WO2010108692A2 - Elektrische funktionsschicht, herstellungsverfahren und verwendung dazu - Google Patents

Elektrische funktionsschicht, herstellungsverfahren und verwendung dazu Download PDF

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WO2010108692A2
WO2010108692A2 PCT/EP2010/001917 EP2010001917W WO2010108692A2 WO 2010108692 A2 WO2010108692 A2 WO 2010108692A2 EP 2010001917 W EP2010001917 W EP 2010001917W WO 2010108692 A2 WO2010108692 A2 WO 2010108692A2
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Alexander Knobloch
Andreas Ullmann
Jasmin WÖRLE
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B5/00—Non-insulated conductors or conductive bodies characterised by their form
    • H01B5/14—Non-insulated conductors or conductive bodies characterised by their form comprising conductive layers or films on insulating-supports

Definitions

  • the invention relates to an electrical functional layer, in particular a layered body, and to processes for the production and uses thereof.
  • ITO indium tin oxide
  • resistive touchscreens two opposing conductive layers are contacted by pressure (touch at a particular location) and resistance detection identifies the pressure point. Since these touchscreens are always associated with a stored image (display and / or graphics), a high transparency and for the determination of the pressure point sufficient conductivity is required. So far, these laminates are made of ITO, for example on a plastic film.
  • a disadvantage of the known electrical functional layers of ITO is that the material is very expensive, whereby either the transparency or the electrical conductivity can be optimized.
  • resistive touchscreens with the conventional ITO layers can only realize a "one-touch" function, ie only one x and y coordinate can be detected since the control unit can always process only one signal or one position.
  • Object of the present invention is therefore to provide an electrical functional layer, which has a higher transparency and at the same time a higher electrical conductivity and overcomes the disadvantages of the prior art, as well as manufacturing processes thereto, which are inexpensive and suitable for mass production.
  • the subject matter of the present invention is an electrical functional layer in which conductive, non-transparent webs with a thickness in the range of 2 nm to 5 ⁇ m, forming a pattern parallel to the surface of a transparent carrier, are arranged such that a printed conductor spacing is realized in the pattern, the planar conductivity of the electrical functional layer while ensuring transparency to the human eye guaranteed.
  • the invention provides a process for producing a transparent and electrically conductive functional layer, wherein electrically conductive, non-transparent webs are produced on a transparent substrate by structured application, coating and subsequent structuring, embossing and / or printing.
  • the invention relates to the use of a functional layer according to the invention in a resistive touch screen.
  • the width of the non-transparent conductive paths in the range between 1 .mu.m to 40 .mu.m, preferably between 5-25 microns.
  • an electrically conductive substance is referred to as "conductive.”
  • the conductive paths are always at least electrically conductive tracks.
  • the pattern is segmented on the functional layer, wherein the width of a segment is, for example, in the range of 500 ⁇ m to 15 mm, preferably from 1 mm to 3 mm.
  • the conductor track spacing is in the range of 10 .mu.m to 5 mm, preferably 300 .mu.m to 1 mm. If the track spacing is in these ranges, conspicuous diffraction effects are avoided on the one hand, and on the other hand, the pattern areas are not visible in detail since the subdivision is below the resolution limit of the human and unaided eye.
  • the segment distance is in the range of 10 microns to 2 mm, preferably from 100 microns to 1 mm.
  • the thickness of the conductive paths which would be recognizable on the transparent carrier layer as elevation at sufficiently high resolution in cross section or side view, is in the range of 2 nm-5, preferably in the range of 3 nm to 5 ⁇ m, particularly preferably between 40 nm -1 ⁇ m.
  • the material of the conductive path is, for example, metal, preferably copper or silver. Not all conductive tracks are made of the same material, so patterning may involve the formation of a layer of conductive tracks of a different material than the overlying layer forming a pattern with the lower layer.
  • the pattern of conductive paths is connected by a transparent and usually very thin, possibly even poorly, but for consistently conductive, layer.
  • the pattern of conductive tracks may be embedded in the layer or the layer connects only the conductive tracks electrically conductive such that a continuous and conductive surface results.
  • This layer is made of a transparent, electrically conductive material, for example of indium tin oxide (ITO), another metal oxide, such as zinc oxide, or of an organic based material such as PEDOT (in any dopants), a nanoparticle filled material or other materials, which are transparent and electrically conductive.
  • This layer is preferably very thin, for example, the thickness of the layer in the range of 5 to 500 nm, preferably from 10 to 100 nm.
  • a further embodiment according to the invention is an electrical functional layer with two, preferably opposite, terminal electrodes, in which at least two conductive tracks are arranged parallel to the surface of a transparent carrier and between the terminal electrodes, so that they connect the terminal electrodes to one another by the conductive ones Traces produced pattern has a track distance, which ensures conductivity of the electrical functional layer while transparency to the human eye.
  • the transparent support is preferably but not limited to a transparent film, in particular a flexible film and very preferably a plastic film, for example a film of a polyolefin such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyvinyl chloride (PVC), polystyrene (PS), Pad (PE) and / or polycarbonate (PC).
  • a polyolefin such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyvinyl chloride (PVC), polystyrene (PS), Pad (PE) and / or polycarbonate (PC).
  • Flexible carriers have the advantage that they can be printed, for example, in a continuous production process, for example via a roll-to-roll process.
  • the transparent support may also be an electrically conductive
  • Functional layer according to the invention or else another transparent and conductive layer, for example from ITO, another metal oxide such as zinc oxide, or an organic based material such as PEDOT (in any dopants), a nanoparticle filled material, or other materials that are transparent and electrically conductive.
  • another transparent and conductive layer for example from ITO, another metal oxide such as zinc oxide, or an organic based material such as PEDOT (in any dopants), a nanoparticle filled material, or other materials that are transparent and electrically conductive.
  • the conductive tracks may be made of any electrically conductive material or a mixture of multiple materials.
  • the tracks are made of metal, in particular of silver, copper, gold, aluminum, etc. and / or of an alloy or a conductive paste, as well as of any other conductive material, for example an organic compound with mobile charge carriers such as polyaniline, polythiophene and others , Of course, all materials can be doped.
  • the conductive paths may be made of different materials.
  • connection electrodes can likewise be constructed from all materials customary for electrodes. Particular preference is given to connection electrodes made of copper and / or silver.
  • the terminal electrodes and / or the conductive tracks may still be provided with a contact reinforcement, which serves for better signal transmission.
  • a contact reinforcement which serves for better signal transmission.
  • This can for example be made of conductive silver or carbon black.
  • the conductive tracks are preferably applied in high-resolution patterns on the transparent support.
  • the conductive paths are usually not or only semi-transparent, so that the transparency that these structures have on the transparent support to the human eye is achieved by the high-resolution structures and not by a transparency of the conductive material itself.
  • Particular emphasis is placed on avoiding any moire effects that occur, for example, when depositing a display.
  • Moire effect is the optical phenomenon in which non-existent lines appear by superposition of several patterns. It occurs in particular with identical patterns and / or with periodically repeating patterns. In touch-screen applications, the moire effect can occur by superposition of the display pixel matrix with the overlying conductive pattern according to the invention. Therefore, it is preferably avoided to create parallel straight lines in the patterning of the conductive traces.
  • the unwanted moire effect is also counteracted by the fact that, according to an advantageous embodiment, is dispensed with straight lines and wavy and / or jagged lines are selected with, for example, aperiodic or random structure sequence.
  • Preferred embodiments form patterns with, for example:
  • the webs can be produced by printing, embossing, offset, or the like.
  • the structuring can also be produced by printing with a conductive paste containing, for example, metal and / or an alloy and / or carbon in an electrically conductive modification.
  • Organic conductive materials can also be applied by simply printing in appropriate paths.
  • the transparent electrically conductive functional layer is used for producing resistive multi-touch screens, individual single-surface conductive segments having conductive patterns being present on the transparent functional layer, which can be read out individually and / or individually contacted.
  • the segments are characterized by the fact that they can be electrically contacted separately.
  • the individual segments can be designed as desired, for example, they can also be strip-shaped.
  • the division into segments is preferably also continued and / or imaged during the contacting at the connection electrodes, so that here again in multi-touch screens a corresponding division of the connections into segments is made.
  • contact amplifiers are provided in addition to the terminal electrodes, these are also segmented in corresponding multi-touch applications, ie, for example, also strip-shaped, so that activation of a segment is always readable as a single optionally amplified signal.
  • the surface coverage of the transparent carrier with conductive paths can vary within a certain range, for example, with a surface coverage of 20% by the choice of the corresponding thin conductor track and the corresponding structure still be made transparent to the human eye functional layer.
  • the area occupancy is preferably in the range of 3 to 15%, in particular less than 10%.
  • Figures Ia and 1b show uniform patterns of conductive
  • Figures 2a and 2b show uneven patterns
  • FIG. 3 shows the structure of the electrical functional layer in FIG.
  • Cross-section Figure 4 shows an electrical functional layer with several
  • FIG. 5 shows an electrical functional layer
  • FIG. 6 shows an electrical functional layer with connection electrodes in cross section
  • FIG. 7 shows two separated by spacers electrical
  • FIG. 8 shows an exemplary embodiment with segmented conductive regions.
  • FIG. 9 shows a stack of electrical functional layers with segmented conductive regions with different
  • FIG. 10 shows a stack of electrical functional layers with segmented conductive regions with identical grids.
  • FIG. 11 shows a corner of a foil made of an electrical one
  • Figures Ia and Ib show examples of patterns of conductive webs 1 on a transparent support (not visible because transparent!
  • Figures 2a and 2b show examples of patterns such as figure i, but here, in order to avoid Moire, none of the electrically conductive paths is parallel to another.
  • Figure 3 shows a cross-sectional view with the transparent substrate 2, which is a transparent film, as is usual for substrates, but may also be a transparent electrically conductive layer in a corresponding thickness. On top of this is the pattern of conductive webs 1.
  • FIG. 4 shows the same cross-sectional view as FIG. 3, but apart from the conductive tracks 1 and the substrate 2, there is also the transparent, thin additional layer 3, which produces the areal conductivity in conventional substrates, and a further additional layer 4 on the back side of the substrate 2, which is, for example, an anti-reflection layer.
  • FIG. 5 shows how the position of the conductive tracks relative to the terminal electrodes can be selected such that all current paths of the pattern are equally loaded. In this case, in particular, it is avoided that conductive tracks are arranged parallel to the terminal electrodes.
  • FIG. 6 shows the exemplary embodiment according to FIG. 5 in FIG.
  • connection electrodes 6 can still be seen.
  • Figure 7 shows a structure of two electrical functional layers according to the invention, for example, for use as a transparent resistive touch panel, wherein two functional layers 8, as shown for example in Figure 5, so stacked and connected with spacers 7, that under pressure creates a short circuit, the can be evaluated as a signal.
  • the spacers 7 are also called Spacer Dots 7.
  • the two functional layers touch each other and either an electrical contact is created or the resistance changes.
  • the resistance of the contact creates a different voltage at each point.
  • the voltage change can then be used to determine the coordinates x and y.
  • FIG. 8 shows a segmented electrical functional layer 10, in which individual electrically conductive segments 9 are arranged at a certain segment spacing 11 relative to one another on a transparent substrate (not visible, since top view and FIG Substrate transparent! Are arranged.
  • the individual segments 9 each have contact amplifiers 12 to the terminal electrodes (not shown here). As shown, the individual segments are electrically connected separately.
  • the individual electrical functional layers can be produced, for example, on separate substrates.
  • the tops are then joined together and / or laminated.
  • FIG. 9 shows a view similar to FIG. 7, except that one of the two functional layers 8 according to FIG. 5 has been replaced by a segmented functional layer 10 according to FIG.
  • the second electrical functional layer is a functional layer 8 according to FIG. 5, which is not segmented. Again, the spacers 7 can be seen again.
  • FIG. 10 shows a view like FIG. 9, but with both functional layers being segmented.
  • the two functional layers are separated again by spacers 7.
  • By contact amplifier 12 all segments are individually controlled.
  • FIG. 11 shows the same design as FIG. 10, but with only one-sided electrical connection possibility.
  • the ranges given here for the width of the conductive paths, the distance of the conductive paths, the segment width, and the distance of the segments in multi-touch-capable embodiments can also be average values of the entirety.
  • the pattern is chosen so that as far as possible all existing interconnects as evenly as possible when applying a voltage.
  • the conductive tracks are preferably placed so that the conductive paths so cut, that the current flows evenly in both directions from the conductor crossings. This is realized, for example, in the case of a tilted check pattern in which the lines are guided at 45 ° to the connection electrodes at the edges.
  • the transparent functional layer is preferably formed with spacer dots so that it can be used in a touchscreen.
  • both or even only one of the two conductive layers can be replaced by the transparent conductive functional layer according to the invention.
  • a combination with a conventional layer of ITO is possible.
  • the transparent conductive functional layer can be used, for example, in touchscreens.
  • touchscreens There are different technologies for touchscreens, with the area of resistive touchscreens having a large market share.
  • Resistive touchscreens usually comprise two opposing conductive layer bodies (x and y layer), which have hitherto mostly formed of ITO, and which are driven with a constant DC voltage. Between the Schichtkorper are spacers, so-called spacer dots, which ensure a separation of the two layers.
  • the spacer dots generally have a diameter of less than 20 ⁇ m, from 0.1 to 5 ⁇ m, from 0.2 to 2 ⁇ m and in particular from 0.3 to 0.5 ⁇ m.
  • the conventional ITO layers are replaced by the high-resolution structured transparent conductive functional layer described here for the production of touch screens, the remaining assembly and assembly of the touch screens remains unchanged.
  • the first time it is also possible for the first time to obtain resistive touchscreens with a multi-touch function, that is to say that a plurality of x and y positions can be detected and read out at the same time.
  • a layout is selected, which is subdivided into different subsegments, which are each contacted separately and so can be read out individually.
  • the distance between the segments can be chosen differently and is preferably chosen in connection with the grid width of the structure.
  • the present invention is also suitable for uses such as transparent electrodes in solar cells, or generally photoactive cells, in organic light emitting diodes, (eg OLED Lightning), touch screens, heaters in slices (eg windscreen of a car, fog-free mirrors, etc.) ,
  • the invention disclosed herein makes it possible for the first time to produce thin conductive electrical functional layers for use in resistive touch screens, for example in a printing process.
  • the functional layer with an occupancy of 5% and sufficient conductivity, is still 95% transparent to the human eye.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine transparente elektrisch leitfähige Funktionsschicht, insbesondere einen Schichtkörper. Durch die Erfindung ist es erstmals möglich, dünne leitfähige Funktionsschichten zur Verwendung in resistiven Touchscreens beispielsweise in einem Druck-Prozess herzustellen. Beispielsweise wirkt die Funktionsschicht bei einer Belegung von 5% und ausreichender Leitfähigkeit immer noch zu 95% transparent für das menschliche Auge.

Description

T/49716W0/NZ/FR-gg
PoIyIC GmbH & Co. KG, Tucherstraße 2, 90763 Fürth, DE
Elektrische Funktionsschicht, Herstellungsverfahren und
Verwendung dazu
Die Erfindung betrifft eine elektrische Funktionsschicht, insbesondere einen Schichtkörper, sowie Verfahren zur Herstellung und Verwendungen dazu.
Für die Herstellung von sensorisch gesteuerten resistiven Touchscreens werden transparente leitfähige und gegebenenfalls auch strukturierte Funktionsschichten benötigt, welche bislang aus transparentem ITO (Indium-Zinn- Oxid) gefertigt werden. Bei resistiven Touchscreens werden zwei sich gegenüberliegende leitfähige Schichten durch einen Druck (Berührung an einem bestimmten Ort) in Verbindung gebracht und über Widerstandsermittlung wird der Druckpunkt identifiziert. Da diese Touchscreens immer mit einer hinterlegten Abbildung (Display und/oder Graphik) verknüpft sind, wird eine hohe Lichtdurchlässigkeit und für die Ermittlung des Druckpunktes eine ausreichende Leitfähigkeit gefordert. Bislang werden diese Schichtkörper aus ITO, beispielsweise auf einer Kunststoff-Folie, gefertigt.
Nachteilig an den bekannten elektrischen Funktionsschichten aus ITO ist, dass das Material sehr teuer ist, wobei entweder die Transparenz oder die elektrische Leitfähigkeit optimiert werden kann. Außerdem können resistive Touchscreens mit den herkömmlichen ITO-Schichten nur eine „One-Touch" Funktion realisieren, d.h. es kann immer nur eine x- und y-Koordinate erfasst werden, weil die Steuereinheit immer nur ein Signal oder eine Position verarbeiten kann. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine elektrische Funktionsschicht zu schaffen, die eine höhere Transparenz und gleichzeitig eine höhere elektrische Leitfähigkeit hat und die Nachteile des Standes der Technik überwindet, sowie Herstellungsverfahren dazu, die kostengünstig und für Massenproduktion geeignet sind.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der vorliegenden Anmeldung, wie er durch die Beschreibung, die Figuren und die Ansprüche offenbart wird, gelöst.
Demnach ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung eine elektrische Funktionsschicht bei der leitfähige, nicht transparente Bahnen mit einer Dicke im Bereich von 2 nm bis 5 μm, parallel zur Oberfläche eines transparenten Trägers ein Muster bildend so angeordnet sind, dass in dem Muster ein Leiterbahnabstand realisiert ist, der flächige Leitfähigkeit der elektrischen Funktionsschicht bei gleichzeitiger Transparenz für das menschliche Auge gewährleistet. Außerdem ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer transparenten und elektrisch leitfähigen Funktionsschicht, wobei auf einem transparenten Substrat elektrisch leitfähige, nicht transparente Bahnen durch strukturiertes Aufbringen, Beschichten und anschließendes Strukturieren, Prägen und/oder durch Bedrucken, erzeugt werden. Schließlich ist Gegenstand der Erfindung die Verwendung einer Funktionsschicht nach der Erfindung in einem resistiven Touch-Screen.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung liegt die Breite der nicht transparenten leitfähigen Bahnen im Bereich zwischen 1 μm bis 40 μm, bevorzugt zwischen 5-25 μm.
Als „leitfähig" wird hier in der Regel ein elektrisch leitfähiger Stoff bezeichnet. Die leitfähigen Bahnen sind also vorliegend immer zumindest elektrisch leitfähige Bahnen. Bei einer Ausführungsform ist das Muster auf der Funktionsschicht segmentiert, wobei die Breite eines Segments beispielsweise im Bereich von 500 μm bis 15 mm, bevorzugt von lmm bis 3mm, liegt.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung liegt der Leiterbahnabstand im Bereich von 10 μm bis 5 mm, bevorzugt 300 μm bis 1 mm. Wenn der Leiterbahnabstand in diesen Bereichen liegt, werden einerseits auffällige Beugungseffekte vermieden und andererseits sind die Musterbereiche im einzelnen nicht sichtbar, da die Unterteilung unterhalb der Auflösungsgrenze des menschlichen und ohne Hilfsmittel blickenden Auges liegt.
Der Segmentabstand liegt im Bereich von 10 μm bis 2 mm, bevorzugt von 100 μm bis 1 mm.
Die Dicke der leitfähigen Bahnen, die auf der transparenten Trägerschicht als Erhebung bei genügend hoher Auflösung im Querschnitt oder der Seitenansicht erkennbar wären, liegt im Bereich von 2 nm - 5, bevorzugt liegt sie im Bereich von 3 nm bis 5 μm, insbesondere bevorzugt zwischen 40nm -1 μm.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist das Material der leitfähigen Bahn beispielsweise Metall, bevorzugt Kupfer oder Silber. Es liegen nicht zwangsläufig alle leitfähigen Bahnen aus dem gleichen Material vor, so kann bei einer Musterbildung eine Schicht aus leitfähigen Bahnen aus einem anderen Material als die darüberliegende, mit der unteren Schicht ein Muster bildende, Schicht sein.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist das Muster aus leitfähigen Bahnen durch eine transparente und in der Regel sehr dünne, unter Umständen auch nur schlecht, aber dafür durchgängig leitfähige, Schicht verbunden. Das Muster aus leitfähigen Bahnen kann dabei in die Schicht eingebettet sein oder die Schicht verbindet lediglich die leitfähigen Bahnen elektrisch leitend derart, dass eine durchgängige und leitfähige Fläche resultiert. Diese Schicht ist aus einem transparenten, elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise aus Indium Zinn Oxid (ITO), einem sonstigen Metalloxid, wie Zinkoxid, oder aus einem organisch basiertem Material wie PEDOT (in beliebigen Dotierungen), einem mit Nanopartikeln gefülltem Material oder weiteren Materialien, die transparent und elektrisch leitfähig sind. Diese Schicht ist bevorzugt sehr dünn, beispielsweise kann die Dicke der Schicht im Bereich von 5 bis 500 nm, bevorzugt von 10 bis 100 nm liegen.
Eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform ist eine elektrische Funktionsschicht mit zwei, bevorzugt sich gegenüberliegenden, Anschlusselektroden, bei der zumindest zwei leitfähige Bahnen parallel zur Oberfläche eines transparenten Trägers und zwischen den Anschlusselektroden so angeordnet sind, dass sie die Anschlusselektroden miteinander derart verbinden, dass das durch die leitfähigen Bahnen erzeugte Muster einen Leiterbahnabstand aufweist, der Leitfähigkeit der elektrischen Funktionsschicht bei gleichzeitiger Transparenz für das menschliche Auge gewährleistet .
Der transparente Träger ist bevorzugt aber nicht eingeschränkt auf eine transparente Folie, insbesondere eine flexible Folie und ganz bevorzugt eine Kunststofffolie, beispielsweise eine Folie aus einem Polyolefin wie Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) , Polyvinylchlorid (PVC), Polystyrol (PS), Polester (PE) und/oder Polycarbonat (PC).
Flexible Träger haben den Vorteil, dass sie beispielsweise in einem kontinuierlichen Produktionsprozess, beispielsweise über ein Rolle-zu-Rolle-Verfahren, bedruckbar sind. Der transparente Träger kann auch eine elektrisch leitfähige
Funktionsschicht nach der Erfindung oder auch eine sonstige transparente und leitfähige Schicht, beispielsweise aus ITO, einem sonstigen Metalloxid, wie Zinkoxid, oder aus einem organisch basiertem Material wie PEDOT (in beliebigen Dotierungen) , einem mit Nanopartikeln gefülltem Material oder weiteren Materialien, die transparent und elektrisch leitfähig sind, sein.
Die leitfähigen Bahnen können aus einem beliebigen elektrisch leitfähigen Material oder einer Mischung mehrerer Materialien sein. Beispielsweise sind die Bahnen aus Metall, insbesondere aus Silber, Kupfer, Gold, Aluminium, etc. und/oder aus einer Legierung oder einer leitfähigen Paste, sowie aus einem sonstigen leitfähigen Stoff, beispielsweise einer organischen Verbindung mit beweglichen Ladungsträgern wie Polyanilin, Polythiophen und anderen. Sämtliche Materialien können natürlich dotiert vorliegen. Dabei ist wieder zu erwähnen, dass bei der Bildung des Musters die leitfähigen Bahnen aus verschiedenen Materialien sein können.
Die Anschlusselektroden können ebenfalls aus allen für Elektroden üblichen Materialien aufgebaut sein. Insbesondere bevorzugt sind Anschlusselektroden aus Kupfer und/oder Silber.
Die Anschlusselektroden und/oder die leitfähigen Bahnen können noch mit einer Kontaktverstärkung versehen sein, die zur besseren Signalübertragung dient. Diese kann beispielsweise aus Leitsilber oder Carbon Black sein.
Die leitfähigen Bahnen werden bevorzugt in hochauflösenden Mustern auf dem transparenten Träger appliziert. Die leitfähigen Bahnen sind in der Regel nicht oder nur semitransparent, so dass die Transparenz, die diese Strukturen auf dem transparenten Träger für das menschliche Auge haben, durch die hochauflösenden Strukturen erreicht wird und nicht durch eine Transparenz des leitfähigen Materials selbst. Dabei wird ein besonderer Wert darauf gelegt, dass eventuell, beispielsweise bei Hinterlegung eines Displays auftretende Moire-Effekte, vermieden werden. Als Moire-Effekt bezeichnet man das optische Phänomen, bei dem nicht vorhandene Linien durch Überlagerung mehrerer Muster erscheinen. Es tritt insbesondere bei gleichen Mustern und/oder bei periodisch sich wiederholenden Mustern auf. Bei Touch-Screen Anwendungen kann der Moire-Effekt durch Überlagerung der Display-Pixel- Matrix mit dem darüberliegenden leitfähigen Muster gemäß der Erfindung auftreten. Deshalb wird bevorzugt vermieden, parallele gerade Linien bei der Strukturierung der leitfähigen Bahnen zu erzeugen.
So werden bei der Belegung des transparenten Trägers mit leitfähigen Leiterbahnen Muster gewählt, die keine
Periodizität aufweisen, so dass Überlagerungen mit Moire- Effekt ausgeschlossen oder zumindest stark eingeschränkt werden .
Darüber hinaus wird dem unerwünschten Moire-Effekt auch dadurch entgegengetreten, dass, nach einer vorteilhaften Ausführungsform, auf gerade Linien verzichtet wird und gewellte und/oder gezackte Linien mit beispielsweise aperiodischer oder zufälliger Strukturabfolge gewählt werden.
Bevorzugte Ausführungsformen bilden Muster mit beispielsweise :
- parallelen, leitfähigen Bahnen
- nicht-parallelen leitfähigen Bahnen zu Vermeidung von Moire sowie
- wellenförmigen, zackenförmigen leitfähigen Bahnen, wie in den Figuren gezeigt.
Zur Herstellung der leitfähigen Bahnen können verschiedene Methoden eingesetzt werden, beispielsweise können die Bahnen durch Bedrucken, Prägen, Offset, oder ähnliches hergestellt werden. Des Weiteren kann die Strukturierung auch durch Bedrucken mit einer leitfähigen, beispielsweise Metall und/oder eine Legierung und/oder Kohlenstoff in einer elektrisch leitfähigen Modifikation enthaltenden, Paste erzeugt werden. Organische leitfähige Materialien können ebenfalls durch einfaches Bedrucken in entsprechenden Bahnen aufgebracht werden .
Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird die transparente elektrisch leitfähige Funktionsschicht zur Herstellung von resistiven Multitouchscreens verwendet, wobei einzelne flächig leitfähige Segmente mit leitfähigen Mustern auf der transparenten Funktionsschicht vorliegen, die einzeln auslesbar und/oder einzeln kontaktierbar sind. Die Segmente zeichnen sich dadurch aus, dass sie separat elektrisch kontaktierbar sind.
Die einzelnen Segmente können beliebig gestaltet sein, beispielsweise können sie auch streifenförmig vorliegen. Die Einteilung in Segmente wird bevorzugt auch bei der Kontaktierung an den Anschlusselektroden weitergeführt und/oder abgebildet, so dass auch hier wieder bei Multi- Touch-Screens eine entsprechende Einteilung der Anschlüsse in Segmente vorgenommen ist.
Bei der Ausführungsform der Erfindung, wo zusätzlich zu den Anschlusselektroden noch Kontaktverstärker vorgesehen sind, sind diese bei entsprechenden Multi-Touch Anwendungen auch segmentiert, also beispielsweise auch streifenförmig, so dass immer die Aktivierung eines Segments auch als einzelnes optional verstärktes Signal auslesbar ist.
Die Flächenbelegung des transparenten Trägers mit leitfähigen Bahnen kann in einem gewissen Bereich variieren, beispielsweise kann mit einer Flächenbelegung von 20% durch die Wahl der entsprechend dünnen Leiterbahn und der entsprechenden Struktur ein immer noch für das menschliche Auge transparent erscheinende Funktionsschicht hergestellt werden. Bevorzugt liegt die Flächenbelegung im Bereich von 3 bis 15%, insbesondere unter 10%.
Im Folgenden wird die Erfindung noch anhand einiger Figuren, die ausgewählte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung wiedergeben, näher erläutert.
Figuren Ia und 1 b zeigen gleichmäßige Muster aus leitfähigen
Bahnen
Figuren 2a und 2b zeigen ungleichmäßige Muster
Figur 3 zeigt den Aufbau der elektrischen Funktionsschicht im
Querschnitt Figur 4 zeigt eine elektrische Funktionsschicht mit mehreren
Lagen
Figur 5 zeigt eine elektrische Funktionsschicht mit
Anschlusselektroden
Figur 6 zeigt eine elektrische Funktionsschicht mit Anschlusselektroden im Querschnitt
Figur 7 zeigt zwei durch Abstandshalter getrennte elektrische
Funktionsschichten gemäß Figur 5
Figur 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit segmentierten leitfähigen Bereichen Figur 9 zeigt einen Stapel elektrischer Funktionsschichten mit segmentierten leitfähigen Bereichen mit unterschiedlichen
Rastern
Figur 10 zeigt einen Stapel elektrischer Funktionsschichten mit segmentierten leitfähigen Bereichen mit gleichen Rastern Figur 11 zeigt eine Ecke einer Folie aus einer elektrischen
Funktionsschicht gemäß dem Ausführungsbeispiel von Figur 10 mit Kontaktverstärkung.
Die Figuren Ia und Ib zeigen Beispiele von Mustern aus leitfähigen Bahnen 1 auf einem transparenten Träger (nicht zu sehen, da transparent! Figuren 2a und 2b zeigen Beispiele von Mustern wie Figur i, allerdings ist hier, zur Vermeidung von Moire, keine der elektrisch leitfähigen Bahnen parallel zu einer anderen.
Figur 3 zeigt eine Querschnittsansicht mit dem transparenten Substrat 2, das eine transparente Folie ist, wie sie für Substrate üblich ist, aber auch eine transparente elektrisch leitfähige Schicht in einer entsprechenden Dicke sein kann. Darauf befindet sich das Muster aus leitfähigen Bahnen 1.
Figur 4 zeigt die gleiche Querschnittsansicht wie Figur 3, jedoch gibt es neben den leitfähigen Bahnen 1 und dem Substrat 2 auch noch die transparente, dünne Zusatzschicht 3, die die flächige Leitfähigkeit bei herkömmlichen Substraten herstellt und eine weitere Zusatzschicht 4 rückseitig auf dem Substrat 2, die beispielsweise eine Anti-Reflexionsschicht ist.
In Figur 5 ist gezeigt, wie die Stellung der leitfähigen Bahnen zu den Anschlusselektroden so gewählt werden kann, dass alle Strompfade des Musters gleich stark belastet werden. Dabei wird insbesondere vermieden, dass leitfähige Bahnen parallel zu den Anschlusselektroden angeordnet sind.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn beispielsweise in einer rechteckigen Fläche, bei der sich die Anschlusselektroden 6 an zwei gegenüberliegenden Seiten befinden, keine parallel zu den Kanten mit den Anschlusselektroden 6 verlaufenden Leiterbahnen 1 vorgesehen sind, weil diese dann auch in geschaltetem Zustand praktisch stromlos bleiben. Vielmehr verläuft in so einem Fall ein einfaches Gittermuster wie hier gezeigt, bevorzugt so, dass die Leiterbahnen im 45° Winkel zu den Kanten und beispielsweise im 90° Winkel zueinander angeordnet sind. Dies ergibt beispielsweise anstelle eines Karomusters ein Rautenmuster. Bei der Raute sind dann alle Strompfade im geschalteten Zustand gleich belastet und die Leitfähigkeit einer so gebildeten transparenten Funktionsschicht ist größer als bei gleicher Belegung einer Funktionsschicht mit senkrecht und waagrecht zu den Kanten, also auch den Anschlusselektroden 6 verlaufendem Karomuster, weil in letzterem Fall nur die Hälfte der Strompfade genutzt werden.
Von allen Kreuzungspunkten 5 aus kann bei einem Muster gemäß Figur 5 der Strom gleichmäßig abfließen.
Figur 6 zeigt das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 im
Querschnitt. Dabei ist der aus Figur 4 bekannte Aufbau mit leitfähigen Bahnen 1, Substrat 2, leitfähiger Zusatzschicht 3 und rückseitiger Schicht 4 zu erkennen. Zusätzlich zu dem aus Figur 4 bekannten Bild sind jedoch noch die Anschlusselektroden 6 erkennbar.
Figur 7 zeigt einen Aufbau aus zwei elektrischen Funktionsschichten nach der Erfindung beispielsweise für die Anwendung als transparentes resistives Touchfeld, wobei zwei Funktionsschichten 8, wie beispielsweise in Figur 5 gezeigt, so aufeinandergelegt und mit Abstandshaltern 7 verbunden sind, dass bei Druck ein Kurzschluss entsteht, der als Signal ausgewertet werden kann. Die Abstandshalter 7 werden auch Spacer Dots 7 genannt.
Berührt man den Touchscreen an einer Stelle, so berühren sich dort die beiden Funktionsschichten und entweder ein elektrischer Kontakt entsteht oder der Widerstand ändert sich. Durch den Widerstand des Kontakts entsteht an jeder Stelle eine unterschiedliche Spannung. Die Spannungsänderung kann dann zur Bestimmung der Koordinaten x und y benutzt werden.
Figur 8 zeigt eine segmentierte elektrische Funktionsschicht 10, bei der einzelne elektrisch leitfähige Segmente 9 in einem gewissen Segmentabstand 11 zueinander auf einem transparenten Substrat (nicht zu sehen, da Draufsicht und das Substrat transparent!) angeordnet sind. Die einzelnen Segmente 9 haben jeweils Kontaktverstärker 12 zu den Anschlusselektroden (hier nicht gezeigt) . Wie gezeigt, sind die einzelnen Segmente separat elektrisch anschließbar.
Zur Herstellung dieser Touch-Screens können die einzelnen elektrischen Funktionsschichten beispielsweise auf getrennten Substraten erzeugt werden. In einem weiteren Prozessschritt werden dann die Oberseiten zusammengefügt und/oder laminiert.
Figur 9 zeigt eine ähnliche Ansicht wie Figur 7, nur dass eine der beiden Funktionsschichten 8 gemäß Figur 5 durch eine segmentierte Funktionsschicht 10 gemäß Figur 8 ersetzt ist. Die zweite elektrische Funktionsschicht ist eine Funktionsschicht 8 gemäß Figur 5, die nicht segmentiert ist. Auch hier sind wieder die Abstandshalter 7 zu erkennen.
Figur 10 zeigt eine Ansicht wie Figur 9, wobei jedoch beide Funktionsschichten segmentiert sind. Die beiden Funktionsschichten sind wieder durch Abstandshalter 7 voneinander getrennt. Durch Kontaktverstärker 12 sind alle Segmente einzeln ansteuerbar.
Figur 11 zeigt schließlich die gleiche Ausführung wie Figur 10, allerdings mit nur einseitiger elektrischer Anschlussmöglichkeit .
Bei den hier angegebenen Bereichen für Breite der leitfähigen Bahnen, Abstand der leitfähigen Bahnen Segmentsbreite und Abstand der Segmente in Multi-Touch-fähigen Ausführungen kann es sich auch um Mittelwerte der Gesamtheit handeln.
Grundsätzlich wird das Muster so gewählt, dass möglichst alle vorhandenen Leiterbahnen möglichst gleichmäßig bei Anlegen einer Spannung belastet werden. Bei Muster, die
Kreuzungspunkte bilden, werden die leitfähigen Bahnen bevorzugt so gelegt, dass sich die leitfähigen Bahnen so schneiden, dass der Strom gleichmäßig in beide Richtungen von den Leiterbahn-Kreuzungen abfließt. Dies wird beispielsweise bei einem gekippten Karomuster, bei der die Linien im 45° Winkel zu den Anschlusselektroden an den Kanten gefuhrt werden, realisiert.
Die transparente Funktionsschicht ist bevorzugt mit Spacer- dots so ausgebildet, dass sie in einem Touchscreen einsetzbar ist. Im Fall der resistiven Touchscreens können beide oder auch nur eine der beiden leitfahigen Schichten durch die transparente leitfahige Funktionsschicht nach der Erfindung ersetzt werden. Eine Kombination mit einer herkömmlichen Schicht aus ITO ist möglich.
Die transparente leitfahige Funktionsschicht kann beispielsweise in Touchscreens zur Anwendung kommen. Für Touchscreens gibt es unterschiedliche Technologien, wobei der Bereich der resistiven Touchscreens einen großen Marktanteil hat.
Resistive Touchscreens umfassen in der Regel zwei gegenüberliegende leitfähige - bislang meist aus ITO gebildete - Schichtkorper ( x- und y- Schicht) , die mit einer konstanten Gleichspannung angesteuert werden. Zwischen den Schichtkorper befinden sich Abstandshalter, so genannte Spacer Dots, die eine Trennung der zwei Schichten gewahrleisten. Die Spacer Dots haben in der Regel einen Durchmesser von kleiner 20 μm, von 0,1 bis 5 μm, von 0,2 bis 2 μm und insbesondere von 0,3 bis 0,5 μm.
Im einfachsten Fall werden für die Herstellung von Touchscreens die herkömmlichen ITO-Schichten durch die hier beschriebenen hochauflosend-strukturierten transparente leitfahige Funktionsschicht ersetzt, der restliche Auf- und Zusammenbau der Touchscreens bleibt unverändert. Durch eine Segmentierung der Struktur und/oder des Musters der transparenten leitfähigen Funktionsschicht können erstmals auch resistive Touchscreens eine Multi-Touch- Funktion erhalten, das heißt es können gleichzeitig mehrere x- und y-Positionen erfasst und ausgelesen werden.
Dazu wird ein Layout gewählt, das in unterschiedliche Teilsegmente unterteilt ist, die jeweils extra kontaktiert sind und so einzeln ausgelesen werden können. Die Abstandsweite der Segmente kann dabei unterschiedlich gewählt werden und bevorzugt wird im Zusammenhang mit der Rasterweite der Struktur gewählt .
Die vorliegende Erfindung eignet sich aber auch für Verwendungen wie transparente Elektroden bei Solarzellen, oder allgemein photoaktiven Zellen, bei Organischen Leuchtdioden, (z.B. auch OLED-Lightning) , Touch-Screens, Heizungen in Scheiben (z.B. Frontscheibe eines Autos, beschlagfreie Spiegel etc.).
Durch die vorliegend offenbarte Erfindung ist es erstmals möglich, dünne leitfähige elektrische Funktionsschichten zur Verwendung in resistiven Touchscreens beispielsweise in einem Druck-Prozess herzustellen. Beispielsweise wirkt die Funktionsschicht bei einer Belegung von 5% und ausreichender Leitfähigkeit immer noch zu 95% transparent für das menschliche Auge.

Claims

PolylC GmbH & Co. KG, Tucherstraße 2, 90763 Fürth, DE
Patentansprüche
1. Elektrische Funktionsschicht bei der leitfähige, nicht transparente Bahnen (1) mit einer Dicke im Bereich von 2 nm bis 5 μm, parallel zur Oberfläche eines transparenten Trägers (2) ein Muster bildend so angeordnet sind, dass in dem Muster ein Leiterbahnabstand realisiert ist, der flächige Leitfähigkeit der elektrischen Funktionsschicht bei gleichzeitiger Transparenz für das menschliche Auge gewährleistet .
2. Fuήktionsschicht nach Anspruch 1, mit zwel~~sϊc"h~ gegenüberliegenden Anschlusselektroden (6).
3. Funktionsschicht nach Anspruch 1 oder 2, bei der eine leitfähige Zusatzschicht (3) teilweise oder vollflächig zur Erzeugung einer flächigen Leitfähigkeit oder einer flächigen Leitfähigkeit in Teilbereichen, vorgesehen ist.
4. Funktionsschicht nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der der Abstand der leitfähigen Bahnen im Bereich von lOμm bis 5 mm liegt.
5. Funktionsschicht nach einem der vorstehenden Ansprüche, die einzeln elektrisch anschließbare elektrisch leitfähige Segmente (9) hat.
6. Funktionsschicht nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Breite der einzelnen Segmente im Bereich von 500 μm bis 15 mm liegt.
7. Funktionsschicht nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Abstand der Segmente (9) im Bereich von 10 μm bis 2 mm liegt.
5
8. Funktionsschicht nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die leitfähigen Bahnen (1) zumindest einen Kreuzungspunkt (5) bilden. 0 9. Funktionsschicht nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die leitfähigen Bahnen (1) so angeordnet sind, dass der Strom vom Kreuzungspunkt (5) weg gleichmäßig in beide Richtungen abfließt. 5 10. Funktionsschicht nach Anspruch 6, wobei die Breite der leitfähigen Bahnen (1) im Bereich von 1 μm bis 40 μm liegt.
- - H-. -Funktionsschich-t -nach -Anspruch 5,- wobei die Segmente (9)0 streifenförmig sind.
12. Funktionsschicht nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei den Anschlusselektroden (6) noch eine durchgängige oder unterteilte Kontaktverstärkung (12) vorgeschaltet5 ist.
13. Funktionsschicht nach Anspruch 1, wobei die Kontaktverstärkung (12) aus Leitsilber oder Carbon Black ist. 0
14. Funktionsschicht nach einem der vorstehenden Ansprüche, auf der Abstandshalter (7) aufgebracht sind.
15. Funktionsschicht nach einem der vorstehenden Ansprüche,5 wobei auf der Rückseite der Funktionsschicht eine Anti- Reflexionsschicht (4) aufgebracht ist.
16. Funktionsschicht nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die leitfähigen Bahnen (1) aus Metall, einer Metalllegierung oder einer leitfähigen Paste sind.
17. Verfahren zur Herstellung einer Funktionsschicht, wobei auf einem transparenten Substrat elektrisch leitfähige Bahnen durch strukturiertes Aufbringen, Beschichten, und anschließendes Strukturieren, Prägen und/oder durch Bedrucken erzeugt werden.
18. Verfahren nach Anspruch 17, das kontinuierlich durchgeführt wird.
19. Verwendung einer Funktionsschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 16 in resistiven Touch-Screens,
Solarzellen, auf transparenten Scheiben, in emittierenden Leuchtdioden, in Spiegel und/oder in Displays.
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