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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022037854
(43)【公開日】2022-03-09
(54)【発明の名称】タッチパネル
(51)【国際特許分類】
   G06F 3/044 20060101AFI20220302BHJP
   G06F 3/041 20060101ALI20220302BHJP
【FI】
G06F3/044 122
G06F3/044 127
G06F3/041 420
【審査請求】有
【請求項の数】13
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2021001640
(22)【出願日】2021-01-07
(31)【優先権主張番号】202010861924.6
(32)【優先日】2020-08-25
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
(71)【出願人】
【識別番号】519308156
【氏名又は名称】ティーピーケイ アドバンスド ソリューションズ インコーポレーテッド
【氏名又は名称原語表記】TPK ADVANCED SOLUTIONS INC
(74)【代理人】
【識別番号】100103894
【弁理士】
【氏名又は名称】家入 健
(72)【発明者】
【氏名】ユー チェンシン
(72)【発明者】
【氏名】ディン ジージュン
(72)【発明者】
【氏名】ライ イーユン
(72)【発明者】
【氏名】クェ ヨンビン
(72)【発明者】
【氏名】ファン チィンシュエ
(57)【要約】      (修正有)
【課題】周辺領域の幅を小さくすることができるタッチパネルを提供する。
【解決手段】タッチパネル100は、基板110と、周辺配線150と、タッチセンシング電極170とを備える。基板110は、可視領域VA及び周辺領域PAを有する。周辺配線150は、基板110の周辺領域PA上に配置される。タッチセンシング電極170は、基板110の可視領域VA上に配置され、周辺配線150に電気的に接続され、複数の細線によって形成されたメッシュパターンを有する。周辺配線150及びタッチセンシング電極170は、それぞれ、複数の導電性ナノ構造体と、導電性ナノ構造体上に付加されたフィルム層とを含む。導電性ナノ構造体とフィルム層との界面は、実質的に被覆構造を有する。
【選択図】図2A
【特許請求の範囲】
【請求項1】
可視領域と周辺領域を有する基板;
前記基板の前記周辺領域に配置された周辺配線;及び
前記基板の前記可視領域に配置され、前記周辺配線に電気的に接続され、複数の第1の細線によって形成されたメッシュパターンを有する、第1のタッチセンシング電極と、
を備え、
前記周辺配線及び前記第1のタッチセンシング電極は、複数の導電性ナノ構造体と、前記導電性ナノ構造体上に付加されたフィルム層とを有し、前記導電性ナノ構造体のそれぞれと前記フィルム層との界面は実質的に被覆構造を有する、タッチパネル。
【請求項2】
前記被覆構造は、めっき層を含み、
前記めっき層は、前記導電性ナノ構造体のそれぞれと前記フィルム層との間の前記界面を完全に覆う、
請求項1に記載のタッチパネル。
【請求項3】
前記フィルム層は、隣接する前記導電性ナノ構造体の間に充填され、
前記フィルム層は、単独で存在する被覆構造を有さない、
請求項1又は2に記載のタッチパネル。
【請求項4】
前記導電性ナノ構造体のそれぞれは、金属ナノワイヤを含み、
前記被覆構造は、前記金属ナノワイヤと前記フィルム層との界面を完全に覆い、
被覆層は、前記金属ナノワイヤと前記フィルム層との間の前記界面上に均一に形成される、
請求項1乃至3の何れか一項に記載のタッチパネル。
【請求項5】
前記被覆構造は、導電性材料からなる積層構造、島状突出構造、点状突出構造、又はこれらの組み合わせである、
請求項1乃至4の何れか一項に記載のタッチパネル。
【請求項6】
前記導電性材料は、銀、金、銅、ニッケル、白金、イリジウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、又はそれらの合金を含む、
請求項5に記載のタッチパネル。
【請求項7】
前記被覆構造は、1つの金属材料若しくは合金材料からなる単層構造、又は2つ以上の金属材料若しくは合金材料からなる二層構造若しくは多層構造である、
請求項1乃至6の何れか一項に記載のタッチパネル。
【請求項8】
前記被覆構造は、無電解銅めっき層、電解銅めっき層、無電解銅-ニッケルめっき層、無電解銅-銀めっき層、又はこれらの組み合わせである、
請求項1乃至7の何れか一項に記載のタッチパネル。
【請求項9】
前記導電性ナノ構造体、前記フィルム層、及び前記被覆構造のそれぞれは、前記第1の細線のそれぞれに位置する、
請求項1乃至8の何れか一項に記載のタッチパネル。
【請求項10】
前記第1の細線の線幅が1μm以上10μm以下であり、隣接する前記第1の細線の間の間隔が1μm以上10μm以下である、
請求項1乃至9の何れか一項に記載のタッチパネル。
【請求項11】
前記基板は、互いに対向しない第1の表面と第2の表面とを有し、
前記第1のタッチセンシング電極は、前記基板の前記第1の表面上に配置され、
前記タッチパネルは、さらに、
前記基板の前記第2の表面上及び前記可視領域上に配置され、複数の第2の細線によって形成されたメッシュパターンを有する第2のタッチセンシング電極を備える、
請求項1乃至10の何れか一項に記載のタッチパネル。
【請求項12】
前記第2のタッチセンシング電極が、前記導電性ナノ構造体と、前記導電性ナノ構造体のそれぞれの上に付加された前記フィルム層とを含み、前記導電性ナノ構造体のそれぞれと前記フィルム層との界面は実質的に被覆構造を有する、
請求項11に記載のタッチパネル。
【請求項13】
前記第1の細線によって形成された前記メッシュパターンは、前記第2の細線によって形成された前記メッシュパターンと完全には重複していない、
請求項11又は12に記載のタッチパネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本出願は、2020年8月25日に出願された中国出願第202010861924.6号の優先権を主張する。
【0002】
本開示は、タッチパネル、タッチパネルの製造方法、及び前記タッチパネルを備える装置に関する。
【背景技術】
【0003】
近年、透明導電体は光を透過し、適切な導電性を提供することができるため、透明導電体は多くのディスプレイ又はタッチ関連装置にしばしば適用される。一般に、透明導電体は、インジウム錫酸化物(ITO)膜、インジウム亜鉛酸化物(IZO)膜、カドミウム錫酸化物(CTO)膜、アルミニウムドープ酸化亜鉛(AZO)膜等の各種金属酸化物からなる膜であってもよい。しかしながら、これらの金属酸化物膜は、ディスプレイ装置の柔軟性要件を満たすことができない。このため、例えばナノスケールの材料からなる透明導電体等、様々なフレキシブル透明導電体が開発されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、上記ナノスケール材料のプロセス技術には解決すべき多くの問題がある。例えば、ナノワイヤを用いてタッチ電極を作製する場合、タッチ電極は周辺領域の金属トレースに接続する必要があり、タッチ電極とトレースとが接続される重複領域は周辺領域のサイズを小さくすることができない。その結果、周辺領域の幅が大きすぎて、狭幅ベゼルのディスプレイの要求を満たすことができない。別の例として、光学的効果を考慮するために、抵抗性容量負荷(RC荷重)値(the resistive capacitive Loading (RC Loading) Value)は、ナノワイヤで作られたタッチ電極についてより大きく、これは、一般的な用途には都合が悪い。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示のいくつかの実施形態によれば、タッチパネルは、基板、周辺配線、及び第1のタッチセンシング電極を備える。基板は、可視領域と周辺領域とを有する。周辺配線は、基板の周辺領域上に配置される。第1のタッチセンシング電極は、基板の可視領域上に配置され、周辺配線に電気的に接続され、複数の第1の細線によって形成されたメッシュパターンを有する。周辺配線及び第1のタッチセンシング電極のそれぞれは、複数の導電性ナノ構造体と、各導電性ナノ構造体上に付加されたフィルム層とを含み、各導電性ナノ構造体とフィルム層との界面は実質的に被覆構造を有する。
【0006】
本開示のいくつかの実施態様において、被覆構造は、めっき層を含み、めっき層は、導電性ナノ構造体のそれぞれとフィルム層との界面を完全に被覆する。
【0007】
本開示のいくつかの態様において、フィルム層は、隣接する導電性ナノ構造体の間に充填され、フィルム層は、単独で存在する被覆構造を有さない。
【0008】
本開示のいくつかの実施形態では、導電性ナノ構造体のそれぞれは、金属ナノワイヤを含み、被覆構造は、金属ナノワイヤとフィルム層との界面を完全に覆い、被覆層は、金属ナノワイヤとフィルム層との界面上に均一に形成される。
【0009】
本開示のいくつかの実施態様において、被覆構造は、導電性材料からなる層状構造、島状突出構造、点状突出構造、又はこれらの組み合わせである。
【0010】
本開示のいくつかの実施態様において、導電性材料は、銀、金、銅、ニッケル、白金、イリジウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、又はそれらの合金を含む。
【0011】
本開示のいくつかの実施態様において、被覆構造は、1つの金属材料若しくは合金材料からなる単層構造、又は2つ以上の金属材料若しくは合金材料からなる二層構造若しくは多層構造である。
【0012】
本開示のいくつかの実施態様において、被覆構造は、無電解銅めっき層、電解銅めっき層、無電解銅-ニッケルめっき層、無電解銅-銀めっき層、又はこれらの組み合わせである。
【0013】
本開示のいくつかの態様において、導電性ナノ構造体、フィルム層、及び被覆構造のそれぞれは、第1の細線のそれぞれに位置する。
【0014】
本開示のいくつかの実施形態では、第1の細線のそれぞれの線幅は1μmから10μmの間であり、隣接する第1の細線の間の間隔は1μmから10μmの間である。
【0015】
本開示のいくつかの実施形態では、基板は、互いに対向しない第1の表面及び第2の表面を有し、第1のタッチセンシング電極は、基板の第1の表面上に配置される。タッチパネルは、基板の第2の表面上及び可視領域上に配置された第2のタッチセンシング電極をさらに備え、第2のタッチセンシング電極は、複数の第2の細線によって形成されたメッシュパターンを有する。
【0016】
本開示のいくつかの態様において、第2のタッチセンシング電極は、導電性ナノ構造体と、導電性ナノ構造体のそれぞれの上に付加されたフィルム層とを含み、導電性ナノ構造体とフィルム層との界面は、実質的に被覆構造を有する。
【0017】
本開示のいくつかの実施形態では、第1の細線によって形成されたメッシュパターンは、第2の細線によって形成されたメッシュパターンと完全には重複していない。
【0018】
本開示のいくつかの他の実施形態によれば、タッチパネルの製造方法は、可視領域及び周辺領域を有する基板を提供すること;可視領域及び周辺領域上に複数の導電性ナノ構造体を配置して導電層を形成すること;導電層上にフィルム層を付加し、フィルム層を予備硬化状態又は不完全硬化状態にすること;パターン化工程を実行すること;及び、前記可視領域及び前記周辺領域に位置する前記導電性ナノ構造体の表面に、前記導電性ナノ構造体と前記フィルム層との界面が実質的に被覆構造を有するように、被覆構造を形成する修飾工程を実行することを備える。前記パターン化工程は、可視領域上の導電層及びフィルム層をパターン化して、複数の細線が交錯するメッシュパターンを有するタッチセンシング電極を形成する工程;及び周辺領域の導電層とフィルム層をパターン化して周辺配線を形成する工程を備える。
【0019】
本開示のいくつかの実施形態において、パターン化工程は、修飾工程の前又は後に実施される。
【0020】
本開示のいくつかの実施態様において、可視領域及び周辺領域上の導電層及びフィルム層のパターン化は、同一のプロセスで行われる。
【0021】
本開示のいくつかの態様において、修飾工程は、無電解めっき液がフィルム層に浸透して導電性ナノ構造体に接触し、各導電性ナノ構造体の表面に金属が析出するように、無電解めっき液にフィルム層及び導電性ナノ構造体を浸漬する工程を備える。
【0022】
本開示のいくつかの態様において、被覆構造は、導電性ナノ構造体のそれぞれの表面に沿って形成され、導電性ナノ構造体のそれぞれとフィルム層との界面上に位置する。
【0023】
本開示のいくつかの実施態様において、導電層上にフィルム層を付加することは、導電層上にポリマーをコーティングすること;及びポリマーが予備硬化状態又は不完全硬化状態に達するように硬化条件を制御することを備える。
【0024】
本開示のいくつかの実施態様において、導電層上にフィルム層を付加することは、導電層上にポリマーをコーティングすること;及びポリマーが予備硬化状態又は不完全硬化状態に達するように硬化条件を制御することを備え、ここで、予備硬化状態又は不完全硬化状態においてフィルム層が第1層領域と第2層領域とを有し、第2層領域の硬化状態が第1層領域の硬化状態よりも大きくなるように硬化条件を制御する。
【0025】
本開示のいくつかの態様において、第1層領域において、被覆構造は、導電性ナノ構造体のそれぞれの表面に沿って形成され、導電性ナノ構造体のそれぞれとフィルム層との界面上に位置する。
【0026】
本開示のいくつかの実施態様において、硬化条件を制御する工程は、ガスを導入する工程と、第1層領域におけるガスの濃度及び第2層領域におけるガスの濃度を制御する工程とを備える。
【0027】
本開示のいくつかの実施態様において、修飾工程は、無電解めっき工程、電解めっき工程、又はこれらの組合せを備える。
【0028】
本開示のいくつかの他の実施形態によれば、装置は、上述のタッチパネルを備える。
【0029】
本開示のいくつかの実施形態において、装置は、ディスプレイ、携帯電話、タブレット、ウェアラブルデバイス、カーデバイス、ノートブック、又は偏光子(polarizer)を備える。
【0030】
本開示の前述した実施形態によれば、本開示のタッチパネルにおいて、周辺領域に位置する周辺配線と、可視領域に位置するタッチセンシング電極とが共に、修飾された金属ナノワイヤで形成されているので、タッチパネルの表面抵抗を効果的に低減して、タッチパネルの導電性を高めることができ、タッチパネルの抵抗性容量負荷値を低減することができる。一方、可視領域上のタッチセンシング電極は、複数の細線によって形成されたメッシュパターンを有するので、タッチセンシング電極は、可視領域の光透過率が、修飾された金属ナノワイヤによって影響されることを防止することができる。その結果、タッチパネルの可視領域は良好な光学特性を有する。さらに、本開示のタッチパネルにおける周辺配線電極及びタッチセンシング電極は両方とも、修飾された金属ナノワイヤから作られているので、修飾工程は、タッチパネルの製造プロセスの間のマスクの使用を節約するために、表面全体で行うことができ、それによって、マスクの使用に起因する位置合わせ誤差を回避する。換言すれば、本開示では、周辺配線及びタッチセンシング電極に修飾工程を行う際にアライメントを行う必要がないため、アライメント誤差のためのスペースを確保する必要がない。その結果、タッチパネルの周辺領域の幅を小さくすることができ、ベゼル(bezel)の狭いディスプレイの要求を満たすことができる。
【図面の簡単な説明】
【0031】
添付の図面を参照して、以下の実施形態の詳細な説明を読むことによって、本開示をより完全に理解することができる。
図1A図1Aは、本開示のいくつかの実施形態に係る、異なる工程における金属ナノワイヤの修飾方法を図示する概略断面図である。
図1B図1Bは、本開示のいくつかの実施形態に係る、異なる工程における金属ナノワイヤの修飾方法を図示する概略断面図である。
図1C図1Cは、本開示のいくつかの実施形態に係る、異なる工程における金属ナノワイヤの修飾方法を図示する概略断面図である。
図2A図2Aは、本開示のいくつかの実施形態によるタッチパネルを示す概略上面図である。
図2B図2Bは、本開示のいくつかの実施形態に係る、線2B-2Bに沿って切断された図2Aのタッチパネルを図示する概略断面図である。
図3A図3Aは、本開示のいくつかの実施形態による、異なる工程におけるタッチパネルの製造方法を示す概略断面図である。
図3B図3Bは、本開示のいくつかの実施形態による、異なる工程におけるタッチパネルの製造方法を示す概略断面図である。
図3C図3Cは、本開示のいくつかの実施形態による、異なる工程におけるタッチパネルの製造方法を示す概略断面図である。
図3D図3Dは、本開示のいくつかの実施形態による、異なる工程におけるタッチパネルの製造方法を示す概略断面図である。
図4図4は、本開示のいくつかの他の実施形態によるタッチパネルを示す概略断面図である。
図5A図5Aは、本開示のいくつかの他の実施形態によるタッチパネルを示す概略上面図である。
図5B図5Bは、本開示のいくつかの実施形態による、線5B-5Bに沿って切断された図5Aのタッチパネルを示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0032】
以下、添付図面に例示されている本発明の実施形態を詳細に参照する。可能な限り、図面及び説明において同一の参照番号を使用して同一又は類似の部分を参照する。
【0033】
さらに、「下方」又は「底部」及び「上方」又は「上部」等の相対的な用語を本明細書で使用して、図に示されるように、ある要素と別の要素との間の関係を記述することができる。相対的な用語は、図に示されているもの以外のデバイスの異なる向きを含むことが意図されることを理解されたい。例えば、ある図の装置がひっくり返されると、他の要素の「下方」側にあると記載された要素は、他の要素の「上方」側に配向される。したがって、例示的な用語「下方」は、図面の特定の向きに応じて、「下方」及び「上方」の向きを含み得る。同様に、ある図の装置がひっくり返されると、他の要素の「底部」にあると記載された要素は、他の要素の「上部」に配向される。したがって、例示的な用語「底部」は、「上部」及び「底部」の向きを含み得る。
【0034】
さらに、本明細書で使用される場合、「程度(around)」、「約(about)」、又は「おおよそ(approximately)」は、一般に、所定の値又は範囲の20%以内、好ましくは10%以内、より好ましくは5%以内を意味するものとする。本明細書に記載されている数値は近似的なものであり、「程度」、「約」、又は「おおよそ」という用語は、明示的に記載されていなければ、推論することができることを意味する。
【0035】
本開示において使用される「導電性ナノ構造体」は、一般的にナノ構造を含む層又はフィルムを意味し、導電性ナノ構造体の表面抵抗は、約500Ω/sq.未満、好ましくは約200Ω/sq.未満、より好ましくは約100Ω/sq.未満であってもよいことが理解されるべきである。前記「ナノ構造」とは、一般に、ナノメートルサイズの構造体をいい、例えば、ナノ構造体は、ナノスケールの少なくとも一方向の寸法(線径、長さ、幅、太さ等)を有し、ナノスケールの線状構造体、柱状構造体、シート構造体、メッシュ構造体、管状構造体、又はこれらの組み合わせである。
【0036】
本発明は、導電性ナノ構造体(例えば、金属ナノワイヤ)の修飾方法、及び該修飾導電性ナノ構造体を用いて製造されたタッチパネル及び装置を提供する。説明を明瞭かつ簡便にするために、本開示では、導電性ナノ構造体の修飾方法を最初に説明し、金属ナノワイヤを一例として取り上げる。
【0037】
図1A図1Cは、本開示のいくつかの実施形態に係る、異なる工程における金属ナノワイヤの修飾方法を図示する概略断面図である。図1Aを参照すると、まず、基板110が提供され、金属ナノワイヤ122が、基板110の表面上に被覆され、金属ナノワイヤ層120を形成する。金属ナノワイヤ層120は、例えば、限定ではないが、銀ナノワイヤ層、金ナノワイヤ層、又は銅ナノワイヤ層とすることができる。いくつかの実施形態では、金属ナノワイヤ122を含む分散液又はスラリー(dispersion or slurry)を、基板110上にコーティングし、硬化/乾燥させて、金属ナノワイヤ122を基板110の表面に付着させ、基板110上に配置された金属ナノワイヤ層120を形成することができる。前述の硬化/乾燥工程の後、分散液又はスラリーの溶媒が揮発し、金属ナノワイヤ122を基板110の表面上にランダムに分布させることができ、好ましくは、金属ナノワイヤ層120を形成するため、金属ナノワイヤ122を脱落させることなく基板110の表面上に固定することができる。金属ナノワイヤ層120の金属ナノワイヤ122は、互いに接触して連続的な電流経路を提供し、導電性ネットワークを形成することができる。すなわち、金属ナノワイヤ122は、その交差(重なり)位置において互いに接触し、電子を転送する経路を形成する。銀ナノワイヤを例にとると、1つの銀ナノワイヤともう1つの銀ナノワイヤは、それらの交差位置で直接接触を形成し、電子を移動させるための低抵抗経路を形成することができる。いくつかの実施態様において、領域又は構造の表面抵抗が約10Ω/sq.より大きいとき、その領域又は構造は電気的に絶縁されているとみなすことができ、好ましくは約10Ω/sq.、約3000Ω/sq.、約1000Ω/sq.、約350Ω/sq.又は約100Ω/sq.より大きいとき、その領域又は構造は電気的に絶縁されているとみなすことができる。いくつかの実施態様において、銀ナノワイヤから形成される銀ナノワイヤ層の表面抵抗は、約100Ω/sq.未満である。
【0038】
図1Bを参照すると、次に、フィルム層130が金属ナノワイヤ122を覆うように配置され、フィルム層130の硬化度が制御される。いくつかの実施形態では、流体状態/流体特性を有するポリマーが金属ナノワイヤ122に浸透して充填剤(filler)を形成できるように、適切なポリマーを金属ナノワイヤ122上にコーティングすることができる。その結果、金属ナノワイヤ122は、フィルム層130内に埋め込まれ、複合構造体220を形成する。一方、ポリマーのコーティング又は硬化条件(例えば、温度及び/又は光硬化パラメータ)は、ポリマーが予備硬化状態又は不完全硬化状態に達するように、又はさらにフィルム層130が異なる硬化度を有するように制御されてもよい。例えば、下部領域(すなわち、基板110に近い領域)におけるフィルム層130の硬化度は、上部領域(すなわち、基板110より遠い領域)におけるフィルム層130の硬化度よりも大きくなるように調整されてもよく、上部領域は、前述の予備硬化状態又は不完全硬化状態となる。換言すれば、この工程では、フィルム層130が金属ナノワイヤ122上に加えられ、金属ナノワイヤ122が、予備硬化状態又は不完全硬化状態でフィルム層130内に埋め込まれて複合構造体220を形成するように、ポリマーが被覆される。
【0039】
いくつかの実施態様において、フィルム層130は、絶縁材料を含むことができる。例えば、絶縁材料は、非導電性樹脂又は他の有機材料、例えば、ポリアクリレート、エポキシ樹脂、ポリウレタン、ポリシロキサン、ポリ(シリコン-アクリル)、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニルブチラール、ポリカーボネート、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレンコポリマー、ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)、ポリ(スチレンスルホン酸)、又はセラミック材料であってもよいが、これらに限定されない。いくつかの実施態様において、フィルム層130は、スピンコーティング、スプレーコーティング、印刷又はそれらの組合せによって形成されてもよい。いくつかの実施形態では、フィルム層130の厚さは、約20nm~約10μm、約50nm~約200nm、又は約30nm~約100nmとすることができる。例えば、フィルム層130の厚さは、約90nm又は100nmとすることができる。本開示を簡潔かつ明確に説明するために、金属ナノワイヤ層120及びフィルム層130は、図1Bにおいて1つの構造層として示されるが、本開示は、この点に関して限定されないことを理解されたい。また、金属ナノワイヤ層120及びフィルム層130は、他のタイプの構造層(例えば、積層構造)に組み合わされてもよい。
【0040】
いくつかの実施態様において、ポリマーの硬化度を制御する方法は、異なるエネルギーの硬化条件を利用して、フィルム層130を予備硬化状態又は不完全硬化状態にすることによって実施されてもよい。フィルム層130の硬化の程度は、硬化中のフィルム層130の結合の変化に基づいて決定することができる。すなわち、フィルム層の硬化度は、フィルム層130の接着強度と完全硬化フィルム層130の接着強度との比(これは、本実施形態ではパーセンテージで表される。)として定義することができる。例えば、市販品のフィルム材料では、完全硬化を達成するためには、約500mJの光エネルギーを低酸素環境で約4分間使用する必要がある。しかし、本実施形態では、低酸素環境下で約500mJの光エネルギーを約2分間使用しており、赤外分光法で測定した接着強度は完全硬化フィルム層130の接着強度の約95%であり、硬化度が全硬化量の約95%に達していることを示している。したがって、この硬化条件で得られるフィルム層130の硬化状態は、全硬化量の約95%となる。
【0041】
いくつかの実施態様において、フィルム層130は、異なる深さ(すなわち、厚さ)で異なる硬化状態を有するように制御することができる。具体的には、フィルム層130の硬化時に、フィルム層130の上下でガス濃度が異なるガスを導入することにより、フィルム層130の上部での硬化反応時に「ガスが硬化を止める」現象が生じ、フィルム層130が硬化度の異なる第1層領域と第2層領域とを有するようになる。例えば、第2層領域は、フィルム層130の底部に位置し、より硬化度の高い領域であってもよく、第1層領域は、フィルム層130の上部に位置し、より硬化度の低い領域であってもよい。いくつかの実施態様において、硬化中に、導入されたガス(例えば酸素)及び/又は所定の硬化エネルギーの濃度を制御して、フィルム層130が異なる深さで異なる硬化状態を有するようにすることができる。いくつかの実施態様において、ガス濃度は、例えば、約20%、約10%、約3%又は約1%未満であってよく、硬化エネルギーは、フィルム層130の材料に従って選択することができ、例えば、約250mJと約1000mJとの間の紫外線エネルギーである。いくつかの実施態様において、ガス濃度が高いほど、「酸素が硬化を止める」現象がフィルム層130の上部においてより顕著に生じる。その結果、第1層領域の厚さが厚くなり、第2層領域の厚さが薄くなる。例えば、第1層領域の厚さに対応する導入ガスの濃度は、大から小へ順に約20%、約10%、約3%、約1%未満である。いくつかの実施態様において、導入された酸素の濃度が約20%であり、加えられた硬化エネルギーが約500mJである場合、第1層領域の硬化度は約60%であり、第1層領域の厚さは約23.4nmである(すなわち、第1層領域の厚さは、フィルム層130の全厚さの約12%である)。第2層領域の硬化度は約99%~約100%であり、第2層領域の厚さは約168.1nmである(すなわち、第2層領域の厚さは、フィルム層130の全厚さの約88%である)。いくつかの実施態様において、導入された酸素の濃度が約20%であり、加えられた硬化エネルギーが約1000mJである場合、第1層領域の厚さは約8.8nmであり(すなわち、第1層領域の厚さは、フィルム層130の全厚さの約5%であり)、第2層領域の厚さは約195.9nmである(すなわち、第2層領域の厚さは、フィルム層130の全厚さの約95%である)。
【0042】
本開示は、金属ナノワイヤ122上に付加されるフィルム層130に焦点を合わせ、また、フィルム層130の硬化度又は硬化深さを制御することに焦点を合わせ、これにより、被覆構造140(図1Bには示されていないが、代わりに図1Cに示されている)を金属ナノワイヤ122の表面に沿って成長させ、金属ナノワイヤ122とフィルム層130との界面上に形成させることができる(以下に詳述する)ことに留意してほしい。金属ナノワイヤ122を含む分散液又はスラリーを被覆する前述の工程において、分散液又はスラリーは、ポリマー及び類似の組成物も含むことができるが、これは本開示のキーポイントではない。いくつかの実施態様において、フィルム層130の硬化の程度は、約0%、約30%、約60%、約75%、約95%、約98%、約0%~約95%、約0%~約98%、約95%~約98%、約60%~約98%、又は約60%~約75%で制御することができる。以上のように、本発明における「予備硬化(pre-cured)、又は不完全硬化(incompletely cured)」とは、「フィルム層の接着強度が完全硬化フィルム層の接着強度と異なること」と定義することができる。すなわち、フィルム層の接着強度と完全硬化フィルム層の接着強度との比が100%でない場合には、本開示の範囲に入る。
【0043】
図1Cを参照すると、次に、修飾工程が行われ、複数の修飾金属ナノワイヤ122を含む金属ナノワイヤ層120が形成される。具体的には、修飾工程によって、修飾前の金属ナノワイヤ122の少なくとも一部は、被覆構造140がその表面上に形成されるように修飾され、それによって、修飾金属ナノワイヤ122を形成する。図1B及び図1Cにおける修飾の前及び後に金属ナノワイヤ122を表すためにそれぞれ異なるパターンが使用され、図1B及び図1Cに示されるパターンは、修飾の前及び後にそれぞれ金属ナノワイヤ122を表すために、以下の図において直接使用されることに理解されたい。いくつかの実施態様において、被覆構造140は、無電解めっき/電解によって形成することができ、被覆構造140は、例えば、導電性材料を含む、層状構造、島状突出構造、点状突出構造、又はそれらの組み合わせとすることができる。いくつかの実施態様において、導電性材料は、銀、金、白金、ニッケル、銅、イリジウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、前記材料を含む合金、又は前記材料を含まない合金を含むことができる。いくつかの実施形態では、被覆構造140の被覆率は、金属ナノワイヤ122の総表面積の約80%超、約90%~約95%、約90%~約99%、又は約90%~100%とすることができる。被覆構造140の被覆率が100%であると言われる場合、それは、初期金属ナノワイヤ122の表面が完全に露出していないことを意味することを理解されたい。いくつかの実施態様において、被覆構造140は、無電解銅めっき層、電解銅めっき層又は無電解銅-ニッケル合金めっき層のような1つの導電性材料で構成された単層構造であってもよい。又は、被覆構造140は、二層又は2以上の導電材料からなる多層構造であってもよく、例えば、最初に無電解銅めっき層を形成し、その後に無電解銀めっき層を形成する。
【0044】
いくつかの実施態様において、無電解銅めっき液(銅イオン溶液、キレート剤、アルカリ剤、還元剤、緩衝剤、安定剤等)を調製してもよく、金属ナノワイヤ122及びフィルム層130を無電解銅めっき液に浸漬してもよい。無電解銅めっき液は、予備硬化状態のフィルム層130又は不完全硬化状態のフィルム層130に浸透し、毛細管現象により金属ナノワイヤ122の表面に接触することができる。同時に、金属ナノワイヤ122は、触媒点又は核形成点として作用して銅の析出を促進し、無電解銅めっき層を金属ナノワイヤ122上に堆積させて被覆構造140を形成することができる。被覆構造140は、各金属ナノワイヤ122の初期形状に応じて実質的に成長し、修飾時間が長くなるにつれて、各金属ナノワイヤ122を被覆する構造を形成する。対照的に、金属ナノワイヤ122が存在しない複合構造体220には銅の析出はない。すなわち、十分に制御することによって、被覆構造140全体が、各金属ナノワイヤ122とフィルム層130との界面に形成され、フィルム層130は、金属ナノワイヤ122の表面に接触せずに単独で存在する被覆構造140を有さない。したがって、修飾工程の後、導電性ネットワークの各金属ナノワイヤ122は、被覆構造140によって覆われ、被覆構造140は、各金属ナノワイヤ122及びフィルム層130によって形成される界面上に位置する。換言すれば、被覆構造140は、各金属ナノワイヤ122とフィルム層130との間にある。被覆構造140と、被覆構造140によって被覆される各金属ナノワイヤ122とは、一体とみなすことができ、当該一体と当該一体との間のギャップは、フィルム層130の材料によって占有される。
【0045】
いくつかの実施態様において、フィルム層130及び無電解めっき液/電解液は、互いに適合する材料を含むことができる。例えば、非アルカリ耐性ポリマーを用いてフィルム層130を形成する場合には、無電解めっき液をアルカリ溶液とすることができる。したがって、この工程では、前述したフィルム層130の予備硬化状態又は不完全硬化状態を利用することに加えて、無電解めっき液を利用して、予備硬化状態又は不完全硬化状態のフィルム層130を攻撃(エッチングに似ている)し、前述した修飾工程を容易にすることができる。
【0046】
以下、修飾工程の原理について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。金属ナノワイヤ122及びフィルム層130が無電解めっき液/電解質溶液に浸漬される初期期間において、溶液は、まず、予備硬化状態の又は不完全硬化状態のフィルム層130を攻撃する。溶液が金属ナノワイヤ122に接触すると、金属イオン(例えば銅イオン)は、金属ナノワイヤ122(例えば、銀ナノワイヤ)を種結晶として成長を開始し、浸漬時間が増加するにつれて、金属ナノワイヤ122の表面上に前述の被覆構造140へとさらに成長する。一方、フィルム層130は、上述の反応プロセスにおいて、制御層又は制限層として作用して、各金属ナノワイヤ122とフィルム層130との界面における被覆構造140の成長を制限し、被覆構造140が均一に成長するように制御することができる。このようにして、本開示の修飾金属ナノワイヤ122は、信号を感知/送信する際に、より良好な整合性を有することができる。
【0047】
一部の実施形態では、その後、硬化工程を実行して、光、熱、又は他の方法を使用してフィルム層130を完全に硬化させることができる。上述した修飾工程では、被覆構造140は、金属ナノワイヤ122の表面に形成され、金属ナノワイヤ122の表面全体を覆って外側に成長する。いくつかの実施態様において、高導電性材料を採用して、被覆構造140を形成することができる。例えば、銅は、銀ナノワイヤの表面を覆う被覆構造140の材料として採用され、被覆構造140は、銀ナノワイヤのそれぞれとフィルム層130との界面上に配置される。銀の導電率は銅の導電率よりも高いが、銀ナノワイヤ層の全体の導電率は、銀ナノワイヤのそれぞれのサイズ及びそれらの接触状態等の要因により、より低い(しかし、電気信号を伝達するのに十分な抵抗はもっと低い)ことに留意されたい。修飾工程の後、被覆構造140(すなわち、修飾された金属ナノワイヤ122)によって被覆される銀ナノワイヤの導電率は、修飾されていない銀ナノワイヤの導電率よりも高い。換言すれば、修飾金属ナノワイヤ層120は、低抵抗導電層を形成することができる。修飾されていない金属ナノワイヤ層120と比較して、修飾金属ナノワイヤ層120の表面抵抗は、約100倍から約1万倍に低減され得る。上述の導電層は、可撓性分野における導電性基板、無線充電コイル、又はアンテナ構造等の様々な用途のための電極構造を作製するために使用され得る。具体的には、電極構造は、金属ナノワイヤ122と、金属ナノワイヤ122をさらに被覆するフィルム層130とを少なくとも含むことができ、各金属ナノワイヤ122の表面の少なくとも一部又は全体(すなわち、金属ナノワイヤ122の、フィルム層130に対応する界面)は、被覆構造140(すなわち、被覆層)を有する。被覆層を導入することにより、金属ナノワイヤ層120の導電性を高めることができる。いくつかの実施態様において、銅材料は、各金属ナノワイヤ122の表面(すなわち、金属ナノワイヤ122の、フィルム層130に対応する界面)に沿って成長するため、観察される銅の形状は、めっき後の各金属ナノワイヤ122の初期形状(例えば、線形構造)と極めて類似しており、銅は、均一に成長して、類似のサイズ(例:厚さ)を有する外層構造を形成する。
【0048】
本開示の前述の方法は、ディスプレイと一体化されたタッチパネルのようなタッチパネルの製造に適用することができるが、これに限定されない。より具体的には、図2A及び図2Bを参照する。図2Aは、本開示のいくつかの実施形態に係るタッチパネル100を図示する概略上面図であり、図2Bは、本開示のいくつかの実施形態に係る線2Bー2Bに沿って切断された図2Aのタッチパネル100を図示する概略断面図である。いくつかの実施態様において、タッチパネル100は、基板110、周辺配線150、及びタッチセンシング電極170を含むことができる。基板110は、周辺配線150及びタッチセンシング電極170を支持するように構成され、例えば、硬質透明基板又は可撓性透明基板であってもよい。いくつかの実施態様において、基板110の材料は、ガラス、アクリル、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、シクロオレフィンポリマー、シクロオレフィンコポリマー、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、無色ポリイミド、又はそれらの組合せ等の透明材料を含むが、これらに限定されない。いくつかの実施態様において、前処理工程を基板110の表面上に実施することができ、例えば、表面改質プロセスを実施するか、又は接着層若しくは樹脂層を基板110の表面上に追加的に被覆して、基板110と金属ナノワイヤ122との間の接着性を高める。また、基板110は、可視領域VAと周辺領域PAとを有し、周辺領域PAは、可視領域VAの側部に配置されており、例えば、周辺領域PAは、可視領域VAの周囲(すなわち、車両の右側、左側、上側及び下側を含めて、)に配置された枠状の領域であってもよいし、周辺領域PAは、可視領域VAの左側及び下側に配置されたL字状の領域であってもよい。
【0049】
いくつかの実施態様において、周辺配線150が周辺領域PA上に略位置し、タッチセンシング電極170が可視領域VA上に略位置する。周辺配線150とタッチセンシング電極170とが可視領域VAと周辺領域PAとのほぼ境界で接触して電気的に接続され、可視領域VAと周辺領域PAとの間に電子伝達経路を形成する。いくつかの実施態様において、タッチセンシング電極170が単層構成となっており、タッチパネル100がタッチセンシング電極170の静電容量値の変化を検出することでタッチ位置を得ることができる。周辺配線150は、タッチセンシング信号又は他の信号の伝送のために外部コントローラに接続されてもよい。いくつかの実施態様において、タッチセンシング電極170は、縒り合されないで(non-interlaced manner)配置される。例えば、タッチセンシング電極170は、第1の方向D1に沿って延びる帯状電極であってもよく、複数の当該帯状電極は、第1の方向D1と直交する第2の方向D2に沿って等間隔に配置されてもよい。ただし、タッチセンシング電極170の形状や配置はこれに限定されるものではない。他の実施形態では、タッチセンシング電極170は、他の適切な形状及び配置を有してもよい。
【0050】
いくつかの実施態様において、周辺配線150及びタッチセンシング電極170は、修飾金属ナノワイヤ122(本明細書で参照される「修飾金属ナノワイヤ122」は、金属ナノワイヤ122と、その表面を覆う被覆構造140とを含む)を含む。具体的には、周辺配線150及びタッチセンシング電極170のそれぞれは、金属ナノワイヤ122及び金属ナノワイヤ122上に付加されたフィルム層130を含み、各金属ナノワイヤ122とフィルム層130との界面は、実質的に被覆構造140を有する。具体的には、上述した修飾金属ナノワイヤ122と、修飾金属ナノワイヤ122上に付加されたフィルム層130とをパターン化して、周辺配線150及びタッチセンシング電極170を形成する。このようにして、電子は、周辺配線150内、タッチセンシング電極170内、タッチセンシング電極170から周辺配線150へ、又は周辺配線150からタッチセンシング電極170へ、互いに隣接して接触している修飾金属ナノワイヤ122を介して伝達され得る。被覆構造140を金属ナノワイヤ122とフィルム層130との界面上に形成することによって、修飾金属ナノワイヤ122が形成される。修飾金属ナノワイヤ122を使用して、周辺配線150及びタッチパネル100のタッチセンシング電極170を製造することによって、タッチパネル100の表面抵抗を効果的に低減して、タッチパネル100の導電性を高めることができ、タッチパネル100の抵抗性容量負荷(RC荷重)値を効果的に低減することができる。いくつかの実施態様において、修飾されていない金属ナノワイヤ122(すなわち、金属ナノワイヤ122は、その表面上に被覆構造140を有さない)で構成されるタッチセンシング電極170と比較して、修飾金属ナノワイヤ122で構成されるタッチセンシング電極170の抵抗性容量負荷値は、約10%~約50%減少する。
【0051】
いくつかの実施態様において、タッチセンシング電極170は、複数の細線Lによって形成されるメッシュパターンを有する。具体的には、修飾金属ナノワイヤ122及び修飾金属ナノワイヤ122上に付加されるフィルム層130は、パターン化されて、複数の細線Lによって形成されるメッシュパターンを形成し、形成されるメッシュパターンは、タッチセンシング電極170の電極パターンである。換言すれば、修飾金属ナノワイヤ122及び修飾金属ナノワイヤ122上に付加されたフィルム層130は両方とも、タッチセンシング電極170のメッシュパターンの各細線L内に存在する。修飾金属ナノワイヤ122は被覆構造140を有するため、修飾されていない金属ナノワイヤ122の光透過率(つまり、約400nm~約700nmの波長を有する可視光の透過率)及びヘイズよりも低い光透過率及び高いヘイズを有することに注目されたい。タッチセンシング電極170をパターン化して、複数の細線Lによって形成されたメッシュパターンを形成することにより、修飾金属ナノワイヤ122がタッチセンシング電極170の光透過率及びヘイズに影響を与えることを防止し、タッチパネル100の可視領域VAが良好な光学特性を維持することができる。具体的には、本開示のメッシュパターンを有するタッチセンシング電極170は、タッチパネル100の可視領域VAを、ユーザのニーズを満たす約88%を超える光透過率にすることができる。一方、本開示のメッシュパターンを有するタッチセンシング電極170は、タッチパネル100の可視領域VAを約3.0未満、好ましくは約2.5、約2.0、又は約1.5未満のヘイズを有するようにすることができる。
【0052】
いくつかの実施態様において、各細線Lの線幅W1は、約1μm~約10μmであり、タッチセンシング電極170のより良好な光透過性及びパターン形成の利便性を提供する。具体的には、各細線Lの線幅W1が約10μmより大きいと、タッチセンシング電極170の光線透過率が悪くなり、タッチパネル100の可視領域VAの光学特性に影響を及ぼすおそれがある。各細線Lの線幅W1が1μm未満であると、パターン化の難易度が高くなり、製造工程に不都合が生じるおそれがある。いくつかの実施態様において、隣接する細線L間の距離X1(すなわち、線間隔X1)は、約1μm~約10μmであり、タッチセンシング電極170に良好な光透過率及び導電性を与える。具体的には、線間隔X1が10μmを超えると、メッシュパターンの配置が疎になりすぎて電子伝達経路が不足し、タッチセンシング電極170の表面抵抗が大きくなりすぎ、導電性が低くなりすぎる。線間隔X1が約1μm未満であると、メッシュパターンの配置が密集しすぎて、タッチセンシング電極170の光透過率が低くなり、タッチパネル100の可視領域VAが示す光学特性に影響を及ぼす。一部の実施形態では、細線Lは等間隔に配置されてもよい。つまり、各メッシュは同じサイズ(例えば、長さと幅)にすることができる。いくつかの実施形態では、各メッシュの形状は、例えば、長方形、正方形、ダイヤモンド、又は他の適切な形状とすることができる。以上の構成により、本開示のタッチセンシング電極170は、光透過性が良好であるだけでなく、導電性も良好である。具体的には、本開示のメッシュパターンを有するタッチセンシング電極170は、タッチパネル100の可視領域VAの表面抵抗を、約8Ω/sq.と約42Ω/sq.の間にすることができる。非修飾金属ナノワイヤ122によって形成されたタッチパネルの可視領域VAの表面抵抗と比較して、修飾金属ナノワイヤ122によって形成されたタッチパネル100の可視領域VAの表面抵抗は、約20%から約30%減少する。
【0053】
いくつかの実施態様において、周辺配線150の線幅W2は、約8μm~約10μmであり、周辺配線150が良好な導電性を有し、パターン形成の利便性を提供する。具体的には、周辺配線150の線幅W2が約8μm未満であると、周辺配線150の表面抵抗が大きくなりすぎ、導電率が低くなりすぎ、線幅W2が約8μm未満であると、パターン化が難しくなり、製造工程に不都合が生じる。一部の実施形態では、周辺配線150の線幅W2は、タッチセンシング電極170の各細線Lの線幅W1と同じになるように設計することができる。いくつかの実施形態では、隣接する周辺配線150間の距離X2(すなわち、線間隔X2)は、約5μm~約20μm、好ましくは3μm~約20μmである。その結果、従来のタッチパネルと比較して、本開示のタッチパネル100は、ベゼルサイズ(例えば、周辺領域PAの幅)を約20%以上低減し、したがって、ディスプレイの狭ベゼル要件が達成される。具体的には、本開示におけるタッチパネル100の周辺領域PAの幅は、約2mm未満であってもよい。以上の構成により、本発明の周辺配線150は良好な導電性を有することができる。具体的には、本開示の周辺配線150は、タッチパネル100の周辺領域PAの表面抵抗を約0.10Ω/sq.と約0.13Ω/sq.の間にすることができる。非修飾金属ナノワイヤ122によって形成されたタッチパネルの周辺領域PAの表面抵抗と比較して、修飾金属ナノワイヤ122によって形成されたタッチパネル100の周辺領域PAの表面抵抗は、約20%から約50%減少する。
【0054】
図3A図3Dを参照すると、これらは、本開示のいくつかの実施形態に従った異なる工程におけるタッチパネル100の製造方法を示す概略断面図であり、その断面の位置は図2Bの場合と同じである。タッチパネル100の製造方法は、ステップS10からステップS16を含み、ステップS10からステップS16までを順次実行してもよい。ステップS10では、所定の周辺領域PA及び所定の可視領域VAを有する基板110が提供され、修飾されていない金属ナノワイヤ122が基板110上に配置されて、周辺領域PA及び可視領域VA上に金属ナノワイヤ層120が形成される。ステップS12では、フィルム層130が修飾されていない金属ナノワイヤ122上に配置され、フィルム層130が修飾されていない金属ナノワイヤ122を覆うようになっており、フィルム層130は予備硬化状態又は不完全硬化状態にある。ステップS14において、パターン化工程が行われ、パターン化された金属ナノワイヤ層120が形成され、周辺領域PA上に位置する金属ナノワイヤ層120がパターン化されて周辺配線150が形成され、可視領域VA上に位置する金属ナノワイヤ層120がパターン化されてタッチセンシング電極170が形成される。ステップS16では、修飾工程を実行して、金属ナノワイヤ122上に被覆構造140を形成し、周辺領域PA上に位置する周辺配線150及び可視領域VA上に位置するタッチセンシング電極170のすべてが、修飾された金属ナノワイヤ122を含むようにする。以下の説明では、上述の工程についてより詳細に説明する。
【0055】
図3Aを参照すると、金属ナノワイヤ層120(例えば、銀ナノワイヤ層、金ナノワイヤ層、又は銅ナノワイヤ層)は、少なくとも金属ナノワイヤ122を含み、基板110の周辺領域PA及び可視領域VA上を被覆する。いくつかの実施形態では、金属ナノワイヤ122を有する分散液又はスラリーを、コーティングによって基板110上に形成し、硬化/乾燥させて、金属ナノワイヤ122を基板110の表面に付着させ、基板110上に配置された金属ナノワイヤ層120を形成することができる。前述の硬化/乾燥工程の後、分散物又はスラリーの溶媒は揮発し、金属ナノワイヤ122は、基板110の表面上にランダムに分布され得る;又は、好ましくは、金属ナノワイヤ122は、脱落することなく基板110の表面に固定され、金属ナノワイヤ層120を形成することができる。金属ナノワイヤ層120の金属ナノワイヤ122は、互いに接触して連続的な電流経路を提供し、導電性ネットワークを形成することができる。換言すれば、金属ナノワイヤ122は、その交差位置において互いに接触し、電子を転送する経路を形成する。銀ナノワイヤを例にとると、一方の銀ナノワイヤと他方の銀ナノワイヤは、それらの交差位置(すなわち、銀-銀接触界面)で直接接触を形成し、低抵抗の電子移動経路を形成することができる。その後の修飾工程は、上述した「銀-銀接点」の低抵抗構造に影響を与えたり、変化させたりすることはなく、金属ナノワイヤ122の表面を高い導電性を有する被覆構造140でさらに被覆して、最終生成物の電気特性を改善する。
【0056】
いくつかの実施態様において、分散液又はスラリーは、金属ナノワイヤ122が溶媒中に均一に分散するように溶媒を含む。具体的には、溶媒は、例えば、水、アルコール、ケトン、エーテル、炭化水素、芳香族溶媒(ベンゼン、トルエン、キシレン等。)、又はこれらの組み合わせである。いくつかの実施形態では、分散液は、金属ナノワイヤ122と溶媒との間の適合性及び溶媒における金属ナノワイヤ122の安定性を改善するために、添加剤、界面活性剤、及び/又は結合剤をさらに含んでもよい。具体的には、添加剤、界面活性剤及び/又は結合剤は、例えば、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒプロメロース、フルオロ界面活性剤、スルホコハク酸スルホン酸塩、硫酸塩、リン酸塩、ジスルホン酸塩、又はそれらの組み合わせであってもよい。金属ナノワイヤ122を含む分散液又はスラリーは、限定されるものではないが、スクリーン印刷、スプレーコーティング、又はローラコーティング等のプロセス等の任意の方法で、基板110の表面上に塗布されてもよい。いくつかの実施形態では、金属ナノワイヤ122を含む分散物又はスラリーが、基板110の表面上に連続的に供給されてコーティングされるように、ロールツーロールプロセス(roll-to-roll process)が実施されてもよい。
【0057】
本明細書で使用される文言「金属ナノワイヤ」は、集合名詞であり、複数の金属要素、金属合金、又は金属化合物(金属酸化物を含む)を含む金属ワイヤの集合を意味し、その中に含まれる金属ナノワイヤの数は、本開示の範囲に影響を及ぼさないことが理解されるべきである。いくつかの実施形態において、1つの金属ナノワイヤの断面サイズ(例えば、断面の直径)は、500nm未満、好ましくは100nm未満、より好ましくは50nm未満であり得る。いくつかの実施態様において、金属ナノワイヤは、大きいアスペクト比(長さ:断面の直径)を有する。具体的には、金属ナノワイヤのアスペクト比は、10と100,000との間であってもよい。より具体的には、金属ナノワイヤのアスペクト比は、10より大きく、好ましくは50より大きく、より好ましくは100より大きくすることができる。さらに、絹、繊維、又は管のような他の用語も、同様に本開示の範囲内に入る上記の断面寸法及びアスペクト比を有する。
【0058】
いくつかの実施形態では、導電性を向上させるために、金属ナノワイヤ122の交差位置における接触特性(例:接触面積の増加)を改善するために、金属ナノワイヤ122に対して後処理をさらに実施してもよい。後処理は、加熱、プラズマ提供、コロナ放電、紫外線提供、オゾン提供、又は加圧等の工程を備えることができるが、これらに限定されない。具体的には、金属ナノワイヤ層120を硬化させ/乾燥させて形成した後、ローラを用いて加圧してもよい。いくつかの実施形態では、一以上のローラを使用して、金属ナノワイヤ層120に圧力を加えることができる。いくつかの実施形態において、加えられる圧力は、約50psi~約3400psi、好ましくは約100psi~約1000psi、約200psi~約800psi、又は約300psi~約500psiであり得る。いくつかの実施形態では、後処理の加熱及び加圧工程は、金属ナノワイヤ122上で同時に実施することができる。例えば、約10psi~約500psi(又は好ましくは約40psi~約100psiの圧力)の圧力をローラによって加えることができ、ローラを約70℃~約200℃(又は好ましくは約100℃~約175℃)まで加熱して、金属ナノワイヤ122の導電性を高めることができる。いくつかの実施形態において、金属ナノワイヤ122は、後処理のために還元剤に曝されてもよい。例えば、銀ナノワイヤを含む金属ナノワイヤ122は、好ましくは、後処理のために銀還元剤に曝されてもよい。一部の実施形態では、銀還元剤は、水素化ホウ素ナトリウム等の水素化ホウ素、ジメチルアミンボラン等のホウ素窒素化合物、又は水素等のガス還元剤を含むことができる。いくつかの実施形態において、曝露時間は、約10秒~約30分、好ましくは約1分~約10分であり得る。上述の後処理により、金属ナノワイヤ122の交差位置における接触強度又は接触面積を増強して、金属ナノワイヤ122の交差位置における接触面が、修飾処理の影響を受けないようにすることができる。
【0059】
次に、図3Bを参照する。フィルム層130は、修飾されていない金属ナノワイヤ122上に配置され、その結果、フィルム層130は、修飾されていない金属ナノワイヤ122を覆う。いくつかの実施態様において、コーティング後のフィルム層130内のポリマーは、金属ナノワイヤ122に浸透して充填剤を形成することができ、金属ナノワイヤ122は、フィルム層130に埋め込まれて、複合構造体220を形成する。言い換えると、修飾されていない金属ナノワイヤ122は、フィルム層130に埋め込まれて、複合構造体220を形成する。いくつかの実施態様において、フィルム層130は、非導電性樹脂又は他の有機材料等の絶縁材料を含むことができる。いくつかの実施態様において、フィルム層130は、スピンコーティング、スプレーコーティング又は印刷によって形成されてもよい。いくつかの実施形態では、フィルム層130の厚さは、約20nm~約10μm、約50nm~約200nm、又は約30nm~約100nmとすることができる。その後の修飾工程を効果的に実施するために、ポリマー(すなわち、フィルム層130)は、前述したように、予備硬化状態又は不完全硬化状態となる。
【0060】
次に、図3Cを参照すると、パターン化工程は、周辺領域PA及び可視領域VA上に位置する複合構造体220のパターンを画定して、周辺領域PA及び可視領域VA上に位置する導電構造を形成するために実行される。いくつかの実施形態では、周辺領域PA上に形成されるパターン化された複合構造体220は、周辺配線150を形成することができ、可視領域VA上に形成されるパターン化された複合構造体220は、タッチセンシング電極170を形成することができる。周辺配線150とタッチセンシング電極170は、周辺領域PAと可視領域VAとの間の信号伝送のために互いに電気的に接続されてもよい。いくつかの実施形態では、可視領域VAが良好な光透過率を有するように、可視領域VA上に位置する複合構造体220を、複数の縒り合された細線Lを有するメッシュパターンにパターン化することができる。パターン化工程の後、周辺配線150及びタッチセンシング電極170は、少なくとも、修飾されていない金属ナノワイヤ122から形成される金属ナノワイヤ層120を備えることができる。
【0061】
いくつかの実施態様において、複合構造体220をエッチングによってパターン化することができる。いくつかの実施態様において、周辺領域PA及び可視領域VA上に位置する複合構造体220を同時にエッチングすることができ、エッチングマスク(例えばフォトレジスト)を使用して、同一のプロセスで、パターン化された複合構造体220を周辺領域PA及び可視領域VA上に同時に作製することができる。いくつかの実施態様において、複合構造体220の金属ナノワイヤ層120が銀ナノワイヤ層である場合、銀をエッチングできる構成要素を、エッチング液として選択することができる。例えば、エッチング溶液の主成分は、HPO(約55%~約70%の割合で)及びHNO(約5%~約15%の割合で)であって、同一のプロセスで銀材料を除去することができる。他の実施形態では、エッチング液の主成分は、塩化第2鉄/硝酸(ferric chloride/nitric acid)又はリン酸/過酸化水素(phosphoric acid/hydrogen peroxide)であってもよい。
【0062】
次に、図3Dを参照する。修飾工程は、複数の修飾金属ナノワイヤ122を含む金属ナノワイヤ層120を形成するために実行される。具体的には、修飾工程の後、周辺領域PA及び可視領域VA上に位置する金属ナノワイヤ層120の金属ナノワイヤ122の少なくとも一部が修飾され、被覆構造140が金属ナノワイヤ122の表面上に形成され、それによって、修飾金属ナノワイヤ122が形成される。いくつかの実施態様において、被覆構造140は、無電解めっきによって形成することができ、すなわち、無電解めっき溶液を使用して、予備硬化状態の又は不完全硬化状態のフィルム層130に浸透し、無電解めっき溶液中の反応性金属イオンが、酸化還元反応によって金属ナノワイヤ122の表面上に析出し、被覆構造140を形成する。被覆構造140は、導電性材料からなる層状構造、島状突出構造、点状突出構造、又はこれらの組み合わせであってもよい。又は、被覆構造140は、1つの材料又は複数の材料で作られた単層又は多層構造であってもよい;又は、被覆構造140は、合金材料からなる単層又は多層構造であってもよい。
【0063】
修飾工程は、金属ナノワイヤ122の表面に沿って実行されるので、被覆構造140の形状は、各金属ナノワイヤ122の形状に従って実質的に成長することは注目に値する。修飾工程では、被覆構造140(例えば、無電解めっき時間及び/又は無電解めっき液の成分濃度)の成長条件を、被覆構造140が金属ナノワイヤ122の表面のみを被覆し、過剰成長しないように制御することができる。さらに、上述のように、予備硬化又は不完全硬化フィルム層130は、成長を制限又は制御する役割も果たすことができる。このように、修飾工程により形成された被覆構造140は、金属ナノワイヤ122に接触することなく、フィルム層130上に単独で析出し/成長することなく、金属ナノワイヤ122のそれぞれの表面とフィルム層130との間に形成される。いくつかの実施態様において、フィルム層130は、依然として、隣接する金属ナノワイヤ122の間に充填される。一方、無電解めっき/電解めっきにより形成される被覆構造140は、高密度である。周辺配線150及びタッチセンシング電極170の細線Lのサイズ(例えば、線幅は約10μmである)と比較して、被覆構造140の欠陥のサイズは、周辺配線150及びタッチセンシング電極170の細線Lのサイズの約0.01倍から約0.001倍である。したがって、被覆構造140に欠陥があっても、周辺配線150とタッチセンシング電極とが断線することはない。いくつかの実施形態において、硬化工程は、予備硬化された又は不完全硬化状態のフィルム層130が完全に硬化された状態に達するように、修飾工程の後にさらに実施されてもよい。
【0064】
以上の工程を経て、図2Aに示すようなタッチパネル100を形成することができる。一般に、周辺領域PA上に位置する周辺配線150は、少なくとも、修飾金属ナノワイヤ122から形成される金属ナノワイヤ層120を含んでもよく、可視領域VA上に位置するタッチセンシング電極170は、また、少なくとも、修飾金属ナノワイヤ122から形成される金属ナノワイヤ層120を含んでもよい。すなわち、周辺配線150及びタッチセンシング電極170の金属ナノワイヤ122はすべて、被覆構造140で覆われ、被覆構造140は、金属ナノワイヤ122と同一又は類似の構造外観を有してもよく、フィルム層130は、隣接する金属ナノワイヤ122の間に充填される。
【0065】
いくつかの様々な実施形態では、本開示のタッチパネル100を製造するために、製造工程の異なる順序を採用することができる。具体的には、上述したタッチパネル100の製造方法におけるステップS14とステップS16との順序を逆にすることができる。具体的には、タッチパネル100の他の製造方法は、ステップS20~S26を備える。ステップS20では、所定の周辺領域PA及び所定の可視領域VAを有する基板110が提供され、修飾されていない金属ナノワイヤ122が基板110上に配置されて、周辺領域PA及び可視領域VA上に金属ナノワイヤ層120が形成される。ステップS22では、フィルム層130が修飾されていない金属ナノワイヤ122を覆うように、修飾されていない金属ナノワイヤ122上に配置され、フィルム層130は、予備硬化状態又は不完全硬化状態にある。ステップS24では、修飾ステップを実行して、各金属ナノワイヤ122上に被覆構造140を形成し、周辺領域PA及び可視領域VA上に位置する金属ナノワイヤ層120が、修飾された金属ナノワイヤ122を含むようにする。ステップS26において、パターン化工程が行われ、パターン化された金属ナノワイヤ層120が形成され、周辺領域PA上に位置する金属ナノワイヤ層120がパターン化されて周辺配線150が形成され、可視領域VA上に位置する金属ナノワイヤ層120がパターン化されてタッチセンシング電極170が形成される。以下の説明では、調整されたステップのみを説明し、残りの省略された部分を参照することができる。
【0066】
ステップS24及びステップS26では、先に修飾工程を行い、その後にパターン化工程を行うため、複合構造体220(金属ナノワイヤ層120及びフィルム層130を含む)の全面に修飾工程を行う。すなわち、修飾工程で形成された被覆構造140は、周辺領域PA及び可視領域VA上の各金属ナノワイヤ122とフィルム層130との界面全体に形成されるが、一方、金属ナノワイヤ122が銀ナノワイヤであり、銀ナノワイヤの表面が銅からなる被覆構造140を有する条件では、パターン化工程で用いるエッチング液として、銅及び銀をエッチング可能な成分を選択することができる。例えば、エッチング液の主成分をHPO(約55重量%~約70重量%の比率で)及びHNO(約5重量%~約15重量%の比率で)とすることにより、銀系材料及び銅系材料を同一のプロセスで除去することができる。他の実施形態では、エッチング液の主成分は、塩化第2鉄/硝酸又はリン酸/過酸化水素であってもよい。以上の工程を経て、本発明のタッチパネル100を形成することもできる。具体的な構造は上述した通りであり、その説明を省略する。
【0067】
本開示におけるタッチパネル100の可視領域VAと周辺領域PAとは同一材料(形成された修飾金属ナノワイヤ122を含む)で構成されているので、タッチパネル100の製造時に全面に塗布、パターン化、修飾工程を行うことができ、マスクの使用を省くことができ、マスクの使用による位置合わせ誤差や周辺配線150とタッチセンシング電極170との重ね合わせ誤差を回避することができる。すなわち、本開示の周辺配線150とタッチセンシング電極170とは、同一の構造層によって一体的に形成されているので、周辺配線150とタッチセンシング電極170とを接続する必要がなく、重ね合わせ誤差も生じない。さらに、修飾工程の間、位置合わせの必要はない。したがって、位置合わせエラー用のスペースを確保する必要はありません。その結果、タッチパネルの周辺領域の幅を小さくすることができ、ベゼルの狭いディスプレイの要求を満たすことができる。具体的には、本発明のタッチパネル100の製造方法によれば、アライメント誤差を約0.2mm低減することができる。その結果、タッチパネル100の周辺領域PAの幅を小さくすることができ、狭幅ベゼル表示の要求を満たすことができる。一方、本開示では、塗布、パターン化、修飾工程を表面全体に対して行うため、手間のかかる製造工程(マスクの設定、除去等)を削減することができ、実際のニーズに応じて製造工程の順序を柔軟に調整することができ、プロセスの利便性を高めることができる。
【0068】
図2A及び図2Bを参照すると、いくつかの実施形態では、非導電性領域180が、周辺領域PA上の隣接する周辺配線150の間、及び可視領域VA上の隣接するタッチセンシング電極170の間に存在して、隣接する周辺配線150及び隣接するタッチセンシング電極170を電気的に絶縁してもよい。いくつかの実施態様において、非導電性領域180は、実質的に隙間(gap)であってもよい。いくつかの実施形態では、上述のエッチング方法を利用して、周辺配線150間及びタッチセンシング電極170間に配置された隙間を形成することができる。
【0069】
一部の実施形態では、タッチパネルは、保護層をさらに備えることができる。具体的には、図4を参照すると、本開示の他の実施形態によるタッチパネル100aを示す概略断面図であり、その断面の位置は図2Bと同じである。タッチパネル100aは保護層190を含み、保護層190の材料は上述のフィルム層130の材料と同じであってもよい。いくつかの実施態様において、保護層190は、タッチパネル100を完全に覆う。すなわち、保護層190は、周辺配線150及びタッチセンシング電極170を覆う。保護層190は、さらに、隣接する周辺配線150間の非導電性領域180に充填されて、隣接する周辺配線150を電気的に絶縁することができ、又は保護層190は、隣接するタッチセンシング電極170間の非導電性領域180に充填されて、隣接するタッチセンシング電極170を電気的に絶縁することができる。
【0070】
図5Aは、本開示の他の実施形態によるタッチパネル100bを示す概略上面図である。図5Bは、本開示のいくつかの実施形態による、図5Aのタッチパネル100bを線5B-5Bに沿って切断された概略断面図である。図5A及び図5Bを参照すると、タッチパネル100bは両面単層タッチパネル100bである。説明の明確さ及び便宜のために、図5A及び図5Bの実施形態では、第1のタッチセンシング電極172及び第2のタッチセンシング電極174を使用して、タッチセンシング電極の構成を図示する。第1のタッチセンシング電極172は、基板110の第1の表面(例えば上面)上に配置され、第2のタッチセンシング電極174は、基板110の第2の表面(例えば、下面)上に配置され、第1のタッチセンシング電極172及び第2のタッチセンシング電極174は、互いに電気的に絶縁される。いくつかの実施形態では、第1のタッチセンシング電極172は、第2の方向D2に沿って延びる複数の帯状電極を含み、複数の帯状電極は、第1の方向D1に沿って等距離に配置されてもよい。第2のタッチセンシング電極174は、第1の方向D1に沿って延びる複数の帯状電極を含み、複数の帯状電極は、第2の方向D2に沿って等距離に配置されてもよい。第1の方向D1と第2の方向D2とは垂直である。すなわち、第1のタッチセンシング電極172と第2のタッチセンシング電極174との延在方向が異なっており、互いに交差している。第1のタッチセンシング電極172及び第2のタッチセンシング電極174は、それぞれ、制御信号を送信し、タッチセンシング信号を受信することができる。このように、第1のタッチセンシング電極172と第2のタッチセンシング電極174との間の信号変化(例えば、キャパシタンスの変動)を検出することにより、タッチ位置を求めることができる。
【0071】
いくつかの実施態様において、第1のタッチセンシング電極172及び第2のタッチセンシング電極174のそれぞれは、複数の細線Lによって形成されたメッシュパターンを有し、金属ナノワイヤ層120を含み、修飾金属ナノワイヤ122によって形成される。上述したように、修飾金属ナノワイヤ122及び修飾金属ナノワイヤ122上に付加されたフィルム層130は、複数の細線Lによって形成されたメッシュパターンを形成するようにパターン化され、形成されたメッシュパターンは、第1のタッチセンシング電極172及び第2のタッチセンシング電極174の電極パターンである。いくつかの実施態様において、第1のタッチセンシング電極172の細線Lと第2のタッチセンシング電極174の細線Lとは、完全には重複していない。具体的には、上(すなわち、図5Aの視野角)から見たときに、第2のタッチセンシング電極174の2つの細線Lの交点は、第1のタッチセンシング電極172の細線Lによって形成されるメッシュのまさに中心に位置させてもよい。同様に、第1のタッチセンシング電極172の2つの細線Lの交点を、第2のタッチセンシング電極174の細線Lによって形成されるメッシュのまさに中心に位置させてもよい。しかしながら、本開示は、この点において限定されない。他の実施形態では、第1のタッチセンシング電極172の細線Lは、第2のタッチセンシング電極174の細線Lと完全に重複してもよい。第1のタッチセンシング電極172は、対応する周辺配線150に電気的に接続され、第2のタッチセンシング電極174も、対応する周辺配線150に電気的に接続される。前述の実施形態と同様に、周辺配線150、第1のタッチセンシング電極172、及び第2のタッチセンシング電極174は全て、修飾金属ナノワイヤ122及びフィルム層130を備える。換言すれば、被覆構造140は、金属ナノワイヤ122の周辺配線150、第1のタッチセンシング電極172、及び第2のタッチセンシング電極174の表面上に、上述の方法に従って形成することができる。一方、第1のタッチセンシング電極172及び第2のタッチセンシング電極174の細線Lの線幅W1及び線間隔X1、並びに周辺配線150の線幅W2及び線間隔X2については、上述した説明を参照することができ、その説明を省略する。
【0072】
図5A及び図5Bに示す両面単層タッチパネル100bの製造方法は、ステップS30~ステップS36を備える。ステップS30において、所定の周辺領域PA及び可視領域VAを有する基板110が提供され、修飾されていない金属ナノワイヤ122が基板110の互いに反対側に位置する2つの表面上に配置され、金属ナノワイヤ層120が基板110の互いに反対側に位置する2つの表面の周辺領域PA及び可視領域VA上に形成される。ステップS32において、フィルム層130は、修飾されていない金属ナノワイヤ122上に配置され、その結果、フィルム層130は、基板110の互いに反対側に位置する2つの表面上の修飾されていない金属ナノワイヤ122を覆い、フィルム層130は、予備硬化状態又は不完全硬化状態となっている。ステップS34において、パターン化された金属ナノワイヤ層120を形成するために両面パターン化工程が実行され、ここで、基板110の互いに反対側に位置する2つの表面の周辺領域PA上に位置する金属ナノワイヤ層120がパターン化されて、周辺配線150が形成され、基板110の互いに反対側に位置する2つの表面の可視領域VA上の金属ナノワイヤ層120がパターン化されて、タッチセンシング電極170が形成される。ステップS36では、両面修飾工程が実行されて、被覆構造140を、基板110の互いに反対側に位置する2つの表面の金属ナノワイヤ122上に形成し、周辺配線150が、基板110の互いに反対側に位置する2つの表面の周辺領域PA上に配置され、タッチセンシング電極170が、基板110の互いに反対側に位置する2つの表面の可視領域VA上に配置され、全てが、修飾された金属ナノワイヤ122を含むようにする。また、上述した実施形態と同様に、タッチパネル100bの製造方法におけるステップS34とステップS36の順序を逆にしてもよい。なお、両面単層タッチパネル100bの製造方法は、上述した片面タッチパネル100の製造方法と同様であるので、その説明を省略する。
【0073】
本開示における金属ナノワイヤの修飾方法は、ノートブックのタッチパネル、アンテナ構造、及び無線充電用コイル等、光透過率を必要としないセンシング電極の製造にも適用することができるが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、センシング電極は、信号を送信するための外部回路に接続されるように、配線に接続されてもよい。いくつかの実施形態では、配線は、修正された金属ナノワイヤも含む、上述の周辺配線と同等であってもよい。
【0074】
本開示のタッチパネルは、タッチ機能付きディスプレイのような他の電子装置と組み合わせることができる。例えば、基板を表示装置(例えば、液晶表示装置又は有機発光ダイオード表示装置)に接合することができ、光学接着剤又は他の接着剤を使用してそれらの間を接合することができる。タッチセンシング電極は、光学接着剤を介して外側カバー層(例えば、保護ガラス)と結合されてもよい。本開示のタッチパネル及びアンテナは、携帯電話、タブレット、ノートブック等の電子機器に適用することができ、フレキシブル製品にも適用することができる。本発明のタッチパネルは、偏光子にも適用することができる。本開示の電極は、ウェアラブル装置(例:時計、眼鏡、スマートウェア、スマートシューズ)及びカーデバイス(例:ダッシュボード、ドライビングレコーダ、バックミラー、ウインドウ)に適用することができる。
【0075】
本開示の前述した実施形態によれば、本開示のタッチパネルにおいて、周辺領域に位置する周辺配線と、可視領域に位置するタッチセンシング電極とが共に、修飾された金属ナノワイヤで形成されているので、タッチパネルの表面抵抗を効果的に低減して、タッチパネルの導電性を高めることができ、タッチパネルの抵抗性容量負荷値を低減することができる。一方、可視領域上のタッチセンシング電極は、メッシュパターンが複数の細線によって形成されているので、可視領域の光透過率が修飾金属ナノワイヤの影響を受けることを防止することができる。その結果、タッチパネルの可視領域は良好な光学特性を有する。また、本発明のタッチパネルの周辺配線電極とタッチセンシング電極は、同一材料(形成された修飾金属ナノワイヤを含む)で構成されているため、タッチパネルの製造工程でマスクを使用する手間を省くことができ、マスクの使用によるアライメント誤差や周辺配線電極とタッチセンシング電極との重ね合わせ誤差を回避することができる。換言すれば、本開示の周辺配線電極とタッチセンシング電極とは、同一の構造層によって一体的に形成されているので、周辺配線電極とタッチセンシング電極とを接続する必要がなく、重複許容誤差(overlapping tolerance error)もない。さらに、修飾工程において、位置合わせの必要はない。したがって、位置合わせエラー用のスペースを確保する必要がない。その結果、タッチパネルの周辺領域の幅を小さくすることができ、ベゼルの狭いディスプレイの要求を満たすことができる。
【0076】
本開示は、その特定の実施形態を参照してかなり詳細に説明されてきたが、他の実施形態も可能である。したがって、添付の特許請求の範囲の精神及び範囲は、本明細書に含まれる実施形態の説明に限定されるべきではない。
【0077】
本開示の範囲又は精神から逸脱することなく、本開示の構造に対して様々な修正及び変形を行うことができることは、当業者には明らかであろう。前述のことを考慮して、本開示は、以下の特許請求の範囲の範囲内にあることを条件として、本開示の修正及び変形をカバーすることを意図している。
図1A
図1B
図1C
図2A
図2B
図3A
図3B
図3C
図3D
図4
図5A
図5B