JP2018181153A - フィルム構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】たとえ金属配線を微細化したとしても、接着層の収縮により金属配線と接着層との剥離が生じにくく、接着性の向上を実現できるフィルム構造体を提供する。【解決手段】凹部３が形成された透明基材２と、凹部３の底部３ａに設けられた金属配線４と、透明基材２上に配された接着層５とを備え、金属配線４の表面粗さＲａが透明基材２の表面粗さＲａよりも小である。【選択図】 図１

Description

本発明は、金属で構成される導電層の形成された透明基材を備えるフィルム構造体に関する。

静電容量式タッチパネルは、透明基材と、透明基材上に形成された導電層とを備えている。導電層には、従来、インジウム錫酸化物であるＩＴＯなどの透明導電素材を用いて構成されている。ＩＴＯは抵抗率が高く、タッチパネルのサイズが大型化すると、静電容量検出の感度が低下し、動作速度の遅延が発生し、タッチパネルとして動作させることが困難になる場合がある。そこで、銅又は銅合金などの低抵抗率の導電性金属からなる導体線をＩＴＯの代替として用いる静電容量式タッチパネルが提案されている。
例えば、特許文献１に示すような透明基材の上に金属配線層と、視認性を低下させるため金属光沢の反射率を低下させる黒化層とを備える製造方式がある。
図１０を用いて特許文献１について簡単に説明する。図１０において、黒化層２５を透明基材２２に設けられている金属配線層２４の上に備えることにより、金属配線層２４の反射率を低下させることで視認性が低下する。なお、この方式については、特許文献１に詳しく説明されている。

特開２０１５−１０３２２３号公報

しかしながら、タッチパネルとして使用する際には、金属配線の上部に接着層および透明保護層が接着されるが、視認性を低下させるために、金属配線を微細化すると、接着層の収縮により金属配線と接着層との剥離が起こりやすく、接着性が悪いという問題があった。
金属配線の接着性を向上させるためには、単純には、金属配線の表面積を増やすか、又は、金属配線の表面粗さを粗くすればよいと考えられる。
しかしながら、単純に表面積を増やすと、視認性が上がってしまうという課題があった。また、単純に表面粗さを粗くすれば、断面積が小さな部分が生じてしまい、電気抵抗が増加してしまうという課題があった。

本発明は、前記従来の問題点に鑑み、金属配線よりも接着層との接触面積が大きい透明基材の表面粗さを粗くして、透明基材と接着層との接着性を向上させた上で、金属配線を、透明基材と接着層とで挟み付けることにより、金属配線と接着層との接着性の向上を図ろうとするものであって、たとえ金属配線を微細化したとしても、接着層の収縮により金属配線と接着層との剥離が生じにくく、接着性の向上を可能としたフィルム構造体を提供することを目的としている。

本発明の１つの態様にかかるフィルム構造体は、
凹部が形成された透明基材と、
前記凹部の底部に設けられた金属配線と、
前記透明基材上に配された接着層とを備え、
前記金属配線の表面粗さが前記透明基材の表面粗さよりも小である。

以上のように、本発明の前記態様によれば、例えば視認性を低下させるために金属配線を微細化したとしても、透明基材の表面粗さを金属配線の表面粗さよりも粗くすることで接着層の収縮により金属配線と接着層との剥離が生じにくくなり、金属配線と接着層との接着性を向上させることができるフィルム構造体の提供を実現できる。

本発明の第１の実施形態で用いたフィルム構造体の部分断面図 本発明の第１の実施形態で用いたフィルム構造体への第１の製造工程の概略図 本発明の第１の実施形態で用いたフィルム構造体への第２の製造工程の概略図 本発明の第１の実施形態で用いたフィルム構造体への第３の製造工程の概略図 本発明の第１の実施形態で用いたフィルム構造体への第４の製造工程の概略図 本発明の第１の実施形態で用いたフィルム構造体において溝部形状の開口部を狭小化させたものの写真を含む説明図 本発明の第１の実施形態で用いたフィルム構造体において溝部形状を変化させていないものの写真を含む説明図 基材表面部の粗さを変化させた場合の接着層の密着強度をピール試験により評価したグラフの図 全光線透過率と接着表面粗さとの関係を示すグラフの図 従来例で用いたフィルム構造体の構成を示す概略図。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について、図１乃至図４を参照して説明する。
図１に、本発明の第１の実施形態におけるフィルム構造体１の厚み方向の断面の一部を示した概略図を示す。フィルム構造体１の主な用途はノートパソコン又はタブレットなどにおけるタッチパネル用の静電容量式センサである。
図１において、フィルム構造体１は、透明基材２と、金属配線４と、接着層５とを備えて構成されている。

透明基材２は、例えばＰＥＴ樹脂又はポリカーボネード樹脂で構成され、その厚さが１００ｎｍ以下で幅が５００ｍｍ以上であるフィルム構造体である。透明基材２は、可視光透過率が９０％以上である。透明基材２には、例えば、深さ約２μｍで底部３ａの幅が約２μｍである複数の凹部３が設けられる。なお、凹部３の幅寸法、言い換えれば、金属配線４の幅が３μｍ超となると、人が視認可能になるため、平面視において、金属配線４がその幅を超えないよう、凹部３の幅は３μｍ以下とするのが望ましい。一方、金属配線４の電気抵抗の観点から、凹部３の幅は０．１μｍ以上とするのが望ましい。

凹部３の側面部３ｂおよび底部３ａには、例えばＣｕ又はＡｇで構成されて厚さが２００ｎｍ以上かつ凹部３の深さの半分以下の金属配線４が設けられている。金属配線４の厚さが２００ｎｍを下回ると、後工程又は使用時に除去又は剥離する蓋然性が高く、一方、凹部３の深さの半分を超えると、視認性の悪化を招くからである。本実施形態においては、一例として、金属配線４の厚さを２００ｎｍ以上でかつ１０００ｎｍ以下とする。
金属配線４は、金属で構成される導電層であり、少なくとも凹部３の底部３ａの全部を覆うように配される。さらに、必要に応じて、凹部３の側面部３ｂにも金属配線４を設ければよい。一般的に、線幅が３μｍを下回ると人間の目視では視認困難となり、線幅が２μｍ以下となると、人間の目視では視認不可能となる。このため、フィルム構造体１の平面視において、金属配線４の幅を２μｍ以下としている。一方で、凹部３の側面部３ｂに沿うように金属配線４を側面部３ｂにも設ける場合には、金属配線４の体積を増加させて、電気抵抗を下げることができる。加えて、金属配線４を凹部３の側面部３ｂに沿わせていることで、平面視において、金属配線４の幅は、凹部３の底部３ａの幅と変わらない、すなわち、凹部３の側面部３ｂに沿う金属配線４は、凹部３の底部３ａの金属配線４と重複するため（凹部３の側面部３ｂに沿う金属配線４は、平面視で見えない）、低い視認性を担保しつつ低抵抗を実現できる。

凹部３は、その開口部３ｃが底部３ａと比べて狭小形状となっており、開口部３ｃの幅は少なくとも２μｍ未満であり、好ましくは底部３ａの半分（１μｍ）以下かつ０．１μｍ以上である。この範囲とすることで、視認性の悪化を抑えつつ、金属配線４の剥離を防止できる。

透明基材２の上には、接着層５(例えばＵＶ硬化樹脂などの光学接着剤)を介して、透明保護基材６(例えばＰＥＴ又はカバーガラスなど)が接着され、フィルム構造体１が構成されている。フィルム構造体１の全体厚みは、一例として、使用する製品の薄型化に伴い、０．２ｍｍ以下となっている。接着層５は、透明基材２の上面部９に密着するとともに、接着層５の一部が凹部３内に入り込んでいる。凹部３の開口部３ｃが底部３ａよりも幅狭のアリ溝形状であるとき、そのアリ溝形状の凹部３内に接着層５の一部が位置することにより、接着層５の透明基材２に対する抜け止め効果を発揮させることができて接着層５が透明基材２から剥離しにくくなり、接着層５と透明基材２との接着性が更に向上する。

金属配線４の表面粗さ（算術平均粗さＲａ）は、透明基材２の表面粗さ（算術平均粗さＲａ）よりも小とする。これにより、透明基材表面の高い表面粗さＲａにより、透明基材２と接着層５とのアンカー効果を増加させ、透明基材２の上面部９の透明保護基材６との密着性を確保することができる。この際、金属配線４も、透明基材２と同様に表面粗さＲａを高くしてしまうと、金属配線４の厚みは２００ｎｍ程度のため、下限値としてＲａ＝２ｎｍで約２％の電気抵抗が悪化し、上限値としてＲａ＝４ｎｍで約５％の電気抵抗が悪化してしまう。そこで、前記した以上に電気抵抗が悪化しないようにするためには、金属配線４の表面粗さＲａを、透明基材表面より低く、Ｒａ＝２ｎｍ以上かつ４ｎｍ以下にすることが望ましい。

金属配線４の表面粗さＲａを前記したように構成することにより、金属配線４の局所的な細りが発生し難く、金属配線４の断面積の低下が抑えられるため、電気抵抗 Ｒ＝ρＬ／Ａ の式より求められる電気抵抗Ｒの悪化が抑えられる。なお、この式で、ρは比例定数であり、Ｌは金属配線４の長さであり、Ａは金属配線４の断面積である。また、金属配線４の表面粗さＲａを前記したように構成することにより、静電気による配線破壊も起こり難くすることができる。

次に、図２〜図５に、本発明の第１の実施形態のフィルム構造体１の製造方法を説明する。

まず、第１の製造工程として、図２において透明基材２に印刷により微細配線構造を形成するマスク層７を構成する。

その後、第２の製造工程として、図３に示すようにエッチング法によりマスク層７に遮られていない開口部分７ａに凹部３を形成する。

その後、第３の製造工程として、図４に示すようにスパッタリング法により、金属配線４の一例としてのＣｕ膜を、透明基材２の表面およびマスク層７の表面、凹部３の側部３ｂおよび底部３ａのそれぞれ全面に成膜する。

その後、第４の工程として、図５に示すように、透明基材２の上面部９に、アルミナを主成分とする研磨剤１０を塗布しつつ、不繊布で構成された研磨工具１１を揺動させることにより、透明基材の上面部９にあるＣｕ膜の金属配線４を除去する。この際に、研磨工具１１に３ＰＳＩ（言い換えると、２０．７ｋＰａ）以上の荷重を加えることにより、図３に示すように凹部３の側面部３ｂのＣｕ膜が変形し、図１に示すように凹部３の開口部３ｃを狭小化させる。研磨工具１１に与える荷重が低いと、図４に示す状態のままのような、溝部と開口部が平行な配線のフィルム構造体となる。また、透明基材２の上面部９のみが研磨されるため、表面粗さＲａを任意に調整することができ、表面粗さＲａを粗くすることで、接着性を向上させることができる。

その後、第５の製造工程として、接着層５をスピンコートにより塗布し、透明保護基材６を接着することで、図１に示すフィルム構造体１を製造する。
このようにすることで、金属配線４の視認性を低下させつつ凹部３の側面部３ｂ及び底部３ａに低抵抗率となるように金属配線４を設けながら、透明基材２の表面粗さＲａを金属配線４の表面粗さＲａよりも粗くすることで金属配線４と接着層５との接着性が向上したフィルム構造体１を製造できる。

以上述べた本発明の第１の実施形態において、透明基材２の上面部９を研磨する際に、適切な荷重をかけて研磨することにより、金属配線４の表面粗さ（算術平均粗さＲａ）が透明基材２の表面粗さ（算術平均粗さＲａ）よりも小にできる。これにより、前記したように、透明基材表面の高い表面粗さＲａにより、透明基材２と接着層５とのアンカー効果を増加させ、透明基材２の上面部９の透明保護基材６との密着性を確保することができる。

また、より高い圧力で、例えば具体的には１．５倍の圧力で上面部９を研磨することで、図６に示すような透明基材２の凹部３の開口部３ｃを狭小化した形状とすることができる。一般的には、図７に示すように開口部３ｃは、凹部３の底部３ａと同じ幅の形状では密着性の改善には表面積の増加分しか作用しないため、密着性の向上には限界がある。一方で、透明基材２の厚さ方向の断面の凹部の開口部が狭小化した形状に対して接着層５の例えばＵＶ硬化樹脂などが入り込み固まることで、接着層５と透明基材２との間で、より強固な密着性を確保することができ、透明基材２に対する透明保護基材６の接着強度が高くなり、振動などによる層間剥離を防止することができ信頼性が向上する。

なお、本発明の第１の実施形態において、透明基材への凹部形成方法として、マスク印刷とエッチング法とを用いたが、他の微細配線構造の形成方法、例えばレーザ加工又は機械加工等を使用しても良い。

また、図８に示す基材（ＰＥＴ）表面部の粗さＲａを変化させた場合の接着層（ＵＶ硬化樹脂）の密着強度をピール試験により評価した結果を示す。透明基材２の上面部９の表面粗さＲａは、金属配線４の表面粗さＲａが前述の通りにＲａ＝２ｎｍ以上かつ４ｎｍ以下に研磨されている表面粗さＲａに対して、透明基材２の上面部９を、金属配線４の表面粗さＲａの２倍以上粗くすることで、より接着性が１．３倍まで向上することを確認した。この結果、透明基材２の上面部９の表面粗さＲａは、少なくともＲａ＝４ｎｍ以上とすることが望ましい。透明基材２の上面部９の表面粗さＲａの上限値としては、透明基材２の上面部９を、より粗くすることで密着強度を向上できるが、図９に示すように透明基材２の上面部９の表面粗さＲａがＲａ＝１０ｎｍを上回る数値になると、接着層と透明基材表面との間に空気層が入ってしまい、著しく透過率が悪化するため、透明性（透過率９０％以上）を確保できない。

以上から、前記透明基材２の上面部９の前記表面粗さＲａはＲａ＝４ｎｍ以上かつＲａ＝１０ｎｍ以下であることが望ましい。

前記第１の実施形態によれば、例えば視認性を低下させるために金属配線４を微細化したとしても、透明基材２の表面粗さＲａを金属配線４の表面粗さＲａよりも粗くすることで接着層５の収縮により金属配線４と接着層５との剥離が生じにくくなり、金属配線４と接着層５との接着性を向上させることができる。

最後に、本発明の種々の態様について記載しておく。
本発明の第１の態様によれば、凹部が形成された透明基材と、
前記凹部の底部に設けられた金属配線と、
前記透明基材上に配された接着層とを備え、
前記金属配線の表面粗さが前記透明基材の表面粗さよりも小である、フィルム構造体を提供する。
このような構成によれば、透明基材の表面粗さを大きくすることで、透明基材と接着層との接着性を向上させることができる。また、これにより、透明基材表面の高い表面粗さＲａにより、透明基材と接着層とのアンカー効果を増加させ、透明基材の上面部の接着層との密着性を確保することができる。

本発明の第２の態様によれば、記凹部の開口は、前記透明基材の厚さ方向の断面において、前記凹部の前記底部より狭小であり、
前記接着層の一部は、前記凹部内に位置する、第１の態様に記載のフィルム構造体を提供する。
このような構成により、接着層に対して凹部がアリ溝形状となり、かつ、そのアリ溝形状の凹部内に接着層の一部が位置することにより、接着層の透明基材に対する抜け止め効果を発揮させることができて接着層が透明基材から剥離しにくくなり、接着層と透明基材との接着性が更に向上する。

本発明の第３の態様によれば、前記金属配線が前記凹部の側面部に沿わせて設けられ、
前記凹部の開口は、前記透明基材の厚さ方向の断面において、前記凹部の前記底部より狭小であって、平面視において、前記金属配線の幅は、前記凹部の前記底部の幅と同じであり、
前記接着層の一部は、前記凹部内に位置する、第１の態様に記載のフィルム構造体を提供する。
このような構成により、金属配線が底部と側面部に設けられるので、金属配線の体積を増加させ、抵抗率を低下させることができる。また、金属配線を凹部の側面部に沿わせていることで、平面視において、金属配線の幅は、凹部の底部の幅と変わらない。すなわち、凹部の側面部に沿う金属配線は、凹部の底部の金属配線と重複するため、低い視認性を担保しつつ低抵抗を実現できる。

本発明の第４の態様によれば、前記透明基材の前記表面粗さがＲａ＝４ｎｍ以上かつＲａ＝１０ｎｍ以下であることを特徴とする第１〜３のいずれか１つの態様に記載のフィルム構造体を提供する。
このような構成により、透明基材の表面粗さＲａをＲａ＝４ｎｍ以上とすることで透明基材と接着層との接着性を向上することができるとともに、Ｒａ＝１０ｎｍ以下とすることで、Ｒａ＝１０ｎｍを超えることによる光学鏡面が失われることを防止できる。

本発明の第５の態様によれば、前記金属配線の前記表面粗さは、Ｒａ＝２ｎｍ以上かつＲａ＝４ｎｍ以下である、第１〜４のいずれか１つの態様に記載のフィルム構造体を提供する。
このような構成により、金属配線の局所的な細りが発生し難く、金属配線の断面積の低下が抑えられるため、電気抵抗の悪化を抑制することができる。また、金属配線の表面粗さを前記したように構成することにより、静電気による配線破壊も起こり難くすることができる。

なお、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせ又は実施例同士の組み合わせ又は実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態又は実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。

本発明の前記態様にかかるフィルム構造体によれば、透明基材の表面粗さを大きくすることで、接着層との接着性を向上させることができる、フィルム構造体を実現出来る。本発明の前記態様は、特に、フレキシブル性が求められるタッチパネル又は生体にフィットするスマートウォッチなどのウェアラブル端末に応用することができる。

１ フィルム構造体
２ 透明基材
３ 凹部
３ａ 底部
３ｂ 側面部
３ｃ 開口部
４ 金属配線
５ 接着層
６ 透明保護基材
７ マスク層
７ａ 開口
９ 透明基材の上面部
１０ 研磨剤
１１ 研磨工具

Claims (5)

1. 凹部が形成された透明基材と、
   前記凹部の底部に設けられた金属配線と、
   前記透明基材上に配された接着層とを備え、
   前記金属配線の表面粗さが前記透明基材の表面粗さよりも小である、フィルム構造体。
2. 前記凹部の開口は、前記透明基材の厚さ方向の断面において、前記凹部の前記底部より狭小であり、
   前記接着層の一部は、前記凹部内に位置する、請求項１に記載のフィルム構造体。
3. 前記金属配線が前記凹部の側面部に沿わせて設けられ、
   前記凹部の開口は、前記透明基材の厚さ方向の断面において、前記凹部の前記底部より狭小であって、平面視において、前記金属配線の幅は、前記凹部の前記底部の幅と同じであり、
   前記接着層の一部は、前記凹部内に位置する、請求項１に記載のフィルム構造体。
4. 前記透明基材の前記表面粗さがＲａ＝４ｎｍ以上かつＲａ＝１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のフィルム構造体。
5. 前記金属配線の前記表面粗さは、Ｒａ＝２ｎｍ以上かつＲａ＝４ｎｍ以下である、請求項１〜４のいずれか１つに記載のフィルム構造体。