CN101713834A - 高透光导电膜系 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高透光导电膜系，在透明基材的一表面依次沉积由高折射率无机介质膜和低折射率无机介质膜依次交错排列而形成的至少两层无机介质膜的无机介质膜层，及位于该膜系最外层的透明导电膜层，透明导电膜层的厚度满足方块电阻需要值的厚度8～60nm，至少两层的由高折射率和低折射率无机介质构成的膜层和透明导电膜层都采用真空磁控溅射的方法沉积，从而形成整体透过率达到85％以上的高透光导电膜系。本发明具有高电阻稳定性和高透光性，适用于制造高透光导电材料，特别适用于耐温能力在200℃以下的基材制成的导电材料。
Description
技术领域：
本发明涉及具有高透过率和高耐久性的复合导电膜，涉及应用该膜的各种触摸屏。
背景技术：
传统的触摸屏用的导电薄膜通常是直接在柔性基材上直接溅镀或者涂布导电层而成。这种方式的导电膜的透过率不高，所以设置在触摸屏下的画面通常偏暗。经过使用者的多次触摸后，导电层容易断裂引起电阻值变化，从而导致触电计算的位置漂移或操作无反应。另外，ITO导电膜在300℃左右形成的膜层电阻值最理想，但由于大多数柔性树脂基材的耐温性只有150℃左右，造成ITO导电膜方阻降低，所以必须要增加ITO的厚度，才能达到满足的薄膜方阻。在厚度增加的时候，膜层透过率必然降低，则需要引入优化的光学设计。
如申请号为02803118.0，名称为透明导电性层叠体及使用该层叠体的透明触摸面板的专利申请，公开了一种得到高透光的导电性层叠体膜，在有机高分子膜的至少一个面上依次叠层光学干涉层，透明导电层，光学干涉层由高折射率层和低折射率层构成、且低折射率层与透明导电层连接，光学干涉层由交联聚合物构成的透明导电性叠层体中，前述光学干涉层含有由金属氧化物及/或金属氟化物构成的一次粒径在100nm以下的超微粒子A、以及/或者在高折射率层和低折射率层的至少其中之一内含有平均一次粒径在光学干涉层的膜厚1.1倍以上、并且在1.2μm以下的超微粒子B，其含量在交联聚合物的0.5重量％以下。该专利申请公开了用精密涂布的方式在导电膜层和柔性基层之间形成光学干涉层的方法，但事实上，精密涂布的方式设备门槛高，稳定性差，且容易形成微观岛状表面，造成至少数百nm乃至μm级别的表面起伏，同时叠加的层数越多则不平度越无规律或越严重，造成基于其上的透明导电层的厚度也不均匀，严重干扰电阻值的均匀度。其次，涂布方式的膜层本身实际上大多是宏观非晶态，形成的晶体颗粒都过于小，细小的晶体粒子间的结合力弱，在外力的作用下会发生形变，不利于触摸屏的性能稳定。另外考虑到用精密涂布方式的膜层杨氏模量最高也只有几GPa，且多数为百MPa，而如果此时ITO薄膜为溅射制备的，杨氏模量在几十甚至上百GPa，就像玻璃放在沙滩上，受压时断裂的几率大大增加；如果导电层也为涂布方式制备的，如上所述，其本身的耐久性也不高，在强外力的作用下会发生形变导致光学性质及电阻变化。其次，精密涂布方式的可控性很差，很难做到膜厚的微调，并且要制造50nm以下的均匀薄膜几乎是不可能的，而在这些方面，磁控溅射体现出了极大的优势。再次，如该申请所述的在光学干涉层掺杂有超微粒子，这样做会增加触摸屏的雾度，降低图像的清晰度。
又如申请号200580012780.0，名称为透明导电性层叠体及触摸屏的申请，该申请公开了一种透明导电性层叠体，在厚度为2～120μm的透明薄膜基材的一侧表面，按照透明的第一电介质薄膜、透明的第二电介质薄膜和透明导电性薄膜的顺序依次层叠，在所述薄膜基材的另一表面，通过透明的粘合剂层贴合透明基体而成，第二电介质薄膜是无机物或有机物和无机物的混合物，形成上述导电性薄膜的混合物，形成上述导电性薄膜材料的结晶中，最大粒径为300nm或更小的结晶含量超过50面积％。所述透明导电性层叠体高度地满足用作触摸屏的弯曲笔输入耐久性，但也同样的面临涂布方式的众多问题(如前面所述)。同时涂布方式的薄膜为非晶态，磁控溅射为均匀结晶形态。已知导电晶粒的尺寸越大，晶粒粒径分布越均匀，薄膜整体导电性越好越稳定，所以涂布方式的膜层导电性及均匀性不如磁控溅射的膜层，如果要达到相同的表面电阻值，涂布导电膜的厚度要大于溅射导电膜的厚度，较高的厚度无疑增加了材料的光吸收并降低了整体透过率，而且降低了薄膜强度。值得一提的是，该申请最后的部分实施例也舍弃涂布方式，转用PVD的电子束蒸发镀膜方法，但是电子束蒸发镀膜方法形成的膜层附着力不如磁控溅射形成的膜层牢度高、致密性好、均匀性好，另外电子束蒸发镀膜方法蒸发到基材上的材料不是离子化，所以无法实现反应镀膜，而磁控溅射方法可以实现反应溅射，如溅射Ti金属或Nb与氧气反应得到折射率高的金属氧化物材料，又如溅射Si与氮气反应生成Si3N4，或与氧气反应生成SiO2，以及这样形成的高折射率与低折射率搭配的高透光学膜系。
再如申请号200820052006.3，名称为柔性高阻多层透明导电膜，该专利申请公开了在基材上先用磁控溅射技术形成有减反射功能的TiO2层和SiO2，在此减反射层上沉积铟锡氧化物层(ITO层)，在ITO层上再沉积对ITO层的保护层锌铝氧化物层或锌镓氧化物层(ZAO层或ZGO层)为顶层，该技术方案强调的是在柔性基材上沉积ITO层，不易得到稳定性高、耐久性好、高温稳定性好的ITO导电膜，加之若在柔性基材上直接沉积ITO层，由于基材如PET膜很容易吸附水汽、氧气，加之膜表面比较粗糙，膜表面吸附的水汽、氧气很容易向沉积在PET膜上的ITO膜层扩散，渗透扩散极易使ITO稳定性发生变化。所以此方案着眼对ITO膜进行保护，从ITO膜两面对其加强保护，在与PET膜之间，增加了TiO2与SiO2两层增透和隔离层，在ITO最外层增加顶层即ZAO或GZO层，此顶层为掺铝氧化锌或掺镓氧化锌，也是为了从外保护ITO层的高温稳定性，虽然谈到了TiO2和SiO2层在这里的增透作用，但并没有将至少两层TiO2和SiO2与ITO层从光学设计上进行搭配和设计，所公开的膜层厚度比如TiO2层为120nm，SiO2层为95nm，也仅从隔离保护上给予方案设计，并没有光学设计，并因有顶层ZAO或GZO膜层，使光学设计变得复杂，并没有明显增透结果，从TiO2和SiO2膜厚公开信息计算，也并没从光学增透上提出更好的增透方案，而触摸屏除了对ITO导电性及稳定性有较高要求外，对于高透光性及耐划伤性、防污性也有很高要求，这涉及LCD屏幕的节电性和亮度值、耐划伤性这些重要性能，因此需要将至少两层TiO2和SiO2与ITO从增透的光学膜厚及搭配上进行方案设计并优化，需在这个方案基础上作改进性的设计和创造，并需从基材另一面去提高和完善增透减反射及提高表面硬度及抗划伤、防污等性能。
发明内容：
本发明的目的是为了克服以上不足，提供一种具有高透过率及高耐久性的导电膜系。
本发明的目的这样来实现的：
本发明高透光导电膜系，在透明基材的一表面依次沉积由高折射率无机介质膜、低折射率无机介质膜依次交错排列形成的至少两层无机介质膜的无机介质膜层及位于该无机介质膜层最外层的透明导电膜层，透明导电膜层的厚度为满足方块电阻需要的厚度8～60nm，至少两层的由高折射率无机介质膜和低折射率无机介质膜构成的无机介质膜层和透明导电膜层都采用真空磁控溅射的方法沉积，从而形成在380nm～780nm光波长范围内整体透过率达到85％以上的高透光导电膜系，即光学干涉膜系。由于磁控溅射得到的透明导电膜层为纳米厚度，把溅射的透明导电膜层也考虑进入光学设计内，可以得到近似减反射增透射(AR)膜系的效果。利用磁控溅射方法，可以做到更加符合理论光学设计的膜系，因为其制备的膜层致密、稳定，材料的折射率与机械性能是稳定可重现的，镀膜精度也可以控制在1nm以下，薄膜厚度范围也由几nm到几百nm，所以成品率高，性能产品性能稳定。使用磁控溅射方法得到的透明导电膜，比较涂布方式和蒸发镀方式来说，具有更高的粒子离化率，更高的薄膜结晶化均匀程度，可以得到更优良的薄膜导电率、表面电阻、强度和稳定性。
上述的高透光导电膜系，透明基材为玻璃板或树脂板。
上述的高透光导电膜系，透明基材为柔性树脂膜。
上述高折射率无机介质膜是氧化钛(TiO2)或者氧化铌(Nb2O5)。
上述高折射率无机介质膜厚度范围在6至50nm、折射率大于2.0，低折射率无机介质膜厚度在20至150nm、折射率小于1.55，透明导电膜层厚度为8至60nm、折射率1.7至2.0，高折射率介质优选为氧化钛(TiO2)或氧化铌(Nb2O5)，厚度为7～30nm，低折射率介质优选为氧化硅(SiO2)，厚度为30～130nm，透明导电膜层为8至60nm，优选为掺铟氧化锡(ITO)，厚度为10～40nm，通过调整，整体透过率可以达到87％～91％，如果在柔性透明基材的另一表面镀有增透膜系，透过率可以达到90％～95％。
上述至少两层的由高折射率和低折射率透光介质构成的无机介质膜层和透光导电膜层的杨氏模量大于15GPa，由于选用了高杨氏模量的无机介质膜层作为透明导电膜层的基础层，可以利用各无机介质膜层的硬度和强度来保护透明导电膜层，使透明导电膜层的强度和寿命进一步提高。
上述透光导电膜层是氧化铟、氧化锡、氧化锌、掺杂了铟的氧化锡(ITO)、掺杂了锑的氧化锡(ATO)、掺铝的氧化锌(AZO)中的至少一种组成的膜层。
上述的高透光导电膜系，当透明基材的折射率为n1，高折射率的无机介质膜折射率为n2、低折射率的无机介质膜折射率为n3、透明导电膜层的折射率为n4时，满足n2＞n1、或n2＞n3、或n4＞n1、或n4＞n3。
上述的高透光导电膜系，在透明基材的另一表面沉积至少两层TiO2与SiO2、或Nb2O5与SiO2形成的增透减反射膜层。
上述的高透光导电膜系，在透明基材的另一表面沉积的增透减反射膜层最外层，利用低温等离子体技术沉积有一层防划伤、防污的有机硅薄膜。此防划伤、防污的有机硅薄膜增加了减反射层的耐划性和润滑性，一般为不影响其光学设计此膜厚为3至20nm，由于此材料折射率在1.4至1.5之间，与SiO2折射率相同，也可以在光学设计上将此膜厚计算入SiO2总厚度中，此有机硅薄膜用射频辉光或微波辉光放电的高密度低温等离子体化学气相沉积方法沉积，比如用六甲基二硅氧烷的单体来沉积，已有公开成熟的技术，不仅生产成本经济，沉积的膜有很好的耐划和润滑性。
上述的高透光导电膜系，在透明基材的另一表面与增透减反射膜层之间有一层与透明基材牢固覆合的有机增硬涂层。此有机增硬层使增透减反射膜层有大于3H铅笔划伤硬度，增加该膜的耐划性能，该涂层使用丙烯酸的树脂，采用双组份聚氨酯粘结和/或光固化方法生产，已有成熟方法公开。
目前用卷绕(Roll to Roll)真空磁控溅射设备制备薄膜已经十分成熟，生产效率高，稳定性高，具有很强的可控性。溅射的薄膜已经是市场上普遍存在的薄膜类型，薄膜的杨氏模量在几十甚至上百GPa，溅射方式的膜层多数为致密坚固的结晶态，比涂布方式接近晶体的理论导电率和折射率，物理和化学性能都更优。因此，本发明采用真空磁控溅射技术，特别是用卷绕(Roll to Roll)真空磁控溅射技术来沉积导电薄膜及与其配合的无机介质膜层形成的光学膜系来制造一种高透光的导电膜。
本发明更精确地提高了导电膜的透光性能，同时利用真空磁控溅射方法得到的膜层提高了其强度和稳定性，提高了透明导电膜层的性能和均匀度，高度地满足触摸屏笔输入耐久性、光学稳定性以及使用寿命。
附图说明：
图1为高透光导电膜系结构示意图。
图2为高透光导电膜系透过率曲线图1。
图3为高透光导电膜系透过率曲线图2。
图4高透光导电膜系透过率曲线图3。
图5高透光导电膜系透过率曲线图4。
图6为笔尖按压时的变形示意图。
图7为高透光导电膜系另一结构示意图。
具体实施方式：
实施例1：
图1给出了本实施例1的高透光导电膜系结构图，参见图1，柔性透明基材L为125μm的PET薄膜L，由高折射率无机介质膜和低折射率无机介质膜形成的无机介质膜层和透明导电膜层利用真空磁控溅射沉积从而形成在380nm～780nm光波长范围内整体透过率达到85％以上的光学干涉膜系。在125μm的PET薄膜的一表面上的一层高折射率介质膜3为TiO2，一层低折射率介质膜2为SiO2，透明导电膜层1为掺铟氧化锡(ITO)膜层。这三层镀膜层的厚度如表1所示。125μm的PET薄膜L的上表面采用真空磁控溅射方法镀有四层介质的高透光(AR)膜系5，它们是TiO2(厚8nm)/SiO2(厚30nm)/TiO2(厚30nm)/SiO2(厚90nm)，在膜系5上面还利用低温等离子体化学气相沉积技术沉积了一层有机硅膜层6，厚度为10nm，此膜有极高的润滑性和耐划性。在膜层5与基材L之间，有一层有机增硬涂层4，该层膜采用涂布方式在基材上沉积，为丙烯酸系树脂，采用光固化方法成膜，以使膜层5和6有更高的抗划性及硬度，可使表面达到3H铅笔划伤硬度。
使用分光光度计测量高透光导电膜系的透过率曲线如图2～图5所示。
表1
| 编号 | TiO2厚度(nm) | SiO2厚度(nm) | ITO厚度(nm) |
| a | 9 | 102 | 11 |
| b | 8～11 | 80～90 | 10～20 |
| c | 10 | 90 | 15 |
| D | 11 | 95 | 20 |
从图2～图5中可以看出，调整各个膜层的厚度具有对透过率曲线控制的能力，如果ITO厚度根据需要的表面电阻值而确定了，TiO2和SiO2膜层的厚度是可以根据需要进行调整，得到一组最优化的厚度值，并且可以具有很高的透过率。当然，柔性透光基层的上表面也可印刷耐划性高的抗眩光(AG)涂层，而不采用有机硅层。
图6为用笔按压时薄膜的变形示意图。从图6中可以看出，具有相似硬度的介质层2和3能够对其进行保护。对该导电膜进行测试，结果如表2。测量方法如下：
(一)测量表面电阻：
用四探针表面电阻测试仪器测定若干点，用平均值表示。
(二)测量打点特性：
先测量由复合导电膜构成的触摸屏上基板与下导电基板接触时的初始电阻Ro，再在复合导电膜构成的触摸屏上基板侧，使用硬度为40度的含有聚氨酯橡胶的棒(尖端7mm)，用负荷100g进行100万次的中心打点，然后测量两导电膜接触时的电阻Rd，求出变化率(Rd/Ro)*100％，评价打点特性，用平均值表示。
(三)测量高负荷笔输入耐久性：
①：使用含有聚缩醛的笔(笔尖0.8mm)，以负荷500g进行30万次的滑动，滑动后测定线性变化。
线性的测定：在复合导电膜上施加5V的电压，测定复合导电膜中A、B两点的电压，分别为Ea、Eb，A、B两点距离为AB，在A、B间任意的测定点X的输出电压设为Ex，理论值设为Ep，AX之间的距离为x，由下面的公式可得线性变化：
Ep＝[x+(Ea-Eb)/AB]+Ea 线性变化(％)＝[(Ep-Ex)/(Eb-Ea)]*100％
②使用含有聚缩醛的笔(笔尖0.8mm)，以各种负荷进行10万次的滑动，求出线性变化为1.5％的最大负荷。
表2：
可以发现，这样的复合导电膜具有优良的可见光透过能力，同时也具有很强的笔输入耐久性。
实施例2：
图7给出了本实施例2复合导电膜结构图。参见图7，本实施例2基本与实施例1同，与实施例1不同的是，可以由多层高折射率的无机介质膜3和低折射率的无机介质膜2交错排列构成膜系，其各层膜厚度为：PET(厚175μm)/TiO2(厚9nm)/SiO2(厚36nm)/TiO2(厚30nm)/SiO2(厚110nm)/ITO(厚20nm)，表面电阻450Ω/□，也可以达到很高的透过率，可达到93％透光率。多层膜系的优点是，可以降低镀膜对透过光线颜色的干扰程度。
上述各实施例是对本发明的上述内容作进一步的说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于上述实施例。凡基于上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。
Claims (11)
1.一种高透光导电膜系，在透明基材的一表面依次沉积由高折射率无机介质膜、低折射率无机介质膜依次交错排列形成的至少两层无机介质膜的无机介质膜层及位于该无机介质膜层最外层的透明导电膜层，其特征在于透明导电膜层的厚度为满足方块电阻需要的厚度8～60nm，至少两层的由高折射率无机介质膜和低折射率无机介质膜构成的无机介质膜层和透明导电膜层都采用真空磁控溅射的方法沉积，从而形成在380nm～780nm光波长范围内整体透过率达到85％以上的高透光导电膜系。
2.如权利要求1所述的高透光导电膜系，其特征在于透明基材为玻璃板或树脂板。
3.如权利要求1所述的高透光导电膜系，其特征在于透明基材为柔性树脂膜。
4.如权利要求1所述的高透光导电膜系，其特征在于高折射率无机介质膜是氧化钛或者氧化铌。
5.如权利要求1～4之一所述的高透光导电膜系，其特征在于高折射率无机介质膜厚度在6至50nm、折射率大于2.0，低折射率无机介质膜厚度在20至150nm、折射率小于1.55、透明导电膜层厚度为8至60nm、折射率1.7至2.0。
6.如权利要求1～4之一所述的高透光导电膜系，其特征在于至少两层的由高折射率和低折射率透光介质构成的无机介质膜层和透明导电膜层的杨氏模量大于15GPa。
7.如权利要求1～4之一所述的高透光导电膜系，其特征在于透明导电膜层是氧化铟、氧化锡、氧化锌、掺杂了铟的氧化锡、掺杂了锑的氧化锡、掺铝的氧化锌中的至少一种组成的膜层。
8.如权利要求1～4之一所述的高透光导电膜系，其特征在于当透明基材的折射率为n1，高折射率的无机介质膜折射率为n2、低折射率的无机介质膜折射率为n3、透明导电膜层的折射率为n4时，满足n2＞n1、或n2＞n3、或n4＞n1、或n4＞n3。
9.如权利要求1～4之一所述的高透光导电膜系，其特征在于在透明基材的另一表面沉积至少两层TiO2与SiO2或Nb2O5与SiO2形成的增透减反射膜层。
10.如权利要求9所述的高透光导电膜系，其特征在于在透明基材的另一表面沉积的增透减反射膜层最外层，利用低温等离子体技术沉积有一层防划伤、防污的有机硅薄膜。
11.如权利要求9或10所述的高透光导电膜系，其特征在于在透明基材的另一表面与增透减反射膜层之间有一层与透明基材牢固覆合的有机增硬涂层。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: DONGTAI (CHENGDU) INDUSTRY CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: GAN GUOGONG Effective date: 20130929 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20130929 Address after: 610100, No. 103, Xingguang Road, Longquanyi economic and Technological Development Zone, Chengdu, Sichuan Patentee after: Dongtai (Chengdu) Industry Co., Ltd. Address before: 610100 Dong Tai (Chengdu) Industry Co., Ltd., No. 103, Xingguang Road, Longquanyi economic and Technological Development Zone, Chengdu, Sichuan Patentee before: Gan Guogong |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20160818 Address after: 610000 Sichuan Chengdu Shuangliu County Jiujiang town ten thousand communities Patentee after: SICHUAN GOLDSTONE ORIENT NEW MATERIAL EQUIPMENT CO., LTD. Address before: 610100, No. 103, Xingguang Road, Longquanyi economic and Technological Development Zone, Chengdu, Sichuan Patentee before: Dongtai (Chengdu) Industry Co., Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20190808 Address after: 610200 Six Stages of Industrial Centralized Development Zone of Southwest Airport Economic Development Zone, Shuangliu District, Chengdu City, Sichuan Province Patentee after: Chengdu Jinshi New Material Technology Co., Ltd. Address before: 610000 Sichuan Chengdu Shuangliu County Jiujiang town ten thousand communities Patentee before: SICHUAN GOLDSTONE ORIENT NEW MATERIAL EQUIPMENT CO., LTD. |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 610200 Six Stages of Industrial Centralized Development Zone of Southwest Airport Economic Development Zone, Shuangliu District, Chengdu City, Sichuan Province Patentee after: Sichuan Jinshi Oriental New Material Technology Co., Ltd Address before: 610200 Six Stages of Industrial Centralized Development Zone of Southwest Airport Economic Development Zone, Shuangliu District, Chengdu City, Sichuan Province Patentee before: Chengdu Jinshi New Material Technology Co., Ltd. |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |