CN101866707A - 透明电极、导电层叠物和导电层 - Google Patents

透明电极、导电层叠物和导电层 Download PDF

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Abstract

本申请公开了包括可光聚合的树脂的导电层，所述导电层具有分散的碳纳米管，其透明、导电性高，并促进电极图案的形成。本申请还提供了包括所述导电层的层叠物和透明电极。

Description

透明电极、导电层叠物和导电层
技术领域
本发明涉及电极，导电层叠物和导电层，尤其涉及包括含有可光聚合的树脂和碳纳米管的导电层的透明电极，和导电层叠物和导电层。
背景技术
随着计算机和各种家用器具以及通讯装置的数字化和性能快速发展，迫切需要大屏幕和便携式显示器。为了得到便携并具有大屏幕的柔性显示器，需要可以像报纸一样折叠或卷曲的显示材料。
为此，显示器的电极材料应该透明、电阻低且强度高以在装置弯曲或折叠时保持机械稳定。此外，该材料应具有和塑料衬底的热膨胀系数相似的热膨胀系数以防止发生短路或表面电阻率发生很大变化，即使当装置过热或是在高温下也如此。
由于柔性显示器可以按照预定的形式制造，因此不仅可将它用于便携式显示装置，也可用于衣物能够变化颜色或图案之处、衣物的商标、标志牌、显示器支架的价格标志和大型电照明系统。
在这点上，透明导电薄膜广泛用于诸如图像传感器、太阳能电池、多种显示器(PDP、LCD、柔性显示器)等同时需要透光性和导电性的装置。
尽管对用于柔性显示器的透明电极的氧化铟锡(ITO)已进行了深入研究，但薄ITO膜的形成一般需要真空处理，这不当地消耗高处理成本。此外，当柔性显示装置弯曲或折叠时，其寿命可因薄膜断裂而缩短。
为了解决这些问题，已开发通过增大导电率同时使可见光范围内的光散射最小化而具有80％或以上的可见光透光率和100Ω/sq或以下的表面电阻率的透明电极(韩国专利No.10-2005-001589)，在该透明电极中，碳纳米管和聚合物化学键合并形成膜，或者导电聚合物层涂有纯碳纳米管或和聚合物化学键合的碳纳米管，使得碳纳米管在涂层内或涂层上以纳米尺度分散。在该透明电极中混合金属(比如金或银)的纳米颗粒。具体地，该透明电极通过下列方法制造：使碳纳米管的分散体溶液和聚对苯二甲酸乙二酯反应，从而制备高浓度碳纳米管-聚合物共聚物溶液，然后将它涂布于聚酯膜并干燥。
然而，当上述透明电极在高温下使用时，会发生变形且难以形成电极图案。
另外，正在研究导电聚合物(有机材料)作为透明电极的材料的用途。就由导电聚合物制造的电极而言，可利用常规的各种聚合物涂布方法，从而显著减少处理成本和工作。特别地，在柔性显示器或电照明系统的制造中，和透明ITO电极相比，由导电聚合物(比如聚乙炔、聚吡咯、聚苯胺或聚噻吩)制成的透明电极就处理而言是有利的，且更为柔软，断裂更少。因此，当需要非常柔软的电极时，特别是制造触摸屏时，可有利地延长装置的寿命。然而，由导电聚合物制成的有机电极的导电性的增大通常和电极厚度成比例。此外，由于导电聚合物吸收可见光范围内的光，应较薄地涂布以增大透光率，以适合于显示器。当按此方式在可见光范围内增大透光率时，难以满足透明电极的应用领域中所需的表面电阻率。具体地，当使用将导电聚合物纳米颗粒分散于水中的聚噻吩(Baytron P，可从Bayer获得)以增大加工性时，即使使用溶剂混合物改进导电率和涂布性，使用旋涂在衬底上将这样的聚合物涂布至50nm的厚度难以获得1kΩ/sq或以下的表面电阻率。
此外，使用碳纳米管的常规有机电极材料主要以复合物的形式提供，其中碳纳米管和导电聚合物简单地混合。因而，碳纳米管在导电聚合物基质中因强范德华力极度聚集。由于这样的碳纳米管聚集，尽管碳纳米管的导电性优良，也难以形成碳纳米管均匀分散的电极。此外，即使当碳纳米管以1到10重量％的量和聚合物混合，该混合物也应较厚地涂布以获得令人满意的导电率。较厚地涂布的碳纳米管和聚合物的混合物显著降低电极的透明度，原因可归结于碳纳米管在微尺度聚集，不适合用于透明电极。因此，需要具有高透明度和低表面电阻率，即使当碳纳米管少量使用时也如此的有机透明电极材料。
发明内容
因此，本发明旨在提供透光率和导电性优良，即使处于薄膜形式也如此的透明电极。
此外，本发明旨在提供透光率和导电性优良，即使处于薄膜形式也如此的导电层叠物。
此外，本发明旨在提供透光率和导电性优良，即使处于薄膜形式也如此的导电层。
本发明的一方面提供包括导电层的透明电极，所述导电层包括碳纳米管并具有至少两个热解起始点，所述导电层在200到900℃的热解范围内具有至少5％的重量减少，所述热解范围包括在200到450℃引发热解并具有W1％的重量减少的第一热解范围，和在450到700℃引发热解并具有W2％的重量减少的第二热解范围，且W1/W2为0.1到20。
在这方面，透明电极可包括从可溶于碱的粘合剂树脂、可光聚合的化合物、光引发剂和碳纳米管组成的组合物获得的导电层。
以固体含量为基准，碳纳米管的量和可溶于碱的粘合剂树脂和可光聚合的化合物的总量的比值为按重量1∶0.2到1∶10.0。
在这方面，透明电极在550nm的透光率为70％或以上，表面电阻率为1,000Ω/sq或以下。优选地，在550nm的透光率为80％或以上，表面电阻率为700Ω/sq或以下。
在这方面，导电层的厚度可在10nm到5μm的范围内。
在这方面，透明电极可通过使用光刻形成导电层的图案而获得。
本发明的另一方面提供包括衬底和导电层的导电层叠物，所述导电层包括碳纳米管并具有至少两个热解起始点，所述导电层在200到900℃的热解范围内具有至少5％的重量减少，所述热解范围包括在200到450℃引发热解并具有W1％的重量减少的第一热解范围，和在450到700℃引发热解并具有W2％的重量减少的第二热解范围，且W1/W2为0.1到20。
在这方面，导电层可从可溶于碱的粘合剂树脂、可光聚合的化合物、光引发剂和碳纳米管组成的组合物获得。
以固体含量为基准，碳纳米管的量和可溶于碱的粘合剂树脂和可光聚合的化合物的总量的比值为按重量1∶0.2到1∶10.0。
在这方面，导电层的厚度可在10nm到5μm的范围内。
在这方面，导电层叠物在550nm的透光率为70％或以上，表面电阻率为1,000Ω/sq或以下。
在这方面，衬底可以是塑料膜或玻璃衬底。
本发明的另一方面提供导电层，所述导电层包括碳纳米管并具有至少两个热解起始点，所述导电层在200到900℃的热解范围内具有至少5％的重量减少，所述热解范围包括在200到450℃引发热解并具有W1％的重量减少的第一热解范围，和在450到700℃引发热解并具有W2％的重量减少的第二热解范围，且W1/W2为0.1到20。
在这方面，导电层可从可溶于碱的粘合剂树脂、可光聚合的化合物、光引发剂和碳纳米管组成的组合物获得，其中以固体含量为基准，碳纳米管的量和可溶于碱的粘合剂树脂和可光聚合的化合物的总量的比值可以是按重量计1∶0.2到1∶10.0。
在这方面，导电层的厚度可在10nm到5μm的范围内，在550nm的透光率为70％或以上，表面电阻率为1,000Ω/sq或以下。
本发明可提供薄膜形式的导电层，导电层叠物和透明电极。所述导电层具有优良的导电性和高透明度，并促进电路的形成。
具体实施方式
下面将给出本发明的详细描述。
根据本发明的实施方案，通过在具有热抗性的透明衬底上形成导电层，或可通过直接由电极组合物获得的导电层，可产生非常透明且具有优良的导电性的透明电极。
透明衬底可以是玻璃衬底或塑料膜。
例如，形成膜类透明电极的衬底没有特别限制，只要它是满足热抗性和透明度的膜。特别有用的是在50到250℃使用热机械分析在50到100μm的膜厚度下测量的平均线性热膨胀系数(CTE)为35.0ppm/℃或以下，且黄度指数为15或以下的聚酰亚胺膜。
如果在50到100μm的膜厚度下测量的平均CTE大于35.0ppm/℃，则和塑料衬底的CTE差异可能扩大，当装置过热或在高温下可能发生不希望的短路。同时，如果黄色指数大于15，则透明度降低，因此这样的聚酰亚胺膜不适合于透明电极。通过在预定的温度范围内测量依赖于温度增量的变化而获得的平均CTE可使用热机械分析仪测量。
此外，就透光率而言特别有用的是无色透明的聚酰亚胺膜，特别是在50到100μm的膜厚度下黄度指数为15或以下的聚酰亚胺膜。此外，在50到100μm的膜厚度下使用紫外分光光度计测量的在380到780nm的平均透光率为85％或以上的聚酰亚胺膜可用作塑料膜。在满足这样的透光率的情况下，该聚酰亚胺膜可用作液晶显示器和透射电子纸张(transmissive e-paper)的塑料衬底。此外，塑料膜可以是使用紫外分光光度计在50到100μm的膜厚度下测量的在550nm的透光率为88％或以上且在420nm的透光率为70％或以上的聚酰亚胺膜。
就改进透明度得到增大的透光率而言，可使用具有彩色坐标的聚酰亚胺膜，其中使用紫外分光光度计在50到100μm的膜厚度下测量的L为90或以上，a为5或以下，且b为5或以下。
如上所述的聚酰亚胺膜可通过下列方法制造：聚合芳香族二酸酐和芳香族二胺，从而获得聚酰胺酸，然后亚胺化。芳香族二酸酐的实例可包括但不局限于选自2，2-双(3，4-二羧基苯基)六氟丙烷二酐(6-FDA)、4-(2，5-二氧四氢呋喃-3-某基)-1，2，3，4-四氢萘-1，2-二羧酸酐(TDA)和4，4’-(4，4’-异亚丙基二苯氧基)双(邻苯二甲酸酐)(HBDA)的一种或多种，选自苯均四酸二酐(PMDA)、联苯四羧酸二酐(BPDA)和氧化苯二甲酸二酐(ODPA)的一种或多种。
芳香族二胺的实例可包括但不局限于下列一种或多种：2，2-双[4-(4-氨基苯氧基)-苯基]丙烷(6HMDA)、2，2’-双(三氟甲基)-4，4’-二氨基联苯(2，2’-TFDB)、3，3’-双(三氟甲基)-4，4’-二氨基联苯(3，3’-TFDB)、4，4’-双(3-氨基苯氧基)联苯砜(DBSDA)、双(3-氨基苯基)砜(3DDS)、双(4-氨基苯基)砜(4DDS)、1，3-双(3-氨基苯氧基)苯(APB-133)、1，4-双(4-氨基苯氧基)苯(APB-134)、2，2’-双[3(3-氨基苯氧基)苯基]六氟丙烷(3-BDAF)、2，2’-双[4(4-氨基苯氧基)苯基]六氟丙烷(4-BDAF)、2，2’-双(3-氨基苯基)六氟丙烷(3，3’-6F)、2，2’-双(4-氨基苯基)六氟丙烷(4，4’-6F)和氧化二苯胺(ODA)。
从单体制造聚酰亚胺膜的方法没有特别限制。例如，聚酰亚胺膜可通过下列方法制造：在第一溶剂中聚合芳香族二胺和芳香族二酸酐，从而获得聚酰胺酸溶液，亚胺化聚酰胺酸溶液，将亚胺化的溶液和第二溶剂混合，过滤并干燥混合溶液，从而获得固体聚酰亚胺树脂，将固体聚酰亚胺树脂溶于第一溶剂，从而制备聚酰亚胺溶液，然后进行成膜处理。在此情况下，第二溶剂的极性可低于第一溶剂。特别地，第一溶剂可以是选自间甲酚、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMAc)、二甲亚砜(DMSO)、丙酮和乙酸二乙酯的一种或多种；第二溶剂可以是选自水、醇、醚和酮的一种或多种。
在塑料膜上形成金属膜的过程中，为了形成具有均匀厚度的导电层，塑料膜的表面粗糙度可为2μm或以下，优选为0.001到0.04μm。
设置于这样的具有热抗性的透明衬底上的是导电层。根据本发明实施方案的导电层包括碳纳米管并具有至少两个热解起始点，所述导电层在200到900℃的热解范围内具有至少5％的重量减少，所述热解范围包括在200到450℃引发热解并具有W1％的重量减少的第一热解范围，和在450到700℃引发热解并具有W2％的重量减少的第二热解范围，且W1/W2为0.1到20。
第一热解范围是由于烃基化合物的热解。根据本发明的优选实施方案，第一热解范围可由可溶于碱的粘合剂树脂和可光聚合的化合物的热解产生。
第二热解范围是由于用于赋予导电率的碳纳米管的热解。
当第一和第二热解范围所具有的重量减少(％)、W1和W2满足W1/W2为0.1到20时，则得到的导电层就表面电阻率、透光率、树脂膜本身的机械强度、以及和衬底的粘合而言是优选的。如果W1/W2小于0.1，则导电层和衬底的粘合以及机械强度降低，难以形成电路图案。相反，如果W1/W2超过20，则不能克服表面电阻率增大和透光率降低的限制，即使改变其他处理条件也如此。W1和W2不等于构成导电层的烃基化合物的总量和碳纳米管的量，且烃基化合物和碳纳米管中含有的金属元素或阻燃材料可引起预定的误差，这对于本领域普通技术人员是显而易见的。
具有这样的热解性质的导电层是有利的，因为它可以和衬底具有优良的紧密接触和粘合，电极的机械强度高，形成电极图案时的图案形成性良好。此外，导电层即使处于薄膜的形式也可具有高导电性，得到高透光率。
只要导电层具有这样的热解性质，其组成没有特别限制。特别地，导电层可以是碳纳米管分散于可光聚合的树脂组合物中的树脂层。
可光聚合的树脂组合物由可溶于碱的粘合剂树脂、可光聚合的化合物和光引发剂组成。可溶于碱的粘合剂树脂可包括(甲基)丙烯酸和(甲基)丙烯酸酯的共聚物或可溶于碱的聚合物树脂比如羟丙基甲基纤维素乙酸酯邻苯二甲酸酯，以提高导电层的机械强度比如刮痕抗性。
(甲基)丙烯酸和(甲基)丙烯酸酯的共聚物可通过共聚下列单体的两种或更多种而获得：丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸2-羟基乙酯、甲基丙烯酸2-羟基乙酯、丙烯酸2-羟基丙酯、甲基丙烯酸2-羟基丙酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、苯乙烯和α-甲基苯乙烯。
考虑到和衬底的紧密接触和粘合，这样的共聚物的平均分子量可为30,000到150,000，玻璃化转变温度为20到150℃。
通过光引发剂引发反应的可光聚合的化合物可具有至少两个端部亚乙基，其实例可包括1，6-己二醇(甲基)丙烯酸酯、1，4-环己二醇(甲基)丙烯酸酯、聚丙二醇(甲基)丙烯酸酯、聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯、2-二(对羟基苯基)-丙烷-二(甲基)丙烯酸酯、甘油三(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、聚氧丙基三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、含双酚A的聚乙烯(丙烯)二(甲基)丙烯酸酯和含尿脘的多官能(甲基)丙烯酸酯。
共聚物和可光聚合的化合物的量可根据涂布性、跟进能力(follow-upcapability)、以及电路形成后图案本身的机械强度而设置。共聚物的量可设置为基于碳纳米管之外的树脂组合物的20到80重量％。可光聚合的化合物的量可设置为基于碳纳米管之外的树脂组合物的固体含量的15到70重量％。
光引发剂通过紫外光和其他辐射引发与可光聚合的低聚物的链式反应，其实例可包括蒽醌衍生物比如2-甲基蒽醌和2-乙基蒽醌，和安息香衍生物比如安息香甲基醚、二苯甲酮、菲醌和4，4’-二-(二甲基氨基)二苯甲酮。另外，可列举下列化合物：1-羟基环己基苯酮、2，2-二甲氧基-1，2-联苯乙-1-酮、2-甲基-1-[4-(甲硫基)苯基]-2-吗啉-1-酮、2-苯甲基-2-二甲基氨基-1-[4-吗啉苯基]丁-1-酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基丙-1-酮、2，4，6-三甲基苯甲酰基二苯基膦氧化物、1-[4-(2-羟基甲氧基)苯基]-2-羟基-2-甲基丙-1-酮、2，4-二乙基噻吨酮、2-氯噻吨酮、2，4-二甲基噻吨酮、3，3-二甲基-4-甲氧基二苯甲酮、二苯甲酮、1-氯-4-丙氧基噻吨酮、1-(4-异丙基苯基)2-羟基-2-甲基丙-1-酮、1-(4-十二烷基苯基)-2-羟基-2-甲基丙-1-酮、4-苯甲酰基-4’-甲基二甲基硫、4-二甲基氨基苯甲酸、甲基4-二甲基氨基苯甲酸酯、乙基4-二甲基氨基苯甲酸酯、丁基4-二甲基氨基苯甲酸酯、2-乙基己基4-二甲基氨基苯甲酸酯、2-异戊基4-二甲基氨基苯甲酸酯、2，2-二乙氧基苯乙酮、苯甲酮二甲基乙缩醛、苯甲酮β-甲氧基二乙基乙缩醛、1-苯基-1，2-丙二肟-o，o’-(2-羰基)乙氧基乙醚、邻苯甲酰苯甲酸甲酯(methyl o-benzoylbenzoate)、双(4-二甲基氨基苯基)酮、4，4’-双(二乙基氨基)二苯甲酮、4，4’-二氯二苯甲酮、苯甲基(benzyl)、安息香、甲氧基安息香、乙氧基安息香、异丙氧基安息香、正丁氧基安息香、异丁氧基安息香、叔丁氧基安息香、对二甲基氨基苯乙酮、对叔丁基三氯苯乙酮、对叔丁基二氯苯乙酮、噻吨酮、2-甲基噻吨酮、2-异丙基噻吨酮、二苯并环庚酮、α，α-二氯-4-苯氧基苯乙酮和戊基4-二甲基氨基苯甲酸酯。
光引发剂的量可设置为基于除碳纳米管之外的树脂组合物的1到10重量％。
碳纳米管没有特别限制，其实例可包括单壁碳纳米管(SWCNT)、双壁碳纳米管(DWCNT)和多壁碳纳米管(MWCNT)。
考虑到可分散性，碳纳米管可选择性地和分散剂一起分散于有机溶剂中，然后进行超声处理以均匀分散碳纳米管，从而获得碳纳米管的分散体溶液。碳纳米管的分散体没有特别限制，可包括例如使用超声处理、三辊磨(three-roll mill)、均化机(homogenizinger)、捏和机、磨混合机(mill-blender)、或球磨的物理分散体。此外，可通过掺合或混合将碳纳米管加入可光聚合的树脂组合物。此外，为了适当地分散碳纳米管，可使用添加剂比如分散剂或乳化剂。
具有分散的碳纳米管的导电层的形成过程可包括但不局限于例如喷涂、旋涂、或使用刮片流延。
因而，就用于显示器的电极膜的表面电阻率和透光率而言，以固体含量为基准，碳纳米管的量和可溶于碱的聚合物和可光聚合的化合物的总量的比值可以是按重量计1∶0.2到1∶10。
碳纳米管的分散体溶液可以和可光聚合的树脂组合物混合，此后可将该混合物涂布于预定的衬底上，从而形成导电层。特别地，可将混合物涂布于玻璃衬底或塑料衬底上，从而获得导电层叠物，导电层叠物也可用作透明电极。
此外，导电层可使用光刻形成图案以用作透明电极，该透明电极包括形成了电路的导电树脂层。特别地，可将用于形成电路的光掩模置于导电层上，然后进行曝光和显影，从而制造电极图案。
此外，当形成膜类透明电极时，可将用于导电层的组合物涂布于具有热抗性的透明衬底膜上，然后干燥溶剂，从而获得具有导电层的透明电极膜。
从透明电极膜形成电极图案的过程可包括：将用于形成电路的光掩模置于导电层上，然后像上述光刻法那样进行曝光和显影，从而制造电极图案。
此处，上述粘合剂聚合物、可光聚合的低聚物和光引发剂不限制本发明，可在不改变本发明范围的范围内改成多种化合物，这对本领域普通技术人员而言是显而易见的。
当可以将具有分散的碳纳米管的导电层制成10nm到5μm范围内的厚度时，就导电层具有良好的导电率、抑制显示器的光学性质(比如透光率)的劣化和形成良好的电极图案而言是有利的。如果导电层的厚度比10nm薄，则导电层的表面电阻率会不当地增大，导电率降低，此外导电层在碱性溶液中会变弱，使得难以形成电路。相反，如果其厚度比5μm厚，则透光率会降低，导电层不适合用于显示装置。
由此获得的包括导电层的透明电极膜可改进导电性，不使入射光的透光率变差，可得到明亮的图像。
为了制成透明电极，根据本发明实施方案的透明电极膜的表面电阻率可为1000Ω/sq或以下，在550nm的波长下的透光率为70％或以上。优选地，在550nm的透光率可以是80％或以上，表面电阻率可以是700Ω/sq或以下。
此外，导电层的表面电阻率可为1000Ω/sq或以下，在550nm的波长下的透光率为70％或以上。优选地，在550nm的透光率可以是80％或以上，表面电阻率可以是700Ω/sq或以下。
通过下列实施例可以获得对本发明的更好的理解，所述实施例用于说明本发明，但不应视为限制本发明。
<聚酰亚胺衬底膜的制造>
制备实施例1
为了形成聚酰亚胺膜(一种有机绝缘膜)，先制备前体溶液。具体地，使用已知方法在二甲基乙酰胺中将2，2’-双(三氟甲基)-4，4’-二氨基联苯(2，2’-TFDB)、联苯四羧酸二酐(BPDA)和2，2-双(3，4-二羧基苯基)六氟丙烷二酐(6-FDA)缩合，从而获得聚酰亚胺前体溶液(固体含量20％)，该聚酰亚胺前体溶液是一种有机绝缘膜的前体溶液。该反应由下列反应1表示。
反应式1：
Figure GSA00000047115300101
然后，根据上面已知的方法，向300g聚酰亚胺前体溶液中分别加入2到4当量的乙酸酐(可从SamChun获得的氧化乙酰)和吡啶(可从SamChun获得)作为化学固化剂，然后在20到180℃的温度范围内以1到10℃/分钟的加热速率加热得到的聚酰胺酸溶液2到10小时，使得聚酰胺酸溶液部分亚胺化并固化，从而制备含有部分亚胺化(部分固化)的中间体的溶液。
下面的反应2表示通过加热聚酰亚胺前体制备聚酰亚胺膜。在本发明的实施方案中，聚酰亚胺不通过亚胺化整个前体溶液获得，而是通过亚胺化预定比例的前体获得。
反应式2：
Figure GSA00000047115300111
具体地，在预定条件下加热并搅拌聚酰亚胺前体溶液，从而在聚酰亚胺前体的酰胺基氢原子和羧基之间产生脱水和闭环。如下式1所示，形态B的中间体部分和形态C的亚胺部分通过反应2表示的反应生成。此外，在分子链中，存在完全不发生脱水的形态A的聚酰亚胺前体部分。
如下式1所示，在聚酰亚胺前体被部分亚胺化的分子链中，混合了形态A(聚酰亚胺前体部分)、形态B(中间体部分)和形态C(酰亚胺部分)。
化学式1：
Figure GSA00000047115300121
将30g具有上述混合结构的亚胺化的溶液加入300g水使之沉淀，然后过滤并研磨沉淀的固体，由此获得粉末，然后在真空烤炉中于80到100℃干燥2到6小时，由此获得约8g固体树脂粉末。通过上述过程，将形态A的聚酰亚胺前体部分转为形态B或C。将固体树脂溶于充当聚合溶剂的32g DMAc或DMF，由此获得20重量％的聚酰亚胺溶液。在40到400℃的温度范围内以1到10℃/分钟的加热速率加热聚酰亚胺溶液2到8小时，得到厚度为50μm和100μm的聚酰亚胺膜。
聚酰亚胺前体被部分亚胺化的状态由下列反应3表示。
反应式3：
Figure GSA00000047115300122
例如，在上述条件下，约45到50％的前体被亚胺化和固化。部分前体被亚胺化的亚胺化率可通过改变加热温度或时间容易地控制，可设置为约30到90％。
在部分聚酰亚胺前体的亚胺化过程中，当聚酰亚胺前体通过脱水和闭环被亚胺化时产生水。然而，这些水可引起聚酰亚胺前体的酰胺的水解或分子链的裂解，不当地降低稳定性。因此，应通过加入在聚酰亚胺前体溶液加热时使用甲苯或二甲苯的共沸反应，或通过上述脱水剂的挥发而将水除去。
下面描述涂布溶液的制备过程。具体地，以100重量份溶液和20到30重量份聚酰亚胺前体的比例将部分固化的中间体加入在聚酰亚胺前体的制备中使用的溶剂，由此制备均匀的涂布溶液。
然后，通过旋涂或使用刮片的流延将上述树脂溶液涂布于用于成膜的衬底比如玻璃或SUS上，然后在上述高温下干燥，由此形成厚50μm的膜。由此形成的膜不基于竖轴/横轴单独对膜的任何一个表面进行拉伸处理，因此其整个表面具有相同的折射率。
制备实施例2
将氮气通过100ml三颈圆底烧瓶反应器的同时，将34.1904g N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)放入该反应器，该反应器装有搅拌器、氮气入口、滴液漏斗、温度控制器和冷凝器，将反应器的温度降至0℃，将4.1051g(0.01mol)6-HMDA溶于其中，然后将该溶液维持在0℃。然后，将4.4425g(0.01mol)6-FDA加入其中并搅拌1小时，由此完全溶解6-FDA。由此固体含量为20重量％。然后在室温下搅拌溶液8小时，由此获得在23℃的粘度为2400cps的聚酰胺酸溶液。
然后，使用刮片在玻璃衬底上将反应完成后获得的聚酰胺酸溶液流延至500到1000μm的厚度，并在真空烤炉中在40℃干燥1小时，并在60℃干燥2小时，由此获得自支持膜，然后在高温烤炉中在80℃加热3小时，在100℃加热1小时，在200℃加热1小时，和在300℃加热30分钟，加热速率为5℃/分钟，从而制造厚度为50μm的聚酰亚胺膜。
制备实施例3
如制备实施例2，将2.9233g(0.01mol)的APB-133溶于29.4632g的DMAc，然后将4.4425g(0.01mol)的6-FDA加入其中并搅拌1小时，由此完全溶解6-FDA。由此，固体含量为20重量％。然后在室温下搅拌溶液8小时，由此获得在23℃的粘度为1200cps的聚酰胺酸溶液。
然后，进行和制备实施例2中相同的处理，由此制造聚酰亚胺膜。
按下列方法测量制备实施例1到3中制造的聚酰亚胺膜的性质。结果列于下表1。
(1)透光率和彩色坐标
使用紫外分光光度计(Cary100，可从Varian获得)测量聚酰亚胺膜的透光率。
根据ASTM E 1347-06使用紫外分光光度计(Cary100，可从Varian获得)测量聚酰亚胺膜的彩色坐标。标准光源是CIE D65。
(2)黄度指数
根据ASTM E313测量聚酰亚胺膜的黄度指数。
(3)线性热膨胀系数(CTE)
根据TMA方法使用TMA(Q400，可从TA Instrument获得)在50到250℃确定聚酰亚胺膜的平均CTE。
表1
Figure GSA00000047115300141
实施例1到10
在制备实施例1到3的聚酰亚胺膜上，用喷涂以薄膜的形式涂布由下表2所示的组分组成的用于导电层的组合物，由此形成具有分散的碳纳米管的导电层。
具体地，碳纳米管是通过将碳纳米管选择性地和分散剂(包括聚乙烯吡咯烷酮(PVP)或Nafion)一起加入异丙醇获得的碳纳米管的分散体溶液，然后在200W和40kHz的条件下进行超声处理。
然后，在诸如乙酸酯、醇或酮的溶剂中将碳纳米管的分散体溶液和可溶于碱的粘合剂树脂、可光聚合的化合物和光引发剂混合，由此获得用于导电层的组合物。调节组合物的固体含量以形成具有所需厚度的导电层。
然后，使用喷涂和旋涂将这样的用于导电层的组合物涂布于聚酰亚胺膜上，然后在热空气烤炉中在120℃干燥，由此形成导电层，该导电层是具有分散的碳纳米管的可光聚合的树脂层。
通过使用扫描电子显微镜(SEM)观察制得的透明电极膜的截面测量导电层的厚度。
表2
Figure GSA00000047115300151
注：
CNT1：单壁碳纳米管，SPH1128，可从Unidym获得
CNT2：多壁碳纳米管，VGCF-X，可从Showa Denko获得
可溶于碱的粘合剂树脂：羟丙基甲基纤维素乙酸酯邻苯二甲酸酯
可光聚合的化合物：由可从Miwon Commercial获得的PU-280和可从Nippon Kayaku获得的HX-220组成的40∶60重量％的混合物
光引发剂：由二苯甲酮和4，4-双(二乙基氨基)二苯甲酮组成的50∶50重量％的混合物
比较实施例1
使用和实施例1相同的过程形成由95.0重量％的CNT1，2.5重量％的可溶于碱的粘合剂树脂，2.4重量％的可光聚合的化合物和0.25重量％的光引发剂组成的导电层。
比较实施例2
使用和实施例1相同的过程形成由4.0重量％的CNT1，50重量％的可溶于碱的粘合剂树脂，45重量％的可光聚合的化合物和1重量％的光引发剂组成的导电层。
试验实施例1
按下列方法评价实施例1到10和比较实施例1到2中获得的透明电极膜的性质。结果列于下表3和4。
(1)光学性质
使用紫外分光光度计(CM-3700d，可从Konika Minolta获得)测量透明电极膜在未形成电路的状态下的可见光透光率。
(2)表面电阻率
在未形成电路的状态下测量用于透明电极膜的导电层的表面电阻率。使用欧姆计(CMT-SR 2000N，可从Advanced Instrument Technology(AIT)获得，4点探针系统(4-Point Probe System)，测量范围：10×10-3到10×105)进行十次表面电阻率测量，测量值取平均。
(3)图案形成状态
按下列方式形成电极图案：借助于用于电路评价的光掩模，使用可从PerkinElmer获得的0B7120平行光曝光装置将透明导电层暴露于10到40mJ(取决于树脂膜的厚度)的紫外光，放置20分钟，然后使用1.0重量％碳酸钠水溶液通过喷涂显影，由此形成电路。然后使用放大镜观察由此形成的图案。将在曝光部分观察到电极层和在未曝光部分除去了导电层的结果评价为好。将在曝光部分电极层未形成电路或在未曝光部分未除去导电层的结果评价为差。
(4)热解重量分析(TGA)
-分析设备：TGA7(可从PerkinElmer获得)
-分析样品：通过在将制得的透明电极膜固化前将导电层溶于甲醇然后将它干燥获得的固体，或从衬底膜分离的导电层
-分析条件：
区段1：30到200℃，20℃/分钟，空气吹扫
区段2：200℃，保持10分钟，空气吹扫
区段3：200℃到900℃，20℃/分钟，空气吹扫
区段4：900℃，保持10分钟，空气吹扫
-热解起始温度：在200到450℃由区段3的初始重量比值引起5％重量减少的温度
-热解起始点：热解开始后和拐点相应的温度
表3
  表面电阻率(Ω/sq)   透光率(％，在550nm)   形成图案的状态
 实施例1   156   85.2   好
 实施例2   667   86.2   好
 实施例3   525   82.6   好
 实施例4   780   83.5   好
 实施例5   780   77.5   好
 实施例6   824   72.1   好
 实施例7   428   77.2   好
 实施例8   372   75.3   好
 实施例9   338   71.0   好
 实施例10   920   72.9   好
 比较实施例1   122   84.2   差
 比较实施例2   4.2×104   87.1   好
表4
Figure GSA00000047115300171
从表3和4明显可以看出，根据本发明实施方案的包括碳纳米管的导电层可以制造具有优良的导电率和透光率的透明电极，并促进电路图案的形成。
尽管出于说明的目的公开了本发明的实施方案，但本领域技术人员可以理解，在不脱离权利要求中公开的本发明范围和精神的情况下，可作多种不同的修改，加入和替换。因此，这些修改，加入和替换也应理解为落入本发明范围。

Claims (17)

1.含有导电层的透明电极，所述导电层含有碳纳米管并具有至少两个热解起始点，所述导电层在200到900℃的热解范围内具有至少5％的重量减少，所述热解范围包括在200到450℃引发热解并具有W1％的重量减少的第一热解范围，和在450到700℃引发热解并具有W2％的重量减少的第二热解范围，且W1/W2为0.1到20。
2.如权利要求1所述的透明电极，其中所述导电层从含有可溶于碱的粘合剂树脂、可光聚合的化合物、光引发剂和碳纳米管的组合物获得。
3.如权利要求2所述的透明电极，其中以固体含量为基准，碳纳米管的量和可溶于碱的粘合剂树脂和可光聚合的化合物的总量的比值为按重量1∶0.2到1∶10.0。
4.如权利要求1所述的透明电极，其中导电层的厚度在10nm到5μm的范围内。
5.如权利要求1所述的透明电极，所述透明电极在550nm的透光率为70％或以上，表面电阻率为1,000Ω/sq或以下。
6.如权利要求1所述的透明电极，所述电极通过使用光刻形成导电层图案而获得。
7.含有衬底和导电层的导电层叠物，所述导电层含有碳纳米管并具有至少两个热解起始点，所述导电层在200到900℃的热解范围内具有至少5％的重量减少，所述热解范围包括在200到450℃引发热解并具有W1％的重量减少的第一热解范围，和在450到700℃引发热解并具有W2％的重量减少的第二热解范围，且W1/W2为0.1到20。
8.如权利要求7所述的导电层叠物，其中所述导电层从含有可溶于碱的粘合剂树脂、可光聚合的化合物、光引发剂和碳纳米管的组合物获得。
9.如权利要求8所述的导电层叠物，其中以固体含量为基准，碳纳米管的量和可溶于碱的粘合剂树脂和可光聚合的化合物的总量的比值为按重量1∶0.2到1∶10.0。
10.如权利要求7所述的导电层叠物，其中所述导电层的厚度在10nm到5μm的范围内。
11.如权利要求7所述的导电层叠物，所述导电层叠物在550nm的透光率为70％或以上，表面电阻率为1,000Ω/sq或以下。
12.如权利要求7所述的导电层叠物，其中所述衬底是塑料膜或玻璃衬底。
13.导电层，所述导电层含有碳纳米管并具有至少两个热解起始点，所述导电层在200到900℃的热解范围内具有至少5％的重量减少，所述热解范围包括在200到450℃引发热解并具有W1％的重量减少的第一热解范围，和在450到700℃引发热解并具有W2％的重量减少的第二热解范围，且W1/W2为0.1到20。
14.如权利要求13所述的导电层，其中所述导电层从含有可溶于碱的粘合剂树脂、可光聚合的化合物、光引发剂和碳纳米管的组合物获得。
15.如权利要求14所述的导电层，其中以固体含量为基准，碳纳米管的量和可溶于碱的粘合剂树脂和可光聚合的化合物的总量的比值为按重量1∶0.2到1∶10.0。
16.如权利要求13所述的导电层，所述导电层的厚度在10nm到5μm的范围内。
17.如权利要求13所述的导电层，所述导电层在550nm的透光率为70％或以上，表面电阻率为1,000Ω/sq或以下。
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