专利名称：电功能层及其制造方法和使用的制作方法
技术领域：
本发明涉及电功能层，具体涉及层叠体，及其制造方法和使用。
背景技术：
制造通过传感器装置控制的电阻触摸屏需要透明导电且还可能结构化的功能层， 其迄今为止均由透明的ITO(氧化铟锡)形成。就电阻触摸屏而言，相对设置的两个导电层通过按压形成接触(在给定位置上接触)，而受压点通过确定电阻来识别。由于触摸屏总是与存储的影像(显示和/或图像)相关联，因此需要高的透明度和足以用来确定受压点的导电率。迄今为止，这些层叠体均由ITO形成，例如形成在塑料膜上。已知的ITO电功能层的缺点是，在透明度或导电率可得到优化的情况下，材料非常昂贵。此外，具有常规ITO层的电阻触摸屏只能实现“单点触摸”功能，也就是说，永远只能检测X和y坐标，因为控制单元永远只能处理一个信号或位置。
发明内容
因此，本发明的目标是提供一种同时具有更高透明度和导电率，并且克服现有技术水平的缺陷的电功能层，以及便宜且适于批量制造的电功能层制造方法。该目标通过由具体实施例、附图和权利要求公开的本申请的主题实现。相应地，本发明的主题是一种电功能层，其中厚度为2nm-5 μ m的非透明导电轨线与透明载体表面平行地设置，形成图案，使得在图案中形成导体轨线间距，该间距在确保电功能层的面(areal)导电率的同时，还确保了对人眼的透明度。此外，本发明的主题为透明导电功能层的制造方法，其中非透明的导电轨线通过结构化施加、涂覆和后续的结构化、模压(emboss)和/或通过印刷形成于透明衬底上。最后，本发明的主题是根据本发明的功能层在电阻触摸屏中的使用。在本发明的有利实施例中，非透明的导电轨线的宽度范围为1 μ m-40 μ m，优选为 5-25 μ m0术语“导电的”在此一般用于指导电物质。因此，导电轨线在本例中总是为至少具有导电率的轨线。在一个实施例中，图案在功能层上被分割，其中分段的宽度例如为500ym-15mm， 优选为lmm-3mm0在本发明的有利实施例中，导体轨线间距为10 μ m-5mm，优选为300 μ m-lmm。如果导体轨线间距处于这些范围之内，则一方面避免形成明显的衍射效应，另一方面不会看到一个个的图案区域，因为细分低于人眼在无辅助工具帮助下进行观察的分辨极限。分段的间距为10 μ m-2mm，优选为100 μ m_lmm。在横截面图或侧视图中以足够高的分辨率进行观察时，可以看到的作为在透明载体层上的凸起部分的导体轨线的厚度范围为2nm-5，优选为3ηπι-5μπι，特别优选为 40nm-lμ m。
在优选实施例中，导电轨线的材料例如为金属，优选铜或银。不必所有导电轨线均由同种材料形成，因此在图案的构成中，导电轨线层可以具有与其上层(其与下层形成图案)不同的材料。在优选实施例中，导电轨线的图案通过透明且通常非常薄的层连接，所述层在某些情况下也可以只具有较差但是连续的导电率。在这方面，导电轨线的图案可以嵌在该层中，或者该层仅以导电方式连接导电轨线，从而形成连续的导电区域。该层由透明的导电材料形成，例如氧化铟锡(ITO)、诸如氧化锌的另一金属氧化物或者诸如PEDOT (具有任意掺杂水平)的有机基材料、填充有纳米颗粒的材料或者其它透明且导电的材料。该层优选非常薄，例如层厚可以在5-500nm、优选IO-IOOnm之间。根据本发明的另一实施例为具有两个优选彼此相对的连接电极的电功能层，其中至少两个导电轨线与透明载体表面平行设置，且被设置在连接电极之间，使得它们以由导电轨线形成的图案具有确保电功能层的导电率、同时又确保对于人眼的透明性的导体轨线间距的方式将连接电极连接在一起。透明载体优选但不限于透明膜，特别是柔性膜，且非常优选塑料膜，例如聚烯烃膜，所述聚烯烃为诸如聚乙烯(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)。柔性载体具有以下优点可以例如利用卷对卷(roll-to-roll)的方式例如在连续制造过程中在它们上面进行印刷。透明载体也可以是根据本发明的导电功能层或者另一透明导电层，其例如由ITO、诸如氧化锌的另一金属氧化物或诸如PEDOT(具有任意掺杂水平)的有机基材料、填充有纳米颗粒的材料或者其它透明且导电的材料形成。导电轨线可以由任何导电材料或多种材料的混合物形成。例如，轨线由金属(特别是银、铜、金、铝等)和/或合金或导电浆、及其它导电物质(例如具有运动电荷载体的有机化合物，诸如聚苯胺、聚噻吩及其它)形成。将认识到，所有的材料均可以掺杂的形式存在。在这方面，应再次提及，在图案的构成中，导电轨线可以由各种材料形成。 连接电极也可以由所有常用于电极的材料形成。特别优选由铜和/或银形成的连接电极。连接电极和/或导电轨线还可以具有接触增强部，其用于更好的信号传输。它可以例如由导电的银或碳黑形成。导电轨线优选在透明载体上施加为高分辨率图案。导电轨线通常是不透明或只是半透明的，因此透明载体上的这些结构对于人眼所具有的透明度是通过高分辨率的结构， 而非通过导电材料自身的透明度来实现。在这方面，设置特定值以避免例如在存储显示图像时可能形成的莫尔效应 (moireeffect)。术语“莫尔效应”被用于指通过多个图案的叠加显现并不存在的线的光学现象。特别是在具有相同图案和/或具有周期性重复的图案的情况下会出现这种现象。在触摸屏应用中，莫尔效应会因为显示像素矩阵与叠置的根据本发明的导电图案的叠加而出现。为此，优选避免在导电轨线的结构化过程中形成平行直线。因此当用导电体轨线覆盖透明载体时，选择不具备任何周期性的图案，以便排除或至少大大限制具有莫尔效应的叠加。此外，通过在有利实施例中消除直线和选择具有例如非周期性或者随机性结构顺序的波纹和/或锯齿状线，不期望的莫尔效应也得到抑制。优选实施例包括形成具有下列轨线的图案，例如-平行的导电轨线；-不平行的导电轨线，以避免形成波纹，以及-波浪状的、锯齿状的导电轨线，如附图所示。可以采用各种方法来制造导电轨线，例如轨线可以通过印刷、模压、平版印刷 (offset)或类似方式来制造。此外，还可以通过用含有例如金属和/或合金和/或经导电改性的碳的导电浆进行印刷来形成结构。有机导电材料也可以通过在合适轨线上简单进行印刷来施加。在本发明的实施例中，透明导电功能层被用于制造电阻多点触摸屏，其中透明功能层上存在面上导电的具有导电图案的各个分段，其可以单个被读取和/或单个被接触。 这些分段的特点是它们是可单独电接触的。这些各个分段可以具有任何期望的构造，例如它们也可以是条带形。对各分段的划分还优选延伸至在连接电极处形成接触并且/或者在那重现，以便关于多点触摸屏同样将连接部恰当地划分成分段。在其中除了连接电极之外还设有接触增强部的本发明实施例中，它们在相应的多点触摸应用中也被分割，也就是说例如它们也是条带状的，使得分段的激活也始终能够作为单个且可选增强的信号被读出。具有导电轨线的透明载体的表面覆盖度可以在一定范围内变化，例如在表面覆盖度为20%的情况下，选择合适的薄导体轨线和相应的结构意味着能够产生对于人眼而言仍始终表现为透明的功能层。优选地，表面覆盖度为3-15%之间，特别地低于10%。
下面参考附图对本发明进行更为详细的描述，其中这些附图以本发明示例的方式示出了所选择的实施例。图Ia和Ib示出了均勻的导电轨线图案；图加和2b示出了不规则的图案；图3示出了电功能层的结构的横截面；图4示出了具有多个层部分的电功能层；图5示出了具有连接电极的电功能层；图6示出了具有连接电极的电功能层的横截面；图7示出了通过分隔体分开的两个图5所示的电功能层；图8示出了具有经分割的导电区域的实施例；图9示出了具有经分割的栅格构造不同的导电区域的电功能层的叠层；图10示出了具有经分割的栅格构造相同的导电区域的电功能层的叠层；以及图11示出了具有接触增强部的根据图10的实施例的电功能层的膜的一角。
具体实施例方式图Ia和Ib示出了透明载体(由于它是透明的，因此不可见)上的导电轨线1的图案示例。图加和2b示出了与图1类似的图案示例，但此处为避免波纹，导电轨线之间彼此不平行。图3示出了具有透明衬底2的横截面视图，衬底2为透明膜(这对于衬底而言是常见的)，但是它也可以是具有合适厚度的透明导电层。导电轨线1的图案被设置于其上。图4示出了与图3相同的横截面视图，但是除了导电轨线1和衬底2之外，还具有附加的透明薄层3和衬底2的后侧上的另一附加层4，其中层3关于常规衬底提供面导电率，层4例如为防反射层。图5示出了如何能够将导电轨线相对于连接电极的位置选择为使得图案的所有电流路径具有同等大小的负载。这特别涉及避免导电轨线与连接电极平行设置。在这方面，如果例如在其中连接电极6处于两相对侧上的矩形区域中，不存在关于具有连接电极6的边缘平行延伸的导体轨线1，则是有利的，因为甚至在接通状态下，它们实际上也就保持较少电流。而在这种情形中，简单的栅格图案如在此示出的那样延伸，优选以导体轨线关于边缘成45°角设置和例如彼此成90°角设置的方式延伸。这样形成菱形图案，例如取代格子图案。借助这种菱形，所有的电流路径在接通状态中具有同等大小的负载，并且通过这种方式形成的透明功能层的导电率大于覆盖度相同的具有关于边缘(亦即，连接电极6)垂直和水平延伸的格子图案的功能层，因为在后一种情况中只用到了一半的电流路径。借助图5所示的图案，电流可以均勻地从所有交叉点5离开。图6示出了图5的实施例的横截面。这里能够看到具有导电轨线1、衬底2、导电附加层3和后层4的图4所示结构。然而，除了图4所示视图之外，还可以看到连接电极6。图7示出了例如用作透明电阻触摸区的、包括两个根据本发明的电功能层的结构，其中，两个功能层8 (例如图5所示的)相互叠置，并且通过分隔体7连接，使得在施加压力时形成短路，这可以被评估成信号。分隔体7也被称作分隔体点7。当触摸屏在某一位置上被触摸时，这两个功能层在此处发生接触，形成电接触点或电阻发生变化。由于接触电阻，在各个位置上形成不同的电压。电压上的这种变化则可以被用于确定坐标χ和y。图8示出了被分割的电功能层10，其中各个导电的分段9以彼此间隔特定分段间距11的方式被设置在透明衬底(由于为平面图且衬底是透明的，因此在此处不可见)上。 各个分段9关于连接电极(此处未示出)具有相应的接触增强部12。如图所示，各个分段可以独立形成电连接。为制造这些触摸屏，单个电功能层可以例如在单独的衬底上形成。然后在另一方法步骤中将顶侧组装到一起和/或进行层叠。图9示出了与图7相似的视图，除了两个图5的功能层8之一已被图8所示的被分割的功能层10所取代。第二个电功能层是图5所示的未经分割的功能层8。这里也能够再次看到分隔体7。图10示出了与图9相似的视图，但是在该例中，两个功能层均被分割。这两个功能层同样通过分隔体彼此分开。所有的分段均可通过接触增强部12进行单独控制。最后，图11示出了与图10相同的构造，但是只在一侧上具有电连接项。
文中针对具有可多点触摸设计的构造中的导电轨线宽度、导电轨线间距、分段宽度和分段间距规定的范围也可以包含总数的平均值。基本上，图案被选择成使得，在施加电压时，尽可能所有的导体轨线具有尽可能均勻的负载。对于形成有交点的图案而言，导电轨线优选被放置成导电轨线相互交叉，使得电流能够从两个方向均勻地离开导体轨线相交处。这例如在其中线路关于边缘处的连接电极成45°角的斜格子图案中实现。透明功能层优选被设计成具有分隔体点，使得它能够用在触摸屏中。对于电阻触摸屏而言，两个导电层或其中一个可以用根据本发明的透明导电功能层取代。也可以与普通的ITO层结合。透明的导电功能层可以例如用在触摸屏中。存在不同的触摸屏技术，其中电阻触摸屏占有很大市场份额。电阻触摸屏通常包括两个彼此相对的导电层叠体(X层和y层)-迄今为止主要由 ITO形成-其通过恒定的直流电压致动。在层叠体之间设有分隔体，所谓分隔体点，其确保这两个层分开。分隔体点的直径通常小于20 μ m，在0. 1-5 μ m之间，在0. 2-2 μ m之间，以及特别地在0. 3-0. 5μπι之间。就最简单的情况而言，在制造触摸屏时，常规ITO层用文中描述的、被结构化以提供高分辨率的透明导电功能层取代，而触摸屏的其它结构和组件保持不变。通过分割透明导电功能层的结构和/或图案，电阻触摸屏首次还能够具有多点触摸功能，也就是说，能够同时检测和读取多个χ和y位置。为此目的，选择这样的布局，其被分成不同的分段部分，所述分段部分分别被特别接触，且因此能够被单个读取。在这种情况下，分段的间距宽度可以被选择成不同，且优选结合结构的栅格光栅宽度进行选择。然而，本发明还适合用于例如太阳能电池或普通光敏电池、有机发光二极管(例如也叫作OLED发光体)、触摸屏、格片(pane)中的加热结构(例如汽车的挡风玻璃、防雾镜等)中的透明电极。通过文中公开的发明，首次能够例如通过印刷法制造用在电阻触摸屏中的薄的导电功能层。举例而言，具有5%覆盖度和足够导电率的功能层仍以达到95%的透明度作用于人眼。
权利要求
1.一种电功能层，其中厚度为2ηπι-5μπι的非透明导电轨线⑴与透明载体(2)的表面平行地设置，形成图案，使得在所述图案中形成导体轨线间距，该间距在确保所述电功能层的面导电率的同时，还确保对于人眼的透明度。
2.如权利要求1所述的功能层，其包括两个彼此相对设置的连接电极(6)。
3.如权利要求1或2所述的功能层，其中在部分或整个所述表面区域上设有附加导电层(3)，用于形成面导电率或分区中的面导电率。
4.如前述权利要求之一所述的功能层，其中所述导电轨线的间距在10ym-5mm之间。
5.如前述权利要求之一所述的功能层，其具有能够单独电连接的导电分段(9)。
6.如前述权利要求之一所述的功能层，其中各个所述分段的宽度在500μ m-15mm之间。
7.如前述权利要求之一所述的功能层，其中所述分段(9)的间距在10ym-2mm之间。
8.如前述权利要求之一所述的功能层，其中所述导电轨线(1)形成至少一个交叉点⑶。
9.如前述权利要求之一所述的功能层，其中所述导电轨线(1)被设置成使得电流沿两个方向均勻地离开所述交叉点(5)。
10.如权利要求6所述的功能层，其中所述导电轨线(1)的宽度在1μπι-40μπι之间。
11.如权利要求5所述的功能层，其中所述分段(9)为条带状。
12.如前述权利要求之一所述的功能层，其中在所述连接电极(6)的上游还连接有连续或被细分的接触增强部(12)。
13.如权利要求1所述的功能层，其中所述接触增强部(12)由导电的银或碳黑形成。
14.如前述权利要求之一所述的功能层，其上施加有分隔体(7)。
15.如前述权利要求之一所述的功能层，其中在所述功能层的后侧施加有防反射层⑷。
16.如前述权利要求之一所述的功能层，其中所述导电轨线(1)由金属、金属合金或导电浆形成。
17.一种用于制造功能层的方法，其中通过结构化施加、涂覆和后续的结构化、模压和 /或通过印刷在透明衬底上形成导电轨线。
18.如权利要求17所述的方法，其是连续执行的。
19.如权利要求1-16之一所述的功能层在电阻触摸屏、太阳能电池、透明格片、发光二极管、反射镜和/或显示器中的使用。
全文摘要
本发明涉及一种透明的导电功能层，具体涉及一种层叠体。本发明使得首次能够例如在触摸工艺中制造用于电阻触摸屏中的薄的导电功能层。举例而言，具有5％的导电部分的覆盖和足够导电率的功能层仍以95％的透明度作用人眼。
文档编号G06F3/045GK102365612SQ201080013702
公开日2012年2月29日 申请日期2010年3月26日 优先权日2009年3月27日
发明者A·乌尔曼, A·克诺布洛赫, J·沃利, W·菲克斯 申请人:波利Ic有限及两合公司