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
【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
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。
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。
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。
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)
[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。
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。
(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。
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
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(In2O3、SnO2:インジウム錫酸化物)、AZO(Al2O3、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(In2O3、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
△R(φ4)=端子間抵抗(φ4)Ω/端子間抵抗(屈曲なし)Ω ・・・(4)
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。
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。
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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。 - 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。 - 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。
- 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。 - 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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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