JP2015506053A

JP2015506053A - 異方導電性を有する透明導電膜

Info

Publication number: JP2015506053A
Application number: JP2014542705A
Authority: JP
Inventors: 育龍高; 錚崔; 超孫
Original assignee: Nanchang OFilm Tech Co Ltd
Current assignee: Nanchang OFilm Tech Co Ltd
Priority date: 2012-10-25
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2015-02-26
Anticipated expiration: 2032-12-20
Also published as: KR101631160B1; KR20140075643A; CN102930922A; WO2014063418A1; US20140360757A1; TW201417115A; TWI540598B; JP5890910B2; CN102930922B

Abstract

第１の透明導電膜と第２の透明導電膜とを含む透明導電膜が提供され、第１の透明導電膜および第２の透明導電膜は、金属埋め込みグリッドを有する透明導電膜であり、導電性材料で均一に満たされたグリッド状の溝を有する。第１の透明導電膜のグリッド金属線の傾斜は、横方向の確率密度が縦方向の確率密度よりも高く、第２の透明導電膜のグリッド金属線の傾斜は、縦方向の確率密度が横方向の確率密度よりも高い。この透明導電膜モジュールは、一定の導電性を確保する一方で、光透過率を高めることができる。

Description

発明の分野
本開示は、透明導電膜の分野に関し、具体的には異方導電性を有する透明導電膜に関する。

発明の背景
透明導電膜は、良好な導電性および高い可視光透過率を有する膜である。透明導電膜は、フラットパネルディスプレイ、光起電装置、タッチパネル、および電磁遮蔽、ならびに他の分野において幅広く使用され、非常に大きな市場空間を有する。

ＩＴＯは、透明導電膜の市場の大半を占めている。しかしながら、タッチスクリーンなどの最も多い実際の用途において、透明導電膜は、露光、現像、エッチング、洗浄、および他の工程などを経てパターニングをする必要がある。すなわち、固定の導電領域および絶縁領域が図形設計に基づいて基板の表面に形成される。これに比べ、印刷法によって基板の特定の領域に直接的に金属グリッドを形成すると、パターニング工程の必要を無くすことができるとともに、低汚染および低費用などの利点がある。

技術の発展とともに、携帯電話への適用が広まっており、現在ではタッチスクリーン電話が携帯電話市場の全体において大きな市場シェアを占めている。タッチスクリーン技術は、主に抵抗式タッチスクリーンおよび容量式タッチスクリーンなどを含む。導電性を確保するという前提においては、それらの光透過率は十分ではなく、約８０％に留まっている。タッチスクリーンは、タッチスクリーンの全体的な輝度および色忠実度のためには高い光透過率を有することが必然的に求められる。

既存の携帯電話のタッチスクリーンにおいて、携帯電話の厚さおよび重さを低減させるために、柔軟なパターン化透明導電膜が主に使用される。一般的なタッチスクリーンは、タッチ機能を実現するために、上方電極と下方電極とを構成する２つの透明導電膜を必要とする。しかしながら、２つの透明導電膜が互いに結合されると、光透過率がさらに低減される。パターン化透明導電膜の光透過率がグリッドの面積および金属配線の幅に関係すること、すなわちグリッドの面積が大きく金属配線の幅が小さければ透過率が高まることが広く知られている。一方、グリッドの面積および金属配線の幅は、導電性に影響を与える重要な要因でもある。すなわち、グリッドの面積が小さく金属配線の幅が大きければ導電性が高まる。このため、これら２つの透過率および導電性の性能パラメータの間には、相反および制約がある。

日本の会社である大日本印刷（登録商標）、富士フィルム（登録商標）、およびグンゼ（登録商標）、ドイツの会社であるＰｏｌｙＩＣ（登録商標）、ならびにアメリカの会社であるＡｔｍｅｌ（登録商標）は、いずれも優れた特性を有するパターン化透明導電膜を得るために印刷法を使用している。ＰｏｌｙＩＣによって得られるグリッド金属線は、線幅が１５μｍ、表面シート抵抗が０．４〜１Ω／ｓｑであるが、光透過率は８０％より高い程度である。Ａｍｔｅｌによって得られるグリッド金属線は、線幅が５μｍ、表面シート抵抗が１０Ω／ｓｑであるが、光透過率は８６％より高い程度である。

埋め込みパターン金属グリッドをベースとした透明導電膜、ＰＥＴ、またはガラス基板上の透明導電膜は、いずれもシート抵抗が１０Ω／ｓｑ未満、金属線の線幅が３μｍ未満であるが、ＰＥＴ基板上の透明導電膜の光透過率は８５％より高い程度であり、一方でガラス基板上の透明導電膜の光透過率は８５％より高い程度である。

要するに、開発の需要を満たすためには、同じ導電性を基に可視光の光透過率を向上させることが、緊急に解決されるべき問題となった。

このような事情に鑑みて、本開示の目的は、異方導電性を有する透明導電膜であって、この透明導電膜モジュールに含まれる第１の透明導電膜および第２の透明導電膜が光透過率を向上させながら本来の導電性を維持することのできる透明導電膜を提供することにある。

透明導電膜は、第１の透明導電膜と第２の透明導電膜とを含み、第１の透明導電膜および第２の透明導電膜は、金属埋め込みグリッドを有する透明導電膜であり、導電性材料で均一に満たされたグリッド状の溝を有する。第１の透明導電膜におけるグリッド金属線の傾斜は、横方向の確率密度が縦方向の確率密度よりも高く、第２の透明導電膜におけるグリッド金属線の傾斜は、縦方向の確率密度が横方向の確率密度よりも高い。

好ましくは、範囲（−１，１）内の傾斜を有する第１の透明導電膜のグリッド金属線の確率密度は、他の範囲内の傾斜を有するグリッド金属線の確率密度よりも高い。範囲（−∞，−１）および（１，＋∞）の範囲内の傾斜を有する第２の透明導電膜のグリッド金属線の確率密度は、他の範囲内の傾斜を有するグリッド金属線の確率密度よりも高い。

好ましくは、第１の透明導電膜は、上下方向で第２の透明導電膜に積層される。
好ましくは、第１の透明導電膜および第２の透明導電膜は１つの同じ基板を共有し、第１の透明導電膜および第２の透明導電膜は、それぞれ基板の表側および裏側に取り付けられる。

透明導電膜は、規定されたグリッド状の溝に導電性材料を充填することによって形成される金属埋め込みグリッドを含み、グリッド金属線の傾斜は、２つの直交する方向における一方の確率密度が他方の確率密度よりも高い。

本開示は、Ｘ方向およびＹ方向のそれぞれにおいて透明導電膜の第１の透明導電膜および第２の透明導電膜のグリッドを引き伸ばして切り取ることにより、グリッドの面積、すなわち光透過領域を確実に大きくし、透明導電膜全体の光透過率を高める。同時に、一方向に引き伸ばして切り取ることによって分布密度を確保することができ、導電性に寄与する金属線のこの方向における長さが実質的に一定であることから、この透明導電膜の導電性を一定に維持することができる。

図中の構成要素は、必ずしも縮尺どおりではなく、本開示の本質を明瞭に示す箇所が代わりに強調されている。さらに、全ての図面において、同様の参照番号は対応する部品を示している。

既存の透明導電膜の構造を模式的に示す図である。既存のタッチスクリーンにおける導電膜モジュールを模式的に示す図である。既存のタッチスクリーンにおける導電膜モジュールを模式的に示す図である。既存のタッチスクリーンにおける導電膜モジュールを模式的に示す図である。本開示の第１の実施例に係る透明導電膜モジュールを模式的に示す図である。本開示の第１の実施例に係る透明導電膜モジュールを模式的に示す図である。図３Ａの透明導電膜の製造を示すフロー図である。図３Ｂの透明導電膜の製造を示すフロー図である。本開示の第２の実施形態に係る透明導電膜モジュールを模式的に示す図である。本開示の第２の実施形態に係る透明導電膜モジュールを模式的に示す図である。図６Ａの透明導電膜の製造に対応するアートワークを示す図である。図６Ｂの透明導電膜の製造に対応するアートワークを示す図である。本開示の第３の実施形態に係る透明導電膜モジュールを模式的に示す図である。第３の実施形態における透明導電膜モジュールの立体図である。本開示の第４の実施形態に係る透明導電膜モジュールの立体図である。第４の実施形態に係る透明導電膜を模式的に示す図である。第４の実施形態に係る透明導電膜を模式的に示す図である。

詳細な説明
図２Ａ〜図２Ｃは、従来のタッチスクリーンの導電膜モジュールを模式的に示す図である。図面を参照すると、透明導電膜２１および３１におけるグリッド２２および３２は菱形であり、透明導電膜２１および３１の菱形グリッド２２および３２は、相補的に配置され、透明導電膜の全体にわたって均一に分布している。透明導電膜２１または３１の可視光透過率は、８２．７％より高い。しかしながら、タッチスクリーンに使用するためには、透明導電膜２１および３１を重ねる必要がある。重ねた後、透明導電膜モジュールの光透過部分はさらに減少し、透明導電膜２１および３１における２つの重なった層の光透過率は、ここでは８１．３％まで下がる。この場合、光透過率を高めるために、グリッド２２および３２の分布密度を減少させる必要がある、すなわち、グリッドの面積を大きくするとともにグリッド線の量を減少させる必要がある。この方法によって得られた透明導電膜は、光透過率が高まる。しかしながら、Ｘ方向およびＹ方向における透明導電膜２１および３１のいずれかのグリッド線の量が減少することから、これら２つの透明導電膜の導電性が減少する。光透過率および導電性という２つのパラメータの間には相反が生じる。

上記の問題を解決するために、タッチスクリーンの導電膜において互いに結合された２つの層を両方とも一方向において導電性にする必要があることを考慮した上で、本開示は透明導電膜を提案する。単一の透明導電膜において、Ｘ方向またはＹ方向に近い傾斜を有するグリッド金属線の分布密度が一定であることを前提とし、透明導電膜の各々のグリッドの面積を大きくする。このため、互いに結合された２つの重なった透明導電膜を含む透明導電膜モジュールの光透過率が向上するとともに、導電性が一定となる。

本開示の実施例における技術的解決法は、本開示の実施例の図面を参照して明瞭かつ完全に記載される。当然ながら、記載される実施例は、本開示の実施例の全てではなく、一部のみである。本開示の実施例に基づいて当業者が創造的努力なしに得る全ての他の実施例は、本開示の保護範囲に含まれる。

実施例１
図３Ａ〜図３Ｂは、本開示の第１の実施例に係る透明導電膜モジュールを模式的に示す図である。この透明導電膜モジュールは、第１の透明導電膜４１と第２の透明導電膜５１とを含み、これらは両方ともが金属埋め込み透明導電膜である。図１に示されるように、透明導電膜は、構成部分として底部から上部に、１８８μｍの厚さを有するＰＥＴ基板１１と、深さが３μｍで幅が２．２μｍのグリッド形状の溝を規定するアクリルＵＶ接着剤１３とを含み、溝の深さよりも小さい約２μｍの厚さを有する金属銀１４で溝が満たされる。ナノ銀インクは、スクレープコーティングによって溝に充填され、焼結される。銀インクは、固体成分が３５％であり、焼結温度が１５０℃である。ＵＶ接着剤１３と基板１１との間の接着強度を高めるように、ＵＶ接着剤１３と基板１１との間に粘着剤層１２がさらに配置される。

図３Ａに示されるように、透明導電膜４１のグリッド４２は金属線を含む菱形グリッドであり、透明導電膜４１におけるグリッド４２の金属線の傾斜は、横方向における分布確率密度が縦方向における分布確率密度よりも高い、すなわち、Ｘ軸に近い傾斜を有する金属線の量がＹ軸に近い傾斜を有する金属線の量よりも大きい。透明導電膜４１の可視光透過率は、８３．６％より高い。図３Ｂに示されるように、透明導電膜５１のグリッド５２は、金属線からなる菱形グリッドであり、透明導電膜５１におけるグリッド５２の金属線の傾斜は、縦方向における分布確率密度が横方向における分布確率密度よりも高い、すなわち、Ｙ軸方向に近い傾斜を有する金属線の量がＸ軸方向に近い傾斜を有する金属線の量よりも大きい。透明導電膜５１の可視光透過率は、８３．６％よりも高い。２つの透明導電膜４１および５１が重なったモジュールの可視光透過率は、８２．４％より高い。図２Ｃの透明導電膜を重ねたモジュールと比較すると、本実施形態の光透過率は、既存の透明導電膜モジュールの光透過率よりも高い。

図４および図５は、図３Ａ〜図３Ｂの２つの透明導電膜のグリッドの設計工程を示す。図面に示されるように、図３Ａのグリッドを作成するために、均一に分布した菱形グリッドが表面に描かれ、グリッドはＸ方向に１００％長くなるように引き伸ばされ、引き伸ばされたグリッドの半分がＸ方向において切り取られ、図３Ａに示される透明導電膜のグリッドが得られる。これらのグリッドは元のグリッドをＸ方向に引き伸ばすことによって得られるため、グリッド分布密度がＸ方向において下がり、グリッドの面積が大きくなり、透明導電膜の光透過率が向上する。加えて、グリッド金属線の傾斜がＸ方向に近くなる、すなわちＸ方向における導電性に寄与する金属線の分布密度が一定に維持されるため、Ｘ方向における透明導電膜４１の導電性がほぼ一定となる。

図３Ｂのグリッドを作成するために、元の透明導電膜のグリッドがＹ方向に引き伸ばされ、切り取りによって透明導電膜５１のグリッドが得られる。具体的なステップは透明導電膜４１を得るためのステップと同様であるので、ここで詳細は記載しない。これらの金属グリッドはＹ方向に元のグリッドを引き伸ばすことによって得られることから、グリッドの分布密度はＹ方向において下がり、グリッドの面積が大きくなり、グリッド金属線の傾斜がＹ方向に近くなる、すなわちＹ方向において導電性に寄与する金属線の分布密度が一定に維持される。このため、Ｙ方向において透明導電膜５１の導電性を維持するという前提において、透明導電膜５１の光透過率が向上する。

最後に、上記２つの透明導電膜４１および５１が重ねられる。２つの透明導電膜４１および５１の両方のグリッドが引き伸ばされることから、均一に分布したグリッドを有する元の透明導電膜と比較し、重ねられた透明導電膜の光透過率が高まることとなる。加えて、透明導電膜４１および５１は、それぞれＸ方向またはＹ方向の導電性を一定に維持し、重ねられた透明導電膜モジュールの全体的な導電性が一定に維持される。このため、本開示の透明導電膜モジュールにより、光透過率と導電性との間の相反が解決される。

実施例２
図６Ａ〜図６Ｂを参照すると、本開示の第２の実施形態に係る透明導電膜モジュールが模式的に示される。図６Ａ〜図６Ｂに示されるように、透明導電膜９１のグリッド９２は、金属線を含むランダムな多角形グリッドであり、グリッド金属線の傾斜は、横方向の分布確率密度が縦方向の分布確率密度より高い、すなわちＸ軸方向に近い傾斜を有する金属線の量がＹ軸方向に近い傾斜を有する金属線の量よりも大きい。透明導電膜９１の可視光透過率は８８．６％より高い。透明導電膜１０１のグリッド１０２もまた、金属線を含むランダムな多角形グリッドであり、グリッド金属線の傾斜は、縦方向の分布確率密度が横方向の分布確率密度よりも高い、すなわちＹ軸方向に近い傾斜を有する金属線の量がＸ軸方向に近い傾斜を有する金属線の量よりも大きい。透明導電膜１０１の可視光透過率は８８．６％より大きい。重ねられた状態の片面導電透明導電膜９１および１０１の可視光透過率は８６．３％よりも高い。

図７Ａ〜図７Ｂは、対応する図６Ａ〜図６Ｂの透明導電膜のグリッドの設計を示す。図７Ａに示されるように、透明導電膜１１１のグリッドはランダムな多角形グリッドである。透明導電膜１１１の可視光透過率は、８６．４％より高い。透明導電膜１１１の全体は、ａとして規定された長さとｂとして規定された幅とを有する。幅ｂを一定に保つことを基に、透明導電膜１１１は、Ｘ方向に引き伸ばされて長さが２ａとなり、グリッドの半分がＸ方向において切り取られ、図６Ａに示されるグリッド９２が得られる。これらのグリッドは、元のグリッドと比較して、Ｘ方向においてグリッド分布密度が下がり、グリッド面積が大きくなり、光透過率が８８．６％に高められる。加えて、グリッド金属線の傾斜はＸ方向に近くなる、すなわちＸ方向における導電性に寄与する金属線の分布密度が一定に維持される。このため、Ｘ方向における透明導電膜９１の導電性はほぼ一定となる。得られた導電膜の導電性が一定に維持されることを前提に、向上した可視光透過率を有する導電膜が得られる。図７Ｂに示される透明導電膜１２１のグリッドは、同様の方法で実現される。透明導電膜１２１の可視光透過率は、８６．４％より高い。透明導電膜１２１は、Ｙ方向に引き伸ばされ、幅が２倍となる。グリッドの半分がＹ方向において切り取られ、透明導電膜の光透過率が８８．６％に高められる。このため、導電性が一定に維持されることを前提に、可視光透過率の向上した導電性膜が得られる。２つの相補的な透明導電膜は、重ねられた状態で携帯電話のタッチスクリーンに適用される。

実施例３
図８および図９は、本開示の第３の実施形態に係る透明導電膜モジュールを模式的に示す図である。図に示されるように、この実施形態において、グリッドは金属線からなる矩形グリッドである。図８に示されるように、導電膜１４１の表面上に配置されたグリッドは、矩形グリッド１４２であり、これらの金属線は、Ｘ軸およびＹ軸において異なる分布密度を有する。導電膜１４１は、Ｘ軸方向における導電性がＹ軸方向における導電性よりも高い。グリッド１４２の金属線の大部分の傾斜は、（−１，１）の範囲にある。この傾斜範囲内の傾斜を有する金属線が多ければ、Ｘ軸方向における導電膜の導電性がより良好となる。導電膜１５１のグリッド金属線の大部分の傾斜が（１，＋∞）および（−∞，−１）の範囲にあると（図示せず）、Ｙ軸方向における導電性がかなり高くなる。導電膜１４１および１５１の可視光透過率は８９．８６％であり、対応するＸ軸およびＹ軸方向における抵抗は、それぞれ５８オームとなる。重ねられた状態の２つの導電膜の可視光透過率は、８７．６％である。図９を参照すると、傾斜した矩形グリッドを含む導電膜の一部が立体的に示される。

この矩形グリッドを含む透明導電膜を製造する方法は、実施例１および２の方法と同様であるため、ここで詳細は記載しない。矩形グリッドを得るためには、元のグリッドは両方とも均一に分布した矩形グリッドまたは均一に分布した正方形グリッドとすることができることを指摘しておく。

実施例４
図１０は、本開示の第４の実施形態に係る透明導電膜モジュールを模式的に示す図である。この実施形態において、透明導電膜モジュールは、単に２つの透明導電膜を重ねて形成するのではなく、単一の基板上に２つの透明導電膜を一体的に形成する。図１０に示されるように、この透明導電膜モジュールは、中間基板と、基板の表側に位置する第１の透明導電膜７１と、基板の裏側に位置する第２の透明導電膜７１′とを含む。第１の透明導電膜７１および第２の透明導電膜７１′は、エンボス加工を施し、導電材料で溝を満たして透明導電膜を形成することによって、熱可塑性ポリマー層に溝が規定される。最後に、透明導電膜が基板７０の表側および裏側に取り付けられ、この透明導電膜モジュールが形成される。

図１１Ａに示されるように、透明導電膜７１のグリッド７２は、ランダムな多角形グリッドであり、透明導電膜７１のグリッド７２の金属線の傾斜は、横方向の確率密度が縦方向の確率密度よりも大きい、すなわちＸ軸方向に近い傾斜を有する金属線の量がＹ軸方向に近い傾斜を有する金属線の量よりも大きい。透明導電膜７１の可視光透過率は、８６．４％よりも大きい。図１１Ｂに示されるように、透明導電膜７１′のグリッド７２′もまたランダムな多角形グリッドであり、透明導電膜７１′のグリッド７２′の金属線の傾斜は、縦方向の確率密度が横方向の確率密度よりも高い、すなわちＹ軸方向に近い傾斜を有する金属線の量がＸ軸方向に近い傾斜を有する金属線の量よりも大きい。透明導電膜７１′の可視光透過率は、８６．４％より高い。透明導電膜７１および７１′は、１つの同じ基板７０を共有し、この基板７０の表側および裏側にそれぞれ位置する。導電膜７１および７１′の組み合わせによって形成された透明導電膜モジュールの可視光透過率は、８４．１％よりも高い。Ｘ方向またはＹ方向における導電膜モジュールの抵抗は、１０２オームである。この実施例における透過率および抵抗は、金属線の幅が２．５μｍであるという前提で測定される。

本実施形態におけるグリッドは、実施例１の菱形および実施例３の矩形と置き換えることもできる。同様に、実施例４の導電膜モジュールの構造も、実施例１〜３のいずれかの導電膜の構造に適用してもよい。

上記の実施例における携帯電話のタッチスクリーンのためのパターン化透明導電膜の基板は、上記の材料に限定されず、ガラス、石英、ポリメチル・メタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、または他の適切な材料であってもよい。本開示に記載の導電材料は、銀に限られず、黒鉛および高分子導電材料などであってもよい。

要するに、本開示において、透明導電膜モジュールの第１の透明導電膜および第２の透明導電膜のグリッドをそれぞれＸ方向およびＹ方向に引き伸ばして切り取ることにより、グリッドの面積、すなわち光透過領域が大きくなり、透明導電膜全体の光透過率が高められる。一方、単一の方向に引き伸ばして切り取ることにより、その方向に近い傾斜を有する金属線の確率密度を一定に維持することができるため、その方向におけるこの透明導電膜の導電性を実質的に一定に維持することができる。

本発明は、構造的特徴および／または方法論的な行為に特定した表現で記載されたが、添付の請求項で規定される発明は具体的に記載された特徴または行為に限定されるものではないことが理解される。むしろ、具体的な特徴および行為は、請求項に記載の発明を実施する際の例示的な形態として開示されている。

Claims

透明導電膜であって、
第１の透明導電膜と第２の透明導電膜とを備え、第１の透明導電膜および第２の透明導電膜は、金属埋め込みグリッドを有する透明導電膜であり、導電性材料で均一に満たされたグリッド状の溝を有し、前記第１の透明導電膜における前記グリッド金属線の傾斜は、横方向の確率密度が縦方向の確率密度よりも高く、前記第２の透明導電膜における前記グリッド金属線の傾斜は、縦方向の確率密度が横方向の確率密度よりも高い、透明導電膜。
範囲（−１，１）内の傾斜を有する前記第１の導電膜の前記金属線の前記確率密度は、他の範囲内の前記傾斜を有する前記グリッド金属線の前記確率密度よりも高く、範囲（−∞，−１）および（１，＋∞）の範囲内の傾斜を有する前記第２の透明導電膜の前記グリッド金属線の前記確率密度は、他の範囲内の前記傾斜を有するグリッド金属線の確率密度よりも高い、請求項１に記載の透明導電膜。
前記第１の透明導電膜は、上下方向で前記第２の透明導電膜に積層される、請求項１に記載の透明導電膜。
前記第１の透明導電膜および前記第２の透明導電膜は１つの同じ基板を共有し、前記第１の透明導電膜および前記第２の透明導電膜は、それぞれ前記基板の表側および裏側に取り付けられる、請求項１に記載の透明導電膜。