JP2014013820A - 導電パターン形成基板 - Google Patents
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Abstract
【課題】金属ナノワイヤーを含む層との接続部分における接触抵抗が低く且つ電極や配線を配置するための自由度が高い導電パターン形成基板を提供すること。
【解決手段】光透過性を有する基材2と、基材2の外面に設けられ金属ナノワイヤー4を含有し光透過性を有するナノワイヤー層3と、金属ナノワイヤー4と接するようにナノワイヤー層3上に設けられ一様な導電性を有する光透過性の中継導電層8と、中継導電層8と接して設けられ中継導電層8より面抵抗が小さな配線層9と、を備え、配線層9は、少なくとも一部が中継導電層8に接する複数の導電性フィラーと、複数の導電性フィラーが分散された状態で複数の導電性フィラーを支持するバインダーと、を有し、中継導電層8に接する金属ナノワイヤー4は当該中継導電層8に接する複数の導電性フィラーに対して中継導電層8を介して電気的に接続される。
【選択図】図2
【解決手段】光透過性を有する基材2と、基材2の外面に設けられ金属ナノワイヤー4を含有し光透過性を有するナノワイヤー層3と、金属ナノワイヤー4と接するようにナノワイヤー層3上に設けられ一様な導電性を有する光透過性の中継導電層8と、中継導電層8と接して設けられ中継導電層8より面抵抗が小さな配線層9と、を備え、配線層9は、少なくとも一部が中継導電層8に接する複数の導電性フィラーと、複数の導電性フィラーが分散された状態で複数の導電性フィラーを支持するバインダーと、を有し、中継導電層8に接する金属ナノワイヤー4は当該中継導電層8に接する複数の導電性フィラーに対して中継導電層8を介して電気的に接続される。
【選択図】図2
Description
本発明は、導電パターンが形成された基板に関する。
従来、基板上に形成された導電パターンの例として、金属ナノワイヤーやカーボンナノチューブ等の繊維状導体を有する導電パターンが知られている。これらの導電パターンは、光透過性を有する導電パターンとして構成されることがあり、タッチパネルの画面上に配置される透明電極などに採用されている。
例えば特許文献1には、導電金属細線(金属ナノワイヤー)によって電極及び配線のパターンが形成されたタッチパネルが開示されている。特許文献1に記載のタッチパネルは、紫外線硬化樹脂内に分散された金属ナノワイヤーを有する薄膜をエッチング液に浸漬してパターン形成をすることによって電極が形成されている。
また、特許文献1においては、金属ナノワイヤーが分散された紫外線硬化樹脂からなる層に、銅箔からなる層が積層されることにより、金属ナノワイヤーと銅箔とが導通状態とされている。
また、特許文献1においては、金属ナノワイヤーが分散された紫外線硬化樹脂からなる層に、銅箔からなる層が積層されることにより、金属ナノワイヤーと銅箔とが導通状態とされている。
特許文献1に開示された技術では、金属ナノワイヤーが分散された紫外線硬化樹脂からなる層上に銅箔が積層された積層体から、不要な銅箔をエッチングにより除去し、さらに別のエッチング法により不要な金属ナノワイヤーを除去している。このため、銅箔の下層に配された金属ナノワイヤーを除去することは実質的に不可能であり、電極や配線を配置するための自由度が制限されている。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、金属ナノワイヤーを含む層との接続部分における接触抵抗が低く、金属ナノワイヤー同士の接続安定性が高く、且つ電極や配線を配置するための自由度が高い導電パターン形成基板を提供することである。
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の導電パターン形成基板は、光透過性を有する基材と、前記基材の外面に設けられ金属ナノワイヤーを含有し光透過性を有するナノワイヤー層と、前記金属ナノワイヤーと接するように前記ナノワイヤー層上に設けられ一様な導電性を有する光透過性の中継導電層と、前記中継導電層と接して設けられ前記中継導電層より面抵抗が小さな配線層と、を備え、前記配線層は、少なくとも一部が前記中継導電層に接する複数の導電性フィラーと、前記複数の導電性フィラーが分散された状態で前記複数の導電性フィラーを支持するバインダーと、を有し、前記中継導電層に接する前記金属ナノワイヤーは当該中継導電層に接する複数の導電性フィラーに対して前記中継導電層を介して電気的に接続されることを特徴とする導電パターン形成基板である。
本発明の導電パターン形成基板は、光透過性を有する基材と、前記基材の外面に設けられ金属ナノワイヤーを含有し光透過性を有するナノワイヤー層と、前記金属ナノワイヤーと接するように前記ナノワイヤー層上に設けられ一様な導電性を有する光透過性の中継導電層と、前記中継導電層と接して設けられ前記中継導電層より面抵抗が小さな配線層と、を備え、前記配線層は、少なくとも一部が前記中継導電層に接する複数の導電性フィラーと、前記複数の導電性フィラーが分散された状態で前記複数の導電性フィラーを支持するバインダーと、を有し、前記中継導電層に接する前記金属ナノワイヤーは当該中継導電層に接する複数の導電性フィラーに対して前記中継導電層を介して電気的に接続されることを特徴とする導電パターン形成基板である。
また、前記ナノワイヤー層は、前記金属ナノワイヤーを含有する導電パターンと、前記導電パターン間を絶縁状態とする絶縁パターンと、を有し、前記中継導電層は、前記導電パターン上の全面に積層されていてもよい。
また、前記ナノワイヤー層は、前記金属ナノワイヤーを含有する所定形状の複数の電極部と、前記電極部間を絶縁する絶縁パターンと、を有し、前記中継導電層は前記電極部上の全面に積層されていてもよい。
また、前記中継導電層は、互いに連結された複数の金属粒子を含む層であってもよい。
また、前記中継導電層は、導電性を有する金属酸化物若しくは導電性高分子を含んでいてもよい。
また、前記中継導電層は、導電性を有する金属酸化物若しくは導電性高分子を含んでいてもよい。
また、前記中継導電層は、前記ナノワイヤー層上に積層され、前記配線層は、前記中継導電層の外面のうち前記中継導電層が前記ナノワイヤー層と接する面と反対側の面上に積層されていてもよい。
また、前記配線層は前記基材に接していてもよい。
また、前記配線層の少なくとも一部は前記ナノワイヤー層と接していてもよい。
また、前記配線層の少なくとも一部は前記ナノワイヤー層と接していてもよい。
本発明の導電パターン形成基板は、金属ナノワイヤーの外面に面接触する中継導電層を介して金属ナノワイヤーと配線層とが電気的に接続されるので、金属ナノワイヤーを含む層との接続部分における接触抵抗が低い。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態の導電パターン形成基板1(以下単に「基板1」と称する。)について説明する。
まず、基板1の構成について説明する。図1は、本実施形態の導電パターン形成基板を示す模式的な平面図である。図2は、図1のA−A線における断面図である。図3は、図2において符号Xで示す部分の拡大図である。
図1及び図2に示すように、基板1は、基材2と、ナノワイヤー層3と、中継導電層8と、配線層9とがこの順に積層された積層構造を有している。また、基板1の厚さ方向から見たときの中央部には、光透過性を有し、映像等を基板1の厚さ方向に透過させることができる矩形形状の窓部15が設けられている。窓部15の外側領域は、光透過性を有していない枠部16となっている。
本実施形態において、枠部16は、基板1が組み込まれる対象となる装置(タッチパネルやタブレット等)の筐体によって覆われる部分となる。また、窓部15は、基板1が組み込まれる対象となる上記装置において操作者が上記映像等を見ながらタッチ入力をするための部分となる。例えば、窓部15は、液晶ディスプレイ装置において映像等が表示される面に重ねて配置される。
本発明の第1実施形態の導電パターン形成基板1(以下単に「基板1」と称する。)について説明する。
まず、基板1の構成について説明する。図1は、本実施形態の導電パターン形成基板を示す模式的な平面図である。図2は、図1のA−A線における断面図である。図3は、図2において符号Xで示す部分の拡大図である。
図1及び図2に示すように、基板1は、基材2と、ナノワイヤー層3と、中継導電層8と、配線層9とがこの順に積層された積層構造を有している。また、基板1の厚さ方向から見たときの中央部には、光透過性を有し、映像等を基板1の厚さ方向に透過させることができる矩形形状の窓部15が設けられている。窓部15の外側領域は、光透過性を有していない枠部16となっている。
本実施形態において、枠部16は、基板1が組み込まれる対象となる装置(タッチパネルやタブレット等)の筐体によって覆われる部分となる。また、窓部15は、基板1が組み込まれる対象となる上記装置において操作者が上記映像等を見ながらタッチ入力をするための部分となる。例えば、窓部15は、液晶ディスプレイ装置において映像等が表示される面に重ねて配置される。
基材2は、板材、フィルム、シート、または膜によって形成されており、絶縁性を有する。基材2は、光透過性を有していてもよい。また、基材2は、可撓性を有していてもよい。本実施形態では、基材2として、ポリエチレンテレフタレートのシートが採用されている。なお、基材2の材料としては、ポリエチレンテレフタレートの他に、ポリカーボネート、PEN、アクリル樹脂、シクロオレフィンポリマーなどを採用することができる。また、基材2の材料として、ガラスが採用されていてもよい。
図3に示すように、ナノワイヤー層3は、基材2の外面に設けられ金属ナノワイヤー4を含有する層である。具体的には、ナノワイヤー層3は、複数の金属ナノワイヤー4が回路パターンをなして配置された導電パターン5と、金属ナノワイヤー4が取り除かれていることにより絶縁性となっている絶縁パターン7とを有する。
導電パターン5は、複数の金属ナノワイヤー4からなる。導電パターン5を構成する金属ナノワイヤー4は、例えば長さが数十μm程度の微細な金属線材である。金属ナノワイヤー4の材料は、銀、金、銅、アルミニウムなど、導電性の高い金属材料であることが好ましい。導電パターン5内において、複数の金属ナノワイヤー4は光透過性樹脂6内に略均一に分散されている。複数の金属ナノワイヤー4の大部分は、隣接する金属ナノワイヤー4と接しており、隣接する金属ナノワイヤー4と電気的に接続されている。これにより、導電パターン5は、電極や配線等として機能する。さらに導電パターン5は、金属ナノワイヤー4間に隙間が空いていることにより、光透過性を有する。
本実施形態では、導電パターン5は、基板1を厚さ方向からみたときの窓部15内において1以上の電極部5a、及び、電極部5aに電気的に接続され窓部15から枠部16へと引き出される引き出し線5bを構成している。
本実施形態では、導電パターン5は、基板1を厚さ方向からみたときの窓部15内において1以上の電極部5a、及び、電極部5aに電気的に接続され窓部15から枠部16へと引き出される引き出し線5bを構成している。
図1に示すように、絶縁パターン7は、導電パターン5の周囲に設けられており、導電パターン5を構成する各線間を絶縁している。なお、絶縁パターン7を間に挟んで隣り合う導電パターン5が短絡しなければ、絶縁パターン7内に微量の金属ナノワイヤー4が存在していてもよい。
図2および図3に示すように、中継導電層8は、金属ナノワイヤー4と接するようにナノワイヤー層3に設けられている。また、中継導電層8は光透過性を有している。また、基板1の厚さ方向からみて窓部15内に位置する導電パターン5上には、中継導電層8が積層されている。さらに、枠部16において、中継導電層8は、ナノワイヤー層3と配線層9とに挟まれている。
中継導電層8は、一様な導電性を有する。中継導電層8は、金属酸化物若しくは導電性高分子を含み且つ光透過性を有する層であってよい。具体的には、中継導電層8として、インジウムスズ酸化物(ITO)、フッ素ドープ酸化スズ(FTO)、インジウム鉛酸化物(IZO)、酸化亜鉛(ZnO)等を採用することができる。また、中継導電層8としては、導電性ポリマーからなる光透過性導電膜を採用することもできる。中継導電層8として採用可能な導電性ポリマーとしては、例えば、ポリチオフェン系導電性ポリマーであるSEPLEGYDA(登録商標)を採用することができる。中継導電層8が導電性高分子である場合には、印刷により容易に成膜できるので、蒸着等を必要とする他の材質を採用する場合よりも製造工程を簡素化できる。さらに、導電性高分子により形成された膜状の中継導電層8とした場合、中継導電層8は折り曲げに対する耐性が高く、中継導電層8の形成後に所望の三次元形状に成形しやすい。
中継導電層8に含まれる導体成分の一部は、ナノワイヤー層3の外面に露出された金属ナノワイヤー4の表面において、実質的に面接触となるように多数の点若しくは線状に金属ナノワイヤー4と接触する。また、中継導電層8に含まれる導体成分は、中継導電層8内に一様に存在している。なお、中継導電層8は、実質的に絶縁体を含まないことが好ましいが、微量の絶縁体を含んでいても構わない。
中継導電層8は、一様な導電性を有する。中継導電層8は、金属酸化物若しくは導電性高分子を含み且つ光透過性を有する層であってよい。具体的には、中継導電層8として、インジウムスズ酸化物(ITO)、フッ素ドープ酸化スズ(FTO)、インジウム鉛酸化物(IZO)、酸化亜鉛(ZnO)等を採用することができる。また、中継導電層8としては、導電性ポリマーからなる光透過性導電膜を採用することもできる。中継導電層8として採用可能な導電性ポリマーとしては、例えば、ポリチオフェン系導電性ポリマーであるSEPLEGYDA(登録商標)を採用することができる。中継導電層8が導電性高分子である場合には、印刷により容易に成膜できるので、蒸着等を必要とする他の材質を採用する場合よりも製造工程を簡素化できる。さらに、導電性高分子により形成された膜状の中継導電層8とした場合、中継導電層8は折り曲げに対する耐性が高く、中継導電層8の形成後に所望の三次元形状に成形しやすい。
中継導電層8に含まれる導体成分の一部は、ナノワイヤー層3の外面に露出された金属ナノワイヤー4の表面において、実質的に面接触となるように多数の点若しくは線状に金属ナノワイヤー4と接触する。また、中継導電層8に含まれる導体成分は、中継導電層8内に一様に存在している。なお、中継導電層8は、実質的に絶縁体を含まないことが好ましいが、微量の絶縁体を含んでいても構わない。
配線層9は、中継導電層8と接し、枠部16内に設けられている。また、配線層9は、中継導電層8より面抵抗が低い。例えば、配線層9は、導電性フィラー10がバインダー11中に分散されてなる層とすることができる。導電性フィラー10は、少なくとも一部が中継導電層8に接する導電性の粉粒体である。例えば、導電性フィラー10としては、金、銀、銅、白金、ニッケル、錫、鉛、あるいはこれらの合金等を材料とすることができる。バインダー11は、導電性フィラー10が分散された状態で導電性フィラー10を支持する部材である。バインダー11は、導電性を有することが好ましい。なお、本実施形態では、絶縁体をバインダー11として採用することもできる。また、配線層9は、光透過性を有していていても構わないが、本実施形態では、枠部16は光不透過であるので、配線層9が光透過性を有していることは必須でない。配線層9は、光学的特性よりも、電気抵抗が低いものであることに着目して選択されることが好ましい。
次に、本実施形態の基板1の製造方法について説明する。図4は、本実施形態の導電パターン形成基板の製造方法を示すフローチャートである。
まず、基材2の外面に、ナノワイヤー層3を形成する(図4に示すステップS1)。
ステップS1では、まず、金属ナノワイヤー4及び微量の水溶性ポリマーが水系溶媒に分散された溶液を、基材2の外面に塗布し、乾燥させる。これにより、金属ナノワイヤー4は、水溶性ポリマーによって基材2の外面に付着し、基材2に対して仮固定される。
続いて、光透過性樹脂の流動体を基材2の外面に塗布し、当該流動体を硬化させて光透過性樹脂6とする。光透過性樹脂6として、例えば、熱硬化性樹脂、溶剤蒸発乾燥性樹脂、2液硬化性樹脂、可視光硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂、及び電子線硬化性樹脂等から適宜選択して採用することができる。硬化した光透過性樹脂6によって、金属ナノワイヤー4は基材2に固定される。光透過性樹脂6は、基材2上において層状となっており、金属ナノワイヤー4の一部が光透過性樹脂6から突出した状態で、上述の仮固定よりも強く金属ナノワイヤー4を基材2に固定する補強層となっている。
これでステップS1は終了し、ステップS2へ進む。
まず、基材2の外面に、ナノワイヤー層3を形成する(図4に示すステップS1)。
ステップS1では、まず、金属ナノワイヤー4及び微量の水溶性ポリマーが水系溶媒に分散された溶液を、基材2の外面に塗布し、乾燥させる。これにより、金属ナノワイヤー4は、水溶性ポリマーによって基材2の外面に付着し、基材2に対して仮固定される。
続いて、光透過性樹脂の流動体を基材2の外面に塗布し、当該流動体を硬化させて光透過性樹脂6とする。光透過性樹脂6として、例えば、熱硬化性樹脂、溶剤蒸発乾燥性樹脂、2液硬化性樹脂、可視光硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂、及び電子線硬化性樹脂等から適宜選択して採用することができる。硬化した光透過性樹脂6によって、金属ナノワイヤー4は基材2に固定される。光透過性樹脂6は、基材2上において層状となっており、金属ナノワイヤー4の一部が光透過性樹脂6から突出した状態で、上述の仮固定よりも強く金属ナノワイヤー4を基材2に固定する補強層となっている。
これでステップS1は終了し、ステップS2へ進む。
ステップS2は、ナノワイヤー層3に導電パターン5および絶縁パターン7を形成するステップである。
ステップS2では、ナノワイヤー層3において絶縁パターン7とする領域にレーザー光を照射する。すると、レーザー光が照射された領域内の金属ナノワイヤー4が消失する。これにより、絶縁パターン7においては導体が除去される。ナノワイヤー層3における絶縁パターン7以外の領域が導電パターン5となる。なお、導電パターン5は、電力や電気信号を伝えるためのパターン以外に、例えば電磁波等のノイズの影響を緩和するためのシールドとなるパターンを含んでいてもよい。
また、ステップS2では、レーザー光を用いた所謂レーザーエッチングに代えて、例えばウェットエッチングによって絶縁パターン7における金属ナノワイヤー4を除去してもよい。
これでステップS2は終了し、ステップS3へ進む。
ステップS2では、ナノワイヤー層3において絶縁パターン7とする領域にレーザー光を照射する。すると、レーザー光が照射された領域内の金属ナノワイヤー4が消失する。これにより、絶縁パターン7においては導体が除去される。ナノワイヤー層3における絶縁パターン7以外の領域が導電パターン5となる。なお、導電パターン5は、電力や電気信号を伝えるためのパターン以外に、例えば電磁波等のノイズの影響を緩和するためのシールドとなるパターンを含んでいてもよい。
また、ステップS2では、レーザー光を用いた所謂レーザーエッチングに代えて、例えばウェットエッチングによって絶縁パターン7における金属ナノワイヤー4を除去してもよい。
これでステップS2は終了し、ステップS3へ進む。
ステップS3は、中継導電層8を形成するステップである。
ステップS3では、中継導電層8となる導体を、所望のパターン形状となるようにナノワイヤー層3上に形成する。具体的には、中継導電層8は、導電パターン5と同形状となるように、導電パターン5に積層される。すなわち、導電パターン5における電極部5a及び引き出し線5bには中継導電層8が設けられる。
例えば中継導電層8としてITO、FTO、IZO、若しくはZnO等の光透過性導電膜、又は導電性ポリマー等からなる光透過性導電膜を形成する場合には、光透過性導電膜を導電パターン5上にパターン形成する。中継導電層8が導電パターン5に積層されることにより、導電パターン5においてナノワイヤー層3から突出状態にある金属ナノワイヤー4は、突出部分が中継導電層8に覆われた状態となる。すなわち、導電パターン5から突出した金属ナノワイヤー4の外面は、突出部分において中継導電層8と面接触している。
これでステップS3は終了し、ステップS4へ進む。
ステップS3では、中継導電層8となる導体を、所望のパターン形状となるようにナノワイヤー層3上に形成する。具体的には、中継導電層8は、導電パターン5と同形状となるように、導電パターン5に積層される。すなわち、導電パターン5における電極部5a及び引き出し線5bには中継導電層8が設けられる。
例えば中継導電層8としてITO、FTO、IZO、若しくはZnO等の光透過性導電膜、又は導電性ポリマー等からなる光透過性導電膜を形成する場合には、光透過性導電膜を導電パターン5上にパターン形成する。中継導電層8が導電パターン5に積層されることにより、導電パターン5においてナノワイヤー層3から突出状態にある金属ナノワイヤー4は、突出部分が中継導電層8に覆われた状態となる。すなわち、導電パターン5から突出した金属ナノワイヤー4の外面は、突出部分において中継導電層8と面接触している。
これでステップS3は終了し、ステップS4へ進む。
ステップS4は、配線層9を形成するステップである。
ステップS4では、中継導電層8のうち、基板1の厚さ方向から見て枠部16内に位置する部分に、パターン形状となるように配線層9を形成する。例えば、中継導電層8と重なる領域を有する所望の配線パターンをなす開口が形成されたスクリーン版を用いたスクリーン印刷によって配線層9を形成することができる。これにより、中継導電層8がナノワイヤー層3と接する面と反対側の面上に、配線層9が積層される。
これでステップS4は終了する。
ステップS4では、中継導電層8のうち、基板1の厚さ方向から見て枠部16内に位置する部分に、パターン形状となるように配線層9を形成する。例えば、中継導電層8と重なる領域を有する所望の配線パターンをなす開口が形成されたスクリーン版を用いたスクリーン印刷によって配線層9を形成することができる。これにより、中継導電層8がナノワイヤー層3と接する面と反対側の面上に、配線層9が積層される。
これでステップS4は終了する。
次に、基板1の作用について説明する。
まず、基板上において金属ナノワイヤーを他の配線に接続する従来の技術について示す。
従来、金属ナノワイヤーは、樹脂の流動体に分散させて塗布された後に樹脂が硬化することによって保持されている。このため、樹脂の外面から露出する金属ナノワイヤーの本数や露出量を厳密に制御することは困難である。その結果、金属ナノワイヤーと他の配線との接触抵抗の大きさにばらつきがあり、また金属ナノワイヤーと他の配線との導通不良が発生する場合もある。
また、従来の技術では、金属ナノワイヤー同士、及び金属ナノワイヤーと他の配線とは、点接触もしくは線接触によって機械的に接しており、例えば、基板が曲げられた場合には金属ナノワイヤーが他の配線から容易に外れる場合がある。金属ナノワイヤーと他の配線との接触機会が失われることにより、製造時には正常な導通状態であった基板の導通状態が使用に伴って不良となる場合もある。
まず、基板上において金属ナノワイヤーを他の配線に接続する従来の技術について示す。
従来、金属ナノワイヤーは、樹脂の流動体に分散させて塗布された後に樹脂が硬化することによって保持されている。このため、樹脂の外面から露出する金属ナノワイヤーの本数や露出量を厳密に制御することは困難である。その結果、金属ナノワイヤーと他の配線との接触抵抗の大きさにばらつきがあり、また金属ナノワイヤーと他の配線との導通不良が発生する場合もある。
また、従来の技術では、金属ナノワイヤー同士、及び金属ナノワイヤーと他の配線とは、点接触もしくは線接触によって機械的に接しており、例えば、基板が曲げられた場合には金属ナノワイヤーが他の配線から容易に外れる場合がある。金属ナノワイヤーと他の配線との接触機会が失われることにより、製造時には正常な導通状態であった基板の導通状態が使用に伴って不良となる場合もある。
また、金属ナノワイヤー同士の接触機会は、金属ナノワイヤーの密度に依存している。したがって、基板の製造後に金属ナノワイヤーの密度が低い領域と高い領域とが生じた場合、金属ナノワイヤーの密度が低い領域では、金属ナノワイヤー同士の電気的な接続経路が、金属ナノワイヤーの密度が低い領域よりも少なくなる。この場合には、金属ナノワイヤー同士の接触抵抗にムラが生じる。このため、導電パターン上における金属ナノワイヤーの密度が低い一部の領域で導通不良が生じないように留意しなければならない。
これに対して、本実施形態では、図3に示すように、ナノワイヤー層3と配線層9との間に、中継導電層8が設けられている。中継導電層8と金属ナノワイヤー4との接点は接触界面8aにおいて無数にあり、また、中継導電層8と配線層9との接点は接触界面8bにおいて無数にある。中継導電層8に接する金属ナノワイヤー4は、中継導電層8に接する複数の導電性フィラー10に対して中継導電層8を介して電気的に接続される。
このように、中継導電層8は、ナノワイヤー層3から露出された金属ナノワイヤー4に実質的に面接触し、且つ、配線層9と実質的に面接触する。これにより、ナノワイヤー層3上に積層された中継導電層8は、ナノワイヤー層3と配線層9との間で電力や電気信号を中継する多数の経路を提供することができる。
さらに、中継導電層8と金属ナノワイヤー4とが実質的に面接触状態であるので、基板1が曲げられた場合に金属ナノワイヤー4が僅かに移動したとしても、金属ナノワイヤー4と中継導電層8との機械的接触が維持される。これにより、金属ナノワイヤー4と中継導電層8とが導通不良となりにくい。
このように、中継導電層8は、ナノワイヤー層3から露出された金属ナノワイヤー4に実質的に面接触し、且つ、配線層9と実質的に面接触する。これにより、ナノワイヤー層3上に積層された中継導電層8は、ナノワイヤー層3と配線層9との間で電力や電気信号を中継する多数の経路を提供することができる。
さらに、中継導電層8と金属ナノワイヤー4とが実質的に面接触状態であるので、基板1が曲げられた場合に金属ナノワイヤー4が僅かに移動したとしても、金属ナノワイヤー4と中継導電層8との機械的接触が維持される。これにより、金属ナノワイヤー4と中継導電層8とが導通不良となりにくい。
さらに、導電パターン5の電極部5aや引き出し線5bにおいて、金属ナノワイヤー4同士の接触機会が少ない領域があったとしても、中継導電層8を介して金属ナノワイヤー4が電気的に接続される。これにより、導電パターン5の導通不良や接触抵抗の増加が生じにくくなっている。
また、本実施形態では、中継導電層8は、ナノワイヤー層3と配線層9との間に挟まれた層状構造を有しており、中継導電層8の層厚を薄くすれば、ナノワイヤー層3と配線層9との間における電気抵抗を低くすることができる。
以上説明したように、本実施形態の基板1では、金属ナノワイヤー4に対して実質的に面接触状態で導通する中継導電層8を介して配線層9と接続された構成を有しているので、接触抵抗が低い。
さらに、ナノワイヤー層3に導電パターン5および絶縁パターン7が形成された後に中継導電層8がパターン形成されるので、中継導電層8及び配線層9の下層を絶縁パターン7とするようなパターン形成も可能であり、導電パターン5及び絶縁パターン7を形成する自由度が高い。
さらに、ナノワイヤー層3に導電パターン5および絶縁パターン7が形成された後に中継導電層8がパターン形成されるので、中継導電層8及び配線層9の下層を絶縁パターン7とするようなパターン形成も可能であり、導電パターン5及び絶縁パターン7を形成する自由度が高い。
また、配線層9が中継導電層8を介して金属ナノワイヤー4と導通しているので、金属ナノワイヤー4と配線層9とを直接接触させにくいような相性問題がある場合に、配線層9に面接触し、且つ金属ナノワイヤー4に面接触する特性を有する中継導電層8を介在させることにより、当該相性問題を解消できる可能性が高まる。
(変形例1)
次に、本発明の変形例について説明する。なお、以下に説明する各変形例において、上述の実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
図5は、本変形例の構成を示す図で、図1のA−A線と同様の位置における断面図である。図6は、本変形例における他の構成を示す図で、図1のA−A線と同様の位置における断面図である。
図5に示すように、本変形例では、配線層9においてナノワイヤー層3に向けられた面とは異なる面に中継導電層8の一部が接している。本変形例の中継導電層8は、ナノワイヤー層3上に配線層9を形成した後に形成される。
本変形例の場合には、配線層9とナノワイヤー層3とが直接接する部分においては、従来と同様の導通状態となっている。これに加えて、本変形例の中継導電層8は、配線層9との双方に面接触し、金属ナノワイヤー4と配線層9との間に上述の実施形態と同様に無数の経路を提供することができる。
なお、本発明と上述の実施形態とを組み合わせて、配線層9の全周を覆うように配線層9に接する中継導電層8としてもよい(図6参照)。この場合、上述の実施形態と比較して配線層9と中継導電層8との接触面積が増え、金属ナノワイヤー4と配線層9との導通経路をさらに増やすことができる。その結果、金属ナノワイヤー4と配線層9とを安定した導通状態で接続することができる。
次に、本発明の変形例について説明する。なお、以下に説明する各変形例において、上述の実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
図5は、本変形例の構成を示す図で、図1のA−A線と同様の位置における断面図である。図6は、本変形例における他の構成を示す図で、図1のA−A線と同様の位置における断面図である。
図5に示すように、本変形例では、配線層9においてナノワイヤー層3に向けられた面とは異なる面に中継導電層8の一部が接している。本変形例の中継導電層8は、ナノワイヤー層3上に配線層9を形成した後に形成される。
本変形例の場合には、配線層9とナノワイヤー層3とが直接接する部分においては、従来と同様の導通状態となっている。これに加えて、本変形例の中継導電層8は、配線層9との双方に面接触し、金属ナノワイヤー4と配線層9との間に上述の実施形態と同様に無数の経路を提供することができる。
なお、本発明と上述の実施形態とを組み合わせて、配線層9の全周を覆うように配線層9に接する中継導電層8としてもよい(図6参照)。この場合、上述の実施形態と比較して配線層9と中継導電層8との接触面積が増え、金属ナノワイヤー4と配線層9との導通経路をさらに増やすことができる。その結果、金属ナノワイヤー4と配線層9とを安定した導通状態で接続することができる。
(変形例2)
次に、本発明の他の変形例について説明する。図7(a)及び図7(b)は、本変形例の構成を示す図で、図1のA−A線と同様の位置における断面図である。
本変形例では、図7(a)に示すように、配線層9は、基材2に接して設けられている。また、中継導電層8は、ナノワイヤー層3の一部及び配線層9の一部を覆うように、ナノワイヤー層3及び配線層9に積層されている。
また、本変形例では、図7(a)に示すようにナノワイヤー層3と配線層9とは接していてもよいし、例えば図7(b)に示すようにナノワイヤー層3と配線層9とが離間していてもよい。ナノワイヤー層3と配線層9とが離間している場合には、ナノワイヤー層3と配線層9との間の隙間内に中継導電層8が入り込んでいる。
本変形例の場合でも、中継導電層8は、金属ナノワイヤー4の外面に実質的に面接触状態で導通し、且つ配線層9に対して実質的に面接触状態で導通している。これにより、上述の実施形態と同様に、金属ナノワイヤー4と配線層9との間において、電力や電気信号が流れる無数の経路が中継導電層8によって提供されている。
次に、本発明の他の変形例について説明する。図7(a)及び図7(b)は、本変形例の構成を示す図で、図1のA−A線と同様の位置における断面図である。
本変形例では、図7(a)に示すように、配線層9は、基材2に接して設けられている。また、中継導電層8は、ナノワイヤー層3の一部及び配線層9の一部を覆うように、ナノワイヤー層3及び配線層9に積層されている。
また、本変形例では、図7(a)に示すようにナノワイヤー層3と配線層9とは接していてもよいし、例えば図7(b)に示すようにナノワイヤー層3と配線層9とが離間していてもよい。ナノワイヤー層3と配線層9とが離間している場合には、ナノワイヤー層3と配線層9との間の隙間内に中継導電層8が入り込んでいる。
本変形例の場合でも、中継導電層8は、金属ナノワイヤー4の外面に実質的に面接触状態で導通し、且つ配線層9に対して実質的に面接触状態で導通している。これにより、上述の実施形態と同様に、金属ナノワイヤー4と配線層9との間において、電力や電気信号が流れる無数の経路が中継導電層8によって提供されている。
本変形例でも、上述の実施形態と同様の効果を奏する。
さらに、本変形例では、ナノワイヤー層3の外面のうち、基材2に接する面と交差する方向に向けられた面(以下、「ナノワイヤー層3の側面」と称する。)に中継導電層8が入り込んでいるので、例えば製造時の誤差によってナノワイヤー層3と配線層9との間に隙間が生じたとしても、ナノワイヤー層3と配線層9とが中継導電層8を介して導通状態となる。
また、本変形例では、上述の実施形態とは逆に、基材2の外面に配線層9が形成された後に基材2の外面にナノワイヤー層3を形成してもよい。
さらに、本変形例では、ナノワイヤー層3の外面のうち、基材2に接する面と交差する方向に向けられた面(以下、「ナノワイヤー層3の側面」と称する。)に中継導電層8が入り込んでいるので、例えば製造時の誤差によってナノワイヤー層3と配線層9との間に隙間が生じたとしても、ナノワイヤー層3と配線層9とが中継導電層8を介して導通状態となる。
また、本変形例では、上述の実施形態とは逆に、基材2の外面に配線層9が形成された後に基材2の外面にナノワイヤー層3を形成してもよい。
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態の導電パターン形成基板及びその製造方法について説明する。図8は、本実施形態の導電パターン形成基板を示す模式的な断面図である。
本実施形態の基板20は、上述の第1実施形態で説明した基板1とは構成が異なる。すなわち、基板20の厚さ方向から見て絶縁パターン7と重なる領域には、光透過性樹脂6に代えて絶縁性粘着剤22が配されている。
次に、本発明の第2実施形態の導電パターン形成基板及びその製造方法について説明する。図8は、本実施形態の導電パターン形成基板を示す模式的な断面図である。
本実施形態の基板20は、上述の第1実施形態で説明した基板1とは構成が異なる。すなわち、基板20の厚さ方向から見て絶縁パターン7と重なる領域には、光透過性樹脂6に代えて絶縁性粘着剤22が配されている。
次に、本実施形態の基板20の製造方法について説明する。図9ないし図14は、導電パターン形成基板の製造工程を示す図である。なお、図13は図12に符号Yで示す部分の模式的な拡大図である。
本実施形態では、まず、図9及び図10に示すように、上述のステップS1と同様にナノワイヤー層3を形成する。
まず、図9に示すように、基材2上に、第1実施形態と同様に金属ナノワイヤー及び水溶性ポリマーを含んだ液体を塗布して乾燥させる。続いて、図10に示すように、金属ナノワイヤー4の一部を覆うように光透過性樹脂6の流動体を塗布する。
このとき、図13に示すように、光透過性樹脂6の厚さは、金属ナノワイヤー4のうち基材2側に位置する一部が光透過性樹脂6によって基材2に固定される程度の厚さでよく、上述の第1実施形態と比較して光透過性樹脂6は薄く形成される。また、本実施形態において、光透過性樹脂6の材質は、紫外線硬化型のアクリル樹脂やウレタン系樹脂、あるいは熱硬化型のアクリル系樹脂やウレタン系樹脂などを採用することができる。
本実施形態では、まず、図9及び図10に示すように、上述のステップS1と同様にナノワイヤー層3を形成する。
まず、図9に示すように、基材2上に、第1実施形態と同様に金属ナノワイヤー及び水溶性ポリマーを含んだ液体を塗布して乾燥させる。続いて、図10に示すように、金属ナノワイヤー4の一部を覆うように光透過性樹脂6の流動体を塗布する。
このとき、図13に示すように、光透過性樹脂6の厚さは、金属ナノワイヤー4のうち基材2側に位置する一部が光透過性樹脂6によって基材2に固定される程度の厚さでよく、上述の第1実施形態と比較して光透過性樹脂6は薄く形成される。また、本実施形態において、光透過性樹脂6の材質は、紫外線硬化型のアクリル樹脂やウレタン系樹脂、あるいは熱硬化型のアクリル系樹脂やウレタン系樹脂などを採用することができる。
続いて、図11に示すように、中継導電層8を光透過性樹脂6上に積層する。図13に示すように、中継導電層8を光透過性樹脂6上に積層することにより、光透過性樹脂6の外面から突出した金属ナノワイヤー4が中継導電層8に包まれた状態となる。中継導電層8の形成直後は、ナノワイヤー層3および中継導電層8は電気的にベタパターンとなっている。
続いて、図12に示すように、配線層9を、中継導電層8に重なり、所望のパターン形状となるように形成する。例えば、中継導電層8のパターンと同形状をなす開口が形成されたスクリーン版を用いたスクリーン印刷によって配線層9を形成することができる。これにより、中継導電層8がナノワイヤー層3と接する面と反対側の面上に、配線層9が積層される。
続いて、図14に示すように、ナノワイヤー層3において絶縁パターン7とする領域にレーザー光を照射する。すると、レーザー光が照射された領域内の金属ナノワイヤー4が消失する。さらに、さらに、レーザー光の照射によって、中継導電層8及び光透過性樹脂6も除去される。これにより、レーザー光が照射された領域が絶縁パターン7となる。そして、ナノワイヤー層3における絶縁パターン7以外の領域が導電パターン5となる。
また、レーザー光を用いた所謂レーザーエッチングに代えて、例えばウェットエッチングによって絶縁パターン7における金属ナノワイヤー4を除去してもよい。
また、レーザー光を用いた所謂レーザーエッチングに代えて、例えばウェットエッチングによって絶縁パターン7における金属ナノワイヤー4を除去してもよい。
続いて、図8に示すように、絶縁性粘着剤22を用いて保護層21を取り付ける。保護層21は、絶縁体からなる膜、フィルム、シートあるいは板であり、光透過性を有する。保護層21の材料としては、例えばポリエチレンテレフタレートを用いることができる。
保護層21の取付方法としては、例えば、配線層9まで形成済みの基材2上に絶縁性粘着剤22を塗布して保護層21を貼り付けたり、絶縁性粘着剤22が保護層21の厚さ方向の一方の面に設けられた状態で、配線層9まで形成済みの基材2に保護層21を貼り付けたりすることができる。
なお、保護層21や絶縁性粘着剤22以外の絶縁体によって導電パターン5や配線部9が絶縁され得る場合には、保護層21や絶縁性粘着剤22が無くてもかまわない。
保護層21の取付方法としては、例えば、配線層9まで形成済みの基材2上に絶縁性粘着剤22を塗布して保護層21を貼り付けたり、絶縁性粘着剤22が保護層21の厚さ方向の一方の面に設けられた状態で、配線層9まで形成済みの基材2に保護層21を貼り付けたりすることができる。
なお、保護層21や絶縁性粘着剤22以外の絶縁体によって導電パターン5や配線部9が絶縁され得る場合には、保護層21や絶縁性粘着剤22が無くてもかまわない。
本実施形態の導電パターン形成基板及びその製造方法によれば、光透過性樹脂6を薄く形成することにより、金属ナノワイヤー4と中継導電層8との接触面積及び接触機会を増加させることができる。これにより、導電パターン5の導通状態を良好にし、抵抗値を安定させることができる。
(変形例)
次に、上述の第2実施形態の変形例について説明する。図15は、本変形例の構成を示す断面図である。
図15に示すように、本変形例では、上述のステップS1において光透過性樹脂6を積層することなく、金属ナノワイヤー4が基材2に仮固定された状態で基材2上に中継導電層8を積層する。
次に、上述の第2実施形態の変形例について説明する。図15は、本変形例の構成を示す断面図である。
図15に示すように、本変形例では、上述のステップS1において光透過性樹脂6を積層することなく、金属ナノワイヤー4が基材2に仮固定された状態で基材2上に中継導電層8を積層する。
すなわち、本変形例では、基材2に対して金属ナノワイヤー4を強く固定する補強層としての機能を中継導電層8が担っている。本変形例において、中継導電層8の厚さは、金属ナノワイヤー4が全て中継導電層8内に埋没する厚さであることが好ましい。また、中継導電層8の厚さの上限は特に限定されない。なお、金属ナノワイヤー4が全て中継導電層8内に埋没する範囲内において中継導電層8が薄く構成されていると、ナノワイヤー層3と配線層9との間の電気抵抗を低く抑えることができる。
このような構成であると、金属ナノワイヤー4の外面の大部分(水溶性ポリマーが付着した部分を除いた殆どの部分)に中継導電層8が面接触するので、金属ナノワイヤー4と中継導電層8との接触面積及び接触機会をさらに増加させることができる。これにより、導電パターン5の導通状態をさらに良好にし、抵抗値を安定させることができる。
また、金属ナノワイヤー4が全て中継導電層8内に埋没していると、金属ナノワイヤー4が外気等に触れて腐食するなどの金属ナノワイヤー4の劣化が起こりにくくなり、基板20の信頼性を高めることができる。
また、金属ナノワイヤー4が全て中継導電層8内に埋没していると、金属ナノワイヤー4が外気等に触れて腐食するなどの金属ナノワイヤー4の劣化が起こりにくくなり、基板20の信頼性を高めることができる。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
また、上述の実施形態及び各変形例において示した構成要素は適宜に組み合わせて構成することが可能である。
例えば、金属ナノワイヤーに代えて、または金属ナノワイヤーとともに、球状、粒状、ワイヤ状、およびロッド状の導電粒子を有していてもよい。
なお、上記具体的な構成に対する設計変更等は上記事項には限定されない。
また、上述の実施形態及び各変形例において示した構成要素は適宜に組み合わせて構成することが可能である。
例えば、金属ナノワイヤーに代えて、または金属ナノワイヤーとともに、球状、粒状、ワイヤ状、およびロッド状の導電粒子を有していてもよい。
なお、上記具体的な構成に対する設計変更等は上記事項には限定されない。
1,20 導電パターン形成基板
2 基材
3 ナノワイヤー層
4 金属ナノワイヤー
5 導電パターン
6 光透過性樹脂
7 絶縁パターン
8 中継導電層
9 配線層
10 導電性フィラー
11 バインダー
15 窓部
16 枠部
21 保護層
22 絶縁性粘着剤
2 基材
3 ナノワイヤー層
4 金属ナノワイヤー
5 導電パターン
6 光透過性樹脂
7 絶縁パターン
8 中継導電層
9 配線層
10 導電性フィラー
11 バインダー
15 窓部
16 枠部
21 保護層
22 絶縁性粘着剤
Claims (8)
- 光透過性を有する基材と、
前記基材の外面に設けられ金属ナノワイヤーを含有し光透過性を有するナノワイヤー層と、
前記金属ナノワイヤーと接するように前記ナノワイヤー層上に設けられ一様な導電性を有する光透過性の中継導電層と、
前記中継導電層と接して設けられ前記中継導電層より面抵抗が小さな配線層と、
を備え、
前記配線層は、
少なくとも一部が前記中継導電層に接する複数の導電性フィラーと、
前記複数の導電性フィラーが分散された状態で前記複数の導電性フィラーを支持するバインダーと、
を有し、
前記中継導電層に接する前記金属ナノワイヤーは当該中継導電層に接する複数の導電性フィラーに対して前記中継導電層を介して電気的に接続される
ことを特徴とする導電パターン形成基板。 - 請求項1に記載の導電パターン形成基板であって、
前記ナノワイヤー層は、
前記金属ナノワイヤーを含有する導電パターンと、
前記導電パターン間を絶縁状態とする絶縁パターンと、
を有し、
前記中継導電層は、前記導電パターン上の全面に積層されていることを特徴とする導電パターン形成基板。 - 請求項1または2に記載の導電パターン形成基板であって、
前記ナノワイヤー層は、
前記金属ナノワイヤーを含有する所定形状の複数の電極部と、
前記電極部間を絶縁する絶縁パターンと、
を有し、
前記中継導電層は前記電極部上の全面に積層されていることを特徴とする導電パターン形成基板。 - 請求項1に記載の導電パターン形成基板であって、
前記中継導電層は、互いに連結された複数の金属粒子を含む層であることを特徴とする導電パターン形成基板。 - 請求項1に記載の導電パターン形成基板であって、
前記中継導電層は、導電性を有する金属酸化物若しくは導電性高分子を含むことを特徴とする導電パターン形成基板。 - 請求項1から5のいずれか一項に記載の導電パターン形成基板であって、
前記中継導電層は、前記ナノワイヤー層上に積層され、
前記配線層は、前記中継導電層の外面のうち前記中継導電層が前記ナノワイヤー層と接する面と反対側の面上に積層されている
ことを特徴とする導電パターン形成基板。 - 請求項1から6のいずれか一項に記載の導電パターン形成基板であって、
前記配線層は前記基材に接していることを特徴とする導電パターン形成基板。 - 請求項7に記載の導電パターン形成基板であって、
前記配線層の少なくとも一部は前記ナノワイヤー層と接していることを特徴とする導電パターン形成基板。
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|---|---|---|---|
| JP2012150564A JP2014013820A (ja) | 2012-07-04 | 2012-07-04 | 導電パターン形成基板 |
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