JP2005165329A - 不可視電極を備える透明基板およびこれを組み込んだデバイス - Google Patents

Abstract

【課題】簡単に形成させることができる不可視電極を備える透明基板とそれを組み込んだデバイスを提供すること。
【解決手段】電極（７）と接触区域（１５）は、透明導電性酸化物（ＴＣＯ）のフィルム内で構造化され、中間フィルム（３）で被覆される透明支持体（１）上に堆積され、ＵＶ照射によって得られるナノ・フィッシャ（１１）によって形成され、ＴＣＯフィルムを通過する誘電スペース（９）によって分離される。保護フィルム（１３）は、電極（７）および誘電スペース（９）を被覆する。
【選択図】図６

Description

本発明は、可視光波長範囲内で観察者によって輪郭を感知することができないような構造である、透明な電極を備える少なくとも１つの面を有する透明基板に関する。

本発明はまた、電極がコマンドまたは電気エネルギー・コントローラの役割を有する不可視電極を備える１つまたは複数の透明基板を含むデバイス、一般的には電子装置に関し、より詳細には電極の構造と配置によって遮られることなく、ディスプレイからデータを読み取ることができる電子装置のディスプレイの上に配置されたデバイスに関する。

本発明はまた、経済的な方法と高い精度で、あらゆる透明な電極に関する電極を構造化し、輪郭を見えなくするように電極間を光学的に調整する方法に関する。

ディスプレイと観察者の間に配置された電極によって形成されたインターフェイスをできるだけ目立たないようにし、特に計時器の場合に電子装置の美的外観を損傷するのを防ぐ解決法が既に提案されている。例えば、米国特許第４，２２８，５３４号、ヨーロッパ特許第０６７４２４７号、第１２０７４３９号内で非限定の方法で開示されるように、容量性または抵抗性効果による時間の触感制御または非時間関連機能を可能にする電極をガラスの内面が含む腕時計が知られている。例えば、国際特許公開第９３／１９４７９号に記載したようなエネルギー源を形成する光電池を形成するように、または国際特許公開第９９／３２９４５号に記載したように、透明な状態、または下にあるダイアル上に表示されたものに相補的または異なるデータを表示することが可能な液晶セルを形成するように、活性材料が間に配置された透明電極を備える２つの基板で形成されたセルによってガラスを置換えたり、または完成させたりすることがある。

電極を作るため、透明導体酸化物（ＴＣＯ）、すなわち酸化スズおよびインジウム（ＩＴＯ）、アンチモンでドープ処理されたＩｎ₂Ｏ₃またはＳｎＯ₂などの、可視領域内で優れた導電性を有し、透明である材料が知られている方法で使用されている。化学的または電気化学的ドーピングによって導電性を改良することができる共役二重結合を備える有機化合物である透明導電性ポリマーを、電極を構造化する導電性フィルムとして使用することもできる。透明導電性ポリマーは例えばＯｒｍｅｃｏｎ（登録商標）などのポリアセチレンまたはポリアニリンであってもよい。約５０から１００ｎｍのこれらのフィルムは、スパッタリング、蒸発、ソル・ゲル技術、化学蒸着（ＣＤＶ）などの多くの知られている技術により透明基板上、または中間層上で直接行なわれる。レーザ支援化学蒸着（ＬＩＣＶＤ）にも留意すべきである。

電極の構造に関して、ＵＶレーザ照射によるソル・ゲル・フィルムの局部結晶化によりＴＣＯの堆積中に電極の輪郭に対応する少なくとも１つのマスクを使用することによって、または連続ＴＣＯフィルム上に、十分なフルエンスを有するＵＶレーザ照射による化学エッチングまたは局部アブレーションを行なうことによって実施される様々な知られている方法が存在する。透明基板、ガラスまたはプラスチックの性質は、適応される過程の選択に対して、技術的、経済的観点から明らかに決定的な要素である。ＵＶレーザによるソル・ゲル・フィルムの局部結晶化は、光熱過程であるので、例えばＰＭＭＡなどのプラスチック基板に適応しにくい。

さらに、選択的エッチング法において非常に攻撃的な化学部品を使用すると、基板またはその基板とＴＣＯフィルムの間に挿入された中間層の劣化につながり、それによって非導電性スペースを満たすのに使用される方法がどんなものであっても電極間の非導電スペースを裸眼で認知することができ、これらの非導電性スペースを光線を偏倚させる凹凸を形成することなく充填するのが難しいので見えるようになる。エッチングと充填それぞれに対して２つの相補的マスクを使用する必要がある。
米国特許第４，２２８，５３４号 ヨーロッパ特許第０６７４２４７号 ヨーロッパ特許第１２０７４３９号 国際特許公開第９３／１９４７９号 国際特許公開第９９／３２９４５号 ヨーロッパ特許出願第０３００５６１５．４号

上記の欠点を解消するため、本明細書に参照として援用した、本出願人の名前によるヨーロッパ特許出願第０３００５６１５．４号で提唱された方法は、その特徴（フルエンス、インパルスの数、周波数）が異なる形態の２つの連続ステップにより調節されるレーザ照射を利用する単一のマスクを使用するステップからなる。第１のステップは、非導電スペース内でＴＣＯを完全に除去するステップからなり、第２のステップはスペース内で適切な屈折率と厚さを有する材料を堆積させるステップからなる。この場合、互いに近接する２つの電極を、これらを分離するスペース内で導電性材料のあらゆる形跡を取り除くことによって電気的に絶縁するしかないことが極めて明らかである。

しかし、驚くことには、ＴＣＯを取り除くことなく電気絶縁することができる低いレベルまで導電性を下げることができ、２つの近接する電極を初期光学性状を保持することができ、したがってどんな角度から前記電極を担持する透明電極を観察しても電極の輪郭を見えなくすることができる。

したがって、本発明は透明な導電性フィルムが堆積された透明支持体を含む不可視電極を備える透明電極に関し、電極は非導電スペースによって分離された輪郭で構造化されている。基板は、その非導電スペースの位置で導電フィルムがナノ・フィッシャまたはクラックを含み、その多くは導電性フィルムの厚さ全体を通過し、裸眼に感知されるように光線の経路を変更せずに、隣接する電極間の導電性を遮ることを特徴とする。これらのナノ・フィッシャまたはクラックの縁部は多くても、数ミクロンだけ離れており、ミリメートルの１０分の１より小さく離れている対象物を区別することができない観察者の視力では近くで見て（２０〜３０ｃｍ）も見ることはできない。

導電性フィルムは、透明な導電性酸化物（ＴＣＯ）であってもよいが、透明な導電性ポリマーであってもよい。しかし、以下の説明では、透明な電極を作るのに最もよく知られている製品であるＴＣＯに対して参照を基本的に行なう。

好ましい実施態様では、ＴＣＯフィルムの堆積の際に、透明な支持体がナノ・フィッシャを形成するのに貢献する、硬い透明な非導電性材料のフィルムで被覆されている（ハードコーティング）ことが好ましい。

別の好ましい実施態様によると、電極を構造化した後、基板の表面全体、すなわち電極の接触区域外をも含めて、電極と非導電性スペースが反射防止性を有する保護フィルムで被覆されてもよい。このフィルムは時間をかけてナノ・フィッシャを安定化させることにも貢献することもできる。

ＴＣＯフィルム中のナノ・フィッシャは、レーザ源によるＵＶ照射によって得られる。これを行なうため、この方法は、
支持体と中間層上に堆積されてもよいＴＣＯフィルムとが形成された基板を、ガス流体供給とポンプ出口を有する密封され、囲まれたスペース内に配置するステップと、
ＵＶ照射源と基板の間に、ＵＶ照射に対して透明であり、非導電スペースの所望の輪郭を生成する窓を含むマスクを挿入するステップと、
基板を形成するのに使用される材料、その厚さ、射出源の選択の関数として、物体を取り除くことなくＴＣＯフィルム内でナノ・フィッシャを起こすように照射の特徴を調節するステップとを含む。

源の選択に関して、紫外線範囲内で主に射出し、その使用が光アブレーションまたはマーキングを実施するとして知られているパルス・エキシマ・レーザが使用されることが好ましい。例えば、短いパルス（２０ｎｓ）を有するエキシマＫｒＦ（λ＝２４８ｎｍ）または長いパルス（２５０ｎｓ）を有するエキシマＸｅＦ（λ＝３０８ｎｍ）であってもよい。「照射特性」とは、フルエンス、パルス数、周波数のことをいう。

これらの特性の調節を、フィッシャは観測されるが導電性を十分下げることがない下限と、ＴＣＯフィルムのアブレーションを起こして、電極の輪郭が見えるようになる上限の間で行なわなければならない。但し、電極間の普通の絶縁スペースは約数十ミリメートルである。上記のヨーロッパ特許出願第０３００５６１５．４号に示すように、これらのスペースを光学的補償を得ることができる透明な誘電材料で満たすことは明らかに可能である。

したがって、本発明による方法は上記ステップを必要とせず、したがってより経済的な利点を有する。ＴＣＯフィルムの独自の特徴（屈折率および厚さ）を考えると、十分な光学補償を得るように適合された屈折率と厚さを有する誘電材料の難しい選択を強要もしない。

電極を構造化した後、囲まれたスペース内に基板を残し、前のマスクを別のマスクに交換することが望ましい。その別のマスクは、前駆ガスを囲まれたスペース内に導入することによって、マスクのＵＶ透明窓が電極の接触区域以外を含めて基板全体、すなわち電極と非導電スペースの上に透明保護フィルムを堆積させることができるようなものである。その性質や厚さにより反射防止性を得ることができる材料を、保護フィルムを形成するのに使用することが好ましい。そのフィルムはまた、時間をかけてナノ・フィッシャを安定化させる利点を有する。

したがって、不可視電極を備える透明電極を、プレアンブルで引用した適応例全てで使用することができ、従来技術の知られている製品のものより優れた品質の透明度および均一性を提供する。

本発明の他の特徴および利点は、添付の図面を参照して、例示的かつ非限定的な例によって与えられる以下の説明で明らかになるだろう。

図１は、レーザ源によって形成されるＵＶ照射源１４と、フルエンスを増加させるためにレーザ・ビームの断面を小さくするように凸レンズ１６と凹レンズ１８を含むタイプの光学システムと、ＵＶ照射透明区域１２を含むマスク１０と、囲まれたスペース２とを基本的に含むデバイスを略図的に示す。囲まれたスペース２は、ＵＶ照射に対して透明な窓８と、ガス入口４と、ポンプ出口６とを含む。囲まれたスペース２はまた、前駆ガスのベクトル・ガス用の追加の入口（図示せず）を含むこともできる。囲まれたスペース２の内側には、この例では、既にＴＣＯフィルム５で被覆された透明底を含む基板が配置されている。もちろん、経済的に利益が少ないが、例えばＬＩＣＶＤによって囲まれたスペース２内に直接ＴＣＯフィルムを形成することができる。但し、エネルギー消費は１００倍より大きい。

ＵＶ照射源は、１．９×２．４ｃｍ²の矩形ビームを有する１５０ｍＪ／インパルスの最大エネルギーを供給する長いインパルス（２５０ｎｓ）を備えるＸｅＦレーザ（３０８ｎｍ）、または１．５×４ｃｍ²の矩形ビームを有する１８０ｍＪ／インパルスの最大エネルギーを供給する短いインパルス（２０ｎｓ）を備えるＫｒＦレーザ（２４８ｎｍ）などのエキシマ・レーザによって形成されている。特性が所望の対象物に適応するならば、他のレーザ、例えば三重または四重Ｎｄ：ＹＡＧレーザも使用することができる。

図２および３は、この例では７０ｎｍの厚さを有する酸化スズ・インジウム（ＩＴＯ）などの連続ＴＣＯフィルムで、透明材料から作られた支持体１が被覆された最も簡単な実施形態を示す。もちろん、Ｓｂでドープ処理されたＩｎ₂Ｏ₃またはＳｎＯ₂など別のＴＣＯを使用し、例えば５０から１００ｎｍの間、好ましくは６５から７５ｎｍの間からなる異なる厚さを有することが可能である。図３に示すように、囲まれたスペース２内のＵＶ照射後に、ＩＴＯフィルムを通過し、電極７と接触区域１５を電気的に分離させるナノ・フィッシャ（ひび）１１によって非導電スペース９が形成され、作り出される。スペース９内にこれらのフィッシャとＩＴＯの非アブレーションを得るため、図４から６に対応する第２の実施形態でより詳細に説明するように、ＩＴＯフィルムのアブレーションを起こすことなく、ナノ・フィッシャの深さが、導電性を十分に遮断し、隣接する電極を電気的に絶縁させるような限度内となるようにＵＶ照射特性を調節しなければならない。

図４では、基板は支持体１によって形成され、この場合、硬い非導電性の透明な材料（ハードコーティング）の中間層３が堆積されるＰＭＭＡからできている。ＰＭＭＡを保護し、ナノ・フィッシャリング後にＩＴＯ底を安定化させることに貢献する中間層は、例えばＳｉＯ₂を組み込んだ樹脂から作られており、その厚さは約２０μｍである。この基板は、囲まれたスペース２内に配置され、その後マスク１０を通して、源１４からのＵＶ照射が行なわれる。以下の例では、源は、フルエンスを変化させ、３×４ｍｍ²の照射表面を有する５Ｈｚの２０インパルスの照射特性を備えた、長いパルス（２５０ｎｓ）を有するＸｅＦエキシマ・レーザ（λ＝３０８ｍｎ）によって形成される。

図５は、電極７と接触区域１５を分離させる非導電スペース９を作り出すナノ・フィッシャ１１の形成を略図的に示す。

図６は、基板が囲まれたスペース２内に残り、マスク１０がその照射透明窓が透明基板の有用な輪郭を区切る別のマスクに取り換えられる光学的ステップを示す。前駆ガスはその後、供給導管４を介して囲まれたスペース内に導入され、ＵＶ照射特性を調節して、保護フィルム１３を堆積させる。フィルム１３は例えば、反射防止性を有するように変更される均一な厚さのＳｉＯ₂およびＴｉＯ₂を堆積させることによって形成させる。また、フィルム１３は一方で、時間をかけてナノ・フィッシャ１１を安定化させることができ、もう一方でナノ・フィッシャ間のスペースを充填することによって電極をさらに見えなくすることができる。

図７から１１は、ＵＶ照射特性をどのように調節すべきかを例で示している。７０ｎｍの厚さのＩＴＯフィルムが堆積され、３×４ｍｍの表面がフルエンスを変更しながら、５Ｈｚの２０パルスを有する３０８ｎｍの長さのパルス・エキシマ・レーザで照射した２０μｍの厚さを有する中間層を含む、３つの同じ試料が使用されている。

図７に示された図は、照射された区域内で試料の電気特性を測定する取付配置を示す。発生器１７は、１．７７Ｖの正弦電圧を、２．２ｋΩと５７０ｋΩの間で較正される抵抗器１９と、試料部２３とからなる直列回路に加え、電圧電流計２１により抵抗器１９の端子で電圧を測定することによって０．７ｍＡと０．２μＡの間からなる電流値とする（Ｒ_ech．＝（Ｖ_gen．−Ｖ）／Ｉ）。「試料部」２３は、図８に示すように、ナノ・フィッシャの各側から０．３から０．５ｍｍの距離の２点２４間でとられる。ループ形の端部を使用することもできる（図示せず）、すなわちＩＴＯフィルムが先端によって損傷するのを防ぐように軟質の接触を使用することができる。

試料がＵＶ照射を受けない場合、先端間の抵抗は６７０Ωの較正された抵抗で試料を通過する１．５ｍＡの電流に対して１８０Ωである。

図８は、上記特性と６５ｍＪ／ｃｍ²を有するレーザ・ビームでの照射後、約１５の倍率の反射モードでの顕微鏡において観察された画像を示す。ナノ・フィッシャは数が多いことが分かるであろう。測定先端間の同じ距離を有する非照射試料に対して同じ電流測定を行なうと、交流はもはや測定できず（＜＜０．２μＡ）、フィッシャ１１の両側に配置されたＩＴＯパッドが十分電気絶縁されていることを意味する。

これは、図１１に示すナノ・フィッシャを通したＡＦＭ画像によって確認される。ナノ・フィッシャは７５ｎｍの最大深さを有する、すなわち前記ナノ・フィッシャの底は絶縁ハードコーティング３を非常に僅かに入り込み、それによってナノ・フィッシャの下縁部では約７０ｎｍだけ電気的に分離されることが分かる。また、上部では、ナノ・フィッシャ１１の最大幅が約５００ｍｎである、すなわちあまりに小さくて裸眼で認知することができない幅であることが分かるだろう。

第２の試料に、同じ照射であるが、フルエンスが低い、すなわち６０ｍＪ／ｃｍ²での照射を行なうことによって、図９に示すようなフィッシャが得られるが、電気特性が僅かに変更されている。６７０Ωの初期抵抗では、先端間の８００Ωの抵抗、および１．１９ｍＡの電流が観察され、明らかな導電性がまだフィッシャに存在することを意味する。ＡＦＭ画像（図示せず）によって、実際はフィッシャの最大深さが６６ｎｍである、すなわちフィッシャの底に導電接続があることが分かる。

逆に、図１０を参照すると、６５ｍＪ／ｃｍ²のフルエンスを７０ｍＪ／ｃｍ²に増やすことによって、電極を分離する区域を裸眼で見ることができる十分な幅だけ、ＩＴＯフィルムが取り除かれる区域２２が形成されることが分かるであろう。導電性は明らかに遮断されるが、例えば、前述のヨーロッパ特許第０３００５６１５．４号で提唱した方法により光学的補償を得るため、相補的製造ステップをその後行なわなければならない。

ＴＣＯフィルムの性質や中間層とそれぞれの厚さの性質によって当業者は、ＵＶ照射特性を導電性の遮断が不十分である下限とＴＣＯフィルムが破断される上限との間で、使用されるレーザ源の関数として決めることができるであろう。

したがって、図８を参照して説明したものと同じ測定状態で、照射区域が８５ｍＪ／ｃｍ²のフルエンスで１×４ｍｍ²の表面を有する場合に、導電性に関して同じ結果を得ることができる。

２４８ｎｍの短いパルス・レーザを使用することによって、図８と同じ結果が５Ｈｚの５０パルスおよび５０ｍＪ／ｃｍ²のフルエンスで２×８ｍｍ²の試料でも得られる。

エキシマ・レーザに限らず使用されるレーザ源によって、当業者はしたがって、いくつかの予備的計画により、物質を取り除くことなく、電極間の導電性を遮断するのに十分にナノ・フィッシャを生じさせる最適な状態を簡単に決定することができる。

本発明による不可視電極を備える透明基板を得るためのデバイスの略図である。 第１の実施形態の製造ステップを示す図である。 第１の実施形態の製造ステップを示す図である。 第２の実施形態の製造ステップを示す図である。 第２の実施形態の製造ステップを示す図である。 第２の実施形態の製造ステップを示す図である。 電気的測定を行なう組立図である。 本発明によるナノ・フィッシャを備える誘電区域の図である。 ＵＶ照射特性が不十分である場合の図８に対応する図である。 ＵＶ照射特性が逆に過大である場合の図８に対応する図である。 図８で参照されたナノ・フィッシャのＡＦＭ画像の図である。

符号の説明

１ 支持体、２ スペース、３ 中間層、４ ガス入口、供給導管、５ ＴＣＯフィルム、６ ポンプ出口、８ 窓、９ 非導電スペース、１０ マスク、１１ ナノ・フィッシャ、１２ ＵＶ照射透明区域、１３ 保護フィルム、１４ ＵＶ照射源、１５ 接触区域

Claims (17)

1. 透明な導電性フィルム（５）が堆積された透明支持体（１）を含む不可視電極を備える透明基板であって、電極（７）と接触区域（１５）が非導電スペース（９）によって分離された輪郭として構造化され、前記非導電スペース（９）の部位に配置された導電性フィルム（５）は、裸眼で感知できるように光線の経路を変更することなく、隣接する電極間の導電性を遮断するナノ・フィッシャ（１１）を含むことを特徴とする基板。
2. 透明な導電性フィルム（５）が、酸化スズ・インジウム（ＩＴＯ）、Ｓｂでドープ処理されたＩｎ₂Ｏ₃およびＳｎＯ₂を含む群から選択された透明な導電性酸化物（ＴＣＯ）であることを特徴とする請求項１に記載の基板。
3. 透明な導電性フィルム（５）が、ポリアセチレンおよびポリアニリンから選択された共役二重結合を有するドープ処理された導電性ポリマーであることを特徴とする請求項１に記載の基板。
4. 透明な硬い非導電性材料またはハードコーティングで作られた中間層（３）が、支持体（１）と導電性フィルム（５）の間に挿入されることを特徴とする請求項１に記載の基板。
5. 中間層（３）が、ＳｉＯ₂を組み込み、少なくとも２０μｍに等しい厚さを有する樹脂から作られていることを特徴とする請求項４に記載の基板。
6. ナノ・フィッシャ（１１）の大部分が導電性フィルム全体を通過することを特徴とする請求項１に記載の基板。
7. 導電性フィルム（５）が、５０から１００ｎｍの間、好ましくは６５から７５ｎｍの間からなる厚さを有するＩＴＯフィルムであることを特徴とする請求項２に記載の基板。
8. 支持体（１）が、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）とポリカーボネート（ＰＣ）から選択された材料から作られていることを特徴とする請求項１に記載の基板。
9. 電極（７）と非導電スペース（９）はさらに、反射防止性を有する保護フィルム（１３）で被覆されていることを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の基板。
10. 保護フィルム（１３）は、電極（７）の接触区域（１５）を覆っていないことを特徴とする請求項９に記載の基板。
11. 一体化された電子装置用のタッチ型の制御画面を形成することを特徴とする請求項１に記載の基板。
12. 電子装置用の液晶ディスプレイセルまたは光電池用の少なくとも１つの閉じた板を形成していることを特徴とする請求項１に記載の基板。
13. 透明な導電性フィルム（５）が堆積された透明な支持体（１）を含む不可視電極を備える透明基板を製造する方法であって、電極（７）が照射源（１４）によるＵＶ照射によって非導電スペース（９）によって分離された輪郭として構造化され、
    支持体（１）と、透明な硬い非導電性材料から作られた中間層（３）上に堆積されてもよい導電性フィルム（５）とが形成された基板を、ガス流体供給入口（４）とポンプ出口（６）を有する密封され、囲まれたスペース（２）内に配置し、
    ＵＶ照射源（１４）と基板の間に、ＵＶ照射に対して透明であり、誘電非導電体（９）に対応する窓（１２）を含むマスク（１０）を挿入し、
    いかなる物質を取り除くことなく、基板と照射源（１４）に使用される材料の選択の関数として、ナノ・フィッシャを照射区域内の導電性フィルム（５）内に作り出せるようにＵＶ照射特性を調節することを特徴とする方法。
14. 透明基板の所望の有用な表面に対応する別のマスクに使用されたマスク（１０）を交換し、電極（７）の接触区域（１５）を見えるように、同じＵＶ源（１４）で前駆ガスから反射防止性である導電性フィルム（１３）を堆積させることをさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 透明な導電性フィルム（５）は、酸化スズ、インジウム（ＩＴＯ）、Ｓｂでドープ処理されたＩｎ₂Ｏ₃およびＳｎＯ₂からなる群から選択された透明な導電性酸化物（ＴＯＣ）であることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
16. 透明な導電性フィルム（５）は、ポリアセチレンおよびポリアニリンから選択されたドープ処理された導電性ポリマーであることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
17. 源（１４）は、ＸｅＦの長いパルス・レーザとＫｒＦの短いパルス・レーザから選択されるエキシマ・レーザによって形成されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。

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