TWI602200B - 減少以奈米結構為主之透明導電膜之漫反射之光學堆疊及具有光學堆疊之顯示器 - Google Patents
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Description
透明導電膜包含塗佈於高透射率表面或基板上之導電材料,且其被廣泛用於平板顯示器(例如液晶顯示器(LCD)、觸控面板或感應器、電致發光裝置(例如,發光二極體)、薄膜光伏打電池中或用作抗靜電層及電磁波遮罩層。
目前,真空沈積型金屬氧化物(例如氧化銦錫(ITO))係用於對介電質表面(例如玻璃及聚合物薄膜)提供光學透明性及導電性之工業標準材料。然而,金屬氧化物薄膜較脆且在彎曲或其他物理應力期間易損壞。其等亦需要高沈積溫度及/或高退火溫度以實現高導電水準。就某些易於吸附水分之基板(例如塑膠及有機基板(例如聚碳酸酯類))而言,使金屬氧化物薄膜適當黏著係成問題。因此,金屬氧化物薄膜於可撓性基板上之應用嚴重受限。另外,真空沈積係一種昂貴的方法且需要專用設備。另外,真空沈積法不利於形成圖案及電路。此通常導致需要昂貴的圖案化方法(例如光蝕刻)。
近年來,藉由包埋在絕緣基質中之金屬奈米結構(例如銀奈米線)之複合材料代替平板顯示器中之當前工業標準透明導電ITO薄膜成為趨勢。通常,透明導電膜係藉由以下步驟來形成:首先於基板上塗佈包括銀奈米線及黏結劑之墨水組合物。該黏結劑提供該絕緣基質。然後,可塗佈透明UV或可熱固化聚合物材料以形成保護層。以奈米結構為主的塗佈技術尤其適用於印刷電子元件。使用以溶液
為主的形式,印刷電子技術可於大面積可撓性基板上製造穩固的電子元件。
於透明導電膜中存在顆粒奈米結構會出現連續ITO薄膜中不常遇到的某些光學挑戰。圖1以並列視圖顯示ITO觸控感應器(10)及以奈米線為主之觸控感應器(12),兩者均位於LCD模組(14)的頂部。當關閉LCD模組(14)時,該ITO觸控感應器(10)在周圍光中呈現黑色;而自以銀奈米線為主之透明膜製得的觸控感應器(12)具有「較乳白」或「較混濁」的外觀。因此,需要解決以奈米結構為主之透明導體所獨有的光學挑戰。
本文提供關於減少或最小化包括至少一個以奈米結構為主之導電膜之光學堆疊中之漫反射之各種實施例。
一實施例提供一種光學堆疊,其包含:至少一個奈米結構層;及至少一個與該奈米結構層相鄰之基板,其中該奈米結構層包括複數個導電奈米結構,且其中自該光學堆疊與該入射光之同側所觀測之入射光之漫反射係低於該入射光之6%。
在各種實施例中,在光學堆疊中,該奈米結構層另外包含嵌有複數個導電奈米結構之絕緣介質。
在各種實施例中,該絕緣介質具有低於1.5之折射率。在某些實施例中,該絕緣介質係空氣。
在各種實施例中,該絕緣介質係HPMC,且該等導電奈米結構係銀奈米線。在其他實施例中,HPMC與該等複數
個導電奈米結構之重量比係約1:1,且其中該奈米結構層具有低於100ohm/sq之薄層電阻。
在各種實施例中,該光學堆疊係以使該等複數個導電奈米結構比基板更接近入射光之方式定位。
在其他實施例中,該光學堆疊另外包含緊鄰覆蓋該奈米結構層之上塗層,其中該上塗層具有低於1.5之折射率。
在各種實施例中,該上塗層與該絕緣介質的材料相同。在其他實施例中,該上塗層具有1.45或更小之折射率。
在另一實施例中,該上塗層係折射率為1.45或更小之低指數OCA層。
在其他實施例中,該光學堆疊另外包含插置於該基板與奈米結構層之間之下塗層,該下塗層緊鄰襯墊該奈米結構層,其中該下塗層具有比該絕緣介質及基板高之折射率。
在各種實施例中,該下塗層具有至少1.65之折射率。在其他實施例中,該下塗層包含TiO2、聚醯亞胺、SiO2或ZnO2。
在其他實施例中,該光學堆疊另外包含最外覆蓋層,其最接近入射光且具有至少1.7之折射率。
在其他實施例中,該光學堆疊之奈米結構層包括導電區及非導電區,該導電區具有第一薄層電阻且該非導電區具有第二薄層電阻,其中該第二薄層電阻比該第一薄層電阻高至少103。
在各種實施例中,該光學堆疊係以使該基板比該等複數個導電奈米結構更接近入射光之方式定位。
在其他實施例中,該光學堆疊另外包含插置於該基板與該奈米結構層之間之上塗層,其中該上塗層具有低於1.5之折射率。
在其他實施例中,該光學堆疊另外包含緊鄰襯墊該奈米結構層之下塗層,其中該下塗層具有比該絕緣介質高之折射率。
在各種實施例中,該下塗層具有至少1.65之折射率。
在其他實施例中,該光學堆疊之奈米結構層包括導電區及非導電區,該導電區具有第一薄層電阻且該非導電區具有第二薄層電阻,其中該第二薄層電阻比該第一薄層電阻高至少103。
另一實施例提供一種包含文中所述之任一光學堆疊及LCD模組之顯示器,該光學堆疊與該LCD模組界定一空間,其中該空間經填充折射率大於1之指數流體或透明光學黏結材料。
又一實施例提供一種方法,其包括提供第一及第二基礎光學堆疊,其各具有基板及奈米結構層;及藉由折射率為1.45或更小之低指數OCA層使該第一基礎光學堆疊層壓至該第二基礎光學堆疊。在各種實施例中,提供該等第一基礎光學堆疊包括提供第一標準透明導體,其具有覆蓋該第一基礎光學堆疊之保護性上塗層,及電漿處理該第一標準透明導體以移除該保護性上塗層及位於該等奈米結構上之任何有機塗層。在其他實施例中,該第一基礎光學堆疊具有第一複數個實質上平行的導線,該第二基礎光學堆疊具
有第二複數個實質上平行的導線,且層壓包括使該第一基礎光學堆疊黏結至該第二基礎光學堆疊,以使該等第一複數個實質上平行的導線實質上垂直於該等第二複數個實質上平行的導線。
又一實施例提供一種減少光學堆疊中漫反射之方法,其包括:於基板上形成包括複數個互連奈米結構及黏結劑之奈米結構層,其中個別奈米結構具有有機塗層;及電漿處理該奈米結構層。在一具體實施例中,電漿處理移除黏結劑及該等奈米結構上之有機塗層。
另一實施例提供一種減少光學堆疊中漫反射之方法,其包括:於基板上形成包括複數個互連奈米結構及黏結劑之奈米結構層,其中個別奈米結構具有第一有機塗層,其具有第一折射率;及使用具有低於該第一折射率之第二折射率之第二有機塗層置換該第一有機塗層。在一具體實施例中,該第一有機塗層係聚乙烯基吡咯啶酮且該第二有機塗層係陰離子型氟界面活性劑。
又一實施例提供一種減少光學堆疊中漫反射之方法,其包括:於基板上形成包括複數個互連奈米結構及具有第一折射率之第一黏結劑之奈米結構層;移除該第一黏結劑;及塗佈第二絕緣介質,其具有低於該第一折射率之第二折射率。
在圖式中,相同標號表示相似元件或動作。該等圖式中之元件之尺寸及相對位置不一定係依比例繪製。例如,各
種元件之形狀及角度不依比例繪製,且一些此等元件係經任意放大及定位以提高圖式可讀性。此外,所繪製元件之特定形狀無意傳達有關特定元件實際形狀之任何資訊且已經單獨選擇以便於在該等圖式中的辨認。
本文描述包括「乳白色」外觀之起因、其解決方法及具有更低或無乳白色外觀之光學堆疊。如文中所使用,「光學堆疊」係指來自外部或內部源的光行進通過之多層透明薄膜堆疊,其中一或多層會影響光的光學行為。該光學堆疊內的薄膜通常係功能性薄膜(例如透明導電膜、偏光器、濾色器、防眩膜或抗反射薄膜)以及保護性塗層及透明黏結劑。該等薄膜可係可撓性(例如,聚合物基板)或剛性(例如玻璃基板)。通常將該光學堆疊耦合至另一功能單元(例如顯示器)。除該等薄膜以外,薄膜之間或薄膜與顯示器之間的空隙亦有助於光的光學行為且被視為該光學堆疊之部分。
申請者已發現:與全反射相反,漫反射與「乳白色」強度直接相關。圖2A分別顯示ITO觸控感應器(10)及以奈米線為主之觸控感應器(12)之全反射及漫反射。如圖所示,雖然該ITO觸控感應器之全反射(20)及該以奈米線為主之觸控感應器之全反射(22)相當,但其等之漫反射差異顯著。在可見區(380-780nm)內,該ITO觸控感應器之漫反射(24)係實質上恆定且通常低於1%。該以奈米線為主之觸控感應器之漫反射(26)在可見區之較短波長部分(低於450nm)具有接近6%的峰值且隨著波長增加逐漸降低至2%以
下。因此,包括以奈米結構為主之導電膜之光學堆疊之「乳白色」外觀係由周圍光之漫反射引起。
圖2B顯示基礎光學堆疊(30),其具有表面(32)及塗佈於基板(36)上之透明導電膜(34)。透明導電膜(34)包含複數個包埋在透明絕緣介質或黏結劑(40)中之導電奈米結構(38)。如文中所用並參照圖2B,「漫反射」係指自外部光源(42)發射的入射光(41)之反射,其中反射光(43)不遵循反射定律。漫反射係光自不光滑表面或(在透明導電膜之情況中)該膜中之顆粒奈米結構(38)散射的結果。與自表面(32)反射並遵循反射定律(即反射光(45)的反射角(44)與入射光(41)的入射角(46)相等)的「鏡面反射」不同,與入射角(46)相比,漫反射光(43)係以諸多不同角度行進。
除非另有指示,否則「漫反射」係指向後漫反射,其係觀測者(48)在光學堆疊之與入射光之同側上可觀察到的散射光。「向後漫反射」係欲區別於「向前漫反射」,其係指透射通過光學堆疊之散射光,即在與入射光相同方向上行進。
亦應注意:儘管提供相同的基礎光學堆疊或導電膜(30),但漫反射可根據該堆疊之定向而不同。例如,在圖2B中,該光學堆疊(30)係以使入射光(41)自奈米結構層(40)行進至基板(36)中的方式定向,且觀測者(48)觀察該漫反射。另一方面,如圖2C所示,若光學堆疊(30)係以使入射光自基板側(36)行進至奈米結構層(40)中的方式定向,則自基板側觀察到的漫反射可與圖2B中觀察到的漫反射不
同。因此,雖然文中所示之大多數實施例係假定該導電膜以外部光自奈米結構層行進至基板中之方式定向(如文中進一步詳細討論),但當該光學堆疊之定向倒置(即當光自基板行進至奈米結構層中)時,適用相同的光學原理。
此外,在薄膜定向內容中,「覆蓋」另一薄膜之薄膜係經組態以比該另一薄膜更接近外部光源(或觀測者)。例如,覆蓋該奈米結構層之上塗層始終係設置於該外部光源(或觀測者)與該奈米結構層之間。「襯墊」另一薄膜之薄膜係經組態以比該另一薄膜更遠離該外部光(或觀測者)。例如,在採用襯墊該奈米結構層之下塗層之光學堆疊中,該奈米結構層始終係設置於該外部光源(或觀測者)與該下塗層之間。
在基礎光學堆疊(30)中,如同更複雜者(例如,在整體觸控面板感應器中),諸多或全部的該等層或結構元件會在某種程度上促進漫反射。本文所述之各種實施例係關於藉由操控及改良個別層或結構元件來減少漫反射之方法。然而,應瞭解可組合任何一或多個個別實施例以在進一步減少漫反射中提供附加效益。因此,各種實施例係關於包含至少一個奈米結構層及至少一個與該奈米結構層相鄰之基板之光學堆疊,其中該奈米結構層包括複數個導電奈米結構,且其中當自該光學堆疊與該入射光之相同側觀測時,入射光之漫反射係低於該入射光強度之6%、或低於5%、或低於4%、或低於3%、或低於2%、或低於1%。如文中所使用,「相鄰」係指該基板與該奈米結構層之相對位置。
其等可係直接接觸或彼此接近且於其間插置有一或多個中間層。
圖3顯示以奈米結構為主之典型觸控面板顯示器(50),使用其來說明探索減少漫反射之各種方法。觸控面板顯示器(50)包括設置於LCD模組(58)上之觸控感應器(54)。觸控感應器(54)係多層堆疊,其包括頂部玻璃蓋(62)、第一光學透明黏著(OCA)層(66)、第一透明導電膜(70)(其包括複數個分佈於絕緣介質(78)中且塗佈在第一基板(82)上之導電奈米結構(74))、第二光學透明黏著層(86)及第二透明導電膜(80)(其包括複數個分佈於絕緣介質(78)中且塗佈在第二基板(92)上之導電奈米結構(84))。兩個間隔物(96)係經組態以分離該觸控面板及LCD模組。除形成觸控感應器(54)之上述結構元件以外,該觸控感應器與該LCD模組之間的間隙(100)亦係整體光學堆疊(102)之一部分,因為該間隙有助於周圍光及自LCD模組(58)發射的任何內部光在其行進通過該觸控面板顯示器(50)時的光學行為。在觸控面板顯示器(包括彼等ITO者)之典型構造中,該間隙係經空氣填充。
在一實施例中,於其中空隙經折射率高於空氣之介質填充之光學堆疊中觀察到漫反射減少。參照圖4A,除在圖3之間隙(100)中填充折射率流體114以外,光學堆疊之其他方面與圖3之光學堆疊相同。折射率流體(或簡稱為「指數流體」)通常係具有各種折射率(RD)之透明流體。通常,該指數流體可具有一小範圍的RD而非具有單一折射率值。可
購得許多不同值及範圍之指數流體。在一實施例中,該指數流體係水(RD=1.33)且整個可見區的漫反射減少(圖4B)。
填充間隙之介質不限於液體。亦可使用透明固體或半固體(凝膠)介質來填充該間隙。圖4C顯示光學堆疊(118),其中在觸控感應器與LCD模組間的間隙中填充光學透明黏結或黏著層(120)。該光學透明黏結層可係(例如)光學透明黏著層(例如3MTM光學透明黏著劑)。
圖4D顯示填充在僅包括一層透明導電膜之模型觸控感應器中之觸控感應器與LCD模組間的間隙(100)的若干介質之漫反射。如圖所示,當藉由另一具有更高折射率(RD>1)之介質置換空氣時,漫反射減少。亦顯示只要RD大於1,則該減少對各RD值看來並不敏感。
在另一實施例中並參照圖5A,光學堆疊(124)另外包括覆蓋頂部玻璃蓋(62)之最外覆蓋層(128)。所有其他元件與圖3中相同。該光學堆疊之最外層係最接近於外部光的層且係高指數層。較佳地,其具有比該頂部玻璃蓋(RD=1.52)更高的折射率,且較佳係1.7或更高,或較佳係1.8或更高。具有更高折射率之材料包括(例如)TiO2(RD=1.8)、聚醯亞胺(RD=1.7)及包埋高折射率顆粒(例如ZnO、ZrO2及TiO2)之透明聚合物。如文中所使用,「高指數」層通常具有至少1.65的折射率。如文中所使用,除非另有指出,否則折射率係於室溫(20-25°)下在可見區(380-780nm)內之波長(例如589nm或630nm)處測量。可藉由此項技術中的已知方法將該材料塗佈於該頂部玻璃蓋上。
圖5B顯示藉由於僅包括一層透明導電膜之模型觸控感應器中將高折射率最外覆蓋層(例如TiO2)塗佈於該頂部玻璃蓋上對漫反射之影響。與不含TiO2塗層之光學堆疊(即,該頂部玻璃蓋係最接近於該外部光)相比,可見區(特定言之更短波長部分(<450nm))之漫反射實質上減少。
在其他實施例中,探索光學堆疊之以奈米結構為主之導電膜之各種組態。參照圖6A,顯示光學堆疊(130)及導電膜(132)之放大視圖。該光學堆疊之其他方面與圖3中的光學堆疊相似。導電膜(132)包含具有複數個分佈於絕緣介質(138)中之導電奈米結構(134)及基板(82)之奈米結構層。在各種實施例中,該絕緣介質係黏結劑,其係用於形成導電膜之塗料組合物(「墨水」)之一部分。更明確言之,藉由將包含奈米結構、適宜黏結劑及視需要之一或多種界面活性劑之塗料調配物塗佈於基板上來形成該以奈米結構為主之導電膜。可利用諸多塗佈方法,包括絲網印刷、狹縫模具式塗佈、旋塗(參見共同待審及共同持有之美國公開專利申請案第2007/0074316號)。該黏結劑有利於塗佈方法以提供奈米結構的分散及對基板之黏著。如文中更詳細描述,該黏結劑係光學透明且可係聚合物材料,包括羥丙基甲基纖維素(HPMC)。
通常,當包圍該奈米結構之介質具有低折射率時,可減少漫反射。黏結劑對漫反射之光學效應顯示於圖6B中。當黏結劑被移除(例如,沖洗掉),因而以空氣有效置換包圍介質(黏結劑)時,漫反射與存在黏結劑時相比實質上地降
低。因此,在一實施例中,該絕緣介質係具有最低折射率之空氣。雖然可在塗料組合物中不含黏結劑之情況下形成以奈米結構為主之導電膜,但通常方法涉及存在黏結劑。因此,為獲得空氣作為絕緣介質,可塗佈並實質上地移除該黏結劑。
雖然移除該黏結劑可減少漫反射,但在大多數情況下,使空氣作為包圍該等奈米結構之絕緣介質並不實際。換言之,可能需要一定量的黏結劑來確保導電膜之物理完整性。另外,具有保護層可使該等奈米結構受益且在某些情況下需要一個。因此,即使移除該黏結劑以達減少漫反射之目的,但後續保護層可能導致相反結果。然而,絕緣介質應具有儘可能低的折射率。因此,在另一實施例中,首先利用黏結劑形成該導電膜,接著移除該黏結劑並使用折射率低於該黏結劑之絕緣介質塗佈。在一具體實施例中,該絕緣介質具有1.45或更小之折射率。
在另一實施例中,可藉由電漿處理該奈米結構層來實質上地降低漫反射。該電漿處理不僅移除該黏結劑,並且亦移除自奈米結構之合成製備殘留在奈米結構上的任何塗層。例如,如實例1中所論述,以基於溶液之「多元醇」方法製備奈米線。以此方法製得的奈米線可至少部分地經聚乙烯基吡咯啶酮(PVP)(具有1.51之折射率的有機分子)之薄層塗佈。因此,可藉由電漿處理減少漫反射,因其可有效移除包圍該等奈米結構之所有介質,包括黏結劑及該等奈米結構上之任何有機塗層)。圖6C顯示塗佈於玻璃上之
奈米結構層樣品之漫反射。如圖所示,當黏結劑被沖洗掉時漫反射減少(與圖6B一致)。當使該樣品經歷氬電漿處理時,漫反射尤其在可見區(380nm)處進一步實質上地減少,此說明移除該等奈米結構上之PVP塗層進一步幫助減少漫反射。因此,另一實施例提供一種減少具有奈米結構層之光學堆疊中漫反射之方法,該奈米結構層包括複數個互連奈米結構及黏結劑,其中個別奈米結構具有有機塗層,該方法包括電漿處理該奈米結構層。在某些實施例中,電漿處理移除黏結劑及該等奈米結構上之有機塗層。
電漿處理在自塗佈於玻璃基板上之奈米結構層移除黏結劑及有機塗層中尤其有效。電漿功率通常係在50至300W之間,且進行時間為0.5至3分鐘。然而,就有機基板(例如聚對苯二甲酸乙二酯(PET)及三乙醯基纖維素(TAC))而言,電漿處理功率應不大於150W,因為更高的電漿功率可使基板生成有機碎屑,且該等碎屑可能再次沈積於該等奈米結構上。
除電漿處理(例如,藉由氬)以外,水洗、UV曝光或UV-臭氧亦可有效地至少部分移除PVP塗層。漫反射因而減少。
奈米結構上之有機塗層可有利於其安定性或分散性。因此,替代完全移除有機塗層(例如PVP)之電漿處理,另一實施例提供一種藉由使用第二低指數有機塗層置換該等奈米結構上之第一高指數有機塗層來減少漫反射之方法。特定言之,可使用經PVP塗佈之奈米結構來培養低指數有機
塗層。通常,該低指數有機塗層係以對金屬表面具有親和性之有機物質為主。適宜的低指數有機物質包括(例如)氟界面活性劑。在一特定實施例中,該低指數有機塗層包含陰離子型氟界面活性劑,其可以商標ZONYL®FSA購自DuPont。在足夠濃度的較低指數有機分子及培養時間下,PVP塗層可被該低指數塗層置換。隨後可藉由文中所述之方法使具有低指數塗層之奈米結構形成為導電網絡。因為ZONYL®FSA具有1.38之折射率,因此經其塗佈之奈米結構可形成當與自經PVP塗佈之奈米結構製得的透明導體相比時具有更低漫反射的透明導體。
在選擇低折射率絕緣介質(例如,空氣或較低指數有機塗層)之另一實施例中,調整該等奈米結構對該絕緣介質之相對量可減少漫反射。圖6D顯示均具有位於玻璃基板上之奈米結構層之導電膜之漫反射。該等奈米結構層各別包括呈1:1比例及1:2比例之銀奈米線及HPMC黏結劑。如圖所示,其中銀奈米線及HPMC黏結劑呈1:1比例之導電膜與呈1:2比例之導電膜相比具有更低漫反射。
然而,調整該等奈米結構對絕緣介質之相對量應權衡考慮其他光學性質(例如混濁度)。圖6E顯示包含位於玻璃基板上之銀奈米線及HPMC黏結劑之各種導電膜之混濁度。如圖所示,1:1(奈米結構:黏結劑)之相對比提供最低混濁度。就高於1:1之比例而言,當奈米結構多於黏結劑時,銀奈米線傾向於聚結,此將導致混濁度增加。另外,在比例高於1:1時,會產生更多薄膜缺陷。因此,就由銀奈米
線及HPMC黏結劑形成之導電膜而言,1:1或更低之重量比導致不可接受的漫反射及混濁度。
在某些情況下,調整奈米結構相對於黏結劑之比例可實現與全部移除該黏結劑相當程度的漫反射減少。圖6F顯示將銀奈米線與HPMC之比例自1:2調整至1:1導致漫反射減少。當兩薄膜中之黏結劑均被移除時,兩薄膜(不含黏結劑)之漫反射程度實質上與具有1:1比例之薄膜之較低漫反射相當。
應注意:取決於表面電阻(其與每單位表面積的奈米結構量相關),黏結劑量對漫反射之影響可變化。圖6G顯示薄層電阻分別為44ohm/sq及127ohm/sq的兩種導電膜之漫反射。兩種薄膜具有相同的銀奈米線對HPMC黏結劑之比(1:2)。就44ohm/sq薄膜(其每單位表面積具有更多奈米結構且因此更多光散射)而言,移除黏結劑導致漫反射顯著減少。就127ohm/sq薄膜而言,初始漫反射因光散射減少(即,每單位表面積之奈米結構減少)而較44ohm/sq薄膜低。然而,移除黏結劑對漫反射的影響極小。圖6H顯示銀奈米線與HPMC黏結劑之比均為1:1的兩種導電膜具有相同趨勢。與39ohm/sq薄膜相比,129ohm/sq薄膜中HPMC黏結劑之影響極小。換言之,移除HPMC將不會改善薄層電阻大於100ohm/sq之導電膜之漫反射。因此,一實施例提供一種包含透明導電膜之光學堆疊,該透明導電膜包括塗佈於基板上之奈米結構層,該奈米結構層具有複數個銀奈米線及HPMC黏結劑,其中該等銀奈米線與該HPMC之重
量比為1:1,且其中該奈米結構層具有低於100ohm/sq之薄層電阻。
在其他實施例中,緊鄰位於該以奈米結構為主之導電膜上之層可顯著影響在該光學堆疊內行進的光之光學行為。已發現若光自較低指數材料行進至較高指數材料,則可減少漫反射。參照圖7A,顯示光學堆疊(140)及其導電膜(142)之放大視圖。該光學堆疊之其他方面與圖3中者相似。導電膜(142)包含奈米結構層(143)(其包括複數個分佈於絕緣介質(138)中之導電奈米結構(134))、基板(82)及上塗層(144)。上塗層(144)係覆蓋奈米結構層(143)之獨立塗層,且在某些情況下,係保護該等奈米結構之所需。使用外部光(或觀測者)作為參照,該上塗層始終比該奈米結構層更接近外部光(或觀測者)。該上塗層可與該導電膜之絕緣介質(例如黏結劑)為相同或不同材料。如同該黏結劑,該上塗層應具有儘可能低且實際的折射率。
圖7B顯示具有若干不同上塗層之導電膜(位於玻璃基板上之奈米結構層)之漫反射。通常,首先於該玻璃上形成該奈米結構層,接著藉由沖洗來移除該黏結劑。然後,將各種上塗層以不同厚度塗佈於該等奈米結構上。當折射率自1.8(TiO2)降低至1(即,無上塗層/僅有空氣)時,漫反射減少。就既定上塗層材料(例如HPMC)而言,漫反射不一定與該上塗層之厚度呈線性相關(圖7C)。換言之,為使漫反射最小化,可針對低折射率上塗層選擇最佳厚度。在各種實施例中,該厚度可係低於150nm、或低於100nm、或
低於50nm或低於30nm。
上塗層通常係在將墨水組合物塗佈於該基板(例如玻璃或PET)上之後,形成於該奈米結構層上。表1顯示若干適宜作為上塗層之低折射率材料。如文中所使用,除非另有指示,否則「低指數」層(例如,上塗層、絕緣介質、奈米結構之有機塗層)通常具有低於1.5之折射率。在某些實施例中,低指數層具有1.45或更小(或1.35或更小)之折射率。製造顧慮可能要求該上塗層之固化溫度低於特定程度以避免損壞底部奈米結構層。
替代低指數上塗層,可使用折射率為1.45或更小之低指數OCA。雖然標準OCA(例如,3MTMOCA)具有1.47之折射率,但低指數OCA(RD=1.45或更小)表現提供低指數層及黏結的雙重功能。如下文更詳細論述,可使低指數OCA層壓於第一基礎光學堆疊上並與第二基礎光學堆疊黏結。適宜的低指數OCA包括(例如)可以商標Arclear® 8932EE購自
Adhesive Research之聚矽氧基OCA(RD=1.41)及MY Polymer之PS-133(RD=1.33)。
在其他實施例中,緊鄰位於該以奈米結構為主之導電膜下方之層亦可顯著影響於光學堆疊內行進之光之光學行為。與若光自較低指數材料行進至較高指數材料則可減少漫反射的發現一致,可使用高折射率材料作為下塗層。參照圖8A,顯示光學堆疊(150)及其導電膜(152)之放大視圖。該光學堆疊之其他方面與圖3中者相似。導電膜(152)包含奈米結構層(151)(其包括複數個分佈於絕緣介質(138)中之導電奈米結構(134))、下塗層(154)及基板(82)。下塗層(154)係襯墊奈米結構層(151)之獨立塗層。使用外部光(或觀測者)作為參照,該下塗層始終比該奈米結構層更遠離外部光(或觀測者)。
在一實施例中,該下塗層具有比黏結劑及/或基板(即襯墊該下塗層的層)更高的折射率。圖8B顯示導電膜(160)及(164)之漫反射。導電膜(160)包含玻璃蓋(170)及奈米結構層(174)。奈米結構層(174)不含黏結劑(即該黏結劑在薄膜形成後被移除),因此具有空氣作為絕緣介質(RD=1)。奈米結構層(174)亦不含下塗層,即該奈米結構層係曝露於空氣(RD=1)。導電膜(164)包含玻璃蓋(170)、奈米結構層(176)及下塗層(180)(例如HPMC層)。自玻璃側觀測,導電膜(164)之漫反射比導電膜(160)低得多,此係因為存在高指數下塗層(HPMC具有比空氣高的折射率)。
為進一步說明該下塗層之光學影響,圖8C顯示當自該奈
米結構層側觀測時的導電膜(160)之漫反射。在此將其與導電膜(184)作比較,導電膜(184)包含緊鄰襯墊該奈米結構層並覆蓋玻璃蓋(170)之下塗層(188)。該下塗層係TiO2(RD=1.8),其高於該基板蓋(RD=1.5)。可觀察到漫反射在具有TiO2下塗層之導電膜(184)中更低。
同樣地,圖8D顯示:與其中不存在下塗層之導電膜相比,具有聚醯亞胺下塗層(190)(RD=1.7)亦減少漫反射。
如同該上塗層,就既定下塗層材料(例如TiO2)而言,漫反射與該下塗層之厚度不一定呈線性相關(圖8E)。換言之,為使漫反射最小化,可針對高折射率下塗層選擇最佳厚度。在各種實施例中,該厚度可係低於150nm、或低於100nm、或低於50nm、或低於30nm。
通常首先於基板(例如玻璃或PET)上形成該下塗層,接著塗佈墨水組合物以形成該導電膜。表2顯示若干適用於下塗層之高折射率材料。製造顧慮可能要求該下塗層之固化溫度低於特定程度以避免損壞底部基板。
在另一實施例中並參照圖9A,導電膜(200)中同時存在上塗層及下塗層。更特定言之,該導電膜(200)包含基板(204)、下塗層(208)、具有包埋在絕緣介質(220)中之奈米結構(216)之奈米結構層(212)及上塗層(224)。該上塗層具有第一折射率,該絕緣介質具有第二折射率,該下塗層具有第三折射率及該基板具有第四折射率。為使入射光(226)之漫反射最小化,應使光在與該導電膜緊鄰之彼等薄膜中自低折射率薄膜行進至相同或更高折射率薄膜。因此,該第一折射率係等於或小於該第二折射率,該第二折射率又小於該第三折射率。該第三折射率係大於該第四折射率。
視需要地,如圖9B中所示,可將中間層(228)插置於該基板與該高指數下塗層之間。該中間層具有第五折射率,其小於該第三折射率(下塗層)且小於該第四折射率(基板)。若該基板具有高折射率(即RD>1.6),則該中間層可係有益。
圖9C說明與外部光(或觀測者)相關之導電膜定向將影響該光學堆疊組態。如圖所示,在與圖9A之光學堆疊200相似之光學堆疊(230)中,基板(204)比奈米結構層(212)更接近外部入射光(226)。為使自該光學堆疊之與該外部入射光
同側所觀測的漫反射最小化,將低指數上塗層(234)插置於該基板(204)與該奈米結構層(212)之間。或者或另外,使高指數下塗層(238)緊鄰襯墊導電膜(212)。因此,允許光自低指數層行進至鄰近該奈米結構薄膜之高指數層之原理仍與薄膜定向無關。然而,當如圖9A及9C中所示薄膜定向相反時,該等光學堆疊具有不同組態。例如,插置於該基板與該導電膜之間的薄膜在圖9A組態中係高指數下塗層,而插置於該基板與該導電膜之間的薄膜在圖9C組態中係低指數上塗層。
在另一實施例中,可將上述降低漫反射之所有方法組合在單個光學堆疊中。如圖10所示,觸控螢幕顯示器(240)包括觸控感應器(244)之光學堆疊,該觸控感應器(244)係經由光學透明黏結層(246)耦合至LCD模組(248)。該光學透明黏結層(246)可係液體、半固體或固體材料。該光學堆疊包括(自上到下)高折射率頂蓋(252);玻璃蓋(256);第一OCA層(260);第一導電膜(264),其包括第一基板(268)、及第一奈米結構層(272)及其兩側的上塗層(276)及下塗層(280),該第一奈米結構層(272)又具有複數個位於絕緣介質(275)中之奈米結構(274);第二OCA層(284);第二導電膜(288),其包括第二基板(292)及第二奈米結構層(296)及其兩側的上塗層(300)及下塗層(304)。
在光學堆疊內,針對該等薄膜選擇各自折射率,以使自該光學堆疊之與該外部光同側所觀測之外部光(308)之漫反射最小化。特定言之,該最外的高折射率頂蓋(252)具有比
玻璃蓋(256)更高之折射率。該第一導電膜(264)之上塗層(276)具有與絕緣介質(275)相同或更低之折射率。該下塗層(280)具有比絕緣介質(275)及第一基板(268)更高之折射率。
在各種具體實施例中,該等最外的高折射率頂蓋及下塗層係「高指數」層,即具有至少1.65的折射率。例如,各高指數層可係相同或不同且獨立地係TiO2、SiO2或聚醯亞胺。在其他實施例中,該上塗層係「低指數」層,即具有小於1.5的折射率。在其他實施例中,該絕緣介質可係空氣或低指數層。在其他實施例中,該等奈米結構不含有機塗層(例如PVP係經電漿處理移除)。在其他實施例中,該等奈米結構具有低指數有機塗層。
可依序塗佈或印刷文中所述之光學堆疊之各層並精確控制各別厚度。塗佈方法尤其適用於捲軸式製程。
亦可藉由層壓兩基礎光學堆疊來製造適用作觸控感應器之光學堆疊。圖11A顯示該光學堆疊(500)。更明確言之,該等基礎光學堆疊係衍生自標準以奈米結構為主之透明導體(504),其可以商標ClearOhmTM購自Cambrios Technologies Corporation。該標準透明導體(504)包含(自上到下)保護性上塗層(510)、具有導電奈米結構(518)網絡之奈米結構層(514)及基板(524)。該基板可係PET或玻璃。其他適宜的透明導體結構描述於署名為Cambrios Technologies Corporation的美國專利案第8,049,333號中。一旦移除該保護性上塗層(510),即可使兩個基礎堆疊
(530)層壓成一個層壓型堆疊(540)。有利地,可使用具有1.45或更小折射率之低指數OCA(550)來黏結該兩基礎堆疊(530)。除黏結以外,該低指數OCA亦藉由對該奈米結構層(514)提供低指數上塗層來減少漫反射。可使該層壓型堆疊(540)進一步層壓至另一折射率為1.45或更小且與釋離層或玻璃(560)黏結之低指數OCA(554),以提供最終光學堆疊(500)。
圖11B顯示另一光學堆疊(600),其中該基礎堆疊亦包括高指數下塗層。更明確言之,典型以奈米結構為主之透明導體(604)包含(自上到下)保護性上塗層(610)、具有導電奈米結構(618)網絡之奈米結構層(614)、高指數下塗層(620)及基板(624)。該基板可係PET、玻璃或如美國專利案第8,049,333號中所述之任何適宜基板。一旦移除該保護性上塗層(610),即可使兩個基礎堆疊(630)層壓成一個光學堆疊(640)。與圖11A類似地,使用低指數OCA(650)來黏結兩個基礎堆疊(630)。可使該層壓型堆疊(640)進一步層壓至另一與釋離層或玻璃(660)黏結之低指數OCA(654),以提供最終光學堆疊(600)。
使用該層壓型光學堆疊(540)作為實例,圖12顯示根據一實施例之層壓方法(700)。更特定言之,首先將標準以奈米結構為主之透明導體(504)圖案化成平行的導線(未顯示)。就電容性觸控感應器而言,通常將兩個圖案化導電層以一個導電層(X層)中之導線實質上垂直於另一導電層(Y層)中之導線的方式堆疊。該等垂直配置的導線因此形
成用於檢測觸控輸入位置的網格。可藉由濕式蝕刻使用光阻劑(例如Dow Chemical的SP光阻劑)來進行圖案化步驟(710)。然後,進行電漿處理步驟(720)來移除保護性上塗層(510)及奈米結構層(514)上之任何有機塗層,以提供基礎堆疊(530)。步驟720於暴露的奈米結構層(514)上形成金屬跡線(例如銀)及電接點。步驟730將基礎堆疊(530)單分成X層及Y層。然後,步驟740藉由折射率為1.45或更小之低指數OCA(550)使該X層層壓至該Y層,以提供X-Y層壓型堆疊(540)。最終步驟(760)使該X-Y層壓型堆疊(540)層壓至另一低指數OCA層(黏結至釋離片或玻璃)。
因此,一實施例提供一種層壓方法,其包括提供第一及第二基礎光學堆疊,其各具有基板及奈米結構層;藉由折射率為1.45或更小之低指數OCA將該第一基礎光學堆疊層壓至該第二基礎光學堆疊。在各種實施例中,該第一基礎光學堆疊具有第一複數個實質上平行的導線,該第二基礎光學堆疊具有第二複數個實質上平行的導線,且層壓包括將該第一基礎光學堆疊黏結至該第二基礎光學堆疊,以使該第一複數個實質上平行的導線實質上垂直於該第二複數個實質上平行的導線。在其他實施例中,該方法另外包括於層壓前形成金屬跡線及接點。
在另一實施例中,藉由減少在奈米結構層處的光強度來減少漫反射。當光在多層光學堆疊中傳播時,取決於各層之折射率及厚度,光強度沿光學路徑而變化。透過基於馬克斯威爾(Maxwell)方程組之計算,可確定在光學堆疊內
既定位置處之光強度。由於顆粒奈米結構係光散射及漫反射之主因,因此在設計光學堆疊時,該奈米結構層之位置應與光在該光學路徑中之最低可能強度一致。
圖13A及13B顯示相對於光強度在光學堆疊中定位奈米結構層。圖13A顯示光學堆疊(310),其包括玻璃基板(312)(RD=1.5)、50nm厚的高指數層(314)(RD=1.8)、150nm厚的低指數層(316)(RD=1.3)及空氣(318)。圖13A顯示光(320)自該低指數層側進入該光學堆疊。圖13B中顯示,在提供各層厚度及折射率之資料之情況下,以層厚度(自0至200nm)為函數,探討該光學堆疊內之光強度(圖中顯示λ=550nm)分佈(322)。應瞭解空氣(318)自該光學堆疊向右延伸,而該玻璃基板自該光學堆疊向左延伸(然僅顯示500nm的玻璃)。圖13B亦顯示以層(包括空氣)之折射率為函數之光分佈。如圖所示,光分佈之低強度(324)與高指數層(314)及低指數層(316)之間的界面一致。因此,將薄奈米結構層定位於光學堆疊(310)中之低指數層與高指數層之間將使該奈米結構層中之光強度減至最小,因此降低光散射及漫反射。
在另一實施例中,當採取步驟以減少漫反射時,可使導電膜中圖案之可見度降低。如圖14A中所示,圖案化導電膜(330)包含位於基板(350)上之奈米結構層(340),該奈米結構層(340)包括導電區(360)及非導電區(370),該等導電區比該等非導電區(例如,當該非導電區係經由完全蝕刻其中之奈米結構所形成時)具有更多奈米結構(374)。因
此,該等導電區因比該等非導電區具有更多的光散射而具有更多漫反射,因此該圖案藉由比該等非導電區看來「更乳白」而變得可見。
該圖案之可見度可與該等導電區與該等附近非導電區之間的薄層電阻之差異相關聯。通常,導電區與非導電區之間的奈米結構之數量差異越大,則來自該兩區域之散射光差異越大,該圖案之可見度便變得越高。通常,在圖案化導電膜中,非導電區之第二薄層電阻比導電區之第一薄層電阻大至少103。另外,該圖案之可見度亦可隨導電及附近非導電區之相對尺寸而變化。在如圖14A所示之規則圖案中,線間隙(378)係兩個相鄰導電區間之距離量度,即非導電區之寬度。通常,該線間隙越寬,則該圖案越可見。
圖14B顯示圖案化導電膜380,其包括插置於該奈米結構層(340)與該基板(350)之間的另一高指數層(390)。該高指數層(即,該奈米結構薄膜之下塗層)可係TiO2、SiO2或聚醯亞胺。該高指數下塗層有效減少導電區中之漫反射,但對非導電區無影響,因而減少或消除該兩區域間之光散射差異。最終結果係該圖案之可見度變低。亦可採用文中所述之減少漫反射之所有其他方法來降低圖案可見度。
下文將更詳細描述導電膜之各種組分。
通常而言,文中所述之透明導體係導電奈米結構之導電薄膜。在透明導體中,透過該等奈米結構間的連續物理接點建立一或多個導電路徑。當存在足夠的奈米結構以達到
電滲流臨限值時,形成導電奈米結構網絡。因此,該電滲流臨限值係一重要值,高於該值可獲得長程連接。
如文中所使用,「導電奈米結構」或「奈米結構」通常係指導電奈米級結構,其至少一個維度係低於500nm(更佳低於250nm、100nm、50nm或25nm)。
該等奈米結構可係任何形狀或幾何形狀。在某些實施例中,該等奈米結構係各向同性狀(即,縱橫比=1)。典型的各向同性奈米結構包括奈米顆粒。在較佳實施例中,該等奈米結構係各向異性狀(即,縱橫比≠1)。如文中所使用,「縱橫比」係指該奈米結構之長度與寬度(或直徑)間的比。該各向異性奈米結構通常具有沿其長度之縱向軸。示例性的各向異性奈米結構包括奈米線及奈米管(如文中所定義)。
該等奈米結構可係實心或中空。實心奈米結構包括(例如)奈米顆粒及奈米線。因此,「奈米線」係指實心各向異性奈米結構。通常,各奈米線之縱橫比(長度:直徑)大於10,較佳大於50,且更佳大於100。通常,該等奈米線之長度大於500nm、大於1μm或大於10μm。
中空奈米結構包括(例如)奈米管。通常,該奈米管之縱橫比(長度:直徑)大於10,較佳大於50,且更佳大於100。通常,該等奈米管之長度大於500nm、大於1μm或大於10μm。
該等奈米結構可由任何導電材料形成。最典型地,該導電材料係金屬性。該金屬材料可係元素金屬(例如,過渡
金屬)或金屬化合物(例如,金屬氧化物)。該金屬材料亦可係雙金屬材料或金屬合金,其包含兩種或更多類型的金屬。適宜的金屬包括(但不限於)銀、金、銅、鎳、鍍金之銀、鉑及鈀。該導電材料亦可係非金屬,例如碳或石墨(碳之同素異形體)。
一般而言,導電膜通常係呈多膜組態,且至少包括塗佈於基板上之奈米結構層。該奈米結構層係藉由將包含液體載劑及複數個導電奈米結構(如下文更詳細描述)之塗料組合物(亦稱作「墨水組合物」)沈積於基板上來形成。除該奈米結構層以外,該導電膜可另外包含一或兩個與該奈米結構層緊鄰之膜(即,上塗層及/或下塗層)。
該奈米結構層或薄膜包含隨機分佈且彼此互連的奈米結構。當該等奈米結構之數量達到滲流臨限值時,該薄膜係導電性。該墨水組合物之其他非揮發性組分包括(例如)一或多種黏結劑,界面活性劑及其他黏度改良劑可形成該導電膜之部分。
分散用之液體載劑可係水、醇、酮或其組合。示例性的醇可包括異丙醇(IPA)、乙醇、二丙酮醇(DAA)或IPA及DAA之組合。示例性的酮可包括甲基乙基酮(MEK)及甲基丙基酮(MPK)。
該等界面活性劑用於減少該等奈米結構之聚結。適宜界面活性劑之代表性實例包括氟界面活性劑,例如ZONYL®界面活性劑(包括ZONYL® FSN、ZONYL® FSO、ZONYL®
FSA、ZONYL® FSH(DuPont Chemicals,Wilmington,DE)及NOVECTM(3M,St.Paul,MN)。其他示例性的界面活性劑包括以烷基酚乙氧基化物為主之非離子界面活性劑。較佳的界面活性劑包括(例如)辛基酚乙氧基化物(例如TRITONTM(x100、x114、x45))及壬基酚乙氧基化物(例如TERGITOLTM(Dow Chemical Company,Midland MI))。其他示例性的非離子界面活性劑包括炔系界面活性劑(例如DYNOL®(604、607)(Air Products and Chemicals,Inc.,Allentown,PA))及正十二烷基β-D-麥芽糖苷。
該黏結劑在該墨水組合物中作為黏度改良劑且可在塗佈方法期間影響其流變性。該黏結劑亦有助於使該等奈米結構固定於基板上。適宜黏結劑之實例包括羥丙基甲基纖維素(HPMC)、甲基纖維素、黃原膠、聚乙烯醇、羧甲基纖維素及羥乙基纖維素。
在特定實施例中,該塗料溶液中界面活性劑對黏結劑之重量比較佳係介於約80:1至約0.01:1之範圍內;該黏結劑對該等導電奈米結構之重量比較佳係介於約5:1至約0.000625:1之範圍內;且該等導電奈米結構對該界面活性劑之重量比較佳係介於約560:1至約5:1之範圍內。可根據該基板及使用的塗佈方法修改該塗料溶液之組分比。該塗料溶液之較佳黏度範圍係約1至100cP。
在一實施例中,該塗料溶液可最初包含用於促進薄膜形成之黏結劑(例如HPMC)。然而,可(藉由沖洗或電漿處理)移除該黏結劑,然後使該等奈米結構形成不連續層。
該導電膜之導電性通常係由「薄層電阻」(其以Ohm/平方(或「ohm/sq」)表示)來測定。該薄層電阻係至少表面負荷密度、該等奈米結構之尺寸/形狀及該等奈米結構成分之固有電性質之函數。如文中所使用,若薄膜具有不高於108ohm/sq之薄層電阻,則將其視為導電性。較佳地,該薄層電阻不高於104ohm/sq、3,000ohm/sq、1,000ohm/sq或350ohm/sq或100ohm/sq。通常,由金屬奈米結構形成之導電網絡之薄層電阻係位於以下範圍內:10ohm/sq至1000ohm/sq、100ohm/sq至750ohm/sq、50ohm/sq至200ohm/sq、100ohm/sq至500ohm/sq、或100ohm/sq至250ohm/sq、或10ohm/sq至200ohm/sq、10ohm/sq至50ohm/sq、或1ohm/sq至10ohm/sq。就文中所述之光電裝置而言,該薄層電阻通常低於1000ohm/sq、或低於500ohm/sq、或低於100ohm/sq、或低於50ohm/平方、或低於20ohm/平方、或低於10ohm/平方。
在光學上,該等以奈米結構為主之透明導體在可見區(400nm-700nm)具有高光透射率。通常,當該透明導體在可見區之光透射率大於70%(或更通常大於85%)時,則將該透明導體視為光學透明。更佳地,光透射率係大於90%、大於93%或大於95%。如文中所使用,除非另有指示,否則導電膜係光學透明(例如透射率大於70%)。因此,透明導體、透明導電膜、層或塗層、導電膜、層或塗層、及透明電極係可互換使用。
混濁度係光學透明度之一指數。混濁度係因整體及表面
粗糙度效應引起之向前光散射及反射/折射所導致。通常,文中所述之透明導電膜具有低於3%(或低於2%、或低於1%)之渾濁度值。除非另有指示,否則文中所述及主張之既定透明導體之混濁度值係根據ASTM D 1003-07,「透明塑膠之混濁度及光透射率的標準測試方法(Standard Test Method for Haze and Luminous Transmittance of Transparent Plastics」以光學方式測定。
基板支撐奈米結構膜。在某些實施例中,該基板係其上直接塗佈墨水組合物以形成如文中所定義之奈米結構膜之支撐物。在其他實施例中,於塗佈墨水組合物之前先將中間層(即下塗層)塗佈於該基板上。
該基板可係剛性或可撓性。剛性基板之實例包括玻璃、聚碳酸酯類、丙烯酸系類及其類似物。可撓性基板之實例包括(但不限於):聚酯類(例如,聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚酯萘二甲酸酯及聚碳酸酯)、聚烯烴類(例如,直鏈、分支鏈及環狀聚烯烴)、聚乙烯基類(例如,聚氯乙烯、聚二氯亞乙烯、聚乙烯縮醛、聚苯乙烯、聚丙烯酸酯及其類似物)、纖維素酯基材(例如,三乙酸纖維素及乙酸纖維素)、聚碸類(例如聚醚碸、聚醯亞胺、聚矽氧)及其他習知聚合物薄膜。
根據(例如)Y.Sun,B.Gates,B.Mayers,& Y.Xia「Crystalline silver nanowires by soft solution processing」(Nanoletters 2(2):165-168,2002)中所述之「多元醇」方法,藉由於聚(乙烯吡咯啶酮)(PVP)之存在下溶解於乙二醇中之硝酸銀的還原反應來合成銀奈米線。共同待審及共同持有之美國專利申請案第11/766,552號中所述之改良之多元醇方法比該習知之「多元醇」方法以更高產率製造更多均勻銀奈米線。此申請案以全文引用之方式併入本文中。所得奈米線主要具有約13μm至約17μm的長度及約25至45nm的直徑。
用於沈積金屬奈米線之典型塗料組合物包含(以重量計)0.0025%至0.1%界面活性劑(例如,ZONYL® FSO-100的較佳範圍係0.0025%至0.05%)、0.02%至4%黏度改良劑(例如,羥丙基甲基纖維素(HPMC)的較佳範圍係0.02%至0.5%)、94.5%至99.0%溶劑及0.05%至1.4%金屬奈米線。
可根據該等奈米線之所需濃度(其係於該基板上形成的最終導電膜之負荷密度之指數)來製備該塗料組合物。
可根據(例如)共同待審之美國專利申請案第11/504,822號中所述之方法,將該塗料組合物沈積於基板上。
如熟悉此項技術者所瞭解,可採用其他沈積技術,例如藉由窄通道計量之沉降流、模具流、斜流、狹縫式塗佈、凹版塗佈、微凹版塗佈、液滴塗佈、浸塗、狹縫模具式塗
佈及類似方法。亦可使用印刷技術將墨水組合物直接印刷至具有或不具有圖案之基板上。例如,可採用噴墨、膠版印刷及絲網印刷。應進一步瞭解該流體之黏度及剪切行為以及該等奈米線之間之相互作用會影響沈積奈米線之分佈及互連性。
製備樣品導電奈米結構分散物,其包含如實例1製造之銀奈米線、界面活性劑(例如,Triton)及黏度改良劑(例如,低分子量HPMC)及水。該最終分散物包括約0.4%銀及0.4% HPMC(以重量計),即重量比係1:1。
如圖15中示意性顯示,可使用附接150mm積分球(410)之PerkinElmer Lambda 650 UV/Vis分光光度計(400)來測量漫反射。將樣品裝置於反射端口(430)上之後端樣品架(420)中。入射光(440)穿過透射端口(444)進入該球並自該樣品以8度角反射回並被球(410)收集。當鏡面光端口(450)關閉時,於探測器(470)處測量包括鏡面反射(454)及漫反射(460)之總反射。當鏡面光端口(450)開放時(此允許鏡面成分經由開放鏡面端口離開該球),測量漫反射。
製備包含0.1%銀奈米線、0.2% HPMC及250ppm TRITONTM x-100之墨水組合物。將該墨水旋塗於玻璃基板上(1200rpm/30s)。獲得250-270ohm/sq之透明導電膜。
製備三個樣品。所有樣品皆經歷Ar電漿處理(300瓦特持續90s)。使用分別具有RD=1.5及RD=1.21之上塗層塗佈該等樣品中之兩者。該等樣品之漫反射顯示於圖16中。如圖所示,具有裸線(即,Ar電漿處理移除黏結劑及該等導線上之任何塗層)之樣品尤其在380nm具有最低漫反射。具有低指數上塗層(RD=1.21)之樣品比具有更高指數上塗層(RD=1.5)之樣品具有更低漫反射。
樣品1:於具有不同線間隙之玻璃基板上製得若干以銀奈米線為主之導電膜(參見例如圖14A)。該等導電區中之薄層電阻係120ohm/sq。該等非導電區經完全蝕刻,導致該基板上無或極少奈米結構殘留。
樣品2:作為比較,製得若干具有插置於奈米結構層與基板之間之高指數下塗層(TiO2)之導電膜。所有其他參數與樣品1相同。
自該奈米線層之側面目視檢查該等薄膜。表3顯示目視檢查結果。
可結合上述各種實施例以提供其他實施例。此說明書中所引用及/或申請案資料單(Application Data Sheet)中所列
示之美國專利案、美國專利申請公開案、美國專利申請案、外國專利案、外國專利申請案及非專利公開案之全部係以全文引用之方式併入本文中。若有必要採用各種專利案、申請案及公開案之概念時,則可修飾該等實施例之態樣以提供其他實施例。
可根據以上詳細描述對該等實施例進行此等及其他改變。一般而言,在以下申請專利範圍中,不應將所使用之術語解釋為將該等申請專利範圍限於本說明書及該等申請專利範圍中所揭示之具體實施例,而係應解釋為包括所有可能的實施例及該等申請專利範圍享有的等效物之全部範圍。因此,該等申請專利範圍不受本揭示內容限制。
10‧‧‧ITO觸控感應器
12‧‧‧以奈米線為主之觸控感應器
14‧‧‧LCD模組
20‧‧‧ITO觸控感應器之全反射
22‧‧‧以奈米線為主之觸控感應器之全反射
24‧‧‧ITO觸控感應器之漫反射
26‧‧‧以奈米線為主之觸控感應器之漫反射
30‧‧‧光學堆疊
32‧‧‧表面
34‧‧‧透明導電膜
36‧‧‧基板
38‧‧‧導電奈米結構
40‧‧‧透明絕緣介質
41‧‧‧入射光
42‧‧‧外部光源
43‧‧‧反射光
44‧‧‧反射角
45‧‧‧反射光
46‧‧‧入射角
48‧‧‧觀測者
50‧‧‧觸控面板顯示器
54‧‧‧觸控感應器
58‧‧‧LCD模組
62‧‧‧頂部玻璃蓋
66‧‧‧第一光學透明黏著層
70‧‧‧第一透明導電膜
74,84‧‧‧導電奈米結構
78‧‧‧絕緣介質
80‧‧‧第二透明導電膜
82‧‧‧第一基板
86‧‧‧第二光學透明黏著層
92‧‧‧第二基板
96‧‧‧間隔物
100‧‧‧間隙
102‧‧‧整體光學堆疊
114‧‧‧折射率流體
118‧‧‧光學堆疊
120‧‧‧光學透明黏結層
124‧‧‧光學堆疊
128‧‧‧最外覆蓋層
130‧‧‧光學堆疊
132‧‧‧導電膜
134‧‧‧導電奈米結構
138‧‧‧絕緣介質
140‧‧‧光學堆疊
142‧‧‧導電膜
143‧‧‧奈米結構層
144‧‧‧上塗層
150‧‧‧光學堆疊
151‧‧‧奈米結構層
152‧‧‧導電膜
154‧‧‧下塗層
160,164‧‧‧導電膜
170‧‧‧玻璃蓋
174,176‧‧‧奈米結構層
180‧‧‧下塗層
184‧‧‧導電膜
188‧‧‧下塗層
190‧‧‧聚醯亞胺下塗層
200‧‧‧導電膜
204‧‧‧基板
208‧‧‧下塗層
212‧‧‧奈米結構層
216‧‧‧奈米結構
220‧‧‧絕緣介質
224‧‧‧上塗層
226‧‧‧入射光
228‧‧‧中間層
230‧‧‧光學堆疊
234‧‧‧低指數上塗層
238‧‧‧高指數下塗層
240‧‧‧觸控螢幕顯示器
244‧‧‧觸控感應器
246‧‧‧光學透明黏結層
248‧‧‧LCD模組
252‧‧‧高折射率頂蓋
256‧‧‧玻璃蓋
260‧‧‧第一OCA層
264‧‧‧第一導電膜
268‧‧‧第一基板
272‧‧‧第一奈米結構層
274‧‧‧奈米結構
275‧‧‧絕緣介質
276‧‧‧上塗層
280‧‧‧下塗層
284‧‧‧第二OCA層
288‧‧‧第二導電膜
292‧‧‧第二基板
296‧‧‧第二奈米結構層
300‧‧‧上塗層
304‧‧‧下塗層
308‧‧‧外部光
310‧‧‧光學堆疊
312‧‧‧玻璃基板
314‧‧‧高指數層
316‧‧‧低指數層
318‧‧‧空氣
320‧‧‧光
322‧‧‧光強度分佈
324‧‧‧光分佈之低強度
330‧‧‧圖案化導電膜
340‧‧‧奈米結構層
350‧‧‧基板
360‧‧‧導電區
370‧‧‧非導電區
374‧‧‧奈米結構
378‧‧‧線間隙
380‧‧‧圖案化導電膜
390‧‧‧高指數層
410‧‧‧150nm積分球
420‧‧‧樣品架
430‧‧‧反射端口
440‧‧‧入射光
444‧‧‧透射端口
450‧‧‧鏡面光端口
454‧‧‧鏡面反射
460‧‧‧漫反射
470‧‧‧探測器
500,600‧‧‧光學堆疊
504,604‧‧‧以奈米結構為主之透明導體
510,610‧‧‧保護性上塗層
514,614‧‧‧奈米結構層
518,618‧‧‧導電奈米結構
524,624‧‧‧基板
530,630‧‧‧基礎堆疊
540,640‧‧‧層壓型堆疊
550,650‧‧‧低指數OCA
554,654‧‧‧低指數OCA
560,660‧‧‧釋離層
620‧‧‧高指數下塗層
700‧‧‧層壓方法
710~760‧‧‧步驟
圖1顯示位於LCD模組上之以ITO為主之觸控感應器及以奈米結構為主之觸控感應器之並列視圖。
圖2A分別顯示該ITO觸控感應器及該以奈米結構為主之觸控感應器的全反射及漫反射。
圖2B及2C示意性顯示兩種不同導電膜定向之鏡面反射及漫反射。
圖3顯示典型以奈米結構為主之觸控面板顯示器。
圖4A顯示根據本發明之一實施例,其中觸控感應器與LCD模組之間的間隙經填充指數流體。
圖4B顯示其中觸控感應器與LCD模組之間的間隙經填充空氣的觸控面板顯示器與該間隙經填充水的觸控面板顯示器之漫反射比較。
圖4C顯示根據本發明之另一實施例,其中觸控感應器與LCD模組之間的間隙經填充光學透明黏結或黏著層。
圖4D顯示觸控感應器與LCD模組之間的間隙經填充各種指數流體之觸控面板顯示器之漫反射。
圖5A顯示根據另一實施例之光學堆疊,其包括高指數最外覆蓋層。
圖5B顯示具有與不具有高指數最外覆蓋層之光學堆疊中漫反射之比較結果。
圖6A顯示一光學堆疊及其以奈米結構為主之導電膜之放大視圖。
圖6B顯示具有與不具有黏結劑之導電膜中漫反射之比較結果。
圖6C顯示具有黏結劑之導電膜與其中黏結劑已藉由沖洗移除之導電膜及已經電漿處理之導電膜相比之漫反射的比較結果。
圖6D顯示具有不同奈米結構/黏結劑比之導電膜之漫反射的比較結果。
圖6E顯示具有不同奈米結構/黏結劑比之導電膜之混濁度的比較結果。
圖6F顯示具有不同奈米結構/黏結劑比之導電膜與其中黏結劑已被移除之相同導電膜之漫反射比較。
圖6G及6H顯示具有不同薄層電阻及不同奈米結構/黏結劑比之導電膜之漫反射比較結果。
圖7A顯示一光學堆疊及其包括上塗層之以奈米結構為主
之導電膜之放大視圖。
圖7B顯示具有不同上塗層之導電膜之漫反射比較結果。
圖7C顯示具有不同厚度的HPMC上塗層之導電膜之漫反射比較結果。
圖8A顯示一光學堆疊及其包括下塗層之以奈米結構為主之導電膜之放大視圖。
圖8B-8D顯示具有與不具有高指數下塗層之導電膜之漫反射比較結果。
圖8E顯示包括不同厚度的下塗層之導電膜之漫反射比較結果。
圖9A-9C顯示各種導電膜組態,其各包括上塗層及下塗層。
圖10顯示根據本發明一實施例之光學堆疊。
圖11A-11B顯示根據本發明一實施例之層壓型觸控面板感應器堆疊。
圖12顯示根據本發明一實施例之層壓方法。
圖13A及13B顯示光學堆疊中之光強度分佈。
圖14A及14B說明其中藉由併入高指數下塗層可使圖案化導電膜具有低可視性圖案之一實施例。
圖15示意性顯示一種測量漫反射之方法。
圖16顯示具有黏結劑之導電膜與其中黏結劑已藉由沖洗移除之導電膜及已經電漿處理之導電膜相比之漫反射的比較結果。
50‧‧‧觸控面板顯示器
54‧‧‧觸控感應器
58‧‧‧LCD模組
62‧‧‧頂部玻璃蓋
66‧‧‧第一光學透明黏著層
70‧‧‧第一透明導電膜
74,84‧‧‧導電奈米結構
78‧‧‧絕緣介質
80‧‧‧第二透明導電膜
82‧‧‧第一基板
86‧‧‧第二光學透明黏著層
92‧‧‧第二基板
96‧‧‧間隔物
102‧‧‧整體光學堆疊
114‧‧‧折射率流體
Claims (16)
- 一種光學堆疊,其包含,至少一個奈米結構層;及至少一個與該奈米結構層相鄰之基板,其中該奈米結構層包括複數個導電奈米結構,其係以使該基板比該複數個導電奈米結構更接近入射光之方式定向,且其中當自該光學堆疊與該入射光之同側觀測時,入射光之漫反射係低於該入射光之6%,該奈米結構層另外包含包埋該複數個導電奈米結構之絕緣介質。
- 如請求項1之光學堆疊,其中該絕緣介質具有低於1.5之折射率。
- 如請求項2之光學堆疊,其中該絕緣介質係空氣。
- 如請求項1至3中任一項之光學堆疊,其中該等個別導電奈米結構不具有有機塗層。
- 如請求項1至3中任一項之光學堆疊,其中該等個別導電奈米結構具有低指數有機塗層。
- 如請求項1之光學堆疊,其中該絕緣介質係羥丙基甲基纖維素(HPMC),且該複數個導電奈米結構係銀奈米線,且其中羥丙基甲基纖維素(HPMC)與該複數個導電奈米結構之重量比係約1:1,且該奈米結構層具有低於100ohm/sq之薄層電阻。
- 如請求項1之光學堆疊,其另外包含插置於該基板與該奈米結構層之間之上塗層,其中該上塗層具有1.5或更小之折射率。
- 如請求項7之光學堆疊,其中該上塗層與該絕緣介質的材料相同。
- 如請求項7之光學堆疊,其中該上塗層具有1.45或更小之折射率。
- 如請求項1、7至9中任一項之光學堆疊,其另外包含緊鄰襯墊該奈米結構層之下塗層,其中該下塗層具有比該絕緣介質更高之折射率。
- 如請求項10之光學堆疊,其中該下塗層具有至少1.65之折射率。
- 如請求項11之光學堆疊,其中該下塗層包含TiO2、聚醯亞胺、SiO2或ZnO2。
- 如請求項1、7至9中任一項之光學堆疊,其另外包含最外覆蓋層,該最外覆蓋層係最接近入射光且具有至少1.7之折射率。
- 如請求項13之光學堆疊,其中該最外覆蓋層係TiO2層。
- 如請求項1、7至9中任一項之光學堆疊,其中該奈米結構層包括導電區及非導電區,該導電區具有第一薄層電阻,且該非導電區具有第二薄層電阻,其中該第二薄層電阻比該第一薄層電阻高至少103。
- 一種顯示器,其包含如請求項1至3、6至9中任一項之光學堆疊及LCD模組,該光學堆疊與該LCD模組界定一空間,其中該空間經折射率大於1之指數流體或透明光學黏結材料填充。
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