JP6196180B2 - 透光性導電フィルム - Google Patents

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    • G06F2203/04112Electrode mesh in capacitive digitiser: electrode for touch sensing is formed of a mesh of very fine, normally metallic, interconnected lines that are almost invisible to see. This provides a quite large but transparent electrode surface, without need for ITO or similar transparent conductive material

Description

本発明は、指やスタイラスペン等の接触によって情報を入力することが可能な入力表示装置等に適用される透光性導電フィルムに関する。
従来、フィルム基材と、網目状にパターン形成された金属配線層と、着色層(黒化層)とをこの順に有する透光性導電フィルムが知られている(特許文献1)。このような透光性導電フィルムは、電気伝導性や屈曲性に優れるため、インジウムスズ酸化物(ITO)を用いた透光性導電フィルムに代わるタッチセンサの電極材として注目されている。
特開2013−129183号公報
しかしながら、従来の透光性導電フィルムでは、タッチセンサの使用者に、金属配線層の網目状パターンが依然として視認されるという課題があり、かかる課題の改善が求められている。
本発明の目的は、生産性に優れると共に、金属配線の断線を生じずに高い信頼性を実現し、且つ金属配線層が視認され難く使用感の良好な透光性導電フィルムを提供することにある。
本発明者等は、透光性導電フィルムの構成について鋭意検討した結果、フィルム基材の表面形状、並びに該フィルム基材に形成される金属配線層の寸法及び着色層の配置に着目し、これらを適した形状、寸法及び配置とすることで、生産性に優れ、金属配線の断線を生じずに高い信頼性を実現し、且つ金属配線層の網目状パターンが視認され難い透光性導電フィルムを提供できることを見出した。
すなわち、本発明の要旨は以下の通りである。
(1)フィルム基材と、パターン形成された金属配線層と、着色層とを有する透光性導電フィルムであって、前記フィルム基材は、前記金属配線層が形成される側の表面に複数の突起を有し、前記金属配線層の線幅が5μmを超え8μ未満であり、且つ前記金属配線層の厚みが0.1μm以上0.5μm未満であり、前記着色層は、前記金属配線層の視認側の主面に形成され、且つ前記金属配線層の側面には形成されないことを特徴とする、透光性導電フィルム。
(2)前記突起は、前記フィルム基材の前記金属配線層が形成される側の表面の平面視において、その外径が0を超え5μm以下であることを特徴とする、上記(1)記載の透光性導電フィルム。
(3)前記突起の高さが3μm未満であることを特徴とする、上記(1)記載の透光性導電フィルム。
(4)前記金属配線層は、扁平形状を有し、厚みに対する線幅の比率が15〜50であることを特徴とする、上記(1)記載の透光性導電フィルム。
(5)前記金属配線層が、網目状に形成されることを特徴とする、上記(1)記載の透光性導電フィルム。
(6)両側の表面にそれぞれ複数の突起を有するフィルム基材と、
前記フィルム基材の一方の表面上に形成された第1金属配線層と、
前記第1金属配線層上に形成された第1着色層と、
前記フィルム基材の他方の表面に形成された第2着色層と、
前記第2着色層上に形成された第2金属配線層とを備え、
前記第1及び第2金属配線層の線幅が5μmを超え8μm未満であり、且つ前記第1及び第2金属配線層の厚みが0.1μm以上0.5μm未満であり、
前記第1着色層は、前記第1金属配線層の前記フィルム基材とは反対側の主面に積層され、且つ前記第1金属配線層の側面には形成されず、
前記第2着色層は、前記第2金属配線層の前記フィルム基材側の主面に積層され、且つ前記第2金属配線層の側面には形成されないことを特徴とする、透光性導電フィルム。
本発明によれば、フィルム基材の表面に複数の突起が設けられる。これにより、フィルム基材には滑り性や耐磨耗性が付与され、金属配線層を連続的に成膜する際に、品質を高く維持しながら、その成膜速度を高めて生産性を向上させることができる。
また、金属配線層は、所定の線幅を有するものとし、且つ金属配線層の視認側の表面には、外光を吸収する着色層が設けられる。これにより、フィルム基材に金属配線層が積層される際に、フィルム基材の突起に起因する金属配線の断線を防ぐことができ、高い信頼性を実現することができる。また、網目状パターン等の金属配線層が光輝して視認されることを防ぐことができ、良好な使用感を実現することができる。
更に、金属配線層の厚みは、従来技術における金属配線層よりも更に薄く、0.1μm以上0.5μm未満である。このような構成は、透光性導電フィルムに対して、斜め方向から外光が入射したとき、金属配線層の側面が光輝せず、より一層、金属配線層が視認され難くすることができる。また、金属配線層の側面には着色層を設けないため、金属配線層の側面に着色層を形成する工程が不要となり、透光性導電フィルムの生産性に優れる。
特に、フィルム基材の両側の表面にそれぞれ金属配線層が形成される場合、両面での金属配線層の断線を防ぎつつ、両面での金属配線層の視認を防止することができ、より顕著な効果を得ることができる。
本発明の実施形態に係る透光性導電フィルムの構成を概略的に示す断面図である。 図1における透光性導電フィルムの部分拡大図であり、(a)は平面図、(b)は、(a)における線A−Aに沿う断面図である。 図1の透光性導電フィルムの変形例を示す断面図である。 図1の透光性導電フィルムの他の変形例を示す断面図である。
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本実施形態に係る透光性導電フィルムの構成を概略的に示す図である。なお、図1における各構成の長さ、幅あるいは厚みは、その一例を示すものであり、本発明の透光性導電フィルムにおける各構成の長さ、幅あるいは厚みは、図1のものに限られないものとする。
図1に示すように、本発明の透光性導電フィルムは、フィルム基材11と、網目状にパターン形成された金属配線層12と、着色層13とを少なくともこの順に有している。具体的には、フィルム基材11は、図2(a),(b)に示すように、金属配線層12が形成される側の表面11aに複数の突起31を有している。そして金属配線層12を構成する各配線は、フィルム基材の表面11a上及び突起31の表面31a上の双方に連続して形成されている。金属配線層12の線幅は、5μmを超え8μm以下であり、金属配線層の厚みは、0.1μm以上0.5μm未満である。そして着色層13は、金属配線層12の視認側Aの主面12aに積層され、且つ金属配線層12の側面12aには形成されない点に特徴がある。
透光性導電フィルムにおいて、金属配線層を有する側の表面抵抗値は、好ましくは0.1Ω/□〜400Ω/□であり、さらに好ましくは0.1Ω/□〜100Ω/□であり、特に好ましくは1Ω/□〜60Ω/□である。透光性導電フィルム1の透過率は、好ましくは80%以上であり、さらに好ましくは85%以上である。
本発明の透光性導電フィルムは、フィルム基材、金属配線層、及び着色層をこの順に有するものであれば、各層間に他の層を含むものであってもよい。例えば、透光性導電フィルムは、フィルム基材と金属配線層との間に、密着性を高めるための密着性樹脂層が配置されていてもよいし、金属配線層や着色層がフィルム基材の両側に配置されていてもよい。
(フィルム基材)
本発明に用いられるフィルム基材は、金属配線層を支持するものである。このフィルム基材は単層であってもよいし、複層であってもよい。フィルム基材の厚みは、透明性や取扱性の観点から、好ましくは20μm〜200μmである。
上記フィルム基材は、金属配線層が形成される側の表面に複数の突起を有している。フィルム基材の表面に複数の突起を設けることによって、フィルム基材に滑り性や耐磨耗性を付与し、金属配線層を連続的に成膜する際に、品質を高く維持しながら、その成膜速度を高めて生産性を向上させることができる。
突起は、フィルム基材の金属配線層が形成される側の表面の平面視において、その外径Dが0を超え5μm以下、好ましくは、0.5μm〜3μmである。突起の外径は、例えばフィルム基材の金属配線層が形成される側の表面を所定倍率で画像観察することにより測定することができる。外径Dが5μmを超える場合は、フィルム基材の表面と突起表面の境界部近傍で金属配線が断線する可能性がある。
突起の高さは、フィルム基材の平坦な面を基準として、好ましくは0を超え3μm以下であり、さらに好ましくは0.1μm〜2μmである。
突起の形状は、本実施形態では略ドーム型であり、フィルム基材の面方向断面は略円形、厚み方向断面は略半円形である(図2)。ただし、本発明における突起は、フィルム基材に滑り性や耐磨耗性を付与し、また、高品質な金属配線層を連続的且つ速い速度で成膜し得るものであれば、ドーム型以外の他の形状であってもよい。
フィルム基材上に突起を設ける手段としては、該フィルム基材の内部に滑剤を分散させる方法、フィルム表面に、複数の粒子を分散させたバインダー(binder)を塗布する方法などが挙げられる。
フィルム基材を構成するフィルムは、透明性と耐熱性に優れるポリマーフィルムが好ましい。上記ポリマーフィルムは、例えば、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエチレンナフタレートフィルム、ポリシクロオレフィンフィルム、ポリカーボネートフィルム、又はポリサルフォンフィルムである。このようなポリマーフィルムは、例えば、三菱樹脂株式会社、帝人デュポンフィルム株式会社、日本ゼオン株式会社、帝人化成株式会社等から入手することができる。
(金属配線層)
本発明に用いられる金属配線層は、透光性を付与するために、例えば網目状にパターン形成されたものである。上記金属配線層の網目状パターンは、特に制限はなく、例えば、正方形格子、ひし形格子、又は多角形格子である。
上記金属配線層を形成する材料は、電気伝導性を有するものであれば制限はないが、好ましくは銀、銅又はそれらの合金であり、さらに好ましくは銅である。
上記金属配線層の線幅は、5μmを超え8μm未満であり、好ましくは5.5μmを超え7μm以下である。このような線幅の範囲であれば、フィルム基材の突起に起因する断線を防ぐことができる。線幅が5μm以下である場合は、金属配線層の網目状パターンが視認され難くはなるものの、フィルム基材の突起によって、金属配線が断線する頻度が高くなり、大量生産すると品質及び信頼性が低くなる。一方、線幅が8μm以上である場合は、金属配線層の網目状パターンが顕著に視認される。
金属配線層の厚みは、0.1μm以上0.5μm未満であり、好ましくは0.1μmを超え0.4μm以下、さらに好ましくは0.15μm〜0.35μmである。金属配線層は、その厚みを例えば2μmよりも薄くすることによって、より一層、網目状パターンが視認されることを防ぐ。このような構成は、透光性導電フィルムに対して、斜め方向から外光が入射したとき、金属配線層の側面が光輝せず、視認され難い。また、金属配線層の側面には着色層を設けないため、金属配線層の側面に着色層を形成する工程が不要で、透光性導電フィルムの生産性に優れる。
本発明の金属配線層は、扁平形状を有している点に特徴があり、厚みに対する線幅の比率(線幅/厚み)は、好ましくは10以上80未満であり、さらに好ましくは15〜50である。このような関係を満足する透光性導電フィルムは、生産性に優れ、金属配線の断線を生じず、且つ金属配線層の網目状パターンが視認され難い。
金属配線層の断面積は、タッチパネルセンサに必要な電気伝導性を得るために、好ましくは0.5μm〜4μmであり、さらに好ましくは0.5μm〜3.2μmであり、特に好ましくは0.5μm〜2.5μmである。
金属配線層のピッチ間隔は、十分な透光性を得るために、好ましくは200μm〜800μmであり、さらに好ましくは350μm〜650μmである。金属配線層の開口率は、好ましくは95%〜99%であり、さらに好ましくは96%〜99%である。
上記金属配線層を形成する方法としては、例えば、フィルム基材の表面全体に金属層を成膜した後、金属層上に所定のレジストパターン(resist pattern)を積層し、エッチング(etching)により、網目状の金属配線層が形成されるように、不要領域の金属層を除去した後、レジストを剥離する方法が用いられる。上記金属層を成膜する方法は、例えば、スパッタリング(spattering)法、メッキ(plating)法、又はそれらの組み合わせである。
(着色層)
本発明に用いられる着色層着色層は、金属配線層の視認側の表面に積層され、外光が吸収されることによって、網目状パターンが光輝して視認されることを防ぐ。本発明の透光性導電フィルムは、金属配線層の厚みが薄いために、金属配線層の側面に着色層を形成する必要がない。従って、透光性導電フィルムの生産性に優れる。
上記着色層は、単層であってもよいし、複層であってもよい。この着色層の総厚みは、好ましくは5nm〜2μmであり、さらに好ましくは10nm〜1μmであり、特に好ましくは10nm〜60nmである。着色層の線幅は、基本的に金属配線層と同じであり、例えば、5μmを超え8μm未満であり、好ましくは5.5μmを超え7μm以下である。
着色層の色調は、好ましくは黒色又は濃灰色である。このため、着色層を黒化層と呼び、黒化層を設けることを黒化処理と呼ぶことがある。
着色層を形成する材料は、外光を吸収するものであれば、特に制限はなく、例えば、特開2008−25025号公報に記載のメッキ法により形成される黒化層(黒色銅、又は黒色ニッケル)や、特開2013−129183号公報に記載の、スパッタリング法により形成される黒化層(酸化銅、窒化銅、窒化ニッケル、又は酸化ニッケル)が用いられ得る。
上記着色層を金属配線層の視認側の表面のみに形成する着色層形成方法としては、積層構成によって、以下の方法が挙げられる。図1の構成の場合、上記着色層形成方法は、例えば、フィルム基材の表面全体にメッキ法で金属層を成膜した後、金属層の表面に、メッキ法で黒化処理して着色層を形成し、その後に金属層と着色層を共にエッチングする方法(第1製法)である。本製法では、金属層の生成から黒化処理を連続して行うことができるので、製造時間の短縮やコストの低減ができ、環境負荷も低減できる。
上述したように、本実施形態によれば、フィルム基材11の表面11aに複数の突起31が設けられる。これにより、フィルム基材11には滑り性や耐磨耗性が付与され、金属配線層12を連続的に成膜する際に、品質を高く維持しながら、その成膜速度を高めて生産性を向上させることができる。また、金属配線層12は、所定の線幅を有するものとし、且つ金属配線層12の視認側Aの主面12aには、外光を吸収する着色層13が設けられる。これにより、フィルム基材11に金属配線層12が積層される際に、フィルム基材11の突起31に起因する金属配線の断線を防ぐことができ、また、網目状パターン等の金属配線層12が光輝して視認されることを防ぐことができ、良好な使用感を実現することができる。更に、金属配線層12の厚みは0.5μm未満である。このような構成は、透光性導電フィルムに対して、斜め方向から外光が入射したとき、金属配線層12の側面が光輝せず、より一層、網目状パターンが視認され難くすることができる。また、金属配線層12の側面12bには着色層を設けないため、金属配線層12の側面12bに着色層を形成する工程が不要となり、透光性導電フィルムの生産性に優れる。
なお、図1では、金属配線層が、フィルム基材の視認側の表面に形成されているが、これに代えて、フィルム基材の表示装置側の表面に形成されてもよい。
具体的には、図3に示すように、透光性導電フィルムは、フィルム基材11と、網目状にパターン形成された着色層23と、金属配線層22とをこの順に有している。そして、フィルム基材11は、金属配線層22が形成される側、すなわち視認側Aとは反対側B(透光性導電フィルムがタッチセンサとして表示装置に積層して用いられる場合は、表示装置側)の表面11bに複数の突起(不図示)を有している。金属配線層22の線幅及び厚みは、図1の金属配線層12と同様である。着色層23は、金属配線層22の視認側Aの主面22aに積層され、図1の構成と同様に、金属配線層22の側面22bには形成されない点に特徴がある。
図3の構成の場合、着色層形成方法としては、例えば、金属層を成膜する前のフィルム基材上に、スパッタリング法で着色層を成膜した後、当該着色層の表面に、スパッタリング法で金属層を成膜して、その後に着色層と金属層を共にエッチングする方法(第2製法)が挙げられる。本製法でも、金属層の生成から黒化処理を連続して行うことができるので、製造時間の短縮やコストの低減ができ、環境負荷も低減できる。
このように、図3に示す構成でも、図1の形態と同様の効果を奏することができる。
また、金属配線層が、フィルム基材の両面に形成されてもよい。この場合、本発明の透光性導電フィルムでは、各金属配線層の視認側の表面に着色層が積層される。
具体的には、図4に示すように、透光性導電フィルムは、両側の表面11a,11bにそれぞれ複数の突起(不図示)を有するフィルム基材11と、該フィルム基材の一方の表面11a上に形成された金属配線層12(第1金属配線層)と、金属配線層12上に形成された着色層13(第1着色層)と、フィルム基材11の他方の表面11bに形成された着色層23(第2着色層)と、着色層23上に形成された金属配線層22(第2金属配線層)とを備えている。
金属配線層12,22の線幅は、それぞれ5μmを超え8μm未満であり、且つ金属配線層12,22の厚みがそれぞれ0.1μm以上0.5μm未満である。また、着色層13は、金属配線層12のフィルム基材11とは反対側の主面12aに積層され、且つ金属配線層12の側面12bには形成されない。更に、着色層23は、金属配線層22のフィルム基材11側の主面22aに積層され、且つ金属配線層22の側面22bには形成されない。図4に示す構成によれば、上記効果をより顕著に得ることができる。
以上、本実施形態に係る透光性導電フィルムについて述べたが、本発明は記述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想に基づいて各種の変形および変更が可能である。
以下、本発明の実施例を説明する。
[実施例]
厚さ50μmのポリエチレンテレフタレートフィルムの表面に、複数の粒子(綜研化学社製、商品名「MX180−TA」)を分散させたバインダー(DI社製、商品名「ELS888」)を塗布し、表面に複数の突起(フィルム基材の平坦な面を基準として、高さ1.2μm)を有するフィルム基材を作製した。次に、フィルム基材のバインダーを塗布した表面に、DCスパッタリング法により、厚み80nmの銅層を成膜して積層体を形成した。
次に、この積層体を電解銅メッキ浴に浸漬して、電流密度を20A/dmとする電解メッキ法により銅層の厚みを増加させて、銅層の総厚みを200nm(0.2μm)とした。この段階での析出した金属は、褐色であった。その後、電流密度を50A/dmに変更して引き続きメッキを行い、銅層の表面に黒色銅からなる着色層を積層した。フィルム基材、銅層、及び着色層を有する積層体を、メッキ浴から取り出し、水洗、乾燥した。
次いで、黒化層の表面に、所定のレジストパターンを積層して、エッチング法により不要領域の銅層及び着色層を同時に除去し、その後、レジストを剥離して、最表面に着色層を有し、線幅6μm、ピッチ間隔450nm、厚み0.2μm、開口率97%である、正方形格子状(網目状)の金属配線層を形成した。このようにして得られた透光性導電フィルムは、透過率が88%であり、表面抵抗値は3Ω/□であった。
[比較例1]
メッキ時間を変更して、金属配線層の厚みを2μmとしたこと以外は、実施例と同様の方法で透光性導電フィルムを作製した。
[比較例2]
メッキ時間及びレジストパターンを変更して、金属配線層の線幅を10μm、厚みを2μmとしたこと以外は、実施例と同様の方法で透光性導電フィルムを作製した。
[比較例3]
レジストパターンを変更して、金属配線層の線幅を8μmとしたこと以外は、実施例と同様の方法で透光性導電フィルムを作製した。
[比較例4]
レジストパターンを変更して、金属配線層の線幅を3μmとしたこと以外は、実施例と同様の方法で透光性導電フィルムを作製した。
次に、実施例および比較例の透光性導電フィルムを、以下のように測定・評価した。
(金属線配線層の線幅及びピッチ間隔の測定)
顕微鏡(オリンパス社製、装置名「MX61L」)を用いて顕微鏡写真を撮影し、撮影した写真に基づいて各値を実測した。
(金属配線層の厚みの測定)
上記の方法で作製した透光性導電フィルムの一部を切り取って樹脂で注型し、顕微鏡(日立製作所社製、装置名「HF2000」を用いて断面を観察し、各値を実測した。
(開口率の算出)
金属配線層におけるピッチ間隔を、単位パターンにおいて近接配置された2つの配線の一方の中心から他方の中心までの長さとし、また、メッシュ空間の長さを、上記ピッチ間隔から上記配線の線幅を減じた値とした場合に、「(開口率)={(メッシュ空間長さ/ピチ間隔)}×100」の式により求めた。
(透過率の測定)
ダブルビーム分光光度計(日立製作所社製、装置名「U4100」)を用いて、400〜700nmの透過率を測定し、その平均値を求めた。
(金属配線の断線の評価)
作製した透光性導電フィルムの全面を、拡大鏡を用いて肉眼にて観察し、断線の有無を確認した。
(網目状パターンの視認防止性の評価)
作製した透光性導電フィルムを、三波長発光型蛍光灯の光源下で目視観察し、正面方向及び斜め方向の双方から網目状パターンが視認されるか否かを確認し、網目状パターンが視認されない場合を良好、明確に視認される場合を不良とした。
上記のように測定・評価した結果を表1に示す。
Figure 0006196180
表1の結果から、実施例1では、金属配線層の線幅が6μm、且つ金属配線層の厚みが0.2μmであり、正面方向及び斜め方向のいずれからも網目状パターンが視認されず、また、金属配線の断線も確認されなかった。
一方、比較例1では、金属配線層の線幅が6μm、且つ厚みが2μmであり、金属配線の断線は確認されなかったものの、斜め方向から見たときに網目状パターンが視認された。
比較例2では、金属配線層の線幅が10μm、且つ厚みが2μmであり、金属配線の断線は確認されなかったものの、正面方向及び斜め方向の双方から見たときに、網目状パターンが視認された。
比較例3では、金属配線層の線幅が8μm、且つ厚みが0.2μmであり、金属配線の断線は確認されなかったものの、正面方向から見たときに網目状パターンが視認された。
比較例4では、金属配線層の線幅が3μm、且つ厚みが0.2μmであり、網目状パターンは視認されなかったものの、金属配線の断線が確認された。
本発明に係る透光性導電フィルムは、タッチセンサの電極材として好適である。タッチセンサとしては、好ましくは、スマートフォンやタブレット端末(Slate PC)等の携帯端末に使用される静電容量方式タッチセンサである。
11 フィルム基材
11a 表面
11b 表面
12 金属配線層
12a 主面
12b 側面
13 着色層
22 金属配線層
22a主面
22b 側面
23 着色層
31 突起
31a 表面

Claims (6)

  1. フィルム基材と、パターン形成された金属配線層と、着色層とを有する透光性導電フィルムであって、
    前記フィルム基材は、前記金属配線層が形成される側の表面に複数の突起を有し、
    前記金属配線層の線幅が5μmを超え8μm未満であり、且つ前記金属配線層の厚みが0.1μm以上0.5μm未満であり、
    前記着色層は、前記金属配線層の視認側の主面に形成され、且つ前記金属配線層の側面には形成されないことを特徴とする、透光性導電フィルム。
  2. 前記突起は、前記フィルム基材の前記金属配線層が形成される側の表面の平面視において、その外径が0を超え5μm以下であることを特徴とする、請求項1記載の透光性導電フィルム。
  3. 前記突起の高さが0を超え3μm未満であることを特徴とする、請求項1記載の透光性導電フィルム。
  4. 前記金属配線層は、扁平形状を有し、厚みに対する線幅の比率が15〜50であることを特徴とする、請求項1記載の透光性導電フィルム。
  5. 前記金属配線層が、網目状に形成されることを特徴とする、請求項1記載の透光性導電フィルム。
  6. 両側の表面にそれぞれ複数の突起を有するフィルム基材と、
    前記フィルム基材の一方の表面上に形成された第1金属配線層と、
    前記第1金属配線層上に形成された第1着色層と、
    前記フィルム基材の他方の表面に形成された第2着色層と、
    前記第2着色層上に形成された第2金属配線層とを備え、
    前記第1及び第2金属配線層の線幅が5μmを超え8μ未満であり、且つ前記第1及び第2金属配線層の厚みが0.1μm以上0.5μm未満であり、
    前記第1着色層は、前記第1金属配線層の前記フィルム基材とは反対側の主面に積層され、且つ前記第1金属配線層の側面には形成されず、
    前記第2着色層は、前記第2金属配線層の前記フィルム基材側の主面に積層され、且つ前記第2金属配線層の側面には形成されないことを特徴とする、透光性導電フィルム。
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