DE60205992T2

DE60205992T2 - Transparente, elektroleitfähige Folie und Tastkontakt

Info

Publication number: DE60205992T2
Application number: DE60205992T
Authority: DE
Inventors: Yoshinori Kodaira-shi Iwabuchi; Mitsuhiro Kodaira-shi Nishida; Yukihiro Kusano
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2001-06-27
Filing date: 2002-06-10
Publication date: 2006-01-19
Anticipated expiration: 2022-06-11
Also published as: DE60205992D1; EP1271560A1; EP1271560B1; US20030012955A1; KR100788775B1; KR20030001273A; TW579328B; US6787253B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine transparente, elektrisch leitfähige Folie mit einer Polymerfolie und einer auf der Polymerfolie aufgebrachten transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Schicht vollständig resistent gegen Delaminierung oder Ablösung ist und die elektrisch leitfähige Folie über gute elektrische Eigenschaften sowie eine hohe Beständigkeit verfügt. Die vorliegende Erfindung bezieht sich des Weiteren auf einen Tastkontakt, der mit der transparenten, elektrisch leitfähigen Folie ausgestattet ist.
Ein resistiver Tastkontakt bzw. Touch-Panel findet weit verbreitet Anwendung als Eingabeeinheit für Haushaltsgeräte oder tragbare Terminals, da sich der Tastkontakt einfach miniaturisieren sowie leichter und dünner gestalten lässt. Drückt ein Bediener auf einen Teil des Tastkontakts oder schreibt mit einem Spezialstift auf einem Teil des Tastkontakts, kommt dieser Teil mit einer gegenüberliegenden Elektrode in Berührung, so dass der Abschnitt und die Elektrode elektrisch miteinander verbunden sind und ein Signal eingegeben wird.
Wie in 4 dargestellt wird, verfügt ein typischer resistiver Tastkontakt über eine untere Elektrode 3, die sich aus einer Glasplatte 1 und einer darauf aufgebrachten transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht 2 zusammensetzt; über eine obere Elektrode 6, die sich aus einer Polymerfolie 4 und einer darauf aufgebrachten transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht 5 zusammensetzt; des Weiteren über Abstandhalter (Mikropunkt-Abstandhalter) 7, die zwischen den transparenten, elektrisch leitfähigen Schichten 2 und 5 angebracht sind. Wird mit einem Finger oder einem Stift auf die Displayoberfläche der oberen Elektrode 6 gedrückt, kommen die obere Elektrode 6 und die untere Elektrode 3 in Kontakt miteinander, so dass diese Elektroden elektrisch miteinander verbunden sind und ein Signal eingegeben wird. Die Oberfläche der oberen Elektrode 6 ist mit einer hartbeschichteten Schicht 8 zum Schutz der Polymerfolie 4 bedeckt Da die Oberfläche der oberen Elektrode 6 mit einem Finger oder einem Stift berührt wird, muss die obere Elektrode verschleißfest sein und ist deshalb mit der hartbeschichteten Schicht 8 ausgestattet.
Das japanische Patent H2-194943A offenbart, dass nach dem Aufbringen einer transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht aus ITO (Indiumzinnoxid) eine Wärmebehandlung durchgeführt wird, um das ITO zu kristallisieren und dadurch die Beständigkeit der transparenten, elektrisch leitfähigen Folie für den Tastkontakt zu verbessern. Da allerdings das Substrat der transparenten, elektrisch leitfähigen Folie aus einer Polymerfolie besteht, ist die Temperatur für die Wärmebehandlung begrenzt. Somit muss die Wärmebehandlung bei einer relativ niedrigen Temperatur über einen langen Zeitraum durchgeführt werden, beispielsweise 24 Stunden lang bei 150°C. Dadurch entstehen Probleme in Form von niedriger Produktivität und hohen Produktionskosten.
In solch einem Tastkontakt, bei dem die Eingabe mittels eines Fingers oder eines Stifts geschieht, wird der Kontakt zwischen der transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht 5 auf der oberen Elektrode 6 und der transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht 2 auf der unteren Elektrode 3 wiederholt hergestellt und unterbrochen. Das transparente, elektrisch leitfähige Material wie beispielsweise ITO, welches ein Material zur Ablagerung der transparenten, elektrisch leitfähigen Schichten 2, 5 ist, hat eine niedrige Verschleiß- und Eindruckfestigkeit. Deshalb kann in der transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht 2 oder 5 die transparente, elektrisch leitfähige Schicht 5 der oberen Elektrode 6, welche sich während der Eingabe am Tastkontakt wiederholt verformt, besonders leicht brechen. Des Weiteren kann die transparente, elektrisch leitfähige Schicht 5 aufgrund des wiederholt hergestellten und unterbrochenen Kontakts der transparenten, elektrisch leitfähigen Schichten 2 und 5, welche aus demselben Material gefertigt sind, leicht delamineren und sich von der Polymerfolie lösen.
Ist die transparente, elektrisch leitfähige Schicht 5 der oberen Elektrode 6 beschädigt oder delaminiert, ändert sich der Reziprokwert der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit der Oberfläche der transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht 5 und die Gleichförmigkeit des Reziprokwerts der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit geht verloren, wodurch die elektrischen Eigenschaften beeinträchtigt werden und somit keine genaue Eingabe erfolgen kann. Dadurch ergeben sich eine geringere Zuverlässigkeit des Tastkontakts, Schäden, Mängel sowie eine verringerte Beständigkeit.
US 4,585,689 offenbart ein transparentes, leitfähiges optisches Gerät, welches eine durchsichtige, leitende Schicht aus einem Metalloxid auf einem Substrat umfasst.
JP-A-2000-351170 offenbart ein transparentes, leitfähiges Laminat, welches durch aufeinander folgendes Laminieren einer transparenten Metalloxidschicht, einer transparenten Metallschicht; einer Siliziumoxidschicht und einer transparenten Metalloxidschicht auf einem transparenten Substrat gebildet wird.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die genannten herkömmlichen Probleme zu lösen, eine transparente, leitfähige Folie bereitzustellen, die eine Polymerfolie und eine auf der Polymerfolie aufgebrachte transparente, leitfähige Schicht umfasst, mit welcher ein Tastkontakt realisiert werden kann, der keine Probleme durch Beschädigung oder Delaminierung der transparenten, leitfähigen Schicht birgt, sondern eine gute Zuverlässigkeit und eine hohe Beständigkeit aufweist, und des Weiteren einen Tastkontakt bereitzustellen, welcher mit der transparenten, leitfähigen Folie ausgestattet ist.
Eine transparente, leitfähige Folie gemäß der vorliegenden Erfindung verfügt über eine Polymerfolie, eine auf der Polymerfolie aufgebrachte transparente, leitfähige Schicht und zudem eine Schutzschicht aus einem Material, das sich von der transparenten, leitfähigen Schicht unterscheidet, welche auf der transparenten, leitfähigen Schicht gebildet wird.
Die Oberfläche der transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht ist mit der Schutzschicht bedeckt, so dass physikalische oder chemische Belastungen, welche während der Eingabe am Tastkontakt entstehen, die transparente, elektrisch leitfähige Schicht nicht direkt beeinträchtigen, so dass eine Beschädigung oder Delaminierung der transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht verhindert wird.
Des Weiteren verbessert die auf der transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht gebildete Schutzschicht die Festigkeit der transparenten, elektrisch leitfähigen Folie, wodurch die Verschleißfestigkeit gesteigert wird.
Auch wenn in der vorliegenden Erfindung zur Verbesserung der Beständigkeit der transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht eine Schutzschicht bereitgestellt wird, kann die Verbesserung des gesamten Lichtdurchlassgrades der transparenten, elektrisch leitfähigen Folie sowie die Regelung ihres Farbtons auch über die angemessene Ausformung des Brechungskoeffizienten sowie der Dicke und der Struktur der Laminierung der Schutzschicht erfolgen. Infolgedessen können die Eigenschaften und funktionalen Merkmale der transparenten, elektrisch leitfähigen Folie weiter verbessert werden. Das Material, woraus sich die in der vorliegenden Erfindung eingesetzte Schutzschicht zusammensetzt, kann der transparenten, elektrisch leitfähigen Folie eine verbesserte Festigkeit und gesteigerte Verschleißfestigkeit verleihen. Die Schutzschicht in Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung besteht im Wesentlichen aus mindestens einem ausgewählten Material aus der Gruppe, die C, CN_x, BN_x, B_xC und SiC_x umfasst, oder setzt sich aus einer dünnen Folie aus SiC_x, SiC_xO_y, SiC_xN_z oder SiC_xO_yN_z zusammen. Die transparente, elektrisch leitfähige Schicht kann sich aus einem Oxid, Nitrid oder einem oxidierten Nitrid zusammensetzen, bestehend aus mindestens einem Material aus der Gruppe, welche die Elemente Si, Ti, Sn, Nb, In, Mg, Ta und Zn umfasst, oder konkreter aus mindestens einem ausgewählten Element aus der Gruppe, welche SiO_x, TiO_x, SnO_x, NbO_x, InO_x, MgF_x, TaO_x und ZnO_x umfasst.
Die Dicke der Schutzschicht beträgt bevorzugt zwischen 0,5 nm und 100 nm
Die Schutzschicht ist vorzugsweise eine dünne Folie, die gebildet wird durch ein physikalisches Aufdampfverfahren wie beispielsweise Aufdampfen im Vakuum, Sputtern, Ionplating und Laserablation oder durch ein chemisches Aufdampfverfahren wie zum Beispiel das CVD-Verfahren, insbesondere eine durch Sputtern und den Einsatz eines SiC-Targets hervorgebrachte dünne Folie aus SiC_x, SiC_xO_y, SiC_xN_z oder SiC_xO_yN_z. In diesem Fall hat das SiC-Target vorzugsweise eine Dichte von mindestens 2,9 g/cm³. Es ist insbesondere wünschenswert, dass das SiC-Target, welches durch Sintern einer Mischung aus Siliziumkarbidpulver und einem Sinterhilfsmittel auf nichtmetallischer Basis erzeugt wird, verwendet wird.
Die Schutzschicht gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch Beschichten der transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht mit einem dafür bestimmten unaufbereiteten Material oder mit einer flüssigen Substanz, welche das dafür bestimmte Material sowie ein Lösemittel wie beispielsweise Alkohol, Keton, Toluol, Hexan, usw. enthält, gebildet werden.
Die transparente, elektrisch leitfähige Folie gemäß der vorliegenden Erfindung hat vorzugsweise einen spezifischen Oberflächenwiderstand von 300 bis 2000 Ω/Sq. an einer Seite, an welcher die Schutzschicht gebildet wird, sowie einen Linearitätswert von höchstens 1,5%.
Der Linearitätswert ist ein Index zur Darstellung der Gleichförmigkeit des Widerstands einer transparenten, elektrisch leitfähigen Folie. Der Linearitätswert kann wie folgt zum Ausdruck gebracht werden.
An zwei sich gegenüberliegenden Seiten der transparenten, elektrisch leitfähigen Folie werden Elektroden aus Ag-Masse oder dergleichen bereitgestellt, und an die beiden Elektroden wird Gleichspannung angelegt. Es wird definiert, dass L einen Abstand zwischen den beiden Elektroden und V eine angelegte Spannung darstellt. Anschließend werden an beliebigen Punkten auf der transparenten, elektrisch leitfähigen Folie jeweils Abstände 1 von den Punkten zur negativen Elektrode und Potentialunterschiede v von den Punkten zur negativen Elektrode gemessen.
Der Linearitätswert wird mit Hilfe der folgenden Formel zum Ausdruck gebracht: Linearität (%) = |1/L – v/V| × 100
Je kleiner der Linearitätswert, desto besser ist die Gleichförmigkeit des spezifischen Widerstands. Beträgt der Linearitätswert 0%, ist der spezifische Widerstand vollkommen gleichförmig. Im Falle eines resistiven Tastkontakts ist der Linearitätswert vorzugsweise nicht größer als 1,5%.
Die transparente, elektrisch leitfähige Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung besteht vorzugsweise aus einem transparenten, leitfähigen Oxid (TCO) des Indiumoxidsystems (einschließlich eines mit Indiumoxid dotierten Systems), aus einem TCO aus Indiumoxid und Zinnoxid (ITO) oder aus einem TCO aus Indiumoxid und Zinkoxid (IZO).
Der Tastkontakt gemäß der vorliegenden Erfindung ist mit einer solchen transparenten, elektrisch leitfähigen Folie gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestattet.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei sie jedoch nur beispielhaft zu verstehen sind. Es zeigen:
1 einen Querschnitt eines Tastkontakts aus einem Ausführungsbeispiel, der mit einer transparenten, elektrisch leitfähigen Folie gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist.
2 einen Querschnitt eines Tastkontakts aus einem weiteren Ausführungsbeispiel, der mit einer transparenten, elektrisch leitfähigen Folie gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist.
3 einen Querschnitt eines Tastkontakts aus einem weiteren Ausführungsbeispiel, der mit einer transparenten, elektrisch leitfähigen Folie gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist.
4 einen Querschnitt eines herkömmlichen Tastkontakts.
Nachfolgend werden die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
1 und 2 zeigen Querschnitte von Tastkontakten aus Ausführungsbeispielen, wovon jeder mit einer transparenten, elektrisch leitfähigen Folie gemäß der vorliegenden Erfindung als eine obere Elektrode ausgestattet ist. 3 zeigt einen Querschnitt eines Tastkontakts aus einem Ausführungsbeispiel, welcher mit transparenten, elektrisch leitfähigen Folien gemäß der vorliegenden Erfindung als einer oberen Elektrode und einer unteren Elektrode ausgestattet ist. In 1 bis 3 sind Bauelemente, welche dieselben Funktionen wie die in 4 abgebildeten Bauelemente haben, mit denselben Ziffern gekennzeichnet.
Die transparente, elektrisch leitfähige Folie der vorliegenden Erfindung umfasst eine Polymerfolie 4 oder 4A, eine transparente, elektrisch leitfähige Schicht 5 oder 5A, welche auf der Polymerfolie 4 oder 4A aufgebracht ist, sowie eine Schutzfolie 9 oder 9A, die auf der transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht 5 oder 5A gebildet wird.
In der transparenten, elektrisch leitfähigen Folie gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Harzmaterial für die Polymerfolie, die als ein Substrat dient, vorzugsweise Polyester, Polyethylenterephthalat (PET), Polybutylenterephthalat, Polymethylmethacrylat (PMMA), Acrylharz, Polykarbonat (PC), Polystyrol, Zellulose-Triazetat (TAC), Polyvinylalkohol, Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Polyethylen, ein Ethylen-Vinylacetat-Kopolymer, Polyvinylbutyral, ein mit Metall-Ionen vernetztes Ethylen-Methacrylsäure-Kopolymer, Polyurethan, Cellophan oder dergleichen; besonders empfehlenswert sind PET, PC, PMMA oder TAC aufgrund ihrer extremen Steife, insbesondere gilt dies für PET oder TAC.
Obwohl sich die Dicke einer solchen Polymerfolie gemäß der Anwendung der transparenten, elektrisch leitfähigen Folie ändert, wenn die Folie als eine obere Elektrode eines Tastkontakts verwendet wird, beträgt ihre Dicke vorzugsweise 13 μm bis 0,5 mm. Liegt die Dicke der Polymerfolie unter 13 μm, könnte es sein, dass die Polymerfolie nicht über eine ausreichende Beständigkeit als obere Elektrode verfügt. Übersteigt die Dicke 0,5 mm, wird der dadurch erhaltene Tastkontakt dick und zudem kann die für die obere Elektrode erforderliche Flexibilität gegebenenfalls nicht gewährleistet werden.
Wird die transparente, elektrisch leitfähige Folie als eine untere Elektrode eines Tastkontakts eingesetzt, kann die Dicke der Polymerfolie die zuvor benannten Werte überschreiten, das heißt, die Polymerfolie kann zwischen 0,5 und 2 mm dick sein. Wie nachfolgend beschrieben, kann die Polymerfolie allerdings auch dieselbe Dicke wie die als obere Elektrode verwendete Folie haben, indem sie auf ein Substrat wie beispielsweise eine Kunststoffplatte laminiert wird.
Hinsichtlich der auf der Polymerfolie 4 oder 4A aufgebrachten transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht 5 oder 5A kann vorzugsweise eine transparente, leitfähige Oxidschicht aus ITO (Indiumzinnoxid), ATO (Antimonzinnoxid), ZnO, ZnO dotiert mit AI, SnO₂, usw. verwendet werden. Insbesondere ist ein Indiumoxidsystem (einschließlich eines mit Indiumoxid dotierten Systems), eines aus Indiumoxid und Zinnoxid (ITO) oder eines aus Indiumoxid und Zinkoxid (IZO) vorzuziehen. Ist die transparente, elektrisch leitfähige Schicht 5 sehr dünn, kann gegebenenfalls keine ausreichende elektrische Leitfähigkeit erzielt werden. Ist die transparente, elektrisch leitfähige Schicht 5 sehr dick, erhöht sich die elektrische Leitfähigkeit nicht weiter, doch die Kosten für die Herstellung der Folie steigen und des Weiteren wird die transparente, elektrisch leitfähige Folie dicker. Deshalb liegt die Dicke der transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht 5 vorzugsweise in einem Bereich von 1 bis 500 nm, insbesondere zwischen 5 und 100 nm.
In der vorliegenden Erfindung wird die auf der transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht 5 oder 5A gebildete Schutzschicht 9 oder 9A aus einem Material geformt, welches die elektrische Leitfähigkeit der transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht 5 oder 5A nicht beeinträchtigt und die für die transparente, elektrisch leitfähige Folie erforderliche Durchsichtigkeit gewährleistet.
Das bevorzugte Beispiel für das für die Schutzschicht verwendete Material schließt einen Hauptbestandteil mit ein, der aus mindestens einem ausgewählten Material aus der Gruppe besteht, welche Oxid, Nitrid, Karbid, Kohlenstoff und deren Zusammensetzungen (zum Beispiel oxidiertes Nitrid) umfasst, konkreter mindestens aus einem ausgewählten Material aus der Gruppe, welche C (Kohlenstoff), CN_x (x ≤ 1,4), BN_y, (y ≤ 1.1), B_zC (z ≤ 1 × 10^–6–2), SiC, usw. umfasst.
Auch Material mit einer niedrigen elektrischen Leitfähigkeit oder Isoliermaterial kann für die Schutzschicht verwendet werden, wenn die Dicke der Schutzschicht sehr dünn ist und die elektrische Leitfähigkeit der transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht in senkrechter Richtung nicht beeinträchtigen wird. Beispiele für solche Materialien schließen Oxid, Nitrid oder oxidiertes Nitrid ein, bestehend aus mindestens einem ausgewählten Material aus der Gruppe, welche die Elemente Si, Ti, Sn, Nb, In, Mg, Ta und Zn umfasst, oder konkreter, welche SiO_x (x = 1,6–2,0), TiO_x (x = 1,6–2,0), SnO_x (x = 1,6–2,0), NbO_x (x = 1,0–2,5), InO_x (x = 1,0– 1,5), MgF_x (x = 0,7–1,0), TaO_x (x = 1,0–2,5) und ZnO_x (x = 0,8–1,0) einschließt. Ein solches Material kann allein stehend oder in Kombination von zwei oder mehreren verwendet werden. Des Weiteren kann ein solches Material zusammen mit einem oder mehr als zwei der zuvor genannten elektroleitfähigen Materialien für die Schutzschicht eingesetzt werden.
Die Dicke der Schutzschicht 9 oder 9A wird gemäß dem eingesetzten Material, der erforderlichen Lichtdurchlässigkeit für die transparente, elektrisch leitfähige Folie, der benötigten Beständigkeit usw. in angemessener Weise bestimmt. Ist die auf der transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht gebildete Schutzschicht 9 sehr dünn, kann die Schutzschicht 9 die transparente, elektrisch leitfähige Schicht nicht ausreichend schützen. Mit zunehmender Dicke der Schutzschicht 9 verringert sich hingegen ihre Transparenz. Insbesondere bei Verwendung von Isoliermaterial ist dieser Nachteil von wesentlicher Bedeutung. Zudem wird auch die transparente, elektrisch leitfähige Folie selbst dicker, wenn die Schutzschicht 9 dicker wird. Deshalb liegt die Dicke der Schutzschicht 9 oder 9A vorzugsweise in einem Bereich zwischen 0,5 und 100 nm, insbesondere in einem Bereich von 0,5 bis 50 nm.
Die Lichtdurchlässigkeit der transparenten, elektrisch leitfähigen Folie liegt in der Regel, in Fällen, in denen die Folie für eine Plasmaanzeige oder eine Flüssigkristallanzeige eingesetzt wird, die ein schwaches Licht ausstrahlt, vorzugsweise nicht unter 80%. Deshalb wird die Dicke der Schutzschicht in solch einem Bereich festgelegt, dass für die Lichtdurchlässigkeit die oben genannte Rate beibehalten werden kann. Wird die transparente, elektrisch leitfähige Folie für eine Kathodenstrahlröhre eingesetzt, die eine starke Emission hat, darf die Lichtdurchlässigkeit der Folie 80% nicht übersteigen, da eine Anpassung ihrer Helligkeit von Zeit zu Zeit erforderlich ist.
Hinsichtlich der elektrischen Leitfähigkeit gilt, dass wenn die transparente, elektrisch leitfähige Folie als ein Tastkontakt verwendet wird, der spezifische Oberflächenwiderstand an einer Seite der transparenten, elektrisch leitfähigen Folie, wo die Schutzschicht 9 oder 9A gebildet worden ist, vorzugsweise in einem Bereich von 300 bis 2000 Ω/Sq., insbesondere zwischen 400 und 1000 Ω/Sq. liegt.
In der vorliegenden Erfindung ist es erwünscht, dass die Beständigkeit der transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht durch Bildung der Schutzschicht 9 oder 9A auf der transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht verbessert wird, um so auch nach einer langen Einsatzdauer einen Linearitätswert von höchstens 1,5% beibehalten zu können.
Aus diesem Grund sind in der vorliegenden Erfindung das Material, die Dicke und die Zusammensetzung der Schutzschicht derart angemessen gestaltet, dass die vorgenannten Werte für den spezifischen Oberflächenwiderstand, die Linearität und die Lichtdurchlässigkeit erzielt werden können.
Solch eine Schutzschicht wird vorzugsweise durch ein physikalisches Aufdampfverfahren gebildet wie beispielsweise Aufdampfen im Vakuum, Sputtern, Ionplating und Laserablation oder durch ein chemisches Aufdampfverfahren wie zum Beispiel das CVD-Verfahren, vorzugsweise Sputtern, da die bei diesem Verfahren hervorgebrachte Schutzschicht hervorragende Eigenschaften hinsichtlich Dichte und Haftung auf der transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht aufweist, wenig Verunreinigungen während des Aufdampfens der Schicht entstehen, bei einer hohen Geschwindigkeit hervorgebracht werden kann, kontinuierlich mit derselben Ausrüstung nach Aufdampfen der transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht gebildet werden kann und bei der Bildung der Schicht einen hervorragenden Wirkungsgrad aufweist.
Wird eine Schutzschicht aus C oder CN_x durch das Sputter-Verfahren gebildet, kann die Schutzschicht durch die Verwendung von hochreinem Kohlenstoff (Graphit) als ein Target und durch Anpassung von Art und Durchflussmenge des umgebenden Gases sowie des reaktiven Gases in die gewünschte Zusammensetzung aufgedampft werden.
Als Schutzschicht besonders vorzuziehen ist SiC_x (x = 1 × 10^–6–10), SiC_xO_y (x = 1 × 10^–6–10, y = 1 × 10^–6–5), SiC_xN_z (x = 1 × 10^–6–10, z = 1 × 10^–6–5) und SiC_xO_yN_z (x = 1 × 10^–6–10, y = 1 × 10^–6–5, z = 1 × 10^–6–5), die mit Hilfe eines SiC-Targets und durch Anpassung der Art und Durchflussmenge des umgebenden Gases sowie des reaktiven Gases aufgedampft werden.
Vorzugsweise wird das SiC-Target durch Sintern von SiC-Pulver erzielt, unter Verwendung eines Sinterhilfsmittels auf nichtmetallischer Basis wie beispielsweise Teerpech, Phenolharz, Furanharz, Epoxidharz, Glucose, Rohrzucker, Zellulose und Stärke, welches über eine Dichte von mindestens 2,9 g/cm³ verfügt. Wird während des Sputter-Verfahrens Hochspannung angelegt, um die Ablagerung der Schicht zu beschleunigen, wird Glimmentladung in Bogenentladung umgewandelt, wodurch Beschädigungen der auf der Polymerfolie aufgebrachten transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht hervorgerufen werden. Bei der Anwendung eines solchen SiC-Targets mit hoher Dichte und Gleichförmigkeit kann während der Ablagerung der Schicht durch Sputtern eine stabile Entladung bei Hochspannung erfolgen, so dass die Ablagerung der Schicht beschleunigt werden kann.
Das SiC-Target kann durch einheitliches Mischen von SiC-Pulver mit dem zuvor genannten Sinterhilfsmittel auf nichtmetallischer Basis in einem Verhältnis von 3 bis 30% des Gewichts des Pulvers und anschließendes Sintern der Mischung bei 1700 bis to 2200°C hergestellt werden. Das SiC-Target verfügt über eine Dichte von mindestens 2,9 g/cm³, was annähernd der theoretischen Dichte des SiC-Targets gleichkommt. Solch ein SiC-Target bereitet keine Schwierigkeiten durch Erzeugen von Gas während der Ablagerung der Schicht durch Sputtern, so dass die Schicht stabil durch Sputtern aufgebracht werden kann.
Die Sputter-Bedingungen während der Ablagerung der Schutzschicht sind nicht beschränkt, und Sputtern kann bei einem Vakuumgrad von 0,05 bis 1 Pa und einer Dichte der eingespeisten elektrischen Leistung von 2 bis 500 kW/m² durchgeführt werden. Durch Anpassen der Durchflussmenge des reaktiven Gases und der Zeitdauer für die Bildung der Schicht während des Ablagerungsprozesses derselben wird die Schutzschicht mit der gewünschten Zusammensetzung und der gewünschten Dicke hervorgebracht.
Obwohl eine transparente, elektrisch leitfähige Schicht nach herkömmlichen Verfahren hervorgebracht werden kann, wird die transparente, elektrisch leitfähige Schicht in der Regel ebenso wie die Schutzschicht vorzugsweise durch das Sputter-Verfahren gebildet. In diesem Fall kann die transparente, elektrisch leitfähige Schicht und die Schutzschicht ohne Unterbrechung in einer Sputter-Ausrüstung gebildet werden, indem lediglich die Targets gewechselt werden.
Die Schutzschicht kann auch durch Beschichten der transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht mit dem dafür bestimmten unaufbereiteten Material oder mit einer flüssigen Substanz, welche das dafür bestimmte Material sowie ein Lösemittel wie beispielsweise Alkohol, Keton, Toluol, Hexan, usw. enthält, gebildet werden.
Wie in 1 bis 3 gezeigt wird, kann die transparente, elektrisch leitfähige Folie aus der vorliegenden Erfindung über eine hartbeschichtete Oberfläche 8 verfügen, die auf einer Fläche der Polymerfolie 4 gebildet wird, welche der Fläche gegenüberliegt, auf welcher die transparente, elektrisch leitfähige Schicht 5 aufgebracht ist. Beispiele für die hartbeschichtete Oberfläche 8 umfassen eine Schicht auf Akrylbasis, eine Schicht auf Epoxidbasis, eine Schicht auf Urethanbasis, eine Schicht auf Siliziumbasis usw. und die Dicke dieser Schicht liegt vorzugsweise zwischen 1 und 50 μm.
Die transparente, elektrisch leitfähige Schicht 5 lässt sich direkt auf der Polymerfolie 4 bilden. Alternativ kann, wie in 2, 3 ersichtlich ist, eine primäre Schicht 10 bzw. 10A zwischen der Polymerfolie 4 bzw. 4A und der transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht 5 bzw. 5A platziert werden. Durch die Bildung einer solchen primären Schicht 10 bzw. 10A wird die Haftung der transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht 5 bzw. 5A auf der Polymerfolie 4 bzw. 4A verbessert, und eine Delaminierung der transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht 5 bzw. 5A aufgrund von wiederholter Deformation kann wirksam verhindert werden. (A. d. Ü.: Im Originaltext steht "deforemention", ein Wort, das nicht existiert. Es wird davon ausgegangen, dass dies stattdessen "deformation" heißen müsste.) Das heißt, durch die Bildung der primären Schicht 10 bzw. 10A auf der Polymerfolie 4 bzw. 4A wird eine Gasentwicklung von der Polymerfolie 4 bzw. 4A verhindert, so dass die transparente, elektrisch leitfähige Schicht 5 oder 5A mit guter Haftung auf der Polymerfolie 4 oder 4A aufgebracht werden kann. Des Weiteren verbessert die primäre Schicht 10 bzw. 10A die Haftung zwischen der Polymerfolie 4 bzw. 4A und der transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht 5 bzw. 5A als eine Zwischenschicht zwischen diesen Schichten 4 bzw. 4A und 5 bzw. 5A. Zudem erhöht die primäre Schicht 10 oder 10A die Festigkeit der transparenten, elektrisch leitfähigen Folie, wodurch der Widerstand gegen Oberflächenverschleiß verbessert wird.
In diesem Fall umfassen die Beispiele für Materialien zur Bildung der primären Schicht 10 oder 10A Harze wie Harz auf Akrylbasis, Harz auf Urethanbasis, Harz auf Epoxidbasis sowie hydrolisierte, organische Siliziumverbindungen.
Bevor die primäre Schicht 10 bzw. 10A und die transparente, elektrisch leitfähige Schicht 5 bzw. 5A auf der Polymerfolie 4 bzw. 4A gebildet werden, können die Oberflächen der Polymerfolie 4 bzw. 4A mit einer Plasmabehandlung, Coronabehandlung, Waschbehandlung mit einem Lösemittel, usw. nach den herkömmlichen Methoden bearbeitet werden.
Zur Verbesserung der optischen Eigenschaften der transparenten, elektrisch leitfähigen Folie kann die primäre Schicht 10 der transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht 5 aus zwei Lagen einer Beschichtung mit niedrigem Brechungskoeffizienten und einer Beschichtung mit hohem Brechungskoeffizienten zusammengesetzt sein oder aus mehrfachen Lagen, die durch eine wechselweise Ablagerung einer Beschichtung mit niedrigem Brechungskoeffizient und einer Beschichtung mit hohem Brechungskoeffizienten gebildet werden, bestehen. Als Alternative kann die Oberfläche der hartbeschichteten Schicht 8 einem Verfahren zum Blendschutz oder einer Entspiegelung ausgesetzt werden.
Der in 1 abgebildete Tastkontakt umfasst die transparente, elektrisch leitfähige Folie aus der vorliegenden Erfindung als eine obere Elektrode 6A, welche aus einer Polymerfolie 4, einer auf einer Oberfläche der Polymerfolie 4 aufgebrachten transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht 5, einer auf der transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht 5 gebildeten Schutzschicht 9 sowie einer auf der anderen Oberfläche der Polymerfolie 4 gebildeten hartbeschichteten Oberfläche 8 besteht. Eine Beschädigung oder Delaminierung der transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht 5 der oberen Elektrode 6A durch das Eingehen von Signalen wird verhindert, so dass der Tastkontakt über eine gute Beständigkeit und Zuverlässigkeit hinsichtlich der elektrischen Eigenschaften verfügt.
Der in 2 abgebildete Tastkontakt umfasst eine transparente, elektrisch leitfähige Folie aus der vorliegenden Erfindung als eine obere Elektrode 6B, welche aus einer Polymerfolie 4, einer auf einer Oberfläche der Polymerfolie 4 aufgebrachten primären Schicht 10, einer auf der primären Schicht 10 aufgebrachten transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht 5, einer auf der transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht 5 gebildeten Schutzschicht 9 und einer auf der anderen Oberfläche der Polymerfolie 4 gebildeten hartbeschichteten Oberfläche 8 besteht. Im Vergleich zum Tastkontakt in 1 verfügt der Tastkontakt in 2 über eine bessere Haftung der transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht 5 und somit über eine noch bessere Beständigkeit und Zuverlässigkeit.
Der in 3 abgebildete Tastkontakt umfasst die obere Elektrode 6B aus 2 und schließt des Weiteren eine transparente, elektrisch leitfähige Folie aus der vorliegenden Erfindung als eine untere Elektrode mit ein. Die untere Elektrode 3A des Tastkontakts umfasst die transparente, elektrisch leitfähige Folie gemäß der vorliegenden Erfindung, welche über eine Polymerfolie 4A verfügt, eine mittels einer primären Schicht 10A auf die Polymerfolie 4A aufgebrachte transparente, elektrisch leitfähige Schicht 5A und eine auf der transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht 5A gebildete Schutzschicht 9A, auf der Schutzschicht 9A bereitgestellte Mikropunkt-Abstandhalter 7 und eine Kunststoffplatte 12, welche aus einem Akrylharz, einem Polycarbonatharz usw. gefertigt ist und mittels eines druckempfindlichen Klebstoffs 11 auf die andere Oberfläche der Polymerschicht 4A laminiert ist. In diesem Tastkontakt sind die transparenten, elektrisch leitfähigen Schichten 5 und 5A der oberen Elektrode 6B und der unteren Elektrode 3A jeweils durch die Schutzschichten 9 und 9A geschützt und hinsichtlich ihrer Haftung jeweils durch die primären Schichten 10 und 10A verbessert, so dass der Tastkontakt eine bemerkenswert hohe Beständigkeit und Zuverlässigkeit aufweist.
Die transparente, elektrisch leitfähige Folie aus der vorliegenden Erfindung kann zusätzlich zur Anwendung als obere Elektrode oder untere Elektrode eines Tastkontakts auch in der Anwendung für durchsichtige Schaltgeräte oder verschiedene sonstige Arten von optischen transparenten, elektrisch leitfähigen Folien wirkungsvoll eingesetzt werden.
Beispiele
Im Folgenden wird die Ausführungsart der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf einige Beispiele und Vergleichsbeispiele ausführlicher beschrieben. Es ist anzumerken, dass die vorliegende Erfindung allerdings nicht auf diese begrenzt ist.
Beispiel 1
Eine PET-Folie mit einer Dicke von 188 μm wurde als Substrat eingesetzt. Zunächst wurde durch Nassbeschichten eines photochemisch härtenden Hartbeschichtungsmaterials auf Akrylbasis (Z7501 des Herstellers JSR Corporation, wobei der Festanteil 35% des Gewichts betrug und das Lösemittel desselben Methylethylketon war) eine hartbeschichtete Oberfläche mit einer Dicke von 5 μm auf einer Oberfläche der PET-Folie hervorgebracht.
Die Folie wurde in eine Magnetron-Gleichspannungs-Sputter-Vorrichtung mit sowohl einem ITO-Target, welches 10% seines Gewichts an Zinnoxid enthielt und über eine Reinheit von 99,99% verfügte, als Target einer transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht, als auch einem Graphit-Target mit einer Reinheit von 99% eingebracht.
Die Sputter-Vorrichtung wurde mit einer Turbomolekularpumpe entleert, um ihren Innendruck auf 1 × 10^–4 Pa zu reduzieren, und anschließend wurde Ar-Gas und O₂-Gas als ein Mischgas bei einer Durchflussmenge von jeweils 196 Ncm³/Min. und 4 Ncm³/Min. in die Sputter-Vorrichtung eingeführt, um den Innendruck bei 0,5 Pa zu halten. Im Anschluss daran wurde an das ITO-Target Spannung angelegt, so dass sich eine dünne ITO-Schicht mit einer Dicke von etwa 20 nm auf einer Oberfläche der PET-Folie ablagerte, welche der anderen Oberfläche, an der die hartbeschichtete Fläche gebildet worden war, gegenüberlag. Dann wurde das Gas in der Sputter-Vorrichtung durch Ar-Gas ersetzt und der Innendruck auf 0,5 Pa angepasst. Danach wurde an das Graphit-Target Spannung angelegt, so dass sich eine dünne Kohlenstoffschicht mit einer Dicke von etwa 3 nm als Schutzschicht auf der dünnen ITO-Schicht ablagerte.
Die eingeführte Gleichspannung der Sputter-Vorrichtung wurde auf 4 kW eingestellt.
An der resultierenden transparenten, elektrisch leitfähigen Folie wurde unter Verwendung eines Messgeräts für den spezifischen Oberflächenwiderstand (Roresta AP des Herstellers Mitsubishi Chemical Corporation) der spezifische Oberflächenwiderstand an einer Seite gemessen, an welcher sich die Schutzschicht befand. Die Folie wurde zudem mit Hilfe des Gleitverschleißtests hinsichtlich ihrer Abriebfestigkeit getestet, indem, wie nachfolgend beschrieben, mit einem Stift an der Oberfläche gekratzt wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 aufgeführt.
(Gleitverschleißtest ausgeführt durch Kratzen an der Oberfläche der Folie mit einem Stift)
Die mit einer transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht (einer Schutzschicht) bedeckte Seite der transparenten, elektrisch leitfähigen Folie wurde einer Oberfläche einer ITO-Glas-Platte gegenübergestellt, an welcher Mikropunkt-Abstandhalter bereitgestellt waren, und anschließend wurden diese miteinander laminiert. Daraufhin wurde auf der anderen, mit einer hartbeschichteten Beschichtung bedeckten Oberfläche der transparenten, elektrisch leitfähigen Folie mit einem aus Polyacetalharz gefertigten Stift (dessen Spitze einen Krümmungsradius von 0,8 R aufwies) unter einer Belastung von 250 gF hin- und hergekratzt. Anschließend wurde für die Folie ein Linearitätswert bestimmt. Betrug die Linearität nicht mehr als 1,5%, wurde die Folie als "Gut" angesehen, überstieg die Linearität jedoch 1,5%, wurde die Folie als "Minderwertig" eingestuft. Auch die äußere Erscheinung der Folien wurde beobachtet.
Beispiel 2
Eine transparente, elektrisch leitfähige Folie wurde auf dieselbe Art und Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass ein SiC-Target anstelle des Graphit-Targets verwendet wurde und eine dünne SiC-Schicht mit einer Dicke von etwa 3 nm als Schutzschicht aufgebracht wurde.
Bei der resultierenden transparenten, elektrisch leitfähigen Folie wurde auf dieselbe Art und Weise wie in Beispiel 1 der spezifische Oberflächenwiderstand und die Abriebfestigkeit gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Das in Beispiel 2 eingesetzte SiC-Target wurde durch einheitliches Mischen von SiC-Pulver mit 20% des Gewichts an Phenolharz als Sinterhilfsmittel und anschließendes Sintern bei 2100°C erzielt. Das SiC-Target hatte eine Dichte von 2,92 g/cm³.
Beispiel 3
Eine transparente, elektrisch leitfähige Folie wurde auf dieselbe Art und Weise wie in Beispiel 2 vorbereitet, mit der Ausnahme, dass nach der Ablagerung der transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht aus ITO ein Mischgas bestehend aus 170 Ncm³/Min. Ar-Gas und 30 Ncm³/Min. O₂-Gas in die Sputter-Vorrichtung eingeführt wurde, um den Innendruck bei 0,5 Pa zu halten, woraufhin Spannung an das SiC-Target angelegt wurde, so dass eine dünne Schicht aus SiC_xO_y (x = 0,05, y = 1,9) mit einer Dicke von etwa 3 nm als Schutzschicht aufgebracht wurde.
Bei der resultierenden transparenten, elektrisch leitfähigen Folie wurde auf dieselbe Art und Weise wie in Beispiel 1 der spezifische Oberflächenwiderstand und die Abriebfestigkeit gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Beispiel 4
Eine transparente, elektrisch leitfähige Folie wurde auf dieselbe Art und Weise wie in Beispiel 1 vorbereitet, mit der Ausnahme, dass nach der Ablagerung der transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht aus ITO 200 Ncm³/Min. N₂-Gas statt des Mischgases in die Sputter-Vorrichtung eingeführt wurde, um den Innendruck bei 0,5 Pa zu halten, woraufhin Spannung an das Graphit-Target angelegt wurde, so dass eine dünne Schicht aus CN_x (x = 0,8) mit einer Dicke von etwa 3 nm als Schutzschicht aufgebracht wurde.
Bei der resultierenden transparenten, elektrisch leitfähigen Folie wurde auf dieselbe Art und Weise wie in Beispiel 1 der spezifische Oberflächenwiderstand und die Abriebfestigkeit gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Vergleichsbeispiel 1
Eine transparente, elektrisch leitfähige Folie wurde auf dieselbe Art und Weise vorbereitet wie in Beispiel 1, mit der Ausnahme, dass keine Schutzschicht gebildet wurde.
Bei der resultierenden transparenten, elektrisch leitfähigen Folie wurde auf dieselbe Art und Weise wie in Beispiel 1 der spezifische Oberflächenwiderstand und die Abriebfestigkeit gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Tabelle 1.
Wie aus Tabelle 1 hervorgeht, wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine transparente, elektrisch leitfähige Folie mit einer hohen Beständigkeit bereitgestellt, bei der keine Probleme durch eine Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften auftreten.
Wie ausführlich beschrieben worden ist, wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine transparente, elektrisch leitfähige Folie bereitgestellt, bei der eine Beschädigung oder Delaminierung der transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht durch eine auf der transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht gebildete Schutzschicht wirkungsvoll verhindert wird, des Weiteren ein Tastkontakt, welcher die transparente, elektrisch leitfähige Folie einschließt, bei dem keine Probleme durch eine Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften, die durch Beschädigung oder Delaminierung der transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht verursacht werden, auftreten, so dass eine gute Beständigkeit und Zuverlässigkeit gegeben ist.

Claims

Eine transparente, elektrisch leitfähige Folie, welche eine Polymerfolie (4) sowie eine transparente, elektrisch leitfähige Schicht (5) umfasst, die auf der Polymerfolie (4) aufgebracht ist, wobei die transparente, elektrisch leitfähige Folie zudem über eine Schutzschicht (9) verfügt, die auf der transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht (5) gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (9) hauptsächlich aus mindestens einem ausgewählten Material aus der Gruppe besteht, welche die Elemente C, CN_x, BN_x, B_xC und SiC_x einschließt, oder sich aus einem dünnen Film aus SiC_x, SiC_xO_y, SiC_xN_z oder SiC_xO_yN_z zusammensetzt.
Eine transparente, elektrisch leitfähige Folie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die transparente, elektrisch leitfähige Schicht (5) aus einem Oxid, Nitrid oder einem oxidierten Nitrid zusammensetzt, bestehend aus mindestens einem ausgewählten Material aus der Gruppe, welche die Elemente Si, Ti, Sn, Nb, In, Mg, Ta und Zn umfasst.
Eine transparente, elektrisch leitfähige Folie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (9) eine Dicke von 0,5 bis 100 nm aufweist.
Eine transparente, elektrisch leitfähige Folie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, dass eine Oberfläche der transparenten, elektrisch leitfähigen Folie, auf der die Schutzschicht (9) gebildet wird, einen spezifischen Oberflächenwiderstand von 300 bis 2000 Ω/Sq. sowie einen Linearitätswert von höchstens 1,5% hat.
Eine transparente, elektrisch leitfähige Folie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die transparente, elektrisch leitfähige Schicht (5) aus Indiumoxid, einer Verbindung aus Indiumoxid und Zinnoxid und einer Verbindung aus Indiumoxid und Zinkoxid besteht.
Ein Tastkontakt, welcher über eine transparente, elektrisch leitfähige Folie nach einem der Ansprüche 1 bis 5 verfügt.
Ein Verfahren zur Bildung einer transparenten, elektrisch leitfähigen Folie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (9) mittels eines physikalischen Aufdampfprozesses, der aus den Varianten Aufdampfen im Vakuum, Sputtern, Ionplating und Laserabrasion ausgewählt wird, oder durch einen chemischen Aufdampfprozess gebildet wird.
Ein Verfahren zur Bildung einer transparenten, elektrisch leitfähigen Folie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (9) durch Beschichtung der transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht (5) mit einem Material der Schutzschicht in unbearbeitetem Zustand oder mit einer flüssigen Substanz einschließlich des Materials der Schutzschicht und eines Lösemittels gebildet wird.
Ein Verfahren zur Bildung einer transparenten, elektrisch leitfähigen Folie nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (9) durch Sputtern eines SiC-Targets aufgebracht wird.
Ein Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das SiC-Target über eine Dichte von mindestens 2,9 g/cm³ verfügt.
Ein Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das SiC-Target durch Sintern einer Mischung aus SiC-Pulver und einem Sinterhilfsmittel auf nichtmetallischer Basis bereitet wird.
Ein Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Lösemittel ein Alkohol, Keton, Toluol oder Hexan ist.