JP7305342B2 - 導電性フィルム - Google Patents

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Description

本発明は、導電性フィルムに関する。
従来、樹脂フィルムの表面に金属層を形成した導電性フィルムが、フレキシブル回路基板、電磁波シールドフィルム、フラットパネルディスプレイ、タッチセンサ、非接触式ICカード、太陽電池等に用いられている(例えば、特許文献1)。導電性フィルムの主な機能は電気伝導であり、高分子フィルムの表面に設けられる金属層の組成や厚みは用途目的にあった電気伝導性を得られるように適宜選択される。
特開2011-82848号公報
近年のデバイス要素の薄型化や小型化の要求の高まりにより、金属層の厚みも数百nmから数十nmまで薄型化が進んでいる。また、デバイスの高機能化や用途拡大を図るために、金属層をエッチング等によりパターン化して用いられることもある。ところが、薄手の金属層のパターン化の際、回路パターンに断線が生じることがあり、これが生産性や信頼性を低下させる原因の一つとなっている。
本発明の目的は、比較的薄い金属層が設けられていても金属層のパターン化の際の断線の発生を抑制可能な導電性フィルムを提供することにある。
本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討したところ、金属層の断線が発生している箇所ではピンホールが発生しており、このピンホールが断線の原因となっているのではないかとの知見を得た。さらに検討を進めた結果、下記構成を採用することにより上記目的を達成し得ることを見出し本発明を完成するにいたった。
本発明は、一実施形態において、
第1金属層と、
樹脂フィルムと
をこの順で備え、
前記第1金属層の厚みが10nm以上200nm以下であり、
前記第1金属層の前記樹脂フィルムとは反対側の表面の表面粗さRzが100nm以下である導電性フィルムに関する。
当該導電性フィルムでは、第1金属層の表面粗さRzを所定範囲としているので、10nm以上200nm以下という比較的薄い金属層のパターン化の際にも断線の発生を抑制することができる。この理由は定かではないものの、以下のように推察される。本発明者らは、ピンホールの発生原因を検討したところ、金属層の成膜時から成膜後に導電性フィルムをロール状に巻回する前後でピンホールの発生数が増加することを突き止めた。このことから、本発明者らは、導電性フィルムの巻回時に金属層における急峻な突起がロールの巻き締め圧力ないし巻き締め時の摩擦により崩壊し、突起部分が陥没することでピンホールが発生すると推測した。こうした突起の崩壊によるピンホールの発生は、金属層が比較的薄く(10nm以上200nm以下)、金属層の機械的強度が低い場合により顕著になる。以上の知見より、金属層表面の表面粗さRzを低減し、金属層における急峻な突起ないし段差を取り除くことでピンホールの発生を抑制し、その結果、パターン化した金属層の断線をも抑制可能となると推察される。
前記樹脂フィルムの前記第1金属層とは反対側の表面の表面粗さRaが30nm以下であることが好ましい。樹脂フィルムの第1金属層とは反対側の表面は、導電性フィルムをロール状に巻回した際に第1金属層と接触することになるため、第1金属層と樹脂フィルムとが圧着してしまい、その後ロールからの送り出しの際に金属層が剥離するおそれがある。樹脂フィルムの第1金属層との接触面の表面粗さRaを上記範囲内に制御することにより、第1金属層と樹脂フィルムとの圧着を抑制することができる。
前記樹脂フィルムの前記第1金属層側の表面の表面粗さRaが0.5nm以上10nm以下であることが好ましい。金属層の表面状態は、樹脂フィルムの表面状態をそのまま引き継ぐ傾向にあることから、樹脂フィルムの表面粗さRaを上記範囲とすることにより、金属層表面に表面粗さRzを所定範囲に効率良く制御することができる。
当該導電性フィルムは、前記樹脂フィルムと前記第1金属層との間に配置された下地層をさらに備えていてもよい。第1金属層の樹脂フィルムへの密着性や導電性フィルムへの強度付与、電気的特性の制御等、目的に応じた下地層を設けることで導電性フィルムの高機能化を図ることができる。
さらなる実施形態において、当該導電性フィルムは、前記樹脂フィルムの前記第1金属層とは反対側に配置された第2金属層をさらに備えていてもよい。この場合、前記第2金属層の厚みが10nm以上200nm以下であり、前記第2金属層の前記樹脂フィルムとは反対側の表面の表面粗さRzが100nm以下であることが好ましい。
金属層を樹脂フィルムの両面に設けることにより、導電性フィルムの高機能化や用途拡大を図ることができる。また、第1金属層だけでなく第2金属層の表面の表面粗さRzを上記範囲内とすることにより、両面の金属層における急峻な突起ないし段差を取り除いてピンホールの発生を抑制することができ、その結果、パターン化した金属層の断線を両面において抑制することができる。
前記樹脂フィルムの前記第2金属層側の表面の表面粗さRaが0.5nm以上10nm以下であることが好ましい。第1金属層の場合と同様、樹脂フィルムの表面粗さRaを上記範囲とすることにより、第2金属層表面の表面粗さRzを所定範囲に効率良く制御することができる。
前記第1金属層の前記樹脂フィルムとは反対側の表面の表面粗さRa及び前記第2金属層の前記樹脂フィルムとは反対側の表面の表面粗さRaの少なくとも一方が、0.5nm以上10nm以下であることが好ましい。樹脂フィルムの両面に金属層を設けた導電性フィルムをロール状に巻回すると、ロールの半径方向での中心側の金属層も外側の金属層もともに金属層に接触することになり、金属層同士のブロッキングが生じることがある。金属層のスパッタ成膜の際に導電性フィルムのロールを真空下に置いた場合には、特にブロッキングが顕著となる。両面の金属層の表面粗さRaの一方又は両方を所定範囲に制御することにより、金属層表面に適度な凹凸を付与することができ、ピンホールの発生の抑制とブロッキングの防止とを両立させることができる。
当該導電性フィルムは、前記樹脂フィルムと前記第2金属層との間に配置された下地層をさらに備えていてもよい。第2金属層の樹脂フィルムへの密着性や導電性フィルムへの強度付与、電気的特性の制御等、目的に応じた下地層を設けることで導電性フィルムの高機能化を図ることができる。
前記第1金属層の厚みと前記第2金属層の厚みとの差の絶対値が5nm以下であることが好ましい。両面の金属層の厚みを互いに近づけることで金属層に生じる応力が相殺され、導電性フィルムのカールや金属層の剥離等を防止することができる。
当該導電性フィルムは、搬送性や取扱いの観点からロール状に巻回されていてもよい。
本発明の一実施形態に係る導電性フィルムの模式的断面図である。 本発明のさらなる実施形態に係る導電性フィルムの模式的断面図である。
本発明の導電性フィルムの実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。ただし、図の一部又は全部において、説明に不要な部分は省略し、また説明を容易にするために拡大または縮小等して図示した部分がある。上下等の位置関係を示す用語は、単に説明を容易にするために用いられており、本発明の構成を限定する意図は一切ない。
《第1実施形態》
<導電性フィルム>
図1は、本発明の一実施形態に係る導電性フィルムの模式的断面図である。図1に示す導電性フィルム100は、第1金属層21と樹脂フィルム1とをこの順で備えている。本実施形態では、樹脂フィルム1と第1金属層21との間に下地層31が設けられている。なお、第1金属層21及び下地層31は、それぞれ1層からなる構成を図示しているが、それぞれが2層以上の多層構成であってもよい。
(樹脂フィルム)
樹脂フィルム1としては、絶縁性を確保できるものであれば特に制限されず、各種のプラスチックフィルムが用いられる。樹脂フィルムの材料としては、ポリエチレンテレフタレート(PET),ポリブチレンテレフタレート(PBT),ポリエチレンナフタレート(PEN)等のポリエステル系樹脂、ポリイミド(PI)等のポリイミド系樹脂、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等のポリオレフィン系樹脂、アセテート系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアミド系樹脂、シクロオレフィン系樹脂、(メタ)アクリル系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリ塩化ビニリデン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリアリレート系樹脂、ポリフェニレンサルファイド系樹脂等が挙げられる。これらの中でも、耐熱性、耐久性、柔軟性、生産効率、コスト等の観点から、ポリエチレンテレフタレート(PET),ポリエチレンナフタレート(PEN)等のポリエステル系樹脂、ポリイミド(PI)等のポリイミド系樹脂が好ましい。特に、コストパフォーマンスの観点から、ポリエチレンテレフタレート(PET)が好ましい。
樹脂フィルムには、表面に予めスパッタリング、コロナ放電、火炎、紫外線照射、電子線照射、化成、酸化などのエッチング処理や下塗り処理を施して、樹脂フィルム上に形成される金属層との密着性を担保させるようにしてもよい。また、金属層を形成する前に、必要に応じて溶剤洗浄や超音波洗浄などにより、樹脂フィルム表面を除塵、清浄化してもよい。
樹脂フィルム1の第1金属層21とは反対側の表面12aの表面粗さRaは、30nm以下であることが好ましく、8nm以下であることがより好ましい。樹脂フィルム1の表面12aの表面粗さRaは1.5nm以上が好ましく、3nm以上がより好ましい。樹脂フィルム1の第1金属層21とは反対側の表面12aは、導電性フィルム100をロール状に巻回した際に第1金属層21と接触し、互いに圧着することがある。樹脂フィルム1の第1金属層21との接触面(すなわち、表面12a)の表面粗さRaを上記範囲内に制御することにより、樹脂フィルム1と第1金属層21との圧着を抑制することができる。
樹脂フィルム1の第1金属層21側の表面11aの表面粗さRaは、0.5nm以上10nm以下であることが好ましい。樹脂フィルム1の表面11aの表面粗さRaの下限値は、1.5nmが好ましく、3nmがより好ましい。一方、樹脂フィルム1の表面11aの表面粗さRaの上限値は、8nmが好ましく、6nmがより好ましい。金属層の表面状態は、樹脂フィルム1の表面状態をそのまま引き継ぐ傾向にあることから、樹脂フィルム1の表面粗さRaを上記範囲とすることにより、第1金属層21の表面21aの表面粗さRzを所定範囲に効率良く制御することができる。
樹脂フィルムの厚みは、2~200μmの範囲内であることが好ましく、10~100μmの範囲内であることがより好ましく、20~60μmの範囲内であることが更に好ましい。一般的には、樹脂フィルムの厚みが厚い方が、加熱時の熱収縮等の影響を受けにくくなるため望ましい。しかし、電子部品等のコンパクト化により、樹脂フィルムの厚みもある程度薄くすることが望ましい。一方、樹脂フィルムの厚みが薄すぎると、樹脂フィルムの透湿性や透過性が上昇して、水分やガス等を透過させてしまい、金属層が酸化されやすくなる。従って、本実施形態では、樹脂フィルムの厚みをある程度の厚みをもたしつつ薄くすることで、導電性フィルム自体も薄くでき、電磁波シールドシートやセンサ等に用いた場合の厚みを抑えることが可能となる。そのため、電磁波シールドシートやセンサ等の薄型化に対応できる。さらに、樹脂フィルムの厚みが前記の範囲内であると、樹脂フィルムの柔軟性を確保できつつ機械的強度が十分であり、フィルムをロール状にして下地層や金属層を連続的に形成する操作が可能である。
(下地層)
本実施形態の導電性フィルムは、樹脂フィルム1と第1金属層21との間に配置された下地層31をさらに備えている。第1金属層の樹脂フィルムへの密着性や導電性フィルムへの強度付与、電気的特性の制御等、目的に応じた下地層を設けることで導電性フィルムの高機能化を図ることができる。下地層としては特に限定されず、易接着層、ハードコート層(アンチブロッキング層等として機能するものを含む。)、誘電体層等が挙げられる。
(易接着層)
易接着層は、接着性樹脂組成物の硬化膜である。易密着層は、金属層に対して良好な密着性を有する。
接着性樹脂組成物としては、易密着層形成後の硬化膜として十分な接着性と強度とを持つものを特に制限なく使用できる。用いる樹脂としては熱硬化型樹脂、熱可塑型樹脂、紫外線硬化型樹脂、電子線硬化型樹脂、二液混合型樹脂、及びこれらの混合物などがあげられるが、これらのなかでも紫外線照射による硬化処理にて、簡単な加工操作にて効率よく易密着層を形成することができる紫外線硬化型樹脂が好適である。紫外線硬化型樹脂を含むことで、紫外線硬化性を有する接着性樹脂組成物が容易に得られる。
接着性樹脂組成物としては、硬化の際に架橋構造を形成する材料が好ましい。易密着層での架橋構造が促進されると、それまで緩やかだった膜内部構造が強固となり、膜強度が向上される。こうした膜強度の向上が密着性の向上に寄与していると推察されるからである。
接着性樹脂組成物は、(メタ)アクリレートモノマー及び(メタ)アクリレートオリゴマーのうちの少なくとも1種を含むことが好ましい。これにより、アクリロイル基に含まれるC=C二重結合に起因する架橋構造の形成が容易となり、膜強度の向上を効率的に図ることができる。なお、本明細書において、(メタ)アクリレートとは、アクリレート又はメタクリレートを意味する。
本実施形態で用いる、主成分としての(メタ)アクリロイル基を有する(メタ)アクリレートモノマー及び/又はアクリレートオリゴマーは塗膜を形成させる役目を有し、具体的にはトリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、エチレンオキサイド変性トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、プロピレンオキサイド変性トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、トリス(アクリロキシエチル)イソシアヌレート、カプロラクトン変性トリス(アクリロキシエチル)イソシアヌレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、アルキル変性ジペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、アルキル変性ジペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、アルキル変性ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、及びこれら2種以上の混合物が挙げられる。
前記の(メタ)アクリレートの中でも、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、或いはこれらの混合物が、耐摩耗性、硬化性の点からとりわけ好ましい。
また、ウレタンアクリレートオリゴマーを用いることもできる。ウレタン(メタ)アクリレートオリゴマーは、ポリオールと、ポリイソシアネートとを反応させた後に、水酸基を有する(メタ)アクリレートを反応させる方法や、ポリイソシアネートと、水酸基を有する(メタ)アクリレートとを反応させた後に、ポリオールを反応させる方法や、ポリイソシアネート、ポリオール、水酸基を有する(メタ)アクリレートを反応させる方法などが挙げられるが特に限定はない。
ポリオールとしては、例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコールおよびこれらの共重合物、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4-ブタンジオール、2,2’-チオジエタノール等が挙げられる。
ポリイソシアネートとしては、例えば、イソホロンジイソシアネート、2,4-トリレンジイソシアネート、2,6-トリレンジイソシアネート、m-フェニレンジイソシアネート、p-フェニレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート、水添ジフェニルメタンジイソシアネート、1,3-キシリレンジイソシアネート、1,4-キシリレンジイソシアネート等が挙げられる。
架橋密度が高すぎるとプライマーとしての性能が落ち金属密着性が低下しやすくなるため、水酸基を有する低官能(メタ)アクリレート(以下、水酸基含有(メタ)アクリレートという)を用いても良い。水酸基含有(メタ)アクリレートとしては、例えば、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、1,4-シクロヘキサンジメタノールモノ(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、4-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシ-3-フェノキシプロピル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシ-3-アクリロイロキシプロピル(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレートなどがあげられる。上述した(メタ)アクリレートモノマー成分及び/又は(メタ)アクリレートオリゴマー成分は単独で用いても2種以上を用いても良い。
本実施形態の紫外線硬化性を有する接着性樹脂組成物は、(メタ)アクリル基含有シランカップリング剤を配合することによりアンチブロッキング性が向上する。(メタ)アクリル基含有シランカップリング剤としては、3-アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン等が挙げられ、市販品としては、KR-513、KBM-5103(信越化学株式会社製、商品名)が挙げられる。
シランカップリング剤の配合量は、前記(メタ)アクリレートモノマー及び/又は(メタ)アクリレートオリゴマー100重量部に対して、0.1重量部~50重量部、より好ましくは1~20重量部とする。この範囲であると金属層との密着性が向上し、塗膜物性を維持することができる。
本実施形態の易密着層は、ナノシリカ微粒子を含んでいてもよい。ナノシリカ微粒子としては、アルキルシランから合成されたオルガノシリカゾルあるいはプラズマアークにより合成されたナノシリカを用いることができる。市販品としては前者であればPL-7-PGME(扶桑化学製、商品名)、後者であればSIRMIBK15WT%-M36(CIKナノテック製、商品名)などが挙げられる。ナノシリカ微粒子の配合割合は前記(メタ)アクリロイル基を有する(メタ)アクリレートモノマー及び/又はアクリレートオリゴマーとシランカップリング剤との総重量100重量部に対し、5~30重量部が好ましく、5~10重量部がより好ましい。下限以上とすることで表面凹凸が形成されてアンチブロッキング性を付与可能となり、ロール・トゥ・ロールでの生産が可能となる。上限以下とすることで金属層との密着性の低下を防止することができる。
ナノシリカ微粒子の平均粒径は100~500nmが好ましい。平均粒径100nm未満では表面に凹凸を形成するのに必要な添加量が多くなるために金属層との密着性が得られないのに対し、500nmを越えると表面凹凸が大きくなり、ピンホールの問題が発生する。
接着性樹脂組成物は紫外線硬化性を付与するために光重合開始剤を含むことが好ましい。光重合開始剤としては、ベンゾインノルマルブチルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル等のベンゾインエーテル類、ベンジルジメチルケタール、ベンジルジエチルケタール等のベンジルケタール類、2,2-ジメトキシアセトフェノン、2,2-ジエトキシアセトフェノン等のアセトフェノン類、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、[2-ヒドロキシ-2-メチル-1-(4-エチレンフェニル)プロパン-1-オン]、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニルプロパン-1-オン、1-[4-(2-ヒドロキシエトキシ)フェニル]-2-ヒドロキシ-2-メチル-1-プロパン-1-オン、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-(4-イソプロピルフェニル)プロパン-1-オン等のα-ヒドロキシアルキルフェノン類、2-メチル-1-[4-(メチルチオ)フェニル]-1-モルフォリノプロパン、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)-1-ブタノン等のα-アミノアルキルフェノン類、2,4,6-トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキサイド、2,4,6-トリメチルベンゾイルフェニルエトキシホスフィンオキサイド等のモノアシルホスフィンオキサイド類、ビス(2,6-ジメトキシベンゾイル)-2,4,4-トリメチルペンチルホスフィンオキサイド、ビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)フェニルホスフィンオキサイド等のモノアシルホスフィンオキサイド類などが挙げられる。
樹脂の硬化性、光安定性、樹脂との相溶性、低揮発、低臭気という点から、アルキルフェノン系光重合開始剤が好ましく、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニル-プロパン-1-オン、(2-ヒドロキシ-1-{4-[4-(2-ヒドロキシ-2-メチル-プロピオニル)-ベンジル]フェニル}-2-メチル-プロパン-1-オン、1-[4-(2-ヒドロキシエトキシ)-フェニル]-2-ヒドロキシ-2-メチル-1-プロパン-1-オンがより好ましい。市販品としてはIrgacure127、184、369、651、500、891、907、2959、Darocure1173、TPO(BASFジャパン株式会社製、商品名)などが挙げられる。光重合開始剤は(メタ)アクリロイル基を有する(メタ)アクリレートモノマー及び/又はアクリレートオリゴマー100重量部に対して、固形分3~10重量部配合する。
易密着層の形成の際には、分子内に(メタ)アクリロイル基を有する(メタ)アクリレート及び/あるいは(メタ)アクリレートオリゴマーを主成分とする接着性樹脂組成物を、トルエン、酢酸ブチル、イソブタノール、酢酸エチル、シクロヘキサン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン、ヘキサン、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジエチルエーテル、エチレングリコールなどの溶剤に希釈し、固形分が30~50%のワニスとして調製する。
易密着層は、シクロオレフィン系樹脂フィルム1上に、上記ワニスを塗布することにより形成される。ワニスの塗布方法は、ワニス及び塗装工程の状況に応じて適時選択することができ、例えばディップコート法、エアーナイフコート法、カーテンコート法、ローラーコート法、ワイヤーバーコート法、グラビアコート法、ダイコート法やエクストルージョンコート法などにより塗布することができる。
ワニスを塗布後、塗膜を硬化させることによって、易密着層を形成することができる。紫外線硬化性を有する接着性樹脂組成物の硬化処理としては、ワニスが溶剤を含む場合は乾燥(例えば80℃で1分間)による溶媒除去後、紫外線照射機を用いて500mW/cm~3000mW/cmの照射強度で、仕事量が50~400mJ/cmの紫外線処理を行い硬化させるという手順が挙げられる。紫外線発生源としては一般的に紫外線ランプが用いられており、具体的には、低圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、超高圧水銀ランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプなどが挙げられ、照射する場合は空気中でもよいし、窒素、アルゴンなどの不活性ガス中でもよい。
紫外線硬化処理の際に加熱を行うことが好ましい。紫外線照射により接着性樹脂組成物の硬化反応が進行し、同時に架橋構造が形成される。このとき加熱を行うことにより、低紫外線量でも十分に架橋構造の形成を促進させることができる。加熱温度は、架橋度に応じて設定可能であり、好ましくは50℃~80℃である。加熱手段は特に限定されず、温風乾燥機、輻射熱乾燥機、フィルム搬送ロールの加熱等を適宜採用することができる。
易密着層の厚みとしては特に限定されないものの、0.2μm~2μmであることが好ましく、0.5μm~1.5μmであることがより好ましく、0.8μm~1.2μmであることがさらに好ましい。易密着層の厚みを上記範囲とすることで、金属層の密着性とフィルムの柔軟性とを向上させることができる。
(ハードコート層)
下地層として、ハードコート層を設けてもよい。さらに、導電性フィルム同士のブロッキングを防止してロール・トゥ・ロール法による製造を可能にするために、ハードコート層に粒子を配合してもよい。
ハードコート層の形成には、易密着層と同様の接着性組成物を好適に用いることができる。アンチブロッキング性を付与するには、前記接着性組成物に粒子を配合することが好ましい。これによりハードコート層の表面に凹凸を形成することができ、導電性フィルム100にアンチブロッキング性を好適に付与することができる。
上記粒子としては、各種金属酸化物、ガラス、プラスチックなどの透明性を有するものを特に制限なく使用することができる。例えばシリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、酸化カルシウム等の無機系粒子、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリウレタン、アクリル系樹脂、アクリル-スチレン共重合体、ベンゾグアナミン、メラミン、ポリカーボネート等の各種ポリマーからなる架橋又は未架橋の有機系粒子やシリコーン系粒子などがあげられる。前記粒子は、1種又は2種以上を適宜に選択して用いることができる。
上記粒子の平均粒径や配合量は、表面凹凸の程度を考慮しつつ、適宜設定することができる。平均粒径としては、0.5μm~2.0μmが好ましく、配合量としては、組成物の樹脂固形分100重量部に対して0.2~5.0重量部が好ましい。
(誘電体層)
下地層として、1層以上の誘電体層を備えていてもよい。誘電体層は、無機物、有機物、あるいは無機物と有機物との混合物により形成される。誘電体層を形成する材料としては、NaF、NaAlF、LiF、MgF、CaF2、SiO、LaF、CeF、Al、TiO、Ta、ZrO、ZnO、ZnS、SiO(xは1.5以上2未満)などの無機物や、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂、アルキド樹脂、シロキサン系ポリマーなどの有機物が挙げられる。特に、有機物として、メラミン樹脂とアルキド樹脂と有機シラン縮合物の混合物からなる熱硬化型樹脂を使用することが好ましい。誘電体層は、上記の材料を用いて、グラビアコート法やバーコート法などの塗工法、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法などにより形成できる。
誘電体層の厚さは、10nm~200nmであることが好ましく、20nm~150nmであることがより好ましく、20nm~130nmであることがさらに好ましい。誘電体層の厚さが過度に小さいと連続被膜となりにくい。また、誘電体層の厚さが過度に大きいと、誘電体層にクラックが生じ易くなったりする傾向がある。
誘電体層は、平均粒径が1nm~500nmのナノ微粒子を有していてもよい。誘電体層中のナノ微粒子の含有量は0.1重量%~90重量%であることが好ましい。誘電体層に用いられるナノ微粒子の平均粒径は、上述のように1nm~500nmの範囲であることが好ましく、5nm~300nmであることがより好ましい。また、誘電体層中のナノ微粒子の含有量は10重量%~80重量%であることがより好ましく、20重量%~70重量%であることがさらに好ましい。
ナノ微粒子を形成する無機酸化物としては、例えば、酸化ケイ素(シリカ)、中空ナノシリカ、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化錫、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ等の微粒子があげられる。これらの中でも、酸化ケイ素(シリカ)、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化錫、酸化ジルコニウム、酸化ニオブの微粒子が好ましい。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
(第1金属層)
樹脂フィルム1の一方の表面11a側に設けられる第1金属層21は、電磁波シールド効果やセンサ機能等を充分に得るため、電気抵抗率が50μΩcm以下であることが好ましい。金属層の構成材料としては、このような電気抵抗率を満足し導電性を有するものであれば特に限定されないが、例えば、Cu,Al,Fe,Cr,Ti,Si,Nb,In,Zn,Sn,Au,Ag,Co,Cr,Ni,Pb,Pd,Pt,W,Zr,Ta,Hf、Mo,Mn,Mg,V等の金属が好適に用いられる。また、これらの金属の2種以上を含有するものや、これらの金属を主成分とする合金等も用いることができる。これらの金属の中でも、電磁波シールド特性やセンサ機能に寄与する導電率が高く、比較的低価格である観点から、Cu,Alを含むことが好ましい。特に、コストパフォーマンスと生産効率の観点から、Cuを含むことが好ましいが、Cu以外の元素が不純物程度含まれていても良い。これにより、電気抵抗率が充分に小さく導電率が高いため、電磁波シールド特性やセンサ機能を向上できる。
第1金属層21の形成方法は特に限定されず、従来公知の方法を採用することができる。具体的には、例えば、膜厚の均一性や成膜効率の観点から、スパッタリング法、化学気相成長法(CVD)や物理気相成長法(PVD)等の真空成膜法や、イオンプレーティング法、メッキ法(電解メッキ、無電解メッキ)、ホットスタンプ法、コーティング法等により成膜されることが好ましい。また、これらの製膜方法の複数を組み合わせてもよいし、必要とする膜厚に応じて適宜の方法を採用することもできる。中でも、スパッタリング法、真空成膜法が好ましく、スパッタリング法が特に好ましい。これにより、ロール・トゥ・ロール製法により連続生産でき生産効率を高めるとともに、成膜時の膜厚を制御することができるため、導電性フィルムの表面抵抗値の上昇を抑制できる。また、薄くて膜厚が均一で、緻密な金属層を形成することができる。
第1金属層21の厚みは、10nm以上200nm以下である。第1金属層21の厚みの下限値は、20nmが好ましく、50nmがより好ましい。一方、第1金属層21の厚みの上限値は、160nmが好ましい。第1金属層21の厚みが上記上限値を超えると、加熱後の導電性フィルムのカールが発生しやすくなったり、デバイスの薄型化が困難になったりする。厚みが上記下限値より小さいと、加湿熱条件下で導電性フィルムの表面抵抗値が高抵抗化しやすくなり目標とする加湿熱信頼性が得られなかったり、金属層の強度の低下によるパターン配線の剥離が生じたりする。
第1金属層21の樹脂フィルム1とは反対側の表面21aの表面粗さRzは、100nm以下である。第1金属層21の表面21aの表面粗さRzは、90nm以下が好ましく、70nm以下がより好ましい。一方、第1金属層21の表面21aの表面粗さRzは、1nm以上が好ましく、10nm以上がより好ましく、30nm以上がさらに好ましい。第1金属層21の表面21aの表面粗さRzを上記範囲とすることで、第1金属層21における急峻な突起ないし段差を取り除くことができ、ピンホールの発生を抑制し、その結果、パターン化した金属層の断線をも抑制することができる。
(保護層)
保護層は、例えば第1金属層21が大気中の酸素の影響を受けて自然に酸化することを防止するために、第1金属層21の最表面21a側に形成することができる(図示せず)。保護層は、第1金属層21の錆び防止効果を示すものである限り特に限定されないが、スパッタできる金属が好ましく、Ni,Cu,Ti,Si、Zn,Sn,Cr,Fe、インジウム、ガリウム、アンチモン、ジルコニウム、マグネシウム、アルミニウム、金、銀、パラジウム、タングステンからなる中から選ばれるいずれか1種類以上の金属又はこれらの酸化物が用いられる。Ni,Cu,Tiは,不動態層を形成するため腐食されにくく、Siは耐食性が向上するため腐食されにくく、Zn,Crは表面に緻密な酸化被膜を形成するため腐食されにくい金属であるため好ましい。
保護層の材料としては、第1金属層21との密着性を担保させて確実に第1金属層21の錆びを防止する観点から、2種の金属からなる合金を用いることはできるが、3種以上の金属からなる合金が好ましい。合金3種以上の金属からなる合金としては、Ni-Cu-Ti、Ni-Cu-Fe,Ni-Cu-Cr等が挙げられ、防錆機能と生産効率の観点から、Ni-Cu-Tiが好ましい。なお、第1金属層21との密着性を担保させる観点から、第1金属層21の形成材料を含む合金であることが好ましい。これにより、第1金属層21の酸化を確実に防ぐことができる。
また、保護層の材料としては、例えば、インジウムドープ酸化スズ(ITO)、アンチモンを含有する酸化スズ(ATO)、アルミドープ酸化亜鉛(AZO)、ガリウムドープ酸化亜鉛(GZO)、インジウムドープ酸化亜鉛(IZO)が含まれていても良い。導電性フィルムの初期の表面抵抗値の上昇を抑制するだけでなく、加湿熱条件下の表面抵抗値の上昇を抑制することができ、表面抵抗値の安定化を最適にできるため、好ましい。
前記金属の酸化物とは、SiOx(x=1.0~2.0)、酸化銅、酸化銀、酸化チタン等の酸化物が好ましい。なお、前述の金属、合金、酸化物等の代わりに、第1金属層21上にアクリル系樹脂やエポキシ系樹脂のような樹脂層を形成することで防錆効果をもたらすことも可能である。
保護層の膜厚は、1~50nmが好ましく、2~30nmがより好ましく、3~20nmが好ましい。これにより、耐久性が向上し表面層から酸化を防ぐことができるため、加湿熱条件下での表面抵抗値は上昇を抑制できる。
《第2実施形態》
第1実施形態では、樹脂フィルムの一方の面に金属層が設けられているのに対し、第2実施形態では、樹脂フィルムの両面に金属層が設けられている。本実施形態における樹脂フィルムの他方の面に設けられる層構造は、第1実施形態と同様であるので、以下では本実施形態に特徴的な点について主に説明する。
図2は、本発明のさらなる実施形態に係る導電性フィルムの模式的断面図である。図2に示す導電性フィルム200は、第1金属層21と樹脂フィルム1とを備え、さらに、樹脂フィルム1の第1金属層21とは反対側に配置された第2金属層22を備えている(以下、第1金属層と第2金属層とを区別しない場合は、単に「金属層」と称することがある。)。本実施形態では、樹脂フィルム1と第1金属層21との間に設けられた下地層31加え、樹脂フィルム1と第2金属層22との間にも下地層32が設けられている(以下、両面の下地層を区別しない場合は、単に「下地層」と称することがある。)。ただし、下地層は樹脂フィルム1の両面に設けられている必要はなく、いずれか一方の面側に設けられていてもよい。
本実施形態における第2金属層22及び下地層32の形成材料や層構造は、基本的に第1実施形態における第1金属層21及び下地層31と同様のものを好適に採用することができる。
樹脂フィルム1の第2金属層22側の表面12aの表面粗さRaは、0.5nm以上10nm以下であることが好ましい。樹脂フィルム1の表面12aの表面粗さRaの下限値は、1.5nmが好ましく、3nmがより好ましい。一方、樹脂フィルム1の表面12aの表面粗さRaの上限値は、8nmが好ましく、6nmがより好ましい。金属層の表面状態は、樹脂フィルム1の表面状態をそのまま引き継ぐ傾向にあることから、樹脂フィルム1の表面粗さRaを上記範囲とすることにより、第2金属層22の表面22aの表面粗さRzを所定範囲に効率良く制御することができる。なお、樹脂フィルム1の両面の表面粗さRaは互いに同じであってもよく、異なっていてもよい。
第2金属層22の厚みは、10nm以上200nm以下である。第2金属層22の厚みの下限値は、20nmが好ましく、50nmがより好ましい。一方、第2金属層22の厚みの上限値は、160nmが好ましい。第2金属層22の厚みが上記上限値を超えると、加熱後の導電性フィルムのカールが発生しやすくなったり、デバイスの薄型化が困難になったりする。厚みが上記下限値より小さいと、加湿熱条件下で導電性フィルムの表面抵抗値が高抵抗化しやすくなり目標とする加湿熱信頼性が得られなかったり、金属層の強度の低下によるパターン配線の剥離が生じたりする。なお、両面の金属層の厚みは互いに同じであってもよく、異なっていてもよい。
第2金属層22の樹脂フィルム1とは反対側の表面22aの表面粗さRzは、100nm以下である。第2金属層22の表面22aの表面粗さRzは、90nm以下が好ましく、70nm以下がより好ましい。一方、第2金属層22の表面22aの表面粗さRzは、1nm以上が好ましく、10nm以上がより好ましく、30nm以上がさらに好ましい。第2金属層22の表面22aの表面粗さRzを上記範囲とすることで、第2金属層22における急峻な突起ないし段差を取り除くことができ、ピンホールの発生を抑制し、その結果、パターン化した金属層の断線をも抑制することができる。なお、両面の金属層の表面粗さRzは互いに同じであってもよく、異なっていてもよい。
第1金属層21の樹脂フィルム1とは反対側の表面21aの表面粗さRa及び第2金属層22の樹脂フィルム1とは反対側の表面22aの表面粗さRaの少なくとも一方は、0.5nm以上10nm以下であることが好ましい。前記表面粗さRaは、1.5nm以上がより好ましく、3nm以上がさらに好ましい。一方、前記表面粗さRaは、8nm以下がより好ましく、6nm以下がさらに好ましい。両面の金属層の表面粗さRaの一方又は両方を所定範囲に制御することにより、金属層表面に適度な凹凸を付与することができ、ピンホールの発生の抑制とブロッキングの防止とを両立させることができる。なお、両面の金属層の表面粗さRaは互いに同じであってもよく、異なっていてもよい。
第1金属層21の厚みと第2金属層22の厚みとの差の絶対値は5nm以下であることが好ましく、3nm以下であることがより好ましい。両面の金属層の厚みを互いに近づけることで金属層に生じる応力が相殺され、導電性フィルムのカールや金属層の剥離等を防止することができる。
(導電性フィルムの特性)
導電性フィルム100、200の初期の表面抵抗値Rは、0.001Ω/□~10.0Ω/□であることが好ましく、0.01Ω/□~3.5Ω/□であることがより好ましく、0.1Ω/□~1.0Ω/□であることが更に好ましい。これにより生産効率に優れた実用的な導電性フィルムを提供できる。
導電性フィルム100、200の厚みは、2~200μmの範囲内であることが好ましく、10~100μmの範囲内であることがより好ましく、20~60μmの範囲内であることが更に好ましい。これにより、導電性フィルム自体も薄くでき、電磁波シールドシートやセンサ等に用いた場合の厚みを抑えることが可能となる。そのため、電磁波シールドシートやセンサ等の薄型化に対応できる。さらに、導電性フィルムの厚みが前記の範囲内であると、柔軟性を確保しつつ機械的強度が十分とすることができ、フィルムをロール状にしてSi含有層や金属層等を連続的に形成する操作が容易となり、生産効率が向上する。
導電性フィルム100、200は、搬送性や取扱いの観点からロール状に巻回されていてもよい。樹脂フィルムに下地層、金属層をロール・トゥ・ロール法で連続的に形成することで、効率良く導電性フィルムを製造することができる。
(導電性フィルムの用途)
導電性フィルム100、200は様々な用途に適用可能であり、例えば、電磁波シールドシートや面状センサ等に応用され得る。電磁波シールドシートは、導電性フィルムを用いたものであり、タッチパネル等の形態で好適に使用することができる。前記電磁波シールドシートの厚みは、20μm~300μmであることが好ましい。
また電磁波シールドシートの形状は、特には限定されず、設置する対象物の形状などに応じて、積層方向(シートの厚み方向と同じ方向)からみた形状が方形状、円形状、三角形状、多角形状など、適宜の形状に選択できる。
面状センサは、導電性フィルムを用いたものであり、モバイル機器のタッチパネルやコントローラ等のユーザーインターフェース用途に加え、様々な物理量等をセンシングするセンサを含む。前記面状センサの厚みは、20μm~300μmであることが好ましい。
以下、本発明に関して実施例を用いて詳細に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
<実施例1>
先ず、幅1.100m、長さ2500m、厚さ150μmのポリエチレンテレフタレートフィルム(東レフィルム加工株式会社製、品名「150-TT00A」、以下、PETフィルムという。)からなる長尺状樹脂フィルムを送り出しロールに巻いてスパッタ装置内に設置した。その後、スパッタ装置内を3.0×10-3Torrの高真空にし、その状態で、長尺状樹脂フィルムを送り出しロールから巻き取りロールへ送りながら、スパッタ成膜を行った。Arガス100体積%からなる3.0×10-3Torrの雰囲気中で、Cuターゲット材料を用いて、焼結体DCマグネトロンスパッタ法により、金属層を150nmの厚みで両面にスパッタ成膜をし、送り出しロールにフィルムを巻き取ることで、導電性フィルムの巻回体を作製した。
<実施例2>
金属層を100nmの厚みで両面にスパッタ成膜したこと以外は、実施例1と同様に導電性フィルムの巻回体を作製した。
<比較例1>
金属層を300nmの厚みで両面にスパッタ成膜したこと以外は、実施例1と同様に導電性フィルムの巻回体を作製した。
<比較例2>
厚さ38μmのポリエチレンテレフタレートフィルム(三菱樹脂株式会社製、品名「TA-38T613N」)を用いたこと以外は、実施例1と同様に導電性フィルムの巻回体を作製した。
<評価>
作製した導電性フィルムについて、以下の評価を行った。それぞれの結果を表1に示す。
(1)厚みの測定
金属層の厚みは、透過型電子顕微鏡(日立製作所製、製品名「H-7650」)を用いて、導電性フィルムの断面を観察して測定した。
(2)金属層の表面粗さRa及び表面粗さRzの測定
AFM(原子間力顕微鏡、Bruker製、「Dimemsion Edge+NanoDrive」)を用いて、両面の金属層の表面粗さRa及び表面粗さRzを測定した。測定結果は両面ともに同じ値であった。測定は、ロール状のフィルムの任意の位置から切り出した枚葉状のフィルムにおいてランダムに5点で行い、それらの平均値をとることで行った。
(3)樹脂フィルムの表面粗さRaの測定
AFM(原子間力顕微鏡、Bruker製、「Dimemsion Edge+NanoDrive」)を用いて、金属層を形成する前の樹脂フィルムの表面粗さRaを測定した(導電性フィルムから金属層を除去することによっても測定可能である。)。測定結果は両面ともに同じ値であった。測定は、ロール状のフィルムの任意の位置から切り出した枚葉状のフィルムにおいてランダムに5点で行い、それらの平均値をとることで行った。
(5)ピンホールの有無の評価
金属層の片面にマスクテープを貼り合わせ、アンモニア水溶液(濃度8重量%)100重量部に対して塩化アンモニウム8重量部を混合した溶液(エッチャント)を用いて、所定パターンにエッチングし、水洗して乾燥した。ライトテーブル(ハクバ社製、「KLV7000」)でパターン化した金属層におけるピンホールの有無を確認した。ピンホールの有無は、以下の評価基準で判断した。
《評価基準》
○:ピンホール発生なし
△:ピンホール部で銅配線の一部が断線
×:ピンホール部で銅配線が完全に断線
(6)ブロッキングの有無の評価
ロール状の導電性フィルムをスパッタ装置内に設置し、スパッタ装置内を3.0×10-3Torrの高真空にし、その状態で、長尺状の導電性フィルムを送り出し、ロール表面を確認した。ブロッキングの有無(搬送性)は、以下の評価基準で判断した。
《評価基準》
○:ロール表面にキズが確認されなかった。
×:ロール表面にキズが確認された。
Figure 0007305342000001
(結果及び考察)
実施例の導電性フィルムでは、ピンホールの発生が抑制されているとともに、ブロッキング防止性が良好であった。一方、比較例1では、ブロッキング防止性は良好であったものの、ピンホールが多数発生していた。これは、金属層の表面粗さが大きすぎ、急峻な突起が存在したことにより、ブロッキング防止性は発揮されたものの、ロール状への巻回の際に突起が崩壊して陥没したことによると推測される。比較例2では、ピンホールの発生は抑制されていたものの、ブロッキング防止性が劣っていた。これは、金属層の表面粗さが小さすぎ、平滑な金属層同士が貼り合わされたことに起因すると推測される。
1 樹脂フィルム
100 導電性フィルム
11a 導電性フィルムの第1金属層側の表面
12a 導電性フィルムの第1金属層とは反対側(第2金属層側)の表面
21 第1金属層
21a 第1金属層の樹脂フィルムとは反対側の表面
22 第2金属層
22a 第2金属層の樹脂フィルムとは反対側の表面
31、32 下地層

Claims (9)

  1. 第1金属層と、
    樹脂フィルムと
    をこの順で備え、
    前記第1金属層の厚みが10nm以上200nm以下であり、
    前記第1金属層の前記樹脂フィルムとは反対側の表面の表面粗さRzが10nm以上100nm以下であり、
    前記樹脂フィルムの前記第1金属層とは反対側の表面の表面粗さRaが30nm以下である導電性フィルム。
  2. 前記樹脂フィルムの前記第1金属層側の表面の表面粗さRaが0.5nm以上10nm以下である請求項1に記載の導電性フィルム。
  3. 前記樹脂フィルムと前記第1金属層との間に配置された下地層をさらに備える請求項1又は2に記載の導電性フィルム。
  4. 前記樹脂フィルムの前記第1金属層とは反対側に配置された第2金属層をさらに備え、
    前記第2金属層の厚みが10nm以上200nm以下であり、
    前記第2金属層の前記樹脂フィルムとは反対側の表面の表面粗さRzが100nm以下である請求項1~のいずれか1項に記載の導電性フィルム。
  5. 前記樹脂フィルムの前記第2金属層側の表面の表面粗さRaが0.5nm以上10nm以下である請求項に記載の導電性フィルム。
  6. 前記第1金属層の前記樹脂フィルムとは反対側の表面の表面粗さRa及び前記第2金属層の前記樹脂フィルムとは反対側の表面の表面粗さRaの少なくとも一方が、0.5nm以上10nm以下である請求項又はに記載の導電性フィルム。
  7. 前記樹脂フィルムと前記第2金属層との間に配置された下地層をさらに備える請求項のいずれか1項に記載の導電性フィルム。
  8. 前記第1金属層の厚みと前記第2金属層の厚みとの差の絶対値が5nm以下である請求項のいずれか1項に記載の導電性フィルム。
  9. ロール状に巻回されている請求項1~のいずれか1項に記載の導電性フィルム。
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