特開 2024-178538 透明電極及び測定機器

(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】P2024178538

(43)【公開日】2024-12-25

(54)【発明の名称】透明電極及び測定機器

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/0537 20210101AFI20241218BHJP

   H01B 5/14 20060101ALI20241218BHJP

   A61B 5/026 20060101ALI20241218BHJP

   G04G 21/02 20100101ALI20241218BHJP

【ＦＩ】

A61B5/0537 110

H01B5/14 A

A61B5/026 120

G04G21/02 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023096739

(22)【出願日】2023-06-13

(71)【出願人】

【識別番号】390019839

【氏名又は名称】三星電子株式会社

【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．

【住所又は居所原語表記】１２９，Ｓａｍｓｕｎｇ－ｒｏ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ－ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ－ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ－ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ

(74)【代理人】

【識別番号】110000671

【氏名又は名称】ＩＢＣ一番町弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】宇田川 和男

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 敦

(72)【発明者】

【氏名】横手 恵紘

(72)【発明者】

【氏名】イ テフン

(72)【発明者】

【氏名】ユン ジョンソク

(72)【発明者】

【氏名】ジョン インジョ

【テーマコード（参考）】

2F002

4C017

4C127

5G307

【Ｆターム（参考）】

2F002AA12

2F002AC01

2F002AC03

2F002GA04

4C017AA10

4C017AA11

4C017AB02

4C017AC28

4C127AA06

4C127BB03

4C127LL08

4C127LL22

5G307FA01

5G307FB01

5G307FC02

(57)【要約】

【課題】デバイス最外面への配置に耐え得る耐久性を有し、電気的測定部と光学的測定部の併用によるデバイスの設計自由度を向上させること。
【解決手段】絶縁基板１０に形成され、人体等の被対象物と接触することにより電気的に接続する透明電極１であって、透明電極１は、ＳｎＯ_２を主成分とする透明電極層２０と、金属層３１及び／又は導電性を有する金属酸化物層３２で形成される導電層３０と、を最外面側からこの順で積層した積層構造を有し、透明電極層２０の側面部２１の少なくとも一部は、透明電極層２０及び導電層３０と電気的に接続する集電部４０で覆われる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

絶縁基板に形成され、被対象物と接触することにより電気的に接続する透明電極であって、
前記透明電極は、ＳｎＯ_２を主成分とする透明電極層と、金属層及び／又は導電性を有する金属酸化物層で形成される導電層と、を最外面側からこの順で積層した積層構造を有し、
前記透明電極層の側面部の少なくとも一部は、前記透明電極層及び前記導電層と電気的に接続する集電部で覆われる、透明電極。

【請求項2】

前記導電層の前記金属層は、膜厚が５ｎｍを超える場合、平面視における前記絶縁基板に対する投影面積が、前記絶縁基板の面積の３０％以下となるように形成される、請求項１に記載の透明電極。

【請求項3】

前記金属層は、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｎｄから選ばれる１以上の元素を含有し、
前記透明電極層は、Ｉｎ、Ｇａ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｆから選ばれる１以上の元素を含有する、請求項１に記載の透明電極。

【請求項4】

前記金属層は、Ａｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎｄの群から選択される第１金属で形成される第１金属部と、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ，Ｎｂの群から選択される第２金属で形成される第２金属部と、を有し、
前記第１金属部は、前記第２金属部の露出を妨げるように配置される、請求項１に記載の透明電極。

【請求項5】

前記集電部は、Ａｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎｄの群から選択される第１金属で形成され、前記透明電極層の側面部の少なくとも一部及び前記導電層の最外面を覆うように形成される、請求項１に記載の透明電極。

【請求項6】

前記透明電極層は、膜厚が５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である、請求項１に記載の透明電極。

【請求項7】

請求項１～６の何れかに記載の前記透明電極を具備する、測定機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ウェアラブルデバイス等の測定機器に搭載可能な透明電極及び該電極を搭載した測定機器に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、裏蓋が設けられたケース内の内側面上に第１透明電極を有する透明前基板と、内側面上に透明の第２電極を有する透明後基板と、基板同士の間の閉鎖空間を形成する、２つの基板用の固定枠とを備える表示セルは配置され、制御手段によって、表示セルに時間的情報を表示させる表示ユニットについて開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００７－１２１３０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

近年、健康志向の高まりを受けて、リアルタイムに身体の健康状態を監視できるスマートウェアラブルデバイスの要求・用途が急速に拡大している。

【0005】

ウェアラブルデバイスに搭載されている生体情報を取得する一般的な方法として、電気的測定と光学的測定の２通りがある。光学的測定を行う場合、光学的測定部の外装部品は測定で使用する波長において高い透過率が必要となる。一方、電気的測定を行う場合、一般的に電気的測定部は金属電極で構成されるため、光学的に不透過性を示す。そのため、ウェアラブルデバイスの限られた外装領域において、特に電気的測定部と光学的測定部を両方搭載する場合、両者を重ねて配置することが難しく、設計の自由度が低かった。

【0006】

ウェアラブルデバイスに前述の２種類の測定部を搭載する場合、周知の透明電極を用いることが考えられる。通常、透明電極は、特許文献１を含む従来の透明電極のように、高い導電性と光透過性を併せ持つＩＴＯ等の材料で形成される。しかし、この種の透明電極は、典型的にケース内部等の密閉空間に配置して使用するものであり、耐久性については考慮されていない。そのため、デバイスの最外面に配置できず、設計の自由度は改善できない。

【0007】

本発明者等は、従来の透明電極の課題を解決すべく鋭意研究を重ね、従来の透明電極では未考慮であった透明性を維持しつつ、物理的及び化学的耐久性を兼ね備えた新規の透明電極の開発に成功し、本願発明に至った。

【0008】

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、具体的には、透明性を確保しつつデバイス最外面への配置に耐え得る物理的及び化学的耐久性を有し、電気的測定部と光学的測定部の併用によるデバイスの設計自由度を向上させることのできる透明電極及び測定機器を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の上記目的は、下記（１）～（７）の何れか１つによって達成される。

【0010】

（１）絶縁基板に形成され、被対象物と接触することにより電気的に接続する透明電極であって、前記透明電極は、ＳｎＯ_２を主成分とする透明電極層と、前記透明電極層の一部を前記絶縁基板と接触可能に形成された開口部を有する金属層及び／又は導電性を有する金属酸化物層で形成される導電層と、を最外面側からこの順で積層した積層構造を有し、前記透明電極層の側面部の少なくとも一部は、前記透明電極層及び前記導電層と電気的に接続する集電部で覆われる、透明電極。

【0011】

（２）前記導電層の前記金属層は、膜厚が５ｎｍを超える場合、平面視における前記絶縁基板に対する投影面積が、前記絶縁基板の面積の３０％以下となるように形成される、上記（１）に記載の透明電極。

【0012】

（３）前記金属層は、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｎｄから選ばれる１以上の元素を含有し、前記透明電極層は、Ｉｎ、Ｇａ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｆから選ばれる１以上の元素を含有する、上記（１）又は（２）に記載の透明電極。

【0013】

（４）前記金属層は、Ａｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎｄの群から選択される第１金属で形成される第１金属部と、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ，Ｎｂの群から選択される第２金属で形成される第２金属部と、を有し、前記第１金属部は、前記第２金属部の露出を妨げるように配置される、上記（１）～（３）の何れかに記載の透明電極。

【0014】

（５）前記集電部は、Ａｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎｄの群から選択される第１金属で形成され、前記透明電極層の側面部の少なくとも一部及び前記導電層の最外面を覆うように形成される、上記（１）～（４）の何れかに記載の透明電極。

【0015】

（６）前記透明電極層は、膜厚が５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である、上記（１）～（５）の何れかに記載の透明電極。

【0016】

（７）上記（１）～（６）の何れかに記載の前記透明電極を具備する、測定機器。

【発明の効果】

【0017】

本発明の透明電極は、透明性を確保しつつデバイス最外面への配置に耐え得る物理的及び化学的耐久性を有し、最外面に透明電極層を配置して電気的測定部の電極として用いることができる。そのため、従来、光学的に不透明であった電極部分を透明にできるため、比較的小さな外装領域のウェアラブルデバイスにおいて、電気的測定部と光学的測定部とを重ねて配置することが可能となる。したがって、本発明の透明電極を備えたウェアラブルデバイスは、設計上の制約を低減させつつ測定方法の自由度が高まり、より多くの光学的測定が可能となる。また、本発明の透明電極を用いることで、より大きな面積で光学的な生体情報取得が可能となり、生体情報の測定精度向上が図れる。更には、電極部分を金属電極のみで構成した場合は、意匠性の観点から外装は金属調の不透明な材料に限定されるが、本発明の透明電極を用いることで、電極下層にデザインを施すことが可能となり、デバイスの意匠性も向上できる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の好ましい一実施形態に係る測定機器であるウェアラブルデバイスの概念図である。

【図2】本実施形態に係る透明電極の断面図である。

【図3】透明電極の分解斜視図である。

【図4】透明電極の導電層の変形例を示す図である。

【図5】変形例１の透明電極の断面図である。

【図6】変形例２の透明電極の断面図である。

【図7】変形例３の透明電極の断面図である。

【図8】変形例４の透明電極の断面図である。

【図9】実施例の評価試験１における実施例１～実施例３の評価結果を示す表である。

【図10】実施例の評価試験１における実施例４～実施例６の評価結果を示す表である。

【図11】実施例の評価試験１における比較例１～比較例４の評価結果を示す表である。

【図12】実施例の評価試験２における実施例Ａ、実施例Ｂ、比較例Ｃの評価結果を示す表である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ここで示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するために例示するものであって、本発明を限定するものではない。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者等により考え得る実施可能な他の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範囲、要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【0020】

更に、本明細書に添付する図面は、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺、縦横の寸法比、形状等について、実物から変更し模式的に表現される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。

【0021】

また、特記しない限り、操作及び物性などは、室温（２０℃以上２５℃以下）／相対湿度４０％ＲＨ以上５０％ＲＨ以下の条件で測定する。

【0022】

なお、以下の説明において、「第１」、「第２」のような序数詞を付して説明する場合は、特に言及しない限り、便宜上用いるものであって何らかの順序を規定するものではない。

【0023】

以下の実施形態では、本実施形態に係る透明電極１を搭載する測定機器として、腕時計型のウェアラブルデバイスを例示する。しかし、本発明の透明電極１が搭載される測定機器は、生体情報等の被測定物の情報を測定する機器であれば、腕時計型以外の他のウェアラブルデバイスやウェアラブルデバイス以外の他のデバイスにも適用可能である。

【0024】

本発明の一実施形態に係る透明電極１の構成について図１～図８を適宜参照しながら説明する。ただし、図１～図８は、本発明の一実施形態に係る透明電極１及び測定機器に関するものであって、本実施形態の透明電極１は、これらの図によって説明される構成に限定されない。

【0025】

図１は、本実施形態に係る透明電極１を具備し、生体情報等の所定の情報を測定する測定機器であるウェアラブルデバイス１００の一部が概念的に示されている。

【0026】

＜ウェアラブルデバイス＞
ウェアラブルデバイス１００は、腕等の装着者の所定部位に装着して使用するデバイスである。ウェアラブルデバイス１００は、生体情報等の目的とする情報が測定可能な機能を有し、例えば腕時計型の場合は腕時計として機能すると共に測定機器としても機能し得る。

【0027】

ウェアラブルデバイス１００は、図１に示すように、デバイス本体１１０内に、光を照射する発光部と生体内を反射した赤外光の強度を検出する受光部を有して心拍や血流量等の生体情報を光学的に測定する光学的測定部１２０と、生体電位を測定して体組成（体脂肪率や筋肉量等）等の生体情報を電気的に測定する電気的測定部１３０と、デバイス本体１１０の上面側に配置され各種情報を表示する表示部１４０と、各部の駆動制御を統括的に行う制御部１５０と、各部の駆動電源を供給する電源部１６０と、含んで構成される。なお、ウェアラブルデバイス１００の構成は、前述した構成に限定されず、デバイス構成として必要な他の機能を実現する機能実現部を備えてもよい。

【0028】

＜透明電極＞
透明電極１は、図１に示すように、ウェアラブルデバイス１００の所定箇所（例えば装着面となるデバイス下面側）に設けられる。透明電極１は、装着者の皮膚と接触し得る箇所に配置することができる。

【0029】

透明電極１は、図２に示すように、絶縁基板１０と、透明電極層２０と、導電層３０と、集電部４０と、を含む。透明電極１は、図２、図３に示すように、絶縁基板１０の上に、導電層３０が配置され、導電層３０の上に透明電極層２０が配置され、透明電極層２０の側面部２１の少なくとも一部を覆うように集電部４０が配置される。

【0030】

〈絶縁基板〉
絶縁基板１０は、無アルカリガラス等の絶縁性を有する材料で構成される。絶縁基板１０は、透明電極１とウェアラブルデバイス１００の内部機器と電気的接続を遮断する。

【0031】

〈透明電極層〉
透明電極層２０は、導電性を有する金属酸化物で構成され、導電層３０の上に配置される。透明電極層２０は、導電層３０と電気的に接続される。透明電極層２０は、図１に示すように、ウェアラブルデバイス１００の下面側の最外面に位置する。そのため、透明電極１は、被対象物（装着者の皮膚等）と接触して電気的に接続できる。

【0032】

透明電極層２０は、導電性及び透明性を有すると共に、物理的及び化学的な耐久性を有する材料で構成される。透明電極層２０は、これら特性を有するようにＳｎＯ_２を主成分とする金属酸化物で構成することができる。ＳｎＯ_２は、ＩＴＯのようなＩｎ_２Ｏ_３を主成分とした金属酸化物と比較して化学的に安定かつ耐久性にも優れている。

【0033】

透明電極層２０は、ＳｎＯ_２を主成分とし、更にＩｎ、Ｇａ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｆから選ばれる１以上の元素を添加するのが好ましく、特にＦを添加するのがよい。

【0034】

仮に、透明電極層２０をＳｎＯ_２のみで形成した場合、耐久性は得られるが、表面抵抗が高くなり、表面抵抗を下げる目的で膜厚を増加させると透明性が損なわれてしまい好ましくない。これに対し、本実施形態に係る透明電極層２０は、主成分であるＳｎＯ_２に前述した元素を１以上添加することで、スパッタリング法で成膜した場合に、膜中の平均粒子径を小さく制御しつつ表面粗さＲａを低くすることができる。また、透明電極層２０は、表面粗さＲａを低くすることで表面平滑性が向上する。そのため、透明電極層２０は、装着者の皮膚との間で摩擦が生じた際に摩耗し難くなり、優れた耐久性を示すことができる。

【0035】

透明電極層２０は、耐久性及び透明性の観点から、膜厚は５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下にするのが好ましく、６０ｎｍを超えて２００ｎｍ未満とするのがより好ましい。透明電極層２０は、膜厚を前述の範囲に制御することで、透明電極としての耐久性、導電性及び透過性が確保できる。ここで、透明電極層２０は、膜厚を５０ｎｍ未満にすると、耐久性及び導電性が低下して透明電極１としての機能が低下するおそれがあり好ましくない。また、透明電極層２０は、膜厚が２００ｎｍを超えると、透過性が低下して光学的測定部１２０の測定性能を十分発揮できないおそれがあり好ましくない。

【0036】

透明電極層２０は、耐久性の観点から、表面粗さＲａは３．３ｎｍ以下、最大高さ粗さＲｚは３３ｎｍ以下、膜密度は６．８ｇ／ｃｍ^－３以上とするのが好ましい。表面粗さＲａ、最大高さ粗さＲｚは、ＪＩＳ Ｂ０６０１－２００１に準拠して測定することができる。膜密度は、例えばＸ線反射率法（ＸＲＲ）により測定することができる。透明電極層２０は、表面粗さＲａ、最大高さ粗さＲｚ、膜密度を前述の値に設定することで、装着者の皮膚等の摩擦による摩耗が抑制され高い耐久性を維持することができる。

【0037】

透明電極層２０は、透過性の観点から、５００ｎｍ以上９５０ｎｍ以下の波長領域の光の平均透過率が８０％以上であるのが好ましい。平均透過率は、ＪＩＳ Ｒ３１０６－２０１９に準拠して測定することができる。透明電極層２０は、平均透過率８０％以上とすることにより、光学的測定部１２０で必要な光情報を正確に取得できる。透明電極層２０は、平均透過率が８０％未満になると、透明電極層２０を透過する光情報が減少するため、光学的測定部１２０で正確な情報取得が困難となり好ましくない。

【0038】

透明電極層２０は、導電性の観点から、平面視における中央部と外周端部との間の抵抗が２００Ω・ｃｍ以下、かつ前記中央部の表面抵抗が２２０Ω／ｓｑ以下とするのが好ましい。これにより、透明電極層２０は、一般的な金属電極と比較すると表面抵抗及び抵抗は高くなるが、生体情報計測においては十分な電極性能となるため、従来の金属電極との代替が可能となる。また、正確な電気的生体情報の取得のためには、透明電極自体の抵抗は低いことが好ましい。

【0039】

〈導電層〉
導電層３０は、図２に示すように、透明電極層２０及び集電部４０と電気的に接続し、絶縁基板１０と透明電極層２０との間に介在される。導電層３０は、電気的測定部１３０等と接続される。導電層３０は、金属層３１及び／又は導電性を有する金属酸化物層３２で形成される。

【0040】

導電層３０は、金属層３１のみ、又は金属層３１と金属酸化物層３２の積層構造で形成した場合、透明性の観点から、膜厚が５ｎｍを超えるときは、平面視における絶縁基板１０に対する投影面積が絶縁基板１０の面積の３０％以下とするのが好ましい。このような投影面積を有する導電層３０の構造としては、図４に示すように（ａ）格子状、（ｂ）線状、（ｃ）環状、（ｄ）膜の一部をくり抜いたくり抜き形状、（ｅ）渦巻状等の、絶縁基板１０と連通する開口部３３を形成した形態が好適に挙げられる。

【0041】

なお、導電層３０の形状、形成位置、開口部３３の開口形状や開口サイズ等は、図４に示す形状に限定されず、少なくとも絶縁基板１０に対する投影面積が絶縁基板１０の面積の３０％以下であれば、デバイス構成（搭載される光学的測定部１２０の構成や配置位置等）に応じて適宜設計することができる。

【0042】

金属層３１を構成する金属は、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｎｄから選ばれる１以上の元素を含有して構成することができる。これら金属のうち、Ａｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎｄの群から選択される金属を「第１金属」とし、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ，Ｎｂの群から選択される金属を「第２金属」として分類できる。ここで、「第１金属」は、加工容易性と良好な耐久性を備えるが、導電性にやや乏しい性質を有する高耐久性金属である。「第２金属」は、加工容易性と良好な導電性を備えるが、耐久性（特に酸・アルカリ耐性）に乏しい性質を有する高導電性金属である。導電層３０は、第１金属で形成される部分を第１金属部３１Ａ、第２金属で形成される部分を第２金属部３１Ｂで構成できる。

【0043】

導電層３０は、金属層３１のみで構成した場合、導電層３０として適した上記２種類の金属（第１金属、第２金属）を適宜組み合わせ、第１金属部３１Ａで第２金属部３１Ｂを囲うように配置することで両者の欠点（低耐久性、低導電性）を補いつつ、両者の利点（高耐久性、高導電性）を活かすことができる（図８を参照）。

【0044】

導電層３０は、図２に示す形態の他、変形例として図５～図８に示すような形態とすることができる。

【0045】

導電層３０は、図５に示すように、絶縁基板１０の上に、第２金属部３１Ｂからなる導電層３０を形成し、導電層３０の上に透明電極層２０を形成した積層構造とすることができる。図５に示す形態において、導電層３０は、耐久性に乏しい第２金属部３１Ｂで形成されるため、耐久性に優れた第１金属からなる集電部４０で導電層３０の最外面の露出部分が覆われるため、外部に露出しない。なお、図５に示す形態は、金属のみで構成される導電層３０に開口部３３を形成していないため、透明性の観点から、導電層３０の膜厚を５ｎｍ以下にすることが好ましい。

【0046】

導電層３０は、図６に示すように、絶縁基板１０の上に、金属酸化物で形成した金属酸化物層３２からなる導電層３０を形成し、導電層３０の上に透明電極層２０を形成した積層構造とすることができる。図６に示す形態において、導電層３０は、耐久性に乏しい金属酸化物で形成されるが、耐久性に優れた第１金属からなる集電部４０で導電層３０の最外面に位置する露出部分が覆われるため、外部に露出しない。そのため、金属酸化物層３２で構成される導電層３０は、ＩＴＯ等の耐久性の低い透明導電材料を用いることも可能となる。

【0047】

導電層３０は、図７に示すように、絶縁基板１０の上に、金属層３１として開口部３３を設けた第２金属部３１Ｂを下層に、金属酸化物層３２を上層とした２層構造の導電層３０を形成し、導電層３０の上に透明電極層２０を形成した積層構造とすることができる。また、集電部４０は、第１金属からなり、導電層３０の外周面を覆うように形成される。図７に示す形態において、導電層３０の下面は、絶縁基板１０で全面的に覆われ、最外面の露出部分は耐久性に優れた集電部４０で覆われるため、外部に露出しない。そのため、導電層３０は、ＩＴＯ等の耐久性の低い透明導電材料で金属酸化物層３２を形成することも可能となる。

【0048】

導電層３０は、図８に示すように、絶縁基板１０の上に、第２金属部３１Ｂを下層、第１金属部３１Ａを上層とした２層構造の導電層３０を形成し、導電層３０の上に透明電極層２０を形成した積層構造とすることができる。導電層３０は、第１金属で構成される第１金属部３１Ａで、第２金属で構成される第２金属部３１Ｂを囲うように配置される。これにより、導電層３０は、図８に示すように、電極形成時に透明電極層２０が開口部３３に入り込むため、第２金属部３１Ｂの部分は外部に露出しない。したがって、図８に示す形態では、第２金属部３１Ｂの露出を防いで第２金属の欠点である耐久性を補いつつ、第２金属部３１Ｂの導電性を活かすことができる。また、図８に示す形態において、導電層３０は、金属で構成され、透明電極層２０の側面部２１の一部を覆うように配置されるため、集電部４０の機能を賄うことができる。そのため、集電部４０を別途設ける必要がなく、構成を簡素化できる。

【0049】

導電層３０の膜厚は、透明性及び導電性の観点から、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下が好ましく、透明性を考慮すると薄い方がよい。なお、導電層３０の膜厚は、透明性等を考慮しつつ金属層３１及び／又は金属酸化物層３２の組み合わせにより適宜設定することができる。

【0050】

〈集電部〉
集電部４０は、透明電極層２０の側面部２１の少なくとも一部を覆うように配置される。集電部４０は、図２に示すように、導電層３０の縁部に配置され、透明電極層２０の側面部２１の一部を全周に亘って覆うように配置することができる。集電部４０は、透明電極層２０と内部回路（腕時計、ウェアラブル機器等）との接続抵抗を低減する。

【0051】

集電部４０の構成材料は、透明電極層２０及び導電層３０との電気的接続が可能な金属材料である。具体的には、集電部４０の構成材料は、集電部４０で使用される第１金属（Ａｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎｄの群から選択される金属）等を好適に用いることができる。集電部４０は、第１金属で形成することで高い耐久性が得られる。そのため、集電部４０は、透明電極層２０の側面部の少なくとも一部を覆いつつ、導電層３０の最外面を覆うように形成すると、透明電極１の耐久性を高めることができる。

【0052】

透明電極１を構成する透明電極層２０、導電層３０、集電部４０の形成方法は、真空蒸着法、物理蒸着法（ＰＶＤ）、化学蒸着法（ＣＶＤ）、噴霧熱分解法（ＳＰＤ）の他、その形成材料に応じて最適な方法を選択することができる。特に、緻密な薄膜を形成できるＰＶＤ法が好ましい。

【0053】

以上説明したように、本実施形態に係る透明電極１は、絶縁基板１０に形成され、被対象物と接触することにより電気的に接続する電極であって、透明電極１は、ＳｎＯ_２を主成分とする透明電極層２０と、金属層３１及び／又は導電性を有する金属酸化物層３２で形成される導電層３０と、を最外面側からこの順で積層した積層構造を有し、透明電極層２０の側面部２１の少なくとも一部は、透明電極層２０及び導電層３０と電気的に接続する集電部４０で覆われる。

【0054】

また、本実施形態に係る透明電極１において、導電層３０の金属層３１は、膜厚が５ｎｍを超える場合、平面視における絶縁基板１０に対する投影面積が、絶縁基板１０の面積の３０％以下となるように形成するのが好ましい。

【0055】

また、本実施形態に係る透明電極１において、金属層３１は、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｎｄから選ばれる１以上の元素を含有し、透明電極層２０は、Ｉｎ、Ｇａ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｆから選ばれる１以上の元素を含有して形成するのが好ましい。

【0056】

また、本実施形態に係る透明電極１において、金属層３１は、Ａｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎｄの群から選択される第１金属で形成される第１金属部３１Ａと、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ，Ｎｂの群から選択される第２金属で形成される第２金属部３１Ｂと、を有し、第１金属部３１Ａは、第２金属部３１Ｂの露出を妨げるように配置するのが好ましい。

【0057】

また、本実施形態に係る透明電極１において、集電部４０は、Ａｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎｄの群から選択される第１金属で形成され、透明電極層２０の側面部２１の少なくとも一部及び導電層３０の最外面を覆うように形成するのが好ましい。

【0058】

また、本実施形態に係る透明電極１において、透明電極層２０は、膜厚が５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下とするのが好ましい。

【0059】

また、前述した透明電極１は、光学的測定部１２０と電気的測定部１３０を備える測定機能を有するウェアラブルデバイス１００のような測定機器に具備することができる。

【0060】

このような構成により、最外面に物理的及び化学的耐久性と透明性を兼ね備えた透明電極層２０が配置できるため、電気的測定部１３０の電極として用いることで、従来、光学的に不透明であった金属による電極部分を透明にできる。そのため、比較的小さな外装領域のウェアラブルデバイス１００において、電気的測定部１３０と光学的測定部１２０とを重ねて配置することが可能となる。したがって、透明電極１を備えたウェアラブルデバイス１００は、設計上の制約を低減させつつ測定方法の自由度が高まり、より多くの光学的測定が可能となる。また、本発明の透明電極１をウェアラブルデバイス１００等に用いることで、より大きな面積で光学的な生体情報取得が可能となり、生体情報の測定精度向上が図れる。更には、従来品のように電極部分を金属電極のみで構成した場合、意匠性の観点から外装は金属調の不透明な材料に限定されるが、本発明の透明電極１を用いることで、電極下層にデザインを施すことが可能となり、デバイスの意匠性を向上させることができる。

【実施例0061】

本発明の効果を、以下の実施例及び比較例を用いて説明する。ただし、本発明の技術的範囲が以下の実施例のみに制限されるわけではない。

【0062】

［評価試験１］
以下に示す実施例及び比較例の各サンプルに対する性能試験を実施した。

【0063】

＜サンプルの製造＞
実施例のサンプル（実施例１～６）、比較例のサンプル（比較例１～４）は、以下の工程に沿って作製した。

【0064】

〈実施例１のサンプルの製造〉
実施例１のサンプルは、直径２６ｍｍの無アルカリガラスで形成された絶縁基板上に、導電層を積層し、その上に透明電極層を積層した（図８の形状）。導電層と透明電極層は、スパッタリング法により形成した。導電層の形成には、ＤＣマグネトロンスパッタリング装置（株式会社昭和真空製）を使用し、透明電極層の形成には、スパッタリング装置（株式会社豊島製作所製）を用いた。導電層の成膜条件は、装置内真空度１０^－３Ｐａ以下の状態にて、Ａｒガスを導入し、圧力０．４Ｐａとし、放電電力はＤＣ３０Ｗにて実施した。透明電極層の成膜条件は、装置内真空度１０^－３Ｐａ以下の状態にて、Ａｒガスを導入し、圧力０．４Ｐａとし、放電電力はＲＦ１００Ｗにて実施した。また、成膜中の基板を１００℃に加熱して成膜を実施した。導電層は、膜厚３０ｎｍの第２金属（Ａｌ）の上に、膜厚２０ｎｍの第１金属（Ｍｏ）を積層して形成した。導電層は、２ｍｍ×２ｍｍ四方の開口部をマトリクス状に複数配置して格子状とした。透明電極層は、ＳｎＯ_２を主成分とした薄膜を形成した。実施例１のサンプルは、導電層の上に膜厚３０ｎｍ、６０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍ、３００ｎｍの５種類作製した。集電部は、導電層と兼用とした。実施例１のサンプルは、図８に示す形状となる。

【0065】

〈実施例２のサンプルの製造〉
実施例２のサンプルは、直径２６ｍｍの無アルカリガラスで形成された絶縁基板上に、導電層を積層し、その上に透明電極層を積層した。導電層と透明電極層は、実施例１と同様の方法により、形成した。導電層は、開口部を形成せず、膜厚３ｎｍの第２金属（Ａｌ）で形成した。透明電極層は、ＳｎＯ_２で形成した。実施例２のサンプルは、導電層の上に膜厚３０ｎｍ、６０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍ、３００ｎｍの５種類作製した。集電部は、第１金属（Ｍｏ）を用いて導電層が露出しないように覆って形成した。実施例２のサンプルは、図５に示す形状となる。

【0066】

〈実施例３のサンプルの製造〉
実施例３のサンプルは、直径２６ｍｍの無アルカリガラスで形成された絶縁基板上に、導電層を積層し、その上に透明電極層を積層した。導電層と透明電極層は、実施例１と同様の方法により、形成した。導電層は、膜厚３０ｎｍの第２金属（Ａｌ）で形成した。導電層は、２ｍｍ×２ｍｍ四方の開口部をマトリクス状に複数配置して格子状とした。透明電極層は、ＳｎＯ_２で形成した。実施例３のサンプルは、導電層の上に膜厚３０ｎｍ、６０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍ、３００ｎｍの５種類作製した。集電部は、第１金属（Ｍｏ）を用いて導電層が露出しないように覆って形成した。実施例３のサンプルは、図２に示す形状となる。

【0067】

〈実施例４のサンプルの製造〉
実施例４のサンプルは、直径２６ｍｍの無アルカリガラスで形成された絶縁基板上に、導電層を積層し、その上に透明電極層を積層した。導電層と透明電極層は、実施例１と同様にスパッタリング法により、形成した。導電層は、開口部を形成せず、膜厚１００ｎｍの金属酸化物（ＩＴＯ）で形成した。透明電極層は、ＳｎＯ_２で形成した。実施例４のサンプルは、導電層の上に膜厚３０ｎｍ、６０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍ、３００ｎｍの５種類作製した。集電部は、第１金属（Ｍｏ）を用いて導電層が露出しないように覆って形成した。実施例４のサンプルは、図６に示す形状となる。

【0068】

〈実施例５のサンプルの製造〉
実施例５のサンプルは、直径２６ｍｍの無アルカリガラスで形成された絶縁基板上に、導電層を積層し、その上に透明電極層を積層した。導電層と透明電極層は、実施例１と同様にスパッタリング方法により、形成した。導電層は、膜厚３０ｎｍの第２金属（Ａｌ）の上に、膜厚１００ｎｍの金属酸化物（ＩＴＯ）を積層して形成した。第２金属で形成した層は、２ｍｍ×２ｍｍ四方の開口部をマトリクス状に複数配置して格子状とした。透明電極層は、ＳｎＯ_２で形成した。実施例５のサンプルは、導電層の上に膜厚３０ｎｍ、６０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍ、３００ｎｍの５種類作製した。集電部は、第１金属（Ｍｏ）を用いて導電層が露出しないように覆って形成した。実施例５のサンプルは、図７に示す形状となる。

【0069】

〈実施例６のサンプルの製造〉
実施例６のサンプルは、直径２６ｍｍの無アルカリガラスで形成された絶縁基板上に、導電層を積層し、その上に透明電極層を積層した。導電層と透明電極層は、実施例１と同様にスパッタリング方法により、形成した。導電層は、膜厚３０ｎｍの第２金属（Ａｌ）の上に、膜厚２０ｎｍの第１金属（Ｍｏ）を積層して形成した。導電層は、２ｍｍ×２ｍｍ四方の開口部をマトリクス状に複数配置して格子状とした。透明電極層は、ＳｎＯ_２を主成分としてＦを添加したもの（ＳｎＯ_２：９５質量部、Ｆ：５質量部）で形成した。実施例６のサンプルは、導電層の上に膜厚３０ｎｍ、６０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍ、３００ｎｍの５種類作製した。集電部は、導電層と兼用とした。実施例６のサンプルは、実施例１と同様、図８に示す形状となる。

【0070】

〈比較例１のサンプルの製造〉
比較例１のサンプルは、直径２６ｍｍの無アルカリガラスで形成された絶縁基板上に、導電層を積層し、その上に透明電極層を積層した。導電層と透明電極層は、実施例１と同様にスパッタリング方法により、形成した。導電層は、膜厚３０ｎｍの第２金属（Ａｌ）で形成した。第２金属で形成した層は、２ｍｍ×２ｍｍ四方の開口部をマトリクス状に複数配置して格子状とした。透明電極層は、ＳｎＯ_２で形成した。実施例５のサンプルは、導電層の上に膜厚３０ｎｍ、６０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍ、３００ｎｍの５種類作製した。集電部は、導電層と兼用とした。比較例１のサンプルは、実施例１の導電層のうち、第１金属の層を形成しない形状となる。

【0071】

〈比較例２のサンプルの製造〉
比較例２のサンプルは、直径２６ｍｍの無アルカリガラスで形成された絶縁基板上に、導電層を積層し、その上に透明電極層を積層した。導電層と透明電極層は、実施例１と同様にスパッタリング方法により、形成した。導電層は、膜厚１００ｎｍの金属酸化物（ＩＴＯ）で形成した。透明電極層は、ＳｎＯ_２で形成した。比較例２のサンプルは、導電層の上に膜厚３０ｎｍ、６０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍ、３００ｎｍの５種類作製した。集電部は、導電層と兼用とした。比較例２のサンプルは、実施例４の集電体を形成しない形状となる。

【0072】

〈比較例３のサンプルの製造〉
比較例３のサンプルは、直径２６ｍｍの無アルカリガラスで形成された絶縁基板上に、導電層を形成せず、ＳｎＯ_２からなる透明電極層のみを積層した。透明電極層は、実施例１と同様にスパッタリング方法により、形成した。比較例３のサンプルは、絶縁基板の上に膜厚３０ｎｍ、６０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍ、３００ｎｍの５種類作製した。比較例３のサンプルは、比較例２の導電層を形成しない形状となる。

【0073】

〈比較例４のサンプルの製造〉
比較例４のサンプルは、直径２６ｍｍの無アルカリガラスで形成された絶縁基板上に、透明電極層を形成せず、膜厚１００ｎｍの金属酸化物（ＩＴＯ）で形成された導電層のみを積層した。導電層は、実施例１と同様にスパッタリング方法により、形成した。比較例４のサンプルは、比較例２の透明電極層を形成しない形状となる。

【0074】

＜試験内容＞
前述の手順により作製した実施例及び比較例の各サンプルについて、物理的耐久性試験、化学的耐久性試験、導電性試験、透明性試験を実施した。

【0075】

〈物理的耐久性試験〉
物理的耐久性試験は、φ６ｍｍの消しゴムを１ｋｇの荷重をかけた状態で各サンプルの透明電極層表面に配置し、往復摩擦試験機（製品名：ＴＹＰＥ３０Ｓ、新東科学株式会社製）を用いて移動距離１５ｍｍ、移動速度４０往復／分で３０００回往復運動させた。評価方法は、試験後、目視及び顕微鏡により電極外観の傷の有無を確認して評価した。評価基準は以下の通りである
〇：目視及び顕微鏡観察による傷無し
△：目視観察による傷無し、顕微鏡観察による傷有り
×：目視及び顕微鏡観察による傷有り。

【0076】

〈化学的耐久性試験〉
化学的耐久性試験は、：ｐＨ４．６に調整した溶液（緩衝液 ｐＨ４．６ （Ｃ_８Ｈ_５ＫＯ_４－ＮａＯＨ），東京化成工業株式会社製）に、浸漬した部分と浸漬していない部分ができるように透明電極を配置した状態で４８時間放置し、試験前後での外観変化を観察した。評価基準は以下の通りである
〇：変化有り
×：変化なし。

【0077】

〈導電性試験〉
導電性試験は、表面抵抗計（製品名：ロレスタ－ＧＸ ＭＣＰ－Ｔ７００、日東精工アナリテック株式会社製）を用いて、サンプル中央部での４端子による表面抵抗（Ω／ｓｑ）を計測した。また、抵抗計（製品名：ＲＭ３５４８、日置電機株式会社製）により、サンプル中央部と集電部間（約１５ｍｍ）での抵抗（Ω）を計測した。評価基準は以下の通りである
・表面抵抗
〇：２００Ω／ｓｑ未満
×：２００Ω／ｓｑ以上
・中央－集電部間抵抗
〇：２２０Ω未満
×：２２０Ω以上。

【0078】

〈透明性試験〉
透明性試験は、紫外可視分光光度計（製品名：ＵＶ－１９００、株式会社島津製作所製）を用いて、波長５３０ｎｍ、６６０ｎｍ、９４０ｎｍにおける各サンプルの透過率の平均値を算出した。評価基準は以下の通りである
〇：平均透過率８０％以上
△：平均透過率７０％以上８０％未満
×：平均透過率７０％未満。

【0079】

＜結果＞
図９には、実施例１～実施例３の各サンプルの仕様及び評価試験１の結果が示されている。図１０には、実施例４～実施例６の各サンプルの仕様及び評価試験１の結果が示されている。図１１には、比較例１～比較例４の各サンプルの仕様及び評価試験１の結果が示されている。

【0080】

図９又は図１０の各表に示すように、実施例１の透明電極層の膜厚１００ｎｍのサンプル、実施例２の透明電極層の膜厚６０ｎｍ及び１００ｎｍのサンプル、実施例３の透明電極層の膜厚１００ｎｍのサンプル、実施例４及び実施例５の透明電極層の膜厚３０ｎｍ、６０ｎｍ及び１００ｎｍのサンプルは、何れも物理的耐久性、化学的耐久性、導電性、透明性の評価が全て「〇」となり、製品として十分な品質が担保できることがわかった。また、実施例１～実施例６の結果から、「導電層の第２金属を第１金属で被覆することで、導電層（集電部）の露出した部分の化学的耐久性が得られること」、「透明電極層の膜厚を５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下にすると透明性が確保できること」、「導電層に開口部を形成することで、導電層の膜厚に左右されず透明性を確保できること」、「集電部を耐久性の高い第１金属で形成し、導電層を被覆することで化学的耐久性が得られること」、「ＳｎＯ_２を主成分とする透明電極層に所定の添加物を添加することで、膜中の結晶粒子が大きく成長せず、厚膜化しても物理的耐久性が低下しないこと」がわかった。

【0081】

一方、比較例１～比較例４は、図１１の表に示すように、何れも化学的耐久性又は導電性の結果が芳しくなく、製品品質を満足できないことがわかった。また、比較例１～比較例４の結果から、「透明電極層を薄くすると、透明性は良化傾向だが、物理的耐久性及び導電性が低下すること」、「透明電極層を厚くすると、導電性は良化傾向だが、透明性が低下すること」、「第２金属で形成した導電層を集電部として利用した場合、耐久性の低い第２金属が露出しているため化学的耐久性が得られないこと」、「導電層の開口部段差により透明電極層の膜厚を６０ｎｍ以下にすると導電層の被覆が不十分で物理的耐久性が得られないこと」、「透明電極層の膜厚が２００ｎｍ以上の厚さになると透明性が低下すること」「導電層（金属酸化物）を集電部とした場合、金属酸化物が露出しているため化学的耐久性が得られないこと」、「透明電極層のみでは、耐久性は得られても導電性の確保が困難であること」、「導電層のみでは、化学的耐久性を確保することが困難であること」がわかった。

【0082】

［評価試験２］
以下に示す実施例及び比較例の各サンプルに対する性能試験を実施した。

【0083】

＜サンプルの製造＞
実施例Ａ、実施例Ｂの透明電極層は、何れもスパッタリング法により形成した。

【0084】

比較例Ｃの透明電極層は、塗布熱分解法により形成した。

【0085】

各サンプルの表面粗さＲａ、最大高さ粗さＲｚは、走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）（製品名：ＳＰＭ－９７００ＨＴ、株式会社島津製作所製）を用いて表面粗さを解析した。平均粒子径は、ＳＥＭ装置（製品名：Ｄｕａｌ Ｂｅａｍ ＦＩＢ Ｈｅｌｉｏｓ ５ ＵＣ、Ｔｈｅｒｍｏ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ製）を用いて測定した。膜密度は、全自動試料水平型多目的Ｘ線回折装置（製品名：ＳｍａｒｔＬａｂ、株式会社リガク製）を用いてＸ線反射率法（ＸＲＲ）により測定した。

【0086】

＜試験内容＞
評価試験２は、評価試験１の物理的耐久性試験と同様、φ６ｍｍの消しゴムを１ｋｇの荷重をかけた状態で各サンプルの透明電極層表面に配置し、移動距離１５ｍｍ、移動速度４０往復／分で３０００回往復運動させた。評価方法は、試験後、目視及び顕微鏡により電極外観の傷の有無を確認して評価した。評価基準は以下の通りである
〇：目視及び顕微鏡観察による傷無し
×：目視及び顕微鏡観察による傷有り。

【0087】

＜結果＞
図１２には、評価試験２の結果が示されている。実施例Ａ、実施例Ｂは、何れも良好な耐久性が得られることがわかった。これに対し、比較例Ｃは、耐久性の結果が芳しくなく、製品品質を満足できないことがわかった。このことから、透明電極の透明電極層は、耐久性の観点から、表面粗さＲａは３．３ｎｍ以下、最大高さ粗さＲｚは３３ｎｍ以下、膜密度は６．８ｇ／ｃｍ^－３以上に調整して作製することで、耐久性に優れた透明電極となることがわかった。

【符号の説明】

【0088】

１ 透明電極、
１０ 絶縁基板、
２０ 透明電極層、
２１ 側面部、
３０ 導電層、
３１ 金属層、
３１Ａ 第１金属部、
３１Ｂ 第２金属部、
３２ 金属酸化物層、
４０ 集電部、
１００ 測定装置として機能するウェアラブルデバイス、
１１０ デバイス本体部、
１２０ 光学的測定部、
１３０ 電気的測定部、
１４０ 表示部、
１５０ 制御部、
１６０ 電源部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】