SPMC Technical Review
耐環境特性を付与した透明導電膜向け銀ナノワイヤインクおよびオーバーコート剤の開発
Development of silver nanowire inks and overcoating agents fortransparent conductive films with superior environmental resistance

星光ＰＭＣ株式会社
技術本部 河口 知晃
栗村 宗稔
植田 恭弘
永尾 和樹

1. はじめに特性の改善が求められる。
本レポートでは、銀ナノワイヤの特徴、透明導電膜近年、液晶ディスプレイ、有機エレクトロルミネセンとしての使用例を述べた後、高湿高温条件下、太陽スディスプレイなどの表示デバイス、タッチパネルな光下、人工灯下、これらすべての条件での耐環境特

どの入力センサー、薄膜型アモルファス Si 太陽電池性を実現した、透明導電膜向け銀ナノワイヤインクおや色素増感太陽電池などの太陽光を利用した太陽よびオーバーコート剤の開発を紹介する。

電池等の利用に伴い、これらのデバイスに必須の部材である透明導電材料が幅広く利用されている。

2. 銀ナノワイヤの特徴

透明導電材料としては、金属酸化物である ITO（酸化インジウムスズ）が広く使用されているが、デバイナノ材料に関する用語は ISO/TS27687 で定義されスの大面積化、高機能化に伴う、透明導電材料へのている 1)。3 つの次元のうち、2 つの次元のサイズが軽量化、低抵抗化、高透明化、高屈曲化に対する要あまり違わず、かつナノスケール(およそ 1～100nm)請を背景に、ITO に代わる透明導電材料が盛んに研であり、残る 1 つの次元のサイズがそれらより著しく究されている。

大きいものを「ナノファイバー」と呼ぶ。「ナノワイヤ」と

特に銀ナノワイヤは、フレキシブルな透明導電膜をは導電性又は半導電性のナノファイバーと定義されウェットプロセスで製膜可能であり、様々な用途でのており、主に金属に対して使われる。銀を素材として活用が提案されている。当社は、ITO に代わる透明ナノファイバー化したものが銀ナノワイヤである。

導電材料として銀ナノワイヤに着目し、幅広い用途で

図 1. に当社の代表的な銀ナノワイヤの SEM 写真の応用を目指して開発を行っている。

を示す 2), 3)。白く見える部分が銀ナノワイヤであり、ワ透明導電材料は、表示デバイス、入力センサー、太イヤの長さ（ワイヤ長）がマイクロメートルスケールで陽電池等の用途に利用されるため、その使用環境はあることが確認できる。

屋内外を問わず、高湿高温条件下、太陽光下、人工

図 2 に同じく銀ナノワイヤの TEM 写真を示す。黒灯下での長時間使用も想定される。一方で、銀ナノワい部分が銀ナノワイヤであり、ワイヤの直径（ワイヤイヤは金属銀からなるため、高湿高温条件下、太陽径）がナノメートルスケールであることが確認できる。

光下、人工灯下の何れにおいても導電性が悪化する

銀ナノワイヤは、その形状と銀の性質に由来したユ傾向を有し、幅広い用途での活用のためには耐環境ニークな特性を有する。
1

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耐環境特性を付与した透明導電膜向け銀ナノワイヤインクおよびオーバーコート剤の開発

図 1. 銀ナノワイヤの SEM 画像

図 2. 銀ナノワイヤの TEM 画像

銀ナノワイヤを平面上にランダムに配置させた場合、3. 銀ナノワイヤを用いた透明導電膜

銀ナノワイヤ同士が 1 本あたり 2 ヶ所以上で接触する程度の本数を配置させることで、銀ナノワイヤによる3-1. 製造プロセス

導電性のネットワークが形成され、平面に導電性を銀ナノワイヤの使用例として、銀ナノワイヤを基材付与できる。銀由来の高導電性に加え、銀ナノワイヤに塗布した透明導電膜について説明する。銀ナノワは ITO のように結晶化のための高温焼成を必要としイヤは分散媒中に分散させることで、一般的なウェッないため、耐熱性の低い基材を使用した場合においトプロセスで製膜することが可能であり、様々な基材ても高い導電性を付与することが可能である。また、にその特性を付与することができる。

この銀ナノワイヤのネットワークによる導電性とともに、

図 3 に銀ナノワイヤを用いた透明導電膜の一般的隙間を光が通過できることで光透過性も併せ持つこな製造プロセスを示す。先ずプロセス①において、基とから、透明導電膜としての機能を発現する。加えて、材に銀ナノワイヤを含むインクを塗布・乾燥し、基材銀由来の可撓性により、銀ナノワイヤによる透明導上に銀ナノワイヤのネットワークを形成し、基材に導電膜は、脆い酸化物である ITO に比較して高いフレ電性を付与する。この時に塗布する銀ナノワイヤのキシブル性、高屈曲性を有する。また、銀ナノワイヤ形状、数量により、導電性と透明性を調整することがは銀由来の高い抗菌性を有することも明らかになっできる。続いてプロセス②において、銀ナノワイヤ塗ている。これらの特性より、銀ナノワイヤは ITO 代替膜上にオーバーコート剤を塗布・乾燥・硬化し保護膜のみならず、幅広い用途での活用が期待されていを形成することで、耐擦過性、耐久性を付与した透明る。

図 3. 銀ナノワイヤを用いた透明導電膜の一般的な製造プロセス
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導電膜を基材上に形成することが可能である。オーある。さらに主分散媒は水となっているが、塗工液をバーコート剤は、銀ナノワイヤネットワークを崩さずに調製する際にアルコールを添加することで、基材に合保護層を形成する必要があり、銀ナノワイヤ塗膜のわせて塗工適性を調整することが可能である。

成分に合わせた選定が必要となる。また、保護膜の「T-AG300 シリーズ」を用いた銀ナノワイヤ塗膜上塗布量に応じて保護層表面から導通が変化するため、に形成するオーバーコート剤として、2 液混合タイプ用途に則した保護層の膜厚設定が必要となる。の UV 硬化樹脂「T-YP476/T-YP462」を提供している。
以下の表 2 にその性状を示す。

3-2. 銀ナノワイヤインク・オーバーコート剤
当社は塗工適性を付与した銀ナノワイヤインクとし

表 2. オーバーコート剤 T-YP476/T-YP462 の性状て「T-AG300 シリーズ」を展開している。以下の表 1

項目

性状に性状を、図 4 に製品の外観を示す。記載の内容、

品名

T-YP476/T-YP462

数値は一例であり、目標の物性や塗工方法等に応じ品種

UV 硬化樹脂(2 液混合タイプ)て変更が可能である。具体的には、銀濃度は目標と原液溶剤アルコール系溶剤なる抵抗値に合わせてカスタマイズが可能である。ワ

使用方法

有機溶剤に希釈して使用

イヤ長、ワイヤ径は代表値を記載しているが、これらも目標となる物性に合わせてカスタマイズが可能で3-3. 電気特性、光学特性
透明導電膜の特性は、用いた銀ナノワイヤの量に

表 1. 銀ナノワイヤインク T-AG300 シリーズの性状
項目単位よって変化する。銀ナノワイヤインク T-AG300 シリー

性状

ズと、オーバーコート剤 T-YP476/T-YP462 を用いて、

品名

T-AG300 シリーズ

上記の製造プロセスで PET 基材上に形成した銀ナノ品種

インク

ワイヤ塗膜について、図 5 に単位面積当たりの銀ナ主分散媒

水

ノワイヤ重量に対する表面電気抵抗値のプロットを、
図 6 の実線で表面電気抵抗値に対する全光線透過

銀濃度

wt%

0.1 – 0.5

粘度mPa・s

塗工方法による率を、破線で内部ヘイズのプロットを示す。

平均ワイヤ長μm

約 10 （代表値）

表面電気抵抗値は渦電流法により測定した。全光

平均ワイヤ径nm

約 25 （代表値）

線透過率は JIS K7361-1 に準拠して、内部ヘイズは
JIS K7136 に準拠して測定した。全光線透過率、内部ヘイズはともに基材を含む値である。内部ヘイズの測定は、外部ヘイズの影響を除いた状態で実施した。
図 5 より、単位面積当たりの銀ナノワイヤ重量と表面電気抵抗値は、概ね反比例関係にあることが確認された。銀ナノワイヤインク T-AG300 シリーズと、オーバーコート剤 T-YP476/T-YP462 を用いた透明導電膜は、銀ナノワイヤの塗布量を変化することで、10Ω/□以下から 100Ω/□以上までの幅広い領域で表面電気抵抗値を調整可能である。
図 6 より、表面電気抵抗値の減少に伴い、即ち銀ナ

図 4. 銀ナノワイヤインク T-AG300 シリーズの外観
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図 5. 単位面積当たりの銀ナノワイヤ重量に対する

図 6. 表面電気抵抗値に対する光学特性

表面電気抵抗値
ノワイヤ量の増加に伴い、全光線透過率が低下しヘの組み合わせを表 3 に示す。85℃85%RH 環境下でイズが増加することが確認された。一般に、表面電気の表面電気抵抗値の変化率を図 7 に、銀ペーストを抵抗値と全光線透過率ならびにヘイズとの相関は、印刷して作成した端子 2 点間の抵抗値の変化率（端銀ナノワイヤの形状に依存する。特にヘイズを低減子間抵抗値変化率）を図 8 に示す。

するためにはワイヤ径の細い銀ナノワイヤを用いる

図 7 より、オーバーコート剤として T-YP476 を用いことが有効である。

ることで、高温高湿環境下における表面電気抵抗値の長期安定性を実現している。

4. 耐環境特性を付与した透明導電膜

図 8 より、T-AG300 シリーズとオーバーコート剤とし幅広い用途で銀ナノワイヤを用いた透明導電膜をて T-YP476 を併用することで、高温高湿環境下における端子間抵抗値の長期安定性を実現している。

活用するためには、高湿高温条件下、太陽光下、人工灯下、これらすべての条件での耐環境特性が要求

表 3. 銀ナノワイヤインクとオーバーコート剤の組みされる。これらの条件下での耐環境特性は、銀ナノワ合わせイヤの製造方法、インク組成、オーバーコート剤組成の何れもが影響する。

No.

銀ナノワイヤインク

オーバーコート剤

当社では、電気特性、光学特性を損なわずに耐環1

T-AG300 シリーズ

T-YP476/T-YP462

境特性を付与した透明導電膜を形成可能な銀ナノワ

2

T-AG300 シリーズ

T-YP476

イヤインクおよびオーバーコート剤として、前章で示し

3

T-AG300 シリーズ

従来製品

た銀ナノワイヤインク T-AG300 シリーズおよびオー4

従来製品

T-YP476/T-YP462

バーコート剤 T-YP476/462 を開発した。

5従来製品

従来製品

4-1. 耐湿熱信頼性

4-2. 耐キセノンランプ信頼性

耐環境特性付与製品と、従来製品との耐湿熱信頼

次に、太陽光下での耐環境特性を評価するために、性の比較した結果を述べる。透明導電膜を形成する太陽光を模したキセノンランプを用いた耐キセノンラために用いた銀ナノワイヤインクとオーバーコート剤

ンプ信頼性を比較した結果を述べる。耐湿熱信頼性

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図 7. 85℃85%RH 環境下における

図 8. 85℃85%RH 環境下における表面電気抵抗値変化率

端子間抵抗値変化率

評価と同じく、表 3 で示した銀ナノワイヤインクとオー

4-3. 耐蛍光灯信頼性

バーコート剤の組み合わせを用いた透明導電膜を評

続いて、人工灯下での耐環境特性を評価するため価した。750W/m2(300-800nm)、ブラックパネルセンに、耐蛍光灯信頼性を比較した結果を述べる。耐湿

サー温度 60℃環境下での表面電気抵抗値の変化率

熱信頼性評価と同じく、表 3 で示した銀ナノワイヤイを図 9 に示す。尚、表面電気抵抗値の測定は、一般

ンクとオーバーコート剤の組み合わせを用いた透明に銀ナノワイヤの太陽光下での劣化が生じやすい、導電膜を評価した。20000 lx 条件下での表面電気抵照射部分と遮蔽物により太陽光が遮られる遮蔽部分抗値の変化率を図 10 に示す。
図 10 よ り 、オーバーコート 剤として T-YP476/との境界部において行った。
図 9 より、オーバーコート剤として T-YP476 を用い

T-YP462 を用いることで、人工灯下における表面電ることで、太陽光下における表面電気抵抗値の長期気抵抗値の長期安定性を実現できると考えられる。

安定性を実現できると考えられる。

図 9. キセノンランプ照射下における

図 10. 蛍光灯照射下における表面電気抵抗値変化率

表面電気抵抗値変化率

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耐環境特性を付与した透明導電膜向け銀ナノワイヤインクおよびオーバーコート剤の開発

新素材の開発が盛んに行われている。それぞれ一長

5. まとめ一短があるが、様々な基材に高い導電性を付与することが可能で、ウェットプロセスにより容易に製膜可以上の結果から、銀ナノワイヤインク T-AG300 シリ能なため生産性に優れることから、銀ナノワイヤは高ーズとオーバーコート剤 T-YP476/462 を併用した透いポテンシャルを持っていると考える。

明導電膜は、幅広い領域で表面電気抵抗値を調整可能であるとともに、高湿高温条件下、太陽光下、人＜参考文献＞

工灯下、これらすべての条件での耐環境特性を実現

1) 環境省ナノ材料環境影響基礎調査検討会 : 「工業用ナノ可能である。

材料に関する環境影響防止ガイドライン」, p.18 (2009).

現在、顧客ニーズの変化により透明導電膜に対す

2) 河口知晃 : コンバーテック，42(10), 46 (2014).

る要求性能の多様化が進んでいる。透明導電材料と3) 機能性フィルム研究会 : 産業を支える機能性フィルム 第しては、ITO の高機能化はもとより、銀ナノワイヤの2 版, p.196 (2020).

他にも導電性高分子やカーボンナノチューブといった研究者プロフィール
星光 PMC 株式会社

星光 PMC 株式会社

技術本部

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新規開発グループ

新規開発グループ課長 河口 知晃

主任 栗村 宗稔

(Tomoaki Kawaguchi)(Munetoshi Kurimura)星光 PMC 株式会社

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新規開発グループ

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植田 恭弘

部長代理 永尾 和樹(Yasuhiro Ueta)(Kazuki Nagao)

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