JP6755244B2 - ナノスケール着色剤を使用して明るい色相が制御される透明フィルム - Google Patents
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Description
本出願は、2015年2月20日付けで出願された“Transparent Films With Control Of Light Hue Using Nanoscale Colorants”という名称のYangらへの米国特許出願第14/627,400号明細書、及び2014年10月17日付けで出願された“Transparent Conductive Films with Control of Light Hue”という名称のYangらへの米国仮特許出願第62/065,314号明細書に対する優先権を主張するものであり、これらの両方が参照により本明細書に組み込まれる。
一般的に、本明細書に記載されるナノスケール着色剤が装填されたポリマーを有する透明コーティングは、望ましい構造体への組み込みにおいて透明基材に対してコーティングされ得る。一般的な構造体が記載されており、透明導電フィルム用の特定の用途が以下のセクションで見られる。一般的に、透明な構造体を形成するために、透明基材に対する適切なコーティング方法を使用して、透明な充填されたコーティングのための前駆体溶液が蒸着され得る。いくつかの実施形態では、透明基材は、発光素子又は光受信素子などの最終的な素子、その代わりに又は更に一体型光学部品への組み込みにおけるフィルムであり得る。このセクションの記載は、簡易なパッシブ透明基材に焦点を当て、他の構造体は後のセクションで記載される。
一般的に、透明電気導電構造体又はフィルムは、光学特性と、導電要素の機械的支持及び保護とを与える様々な更なる層を著しく有害に変えることなく、電気導電性を与える疎金属導電層を含むことができる。ポリマーオーバーコートは、疎金属導電層にわたり配置され得る。本明細書に記載されるナノスケール着色剤は、オーバーコート層、アンダーコート層に、及び/又は直接的に疎金属導電層に配置され得る。更なる実施形態では、電気導電層は、フィルム又は微粒子として導電金属酸化物を含むことができる。ナノスケール着色剤は、認識される白さを一般的に向上させる透明フィルムのb*値を低下させるように、又は所望の色相をフィルムに与えるように選択され得る。
一般的に、疎金属導電層は、金属ナノワイヤーから形成される。十分な装填及び選択されたナノワイヤー特性について、妥当な電気導電性は、対応する適切な光学特性を有するナノワイヤーで達成され得る。本明細書に記載される安定化されたフィルム構造体が、様々な疎金属導電構造体を有するフィルムの望ましい性能を得られることが予想される。しかしながら、特に望ましい特性は、溶融金属ナノ構造化ネットワークで達成されてきた。
一般的に、ナノスケール着色剤は、許容可能な量を超える全透明性を減少させることなく、透明フィルムの所望の色調整をもたらすように選択される。許容可能な量の透明性の減少は、用途固有のものであり得る。いくつかの実施形態では、ナノスケール着色剤を有するフィルムが連続した低いヘイズを有することが更に望ましい。特に、ナノプレート及びナノシェルは、ヘイズへの低い寄与を有する良好な色調整をもたらすことが見出されている。一般的に、透明フィルムは、疎金属導電層などの透明導電層を更に含む。
良好な光学特性をもたらすとともに、例えば、溶融金属ナノ構造化ネットワークなどの疎金属導電層は、低い電気抵抗をもたらすことができる。このように、フィルムは、透明導電電極等として有用であり得る。透明導電電極は、太陽電池の受光表面に沿った電極などの様々な用途に適していることができる。ディスプレイ用に、特にタッチスクリーン用に、フィルムは、パターン化されて、フィルムによって形成される電気導電パターンをもたらすことができる。一般的に、パターン化されたフィルムを有する基材は、パターンのそれぞれの部分で良好な光学特性を有する。
本明細書に記載される透明導電フィルムは、多くの電子装置に使用されるタッチスクリーンに適合され得るタッチセンサーに効果的に組み込まれ得る。一般的に、いくつかの代表的な実施形態が本明細書に記載されるが、透明導電フィルムは、他の所望の設計に適合され得る。一般的に、タッチセンサーの一般的な特徴は、自然な状態での、即ち、タッチされないか又は外部的に接触されない場合の間隔を置いた構成における2つの透明導電電極構造体の存在である。キャパシタンスに基づいて作動するセンサーの場合、一般的に、誘電層は、2つの電極構造体間にある。図3を参照すると、代表的なキャパシタンスベースのタッチセンサー202は、ディスプレイ構成要素204と、任意の下部基材206と、第1の透明な導電電極構造体208と、ポリマー又はガラスシートなどの誘電層210と、第2の透明導電電極構造体212と、任意の上部カバー214と、センサーのタッチに関連するキャパシタンス変化を測定する測定回路216とを含む。図4を参照すると、代表的な抵抗ベースのタッチセンサー240は、ディスプレイ構成要素242と、任意の下側基材244と、第1の透明な導電電極構造体246と、第2の透明な導電電極構造体248と、支持構造体250と、それらの自然な構成における電極構造体の間隔を置いた構成を支持する252と、上側カバー層254と、抵抗測定回路256とを含む。
この実施例は、比較のための非導電基材における2つの試料を有する銀ナノプレートを組み込む市販のオーバーコートを組み込む透明導電フィルムの光学特性を試験する。
この実施例は、導電層に組み込まれた銀ナノプレートを有する溶融金属ナノ構造化層を有するフィルムの光学特性を試験する。
この実施例は、b*の値を減少させる溶融金属ナノ構造化ネットワークにわたるコーティングにおける金ナノシェルの効果を示す。
この実施例は、透明導電フィルムのb*を減少させる銀ナノリボンの効果を示す。
この実施例は、透明導電フィルムのb*の値を低下させるナノ顔料粒子の効果を調べる。
570nm付近で吸収ピークを示した銀ナノプレートを、参照により本明細書に組み込まれる“Highly Stable Silver Nanoplates for Surface Plasmon Resonance Biosensing”という名称のGao et al.,Angew.Chem.,Int.Ed.,(2012),51,5620−5633の手順に従って、金シェルの薄い層でコーティングした。次いで、金コーティングされた銀ナノプレートをPET基材における透明導電層に対するオーバーコーティング溶液に使用した。この実施例では、基材は、第1の銀ナノワイヤーインクでコーティングされ、乾燥されて、基材における溶融金属ナノ構造化ネットワークを形成する。金コーティングされた銀ナノプレートがコーティング溶液に加えられたこと以外、オーバーコート溶液を、0.5重量パーセントでPGME溶媒に溶解した2つの異なる市販のハードコートポリマーを用いて実施例1の通りに形成した。市販のハードコートポリマーのそれぞれにおいて、コーティング溶液に溶解した約0.0025重量%での1つの対照及び1つの金コーティングされた銀ナノプレートを用いて、4つの試料を調製した。ナノプレートは、溶液において530nm付近で吸収ピークを示した。オーバーコート溶液を、前述の通り、1ミル湿潤厚で塗布し、乾燥して硬化させた。コーティングされたフィルムの光学結果を表9に示す。透過の僅かな減少を伴いヘイズの増加はなく、金コーティングされた銀ナノプレートは、a*の大きさを増加させることなくb*の減少を実現した。
Claims (16)
- 基材と、前記基材によって支持される透明導電層と、コーティングとを含む透明導電フィルムであって、透明導電層またはコーティング層のいずれか又は両方にナノスケール顔料が存在し、前記ナノスケール顔料を有さない対応するフィルムと比較して、前記フィルムのb*の値は、少なくとも0.1単位だけ低下し、且つパーセントにおける可視光の全透過率は、2を超えて減少しない、透明導電フィルム。
- 前記ナノスケール顔料は、100ナノメートル(nm)以下の厚さを有する金属ナノプレートを含む、請求項1に記載の透明導電フィルム。
- 前記ナノスケール顔料は、100nm以下の1次粒子の平均直径を有するセラミックコアを有する金属ナノシェルを含む、請求項1に記載の透明導電フィルム。
- 前記透明導電層は疎金属導電層を含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の透明導電フィルム。
- 前記透明導電層は溶融金属ナノ構造化ネットワークを含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の透明導電フィルム。
- パーセント単位のヘイズは、前記ナノスケール顔料を有さない前記対応するフィルムと比較して0.5を超えて増加しない、請求項1〜5のいずれか一項に記載の透明導電フィルム。
- 少なくとも85%の可視光の全透過率及び1.2%以下のヘイズを有し、前記透明導電層は100オーム/平方以下のシート抵抗を有する、請求項1〜6のいずれか一項に記載の透明導電フィルム。
- 色スケールのb*及びa*の絶対値は、それぞれ1以下である、請求項7に記載の透明導電フィルム。
- 前記ナノスケール顔料は、0.1重量%〜50重量%の濃度で前記コーティング中にある、請求項1〜8のいずれか一項に記載の透明導電フィルム。
- 透明導電層が疎金属導電層を含み、前記ナノスケール顔料及びポリマーバインダーは、前記疎金属導電層中にあり、且つ前記ナノスケール顔料は、0.1重量%〜50重量%の前記層中における濃度である、請求項1に記載の透明導電フィルム。
- コーティングがナノスケール金属要素およびポリマーバインダーを含有する請求項1記載の透明導電フィルム。
- 前記ナノスケール金属要素がナノスケール顔料であり、ナノスケール金属要素が金属ナノシェル、金属ナノリボンまたはそれらの組み合わせを包含する、請求項11記載の透明導電フィルム。
- 前記ポリマーバインダーが、ポリシロキサン、ポリシルセスキオキサン、ポリウレタン、アクリル樹脂、アクリルコポリマー、セルロースエーテル及びエステル、ニトロセルロース、他の水不溶性構造多糖、ポリエーテル、ポリエステル、ポリスチレン、ポリイミド、フルオロポリマー、スチレン−アクリレートコポリマー、スチレン−ブタジエンコポリマー、アクリロニトリルブタジエンスチレンコポリマー、ポリスルフィド、エポキシ含有ポリマー、これらのコポリマー、並びにこれらの混合物を含む、請求項11または12記載の透明導電フィルム。
- 厚さ5ミクロン〜1mmを有する請求項1記載の透明導電フィルム。
- 前記ナノスケール顔料が透明導電層中に存在し、ナノスケール顔料が更に475nmでの吸収の少なくとも2倍の580nmでの吸収を有するナノスケール金属要素を含む請求項5記載の透明導電フィルム。
- 前記ナノスケール金属要素が、溶融されて前記溶融金属ナノ構造化ネットワークを形成することができる金属ナノプレート、金属ナノシェル、又はこれらの組合せを含む、請求項15記載の透明導電フィルム。
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