(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基材上に、無機酸化物を含むアンダーコート層とカーボンナノチューブを含む導電層とをこの順で有する透明導電積層体であり、走査型電子顕微鏡で観察した透明基材上におけるカーボンナノチューブバンドル径の平均が５ｎｍ以下であって、次の［Ａ］、［Ｂ］の少なくとも１つを満たし、かつ、６０℃、相対湿度９０％で１hr湿熱処理を行い、次いで２５℃、相対湿度５０％で３min間放置した後における表面抵抗値の、該処理前の表面抵抗値に対する割合が、０．７〜１．３である透明導電積層体。
［Ａ］白反射率が７０％より大きく８５％以下であり、表面抵抗値が１．０×１０２Ω／□以上１．０×１０４Ω／□以下
［Ｂ］全光線透過率が８８％より大きく９３％以下であり表面抵抗値が１．０×１０２Ω／□以上１．０×１０４Ω／□以下
【請求項２】
１５０℃で１hr熱処理を行い、次いで２５℃、相対湿度５０％で２４hr放置した後における表面抵抗値の、該処理前の表面抵抗値に対する割合が、０．７〜１．３である請求項１に記載の透明導電積層体。
【請求項３】
前記アンダーコート層が、シリカ微粒子とポリシリケートの複合物である請求項１または２のいずれかに記載の透明導電積層体。
【請求項４】
前記アンダーコート層が、アルミナ微粒子とポリシリケートの複合物である請求項１または２いずれかに記載の透明導電積層体。
【請求項５】
前記シリカ微粒子またはアルミナ微粒子の直径が１０〜２００ｎｍの範囲にある請求項３または４に記載の透明導電積層体。
【請求項６】
透明基材上に、固体表面ゼータ電位が＋３０〜−３０ｍＶであるアンダーコート層を設けるアンダーコート層形成工程と、ゼータ電位がマイナスのカーボンナノチューブ分散液をアンダーコート層上に塗布する塗布工程と、アンダーコート層上に塗布された前記カーボンナノチューブ分散液から分散媒を除去する乾燥工程とを有する透明導電積層体の製造方法。
【請求項７】
前記アンダーコート層の表面粗さＲａが２．０〜１０．０ｎｍである請求項６記載の透明導電積層体の製造方法。
【請求項８】
前記アンダーコート層の水接触角が５〜２５°である請求項６または７のいずれかに記載の透明導電積層体の製造方法。
【請求項９】
前記カーボンナノチューブ分散液のゼータ電位が−４０〜−７０ｍＶである請求項６〜８のいずれかに記載の透明導電積層体の製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜５のいずれかに記載の透明導電積層体を用いた電子ペーパー。
【請求項１１】
請求項１〜５のいずれかに記載の透明導電積層体を用いたタッチパネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透明導電積層体、その製造方法、それを用いた電子ペーパーおよびそれを用いたタッチパネルに関する。より詳細には、透明導電性、耐熱安定性、耐湿熱安定性に優れる透明導電積層体、その製造方法、それを用いた電子ペーパーおよびそれを用いたタッチパネルに関する。
【背景技術】
【０００２】
カーボンナノチューブは実質的にグラファイトの１枚面を巻いて筒状にした形状を有しており、１層に巻いたものを単層カーボンナノチューブ、多層に巻いたものを多層カーボンナノチューブ、中でも特に２層に巻いたものを２層カーボンナノチューブという。カーボンナノチューブは、自体が優れた真性の導電性を有し、導電性材料として使用されることが期待されている。【０００３】
カーボンナノチューブを用いた透明導電積層体を作製するために、カーボンナノチューブを均一に分散液中に分散させる必要があり、一般的には分散性に優れたイオン性分散剤を用いる。【０００４】
しかし、イオン性分散剤は一般的に絶縁性物質であり、カーボンナノチューブ透明導電積層体の導電性を低下させる上に、イオン性官能基を有するため、高温度・高湿度などの環境変化に影響されやすく、抵抗値安定性が悪いという問題がある。したがって、透明導電性が高く、抵抗値安定性に優れた透明導電積層体を作製しようとすると、イオン性分散剤をカーボンナノチューブ層より取り除く必要があると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
例えば特許文献１には、カーボンナノチューブ分散液をフィルム上に塗布後、余剰なイオン性分散剤を水によるリンスで除去することで、高導電性の導電性フィルムを得る製造方法が記載されている。【０００６】
また、特許文献２には、カーボンナノチューブ透明導電積層体の抵抗値安定化を図るために、カーボンナノチューブ層の下に、メラミン樹脂からなるアンダーコート層を設け、抵抗値安定性を向上させた例が記載されている。【０００７】
さらに、特許文献３には、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）を導電体とする透明導電積層体において、高分子基材と無機酸化物であるＩＴＯ層との密着性を向上させるために、シリコンやアルミニウムの窒化物や酸化物を高分子基材とＩＴＯ層の間にアンダーコート層として設ける例が記載されている。【０００８】
また、良好な分散性を有したカーボンナノチューブの分散手法については今まで多くの検討がなされてきた。カーボンナノチューブの溶媒中への均一分散は比較的容易に達成でき、その分散性の評価法も各種検討されている。【０００９】
例えば特許文献４には、走査型電子顕微鏡観察にて基材上のカーボンナノチューブのバンドル集合状態であるロープ形状を確認した例が記載されている。【００１０】
また、特許文献５には、カーボンナノチューブ分散液のｐＨを塩基性にすることで、カルボン酸のイオン化による反発性基を利用した分散性向上した透明導電積層体の例が記載されている。【００１１】
さらに、特許文献６には、走査型電子顕微鏡観察で観察したときのカーボンナノチューブのバンドル径を定量的に算出した例が記載されている。
【特許文献１】特開２００９−１４９５１６号公報
【特許文献２】国際公開第２００９／１０７７５８号パンフレット
【特許文献３】特開２０１０−５８１７号公報
【特許文献４】特開２００８−１０８５７５公報
【特許文献５】特開２００９−５０８２９２公報
【特許文献６】特開２００９−２９６９５公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１には、耐熱安定性、耐湿熱安定性に関する開示はない。さらに、水によるリンス工程は環境負荷が高く、量産性、量産安定化の大きな障害となりうる。【００１３】
特許文献２に記載の技術においては、アンダーコート層としてメラミン樹脂を用いているが、耐熱安定性が不十分である。【００１４】
特許文献３に記載の導電層を構成するＩＴＯは無機物であり、基材である高分子が耐えうる範囲の温度、湿度領域で特性が悪化することはなく、耐熱安定性、耐湿熱安定性に関する記載は見られない。【００１５】
特許文献４においては、好ましい基材上のバンドル径が２０〜１００ｎｍとあり、均一なカーボンナノチューブ分散体としては不十分である。【００１６】
特許文献５においては、好ましい基材上のバンドル径が２０ｎｍ未満とあるが、具体的な達成手段は示されていない。【００１７】
特許文献６においては、カーボンナノチューブのバンドル径の平均が２０ｎｍ以下との記載があるが、走査型電子顕微鏡観察の際に基材上にコーティングしたカーボンナノチューブサンプルを用いておらず、基材上でのバンドル径を直接反映しているものではない。【００１８】
本発明は、前記問題・状況に鑑みてなされたものであり、その課題は、耐熱安定性、耐湿熱安定性に優れ、かつ透明導電性に優れた透明導電積層体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するため本発明の透明導電積層体は次の構成を有する。すなわち、
透明基材上に、無機酸化物を含むアンダーコート層とカーボンナノチューブを含む導電層とをこの順で有する透明導電積層体であり、走査型電子顕微鏡で観察した透明基材上におけるカーボンナノチューブバンドル径の平均が５ｎｍ以下であって、次の［Ａ］、［Ｂ］の少なくとも１つを満たし、かつ、６０℃、相対湿度９０％で１hr湿熱処理を行い、次いで２５℃、相対湿度５０％で３min間放置した後における表面抵抗値の、該処理前の表面抵抗値に対する割合が、０．７〜１．３であることを特徴とする透明導電積層体。
［Ａ］白反射率が７０％より大きく８５％以下であり、表面抵抗値が１．０×１０２Ω／□以上１．０×１０４Ω／□以下
［Ｂ］全光線透過率が８８％より大きく９３％以下であり表面抵抗値が１．０×１０２Ω／□以上１．０×１０４Ω／□以下
本発明の透明導電積層体の製造方法は次の構成を有する。すなわち、
透明基材上に、固体表面ゼータ電位が＋３０〜−３０ｍＶであるアンダーコート層を設けるアンダーコート層形成工程（以降、「アンダーコート層形成工程」と略記することもある）と、ゼータ電位がマイナスのカーボンナノチューブ分散液をアンダーコート層上に塗布する塗布工程（以降、「塗布工程」と略記することもある）と、アンダーコート層上に塗布された前記カーボンナノチューブ分散液から分散媒を除去する乾燥工程とを有する透明導電積層体の製造方法、である。なお、塗布工程と乾燥工程とを総称して、カーボンナノチューブ層形成工程と呼ぶこともある。
【００２０】
本発明の電子ペーパーは次の構成を有する。すなわち、前記透明導電積層体を用いた電子ペーパー、である。【００２１】
本発明のタッチパネルは次の構成を有する。すなわち、前記透明導電積層体を用いたタッチパネル、である。【００２２】
本発明の透明導電積層体は、１５０℃で１ｈｒ熱処理を行い、次いで２５℃、相対湿度５０％で２４ｈｒ放置した後における表面抵抗値の、該処理前の表面抵抗値に対する割合が、０．７〜１．３であることが好ましい。【００２３】
本発明の透明導電積層体は、走査型電子顕微鏡で観察した透明基材上におけるカーボンナノチューブバンドル径の平均が５ｎｍ以下であることが好ましい。【００２４】
本発明の透明導電積層体は、前記アンダーコート層が、シリカ微粒子またはアルミナ微粒子とポリシリケートの複合物であることが好ましい。【００２５】
本発明の透明導電積層体は、前記シリカ微粒子またはアルミナ微粒子の直径が１０〜２００ｎｍの範囲にあることが好ましい。【００２６】
本発明の透明導電積層体の製造方法は、前記アンダーコート層の表面粗さＲａが２．０〜１０．０ｎｍであることが好ましい。【００２７】
本発明の透明導電積層体の製造方法は、前記アンダーコート層の水接触角が５〜２５°であることが好ましい。より好ましくは５°〜１０°である。【００２８】
本発明の透明導電積層体の製造方法は、前記カーボンナノチューブ分散液のゼータ電位が−４０〜−７０ｍＶであることが好ましい。【００２９】
前記アンダーコート層形成工程は、透明基材上に、固体表面ゼータ電位が＋３０〜−３０ｍＶであるアンダーコート層を設ける工程であり、アンダーコート層を形成するための塗液を乾式または湿式コーティングを適用して形成する。アンダーコート層の固体表面ゼータ電位を＋３０〜−３０ｍＶにするには、素材の選択により調整することができる（かかる方法については［アンダーコート層］の項での詳述する）。【００３０】
カーボンナノチューブ分散液を透明基材上に塗布後乾燥させて作製する透明導電積層体においては、塗布後の乾燥時の分散液の濃度上昇や、カーボンナノチューブ分散液と透明基材との間に生じる静電反発力により、カーボンナノチューブのバンドル化が起こるという問題があった。本発明では、分散液中においてカーボンナノチューブをマイナスに帯電させるとともに、かかるカーボンナノチューブ分散液を、固体表面ゼータ電位が＋３０〜−３０ｍＶのアンダーコート層上に塗布して乾燥させることにより、カーボンナノチューブ分散液中に分散したカーボンナノチューブがアンダーコート層に静電吸着され、透明基材上での乾燥時に起こっていたカーボンナノチューブのバンドル化を抑制することができることを見出し本発明に到ったものである。これにより、従来と比較して透明導電性に優れた透明導電積層体を得ることができたものである。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、耐熱安定性、耐湿熱安定性に優れ、かつ透明導電性に優れた透明導電積層体を提供することである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】白反射率の測定方法を説明する図である。
【図２】本発明におけるアンダーコート層の表面の原子間力顕微鏡（以下、ＡＦＭ）写真の一例である。
【図３】本発明における化学気相成長法の装置の概略図である。
【図４】実施例４の走査型電子顕微鏡像の一例である。
【図５】比較例２の走査型電子顕微鏡像の一例である。
【図６】実施例４の走査型顕微鏡像より算出したバンドル径のヒストグラムである。
【図７】実施例５の走査型顕微鏡像より算出したバンドル径のヒストグラムである。
【図８】比較例２の走査型顕微鏡像より算出したバンドル径のヒストグラムである。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明の透明導電積層体は、透明基材上に、無機酸化物を含むアンダーコート層とカーボンナノチューブとをこの順で有する透明導電積層体であって、次の［Ａ］、［Ｂ］の少なくとも１つを満たし、かつ、６０℃、相対湿度９０％で１hr湿熱処理を行い、次いで２５℃、相対湿度５０％で３min間放置した後における表面抵抗値の、該処理前の表面抵抗値に対する割合が、０．７〜１．３である。
［Ａ］白反射率が７０％より大きく８５％以下であり、表面抵抗値が１．０×１０２Ω／□以上１．０×１０４Ω／□以下
［Ｂ］全光線透過率が８８％より大きく９３％以下であり表面抵抗値が１．０×１０２Ω／□以上１．０×１０４Ω／□以下
本発明の透明導電積層体は、かかる構成を有することにより、電子ペーパーやタッチパネルといった透明導電積層体を用いる電子デバイスに用いた場合、デバイスの視認性を向上させることができる。また、その高い抵抗値安定性から、どのような環境においても安定的にこれらのデバイス動作させることができる。
【００３４】
透明導電積層体とは、透明基材上にウェットコーティング法やドライコーティング法などにより形成される、導電材料を含む層を少なくとも一層以上有する積層体を指す。本発明は、導電材料としてカーボンナノチューブを含む導電層を用いるものである。
［透明基材］
本発明に用いられる透明基材の素材としては、樹脂、ガラスなどを挙げることができる。樹脂としては、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）などのポリエステル、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリイミド、ポリフェニレンスルフィド、アラミド、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ乳酸、ポリ塩化ビニル、ポリメタクリル酸メチル、脂環式アクリル樹脂、シクロオレフィン樹脂、トリアセチルセルロースなどを用いることができる。ガラスとしては、通常のソーダガラスを用いることができる。また、これらの複数の透明基材を組み合わせて用いることもできる。例えば、樹脂とガラスを組み合わせた透明基材、２種以上の樹脂を積層した透明基材などの複合透明基材であってもよい。樹脂フィルムにハードコートを設けたようなものであっても良い。透明基材の種類は前記に限定されることはなく、用途に応じて耐久性やコスト等から最適なものを選ぶことができる。透明基材の厚みは特に限定されるものではないが、タッチパネル、液晶ディスプレイ、有機エレクトロルミネッセンス、電子ペーパーなどのディスプレイ関連の電極に用いる場合、１０μｍ〜１，０００μｍの間にあることが好ましい。
［アンダーコート層］
本発明の透明導電体の製造方法においては前記透明基材上に固体表面ゼータ電位が＋３０〜−３０ｍＶの範囲にあるアンダーコート層を設ける。かかる固体表面のゼータ電位が＋３０〜−３０ｍＶの範囲にあるアンダーコート層の素材として、無機酸化物を含むものを用いることが好ましい。さらに、アンダーコート層は、親水性が高いことが好ましい。親水性は具体的には、水接触角が５〜２５°の範囲にあることが好ましい。かかる固体表面の水接触角が５〜２５°の範囲にあるアンダーコート層の素材としても、無機酸化物を含むものを用いることが好ましい。無機酸化物の中でもチタニア、アルミナ、シリカ、およびセリアを含むものが好ましい。これらの物質は、表面に親水基−ＯＨ基を有しており、高い親水性が得られるため好ましい。アンダーコート層の素材が親水性を有することにより、後述するように、カーボンナノチューブ層中に含まれる絶縁物である分散剤がアンダーコート層に優先的に吸着され、カーボンナノチューブ層の導電性が向上するため好ましい。さらに、アンダーコート層が、シリカ微粒子とポリシリケートの複合物あるいはアルミナ微粒子とポリシリケートの複合物とするのがより好ましい。ポリシリケートは微粒子のバインダーとして用いられ、微粒子を基材上に固定化する目的で設けられる。本発明のポリシリケートとは、下記式（１）で表される物質および／または下記式（１）で表される物質を含む液を塗布後、乾燥する工程によって形成される物質の総称である。
【００３５】
（Ｒ１）ｎ  Ｓｉ（ＯＲ２)４−ｎ        （１）
式中、Ｒ１は水素原子、アルキル基、アシル基、ビニル基、アリル基、シクロヘキシル基、フェニル基、エポキシ基、（メタ）アクリルオキシ基、ウレイド基、アミド基、フルオロアセトアミド基、イソシアネート基およびその置換誘導体から選択される１種または２種以上の基であり、ｎが２以上である場合、同一でも異なってもよい；Ｒ２は水素原子、アルキル基、アシル基、ビニル基、アリル基、シクロヘキシル基、フェニル基、エポキシ基、（メタ）アクリルオキシ基、ウレイド基、アミド基、フルオロアセトアミド基、イソシアネート基およびその置換誘導体から選択される１種、または２種以上の基である。ｎは０以上４以下である。
【００３６】
溶媒の蒸発と同時にＯＲ２基のＲ２が水素原子である部分において、式（１）を含む液を乾燥する工程で脱水縮合が生じ、高分子化することでポリシリケートを形成する。
【００３７】
表面粗さＲａは、表面凹凸の中心線（平均値）からの距離（絶対値）の算術平均であり、ＡＦＭ（Shimadzu，ＳＰＭ９６００など）によりアンダーコート層の表面を測定した後、装置付属のソフトにより粗さ分析を行うことで算出することが可能である。
【００３８】
アンダーコート層表面はある範囲で表面凹凸を有することがより好ましい。アンダーコート基材に、無機酸化物の微粒子を含むものを用いた場合には、アンダーコート層の表面にはこれらの粒子による突起が多数存在する。粗大な突起がある場合、そのような突起を形成するのは粒子の凝集体であり、粒子の含有量に比して有効に作用する粒子の表面積が小さくなるため、表面電荷が相対的に低くなるものと推定される。そこで、このような粗大な突起を除き表面凹凸を小さくすることで、表面の均一性が増し表面電荷の分布ムラをなくすことができると考えられる。一方、表面凹凸を大きくすることで、塗布工程、および／または、乾燥工程で、分散剤をアンダーコート層に移行させることのできる面積が増え、移行する分散剤量を増やすことができる。その結果、後述する透明導電積層体の透明導電性や耐湿熱安定性をより向上させることができる。ある範囲の凹凸を設ける手段として、シリカまたはアルミナ微粒子とポリシリケートの複合物をアンダーコート層の主たる成分とするのがより好ましい。このような構成とすることで、親水性が高く、凹凸をもったアンダーコート層を簡便に作製することができる。以上より、アンダーコート層の表面粗さＲａは、固体表面ゼータ電位の均一性および分散剤吸着面積向上の観点より、２．０〜１０．０ｎｍの範囲であることが好ましい。この範囲の表面粗さを実現するためのシリカ微粒子またはアルミナ微粒子の直径は１０〜２００ｎｍの範囲とすることが好ましい。
［アンダーコート層の水接触角］
上記水接触角は市販の接触角測定装置を用いて測定することができる。水接触角の測定は、JIS R 3257 (1999)に従い、室温２５℃、相対湿度５０％の雰囲気下で、アンダーコート層表面に１〜４μＬの水をシリンジで滴下し、液滴を水平断面から観察し、液滴端部の接線と膜平面とのなす角を求めるものである。
【００３９】
透明基材の上にアンダーコート層を形成する方法については後述する。
［透明導電性］
本発明の透明導電積層体は、優れた透明導電性を有するものである。透明導電性とは透明性と導電性を兼ね備えていることを示し、本発明における優れた透明導電性とは、具体的には次の［Ａ］、［Ｂ］の少なくとも１つを満たすことを言う。
［Ａ］白反射率が７０％より大きく８５％以下であり、表面抵抗値が１．０×１０２Ω／□以上１．０×１０４Ω／□以下
［Ｂ］全光線透過率が８８％より大きく９３％以下であり表面抵抗値が１．０×１０２Ω／□以上１．０×１０４Ω／□以下
透明性の指標として代表的なものは、全光線透過率である。全光線透過率は、８８％より大きく９３％以下の範囲にあることが好ましい。本発明においては透明性の指標として、全光線透過率の他にも白反射率を用いることができる。本発明における白反射率（以降、白反射率と記す）とは、白反射板１０１、粘着層１０２、透明導電積層体１０３を図１に示す状態で貼り合せ、透明導電積層体側から波長５５０ｎｍの光線を照射した場合の入射光に対する反射光の割合を表す。この粘着層の厚みが２０μｍ〜４０μｍ、屈折率が１．４〜１．６の範囲にあれば本発明で規定する白反射率の測定に適する。粘着材の素材に関しては上記粘着層の厚み、屈折率の範囲に入っていれば特に限定されないが、例えばアクリル、ウレタン、オレフィン、セルロース、エチレンー酢酸ビニル、エポキシ系、塩化ビニル、クロロプレンゴム、酢酸ビニル、シアノアクリレート、シリコーン、フェノール樹脂、ポリイミド、ポリスチレン、メラミンなどの素材を適宜使用することができる。白反射率は、７０％より大きく８５％以下の範囲にあることが好ましい。
【００４０】
上記透明性の指標として、透明基材、アンダーコート層、カーボンナノチューブ層、（必要に応じて）後述するオーバーコート層を含んだ積層体の全光線透過率が実用的な意味がある。したがって、特定のオーバーコート層（オーバーコート層を適用する場合）、アンダーコート層を用いて、それを積層したもので相対比較する場合用いることができる。但し、オーバーコート層、アンダーコート層の屈折率、厚みによって導電面の光反射率が変化し、全光線透過率も変化するため、カーボンナノチューブ層単体の比較を行う場合には白反射率を用いることが好ましい。
［耐湿熱安定性］
本発明の透明導電積層体は、上記の透明導電性を満たしてかつ耐湿熱安定性に優れるものである。本発明における耐湿熱安定性の指標としては、６０℃、相対湿度９０％で１hr湿熱処理を行い、次いで２５℃、相対湿度５０％で３min間放置した後における表面抵抗値の、該処理前の表面抵抗値に対する割合を用いる。本発明の透明導電積層体は、かかる耐湿熱安定性が０．７〜１．３であり、好ましくは０．８〜１．２である。耐湿熱安定性がこれらの範囲を超えると、透明導電積層体を用いた電子デバイスの動作に支障をきたす可能性がある。例えば、電子ペーパーや液晶表示体であれば、表示ムラが生じる、タッチパネルであれば、タッチを認識しないなどといったことが想定される。
［耐熱安定性］
本発明の透明導電積層体は、さらに耐熱安定性に優れることが好ましい。本発明における耐熱安定性の指標としては、１５０℃で１hr熱処理を行い、次いで２５℃、相対湿度５０％で２４hr放置した後における表面抵抗値の、該処理前の表面抵抗値に対する割合を用いる。なお、１５０℃熱処理では相対湿度を制御していないが、１５０℃での飽和水蒸気圧は４．８atm、常温である２５℃の飽和水蒸気圧は０．０３atmであるため、常温で相対湿度にばらつきがあったとしても、１５０℃まで温度を上昇させた場合、相対湿度はほぼ０％と見なすことができる。本発明の透明導電積層体は、かかる耐熱安定性が０．７〜１．３であるのが好ましく、より好ましくは０．８〜１．２である。本発明の透明導電積層体を電子デバイスの部材として用いる際、透明導電積層体の導電面に電気回路形成のための金属ペースト電極や絶縁ペーストなどを塗布し、概ね１００〜１５０℃の範囲で熱硬化させる。耐熱安定性を上記範囲とすることで、上記熱硬化時の抵抗値変化が小さくなり、より品質の安定した電子デバイスを設計、製造することができるため好ましい。
［透明導電積層体の製造方法］
本発明の透明導電積層体を製造する製造方法は、透明基材上に無機酸化物を含むアンダーコート層を設けるアンダーコート層形成工程と、分散剤を含むカーボンナノチューブ分散液（以下、単に「分散液」ということもある）をアンダーコート層の上に塗布する塗布工程と、前記分散剤を含むカーボンナノチューブ分散液から分散媒を除去する乾燥工程とを有する。
【００４１】
アンダーコート層形成工程は、乾式またはウェットコーティングを適用することができる。アンダーコート層は１〜１２０ｎｍの厚みとすることが好ましい。
【００４２】
塗布工程では、アンダーコート層の上にカーボンナノチューブ層を形成するため分散剤を含むカーボンナノチューブ分散液をウェットコーティングによって設ける。ここで用いられるカーボンナノチューブ分散液は、カーボンナノチューブと分散剤と分散媒である水の混合物であり、カーボンナノチューブに対する分散剤の質量比が０．５〜９で含まれることが好ましい。この分散液を、アンダーコート層上にカーボンナノチューブが乾燥後質量で０．１〜５ｍｇ/ｍ２となるように塗布することが好ましい。
【００４３】
塗布工程の後、塗布された分散剤を含むカーボンナノチューブ分散液から分散媒を除去する乾燥工程としては、熱風を基材に当てる対流熱風乾燥、赤外線乾燥装置からの輻射で基材に赤外線を吸収させて熱に変え加熱し乾燥させる輻射電熱乾燥、熱媒体で加熱された壁面からの熱伝導で加熱し乾燥させる伝導電熱乾燥、などが挙げられる。対流熱風乾燥は乾燥速度が大きいため好ましい。
【００４４】
そして、本発明においては、前記塗布工程、および／または、乾燥工程で、分散剤を前記アンダーコート層に移行させることが好ましい。
【００４５】
一般にカーボンナノチューブ分散液中ではカーボンナノチューブの側壁間に働く高いπ電子相互作用よって、カーボンナノチューブの凝集が生じバンドル（束）状態となりやすい。このバンドル状態を解消させ１本１本に分散させた分散液を塗布することで、得られるカーボンナノチューブ層の導電性が向上することが期待される。また、カーボンナノチューブが長いほど、カーボンナノチューブ同士の接点数が増え、カーボンナノチューブ層の導電性が高くなる。しかしながら、カーボンナノチューブ分散液を透明基材上に塗布後乾燥させて作製する透明導電積層体においては、分散液中の分散剤量を増加させると、上述のようなバンドル状態が解消され、かつカーボンナノチューブ分散時のカーボンナノチューブ切断が抑制されるという導電性向上への寄与がある一方、そのような分散液を適用するとカーボンナノチューブ層において絶縁物である分散剤の割合が多くなり、導電性に悪影響するため、効果が相殺されるという問題があった。また、カーボンナノチューブ層中の分散剤量が多くなると、熱処理時や高温高湿状態においたときの、抵抗値安定性が悪化するという問題もあった。本発明の好ましい態様では、分散液中においては分散剤量を増加させて、カーボンナノチューブを高分散状態とするとともに切断を抑制し、かかるカーボンナノチューブ分散液を、親水性のアンダーコート層上に塗布および／または乾燥させる工程において、分散剤をアンダーコート層に移行させることにより、分散剤をカーボンナノチューブ層から低減することができ、従来と比較して透明導電性および抵抗値安定性にさらに優れた透明導電積層体を得ることができたものである。
【００４６】
また、カーボンナノチューブを用いた透明導電積層体において、より高い透過率を得るためには、基材上のカーボンナノチューブ塗布量を少なくする必要がある。ウェットコーティング法において、この目的を達するためには、カーボンナノチューブ分散液の塗布厚み（ウェット状態の厚み）を低下させる、または分散液中のカーボンナノチューブ濃度を低下させる、いずれかの方法をとる必要がある。しかし、分散液の塗布厚みを小さくすると、厚みの均一性を保つのが難しくなるため、たとえば、一般的なウェットコーティング法であるバーコーティングでは５μｍ以下では塗工するのが難しい。一方、カーボンナノチューブ濃度を低下させると、分散液の粘性が下がり塗布時にハジキが発生、均一塗工ができなくなるという課題がある。本発明においては無機酸化物を含むアンダーコートを設けることで、アンダーコート表面を親水性とし、適切に粘度調整した分散液を基材上に均一に塗工することにより可能としたものである。また、アンダーコート表面の水接触角を５〜２５°とすると、適用できる分散液の粘度範囲をより広げることができ、塗液の組成の自由度が上がることから好ましい。これらの技術を適用することにより、基材上でのカーボンナノチューブ存在量を低下させることに成功し、より高い透過率を得ることができたものである。
［アンダーコート層の形成方法］
本発明の透明導電積層体を製造する製造方法において、アンダーコート層を透明基材上に設ける方法は特に限定されない。既知のウェットコーティング方法、例えば吹き付け塗装、浸漬コーティング、スピンコーティング、ナイフコーティング、キスコーティング、グラビアコーティング、スロットダイコーティング、ロールコーティング、バーコーティング、スクリーン印刷、インクジェット印刷、パット印刷、他の種類の印刷などが利用できる。また、ドライコーティング方法を用いてもよい。乾式コーティング方法としては、スパッタリング、蒸着などの物理気相成長や化学気相成長などが利用できる。また塗布は、複数回に分けて行ってもよく、異なる２種類の塗布方法を組み合わせても良い。好ましい塗布方法は、ウェットコーティングであるグラビアコーティング、バーコーティング、スロットダイコーティングである。
［アンダーコート層厚みの調整］
アンダーコート層厚みはカーボンナノチューブ分散液塗布時に分散剤が移行できる厚みであれば、限定されない。光学干渉による反射防止効果が有効に得られる厚みであれば、光線透過率が向上するため好ましい。このため、後述するオーバーコート層の厚みと合わせた厚みが８０〜１２０ｎｍの範囲にあることが好ましい。
［カーボンナノチューブ］
本発明において用いられるカーボンナノチューブは、実質的にグラファイトの１枚面を巻いて筒状にした形状を有するものであれば特に限定されず、グラファイトの１枚面を１層に巻いた単層カーボンナノチューブ、多層に巻いた多層カーボンナノチューブいずれも適用できるが、中でもグラファイトの１枚面を２層に巻いた２層カーボンナノチューブが１００本中に５０本以上含まれているカーボンナノチューブであると、導電性ならびに塗布用分散液中でのカーボンナノチューブの分散性が極めて高くなることから好ましい。さらに好ましくは１００本中７５本以上が２層カーボンナノチューブ、最も好ましくは１００本中８０本以上が２層カーボンナノチューブである。なお、２層カーボンナノチューブが１００本中に５０本含まれていることを、２層カーボンナノチューブの割合が５０％と表示することもある。また、２層カーボンナノチューブは酸処理などによって表面が官能基化された場合でも導電性などの本来の機能が損なわれ難い点からも好ましい。
【００４７】
カーボンナノチューブは、例えば次のように製造される。マグネシアに鉄を担持した粉末状の触媒を、縦型反応器中、反応器の水平断面方向全面に存在させ、該反応器内にメタンを鉛直方向に供給し、メタンと前記触媒を５００〜１，２００℃で接触させ、カーボンナノチューブを製造した後、カーボンナノチューブを酸化処理することにより、単層〜５層のカーボンナノチューブを含有するカーボンナノチューブを得ることができる。カーボンナノチューブは、製造した後、酸化処理を施すことにより単層〜５層の割合を、特に２層〜５層の割合を増加させることができる。酸化処理は例えば、硝酸処理する方法により行われる。硝酸はカーボンナノチューブに対するドーパントとしても作用するため、好ましい。ドーパントとは、カーボンナノチューブに余剰の電子を与える、または電子を奪ってホールを形成する作用をなすものであり、自由に動くことのできるキャリアを生じさせることにより、カーボンナノチューブの導電性を向上させるものである。硝酸処理に当たっての条件は本発明のカーボンナノチューブが得られる限り、特に限定されないが、通常、１４０℃のオイルバス中で行われる。硝酸処理の時間は特に限定されないが、５hr〜５０hrの範囲であることが好ましい。
【００４８】
本発明においてカーボンナノチューブの分散剤としては、界面活性剤、各種分散剤（水溶性分散剤等）等を用いることができるが、分散性が高いイオン性分散剤が好ましい。イオン性分散剤としてはアニオン性分散剤やカチオン性分散剤、両性分散剤がある。カーボンナノチューブ分散能が高く、分散性を保持できるもので有ればどの種類も用いることができるが、分散性、および分散保持性に優れることから、アニオン性分散剤が好ましい。なかでも、カルボキシメチルセルロースおよびその塩（ナトリウム塩、アンモニウム塩等）、ポリスチレンスルホン酸の塩がカーボンナノチューブ分散液においてカーボンナノチューブを効率的に分散することができ好ましい。
【００４９】
本発明において、カルボキシメチルセルロース塩、ポリスチレンスルホン酸塩を用いる場合、塩を構成するカチオン性の物質としては、例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属のカチオン、カルシウム、マグネシウム、バリウム等のアルカリ土類金属のカチオン、アンモニウムイオン、あるいはモノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、モルホリン、エチルアミン、ブチルアミン、ヤシ油アミン、牛脂アミン、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ジエチレントリアミン、ポリエチレンイミン等の有機アミンのオニウムイオン、または、これらのポリエチレンオキシド付加物を用いることができるが、これらに限定されるものではない。
【００５０】
ゼータ電位がマイナスのカーボンナノチューブ分散液を調製する方法としては、原料として使用するカーボンナノチューブの表面改質および／またはカーボンナノチューブの分散剤の選択により行われる。
【００５１】
カーボンナノチューブ分散液のゼータ電位を調整するためのカーボンナノチューブ表面改質処理の方法は特に限定されないが、コロナ処理、プラズマ処理、フレーム処理などの物理処理、酸処理やアルカリ処理などの化学的処理により、カルボキシル基、ヒドロキシル基等のアニオン性基をカーボンナノチューブ側壁に導入することが好ましい。表面改質によるゼータ電位の調整としては、次のような公知の考え方により行うことができる。すなわち、Thermochimica Acta 497,67 (2010)には、カーボンナノチューブの表面改質処理を施していない場合、ゼータ電位の範囲は０〜２０ｍＶである一方で、表面改質処理を施すことによって、−１０〜−４０ｍＶに変化させることが可能であるとの記載がある。さらに表面改質処理条件を強める検討を行ったところ、−４０〜−７０ｍＶの範囲に調整することも可能であることを見出した。
【００５２】
カーボンナノチューブ分散液のゼータ電位を調整するためのカーボンナノチューブの分散剤としては、カーボンナノチューブ分散能が高く、分散性を保持できるもので有ればどの種類も用いることができる。中でも、分散剤として、上記記載のアニオン性分散剤が最も好ましい。アニオン性分散剤を使用した場合、カーボンナノチューブ分散液のｐＨが５．５〜１１であると、カーボンナノチューブ表面を修飾しているカルボン酸など酸性官能基や、カーボンナノチューブの周りに位置している分散剤に含まれるカルボン酸などの酸性官能基の電離度が向上し、その結果、カーボンナノチューブ、あるいはカーボンナノチューブ周りの分散剤がマイナスのゼータ電位を帯びる。より具体的には、表面改質を行ったカーボンナノチューブを、また分散剤としてカルボキシメチルセルロースを使用した場合、ｐＨ＝４．０では−２０ｍＶであるのに対して、ｐＨ＝５．５〜１１の範囲では−４０〜−７０ｍＶである。以上より、ゼータ電位がマイナスのカーボンナノチューブ分散液を調製する方法として、静電反発を利用するために、アニオン性のイオン性分散剤を選択することが最も好ましい。
【００５３】
また、前項に示した、カーボンナノチューブ表面改質を組み合わせることで、アニオン性分散剤に限らず、カチオン性分散剤および両性分散剤も用いることができる。
【００５４】
本発明では、アンダーコートとカーボンナノチューブ間の静電相互作用を利用するために、カーボンナノチューブ分散液中に存在するアニオン性を有するカーボンナノチューブが、カーボンナノチューブ分散液と比較してカチオン性を有するアンダーコート層の表面に引き寄せられ、静電吸着により高分散状態が実現できたと考えられる。よって、同様に、カーボンナノチューブ分散液中に存在するカチオン性を有するカーボンナノチューブが、カーボンナノチューブ分散液と比較してアニオン性を有するアンダーコート層の表面に引き寄せられ、静電吸着により高分散状態を実現することも可能である。
【００５５】
分散剤の重量平均分子量は１００以上が好ましい。重量平均分子量が１００以上であればカーボンナノチューブとの相互作用がより効果的に生じカーボンナノチューブの分散がより良好となる。カーボンナノチューブの長さにもよるが、重量平均分子量が大きいほど分散剤がカーボンナノチューブと相互作用し分散性が向上する。例えば、ポリマーの場合であれば、ポリマー鎖が長くなるとポリマーがカーボンナノチューブにからみつき非常に安定な分散が可能となる。しかし、重量平均分子量が大きすぎると逆に分散性が低下するので、重量平均分子量は好ましくは１，０００万以下であり、さらに好ましくは、１００万以下である。最も好ましい重量平均分子量の範囲は１万〜５０万である。
【００５６】
カーボンナノチューブ分散液のｐＨは、アレニウスの定義による酸性物質や塩基性物質をカーボンナノチューブ分散液に添加することで調整できる。酸性物質は、例えば、プロトン酸としては、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、ホウフッ化水素酸、フッ化水素酸、過塩素酸等の無機酸や、有機カルボン酸、フェノール類、有機スルホン酸等が挙げられる。さらに、有機カルボン酸としては、例えば、ギ酸、酢酸、ショウ酸、安息香酸、フタル酸、マレイン酸、フマル酸、マロン酸、酒石酸、クエン酸、乳酸、コハク酸、モノクロロ酢酸、ジクロロ酢酸、トリクロロ酢酸、トリフルオロ酢酸、ニトロ酢酸、トリフェニル酢酸等が挙げられる。有機スルホン酸としては、例えば、アルキルベンゼンスルホン酸、アルキルナフタレンスルホン酸、アルキルナフタレンジスルホン酸、ナフタレンスルホン酸ホルマリン重縮合物、メラミンスルホン酸ホルマリン重縮合物、ナフタレンジスルホン酸、ナフタレントリスルホン酸、ジナフチルメタンジスルホン酸、アントラキノンスルホン酸、アントラキノンジスルホン酸、アントラセンスルホン酸、ピレンスルホン酸などが挙げられる。この中でも好ましいのは、塗布乾燥時に揮発する揮発酸であり、例えば塩酸、硝酸などである。
【００５７】
塩基性物質としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、アンモニアなどが挙げられる。この中でも好ましいのは、塗布乾燥時に揮発する揮発塩基であり、例えばアンモニアである。
【００５８】
カーボンナノチューブ分散液のｐＨ調整は、ｐＨを測定しながら、上記酸性物質および／または塩基性物質を所望のｐＨとなるまで添加することで行う。ｐＨ測定法としては、リトマス試験紙などのｐＨ試験紙を用いる方法、水素電極法、キンヒドロン電極法、アンチモン電極法、ガラス電極法などが挙げられるが、この中でもガラス電極法が簡便であり、必要な精度を得られるため好ましい。また、酸性物質、あるいは、塩基性物質を過剰に添加して所望のｐＨ値を越えてしまった場合には、逆の特性を持つ物質を添加してｐＨを調整すればよい。かかる調整に適用する酸性物質としては硝酸が、塩基性物質としてはアンモニアが好ましい。
【００５９】
本発明において用いられるカーボンナノチューブ分散液の調製に用いる分散媒は、前記分散剤を安全に溶解できる点、廃液の処理が容易である等の観点から、水が好ましい。
【００６０】
本発明において用いるカーボンナノチューブ分散液の調製方法は、特に限定されないが、例えば次のような手順で行うことができる。分散時の処理時間が短縮できることから、一旦、分散媒中にカーボンナノチューブを０．００３〜０．１５質量％の濃度範囲で含まれる分散液を調製した後、希釈することで、所定の濃度とすることが好ましい。本発明において、カーボンナノチューブに対する分散剤の質量比は１０以下であることが好ましい。かかる好ましい範囲であると、均一に分散させることが容易である一方、導電性低下の影響が少ない。カーボンナノチューブに対する分散剤の質量比は０．５〜９であることがより好ましく、１〜６であることがさらに好ましく、２〜３が特に好ましい。カーボンナノチューブ分散液の調製時の分散手段としては、カーボンナノチューブと分散剤を分散媒中で塗液製造に慣用の混合分散機（例えばボールミル、ビーズミル、サンドミル、ロールミル、ホモジナイザー、超音波ホモジナイザー、高圧ホモジナイザー、超音波装置、アトライター、デゾルバー、ペイントシェーカー等）を用いて混合することが挙げられる。また、これら複数の混合分散機を組み合わせて段階的に分散を行ってもよい。中でも、振動ボールミルで予備的に分散を行った後、超音波装置を用いて分散する方法が、得られる塗布用分散液中のカーボンナノチューブの分散性が良好であることから好ましい。
［カーボンナノチューブ層の形成］
本発明の透明導電積層体を製造する製造方法において、カーボンナノチューブを含む導電層（以下、カーボンナノチューブ層）は、カーボンナノチューブ分散液をアンダーコート層の上に塗布する塗布工程と、その後分散媒を除去する乾燥工程を経て形成される。塗布工程では、前記方法により得た分散液を、透明基材上に設けたアンダーコート層の上に塗布するとき親水性の部位を持つ分散剤が、無機酸化物を含むことにより親水性を有するアンダーコート層の表面に引き寄せられ、吸着されると考えられる。また、その後分散媒を乾燥させてカーボンナノチューブをアンダーコート層上に固定してカーボンナノチューブ層を形成するが、分散媒がアンダコート層の上に残存しており、分散剤がカーボンナノチューブからアンダーコート層の表面へ移動可能な状態である間は、塗布時と同様、分散剤が親水基を有するアンダーコート層の表面に引き寄せられ、吸着されると考えられる。これらのように、無機酸化物を含むアンダーコート層に分散剤が吸着されることで、カーボンナノチューブ層の分散剤量が低下しているものと考えられる。かかるアンダーコート層への分散剤の吸着は、水の接触角５°〜２５°の親水性のアンダーコート層を用いることにより、より好ましく進行する。また、カーボンナノチューブ分散液を塗布厚み１μｍ〜５０μｍの範囲で塗布し、分散媒がカーボンナノチューブ層中から乾燥によって除去される時間が０．１sec〜１００secの範囲であれば、かかるメカニズムによる分散剤の吸着をより効果的に生じさせることができるため好ましい。
【００６１】
また、カーボンナノチューブ分散液を透明基材上に塗布後乾燥させて作製する透明導電積層体においては、塗布後の乾燥時の分散液の濃度上昇や、カーボンナノチューブ分散液と透明基材との間に生じる静電反発力により、カーボンナノチューブのバンドル化が起こるという問題があった。本発明では、分散液中においてカーボンナノチューブをマイナスに帯電させるとともに、かかるカーボンナノチューブ分散液を、固体表面ゼータ電位が＋３０〜−３０ｍＶのアンダーコート層上に塗布して乾燥させることにより、カーボンナノチューブ分散液中に分散したカーボンナノチューブがアンダーコート層に静電吸着され、透明基材上での乾燥時に起こっていたカーボンナノチューブのバンドル化を抑制することができることを見出し本発明に到ったものである。これにより、従来と比較して透明導電性に優れた透明導電積層体を得ることができたものである。
【００６２】
本発明の透明導電積層体を製造する製造方法において、分散液を透明基材上に塗布する方法は特に限定されない。既知の塗布方法、例えば吹き付け塗装、浸漬コーティング、スピンコーティング、ナイフコーティング、キスコーティング、グラビアコーティング、スロットダイコーティング、バーコーティング、ロールコーティング、スクリーン印刷、インクジェット印刷、パット印刷、他の種類の印刷などが利用できる。また塗布は、複数回に分けて行ってもよく、異なる２種類の塗布方法を組み合わせても良い。最も好ましい塗布方法は、グラビアコーティング、バーコーティング、スロットダイコーティングである。
［カーボンナノチューブ層の厚みの調整］
カーボンナノチューブ分散液を透明基材上に塗布する際の塗布厚みは、カーボンナノチューブ分散液の濃度にも依存するため、望む表面抵抗値が得られるように適宜調整すればよい。本発明におけるカーボンナノチューブ塗布量は、導電性を必要とする種々の用途を達成するために、容易に調整可能である。例えば、塗布量が０．１ｍｇ/ｍ２〜５ｍｇ/ｍ２であれば、以下で示すオーバーコート後の全光線透過率を８８％より大きくすることができ、好ましい。
［オーバーコート層］
本発明の透明導電積層体はカーボンナノチューブ層の上面に透明被膜からなるオーバーコート層を有することが好ましい。オーバーコート層を有することにより、さらに透明導電性や耐熱性安定性、耐湿熱安定性が向上できるため好ましい。
【００６３】
オーバーコート層の材料としては有機材料、無機材料ともに用いることができるが、抵抗値安定性の観点から無機材料が好ましい。無機材料としては、シリカ、酸化錫、アルミナ、ジルコニア、チタニア等の金属酸化物が挙げられるが、抵抗値安定性の観点からシリカが好ましい。
［オーバーコート層の形成方法］
本発明の透明導電積層体を製造する製造方法において、オーバーコート層をカーボンナノチューブ層上に設ける方法は特に限定されない。既知のウェットコーティング方法、例えば吹き付け塗装、浸漬コーティング、スピンコーティング、ナイフコーティング、キスコーティング、ロールコーティング、グラビアコーティング、スロットダイコーティング、バーコーティング、スクリーン印刷、インクジェット印刷、パット印刷、他の種類の印刷、または他の種類の印刷などが利用できる。また、乾式コーティング方法を用いてもよい。乾式コーティング方法としては、スパッタリング、蒸着などの物理気相成長や化学気相成長などが利用できる。またオーバーコート層をカーボンナノチューブ層上に設ける操作は、複数回に分けて行ってもよく、異なる２種類の方法を組み合わせても良い。好ましい方法は、ウェットコーティングであるグラビアコーティング、バーコーティング、スロットダイコーティングである。
【００６４】
ウェットコーティングを用いてシリカ層を形成する方法として、有機シラン化合物を用いることが好ましく、例えばテトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラ−ｎ−プロポキシシラン、テトラ−ｉｓｏ−プロポキシシラン、テトラ−ｎ−ブトキシシランなどのテトラアルコキシシランなどの有機シラン化合物を加水分解して作製したシリカゾルを溶媒に溶解したものを塗布液として、前記ウェットコーティングを行い、溶媒乾燥時に、シラノール基同士の脱水縮合を生じさせ、シリカ薄膜を形成させる方法が挙げられる。
【００６５】
オーバーコート層の厚みは、塗布液中のシリカゾル濃度および塗布時の塗布厚みを調整することで制御する。光学干渉による反射防止効果が有効に得られる厚みであれば、光線透過率が向上するため好ましい。このため、オーバーコート層の厚みとしては、前述した通り、アンダーコート層の厚みと合わせた厚みを８０〜１２０ｎｍの範囲とすることが好ましい。また、オーバーコート層の厚みを厚くすることで、カーボンナノチューブの導電性を向上させている硝酸などのドーパントの飛散を抑え、耐熱性を向上させることができる。このドーパントの飛散を防止するのに有効なオーバーコート層の厚みは４０ｎｍ以上であり、前記反射防止効果を得るためのアンダーコート層とオーバーコート層の合計厚みの範囲を考慮すると、オーバーコート層の厚みを４０ｎｍ以上１１０ｎｍ以下とすることがより好ましい。
【実施例】
【００６６】
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明は、これら実施例により限定されるものではない。本実施例で用いた測定法を以下に示す。特に断らない限り、測定ｎ数は２とし、平均値を採用した。
（１）水接触角
室温２５℃、相対湿度５０％の雰囲気下で、膜表面に１〜４μＬの水をシリンジで滴下した。接触角計（協和界面科学（株）製、接触角計ＣＡ−Ｘ型）を用いて、液滴を水平断面から観察し、液滴端部の接線と膜平面とのなす角を求めた。
（２）アンダーコートまたはＰＥＴ基材表面へのカーボンナノチューブ分散液の濡れ性
アンダーコートまたはＰＥＴ基材表面へのカーボンナノチューブ分散液の濡れ性は、カーボンナノチューブ分散液を前記アンダーコートまたはＰＥＴ基材表面へ塗布し、乾燥固定した後の乾燥カーボンナノチューブ塗膜が均一に形成されていれば良好、均一に形成されていなければ劣ると目視で判断した。
（３）固体表面ゼータ電位
アンダーコート層を設けた透明基材を、固体表面ゼータ電位測定用セルのサイズに合うようにサンプリングし、固体表面ゼータ電位にセットする。大塚電子（株）製ＥＬＳ−Ｚ２を用いて測定した。その際、水の屈折率、粘度をあらかじめ入力し、２５℃設定で３回測定を行い、その平均値を求めた。
（４）表面粗さＲａ測定
表面粗さＲａについては、ＡＦＭ（Shimadzu, ＳＰＭ９６００）により透明導電体の表面を測定した後、付属の専用ソフトウェアにより粗さ解析を行った。【００６７】
ＡＦＭカンチレバーは、ノンコンタクト・モード高共振周波数タイプのプローブ（ナノセンサーズ(NANOSENSORS)社の型番ＰＰＰ−ＮＣＨＲを用いた。【００６８】
測定条件は、１μｍ×１μｍの視野において、走査速度０．５Ｈｚ、画素数５１２×５１２とし、得られたデータをＪＩＳ規格のJIS B 0601 (2001)に基づいて処理し、算術平均粗さＲａを算出した。
（５）カーボンナノチューブ分散液のゼータ電位
カーボンナノチューブ分散液から、１ｍＬサンプリングし、カーボンナノチューブの含有率が０．００３質量％となるように希釈した。希釈液のカーボンナノチューブ分散液を溶液ゼータ電位測定用のセルに移し、ゼータ電位を大塚電子（株）製ＥＬＳ−Ｚ２を用いて測定した。その際、水の屈折率、粘度をあらかじめ入力し、２５℃設定で３回測定を行い、その平均値を求めた。
（６）透明基材上におけるバンドル径測定
オーバーコート処理前のカーボンナノチューブ層光吸収率５％のサンプルを、金属を蒸着することなく観察可能な走査型電子顕微鏡（Hitachi, ＳＵ８０００）を用いて、加速電圧２．０ｋＶ、１００，０００倍で２視野観察した。各視野ごとに得られた顕微鏡像を横方向に４等分する縦方向の線を３本引き、該３本の線との交点に存在するカーボンナノチューブのバンドル径をすべて測定した。なお、前記３本の線との交点に存在するカーボンナノチューブが５０本に満たない場合は、上記の３本の線の中間に前記３本の線と平行に４本の線を引き、それらの４本の線との交点に存在するカーボンナノチューブのバンドル径についても測定した。この様にして測定対象のカーボンナノチューブを１視野あたり５０本以上とし、２視野すべてについて平均値を算出した。
（７）全光線透過率
JIS K 7361 (1997)に基づき、日本電色工業（株）製の濁度計ＮＤＨ２０００を用いて測定した。
（８）白反射率
白反射板として東レ（株）製“ルミラー”（登録商標）ＥＳ６Ｒ、粘着層として日東電工（株）製“LUCIACS”（登録商標）ＣＳ９６２１Ｔを用い、図１のように透明導電積層体の導電面が粘着層と接するように積層させた。この積層体の透明導電積層体側から、コニカミノルタセンシング（株）製ＣＭ−２５００ｄを用いて、波長５５０ｎｍにおける反射率を測定し、白反射率とした。
（９）表面抵抗値
５ｃｍ×１０ｃｍにサンプリングした透明導電積層体のカーボンナノチューブ層側の中央部にプローブを密着させて、４端子法により室温下で抵抗値を測定した。使用した装置は、ダイアインスツルメンツ（株）製の抵抗率計ＭＣＰ−Ｔ３６０型、使用したプローブはダイアインスツルメンツ（株）製の４探針プローブＭＣＰ−ＴＰＯ３Ｐである。
（１０）耐湿熱安定性
５ｃｍ×１０ｃｍにサンプリングした透明導電積層体に以下に記す湿熱処理を施し、湿熱処理後のサンプルの表面抵抗値を熱処理前のサンプルの表面抵抗値で除した値を耐熱安定性の指標とした。
・湿熱処理：次の(i)、(ii)の処理を続けて行った。
(i)６０℃、相対湿度９０％の湿熱オーブン内に１hr保持。
(ii)室温２５℃、相対湿度５０％の雰囲気下で３min間放置。
（１１）耐熱安定性
５ｃｍ×１０ｃｍにサンプリングした透明導電積層体に以下に記す熱処理を施し、熱処理後のサンプルの表面抵抗値を熱処理前のサンプルの表面抵抗値で除した値を耐熱安定性の指標とした。
・熱処理：次の(iii)、(iv)の処理を続けて行った。
(iii)１５０℃の熱風オーブン内に１hr保持。
(iv)室温２５℃、相対湿度５０％の雰囲気下で２４hr放置。
［アンダーコート層形成例］
以下の操作によりポリシリケートをバインダーとし、直径約３０ｎｍのシリカ微粒子が表出する親水シリカアンダーコート層を形成した。【００６９】
直径約３０ｎｍの親水シリカ微粒子とポリシリケートを含む（株）菱和製メガアクア親水ＤＭコート  ＤＭ３０−２６Ｇ−Ｎ１をシリカ膜形成用塗液として用いた。【００７０】
ワイヤーバー＃３を用いて厚さ１８８μｍの２軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム（東レ（株）製“ルミラー”（登録商標）Ｕ４６）上に前記シリカ膜形成用塗液を塗布した。塗布後、８０℃の乾燥機内で１min間乾燥させた。図２に表面ＡＦＭ像を示す。この方法で作製したアンダーコート厚みは４０ｎｍであった。
［アンダーコート層形成例２］
以下の操作によりポリシリケートをバインダーとし、直径１５〜３０ｎｍのアルミナ微粒子が表出する親水アルミナアンダーコート層を形成した。【００７１】
直径約１５〜３０ｎｍの親水アルミナゾル（日産化学工業（株）、ＡＳ５２０）へ、バインダーとして親水性ポリシリケート（コルコート（株）、コルコートＮ１０３Ｘ）を１０質量％添加し、アンダーコート層形成用塗液として用いた。【００７２】
ワイヤーバー＃３を用いて厚さ１００μｍの２軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム（東レ（株）製“ルミラー”（登録商標）Ｕ４６）上に前記アンダーコート層形成用塗液を塗布した。塗布後、８０℃の乾燥機内で１min間乾燥させた。この方法で作製したアンダーコート厚みは４０ｎｍであった。
［基材表面処理例］
東レ（株）製“ルミラー”（登録商標）Ｕ４６に、コロナ表面改質評価装置（春日電機（株），ＴＥＣ−４ＡＸ）を用い、電極と透明基材間に１ｍｍの距離を隔てた上で出力１００Ｗ、速度６．０ｍ/minで電極を移動させる操作を５回行った。この処理により基材表面の親水性が増し、水接触角が５６°から４３°に低下した。
［触媒調製例：マグネシアへの触媒金属塩の担持］
クエン酸アンモニウム鉄（和光純薬工業（株）製）２．４６ｇをメタノール（関東化学（株）製）５００ｍＬに溶解した。この溶液に、酸化マグネシウム（岩谷化学工業（株）製ＭＪ−３０）を１００．０ｇ加え、撹拌機で６０min間激しく撹拌処理し、懸濁液を減圧下、４０℃で濃縮乾固した。得られた粉末を１２０℃で加熱乾燥してメタノールを除去し、酸化マグネシウム粉末に金属塩が担持された触媒体を得た。得られた固形分は篩い上で、乳鉢で細粒化しながら、２０〜３２メッシュ（０．５〜０．８５ｍｍ）の範囲の粒径を回収した。得られた触媒体に含まれる鉄含有量は０．３８質量％であった。また、かさ密度は、０．６１ｇ/ｍＬであった。上記の操作を繰り返し、以下の実験に供した。
［カーボンナノチューブ集合体製造例：カーボンナノチューブ集合体の合成］
図３に示した装置を用いてカーボンナノチューブの合成を行った。反応器３０３は内径７５ｍｍ、長さは１，１００ｍｍの円筒形石英管である。中央部に石英焼結板３０２を具備し、石英管下方部には、不活性ガスおよび原料ガス供給ラインである混合ガス導入管３０８、上部には廃ガス管３０６を具備する。さらに、反応器を任意温度に保持できるように、反応器の円周を取り囲む加熱器として３台の電気炉３０１を具備する。また反応管内の温度を検知するために熱電対３０５を具備する。【００７３】
触媒調製例で調製した固体触媒体１３２ｇをとり、鉛直方向に設置した反応器の中央部の石英焼結板上に導入することで触媒層３０４を形成した。反応管内温度が約８６０℃になるまで、触媒体層を加熱しながら、反応器底部から反応器上部方向へ向けてマスフローコントローラー３０７を用いて窒素ガスを１６．５Ｌ/minで供給し、触媒体層を通過するように流通させた。その後、窒素ガスを供給しながら、さらにマスフローコントローラー３０７を用いてメタンガスを０．７８Ｌ/minで６０min間導入して触媒体層を通過するように通気し、反応させた。この際の固体触媒体の重量をメタンの流量で割った接触時間（Ｗ／Ｆ）は、１６９min・ｇ/Ｌ、メタンを含むガスの線速が６．５５ｃｍ/secであった。メタンガスの導入を止め、窒素ガスを１６．５Ｌ/min通気させながら、石英反応管を室温まで冷却した。【００７４】
加熱を停止させ室温まで放置し、室温になってから反応器から触媒体とカーボンナノチューブを含有するカーボンナノチューブ含有組成物を取り出した。
［カーボンナノチューブ集合体の精製および酸化処理］
カーボンナノチューブ集合体製造例で得られた触媒体とカーボンナノチューブを含有するカーボンナノチューブ含有組成物を１３０ｇ用いて４．８Ｎの塩酸水溶液２，０００ｍＬ中で１hr撹拌することで触媒金属である鉄とその担体であるＭｇＯを溶解した。得られた黒色懸濁液は濾過した後、濾取物は再度４．８Ｎの塩酸水溶液４００ｍＬに投入し脱ＭｇＯ処理をし、濾取した。この操作を３回繰り返した（脱ＭｇＯ処理）。その後、イオン交換水で濾取物の懸濁液が中性となるまで水洗後、水を含んだウェット状態のままカーボンナノチューブ含有組成物を保存した。このとき水を含んだウェット状態のカーボンナノチューブ含有組成物全体の重量は１０２．７ｇであった（カーボンナノチューブ含有組成物濃度３．１２質量％）。【００７５】
得られたウェット状態のカーボンナノチューブ含有組成物の乾燥重量分に対して、約３００倍の重量の濃硝酸（和光純薬工業（株）製、１級、Assay６０〜６１％）を添加した。その後、約１４０℃のオイルバスで２５hr攪拌しながら加熱還流した。加熱還流後、カーボンナノチューブ含有組成物を含む硝酸溶液をイオン交換水で３倍に希釈して吸引ろ過した。イオン交換水で濾取物の懸濁液が中性となるまで水洗後、水を含んだウェット状態のカーボンナノチューブ集合体を得た。このとき水を含んだウェット状態のカーボンナノチューブ組成物全体の重量は３．３５１ｇあった（カーボンナノチューブ含有組成物濃度：５．２９ｗｔ％）。
［カーボンナノチューブ分散液１の調製］
得られたウェット状態のカーボンナノチューブ集合体（乾燥質量換算で２５ｍｇ）、６質量％カルボキシメチルセルロースナトリウム（第一工業製薬（株）製、セロゲン７Ａ（重量平均分子量１９万））水溶液１．０４ｇ、ジルコニアビーズ（東レ（株）製、“トレセラム”（登録商標）、ビーズサイズ０．８ｍｍ）６．７ｇを容器に加えた分散液に、２８質量％アンモニア水溶液（キシダ化学（株）製）を加えてｐＨを１０に調整した。この容器を振動ボールミル（（株）入江商会製、ＶＳ−１、振動数：１，８００ｃｐｍ（６０Ｈｚ））を用いて２hr振盪させ、カーボンナノチューブペーストを調製した。【００７６】
次にこのカーボンナノチューブペーストをカーボンナノチューブの濃度が０．１５質量％となるようにイオン交換水で希釈し、その希釈液１０ｇに対して再度２８質量％アンモニア水溶液を加えてｐＨを１０に調整した。その水溶液を超音波ホモジナイザー（家田貿易（株）製、ＶＣＸ−１３０）の出力を２０Ｗとし、１．５min間（１ｋＷ・min／ｇ）、氷冷下分散処理した。分散中液温が１０℃以下となるようにした。得られた液を高速遠心分離機（（株）トミー精工、ＭＸ−３００）を用いて１０，０００Ｇで１５min遠心処理し、カーボンナノチューブ分散液９ｇを得た。
［カーボンナノチューブ分散液２の調製］
得られたウェット状態のカーボンナノチューブ集合体（乾燥質量換算で２５ｍｇ）、６質量％カルボキシメチルセルロースナトリウム（重量平均分子量３５，０００））水溶液１．０４ｇ、ジルコニアビーズ（東レ（株）製、“トレセラム”（登録商標）、ビーズサイズ：０．８ｍｍ）６．７ｇを容器に加えた分散液に、２８質量％アンモニア水溶液（キシダ化学（株）製）を加えてｐＨを１０に調整した。この容器を振動ボールミル（（株）入江商会製、ＶＳ−１、振動数：１，８００ｃｐｍ（６０Ｈｚ））を用いて２hr振盪させ、カーボンナノチューブペーストを調製した。【００７７】
次にこのカーボンナノチューブペーストをカーボンナノチューブの濃度が０．１５質量％となるようにイオン交換水で希釈し、その希釈液１０ｇに対して再度２８質量％アンモニア水溶液を加えてｐＨを１０に調整した。その水溶液を超音波ホモジナイザー（家田貿易（株）製、ＶＣＸ−１３０）の出力を２０Ｗとし、１．５min間（１ｋＷ・min／ｇ）、氷冷下分散処理した。分散中液温が１０℃以下となるようにした。得られた液を高速遠心分離機（（株）トミー精工、ＭＸ−３００）を用いて１０，０００Ｇで１５min遠心処理し、カーボンナノチューブ分散液９ｇを得た。
（参考例）重量平均分子量３５，０００のカルボキシメチルセルロースの製造
１０質量％カルボキシメチルセルロースナトリウム（第一工業製薬（株）製、セロゲン５Ａ（重量平均分子量８０，０００））水溶液５００ｇを三口フラスコに加えて、１級硫酸（キシダ化学（株）製）を用いてｐＨ２に調整した。この容器を１２０℃に昇温したオイルバスに移し、加熱還流下で攪拌しながら９時間加水分解反応を行った。三口フラスコを放冷後、２８％アンモニア水溶液（キシダ化学（株）製）を用いてｐＨ１０に調整し反応を停止した。加水分解後のカルボキシメチルセルロースナトリウムの重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー法を用い、ポリエチレングリコールによる校正曲線と対比させて分子量を算出した。その結果、重量平均分子量は約３５，０００であり分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）は１．５であった。また収率は９７％であった。上記１０質量％カルボキシメチルセルロースナトリウム（重量平均分子量３５，０００）水溶液２０ｇを３０ｃｍに切断した透析チューブ（スペクトラムラボラトリーズ（株）製、Biotech CE透析チューブ（分画分子量３，５００〜５，０００Ｄ、１６ｍｍφ）に加え、この透析チューブをイオン交換水１，０００ｇが入ったビーカーに浮かべて２時間透析を行った。その後、新しいイオン交換水１，０００ｇと入れ替えて再度２時間透析を行った。この操作を３回繰り返した後、新しいイオン交換水１，０００ｇが入ったビーカー中で１２時間透析を行い、透析チューブからカルボキシメチルセルロースナトリウム水溶液を取り出した。この水溶液についてエバポレーターを用いて減圧濃縮した後、凍結乾燥機を用いて乾燥した結果、粉末状のカルボキシメチルセルロースナトリウムが７０％の収率で得られた。ゲルパーミエーションクロマトグラフィー法による重量平均分子量は透析前と同等であった。また、ゲルパーミエーションクロマトグラフィースペクトルにおけるピーク面積について透析前のカルボキシメチルセルロースナトリウムが５７％であったのに対し、透析後では硫酸アンモニウムのピーク面積が減少し、カルボキシメチルセルロースナトリウムのピーク面積が９１％に向上した。また紫外可視吸収スペクトルによる波長２８０ｎｍの吸光度が、原料であるカルボキシメチルセルロースナトリウム（第一工業製薬（株）製、セロゲン５Ａ（重量平均分子量８０，０００））の０．１重量％水溶液の場合を１としたとき、透析前では２０であったのに対して、透析後では２であった。エーテル化度は加水分解前後で変わらず０．７であった。
［カーボンナノチューブ層の形成］
前記カーボンナノチューブ分散液にイオン交換水を添加して、０．０２質量％〜０．０４質量％に調整後、前記のアンダーコート層を設けた透明基材または表面処理をした透明基材にワイヤーバーを用いて塗布、８０℃乾燥機内で１min間乾燥させカーボンナノチューブ組成物を固定化した。光線透過率の調整は前記カーボンナノチューブ濃度とワイヤーバーの番手を調整して行った。
［オーバーコート層形成例］
１００ｍＬポリ容器中に、エタノール２０ｇを入れ、ｎ−ブチルシリケート４０ｇを添加し３０min間撹拌した。その後、０．１Ｎ塩酸水溶液を１０ｇ添加した後２hr撹拌を行い４℃で１２hr静置した。この溶液をトルエンとイソプロピルアルコールとメチルエチルケトンの混合液で固形分濃度が１質量％となるように希釈した。【００７８】
この塗液をワイヤーバー＃８を用いてカーボンナノチューブ層上に塗布後、１２５℃乾燥機内で１min間乾燥させた。この方法で作製したオーバーコート厚みは６０ｎｍであった。
（実施例１）
［アンダーコート層形成例１］に従って、アンダーコート層を形成した。アンダーコート層上にカーボンナノチューブ分散液１を０．０４ｗｔ％に調整した塗布液を用いて、ワイヤーバー番手＃３を用いてカーボンナノチューブ層を形成した。カーボンナノチューブ層上に［オーバーコート層形成例］の手法でオーバーコート層を設け、透明導電積層体を作製した。
（実施例２〜７、比較例１〜４）
基材表面処理、アンダーコート層の作製状況、カーボンナノチューブ分散液及び塗布濃度、カーボンナノチューブ分散液塗布時ワイヤーバー番手を、表１に示す組み合わせとした以外は、実施例１と同様にして透明導電積層体を作製した。【００７９】
【表１】
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【００８０】
以上、実施例１〜７および比較例１〜４の、アンダーコート層またはＰＥＴ透明基材表面の水接触角、アンダーコート層またはＰＥＴ透明基材表面へのカーボンナノチューブ分散液の濡れ性、アンダーコート層またはＰＥＴ透明基材表面のゼータ電位、アンダーコート層またはＰＥＴ透明基材表面の表面粗さ、カーボンナノチューブ液のゼータ電位、バンドル径、全光線透過率、白反射率、表面抵抗値、耐熱安定性、耐湿熱安定性を表２に示す。表２中、“−”は該当する項目がないことを表す。【００８１】
【表２】
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【００８２】
実施例１と比較例１を比較すると、同じ全光線透過率、白反射率において、表面抵抗値が低いことから、親水性が５°〜２５°、ゼータ電位が＋３０ｍＶ〜―３０ｍＶ、かつ表面粗さが２ｎｍ〜１０ｎｍのアンダーコート層を設けることで、透明導電性が向上する効果があることがわかる。また、耐熱性、耐湿熱性をみると、アンダーコート層を設けたサンプルは抵抗値安定性が増していることがわかる。実施例２と比較例２、実施例３と比較例３を比較すると、ＣＮＴ層の厚みが異なっても同様の効果が得られることがわかる。実施例１〜７においては、本特許の特性をもつアンダーコート層を用いれば、１００Ω／□以上１０，０００Ω／□以下、全光線透過率８８％以上９３％以下または白反射率７０％以上８５％以下の範囲で透明導電性を調整でき、かつ、バンドル径を５ｎｍ以下とすることができ、その結果透明導電性を向上させることができ、さらに、抵抗値安定性に優れる透明導電積層体が得られることを示している。図４、５にそれぞれ実施例４、比較例２のオーバーコート前の走査型電子顕微鏡像の例を、また、図６、７、８にはこれら走査型電子顕微鏡像から求めたバンドル径測定結果の例を示す。各実施例、比較例について同様の測定を実施し、バンドル径を求めた。また、実施例４、６と５、７を比較することで、アンダーコート中の微粒子としてシリカではなくアルミナを用いれば、ゼータ電位をよりポジティブに調整することができ、その結果、シリカ微粒子と同等以上の透明導電性を持つ透明導電積層体が得られることが示されている。比較例４では水の接触角が高い基材においては、ＣＮＴ塗布時にハジキが生じＣＮＴ層が形成できないことを示している。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
透明導電性、耐熱安定性、耐湿熱安定性をもつ本発明の透明導電積層体は、例えば、タッチパネル、液晶ディスプレイ、有機エレクトロルミネッセンス、電子ペーパーなどのディスプレイ関連の電極として好ましく用いることができる。
【符号の説明】
【００８４】
１０１：白反射板
１０２：粘着層
１０３：透明導電積層体
１０４：導電層
１０５：透明基材
３０１：電気炉
３０２：石英焼結板
３０３：反応器
３０４：触媒層
３０５：熱電対
３０６：廃ガス管
３０７：マスフローコントローラー
３０８：混合ガス導入管
【要約】
透明基材上に、無機酸化物を含むアンダーコート層とカーボンナノチューブを含む導電層とをこの順で有する透明導電積層体であって、次の［Ａ］〜［Ｂ］の少なくとも１つを満たし、かつ、６０℃、相対湿度９０％で１hr湿熱処理を行い、次いで２５℃、相対湿度５０％で３min間放置した後における表面抵抗値の、該処理前の表面抵抗値に対する割合が、０．７〜１．３であることを特徴とする透明導電積層体、その製造方法、それを用いた電子ペーパーおよびそれを用いたタッチパネル。
［Ａ］白反射率が７０％より大きく８５％以下であり、表面抵抗値が１．０×１０２Ω／□以上１．０×１０４Ω／□以下
［Ｂ］全光線透過率が８８％より大きく９３％以下であり表面抵抗値が１．０×１０２Ω／□以上１．０×１０４Ω／□以下
耐熱安定性、耐湿熱安定性に優れ、かつ透明導電性に優れた透明導電積層体を提供する。【図１】
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【図３】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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