JP5503729B2

JP5503729B2 - 導体構造、透明デバイス及び電子機器

Info

Publication number: JP5503729B2
Application number: JP2012504445A
Authority: JP
Inventors: 剛士荻野
Original assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 2010-03-09
Filing date: 2011-03-07
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2031-03-07
Also published as: JPWO2011111650A1; TWI523046B; TW201205601A; US20120325522A1; WO2011111650A1; US8889998B2

Description

本発明は、透明導電膜を備える導体構造及び当該導体構造を備えた電子機器に関する。

携帯電話などの無線通信携帯端末の高機能化・小型化・軽量化が著しい。また、高速化・大容量化への要求が高まっており、マイクロ波やミリ波を用いて信号の送受信を行なう高周波通信が急速に拡がっている。このような観点から、マイクロ波やミリ波に対応する小型・軽量・薄型の高周波回路が望まれている。

一方、無線通信携帯端末は大画面化の傾向にあり、ディスプレイ部は比較的大きな面積を有することが多い。従って、ディスプレイ部にデバイスを実装できれば、デバイスの実装面積を拡張することができる。ディスプレイ部にデバイスを実装する場合には、ユーザの視線を遮らないように、実装されるデバイスが肉眼で視認できないように工夫する必要がある。

例えば、上述したマイクロ波帯・ミリ波帯のデバイス又は当該デバイスへの伝送線路を透明導電膜で構成する技術が知られている。例えば、特許文献１には、エッチング性に優れており、高透過率の透明電極が開示されている。

特開２００６−２３６７４７号公報

透明導電膜の抵抗値は、金属と比較して約２桁程度大きいため、透明導電膜自体の抵抗値に起因する損失や、透明伝送線路と他のデバイスとの接続部における特性インピーダンスの差によるミスマッチ損失が大きくなってしまう。

透明導電膜を厚膜化することにより抵抗値を下げることができるが、透明導電膜の透明性が犠牲となる。

以上のように、透明性を犠牲にせず、マイクロ波帯・ミリ波帯などの高周波帯域における抵抗値を低減可能な透明導電膜が期待されている。

そこで、本発明の様々な実施態様によって、透明性を確保しつつ、高周波帯域における抵抗値を低減可能な透明導電膜を備える導体構造及び当該導体構造を備えた電子デバイスを提供する。

本発明の一実施形態に係る導体構造は、電子機器のディスプレイ部に形成される透明導電膜と、肉眼で確認できない線幅を有し、前記透明導電膜の端部にオーミック接合される金属補助線とを備える。

本発明の一実施形態においては、金属補助線の幅が３０μｍ以下とされる。また、他の実施形態においては、前記金属補助線が、前記透明導電膜の端部側面に形成される。さらに他の実施形態においては、ディスプレイ部が不透明の配線を含み、その配線に重なるように前記金属補助線が形成される。

本発明の一実施形態に係る電子機器は、ディスプレイ部を備えており、このディスプレイ部に、上述した導体構造を有する電極又はる線路が形成される。本発明の前記及び他の目的，特徴，利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。

本発明の様々な実施形態によって、透明性を確保しつつ、高周波帯域における抵抗値を低減可能な透明導電膜を備える導体構造及び当該導体構造を備えた電子デバイスが提供される。

本発明の一実施形態に係る導体構造の構成を示す斜視図である。前記一実施形態に係る導体構造の特性を従来技術と比較して示すグラフである。本発明の他の実施形態に係る導体構造の構成を示す斜視図である。本発明の一実施形態に係る電子機器を示す図である。

以下、本発明の様々な実施形態について、添付図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る導体構造を備えるコプレーナ線路を示す。図示の通り、コプレーナ線路は、携帯電話などのディスプレイ部を構成するガラス基板１０の主面上に形成された信号ラインとしての信号電極（信号導体）２０と、ガラス基板１０の主面上に信号電極２０を挟むように形成されたＧＮＤ電極（接地導体）３０，４０とを有する。ＧＮＤ電極３０、４０は、グランドに接続される。信号電極２０の両端の側面には、線幅が微細な金属補助線２２，２４が形成されている。また、ＧＮＤ電極３０，４０の信号電極２０側の端部側面には、同様に線幅が微細な金属補助線３２，４２が形成されている。

信号電極２０及びＧＮＤ電極３０，４０は、いずれも透明導電膜によって形成されている。信号電極２０及びＧＮＤ電極３０，４０は、真空蒸着法，スパッタ法，パルスレーザディポジション（ＰＬＤ）法等の物理蒸着法や、ＣＶＤ法等の化学気相成長法などの任意の公知の手段によって形成される。透明導電膜の素材として、ＩＴＯ，ＺｎＯ，Ａｌ・Ｇａ・Ｉｎ等を添加したＺｎＯ基酸化物，Ｉｎ_２Ｏ_３−ＺｎＯ系アモルファス系酸化物，ホモロガス酸化物，ＴｉＯ_２，添加物を含むＴｉＯ_２基酸化物，などを用いることができるが、これらには限定されない。また、透明導電膜の抵抗値としては、低いほうが好ましく、１×１０^−２Ω・ｃｍ以下であることが望ましい。

透明導電膜端面の金属補助線２２，２４，３２，４２の素材には、透明導電膜に対してオーミック接合可能な金属材料，例えば、Ａｌ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｇａ，Ａｇなどの金属材料が用いられる。金属補助線２２，２４，３２，４２は、蒸着法やスパッタの方法で形成される。これら金属補助線２２，２４，３２，４２は、透明ではないため、携帯電話のユーザが使用時に目視できない程度の線幅を有するように形成される。金属補助線２２，２４，３２，４２は細いほどよいが、例えば３０μｍ以下であれば、ユーザが通常の方法でディスプレイを見るときに、ユーザによって認識されない。しかし、金属補助線２２，２４，３２，４２の線幅は、これに限定されず、本発明を適用するディスプレイ装置やデバイスの仕様に応じて適宜決定される。

以上のように、本実施例では、透明導電膜による信号電極２０と、その端面の金属補助線２２，２４とによって、コプレーナ構造の中心導体が構成されており、透明導電膜によるＧＮＤ電極３０，４０と、その端面の金属補助線３２，４２とによって、それぞれコプレーナ構造のＧＮＤ導体が構成されている。この金属補助線２２，２４，３２，４２の電気抵抗は、金属を素材として形成されるので、信号電極２０及びＧＮＤ電極３０、４０を構成する透明導電膜よりも非常に低い。マイクロ波帯・ミリ波帯の信号は、伝送線路の伝送方向両端を集中的に流れる。上述のように、信号電極２０の両端の側面に金属補助線２２，２４を設けることにより、電流はこの金属補助線２２，２４を集中的に流れる。したがって、金属補助線２２，２４を設けることにより、高周波信号とっての抵抗値を低減させることができる。

寸法の一例を示すと、信号電極２０の幅は２００μｍ、ＧＮＤ電極３０，４０の幅は２００μｍ、金属補助線２２，２４，３２，４２の幅は２０μｍである。いずれも、１μｍである。しかし、寸法はこれらに限定されない。

図２に、電磁界シミュレーションによって得られた本発明の一実施形態に係る導体構造の特性を従来技術との特性と対比して示す。図２(A)は通過特性，図２(B)は反射特性を示す。グラフＧＡ１，ＧＢ１は、透明導電膜（幅２００ｕｍ，膜厚１ｕｍ）及び金属補助線（幅２０μｍ，膜厚１ｕｍ）を備える本発明の一実施形態に係る導体構造の通過特性及び反射特性をそれぞれ表し、グラフＧＡ２，ＧＢ２は透明導電膜（幅２００ｕｍ，膜厚１ｕｍ）のみの場合の通過特性及び反射特性をそれぞれ表し、グラフＧＡ３，ＧＢ３は金属補助線（幅２０μｍ，膜厚１ｕｍ）のみの場合の通過特性及び反射特性をそれぞれ表す。図２(A)においてグラフＧＡ１とグラフＧＡ２を比較すると明らかなように、本実施形態に係る導体構造は、透明導電膜のみからなる導体構造よりも、６０ＧＨｚ以下の周波数領域において高い通過量が得られている。このように、本実施形態の導体構造によって良好な通過特性が得られる。また、図２(B)から明らかなように、本実施形態の導体構造は、透明導電膜よりも、６０ＧＨｚ以下の周波数領域において反射量が低い。このように、本実施形態の導体構造によって良好な反射特性が得られる。この電磁界シミュレーションの結果によって、透明導電膜に肉眼で確認できない線幅を有する金属補助線を設けることにより、十分に通過特性や反射特性を改善させる効果が得られることが判明した。

金属補助線のみの場合は、図２(A)のグラフＧＡ３で示すように通過特性は改善されるものの、信号線のインダクタンス値が大きくなり、特性インピーダンスが高くなる。このため、接続素子との不整合が生じ、図２(B)のグラフＧＢ３で示すように反射量が大きくなってしまう。

以上のように、本実施例によれば、透明導電膜の端部側面に金属補助線を設けることにより、伝送線路端部における抵抗値が低減され、伝送線路全体としての損失を著しく低減することが可能となる。また、金属補助線の線幅は、肉眼で確認できない線幅であるため、このような金属補助線と透明導電膜とからなる電極は透明なものと認識される。

次に、図３を参照しながら、本発明の他の実施形態に係る導体構造について説明する。同図(A)は、本発明の他の実施形態に係る導体構造を示す。図示の通り、上述した金属補助線２２，２４，３２，４２を、信号電極２０，ＧＮＤ電極３０，４０の端部側面ではなく、端部上面（ディスプレイ部１０に対抗する面とは反対側の面）に設けた例である。本実施形態に係る導体構造によれば、金属補助線２２，２４と信号電極２０、金属補助線３２とＧＮＤ電極３０、金属補助線４２とＧＮＤ電極４０とのそれぞれの合成抵抗により、各電極２０、３０、４０の端部の抵抗値を低減することができ、より損失を低減することが可能になる。図３(B)は、本発明のさらに他の実施形態に係る導体構造を示す。図示の通り、係る導体構造においては、信号電極２０の両端の側面及びＧＮＤ電極３０、４０の信号電極２０側の端部側面に設けられた金属補助線２２，２４，３２，４２上に透明導電膜１００が形成されている。かかる実施形態においては、図３(A)に示した導体構造よりも金属と透明導電膜の成膜や加工等のプロセス精度を必要としない点である。本発明のさらに他の実施形態においては、金属補助線２２，２４，３２，４２を、信号電極２０，ＧＮＤ電極３０，４０の端部側面及び端部上面にそれぞれ設けることができる。

図３(C)〜(G)は、本発明の様々な実施形態に係る導体構造をマイクロストリップ線路に適用した様々な例を示す。同図(C)に示されるマイクロストリップ線路は、ガラス基板１０の主面上にそれぞれ設けられた信号電極２０と金属補助線２２，２４と、ガラス基板１０の主面とは反対の面に形成されグランドに接続されたＧＮＤ電極１１０と、を備える。金属補助線２２，２４は、前記図１のコプレーナ線路と同様に、信号電極２０の両端の側面に形成されている。本実施形態では、ＧＮＤ電極１１０側には、金属補助線は設けられていない。図３(D)は、本発明の他の実施形態に係るマイクロストリップ線路を示す。同図に示すように、このマイクロストリップ線路は、図３(C)の構成に加えて、ＧＮＤ電極１１０の表面の主面上の金属補助線２２，２４とそれぞれ対向する位置に、金属補助線１２０，１２２を有する。このように、金属補助線１２０，１２２を設けることにより、金属補助線１２０，１２２を有しないＧＮＤ電極よりも抵抗値を低減することができ、損失を低減することができるとともに、周辺回路からの電磁界の影響を受けにくくなる。図３(E)は、本発明のさらに他の実施形態に係るマイクロストリップ線路を示す。同図に示すマイクロストリップ線路においては、金属補助線２２，２４が信号電極２０の上面端部に設けられている。図３(F)は、本発明のさらに他の実施
形態に係るマイクロストリップ線路を示す。同図に示すマイクロストリップ線路は、信号電極２０の両端の側面に設けられた金属補助線２２，２４の上に透明導電膜１００がさらに形成されている。図３(G)は、本発明のさらに他の実施形態に係るマイクロストリップ線路を示す。このマイクロストリップ線路は、図３(C)に示したマイクロストリップ線路に金属性のバイパス線１３０をさらに形成して構成される。バイパス線１３０は、金属補助線２２の後端と金属補助線２４の前端とを結ぶ細い金属線と、金属補助線２２の前端と金属補助線２４の後端とを結ぶ細い金属線とからなる。このバイパス線１３０を構成する金属線の線幅は、ディスプレイの表示情報を確認するときの視線を遮らないために、裸眼の空間分解能以下であることが望ましく、例えば３０μｍ以下であることが望ましい。このようにバイパス線１３０を構成する金属線の線幅を３０μｍ以下とすることにより、ユーザがディスプレイの表示情報を確認する際に、バイパス線１３０を視認することはできない。

図４は、本発明の一実施形態に係るディスプレイを備えた携帯電話を示す。このディスプレイには、本発明の一実施形態に係る透明アンテナが形成されている。図４(A)は、携帯電話３００の平面図を示し、図４(B)は、図４(A)の＃Ｂ−＃Ｂ線に沿って矢印方向に見た断面の概略を示す。これらの図に示すように、携帯電話３００の液晶ディスプレイ３１０には、その外縁に沿って逆Ｌ字状の透明アンテナ３２０が形成されている。液晶ディスプレイ３１０は、液晶パネル３１２を備え、この液晶パネル３１２の裏面側にバックライト３１４が設けられ、表面側に保護パネル３１６が設けられた構成となっている。そして、この保護パネル３１６の裏面側に、透明アンテナ３２０が形成されている。透明アンテナ３２０は、透明導電膜３２２と、その端部側面に形成された金属補助線３２４，３２６とによって構成されている。透明アンテナ３２０は、本発明の一実施形態に係る導体構造をアンテナに適用したものである。つまり、この透明アンテナ３２０の金属補助線３２４，３２６は、携帯電話のユーザが液晶ディスプレイ３１０に表示された情報を見るときに、ユーザの肉眼では認識されない程度の線幅を有するように構成される。上述のように、この線幅は３０μｍ以下であることが望ましい。透明アンテナ３２０は、ディスプレイ３１０に形成しうる任意の形状をとることができる。例えば、透明アンテナ３２０は、折り返し、ループ、逆Ｆ、パッチアンテナなどの任意の平面アンテナである。

図４(C)は、本発明の他の実施形態に係るディスプレイ３１０を示す。この実施形態に係るディスプレイ３１０においては、液晶パネル３１２の表面に透明アンテナ３２０が直接形成される。一実施形態においては、液晶パネル３１２の表面に形成された偏光板の表面に透明アンテナ３２０を形成する。図４(D)は、本発明の他の実施形態に係るディスプレイ３１０を示す。図４(D)のディスプレイ３１０においては、透明アンテナ３２０の金属補助線３２４，３２６が、液晶パネル３１２の駆動用電極マトリクス３１３と対向する位置（積層方向において重なる位置）に形成される。一実施形態においては、金属補助線３２４，３２６の少なくとも一部が、駆動用電極マトリクス３１３と重なる位置に形成される。透明導電膜３２２の幅と駆動用電極マトリクス３１３の電極間隔は一致する必要はない。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることができる。例えば、本発明の様々な実施形態に係る導体構造は、伝送線路やアンテナ以外の様々なデバイス又は線路に適用される。本発明の様々な実施形態に係る導体構造は、上述した携帯電話などの携帯端末の他に、ノートパソコンのディスプレイなど各種のディスプレイ装置や各種のイメージセンサに適用可能である。本発明の様々な実施形態に係る導体構造を、いわゆる透明デバイスの電極又は線路として用いることができる。本明細書では、透明デバイスという用語を、可視光領域で７０％以上の透過率を有する材料で作られているデバイス、という意味で用いる。透明デバイスには、様々な電子機器のディスプレイ装置又は様々なイメージセンサの構成部品であって、本明細書で説明された透明導電膜からなるものが含まれる。

１０：ガラス基板２０：信号電極２２，２４，３２，４２：金属補助線３０，４０：ＧＮＤ電極１００：透明導電膜１１０：ＧＮＤ電極１２０，１２２：金属補助線１３０：金属補助線３００：携帯電話３１０：液晶ディスプレイ３１２：液晶パネル３１３：駆動用電極マトリクス３１４：バックライト３１６：保護パネル３２０：透明アンテナ３２２：透明導電膜３２４，３２６：金属補助線

Claims

電子機器のディスプレイ部に形成される透明導電膜と、肉眼で確認できない線幅を有し、前記透明導電膜の端部にオーミック接合される金属補助線と、を備え、前記ディスプレイ部が不透明の配線を含み、その配線に重なるように前記金属補助線が形成される導体構造。
前記金属補助線の幅を、３０μｍ以下とした請求項１記載の導体構造。
前記金属補助線を、前記透明導電膜の端部側面に形成した請求項１又は２記載の導体構造。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の導体構造の電極ないし線路を含む透明デバイス。
ディスプレイ部を備えており、このディスプレイ部に、請求項１〜３のいずれか一項に記載の導体構造を有する電極又は線路が形成された電子機器。