CN102024507A - 具有结晶的透明导电薄膜 - Google Patents

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李光荣
詹俊彬
胡文玮
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Abstract

一种具有结晶的透明导电薄膜，包含：一基材，以及由邻近而远离该基材而依序披覆的一第一透明导电层与一第二透明导电层，该第一透明导电层选自于下列材料的群组：氧化铟系、氧化锌系、氧化锡系及前述材料的一组合，该第二透明导电层的材料包含三氧化二铟及二氧化钛。通过第一透明导电层提供良好的耐候性，而第二透明导电层由三氧化二铟及二氧化钛制成，可降低薄膜结晶温度，因此本发明薄膜兼具良好结晶性、耐酸碱性以及耐候性。

Description

具有结晶的透明导电薄膜
技术领域
本发明涉及一种薄膜，特别涉及一种具有导电性、结晶性的透明导电薄膜。
背景技术
氧化铟锡(ITO)透明导电膜具有高透光性及良好导电性，因此被广泛应用于触控面板、发光二极管、太阳能电池等领域。以触控面板的应用为例，ITO透明导电膜通常披覆于一塑胶基板上，但是塑胶基板的耐热性不佳，其耐热温度上限约为160℃左右，所以ITO镀膜制程无法使用高温镀膜以及高温退火，导致成长出的ITO膜主要为非结晶的导电膜，因此其机械性质与耐酸碱性不佳。
而ITO材料主要包含重量百分比90％的In2O3与10％的SnO2，在部份文献与专利案中，例如日本专利JP2008-41364、JP2008-71531等专利案提及：可将ITO中的SnO2比例调降，使导电膜的结晶温度下降，但仍高于150℃，下降幅度有限。如须低于此温度则需要较繁杂的制程调整或者特殊设备辅助，才能成长出有结晶性的ITO导电膜。
此外，有些研究利用InTiO材料取代ITO作为透明导电膜，所述InTiO包含高比例的In2O3与微量的掺杂物，也就是一种氧化铟系导电膜，但是该材料中的掺杂物比例不高，结晶膜的耐候性较差，材料的耐温、阻隔水气等功能都不好，所以只使用InTiO材料作为透明导电膜也不尽理想。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用低温制成、具有良好结晶性、耐酸碱性以及耐候性的具有结晶的透明导电薄膜。
本发明具有结晶的透明导电薄膜，包含：一基材，以及由邻近而远离该基材而披覆的一第一透明导电层与一第二透明导电层，该第一透明导电层选自于下列材料的群组：氧化铟系、氧化锌系、氧化锡系及前述材料的一组合。该第二透明导电层的材料包含三氧化二铟及二氧化钛。
本发明的具有结晶的透明导电薄膜，该第二透明导电层的三氧化二铟的重量百分比为98％～99％。
本发明的具有结晶的透明导电薄膜，该第一透明导电层的材料为氧化铟锡。
本发明的具有结晶的透明导电薄膜，该第一透明导电层的厚度与第二透明导电层的厚度的和为d，且10纳米≤d≤140纳米。
本发明的有益效果在于：通过第一透明导电层提供良好的耐候性，而第二透明导电层由三氧化二铟及二氧化钛制成，可降低薄膜结晶温度，因此本发明薄膜兼具良好结晶性、耐酸碱性以及耐候性。
前述氧化铟系材料指：以氧化铟为主要材料，并且可选择地掺杂或不掺杂其它材料，同理，氧化锌系及氧化锡系材料的意思也类似。
需要说明的是，第一、二透明导电层的厚度都可分别调变，但是第一、二透明导电层的厚度和，可视产品的阻抗值需求而提供相应的薄膜厚度，当然，不同产品对于阻抗需求不同。在一般应用上，薄膜的阻抗值最小需求可以到50Ω/mm2左右，最大可以到600Ω/mm2左右，当薄膜厚度愈薄时，其阻抗愈大，薄膜厚度愈厚时，其阻抗愈小。阻抗值为50Ω/mm2～600Ω/mm2的薄膜，其第一、二透明导电层的厚度和为d，且10纳米≤d≤140纳米。
附图说明
图1是本发明具有结晶的透明导电薄膜的一最佳实施例的剖视示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明，要注意的是，在以下的说明内容中，类似的元件以相同的编号来表示。
参阅图1，本发明具有结晶的透明导电薄膜的第一最佳实施例包含：一基材1，以及由邻近而远离该基材1而依序披覆的一第一透明导电层2与一第二透明导电层3。
该基材1的材料例如：聚对苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate，PET)、聚碳酸酯(polycarbonate，PC)、聚乙烯(polyethylene，PE)等材料，本实施例的基材1材料为具有表面处理膜的PET基材，厚度约为125微米。
该第一透明导电层2披覆在该基材1的表面，其材料没有特殊限制，只要具有透光性与导电性的薄膜就可以，其材料选自于下列材料的群组：氧化铟系(InOx)、氧化锌系(ZnOx)、氧化锡系(SnOx)及上述材料的一组合。本实施例第一透明导电层2由氧化铟锡(ITO)制成，其中的In2O3与SnO2重量百分比(wt％)为90∶10，其厚度为4纳米(nm)。该第一透明导电层2利用真空溅镀方式镀着形成，镀膜压力为2×10-3torr，镀膜温度为室温，镀膜后经过150℃、1.5小时的退火(annealing)处理。
该第二透明导电层3披覆在该第一透明导电层2的表面，并且具有透光性与导电性，其材料为InTiO，也就是包含三氧化二铟(In2O3)与二氧化钛(TiO2)，所述In2O3的重量百分比(wt％)优选地占整体材料的98～99％，TiO2及其它微量氧化物优选地占1～2％，而本实施例的In2O3为98.99％。该第二透明导电层3的厚度为15nm，并且利用真空溅镀方式镀着形成，镀膜压力为2×10-3torr，镀膜温度为室温，镀膜后经过150℃、1.5小时的退火(annealing)处理。
参阅表1，为本发明实施例1、2与比较例1、2的结晶性、耐酸碱性及耐候性等测试结果，实施例2与该实施例1的结构相同，不同的地方在于所述第一、二透明导电层2、3的厚度，已详列于表1；比较例1只设置第一透明导电层2，比较例2只设置第二透明导电层3，而且比较例1、2的镀膜温度、镀膜压力、退火温度以及退火时间，都与所述实施例1、2相同。
在说明测试结果之前，首先说明各测试的进行方式：
(1)结晶性：利用X-ray衍射得到XRD衍射图谱而判断结晶性，表格中的“X”代表结晶性不佳，“O”代表结晶良好。
(2)耐酸性：将薄膜置入1当量浓度(N)的HCl溶液中，浸泡10分钟后，测量浸泡后的薄膜阻抗值是否有明显变化，如果测试后的阻抗值相较于测试之前的阻抗值增加许多，表示薄膜有被酸液蚀刻的现象，耐酸性不佳。需要说明的是，氧化物薄膜本身具有耐碱性，所以在此并未针对耐碱性进行实验与讨论。
(3)耐候性：将薄膜置于温度85℃、湿度85％的环境下72小时之后，再量测薄膜阻抗值，并与测试之前的薄膜阻抗值作比较。耐候性测试结果有2种依据，分别为表1中的“R1/R0”及“阻抗均匀性”。R0及R1分别代表耐候测试之前与之后量测到的薄膜阻抗值，而且为了提高精确性，量测薄膜上的多个点的阻抗值之后，再取多点平均来代表该薄膜的阻抗值。在温度85℃、湿度85％的环境下72小时之后，薄膜受到环境影响，其阻抗会增加，但是R1/R0愈小，代表测试后与测试前的阻抗值差异性愈小，薄膜受环境影响的程度小，耐候性好，有较佳的耐湿、耐温功能。
阻抗均匀性的定义如下，其值＝(Rmax-Rmin)/(Rmax+Rmin)，Rmax代表薄膜的多个量测点中的最大阻抗值，Rmin代表薄膜的数个量测点中的最小阻抗值。阻抗均匀性的数值愈小，代表测试后的薄膜整体的阻抗值具有高度均匀性，也表示薄膜受环境影响的程度小，具有良好耐候性。
由表1结果可知，比较例1只披覆ITO制成的第一透明导电层2，薄膜的结晶性不佳，其机械性质与耐酸性也不佳。比较例2只披覆InTiO制成的第二透明导电层3，虽然其薄膜具有良好结晶性与耐酸性，但是其R1/R0及阻抗均匀性的数值过高，表示耐候性不佳。由此可知，单一的第一透明导电层2或单一的第二透明导电层3，都无法同时兼顾薄膜的结晶性、耐酸性及耐候性等性质。
反观本发明，实施例1、2都由第一、二透明导电层2、3的双层膜层相互配合，第二透明导电层3为包含有In2O3及TiO2的InTiO材料，InTiO材料具有良好的导电性与远红外线波长的穿透度，且在较低温时，一般约小于150℃可结晶化，所以可降低薄膜的结晶温度，使本发明于室温下镀膜并配合150℃退火处理，就可以得到具有结晶的透明导电薄膜，而且结晶主要形成于该第二透明导电层3中，使本发明有良好的耐酸性，并提供薄膜整体较佳的机械性质，具有保护、防刮、耐磨的作用。
而ITO材料在高温环境下仍具有稳定的阻抗值，因此ITO制成的第一透明导电层2可提升薄膜的耐候性。而且实施例1的耐候性测试数值分别为1.1、3.6％，实施例2的耐候性测试数值分别为1.0、2.8％，表示本发明薄膜经过耐候性测试后，阻抗值变化率不大，薄膜整体阻抗也较为均匀，因此具有良好的耐候性，此乃因为第一、二透明导电层2、3的膜层配合，使薄膜致密、均匀、孔洞与缺陷较少，进而产生良好的阻绝水气与耐温效果。
表1
Figure B2009101729893D0000061
综上所述，通过第一透明导电层2提供良好的耐候性，而第二透明导电层3降低结晶温度，使薄膜于低温制程就可以结晶，本发明的薄膜成长温度都为室温，而后续退火温度也只需要150℃，因此本发明薄膜制程温度低，可以在塑胶基材1上进行，而且此低温制程成长出的薄膜，兼具良好的结晶性、耐酸碱性、耐候性及机械性质，确实达到本发明的目的。

Claims (4)

1.一种具有结晶的透明导电薄膜，包含：一个基材，以及由邻近而远离该基材而披覆的一第一透明导电层与一第二透明导电层，其特征在于，
该第一透明导电层选自于下列材料的群组：氧化铟系、氧化锌系、氧化锡系及前述材料的一组合，该第二透明导电层的材料包含三氧化二铟及二氧化钛。
2.根据权利要求1所述的具有结晶的透明导电薄膜，其特征在于，该第二透明导电层的三氧化二铟的重量百分比为98％～99％。
3.根据权利要求1所述的具有结晶的透明导电薄膜，其特征在于，该第一透明导电层的材料为氧化铟锡。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的具有结晶的透明导电薄膜，其特征在于，该第一透明导电层的厚度与第二透明导电层的厚度的和为d，且10纳米≤d≤140纳米。
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