在透明部件中的以及与其相关的改进的制作方法

在透明部件中的以及与其相关的改进的制作方法
【专利摘要】一种透明部件，包括具有一个界面表面的一个基片(1)，该基片带有沉积在其界面表面上的导电铜的图案(2)，其中该铜具有一个硫化铜表面涂层(3)。发现的是，带有适当地薄的硫化铜涂覆层的该铜与未涂覆的铜相比已经降低了可见度，这样使得该金属图案对观察者来说是更少分散注意力的。发现该部件作为一个触敏式显示器的部分的应用，其中该基片覆盖或形成该显示器的部分，该显示器上的图像通过该透明组件是对用户可见的。
【专利说明】在透明部件中的以及与其相关的改进
发明领域
[0001]本发明涉及透明部件而且关注一种导电性透明部件，例如一种透明的触敏部件，以及制作这种部件的一种方法。在本说明书中，提及透明的意味着能够透射至少部分可见光谱。
[0002]发明背景
[0003]触敏部件如触摸屏是光电子显示器的日益普通的特征，例如在如计算机、移动电话、等物品中。这样的显示器在该显示器的前表面上要求一个电极，为了不阻断来自该显示器的光透射，并且使该显示器能够执行它的预期功能，该电极必需是实质上透明的。一种普通途径是使用一种透明导体，如铟锡氧化物(ITO)，作为这个电极。ITO遭受多个缺点。它是脆性的。由于铟的稀缺性它是相对贵的。它具有高电阻率(典型的层具有在每平方100-1000欧姆范围内的薄片电阻率)。该高电阻率意味着要求额外的加工步骤以制作对该栅极的连接。它难以蚀刻，这使得进一步加工昂贵。
[0004]一种替代途径是使用精细金属线、金属丝、或轨道的一种阵列或栅格，形成沉积在该显示器的前表面上的一种导电性网微型图案作为前电极。该金属栅极可以用非常细的金属丝(例如宽度小于10微米)，使用标准平版印刷处理来制作。只要在该栅极的精细金属丝之间留有足够大的间隙，该金属丝非常少地阻断来自该显示器的光，并且该金属丝对眼睛来说不容易看到。
[0005]一种金属栅极是可延展的，允许使用柔性基片。薄铜层典型地具有在每平方IOOmOhms范围内的薄片电阻率。该低电阻率意味着，对该栅极的主体金属连接可以使用如该精细网的同一层制作，这减少加工步骤的数目(因此以及成本)。
[0006]使用金属丝的一个缺点是，该金属的反射性质可能使得该网对用户高度可见，而这是不被希望的。
[0007]3M公司的W02009 / 108758关注带有这种传导性微型图案的触摸屏传感器，并且披露了减少金属质网的可见度的多个方法。
[0008]本发明关注一种替代途径以减少一种铜网的可见度。
[0009]在对铜和铜合金的黑化处理上有大量现有技术。历史上地，黄铜光学装置(如望远镜)通过使用哑光黑涂料、或者通过氧化处理以生产厚的不透明层而被黑化以减小内部反射。近来，等离子体显示板(PDPs)的制造已经要求使用精细金属栅极以减小电磁辐射。这些被黑化以减小对用户的可见度。
[0010]US2, 460, 896披露了使用亚氯酸钠和氢氧化钠的一种混合物来黑化铜基光学部件的一种方法。该说明书提到“迄今为止，已经通过所谓的‘氧化加工’来黑化铜和铜合金表面，在其中该表面被清洁并且通过将该表面浸溃到硫化钠、或硫化铵、或其他水溶性硫化物的溶液中以形成一种硫化铜薄膜。这在该表面上生产出棕色或黑色涂层。”。
[0011]JP2005139546披露了，使用一种硫酸钴电解液以在合适于PDP的铜箔及铜网上形成一种有回弹力的黑色表层。
[0012]其他近期的实例，例如JP2010010179、JP2009231426，使用一种黑色镍-锡氧化物的电解沉积以实现同样的结果。
[0013]JP2009218368使用来自氢氧化钠、或氢氧化钾溶液的氧化铜的电解沉积，以沉积厚度为0.6微米至3微米一个氧化铜层。这种表面处理特别被施用到印刷电路板。
[0014]EP0963416披露了一种透明构件供用作一种对抗电磁波的屏蔽层，该透明构件带有一个具有棕色到黑色表面层(例如硫酸铜的)的铜层。该表面层的厚度没有被披露并且该厚度的调整和控制问题没有被论述。
[0015]GB1012224披露了一种透明的导电性薄膜，其中250埃厚的硫化镉层被转化成硫化铜。
[0016]GB986697披露了透明的导电性硫化铜薄膜的制备，通过使铜薄膜和一种含硫气氛接触。
[0017]发明概述
[0018]在一个方面中，本发明提供了一种透明部件，该透明部件包括:具有一个界面表面的一个基片，沉积在该基片的界面表面上的导电性铜的图案，其中该铜具有一个硫化铜表面涂层。
[0019]该术语“硫化铜”被用在这个说明书中以指任何铜和硫的化合物，不限制于任何特定比率，并且包含非化学计量化合物。硫化铜化合物的实例包含但不限于Cu2S、CuS、以及CuS2。该术语“硫化铜”还覆盖两种或更多种这样的化合物的混合物。
[0020]发现的是，带有适当地薄的硫化铜涂覆层的铜与未涂覆的铜相比已经减小了可见度，这样使得该金属图案对观察者来说更少分散注意力。当该硫化铜层是在可见光或更低的波长量级时(典型的是低于约 750nm)，该硫化铜层的光学外观被薄膜干涉效应而不是染色作用支配，即，显著部分的入射光没有被该材料吸收。
[0021]尤其是，由于来自该硫化铜涂层的上和下表面的反射的干涉效应使得该铜显得更暗，具有深蓝颜色，并且因此要更少可见。
[0022]一个金属质铜薄膜将吸收落在其上的蓝色光，而反射在更长波长的光(因此有纯铜的淡红色外观)。如果该硫化物表面层足够薄(小于可见光波长并且优选约红光波长的四分之一)，那么由于来自该上和下表面界面的反射落在该表面的红光将相消干涉。因此该薄膜将显得变暗到深蓝颜色并且更少可见。如果该硫化物层比该临界厚度更厚，则该红光将停止相消干涉并且然后恢复该薄膜的铜外观。
[0023]对更厚的硫化铜层，厚于约750nm，该层的光学外观被显著的光学吸收支配并且这样的层演化出一个暗且哑光的外观。
[0024]厚于约750nm的硫化铜层的生产将要求消耗几百纳米(或更多)的下方的铜层。然而，当该下方的铜层在亚微米范围内时，这样的消耗将不利地影响该层的传导性。因此更希望的是利用干涉色，这可以通过生产远更薄的硫化铜材料层而获得。
[0025]由此优选的是，该硫化铜涂层具有约四分之一红光波长的厚度，该红光具有在500nm至700nm范围内的波长,而优选的厚度取决于该硫化铜的折射率。由此,希望的是该涂层具有< 200nm优选≤50nm(即在50nm至200nm的范围内)，合宜地< 150nm并且优选≤IOOnm(即在IOOnm至150nm的范围内)的厚度。对于具有1.4折射率的硫化铜，优选地厚度是约lOOnm。
[0026]在这种情况下，要求密切控制该硫化物涂层的厚度，并且这在本发明得以解决。[0027]该硫化铜表面涂层可以由此减低该下方的铜对用户的表观可见度，而没有不利地影响导电性，并且没有不利地影响该部件的光透射性能。
[0028]该基片包括透明材料，并且可以是刚生的或柔性的。合适的基片包含玻璃和塑料材料，例如聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、以及聚碳酸酯。为了容易加工，该基片合宜地是柔性塑料材料(例如PET或PEN的)，或者作为单独的件或者以连续网状物的形式，而在加工后单独的部件被从该网状物上分离。
[0029]该基片典型的是平面形式的，例如以薄片、薄膜、层或伸长的网状物的形式，在其一个面上带有接触界面表面。
[0030]该导电性铜图案像是使得提供一种透明部件。由此，该铜典型的是处于精细金属线、金属丝、或轨道的一种阵列或栅格的形式，形成一种导电性网的微型图案。该铜典型地是处于阵列或平行线形式，例如具有两个在这些线之间定义正方形或矩形开口栅极的横向阵列(如正交阵列)。也可以采用六角形栅格和其他图案。
[0031]该铜典型地是处于精细线、金属丝、或轨道形式，各自具有最高达约ΙΟμπι的宽度，而将这些线等等以许多倍该宽度的距离，例如至少约10倍该宽度(即，在至少约100 μ m的间距下)合适地相距隔开，或实质上更宽地隔开，例如约20倍该宽度(B卩，以至少约200 μ m的间距)。用这样的布置，该铜仅覆盖该基片表面非常小比例的表面积，并且所以没有显著减少该部件的光透明度。
[0032]该铜层的厚度对执行本发明不是关键性的。可以将一个薄硫化铜层生长在任何铜层上，只要它足够厚以供给在生产该层时需要被消耗的所要求的材料。然而，当该铜层相当薄时，大多数黑化加工不出产希望的结果，因为它们消耗太多铜(在百分比方面)并且将导致传导性的显著损失。在这种情况下该黑化加工需要是，使得它是高度可控的并且能够生产如此厚度的硫化物层，该厚度将黑化性能赋予给该表面而不以将防碍传导性的方式消耗显著量的铜。用本发明的方法实现了这种控制。
[0033]该部件和该基片都是透明的，即，能够透过至少部分的可见光谱。对一个应被认为是透明的的物件，光透射水平不需要是100% ;实际上，该基片上铜/硫化铜图案的存在意味着该部件必然不具有100%的光透射率。在本申请的上下文中该术语“透明的”指的是优选大于50%、更优选大于75%、并且还更优选大于85%的光透射率。
[0034]通过多种技术(例如，如在W02009 / 108758中20至24页上讨论的)，包含激光固化掩蔽、喷墨印刷、凹版印刷、微型复制、以及微型接触印刷，可以在该基片上生产精细铜线。
[0035]一种可以被用于生产铜特征的方法是，通过无电沉积，这典型地生产具有在亚微米范围内的厚度的铜层。
[0036]在这个方法中，通过这些标准技术中的一种将图案化的催化层首先沉积在在该基片上。这可以包括图案化沉积(例如，通过喷墨印刷、柔性版印刷、等等)或常规的平版印刷，如平版印刷术，其中一个连续层被沉积(通过旋转涂覆、凹版印刷涂覆、浸涂、等等)，并且之后图案化(例如，通过平版印刷术)。在显影后，催化剂的一个图案化层残留在该基片表面上。之后将该基片浸溃到无电镀溶液中而金属沉积在该催化层的表面上。合适的技术和材料被披露在，例如W02005 / 056875中。尤其是，优选在该基片上沉积一种可固化活化剂材料(例如，如在W02005 / 056875中披露的)的连续层，该连续层之后通过接触式平版印刷术使用紫外光图案化，以便用后续的显影生产希望的微图案，以生产活化剂材料的精细线的(例如高达IOmm宽的)所希望的微图案。之后将该基片浸溃到无电镀溶液中以在该图案化活化剂上沉积一层铜。这样的技术非常适合于连续加工柔性基片的狭长的网状物。
[0037]通过使该铜表面与一种硫化物(例如,第I族金属硫化物，如硫化钠、硫化钾、等等)溶液接触，方便地生产该硫化铜涂层。该硫化物优选在碱性溶液中，以减少硫化氢气体的排放。该硫化物方便地是在一种氢氧化物溶液中，例如，在氢氧化钠、氢氧化钾、等等的溶液中。通过在该硫化物溶液中的浸溃方便地实现接触。
[0038]当暴露于该硫化物溶液时，一个硫化铜层形成在铜的表面上，而该硫化铜层的厚度随时间增加。为了生产希望厚度的硫化铜层，应该小心控制该暴露条件。用于生产一个希望厚度(例如IOOnm至150nm)的硫化铜层的恰当的反应时间,将取决于反应物浓度并且可以是定制的以适合环境。合适的反应条件可以容易地由实验确定。
[0039]在希望的暴露时间后，通过在一种氧化试剂(合宜地，次氯酸钠溶液)中漂洗，例如浸溃，来方便地停止该反应。其他合适的氧化试剂包含过氧化氢、高锰酸钾、以及臭氧。这种途径提供了对该硫化物反应因此以及硫化铜的厚度和颜色的优良控制，并且一旦已经生产出希望的颜色，就构成一种简单有效的方式以阻止进一步的颜色变化。使用氧化试剂非常迅速地停止该硫化物生成反应，使得能够以对于用水漂洗而言不可行的一种方式来密切控制该硫化物厚度，。接着这个步骤优选是在去离子水中的最终漂洗。
[0040]在铜暴露于硫化物溶液时，初期的颜色变化是从单纯铜颜色到深蓝色外观。更长的浸溃引起样品外观变为银灰颜色，然后恢复到淡红色铜外观。
[0041]颜色变化，并且特别是随着时间颜色恢复到一种金属质外观，表明该硫化铜在该铜膜的顶部上的一个薄层中生长。一个金属质铜薄膜将吸收落在其上的蓝色光，而在更长波长的光被反射(因此有纯铜的淡红色外观)。如果该表面硫化物层足够薄，理想地约一个波长的四分之一，那么由于来自该铜和较低的表面界面的反射，落在该表面上的红色光将相消干涉。因此该薄膜将显得变暗到深蓝颜色并且更少可见。如果该硫化物层比该临界厚度更厚，则该红光将停止相消干涉并且然后恢复该薄膜的铜外观。
[0042]我们的方法允许使用比使用硫化物处理来减小反射的先前方法实质上更薄的膜。在这些处理中，在升高的温度下用硫化物化合物处理厚的铜或铜合金层一段实质上的时间。这引起厚的硫化铜层形成，这生产出不透明的黑颜色。
[0043]对于单独的样品，可以通过浸涂覆实现浸溃。对于柔性基片网状物，通过传送该网状物通过合适溶液的槽可以方便地实现受控浸溃，使用流体轴承以从该轴承表面分离该网状物，并且消除对该基片表面的可能性损害。
[0044]在该硫化铜涂层形成后，该铜保持导电性。
[0045]本发明的部件可能是一个触敏部件，而该基片的界面表面是一个接触界面表面。
[0046]该部件在显示器(例如触敏显示器)中得到应用，而该基片覆盖在一个显示器上或形成显示器的部分，其中通过该透明部件该显示器上的图像对用户是可见的。本发明由此在其范围内包含一个显不器，例如一个触敏显不器，该显不器包括根据本发明的一个部件。
[0047]这样的显示器可能用于多种多样的装置，特别的是光电子装置如计算机、移动电话、等等。[0048]本发明部件的其他应用包含使用作为前电极(例如在一个LED平板中)，作为等离子或其他显示器的一个屏蔽电极，作为加热元件(例如在车辆挡风玻璃、摩托车护目镜、等等中)。
[0049]本发明在其范围内包含一种装置，该装置包括根据本发明的一个部件或一个显示器。
[0050]通过处理该暴露的铜表面以生产一个硫化铜表面涂层，本发明的途径可以应用于一个现有的透明部件，该部件具有在基片的界面表面上沉积的一个导电生铜的图案。
[0051]本发明由此提供处理透明部件的一种方法，该部件包括一个基片，该基片具有一个界面表面，该界面表面带有沉积在该界面表面上的一个导电性铜的图案，该方法包括处理该铜的暴露表面以在该铜上生产一个硫化铜表面涂层。
[0052]如以上陈述地方便地实施该处理，例如通过与一种硫化物(优选一种第I族金属硫化物)溶液接触(例如浸溃在其中)，优选在碱性溶液中(例如在氢氧化物溶液中)，在合适的条件(例如浓度、时间、以及温度)下，来生产希望厚度的硫化铜涂层。通过除去该硫化物溶液并且与一种氧化试剂(如次氯酸钠溶液、过氧化氢、高锰酸钾、或臭氧)接触(例如浸溃在其中)来方便地停止该反应，使得能够精确控制反应时间并且因此涂层厚度。接着这个步骤优选是在去离子水中的最终漂洗。
[0053]本发明还提供处理透明部件的一种方法，该部件包括一个基片，该基片具有一个界面表面的，该界面表面带有沉积在该界面表面上的一个导电性铜的图案，该方法包括用一种硫化物溶液处理该铜的表面，该溶液反应以在该铜上生产一个硫化铜表面涂层，以及通过与一种氧化性试剂接触停止该反应。
[0054]本发明的该途径也可以应用于一种透明部件的生产。
[0055]由此，在另一方面中，本发明还提供了制造透明部件的一种方法，该方法包括在一个基片的一个表面上生产一个导电性铜的图案，并且处理该铜的暴露的表面以在该铜上生产一个硫化铜表面涂层。
[0056]本发明还提供一种制作透明组件的方法，该方法包括:在一个基片的一个表面上生产一个导电性铜的图案；用一种硫化物溶液处理该铜的表面，该溶液反应以在该铜上生产一个硫化铜的表面涂层；以及通过与一种氧化性试剂接触停止该反应。
[0057]该导电性铜图案，典型地是如以上讨论的微型图案，可以用多种方式生产，例如，如以上陈述的。例如，一种可固化活化剂材料的一个连续层(例如，如在W02005 / 056875中披露的)沉积在该基片上，而通过接触式平版印刷术生产该希望的微型图案。这个之后是铜的无电沉积，例如，如在W02005 / 056875中披露的。以在该铜上生产一种硫化铜表面涂层的后续加工，方便地是如上陈述的。
[0058]将在以下实例中通过例证的方式以及和参考附图进行进一步描述本发明，在附图中:
[0059]图1示意性说明一个载有铜金属丝的基片；
[0060]图2是一个与图1相似的图，其中该铜金属丝具有一个硫化铜表面涂层；并且
[0061]图3是颜色强度比率(蓝色平面/红色平面)对硫化物浴浸溃时间(以秒计)的一个图。
[0062]附图详细说明[0063]图1示意性地并且不是按比例地示出一个透明部件的一部分，该部件包括载有一个导电性铜图案(如由铜金属网2表示)的一个透明基片I部分。
[0064]图2示出图1的部件，在经过本发明的方法处理后，导致在该铜金属网2表面上硫化铜层3的形成。
[0065]实例I
[0066]—种精细铜金属网形成在一个基片上,该基片包括处于PMX726PET薄膜形式的一个透明PET薄膜,50微米厚,可购自HiFi薄膜公司。将可固化催化剂材料的一个连续层沉积在该薄膜的一个表面上，通过使用以下的光敏催化剂配方:
[0067]
【权利要求】
1.一种处理透明部件的方法，该部件包括一个基片，该基片具有一个界面表面，该界面表面带有沉积在该界面表面上的一个导电性铜的图案，该方法包括用一种硫化物溶液处理该铜的表面，该溶液反应以在该铜上生产一个硫化铜的表面涂层，并且通过与一种氧化性试剂接触来停止该反应。
2.一种制作透明部件的方法，包括:在一个基片的一个表面上生产一个导电性铜的图案；用一种硫化物溶液处理该铜的表面，该溶液反应以生产在该铜上的一个硫化铜的表面涂层；并且通过与一种氧化性试剂接触来停止该反应。
3.根据权利要求2所述的方法，其中生产该导电性铜的图案是通过在该基片上沉积一种可固化的活化剂材料的一个连续层，接着通过接触平版印刷术以生产该图案。
4.根据权利要求3所述的方法，其中通过无电沉积将铜沉积到该活化剂图案上。
5.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中该硫化铜涂层具有在约50nm至200nm的范围内的厚度。
6.根据权利要求5所述的方法，其中该硫化铜涂层具有小于约150nm的厚度。
7.根据权利要求6所述的方法，其中该硫化铜涂层具有约IOOnm的厚度。
8.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中该基片包括柔性塑料材料。
9.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中该铜是处于精细线、金属丝、或轨道形式的，具有最高达约IOym的宽度。
10.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中该部件是触敏的。
11.一种根据以上权利要求中任一项所述的方法生产的透明部件。
12.—种透明部件，包括一个具有一个界面表面的基片，沉积在该基片的界面表面上的一个导电性铜的图案，其中该铜具有一个硫化铜表面涂层，该涂层具有在约50nm至200nm范围内的厚度。
13.根据权利要求12所述的部件，其中该硫化铜涂层具有小于约150nm的厚度。
14.一种显示器，包括根据权利要求11、12或13所述的部件。
15.一种装置，包括根据权利要求11至14中任一项所述的部件或显示器。
【文档编号】C23C22/63GK103503586SQ201280014349
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2012年4月12日 优先权日:2011年4月14日
【发明者】P.G.本特利 申请人:传导喷墨技术有限公司