JP2012123086A - 導電性光学素子ならびに情報入力装置および表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】低抵抗および高透過を確保しながら、屈曲に対して導電性を保持できる導電性光学素子ならびに情報表示装置および表示装置を提供する。
【解決手段】導電性光学素子は、可撓性を有し、表面に可視光の波長以下の微細ピッチで凸部または凹部からなる構造体が多数配置された基体と、構造体上に形成された透明導電層とを備える。構造体のアスペクト比は0.1以上1.8以下であり、透明導電層は構造体に倣った表面を有する。導電性光学素子は、屈曲試験に対して導電性が保持される。
【選択図】図1

Description

この発明は、導電性光学素子ならびに情報入力装置および表示装置に関する。詳しくは、透明導電層が一主面に形成された導電性光学素子に関する。
近年、モバイル機器や携帯電話機器等が備える表示装置上に、情報を入力するためのタッチパネルが配置されるようになっている。
例えば、抵抗膜式のタッチパネルでは、2つの透明導電性フィルムがアクリル樹脂等の絶縁材料からなるスペーサを介して対向配置された構造を有し、透明導電性フィルムがタッチパネルの電極として機能する。透明導電性フィルムは、高分子フィルム等の透明性を有する基材と、この基材上に形成された透明導電層とを備える。
透明導電性フィルムを構成する透明導電層としては、ITO(Indium Tin Oxide)等の高屈折率の材料(例えば1.9〜2.1程度)を用いた無機導電性化合物の薄膜が広く使用されている。しかしながら、無機導電性化合物の薄膜は可撓性に乏しく、したがって透明導電性フィルムは屈曲性が悪いものであった。
透明導電性フィルムの屈曲性を向上させようとして透明導電層を薄くすると、例えば50Ω/□〜500Ω/□程度の、透明導電性フィルムに求められる表面抵抗値が得られなくなってしまう。一方、所望の表面抵抗値を実現するために、透明導電層を厚くすると、透明導電性フィルムの屈曲性および透過率が低下してしまう。このように、透明導電性フィルムの屈曲性、低抵抗および高透過を同時に実現することは困難であった。
この問題を解決するために、例えば特許文献1では、導電性酸化物微粒子とバインダーマトリックスを含む塗布液を、ガスバリア機能が付与されたプラスチックフィルムに塗布して透明導電層を形成したフレキシブル透明導電フィルムが提案されている。また例えば特許文献2では、透明な有機高分子フィルム上にまず有機高分子導電性化合物からなる層を形成し、この上に、無機導電性化合物からなる層を形成した透明導電性フィルムが提案されている。
特開2009−302029号公報
特開2010−225375号公報
しかしながら、特許文献1や特許文献2に記載の透明導電性フィルムによっても、低抵抗化しようとすると透明導電層の膜厚が大きくなり、十分な屈曲性が得られなかった。
したがって、この発明の目的は、低抵抗および高透過を確保しながら、屈曲に対して導電性を保持できる導電性光学素子ならびに情報入力装置および表示装置を提供することにある。
上述の課題を解決するために、この発明は、
可撓性を有する基体と、
基体の表面に可視光の波長以下の微細ピッチで多数配置された凸部または凹部からなる構造体と、
構造体上に形成された透明導電層と
を備え、
構造体のアスペクト比は0.1以上1.8以下であり、
透明導電層は構造体に倣った表面を有し、
屈曲試験に対して導電性が保持される導電性光学素子である。
この発明では、構造体および透明導電層を備える基体が、可撓性を有することが好ましい。このような構成を採用する場合、構造体のアスペクト比が0.1以上1.8以下とされ、透明導電層は構造体に倣った表面を有していることが好ましい。屈曲試験に対して導電性が保持されるようにできるからである。屈曲試験に対して導電性が保持されるとは、具体的には、φ4の金属棒への巻きつけの後における端子間抵抗の測定値と、巻きつけ前(屈曲なし)の端子間抵抗の抵抗値の変化が50%以下の範囲であることと定義する。導電性光学素子を透明導電性フィルムとして用いる場合に、屈曲性、低抵抗および高透過を同時に実現する観点から、透明導電層の表面抵抗が、50Ω/□以上500Ω/□未満の範囲とされることが好ましい。
構造体の頂部における透明導電層の膜厚が、5nm以上150nm以下の範囲内であることが好ましい。
この発明では、構造体が、基体表面において複数列のトラックをなすように配置されることが好ましい。複数列のトラックは、例えば、直線状、円弧状を有することが好ましく、または、蛇行していることが好ましい。
この発明において、構造体を六方格子状または準六方格子状に周期的に配置することが好ましい。ここで、六方格子とは、正六角形状の格子のことをいう。準六方格子とは、正六角形状の格子とは異なり、歪んだ正六角形状の格子のことをいう。
例えば、構造体が直線上に配置されている場合には、準六方格子とは、正六角形状の格子を直線状の配列方向(トラック方向)に引き伸ばして歪ませた六方格子のことをいう。構造体が蛇行して配列されている場合には、準六方格子とは、正六角形状の格子を構造体の蛇行配列により歪ませた六方格子をいう。または、正六角形状の格子を直線状の配列方向(トラック方向)に引き伸ばして歪ませ、かつ、構造体の蛇行配列により歪ませた六方格子のことをいう。
または、構造体を四方格子状または準四方格子状に周期的に配置することが好ましい。ここで、四方格子とは、正四角形状の格子のことをいう。準四方格子とは、正四角形状の格子とは異なり、歪んだ正四角形状の格子のことをいう。
例えば、構造体が直線上に配置されている場合には、準四方格子とは、正四角形状の格子を直線状の配列方向(トラック方向)に引き伸ばして歪ませた四方格子のことをいう。構造体が蛇行して配列されている場合には、準四方格子とは、正四角形状の格子を構造体の蛇行配列により歪ませた四方格子をいう。または、正四角形状の格子を直線状の配列方向(トラック方向)に引き伸ばして歪ませ、かつ、構造体の蛇行配列により歪ませた四方格子のことをいう。
この発明では、構造体が、トラックの延在方向に長軸方向を有する楕円錐または楕円錐台形状であることが好ましい。この発明において、楕円には、数学的に定義される完全な楕円のみならず、多少の歪みが付与された楕円も含まれる。円形には、数学的に定義される完全な円(真円)のみならず、多少の歪みが付与された円形も含まれる。
この発明では、微細ピッチで基体表面に多数配設けられた構造体が、複数列のトラックをなしていると共に、隣接する3列のトラック間において、六方格子パターン、準六方格子パターン、四方格子パターンまたは準四方格子パターンをなしている。したがって、表面における構造体の充填密度を高くすることができ、これにより可視光等の反射防止効率を高め、反射防止特性に優れた透過率の極めて高い導電性光学素子を得ることができる。
なお、構造体の微細配列を一主面のみではなく、該一主面とは反対側の主面にも設けた場合、例えば光入射面および光出射面の両方に設けた場合には、透過特性をより一層向上させることができるため好ましい。例えば、導電性光学素子をタッチパネルとして使用する場合、タッチ側となる面または表示装置に被着される側の面に複数の構造体を形成するようにしてもよい。このようにすることで、タッチパネルの反射防止特性および透過特性を向上させることができる。
以上説明したように、この発明によれば、低抵抗および高透過を確保しながら、屈曲に対して導電性を保持できる導電性光学素子を実現することができる。
図1Aは、この発明の第1の実施形態に係る導電性光学素子の構成の一例を示す概略平面図である。図1Bは、図1Aに示した導電性光学素子のA−A断面図である。図1Cは、図1Aに示した導電性光学素子の一部を拡大して表す斜視図である。 図2Aは、図1Aに示した導電性光学素子の一部を拡大して表す平面図である。図2Bは、構造体が四方格子パターンまたは準四方格子パターンをなすように配置された例を示す平面図である。図2Cは、構造体が蛇行するように配置された例を示す平面図である。 図3A〜図3Cは、構造体の配置の他の構成例を示す平面図である。 図4は、ロール原盤露光装置の構成の一例を示す概略図である。 図5A〜図5Dは、この発明の第1の実施形態に係る導電性光学素子の製造方法の一例を説明するための工程図である。 図6A〜図6Dは、この発明の第1の実施形態に係る導電性光学素子の製造方法の一例を説明するための工程図である。 図7Aは、この発明の第2の実施形態に係るタッチパネルの構成の一例を示す斜視図である。図7Bは、この発明の第2の実施形態に係るタッチパネルの構成の一例を示す断面図である。 図8Aは、第2の実施形態の第1の変形例に係るタッチパネルの第1の変形例を示す斜視図である。図8Bは、第1の導電性光学素子の一構成例を示す分解斜視図である。図8Cは、図8BのA−A模式的断面図である。 図9Aは、第2の実施形態の第2の変形例に係るタッチパネルの構成の一例を示す斜視図である。図9Bは、第2の実施形態の第2の変形例に係るタッチパネルの構成の一例を示す断面図である。 図10Aは、第2の実施形態の第3の変形例に係るタッチパネルの構成例を示す斜視図である。図10Bは、図10AのA−A模式的断面図である。 図11は、この発明の第3の実施形態に係る表示装置の構成の一例を示す模式的断面図である。 図12Aは、この発明の第4の実施形態に係る電気化学素子の構成の一例を模式的に示す斜視図である。図12Bは、図12AのA−A模式的断面図である。 図13は、サンプル1−1〜サンプル1−3、サンプル2−1およびサンプル3−1の導電性光学素子の抵抗変化率を示すグラフである。
この発明の実施形態について図面を参照しながら以下の順序で説明する。
1.第1の実施形態
2.第2の実施形態(情報入力装置(タッチパネル)に対する適用例)
3.第3の実施形態(表示装置(電子ペーパー)に対する適用例)
4.第4の実施形態(電気化学素子(色素増感太陽電池)に対する適用例)
<1.第1の実施形態>
[導電性光学素子の構成]
図1Aは、この発明の第1の実施形態に係る導電性光学素子の構成の一例を示す概略平面図である。図1Bは、図1Aに示した導電性光学素子のA−A断面図である。図1Cは、図1Aに示した導電性光学素子の一部を拡大して表す斜視図である。図2Aは、図1Aに示した導電性光学素子の一部を拡大して表す平面図である。図2Bは、構造体が四方格子パターンまたは準四方格子パターンをなすように配置された例を示す平面図である。図2Cは、構造体が蛇行するように配置された例を示す平面図である。以下では、導電性光学素子の面内で互いに直交する2方向をX軸方向およびY軸方向とし、X軸方向およびY軸方向に垂直な方向をZ軸方向と称する。
導電性光学素子は、可撓性を有する基体と、反射の低減を目的とする光の波長以下の微細ピッチで一主面に配置された、凸部または凹部からなる複数の構造体と、これらの構造体上に形成された透明導電層とを備える。この導電性光学素子は、図1の−Z方向に透過する光について、構造体とその周囲の空気との界面における反射を防止する機能を有している。
図1に示すように、第1の実施形態に係る導電性光学素子1は、構造体3が多数配置された表面を有する基体2と、構造体3上に形成された透明導電層4とを備える。構造体3のアスペクト比は0.1以上1.8以下とされ、透明導電層4は、構造体3に倣った表面を有している。アスペクト比が0.1以上1.8以下の構造体3上に透明導電層4が形成されるので、導電性光学素子1は、屈曲試験に対して導電性が保持される。
以下、導電性光学素子1に備えられる基体2、構造体3および透明導電層4について順次説明する。
(基体)
基体2は、例えば、透明性を有する透明基体である。基体2の材料としては、例えば、透明性を有するプラスチック材料、ガラス等を主成分とするものが挙げられるが、これらの材料に特に限定されるものではない。プラスチック材料としては、透明性、屈折率、および分散等の光学特性、さらには耐衝撃性、耐熱性、および耐久性等の諸特性の観点から、ポリメチルメタアクリレート、メチルメタクリレートと他のアルキル(メタ)アクリレート、スチレン等といったビニルモノマーとの共重合体等の(メタ)アクリル系樹脂;ポリカーボネート、ジエチレングリコールビスアリルカーボネート(CR-39)等のポリカーボネート系樹脂;(臭素化)ビスフェノールA型のジ(メタ)アクリレートの単独重合体ないし共重合体、(臭素化)ビスフェノールAモノ(メタ)アクリレートのウレタン変性モノマーの重合体及び共重合体等といった熱硬化性(メタ)アクリル系樹脂;ポリエステル特にポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートおよび不飽和ポリエステル、アクリロニトリル−スチレン共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン、エポキシ樹脂、ポリアリレート、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、シクロオレフィンポリマー(商品名:アートン、ゼオノア)等が好ましい。また、耐熱性を考慮したアラミド系樹脂の使用も可能である。基体2の主成分をガラスとする場合は、基体2が可撓性を有する程度の厚さであることが好ましく、例えば50μm〜100μm程度の厚さであることが好ましい。
基体2がプラスチックフィルムである場合には、基体2は、例えば、上述の樹脂を押出成型、伸延、あるいは溶剤に希釈後フィルム状に成膜して乾燥するキャスト成型等の方法で得ることができる。また、基体2の厚さは、例えば25μm〜500μm程度である。
基体2としてプラスチック材料を用いる場合、プラスチック表面の表面エネルギー、塗布性、すべり性、平面性等をより改善するために、表面処理として下塗り層を設けるようにしてもよい。この下塗り層としては、例えば、オルガノアルコキシメタル化合物、ポリエステル、アクリル変性ポリエステル、ポリウレタン等が挙げられる。また、下塗り層を設けるのと同様の効果を得るために、基体2の表面に対してコロナ放電、UV(Ultraviolet)照射処理を行うようにしてもよい。
基体2の形状としては、例えば、シート状、プレート状、ブロック状を挙げることができるが、特にこれらの形状に限定されるものではない。ここで、シートにはフィルムが含まれるものと定義する。基体2の形状は、カメラ等の光学機器等において、所定の反射防止機能が必要とされる部分の形状等に合わせて適宜選択することが好ましい。
(構造体)
基体2の表面には、凸部である構造体3が多数配列されている。この構造体3は、反射の低減を目的とする光の波長帯域以下の短い配置ピッチ、例えば可視光の波長と同程度の配置ピッチで周期的に2次元配置されている。ここで、配置ピッチとは、図2に示す配置ピッチP1および配置ピッチP2を意味する。反射の低減を目的とする光の波長帯域は、例えば、紫外光の波長帯域、可視光の波長帯域または赤外光の波長帯域である。ここで、紫外光の波長帯域とは10nm〜360nmの波長帯域、可視光の波長帯域とは360nm〜830nmの波長帯域、赤外光の波長帯域とは830nm〜1mmの波長帯域をいう。具体的には、配置ピッチは、好ましくは180nm以上350nm以下、190nm以上280nm以下であることがより好ましい。配置ピッチが180nm未満であると、構造体3の作製が困難となる傾向がある。一方、配置ピッチが350nmを超えると、可視光の回折が生じる傾向がある。
図2A〜図2Cに示すように、構造体3は、例えば、複数列のトラックT1、T2、T3、・・・(以下総称して「トラックT」ともいう。)をなすような配置形態を有する。図2Aに示すように、P1は、同一トラック(例えばT1)内における構造体3の配置ピッチ(a1〜a2間距離)を表す。P2は、隣接する2つのトラック(例えばT1およびT2)間における構造体3の配置ピッチ、すなわちトラックの延在方向に対して±θ方向における構造体3の配置ピッチ(例えばa1〜a7、a2〜a7間距離)を表す。この発明において、トラックとは、構造体3が列をなして直線状または曲線状に連なった部分のことをいう。また、列方向とは、構造体3の集合が形成される基体2の表面において、トラックの延在方向(例えばX軸方向)に直交する方向のことをいう。
図2Aに示す例では、構造体3は、隣接する2つのトラックT間において、例えば半ピッチずれた位置に配置されている。具体的には、隣接する2つのトラックT間において、一方のトラック(例えばT1)に配列された構造体3の中間位置(半ピッチずれた位置)に、他方のトラック(例えばT2)の構造体3が配置されている。その結果、図2Aに示すように、隣接する3列のトラック(T1〜T3)間においてa1〜a7の各点に構造体3の中心が位置する六方格子パターンまたは準六方格子パターンを形成するように構造体3が配置されている。一実施の形態において、六方格子パターンとは、正六角形状の格子パターンのことをいう。また、準六方格子パターンとは、正六角形状の格子パターンとは異なり、トラックの延在方向(例えばX軸方向)に引き伸ばされ歪んだ六方格子パターンのことをいう。
構造体3が準六方格子パターンを形成するように配置されている場合には、図2Aに示すように、同一トラック(例えばT1)内における構造体3の配置ピッチP1は、隣接する2つのトラック(例えばT1およびT2)間における構造体3の配置ピッチ、すなわちトラックの延在方向に対して±θ方向における構造体3の配置ピッチP2よりも長くなっていることが好ましい。このように構造体3を配置することで、構造体3の充填密度の更なる向上を図れるようになる。
図2Bに示す例では、構造体3が、隣接する3列のトラック間において四方格子パターンまたは準四方格子パターンをなしている。ここで、準四方格子パターンとは、正四方格子パターンと異なり、トラックの延在方向(X方向)に引き伸ばされ歪んだ四方格子パターンを意味する。
図2Cに示す例では、構造体3が、蛇行するトラック(以下ウォブルトラックと称する。)上に配列されている。基体2上における各トラックのウォブルは、同期していることが好ましい。すなわち、ウォブルは、シンクロナイズドウォブルであることが好ましい。このようにウォブルを同期させることで、六方格子または準六方格子の単位格子形状を保持することができる。ウォブルトラックの波形としては、例えば、サイン波、三角波等を挙げることができる。ウォブルトラックの波形は、周期的な波形に限定されるものではなく、非周期的な波形としてもよい。ウォブルトラックのウォブル振幅は、例えば±10μm程度に選択される。
なお、構造体が蛇行して配列されている場合には、準六方格子とは、正六角形状の格子を構造体の蛇行配列により歪ませた六方格子をいう。または、正六角形状の格子を直線状の配列方向(トラック方向)に引き伸ばして歪ませ、かつ、構造体の蛇行配列により歪ませた六方格子のことをいう。準四方格子とは、正四角形状の格子を構造体の蛇行配列により歪ませた四方格子をいう。または、正四角形状の格子を直線状の配列方向(トラック方向)に引き伸ばして歪ませ、かつ、構造体の蛇行配列により歪ませた四方格子のことをいう。
図3A〜図3Cは、構造体の配置の他の構成例を示す平面図である。図3Aに示すように、基体2の表面に形成される構造体3の大きさが、ランダムとされていてもよく、図3Bに示すように、基体2の表面に形成される構造体3の配置が、ランダムとされていてもよい。または、図3Cに示すように、基体2の表面に形成される構造体3の大きさおよび配置が、ランダムとされていてもよい。
構造体3の具体的な形状としては、例えば、錐体状、柱状、針状、半球状、半楕円球状、多角形状等が挙げられるが、これらの形状に限定されるものではなく、他の形状を採用するようにしてもよい。または、これらの頂部を切り落とした形状としてもよく、構造体3の表面、例えば頂部に微小な穴を形成するようにしてもよい。
構造体3が、成形の容易さの観点から、錐体形状、または錐体形状をトラック方向に延伸または収縮させた錐体形状を有することが好ましい。構造体3が、軸対称な錐体形状、または錐体形状をトラック方向に延伸または収縮させた錐体形状を有することが好ましい。隣接する構造体3に接合されている場合には、構造体3が、隣接する構造体3に接合されている下部を除いて軸対称な錐体形状、または錐体形状をトラック方向に延伸または収縮させた錐体形状を有することが好ましい。錐体形状としては、例えば、円錐形状、円錐台形状、楕円錐形状、楕円錐台形状等を挙げることができる。ここで、錐体形状とは、上述のように、円錐形状および円錐台形状以外にも、楕円錐形状、楕円錐台形状を含む概念である。また、円錐台形状とは、円錐形状の頂部を切り落とした形状をいい、楕円錐台形状とは、楕円錐の頂部を切り落とした形状のことをいう。
構造体3は、トラックの延在方向の幅がこの延在方向とは直交する列方向の幅よりも大きい底面を有する錐体形状であることが好ましい。具体的には、構造体3は、底面が長軸と短軸をもつ楕円形、長円形または卵型の錐体構造で、頂部が曲面である楕円錐形状であることが好ましい。このような形状にすると、列方向の充填率を向上させることができるからである。
なお、図1Cに示す例では、構造体3は、それぞれ同一の大きさおよび/または形状を有しているが、構造体3の形状はこれに限定されるものではなく、2種以上の大きさおよび/または形状の構造体3が混在するように形成されていてもよい。後述するロール原盤露光装置を用いてロール原盤を作製する場合には、構造体3の形状として、頂部に凸状の曲面を有する楕円錐形状、または頂部が平坦な楕円錐台形状を採用し、それらの底面を形成する楕円形の長軸方向をトラックの延在方向と一致させることが好ましい。
反射特性の向上の観点からすると、頂部の傾きが緩やかで中央部から底部に徐々に急峻な傾きの錐体形状(図1C参照)が好ましい。また、反射特性および透過特性の向上の観点からすると、中央部の傾きが底部および頂部より急峻な錐形形状、または、頂部が平坦な錐体形状であることが好ましい。構造体3が楕円錐形状または楕円錐台形状を有する場合、その底面の長軸方向が、トラックの延在方向と平行となることが好ましい。
また、図1Cに示すように、構造体3の周囲の一部または全部に突出部6を設けることが好ましい。このようにすると、構造体3の充填率が低い場合でも、反射率を低く抑えることができるからである。具体的には例えば、突出部6は、図1Cに示すように、隣り合う構造体3の間に設けられる。また、細長い突出部6が、構造体3の周囲の全体またはその一部に設けられるようにしてもよい。この細長い突出部6は、例えば、構造体3の頂部から下部の方向に向かって延びている。突出部6の形状としては、断面三角形状および断面四角形状等を挙げることができるが、特にこれらの形状に限定されるものではなく、成形の容易さ等を考慮して選択することができる。また、構造体3の周囲の一部または全部の表面を荒らし、微細の凹凸を形成するようにしてもよい。具体的には例えば、隣り合う構造体3の間の表面を荒らし、微細な凹凸を形成するようにしてもよい。
導電性光学素子1の製造工程において構造体3を金型等から剥離する観点からすると、構造体3の周縁部に裾部を設けることが好ましい。ここで、裾部とは、構造体3の底部の周縁部に設けられた突出部を意味する。この裾部は、上記剥離特性の観点からすると、構造体3の頂部から下部の方向に向かって、なだらかに高さが低下する曲面を有することが好ましい。なお、裾部は、構造体3の周縁部の一部にのみ設けてもよいが、上記剥離特性の向上の観点からすると、構造体3の周縁部の全部に設けることが好ましい。また、構造体3は図示する凸部形状のものに限らず、基体2の表面に形成した凹部で構成されていてもよい。構造体3が凹部である場合には、裾部は、構造体3である凹部の開口周縁に設けられた曲面となる。
トラックの延在方向における構造体3の高さH1は、列方向における構造体3の高さH2よりも小さいことが好ましい。すなわち、構造体3の高さH1、H2がH1<H2の関係を満たすことが好ましい。H1≧H2の関係を満たすように構造体3を配列すると、トラックの延在方向の配置ピッチP1を長くする必要が生じるため、トラックの延在方向における構造体3の充填率が低下するためである。このように充填率が低下すると、反射特性の低下を招くことになる。
構造体3のアスペクト比(平均高さ/平均配置ピッチ)は、0.1以上1.8以下の範囲に設定されることが好ましい。導電性光学素子1を、屈曲試験に対して導電性が保持されるようにできるからである。なお、アスペクト比が1.8を超えると、導電性光学素子1の作製時において構造体3の剥離特性が低下し、レプリカの複製が綺麗に取れなくなる傾向がある。
平均配置ピッチおよび平均高さは、以下のようにして求められる。導電性光学素子1を、構造体3の頂部を含むように切断する。その断面を透過型電子顕微鏡(Transmission Electron Microscope(TEM))にて撮影する。次に、撮影したTEM写真から、構造体3の配置ピッチ(図2に示す配置ピッチP1またはP2)および構造体3の高さ(断面の凹凸形状における頂部と谷部の高さの差)を求める。この測定を導電性光学素子1から無作為に選び出された10箇所で繰り返し行い、測定値p1、p2・・・p10および測定値h1、h2・・・h10をそれぞれ単純に平均(算術平均)して、平均配置ピッチおよび平均高さを求める。すなわち、平均配置ピッチおよび平均高さは、以下の式(1)および式(2)でそれぞれ示される関係により定義される。
(平均配置ピッチ)=(p1+p2+・・・+p10)/10 ・・・(1)
(平均高さ)=(h1+h2+・・・+h10)/10 ・・・(2)
但し、P1:トラックの延在方向の配置ピッチ、H1:トラックの延在方向の構造体高さ、P2:トラックの延在方向に対して±ξ方向(但し、θ=60°−δ、ここで、δは、好ましくは0°<δ≦11°、より好ましくは3°≦δ≦6°)の配置ピッチ、H2:トラックの延在方向に対して±θ方向の構造体高さである。構造体3が凹部である場合、上記式(2)における構造体高さは、構造体の深さとする。
なお、構造体3のアスペクト比は全て同一である場合に限らず、0.1以上1.8以下の範囲内で、各構造体3が一定の高さ分布をもつように構成されていてもよい。高さ分布を有する構造体3を設けることで、反射特性の波長依存性を低減することができる。したがって、優れた反射防止特性を有する導電性光学素子1を実現することができる。
ここで、高さ分布とは、2種以上の高さ(深さ)を有する構造体3が基体2の表面に設けられていることを意味する。すなわち、基準となる高さを有する構造体3と、この構造体3とは異なる高さを有する構造体3とが基体2の表面に設けられていることを意味する。基準とは異なる高さを有する構造体3は、例えば基体2の表面に周期的または非周期的(ランダム)に設けられている。その周期性の方向としては、例えばトラックの延在方向、列方向等が挙げられる。
同一トラック内における構造体3の配置ピッチをP1、隣接する2つのトラック間における構造体3の配置ピッチをP2としたとき、比率P1/P2が、1.00≦P1/P2≦1.1、または1.00<P1/P2≦1.1の関係を満たすことが好ましい。このような数値範囲にすることで、楕円錐または楕円錐台形状を有する構造体3の充填率を向上することができるので、反射防止特性を向上することができる。
基体表面における構造体3の充填率は、100%を上限として、65%以上、好ましくは73%以上、より好ましくは86%以上の範囲内である。充填率をこのような範囲にすることで、反射防止特性を向上することができる。充填率を向上させるためには、隣接する構造体3の下部同士を接合する、または、構造体底面の楕円率を調整等して構造体3に歪みを付与することが好ましい。ここで、楕円率は、構造体底面のトラック方向(X方向)の径をa、それとは直交する列方向(Y方向)の径をbとしたときに、(a/b)×100で定義される。なお、構造体3の径a、bは以下のようにして求めた値である。導電性光学素子1の表面を走査型電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope)を用いてTop Viewで撮影し、撮影したSEM写真から無作為に構造体3を10個抽出する。次に、抽出した構造体3それぞれの底面の径a、bを測定する。そして、測定値a、bそれぞれを単純に平均(算術平均)して径a、bの平均値を求め、これを構造体3の径a、bとする。
ここで、構造体3の充填率(平均充填率)は以下のようにして求めた値である。
まず、導電性光学素子1の表面を走査型電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope)を用いてTop Viewで撮影する。次に、撮影したSEM写真から無作為に単位格子Ucを選び出し、その単位格子Ucの配置ピッチP1、およびトラックピッチTpを測定する(図1A参照)。また、その単位格子Ucの中央に位置する構造体3の底面の面積Sを画像処理により測定する。次に、測定した配置ピッチP1、トラックピッチTp、および底面の面積Sを用いて、以下の式(3)より充填率を求める。
充填率=(S(hex.)/S(unit))×100 ・・・(3)
単位格子面積:S(unit)=P1×2Tp
単位格子内に存在する構造体の底面の面積:S(hex.)=2S
上述した充填率算出の処理を、撮影したSEM写真から無作為に選び出された10箇所の単位格子について行う。そして、測定値を単純に平均(算術平均)して充填率の平均率を求め、これを基体表面における構造体3の充填率とする。
構造体3が重なっているときや、構造体3の間に突出部6等の副構造体があるときの充填率は、構造体3の高さに対して5%の高さに対応する部分を閾値として面積比を判定する方法で充填率を求めることができる。
配置ピッチP1に対する径2rの比率((2r/P1)×100)が、85%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上である。このような範囲にすることで、構造体3の充填率を向上し、反射防止特性を向上できるからである。比率((2r/P1)×100)が大きくなり、構造体3の重なりが大きくなりすぎると反射防止特性が低減する傾向にある。したがって、屈折率を考慮した光路長で使用環境下の光の波長帯域の最大値の1/4以下の部分で構造体同士が接合されるように、比率((2r/P1)×100)の上限値を設定することが好ましい。ここで、配置ピッチP1は、構造体3のトラック方向の配置ピッチ、径2rは、構造体底面のトラック方向の径である。なお、構造体底面が円形である場合、径2rは直径となり、構造体底面が楕円形である場合、径2rは長径となる。
(透明導電層)
透明導電層4は、透明酸化物半導体を主成分としていることが好ましい。透明酸化物半導体としては、例えば、SnO2、InO2、ZnOおよびCdO等の二元化合物、二元化合物の構成元素であるSn、In、ZnおよびCdのうちの少なくとも一つの元素を含む三元化合物、または多元系(複合)酸化物を用いることができる。透明導電層4を構成する材料としては、例えばITO(In23、SnO2:インジウム錫酸化物)、AZO(Al23、ZnO:アルミドープ酸化亜鉛)、SZO、FTO(フッ素ドープ酸化錫)、SnO2(酸化錫)、GZO(ガリウムドープ酸化亜鉛)、IZO(In23、ZnO:酸化インジウム亜鉛)等が挙げられるが、信頼性の高さ、および抵抗率の低さ等の観点から、ITOが好ましい。透明導電層4を構成する材料は、導電性の向上の観点からすると、アモルファスと多結晶との混合状態であることが好ましい。透明導電層4は、構造体3の表面形状に倣って形成され、構造体3と透明導電層4との表面形状がほぼ相似形状であることが好ましい。透明導電層4の形成による屈折率プロファイルの変化を抑制し、優れた反射防止特性および/または透過特性を維持できるからである。
構造体の頂部における透明導電層4の膜厚は、5nm以上150nm以下の範囲内であることが好ましい。このとき、構造体3のアスペクト比を0.1以上1.8以下の範囲に設定することで、構造体の頂部における透明導電層4の膜厚を5nm以上150nm以下の範囲としたときに、導電性光学素子1を、屈曲試験に対して導電性が保持されるようにできる。すなわち、アスペクト比、および構造体の頂部における透明導電層4の膜厚が上記数値範囲を満たすことで、例えば、50Ω/□以上500Ω/□未満の範囲の表面抵抗を得ることができ、透明導電性フィルムの屈曲性、低抵抗および高透過を同時に実現できる。
透明導電層4の表面抵抗は、50Ω/□以上500Ω/□未満であることが好ましい。このような範囲の表面抵抗にすることで、種々の方式のタッチパネルの上部電極、または下部電極として透明導電性光学素子1を用いることができるからである。ここで、透明導電層4の表面抵抗は、4端子測定(JIS K 7194)により求めたものである。
[導電性光学素子の製造方法]
次に、図4〜図6を参照しながら、以上のように構成される導電性光学素子1の製造方法の一例について説明する。
[ロール原盤露光装置の構成]
まず、図4を参照して、ロール原盤を作製するためのロール原盤露光装置の構成について説明する。このロール原盤露光装置は、光学ディスク記録装置をベースとして構成されている。
ロール原盤101は、例えば、円筒状の形状を有する原盤であり、その表面に形成された転写面Spを有する。転写面Spには、例えば、凹状または凸状の複数の構造体103が形成され、これらの構造体103の形状を基材102上に塗布されたエネルギー線硬化性樹脂組成物118に対して転写することにより、導電性光学素子1の構造体3を有する形状層30が形成される。すなわち、転写面Spには、導電性光学素子1の構造体3の凹凸形状を反転したパターンが形成されている。
ロール原盤101の材料は、例えば金属、ガラス、石英、透明樹脂、有機無機ハイブリッド材料等を用いることができるが、特に限定されるものではない。透明樹脂としては、例えば、ポリメチルメタアクリレート(PMMA)、ポリカーボネート(PC)等が挙げられる。有機無機ハイブリッド材料としては、例えば、ポリジメチルシロキサン(PDMS)等が挙げられる。
図4は、ロール原盤を作製するためのロール原盤露光装置の構成の一例を示す概略図である。このロール原盤露光装置は、光学ディスク記録装置をベースとして構成されている。
レーザー光源21は、記録媒体としてのロール原盤101の表面に着膜されたレジストを露光するための光源であり、例えば波長λ=266nmの記録用のレーザー光104を発振するものである。レーザー光源21から出射されたレーザー光104は、平行ビームのまま直進し、電気光学素子(EOM:Electro Optical Modulator)22へ入射する。電気光学素子22を透過したレーザー光104は、ミラー23で反射され、変調光学系25に導かれる。
ミラー23は、偏光ビームスプリッタで構成されており、一方の偏光成分を反射し他方の偏光成分を透過する機能をもつ。ミラー23を透過した偏光成分はフォトダイオード24で受光され、その受光信号に基づいて電気光学素子22を制御してレーザー光104の位相変調を行う。
変調光学系25において、レーザー光104は、集光レンズ26により、ガラス(SiO2)等からなる音響光学素子(AOM:Acoust-Optic Modulator)27に集光される。レーザー光104は、音響光学素子27により強度変調され発散した後、レンズ28によって平行ビーム化される。変調光学系25から出射されたレーザー光104は、ミラー31によって反射され、移動光学テーブル32上に水平かつ平行に導かれる。
移動光学テーブル32は、ビームエキスパンダ33、および対物レンズ34を備えている。移動光学テーブル32に導かれたレーザー光104は、ビームエキスパンダ33により所望のビーム形状に整形された後、対物レンズ34を介して、ロール原盤101上のレジスト層へ照射される。ロール原盤101は、スピンドルモータ35に接続されたターンテーブル36の上に載置されている。そして、ロール原盤101を回転させるとともに、レーザー光104をロール原盤101の高さ方向に移動させながら、レジスト層へレーザー光104を間欠的に照射することにより、レジスト層の露光工程が行われる。形成された潜像は、円周方向に長軸を有する略楕円形になる。レーザー光104の移動は、移動光学テーブル32の矢印R方向への移動によって行われる。
露光装置は、例えば、図2Aに示した六方格子または準六方格子等の2次元パターンに対応する潜像をレジスト層に形成するための制御機構37を備えている。制御機構37は、フォーマッタ29とドライバ39とを備える。フォーマッタ29は、極性反転部を備え、この極性反転部が、レジスト層に対するレーザー光104の照射タイミングを制御する。ドライバ39は、極性反転部の出力を受けて、音響光学素子27を制御する。
このロール原盤露光装置では、2次元パターンが空間的にリンクするように1トラック毎に極性反転フォーマッタ信号と記録装置の回転コントロラーを同期させ信号を発生し、音響光学素子27により強度変調している。角速度一定(CAV)で適切な回転数と適切な変調周波数と適切な送りピッチでパターニングすることにより、六方格子または準六方格子パターンを記録することができる。例えば、円周方向の周期を315nm、円周方向に対して約60度方向(約−60度方向)の周期を300nmにするには、送りピッチを251nmにすればよい(ピタゴラスの法則)。極性反転フォーマッタ信号の周波数はロールの回転数(例えば1800rpm、900rpm、450rpm、225rpm)により変化させる。例えば、ロールの回転数1800rpm、900rpm、450rpm、225rpmそれぞれに対向する極性反転フォーマッタ信号の周波数は、37.70MHz、18.85MHz、9.34MHz、4、71MHzとなる。所望の記録領域に空間周波数(円周315nm周期、円周方向約60度方向(約−60度方向)300nm周期)が一様な準六方格子パターンは、遠紫外線レーザー光を移動光学テーブル32上のビームエキスパンダ(BEX)33により5倍のビーム径に拡大し、開口数(NA)0.9の対物レンズ34を介してロール原盤101上のレジスト層に照射し、微細な潜像を形成することにより得られる。
[導電性光学素子の製造方法]
図5A〜図6Dは、この発明の第1の実施形態に係る導電性光学素子の製造方法の一例を説明するための工程図である。
(レジスト成膜工程)
まず、図5Aに示すように、円筒状のロール原盤101を準備する。次に、図5Bに示すように、ロール原盤101の表面にレジスト層133を形成する。レジスト層133の材料としては、例えば、有機系レジスト、および無機系レジストのいずれを用いてもよい。有機系レジストとしては、例えば、ノボラック系レジスト、化学増幅型レジスト等を用いることができる。また、無機系レジストとしては、例えば、1種または2種以上の遷移金属からなる金属化合物を用いることができる。
(露光工程)
次に、図5Cに示すように、ロール原盤101の表面に形成されたレジスト層133に、レーザー光(露光ビーム)104を照射する。具体的には、図4に示したロール原盤露光装置のターンテーブル36上に載置し、ロール原盤101を回転させると共に、レーザー光(露光ビーム)104をレジスト層133に照射する。このとき、レーザー光104をロール原盤101の高さ方向(円柱状または円筒状のロール原盤101の中心軸に平行な方向)に移動させながら、レーザー光104を間欠的に照射することで、レジスト層133を全面にわたって露光する。これにより、レーザー光104の軌跡に応じた潜像105が、可視光波長と同程度のピッチでレジスト層133の全面にわたって形成される。
潜像105は、例えば、原盤表面において複数列のトラックをなすように配置されるとともに、六方格子パターンまたは準六方格子パターンを形成する。潜像105は、例えば、トラックの延在方向に長軸方向を有する楕円形状である。
(現像工程)
次に、ロール原盤101を回転させながら、レジスト層133上に現像液を滴下して、図5Dに示すように、レジスト層133を現像処理する。図示するように、レジスト層133をポジ型のレジストにより形成した場合には、レーザー光104で露光した露光部は、非露光部と比較して現像液に対する溶解速度が増すので、潜像(露光部)105に応じたパターンがレジスト層133に形成される。
(エッチング工程)
次に、ロール原盤101の上に形成されたレジスト層133のパターン(レジストパターン)をマスクとして、ロール原盤101の表面をエッチング処理する。これにより、図6Aに示すように、トラックの延在方向に長軸方向をもつ楕円錐形状または楕円錐台形状の凹部、すなわち構造体103を得ることができる。エッチングとしては、例えばドライエッチングやウエットエッチングを用いることができる。
(転写工程)
次に、必要に応じて、エネルギー線硬化性樹脂組成物118が塗布される基材102の表面に対して、コロナ処理、プラズマ処理、火炎処理、UV処理、オゾン処理、ブラスト処理等の表面処理を施す。次に、図6Cに示すように、長尺の基材102またはロール原盤101上にエネルギー線硬化性樹脂組成物118を塗布または印刷する。塗布方法は特に限定されるものではないが、例えば、基体上または原盤上へのポッティング、スピンコート法、グラビアコート法、ダイコート法、バーコート法等を用いることができる。印刷方法としては、例えば、凸版印刷法、オフセット印刷法、グラビア印刷法、凹版印刷法、ゴム版印刷法、スクリーン印刷法等を用いることができる。次に、必要に応じて、溶剤除去やプリベーク等の加熱処理を行う。
エネルギー線硬化性樹脂組成物とは、エネルギー線を照射することによって硬化させることができる樹脂組成物を意味する。エネルギー線とは、電子線、紫外線、赤外線、レーザー光線、可視光線、電離放射線(X線、α線、β線、γ線等)、マイクロ波、高周波等のラジカル、カチオン、アニオン等の重合反応の引き金と成りうるエネルギー線を示す。エネルギー線硬化性樹脂組成物118は、必要に応じて、他の樹脂と混合して用いるようにしてもよく、例えば熱硬化性樹脂等の他の硬化性樹脂と混合して用いてもよい。また、エネルギー線硬化性樹脂組成物118は、有機無機ハイブリッド材料であってもよい。また、2種以上のエネルギー線硬化性樹脂組成物を混合して用いるようにしてもよい。エネルギー線硬化性樹脂組成物118としては、紫外線により硬化する紫外線硬化樹脂を用いることが好ましい。
紫外線硬化樹脂は、例えば、単官能モノマー、二官能モノマー、多官能モノマー、開始剤等からなり、具体的には、以下に示す材料を単独または、複数混合したものである。
単官能モノマーとしては、例えば、カルボン酸類(アクリル酸)、ヒドロキシ類(2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシプロピルアクリレート、4−ヒドロキシブチルアクリレート)、アルキル、脂環類(イソブチルアクリレート、t−ブチルアクリレート、イソオクチルアクリレート、ラウリルアクリレート、ステアリルアクリレート、イソボニルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート)、その他機能性モノマー(2−メトキシエチルアクリレート、メトキシエチレンクリコールアクリレート、2−エトキシエチルアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、ベンジルアクリレート、エチルカルビトールアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、N,N-ジメチルアミノエチルアクリレート、N,N-ジメチルアミノプロピルアクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、アクリロイルモルホリン、N−イソプロピルアクリルアミド、N,N−ジエチルアクリルアミド、N−ビニルピロリドン、2−(パーフルオロオクチル)エチル アクリレート、3−パーフルオロヘキシル−2−ヒドロキシプロピルアクリレート、3−パーフルオロオクチルー2−ヒドロキシプロピル アクリレート、2−(パーフルオロデシル)エチル アクリレート、2−(パーフルオロー3−メチルブチル)エチル アクリレート)、2,4,6−トリブロモフェノールアクリレート、2,4,6−トリブロモフェノールメタクリレート、2−(2,4,6−トリブロモフェノキシ)エチルアクリレート)、2−エチルヘキシルアクリレート等を挙げることができる。
二官能モノマーとしては、例えば、トリ(プロピレングリコール)ジアクリレート、トリメチロールプロパン ジアリルエーテル、ウレタンアクリレート等を挙げることができる。
多官能モノマーとしては、例えば、トリメチロールプロパントリアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ及びヘキサアクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート等を挙げることができる。
開始剤としては、例えば、2,2−ジメトキシ−1,2−ジフェニルエタン−1−オン、1−ヒドロキシ−シクロヘキシルフェニルケトン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン等を挙げることができる。
また、エネルギー線硬化性樹脂組成物118が、必要に応じてフィラー、機能性添加剤、溶剤、無機材料、顔料、帯電防止剤、増感色素等を含んでいてもよい。フィラーとしては、例えば、無機微粒子および有機微粒子のいずれも用いることができる。無機微粒子としては、例えば、SiO2、TiO2、ZrO2、SnO2、Al23等の金属酸化物微粒子を挙げることができる。機能性添加剤としては、例えば、レベリング剤、表面調整剤、吸収剤、消泡剤等を挙げることができる。
次に、ロール原盤101を回転させながら、その転写面Spをエネルギー線硬化性樹脂組成物118に密着させるとともに、例えば、基材102またはロール原盤101を介してエネルギー線硬化性樹脂組成物118に対してエネルギー線を照射する。これにより、エネルギー線硬化性樹脂組成物118が硬化し、形状層30が形成される。基底層3bの有無、または基底層3bの厚さは、例えば、基材102の表面に対するロール原盤101の圧力を調整することにより選択可能である。
基材102を介してエネルギー線を照射する場合には、基材102が、照射するエネルギー線に対して透過性を有していることが好ましい。基材102の材料は特に限定はされるものではなく、用途によって適宜選択可能であり、例えば、メチルメタクリレート(共)重合体、ポリカーボネート、スチレン(共)重合体、メチルメタクリレート−スチレン共重合体、セルロースジアセテート、セルローストリアセテート、セルロースアセテートブチレート、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリエーテルスルフォン、ポリスルフォン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアセタール、ポリエーテルケトン、ポリウレタン、シクロオレフィンポリマー、シクロオレフィンコポリマー等のプラスチック、ガラス、磁性体、半導体を用いることができる。
次に、基材102上に形成された形状層30をロール原盤101の転写面Spから剥離する。これにより、図6Dに示すように、基材102の表面に形状層30が形成された積層体が得られる。この転写工程では、帯状を有する基材102の長手方向をロール原盤101の回転進行方向として凹凸形状を転写することができる。
(透明導電層の成膜工程)
次に、構造体3の凹凸面上に、透明導電層4を成膜する。透明導電層4の成膜方法としては、例えば、熱CVD、プラズマCVD、光CVD等のCVD法(Chemical Vapor Deposition(化学蒸着法):化学反応を利用して気相から薄膜を析出させる技術)のほか、真空蒸着、プラズマ援用蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング等のPVD法(Physical Vapor Deposition(物理蒸着法):真空中で物理的に気化させた材料を基板上に凝集させ、薄膜を形成する技術)を用いることができる。
上述した例では、構造体3を有する形状層30と基材102との積層体に対して透明導電層4を成膜することにより、導電性光学素子1を得る構成としたが、もちろん、構造体3は、基体2に一体的に形成されたものでも構わない。
<2.第2の実施形態>
図7Aは、この発明の第2の実施形態に係るタッチパネルの構成の一例を示す斜視図である。図7Bは、この発明の第2の実施形態に係るタッチパネルの構成の一例を示す断面図である。このタッチパネルは、いわゆる抵抗膜方式タッチパネルである。抵抗膜方式タッチパネルとしては、アナログ抵抗膜方式タッチパネル、およびデジタル抵抗膜方式タッチパネルのいずれであってもよい。
図7Aに示すように、情報入力装置であるタッチパネル201は、情報を入力するタッチ面(入力面)を有する第1の導電性光学素子211と、第1の導電性光学素子211と対向する第2の導電性光学素子221とを備える。第1の導電性光学素子211と、第2の導電性光学素子221は、それらの周縁部間に配置された貼合層215を介して互いに貼り合わされている。貼合層215としては、例えば、粘着ペースト、粘着テープ等が用いられる。このタッチパネル201は、例えば表示装置250に対して貼合層240を介して貼り合わされる。貼合層240の材料としては、例えば、アクリル系、ゴム系、シリコン系等の粘着剤を用いることができ、透明性の観点からすると、アクリル系粘着剤が好ましい。
表示装置としては、例えば、プラズマディスプレイ(Plasma Display Panel:PDP)、エレクトロルミネッセンス(Electro Luminescence:EL)ディスプレイ、表面伝導型電子放出素子ディスプレイ(Surface-conduction Electron-emitter Display:SED)等の各種表示装置を用いることができる。
第1の導電性光学素子211、および第2の導電性光学素子221の少なくとも一方として、第1の実施形態に係る導電性光学素子1が用いられる。
第1の導電性光学素子211、および第2の導電性光学素子221の互いに対向する2つの面のうち、少なくとも一方に構造体213が形成されており、構造体213のアスペクト比は0.1以上1.8以下とされている。タッチパネルの透明導電性フィルムの屈曲性、低抵抗および高透過を同時に実現する観点からすると、両方に構造体213が形成されていることが好ましい。構造体213上には、透明導電層214が形成され、透明導電層214は、構造体213に倣った表面を有している。
第2の実施形態では、アスペクト比が0.1以上1.8以下の構造体213上に透明導電層214が形成されるので、構造体213および透明導電層214の形成される導電性光学素子は、屈曲試験に対して導電性が保持される。したがって、タッチパネルを構成する導電性光学素子を、タッチパネルの透明導電性フィルムに求められる透過率および表面抵抗値を確保しながら、屈曲性に優れたものとすることができる。また、第2の実施形態に係るタッチパネルを、フレキシブルな表示装置、例えばフレキシブルな有機ELディスプレイ等と組み合わせた場合には、情報入力装置を屈曲性に優れたものとすることができる。
第1の導電性光学素子211のタッチ側となる面に、単層または多層の反射防止層を形成するようにしてもよい。反射率を低減し、視認性を向上することができるからである。または、タッチパネル201の内部に加えて、タッチ面に可視光の波長以下の微細ピッチで構造体を多数配置するようにしてもよい。表示装置250に貼り合わされる側の裏面に、多数の構造体をさらに配置するようにしてもよい。
第1の導電性光学素子211のタッチ側となる面が、ハードコート層、または防汚性ハードコート層をさらに備えるようにしてもよい。タッチパネル201のタッチ面の耐擦傷性を向上することができるからである。必要に応じて、タッチパネル201上にフロントパネルをさらに備えるようにしてもよい。
第1の基体212または第2の基体222において、構造体が形成される領域の周縁部に配線層等の周縁部材を形成する場合には、該周縁部にも多数の構造体を形成するようにしてもよい。配線層等の周縁部材と基体との密着性を向上することができるからである。
[第2の実施形態の第1の変形例]
図8Aは、第2の実施形態の第1の変形例に係るタッチパネルの第1の変形例を示す斜視図である。このタッチパネル201Aは、マトリックス抵抗膜方式のタッチパネルであり、ドットスペーサ(図示省略)を介して所定間隔を離して対向配置された第1の導電性光学素子231と第2の導電性光学素子241とを備える。
図8Bは、第1の導電性光学素子の一構成例を示す分解斜視図である。図8Cは、図8BのA−A模式的断面図である。なお、第2の導電性光学素子241は第1の導電性光学素子231とほぼ同様の構成を有するので、分解斜視図の記載を省略する。
第1の導電性光学素子231の両主面のうち、第2の導電性光学素子241に対向する一主面には、矩形状の第1の領域R1および第2の領域R2が交互に繰り返し設定されている。第1の導電性光学素子231の表面には、例えば可視光の波長以下の配置ピッチで構造体233が多数形成される点で、上述の実施形態の導電性素子における基体の表面構造と同様である。第2の実施形態の第1の変形例では、例えば、第1の領域R1における第1の導電性光学素子の表面にのみ、透明導電層が連続的に形成されている点が、上述の実施形態の導電性素子における基体の表面構造と異なっている。したがって、第1の導電性光学素子231の両主面のうち、第2の導電性光学素子241に対向する一主面には、連続的に形成された透明導電層からなる複数の横(X)電極(第1の電極)234がストライプ状に形成されている。
第2の導電性光学素子241の両主面のうち、第1の導電性光学素子231に対向する一主面には、矩形状の第1の領域R1および第2の領域R2が交互に繰り返し設定されている。第2の導電性光学素子241の表面が、例えば可視光の波長以下の配置ピッチで構造体が多数形成される点で、上述の実施形態の導電性素子の表面構造と同様である。第2の実施形態の第1の変形例では、例えば、第1の領域R1における第1の導電性光学素子の表面にのみ、透明導電層が連続的に形成されている点が、上述の実施形態の導電性素子における基体の表面構造と異なっている。したがって、第2の導電性光学素子241の両主面のうち、第1の導電性光学素子231に対向する一主面には、連続的に形成された透明導電層からなる縦(Y)電極(第2の電極)244がストライプ状に多数形成されている。
第1の導電性光学素子231および第2の導電性光学素子241の第1の領域R1および第2の領域R2は、互いに直交する関係にある。すなわち、第1の導電性光学素子231の横電極234と第2の導電性光学素子241の縦電極244とは互いに直交する関係にある。
第1の領域R1および第2の領域R2のそれぞれにアスペクト比等の異なる構造体を形成するようにしてもよい。これにより、タッチパネル201Aの反射防止特性および/または透過特性をさらに向上することができる。
[第2の実施形態の第2の変形例]
図9Aは、第2の実施形態の第2の変形例に係るタッチパネルの構成の一例を示す斜視図である。図9Bは、第2の実施形態の第2の変形例に係るタッチパネルの構成の一例を示す断面図である。このタッチパネル201Bは、いわゆる静電容量方式タッチパネルであり、その内部に多数の構造体253が形成されている。このタッチパネル201Bは、例えば表示装置250に対して貼合層240を介して貼り合わされる。
図9Aおよび図9Bに示すように、第2の実施形態の第2の変形例に係るタッチパネル201Bは、基体252と、この基体252上に形成された透明導電層254と、保護層259とを備える。基体252および保護層259の少なくとも一方には、可視光の波長以下の微細ピッチで構造体253が多数配置されている。
保護層259は、例えばSiO2等の誘電体を主成分とする誘電体層である。透明導電層254は、タッチパネル201Bの方式により異なる構成を有している。例えば、タッチパネル201Bが表面型静電容量方式タッチパネルである場合には、透明導電層254は、ほぼ一様な膜厚を有する薄膜である。タッチパネル201Bが投影型静電容量方式タッチパネルである場合には、透明導電層254は、所定ピッチで配置された格子形状等の透明電極パターンである。透明導電層254の材料としては、上述の第1の実施形態と同様のものを用いることができる。
[第2の実施形態の第3の変形例]
図10Aは、第2の実施形態の第3の変形例に係るタッチパネルの構成例を示す斜視図である。図10Bは、図10AのA−A模式的断面図である。このタッチパネル201Cは、ITO Grid方式の投射型静電容量方式タッチパネルであり、重ね合わされた第1の導電性光学素子271と第2の導電性光学素子281とを備える。
図10Aおよび図10Bに示す例では、第1の導電性光学素子271の両主面のうち、第2の導電性光学素子281に対向する一主面には、第1の領域R1および第2の領域R2が交互に繰り返し設定され、隣り合う第1の領域R1の間は第2の領域R2により隔てられている。第2の導電性光学素子281の両主面のうち、第1の基体272に対向する側とは反対側の一主面には、第1の領域R1および第2の領域R2が交互に繰り返し設定され、隣り合う第1の領域R1の間は第2の領域R2により隔てられている。第1の導電性光学素子271および第2の導電性光学素子281の表面構造は、第1の領域R1における表面にのみ、透明導電層が連続的に形成されている点で、上述の第1の変形例の導電性素子における表面構造と同様である。
第1の導電性光学素子271の第1の領域R1は、所定形状の単位領域C1をX軸方向に繰り返し連結してなり、第2の領域R2は、所定形状の単位領域C2をX軸方向に繰り返し連結してなる。第2の導電性光学素子281の第1の領域R1は、所定形状の単位領域C1をY軸方向に繰り返し連結してなり、第2の領域R2は、所定形状の単位領域C2をY軸方向に繰り返し連結してなる。単位領域C1および単位領域C2の形状としては、例えばダイヤモンド形状(菱形形状)、三角形状、四角形状等が挙げられるが、これらの形状に限定されるものではない。
第1の領域R1における第1の基体272の表面は、例えば可視光の波長以下の配置ピッチで構造体273が多数形成されて波面とされ、構造体273上には、透明導電層が形成されている。同様に、第1の領域R1における第2の基体282の表面は、例えば可視光の波長以下の配置ピッチで構造体283が多数形成されて波面とされ、構造体283上には、透明導電層が形成されている。したがって、第1の基体272の両主面のうち、第2の基体282に対向する一主面には、透明導電層からなる複数の横(X)電極(第1の電極)274が配列されている。また、第2の基体282の両主面のうち、第1の基体272に対向する側とは反対側の一主面には、透明導電層からなる複数の縦(Y)電極(第2の電極)284が配列されている。
第1の基体272の横電極274と第2の基体282の縦電極284とは互いに直交する関係にある。第1の導電性光学素子271と第2の導電性光学素子281とを重ね合わせた状態において、第1の基体272の第1の領域R1と、第2の基体282の第2の領域R2とが重ね合わされ、第1の基体272の第2の領域R2と、第2の基体282の第1の領域R1とが重ね合わされる。
図10Bに示すように、第1の導電性光学素子271の表示装置に被着される側の面に複数の構造体を形成するようにしてもよい。このようにすることで、タッチパネルの透過特性を向上させることができる。
<3.第3の実施形態>
図11は、この発明の第3の実施形態に係る表示装置の構成の一例を示す模式的断面図である。この表示装置301は、いわゆるマイクロカプセル電気泳動方式の電子ペーパーであり、第1の導電性光学素子311と、第1の導電性光学素子311と対向配置された第2の導電性光学素子321と、これらの両素子間に設けられたマイクロカプセル層(媒質層)370とを備える。ここでは、マイクロカプセル電気泳動方式の電子ペーパーに対してこの発明を適用した例について説明するが、電子ペーパーはこの例に限定されるものではなく、対向配置されたパターン基体間に媒質層が設けられた構成であればこの発明は適用可能である。ここで、媒質には液体および固体以外に、空気等の気体も含まれる。また、媒質には、カプセル、顔料および粒子等の部材が含まれていてもよい。マイクロカプセル電気泳動方式以外にこの発明を適用可能な電子ペーパーとしては、例えばツイストボール方式、サーマルリライタブル方式、トナーディスプレイ方式、In−Plane型電気泳動方式、電子粉粒方式の電子パーパー等が挙げられる。
マイクロカプセル層370は、多数のマイクロカプセル380を含んでいる。マイクロカプセル内には、例えば、黒色粒子および白色粒子が分散された透明な液体(分散媒)が封入されている。
第1の導電性光学素子311、および第2の導電性光学素子321の少なくとも一方として、第1の実施形態に係る導電性光学素子1が用いられる。図11に示す例では、第1の導電性光学素子311は、第1の基体312および透明導電層314からなり、第1の基体312は、第2の導電性光学素子321に対向する側の表面に、例えば可視光の波長以下の配置ピッチで多数形成された構造体313を備える。構造体313上には、透明導電層314が形成されている。一方、第2の導電性光学素子321は、第2の基体322および透明導電層324からなり、第2の基体322は、第1の導電性光学素子311に対向する側の表面に、例えば可視光の波長以下の配置ピッチで多数形成された構造体323を備える。構造体323上には、透明導電層324が形成されている。必要に応じて、粘着剤等の貼合層340を介して、第1の導電性光学素子311をガラス等の支持体360に貼り合わせるようにしてもよい。
透明導電層314および透明導電層324は、電子ペーパー301の駆動方式に応じて所定の電極パターン状に形成されている。駆動方式としては、例えば単純マトリックス駆動方式、アクティブマトリックス駆動方式、セグメント駆動方式等が挙げられる。
第3の実施形態では、アスペクト比が0.1以上1.8以下の構造体上に透明導電層が形成されるので、表示装置を構成する透明導電性フィルムを、透過率および表面抵抗値を確保しながら、屈曲性に優れたものとすることができる。
<4.第4の実施形態>
図12Aは、この発明の第4の実施形態に係る電気化学素子の構成の一例を模式的に示す斜視図である。図12Bは、図12AのA−A模式的断面図である。電気化学素子401は、いわゆる色素増感太陽電池であり、第1の導電性光学素子411と、第2の導電性光学素子421と、これらの間に封止された電解質488および色素486が担持された半導体微粒子487とを備える。色素486は、入射する光Lに対して増感作用を示す。なお、図12Aでは、第1の導電性光学素子411および第2の導電性光学素子421が、ガラス等の支持体461および支持体462にそれぞれ貼り合わされている例を示しているが、支持体461および支持体462は、必要に応じて設けられる。図12Bでは、支持体461および支持体462を除いて図示している。また、色素486および半導体微粒子487は説明のために大きく表したものであり、実際の大きさを示すものではない。
第1の導電性光学素子411および第2の導電性光学素子421の少なくとも一方として、第1の実施形態に係る導電性光学素子と同様の導電性光学素子が用いられる。
図12Aおよび図12Bに示す例では、第1の基体412および第2の基体422の互いに対向する2つの面に、構造体413および構造体423がそれぞれ形成されている。構造体413上には、透明導電層414が形成され、透明導電層414は、構造体413に倣った表面を有している。また、構造体423上には、透明導電層424が形成され、透明導電層424は、構造体423に倣った表面を有している。なお、図12Aに示す例では、第1の導電性光学素子411の外側(図12Aにおいて支持体461が被着されている側)から光Lを色素486が担持された半導体微粒子487に入射させるようにしているが、第2の導電性光学素子421の外側から入射させる構成としてもよい。または、第1の導電性光学素子411の外側および第2の導電性光学素子421の外側から光を入射させる構成としてもよい。
第1の導電性光学素子411の一主面のうち、第2の導電性光学素子421に対向する側の面には、入射する光Lに対して増感作用を示す色素486が担持された半導体微粒子487の層が形成されている。すなわち、透明導電層414と、色素486が担持された半導体微粒子487の層とから、色素増感太陽電池の光電極が構成される。一方、構造体423上に形成された透明導電層424は、色素増感太陽電池の対極として機能する。
第1の導電性光学素子411の外側から電気化学素子401に入射した光Lは、この第1の導電性光学素子411を透過して光電極に入射する。入射する光Lに対して増感作用を示す色素486が担持された半導体微粒子487の層に入射した光Lは、色素486を励起して電子を発生する。この電子は、速やかに色素486から半導体微粒子487に渡される。一方、電子を失った色素486は、電解質488のイオンから電子を受け取り、電子を渡した分子は、再び対極の表面で電子を受け取る。この一連の反応により、色素486が担持された半導体微粒子487の層と電気的に接続された第1の導電性光学素子411と第2の導電性光学素子421との間に起電力が発生する。こうして光電変換が行われる。
第4の実施形態では、色素増感太陽電池の電極を構成する部材として、第1の導電性光学素子411および第2の導電性光学素子421を用いている。したがって、色素増感太陽電池の電極に要求される低抵抗および高透過を同時に実現しながら、色素増感太陽電池を屈曲性に優れたものとすることができる。
以下、実施例によりこの発明を具体的に説明するが、この発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
以下に説明する実施例では、導電性光学素子の表面に形成される構造体のアスペクト比を変化させて屈曲試験を行い、屈曲試験の前後における導電性光学素子の端子間抵抗を比較することにより、導電性光学素子の屈曲性を調べた。
(サンプル1−1)
まず、外径126mmのガラスロール原盤を準備し、このガラス原盤の表面にレジスト層を着膜した。次に、記録媒体としてのガラスロール原盤を、図4に示したロール原盤露光装置に搬送し、レジスト層を露光することにより、隣接する3列のトラック間において六方格子パターンをなす潜像がレジスト層にパターニングした。
次に、ガラスロール原盤上のレジスト層に現像処理を施して、露光した部分のレジスト層を溶解させて現像を行った。これにより、レジスト層が六方格子パターンに開口しているレジストガラス原盤が得られた。
次に、CHF3ガス雰囲気中でのプラズマエッチングを行い、ガラスロール原盤の表面において、楕円錐形状の凹部を得た。このときのパターンでのエッチング量(深さ)はエッチング時間によって変化させた。最後に、O2アッシングにより完全にレジスト層を除去し、ロール原盤を得た。
次に、上記ロール原盤と、紫外線硬化樹脂を塗布したアクリルシートとを密着させ、紫外線を照射し硬化させながら剥離した。これにより、複数の構造体が一主面に配列された光学シートが得られた。次に、スパッタリング法により、膜厚110nmのITO膜を構造体上に成膜した。
次に、ITO膜が成膜された光学シートを5mm×25mmの矩形状に切り出し、サンプル1−1の導電性光学素子を得た。
上述のようにして作製したサンプル1−1の構造体のピッチおよび高さを測定したところ、それぞれ250nm、155nmとの値を得た。すなわち、サンプル1−1の構造体のアスペクト比は、0.62であった。
(サンプル1−2)
構造体のピッチおよび高さが、それぞれ250nm、120nmとなるようにし、アスペクト比を0.48としたこと以外は、サンプル1−1の導電性光学素子と同様にして、サンプル1−2の導電性光学素子を得た。
(サンプル1−3)
構造体のピッチおよび高さが、それぞれ250nm、90nmとなるようにし、アスペクト比を0.36としたこと以外は、サンプル1−1の導電性光学素子と同様にして、サンプル1−3の導電性光学素子を得た。
(サンプル2−1)
構造体のピッチおよび高さが、それぞれ250nm、10nmとなるようにし、アスペクト比を0.04としたこと以外は、サンプル1−1の導電性光学素子と同様にして、サンプル2−1の導電性光学素子を得た。
(サンプル3−1)
構造体を転写せず、アクリルシートに膜厚110nmのITO膜を成膜し、サンプル3−1の導電性光学素子を得た。
サンプル1−1〜サンプル1−3、サンプル2−1およびサンプル3−1のそれぞれについて、表面抵抗を4端子法にて測定した。サンプル1−1〜サンプル1−3、サンプル2−1およびサンプル3−1のそれぞれについて、アスペクト比と表面抵抗の測定値との関係を表1に示す。
Figure 2012123086
(屈曲試験)
まず、サンプル1−1〜サンプル1−3、サンプル2−1およびサンプル3−1のそれぞれについて、端子間抵抗を4端子法にて測定した。
次に、構造体が形成された面が内側となるようにするとともに、矩形状の長手方向が円周方向に沿うようにして、φ4の金属棒に各サンプルを巻きつけた後、もとの状態に戻した。ここで、φ4とは、金属棒の直径が4mmであることを表し、以下の説明においても同様とする。
次に、φ4の金属棒への巻きつけの後の各サンプルについて、端子間抵抗を4端子法にて測定した。φ4の金属棒への巻きつけの後における端子間抵抗の測定値と、巻きつけ前(屈曲なし)の端子間抵抗の測定値との比を抵抗変化率△R(φ4)として、各サンプルについての△R(φ4)を求めた。すなわち、抵抗変化率△R(φ4)は、以下の式(4)で示される関係により定義される。
△R(φ4)=端子間抵抗(φ4)Ω/端子間抵抗(屈曲なし)Ω ・・・(4)
サンプル1−1〜サンプル1−3、サンプル2−1およびサンプル3−1のそれぞれについて、得られた△R(φ4)を表2に示す。
なお、表2中の抵抗変化欄における「○」印および「×」印は、以下の評価内容を示す。
○:端子間抵抗の測定値の変化が50%以下の範囲にある。
×:端子間抵抗の測定値の変化が50%を超える。
Figure 2012123086
なお、同様の測定を、φ2、φ8、φ16の金属棒への巻きつけについても行った。サンプル1−1〜サンプル1−3、サンプル2−1およびサンプル3−1のそれぞれについて、得られた端子間抵抗の測定値を表2に示す。サンプル1−1〜サンプル1−3、サンプル2−1およびサンプル3−1のそれぞれについて、得られた△Rを図13に示す。
表2および図13から以下のことがわかる。
一般的に、ITO膜の成膜の条件により、得られた導電性光学素子の表面抵抗の値が変化する傾向はあるが、構造体のアスペクト比を0.1以上1.8以下とした場合には、屈曲試験に対して導電性を保持できることがわかった。例えば、サンプル1−1〜サンプル1−3の抵抗変化と、サンプル2−1の抵抗変化の間には、明確な差が確認された。なお、φ4の金属棒への巻きつけの後のサンプル2−1およびサンプル3−1を目視にて観察したところ、白く曇ったような状態であった。これは、屈曲により、ITO膜として形成された透明導電層に多数のクラックが入ったためと推測される。すなわち、抵抗変化の評価において、「×」印を付したサンプルは、十分な屈曲性が得られていないことがわかった。
以上の屈曲試験の結果から、導電性光学素子の表面に、可視光の波長以下の微細ピッチで多数配置された構造体を形成し、透明導電層を構造体上に形成する場合において、構造体のアスペクト比を0.1以上1.8以下とし、透明導電層を構造体に倣った表面を有するようにすることで、屈曲試験に対して導電性光学素子の導電性を保持することができる。したがって、低抵抗および高透過を確保しながら、屈曲試験に対して導電性を保持できる導電性光学素子を実現することができる。
以上、この発明の実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
例えば、上述の実施形態において挙げた構成、方法、工程、形状、材料および数値等はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料および数値等を用いてもよい。
上述の実施形態の構成、方法、工程、形状、材料および数値等は、この発明の主旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。
上述の実施形態では、ロール原盤に形成された構造体を転写する例を説明したが、この発明はこの例に限定されるものではなく、矩形状原盤やディスク状原盤等を使用してもよい。
また、上述の実施形態では、構造体の例として凸形状を例示したが、例えば、図1Cに示す凸形状を反転して凹形状とした構造体を用いてもよい。
1 導電性光学素子
2 基体
3 構造体
4 透明導電層
30 形状層
101 ロール原盤
102 基材
103 構造体
118 エネルギー線硬化性樹脂組成物
201 情報入力装置
201A〜201C タッチパネル
301 表示装置
401 電気化学素子

Claims (16)

  1. 可撓性を有する基体と、
    上記基体の表面に可視光の波長以下の微細ピッチで多数配置された凸部または凹部からなる構造体と、
    上記構造体上に形成された透明導電層と
    を備え、
    上記構造体のアスペクト比は0.1以上1.8以下であり、
    上記透明導電層は上記構造体に倣った表面を有し、
    屈曲試験に対して導電性が保持される導電性光学素子。
  2. 上記透明導電層の表面抵抗は、50Ω/□以上500Ω/□未満の範囲である請求項1記載の導電性光学素子。
  3. 上記構造体の頂部における上記透明導電層の膜厚は、5nm以上150nm以下の範囲内である請求項1記載の導電性光学素子。
  4. 上記構造体は、上記基体の表面において複数列のトラックをなすように配置され、
    上記トラックが、直線状、または円弧状を有する請求項1記載の導電性光学素子。
  5. 上記構造体は、上記基体の表面において複数列のトラックをなすように配置され、
    上記トラックが、蛇行している請求項1記載の導電性光学素子。
  6. 上記構造体は、上記基体の表面において複数列のトラックをなすように配置されているとともに、六方格子パターン、準六方格子パターン、四方格子パターンまたは準四方格子パターンを形成する請求項1記載の導電性光学素子。
  7. 上記構造体は、上記基体の表面において複数列のトラックをなすように配置され、
    上記構造体は、上記トラックの延在方向に長軸方向を有する楕円錐または楕円錐台形状である請求項1記載の導電性光学素子。
  8. 上記構造体は、頂部に曲面を有する楕円錐形状である請求項1記載の導電性光学素子。
  9. 上記基体は、上記表面とは反対側の他の表面を有し、
    上記基体の他の表面に可視光の波長以下の微細ピッチで多数配置された、凸部または凹部からなる構造体をさらに備える請求項1記載の導電性光学素子。
  10. 上記基体の表面に対する上記構造体の充填率が、65%以上である請求項1記載の導電性光学素子。
  11. 上記基体の表面に対する上記構造体の充填率が、73%以上である請求項10記載の導電性光学素子。
  12. 上記構造体の配置ピッチP1に対する上記構造体の径2rの比率((2r/P1)×100)が、85%以上である請求項1記載の導電性光学素子。
  13. 上記配置ピッチP1に対する上記径2rの比率((2r/P1)×100)が、90%以上である請求項12記載の導電性光学素子。
  14. 上記透明導電層は、透明電極パターンである請求項1記載の導電性光学素子。
  15. 請求項1〜14のいずれか1項に記載の導電性光学素子を備える情報入力装置。
  16. 請求項1〜14のいずれか1項に記載の導電性光学素子を備える表示装置。
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