JP6859083B2 - 導電性フィルム、及び導電性フィルムの製造方法 - Google Patents
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Description
図1に示すように、実施形態の導電性フィルム10は、高分子フィルム11と、下地樹脂層12と、導電層13と、を含んで構成されている。下地樹脂層12は、高分子フィルム11の少なくとも片面に設けられている。導電層13は、金属ナノワイヤインクを、下地樹脂層12上つまり高分子フィルム11とは反対側の面に塗布し乾燥させることで形成されている。金属ナノワイヤインクは、平均径が1〜100nmで且つアスペクト比の平均が100〜2000である金属ナノワイヤと、バインダー樹脂と、溶剤と、を含んでいる。
以下、各構成について詳細を説明する。
高分子フィルム11は、下地樹脂層12と十分な密着性を有するものであれば特に限定されない。高分子フィルム11は、例えばポリエステル(ポリエチレンテレフタレート[PET]フィルム、ポリエチレンナフタレート[PEN]フィルム等)、ポリカーボネート、アクリル樹脂、シクロオレフィン、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリアミド、ポリイミド等の高分子フィルムを好適に使用することができる。ポリエステル(ポリエチレンテレフタレート[PET]フィルム、ポリエチレンナフタレート[PEN]フィルム等)、ポリカーボネート、アクリル樹脂、シクロオレフィン樹脂の何れかの高分子フィルムを用いることで、透明性に優れた導電性フィルム10を得ることができる。
下地樹脂層12は、基材となる高分子フィルム11上に形成される樹脂層である。下地樹脂層12は、高分子フィルム11と導電層13との密着性や、高分子フィルム11上に形成される導電層13の均一性等を高める役割を果たす。下地樹脂層12に使用する樹脂つまり下地樹脂としては、高分子フィルム11上に均一に塗膜することが可能で、高分子フィルム11及び導電層13と良好な密着性を示す樹脂であれば良い。この場合、下地樹脂層12に使用する下地樹脂は、熱可塑性、熱硬化性、あるいは紫外線硬化性樹脂などの任意の樹脂が使用できる。
導電層13は、金属ナノワイヤインクを、下地樹脂層12が形成された高分子フィルム11上に下地樹脂層12に接するように塗膜・乾燥して形成することで得られる。金属ナノワイヤインクは、(A)金属ナノワイヤ、(B)バインダー樹脂、及び(C)溶剤を含む。導電層13は、バインダー樹脂中に金属ナノワイヤが分散された表面抵抗値が1.0×102〜1.0×106Ω/□であり、表面抵抗値のばらつきが15%以下の導電性フィルムを与える導電性の層である。
金属ナノワイヤは、外径つまり直径がナノメーターオーダーのサイズの線状の金属であり、ワイヤ形状又はチューブ形状に形成された導電性材料である。金属ナノワイヤは、ワイヤ形状又はチューブ形状のいずれか一方のみを用いることもできるし、両者を併用することもできる。金属ナノワイヤは、柔軟性を有していても良いし、剛性を有していても良い。金属ナノワイヤの一例としては、例えば中実な銀ナノワイヤや、ポーラス又はノンポーラスのチューブ状に形成された銀ナノチューブがある。
金属ナノワイヤインクに用いるバインダー樹脂は、導電層13中に金属ナノワイヤを分散・固定化させるものであり、熱可塑性、熱硬化性、あるいは紫外線硬化性樹脂などの任意の樹脂を使用することができる。バインダー樹脂として、例えばポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド樹脂、尿素樹脂等の樹脂を単独もしくは混合して使用することができる。この場合、バインダー樹脂としては、特にポリエステル樹脂であることが好ましい。この場合、バインダー樹脂としてポリエステル樹脂を用いることで、金属ナノワイヤをバインダー樹脂層つまり下地樹脂層12へ均一に分散、固定化させることができるだけでなく、透明性や耐溶剤性、耐摩耗性を容易に付与できるためである。
金属ナノワイヤインクに含まれる溶剤としては、例えば水や有機溶剤などを単独あるいは複数種を混合して用いることができる。この場合、金属ナノワイヤインクに含まれる溶剤は、バインダー樹脂を溶解またはエマルションとして分散させ、金属ナノワイヤを分散させることができれば、任意の溶剤を用いることができる。使用する溶剤の量は、高分子フィルム11に形成された下地樹脂層12上に金属ナノワイヤインクを塗膜した際に均一な導電層13を与えることができる量であれば、特に制約はない。この場合、金属ナノワイヤインクに含有される金属ナノワイヤやバインダー樹脂等の固形分が、金属ナノワイヤインク全体に対して0.1〜10質量%になるように、溶剤の量を調整することが好ましい。
本実施形態の導電性フィルム10の製造方法の一例について、図2を参照して説明する。導電性フィルム10の製造工程は、ステップS11の下地樹脂層形成工程と、ステップS12の導電層形成工程と、を含んでいる。導電性フィルム10の製造工程が開始されると、ステップS11において、下地樹脂層形成工程が実行される。下地樹脂層形成工程では、高分子フィルム11の少なくとも片面に対して、ウェットコーティング法、CVD法等任意の方法で、下地樹脂層12が形成される。
本実施形態の導電性フィルム10においては、必要により、下地樹脂層12上に形成された導電層13上、もしくは、高分子フィルム11において導電層13が形成されていない側の面に、ハードコート層のような機能性層を形成しても良い。
金属ナノワイヤの形状(長さ・直径)は、株式会社日立ハイテクノロジーズ製超高分解能電界放出形走査電子顕微鏡SU8020(加速電圧3〜10kV)を用いて任意に選択した50本のナノワイヤの径および長さを観測し、その算術平均値を求めた。以下の各実施例及び比較例では、金属ナノワイヤとして、銀ナノワイヤを用いた。
200mLガラス容器にプロピレングリコール100g(和光純薬工業株式会社製)を秤量し、金属塩として硝酸銀2.3g(13mmol)(東洋化学工業株式会社製)を加えて室温で2時間撹拌することで硝酸銀溶液を調製した。以下、この硝酸銀溶液を第二溶液と称する。
<インク化>
バインダー樹脂として、−SO3Na基を有するポリエステル樹脂水分散体を用いた。このポリエステル水分散体は、高松油脂株式会社製のペスレジンA―647GEXを用いて固形分濃度が5質量%となるように調製したものである。以下、このポリエステル水分散体を、ペスレジン水溶液と称する。
得られた銀ナノワイヤインクから、銀ナノワイヤが分散状態にあるサンプル液を採取し、そのサンプル液に硝酸を添加して銀ナノワイヤを溶解させ、原子吸光分光光度計(アジレント・テクノロジー株式会社製、ファーネス原子吸光分光光度計AA280Z)で銀の量を測定した。その結果、銀含有量は0.04質量%であり、インク化に際して目標とした0.04質量%に近い値が得られた。
下地樹脂の樹脂溶液は、−SO3Na基を有するポリエステル樹脂水分散体つまり上述したペスレジン水溶液を用いた。すなわち、下地樹脂の樹脂溶液は、高松油脂株式会社製のペスレジンA―647GEXを用いて固形分濃度が5質量%となるように調製したものである。
上記銀ナノワイヤインクを、株式会社井元製作所製塗工機70F0を用い、ウエット膜厚が約20μmとなるバーコーターを使用して、塗膜速度100mm/secで、下地樹脂層付のPETフィルムの下地樹脂層が形成されている面に塗布した。その後、熱風乾燥機(楠本化成株式会社製 ETAC HS350)により100℃で1分間乾燥させ、透明導電層を有する透明な導電性フィルムを形成した。
導電性フィルム断面の走査型電子顕微鏡(SEM)観察により、下地樹脂層と導電層の厚みを調べた。
表面抵抗値及びばらつきは、表面抵抗値が4.0×103Ω/□以下の場合はナプソン株式会社製非接触式抵抗測定器EC−80Pを、または表面抵抗値が4.0×103Ω/□を超える場合は三菱化学アナリテック社製 Loresta−GP を用いて、以下の方法により行った。
ばらつき[%]=(Rmax−Rmin)/(Rmax+Rmin)×100 (1)
導電性フィルムの表面を走査電子顕微鏡(日立製作所製S5000、加速電圧5kV)にて導電層平面に対して垂直方向から10k倍にてその形態を5か所撮影し、画像として保存した。得られた画像を、キーエンス製解析アプリケーションソフトVK−H1XAを用いて画像解析を行い、その5か所における導電層の平面内において金属ナノワイヤが占める面積の相加平均値を算出した。
この導電性フィルムの光学特性として、全光線透過率およびヘイズを、日本電色工業社製のヘーズメーターNDH2000により測定した。光学特性測定のリファレンスは空気を用いて測定を行った。サンプルは一辺30mmのものを3サンプル準備し、それぞれ1回ずつ、合計3回測定した平均値をサンプルの全光線透過率、ヘイズとした。
実施例1との相違点は、ウエット膜厚が約10μmとなるように銀ナノワイヤインクを塗布した点である。この点を除き、実施例1と同様に行った。結果を表1に示す。得られた導電性フィルムの銀ナノワイヤ(AgNW)の占有面積は3.75%であり、表面抵抗値は1.8×103Ω/□であって、表面抵抗値のばらつきは7%と小さく、均一な導電性を有する導電性フィルムであることが確認された。また、全光線透過率は91.2%と高く、ヘイズは0.48%と小さく、極めて透明性に優れていることが確認された。
実施例1との相違点は、水溶媒の銀ナノワイヤインクを用いた点である。この点を除き、実施例1と同様に行った。結果を表1に示す。水とアルコールの混合溶媒を使用した実施例1と比較して、表面抵抗値のばらつきが15%と若干大きめであったが、使用上差し支えないレベルであった。
実施例1との相違点は、下地樹脂層が形成される前のPETフィルムに対して、下地樹脂層が設けられる側の面にプラズマ処理を施した点である。プラズマ処理は、プラズマ処理装置(積水化学工業株式会社製 AP−T03)を用いて窒素ガス雰囲気下、出力1kWで20秒間行われた。プラズマ処理を施した点以外は、実施例1と同様に行った。
実施例1との相違点は、高分子フィルム基材が異なる点、及び高分子フィルム基材に対して実施例4と同様にプラズマ処理を施した点である。実施例5の高分子フィルム基材は、PETフィルムの代わりにシクロオレフィンコポリマー(COP)フィルムを用いた。COPフィルムは、日本ゼオン株式会社製のゼオノアフィルムZF14であり、厚みは100μmである。また、プラズマ処理に用いたプラズマ処理装置及び条件は、実施例4と同様である。高分子フィルム基材が異なる点、及び高分子フィルム基材に対して実施例4と同様にプラズマ処理を施した点以外は、第1実施例と同様に行った。
実施例1との相違点は、バインダー樹脂を用いた下地樹脂層の形成を行わずに、直接PETフィルム上に銀ナノワイヤインクを塗膜した点である。この点を除き、実施例1と同様に行った。結果を表1に示すが、実施例1と異なり、導電層を均一に形成することが困難なため、表面抵抗値が2.4×106Ω/□と高く 、表面抵抗値のばらつきも79%と大きく、導電性が不均一であることが確認された。
実施例1との相違点は、下地処理として、下地樹脂層の形成の代わりにプラズマ処理装置(積水化学工業株式会社製 AP−T03)を用いて実施例4と同じ条件でプラズマ処理のみを施し、下地樹脂層を形成せずに導電層を形成した点である。この点を除き、実施例1と同様に行った。結果を表1に示す。プラズマ処理を施すことにより、表面抵抗値は1.2×103Ω/□となったが、依然として表面抵抗値のばらつきが38%と大きく、実用に耐えるものではなかった。
実施例1との相違点は、高分子フィルム基材としてアクリル系樹脂のハードコート層 を有するPETフィルムを用いると共に、下地樹脂層の形成を行わなかった点である。この場合、PETフィルムとしては、リンテック株式会社製 OPTERIA H522−125、厚み125μmを用いた。この他の点は、実施例1と同様に行った。この場合は、銀ナノワイヤインクを塗布した際にインクのはじきが発生し、均一な塗膜を形成することが困難であった。
Claims (5)
- 高分子フィルムと、
前記高分子フィルムの少なくとも片面に形成された下地樹脂層と、
平均径が1〜100nmで且つアスペクト比の平均が100〜2000である金属ナノワイヤとバインダー樹脂とを含んで前記下地樹脂層の上に形成された導電層と、を備え、
前記導電層の表面抵抗値は1.0×103〜1.0×106Ω/□であり、且つ前記表面抵抗値のばらつきが15%以下であり、
前記導電層における前記金属ナノワイヤの占有面積率が1.5〜4.5%の範囲であり、
前記下地樹脂層及び前記バインダー樹脂は、−SO 3 Na基を有するポリエステル樹脂である、
導電性フィルム。 - 全光線透過率が80%以上で且つヘイズ値が0.1〜1.5%である、
請求項1に記載の導電性フィルム。 - 前記下地樹脂層に使用される下地樹脂と前記導電層に使用されるバインダー樹脂とは、同一成分の樹脂である、
請求項1又は2に記載の導電性フィルム。 - 請求項1から3のいずれか一項に記載の導電性フィルムの製造方法であって、
高分子フィルムの少なくとも片面に下地樹脂層を形成する工程と、
平均径が1〜100nmで且つアスペクト比の平均が100〜2000である金属ナノワイヤと、バインダー樹脂と、溶剤と、を含む金属ナノワイヤインクを、前記高分子フィルムに形成された前記下地樹脂層上に塗布し乾燥させることにより導電層を形成する工程と、
を備え、
前記導電層における前記バインダー樹脂の含有量は、前記導電層中の前記金属ナノワイヤ100質量部に対して1000〜2000質量部である、
導電性フィルムの製造方法。 - 前記溶剤は、水とアルコールとの混合溶剤であって、炭素原子数が1〜3の飽和一価アルコールが全溶剤中の1〜50質量%の範囲で含まれている、
請求項4に記載の導電性フィルムの製造方法。
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