JP2014527237A - パターン化された透明導体および関連する製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2011年8月24日に出願された米国仮出願第61/527,069号、2011年9月20日に出願された米国仮出願第61/536,985号、2011年9月21日に出願された米国仮出願第61/537,514号、2011年9月26日に出願された米国仮出願第61/539,415号、2011年9月27日に出願された米国仮出願第61/539,868号、2011年9月30日に出願された米国仮出願第61/541,923号、2012年3月9日に出願された米国仮出願第61/609,128号、2012年4月20日に出願された米国仮出願第61/636,524号の利益を主張するものであり、その開示の全体は、本明細書中に参照により援用される。
以下の定義は、本発明のいくつかの実施形態に関して説明される側面のうちのいくつかに該当する。これらの定義は、同様に、本明細書に応じて、展開されてもよい。
本発明の実施形態は、透明導体または他のタイプの伝導性構造として使用するために、母材内に混入される電気的に伝導性または半導体の添加物に関する。透明導体の実施形態は、向上した性能(例えば、より高い電気および熱伝導性およびより高い光透過率)、ならびにその構造、組成物、および製造プロセスから生じるコスト利点を呈する。いくつかの実施形態では、透明導体は、添加物が、母材内に物理的に埋め込まれ、母材の所望の特性(例えば、透明性)を保存しながら、付加的所望の特性(例えば、電気伝導性)を結果として生じる透明導体に付与する、表面埋込プロセスによって製造されることができる。いくつかの実施形態では、透明導体は、第1のシートコンダクタンスを有する、第1の一式の部分と、第1のシートコンダクタンスより低い第2のシートコンダクタンスを有する、第2の一式の部分とを含むようにパターン化されることができる。第1の一式の部分は、伝導性トレースまたはグリッドとして機能する、より高いシートコンダクタンス部分に対応することができる一方、第2の一式の部分は、伝導性トレースを電気的に絶縁するための間隙として機能する、より低いシートコンダクタンス部分に対応することができる。添加物は、一方または両方の部分内に表面埋込されることができる。
本明細書に説明される透明導体は、添加物が、種々の母材内に耐久的に混入される、高度に拡張可能で、迅速、かつ低コストの方式で実施され得る製造方法に従って、形成されることができる。製造方法のいくつかの実施形態は、概して、以下の2つのカテゴリに分類することができる:(1)表面埋込添加物を伴う母材をもたらすために、乾燥組成物の中へ添加物を表面に埋め込むステップ、および(2)表面埋込添加物を伴う母材をもたらすために、湿潤組成物の中へ添加物を表面に埋め込むステップ。そのような分類は、提示を容易にするためであり、「乾燥」および「湿潤」は、相対的な用語(例えば、様々な程度の乾燥または湿潤を伴う)と見なすことができ、製造方法は、完全な「乾燥」または完全な「湿潤」の間に及ぶ連続体に適用できることが理解されるであろう。したがって、1つのカテゴリ(例えば、乾燥組成物)に関して説明される処理条件および材料はまた、別のカテゴリ(例えば、湿潤組成物)に関して適用することもでき、その逆も同様である。また、湿潤組成物が乾燥させられる、または別様に乾燥組成物に変換され、その後に、表面埋込添加物を伴う母材をもたらすための乾燥組成物の中への添加物の表面埋込が続く場合等に、2つのカテゴリのハイブリッドまたは組み合わせが検討されることも理解されるであろう。さらに、「乾燥」および「湿潤」は、時として、含水量のレベルまたは溶媒含有量のレベルを指してもよいが、「乾燥」および「湿潤」はまた、架橋結合または重合の程度等の、他の場合における組成の別の特性を指してもよいことが理解されるであろう。
埋込流体の選択:
基板または他の母材に対する溶解度パラメータ(例えば、ヒルデブランドおよびハンセン溶解度パラメータ)
表面との埋込流体の適合性(例えば、誘電率、分布係数、pKa等の整合または比較)
共沸混合物、混和性
溶媒拡散/移動度
粘度
蒸発(引火点、蒸気圧、冷却等)
基板または他の母材への溶媒の暴露の持続時間
分散剤、界面活性剤、安定剤、レオロジー改質剤
溶媒(VOC、脱VOC、無VOC、水性)
基板または他の母材:
溶解度パラメータ(溶媒配合物に対して)
結晶性
架橋結合度
分子量
表面エネルギー
コポリマー/複合材
表面処理
添加物タイプ:
添加物の濃度
添加物の幾何学形状
添加物の表面修正(例えば、リガンド、界面活性剤)
溶媒配合物における添加物の安定性
プロセス動作および条件:
堆積タイプ/適用方法(例えば、噴霧、印刷、圧延コーティング、グラビアコーティング、スロットダイコーティング、キャピラリーコーティング、メニスカスコーティング、カップコーティング、ブレードコーティング、エアブラッシング、浸漬、浸漬コーティング等)
基板または他の母材への溶媒暴露の持続時間
湿潤、表面張力
溶媒の体積
表面(事前)処理
湿度
表面(事後)処理
表面上への添加物の衝突/運動量/速度(例えば、埋込の深度および程度に影響を及ぼしてもよい)
母材とアプリケータとの間において、溶媒に印加される剪断力
後処理条件(例えば、加熱、蒸発、流体除去、空気乾燥等)
他の要因:
湿潤/表面張力
毛管力、吸い上げ
表面に適用される溶媒の量
溶媒の表面への暴露の持続時間
表面(事前)処理
配合物の安定性
表面内への埋込流体の拡散:熱力学および動力学的配慮
望ましくない効果の軽減:
不可逆的な破壊
長時間膨張/溶解時間
白化、曇り
亀裂、ひび割れ
環境条件(例えば、湿度)
恒久的軟化
湿潤性/不均等な湿潤
溶液安定性
表面粗度
パターン化された透明導体は、例えば、タッチセンサ、液晶ディスプレイ(または、LCD)画素電極、および他の電子素子において使用されることができる。伝導性トレース間の適正な電気絶縁は、タッチ感知または画素切替における空間分解能を達成するための電気信号を絶縁するために望ましい。透明導体の適正な透明性は、より高いディスプレイ輝度、コントラスト比、画質、および電力消費効率を達成するために望ましい一方、適正な埋込流体は、高信号対雑音比、切替速度、リフレッシュ速度、応答時間、および均一性を維持するために望ましい。電気パターン化が、望ましいが、光学的に(例えば、ヒトの眼に可視である)観察可能パターン化が、望ましくない用途の場合、適正なパターン非可視性または低パターン可視性が、望ましい。ヒトの眼によって、ほぼまたは実質的に、区別できない、電気的に絶縁されたパターンが、特に、望ましい。
本明細書に説明される透明導体は、種々の素子内の透明伝導性電極として使用されることができる。好適な素子の実施例は、太陽電池(例えば、薄膜太陽電池および結晶性シリコン太陽電池)、ディスプレイ素子(例えば、フラットパネルディスプレイ、液晶ディスプレイ(「LCD」)、プラズマディスプレイ、有機発光ダイオード(「OLED」)ディスプレイ、電子ペーパー(「e−ペーパー」)、量子ドットディスプレイ(例えば、QLEDディスプレイ)、およびフレキシブルディスプレイ)、固体照明素子(例えば、OLED照明素子)、タッチセンサ素子(例えば、投影型容量タッチセンサ素子、タッチオンガラスセンサ素子、タッチオンレンズ投影型容量タッチセンサ素子、セル上またはセル内投影型容量タッチセンサ素子、自己容量タッチセンサ素子、表面型容量タッチセンサ素子、および抵抗タッチセンサ素子)、スマートウィンドウ(または、他のウィンドウ)、フロントガラス、航空宇宙用透明フィルム、電磁波シールド、電荷散逸シールド、および静電気防止シールド、ならびに他の電子、光学、光電子、量子、光電池、およびプラズモニック素子を含む。透明導体は、特定の用途、例えば、光電池素子の状況における仕事関数の一致または他の素子構成要素または層とオーム接触を形成するための透明導体調整に応じて、調整または最適化されることができる。
ナノワイヤ分散系
一実装では、第1の集合のナノワイヤ(第1の一式の形態学的特性を有する)が、第2の集合のナノワイヤ(第2の一式の形態学的特性を有する)を伴う溶液中で組み合わせられ、次いで、1つの動作において、表面埋込される。例えば、第1の集合は、約20nmの直径(平均して)および約20μmの長さ(平均して)のナノワイヤを含むことができ、第2の集合は、約100nmの直径(平均して)および約100μmの長さ(平均して)のより大きなサイズのナノワイヤを含むことができる。第1の集合および第2の集合は、約40%(体積あたり)トリフルオロエタノールおよび約60%(体積あたり)イソプロパノール中で混合され、次いで、ガラス基板上のポリイミド層上にスロットダイコーティングされる。各ナノワイヤ集合は、濃度約2mg/mlで含まれ、結果として生じる表面埋込構造は、約92%の透過率および約100Ohms/sqのシート抵抗を呈する。
パターン化された透明導体の形成
ポリジメチルシロキサンスタンプが、レーザエッチングされ、パターン化されたスタンプを形成し、パターン化されたスタンプは、濃度約5mg/mlにおける、約50%(体積あたり)イソプロパノールおよび約50%(体積あたり)トリフルオロエタノールの溶液中において、銀ナノワイヤのリザーバ上にスタンプするために使用される。パターン化されたスタンプは、約1μmの厚さのポリイミド平面化層上にスタンプされる。パターン化される、またはパターン化されないことができる、ポリイミド層が、カラーフィルター上に配置される。スタンプの底部表面は、スタンプとポリイミド層との間の主要または唯一の接触点であることができる一方、スタンプの底部面から離れた他のパターン化された部分は、ポリイミド層と殆どまたは全く接触しないことができる。そのような様式では、スタンプの底部表面のパターンが、ポリイミド層上に効果的に転写されることができる。アルコール溶液は、転写されたパターンに従って、ポリイミド層内への銀ナノワイヤの耐久性があり、空間的に可変である表面埋込を促進する。スタンププロセスは、望ましくは、表面埋込の間、アルコール溶液の少なくとも一部が残っているような様式で実施される。スタンプは、例えば、銀ナノワイヤ分散系上への再浸漬または再スタンプによって、別のパターンを転写するために再使用されることができる。スタンプは、凹版印刷において使用される輪転グラビアと同様に、ローラの形状因子をとることができる。他の実装では、スタンプは、別のポリマー、エラストマー、金属、セラミック、または別の好適な材料から形成されることができる。
パターン化された透明導体の形成
類似スタンププロセスが、実施例2に記載のように実施されるが、スタンプの底部表面および上部表面(レーザエッチングによってパターン化底部表面から陥凹される)は両方とも、ナノワイヤ分散系によって湿潤される。スタンプの底部表面上に暴露されるナノワイヤは、拭き取られ、上部表面上にナノワイヤを残す。スタンプは、ポリイミド基板上に適用され、ナノワイヤは、スタンプの上部表面のパターンに従って、領域内に表面埋込される。
パターン化された透明導体の形成
レーザまたは別の光源が、環状オレフィンコポリマー基板上に堆積されるPMMAフォトレジスト、ポリマー、または別の母材のある部分を架橋結合または別様に不活性にするために使用される。例えば、レーザビームが、ポリマーにわたってラスタ走査され、反転パターンを形成することができる。次いで、イソプロパノール中で約10%以上(体積あたり)トリフルオロエタノールを採用する銀ナノワイヤ分散系が、ポリマーにわたってスロットダイコーティングされることができる。ポリマーの不活性部分にわたって堆積される銀ナノワイヤは、表面埋込に対して阻害される一方、非架橋結合部分にわたって堆積される銀ナノワイヤは、表面埋込される。次いで、洗浄動作が、随意に、使用され、選択的に、埋込溶液に対して不溶性にされた不活性部分から銀ナノワイヤを除去し、ポリマーの一時的に可溶化された部分内に表面埋込されるナノワイヤを残すことができる。代替として、表面は、不活性部分(表面上に残っているナノワイヤを伴う)が、低減された伝導性を有するが、より高い伝導性を有する近傍部分(表面埋込されるナノワイヤを伴う)と光学的に混成するように、洗浄されずに残されることができる。
パターン化された透明導体の形成
類似パターン化プロセスが、実施例4に記載されるように実施されるが、フォトリソグラフィマスクが、選択的に使用され、フォトレジストのある部分をUV光に暴露させる。フォトレジストが正または負であるかどうかにかかわらず、フォトリソグラフィマスキングプロセスは、フォトレジストの可溶化部分が発生され、エッチングされるように形成され、耐久的に表面埋込されるナノワイヤとともに、残っている部分を残す。
パターン化された透明導体の形成
化学剤が使用され、ガラス基板上に堆積されるフォトレジスト、ポリマー、または別の母材のある部分を架橋結合または別様に不活性にする。例えば、化学剤は、ポリマーにわたって印刷され、任意の印刷技法、例えば、スクリーン印刷、グラビア印刷、オフセット印刷等を使用して、反転パターンを形成することができる。次いで、イソプロパノール中約10%またはそれ以上(体積あたり)トリフルオロエタノールを採用する銀ナノワイヤ分散系が、ポリマーにわたって、スロットダイコーティングされることができる。次いで、漱ぎまたは洗浄動作が、随意に、使用され、選択的に、埋込溶液に対して不溶性にされた不溶性部分から銀ナノワイヤを除去し、ポリマーの一時的に可溶化された部分内に表面埋込されるナノワイヤを残すことができる。代替として、表面は、不活性部分(表面上に残っているナノワイヤを伴う)が、低減された伝導性を有するが、より高い伝導性を有する近傍部分(表面埋込されるナノワイヤを伴う)と光学的に混成するように、洗浄されずに残されることができる。
パターン化された透明導体の形成
ポリイミド平面化層で上塗りされたガラス基板上に、物理的マスクが、圧力によって、または接着剤を使用してのいずれかによって、緊密に適用される。次いで、埋込溶媒を含むナノワイヤ分散系が、スロットダイコーティングを介して、マスクされた層上に適用される。ポリイミド層が乾燥する前または後のいずれかにおいて、マスクは、除去され、層のマスクされていない部分内に耐久的に表面埋込されるナノワイヤを残す。マスクが、依然として、除去の間、湿潤している場合、マスクは、溶液中で漱がれる、またはその中に浸漬され、任意の残っているナノワイヤを浴中で収集し、後続使用のために、沈殿または遠心分離を介して、再凝縮されることができる。物理的マスクは、実質的に、埋込溶媒中で不溶性である、金属、ポリマー、セラミック、または別の材料から形成されることができる。ポリイミドの代わりに、または併用して、埋込溶媒によって影響され得る別のポリマー(例えば、ポリメチル・メタクリレート)または母材も、使用されることができる。
パターン化された透明導体の形成
ガラス基板上に、ポリイミドの層が、任意の好適な方法、例えば、グラビア印刷、凹版印刷、インクジェット印刷、リソグラフィ、インプリント、スクリーン印刷等によって、パターン化方式で適用される。次いで、ナノワイヤ埋込分散系が、任意のコーティング方法を使用して適用され、ナノワイヤが、選択的に、ポリイミドパターン内に表面埋込される。具体的には、ポリイミドパターンにわたって堆積されるナノワイヤは、表面埋込される一方、ポリイミドパターンを伴わずに、ガラス基板の一部にわたって堆積されるナノワイヤは、表面埋込に対して阻害される。ポリイミドの代わりに、または併用して、埋込溶媒によって影響され得る、別のポリマー(例えば、ポリメチル・メタクリレート)または母材も、使用されることができる。
パターン化された透明導体の形成
ガラス基板上に、ポリイミドの層は、任意の好適な方法、例えば、グラビア印刷、凹版印刷、インクジェット印刷、リソグラフィ、インプリント、スクリーン印刷等によって、パターン化方式で適用される。パターン化された層のいくつかの部分は、タイプAのポリイミドを含む一方、他の部分は、タイプBのポリイミドを含む。タイプAは、より高い伝導性を助長する一方、タイプBは、より低い伝導性を助長する。ナノワイヤは、タイプB部分の表面上に残留することができ、またはタイプB部分内に表面埋込されることができるが、低減された伝導性を呈する。次いで、ナノワイヤ埋込分散系が、任意のコーティング方法を使用して適用され、ナノワイヤが、選択的に、ポリイミドパターン内に表面埋込される。加えて、タイプAのポリイミドを含む、パターンの部分は、高伝導性を呈する一方、タイプBのポリイミドを含む、パターンのそれらの部分は、伝導性を殆どまたは全く呈さない。ポリイミドの代わりに、または併用して、埋込溶媒によって影響され得る、別のポリマー(例えば、ポリメチル・メタクリレート)または母材も、使用されることができる。
パターン化された透明導体の形成
ガラス基板上に、ポリイミドの層が、任意の好適な方法、例えば、グラビア印刷、凹版印刷、インクジェット印刷、リソグラフィ、インプリント、スクリーン印刷等によって、第1のパターンにおいて、適用される。次いで、ナノワイヤ埋込分散系が、任意のコーティング方法を使用して適用され、ナノワイヤは、選択的に、第1のパターン内に表面埋込される。第1のパターンの逆の第2のパターンが、次いで、実質的に、第1のパターンに光学的に一致するが、ナノワイヤを電気的に無効にする配合物を伴って印刷される。ポリイミドの代わりに、または併用して、埋込溶媒の影響を受けやすい、別のポリマー(例えば、ポリメチル・メタクリレート)または母材も、使用されることができる。
パターン化された透明導体の形成
ガラス基板上に、ポリイミドの層が、任意の好適な方法、例えば、グラビア印刷、凹版印刷、インクジェット印刷、リソグラフィ、インプリント、スクリーン印刷等によって、第1のパターンにおいて、適用される。第1のパターンの逆の第2のパターンが、次いで、表面を平面化するように印刷される。第2のパターンは、ナノワイヤ網の電気的伝導性を無効にする配合物を有する。次いで、ナノワイヤ埋込分散系が、任意のコーティング方法を使用して適用され、高伝導性を呈する表面埋込ナノワイヤを伴う、第1のパターンと、殆どまたは全く伝導性を呈さない表面埋込ナノワイヤを伴う、第2のパターンとをもたらす。ポリイミドの代わりに、または併用して、埋込溶媒によって影響され得る、別のポリマー(例えば、ポリメチル・メタクリレート)または母材も、使用されることができる。また、第2の反転パターンは、埋込溶媒を受けにくい材料を含むことができ、それによって、表面埋込をもたらさない、または表面埋込を低度にもたらす。漱ぎまたは洗浄動作が、随意に、使用され、選択的に、第2の非埋込パターン上に表面的に堆積されたナノワイヤを除去することができる。第2の非埋込パターンは、実質的に、第1のパターンの光学特性、例えば、表面埋込されたナノワイヤ網を伴う、第1のパターンの透過率、反射率、ヘイズ、透明度、または別の特性のうちの1つ以上に一致する配合物を有し、それによって、パターンをマスキングする、パターンを隠す、またはパターンを視覚的または光学的検出を難しくすることができる。
パターン化された透明導体の形成
反転パターンは、表面埋込された銀ナノワイヤ網のものと一致する、またはそれらに類似する、吸光度、透過率、反射率、ヘイズ、または別の光学特性のうちの1つ以上を有する、材料を含む。例えば、第1のポリイミドパターンの表面埋込された部分内の銀ナノワイヤ網が、透過率約90%、ヘイズ約4%、吸光度約1%、および反射率約9%を有する場合、第2の反転パターンは、約90%の透過率、約4%のヘイズ、約1%の吸光度、および約9%の反射率を呈するように操作されたポリイミドを含むことができる。ポリイミドの操作方法は、その重合化学性質およびポリイミド内への化合または埋込充填剤、例えば、散乱粒子、吸収粒子、および反射粒子のうちの1つ以上の修正を含むことができる。ポリイミドの代わりに、または併用して、埋込溶媒によって影響され得る、別のポリマー(例えば、ポリメチル・メタクリレート)または母材も、使用されることができる。
パターン化された透明導体の形成
謄写版を使用して、ポリイミド層で上塗りされたガラス基板に、エタノールおよびトリフルオロエタノール中のナノワイヤの分散系が表面埋込される。分散系は、基板が、機械を通して引張されると、回転ドラムが、ステンシルの開口部を通して、分散系を付勢するように、回転式機械のドラム内に載置される。ステンシルの設計は、ポリイミド層上に転写されるナノワイヤのパターンを指示する。ポリイミドの代わりに、または併用して、埋込溶媒によって影響され得る、別のポリマー(例えば、ポリメチル・メタクリレート)または母材も、使用されることができる。
パターン化された透明導体の形成
基板(伝導性トレースが形成されることになる)にわたる面積は、より高い伝導性を助長する母材で印刷され、基板にわたって残っている面積(伝導性トレース間の間隙に対応する)は、ナノワイヤ間の効果的接触を妨害し、それによって、より低い伝導性または絶縁部分を生成する、異なる母材で印刷される。例えば、シラン系材料、例えば、テトラエトキシシランが、伝導性トレース間の面積にわたって印刷されることができる。
パターン化された透明導体の形成
印刷ツールを用いて、パターンの正部分が、空間的に選択的様式において、伝導性(例えば、銀)ナノワイヤを基板内に表面埋込し、浸透網を形成するように、溶液中の伝導性ナノワイヤで印刷される。パターンの負部分が、次いで、実質的に、正のより高いコンダクタンス部分の光学特性に一致する表面密度または濃度を伴う銀含有分散系(例えば、銀ナノ粒子分散系)で印刷され、銀ナノ粒子が、同様に、基板表面内に表面埋込される。本方法は、より高いコンダクタンス部分およびより低いコンダクタンス部分をもたらすが、2つの部分にわたる透過、反射、散乱、および他の光学特性を望ましい程度に一致する。パターン化は、物理的マスキング、シャドーマスキング、ステンシル、謄写版、オフセットグラビア、または任意の他の印刷方法によって達成されることができる。基板は、プラスチック膜、プラスチックシート、ガラス基板、コーティングで上塗りされたガラス基板、または同等物であることができる。
パターン化された透明導体の形成
印刷ツールを用いて、パターンの正部分が、空間的に選択的様式において、表面埋込を受けやすいポリマーで基板の表面上に印刷される。パターンの負部分は、印刷されず、したがって、基板の被覆されない部分に対応する。次いで、ナノワイヤ埋込分散系が、任意のコーティング方法を使用して適用され、パターンの正部分内に表面埋込される伝導性ナノワイヤ網をもたらす。パターンの負部分は、基板の表面上に残留するナノワイヤを含むことができ、またはナノワイヤは、負部分内に表面埋込されるが、低減された伝導性を呈することができる。ナノワイヤは、パターンの正(より高いコンダクタンス)および負(より低いコンダクタンス)部分の両方内に存在するため、結果として生じるパターンは、ほぼ非可視である。パターンの正および負部分の機能性は、逆にされることができ、パターンの正部分が、より低いコンダクタンスであることができ、パターンの負部分が、より高いコンダクタンスであることができることを意味する。
パターン化された透明導体の形成
レーザ研磨ツールを用いて、基板または上塗りの表面に隣接する、実質的に均一に、表面埋込された銀ナノワイヤ網は、空間的に選択的様式において、研磨され、より低いコンダクタンス領域を形成する。研磨は、部分的または完全であって、基板にわたる電気コントラストを調整するために研磨された表面に隣接して、約1〜100%の銀ナノワイヤをもたらすことができる。例えば、部分的に、ナノワイヤの約50%をある部分から研磨することは、その部分を絶縁にすることができる一方、隣接する部分は、伝導性のままであって、それによって、電気絶縁を達成する。本部分的研磨はまた、部分間の低光学コントラストを達成する。レーザの電力、レーザ研磨の通過数、レーザの速度、レーザパルス幅、ナノワイヤの濃度、基板材料、および他のパラメータのうちの1つ以上の調節が、使用され、研磨の程度を制御することができる。
パターン化された透明導体の形成
ガラス基板上に、ポリイミドの層が、任意の好適な方法、例えば、グラビア印刷、凹版印刷、インクジェット印刷、リソグラフィ、インプリント、スクリーン印刷等によって、パターン化方式で適用される。パターン化された層のいくつかの部分は、タイプAのポリイミドを含む一方、他の部分は、タイプBのポリイミドを含む。タイプAは、より高い伝導性を助長する一方、タイプBは、より低い伝導性を助長する。コロナまたはUVオゾン処理が、次いで、フォトマスクの有無にかかわらず、タイプA部分およびタイプB部分の一方または両方に適用される。コロナまたはUVオゾン処理は、例えば、表面埋込へのその感受性を修正することによって、ナノワイヤ分散系と処理された部分の相互作用を修正する。次いで、ナノワイヤ埋込分散系が、任意のコーティング方法を使用して適用され、ナノワイヤが、選択的に、ポリイミドパターン内に表面埋込される。加えて、タイプAのポリイミドを含む、パターンの部分は、高伝導性を呈する一方、タイプBのポリイミドを含む、パターンのそれらの部分は、伝導性を殆どまたは全く呈さない。ポリイミドの代わりに、または併用して、埋込溶媒によって影響され得る、別のポリマー(例えば、ポリメチル・メタクリレート)または母材も、使用されることができる。
パターン化された透明導体の形成
類似パターン化プロセスが、実施例18に記載されるもののように実施されるが、ナノワイヤが、最初に、タイプA部分またはタイプB部分のいずれかと相互作用する、埋込溶媒を伴わずに適用される。次いで、後続動作において、埋込溶媒が、コーティングツールを使用して、または埋込溶媒蒸気への暴露を介して、基板およびポリイミドパターンにわたって適用される。
パターン化された透明導体の形成
ポリカーボネート膜(商標名lexan(R)として利用可能)が、伝導性ステンシルでマスクされ、次いで、約0.8分間、UVオゾンチャンバ(UVOCS)内で処理される。膜は、次いで、約95%(体積あたり)イソプロパノールおよび約5%(体積あたり)シクロヘキサノン中約4mg/ml濃度の銀ナノワイヤ配合物の適用を受ける。本配合物は、約2インチ/秒の速度において、約0.75ミル間隙でロッドコースターのドローダウン適用を介して、ポリカーボネート膜上に堆積される。UVオゾン環境に暴露された部分(すなわち、マスクされていない部分)は、電気浸透を妨害する様式において、例えば、ポリカーボネートの表面の真下にナノワイヤを深く埋め込むことによって、銀ナノワイヤの表面埋込を可能にする。マスクされた部分は、電気浸透を助長する様式において、銀ナノワイヤの表面埋込を可能にする。結果として生じるより高いおよびより低いコンダクタンス部分は、殆どまたは全く、光学特性(例えば、透過率、ヘイズ、反射、および吸収)に差異を呈さず、それによって、実質的に、視覚的に検出不可能である、絶縁された伝導性トレースを形成する。本実施例は、2つの部分間の実質的に区別できない境界を伴って、約100Ohms/sqのより高いコンダクタンス部分と、約100,000Ohms/sqを上回るより低いコンダクタンス部分をもたらす。
パターン化された透明導体の形成
環状オレフィンコポリマー(「COC」)膜が、最初に、約2ミル間隙および約2インチ/秒の線形搬送速度でドローダウンロッドコースターを介して、トルエンで処理される。約30秒、トルエンを部分的に蒸発させた後、イソプロパノール中の銀ナノワイヤの適用が、同様に、約1ミル間隙および約2インチ/秒の線形搬送速度において、ロッドコースターで引き込まれる。これは、直接埋込アプローチを介して、上塗りを要求せずに、銀ナノワイヤをCOC膜内に耐久的に表面埋込させる。銀ナノワイヤが、COC膜内に均一に埋め込まれた後、COC膜は、伝導性ステンシルでマスクされ、コロナアーク放電処理を受けるある部分を露出させる。本処理は、露出またはマスクされていない部分上へ電気を放電し、ナノワイヤ網のそれらの部分内に電流を過負荷させ、抵抗が最高である接合部を劣化させる。そのような様式では、露出された部分が、より低いコンダクタンス部分となる一方、伝導性のままであるマスクされた部分に対して、実質的に一致する光学特性(例えば、透過率、ヘイズ、反射、および吸収)を保存する。
パターン化された透明導体の形成
パターン化プロセスが、表面埋込された銀ナノワイヤの部分的エッチングを介して、銀ナノワイヤ伝導性を劣化させるように設計された配合物を伴う、スクリーン印刷可能エッチング液を使用して実施される。約180μmの厚さのポリカーボネートシートが、銀ナノワイヤで表面埋込され、光学透過約90.6%、ヘイズ約1.32%、および表面抵抗率約147Ω/sqをもたらす。
パターン化された透明導体の形成
約180μmの厚さを伴うポリカーボネートシート(lexan(R) HP92Sとして利用可能)が、基板として使用される。スクリーン印刷可能過活性層として、約5−30重量%のポリスチレン、ポリスチレン系コポリマー、ポリメチル・メタクリレート、ポリメチル・メタクリレート系コポリマー(例えば、ポリメチル・メタクリレート−n−ブチルメタクリレートコポリマーまたはポリメチル・メタクリレート−コ−ポリラウリルメタクリレートコポリマー)、ポリエチルメタクリレート、ポリ−n−ブチル−メタクリレート、ポリイソブチルメタクリレート、ポリ−n−ブチル−ポリイソブチルメタクリレートコポリマー、またはそれらの組み合わせが、ヘキサノール中に溶解される。溶液は、空間的に選択的様式において、基板面積にわたって、スクリーン印刷され、より低いコンダクタンス部分をもたらす。
パターン化された透明導体の形成
約76μmの厚さを伴う、テレフタル酸ポリエチレン(Melinex ST580として利用可能)が、基板として使用される。スクリーン印刷可能活性層として、約5−30重量%のポリスチレン、ポリスチレン系コポリマー、ポリメチル・メタクリレート、ポリメチル・メタクリレート系コポリマー(例えば、ポリメチル・メタクリレート−n−ブチルメタクリレートコポリマーまたはポリメチル・メタクリレート−コ−ポリラウリルメタクリレートコポリマー)、またはそれらの組み合わせが、アニソール、シクロヘキサノン、メチルエチルケトン、またはメチルイソブチルケトン中に溶解される。溶液は、空間的に選択的様式において、基板面積にわたってスクリーン印刷され、より高いコンダクタンス部分をもたらす。
Claims (33)
- パターン化された透明導体であって、
基板と、
少なくとも部分的に、前記基板の少なくとも1つの表面内に埋め込まれ、より高いシートコンダクタンス部分を形成するように、パターンに従って、前記表面に隣接して局在化される、添加物と
を備え、前記より高いシートコンダクタンス部分は、より低いシートコンダクタンス部分の側方に隣接する、透明導体。 - 前記より低いシートコンダクタンス部分のシート抵抗は、前記より高いシートコンダクタンス部分のシート抵抗の少なくとも100倍である、請求項1に記載のパターン化された透明導体。
- 前記より高いシートコンダクタンス部分は、相互から電気的に絶縁される、請求項1に記載のパターン化された透明導体。
- 前記パターン化された透明導体はさらに、前記より低いシートコンダクタンス部分に対応する表面の面積を被覆する層を備える、請求項3に記載のパターン化された透明導体。
- 前記添加物は、前記より高いシートコンダクタンス部分のうちの少なくとも1つ内に浸透網を形成する、請求項1に記載のパターン化された透明導体。
- 前記添加物は、アスペクト比少なくとも3を有する、請求項1に記載のパターン化された透明導体。
- 前記より低いシートコンダクタンス部分および前記より高いシートコンダクタンス部分は、実質的に、視覚的に区別できない、請求項1に記載のパターン化された透明導体。
- 前記より高いシートコンダクタンス部分および前記より低いシートコンダクタンス部分の透過率値の差異は、約5%を超えず、前記より高いシートコンダクタンス部分および前記より低いシートコンダクタンス部分のヘイズ値の差異は、約5%を超えない、請求項1に記載のパターン化された透明導体。
- 前記添加物は、第1の添加物に対応し、前記パターン化された透明導体はさらに、前記より低いシートコンダクタンス部分内に含まれる第2の添加物を備える、請求項1に記載のパターン化された透明導体。
- 前記第2の添加物は、前記より低いシートコンダクタンス部分に対応する表面の面積内の前記基板の表面内に埋め込まれ、前記より低いシートコンダクタンス部分内の前記第2の添加物の埋込の範囲は、前記より高いシートコンダクタンス部分内の前記第1の添加物の埋込の範囲を上回る、請求項9に記載のパターン化された透明導体。
- 前記第2の添加物は、前記より低いシートコンダクタンス部分に対応する表面の面積内の前記基板の表面内に埋め込まれ、前記第2の添加物は、浸透網の形成を阻害するように処理される、請求項9に記載のパターン化された透明導体。
- 前記第2の添加物は、前記より低いシートコンダクタンス部分に対応する前記基板の表面の面積上に堆積される、請求項9に記載のパターン化された透明導体。
- 前記パターン化された透明導体はさらに、前記より低いシートコンダクタンス部分に対応する表面の面積を被覆するパターン化された層を備え、前記第2の添加物は、少なくとも部分的に、前記パターン化された層内に混入される、請求項9に記載のパターン化された透明導体。
- 前記添加物は、第1の添加物に対応し、前記表面は、第1の表面に対応し、前記パターン化された透明導体はさらに、少なくとも部分的に、少なくとも、前記基板の第2の反対表面内に埋め込まれる、第2の添加物を備える、請求項1に記載のパターン化された透明導体。
- 請求項1に記載のパターン化された透明導体を備える、タッチスクリーン素子。
- パターン化された透明導体であって、
基板と、
前記基板の少なくとも片側にわたって配置される、コーティングと、
より高いシートコンダクタンス部分を形成するように、パターンに従って、前記コーティングの表面内に埋め込まれる添加物であって、前記コーティングの厚さ未満の表面からの深度内に局在化される、添加物と
を備え、前記より高いシートコンダクタンス部分は、より低いシートコンダクタンス部分に対応する間隙だけ離間される、透明導体。 - 実質的に、前記添加物は全て、前記コーティングの厚さの75%を超えない、前記表面からの深度内に局在化される、請求項16に記載のパターン化された透明導体。
- 前記添加物は、銀ナノワイヤを含む、請求項16に記載のパターン化された透明導体。
- 前記より高いシートコンダクタンス部分および前記より低いシートコンダクタンス部分の吸光度値の差異は、約5%を超えない、請求項16に記載のパターン化された透明導体。
- 前記添加物は、第1の添加物に対応し、前記パターン化された透明導体はさらに、前記より低いシートコンダクタンス部分内に含まれる第2の添加物を備える、請求項16に記載のパターン化された透明導体。
- 前記第2の添加物は、前記より低いシートコンダクタンス部分に対応する表面の面積内のコーティングの表面内に埋め込まれ、前記より低いシートコンダクタンス部分内の前記第2の添加物の表面被覆率は、前記より高いシートコンダクタンス部分内の前記第1の添加物の表面被覆率未満である、請求項20に記載のパターン化された透明導体。
- 前記第2の添加物は、前記より低いシートコンダクタンス部分に対応する表面の面積内のコーティングの表面内に埋め込まれ、前記第2の添加物は、浸透網の形成を阻害するように処理される、請求項20に記載のパターン化された透明導体。
- 前記第2の添加物は、前記より低いシートコンダクタンス部分に対応するコーティングの表面の面積上に堆積される、請求項20に記載のパターン化された透明導体。
- 請求項16に記載のパターン化された透明導体を備える、タッチスクリーン素子。
- パターン化された透明導体であって、
基板と、
基板面積を被覆するパターン化された層と、
前記パターン化された層の表面内に埋め込まれ、より高いシートコンダクタンス部分を形成する添加物であって、前記パターン化された層の厚さ未満の表面からの深度内に局在化される、添加物と
を備え、前記基板の側方に隣接する面積は、より低いシートコンダクタンス部分に対応する、透明導体。 - 前記より高いシートコンダクタンス部分のシート抵抗は、500Ω/sqを超えず、前記より低いシートコンダクタンス部分のシート抵抗は、少なくとも10,000Ω/sqである、請求項25に記載のパターン化された透明導体。
- 実質的に、前記添加物は全て、前記パターン化された層の厚さの50%を超えない、表面からの深度内に局在化される、請求項25に記載のパターン化された透明導体。
- 前記添加物は、第1の添加物に対応し、前記パターン化された透明導体はさらに、前記より低いシートコンダクタンス部分内に含まれる第2の添加物を備える、請求項25に記載のパターン化された透明導体。
- 前記第2の添加物は、前記基板の側方に隣接する面積上に堆積される、請求項28に記載のパターン化された透明導体。
- 前記パターン化された層は、第1のパターン化された層であり、前記パターン化された透明導体はさらに、前記基板の側方に隣接する面積を被覆する第2のパターン化された層を備え、前記第2の添加物は、少なくとも部分的に、前記第2のパターン化された層内に混入される、請求項28に記載のパターン化された透明導体。
- 前記第1の添加物は、アスペクト比少なくとも3を有し、前記第2の添加物は、アスペクト比3未満を有する、請求項28に記載のパターン化された透明導体。
- 前記より高いシートコンダクタンス部分および前記より低いシートコンダクタンス部分の反射率値の差異は、約5%を超えない、請求項25に記載のパターン化された透明導体。
- 請求項25に記載のパターン化された透明導体を備える、タッチスクリーン素子。
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