JP6812980B2 - 導電性素子およびその製造方法、入力装置ならびに電子機器 - Google Patents

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Description

本技術は、導電性素子およびその製造方法、入力装置ならびに電子機器に関する。
近年、金属粒子により配線を形成する技術は盛んに研究されている。例えば特許文献1では、タッチパネルにおいて透明電極と外部回路とを接続する引き回し配線を、導電ペーストを印刷後に、乾燥処理または焼成処理して形成する技術が提案されている。
特開2014−26584号公報(段落[0037])
金属粒子により形成された配線は、表面の凹凸が大きくなる傾向がある。配線上には、一般的に各種の層や部品などが形成されるが、配線表面の凹凸が大きいと、それらの層や部品などを配線上に形成しにくくなる虞がある。
本技術の目的は、配線表面の凹凸が低減された導電性素子およびその製造方法、入力装置ならびに電子機器を提供することにある。
上述の課題を解決するために、第1の技術は、頂部に平坦部を有し、金属粒子を含む導電ペーストまたは導電インクにより形成された配線を備え、配線の幅に対する平坦部の幅の割合の平均値は、20%以上であり、頂部の算術平均粗さの平均値は、1μm以下である導電性素子である。
第2の技術は、頂部に平坦部を有し、金属粒子を含む導電ペーストまたは導電インクにより形成されたアンテナを備え、アンテナの幅に対する平坦部の幅の割合の平均値は、20%以上であり、頂部の算術平均粗さの平均値は、1μm以下である導電性素子である。
第3の技術は、金属粒子を含む導電ペーストまたは導電インクを印刷し、印刷した導電ペーストまたは導電インクを焼成しながら加圧することにより、頂部に平坦部を有する配線を形成することを含み、配線の幅に対する平坦部の幅の割合の平均値は、20%以上であり、頂部の算術平均粗さの平均値は、1μm以下である導電性素子の製造方法である。
第4の技術は、第1または第2の技術の導電性素子を備える入力装置である。
第5の技術は、第1または第2の技術の導電性素子を備える電子機器である。
以上説明したように、本技術によれば、配線表面の凹凸が低減された導電性素子を実現できる。
図1は、本技術の第1の実施形態に係る導電性素子の一構成例を示す断面図である。 図2は、本技術の第1の実施形態に係る導電性素子の製造方法の一例を説明するための概略図である。 図3は、本技術の第2の実施形態に係る導電性素子の一構成例を示す断面図である。 図4は、本技術の第2の実施形態に係る導電性素子の製造方法の一例を説明するための概略図である。 図5Aは、本技術の第3の実施形態に係る導電性素子の一構成例を示す平面図である。図5Bは、図5AのVB−VB線に沿った断面図である。 図6A、図6B、図6C、図6Dはそれぞれ、本技術の第3の実施形態に係る導電性素子の製造方法の一例を説明するための工程図である。 図7Aは、本技術の第4の実施形態に係る入力装置の一構成例を示す断面図である。図7Bは、本技術の第4の実施形態に係る入力装置の一構成例を示す分解斜視図である。 図8Aは、第1の透明導電性素子の一構成例を示す平面図である。図8Bは、第2の透明導電性素子の一構成例を示す平面図である。 図9Aは、本技術の第5の実施形態に係る電子機器の第1の例を示す斜視図である。図9Bは、本技術の第5の実施形態に係る電子機器の第2の例を示す斜視図である。 図10は、本技術の第5の実施形態に係る電子機器の第3の例を示す斜視図である。 図11は、本技術の第6の実施形態に係る導電性素子の一構成例を示す平面図である。 図12は、実施例1〜5、比較例1〜3の配線パターンを示す概略図である。 図13Aは、実施例1の配線の観察結果を示す図である。図13Bは、比較例1の配線の観察結果を示す図である。 図14Aは、図13Aの線分(1)に沿った断面プロファルを示す図である。図14Bは、図13Aの線分(2)に沿った断面プロファルを示す図である。 図15Aは、図13Bの線分(1)に沿った断面プロファルを示す図である。図15Bは、図13Bの線分(2)に沿った断面プロファルを示す図である。
本技術の実施形態について以下の順序で説明する。なお、以下の実施形態の全図においては、同一または対応する部分には同一の符号を付す。
1 第1の実施形態(導電性素子の例)
2 第2の実施形態(導電性素子の例)
3 第3の実施形態(導電性素子の例)
4 第4の実施形態(入力装置の例)
5 第5の実施形態(電子機器の例)
6 第6の実施形態(導電性素子の例)
<1 第1の実施形態>
[導電性素子の構成]
図1に示すように、本技術の第1の実施形態に係る導電性素子は、基材11と、基材11の一方の面に設けられた配線12と、基材11の一方の面に配線12を覆うように設けられた絶縁層13とを備える。
導電性素子は、配線12を有する様々な導電性素子に用いることができる。導電性素子の具体例を挙げるならば、静電容量方式タッチパネル、抵抗膜方式タッチパネルなどの入力素子、ICカード、液晶表示素子、有機エルクトロルミネッセンス(以下「EL」という。)素子、無機EL素子、電子ペーパなどの表示素子、プリント配線基板、プリント回路基板などである。ここで、“プリント配線基板”とは、電子部品が設けられておらず、配線12のみを有するものを意味する。また、“プリント回路基板”とは、配線12と共に電子部品が設けられて、電子回路として動作するようになったものを意味する。なお、プリント配線基板およびプリント回路基板において、基板の種類は、特に限定されず、フレキシブル基板、リジッド基板、リジッドフレキシブル基板のいずれであってもよい。
(基材)
基材11は、可撓性または剛性を有する基材であり、Roll to Rollにより導電性素子を製造する観点からすると、基材11としては可撓性を有する基材が好ましい。基材11の形状としては、例えば、フィルム状、シート状、基板状などを用いることができる。基材11の材料としては、例えば、無機材料および有機材料のいずれも用いることができる。無機材料としては、例えば、石英、サファイア、ガラス、クレイフィルムなどが挙げられる。有機材料としては、例えば、公知の高分子材料を用いることができる。公知の高分子材料としては、具体的には例えば、トリアセチルセルロース(TAC)、ポリエステル(TPEE)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリイミド(PI)、ポリアミド(PA)、アラミド、ポリエチレン(PE)、ポリアクリレート、ポリエーテルスルフォン、ポリスルフォン、ポリプロピレン(PP)、ジアセチルセルロース、ポリ塩化ビニル、アクリル樹脂(PMMA)、ポリカーボネート(PC)、エポキシ樹脂、尿素樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂、シクロオレフィンポリマー(COP)、シクロオレフィンコポリマー(COC)などが挙げられる。プラスチック基材の厚さは、生産性の観点から3〜500μmであることが好ましいが、この範囲に特に限定されるものではない。
(配線)
配線12は、頂部に平坦部を有し、金属粒子の粉末を含んでいる。配線12は、必要に応じて熱可塑性樹脂などのバインダおよび添加剤のうちの少なくとも1種を含んでいてもよい。配線12の幅Lに対する、配線12の頂部が有する平坦部の幅Fの割合RF(=(F/L)×100(図14B参照))の平均値は、20%以上、好ましくは30%以上、より好ましくは40%以上である。割合RFの平均値が20%未満であると、配線12の表面凹凸の低減が困難となり、絶縁層13を厚膜化しないと、配線12の表面凹凸が絶縁層13から突出することを抑制できなくなる虞がある。
配線12の頂部の算術平均粗さRaの平均値は、1μm以下、好ましくは0.6μm、より好ましくは0.2μm以下である。算術平均粗Raの平均値が1μmを超えると、配線12の表面凹凸の低減が困難となり、絶縁層13を厚膜化しないと、配線12の表面凹凸が絶縁層13から突出することを抑制できなくなる虞がある。配線12の幅は、例えば1μm以上500μm以下である。
配線12の頂部の十点平均粗さRzの平均値は、好ましくは5μm以下、より好ましくは4μm以下、さらに好ましくは2μm以下である。十点平均粗さRzの平均値が5μm以下であると、落差の大きい表面凹凸が低減されるので、絶縁層13を厚膜化しなくとも、配線12の表面凹凸が絶縁層13から突出することを抑制できる。配線12の抵抗は、好ましくは10Ω/mm以下、より好ましくは5Ω/mm以下、さらに好ましくは1Ω/mm以下である。配線12が低抵抗となるため、様々な導電性素子に適用できるからである。
金属粒子は、例えば、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、チタン(Ti)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、インジウム(In)、アルミニウム(Al)およびニッケル(Ni)のうち少なくとも1種を含んでいる。
(絶縁層)
絶縁層13の厚さは、好ましくは(Have+Rzave)μm以上、より好ましくは(Have+Rzave+10)μm以上である。但し、Haveは配線12の最大高さHmaxの平均値を示す。Rzaveは配線12の頂部の十点平均粗Rzさの平均値を示す。絶縁層13の厚さが(Have+Rzave)μm以上であると、配線12の表面凹凸が絶縁層13から突出することを抑制できる。絶縁層13の厚さの上限値は特に限定されるものではないが、絶縁層13の厚膜化を抑制する観点からすると、好ましくは(Have+Rzave+30)μm以下、より好ましくは(Have+Rzave+20)μm以下である。但し、絶縁層13は導電性素子などに要求される特性に応じて設定することが可能であり、要求によっては絶縁層13が厚くてもよい。
絶縁層の材料としては、無機材料および有機材料のいずれを用いてもよい。無機材料としては、例えば、SiO2、SiNx、SiON、Al23、Ta25、Y23、HfO2、HfAlO、ZrO2、TiO2などを用いることができる。有機材料としては、例えば、ポリメチルメタクリレート(PMMA)などのポリアクリレート、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリスチレン(PS)、透明性ポリイミド、ポリエステル、エポキシ、ポリビニルフェノール、ポリビニルアルコールなどを用いることができる。
[導電性素子の製造方法]
次に、図2を参照して、本技術の第1の実施形態に係る導電性素子の製造方法の一例について説明する。
(印刷)
まず、印刷機22により、ロール21aから繰り出された基材11の一方の面に導電ペースト12pを印刷する。導電ペースト12pは、上述の金属粒子の粉末および溶剤を含んでいる。導電ペーストが、必要に応じて熱可塑性樹脂などのバインダおよび添加剤のうちの少なくとも1種を含んでいてもよい。なお、導電ペーストに代えて導電インクを用いてもよい。
印刷機22としては、例えば、スクリーン印刷機、グラビア印刷機、水なし平板印刷機、フレキソ印刷機、グラビアオフセット印刷機、反転オフセット印刷機などを用いることができる。なお、図2では、印刷機22としてスクリーン印刷機を用いる例が示されている。導電ペースト12pの平均印刷厚みは、例えば3μm以上12μm以下である。印刷機22としてグラビア印刷機を用いる場合、導電ペースト12pの平均印刷厚みは、例えば3μm以上4μm以下である。印刷機22としてスクリーン印刷機を用いる場合、導電ペースト12pの平均印刷厚みは、例えば7μm以上12μm以下である。
(乾燥)
次に、基材11を加熱炉23に搬送し加熱炉23を通過させることにより、印刷された導電ペースト12pに含まれる溶剤を揮発させ、導電ペースト12pを乾燥させる。加熱炉23としては、例えば赤外線加熱炉、ヒータ加熱炉、熱風循環式加熱炉などを用いることができる。加熱炉23に代えてパルス光照射装置を用いてもよい。
(加圧焼成)
次に、回転する加熱ロール24a、24bで基材11を挟み、乾燥した導電ペースト12pにカレンダ処理を施すことで、乾燥した導電ペースト12pを焼成しながら加圧する。これにより、導電ペースト12pに含まれる金属粒子同士が接触し、導電性を有する配線12が得られる。また、このように導電ペースト12pを加圧焼成することで、焼成に必要な時間を短縮できる。以上により、目的とする導電性素子が得られる。
基材11の印刷面側を加圧するロール(以下「印刷面側ロール」と適宜称する。)24a、および基材11の裏面側(印刷面とは反対側)を支持するロール(以下「支持面側ロール」と適宜称する。)24bは、例えば樹脂ロール、スチールロールである。印刷面側ロール24aおよび支持面側ロール24bの表面温度は、異なっていてもよい。この場合、印刷面側ロール24aの表面温度が、支持面側ロール24bの表面温度よりも高いことが好ましい。
印刷面側ロール24aの表面温度は、好ましくは80℃以上180℃以下、より好ましくは100℃以上150℃以下、さらに好ましくは100℃以上130℃以下である。80℃以上であると、十分な導電性を有する配線12を得ることができる。一方、180℃以下であると、基材11の材料としてポリエチレンテレフタレートなどの高分子樹脂を用いることができる。
支持面側ロール24bの表面温度は、印刷面側ロール24aの表面温度と同等または同等以下であることが好ましい。
ロール24a、24bのニップにより、基材11の印刷面に加わる圧力は、好ましくは100kg/cm以上350kg/cm以下、より好ましくは120kg/cm以上300kg/cm以下、200kg/cm以上300kg/cm以下である。100kg/cm以上であると、十分な導電性を有する配線12を得ることができる。一方、加圧装置の性能上350kg/cmとすることは困難である。
[効果]
第1の実施形態に係る導電性素子では、配線12の幅Lに対する、配線12の頂部が有する平坦部の幅Fの割合RFの平均値は20%以上であり、かつ配線12の頂部の算術平均粗Raさの平均値は1μm以下である。これにより、配線12の表面凹凸を低減できる。したがって、絶縁層13を厚膜化せずとも、配線12の表面凹凸が絶縁層13から突出することを抑制できる。すなわち、絶縁層13を厚膜化せずとも、良好な絶縁性が得られる。
第1の実施形態に係る導電性素子の製造方法では、導電ペースト12pを加圧焼成することで配線12を形成するので、一般的な導電性素子の製造方法に比べて焼成に必要な時間を短縮化できる。ここで、“一般的な導電性素子の製造方法”とは、加熱ロールを用いずに加熱炉のみを用いて導電ペーストを乾燥および焼成させて配線を形成する導電性素子の製造方法を意味する。
また、第1の実施形態に係る導電性素子の製造方法では、加熱炉23では導電ペースト12pの乾燥のみ、具体的には導電ペースト12pに含まれる溶剤の揮発のみを行えばよいので、一般的な導電性素子の製造方法に比べて加熱炉23の長さを短くすることができる。なお、一般的な導電性素子の製造方法では加熱炉において乾燥および焼成の両方を行う必要があるため、長い加熱炉が必要となる。
[変形例]
第1の実施形態では、単層構造の導電層からなる配線12を例として説明したが、多層構造の導電層からなる配線12を採用してもよい。この場合、各導電層は、第1の実施形態における配線12の形成方法と同様にして形成することができる。
第1の実施形態では、配線12上に絶縁層13を設ける構成を例として説明したが、配線12上に電極層などの導電層または半導体層(活性層)などを設ける構成を採用してもよいし、配線12上に電子部品を直接設ける構成を採用してもよい。この構成を採用する場合、配線12の幅Lに対する、配線12の頂部が有する平坦部の幅Fの割合RF(=(F/L)×100(図14B参照))の平均値、および配線12の頂部の算術平均粗さRaの平均値は、第1の実施形態と同様の範囲である。なお、割合RFの平均値が20%未満であると、配線12の表面凹凸の低減が困難となり、各種の層や部品などを配線12上に形成しにくくなる虞がある。また、算術平均粗Raの平均値が1μmを超えると、配線12の表面凹凸の低減が困難となり、各種の層や部品などを配線12上に形成しにくくなる虞がある。更に、配線12の頂部の十点平均粗さRzの平均値も、第1の実施形態と同様であることが好ましい。なお、十点平均粗さRzの平均値が5μm以下であると、落差の大きい表面凹凸が低減されるので、各種の層や部品などを配線12上に形成しやすくなる。
<2 第2の実施形態>
[導電性素子の構成]
図3に示すように、本技術の第2の実施形態に係る導電性素子は、基材11の他方の面に設けられた配線14と、基材11の他方の面に配線14を覆うように設けられた絶縁層15とを備える点において、第1の実施形態に係る導電性素子とは異なっている。配線14、絶縁層15はそれぞれ、第1の実施形態における配線12、絶縁層13と同様である。
[導電性素子の製造方法]
次に、図4を参照して、本技術の第2の実施形態に係る導電性素子の製造方法の一例について説明する。
(印刷)
まず、第1の実施形態と同様にして、印刷機22により、ロール21aから繰り出された基材11の一方の面に導電ペースト12pを印刷する。次に、印刷機25により、基材11の他方の面に導電ペースト14pを印刷する。印刷機25としては、例えば、印刷機22と同様のものを例示することができる。なお、図4では、印刷機25としてグライア印刷機を用いる例が示されている。導電ペースト14pは、導電ペースト12pと同様である。
(乾燥)
次に、基材11を加熱炉23に搬送し、加熱炉23を通過させることにより、基材11の両面に印刷された導電ペースト12p、14pを乾燥させる。
(加圧焼成)
次に、回転する加熱ロール24a、24bで基材11を挟み、乾燥した導電ペースト12p、14pにカレンダ処理を施す。これにより、導電性を有する配線12、14が得られる。以上により、目的とする導電性素子が得られる。
<3 第3の実施形態>
[導電性素子の構成]
図5A、図5Bに示すように、本技術の第3の実施形態に係る導電性素子は、基材11と、基材11の一方の面に設けられた配線16、17およびジャンパ配線18と、基材11の一方の面に配線16、17を覆うように設けられた絶縁層13とを備える。配線17、17の端部間は所定間隔離して設けられ、その端部間を通るように配線16が設けられている。配線17、17の端部間はジャンパ配線18により電気的に接続されており、ジャンパ配線18と配線16との間は絶縁層13により絶縁されている。配線16、17は、上記以外の点では第1の実施形態における配線12と同様である。
[導電性素子の製造方法]
次に、図6A〜図6Dを参照して、本技術の第3の実施形態に係る導電性素子の製造方法の一例について説明する。
まず、図6Aに示すように、基材11の一方の面に導電ペースト16p、17pを印刷する。次に、基材11を加熱炉に搬送し、加熱炉を通過させることにより、基材11の一方の面に印刷された導電ペースト16p、17pを乾燥させた後、回転する加熱ロールで基材11を挟み、乾燥した導電ペースト12pにカレンダ処理を施す。これにより、図6Bに示すように、導電性を有する配線16、17が基板11の一方の面に形成される。
次に、図6Cに示すように、配線17、17の端部に開口部が形成され露出するように、絶縁層形成用塗料を基材11の一方の面に印刷し、乾燥硬化させることにより、絶縁層13を形成する。次に、図6Dに示すように、隣接する開口部を繋ぐように導電ペーストを印刷し、乾燥硬化させることにより、ジャンパ配線18を形成する。以上により、目的とする導電性素子が得られる。
[効果]
第3の実施形態に係る導電性素子の製造方法では、導電ペースト16p、17pを加圧焼成することで配線16、17を形成するので、配線16、17を薄く、かつそれらの頂部を平坦にできる。したがって、絶縁層13の厚膜化を抑制でき、単層構造の絶縁層13の形成(すなわち絶縁層形成用塗料の1回の印刷)のみで、配線16、17を十分に覆うことができる。これに対して、一般的な導電性素子の製造方法では、配線が厚くなり、かつそれらの頂部の凹凸も大きくなる。したがって、配線16、17を十分に覆うためには、2層構造の絶縁層13の形成(すなわち絶縁層形成用塗料の2回の印刷)が必要となる。
<4 第4の実施形態>
図7Aに示すように、本技術の第4の実施形態に係る入力装置40は、表示装置30の表示面に設けられている。表示装置30と入力装置40とは、例えば粘着剤などからなる貼合層31を介して貼り合わされている。入力装置40の入力面上に表面部材としてのフロントパネル(図示省略)をさらに備えるようにしてもよい。
(表示部)
表示装置30としては、例えば、液晶ディスプレイ、有機または無機ELディスプレイ、プラズマディスプレイ(Plasma Display Panel:PDP)、CRT(Cathode Ray Tube)ディスプレイ、表面伝導型電子放出素子ディスプレイ(Surface-conduction Electron-emitter Display:SED)などの各種表示装置を用いることができる。
(入力装置)
入力装置40は、いわゆる投影型静電容量方式タッチパネルである。図7Aに示すように、入力装置40は、第1の透明導電性素子40aと、第1の透明導電性素子40a上に設けられた第2の透明導電性素子40bとを備える。第1の透明導電性素子40aと第2の透明導電性素子40bとは、図示しない貼合層を介して貼り合わされている。また、第2の透明導電性素子40bの入力面側には、必要に応じて保護層が設けられていてもよいし、第1の透明導電性素子40aの表示装置30側には、必要に応じてシールド層が設けられていてもよい。ここでは、入力装置40の主面の面内において直交交差の関係にある2方向をX軸方向(第1方向)およびY軸方向(第2方向)と定義する。また、入力装置40の主面に対して垂直な方向をZ軸方向(第3方向)と定義する。
(第1、第2の透明導電性素子)
第1の透明導電性素子40aは、図7A、図7Bに示すように、基材41aと、基材41aの一方の面に設けられた複数の透明電極42aおよび複数の配線43aと、それらの透明電極42aおよび配線43aを覆うように基材41の一方の面に設けられた絶縁層44aとを備える。第2の透明導電性素子40bは、図7A、図7Bに示すように、基材41bと、基材41bの一方の面に設けられた複数の透明電極42bおよび複数の配線43bと、それらの透明電極42bおよび配線43bを覆うように基材41bの一方の面に設けられた絶縁層44bとを備える。貼り合わされた第1の透明導電性素子40aおよび第2の透明導電性素子40bの周縁部には、フレキシブルプリント配線基板(Flexible Printed Circuit:FPC)45が設けられている。
(透明電極)
透明電極42aは、X軸方向に延在されたX電極であり、Y軸方向に所定間隔離して配列されている。一方、透明電極42bは、Y軸方向に延在されたY電極であり、X軸方向に所定間隔離して配列されている。
透明電極42aは、図8Aに示すように、X軸方向に所定間隔で設けられた複数のパッド部(単位電極体)46aと、X軸方向に隣り合うパッド部46a間を連結する複数の連結部47aとを備える。パッド部46aと連結部47aとは一体的に形成されている。透明電極42bは、図8Bに示すように、Y軸方向に所定間隔で設けられた複数のパッド部(単位電極体)46bと、Y軸方向に隣り合うパッド部46b間を連結する複数の連結部47bとを備える。パッド部46bと連結部47bとは一体的に形成されている。
透明電極42a、42bは、これらをZ軸方向から見ると、連結部47a、47bが重なるようにして直交交差されると共に、パッド部46a、46bがXY面内に敷き詰められている。パッド部46a、46bの形状としては、例えば、菱形(ダイヤモンド形状)や矩形などの多角形、星形、十字形、網目状などを用いることができるが、これらの形状に限定されるものではない。図7B、図8A、図8Bでは、パッド部46a、46bの形状が菱形である場合が例示されている。なお、透明電極42a、42bの形状は、直線状であってもよい。この場合、複数の透明電極42a、42bは、これらをZ軸方向から見ると、直交交差するストライプ状を有している。
透明電極42a、42bの材料としては、例えば、電気的導電性を有する金属酸化物材料、金属材料、炭素材料および導電性ポリマーなどからなる群より選ばれる1種以上を用いることができる。金属酸化物材料としては、例えば、インジウム錫酸化物(ITO)、酸化亜鉛、酸化インジウム、アンチモン添加酸化錫、フッ素添加酸化錫、アルミニウム添加酸化亜鉛、ガリウム添加酸化亜鉛、シリコン添加酸化亜鉛、酸化亜鉛−酸化錫系、酸化インジウム−酸化錫系、酸化亜鉛−酸化インジウム−酸化マグネシウム系などが挙げられる。金属材料としては、例えば、金属ナノ粒子、金属ワイヤーなどを用いることができる。それらの具体的材料としては、例えば、銅、銀、金、白金、パラジウム、ニッケル、錫、コバルト、ロジウム、イリジウム、鉄、ルテニウム、オスミウム、マンガン、モリブデン、タングステン、ニオブ、タンテル、チタン、ビスマス、アンチモン、鉛などの金属、またはこれらの合金などが挙げられる。炭素材料としては、例えば、カーボンブラック、炭素繊維、フラーレン、グラフェン、カーボンナノチューブ、カーボンマイクロコイルおよびナノホーンなどが挙げられる。導電性ポリマーとしては、例えば、置換または無置換のポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、およびこれらから選ばれる1種または2種からなる(共)重合体などを用いることができる。
(配線)
配線43aは、透明電極42aとFPC45とを電気的に接続する引き回し配線であって、透明電極42aの一端から引き出され、基材41aの周縁部に引き回れてFPC45に接続されている。配線43bは、透明電極42bとFPC45とを電気的に接続する引き回し配線であって、透明電極42bの一端から引き出され、基材41bの周縁部に引き回れてFPC45に接続されている。
<5 第5の実施形態>
本技術の第5の実施形態に係る電子機器は、第1、第2または第3の実施形態に係る導電性素子、および第4の実施形態に係る入力装置の一方または両方を備える。以下に、第5の実施形態に係る電子機器の例について説明する。
図9Aを参照して、電子機器が携帯電話111である例について説明する。携帯電話111は、いわゆるスマートフォンであり、筐体112と、この筐体112に収容されたタッチパネル付き表示素子113および図示しないプリント回路基板とを備える。タッチパネル付き表示素子113は、入力操作面に第4の実施形態に係る入力装置を備える。タッチパネル付き表示素子113が有する表示素子およびプリント回路基板の一方または両方が、第1、第2または第3の実施形態に係る導電性素子であってもよい。
図9Bを参照して、電子機器がタブレット型コンピュータである例について説明する。タブレット型コンピュータ121は、筐体122と、この筐体122に収容されたタッチパネル付き表示素子123および図示しないプリント回路基板とを備える。タッチパネル付き表示素子123は、入力操作面に第4の実施形態に係る入力装置を備える。タッチパネル付き表示素子123が有する表示素子およびプリント回路基板の一方または両方が、第1、第2または第3の実施形態に係る導電性素子であってもよい。
図10を参照して、電子機器がノート型パーソナルコンピュータ131である例について説明する。ノート型パーソナルコンピュータ131は、コンピュータ本体132と、ディスプレイ133とを備える。コンピュータ本体132は、筐体141と、この筐体141に収容されたキーボード142、タッチパッド143および図示しないプリント回路基板とを備える。キーボード142、タッチパッド143およびプリント回路基板の少なくとも1つが、第1、第2または第3の実施形態に係る導電性素子である。
ディスプレイ303は、筐体151と、この筐体151に収容された表示素子152とを備える。表示素子152が第1、第2または第3の実施形態に係る導電性素子であってもよい。表示素子152がタッチパネル付き表示素子である場合には、入力操作面に第4の実施形態に係る入力装置を備えていてもよい。
<6 第6の実施形態>
図11に示すように、本技術の第6の実施形態に係る導電性素子は、RFID(Radio Frequency IDentification)技術が適用された通信機能を有する非接触型ICカードであり、基材201と、基材201の一方の面に設けられたアンテナコイル202、ICチップ203および配線204と、アンテナコイル202、ICチップ203および配線204を覆うように基材201の一方の面に設けられた図示しない絶縁層とを備える。また、ICカードの両面は、図示しない外装材により覆われている。
なお、第6の実施形態では導電性素子がICカードである場合を例として説明するが、本技術はICカードに限定されるものではなく、RFID用のアンテナコイルを備える様々な導電性素子、通信装置および電子機器などに適用することが可能である。
基材201の形状としては、フィルム状、シート状、基板状を用いることができるが、特にこれらの材料に限定されるものではなく、ICカードに求められる特性に応じて任意に選択し使用することが可能である。基材201の材料としては、耐久性や利便性などの観点から、フレキシブル性を有する樹脂材料を用いることが好ましい。このような樹脂材料としては、例えば、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリイミド(PI)、ポリエステルなどを用いることができるが、特にこれらの材料に限定されるものではなく、従来公知の樹脂材料からICカードに求められる特性に応じて任意に選択し使用することが可能である。
アンテナコイル202は、基材201上に複数回巻回されて形成されたループコイル形状の電磁誘導コイルであり、その両端は配線204を介してICチップ203に接続されている。アンテナコイル202は、リーダ/ライタから発せられる交流磁界を受信して交流電圧を誘起し、その交流電圧をICチップ203に供給する。
ICチップ203は、アンテナコイルから供給される電力により駆動し、ICカード内の各部を制御する。例えば、ICチップ203は、アンテナコイルを介してリーダ/ライタと通信を行う。具体的には、リーダ/ライタとの相互認証やデータのやり取りなどを行う。
アンテナコイル202は、頂部に平坦部を有し、金属粒子の粉末を含んでいる。アンテナコイル202の幅Lに対する、アンテナコイル202が頂部に有する平坦部の幅Fの割合RF(=(F/L)×100(図14B参照))の平均値は、20%以上、好ましくは30%以上、より好ましくは40%以上である。割合RFの平均値が20%未満であると、アンテナコイル202の表面凹凸の低減が困難となり、アンテナコイル202上に設けられる絶縁層を厚膜化しないと、アンテナコイル202の表面凹凸が絶縁層から突出することを抑制できなくなる虞がある。
アンテナコイル202の頂部の算術平均粗Raさは、1μm以下、好ましくは0.6μm、より好ましくは0.2μm以下である。算術平均粗Raの平均値が1μmを超えると、アンテナコイル202の表面凹凸の低減が困難となり、アンテナコイル202上に設けられる絶縁層を厚膜化しないと、アンテナコイル202の表面凹凸が絶縁層から突出することを抑制できなくなる虞がある。アンテナコイル202の幅は、例えば500μm以上20mm以下である。
アンテナコイル202の頂部の十点平均粗さRzの平均値が、好ましくは5μm以下、より好ましくは4μm以下、さらに好ましくは2μm以下である。十点平均粗さRzの平均値が5μm以下であると、落差の大きい表面凹凸が低減されるので、アンテナコイル202上に設けられる絶縁層を厚膜化しなくとも、アンテナコイル202の表面凹凸が絶縁層13から突出することを抑制できる。アンテナコイル202の材料は、第1の実施形態における配線12の材料と同様である。アンテナコイル202は、第1の実施形態における配線12の形成方法と同様にして形成することができる。
絶縁層は、第1の実施形態における絶縁層13と同様である。外装材は、ICカードの表面および裏面を構成するものであり、例えば、PET(ポリエチレンテレフタレート)、PBT(ポリブチルテレフタレート)、PEG(ポリエチレングリコール、配向PETなどの高分子材料を主成分とするが、特にこれらの材料に限定されるものではなく、従来公知の樹脂材料からICカードに求められる特性に応じて任意に選択し使用することが可能である。
以下、実施例により本技術を具体的に説明するが、本技術はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
以下に説明する実施例および比較例では、配線パターンの形成には、図2に示した配線形成装置を用いた。また、この配線形成装置により形成される配線パターンは、図12に示すものとした。
(比較例1)
まず、Agペーストとして、焼成条件120℃30分、ペースト粘度65000mPa・秒である市販のスクリーン印刷用Agペーストを準備した。ここで、“焼成条件120℃30分”は、本比較例1の配線の形成方法に準拠した場合の焼成条件を意味する。次に、グラビア印刷により、厚さ50μmのPETフィルムにAgペーストを印刷した。次に、このPETフィルムを炉内温度120℃の加熱炉内に搬送し、加熱炉内を30分間かけて搬送した。これにより、Agペーストが乾燥焼成されて、図12に示す配線パターンを有する配線フィルム(導電性フィルム)が得られた。
(実施例1)
まず、グラビア印刷により、厚さ50μmのPETフィルムにAgペーストを印刷した。なお、Agペーストとしては、比較例1と同様のAgペーストを用いた。次に、このPETフィルムを炉内温度120℃の加熱炉内に搬送し、加熱炉内を1分間かけて搬送した。これにより、Agペーストに含まれる溶剤が揮発され、Agペーストが乾燥された。次に、表1に示すカレンダ処理の条件にて、Agペーストが乾燥されたPETフィルムに対してカレンダ処理を行った。なお、支持面側ロールの表面温度は、印刷面側ロールの表面温度と同等以下に設定した。これにより、図12に示す配線パターンを有する配線フィルムが得られた。
(実施例2)
カレンダ処理の条件を表1に示したものに変更すること以外は、実施例1と同様にして配線フィルムを得た。
(比較例2)
グラビア印刷に代えてスクリーン印刷を用いること以外は比較例1と同様にして配線フィルムを得た。
(実施例3)
グラビア印刷に代えてスクリーン印刷を用いること以外は、実施例1と同様にして配線フィルムを得た。
(実施例4)
カレンダ処理の条件を表1に示したものに変更すること以外は、実施例3と同様にして配線フィルムを得た。
(比較例3)
まず、Cuペーストとして、焼成条件120℃30分、ペースト粘度100000mPa・秒の市販のスクリーン印刷用Cuペーストを準備した。次に、Agペーストに代えてCuペーストを用いること以外は、比較例2と同様にして配線フィルムを得た。
(実施例5)
Agペーストに代えてCuペーストを用いることと、カレンダ処理の条件を表1に示したものに変更すること以外は、実施例3と同様にして配線フィルムを得た。なお、Cuペーストとしては、比較例3と同様のCuペーストを用いた。
(評価)
上述のようにして得られた配線フィルムについて、以下の評価を行った。但し、配線剥がれの評価に関しては、カレンダ処理を用いて得られた配線フィルムにのみ行った。
(算術平均粗さRaおよび十点平均粗さRzの平均値)
まず、非接触表面−層断面形状計測システム(株式会社菱化システム製、商品名:VertScan R5500GL-M100-AC)を用いて、配線フィルムの配線側の表面から無作為に選び出された5箇所の位置において、表面形状を計測した。次に、計測した各計測視野中において、配線の幅方向の中心を配線の延設方向(図13A(実施例1)、図13B(比較例1)に示す線分(1)の方向参照)にトレースして得られる断面プロファイル(図14A(実施例1)、図15A(比較例1)参照)から算術平均粗さRaおよび十点平均粗さRzを求めた。ここで、算術平均粗さRaはJISB0601に準拠するものであり、十点平均粗さRzはJIS’94に準拠するものである。
以下に上記計測の条件を示す。
測定倍率:x100
視野サイズ:469.89x352.55μm
次に、各計測視野中において求めた算術平均粗さRaを単純平均して算術平均粗さRaの平均値を求めた。また、各計測視野中において求めた十点平均粗さRzを単純平均して十点平均粗さRzの平均値を求めた。
(割合RFの平均値)
まず、“算術平均粗さRaおよび十点平均粗さRzの平均値”の求め方と同様にして、無作為に選び出された5箇所の位置において、表面形状を計測した。次に、計測した各計測視野中において配線の幅Lに対する配線頂部の平坦部幅Fの割合RF(=(F/L)×100)[%]を求めた。次に、各計測視野中において求めた割合RFを単純平均して割合RFの平均値を求めた。
なお、各計測視野中における割合RFは以下のようにして求めた。まず、計測視野中の配線頂部のうちで最も高い位置を求め、その位置を含むようにして配線の幅方向(図13A(実施例1)、図13B(比較例1)に示す線分(2)の方向参照)に配線をトレースして断面プロファイルを得た(図14B(実施例1)、図15B(比較例1)参照)。ここで、最も高い位置は、PETフィルムの表面を基準とする位置である。次に、得られた断面プロファイルから、配線の幅Lに対する配線頂部の平坦部幅Fの割合RF(=(F/L)×100)[%]を求めた。ここで、平坦部幅Fは、図14B、図15Bに示すように、視野中において配線頂部のうち最も高い配線の位置から配線の幅方向に0.5μm低くなる位置までの距離を意味する。
(配線の最大高さHmaxの平均値およびバラツキ)
まず、“算術平均粗さRaおよび十点平均粗さRzの平均値”の求め方と同様にして、無作為に選び出された5箇所の位置において、表面形状を計測した。次に、計測した各計測視野中において、配線頂部の最大高さHmaxを求めた。次に、5箇所の位置において求めた最大高さHmaxを単純平均して最大高さHmaxの平均値を求めた。また、5箇所の位置において求めた最大高さHmaxを用いて最大高さHmaxの平均値からのバラツキを求めた。
(配線の剥がれ)
配線フィルムを目視により観察して、配線に剥がれがないか否かを確認した。
(配線の抵抗値)
配線フィルムのパッド部(図12参照)にデジタルマルチメータ(三和電気計器株式会社製、商品名:PC720M)のテスター棒を押し当て、抵抗値を測定した。
表1は、実施例1〜5、比較例1〜3の配線フィルムの作製条件および評価結果を示す。
Figure 0006812980
但し、表1中の記号Raave、Rzave、Hmax、Have、RFaveおよびロール温度は以下を意味する。
Raave:配線頂部の算術平均粗さRaの平均値[μm]
Rzave:配線頂部の十点平均粗さRzの平均値[μm]
Fave:配線の幅Lに対する配線頂部の平坦部幅Fの割合RFの平均値[%]
max:配線頂部の最大高さ[μm]
ave:配線頂部の最大高さHmaxの平均値[μm]
なお、“ロール温度”は、ロール表面の温度を示す。また、“Rzave+Have”は、好ましい絶縁層の厚さの下限値を示し、“Rzave+Have+10”は、より好ましい絶縁層の厚さの下限値を示している。なお、これらの下限値が好ましい理由は、上述した通りである。
表1から以下のことがわかる。
加熱ロールを用いた加圧焼成処理(カレンダ処理)により得られた配線フィルム(以下「加圧焼成フィルム」という。)では、配線幅Lに対する配線頂部の平坦部幅Fの割合RFの平均値が20%以上であり、配線頂部の算術平均粗さRaの平均値が1μm以下であり、配線頂部の十点平均粗さRzの平均値が5μm以下である配線が得られている。これに対して、加熱炉を用いた焼成処理により得られた配線フィルム(以下「焼成フィルム」という。)では、配線幅Lに対する配線頂部の平坦部幅Fの割合RFの平均値が20%未満であり、配線頂部の算術平均粗さRaの平均値が1μmを超え、配線頂部の十点平均粗さRzの平均値が5μmを超える配線しか得られていない。
印刷条件が同様である場合、加圧焼成フィルムの配線最大高さHmaxの平均値は、焼成フィルムの配線最大高さHmaxの平均値に比して低くなっている。
印刷条件に依らず、加圧焼成フィルムの配線最大高さHmaxのバラツキは、焼成フィルムの配線最大高さHmaxのバラツキに比して低減されている。具体的には、加圧焼成フィルムの配線最大高さHmaxのバラツキは、0.4μm以下に低減されているのに対して、焼成フィルムの配線最大高さHmaxのバラツキは、0.4μmを超えている。
加圧焼成フィルムでは、焼成フィルムとほぼ同等の低抵抗またはそれに近い低抵抗が得られている。具体的には、加圧焼成フィルムでは、10Ω/mm以下の低抵抗が得られている。
加熱ロールによる加圧焼成処理を用いた配線フィルムの製造方法では、加熱炉による焼成処理を用いた配線フィルムの製造方法に比べて、短い加熱時間で低抵抗の配線を形成することができる。したがって、配線フィルムの製造効率を向上できる。
以上、本技術の実施形態について具体的に説明したが、本技術は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本技術の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
例えば、上述の実施形態において挙げた構成、方法、工程、形状、材料および数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料および数値などを用いてもよい。
また、上述の実施形態の構成、方法、工程、形状、材料および数値などは、本技術の主旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。
また、本技術は以下の構成を採用することもできる。
(1)
頂部に平坦部を有し、金属粒子を含む配線を備え、
前記配線の幅に対する前記平坦部の幅の割合の平均値は、20%以上であり、
前記頂部の算術平均粗さの平均値は、1μm以下である導電性素子。
(2)
前記配線の抵抗は、10Ω/mm以下である(1)に記載の導電性素子。
(3)
前記頂部の十点平均粗さの平均値が、5μm以下である(1)または(2)に記載の導電性素子。
(4)
前記配線を両面に備える(1)から(3)のいずれかに記載の導電性素子。
(5)
前記配線が、ジャンパ配線を含んでいる(1)から(4)のいずれかに記載の導電性素子。
(6)
前記配線と接続された電極をさらに備える(1)から(5)のいずれかに導電性素子。
(7)
前記配線上に設けられた絶縁層をさらに備える(1)から(6)のいずれかに記載の導電性素子。
(8)
可撓性を有する基材をさらに備える(1)から(7)のいずれかに記載の導電性素子。
(9)
頂部に平坦部を有し、金属粒子を含むアンテナを備え、
前記アンテナの幅に対する前記平坦部の幅の割合の平均値は、20%以上であり、
前記頂部の算術平均粗さの平均値は、1μm以下である導電性素子。
(10)
金属粒子を含む導電ペーストまたは導電インクを印刷し、
印刷した前記導電ペーストまたは前記導電インクを焼成しながら加圧することにより、頂部に平坦部を有する配線を形成することを含み、
前記配線の幅に対する前記平坦部の幅の割合の平均値は、20%以上であり、
前記頂部の算術平均粗さの平均値は、1μm以下である導電性素子の製造方法。
(11)
(1)から(9)のいずれかに記載の導電性素子を備える入力装置。
(12)
(1)から(9)のいずれかに記載の導電性素子を備える電子機器。
11 基材
12、14、16、17、43a、43b 配線
12p、14p 導電ペースト
13、15 絶縁層
18 ジャンパ配線
40 入力装置
40a 第1の導電性素子
40b 第2の導電性素子
42a、42b 透明電極(電極)
111 携帯電話(電子機器)
121 タブレット型コンピュータ(電子機器)
131 ノート型パーソナルコンピュータ(電子機器)
202 アンテナコイル(アンテナ)

Claims (12)

  1. 頂部に平坦部を有し、金属粒子を含む導電ペーストまたは導電インクにより形成された配線を備え、
    前記配線の幅に対する前記平坦部の幅の割合の平均値は、20%以上であり、
    前記頂部の算術平均粗さの平均値は、1μm以下である導電性素子。
  2. 前記配線の抵抗は、10Ω/mm以下である請求項1に記載の導電性素子。
  3. 前記頂部の十点平均粗さの平均値が、5μm以下である請求項1または2に記載の導電性素子。
  4. 前記配線を両面に備える請求項1から3のいずれかに記載の導電性素子。
  5. 前記配線が、ジャンパ配線を含んでいる請求項1から4のいずれかに記載の導電性素子。
  6. 前記配線と接続された電極をさらに備える請求項1から5のいずれかに記載の導電性素子。
  7. 前記配線上に設けられた絶縁層をさらに備える請求項1から6のいずれかに記載の導電性素子。
  8. 可撓性を有する基材をさらに備える請求項1から7のいずれかに記載の導電性素子。
  9. 頂部に平坦部を有し、金属粒子を含む導電ペーストまたは導電インクにより形成されたアンテナを備え、
    前記アンテナの幅に対する前記平坦部の幅の割合の平均値は、20%以上であり、
    前記頂部の算術平均粗さの平均値は、1μm以下である導電性素子。
  10. 金属粒子を含む導電ペーストまたは導電インクを印刷し、
    印刷した前記導電ペーストまたは前記導電インクを焼成しながら加圧することにより、頂部に平坦部を有する配線を形成することを含み、
    前記配線の幅に対する前記平坦部の幅の割合の平均値は、20%以上であり、
    前記頂部の算術平均粗さの平均値は、1μm以下である導電性素子の製造方法。
  11. 請求項1から8のいずれかに記載の導電性素子を備える入力装置。
  12. 請求項1から9のいずれかに記載の導電性素子を備える電子機器。
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