JP2013211188A - 導電性ナノファイバーシート及びこれを用いたタッチパネル - Google Patents

Abstract

【課題】隣接する２つの電極の端部の間において、電極に用いられた金属ナノファイバーによるイオンマイグレーションを抑制した導電性ナノファイバーシートを提供する。
【解決手段】導電性ナノファイバーシートは、基体シートと、基体シート上に設けられ、導電性ナノファイバーを含み、導電性ナノファイバーを介して導通可能な２以上の電極と、各電極から外部への電気的接続をそれぞれ行う２以上の引き回し回路と、隣接する２つの電極の端部の間に設けられた、絶縁性樹脂からなる空気シールド層と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、導電性ナノファイバーを用いた導電性ナノファイバーシート及びこれを用いたタッチパネルに関する。

従来、樹脂やガラス等よりなる基材の表面に導電層を有するナノファイバーからなる層を形成する方法として、例えば、バインダー樹脂を揮発性溶剤に溶解した溶液に極細導電繊維を分散させた塗液を、基材表面に塗布し、この塗布塗液を乾燥して導電層を形成する方法があった（例えば、特許文献１参照。）。

上記ナノファイバーとしては、例えば、金属ナノファイバーが挙げられている。また、この金属ナノファイバーからなる導電層は、近年、膜厚の薄い電極として用いられている。一方、電極から外部への電気的接続を行うために設けられている引き回し回路には、金属ペーストがよく用いられている。そこで、金属ナノファイバーからなる電極と、金属ペーストからなる引き回し回路と、を含む導電性ナノファイバーシートの使用が試みられている。

特許第３９０３１５９号公報

上記電極に用いられた金属ナノファイバー及び上記引き回し回路に用いられた金属ペーストでは、その使用中にイオンマイグレーションが生じることがある。この「イオンマイグレーション」とは、配線を形成する金属成分が配線間の電界の影響によって絶縁物の上を移動し、隣接する配線間での電気的短絡を生じる現象である。例えば、金属ナノファイバーからなる電極と、金属ペーストからなる引き回し回路と、を含む導電性ナノファイバーシートでは、金属ナノファイバーからなる電極が比較的薄いのに対して、金属ペーストからなる引き回し回路は比較的厚い。このため、引き回し回路が形成された側の対向する方向から接着シートを貼り合わせた場合、引き回し回路の高さ（厚さ）は、電極の高さ（厚さ）より高いため、引き回し回路の形成箇所近傍、すなわち引き回し回路側の電極間の端部に空気が入り込むことがある。このように引き回し回路側の電極間の端部に空気が入り込むと、その空気中に含まれる水分と電界によって導電性ナノファイバーを構成する金属がイオンマイグレーションを起こし、上記金属が発生し、電気的短絡が生じることがある。

特に、発明者は、導電性ナノファイバーを用いた電極間において、電極に用いた導電性ナノファイバーによるイオンマイグレーションが発生する可能性があることを見出し、電極間のイオンマイグレーションの抑制を検討することとしたものである。

そこで、本発明の目的は、隣接する２つの電極の端部の間において、電極に用いられた金属ナノファイバーによるイオンマイグレーションを抑制した導電性ナノファイバーシートを提供することである。

本発明に係る導電性ナノファイバーシートは、基体シートと、
前記基体シート上に設けられ、導電性ナノファイバーを含み、前記導電性ナノファイバーを介して導通可能な２以上の電極と、
前記各電極から外部への電気的接続をそれぞれ行う２以上の引き回し回路と、
隣接する２つの前記電極の端部の間に設けられた、絶縁性樹脂からなる空気シールド層と、
を備える。

本発明に係る導電性ナノファイバーシートでは、上記の通り、隣接する２つの電極の間に空気シールド層を有する。これによって、隣接する２つの電極の間のマイグレーションを抑制でき、短絡の発生を抑制できるという効果が得られる。

実施の形態１に係る導電性ナノファイバーシートの構成を示す分解斜視図である。 図１の導電性ナノファイバーシートの透視平面図である。 図２の導電性ナノファイバーシートのＡ−Ａ方向からみた断面図である。 図１の電極の内部構成を示す断面図である。 実施の形態２に係る導電性ナノファイバーシートの構成を示す透視平面図である。 図５の導電性ナノファイバーシートのＢ−Ｂ方向からみた断面図である。 実施の形態３に係る導電性ナノファイバーシートの構成を示す透視平面図である。 図７の導電性ナノファイバーシートのＣ−Ｃ方向からみた断面図である。 実施の形態４に係る導電性ナノファイバーシートの構成を示す透視平面図である。 図９の導電性ナノファイバーシートのＤ−Ｄ方向からみた断面図である。 実施の形態５に係るタッチパネルの断面構造を示す断面図である。

本発明の第１態様に係る導電性ナノファイバーシートは、基体シートと、
前記基体シート上に設けられ、導電性ナノファイバーを含み、前記導電性ナノファイバーを介して導通可能な２以上の電極と、
前記各電極から外部への電気的接続をそれぞれ行う２以上の引き回し回路と、
隣接する２つの前記電極の端部の間に設けられた、絶縁性樹脂からなる空気シールド層と、
を備える。

また、上記第１態様に係る導電性ナノファイバーシートでは、前記空気シールド層は、前記隣接する２つの電極の間の空気層を分断するように配置されてもよい。

さらに、上記第１態様に係る導電性ナノファイバーシートでは、前記空気シールド層は、隣接する２つの前記電極の間に頂点が位置する三角形の平面形状を有してもよい。

またさらに、上記第１態様に係る導電性ナノファイバーシートでは、前記空気シールド層の前記三角形の頂角は、１２０°以下であってもよい。

また、上記第１態様に係る導電性ナノファイバーシートでは、前記空気シールド層の前記三角形の前記頂点に相対する底辺は、１００μｍ以上の長さを有してもよい。

さらに、上記第１態様に係る導電性ナノファイバーシートでは、前記空気シールド層は、さらに、隣接する２つの前記電極の端部から少なくとも一つの前記引き回し回路にわたって設けられていてもよい。

またさらに、上記第１態様に係る導電性ナノファイバーシートでは、前記空気シールド層は、前記隣接する２つの前記電極と、少なくとも一つの前記引き回し回路との間の空気層を分断するように配置されてもよい。

また、上記第１態様に係る導電性ナノファイバーシートでは、前記空気シールド層は、隣接する２つの前記電極の側に頂点が位置し、前記引き回し回路の側に前記頂点に対応する辺が位置する三角形の平面形状を有してもよい。

本発明の第２態様に係るタッチパネルは、上記第１態様に係る導電性ナノファイバーシートを電極基板として用いている。

実施の形態に係る導電性ナノファイバーシート及びこれを用いたタッチパネルについて添付図面を用いて説明する。なお、図面において実質的に同一の部材には同一の符号を付している。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る導電性ナノファイバーシート１０の構成を示す分解斜視図である。図２は、図１の導電性ナノファイバーシート１０の透視平面図である。図３は、図２の導電性ナノファイバーシート１０のＡ−Ａ方向からみた断面図である。図４は、図１の電極２の内部構成を示す断面図である。図１から図４を参照して、この導電性ナノファイバーシート１０は、基体シート１と、基体シート１の上に設けられ、導電性ナノファイバー１２を含み、導電性ナノファイバー１２を介して導通可能な２以上の電極２ａ〜２ｄと、各電極２ａ〜２ｄから外部への電気的接続をそれぞれ行う２以上の引き回し回路３ａ〜３ｄと、隣接する２つの電極２ａ〜２ｄの端部の間に設けられた、絶縁性樹脂からなる空気シールド層５ａ〜５ｃと、電極２ａ〜２ｄと引き回し回路３ａ〜３ｄとの上に設けられた接着シート４と、を備える。この実施の形態１に係る導電性ナノファイバーシート１０では、上記の通り、隣接する２つの電極２ａ〜２ｄの端部の間に空気シールド層５ａ〜５ｃを有する。これによって、隣接する２つの電極２ａ〜２ｄの端部の間のマイグレーションを防止でき、短絡の発生を抑制できるという効果が得られる。

以下に、実施の形態１に係る導電性ナノファイバーシート１０を構成する各構成部材について説明する。

＜基材シート＞
基材シート１の材質としては、アクリル、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリブチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニル、ポリイミドなどの樹脂フィルムが挙げられる。基材シート１の厚みは５〜８００μｍの範囲で適宜設定可能である。厚さが５μｍ未満では、層としての強度が不足して剥離する際に破れたりするので取り扱いが困難となり、厚さが８００μｍを越える場合は、基材シート１に剛性がありすぎて加工が困難となると共に、フレキシブル性が得られなくなる。

＜電極＞
図１では、電極２（２ａ〜２ｄ）は、それぞれ短冊状の複数の電極２ａ〜２ｄによって構成されている。この場合、複数の短冊状電極を有する導電性ナノファイバーシートを２枚用意し、それぞれの短冊状電極を、面に垂直な方向から見て互いに重複しないように配置してもよい。このように２枚の導電性ナノファイバーシートのそれぞれの短冊状電極を重複しないように配置し、重ね合わせて接合することによって、タッチパネルを構成することができる。この場合には、２枚の導電性ナノファイバーシートのｘ軸及びｙ軸の検出感度が互いに影響しないようにできる。
なお、上記では例示的に電極２の形状が短冊状である場合を示したが、電極２（２ａ〜２ｄ）の形状は短冊状に限られない。例えば、電極２として、対角方向で接続した複数の菱形電極によって構成してもよい。
また、図１では、電極２ａ〜２ｄの数を４個としているが、これに限らず、任意の数を設けることができる。

また、電極２は、導電層をパターン化して形成することができる。導電層としては、例えば、ウレタンアクリレート、シアノアクリレートなどの光硬化性樹脂バインダー１４と、導電性ナノファイバー１２と、からなるものを使用できる。また、導電層は、グラビア印刷、オフセット印刷、スクリーン印刷等の汎用の各種印刷手法により設けることができるほか、導電性ナノファイバー１２を含有させた光硬化性樹脂１４からなるドライフィルムなどのようなシートを貼り付けるなどして設けることもできる。

さらに、導電層は、例えば、アクリル、ポリエステル、ポリウレタン、ポリ塩化ビニルなどの各種樹脂バインダー１４と、導電性ナノファイバー１２と、からなるものを使用してもよい。この各種樹脂バインダー１４と、導電性ナノファイバー１２と、からなるものを、グラビア印刷、オフセット印刷、スクリーン印刷等の汎用の各種印刷手法により設けてもよい。

導電層の厚みは、数十ｎｍから数百ｎｍの範囲で適宜設定できる。厚さが数十ｎｍより薄いと層としての強度が不足し、厚さが数百ｎｍより厚いと柔軟性が十分でなくなる。

＜導電性ナノファイバー＞
上記導電性ナノファイバー１２は、およそ１０〜１００，０００の範囲のアスペクト比を有する。アスペクト比が大きいと、各導電性ナノファイバー１２が互いに接触しやすくなり、有効な電極２が形成できる。また、高透明性のために導電性ナノファイバー１２の全体密度が低くなることから、透明性の高い電極２を得るために有利になる。すなわち、高アスペクト比を有する導電性ナノファイバー１２を使用することによって、電極２が実質的に透明になるように導電性ナノファイバー１２の密度を十分低くできる。

また、導電性ナノファイバー１２の直径ｄが太くなると、抵抗率が実質的に小さくなり、導電性は良好になるが、その一方で、より多くの光を吸収するため光透過率が減少する。その結果、透明性が悪くなる。また、粒界および表面散乱に基づく抵抗率への影響は、直径１０ｎｍ未満で大きくなる。直径が太くなるとこれらの影響は急激に減少する。電極２全体の抵抗率は、導電性ナノファイバー１２の直径が１０ｎｍから１００ｎｍにかけて大幅に減少する。しかし、電気的特性における上記改善は、透明導電膜の透明性減少とのバランスをとる必要がある。

導電性ナノファイバー１２としては、例えば、銀、金、銅、ニッケル、金めっきされた銀、アルミニウム等を用いることができる。具体的には、導電性ナノファイバー１２の例としては、金、銀、白金、銅、パラジウムなどの金属イオンを担持した前駆体表面にプローブの先端部から印加電圧又は電流を作用させ連続的にひき出して作製した金属ナノファイバーや、ペプチド又はその誘導体が自己組織化的に形成したナノファイバーに金粒子を付加してなるペプチドナノファイバなどがあげられる。なお、導電性ナノファイバー１２としては、上記例示に限定されるものではない。

＜引き回し回路＞
引き回し回路３は、電極２から発せられた電気信号を外部に取り出すものである。引き回し回路３は、電気的配線として通常使用される導電性材料であれば使用できる。例えば、銀ペーストを使用できる。あるいは、上記導電層と同様に、導電性ナノファイバー１２を含むものであってもよい。

＜接着シート＞
接着シート４は、一般的に使用される絶縁性樹脂を用いた接着シートであれば使用できる。また、この接着シート４は、接着性を有するものである。接着シート４を用いることによって、複数の導電性ナノファイバーシート１０を重ね合わせて接合することができ、タッチパネルを容易に構成することができる。

＜空気シールド層＞
空気シールド層５は、絶縁性樹脂からなる。例えば、電極２を構成するバインダー樹脂１４と同様の絶縁性樹脂を用いてもよい。この空気シールド層５によって、隣接する２つの電極２ａ〜２ｄの端部の間のイオンマイグレーションを防止でき、短絡の発生を抑制できるという効果が得られる。

また、空気シールド層５は、隣接する２つの電極の端部の間に設けられている。空気シールド層５は、導電性ナノファイバーシート１０の引き回し回路３が形成された対向側から接着シート４を貼り合わせるとき、隣接する２つの電極間に形成される空気層６を分断するように配置されていてもよい。このように構成すると、接着シート４を導電性ナノファイバーシート１０の引き回し回路３が形成された対向側から貼り合わせるときに、空気シールド層５は、上記貼り合わせのときに形成される空気層６を分断し、その後、分断した空気層６を電極２側に移動させることができる。そのため、イオンマイグレーションの発生原因となる空気層６中に含まれる水分が、隣接する２つの電極間に存在するのを防止できる。これによって、イオンマイグレーションによる導電性ナノファイバーを構成する金属の成長を抑制できる。また、空気シールド層５は、隣接する２つの電極の間に頂点が位置する三角形の平面形状を有してもよい。あるいは、三角形以外の他の形状であってもよい。空気シールド層５が三角形形状を有する場合の頂角は、１２０°以下であってもよい。頂角が１２０°以下、さらに９０°以下の鋭角である場合には、隣接する２つの電極の間の空気層を分断し、空気層６を電極２側に移動させやすくなる。空気シールド層５の三角形の頂点に相対する底辺は、１００μｍ以上の長さを有してもよい。底辺が１００μｍ以上の長さを有する場合には、空気シールド層５の位置決め精度が低くても、空気シールド層５を隣接する２つの電極の間に設けることができる。

なお、後述する実施の形態３及び４に示すように、空気シールド層５は、さらに、隣接する２つの電極の端部から少なくとも一つの引き回し回路３にわたって設けられていてもよい。また、空気シールド層５は、隣接する２つの電極と、少なくとも一つの引き回し回路３との間の空気層６を分断するように配置されてもよい。さらに、空気シールド層５は、隣接する２つの電極の側に頂点が位置し、引き回し回路３の側に頂点に対応する辺が位置する三角形の平面形状を有してもよい。また、後述する実施の形態２に示すように、各空気シールド層５が連続的に形成され、隣接する空気シールド層５同士が重なるように設けられていてもよい。

（実施の形態２）
図５は、実施の形態２に係る導電性ナノファイバーシート１０ａの構成を示す透視平面図である。図６は、図５の導電性ナノファイバーシート１０ａのＢ−Ｂ方向からみた断面図である。実施の形態２に係る導電性ナノファイバーシート１０ａは、実施の形態１に係る導電性ナノファイバーシートと比較すると、図５に示すように、各空気シールド層５の底辺部分が重なるように設けられている点で相違する。つまり、この導電性ナノファイバーシート１０ａでは、空気シールド層５が連続的に形成され、連続的に形成された空気シールド層５どうしが重なるように設けられていることを特徴とする。

この導電性ナノファイバーシート１０ａでは、上記のように空気シールド層５を設けているので、その上に接着シート４を貼った際に、空気シールド層５の形成された背面部分に溜まった空気を介して、電極２同士のイオンマイグレーションを生じることがなくなる。その結果、この導電性ナノファイバーシート１０ａを用いて作成されるタッチパネルに通電した際に電極間でイオンマイグレーションが発生することを抑制できる。

さらに、空気シールド層５が連続的に形成され、連続的に形成された空気シールド層５どうしが重なるように設けられているので、空気シールド層５の形成された背面部分に溜まった空気を介して、電極２同士によるイオンマイグレーションをよりいっそう抑制できる。

（実施の形態３）
図７は、実施の形態３に係る導電性ナノファイバーシート１０ｂの構成を示す透視平面図である。図８は、図７の導電性ナノファイバーシート１０ｂのＣ−Ｃ方向からみた断面図である。実施の形態３に係る導電性ナノファイバーシート１０ｂは、実施の形態１に係る導電性ナノファイバーシートと比較すると、図７及び図８に示すように、隣接する２つの電極の端部の間に加えて、さらに、引き回し回路３部分にも空気シールド層５を設けた点で相違する。つまり、この導電性ナノファイバーシート１０ｂでは、図８の断面図に示すように、空気シールド層５が隣接する電極の端部の間、及び、引き回し回路にわたって設けられている。

この導電性ナノファイバーシート１０ｃでは、上記のように空気シールド層５を隣接する電極の端部の間、及び、引き回し回路にわたって設けている。これによって引き回し回路３部分からも空気を排除できる。その結果、その上に接着シート４を貼った際に、電極２同士が空気シールド層５の形成された背面部分に溜まった空気を介して、イオンマイグレーションを生じることがなくなる。そこで、この導電性ナノファイバーシート１０ａを用いて作成されるタッチパネルに通電した際に電極間でイオンマイグレーションが発生することを抑制できる。

（実施の形態４）
図９は、実施の形態４に係る導電性ナノファイバーシート１０ｃの構成を示す透視平面図である。図１０は、図９の導電性ナノファイバーシート１０ｃのＤ−Ｄ方向からみた断面図である。実施の形態４に係る導電性ナノファイバーシート１０ｃは、実施の形態３に係る導電性ナノファイバーシートと比較すると、図９に示すように、各空気シールド層５の底辺部分が重なるように設けられている点で相違する。つまり、この導電性ナノファイバーシート１０ｃでは、電極２側において、空気シールド層５が連続的に形成され、連続的に形成された空気シールド層５どうしが重なるように設けられていることを特徴とする。

この導電性ナノファイバーシート１０ｃでは、上記のように空気シールド層５を隣接する電極の端部の間、及び、引き回し回路にわたって設けている。これによって引き回し回路３部分からも空気を排除できる。その結果、その上に接着シート４を貼った際に、電極２同士が空気シールド層５の形成された背面部分に溜まった空気を介して、イオンマイグレーションを生じることがなくなる。そこで、この導電性ナノファイバーシート１０ａを用いて作成されるタッチパネルに通電した際に電極間でイオンマイグレーションが発生することを抑制できる。

さらに、空気シールド層５が連続的に形成され、連続的に形成された空気シールド層５どうしが重なるように設けられているので、空気シールド層５の形成された背面部分に溜まった空気を介して、電極２同士によるイオンマイグレーションをよりいっそう抑制できる。

またさらに、この導電性ナノファイバーシート１０ｃでは、電極２と引き回し回路３とにわたって空気シールド層５を有する。そこで、その後に接着シート４を電極２及び引き回し回路３の上を覆うように設けた場合、空気シールド層５は、電極２と引き回し回路３との間の凹みを補うようにして接着シート４に覆われる。その結果、表面が平滑なタッチパネルを作成する際に、空気シールド層５が補う凹み分だけ、接着シート４の厚みを薄くできる。その結果、全体として、薄い導電性ナノファイバーシート１０ｃを得ることができる。

（実施の形態５）
図１１は、実施の形態５に係るタッチパネル２０の断面構造を示す断面図である。このタッチパネル２０は、実施の形態１に係る導電性ナノファイバーシート１０を２枚用いてＸ電極基板及びＹ電極基板としたものである。なお、実施の形態２又は３に係る導電性ナノファイバーシート１０ａ、１０ｂを用いてもよい。図９では、このタッチパネル２０の下面に液晶表示装置２２を配置し、タッチパネル２０の上面を覆うように保護板２４を配置して、複合機能表示装置３０を構成している。
このように各導電性ナノファイバーシート１０の隣接する電極の端部の間に空気シールド層５を設けているので、導電性ナノファイバー１２を構成する金属のイオンマイグレーションを抑制でき、短絡の発生を抑制できるという効果が得られる。

なお、上記様々な実施の形態のうちの任意の実施の形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの実施の形態において有する効果を奏するようにすることができる。

本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施の形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。

本発明に係る導電性ナノファイバーシートは、隣接する電極の端部の間に空気シールド層を設けているので、銀のイオンマイグレーションを抑制でき、短絡の発生を抑制できるので、タッチパネルの電極基板として有用である。

１ 基体シート
２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ 電極（電極パターン）
３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ 引き回し回路
４ 接着シート
５、５ａ、５ｂ、５ｃ 空気シールド層
６ 空気層
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ 導電性ナノファイバーシート
１２ 導電性ナノファイバー
１４ バインダー樹脂
２０ タッチパネル
２２ 液晶表示装置
２４ 保護板
３０ 複合機能表示装置

Claims (9)

1. 基体シートと、
   前記基体シート上に設けられ、導電性ナノファイバーを含み、前記導電性ナノファイバーを介して導通可能な２以上の電極と、
   前記各電極から外部への電気的接続をそれぞれ行う２以上の引き回し回路と、
   隣接する２つの前記電極の端部の間に設けられた、絶縁性樹脂からなる空気シールド層と、
   を備えた、導電性ナノファイバーシート。
2. 前記空気シールド層は、前記隣接する２つの電極の間の空気層を分断するように配置される、請求項１に記載の導電性ナノファイバーシート。
3. 前記空気シールド層は、隣接する２つの前記電極の間に頂点が位置する三角形の平面形状を有する、請求項１に記載の導電性ナノファイバーシート。
4. 前記空気シールド層の前記三角形の頂角は、１２０°以下である、請求項３に記載の導電性ナノファイバーシート。
5. 前記空気シールド層の前記三角形の前記頂点に相対する底辺は、１００μｍ以上の長さを有する、請求項３に記載の導電性ナノファイバーシート。
6. 前記空気シールド層は、さらに、隣接する２つの前記電極の端部から少なくとも一つの前記引き回し回路にわたって設けられている、請求項１に記載の導電性ナノファイバーシート。
7. 前記空気シールド層は、前記隣接する２つの前記電極と、少なくとも一つの前記引き回し回路との間の空気層を分断するように配置される、請求項６に記載の導電性ナノファイバーシート。
8. 前記空気シールド層は、隣接する２つの前記電極の側に頂点が位置し、前記引き回し回路の側に前記頂点に対応する辺が位置する三角形の平面形状を有する、請求項６に記載の導電性ナノファイバーシート。
9. 請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の導電性ナノファイバーシートを電極基板として用いた、タッチパネル。

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