2018 Fiscal Year Annual Research Report
光ダイレクトリソグラフィーによるフレキシブル透明導電性基板材料の開発
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17H03432
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| Research Institution | Konan University |
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Principal Investigator |
赤松 謙祐 甲南大学, フロンティアサイエンス学部, 教授 (60322202)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 透明導電膜 / ダイレクトめっき / ポリイミド樹脂 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、ITOに代わる低コストかつフレキシブルな透明導電膜（TCF）の開発を目指し、金属イオンをドープした前駆体を用いたダイレクトめっき技術により、樹脂上へ低密度微細金属パターンを形成させるプロセスについて検討した。具体的には、以前我々が見いだした、アルカリによるポリイミド樹脂の表面改質プロセスを用い、フィルム表面にフォトリソグラフィによる金属の微細配線パターンの形成を試みた。形成した金属の微細配線パターンについて、走査型電子顕微鏡による構造観察及び紫外可視分光法による透過率測定、さらにシート抵抗測定装置による抵抗値測定により、TCFとしての性能評価を試みた。
その結果、銀イオンを吸着させたフィルムにフォトマスクを乗せ、紫外線を照射するという簡便な方法で微細配線をフィルム上に形成させ、種々のフォトマスクを使用することでパターン密度を制御することに成功した。パターニング前後で、フィルムの可視光透過率の減衰は2～15%程度の範囲で制御可能であり、透過率においてはTCFへの応用が可能であると期待できる。導電性については、パターニング直後は認められなかったが、これは粒子間の間隙が原因であると考えられるため、銅めっきに伴う増膜を試みたところ、シート抵抗値は100Ωを下回ることが明らかとなり、本手法で得られた金属パターンを有する樹脂は、TCFとして十分な性能を発揮できる可能性が示された。
今後、種々の中性めっき浴に対して詳細に検討を加え、条件の最適化を行うことで、従来のTCF材料より低コストかつフレキシブルなTFC材料が作製できると期待される。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本手法は、望みの部位にのみ金属薄膜を形成させることが可能な「フルアディティブ法」に分類される。また「金属薄膜」によって導電性を確保し、かつ実用化可能な「透明性」をも実現するためには、サブミクロンスケールの幅を有する連結した金属細線パターン（たとえばスクウェアパターン）を金属面積比率10％以下（すなわち、配線間隔は極めて大きい）で作製する必要がある。これまでに、（１）樹脂内部でのイオン拡散挙動を制御することにより、少量の銀イオンドープでも銅めっき後に十分な導電性が得られ、（２）増膜後の銅パターンはテープ剥離試験を再現性良くクリアする、ことを明確にした。さらに、金属被覆率5％の光マスクを用いることにより、金属パターンベースでの透過率（樹脂基板を差し引いた差スペクトル）が90％以上でかつシート抵抗値が90Ω／シート以下の基板を作成することに成功した。研究期間２年において、実用化に必要なスペックを上回る物性値を有する基板材料の作製に成功したことから、本研究は当初計画以上に進展していると判断している。一方で、本手法は種々のイオン交換膜を用いた場合でも同様に適応可能であり、イオン種とイオン交換膜の組み合わせを最適化することによって、高速に光還元可能であることを新たに見いだした。この発見は、イオンドープした樹脂を前駆体とする本手法の有用性、汎用性を示唆するものであり、今後新しいダイレクトめっき技術の開発に展開可能であると期待できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度である本年度は、パターン解像度のさらなる最適化を目的として、光マスクのＬ/Ｓ値およびマスク接続時の圧力・温度を変化させ、高解像度パターン（サブミクロンスケールのＳ値およびマイクロスケールのＬ値）の形成を目指す。また、光還元により析出した金属量を定量することにより還元速度を算出し、光マスクを使わない系にて得られた基礎データと比較検討することで、マスクのＬ/Ｓ値ごとの実験条件（マスク設置圧力、温度等）を最適化し、望みの光透過性および伝導性を有するパターン作製のための指針を得る。これまでに見いだした課題として無電解銅めっき浴のpHがあり、樹脂の改質および析出した銀の溶出を防ぐため、めっき浴を中性に維持する必要があるが、中性無電解銅めっき浴は不安定であることから、錯化剤を検討することにより安定なめっき浴の開発も同時に行う。また、ポリイミド樹脂以外のイオン交換膜（ナフィオン等）においても同様のプロセスが適応可能であることを見いだしており、樹脂の構造とイオン交換速度の定量化を進めるとともに、本研究の汎用性の拡大を図る。
上記研究の遂行により、環境負荷の極めて少ない手法にてフレキシブル透明導電フィルムを大量生産可能なプロセス基盤の構築を目指す。
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