TWI514421B - 抗反射透明導電複合膜 - Google Patents

Description

抗反射透明導電複合膜

本發明是有關於一種抗反射透明導電複合膜的結構。

透明導電層(Transparent Conducting Layer，TCL)因具有高的入射光穿透率與導電特性，已被廣泛應用於各種光電元件，是重要的透明導電電極。目前應用領域涵蓋太陽能吸收面板、觸控式面板、光電偵測器以及日常生活中熟悉的平面顯示面板(電視、電腦、行動電話、電子錶、衛星導航)，未來的應用上更可進一步包括：超薄顯示器、大面積電視牆、和軟性顯示器等等。

習知透明導電層多使用金屬氧化物，如銦錫氧化物(Indium Tin Oxide,ITO)、銦鋅氧化物(Indium Zinc Oxide,IZO)等等。然而金屬氧化物其折射率普遍大於2以上。因此用於導電層時，入射光容易因折射率差異而產生反射現象，以致於使用者不容易清楚辨識顯示內容，特別是在戶外環境更是難以使用。舉例而言，由於外界的入射光並無法全部進入顯示器，一般塑膠膜材單面會有約4%左右的反射，而反射光將影響人眼觀看影像的品質。減少反射光將可以提高顯示器的對比與色彩鮮明度，所以各種資、通訊產品及電視皆應用了抗反射層來提高影像品質。

美國專利案U.S.4497539、U.S.4784467提出採用多層膜組合、控制膜厚及材料折射率之差異性可使入射光有 效達到抗反射。此項技術雖可控制入射光穿透率及波長，然而乾式製程需真空環境、薄膜附著性要求較嚴苛、多層鍍膜製作成本較高、以及基材需耐溫較高材料，對於塑膠基材一類，比如聚碳酸酯樹脂(Polycarbonate,PC)、聚酯纖維(Polyester,PET)等其軟化點較低材料不適合。

美國專利案U.S.6436541利用多層抗反射透明導電複合膜型式，但使用具導電性材料。其用於抗靜電用途、電阻過高而且其導電層結構朝外，無法應用於顯示器。

近年來，藉由仿生物概念「蛾眼」的研究可以得到關於表面結構對光學特性的特殊效果。在大自然中，一些昆蟲(如飛蛾、蜻蜓)的複眼具有次波長的奈米結構，由於此次波長的奈米結構具有增進入射光波穿透，減少光線反射的效果，因而有助於增強昆蟲的視覺，以進行夜間飛行，且較不易為掠食者發現。

圖1是電子顯微鏡下，蛾複眼結構的示意圖。101、102和103分別是蛾複眼局部低倍率、中倍率和高倍率的放大圖。科學家發現，蛾複眼的基部(蛾複眼局部低倍率的放大圖101所示)、中部(蛾複眼局部中倍率的放大圖102所示)和頂部(蛾複眼局部高倍率的放大圖103所示)的折射率的變化程度呈現漸變的關係。換言之，基部的折射率最大，中部的折射率次之，而頂部的折射率最小(接近空氣折射率1.0)。而蛾複眼的結構幾乎可以接收全部的入射光而不發生反射現象。

同樣地，若在一段非常寬廣的入射光波段中需得到較 低的反射率時，表面相鄰結構之間的週期距離愈小愈好，而且在基材上的這些結構大小尺度，必須小於光之波長。表面結構的光學特性可由等效介質理論(Effective Medium Theory)來分析解釋，如果是連續的表面結構變化，就像是漸變或是梯度的折射率變化，可藉由等效膜層的梯度折射率，呈現出有效的趨勢變化，便可以達到較佳的抗反射效果。

參考「蛾眼」的概念，台灣專利案TW 200724479提出利用規則多孔性的氧化物薄膜模具轉印法來製作奈米結構，可以達到抗反射與疏水效果，並利用有機和無機塗層形成奈米結構保護。然而，此技術並未製作出連續相接的奈米結構，其抗反射效果較差，且未揭露如何應用於透明導電層。

本發明提出一種抗反射透明導電複合膜。此複合膜光學膜兼具抗反射和透明導電功能。

本發明提出一種抗反射透明導電複合膜，包括一基材、一第一奈米抗反射結構層、以及一第一透明導電層。基材有一第一表面與一第二表面。第一奈米抗反射結構層置放在該基材的該第一表面上。第一透明導電層置放該第一奈米抗反射結構層上，且覆蓋過該基材的該第一表面。

依據本發明一實施例，所述之抗反射透明導電複合膜，例如該第一透明導電層的材料包括金、銀、鋁、鎳、 銅、鉻、銦錫氧化物、銦鋅氧化物、摻鋁氧化鋅(AZO)、摻鎵氧化鋅(GZO)、碳、或導電高分子薄膜。

依據本發明一實施例，所述之抗反射透明導電複合膜，例如該第一透明導電層的厚度小於200奈米之間。

依據本發明一實施例，所述之抗反射透明導電複合膜，例如該第一奈米抗反射結構層包含多個第一凸出結構體分佈在該奈米抗反射結構層的區域，該些第一凸出結構體是由該基材向凸出而橫截面積漸減的結構。

依據本發明一實施例，所述之抗反射透明導電複合膜，例如該些第一凸出結構在該基材的一底部週期尺寸介於50~500奈米的寬幅。

依據本發明一實施例，所述之抗反射透明導電複合膜，例如該些第一凸出結構的高度介於50~750奈米之間。

依據本發明一實施例，所述之抗反射透明導電複合膜，例如該些第一凸出結構體是錐狀體、半球體、正弦體、或是凸出幾何形體。

依據本發明一實施例，所述之抗反射透明導電複合膜，例如更包括一第二奈米抗反射結構層，置放在該基材的該第二表面上。

依據本發明一實施例，所述之抗反射透明導電複合膜，例如該第二奈米抗反射結構層包含多個第二凸出結構體分佈在該奈米抗反射結構層的區域，該些第二凸出結構體是由該基材向凸出而橫截面積漸減的結構。

依據本發明一實施例，所述之抗反射透明導電複合 膜，例如該些第二凸出結構在該基材的一底部週期尺寸介於50~500奈米的寬幅。

依據本發明一實施例，所述之抗反射透明導電複合膜，例如該些第二凸出結構的高度介於50~750奈米之間。

依據本發明一實施例，所述之抗反射透明導電複合膜，例如該些第二凸出結構體是錐狀體、半球體、正弦體、或是凸出幾何形體。

依據本發明一實施例，所述之抗反射透明導電複合膜，例如更包括一第二透明導電層，置放該第二奈米抗反射結構層上，且覆蓋過該基材的該第二表面。

依據本發明一實施例，所述之抗反射透明導電複合膜，例如該第二透明導電層的厚度小於200奈米之間。

本發明又提出一種抗反射透明導電複合膜，包括一基材與一導電奈米抗反射結構層，基材有一第一表面與一第二表面。導電奈米抗反射結構層置放在該基材的該第一表面上。

依據本發明一實施例，所述之抗反射透明導電複合膜，例如導電奈米抗反射結構層的材料包括金、銀、鋁、鎳、銅、鉻、銦錫氧化物、銦鋅氧化物、摻鋁氧化鋅(AZO)、摻鎵氧化鋅(GZO)、碳、或導電高分子薄膜。

依據本發明一實施例，所述之抗反射透明導電複合膜，例如更包括一奈米抗反射結構層，置放在該基材的該第二表面上，與該導電奈米抗反射結構層相對。

依據本發明一實施例，所述之抗反射透明導電複合 膜，例如該導電奈米抗反射結構層具有多個凸出結構體分佈在該導電奈米抗反射結構層的區域。

依據本發明一實施例，所述之抗反射透明導電複合膜，例如該些凸出結構體是凸出端小而底端大的一漸變結構。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

本發明提出一種結構抗反射透明導電層，其中一面或兩面具備次波長奈米結構。利用奈米結構達成入射光入射時介質折射率之漸變效果，達成高品質之抗反射功效。並且其中一面具有透明導電層，整合而成具備抗反射和透明導電功能的複合光學膜。

以下舉一修實施例來說明本發明，但是本發明不僅限於所舉實施例。又所舉實施例之間有可以相互適當結合。

圖2A是依照本發明之一實施例之抗反射透明導電複合膜200的剖面示意圖。請參見圖2A。抗反射透明導電複合膜200包括奈米抗反射結構206、透明導電層204和基材202。基材202是透明材質做為結構的基礎。奈米抗反射結構206設置在基材202的一表面上。透明導電層204坐落於奈米抗反射結構206上去覆蓋過基材202的表面。如果抗反射透明導電複合膜200是用於顯示器，則透明導電層204是面向元件的內側，以利於施加操作電壓以控制元件。而外界的入射光的方向是先入射到基材202後，再 進入奈米抗反射結構206。由於外界光不會被反射而影響到影像光，可以提升對比度等。換句或說，在本實施例中，透明導電層204與奈米抗反射結構206在基材200的內側，而使用者的目光集中在基材200的外側即與一般顯示器的應用相同。然而，奈米抗反射結構的折射系數漸變的特性，其於兩面入射的光都有抗反射的效果。

不同的基材200可增強抗反射透明導電複合膜204抗紫外線、阻水性、耐熱性、耐化學品、耐久、尺寸安定性、強韌性、抗曲折性、耐磨、耐刮、阻氣性、防蝕等等不同特性。例如採用塑膠類、玻璃類或二氧化矽當作基材材料，然而本發明並不限於此。

奈米抗反射結構206的製造方法，包括：提供基板、在該基板上形成複數個呈矩陣排列的凸起物。其具體製造方法包括：熱壓法(相當於奈米轉印法)、紫外線固化法、或可撓式彩色濾光片技術。比如本實施例利用熱壓式的奈米壓印方法，以多孔性的陽極氧化鋁為壓印模板，便可形成複數個呈矩陣排列的凸起物。或直接利用轉印方式，將奈米抗反射結構206形成於基材202上。

在一實施例中，亦可利用紫外線固化法(Ultraviolet Curing)即可將奈米抗反射結構206，以短波長且會引起的化學反應能量之紫外線進行照射，即可達到固化、乾燥、附著於基材202。此技術稱為「紫外線固化、乾燥、接著技術」。

在另一實施例中，將奈米抗反射結構206進行可撓式 彩色濾光片技術(Roll-to-Roll Technique)。舉例而言，當乾膜光阻面黏合到基材202上之際，同時進行曝光、乾膜基材脫離、顯影、進入烘箱乾燥，最後將已完成奈米抗反射結構圖案的可撓式彩色濾光片收捲。其技術重點主要是跳脫傳統製程方式，以建立適合連續式生產製程的液晶顯示光電薄膜。

奈米抗反射結構206是由奈米凸出結構所構成。以半元的奈米球體為例，其是上小下寬的漸變結構。在一高度的橫截面208上，其是愈接近基材202有愈大的截面積。如此從光學的等效現象，就構成折射係數漸變增大的結構，也因此對於入射光而言可以減少反射。

每一凸出結構的底部週期尺寸例如介於50~500奈米之間的寬幅、高度例如介於50~750奈米之間、形狀例如為立體的錐狀結構。奈米抗反射結構206之功能在於降低入射光因透明導電層204導致之高反射率，同時提升入射光穿透率。奈米抗反射結構206的折射系數可以例如選擇與基材202相近。

關於製作奈米抗反射結構206的方法，有多種方式可以達成，不限於所舉的方式。例如使用斜角沉積(oblique-angle deposition)法，只要控制立體結構的密度對深度變化的函數，就可以達到折射率漸減的特性。使得第一截面與第二截面之間的折射率呈漸變趨勢。如此一來，在奈米抗反射結構206內層間的介面產生光全反射的臨界角會加大，也就減少或消除入射光被全反射的比例。

圖2B繪示依照本發明之其他實施例之奈米抗反射結構的剖面示意圖。奈米抗反射結構中複數個呈矩陣排列的凸起物的立體結構的造型可能性很多種，圖2(a)例如是錐狀的結構，其更例如可以是角錐或是圓錐。圖2(b)例如是半圓球體。圖2(c)例如是凸出半幾何形體。換句話說，能達到折射系數漸變的奈米結構皆可以使用，其更例如是正弦形體。

透明導電層220包括：金、銀、鋁、鎳、銅、鉻、銦錫氧化物(Indium Tin Oxide,ITO)、新式銦鋅氧化物(Indium Zinc Oxide,IZO)、摻鋁氧化鋅(AZO)、摻鎵氧化鋅(GZO)、碳、或導電高分子薄膜其中之一或其組合。而透明導電層之厚度介於0~200奈米之間。透明導電層220之功能在於整合抗反射和透明導電。在實際應用上有輕量化、薄型化、可撓性等優勢，這些優點在個人隨身攜帶用的電子用品，如電子紙、可收捲式電視在未來有很大的發展潛力。

圖3是依照本發明之一實施例之抗反射透明導電複合膜300的剖面示意圖。請參見圖3。抗反射透明導電複合膜300包括：導電透明層310和基材320，其中導電透明層310是透明導電層上直接形成奈米抗反射結構。導電透明層310形成基材320上。

圖4是依照本發明之一實施例之抗反射透明導電複合膜400的剖面示意圖。請參見圖4。抗反射透明導電複合膜400包括：奈米抗反射結構410、透明導電層420和基 材430。奈米抗反射結構410與透明導電層420構成在基材430的複合結構415。複合結構415包括形成於奈米抗反射結構410之上的透明導電層420。而外界入射光的方向例如正對複合結構415的頂部。

複合結構415之製造方法包括：首先可參考前述圖2A實施例中關於奈米抗反射結構206的相關說明，便可完成奈米抗反射結構410。之後在奈米抗反射結構410表面鍍上透明導電層420。然而，在其他如後述的實施例做不同的組合，如此亦可達到整合抗反射和透明導電的要求，本發明不僅限制於此實施例。

圖5是依照本發明之一實施例之抗反射透明導電複合膜500的剖面示意圖。請參見圖5。抗反射透明導電複合膜500包括：奈米抗反射結構510、透明導電層520和基材530。奈米抗反射結構510、透明導電層520形成前述實施例所示複合結構(複合結構515)在基材530的一面。又基材530的另一面也更又設置有單獨的奈米抗反射結構510。亦即基材530之第一表面黏附奈米抗反射結構510，而基材之第二表面黏附複合結構515。而入射光的方向可正對第二表的複合結構515的頂部或是正對複合結構515的另一側，即是基材530之第一表面上的奈米抗反射結構510的頂部。

圖6是依照本發明之一實施例之抗反射透明導電複合膜600的剖面示意圖。請參見圖6。抗反射透明導電複合膜600包括：奈米抗反射結構610、透明導電層620和基 材630。奈米抗反射結構610、透明導電層620形成前述實施例所示複合結構，其如第一複合結構615A、第二複合結構615B。基材630介於第一複合結構615A和第二複合結構615B之間。亦即基材630之第一表面形成有第一複合結構615A，而基材之第二表面形成有第二複合結構615B。而入射光的方向可正對第一複合結構615A或第二複合結構615B的頂部。因此，本實施例例如可以應用於需要雙面電極驅動的軟性電子元件。

圖7繪示ITO/PET透明導電膜的剖面示意圖。ITO代表銦錫氧化物(Indium Tin Oxide,ITO)，而PET代表聚酯纖維(Polyester,PET)。

於圖7(a)，其結構尚未形成有奈米抗反射結構、單純ITO/PET透明導電膜。其基材730例如為PET而透明導電層720例如為ITO。此也是一般習知透明導電膜的結構。於圖7(b)，本發明在基材730上形成奈米抗反射結構710後，接著又形成透明導電層720在奈米抗反射結構710上。

於圖7(c)，在基材730的一面形成奈米抗反射結構710，而透明導電層720則形成於奈米抗反射結構710的另一面。

於圖7(d)，基材730的兩面形成奈米抗反射結構710則形成，其中一個奈米抗反射結構710上加上一透明導電層720上，使用時導電層720位於內側。

表一是ITO/PET透明導電膜光譜量測數據。數據中分別代表圖7(a)~圖7(d)所示不同透明導電膜結構之入射光 波長550nm與其反射率的關係。AR是奈米抗反射結構。

以(A)PET/ITO的透明導電層為例，反射率約19.9%。(B)在奈米抗反射結構製作ITO導電膜於其上，可以將反射率降到約2.27%。(C)在PET面製作奈米抗反射結構，可以將反射率降到約8.11%。(D)是在ITO和PET兩面均製作奈米抗反射結構，並於一抗反射結構層上鍍上ITO。如此可以將反射率更大幅降到約1.54%。

圖8繪示雙面透明導電膜的剖面示意圖。ITO代表銦錫氧化物(Indium Tin Oxide,ITO)，而PC代表聚碳酸酯樹脂(Polycarbonate,PC)的基材。圖8的左圖是不含奈米抗反射結構的ITO/PC/ITO透明導電膜結構。基材830例如為PC，而透明導電層820例如為ITO。圖8的右圖是ITO/AR/PET/AR/ITO的結構。於基材830上下兩面，形成 有奈米抗反射結構810，之後在奈米抗反射結構810上，加上透明導電層820，以形成雙面奈米抗反射結構導電膜840。

表二是ITO/PET/ITO透明導電膜光譜量測數據。

表二的(A)、(B)分別代表不同透明導電膜結構，以及入射光波長與其反射率的關係。(A)以ITO/PET/ITO的透明導電層為例，其入射光波長550nm處反射率高達26.28%。(B)是製作雙面導電及雙面奈米抗反射結構ITO/AR/PET/AR/ITO，可以將入射光波長550nm處反射率降到約3.65%。

本發明在基材的一面或是雙面形成有奈米抗反射結構層，以配合導電透明層的形成。

綜上所述，本發明利用奈米轉印法直接將奈米抗反射結構成型於基材單面或雙面，可達到具抗反射功能之可撓性導電抗反射透明導電複合膜，而可應用於軟性顯示器。再者，抗反射透明導電複合膜製造成本低、製程不需真空 環境、製程溫度低，適合製作塑膠類基材、基材毋須前處理、抗反射透明導電複合膜結構附著性高而且可結合抗污功能。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100~104‧‧‧蛾複眼局部放大圖

200‧‧‧抗反射透明導電複合膜

202‧‧‧基材

204‧‧‧透明導電層

206‧‧‧奈米抗反射結構

208‧‧‧橫截面

300‧‧‧抗反射透明導電複合膜

310‧‧‧透明導電層

320‧‧‧基材

400‧‧‧抗反射透明導電複合膜

410‧‧‧奈米抗反射結構

415‧‧‧複合結構

420‧‧‧透明導電層

430‧‧‧基材

500‧‧‧抗反射透明導電複合膜

510‧‧‧奈米抗反射結構

515‧‧‧複合結構

520‧‧‧透明導電層

530‧‧‧基材

600‧‧‧抗反射透明導電複合膜

610‧‧‧奈米抗反射結構

615A、615B‧‧‧複合結構

620‧‧‧透明導電層

630‧‧‧基材

710‧‧‧奈米抗反射結構

720‧‧‧透明導電層

730‧‧‧基材

810‧‧‧奈米抗反射結構

820‧‧‧透明導電層

830‧‧‧基材

840‧‧‧雙面抗反射結構導電複合膜

圖1繪示電子顯微鏡下，蛾複眼結構的示意圖。

圖2A繪示依照本發明之一實施例之抗反射透明導電複合膜的剖面示意圖。

圖2B繪示依照本發明之一實施例抗反射奈米結構剖面示意圖。

圖3~7是依照本發明之一些實施例之抗反射透明導電複合膜的剖面示意圖。

圖8繪示依照本發明一實施例，雙面透明導電膜的剖面示意圖。

200‧‧‧抗反射透明導電複合膜

202‧‧‧基材

204‧‧‧透明導電層

206‧‧‧奈米抗反射結構

Claims (17)

1. 一種抗反射透明導電複合膜，包括：一基材，有一第一表面與一第二表面；一第一奈米抗反射結構層，置放在該基材的該第一表面上，該第一奈米抗反射結構層包含均勻分布的多個第一凸出結構體，每一個該第一凸出結構體的頂端結構，是平滑曲面，該些第一凸出結構體是由該基材向外凸出而橫截面積漸減的結構；一第一透明導電層，置放該第一奈米抗反射結構層上，且覆蓋過該基材的該第一表面；以及一第二奈米抗反射結構層，置放在該基材的該第二表面上。
2. 如申請專利範圍第1項所述之抗反射透明導電複合膜，其中該第一透明導電層的材料包括金、銀、鋁、鎳、銅、鉻、銦錫氧化物、銦鋅氧化物、摻鋁氧化鋅(AZO)、摻鎵氧化鋅(GZO)、碳、或導電高分子薄膜。
3. 如申請專利範圍第1項所述之抗反射透明導電複合膜，其中該第一透明導電層的厚度小於200奈米之間。
4. 如申請專利範圍第1項所述之抗反射透明導電複合膜，其中該些第一凸出結構在該基材的一底部週期尺寸介於50~500奈米的寬幅。
5. 如申請專利範圍第1項所述之抗反射透明導電複合膜，其中該些第一凸出結構的高度介於50~750奈米之間。
6. 如申請專利範圍第1項所述之抗反射透明導電複合膜，其中該些第一凸出結構體是錐狀體、半球體、正弦體、或是凸出幾何形體。
7. 如申請專利範圍第1項所述之抗反射透明導電複合膜，其中該第二奈米抗反射結構層包含多個第二凸出結構體分佈在該奈米抗反射結構層的區域，該些第二凸出結構體是由該基材向凸出而橫截面積漸減的結構。
8. 如申請專利範圍第1項所述之抗反射透明導電複合膜，其中該些第二凸出結構在該基材的一底部週期尺寸介於50~500奈米的寬幅。
9. 如申請專利範圍第1項所述之抗反射透明導電複合膜，其中該些第二凸出結構的高度介於50~750奈米之間。
10. 如申請專利範圍第1項所述之抗反射透明導電複合膜，其中該些第二凸出結構體是錐狀體、半球體、正弦體、或是凸出幾何形體。
11. 如申請專利範圍第1項所述之抗反射透明導電複合膜，更包括一第二透明導電層，置放該第二奈米抗反射結構層上，且覆蓋過該基材的該第二表面。
12. 如申請專利範圍第11項所述之抗反射透明導電複合膜，其中該第二透明導電層的厚度小於200奈米之間。
13. 一種抗反射透明導電複合膜，包括：一基材，有一第一表面與一第二表面；一導電奈米抗反射結構層，是單層結構，置放在該基 材的該第一表面上；以及一奈米抗反射結構層，置放在該基材的該第二表面上，與該導電奈米抗反射結構層相對。
14. 如申請專利範圍第13項所述之抗反射透明導電複合膜，其中該導電奈米抗反射結構層的材料包括金、銀、鋁、鎳、銅、鉻、銦錫氧化物、銦鋅氧化物、摻鋁氧化鋅(AZO)、摻鎵氧化鋅(GZO)、碳、或導電高分子薄膜。
15. 如申請專利範圍第13項所述之抗反射透明導電複合膜，其中該導電奈米抗反射結構層具有多個凸出結構體分佈在該導電奈米抗反射結構層的區域，每一個該凸出結構體的頂端結構，是平滑曲面。
16. 如申請專利範圍第15項所述之抗反射透明導電複合膜，其中該些凸出結構體是凸出端小而底端大的一漸變結構。
17. 如申請專利範圍第15項所述之抗反射透明導電複合膜，其中該些凸出結構體是錐狀體、半球體、正弦體、或是凸出幾何形體。