JP5072435B2 - 導電性薄膜付きフィルムおよびその製造方法 - Google Patents
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(1)シート抵抗値が、50Ω/□〜300Ω/□
(2)膜厚が、5nm〜15nm
(3)導電性薄膜のシート抵抗の基材幅方向分布が15%未満
(4)膜厚の基材幅方向分布が15%以上
(5)膜厚の基材幅方向分布が下に凸
本発明の導電性薄膜付きフィルムに用いる可撓性基材1としては、高分子であればよい。可撓性基材1としては、ガラスではなく、高分子を用いるのは、以下の理由による。基材としてガラスの様な原子間の結合の強い材料を用いた場合には、基材表面での原子の混合が起きにくいため、導電性薄膜を形成する原子が散逸的な島状の結晶核を形成し、膜厚が十分厚くなるまでは連続的な膜を形成しにくいものと考えられる。一方、高分子の様に基材表面を構成する原子間の結合エネルギーが比較的小さい場合には、導電性薄膜を形成する原子が基材表面で凝集して膜になる過程において、基材表面を構成する原子の一部と導電性薄膜を形成する原子の一部が混合し、面方向に連続的な高抵抗薄膜を形成し易いためではないかと考えられる。従って、基材として高分子を用いると連続した構造による均一なシート抵抗を持つ導電性薄膜を形成し易いのでよい。また、基材の幅を広くすることにより、単位時間当たりに大面積の基材表面に導電性薄膜を形成することが可能となるのでよい。
導電薄膜3と前記高分子からなる可撓性基材1との界面に遷移金属層2を設けると、遷移金属は高分子を構成する炭素原子と結合し易く、また六員環とも錯体を形成し易い。このため、高分子表面と強く結合しかつ熱的に安定な構造を実現するのに有効である。従って、可撓性基材1の表面に遷移金属を付与すると、パラジウムなどの反応性の低い貴金属膜を形成する場合のアンカーとして利用できる。界面における遷移金属の量が少ないと、高分子と結合しにくい金属は島状に核を形成して不連続な膜になりやすい。
本発明の導電性薄膜付きフィルムの導電性薄膜3に用いる材料としては、例えば、パラジウム、金、白金、銀、ロジウム、イリジウム、ルテニウムなどの貴金属、またはこれらの貴金属で構成された合金であればよい。導電性薄膜3の材料として貴金属を用いると成膜時や成膜後の保管あるいは使用時において、酸化、水酸化、酸腐食、硫化、塩害などの化学的な反応に起因する影響を受けにくいので好ましい。これらの貴金属の中で、パラジウムはこれら貴金属の中で化学的安定性が比較的高く、特に安価なので好ましい。
導電性薄膜のシート抵抗値は、50Ω/□〜300Ω/□の範囲とすることが好ましい。より好ましくは60Ω/□〜250Ω/□、さらに好ましくは70Ω/□〜200Ω/□である。シート抵抗を50Ω/□以上とすると位置センサーや化学センサーなどに用いる場合において、電流信号を電圧信号として検出する場合に十分な出力を得やすくなるので好ましい。シート抵抗を300Ω/□よりも大きくすると微弱な電流を流すことが困難となるため、300Ω/□以下とするのが好ましい。
膜厚の基材幅方向分布は、上記X1,X2,X3,X4,X5の位置における膜厚をそれぞれT1,T2,T3,T4,T5とし、T1〜T5の最大値をTmax、最小値をTminとしたとき、{(Tmax―Tmin)/Tmin×100}≧15(%) を満たしていればよい。
本発明の導電性薄膜付きフィルムでは、導電性薄膜3の純水との接触角の基材幅方向分布が、10度以内の範囲であるとよい。「接触角の基材幅方向分布」とは、上記X1,X2,X3,X4,X5の位置における接触角のうち、最大値と最小値の差(最大値−最小値)のことである。接触角の基材幅方向分布を10度以内とすると、インク、銀ペースト、レジストなどをパターン印刷する際に、輪郭の拡がり具合が均一になるので好ましい。
本発明の導電性薄膜付きフィルムは、以下のようにして製造できる。
本発明では、可撓性基材を巻き取りながら0.2Pa〜2.0Paの範囲で希ガス雰囲気においてスパッタリング法により導電性薄膜を連続的に形成する。
以下、基材材質が、ガラスとポリエチレンテレフタレート(以下、「PET」という)の場合における、パラジウム膜の抵抗値のスパッタ膜厚依存性を調べた結果について説明する。
先ず、以下に具体的なスパッタ方法について説明する。基材は25mm×50mmサイズのクラウンガラス(厚さ1mm、平面度0.01mm以下[JIS R3703試験方法]、またはポリエステルフィルム(東レ株式会社、品番E20、厚み100μm)を用い、基材表面25mm×25mm矩形範囲の対向する2辺間の抵抗値を測定できる状態で設置した。カソードはマグネトロン型で、直径76mmの円形である。ターゲットと基板間の距離は100mmとし、中間に開閉可能なシャッターを配置した。また、基材と同平面上30cm内の位置に水晶振動子式膜厚計を配置し、スパッタ膜厚を計測した。スパッタチャンバー内を10−3Pa台に排気した後、純度99.9999%のアルゴンを10sccm導入し、排気弁の開口率を調整してチャンバー内圧力を1.0Paに調整した。その後シャッターを閉めた状態で直流電流0.05Aを投入してプレスパッタを10秒行い、その後シャッターを開けて10秒間成膜した。成膜後膜厚計の値と基材端子間の抵抗値を速やかに読み取った後、再びプレスパッタと成膜を行った。この作業を繰り返して抵抗値の膜厚依存性を調べた。なお、「sccm」とは、0℃、1.013×105Pa(1気圧(atm))における体積流量をml/min単位で表した数値のことである。
次に、ポリエチレンテレフタレート基材表面に遷移金属層としてニッケルクロム合金層を形成した後、この上に導電層としてパラジウム膜を形成した場合の抵抗値の膜厚依存性を調べた結果について説明する。ニッケルクロムの組成比はニッケル80%、クロム20%とした。実験1と同じスパッタ装置を用い、ターゲットをニッケルクロムに交換した以外は実験1と同様のセッティングとした。その後、スパッタチャンバー内を10−3Pa台に排気した後、純度99.9999%のアルゴンを10sccm導入し、排気弁の開口率を調整してチャンバー内圧力を1.0Paに調整した。その後シャッターを閉めた状態で直流電流0.05Aを投入してプレスパッタを10秒行い、その後シャッターを開けて3秒間で約1nm相当を成膜した。このときの基板端子間の抵抗値は50MΩ以上で測定不可能であった。この後、一旦チャンバーを開放してターゲットをパラジウムに交換した後、実験1と同様の方法と条件により抵抗値の膜厚依存性を調べた。
本発明の実施例および比較例における各物性値の測定方法は以下の通りである。なお、ロールサンプルの一方の端から50mmの位置をX1、基材の幅方向中心の位置をX3、基材の他方の端から50mmの位置をX5、一方の端とX3の中点の位置をX2、他方の端とX3の中点の位置をX4とする。1000mm幅の基材の場合、端から50,250,500,750,950mmの位置となる。
ロールサンプルから、X1,X2,X3,X4,X5の位置を中心とする100mm四方の測定用試料を切り出した。温度20℃、相対湿度50%の雰囲気下に試料を24時間放置後、JIS−C−2151(2006年版)に基づいて、(株)ダイアインスツルメンツ製の表面抵抗計(ロレスタGP、型番:MCP−T600)およびプローブ(型番:TFP)を用い、試験電圧10Vでシート抵抗値測定を行った。測定用試料の中心点を測定した。各測定位置で測定用試料5枚の測定を行い、平均値をロールサンプルの各位置でのシート抵抗値とした。
ロールサンプルから、X1,X2,X3,X4,X5の位置を中心とする100mm四方の測定用試料を切り出した。アワーズテック(株)製エネルギー分散型蛍光X線分析装置(型番:OURSTEX160)を用いて、蛍光X線の強度(単位:cps)から、導電性薄膜の膜厚を算出した。まず、概ね膜厚1μmの導電性薄膜を作成し、蛍光X線強度、および、(株)小坂研究所製の表面粗さ計(型番:SE−3400)を用いて基板と導電性薄膜表面間の段差から導電性薄膜の膜厚を測定した。各測定用試料の中心点を測定した。次に、導電性薄膜の蛍光X線の強度が膜厚に比例することから、試料の導電性薄膜の膜厚を算出した(試料の導電性薄膜の膜厚(nm)=概ね膜厚1nmの導電性薄膜の膜厚(測定値)(nm)×試料の蛍光X線強度(cps)/概ね膜厚1μmの導電性薄膜のX線強度(cps))。各測定位置で測定用試料5枚の測定を行い、平均値をロールサンプルの各位置での膜厚とした。
ロールサンプルから、X1,X2,X3,X4,X5の位置を中心とする100mm四方の測定用試料を切り出した。温度25℃、相対湿度50%の雰囲気下で測定用試料を24時間放置後、協和界面科学(株)製接触角計(型番:CA−X)を用いて、滴下量1.6mgの蒸留水の接触角を測定した。測定用試料の中心点を測定した。測定はロールサンプルから測定用試料を切り出した時点から3分以内に行った。各測定位置で測定用試料5枚の測定を行い、平均値をロールサンプルの各位置での接触角とした。
ロールサンプルからX3の位置を中心とする100mm四方の測定用試料を切り出した。SSI社製X線光電子分光装置(型番:SSX−100)を用いて、光電子のエネルギーから最表面元素の金属種を求め、各表面元素の光電子のピーク強度比から最表面元素の比率(atm%)を求めた。測定用試料の中心点を測定した。測定用試料5枚の測定を行い、平均値をサンプルの最表面元素のatm%とした。
ロールサンプルからX3の位置を中心とする100mm四方の測定用試料を切り出した。PHI社製X線光電子分光装置(製品名:Quantera SXM)を用いて、光電子のエネルギーから界面の遷移金属の金属種を求めた。また、Arイオンエッチングにより導電性薄膜深さ方向の元素組成プロファイルを測定し、光電子のピーク強度比から求めた界面の遷移金属の比率の最大値をatm%とした。測定用試料の中心点を測定した。測定用試料5枚の測定を行い、平均値をサンプルの界面の遷移金属のatm%とした。
ロールサンプルからX3の位置を中心とする100mm四方の測定用試料を切り出した。JIS−C−2151(2006年版)に基づいて、マイクロメータを用いて測定した。測定用試料の中心点を測定した。測定用試料5枚の測定を行い、平均値をサンプルの基材の厚みとした。
厚さ188μm、幅1000mmのポリエステルフィルム(東レ”ルミラー”E20)ロールを真空槽内で巻き取りながら、スパッタリング法によりパラジウム薄膜をフィルム上に連続して形成した。圧力が5×10−3Pa以下になるまで排気された真空槽内に、圧力が0.2Paとなるようアルゴンガスを流した状態でスパッタリングを行った。実施例1ではスパッタ装置のターゲット材と基材保持部分との間に補正板を設置した。
補正板を設置しなかった以外は、実施例1と同様にして、ポリエステルフィルム上にパラジウム薄膜を形成した。
厚さ188μm、幅1000mmのポリエステルフィルム(東レ”ルミラー”E20)ロールを真空槽内で巻き取りながら、スパッタリング法によりニッケルクロム薄膜をフィルム上に連続して形成した。圧力が5×10−3Pa以下になるまで排気された真空槽内に、圧力が0.2Paとなるようアルゴンガスを流した状態でスパッタリングを行った。次に、ニッケルクロム層上に、実施例1と同様の方法でパラジウム膜を形成した。
2 遷移金属層
3 導電性薄膜
Claims (7)
- 幅が500mm以上の高分子からなる可撓性基材の少なくとも一方の面に、下記(1)〜(5)の条件を満たす導電性薄膜が被覆されている、導電性薄膜付きフィルム。
(1)シート抵抗値が、50Ω/□〜300Ω/□
(2)膜厚が、5nm〜15nm
(3)導電性薄膜のシート抵抗の基材幅方向分布が15%未満
(4)膜厚の基材幅方向分布が15%以上
(5)膜厚の基材幅方向分布が下に凸 - 前記導電性薄膜の膜厚が、8.2nm〜9.6nmの範囲である、請求項1に記載の導電性薄膜付きフィルム。
- 前記導電性薄膜の純水との接触角の基材幅方向分布が、10度以内の範囲である、請求項1または2に記載の導電性薄膜付きフィルム。
- 前記導電性薄膜は、導電性薄膜を構成する元素の95atm%以上がパラジウム、金、白金、銀、ロジウム、イリジウムおよびルテニウムの群から選択される少なくとも1種の貴金属、または前記貴金属のいずれかを95atm%以上含み構成された合金である、請求項1〜3のいずれかに記載の導電性薄膜付きフィルム。
- 前記導電性薄膜は、導電性薄膜を構成する元素の95atm%以上が、パラジウムである、請求項1〜3のいずれかに記載の導電性薄膜付きフィルム。
- 前記導電薄膜と前記高分子からなる可撓性基材との界面に遷移金属元素を50atm%以上含む遷移金属層を有する、請求項1〜5のいずれかに記載の導電性薄膜付きフィルム。
- 可撓性基材がポリエチレンテレフタレートまたはポリエチレンナフタレートからなり、かつ厚みが10μm〜250μmの範囲である請求項1〜6のいずれかに記載の導電性薄膜付きフィルム。
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