐久性が悪化することがある。これは例えば、短軸長(直径)の小さいワイヤーに電圧が集中してしまうためと考えることができる。
前記金属ナノワイヤーの短軸長(直径)の変動係数は、例えば透過型電子顕微鏡(TEM)像からランダムに選択した300個のナノワイヤーの短軸長(直径)を計測し、その標準偏差と算術平均値を算出し、標準偏差を算術平均値で除することにより求めることができる。
前記変動係数が40%を超えると、耐久性が悪化することがある。これは例えば、短軸長(直径)の小さいワイヤーに電圧が集中してしまうためと考えることができる。
前記金属ナノワイヤーの短軸長(直径)の変動係数は、例えば透過型電子顕微鏡(TEM)像からランダムに選択した300個のナノワイヤーの短軸長(直径)を計測し、その標準偏差と算術平均値を算出し、標準偏差を算術平均値で除することにより求めることができる。
(金属ナノワイヤーのアスペクト比)
前記金属ナノワイヤーのアスペクト比としては、10以上であることが好ましい。ここで、アスペクト比とは、平均短軸長に対する平均長軸長の比(平均長軸長/平均短軸長)を意味する。前述の方法により算出した平均長軸長と平均短軸長から、アスペクト比を算出することができる。
前記金属ナノワイヤーのアスペクト比としては、10以上であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、10~100,000が好ましく、50~100,000がより好ましく、100~100,000が更に好ましい。
前記アスペクト比が10以上であると、金属ナノワイヤー同士が接触したネットワークが容易に形成され、高い導電性を有する導電性層が容易に得られる。また、前記アスペクト比が100,000以下であると、例えば基材上に導電性層を塗布により設ける際の塗布液において、金属ナノワイヤー同士が絡まって凝集してしまうことが抑制される安定な塗布液が得られるので、製造が容易となる。
前記金属ナノワイヤーのアスペクト比としては、10以上であることが好ましい。ここで、アスペクト比とは、平均短軸長に対する平均長軸長の比(平均長軸長/平均短軸長)を意味する。前述の方法により算出した平均長軸長と平均短軸長から、アスペクト比を算出することができる。
前記金属ナノワイヤーのアスペクト比としては、10以上であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、10~100,000が好ましく、50~100,000がより好ましく、100~100,000が更に好ましい。
前記アスペクト比が10以上であると、金属ナノワイヤー同士が接触したネットワークが容易に形成され、高い導電性を有する導電性層が容易に得られる。また、前記アスペクト比が100,000以下であると、例えば基材上に導電性層を塗布により設ける際の塗布液において、金属ナノワイヤー同士が絡まって凝集してしまうことが抑制される安定な塗布液が得られるので、製造が容易となる。
金属ナノワイヤーに含まれるアスペクト比が10以上の金属ナノワイヤーの含有率は特に制限されない。例えば70質量%以上であることが好ましく、75質量%以上であることがより好ましく、80質量%以上であることがより好ましい。
前記金属ナノワイヤーの形状としては、例えば円柱状、直方体状、断面が多角形となる柱状など任意の形状をとることができる。高い透明性が必要とされる用途では、円柱状や断面が5角形以上の多角形であって鋭角的な角が存在しない断面形状であるものが好ましい。
前記金属ナノワイヤーの断面形状は、基材上に金属ナノワイヤー水分散液を塗布し、断面を透過型電子顕微鏡(TEM)で観察することにより検知することができる。
前記金属ナノワイヤーの断面形状は、基材上に金属ナノワイヤー水分散液を塗布し、断面を透過型電子顕微鏡(TEM)で観察することにより検知することができる。
前記金属ナノワイヤーを形成する金属としては、特に制限はなく、いかなる金属であってもよく、1種の金属以外にも2種以上の金属を組み合わせて用いてもよく、合金として用いることも可能である。これらの中でも、金属又は金属化合物から形成されるものが好ましく、金属から形成されるものがより好ましい。
前記金属としては、長周期律表(IUPAC1991)の第4周期、第5周期、及び第6周期からなる群から選ばれる少なくとも1種の金属が好ましく、第2~14族から選ばれる少なくとも1種の金属がより好ましく、第2族、第8族、第9族、第10族、第11族、第12族、第13族、及び第14族から選ばれる少なくとも1種の金属が更に好ましく、これらを主成分として含むことが特に好ましい。
前記金属としては、長周期律表(IUPAC1991)の第4周期、第5周期、及び第6周期からなる群から選ばれる少なくとも1種の金属が好ましく、第2~14族から選ばれる少なくとも1種の金属がより好ましく、第2族、第8族、第9族、第10族、第11族、第12族、第13族、及び第14族から選ばれる少なくとも1種の金属が更に好ましく、これらを主成分として含むことが特に好ましい。
前記金属としては、具体的には銅、銀、金、白金、パラジウム、ニッケル、錫、コバルト、ロジウム、イリジウム、鉄、ルテニウム、オスミウム、マンガン、モリブデン、タングステン、ニオブ、タンタル、チタン、ビスマス、アンチモン、鉛、及び、これらの合金などが挙げられる。これらの中でも、銅、銀、金、白金、パラジウム、ニッケル、錫、コバルト、ロジウム、イリジウム、又はこれらの合金が好ましく、パラジウム、銅、銀、金、白金、錫、又はこれらの合金がより好ましく、銀又は銀を含有する合金が特に好ましい。
前記導電性層に含まれる金属ナノワイヤーは、高い導電性の観点から、銀ナノワイヤーを含むことが好ましく、平均短軸長が1nm~150nmであって、平均長軸長が1μm~100μmの銀ナノワイヤーを含むことがより好ましく、平均短軸長が5nm~30nmであって、平均長軸長が5μm~30μmの銀ナノワイヤーを含むことが更に好ましい。金属ナノワイヤーに含まれる銀ナノワイヤーの含有率は、本発明の効果を妨げない限り特に制限されない。例えば、金属ナノワイヤー中の銀ナノワイヤーの含有率は50質量%以上であることが好ましく、80質量%以上であることがより好ましく、金属ナノワイヤーは実質的に銀ナノワイヤーであることが更に好ましい。ここで「実質的に」とは、不可避的に混入する銀以外の金属原子を許容することを意味する。
導電性層に含まれる金属ナノワイヤーの含有量は、金属ナノワイヤーの種類等に応じて、導電性層の表面粗さRaが所望の値となるような量とされることが好ましい。例えば銀ナノワイヤーの場合については、0.001g/m2~0.100g/m2の範囲であり、好ましくは0.002g/m2~0.050g/m2の範囲であり、より好ましくは0.003g/m2~0.040g/m2の範囲である。
更に前記導電性層は、導電性、接触抵抗、及びエッチング特性の観点から、平均短軸長が5nm~60nmの金属ナノワイヤーを0.001g/m2~0.100g/m2の範囲で含むことが好ましく、平均短軸長が10nm~60nmの金属ナノワイヤーを0.002g/m2~0.050g/m2の範囲で含むことがより好ましく、平均短軸長が20nm~50nmの金属ナノワイヤーを0.003g/m2~0.040g/m2の範囲で含むことが更に好ましい。
(金属ナノワイヤーの製造方法)
前記金属ナノワイヤーの製造方法は特に制限はなく、金属ナノワイヤーはいかなる方法で作製されてもよい。以下のようにハロゲン化合物と分散剤を溶解した溶媒中で金属イオンを還元することによって製造することが好ましい。また金属ナノワイヤーを形成した後は、常法により脱塩処理を行うことが、分散性、導電性層の経時安定性の観点から好ましい。
また、金属ナノワイヤーの製造方法としては、特開2009-215594号公報、特開2009-242880号公報、特開2009-299162号公報、特開2010-84173号公報、特開2010-86714号公報などに記載の方法を用いることができる。
前記金属ナノワイヤーの製造方法は特に制限はなく、金属ナノワイヤーはいかなる方法で作製されてもよい。以下のようにハロゲン化合物と分散剤を溶解した溶媒中で金属イオンを還元することによって製造することが好ましい。また金属ナノワイヤーを形成した後は、常法により脱塩処理を行うことが、分散性、導電性層の経時安定性の観点から好ましい。
また、金属ナノワイヤーの製造方法としては、特開2009-215594号公報、特開2009-242880号公報、特開2009-299162号公報、特開2010-84173号公報、特開2010-86714号公報などに記載の方法を用いることができる。
金属ナノワイヤーの製造に用いられる溶媒としては、親水性溶媒が好ましい。例えば、水、アルコール溶剤、エーテル溶剤、ケトン溶剤などが挙げられ、これらは1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
アルコール溶剤としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、エチレングリコールなどが挙げられる。エーテル溶剤としては、例えば、ジオキサン、テトラヒドロフランなどが挙げられる。ケトン溶剤としては、例えば、アセトンなどが挙げられる。
アルコール溶剤としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、エチレングリコールなどが挙げられる。エーテル溶剤としては、例えば、ジオキサン、テトラヒドロフランなどが挙げられる。ケトン溶剤としては、例えば、アセトンなどが挙げられる。
金属ナノワイヤーの製造において加熱処理を行う場合、その加熱温度は、250℃以下が好ましく、20℃以上200℃以下がより好ましく、30℃以上180℃以下が更に好ましく、40℃以上170℃以下が特に好ましい。上記温度を20℃以上とすることで、形成される金属ナノワイヤーの長さが分散安定性を確保しうる好ましい範囲となり、且つ、250℃以下とすることで、金属ナノワイヤーの断面外周が鋭角を有しない、なめらかな形状となるため、透明性の観点から好適である。
なお、必要に応じて、粒子形成過程で温度を変更してもよい。途中での温度変更は核形成の制御や再核発生の抑制、選択成長の促進による単分散性向上の効果が得られることがある。
なお、必要に応じて、粒子形成過程で温度を変更してもよい。途中での温度変更は核形成の制御や再核発生の抑制、選択成長の促進による単分散性向上の効果が得られることがある。
前記加熱処理の際には、還元剤を添加して行うことが好ましい。
前記還元剤としては、特に制限はなく、通常使用されるものの中から適宜選択することができ、例えば、水素化ホウ素金属塩、水素化アルミニウム塩、アルカノールアミン、脂肪族アミン、ヘテロ環式アミン、芳香族アミン、アラルキルアミン、アルコール、有機酸類、グルコース等の還元糖類、糖アルコール類、亜硫酸ナトリウム、ヒドラジン化合物、デキストリン、ハイドロキノン、ヒドロキシルアミン、エチレングリコール、グルタチオンなどが挙げられる。これらの中でも、還元糖類、その誘導体としての糖アルコール類、エチレングリコールが特に好ましい。
これらの中でも、還元糖類、その誘導体としての糖アルコール類、エチレングリコールが特に好ましい。
前記還元剤によっては、機能として分散剤や溶媒としても機能する化合物があり、同様に好ましく用いることができる。
前記還元剤としては、特に制限はなく、通常使用されるものの中から適宜選択することができ、例えば、水素化ホウ素金属塩、水素化アルミニウム塩、アルカノールアミン、脂肪族アミン、ヘテロ環式アミン、芳香族アミン、アラルキルアミン、アルコール、有機酸類、グルコース等の還元糖類、糖アルコール類、亜硫酸ナトリウム、ヒドラジン化合物、デキストリン、ハイドロキノン、ヒドロキシルアミン、エチレングリコール、グルタチオンなどが挙げられる。これらの中でも、還元糖類、その誘導体としての糖アルコール類、エチレングリコールが特に好ましい。
これらの中でも、還元糖類、その誘導体としての糖アルコール類、エチレングリコールが特に好ましい。
前記還元剤によっては、機能として分散剤や溶媒としても機能する化合物があり、同様に好ましく用いることができる。
前記金属ナノワイヤー製造の際には分散剤と、ハロゲン化合物又はハロゲン化金属粒子を添加して行うことが好ましい。
分散剤とハロゲン化合物の添加のタイミングは、還元剤の添加前でも添加後でもよく、金属イオンあるいはハロゲン化金属微粒子の添加前でも添加後でもよい。ハロゲン化合物の添加は2段階以上に分けることが好ましい。これにより単分散性により優れる金属ナノワイヤーを得ることができる。これは例えば、核形成と成長を制御できるためと考えることができる。
分散剤とハロゲン化合物の添加のタイミングは、還元剤の添加前でも添加後でもよく、金属イオンあるいはハロゲン化金属微粒子の添加前でも添加後でもよい。ハロゲン化合物の添加は2段階以上に分けることが好ましい。これにより単分散性により優れる金属ナノワイヤーを得ることができる。これは例えば、核形成と成長を制御できるためと考えることができる。
前記分散剤を添加する段階は特に制限されない。金属ナノワイヤーを調製する前に添加し、分散剤存在下で金属ナノワイヤーを形成してもよいし、金属ナノワイヤーを調製後に分散状態の制御のために添加しても構わない。分散剤の添加を2段階以上に分けるときには、その量は必要とする金属ナノワイヤーの長さにより変更することが好ましい。これは核となる金属粒子量の制御による金属ナノワイヤーの長さに起因しているためと考えられる。
前記分散剤としては、例えばアミノ基含有化合物、チオール基含有化合物、スルフィド基含有化合物、アミノ酸又はその誘導体、ペプチド化合物、多糖類、多糖類由来の天然高分子、合成高分子、又はこれらに由来するゲル等の高分子化合物類、などが挙げられる。これらのうち分散剤として用いられる各種高分子化合物類は、後述するポリマーに包含される化合物である。
前記分散剤としては、例えばアミノ基含有化合物、チオール基含有化合物、スルフィド基含有化合物、アミノ酸又はその誘導体、ペプチド化合物、多糖類、多糖類由来の天然高分子、合成高分子、又はこれらに由来するゲル等の高分子化合物類、などが挙げられる。これらのうち分散剤として用いられる各種高分子化合物類は、後述するポリマーに包含される化合物である。
分散剤として好適に用いられるポリマーとしては、例えば保護コロイド性のあるポリマーであるゼラチン、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、ヒドロキシプルピルセルロース、ポリアルキレンアミン、ポリアクリル酸の部分アルキルエステル、ポリビニルピロリドン、ポリビニルピロリドン構造を含む共重合体、アミノ基やチオール基を有するポリアクリル酸誘導体等の親水性基を有するポリマーが好ましく挙げられる。
分散剤として用いるポリマーはGPC法により測定した重量平均分子量(Mw)が、3000以上300000以下であることが好ましく、5000以上100000以下であることがより好ましい。
前記分散剤として使用可能な化合物の構造については、例えば「顔料の事典」(伊藤征司郎編、株式会社朝倉書院発行、2000年)の記載を参照できる。
使用する分散剤の種類によって得られる金属ナノワイヤーの形状を変化させることができる。
分散剤として用いるポリマーはGPC法により測定した重量平均分子量(Mw)が、3000以上300000以下であることが好ましく、5000以上100000以下であることがより好ましい。
前記分散剤として使用可能な化合物の構造については、例えば「顔料の事典」(伊藤征司郎編、株式会社朝倉書院発行、2000年)の記載を参照できる。
使用する分散剤の種類によって得られる金属ナノワイヤーの形状を変化させることができる。
前記ハロゲン化合物としては、臭素、塩素、ヨウ素を含有する化合物であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、臭化ナトリウム、塩化ナトリウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化カリウム、臭化カリウム、塩化カリウム、ヨウ化カリウム等のアルカリハライドや下記の分散添加剤と併用できる化合物が好ましい。
前記ハロゲン化合物によっては、分散剤として機能するものがありうるが、同様に好ましく用いることができる。
前記ハロゲン化合物の代替としてハロゲン化銀粒子を使用してもよいし、ハロゲン化合物とハロゲン化銀粒子を共に使用してもよい。
前記ハロゲン化合物によっては、分散剤として機能するものがありうるが、同様に好ましく用いることができる。
前記ハロゲン化合物の代替としてハロゲン化銀粒子を使用してもよいし、ハロゲン化合物とハロゲン化銀粒子を共に使用してもよい。
また、分散剤及びハロゲン化合物は双方の機能を有する単一の物質を用いてもよい。即ち、分散剤としての機能を有するハロゲン化合物を用いることで、1つの化合物で、分散剤とハロゲン化合物の双方の機能を発現する。
分散剤としての機能を有するハロゲン化合物としては、例えば、アミノ基と臭化物イオンを含むHTAB(ヘキサデシル-トリメチルアンモニウムブロミド)、アミノ基と塩化物イオンを含むHTAC(ヘキサデシル-トリメチルアンモニウムクロライド)、アミノ基と臭化物イオン又は塩化物イオンを含むドデシルトリメチルアンモニウムブロミド、ドデシルトリメチルアンモニウムクロリド、ステアリルトリメチルアンモニウムブロミド、ステアリルトリメチルアンモニウムクロリド、デシルトリメチルアンモニウムブロミド、デシルトリメチルアンモニウムクロリド、ジメチルジステアリルアンモニウムブロミド、ジメチルジステアリルアンモニウムクロリド、ジラウリルジメチルアンモニウムブロミド、ジラウリルジメチルアンモニウムクロリド、ジメチルジパルミチルアンモニウムブロミド、ジメチルジパルミチルアンモニウムクロリド、などが挙げられる。
分散剤としての機能を有するハロゲン化合物としては、例えば、アミノ基と臭化物イオンを含むHTAB(ヘキサデシル-トリメチルアンモニウムブロミド)、アミノ基と塩化物イオンを含むHTAC(ヘキサデシル-トリメチルアンモニウムクロライド)、アミノ基と臭化物イオン又は塩化物イオンを含むドデシルトリメチルアンモニウムブロミド、ドデシルトリメチルアンモニウムクロリド、ステアリルトリメチルアンモニウムブロミド、ステアリルトリメチルアンモニウムクロリド、デシルトリメチルアンモニウムブロミド、デシルトリメチルアンモニウムクロリド、ジメチルジステアリルアンモニウムブロミド、ジメチルジステアリルアンモニウムクロリド、ジラウリルジメチルアンモニウムブロミド、ジラウリルジメチルアンモニウムクロリド、ジメチルジパルミチルアンモニウムブロミド、ジメチルジパルミチルアンモニウムクロリド、などが挙げられる。
金属ナノワイヤーの製造方法においては、金属ナノワイヤー形成後に脱塩処理を行うことが好ましい。金属ナノワイヤー形成後の脱塩処理は、限外ろ過、透析、ゲルろ過、デカンテーション、遠心分離などの手法により行うことができる。
前記金属ナノワイヤーは、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、ハロゲン化物イオン等の無機イオンをなるべく含まないことが好ましい。前記金属ナノワイヤーを水性分散物とさせたときの電気伝導度は1mS/cm以下が好ましく、0.1mS/cm以下がより好ましく、0.05mS/cm以下が更に好ましい。
前記金属ナノワイヤーを水性分散物とさせたときの20℃における粘度は、0.5mPa・s~100mPa・sが好ましく、1mPa・s~50mPa・sがより好ましい。
前記電気伝導度及び粘度は、金属ナノワイヤーの濃度が0.45質量%である分散液において測定される。
前記金属ナノワイヤーを水性分散物とさせたときの20℃における粘度は、0.5mPa・s~100mPa・sが好ましく、1mPa・s~50mPa・sがより好ましい。
前記電気伝導度及び粘度は、金属ナノワイヤーの濃度が0.45質量%である分散液において測定される。
前記導電性層は、金属ナノワイヤーに加えて、他の導電性材料、例えば、導電性粒子などを本発明の効果を損なわない限りにおいて併用しうる。本発明の効果の観点からは、金属ナノワイヤー(好ましくは、アスペクト比が10以上の金属ナノワイヤー)の含有比率は、金属ナノワイヤーを含む導電性材料の総量中に体積基準で、50体積%以上が好ましく、60体積%以上がより好ましく、75体積%以上が特に好ましい。前記金属ナノワイヤーの含有比率を50体積%以上とすることにより、金属ナノワイヤー同士の密なネットワークが形成され、高い導電性を有する導電性層を容易に得ることができる。
また、金属ナノワイヤー以外の形状の導電性粒子は、導電性層における導電性に大きく寄与しない上に可視光領域に吸収を持つ場合がある。特に導電性粒子が金属の場合であって、球形などのプラズモン吸収が強い場合には、導電性層の透明度が悪化してしまうことがある。
また、金属ナノワイヤー以外の形状の導電性粒子は、導電性層における導電性に大きく寄与しない上に可視光領域に吸収を持つ場合がある。特に導電性粒子が金属の場合であって、球形などのプラズモン吸収が強い場合には、導電性層の透明度が悪化してしまうことがある。
ここで、前記金属ナノワイヤーの含有比率は、例えば、金属ナノワイヤーが銀ナノワイヤーであり、導電性粒子が銀粒子である場合には、銀ナノワイヤー水分散液をろ過して、銀ナノワイヤーと、それ以外の導電性粒子とを分離し、ICP発光分析装置を用いてろ紙に残っている銀の量と、ろ紙を透過した銀粒子の量を各々測定することで、金属ナノワイヤーの比率を求めることができる。また金属ナノワイヤーのアスペクト比は、ろ紙に残っている金属ナノワイヤーをTEMで観察し、300個の金属ナノワイヤーの短軸長及び長軸長をそれぞれ測定することにより算出される。金属ナノワイヤーの平均短軸長及び平均長軸長の測定方法は既述の通りである。
(バインダー)
前記導電性層は、バインダーとして、下記一般式(I)で示される部分構造を含む三次元架橋構造を有し、Si、Ti、Zr及びAlからなる群より選ばれる元素のアルコキシド化合物の少なくとも1つを加水分解及び重縮合して得られるゾルゲル硬化物の少なくとも1種を含む。
-M1-O-M1- (I)
一般式(I)中、M1はSi、Ti、Zr及びAlからなる群から選ばれる元素を示す。
前記導電性層は、バインダーとして、下記一般式(I)で示される部分構造を含む三次元架橋構造を有し、Si、Ti、Zr及びAlからなる群より選ばれる元素のアルコキシド化合物の少なくとも1つを加水分解及び重縮合して得られるゾルゲル硬化物の少なくとも1種を含む。
-M1-O-M1- (I)
一般式(I)中、M1はSi、Ti、Zr及びAlからなる群から選ばれる元素を示す。
上記のバインダーは、Si、Ti、Zr及びAlからなる群から選ばれる元素のアルコキシド化合物(以下、「特定アルコキシド化合物」ともいう。)を加水分解及び重縮合し、更に所望により加熱、乾燥して得られるゾルゲル硬化物で構成されたものである。これにより、導電性及び透明性に優れ、かつ膜強度、耐摩耗性、耐熱性、耐湿熱性及び屈曲性に優れる導電性層が容易に構成できる。
ここで、上記一般式(I)で示される部分構造を含む三次元架橋構造に含まれるM1の価数は、一般式(I)中のM1がSi、Ti及びZrのいずれかの場合には、4となり、M1がAlの場合には、3となる。
上記一般式(I)におけるM1は、Si、Ti及びZrからなる群より選ばれることが好ましく、Siであることが更に好ましい。
ここで、上記一般式(I)で示される部分構造を含む三次元架橋構造に含まれるM1の価数は、一般式(I)中のM1がSi、Ti及びZrのいずれかの場合には、4となり、M1がAlの場合には、3となる。
上記一般式(I)におけるM1は、Si、Ti及びZrからなる群より選ばれることが好ましく、Siであることが更に好ましい。
〔特定アルコキシド化合物〕
特定アルコキシド化合物は、下記一般式(II)又は一般式(III)のいずれかで示される化合物であることが、入手容易である点で好ましい。
M2(OR1)aR2 (4-a) (II)
M3(OR3)bR4 (3-b) (III)
一般式(II)中、M2はSi、Ti及びZrから選択される元素を示し、R1及びR2はそれぞれ独立に水素原子又は炭化水素基を示し、aは2~4の整数を示す。
一般式(III)中、M3はAlを示し、R3及びR4はそれぞれ独立に水素原子又は炭化水素基を示し、bは1~3の整数を示す。
特定アルコキシド化合物は、下記一般式(II)又は一般式(III)のいずれかで示される化合物であることが、入手容易である点で好ましい。
M2(OR1)aR2 (4-a) (II)
M3(OR3)bR4 (3-b) (III)
一般式(II)中、M2はSi、Ti及びZrから選択される元素を示し、R1及びR2はそれぞれ独立に水素原子又は炭化水素基を示し、aは2~4の整数を示す。
一般式(III)中、M3はAlを示し、R3及びR4はそれぞれ独立に水素原子又は炭化水素基を示し、bは1~3の整数を示す。
一般式(II)におけるR1及びR2、並びに一般式(III)におけるR3及びR4の各炭化水素基としては、好ましくはアルキル基又はアリール基が挙げられる。
アルキル基を示す場合の炭素数は好ましくは1~18、より好ましくは1~8であり、更により好ましくは1~4である。また、アリール基を示す場合は、フェニル基が好ましい。
アルキル基又はアリール基は置換基を有していてもよく、導入可能な置換基としては、ハロゲン原子、アミノ基、アルキルアミノ基、メルカプト基などが挙げられる。
なお、一般式(II)で示される化合物及び一般式(III)で示される化合物は、低分子化合物であり、分子量1000以下であることが好ましい。
アルキル基を示す場合の炭素数は好ましくは1~18、より好ましくは1~8であり、更により好ましくは1~4である。また、アリール基を示す場合は、フェニル基が好ましい。
アルキル基又はアリール基は置換基を有していてもよく、導入可能な置換基としては、ハロゲン原子、アミノ基、アルキルアミノ基、メルカプト基などが挙げられる。
なお、一般式(II)で示される化合物及び一般式(III)で示される化合物は、低分子化合物であり、分子量1000以下であることが好ましい。
以下に、一般式(II)で示される化合物の具体例を挙げるが、本発明はこれに限定されるものではない。
M2がSiでaが2の場合、即ち2官能のオルガノアルコキシシランとしては、例えば、ジメチルジメトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、プロピルメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、ジプロピルジエトキシシラン、γ-クロロプロピルメチルジエトキシシラン、γ-クロロプロピルジメチルジメトキシシラン、クロロジメチルジエトキシシラン、(p-クロロメチル)フェニルメチルジメトキシシラン、γ-ブロモプロピルメチルジメトキシシラン、アセトキシメチルメチルジエトキシシラン、アセトキシメチルメチルジメトキシシラン、アセトキシプロピルメチルジメトキシシラン、ベンゾイロキシプロピルメチルジメトキシシラン、2-(カルボメトキシ)エチルメチルジメトキシシラン、フェニルメチルジメトキシシラン、フェニルエチルジエトキシシラン、フェニルメチルジプロポキシシラン、ヒドロキシメチルメチルジエトキシシラン、N-(メチルジエトキシシリルプロピル)-O-ポリエチレンオキシドウレタン、N-(3-メチルジエトキシシリルプロピル)-4-ヒドロキシブチルアミド
、N-(3-メチルジエトキシシリルプロピル)グルコンアミド、ビニルメチルジメトキシシラン、ビニルメチルジエトキシシラン、ビニルメチルジブトキシシラン、イソプロペニルメチルジメトキシシラン、イソプロペニルメチルジエトキシシラン、イソプロペニルメチルジブトキシシラン、ビニルメチルビス(2-メトキシエトキシ)シラン、アリルメチルジメトキシシラン、ビニルデシルメチルジメトキシシラン、ビニルオクチルメチルジメトキシシラン、ビニルフェニルメチルジメトキシシラン、イソプロペニルフェニルメチルジメトキシシラン、2-(メタ)アクリロキシエチルメチルジメトキシシラン、2-(メタ)アクリロキシエチルメチルジエトキシシラン、3-(メタ)アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3-(メタ)アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3-(メタ)アクリロキシプロピルメチルビス(2-メトキシエトキシ)シラン、3-[2-(アリルオキシカルボニル)フェニルカルボニルオキシ]プロピルメチルジメトキシシラン、3-(ビニルフェニルアミノ)プロピルメチルジメトキシシラン、3-(ビニルフェニルアミノ)プロピルメチルジエトキシシラン、3-(ビニルベンジルアミノ)プロピルメチルジエトキシシラン、3-(ビニルベンジルアミノ)プロピルメチルジエトキシシラン、3-[2-(N-ビニルフェニルメチルアミノ)エチルアミノ]プロピルメチルジメトキシシラン、3-[2-(N-イソプロペニルフェニルメチルアミノ)エチルアミノ]プロピルメチルジメトキシシラン、2-(ビニルオキシ)エチルメチルジメトキシシラン、3-(ビニルオキシ)プロピルメチルジメトキシシラン、4-(ビニルオキシ)ブチルメチルジエトキシシラン、2-(イソプロペニルオキシ)エチルメチルジメトキシシラン、3-(アリルオキシ)プロピルメチルジメトキシシラン、10-(アリルオキシカルボニル)デシルメチルジメトキシシラン、3-(イソプロペニルメチルオキシ)プロピルメチルジメトキシシラン、10-(イソプロペニルメチルオキシカルボニル)デシルメチルジメトキシシラン、3-[(メタ)アクリロキシプロピル]メチルジメトキシシラン、3-[(メタ)アクリロキシプロピル]メチルジエトキシシラン、3-[(メタ)アクリロキシメチル]メチルジメトキシシラン、3-[(メタ)アクリロキシメチル]メチルジエトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、N-[3-(メタ)アクリロキシ-2-ヒドロキシプロピル]-3-アミノプロピルメチルジエトキシシラン、O-「(メタ)アクリロキシエチル」-N-(メチルジエトキシシリルプロピル)ウレタン、γ-グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、β-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルメチルジメトキシシラン、γ-アミノプロピルメチルジエトキシシラン、γ-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、4-アミノブチルメチルジエトキシシラン、11-アミノウンデシルメチルジエトキシシラン、m-アミノフェニルメチルジメトキシシラン、p-アミノフェニルメチルジメトキシシラン、3-アミノプロピルメチルビス(メトキシエトキシエトキシ)シラン、2-(4-ピリジルエチル)メチルジエトキシシラン、2-(メチルジメトキシシリルエチル)ピリジン、N-(3-メチルジメトキシシリルプロピル)ピロール、3-(m-アミノフェノキシ)プロピルメチルジメトキシシラン、N-(2-アミノエチル)-3-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N-(2-アミノエチル)-3-アミノプロピルメチルジエトキシシラン、N-(6-アミノヘキシル)アミノメチルメチルジエトキシシラン、N-(6-アミノヘキシル)アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N-(2-アミノエチル)-11-アミノウンデシルメチルジメトキシシラン、(アミノエチルアミノメチル)フェネチルメチルジメトキシシラン、N-3-[(アミノ(ポリプロピレンオキシ))]アミノプロピルメチルジメトキシシラン、n-ブチルアミノプロピルメチルジメトキシシラン、N-エチルアミノイソブチルメチルジメトキシシラン、N-メチルアミノプロピルメチルジメトキシシラン、N-フェニル-γ-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N-フェニル-γ-アミノメチルメチルジエトキシシラン、(シクロヘキシルアミノメチル)メチルジエトキシシラン、N-シクロヘキシルアミノプロピルメチルジメトキシシラン、ビス(2-ヒドロキシエチル)-3-アミノプロピルメチルジエトキシシラン、ジエチルアミノメチルメチルジエトキシシラン、ジエチルアミノプロピルメチルジメトキシシラン、ジメチルアミノプロピルメチルジメトキシシラン、N-3-メチルジメトキシシリルプロピル-m-フェニレンジアミン、N,N-ビス[3-(メチルジメトキシシリル)プロピル]エチレンジアミン、ビス(メチルジエトキシシリルプロピル)アミン、ビス(メチルジメトキシシリルプロピル)アミン、ビス[(3-メチルジメトキシシリル)プロピル]-エチレンジアミン、ビス[3-(メチルジエトキシシリル)プロピル]ウレア、ビス(メチルジメトキシシリルプロピル)ウレア、N-(3-メチルジエトキシシリルプロピル)-4,5-ジヒドロイミダゾール、ウレイドプロピルメチルジエトキシシラン、ウレイドプロピルメチルジメトキシシラン、アセトアミドプロピルメチルジメトキシシラン、2-(2-ピリジルエチル)チオプロピルメチルジメトキシシラン、2-(4-ピリジルエチル)チオプロピルメチルジメトキシシラン、ビス[3-(メチルジエトキシシリル)プロピル]ジスルフィド、3-(メチルジエトキシシリル)プロピルコハク酸無水物、γ-メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、γ-メルカプトプロピルメチルジエトキシシラン、イソシアナトプロピルメチルジメトキシシラン、イソシアナトプロピルメチルジエトキシシラン、イソシアナトエチルメチルジエトキシシラン、イソシアナトメチルメチルジエトキシシラン、カルボキシエチルメチルシランジオールナトリウム塩、N-(メチルジメトキシシリルプロピル)エチレンジアミン三酢酸三ナトリウム塩、3-(メチルジヒドロキシシリル)-1-プロパンスルホン酸、ジエチルホスフェートエチルメチルジエトキシシラン、3-メチルジヒドロキシシリルプロピルメチルホスホネートナトリウム塩、ビス(メチルジエトキシシリル)エタン、ビス(メチルジメトキシシリル)エタン、ビス(メチルジエトキシシリル)メタン、1,6-ビス(メチルジエトキシシリル)ヘキサン、1,8-ビス(メチルジエトキシシリル)オクタン、p-ビス(メチルジメトキシシリルエチル)ベンゼン、p-ビス(メチルジメトキシシリルメチル)ベンゼン、3-メトキシプロピルメチルジメトキシシラン、2-[メトキシ(ポリエチレンオキシ)プロピル]メチルジメトキシシラン、メトキシトリエチレンオキシプロピルメチルジメトキシシラン、トリス(3-メチルジメトキシシリルプロピル)イソシアヌレート、[ヒドロキシ(ポリエチレンオキシ)プロピル]メチルジエトキシシラン、N,N'-ビス(ヒドロキシエチル)-N,N'-ビス(メチルジメトキシシリルプロピル)エチレンジアミン、ビス-[3-(メチルジエトキシシリルプロピル)-2-ヒドロキシプロポキシ]ポリエチレンオキシド、ビス[N,N'-(メチルジエトキシシリルプロピル)アミノカルボニル]ポリエチレンオキシド、ビス(メチルジエトキシシリルプロピル)ポリエチレンオキシドを挙げることができる。これらのうち特に好ましいものとしては、入手容易な観点と親水性層との密着性の観点から、ジメチルジメトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン等を挙げることができる。
M2がSiでaが2の場合、即ち2官能のオルガノアルコキシシランとしては、例えば、ジメチルジメトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、プロピルメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、ジプロピルジエトキシシラン、γ-クロロプロピルメチルジエトキシシラン、γ-クロロプロピルジメチルジメトキシシラン、クロロジメチルジエトキシシラン、(p-クロロメチル)フェニルメチルジメトキシシラン、γ-ブロモプロピルメチルジメトキシシラン、アセトキシメチルメチルジエトキシシラン、アセトキシメチルメチルジメトキシシラン、アセトキシプロピルメチルジメトキシシラン、ベンゾイロキシプロピルメチルジメトキシシラン、2-(カルボメトキシ)エチルメチルジメトキシシラン、フェニルメチルジメトキシシラン、フェニルエチルジエトキシシラン、フェニルメチルジプロポキシシラン、ヒドロキシメチルメチルジエトキシシラン、N-(メチルジエトキシシリルプロピル)-O-ポリエチレンオキシドウレタン、N-(3-メチルジエトキシシリルプロピル)-4-ヒドロキシブチルアミド
、N-(3-メチルジエトキシシリルプロピル)グルコンアミド、ビニルメチルジメトキシシラン、ビニルメチルジエトキシシラン、ビニルメチルジブトキシシラン、イソプロペニルメチルジメトキシシラン、イソプロペニルメチルジエトキシシラン、イソプロペニルメチルジブトキシシラン、ビニルメチルビス(2-メトキシエトキシ)シラン、アリルメチルジメトキシシラン、ビニルデシルメチルジメトキシシラン、ビニルオクチルメチルジメトキシシラン、ビニルフェニルメチルジメトキシシラン、イソプロペニルフェニルメチルジメトキシシラン、2-(メタ)アクリロキシエチルメチルジメトキシシラン、2-(メタ)アクリロキシエチルメチルジエトキシシラン、3-(メタ)アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3-(メタ)アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3-(メタ)アクリロキシプロピルメチルビス(2-メトキシエトキシ)シラン、3-[2-(アリルオキシカルボニル)フェニルカルボニルオキシ]プロピルメチルジメトキシシラン、3-(ビニルフェニルアミノ)プロピルメチルジメトキシシラン、3-(ビニルフェニルアミノ)プロピルメチルジエトキシシラン、3-(ビニルベンジルアミノ)プロピルメチルジエトキシシラン、3-(ビニルベンジルアミノ)プロピルメチルジエトキシシラン、3-[2-(N-ビニルフェニルメチルアミノ)エチルアミノ]プロピルメチルジメトキシシラン、3-[2-(N-イソプロペニルフェニルメチルアミノ)エチルアミノ]プロピルメチルジメトキシシラン、2-(ビニルオキシ)エチルメチルジメトキシシラン、3-(ビニルオキシ)プロピルメチルジメトキシシラン、4-(ビニルオキシ)ブチルメチルジエトキシシラン、2-(イソプロペニルオキシ)エチルメチルジメトキシシラン、3-(アリルオキシ)プロピルメチルジメトキシシラン、10-(アリルオキシカルボニル)デシルメチルジメトキシシラン、3-(イソプロペニルメチルオキシ)プロピルメチルジメトキシシラン、10-(イソプロペニルメチルオキシカルボニル)デシルメチルジメトキシシラン、3-[(メタ)アクリロキシプロピル]メチルジメトキシシラン、3-[(メタ)アクリロキシプロピル]メチルジエトキシシラン、3-[(メタ)アクリロキシメチル]メチルジメトキシシラン、3-[(メタ)アクリロキシメチル]メチルジエトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、N-[3-(メタ)アクリロキシ-2-ヒドロキシプロピル]-3-アミノプロピルメチルジエトキシシラン、O-「(メタ)アクリロキシエチル」-N-(メチルジエトキシシリルプロピル)ウレタン、γ-グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、β-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルメチルジメトキシシラン、γ-アミノプロピルメチルジエトキシシラン、γ-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、4-アミノブチルメチルジエトキシシラン、11-アミノウンデシルメチルジエトキシシラン、m-アミノフェニルメチルジメトキシシラン、p-アミノフェニルメチルジメトキシシラン、3-アミノプロピルメチルビス(メトキシエトキシエトキシ)シラン、2-(4-ピリジルエチル)メチルジエトキシシラン、2-(メチルジメトキシシリルエチル)ピリジン、N-(3-メチルジメトキシシリルプロピル)ピロール、3-(m-アミノフェノキシ)プロピルメチルジメトキシシラン、N-(2-アミノエチル)-3-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N-(2-アミノエチル)-3-アミノプロピルメチルジエトキシシラン、N-(6-アミノヘキシル)アミノメチルメチルジエトキシシラン、N-(6-アミノヘキシル)アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N-(2-アミノエチル)-11-アミノウンデシルメチルジメトキシシラン、(アミノエチルアミノメチル)フェネチルメチルジメトキシシラン、N-3-[(アミノ(ポリプロピレンオキシ))]アミノプロピルメチルジメトキシシラン、n-ブチルアミノプロピルメチルジメトキシシラン、N-エチルアミノイソブチルメチルジメトキシシラン、N-メチルアミノプロピルメチルジメトキシシラン、N-フェニル-γ-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N-フェニル-γ-アミノメチルメチルジエトキシシラン、(シクロヘキシルアミノメチル)メチルジエトキシシラン、N-シクロヘキシルアミノプロピルメチルジメトキシシラン、ビス(2-ヒドロキシエチル)-3-アミノプロピルメチルジエトキシシラン、ジエチルアミノメチルメチルジエトキシシラン、ジエチルアミノプロピルメチルジメトキシシラン、ジメチルアミノプロピルメチルジメトキシシラン、N-3-メチルジメトキシシリルプロピル-m-フェニレンジアミン、N,N-ビス[3-(メチルジメトキシシリル)プロピル]エチレンジアミン、ビス(メチルジエトキシシリルプロピル)アミン、ビス(メチルジメトキシシリルプロピル)アミン、ビス[(3-メチルジメトキシシリル)プロピル]-エチレンジアミン、ビス[3-(メチルジエトキシシリル)プロピル]ウレア、ビス(メチルジメトキシシリルプロピル)ウレア、N-(3-メチルジエトキシシリルプロピル)-4,5-ジヒドロイミダゾール、ウレイドプロピルメチルジエトキシシラン、ウレイドプロピルメチルジメトキシシラン、アセトアミドプロピルメチルジメトキシシラン、2-(2-ピリジルエチル)チオプロピルメチルジメトキシシラン、2-(4-ピリジルエチル)チオプロピルメチルジメトキシシラン、ビス[3-(メチルジエトキシシリル)プロピル]ジスルフィド、3-(メチルジエトキシシリル)プロピルコハク酸無水物、γ-メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、γ-メルカプトプロピルメチルジエトキシシラン、イソシアナトプロピルメチルジメトキシシラン、イソシアナトプロピルメチルジエトキシシラン、イソシアナトエチルメチルジエトキシシラン、イソシアナトメチルメチルジエトキシシラン、カルボキシエチルメチルシランジオールナトリウム塩、N-(メチルジメトキシシリルプロピル)エチレンジアミン三酢酸三ナトリウム塩、3-(メチルジヒドロキシシリル)-1-プロパンスルホン酸、ジエチルホスフェートエチルメチルジエトキシシラン、3-メチルジヒドロキシシリルプロピルメチルホスホネートナトリウム塩、ビス(メチルジエトキシシリル)エタン、ビス(メチルジメトキシシリル)エタン、ビス(メチルジエトキシシリル)メタン、1,6-ビス(メチルジエトキシシリル)ヘキサン、1,8-ビス(メチルジエトキシシリル)オクタン、p-ビス(メチルジメトキシシリルエチル)ベンゼン、p-ビス(メチルジメトキシシリルメチル)ベンゼン、3-メトキシプロピルメチルジメトキシシラン、2-[メトキシ(ポリエチレンオキシ)プロピル]メチルジメトキシシラン、メトキシトリエチレンオキシプロピルメチルジメトキシシラン、トリス(3-メチルジメトキシシリルプロピル)イソシアヌレート、[ヒドロキシ(ポリエチレンオキシ)プロピル]メチルジエトキシシラン、N,N'-ビス(ヒドロキシエチル)-N,N'-ビス(メチルジメトキシシリルプロピル)エチレンジアミン、ビス-[3-(メチルジエトキシシリルプロピル)-2-ヒドロキシプロポキシ]ポリエチレンオキシド、ビス[N,N'-(メチルジエトキシシリルプロピル)アミノカルボニル]ポリエチレンオキシド、ビス(メチルジエトキシシリルプロピル)ポリエチレンオキシドを挙げることができる。これらのうち特に好ましいものとしては、入手容易な観点と親水性層との密着性の観点から、ジメチルジメトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン等を挙げることができる。
M2がSiでaが3の場合、即ち3官能のオルガノアルコキシシランとしては、例えば、メチルトリメトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、γ-クロロプロピルトリエトキシシラン、γ-クロロプロピルトリメトキシシラン、クロロメチルトリエトキシシラン、(p-クロロメチル)フェニルトリメトキシシラン、γ-ブロモプロピルトリメトキシシラン、アセトキシメチルトリエトキシシラン、アセトキシメチルトリメトキシシラン、アセトキシプロピルトリメトキシシラン、ベンゾイロキシプロピルトリメトキシシラン、2-(カルボメトキシ)エチルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェニルトリプロポキシシラン、ヒドロキシメチルトリエトキシシラン、N-(トリエトキシシリルプロピル)-O-ポリエチレンオキシドウレタン、N-(3-トリエチキシシリルプロピル)-4-ヒドロキシブチルアミド、N-(3-トリエトキシシリルプロピル)グルコンアミド、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリブトキシシラン、イソプロペニルトリメトキシシラン、イソプロペニルトリエトキシシラン、イソプロペニルトリブトキシシラン、ビニルトリス(2-メトキシエトキシ)シラン、アリルトリメトキシシラン、ビニルデシルトリメトキシシラン、ビニルオクチルトリメトキシシラン、ビニルフェニルトリメトキシシラン、イソプロペニルフェニルトリメトキシシラン、2-(メタ)アクリロキシエチルトリメトキシシラン、2-(メタ)アクリロキシエチルトリエトキシシラン、3-(メタ)アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3-(メタ)アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3-(メタ)-アクリロキシプロピルトリス(2-メトキシエトキシ)シラン、3-[2-(アリルオキシカルボニル)フェニルカルボニルオキシ]プロピルトリメトキシシラン、3-(ビニルフェニルアミノ)プロピルトリメトキシシラン、3-(ビニルフェニルアミノ)プロピルトリエトキシシラン、3-(ビニルベンジルアミノ)プロピルトリエトキシシラン、3-(ビニルベンジルアミノ)プロピルトリエトキシシラン、3-[2-(N-ビニルフェニルメチルアミノ)エチルアミノ]プロピルトリメトキシシラン、3-[2-(N-イソプロペニルフェニルメチルアミノ)エチルアミノ]プロピルトリメトキシシラン、2-(ビニルオキシ)エチルトリメトキシシラン、3-(ビニルオキシ)プロピルトリメトキシシラン、4-(ビニルオキシ)ブチルトリエトキシシラン、2-(イソプロペニルオキシ)エチルトリメトキシシラン、3-(アリルオキシ)プロピルトリメトキシシラン、10-(アリルオキシカルボニル)デシルトリメトキシシラン、3-(イソプロペニルメチルオキシ)プロピルトリメトキシシラン、10-(イソプロペニルメチルオキシカルボニル)デシルトリメトキシシラン、3-[(メタ)アクリロキプロピル]トリメトキシシラン、3-[(メタ)アクリロキシプロピル]トリエトキシシラン、3-[(メタ)アクリロキシメチル]トリメトキシシラン、3-[(メタ)アクリロキシメチル]トリエトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、N-[3-(メタ)アクリロキシ-2-ヒドロキシプロピル]-3-アミノプロピルトリエトキシシラン、O-「(メタ)アクリロキシエチル」-N-(トリエトキシシリルプロピル)ウレタン、γ-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、β-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、γ-アミノプロピルトリエトキシシラン、γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、4-アミノブチルトリエトキシシラン、11-アミノウンデシルトリエトキシシラン、m-アミノフェニルトリメトキシシラン、p-アミノフェニルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリス(メトキシエトキシエトキシ)シラン、2-(4-ピリジルエチル)トリエトキシシラン、2-(トリメトキシシリルエチル)ピリジン、N-(3-トリメトキシシリルプロピル)ピロール、3-(m-アミノフェノキシ)プロピルトリメトキシシラン、N-(2-アミノエチル)-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-(2-アミノエチル)-3-アミノプロピルトリエトキシシラン、N-(6-アミノヘキシル)アミノメチルトリエトキシシラン、N-(6-アミノヘキシル)アミノプロピルトリメトキシシラン、N-(2-アミノエチル)-11-アミノウンデシルトリメトキシシラン、(アミノエチルアミノメチル)フェネチルトリメトキシシラン、N-3-[(アミノ(ポリプロピレンオキシ))]アミノプロピルトリメトキシシラン、n-ブチルアミノプロピルトリメトキシシラン、N-エチルアミノイソブチルトリメトキシシラン、N-メチルアミノプロピルトリメトキシシラン、N-フェニル-γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-フェニル-γ-アミノメチルトリエトキシシラン、(シクロヘキシルアミノメチル)トリエトキシシラン、N-シクロヘキシルアミノプロピルトリメトキシシラン、ビス(2-ヒドロキシエチル)-3-アミノプロピルトリエトキシシラン、ジエチルアミノメチルトリエトキシシラン、ジエチルアミノプロピルトリメトキシシラン、ジメチルアミノプロピルトリメトキシシラン、N-3-トリメトキシシリルプロピル-m-フェニレンジアミン、N,N-ビス[3-(トリメトキシシリル)プロピル]エチレンジアミン、ビス(トリエトキシシリルプロピル)アミン、ビス(トリメトキシシリルプロピル)アミン、ビス[(3-トリメトキシシリル)プロピル]-エチレンジアミン、ビス[3-(トリエトキシシリル)プロピル]ウレア、ビス(トリメトキシシリルプロピル)ウレア、N-(3-トリエトキシシリルプロピル)-4,5-ジヒドロイミダゾール、ウレイドプロピルトリエトキシシラン、ウレイドプロピルトリメトキシシラン、アセトアミドプロピルトリメトキシシラン、2-(2-ピリジルエチル)チオプロピルトリメトキシシラン、2-(4-ピリジルエチル)チオプロピルトリメトキシシラン、ビス[3-(トリエトキシシリル)プロピル]ジスルフィド、3-(トリエトキシシリル)プロピルコハク酸無水物、γ-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ-メルカプトプロピルトリエトキシシラン、イソシアナトプロピルトリメトキシシラン、イソシアナトプロピルトリエトキシシラン、イソシアナトエチルトリエトキシシラン、イソシアナトメチルトリエトキシシラン、カルボキシエチルシラントリオールナトリウム塩、N-(トリメトキシシリルプロピル)エチレンジアミン三酢酸三ナトリウム塩、3-(トリヒドロキシシリル)-1-プロパンスルホン酸、ジエチルホスフェートエチルトリエトキシシラン、3-トリヒドロキシシリルプロピルメチルホスホネートナトリウム塩、ビス(トリエトキシシリル)エタン、ビス(トリメトキシシリル)エタン、ビス(トリエトキシシリル)メタン、1,6-ビス(トリエトキシシリル)ヘキサン、1,8-ビス(トリエトキシシリル)オクタン、p-ビス(トリメトキシシリルエチル)ベンゼン、p-ビス(トリメトキシシリルメチル)ベンゼン、3-メトキシプロピルトリメトキシシラン、2-[メトキシ(ポリエチレンオキシ)プロピル]トリメトキシシラン、メトキシトリエチレンオキシプロピルトリメトキシシラン、トリス(3-トリメトキシシリルプロピル)イソシアヌレート、[ヒドロキシ(ポリエチレンオキシ)プロピル]トリエトキシシラン、N,N'-ビス(ヒドロキシエチル)-N,N'-ビス(トリメトキシシリルプロピル)エチレンジアミン、ビス-[3-(トリエトキシシリルプロピル)-2-ヒドロキシプロポキシ]ポリエチレンオキシド、ビス[N,N'-(トリエトキシシリルプロピル)アミノカルボニル]ポリエチレンオキシド、ビス(トリエトキシシリルプロピル)ポリエチレンオキシドを挙げることができる。これらのうち特に好ましいものとしては、入手容易な観点と親水性層との密着性の観点から、メチルトリメトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等を挙げることができる。
M2がSiでaが4である場合、即ち4官能のテトラアルコキシシランとしては、例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトラブトキシラン、メトキシトリエトキシシラン、エトキシトリメトキシシラン、メトキシトリプロポキシシラン、エトキシトリプロポキシシラン、プロポキシトリメトキシシラン、プロポキシトリエトキシシラン、ジメトキシジエトキシシラン等を挙げることができる。これらのうち特に好ましいものとしては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン等を挙げることができる。
M2がTiでaが2の場合、即ち2官能のオルガノアルコキシチタネートとしては、例えば、ジメチルジメトキシチタネート、ジエチルジメトキシチタネート、プロピルメチルジメトキシチタネート、ジメチルジエトキシチタネート、ジエチルジエトキシチタネート、ジプロピルジエトキシチタネート、フェニルエチルジエトキシチタネート、フェニルメチルジプロポキシチタネート、ジメチルジプロポキシチタネート等を挙げることができる。
M2がTiでaが3の場合、即ち3官能のオルガノアルコキシチタネートとしては、例えば、メチルトリメトキシチタネート、エチルトリメトキシチタネート、プロピルトリメトキシチタネート、メチルトリエトキシチタネート、エチルトリエトキシチタネート、プロピルトリエトキシチタネート、クロロメチルトリエトキシチタネート、フェニルトリメトキシチタネート、フェニルトリエトキシチタネート、フェニルトリプロポキシチタネート等を挙げることができる。
M2がTiでaが4の場合、即ち4官能のアルコキシチタネートとしては、例えば、テトラメトキシチタネート、テトラエトキシチタネート、テトラプロポキシチタネート、テトライソプロポキシチタネート、テトラブトキシチタネート等を挙げることができる。
M2がTiでaが3の場合、即ち3官能のオルガノアルコキシチタネートとしては、例えば、メチルトリメトキシチタネート、エチルトリメトキシチタネート、プロピルトリメトキシチタネート、メチルトリエトキシチタネート、エチルトリエトキシチタネート、プロピルトリエトキシチタネート、クロロメチルトリエトキシチタネート、フェニルトリメトキシチタネート、フェニルトリエトキシチタネート、フェニルトリプロポキシチタネート等を挙げることができる。
M2がTiでaが4の場合、即ち4官能のアルコキシチタネートとしては、例えば、テトラメトキシチタネート、テトラエトキシチタネート、テトラプロポキシチタネート、テトライソプロポキシチタネート、テトラブトキシチタネート等を挙げることができる。
M2がZrでaが2又は3である場合、即ち、2官能及び3官能のオルガノアルコキシジルコネートとしては、例えば、前記2官能及び3官能のオルガノアルコキシチタネートとして例示した化合物に対応するオルガノアルコキシジルコネートを挙げることができる。
M2がZrでaが4である場合、即ち、即ち4官能のテトラアルコキシジルコニウムとしては、例えば、前記テトラアルコキシチタネートとして例示した化合物に対応するジルコネートを挙げることができる。
M2がZrでaが4である場合、即ち、即ち4官能のテトラアルコキシジルコニウムとしては、例えば、前記テトラアルコキシチタネートとして例示した化合物に対応するジルコネートを挙げることができる。
また、一般式(III)で示されるAlのアルコキシド化合物としては、例えば、トリメトキシアルミネート、トリエトキシアルミネート、トリプロポキシアルミネート、テトラエトキシアルミネート等を挙げることができる。
これらの特定アルコキシド化合物は、市販品として容易に入手できるし、公知の合成方法、たとえば各金属ハロゲン化物とアルコールとの反応によっても得られる。
特定アルコキシド化合物は、それぞれ1種類の化合物を単独で用いても、2種類以上の化合物を組み合わせて使用してもよい。
特定アルコキシド化合物は、それぞれ1種類の化合物を単独で用いても、2種類以上の化合物を組み合わせて使用してもよい。
特定アルコキシド化合物を1種単独で用いる場合、前記バインダーは、前記一般式(II)で示される化合物のうち、a=4である化合物(テトラアルコキシ化合物)を含む水性ゾル液を加水分解及び重縮合して得られるゾルゲル硬化物であることが好ましい。
また特定アルコキシド化合物を2種以上組み合わせる場合、前記バインダーは、前記一般式(II)で示される化合物のうち、a=4である化合物(テトラアルコキシ化合物)及びa=3である化合物(オルガノトリアルコキシ化合物)を含む水性ゾル液を加水分解及び重縮合して得られるゾルゲル硬化物であることが好ましく、前記一般式(II)で示される化合物のうち、a=3である化合物(オルガノトリアルコキシ化合物)に対するa=4である化合物(テトラアルコキシ化合物)の質量比(テトラアルコキシ化合物/オルガノトリアルコキシ化合物)が0.01/1~100/1であることが好ましく、0.02/1~50/1であることがより好ましく、0.05/1~20/1であることが更に好ましい。
また特定アルコキシド化合物を2種以上組み合わせる場合、前記バインダーは、前記一般式(II)で示される化合物のうち、a=4である化合物(テトラアルコキシ化合物)及びa=3である化合物(オルガノトリアルコキシ化合物)を含む水性ゾル液を加水分解及び重縮合して得られるゾルゲル硬化物であることが好ましく、前記一般式(II)で示される化合物のうち、a=3である化合物(オルガノトリアルコキシ化合物)に対するa=4である化合物(テトラアルコキシ化合物)の質量比(テトラアルコキシ化合物/オルガノトリアルコキシ化合物)が0.01/1~100/1であることが好ましく、0.02/1~50/1であることがより好ましく、0.05/1~20/1であることが更に好ましい。
前記バインダーは、導電性、接触抵抗、及びエッチング特性の観点から、特定アルコキシド化合物の少なくとも1種を加水分解及び重縮合させて得られる部分縮合物を、更に加水分解及び重縮合させて得られるゾルゲル硬化物であることが好ましく、前記部分縮合物の重量平均分子量が1,000~50,000であることがより好ましく、前記部分縮合物の重量平均分子量が4,000~46,000であることが更に好ましく、前記部分縮合物の重量平均分子量が10,000~35,000であることが特に好ましい。
本明細書において、前記部分縮合物の重量平均分子量は、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)法で測定されたポリスチレン換算値である。重量平均分子量のGPC法による測定は、東ソー(株)製高速GPC(HLC-8220GPC)を用い、カラムとして、TSKgel SuperHZ4000(TOSOH製、4.6mmI.D.×15cm)を用い、溶離液としてTHF(テトラヒドロフラン)を用いて行うことができる。
部分縮合物の重量平均分子量が大きくなると、形成される導電性層の表面粗さRaが小さくなり、導電性がより良好になる傾向がある。また部分縮合物の重量平均分子量が小さくなると、形成される導電性層の表面粗さRaが大きくなり、導電性がより低下する傾向がある。これは例えば以下のように考えることができる。すなわち、部分縮合物の重量平均分子量が小さいとアルコキシド化合物の由来の水酸基の量が相対的に多くなり、この水酸基が金属ナノワイヤーと相互作用するために、金属ナノワイヤーへの部分縮合物の吸着量が多くなると考えられる。これにより金属ナノワイヤーはアルコキシド化合物の部分縮合物に覆われてしまい、導電性層を形成した際に表面が粗くなってしまうと考えられる。更に金属ナノワイヤー同士の接触も阻害されるため表面抵抗率が高くなってしまうと考えられる。一方、アルコキシド化合物の部分縮合物の重量平均分子量が大きくなると水酸基の量が相対的に少なくなるために金属ナノワイヤーへの吸着量が減るため導電性層表面のRaは小さくなり、表面抵抗率も低くなると考えることができる。
本明細書において、前記部分縮合物の重量平均分子量は、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)法で測定されたポリスチレン換算値である。重量平均分子量のGPC法による測定は、東ソー(株)製高速GPC(HLC-8220GPC)を用い、カラムとして、TSKgel SuperHZ4000(TOSOH製、4.6mmI.D.×15cm)を用い、溶離液としてTHF(テトラヒドロフラン)を用いて行うことができる。
部分縮合物の重量平均分子量が大きくなると、形成される導電性層の表面粗さRaが小さくなり、導電性がより良好になる傾向がある。また部分縮合物の重量平均分子量が小さくなると、形成される導電性層の表面粗さRaが大きくなり、導電性がより低下する傾向がある。これは例えば以下のように考えることができる。すなわち、部分縮合物の重量平均分子量が小さいとアルコキシド化合物の由来の水酸基の量が相対的に多くなり、この水酸基が金属ナノワイヤーと相互作用するために、金属ナノワイヤーへの部分縮合物の吸着量が多くなると考えられる。これにより金属ナノワイヤーはアルコキシド化合物の部分縮合物に覆われてしまい、導電性層を形成した際に表面が粗くなってしまうと考えられる。更に金属ナノワイヤー同士の接触も阻害されるため表面抵抗率が高くなってしまうと考えられる。一方、アルコキシド化合物の部分縮合物の重量平均分子量が大きくなると水酸基の量が相対的に少なくなるために金属ナノワイヤーへの吸着量が減るため導電性層表面のRaは小さくなり、表面抵抗率も低くなると考えることができる。
前記部分縮合物は、特定アルコキシド化合物を含む水溶液を加熱処理することで得ることができる。以下、前記部分縮合物を含む水溶液を「ゾルゲル液」ともいう。
加熱処理の温度及び時間等の加熱処理の条件は、目的とする部分縮合物の重量平均分子量に応じて適宜選択できる。加熱処理の条件は、前記導電性層の表面粗さRaを所望の範囲とする観点から、20℃~100℃で、0.5時間~100時間であることが好ましく、25℃~80℃で、1.0時間~60時間であることが更に好ましく、30℃~60℃で、1.5時間~35時間であることが更に好ましい。
加熱処理の温度及び時間等の加熱処理の条件は、目的とする部分縮合物の重量平均分子量に応じて適宜選択できる。加熱処理の条件は、前記導電性層の表面粗さRaを所望の範囲とする観点から、20℃~100℃で、0.5時間~100時間であることが好ましく、25℃~80℃で、1.0時間~60時間であることが更に好ましく、30℃~60℃で、1.5時間~35時間であることが更に好ましい。
前記導電性層は、金属ナノワイヤーに対する特定アルコキシド化合物の質量比率、即ち、特定アルコキシド化合物/金属ナノワイヤーの質量比が0.25/1~30/1の範囲で使用されることが好ましい。前記質量比が0.25/1以上であると、透明性に優れると同時に、耐摩耗性、耐熱性、耐湿熱性及び耐屈曲性がバランスよく向上した導電性層となる。他方、上記質量比が30/1以下であると、導電性及び耐屈曲性に優れる導電性層となる。更に前記質量比が0.25/1~30/1の範囲であると、導電性層の表面粗さRaを所望の範囲とすることができる。
上記質量比は、より好ましくは0.5/1~20/1の範囲、更に好ましくは1/1~15/1、最も好ましくは2/1~12/1の範囲が高い導電性と高い透明性(全光透過率及びヘイズ)を有すると共に、耐摩耗性、耐熱性、耐湿熱性、及び耐屈曲性に優れ、導電性層の表面粗さRaを所望の範囲である導電性部材を安定的に得ることができるので、好ましい。
上記質量比は、より好ましくは0.5/1~20/1の範囲、更に好ましくは1/1~15/1、最も好ましくは2/1~12/1の範囲が高い導電性と高い透明性(全光透過率及びヘイズ)を有すると共に、耐摩耗性、耐熱性、耐湿熱性、及び耐屈曲性に優れ、導電性層の表面粗さRaを所望の範囲である導電性部材を安定的に得ることができるので、好ましい。
更に前記金属ナノワイヤーが銀ナノワイヤーを含む場合、導電性層における銀に対する前記M1で示される元素の含有モル比率(M1/銀)は、0.10/1~22/1であることが好ましく0.20/1~18/1であることがより好ましく、0.45/1~15/1であることが更に好ましい。前記含有比率が0.10/1~22/1であると、導電性、接触抵抗、及びエッチング特性がバランスよく向上する傾向がある。
本発明により、高い導電性と高い透明性を有すると共に、耐摩耗性、耐熱性及び耐湿熱性に優れ、かつ耐屈曲性に優れる導電性層を有する導電性部材が得られる理由は必ずしも明らかではない、以下のような理由によるものと推定される。
即ち、導電性層が金属ナノワイヤーを含み、かつ特定アルコキシド化合物を加水分解及び重縮合して得られるゾルゲル硬化物をマトリックスとして含んでいることにより、マトリックスとして一般的な有機高分子樹脂(例えば、アクリル系樹脂、ビニル重合系樹脂など)を含む導電性層の場合に比べて、導電性層に含まれるマトリックスの割合が少ない範囲であっても空隙の少ない、かつ架橋密度の高い緻密な導電性層が形成されるため、耐摩耗性、耐熱性及び耐湿熱性に優れる導電性層が得られる。更に、金属ナノワイヤーの調製時に使用された分散剤としての親水性基を有するポリマーが、金属ナノワイヤー同士の接触を少なくとも幾分かは妨げていると推測されるが、上記ゾルゲル硬化物の形成過程で、金属ナノワイヤーを覆っている上記の分散剤が剥離され、更に特定アルコキシド化合物が重縮合する際に収縮するために多数の金属ナノワイヤー同士の接触点が増加する。そのため、金属ナノワイヤー同士の接触点が増加して、高い導電性がもたらされると同時に、高い透明性が得られる。そして、特定アルコキシド化合物/金属ナノワイヤーの質量比が0.25/1~30/1の範囲とされていることと関連して、導電性と透明性が維持されつつ、耐摩耗性、耐熱性及び耐湿熱性に優れと同時に、耐屈曲性にも優れるという効果がもたらされる。
即ち、導電性層が金属ナノワイヤーを含み、かつ特定アルコキシド化合物を加水分解及び重縮合して得られるゾルゲル硬化物をマトリックスとして含んでいることにより、マトリックスとして一般的な有機高分子樹脂(例えば、アクリル系樹脂、ビニル重合系樹脂など)を含む導電性層の場合に比べて、導電性層に含まれるマトリックスの割合が少ない範囲であっても空隙の少ない、かつ架橋密度の高い緻密な導電性層が形成されるため、耐摩耗性、耐熱性及び耐湿熱性に優れる導電性層が得られる。更に、金属ナノワイヤーの調製時に使用された分散剤としての親水性基を有するポリマーが、金属ナノワイヤー同士の接触を少なくとも幾分かは妨げていると推測されるが、上記ゾルゲル硬化物の形成過程で、金属ナノワイヤーを覆っている上記の分散剤が剥離され、更に特定アルコキシド化合物が重縮合する際に収縮するために多数の金属ナノワイヤー同士の接触点が増加する。そのため、金属ナノワイヤー同士の接触点が増加して、高い導電性がもたらされると同時に、高い透明性が得られる。そして、特定アルコキシド化合物/金属ナノワイヤーの質量比が0.25/1~30/1の範囲とされていることと関連して、導電性と透明性が維持されつつ、耐摩耗性、耐熱性及び耐湿熱性に優れと同時に、耐屈曲性にも優れるという効果がもたらされる。
(その他マトリックス)
導電性層は、前述の特定アルコキシド化合物を加水分解及び重縮合して得られるゾルゲル硬化物に加えて、前記ゾルゲル硬化物以外の成分(以下、「その他マトリックス」ともいう。)をマトリックスとして含んでいてもよい。その他マトリックスを更に含む導電性層は、前述の液状組成物中に、その他マトリックスを形成し得る材料を含有させておき、これを基材上に付与し、加熱処理して形成すればよい。
ここで、「マトリックス」とは、金属ナノワイヤーを含んで層を形成する物質の総称である。マトリックスを含むことにより、導電性層における金属ナノワイヤーの分散が安定に維持される上、基材表面に導電性層を、接着層等の中間層を介することなく形成した場合においても基材と導電性層との強固な接着が確保される。前述のゾルゲル硬化物はマトリックスとしての機能も有する。
その他マトリックスは、有機高分子ポリマーのような非感光性のものであっても、フォトレジスト組成物のような感光性のものであってもよい。
導電性層がその他マトリックスを含む場合、その含有率は、特定アルコキシ化合物に由来するゾルゲル硬化物の含有量に対して、0.10質量%~20質量%、好ましくは0.15質量%~10質量%、更に好ましくは0.20質量%~5質量%の範囲から選ばれることが導電性、透明性、膜強度、耐摩耗性及び耐屈曲性の優れる導電性部材が得られるので有利である。
その他マトリックスは、前述のとおり、非感光性のものであっても、感光性のものであってもよい。
導電性層は、前述の特定アルコキシド化合物を加水分解及び重縮合して得られるゾルゲル硬化物に加えて、前記ゾルゲル硬化物以外の成分(以下、「その他マトリックス」ともいう。)をマトリックスとして含んでいてもよい。その他マトリックスを更に含む導電性層は、前述の液状組成物中に、その他マトリックスを形成し得る材料を含有させておき、これを基材上に付与し、加熱処理して形成すればよい。
ここで、「マトリックス」とは、金属ナノワイヤーを含んで層を形成する物質の総称である。マトリックスを含むことにより、導電性層における金属ナノワイヤーの分散が安定に維持される上、基材表面に導電性層を、接着層等の中間層を介することなく形成した場合においても基材と導電性層との強固な接着が確保される。前述のゾルゲル硬化物はマトリックスとしての機能も有する。
その他マトリックスは、有機高分子ポリマーのような非感光性のものであっても、フォトレジスト組成物のような感光性のものであってもよい。
導電性層がその他マトリックスを含む場合、その含有率は、特定アルコキシ化合物に由来するゾルゲル硬化物の含有量に対して、0.10質量%~20質量%、好ましくは0.15質量%~10質量%、更に好ましくは0.20質量%~5質量%の範囲から選ばれることが導電性、透明性、膜強度、耐摩耗性及び耐屈曲性の優れる導電性部材が得られるので有利である。
その他マトリックスは、前述のとおり、非感光性のものであっても、感光性のものであってもよい。
好適な非感光性マトリックスには、有機高分子ポリマーが含まれる。有機高分子ポリマーの具体例には、ポリメタクリル酸、ポリメタクリレート(例えば、ポリ(メタクリル酸メチル))、ポリアクリル酸、ポリアクリレート、ポリアクリロニトリル等のアクリル系樹脂、ポリビニルアルコール、ポリエステル(例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエステルナフタレート、ポリカーボネート等)、フェノール又はクレゾール-ホルムアルデヒド(Novolacs(登録商標))、ポリスチレン、ポリビニルトルエン、ポリビニルキシレン、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリスルフィド、ポリスルホン、ポリフェニレン、及びポリフェニルエーテルなどの芳香族性を有する高分子、ポリウレタン(PU)、エポキシ、ポリオレフィン(例えば、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、環状ポリオレフィン等)、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン共重合体(ABS)、セルロース、シリコーン及びその他のシリコン含有高分子(例えば、ポリシルセスキオキサン及びポリシラン)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリアセテート、ポリノルボルネン、合成ゴム(例えば、EPR、SBR、EPDM)、及びフッ素重合体(例えば、ポリビニリデンフルオライド、ポリテトラフルオロエチレン(TFE)、又はポリヘキサフルオロプロピレン)、フルオロ-オレフィンの共重合体、及び炭化水素オレフィン(例えば、旭硝子株式会社製「LUMIFLON」(登録商標))、及び非晶質フルオロカーボン重合体又は共重合体(例えば、旭硝子株式会社製の「CYTOP」(登録商標)又はデュポン社製の「Teflon」(登録商標)AF)が挙げられるがそれだけに限定されない。
感光性のマトリックスには、リソグラフィック・プロセスに好適なフォトレジスト組成物が含まれる。マトリックスとして、フォトレジスト組成物が含まれる場合には、導電性層を導電性領域と非導電性領域とをパターン上に有するものとして、リソグラフィック・プロセスにより形成することが可能となる点で好ましい。このようなフォトレジスト組成物のうち、特に好ましいものとして、透明性及び柔軟性に優れ、かつ基材との接着性に優れた導電性層が得られるという点から、光重合性組成物が挙げられる。以下、この光重合性組成物について、説明する。
(光重合性組成物)
光重合性組成物は、(a)付加重合性不飽和化合物と、(b)光に照射されるとラジカルを発生する光重合開始剤とを基本成分として含み、更に所望により(c)バインダー、(d)その他、上記成分(a)~(c)以外の添加剤を含むものである。
以下、これらの成分について、説明する。
光重合性組成物は、(a)付加重合性不飽和化合物と、(b)光に照射されるとラジカルを発生する光重合開始剤とを基本成分として含み、更に所望により(c)バインダー、(d)その他、上記成分(a)~(c)以外の添加剤を含むものである。
以下、これらの成分について、説明する。
(a)付加重合性不飽和化合物
成分(a)の付加重合性不飽和化合物(以下、「重合性化合物」ともいう)は、ラジカルの存在下で付加重合反応を生じて高分子化される化合物であり、通常、分子末端に少なくとも一つの、より好ましくは2つ以上の、更に好ましくは4つ以上の、更により好ましくは六つ以上のエチレン性不飽和二重結合を有する化合物が使用される。
これらは、例えば、モノマー、プレポリマー、即ち2量体、3量体及びオリゴマー、又はそれらの混合物などの化学的形態をもつ。
このような重合性化合物としては、種々のものが知られており、それらは成分(a)として使用することができる。
このうち、特に好ましい重合性化合物としては、膜強度の観点から、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリトリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリトリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ジペンタエリトリトールペンタ(メタ)アクリレートが特に好ましい。
成分(a)の付加重合性不飽和化合物(以下、「重合性化合物」ともいう)は、ラジカルの存在下で付加重合反応を生じて高分子化される化合物であり、通常、分子末端に少なくとも一つの、より好ましくは2つ以上の、更に好ましくは4つ以上の、更により好ましくは六つ以上のエチレン性不飽和二重結合を有する化合物が使用される。
これらは、例えば、モノマー、プレポリマー、即ち2量体、3量体及びオリゴマー、又はそれらの混合物などの化学的形態をもつ。
このような重合性化合物としては、種々のものが知られており、それらは成分(a)として使用することができる。
このうち、特に好ましい重合性化合物としては、膜強度の観点から、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリトリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリトリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ジペンタエリトリトールペンタ(メタ)アクリレートが特に好ましい。
成分(a)の含有量は、前述の金属ナノワイヤーを含む光重合性組成物の固形分の総質量を基準として、2.6質量%以上37.5質量%以下であることが好ましく、5.0質量%以上20.0質量%以下であることがより好ましい。
(b)光重合開始剤
成分(b)の光重合開始剤は、光に照射されるとラジカルを発生する化合物である。このよう光重合開始剤には、光照射により、最終的には酸となる酸ラジカルを発生する化合物及びその他のラジカルを発生する化合物などが挙げられる。以下、前者を「光酸発生剤」と呼び、後者を「光ラジカル発生剤」と呼ぶ。
-光酸発生剤-
光酸発生剤としては、光カチオン重合の光開始剤、光ラジカル重合の光開始剤、色素類の光消色剤、光変色剤、あるいはマイクロレジスト等に使用されている活性光線又は放射線の照射により酸ラジカルを発生する公知の化合物及びそれらの混合物を適宜に選択して使用することができる。
成分(b)の光重合開始剤は、光に照射されるとラジカルを発生する化合物である。このよう光重合開始剤には、光照射により、最終的には酸となる酸ラジカルを発生する化合物及びその他のラジカルを発生する化合物などが挙げられる。以下、前者を「光酸発生剤」と呼び、後者を「光ラジカル発生剤」と呼ぶ。
-光酸発生剤-
光酸発生剤としては、光カチオン重合の光開始剤、光ラジカル重合の光開始剤、色素類の光消色剤、光変色剤、あるいはマイクロレジスト等に使用されている活性光線又は放射線の照射により酸ラジカルを発生する公知の化合物及びそれらの混合物を適宜に選択して使用することができる。
このような光酸発生剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ジ-又はトリ-ハロメチル基を少なくとも一つ有するトリアジン又は1,3,4-オキサジアゾール、ナフトキノン-1,2-ジアジド-4-スルホニルハライド、ジアゾニウム塩、ホスホニウム塩、スルホニウム塩、ヨードニウム塩、イミドスルホネート、オキシムスルホネート、ジアゾジスルホン、ジスルホン、o-ニトロベンジルスルホネートなどが挙げられる。これらの中でも、スルホン酸を発生する化合物であるイミドスルホネート、オキシムスルホネート、o-ニトロベンジルスルホネートが特に好ましい。
また、活性光線又は放射線の照射により酸ラジカルを発生する基、あるいは化合物を樹脂の主鎖又は側鎖に導入した化合物、例えば、米国特許第3,849,137号明細書、独国特許第3914407号明細書、特開昭63-26653号、特開昭55-164824号、特開昭62-69263号、特開昭63-146038号、特開昭63-163452号、特開昭62-153853号、特開昭63-146029号の各公報等に記載の化合物を用いることができる。
更に、米国特許第3,779,778号、欧州特許第126,712号等の各明細書に記載の化合物も、酸ラジカル発生剤として使用することができる。
また、活性光線又は放射線の照射により酸ラジカルを発生する基、あるいは化合物を樹脂の主鎖又は側鎖に導入した化合物、例えば、米国特許第3,849,137号明細書、独国特許第3914407号明細書、特開昭63-26653号、特開昭55-164824号、特開昭62-69263号、特開昭63-146038号、特開昭63-163452号、特開昭62-153853号、特開昭63-146029号の各公報等に記載の化合物を用いることができる。
更に、米国特許第3,779,778号、欧州特許第126,712号等の各明細書に記載の化合物も、酸ラジカル発生剤として使用することができる。
前記トリアジン系化合物としては、例えば2-(4-メトキシフェニル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(4-メトキシナフチル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(4-エトキシナフチル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(4-エトキシカルボニルナフチル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2,4,6-トリス(モノクロロメチル)-s-トリアジン、2,4,6-トリス(ジクロロメチル)-s-トリアジン、2,4,6-トリス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-メチル-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-n-プロピル-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(α,α,β-トリクロロエチル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-フェニル-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(p-メトキシフェニル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(3,4-エポキシフェニル)-4、6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(p-クロロフェニル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-〔1-(p-メトキシフェニル)-2,4-ブタジエニル〕-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-スチリル-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(p-メトキシスチリル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(p-i-プロピルオキシスチリル)-4、6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(p-トリル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(4-メトキシナフチル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-フェニルチオ-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-ベンジルチオ-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、4-(o-ブロモ-p-N,N-ビス(エトキシカルボニルアミノ)-フェニル)-2,6-ジ(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2,4,6-トリス(ジブロモメチル)-s-トリアジン、2,4,6-トリス(トリブロモメチル)-s-トリアジン、2-メチル-4,6-ビス(トリブロモメチル)-s-トリアジン、2-メトキシ-4,6-ビス(トリブロモメチル)-s-トリアジン、などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
本発明においては、前記(1)光酸発生剤の中でもスルホン酸を発生する化合物が好ましく、下記のようなオキシムスルホネート化合物が高感度である観点から特に好ましい。
-光ラジカル発生剤-
光ラジカル発生剤は、光を直接吸収し、又は光増感されて分解反応若しくは水素引き抜き反応を起こし、ラジカルを発生する機能を有する化合物である。光ラジカル発生剤としては、波長300nm~500nmの領域に吸収を有するものであることが好ましい。
このような光ラジカル発生剤としては、多数の化合物が知られており、例えば特開2008-268884号公報に記載されているようなカルボニル化合物、ケタール化合物、ベンゾイン化合物、アクリジン化合物、有機過酸化化合物、アゾ化合物、クマリン化合物、アジド化合物、メタロセン化合物、ヘキサアリールビイミダゾール化合物、有機ホウ酸化合物、ジスルホン酸化合物、オキシムエステル化合物、アシルホスフィン(オキシド)化合物、が挙げられる。これらは目的に応じて適宜選択することができる。これらの中でも、ベンゾフェノン化合物、アセトフェノン化合物、ヘキサアリールビイミダゾール化合物、オキシムエステル化合物、及びアシルホスフィン(オキシド)化合物が露光感度の観点から特に好ましい。
光ラジカル発生剤は、光を直接吸収し、又は光増感されて分解反応若しくは水素引き抜き反応を起こし、ラジカルを発生する機能を有する化合物である。光ラジカル発生剤としては、波長300nm~500nmの領域に吸収を有するものであることが好ましい。
このような光ラジカル発生剤としては、多数の化合物が知られており、例えば特開2008-268884号公報に記載されているようなカルボニル化合物、ケタール化合物、ベンゾイン化合物、アクリジン化合物、有機過酸化化合物、アゾ化合物、クマリン化合物、アジド化合物、メタロセン化合物、ヘキサアリールビイミダゾール化合物、有機ホウ酸化合物、ジスルホン酸化合物、オキシムエステル化合物、アシルホスフィン(オキシド)化合物、が挙げられる。これらは目的に応じて適宜選択することができる。これらの中でも、ベンゾフェノン化合物、アセトフェノン化合物、ヘキサアリールビイミダゾール化合物、オキシムエステル化合物、及びアシルホスフィン(オキシド)化合物が露光感度の観点から特に好ましい。
前記ベンゾフェノン化合物としては、例えばベンゾフェノン、ミヒラーズケトン、2-メチルベンゾフェノン、3-メチルベンゾフェノン、N,N-ジエチルアミノベンゾフェノン、4-メチルベンゾフェノン、2-クロロベンゾフェノン、4-ブロモベンゾフェノン、2-カルボキシベンゾフェノン、などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記アセトフェノン化合物としては、例えば2,2-ジメトキシ-2-フェニルアセトフェノン、2,2-ジエトキシアセトフェノン、2-(ジメチルアミノ)-2-[(4-メチルフェニル)メチル]-1-[4-(4-モルホリニル)フェニル]-1-ブタノン、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、α-ヒドロキシ-2-メチルフェニルプロパノン、1-ヒドロキシ-1-メチルエチル(p-イソプロピルフェニル)ケトン、1-ヒドロキシ-1-(p-ドデシルフェニル)ケトン、2-メチル-1-(4-メチルチオフェニル)-2-モルホリノプロパン-1-オン、1,1,1-トリクロロメチル-(p-ブチルフェニル)ケトン、2-ベンジル-2-ジメチルアミノ-1-(4-モルホリノフェニル)-ブタノン-1などが挙げられる。市販品の具体例としては、BASF社製のイルガキュア369、イルガキュア379、イルガキュア907などが好適である。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記ヘキサアリールビイミダゾール化合物としては、例えば、特公平6-29285号公報、米国特許第3,479,185号、米国特許第4,311,783号、米国特許第4,622,286号等の各明細書に記載の種々の化合物、具体的には、2,2’-ビス(o-クロロフェニル)-4,4’,5,5’-テトラフェニルビイミダゾール、2,2’-ビス(o-ブロモフェニル))4,4’,5,5’-テトラフェニルビイミダゾール、2,2’-ビス(o,p-ジクロロフェニル)-4,4’,5,5’-テトラフェニルビイミダゾール、2,2’-ビス(o-クロロフェニル)-4,4’,5,5’-テトラ(m-メトキシフェニル)ビイジダゾール、2,2’-ビス(o,o’-ジクロロフェニル)-4,4’,5,5’-テトラフェニルビイミダゾール、2,2’-ビス(o-ニトロフェニル)-4,4’,5,5’-テトラフェニルビイミダゾール、2,2’-ビス(o-メチルフェニル)-4,4’,5,5’-テトラフェニルビイミダゾール、2,2’-ビス(o-トリフルオロフェニル)-4,4’,5,5’-テトラフェニルビイミダゾール、などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記オキシムエステル化合物としては、例えばJ.C.S.Perkin II(1979)1653-1660)、J.C.S.Perkin II(1979)156-162、Journal of Photopolymer Science and Technology(1995)202-232、特開2000-66385号公報記載の化合物、特開2000-80068号公報、特表2004-534797号公報記載の化合物等が挙げられる。具体例としては、BASF社製のイルガキュア(登録商標)OXE-01、OXE-02等が好適である。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記アシルホスフィン(オキシド)化合物としては、例えばBASF社製のイルガキュア819、ダロキュア(登録商標)4265、ダロキュアTPOなどが挙げられる。
光ラジカル発生剤としては、露光感度と透明性の観点から、2-(ジメチルアミノ)-2-[(4-メチルフェニル)メチル]-1-[4-(4-モルホリニル)フェニル]-1-ブタノン、2-ベンジル-2-ジメチルアミノ-1-(4-モルホリノフェニル)-ブタノン-1、2-メチル-1-(4-メチルチオフェニル)-2-モルホリノプロパン-1-オン、2,2’-ビス(2-クロロフェニル)-4,4’,5,5’-テトラフェニルビイミダゾール、N,N-ジエチルアミノベンゾフェノン、1,2-オクタンジオン,1-[4-(フェニルチオ)フェニル]-1,2-オクタンジオン-2-(O-ベンゾイルオキシム)が特に好ましい。
成分(b)の光重合開始剤は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよく、その含有量は、金属ナノワイヤーを含む光重合性組成物の固形分の総質量を基準として、0.1質量%~50質量%であることが好ましく、0.5質量%~30質量%がより好ましく、1質量%~20質量%が更に好ましい。このような数値範囲において、後述の導電性領域と非導電性領域とを含むパターンを導電性層に形成する場合に、良好な感度とパターン形成性が得られる。
(c)バインダー
バインダーとしては、線状有機高分子重合体であって、分子(好ましくは、アクリル系共重合体、スチレン系共重合体を主鎖とする分子)中に少なくとも1つのアルカリ可溶性を促進する基(例えばカルボキシル基、リン酸基、スルホン酸基など)を有するアルカリ可溶性樹脂の中から適宜選択することができる。
これらの中でも、有機溶剤に可溶でアルカリ水溶液に可溶なものが好ましく、また、酸解離性基を有し、酸の作用により酸解離性基が解離した時にアルカリ可溶となるものが特に好ましい。
ここで、前記酸解離性基とは、酸の存在下で解離することが可能な官能基を表す。
バインダーとしては、線状有機高分子重合体であって、分子(好ましくは、アクリル系共重合体、スチレン系共重合体を主鎖とする分子)中に少なくとも1つのアルカリ可溶性を促進する基(例えばカルボキシル基、リン酸基、スルホン酸基など)を有するアルカリ可溶性樹脂の中から適宜選択することができる。
これらの中でも、有機溶剤に可溶でアルカリ水溶液に可溶なものが好ましく、また、酸解離性基を有し、酸の作用により酸解離性基が解離した時にアルカリ可溶となるものが特に好ましい。
ここで、前記酸解離性基とは、酸の存在下で解離することが可能な官能基を表す。
前記バインダーの製造には、例えば公知のラジカル重合法による方法を適用することができる。前記ラジカル重合法でアルカリ可溶性樹脂を製造する際の温度、圧力、ラジカル開始剤の種類及びその量、溶媒の種類等々の重合条件は、当業者において容易に設定可能であり、実験的に条件を定めることができる。
前記線状有機高分子重合体としては、側鎖にカルボン酸を有するポリマーが好ましい。
前記側鎖にカルボン酸を有するポリマーとしては、例えば特開昭59-44615号、特公昭54-34327号、特公昭58-12577号、特公昭54-25957号、特開昭59-53836号、特開昭59-71048号の各公報に記載されているような、メタクリル酸共重合体、アクリル酸共重合体、イタコン酸共重合体、クロトン酸共重合体、マレイン酸共重合体、部分エステル化マレイン酸共重合体等、並びに側鎖にカルボン酸を有する酸性セルロース誘導体、水酸基を有するポリマーに酸無水物を付加させたもの等であり、更に側鎖に(メタ)アクリロイル基を有する高分子重合体も好ましいものとして挙げられる。
前記側鎖にカルボン酸を有するポリマーとしては、例えば特開昭59-44615号、特公昭54-34327号、特公昭58-12577号、特公昭54-25957号、特開昭59-53836号、特開昭59-71048号の各公報に記載されているような、メタクリル酸共重合体、アクリル酸共重合体、イタコン酸共重合体、クロトン酸共重合体、マレイン酸共重合体、部分エステル化マレイン酸共重合体等、並びに側鎖にカルボン酸を有する酸性セルロース誘導体、水酸基を有するポリマーに酸無水物を付加させたもの等であり、更に側鎖に(メタ)アクリロイル基を有する高分子重合体も好ましいものとして挙げられる。
これらの中でも、ベンジル(メタ)アクリレート/(メタ)アクリル酸共重合体、ベンジル(メタ)アクリレート/(メタ)アクリル酸/他のモノマーからなる多元共重合体が特に好ましい。
更に、側鎖に(メタ)アクリロイル基を有する高分子重合体や(メタ)アクリル酸/グリシジル(メタ)アクリレート/他のモノマーからなる多元共重合体も有用なものとして挙げられる。該ポリマーは任意の量で混合して用いることができる。
更に、側鎖に(メタ)アクリロイル基を有する高分子重合体や(メタ)アクリル酸/グリシジル(メタ)アクリレート/他のモノマーからなる多元共重合体も有用なものとして挙げられる。該ポリマーは任意の量で混合して用いることができる。
前記以外にも、特開平7-140654号公報に記載の、2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート/ポリスチレンマクロモノマー/ベンジルメタクリレート/メタクリル酸共重合体、2-ヒドロキシ-3-フェノキシプロピルアクリレート/ポリメチルメタクリレートマクロモノマー/ベンジルメタクリレート/メタクリル酸共重合体、2-ヒドロキシエチルメタクリレート/ポリスチレンマクロモノマー/メチルメタクリレート/メタクリル酸共重合体、2-ヒドロキシエチルメタクリレート/ポリスチレンマクロモノマー/ベンジルメタクレート/メタクリル酸共重合体、などが挙げられる。
前記アルカリ可溶性樹脂における具体的な構成単位としては、(メタ)アクリル酸と、該(メタ)アクリル酸と共重合可能な他の単量体とが好適である。
前記(メタ)アクリル酸と共重合可能な他の単量体としては、例えばアルキル(メタ)アクリレート、アリール(メタ)アクリレート、ビニル化合物などが挙げられる。これらは、アルキル基及びアリール基の水素原子は、置換基で置換されていてもよい。
前記アルキル(メタ)アクリレート又はアリール(メタ)アクリレートとしては、例えばメチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、ペンチル(メタ)アクリレート、ヘキシル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、フェニル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、トリル(メタ)アクリレート、ナフチル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチル(メタ)アクリレート、グリシジルメタクリレート、テトラヒドロフルフリルメタクリレート、ポリメチルメタクリレートマクロモノマー、などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記アルキル(メタ)アクリレート又はアリール(メタ)アクリレートとしては、例えばメチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、ペンチル(メタ)アクリレート、ヘキシル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、フェニル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、トリル(メタ)アクリレート、ナフチル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチル(メタ)アクリレート、グリシジルメタクリレート、テトラヒドロフルフリルメタクリレート、ポリメチルメタクリレートマクロモノマー、などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記ビニル化合物としては、例えば、スチレン、α-メチルスチレン、ビニルトルエン、アクリロニトリル、ビニルアセテート、N-ビニルピロリドン、ポリスチレンマクロモノマー、CH2=CR11R12〔ただし、R11は水素原子又は炭素数1~5のアルキル基を表し、R12は炭素数6~10の芳香族炭化水素環を表す。〕、などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記バインダーの重量平均分子量は、アルカリ溶解速度、膜物性等の点から、1,000~500,000が好ましく、3,000~300,000がより好ましく、5,000~200,000が更に好ましい。
ここで、前記重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー法により測定し、標準ポリスチレン検量線を用いて求めることができる。
ここで、前記重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー法により測定し、標準ポリスチレン検量線を用いて求めることができる。
成分(c)のバインダーの含有量は、前述の金属ナノワイヤーを含む光重合性組成物の固形分の総質量を基準として、5質量%~90質量%であることが好ましく、10質量%~85質量%がより好ましく、20質量%~80質量%が更に好ましい。前記好ましい含有量範囲であると、現像性と金属ナノワイヤーの導電性の両立が図れる。
(d)その他、上記成分(a)~(c)以外の添加剤
上記成分(a)~(c)以外のその他の添加剤としては、例えば、連鎖移動剤、架橋剤、分散剤、溶媒、界面活性剤、酸化防止剤、硫化防止剤、金属腐食防止剤、粘度調整剤、防腐剤等の各種の添加剤などが挙げられる。
(d-1)連鎖移動剤
連鎖移動剤は、光重合性組成物の露光感度向上のために使用されるものである。このような連鎖移動剤としては、例えば、N,N-ジメチルアミノ安息香酸エチルエステル等のN,N-ジアルキルアミノ安息香酸アルキルエステル、2-メルカプトベンゾチアゾール、2-メルカプトベンゾオキサゾール、2-メルカプトベンゾイミダゾール、N-フェニルメルカプトベンゾイミダゾール、1,3,5-トリス(3-メルカプトブチルオキシエチル)-1,3,5-トリアジン-2,4,6-(1H,3H,5H)-トリオン等の複素環を有するメルカプト化合物、ペンタエリスリトールテトラキス(3-メルカプトプロピオネート)、ペンタエリスリトールテトラキス(3-メルカプトブチレート)、1,4-ビス(3-メルカプトブチリルオキシ)ブタン等の脂肪族多官能メルカプト化合物などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
上記成分(a)~(c)以外のその他の添加剤としては、例えば、連鎖移動剤、架橋剤、分散剤、溶媒、界面活性剤、酸化防止剤、硫化防止剤、金属腐食防止剤、粘度調整剤、防腐剤等の各種の添加剤などが挙げられる。
(d-1)連鎖移動剤
連鎖移動剤は、光重合性組成物の露光感度向上のために使用されるものである。このような連鎖移動剤としては、例えば、N,N-ジメチルアミノ安息香酸エチルエステル等のN,N-ジアルキルアミノ安息香酸アルキルエステル、2-メルカプトベンゾチアゾール、2-メルカプトベンゾオキサゾール、2-メルカプトベンゾイミダゾール、N-フェニルメルカプトベンゾイミダゾール、1,3,5-トリス(3-メルカプトブチルオキシエチル)-1,3,5-トリアジン-2,4,6-(1H,3H,5H)-トリオン等の複素環を有するメルカプト化合物、ペンタエリスリトールテトラキス(3-メルカプトプロピオネート)、ペンタエリスリトールテトラキス(3-メルカプトブチレート)、1,4-ビス(3-メルカプトブチリルオキシ)ブタン等の脂肪族多官能メルカプト化合物などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
連鎖移動剤の含有量は、前述の金属ナノワイヤーを含む光重合性組成物の固形分の総質量を基準として、0.01質量%~15質量%が好ましく、0.1質量%~10質量%がより好ましく、0.5質量%~5質量%が更に好ましい。
(d-2)架橋剤
架橋剤は、フリーラジカル又は酸及び熱により化学結合を形成し、導電層を硬化させる化合物で、例えばメチロール基、アルコキシメチル基、アシロキシメチル基から選ばれる少なくとも1つの基で置換されたメラミン系化合物、グアナミン系化合物、グリコールウリル系化合物、ウレア系化合物、フェノール系化合物もしくはフェノールのエーテル化合物、エポキシ系化合物、オキセタン系化合物、チオエポキシ系化合物、イソシアネート系化合物、又はアジド系化合物、メタクリロイル基又はアクリロイル基などを含むエチレン性不飽和基を有する化合物、などが挙げられる。これらの中でも、膜物性、耐熱性、溶剤耐性の点でエポキシ系化合物、オキセタン系化合物、エチレン性不飽和基を有する化合物が特に好ましい。
また、前記オキセタン系化合物は、1種単独で又はエポキシ系化合物と混合して使用することができる。特にエポキシ系化合物との併用で用いた場合には反応性が高く、膜物性を向上させる観点から好ましい。
なお、架橋剤としてエチレン性不飽和二重結合基を有する化合物を用いる場合、当該架橋剤も、また、前記(c)重合性化合物に包含され、その含有量は、本発明における(c)重合性化合物の含有量に含まれることを考慮すべきである。
架橋剤の含有量は、前述の金属ナノワイヤーを含む光重合性組成物の固形分の総質量を100質量部としたとき、1質量部~250質量部が好ましく、3質量部~200質量部がより好ましい。
架橋剤は、フリーラジカル又は酸及び熱により化学結合を形成し、導電層を硬化させる化合物で、例えばメチロール基、アルコキシメチル基、アシロキシメチル基から選ばれる少なくとも1つの基で置換されたメラミン系化合物、グアナミン系化合物、グリコールウリル系化合物、ウレア系化合物、フェノール系化合物もしくはフェノールのエーテル化合物、エポキシ系化合物、オキセタン系化合物、チオエポキシ系化合物、イソシアネート系化合物、又はアジド系化合物、メタクリロイル基又はアクリロイル基などを含むエチレン性不飽和基を有する化合物、などが挙げられる。これらの中でも、膜物性、耐熱性、溶剤耐性の点でエポキシ系化合物、オキセタン系化合物、エチレン性不飽和基を有する化合物が特に好ましい。
また、前記オキセタン系化合物は、1種単独で又はエポキシ系化合物と混合して使用することができる。特にエポキシ系化合物との併用で用いた場合には反応性が高く、膜物性を向上させる観点から好ましい。
なお、架橋剤としてエチレン性不飽和二重結合基を有する化合物を用いる場合、当該架橋剤も、また、前記(c)重合性化合物に包含され、その含有量は、本発明における(c)重合性化合物の含有量に含まれることを考慮すべきである。
架橋剤の含有量は、前述の金属ナノワイヤーを含む光重合性組成物の固形分の総質量を100質量部としたとき、1質量部~250質量部が好ましく、3質量部~200質量部がより好ましい。
(d-3)分散剤
分散剤は、光重合性組成物中における前述の金属ナノワイヤーが凝集することを防止しつつ分散させるために用いられる。分散剤としては、前記金属ナノワイヤーを分散させることができれば特に制限はなく、目的に応じて適否選択することができる。例えば、顔料分散剤として市販されている分散剤を利用できる。特に金属ナノワイヤーに吸着する性質を持つ高分子分散剤が好ましい。このような高分子分散剤としては、例えばポリビニルピロリドン、BYKシリーズ(ビックケミー社製)、ソルスパースシリーズ(日本ルーブリゾール社製など)、アジスパーシリーズ(味の素株式会社製)などが挙げられる。
なお、分散剤として高分子分散剤を、前記金属ナノワイヤーの製造に用いたもの以外を更に別に添加する場合、当該高分子分散剤も、また、前記成分(c)のバインダーに包含され、その含有量は、前述の成分(c)の含有量に含まれることを考慮すべきである。
分散剤の含有量としては、成分(c)のバインダー100質量部に対し、0.1質量部~50質量部が好ましく、0.5質量部~40質量部がより好ましく、1質量部~30質量部が特に好ましい。
分散剤の含有量を0.1質量部以上とすることで、分散液中での金属ナノワイヤーの凝集が効果的に抑制され、50質量部以下とすることで、付与工程において安定な液膜が形成され、ムラの発生が抑制されるため好ましい。
分散剤は、光重合性組成物中における前述の金属ナノワイヤーが凝集することを防止しつつ分散させるために用いられる。分散剤としては、前記金属ナノワイヤーを分散させることができれば特に制限はなく、目的に応じて適否選択することができる。例えば、顔料分散剤として市販されている分散剤を利用できる。特に金属ナノワイヤーに吸着する性質を持つ高分子分散剤が好ましい。このような高分子分散剤としては、例えばポリビニルピロリドン、BYKシリーズ(ビックケミー社製)、ソルスパースシリーズ(日本ルーブリゾール社製など)、アジスパーシリーズ(味の素株式会社製)などが挙げられる。
なお、分散剤として高分子分散剤を、前記金属ナノワイヤーの製造に用いたもの以外を更に別に添加する場合、当該高分子分散剤も、また、前記成分(c)のバインダーに包含され、その含有量は、前述の成分(c)の含有量に含まれることを考慮すべきである。
分散剤の含有量としては、成分(c)のバインダー100質量部に対し、0.1質量部~50質量部が好ましく、0.5質量部~40質量部がより好ましく、1質量部~30質量部が特に好ましい。
分散剤の含有量を0.1質量部以上とすることで、分散液中での金属ナノワイヤーの凝集が効果的に抑制され、50質量部以下とすることで、付与工程において安定な液膜が形成され、ムラの発生が抑制されるため好ましい。
(d-4)溶媒
溶媒は、前述の金属ナノワイヤー並びに特定アルコキシド化合物と、光重合性組成物とを含む組成物を基材表面に膜状に形成するための塗布液とするために使用される成分であり、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、3-エトキシプロピオン酸エチル、3-メトキシプロピオン酸メチル、乳酸エチル、3-メトキシブタノール、水、1-メトキシ-2-プロパノール、イソプロピルアセテート、乳酸メチル、N-メチルピロリドン(NMP)、γ-ブチロラクトン(GBL)、プロピレンカーボネート、などが挙げられる。この溶媒は、前述の金属ナノワイヤーの分散液の溶媒の少なくとも一部が兼ねていてもよい。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
このような溶媒を含む塗布液の固形分濃度は、0.1質量%~20質量%の範囲で含有させることが好ましい。
溶媒は、前述の金属ナノワイヤー並びに特定アルコキシド化合物と、光重合性組成物とを含む組成物を基材表面に膜状に形成するための塗布液とするために使用される成分であり、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、3-エトキシプロピオン酸エチル、3-メトキシプロピオン酸メチル、乳酸エチル、3-メトキシブタノール、水、1-メトキシ-2-プロパノール、イソプロピルアセテート、乳酸メチル、N-メチルピロリドン(NMP)、γ-ブチロラクトン(GBL)、プロピレンカーボネート、などが挙げられる。この溶媒は、前述の金属ナノワイヤーの分散液の溶媒の少なくとも一部が兼ねていてもよい。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
このような溶媒を含む塗布液の固形分濃度は、0.1質量%~20質量%の範囲で含有させることが好ましい。
(d-5)金属腐食防止剤
金属ナノワイヤーの金属腐食防止剤を含有させておくことが好ましい。このような金属腐食防止剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えばチオール類、アゾール類などが好適である。
金属腐食防止剤を含有させることで、防錆効果を発揮させることができ、導電性部材の経時による導電性及び透明性の低下を抑制することができる。金属腐食防止剤は感光性層形成用組成物中に、適した溶媒で溶解した状態、又は粉末で添加するか、後述する導電層用塗布液による導電膜を作製後に、これを金属腐食防止剤浴に浸すことで付与することができる。
金属腐食防止剤を添加する場合は、金属ナノワイヤーに対して0.5質量%~10質量%含有させることが好ましい。
金属ナノワイヤーの金属腐食防止剤を含有させておくことが好ましい。このような金属腐食防止剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えばチオール類、アゾール類などが好適である。
金属腐食防止剤を含有させることで、防錆効果を発揮させることができ、導電性部材の経時による導電性及び透明性の低下を抑制することができる。金属腐食防止剤は感光性層形成用組成物中に、適した溶媒で溶解した状態、又は粉末で添加するか、後述する導電層用塗布液による導電膜を作製後に、これを金属腐食防止剤浴に浸すことで付与することができる。
金属腐食防止剤を添加する場合は、金属ナノワイヤーに対して0.5質量%~10質量%含有させることが好ましい。
その他マトリックスとしては、前述の金属ナノワイヤーの製造の際に使用された分散剤としての高分子化合物を、マトリックスを構成する成分の少なくとも一部として使用することが可能である。
[導電性層の製造方法]
前記導電性層は、例えば、平均短軸長が150nm以下の金属ナノワイヤーと、前記特定アルコキシド化合物と、水とを含む液状組成物を、基材上に付与して液膜を形成し、この液膜中で特定アルコキシド化合物の加水分解及び重縮合の反応(以下、この加水分解及び重縮合の反応を「ゾルゲル反応」ともいう)を起こさせ、更に必要に応じて溶媒としての水を加熱して蒸発させて乾燥することにより導電性層を製造することができる。液状組成物(以下、「ゾルゲル塗布液」ともいう)の調製に際しては、金属ナノワイヤーの水分散液を別に調製しておき、これと特定アルコキシド化合物とを混合してもよい。更に、特定アルコキシド化合物を含む水溶液を調製したのち、この水溶液を加熱して特定アルコキシド化合物の少なくとも一部を加水分解及び重縮合させてゾル状態とし、このゾル状態にある水溶液と金属ナノワイヤーの水分散液とを混合したものを液状組成物としてもよい。
前記導電性層は、例えば、平均短軸長が150nm以下の金属ナノワイヤーと、前記特定アルコキシド化合物と、水とを含む液状組成物を、基材上に付与して液膜を形成し、この液膜中で特定アルコキシド化合物の加水分解及び重縮合の反応(以下、この加水分解及び重縮合の反応を「ゾルゲル反応」ともいう)を起こさせ、更に必要に応じて溶媒としての水を加熱して蒸発させて乾燥することにより導電性層を製造することができる。液状組成物(以下、「ゾルゲル塗布液」ともいう)の調製に際しては、金属ナノワイヤーの水分散液を別に調製しておき、これと特定アルコキシド化合物とを混合してもよい。更に、特定アルコキシド化合物を含む水溶液を調製したのち、この水溶液を加熱して特定アルコキシド化合物の少なくとも一部を加水分解及び重縮合させてゾル状態とし、このゾル状態にある水溶液と金属ナノワイヤーの水分散液とを混合したものを液状組成物としてもよい。
〔触媒〕
導電性層を形成する液状組成物は、ゾルゲル反応を促進させる触媒の少なくとも1種を含むことが好ましい。触媒としては、ケイ素を含むアルコキシド化合物の加水分解及び重縮合の反応を促進させるものであれば特に制限はなく、通常用いられる触媒から適宜選択して使用することができる。
このような触媒としては、酸及び塩基性化合物が挙げられる。これらはそのまま使用することもできるし、水又はアルコールなどの溶媒に溶解させた状態のもの(以下、これらを包括してそれぞれ酸性触媒、塩基性触媒とも称する)で使用してもよい。
酸又は塩基性化合物を溶媒に溶解させる際の濃度については特に限定はなく、用いる酸又は塩基性化合物の特性、触媒の所望の含有量などに応じて適宜選択すればよい。ここで、触媒を構成する酸或いは塩基性化合物の濃度が高い場合は、加水分解、重縮合速度が速くなる傾向がある。但し、濃度の高過ぎる塩基性触媒を用いると、沈殿物が生成して導電性層に欠陥となって現れる場合があるので、塩基性触媒を用いる場合、その濃度は液状組成物での濃度換算で1N以下であることが望ましい。
導電性層を形成する液状組成物は、ゾルゲル反応を促進させる触媒の少なくとも1種を含むことが好ましい。触媒としては、ケイ素を含むアルコキシド化合物の加水分解及び重縮合の反応を促進させるものであれば特に制限はなく、通常用いられる触媒から適宜選択して使用することができる。
このような触媒としては、酸及び塩基性化合物が挙げられる。これらはそのまま使用することもできるし、水又はアルコールなどの溶媒に溶解させた状態のもの(以下、これらを包括してそれぞれ酸性触媒、塩基性触媒とも称する)で使用してもよい。
酸又は塩基性化合物を溶媒に溶解させる際の濃度については特に限定はなく、用いる酸又は塩基性化合物の特性、触媒の所望の含有量などに応じて適宜選択すればよい。ここで、触媒を構成する酸或いは塩基性化合物の濃度が高い場合は、加水分解、重縮合速度が速くなる傾向がある。但し、濃度の高過ぎる塩基性触媒を用いると、沈殿物が生成して導電性層に欠陥となって現れる場合があるので、塩基性触媒を用いる場合、その濃度は液状組成物での濃度換算で1N以下であることが望ましい。
酸性触媒及び塩基性触媒の種類は特に限定されない。濃度の高い触媒を用いる必要がある場合には、導電性層中にほとんど残留しないような元素から構成される触媒を選択することが好ましい。具体的に、酸性触媒としては、塩酸などのハロゲン化水素、硝酸、硫酸、亜硫酸、硫化水素、過塩素酸、過酸化水素、炭酸等の無機酸、蟻酸や酢酸等のカルボン酸、RCOOHで示される構造式のRが置換基を有する置換カルボン酸、ベンゼンスルホン酸などのスルホン酸などが挙げられる。また塩基性触媒としては、アンモニア水などのアンモニア性塩基、エチルアミンやアニリンなどの有機アミンなどが挙げられる。
ここでRは、炭化水素基を表す。Rで表される炭化水素基は前記一般式(II)における炭化水素基と同義であり、好ましい態様も同様である。
ここでRは、炭化水素基を表す。Rで表される炭化水素基は前記一般式(II)における炭化水素基と同義であり、好ましい態様も同様である。
前記酸性触媒及び塩基性触媒は、金属ナノワイヤーに対する酸化性を示さない酸性触媒及び塩基性触媒であることが好ましい。具体的には例えば、蟻酸や酢酸等のカルボン酸、RCOOHで示される構造式の置換カルボン酸、塩酸、硫酸、燐酸、ホスホン酸、スルホン酸等を挙げることができる。これらの中でも、金属ナノワイヤーが銀ナノワイヤーを含む場合、酢酸等の脂肪族カルボン酸、塩酸、硫酸からなる群より選ばれる少なくとも1種を用いてゾルゲル反応を行うことが好ましく、酢酸等の脂肪族カルボン酸からなる群より選ばれる少なくとも1種を用いてゾルゲル反応を行うことがより好ましい。
金属ナノワイヤーに対する酸化性を示さない酸性触媒又は塩基性触媒を用いて、ゾルゲル反応を行うことで、金属ナノワイヤーの酸化が抑制され、導電性と耐熱性、耐湿熱性により優れる導電性部材を構成することができる。また液状組成物のポットライフの観点から酸性触媒を用いることが更に好ましい。
金属ナノワイヤーに対する酸化性を示さない酸性触媒又は塩基性触媒を用いて、ゾルゲル反応を行うことで、金属ナノワイヤーの酸化が抑制され、導電性と耐熱性、耐湿熱性により優れる導電性部材を構成することができる。また液状組成物のポットライフの観点から酸性触媒を用いることが更に好ましい。
前記触媒として、金属錯体からなるルイス酸触媒もまた好ましく使用できる。特に好ましい触媒は、金属錯体触媒であり、周期律表の2A、3B、4A及び5A族から選ばれる金属元素とβ-ジケトン、ケトエステル、ヒドロキシカルボン酸又はそのエステル、アミノアルコール、並びにエノール性活性水素化合物からなる群より選ばれるオキソ又はヒドロキシ酸素含有化合物である配位子とから構成される金属錯体である。
構成金属元素の中では、Mg、Ca、St、Baなどの2A族元素、Al、Gaなどの3B族元素、Ti、Zrなどの4A族元素及びV、Nb及びTaなどの5A族元素が好ましく、それぞれ触媒効果の優れた錯体を形成する。その中でもZr、Al及びTiからなる群より選ばれる金属元素を含む錯体が優れており、好ましい。
構成金属元素の中では、Mg、Ca、St、Baなどの2A族元素、Al、Gaなどの3B族元素、Ti、Zrなどの4A族元素及びV、Nb及びTaなどの5A族元素が好ましく、それぞれ触媒効果の優れた錯体を形成する。その中でもZr、Al及びTiからなる群より選ばれる金属元素を含む錯体が優れており、好ましい。
上記金属錯体の配位子を構成するオキソ又はヒドロキシ酸素含有化合物の具体例としては、アセチルアセトン(2,4-ペンタンジオン)、2,4-ヘプタンジオンなどのβジケトン、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、アセト酢酸ブチルなどのケトエステル類、乳酸、乳酸メチル、サリチル酸、サリチル酸エチル、サリチル酸フェニル、リンゴ酸,酒石酸、酒石酸メチルなどのヒドロキシカルボン酸及びそのエステル、4-ヒドロキシー4-メチル-2-ペンタノン、4-ヒドロキシ-2-ペンタノン、4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ヘプタノン、4-ヒドロキシ-2-ヘプタノンなどのケトアルコール類、モノエタノールアミン、N,N-ジメチルエタノールアミン、N-メチル-モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミンなどのアミノアルコール類、メチロールメラミン、メチロール尿素、メチロールアクリルアミド、マロン酸ジエチルエステルなどのエノール性活性化合物、アセチルアセトン(2,4-ペンタンジオン)のメチル基、メチレン基又はカルボニル炭素に置換基を有するアセチルアセトン誘導体などが挙げられる。
好ましい配位子はアセチルアセトン誘導体であり、アセチルアセトン誘導体は、本発明においては、アセチルアセトンのメチル基、メチレン基又はカルボニル炭素に置換基を有する化合物を指す。アセチルアセトンのメチル基に置換する置換基としては、いずれも炭素数が1~3の直鎖又は分岐のアルキル基、アシル基、ヒドロキシアルキル基、カルボキシアルキル基、アルコキシ基、アルコキシアルキル基であり、アセチルアセトンのメチレン基に置換する置換基としてはカルボキシル基、いずれも炭素数が1~3の直鎖又は分岐のカルボキシアルキル基及びヒドロキシアルキル基であり、アセチルアセトンのカルボニル炭素に置換する置換基としては炭素数が1~3のアルキル基であってこの場合はカルボニル酸素には水素原子が付加して水酸基となる。
好ましいアセチルアセトン誘導体の具体例としては、エチルカルボニルアセトン、n-プロピルカルボニルアセトン、i-プロピルカルボニルアセトン、ジアセチルアセトン、1―アセチル-1-プロピオニル-アセチルアセトン、ヒドロキシエチルカルボニルアセトン、ヒドロキシプロピルカルボニルアセトン、アセト酢酸、アセトプロピオン酸、ジアセト酢酸、3,3-ジアセトプロピオン酸、4,4-ジアセト酪酸、カルボキシエチルカルボニルアセトン、カルボキシプロピルカルボニルアセトン、ジアセトンアルコールが挙げられる。中でも、アセチルアセトン及びジアセチルアセトンがとくに好ましい。上記のアセチルアセトン誘導体と上記金属元素の錯体は、金属元素1個当たりにアセチルアセトン誘導体が1~4分子配位する単核錯体であり、金属元素の配位可能の手がアセチルアセトン誘導体の配位可能結合手の数の総和よりも多い場合には、水分子、ハロゲンイオン、ニトロ基、アンモニオ基など通常の錯体に汎用される配位子が配位してもよい。
好ましい金属錯体の例としては、トリス(アセチルアセトナト)アルミニウム錯塩、ジ(アセチルアセトナト)アルミニウム・アコ錯塩、モノ(アセチルアセトナト)アルミニウム・クロロ錯塩、ジ(ジアセチルアセトナト)アルミニウム錯塩、エチルアセトアセテートアルミニウムジイソプロピレート、アルミニウムトリス(エチルアセトアセテート)、環状アルミニウムオキサイドイソプロピレート、トリス(アセチルアセトナト)バリウム錯塩、ジ(アセチルアセトナト)チタニウム錯塩、トリス(アセチルアセトナト)チタニウム錯塩、ジ-i-プロポキシ・ビス(アセチルアセトナト)チタニウム錯塩、ジルコニウムトリス(エチルアセトアセテート)、ジルコニウムトリス(安息香酸)錯塩、等が挙げられる。これらは水系塗布液での安定性及び、加熱乾燥時のゾルゲル反応でのゲル化促進効果に優れているが、中でも、特にエチルアセトアセテートアルミニウムジイソプロピレート、アルミニウムトリス(エチルアセトアセテート)、ジ(アセチルアセトナト)チタニウム錯塩、ジルコニウムトリス(エチルアセトアセテート)が好ましい。
上記した金属錯体の対塩の記載を本明細書においては省略しているが、対塩の種類は、錯体化合物としての電荷の中性を保つ水溶性塩である限り任意であり、例えば硝酸塩、ハロゲン酸塩、硫酸塩、燐酸塩などの化学量論的中性が確保される塩の形が用いられる。
金属錯体のシリカゾルゲル反応での挙動については、J.Sol-Gel.Sci.and Tec.16.209(1999)に詳細な記載がある。反応メカニズムとしては以
下のスキームを推定している。すなわち、液状組成物中では、金属錯体は、配位構造を取って安定であり、基材に付与後の加熱乾燥過程に始まる脱水縮合反応では、酸触媒に似た機構で架橋を促進させるものと考えられる。いずれにしても、この金属錯体を用いたことにより液状組成物の経時安定性、並びに導電性層の皮膜面質及び高耐久性に優れるものを得られる。
上記の金属錯体触媒は、市販品として容易に入手でき、また公知の合成方法、例えば各金属塩化物とアルコールとの反応によっても得られる。
金属錯体のシリカゾルゲル反応での挙動については、J.Sol-Gel.Sci.and Tec.16.209(1999)に詳細な記載がある。反応メカニズムとしては以
下のスキームを推定している。すなわち、液状組成物中では、金属錯体は、配位構造を取って安定であり、基材に付与後の加熱乾燥過程に始まる脱水縮合反応では、酸触媒に似た機構で架橋を促進させるものと考えられる。いずれにしても、この金属錯体を用いたことにより液状組成物の経時安定性、並びに導電性層の皮膜面質及び高耐久性に優れるものを得られる。
上記の金属錯体触媒は、市販品として容易に入手でき、また公知の合成方法、例えば各金属塩化物とアルコールとの反応によっても得られる。
前記液状組成物が触媒を含む場合、前記触媒は、液状組成物の固形分に対して、好ましくは50質量%以下、更に好ましくは5質量%~25質量%の範囲で使用される。触媒は、単独で用いても2種以上を組み合わせて使用してもよい。
〔溶剤〕
上記の液状組成物は、必要に応じて、水に加えて有機溶剤を含有してもよい。有機溶剤を含有することにより基材上に、より均一な液膜を形成することができる。
このような有機溶剤としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン等のケトン系溶剤、メタノール、エタノール、2-プロパノール、1-プロパノール、1-ブタノール、tert-ブタノール等のアルコール系溶剤、クロロホルム、塩化メチレン等の塩素系溶剤、ベンゼン、トルエン等の芳香族系溶剤、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソプロピルなどのエステル系溶剤、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル系溶剤、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル等のグリコールエーテル系溶剤、などが挙げられる。これらの中でもアルコール系溶剤が好ましく、炭素数が4以下のアルコール系溶剤がより好ましい。
有機溶剤は1種単独でも、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
上記の液状組成物は、必要に応じて、水に加えて有機溶剤を含有してもよい。有機溶剤を含有することにより基材上に、より均一な液膜を形成することができる。
このような有機溶剤としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン等のケトン系溶剤、メタノール、エタノール、2-プロパノール、1-プロパノール、1-ブタノール、tert-ブタノール等のアルコール系溶剤、クロロホルム、塩化メチレン等の塩素系溶剤、ベンゼン、トルエン等の芳香族系溶剤、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソプロピルなどのエステル系溶剤、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル系溶剤、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル等のグリコールエーテル系溶剤、などが挙げられる。これらの中でもアルコール系溶剤が好ましく、炭素数が4以下のアルコール系溶剤がより好ましい。
有機溶剤は1種単独でも、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
液状組成物が有機溶剤を含む場合、導電性層の表面粗さRaを所望の範囲とする観点から、有機溶剤の含有率は溶媒の総質量中に20~95質量%であることが好ましく、10~90質量%であることがより好ましく、20~85質量%であることがより好ましい。
有機溶剤の含有率が95質量%以上であると、金属ナノワイヤーが凝集する傾向がある。また95質量%以下であると導電性層の表面粗さRaをより小さくできる傾向がある。
有機溶剤の含有率が95質量%以上であると、金属ナノワイヤーが凝集する傾向がある。また95質量%以下であると導電性層の表面粗さRaをより小さくできる傾向がある。
前記液状組成物に含まれる特定アルコキシド化合物の含有率は、基材への付与方法等に応じて適宜選択することができる。例えば、液状組成物の総質量中に0.1質量%以上50質量%以下の範囲が好ましく、0.2質量%以上20質量%以下の範囲がより好ましく、0.4質量%以上10質量%以下の範囲が最も好ましい。
また前記液状組成物は、必要に応じて、その他の成分を更に含んでいてもよい。その他の成分としては、無機微粒子、酸化防止剤、界面活性剤等を挙げることができる。
前記液状組成物を基材上に付与して液膜を形成する方法としては、液状組成物を基材上に塗布する方法を挙げることができる。塗布方法としては特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。塗布方法としては例えば、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、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、などが挙げられる。
前記液状組成物の基材への付与量は、液状組成物の構成等に応じて適宜選択することができる。例えば、金属ナノワイヤーの付与量として、0.001g/m2~0.100g/m2の範囲とすることができる。好ましくは0.002g/m2~0.050g/m2の範囲であり、より好ましくは0.003g/m2~0.040g/m2の範囲である。
基板上に形成された液状組成物の液膜中においては、特定アルコキシド化合物の加水分解及び縮合の反応が起こるが、その反応を促進させるために、上記液膜を加熱処理して、液膜中の溶媒の少なくとも一部を除去して乾燥することが好ましい。ゾルゲル反応を促進させるための加熱温度は、30℃~200℃の範囲が適しており、50℃~180℃の範囲がより好ましい。加熱、乾燥時間は10秒間~300分間が好ましく、1分間~120分間がより好ましい。
本発明の導電性層の平均膜厚は、0.01μm~2μmが好ましく、0.02μm~1μmが更に好ましく、0.03μm~0.8μmがより好まく、0.05μm~0.5μmが更により好ましい。膜厚を0.01μm以上50μm以下とすることで、十分な耐久性、膜強度が得られる。特に、0.05μm~0.5μmの範囲とすれば、製造上の許容範囲が確保されるので好ましい。
前記導電性層の平均膜厚は、電子顕微鏡による導電性層断面の直接観察により、導電性層の膜厚を5点測定し、その算術平均値として算出される。また導電性層の平均膜厚は金属ワイヤーの存在しないマトリックス成分のみの厚みを測定して算出した。以下に示す本実施例においては電子顕微鏡を用いて測定される平均膜厚を記載している。
前記導電性層の平均膜厚は、電子顕微鏡による導電性層断面の直接観察により、導電性層の膜厚を5点測定し、その算術平均値として算出される。また導電性層の平均膜厚は金属ワイヤーの存在しないマトリックス成分のみの厚みを測定して算出した。以下に示す本実施例においては電子顕微鏡を用いて測定される平均膜厚を記載している。
更に前記導電性層は、導電性、接触抵抗、及びエッチング特性の観点から、平均膜厚に対する表面粗さRaの比(表面粗さRa(nm)/平均膜厚(nm))が0.05~250の範囲であることが好ましく、1~100の範囲であることがより好ましく、3~50の範囲であることが更に好ましく、4~10の範囲であることが最も好ましい。表面粗さRa(nm)/平均膜厚(nm)の比が0.05~250の範囲であることで、導電性、接触抵抗、及びエッチング特性により優れた導電性部材が得られる。
[導電性層の形状]
前記導電性部材における、基材表面に垂直な方向から観察した場合の形状は、特に制限されず、目的に応じて適宜選択できる。また導電性層は導電性領域に加えて非導電性領域を含むものであってもよい。すなわち導電性層は、導電性層の全領域が導電性領域である第一の態様(以下、この導電性層を「非パターン化導電性層」ともいう)、及び導電性層が導電性領域と非導電性領域とを含む第二の態様(以下、この導電性層を「パターン化導電性層」ともいう)の何れであってもよい。第二の態様の場合には、非導電性領域に金属ナノワイヤーが含まれていても含まれていなくてもよい。非導電性領域に金属ナノワイヤーが含まれている場合、非導電性領域に含まれる金属ナノワイヤーは断線されている。
第一の態様に係る導電性部材は、例えば太陽電池の透明電極として使用することができる。
また、第二の態様に係る導電性部材は、例えばタッチパネルを作成する場合に使用される。この場合、所望の形状を有する導電性領域と非導電性領域とが形成される。
前記導電性部材における、基材表面に垂直な方向から観察した場合の形状は、特に制限されず、目的に応じて適宜選択できる。また導電性層は導電性領域に加えて非導電性領域を含むものであってもよい。すなわち導電性層は、導電性層の全領域が導電性領域である第一の態様(以下、この導電性層を「非パターン化導電性層」ともいう)、及び導電性層が導電性領域と非導電性領域とを含む第二の態様(以下、この導電性層を「パターン化導電性層」ともいう)の何れであってもよい。第二の態様の場合には、非導電性領域に金属ナノワイヤーが含まれていても含まれていなくてもよい。非導電性領域に金属ナノワイヤーが含まれている場合、非導電性領域に含まれる金属ナノワイヤーは断線されている。
第一の態様に係る導電性部材は、例えば太陽電池の透明電極として使用することができる。
また、第二の態様に係る導電性部材は、例えばタッチパネルを作成する場合に使用される。この場合、所望の形状を有する導電性領域と非導電性領域とが形成される。
前記非導電性領域及び導電性領域における表面抵抗率は特に制限されない。非導電性領域における表面抵抗率は例えば、1×107Ω/□以上であることが好ましく、1×108Ω/□以上であることがより好ましい。また導電性領域における表面抵抗率は例えば、1×103Ω/□以下であることが好ましく、9×102Ω/□以下であることがより好ましい。
パターン化導電性層は、例えば下記パターニング方法により製造される。
(1)予め非パターン化導電性層を形成しておき、この非パターン化導電性層の所望の領域に含まれる金属ナノワイヤーに炭酸ガスレーザー、YAGレーザー等の高エネルギーのレーザー光線を照射して、金属ナノワイヤーの一部を断線又は消失させて当該所望の領域を非導電性領域とするパターニング方法。この方法は、例えば、特開2010-4496号公報に記載されている。
(2)予め形成した非パターン化導電性層上にレジスト層を形成し得る感光性組成物(フォトレジスト)層を設け、この感光性組成物層に所望のパターン露光及び現像を行って、当該パターン状のレジスト層を形成したのちに、金属ナノワイヤーを溶解可能なエッチング液を付与して処理するウェットプロセスか、又は反応性イオンエッチングのようなドライプロセスにより、レジストで保護されていない領域の導電性層中の金属ナノワイヤーをエッチング除去するパターニング方法。この方法は、例えば特表2010-507199号公報(特に、段落0212~0217)に記載されている。
(3)予め形成した非パターン化導電性層上に、金属ナノワイヤーを溶解可能なエッチング液を所望のパターン状に付与して、エッチング液が付与された領域の導電性層中の金属ナノワイヤーをエッチング除去するパターニング方法。
(1)予め非パターン化導電性層を形成しておき、この非パターン化導電性層の所望の領域に含まれる金属ナノワイヤーに炭酸ガスレーザー、YAGレーザー等の高エネルギーのレーザー光線を照射して、金属ナノワイヤーの一部を断線又は消失させて当該所望の領域を非導電性領域とするパターニング方法。この方法は、例えば、特開2010-4496号公報に記載されている。
(2)予め形成した非パターン化導電性層上にレジスト層を形成し得る感光性組成物(フォトレジスト)層を設け、この感光性組成物層に所望のパターン露光及び現像を行って、当該パターン状のレジスト層を形成したのちに、金属ナノワイヤーを溶解可能なエッチング液を付与して処理するウェットプロセスか、又は反応性イオンエッチングのようなドライプロセスにより、レジストで保護されていない領域の導電性層中の金属ナノワイヤーをエッチング除去するパターニング方法。この方法は、例えば特表2010-507199号公報(特に、段落0212~0217)に記載されている。
(3)予め形成した非パターン化導電性層上に、金属ナノワイヤーを溶解可能なエッチング液を所望のパターン状に付与して、エッチング液が付与された領域の導電性層中の金属ナノワイヤーをエッチング除去するパターニング方法。
上記感光性組成物層のパターン露光に用いる光源は、感光性組成物の感光波長域との関連で選定されるが、一般的にはg線、h線、i線、j線等の紫外線が好ましく用いられる。また、青色LEDを用いてもよい。
パターン露光の方法にも特に制限はなく、フォトマスクを利用した面露光で行ってもよいし、レーザービーム等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、反射投影露光などの露光方式を用いることができる。
パターン露光の方法にも特に制限はなく、フォトマスクを利用した面露光で行ってもよいし、レーザービーム等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、反射投影露光などの露光方式を用いることができる。
前記金属ナノワイヤーを溶解可能なエッチング液の付与方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えばスクリーン印刷、インクジェット法、コーター塗布、ローラー塗布、ディップ(浸漬)塗布、スプレー塗布する方法、などが挙げられる。これらの中でも、スクリーン印刷、インクジェット法、コーター塗布、ディップ塗布が特に好ましい。
また前記エッチング液を所望のパターン状に付与する方法としては特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えばスクリーン印刷、インクジェット法などが挙げられる。
前記インクジェット法としては、例えばピエゾ方式及びサーマル方式のいずれも使用可能である。
また前記エッチング液を所望のパターン状に付与する方法としては特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えばスクリーン印刷、インクジェット法などが挙げられる。
前記インクジェット法としては、例えばピエゾ方式及びサーマル方式のいずれも使用可能である。
前記パターンの種類としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、文字、記号、模様、図形、配線パターン、などが挙げられる。
前記パターンの大きさとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、ナノサイズからミリサイズのいずれの大きさであっても構わない。
前記パターンの大きさとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、ナノサイズからミリサイズのいずれの大きさであっても構わない。
前記金属ナノワイヤーを溶解するエッチング液としては、金属ナノワイヤーに応じて適宜選択することができる。例えば金属ナノワイヤーが銀ナノワイヤーの場合には、所謂写真科学業界において、主にハロゲン化銀カラー感光材料の印画紙の漂白、定着工程に使用される漂白定着液、強酸、酸化剤、過酸化水素などが挙げられる。これらの中でも、漂白定着液、希硝酸、過酸化水素が特に好ましい。なお、前記金属ナノワイヤーを溶解するエッチング液による銀ナノワイヤーの溶解は、溶解液を付与した部分の銀ナノワイヤーを完全に溶解しなくてもよく、導電性が消失していれば一部が残存していてもよい。
前記希硝酸の濃度は、1質量%~20質量%であることが好ましい。
前記過酸化水素の濃度は、3質量%~30質量%であることが好ましい。
前記希硝酸の濃度は、1質量%~20質量%であることが好ましい。
前記過酸化水素の濃度は、3質量%~30質量%であることが好ましい。
前記漂白定着液としては、例えば特開平2-207250号公報の第26頁右下欄1行目~34頁右上欄9行目、及び特開平4-97355号公報の第5頁左上欄17行目~18頁右下欄20行目に記載の処理素材や処理方法が好ましく適用できる。
漂白定着時間は、180秒間以下が好ましく、120秒間以下1秒間以上がより好ましく、90秒間以下5秒間以上が更に好ましい。また、水洗又は安定化時間は、180秒間以下が好ましく、120秒間以下1秒間以上がより好ましい。
前記漂白定着液としては、写真用漂白定着液であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、富士フイルム株式会社製CP-48S、CP-49E(カラーペーパー用漂白定着剤)、コダック社製エクタカラーRA漂白定着液、大日本印刷株式会社製漂白定着液D-J2P-02-P2、D-30P2R-01、D-22P2R-01などが挙げられる。これらの中でも、CP-48S、CP-49Eが特に好ましい。
漂白定着時間は、180秒間以下が好ましく、120秒間以下1秒間以上がより好ましく、90秒間以下5秒間以上が更に好ましい。また、水洗又は安定化時間は、180秒間以下が好ましく、120秒間以下1秒間以上がより好ましい。
前記漂白定着液としては、写真用漂白定着液であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、富士フイルム株式会社製CP-48S、CP-49E(カラーペーパー用漂白定着剤)、コダック社製エクタカラーRA漂白定着液、大日本印刷株式会社製漂白定着液D-J2P-02-P2、D-30P2R-01、D-22P2R-01などが挙げられる。これらの中でも、CP-48S、CP-49Eが特に好ましい。
前記金属ナノワイヤーを溶解するエッチング液の粘度は、25℃で、5mPa・s~300,000mPa・sであることが好ましく、10mPa・s~150,000mPa・sであることがより好ましい。前記粘度を、5mPa・sとすることで、エッチング液の拡散を所望の範囲に制御することが容易となって、導電性領域と非導電性領域との境界が明瞭なパターニングが確保され、他方、300,000mPa・s以下とすることで、エッチング液の印刷を負荷なく行うことが確保されると共に、金属ナノワイヤーの溶解に要する処理時間を所望の時間内で完了させることができる。
[中間層]
基材と導電性層との間に少なくとも一層の中間層を有することが好ましい。基材と導電性層との間に中間層を設けることにより、基材と導電性層との密着性、導電性層の全光透過率、導電性層のヘイズ、及び導電性層の膜強度のうちの少なくとも一つの向上を図ることが可能となる。
中間層としては、基材と導電性層との接着力を向上させるための接着剤層、導電性層に含まれる成分との相互作用により機能性を向上させる機能性層などが挙げられ、目的に応じて適宜設けられる。
基材と導電性層との間に少なくとも一層の中間層を有することが好ましい。基材と導電性層との間に中間層を設けることにより、基材と導電性層との密着性、導電性層の全光透過率、導電性層のヘイズ、及び導電性層の膜強度のうちの少なくとも一つの向上を図ることが可能となる。
中間層としては、基材と導電性層との接着力を向上させるための接着剤層、導電性層に含まれる成分との相互作用により機能性を向上させる機能性層などが挙げられ、目的に応じて適宜設けられる。
中間層を更に有する導電性部材の構成について、図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の第一の実施形態に係る導電性部材1を示す概略断面図である。図1に示す導電性部材1は、中間層を有する基材である基板101上に導電性層20が設けられている。導電性部材1は、基材10と導電性層20との間に、基材10との親和性に優れる第1の接着層31と、導電性層20との親和性に優れる第2の接着層32とを含む中間層30とを備える。
図2は、本発明の第二の実施形態に係る導電性部材2を示す概略断面図である。図2に示す導電性部材2は、中間層を有する基材である基板102上に導電性層20が設けられている。導電性部材2は、基材10と導電性層20との間に、前記第一の実施形態と同様の第1の接着層31及び第2の接着層32に加え、導電性層20に隣接して機能性層33を備えて構成される中間層30を有する。本明細書における中間層30は、前記第1の接着層31、第2の接着層32、及び機能性層33から選択される少なくとも1層を含んで構成される層を指す。
図1は、本発明の第一の実施形態に係る導電性部材1を示す概略断面図である。図1に示す導電性部材1は、中間層を有する基材である基板101上に導電性層20が設けられている。導電性部材1は、基材10と導電性層20との間に、基材10との親和性に優れる第1の接着層31と、導電性層20との親和性に優れる第2の接着層32とを含む中間層30とを備える。
図2は、本発明の第二の実施形態に係る導電性部材2を示す概略断面図である。図2に示す導電性部材2は、中間層を有する基材である基板102上に導電性層20が設けられている。導電性部材2は、基材10と導電性層20との間に、前記第一の実施形態と同様の第1の接着層31及び第2の接着層32に加え、導電性層20に隣接して機能性層33を備えて構成される中間層30を有する。本明細書における中間層30は、前記第1の接着層31、第2の接着層32、及び機能性層33から選択される少なくとも1層を含んで構成される層を指す。
中間層30に使用される素材は特に限定されず、上記の特性のいずれか少なくとも一つを向上させるものであればよい。
例えば、中間層として接着層を備える場合、接着層には、接着剤として使用されるポリマー、シランカップリング剤、チタンカップリング剤、Siのアルコキシド化合物を加水分解及び重縮合させて得られるゾルゲル膜などから選ばれる素材が含まれる。
また、導電性層と接する中間層(即ち、中間層30が単層の場合には、当該中間層が、そして中間層30が複数の層を含む場合には、そのうちの導電性層と接する中間層)が、当該導電性層20に含まれる金属ナノワイヤーと相互作用可能な官能基を有する化合物を含む機能性層33であることが、全光透過率、ヘイズ、及び膜強度に優れた導電性層が得られることから好ましい。このような中間層を有する場合においては、導電性層20が金属ナノワイヤーと有機高分子とを含むものであっても、膜強度に優れた導電性層が得られる。
例えば、中間層として接着層を備える場合、接着層には、接着剤として使用されるポリマー、シランカップリング剤、チタンカップリング剤、Siのアルコキシド化合物を加水分解及び重縮合させて得られるゾルゲル膜などから選ばれる素材が含まれる。
また、導電性層と接する中間層(即ち、中間層30が単層の場合には、当該中間層が、そして中間層30が複数の層を含む場合には、そのうちの導電性層と接する中間層)が、当該導電性層20に含まれる金属ナノワイヤーと相互作用可能な官能基を有する化合物を含む機能性層33であることが、全光透過率、ヘイズ、及び膜強度に優れた導電性層が得られることから好ましい。このような中間層を有する場合においては、導電性層20が金属ナノワイヤーと有機高分子とを含むものであっても、膜強度に優れた導電性層が得られる。
この作用は明確ではないが、導電性層20に含まれる金属ナノワイヤーと相互作用可能な官能基を有する化合物を含む中間層を設けることで、導電性層に含まれる金属ナノワイヤーと中間層に含まれる上記の官能基を有する化合物との相互作用により、導電性層における導電性材料の凝集が抑制され、均一分散性が向上し、導電性層中における導電性材料の凝集に起因する透明性やヘイズの低下が抑制されるとともに、密着性に起因して膜強度の向上が達成されるものと考えられる。このような相互作用性を発現しうる中間層を、以下、機能性層と称することがある。機能性層は、金属ナノワイヤーとの相互作用によりその効果を発揮することから、導電性層が金属ナノワイヤーを含んでいれば、導電性層が含むマトリックスに依存せずにその効果を発現する。
上記の金属ナノワイヤーと相互作用可能な官能基としては、例えば金属ナノワイヤーが銀ナノワイヤーの場合には、アミド基、アミノ基、メルカプト基、カルボン酸基、スルホン酸基、リン酸基、ホスホン酸基又はそれらの塩からなる群より選ばれる少なくとも一つであることがより好ましい。更に好ましくは、アミノ基、メルカプト基、リン酸基、ホスホン酸基又はそれらの塩であることが好ましく、最も好ましくはアミノ基である。
上記のような官能基を有する化合物としては、例えばウレイドプロピルトリエトキシシラン、ポリアクリルアミド、ポリメタクリルアミドなどのようなアミド基を有する化合物、例えばN-β(アミノエチル)γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、ビス(ヘキサメチレン)トリアミン、N,N’-ビス(3-アミノプロピル)-1,4-ブタンジアミン四塩酸塩、スペルミン、ジエチレントリアミン、m-キシレンジアミン、メタフェニレンジアミンなどのようなアミノ基を有する化合物、例えば3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、2-メルカプトベンゾチアゾール、トルエン-3,4-ジチオールなどのようなメルカプト基を有する化合物、例えばポリ(p-スチレンスルホン酸ナトリウム)、ポリ(2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸)などのようなスルホン酸又はその塩の基を有する化合物、例えばポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリアスパラギン酸、テレフタル酸、ケイ皮酸、フマル酸、コハク酸などのようなカルボン酸基を有する化合物、例えばホスマーPE、ホスマーCL、ホスマーM、ホスマーMH、及びそれらの重合体、ポリホスマーM-101、ポリホスマーPE-201、ポリホスマーMH-301などのようなリン酸基を有する化合物、例えばフェニルホスホン酸、デシルホスホン酸、メチレンジホスホン酸、ビニルホスホン酸、アリルホスホン酸などのようなホスホン酸基を有する化合物が挙げられる。
これらの官能基を選択することで、導電性層形成用の塗布液を塗布後、金属ナノワイヤーと中間層に含まれる官能基とが相互作用を生じて、乾燥する際に金属ナノワイヤーが凝集するのを抑制し、金属ナノワイヤーが均一に分散された導電性層を形成することができる。
上記のような官能基を有する化合物としては、例えばウレイドプロピルトリエトキシシラン、ポリアクリルアミド、ポリメタクリルアミドなどのようなアミド基を有する化合物、例えばN-β(アミノエチル)γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、ビス(ヘキサメチレン)トリアミン、N,N’-ビス(3-アミノプロピル)-1,4-ブタンジアミン四塩酸塩、スペルミン、ジエチレントリアミン、m-キシレンジアミン、メタフェニレンジアミンなどのようなアミノ基を有する化合物、例えば3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、2-メルカプトベンゾチアゾール、トルエン-3,4-ジチオールなどのようなメルカプト基を有する化合物、例えばポリ(p-スチレンスルホン酸ナトリウム)、ポリ(2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸)などのようなスルホン酸又はその塩の基を有する化合物、例えばポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリアスパラギン酸、テレフタル酸、ケイ皮酸、フマル酸、コハク酸などのようなカルボン酸基を有する化合物、例えばホスマーPE、ホスマーCL、ホスマーM、ホスマーMH、及びそれらの重合体、ポリホスマーM-101、ポリホスマーPE-201、ポリホスマーMH-301などのようなリン酸基を有する化合物、例えばフェニルホスホン酸、デシルホスホン酸、メチレンジホスホン酸、ビニルホスホン酸、アリルホスホン酸などのようなホスホン酸基を有する化合物が挙げられる。
これらの官能基を選択することで、導電性層形成用の塗布液を塗布後、金属ナノワイヤーと中間層に含まれる官能基とが相互作用を生じて、乾燥する際に金属ナノワイヤーが凝集するのを抑制し、金属ナノワイヤーが均一に分散された導電性層を形成することができる。
中間層は、中間層を構成する化合物が溶解、又は分散(懸濁若しくは乳化)した液を基材上に塗布し、乾燥することで形成することができる。塗布方法は一般的な方法を用いることができる。その方法としては特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えばロールコート法、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、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、などが挙げられる。
本発明に係る導電性部材は、優れた耐摩耗性を有する。この耐摩耗性は、例えば、以下の(1)又は(2)の方法により評価することができる。
(1)導電性層の表面を、連続加重引掻試験機(例えば、新東科学株式会社製の連続加重引掻試験機Type18s)を使用し、導電性層の表面と接する面のサイズが20mm×20mmの擦り部材表面にガーゼ(例えば、白十字株式会社製 FCガーゼ)を配置して500g荷重で50往復擦る耐摩耗試験を行った場合に、前記耐摩耗試験前の導電性層の表面抵抗率(Ω/□)に対する前記耐摩耗試験後の導電性層の表面抵抗率(Ω/□)の比(耐摩耗試験後/前記耐摩耗試験)が100以下、より好ましくは50以下、更に好ましくは10以下である。
(2)導電性部材を、直径10mmの円筒マンドレルを装着した円筒形マンドレル屈曲試験器(例えば、コーテック(株)社製の屈曲試験機)を用いて、20回曲げ試験を行った場合に、記試験前の導電性層の表面抵抗率(Ω/□)に対する前記試験後の導電性層の表面抵抗率(Ω/□)の比(曲げ試験後/曲げ試験前)が5.0以下、より好ましくは2.5以下、更に好ましくは2.0以下である。
(1)導電性層の表面を、連続加重引掻試験機(例えば、新東科学株式会社製の連続加重引掻試験機Type18s)を使用し、導電性層の表面と接する面のサイズが20mm×20mmの擦り部材表面にガーゼ(例えば、白十字株式会社製 FCガーゼ)を配置して500g荷重で50往復擦る耐摩耗試験を行った場合に、前記耐摩耗試験前の導電性層の表面抵抗率(Ω/□)に対する前記耐摩耗試験後の導電性層の表面抵抗率(Ω/□)の比(耐摩耗試験後/前記耐摩耗試験)が100以下、より好ましくは50以下、更に好ましくは10以下である。
(2)導電性部材を、直径10mmの円筒マンドレルを装着した円筒形マンドレル屈曲試験器(例えば、コーテック(株)社製の屈曲試験機)を用いて、20回曲げ試験を行った場合に、記試験前の導電性層の表面抵抗率(Ω/□)に対する前記試験後の導電性層の表面抵抗率(Ω/□)の比(曲げ試験後/曲げ試験前)が5.0以下、より好ましくは2.5以下、更に好ましくは2.0以下である。
前記導電性部材は、導電性層が高い導電性と透明性を有すると共に、膜強度が高く、耐摩耗性に優れ、かつ耐屈曲性に優れるので、例えばタッチパネル、ディスプレイ用電極、電磁波シールド、有機ELディスプレイ用電極、無機ELディスプレイ用電極、電子ペーパー、フレキシブルディスプレイ用電極、集積型太陽電池、液晶表示装置、タッチパネル機能付表示装置、その他の各種デバイスなどに幅広く適用される。これらの中でも、タッチパネル及び太陽電池への適用が特に好ましい。
<導電性部材の製造方法>
本発明の導電性部材の製造方法は、(a)金属ナノワイヤーと、Si、Ti、Zr及びAlからなる群より選ばれる元素のアルコキシド化合物の少なくとも1つを加水分解及び重縮合させて得られる部分縮合物と、を含む液状組成物であって、前記金属ナノワイヤーに対する前記アルコキシド化合物の質量比(アルコキシド化合物/金属ナノワイヤー)が、0.25/1~30/1の範囲である液状組成物を基材上に塗布して、液膜を前記基材上に形成することと、(b)前記液膜中の前記アルコキシド化合物を、更に加水分解及び重縮合させてゾルゲル硬化物を形成させることにより、金属ナノワイヤー及びゾルゲル硬化物であるバインダーを含み、前記基材に対向する面とは反対側の面の表面粗さRaが0.5nm~50nmの範囲である導電性層を形成することとを有する。
このような構成を有することで、導電性と接触抵抗に優れると共に、エッチング特性に優れる導電性部材を効率よく製造することができる。
本発明の導電性部材の製造方法は、(a)金属ナノワイヤーと、Si、Ti、Zr及びAlからなる群より選ばれる元素のアルコキシド化合物の少なくとも1つを加水分解及び重縮合させて得られる部分縮合物と、を含む液状組成物であって、前記金属ナノワイヤーに対する前記アルコキシド化合物の質量比(アルコキシド化合物/金属ナノワイヤー)が、0.25/1~30/1の範囲である液状組成物を基材上に塗布して、液膜を前記基材上に形成することと、(b)前記液膜中の前記アルコキシド化合物を、更に加水分解及び重縮合させてゾルゲル硬化物を形成させることにより、金属ナノワイヤー及びゾルゲル硬化物であるバインダーを含み、前記基材に対向する面とは反対側の面の表面粗さRaが0.5nm~50nmの範囲である導電性層を形成することとを有する。
このような構成を有することで、導電性と接触抵抗に優れると共に、エッチング特性に優れる導電性部材を効率よく製造することができる。
前記部分縮合物の重量平均分子量は、導電性、接触抵抗及びエッチング特性の観点から、1,000~50,000の範囲であることが好ましく、4,000~46,000であることが更に好ましく、前記部分縮合物の重量平均分子量が10,000~35,000であることが更に好ましい。
前記製造方法は、(a)に先だって、前記基材における前記液膜が形成される面に、少なくとも1層の中間層を形成することを更に含むことが好ましい。これにより、密着性がさらに向上し、耐磨耗性により優れる導電性部材を製造することができる。
また前記(b)の後に、(c)前記導電性層にパターン状の非導電性領域を形成して、非導電性領域及び導電性領域と有する導電性層を形成することを更に含むこともまた好ましい。これにより、タッチパネル等のデバイス用に好適な導電性部材を製造することができる。
また前記(b)の後に、(c)前記導電性層にパターン状の非導電性領域を形成して、非導電性領域及び導電性領域と有する導電性層を形成することを更に含むこともまた好ましい。これにより、タッチパネル等のデバイス用に好適な導電性部材を製造することができる。
<タッチパネル>
前記導電性部材は、例えば、表面型静電容量方式タッチパネル、投射型静電容量方式タッチパネル、抵抗膜式タッチパネルなどに適用される。ここで、タッチパネルとは、いわゆるタッチセンサ及びタッチパッドを含むものとする。
前記タッチパネルにおけるタッチパネルセンサー電極部の層構成が、2枚の透明電極を貼合する貼合方式、1枚の基材の両面に透明電極を具備する方式、片面ジャンパーあるいはスルーホール方式あるいは片面積層方式のいずれかであることが好ましい。
前記導電性部材は、例えば、表面型静電容量方式タッチパネル、投射型静電容量方式タッチパネル、抵抗膜式タッチパネルなどに適用される。ここで、タッチパネルとは、いわゆるタッチセンサ及びタッチパッドを含むものとする。
前記タッチパネルにおけるタッチパネルセンサー電極部の層構成が、2枚の透明電極を貼合する貼合方式、1枚の基材の両面に透明電極を具備する方式、片面ジャンパーあるいはスルーホール方式あるいは片面積層方式のいずれかであることが好ましい。
前記表面型静電容量方式タッチパネルについては、例えば特表2007-533044号公報に記載されている。
<太陽電池>
前記導電性部材は、集積型太陽電池(以下、太陽電池デバイスと称することもある)における透明電極として有用である。
集積型太陽電池としては、特に制限はなく、太陽電池デバイスとして一般的に用いられるものを使用することができる。例えば、単結晶シリコン系太陽電池デバイス、多結晶シリコン系太陽電池デバイス、シングル接合型、又はタンデム構造型等で構成されるアモルファスシリコン系太陽電池デバイス、ガリウムヒ素(GaAs)やインジウム燐(InP)等のIII-V族化合物半導体太陽電池デバイス、カドミウムテルル(CdTe)等のII-VI族化合物半導体太陽電池デバイス、銅/インジウム/セレン系(いわゆる、CIS系)、銅/インジウム/ガリウム/セレン系(いわゆる、CIGS系)、銅/インジウム/ガリウム/セレン/硫黄系(いわゆる、CIGSS系)等のI-III-VI族化合物半導体太陽電池デバイス、色素増感型太陽電池デバイス、有機太陽電池デバイスなどが挙げられる。これらの中でも、本発明においては、前記太陽電池デバイスが、タンデム構造型等で構成されるアモルファスシリコン系太陽電池デバイス、及び銅/インジウム/セレン系(いわゆる、CIS系)、銅/インジウム/ガリウム/セレン系(いわゆる、CIGS系)、銅/インジウム/ガリウム/セレン/硫黄系(いわゆる、CIGSS系)等のI-III-VI族化合物半導体太陽電池デバイスであることが好ましい。
前記導電性部材は、集積型太陽電池(以下、太陽電池デバイスと称することもある)における透明電極として有用である。
集積型太陽電池としては、特に制限はなく、太陽電池デバイスとして一般的に用いられるものを使用することができる。例えば、単結晶シリコン系太陽電池デバイス、多結晶シリコン系太陽電池デバイス、シングル接合型、又はタンデム構造型等で構成されるアモルファスシリコン系太陽電池デバイス、ガリウムヒ素(GaAs)やインジウム燐(InP)等のIII-V族化合物半導体太陽電池デバイス、カドミウムテルル(CdTe)等のII-VI族化合物半導体太陽電池デバイス、銅/インジウム/セレン系(いわゆる、CIS系)、銅/インジウム/ガリウム/セレン系(いわゆる、CIGS系)、銅/インジウム/ガリウム/セレン/硫黄系(いわゆる、CIGSS系)等のI-III-VI族化合物半導体太陽電池デバイス、色素増感型太陽電池デバイス、有機太陽電池デバイスなどが挙げられる。これらの中でも、本発明においては、前記太陽電池デバイスが、タンデム構造型等で構成されるアモルファスシリコン系太陽電池デバイス、及び銅/インジウム/セレン系(いわゆる、CIS系)、銅/インジウム/ガリウム/セレン系(いわゆる、CIGS系)、銅/インジウム/ガリウム/セレン/硫黄系(いわゆる、CIGSS系)等のI-III-VI族化合物半導体太陽電池デバイスであることが好ましい。
タンデム構造型等で構成されるアモルファスシリコン系太陽電池デバイスの場合、アモルファスシリコン、微結晶シリコン薄膜層、また、これらにGeを含んだ薄膜、更に、これらの2層以上のタンデム構造が光電変換層として用いられる。成膜はプラズマCVD等を用いる。
前記導電性部材は、前記全ての太陽電池デバイスに関して適用できる。導電性部材は、太陽電池デバイスのどの部分に含まれてもよいが、光電変換層に隣接して導電性層が配置されていることがいることが好ましい。光電変換層との位置関係に関しては下記の構成が好ましいが、これに限定されるものではない。また、下記に記した構成は太陽電池デバイスを構成する全ての部分を記載しておらず、前記透明導電層の位置関係が分かる範囲の記載としている。ここで、[ ]で括られた構成が、前記導電性部材に相当する。
(A)[基材-導電性層]-光電変換層
(B)[基材-導電性層]-光電変換層-[導電性層-基材]
(C)基板-電極-光電変換層-[導電性層-基材]
(D)裏面電極-光電変換層-[導電性層-基材]
このような太陽電池の詳細については、例えば特開2010-87105号公報に記載されている。
(A)[基材-導電性層]-光電変換層
(B)[基材-導電性層]-光電変換層-[導電性層-基材]
(C)基板-電極-光電変換層-[導電性層-基材]
(D)裏面電極-光電変換層-[導電性層-基材]
このような太陽電池の詳細については、例えば特開2010-87105号公報に記載されている。
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明は、これらの実施例に何ら限定されるものではない。なお、実施例中の含有率としての「%」、及び、「部」は、いずれも質量基準に基づくものである。
以下の例において、金属ナノワイヤーの平均短軸長(平均直径)及び平均長軸長、短軸長の変動係数、並びに、アスペクト比は、以下のようにして測定した。
以下の例において、金属ナノワイヤーの平均短軸長(平均直径)及び平均長軸長、短軸長の変動係数、並びに、アスペクト比は、以下のようにして測定した。
<金属ナノワイヤーの平均短軸長(平均直径)及び平均長軸長>
透過型電子顕微鏡(TEM;日本電子株式会社製、JEM-2000FX)を用いて拡大観察される金属ナノワイヤーから、ランダムに選択した300個の金属ナノワイヤーの短軸長(直径)と長軸長を測定し、その平均値から金属ナノワイヤーの平均短軸長(平均直径)及び平均長軸長求めた。
<金属ナノワイヤーの短軸長(直径)の変動係数>
上記電子顕微鏡(TEM)像からランダムに選択した300個のナノワイヤーの短軸長(直径)を測定し、その300個についての標準偏差と平均値を計算することにより、求めた。
<平均アスペクト比>
アスペクト比とは、平均短軸長に対する平均長軸長の比(平均長軸長/平均短軸長)を意味する。前述の方法により算出した平均長軸長と平均短軸長から、本実施形態に用いられる金属ナノワイヤーの平均アスペクト比を算出することができる。
透過型電子顕微鏡(TEM;日本電子株式会社製、JEM-2000FX)を用いて拡大観察される金属ナノワイヤーから、ランダムに選択した300個の金属ナノワイヤーの短軸長(直径)と長軸長を測定し、その平均値から金属ナノワイヤーの平均短軸長(平均直径)及び平均長軸長求めた。
<金属ナノワイヤーの短軸長(直径)の変動係数>
上記電子顕微鏡(TEM)像からランダムに選択した300個のナノワイヤーの短軸長(直径)を測定し、その300個についての標準偏差と平均値を計算することにより、求めた。
<平均アスペクト比>
アスペクト比とは、平均短軸長に対する平均長軸長の比(平均長軸長/平均短軸長)を意味する。前述の方法により算出した平均長軸長と平均短軸長から、本実施形態に用いられる金属ナノワイヤーの平均アスペクト比を算出することができる。
調製例1:水系ナノワイヤー
以下、金属ナノワイヤー分散液として銀ナノワイヤーを用いた態様を例に挙げて説明する。
―銀ナノワイヤー分散液(1)の調製―
予め、下記の添加液A、B、C、及び、Dを調製した。
〔添加液A〕
ステアリルトリメチルアンモニウムクロリド60mg、ステアリルトリメチルアンモニウムヒドロキシド10%水溶液6.0g、グルコース2.0gを蒸留水120.0gに溶解させ、反応溶液A-1とした。別に、硝酸銀粉末72mgを蒸留水2.0gに溶解させ、硝酸銀水溶液A-1とした。
前記反応溶液A-1を25℃に保ち、激しく攪拌しながら、前記硝酸銀水溶液A-1を添加した。硝酸銀水溶液A-1の添加後から180分間、激しく攪拌し、添加液Aとした。
〔添加液B〕
硝酸銀粉末42.0gを蒸留水958gに溶解し、添加液Bとした。
〔添加液C〕
25%アンモニア水75gを蒸留水925gと混合し、添加液Cとした。
〔添加液D〕
ポリビニルピロリドン(K30)400gを蒸留水1.6kgに溶解し、添加液Dとした。
以下、金属ナノワイヤー分散液として銀ナノワイヤーを用いた態様を例に挙げて説明する。
―銀ナノワイヤー分散液(1)の調製―
予め、下記の添加液A、B、C、及び、Dを調製した。
〔添加液A〕
ステアリルトリメチルアンモニウムクロリド60mg、ステアリルトリメチルアンモニウムヒドロキシド10%水溶液6.0g、グルコース2.0gを蒸留水120.0gに溶解させ、反応溶液A-1とした。別に、硝酸銀粉末72mgを蒸留水2.0gに溶解させ、硝酸銀水溶液A-1とした。
前記反応溶液A-1を25℃に保ち、激しく攪拌しながら、前記硝酸銀水溶液A-1を添加した。硝酸銀水溶液A-1の添加後から180分間、激しく攪拌し、添加液Aとした。
〔添加液B〕
硝酸銀粉末42.0gを蒸留水958gに溶解し、添加液Bとした。
〔添加液C〕
25%アンモニア水75gを蒸留水925gと混合し、添加液Cとした。
〔添加液D〕
ポリビニルピロリドン(K30)400gを蒸留水1.6kgに溶解し、添加液Dとした。
次に、以下のようにして、銀ナノワイヤー分散液(1)を調製した。ステアリルトリメチルアンモニウムブロミド粉末1.30gと臭化ナトリウム粉末33.1gとグルコース粉末1,000g、硝酸(1N)115.0gを80℃の蒸留水12.7kgに溶解させた。この液を80℃に保ち、500rpmで攪拌しながら、添加液Aを添加速度250cc/分、添加液Bを500cc/分、添加液Cを500cc/分で順次添加した。添加後、攪拌速度を200rpmとし、液温を80℃に維持しながら100分間、加熱攪拌した。その後に、25℃に冷却した。攪拌速度を500rpmに変更し、添加液Dを500cc/分で添加した。この液を仕込液E1とした。
次に、1-プロパノールを激しく攪拌しながら、そこへ仕込液E1を混合比率が体積比1対1となるように一気に添加した。添加後、攪拌を3分間行い、仕込液E2とした。分画分子量15万の限外濾過モジュールを用いて、限外濾過を次の通り実施した。
得られた仕込液E2を4倍に濃縮した後、蒸留水と1-プロパノールの混合溶液(体積比1対1)の添加と濃縮を、最終的にろ液の伝導度が50μS/cm以下になるまで繰り返し、金属含有量0.45%の銀ナノワイヤー分散液(1)を得た。
得られた銀ナノワイヤー分散液(1)の銀ナノワイヤーについて、前述のようにして平均短軸長、平均長軸長、銀ナノワイヤーの短軸長の変動係数、平均アスペクト比を測定した。その結果、平均短軸長17.2nm、平均長軸長7.9μm、変動係数が16.0%であった。平均アスペクト比は459であった。以後、「銀ナノワイヤー分散液(1)」と表記する場合は、上記方法で得られた銀ナノワイヤー分散液を示す。
次に、1-プロパノールを激しく攪拌しながら、そこへ仕込液E1を混合比率が体積比1対1となるように一気に添加した。添加後、攪拌を3分間行い、仕込液E2とした。分画分子量15万の限外濾過モジュールを用いて、限外濾過を次の通り実施した。
得られた仕込液E2を4倍に濃縮した後、蒸留水と1-プロパノールの混合溶液(体積比1対1)の添加と濃縮を、最終的にろ液の伝導度が50μS/cm以下になるまで繰り返し、金属含有量0.45%の銀ナノワイヤー分散液(1)を得た。
得られた銀ナノワイヤー分散液(1)の銀ナノワイヤーについて、前述のようにして平均短軸長、平均長軸長、銀ナノワイヤーの短軸長の変動係数、平均アスペクト比を測定した。その結果、平均短軸長17.2nm、平均長軸長7.9μm、変動係数が16.0%であった。平均アスペクト比は459であった。以後、「銀ナノワイヤー分散液(1)」と表記する場合は、上記方法で得られた銀ナノワイヤー分散液を示す。
(調製例2)
-図1に示す構成を有するPET基板101の作製-
下記の配合で接着用溶液1を調製した。
[接着用溶液1]
・タケラックWS-4000 5.0部
(コーティング用ポリウレタン、固形分濃度30%、三井化学(株)製)
・界面活性剤 0.3部
(ナローアクティHN-100、三洋化成工業(株)製)
・界面活性剤 0.3部
(サンデットBL、固形分濃度43%、三洋化成工業(株)製)
・水 94.4部
-図1に示す構成を有するPET基板101の作製-
下記の配合で接着用溶液1を調製した。
[接着用溶液1]
・タケラックWS-4000 5.0部
(コーティング用ポリウレタン、固形分濃度30%、三井化学(株)製)
・界面活性剤 0.3部
(ナローアクティHN-100、三洋化成工業(株)製)
・界面活性剤 0.3部
(サンデットBL、固形分濃度43%、三洋化成工業(株)製)
・水 94.4部
基材である厚さ125μmのPETフィルム10の一方の表面にコロナ放電処理を施し、このコロナ放電処理を施した表面に、上記の接着用溶液1を塗布し120℃で2分間乾燥させて、厚さが0.11μmの第1の接着層31を形成した。
以下の配合で、接着用溶液2を調製した。
[接着用溶液2]
・テトラエトキシシラン 5.0部
(KBE-04、信越化学工業(株)製)
・3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン 3.2部
(KBM-403、信越化学工業(株)製)
・2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン 1.8部
(KBM-303、信越化学工業(株)製)
・酢酸水溶液(酢酸濃度=0.05%、pH=5.2) 10.0部
・硬化剤 0.8部
(ホウ酸、和光純薬工業(株)製)
・コロイダルシリカ 60.0部
(スノーテックスO、平均粒子径10nm~20nm、固形分濃度20%、pH=2.6、日産化学工業(株)製)
・界面活性剤 0.2部
(ナローアクティHN-100、三洋化成工業(株)製)
・界面活性剤 0.2部
(サンデットBL、固形分濃度43%、三洋化成工業(株)製)
[接着用溶液2]
・テトラエトキシシラン 5.0部
(KBE-04、信越化学工業(株)製)
・3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン 3.2部
(KBM-403、信越化学工業(株)製)
・2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン 1.8部
(KBM-303、信越化学工業(株)製)
・酢酸水溶液(酢酸濃度=0.05%、pH=5.2) 10.0部
・硬化剤 0.8部
(ホウ酸、和光純薬工業(株)製)
・コロイダルシリカ 60.0部
(スノーテックスO、平均粒子径10nm~20nm、固形分濃度20%、pH=2.6、日産化学工業(株)製)
・界面活性剤 0.2部
(ナローアクティHN-100、三洋化成工業(株)製)
・界面活性剤 0.2部
(サンデットBL、固形分濃度43%、三洋化成工業(株)製)
接着用溶液2は、以下の方法で調製した。
酢酸水溶液を激しく攪拌しながら、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシランを、3分間かけて滴下して、水溶液1を得た。次に、水溶液1を強く撹拌しながら、2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシランを3分間かけて添加して、水溶液2を得た。次に、水溶液2を強く撹拌しながらテトラエトキシシランを、5分かけて添加し、その後2時間攪拌を続けして、水溶液3を得た。次に、コロイダルシリカと、硬化剤と、界面活性剤とを水溶液3に順次添加し、接着用溶液2を調製した。
酢酸水溶液を激しく攪拌しながら、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシランを、3分間かけて滴下して、水溶液1を得た。次に、水溶液1を強く撹拌しながら、2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシランを3分間かけて添加して、水溶液2を得た。次に、水溶液2を強く撹拌しながらテトラエトキシシランを、5分かけて添加し、その後2時間攪拌を続けして、水溶液3を得た。次に、コロイダルシリカと、硬化剤と、界面活性剤とを水溶液3に順次添加し、接着用溶液2を調製した。
前述の第1の接着層31の表面をコロナ放電処理したのち、その表面に、上記の接着用溶液2をバーコート法により塗布し、170℃で1分間加熱して乾燥し、厚さ0.5μmの第2の接着層32を形成して、図1に示す構成を有するPET基板101を得た。
(調製例3)
-ガラス基板の前処理-
水酸化ナトリウム1%水溶液に浸漬した厚み0.7mmの無アルカリガラス板(基材)に超音波洗浄機によって30分間超音波照射し、ついでイオン交換水で60秒間水洗した後200℃で60分間加熱処理を行った。その後、シランカップリング液(N-(β-アミノエチル)-γ-アミノプロピルトリメトキシシラン0.3%水溶液、商品名:KBM603、信越化学工業(株)製)をシャワーにより20秒間吹き付けた後、純水シャワー洗浄してガラス基板を得た。以後、「ガラス基板」と表記する場合は、上記前処理で得られた無アルカリガラス基板を示す。
-ガラス基板の前処理-
水酸化ナトリウム1%水溶液に浸漬した厚み0.7mmの無アルカリガラス板(基材)に超音波洗浄機によって30分間超音波照射し、ついでイオン交換水で60秒間水洗した後200℃で60分間加熱処理を行った。その後、シランカップリング液(N-(β-アミノエチル)-γ-アミノプロピルトリメトキシシラン0.3%水溶液、商品名:KBM603、信越化学工業(株)製)をシャワーにより20秒間吹き付けた後、純水シャワー洗浄してガラス基板を得た。以後、「ガラス基板」と表記する場合は、上記前処理で得られた無アルカリガラス基板を示す。
(調製例4)
-ポリカーボネート基板の前処理-
ポリカーボネート基板(厚み75μm)の表面をコロナ放電処理したのちに、0.02%の(N-(β-アミノエチル)-γ-アミノプロピルトリメトキシシラン水溶液をバーコート法で塗布量8.8mg/m2となるように塗布し、次いで、100℃1分で乾燥し、表面処理されたポリカーボネート基板を得た。
-ポリカーボネート基板の前処理-
ポリカーボネート基板(厚み75μm)の表面をコロナ放電処理したのちに、0.02%の(N-(β-アミノエチル)-γ-アミノプロピルトリメトキシシラン水溶液をバーコート法で塗布量8.8mg/m2となるように塗布し、次いで、100℃1分で乾燥し、表面処理されたポリカーボネート基板を得た。
(調製例5)
-TAC基板の前処理-
TAC(トリアセチルセルロース)基材(厚み100μm)の表面をコロナ放電処理したのちに、0.02%の(N-(β-アミノエチル)-γ-アミノプロピルトリメトキシシラン水溶液をバーコート法で塗布量8.8mg/m2となるように塗布し、100℃1分で乾燥し、表面処理されたTAC基板を得た。
-TAC基板の前処理-
TAC(トリアセチルセルロース)基材(厚み100μm)の表面をコロナ放電処理したのちに、0.02%の(N-(β-アミノエチル)-γ-アミノプロピルトリメトキシシラン水溶液をバーコート法で塗布量8.8mg/m2となるように塗布し、100℃1分で乾燥し、表面処理されたTAC基板を得た。
(導電性部材1の作製)
下記組成のアルコキシド化合物の溶液を60℃で1時間撹拌して均一になったことを確認して、ゾルゲル液を得た。得られたゾルゲル液に含まれる部分縮合物の重量平均分子量(Mw)をGPC(ポリスチレン換算)で測定したところMwは4,400であった。
得られたゾルゲル溶液2.24部と前記調製例1で得られた銀ナノワイヤー水分散液(1)17.76部を混合し、更に蒸留水と1-プロパノールで希釈して液状組成物(ゾルゲル塗布液)を得た。得られた液状組成物の溶剤比率は蒸留水:1-プロパノール=60:40であった。
上記のPET基板101の第2の接着層32の表面にコロナ放電処理を施し、その表面にバーコート法で銀量が0.015g/m2、全固形分塗布量が0.120g/m2となるように上記液状組成物(ゾルゲル塗布液)を塗布したのち、100℃で1分間、加熱処理してゾルゲル反応を起こさせて、導電性層20を形成した。かくして、図1の断面図で示される構成を有する非パターン化導電性部材1を得た。導電性層におけるテトラエトキシシラン(アルコキシド化合物)/銀ナノワイヤーの質量比は7/1となった。
得られた非パターン化導電性部材1の表面粗さ(Ra)を走査型プローブ顕微鏡(エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製)を用いて測定したところRa=8.2nmであった。
また電子顕微鏡による導電性層断面の直接観察により、導電性層の平均膜厚を算出した。具体的には導電性部材上にカーボンおよびPtの保護層を形成したのち、日立社製FB-2100型収束イオンビーム装置内で約10μm幅、約100nm厚の切片を作製し作製、導電性層の断面を日立製HD-2300型STEM(印加電圧200kV)で観察し、5箇所の導電性層の膜厚を測定し、その算術平均値として平均膜厚を算出した。なお導電性層の平均膜厚は金属ワイヤーの存在しないマトリックス成分のみの部分の厚みを測定して算出した。得られた導電性部材の導電性層の平均膜厚は29nmであった。
(アルコキシド化合物の溶液)
・テトラエトキシシラン 5.0部
(KBE-04、信越化学工業(株)製)
・1%酢酸水溶液 11.0部
・蒸留水 4.0部
下記組成のアルコキシド化合物の溶液を60℃で1時間撹拌して均一になったことを確認して、ゾルゲル液を得た。得られたゾルゲル液に含まれる部分縮合物の重量平均分子量(Mw)をGPC(ポリスチレン換算)で測定したところMwは4,400であった。
得られたゾルゲル溶液2.24部と前記調製例1で得られた銀ナノワイヤー水分散液(1)17.76部を混合し、更に蒸留水と1-プロパノールで希釈して液状組成物(ゾルゲル塗布液)を得た。得られた液状組成物の溶剤比率は蒸留水:1-プロパノール=60:40であった。
上記のPET基板101の第2の接着層32の表面にコロナ放電処理を施し、その表面にバーコート法で銀量が0.015g/m2、全固形分塗布量が0.120g/m2となるように上記液状組成物(ゾルゲル塗布液)を塗布したのち、100℃で1分間、加熱処理してゾルゲル反応を起こさせて、導電性層20を形成した。かくして、図1の断面図で示される構成を有する非パターン化導電性部材1を得た。導電性層におけるテトラエトキシシラン(アルコキシド化合物)/銀ナノワイヤーの質量比は7/1となった。
得られた非パターン化導電性部材1の表面粗さ(Ra)を走査型プローブ顕微鏡(エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製)を用いて測定したところRa=8.2nmであった。
また電子顕微鏡による導電性層断面の直接観察により、導電性層の平均膜厚を算出した。具体的には導電性部材上にカーボンおよびPtの保護層を形成したのち、日立社製FB-2100型収束イオンビーム装置内で約10μm幅、約100nm厚の切片を作製し作製、導電性層の断面を日立製HD-2300型STEM(印加電圧200kV)で観察し、5箇所の導電性層の膜厚を測定し、その算術平均値として平均膜厚を算出した。なお導電性層の平均膜厚は金属ワイヤーの存在しないマトリックス成分のみの部分の厚みを測定して算出した。得られた導電性部材の導電性層の平均膜厚は29nmであった。
(アルコキシド化合物の溶液)
・テトラエトキシシラン 5.0部
(KBE-04、信越化学工業(株)製)
・1%酢酸水溶液 11.0部
・蒸留水 4.0部
[パターニング]
上記で得られた非パターン化導電性部材1を用いて、以下の方法によりパターニング処理を行った。スクリーン印刷は、ミノグループ社製WHT-3型とスキージNo.4イエローを使用した。パターニングを形成するための銀ナノワイヤーの溶解液(エッチング液)はCP-48S-A液と、CP-48S-B液(いずれも、富士フイルム社製)と、純水とを1:1:1となるように混合し、ヒドロキシエチルセルロースで増粘させて調製し、これをスクリーン印刷用のインクとした。使用したパターンメッシュはストライプパターン(ライン/スペース=50μm/50μm)を用いた。
前記エッチング液を非パターン化導電性部材1上に、塗布量が0.01g/cm2となるように塗布し、25℃で2分間放置した後、純水洗浄してパターニング処理した。
上記パターニング処理を行い、導電性領域と非導電性領域とを有する導電性層を含むパターン化導電性部材1を得た。
上記で得られた非パターン化導電性部材1を用いて、以下の方法によりパターニング処理を行った。スクリーン印刷は、ミノグループ社製WHT-3型とスキージNo.4イエローを使用した。パターニングを形成するための銀ナノワイヤーの溶解液(エッチング液)はCP-48S-A液と、CP-48S-B液(いずれも、富士フイルム社製)と、純水とを1:1:1となるように混合し、ヒドロキシエチルセルロースで増粘させて調製し、これをスクリーン印刷用のインクとした。使用したパターンメッシュはストライプパターン(ライン/スペース=50μm/50μm)を用いた。
前記エッチング液を非パターン化導電性部材1上に、塗布量が0.01g/cm2となるように塗布し、25℃で2分間放置した後、純水洗浄してパターニング処理した。
上記パターニング処理を行い、導電性領域と非導電性領域とを有する導電性層を含むパターン化導電性部材1を得た。
(導電性部材2~15の作製)
前記導電性部材1の作製において、ゾルゲル液の調製における反応温度、時間を下記表1に示すように変更したこと以外は導電性部材1の作製と同様にして、導電性部材2~15をそれぞれ作製した。ゾルゲル液に含まれる部分縮合物の重量平均分子量(Mw)、導電性部材の平均表面粗さ(Ra)、導電性層の平均膜厚も同様に表1に示した。
前記導電性部材1の作製において、ゾルゲル液の調製における反応温度、時間を下記表1に示すように変更したこと以外は導電性部材1の作製と同様にして、導電性部材2~15をそれぞれ作製した。ゾルゲル液に含まれる部分縮合物の重量平均分子量(Mw)、導電性部材の平均表面粗さ(Ra)、導電性層の平均膜厚も同様に表1に示した。
(導電性部材16~19の作製)
前記導電性部材1の作製において、ゾルゲル液の調製における組成を下記に示すように変更し、反応温度、時間を下記表2に示すように変更してゾルゲル液を調製した。得られたゾルゲル液4.79部、前記調製例1で得られた銀ナノワイヤー水分散液(1)15.21部を混合して液状組成物を調製したこと以外は、導電性部材1の作製と同様にして導電性部材16~19をそれぞれ作製した。ゾルゲル液に含まれる部分縮合物の重量平均分子量(Mw)、導電性部材の平均表面粗さ(Ra)及び導電性層の平均膜厚を同様に表2に示した。
<アルコキシド化合物の溶液>
・テトラエトキシシラン 2.0部
(KBE-04、信越化学工業(株)製)
・1%酢酸水溶液 13.2部
・蒸留水 4.8部
前記導電性部材1の作製において、ゾルゲル液の調製における組成を下記に示すように変更し、反応温度、時間を下記表2に示すように変更してゾルゲル液を調製した。得られたゾルゲル液4.79部、前記調製例1で得られた銀ナノワイヤー水分散液(1)15.21部を混合して液状組成物を調製したこと以外は、導電性部材1の作製と同様にして導電性部材16~19をそれぞれ作製した。ゾルゲル液に含まれる部分縮合物の重量平均分子量(Mw)、導電性部材の平均表面粗さ(Ra)及び導電性層の平均膜厚を同様に表2に示した。
<アルコキシド化合物の溶液>
・テトラエトキシシラン 2.0部
(KBE-04、信越化学工業(株)製)
・1%酢酸水溶液 13.2部
・蒸留水 4.8部
(導電性部材C2の作製)
導電性部材1の作製において、ゾルゲル溶液を下記溶液Aに変更したこと以外は、導電性部材1の作製と同様にして導電性部材C1を得た。次いで導電性部材C1上に下記溶液Bを固形分塗布量0.18g/m2となるようにバーコート法にて塗布し、乾燥後、窒素雰囲気下で超高圧水銀灯i線(365nm)を用いて、露光量40mJ/cm2で露光して導電性部材C2を得た。得られた導電性部材の表面粗さRaは0.12nmであった。また導電性層の平均膜厚は130nmであった。
(溶液A)
・ヒドロキシプロピルセルロース 5.0部
・蒸留水 14.0部
(溶液B)
・ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート 5.0部
・光重合開始剤:2,4-ビス-(トリクロロメチル)-6-
[4-{N,N-ビス(エトキシカルボニルメチル)アミノ}-3-ブロモ
フェニル]-s-トリアジン 0.4部
・メチルエチルケトン 13.6部
導電性部材1の作製において、ゾルゲル溶液を下記溶液Aに変更したこと以外は、導電性部材1の作製と同様にして導電性部材C1を得た。次いで導電性部材C1上に下記溶液Bを固形分塗布量0.18g/m2となるようにバーコート法にて塗布し、乾燥後、窒素雰囲気下で超高圧水銀灯i線(365nm)を用いて、露光量40mJ/cm2で露光して導電性部材C2を得た。得られた導電性部材の表面粗さRaは0.12nmであった。また導電性層の平均膜厚は130nmであった。
(溶液A)
・ヒドロキシプロピルセルロース 5.0部
・蒸留水 14.0部
(溶液B)
・ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート 5.0部
・光重合開始剤:2,4-ビス-(トリクロロメチル)-6-
[4-{N,N-ビス(エトキシカルボニルメチル)アミノ}-3-ブロモ
フェニル]-s-トリアジン 0.4部
・メチルエチルケトン 13.6部
(導電性部材C3の作製)
上記で得られた非パターン化導電性部材1の上に上記溶液Bを固形分塗布量0.18g/m2となるようにバーコート法にて塗布し、乾燥後、窒素雰囲気下で超高圧水銀灯i線(365nm)を用いて、露光量40mJ/cm2で露光して導電性部材C3を得た。得られた導電性部材の表面粗さRaは0.38nmであった。また導電性層の平均膜厚は125nmであった。
上記で得られた非パターン化導電性部材1の上に上記溶液Bを固形分塗布量0.18g/m2となるようにバーコート法にて塗布し、乾燥後、窒素雰囲気下で超高圧水銀灯i線(365nm)を用いて、露光量40mJ/cm2で露光して導電性部材C3を得た。得られた導電性部材の表面粗さRaは0.38nmであった。また導電性層の平均膜厚は125nmであった。
[評価]
上記で得られた各導電性部材について、以下の方法で表面抵抗、光学特性(全光透過率、ヘイズ値)、耐摩耗性、耐熱性、耐湿熱性、屈曲性、エッチング特性、接触抵抗を評価し、その結果を表3に示した。なお、それぞれの評価は、非パターン化導電性部材を使用して行った。
上記で得られた各導電性部材について、以下の方法で表面抵抗、光学特性(全光透過率、ヘイズ値)、耐摩耗性、耐熱性、耐湿熱性、屈曲性、エッチング特性、接触抵抗を評価し、その結果を表3に示した。なお、それぞれの評価は、非パターン化導電性部材を使用して行った。
<表面抵抗率>
導電性層の導電性領域の表面抵抗率を、三菱化学株式会社製Loresta-GP MCP-T600を用いて測定した。測定は10cm×10cmのサンプルのランダムに選択した5箇所の導電性領域の中央部を測定して算術平均値を求め、これを表面抵抗率とした。
導電性層の導電性領域の表面抵抗率を、三菱化学株式会社製Loresta-GP MCP-T600を用いて測定した。測定は10cm×10cmのサンプルのランダムに選択した5箇所の導電性領域の中央部を測定して算術平均値を求め、これを表面抵抗率とした。
<光学特性(全光透過率)>
導電性部材の導電性領域に相当する部分の全光透過率(%)と、導電性層20を形成する前のPET基板101の全光透過率(%)をガードナー社製のヘイズガードプラスを用いて測定し、その比から導電性層の透過率を換算した。測定はC光源下のCIE視感度関数yについて、測定角0°で測定し、10cm×10cmのサンプルのランダムに選択した5箇所の導電性領域の中央部を測定して算術平均値を求め、これを導電性部材の全光透過率とした。
導電性部材の導電性領域に相当する部分の全光透過率(%)と、導電性層20を形成する前のPET基板101の全光透過率(%)をガードナー社製のヘイズガードプラスを用いて測定し、その比から導電性層の透過率を換算した。測定はC光源下のCIE視感度関数yについて、測定角0°で測定し、10cm×10cmのサンプルのランダムに選択した5箇所の導電性領域の中央部を測定して算術平均値を求め、これを導電性部材の全光透過率とした。
<光学特性(ヘイズ値)>
導電性部材の導電性領域に相当する部分のヘイズ値をガードナー社製のヘイズガードプラスを用いて測定した。測定は10cm×10cmのサンプルのランダムに選択した5箇所の導電性領域の中央部を測定して算術平均値を求め、これを導電性部材のヘイズ値とした。
導電性部材の導電性領域に相当する部分のヘイズ値をガードナー社製のヘイズガードプラスを用いて測定した。測定は10cm×10cmのサンプルのランダムに選択した5箇所の導電性領域の中央部を測定して算術平均値を求め、これを導電性部材のヘイズ値とした。
<耐摩耗性>
導電性部材の導電性層表面を、新東科学株式会社製の連続加重引掻試験機(Type18s)を使用し、導電性層の表面と接する面のサイズが20mm×20mmの擦り部材表面にガーゼ(例えば、白十字株式会社製 FCガーゼ)を配置して500g荷重で50往復擦り、その前後の傷の有無を観察し、導電性層の表面抵抗値の変化(摩耗後表面抵抗率/摩耗前表面抵抗率)を測定した。表面抵抗率は三菱化学株式会社製Loresta-GP MCP-T600を用いて測定した。傷の有無の確認は目視で行った。傷が無く、表面抵抗率の変化が少ないものほど(1に近いほど)、耐摩耗性に優れる。なお、表中の「OL」は表面抵抗率が1.0×108Ω/□以上で導電性が無いことを意味する。
導電性部材の導電性層表面を、新東科学株式会社製の連続加重引掻試験機(Type18s)を使用し、導電性層の表面と接する面のサイズが20mm×20mmの擦り部材表面にガーゼ(例えば、白十字株式会社製 FCガーゼ)を配置して500g荷重で50往復擦り、その前後の傷の有無を観察し、導電性層の表面抵抗値の変化(摩耗後表面抵抗率/摩耗前表面抵抗率)を測定した。表面抵抗率は三菱化学株式会社製Loresta-GP MCP-T600を用いて測定した。傷の有無の確認は目視で行った。傷が無く、表面抵抗率の変化が少ないものほど(1に近いほど)、耐摩耗性に優れる。なお、表中の「OL」は表面抵抗率が1.0×108Ω/□以上で導電性が無いことを意味する。
<耐熱性>
導電性部材を150℃で60分間加熱し、その前後の表面抵抗率の変化(加熱後表面抵抗率/加熱前表面抵抗率)を観察した。表面抵抗率は三菱化学株式会社製Loresta-GP MCP-T600を用いて測定した。表面抵抗率、ヘイズ値の変化が少ないものほど(表面抵抗率変化が1に近いほど)耐熱性が優れる。
導電性部材を150℃で60分間加熱し、その前後の表面抵抗率の変化(加熱後表面抵抗率/加熱前表面抵抗率)を観察した。表面抵抗率は三菱化学株式会社製Loresta-GP MCP-T600を用いて測定した。表面抵抗率、ヘイズ値の変化が少ないものほど(表面抵抗率変化が1に近いほど)耐熱性が優れる。
<耐湿熱性>
導電性部材を60℃かつ90RH%の環境下で240時間静置する湿熱負荷を与え、その前後の表面抵抗率の変化(湿熱負荷後表面抵抗率/湿熱負荷前表面抵抗率)を観察した。表面抵抗率は三菱化学株式会社製Loresta-GP MCP-T600を用いて測定した。表面抵抗率、ヘイズ値の変化が少ないものほど(表面抵抗率変化が1に近いほど)耐湿熱性が優れる。
導電性部材を60℃かつ90RH%の環境下で240時間静置する湿熱負荷を与え、その前後の表面抵抗率の変化(湿熱負荷後表面抵抗率/湿熱負荷前表面抵抗率)を観察した。表面抵抗率は三菱化学株式会社製Loresta-GP MCP-T600を用いて測定した。表面抵抗率、ヘイズ値の変化が少ないものほど(表面抵抗率変化が1に近いほど)耐湿熱性が優れる。
<屈曲性>
導電性部材をコーテック(株)社製の、直径10mmの円筒マンドレルが装着された円筒形マンドレル屈曲試験器を用いて、20回曲げ試験を行い、その前後のクラックの有無及び抵抗値率の変化(曲げ試験後表面抵抗率/曲げ試験前表面抵抗率)を観察した。クラックの有無は目視及び光学顕微鏡を用い、表面抵抗値率は三菱化学株式会社製Loresta-GP MCP-T600を用いて測定した。クラックが無く且つ表面抵抗率の変化が少ないものほど(1に近いほど)、屈曲性が優れる。
導電性部材をコーテック(株)社製の、直径10mmの円筒マンドレルが装着された円筒形マンドレル屈曲試験器を用いて、20回曲げ試験を行い、その前後のクラックの有無及び抵抗値率の変化(曲げ試験後表面抵抗率/曲げ試験前表面抵抗率)を観察した。クラックの有無は目視及び光学顕微鏡を用い、表面抵抗値率は三菱化学株式会社製Loresta-GP MCP-T600を用いて測定した。クラックが無く且つ表面抵抗率の変化が少ないものほど(1に近いほど)、屈曲性が優れる。
<エッチング特性>
導電性部材をパターニング形成に用いたCP-48S-A液と、CP-48S-B液と、純水とを1:1:1となるように混合した溶解液に25℃2分間浸漬し、その後流水で洗浄し乾燥した。表面抵抗率を三菱化学株式会社製Loresta-GP MCP-T600を用いて測定し、下記基準に従ってランク付けを行った。エッチング後の表面抵抗率が大きい(絶縁性である)ほど、エッチング特性に優れることを示す。
AA:1.0×108Ω/□以上
A:1.0×107以上1.0×108Ω/□未満
B:1.0×105以上1.0×107Ω/□未満
C:1.0×105Ω/□未満
導電性部材をパターニング形成に用いたCP-48S-A液と、CP-48S-B液と、純水とを1:1:1となるように混合した溶解液に25℃2分間浸漬し、その後流水で洗浄し乾燥した。表面抵抗率を三菱化学株式会社製Loresta-GP MCP-T600を用いて測定し、下記基準に従ってランク付けを行った。エッチング後の表面抵抗率が大きい(絶縁性である)ほど、エッチング特性に優れることを示す。
AA:1.0×108Ω/□以上
A:1.0×107以上1.0×108Ω/□未満
B:1.0×105以上1.0×107Ω/□未満
C:1.0×105Ω/□未満
<接触抵抗>
導電性部材の導電性領域に相当する部分の接触表面抵抗率SR1を三菱化学株式会社製Loresta-GP MCP-T600を用いて測定した。また非接触表面抵抗率SR2を、NAGY社製SRM-14を用いて測定した。非接触表面抵抗率SR2に対する接触表面抵抗率SR1の比(SR1/SR2)を算出した。SR1/SR2が低いほど接触抵抗に優れることを示す。
導電性部材の導電性領域に相当する部分の接触表面抵抗率SR1を三菱化学株式会社製Loresta-GP MCP-T600を用いて測定した。また非接触表面抵抗率SR2を、NAGY社製SRM-14を用いて測定した。非接触表面抵抗率SR2に対する接触表面抵抗率SR1の比(SR1/SR2)を算出した。SR1/SR2が低いほど接触抵抗に優れることを示す。
表3に示された結果から、本発明に係る導電性部材は導電性、透明性(全光透過率及びヘイズ値)、耐摩耗性、耐熱性、耐湿熱性、屈曲性、及びエッチング特性に優れていることが理解できる。
(導電性部材20~27の作製)
上記導電性部材7の作製における液状組成物(ゾルゲル塗布液)の調製において、混合するゾルゲル液及び銀ナノワイヤー水分散液(1)の各量、特定アルコキシド化合物と銀ナノワイヤーの質量比を下記表4に示すように変更したこと以外は、導電性部材7の作製と同様にして導電性部材20~27をそれぞれ作製した。得られた導電性部材の表面粗さRa、導電性層の平均膜厚も同様に表4に示した。
上記導電性部材7の作製における液状組成物(ゾルゲル塗布液)の調製において、混合するゾルゲル液及び銀ナノワイヤー水分散液(1)の各量、特定アルコキシド化合物と銀ナノワイヤーの質量比を下記表4に示すように変更したこと以外は、導電性部材7の作製と同様にして導電性部材20~27をそれぞれ作製した。得られた導電性部材の表面粗さRa、導電性層の平均膜厚も同様に表4に示した。
(導電性部材28~35の作製)
上記導電性部材9の作製における液状組成物(ゾルゲル塗布液)の調製において、混合するゾルゲル液及び銀ナノワイヤー水分散液(1)の各量、特定アルコキシド化合物と銀ナノワイヤーの質量比を下記表4に示すように変更したこと以外は、導電性部材9の作製と同様にして導電性部材28~35をそれぞれ作製した。得られた導電性部材の表面粗さRa、導電性層の平均膜厚も同様に表4に示した。
上記導電性部材9の作製における液状組成物(ゾルゲル塗布液)の調製において、混合するゾルゲル液及び銀ナノワイヤー水分散液(1)の各量、特定アルコキシド化合物と銀ナノワイヤーの質量比を下記表4に示すように変更したこと以外は、導電性部材9の作製と同様にして導電性部材28~35をそれぞれ作製した。得られた導電性部材の表面粗さRa、導電性層の平均膜厚も同様に表4に示した。
(導電性部材C4~C7の作製)
上記導電性部材7の作製における液状組成物(ゾルゲル塗布液)の調製において、混合するゾルゲル液及び銀ナノワイヤー水分散液(1)の各量、特定アルコキシド化合物と銀ナノワイヤーの質量比を下記表4に示すように変更したこと以外は、導電性部材7の作製と同様にして導電性部材C4~C7をそれぞれ作製した。得られた導電性部材の表面粗さRa、導電性層の平均膜厚も同様に表4に示した。
上記導電性部材7の作製における液状組成物(ゾルゲル塗布液)の調製において、混合するゾルゲル液及び銀ナノワイヤー水分散液(1)の各量、特定アルコキシド化合物と銀ナノワイヤーの質量比を下記表4に示すように変更したこと以外は、導電性部材7の作製と同様にして導電性部材C4~C7をそれぞれ作製した。得られた導電性部材の表面粗さRa、導電性層の平均膜厚も同様に表4に示した。
[評価]
得られた各導電性部材について、前述の方法で表面抵抗、光学特性(全光透過率、ヘイズ)、耐摩耗性、耐熱性、耐湿熱性、屈曲性、エッチング特性、接触抵抗をそれぞれ評価し、その結果を表5に示した。
得られた各導電性部材について、前述の方法で表面抵抗、光学特性(全光透過率、ヘイズ)、耐摩耗性、耐熱性、耐湿熱性、屈曲性、エッチング特性、接触抵抗をそれぞれ評価し、その結果を表5に示した。
(導電性部材36~41の作製)
上記導電性部材7の作製において、バーコート法による塗布バーのワイヤー径を変更して銀ナノワイヤーの塗布量を表6に示すように変更したこと以外は、導電性部材7の作製と同様にして導電性部材36~41をそれぞれ作製した。得られた導電性部材の表面粗さRaも同様に表6に示した。
上記導電性部材7の作製において、バーコート法による塗布バーのワイヤー径を変更して銀ナノワイヤーの塗布量を表6に示すように変更したこと以外は、導電性部材7の作製と同様にして導電性部材36~41をそれぞれ作製した。得られた導電性部材の表面粗さRaも同様に表6に示した。
(導電性部材42~47の作製)
上記導電性部材7の作製における液状組成物(ゾルゲル塗布液)の調製において、蒸留水、1-プロパノール、及びメタノールを加えて希釈し、液状組成物の溶媒比率(蒸留水:1-プロパノール:メタノール)を表7に示すように変更したこと以外は、導電性部材7の作製と同様にして導電性部材42~47をそれぞれ作製した。得られた導電性部材の表面粗さRaも同様に表7に示した。
上記導電性部材7の作製における液状組成物(ゾルゲル塗布液)の調製において、蒸留水、1-プロパノール、及びメタノールを加えて希釈し、液状組成物の溶媒比率(蒸留水:1-プロパノール:メタノール)を表7に示すように変更したこと以外は、導電性部材7の作製と同様にして導電性部材42~47をそれぞれ作製した。得られた導電性部材の表面粗さRaも同様に表7に示した。
[評価]
得られた各導電性部材について、前述の方法で表面抵抗、光学特性(全光透過率、ヘイズ値)、耐摩耗性、耐熱性、耐湿熱性、屈曲性、エッチング特性及び、接触抵抗を評価し、その結果を表8に示した。
得られた各導電性部材について、前述の方法で表面抵抗、光学特性(全光透過率、ヘイズ値)、耐摩耗性、耐熱性、耐湿熱性、屈曲性、エッチング特性及び、接触抵抗を評価し、その結果を表8に示した。
(導電性部材48~63の作製)
導電性部材1の作製における液状組成物の調製において、銀ナノワイヤー水分散液(1)の代わりに、表9に示すような平均長軸長、平均短軸長を有する銀ナノワイヤー水分散液を使用し、ゾルゲル液の反応条件、及びアルコキシド化合物と銀ナノワイヤーの質量比を表9に示すように変更したこと以外は、導電性部材1の作製と同様にして、導電性部材48~47をそれぞれ作製した。得られた導電性部材の表面粗さRaも同様に表9に示した。
導電性部材1の作製における液状組成物の調製において、銀ナノワイヤー水分散液(1)の代わりに、表9に示すような平均長軸長、平均短軸長を有する銀ナノワイヤー水分散液を使用し、ゾルゲル液の反応条件、及びアルコキシド化合物と銀ナノワイヤーの質量比を表9に示すように変更したこと以外は、導電性部材1の作製と同様にして、導電性部材48~47をそれぞれ作製した。得られた導電性部材の表面粗さRaも同様に表9に示した。
(導電性部材C8、C9の作製)
導電性部材1の作製における液状組成物の調製において、銀ナノワイヤー水分散液(1)の代わりに、表9に示すような平均長軸長、平均短軸長を有する銀ナノワイヤー水分散液を使用し、ゾルゲル液の反応条件、及びアルコキシド化合物と銀ナノワイヤーの質量比を表9に示すように変更したこと以外は、導電性部材1の作製と同様にして、導電性部材C8及びC9をそれぞれ作製した。得られた導電性部材の表面粗さRaも同様に表9に示した。
導電性部材1の作製における液状組成物の調製において、銀ナノワイヤー水分散液(1)の代わりに、表9に示すような平均長軸長、平均短軸長を有する銀ナノワイヤー水分散液を使用し、ゾルゲル液の反応条件、及びアルコキシド化合物と銀ナノワイヤーの質量比を表9に示すように変更したこと以外は、導電性部材1の作製と同様にして、導電性部材C8及びC9をそれぞれ作製した。得られた導電性部材の表面粗さRaも同様に表9に示した。
[評価]
得られた各導電性部材について、前述の方法で表面抵抗、光学特性(全光透過率、ヘイズ値)、耐摩耗性、耐熱性、耐湿熱性、屈曲性、エッチング特性及び、接触抵抗を評価し、その結果を表10に示した。
得られた各導電性部材について、前述の方法で表面抵抗、光学特性(全光透過率、ヘイズ値)、耐摩耗性、耐熱性、耐湿熱性、屈曲性、エッチング特性及び、接触抵抗を評価し、その結果を表10に示した。
(導電性部材64~72の作製)
導電性部材7の作製における液状組成物の調製において、アルコキシド化合物としてテトラエトキシシランの代わりに、下記表11に記載のテトラアルコキシ化合物、オルガノアルコキシ化合物、又は、これら二つの化合物を、下記に記載の量で使用したこと以外は、導電性部材7の作製と同様にして導電性部材64~72をそれぞれ作製した。得られた導電性部材の表面粗さRaも同様に表11に示した。
導電性部材7の作製における液状組成物の調製において、アルコキシド化合物としてテトラエトキシシランの代わりに、下記表11に記載のテトラアルコキシ化合物、オルガノアルコキシ化合物、又は、これら二つの化合物を、下記に記載の量で使用したこと以外は、導電性部材7の作製と同様にして導電性部材64~72をそれぞれ作製した。得られた導電性部材の表面粗さRaも同様に表11に示した。
[評価]
得られた各導電性部材について、前述の方法で表面抵抗、光学特性(全光透過率、ヘイズ値)、耐摩耗性、耐熱性、耐湿熱性、屈曲性、エッチング特性及び、接触抵抗を評価し、その結果を表12に示した。
得られた各導電性部材について、前述の方法で表面抵抗、光学特性(全光透過率、ヘイズ値)、耐摩耗性、耐熱性、耐湿熱性、屈曲性、エッチング特性及び、接触抵抗を評価し、その結果を表12に示した。
(導電性部材73~87の作製)
導電性部材2、7、8、13、及び14の作製において、PET基板101を調製例2で作製したガラス基板、調製例4で作製したポリカーボネート基板、調製例5で作製したTAC基板にそれぞれ変更して導電性部材を得た。得られた導電性部材の詳細と表面粗さRaも同様に表13に示した。
導電性部材2、7、8、13、及び14の作製において、PET基板101を調製例2で作製したガラス基板、調製例4で作製したポリカーボネート基板、調製例5で作製したTAC基板にそれぞれ変更して導電性部材を得た。得られた導電性部材の詳細と表面粗さRaも同様に表13に示した。
[評価]
得られた各導電性部材について、前述の方法で表面抵抗、光学特性(全光透過率、ヘイズ値)、耐摩耗性、耐熱性、耐湿熱性、屈曲性、エッチング特性及び、接触抵抗を評価し、その結果を表12に示した。なお、導電性部材73~77については屈曲性の評価を行わなかった。
得られた各導電性部材について、前述の方法で表面抵抗、光学特性(全光透過率、ヘイズ値)、耐摩耗性、耐熱性、耐湿熱性、屈曲性、エッチング特性及び、接触抵抗を評価し、その結果を表12に示した。なお、導電性部材73~77については屈曲性の評価を行わなかった。
(導電性部材88の作製)
調製例2で作製されたPET基板101の第2の接着層32の表面をコロナ放電処理したのち、0.1%KBM603(N-(β-アミノエチル)-γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、信越化学工業(株)製)の水溶液を、バーコート法で固形分塗布量が3.5mg/m2となるように塗布し、100℃で1分間乾燥して、機能層33を形成した。かくして、図2に示す構成を有する、接着層31、接着層32及び機能層33の三層構成よりなる中間層30を有するPET基板102を作製した。
得られたPET基板102上に、導電性部材7の導電性層と同じ導電性層20を形成して、図2の断面図で示される非パターン化導電性部材88を作製した。得られた導電性部材の表面粗さRaは5.8nmであった。これを導電性部材7の場合と同様にしてパターニングを実施し、パターン化導電性部材88を得た。
調製例2で作製されたPET基板101の第2の接着層32の表面をコロナ放電処理したのち、0.1%KBM603(N-(β-アミノエチル)-γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、信越化学工業(株)製)の水溶液を、バーコート法で固形分塗布量が3.5mg/m2となるように塗布し、100℃で1分間乾燥して、機能層33を形成した。かくして、図2に示す構成を有する、接着層31、接着層32及び機能層33の三層構成よりなる中間層30を有するPET基板102を作製した。
得られたPET基板102上に、導電性部材7の導電性層と同じ導電性層20を形成して、図2の断面図で示される非パターン化導電性部材88を作製した。得られた導電性部材の表面粗さRaは5.8nmであった。これを導電性部材7の場合と同様にしてパターニングを実施し、パターン化導電性部材88を得た。
(導電性部材89~96の作製)
導電性部材88の作製において、導電性層を導電性部材2、3、8、9、12、13、14、15にそれぞれ変更して導電性部材を得た。得られた導電性部材の詳細と表面粗さRaも同様に表15に示した。
導電性部材88の作製において、導電性層を導電性部材2、3、8、9、12、13、14、15にそれぞれ変更して導電性部材を得た。得られた導電性部材の詳細と表面粗さRaも同様に表15に示した。
(導電性部材97~104の作製)
導電性部材88の作製において、使用したPET基板102における機能層33の形成において、KBM603(N-β(アミノエチル)-γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、信越化学工業(株)製)の代わりに、下記表16に記載の化合物を用いたこと以外は、導電性部材88の作製と同様にして導電性部材97~104を得た。得られた導電性部材の表面粗さRaも同様に表16に示した。
導電性部材88の作製において、使用したPET基板102における機能層33の形成において、KBM603(N-β(アミノエチル)-γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、信越化学工業(株)製)の代わりに、下記表16に記載の化合物を用いたこと以外は、導電性部材88の作製と同様にして導電性部材97~104を得た。得られた導電性部材の表面粗さRaも同様に表16に示した。
[評価]
得られた各導電性部材について、前述の方法で表面抵抗、光学特性(全光透過率、ヘイズ値)、耐摩耗性、耐熱性、耐湿熱性、屈曲性、エッチング特性及び、接触抵抗を評価し、その結果を表17に示した。
得られた各導電性部材について、前述の方法で表面抵抗、光学特性(全光透過率、ヘイズ値)、耐摩耗性、耐熱性、耐湿熱性、屈曲性、エッチング特性及び、接触抵抗を評価し、その結果を表17に示した。
以上から、導電性部材の導電層のオモテ面の表面粗さRaを所定の範囲とすることで、導電性、透明性(全光透過率及びヘイズ値)、耐摩耗性、耐熱性、耐湿熱性、屈曲性、及びエッチング特性に優れる導電性部材が得られることが理解できる。
(導電性部材105の作製)
導電性部材1の作製において、銀ナノワイヤー水分散液(1)の代わりに、米国特許US2011/0174190A1号公報の例1および例2に記載(8項段落0151~9項段落0160)の銀ナノワイヤー分散液を蒸留水にて0.45%に希釈した銀ナノワイヤー水分散液(10)を用いた以外は、導電性部材1と同様にして導電性部材105を得た。
導電性部材1の作製において、銀ナノワイヤー水分散液(1)の代わりに、米国特許US2011/0174190A1号公報の例1および例2に記載(8項段落0151~9項段落0160)の銀ナノワイヤー分散液を蒸留水にて0.45%に希釈した銀ナノワイヤー水分散液(10)を用いた以外は、導電性部材1と同様にして導電性部材105を得た。
(導電性部材106~51の作製)
上記導電性部材3、7、8、9、13、14、23、及び31の作製において、以下に対応を示すように下記導電性部材の銀ナノワイヤー水分散液(1)を上記銀ナノワイヤー水分散液(10)に変更した以外は、同様にして導電性部材106~113をそれぞれ得た。
導電性部材106:導電性部材3のバインダー構成+銀ナノワイヤー分散液(10)
導電性部材107:導電性部材7のバインダー構成+銀ナノワイヤー分散液(10)
導電性部材108:導電性部材8のバインダー構成+銀ナノワイヤー分散液(10)
導電性部材109:導電性部材9のバインダー構成+銀ナノワイヤー分散液(10)
導電性部材110:導電性部材13のバインダー構成+銀ナノワイヤー分散液(10)
導電性部材111:導電性部材14のバインダー構成+銀ナノワイヤー分散液(10)
導電性部材112:導電性部材23のバインダー構成+銀ナノワイヤー分散液(10)
導電性部材113:導電性部材31のバインダー構成+銀ナノワイヤー分散液(10)
上記導電性部材3、7、8、9、13、14、23、及び31の作製において、以下に対応を示すように下記導電性部材の銀ナノワイヤー水分散液(1)を上記銀ナノワイヤー水分散液(10)に変更した以外は、同様にして導電性部材106~113をそれぞれ得た。
導電性部材106:導電性部材3のバインダー構成+銀ナノワイヤー分散液(10)
導電性部材107:導電性部材7のバインダー構成+銀ナノワイヤー分散液(10)
導電性部材108:導電性部材8のバインダー構成+銀ナノワイヤー分散液(10)
導電性部材109:導電性部材9のバインダー構成+銀ナノワイヤー分散液(10)
導電性部材110:導電性部材13のバインダー構成+銀ナノワイヤー分散液(10)
導電性部材111:導電性部材14のバインダー構成+銀ナノワイヤー分散液(10)
導電性部材112:導電性部材23のバインダー構成+銀ナノワイヤー分散液(10)
導電性部材113:導電性部材31のバインダー構成+銀ナノワイヤー分散液(10)
<<評価>>
得られた各導電性部材について、前述の方法で、表面粗さRa、表面抵抗率、光学特性(全光透過率、ヘイズ値)、耐摩耗性、耐熱性、耐湿熱性、屈曲性、エッチング特性及び、接触抵抗を評価し、その結果を表18に示した。
得られた各導電性部材について、前述の方法で、表面粗さRa、表面抵抗率、光学特性(全光透過率、ヘイズ値)、耐摩耗性、耐熱性、耐湿熱性、屈曲性、エッチング特性及び、接触抵抗を評価し、その結果を表18に示した。
表18に示された結果から、次のことが理解できる。
導電性部材105~113の評価結果から、米国特許US2011/0174190A1号公報に記載の銀ナノワイヤーを使用した導電性部材でも、本発明の構成を用いることで導電性、透明性(全光透過率及びヘイズ値)、耐摩耗性、耐熱性、耐湿熱性、屈曲性およびエッチング特性に優れた性能を有していることが分かる。
導電性部材105~113の評価結果から、米国特許US2011/0174190A1号公報に記載の銀ナノワイヤーを使用した導電性部材でも、本発明の構成を用いることで導電性、透明性(全光透過率及びヘイズ値)、耐摩耗性、耐熱性、耐湿熱性、屈曲性およびエッチング特性に優れた性能を有していることが分かる。
<集積型太陽電池の作製>
-アモルファス太陽電池(スーパーストレート型)の作製-
ガラス基板上に、導電性部材7と同様にして導電性層を形成した。但し、パターニング処理は行わず全面均一な透明導電膜(導電性層)とした。その上部にプラズマCVD法により膜厚約15nmのp型、膜厚約350nmのi型、膜厚約30nmのn型アモルファスシリコンを形成し、裏面反射電極としてガリウム添加酸化亜鉛層20nm、銀層200nmを形成し、光電変換素子(集積型太陽電池)を作製した。
-アモルファス太陽電池(スーパーストレート型)の作製-
ガラス基板上に、導電性部材7と同様にして導電性層を形成した。但し、パターニング処理は行わず全面均一な透明導電膜(導電性層)とした。その上部にプラズマCVD法により膜厚約15nmのp型、膜厚約350nmのi型、膜厚約30nmのn型アモルファスシリコンを形成し、裏面反射電極としてガリウム添加酸化亜鉛層20nm、銀層200nmを形成し、光電変換素子(集積型太陽電池)を作製した。
-CIGS太陽電池(サブストレート型)の作製-
ソーダライムガラス基板上に、直流マグネトロンスパッタ法により膜厚500nm程度のモリブデン電極、真空蒸着法により膜厚約2.5μmのカルコパイライト系半導体材料であるCu(In0.6Ga0.4)Se2薄膜、溶液析出法により膜厚約50nmの硫化カドミニウム薄膜、を形成した。
その上に導電性部材7の導電性層と同じ導電性層を形成し、ガラス基板上に透明導電膜を形成し、光電変換素子(CIGS太陽電池)を作製した。
ソーダライムガラス基板上に、直流マグネトロンスパッタ法により膜厚500nm程度のモリブデン電極、真空蒸着法により膜厚約2.5μmのカルコパイライト系半導体材料であるCu(In0.6Ga0.4)Se2薄膜、溶液析出法により膜厚約50nmの硫化カドミニウム薄膜、を形成した。
その上に導電性部材7の導電性層と同じ導電性層を形成し、ガラス基板上に透明導電膜を形成し、光電変換素子(CIGS太陽電池)を作製した。
<太陽電池特性(変換効率)の評価>
各太陽電池について、AM1.5、100mW/cm2の疑似太陽光を照射することで効率)を測定した。その結果、いずれ素子も9%の変換効率を示した。
この結果から、本発明の導電膜形成用積層体を透明導電膜の形成に用いることで、いずれの集積型太陽電池方式においても高い変換効率が得られることが分かった。
各太陽電池について、AM1.5、100mW/cm2の疑似太陽光を照射することで効率)を測定した。その結果、いずれ素子も9%の変換効率を示した。
この結果から、本発明の導電膜形成用積層体を透明導電膜の形成に用いることで、いずれの集積型太陽電池方式においても高い変換効率が得られることが分かった。
-タッチパネルの作製-
導電性部材14の導電性層を形成し、ガラス基板上に透明導電膜を形成した。得られた透明導電膜を用いて、『最新タッチパネル技術』(2009年7月6日発行、株式会社テクノタイムズ)、三谷雄二監修、“タッチパネルの技術と開発”、シーエムシー出版(2004年12月発行)、「FPD International 2009 Forum T-11講演テキストブック」、「Cypress Semiconductor Corporation アプリケーションノートAN2292」等に記載の方法により、タッチパネルを作製した。
作製したタッチパネルを使用した場合、光透過率の向上により視認性に優れ、かつ導電性の向上により素手、手袋を嵌めた手、指示具のうち少なくとも一つによる文字等の入力又は画面操作に対し応答性に優れるタッチパネルを製作できることが分かった。
導電性部材14の導電性層を形成し、ガラス基板上に透明導電膜を形成した。得られた透明導電膜を用いて、『最新タッチパネル技術』(2009年7月6日発行、株式会社テクノタイムズ)、三谷雄二監修、“タッチパネルの技術と開発”、シーエムシー出版(2004年12月発行)、「FPD International 2009 Forum T-11講演テキストブック」、「Cypress Semiconductor Corporation アプリケーションノートAN2292」等に記載の方法により、タッチパネルを作製した。
作製したタッチパネルを使用した場合、光透過率の向上により視認性に優れ、かつ導電性の向上により素手、手袋を嵌めた手、指示具のうち少なくとも一つによる文字等の入力又は画面操作に対し応答性に優れるタッチパネルを製作できることが分かった。
1 導電性部材
10 基材
20 導電性層
30 中間層
10 基材
20 導電性層
30 中間層
Claims (18)
- 基材と、前記基材上に設けられた導電性層と、を備え、
前記導電性層は、下記一般式(I)で示される部分構造を含む三次元架橋構造を有し、Si、Ti、Zr及びAlからなる群より選ばれる元素のアルコキシド化合物の少なくとも1つを加水分解及び重縮合して得られるゾルゲル硬化物であるバインダーと、平均短軸長が150nm以下の金属ナノワイヤーと、を含み、前記金属ナノワイヤーに対する前記アルコキシド化合物の質量比(アルコキシド化合物/金属ナノワイヤー)が、0.25/1~30/1の範囲であり、且つ、前記基材側の面とは反対側の面の表面粗さRaが0.5nm~50nmの範囲である、導電性部材。
-M1-O-M1- (I)
(一般式(I)中、M1は、Si、Ti、Zr及びAlからなる群より選ばれる元素を示す。) - 前記アルコキシド化合物は、下記一般式(II)で示される化合物を含む請求項1に記載の導電性部材。
M2(OR1)aR2 (4-a) (II)
(一般式(II)中、M2はSi、Ti及びZrからなる群より選ばれる元素を示す。R1及びR2はそれぞれ独立に水素原子又は炭化水素基を示す。aは2~4の整数を示す。) - 前記一般式(I)中のM1がSiである請求項1又は請求項2に記載の導電性部材。
- 前記金属ナノワイヤーが、銀ナノワイヤーである請求項1~請求項3のいずれか1項に記載の導電性部材。
- 前記導電性層の表面抵抗率が、1,000Ω/□以下である請求項1~請求項4のいずれか1項に記載の導電性部材。
- 前記導電性層は導電性領域及び非導電性領域を含み、且つ少なくとも前記導電性領域が前記金属ナノワイヤーを含む請求項1~請求項5のいずれか1項に記載の導電性部材。
- 前記基材と前記導電性層との間に、更に少なくとも1層の中間層を有する請求項1~請求項6のいずれか1項に記載の導電性部材。
- 前記中間層のうち、前記導電性層に接する中間層が、前記金属ナノワイヤーと相互作用可能な官能基を有する化合物を含む請求項7に記載の導電性部材。
- 前記官能基が、アミド基、アミノ基、メルカプト基、カルボン酸基、スルホン酸基、リン酸基、ホスホン酸基、及びこれらの基の塩からなる群より選ばれる少なくとも1つである請求項8に記載の導電性部材。
- 前記導電性層の表面を、連続加重引掻試験機を使用し、前記導電性層の表面と接する面のサイズが20mm×20mmの擦り部材表面にガーゼを配置して500g荷重で50往復擦る耐摩耗試験を行った場合に、前記耐摩耗試験前の導電性層の表面抵抗率(Ω/□)に対する前記耐摩耗試験後の導電性層の表面抵抗率(Ω/□)の比(耐摩耗試験後/耐摩耗試験前)が、100以下である請求項1~請求項9のいずれか1項に記載の導電性部材。
- 前記導電性部材を、直径10mmの円筒マンドレルを装着した円筒形マンドレル屈曲試験器を用いて、20回曲げ試験を行った場合に、前記曲げ試験前の導電性層の表面抵抗率(Ω/□)に対する前記試験後の導電性層の表面抵抗率(Ω/□)の比(曲げ試験後/曲げ試験前)が5.0以下である請求項1~請求項10のいずれか1項に記載の導電性部材。
- (a)金属ナノワイヤーと、Si、Ti、Zr及びAlからなる群より選ばれる元素のアルコキシド化合物の少なくとも1つを加水分解及び重縮合させて得られる部分縮合物と、を含み、前記金属ナノワイヤーに対する前記アルコキシド化合物の質量比(アルコキシド化合物/金属ナノワイヤー)が、0.25/1~30/1の範囲である液状組成物を基材上に付与して、液膜を前記基材上に形成することと、
(b)前記液膜中の前記部分縮合物を、加水分解及び重縮合させてゾルゲル硬化物を形成させることにより、前記金属ナノワイヤー及びゾルゲル硬化物であるバインダーを含み、前記基材側の面とは反対側の面の表面粗さRaが0.5nm~50nmの範囲である導電性層を形成することと、
を有する請求項1~請求項11のいずれか1項に記載の導電性部材の製造方法。 - 前記部分縮合物の重量平均分子量が1,000~50,000の範囲である請求項12に記載の導電性部材の製造方法。
- 前記ゾルゲル硬化物は、前記金属ナノワイヤーに対する酸化性を有さない酸性触媒の存在下に加水分解及び重縮合される請求項12又は請求項13に記載の導電性部材の製造方法。
- 前記(a)に先だって、前記基材における前記液膜が形成される面に、少なくとも1層の中間層を形成することを更に含む請求項12~請求項14のいずれか1項に記載の導電性部材の製造方法。
- 前記(b)の後に、(c)前記導電性層にパターン状の非導電性領域を形成して、非導電性領域及び導電性領域と有する導電性層を形成することを更に含む請求項12~請求項15のいずれか1項に記載の導電性部材の製造方法。
- 請求項1~請求項11のいずれか1項に記載の導電性部材を備えるタッチパネル。
- 請求項1~請求項11のいずれか1項に記載の導電性部材を備える太陽電池。
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