JP6058141B2 - 透光性導電部材およびそのパターニング方法 - Google Patents

Description

本発明は、導電領域と非導電領域とが区分された透光性導電部材および透光性導電部材のパターニング方法に関する。

表示パネルの前方に配置される透光性導電部材は、静電式タッチパネルなどとして使用されている。

従来の透光性導電部材は、基材の表面に形成される透光性電極層がインジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）で形成されていたが、この種の金属酸化物は曲げ応力などに弱い欠点がある。特許文献１には、樹脂層の内部に導電性ナノワイヤのネットワークが埋設された透光性の導電層が開示されている。この導電層は曲げ応力などの物理的な外力に強いため、曲げ変形可能な樹脂フィルムを基材とした透光性導電部材などに使用するのに適している。

導電性ナノワイヤを含む導電層では、エッチング工程により導電性ナノワイヤを溶解させて部分的に非導電領域を形成するパターニングが可能である。しかし、パターニング後は、導電性ナノワイヤが残されている導電領域と、導電性ナノワイヤが除去された非導電領域とで光透過特性などの光学特性に顕著な差が発生する問題がある。

そこで、特許文献１には導電性ナノワイヤの一部を非導電ナノワイヤまたは高い抵抗率のナノワイヤに化学的に形質転換させるステップが記載されている。このステップでは、非導電化すべき領域に酸化剤を与えて、銀ナノワイヤを不溶性金属塩に変換させて非導電性に改質させている。

特開２０１０−５０７１９９号公報

導電性ナノワイヤのネットワークを含む導電層では、その上に形成される金属層などとの導電性を確保するために、ナノワイヤの一部を導電層の表面に露出させている。そのため、非導電化すべき領域に酸化剤を与えると、導電層の表面に露出しているナノワイヤが金属酸化化合物となって白濁物として残留し、非導電化すべき領域の光学特性が劣化する課題がある。

また、特許文献１には、酸化剤として次亜塩素酸塩などの酸化塩や、テトラシアノキノジメタン（ＴＣＮＱ）などの有機酸化剤が例示されている。しかし、これら酸化剤は、銀ナノワイヤのネットワークが埋設されている樹脂層であるオーバーコート層への浸透度合いが適切ではなく、導電領域と非導電領域とを区別するためのパターニングを精密に制御することが難しい。また、銀ナノワイヤを含む導電層の上に銅や銀などの金属層でリード層などを形成すると、この金属層にダメージを与えやすい問題が生じる。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、導電層の一部を非導電領域に改質させたときに、導電領域と非導電領域との光学特性の差を低減させることができる透光性導電部材を提供することを目的としている。

また本発明は、導電層の一部を改質して導電領域と非導電領域とを区分させる処理を高精度に行うことができる透光性導電部材のパターニング方法を提供することを目的としている。

本発明は、透光性の基材の表面に、オーバーコート層に銀ナノワイヤが埋設された導電層が形成されている透光性導電部材において、
前記導電層が、導電領域と、前記導電領域よりも表面抵抗率の高い非導電領域とに区分され、
前記導電領域では、前記オーバーコート層の表面から前記銀ナノワイヤの一部が露出しており、
前記非導電領域では、前記オーバーコート層に埋設されている前記銀ナノワイヤの少なくとも一部がヨウ化されており、
前記非導電領域では、前記銀ナノワイヤがヨウ化された銀ヨウ化物が前記オーバーコート層の表面から露出していないか、または、前記非導電領域における前記オーバーコート層の表面に露出している該銀ヨウ化物の量が、前記導電領域における前記オーバーコート層の表面に露出している前記銀ナノワイヤの量よりも少ないことを特徴とするものである。

本発明の透光性導電部材は、非導電領域の銀ナノワイヤを銀ヨウ化物に形質転換することで、導電領域と光透過率を大きく変化させることなく導電領域よりも表面抵抗率を高くすることができる。非導電領域ではオーバーコート層の表面に銀ヨウ化物が存在していないか、または存在していたとしてもわずかであるため、非導電領域の表面の白濁した銀ヨウ化物がほとんど存在しなくなり、非導電領域のヘイズが小さく、透明性を高く維持できるようになる。

なお、本明細書において、オーバーコート層の表面に露出しているナノワイヤの量とは、表面に露出しているナノワイヤの質量の単位面積当たりの総計を意味している。または、表面に露出しているナノワイヤが単位面積内で占める面積比を意味している。

次に本発明の透光性導光部材のパターニング方法は、
透光性の基材の表面に、オーバーコート層に銀ナノワイヤが埋設された導電層が形成された透光性の積層材を使用し、
前記導電層の一部をレジスト層で覆う工程と、
レジスト層で覆われていない導電層の表面をヨウ素液で処理して、銀ナノワイヤの少なくとも一部をヨウ化する工程と、
レジスト層で覆われていない導電層の表面に、チオ硫酸塩溶液を与えて、オーバーコート層の表面に露出している銀ヨウ化物を除去する工程と、を有することを特徴とするものである。

前記ヨウ素液は、ヨウ素ヨウ化カリウム溶液であり、溶液中のヨウ素の濃度が０．０５〜１．０質量％、ヨウ化カリウムの濃度が０．１〜５．０質量％であることが好ましい。

また、チオ硫酸塩溶液は、チオ硫酸ナトリウム溶液であり、チオ硫酸ナトリウムの濃度が１．０〜２５質量％であることが好ましい。

本発明の透光性導電部材のパターニング方法は、銀ナノワイヤをヨウ化する処理工程の後に、銀ヨウ化物を除去する工程を設けることで、オーバーコート層の表面に露出しているヨウ化された銀ナノワイヤを除去することができ、非導電領域のヘイズが小さく、透明性を向上させることができる。

ヨウ素ヨウ化塩溶液はオーバーコート層に浸透しやすく、レジスト層で覆われていない領域の導電層内の銀ナノワイヤを銀ヨウ化物に形質変換させやすいため、導電領域と非導電領域との境界を精度よくパターニングすることができる。

チオ硫酸塩溶液は、アクリル系などのオーバーコート層に浸透しにくく、非導電領域のオーバーコート層の内部に存在するヨウ化した銀ナノワイヤに与える影響が少ない。そのため、チオ硫酸塩溶液を与えてオーバーコート層の表面に露出している銀ヨウ化物を除去する処理を行った後でも、オーバーコート層の内部に表面抵抗を高くした銀ナノワイヤを残すことができ、非導電領域と導電領域とで光学特性の差を小さくできる。また、チオ硫酸塩溶液はオーバーコート層に浸透しにくくオーバーコート層の内部での液の残留が少なく、さらにチオ硫酸塩溶液は酸化力が低いこともあり、導電領域の表面にリード層として形成される銅や銀などにダメージを与えにくくなる。

本発明の透光性導電部材は、一部の領域の銀ナノワイヤを非導電化または高抵抗の銀ヨウ化物に形質変換させているため、銀ナノワイヤを完全に除去することなく、導電領域と非導電領域とを区分することができる。また、非導電領域ではオーバーコート層の表面に銀ヨウ化物がほとんど露出していないため、非導電領域の表面に白濁化や白色化された金属化合物が残留するのを抑制でき光透過性を良好にできる。加えて、非導電領域のオーバーコート層の内部に銀ナノワイヤを残すことで、非導電領域と導電領域との光学特性差を小さくすることができる。

本発明の透光性導電部材のパターニング方法は、オーバーコート層に浸透しやすいヨウ素液を使用して銀ナノワイヤを実質的に非導体化しているため、導電領域と非導電領域とを区画するパターニングを制御しやすくなる。また、チオ硫酸塩溶液で、オーバーコート層の表面に露出している銀ヨウ化物を除去しているが、チオ硫酸塩溶液はオーバーコート層に浸透しにくいので、オーバーコート層への液の残留が少なく、さらにチオ硫酸塩溶液の酸化力が低いこともあり、オーバーコート層の上に形成される金属層などへダメージを与えるのを防止しやすい。

本発明のパターニング方法は、ヨウ素液を使用した銀ナノワイヤのヨウ化処理と、チオ硫酸塩溶液を使用した銀ヨウ化物の除去処理とを異なる工程で行っている。例えば、ヨウ素液とチオ硫酸塩溶液との混合液を使用して一度で処理しようとすると、オーバーコート層内の銀ナノワイヤが溶解してしまい、非導電領域の光学特性が大きく変化してしまう。しかし本発明の方法では、前記２つの工程を分離させることで、オーバーコート層の内部にヨウ化された銀ナノワイヤを残留させた状態で、オーバーコート層の表面の銀ヨウ化物を除去することができ、オーバーコート層の内部に銀ナノワイヤを有する導電領域と非導電領域との光学特性の差を小さくすることが可能になる。

本発明の透光性導電部材を搭載した携帯用電子機器を示す分解斜視図、 透光性導電部材の導電層のパターンを示す平面図、 導電層のパターンの拡大説明図、 透光性導電部材の基本構造を示す斜視図、 透光性導電部材のパターニング方法を示す説明図、 実施例の説明図、

図１に示す電子機器１は、携帯用電子機器であり、情報通信端末や携帯電話機あるいは携帯用ゲーム機や携帯用ナビゲーション装置などとして使用される。電子機器１は、入力パネル６と、表示パネル５とが組み合わされて構成されている。

表示パネル５は、バックライトを有するカラー液晶パネルやエレクトロクロミック表示素子である。入力パネル６の背部にＰＥＴなどの背部フィルム３が接着されている。背部フィルム３の表面にＩＴＯ層４が全面的に設けられ、ＩＴＯ層４が接地電位に設定されている。入力パネル６の前方には、透光性のカバーパネル２が取り付けられている。

入力パネル６は、静電容量変化によって入力座標位置を検出できる静電式タッチパネルである。入力パネル６は、図４に示す透光性導電部材１０から構成されている。本明細書での透光性とは、純粋な透明に限られず、例えば全光線透過率が８０％以上のものが好ましく含まれる。

図４に示す透光性導電部材１０は、透光性の基材フィルム１１を有している。基材フィルム１１はＰＥＴ（ポリエチレン・テレフタレート）フィルム、ＰＣ（ポリカーボネート）フィルム、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）フィルムなどに代表される透光性のフィルムである。なお、フィルム以外の透光性板材を基材として使用してもよい。基材フィルム１１の表面１１ａに透光性の導電層１２が形成されている。導電層１２は、表面１１ａに銀ナノワイヤ１３ａの集合体である銀ナノワイヤネットワーク１３が積層され、その上からアクリル系などの透光性のオーバーコート層１４で覆われて構成されている。

基材フィルム１１の表面１１ａに銀ナノワイヤネットワーク１３が配置されて、溶融状態のアクリル系樹脂が供給されてオーバーコート層１４が形成されるため、図５に断面構造を模式的に示しているように、導電層１２は透光性樹脂層となるオーバーコート層１４の内部に銀ナノワイヤ１３ａが埋設された構造となる。また、図５（Ａ）の断面図で誇張して示しているように、銀ナノワイヤネットワーク１３の一部がオーバーコート層１４の表面から突出し、露出して、導電層１２の上に形成される金属層と導電層１２との接触抵抗を低減できるようにしている。

基材フィルム１１の厚さは５０〜３００μｍ程度であり、導電層１２の厚さは１００ｎｍ程度である。

透光性導電部材１０の導電層１２は、一部の領域で銀ナノワイヤ１３ａが形質変換されて非導電領域２５とされ、形質変換されていない領域が導電領域２０となる。

図２と図３に示すように、導電領域２０は第１の電極部２１と連結導電部２２ならびに第２の電極部２３に区分される。

図２に示すように、第１の電極部２１は、四角形状または菱形形状などであり、Ｙ方向に向けて配列している。Ｙ方向に隣り合う第１の電極部２１と第１の電極部２１は連結導通部２２で導通されている。第１の電極部２１と連結導通部２２は連続して形成されている。

第２の電極部２３は、第１の電極部２１と同じ形状で同じ面積に形成されている。ただし、第１の電極部２１と第２の電極部２３が、異なる形状や、異なる面積で形成されることもある。第２の電極部２３は、連結導通部２２を挟むように互いに独立して形成されており、それぞれがＸ方向に向けて直線的に配列されている。第１の電極部２１ならびに連結導通部２２と、第２の電極部２３との間は、非導電領域２５を介して電気的に分離されている。

入力パネル６の表面では、図２と図３に示すように、連結導電部２２とその両側の非導電領域２５とさらにその両側の第２の電極部２３までの間に渡って、有機絶縁層３１が形成されている。有機絶縁層３１はノボラック樹脂などのアクリル系の透光性の有機絶縁材料などで形成されている。前記有機絶縁層３１の表面にブリッジ配線３２が形成され、ブリッジ配線３２によって、Ｘ方向に配列する第２の電極部２３どうしが導通している。

ブリッジ配線３２は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕ，ＩＴＯなどに代表される配線材料で形成される。あるいは、各種合金材によって単層に形成される。または、複数の導電性材料が積層された積層導電層で形成される。ブリッジ配線３２は、目視しにくいように細く且つ薄く形成される。

図２に示すように、Ｙ方向に連結されている第１の電極部２１にＹ引出電極層３５が接続されている。図１に示すように、入力パネル６の縁部に複数の第１のランド部３６が形成されており、それぞれのＹ引出電極層３５が第１のランド部３６に個別に接続されている。ブリッジ配線３２でＸ方向に連結されている第２の電極層２３は、それぞれの横列ごとにＸ引出電極層３７に接続されている。それぞれのＸ引出電極層３７は、第２のランド部３８に個別に接続されている。

入力パネル６は、第１の電極部２１と第２の電極部２３との間に静電容量が形成されているが、カバーパネル２の表面に指を接触させると、第１の電極部２１または第２の電極部２３と指との間に静電容量が形成される。

第１の電極部２１に対して各列ごとに順番にパルス状の駆動電力を印加し、全ての第２の電極部２３から検出される電流値を計測することで、複数の第１の電極部２１のどれが指に最も接近しているかを算出できる。また、第２の電極部２３に対して各列ごとに順番にパルス状の駆動電力を印加し、全ての第１の電極部２１から検出される電流値を計測することで、複数の第２の電極部２３のどれが最も指に接近しているかを算出できる。

また、本発明は、第１の電極部２１と第２の電極部２３とが基材フィルム１１の同一の表面に形成されたものに限られず、Ｘ方向に連続する電極が形成されたフィルムとＹ方向に連続する電極が形成されたフィルムの２枚のフィルムが重ねられた入力パネルであってもよい。あるいは、複数の独立した電極部が設けられ、それぞれの電極部とランド部とが個別に接続されているものであってもよい。

次に、透光性導電部材１０の導電層１２を導電領域２０と非導電領域２５とにパターニングする方法を説明する。

図５（Ａ）に、パターニング前の透光性導電部材１０の断面構造が模式的に示されている。基材フィルム１１の表面１１ａに導電層１２が設けられている。導電層１２は、オーバーコート層１４の内部に銀ナノワイヤネットワーク１３が埋設されている。図では誇張されているが、オーバーコート層１４の表面に、銀ナノワイヤ１３ａの一部が露出している。

導電層１２の上にポジ型、あるいは、ネガ型のフォトレジスト、または、フィルムレジストを形成する。フォトレジストはスピンコート法、ロールコート法などの各種方法により膜厚が１μｍ〜５μｍ前後となるように形成する。フィルムレジストを使用する場合は膜厚が２０μｍ前後のものが使用される。マスクと露光機を使用して、フォトレジストを部分的に露光する。その後の現像工程で露光された導電層をＴＭＡＨなどのアルカリ液で現像することで、図５（Ａ）に示すように分離したレジスト層４１が残る。

導電層１２のうち、第１の電極部２１と連結導電部２２と第２の電極部２３を形成する導電領域２０となる部分にレジスト層４１が残され、非導電領域２５となる部分のフォトレジストが除去される。

次に、レジスト層４１に覆われていない導電層１２を非導電化するための処理が行われる。

この処理にはヨウ素液が使用される。ヨウ素液はヨウ素ヨウ化塩溶液であり、例えばヨウ素ヨウ化カリウム溶液である。ヨウ素ヨウ化カリウム溶液は、ヨウ化カリウム溶液にヨウ素が溶解しているものであり、ヨウ素が０．０５〜１．０質量％、ヨウ化カリウムが０．１〜５．０質量％前後含まれた水溶液が使用される。

レジスト層４１が形成された透光性導電部材１０が、ヨウ素ヨウ化カリウム溶液に０．５〜１０分程度浸漬されることで、レジスト層４１で覆われていない領域でオーバーコート層１４の内部に溶液が浸透し、少なくとも一部の銀ナノワイヤ１３ａがヨウ化されて銀ヨウ化物に形質変換される。

レジスト層４１で覆われていない領域では、銀ナノワイヤ１３ａがヨウ化されることで、その領域の導電層１２の面積抵抗率が高くなり、実質的に電気的な絶縁機能を発揮する非導電領域２５となる。

ただし、ヨウ素ヨウ化カリウム溶液で非導電化処理が行われると、非導電領域２５となる領域において、オーバーコート層１４の表面に露出している銀ナノワイヤがヨウ化されて白濁しまたは白色化した金属化合物が生成される。

そこで、次の工程では、チオ硫酸塩溶液を使用して、オーバーコート層１４の表面の白濁しまたは白色化した銀ヨウ化物などの金属化合物を除去する。チオ硫酸塩溶液としては濃度が１．０〜２５質量％のチオ硫酸ナトリウム溶液が使用される。レジスト層４１で覆われた透光性導電部材を溶液に１０〜６０秒程度浸漬させことで、オーバーコート層１４の表面に露出している銀ヨウ化物などの金属化合物が除去される。

レジスト剥離液でレジスト層４１を除去すると、図５（Ｃ）に示すように、導電層１２が導電領域２０と非導電領域２５に区分される。図２と図３に示すように、導電領域２０によって、第１の電極部２１と連結導電部２２ならびに第２の電極部２３が形成される。

非導電領域２５は、銀ヨウ化物を含んでいるために非導電性となりまたは導電領域２０よりも面積抵抗率が大幅に高くなる。非導電領域２５では、オーバーコート層１４の内部にヨウ化された銀ナノワイヤが残留しているため、内部に銀ナノワイヤが存在している導電領域２０との間で光学特性の差が小さくなる。そのため、導電領域２０と非導電領域２５との間で、表示パネル５からの表示光の透過特性に大きな差が生じることがなくなる。

非導電領域２５では、オーバーコート層１４の表面に現れる銀ヨウ化物が除去されている。あるいは、オーバーコート層１４の表面に現れる銀ヨウ化物の量が、導電領域２０においてオーバーコート層１４の表面に露出している銀ナノワイヤ１３ａの量よりも大幅に少なくなっている。

前記パターニング方法では、ヨウ素液を使用した銀ナノワイヤ１３ａのヨウ化処理と、チオ硫酸塩溶液を使用した銀ヨウ化物などの白濁した金属化合物の除去処理とを異なる工程で行っている。例えば、ヨウ素液とチオ硫酸塩溶液との混合液を使用して一度で処理しようとすると、オーバーコート層内の銀ナノワイヤが溶解してしまい、非導電領域の光学特性が大きく変化してしまう。しかし前記方法では、２つの処理工程を分離させることで、オーバーコート層の内部にヨウ化された銀ナノワイヤを残留させた状態で、オーバーコート層の表面の銀ヨウ化物などの金属化合物を除去することができ、内部に銀ナノワイヤを有する導電領域と非導電領域との光学特性の差を小さくすることが可能になる。

（実施例）
ＰＥＴフィルムの表面に、銀ナノワイヤネットワーク１３とアクリル系のオーバーコート層１４とから成る厚さが約１００ｎｍの導電層１２が形成された透光性導電部材１０を使用し、図６に示すように、導電領域と非導電領域をパターニングした。

銀ナノワイヤのヨウ化処理では、ヨウ素の濃度が０．１質量％、ヨウ化カリウムの濃度が０．５質量％のヨウ素ヨウ化カリウム溶液に１２０秒間浸漬させた。オーバーコート層１４の表面に残る銀ヨウ化物などの金属化合物の除去処理では、濃度が１０質量％のチオ硫酸ナトリウム溶液に３０秒間浸漬させた。

（比較例）
実施例と同じ方法で作製された透光性導電部材１０を使用し、図６に示す非導電領域と同じ面積の領域を、王水系エッチャントでエッチングし、オーバーコート層１４内の銀ナノワイヤを溶解したものを比較例とした。

以下の表１は、実施例と比較例の光学特性を比較している。
表１の実施例は、処理前の導電層すなわち導電領域のヘイズならびに全光線透過率と、ヨウ素ヨウ化カリウム溶液の処理とチオ硫酸ナトリウムの処理とを行った非導電領域のヘイズならびに全光線透過率とを比較している。

表１の比較例は、エッチングを行っていない処理前の導電層のヘイズならびに全光線透過率と、銀ナノワイヤを王水エッチャントでエッチングした領域のヘイズならびに全光線透過率とを比較している。

実施例では、導電領域と非導電領域とで全光線透過率に大きな差が生じていないことが判る。実施例では、非導電領域のヘイズが導電領域よりも低下してはいるが、非導電領域のヘイズは、比較例において銀ナノワイヤを除去した領域のヘイズよりも格段に優れていることが判る。

なお、実施例において、導電領域と非導電領域との光学的なコントラストは図６に示す通りである。

１ 電子機器
５ 表示パネル
６ 入力パネル
１０ 透光性導電部材
１１ 基材フィルム
１１ａ 表面
１２ 導電層
１３ 銀ナノワイヤネットワーク
１３ａ 銀ナノワイヤ
１４ オーバーコート層
２０ 導電領域
２１ 第１の電極部
２２ 連結導電部
２３ 第２の電極部
２５ 非導電領域
４１ レジスト層

Claims (6)

1. 透光性の基材の表面に、オーバーコート層に銀ナノワイヤが埋設された導電層が形成されている透光性導電部材において、
   前記導電層が、導電領域と、前記導電領域よりも表面抵抗率の高い非導電領域とに区分され、
   前記導電領域では、前記オーバーコート層の表面から前記銀ナノワイヤの一部が露出しており、
   前記非導電領域では、前記オーバーコート層に埋設されている前記銀ナノワイヤの少なくとも一部がヨウ化されており、
   前記非導電領域では、前記銀ナノワイヤがヨウ化された銀ヨウ化物が前記オーバーコート層の表面から露出していないか、または、前記非導電領域における前記オーバーコート層の表面に露出している該銀ヨウ化物の量が、前記導電領域における前記オーバーコート層の表面に露出している前記銀ナノワイヤの量よりも少ないことを特徴とする透光性導電部材。
2. 透光性の基材の表面に、オーバーコート層に銀ナノワイヤが埋設された導電層が形成された透光性の積層材を使用し、
   前記導電層の一部をレジスト層で覆う工程と、
   レジスト層で覆われていない導電層の表面をヨウ素液で処理して、銀ナノワイヤの少なくとも一部をヨウ化する工程と、
   レジスト層で覆われていない導電層の表面に、チオ硫酸塩溶液を与えて、オーバーコート層の表面に露出している銀ヨウ化物を除去する工程と、
   を有することを特徴とする透光性導電部材のパターニング方法。
3. 前記ヨウ素液は、ヨウ素ヨウ化カリウム溶液である請求項２記載の透光性導電部材のパターニング方法。
4. ヨウ素ヨウ化カリウム溶液中のヨウ素の濃度が０．０５〜１．０質量％、ヨウ化カリウムの濃度が０．１〜５．０質量％である請求項３記載の透光性導電部材のパターニング方法。
5. チオ硫酸塩溶液が、チオ硫酸ナトリウム溶液である請求項２ないし４のいずれかに記載の透光性導電部材のパターニング方法。
6. チオ硫酸ナトリウムの濃度が１．０〜２５質量％である請求項５記載の透光性導電部材のパターニング方法。