JP2015513769A - パターン化された透明導電膜 - Google Patents

Abstract

本発明ではパターン化された透明導電膜を開示し、このパターン化された透明導電膜は、基板と、第１導電層と、第２導電層とを含み、両方の導電層とも導電領域および絶縁領域を含み、導電領域は複数の金属ラインで形成された金属メッシュを含んでおり、金属メッシュは、ランダムな不規則グリッドを設けた埋め込み金属メッシュであり、略横方向の前記第１導電層の金属ラインのスロープの確率密度は略縦方向のものよりも高く、略縦方向の第２導電層の金属ラインのスロープの確率密度は、略横方向のものよりも高く、２つの導電層は厚さ方向に積層され、また絶縁されており、積層された金属メッシュは均等に分布しており、光透過性が増加し、導電性は一定であり、モアレ縞が排除された。

Description

発明の分野
本開示は導電膜の分野に関し、より具体的にはパターン化された透明導電膜に関する。

発明の背景
透明電導膜は、優れた導電性と可視波長内における高い光透過性とを持った、導電膜の１種である。現在、透明導電膜は、フラットパネルディスプレイ、光起電素子、タッチパネル、電磁シールドなどの分野で幅広く使用されており、その市場空間は極めて大きい。

従来の携帯電話のタッチスクリーンでは、携帯電話の厚さと重量を低減するために、可撓性のパターン化された透明導電膜が最も多く使用されており；一般的なタッチスクリーンにおけるタッチ機能を実行するには、２つの透明導電膜部品からなる頂部電極および底部電極が必要である。しかし、２つの透明導電膜部品を組み合わせると、光透過性がさらに低下する可能性がある。２つの従来の透明導電膜部品の導電領域は、通常は規則メッシュであり、ＬＣＤ画素セルが規則的な矩形セルであるために規則的な黒線の周期分布が画素間に堆積し、また、導電膜の周期的不透明線とＬＣＤの黒線とが共同して周期的な遮蔽物を形成するため、この種の透明導電膜をＬＣＤの表面と結合させると、かなりのモアレ縞が現れる。さらに、これと同一の原理に基づき、２つの規則メッシュを有する導電膜どうしを結合させた場合にも、かなりのモアレ縞が現れる。この現象は、金属メッシュを有するパターン化された透明導電膜の適用に深刻な影響を与える。

発明の概要
本開示は、モアレ縞現象を除去することができるパターン化された透明導電膜の提供に関する。

本開示の一態様によれば、パターン化された透明導電膜が提供され、このパターン化された透明導電膜は、
第１表面、および第１表面と対向した第２表面を有する基板と、
基板の第１表面に配置された第１導電層であって、第１導電層は第１導電領域および第１絶縁領域を備え、第１導電領域は、複数の第１金属ラインからなる第１金属メッシュを備えている、第１導電層と、
第２導電領域および第２絶縁領域を備える第２導電層であって、第２導電領域は、複数の第２金属ラインからなる第２金属メッシュを備えている、第２導電層と、を備え、
第１金属メッシュおよび第２金属メッシュの両方は、ランダムな不規則グリッドを設けた埋め込み金属メッシュであり、略横方向の第１金属ラインのスロープの確率密度は、略縦方向の第１金属ラインのスロープの確率密度よりも高く、略縦方向の第２金属ラインのスロープの確率密度は、略横方向の第２金属ラインのスロープの確率密度よりも高く、第２導電層および第１導電層は相互に積層され、また絶縁のために前記基板の厚さ方向において相互に離隔されており、積層にて形成された積層金属メッシュの金属グリッドラインは、各角度において均等に配列されている。

一実施形態では、第１導電層および第２導電層のランダムな不規則グリッドは、積層後に以下の条件を満たす、すなわち、積層金属メッシュの金属ラインは直線であり、水平右向きの方向Ｘ軸となす角度θは均等に分布されており、
ここで、均等に分布されているとは以下を意味し、すなわち；金属ラインの角度θを測定し、５°刻みの連続した角度インターバルの１つにおける、角度θを持ったラインの確率を表す確率ｐ_ｉを測定し、この測定から、０°から１８０°までの３６個の角度インターバルである、ｐ_１，ｐ_２，・・・〜ｐ_３６が得られ、ｐ_ｉの標準偏差は算術平均の２０％未満である。

一実施形態では、スロープＫ_１が（−１，１）の範囲にある状態での、第１導電領域における第１金属ラインの確率密度は最も高く、スロープＫ_２が（−∞，−１）∪（１，＋∞）の範囲にある状態での、第２導電領域における第２金属ラインの確率密度は最も高い。

一実施形態では、第２導電層は基板の第２表面上に配置され、第１導電層と対向している。

一実施形態では、第２導電層は第１導電層上に配置され、基板の、第１導電層と同一の側に配置されている。

一実施形態では、第１絶縁領域および第２絶縁領域は、複数の第３金属ラインからなる第３金属メッシュを備えており、第１絶縁領域および第１導電領域は相互に絶縁されており、第２絶縁領域および第２導電領域は相互に絶縁されており、第３金属メッシュはランダムな不規則グリッドからなる。

一実施形態では、第１絶縁領域および第２絶縁領域の第３金属メッシュは、各角度において均等に分布されている。

一実施形態では、第１絶縁領域と第１導電領域、および第２絶縁領域と第２導電領域との間の絶縁モードは以下のとおりであり、すなわち、第１絶縁領域の第３金属ラインが相互連結しているが、第１導電領域の第１金属ラインとは断絶しており、第２絶縁領域の第３金属ラインは相互連結しているが、第２導電領域の第２金属ラインとは断絶している。

一実施形態では、第１絶縁領域および第１導電領域、および第２絶縁領域と第２導電領域との間の絶縁モードは以下のとおりであり、すなわち、第１絶縁領域および第２絶縁領域の第３金属メッシュは、連結点なく、相互に断絶する第３ラインで構成されている。

一実施形態では、連結点がなく、相互に断絶している、第３ラインのあらゆる隣接し合う２本の端部の最小距離は３０μｍ未満である。

一実施形態では、第１導電領域と第１絶縁領域との間の透過率の差は２％未満であり、第２導電領域と第２絶縁領域との間の透過率の差は２％未満である。

パターン化された透明導電膜では、第１導電層の第１金属メッシュを横方向へ伸張させた後にその状態に留め、また、第２導電層の第２金属メッシュを縦方向へ伸張させた後にその状態に留めるが、これにより、略横方向の第１金属ラインのスロープの確率密度が、略縦方向のそれよりも高く、略縦方向の第２金属ラインのスロープの確率密度が、略横方向のそれよりも高くなり、第１金属メッシュおよび第２金属メッシュの領域（つまり、光透過領域）が増加し、これにより、透明導電膜の光透過性が増し、さらに、伸張と留めとが単一方向において行われることで、略上記方向の金属ラインの確率密度が一定化し、これにより、パターン化された透明導電膜の導電性が基本的に一定化し、これに加え、第１導電層および第２導電層の金属ラインの確率密度は同方向において異なるため、第１導電層および第２導電層の積層後、導電膜全体において積層されたメッシュが各角度において均等に分布して、モアレ縞を除去する。

図面の簡単な説明
パターン化された透明導電膜の概略断面図である。 パターン化された透明導電膜の第１導電層のランダムグリッドを有するメッシュの部分概略図である。 パターン化された透明導電膜の第２導電層のランダムグリッドを有するメッシュの部分概略図である。 図２、図３に示したメッシュの、積層後を示す部分概略図である。 図２、図３に示したランダムグリッドの、積層後における確率分布を示すグラフである。 パターン化された透明導電膜の各グリッドラインとＸ軸とで形成された角度の、ｐ_ｉの確率分布を示すグラフである。 図２または図３に示したランダムグリッドを有するメッシュの概略拡大図である。 図７中の円で囲んだ部分Ａの部分拡大図である。 図７中の円で囲んだ部分Ｂの部分拡大図である。

実施形態の詳細な説明
次に、図面を参照しながら、本発明のパターン化された透明導電膜の実施形態を詳細に説明する。

図１、図２、図３、図４を参照すると、パターン化された透明導電膜１００の実施形態は基板１１０、第１導電層１２０、第２導電層１３０を含む。基板１１０は第１表面１１２および第２表面１１４を含み、両表面は互いに対向している。第１導電層１２０は基板１１０の第１表面１１２上に配置されており、第１導電領域１２２および第１絶縁領域１２４を含む。第１導電領域１２２は、複数の第１金属ライン１２２２ａで構成された第１金属メッシュ１２２２を含み；略横方向の第１金属ライン１２２２ａのスロープの確率密度は、略縦方向の第１金属１２２２ａラインのスロープの確率密度よりも大きい。第２導電層１３０は第２導電領域１３２および第２絶縁領域１３４を含み、第２導電領域１３２は、複数の第２金属ライン１３２２ａで形成された第２金属メッシュ１３２２を含み；略縦方向の第２金属ライン１３２２ａのスロープの確率密度は、略横方向の第２金属ライン１３２２ａのスロープの確率密度よりも大きい。

第１金属メッシュ１２２２および第２金属メッシュ１３２２は埋め込みメッシュであり、その形状はランダムの不規則グリッドであり、基板１１０の表面または基板層の表面に溝を画定し、次に、この溝を金属で充填または被覆し、基板１１０の表面を硬化させて、交差した金属ラインを形成し、これを圧縮することにより埋め込み金属メッシュを得る。

第２導電層１３０および第１導電１２０は、絶縁のために基板１１０の厚さ方向に間隔を空けた状態で積層され、積層によって形成された積層金属メッシュ１４０の複数の金属ライン１４２は各々の角度において均等に分布している。

パターン化された透明導電膜１００では、基板１１０の平面を座標平面、横方向をＸ軸、縦方向をＹ軸と考慮する。略横方向の第１金属ライン１２２２ａのスロープの確率密度は、略縦方向の第１金属ライン１２２２ａのスロープの確率密度よりも高く、これはすなわち、Ｘ軸に近い第１導電領域１２２の第１金属ライン１２２２ａの本数が、Ｙ軸に近い第１導電領域１２２の金属ライン１２２２ａの本数よりも多いことを意味する。略縦方向の第２金属ライン１３２２ａのスロープの確率密度は、略横方向の第２金属ライン１３２２ａのスロープの確率密度よりも高く、これはすなわち、Ｙ軸に近い第２導電領域１３２の第２金属ライン１３２２ａの本数が、Ｘ軸に近いものの本数よりも多いことを意味する。第１導電層１２０および第２導電層１３０の金属ラインの確率密度は同方向において異なるので、導電膜全体の積層されたメッシュが各角度において均等に分布できる。メッシュとＬＣＤメッシュとの規則反復が回避され、モアレ縞が排除される。本実施形態において、ランダムグリッドはハニカム状構造でもよい。

積層後の第１導電層１２０および第２導電層１３０の確率密度を図５に示し、図５を参照すると、略横方向の第１金属ライン１２２２ａのスロープの確率密度は、略縦方向の第１金属１２２２ａのスロープの確率密度よりも高く、略縦方向の第２金属ライン１３２２ａのスロープの確率密度は、略横方向の第２金属ライン１３２２ａのスロープの確率密度よりも高く、そのため、第１金属ライン１２２２ａのスロープが上昇中には第２ライン１３２２ａのスロープが下降し、また、第１導電層１２０および第２導電層１３０の積層後には、金属ライン１４２が積層された範囲は水平となり、導電膜全体の積層金属メッシュ１４０が均等に分布する。

図４、図６を参照すると、図示の実施形態では、ランダムグリッドの種類は等方性不規則多方向ランダムグリッドであり、一例として５×５ｍｍの領域を設けたランダムグリッドを用い、積層金属メッシュ１４０の金属ライン１４２の角度分布を分析している。

図４は一実施形態を示し、ここでは、ランダムグリッドは４２７５個の線分を含んでいる。各金属ラインとＸ軸とがなす角度θ値を測定してθ（１）〜θ（４２５７）の１次元アレイを得て、次に、５°の間隔刻みに従って、０〜１８０°を３６個の角度間隔に分割し、各々の角度区間に位置する線の確率を測定して、ｐ（１）〜ｐ（３６）のアレイを得た。これを図６に示す。

次に、下の標準偏差式に従う：

ここで、ｎは３６、標準偏差ｓは０．２６％、平均確率ｐは２．７８％である。したがって、ｓ／ｐ＝９．３５％であり、ランダムグリッドのラインがこの角度内で非常に均等に分布するため、モアレ縞を効果的に回避できる。本実施形態に従って説明したパターン化された透明導電膜１００をＬＣＤの表面に結合させても、モアレ縞は出現しない。

図１を参照すると、図示の実施形態では、第２導電層１３０が、基板１１０の第２表面１１４上に配置され、第１導電層１２０と対向している。基板層にインプリントを施して溝を形成し、この溝に導電材料を充填して第１導電層１２０および第２導電層１３０を形成し、最後に、準備された第１導電層１２０および第２導電層１３０をそれぞれ第１表面１１２および第２表面１１４上に製造することで、パターン化された透明導電膜１００が形成されるが、この場合、積層後のランダムグリッドは各々の角度において均等に分布している。基板層は熱可塑プラスチックポリマー層である。第１導電層１２０および第２導電層１３０の可視光透過率は両方とも８８．６％より大きい。当然ながら、代替実施形態では、第１導電層１２０および第２導電層１３０を、絶縁のために相互に離隔した状態で、基板１１０の同一側上に積層することができ、これは種々の構造タイプの導電膜の要件を満たすことができるため、種々の構造タイプのタッチスクリーンに適合できる。

メッシュの設計において、第１導電層１２０を製造するためのメッシュを横方向へ伸張させた後にその状態に留め、第２導電層１３０を製造するためのメッシュを縦方向へ伸張させた後にその状態に留めることで、伸張以前のメッシュと同じ面積を有するメッシュが得られ、さらに、この設計されたメッシュに従って導電層をフォトエッチングし、このフォトエッチングしたパターンに従ってモールドを製造し、このモールドを使って導電層にインプリントを施して溝を形成し；この溝に導電性材料を充填して複数の埋め込み金属メッシュを得る。メッシュを伸張すると、１つの金属メッシュの面積が増大するため、得られる第１導電層１２０および第２導電層１３０の光透過が増加している。さらに、第１導電層１２０の第１金属ライン１２２２ａの多くはＸ軸に近くなるように位置し、第２導電層１３０の多くの第２金属ライン１３２２ａはＹ軸に近いように位置している。金属ラインが一方向に近づくほど単方向性導電性に優れ、また、Ｘ軸に近い第１導電層１２０の導電性は強力であり、Ｙ軸に近い第２導電層１３０の導電性は強力である。

本実施形態では、スロープＫ_１が範囲（−１，１）内にある状態での、第１導電領域１２２における第１金属ライン１２２２ａの確率密度は最も高い。スロープＫ_２が（−∞，−１）∪（１，＋∞）の範囲内にある状態での、第２導電領域１３２における第２金属ライン１３２２ａの確率密度は最も高い。スロープＫ＝ｔａｎθであり、θは金属ラインと横座標の角度である。ｔａｎθの定義によると、ｔａｎ４５°＝１、ｔａｎ−４５°＝−１であるため、第１導電領域１２２内の第１金属ライン１２２２ａのほとんどが、Ｘ軸とのなす角度が、（−４５°，４５°）または（２２５°，３１５°）の範囲にあるものが多く、ここにエンド値は含まれない、つまり、最大数の金属ラインはＸ軸に近い。ほとんどの金属ラインはＸ軸に近くなっている。第２導電領域１３２内のほとんどの第１金属ライン１３２２ａは（４５°，１３５°）または（−４５°，−１３５°）の範囲にあり、ここにエンド値は含まれない、つまり、金属ラインのほとんどはＹ軸に近い。

図３を参照すると、スロープＫ_１が範囲（−１，１）内にある状態で、第１金属ライン１２２２ａの確率密度が高いほど、Ｘ軸に近い金属ラインの本数が多くなり、したがってＸ軸方向における導電性がより高まる。図示の実施形態では、スロープＫ_１が（−１，１）の範囲にある状態での第１金属ライン１２２２ａの確率密度は最も高く、パターン化された透明導電膜１００の導電性の中でＸ軸方向におけるものが最も高い。図４を参照すると、スロープＫ_１が（−１，１）の範囲にある状態での第２金属ライン１３２２ａの確率密度が最も高い場合には、パターン化された透明導電膜１００の導電性の中でＹ軸方向におけるものが最も高い。第１導電層１２０および第２導電層１３０の可視光透過率はともに８９．８６％より大きく、これに対応するＸ軸およびＹ軸方向における抵抗は５８Ωであり、積層後におけるこの２つの導電層の可視光透過率は８７．６％であり、可視光透過率が増加した。

図７、図７Ａ、図７Ｂを参照すると、第１絶縁領域１２４または第２絶縁領域１３４での第３金属メッシュ１４の第３金属ライン１４４を示しており、第１絶縁領域１２４を例にとると、第２絶縁領域１３４は第１絶縁領域１２４と類似しているため、ここではこれ以上の説明を省く。第１絶縁領域１２４は、第３金属ライン１４４で形成された第３金属メッシュ１４を含み、第３金属メッシュ１４はランダム不規則グリッドで構成されており、第３金属メッシュ１４の密度は第１導電領域１２２のものと同一であり、第３金属メッシュ１４の平均直径Ｒは１２０μｍであってよく、これはモアレ縞現象の低減に役立つ。図示の実施形態では、第１絶縁領域１２４は第１導電領域１２２まで絶縁されており、絶縁モードは次のとおりである：第１絶縁領域１２４および第３金属ライン１４４が相互連結し、第１絶縁領域１２４と第１導電領域１２２との間に、第１絶縁領域１２４と第１導電領域１２２を分離するための空き領域が設けられており、この空き領域の幅ｄは３μｍであってよく、試験後に、この幅は目視できなくなるので、可視透過性の条件が満たされ、また、グレースケールコントラストが生じることがない。

代替実施形態では、第１絶縁領域１２４および第２絶縁領域１３４の第３金属メッシュ１４は、各角度において均等に分布している。第１導電領域１２２と第１絶縁領域１２４との間の透過率の差は２％未満であり、第２導電領域１３２と第２絶縁領域１２４との間の透過率の差も２％未満である。したがって、同一の導電層に位置する導電領域および絶縁領域には可視のグレースケール差は生じず、カスタマーエクスペリエンス感覚が向上した。

代替実施形態では、絶縁モードは次のとおりである；第１絶縁領域１２４の第３金属メッシュ１４は、連結点なく、また相互に断絶する第３金属線１４４で形成されている。具体的には、各連結点は中心として考慮され；３μｍより小さい半径ｒでは溝構造が中断されている。第１絶縁領域１２４は相互に離隔した第３金属ライン１４４で形成されているため、完全な非導電性が達成でき、第１導電領域１２２の透過性は第１絶縁領域１２４の透過性と同一であり；グレーコントラストは生じない。本実施形態では、両絶縁モードとも、第１導電層１２０および第２導電層１３０の絶縁領域に適用された。第１導電領域１２２および第２導電領域１３２は、スクリーン印刷によって製造された銀線を引き出してタッチスクリーンに適用する際に、駆動電極と感知電極を形成するようにする。

本実施形態では、連結点がなく、相互から断絶されている第３ライン１４４のあらゆる２本の両エンドポイント間における、最小距離は３０μｍ未満である。導電領域および絶縁領域が相互に導電せず、その上、絶縁領域の空き領域にグレー変化が生じないことが保証され、操作者が覚える感覚が影響することが回避される。

これらの実施形態では、基板１１０はガラス、石英、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネートなどから成っていてよく、導電材料は銀に限定されず；グラファイト、導電性ポリマー材料などであってもよい。

実施例の説明は特定的かつ詳細であるが、これらの説明は本開示を限定するために使用することはできないことが理解されるべきである。したがって、本特許の保護範囲は、付属の特許請求の範囲に従うべきである。

Claims (11)

1. パターン化された透明導電膜であって、
   第１表面、および前記第１表面と対向した第２表面を有する基板と、
   前記基板の前記第１表面に配置された第１導電層であって、前記第１導電層は第１導電領域および第１絶縁領域を備え、前記第１導電領域は、複数の第１金属ラインからなる第１金属メッシュを備えている、第１導電層と、
   第２導電領域および第２絶縁領域を備える第２導電層であって、前記第２導電領域は、複数の第２金属ラインからなる第２金属メッシュを備えている、第２導電層と、を備え、
   前記第１金属メッシュおよび前記第２金属メッシュの両方は、ランダムな不規則グリッドを設けた埋め込み金属メッシュであり、略横方向の前記第１金属ラインのスロープの確率密度は、略縦方向の第１金属ラインのスロープの確率密度よりも高く、前記略縦方向の前記第２金属ラインのスロープの確率密度は、前記略横方向の前記第２金属ラインのスロープの確率密度よりも高く、前記第２導電層および前記第１導電層は相互に積層され、また、絶縁のために前記基板の厚さ方向において相互に離隔されており、積層にて形成された積層金属メッシュの金属グリッドラインは、各角度において均等に配列されている、パターン化された透明導電膜。
2. 前記第１導電層および前記第２導電層の前記ランダムな不規則グリッドは、積層後に以下の条件を満たし、すなわち、前記積層金属メッシュの前記金属ラインは直線であり、水平右向きの方向Ｘ軸となす角度θは均等に分布されており、
   ここで、均等に分布されているとは以下を意味し、すなわち；前記金属ラインの角度θを測定し、５°刻みの連続した角度インターバルの１つにおける、角度θを持った前記ラインの確率を表す確率ｐ_ｉを測定し、この測定から、０°から１８０°までの３６個の角度インターバルである、ｐ_１，ｐ_２，・・・〜ｐ_３６が得られ、ｐ_ｉの標準偏差は算術平均の２０％未満である、請求項１に記載のパターン化された透明導電膜。
3. スロープＫ_１が（−１，１）の範囲にある状態での、前記第１導電領域における前記第１金属ラインの前記確率密度は最も高く、スロープＫ_２が（−∞，−１）∪（１，＋∞）の範囲にある状態での、前記第２導電領域における前記第２金属ラインの前記確率密度は最も高い、請求項１に記載のパターン化された透明導電膜。
4. 前記第２導電層は前記基板の前記第２表面上に配置され、前記第１導電層と対向する、請求項１に記載のパターン化された透明導電膜。
5. 前記第２導電層は前記第１導電層上に配置され、前記基板の、前記第１導電層と同一の側に配置されている、請求項１に記載のパターン化された透明導電膜。
6. 前記第１絶縁領域および前記第２絶縁領域は、複数の第３金属ラインからなる第３金属メッシュを備えており、前記第１絶縁領域および前記第１導電領域は相互に絶縁されており、前記第２絶縁領域および前記第２導電領域は相互に絶縁されており、前記第３金属メッシュはランダムな不規則グリッドからなる、請求項１に記載のパターン化された透明導電膜。
7. 前記第１絶縁領域および前記第２絶縁領域の前記第３金属メッシュは、各角度において均等に分布されている、請求項６に記載のパターン化された透明導電膜。
8. 前記第１絶縁領域と前記第１導電領域、および前記第２絶縁領域と前記第２導電領域との間の前記絶縁モードは以下のとおりであり、すなわち、前記第１絶縁領域の前記第３金属ラインが相互連結しているが、前記第１導電領域の前記第１金属ラインとは断絶しており、前記第２絶縁領域の前記第３金属ラインは相互連結しているが、前記第２導電領域の前記第２金属ラインとは断絶している、請求項７に記載のパターン化された透明導電膜。
9. 前記第１絶縁領域と前記第１導電領域、および前記第２絶縁領域と前記第２導電領域との間の絶縁モードは以下のとおりであり、すなわち、前記第１絶縁領域および前記第２絶縁領域の前記第３金属メッシュは、連結点なく、相互に断絶する第３ラインで構成されている、請求項７に記載のパターン化された透明導電膜。
10. 連結点なく、相互に断絶している、前記第３ラインのあらゆる隣接し合う２本の端部の最小距離は３０μｍ未満である、請求項９に記載のパターン化された透明導電膜。
11. 前記第１導電領域と前記第１絶縁領域との間の透過率の差は２％未満であり、前記第２導電領域と前記第２絶縁領域との間の透過率の差は２％未満である、請求項１に記載のパターン化された透明導電膜。