專利名稱：電功能層及其制造方法和使用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電功能層，具體涉及層疊體，及其制造方法和使用。
背景技術：
制造通過傳感器裝置控制的電阻觸摸屏需要透明導電且還可能結構化的功能層， 其迄今為止均由透明的ITO(氧化銦錫)形成。就電阻觸摸屏而言，相對設置的兩個導電層通過按壓形成接觸(在給定位置上接觸)，而受壓點通過確定電阻來識別。由于觸摸屏總是與存儲的影像(顯示和/或圖像)相關聯(lián)，因此需要高的透明度和足以用來確定受壓點的導電率。迄今為止，這些層疊體均由ITO形成，例如形成在塑料膜上。已知的ITO電功能層的缺點是，在透明度或導電率可得到優(yōu)化的情況下，材料非常昂貴。此外，具有常規(guī)ITO層的電阻觸摸屏只能實現(xiàn)“單點觸摸”功能，也就是說，永遠只能檢測X和y坐標，因為控制單元永遠只能處理一個信號或位置。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的目標是提供一種同時具有更高透明度和導電率，并且克服現(xiàn)有技術水平的缺陷的電功能層，以及便宜且適于批量制造的電功能層制造方法。該目標通過由具體實施例、附圖和權利要求公開的本申請的主題實現(xiàn)。相應地，本發(fā)明的主題是一種電功能層，其中厚度為2nm-5 μ m的非透明導電軌線與透明載體表面平行地設置，形成圖案，使得在圖案中形成導體軌線間距，該間距在確保電功能層的面(areal)導電率的同時，還確保了對人眼的透明度。此外，本發(fā)明的主題為透明導電功能層的制造方法，其中非透明的導電軌線通過結構化施加、涂覆和后續(xù)的結構化、模壓(emboss)和/或通過印刷形成于透明襯底上。最后，本發(fā)明的主題是根據(jù)本發(fā)明的功能層在電阻觸摸屏中的使用。在本發(fā)明的有利實施例中，非透明的導電軌線的寬度范圍為1 μ m-40 μ m，優(yōu)選為 5-25 μ m0術語“導電的”在此一般用于指導電物質。因此，導電軌線在本例中總是為至少具有導電率的軌線。在一個實施例中，圖案在功能層上被分割，其中分段的寬度例如為500ym-15mm， 優(yōu)選為lmm-3mm0在本發(fā)明的有利實施例中，導體軌線間距為10 μ m-5mm，優(yōu)選為300 μ m-lmm。如果導體軌線間距處于這些范圍之內，則一方面避免形成明顯的衍射效應，另一方面不會看到一個個的圖案區(qū)域，因為細分低于人眼在無輔助工具幫助下進行觀察的分辨極限。分段的間距為10 μ m-2mm，優(yōu)選為100 μ m_lmm。在橫截面圖或側視圖中以足夠高的分辨率進行觀察時，可以看到的作為在透明載體層上的凸起部分的導體軌線的厚度范圍為2nm-5，優(yōu)選為3ηπι-5μπι，特別優(yōu)選為 40nm-lμ m。
在優(yōu)選實施例中，導電軌線的材料例如為金屬，優(yōu)選銅或銀。不必所有導電軌線均由同種材料形成，因此在圖案的構成中，導電軌線層可以具有與其上層(其與下層形成圖案)不同的材料。在優(yōu)選實施例中，導電軌線的圖案通過透明且通常非常薄的層連接，所述層在某些情況下也可以只具有較差但是連續(xù)的導電率。在這方面，導電軌線的圖案可以嵌在該層中，或者該層僅以導電方式連接導電軌線，從而形成連續(xù)的導電區(qū)域。該層由透明的導電材料形成，例如氧化銦錫(ITO)、諸如氧化鋅的另一金屬氧化物或者諸如PEDOT (具有任意摻雜水平)的有機基材料、填充有納米顆粒的材料或者其它透明且導電的材料。該層優(yōu)選非常薄，例如層厚可以在5-500nm、優(yōu)選IO-IOOnm之間。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例為具有兩個優(yōu)選彼此相對的連接電極的電功能層，其中至少兩個導電軌線與透明載體表面平行設置，且被設置在連接電極之間，使得它們以由導電軌線形成的圖案具有確保電功能層的導電率、同時又確保對于人眼的透明性的導體軌線間距的方式將連接電極連接在一起。透明載體優(yōu)選但不限于透明膜，特別是柔性膜，且非常優(yōu)選塑料膜，例如聚烯烴膜，所述聚烯烴為諸如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚酯(PE) 和/或聚碳酸酯(PC)。柔性載體具有以下優(yōu)點可以例如利用卷對卷(roll-to-roll)的方式例如在連續(xù)制造過程中在它們上面進行印刷。透明載體也可以是根據(jù)本發(fā)明的導電功能層或者另一透明導電層，其例如由ITO、諸如氧化鋅的另一金屬氧化物或諸如PEDOT(具有任意摻雜水平)的有機基材料、填充有納米顆粒的材料或者其它透明且導電的材料形成。導電軌線可以由任何導電材料或多種材料的混合物形成。例如，軌線由金屬(特別是銀、銅、金、鋁等)和/或合金或導電漿、及其它導電物質(例如具有運動電荷載體的有機化合物，諸如聚苯胺、聚噻吩及其它)形成。將認識到，所有的材料均可以摻雜的形式存在。在這方面，應再次提及，在圖案的構成中，導電軌線可以由各種材料形成。 連接電極也可以由所有常用于電極的材料形成。特別優(yōu)選由銅和/或銀形成的連接電極。連接電極和/或導電軌線還可以具有接觸增強部，其用于更好的信號傳輸。它可以例如由導電的銀或碳黑形成。導電軌線優(yōu)選在透明載體上施加為高分辨率圖案。導電軌線通常是不透明或只是半透明的，因此透明載體上的這些結構對于人眼所具有的透明度是通過高分辨率的結構， 而非通過導電材料自身的透明度來實現(xiàn)。在這方面，設置特定值以避免例如在存儲顯示圖像時可能形成的莫爾效應 (moireeffect)。術語“莫爾效應”被用于指通過多個圖案的疊加顯現(xiàn)并不存在的線的光學現(xiàn)象。特別是在具有相同圖案和/或具有周期性重復的圖案的情況下會出現(xiàn)這種現(xiàn)象。在觸摸屏應用中，莫爾效應會因為顯示像素矩陣與疊置的根據(jù)本發(fā)明的導電圖案的疊加而出現(xiàn)。為此，優(yōu)選避免在導電軌線的結構化過程中形成平行直線。因此當用導電體軌線覆蓋透明載體時，選擇不具備任何周期性的圖案，以便排除或至少大大限制具有莫爾效應的疊加。此外，通過在有利實施例中消除直線和選擇具有例如非周期性或者隨機性結構順序的波紋和/或鋸齒狀線，不期望的莫爾效應也得到抑制。優(yōu)選實施例包括形成具有下列軌線的圖案，例如-平行的導電軌線；-不平行的導電軌線，以避免形成波紋，以及-波浪狀的、鋸齒狀的導電軌線，如附圖所示?？梢圆捎酶鞣N方法來制造導電軌線，例如軌線可以通過印刷、模壓、平版印刷 (offset)或類似方式來制造。此外，還可以通過用含有例如金屬和/或合金和/或經導電改性的碳的導電漿進行印刷來形成結構。有機導電材料也可以通過在合適軌線上簡單進行印刷來施加。在本發(fā)明的實施例中，透明導電功能層被用于制造電阻多點觸摸屏，其中透明功能層上存在面上導電的具有導電圖案的各個分段，其可以單個被讀取和/或單個被接觸。 這些分段的特點是它們是可單獨電接觸的。這些各個分段可以具有任何期望的構造，例如它們也可以是條帶形。對各分段的劃分還優(yōu)選延伸至在連接電極處形成接觸并且/或者在那重現(xiàn)，以便關于多點觸摸屏同樣將連接部恰當?shù)貏澐殖煞侄?。在其中除了連接電極之外還設有接觸增強部的本發(fā)明實施例中，它們在相應的多點觸摸應用中也被分割，也就是說例如它們也是條帶狀的，使得分段的激活也始終能夠作為單個且可選增強的信號被讀出。具有導電軌線的透明載體的表面覆蓋度可以在一定范圍內變化，例如在表面覆蓋度為20%的情況下，選擇合適的薄導體軌線和相應的結構意味著能夠產生對于人眼而言仍始終表現(xiàn)為透明的功能層。優(yōu)選地，表面覆蓋度為3-15%之間，特別地低于10%。


下面參考附圖對本發(fā)明進行更為詳細的描述，其中這些附圖以本發(fā)明示例的方式示出了所選擇的實施例。圖Ia和Ib示出了均勻的導電軌線圖案；圖加和2b示出了不規(guī)則的圖案；圖3示出了電功能層的結構的橫截面；圖4示出了具有多個層部分的電功能層；圖5示出了具有連接電極的電功能層；圖6示出了具有連接電極的電功能層的橫截面；圖7示出了通過分隔體分開的兩個圖5所示的電功能層；圖8示出了具有經分割的導電區(qū)域的實施例；圖9示出了具有經分割的柵格構造不同的導電區(qū)域的電功能層的疊層；圖10示出了具有經分割的柵格構造相同的導電區(qū)域的電功能層的疊層；以及圖11示出了具有接觸增強部的根據(jù)圖10的實施例的電功能層的膜的一角。
具體實施例方式圖Ia和Ib示出了透明載體(由于它是透明的，因此不可見)上的導電軌線1的圖案示例。圖加和2b示出了與圖1類似的圖案示例，但此處為避免波紋，導電軌線之間彼此不平行。圖3示出了具有透明襯底2的橫截面視圖，襯底2為透明膜(這對于襯底而言是常見的)，但是它也可以是具有合適厚度的透明導電層。導電軌線1的圖案被設置于其上。圖4示出了與圖3相同的橫截面視圖，但是除了導電軌線1和襯底2之外，還具有附加的透明薄層3和襯底2的后側上的另一附加層4，其中層3關于常規(guī)襯底提供面導電率，層4例如為防反射層。圖5示出了如何能夠將導電軌線相對于連接電極的位置選擇為使得圖案的所有電流路徑具有同等大小的負載。這特別涉及避免導電軌線與連接電極平行設置。在這方面，如果例如在其中連接電極6處于兩相對側上的矩形區(qū)域中，不存在關于具有連接電極6的邊緣平行延伸的導體軌線1，則是有利的，因為甚至在接通狀態(tài)下，它們實際上也就保持較少電流。而在這種情形中，簡單的柵格圖案如在此示出的那樣延伸，優(yōu)選以導體軌線關于邊緣成45°角設置和例如彼此成90°角設置的方式延伸。這樣形成菱形圖案，例如取代格子圖案。借助這種菱形，所有的電流路徑在接通狀態(tài)中具有同等大小的負載，并且通過這種方式形成的透明功能層的導電率大于覆蓋度相同的具有關于邊緣(亦即，連接電極6)垂直和水平延伸的格子圖案的功能層，因為在后一種情況中只用到了一半的電流路徑。借助圖5所示的圖案，電流可以均勻地從所有交叉點5離開。圖6示出了圖5的實施例的橫截面。這里能夠看到具有導電軌線1、襯底2、導電附加層3和后層4的圖4所示結構。然而，除了圖4所示視圖之外，還可以看到連接電極6。圖7示出了例如用作透明電阻觸摸區(qū)的、包括兩個根據(jù)本發(fā)明的電功能層的結構，其中，兩個功能層8 (例如圖5所示的)相互疊置，并且通過分隔體7連接，使得在施加壓力時形成短路，這可以被評估成信號。分隔體7也被稱作分隔體點7。當觸摸屏在某一位置上被觸摸時，這兩個功能層在此處發(fā)生接觸，形成電接觸點或電阻發(fā)生變化。由于接觸電阻，在各個位置上形成不同的電壓。電壓上的這種變化則可以被用于確定坐標χ和y。圖8示出了被分割的電功能層10，其中各個導電的分段9以彼此間隔特定分段間距11的方式被設置在透明襯底(由于為平面圖且襯底是透明的，因此在此處不可見)上。 各個分段9關于連接電極(此處未示出)具有相應的接觸增強部12。如圖所示，各個分段可以獨立形成電連接。為制造這些觸摸屏，單個電功能層可以例如在單獨的襯底上形成。然后在另一方法步驟中將頂側組裝到一起和/或進行層疊。圖9示出了與圖7相似的視圖，除了兩個圖5的功能層8之一已被圖8所示的被分割的功能層10所取代。第二個電功能層是圖5所示的未經分割的功能層8。這里也能夠再次看到分隔體7。圖10示出了與圖9相似的視圖，但是在該例中，兩個功能層均被分割。這兩個功能層同樣通過分隔體彼此分開。所有的分段均可通過接觸增強部12進行單獨控制。最后，圖11示出了與圖10相同的構造，但是只在一側上具有電連接項。
文中針對具有可多點觸摸設計的構造中的導電軌線寬度、導電軌線間距、分段寬度和分段間距規(guī)定的范圍也可以包含總數(shù)的平均值?；旧?，圖案被選擇成使得，在施加電壓時，盡可能所有的導體軌線具有盡可能均勻的負載。對于形成有交點的圖案而言，導電軌線優(yōu)選被放置成導電軌線相互交叉，使得電流能夠從兩個方向均勻地離開導體軌線相交處。這例如在其中線路關于邊緣處的連接電極成45°角的斜格子圖案中實現(xiàn)。透明功能層優(yōu)選被設計成具有分隔體點，使得它能夠用在觸摸屏中。對于電阻觸摸屏而言，兩個導電層或其中一個可以用根據(jù)本發(fā)明的透明導電功能層取代。也可以與普通的ITO層結合。透明的導電功能層可以例如用在觸摸屏中。存在不同的觸摸屏技術，其中電阻觸摸屏占有很大市場份額。電阻觸摸屏通常包括兩個彼此相對的導電層疊體(X層和y層)-迄今為止主要由 ITO形成-其通過恒定的直流電壓致動。在層疊體之間設有分隔體，所謂分隔體點，其確保這兩個層分開。分隔體點的直徑通常小于20 μ m，在0. 1-5 μ m之間，在0. 2-2 μ m之間，以及特別地在0. 3-0. 5μπι之間。就最簡單的情況而言，在制造觸摸屏時，常規(guī)ITO層用文中描述的、被結構化以提供高分辨率的透明導電功能層取代，而觸摸屏的其它結構和組件保持不變。通過分割透明導電功能層的結構和/或圖案，電阻觸摸屏首次還能夠具有多點觸摸功能，也就是說，能夠同時檢測和讀取多個χ和y位置。為此目的，選擇這樣的布局，其被分成不同的分段部分，所述分段部分分別被特別接觸，且因此能夠被單個讀取。在這種情況下，分段的間距寬度可以被選擇成不同，且優(yōu)選結合結構的柵格光柵寬度進行選擇。然而，本發(fā)明還適合用于例如太陽能電池或普通光敏電池、有機發(fā)光二極管(例如也叫作OLED發(fā)光體)、觸摸屏、格片(pane)中的加熱結構(例如汽車的擋風玻璃、防霧鏡等)中的透明電極。通過文中公開的發(fā)明，首次能夠例如通過印刷法制造用在電阻觸摸屏中的薄的導電功能層。舉例而言，具有5%覆蓋度和足夠導電率的功能層仍以達到95%的透明度作用于人眼。
權利要求
1.一種電功能層，其中厚度為2ηπι-5μπι的非透明導電軌線⑴與透明載體(2)的表面平行地設置，形成圖案，使得在所述圖案中形成導體軌線間距，該間距在確保所述電功能層的面導電率的同時，還確保對于人眼的透明度。
2.如權利要求1所述的功能層，其包括兩個彼此相對設置的連接電極(6)。
3.如權利要求1或2所述的功能層，其中在部分或整個所述表面區(qū)域上設有附加導電層(3)，用于形成面導電率或分區(qū)中的面導電率。
4.如前述權利要求之一所述的功能層，其中所述導電軌線的間距在10ym-5mm之間。
5.如前述權利要求之一所述的功能層，其具有能夠單獨電連接的導電分段(9)。
6.如前述權利要求之一所述的功能層，其中各個所述分段的寬度在500μ m-15mm之間。
7.如前述權利要求之一所述的功能層，其中所述分段(9)的間距在10ym-2mm之間。
8.如前述權利要求之一所述的功能層，其中所述導電軌線(1)形成至少一個交叉點⑶。
9.如前述權利要求之一所述的功能層，其中所述導電軌線(1)被設置成使得電流沿兩個方向均勻地離開所述交叉點(5)。
10.如權利要求6所述的功能層，其中所述導電軌線(1)的寬度在1μπι-40μπι之間。
11.如權利要求5所述的功能層，其中所述分段(9)為條帶狀。
12.如前述權利要求之一所述的功能層，其中在所述連接電極(6)的上游還連接有連續(xù)或被細分的接觸增強部(12)。
13.如權利要求1所述的功能層，其中所述接觸增強部(12)由導電的銀或碳黑形成。
14.如前述權利要求之一所述的功能層，其上施加有分隔體(7)。
15.如前述權利要求之一所述的功能層，其中在所述功能層的后側施加有防反射層⑷。
16.如前述權利要求之一所述的功能層，其中所述導電軌線(1)由金屬、金屬合金或導電漿形成。
17.一種用于制造功能層的方法，其中通過結構化施加、涂覆和后續(xù)的結構化、模壓和 /或通過印刷在透明襯底上形成導電軌線。
18.如權利要求17所述的方法，其是連續(xù)執(zhí)行的。
19.如權利要求1-16之一所述的功能層在電阻觸摸屏、太陽能電池、透明格片、發(fā)光二極管、反射鏡和/或顯示器中的使用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種透明的導電功能層，具體涉及一種層疊體。本發(fā)明使得首次能夠例如在觸摸工藝中制造用于電阻觸摸屏中的薄的導電功能層。舉例而言，具有5％的導電部分的覆蓋和足夠導電率的功能層仍以95％的透明度作用人眼。
文檔編號G06F3/045GK102365612SQ201080013702
公開日2012年2月29日 申請日期2010年3月26日 優(yōu)先權日2009年3月27日
發(fā)明者A·烏爾曼, A·克諾布洛赫, J·沃利, W·菲克斯 申請人:波利Ic有限及兩合公司