JP2012151012A - 透明導電性素子、入力装置、および表示装置 - Google Patents
透明導電性素子、入力装置、および表示装置 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】透明導電性素子1は、可視光の波長以下の平均波長を有する波面Swが設けられた光学層2と、波面Sw上に該波面Swに倣うように形成された透明導電層6とを備える。波面Swの平均波長をλmとし、波面Swの振動の平均幅をAmとしたとき、比率(Am/λm)が、0.2以上1.0以下であり、波面Swの平均波長λmが140nm以上300nm以下であり、波面Swが最も高くなる位置における透明導電層6の膜厚が100nm以下であり、波面Swのうち平坦部の面積が50%以下であり、波面Sw側でのL*a*b*色度系における反射色相が|a*|≦10かつ|b*|≦10である。
【選択図】図1
Description
波面上に該波面に倣うように形成された透明導電層と
を備え、
波面の平均波長をλmとし、波面の振動の平均幅をAmとしたき、比率(Am/λm)が、0.2以上1.0以下であり、
波面の平均波長λmが140nm以上300nm以下であり、
波面が最も高くなる位置における透明導電層の膜厚が100nm以下であり、
波面のうち平坦部の面積が50%以下であり、
波面側でのL*a*b*色度系における反射色相が|a*|≦10かつ|b*|≦10である透明導電性素子である。
本発明に係る透明導電性素子は、入力装置および表示装置などに適用して好適なものである。
1.第1の実施形態(構造体を六方格子状に配列した透明導電性素子の例)
2.第2の実施形態(構造体を四方格子状に配列した透明導電性素子の例)
3.第3の実施形態(構造体をランダムに配列した透明導電性素子の例)
4.第4の実施形態(波面全体に透明導電層を連続的に形成した透明導電性素子の例)
5.第5の実施形態(情報入力装置に対する透明導電性素子の第1の適用例)
6.第6の実施形態(情報入力装置に対する透明導電性素子の第2の適用例)
7.第7の実施形態(情報入力装置に対する透明導電性素子の第3の適用例)
8.第8の実施形態(情報入力装置に対する透明導電性素子の第4の適用例)
9.第9の実施形態(情報表示装置に対する透明導電性素子の第1の適用例)
10.第10の実施形態(情報表示装置に対する透明導電性素子の第2の適用例)
11.第11の実施形態(情報表示装置に対する透明導電性素子の第3の適用例)
本発明者らは、従来技術が有する上述の課題を解決すべく、鋭意検討を行った。その結果、可視光の波長以下の平均波長を有する波面が設けられた光学層上に、該波面に倣うように透明導電層を形成した透明導電性素子を見出すに至った。
図1Aは、本発明の第1の実施形態に係る透明導電性素子の構成の一例を示す断面図である。図1Bは、図1Aに示した第1の領域R1を拡大して表す拡大断面図である。図1Cは、図1Aに示した第2の領域R2を拡大して表す拡大断面図である。透明導電性素子1は、一主面に波面Swを有する光学層(第1の光学層)2と、波面Sw上にこの波面Swに倣うように形成された透明導電層6とを備える。光学層2の波面Swには、透明導電層6が形成された第1の領域R1と、透明導電層6が形成されていない第2の領域R2とが交互に設けられ、透明導電層6は所定パターンを有している。また、必要に応じて、図2A〜図2Cに示すように、透明導電層6上に形成された光学層(第2の光学層)7をさらに備え、透明導電層6の両主面がそれぞれ光学層2、光学層7により覆われた構成としてもよい。透明導電性素子1は可撓性を有していることが好ましい。
光学層2は、例えば、基体3と、基体3の表面に形成された複数の構造体4とを備える。基体3の表面に複数の構造体4を形成することにより、波面Swが形成されている。構造体4と基体3とは、例えば、別成形または一体成形されている。構造体4と基体3とが別成形されている場合には、必要に応じて構造体4と基体3との間に基底層5をさらに備えるようにしてもよい。基底層5は、構造体4の底面側に構造体4と一体成形される層であり、構造体4と同様のエネルギー線硬化性樹脂組成物などを硬化してなる。
基体3、8は、例えば、透明性を有する透明基体である。基体3、8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、ガラスなど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。
図3Aは、複数の構造体が形成された光学層表面の一例を示す平面図である。図3Bは、図3Aに示した光学層表面の一部を拡大して表す平面図である。図3Cは、図3Aに示した光学層表面の一部を拡大して表す斜視図である。以下では、透明導電性素子1の主面の面内で互いに直交する2方向をそれぞれX軸方向、およびY軸方向とし、その主面に垂直な方向をZ軸方向と称する。構造体4は、例えば、基体3の表面に対して凸状または凹状を有し、基体3の表面に対して2次元配列されている。構造体4は、反射の低減を目的とする光の波長帯域以下の短い平均配置ピッチで周期的に2次元配列されていることが好ましい。
比率R=[(S(lattice)−S(structure))/S(lattice)]×100
単位格子面積:S(lattice)=P1×2Tp
単位格子内に存在する構造体の底面の面積:S(structure)=2S
図5Aは、透明導電層の表面形状の例を説明するための拡大断面図である。透明導電層6は、互いに同期する第1の波面Sw1と第2の波面Sw2とを有する。第1の波面Sw1と第2の波面Sw2との振動の平均幅が異なっていることが好ましい。第1の波面Sw1の振動の平均幅A1は、第2の波面Sw2の振動の平均幅A2よりも小さいことがより好ましい。振動の幅が最大となる位置を含むようにして、第1の波面Sw1または第2の波面Sw2を一方向に向かって切断したときの断面形状は、例えば、三角波形状、正弦波形状、2次曲線もしくは2次曲線の一部を繰り返した波形状、またはこれらに近似する形状などである。2次曲線としては、円、楕円、放物線などが挙げられる。
まず、透明導電性素子1を構造体4の頂部を含むようにトラックの延在方向に切断し、その断面をTEMにて撮影する。次に、撮影したTEM写真から、構造体4の頂部における透明導電層6の膜厚D1を測定する。次に、構造体4の傾斜面の位置のうち、構造体4の半分の高さ(H/2)の位置の膜厚D2を測定する。次に、構造体間の凹部の位置のうち、その凹部の深さが最も深くなる位置の膜厚D3を測定する。
なお、透明導電層6の膜厚D1、D2、D3が上記関係を有しているか否かは、このようにして求めた透明導電層の膜厚D1、D2、D3により確認することができる。
貼合層8は、例えば、アクリル系、ゴム系、シリコン系など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。
図6Aは、ロール原盤の構成の一例を示す斜視図である。図6Bは、図6Aに示したロール原盤の一部を拡大して表す平面図である。図6Cは、図6BのトラックT1、T3、・・・における断面図である。ロール原盤11は、上述した構成を有する透明導電性素子1を作製するための原盤、より具体的には、上述した基体表面に複数の構造体4を成形するための原盤である。ロール原盤11は、例えば、円柱状または円筒状の形状を有し、その円柱面または円筒面が基体表面に複数の構造体4を成形するための成形面とされる。この成形面には複数の構造体12が2次元配列されている。構造体12は、例えば、成形面に対して凹状を有している。ロール原盤11の材料としては、例えばガラスを用いることができるが、この材料に特に限定されるものではない。
図7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。
次に、図8A〜図9Dを参照しながら、本発明の第1の実施形態に係る透明導電性素子1の製造方法について説明する。
まず、図8Aに示すように、円柱状または円筒状のロール原盤11を準備する。このロール原盤11は、例えばガラス原盤である。次に、図8Bに示すように、ロール原盤11の表面にレジスト層13を形成する。レジスト層13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や化学増幅型レジスト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種以上含む金属化合物を用いることができる。
次に、図8Cに示すように、ロール原盤11の表面に形成されたレジスト層13に、レーザー光(露光ビーム)14を照射する。具体的には、図7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11を回転させると共に、レーザー光(露光ビーム)14をレジスト層13に照射する。このとき、レーザー光14をロール原盤11の高さ方向(円柱状または円筒状のロール原盤11の中心軸に平行な方向)に移動させながら、レーザー光14を間欠的に照射することで、レジスト層13を全面にわたって露光する。これにより、レーザー光14の軌跡に応じた潜像15が、例えば可視光波長と同程度のピッチでレジスト層13の全面にわたって形成される。
次に、例えば、ロール原盤11を回転させながら、レジスト層13上に現像液を滴下して、レジスト層13を現像処理する。これにより、図8Dに示すように、レジスト層13に複数の開口部が形成される。レジスト層13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14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、図8Dに示すように、潜像(露光部)16に応じたパターンがレジスト層13に形成される。開口部のパターンは、例えば六方格子パターンまたは準六方格子パターンなどの所定の格子パターンである。
次に、ロール原盤11の上に形成されたレジスト層13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11の表面をエッチング処理する。これにより、図9A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12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、ウエットエッチングを用いることができる。このとき、エッチング処理とアッシング処理とを交互に行うことにより、例えば、錐体状の構造体12のパターンを形成することができる。
以上により、目的とするロール原盤11が得られる。
次に、図9Bに示すように、ロール原盤11と、基体3上に塗布された転写材料16とを密着させた後、紫外線などのエネルギー線をエネルギー線源17から転写材料16に照射して転写材料16を硬化させた後、硬化した転写材料16と一体となった基体3を剥離する。これにより、図9Cに示すように、複数の構造体4を基体表面に有する光学層2が作製される。
次に、図9Dに示すように、複数の構造体4が形成された光学層2の波面Sw上に、透明導電層6を成膜する。透明導電層6を成膜する際に、光学層2を加熱しながら成膜を行うようにしてもよい。透明導電層6の成膜方法としては、例えば、熱CVD、プラズマCVD、光CVDなどの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などの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。次に、必要に応じて、透明導電層6に対してアニール処理を施す。これにより、透明導電層6が、例えばアモルファスと多結晶との混合状態となる。
次に、例えばフォトエッチングにより透明導電層6をパターニングすることで、所定パターンを有する透明導電層6を形成する。
以上により、目的とする透明導電性素子1が得られる。
[透明導電性素子の構成]
図10Aは、本発明の第2の実施形態に係る透明導電性素子の光学層表面の一例を示す平面図である。図10Bは、図10Aに示した光学層表面の一部を拡大して表す平面図である。第2の実施形態に係る透明導電性素子1は、複数の構造体4が、隣接する3列のトラックT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点において、第1の実施形態のものとは異なっている。
まず、透明導電性素子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10B参照)。また、その単位格子Ucに含まれる4つの構造体4のいずれかの底面の面積S(structure)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(structure)を用いて、以下の式より比率Rを求める。
比率R=[(S(lattice)−S(structure))/S(lattice)]×100
単位格子面積:S(lattice)=2×((P1×Tp)×(1/2))=P1×Tp
単位格子内に存在する構造体の底面の面積:S(structure)=S
図11Aは、本発明の第3の実施形態に係る透明導電性素子の構成の一例を示す断面図である。図11Bは、本発明の第3の実施形態に係る透明導電性素子の光学層表面の一例を示す平面図である。図11Cは、図11Bに示した光学層表面の一部を拡大して表す平面図である。
図12Aは、本発明の第4の実施形態に係る透明導電性素子の構成の一例を示す断面図である。図12Bは、図12Aに示した透明導電性素子の一部を拡大して表す拡大断面図である。図12Cは、本発明の第4の実施形態に係る透明導電性素子の構成の他の例を示す断面図である。図12Dは、図12Cに示した透明導電性素子の一部を拡大して表す拡大断面図である。
図13Aは、本発明の第5の実施形態に係る情報入力装置の構成の一例を説明するための断面図である。図13Aに示すように、情報入力装置101は、表示装置102の表示面上に設けられる。情報入力装置101は、例えば貼合層111により表示装置102の表示面に貼り合わされている。情報入力装置101が適用される表示装置102は特に限定されるものではないが、例示するならば、液晶ディスプレイ、CRT(Cathode Ray Tube)ディスプレイ、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)などの各種表示装置が挙げられる。
図16Aは、本発明の第6の実施形態に係る情報入力装置の構成の一例を説明するための断面図である。図16Bは、図16Aに示した情報入力装置の一部を拡大して表す拡大断面図である。
図17Aは、本発明の第7の実施形態に係る情報入力装置の構成の一例を説明するための断面図である。図17Bは、透明導電層が形成された波面が対向する領域を拡大して表す断面図である。図17Cは、透明導電層が形成されておらず露出した波面が対向する領域を拡大して表す断面図である。
図19Aは、本発明の第8の実施形態に係る情報入力装置の構成の一例を説明するための断面図である。図19Bは、図19Aに示した情報入力装置の一部を拡大して表す拡大断面図である。
図20は、本発明の第9の実施形態に係る液晶表示装置の構成の一例を説明するための断面図である。図20に示すように、第9の実施形態に係る液晶表示装置は、第1の主面および第2の主面を有する液晶パネル(液晶層)131と、第1の主面上に形成された第1の偏光子132と、第2の主面上に形成された第2の偏光子133と、液晶パネル131と第2の偏光子133との間に配置された情報入力装置101とを備える。情報入力装置101は、液晶ディスプレイ一体型タッチパネル(いわゆるインナータッチパネル)である。光学層22を省略して、第2の偏光子133の表面に複数の構造体4を直接形成するようにしてもよい。第2の偏光子133が、TAC(トリアセチルセルロース)フィルムなどの保護層を表面に備えている場合には、保護層上に複数の構造体4を直接形成することが好ましい。このように第2の偏光子133に複数の構造体4を形成し、これらの構造体4上に透明導電層62を形成することで、液晶表示装置をさらに薄型化することができる。
液晶パネル131としては、例えば、ツイステッドネマチック(Twisted Nematic:TN)モード、スーパーツイステッドネマチック(Super Twisted Nematic:STN)モード、垂直配向(Vertically Aligned:VA)モード、水平配列(In-Plane Switching:IPS)モード、光学補償ベンド配向(Optically Compensated Birefringence:OCB)モード、強誘電性(Ferroelectric Liquid Crystal:FLC)モード、高分子分散型液晶(Polymer Dispersed Liquid Crystal:PDLC)モード、相転移型ゲスト・ホスト(Phase Change Guest Host:PCGH)モードなどの表示モードのものを用いることができる。
第1の偏光子132および第2の偏光子133は、その透過軸が互いに直交するようにして液晶パネル131の第1の主面および第2の主面上に対してそれぞれ、貼合層134および貼合層136を介して貼り合わされる。第1の偏光子132および第2の偏光子133は、入射する光のうち直交する偏光成分の一方のみを通過させ、他方を吸収により遮へいするものである。第1の偏光子132および第2の偏光子133としては、例えば、ポリビニルアルコール(PVA)系フィルムに、ヨウ素錯体や二色性染料を一軸方向に配列させたものを用いることができる。第1の偏光子132および第2の偏光子133の両面には、トリアセチルセルロース(TAC)フィルムなどの保護層を設けることが好ましい。
情報入力装置101は、第5〜第8の実施形態のいずれかのものを用いることができる。
図21Aは、本発明の第10の実施形態に係る情報表示装置の構成の一例を説明するための斜視図である。図21Bは、透明導電層が形成された波面が対向する領域を拡大して表す断面図である。図21Cは、透明導電層が形成されておらず露出した波面が対向する領域を拡大して表す断面図である。
図22Aは、本発明の第11の実施形態に係る情報入力装置の構成の一例を説明するための断面図である。図22Bは、透明導電層が形成された波面が対向する領域を拡大して表す断面図である。図22Cは、透明導電層が形成されておらず露出した波面が対向する領域を拡大して表す断面図である。
以下において、透明導電性シートなどの構造体の平均高さHm、平均配置ピッチPm、およびアスペクト比(Hm/Pm)は次のようにして求めた。
以下において、ITO膜の膜厚は次のようにして求めた。
まず、透明導電性シートを構造体の頂部を含むように切断し、その断面を透過型電子顕微鏡(TEM)にて撮影し、撮影したTEM写真から、構造体の頂部におけるITO膜の膜厚を測定した。
以下において、構造体斜面の平均角度は次のようにして求めた。
まず、透明導電性シートを構造体の頂部を含むように切断し、その断面を透過型電子顕微鏡(TEM)にて撮影した。次に、撮影したTEM写真から、底部から頂部への斜面の角度の平均値(1個の構造体の斜面角度の平均値)を求めた。このような平均値を求める処理を透明導電性シートから無作為に選び出された10箇所で繰り返し行い、10個の構造体の斜面角度の平均値を単純に平均(算術平均)して、構造体斜面の平均角度とした。
1.平坦部面積比(サンプル1−1〜1−3)
2.色調(サンプル2−1〜2−3)
3.透明導電層の膜厚比(サンプル3−1〜3−3)
4.アスペクト比(サンプル4−1〜4−4)
5.電気的信頼性(サンプル5−1〜5−6)
6.反射率差ΔR(サンプル6−1〜6−4)
7.構造体の形状(サンプル7−1〜7−3)
8.パターン歪み(サンプル8−1、8−2)
9.エッチング耐性(サンプル9−1〜10−5)
サンプル1−1〜1−3では、RCWA(Rigorous Coupled Wave Analysis)による光学シミュレーションにより、平坦部面積比と反射率との関係について検討を行った。
光学シミュレーションにより、透明導電性素子の反射スペクトルを求めた。その結果のグラフを図23Bに示す。
(透明導電性素子の構成)
透明導電性素子は以下の積層構造体とした。
(入射側)基体/構造体/透明導電層/光学層(出射側)
屈折率n:1.52
(構造体)
構造体の配列:六方格子
構造体の形状:釣鐘型
構造体の底面:円形
配置ピッチ(波長λ)P:250nm
構造体の高さ(振幅A)H:150nm
アスペクト比(H/P):0.6
単位格子Ucの面積S(lattice):2×2√3
構造体の底面の半径rs:0.9
構造体の底面の面積S(structure):2×πrs 2=2×π×0.92
平坦部の面積比率Rs:[(S(lattice)−S(structure))/S(lattice)]×100=26.54%
(透明導電層)
透明導電層の屈折率n:2.0
透明導電層の厚さt:60〜75nm
構造体頂部の透明導電層の厚さD1:75nm
構造体間の透明導電層の厚さD3:60nm
膜厚比D3/D1:0.8
(光学層)
屈折率n:1.52
(入射光)
偏光:無偏光
入射角:5度(透明導電性素子の法線に対して)
以下の条件を変更する以外はサンプル1−1と同様にして、光学シミュレーションにより、透明導電性素子の反射スペクトルを求めた。その結果のグラフを図23Bに示す。
構造体の底面の半径rs:0.8
構造体の底面の面積S(structure):2×πrs 2=2×π×0.82
平坦部の面積比率:[(S(lattice)−S(structure))/S(lattice)]×100=41.96%
以下の条件を変更する以外はサンプル1−1と同様にして、光学シミュレーションにより、透明導電性素子の反射スペクトルを求めた。その結果のグラフを図23Bに示す。
構造体の底面の半径rs:0.7
構造体の底面の面積S(structure):2×πrs 2=2×π×0.72
平坦部の面積比率:[(S(lattice)−S(structure))/S(lattice)]×100=55.56%
透明導電性素子の表面において平坦部の面積比率を50%以下とすることで、視感反射率(波長550nmにおける反射率)を2%以下にすることができる。
視感反射率2%以下にすることで、視認性を向上することができる。
構造体の底面の半径rs:1.0
構造体の底面の面積S(structure):2×πrs 2=2×π×1.02
平坦部の面積比率Rs:[(S(lattice)−S(structure))/S(lattice)]×100=9.31%
サンプル2−1〜2−3では、透明導電性シートを実際に作製することにより、色調について検討を行った。
まず、外径126mmのガラスロール原盤を準備し、このガラスロール原盤の表面に以下のようにしてレジスト層を着膜した。すなわち、シンナーでフォトレジストを1/10に希釈し、この希釈レジストをディッピング法によりガラスロール原盤の円柱面上に厚さ70nm程度に塗布することにより、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7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、1つの螺旋状に連なるとともに、隣接する3列のトラック間において六方格子パターンをなす潜像がレジスト層にパターニングされた。
構造体の配列:六方格子
構造体の形状:釣鐘型
構造体の平均配置ピッチ(波長λ)Pm:250nm
構造体の平均高さ(振幅A)Hm:125nm
構造体のアスペクト比(Hm/Pm):0.5
以下にITO層の成膜条件を示す。
ガス種:ArガスとO2ガスとの混合ガス
混合ガスの混合比率(体積比率):Ar:O2=200:10
ITO層の膜厚:75nm
ここで、ITO層の膜厚は構造体の頂部における膜厚である。
以上により、目的とする透明導電性シートが作製された。
以下の構造体をPETシートの一主面に複数配列する以外のことは、サンプル2−1と同様にして光学シートを作製した。
構造体の配列:六方格子
構造体の形状:釣鐘型
構造体の平均配置ピッチPm:250nm
構造体の構造体の平均高さHm:150nm
アスペクト比(Hm/Pm):0.6
ガス種:ArガスとO2ガスとの混合ガス
混合ガスの混合比率(体積比率):Ar:O2=200:10
ITO層の膜厚:100nm
ここで、ITO層の膜厚は構造体の頂部における膜厚である。
以上により、目的とする透明導電性シートが作製された。
まず、ITO層の形成を省略する以外は、サンプル2−1と同様にして光学シートを作製した。
以上により、目的とする透明導電性シートが作製された。
上述のようにして作製した透明導電性シートおよび光学シートを測定試料として、分光光度計により可視周辺の波長域(350nm〜800nm)での透過スペクトルを測定し、その透過スペクトルから透過色相a*、b*を算出した。透過スペクトルの測定結果を図24に示す。透過色相a*、b*の算出結果を表1に示す。
サンプル2−1、2−2の透明導電性シートでは、a*、b*ともに3より小さい値となり、無色透明で良好な特性を有していることがわかる。
サンプル3−1〜3−3では、RCWAによる光学シミュレーションにより、透明導電層の膜厚比(D3/D1)と反射率との関係について検討を行った。
光学シミュレーションにより透明導電性素子の反射スペクトルを求め、この反射スペクトルから反射色相a*、b*および反射Y値を求めた。その結果のグラフを図25Aおよび表2に示す。
(透明導電性素子の構成)
透明導電性素子は以下の積層構造体とした。
(入射側)基体/構造体/透明導電層/光学層(出射側)
屈折率n:1.52
(構造体)
構造体の配列:六方格子
構造体の形状:釣鐘型
構造体の底面:円形
配置ピッチ(波長λ)P:250nm
構造体の高さ(振幅A)H:150nm
アスペクト比(H/P):0.6
単位格子Ucの面積S(lattice):2×2√3
平坦部の面積比率Rs:[(S(lattice)−S(structure))/S(lattice)]×100=42%
(透明導電層)
透明導電層の屈折率n:2.0
透明導電層の厚さt:50nm
構造体頂部の透明導電層の厚さD1:50nm
構造体間の透明導電層の厚さD3:50nm
膜厚比D3/D1:1
(光学層)
屈折率n:1.52
(入射光)
偏光:無偏光
入射角:5度(透明導電性素子の法線に対して)
以下の光学シミュレーション条件を変更する以外のことは、サンプル3−1と同様にして光学シミュレーションを行い、反射スペクトルを求め、この反射スペクトルから反射色相a*、b*および反射Y値を求めた。その結果のグラフを図25Aおよび表2に示す。
透明導電層の厚さt:40〜50nm
構造体頂部の透明導電層の厚さD1:50nm
構造体間の透明導電層の厚さD3:40nm
膜厚比D3/D1:0.8
以下の光学シミュレーション条件を変更する以外のことは、サンプル3−1と同様にして光学シミュレーションを行い、反射スペクトルを求め、この反射スペクトルから反射色相a*、b*および反射Y値を求めた。その結果のグラフを図25Aおよび表2に示す。
透明導電層の厚さt:30nm〜50nm
構造体頂部の透明導電層の厚さD1:50nm
構造体間の透明導電層の厚さD3:30nm
膜厚比D3/D1:0.6
膜厚比D3/D1を1未満とすることで反射特性を向上することができる。具体的には膜厚比D3/D1が、好ましくは0.8以下、より好ましくは0.6以下である。
サンプル4−1〜4−4では、RCWAによる光学シミュレーションにより、構造体のアスペクト比と反射率との関係について検討を行った。
光学シミュレーションにより、透明導電性素子の反射スペクトルを求め、この反射スペクトルから反射色相a*、b*および反射Y値を求めた。その結果を図26および表4に示す。
(透明導電性素子の構成)
透明導電性素子は以下の積層構造体とした。
(入射側)基体/構造体/透明導電層/光学層(出射側)
屈折率n:1.52
(構造体)
構造体の配列:六方格子
構造体の形状:釣鐘型
構造体の底面:円形
配置ピッチ(波長λ)P:250nm
構造体の高さ(振幅A)H:200nm
アスペクト比(H/P):0.8
単位格子Ucの面積S(lattice):2×2√3
平坦部の面積比率Rs:[(S(lattice)−S(structure))/S(lattice)]×100=42%
(透明導電層)
透明導電層の屈折率n:2.0
透明導電層の厚さt:60〜75nm
構造体頂部の透明導電層の厚さD1:75nm
構造体間の透明導電層の厚さD3:60nm
膜厚比D3/D1:0.8
(光学層)
屈折率n:1.52
(入射光)
偏光:無偏光
入射角:5度(透明導電性素子の法線に対して)
以下の光学シミュレーション条件を変更する以外のことは、サンプル4−1と同様にして光学シミュレーションを行い、反射スペクトルを求め、この反射スペクトルから反射色相a*、b*および反射Y値を求めた。その結果のグラフを図26および表4に示す。
配置ピッチ(波長λ)P:250nm
構造体の高さ(振幅A)H:150nm
アスペクト比(H/P):0.6
以下の光学シミュレーション条件を変更する以外のことは、サンプル4−1と同様にして光学シミュレーションを行い、反射スペクトルを求め、この反射スペクトルから反射色相a*、b*および反射Y値を求めた。その結果のグラフを図26および表4に示す。
配置ピッチ(波長λ)P:250nm
構造体の高さ(振幅A)H:100nm
アスペクト比(H/P):0.4
以下の光学シミュレーション条件を変更する以外のことは、サンプル4−1と同様にして光学シミュレーションを行い、反射スペクトルを求め、この反射スペクトルから反射色相a*、b*および反射Y値を求めた。その結果のグラフを図26および表4に示す。
配置ピッチ(波長λ)P:400nm
構造体の高さ(振幅A)H:60nm
アスペクト比(H/P):0.15
構造体のアスペクトを0.2以上1.0以下の範囲内にすると、優れた光学調整機能を得ることができる。
サンプル5−1〜5−5では、透明導電性シートを実際に作製することにより、構造体斜面の平均角度と電気的信頼性との関係について検討を行った。
以下の構造体をPETシートの一主面に複数配列する以外のことは、サンプル2−1と同様にして光学シートを作製した。
構造体の配列:六方最密
構造体の形状:円錐台形状
構造体の平均配置ピッチPm:220nm
構造体の平均高さHm:240nm
構造体のアスペクト比(Hm/Pm):1.091
構造体斜面の平均角度θm:65度
ガス種:ArガスとO2ガスとの混合ガス
混合ガスの混合比率(体積比率):Ar:O2=200:13
ITO層の膜厚:36nm〜40nm
ここで、ITO層の膜厚は構造体の頂部における膜厚である。
以下の構造体をPETシートの一主面に複数配列する以外のことは、サンプル5−1と同様にして透明導電性シートを作製した。
構造体の配列:六方最密
構造体の形状:円錐台形状
構造体の平均配置ピッチPm:250nm
構造体の平均高さHm:180nm
構造体のアスペクト比(Hm/Pm):0.72
構造体斜面の平均角度θm:55度
以下の構造体をPETシートの一主面に複数配列する以外のことは、サンプル5−1と同様にして透明導電性シートを作製した。
構造体の配列:六方最密
構造体の形状:円錐台形状
構造体の平均配置ピッチPm:270nm
構造体の平均高さHm:150nm
構造体のアスペクト比(Hm/Pm):0.55
構造体斜面の平均角度θm:70度
以下の構造体をPETシートの一主面に複数配列する以外のことは、サンプル5−1と同様にして透明導電性シートを作製した。
構造体の配列:六方最密
構造体の形状:円錐台形状
構造体の平均配置ピッチPm:250nm
構造体の平均高さHm:135nm
構造体のアスペクト比(Hm/Pm):0.54
構造体斜面の平均角度θm:50度
構造体の形成を省略し、PETシートの平坦な一主面に厚さ20nmのITO層を成膜する以外は、サンプル5−1と同様にして透明導電性シートを作製した。
構造体の形成を省略し、PETシートの平坦な一主面に、厚さ20nmのNbO層、厚さ90nmのSiO2層、厚さ20nmのITO層を順次成膜する以外は、サンプル5−1と同様にして透明導電性シートを作製した。
まず、上述のようにして作製した透明導電性シートを、大気中雰囲気下において150度、30分間エージングした。次に、−30度の低温環境下に30分間保持した後、70度の高温環境下に30分間保持する環境試験を透明導電性シートに50サイクル行った。次に、透明導電性シートの表面抵抗を4探針法(JIS K 7194)により測定した。その結果を表5に示す。
まず、上述のようにして作製した透明導電性シートを、大気中雰囲気下において150度、30分間エージングした。次に、透明導電性シートを80度の低温環境下に240時間保持した後、透明導電性シートの表面抵抗を4探針法(JIS K 7194)により測定した。その結果を表5に示す。
単層ITO、多層ITOの構成を有するサンプル5−5、5−6では、信頼性試験により表面抵抗が10%以上上昇する。
高アスペクト1.09の構造体を表面に形成したサンプル5−1では、傾斜角度が65度と大きいため、信頼性試験により表面抵抗が大きく上昇する。
低アスペクト0.55の構造体を形成したサンプル5−3でも、構造体の形状が楕円錐台であるため、射面傾斜角度が70度と大きくなり、信頼性試験により表面抵抗が上昇する。
1.0以下の低アスペクトであり、60度以下の緩やかな射面傾斜角度であるサンプル5−2、5−4では、信頼製試験による表面抵抗の抵抗が極めて少ない。
(サンプル6−1)
まず、以下の構造体をPETシートの一主面に複数配列する以外のことは、サンプル1−1と同様にして透明導電性シートを作製した。
構造体の配列:六方格子
構造体の形状:釣鐘型
構造体の平均配置ピッチPm:250nm
構造体の平均構造体の高さHm:90nm
構造体のアスペクト比(Hm/Pm):0.36
構造体の傾斜部平均角度θm:36deg
ガス種:ArガスとO2ガスとの混合ガス
混合ガスの混合比率(体積比率):Ar:O2=200:13
ITO層の膜厚:30nm
ここで、ITO層の膜厚は構造体の頂部における膜厚である。
以上により、目的とする透明導電性シートが作製された。
まず、ITO層の形成を省略する以外は、サンプル6−1と同様にして光学シートを作製した。
以上により、目的とする光学シートが作製された。
構造体の形成を省略し、PETシートの平坦な一主面に30nmの厚さのITO層を成膜する以外は、サンプル6−1と同様にして透明導電性シートを作製した。
ITO層の形成を省略する以外は、サンプル6−3と同様にして光学シートを作製した。
まず、上述のようにして作製した透明導電性シートおよび光学シートのガラス基板を貼り合わせた側とは反対側の面に黒色テープを貼り合わせることにより、測定試料を作製した。次に、この測定試料の可視周辺の波長域(350nm〜700nm)での反射スペクトルを、分光光度計(日本分光株式会社製、商品名:V−550)により測定した。次に、以下の式により反射率の差ΔRを算出した。反射率の差ΔRの算出結果を図27に示す。視感反射率の差ΔRの算出結果を表6に示す。ここで、視感反射率とは、波長550nmにおける反射率である。
ΔR=((サンプル6−2の反射率)−(サンプル6−1の反射率))
ΔR=((サンプル6−4の反射率)−(サンプル6−3の反射率))
上述のようにして測定した反射スペクトルから反射色相a*、b*を算出した。その結果を表6に示す。
傾斜角度が制御された構造体上に透明導電層を形成することで、視感反射率の差ΔRを抑制することができる。また、a*、b*の値の絶対値を小さくできる。
サンプル7−1〜7−3では、RCWA(Rigorous Coupled Wave Analysis)による光学シミュレーションにより、構造体の形状と反射率との関係について検討を行った。
光学シミュレーションにより、透明導電性素子の反射スペクトルを求め、この反射スペクトルから反射色相a*、b*を算出した。その結果を図28Aおよび表7に示す。
(透明導電性素子の構成)
透明導電性素子は以下の積層構造体とした。
(入射側)基体/透明導電層/光学層(出射側)
屈折率n:1.52
(透明導電層)
透明導電層の屈折率n:2.0
透明導電層の厚さt:70nm
(出射面側の樹脂層)
屈折率n:1.52
(入射光)
偏光:無偏光
入射角:5度(透明導電性素子の法線に対して)
図29Aは、サンプル7−2の透明導電層の厚さD1、D2、D3を示す断面図である。図29A中、n1、n2およびn3はそれぞれ、構造体頂部、構造体斜面および構造体間の垂線方向を示す。膜厚D1、膜厚D2、および膜厚D3はそれぞれ、構造体頂部における垂線n1方向の透明導電層の厚さ、構造体斜面における垂線n2方向の透明導電層の厚さ、および構造体間における垂線n3方向の透明導電層の厚さを示す。
(透明導電性素子の構成)
透明導電性素子は以下の積層構造体とした。
(入射側)基体/構造体/透明導電層/光学層(出射側)
屈折率n:1.52
(構造体)
構造体の配列:正方格子
構造体の形状:四角錐(底面の辺の長さ:100nm、上面の辺の長さ:40nm)
構造体の底面:四角形
構造体の屈折率n:1.52
配置ピッチP:120nm
構造体の高さH:100nm
アスペクト比(H/P):0.83
図29Aに示すように、構造体頂部における垂線方向n1の透明導電層の厚さD1、構造体斜面における垂線方向n2の透明導電層の厚さD2が70nmとなるように透明導電層を設定した。
透明導電層の屈折率n:2.0
構造体頂部の透明導電層の厚さD1:70nm
構造体斜面の透明導電層の厚さD2:70nm
膜厚比D3/D1:1以上
屈折率n:1.52
(入射光)
偏光:無偏光
入射角:5度(透明導電性素子の法線に対して)
図29Bは、サンプル7−3の透明導電層の厚さD1、D2、D3を示す断面図である。図29B中、n0は、透明導電性素子表面(または基体表面)の垂線方向を示す。膜厚D1、膜厚D2、および膜厚D3はそれぞれ、構造体頂部における垂線方向n0の透明導電層の厚さ、構造体斜面における垂線方向n0の透明導電層の厚さ、および構造体間における垂線n0方向の透明導電層の厚さを示す。
図29Bに示すように、構造体頂部における垂線方向n0の透明導電層の厚さD1、構造体斜面における垂線方向n0の透明導電層の厚さD2、構造体間における垂線方向n0の透明導電層の厚さD3がすべて70nmとなるように透明導電層を設定した。
透明導電層の屈折率n:2.0
構造体頂部の透明導電層の厚さD1:70nm
構造体間の透明導電層の厚さD3:70nm
膜厚比D3/D1:1
平坦面上に透明導電層を形成した構成を有するサンプル7−1では、a*、b*の絶対値は小さいが、視感反射率が高くなってしまう。
構造体上に透明導電層を一定の厚さで形成したサンプル7−2では、視感反射率をある程度低減することはできるが、a*、b*の絶対値が大きくなってしまう。
構造体上に、この構造体が形成された表面の垂線方向に一定の厚さで透明導電層を形成したサンプル7−3では、視感反射率を低減することはできるが、a*、b*の絶対値が大きくなってしまう。
サンプル8−1、8−2では、透明導電性シートを実際に作製することにより、構造体の有無と電極パターン歪みとの関係について検討した。
以下の構造体をPETシートの一主面に複数配列する以外のことは、サンプル1−1と同様にして光学シートを作製した。
構造体の配列:六方最密
構造体の形状:円錐台形状
配置ピッチP:250nm
構造体の高さH:150nm
アスペクト比:0.6
傾斜部平均角度:50deg
ガス種:ArガスとO2ガスとの混合ガス
混合ガスの混合比率(体積比率):Ar:O2=200:10
ITO層の膜厚:30nm
ここで、ITO層の膜厚は構造体の頂部における膜厚である。
以上により、目的とする入力素子が得られた。
構造体の形成を省略し、PETシートの平坦な一主面にITO層を成膜する以外は、サンプル8−1と同様にして入力素子を作製した。
上述のようにして作製した入力素子表面に蛍光灯を写し込み、入力素子表面に電極パターンに応じた歪みが生じているか否かを観察した。その結果、サンプル8−1では歪みが観察されなかったのに対して、サンプル8−2では歪みが観察された。
(サンプル9−1)
(転写工程)
以下の構造体をPETシートの一主面に複数配列する以外のことは、サンプル2−1と同様にして光学シートを作製した。
構造体の配列:六方最密
構造体の形状:釣鐘型
配置ピッチP:250nm
構造体の高さH:180nm
アスペクト比:0.55
斜面の平均角度:55度
次に、スパッタリング法により、複数の構造体が形成されたPETシート表面に、ITO層を成膜した。
ガス種:ArガスとO2ガスとの混合ガス
混合ガスの混合比率(体積比率):Ar:O2=200:10
ITO層の膜厚:30nm
ここで、ITO層の膜厚は構造体の頂部における膜厚である。
次に、ITO層を形成したPETシートに対して、大気中にて150℃、120分間のアニールを施した。これにより、ITO層の多結晶化が促進された。次に、この促進の状態を確認すべく、X線回折(X‐ray diffraction:XRD)でITO層を測定したところ、In2O3のピークが確認された。
以上により、目的とする透明導電性シートが作製された。
(転写工程、成膜工程、アニール工程)
まず、サンプル9−1と同様にして転写工程、成膜工程およびアニール工程を順次行い、アニール処理が施されたITO層を有するPETフィルムを作製した。
次に、アニール処理を施したPETフィルムを、HCl10%希釈溶液に20秒間浸漬させて、ITO層をエッチングした。
次に、エッチング処理を施したPETシートに対して純水洗浄を行った。
以上により、目的とする透明導電性シートが作製された。
浸漬時間を40秒間に変更する以外はサンプル9−2と同様にして透明導電性シートを作製した。
浸漬時間を60秒間に変更する以外はサンプル9−2と同様にして透明導電性シートを作製した。
浸漬時間を100秒間に変更する以外はサンプル9−2と同様にして透明導電性シートを作製した。
以下の構造体をPETシートの一主面に複数配列する以外のことは、サンプル9−1と同様にして透明導電性シートを作製した。
構造体の配列:六方最密
構造体の形状:釣鐘型
配置ピッチP:200nm
構造体の高さH:180nm
アスペクト比:0.62
斜面の平均角度:61度
(転写工程、成膜工程、アニール工程)
まず、サンプル10−1と同様にして転写工程、成膜工程およびアニール工程を順次行い、アニール処理が施されたITO層を有するPETフィルムを作製した。
次に、アニール処理を施したPETフィルムを、HCl10%希釈溶液に20秒間浸漬させて、ITO層をエッチングした。
次に、エッチング処理を施したPETシートに対して純水洗浄を行った。
以上により、目的とする透明導電性シートが作製された。
浸漬時間を40秒間に変更する以外はサンプル10−2と同様にして透明導電性シートを作製した。
浸漬時間を60秒間に変更する以外はサンプル10−2と同様にして透明導電性シートを作製した。
浸漬時間を100秒間に変更する以外はサンプル10−2と同様にして透明導電性シートを作製した。
上述のようにして得られたサンプル9−1〜10−5の透明導電性シート表面の表面抵抗値を4端針法にて測定した。その結果を表8および図30に示す。
上述のようにして得られたサンプル9−1〜10−5の透明導電性シート表面の初期変化率の逆数(仮想厚さの変化)を以下の式より求めた。その結果を表9に示す。
(初期表面抵抗に対する変化率の逆数)=(エッチング前のサンプルの表面抵抗)/(エッチング後のサンプルの表面抵抗)
斜面の平均角度が60度を超えると、ITO層のエッチング耐性が低下し、エッチング時間の経過に伴って表面抵抗が上昇する傾向がある。
11 第1の透明導電性素子
12 第2の透明導電性素子
2、21、22 光学層
3、31、32 基体
4、12 構造体
5、51、52 基底層
6、61、62 透明導電層
7 光学層
8 貼合層
11 ロール原盤
101 情報入力装置
Sw 波面
Claims (12)
- 可視光の波長以下の平均波長を有する波面が設けられた光学層と、
上記波面上に該波面に倣うように形成された透明導電層と
を備え、
上記波面の平均波長をλmとし、上記波面の振動の平均幅をAmとしたき、比率(Am/λm)が、0.2以上1.0以下であり、
上記波面の平均波長λmが140nm以上300nm以下であり、
上記波面が最も高くなる位置における透明導電層の膜厚が100nm以下であり、
上記波面のうち平坦部の面積が50%以下であり、
上記波面側でのL*a*b*色度系における反射色相が|a*|≦10かつ|b*|≦10である透明導電性素子。 - 上記透明導電層が、所定パターンを有する請求項1記載の透明導電性素子。
- 上記光学層の波面のうち上記透明導電層が形成された部分と、上記透明導電層が形成されてない部分との反射率差ΔRが5%以下である請求項1記載の透明導電性素子。
- 上記波面とは反対側の面でのL*a*b*色度系における透過色相が|a*|≦10かつ|b*|≦10である請求項1記載の透明導電性素子。
- 上記透明導電層上に光学層をさらに備える請求項1記載の透明導電性素子。
- 上記波面とは反対側の面でのL*a*b*色度系における透過色相が|a*|≦5かつ|b*|≦5である請求項5記載の透明導電性素子。
- 上記波面の振動の平均幅Amが、28nm以上300nm以下である請求項1記載の透明導電性素子。
- 上記光学層が、
表面を有する基体と、
上記基体の表面に可視光の波長以下の微細ピッチで配置された複数の構造体と
を備え、
上記複数の構造体の配列により、上記波面が形成されている請求項1記載の透明導電性素子。 - 上記構造体の頂部における透明導電層の膜厚をD1とし、上記構造体間の透明導電層の膜厚をD3としたとき、比率(D3/D1)が0.8以下である請求項8記載の透明導電性素子。
- 請求項1〜9のいずれか1項に記載された透明導電性素子を備える入力装置。
- 請求項1〜9のいずれか1項に記載された透明導電性素子を備える表示装置。
- 請求項1〜9のいずれか1項に記載された透明導電性素子を作製するための原盤。
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