透明導電性フィルムおよび透明導電性フィルムの製造方法
【課題】可撓性と共に高い導電性とを備えながらも導電性の劣化が防止された透明導電性フィルム、およびその製造方法を提供する。
【解決手段】光透過性のフィルム基材11と、フィルム基材11上に設けられたカーボンナノチューブ層13と、カーボンナノチューブ層13に積層された光透過性の金属酸化物層15-1とを備えた透明導電性フィルム1-1であり、金属酸化物層15-1はクラックAが設けられたクラック含有金属酸化物層15-1である。クラックAは、フィルム基材11の端縁と略平行で互いに垂直をはす2方向に延設されている。
【解決手段】光透過性のフィルム基材11と、フィルム基材11上に設けられたカーボンナノチューブ層13と、カーボンナノチューブ層13に積層された光透過性の金属酸化物層15-1とを備えた透明導電性フィルム1-1であり、金属酸化物層15-1はクラックAが設けられたクラック含有金属酸化物層15-1である。クラックAは、フィルム基材11の端縁と略平行で互いに垂直をはす2方向に延設されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は透明導電性フィルムおよび透明導電性フィルムの製造方法に関し、特には導電性劣化が防止された透明導電性フィルムおよび透明導電性フィルムの製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
透明導電性フィルムは、液晶表示装置、有機電界発光素子を用いた表示装置、および電子ペーパなどの平面型表示装置における表示面側の電極板、さらにはこれらの表示装置の表示面側に配置されるタッチパネルの電極板として用いられている。透明導電性フィルムは、導電性であると同時に透明性を要求されるため、光透過性のフィルム基材上に透明導電性材料膜を設けた構成となっている。
【0003】
近年においては、平面型の表示装置に対してフレキシブルに屈曲する、いわゆる可撓性が求められている。このため、透明導電性フィルムに用いる透明導電性材料膜として、カーボンナノチューブを用いた材料膜を適用する構成が提案されている。また、カーボンナノチューブを用いた材料膜に、酸化インジウムすず(ITO)や、酸化亜鉛(ZnO)などの光透過性を有する導電性の金属酸化物層を積層させる構成も提案されている(下記特許文献1,2参照)。このような積層構造とすることにより、カーボンナノチューブを用いた材料膜の導電性を、金属酸化物層によって補うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2005-255985号公報(段落0019参照)
【特許文献2】特開2008-177143号公報(段落0120参照)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、金属酸化物層は可撓性を備えていない。このため、金属酸化物層を用いた透明導電性フィルムを屈曲すると、金属酸化物層にクラックが入って抵抗値が高くなり、導電性が劣化する。
【0006】
そこで本発明は、可撓性と共に高い導電性とを備えながらも導電性の劣化が防止された透明導電性フィルム、およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
このような目的を達成するための本発明の透明導電性フィルムは、光透過性のフィルム基材と、当該フィルム基材上に設けられたカーボンナノチューブ層と、当該カーボンナノチューブ層に積層された光透過性の金属酸化物層とを備えている。そして特に、金属酸化物層にはクラックが設けられている。
【0008】
このような構成の透明導電性フィルムでは、カーボンナノチューブ層の導電性が、金属酸化物層によって補われるため高い導電性が得られる。また金属酸化物層には予めクラックが設けられているため、透明導電性フィルムが屈曲した場合に新たなクラックが金属酸化物層に生じて導電性が劣化することが防止される。
【0009】
また本発明の透明導電性フィルムの製造方法は次の手順で行う。先ず、光透過性のフィルム基材の一主面上に、カーボンナノチューブ層を成膜する。また光透過性のフィルム基材の一主面上に、金属酸化物層を成膜する。金属酸化物層が成膜されたフィルム基材を屈曲させることにより、当該金属酸化物層にクラックを形成する工程を行う。
【0010】
これにより、クラックが設けられた金属酸化物層をカーボンナノチューブ層に積層させた本発明構成の透明導電性フィルムが得られる。
【発明の効果】
【0011】
以上説明したように本発明によれば、可撓性と共に高い導電性とを備えた透明導電性フィルムにおける導電性の劣化を防止することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】第1実施形態の透明導電性フィルムの構成を示す概略断面図である。
【図2】第1実施形態の透明導電性フィルムの平面図である。
【図3】第1実施形態の透明導電性フィルムの製造方法を示す図である。
【図4】透明導電性フィルムの変形例を示す概略断面図である。
【図5】第2実施形態の透明導電性フィルムの平面図である。
【図6】第3実施形態の透明導電性フィルムの平面図である。
【図7】第3実施形態の透明導電性フィルムの製造方法の特徴部を示す図である。
【図8】第3実施形態の透明導電性フィルムが好適に用いられるタッチパネルの概略断面図である。
【図9】第4実施形態の透明導電性フィルムの平面図である。
【図10】第4実施形態の透明導電性フィルムの製造方法の特徴部を示す図である。
【図11】実施例の透明導電性フィルムにおける曲げ応力のサイクルに対する抵抗値の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下本発明の実施の形態を図面に基づいて、次に示す順に実施の形態を説明する。
1.第1実施形態(略垂直な2方向に延設されたクラックを設けた例)
2.第2実施形態(1方向に延設されたクラックを設けた例)
3.第3実施形態(周縁部にクラックを設けた例)
4.第4実施形態(中央部で密になるようにクラックを設けた例)
【0014】
≪1.第1実施形態≫
<透明導電性フィルムの構成>
図1は第1実施形態の透明導電性フィルム1-1の概略断面図であり、図2は透明導電性フィルム1-1の平面図である。これらの図に示す第1実施形態の透明導電性フィルム1-1は、フィルム基材11上に、カーボンナノチューブ層13を介して光透過性の金属酸化物層15-1が積層された構成である。特に、金属酸化物層15-1に、クラックAが設けられているところが特徴的であり、以降においてはクラックAを有する金属酸化物層15-1をクラック含有金属酸化物層15-1と称する。以下、各部材の詳細を説明する。
【0015】
フィルム基材11は、光透過性と共に可撓性を有する基材であり、特に全光線透過率が80%以上であることが好ましい。このようなフィルム基材11は、材質が限定されることはないが、例えば高分子材料によって構成されている。フィルム基材11を構成する高分子材料としては、シクロオレフィンポリマーやポリカーボネイト、アクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルサルフォン、ポリエチレンナフタレートなどのポリエステルなどの透明性の高い材料が選択して用いられる。中でも耐熱性、透明性に優れたポリエチレンテレフタレートで構成されていることが好ましい。
【0016】
フィルム基材11の膜厚は、例えば1μm〜500μm程度の一般的にフィルムと呼ばれる膜厚であっても良く、また500μmを超え2mm以下の一般的にシートと呼ばれる膜厚であっても良い。
【0017】
また高分子材料で構成されたフィルム基材11は、熱によって収縮することがあるので、このような収縮を取り除くために予め熱処理が施されたものであることが好ましい。さらにカーボンナノチューブ層13との密着性を高めるために、予め放電処理などの表面処理が施されたものであることが好ましい。尚、密着性の向上のために、フィルム基材11の表面には接着層が設けられていても良い。
【0018】
カーボンナノチューブ層13は、カーボンナノチューブによって構成された層である。ここで用いられるカーボンナノチューブが特に限定されることはないが、直径1〜100nm程度であり、好ましくは直径1.1〜10.0nm程度である。またカーボンナノチューブの長さは50〜10000nmであり、好ましくは100〜1000nmである。
【0019】
カーボンナノチューブ層13の膜厚は、用途に応じて要求される表面抵抗値、光透過率によって適宜決定すべきであるが、典型的には1〜100nm程度であって、光透過率80〜99%が好ましい。またより好ましい膜厚は5〜10nmであって、光透過率90〜98%が好ましい。
【0020】
クラック含有金属酸化物層15-1は、光透過性を有しかつ導電性が良好な金属酸化物を用いて構成された層である。ここで用いられる金属酸化物としては、湿度による化学的変化が少ない物質が好ましく用いられ、例えば酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛、またはこれらの混合物、さらには炭素を含有しても良い水酸化マグネシウムなどが例示される。これらの材料は、複数種類を混合して用いても良い。またこれらの材料からなるクラック含有金属酸化物層15-1は、多層構造であっても良い。
【0021】
クラック含有金属酸化物層15-1の膜厚は、用途に応じて要求される表面抵抗値、光線透過率によって適宜決定すべきであるが、典型的には5〜1000nm程度であり、光透過率および可撓性の観点から10〜500nmが好ましい。
【0022】
またクラック含有金属酸化物層15-1に設けられたクラックAは、クラック含有金属酸化物層15の膜厚方向にわたって設けられていて良い。
【0023】
図2に示すように、特に本第1実施形態におけるクラック含有金属酸化物層15-1には、フィルム基材11の端縁と略平行な2方向にクラックAが延設されていることとする。クラックA間の間隔p1,p2は、0.1〜100μm、好ましくは1〜50μm、さらに好ましくは2〜20μm程度であることとする。また、テレビ、タッチパネルのピクセルピッチは数〜数十μmであるため、数〜数十μmの等間隔でクラックを並べることが望ましい。本第1実施形態においては、クラック含有金属酸化物層15-1の全面に、均一な密度でクラックAが設けられていることとする。
【0024】
尚、以上のカーボンナノチューブ層13とクラック含有金属酸化物層15-1とは、接着剤などを介すること無く直接積層されていることが好ましい。
【0025】
<透明導電性フィルムの製造方法>
次に第1実施形態の透明導電性フィルム1-1の製造方法を説明する。
【0026】
先ず、図3(1)に示すように、フィルム基材11を用意し、必要に応じてフィルム基材11に対して熱処理を施し、また上層との密着性向上のための表面処理(例えば放電処理)を施すか、接着層の成膜を行う。このようなフィルム基材11の処理面上に、カーボンナノチューブ層13を成膜する。
【0027】
カーボンナノチューブ層13の成膜は次のように行う。先ず、カーボンナノチューブを分散溶媒中に分散させたカーボンナノチューブ分散液を調整する。分散溶媒としては、分散剤を含む、水、またはアルコール溶液や、有機系液体が挙げられる。分散剤は、本来、水、アルコールに分散が困難であるカーボンナノチューブの分散を介助し、良好な分散状態を形成することができる。分散剤としては、例えばSodium Dodecylsulphate(SDS)、sodium dodecylbenzene sulfonate(SDBS)、ドデシルスルホン酸ナトリウム(SDSA)、n−ラウロイルサルコシンナトリウム(Sarkosyl)、アルキルアリルスルホコハク酸ナトリウム(TREM)等の陰イオン系の分散剤や、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンイソオクチルフェニルエーテル(Triton X−405:商品名)、ポリオキシエチレン(20)ソルビタンモノラウレート(Tween20:商品名)、ポリオキシエチレン(20)ソルビタントリオレアート(Tween85:商品名)等の非イオン系の分散剤を用いることができる。また分散溶媒としては、有機系液体を用いることもできる。具体的には、エタノール、メタノール、クロロフォルム、ジメチルホルムアミド、N-メチル−2ピロリドン、1,2ジクロロベンゼン、ジクロロエタン、IPA、γ‐ブチルラクトン等の有機系の溶媒の一つ以上を含む液体が分散溶媒として用いられる。
【0028】
次に、調整したカーボンナノチューブ分散液を、フィルム基材11の処理面上に塗布(コーティング)する。塗布法が特に限定されることはないが、フィルム基材11の面積によらず均一な膜厚で塗布可能な方法が好ましく適用される。その後、塗布膜中の分散溶媒を乾燥除去することにより、カーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ層13が得られる。尚、カーボンナノチューブ分散液の分散溶媒として分散剤を含有する水系液体を用いた場合、分散溶媒を乾燥除去した後に水洗浄を行う。これによりカーボンナノチューブ層13内に残留する分散剤を除去してカーボンナノチューブ間の伝導度を向上させる。
【0029】
尚、カーボンナノチューブ層13の成膜方法は、以上に限定されることはない。例えば、カーボンナノチューブ分散液をスプレーしても良く、また電着法を適用しても良い。
【0030】
次に図3(2)に示すように、カーボンナノチューブ層13上に、金属酸化物層15aを成膜する。金属酸化物層15aの成膜は、電子ビーム蒸着やスパッタリングなどの物理的気相成長法(Physical vapor deposition:PVD法)と称される真空蒸着法、または化学的気相成長法(chemical vapor deposition:CVD法)等から適宜選択された成膜方法によって行われる。
【0031】
その後、図3(3)に示すように、金属酸化物層15aにクラックAを形成するための処理を行う。ここでは、円周方向に回転するシリンダー101の外側壁に沿って、金属酸化物層15aが形成されたフィルム基材11を走行させる。この際、シリンダー101の外側壁において金属酸化物層15aがフィルム基材11よりも外側となるように、シリンダー101とこれに沿って平行に設けた2つのガイドシリンダー103,105との間にフィルム基材11を挿入する。これにより、シリンダー101の外側壁に沿った均等な曲率にフィルム基材11の全面を屈曲させる。そして、フィルム基材11よりも外側の金属酸化物層15aに、シリンダー101の円周方向と略垂直な方向に、クラックAを発生させる。クラックAの発生間隔は、ほぼ均等になる。この際、シリンダー101の回転方向に、フィルム基材11の一方の両端縁を平行にし、これと垂直な端縁をシリンダー101の高さ方向に沿って配置する。これにより、フィルム基材11の端縁と平行に延設されたクラックAを発生させることができる。
【0032】
以上のようなクラックAの形成を、フィルム基材11の2方向に対して行う。これにより、図2を用いて説明したように、フィルム基材11の端縁と略平行な2方向にクラックAが延設されたクラック含有金属酸化物層15-1を得ることができる。尚、フィルム基材11の2方向においての各クラックAの形成においては、シリンダー101の曲率を適宜に調整することにより、2方向のクラックAの間隔p1,p2をそれぞれに設定することができる。
【0033】
以上のような構成の透明導電性フィルム1-1は、例えばフレキシブルに屈曲する平面型表示装置における光取出側の電極板として設けられ、さらにはこれらの表示装置の表示面側に配置されるタッチパネルの電極板として用いられている。またこの他にも、液晶表示装置におけるシールドフィルムや、太陽電池の電極板として用いられる。
【0034】
以上のように構成された透明導電性フィルム1-1によれば、カーボンナノチューブ層13の導電性が、クラック含有金属酸化物層15-1によって補われるため、高い導電性が得られる。またクラック含有金属酸化物層15-1には予めクラックAが設けられているため、透明導電性フィルム1-1が屈曲した場合に新たなクラックが金属酸化物層に生じて導電性が劣化することが防止される。この結果、可撓性と共に高い導電性とを備えた透明導電性フィルム1-1において、導電性の劣化を防止することが可能になる。
【0035】
また、この透明導電性フィルム1-1は、全面にクラック含有金属酸化物層15-1が設けられている。このため、導電性の良好な金属酸化物を微粒子状にしてカーボンナノチューブ層内に分散させた構成と比較すると、微粒子表面での光の表面散乱がないため、光透過性を維持することも可能である。
【0036】
<変形例>
以上のようなクラック含有金属酸化物15-1を備えた透明導電性フィルム1-1は、例えば図4に示すような様々な積層構造の形態を採用することができる。
【0037】
図4(1)に示す変形例の透明導電性フィルム1-1aは、フィルム基材11上に、クラック含有金属酸化物15-1、カーボンナノチューブ層13をこの順に積層させた構成である。このような透明導電性フィルム1-1aの製造手順は、次のようである。1)フィルム基材11上に金属酸化物層を成膜する。2)金属酸化物層にクラックAを形成する。3)カーボンナノチューブ層13を成膜する。また2)クラックの形成は、3)カーボンナノチューブ層13の成膜の後に行っても良い。尚、各工程は、第1実施形態において図3を用いて説明したと同様に行われる。
【0038】
図4(2)に示す変形例の透明導電性フィルム1-1bは、フィルム基材11上に、カーボンナノチューブ層13、クラック含有金属酸化物15-1、カーボンナノチューブ層13をこの順に積層させた構成である。このような透明導電性フィルム1-1bの製造手順は、次のようである。1)フィルム基材11上にカーボンナノチューブ層13を成膜する。2)金属酸化物層を成膜する。3)金属酸化物層にクラックAを形成する。4)カーボンナノチューブ層13を成膜する。また3)クラックAの形成は、4)カーボンナノチューブ層13の成膜の後に行っても良い。尚、各工程は、第1実施形態において図3を用いて説明したと同様に行われる。
【0039】
図4(3)に示す変形例の透明導電性フィルム1-1cは、フィルム基材11上に、カーボンナノチューブ層13、1層目のクラック含有金属酸化物層15-1、2層目のクラック含有金属酸化物層15-1をこの順に積層させた構成である。1層目のクラック含有金属酸化物層15-1のクラックAと、2層目のクラック含有金属酸化物層15-1のクラックAとは、深さ方向に連通していても良く、連通していなくても良く、さらに間隔p1、p2が異なっていても良い。このような透明導電性フィルム1-1cの製造手順は、次のようである。1)フィルム基材11上にカーボンナノチューブ層13を成膜する。2)1層目の金属酸化物層を成膜する。3)1層目の金属酸化物層にクラックAを形成する。4)2層目の金属酸化物層を成膜する。5)2層目の金属酸化物層にクラックAを形成する。または、3)クラックの形成は行わず3),4)の金属酸化物層の成膜を異なる材質で連続して行った後に、5)クラックAの形成を行っても良い。
【0040】
尚、2層のクラック含有金属酸化物層15-1は、カーボンナノチューブ層13を挟んで積層されていても良い。
【0041】
以上のような各透明導電性フィルム1-1a〜1-1cは、それぞれを組み合わせることも可能であり、複数のカーボンナノチューブ層13と複数のクラック含有金属酸化物層15-1とを、適宜の順に積層させても良い。
【0042】
以上のような変形例の透明導電性フィルムにおいて、最表面にカーボンナノチューブ層13が設けられた構成であれば、カーボンナノチューブ層13が保護層となって、クラック含有金属酸化物層15-1を化学的に安定化させることが可能である。したがって、さらに導電性の劣化を防止する効果が高くなる。
【0043】
≪第2実施形態≫
<透明導電性フィルムの構成>
図5は第2実施形態の透明導電性フィルム1-2の平面図である。この図に示す第2実施形態の透明導電性フィルム1-2が、第1実施形態の透明導電性フィルム1-1と異なるところは、クラック含有金属酸化物層15-2におけるクラックAの配置にあり、他の構成は同様である。このため重複する説明は省略する。
【0044】
すなわち、本第2実施形態におけるクラック含有金属酸化物層15-2には、フィルム基材11の端縁と略平行な1方向にクラックAが延設されている。クラックA間の間隔p1は、第1実施形態と同様であって、0.1〜100μm、好ましくは1〜50μm、さらに好ましくは2〜20μm程度であり、クラック含有金属酸化物層15-1の全面に均一な密度でクラックAが設けられていることとする。
【0045】
<透明導電性フィルムの製造方法>
第2実施形態の透明導電性フィルム1-2の製造方法は、第1実施形態において図3を用いて説明したと同様である。ただし、クラックAの形成はフィルム基材11の1方向に対してのみ行えば良い。
【0046】
以上のような構成の透明導電性フィルム1-2は、例えばフレキシブルに屈曲する平面型表示装置における光取出側の電極板として設けられ、さらにはこれらの表示装置の表示面側に配置されるタッチパネルの電極板として用いられている。またこの他にも、液晶表示装置におけるシールドフィルムや、太陽電池の電極板として用いられる。特に、表示面が巻き取り収納される表示装置に設けられる場合であれば、巻き取り方向に対して垂直にクラックAが延設される構成とする。
【0047】
以上のように構成された透明導電性フィルム1-2であっても、カーボンナノチューブ層13の導電性が、クラック含有金属酸化物層15-2によって補われるため、高い導電性が得られる。またクラック含有金属酸化物層15-2には予めクラックAが設けられているため、透明導電性フィルム1-2がクラックAの延設方向と垂直な方向に屈曲した場合に、新たなクラックが金属酸化物層に生じて導電性が劣化することが防止される。つまり、透明導電性フィルム1-2を、クラックAの延設方向と垂直な方向に巻き取っても、導電性が劣化を防止できるのである。この結果、可撓性と共に高い導電性とを備えた透明導電性フィルム1-2において、導電性の劣化を防止することが可能になる。
【0048】
また、この透明導電性フィルム1-2も、第1実施形態と同様に全面にクラック含有金属酸化物層15-2が設けられているため、金属酸化物を微粒子状にしてカーボンナノチューブ層内に分散させた構成と比較し、光透過性を維持することも可能である。
【0049】
<変形例>
以上のようなクラック含有金属酸化物15-2を備えた透明導電性フィルム1-2に対しても、第1実施形態において図4を用いて説明したような様々な積層構造の形態を採用することができ、同様の効果を得ることができる。
【0050】
また、2層のクラック含有金属酸化物15-2を積層させる構成であれば、1層目のクラック含有金属酸化物15-2に設けるクラックAと、2層目のクラック含有金属酸化物15-2に設けるクラックAとを、略垂直となる方向に延設させても良い。
【0051】
≪第3実施形態≫
<透明導電性フィルムの構成>
図6は第3実施形態の透明導電性フィルム1-3の平面図である。この図に示す第3実施形態の透明導電性フィルム1-3が、第1実施形態の透明導電性フィルム1-1と異なるところは、クラック含有金属酸化物層15-3におけるクラックAの配置にあり、他の構成は同様である。このため重複する説明は省略する。
【0052】
すなわち、本第3実施形態におけるクラック含有金属酸化物層15-3には、フィルム基材11の端縁と略平行に延設されたクラックAが、フィルム基材11の中央よりも端縁において密に配置されている。ここでは特に、フィルム基材11の端縁のみに、端縁と略平行な2方向にクラックAが延設されていることとする。クラックA間の間隔は、フィルム基板11の端縁において、0.1〜100μm、好ましくは1〜50μm、さらに好ましくは2〜20μm程度であり、中央に近いほどクラックAの配置が疎に設けられていても良い。
【0053】
<透明導電性フィルムの製造方法>
第3実施形態の透明導電性フィルム1-3の製造方法は、第1実施形態で図3を用いて説明した製造方法に対して、クラックAの形成工程が異なり、次のように行われる。
【0054】
先ず、第1実施形態において図3(1)を用いて説明したと同様にフィルム基材11上にカーボンナノチューブ層13を成膜し、さらに図3(2)を用いて説明したと同様に金属酸化物層15aを成膜する。
【0055】
その後、図7に示すように、金属酸化物層15aにクラックAを形成するための処理を行う。ここでは、先ず図7(1)に示すように、金属酸化物層15aが形成されたフィルム基材11側にシリンダー107を押し圧し、シリンダー107の側壁部分に沿ってフィルム基材11を屈曲させる。そして、フィルム基材11よりも外側の金属酸化物層15aに、シリンダー107における円周方向と略垂直な方向に、クラックAを発生させる。クラックAの発生間隔は、屈曲部中央において密になる。またさらに、図7(2)に示すように、フィルム基材11に対してシリンダー107を相対的に移動させる。そして移動させた位置において金属酸化物層15aが形成されたフィルム基材11側にシリンダー107を押し圧してクラックAを発生させる。
【0056】
以上のようなクラックAの形成を、フィルム基材11の2方向に対して行う。
【0057】
その後、クラックAの形成位置に合わせてクラックAの延設方向に沿ってフィルム基材11を2方向に切断する。これにより、図6に示したように、フィルム基板11の縁部のみに縁部に沿ってクラックAが延設されたクラック含有金属酸化物層15-3を得ることができる。
【0058】
以上のような構成の透明導電性フィルム1-3は、第1実施形態と同様に用いることができるが、特にタッチパネルの電極板として好適に用いられる。
【0059】
以上のように構成された透明導電性フィルム1-3であっても、カーボンナノチューブ層13の導電性が、クラック含有金属酸化物層15-3によって補われるため、高い導電性が得られる。またクラック含有金属酸化物層15-3の端縁には予めクラックAが設けられているため、透明導電性フィルム1-3の端縁に対して曲げ応力が加わった場合に、新たなクラックが金属酸化物層に生じて導電性が劣化することが防止される。
【0060】
以上のような構成の透明導電性フィルム1-3は、表示装置の表示面側に配置されるタッチパネルの電極板として好適に用いられる。
【0061】
図8には、透明導電性フィルム1-3を用いたタッチパネル20の概略断面図を示す。タッチパネル20の支持基板21上には、透明導電膜23を介してドットスペーサ25が配列されている。支持基板21の透明導電膜23側に、クラック含有金属酸化物層15-3を内側にして透明導電性フィルム1-3が対向配置されている。支持持基板21と透明導電性フィルム1-3とは、周縁に設けた貼合剤27によって貼り合わせられている。
【0062】
以上のような構成のタッチパネル20においては、透明導電性フィルム1-3側からタッチペン201などによって圧力を加えると、可撓性を有する透明導電性フィルム1-3が撓む。これにより、透明導電性フィルム1-3側のクラック含有金属酸化物層15-3と、支持基板21側の透明導電膜23とが接触して電流が流れ、4方向の電位を検出することによってタッチペン201による加圧部が特定される。
【0063】
タッチペン201によって透明導電性フィルム1-3を加圧した場合、どの部分を加圧しても、透明導電性フィルム1-3の周縁Bには必ず曲げ応力が加わる。しかしながら、図6に示した第3実施形態の透明導電性フィルム1-3を設けることで、クラック含有金属酸化物層15-3の周縁部に新たなクラックが生じることは無く、透明導電性フィルム1-3においての導電性の劣化が防止されるのである。
【0064】
<変形例>
以上のようなクラック含有金属酸化物15-3を備えた透明導電性フィルム1-3に対しても、第1実施形態において図4を用いて説明したような様々な積層構造の形態を採用することができ、同様の効果を得ることができる。
【0065】
≪第4実施形態≫
<透明導電性フィルムの構成>
図9は第4実施形態の透明導電性フィルム1-4の平面図である。この図に示す第4実施形態の透明導電性フィルム1-4が、第1実施形態の透明導電性フィルム1-1と異なるところは、クラック含有金属酸化物層15-4におけるクラックAの配置にあり、他の構成は同様である。このため重複する説明は省略する。
【0066】
すなわち、本第4実施形態におけるクラック含有金属酸化物層15-4には、フィルム基材11の端縁と略平行に延設されたクラックAが、フィルム基材11の中央において端縁よりも密に配置されている。ここでは特に、端縁と略平行な1方向のみにクラックAが延設されていることとする。クラックA間の間隔は、フィルム基板11の中央において、0.1〜100μm、好ましくは1〜50μm、さらに好ましくは2〜20μm程度であり、縁部に近いほどクラックAの配置が疎に設けられていることとする。
【0067】
<透明導電性フィルムの製造方法>
第4実施形態の透明導電性フィルム1-4の製造方法は、第1実施形態で図3を用いて説明した製造方法に対して、クラックAの形成工程が異なり、次のように行われる。
【0068】
先ず、第1実施形態において図3(1)を用いて説明したと同様にフィルム基材11上にカーボンナノチューブ層13を成膜し、さらに図3(2)を用いて説明したと同様に金属酸化物層15aを成膜する。
【0069】
その後、図10に示すように、金属酸化物層15aにクラックAを形成するための処理を行う。ここでは、先ず図10(1)に示すように、金属酸化物層15aが形成されたフィルム基材11の両端縁を固定ジグ109に固定する。その後、図10(2)に示すように、2つの固定ジグ109の回動によりフィルム基材11を中央で屈曲させる。この際、フィルム基材11上の金属酸化物層15aが屈曲面の外側となるようにする。これにより、フィルム基材11よりも外側の金属酸化物層15aに、フィルム基材11の屈曲方向と略垂直な方向に延設されるラックAを発生させる。クラックAの発生間隔は、フィルム基材11の中央(つまり屈曲部中央)において密になる。
【0070】
以上により、図9を用いて説明したように、フィルム基材11の中央において密にクラックAが配置されたクラック含有金属酸化物層15-4を得ることができる。尚、フィルム基材11の2方向にクラックAを発生させる場合には、上述したフィルム基材11の屈曲を、2方向に対して行えば良い。また、フィルム基材11の屈曲度合い(例えば曲率半径R)を調整することにより、クラックAの間隔をそれぞれに設定することができる。
【0071】
以上のような構成の透明導電性フィルム1-4は、例えばフレキシブルに屈曲する平面型表示装置における光取出側の電極板として設けられ、さらにはこれらの表示装置の表示面側に配置されるタッチパネルの電極板として用いられている。またこの他にも、液晶表示装置におけるシールドフィルムや、太陽電池の電極板として用いられる。特に、表示面が巻き取り収納される表示装置に設けられる場合であれば、巻き取り方向に対して垂直にクラックAが延設される構成とする。
【0072】
以上のように構成された透明導電性フィルム1-4あっても、カーボンナノチューブ層13の導電性が、クラック含有金属酸化物層15-4によって補われるため、高い導電性が得られる。またクラック含有金属酸化物層15-4には予めクラックAが設けられているため、透明導電性フィルム1-4がクラックAの延設方向と垂直な方向に屈曲した場合に、新たなクラックが金属酸化物層に生じて導電性が劣化することが防止される。つまり、透明導電性フィルム1-4を、クラックAの延設方向と垂直な方向に屈曲させても、導電性が劣化を防止できるのである。この結果、可撓性と共に高い導電性とを備えた透明導電性フィルム1-4において、導電性の劣化を防止することが可能になる。
【0073】
また、この透明導電性フィルム1-4も、第1実施形態と同様に全面にクラック含有金属酸化物層15-4が設けられているため、金属酸化物を微粒子状にしてカーボンナノチューブ層内に分散させた構成と比較し、光透過性を維持することも可能である。
【0074】
<変形例>
以上のようなクラック含有金属酸化物15-4を備えた透明導電性フィルム1-4に対しても、第1実施形態において図4を用いて説明したような様々な積層構造の形態を採用することができ、同様の効果を得ることができる。
【0075】
また、2層のクラック含有金属酸化物15-4を積層させる構成であれば、1層目のクラック含有金属酸化物15-4に設けるクラックAと、2層目のクラック含有金属酸化物15-4に設けるクラックAとを、略垂直となる方向に延設させても良い。
【実施例】
【0076】
<実施例1>
以下のようにして、図4(1)に示した層構成の透明導電性フィルム1-1aを作製した。
【0077】
先ず、ポリエチレンテレフタレート(PET)からなるフィルム基材11上に、スパッタリング法によりシート抵抗25Ω/□のITOからなる金属酸化物層15aを成膜した。その後フィルム基材11を3cm×3cmの大きさに切り出した。
【0078】
次に、1wt%のラウリル硫酸ナトリュウム(SDS)水溶液中に、カーボンナノチューブ(Carbon Solutions, Inc.社製)を、0.1mg/mlの濃度で分散させたカーボンナノチューブ分散液を調整した。このカーボンナノチューブ分散液を、金属酸化物層15a上に塗布して乾燥させ、これを4回繰り返すことによりカーボンナノチューブ層15を成膜した。
【0079】
次に、図10に示したように、曲率半径R=10mmの曲げ応力を2000回繰り返し印加した。これにより図9に示したように、金属酸化物層15aに中央において密となるようにクラックAを発生させた透明導電性フィルム1-4を作製した。ただし、積層構成は図4に示した層構成の透明導電性フィルム1-1aである。
【0080】
<比較例1>
上述した実施例1の手順において、クラックAの形成を行わず、フィルム基材11上に、クラックAのない金属酸化物層15aを介してカーボンナノチューブ層15上に設けた透明導電性フィルムを作製した。
【0081】
<比較例2>
上述した実施例1の手順において、金属酸化物層15aの成膜15aのみを行い、フィルム基材11上に、クラックAのない金属酸化物層15aのみを設けた透明導電性フィルムを作製した。
【0082】
<評価1>
実施例1および比較例1,2の透明導電性フィルムについて、波長550nmの光に対する透過率を測定した。この結果を下記表1に示す。
【表1】
【0083】
表1に示す結果から、本発明を適用した実施例1では、クラックのない金属酸化物層のみを設けた比較例2よりも光透過率が低下するものの、カーボンナノチューブ層にクラックのない金属酸化物層を積層させた比較例1と同程度の高い光透過率が得られることが確認された。
【0084】
<評価2>
機械的応力による透明導電性フィルムの特性変化を測定した。実施例1および比較例2で作製した透明導電性フィルムに対して、曲げ応力を印加して抵抗値の変化を測定した。この際、図10に示したように、透明導電性フィルムを電極となる2つの固定ジグ109間に固定した。電極(固定ジグ109)間は、幅1cm/長さ約2cmとした。この状態で、最大曲率半径R=約8mm、サイクル周期を0.4Hzで透明導電性フィルムに曲げ応力を印加し、電極間電圧3Vに固定して抵抗値を測定した。この結果を、初期抵抗値(Rinitial)に対する各サイクルにおける抵抗値(Rcycle)の値として図11に示す。
【0085】
図11の結果から、クラック形成されていない金属酸化物層を有する比較例2では、13000サイクル程度で、抵抗値(Rcycle)が初期抵抗値(Rinitial)の10倍に達する。これに対して、本発明を適用してクラック含有金属酸化物層を設けた実施例1では、20000サイクルを超えても抵抗変化(Rcycle/Rinitial)が2〜3倍程度に収まっている。したがって、クラック含有金属酸化物層を設けることにより、機械的応力耐久性が向上していることが確認された。
【符号の説明】
【0086】
1-1,1-1a,1-1b,1-1c,1-2,1-3,1-4…透明導電性フィルム、11…フィルム基材、13…カーボンナノチューブ層、15a…金属酸化物層、15-1,15-2,15-3,15-4…クラック含有金属酸化物層、101,107…シリンダー、A…クラック
【技術分野】
【0001】
本発明は透明導電性フィルムおよび透明導電性フィルムの製造方法に関し、特には導電性劣化が防止された透明導電性フィルムおよび透明導電性フィルムの製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
透明導電性フィルムは、液晶表示装置、有機電界発光素子を用いた表示装置、および電子ペーパなどの平面型表示装置における表示面側の電極板、さらにはこれらの表示装置の表示面側に配置されるタッチパネルの電極板として用いられている。透明導電性フィルムは、導電性であると同時に透明性を要求されるため、光透過性のフィルム基材上に透明導電性材料膜を設けた構成となっている。
【0003】
近年においては、平面型の表示装置に対してフレキシブルに屈曲する、いわゆる可撓性が求められている。このため、透明導電性フィルムに用いる透明導電性材料膜として、カーボンナノチューブを用いた材料膜を適用する構成が提案されている。また、カーボンナノチューブを用いた材料膜に、酸化インジウムすず(ITO)や、酸化亜鉛(ZnO)などの光透過性を有する導電性の金属酸化物層を積層させる構成も提案されている(下記特許文献1,2参照)。このような積層構造とすることにより、カーボンナノチューブを用いた材料膜の導電性を、金属酸化物層によって補うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2005-255985号公報(段落0019参照)
【特許文献2】特開2008-177143号公報(段落0120参照)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、金属酸化物層は可撓性を備えていない。このため、金属酸化物層を用いた透明導電性フィルムを屈曲すると、金属酸化物層にクラックが入って抵抗値が高くなり、導電性が劣化する。
【0006】
そこで本発明は、可撓性と共に高い導電性とを備えながらも導電性の劣化が防止された透明導電性フィルム、およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
このような目的を達成するための本発明の透明導電性フィルムは、光透過性のフィルム基材と、当該フィルム基材上に設けられたカーボンナノチューブ層と、当該カーボンナノチューブ層に積層された光透過性の金属酸化物層とを備えている。そして特に、金属酸化物層にはクラックが設けられている。
【0008】
このような構成の透明導電性フィルムでは、カーボンナノチューブ層の導電性が、金属酸化物層によって補われるため高い導電性が得られる。また金属酸化物層には予めクラックが設けられているため、透明導電性フィルムが屈曲した場合に新たなクラックが金属酸化物層に生じて導電性が劣化することが防止される。
【0009】
また本発明の透明導電性フィルムの製造方法は次の手順で行う。先ず、光透過性のフィルム基材の一主面上に、カーボンナノチューブ層を成膜する。また光透過性のフィルム基材の一主面上に、金属酸化物層を成膜する。金属酸化物層が成膜されたフィルム基材を屈曲させることにより、当該金属酸化物層にクラックを形成する工程を行う。
【0010】
これにより、クラックが設けられた金属酸化物層をカーボンナノチューブ層に積層させた本発明構成の透明導電性フィルムが得られる。
【発明の効果】
【0011】
以上説明したように本発明によれば、可撓性と共に高い導電性とを備えた透明導電性フィルムにおける導電性の劣化を防止することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】第1実施形態の透明導電性フィルムの構成を示す概略断面図である。
【図2】第1実施形態の透明導電性フィルムの平面図である。
【図3】第1実施形態の透明導電性フィルムの製造方法を示す図である。
【図4】透明導電性フィルムの変形例を示す概略断面図である。
【図5】第2実施形態の透明導電性フィルムの平面図である。
【図6】第3実施形態の透明導電性フィルムの平面図である。
【図7】第3実施形態の透明導電性フィルムの製造方法の特徴部を示す図である。
【図8】第3実施形態の透明導電性フィルムが好適に用いられるタッチパネルの概略断面図である。
【図9】第4実施形態の透明導電性フィルムの平面図である。
【図10】第4実施形態の透明導電性フィルムの製造方法の特徴部を示す図である。
【図11】実施例の透明導電性フィルムにおける曲げ応力のサイクルに対する抵抗値の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下本発明の実施の形態を図面に基づいて、次に示す順に実施の形態を説明する。
1.第1実施形態(略垂直な2方向に延設されたクラックを設けた例)
2.第2実施形態(1方向に延設されたクラックを設けた例)
3.第3実施形態(周縁部にクラックを設けた例)
4.第4実施形態(中央部で密になるようにクラックを設けた例)
【0014】
≪1.第1実施形態≫
<透明導電性フィルムの構成>
図1は第1実施形態の透明導電性フィルム1-1の概略断面図であり、図2は透明導電性フィルム1-1の平面図である。これらの図に示す第1実施形態の透明導電性フィルム1-1は、フィルム基材11上に、カーボンナノチューブ層13を介して光透過性の金属酸化物層15-1が積層された構成である。特に、金属酸化物層15-1に、クラックAが設けられているところが特徴的であり、以降においてはクラックAを有する金属酸化物層15-1をクラック含有金属酸化物層15-1と称する。以下、各部材の詳細を説明する。
【0015】
フィルム基材11は、光透過性と共に可撓性を有する基材であり、特に全光線透過率が80%以上であることが好ましい。このようなフィルム基材11は、材質が限定されることはないが、例えば高分子材料によって構成されている。フィルム基材11を構成する高分子材料としては、シクロオレフィンポリマーやポリカーボネイト、アクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルサルフォン、ポリエチレンナフタレートなどのポリエステルなどの透明性の高い材料が選択して用いられる。中でも耐熱性、透明性に優れたポリエチレンテレフタレートで構成されていることが好ましい。
【0016】
フィルム基材11の膜厚は、例えば1μm〜500μm程度の一般的にフィルムと呼ばれる膜厚であっても良く、また500μmを超え2mm以下の一般的にシートと呼ばれる膜厚であっても良い。
【0017】
また高分子材料で構成されたフィルム基材11は、熱によって収縮することがあるので、このような収縮を取り除くために予め熱処理が施されたものであることが好ましい。さらにカーボンナノチューブ層13との密着性を高めるために、予め放電処理などの表面処理が施されたものであることが好ましい。尚、密着性の向上のために、フィルム基材11の表面には接着層が設けられていても良い。
【0018】
カーボンナノチューブ層13は、カーボンナノチューブによって構成された層である。ここで用いられるカーボンナノチューブが特に限定されることはないが、直径1〜100nm程度であり、好ましくは直径1.1〜10.0nm程度である。またカーボンナノチューブの長さは50〜10000nmであり、好ましくは100〜1000nmである。
【0019】
カーボンナノチューブ層13の膜厚は、用途に応じて要求される表面抵抗値、光透過率によって適宜決定すべきであるが、典型的には1〜100nm程度であって、光透過率80〜99%が好ましい。またより好ましい膜厚は5〜10nmであって、光透過率90〜98%が好ましい。
【0020】
クラック含有金属酸化物層15-1は、光透過性を有しかつ導電性が良好な金属酸化物を用いて構成された層である。ここで用いられる金属酸化物としては、湿度による化学的変化が少ない物質が好ましく用いられ、例えば酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛、またはこれらの混合物、さらには炭素を含有しても良い水酸化マグネシウムなどが例示される。これらの材料は、複数種類を混合して用いても良い。またこれらの材料からなるクラック含有金属酸化物層15-1は、多層構造であっても良い。
【0021】
クラック含有金属酸化物層15-1の膜厚は、用途に応じて要求される表面抵抗値、光線透過率によって適宜決定すべきであるが、典型的には5〜1000nm程度であり、光透過率および可撓性の観点から10〜500nmが好ましい。
【0022】
またクラック含有金属酸化物層15-1に設けられたクラックAは、クラック含有金属酸化物層15の膜厚方向にわたって設けられていて良い。
【0023】
図2に示すように、特に本第1実施形態におけるクラック含有金属酸化物層15-1には、フィルム基材11の端縁と略平行な2方向にクラックAが延設されていることとする。クラックA間の間隔p1,p2は、0.1〜100μm、好ましくは1〜50μm、さらに好ましくは2〜20μm程度であることとする。また、テレビ、タッチパネルのピクセルピッチは数〜数十μmであるため、数〜数十μmの等間隔でクラックを並べることが望ましい。本第1実施形態においては、クラック含有金属酸化物層15-1の全面に、均一な密度でクラックAが設けられていることとする。
【0024】
尚、以上のカーボンナノチューブ層13とクラック含有金属酸化物層15-1とは、接着剤などを介すること無く直接積層されていることが好ましい。
【0025】
<透明導電性フィルムの製造方法>
次に第1実施形態の透明導電性フィルム1-1の製造方法を説明する。
【0026】
先ず、図3(1)に示すように、フィルム基材11を用意し、必要に応じてフィルム基材11に対して熱処理を施し、また上層との密着性向上のための表面処理(例えば放電処理)を施すか、接着層の成膜を行う。このようなフィルム基材11の処理面上に、カーボンナノチューブ層13を成膜する。
【0027】
カーボンナノチューブ層13の成膜は次のように行う。先ず、カーボンナノチューブを分散溶媒中に分散させたカーボンナノチューブ分散液を調整する。分散溶媒としては、分散剤を含む、水、またはアルコール溶液や、有機系液体が挙げられる。分散剤は、本来、水、アルコールに分散が困難であるカーボンナノチューブの分散を介助し、良好な分散状態を形成することができる。分散剤としては、例えばSodium Dodecylsulphate(SDS)、sodium dodecylbenzene sulfonate(SDBS)、ドデシルスルホン酸ナトリウム(SDSA)、n−ラウロイルサルコシンナトリウム(Sarkosyl)、アルキルアリルスルホコハク酸ナトリウム(TREM)等の陰イオン系の分散剤や、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンイソオクチルフェニルエーテル(Triton X−405:商品名)、ポリオキシエチレン(20)ソルビタンモノラウレート(Tween20:商品名)、ポリオキシエチレン(20)ソルビタントリオレアート(Tween85:商品名)等の非イオン系の分散剤を用いることができる。また分散溶媒としては、有機系液体を用いることもできる。具体的には、エタノール、メタノール、クロロフォルム、ジメチルホルムアミド、N-メチル−2ピロリドン、1,2ジクロロベンゼン、ジクロロエタン、IPA、γ‐ブチルラクトン等の有機系の溶媒の一つ以上を含む液体が分散溶媒として用いられる。
【0028】
次に、調整したカーボンナノチューブ分散液を、フィルム基材11の処理面上に塗布(コーティング)する。塗布法が特に限定されることはないが、フィルム基材11の面積によらず均一な膜厚で塗布可能な方法が好ましく適用される。その後、塗布膜中の分散溶媒を乾燥除去することにより、カーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ層13が得られる。尚、カーボンナノチューブ分散液の分散溶媒として分散剤を含有する水系液体を用いた場合、分散溶媒を乾燥除去した後に水洗浄を行う。これによりカーボンナノチューブ層13内に残留する分散剤を除去してカーボンナノチューブ間の伝導度を向上させる。
【0029】
尚、カーボンナノチューブ層13の成膜方法は、以上に限定されることはない。例えば、カーボンナノチューブ分散液をスプレーしても良く、また電着法を適用しても良い。
【0030】
次に図3(2)に示すように、カーボンナノチューブ層13上に、金属酸化物層15aを成膜する。金属酸化物層15aの成膜は、電子ビーム蒸着やスパッタリングなどの物理的気相成長法(Physical vapor deposition:PVD法)と称される真空蒸着法、または化学的気相成長法(chemical vapor deposition:CVD法)等から適宜選択された成膜方法によって行われる。
【0031】
その後、図3(3)に示すように、金属酸化物層15aにクラックAを形成するための処理を行う。ここでは、円周方向に回転するシリンダー101の外側壁に沿って、金属酸化物層15aが形成されたフィルム基材11を走行させる。この際、シリンダー101の外側壁において金属酸化物層15aがフィルム基材11よりも外側となるように、シリンダー101とこれに沿って平行に設けた2つのガイドシリンダー103,105との間にフィルム基材11を挿入する。これにより、シリンダー101の外側壁に沿った均等な曲率にフィルム基材11の全面を屈曲させる。そして、フィルム基材11よりも外側の金属酸化物層15aに、シリンダー101の円周方向と略垂直な方向に、クラックAを発生させる。クラックAの発生間隔は、ほぼ均等になる。この際、シリンダー101の回転方向に、フィルム基材11の一方の両端縁を平行にし、これと垂直な端縁をシリンダー101の高さ方向に沿って配置する。これにより、フィルム基材11の端縁と平行に延設されたクラックAを発生させることができる。
【0032】
以上のようなクラックAの形成を、フィルム基材11の2方向に対して行う。これにより、図2を用いて説明したように、フィルム基材11の端縁と略平行な2方向にクラックAが延設されたクラック含有金属酸化物層15-1を得ることができる。尚、フィルム基材11の2方向においての各クラックAの形成においては、シリンダー101の曲率を適宜に調整することにより、2方向のクラックAの間隔p1,p2をそれぞれに設定することができる。
【0033】
以上のような構成の透明導電性フィルム1-1は、例えばフレキシブルに屈曲する平面型表示装置における光取出側の電極板として設けられ、さらにはこれらの表示装置の表示面側に配置されるタッチパネルの電極板として用いられている。またこの他にも、液晶表示装置におけるシールドフィルムや、太陽電池の電極板として用いられる。
【0034】
以上のように構成された透明導電性フィルム1-1によれば、カーボンナノチューブ層13の導電性が、クラック含有金属酸化物層15-1によって補われるため、高い導電性が得られる。またクラック含有金属酸化物層15-1には予めクラックAが設けられているため、透明導電性フィルム1-1が屈曲した場合に新たなクラックが金属酸化物層に生じて導電性が劣化することが防止される。この結果、可撓性と共に高い導電性とを備えた透明導電性フィルム1-1において、導電性の劣化を防止することが可能になる。
【0035】
また、この透明導電性フィルム1-1は、全面にクラック含有金属酸化物層15-1が設けられている。このため、導電性の良好な金属酸化物を微粒子状にしてカーボンナノチューブ層内に分散させた構成と比較すると、微粒子表面での光の表面散乱がないため、光透過性を維持することも可能である。
【0036】
<変形例>
以上のようなクラック含有金属酸化物15-1を備えた透明導電性フィルム1-1は、例えば図4に示すような様々な積層構造の形態を採用することができる。
【0037】
図4(1)に示す変形例の透明導電性フィルム1-1aは、フィルム基材11上に、クラック含有金属酸化物15-1、カーボンナノチューブ層13をこの順に積層させた構成である。このような透明導電性フィルム1-1aの製造手順は、次のようである。1)フィルム基材11上に金属酸化物層を成膜する。2)金属酸化物層にクラックAを形成する。3)カーボンナノチューブ層13を成膜する。また2)クラックの形成は、3)カーボンナノチューブ層13の成膜の後に行っても良い。尚、各工程は、第1実施形態において図3を用いて説明したと同様に行われる。
【0038】
図4(2)に示す変形例の透明導電性フィルム1-1bは、フィルム基材11上に、カーボンナノチューブ層13、クラック含有金属酸化物15-1、カーボンナノチューブ層13をこの順に積層させた構成である。このような透明導電性フィルム1-1bの製造手順は、次のようである。1)フィルム基材11上にカーボンナノチューブ層13を成膜する。2)金属酸化物層を成膜する。3)金属酸化物層にクラックAを形成する。4)カーボンナノチューブ層13を成膜する。また3)クラックAの形成は、4)カーボンナノチューブ層13の成膜の後に行っても良い。尚、各工程は、第1実施形態において図3を用いて説明したと同様に行われる。
【0039】
図4(3)に示す変形例の透明導電性フィルム1-1cは、フィルム基材11上に、カーボンナノチューブ層13、1層目のクラック含有金属酸化物層15-1、2層目のクラック含有金属酸化物層15-1をこの順に積層させた構成である。1層目のクラック含有金属酸化物層15-1のクラックAと、2層目のクラック含有金属酸化物層15-1のクラックAとは、深さ方向に連通していても良く、連通していなくても良く、さらに間隔p1、p2が異なっていても良い。このような透明導電性フィルム1-1cの製造手順は、次のようである。1)フィルム基材11上にカーボンナノチューブ層13を成膜する。2)1層目の金属酸化物層を成膜する。3)1層目の金属酸化物層にクラックAを形成する。4)2層目の金属酸化物層を成膜する。5)2層目の金属酸化物層にクラックAを形成する。または、3)クラックの形成は行わず3),4)の金属酸化物層の成膜を異なる材質で連続して行った後に、5)クラックAの形成を行っても良い。
【0040】
尚、2層のクラック含有金属酸化物層15-1は、カーボンナノチューブ層13を挟んで積層されていても良い。
【0041】
以上のような各透明導電性フィルム1-1a〜1-1cは、それぞれを組み合わせることも可能であり、複数のカーボンナノチューブ層13と複数のクラック含有金属酸化物層15-1とを、適宜の順に積層させても良い。
【0042】
以上のような変形例の透明導電性フィルムにおいて、最表面にカーボンナノチューブ層13が設けられた構成であれば、カーボンナノチューブ層13が保護層となって、クラック含有金属酸化物層15-1を化学的に安定化させることが可能である。したがって、さらに導電性の劣化を防止する効果が高くなる。
【0043】
≪第2実施形態≫
<透明導電性フィルムの構成>
図5は第2実施形態の透明導電性フィルム1-2の平面図である。この図に示す第2実施形態の透明導電性フィルム1-2が、第1実施形態の透明導電性フィルム1-1と異なるところは、クラック含有金属酸化物層15-2におけるクラックAの配置にあり、他の構成は同様である。このため重複する説明は省略する。
【0044】
すなわち、本第2実施形態におけるクラック含有金属酸化物層15-2には、フィルム基材11の端縁と略平行な1方向にクラックAが延設されている。クラックA間の間隔p1は、第1実施形態と同様であって、0.1〜100μm、好ましくは1〜50μm、さらに好ましくは2〜20μm程度であり、クラック含有金属酸化物層15-1の全面に均一な密度でクラックAが設けられていることとする。
【0045】
<透明導電性フィルムの製造方法>
第2実施形態の透明導電性フィルム1-2の製造方法は、第1実施形態において図3を用いて説明したと同様である。ただし、クラックAの形成はフィルム基材11の1方向に対してのみ行えば良い。
【0046】
以上のような構成の透明導電性フィルム1-2は、例えばフレキシブルに屈曲する平面型表示装置における光取出側の電極板として設けられ、さらにはこれらの表示装置の表示面側に配置されるタッチパネルの電極板として用いられている。またこの他にも、液晶表示装置におけるシールドフィルムや、太陽電池の電極板として用いられる。特に、表示面が巻き取り収納される表示装置に設けられる場合であれば、巻き取り方向に対して垂直にクラックAが延設される構成とする。
【0047】
以上のように構成された透明導電性フィルム1-2であっても、カーボンナノチューブ層13の導電性が、クラック含有金属酸化物層15-2によって補われるため、高い導電性が得られる。またクラック含有金属酸化物層15-2には予めクラックAが設けられているため、透明導電性フィルム1-2がクラックAの延設方向と垂直な方向に屈曲した場合に、新たなクラックが金属酸化物層に生じて導電性が劣化することが防止される。つまり、透明導電性フィルム1-2を、クラックAの延設方向と垂直な方向に巻き取っても、導電性が劣化を防止できるのである。この結果、可撓性と共に高い導電性とを備えた透明導電性フィルム1-2において、導電性の劣化を防止することが可能になる。
【0048】
また、この透明導電性フィルム1-2も、第1実施形態と同様に全面にクラック含有金属酸化物層15-2が設けられているため、金属酸化物を微粒子状にしてカーボンナノチューブ層内に分散させた構成と比較し、光透過性を維持することも可能である。
【0049】
<変形例>
以上のようなクラック含有金属酸化物15-2を備えた透明導電性フィルム1-2に対しても、第1実施形態において図4を用いて説明したような様々な積層構造の形態を採用することができ、同様の効果を得ることができる。
【0050】
また、2層のクラック含有金属酸化物15-2を積層させる構成であれば、1層目のクラック含有金属酸化物15-2に設けるクラックAと、2層目のクラック含有金属酸化物15-2に設けるクラックAとを、略垂直となる方向に延設させても良い。
【0051】
≪第3実施形態≫
<透明導電性フィルムの構成>
図6は第3実施形態の透明導電性フィルム1-3の平面図である。この図に示す第3実施形態の透明導電性フィルム1-3が、第1実施形態の透明導電性フィルム1-1と異なるところは、クラック含有金属酸化物層15-3におけるクラックAの配置にあり、他の構成は同様である。このため重複する説明は省略する。
【0052】
すなわち、本第3実施形態におけるクラック含有金属酸化物層15-3には、フィルム基材11の端縁と略平行に延設されたクラックAが、フィルム基材11の中央よりも端縁において密に配置されている。ここでは特に、フィルム基材11の端縁のみに、端縁と略平行な2方向にクラックAが延設されていることとする。クラックA間の間隔は、フィルム基板11の端縁において、0.1〜100μm、好ましくは1〜50μm、さらに好ましくは2〜20μm程度であり、中央に近いほどクラックAの配置が疎に設けられていても良い。
【0053】
<透明導電性フィルムの製造方法>
第3実施形態の透明導電性フィルム1-3の製造方法は、第1実施形態で図3を用いて説明した製造方法に対して、クラックAの形成工程が異なり、次のように行われる。
【0054】
先ず、第1実施形態において図3(1)を用いて説明したと同様にフィルム基材11上にカーボンナノチューブ層13を成膜し、さらに図3(2)を用いて説明したと同様に金属酸化物層15aを成膜する。
【0055】
その後、図7に示すように、金属酸化物層15aにクラックAを形成するための処理を行う。ここでは、先ず図7(1)に示すように、金属酸化物層15aが形成されたフィルム基材11側にシリンダー107を押し圧し、シリンダー107の側壁部分に沿ってフィルム基材11を屈曲させる。そして、フィルム基材11よりも外側の金属酸化物層15aに、シリンダー107における円周方向と略垂直な方向に、クラックAを発生させる。クラックAの発生間隔は、屈曲部中央において密になる。またさらに、図7(2)に示すように、フィルム基材11に対してシリンダー107を相対的に移動させる。そして移動させた位置において金属酸化物層15aが形成されたフィルム基材11側にシリンダー107を押し圧してクラックAを発生させる。
【0056】
以上のようなクラックAの形成を、フィルム基材11の2方向に対して行う。
【0057】
その後、クラックAの形成位置に合わせてクラックAの延設方向に沿ってフィルム基材11を2方向に切断する。これにより、図6に示したように、フィルム基板11の縁部のみに縁部に沿ってクラックAが延設されたクラック含有金属酸化物層15-3を得ることができる。
【0058】
以上のような構成の透明導電性フィルム1-3は、第1実施形態と同様に用いることができるが、特にタッチパネルの電極板として好適に用いられる。
【0059】
以上のように構成された透明導電性フィルム1-3であっても、カーボンナノチューブ層13の導電性が、クラック含有金属酸化物層15-3によって補われるため、高い導電性が得られる。またクラック含有金属酸化物層15-3の端縁には予めクラックAが設けられているため、透明導電性フィルム1-3の端縁に対して曲げ応力が加わった場合に、新たなクラックが金属酸化物層に生じて導電性が劣化することが防止される。
【0060】
以上のような構成の透明導電性フィルム1-3は、表示装置の表示面側に配置されるタッチパネルの電極板として好適に用いられる。
【0061】
図8には、透明導電性フィルム1-3を用いたタッチパネル20の概略断面図を示す。タッチパネル20の支持基板21上には、透明導電膜23を介してドットスペーサ25が配列されている。支持基板21の透明導電膜23側に、クラック含有金属酸化物層15-3を内側にして透明導電性フィルム1-3が対向配置されている。支持持基板21と透明導電性フィルム1-3とは、周縁に設けた貼合剤27によって貼り合わせられている。
【0062】
以上のような構成のタッチパネル20においては、透明導電性フィルム1-3側からタッチペン201などによって圧力を加えると、可撓性を有する透明導電性フィルム1-3が撓む。これにより、透明導電性フィルム1-3側のクラック含有金属酸化物層15-3と、支持基板21側の透明導電膜23とが接触して電流が流れ、4方向の電位を検出することによってタッチペン201による加圧部が特定される。
【0063】
タッチペン201によって透明導電性フィルム1-3を加圧した場合、どの部分を加圧しても、透明導電性フィルム1-3の周縁Bには必ず曲げ応力が加わる。しかしながら、図6に示した第3実施形態の透明導電性フィルム1-3を設けることで、クラック含有金属酸化物層15-3の周縁部に新たなクラックが生じることは無く、透明導電性フィルム1-3においての導電性の劣化が防止されるのである。
【0064】
<変形例>
以上のようなクラック含有金属酸化物15-3を備えた透明導電性フィルム1-3に対しても、第1実施形態において図4を用いて説明したような様々な積層構造の形態を採用することができ、同様の効果を得ることができる。
【0065】
≪第4実施形態≫
<透明導電性フィルムの構成>
図9は第4実施形態の透明導電性フィルム1-4の平面図である。この図に示す第4実施形態の透明導電性フィルム1-4が、第1実施形態の透明導電性フィルム1-1と異なるところは、クラック含有金属酸化物層15-4におけるクラックAの配置にあり、他の構成は同様である。このため重複する説明は省略する。
【0066】
すなわち、本第4実施形態におけるクラック含有金属酸化物層15-4には、フィルム基材11の端縁と略平行に延設されたクラックAが、フィルム基材11の中央において端縁よりも密に配置されている。ここでは特に、端縁と略平行な1方向のみにクラックAが延設されていることとする。クラックA間の間隔は、フィルム基板11の中央において、0.1〜100μm、好ましくは1〜50μm、さらに好ましくは2〜20μm程度であり、縁部に近いほどクラックAの配置が疎に設けられていることとする。
【0067】
<透明導電性フィルムの製造方法>
第4実施形態の透明導電性フィルム1-4の製造方法は、第1実施形態で図3を用いて説明した製造方法に対して、クラックAの形成工程が異なり、次のように行われる。
【0068】
先ず、第1実施形態において図3(1)を用いて説明したと同様にフィルム基材11上にカーボンナノチューブ層13を成膜し、さらに図3(2)を用いて説明したと同様に金属酸化物層15aを成膜する。
【0069】
その後、図10に示すように、金属酸化物層15aにクラックAを形成するための処理を行う。ここでは、先ず図10(1)に示すように、金属酸化物層15aが形成されたフィルム基材11の両端縁を固定ジグ109に固定する。その後、図10(2)に示すように、2つの固定ジグ109の回動によりフィルム基材11を中央で屈曲させる。この際、フィルム基材11上の金属酸化物層15aが屈曲面の外側となるようにする。これにより、フィルム基材11よりも外側の金属酸化物層15aに、フィルム基材11の屈曲方向と略垂直な方向に延設されるラックAを発生させる。クラックAの発生間隔は、フィルム基材11の中央(つまり屈曲部中央)において密になる。
【0070】
以上により、図9を用いて説明したように、フィルム基材11の中央において密にクラックAが配置されたクラック含有金属酸化物層15-4を得ることができる。尚、フィルム基材11の2方向にクラックAを発生させる場合には、上述したフィルム基材11の屈曲を、2方向に対して行えば良い。また、フィルム基材11の屈曲度合い(例えば曲率半径R)を調整することにより、クラックAの間隔をそれぞれに設定することができる。
【0071】
以上のような構成の透明導電性フィルム1-4は、例えばフレキシブルに屈曲する平面型表示装置における光取出側の電極板として設けられ、さらにはこれらの表示装置の表示面側に配置されるタッチパネルの電極板として用いられている。またこの他にも、液晶表示装置におけるシールドフィルムや、太陽電池の電極板として用いられる。特に、表示面が巻き取り収納される表示装置に設けられる場合であれば、巻き取り方向に対して垂直にクラックAが延設される構成とする。
【0072】
以上のように構成された透明導電性フィルム1-4あっても、カーボンナノチューブ層13の導電性が、クラック含有金属酸化物層15-4によって補われるため、高い導電性が得られる。またクラック含有金属酸化物層15-4には予めクラックAが設けられているため、透明導電性フィルム1-4がクラックAの延設方向と垂直な方向に屈曲した場合に、新たなクラックが金属酸化物層に生じて導電性が劣化することが防止される。つまり、透明導電性フィルム1-4を、クラックAの延設方向と垂直な方向に屈曲させても、導電性が劣化を防止できるのである。この結果、可撓性と共に高い導電性とを備えた透明導電性フィルム1-4において、導電性の劣化を防止することが可能になる。
【0073】
また、この透明導電性フィルム1-4も、第1実施形態と同様に全面にクラック含有金属酸化物層15-4が設けられているため、金属酸化物を微粒子状にしてカーボンナノチューブ層内に分散させた構成と比較し、光透過性を維持することも可能である。
【0074】
<変形例>
以上のようなクラック含有金属酸化物15-4を備えた透明導電性フィルム1-4に対しても、第1実施形態において図4を用いて説明したような様々な積層構造の形態を採用することができ、同様の効果を得ることができる。
【0075】
また、2層のクラック含有金属酸化物15-4を積層させる構成であれば、1層目のクラック含有金属酸化物15-4に設けるクラックAと、2層目のクラック含有金属酸化物15-4に設けるクラックAとを、略垂直となる方向に延設させても良い。
【実施例】
【0076】
<実施例1>
以下のようにして、図4(1)に示した層構成の透明導電性フィルム1-1aを作製した。
【0077】
先ず、ポリエチレンテレフタレート(PET)からなるフィルム基材11上に、スパッタリング法によりシート抵抗25Ω/□のITOからなる金属酸化物層15aを成膜した。その後フィルム基材11を3cm×3cmの大きさに切り出した。
【0078】
次に、1wt%のラウリル硫酸ナトリュウム(SDS)水溶液中に、カーボンナノチューブ(Carbon Solutions, Inc.社製)を、0.1mg/mlの濃度で分散させたカーボンナノチューブ分散液を調整した。このカーボンナノチューブ分散液を、金属酸化物層15a上に塗布して乾燥させ、これを4回繰り返すことによりカーボンナノチューブ層15を成膜した。
【0079】
次に、図10に示したように、曲率半径R=10mmの曲げ応力を2000回繰り返し印加した。これにより図9に示したように、金属酸化物層15aに中央において密となるようにクラックAを発生させた透明導電性フィルム1-4を作製した。ただし、積層構成は図4に示した層構成の透明導電性フィルム1-1aである。
【0080】
<比較例1>
上述した実施例1の手順において、クラックAの形成を行わず、フィルム基材11上に、クラックAのない金属酸化物層15aを介してカーボンナノチューブ層15上に設けた透明導電性フィルムを作製した。
【0081】
<比較例2>
上述した実施例1の手順において、金属酸化物層15aの成膜15aのみを行い、フィルム基材11上に、クラックAのない金属酸化物層15aのみを設けた透明導電性フィルムを作製した。
【0082】
<評価1>
実施例1および比較例1,2の透明導電性フィルムについて、波長550nmの光に対する透過率を測定した。この結果を下記表1に示す。
【表1】
【0083】
表1に示す結果から、本発明を適用した実施例1では、クラックのない金属酸化物層のみを設けた比較例2よりも光透過率が低下するものの、カーボンナノチューブ層にクラックのない金属酸化物層を積層させた比較例1と同程度の高い光透過率が得られることが確認された。
【0084】
<評価2>
機械的応力による透明導電性フィルムの特性変化を測定した。実施例1および比較例2で作製した透明導電性フィルムに対して、曲げ応力を印加して抵抗値の変化を測定した。この際、図10に示したように、透明導電性フィルムを電極となる2つの固定ジグ109間に固定した。電極(固定ジグ109)間は、幅1cm/長さ約2cmとした。この状態で、最大曲率半径R=約8mm、サイクル周期を0.4Hzで透明導電性フィルムに曲げ応力を印加し、電極間電圧3Vに固定して抵抗値を測定した。この結果を、初期抵抗値(Rinitial)に対する各サイクルにおける抵抗値(Rcycle)の値として図11に示す。
【0085】
図11の結果から、クラック形成されていない金属酸化物層を有する比較例2では、13000サイクル程度で、抵抗値(Rcycle)が初期抵抗値(Rinitial)の10倍に達する。これに対して、本発明を適用してクラック含有金属酸化物層を設けた実施例1では、20000サイクルを超えても抵抗変化(Rcycle/Rinitial)が2〜3倍程度に収まっている。したがって、クラック含有金属酸化物層を設けることにより、機械的応力耐久性が向上していることが確認された。
【符号の説明】
【0086】
1-1,1-1a,1-1b,1-1c,1-2,1-3,1-4…透明導電性フィルム、11…フィルム基材、13…カーボンナノチューブ層、15a…金属酸化物層、15-1,15-2,15-3,15-4…クラック含有金属酸化物層、101,107…シリンダー、A…クラック
【特許請求の範囲】
【請求項1】
光透過性のフィルム基材と、当該フィルム基材上に設けられたカーボンナノチューブ層と、当該カーボンナノチューブ層に積層された光透過性の金属酸化物層とを備え、
前記金属酸化物層にはクラックが設けられている
透明導電性フィルム。
【請求項2】
前記クラックは、前記フィルム基材の端縁と略平行に延設されている
請求項1に記載の透明導電性フィルム。
【請求項3】
前記クラックは、略垂直な2方向に延設されている
請求項1または2に記載の透明導電性フィルム。
【請求項4】
前記フィルム基材の端縁には、当該端縁と略平行に延設された前記クラックが当該フィルム基材の中央よりも密に配置されている
請求項1〜3の何れかに記載の透明導電性フィルム。
【請求項5】
前記カーボンナノチューブ層および前記金属酸化物層の少なくとも一方が複数層設けられている
請求項1〜4の何れかに記載の透明導電性フィルム。
【請求項6】
光透過性のフィルム基材の一主面上にカーボンナノチューブ層を成膜する工程と、
前記フィルム基材の一主面上に金属酸化物層を成膜する工程と、
前記金属酸化物層が成膜された前記フィルム基材を屈曲させることにより、当該金属酸化物層にクラックを形成する工程とを行なう
透明導電性フィルムの製造方法。
【請求項7】
前記クラックを形成する工程は、前記フィルム基材上にカーボンナノチューブ層を成膜した後に行う
請求項6に記載の透明導電性フィルムの製造方法。
【請求項8】
前記クラックを形成する工程では、前記金属酸化物層が成膜された前記フィルム基材をシリンダーの側壁に沿って走行させることにより、当該フィルム基材の全面を順次屈曲させることにより前記クラックを形成する
請求項7または8に記載の透明導電性フィルムの製造方法。
【請求項9】
前記クラックを形成する工程では、前記金属酸化物層が成膜された前記フィルム基材にシリンダー状の側壁部分を押し圧して屈曲させることにより、当該金属酸化物層の所定部分に前記クラックを形成する
請求項7または8に記載の透明導電性フィルムの製造方法。
【請求項10】
前記クラックの形成位置が端縁になるように、前記フィルム基材を切断する
請求項9に記載の透明導電性フィルムの製造方法。
【請求項1】
光透過性のフィルム基材と、当該フィルム基材上に設けられたカーボンナノチューブ層と、当該カーボンナノチューブ層に積層された光透過性の金属酸化物層とを備え、
前記金属酸化物層にはクラックが設けられている
透明導電性フィルム。
【請求項2】
前記クラックは、前記フィルム基材の端縁と略平行に延設されている
請求項1に記載の透明導電性フィルム。
【請求項3】
前記クラックは、略垂直な2方向に延設されている
請求項1または2に記載の透明導電性フィルム。
【請求項4】
前記フィルム基材の端縁には、当該端縁と略平行に延設された前記クラックが当該フィルム基材の中央よりも密に配置されている
請求項1〜3の何れかに記載の透明導電性フィルム。
【請求項5】
前記カーボンナノチューブ層および前記金属酸化物層の少なくとも一方が複数層設けられている
請求項1〜4の何れかに記載の透明導電性フィルム。
【請求項6】
光透過性のフィルム基材の一主面上にカーボンナノチューブ層を成膜する工程と、
前記フィルム基材の一主面上に金属酸化物層を成膜する工程と、
前記金属酸化物層が成膜された前記フィルム基材を屈曲させることにより、当該金属酸化物層にクラックを形成する工程とを行なう
透明導電性フィルムの製造方法。
【請求項7】
前記クラックを形成する工程は、前記フィルム基材上にカーボンナノチューブ層を成膜した後に行う
請求項6に記載の透明導電性フィルムの製造方法。
【請求項8】
前記クラックを形成する工程では、前記金属酸化物層が成膜された前記フィルム基材をシリンダーの側壁に沿って走行させることにより、当該フィルム基材の全面を順次屈曲させることにより前記クラックを形成する
請求項7または8に記載の透明導電性フィルムの製造方法。
【請求項9】
前記クラックを形成する工程では、前記金属酸化物層が成膜された前記フィルム基材にシリンダー状の側壁部分を押し圧して屈曲させることにより、当該金属酸化物層の所定部分に前記クラックを形成する
請求項7または8に記載の透明導電性フィルムの製造方法。
【請求項10】
前記クラックの形成位置が端縁になるように、前記フィルム基材を切断する
請求項9に記載の透明導電性フィルムの製造方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【公開番号】特開2011−3338(P2011−3338A)
【公開日】平成23年1月6日(2011.1.6)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−143968(P2009−143968)
【出願日】平成21年6月17日(2009.6.17)
【出願人】(000002185)ソニー株式会社 (34,172)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成23年1月6日(2011.1.6)
【国際特許分類】
【出願日】平成21年6月17日(2009.6.17)
【出願人】(000002185)ソニー株式会社 (34,172)
【Fターム(参考)】
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