JP2021056162A - 導電フィルムおよび温度センサフィルム - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂フィルム基材上に金属薄膜を備える導電フィルム、および樹脂フィルム基材上の金属薄膜がパターニングされた温度センサフィルムを提供する。【解決手段】温度センサフィルムの作製に用いられる導電フィルム（１０１）は、樹脂フィルム基材（５０）の一主面上に、下地層（２０）として酸化クロム薄膜（２１）を介して金属薄膜（１０）を備える。金属薄膜をパターニングして、測温抵抗部と、測温抵抗部に接続されたリード部とを形成することにより、温度センサフィルムが得られる。【選択図】図１

Description

本発明は、フィルム基材上にパターニングされた金属薄膜を備える温度センサフィルム、ならびに温度センサフィルムの作製に用いられる導電フィルムおよびその製造方法に関する。

電子機器には多数の温度センサが用いられている。温度センサとしては、熱電対やチップサーミスタが一般的である。熱電対やチップサーミスタ等により、面内の複数箇所の温度を測定する場合は、測定点ごとに温度センサを配置し、それぞれの温度センサをプリント配線基板等に接続する必要があるため、製造プロセスが煩雑となる。また、面内の温度分布を測定するためには基板上に多数のセンサを配置する必要があり、コストアップの要因となる。

特許文献１には、フィルム基材上に金属膜を設け、金属膜をパターニングして、測温抵抗部とリード部を形成した温度センサフィルムが提案されている。金属膜をパターニングする形態では、１層の金属膜から測温抵抗部と、測温抵抗部に接続されたリード部とを形成可能であり、個々の測温センサを配線で接続する作業を必要としない。また、フィルム基材を用いるため、可撓性に優れ、大面積化への対応も容易であるとの利点を有する。

金属膜をパターニングした温度センサでは、リード部を介して測温抵抗部に電圧を印加し、金属の抵抗値が温度により変化する特性を利用して、温度を測定する。温度測定の精度を高めるためには、温度変化に対する抵抗変化の大きい材料が好ましい。特許文献２には、ニッケルは、銅に比べて温度に対する感度（抵抗変化）が約２倍であることが記載されている。

特開２００５−９１０４５号公報 特開平７−３３３０７３号公報

ニッケル等の金属は、温度が高いほど抵抗が大きくなる特性（正特性）を示し、バルクのニッケルは、温度上昇に対する抵抗の変化率（抵抗温度係数；ＴＣＲ）が約６０００ｐｐｍ／℃であることが知られている。一方、本発明者らが、樹脂フィルム基材上にスパッタ法によりニッケル薄膜を形成し、その特性を評価したところ、ＴＣＲがバルクのニッケルの半分程度であり、温度センサフィルムとして使用する際の温度測定精度に改善の余地がある。

この点に鑑みさらに検討の結果、樹脂フィルム基材上に金属薄膜を形成後、加熱処理を実施することにより、ＴＣＲが上昇することを見出した。しかし、加熱処理を行うと、ＴＣＲが上昇する反面、樹脂フィルム基材から金属薄膜が剥離しやすくなることが判明した。

当該課題に鑑み、本発明は、樹脂フィルム基材上に金属薄膜を備え、金属薄膜の密着性に優れる導電フィルムの提供を目的とする。

温度センサ用導電フィルムは、樹脂フィルム基材の一主面上に、酸化クロム薄膜を含む下地層を備え、下地層上に金属薄膜を備える。樹脂フィルム基材上に下地層としての酸化クロム薄膜を設け、その上に、直接または他の無機薄膜を介して金属薄膜を設けることにより、金属薄膜の密着性が向上する傾向がある。

この導電フィルムの金属薄膜をパターニングすることにより、温度センサフィルムを形成できる。温度センサフィルムは、樹脂フィルム基材の一主面上に、下地層およびパターニングされた金属薄膜を備え、金属薄膜が測温抵抗部とリード部とにパターニングされている。樹脂フィルム基材の両面に、下地層および金属薄膜を設けてもよい。

測温抵抗部は、温度測定を行う部分に設けられており、細線にパターニングされている。リード部は測温抵抗部よりも大きな線幅にパターニングされており、リード部の一端が測温抵抗部に接続されている。リード部の他端は、外部回路等と接続される。リード部にコネクタを接続し、コネクタを介して外部回路との接続を行ってもよい。

下地層は、酸化クロム薄膜以外の薄膜を備えていてもよい。例えば、酸化クロム薄膜上に酸化シリコン等のシリコン系薄膜を設け、その上に金属薄膜を形成してもよい。金属薄膜の厚みは２０〜５００ｎｍが好ましい。金属薄膜の抵抗温度係数は３０００ｐｐｍ／℃以上が好ましい。金属薄膜は、ニッケルまたはニッケル合金からなるニッケル系薄膜であってもよい。

樹脂フィルム基材上に酸化クロム薄膜を介して金属薄膜が設けられた導電フィルム、および金属薄膜をパターニングした温度センサフィルムは、金属薄膜の密着性が高く、加工性、耐久性および信頼性に優れている。

導電フィルムの積層構成例を示す断面図である。 導電フィルムの積層構成例を示す断面図である。 温度センサフィルムの平面図である。 温度センサにおける測温抵抗部近傍の拡大図であり、Ａは２線式、Ｂは４線式の形状を示している。

図１および図２は、温度センサフィルムの形成に用いられる導電フィルムの積層構成例を示す断面図であり、樹脂フィルム基材５０の一主面上に金属薄膜１０を備え、樹脂フィルム基材５０と金属薄膜１０との間に下地層２０を備える。この導電フィルム１０１，１０２の金属薄膜１０をパターニングすることにより、図３の平面図に示す温度センサフィルム１１０が得られる。

［導電フィルム］
＜樹脂フィルム基材＞
樹脂フィルム基材５０は、透明でも不透明でもよい。樹脂フィルム基材５０は、樹脂フィルムのみからなるものでもよく、図１および図２に示すように、樹脂フィルム５の表面にハードコート層（硬化樹脂層）６を備えるものでもよい。樹脂フィルム基材５０の厚みは特に限定されないが、一般には、２〜５００μｍ程度であり、２０〜３００μｍ程度が好ましい。

樹脂フィルム基材５０の表面（ハードコート層６が設けられている場合には、樹脂フィルム５の表面および／またはハードコート層６の表面）には、易接着層、帯電防止層等が設けられていてもよい。樹脂フィルム基材５０の表面には、下地層２０との密着性向上等を目的として、コロナ放電処理、紫外線照射処理、プラズマ処理、スパッタエッチング処理等の処理を施してもよい。

（樹脂フィルム）
樹脂フィルム５の樹脂材料としては、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリイミド、ポリオレフィン、ノルボルネン系等の環状ポリオレフィン、ポリカーボネート、ポリエーテルスルフォン、ポリアリレート等が挙げられる。耐熱性、寸法安定性、電気的特性、機械的特性、耐薬品特性等の観点から、ポリイミドまたはポリエステルが好ましい。樹脂フィルム５の厚みは特に限定されないが、一般には、２〜５００μｍ程度であり、２０〜３００μｍ程度が好ましい。

（ハードコート層）
樹脂フィルム５の表面にハードコート層６が設けられることにより、導電フィルムの硬度が向上し、耐擦傷性が高められる。ハードコート層６は、例えば、樹脂フィルム５上に、硬化性樹脂を含有する溶液を塗布することにより形成できる。

硬化性樹脂としては、熱硬化型樹脂、紫外線硬化型樹脂、電子線硬化型樹脂等が挙げられる。硬化性樹脂の種類としてはポリエステル系、アクリル系、ウレタン系、アクリルウレタン系、アミド系、シリコーン系、シリケート系、エポキシ系、メラミン系、オキセタン系、アクリルウレタン系等の各種の樹脂が挙げられる。

これらの中でも、硬度が高く、紫外線硬化が可能で生産性に優れることから、アクリル系樹脂、アクリルウレタン系樹脂、およびエポキシ系樹脂が好ましい。特に、下地層に含まれる酸化クロム薄膜との密着性が高いことから、アクリル系樹脂およびアクリルウレタン系樹脂が好ましい。紫外線硬化型樹脂には、紫外線硬化型のモノマー、オリゴマー、ポリマー等が含まれる。好ましく用いられる紫外線硬化型樹脂は、例えば紫外線重合性の官能基を有するもの、中でも当該官能基を２個以上、特に３〜６個有するアクリル系のモノマーやオリゴマーを成分として含むものが挙げられる。

ハードコート層６には微粒子が含まれていてもよい。ハードコート層６に微粒子を含めることにより、樹脂フィルム基材５０の金属薄膜１０形成面（下地層２０形成面）の表面形状を調整できる。微粒子としては、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、酸化カルシウム、酸化錫、酸化インジウム、酸化カドミウム、酸化アンチモン等の各種金属酸化物微粒子、ガラス微粒子、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリウレタン、アクリル−スチレン共重合体、ベンゾグアナミン、メラミン、ポリカーボネート等のポリマーからなる架橋又は未架橋の有機系微粒子、シリコーン系微粒子等を特に制限なく使用できる。

微粒子の平均粒子径（平均一次粒子径）は、１０ｎｍ〜１０μｍ程度が好ましい。ハードコート層が、０．５μｍ〜１０μｍ程度、好ましくは０．８μｍ〜５μｍ程度のサブミクロンまたはμｍオーダーの平均粒子径を有する微粒子（以下「マイクロ粒子」と記載する場合がある）を含むことにより、ハードコート層６の表面（樹脂フィルム基材５０の表面）、およびその上に設けられる薄膜の表面に、直径がサブミクロンまたはμｍオーダーの突起が形成され、導電フィルムの滑り性、耐ブロッキング性、および耐擦傷性が向上する傾向がある。

微粒子の粒子径がサブミクロンまたはμｍオーダーであれば、粒子径と同程度の直径を有する突起が形成されるため、ｎｍスケールでみた場合には表面が平滑であり、金属薄膜の抵抗温度係数（ＴＣＲ）が大きくなる傾向がある。ハードコート層の表面の全体に均一に凹凸を形成する観点から、ハードコート層におけるマイクロ粒子の量は、樹脂成分１００重量部に対して０．０５〜２０重量部が好ましく、０．１〜１０重量部がより好ましい。

ハードコート層が、１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度、好ましくは２０〜８０ｎｍ程度の平均粒子径を有する微粒子（以下「ナノ粒子」と記載する場合がある）を含むことにより、ハードコート層６の表面（樹脂フィルム基材５０の表面）に微細な凹凸が形成され、ハードコート層６と下地層２０および金属薄膜１０との密着性が向上する傾向がある。ハードコート層におけるナノ粒子の量は、樹脂成分１００重量部に対して、１〜５０重量部程度であってもよい。

密着性向上を目的としてナノ粒子を用いる場合、ハードコート層におけるナノ粒子の量は、樹脂成分１００重量部に対して、５重量部以上、１０重量部以上、または１５重量部以上であってもよい。ナノ粒子の量が多いほど、ハードコート層上に形成される薄膜との密着性が向上する傾向がある。一方、ナノ粒子の量が過度に大きい場合は、表面凹凸に起因して金属薄膜の結晶化が妨げられ、ＴＣＲが低下する場合がある。そのため、ハードコート層におけるナノ粒子の量は、樹脂成分１００重量部に対して、４０重量部以下が好ましく、３０重量部以下がより好ましい。

ハードコート層におけるナノ粒子の量は、樹脂成分１００重量部に対して、２５重量部以下、２０重量部以下、１５重量部以下、１０重量部以下、５重量部以下、または３重量部以下であってもよく、ハードコート層はナノ粒子を含んでいなくてもよい。後述のように、樹脂フィルム基材５０上に下地層２０として酸化クロム薄膜を設けることにより、金属薄膜１０の密着性が向上する傾向があるため、ハードコート層６がナノ粒子を含んでいない場合でも、金属薄膜１０の密着性に優れる導電フィルム導電フィルムが得られる。

ハードコート層を形成するための溶液（ハードコート組成物）には、紫外線重合開始剤が配合されていることが好ましい。溶液中には、レベリング剤、チクソトロピー剤、帯電防止剤等の添加剤が含まれていてもよい。

ハードコート層６の厚みは特に限定されないが、高い硬度を実現するためには、０．５μｍ以上が好ましく、０．８μｍ以上がより好ましく、１μｍ以上がさらに好ましい。塗布による形成の容易性を考慮すると、ハードコート層の厚みは１５μｍ以下が好ましく、１０μｍ以下がより好ましい。

ハードコート層にマイクロ粒子が含まれる場合、ハードコート層の厚みがマイクロ粒子の平均一次粒子径と同等以下であれば、ハードコート層の表面に突起が形成されやすく、滑り性、耐ブロッキング性、および耐擦傷性が向上に有利である。一方、マイクロ粒子の厚みに比してハードコート層の厚みが過度に小さい場合は、ハードコート層から微粒子が脱落し、滑り性、耐ブロッキング性、および耐擦傷性の低下の原因となり得る。ハードコート層の厚みは、マイクロ粒子の平均一次粒子径の０．３〜１．２倍が好ましく、０．５〜１倍がより好ましい。

樹脂フィルム基材５０の下地層２０形成面の算術平均粗さＲａは、２０ｎｍ以下が好ましく、１０ｎｍ以下がより好ましく、５ｎｍ以下がさらに好ましい。樹脂フィルム基材５０の算術平均粗さＲａは、３ｎｍ以下または２ｎｍ以下であってもよい。基材の表面粗さを小さくすることにより、その上に形成される薄膜（下地層２０および金属薄膜１０）のカバレッジが良好となり、緻密な膜が形成されやすく金属薄膜１０の比抵抗が小さくなる傾向がある。また、基材の表面粗さが小さいほど、金属薄膜が結晶化されやすく、ＴＣＲが大きくなる傾向がある。算術平均粗さＲａは、走査型プローブ顕微鏡を用いた１μｍ四方の観察像から、長さ１μｍの粗さ曲線を抽出し、ＪＩＳ Ｂ０６０１：２０１３に準じて算出される。

＜下地層＞
導電フィルム１０１は、樹脂フィルム基材５０と金属薄膜１０との間に下地層２０を備える。下地層２０は単層でもよく、図２に示すように２層以上の薄膜の積層構成でもよい。樹脂フィルム基材５０と金属薄膜１０との間に、無機材料の下地層２０が設けられることにより、金属薄膜１０の抵抗温度係数（ＴＣＲ）が大きくなる傾向があり、温度センサフィルムにおける温度測定精度が向上する。また、下地層２０が設けられることにより、耐屈曲性が向上する場合がある。

下地層２０は、少なくとも１層の酸化クロム薄膜を含む。樹脂フィルム基材５０と金属薄膜１０との間に酸化クロム薄膜が設けられることにより、金属薄膜１０の密着性が向上し、樹脂フィルム基材からの金属薄膜の剥離が抑制される傾向がある。図２に示すように、下地層２０が複数の薄膜を含む場合は、樹脂フィルム基材５０（ハードコート層が設けられている場合はハードコート層６）に接する薄膜２１が酸化クロム薄膜であることが好ましい。

一般に、銅やニッケル等の金属薄膜は、樹脂フィルム等の有機材料との密着性が十分ではない。特に、樹脂フィルムの表面にハードコート層が設けられている場合は、ハードコート層により平滑化され、表面凹凸によるアンカー効果が発揮され難いため、金属薄膜の密着性が小さくなる傾向がある。また、樹脂フィルム基材上に金属薄膜を形成後、金属薄膜の結晶性向上等を目的として加熱処理を行うと、樹脂フィルム基材の寸法変化や、結晶化による金属薄膜の残留応力の変化等に起因して、樹脂フィルム基材と金属薄膜との界面（有機／無機界面）の応力歪が大きくなり、金属薄膜の密着性が低下する場合がある。

樹脂フィルム基材５０上に酸化クロム薄膜を設けることにより、有機／無機界面の密着性が向上し、その上に形成される金属薄膜１０の剥離が抑制される傾向がある。酸化クロム薄膜が樹脂材料と高い密着性を示す理由としては、Ｃｒ原子と、樹脂中に含まれるカルボニル基等の極性官能基との静電相互作用、配位結合の形成、電荷移動錯体の形成等が考えられる。

下地層２０は、酸化クロム薄膜と酸化クロム以外の薄膜を含む多層構成でもよい。金属薄膜１０への炭素の混入を抑制する観点から、下地層２０を構成する薄膜は無機材料であることが好ましい。下地層２０は導電性でも絶縁性でもよい。金属薄膜１０の直下に配置される薄膜２１が導電性の無機材料（無機導電体）である場合は、温度センサフィルムの作製時に金属薄膜１０とともに薄膜２１（または下地層２０全体）をパターニングすればよい。薄膜２１が絶縁性の無機材料（無機誘電体）である場合、薄膜２１はパターニングしてもよく、パターニングしなくてもよい。

無機材料としては、Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｔｌ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｂｉ，Ｓｅ，Ｔｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｓｃ，Ｙ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎ，Ｔｃ，Ｒｅ，Ｆｅ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｚｎ，Ｃｄ等の金属元素または半金属元素、およびこれらの合金、窒化物、酸化物、炭化物、窒酸化物等が挙げられる。

酸化クロム薄膜２１と金属薄膜１０との間に無機薄膜２２が設けられる場合、無機薄膜２２の材料としては、シリコン系材料が好ましい。金属薄膜１０の直下にシリコン系薄膜２２が設けられることにより、金属薄膜のＴＣＲが大きくなる場合がある。シリコン系材料としては、シリコン、ならびに酸化シリコン、窒化シリコンおよび炭化シリコン等のシリコン化合物が挙げられる。中でも、金属薄膜に対する密着性に優れることから、酸化シリコンが好ましい。金属薄膜１０の直下に、比抵抗の大きい酸化シリコン薄膜２２が設けられることにより、配線（パターニングされた金属薄膜）間の漏れ電流が低減し、温度センサフィルムの温度測定精度が向上する傾向がある。酸化シリコンは化学量論組成（ＳｉＯ_２）でもよく、非化学量論組成（ＳｉＯ_ｘ；ｘ＜２）でもよい。非化学量論組成である酸化シリコン（ＳｉＯ_ｘ）は、１．２≦ｘ＜２が好ましい。

下地層２０の厚みおよび下地層２０を構成する薄膜の厚みは特に限定されない。密着性向上の観点から、酸化クロム薄膜の厚みは１ｎｍ以上が好ましく、３ｎｍ以上がより好ましい。酸化クロム薄膜の厚みは５ｎｍ以上であってもよい。生産性向上や材料コスト低減の観点から、酸化クロム薄膜の厚みは５０ｎｍ以下が好ましく、３０ｎｍ以下がより好ましく、２０ｎｍ以下がさらに好ましい。酸化クロム薄膜の厚みは、１５ｎｍ以下または１０ｎｍ以下であってもよい。

酸化クロム薄膜２１上に、酸化シリコン等のシリコン系薄膜２２が設けられる場合、シリコン系薄膜２２の厚みは、１ｎｍ以上が好ましく、３ｎｍ以上がより好ましい。シリコン系薄膜の厚みは、５ｎｍ以上、７ｎｍ以上または１０ｎｍ以上であってもよい。生産性向上や材料コスト低減の観点から、シリコン系薄膜２２の厚みは１００ｎｍ以下が好ましく、５０ｎｍ以下がより好ましく、３０ｎｍ以下がさらに好ましい。シリコン系薄膜２２の厚みは、２５ｎｍ以下、２０ｎｍ以下または１５ｎｍ以下であってもよい。

下地層２０の合計厚みは、５ｎｍ以上が好ましい。下地層２０の厚みが大きいほど、金属薄膜形成時の樹脂フィルム基材へのダメージ低減や、樹脂フィルム基材からのアウトガスの遮断効果が高められる。一方、生産性向上や材料コスト低減の観点から、下地層の合計厚みは１５０ｎｍ以下が好ましく、１００ｎｍ以下がより好ましく、５０ｎｍ以下がさらに好ましい。

＜金属薄膜＞
下地層２０上に設けられる金属薄膜１０は、温度センサにおける温度測定の中心的な役割を果たす。金属薄膜１０をパターニングすることにより、図３に示すように、リード部１１および測温抵抗部１２が形成される。樹脂フィルム基材５０上に、下地層２０として酸化クロム薄膜を介して金属薄膜１０を設けることにより、金属薄膜の密着性が向上する傾向があり、温度センサフィルムの加工時や使用環境における膜剥がれを抑制できる。

金属薄膜１０を構成する金属材料の例としては、銅、銀、アルミニウム、金、ロジウム、タングステン、モリブデン、亜鉛、スズ、コバルト、インジウム、ニッケル、鉄、白金、パラジウム、スズ、アンチモン、ビスマス、マグネシウム、およびこれらの合金等が挙げられる。これらの中でも、低抵抗であり、ＴＣＲが高く、材料が安価であることから、ニッケル、銅、またはこれらを主成分とする（５０重量％以上含む）合金が好ましく、特にニッケル、またはニッケルを主成分とするニッケル合金が好ましい。

金属薄膜１０の厚みは特に限定されないが、低抵抗化の観点（特に、リード部の抵抗を小さくする観点）から、２０ｎｍ以上が好ましく、４０ｎｍ以上がより好ましく、５０ｎｍ以上がさらに好ましい。一方、成膜時間の短縮およびパターニング精度向上等の観点から、金属薄膜１０の厚みは、５００ｎｍ以下が好ましく、３００ｎｍ以下がより好ましい。一般に、金属薄膜の厚みが大きくなると、残留応力が大きくなり樹脂フィルム基材との密着性が低下する傾向があるが、下地層として酸化クロム薄膜を設けることにより密着性が向上するため、金属薄膜の厚みが大きい場合でも、樹脂フィルム基材からの金属薄膜の剥離を抑制できる。

金属薄膜１０がニッケル薄膜またはニッケル合金薄膜である場合、温度２５℃における比抵抗は、１．６×１０^−５Ω・ｃｍ以下が好ましく、１．５×１０^−５Ω・ｃｍ以下がより好ましい。リード部の抵抗を小さくする観点からは、金属薄膜の比抵抗は小さいほど好ましく、１．２×１０^−５Ω・ｃｍ以下、または１．０×１０^−５Ω・ｃｍ以下であってもよい。金属薄膜の比抵抗は小さいほど好ましいが、バルクのニッケルよりも比抵抗を小さくすることは困難であり、一般に比抵抗は７．０×１０^−６Ω・ｃｍ以上である。

金属薄膜１０のＴＣＲは、３０００ｐｐｍ／℃以上が好ましく、３４００ｐｐｍ／℃以上がより好ましく、３６００ｐｐｍ／℃以上がさらに好ましく、３８００ｐｐｍ／℃以上が特に好ましい。ＴＣＲは、温度上昇に対する抵抗の変化率である。ニッケルや銅等の金属は、温度上昇に伴って抵抗が線形的に増加する特性（正特性）を有する。正特性を有する材料のＴＣＲは、温度Ｔ_０における抵抗値Ｒ_０と、温度Ｔ_１における抵抗値Ｒ_１から、下記式により算出される。
ＴＣＲ＝｛（Ｒ_１−Ｒ_０）／Ｒ_０｝／（Ｔ_１−Ｔ_０）

本明細書では、Ｔ_０＝２５℃およびＴ_１＝５℃における抵抗値から算出されるＴＣＲと、Ｔ_０＝２５℃およびＴ_１＝４５℃における抵抗値から算出されるＴＣＲの平均値を金属薄膜のＴＣＲとする。

ＴＣＲが大きいほど、温度変化に対する抵抗の変化が大きく、温度センサフィルムにおける温度測定精度が向上する。そのため、金属薄膜のＴＣＲは大きいほど好ましいが、バルクの金属よりもＴＣＲを大きくすることは困難であり、金属薄膜のＴＣＲは一般に６０００ｐｐｍ／℃以下である。

前述のように、樹脂フィルム基材５０上に下地層２０を設け、その上に金属薄膜１０を形成することにより、金属薄膜の比抵抗が小さくなり、ＴＣＲが大きくなる傾向がある。特に、酸化クロム薄膜２１上に、酸化シリコン等の無機薄膜２２を設けることにより、金属薄膜のＴＣＲが大きくなる傾向がある。また、樹脂フィルム基材５０およびその上に形成される下地層２０の表面の算術平均粗さＲａが小さい場合に、金属薄膜１０の比抵抗が小さくなり、ＴＣＲが大きくなる傾向がある。酸化クロムは平滑性の高い膜が形成されやすく、その上に形成される無機薄膜２２も表面の平滑性が向上することが、金属薄膜１０のＴＣＲ向上の一因であると考えられる。

金属薄膜１０の表面の算術平均粗さＲａは、２０ｎｍ以下が好ましく、１５ｎｍ以下がより好ましく、１０ｎｍ以下がさらに好ましい。金属薄膜１０の表面粗さが小さいほど、ＴＣＲが大きくなる傾向があり、ＴＣＲの増加に伴って、金属薄膜をパターニングした温度センサフィルムの温度測定精度が向上する。

＜下地層および金属薄膜の形成方法＞
下地層２０の形成方法は特に限定されず、ドライコーティング、ウェットコーティングのいずれも採用し得る。スパッタ法により金属薄膜を形成する場合は、生産性の観点から、下地層２０もスパッタ法により形成することが好ましい。

金属薄膜の形成方法は特に限定されず、例えば、スパッタ法、真空蒸着法、電子ビーム蒸着法、化学気相蒸着法（ＣＶＤ）、化学溶液析出法（ＣＢＤ）、めっき法等の成膜方法を採用できる。これらの中でも、膜厚均一性に優れた薄膜を成膜できることから、スパッタ法が好ましい。ロールトゥーロールスパッタ装置を用い、長尺の樹脂フィルム基材を長手方向に連続的に移動させながら成膜を行うことにより、導電フィルムの生産性が高められる。

ロールトゥーロールスパッタによる金属薄膜の形成においては、スパッタ装置内にロール状のフィルム基材を装填後、スパッタ成膜の開始前に、スパッタ装置内を排気して、フィルム基材から発生する有機ガス等の不純物を取り除いた雰囲気とすることが好ましい。事前に装置内およびフィルム基材中のガスを除去することにより、金属薄膜１０への水分や有機ガス等の混入量を低減できる。スパッタ成膜開始前のスパッタ装置内の真空度（到達真空度）は、例えば、１×１０^−１Ｐａ以下であり、５×１０^−２Ｐａ以下が好ましく、１×１０^−２Ｐａ以下がより好ましい。

金属薄膜のスパッタ成膜には、金属ターゲットを用い、アルゴン等の不活性ガスを導入しながら成膜が行われる。例えば、金属薄膜１０としてニッケル薄膜を形成する場合は、金属Ｎｉターゲットが用いられる。スパッタ法により下地層を形成する場合、下地層の材料に応じてターゲットを選択すればよい。例えば、酸化クロム薄膜の形成には金属Ｃｒターゲットまたは酸化クロムターゲットが用いられる。金属Ｃｒターゲットを用いる場合は、アルゴン等の不活性ガスに加えて酸素等の反応性ガスをチャンバー内に導入しながら反応性スパッタによる成膜が行われる。反応性スパッタでは、金属領域と酸化物領域との中間の遷移領域となるように酸素量を調整することが好ましい。シリコン薄膜を形成する場合は、シリコンターゲットが用いられる。酸化シリコン薄膜の成膜には、酸化シリコンターゲットを用いてもよく、シリコンターゲットを用いて反応性スパッタにより酸化シリコンを形成してもよい。

スパッタ成膜条件は特に限定されない。金属薄膜への水分や有機ガス等の混入を抑制するためには、金属薄膜の成膜時の樹脂フィルム基材へのダメージを低減することが好ましい。樹脂フィルム基材５０上に酸化クロム薄膜を含む下地層２０を設け、その上に金属薄膜１０を形成することにより、金属薄膜１０成膜時の樹脂フィルム基材５０へのプラズマダメージを抑制できる。また、下地層２０を設けることにより、樹脂フィルム基材５０から発生する水分や有機ガス等を遮断して、金属薄膜１０への水分や有機ガス等の混入を抑制できる。

また、成膜時の基板温度を低くする、放電パワー密度を低くする等により、樹脂フィルム基材からの水分や有機ガスの発生を抑制できる。金属薄膜のスパッタ成膜における基板温度は２００℃以下が好ましく、１８０℃以下がより好ましく、１７０℃以下がさらに好ましい。一方、樹脂フィルム基材の脆化防止等の観点から、基板温度は−３０℃以上が好ましい。プラズマ放電を安定させつつ、樹脂フィルム基材へのダメージを抑制する観点から、放電パワー密度は、１〜１５Ｗ／ｃｍ^２が好ましく、１．５〜１０Ｗ／ｃｍ^２がより好ましい。

［温度センサフィルム］
導電フィルムの金属薄膜１０をパターニングすることにより、温度センサフィルムが形成される。下地層２０は、パターニングしてもよく、パターニングしなくてもよい。金属薄膜直下の層が絶縁性材料である場合は、下地層２０をパターニングする必要はない。

図３に示すように、温度センサフィルムにおいて、金属薄膜は、配線状に形成されたリード部１１と、リード部１１の一端に接続された測温抵抗部１２を有する。リード部１１の他端は、コネクタ１９に接続されている。

測温抵抗部１２は、温度センサとして作用する領域であり、リード部１１を介して測温抵抗部１２に電圧を印加し、その抵抗値から温度を算出することにより温度測定が行われる。温度センサフィルム１１０の面内に複数の測温抵抗部を設けることにより、複数個所の温度を同時に測定できる。例えば、図３に示す形態では、面内の５箇所に測温抵抗部１２が設けられている。

図４Ａは、２線式の温度センサにおける測温抵抗部近傍の拡大図である。測温抵抗部１２は、金属薄膜が細線状にパターニングされたセンサ配線１２２，１２３により形成されている。センサ配線は、複数の縦電極１２２が、その端部で横配線１２３を介して連結されてヘアピン状の屈曲部を形成し、つづら折れ状のパターンを有している。

測温抵抗部１２のパターン形状を形成する細線の線幅が小さく（断面積が小さく）、測温抵抗部１２のセンサ配線の一端１２１ａから他端１２１ｂまでの線長が大きいほど、２点間の抵抗が大きく、温度変化に伴う抵抗変化量も大きいため、温度測定精度が向上する。図４に示すようなつづら折れ状の配線パターンとすることにより、測温抵抗部１２の面積が小さく、かつセンサ配線の長さ（一端１２１ａから他端１２１ｂまでの線長）を大きくできる。なお、温度測定部のセンサ配線のパターン形状は図４に示すような形態に限定されず、らせん状等のパターン形状でもよい。

センサ配線１２２（縦配線）の線幅、および隣接する配線間の距離（スペース幅）は、フォトリソグラフィーのパターニング精度に応じて設定すればよい。線幅およびスペース幅は、一般には１〜１５０μｍ程度である。センサ配線の断線を防止する観点から、線幅は３μｍ以上が好ましく、５μｍ以上が好ましい。抵抗変化を大きくして温度測定精度を高める観点から、線幅は１００μｍ以下が好ましく、７０μｍ以下がより好ましい。同様の観点から、スペース幅は３〜１００μｍが好ましく、５〜７０μｍがより好ましい。

測温抵抗部１２のセンサ配線の両端１２１ａ，１２１ｂは、それぞれ、リード部１１ａ、１１ｂの一端に接続されている。２本のリード部１１ａ，１１ｂは、わずかな隙間を隔てて対向する状態で、細長のパターン状に形成されており、リード部の他端は、コネクタ１９に接続されている。リード部は、十分な電流容量を確保するために、測温抵抗部１２のセンサ配線よりも広幅に形成されている。リード部１１ａ，１１ｂの幅は、例えば０．５〜１０ｍｍ程度である。リード部の線幅は、測温抵抗部１２のセンサ配線１２２の線幅の３倍以上が好ましく、５倍以上がより好ましく、１０倍以上がさらに好ましい。

コネクタ１９には複数の端子が設けられており、複数のリード部は、それぞれ異なる端子に接続されている。コネクタ１９は外部回路と接続されており、リード部１１ａとリード部１１ｂの間に電圧を印加することにより、リード部１１ａ、測温抵抗部１２およびリード部１１ｂに電流が流れる。所定電圧を印加した際の電流値、または電流が所定値となるように電圧を印加した際の印加電圧から抵抗値が算出される。得られた抵抗値と、予め求められている温度との関係式、または抵抗値と温度の関係を記録したテーブル等に基づいて、抵抗値から温度が算出される。

ここで求められる抵抗値は、測温抵抗部１２の抵抗に加えて、リード部１１ａおよびリード部１１ｂの抵抗も含んでいるが、測温抵抗部１２の抵抗は、リード部１１ａ，１１ｂの抵抗に比べて十分に大きいため、求められる測定値は、測温抵抗部１２の抵抗とみなしてよい。なお、リード部の抵抗による影響を低減する観点から、リード部を４線式としてもよい。

図４Ｂは、４線式の温度センサにおける測温抵抗部近傍の拡大図である。測温抵抗部１２のパターン形状は、図４Ａと同様である。４線式では、１つの測温抵抗部１２に４本のリード部１１ａ１，１１ａ２，１１ｂ１，１１ｂ２が接続されている。リード部１１ａ１，１１ｂ１は電圧測定用リードであり、リード部１１ａ２，１１ｂ２は電流測定用リードである。電圧測定用リード１１ａ１および電流測定用リード１１ａ２は、測温抵抗部１２のセンサ配線の一端１２１ａに接続されており、電圧測定用リード１１ｂ１および電流測定用リード１１ｂ２は、測温抵抗部１２のセンサ配線の他端１２１ｂに接続されている。４線式では、リード部の抵抗を除外して測温抵抗部１２のみの抵抗値を測定できるため、より誤差の少ない測定が可能となる。２線式および４線式以外に、３線式を採用してもよい。

金属薄膜のパターニング方法は特に限定されない。パターニングが容易であり、精度が高いことからフォトリソグラフィー法によりパターニングを行うことが好ましい。フォトリソグラフィーでは、金属薄膜の表面に、上記のリード部および測温抵抗部の形状に対応するエッチングレジストを形成し、エッチングレジストが形成されていない領域の金属薄膜をウェットエッチングにより除去した後、エッチングレジストを剥離する。金属薄膜のパターニングは、レーザ加工等のドライエッチングにより実施することもできる。

上記の実施形態では、樹脂フィルム基材５０上に、下地層２０を設け、その上にスパッタ法等により金属薄膜１０を形成し、金属薄膜をパターニングすることにより、基板面内に、複数のリード部および測温抵抗部を形成できる。この温度センサフィルムのリード部１１の端部にコネクタ１９を接続することにより、温度センサ素子が得られる。この実施形態では、複数の測温抵抗部にリード部が接続されており、複数のリード部を１つのコネクタ１９と接続すればよい。そのため、面内の複数個所の温度を測定可能な温度センサ素子を簡便に形成できる。

上記の実施形態では、樹脂フィルム基材の一方の主面上に下地層および金属薄膜を設けたが、樹脂フィルム基材の両面に下地層および金属薄膜を設けてもよい。また、樹脂フィルム基材の一方の主面上に下地層および金属薄膜を設け、他方の主面には異なる積層構成の薄膜を設けてもよい。

温度センサフィルムのリード部と外部回路との接続方法は、コネクタを介した形態に限定されない。例えば、温度センサフィルム上に、リード部に電圧を印加して抵抗を測定するためのコントローラを設けてもよい。また、リード部と外部回路からのリード配線とを、コネクタを介さずに半田付け等により接続してもよい。

温度センサフィルムは、樹脂フィルム基材上に薄膜が設けられた簡素な構成であり、生産性に優れるとともに、加工が容易であり、曲面への適用も可能である。また、金属薄膜のＴＣＲが大きいため、より精度の高い温度測定を実現可能である。さらに、本発明の実施形態では、金属薄膜の密着性が高いため、加工性、耐久性および信頼性に優れる温度センサフィルムを形成できる。

以下に、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

［ハードコート層付きフィルム基材の作製］
平均粒子径１．５μｍの架橋ポリメタクリル酸メチル粒子（積水化成品工業製「テクポリマー ＳＳＸ−１０１」）と紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂（アイカ工業製「アイカアイトロン Ｚ８４４−２２ＨＬ」とを含み，メチルイソブチルケトンを溶媒とするコーティング組成物を調製した。組成物中の粒子の量は、バインダー樹脂の固形分１００重量部に対して，０．２重量部であった．この組成物を、厚み１５０μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム（東レ製「ルミラー １４９ＵＮＳ」；Ｒａ＝１．６ｎｍ）の一方の面に塗布し、１００℃で１分間乾燥した。その後，紫外線照射により硬化処理を行い，厚み０．８μｍのハードコート層を形成した。

［実施例１］
ロールトゥーロールスパッタ装置内に、上記のハードコート層付きフィルム基材のロールをセットし、スパッタ装置内を到達真空度が５×１０^−３Ｐａとなるまで排気した後、基板温度８０℃にて、ハードコート層形成面上に、厚み７ｎｍの酸化クロム層、および厚み２５０ｎｍのニッケル層を、順に、ＤＣスパッタにより成膜した。酸化クロム層の形成には、金属Ｃｒターゲットを用い、スパッタガスとしてのアルゴンに加えて反応性ガスとして酸素を導入し（Ｏ_２／Ａｒ＝１／８）、圧力０．３Ｐａ、パワー密度１．４Ｗ／ｃｍ^２の条件で成膜した。ニッケル層は、金属ニッケルターゲットを用い、スパッタガスとしてアルゴンを導入し、圧力０．３Ｐａ、パワー密度５．０Ｗ／ｃｍ^２の条件で成膜した。

［実施例２］
ハードコート層付きフィルム基材ハードコート層形成面上に、厚み７ｎｍの酸化クロム層、厚み１０ｎｍの酸化シリコン（ＳｉＯ_２）層および厚み１６０ｎｍのニッケル層を、順に、ＤＣスパッタにより成膜した。ＳｉＯ_２層の成膜には、ＢドープＳｉターゲットを用い、スパッタガスとしてのアルゴンに加えて反応性ガスとして酸素を導入し（Ｏ_２／Ａｒ＝１／８）、圧力０．３Ｐａ、パワー密度１．４Ｗ／ｃｍ^２の条件で成膜した。酸化クロム層およびニッケル層の成膜条件は、実施例１と同様であった。

［比較例１］
ハードコート層付きフィルム基材ハードコート層形成面上に、下地層を設けずに、厚み２５０ｎｍのニッケル層を、実施例１と同様の条件で成膜した。

［比較例２］
ハードコート層付きフィルム基材ハードコート層形成面上に、厚み５ｎｍのシリコン層、厚み１０ｎｍのＳｉＯ_２層および厚み２５０ｎｍのニッケル層を、順に、ＤＣスパッタにより成膜した。Ｓｉ層の成膜には、ＢドープＳｉターゲットを用い、スパッタガスとしてアルゴンを導入し、圧力０．３Ｐａ、パワー密度１．０Ｗ／ｃｍ^２の条件で成膜した。ＳｉＯ_２層およびニッケル層の成膜条件は、実施例２と同様であった。

［比較例３］
ニッケル層の厚みを１６０に変更したこと以外は比較例２と同様にして、ハードコート層付きフィルム基材ハードコート層形成面上に、厚み５ｎｍのシリコン層、厚み１０ｎｍのＳｉＯ_２層および厚み１６０ｎｍのニッケル層を形成した。

［評価］
上記の実施例および比較例の導電フィルムを、Ａ４サイズに切り出し、１５５℃の熱風オーブン中で６０分の加熱処理行った。加熱処理前後のフィルムのそれぞれについて、下記の評価を実施した。

＜抵抗温度係数＞
（測定用試料の作製）
導電フィルムを、１０ｍｍ×２００ｍｍのサイズにカットし、レーザーパターニングにより、ニッケル層を線幅３０μｍのストライプ形状にパターン加工して、図４Ａに示す形状の測温抵抗部を形成した。パターニングに際しては、全体の配線抵抗が約１０ｋΩ、測温抵抗部の抵抗がリード部の抵抗の３０倍となるように、パターンの長さを調整し、測定用試料（温度センサフィルム）を作製した。

（抵抗温度係数の測定）
小型の加熱冷却オーブンで、温度センサフィルムの測温抵抗部を５℃、２５℃、４５℃とした。リード部の一方の先端と他方の先端をテスタに接続し、定電流を流し電圧を読み取ることにより、それぞれの温度における２端子抵抗を測定した。５℃および２５℃の抵抗値から計算したＴＣＲと、２５℃、４５℃の抵抗値から計算したＴＣＲの平均値を、ニッケル層のＴＣＲとした。

（密着性）
導電フィルムのニッケル薄膜形成面に、縦・横それぞれの方向に１ｍｍ間隔でカッターナイフを用いて切り目を入れ、１００マスの碁盤目を形成し、旧ＪＩＳ−Ｋ５４００の碁盤目試験に準じて剥離試験を行い、マスの面積の１／４以上の領域で薄膜が剥離している碁盤目の個数をカウントした。数字が小さいほど密着性が高いことを示す。

実施例および比較例の導電フィルムの積層構成（ハードコート（ＨＣ）層の厚み、下地層の構成およびＮｉ層の厚み）、ならびに評価結果（ＴＣＲおよび密着性）を表１に示す。

いずれの実施例および比較例においても、加熱処理後にＴＣＲが上昇する傾向がみられた。これは、加熱処理によりニッケル薄膜の結晶性が向上したことに起因すると考えられる。

下地層を設けずにフィルム基材のハードコート層上に直接のニッケル薄膜（２５０ｎｍ）を形成した比較例１の導電フィルムは、加熱処理前は良好な密着性を示したが、加熱試験後は密着性著しい低下がみられた。ハードコート層上に、下地層としてシリコン薄膜および酸化シリコン薄膜を設け、その上にニッケル薄膜を形成した比較例２では、比較例１に比べると密着性の改善がみられたが、比較例１と同様、加熱処理後に密着性の著しい低下がみられた。ニッケル薄膜の厚みが小さい比較例３では、比較例２に比べて加熱処理後の密着性が改善していたが、ＴＣＲが低下していた。

ハードコート層上に、下地層として酸化クロム薄膜を設け、その上にニッケル薄膜（２５０ｎｍ）を形成した実施例１では、加熱処理後も優れた密着性を示した。また、実施例１の導電性フィルムは比較例１，２に比べてＴＣＲが上昇していた。

酸化クロム薄膜上に酸化シリコン薄膜を設け、その上にニッケル薄膜（１６０ｎｍ）を形成した実施例２も、実施例１と同様、加熱処理前後のいずれにおいても優れた密着性を示した。実施例２と比較例３との対比から、ハードコート層に接して設けられた酸化クロム薄膜が、密着性の向上に寄与していることが分かる。また、実施例２では、ニッケル薄膜の膜厚が大きい比較例１，２よりも高く、実施例１に近いＴＣＲを示した。これらの結果の対比から、酸化クロム薄膜上に、酸化シリコン薄膜を介して金属薄膜を設けた導電性フィルムは、加熱処理により高いＴＣＲを示し、かつ加熱処理後も金属薄膜の密着性に優れることが分かる。

５０ 樹脂フィルム基材
５ 樹脂フィルム
６ ハードコート層
２０ 下地層
２１ 無機薄膜（酸化クロム薄膜）
２２ 無機薄膜（酸化シリコン薄膜）
１０ 金属薄膜（ニッケル薄膜）
１１ リード部
１２ 測温抵抗部
１２２，１２３ センサ配線
１９ コネクタ
１０１ 導電フィルム
１１０ 温度センサフィルム

Claims (14)

1. 樹脂フィルム基材の一主面上に、下地層を介して金属薄膜が設けられており、
   前記下地層が酸化クロム薄膜を含む、温度センサ用導電フィルム。
2. 前記下地層の厚みが３〜１００ｎｍである、請求項１に記載の温度センサ用導電フィルム。
3. 前記下地層が、樹脂フィルム基材側から、酸化クロム薄膜およびシリコン系薄膜を含む、請求項１または２に記載の温度センサ用導電フィルム。
4. 前記シリコン系薄膜が酸化シリコン薄膜である、請求項３に記載の温度センサ用導電フィルム。
5. 前記金属薄膜が前記シリコン系薄膜に接している、請求項３または４に記載の温度センサ用導電フィルム。
6. 前記樹脂フィルム基材は、樹脂フィルムの表面にハードコート層を備え、
   前記ハードコート層上に、前記下地層が設けられている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の温度センサ用導電フィルム。
7. 前記ハードコート層が微粒子を含む、請求項６に記載の温度センサ用導電フィルム。
8. 前記酸化クロム薄膜が、前記樹脂フィルム基材に接している、請求項１〜７のいずれか１項に記載の温度センサ用導電フィルム。
9. 前記金属薄膜がニッケルまたはニッケル合金からなる、請求項１〜８のいずれか１項に記載の温度センサ用導電フィルム。
10. 前記金属薄膜の抵抗温度係数が３０００ｐｐｍ／℃以上である、請求項１〜９のいずれか１項に記載の温度センサ用導電フィルム。
11. 前記金属薄膜の厚みが、２０〜５００ｎｍである、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の温度センサ用導電フィルム。
12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の導電フィルムを製造する方法であって、
    前記酸化クロム薄膜および前記金属薄膜をスパッタ法により成膜する、導電フィルムの製造方法。
13. 樹脂フィルム基材の一主面上に下地層を備え、前記下地層上にパターニングされた金属薄膜を備え、
    前記金属薄膜が、細線にパターニングされ温度測定に用いられる測温抵抗部と、前記測温抵抗部に接続され、前記測温抵抗部よりも大きな線幅にパターニングされたリード部とにパターニングされており、
    前記下地層が酸化クロム薄膜を含む、温度センサフィルム。
14. 前記下地層が、樹脂フィルム基材側から、酸化クロム薄膜およびシリコン系薄膜を含む、請求項１３に記載の温度センサフィルム。

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