JP6710966B2 - 導電性基材および導電性基材の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の導電性基材は、基材、および上記基材上に配置された金属含有層を有し、上記金属含有層は、樹脂材料中に銀粒子または銅粒子が分散された導電部と、上記樹脂材料により構成された非導電部とが積層された積層体であり、上記導電部は、上記導電部が除去された除去部によりパターン状に配置されていることを特徴とするものである。
図1は、本発明の導電性基材の一例を示す概略断面図である。図1に示すように、本発明の導電性基材10は、基材1、および基材1上に配置され、樹脂材料中に銀粒子または銅粒子が分散された金属含有層2を有し、金属含有層2は、銀粒子または銅粒子により導電性を有する導電部2aと非導電部2bとを有し、金属含有層2は、導電部2aがパターン状に除去された除去部4を有する。
ここで、「銀合金」とは、銀を主成分とし、導電性基材に用いた際にマイグレーションが生じる程度に銀を含有する合金をいい、具体的には銀の元素の割合が、原子組成百分率で90at%以上であることをいう。
また、「銅合金」とは、銅を主成分とし、導電性基材に用いた際にマイグレーションが生じる程度に銅を含有する合金をいい、具体的には銅の元素の割合が、原子組成百分率で90at%以上であることをいう。
なお、銀合金または銅合金における銀または銅の元素の割合は、例えば、X線光電子分光分析法を用いた元素の定量を行うことにより測定することができる。
なお、平均一次粒子径は、電子顕微鏡写真から一次粒子の大きさを直接計測する方法で求めることができる。具体的には、「粒子」が繊維状である場合、透過型電子顕微鏡写真(TEM)(例えば、日立ハイテク製 H−7650)にて粒子像を測定し、ランダムに選択した100個の一次粒子の短軸の長さ、すなわち繊維径の長さの平均値を平均一次粒径とすることができる。また、「粒子」が球状や鱗片状等のその他の形状である場合、TEMにて粒子像を測定し、ランダムに選択した100個の一次粒子の最長部の長さの平均値を平均一次粒径とすることができる。
この理由については、次のようなことが推測される。
このように、除去痕は、金属粒子の形状に応じた溝のような形状を有する。
ここで、除去痕を有する導電性基材をタッチパネル等に用いると、導電性基材に印加された電圧によって、導電部に含まれる金属粒子が金属イオンに変化することがある。このとき、金属粒子が除去された領域に除去痕があると、上記金属イオンが除去痕を沿って移動し、金属が析出してしまうことがある。これが、マイグレーションを加速させる原因と推測される。
したがって、マイグレーションの発生を抑制することが可能な導電性基材とすることができると考えられる。
これに対し、本発明においては、上述のように除去痕を除去することができるため、除去痕に薬液等が残存するといった問題を抑制することができ、マイグレーションの発生やその他の不具合も抑制することができる。
本発明における金属含有層は、樹脂材料中に銀粒子または銅粒子が分散され、導電性を有する導電部と、樹脂材料により構成され、非導電性を有する非導電部とが積層された積層体である。また、導電部は、導電部が除去された除去部によりパターン状に配置されている。
本発明における除去部は、パターン状の導電部の開口部に相当する。本発明においては、例えば図1に示すように、導電部2aが金属含有層2の基材1とは反対側に配置されている場合、図3(a)に示すように、導電部2aに含まれた銀粒子または銅粒子を除去して、このときに生じた除去痕を削り取ることにより、図3(b)に示すように除去部4を得ることができる。なお、図3(a)に示す符号5は、レジストである。また、図3(b)では、除去部4が、導電部2aのみが除去された領域としているが、導電部2aとともに非導電部2bが除去された領域を除去部4とすることもできる。
また、上述した図2に示すように、導電部2aが金属含有層2の基材1側に配置されている場合においても、導電部2aがパターン状に除去された領域に対し、銀粒子または銅粒子が除去された除去痕を削り取ることにより得られる領域を除去部とすることができる。
なお、除去部の表面の最大高低差は、例えば、AFMと称する原子間力顕微鏡またはSEMと称する走査型電子顕微鏡を用いて断面を観察することにより測定することができる。
本発明における導電部は、樹脂材料中に銀粒子または銅粒子が分散され、導電性を有する部材である。また、本発明における導電部はパターン状に配置された部材である。
なお、本発明においては、導電部の表面抵抗値を、10Ω/□以上とすることができる。
なお、「導電部の表面から銀粒子または銅粒子が突出している距離」とは、導電部の表面において、銀粒子または銅粒子が突出していない領域の表面から、導電部の表面から突出した銀粒子または銅粒子の先端までの垂直距離を指す。
また、上記距離は、例えば、SEMと称する走査型電子顕微鏡、TEMと称する透過型電子顕微鏡およびSTEMと称する走査透過型電子顕微鏡等の電子顕微鏡を用い、1000〜50万倍にて上記距離を測定した10か所の平均値として求めることができる。
なお、導電部に存在する銀粒子または銅粒子の元素の割合は、例えば、X線光電子分光分析法を用い、以下の条件により測定することができる。
・加速電圧:15kV
・エミッション電流:10mA
・X線源:A1デュアルアノード
・測定面積:300×700μmφ
・表面からの深さ10nmを測定
・n=3回の平均値
本発明における銀粒子または銅粒子は、導電部に含まれる材料であり、樹脂材料中に分散される材料である。
ここで、「繊維状」とは、例えば、短軸の長さに対する長軸の長さの比、すなわちアスペクト比(長軸の長さ/短軸の長さ)が10より大きくなるような形状をいう。
また、「繊維状を有する銀粒子または銅粒子」は、直線状であっても曲線状であっても良く、その一部に直線部または曲線部を有していても良い。さらに、「繊維状を有する銀粒子または銅粒子」は、例えば、繊維状を有する銀粒子または銅粒子が、複数連結したものも包含する。
繊維径が上記範囲内であることにより、本発明の導電性基材のヘイズ値の上昇や、光透過性の低下を抑制することが可能である。また、例えば、繊維径は、10nm以上であることが好ましく、この場合、充分な導電性を有する導電部を形成することが可能となる。
また、繊維長が上記範囲内であることにより、充分な導電性を有する導電部を形成することが可能である。また、例えば、繊維長は、500μm以下であることが好ましく、この場合、凝集が発生することによるヘイズ値の上昇や、光透過性の低下を抑制することが可能である。
以上のことから、本発明においては、銀粒子または銅粒子が、繊維状を有する場合、繊維径が15nm〜180nmの範囲内であることが好ましく、繊維長が3μm〜300μmの範囲内、更には10μm〜30μmの範囲内であることが好ましい。
なお、上述した繊維径および繊維長は、例えば、SEMと称する走査型電子顕微鏡、TEMと称する透過型電子顕微鏡およびSTEMと称する走査透過型電子顕微鏡等の電子顕微鏡を用い、1000〜50万倍にて繊維状の銀粒子または銅粒子の繊維径および繊維長を測定した10か所の平均値として求めることができる。
本発明における樹脂材料は、導電部に含まれる材料であり、上述した銀粒子または銅粒子が分散される材料である。
本発明における非導電部は、樹脂材料により構成され、非導電性を有する部材である。
本発明における基材は、上述した金属含有層を支持する部材である。
本発明においては、基材および金属含有層の間に、ハードコート層を有していても良い。
なお、ハードコート層の厚みは、例えば、断面顕微鏡を用いて観察することにより測定することができる。
本発明の導電性基材は、上述した基材および金属含有層を有していれば良く、その構成は特に限定されない。例えば、図1に示すように、基材1、非導電部2b、導電部2aが、導電性基材10の厚み方向に順に積層された構成を有していても良く、図2に示すように、基材1、導電部2a、非導電部2bが、導電性基材10の厚み方向に順に積層された構成を有していても良い。本発明においては、図1に示すような構成であることが好ましい。パターン状の導電部を形成する際に、導電部の開口領域となる除去部を形成するためのエッチング処理を、導電部に対してのみ行うことができるため、エッチング処理工程をより容易に行うことができるからである。
なお、導電性基材の製造方法については後述するため、ここでの具体的な説明は省略する。
本発明の導電性基材は、例えば、液晶ディスプレイ(LCD)、プラズマディスプレイ(PDP)等のディスプレイや、タッチパネル、太陽電池等の透明電極として用いることができる。
図4(a)〜(e)は、本発明の導電性基材の製造方法の一例を示す概略工程図である。本発明の導電性基材の製造方法は、まず、図4(a)に示すように、基材1上に、樹脂材料中に銀粒子または銅粒子が分散され、導電性を有する導電部2a、および樹脂材料により構成され、非導電性を有する非導電部2bが積層された金属含有層2を形成する金属含有層形成工程と、図4(b)に示すように、導電部2a上にパターン状のレジスト5を配置し、図4(c)に示すように、レジスト5の開口領域から導電部2aに含まれる銀粒子または銅粒子を除去する金属粒子除去工程と、図4(d)に示すように、銀粒子または銅粒子が除去された領域のみを、ドライエッチング法を用いて除去して除去部とするエッチング工程とを有する。これにより、図4(e)に示すような導電性基材10を得ることができる。
なお、具体的な効果については、上述した「A.導電性基材」の項に記載した内容と同様とすることができるため、ここでの記載は省略する。
本発明における金属含有層形成工程は、基材上に、樹脂材料中に銀粒子または銅粒子が分散され、導電性を有する導電部、および樹脂材料により構成され、非導電性を有する非導電部が積層された金属含有層を形成する工程である。
さらに、紫外線の波長域は、例えば、190nm〜380nmとすることができる。
さらにまた、電子線源の具体例としては、例えば、コッククロフトワルト型、バンデグラフト型、共振変圧器型、絶縁コア変圧器型、又は直線型、ダイナミトロン型、高周波型等の各種電子線加速器が挙げられる。
本発明における金属粒子除去工程は、導電部上にパターン状のレジストを配置し、レジストの開口領域から導電部に含まれる銀粒子または銅粒子を除去する工程である。
本発明におけるエッチング工程は、銀粒子または銅粒子が除去された領域のみを、レジストを用いたドライエッチング法により除去して除去部とする工程である。
なお、本工程において用いられるレジストは、本工程で行われるドライエッチングに耐えうるものであれば良く、一般的に公知のものと同様とすることができるため、ここでの記載は省略する。
本発明においては、上述した金属含有層形成工程の前に、基材上に、ハードコート層を形成するハードコート層形成工程を有していても良い。
さらに、紫外線の波長域は、例えば、190nm〜380nmとすることができる。
さらにまた、電子線源の具体例としては、例えば、コッククロフトワルト型、バンデグラフト型、共振変圧器型、絶縁コア変圧器型、又は直線型、ダイナミトロン型、高周波型等の各種電子線加速器が挙げられる。
本発明は、少なくとも、上述した金属含有層形成工程、金属粒子除去工程、エッチング工程を有していれば良いが、その他にも必要に応じてその他の工程を有していても良い。例えば、上述したハードコート層形成工程や、金属粒子除去工程およびエッチング工程において設けたレジストを剥離するレジスト剥離工程等が挙げられる。
[実施例]
・樹脂組成物の調製
樹脂組成物は、下記の組成により作成した。
KAYARAD PET−30(ペンタエリスリトールトリアクリレート/ペンタエリスリトールテトラアクリレートの混合物、日本化薬社製) 30質量%
イルガキュア184(BASF社製 1.5質量%
メチルエチルケトン 50質量%
シクロヘキサノン 18.5質量%
反応容器内で160℃に保持したエチレングリコール(EG)液100mLを攪拌しながら、硝酸銀のEG溶液(硝酸銀濃度:1.0mol/L)2.0mLを、一定の流量で1分間かけて添加した。その後、160℃で10分間保持しながら銀イオンを還元して銀の核粒子を形成した。反応液は、ナノサイズの銀微粒子の表面プラズモン吸収に由来する黄色を呈しており、銀イオンが還元されて銀粒子(核粒子)が形成されたことを確認した。続いて、ポリビニルピロリドン(PVP)のEG溶液(PVP濃度:3.0×10−1mol/L)10.0mLを一定の流量で10分間かけて添加した。
離型フィルムとして、厚さ50μmのポリエステルフィルム(A4100、東洋紡社製)を用い、該ポリエステルフィルムの未処理面に、上記にて調製した金属含有樹脂組成物を10mg/m2となるよう塗布して塗膜を形成し、70℃で1分乾燥後、UV50mJで紫外線照射を行い、導電部を形成した。
得られた金属含有層上に、ポジ型フォトレジストとして、ALC1350(ダウ・ケミカル社製)を、スピンコート法を用いて塗布(1000rpm、10秒保持)し、100℃のホットプレートにて3分間乾燥させてフォトレジスト層を形成した。
次いで、形成したフォトレジスト層の表面に、電極パターンが形成されたフォトマスク介して50mJ/□@365nmの紫外線を照射し、その後、ディスパースSAW(ヘンケル社製)を用いて現像処理を行い、フォトレジスト層をパターニングしたレジストパターンを得た。
次に、エッチング液としてSEA−5(関東化学)を40℃に加温し、上レジストパターンを形成した金属含有層を3分間浸漬させて、銀ナノワイヤをウェットエッチングにより除去し、その後純水で1分間リンスした。
続いて、レジストパターンをマスクとして、172nmの真空紫外線(3mW/□)を90秒照射し、銀ナノワイヤが除去された領域をドライエッチングし、銀ナノワイヤが除去された除去痕を除去した。これにより、除去部を形成した。
最後に、レジストパターン全面に100mJ/□@365nmの紫外線を照射した後、ディスパースSAW(ヘンケル社製)を用いてレジストパターンの剥離処理をした。
エッチング工程を有しないこと以外は、実施例と同様にして導電性基材を形成した。得られた導電性基材に対し、レーザー干渉顕微鏡により電極間高さを観察すると、電極間領域の段差は生じていないことが確認された。また、断面をSEM観察したところ、金属粒子除去工程におけるウェットエッチングにて除去された銀ナノワイヤの除去痕(段差約30nm)が存在していることが確認された。
(マイグレーション試験)
マイグレーション条件として、温度60℃、相対湿度90%の環境下で、上記実施例および比較例により得られた導電性基材に対し、DC6Vの電圧を100時間印加し、電極間の抵抗値を観察した。
その結果、100時間経過後、実施例の電極では電極間抵抗は10MΩ以上であり絶縁性が確保されていた。
一方、比較例の電極では100時間経過後、電極間抵抗は20KΩ以下となった。また、顕微鏡で電極間の領域を観察すると、銀ナノワイヤの除去痕を埋めるように銀のマイグレーション現象で生じるデンドライドが、+6Vに設定した電極に向かって成長し、電極間が短絡した。
2 … 金属含有層
2a … 導電部
2b … 非導電部
3 … 金属粒子
4 … 除去部
5 … レジスト
10 … 導電性基材
Claims (5)
- 基材、および前記基材上に配置された金属含有層を有し、
前記金属含有層は、樹脂材料中に銀粒子または銅粒子が分散された導電部と、前記樹脂材料により構成された非導電部とが積層された積層体であり、
前記導電部は、前記導電部が除去された除去部によりパターン状に配置されており、
前記除去部の表面の最大高低差が、100nm以下であることを特徴とする導電性基材。 - 前記金属含有層は、前記基材側から、前記非導電部および前記導電部の順に積層された積層体であることを特徴とする請求項1に記載の導電性基材。
- 前記基材および前記金属含有層の間に、ハードコート層を有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の導電性基材。
- 基材上に、樹脂材料中に銀粒子または銅粒子が分散された導電部、および前記樹脂材料により構成された非導電部が積層された金属含有層を形成する金属含有層形成工程と、
前記導電部上にパターン状のレジストを配置し、前記レジストの開口領域から前記導電部に含まれる前記銀粒子または前記銅粒子を除去する金属粒子除去工程と、
前記銀粒子または前記銅粒子が除去された領域のみを、前記レジストを用いたドライエッチング法により除去して除去部とするエッチング工程とを有することを特徴とする導電性基材の製造方法。 - 前記金属含有層は、前記基材側から、前記非導電部および前記導電部の順に積層された積層体であることを特徴とする請求項4に記載の導電性基材の製造方法。
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