JP2016162994A - 導電パターン形成用熱転写リボン及び導電パターンの形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】導電性ナノ材料を用いてパターンを安定して形成することができる導電パターン形成用熱転写リボン及び導電パターンの形成方法を提供すること。
【解決手段】本発明の導電パターン形成用熱転写リボンは、支持層と、支持層の上に設けられた保護層と、保護層の上に設けられ、導電性ナノ材料を含む導電層と、を備え、支持層と保護層との密着性は、加熱によって低下することを特徴とする。本発明の導電パターン形成方法は、導電パターン形成用熱転写リボンの導電層を対象物の表面に接触させる接触工程と、導電パターンの形状に対応した熱転写型導電性リボンの一部の領域に熱を加える加熱工程と、支持層を対象物から引き離し、この領域に対応した導電層の部分及び保護層の部分を、対象物の表面に導電パターンとして転写する転写工程と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、導電パターン形成用熱転写リボン及び導電パターンの形成方法に関する。

近年、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）に代わる透明導電膜として、導電性ナノ材料を用いた透明導電膜が注目されている。この透明導電膜では、導電性ナノ材料として例えば銀ナノワイヤが用いられる。特許文献１には、金属ナノワイヤを主成分とする透明導電層を備えた透明導電フィルムが開示される。また、特許文献２には、銀ナノワイヤの製造方法及び銀ナノワイヤを含有するコーティング剤が開示される。

特開２０１４-１９１８９４号公報 特開２０１４-１８９８８８号公報

このような金属ナノ材料を含む導電性材料を用いて導電パターンを形成する方法として、導電性材料を成膜した後、フォトリソグラフィ及びエッチングによって所望のパターンを形成する方法と、印刷によって直接パターンを形成する方法とが考えられる。この印刷によってパターンを形成する方法では、工程の簡素化及び短時間で所望のパターンを形成できるメリットがある。しかし、印刷によって形成された導電パターンにおいては、パターン内の金属ナノ材料の密度にばらつきが発生しやすく、安定した導電性を得ることが困難である。特に細い導電パターンを形成する場合、金属ナノ材料の粗密による抵抗値のばらつきや電気的な断線などの不具合が顕著になりやすい。

本発明は、導電性ナノ材料を用いてパターンを安定して形成することができる導電パターン形成用熱転写リボン及び導電パターンの形成方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の導電パターン形成用熱転写リボンは、支持層と、支持層の上に設けられた保護層と、保護層の上に設けられ、導電性ナノ材料を含む導電層と、を備え、支持層と保護層との密着性は、加熱によって低下することを特徴とする。このような構成によれば、形成する導電パターンに対応したリボンの位置を加熱することで、導電性ナノ材料を含む導電パターンを熱転写することができる。本発明では、固体の導電層を熱転写して導電パターンを形成できるため、導電性ナノ材料の密度のばらつきが少ない導電パターンを形成することができる。

本発明の導電パターン形成用熱転写リボンにおいて、保護層は、積層構造体であって、熱によって支持層との密着性が低下する材料を含有する第１剥離層を、支持層に対向する側に備えていてもよい。このような構成により、加熱によって第１剥離層から容易に支持層を剥がすことができる。

本発明の導電パターン形成用熱転写リボンにおいて、支持層は、積層構造体であって、熱によって保護層との密着性が低下する材料を含有する第２剥離層を、保護層に対向する側に備えていてもよい。このような構成により、加熱によって第２剥離層から容易に支持層を剥がすことができる。

本発明の導電パターン形成用熱転写リボンにおいて、導電性ナノ材料の一部は、導電層の保護層とは反対側の面から露出してもよい。このような構成により、熱転写によって形成された導電パターンと、この導電パターンが形成された対象物との導通が得られる。

本発明の導電パターン形成用熱転写リボンにおいて、導電層の保護層とは反対側には接着性材料を含む接着層が設けられ、接着層の厚さは、熱転写型導電性リボンの接着層側の面を対象物に対して加熱圧接したときに、導電性ナノ材料の一部が接着層を貫通して対象物に接触できる厚さであってもよい。このような構成により、接着層による導電層の確実な接着とともに、導電パターンと対象物との間の導通を得ることができる。

本発明の導電パターン形成用熱転写リボンにおいて、導電層は接着性材料を含んでいてもよい。このような構成により、導電層に含まれる接着性材料を介して導電層を対象物に確実に接着できるようになる。

本発明の導電パターン形成用熱転写リボンにおいて、導電性ナノ材料は、金ナノワイヤ、銀ナノワイヤ、銅ナノワイヤ及びカーボンナノチューブよりなる群から選択された少なくとも１種の材料を含んでいてもよい。このような構成により、透光性と導電性とを備えた導電パターンを形成することができる。

本発明の導電パターン形成方法は、支持層と、支持層の上に設けられ、熱によって支持層との密着性が低下する保護層と、保護層の上に設けられ、導電性ナノ材料を含む導電層と、を備えた導電パターン形成用熱転写リボンを用いて対象物の表面に導電パターンを形成する方法であって、導電パターン形成用熱転写リボンの導電層を対象物の表面に接触させる接触工程と、導電パターンの形状に対応した熱転写型導電性リボンの一部の領域に熱を加える加熱工程と、支持層を対象物から引き離し、この領域に対応した導電層の部分及び保護層の部分を、対象物の表面に導電パターンとして転写する転写工程と、を備えたことを特徴とする。このような構成によれば、形成する導電パターンに対応したリボンの位置を加熱することで、導電性ナノ材料を含む導電層のパターンを熱転写することができる。

本発明の導電パターンの形成方法において、対象物の表面には配線パターンが設けられ、転写工程において、転写された導電層の部分が配線パターンと導通させるようにしてもよい。このような構成により、熱転写された導電パターンと対象物の配線パターンとの間の導通を得ることができる。

本発明の導電パターンの形成方法において、導電性ナノ材料は、金ナノワイヤ、銀ナノワイヤ、銅ナノワイヤ及びカーボンナノチューブよりなる群から選択された少なくとも１種の材料を含んでいてもよい。このような構成により、透光性と導電性とを備えた導電パターンを形成することができる。

本発明の導電パターンの形成方法において、導電パターン形成用熱転写リボンは長尺状であって第１ロールとして巻回されており、対象物は長尺状であって第２ロールとして巻回されており、第１ロール及び第２ロールからそれぞれ導電パターン形成用熱転写リボン及び対象物を引き出しながら接触工程、加熱工程及び転写工程を行うようにしてもよい。このような構成により、ロールトゥロールで導電性ナノ材料を含む導電パターンを連続的に形成することができる。

本発明の導電パターンの形成方法において、サーマルヘッドによって導電パターン形成用熱転写リボンと対象物とを押しつけながら相対的に移動させることにより、接触工程、加熱工程及び転写工程を行うようにしてもよい。このような構成により、例えばサーマルヘッドの走査によって導電性ナノ材料を含む導電パターンを連続的に熱転写することができる。

本発明によれば、導電性ナノ材料を用いてパターンを安定して形成することができる導電パターン形成用熱転写リボン及び導電パターンの形成方法を提供することが可能になる。

実施形態に係る導電パターン形成用熱転写リボンを例示する断面図である。 本実施形態に係る導電パターンの形成方法を例示するフローチャートである。 （ａ）〜（ｃ）は導電パターンの形成方法を例示する断面図である。 ロールによる熱転写の例を示す模式図である。 （ａ）及び（ｂ）は、サーマルヘッドの走査による熱転写の例を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、同一の部材には同一の符号を付し、一度説明した部材については適宜その説明を省略する。

（導電パターン形成用熱転写リボン）
図１は、実施形態に係る導電パターン形成用熱転写リボンを例示する断面図である。
図１に表したように、本実施形態に係る導電パターン形成用熱転写リボン１（以下、単に「リボン１」と言う。）は、支持層１０と、保護層２０と、導電層３０と、を備える。保護層２０は、支持層１０と導電層３０との間に設けられる。

支持層１０は、積層される保護層２０及び導電層３０を支持する層である。支持層１０には、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）による樹脂フィルムが用いられる。

保護層２０は、支持層１０の一方側（本実施形態では「上」とする。）に設けられる。保護層２０は導電層３０を保護するための層である。すなわち、後述する導電層３０を熱転写して導電パターンを形成した際、保護層２０は導電パターンの表面を覆う保護部材の役目を果たす。保護層２０には、例えばアクリル樹脂が用いられる。

導電層３０は保護層２０の上に設けられる。導電層３０は導電性ナノ材料３１を含む。導電性ナノ材料３１はバインダ３２内に所定の割合で分散している。導電性ナノ材料３１の一部は、導電層３０の保護層２０とは反対側の面から露出していてもよい。これにより、熱転写によって形成された導電パターンと、この導電パターンが形成された対象物との導通を確実に得ることができる。

導電性ナノ材料３１は、金ナノワイヤ、銀ナノワイヤ、銅ナノワイヤ及びカーボンナノチューブよりなる群から選択された少なくとも１種の材料を含む。導電性ナノ材料３１を用いることで、熱転写によって形成される導電パターンの高い透光性とともに低電気抵抗化を図ることができる。

このような本実施形態に係るリボン１においては、加熱によって支持層１０と保護層２０との密着性が低下する機能を有する。これにより、リボン１を加熱した部分だけ支持層１０を保護層２０から剥離できるようになる。

本実施形態に係るリボン１において、保護層２０は積層構造体であってもよい。例えば、保護層２０における支持層１０に対向する側に第１剥離層２１が設けられていてもよい。第１剥離層２１は、熱によって支持層１０との密着性が低下する機能を有する。第１剥離層２１を設けることで、加熱によって第１剥離層２１から容易に支持層１０を剥がすことができるようになる。

ここで、保護層２０自体に支持層１０に対する十分な剥離性がある場合には、第１剥離層２１を設ける必要はない。また、保護層２０自体に支持層１０に対する剥離性があっても、さらに剥離性を高めたい場合には第１剥離層２１を設けてもよい。

本実施形態に係るリボン１において、支持層１０は積層構造体であってもよい。例えば、支持層１０における保護層２０に対向する側に第２剥離層１１が設けられていてもよい。第２剥離層１１は、熱によって保護層２０との密着性が低下する機能を有する。第２剥離層１１を設けることで、加熱によって第２剥離層１１と保護層２０との密着性を低下させて、容易に支持層１０を剥がすことができるようになる。

また、本実施形態に係るリボン１において、導電層３０の保護層２０とは反対側に接着性材料を含む接着層４０が設けられていてもよい。接着層４０が設けられていることで、リボン１を対象物に接触させて加熱及び圧接した際、転写される導電パターンを確実に対象物に接着させることができる。

接着層４０を設ける場合、接着層４０の厚さを、リボン１の接着層４０側の面を対象物に対して加熱及び圧接したときに、導電性ナノ材料３１の一部が接着層４０を貫通して対象物に接触できる厚さにすることが望ましい。これにより、接着層４０による導電パターンの確実な接着とともに、接着層４０を貫通した導電性ナノ材料３１の接触によって導電パターンと対象物との間の確実な導通を得ることができる。

（導電パターンの形成方法）
次に、本実施形態に係る導電パターンの形成方法について説明する。
図２は、本実施形態に係る導電パターンの形成方法を例示するフローチャートである。
図２に表したように、本実施形態に係る導電パターンの形成方法は、先ず、リボン１の接触を行う（ステップＳ１０１）。すなわち、本実施形態に係るリボン１と対象物との位置決めを行った後、リボン１を対象物に接触させる接触工程を行う。

次に、リボン１の加熱を行う（ステップＳ１０２）。この加熱には圧接が含まれていてもよい。すなわち、リボン１を対象物に接触させた状態で、形成するパターン形状に対応した領域を加熱する処理を行う（加熱工程）。

次に、導電層３０の転写を行う（ステップＳ１０３）。先の加熱工程において加熱されたリボン１の領域においては、支持層１０と保護層２０との密着性が低下している。この状態で支持層１０を剥がすことで、密着性の低下した保護層２０及び導電層３０は対象物に残され、その他の部分は支持層１０とともに剥がされることになる。この残った保護層２０及び導電層３０が導電パターンとなる（転写工程）。

図３（ａ）〜（ｃ）は導電パターンの形成方法を例示する断面図である。
図３（ａ）には図２のステップＳ１０１に示す接触工程に対応した状態が表される。対象物１００は、絶縁性の基材１０１と、基材１０１の表面に設けられた配線パターン１０２とを備える。また、図３（ａ）〜（ｃ）に表したリボン１には接着層４０が設けられている。接触工程では、対象物１００の配線パターン１０２とリボン１の接着層４０側とを向かい合わせて両者を接触させる。

図３（ｂ）には図２のステップＳ１０２の加熱工程に対応した状態が表される。加熱工程では、サーマルヘッドＴＨが用いられる。すなわち、サーマルヘッドＴＨをリボン１の支持層１０側に接触させて必要な領域に熱を加える。サーマルヘッドＴＨは、例えば１２００ｄｐｉ程度の解像度で熱を加える領域を設定することができる。サーマルヘッドＴＨによる加熱とともにサーマルヘッドＴＨからリボン１を対象物１００側に押圧する。

図３（ｃ）には図２のステップＳ１０３の転写工程に対応した状態が表される。先の加熱工程で熱が加えられた領域では、支持層１０と保護層２０との密着性が低下している。また、熱が加えられた接着層４０の領域は、対象物１００と密着した状態になっている。この状態で支持層１０を引き上げると、熱が加えられた領域の保護層２０及び導電層３０が対象物１００に残され、それ以外の部分は支持層１０とともに剥離されることになる。

残された保護層２０及び導電層３０は導電パターンＰとして対象物１００に転写される。すなわち、リボン１においてサーマルヘッドＴＨから熱を加えられた領域が導電パターンＰとして対象物１００に転写されることになる。

ここで、導電パターンＰの導電層３０に含まれる導電性ナノ材料３１の一部は、加熱工程において接着層４０を貫通して対象物１００の配線パターン１０２と接触することになる。これにより、導電パターンＰと配線パターン１０２との確実な導通を得ることができる。

このようなリボン１の熱転写による導電パターンＰの形成では、固体の導電層３０を熱転写して導電パターンＰを形成できる。したがって、形成される導電パターンＰに含まれる導電性ナノ材料３１の密度のばらつきを少なくすることができる。

導電性ナノ材料３１を含む導電性インクをスクリーン等によって印刷塗布して導電パターンを形成する場合には、液体の導電性インクが用いられる。このため、印刷塗布時や乾燥時にムラが生じやすいため均一な膜厚や線幅を作ることが容易ではなく、導電パターン内で導電性ナノ材料３１の密度にばらつきが発生しやすい。

本実施形態のようにリボン１を用いた熱転写では、導電層３０が固体であるため導電層３０内で導電性ナノ材料３１が移動しない。また、熱が加えられるときにはサーマルヘッドＴＨによって押圧されているため、導電性ナノ材料３１の密度分布を維持したまま転写できることになる。したがって、導電パターンＰ内での導電性ナノ材料３１の密度にばらつきが発生しにくく、抵抗値のばらつきや断線を起こすことなくパターン形成できるようになる。

例えば、導電性ナノ材料３１を含む導電性インクをスクリーン等によって印刷塗布して導電パターンを形成する場合、断線せずに安定した抵抗値を得るためには線幅として１００μｍ以下の導電パターンを形成することは困難である。本実施形態に係るリボン１を用いた熱転写では、線幅として１００μｍ以下の導電パターンＰであっても断線せず安定した抵抗値を得ることが可能である。

（ロールによる熱転写）
次に、ロールによる熱転写の例を説明する。
図４は、ロールによる熱転写の例を示す模式図である。
図４に表したように、リボン１は長尺状に設けられ、第１ロールＲ１として巻回されている。一方、対象物１００も長尺状に設けられ、第２ロールＲ２として巻回されている。第１ロールＲ１及び第２ロールＲ２を用いて熱転写を行うには、第１ロールＲ１からリボン１を引き出して巻き取りロールＷ１に巻き取っていく。また、第２ロールＲ２から対象物１００を引き出して巻き取りロールＷ２に巻き取っていく。この際、リボン１と対象物１００とを同じ方向及び同じ速度で巻き取っていき、途中で両者をサーマルヘッドＴＨと支持台ＢＰとの間で挟んで加熱及び圧接を行う。

このリボン１及び対象物１００の走行のタイミングに合わせてサーマルヘッドＴＨからリボン１に熱を加える。これによってリボン１及び対象物１００をロールトゥロールで走行させながら導電パターンＰの熱転写を連続的に行うことができる。

（走査による熱転写）
次に、サーマルヘッドＴＨの走査による熱転写の例を説明する。
図５（ａ）及び（ｂ）は、サーマルヘッドの走査による熱転写の例を示す模式図である。
先ず、図５（ａ）に表したように、対象物１００とリボン１とを対向させて、リボン１の所定位置にサーマルヘッドＴＨを接触させる。この接触によってリボン１が対象物１００側に押しつけられ、リボン１と対象物１００とが接触することになる。

次に、サーマルヘッドＴＨからリボン１に熱を加えるとともに、サーマルヘッドＴＨを一方向Ｄ１に移動（走査）させる。サーマルヘッドＴＨは、図５（ａ）に示す位置から図５（ｂ）に示す位置まで移動する。このサーマルヘッドＴＨの移動（走査）による対象物１００との相対的な位置に合わせてサーマルヘッドＴＨからリボン１に熱を加える。これにより、対象物１００の所定位置に導電パターンＰが連続的に形成される。

なお、図５（ａ）及び（ｂ）に示す例ではサーマルヘッドＴＨを移動（走査）させているが、サーマルヘッドＴＨを固定して対象物１００を移動させてもよい。また、サーマルヘッドＴＨ及び対象物１００の両方を移動させてもよい。すなわち、サーマルヘッドＴＨと対象物１００とを相対的に移動させながらサーマルヘッドＴＨからリボン１を加熱及び圧接すればよい。

以上説明したように、本実施形態に係るリボン１及び導電パターンＰの形成方法よれば、導電性ナノ材料３１を用いた導電パターンＰを熱転写によって安定して形成することができる。また、フォトリソグラフィ及びエッチングを行うことなく直接導電パターンＰを形成できるので、ドライプロセスのみでパターン形成することができる。特に、線幅の細い導電パターンＰであっても、短時間で確実なパターン形成を行うことが可能になる。

なお、上記に本実施形態およびその適用例を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。例えば、前述の各実施形態またはその適用例に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、各実施形態の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含有される。

１…導電パターン形成用熱転写リボン
１０…支持層
１１…第２剥離層
２０…保護層
２１…第１剥離層
３０…導電層
３１…導電性ナノ材料
３２…バインダ
４０…接着層
１００…対象物
１０１…基材
１０２…配線パターン
ＴＨ…サーマルヘッド
Ｐ…導電パターン
Ｒ１…第１ロール
Ｒ２…第２ロール
Ｗ１，Ｗ２…巻き取りロール

Claims (12)

1. 支持層と、
   前記支持層の上に設けられた保護層と、
   前記保護層の上に設けられ、導電性ナノ材料を含む導電層と、
   を備え、
   前記支持層と前記保護層との密着性は、加熱によって低下することを特徴とする導電パターン形成用熱転写リボン。
2. 前記保護層は、積層構造体であって、熱によって前記支持層との密着性が低下する材料を含有する第１剥離層を、前記支持層に対向する側に備える、請求項１記載の導電パターン形成用熱転写リボン。
3. 前記支持層は、積層構造体であって、熱によって前記保護層との密着性が低下する材料を含有する第２剥離層を、前記保護層に対向する側に備える、請求項１または請求項２に記載の導電パターン形成用熱転写リボン。
4. 前記導電性ナノ材料の一部は、前記導電層の前記保護層とは反対側の面から露出する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の導電パターン形成用熱転写リボン。
5. 前記導電層の前記保護層とは反対側には接着性材料を含む接着層が設けられ、
   前記接着層の厚さは、前記熱転写型導電性リボンの前記接着層側の面を対象物に対して加熱圧接したときに、前記導電性ナノ材料の一部が前記接着層を貫通して前記対象物に接触できる厚さである、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の導電パターン形成用熱転写リボン。
6. 前記導電層は接着性材料を含む、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の導電パターン形成用熱転写リボン。
7. 前記導電性ナノ材料は、金ナノワイヤ、銀ナノワイヤ、銅ナノワイヤ及びカーボンナノチューブよりなる群から選択された少なくとも１種の材料を含む、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の導電パターン形成用熱転写リボン。
8. 支持層と、前記支持層の上に設けられ、熱によって前記支持層との密着性が低下する保護層と、前記保護層の上に設けられ、導電性ナノ材料を含む導電層と、を備えた導電パターン形成用熱転写リボンを用いて対象物の表面に導電パターンを形成する方法であって、
   前記導電パターン形成用熱転写リボンの前記導電層を前記対象物の表面に接触させる接触工程と、
   前記導電パターンの形状に対応した前記熱転写型導電性リボンの一部の領域に熱を加える加熱工程と、
   前記支持層を前記対象物から引き離し、前記領域に対応した前記導電層の部分及び前記保護層の部分を、前記対象物の表面に導電パターンとして転写する転写工程と、
   を備えたことを特徴とする導電パターンの形成方法。
9. 前記対象物の表面には配線パターンが設けられ、
   前記転写工程において、転写された前記導電層の部分が前記配線パターンと導通する、請求項８記載の導電パターンの形成方法。
10. 前記導電性ナノ材料は、金ナノワイヤ、銀ナノワイヤ、銅ナノワイヤ及びカーボンナノチューブよりなる群から選択された少なくとも１種の材料を含む、請求項８または請求項９に記載の導電パターンの形成方法。
11. 前記導電パターン形成用熱転写リボンは長尺状であって第１ロールとして巻回されており、
    前記対象物は長尺状であって第２ロールとして巻回されており、
    前記第１ロール及び前記第２ロールからそれぞれ前記導電パターン形成用熱転写リボン及び前記対象物を引き出しながら前記接触工程、前記加熱工程及び前記転写工程を行う、請求項８から請求項１０のいずれか１項に記載の導電パターンの形成方法。
12. サーマルヘッドによって前記導電パターン形成用熱転写リボンと前記対象物とを押しつけながら相対的に移動させることにより、前記接触工程、前記加熱工程及び前記転写工程を行う、請求項８から請求項１０のいずれか１項に記載の導電パターンの形成方法。