JP7096656B2 - コーティング組成物、導電性膜、タッチパネル及び製造方法 - Google Patents

コーティング組成物、導電性膜、タッチパネル及び製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、導電性膜形成用コーティング組成物に関し、特に、タッチパネルの導電性膜形成用コーティング組成物に関する。
従来、液晶表示パネルの種類としては、かつてはＴＮ（ツイスト・ネマチック）形に代表される縦電界方式が大勢を占めていたが、最近では横電界方式と称される液晶表示パネルも主流となってきている。横電界方式の液晶表示パネルは縦電界方式に比べて視野角が広いという利点があるが、縦電界方式の液晶表示パネルには発生しない課題として、液晶表示パネルの外部又は内部からの静電的な影響や外部の電磁的妨害を受けて、黒表示したとき光抜けが生ずるなど、表示品位が低下するという問題があった。これは、横電界方式の液晶表示パネルは、片方の透明基板に表示用電極と基準電極とが集積した構造になっているため、外部からの静電気等に対するシールド機能を備える導電層を全く有していない構成となっているためである。
横電界方式におけるこのようなパネル構成上の問題を解決するため、液晶表示パネルの透明基板のうち、バックライトユニットに対して遠い側の透明基板の液晶層とは反対側の面に透光性を備える導電層を形成し、静電気放電（ＥＳＤ）機能を持たせるという技術が提案されており、具体的には導電層としてＩＴＯ等を含む帯電防止膜を形成する方法が実用化されている。
また、タッチパネルの種類としては、タッチパネルセンサ上への位置を検出する原理に基づき、種々の方式が提案されている。スマートホンでは、光学的に明るく、構造がシンプルであることから、静電容量方式が多用されている。原理としては、位置を検知されるべき外部導体が誘電体を介してタッチパネルセンサ層に接触することにより、新たに奇生容量が発生し、この容量結合の変化を利用して、対象物の位置を検出する機構である。
最近では、スマートホン等に用いられる液晶表示装置に代表されるように、タッチパネル機能を有する液晶表示パネルを用いた液晶表示装置の需要が増大している。タッチパネル機能内蔵型液晶表示パネルの一例に、オンセル型タッチパネルと呼ばれるものがある。オンセル型タッチパネルは、タッチ検出電極がカラーフィルタ基板と上部偏光板の間に積層された層構造を有する、タッチパネル機能内蔵型液晶表示パネルである。
特許文献１にはタッチパネル機能内蔵型液晶表示パネルの構造が記載されている。特許文献１の図６に示されているタッチパネルは、２枚の偏光板４、５４の間に順番に積層された、ＴＦＴアレイ基板２１、タッチパネル駆動電極ＣＯＭＬ、液晶層６、カラーフィルタ３２、タッチ検出電極ＣＢ１、保護層３３、接着層５１、導電層５２、カバー層５３を備える層構造を有する。
上記導電層５２は、導電機能を持ち、ＴＦＴアレイ基板に導通されている。そのことにより、導電層５２は、偏光板５の表面に静電気が加えられたときの画像の表示の乱れを低減する。あるいは、導電層５２は、偏光板５の表面に静電気が加えられたときのタッチ検出感度の低下を、防止または抑制する。
オンセル型タッチパネルは優れた感度を示すため、高品質が要求される液晶表示装置に採用される。
特開２０１６－４１８３号公報
タッチパネルについては、液晶表示パネルの表示性能が向上するに伴って、タッチ検出感度、動作の信頼性及び安定性等のタッチパネル性能をより向上させることが要求されている。
本発明は、鎖状導電性無機粒子と、バインダと、高沸点溶剤と、低沸点溶剤とを含むコーティング組成物であって、
該コーティング組成物は、鎖状導電性無機粒子の含有量が鎖状導電性無機粒子及びバインダの合計量に対して１０～７０質量％であり、
２枚の偏光板の間に順番に積層された、ＴＦＴ基板、液晶層、カラーフィルタ基板、及びタッチパネル基板を有するタッチパネルにおいて、該タッチパネル基板の電極パターンが存在する表面に導電性膜を形成する用途に使用されるものである、コーティング組成物を提供する。
ある一形態においては、前記コーティング組成物は、前記鎖状導電性無機粒子と前記バインダから成る固形分を０．１～５．０質量％の量で含有し、７．０ｍＰａ・ｓ以下の粘度を有する。
ある一形態においては、前記鎖状導電性無機粒子は、粒子径が２～３０ｎｍの一次粒子が２～５０個連接してなるものである。
ある一形態においては、前記鎖状導電性無機粒子は、アンチモン含有酸化スズ粒子、スズ含有酸化インジウム粒子及びリン含有酸化スズ粒子からなる群から選ばれる少なくとも１種の粒子を含むものである。
ある一形態においては、前記タッチパネルは、ＴＦＴ基板とカラーフィルタ基板との間に積層された第二のタッチパネル基板を有するタッチパネルである。
また、本発明は、２枚の偏光板の間に順番に積層された、ＴＦＴ基板、液晶層、カラーフィルタ基板、及びタッチパネル基板を有するタッチパネルのタッチパネル基板の上面に、前記いずれかのコーティング組成物を使用して形成された、導電性膜を提供する。
ある一形態においては、前記導電性膜は、２～１００ｎｍの膜厚を有する。
ある一形態においては、前記導電性膜は、１．０×１０９～１．０×１０１４Ω／スクエア以上の表面電気抵抗を有する。
ある一形態においては、前記導電性膜は、３Ｈ～９Ｈの鉛筆硬度を有する。
ある一形態においては、前記タッチパネルは、ＴＦＴ基板とカラーフィルタ基板との間に積層された第二のタッチパネル基板を有するタッチパネルである。
また、本発明は、２枚の偏光板の間に順番に積層された、ＴＦＴ基板、液晶層、カラーフィルタ基板、タッチパネル基板、及び前記いずれかの導電性膜を有するタッチパネルを提供する。
ある一形態においては、前記タッチパネルは、ＴＦＴ基板とカラーフィルタ基板との間に積層された第二のタッチパネル基板を有するタッチパネルである。
また、本発明は、２枚の偏光板の間に順番に積層された、ＴＦＴ基板、液晶層、カラーフィルタ基板、及びタッチパネル基板を有するタッチパネルにおいて、該タッチパネル基板の電極パターンが存在する表面にコーティング組成物を塗布し乾燥させる工程を包含する導電性膜を形成する方法であって、
該コーティング組成物は、鎖状導電性無機粒子と、バインダと、高沸点溶剤と、低沸点溶剤とを含み、
該鎖状導電性無機粒子の含有量が鎖状導電性無機粒子及びバインダの合計量に対して１０～７０質量％であり、
該塗布はスプレーコート法を使用して行われる方法を提供する。
本発明によれば、タッチパネルのタッチ検出感度、動作の経時安定性等のタッチパネル性能を向上させることができるコーティング組成物、導電性膜が提供される。また、本発明によれば、タッチ検出感度、動作の信頼性及び安定性等のタッチパネル性能が向上したタッチパネルが提供される。
本発明の一実施形態であるオンセル型タッチパネルの構造を示す断面図である。 本発明のコーティング組成物を適用することができるオンセル型タッチパネルの層構造を模式的に示す断面図である。 本発明のコーティング組成物を適用することができるインセル型タッチパネルの層構造を模式的に示す断面図である。 実施例１で用いた鎖状アンチモン含有酸化スズ粒子の透過型電子顕微鏡写真である。 図４を拡大した透過型電子顕微鏡写真である。
本発明のコーティング組成物が適用されるタッチパネルは、電極に対して近接または接触する物体の容量に応じて変化する静電容量を検出する静電容量方式タッチパネルである。また、前記タッチパネルが使用されるタッチ検出機能付き液晶表示装置は、表示装置を形成するＴＦＴ基板および対向基板のいずれか一方にタッチ検出用の検出電極が設けられた横電界方式液晶表示装置である。
（コーティング組成物）
先ず、本実施形態のコーティング組成物について説明する。
本実施形態のコーティング組成物は、鎖状導電性無機粒子と、バインダと、高沸点溶剤と、低沸点溶剤とを含有している。また、上記鎖状導電性無機粒子の含有量は、上記鎖状導電性無機粒子及び上記バインダの合計量に対して、１０～７０質量％である。
上記コーティング組成物を用いることにより、ＥＳＤ機能が高く、且つタッチ感度を低下させないと共に、光透過率と硬度に優れた導電性膜を提供できる。
＜鎖状導電性無機粒子＞
本実施形態のコーティング組成物は、上記鎖状導電性無機粒子の含有量を、上記鎖状導電性無機粒子及び上記バインダの合計量に対して１０～７０質量％とすることで、ＥＳＤ機能が高く、且つタッチ感度を低下させない導電性膜を提供できる。上記鎖状導電性無機粒子の含有量が１０質量％を下回ると導電性膜のＥＳＤ機能が低下し、上記鎖状導電性無機粒子の含有量が７０質量％を超えるとタッチ感度が低下する。鎖状導電性無機粒子の含有量は、上記鎖状導電性無機粒子及び上記バインダの合計量に対して、好ましくは１２～６２質量％、より好ましくは１４～４３質量％、更に好ましくは１５～３４質量％である。
また、上記鎖状導電性無機粒子を用いることにより、非鎖状導電性無機粒子を用いた場合に比べて、より少ない量で導電性膜の導電性を高めることができる。これは、無機粒子が鎖状構造を有することにより、無機粒子が単独で存在するよりも、無機粒子相互間の導電性ネットワークが増加して、導電性膜の全体において導電性が向上するためと思われる。このため、導電性膜の所定の導電性を実現するための無機粒子の量を低減できるため、導電性膜の光透過率も向上できる。
上記鎖状導電性無機粒子とは、一次粒子が連結した鎖状の二次粒子を指す。一次粒子とは、単独で存在する粒子を意味し、二次粒子とは、一次粒子が二以上で存在する粒子を意味する。具体的に、上記鎖状導電性無機粒子としては、粒子径が２～３０ｎｍの一次粒子が２～５０個連接してなるものを用いることが好ましく、３～２０個連接してなることがより好ましい。上記粒子径の一次粒子の連接数が５０個を超えると、粒子の散乱によって導電性膜のヘイズ値が上昇する傾向にある。また、上記粒子径の一次粒子の連接数が２個を下回ると、粒子が非鎖状となり無機粒子相互間の導電性ネットワークの形成が困難となり、導電性膜の導電性が低下する。
上記粒子径と連結数は、例えば、コーティング組成物を低沸点溶剤で希釈し、各種基材上に２～１０ｎｍの膜厚で薄く塗布した導電性膜を、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により、鎖状導電性無機粒子を構成する個々の粒子の粒子径と連結数を観察・測定して求めることができる。
上記鎖状導電性無機粒子としては、透明性と導電性を兼ね備えた鎖状粒子であれば特に限定されず、例えば、金属粒子、カーボン粒子、導電性金属酸化物粒子、導電性窒化物粒子等を用いることができる。中でも、透明性と導電性とを兼ね備えた導電性金属酸化物粒子が好ましい。上記導電性金属酸化物粒子としては、酸化スズ粒子、酸化アンチモン粒子、アンチモン含有酸化スズ（ＡＴＯ）粒子、スズ含有酸化インジウム（ＩＴＯ）粒子、リン含有酸化スズ（ＰＴＯ）粒子、アルミニウム含有酸化亜鉛（ＡＺＯ）粒子、ガリウム含有酸化亜鉛（ＧＺＯ）粒子等の金属酸化物粒子が挙げられる。上記導電性金属酸化物粒子は、単独で用いてもよく、２種以上を組合せて用いてもよい。また、上記鎖状導電性無機粒子は、ＡＴＯ粒子、ＩＴＯ粒子及びＰＴＯ粒子からなる群から選ばれる少なくとも１種を含むことが好ましい。これらの導電性無機粒子は、透明性、導電性及び化学特性に優れており、導電性膜にした場合にも高い光透過率と導電性を実現することができるからである。
上記鎖状導電性無機粒子の製造方法は、特に限定されないが、例えば、特開２０００－１９６２８７号公報、特開２００５－１３９０２６号公報、特開２００６－３３９１１３号公報、特開２０１２－２５７９３号公報に記載の製造方法を採用することができる。
＜バインダ＞
上記バインダとしては、上記鎖状導電性無機粒子を分散して塗膜を形成できるものであれば特に限定されず、無機系バインダ及び有機系バインダのいずれも使用できる。上記バインダの含有量は、上記鎖状導電性無機粒子及び上記バインダの合計量に対して２０質量％以上とすることが好ましい。２０質量％を下回ると導電性薄膜の強度が低下する傾向があるからである。
上記無機系バインダとしては、例えば、アルコキシシランが使用できる。より具体的には、上記アルコキシシランは、３～４個のアルコキシ基がケイ素に結合した化合物であって、水に溶解させると、重合して－ＯＳｉＯ－で繋がれた高分子量ＳｉＯ２体になるものを使用できる。
上記アルコキシシランとしては、テトラアルコキシシラン、トリアルコキシシラン、ジアルコキシシラン及びアルコキシシランオリゴマーからなる群から選ばれる少なくとも１種の多官能アルコキシシランを含むものであることが好ましい。アルコキシシランオリゴマーとは、アルコキシシランのモノマー同士が縮合することで形成される高分子量化されたアルコキシシランであり、シロキサン結合（－ＯＳｉＯ－）を１分子内に２個以上有するオリゴマーのことをいう。その結合数は２～２０個であることが好ましい。
上記テトラアルコキシシランの例としては、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ｉｓｏ－プロポキシシラン、テトラｔ－ブトキシシラン等の炭素数１～４のアルコキシ基でテトラ置換されたシランが挙げられる。
上記トリアルコキシシランの例としては、トリメトキシシラン、トリエトキシシラン、トリプロポキシシラン、トリブトキシシラン、トリｉｓｏ－プロポキシシラン、トリＬ－ブトキシシラン等の炭素数１～４のアルコキシ基でトリ置換されたシラン、“ＫＢＭ－１３（メチルトリメトキシシラン）”、“ＫＢＥ－１３（メチルトリエトキシシラン）”等の一部がアルキル基で置換されたシランが挙げられる。
上記ジアルコキシシランの例としては、ジメチルジメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン等の炭素数１～４のアルコキシ基でジ置換されたシラン、“ＫＢＭ－２２（ジメチルジメトキシシラン）”、“ＫＢＥ－２２（ジメチルジエトキシシラン）”等の一部がアルキル基で置換されたシランが挙げられる。
上記アルコキシシランオリゴマーの例としては、有機基とアルコキシシリル基を併せ持つ比較的低分子のアルコキシシランオリゴマーが挙げられる。具体例としては、信越化学社製の“Ｘ－４０－２３０８”、“Ｘ－４０－９２３８”、“Ｘ－４０－９２４７”、“ＫＲ－４０１Ｎ”、“ＫＲ－５１０”、“ＫＲ－９２１８”、コルコート社製の“エチルシリケート４０”、“エチルシリケート４８”、“メチルシリケート５１”、“メチルシリケート５３Ａ”等が挙げられる。
上記アルコキシシランの具体例のうち、より高い硬度の導電性薄膜を形成するためには、テトラアルコキシラン、テトラアルコキシシラン及びトリアルコキシシランの併用、一部がアルキル基で置換されたトリアルコキシシランやジアルコキシシラン、官能基がアルコキシシリル基であるアルコキシシランオリゴマーが好ましい。これらを用いることにより、バインダ分子間のシロキサン結合を促進させた３次元架橋により導電性膜の硬度が強くなり、経時変化によって導電性薄膜に亀裂が発生する危険性をより一層なくし、且つ基板との密着性をより高めることができるからである。
更に、より安定した状態で再現性良く、良質の膜を形成するためには、コーティング組成物にアルコキシシランの加水分解反応を進め、シラノール化させた状態で使用することが好ましい。その調整方法としては、例えば、アルコール等の低沸点溶剤で希釈したアルコキシシランに水と酸触媒を加えてあらかじめシラノール化させる方法や、導電性コーティング組成物に水と酸触媒を添加しシラノール化させる方法が挙げられる。水の含有量は、アルコキシシランの構造から加水分解率を求めることで理論値が求まるが、コーティング組成物のポットライフやコーティング適性、導電性膜の物理特性に合わせて適宜調整する。上記水の含有量は、アルコキシシラン全体量に対して５０～１５００質量％とすることが好ましい。５０質量％を下回ると導電性薄膜の強度が低下し、１５００質量％を超えると乾燥速度が遅くなるといったコーティング適性に影響するからである。
また、上記有機系バインダとしては、例えば、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、及び光重合性モノマーと重合開始剤とを含む光重合性樹脂等が使用できる。
上記光重合性モノマーとしては、３官能以上の（メタ）アクリルモノマーを５０～９０％含むことが好ましい。ここで、光重合性モノマーの含率は、光重合性モノマー及び重合開始剤の合計質量に対する光重合性モノマーの質量割合を意味する。反応点の多い（メタ）アクリルモノマーを重合・硬化させてマトリックス樹脂とすることで、導電性膜の強度を更に高めることができる。３官能以上の光重合性モノマーの質量割合が５０％未満になると、塗膜の硬度が弱くなり、耐久性が低下する。また、上記光重合性モノマーと共に重合開始剤を使用する必要があることから、光重合性モノマーの質量割合が９０％を超えることは実質的に困難である。
３官能（メタ）アクリルモノマーとしては、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、エトキシ化トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート；４官能以上の（メタ）アクリルモノマーとしては、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート等が挙げられる。また、光重合性モノマーとしては、一般に販売されている多官能アクリルオリゴマーであってもよく、特に硬化性が高く硬度が高いものが好ましく、例えば、共栄社化学社製の“ＡＨ－６００”、“ＵＡ－３０６Ｈ”や、新中村化学社製の“ＮＫオリゴＵ－６ＨＡ”、“ＮＫオリゴＵ－１５ＨＡ”等が挙げられる。
また、上記光重合性モノマー中には単官能及び２官能の光重合性モノマーを含有していてもよく、例えば、１，４－ブタンジオールジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、１，６－ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、１，９ノナンジオールジ（メタ）アクリレート、エトキシ化ビスフェノールＡジ（メタ）アクリレート、シクロヘキサンジメタノールジ（メタ）アクリレート等の２官能重合性モノマー；ビニルピロリドン、ビニルホルムアミド等のビニルモノマー、ブチル（メタ）アクリレート、２－エチルヘキシル（メタ）アクリレート等のアルキル（メタ）アクリレート、シクロヘキシル（メタ）アクリレート、イソボルニル（メタ）アクリレート等の脂環式（メタ）アクリレート、（メタ）ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート等のヒドロキシ（メタ）アクリレート、アクリロイルモルフォリン、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート等の窒素含有（メタ）アクリレート、ベンジル（メタ）アクリレート、フェノキシエチル（メタ）アクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート等の芳香族系（メタ）アクリレート等の単官能重合性モノマーが挙げられる。
上記重合開始剤としては、例えば、ベンジル、ジアセチル等のα－ジケトン類、ベンゾイン等のアシロイン類、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル等のアシロインエーテル類、チオキサントン、２，４－ジエチルチオキサントン、２－クロロチオキサントン、チオキサントン－４－スルホン酸等のチオキサントン類、ベンゾフェノン、４，４’－ビス（ジメチルアミノ）ベンゾフェノン、４，４’－ビス（ジエチルアミノ）ベンゾフェノン等のベンゾフェノン類、ミヒラーケトン類、アセトフェノン、２－（４－トルエンスルホニルオキシ）－２－フェニルアセトフェノン、ｐ－ジメチルアミノアセトフェノン、α，α’－ジメトキシアセトキシベンゾフェノン、２，２’－ジメトキシ－２－フェニルアセトフェノン、ｐ－メトキシアセトフェノン、２－メチル－１－［４－（メチルチオ）フェニル］－２－モルフォリノプロパン－１－オン、２－ベンジル－２－ジメチルアミノ－１－（４－モルフォリノフェニル）－ブタン－１－オン等のアセトフェノン類、アントラキノン、１，４－ナフトキノン等のキノン類、フェナシルクロライド、トリハロメチルフェニルスルホン、トリス（トリハロメチル）－ｓ－トリアジン等のハロゲン化合物、アシルホスフィンオキシド類、ジ－ｔ－ブチルパーオキサイド等の過酸化物等が挙げられる。
上記光重合性モノマー及び重合開始剤は、それぞれ１種類を単独で使用してよく、それぞれ２種類以上を併用してもよい。
＜高沸点溶剤＞
上記高沸点溶剤としては、バインダ成分を溶解し、且つ塗布後の乾燥工程によって除去できるものであればよく、例えば、エチレングリコール、ジメチルスルホキシド、Ｎ－メチルピロリドン、Ｎ－エチルピロリドン、Ｎ－メチルホルムアミド、１，２－プロパンジオール、Ｎ，Ｎ－ジメチルアニリン、クレゾール、ニトロベンゼン、エチレングリコール等を使用できる。高沸点溶剤は、沸点１２０℃以上の有機系および無機系の溶剤が好ましい。
上記高沸点溶剤の含有量は、導電性コーティング組成物全量に対して０．１～３０．０質量％程度とすればよい。
＜低沸点溶剤＞
上記低沸点溶剤としては、例えば、エチルアルコール、メチルアルコール、ｎ－プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ｎ－ブチルアルコール、イソブチルアルコール、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、テトラヒドロフラン、アセトン、ジオキサン、酢酸エチル、クロロホルム、アセトニトリル、ピリジン、酢酸、水等を使用できる。上記低沸点溶剤を使用することにより、上記鎖状導電性無機粒子の分散性が向上する。低沸点溶剤は、沸点１２０℃未満の有機系および無機系の溶剤が好ましい。
上記低沸点溶剤の含有量は、導電性コーティング組成物全体量に対して５０．０～９９．５質量％程度とすればよい。
＜酸触媒＞
本発明のコーティング組成物には、一般に使用される酸触媒（塩酸、硫酸、酢酸、リン酸等）を更に添加することができる。これにより、より安定した性能で高品質の導電性膜を再現性よく形成可能となる。上記酸触媒の含有量は、アルコキシシラン全体量に対して１．０～３０．０質量％程度とすればよい。
＜レベリング剤＞
本発明のコーティング組成物には、レベリング剤を更に添加することができる。これにより、導電性膜の表面平滑性が確保できる。上記レベリング剤としては、例えば、ポリエーテル変性ポリジメチルシロキサン、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル等を使用できる。上記レベリング剤触媒の含有量は、導電性コーティング組成物全体量に対して０．０１～５．０質量％程度とすればよい。
＜調製法＞
本発明のコーティング組成物の調製法は、上記各成分を混合して、上記鎖状導電性無機粒子を上記バインダと上記溶剤の中に分散できれば特に限定されず、例えば、上記各成分をボールミル、サンドミル、ピコミル、ペイントコンディショナー等のメディアを介在させた機械的処理、又は超音波分散機、ホモジナイザー、ディスパー及びジェットミル等を使用して分散処理を施して混合・分散することができる。
上記調製後の本発明のコーティング組成物は、固形分濃度が、全体量に対して０．１～５．０質量％である。コーティング組成物の固形分は、典型的には、上記鎖状導電性無機粒子及び上記バインダの合計量である。コーティング組成物の固形分濃度が０．１質量％未満になると導電性膜の厚さを適性範囲に制御するため、塗布量が多くなることで、乾燥過程におけるウエット膜からドライ膜への移行に時間がかかり、製造工程として現実的でない。また、５．０質量％を超えると塗布量が少なくなることで、ウエット膜の厚みが不十分となり、レベリング性能が発現されず、表面電気抵抗などの皮膜特性において基板内の偏差が生じる。コーティング組成物の固形分濃度は、好ましくは０．３～３．０質量％であり、より好ましくは０．５～２．０質量％である。
本発明のコーティング組成物は、粘度が５０ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましい。コーティング組成物の粘度が５０ｍＰａ・ｓを超えるとスプレー方式における組成物の霧化が適正に行われず、スプレー液滴が大きすぎたり、スプレー液滴粒度分布が不均一になりすぎたりする。その結果、表面電気抵抗などの皮膜特性において基板内の特性偏差が生じたり、皮膜外観が悪化したりする。コーティング組成物の粘度は、好ましくは２５ｍＰａ・ｓ以下、より好ましくは７．０ｍＰａ・ｓ以下である。
（導電性膜）
次に、本発明の導電性膜について説明する。
本発明の導電性膜は、本発明のコーティング組成物を後述するタッチパネル基板９に塗布して塗膜を形成した後に、上記塗膜を乾燥、要すれば硬化させて成膜する。
上記コーティング組成物の塗布方法としては、スプレーコート法を用いることが好ましい。被塗物はタッチパネル基板９であり、その上面には電極パターン９２が存在する。つまり、被塗物の表面にはパターン状の凸部が存在することになる。そのため、スプレーコート法を使用することにより、電極基板９１及び電極パターン９２の表面全体に、厚さが均一な皮膜を形成することができる。
スプレーコート法を用いた塗布条件として、スプレーガンの口径は０．５～３．０ｍｍ、ニードル開度は０．０５～０．３０ｍｍ、吐出液量は０．１０～３．００ｇ／ｍｉｎ、スプレーガンと基板との最短距離は５０～３００ｍｍ、塗布速度は１００～２０００ｍｍ／秒、重ねピッチは２～３０ｍｍ、霧化エアーの圧力は０．０５～０．５０ＭＰａが好ましい。スプレーガンの数として、単一ガンで運用する以外に、塗布効率化の観点から、基板サイズに合わせて、複数ガンを配置しても良い。
コーティング組成物を電極基板９１の上面に塗布した後、乾燥によって溶剤を除去して成膜させる。必要に応じて、塗膜にＵＶ光やＥＢ光を照射して塗膜を硬化させてもよい。例えば、本発明のコーティング組成物及びスプレーコート法を使用して塗膜を形成し、その塗膜を乾燥、要すれば硬化させて成膜した皮膜は、導電性スプレー皮膜と言うことができる。
本発明の導電性膜は、表面電気抵抗が１．０×１０９～１．０×１０１４Ω／スクエアである。導電性膜の表面電気抵抗が１．０×１０９Ω／スクエア未満であるとタッチ感度が低下し、１．０×１０１４Ω／スクエアを超えると帯電防止性能が低下する。導電性膜の表面電気抵抗は、好ましくは１．０×１０９～１．０×１０１３Ω／スクエアであり、より好ましくは７．０×１０１０～５．０×１０１２Ω／スクエアである。
本発明の導電性膜は、温度６５℃、相対湿度９０％の環境下で５００時間保持した後の表面電気抵抗が１．０×１０９～１．０×１０１４Ω／スクエア、好ましくは１．０×１０９～１．０×１０１３Ω／スクエア、より好ましくは７．０×１０１０～５．０×１０１２Ω／スクエアである。尚、信頼性試験後もＥＳＤ機能が高く、且つタッチ感度を低下させない導電性膜を提供するため、信頼性前後の表面電気抵抗の変化は、下降側または上昇側のどちらに変化しても１．０乗Ω／スクエアの範囲が好ましい。より好ましくは、０．５乗Ω／スクエアの範囲である。
本発明の導電性膜は、厚さが２～１００ｎｍである。導電性膜の厚さが２ｎｍ未満であると１次粒子自体のサイズを下回るため、皮膜表面の平滑性が損なわれ、表面電気抵抗の偏差が生じやすくなり、１００ｎｍを超えると皮膜の全光線透過率が悪化する。導電性膜の厚さは、好ましくは５～８０ｎｍ、より好ましくは１０～６０ｎｍである。
本発明の導電性膜は、鉛筆硬度が３Ｈ～９Ｈ、好ましくは４Ｈ～７Ｈ、より好ましくは５Ｈ～６Ｈである。
本発明の導電性膜は、全光線透過率（ＪＩＳ Ｋ７１０５準拠）が９５．０％以上、好ましくは９７．０～９９．９％である。
また、タッチパネルは、パネル製造工程において、一般に、ダイヤモンドカッターにて大判基板から小片基板へ分断される。そのため、本発明の導電性膜は、ガラス基板と一緒に切断した場合に、カッターに付着物を発生させず、平滑な切断面を提供することが好ましい。
＜タッチパネル＞
本発明のコーティング組成物が適用されるタッチパネルは、タッチパネル基板がカラーフィルタ基板の上に積層された層構造を有する型のタッチパネルである。かかるタッチパネルとしては、典型的には、オンセル型タッチパネルが例示される。本発明のコーティング組成物が適用されるタッチパネルは第二のタッチパネル基板を有していてもよい。第二のタッチパネル基板はカラーフィルタ基板と上部偏光板の間の適切な位置に積層されてよく、ＴＦＴ基板とカラーフィルタ基板との間の適切な位置に積層されてもよい。
図１は、本発明の一実施形態であるオンセル型タッチパネルの構造を示す断面図である。オンセル型タッチパネル１の表示領域はＡｄと表示し、非表示領域をＡｓと表示している。一般に、周辺領域Ａｓは、基板２１の上面の領域であって、表示領域Ａｄよりも基板２１の外周側に位置する領域である。
オンセル型タッチパネル１は、下部偏光板２及び上部偏光板３の間に積層された、次の要素を有する。即ち、ＴＦＴ基板４、コモン電極５、絶縁膜６、液晶表示パネル７（画素電極７１、液晶層７２、封止部７３から構成されている。）、カラーフィルタ基板８、タッチパネル基板９（電極基板９１、電極パターン９２から構成されている。）、導電性膜１０及び粘着剤層１１である。上部偏光板３の上には、接着剤層１２及びカバーガラス１３が積層されている。
尚、本願明細書において「積層」とは、層状物が重なった状態になっていることを意味する。積層される層は、例えば、間に別の層が存在する等により、相互に接触していなくてもよい。
タッチパネル基板９を構成する電極パターン９２は、電極基板９１の上面に設けられている導電線から成る。導電線の太さは、一般に数μｍ、例えば５μｍである。電極パターン９２のパターン形状は、一般に、平面視において、ジグザグ形状、メッシュ形状である。つまり、タッチパネル基板９の上面には、パターン状の凸部が存在する。
タッチパネル基板９の上面には、導電性膜１０が設けられる。導電性膜１０が設けられない場合には、オンセル型タッチパネル１の外部から加えられた静電気により、例えば偏光板５の表面が帯電し、その静電気に起因する電界により、液晶層６の液晶分子の配向状態が乱れ、画像の表示が乱れるおそれがある。
一方、導電性膜１０が設けられることにより、オンセル型タッチパネル１の外部から加えられた静電気を外部に逃がすことができるので、オンセル型タッチパネル１に静電気が加えられたときの画像の表示の乱れを低減することができる。
好適には、導電性膜１０は、表示領域Ａｄの全領域で、タッチパネル基板９の上面に、電極パターンを覆うように、配置されている。導電性膜１０は本発明のコーティング組成物を使用して成膜される。つまり、導電性膜１０は接着層を使用すること無く、タッチパネル基板の上面に直接設けられる。
これにより、タッチ検出感度、動作の信頼性及び安定性等のタッチパネル性能が向上したオンセル型タッチパネルが提供される。その理由は明確でないが、次の通り考えられる。一般に、タッチパネルの構成要素を接着する用途には、粘着剤が使用される。強力な接着力は不要であり、また、粘着剤は貼り合わせて直ぐに一定の接着力が得られるからである。
例えば、特許文献１、図６のオンセル型タッチパネルでは、導電層５２と導電パターンＣＢ１の間に接着層５１が設けられている。また、帯電防止用導電性膜の別の形態として、粘着剤層の中に導電性無機粒子を分散させたものがある。
他方、粘着剤は貼り合わせた後も柔軟性である。そのため、粘着剤を介して積層された要素はその位置に完全に固定されることはない。例えば、貼り合わせてから時間が経過した場合に粘着剤が徐々に流動して、又は周囲環境の温度が高い場合に粘着剤が軟化して、被着物の位置が変化する可能性がある。
オンセル型タッチパネル１に加えられた静電気は帯電防止用導電性膜及び配線を通じてＴＦＴ基板に放出されるが、帯電防止用導電性膜の積層が粘着剤を介して行われた場合は、帯電防止用導電性膜の位置が変化する結果、帯電防止用導電性膜とＴＦＴ基板の間の距離も変化するので、導電性が変化する。また、粘着剤層の中に導電性無機粒子を分散させた帯電防止用導電性膜では、粘着剤層の中で導電性無機粒子の位置が変化し、導電性が変化する。
これに対し、本発明の導電性膜はタッチパネル基板の上面に形成する際に粘着剤を使用しない。本発明の導電性膜は鉛筆硬度３Ｈ～９Ｈという高い硬度を有する。従って、導電性無機粒子は導電性膜の中で固定され、導電性膜とＴＦＴ基板の間の距離は変化しない。しかも導電性膜とＴＦＴ基板の間の距離は粘着剤層を省略した分短くなり、導電性が高くなる。
その結果、本発明のタッチパネルは、タッチ検出感度、動作の信頼性及び安定性等のタッチパネル性能が向上すると考えられる。
図２は、本発明のコーティング組成物を適用することができるオンセル型タッチパネルの層構造を模式的に示す断面図である。上記オンセル型タッチパネルは、図２ａに示すように、カラーフィルタ基板８とタッチパネル基板９の間に積層された第二のタッチパネル基板９’を有していてもよい。第二のタッチパネル基板は、図２ｂに示すように、液晶層７２とカラーフィルタ基板８の間に積層されてもよい。
図３は、本発明のコーティング組成物を適用することができるインセル型タッチパネルの層構造を模式的に示す断面図である。図３のインセル型タッチパネルでは、ＴＦＴ基板４上に、タッチ検出機能も持たせたコモン電極、即ち、コモン電極兼タッチ電極５’が積層されている。また、タッチパネル基板９がカラーフィルタ基板８と上部偏光板の間に積層されている。コモン電極兼タッチ電極５’は第二のタッチパネル基板に相当する。インセル型タッチパネルであっても、タッチパネル基板がカラーフィルタ基板の上に積層された層構造を有するものであれば、カラーフィルタ基板の上に積層されたタッチパネル基板のパターン電極上に本発明のコーティング組成物を適用することができる。
以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明する。但し、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。また、以下で「部」及び「％」は、特に断らない限り質量基準である。尚、実施例１及び２、実施例４、５及び６は参考例である。
＜鎖状アンチモン含有酸化スズ（ＡＴＯ）粒子分散液＞
鎖状ＡＴＯ粒子分散液として、日揮触媒化成社製“ＥＬＣＯＭ Ｖ－３５６０”を準備した。鎖状ＡＴＯ粒子分散液“ＥＬＣＯＭ Ｖ－３５６０”は、鎖状ＡＴＯ粒子：２０．８部と、エチルアルコール：７０．０部、イソプロピルアルコール９．２部との混合分散液である。
図３及び図４は、上記鎖状ＡＴＯ粒子分散液に用いた鎖状ＡＴＯ粒子の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真である。図２及び図３を参照して、上記ＡＴＯ粒子は、粒子径が２～３０ｎｍの一次粒子が２～５０個連接して形成された鎖状ＡＴＯ粒子（鎖状導電性無機粒子）であることが分かる。実施例に使用した主要な材料を表１に示す。
［表１］
Figure 0007096656000001
（製造例）
＜分散液Ａの製造＞
プラスチック製ビンに、石原産業（株）製の導電性ＡＴＯ粒子「ＳＮ１００Ｐ」（商品名）２０．８部、ビックケミー・ジャパン社製の分散剤「ＢＹＫ１８０」（商品名）２．０部、及びイソブチルアルコール（溶剤）７７．２部を仕込み、直径０．３ｍｍのジルコニアビーズを用いて、ペイントコンディショナー（東洋精機（株）製）により２時間分散した後、攪拌して分散液Ａを製造した。
（実施例１～６及び比較例１～３）
＜コーティング組成物の製造＞
プラスチック製ビンに、各成分を所定の含有量になる量で仕込み、攪拌してコーティング組成物を調製した。但し、アルコキシシランは、アルコールの一部を用いて希釈し、水と酸触媒を加えてあらかじめシラノール化させて使用した。
得られたコーティング組成物の粘度を東機産業社製のＴＶ２５型粘度計を使用して測定した。成分の種類、配合量、コーティング組成物の不揮発固形分含有量及び粘度を表２及び３に示す。
［表２］
Figure 0007096656000002
［表３］
Figure 0007096656000003
＜導電性膜の製造＞
サイズ１０ｃｍ四方、厚み０．７ｍｍの無アルカリガラスの基板に、上記コーティング組成物をスプレーコート法によって塗布して塗膜を形成した。スプレーコーターには、ノードソン社製のスプレーガン（スワールノズル、口径：１．０ｍｍ）を用いた。塗布条件は次の通りとした。即ち、ニードル開度：０．１０ｍｍ、吐出液量：０．６０ｇ／ｍｉｎ、スプレーガンと基板との最短距離：１００ｍｍ、塗布速度：３００ｍｍ／秒、重ねピッチ：１０ｍｍ、アトマイズエアー及びスワールエアーの圧力：０．２５ＭＰａ。形成された塗膜を１２０℃で１時間加熱して導電性膜を作製した。
また、実施例６の場合は、上記と同様にして実施例６のコーティング液をガラス基板の上にスプレーコーターにて塗布した後、８０℃で５分乾燥後、高圧水銀灯にて紫外線を３００ｍＪ／ｃｍ２の光量で照射し硬化させて、実施例６の導電性膜を形成した。
次に、下記の通り、得られた導電性膜の特性を試験した。結果を表４及び５に示す。
＜膜厚＞
導電性膜をガラス基板ごと切断し、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ、日立製作所社製“Ｓ－４５００”）にて断面観察して、膜厚を測定した。
＜表面電気抵抗＞
表面抵抗計（三菱化学社製“ハイレスタＭＣＰ－ＨＴ４５０”、印加電圧：１０Ｖ）を用いて、導電性膜の表面電気抵抗を測定し、通常の表面電気抵抗とした。
また、導電性膜付ガラス基板を温度６５℃、相対湿度９０％の環境下で５００時間保持した後の導電性膜の表面電気抵抗を上記と同様にして測定して、高温高湿試験後の表面電気抵抗とした。
＜全光線透過率＞
先ず、日本電色工業社製の光度計“ヘイズメーターＮＤＨ２０００”を用い、導電性膜付ガラス基板の全光線透過率を測定した。数値は塗膜のみの値を示す。
＜鉛筆硬度＞
導電性膜の鉛筆硬度を新東科学社製の表面性試験機“ＨＥＩＤＯＮ－１４ＤＲ”を用いて測定した。
＜ガラス切断性＞
三星ダイヤモンド工業株式会社製の簡易スラクイバー“Ｌｉｎｅａｒ Ｃｕｔｔｅｒ ＬＣ２００ＡＨＨ”、及びスクライブホイール“ＡＰＩＯ φ３ｍｍ ＴＹＰＥＡ”を用いて導電性膜を付与したガラス基板を切断し、ガラス切断性を評価した。
切断時の条件は次の通り設定した。即ち、荷重１０Ｎ、切り込み量０．１５μｍ、スクライブ長１００ｍｍの条件にて、１００回繰り返した。その後、ホイール付着物、切断面の状況を目視にて確認した。評価基準は次の通り規定した。
ガラス切断性評価基準
○：付着物なし、切断面良好、△：付着物少しあり、切断面に少しカケあり、×：付着物あり、切断面のカケあり
［表４］
Figure 0007096656000004
［表５］
Figure 0007096656000005
＜オンセル型タッチパネルの製造＞
画面サイズが４インチ、液晶表示装置のトータルの厚みが１ｍｍの図１に示す構成の液晶表示装置を作製した。
導電性膜は、タッチパネル基板の上面上に上記コーティング液を前述と同様の条件でスプレーコーターを用いて塗布した後、１２０℃の乾燥機で１時間乾燥させて形成した。次に、この導電性膜の端部に銀ペースト（藤倉化成社製“ドータイトＤ－３６２”）にてアース線を取り付けた後、導電性膜の上に偏光板を貼り付けた。また、画素電極及びコモン電極を設け、下部ガラス基板のバックライト側にも偏光板を貼り付けた。
次に、上記各液晶表示装置のタッチ感度及び静電気放電（ＥＳＤ）性を下記のとおり確認した。
＜タッチ感度＞
上記液晶表示装置を指でタッチし、タッチ感度を確認した。その結果、指のタッチに反応した場合を○、指のタッチに反応しなかった場合を×と評価した。
また、導電性膜付ガラス基板を温度６５℃、相対湿度９０％の環境下で５００時間保持した後の導電性膜のタッチ感度を上記と同様にして測定して、高温高湿試験後のタッチ感度とした。
＜ＥＳＤ性＞
下部ガラス基板側からバックライトにより光を照射し、上記液晶表示装置が無通電状態で黒表示であることを確認した後、上部ガラス基板に静電印加装置にて電圧±１２ｋＶにて静電を印加した。その後、導電性膜のアース線を接地してから、無通電状態の表示を目視により確認した。その結果、上記液晶表示装置が黒表示を維持していた場合を○、光抜けによる白浮きが認められた場合を×と評価した。
また、導電性膜付ガラス基板を温度６５℃、相対湿度９０％の環境下で５００時間保持した後の導電性膜のＥＳＤ性を上記と同様にして測定して、高温高湿試験後のＥＳＤ性とした。
以上の結果を表６及び表７に示した。
［表６］
Figure 0007096656000006
［表７］
Figure 0007096656000007
１… オンセル型タッチパネル、
２…下部偏光板、
３…上部偏光板、
４…ＴＦＴ基板、
５…コモン電極、
５’…コモン電極兼タッチ検出電極、
６…絶縁膜、
７２…液晶層、
８…カラーフィルタ基板、
９…タッチパネル基板、
９’ …第二のタッチパネル基板、
１０…導電性膜、
１１…粘着剤層、
１２…接着剤層、
１３…カバーガラス。

Claims (12)

  1. 鎖状導電性無機粒子と、バインダと、高沸点溶剤と、低沸点溶剤とを含むコーティング組成物であって、
    該コーティング組成物は、鎖状導電性無機粒子の含有量が鎖状導電性無機粒子及びバインダの合計量に対して１０～３０質量％であり、
    ２枚の偏光板の間に順番に積層された、ＴＦＴ基板、液晶層、カラーフィルタ基板、及びタッチパネル基板を有するタッチパネルにおいて、該タッチパネル基板の電極パターンが存在する表面に、２～６０ｎｍの膜厚を有する導電性膜を形成する用途に使用されるものであり、
    該バインダは、アルコキシシランから成るものである、コーティング組成物。
  2. 前記鎖状導電性無機粒子と前記バインダから成る固形分を０．１～５．０質量％の量で含有し、７．０ｍＰａ・ｓ以下の粘度を有する請求項１に記載のコーティング組成物。
  3. 前記鎖状導電性無機粒子は、粒子径が２～３０ｎｍの一次粒子が２～５０個連接してなる請求項１又は２に記載のコーティング組成物。
  4. 前記鎖状導電性無機粒子は、アンチモン含有酸化スズ粒子、スズ含有酸化インジウム粒子及びリン含有酸化スズ粒子からなる群から選ばれる少なくとも１種の粒子を含む請求項１～３のいずれか一項に記載のコーティング組成物。
  5. 前記タッチパネルは、ＴＦＴ基板とカラーフィルタ基板との間に積層された第二のタッチパネル基板を有するタッチパネルである、請求項１～４のいずれか一項に記載のコーティング組成物。
  6. ２枚の偏光板の間に順番に積層された、ＴＦＴ基板、液晶層、カラーフィルタ基板、及びタッチパネル基板を有するタッチパネルのタッチパネル基板の上面に、請求項１～５のいずれか一項に記載のコーティング組成物を使用して形成された、２～６０ｎｍの膜厚を有する導電性膜。
    導電性膜。
  7. 温度６５℃、相対湿度９０％の環境下で５００時間保持した後の表面電気抵抗が１．０×１０９以上８．５×１０１１Ω／スクエア未満である請求項６に記載の導電性膜。
  8. ５Ｈ～９Ｈの鉛筆硬度を有する請求項６又は７に記載の導電性膜。
  9. 前記タッチパネルは、ＴＦＴ基板とカラーフィルタ基板との間に積層された第二のタッチパネル基板を有するタッチパネルである、請求項６～８のいずれか一項に記載の導電性膜。
  10. ２枚の偏光板の間に順番に積層された、ＴＦＴ基板、液晶層、カラーフィルタ基板、タッチパネル基板、及び請求項６～９のいずれか一項に記載の導電性膜を有するタッチパネル。
  11. ＴＦＴ基板とカラーフィルタ基板との間に積層された第二のタッチパネル基板を有する請求項１０に記載のタッチパネル。
  12. ２枚の偏光板の間に順番に積層された、ＴＦＴ基板、液晶層、カラーフィルタ基板、及びタッチパネル基板を有するタッチパネルにおいて、該タッチパネル基板の電極パターンが存在する表面にコーティング組成物を塗布し乾燥させる工程を包含する、２～６０ｎｍの膜厚を有する導電性膜を形成する方法であって、
    該コーティング組成物は、鎖状導電性無機粒子と、バインダと、高沸点溶剤と、低沸点溶剤とを含み、
    該鎖状導電性無機粒子の含有量が鎖状導電性無機粒子及びバインダの合計量に対して１０～３０質量％であり、
    該塗布はスプレーコート法を使用して行われ、
    該バインダは、アルコキシシランから成るものである方法。
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