JP6322188B2 - 導電性フィルム基板、透明導電性フィルムおよびその製造方法、ならびにタッチパネル - Google Patents
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Description
図1は、透明導電性フィルムの一形態を模式的に表す平面図である。図2Aおよび図2Bは、図1のII−II線における断面を模式的に表す断面図である。図2Aおよび図2Bに示すように、透明導電性フィルム100は、透明フィルム基板10上に、複数の金属細線20,26を備える。各金属細線20,26の幅Lは、5μm以下が好ましく、3μm以下がより好ましい。線幅が5μm以下であれば、透明導電性フィルムが、タッチパネルの位置検出用電極のように近距離から視認されるディスプレイに用いられる場合でも、細線が視認され難い。
開口率(%)=100×(導電性パターン形成部の全光線透過率)/(導電性パターン非形成部の全光線透過率)
また、開口率の理論値は、金属細線20の幅Lと、隣接する金属細線間の間隔Sとを用いて、下記式により算出される。
理論開口率(%)=100×S/(L+S)
図3は、透明導電性フィルム101の製造工程の一例を模式的に表す概念図である。図3に示す形態では、まず、透明フィルム基板10上に金属層200が形成され、導電性フィルム基板151が得られる(図3(A))。その後、金属層200上に、レジスト層31が形成され(図3(B))、レジストパターン33が形成される(図3(C))。その後、レジストパターン非形成部の金属層200がウェットエッチングにより除去され、金属細線20が形成される(図3(D))。最後に、レジストパターンが除去され、透明導電性フィルム101が得られる(図3(E))。この一連の工程は、プリント配線基板の製造技術におけるサブトラクティブ法と略同一の工程である。
導電性フィルム基板151は、透明フィルム基板10上に、金属層200を備える。
透明フィルム基板10としては、少なくとも可視光領域で無色透明であるものが用いられる。透明フィルム基板10の全光線透過率は90%以上が好ましく、91%以上がより好ましく、92%以上がさらに好ましい。
透明フィルム基板10上には、第一金属層210および第二金属層220からなる金属層200が形成される。第一金属層および第二金属層は、いずれも銅を主成分とする。なお、「銅を主成分とする」とは、各層を構成する金属のうち90重量%以上、好ましくは95重量%以上、さらに好ましくは99重量%以上が銅であることを指す。第一金属層および第二金属層は、導電性やエッチング加工性等を悪化させない程度に、他の金属を含む合金であってもよい。
第一金属層210は、透明フィルム基板10と金属層200との密着性向上、および第二金属層220を電解メッキによって形成する際のシード層としての役割を有する。このような機能を持たせる観点から、第一金属層210は、均一かつ緻密な膜であることが好ましい。そのため、第一金属層210は、スパッタリング法や蒸着法等の薄膜形成に適した乾式法により製膜されることが好ましい。中でも、ナノメートルレベルの均一な薄膜が形成可能であり、かつロール・トゥー・ロール法による連続製膜が可能である、という観点から、スパッタリング法が特に好ましい。
第一金属層210上に第二金属層220が形成される。第二金属層220の膜厚d2は、第一金属層210の膜厚および金属層200の全体膜厚が上記範囲となるように、適宜に設定され得る。すなわち、第二金属層220の膜厚は、50nm〜990nmが好ましく、100nm〜900nmがより好ましく、200nm〜800nmがさらに好ましい。
第二金属層220上には、レジストパターン33が形成される。なお、第二金属層220上には、レジスト層31の塗布前に他の層が形成されてもよい。例えば、第二金属層の酸化や劣化を防止する目的で、金属層やポリマー層等の保護層(不図示)が設けられてもよい。なお、保護層も金属層と同様にパターニングするためには、保護層は金属層200と同じエッチング液によって除去可能な金属材料からなることが好ましい。
レジストパターン非形成領域の金属層200がウェットエッチングにより除去され、図3(D)に示すような細線20にパターニングされる。パターニングに際しては、金属層200の厚み方向に優先的にエッチングが進行するような異方性エッチングが行われることが好ましい。金属層の面内方向のエッチング(サイドエッチング)が進行すると、細線の幅が小さくなり、高抵抗化や断線を生じる傾向がある。本発明では、所定の透明フィルム基板10上に第一金属層210と第二金属層220とが順次形成されることによって、金属層200の膜厚の大半を占める第二金属層220が所定の結晶特性を有する。そのため、金属層の膜厚方向に選択的にエッチングを進行させることが可能となり、サイドエッチングが抑制されると推定される。
金属層をエッチングによりパターニングした後に、レジストパターン33が除去され、図3(E)に示すように、透明フィルム基板10上に、第一金属層211および第二金属層221からなる金属細線20を備える透明導電性フィルムが得られる。レジストパターンの除去方法は特に限定されないが、一般には剥離による除去が行われる。
図4は、透明導電性フィルム102の別の製造工程例を模式的に表す概念図である。本実施形態では、まず、図4(A)に示すように、透明フィルム基板10上に第一金属層210が形成される。その後、第一金属層210上に、レジスト層35が形成され(図4(B))、レジストパターン37が形成される(図4(C))。その後、レジストパターン非形成部に第二金属層222が形成され(図4(D))、レジストパターンが除去され、第二金属層222が細線にパターニングされた導電性フィルム基板152が得られる(図4(E))。最後に、第一金属層210の露出部が、エッチングにより第二金属層222と同様にパターニングされ、図4(F)に示すように、第一金属層212上に第二金属層222を有する金属細線20を備える透明導電性フィルム102が得られる。この一連の工程は、プリント配線基板の製造技術におけるセミアディティブ法と略同一の工程である。
本実施形態において、透明フィルム基板10の材料や、透明フィルム基板上への第一金属層210の形成方法等は、上記第一の実施形態と同様である。すなわちこの実施形態においても、透明フィルム基板10のポリエステル系樹脂を主成分とする面上に、スパッタリング法等の乾式法により第一金属層210が形成されることが好ましい。
第一金属層210上に、レジストパターン37が形成される。レジストパターンの形成方法は特に制限されない。一般には図4(B)に示すように、レジスト材料を塗布してレジスト層35を形成した後、露光・現像によりパターニングを行い、図4(C)に示すようなレジストパターン37とする方法が挙げられる。レジストパターン37の形状や幅は、金属層が所望のパターン形状にパターニングされるように適宜に設定される。図4(D)に示すようにレジストパターンが形成されていない開口領域に第二金属層222が形成され、最終的には金属細線20となる。そのため、レジストパターン37の開口幅は5μm以下が好ましく、3μm以下がより好ましい。また、細線の幅を一定とし、直線性を持たせる観点から、レジスト層35の厚みは、第二金属層22の厚みよりも大きくなるように調整されることが好ましい。
本実施形態においても、第二金属層222は、湿式メッキ法により形成されることが好ましく、製膜速度を高める観点から電解メッキ法が特に好ましい。本実施形態は、図4(D)に示すように、レジストパターン37が形成されていない開口領域にのみ第二金属層222が形成される点で、第一の実施形態と異なる。一方、第一金属層および第二金属層の膜厚の範囲等は第一の実施形態と同様である。本実施形態においても、所定の第一金属層上に湿式メッキ法により第二金属層が形成されるため、透明フィルム基板10との密着性に優れる金属層20が得られる。
第二金属層222を形成後、図4(E)に示すようにレジストパターン37が除去される。
レジストパターンの除去後、図4(F)に示すように、第一金属層210の露出部がエッチングされ、第二金属層222と同様にパターニングされる。本実施形態では、金属層の膜厚の大半を占める第二金属層222が事前にパターニングされているため、第一金属層210のみをエッチングによりパターニングすればよい。そのため、エッチング深さやエッチング時間が大幅に短縮されることから、第一の実施形態に比して、サイドエッチングがさらに抑制され得る。
上記では、ポリエステル樹脂(層)上に第一金属層が形成され、その上に第二金属層が形成される形態について説明したが、本発明は当該形態に限定されない。前述のように、第二金属層の(111)面の面間隔が大きい場合、すなわち、CuKα線をX線源として用いて測定される第二金属層の(111)面の回折角2θが、43.400°未満である場合に、金属層200がエッチングによる細線パターンの形成性に優れる傾向がある。
図5は、下地金属層230を備える透明導電性フィルム106の製造工程を模式的に表す概念図である。図5に示す形態は、まず、透明フィルム基板10上に、下地金属層230および金属層200が形成され、導電性フィルム基板156が得られる(図5(A))。その後、金属層200上に、レジスト層31が形成され(図5(B))、レジストパターン33が形成される(図5(C))。その後、レジストパターン非形成部の金属層200および下地金属層230がウェットエッチングにより除去され、金属細線26が形成される(図5(D))。最後に、レジストパターンが除去され、透明導電性フィルム106が得られる(図5(E))。
透明フィルム基板10上には、Niを主成分とする下地金属層230が形成される。この下地金属層230は、導電特性を有すると共に、その上に形成される金属層200を透明フィルム基板10上に強力に保持する密着性補助層としての作用を有する。このような密着性向上効果を得るためには、透明フィルム基板10上に、緻密な膜が形成されることが好ましい。そのため、下地金属層の製膜方法としては、乾式法であるスパッタリング法または蒸着法を採用することが好ましい。特に、均一な薄膜が形成され、ナノメートルレベルの薄膜を形成しやすく、ロール・トゥー・ロール法で大量生産が可能である、という観点から、スパッタリング法が好ましい。
下地金属層230上には、第一金属層210および第二金属層220からなる金属層200が形成される。第一金属層210は、下地金属層230上に接するように形成される。第一金属層および第二金属層の形成方法としては、図3の形態について前述したのと同様の方法が採用される。
下地金属層230上に金属層200が形成される形態においても、図3の場合と同様に、導電性フィルム基板156の第二金属層220上へのレジスト層31の形成(図5(B))、レジストパターン33の形成(図5(C))、エッチング(図5(D))、およびレジストパターン除去(図5(E))の各工程を経て、金属層200および下地金属層230がパターニングされ、透明導電性フィルム106が得られる。なお、下地金属層230を備える形態では、図5(D)に示すように、エッチングの際に、第一金属層210および第二金属層220とともに下地金属層230も除去され、パターニングされる。
図6は、下地金属層232を備える透明導電性フィルム107をセミアディティブ法により製造する工程を模式的に表す概念図である。図6に示す形態は、図4に示す形態と略同様であるが、第一金属層210の下地として下地金属層230が形成されること(図6(A))、およびシード層除去(図6(F))において、第一金属層210に加えて下地金属層230もエッチングによりパターニングされることが、図4に示す形態と異なっている。
以上説明したように、本発明によれば、透明フィルム基板上に、線幅5μm以下の金属細線パターンを備える透明導電性フィルムが得られる。本発明の透明導電性フィルムは、導電性パターン形成部の全光線透過率が85%以上であることが好ましい。透明フィルム基板10として高透過率のものを用い、かつ導電性パターンの理論開口率を97%以上とすれば、上記の全光線透過率が達成され得る。本発明の透明導電性フィルムは、導電性パターン形成部のシート抵抗が50Ω/□以下であることが好ましい。
(透明フィルム基板)
ポリエステル系樹脂からなる機能層(易接着層)を両面に備える二軸延伸ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムを、透明フィルム基板として用いた。この透明フィルム基板の全光線透過率は93%であった。なお、全光線透過率は、濁度計(日本電色工業株式会社製 NDH−5000)を用いて測定した。
上記の透明フィルム基板を巻取式スパッタリング装置内にセットした後、1×10−3Pa以下になるまで排気を行った。その後、フィルム基板の温度を70℃まで上昇させ、製膜室内の背圧が5×10−4Paになるまで脱ガスを行った。脱ガス後、フィルム基板の温度が25℃となるまで冷却を行った。冷却後、Cuをターゲットとして用い、Arガスを装置内に導入しながら、製膜室内圧力:0.2Pa、基板温度:25℃、パワー密度:4.2W/cm2の条件で、膜厚50nmの銅層がスパッタリング製膜された。
(第二金属層の形成)
参考例1で得られた銅層(第一金属層)付きのPETフィルムを、電解メッキ装置にセットした。メッキ浴に、濃度15重量%の硫酸銅水溶液を充填して、銅層付き基板をメッキ浴中に浸漬した。液温25℃、表1に示す電流密度で電気メッキを行い、第一金属層上に、膜厚250nmの第二金属層を形成した。
第二金属層上に、ポジ型フォトレジスト(AZ ELECTRONIC MATERIAL製、品名:AZ−6112)をスピンコート法により2μmの厚みで塗布した。これを90℃に設定したホットプレート上でプリベークした後、積算照射量56mJの紫外線により露光した。その後、現像液(AZ ELECTRONIC MATERIAL製、品名:AZ400Kの25%希釈液)に浸漬することで現像を行った。純水でリンスを行い、金属層上に線幅3μmの直線が複数本平行に配置されたレジストパターンが形成された。エッチング液(メック株式会社製、品名:メックブライト SF−5420)を用いて、金属層のエッチングを行った。純水でリンスを行った後、剥離液(品名:AZ400K)でレジストの剥離を行い、純水でリンスした後、乾燥した。このようにして得られた金属層が細線にパターニングされた透明導電性フィルムは、パターン形成部の全光線透過率が90.0%であり、開口率が98.5%であった。走査型共焦点レーザ顕微鏡(オリンパス株式会社製)により、観察長さ1000μmの範囲でパターニング後の細線形状を観察したところ、断線は生じていなかった。また、細線の線幅(5点の測定点の平均値)は、3.0μmであり、サイドエッチングがほとんど生じていないことが確認された。
透明フィルム基板として、機能層が形成されていない厚み50μmの二軸延伸PETフィルム(全光線透過率:93%)が用いられた。それ以外は参考例1と同様にして、透明フィルム基板上に第一金属層が製膜された。
参考例1で用いたものと同様のPETフィルムを、複数の製膜室を備える巻取式スパッタリング装置内にセットした後、1×10−3Pa以下になるまで排気を行った。その後、フィルム基板の温度を70℃まで上昇させ、製膜室内の背圧が5×10−4Paになるまで脱ガスを行った。脱ガス後、フィルム基板の温度が25℃となるまで冷却を行った。冷却後、NiおよびCuをターゲットとして用い、Arガスを装置内に導入しながら、基板温度:25℃の条件で、膜厚50nmのNi層および膜厚50nmの銅層が順次スパッタリング製膜された。Ni層の製膜条件は、製膜室内圧力:0.2Pa、パワー密度1.1W/cm2であり、Cu層の製膜条件は、製膜室内圧力:0.2Pa、パワー密度:4.2W/cm2であった。
透明フィルム基板として、アクリル系のハードコート層を両面に備える厚み50μmの二軸延伸PETフィルム(全光線透過率:92%)が用いられた。それ以外は参考例1と同様にして、透明フィルム基板上に第一金属層が製膜された。
透明フィルム基板として、アクリルウレタン系のハードコート層を両面に備える厚み50μmの二軸延伸PETフィルムが用いられた。それ以外は参考例1と同様にして、透明フィルム基板上に第一金属層が製膜された。
透明フィルム基材および第二金属層形成時のメッキの電流密度が表1に示すように変更された。それ以外は、いずれも実施例1−1と同様にして、第一金属層上に第二金属層が形成された後、金属層のパターニングが行われた。
基板面に直交する方向の面間隔(out−of−plane測定)は、X線源としてCu・Kα線を備えるX線回折測定装置(リガク製「RINT2000」)を用いて、2θ/θ法によるX線回折により測定した。測定条件は、発散スリット:1°、発散縦制限スリット:10mm、散乱スリット:1°、受光スリット:0.3mm、モノクロ受光スリット:0.8mm、X線強度:50kV・50mA、走査速度:2.00°/分、サンプリング間隔:0.02°とした。得られたX線回折パターンの解析に際しては、装置付属のソフトウェア(integral analysis for windows)を用いて、バックグラウンド補正を行い、積分強度を算出して、ピークトップ法でピークを解析した。なお、解析に際して、Kα2除去および、スムージングは行わなかった。結晶子サイズの算出には、Scherrer法を用い、Scherrer定数を0.94とし、半値幅を適用した。なお、実施例1−2では、X線回折による(220)面のピーク強度が小さく、半値幅を正確に特定できなかった。そのため、表1に記載の結晶子サイズの値42.3nmは暫定値であり、正確な値ではない。
なお、表1中のエッチング性は、以下の基準により評価したものである。
良 : パターニング後の金属細線の幅(5点平均)が2μm以上(サイドエッチング量が1μm以下)であり、かつ長さ1000μmの観察範囲で断線がないもの
不良 : 長さ1000μmの範囲で1箇所以上の断線があるもの
11 透明フィルム基材
12 機能層
20 金属細線(金属層)
26 金属細線(金属層および下地金属層)
200 金属層
21,210,212 第一金属層
22,220,222 第二金属層
23,230,232 下地金属層
33,37 レジストパターン
100,101,102,105,106,107 透明導電性フィルム
151,152,156,157 導電性フィルム基板
251〜253 導電性パターン
Claims (13)
- 透明フィルム基板の少なくとも一方の面上に、金属細線パターンからなる透明電極層を備える透明導電性フィルムであって、
前記金属細線の幅が5μm以下であり、
前記金属細線は、前記透明フィルム基板に接する第一金属層、および前記第一金属層に接する第二金属層をこの順に備え、
前記透明フィルム基板は、少なくとも前記第一金属層と接する面が、ポリエステル系樹脂を主成分とするものであり、
前記第一金属層および前記第二金属層は、いずれも銅を90重量%以上含有し、
前記第一金属層と前記第二金属層の膜厚の合計が150nm〜1000nmであり、
前記第一金属層は前記第二金属層よりも膜厚が小さく、かつ前記第一金属層の膜厚が10nm〜200nmであり、
前記第二金属層の膜厚が50nm〜990nmであり、
前記第二金属層は、CuKα線をX線源として用いて測定される(111)面の回折角2θが、43.400°未満であり、
前記第一金属層は、前記第二金属層とは異なる結晶特性を有する、透明導電性フィルム。 - 透明フィルム基板の少なくとも一方の面上に、金属細線パターンからなる透明電極層を備える透明導電性フィルムであって、
前記金属細線の幅が5μm以下であり、
前記金属細線は、前記透明フィルム基板に接しNiを主成分とする下地金属層、前記下地金属層に接する第一金属層、および前記第一金属層に接する第二金属層をこの順に備え、
前記透明フィルム基板は、少なくとも前記下地金属層と接する面が、ポリエステル系樹脂を主成分とするものであり、
前記第一金属層および前記第二金属層は、いずれも銅を90重量%以上含有し、
前記第一金属層と前記第二金属層の膜厚の合計が150nm〜1000nmであり、
前記第一金属層は前記第二金属層よりも膜厚が小さく、かつ前記第一金属層の膜厚が10nm〜200nmであり、
前記第二金属層の膜厚が50nm〜990nmであり、
前記第二金属層は、CuKα線をX線源として用いて測定される(111)面の回折角2θが、43.400°未満であり、
前記第一金属層は、前記第二金属層とは異なる結晶特性を有する、透明導電性フィルム。 - 前記第一金属層は、CuKα線をX線源として用いて測定される(111)面の回折角2θが、前記第二金属層よりも大きい、請求項1または2に記載の透明導電性フィルム。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の透明導電性フィルムを備えるタッチパネル。
- 請求項1に記載の透明導電性フィルムの製造に用いられる導電性フィルム基板であって、
透明フィルム基板の少なくとも一方の面上に、前記透明フィルム基板に接する第一金属層、および前記第一金属層に接する第二金属層をこの順に備え、
前記透明フィルム基板は、少なくとも前記第一金属層と接する面が、ポリエステル系樹脂を主成分とするものであり、
前記第一金属層および前記第二金属層は、いずれも銅を90重量%以上含有し、
前記第一金属層と前記第二金属層の膜厚の合計が150nm〜1000nmであり、
前記第一金属層は前記第二金属層よりも膜厚が小さく、かつ前記第一金属層の膜厚が10nm〜200nmであり、
前記第二金属層の膜厚が50nm〜990nmである、導電性フィルム基板。 - 請求項2に記載の透明導電性フィルムの製造に用いられる導電性フィルム基板であって、
透明フィルム基板の少なくとも一方の面上に、前記透明フィルム基板に接しNiを主成分とする下地金属層、前記下地金属層に接する第一金属層、および前記第一金属層に接する第二金属層をこの順に備え、
前記透明フィルム基板は、少なくとも前記下地金属層と接する面が、ポリエステル系樹脂を主成分とするものであり、
前記第一金属層および前記第二金属層は、いずれも銅を90重量%以上含有し、
前記第一金属層と前記第二金属層の膜厚の合計が150nm〜1000nmであり、
前記第一金属層は前記第二金属層よりも膜厚が小さく、かつ前記第一金属層の膜厚が10nm〜200nmであり、
前記第二金属層の膜厚が50nm〜990nmである、導電性フィルム基板。 - 前記第二金属層が、線幅5μm以下の細線にパターニングされており、前記第一金属層がパターニングされていない、請求項5または6に記載の導電性フィルム基板。
- 請求項1に記載の透明導電性フィルムを製造する方法であって、
前記透明フィルム基板上に、乾式法により前記第一金属層が形成される第一金属層形成工程;
前記第一金属層の直上に、電解メッキ法により前記第二金属層が形成される第二金属層形成工程;
前記第二金属層上に、レジストパターンが形成されるレジスト形成工程;
前記第一金属層および前記第二金属層のレジストパターンが被覆されていない領域がエッチングにより除去され、金属細線パターンが形成される金属層パターニング工程;および
前記レジストパターンが除去されるレジスト除去工程、を有する、透明導電性フィルムの製造方法。 - 請求項1に記載の透明導電性フィルムを製造する方法であって、
前記透明フィルム基板上に、乾式法により前記第一金属層が形成される第一金属層形成工程;
前記第一金属層上に、開口幅5μm以下のレジストパターンが形成されるレジスト形成工程;
前記レジストパターンが形成されていない開口部の前記第一金属層の直上に、電解メッキ法により前記第二金属層が形成される第二金属層形成工程;
前記レジストパターンが除去されるレジスト除去工程;および
前記第二金属層が形成されていない領域の前記第一金属層がエッチングにより除去され、第一金属層がパターニングされる第一金属層パターニング工程、を有する、透明導電性フィルムの製造方法。 - 請求項2に記載の透明導電性フィルムを製造する方法であって、
前記透明フィルム基板上に、前記下地金属層が形成される下地金属層形成工程;
前記下地金属層の直上に、乾式法により前記第一金属層が形成される第一金属層形成工程;
前記第一金属層の直上に、電解メッキ法により前記第二金属層が形成される第二金属層形成工程;
前記第二金属層上に、レジストパターンが形成されるレジスト形成工程;
前記下地金属層、前記第一金属層および前記第二金属層のレジストパターンが被覆されていない領域がエッチングにより除去され、金属細線パターンが形成される金属層パターニング工程;および
前記レジストパターンが除去されるレジスト除去工程、を有する、透明導電性フィルムの製造方法。 - 請求項2に記載の透明導電性フィルムを製造する方法であって、
前記透明フィルム基板上に、前記下地金属層が形成される下地金属層形成工程;
前記下地金属層の直上に、乾式法により前記第一金属層が形成される第一金属層形成工程;
前記第一金属層上に、開口幅5μm以下のレジストパターンが形成されるレジスト形成工程;
前記レジストパターンが形成されていない開口部の前記第一金属層の直上に、電解メッキ法により前記第二金属層が形成される第二金属層形成工程;
前記レジストパターンが除去されるレジスト除去工程;および
前記第二金属層が形成されていない領域の前記第一金属層および前記下地金属層がエッチングにより除去され、第一金属層および下地金属層がパターニングされる金属層パターニング工程、を有する、透明導電性フィルムの製造方法。 - 前記下地金属層形成工程の後、下地金属層の表面が大気に暴露されることなく、前記第一金属層形成工程が連続して行われる、請求項10または11に記載の透明導電性フィルムの製造方法。
- 前記乾式法がスパッタ法である、請求項8〜12のいずれか1項に記載の導電性フィルムの製造方法。
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