JP5815473B2 - 導電パターン形成基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、導電パターン形成基板の製造方法に関する。

従来、金属ナノワイヤーによる導体パターンを形成する方法として、フォトリソグラフィを用いたウェットエッチングが知られている。
例えば特許文献１には、マトリクス内に内蔵され得るナノワイヤーのネットワークを備えた透明導電体が開示されている。特許文献１に記載の透明導電体は、マトリクスがウェットエッチングによって除去されることにより、ナノワイヤーがパターン形成される。特許文献１に記載の透明導電体は、光学的に透明、かつパターン化可能であって、タッチスクリーン、液晶表示装置、プラズマ表示パネル等の視覚表示デバイス内の透明電極として使用することができる。
また、ウェットエッチングの効率を上げる目的で、エッチング前に、酸素プラズマやＵＶオゾンによる表面処理をすることにより、エッチング液に対する濡れ性が改善することも特許文献１に開示されている。

特表２０１０−５０７１９９号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、マトリクスの厚さが不均一であると適切にナノワイヤーを露出させられない場合がある。マトリクスの厚さを厳密に均一とすることは困難であり、特許文献１に開示の技術では、ナノワイヤーの導通や絶縁の不良が生じるおそれがある。

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、ナノワイヤーの導通や絶縁の不良が生じにくい導電パターン形成基板の製造方法および当該製造方法により製造される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の製造方法は、導電粒子と光透過性樹脂とを含む透明導電膜を絶縁基板上に形成する成膜工程と、前記透明導電膜の一部を露出させる開口を有するマスクを前記透明導電膜上に形成するマスキング工程と、前記マスクの開口内に露出する前記光透過性樹脂の少なくとも一部をドライエッチングにより除去する第一除去工程と、前記第一除去工程の後、前記マスクの開口内に露出する前記導電粒子の少なくとも一部を除去する第二除去工程と、を含むことを特徴とする導電パターン形成基板の製造方法である。

また、前記導電粒子は金属ナノワイヤーであってもよい。

また、前記第一除去工程では、前記絶縁基板の厚さ方向から見たときにおける前記マスクの開口内において、前記透明導電膜の外面に前記導電粒子が露出し且つ前記絶縁基板上に前記光透過性樹脂の一部が残存した状態となるように前記光透過性樹脂を部分的にドライエッチングにより除去し、前記第二除去工程では、前記絶縁基板の厚さ方向から見たときに前記マスクの開口内に存する前記導電粒子の少なくとも一部を、前記透明導電膜の外面に露出した部分を始点としてウェットエッチングにより漸次除去してもよい。

また、前記第二除去工程後、前記絶縁基板の厚さ方向から見たときに前記マスクの開口内に全体が存する前記導電粒子は前記マスクの開口の外側領域に少なくとも一部が存する前記導電粒子から離間して電気的に絶縁状態である。

また、前記第一除去工程では、前記絶縁基板の厚さ方向から見たときにおける前記マスクの開口内において前記光透過性樹脂の全部をドライエッチングにより除去し、前記第二除去工程では、前記開口内に存する前記導電粒子をウェットエッチングにより除去してもよい。

また、前記第一除去工程では、前記絶縁基板の厚さ方向から見たときにおける前記マスクの開口内において前記光透過性樹脂の全部をドライエッチングにより除去し、前記第二除去工程では、前記開口内に存する前記導電粒子を洗浄用流体により洗い流してもよい。

本発明の導電パターン形成基板の製造方法は、ナノワイヤーの導通や絶縁の不良が生じにくい。

本発明の一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１のＡ−Ａ線における断面図である。 同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。 同実施形態の導電パターン形成基板の製造工程を示す図である。 同実施形態の導電パターン形成基板の製造工程を示す図である。 同実施形態の導電パターン形成基板の製造工程を示す図である。 同実施形態の導電パターン形成基板の製造工程を示す図である。 同実施形態の導電パターン形成基板の製造工程を示す図である。 同実施形態の導電パターン形成基板の製造工程を示す図である。 同実施形態の導電パターン形成基板の製造工程を示す図である。 同実施形態の変形例の製造工程を示す図である。 同実施形態の変形例の製造工程を示す図である。 同実施形態の変形例の製造工程を示す図である。 同実施形態の変形例の製造工程を示す図である。

本発明の一実施形態の導電パターン形成基板の製造方法及び導電パターン形成基板について説明する。
まず、本実施形態の導電パターン形成基板の製造方法によって製造される導電パターン形成基板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１及び図２に示すように、導電パターン形成基板１は、絶縁基板２と、透明導電層３と、保護層９とを備える。また、本実施形態では、透明導電層３の外面の一部には配線８が設けられている。

絶縁基板２は、板状、シート状、フィルム状、若しくは膜状の絶縁性部材であり、また、光透過性を有する。絶縁基板２の材料としては、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂などの樹脂を好適に採用することができる。絶縁基板２の具体的な材料としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、環状ポリオレフィン、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリアクリル樹脂、シクロオレフィンポリマー、及び、光透過性を有する他の樹脂材料並びにガラスを採用することができる。

絶縁基板２の光線透過率は８５％以上であることが好ましい。また、絶縁基板２は無色透明であることが好ましい。なお、絶縁基板２は、光透過性を有し且つ着色されていてもよい。
絶縁基板２の厚さは、０．０５ｍｍ以上０．２ｍｍ以下であることが好ましい。また、絶縁基板２の厚さは、０．１ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下であるとより好ましい。絶縁基板２の厚さが０．０５ｍｍ以上であれば、導電パターン４等の構造を絶縁基板２上に形成するのが容易である。また、絶縁基板２の厚さが０．２ｍｍ以下であると、絶縁基板２の厚さ方向への光透過性に優れ、また導電パターン形成基板１を薄型とすることができる。
また、絶縁基板２の材料としてガラスが採用されている場合、絶縁基板２の厚さは、０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることが好ましく、０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ以下であるとより好ましい。
さらに、絶縁基板２は、可撓性を有していてもよい。

透明導電層３は、導電パターン４及び絶縁パターン５と、オーバーコート層６とを有している。

導電パターン４は、導電粒子を含み絶縁基板２に対して位置関係が固定された状態でパターン形状を有して設けられている。導電パターン４を構成する導電粒子としては、金、銀、銅、ニッケル等を含む粒子を採用することができる。また、導電パターン４を構成する導電粒子の形状は、球状、粒状、ワイヤ状、およびロッド状とすることができる。本実施形態では、導電パターン４は、光透過性樹脂を含むオーバーコート層６により銀ナノワイヤーＮＷが絶縁基板２に固定されることによって構成されている。導電パターン４に含まれる導電粒子は、互いに接することにより導通し、電極等として機能する。さらに導電パターン４は、導電粒子間に隙間が空いていることにより、光透過性を有する。
なお、導電パターン４は、必ずしも電気が流れるパターンである必要はなく、例えば電気的に浮いた状態として構成されたシールド等のパターンも導電パターン４に含まれてよい。

絶縁パターン５は、透明導電層３のうち、導電パターン４以外の部分である。絶縁パターン５は、導電粒子が除去されたパターンであり、導電粒子及び光透過性樹脂に代えて、保護層９を固定するための接着剤が入り込んでいる。

オーバーコート層６は、導電粒子と基材との密着を強化する目的で設けられた光透過性を有する層である。オーバーコート層６の厚さは、絶縁基板２上の導電粒子（本実施形態では銀ナノワイヤーＮＷ）の一部がオーバーコート層６内に埋没する厚さであることが好ましい。また、導電粒子の一部がオーバーコート層６の外面に露出されている。導電粒子は、配線８と接触しており、導電粒子と配線８とが接触していることにより透明導電層３と配線８とは導通している。

オーバーコート層６の材料としては、光透過性を有する樹脂であって、所定の硬化処理によって硬化する流動体を適宜選択して採用することができる。所定の硬化処理とは、例えば、熱硬化、紫外線硬化、電子線硬化、その他の処理であって、材料に対応して適宜選択される。
すなわち、オーバーコート層６の材料としては、熱可塑性樹脂、紫外線硬化樹脂、あるいは接着剤などを採用することができる。例えば、オーバーコート層６の材料として好適に使用可能な熱可塑性樹脂としては、ポリ塩化ビニル、塩化ビニル‐酢酸ビニル共重合体、ポリカーボネート、ポリアクリル樹脂、及びポリメチルメタクリレート等を挙げることができる。また、例えば、紫外線、熱、電子線、あるいは放射線が照射されることによって硬化する硬化性樹脂の例として、エーテル系ポリウレタン、エステル系ポリウレタン、ポリウレタンアクリレート、エポキシ樹脂、及びポリイミド樹脂を挙げることができる。

導電粒子として銀ナノワイヤーなどの金属ナノワイヤーが採用されている場合には、オーバーコート層６の厚さは、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることが好ましい。本実施形態におけるオーバーコート層６の厚さは、絶縁基板２の外面を基点として計測した場合の厚さである。オーバーコート層６は、導電パターン４を構成する導電粒子の隙間の少なくとも一部を満たすように導電粒子間にも配されている。

配線８は、金属を含有するペーストが固定して形成されたり、蒸着等によって金属層が成膜されたりすることによってオーバーコート層６上に形成されている。本実施形態では、配線８は、銀粒子を含有するペーストによってパターン状に形成された後、当該ペーストが固定されることにより銀粒子同士が結合して導通状態となる。

保護層９は、光透過性を有する樹脂やガラス等によって形成されており、粘着剤や接着剤等の固定手段１０によって透明導電層３に固定されている。

次に、本実施形態の導電パターン形成基板１の製造方法について、上述の導電パターン形成基板１を製造する場合を例に説明する。図３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。図４ないし図１０は、導電パターン形成基板の製造工程を示す図である。

まず、導電粒子と光透過性樹脂とを含む導電性樹脂層３ａを絶縁基板２上に形成する（成膜工程、図３に示すステップＳ１、図４参照）。
ステップＳ１では、まず、導電粒子（銀ナノワイヤーＮＷ）と水溶性ポリマーとが水系溶媒に含有された溶液を絶縁基板２の外面に一様に塗布し、この溶液を乾燥させることにより水系溶媒を除去する。すると、導電粒子の外面に水溶性ポリマーが付着した状態で、水溶性ポリマーによって導電粒子が絶縁基板２の外面に付着する。水溶性ポリマーによって導電粒子が絶縁基板２に付着した状態では、導電粒子は絶縁基板２に対して仮固定された状態である。

続いて、導電粒子が基材に付着した状態で、オーバーコート層６の材料となる流動体状の光透過性樹脂を絶縁基板２の外面に塗布する。流動体状の光透過性樹脂は、導電粒子の隙間に入り込み、導電粒子及び基材の外面に接した状態となる。この状態で、流動体状に光透過性樹脂に対して硬化処理を行なう。これにより、導電粒子と絶縁基板２とを固定するオーバーコート層６が形成される。この段階では、導電粒子、微量の水溶性ポリマー、及びオーバーコート層６によって、金属のベタパターンと電気的に同様の導電性を有する導電性樹脂層３ａが形成されている。
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、導電性樹脂層３ａの一部を露出させる開口を有するマスク１００を導電性樹脂層３ａ上に形成するマスキング工程である。
ステップＳ２において形成するマスク１００は、導電パターン４及び絶縁パターン５の形状を規定するためのパターン状のマスクである。本実施形態では、マスク１００は、フォトリソグラフィに使用されるフォトレジストからなる。フォトレジストは、図５に示すように導電性樹脂層３ａ上に塗布された後、絶縁パターン５の形状を規定する開口が露光及び現像によって形成される（図５、図６参照）。
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、マスク１００の開口内に露出する光透過性樹脂の少なくとも一部をドライエッチングにより除去する第一除去工程である。
ステップＳ３では、図７に示すように、導電性樹脂層３ａに対して、マスク１００が形成された側から、アルゴンプラズマや酸素プラズマによるドライエッチングを行なう。ステップＳ３におけるドライエッチングにより、導電性樹脂層３ａのうちオーバーコート層６を構成する光透過性樹脂が、導電粒子を残した状態で削り取られる。本実施形態では、ステップＳ３における導電性樹脂層３ａに対するドライエッチングは、導電性樹脂層３ａの外面の粗面化や表面改質とは異なり、導電性樹脂層３ａの層厚を減じることを目的としている。ステップＳ３におけるドライエッチングにより、導電性樹脂層３ａの層厚はオーバーコート層６の形成直後と比較して薄くなり、また基材とオーバーコート層６との接触面から測ったオーバーコート層６の層厚は、マスク１００の開口内に露出する領域内で略均一となる。
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、マスク１００の開口内に露出する導電粒子の少なくとも一部を除去する第二除去工程である。
ステップＳ４では、過酸化水素水を主成分とするエッチング液をマスク１００の開口内に露出する領域に付着させ、第一のウェットエッチングによりオーバーコート層６を剥離する（図８参照）。これにより、ステップＳ３におけるプラズマエッチング後に基材上に残ったオーバーコート層６が、マスク１００に覆われた部分を残して除去される。
さらに、過マンガン酸カリウム等を主成分とする酸性エッチング液をマスク１００の開口内に露出する領域に付着させ、第二のウェットエッチングにより導電粒子を除去する。
第一のウェットエッチングと第二のウェットエッチングとにより、導電粒子が除去された部分が絶縁パターン５となり、導電粒子が残された部分が導電パターン４となる。これにより、導電性樹脂層３ａから、導電パターン４及び絶縁パターン５を有する透明導電層３が形成される。
これでステップＳ４は終了し、ステップＳ５へ進む。

ステップＳ５は、マスク１００を除去するマスク１００除去工程である。
ステップＳ５では、図９に示すように、透明導電層３からマスク１００を除去する。マスク１００が除去された状態の透明導電層３において、導電パターン４部分では、オーバーコート層６の外面から導電粒子の一部が露出している。このため、ステップＳ５において、必要に応じて、導電パターン４に導通する配線８等をオーバーコート層６上に形成することもできる。本実施形態では、導電パターン４の一部に、銀、金、銅やカーボン等を有する配線８が形成される。
これでステップＳ５は終了し、ステップＳ６へ進む。

ステップＳ６は、透明導電層３上に保護層９を形成する保護層９形成工程である。
ステップＳ６では、図１０に示すように、光透過性樹脂やガラス等を接着剤や粘着剤によって透明導電層３に貼り付ける。これにより、透明導電層３が外力から保護される。
これでステップＳ６は終了する。
以上が本実施形態の導電パターン形成基板１の製造方法である。

本実施形態の導電パターン形成基板１の製造方法において、上記ステップＳ３におけるドライエッチングにより、オーバーコート層６が削り取られて略均一な厚さとなる。これにより、上記ステップＳ４におけるウェットエッチングの際に、オーバーコート層６の層厚の誤差によるエッチング量の差が少なくなる。その結果、エッチングが過剰であったり不足したりすることによる透明導電層３の導通不良や絶縁不良が生じにくい。

（変形例１）
次に、上述の実施形態の変形例について説明する。図１１ないし図１４は、本変形例における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１２は図１１に符号Ｘで示す部分の拡大図である。
本変形例では、上述のステップＳ３において、光透過性樹脂を除去する第一のウェットエッチングをせず、光透過性樹脂が残存した状態で上述の第二のウェットエッチングにより導電粒子を除去する点が異なっている。
本変形例のステップＳ４では、図１１及び図１２に示すように、絶縁基板２の厚さ方向から見たときにマスク１００の開口内に存する導電粒子の少なくとも一部を、透明導電層３の外面に露出した部分を始点としてウェットエッチングにより漸次除去する。ステップＳ４において導電粒子を除去するためのエッチング液は、上述の実施形態と同様に酸性エッチング液であり、光透過性樹脂を好適に除去できるエッチング液でなくてもかまわない。

本変形例では、ステップＳ４の後、絶縁基板２の厚さ方向から見たときにマスク１００の開口内に全体が存する導電粒子は、マスク１００の開口の外側領域に少なくとも一部が存する導電粒子から離間して、電気的に絶縁状態である。すなわち、絶縁パターン５内に導電粒子の一部が残っていたとしても、導電パターン４内の導電粒子と導通していない。
また、本変形例においても、マスク１００の除去後に、配線８を形成し（図１３参照）、保護層９を形成する（図１４参照）。
これにより、上述の実施形態の導電パターン形成基板１と電気的に同等の導電パターン形成基板を製造することができる。
本変形例では、光透過性樹脂が残存した状態で導電粒子が除去されるので、導電パターン４と絶縁パターン５との段差が少ない。このため、絶縁パターン５の形成後にオーバーコート層６を形成したときにオーバーコート層６の外面を容易に平坦とすることができる。
また、導電パターン４と絶縁パターン５とが共通の光透過性樹脂を有した状態であるので、導電パターン４と絶縁パターン５との屈折率の差が小さい。このため、パターン見えを軽減できる。

（変形例２）
次に、上述の実施形態の他の変形例について説明する。
本変形例では、ステップＳ３において、絶縁基板２の厚さ方向から見たときにおけるマスク１００の開口内において光透過性樹脂の全部をドライエッチングにより除去する。さらに、ステップＳ３の後、ステップＳ４において、光透過性樹脂を除去するウェットエッチングをせずに、マスク１００の開口内に存する導電粒子をウェットエッチングにより除去する。
本変形例では、光透過性樹脂をウェットエッチングにより除去する必要がなくなるので、工程を簡略化することができる。

（変形例３）
次に、上述の実施形態のさらに他の変形例について説明する。
本変形例では、ステップＳ４におけるウェットエッチングに代えて、マスク１００の開口内に存する導電粒子を洗浄用流体（例えば水）により洗い流す点で上述の変形例２と工程が異なっている。
本変形例において、マスク１００の開口内において導電粒子を強固に保持していた光透過性樹脂はドライエッチングによって除去されているので、マスク１００の開口内に存する導電粒子は弱い力で容易に除去できる。このため、エッチング液を用いて導電粒子を除去する必要がなく、例えば水で洗い流すだけで十分に導電粒子を除去できる。

本変形例では、導電粒子を除去するためのエッチング液を使用する必要がないので、工程を簡略化することができる。
また、本変形例では、マスク１００の開口内から除去された導電粒子を、フィルター等によって分離することによって回収できる。回収された導電粒子は別の導電パターン形成基板１を製造するための材料として再利用することができる。これにより、材料を無駄に廃棄することなく製造効率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。
例えば、マスク１００は、所定の硬化処理により硬化し、硬化後に導電性樹脂層から剥離可能な易剥離性レジストによって形成されてもよい。易剥離性レジストの一例としては、硬化前は流動体状態であり、上述のステップＳ２において、絶縁基板２の厚さ方向から見たときに導電パターン４の形状をなし、さらに絶縁パターン５の形状に開口されたパターンとしてスクリーン印刷によって導電性樹脂層上に塗布される。その後、上記所定の硬化処理によって易剥離性レジストは硬化し、透明導電層３のうち絶縁パターン５に対応する部分を露出させる開口を有するマスク１００となる。このような構成であっても上述の実施形態と同様の効果を奏する。

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。
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 導電パターン形成基板
２ 絶縁基板
３ 透明導電層
４ 導電パターン
５ 絶縁パターン
６ オーバーコート層
８ 配線
９ 保護層
１０ 固定手段
１００ マスク
ＮＷ 銀ナノワイヤー（導電粒子）

Claims (6)

1. 導電粒子と光透過性樹脂とを含む透明導電膜を絶縁基板上に形成する成膜工程と、
   前記透明導電膜の一部を露出させる開口を有するマスクを前記透明導電膜上に形成するマスキング工程と、
   前記マスクの開口内に露出する前記光透過性樹脂の少なくとも一部をドライエッチングにより除去する第一除去工程と、
   前記第一除去工程の後、前記マスクの開口内に露出する前記導電粒子の少なくとも一部を除去する第二除去工程と、
   を含むことを特徴とする導電パターン形成基板の製造方法。
2. 請求項１に記載の導電パターン形成基板の製造方法であって、
   前記導電粒子は金属ナノワイヤーであることを特徴とする導電パターン形成基板の製造方法。
3. 請求項１に記載の導電パターン形成基板の製造方法であって、
   前記第一除去工程では、前記絶縁基板の厚さ方向から見たときにおける前記マスクの開口内において、前記透明導電膜の外面に前記導電粒子が露出し且つ前記絶縁基板上に前記光透過性樹脂の一部が残存した状態となるように前記光透過性樹脂を部分的にドライエッチングにより除去し、
   前記第二除去工程では、前記絶縁基板の厚さ方向から見たときに前記マスクの開口内に存する前記導電粒子の少なくとも一部を、前記透明導電膜の外面に露出した部分を始点としてウェットエッチングにより漸次除去する
   ことを特徴とする導電パターン形成基板の製造方法。
4. 請求項３に記載の導電パターン形成基板の製造方法であって、
   前記第二除去工程後、前記絶縁基板の厚さ方向から見たときに前記マスクの開口内に全体が存する前記導電粒子は前記マスクの開口の外側領域に少なくとも一部が存する前記導電粒子から離間して電気的に絶縁状態であることを特徴とする導電パターン形成基板の製造方法。
5. 請求項１に記載の導電パターン形成基板の製造方法であって、
   前記第一除去工程では、前記絶縁基板の厚さ方向から見たときにおける前記マスクの開口内において前記光透過性樹脂の全部をドライエッチングにより除去し、
   前記第二除去工程では、前記開口内に存する前記導電粒子をウェットエッチングにより除去する
   ことを特徴とする導電パターン形成基板の製造方法。
6. 請求項１に記載の導電パターン形成基板の製造方法であって、
   前記第一除去工程では、前記絶縁基板の厚さ方向から見たときにおける前記マスクの開口内において前記光透過性樹脂の全部をドライエッチングにより除去し、
   前記第二除去工程では、前記開口内に存する前記導電粒子を洗浄用流体により洗い流す
   ことを特徴とする導電パターン形成基板の製造方法。

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