第72回電気科学技術奨励賞を受賞

左から　長島さん、山田さん、永吉さん

写真提供：（公財）電気科学技術奨励会

ディスプレイの高画質化・大画面化とともに、タッチセンサの搭載が一般的になっています。それに伴いタッチセンサに用いられる透明導電フィルムには、ディスプレイの画質を損なわない「高透過性」と、高精度にタッチ操作できる「低抵抗」の両立が求められるようになってきました。従来は透明酸化物導電体である酸化インジウムスズ (ITO) や、銅や銀といった低抵抗な金属を4～6μm幅の配線に加工した「メタルメッシュ」が用いられてきましたが、高透過性と低抵抗の両立には限界がありました。

図1　開発品　透明導電フィルム　FineX🄬

【透明導電フィルムの課題】

従来から透明導電体として用いられてきたITO は、高透明な一方でセラミックスであるため低抵抗化には限界がありました。そこで更なる低抵抗化を目指し、銅や銀などの金属を導体とするメタルメッシュタイプの透明導電フィルムが開発されてきました。メタルメッシュの最も一般的な製造法はエッチング工法 (図2) で、基材表面に形成した金属膜をフォトマスクでパターニングした後、エッチングで細線化する手法です。大サイズ・低抵抗のメタルメッシュの製造には向いていますが、金属の均一な細線化が難しく、量産可能な線幅は最小でも4μm程度であるため配線を視認でき (図3)、配線断面のアスペクト比 (高さ÷幅) も小さく (図4-a)、細線化と低抵抗の両立に課題がありました。

図2　従来のエッチング工法

図3　配線の幅と視認可否

【独自の配線埋め込み構造】

上述の課題解決のため、半導体の配線構造を応用展開し、フィルム表面に形成した微細な溝内に金属材料を埋め込むことで、これまでにない構造のメタルメッシュを開発しました (図1, 図4-b)。この埋め込み構造では配線幅の均一化が容易で、従来の半分以下の幅である視認困難な2μmの細線も安定形成できます (図3)。細く深い溝を形成することで、従来の3倍のアスペクト比の細く厚い配線を形成することができ、「高透過性」と「低抵抗」を高レベルで両立することが可能となりました。

図4　配線断面形状の比較

【Roll to Roll工法の開発】

この配線の埋め込み構造は、半導体の配線構造がヒントとなっています。一般的に半導体の工法では、硬いウエハを1枚ずつ加工する枚葉方式で、そのウエハサイズも12インチ (300mm) 程度です。
しかし、一般的な透明導電フィルムは、コストや生産性の観点から500mm幅前後の大面積のフィルムへRoll to Roll方式で生産されています。半導体と同じ枚葉方式で透明導電フィルムを作製しようとすると、コスト・生産性・サイズの観点で課題がありました。

図5 当社独自のRoll to Roll工法

今回我々は、埋め込み構造を大面積のフィルム上へRoll to Roll方式で量産可能な業界初の独自工法の開発に成功しました。この方式は、図5に示す通り、溝や微細配線の形成をそれぞれ連続処理することが可能となり、生産性を大幅に向上させることができます。また、上下面の精密な位置合わせを行いながらフィルムの両面に一括で溝を形成するため、タッチセンサで求められる両面のセンサどうしの高い位置精度を実現し、タッチ精度や光学特性の向上、使用材料の削減、モジュールの薄型化に貢献しています。　現在、幅580mm×長さ700mmまでの製品サイズに対応し、1ロット数百mの連続生産を実現しています。