JP2017092112A - Electrode base having bendability and conductivity - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、屈曲性および導電性を有する電極基板に関する。さらに詳しくは、光
透過性に優れ、かつ一定の屈曲方向に屈曲を繰返しても高い導電性を維持しうる電
極基板に関する。また本発明は、かゝる電極基板を使用したタッチパネル構造体に
も関する。
The present invention relates to an electrode substrate having flexibility and conductivity. More specifically, the present invention relates to an electrode substrate that is excellent in light transmissivity and can maintain high conductivity even when it is repeatedly bent in a certain bending direction. The present invention also relates to a touch panel structure using such an electrode substrate.
導電性を有する電極基板として多くの材料が提案され、その一部は実用化されて
いる。その代表例としては、ＩＴＯ膜（インジウム・スズ酸化物膜）を有するフィ
ルムがある。このＩＴＯ膜のフィルムは、例えばポリエチレンテレフタレート（Ｐ
ＥＴ）フィルムの表面にＩＴＯ膜を蒸着させた複合フィルムである。この複合フィ
ルムは透明性に優れ、電極基板として携帯電話、スマートフォン、ゲーム機器、タ
ッチパネル材料など広い分野で使用されている。
この複合フィルムは導電性および透明性に優れ、特性を有しているものであるが
屈曲性や伸長性が要望される分野に対して、実用性は極めて低いものであった。そ
の理由はＩＴＯ膜は屈曲や伸長に対して破損や破断を生じ易く、導電性を保持でき
なくなるためである。
Many materials have been proposed as conductive electrode substrates, some of which have been put into practical use. A typical example is a film having an ITO film (indium tin oxide film). This ITO film is, for example, polyethylene terephthalate (P
ET) is a composite film in which an ITO film is deposited on the surface of the film. This composite film has excellent transparency and is used in a wide range of fields such as mobile phones, smartphones, game machines, and touch panel materials as electrode substrates.
This composite film is excellent in conductivity and transparency and has characteristics, but its practicality is extremely low in fields where flexibility and stretchability are required. The reason is that the ITO film easily breaks or breaks when bent or stretched, and cannot maintain conductivity.
本発明者は、屈曲性および導電性を有する電極基板の開発について研究を進め
た。すなわち、ＩＴＯ膜の如き金属酸化物の膜を導電性材料として使用しない導電
性材料について種々検討を行った。殊に導電性材料としてカーボンナノチューブ
（ＣＮＴ）やＡｇナノワイヤー（ＡｇＮｗ）の如き繊維状の導電性材料の利用に着
目した。さらにこれら繊維状の導電性材料の特性を発現させながら、屈曲性および
透明性に対して優れた高分子材料としてシリコーンゴムの利用について研究を進
めた。
The present inventor conducted research on the development of a flexible and conductive electrode substrate. In other words, various studies were made on conductive materials that do not use metal oxide films such as ITO films as conductive materials. In particular, attention was focused on the use of fibrous conductive materials such as carbon nanotubes (CNT) and Ag nanowires (AgNw) as conductive materials. Furthermore, research was conducted on the use of silicone rubber as a polymer material with excellent flexibility and transparency, while exhibiting the properties of these fibrous conductive materials.
その結果、シリコーンゴム中に前記繊維状材料を或る一定方向に繊維の配列方向
を揃えて配合させることができること、繊維状材料が配列した組成物から形成され
た構造体は、その配列方向に対して大略直角（９０°）に対して屈曲を繰返しても
繊維状材料は、折れたり、破断することが極めて少なく、そのため屈曲に対して導
電性の低下は少なく、実用的価値を維持できることを見出した。
本発明はかゝる究明事実により到達されたものであって、本発明によれば下記電
極基板およびそれに利用した構造体が提供される。
（１）カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）またはＡｇナノワイヤーを繊維状導電性材
料として含有するシリコーンゴムよりなる組成物から形成され、該組成物はフ
ィルムまたはシート状の電極基板を形成し、かつ電極基板中の導電性材料の５
０％以上は、その繊維の方向が屈曲方向に対して直角（９０°）±２０°に配
列していることを特徴とする屈曲性および導電性を有する電極基板。
（２）光透過率（波長５５０ｎｍ）が８０％以上である前記（１）記載の電極基
板。
（３）電気伝導率が２０（ｓ／ｃｍ）以上である前記（１）記載の電極基板。
（４）前記（１）記載の電極基板を使用したタッチパネル構造体。
（５）前記（１）記載の電極基板を使用した有機ＬＥＤ照明構造体。
As a result, the fibrous material can be blended in the silicone rubber with the fiber arrangement direction aligned in a certain direction, and the structure formed from the composition in which the fibrous material is arranged is aligned in the arrangement direction. On the other hand, even if bending is repeated substantially at a right angle (90 °), the fibrous material is very unlikely to bend or break, and therefore, its conductivity is less affected by bending and its practical value can be maintained. I found.
The present invention has been achieved by such investigations, and according to the present invention, the following electrode substrate and a structure used therefor are provided.
(1) Carbon nanotube (CNT) or Ag nanowire made of fibrous conductive material
Formed from a silicone rubber contained as a material.
Forming a film or sheet-like electrode substrate, and 5 of the conductive material in the electrode substrate
For 0% or more, the fiber direction is perpendicular to the bending direction (90 °) ± 20 °.
An electrode substrate having flexibility and conductivity characterized by being arranged.
(2) The electrode group according to (1), wherein the light transmittance (wavelength 550 nm) is 80% or more.
Board.
(3) The electrode substrate according to (1), wherein the electrical conductivity is 20 (s / cm) or more.
(4) A touch panel structure using the electrode substrate according to (1).
(5) An organic LED lighting structure using the electrode substrate according to (1).
本発明の電極基板は、屈曲性および導電性を有するものであり、その上透明性に
も優れている。この電極基板は、フィルム状またはシート状の形態で実用的に使用
に供され、折り曲げを繰返しても導電性の低下は極めて少ない。例えば、フィルム
状の基板を折り曲げ（曲率０．１ｍｍ）を１０００回以上、好適には１０，０００
回以上繰返しても導電性は低下しない。
The electrode substrate of the present invention has flexibility and conductivity, and is excellent in transparency. This electrode substrate is practically used in the form of a film or a sheet, and even when it is repeatedly bent, the decrease in conductivity is very small. For example, a film-like substrate is bent (curvature 0.1 mm) 1000 times or more, preferably 10,000.
Even if it is repeated more than once, the conductivity does not decrease.
図１：本発明の電極基板であって、フィルム状またはシート状形態の上表面を模
式的に示したものである。図１中Ｘ−Ｘ’軸は屈曲方向を示す。すなわち
Ｘ−Ｘ’軸を折り曲げ軸として基板を屈曲させる。
図２：図１に示した基板をＹ−Ｙ’方向に表面から直角方向に切断した断面を模
式的に示したものである。切断した断面の表面における繊維状材料は４とし
て示されている。
FIG. 1 is an electrode substrate of the present invention, which simulates the upper surface of a film or sheet form.
It is shown schematically. The XX ′ axis in FIG. 1 indicates the bending direction. Ie
The substrate is bent using the XX ′ axis as a bending axis.
Fig. 2: A cross section of the substrate shown in Fig. 1 cut in the YY 'direction perpendicular to the surface.
It is shown schematically. The fibrous material on the surface of the cut section is 4
Is shown.
本発明の電極基板に使用されるシリコーンゴムは、通常シリコーンゴム系として
知られたものであればよく、その成形物は伸長性を有しかつ屈曲性にも優れたもの
である。本発明ではとりわけ、透明性に優れているものが好適に使用される。
本発明者が検討した所によれば、シリコーンゴム中にカーボンナノチューブや
Ａｇナノワイヤーの如き繊維状導電性材料を単に配合してフィルム状またはシー
ト状に加工した場合、その成形物は導電性を有しているものの、その成形物を或る
一定方向で屈曲を繰返した場合、導電性が次第に低下する傾向が認められた。その
原因ははっきりしないが、恐らくランダム状態で配合された繊維状導電性材料が
屈曲の繰返しに従って次第に部分的にほぐれ、バラバラになったことによるものと
推察される。
The silicone rubber used in the electrode substrate of the present invention may be any silicone rubber that is generally known as a silicone rubber, and the molded product has extensibility and excellent flexibility. In the present invention, those having excellent transparency are preferably used.
According to a study by the present inventor, when a fibrous conductive material such as carbon nanotube or Ag nanowire is simply blended in silicone rubber and processed into a film or sheet, the molded product is conductive. However, when the molded product was repeatedly bent in a certain direction, the conductivity gradually decreased. The cause is not clear, but it is probably due to the fact that the fibrous conductive material compounded in a random state gradually loosened and fell apart as the bending was repeated.
かくして本発明者は、シリコーンゴム中において繊維状導電性材料をその繊維方
向が一定方向に揃うように配合し、屈曲に対する抵抗性を調べた。シリコーンゴム
の成形物であるフィルムまたはシートの屈曲方向に対して直角（９０°）±２０°
に配列している繊維状導電性材料の割合が多い程、屈曲の繰返しに対し、導電性の
低下が少ないことを見出したことが本発明の端緒となっている。
シリコーンゴム中で繊維状導電性材料が、その繊維方向において一定方向に揃っ
て配合されていることにより、屈曲方向に対して抵抗性を有しているのみならず
同じ割合で配合している場合に対比すると、透明性も向上することが判った。
Thus, the present inventor blended the fibrous conductive material in the silicone rubber so that the fiber directions are aligned in a certain direction, and examined the resistance to bending. Right angle (90 °) ± 20 ° to the bending direction of the film or sheet of silicone rubber molding
It is the beginning of the present invention that it has been found that the greater the proportion of the fibrous conductive material arranged in a, the smaller the decrease in conductivity with respect to repeated bending.
When fibrous conductive materials are blended in a uniform direction in the fiber direction in silicone rubber, they are not only resistant to the bending direction but also blended in the same proportion. In contrast, it was found that the transparency was also improved.
本発明の電極基板に使用されるシリコーンゴムは、通常シリコーン系ゴムとして
知られているもので市販されているものであればよい。殊に透明性に優れかつ成
形品として実用化されたものが有利である。とりわけ、シロキサン結合（−Ｓｉ−
Ｏ−Ｓｉ−）を主骨格として有するジメチルポリシロキサンが有利に使用さ
れる。
本発明の電極基板は、シリコーンゴム中にカーボンナノチューブまたはＡｇナ
ノワイヤーを繊維状導電性材料として配合した組成物から形成されている。
使用されるカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）は、単層、２層、３〜５層などが知
られているが、単層のもの（ＳＷ−ＣＮＴ）が導電性に優れているので好まし
い。単層カーボンナノチューブは、直径が約０．５〜１００ｎｍ、好ましくは
０．５〜２０ｎｍで、長さが０．２〜２０ｍｍ、好ましくは１〜１０ｍｍのものが
有利である。単層カーボンナノチューブは、例えば、レーザー蒸発法、アーク放電
蒸発法、ＣＶＤ（化学気相成長）法などの方法によって得られたものが使用され
る。
The silicone rubber used for the electrode substrate of the present invention may be any one that is generally known as a silicone rubber and is commercially available. In particular, those which are excellent in transparency and put into practical use as molded products are advantageous. In particular, siloxane bonds (-Si-
Dimethylpolysiloxane having O-Si-) as the main skeleton is advantageously used.
The electrode substrate of the present invention is formed from a composition in which carbon nanotubes or Ag nanowires are blended as a fibrous conductive material in silicone rubber.
The carbon nanotubes (CNT) used are known as single-walled, double-walled, 3-5-walled, etc., but single-walled carbon nanotubes (SW-CNT) are preferred because of their excellent conductivity. Single-walled carbon nanotubes are advantageously about 0.5-100 nm in diameter, preferably 0.5-20 nm, and 0.2-20 mm in length, preferably 1-10 mm in length. As the single-walled carbon nanotube, those obtained by a method such as a laser evaporation method, an arc discharge evaporation method, or a CVD (chemical vapor deposition) method are used.
本発明の電極基板を形成する組成物におけるカーボンナノチューブまたはＡｇ
ナノワイヤーの含有割合は、フィルムまたはシートの形態などによって左右される
が通常組成物を１００重量％としたとき、３〜２０重量％、好ましくは５〜１５重
量％の範囲が望ましい。
通常の方法により、シリコーンゴム中に繊維状導電性材料を配合した場合、その
繊維方向はランダム状態で配合されている。
この組成物を、フィルムまたはシート状に成形して一方向に延伸することにより
組成物中の繊維状導電性材料を一定の繊維方向に揃えることができる。この延伸の
際、一方向（縦方向）のみ延伸してもよいが、フィルムまたはシートの強度の安定
のために一部横方向の延伸を行ってもよい。
Carbon nanotubes or Ag in the composition forming the electrode substrate of the present invention
The content ratio of the nanowires depends on the form of the film or sheet, but usually 3 to 20% by weight, preferably 5 to 15% by weight, when the composition is 100% by weight.
When a fibrous conductive material is blended in silicone rubber by a normal method, the fiber direction is blended in a random state.
By forming this composition into a film or a sheet and stretching it in one direction, the fibrous conductive material in the composition can be aligned in a certain fiber direction. In this stretching, the film may be stretched only in one direction (longitudinal direction), but may be partially stretched in the transverse direction in order to stabilize the strength of the film or sheet.
本発明の電極基板の好ましい形態は、図２に示すような二層構造のフィルムまた
はシートである。すなわち、繊維状導電性材料を含有するシリコーンゴムより形成
される第一層および繊維状導電性材料を含有しないか、含有量が少ないシリコーン
ゴムより形成された第２層からなる複合フィルムまたは複合シートである。
第１層および第２層を貼り合せることにより、電極基板が得られる。第１層を得
る１つの方法は、前述したようにシリコーンゴム中に繊維状導電性材料を配合した
組成物を延伸することにより、繊維方向が揃ったフィルムまたはシートが得られ
る。また第１層を得る他の方法は、シリコーンゴム、繊維状導電性材料および溶媒
を含むドープを作成し、このドープを第２層の表面に塗布する方法である。この塗
布の際、ドープを第２層の表面に一方向に塗布面が形成されるように繰返し実施す
ることが肝要である。ドープが一方向に塗布することにより、繊維状導電性材料の
繊維方向が揃い、その大部分が塗布方向に配向することになる。塗布の終了後、溶
媒を乾燥することにより２層構造の複合フィルムまたは複合シートが得られる（図
２参照）。ドープの塗布には、ハケやペーパーナイフなどが使用できる。
A preferred form of the electrode substrate of the present invention is a film or sheet having a two-layer structure as shown in FIG. Namely, a composite film or a composite sheet comprising a first layer formed from silicone rubber containing a fibrous conductive material and a second layer formed from silicone rubber containing no fibrous conductive material or a low content It is.
An electrode substrate is obtained by bonding the first layer and the second layer. As one method for obtaining the first layer, as described above, a film or sheet having a uniform fiber direction can be obtained by stretching a composition in which a fibrous conductive material is blended in silicone rubber. Another method for obtaining the first layer is a method in which a dope containing silicone rubber, a fibrous conductive material and a solvent is prepared, and this dope is applied to the surface of the second layer. In this coating, it is important to repeatedly carry out the dope so that a coating surface is formed in one direction on the surface of the second layer. When the dope is applied in one direction, the fiber direction of the fibrous conductive material is aligned, and most of it is oriented in the application direction. After the coating is completed, the solvent is dried to obtain a composite film or composite sheet having a two-layer structure (see FIG. 2). To apply the dope, a brush or a paper knife can be used.
本発明の電極基板は、透明性に優れていて、光透過率（波長５５０ｎｍ）が
８０％以上、好ましくは８３〜９５％である。また電気伝導率が２０（ｓ／ｃｍ）
以上、好ましくは３０〜７０（ｓ／ｃｍ）である。
本発明の電極基板中の導電性材料の５０％以上、好ましくは６０％以上で、その
繊維の方向が屈曲方向（Ｘ−Ｘ’方向）に対して直角（９０°）±２０°に配向し
ている。すなわち、この導電性材料の配向は、図２に示すように直角断面方向に切
断した断面（表面）を顕微鏡乃至拡大鏡で調べることに判定される。図２の断面に
おいて、第１層中の繊維の配向方向が屈曲方向（Ｘ−Ｘ’方向）に対して、直角
（９０°）±２０°以内の本数を調べ全体の本数を１００％とした時の割合で表わ
される。
本発明の電極基板は屈曲性および導電性に優れた特性を有しているので、これら
特性を利用したフレキシブルなタッチパネルや有機ＬＥＤ照明構造体の材料とし
て、有利に使用される。
The electrode substrate of the present invention is excellent in transparency and has a light transmittance (wavelength 550 nm) of 80% or more, preferably 83 to 95%. Electric conductivity is 20 (s / cm)
As mentioned above, Preferably it is 30-70 (s / cm).
50% or more of the conductive material in the electrode substrate of the present invention, preferably 60% or more, and the direction of the fibers is oriented at a right angle (90 °) ± 20 ° with respect to the bending direction (XX ′ direction). ing. That is, the orientation of the conductive material is determined by examining a cross section (surface) cut in a perpendicular cross section direction with a microscope or a magnifier as shown in FIG. In the cross section shown in FIG. 2, the number of fibers in the first layer whose orientation direction is within a right angle (90 °) ± 20 ° with respect to the bending direction (XX ′ direction) is examined, and the total number is 100%. It is expressed in the ratio when.
Since the electrode substrate of the present invention has excellent flexibility and conductivity, it is advantageously used as a material for flexible touch panels and organic LED lighting structures that utilize these characteristics.
１：電極基板
２：第１層
３：第２層
４：繊維状導電性材料
1: Electrode substrate 2: First layer 3: Second layer 4: Fibrous conductive material
Claims (5)
て含有するシリコーンゴムよりなる組成物から形成され、該組成物はフィルムまたは
シート状の電極基板を形成し、かつ電極基板中の導電性材料の５０％以上は、その繊
維の方向が屈曲方向に対して直角（９０°）±２０°に配列していることを特徴とす
る屈曲性および導電性を有する電極基板。
It is formed from a composition made of silicone rubber containing carbon nanotubes (CNT) or Ag nanowires as a fibrous conductive material. The composition forms a film or sheet-like electrode substrate, and the conductive material in the electrode substrate. An electrode substrate having flexibility and conductivity, characterized in that 50% or more of the conductive material is arranged such that the fiber direction is perpendicular to the bending direction (90 °) ± 20 °.
項１記載の電極基板。
The electrode substrate according to claim 1, wherein the light transmittance (wavelength 550 nm) is 80% or more.
The electrode substrate according to claim 1, wherein the electric conductivity is 20 (s / cm) or more.
A touch panel (LED) using the electrode substrate according to claim 1.
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