特許 7559655 カーボンナノチューブパターン配線の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-24

(45)【発行日】2024-10-02

(54)【発明の名称】カーボンナノチューブパターン配線の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H05B 3/14 20060101AFI20240925BHJP

   C01B 32/16 20170101ALI20240925BHJP

   H01B 13/00 20060101ALI20240925BHJP

   H01L 21/288 20060101ALI20240925BHJP

   H01L 21/3205 20060101ALI20240925BHJP

   H01L 21/768 20060101ALI20240925BHJP

   H01L 23/532 20060101ALI20240925BHJP

   H05B 3/20 20060101ALI20240925BHJP

   H05B 3/84 20060101ALI20240925BHJP

【ＦＩ】

H05B3/14 F

C01B32/16

H01B13/00 503D

H01L21/288 M

H01L21/88 M

H05B3/20 312

H05B3/84

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2021062599

(22)【出願日】2021-04-01

(65)【公開番号】P2022158016

(43)【公開日】2022-10-14

【審査請求日】2023-08-07

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】110001128

【氏名又は名称】弁理士法人ゆうあい特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】府金 慶介

【審査官】古川 峻弘

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－１１９７４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０４５１５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１９０７６７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｂ ３／００－３／８６

Ｃ０１Ｂ ３２／１５－３２／１９８

Ｈ０１Ｂ １／０４，５／１４，１３／００

Ｈ０１Ｌ ２１／２８８，２３／５２２－２３／５３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１方向（Ｄ１）に直線状に延び広がり、前記第１方向に直交する第２方向（Ｄ２）に互いに離れて配置され、カーボンナノチューブの集合体を含む複数の線状部（３ａ）を有し、前記複数の線状部のうち前記第２方向で隣り合う線状部の間に空間部（３ｄ）が位置する、カーボンナノチューブパターン配線の製造方法であって、
前記複数の線状部に対応する形状の複数の空間部（１２ａ）を有する緻密体（１２）に覆われた多孔質体（１１）に向けて、カーボンナノチューブが分散媒に分散された分散体を流し、前記多孔質体に対して前記分散媒を通過させ、前記多孔質体の上に前記カーボンナノチューブを堆積させることで、前記複数の線状部を形成するとともに、前記分散体を前記多孔質体に向けて流す際に、前記分散体を前記第１方向に沿う方向に流すことで、前記複数の線状部に含まれる前記カーボンナノチューブを前記第１方向に沿う方向に配向させることと、
前記複数の線状部を形成した後、物体の一面に存在する前記複数の線状部に対して、前記一面から離れた側から前記一面に向かう方向に加圧部材（１４）を押し付けることによって、前記複数の線状部を加圧することと、を含む、カーボンナノチューブパターン配線の製造方法。

【請求項2】

前記カーボンナノチューブパターン配線の製造方法は、前記多孔質体の上に前記カーボンナノチューブを堆積させることで、前記複数の線状部を形成した後、前記物体の前記一面としての基材（２）の一面（２ａ）に対して、前記複数の線状部を転写することを含み、
前記加圧することは、前記転写することの後に行われる、請求項１に記載のカーボンナノチューブパターン配線の製造方法。

【請求項3】

前記カーボンナノチューブパターン配線の製造方法は、前記転写することの後に、カーボンナノチューブに電荷を付与するためのドーパントが溶媒に溶解したドーパント溶液を、前記カーボンナノチューブに付着させ、前記溶媒を除去することで、前記カーボンナノチューブに前記ドーパントを付着させることを含み、
前記加圧することは、前記ドーパントを付着させることの後に行われる、請求項２に記載のカーボンナノチューブパターン配線の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＣＮＴ（すなわち、カーボンナノチューブ）パターン配線の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に、ＣＮＴの集合体を含むＣＮＴパターン配線が開示されている。このＣＮＴパターン配線は、第１方向に直線状に延び広がり、第１方向に直交する第２方向に互いに離れて配置される複数の線状部を有する。複数の線状部のうち第２方向で隣り合う線状部の間に、空間部が位置する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２０－１１９７４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記した従来技術では、複数の線状部に含まれるＣＮＴが無配向である。このため、複数の線状部の電気抵抗が高いという課題が、本発明者によって見出された。

【0005】

本発明は上記点に鑑みて、複数の線状部の電気抵抗を下げることができるＣＮＴパターン配線の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明によれば、
第１方向（Ｄ１）に直線状に延び広がり、第１方向に直交する第２方向（Ｄ２）に互いに離れて配置された複数の線状部（３ａ）を有し、複数の線状部のうち第２方向で隣り合う線状部の間に空間部（３ｄ）が位置する、ＣＮＴパターン配線の製造方法は、
複数の線状部に対応する形状の複数の空間部（１２ａ）を有する緻密体（１２）に覆われた多孔質体（１１）に向けて、カーボンナノチューブが分散媒に分散された分散体を流し、多孔質体に対して分散媒を通過させ、多孔質体の上にＣＮＴを堆積させることで、複数の線状部を形成するとともに、分散体を多孔質体に向けて流す際に、分散体を第１方向に沿う方向に流すことで、複数の線状部に含まれるＣＮＴを第１方向に沿う方向に配向させることと、
複数の線状部を形成した後、物体の一面に存在する複数の線状部に対して、一面から離れた側から一面に向かう方向に加圧部材（１４）を押し付けることによって、複数の線状部を加圧することと、を含む。

【0007】

これによれば、第１方向に沿う方向にＣＮＴが配向した複数の線状部を形成した後に、複数の線状部を加圧する。これにより、複数の線状部の密度が上がる。さらに、第１方向に沿う方向に配向した状態のＣＮＴ同士の接触面積が増大することで、ＣＮＴの配向性が上がる。ＣＮＴの配向性が上がることで、ＣＮＴ同士の接点が減少するとともに、ＣＮＴ同士の接触面積が増大する。この結果、複数の線状部に含まれるＣＮＴが無配向である場合と比較して、複数の線状部の電気抵抗を下げることができる。

【0008】

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】第１実施形態における配線パターンを備える透明ヒータの斜視図である。

【図2】図１のII－II線断面図である。

【図3】第１実施形態におけるＣＮＴパターン配線の製造方法において、フィルタを用意する工程を示す断面図である。

【図4A】第１実施形態におけるＣＮＴパターン配線の製造方法において、ＣＮＴを捕捉する工程を示す断面図である。

【図4B】図４Ａに示す工程において、レジストの空間部でのＣＮＴ分散体の流れを示す図である。

【図4C】図４Ａに示す工程において、ＣＮＴが捕捉されて形成されたＣＮＴパターン配線を示す図である。

【図5A】第１実施形態におけるＣＮＴパターン配線の製造方法において、ＣＮＴパターン配線を転写する工程の一部を示す断面図である。

【図5B】図５Ａに示す工程に続く、ＣＮＴパターン配線を転写する工程の他の一部を示す断面図である。

【図5C】図５Ｂに示す工程に続く、ＣＮＴパターン配線を転写する工程の他の一部を示す断面図である。

【図6】図５ＣのVI部の拡大図である。

【図7A】第１実施形態におけるＣＮＴパターン配線の製造方法において、ＣＮＴパターン配線を加圧する工程の一部を示す斜視図である。

【図7B】図７Ａに示す工程に続く、ＣＮＴパターン配線を加圧する工程の他の一部を示す斜視図である。

【図8】図７ＢのVIII部の拡大図である。

【図9】比較例１のＣＮＴパターン配線の拡大図である。

【図10A】第２実施形態におけるＣＮＴパターン配線の製造方法において、ＣＮＴパターン配線を転写する工程の後に行われるドーピング工程の一部を示す斜視図である。

【図10B】図１０Ａに示す工程に続く、ドーピング工程の他の一部を示す斜視図である。

【図11】図１０ＢのＸI部の拡大図である。

【図12A】第２実施形態におけるＣＮＴパターン配線の製造方法において、ＣＮＴパターン配線を加圧する工程の一部を示す斜視図である。

【図12B】図１２Ａに示す工程に続く、ＣＮＴパターン配線を加圧する工程の他の一部を示す斜視図である。

【図13】図１２ＢのＸIII部の拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

【0011】

（第１実施形態）
本発明のＣＮＴパターン配線が適用された透明ヒータについて説明する。図１に示すように、本実施形態の透明ヒータ１は、基材２と、ＣＮＴパターン配線３とを備える。基材２は、ＣＮＴパターン配線３を支持する一面２ａを有する。一面２ａは、基材２のうちＣＮＴパターン配線３側の面である。一面２ａは平坦である。なお、各図において、第１方向Ｄ１は、一面２ａに平行な一方向である。第２方向Ｄ２は、一面に平行な方向であって、第１方向Ｄ１に直交する方向である。第３方向Ｄ３は、一面２ａに直交する方向である。

【0012】

基材２は、所望の可視光透過性を有するとともに、電気絶縁性を有する。基材２は、合成樹脂材料（例えば、ＰＣ等）または無機材料（例えば、石英ガラス等）で構成される。ＰＣは、ポリカーボネートである。基材２は、フィルム、板等の形状である。

【0013】

ＣＮＴパターン配線３は、基材２の一面２ａ上に形成される。ＣＮＴパターン配線３は、ＣＮＴの集合体を含む。ＣＮＴの集合体は、主として、ＣＮＴパターン配線３の形を形成する。ＣＮＴパターン配線３は、通電されることで、発熱する。

【0014】

ＣＮＴパターン配線３は、複数の線状部３ａを有する。複数の線状部３ａのそれぞれは、第１方向Ｄ１に直線状に延び広がる。複数の線状部３ａのそれぞれは、第１方向Ｄ１に直交する第２方向Ｄ２に、互いに離れて配置される。

【0015】

図２に示すように、ＣＮＴパターン配線３は、複数の根元部３ｂ、複数の張り出し部３ｃを有する。複数の根元部３ｂのそれぞれは、複数の線状部３ａのそれぞれの基材２側に連なる。複数の張り出し部３ｃのそれぞれは、根元部３ｂに連なり、根元部３ｂから第２方向Ｄ２に張り出している。複数の線状部３ａのうち第２方向Ｄ２で隣り合う線状部３ａの間に、空間部３ｄが位置する。複数の張り出し部３ｃのうち第２方向Ｄ２で隣り合う張り出し部３ｃの間にも、空間部３ｅが形成されている。

【0016】

次に、本実施形態のＣＮＴパターン配線３およびそれを備える透明ヒータ１の製造方法について説明する。まず、図３に示すように、レジスト１２で覆われたフィルタ１１を用意する工程が行われる。

【0017】

フィルタ１１は、ＣＮＴと分散媒とを分離して、ＣＮＴを捕捉するために用いられる。フィルタ１１は、複数の孔をもつ多孔質体である。複数の孔の大きさは、分散媒が通過でき、ＣＮＴが通過できない大きさである。フィルタ１１としては、例えば、メンブレンフィルタが用いられる。

【0018】

レジスト１２は、フィルタ１１の一面側を覆う被覆材である。レジスト１２は、孔をもたない緻密体である。レジスト１２は、複数の線状部３ａの形成用の空間部１２ａと、フィルタ１１を覆う被覆部１２ｂとを有する。空間部１２ａは、フィルタ１１の一面上の領域のうち複数の線状部３ａの形成予定領域に位置する。空間部１２ａのレイアウトは、複数の線状部３ａのレイアウトと同じである。線状部３ａの幅に相当する空間部１２ａの幅は、ＣＮＴの平均長さ、または、ＣＮＴ束（すなわち、バンドル）の平均長さよりも狭い。

【0019】

続いて、フィルタ１１の一面上でＣＮＴを捕捉する工程が行われる。この工程では、図４Ａに示すように、フィルタ１１に対して第３方向Ｄ３のレジスト１２側に位置する筒１３からフィルタ１１に向かってＣＮＴ分散体が流される。ＣＮＴ分散体は、ＣＮＴが分散媒に分散されたものである。分散媒は、ＣＮＴを分散させる気体である。分散媒は、液体であってもよい。

【0020】

このとき、筒１３とフィルタ１１とは、筒１３からフィルタ１１に向かうＣＮＴ分散媒の流れが第１方向Ｄ１に沿う流れとなる位置に配置される。具体的には、筒１３とフィルタ１１とは、図４Ｂに示すように、第１方向Ｄ１で異なる位置に配置される。このため、図４Ｂ中の矢印のように、筒１３からフィルタ１１に向かって、第３方向Ｄ３および第１方向Ｄ１を含む斜めの方向に、ＣＮＴ分散体が流れる。

【0021】

分散媒はフィルタ１１を通過する。ＣＮＴは、フィルタ１１を通過せず、フィルタ１１の上に堆積する。このため、レジスト１２の空間部１２ａから被覆部１２ｂの表面上にわたってＣＮＴが捕捉される。これにより、図４Ｃに示すように、フィルタ１１の上に、複数の線状部３ａを有するＣＮＴパターン配線３が形成される。

【0022】

続いて、ＣＮＴパターン配線３を基材２に転写する工程が行われる。図５Ａに示すように、基材２の一面２ａがＣＮＴパターン配線３に接触される。図５Ｂに示すように、フィルタ１１およびレジスト１２が基材２から離される。これにより、図５Ｃに示すように、基材２の一面２ａ上に複数の線状部３ａを有するＣＮＴパターン配線３が形成される。

【0023】

転写後のＣＮＴパターン配線３では、図６に示すように、複数の線状部３ａを構成するＣＮＴ４は、第１方向Ｄ１に沿う方向に配向している。これは、上記の通り、図４Ｂに示すように、ＣＮＴを捕捉する工程において、空間部１２ａをＣＮＴ分散体が第１方向Ｄ１に沿って流れるからである。

【0024】

続いて、ＣＮＴパターン配線３を加圧する工程が行われる。この工程では、図７Ａに示すように、加圧部材としてのローラ１４によって、ＣＮＴパターン配線３が圧延される。すなわち、物体としての基材２の一面２ａに存在する複数の線状部３ａに対して、一面２ａから離れた側から一面２ａに向かう方向に、ローラ１４を押し付けることが行われる。このとき、ローラ１４は、基材２の一面２ａに向かって複数の線状部３ａを押し付けながら、第１方向Ｄ１に沿って進む。

【0025】

これにより、図７Ｂに示す加圧後のＣＮＴパターン配線３の複数の線状部３ａでは、密度が上がるとともに、図８に示すように、第１方向Ｄ１に配向するＣＮＴ４の配向性が上がる。これは、ＣＮＴパターン配線３が加圧されることで、ＣＮＴ４同士の接触面積が増大するからである。このようにして、ＣＮＴパターン配線３およびこれを備える透明ヒータ１が製造される。

【0026】

ここで、本実施形態のＣＮＴパターン配線３の製造方法と、比較例１のＣＮＴパターン配線３の製造方法とを比較する。比較例１では、本実施形態と異なり、ＣＮＴを捕捉する工程で、フィルタ１１の一面に直交する方向に、ＣＮＴ分散体を流す。また、比較例１では、ＣＮＴパターン配線を加圧する工程が行われない。このため、図９に示すように、比較例１では、複数の線状部３ａを構成するＣＮＴ４は、無配向である。この場合、ＣＮＴ４同士の接点抵抗が大きく、かつ、ＣＮＴ４同士の接点数が多い。このため、複数の線状部３ａの電気抵抗が大きい。

【0027】

これに対して、本実施形態のＣＮＴパターン配線３の製造方法によれば、ＣＮＴを捕捉する工程において、複数の線状部３ａに対応する形状の複数の空間部１２ａを有するレジスト１２に覆われたフィルタ１１に向けてＣＮＴ分散体を流すことが行われる。フィルタ１１に対してＣＮＴ分散媒が通過し、フィルタ１１の上にＣＮＴが堆積することで、複数の線状部３ａが形成される。ＣＮＴ分散体をフィルタ１１に向けて流す際に、ＣＮＴ分散体を第１方向Ｄ１に沿う方向に流すことが行われる。これにより、複数の線状部３ａに含まれるＣＮＴは、第１方向Ｄ１に沿う方向に配向する。

【0028】

さらに、ＣＮＴパターン配線３を転写する工程の後に、ＣＮＴパターン配線３を加圧する工程が行われる。この工程では、基材２の一面２ａに存在する複数の線状部３ａに対して、ローラ１４を押し付けることが行われる。これにより、複数の線状部３ａが加圧される。

【0029】

これによれば、第１方向Ｄ１に沿う方向にＣＮＴが配向した複数の線状部３ａを形成した後に、複数の線状部３ａを加圧する。これにより、複数の線状部３ａの密度が上がる。さらに、第１方向Ｄ１に沿う方向に配向した状態のＣＮＴ同士の接触面積が増大することで、ＣＮＴの配向性が上がる。ＣＮＴの配向性が上がることで、ＣＮＴ同士の接点が減少するとともに、ＣＮＴ同士の接触面積が増大する。この結果、複数の線状部３ａに含まれるＣＮＴが無配向である場合と比較して、複数の線状部３ａの電気抵抗を下げることができる。

【0030】

（第２実施形態）
本実施形態では、ドーピング工程の後に、ＣＮＴパターン配線３を加圧する工程が行われる。

【0031】

ドーピング工程は、ＣＮＴにドーパントを付着させる工程である。ドーパントは、ＣＮＴに電荷を付与し、ＣＮＴの電気伝導性を向上させるための物質である。ドーピング工程は、第１実施形態で説明したＣＮＴパターン配線３の製造工程のうちＣＮＴパターン配線３を転写する工程の後に行われる。

【0032】

すなわち、図５Ｃに示す転写後のＣＮＴパターン配線３に対して、ドーピング工程が行われる。ドーピング工程では、図１０Ａに示すように、ＣＮＴパターン配線３にドーパント溶液１５が付着される。ドーパント溶液は、ドーパントが溶媒に溶解した溶液である。その後、図１０Ｂに示すように、ドーパント溶液の溶媒が除去される。これによって、ＣＮＴにドーパントが付着する。このとき、図１１に示すように、図６と比較して、第１方向Ｄ１に配向するＣＮＴ４の配向性が上がる。これは、配向したＣＮＴ４にドーパント溶液が付着することで、ＣＮＴ４同士が寄せ合って接触面積が増大するからである。

【0033】

続いて、ＣＮＴパターン配線３を加圧する工程が行われる。この工程では、図１２Ａに示すように、第１実施形態と同様に、ローラ１４によって、ＣＮＴパターン配線３が圧延される。これにより、図１２Ｂに示す加圧後のＣＮＴパターン配線３の複数の線状部３ａでは、密度が上がるともに、図１３に示すように、第１方向Ｄ１に配向するＣＮＴ４の配向性がさらに上がる。これは、ＣＮＴパターン配線３が加圧されることで、ＣＮＴ４同士の接触面積が増大するからである。このようにして、ＣＮＴパターン配線３およびこれを備える透明ヒータ１が製造される。

【0034】

本実施形態のＣＮＴパターン配線３の製造方法によれば、第１方向Ｄ１に沿う方向にＣＮＴが配向した複数の線状部３ａを形成した後に、ドーパント溶液をＣＮＴに付着させて、溶媒を除去する。これにより、第１方向Ｄ１に配向するＣＮＴ４の配向性が上がる。その後、複数の線状部３ａを加圧する。これにより、第１方向Ｄ１に配向するＣＮＴ４の配向性がさらに上がる。この結果、本実施形態によれば、複数の線状部３ａの電気抵抗をより下げることができる。

【0035】

（他の実施形態）
（１）第１実施形態では、ＣＮＴパターン配線３を加圧する工程は、ＣＮＴパターン配線３を転写する工程の後に行われる。しかしながら、ＣＮＴパターン配線３を加圧する工程は、ＣＮＴパターン配線３を転写する工程の前に行われてもよい。この場合、例えば、物体としてのフィルタ１１の一面に存在する複数の線状部３ａに対してローラ１４を押し付けてもよい。

【0036】

（２）第１実施形態では、ＣＮＴを捕捉する工程において、ＣＮＴ分散体をフィルタ１１に向けて流す際に、ＣＮＴ分散体を第１方向Ｄ１に沿う方向に流すために、筒１３とフィルタ１１とは、第１方向Ｄ１で異なる位置に配置される。しかしながら、ＣＮＴ分散体を第１方向Ｄ１に沿う方向に流す方法として、他の方法が採用されてもよい。例えば、筒１３とフィルタ１１とが相対的に第１方向Ｄ１に沿う方向へ移動する方法が挙げられる。また、ＣＮＴ分散体を供給する供給口がレジスト１２に対して真横の位置に配置され、供給口から第１方向Ｄ１にＣＮＴ分散体が供給される方法が挙げられる。

【0037】

（３）第１実施形態では、図２に示すように、複数の張り出し部３ｃのうち第２方向Ｄ２で隣り合う張り出し部３ｃの間に、空間部３ｅが形成されている。しかしながら、張り出し部３ｃが第２方向Ｄ２に延び広がり、張り出し部３ｃが基材２の一面２ａを覆うことで、空間部３ｅが形成されていなくてもよい。

【0038】

（４）上記した各実施形態のＣＮＴパターン配線は、透明ヒータに適用される。しかしながら、ＣＮＴパターン配線は、透明ヒータ以外の用途に用いられてもよい。透明ヒータ以外の用途としては、タッチパネルが挙げられる。

【0039】

（５）本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能であり、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、構成要素等の材質、形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の材質、形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その材質、形状、位置関係等に限定されるものではない。

【符号の説明】

【0040】

２ 基材
２ａ 基材の一面
３ ＣＮＴパターン配線
３ａ 線状部
３ｄ 空間部
１１ フィルタ
１２ レジスト
１４ ローラ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図8】

【図9】

【図10A】

【図10B】

【図11】

【図12A】

【図12B】

【図13】