(57)【要約】【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】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に設けられた中継導電層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、中継導電層８は、金属ナノワイヤー４の外面に面接触し、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、を有している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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中継導電層と、
前記中継導電層と接して設けられた配線層と、
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少なくとも一部が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２】
請求項１に記載の導電パターン形成基板であって、
前記配線層は、前記中継導電層より面抵抗が小さいことを特徴とする導電パターン形成基板。
【請求項３】
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４】
請求項１から３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、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５】
請求項１から４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６】
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】
請求項６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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電パターンが形成された基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１４６０２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、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中継導電層と、前記中継導電層と接して設けられた配線層と、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少なくとも一部が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。
【０００８】
また、前記配線層は、前記中継導電層より面抵抗が小さくてもよい。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【発明の効果】
【００１２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】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２】図１のＡ−Ａ線における断面図である。
【図３】図２の拡大図である。
【図４】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。
【図５】同実施形態の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】同実施形態の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７】（ａ）及び（ｂ）は、同実施形態の他の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。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の一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、光透過性を必要としない枠部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。
【００１５】
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、ポリエチレンナフタレート、アクリル樹脂、シクロオレフィンポリマー、ガラスなどを採用することができる。
【００１６】
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部７とを有する。
【００１７】
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。
【００１８】
図１に示すように、絶縁部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。
【００１９】
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。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とに挟まれている。また、本実施形態における中継導電層８は、枠部１６の領域内に配されている。中継導電層８は、一様な導電性を有する。中継導電層８は、互いに連結された複数の金属粒子を含む層や、金属酸化物若しくは導電性高分子を含む層であってよい。具体的には、中継導電層８として、金属箔、金属蒸着膜、金属ペーストの焼結体、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を採用することができる。
本実施形態では、枠部１６は窓部１５と異なり光透過性が必須でないので、枠部１６の領域内に配される中継導電層８は光不透過であってよい。
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。
【００２０】
配線層９は、中継導電層８と接して設けられている。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。
【００２１】
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、金属ナノワイヤー４が分散された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。金属ナノワイヤー４が分散された光透過性樹脂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。
これでステップＳ１は終了し、ステップＳ２へ進む。
【００２２】
ステップＳ２は、ナノワイヤー層３に導電パターン５および絶縁部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において絶縁部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、絶縁部７においては導体が除去される。ナノワイヤー層３における絶縁部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部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。
【００２３】
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。
例えば中継導電層８として金属蒸着膜を形成する場合には、所望のパターン形状を有する開口が形成されたマスクを使用して金属蒸着膜のパターンを形成することができる。
また、例えば中継導電層８として金属ペーストの焼結体を形成する場合には、流動体状の金属ペーストを例えばスクリーン印刷によってナノワイヤー層３上に塗布し、その後、塗布された金属ペーストを加熱して金属ペースト中の金属粒子を焼結させる。
また、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、光透過性導電膜をナノワイヤー層３上にパターン形成する。
これでステップＳ３は終了し、ステップＳ４へ進む。
【００２４】
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に重なる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。
【００２５】
次に、基板１の作用について説明する。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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および絶縁部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の下層を絶縁部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及び絶縁部７を形成する自由度が高い。
【００３０】
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。
【００３１】
（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。
【００３２】
（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。
【００３３】
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。
【００３４】
（変形例３）
次に、本発明のさらに他の変形例について説明する。
本変形例では、上述の実施形態における導電パターン形成基板の製造工程の一部が異なっている。
すなわち、上記ステップＳ１において、まず、金属ナノワイヤー４及び水溶性ポリマーを含有する分散液を基材２に塗布し、乾燥させる。これにより、金属ナノワイヤー４は、水溶性ポリマーを介して基材２に仮固定される。
続いて、金属ナノワイヤー４を基材２にさらに強固に固定する目的で、流動体状であって光透過性を有する樹脂を、金属ナノワイヤー４の一部が樹脂に埋まるように塗布する。当該樹脂は、所定の硬化処理によって硬化する樹脂であってよい。例えば、当該樹脂として、熱硬化型、光（可視光、紫外光、赤外光を含む）硬化型、電子線硬化型、溶媒蒸発乾燥型、二液硬化型等、あるいはその他公知の樹脂を適宜選択して採用してよい。
流動体状の樹脂を硬化させると、金属ナノワイヤー４が基材２に固定され、金属ナノワイヤー４は、基材２から脱落しないように保護される。
本変形例では、金属ナノワイヤー４の一部は、硬化した樹脂から露出しており、金属ナノワイヤー４のうち硬化した樹脂から露出した部分が中継導電層８に面接触し、上述の実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００３５】
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、中継導電層は、導電パターン形成基板における窓部の一部あるいは全部に設けられていてもよい。
また、中継導電層は、金属粒子，金属酸化物，導電性高分子のうちの１つ以上を含む複合材料であってもよい。
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。
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。
【符号の説明】
【００３６】
１  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  絶縁部
８  中継導電層
８ａ  接触界面
８ｂ  接触界面
９  配線層
１０  導電性フィラー
１１  バインダー
【図１】
2014013819.tif 000003
【図２】
2014013819.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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