JP6832527B2 - フィルム構造体 - Google Patents

Description

本開示はフィルム構造体に関するものである。

透明基材に金属配線が設けられているフィルム構造体を製造する工程において、フィルムの視認性を向上させるために前記金属配線に黒化層を備える工程がある。

図８を用いて、金属配線の上に黒化層を備える工程について説明する。図８において、透明基材２には、金属層４が設けられ、金属層４の上に黒化補助層６が設けられ、その上に黒化層５が設けられる。このようにして、黒化層５を、透明基材２の金属層４の上に備えることにより、金属層４の反射率を低下させることで、視認性が向上する。なお、この方式については、特許文献１に詳しく説明されている。

特開２０１５−１０３２２３号公報

しかしながら、従来例の金属配線の上に黒化層を備える方法では、折り曲げ時に配線破断が発生するという問題点があった。詳しく述べると、黒化層である窒化銅の靭性が低いため、透明基材を折り曲げた際に、黒化層の破断につられて、黒化層下の金属配線まで破断してしまい、折り曲げ厳禁であった。

本開示は、上記従来の問題点に鑑み、視認性を向上させつつ、折り曲げ可能なデバイスに対応できるフィルム構造体を提供することを目的としている。

本開示の第１のフィルム構造体は、透明基材に形成された凹部と、前記凹部の底部に設けられた金属配線と、前記金属配線上に設けられかつ平均粒子径が３００ｎｍ以下の粒子の集合体で構成される粒子層と、を備えることを特徴とする。

以上のように、本開示のフィルム構造体によれば、視認性を向上させつつフレキシブルデバイスに対応することができる。

本開示の実施の形態１で用いたフィルム構造体の厚み方向の断面の一部を示した概略図 本開示の実施の形態１で用いたフィルム構造体の上面から見た全体像を示す概略図 本開示の実施の形態１で用いたフィルム構造体の製法の概略図 本開示の実施の形態１で用いた粒子径と反射率の関係を示すグラフ 本開示の実施の形態１で用いたフィルム構造体における粒子層の有無と反射率の関係を示すグラフ 本開示の実施の形態１で用いたフィルム構造体において粒子層がないものの写真 本開示の実施の形態１で用いたフィルム構造体において粒子層があるものの写真 従来例のフィルム構造体の構成を示す概略図

（実施の形態１）
以下、本開示の実施の形態１について、図１〜図７を参照して説明する。

図１に、本開示の実施の形態１におけるフィルム構造体１０の厚み方向の断面の一部を示した概略図を示す。フィルム構造体１０の主な用途はノートパソコン又はタブレットなどにおけるタッチパネル用の静電容量式センサである。

フィルム構造体１０は、透明基材１１に形成された凹部１５と、凹部１５の底部に設けられた金属配線１２と、金属配線１２上に設けられかつ複数の粒子１３ａの集合体で構成される粒子層１３とで構成される。

図１において、透明基材１１は、ＰＥＴ樹脂又はポリカーボネート樹脂で構成され、その厚さは、加工性確保のために２０μｍ以上であり、フレキシブル性確保のために１００μｍ以下である。

透明基材１１には、複数の凹部１５（図１では１つのみ図示）が形成される。図１では、明瞭に図示するため、１つの凹部１５のみ拡大して図示する。凹部１５の深さは、加工性確保のため１〜２μｍであり、視認性確保のため幅が２μｍ以上３μｍ以下である。

凹部１５の底部には、凹部１５の底部と同じ幅の金属配線１２が設けられる。金属配線１２は、Ｃｕ又はＡｇで構成され、その厚さは、タッチパネルの品質を保証するのに十分小さな電気抵抗を実現するため２００ｎｍ以上である。

金属配線１２の上には、複数の微細粒子１３ａの集合体である粒子層１３が備えられる。詳しくは後述するが、微細粒子１３ａの平均粒子径は３００ｎｍ以下である。

これら複数の凹部１５を有する透明基材１１、金属配線１２、及び粒子層１３を備えるようにフィルム構造体１０が構成される。

粒子層１３が、黒化層と同じく金属配線１２の反射率を低下させることにより、フィルム構造体１０の視認性を向上させる。また、粒子層１３は、微細粒子１３ａの集合体であるため、折り曲げ時に破断することはなく、フレキシブル性を保持することができる。

図２に、本開示の実施の形態１において用いた、フィルム構造体１０の上面から見た全体像の概略平面図を示す。透明基材１１上に、金属配線１２が例えば菱形の格子パターン状に張り巡らされているが、金属配線１２の上に粒子層１３が備えられているため、上面から見た際は、金属配線１２が見えずに、粒子層１３が見える。

図３に、本開示の実施の形態１において用いた、フィルム構造体１０の製法の概略図を示す。まず、図３の（ａ）において、透明基材１１の上に、内部が微細粒子１３ａで満ちている粒子供給器１４を凹部１５の近傍に配置する。次いで、図３の（ｂ）及び（ｃ）において、粒子１３ａを粒子供給器１４による平板塗布により、凹部１５内に流し込むことによって、金属配線１２の上に粒子層１３を備える。

ただし、粒子供給器１４は、透明基材１１の表層に密着しながら移動するため、微細粒子１３ａは、透明基材１１に形成された凹部１５のみに流れ込み、金属配線１２の上にのみ粒子層１３が備えられる。

ここで、反射率の低下に有効な粒子層１３を構成する粒子１３ａの粒子径について説明する。図４のグラフにおける各プロットは、平板上に塗布された粒子層に対して、波長４００ｎｍ光線を照射した際の反射率と、粒子層を構成する粒子の平均粒子径との関係を示す。可視光は、短波長であるほど、反射を抑制しにくいという特徴がある。このため、可視光の中で、波長が最も短いクラスである４００ｎｍの紫色光線の反射を抑制できれば、可視光の反射を抑制できると考えられ、すなわち、視認性を向上できると考えられる。

図４のグラフに示すように、平均粒子径が３００ｎｍ以下となると、反射率が１％を下回り、平均粒子径が１０００ｎｍの場合より反射率８０％減と大きく反射率が減少する。さらに小さい粒子径では、平均粒子径１０００ｎｍの場合より反射率７５％減とわずかに反射率が増加する、という結果が得られた。すなわち、平均粒子径が３００ｎｍである粒子層１３によって、８０％近く反射率を減少できる。なお、平均粒子径はＨＯＲＩＢＡ社製のレーザ回折／散乱式粒子径分布測定装置ＬＡ−６００を用いて、バッチセルにて攪拌しながら測定した。

図１及び図２に示すフィルム構造体１０において、平均粒子径が３００ｎｍである粒子１３ａで構成される粒子層１３を備えたフィルム構造体１０と、粒子層１３を備えていないフィルム構造体とに、波長４００ｎｍの光線を照射して、反射率を比較した。すると、図５のグラフに示すように、粒子層１３を備えたフィルム構造体１０（図５の「構造あり」参照。）の反射率は２％を示し、粒子層１３を備えていないフィルム構造体（図５の「構造なし」参照。）の反射率である４％から半減するという結果が得られた。フィルム構造体１０の上面のうち、平面視した際に透明基材１１が占める面積割合は９５％であり、透明基材１１の反射率は１．５％ほどである。このため、粒子層１３を備えていない場合の反射率４％という結果は、金属配線１２による影響が強い。その一方で粒子層１３を備えた場合の反射率２％という結果は、金属配線１２よりも透明基材１１による影響が強い。

よって、粒子層１３を備えることでフィルム構造体１０は、透明基材１１に近い反射率が得られるという改善が見られた。

図６に、粒子層１３を備えないフィルム構造体１０を上面から見た写真を示す。凹部１５の溝底に設けられた金属配線１２の上には何も存在しないため、金属配線１２からの金属光沢は遮られない。そのため、反射率が高くなってしまい、フィルム構造体を通した視認性が悪化する。

図７に、粒子層１３を備えるフィルム構造体１０を上面から見た写真を示す。この写真から、粒子層１３により、金属配線１２からの金属光沢が遮断されている様子がうかがえる。これにより、見かけ上の金属配線１２の反射率が減少し、フィルム構造体を通した視認性が良化することになる。

このように、粒子層１３を備えることでフィルム構造体１０の反射率が減少したのは、ある特定の周期構造を持つ構造体には、特定の周波数の光線に対して回折波を発生させない性質があるためだと考えられる。以下、これについて、詳しく説明する。

回折波が発生しない格子周期条件として、格子周期が真空中の光波長を屈折率で除した商よりも小さいことであることが知られている。図４で平均粒子径が３００ｎｍ付近で大きく反射率が減少したのは、このためだと考えられる。こうした効果を受けたため、図５に示したように、粒子層１３を備えた本開示に係るフィルム構造体１０では、反射率が減少したと考えられる。

以上述べた本開示の実施の形態１において、微細粒子１３ａの材質の例としては、粒子径３００ｎｍ以下の微細化が可能で、粒子形状の安定したアルミナを用いることが望ましく、同様の特徴があるシリカを用いることも好適である。

また、粒子層１３を構成するすべての粒子１３ａのうち、平均粒子径±２５％に収まる粒子径を示す粒子１３ａの割合が、粒子層１３の体積比８０％以上を占めるよう、粒子層１３を構成するのが望ましい。このような粒子１３ａを用いることで、平均粒子径±２５％の中で大きい粒子は、下層粒子として下層に存在して、平均粒子径±２５％の中で小さい粒子は、下層粒子の大きさにある程度対応して、上層に移るため、最大粒子の上には、最小粒子が存在しやすい。その場合の層厚みは、平均粒子径の２倍とほぼ一致することにより、粒子層１３の微細構造が高精度に周期的になり、より視認性を向上できる。すなわち、粒子層１３の厚さは、平均粒子径の２倍とほぼ一致する厚さを少なくとも有するものであり、例えば、平均粒子径が２００ｎｍ以上３００ｎｍ以下である場合には、粒子層１３の厚さは、４００ｎｍ以上６００ｎｍ以下となる。また、平均粒子径±２５％から外れた粒子は、体積比２０％未満であるため、凹部１５の２μｍ幅を埋めきることはなく、人の目の視認性に対する影響が少ない。

また、以上述べた本開示の実施の形態１において、透明基材１１の凹部１５は、開口の幅が金属配線１２の幅と同程度の場合を例示したが、粒子層１３の保持性を高めるために、透明基材１１の凹部１５の開口の幅が、金属配線１２の幅よりも狭いことが望ましい。

また、以上述べた本開示の実施の形態１において、粒子層１３を構成する微細粒子１３ａの平均粒子径が３００ｎｍである場合を例示したが、良好な視認性を得られる低反射率を実現するため、微細粒子１３ａの平均粒子径は、２００ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることが望ましい。図４より、反射率は、微細粒子の平均粒子径が３００ｎｍになった途端に平均粒子径１０００ｎｍの場合より８０％以上低減と大きく減少し、さらに平均粒子径を小さくすると緩やかに増加する。そのため、微細粒子１３ａの集合体による反射率の低減効果が８０％（平均粒子径が１０００ｎｍの場合を基準）を上回るためには、平均粒子径は３００ｎｍ以下となることが必要である。一方で、図３に示したフィルム構造体１０の製法において、美観を損ねないために、粒子供給器１４の粒子供給面と透明基材１１の上面との間に微細粒子１３ａが残留しないようにする必要がある。そのため、微細粒子１３ａの平均粒子径は粒子供給器１４の粒子供給面と透明基材１１の上面との幾何公差の合計値である２００ｎｍ以上であることが必要である。

また、粒子層１３の厚みは、金属配線１２を粒子径３００ｎｍの粒子１３ａが最密充填の形で覆い隠せる５００ｎｍよりも厚いことが望ましく、粒子層１３の保持性確保のため、図１において、粒子層１３の粒子１３ａが透明基材１１の表面よりも突出しないように凹部１５の最大深さ２０００ｎｍと金属配線１２の最小厚さ２００ｎｍとの差分である１８００ｎｍよりも薄いことが望ましい。逆に言えば、凹部１５の深さは、粒子層１３を保護するために、金属配線１２の厚さと粒子層１３の厚さとの合計よりも大とする。

前記実施の形態１によれば、フィルム構造体１０は、透明基材１１の凹部１５の底部の金属配線１２上に、微細粒子１３ａの集合体である粒子層１３を配置して構成される。よって、粒子層１３が、黒化層と同じく金属配線１２の反射率を低下させて、フィルム構造体１０の視認性を向上させることができる。また、粒子層１３は、微細粒子１３ａの集合体であるため、折り曲げ時に破断することはなく、フレキシブル性を保持することができる。この結果、フィルム構造体１０は、視認性を向上させつつ、折り曲げ可能なフレキシブルデバイスに対応することができる。

なお、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせ又は実施例同士の組み合わせ又は実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態又は実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。

本開示のフィルム構造体によれば、フレキシブル性が求められるタッチパネル又は生体にフィットするスマートウォッチなどのウェアラブル端末に応用することができる。

１０ フィルム構造体
１１ 透明基材
１２ 金属配線
１３ 粒子層
１３ａ 粒子
１４ 粒子供給器
１５ 凹部

Claims (6)

1. 透明基材に形成された凹部と、
   前記凹部の底部に設けられた金属配線と、
   前記金属配線上に設けられかつ平均粒子径が３００ｎｍ以下の粒子の集合体で構成される粒子層と、を備えるフィルム構造体。
2. 前記粒子は、アルミナ又はシリカで構成される、請求項１に記載のフィルム構造体。
3. 前記凹部の開口の幅が前記金属配線の幅よりも狭い、請求項１又は２に記載のフィルム構造体。
4. 前記粒子の平均粒子径は、２００ｎｍ以上かつ３００ｎｍ以下である、請求項１〜３のいずれか１つに記載のフィルム構造体。
5. 前記凹部の深さは、前記金属配線の厚さと前記粒子層の厚さとの合計よりも大である、請求項１〜４のいずれか１つに記載のフィルム構造体。
6. 前記粒子層を構成する全ての粒子のうち、平均粒子径±２５％に収まる粒子径を示す粒子の割合が、前記粒子層の体積比８０％以上である、請求項１〜５のいずれか１つに記載のフィルム構造体。