導電性フィルム　導電性フィルムとは何か？どのような用途があるのか？タッチパネルにはどのような素材が利用されているのか？

この記事で分かること

導電性フィルム

　富士キメラ総研によると、機能性フィルム市場は堅調な成長を見せる予想とされています。

　https://www.nikkan.co.jp/articles/view/00746076

　2023年の市場規模は約282億4,000万米ドルで、2030年には476億4,000万米ドルに達すると見込まれており、年平均成長率（CAGR）は7.75%とする予想もあります。

　今回は機能性フィルムの中でも「導電性」を持つフィルムについての記事となります。

導電性フィルムとは

　導電性フィルムは、電気を通す性質を持つ薄いフィルムで、その特性を活かして様々な用途で利用されています。主な用途としては、以下のようなものが挙げられます。

1. タッチパネル

• スマートフォン、タブレット、カーナビゲーションシステムなどのタッチスクリーンディスプレイのセンサーとして使用され、指やペンの接触位置を検知します。
• 抵抗膜方式や静電容量方式など、様々な方式のタッチパネルに利用されています。

2. フレキシブルディスプレイ

• 柔軟性と透明性を活かし、折りたたみ式スマートフォンやウェアラブルデバイスなどのフレキシブルなディスプレイの電極材料として使用されます。

3. 太陽電池

• 太陽光パネルにおいて、発電した電気を集電・伝導する役割で使用されます。軽量かつ柔軟性があるため、曲面や可撓性基板への適用も可能です。

4. 静電気対策

• 電子部品の梱包材や製造工程において、静電気による製品の破損や誤動作を防ぐために使用されます。
• 粉体などを扱う環境では、爆発防止の用途にも用いられます。

5. 電磁波シールド

• 電子機器から発生する電磁波ノイズを遮蔽し、他の機器への影響を防ぎます。

6. 透明ヒーター

• 透明性を活かし、自動車のフロントガラスやメガネ、ゴーグルなどの曇り止めヒーターとして応用されています。

7. センサー

• 透明電極として、水位センサーやバイオセンサーなど、様々なセンサーに利用されています。

8. その他

• プリンターの印字用フィルムの帯電防止
• クリーンルームのパーテーション表面材
• 透明アンテナ

導電性を持つ理由

　導電性フィルムが導電性を持つ主な理由は、フィルムを構成する材料にあります。一般的に、以下のいずれかの方法またはその組み合わせによって導電性が付与されます。

1. 導電性材料の添加・分散

• 金属微粒子: 銀（Ag）、銅（Cu）、金（Au）、ニッケル（Ni）などの金属の微細な粒子をフィルム中に分散させることで、金属の持つ高い導電性をフィルム全体に付与します。特に銀ナノワイヤーや銅ナノ粒子などが透明性と導電性の両立に用いられます。
• 導電性ポリマー: ポリアニリン、ポリチオフェン（PEDOT）、ポリアセチレンなどの導電性ポリマーをフィルムの主成分としたり、コーティングしたりすることで導電性を持たせます。導電性ポリマーは柔軟性や透明性に優れるものがあります。
• カーボン系材料: カーボンナノチューブ（CNT）やグラフェンなどの炭素材料は、軽量でありながら高い導電性を持つため、フィルムに添加・分散させることで導電性を付与できます。透明性を維持しやすいという特徴もあります。
• 酸化インジウムスズ（ITO）: インジウム、スズ、酸素からなる化合物で、透明性と導電性を兼ね備えているため、透明導電膜として広く利用されています。スパッタリングなどの方法でフィルム上に薄膜として形成されます。

これらの導電性材料がフィルム中に適切に分散・配置されることで、電子が移動するための経路が形成され、電流が流れるようになります。

2. 導電性層の形成

• 金属薄膜: スパッタリングや蒸着などの方法を用いて、フィルム表面にごく薄い金属膜を形成することで導電性を持たせます。
• 導電性インクの印刷: 導電性を持つインク（金属粒子や導電性ポリマーを含む）を、印刷技術（スクリーン印刷、インクジェット印刷など）を用いてフィルム表面にパターン状に形成することで、必要な箇所に導電性を持たせます。

3. 表面処理

• 特殊な化学処理や物理処理によって、フィルム表面に導電性の層を形成したり、表面の導電性を高めたりする方法もあります。

　導電性フィルムに求められる特性（透明性、柔軟性、耐久性、コストなど）によって、使用される材料や製造方法が異なります。

タッチパネルの導電性フィルムの仕組みはどのようなものか

　タッチパネルに使われる導電性フィルムは、指やスタイラスペンなどの接触位置を検知するために、電気的な信号の変化を利用しています。主に以下の2つの方式で利用されています。

1. 抵抗膜方式

• 仕組み: 2枚の透明な導電性フィルムがわずかな隙間を置いて重ねられています。通常は離れていますが、指などで表面を押すと2枚のフィルムが接触します。
• 導電性フィルムの役割:
  • 電圧印加: 上下のフィルムそれぞれに電圧が印加されています。
  • 抵抗変化の検出: 接触した点では、上下のフィルムが電気的に接続され、抵抗値が変化します。この抵抗値の変化を検知することで、接触位置を特定します。
• 特徴:
  • 安価で、指だけでなく手袋をした手やスタイラスペンなど、様々なもので操作できます。
  • 耐久性が比較的高いですが、光透過率がやや低い傾向があります。

2. 静電容量方式

• 仕組み: 透明な導電性フィルムの表面に、微弱な静電気が均一に帯電しています。指などが近づくと、指とフィルムの間で静電容量が変化します。
• 導電性フィルムの役割:
  • 静電気の保持と変化の検出: フィルム表面に均一に静電気を保持し、指などが近づいた際の静電容量の変化を検知します。
  • 電極パターン: フィルム上には、接触位置を特定するための透明な電極パターンが形成されています。
• 特徴:
  • 高い光透過率とクリアな表示が可能です。
  • マルチタッチに対応しやすいです。
  • 一般的に、指などの導電体での操作が必要です。

タッチパネル用導電性フィルムに求められる特性

　どちらの方式でも、タッチパネル用の導電性フィルムには以下のような特性が求められます。

• 高い透明性: 表示画面が見やすくなるように、光の透過率が高いことが重要です。
• 低い抵抗値: 電気信号の伝達をスムーズに行うために、表面抵抗が低いことが求められます。
• 均一な導電性: 画面全体で均一な感度を得るために、導電性が均一である必要があります。
• 耐久性: 日常的な使用に耐えるための機械的強度や耐摩耗性が求められます。
• 耐薬品性: 皮脂や化粧品などによる劣化を防ぐ必要があります。

どのような材料が使用されるのか

　タッチパネル用の導電性フィルムには、主に以下のような材料が用いられています。

• ITO（酸化インジウムスズ）: 透明性と導電性を両立できるため、静電容量方式を中心に広く使用されています。ただし、インジウムの希少性や柔軟性の課題があります。
• 金属ナノワイヤー（銀など）: 高い導電性と比較的高い透明性を持ち、フレキシブルなタッチパネルへの応用も期待されています。
• 導電性ポリマー（PEDOTなど）: 柔軟性と透明性に優れ、印刷プロセスでの形成も可能なため、フレキシブルデバイスへの応用が進んでいます。
• カーボンナノチューブ（CNT）/グラフェン: 高い導電性と機械的強度を持ちますが、透明性や均一性の制御が課題となる場合があります。

近年では、ITOの代替材料として、金属ナノワイヤー、導電性ポリマー、カーボン系材料などの研究開発が盛んに行われています。

もし、特定の方式や材料につ