JP2015098633A - エッチング方法およびタッチパネルセンサー - Google Patents

Abstract

【課題】接着層を使って金属層とフィルムとの密着力を保持した上で、鉄液を使って金属層をエッチングしても接着層の黄変現象が抑制できるエッチング技術の提供、すなわち黄変のないタッチフィルムセンサーの提供を目的とした。
【解決手段】接着層２を介して透明基材１の上に固定された金属層３を塩化第二鉄溶液を用いてエッチングするに当たり、塩化第二鉄溶液の液温を、接着層２の軟化点よりも低く設定することを特徴とするタッチパネル用金属フィルム１０のエッチング方法であって、前記接着層２の軟化点が、５０℃以上である。
【効果】塩化第二鉄溶液の液温を接着層２の軟化点より低く設定することにより、鉄液による金属層３のエッチング時に、接着剤層２が軟化しないので、鉄液の接着層２への付着、浸透が少なく、接着層２の黄変を抑制できる。同時に金属層３とフィルム１間の接着力の低下も抑制できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、静電容量型タッチパネルセンサーに係り、特には金属配線パターンのエッチング時に生じる接着層の黄変防止技術に関する。

近年、携帯電話機や、携帯情報端末、カーナビゲーションシステムを始め、様々な電子機器の操作部にタッチパネル型入力装置（以下、タッチパネルセンサーと記す。）が採用されている。タッチパネルセンサーは、液晶表示装置、有機ＥＬ装置等の表示用パネルの表示面上に、指先やペン先の接触位置を検出する入力装置として貼り合わせて使用されるものである。タッチパネルセンサーには、その構造及び検出方式の違いにより、抵抗膜型や静電容量型等の様々なタイプがある。

静電容量方式タッチパネルセンサーには表面型と投影型の２つがある。両方式とも指先と導電膜との間での静電容量の変化を捉えて位置を検出する。指がセンサー表面に近づくだけで静電結合が起きるため、接触前でのカーソル表示のようなことが可能となる。押さえつけるものは指や指と同等の静電的な導電性のものである必要があるが、静電容量の変化に応じて流れる交流電流は、接触する媒体のインピーダンスにはよらない。

特に、投影型の静電容量方式は指先の多点検出が可能である。一般に投影型は、電極層と制御ＩＣを搭載する支持基板を保護用の絶縁性樹脂で被覆した構成である。電極層は、図１に示すようにガラスやプラスチックなどの透明な支持基板１上に、導電性電極材料（銅等の金属材料あるいはＩＴＯ等の透明電極）を用いてＸ方向電極とＹ方向電極とがマトリックス状に配設されている。Ｘ方向電極とＹ方向電極が透明基板の同じ側に形成される場合は、交点ではショートしないように絶縁を保って敷設されている（特許文献１、２）。

配線パターンとしては、抵抗は低いほうが好ましいが、金属は遮光性なので十分に細く形成して開口率を高くする必要がある。透明電極は、遮光性はないが抵抗が高いという問題があるので、開口率がある程度確保できるのであれば金属細線が使用される場合が多い。
金属細線パターン４は、ＰＥＴなど透明なフィルム基材１上に接着層２を介して金属層３を固着した金属フィルム材に、定法のフォトリソ−エッチング工法を適用して形成している（図２（ａ）参照）。

エッチング工程で使用されるエッチング液には取り扱いやすさやコストの面から鉄液（塩化第二鉄溶液）が広く採用されている。鉄液は、透明で褐色に帯色しているので、金属層のＸ，Ｙ方向のエッチング工程で、下地の接着層２表面が汚染されてタッチフィルムセンサー自体が黄色くなるという問題がある。

特開２０１１−８６１２２号公報 特許第４６１０４１６号 特表平９−５１１０８６号公報

この接着層の黄変問題を回避するには、接着層を無くして、透明フィルム基材上に金属層を、蒸着、スパッタ、めっきなどで直接形成すればよいが、これらの方式では、金属フィルムが高コストとなるという問題がある。さらにフィルム基材１と金属層３の密着が、接着層２を使ったものより劣るという現実がある。
ただ、接着層２を用いた場合でも金属細線の線幅を７μｍ程度以下にエッチングする場合やドライフィルムの剥離中に、金属細線パターンに剥離や欠けの発生が生じやすくなるとか、あるいは、何かの不都合でタッチパネルセンサーを本体から取り外す場合（リワーク）に金属細線が剥がれ落ちるという問題がある。

そこで本発明は、接着層を使って金属層とフィルムとの密着力を十分に保持した上で、鉄液を使って金属層をエッチングしても接着層の黄変現象が抑制できるエッチング技術の提供、すなわち黄変のないタッチフィルムセンサーの提供を目的とした。

本発明の請求項１に係る発明は、接着層を介して透明基材の上に固定された金属層を、塩化第二鉄溶液を用いてエッチングするに当たり、塩化第二鉄溶液の液温を、接着層の軟化点よりも低く設定することを特徴とするエッチング方法としたものである。

本発明の請求項２に係る発明は、前記金属層が、銅であることを特徴とする請求項１に記載のエッチング方法としたものである。

本発明の請求項３に係る発明は、前記接着層の軟化点が、５０℃以上であることを特徴とする請求項１に記載のエッチング方法としたものである。

本発明の請求項４に係る発明は、前記接着層が、熱硬化型接着層であることを特徴とする請求項３に記載のエッチング方法としたものである。

本発明の請求項５に係る発明は、前記接着層が、光硬化型接着層であることを特徴とする請求項３に記載のエッチング方法としたものである。

本発明の請求項６に係る発明は、金属層の垂直方向の剥離強度が７Ｎ／１５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の方法を用いて製造したタッチパネルセンサーとしたものである。

請求項１から請求項５に記載の発明によれば、鉄液を使用する金属層のエッチング工程で接着層が軟化することがないので、鉄液の接着層への付着・浸透が少なく接着層の黄変現象が抑制できる。同時に金属層とフィルム間の接着力の低下も抑制できるという効果がある。

また請求項６に記載の発明によれば、金属層をエッチング工程で細線パターン化しても、あるいはドライフィルム剥離工程等のリワーク時に、金属細線パターンの剥がれが生じないという効果が期待できる。

フィルム上に金属細線をマトリックス状に配置したタッチパネルセンサーの上面視の図である。 金属フィルムの構成（ａ）と金属細線形成後の接着層の黄変（ｂ）を説明する断面視の図である。 黄味度を軟化点温度と塩化第二鉄溶液の液温の関数として示すグラフである。

以下、本発明になるフィルム状のタッチパネルセンサーの製造上の実施態様について図面を用いて説明する。

タッチセンサーとは、図１で示すように配置された導電体４の両端に同じ位相で同じ電圧の交流を加えた場合に、導電体４に指や手のような静電的且つ導電性の媒体を近接させると、接地されているとみなされる媒体と導電体間（これも接地されているので）に容量結合が生じて過剰な交流電流が導電体に流れる現象を利用した電子デバイスである。

したがって、導電体に指が直接触れる必要がなく誘電体を介して接触、近接しても構わない。手がセンサー部の導電体に触れると導電体が汚れるので、通常導電体は防汚性のある透明樹脂類で被覆されて使われるのが通常であるし、導電体（以下、電極と記す。）は必ずしも同一平面上に存在する必要はなく、絶縁性樹脂など間に挟んで配置されていても構わない。ただし、接触媒体（例えば、指）までの実質的な距離が変わってくるので感度が絶縁性樹脂の上にあるか下にあるかで変わる可能性はある。

原理的には、電極材料を適当に置くだけで、どの電極材料のどの辺に近接したかが検出可能であるが、位置センサーとしての精度を保つために直線状電極を、図１に示すようにＸＹのマトリックス状に配置して、どの電極上のどこ辺りにではなく、どのＸ方向電極とどのＹ方向電極であるかを検出して交点から位置を算出している。当然、Ｘ方向の電極とＹ方向の電極は絶縁されている必要がある。また、電極は必ずしも直線状である必要はない。遮光性の金属を使用するのであれば、透過率が許す範囲で見えない細線をできるだけびっしりと配置すると分解能があがることになる。

本発明は、図２（ａ）に示すように接着層２を介してフィルム基材１に金属箔３（銅箔）を貼り付けた金属フィルム１０から、褐色の塩酸第二鉄溶液をつかって金属箔３をエッチングし、図２（ｂ）に示すストライプ状の金属細線パターン４を製造する技術に関する。透明電極より金属細線の方が、配線抵抗が低いからである。この工法では、透明基材１の一方の側に金属細線パターンを形成する場合は、接着層２は２回塩化第二鉄溶液に晒される。両側に形成する場合は、両側の接着層２が１回塩化第二鉄溶液に晒される。この過程で、図２（ｂ）に模式的に示すようにエッチングにより露出する下地の接着層２が黄色に帯色した部分５が発生することがあり、この帯色を防止する技術である。

接着層の一例は、アクリルポリマーあるいはウレタンポリマーをイソシアネートあるいはエポキシ等の架橋材で３次元架橋させたものであるが、該接着層が、黄変するのはエッチング液が接着層表面に付着あるいは浸透し、洗浄・乾燥しても完全に除去されないからである。この黄変は、鉄液でエッチングする限り防ぎえず黄変の程度だけが問題である。

エッチング液が接着層表面から内部に付着・浸透する程度は、接着層の柔らかさに依存するであろう。柔らかいほうが付着しやすく、構造的にも分子間の隙間が相対的に大きくエッチング液が浸透しやすいと考えられるからである。その柔らかさは、３次元ポリマーでは軟化点（ガラス転移温度）を境に大きく変化して、軟化点より高温になるにしたがって低温側より柔らかく分子運動が激しくなる。したがって黄変する程度は、接着層の軟化点と接着層が浸ることになるエッチング液の温度（接着層の実際の温度）に関係するであろう。すなわち、エッチング液の液温を接着層の軟化点を低く設定すれば浸透しにくくなり、黄変が抑制されると予想される。

一方、接着層の金属細線に対する密着力も軟化点に依存する。一般に軟化点より高温側の方が接着層がやわらかく密着力は強いと考えられるが、接着層の温度が軟化点を挟んで
上下に変動すると下地のフィルム基材と金属層の密着力も変化するおそれがある。一度接着したもの同士でも、接着層が軟化すると接着層の流動などにより密着力が元に戻らず低下すると予想できる。

これらの点は、接着層表面から深さ方向に適当な化学分析を行なえば直接に示され得るが、より簡単な光学的分析を行ったので、以下実施例として説明する。

タッチフィルムセンサー用の透明フィルム基材としては、ＰＥＴ以外にＰＩ、ＰＥＳ等の耐熱フィルムも使用できるが本実施例ではＰＥＴフィルムを使用した。

評価に使用した接着剤は、熱硬化型ではアクリル／イソシアネート系（１３９２−Ｙ１２，日立化成製）、ウレタン／イソシアネート系（ＨＤ−１０１３、ロックペイント製）、エステル−ウレタン／イソシアネート系（ＡＤ−７６Ｐ１、東洋モートン製）の３種類、紫外線（ＵＶ）硬化型は、アクリル／モノマー／開始剤系である。組成の詳細は省略する。

＜塗布・貼合＞
厚みが１００μｍで大きさが１５ｃｍ角のＰＥＴフィルム（東レ製、ＸＵ４２）に熱硬化性接着剤をバーコーティングした。次に、前記接着層の上から１２μｍの厚みの銅箔（三井金属工業製、ＴＱ−Ｍ２−ＶＬＰ）を貼り合せた。次に、８０℃のオーブンで１分間乾燥してから、６０℃で４８時間エージングして、硬化促進を行った。

厚みが１００μｍで大きさが１５ｃｍ角のＰＥＴフィルム（東レ製、ＸＵ４２）に紫外線（ＵＶ）硬化性接着剤をバーコーティングした。次に、前記接着層の上から１２μｍの厚みの銅箔（三井金属工業製、ＴＱ−Ｍ２−ＶＬＰ）を貼り合せた。次に、８０℃のオーブンで１分間乾燥してから、高圧水銀ランプを使用して５００ｍＪ／ｃｍ２で紫外線照射を行って、硬化促進を行った。

＜エッチング＞
所定温度に保った塩化第二鉄溶液（ＦｅＣｌ３）で満たされた恒温漕の中に、前記銅箔付きフィルムを所定時間浸漬し同時に超音波を印加して、銅を完全に溶出させた。浸漬時間は、鉄液の温度が４０，５０，６０℃の場合、それぞれ１２，７，５分程度であった。
本実施例の銅箔の厚みは１２μｍであるが、一般には目標とする銅細線の線幅によるが、１〜２０μｍの範囲である。塩化第二鉄の液温は、４０〜６０℃の範囲で調べたが概ね５０℃程度が好ましかった。

＜測定・評価＞
次に、剥離後のフィルムを純水で洗浄乾燥してから、分光光度計を使って色度測定（Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊表色系）を行った。Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊表色系では、明度をＬ^＊、色相と彩度を示す色度をａ^＊、ｂ^＊で表わしているａ^＊、ｂ^＊は、色の方向を示しており、ａ^＊は赤方向、―ａ^＊は緑方向、そしてｂ^＊は黄方向、−ｂ^＊は青方向を示している。数値が大きくなるに従って色あざやかになり、小さいとくすんだ色になる。

硬化したあとの接着剤については、動的粘弾性測定装置（ＤＭＡ）を用いて軟化点（ガラス転移温度）の評価を行った。

＜結果・考察＞
結果を表１にまとめた。また、軟化点の決まっている接着剤を塩化第二鉄の異なる液温でエッチングし時の色度上の黄味度（ｂ^＊）の違いを図３に改めて示した。
軟化点に対して塩化第二鉄溶液の液温が近づくと黄味度（ｂ^＊）の増加が認められた。増加の程度は、液温が４０〜６０℃の範囲であるが、軟化点が低いほど大きかった。軟化点が低い比較例１（３３℃）と比較例２（−８℃）では、液温が４０℃でも黄変が激しかった。この傾向は、接着層が熱硬化型でも紫外線硬化型でも変わらなかった。

黄味度が２．５以上になるとタッチパネル用センサーとしては実用的でないので、液温が一般には５０℃程度であるので、軟化点少なくとも５０℃以上であるのが好ましいという結果である。液温を５０℃以上に高めてエッチング速度を速めるような場合には、軟化点は５℃以上好ましくは１０℃以上高く設定するのが望ましい。

＜剥離力測定＞
エッチング後に、垂直方向の剥離強度を測定した結果を表１の右に示したが、剥離強度は液温と軟化点の差によらず一定であった。軟化点以上に温度が上がっても密着力はそれほど影響を受けなかった。絶対値は実施例１から実施例３は、概ね７〜７．４Ｎ／１５ｍｍ程度、軟化点が比較的低い比較例では予想通り密着力は前記数値よりは高かった。
７Ｎ／１５ｍｍ程度の剥離力があれば、本発明者の実験では、金属細線の線幅を７μｍ程度にしても、エッチング時にもリワーク時にも細線が剥がれたり欠けたりする現象は見出されなかった。

アルミ箔を鉄液のような着色した液を用いてエッチングする場合にも、接着層を使用するのであれば液温と接着層の軟化点の関係について同様なことが言える。

１、フィルム基材
２、接着層
３、金属箔
４、金属細線
５、黄変部分
１０、金属フィルム

Claims (6)

1. 接着層を介して透明基材の上に固定された金属層を、塩化第二鉄溶液を用いてエッチングするに当たり、塩化第二鉄溶液の液温を、接着層の軟化点よりも低く設定することを特徴とするエッチング方法。
2. 前記金属層が、銅であることを特徴とする請求項１に記載のエッチング方法。
3. 前記接着層の軟化点が、５０℃以上であることを特徴とする請求項１に記載のエッチング方法。
4. 前記接着層が、熱硬化型接着層であることを特徴とする請求項３に記載のエッチング方法。
5. 前記接着層が、光硬化型接着層であることを特徴とする請求項３に記載のエッチング方法。
6. 金属層の垂直方向の剥離強度が、７Ｎ／１５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の方法を用いて製造したタッチパネルセンサー。

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