JP6843215B2 - 透明コンダクタ、及び、透明コンダクタを製作するプロセス - Google Patents
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Description
関連技術の説明
透明コンダクタとは、高透過率表面または基板上にコーティングされた薄い導電性フィルムをいう。透明コンダクタは、適度な光学的透過性を維持しながら表面導電性を有するように製造され得る。このような表面導電性の透明コンダクタは、帯電防止層のような、および、電磁波遮蔽層のような、フラット液晶ディスプレイ、タッチパネル、エレクトロルミネッセンスディスプレイ、および、薄膜光電池における透明電極として広く使用されている。
基板上にコーティングされた導電性層を含むパターン化された透明コンダクタが記載される、より特定すると、このパターン化された透明コンダクタは、非導電性基板と、上記非導電性基板上の第1の導電性ラインであって、導電性ナノ構造の第1のネットワークを備え、かつ、第1の長さ方向を有する、第1の導電性ラインと、上記非導電性基板上の第2の導電性ラインであって、導電性ナノ構造の第2のネットワークを備え、かつ、第2の長さ方向を有する、第2の導電性ラインと、上記第1の導電性ラインを上記第2の導電性ラインから電気的に絶縁する絶縁領域であって、上記第1の長さ方向に沿って上記第1の導電性ラインの側方に接する第1の非導電性境界、および、上記第2の長さ方向に沿って上記第2の導電性ラインの側方に接する第2の非導電性境界を有する、絶縁領域とを備え、上記絶縁領域が、上記非導電性基板に配置され、かつ、非導電性ギャップによって互いから電気的に絶縁される複数の導電性材料アイランドを備え、各導電性材料アイランドが、それぞれの複数の導電性ナノ構造を備える。
透明導電性フィルムは、タッチスクリーンまたは液晶ディスプレイ(LCD)のようなフラットパネルディスプレイにおける必須の構成要素である。それらは、これらデバイスの電気的性能を決定するのみならず、これら構成要素の光学的性能および耐久性に対する直接的インパクトを有する。
基板、
上記基板上の第1の導電性ラインであって、上記第1の導電性ラインは、導電性ナノ構造の第1のネットワークを備え、かつ、第1の長さ方向を有する、第1の導電性ラインと、
上記基板上の第2の導電性ラインであって、上記第2の導電性ラインは、導電性ナノ構造の第2のネットワークを備え、かつ、第2の長さ方向を有する、第2の導電性ラインと、
上記第1の導電性ラインを上記第2の導電性ラインから電気的に絶縁する絶縁領域であって、上記絶縁領域は、上記第1の長さ方向に沿って上記第1の導電性ラインの側方に接する第1の非導電性境界と、上記第2の長さ方向に沿って上記第2の導電性ラインの側方に接する第2の非導電性境界を有する絶縁領域とを備え、上記絶縁領域は、上記非導電性基板上に配置されて非導電性ギャップによって互いから電気的に絶縁された複数の導電性材料アイランドを備え、各導電性材料アイランドは、それぞれの複数の導電性ナノ構造を備える、絶縁領域と
を備える。
絶縁領域(320a)は、それぞれ、第1の非導電性境界(330a)および第2の非導電性境界(330b)によって2つの隣接する導電性ライン(310aおよび310b)に接している。絶縁領域(例えば、320a)はさらに、各々が金属ナノ構造(318)から成る複数の導電性材料アイランド(例えば、340a、344a)を含む。この実施形態において、導電性ラインを規定する第1の非導電性境界および第2の非導電性境界は、不規則ではあるが、それぞれ、概して、導電性ライン(310a、310b、31c)の長さ方向(360a、360b、360c)に沿って延びる。導電性材料アイランド(例えば、340a、340b)は、それらの個々の形状およびサイズに関して識別可能なパターンを有さず、これは、任意の隣接するアイランドを電気的に絶縁する非導電性ギャップ(350)がまた不規則な形状であることを意味する。導電性ラインの不規則形状と、導電性材料アイランドのランダム形状との組み合わされた効果は、パターンを認識するためのヒトの脳の能力を混乱させ、その一方、導電性ラインと絶縁領域との間の光学的差異を最小にする。その結果、導電性ラインのパターンは、不可視であるか、または、低可視性を有する。
本明細書で使用されるとき、用語「金属ナノ構造」は、概して、電気的に伝導性のナノサイズ構造をいい、それの少なくとも1つの寸法(すなわち、幅または直径)は、500nm未満であり、より典型的に、100nmまたは50nm未満である。種々の実施形態において、このナノ構造の幅または直径は、10〜40nm、20〜40nm、5〜20nm、10〜30nm、40〜60nm、50〜70nmの範囲にある。
導電性ネットワークは、金属ナノ構造(例えば、ナノワイヤ)を相互接続する層をいい、これは、透明コンダクタの電気的に伝導性の媒体を提供する。導電性は、1つの金属ナノ構造から別の金属ナノ構造に浸透する電荷によって達成されるので、電気的浸透閾値に到達して導電性になるために十分な金属ナノワイヤが、導電性ネットワークに存在しなければならない。導電性ネットワークの表面導電率は、ときにシート抵抗と称されるその表面抵抗率に逆比例し、これは、当該技術分野で公知の方法によって測定され得る。本明細書で使用されるとき、「電気的に伝導性」または単に「導電性」は、104Ω/□を超えない、または、より典型的に、1,000Ω/□を超えない、または、より典型的に、500Ω/□を超えない、または、より典型的に、200Ω/□を超えない表面抵抗率に対応する。この表面抵抗率は、アスペクト比、アラインメントの程度、集塊の程度および相互接続する金属ナノ構造の抵抗率のような因子に依存する。
本開示によるパターン化された透明コンダクタは、ナノ構造含有コーティング組成物を非導電性基板上にコーティングすることにより調製される。コーティング組成物を形成するために、金属ナノワイヤは、典型的に、揮発性液体において分散させられて、コーティングプロセスを促進する。本明細書で使用されるとき、金属ナノワイヤが安定な分散を形成し得る任意の非腐食性の揮発性液体が使用され得ることが、理解される。好ましくは、金属ナノワイヤは、水、アルコール、ケトン、エーテル、炭化水素、または、芳香族溶媒(ベンゼン、トルエン、キシレンなど)において分散させられる。より好ましくは、液体は、揮発性であり、200℃を超えない、150℃を超えない、または、100℃を超えない沸点を有する。
本明細書で使用されるとき、「パターン化」は、導電性ラインおよび絶縁領域を生成するプロセスを広くいう。「パターン化」は、任意の2つの導電性ラインが絶縁領域によって互いから電気的に絶縁されること以外には任意の繰り返し特徴を生じさせる必要が必ずしもない。典型的に、導電性ラインは、たとえそれらが不規則な非導電性境界を有していたとしても(例えば、図4を参照のこと)実質的に同じ長さ方向に延びる。
銀ナノワイヤの合成
銀ナノワイヤを、例えば、Y.Sun,B.Gates,B.Mayers,&Y.Xia,「Crystalline silver nanowires by soft
solution processing」,Nanoletters, (2002), 2(2) 165−168に記載されている「ポリオール」法に従って、ポリ(ビニルピロリドン)(PVP)の存在下、エチレングリコール中に溶解させられた硝酸銀の還元によって合成した。Cambrios Technologies Corporationの名における米国特許出願第11/766,552に記載されている改変「ポリオール」法は、従来の「ポリオール」法が生じさせるよりも高い収率でより均一な銀ナノワイヤを生じさせる。この出願は、その全体が本明細書に参照によって援用される。
低可視性パターンニング
HPMCと、銀ナノワイヤと、水との懸濁物を調製した。この懸濁物を、ガラス基板上にスピンコートして、HPMCマトリックスにおける銀ナノワイヤの薄い導電性フィルムを形成した。この導電性層は、光学的にクリアであり、約88.1%の光学的透過率(%T)および約2.85%のヘーズ(%H)を備えていた。この導電性層はまたは、約25Ω/□の表面抵抗率を備えて高度に表面導電性である。
フォトレジストパターン化法
0.2%HPMCと、250ppm TritonX100と、銀ナノワイヤとから成る銀ナノワイヤ分散物を調製した。この分産物を基板上にスピンコートし、180℃で90秒間焼成した。次いで、ナノワイヤフィルムをAZ−3330Fフォトレジストとともにスピンコートして、2.5μmの透明導電性フィルムを作製した。次いで、この透明コンダクタを110℃で60秒間焼成した。フォトマスクは、フォトレジスト層の部分と接触しているように配置し、透明コンダクタを、12mW/cm2で20秒間光に曝した。
次いで、コンダクタを110℃で60秒間焼成した。
塩化銅エッチング液による低可視性パターン化
240gのCuCl2・2H2Oを180gの濃縮されたHCl(37% w/w)および580gの水と混合することによって、エッチング溶液を調製した。CuCl2の最終濃度は約19%であり、HClは6.8%である。
加熱による低可視性パターン化−エッチング
実施例5は、部分的エッチングステップと、それに引き続く加熱ステップとを組み合わせることによって、導電性フィルムにおいて低可視性パターンを生成することを実証する。本明細書で論議されるように、加熱は、エッチングされた領域をさらに非導電性または低導電性にすることによって、エッチングを完成させる。
各試行において、この加熱ステップは、サンプルを非導電性にするためには十分であった。換言すれば、エッチングプロセスによって最初に引き起こされたナノワイヤネットワークの損傷を、加熱プロセスによって完成させた。
Claims (15)
- パターン化された透明コンダクタであって、前記パターン化された透明コンダクタは、
非導電性基板と、
前記非導電性基板上の第1の導電性ラインであって、前記第1の導電性ラインは、導電性ナノ構造の第1のネットワークを備え、第1の長さ方向を有する、第1の導電性ラインと、
前記非導電性基板上の第2の導電性ラインであって、前記第2の導電性ラインは、導電性ナノ構造の第2のネットワークを備え、第2の長さ方向を有する、第2の導電性ラインと、
前記第1の導電性ラインを前記第2の導電性ラインから電気的に絶縁する絶縁領域であって、前記絶縁領域は、前記第1の長さ方向に沿って前記第1の導電性ラインの側方に接する第1の非導電性境界と、前記第2の長さ方向に沿って前記第2の導電性ラインの側方に接する第2の非導電性境界とを有する、絶縁領域と
を備え、
前記絶縁領域は、複数の導電性材料アイランドを備え、前記複数の導電性材料アイランドは、前記非導電性基板上に配置され、非導電性ギャップによって互いから電気的に絶縁され、各々の導電性材料アイランドは、それぞれの複数の導電性ナノ構造を備え、
前記非導電性ギャップ、前記第1の非導電性境界、および、前記第2の非導電性境界は、金属ナノ構造の導電性ネットワークを有さない、
パターン化された透明コンダクタ。 - 前記第1の長さ方向と前記第2の長さ方向とは、互いに対して実質的に平行である、請求項1に記載のパターン化された透明コンダクタ。
- 前記第1の非導電性境界は真っ直ぐである、請求項1又は2に記載のパターン化された透明コンダクタ。
- 前記第1の非導電性境界は不規則である、請求項1又は2に記載のパターン化された透明コンダクタ。
- 前記第2の非導電性境界は真っ直ぐである、請求項1乃至4のいずれか一項に記載のパターン化された透明コンダクタ。
- 前記第2の非導電性境界は不規則である、請求項1乃至4のいずれか一項に記載のパターン化された透明コンダクタ。
- 前記導電性材料アイランドは平行四辺形形状である、請求項1又は2に記載のパターン化された透明コンダクタ。
- 前記導電性材料アイランドは不規則形状である、請求項1乃至6のいずれか一項に記載のパターン化された透明コンダクタ。
- 前記導電性材料アイランドは、0.1〜10mm2または0.5〜2mm2の範囲内にある表面積を有する、請求項1乃至8のいずれか一項に記載のパターン化された透明コンダクタ。
- 前記非導電性ギャップ、前記第1の非導電性境界、および、前記第2の非導電性境界には、金属ナノ構造が存在しない、請求項1乃至9のいずれか一項に記載のパターン化された透明コンダクタ。
- 前記非導電性ギャップ、前記第1の非導電性境界、および、前記第2の非導電性境界には、導電性ネットワークを形成できない構造欠陥を伴う金属ナノ構造を有する、請求項1乃至9のいずれか一項に記載のパターン化された透明コンダクタ。
- 低可視性パターンを伴う透明コンダクタを製作するプロセスであって、前記プロセスは、
パターンに従って、非導電性基板上にコーティング組成物を直接プリントすることであって、前記コーティング組成物は、複数の金属ナノ構造および揮発性液体キャリアを有する、ことと、
前記揮発性液体キャリアを除去することと
を含み、
前記パターンは、前記非導電性基板上の第1の長さ方向を有する第1の導電性ラインと、前記非導電性基板上の第2の長さ方向を有する第2の導電性ラインと、前記第1の導電性ラインを前記第2の導電性ラインから電気的に絶縁する絶縁領域とを規定し、前記絶縁領域は、前記第1の長さ方向に沿って前記第1の導電性ラインの側方に接する第1の非導電性境界と、前記第2の長さ方向に沿って前記第2の導電性ラインの側方に接する第2の非導電性境界とを有し、前記絶縁領域は、複数の導電性材料アイランドを備え、前記複数の導電性材料アイランドは、前記非導電性基板上に配置され、非導電性ギャップによって互いから電気的に絶縁され、各導電性材料アイランドは、それぞれの複数の導電性ナノ構造を備え、前記非導電性ギャップ、前記第1の非導電性境界、および、前記第2の非導電性境界は、任意の金属ナノ構造を有さない、プロセス。 - 低可視性パターンを伴う透明コンダクタを製作するプロセスであって、前記プロセスは、
非導電性基板上にコーティング組成物をコーティングすることであって、前記コーティング組成物は、複数の金属ナノ構造および揮発性液体キャリアを有する、ことと、
金属ナノ構造の導電性ネットワークを提供するように前記揮発性液体キャリアを除去することと、
パターンに従って、前記導電性ネットワークをエッチングすることと
を含み、
前記パターンは、前記非導電性基板上の第1の長さ方向を有する第1の導電性ラインと、前記非導電性基板上の第2の長さ方向を有する第2の導電性ラインと、前記第1の導電性ラインを前記第2の導電性ラインから電気的に絶縁する絶縁領域とを規定し、前記絶縁領域は、前記第1の長さ方向に沿って前記第1の導電性ラインの側方に接する第1の非導電性境界と、前記第2の長さ方向に沿って前記第2の導電性ラインの側方に接する第2の非導電性境界とを有し、前記絶縁領域は、複数の導電性材料アイランドを備え、前記複数の導電性材料アイランドは、前記非導電性基板上に配置され、非導電性ギャップによって互いから電気的に絶縁され、各導電性材料アイランドは、それぞれの複数の導電性ナノ構造を備え、
前記非導電性ギャップ、前記第1の非導電性境界、および、前記第2の非導電性境界は、金属ナノ構造の導電性ネットワークを有さない、プロセス。 - 前記エッチングすることは、前記非導電性ギャップ、前記第1の非導電性境界、および、前記第2の非導電性境界における前記金属ナノ構造の全てを完全に除去する、請求項13に記載のプロセス。
- 前記エッチングすることは、前記非導電性ギャップ、前記第1の非導電性境界、および、前記第2の非導電性境界における前記金属ナノ構造を部分的にエッチングすることにより、構造欠陥を生じさせる、請求項14に記載のプロセス。
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