JP2010272409A - 導電膜の製造方法及び製造装置並びに導電膜 - Google Patents

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Abstract

【課題】従来に比べて導電膜の製造に要する時間の短縮と製造コストの低減を図ることができ、生産性の向上を図ることのできる導電膜の製造方法及び製造装置並びに導電膜を提供する。
【解決手段】表面に所定の凹凸形状１ａが形成されたモールド１と基板３との間に、繊維状導電性物質２ａを含み流動性を有する材料２を介在させた状態とする工程と、材料２の流動性を低下させる処理を行う工程と、モールド１を材料２から剥離する工程とを具備した導電膜の製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、カーボンナノチューブ等の繊維状導電性物質を含む導電膜の製造方法及び製造装置並びに導電膜に関する。
従来、透明基板の透明電極等に使用される導電膜としてＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜が広く使用されている。また、繊維状導電性物質であるカーボンナノチューブを分散させて透明電極を構成することが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
さらに、繊維状導電性物質であるカーボンナノチューブと微細な粒状物を混合した混合組成物を透明電極に塗布した後、粒状物を除去してカーボンナノチューブの網目状薄膜を形成し、導電膜を形成することが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。すなわちこの技術では、粒状物を介在させることによって、カーボンナノチューブが適度に分散した状態の網目状薄膜を形成するものである。
また、ＬＩＧＡプロセスやＦＩＢ（収束イオンビーム）を用いて微細な３次元構造を有するモールド（型）を形成し、このモールドを基板に塗布したレジスト膜に押圧して形状転写を行うナノインプリント技術が知られている（例えば、特許文献３参照。）。このナノインプリント技術は、従来から行われている露光、現像によるフォトリソグラフィーに代えて、レジスト膜に所定パターンの転写を行うものであり、情報記録装置の製造等に適用が考えられている。しかしながら、この技術は、カーボンナノチューブ等の繊維状導電性物質を用いて透明電極等を形成する技術ではない。
特開２００７−１６９１２０号公報 特開２００８−１７７１６５号公報 特開２００５−１０８３５１号公報
上記した粒状物を用いてカーボンナノチューブの網目状薄膜を形成し導電膜を製造する技術では、微細な粒状物を用いているため、この粒状物を混合したり、混合した粒状物を除去する等の工程が必要となり、導電膜の製造に時間とコストがかかり、生産性が悪いという問題がある。
本発明は、上記従来の事情に対処してなされたもので、従来に比べて導電膜の製造に要する時間の短縮と製造コストの低減を図ることができ、生産性の向上を図ることのできる導電膜の製造方法及び製造装置並びに導電膜を提供しようとするものである。
請求項１の導電膜の製造方法は、表面に所定の凹凸形状が形成されたモールドと基板との間に、繊維状導電性物質を含み流動性を有する材料を介在させた状態とする工程と、前記材料の流動性を低下させる処理を行う工程と、前記モールドを前記材料から剥離する工程とを具備したことを特徴とする。
請求項２の導電膜の製造方法は、繊維状導電性物質を含み流動性を有する材料を、表面に所定の凹凸形状が形成されたモールド上に塗布する工程と、前記基板を前記モールドに塗布された前記材料に接触させ、前記モールドと前記基板との間に前記材料を介在させた状態とする工程と、前記材料の流動性を低下させる処理を行う工程と、前記モールドを前記材料から剥離する工程とを具備したことを特徴とする。
請求項３の導電膜の製造方法は、繊維状導電性物質を含み流動性を有する材料を基板に塗布する工程と、表面に所定の凹凸形状が形成されたモールドを前記基板に塗布された前記材料に接触させ、前記モールドと前記基板との間に前記材料を介在させた状態とする工程と、前記材料の流動性を低下させる処理を行う工程と、前記モールドを前記材料から剥離する工程とを具備したことを特徴とする。
請求項４の導電膜の製造方法は、基板と表面に所定の凹凸形状が形成されたモールドとを前記凹凸形状を前記基板側に向けて近接配置する工程と、繊維状導電性物質を含み流動性を有する材料を、前記基板と前記モールドとの間に注入し、前記モールドと前記基板との間に前記材料を介在させた状態とする工程と、前記材料の流動性を低下させる処理を行う工程と、前記モールドを前記材料から剥離する工程とを具備したことを特徴とする。
請求項５の導電膜の製造方法は、請求項１〜４いずれか１項記載の導電膜の製造方法であって、前記材料は、溶媒に繊維状導電性物質を混合したものであることを特徴とする。
請求項６の導電膜の製造方法は、請求項１〜４いずれか１項記載の導電膜の製造方法であって、前記材料は、樹脂溶液に繊維状導電性物質を混合したものであることを特徴とする。
請求項７の導電膜の製造方法は、請求項５又は６記載の導電膜の製造方法であって、前記材料の流動性を低下させる処理は、加熱処理であることを特徴とする。
請求項８の導電膜の製造方法は、請求項６記載の導電膜の製造方法であって、前記材料の流動性を低下させる処理は、紫外線照射処理であることを特徴とする。
請求項９の導電膜の製造方法は、請求項１〜８いずれか１項記載の導電膜の製造方法であって、前記繊維状導電性物質は、カーボンナノチューブであることを特徴とする。
請求項１０の導電膜の製造装置は、基板に導電膜を形成するための導電膜の製造装置であって、繊維状導電性物質を含み流動性を有する材料を収容し、前記材料を撹拌するための機構を有する容器と、表面に所定の凹凸形状が形成されたモールドと、前記容器に連通し、前記材料を前記モールド又は前記基板のいずれか一方に塗布するためのノズルと、前記モールドと前記基板とを近接させた状態に保持する機構と、前記モールドと前記基板との間に介在する前記材料の流動性を低下させる処理を行う硬化ユニットと、を具備したことを特徴とする。
請求項１１の導電膜の製造装置は、請求項１０記載の導電膜の製造装置であって、前記硬化ユニットは、前記材料を加熱するものであることを特徴とする。
請求項１２の導電膜の製造装置は、請求項１０記載の導電膜の製造装置であって、前記硬化ユニットは、前記材料に紫外線を照射するものであることを特徴とする。
請求項１３の導電膜は、繊維状導電性物質を含み、上面に所定の周期的凹凸構造を有する層を含むことを特徴とする。
請求項１４の導電膜は、請求項１３記載の導電膜であって、前記繊維状導電性物質がカーボンナノチューブであることを特徴とする。
本発明によれば、従来に比べて導電膜の製造に要する時間の短縮と製造コストの低減を図ることができ、生産性の向上を図ることのできる導電膜の製造方法及び製造装置並びに導電膜を提供することができる。
本発明の第１実施形態の工程を説明するための図。 本発明の第２実施形態の工程を説明するための図。 本発明の第３実施形態の工程を説明するための図。 本発明の第１実施形態の装置の構成を説明するための図。 本発明の第２実施形態の装置の構成を説明するための図。
以下、本発明の詳細を、図面を参照して実施形態について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る導電膜の製造方法の工程を説明するための図である。同図において１は、表面に所定の凹凸形状１ａが形成されたモールドを示している。
このモールド１は、例えば、シリコン基板、石英基板、Ｎｉ電鋳基板等からなり、ＬＩＧＡプロセスやＦＩＢ（収束イオンビーム）を用いて微細な凹凸形状１ａが形成されている。なお、モールド１における所定の凹凸形状１ａは、後述する繊維状導電性物質２ａを適度に分散させて網目状薄膜を形成するためのものであり、例えば、所定間隔（例えば１０ｎｍ〜１０μｍ程度）で所定サイズ（例えば１０ｎｍ〜１０μｍ程度）の半球形の凸部が規則正しく並んだ形状等を選択することができる。
本第１実施形態では、図１（ｂ）に示すように、上記したモールド１の凹凸形状１ａの上に、繊維状導電性物質２ａを含み流動性を有する材料２を塗布する。この際、少なくともモールド１の凹凸形状１ａが材料２に埋入するように材料２を塗布する。この繊維状導電性物質２ａとしては、例えば、カーボンナノチューブ（単層ＣＮＴ、二層ＣＮＴ、多層ＣＮＴ、ロープ状ＣＮＴ等）、微細金属繊維（Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓｎ−Ｐｂ等からなる。）、窒化ガリウム（ＧａＮ）の繊維状物、酸化亜鉛（ＺｎＯ）の繊維状物等を用いることができる。また、材料２の塗布方法としては、例えば、ダイコート法、グラビアコート法、ロールコート法等の各種の塗布方法を使用することができる。
また、材料２としては、例えば、溶媒中に繊維状導電性物質２ａを分散させたもの、樹脂溶液中に繊維状導電性物質２ａを分散させたもの等を使用することができる。上記の溶媒としては、例えば、純水、エタノール、メタノール等を使用することができる。また、樹脂溶液としては、熱硬化性のものとして、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）等を例示することができる。光硬化性のものとしては、アクリルモノマー、アクリルオリゴマー、ポリエステルアクリレート、ポリウレタンアクリレート、エポキシアクリレート等を例示することができる。
また、必要に応じて、上記の材料２の中に、分散剤を含ませてもよい。材料２として上記のような溶媒を用いた場合、分散剤として、例えば、第三級アミンのアミノ基を有する界面活性剤等を使用することができる。このカーボンナノチューブ等を分散させる際の分散温度としては、特に限定はないが、１０℃〜１８０℃程度とすることが好ましく、２０℃〜４０℃程度とすることがさらに好ましい。分散温度が低いと分散し難くなり、分散温度が高すぎるとカーボンナノチューブ等が再凝縮を起こすからである。
上記のように、モールド１の凹凸形状１ａの上に、繊維状導電性物質２ａを含み流動性を有する材料２を塗布した場合、図１（ｂ）の右側に示すように、モールド１の凹凸形状１ａの凸部の周囲に、繊維状導電性物質２ａが網目状に分散した状態となる。
次に、図１（ｃ）に示すように、モールド１に塗布した材料２と接触するように、基板３を配置し、近接して対向配置されたモールド１と基板３との間に、材料２が介在した状態とする。そして、この状態で材料２の流動性を低下させる処理を行う。なお、基板３としては、例えば、ガラス基板、石英基板等の透明無機基板、又はプラスチック等のフレキシブル透明基板等を使用することができる。フレキシブル透明基板の材質の例としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、アクリル樹脂、オレフィンマレイミド共重合体及びノルボルネン系樹脂等が挙げられる。基板３としてフレキシブル透明基板を使用した場合、シート状のフレキシブル透明基板の素材を、後述するようにロールとロールとの間で搬送しつつ加工することができる。
材料２の流動性を低下させる処理とは、具体的には、材料２が、溶媒中に繊維状導電性物質２ａを分散させたものの場合、加熱処理である。また、材料２が、樹脂溶液中に繊維状導電性物質２ａを分散させたものの場合、熱硬化性の樹脂では加熱処理、光硬化性の樹脂では紫外線照射処理である。
次に、図１（ｄ）に示すように、モールド１を材料２から剥離する。これによって、図１（ｄ）の右側に示すように、硬化した材料２のモールド１の凸部が存在した部位に形成された凹部２ｂの周囲に繊維状導電性物質２ａが分散した網目状の繊維状導電性物質２ａを含む樹脂薄膜、又は繊維状導電性物質２ａの網目状薄膜が形成される。なお、この材料２からのモールド１の剥離工程では、例えば、超音波振動の印加等によって、モールド１と材料２とを剥離し易くすることが好ましい。
上記モールド１を材料２から剥離する工程において、剥離を円滑に行うためには、予めモールド１の表面に材料２を剥離し易くするためのコーティングを施しておくことが好ましい。このようなコーティングとしては、例えば、フッ素樹脂コーティングを用いることができる。また、モールド１が石英製の場合、パーフルオロアルキル係のシランカップリング剤による撥水処理を行ってもよい。
材料２として、溶媒中に繊維状導電性物質２ａを分散させたものを用いた場合、樹脂を含まない繊維状導電性物質２ａからなる網目状薄膜が形成されるため、この後、必要に応じて樹脂溶液等を塗布し硬化させて保護膜を形成する。また、材料２として、樹脂溶液中に繊維状導電性物質２ａを分散させたものを用いた場合においても、形成された網目状の繊維状導電性物質２ａを含む樹脂薄膜に凹部２ｂが形成されているため、必要に応じて樹脂溶液等を塗布し硬化させて表面を平坦化する。
上記の第１実施形態では、表面に所定の凹凸形状１ａが形成されたモールド１を用いて繊維状導電性物質２ａが網目状に分散された薄膜からなる導電膜を形成するので、微細な粒状物を材料２に混合したり、混合した粒状物を除去する等の工程が不要となる。このため、従来に比べて導電膜の製造に要する時間の短縮と製造コストの低減を図ることができ、生産性の向上を図ることができる。また、第１実施形態で製造された導電膜の上面はモールド１の周期的な凹凸形状１ａが転写された構造になっており、繊維状導電性物質２ａが全体に適度に分散された状態になるため、導電膜全体にわたって均一な導電性を得ることができる。さらに、透明導電膜である場合には、この周期的な凹凸構造によって繊維状導電性物質２ａが存在しない部分も周期的な凹凸形状１ａが転写された構造を形成するため、全体にわたり均一な光の透過性を備えた透明導電膜を得ることができる。
次に、図２を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。この第２実施形態では、図２（ａ）に示す基板３に対して、図２（ｂ）に示すように、繊維状導電性物質２ａを含み流動性を有する材料２を塗布する。
次に、図２（ｃ）、図２（ｄ）に示すように、に示すように、基板３に塗布した材料２と接触するように、所定の凹凸形状１ａを有するモールド１を凹凸形状１ａが基板３側に向くように配置し、近接して対向配置されたモールド１と基板３との間に、材料２が介在した状態とする。この際、少なくともモールド１の凹凸形状１ａが材料２に埋入するように材料２とモールド１とを接触させる。そして、この状態で材料２の流動性を低下させる処理を行う。
次に、図２（ｅ）に示すように、モールド１を材料２から剥離する。これによって、図２（ｅ）の右側に示すように、硬化した材料２のモールド１の凸部が存在した部位に形成された凹部２ｂの周囲に繊維状導電性物質２ａが分散した網目状の繊維状導電性物質２ａを含む樹脂薄膜、又は繊維状導電性物質２ａの網目状薄膜が形成される。
上記のように、第２実施形態では、モールド１側ではなく、基板３側に材料２を塗布する点が、前述した第１実施形態と相違し、その他の点は第１実施形態と同様である。このため、重複した説明は省略する。この第２実施形態においても、前述した第１実施形態と同様な効果を得ることができる。
次に、図３を参照して、本発明の第３実施形態について説明する。この第３実施形態では、まず、図３（ａ）に示すように、モールド１と基板３とを、モールド１の凹凸形状１ａを基板３側に向けて近接対向配置した状態とする。
そして、図３（ｂ）に示すように、この状態で、モールド１と基板３との間に、繊維状導電性物質２ａを含み流動性を有する材料２を注入する。これによって、近接して対向配置されたモールド１と基板３との間に、材料２が介在した状態とする。そして、この状態で材料２の流動性を低下させる処理を行う。モールド１と基板３との間に材料２を注入する方法としては、例えば、モールド１と基板３の側方からこれらの間に注入する方法、予めモールド１に複数の貫通孔を形成しておき、これらの貫通孔から注入する方法等を用いることができる。
次に、図３（ｃ）に示すように、モールド１を材料２から剥離する。これによって、図３（ｃ）の右側に示すように、硬化した材料２のモールド１の凸部が存在した部位に形成された凹部２ｂの周囲に繊維状導電性物質２ａが分散した網目状の繊維状導電性物質２ａを含む樹脂薄膜、又は繊維状導電性物質２ａの網目状薄膜が形成される。
上記のように、第３実施形態では、モールド１に材料２を塗布するのではなく、モールド１と基板３とを近接して対向配置した状態とし、モールド１と基板３との間に材料２を注入する点が、前述した第１実施形態と相違し、その他の点は第１実施形態と同様である。このため、重複した説明は省略する。この第３実施形態においても、前述した第１実施形態と同様な効果を得ることができる。
次に、図４を参照して本発明の導電膜の製造装置の実施形態について説明する。図４に示すように、導電膜の製造装置１００は、繊維状導電性物質２ａを含み流動性を有する材料２を収容する容器１０１を具備している。この容器１０１には、内部に収容した材料２を撹拌するための撹拌機構１０２が設けられている。また、容器１０１と連通したノズル１０３が設けられ、容器１０１内に収容された材料２を表面に所定の凹凸形状１ａが形成されたモールド１又は基板３のいずれか一方（図４ではモールド１）に塗布することができるようになっている。
さらに、導電膜の製造装置１００には、基板３を保持し、モールド１と基板３とを近接させるための機構として基板ステージ１０４と、モールド１と基板３との間に狭持された材料２の流動性を低下させる処理を行う硬化ユニット１０５が設けられている。この硬化ユニット１０５は、加熱機構又は紫外線照射機構から構成され、その硬化手段を適用する導電膜の種類に応じて、反応時間及び硬化ユニット１０５反応機構内の環境を変更可能なものとする。
また、導電膜の製造装置１００には、ベルトコンベアからなる搬送機構１０６が設けられており、モールド１及び基板３を、ノズル１０３の配置位置から硬化ユニット１０５内まで搬送できるようになっている。上記構成の導電膜の製造装置１００では、搬送機構１０６によってモールド１及び基板３を搬送しつつ、基板３に繊維状導電性物質２ａが網目状に分散された薄膜からなる導電膜を形成することができる。
図５は、他の実施形態に係る導電膜の製造装置１１０の構成を示すものである。なお、図５において、図４に示した導電膜の製造装置１００と対応する部分には、同一の符号を付して、重複した説明は省略する。
本実施形態の導電膜の製造装置１１０は、板状の基板３に代えて可撓性を有するフレキシブル基板１１３を用いるものであり、ロール状のフレキシブル基板１１３を、間隔を設けて配設された他方のロールで巻き取ることによって搬送するように構成されている。また、板状のモールド１に代えて、表面に所定の凹凸形状１１１ａが形成されたローラー状モールド１１１が設けられており、このローラー状モールド１１１を、フレキシブル基板１１３に塗布された材料２に接触させた状態で、ローラー状モールド１１１とフレキシブル基板１１３との間に介在する材料２を、硬化ユニット１０５により硬化させるが、その硬化手段を適用する導電膜の種類及びローラー状モールド１１１の回転機構に応じて、反応時間及び硬化ユニット１０５機構内の環境を変更可能なものとする。
そして、フレキシブル基板１１３の送りに合わせてローラー状モールド１１１を回転させることにより、順次フレキシブル基板１１３上に繊維状導電性物質２ａが網目状に分散された薄膜からなる導電膜を形成するよう構成されている。本実施形態の導電膜の製造装置１１０においても、前述した実施形態と同様の効果を奏することができ、さらに、フレキシブル基板１１３を用いることによって連続的に導電膜を形成することができる。
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、各種の変形が可能なことは勿論である。
１……モールド、１ａ……凹凸形状、２……材料、２ａ……繊維状導電性物質、２ｂ……凹部、３……基板。

Claims (14)

  1. 表面に所定の凹凸形状が形成されたモールドと基板との間に、繊維状導電性物質を含み流動性を有する材料を介在させた状態とする工程と、
    前記材料の流動性を低下させる処理を行う工程と、
    前記モールドを前記材料から剥離する工程と
    を具備したことを特徴とする導電膜の製造方法。
  2. 繊維状導電性物質を含み流動性を有する材料を、表面に所定の凹凸形状が形成されたモールド上に塗布する工程と、
    前記基板を前記モールドに塗布された前記材料に接触させ、前記モールドと前記基板との間に前記材料を介在させた状態とする工程と、
    前記材料の流動性を低下させる処理を行う工程と、
    前記モールドを前記材料から剥離する工程と
    を具備したことを特徴とする導電膜の製造方法。
  3. 繊維状導電性物質を含み流動性を有する材料を基板に塗布する工程と、
    表面に所定の凹凸形状が形成されたモールドを前記基板に塗布された前記材料に接触させ、前記モールドと前記基板との間に前記材料を介在させた状態とする工程と、
    前記材料の流動性を低下させる処理を行う工程と、
    前記モールドを前記材料から剥離する工程と
    を具備したことを特徴とする導電膜の製造方法。
  4. 基板と表面に所定の凹凸形状が形成されたモールドとを前記凹凸形状を前記基板側に向けて近接配置する工程と、
    繊維状導電性物質を含み流動性を有する材料を、前記基板と前記モールドとの間に注入し、前記モールドと前記基板との間に前記材料を介在させた状態とする工程と、
    前記材料の流動性を低下させる処理を行う工程と、
    前記モールドを前記材料から剥離する工程と
    を具備したことを特徴とする導電膜の製造方法。
  5. 前記材料は、溶媒に繊維状導電性物質を混合したものであることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載の導電膜の製造方法。
  6. 前記材料は、樹脂溶液に繊維状導電性物質を混合したものであることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載の導電膜の製造方法。
  7. 前記材料の流動性を低下させる処理は、加熱処理であることを特徴とする請求項５又は６記載の導電膜の製造方法。
  8. 前記材料の流動性を低下させる処理は、紫外線照射処理であることを特徴とする請求項６記載の導電膜の製造方法。
  9. 前記繊維状導電性物質は、カーボンナノチューブであることを特徴とする請求項１〜８いずれか１項記載の導電膜の製造方法。
  10. 基板に導電膜を形成するための導電膜の製造装置であって、
    繊維状導電性物質を含み流動性を有する材料を収容し、前記材料を撹拌するための機構を有する容器と、
    表面に所定の凹凸形状が形成されたモールドと、
    前記容器に連通し、前記材料を前記モールド又は前記基板のいずれか一方に塗布するためのノズルと、
    前記モールドと前記基板とを近接させた状態に保持する機構と、
    前記モールドと前記基板との間に介在する前記材料の流動性を低下させる処理を行う硬化ユニットと、
    を具備したことを特徴とする導電膜の製造装置。
  11. 前記硬化ユニットは、前記材料を加熱するものであることを特徴とする請求項１０記載の導電膜の製造装置。
  12. 前記硬化ユニットは、前記材料に紫外線を照射するものであることを特徴とする請求項１０記載の導電膜の製造装置。
  13. 繊維状導電性物質を含み、上面に所定の周期的凹凸構造を有する層を含むことを特徴とする導電膜。
  14. 前記繊維状導電性物質がカーボンナノチューブであることを特徴とする請求項１３記載の導電膜。
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