JP3909791B2

JP3909791B2 - 透明導電膜の転写方法

Info

Publication number: JP3909791B2
Application number: JP11031099A
Authority: JP
Inventors: 一郎別宮; 忠宏古川; 明良村上; 和己新井; 尚佐藤
Original assignee: Kyodo Printing Co Ltd
Current assignee: Kyodo Printing Co Ltd
Priority date: 1999-04-19
Filing date: 1999-04-19
Publication date: 2007-04-25
Anticipated expiration: 2019-04-19
Also published as: KR20000071717A; DE60040361D1; EP1046945A2; EP1046945A3; US6830864B2; US20020055057A1; JP2000306441A; US6413693B1; TW514607B; KR100382824B1; EP1046945B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、プラスチック材料からなるシート基材の一面に、転写によって透明導電膜を形成する技術であり、転写すべき透明導電膜を、プラスチック材料に比べて耐熱性にすぐれた基板側に形成しておく転写技術に関する。
【０００２】
【発明の背景】
この種の転写技術は、液晶表示装置などの光学的な表示装置のための電極あるいは配線となる透明導電膜を形成する技術の一つとして知られている。この転写による技術は、基本的に、一時的に透明導電膜を支持する仮の基板上に、剥離層を介して透明導電膜を形成しておき、その透明導電膜を接着剤の層を介して別のシート基材に転写するという方法である。その基本については、たとえば特開平２−１７４０１１の公報が示している。なお、接着剤層については、一般に、仮の基板の透明導電膜上に形成するが、場合によっては、別のシート基材の側に形成しておくこともできる。
【０００３】
転写すべき透明導電膜としては、ＩＴＯ（インジウム−チン−オキサイド）やＳｎＯ2などの金属酸化物を用いるが、それらの材料は、高温で成膜するほど低抵抗を示す。実用上、たとえば１５０℃以上の基板温度で比抵抗３．０×１０‐4Ωｃｍ以下の特性が望まれる。そこで、その上に透明導電膜を形成する仮の基板としては、最終的に透明導電膜を支持する別のシート基材に比べて耐熱性にすぐれたものを選択すべきである。特に、別のシート基材として、プラスチック材料を用いる場合には、それが肝要である。その点から、特開平１１−２４０８１号の公報は、剥離層の材料としてポリイミド樹脂を用い、しかも、仮の基板として、ポリイミド樹脂を有効に塗膜化するため、分子内に弗素原子および珪素原子を含まず、かつ剥離層のポリイミドの焼成温度を超えるガラス転移温度をもつ耐熱性ポリマーを用いる技術を示している。
【０００４】
発明者らは、そうした転写によって透明導電膜を形成する技術について、いろいろと実験し検討したところ、仮の基板の側から透明導電膜を別のシート基材の側に転写する際、その透明導電膜にクラックが発生するおそれがあることに着目した。その原因を探ったところ、透明導電膜が薄く比較的にもろい性質をもち、それが転写時に加わる外力に耐えきれないことに起因していることが判明した。外力の主因は、透明導電膜をシート基材の側に接着するための接着剤の硬化収縮に伴う応力であり、それが転写時に仮の基板を引き剥がす際に透明導電膜に作用することになる。また、転写後にそうした応力が残ると、高温、高湿等のストレスがかかった場合にクラックが発生しやすくなる。このような接着剤の側から加わる応力に対し、透明導電膜を保護するという考え方は、前記した公報を含め今までは何も考慮されていなかった。そして特に、そうした応力に起因する問題は、耐熱性の仮の基板として、セラミックス、ガラス、金属（４２アロイ、銅合金等の熱膨張の小さい金属材料が好適である）の単体、あるいはそれらの複数を積層し複合したものなど、プラスチック材料であるシート基材に比べて大きな剛性をもつものを用いるときに顕著である。また、これらの仮の基板は、パターン形成を前提にすると、温度や湿度に対する寸法安定性が重要であり、プラスチック材料は望ましい材料ではない。
【０００５】
【発明の解決すべき課題】
したがって、この発明は、転写時の外力から透明導電膜を有効に保護する技術を提供することを第１の目的とする。
また、この発明は、外力の主因となる接着剤の層の厚さを有効に制御することができる技術を提供することを他の目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明では、耐熱性にすぐれた基板の側に予め形成した透明導電膜を、プラスチック材料からなるシート基材の側に転写するに際し、転写すべき透明導電膜を、耐熱性の基板上、転写時に剥離部分となる剥離層と、前記したクラックの発生から保護するための保護膜とでサンドイッチ状にはさみ込んだ形態にする。透明導電膜は、転写時、剥離層と保護膜とによって保護されているため、特に接着剤層の側の保護膜が前記した外力を吸収あるいは緩衝するように作用し、クラックの発生を有効に防ぐことができる。
【０００７】
透明導電膜をサンドイッチ状にはさむ一方の剥離層としては、透明導電膜の材料であるＩＴＯ等を高温で成膜可能なだけの耐熱性、そうしたＩＴＯ等とのしっかりした密着性、透明導電膜をパターニングする際のエッチングプロセス等に対する耐性、さらには、仮の基板との適度な密着性（剥離するまでにしっかりと仮の基板に密着し、しかも、他層にダメージを与えずに剥離可能であるような密着性であり、たとえば、９０°剥離で数ｇ〜１００ｇ／ｃｍ程度の引き剥がし力が必要なだけの密着性）をもつことが必要である。この剥離層として好適な材料はポリイミドである。前記した特開平１１−２４０８１号の公報の７ページの比較例１では、ポリイミド膜−ガラス基板の場合、剥離しにくいという記載があるが、実験によれば、仮の基板がガラスであっても特別な処理を行うことなくポリイミド膜は剥離可能である。しかし、ポリイミドも種類によってガラスとの密着性を異にする。ピロメリット酸無水物と４，４’−ジアミノジフェニルエーテルから合成される第１のものは、表面にＳｉＯ2がコートされたガラスとの密着性はそれほど良くなく、剥離層の材料として適している。それに対し、ベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物、あるいはピロメリット酸無水物と３，３’−ジアミノジフェニルスルホンから合成される第２のポリイミドは、第１のものよりもガラスとの密着性が良い。しかも、ポリイミドとガラスとの密着性はベークをすると良くなり、時間の経過とともに次第に低下し、一定のところで変化しなくなる。しかし、そのように密着性が低下したものを再びベークすると、密着性は元に戻る。第１のポリイミドはベーク直後でもガラスから剥離することができるが、数日すると水洗でも剥がれてしまうほど密着性が低下する（９０°剥離で１ｇ／ｃｍ未満）。それに対し、第２のポリイミドはベーク直後ではガラスから剥がすことができないが、時間が経過すれば剥がすことができるようになる。こうしたポリイミドの密着性の変化は、ポリイミドの吸湿が原因していると考えられる。したがって、ポリイミドのそうした特性を考慮しつつ、ポリイミドを剥離層として用いることができる。また、たとえば密着性の良くない第１のポリイミドにシランカップリング剤を添加することによって、ガラスとの密着性を最適化することができる。
【０００８】
一方、透明導電膜をサンドイッチ状にはさむ他方の保護膜は、剥離層と相俟って透明導電膜を保護するための膜であり、アルキッド、アクリル、ウレタン等の有機系の樹脂のほか、無機系、あるいは無機系と有機系とのハイブリッド樹脂などを用いることできる。無機系の材料として、たとえばテトラアルコキシシランのアルコール溶液（コーティング溶液）があり、より厚く塗布する際には、これに有機成分を入れたコーティング溶液もある（たとえば、商品名セラメートＣ−５３３、ＺＲＳ−５ＰＨ／触媒化成）。剥離層が０．１〜２μｍ、透明導電膜が０．１〜０．４μｍの厚さに対し、保護膜は０．５〜２μｍの厚さであり、保護特性の点からすると、その硬さを鉛筆硬度（ＪＩＳＫ５４０１）がＨ以上、好ましくは２Ｈ以上に設定するのが良い。また、この保護膜の上にカラー表示のためのカラーフィルタ層を形成するときには、剥離層の除去に対しカラーフィルタ層および接着剤層を保護する機能をもたせるようにもすべきである。
【０００９】
さらに、透明導電膜としては、前記したＩＴＯやＳｎＯ _２などの金属酸化物を用いることができ、特には、透明性および比抵抗などの特性面ですぐれたＩＴＯが好ましい。このＩＴＯなどは、スパッタ、イオンプレーティングあるいは電子ビーム蒸着などの公知の方法によって形成することができる。また、耐熱性の仮の基板としては、セラミックス、ガラス、金属の単体か、それらが複合された基板を広く適用することができるが、特にはガラス基板が好ましい。ガラスは耐熱性にすぐれるだけでなく、その上に透明導電膜やカラーフィルタ層などを正確に位置合わせしつつ形成することができるからである。そして、ガラスは、前記したように、剥離層の材料であるポリイミドとの関係からも好適な材料である。
【００１０】
次に、透明導電膜をシート基材の側に接着するための接着剤層としては、熱をかけずに硬化する紫外線硬化型のものが好ましい。その中でもカチオン重合型のもの、たとえば、エポキシ系の紫外線硬化型接着剤が最適である。塗布の厚さは、２〜２０μｍ程度であり、充分な接着強度を得ることができ、透過率を失わない薄さをもつ値に設定する。こうした接着剤層は、ラミネート時の押圧条件により膜厚分布に差が生じたり、脇から接着剤がはみ出したりする。そのため、接着剤層の部分に、その接着剤層の厚さを制御するためのスペーサ手段を設けるようにするのが良い。スペーサ手段としては、接着剤層の中に混入したスペーサ粒子、あるいは保護膜の上に形成したスペーサパターンなどを用いることができる。
【００１１】
なお、プラスチック材料からなるシート基材は、シート（枚葉）、ロールのいずれの形態でも用いることができ、好ましい厚さは１００〜７００μｍの範囲である。したがって、ここでいうシート基材は、いわゆるフィルムやシートを含むシート状の部材を包含する概念である。材料であるプラスチックとしては、ポリエーテルスルホン、ポリエステル、ポリカーボネート、塩化ビニール、ナイロン、ポリアリレート、アクリル、ポリイミド等を適用することができる。
【００１２】
【実施例】
以下、添付の図面に示す実施例を参照しながら、この発明の内容をさらに具体的に説明する。
まず、図１に示すように、洗浄したガラス基板１０を用意し、その一面に剥離層としての透明なポリイミド層２０を塗布によって形成する。ガラス基板１０の厚さは０．７〜１．１ｍｍ程度であり、全体として剛性をもっている。このガラス基板１０は、その表面に転写すべき透明導電膜などを支持する基板であるため、良好な表面平滑性、たとえば暗室下５０００Ｌｕｘの明るさの反射光で目視により観察した時にキズや突起等が見えない程度の表面平滑性（基板表面の外観規格）をもっていることが望ましい。また、ポリイミド層２０は、前記した第１のポリイミドに固形分比で０．１％のシランカップリング剤を添加したものであり、その厚さが０．１〜２μｍである。勿論、このポリイミド層２０については、塗布した後、加熱処理により硬化させる。ガラス基板１０は、ポリイミド硬化のための加熱処理に充分に耐えうることは勿論である。
【００１３】
次に、図２に示すように、そうしたガラス基板１０のポリイミド層２０上に、ＩＴＯ膜を成膜した後、それをパターニングすることによって、透明導電膜３０を形成する。ＩＴＯ膜の成膜に当たってはガラス基板１０の温度を１５０℃以上とし、前記したような比抵抗の低い膜を得る。そして、図３に示すように、ガラス基板１０上の透明導電膜３０を被うように、アクリル系の保護膜４０を１〜２μｍの厚さに形成する。
【００１４】
この後、図４に示すように、保護膜４０の上にイエロー、マゼンタ、シアンの色パターン５０Ｙ，５０Ｍ，５０Ｃを含むカラーフィルタ層５０をフォトリソグラフィ法によって形成する。色パターン５０Ｙ，５０Ｍ，５０Ｃの材料として、染料あるいは顔料などの着色剤をポリイミド樹脂溶液に溶解あるいは分散させた公知の塗布材料を用いることができる（たとえば、特開平１０−１７０７１６号）。各色パターンはストライプ形状であり、その幅は５０〜２００μｍであり、隣り合う色パターンの間の距離は５〜２０μｍである。また、カラーフィルタ層５０は、反射型のものであり、その厚さが０．２〜２μｍである。この際、カラーフィルタ層５０の各色パターン５０Ｙ，５０Ｍ，５０ＣおよびパターニングしたＩＴＯ膜は、寸法安定性にすぐれたガラス基板１０上で位置合わせを行っているので、パターニングや位置合わせの上で何ら問題が起こらない。
【００１５】
さらに、図５に示すように、カラーフィルタ層５０の上を全体的に被うように、接着剤層６０を塗布によって形成する。接着剤層６０としては、紫外線硬化型であり、カチオン重合型のエポキシ系の紫外線硬化型接着剤（旭電化工業株式会社製のＵＶ硬化樹脂ＫＲ５００）を用いる。塗布の厚さは、２〜２０μｍ程度であり、充分な接着強度を得ることができ、透過率を失わない薄さをもつ値に設定する。このとき、接着剤層６０の中に、スペーサ手段としてスペーサ粒子、たとえばベンゾグアナミンの４μｍ球形粒子（図示しない）を混入する。スペーサ粒子は、塗布すべき材料の中に予め添加しておき、基板１０への塗布を行う。この際、接着剤は液状であり、スペーサ粒子の大きさよりやや厚めに塗膜の厚さをコントロールすることが望ましい。この状態でガラス基板１０とプラスチックシートであるシート基材８０をラミネートすると、膜厚が全面均一の接着剤層６０を得ることができる。なお、スペーサ粒子の混入量としては、接着剤層６０を形成した後で、面内分布量が４０個／ｍｍ2程度となるよう調整するのが好ましい。ここで、接着剤層６０のエポキシ樹脂は、光硬化によってたとえば数％程度の体積収縮を生じるが、スペーサ粒子はそうした変化が生じにくい。そのため、接着剤層６０の体積収縮に伴ってスペーサ粒子の部分に不都合な変形や応力が生じ、ＩＴＯ膜にクラックが生じることがある。これを避けるため、スペーサ粒子の粒子径は所定以下の大きさにすべきであり、たとえば５．５μｍ以下に設定するのが好ましい。スペーサ手段としては、スペーサ粒子のほか、図６に示すように、カラーフィルタ層５０の各色パターン５０Ｙ，５０Ｍ，５０Ｃの間（この部分は、透明導電膜３０のパターンがない部分でもある）に、島状あるいはストライプ状にパターニングしたスペーサパターン７０を用いることもできる。スペーサパターン７０は、不都合な変形や応力によって透明導電膜３０に損傷を与えるようなことがない。また、スペーサパターン７０は、黒色の色材を混入したポリイミド樹脂を利用して形成することができる。そうすれば、液晶表示をするとき、表示のコントラストを向上させるというメリットをも得る。
【００１６】
この後、図７に示すように、接着剤層６０の側に、ポリエーテルスルホン基板からなるシート基材８０（厚さが１００〜７００μｍ）を配置し、透明導電膜３０およびカラーフィルタ層５０などをガラス基板１０側からシート基材８０側に転写する。この転写処理に際しては、シート基材８０側から紫外線を照射するが、併せて、照射に伴う接着剤層６０の側（硬化対象物）の温度上昇を積極的に抑え、できるだけ常温に近い温度にする。この転写時、特にダメージを受けやすい透明導電膜３０は、剥離層としてのポリイミド膜２０と保護膜４０との間にサンドイッチされているため、接着剤層６０の硬化および転写に伴う外力から有効に保護される。
【００１７】
転写後、剥離層としてのポリイミド層２０を除去する。それは、透明導電膜３０と液晶表示のためのドライバーＩＣとの電気的な接続を可能とするためでもあり、液晶駆動のための実効電圧の向上を図るためでもある。ポリイミド層２０の除去については、ヒドラジン−エチレンジアミンを用いた湿式エッチングを用いる。この際、前記保護膜４０は、このエッチャントから接着剤層６０、カラーフィルタ層５０を保護する。
【図面の簡単な説明】
【図１】剥離層を形成したガラス基板を示す断面図である。
【図２】ガラス基板上に透明導電膜を形成した状態を示す断面図である。
【図３】透明導電膜のパターンの上に保護膜を形成した状態を示す断面図である。
【図４】保護膜の上にカラーフィルタ層を形成した状態を示す断面図である。
【図５】カラーフィルタ層の上に接着剤層を塗布した状態を示す断面図である。
【図６】スペーサパターンを利用した場合の断面図である。
【図７】転写の際の状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１０ガラス基板
２０ポリイミド層（剥離層）
３０透明導電膜
４０保護膜
５０カラーフィルタ層
６０接着剤層
７０スペーサパターン
８０シート基材

Claims

プラスチック材料からなるシート基材の一面に、転写によって透明導電膜を形成するに際し、転写すべき前記透明導電膜を、前記プラスチック材料に比べて耐熱性にすぐれた基板側に形成しておく転写方法であって、前記透明導電膜は比抵抗３．０×１０ ^−４ Ωｃｍ以下の特性をもつものであり、前記耐熱性にすぐれた基板上に前記透明導電膜が、転写時に剥離部分となる剥離層と、その透明導電膜を保護するための保護膜とではさみ込まれ、それにより、クラックの発生が防止されていることを特徴とする、透明導電膜の転写方法。
前記耐熱性にすぐれた基板は、セラミックス、ガラス、金属の単体か、それらが複合された基板であり、しかも、前記剥離層は、ポリイミド系の樹脂からなる、請求項１の転写方法。
前記耐熱性にすぐれた基板上、前記保護膜の上にさらに接着剤層を含む、請求項１の転写方法。
前記接着剤層の部分に、その接着剤層の厚さを制御するためのスペーサ手段を備える、請求項３の転写方法。
前記スペーサ手段は、前記接着剤層の中に混入したスペーサ粒子、あるいは前記保護膜の上に形成したスペーサパターンのいずれかである、請求項４の転写方法。
前記透明導電膜は、液晶カラー表示装置の電極であり、カラー表示のためのカラーフィルタ層が前記保護膜の上に形成され、前記接着剤層がそのカラーフィルタ層を被っている、請求項３の転写方法。