CN101529327A - 透明电极 - Google Patents

Abstract

根据本发明，在坚硬或柔软的支撑基底上实现电极，该基底包含非常细导电线构成的栅网，所述栅网包含有节点和网格，使得可以在传播光线中产生尽可能是弧形的衍射图像，并且极大程度地减少光学影响。这个栅网也可以由没有择优方向的交汇于每个节点的三条线和/或用在节点间以弧形或波形延伸的导体部分来实现。

Description

透明电极

本发明涉及一种具有专利权利要求1所述的特征的透明电极。

由文献WO 99/40 481 A1公知一种电致变色系统，它至少包括一个透明电极，所述电极被设计成具有高导电性的非周期性栅网。

所述电极给电控元件供电并使其快速转换，这满足了对电极的一项重要要求。电控元件不仅包括上述电致变色功能器件，而且包括根据大面积或每个像素控制的电致发光功能器件。这种器件常用于信息或图像的显示或成像(显示器、显示屏和类似装置)。

此类透明电极其他常见的应用包括电热系统和/或天线以及其他系统。

对于这些功能中的大部分来说，前提条件是导电性良好，或者说透明电极表面的电阻很小。另外一个一直要满足的条件是当电极被集成在建筑物或汽车的透明玻璃基底时，应当使人眼感受的光学影响降到最小，从而避免由于玻璃基底的光而导致眨眼。

还公知利用这种透明电极来吸收电磁辐射或保护荧光屏使用者免受电磁辐射的伤害。仍然在这种情况下，这种电极应该最大限度地降低光线通过。相反，出于保护的目的，对导电电极的持续依赖不是绝对必要的(参见文献DE 10 2004038 448 B3)。

在风挡玻璃可以发热的特殊情况下，现有技术条件中存在两种基底结构。其中一个解决方案使用了透明导电层和均匀表面，然而所述导电层和均匀表面由于其表面电阻很大(单位面积电阻在2至4欧姆之间)使得依靠加载的电力系统提供电能成本很高(参见文献DE 10 2004 050 158 B3相关主题)。所述均质层不具有丝毫美感。另一个解决方案涉及非常细导线的使用，最常用的是钨丝，这些导线缠绕在片状塑料基板的片状插入层。为了削弱这些细导线产生的光学影响，很早就采用乐一种通用方法，所述方法在于将细导线缠绕在片状插入层形成或不形成波纹状(参见文献EP 443 691 B1)。

利用侧边缘低阻抗的带状电极，这两个系统通常连接供电电压。

为了详尽描述，存在第三种系统，尤其是对基底进行加热，它包括有加热装置的印刷导电轨迹(通过丝网印刷方法)，由于它们的光学影响，所述加热装置仅仅用在后窗中。尽管导电轨迹宽度的改进已取得重要的进步，更高诱发的钨丝仍能得到比由丝网印刷器制得的细线更高的纤细度(DE 200 19 445 U1)。

如在引言中提到的现有技术，WO 99/40 481 AI，提供了一种大大降低了光学影响的低阻抗导体材料的有效电极，并且提出一种实施方式，这种实施方式可以创建一个用物理学模型描述的非周期网络。栅网可以应用在硬或软的基底(玻璃、薄片)上。根据现有技术，这个栅网的非周期性主要由一个周期性栅网的畸变而得到，对应于模型，四根刚度系数不同的弹簧在确定范围的条件下被连在每个节点上，所述确定范围应超过两相邻节点之间的最小间隔和最大间隔。

这种模式阻止了平行重叠栅格的两个结构上莫尔效应(moiréeffect)的形成，因为已经确知，其产生的光学影响比周期性栅格产生的光学影响更弱。同时可以看出，这种电极的表面效应也是令人满意的，而且在电致变色层在进行转换时没有均匀性缺陷。

本发明的目的是提供另一种带有导电栅格结构的透明电极，在所述导电栅格上有很高的透明度，因此它既有极低的表面覆盖度，又能尽可能少产生光学影响。

根据本发明的目的实现了，本发明具有专利权利要求1和其它的独立权利要求2和3所述特征。这些独立权利要求所述的特征为本发明提供了有利的改进措施。

根据本发明的透明电极是从合适基底上的金属(优选铜)栅格开始制造的，所述基底可以是玻璃，也可以是塑料或聚酯薄膜(PET)，制造中使用沉积和刻蚀工艺，优选光刻印刷。根据栅格结构的种类，可以考虑从独立的导电轨迹开始制造，所述导电轨迹要和提出的结构相一致。

因此，这个金属栅格代表一种导电结构，它适用于众多不同的应用领域，而尤其适合集成在透明窗基底上。

在最终状态下，所述栅格可以根据常见的方法依靠叠片结合在两个玻璃或塑料基底之间，如需要也可以和其他功能层结合在一起，但这些细节描述就超出了本文说明范围了。

栅格的导电轨迹宽度大约10微米，此外，在阅读距离下它们不能被人眼察觉到。最好在基底片层和金属导线间应用暗漆层，这样可以改善光学效应或者更大幅度削弱可见光的光学影响。

残留的金属表面(基底远处)可以通过表面处理方法被着色而使其更黑或颜色更深。

作为特殊特征，根据本发明实现的栅格的方法使用了一种特殊栅格结构，这种结构可以根据它的一些变型而不被使用，为了避免棱镜或衍射花纹(在规则花纹情况下不可避免的在光学上形成“彩色星星”或“闪烁现象”，尤其是当所述花纹含有由直角和直线限定的网状轮廓时)。

通常形式是这样印刷的：在栅格结构的内部将全部线段(0°到180°)沿不同方向均分(统计上)，在理想情况下，所述均分在栅格结构每个预测点上产生圆形衍射花纹。

依靠这种衍射图样，可以注意到光在每条线的“棱”上衍射产生的效应以及人眼接收到目眩的感受，或者说，在这种情况下，光学影响产生了。

不同于引言中所提及的现有技术，可以设想一种无序的结构，只有三条线交汇于每个节点。基于有三条线的节点的这种模式好处在于分别内接在节点两个导电区的角度更大并且所有情况的平均角度比随机模式更大。因此，制造过程可以被简化，因为可以以更高的精度制造角隅，并且避免了电场强度的峰值。

根据现有技术，可以考虑对规则结构进行改变，连接线在节点间沿弧线振荡，并可以选择性的包含某个单一方向的曲线或者形成一段波状的路径。

在后一种情况中，优选的实施方式是从四分之一圆弧或者从三分之一圆弧开始连接的栅网结构。第一种情况也适用于前文提及的从折叠金属丝开始制造；第二种情况，按照之前的规则，三条线仅仅在每个节点处交汇。

为了改善白光方向上的衍射光圈的色彩结构(并且为了相对于自然光也就是白光减小产生的光学影响)，也可以随机或系统地(例如介于10微米与20微米之间)修改导体的密度，并注意在任何情况下保留光学遮蔽。

特别地，在前文提到过的无序结构中，可以调整导电轨迹的厚度使电流的分布更加均匀，同时使衍射花纹的色彩衰减，光刻印刷制造工艺可以在优化后获得可靠的“随机”结构。确切地说，这种优化可以通过计算机仿真程序来辅助实现。

为了应用于大倾角挡风玻璃的基底上，栅网优选沿垂直的方向展开，使得栅栏相对于“观察方向”的距离在向垂线的投影上保持均匀。

在“加热玻璃”中，也就是玻璃窗基底可以用电能加热，如果可能的话，如果没有额外功能，电极仅仅作为加热电阻使用。当在贴装于反面的两个电连接器(“汇流条”)加上一个电压时，玻璃窗基底的温度调节就启动了(除冰霜、除水汽)。这个应用当然也可以用于天窗的加热，还可以用于清除太阳能电池板上的积雪。

在根据本发明实现过程的范围内，有若干优点或特殊性能：

-在机动车基底加热的应用中，栅网结构的网口确定要在加上一个负载电压(12至14伏直流电压)后获得所需的加热功率(大约6瓦/dm²)。这种情况下，或者把导电体(“汇流条”)贴装在基底的狭窄侧(这样选择一个更小的栅网网口可以使它更不明显，或者贴装在基底的长边侧(这样选择一个更大的栅网网口可以改善光线及光线传播的色散值)；

-栅网对于红外线是透明的，因此不会对监控摄像头产生任何阻挡效果；

-与导线加热的方式相比，缩小导体间的距离(＝＞热能的分布更加均匀)能显著减小闪烁效应；

-由于热能的更均匀分布也可以使用塑料基底；

-栅网可以和太阳光控制层或者红外线反射层相结合，并且不超过光线传播的下边界；

特别地，在用光刻印刷或相似的处理方法在基底上制造栅网时，存在一些额外性能使得：

-修改在基底处的网口使得即便在梯形表面的情况下也能够获得均匀加热或者以确定的方法分配功率；

-由于确定目标的不连续性(裂缝)，使用金属栅网作为天线；

-提高被使用栅网的密度并且/或者除去靠近窗框边缘处被使用栅网网口，在需要的时候，还可以在测量电绝缘以及类似的标准等限制条件都满足的情况下，替换掉通常边缘部分是黑色的丝网印刷印痕；

-逐渐提高上边缘处栅网的密度使得它可以作为内置防眩晕屏，也设计成“通带遮光板”；

-与此处理方法相一致，选择栅网和基底之间喷漆的颜色或者独立于其他表面的PET薄膜的颜色，使得从外部选择的彩色印刷可以和从内部对透明度的观察无关。

为了按照这样的配置制造，优选使用常见的镀锡平板铜导体作为导电体。它们可以依靠焊接工具直接安装或者简单地固定住(通过胶合剂、胶带、导体粘合剂、焊接点)，然后在成层后以电感的形式焊接。其他的结合方式，比如超声波焊接或者感应焊接也同样可以使用。考虑到焊接和其他的接合方式，用钨丝焊接的效果不太令人满意，存在一种比钨丝更好的结合方式。同样的，相对于常见的薄层系统，通过光刻印刷得到的栅网在接合过程中有更好的强度，接触表面更不易损坏。在导电体(“汇流条”)的连接区域，我们应该去除掉表面上的一层黑色/灰色金属和非导电体。否则这些区域会在表面处理之前被重新覆盖。

原则上来讲，像先前提到的那样，这样的导电栅网具有抵抗确定(高频)电磁波(无线电波)的功效。当某些电子仪器需要电磁波传播时，所述仪器靠无线电波工作(GPS、通行税支付系统......)，可以除去PET薄层的一个细缝来开一扇通信窗口。为了避免掺杂进空气，用同样厚度的不含栅网的PET薄膜安置在空位上。

另一种变型是在基底上栅网的布置区域中预留一块空位(无栅网)。

然而这两种方法已经常见于汽车挡风玻璃的生产中了，它提供了一个保护层，导电体，并且覆盖整个表面。

为了防止腐蚀，边缘1-2厘米处是空的。这样我们既可以重新裁剪PET薄膜与栅(当金属栅一直延伸到薄膜边缘时)也可以选择栅网排列方法使PET薄膜边界空出来的，而PET薄膜延伸到玻璃的边缘，还可以使栅网延伸到PET薄膜的边缘，但是所述栅网沿着一个圆周被隔断(比如应用激光方法)。

当PET薄膜没有开缝来防腐蚀或作为通信窗口的时候，可以选择它的厚度(比如，125微米而不是通常厚度50微米)，这样可以加强基底边缘的曲率半径。

当基底上栅网排列中没有预设任何特别元件时(通信窗、空白边缘)，所述栅网可以被制造成一个无穷长的带状物。特别地，当用光刻印刷方法制造它的时候，不需要为每种基底预设遮光罩，这样便降低了成本。

当基底上栅网排列中没有预设任何尤其是元件时，可以一页一页的制造栅网或者制造无穷长带状物(一卷)首尾相接排成直线的栅网。

工业上实现无穷长的栅网带(卷)更容易；特别地，它以制造卷轴的过程简化了(PVB+PET/铜+PVB)制造过程，然而在这一制造过程中电导体的安置必须提前实现。一旦薄膜制作完成，它就可以被切割处理。

当金属栅网用于与功能层(电致变色、电致发光、平面电子管、有机发光二极管(OLED)、天线)相接合的时候，至少还有两种可能的实施方式：

-电容接触：金属栅网被贴装在含有PVB的玻璃基底上，PVB作为一个中间层粘附在功能层上，这样的方法可以避免各种直接的电接触(通直流电)。

-功能层被贴装于金属栅网的PET功能薄膜上而不是贴装于玻璃基底上，这样可以得到直接的电接触。

-功能层与贴装在玻璃或塑料基底上的栅网分开；这样也可以得到直接的电接触。

与透明层相比，如ITO(氧化锡铟)，这里栅网结构的主要优点在于欧姆电阻非常小的层(表面)(＞0.03欧姆/平方米)具有更好的透光性(＞0.90％)。

在作为某些骨料透明电流源的应用中，栅网可以简单的直接替换电缆的一部分，或者用于接合，并作为集成在基底上的电子器件的电流源(信息显示、传感器、发光体......)。

总之，在一些预警系统中的应用也是可以想象的，如中断识别(闭路、中断信号)。

除此之外，也可以将栅网结构与表面上的“纯净”附着物结合起来，所述附着物可以用于增强整体玻璃窗基底的太阳光控制(反射红外线)。这样一种覆盖层可以直接与栅网结构相接合，比如在栅网与基底之间，或者通过栅网结构与基底分开。它也可以被放置在其他的层状基底上。

本发明目的的其他细节和优点会在下面的例图及详细说明中得出。

在一个没有按照比例的画出地简易图示中并根据一个裂缝可以看出：

图1，一个裂缝来自于透明电极的第一种实施方式，或者来自直线栅网外形的导体表面结构，栅网线布局成四分之一圆周，使得当存在很明显的规则性时，光线折射的图样也可以按照所需的外形来限定；

图2，一个裂缝来自于利用栅网的第二种实施方式，栅网线每次在两个节点间展开，形成三分之一圆周；

图3，一个裂缝来自于利用栅网的第二种实施方式，栅网线的方向没有择优方向；

图4，根据本发明，示出一个穿过电极的截面示意图；

图5a和图5b，两张并列的图展示了点光源的折射——光线穿过根据现有技术的规则矩形栅网，并穿过根据本发明设置的栅网。

根据图1，一个透明电极1从一个细线(波状)栅网2而形成，所述栅网线沿两个优选的方向伸展，一个相对于另一个形成一个角度，如指向外界的斜箭头V1、V2所示。这里的角度是直角，然而这不是必须的。

这些分别交叉在节点3的线，被附在一个透明基底上，这个基底可以是玻璃的或塑料的，或者是一层塑料薄膜，通过一种合适的方法使线尽量细，比如用光刻印刷方法。这些线由具有良好导电性的材料组成，比如用金属铜、银或者其电材料。这种实施方式的主要优点在于栅网密集的网格含有一个十分之几毫米的开口，它模拟了一个准连续的层，而不用考虑一般常见的薄层相对较高的表面电阻。同样从机械角度来看，这个栅网结构也比一般常见的薄层更加坚固。

在图1示出的实施方式中，线2以四分之一圆周的形式形成，它的弯曲方向是经常变化的，节点3所在的交叉处正好落在弯曲方向改变的位置。这样，出现了被四分之一圆弧所唯一确定范围的规则网格。

图2示出了根据本发明透明电极的另一实施方式所产生的一条裂缝。这里，栅网线2每次在两个节点3之间实现为三分之一圆周，每个网格分别被相对于网格中心向外的三条曲线以及相对于网格中心向内的三条曲线来确定范围，并彼此交替衔接。在这个基础上，产生了3个择优方向，如图所示的箭头V1，V2和V3。

图3示出了另一种没有择优方向的实施方式，这种网格结构的节点配置也是在每一个节点处只连接3条线。在这种情形下，彼此区分的导体部分可以精确到不经过放大就能被无保护的人眼感觉出来，如同含有四个组件的节点。我们所期望的屏蔽效应的实现是由3条交汇在节点的线决定的，尽管这种决定关系并不一致成立；重要的是在整体含有很高比例数量的节点的时候，并不整体地产生任何优先方向。

这样的栅网结构可以利用如下算法凭借阴影(nuage)产生：

接下来可以随机选择期望数量的网格中心坐标。从每个网格中心延伸向周围网格中心的连接线被确定。与每条连接线相关的中垂线被画出，这些线在与相邻中垂线的交点处终止。

然而这种实施方式也可以用一种属于物理范畴的模拟来描述，用上述的算法可以实现：

栅网结构对应于二维阴影结构，所述阴影结构导致气泡(bulles)在一些随机点中某个起点形成，这个气泡之后会向各个方向以相同的形状扩展，直到它遇到相邻气泡。使气泡之间彼此分离的内壁布局遵循从没有择优方向的直线开始的随机结构。

最后，图4示出一个被放大的截面示意图，所述截面是穿过基底S得到的，基也S有上面栅网结构的线2，可以清楚看到一个有色彩对比度4的彩色层面被安置在基底S和线2之间。这个彩色层特别用在为了线2与点3的屏蔽想要减少令人不舒服的光学影响的情况下。因此，它最好沿观察方向的栅网结构之前，并且在任何情况下都不会表现出闪烁效应。

在汽车的挡风玻璃基底中，颜色4层的可以随意的比栅结构更加靠近汽车的所有者或者驾驶员。当然，这样一个下层的彩色层并不会阻止金属栅的粘合过程。

另一个颜色5的层面由虚线示出，这层也同样应用于栅结构的光学屏蔽。当这个颜色5的层面不是电导体的时候，当然应该被除去，至少在局部使得栅结构可以进行电接触，例如在前言中提到过的电导体的区域(“busbar：汇流条”)。

由传统制造工艺制成的栅(常规的矩形)和此发明中栅的光学性质不同处在于衍射图样。光线的衍射产生衍射图样，光线穿过栅结构，直到不同网格结构的棱边处(好像达到一个裂缝的表面，他在平时是不透明的)。衍射现象在每一个直线处，沿着垂直于(直)线的方向产生。所有直线产生的衍射条纹都加到了传输的光线中。

图5a示出了规则矩形或者正方形网格的栅网的衍射图样，而图5b示出了根据本发明的栅网衍射图样。这些图样由模拟直接观察白光穿过栅网而导出，它们准确的表示如照相一样逼真的基本衍射图样。图5a与5b的区别是显而易见的。在图5所示的经典矩形栅网中，衍射图样呈现出标记清晰的十字形。这个现象解释了光线在两条直线垂直相交处的衍射现象，每一个方向上的直线都会产生一条与之相互垂直的衍射线(或者一条横杠线)。

为了对比，本发明的结构有助于产生圆环形的衍射图样(图5b)，在图1和图2所示的栅网结构中被吸收。

因为所有直线的方向都是按照规则分布的(圆弧状花纹)，或者按统计学分布的(云状)，衍射强度只集中在2个横杠处，因此避免了由此产生的强度峰。

衍射图样的圆弧形解释了这些强度峰的缺失，这是由于按照本发明生产的这种栅网在衍射光的作用下变得更加不易被肉眼识别。

Claims (17)

1.一种位于坚硬或者柔软支撑基底上的透明电极，该透明电极包含特别细电导线(2)的栅网，所述电导线(2)带有节点(3)及网格结构，

其特征在于，在每一个节点(3)处交汇的电导线(2)都是圆弧形的或者波状的。

2.如权利要求1所述的电极，

其特征在于，所述栅网被制造成对于节点(3)没有择优方向，并且其所有的节点都是由三条线(2)连接的。

3.如权利要求1所述的电极，

其特征在于，所述栅网由若干在每一节点(3)处交汇的三条线(2)构成，其中每条线都弯成弧形。

4.如以上权利要求之一所述的电极，其特征在于，

所述栅网被粘附于基底(S)，在该基底上设置有至少一层粘合层，以与一坚硬基底、尤其是与窗基底进行表面粘合。

5.如以上权利要求之一所述的电极，其特征在于，

所述栅网的电导线(2)的长度介于5微米与20微米之间，所述栅网的电导线(2)按照统一的长度制造或者按照局部不同的长度制造。

6.如以上权利要求之一所述的电极，其特征在于，

用来光学遮蔽栅网的彩色层被放置于栅网的透明基底(S)、电导线(2)、节点(3)之间。

7.如以上权利要求之一所述的电极，其特征在于，

用来光学遮蔽栅网的彩色层(5)被放置于与栅网的基底(S)、线(2)、节点(3)相距一定间隔的表面。

8.如以上权利要求之一所述的电极，其特征在于，

用光刻方法制造所述栅网。

9.如以上权利要求之一所述的电极，其特征在于，

由细金属丝制造所述栅网。

10.如以上权利要求之一所述的电极，其特征在于，

该电极拥有至少一个外部的电连接，尤其是，在电极表面延伸两侧彼此相对的两个外部连接。

11.如以上权利要求之一所述的电极，其特征在于，

基底表面上至少有一部分不含有栅网的导电线(2)与节点(3)，尤其是边缘的区域和/或传播高频电磁波的区域。

12.如以上权利要求之一所述的电极，其特征在于，

栅网边缘的带状区域被一条分隔线分开，该分隔线划定了表面中心区域的范围。

13.一种透明基底，该透明基底通过表面粘合而与如以上权利要求之一所述的电极进行结合。

14.如权利要求13所述的基底，其特征在于，

所述基底由两层玻璃和/或塑料基底按照层状基底的形式制造，在所述玻璃和/或塑料基底之间放置电极，并且通过中间的粘贴层被粘贴在表面上。

15.如权利要求13或者14所述的基底，其特征在于，

可以利用电极来加热所述基底，通过所述外部连接和电导体(“汇流条”)向所述电极供电。

16.如权利要求13所述的基底，其特征在于，

设置所述电极来作为被安置在基底上的电子元件的表面电源。

17.如权利要求13所述的基底，其特征在于，

所述电极被制造成为一种传感器，在基底破裂时该传感器由静态电流供电来产生信号，基底由加电的玻璃基底构成。

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