用於減小基於納米結構的透明導電膜的漫反射的方法及由該透明導電膜製成的觸摸板的製作方法

2023-04-25 11:29:31

用於減小基於納米結構的透明導電膜的漫反射的方法及由該透明導電膜製成的觸摸板的製作方法
【專利摘要】本公開涉及具有基於納米結構的透明導電膜並且具有低漫反射的光學堆。本公開還描述了包括光學堆的顯示設備。
【專利說明】用於減小基於納米結構的透明導電膜的漫反射的方法及由 該透明導電膜製成的觸摸板

【背景技術】
[0001] 透明導電膜包括塗覆在高透射率表面或基底上的導電材料，並且其廣泛地用於諸 如液晶顯示器（LCD)的平板顯示器、觸摸板或觸摸傳感器、電致發光設備（例如，發光二極 管）、薄膜光伏電池，或用作抗靜電層和電磁波屏蔽層。
[0002] 當前，真空沉積的金屬氧化物如氧化銦錫（ΙΤ0)是用於向介電錶面（如玻璃和聚 合物膜）提供光學透明性和導電性的工業標準材料。然而，金屬氧化物膜易碎並且在彎曲 或其他物理性應力下易於損壞。金屬氧化物膜還要求升高的沉積溫度和/或高退火溫度， 以實現高導電性水平。對於易於吸收水分的某些基底（如塑料和有機基底（例如聚碳酸 酯）），難以適當地粘附金屬氧化物膜。因此嚴重地限制了金屬氧化物膜在柔性基底上的應 用。另外，真空沉積是成本很高的方法並需要專用設備。此外，真空沉積的方法並不有助於 形成圖案和電路。這樣通常導致需要諸如光刻的昂貴的圖案化方法。
[0003] 近年來，存在利用嵌入絕緣矩陣的金屬納米結構（例如銀納米線）的複合材料替 代平板顯示器中當前的工業標準透明導電ΙΤ0膜的趨勢。通常，透明導電膜通過首先在基 底上塗覆包括銀納米線和粘結劑的墨水組合物而形成。粘結劑提供絕緣矩陣。然後，可塗 覆透明UV或熱固化聚合物材料，以形成保護層。基於納米結構的塗覆技術尤其適用於印刷 的電子器件。通過使用基於溶液的形式，印刷電子技術使得在大面積柔性基底上製造堅固 的電子器件成為可能。
[0004] 透明導電膜中微粒納米結構的存在可能會導致某些光學挑戰，而這些光學挑戰通 常在連續的ΙΤ0膜中並不會遇到。圖1示出了並排放置的ΙΤ0接觸式傳感器（10)和基於 納米線的接觸式傳感器（12)，這兩者都放置在LCD模塊（14)上。當LCD模塊（14)關閉時， ΙΤ0接觸式傳感器（10)在環境光下顯示黑色；而由基於銀納米線的透明膜製成的接觸式傳 感器（12)顯得更"乳狀"或"混濁"。因此，存在解決基於納米結構的透明導體所特有的光 學挑戰的需求。


【發明內容】

[0005] 本文中提供了涉及減小或最小化光學堆中漫反射的各實施方式，其中該光學堆包 括至少一個基於納米結構的導電膜。
[0006] -個實施方式提供了一種光學堆，其包括：至少一個納米結構層；以及與所述納 米結構層相鄰的至少一個基底，其中所述納米結構層包括多個導電納米結構，以及當從光 學堆的入射光側觀察時，入射光的漫反射小於入射光的6 %。在各實施方式種，在光學堆中， 納米結構層還包括嵌有多個導電納米結構的絕緣介質。
[0007] 在各實施方式中，絕緣介質具有小於1. 5的折射率。在某些實施方式中，絕緣介質 為空氣。
[0008] 在各實施方式中，絕緣介質為HPMC，以及導電納米結構為銀納米線。在另一些 實施方式中，HPMC與該多個導電納米結構的重量比約為1:1，以及納米結構層具有小於 lOOohms/sq的片電阻。在各實施方式中，光學堆被定向，以使得多個導電納米結構比基底更 鄰近於入射光。
[0009] 在另一些實施方式中，光學堆還包括直接位於納米結構層之上的上塗覆層，其中 上塗覆層具有小於1. 5的折射率。
[0010] 在各實施方式中，上塗覆層的材料與絕緣介質的材料相同。在另一些實施方式中， 上塗覆層具有1. 45或更小的折射率。
[0011] 在另一實施方式中，上塗覆層為具有1.45或更小的折射率的低折射率0CA層。
[0012] 在其他實施方式中，光學堆還包括插設在基底與納米結構層之間的下塗覆層，該 下塗覆層直接位於納米結構層之下，其中下塗覆層的折射率高於絕緣介質的折射率以及基 底的折射率。
[0013] 在各實施方式中，下塗覆層具有至少1.65的折射率。在另一些實施方式中，下塗 覆層包括Ti0 2、聚醯亞胺、Si02或Ζη02。
[0014] 在另一些實施方式中，光學堆還包括最外側覆蓋件層，該最外側覆蓋件層最鄰近 於入射光並具有至少1. 17的折射率。
[0015] 在其他實施方式中，光學堆包括位於納米結構層中的導電區域和非導電區域，導 電區域具有第一片電阻，非導電區域具有第二片電阻，其中第一片電阻至少比第二片電阻 大1〇 3倍。
[0016] 在各實施方式中，光學堆被定向，以使得基底比多個導電納米結構更鄰近於入射 光。
[0017] 在另一些實施方式中，光學堆還包括插設在基底與納米結構層之間的上塗覆層， 其中上塗覆層具有小於1. 5的折射率。
[0018] 在另一些實施方式中，光學堆還包括直接位於納米結構層之下的下塗覆層，其中 該下塗覆層的折射率小於絕緣介質的折射率。
[0019] 在各實施方式中，下塗覆層具有至少1. 65的折射率。
[0020] 在其他實施方式中，光學堆包括位於納米結構層中的導電區域和非導電區域，導 電區域具有第一片電阻，非導電區域具有第二片電阻，其中第一片電阻至少比第二片電阻 大1〇 3倍。
[0021] 另一實施方式提供了一種顯不器，其包括任一上述的光學堆以及IXD模塊，其中 光學堆和LCD模塊限定空間，其中空間填充有具有大於1的折射率的透明光學結合材料或 折射率流體。
[0022] 又一實施方式提供了一種方法，其包括提供第一基本光學堆和第二基本光學堆， 第一基本光學堆和第二基本光學堆均具有基底和納米結構層；以及通過低折射率0CA層將 第一基本光學堆層壓至第二基本光學堆，其中該低折射率0CA層具有1. 45或更小的折射 率。在各實施方式中，提供第一基本光學堆的步驟包括：提供第一標準透明導體，其具有位 於第一基本光學堆之上的保護上塗覆層；以及對第一標準透明導體進行等離子體處理，以 除去納米結構上的任何有機塗覆層和保護上塗覆層。在另一些實施方式中，第一基本光學 堆具有大體平行的多個第一導電線，第二基本光學堆具有大體平行的多個第二導電線，以 及層壓的步驟包括將第一基本光學堆結合至第二基本光學堆，以使得大體平行的多個第一 導電線大體垂直於大體平行的多個第二導電線。
[0023] 又一實施方式提供了一種用於減小光學堆中漫反射的方法，其包括：在基底上形 成納米結構層，該納米結構層包括多個互連納米結構和粘結劑，其中各納米結構具有有機 塗覆層；以及對納米結構層進行等離子體處理。在【具體實施方式】中，等離子體處理除去納米 結構上的粘結劑和有機塗覆層。
[0024] 另一實施方式提供了一種用於減小光學堆中漫反射的方法，其包括：在基底上形 成納米結構層，其包括多個互連納米結構以及粘結劑，其中各納米結構具有第一有機塗覆 層，該第一有機塗覆層具有第一折射率；以及利用第二有機塗覆層替代第一有機塗覆層，該 第二有機塗覆層具有小於第一折射率的第二折射率。在【具體實施方式】中，第一有機塗覆層 為聚乙烯吡咯烷酮以及第二有機塗覆層為陰離子含氟表面活性劑。
[0025] 又一實施方式提供了一種用於減小光學堆中漫反射的方法，其包括：在基底上形 成納米結構層，該納米結構層包括具有第一折射率的粘結劑和多個互連納米結構；除去第 一粘結劑；以及塗覆第二絕緣介質，其中第二絕緣介質具有小於第一折射率的第二折射率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026] 在附圖中，相同的附圖標記指示相同的元件或動作。附圖中的尺寸和相對位置並 不必須按比例示出。例如，角和各元件的形狀沒有按比例示出，並且將一些元件隨意地放大 和定位，以提高附圖的可讀性。此外，所示元件的具體形狀並不旨在傳遞關於具體元件實際 形狀的任何信息，並且僅是為了便於在附圖中便於識別而進行的選擇，在附圖中：
[0027] 圖1示出了 LCD模塊上基於納米結構的接觸式傳感器和基於ΙΤ0的接觸式傳感器 的並排視圖；
[0028] 圖2A分別示出了基於納米結構的接觸式傳感器和ΙΤ0接觸式傳感器的全反射和 漫反射；
[0029] 圖2B和圖2C不意性不出了在兩個不同導電膜定向上的光鏡面反射和光漫反射；
[0030] 圖3示出了典型的基於納米結構的接觸式平板顯示器；
[0031] 圖4A示出了根據本公開的位於接觸式傳感器與LCD模塊之間的間隙填充有折射 率流體的實施方式；
[0032] 圖4B示出了與填充有水的情況相比的位於接觸式傳感器與LCD模塊之間的間隙 填充有空氣的接觸式平板顯示器的漫反射；
[0033] 圖4C示出了根據本公開的位於接觸式傳感器與LCD模塊之間的間隙填充有光學 透明結合層或粘合劑層的另一實施方式；
[0034] 圖4D示出了位於接觸式傳感器與LCD模塊之間的間隙填充有各種折射率流體的 接觸式平板顯示器的漫反射；
[0035] 圖5A示出了根據另一實施方式的包括最外側高折射率覆蓋件層的光學堆；
[0036] 圖5B不出了在具有最外側1?折射率覆蓋件層的情況下和在沒有最外側1?折射率 覆蓋件層的情況下的光學堆中漫反射的比較結果；
[0037] 圖6A示出了光學堆以及基於納米結構的導電膜的放大圖；
[0038] 圖6B示出了具有粘結劑的導電膜中的漫反射和沒有粘結劑的導電膜中的漫反射 的比較結果；
[0039] 圖6C示出了具有粘結劑的導電膜中的漫反射與已通過清洗去除粘結劑的導電膜 中的漫反射和已經過等離子體處理的導電膜中的漫反射相比的比較結果；
[0040] 圖6D示出了具有不同的納米結構/粘結劑比率的導電膜中的漫反射的比較結 果；
[0041] 圖6E示出了具有不同的納米結構/粘結劑比率的導電膜中的霧度的比較結果；
[0042] 圖6F示出了與去除了粘結劑的相同導電膜的漫反射相比的具有不同的納米結構 /粘結劑比率的導電膜的漫反射；
[0043] 圖6G和圖6H示出了具有不同的片電阻以及不同的納米結構/粘結劑比率的導電 膜的漫反射的比較結果；
[0044] 圖7A示出了光學堆以及基於納米結構的導電膜的放大圖，其中該基於納米結構 的導電膜包括上塗覆層；
[0045] 圖7B示出了具有各種上塗覆層的導電膜的漫反射比較結果；
[0046] 圖7C示出了具有各種厚度的HPMC上塗覆層的導電膜的漫反射比較結果；
[0047] 圖8A示出了光學堆以及基於納米結構的導電膜的放大圖，其中該基於納米結構 的導電膜包括下塗覆層；
[0048] 圖8B-圖8D示出了具有高折射率下塗覆層的導電膜的漫反射和沒有高折射率下 塗覆層的導電膜的漫反射的比較結果；
[0049] 圖8E示出了包括各種厚度的HPMC下塗覆層的導電膜的漫反射比較結果；
[0050] 圖9A-圖9C示出了各種導電膜配置，其中每個導電膜配置均包括上塗覆層及下塗 覆層；
[0051] 圖10示出了根據本公開實施方式的光學堆；
[0052] 圖11A-圖11B示出了根據本公開實施方式的層疊的觸摸板傳感器堆；
[0053] 圖12示出了根據本公開實施方式的層疊方法；
[0054] 圖13A和圖13B示出了光學堆中的光強分布；
[0055] 圖14A和圖14B示出了圖案化的導電膜可通過包括高折射率下塗覆層而具有低能 見度圖案的實施方式；
[0056] 圖15示意性示出了測量漫反射的方法；以及
[0057] 圖16示出了具有粘結劑的導電膜中的漫反射與已通過清洗去除粘結劑的導電膜 中的漫反射和已經過等離子體處理的導電膜中的漫反射相比的比較結果。

【具體實施方式】
[0058] 本文中的描述包括"乳狀"外觀的下列原因、解決"乳狀"外觀的方法、以及具有更 低或沒有乳狀外觀的光學堆。如本文中使用的，"光學堆"指的是透明薄膜的多層式堆，其中 來自外部源或內部源的光行進穿過該多層式堆，一個或多個層對光的光學特性有影響。光 學堆內的薄膜通常為功能性膜，如透明導電膜、偏振器、濾色器、防眩膜、或防反射膜以及保 護塗覆層和透明粘合劑。薄膜可以是柔性的（例如，聚合物基底）或剛性的（例如，玻璃襯 底）。光學堆通常與另一功能性單元如顯示器聯接。除膜之外，位於膜之間的空隙或位於膜 與顯示器之間的空隙也影響光的光學特性，並且認為是光學堆的一部分。
[0059] 申請人:已發現與全反射相反，漫反射直接與"乳狀混濁"密度相關。圖2A分別示 出了基於納米線的接觸式傳感器（12)和ΙΤ0接觸式傳感器（10)的全反射和漫反射。如圖 所示，雖然ITO傳感器的全反射（20)與基於納米線的接觸式傳感器的全反射（22)是可比 較的，但其漫反射顯著地不同。在可見範圍（380-780nm)中，ΙΤ0接觸式傳感器（24)的漫 反射大體恆定並且一般小於1%。基於納米線的接觸式傳感器的漫反射（26)在可見範圍的 較短波長部分（小於450nm)具有約6%的峰值並且隨著波長增大逐漸地減小至小於2%。 因此，包括基於納米結構導電膜的光學堆的"乳狀"外觀歸因於環境光的漫反射。
[0060] 圖2B示出了具有表面（32)和塗覆在基底（36)上的透明導電膜（34)的基本光 學堆（30)。導電層（34)包括嵌入透明的絕緣介質或粘結劑（40)中的多個導電納米結構 (38)。如本文中使用的，參照圖2，"漫反射"指的是從外部光源（42)發出的入射光（41)的 反射，但是反射光（43)不遵循反射定律。漫反射是光在不光滑表面散射的結果，或在膜中 的顆粒狀納米結構（38)、透明的導電膜的情況下光散射的結果。不同於從表面（32)反射並 遵循反射定律（即，反射光（45)的角度（44)與入射光（41)的角度（46)相同）的"鏡面反 射"，相比於入射角（46)，漫反射（43)以多個不同角度行進。
[0061] 除非另外說明，"漫反射"指的是向後的漫反射，即散射光能夠由與入射光處於光 學堆同一側的觀察者（48)觀察到。"向後的漫反射"不同於"向前的漫反射"，其中向前的 漫反射指的是穿過光學堆傳輸的散射光，即該散射光與入射光在相同方向上行進。
[0062] 還應注意，在給定相同的基本光學堆或導電膜（30)的情況下，取決於堆的定向， 漫反射也可不同。例如，在圖2B中，光學堆（30)以入射光（41)從納米結構層行進至基底 (36)中的方式定向，並且由觀察者（48)觀察到漫反射。另一方面，如圖2C所示，如果光學 堆（30)以入射光（41)從基底側（36)行進至納米結構層（40)中的方式定向，則從基底側 觀察到的漫反射可能不同於圖2B中觀察到的漫反射。因此，雖然本文中示出的大多數實施 方式假定導電膜的定向使得外部光從納米結構層行進至基底中，但如本文中進一步詳細描 述的，當光學堆的定向反向（即，當光從基底行進至納米結構層中）時，適用相同的光學原 理。
[0063] 此外在膜定向的背景中，位於另一膜"之上"的膜被配置成比其他膜更鄰近外部 光源（或觀察者）。例如，位於納米結構層之上的上塗覆層總是設置在外部光源（或觀察 者）與納米結構層之間。位於另一膜"之下"的膜配置成比其他膜更遠離外部光源（或觀 察者）。例如，在使用位於納米結構層之下的下塗覆層的光學堆中，納米結構層總是設置在 外部光源（或觀察者）與下塗覆層之間。
[0064] 在基本光學堆（30)中，如在更複雜的光學堆中（例如，在整個觸摸板傳感器中）， 多個或所有的層或結構元件在某種程度上導致了漫反射。本文中描述的各種實施方式為通 過操作和修改各個層或結構元件來減弱漫反射的方法。然而，應理解，可組合任一個或多 個實施方式，以提供進一步減小漫反射的額外益處。因此，各實施方式涉及光學堆，其包括 至少一個納米結構層；以及與納米結構層相鄰的至少一個基底，其中納米結構層包括多個 導電性納米結構，並且當從光學堆的入射光側觀察時，入射光的漫反射小於入射光強度的 6%、或小於入射光強度的5%、或小於入射光強度的4%、或小於入射光強度的3%、或小於 入射光強度的2%、或小於入射光強度的1%。本文中所使用的，"相鄰"指的是基底與納米 結構層的相對位置。基底與納米結構層可以是直接接觸，或彼此靠近並且在兩者之間插設 有一個或多個中間層。
[0065] 圖3示出了典型的基於納米結構的接觸式平板顯示器（50)，其用作用於探究減小 漫反射的各種方法的例證。接觸式平板顯示器（50)包括設置在LCD模塊（58)上的接觸式 傳感器（54)。接觸式傳感器（54)為多層式堆，其包括上玻璃覆蓋件（62)、第一光學透明粘 合劑（OCA)層（66)、第一透明導電膜（70)、第二光學透明粘合劑層（86)、以及第二透明導 電膜（80)，其中第一透明導電膜（70)包括分布在絕緣介質（78)中且塗覆在第一基底（82) 上的多個導電納米結構（74)，第二透明導電膜（80)包括分布在絕緣介質（78)中且塗覆在 第二基底（92)上的多個導電納米結構（84)。兩個間隔裝置（96)配置成使觸摸板與LCD模 塊分離。除上文描述的形成接觸式傳感器（54)的結構元件之外，位於接觸式傳感器與LCD 模塊之間的間隙（100)為整體光學堆（102)的一部分，因為當環境光以及從LCD模塊（58) 發射的任何內部光穿過觸摸板（50)時，該間隙影響上述環境光及內部光的光學行為。在接 觸式平板顯示器的典型結構（包括ITO的接觸式平板顯示器）中，間隙填充有空氣。
[0066] 在一個實施方式中，在空氣間隙填充有折射率高於空氣的折射率的介質的光學堆 中，觀察到了漫反射的減小。參照圖4A，除了折射率流體114填充在圖3的空間（100)中之 夕卜，光學堆50與圖3的光學堆相同。折射率流體（或簡單地"折射率流體"）通常為具有各 種折射率（RD)的透明流體。通常，折射率流體可具有小範圍的R D，而不是具有單個折射率 值。可商業地得到具有多個不同值和範圍的折射率流體。在一個實施方式中，折射率流體 為水（R D = 1. 33)，並且漫反射在整個可見範圍上被減小（圖4B)。
[0067] 填充空氣間隙的介質不限於液體。透明的固體或半固體（凝膠）介質也可用於填 充空氣間隙。圖4C示出了光學堆（118)，其中光學透明的結合層或粘合劑層（120)填充在 位於觸控螢幕傳感器與LCD模塊之間的空氣間隙中。光學透明的結合層可以是例如光學透明 的粘合劑層（例如，3M?光學透明粘合劑）。
[0068] 圖4D示出了在僅包括一個透明導電膜的模型接觸式傳感器中填充位於接觸式傳 感器與LCD模塊之間的間隙（100)的多個介質的漫反射。如圖所示，當空氣由具有更高折 射率（R D>1)的另一介質替代時，漫反射減小。另外圖中示出了只要RD大於1，漫反射的減 小表現出對各R D值的不敏感。
[0069] 參照圖5A，在另一實施方式中，光學堆（124)還包括位於玻璃覆蓋件（62)之上的 最外側覆蓋件層（128)。所有其他元件都與圖3中的相同。光學堆的最外側層為最鄰近外 部光的層並且為高折射率層。優選地，其具有高於玻璃覆蓋件的折射率（R D= 1.52)的折 射率，並且優選為1. 7或更高，或者優選為1. 8或更高。具有更高折射率的材料包括例如 Ti02 (RD = 1. 8)、聚醯亞胺（RD = 1. 7)、以及嵌有高折射率粒子（如Zn0、Zr02、和Ti02)的透 明聚合物。如本文中使用的，"高折射率"層通常具有至少1.65的折射率。如本文中使用 的，除非另外說明，折射率是在可見範圍（380-780nm)內的波長（例如589nm或630nm)處 並在室溫下（20-25° )測量的。材料可通過本領域公知的方法塗覆在玻璃覆蓋件上方。
[0070] 圖5B示出了在僅包括一個透明導電膜的模型接觸式傳感器中，通過在玻璃覆蓋 件上方塗覆高折射率的最外側覆蓋件層如Ti0 2對漫反射產生的作用。與沒有Ti02塗覆層 的光學堆（即，玻璃覆蓋件最鄰近外部光）相比，漫反射大體在可見範圍中減小，尤其是在 短波長部分（<450nm)中減小。
[0071] 在其他實施方式中，探究了光學堆的基於納米結構的導電膜的各種配置。參照圖 6A，利用導電膜（132)的放大視圖示出了光學堆（130)。該光學堆在其他方面與在圖3中 的光學堆類似。導電膜（132)包括這樣的納米結構層，其具有分布在絕緣介質（138)和基 底（82)中的多個導電納米結構（134)。在各實施方式中，絕緣介質為粘結劑，其為用於形 成導電膜的塗覆組合物（"墨水"）的一部分。更具體地，基於納米結構的導電膜通過在 基底上塗覆塗覆製劑而形成，其中該塗覆製劑包括納米結構、合適的粘結劑以及可選的一 個或多個表面活性劑。可利用多種塗覆方法，包括絲網印刷、狹縫模具塗覆、旋塗（參見第 2007/0074316號共同所有的共同待決美國公布專利申請）。粘結劑便於塗覆方法提供納米 結構的分散以及與基底的粘合。如本文中詳細描述的，粘結劑是光學透明的並且可以是聚 合物材料，包括羥丙基甲基纖維素（HPMC)。
[0072] 通常，當圍繞納米結構的介質具有低折射率時，漫反射可減小。圖6B中示出了粘 結劑對漫反射的光學作用。當除去（例如衝走）粘結劑時，因而有效地利用空氣替代了周 圍介質（粘結劑），所以與存在粘結劑的情況相比，漫反射大體下降。因此，在一個實施方式 中，絕緣介質為空氣，其具有最低的折射率。雖然可形成在塗覆組合物中沒有粘結劑的基於 納米結構的導電膜，但通常為存在粘結劑時的方法考慮。因此，為了獲得作為絕緣介質的空 氣，可塗覆粘結劑，然後除去粘結劑。
[0073] 雖然除去粘結劑減小了漫反射，但在大多數情況下，使空氣作為圍繞納米結構的 絕緣介質是不實際的。換句話說，一定量的粘結劑可能是必需的，以保證導電膜的物理完整 性。另外，納米結構受益於具有保護層並且在一些情況中需要一個保護層。因此，即使為了 減小漫反射而除去了粘結劑，但是隨後的保護層可反轉該結果。然而，絕緣介質應具有盡可 能低的折射率。因此，在另一實施方式中，導電膜首先形成為具有粘結劑，然後被除去粘結 劑並塗覆絕緣介質，其中該絕緣介質的折射率小於粘結劑的折射率。在【具體實施方式】中，絕 緣介質具有1. 45或更小的折射率。
[0074] 在另一實施方式中，可通過對納米結構層進行等離子體處理而使漫反射顯著降 低。等離子體處理不僅除去了粘結劑而且除去了納米結構上的任何塗覆層，該塗覆層為納 米結構的合成製備的殘餘物。例如，如在實施例1中討論的，納米線以基於溶液的"多元 醇"方法製備。以這種方法製備的納米線可至少部分地塗覆有聚乙烯吡咯烷酮（PVP)薄層， 具有1. 51的折射率的有機分子。因此，漫反射可通過等離子體處理來減少，因為等離子體 處理有效地除去了圍繞納米結構的所有介質，包括粘結劑以及納米結構上的任何有機塗覆 層。圖6C示出了塗覆在玻璃上的納米結構層的樣本的漫反射。如圖所示，當粘結劑被衝走 時，漫反射減小（與圖6B-致）。當對樣本進行氬等離子體處理時，漫反射被進一步顯著減 小，尤其是在可見範圍（380nm)，這表明除去納米結構上的PVP塗覆層進一步有助於漫反射 的減小。因此，另一實施方式提供了減小具有納米結構層的光學堆中的漫反射的方法，該納 米結構層包括多個的納米結構和粘結劑，其中各個納米結構具有有機塗覆層，該方法包括 對納米結構層進行等離子體處理。在某些實施方式中，等離子體處理除去納米結構上的粘 結劑和有機塗覆層。
[0075] 等離子體處理對於從塗覆在玻璃基底上的納米結構層除去粘結劑和有機塗覆層 尤其有效。等離子體的功率通常為50-300W，運行時間為0.5-3分鐘。然而，對於諸如聚對 苯二甲酸乙二醇酯（PET)和三乙醯纖維素（TAC)的有機基底，等離子體處理的功率應不高 於150W，因為更高的等離子體功率可從基底生成有機碎屑，而該有機碎屑很可能再次沉積 在納米結構上。
[0076] 除等離子體處理（例如，通過氬氣）之外，水洗、UV光暴露或UV-臭氧對至少部分 地除去PVP塗覆層也是有效的。因此，減小了漫反射。
[0077] 納米結構上的有機塗覆層可有益於其穩定性或分散性。因此，作為完全除去有機 塗覆層（例如PVP)的等離子體處理的可替代性方案，另一實施方式提供了通過利用第二低 折射率有機塗覆層替代第一高折射率有機塗覆層來減小漫反射的方法。具體地，具有較低 折射率的有機塗覆層可利用塗覆有PVP的納米結構形成。通常，較低折射率有機塗覆層是 基於對金屬表面具有親和力的有機物質。合適的低折射率有機物質包括例如含氟表面活性 齊IJ。在【具體實施方式】中，低折射率有機塗覆層包括陰離子含氟表面活性劑，商業上可得到由 DuPont提供的商標名為ZONYLKFSA的陰離子含氟表面活性劑。在較低折射率有機分 子的充足濃度和形成時間的情況下，PVP塗覆層可由低折射率塗覆層替代。具有低折射率 塗覆層的納米結構可通過本文中描述的方法形成為導電網絡。因為ZONYL?FSA FSA 具有1. 38的折射率，所以塗覆有ZONYL.uFSA FSA的納米結構可形成透明導體，與由 塗覆有PVP的納米結構製成的透明導體相比，該透明導體具有更低的漫反射。
[0078] 在選擇低折射率絕緣介質（例如，空氣或折射率更低的有機塗覆層）的可替代性 實施方式中，調節納米結構對絕緣介質的相對數量可減小漫反射。圖6D示出了導電膜的漫 反射，其中導電膜在玻璃基底上均具有納米結構層。納米結構層分別包括成1:1比率和成 1:2比率的銀納米線和HPMC粘結劑。如圖所示，銀納米線與HPMC粘結劑成1:1比率的導電 膜與銀納米線與HPMC粘結劑成1:2比率的導電膜相比具有更低的漫反射。
[0079] 然而，調節納米結構相對於絕緣介質的數量應與其他光學特徵（如霧度）的考慮 相平衡。圖6E示出了包括位於玻璃基底上的銀納米線和HPMC粘結劑的各種導電膜的霧度。 如圖所示，1:1的相對比率（納米結構：粘結劑）導致了最低的霧度。對於高於1:1的比 率，當相對於粘結劑存在更多納米結構時，銀納米線傾向於集合，而這將致使霧度增大。另 夕卜，在高於1:1的比率的情況下，可導致更多的膜缺陷。因此，對於由銀納米線和HPMC粘結 劑形成的導電膜，1:1或更小的重量比導致可接受的漫反射以及霧度。
[0080] 在某些情況下，調節納米結構相對於粘結劑的比率可實現可與除去所有粘結劑相 比擬的漫反射減小水平。圖6F示出了銀納米線與HPMC比率從1:2調節為1:1導致漫反射 的減少。當這兩種膜中的粘結劑被除去時，對於這兩種膜（沒有粘結劑）的漫反射水平大 體可與具有1:1比率的膜的較低漫反射相比擬。
[0081] 應注意，根據表面阻力（其與每單位表面面積的納米結構量相關聯），粘結劑的量 對漫反射的影響可能變化。圖6G示出了分別具有44ohms/sq和127ohms/sq的片電阻的兩 種導電膜的漫反射。這兩種膜均具有相同的銀納米線與HPMC粘結劑的比率（1:2)。對於 44ohms/ sq的膜，其每單位表面面積具有更多的納米結構，因此更多的光散射，除去粘結劑 會導致漫反射的明顯減少。對於127ohms/ sq的膜，由於更少的光散射（即，每單位表面面 積更少的納米結構），所以初始漫反射低於44ohms/sq的膜的初始漫反射。然而，除去粘結 劑對漫反射具有很小的影響。圖6H示出了兩種導電膜中的相似趨勢，這兩種導電膜均具有 1:1的銀納米線與HPMC粘結劑的比率。與39ohms/sq的膜相比，HPMC粘結劑在129ohms/sq 的膜中的影響非常小。換句話說，對於具有高於lOOohms/sq的片電阻的導電膜，除去HPMC 不會改善漫反射。因此，一個實施方式提供了包括透明導電膜的光學堆，其中該透明導電膜 包括塗覆在基底上的納米結構層，該納米結構層具有多個銀納米線和HPMC粘結劑，其中銀 納米線和HPMC的重量比為1:1，以及納米結構層具有小於lOOohms/sq的片電阻。
[0082] 在其他實施方式中，直接位於基於納米結構的導電膜之上的層可對在光學堆內行 進的光的光學行為具有顯著的影響。已發現，如果光從較低折射率的材料行進至較高折射 率的材料，則可減小漫反射。參照圖7A，利用導電膜（142)的放大視圖示出了光學堆（140)。 該光學堆在其他方面與在圖3中的光學堆類似。導電膜（142)包括這樣的納米結構層 (143)，其具有分布在絕緣介質（138)、基底（82)以及上塗覆層（144)中的多個導電納米結 構（134)。上塗覆層（144)是位於納米結構層（143)之上的單獨的塗覆層，並且在一些情況 下，其為保護納米結構所必需。使用外部光（或觀察者）作為參考，上塗覆層總是比納米結 構層更鄰近外部光（或觀察者）。上塗覆層可以是與導電膜的絕緣介質（例如粘結劑）相 同或不同的材料。與具有粘結劑的情況一樣，上塗覆層應具有儘可能低且實際的折射率。
[0083] 圖7B示出了具有多個不同上塗覆層的導電膜（位於玻璃基底上的納米結構層） 的漫反射。通常，納米結構層首先形成在玻璃上，然後通過清洗來除去粘結劑。然後，各上 塗覆層以各種厚度塗覆在納米結構上。當折射率從1.8(Ti0 2)減小至1(即，沒有上塗覆層 /僅空氣）時，漫反射減小。對於給定的上塗覆層材料（例如，HPMC)，漫反射不必需與上塗 覆層的厚度線性相關（圖7C)。換句話說，為了使漫反射最小化，可以為低折射率的上塗覆 層選擇最佳厚度。在各實施方式中，厚度可小於150nm、或小於100nm、或小於50nm、或小於 30nm〇
[0084] 在墨水組合物塗覆在基底（例如玻璃或PET)之後，上塗覆層通常形成在納米結構 層上。表1示出了適於作為上塗覆層的多個低折射率材料。如本文中使用的，除非另外說 明，"低折射率"層（例如，納米結構的有機塗覆層、絕緣介質、上塗覆層）通常具有小於1.5 的折射率。在某些實施方式中，低折射率層具有1. 45或更小的折射率，或者1. 35或更小的 折射率。生產考慮可要求上塗覆層的固化溫度低於某些溫度，以防止損壞位於下方的納米 結構層。
[0085] 表 1
[0086]

【權利要求】
1. 光學堆，包括： 至少一個納米結構層；以及 至少一個基底，與所述納米結構層相鄰，其中所述納米結構層包括多個導電納米結構， 以及當從所述光學堆的入射光側觀察時，所述入射光的漫反射小於所述入射光的6%。
2. 如權利要求1所述的光學堆，其中所述納米結構層還包括嵌有所述多個導電納米結 構的絕緣介質。
3. 如權利要求2所述的光學堆，其中所述絕緣介質具有小於1. 5的折射率。
4. 如權利要求3所述的光學堆，其中所述絕緣介質為空氣。
5. 如權利要求1-4中任一項所述的光學堆，其中各納米結構不具有有機塗覆層或具有 低折射率有機塗覆層。
6. 如權利要求2所述的光學堆，其中所述絕緣介質為HPMC，所述多個導電納米結構為 銀納米線，以及所述HPMC與所述多個導電納米結構的重量比約為1:1，所述納米結構層具 有小於100ohms/sq的片電阻。
7. 如權利要求1-6中任一項所述的光學堆，其中所述光學堆被定向，以使得所述多個 導電納米結構比所述基底更鄰近於所述入射光。
8. 如權利要求7所述的光學堆，還包括直接位於所述納米結構層之上的上塗覆層，其 中所述上塗覆層具有小於1. 5的折射率。
9. 如權利要求8所述的光學堆，其中所述上塗覆層與所述絕緣介質為相同的材料。
10. 如權利要求8所述的光學堆，其中所述上塗覆層為具有1. 45或更小的折射率的低 折射率0CA層。
11. 如權利要求7-10中任一項所述的光學堆，還包括插設在所述基底與所述納米結構 層之間的下塗覆層，所述下塗覆層直接位於所述納米結構層之下，其中所述下塗覆層的折 射率高於所述絕緣介質的折射率以及所述基底的折射率。
12. 如權利要求11所述的光學堆，其中所述下塗覆層具有至少1. 65的折射率。
13. 如權利要求12所述的光學堆，其中所述下塗覆層包括Ti02、聚醯亞胺、Si02*Zn0 2。
14. 如權利要求7-13中任一項所述的光學堆，還包括最外側覆蓋件層，所述最外側覆 蓋件層最鄰近於所述入射光並具有至少1. 7的折射率。
15. 如權利要求14所述的光學堆，其中所述最外側覆蓋件層為Ti02層。
16. 如權利要求7-15中任一項所述的光學堆，包括位於所述納米結構層中的導電區域 和非導電區域，所述導電區域具有第一片電阻，所述非導電區域具有第二片電阻，其中所述 第一片電阻至少比所述第二片電阻大1〇 3倍。
17. 如權利要求1-6中任一項所述的光學堆，其中所述光學堆被定向，以使得所述基底 比所述多個導電納米結構更鄰近於所述入射光。
18. 如權利要求17所述的光學堆，還包括插設在所述基底與所述納米結構層之間的上 塗覆層，其中所述上塗覆層具有1. 5或更小的折射率。
19. 如權利要求18所述的光學堆，其中所述上塗覆層與所述絕緣介質為相同的材料。
20. 如權利要求18所述的光學堆，其中所述上塗覆層具有1. 45或更小的折射率。
21. 如權利要求17-20中任一項所述的光學堆，還包括直接位於所述納米結構層之下 的下塗覆層，其中所述下塗覆層的折射率高於所述絕緣介質的折射率。
22. 如權利要求21所述的光學堆，其中所述下塗覆層具有至少1. 65的折射率。
23. 如權利要求22所述的光學堆，其中所述下塗覆層包括Ti02、聚醯亞胺、Si02*Zn0 2。
24. 如權利要求17-23中任一項所述的光學堆，還包括最外側覆蓋件層，所述最外側覆 蓋件層最鄰近於所述入射光並具有至少1. 17的折射率。
25. 如權利要求24所述的光學堆，其中所述最外側覆蓋件層為Ti02層。
26. 如權利要求17-25中任一項所述的光學堆，包括位於所述納米結構層中的導電區 域和非導電區域，所述導電區域具有第一片電阻，所述非導電區域具有第二片電阻，其中所 述第一片電阻至少比所述第二片電阻大1〇 3倍。
27. 顯示器，包括如權利要求1-26中任一項所述的光學堆以及IXD模塊，其中所述光學 堆和所述LCD模塊限定空間，其中所述空間填充有具有大於1的折射率的透明光學結合材 料或折射率流體。
28. 方法，包括： 提供第一基本光學堆和第二基本光學堆，所述第一基本光學堆與所述第二基本光學堆 均包括基底和具有多個導電納米結構的納米結構層；以及 通過低折射率OCA層將所述第一基本光學堆層壓至所述第二基本光學堆，其中所述低 折射率OCA層具有1. 45或更小的折射率。
29. 如權利要求28所述的方法，其中提供第一基本光學堆的步驟包括：(a)提供第一標 準透明導體，所述第一標準透明導體具有位於所述第一基本光學堆之上的保護上塗覆層， 其中各導電納米結構塗覆有有機塗覆層；以及（b)對所述第一標準透明導體進行等離子體 處理，以除去所述保護上塗覆層和所述導電納米結構的有機塗覆層。
30. 如權利要求28或29所述的方法，其中所述第一基本光學堆具有大體平行的多個第 一導電線，所述第二基本光學堆具有大體平行的多個第二導電線，以及層壓的步驟包括結 合所述第一基本光學堆至所述第二基本光學堆，以使得所述大體平行的多個第一導電線大 體垂直於所述大體平行的多個第二導電線。
31. 如權利要求30所述的方法，還包括：在層壓步驟之前，在所述第一基本光學堆和所 述第二基本光學堆上形成金屬跡線和觸點。
32. 用於減小光學堆中漫反射的方法，包括： 在基底上形成納米結構層，所述納米結構層包括多個互連納米結構和粘結劑，其中，各 納米結構具有有機塗覆層；以及 對所述納米結構層進行等離子體處理。
33. 如權利要求32所述的方法，其中等離子體處理除去所述納米結構上的所述有機塗 覆層和所述粘結劑。
34. 用於減小光學堆中漫反射的方法，包括： 在基底上形成納米結構層，所述納米結構層包括多個互連納米結構和粘結劑，其中各 納米結構具有第一有機塗覆層，所述第一有機塗覆層具有第一折射率；以及 利用第二有機塗覆層替代所述第一有機塗覆層，其中所述第二有機塗覆層具有小於所 述第一折射率的第二折射率。
35. 如權利要求34所述的方法，其中所述第一有機塗覆層為聚乙烯吡咯烷酮，所述第 二有機塗覆層為陰離子含氟表面活性劑。
36. 用於減小光學堆中漫反射的方法，包括： 在基底上形成納米結構層，所述納米結構層包括具有第一折射率的粘結劑和多個互連 納米結構； 除去所述第一粘結劑；以及 塗覆第二絕緣介質，其中所述第二絕緣介質具有小於所述第一折射率的第二折射率。
37. 如權利要求36所述的方法，其中所述第二絕緣介質具有1. 45或更小的折射率。
【文檔編號】G06F3/041GK104067351SQ201280065984
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2012年11月2日 優先權日:2011年11月4日
【發明者】代海霞, 麥可·A·斯貝德, 傑弗瑞·沃克 申請人:凱博瑞奧斯技術公司