JP2014520361A - ランダムグリッドに基づくパターニングされた透明導電フィルム - Google Patents

Abstract

本発明は、ランダムグリッドに基づくパターニングされた透明導電フィルムであって、導電フィルムの表面は導電領域および絶縁領域に分割され得、導電領域は金属製のグリッドを有し、導電領域のグリット線で構成される導電領域のグリッドは、不規則な形状を有するランダムグリッドであり、不透明な金属グリッド線とＬＣＤの周期的な画素単位とによって生じる周期的な遮蔽を回避可能である透明導電フィルムを開示する。本発明によって提供されるパターニングされた透明導電フィルムは不規則なランダムグリッドで構成されるため、モアレ縞が生じない。さらに、最終的に裸眼による観察によって、導電領域および絶縁領域の透過率は全く同一であるか近似であるため、グレースケール対比が生じない。

Description

発明の分野
本発明は導電フィルムに関し、特にランダムグリッドに基づくパターニングされた透明導電フィルムに関する。

発明の背景
透明導電フィルムは、良好な導電率および高い可視光透過率を有するフィルムである。透明導電フィルムは、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広く用いられており、非常に幅広い市場空間を有している。

ＩＴＯが透明導電フィルムの市場を独占してきた。しかし、タッチスクリーンなどのほとんどの実際の適用例では、露光、現像、エッチング、洗浄などを含む製造プロセスは透明導電フィルムがパターニングされるように実行されなければならず、すなわち、パターニング設計に基づいて固定の導電領域および絶縁領域が基板の表面に形成される。これと比較して、印刷方式によって基板の特定領域に金属グリッドを直接的に形成すると、パターニングプロセスが不要になり得、低汚染および低コストなどの利点がある。グリッド線は、良好な導電率を有する金属からなり、光を透過せず、その線幅は人間の目の解像度以下であり、線のない領域は光透過領域である。透明導電フィルムのシート抵抗および光透過率は、線の幅およびグリッド形状を変更することによって一定の範囲内で制御可能である。

日本の大日本印刷株式会社、富士フィルム株式会社およびグンゼ株式会社、ならびにドイツのPolyIC社はすべて、印刷方式を使用し、優れた特性を有するパターニングされた透明導電フィルムを得ている。PolyIC社によって得られるグラフの解像度は１５ｕｍであり、シート抵抗は０．４−１Ω／ｓｑであり、光透過率は８０％を超える。

上記の金属グリッドフィルムは一般にグラフに従って設計され、規則的な形状の金属グリッドが導電領域に配置されるが、絶縁領域は空白である。

パターニングされた透明導電フィルムを作成する先行技術では、従来のＩＴＯフィルムと比較して、印刷方式または銀塩方式によって可撓性基板材料の特定領域に金属グリッドを直接的に形成するため、パターニングプロセスが不要になり得、低汚染および低コストなどの利点を有する。しかし、既存の金属グリッドはほとんどが規則的な形状のグリッドであり、適用時に明らかなモアレ縞が生じ得る。さらに、フィルムの導電領域は金属グリッドを有するが絶縁領域は金属グリッドを有さず、この透過率の差によって導電領域内のグラフが使用者にぼんやりと見え得るため、全体の外観に影響を及ぼす。

したがって、先行技術には以下の欠陥がある。
モアレ縞現象。すなわち、フィルムの導電領域は規則的な形状を有するグリッドであり、この透明導電フィルムをＬＣＤの表面に取付けると明らかなモアレ縞が生じ得、視覚効果に影響を及ぼす。これは、ＬＣＤ画素単位は規則的な形状を有する矩形単位であり、画素同士の間に、規則的な形状および周期的な分布を有する黒線があるためである。しかし、導電フィルムの周期的な不透明線はＬＣＤの黒線とともに周期的なシェルタを形成し得、これはさらに巨視的にモアレ縞現象であるように見える。さらに、同じ原理によって、規則的なグリッド導電フィルムを２つ積層することによっても著しいモアレ縞が生じ得る。この現象は、金属グリッドに基づくパターニングされた透明導電フィルムの用途を明らかに厳しく制限する。

透過率の差。すなわち、フィルムの導電領域は金属グリッドを有し、この透過率はグリッド線の遮光率に従って減衰されるが、絶縁領域はグリッド線を有しないため、この領域の透過率は導電領域の透過率よりも確実に高い。表示フィールドに適用されると、この透過率の差によって導電領域内のグラフが使用者にぼんやりと見え得るため、全体の外観に影響を及ぼす。

発明の要約
先行技術の欠点を克服するため、本発明の目的は、ランダムグリッドに基づくパターニングされた透明導電フィルムを提供することである。

本発明の別の目的は、不規則な形状を有するグリッドを用いて規則的なグリッドとの周期的な線の重なり合いを避け、モアレ縞の発生を完全に回避することである。さらに、透過率の差をなくすため、電気的に接続されないランダムグリッド線が絶縁膜領域に配置される。

本発明は、以下の技術的解決策を採用する。
ランダムグリッドに基づくパターニングされた透明導電フィルムであって、導電領域および絶縁領域に分割され得る表面を有し、導電領域は金属製のグリッドを有し、導電領域のグリット線で構成される導電領域のグリッドは、不規則な形状を有するランダムグリッドであり、不透明な金属グリッド線とＬＣＤの周期的な画素単位とによって生じる周期的な遮蔽を回避可能である透明導電フィルムが提供される。

本発明の別の局面では、絶縁領域は金属製のグリッドを有し、絶縁領域のグリッドは絶縁領域のグリッド線で構成され、絶縁領域のグリッドは不規則な形状を有するランダムグリッドであり、導電領域と絶縁領域との間の透過率の差は２％未満である。

本発明の別の局面では、導電領域のグリッド線は、各角度方向で均等に分布している。
本発明の別の局面では、絶縁領域のグリッド線は、各角度方向で均等に分布している。

本発明の別の局面では、ランダムグリッドのグリッド線はトレンチ構造を有する。
本発明の別の局面では、導電領域のランダムグリッドは、不規則な多角形で構成されるグリッドである。

本発明の別の局面では、絶縁領域のランダムグリッドは、不規則な多角形で構成されるグリッドであるか、ノードで切断された不規則な多角形グリッドである。

本発明の別の局面では、導電領域および絶縁領域のランダムグリッドは以下の条件を満たす：ランダムグリッドのグリッド線は直線分であり、右方向に進む水平なＸ軸と成す角度θが均一な分布を示し、当該均一な分布は、以下を意味している。ランダムグリッドの各々のθ値を統計して、次に、ステップ角度５°で、角度区間の各々に収まるグリッド線の確率ｐ_iを統計することによって、０〜１８０°以内の３６個の角度区間においてｐ_１，ｐ_２…ｐ_３６を得て、ｐ_iは、標準偏差が算術平均の２０％未満であることを満たす。

本発明の別の局面では、絶縁領域のグリッド線と導電領域のグリッド線は絶縁されている。

本発明の別の局面では、絶縁領域のグリッド線と導電領域のグリッド線は以下の方法で絶縁される：絶縁領域のグリッド線は相互に接続されるが絶縁領域のグリッド線と導電領域のグリッド線は切断される；または、絶縁領域のグリッドは、ノードを有さず互いに切断されたグリッド線で構成される。

本発明の別の局面では、絶縁領域のグリッドにおいて互いに切断された２本毎のグリッド線の端点同士の間の最小距離は３０ミクロン未満である。

本発明は新規の印刷技術を使用し、解像度が３ｕｍ未満、シート抵抗が１０Ω／ｓｑ未満、および光透過率が８７％を超える、パターニングされた透明導電フィルムを作成可能である。

本発明は、以下の有利な効果を有する。
本発明によって提供されるパターニングされた透明導電フィルムは、不規則な形状を有するランダムグリッドで構成される。ランダムグリッドの線は各角度方向で均等に分布されるため、不透明な金属グリッド線とＬＣＤの周期的な画素単位とによって生じる周期的な遮蔽を回避することができるので、原理的にモアレ縞の発生を回避することができ、金属グリッド類透明導電フィルムのＬＣＤ表面への適用を悩ませてきた技術的な障害を打破することができる。

本発明によって提供されるパターニングされた透明導電フィルムは同様に、不規則な形状を有するランダムグリッドを絶縁領域に有する。導電領域および絶縁領域の両方が、類似のランダムグリッドを有し、両領域同士の間の光透過率の差が２％未満であるため、裸眼に見えるグレースケール差が生じない。

本発明の可撓性を有する透明導電フィルムの概略横断面図である。 本発明の可撓性を有する透明導電フィルムの概略平面図である。 本発明の可撓性を有する透明導電フィルムのランダムグリッドの概略図である。 本発明の可撓性ランダムグリッドの各線分とＸ軸とによって形成される角度θを示す図である。 本発明の可撓性ランダムグリッドの各線分とＸ軸とによって形成される角度の確率ｐの分布を示す図である。 本発明の可撓性を有する埋込み型透明導電フィルムの概略横断面図である。 本発明の可撓性を有する埋込み型透明導電フィルムの概略平面図である。 本発明の埋込み型透明導電フィルムの概略横断面図である。 本発明の埋込み型透明導電フィルムの概略平面図である。

詳細な説明
この技術的解決策の具体例を図面を参照して以下により詳細に説明する。

例１：
この例では、可撓性を有するパターニングされた透明導電フィルムの概略横断面図および概略平面図はそれぞれ図１および図２に示すとおりであり、当該フィルムは下から上に向かって、ＰＥＴ１１、接着促進層１２の表面、および導電銀グリッド１３で構成される。金属グリッド１２は全体が銀製であり、銀グリッドの線幅は１０μｍ、平均厚みは４００ｎｍである。フィルム表面は導電領域２１および絶縁領域２２を含み、両領域の内部に、同一のグリッド密度を有する不規則な多角形ランダムグリッドが配置され、グリッドの平均直径Ｒは４００μｍである。

この例では、ランダムグリッドの類型は等方性の不規則な多角形グリッドであり、そのグリッド線の角度分布は、図３に例として示されるように５ｍｍ×５ｍｍの面積を有するランダムグリッドを取ることによって以下に分析される。

図３に示すようなランダムグリッドは、合計で４２５７本の線分を含む。図４に示すように、各線分とＸ軸との間に形成される角度θを統計して、θ（１）〜θ（４２５７）の一次元のアレイを得て、次に０〜１８０°が５°の間隔で３６個の角度区間に分割され、各区間に収まる線分の確率ｐを統計して、図５に示されるようにｐ（１）〜ｐ（３６）の一次元アレイを得て、最後に、以下の標準偏差計算式に従って、標準偏差ｓが０．２６％であると計算され得る：

上記式中、ｎは３６であり、平均確率

は２．７８％である。したがって、

である。このため、上記ランダムグリッドのグリッド線は非常に均一の角度分布を有し、モアレ縞の発生を効果的に回避できることが明らかである。

導電領域２１と絶縁領域２２は、幅ｄを有する空白領域によって互いに分離されているため、電気的な絶縁が達成される。この例における幅ｄは１０μｍであり、これは不可視であることが検査によって分かっている。導電領域から銀導線２３が引出される。導電領域および絶縁領域はグリッドの種類および密度が完全に同一であるため、透過率も一致し、したがってグレースケール変化が生じない。

例２：
この例では、可撓性を有するパターニングされた透明導電フィルムの概略横断面図は図６に示すとおりである。当該フィルムは下から上に向かって以下の構成要素で構成される。すなわち、厚みが１８８μｍのＰＥＴ６１、接着促進層６２、およびトレンチ深さが３μｍでトレンチ幅が２．２μｍのトレンチ構造を有するアクリル系ＵＶ接着剤６３である。トレンチは、トレンチ深さよりも小さい約２μｍの厚みを有する金属銀６４で充填される。

この例の可撓性を有するパターニングされた透明導電フィルムの概略平面図は図７に示すとおりである。フィルム表面は導電領域７１および絶縁領域７２を含み、両領域の内部に、同一のグリッド密度を有する不規則な多角形ランダムグリッドが配置され、グリッドの平均直径Ｒはすべて好ましくは１２０μｍである。導電領域７１および絶縁領域７２は、幅ｄを有する空白領域によって互いに分離されている。この例におけるｄは好ましくは３μｍであり、これは不可視であることが検査によって分かっている。絶縁領域７２のすべてのグリッドノードが切断されており、当該切断はこの例では好ましくは以下のようになされる。すなわち、各ノードを中心として取ることによって、半径３μｍ以内のトレンチ構造が取り消される。上記のパターニングされた透明導電フィルムを作成した後、導電領域から、スクリーン印刷技術によって作成される銀線７３が引出される。

この例に用いられるランダムグリッドの種類は例１と同じであるため、ここでもモアレ縞は生じない。絶縁領域は互いに切断された孤立グリッド線で構成されるため、完全な非導電性が達成可能である。

この例では、選択されたＰＥＴの可視帯における平均透過率は９１．４％であり、導電領域および絶縁領域のグリッドの相対透過率はそれぞれ９６％および９６．２％である。したがって、両者の透過率はそれぞれ８７．７２％および８７．９３％であり、差は０．２１％である。この透過率の差は、裸眼には感知不可能であることが検査によって分かっているため、明らかなグレースケール対比が生じない。

例３：
この例では、パターニングされた透明導電フィルムの概略横断面図は図８に示すとおりである。当該フィルムは下から上に向かって以下の構成要素で構成される。すなわち、厚みが１ｍｍの硬質ガラス基板９１、およびトレンチ深さが３μｍで幅が２．２μｍのトレンチ構造を有するアクリル系ＵＶ接着剤９２である。トレンチは、トレンチ深さよりも小さい約２μｍの厚みを有する金属銀９３で充填される。

この例のパターニングされた透明導電フィルムの概略平面図は図９に示すとおりである。フィルム表面はやはり導電領域１０１および絶縁領域１０２を含み、両領域の内部に、同一のグリッド密度を有する不規則な多角形ランダムグリッドが配置される。導電領域１０１のグリッドの平均直径Ｒ₁はすべて好ましくは１２０μｍであり、絶縁領域１０２のグリッドの平均直径Ｒ₂は好ましくは１１８μｍである。絶縁領域１０２のすべてのグリッドノードが切断されており、当該切断はこの例では好ましくは以下のようになされる。すなわち、各ノードを中心として取ることによって、半径３μｍ以内のトレンチ構造が取り消される。上記のパターニングされた透明導電フィルムを作成した後、導電領域から、スクリーン印刷技術によって作成される銀線１０３が引出される。

このように、この例で説明したパターニングされた透明導電フィルムは、ＬＣＤの表面に取付けられるが、モアレ縞が生じない。絶縁領域は互いに切断された孤立グリッド線で構成されるため、完全な非導電性が達成可能である。この例では、選択されたＰＥＴの可視帯における平均透過率は９１．４％であり、導電領域および絶縁領域のグリッドの相対透過率はすべて９６％である。このため、両者の透過率は８７．７２％である。したがって、グレースケール対比が生じない。

本発明の別の実施形態では、不規則な形状を有する導電領域のランダムグリッドは不規則なハニカム構造も有し得、不規則な形状を有する絶縁領域のランダムグリッドは不規則なハニカム構造も有し得る。

本発明を構造的な特徴および／または方法論的な行為に特定的な言語で説明したが、添付の請求項に定義される本発明は、説明した具体的な特徴または行為に限定されるとは限らないことを理解すべきである。むしろ、具体的な特徴および行為は、請求項における発明を実現する見本形態として開示される。

Claims (11)

1. ランダムグリッドに基づくパターニングされた透明導電フィルムであって、前記導電フィルムの表面は導電領域と絶縁領域に分割され、前記導電領域は金属製のグリッドを有し、前記導電領域のグリッドは前記導電領域のグリット線で構成され、前記導電領域のグリッドは不規則な形状を有するランダムグリッドであり、不透明な金属グリッド線とＬＣＤの周期的な画素単位とによって生じる周期的な遮蔽を回避可能である、透明導電フィルム。
2. 前記絶縁領域は金属製のグリッドを有し、前記絶縁領域のグリッドは前記絶縁領域のグリッド線で構成され、前記絶縁領域のグリッドは不規則な形状を有するランダムグリッドであり、前記導電領域と前記絶縁領域との間の透過率の差は２％未満である、請求項１に記載のランダムグリッドに基づくパターニングされた透明導電フィルム。
3. 前記導電領域のグリッド線は、各角度方向で均等に分布している、請求項１に記載のランダムグリッドに基づくパターニングされた透明導電フィルム。
4. 前記絶縁領域のグリッド線は、各角度方向で均等に分布している、請求項２に記載のランダムグリッドに基づくパターニングされた透明導電フィルム。
5. 前記ランダムグリッドのグリッド線はトレンチ構造を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のランダムグリッドに基づくパターニングされた透明導電フィルム。
6. 前記導電領域のランダムグリッドは、不規則な多角形を含むグリッドである、請求項１〜４のいずれか１項に記載のランダムグリッドに基づくパターニングされた透明導電フィルム。
7. 前記絶縁領域のランダムグリッドは、不規則な多角形を含むグリッドであるか、ノードで切断された不規則な多角形グリッドである、請求項２または４に記載のランダムグリッドに基づくパターニングされた透明導電フィルム。
8. 前記導電領域および前記絶縁領域の前記ランダムグリッドは以下の条件を満たす：前記ランダムグリッドのグリッド線は直線分であり、右方向に進む水平なＸ軸と成す角度θは均一な分布を示し、前記均一な分布は、前記ランダムグリッドの各々のθ値を統計して、次に、ステップ角度５°で、角度区間の各々に収まるグリッド線の確率ｐ_iを統計することによって、０〜１８０°以内の３６個の角度区間においてｐ_１，ｐ_２…ｐ_３６を得て、ｐ_iは、標準偏差が算術平均の２０％未満であることを満たす、ことを意味する、請求項２または４に記載のランダムグリッドに基づくパターニングされた透明導電フィルム。
9. 前記絶縁領域のグリッド線と前記導電領域のグリッド線は絶縁されている、請求項２に記載のランダムグリッドに基づくパターニングされた透明導電フィルム。
10. 前記絶縁領域のグリッド線と前記導電領域のグリッド線は以下の方法で絶縁される：前記絶縁領域のグリッド線は相互に接続されるが前記絶縁領域のグリッド線と前記導電領域のグリッド線は切断される；または、前記絶縁領域のグリッドは、ノードを有さず互いに切断されたグリッド線で構成される、請求項９に記載のランダムグリッドに基づくパターニングされた透明導電フィルム。
11. 前記絶縁領域のグリッドにおいて互いに切断された２本毎のグリッド線の端点同士の間の最小距離は３０ミクロン未満である、請求項１０に記載のランダムグリッドに基づくパターニングされた透明導電フィルム。