JP2010157400A - 導電性ナノファイバーシート及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パターン見えを軽減させると共に、導電パターン膜を容易に形成することができる導電性ナノファイバーシート及びその製造方法を提供する。
【解決手段】導電性ナノファイバーシート１は、基体シート１０と、基体シート１０上に形成され、導電性ナノファイバー３を含み、導電性ナノファイバー３を介して導通可能であり、目視により認識することができない大きさの複数の微小ピンホール７を有する導電パターン層６と、基体シート１０上の導電パターン層６が形成されていない部分に形成され、導電性ナノファイバー３を含み、導電パターン層６から絶縁された絶縁パターン層５とを備えている。絶縁パターン層５は、目視により認識することができない幅の狭小溝９を有している。狭小溝９が導通可能状態にある導電性ナノファイバー３を断線させ、この狭小溝９により、絶縁パターン層５は導電パターン層６から絶縁されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、タッチパネルなどに使用する導電性ナノファイバーシートおよびその製造方法に関する。

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、例えば下記の特許文献１のように、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。

特許第３９０３１５９号

しかし、特許文献１のような方法によって得られた導電性ナノファイバーシートは、塗液に極細導電繊維を分散させたままで塗布するため、細線パターンでの印刷が困難で電気的性能が安定しない問題があった。また、導電性を向上させるために極細導電繊維の含有率を高くすると透明性が低下しへイズ値が上昇するため、導電パターンが容易に視認可能となってしまうパターン見えの問題もあった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、基体シート上に導電性ナノファイバーを含む導電パターン層と絶縁パターン層とが形成された導電性ナノファイバーシートであり、その導電パターン層に目視で認識することができない大きさの微小ピンホールが形成されている導電性ナノファイバーシートである。また、絶縁パターン層に目視で認識することができない幅の狭小溝が形成され、その狭小溝により絶縁パターン層が島状構造に形成されている導電性ナノファイバーシートとしてもよい。あるいは、導電パターン層における微小ピンホールの占有面積の割合と絶縁パターン層における狭小溝の占有面積の割合とが同等であり、導電パターン層と絶縁パターン層の厚みが同等である導電性ナノファイバーシートとしてもよい。あるいは、導電パターン層及び絶縁パターン層の光線透過率が６０％以上であり、前記導電パターン層および絶縁パターン層のヘイズ値が２０％以下である導電性ナノファイバーシートとしてもよい。

又、この発明は、基体シート上に導電性ナノファイバーを含む導電パターン層を全面に形成し、その導電パターン層の一部にエネルギー線を照射して導電パターン層を除去させることにより、導電パターン層に目視で認識することができない大きさの微小ピンホールを形成した導電性ナノファイバーシートの製造方法である。あるいは、この発明は、基体シート上に導電性ナノファイバーを含む導電パターン層を全面に形成し、その導電パターン層の一部にエッチングレジスト層を形成後、全面をエッチングして、エッチングレジスト層が形成されていない部分の導電パターン層を除去させることにより、導電パターン層に目視で認識することができない大きさの微小ピンホールを形成した導電性ナノファイバーシートの製造方法としてもよい。

又、この発明は、基体シート上に導電性ナノファイバーを含む導電パターン層を全面に形成し、その導電パターン層の一部にエネルギー線を照射して導電パターン層の一部を除去することにより、目視で認識することができない幅の狭小溝を形成して狭小溝に囲まれた部分を絶縁パターン層にする導電性ナノファイバーシートの製造方法である。あるいは、この発明は、基体シート上に導電性ナノファイバーを含む導電パターン層を全面に形成し、その導電パターン層の一部にエッチングレジスト層を形成後、全面をエッチングして、エッチングレジスト層が形成されていない導電パターン層の一部を除去することにより、目視で認識することができない幅の狭小溝を形成して狭小溝に囲まれた部分を絶縁パターン層にする導電性ナノファイバーシートの製造方法としてもよい。

更に、本発明は、上記導電性ナノファイバーシートを電極として用いたタッチパネルとしてもよい

本発明で得られる導電性ナノファイバーシートは、目視で認識することができない大きさの微小ピンホールが形成されている導電パターン層と目視で認識することができない幅の狭小溝に囲まれた島状構造からなる絶縁パターン層とからなり、導電パターン層における微小ピンホールの占有面積の割合と前記絶縁パターン層における狭小溝の占有面積の割合とが同等であり、導電パターン層と絶縁パターン層の厚みが同等であることを特徴とする。したがって、したがって、導電パターン層は必ずしも細線パターンで印刷するわけではないので印刷性の問題はない。また、導電パターン層と絶縁パターン層の光線透過率およびヘイズ値の差が非常に少なくなり、外観の差がほとんどなくなるため、パターン見えのない導電パターン膜が形成できるという効果がある。そして、前記導電パターン層が形成された部分及び前記絶縁パターン層が形成された部分の光線透過率を６０％以上とし、ヘイズ値を２０％以下とすれば、透明の導電パターン膜が形成できるという効果もある。

この発明で得られる導電性ナノファイバーシートの製造方法は、基体シート上に導電性ナノファイバーを含む導電パターン層を全面に形成し、該導電パターン層の一部にエネルギー線を照射したり、あるいはエッチングしたりして、微小ピンホールが設けられた導電パターン層を形成したり、狭小溝に囲まれた部分を絶縁パターン層にしたりすることを特徴とする。したがって、パターン見えのない導電パターン膜が容易に形成できるという効果がある。

次に、発明の実施の形態について図を参照しながら説明する。

図１は、その（１）がこの発明の第１の実施の形態による導電性ナノファイバーシートの概略構成を示した平面図であり、その（２）がその（１）で示したＩＩ―ＩＩラインの断面図である。図２は、その（１）が図１の（２）で示した導電パターン層及び絶縁パターン層の部分拡大図であり、その（２）が図１で示した導電性ナノファイバーシートを電極として用いたタッチパネルの概略構成を示した断面図である。図３は、図１で示した導電性ナノファイバーシートの製造工程を示した図である。

図１及び図２の（１）を参照して、この発明の第１の実施の形態による導電性ナノファイバーシート１は、基体シート１０と、基体シート１０上に形成され、導電性ナノファイバー３を含み、導電性ナノファイバー３を介して導通可能であり、目視により認識することができない大きさの複数の微小ピンホール７を有する導電パターン層６と、基体シート１０上の導電パターン層６が形成されていない部分に形成され、導電性ナノファイバー３を含み、導電パターン層６から絶縁された絶縁パターン層５とを備えている。導電パターン層６と絶縁パターン層５とは各々平面視帯状に形成され、一方向を軸方向として交互に配置されるように形成されている。尚、導電パターン層６と絶縁パターン層５の平面視形状は、複数のひし形形状を一方向に直線的に連続された形状等の他の形状に形成されてもよい。絶縁パターン層５は、目視により認識することができない幅の狭小溝９を有している。狭小溝９が導通可能状態にある導電性ナノファイバー３を断線させ、この狭小溝９により、絶縁パターン層５は導電パターン層６から絶縁されている。又、狭小溝９は平面視格子状に形成され、絶縁パターン層５は、平面視矩形形状の複数の島状に形成されている。微小ピンホール７は、導電パターン層６の全面に渡って形成されている。

図２の（２）を参照して、導電性ナノファイバーシート１を電極として用いたタッチパネル８は、互いの導電パターン層６の軸方向が直交するように、２枚の導電性ナノファイバーシート１を貼り合わせて構成されている。貼り合わされた導電性ナノファイバーシート１の上面を覆うように保護板５２が接着され、下面に液晶表示装置が接着するようにして配置されている。

基体シート１０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、ポリフッ化ビニルなどの樹脂フィルムが挙げられる。基体シート層の厚みは５〜８００μｍの範囲で適宜設定可能である。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、８００μｍを越える厚みでは、基体シート層に剛性がありすぎて加工が困難となる。なお、導電性ナノファイバーシートを転写シートとして活用する場合には、上記樹脂フィルム上にシリコン、メラミン、アクリルなどの樹脂を塗布して離型性のある基体シート層としておくのが好ましい。

導電パターン層６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バインダー樹脂３３と、導電性ナノファイバー３とからなる。導電パターン層６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、ダイコーター等による各種塗布手法により設けることができる。具体的には、導電パターン層６は、基体シート１０上に導通するように導電性ナノファイバー３を面状に広がるように印刷・塗布し、その上から保護膜であるバインダー樹脂３３を印刷・塗布することにより形成される。バインダー樹脂３３の厚みは、導電パターン層６の上面に導電性ナノファイバー３が露出するように設定される。その露出した導電性ナノファイバー３の一部を端子として、各導電パターン層６の静電容量の変化を検出する。

導電パターン層６の厚みは数十ｎｍから数百ｎｍの範囲で適宜設定可能である。厚みが数十ｎｍより薄いと層としての強度が不足し、厚みが数百ｎｍより厚いと層としての柔軟性がなくなり加工が困難となる。なお、導電パターン層６と基体シート１０との間に、剥離層やアンカー層等を設けてもよいし、導電パターン層６上にアンカー層や接着層等を設けてもよい。

導電性ナノファイバー３の例としては、カーボンナノファイバーのほか、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ワイヤや、基板上に原料ガスを導入しＣＶＤ法により作製したグラファイトナノファイバー、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ーなどが挙げられる。

導電パターン層６に設ける複数の微小ピンホール７は、目視で認識することができない面積１μｍ^２〜１００００μｍ^２程度の大きさのピンホールが好ましく、導電パターン層６に対する微小ピンホール７の占有面積の割合を２０％〜８０％にするように全面に渡って均等に設けるのが好ましい。微小ピンホール７の面積を１μｍ^２未満にすることは技術的に難しい。また、微小ピンホール７の占有面積の割合が２０％未満であれば光線透過率の向上やヘイズ値を低下の程度が少なくなり、８０％を超えれば導電パターン層６の表面抵抗値が高くなり導電性に問題が生じる場合があるからである。

微小ピンホール７の平面視形状は、円形状のほか、多角形状、楕円状、円弧状、直線状のいずれでもよく、これらの異なる形状のピンホールが混ざっているようなものであっても構わない。

図３の（１）を参照して、微小ピンホール７の形成方法としては、基体シート１０上に導電性ナノファイバー３を含む導電パターン層６を全面に形成し、その導電パターン層６の一部にスポット径数十μｍのＹＡＧレーザーなどのエネルギー線を照射して導電パターン層６のバインダー樹脂３３を焼き切ることにより形成する方法が挙げられる。

図３の（２）及び（３）を参照して、他の微小ピンホール７の形成方法としては、基体シート１０上に導電性ナノファイバー３を含む導電パターン層６を全面に形成し、その導電パターン層６の一部にエッチングレジスト層１１を形成後、全面をエッチングして、エッチングレジスト層１１が形成されていない部分の導電パターン層６のバインダー樹脂３３を除去させることにより形成する方法が挙げられる。使用するエッチングレジスト層１１としては光硬化性の樹脂などが挙げられ、エッチング液として導電パターン層６のバインダー樹脂３３を除去できるケトン、芳香族炭化水素などの有機溶剤等が好ましい。

なお、基体シート１０上には、例えば３〜１０ｍｍ角くらいの大きさの位置検知マーク２５を形成するのが好ましい。この位置検知マーク２５を光学的方法により読み取れば、基体シート１０上の所定の位置に微小ピンホール７を形成できるからである。あるいは基体シート１０上の所定の位置に絶縁パターン層５を形成できるからである。

絶縁パターン層５は、導電パターン層６の微小ピンホール７の代わりに、目視で認識することができない幅の狭小溝９が形成されることを除けば、バインダー樹脂３３や導電性ナノファイバー３など導電パターン層６の材質と何ら変わりがない。又、狭小溝９は微小ピンホール７と形成するパターンが違うことを除けば、その形成方法は微小ピンホール７と同じであってもよい。そして、絶縁パターン層５の厚みは、できる限り導電パターン層６の厚みと同等にするのが好ましい。そして、絶縁パターン層５に対する狭小溝９の占有面積の割合は、できる限り導電パターン層６に対する微小ピンホール７の占有面積の割合と同等にするのが好ましい。

狭小溝９は、目視で認識することができない１０μｍ程度の幅が好ましい。狭小溝９の幅を０．１μｍ未満にすることは技術的に難しく、短絡のおそれがある。又、５０μｍを超える幅にすると照明で照らされた場合に狭小溝９が光って見えてしまう場合があるからである。

狭小溝９の形状は、平面視において、格子状の他、ハニカム状、ランダム状、その他の形状いずれでもよく、これらの異なる形状の溝が混ざっているようなものであっても構わない。また、狭小溝９によって囲まれて形成される絶縁パターン層５の島状パターンは、円形状のほか、多角形状、楕円状、円弧状のいずれでもよく、これらの異なる形状が混ざっているようなものであっても構わない。島状パターンの大きさは、ナノオーダーからミリオーダーのいずれでもよく、これらの異なる大きさの形状が混ざっているようなものであっても構わない。

以上の方法によって得られた導電性ナノファイバーシート１は、導電パターン層６のパターン見えがなく、これを数枚用いて積層等すれば、ディスプレイ画面が均一の非常に優れた静電容量方式のタッチパネルを作製することができる。

基体シート１０として厚さ１００μｍの二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムの片面にウレタン樹脂からなるインキで５ｍｍ角の位置検知マーク２５を形成した。

次に、平均直径０．２μｍ、平均長さ１０μｍの銀ナノワイヤからなる導電性ナノファイバー３をアクリル樹脂からなるバインダー樹脂３３中に分散させたインキを用いてグラビア印刷をし、熱風乾燥して導電パターン層５を形成した。次に、位置検知マーク２５を光学的方法により読み取って所望の位置にＹＡＧレーザー照射機の先端５０を配置し、レーザー照射光５１により熱を加えて導電パターン層６のバインダー樹脂３３を焼き切り（図３の（１）参照）、全面に渡って形成された複数の微小ピンホール７からなる導電パターン層６と、狭小溝１２を有する絶縁パターン層７とを備えた導電性ナノファイバーシート１を形成した(図１参照)。

導電パターン層６の一部の部分に形成された微小ピンホール７は円形状で、平均の面積が２００μｍ^２程度で外観上存在が判別できない大きさであり、導電パターン層６の総面積の４０％程度を占有していて、導電パターン層６が形成された部分の光線透過率は９０％、ヘイズ値も２％と良好であり、微小ピンホール７を形成しない場合に比べて光線透過率が１％向上し、ヘイズ値も２％低下することができた。一方、表面抵抗値の上昇は２倍程度に留まり、タッチパネルの導電膜としては問題にならない範囲であった。

絶縁パターン層５の部分に形成された狭小溝９はピッチ３０μｍの格子状で、平均の幅が５μｍ程度で外観上存在が判別できない幅であり、絶縁パターン層５の総面積の３７％程度を占有していて、絶縁パターン層が形成された部分の光線透過率は９０％、ヘイズ値も２％と良好であり、狭小溝９を形成しない場合に比べて光線透過率が１％向上し、ヘイズ値も２％低下することができた。一方、絶縁抵抗値は１×１０^８Ω以上と、十分な絶縁抵抗の範囲であった。

得られた導電性ナノファイバーシート１は、透明の導電パターン層６からなるシートであり、導電パターン層６のパターン見えがなく、高光線透過率でかつ折り曲げもできる優れたものであった。そして、これをＸ電極とし、同様の方式によってＹ電極を作成した後、それらを積層して、透明な静電容量タッチパネル８を作製することができた（図２の（２）参照）。

導電性ナノファイバーシート１の作成において、導電パターン層６の微小ピンホール７および絶縁パターン層５の狭小溝９の形成を、導電性ナノファイバーインキ層の一部にウレタンアクリレート系の光硬化性のエッチングレジスト層１１を形成し、現像後、トルエンをエッチング液として、エッチングレジスト層１１が形成されていない部分の導電性ナノファイバーインキ層を剥離除去した他は実施例１と同様にして導電性ナノファイバーシート１を得た（図３の（２）及び（３）参照）。

この方法によって得られた微小ピンホール７も、平均の面積が４０００μｍ^２程度の外観上存在が判別できない大きさであり、導電パターン層６の総面積の５０％程度を占有していて、微小ピンホール７を形成しない場合に比べて、導電パターン層が形成された部分の光線透過率は２％向上し、ヘイズ値も２％低下することができた。そして、導電パターン層６の表面抵抗値の上昇は３倍程度に留まり、タッチパネル８の導電膜としては問題にならない範囲であった。

一方、狭小溝９はピッチ２０μｍの格子状で、平均の幅が５μｍ程度で外観上存在が判別できない幅であり、絶縁パターン層５の総面積の５０％程度を占有していて、絶縁パターン層５が形成された部分の光線透過率は２％向上し、ヘイズ値も２％低下することができた。一方、絶縁抵抗値は１×１０^８Ωと、十分な絶縁抵抗の範囲であった。そして、引き続き、実施例１と同様にして透明な静電容量タッチパネル８を作製することができた。

その（１）がこの発明の第１の実施の形態による導電性ナノファイバーシートの概略構成を示した平面図であり、その（２）がその（１）で示したＩＩ―ＩＩラインの断面図である。 その（１）が図１の（２）で示した導電パターン層及び絶縁パターン層の部分拡大図であり、その（２）が図１で示した導電性ナノファイバーシートを電極として用いたタッチパネルの概略構成を示した断面図である。 図１で示した導電性ナノファイバーシートの製造工程を示した図である。

符号の説明

１ 導電性ナノファイバーシート
３ 導電性ナノファイバー
５ 絶縁パターン層
６ 導電パターン層
７ 微小ピンホール
８ タッチパネル
９ 狭小溝
１０ 基体シート
１１ エッチングレジスト層
２５ 位置検知マーク
３３ 樹脂バインダー
５０ レーザー照射機の先端
５１ レーザー照射光
５２ 保護板
５３ 液晶表示装置

Claims (9)

1. 基体シートと、
   前記基体シート上に形成され、導電性ナノファイバーを含み、その導電性ナノファイバーを介して導通可能であり、目視により認識することができない大きさの複数の微小ピンホールを有する導電パターン層と、
   前記基体シート上の前記導電パターン層が形成されていない部分に形成され、前記導電性ナノファイバーを含み、前記導電パターン層から絶縁された絶縁パターン層とを備えた、導電性ナノファイバーシート。
2. 前記絶縁パターン層は、目視により認識することができない幅の狭小溝を有し、その狭小溝により、前記導電パターン層から絶縁されると共に複数の島状に形成された、請求項１記載の導電性ナノファイバーシート。
3. 前記導電パターン層に対する前記複数の微小ピンホールの占有面積の割合と、前記絶縁パターン層に対する前記狭小溝の占有面積の割合とが同等であり、前記導電パターン層と前記絶縁パターン層の厚みが同等である、請求項１又は請求項２記載の導電性ナノファイバーシート。
4. 前記導電パターン層が形成された部分及び前記絶縁パターン層が形成された部分の光線透過率が６０％以上であり、前記導電パターン層が形成された部分及び前記絶縁パターン層が形成された部分のヘイズ値が２０％以下である、請求項１から請求項３のいずれかに記載の導電性ナノファイバーシート。
5. 基体シート上に、導通可能となるように導電性ナノファイバーを含む導電パターン層を全面に形成する形成工程と、
   前記形成された導電パターン層の一部にエネルギー線を照射して前記導電パターン層の一部を除去することにより、前記導電パターン層から絶縁された絶縁パターン層を形成し、前記絶縁パターン層とならない部分の前記導電パターン層に目視により認識することができない大きさの複数の微小ピンホールを形成する工程とを備えた、導電性ナノファイバーシートの製造方法。
6. 基体シート上に、導通可能となるように導電性ナノファイバーを含む導電パターン層を全面に形成する形成工程と、
   前記形成された導電パターン層の一部にエネルギー線を照射して前記導電パターン層の一部を除去することにより、前記導電パターン層から絶縁された絶縁パターン層を形成すると共に前記絶縁パターン層を島状にする、目視により認識することができない幅の狭小溝を形成し、前記絶縁パターン層とならない部分の前記導電パターン層に目視により認識することができない大きさの複数の微小ピンホールを形成する工程とを備えた、導電性ナノファイバーシートの製造方法。
7. 基体シート上に、導通可能となるように導電性ナノファイバーを含む導電パターン層を全面に形成する工程と、
   前記形成された導電パターン層上の一部にエッチングレジスト層を形成する工程と、
   前記エッチングレジスト層が形成された前記導電パターン層の全面をエッチングして、前記エッチングレジスト層が形成されていない部分の導電パターン層を除去することにより、前記導電パターン層から絶縁された絶縁パターン層を形成し、前記絶縁パターン層とならない部分の前記導電パターン層に目視により認識することができない大きさの複数の微小ピンホールを形成する工程とを備えた、導電性ナノファイバーシートの製造方法。
8. 基体シート上に、導通可能となるように導電性ナノファイバーを含む導電パターン層を全面に形成する工程と、
   前記形成された導電パターン層上の一部にエッチングレジスト層を形成する工程と、
   前記エッチングレジスト層が形成された前記導電パターン層の全面をエッチングして、前記エッチングレジスト層が形成されていない部分の導電パターン層を除去することにより、前記導電パターン層から絶縁された絶縁パターン層を形成すると共に前記絶縁パターン層を島状にする、目視により認識することができない幅の狭小溝を形成し、前記絶縁パターン層とならない部分の前記導電パターン層に目視により認識することができない大きさの複数の微小ピンホールを形成する工程とを備えた、導電性ナノファイバーシートの製造方法。
9. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の導電性ナノファイバーシートを電極として用いた、タッチパネル。

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