CN102157223A - 透明导电叠层体及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及透明导电叠层体及其制造方法，本发明一实施例的透明导电叠层体包含一有机聚合物的透明基材及一透明导电的铟锡氧化物层。该透明导电的铟锡氧化物层是于室温至80℃的温度范围条件下形成于该透明基材表面，其厚度为10～50nm，又其构成元素铟(In)及锡(Sn)的比例需满足重量百分比关系：Sn/(Sn+In)＝0.5％～7％。且该透明导电叠层体的电子能隙大于3.6eV。

Description

透明导电叠层体及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种透明导电叠层体与其制造方法，特别涉及一种包含金属氧化物层的透明导电叠层体与其制造方法。

背景技术

随着信息及电子技术的快速进步，人们所使用的3C电子产品都往轻、薄、短、小的趋势发展。目前触控面板已成为一项不可或缺的输入装置，可以直接的操作方法完成指令输入与功能操作，因此改变人与3C电子产品间的互动方式，从而越来越普遍应用至各种3C电子产品。它是目前最易于使用而又特别适于多媒体信息查询的输入装置，简言之，触控面板具有坚固耐用、反应速度快、节省空间及易于操作等许多优点。

依目前触控式面板的工作原理和传输信息的介质分类，可将其分为：电阻式、电容式、红外线式及表面声波式，其中以电阻式触控面板为市场最广泛应用。而电容式触控面板具有多点式输入的特色，使用者可以手指同时在触控面板屏幕上输入指令与图形操控，已成为触控面板近来的主流产品。而电阻式与电容式的触控面板皆需要有透明导电氧化物(transparent conductiveoxide；TCO)层来产生触控动作的感应讯号，大部分的透明导电氧化物层的材料是以氧化铟锡(Indium Tin Oxide；ITO)为主。

电阻式触控面板的主要结构是以两个分别具透明导电氧化物层的基材与设于中间的间隔颗粒(spacer)所构成，再者，基于工作原理的需要，触控面板是通过手指触碰受压变形而达到操控的功能。因此，触控面板上具透明导电氧化物层的基材材料的选用受到限制，亦即需要使用可挠性的透明有机聚合物为基材的材料，该具透明导电氧化物层的基材或可称为透明导电叠层体。一般该可挠性透明导电叠层体包含聚对苯二甲酸乙二酯(polyethyleneterephthalate；PET)的塑料基板与透明导电氧化物层。

透明导电氧化物层的光学性质与本身结晶性有着密切关系，随着工艺温度升高，可以促进透明导电氧化物层的结晶程度越完全，同时光线透过率明显升高，电阻值也可以大幅度降低。一般在镀层温度达到380℃附近时，光线透过率达到最高。若透明导电氧化物层是镀在传统玻璃基材上，则因为玻璃基材的耐热变形温度可以在1,000℃左右，因此380℃的镀层工艺温度对于玻璃基材不产生任何影响。相对地，若透明导电氧化物层是镀在塑料基材上，则透明导电氧化物层会受限于塑料基材的玻璃转换温度Tg(glass transienttemperature)值而无法进行高温工艺。由于透明导电氧化物层的形成温度受限，故造成膜层的结晶度较差、光线透过率低、电阻的阻值偏高且性质不稳定，以及耐环境特性不足等缺点。

综上所述，触控面板产业实需要提出透明导电叠层体更佳的制造工艺及结构，以解决上述可挠性透明导电叠层体所遭遇的问题。

发明内容

本发明揭示一种透明导电叠层体与其制造方法，其采低温工艺技术形成透明导电氧化物层，通过靶材比例控制、镀膜前真空度与水气控制，所形成的透明导电叠层体上透明导电叠层有较高的电子能隙，并具有光线透过率高及电阻的阻值低等优点。由于本发明采低温工艺技术，故适于应用于以整卷可挠性透明有机聚合物为基材的连续量产制造，减少高温时拉力容易造成基材永久变形的问题。

本发明的一个实施方式揭示了一种透明导电叠层体，其包含一有机聚合物的透明基材及一透明导电的铟锡氧化物层。该透明导电的铟锡氧化物层的厚度为10～50nm，其构成元素铟(In)及锡(Sn)的比例需满足重量百分比关系：Sn/(Sn+In)＝0.5％～7％。且该透明导电叠层体的电子能隙大于3.6eV。

该透明导电的铟锡氧化物层是控制于室温至80℃的范围内形成于该透明基材表面，其较佳的温度范围介于40℃至80℃。

本发明的一个实施方式揭示一种透明导电叠层体的制造方法，包含步骤如下：提供一有机聚合物的透明基材；以及使用包含锡及铟的靶材，并于室温至80℃的范围内在该有机聚合物的透明基材上形成一透明导电的铟锡氧化物层；其中该靶材内铟及锡的比例需满足重量百分比关系：Sn/(Sn+In)＝0.5％～7％，又该透明导电的铟锡氧化物层的厚度为10～50nm，及该透明导电叠层体的电子能隙大于3.6eV。

该透明导电的铟锡氧化物层形成时所在的腔室是维持真空度低于5×10^-6torr，其较佳的真空度范围低于2×10^-6torr。

上文已经概略地叙述本发明的技术特征及优点，使下文本发明的详细描述得以获得较佳了解。构成本发明的权利要求标的的其它技术特征及优点将描述于下文。本发明所属技术领域的技术人员应可了解，下文揭示的概念与特定实施例可作为基础而相当轻易地予以修改或设计其它结构或工艺而实现与本发明相同的目的。本发明所属技术领域的技术人员亦应可了解，这类等效的建构并无法脱离权利要求所提出的本发明的精神和范围。

附图说明

图1为本发明一实施例的透明导电叠层体的剖面示意图；及

图2为本发明一实施例的透明导电叠层体的制造方法的流程图。

主要元件标记说明

10        透明导电叠层体

11        透明基材

12        铟锡氧化物层

具体实施方式

图1例示本发明一实施例的透明导电叠层体的剖面示意图。一透明导电叠层体10包含一有机聚合物的透明基材11及一透明导电的铟锡氧化物层12。该透明导电的铟锡氧化物层12的厚度为10～50nm，其构成元素铟(In)及锡(Sn)的比例需满足重量百分比关系：Sn/(Sn+In)＝0.5％～7％，较佳地是铟锡氧化物中另包含微量的锡掺杂。且该透明导电叠层体10的电子能隙大于3.6eV，而较佳的电子能隙大于3.9eV。

该有机聚合物的透明基材11为一般常见的光学级透明软性塑料基板，其材料可以是聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、芳香族聚酯(PAR)、聚醚砜(PES)、聚萘二甲酸二乙酯(PEN)或聚碳酸酯(Polycarbonate；PC)这些高分子化合物。上述各种材料依高分子结构的差异而显现不同的光学特性、耐热性及耐化性，然而应用于触控面板的塑料基板的选用首重光学特性，亦即在塑料基板于550nm波长光线的照射下，其光学穿透度需大于90％。

图2例示本发明一实施例的透明导电叠层体的制造方法的流程图。如步骤S21所示，先提供一有机聚合物的透明基材，其材料采用如前所述的光学级透明软性塑料基板。

参见步骤S22，使用包含锡及铟的靶材并于室温至80℃的范围内在该有机聚合物的透明基材上形成一透明导电的铟锡氧化物层。该靶材内铟及锡的比例需满足重量百分比关系：Sn/(Sn+In)＝0.5％～7％，该透明导电的铟锡氧化物层的长成厚度为10～50nm，及该透明导电叠层体的电子能隙大于3.6eV。

当该透明导电叠层体的电子能隙大于3.6eV时，即代表该透明导电层在形成膜层时有较佳的原子排列，故光在通过膜层时会减少散射机率，不仅在光学上有较优的穿透度表现，另外也代表膜层的结构较为密实稳定。由于该透明导电叠层体的结构强固，因此耐环境特性较佳，例如：可以避免湿气侵入结构内部而造成损坏或锈蚀。反之，当该透明导电叠层体的电子能隙小于3.6eV时，即代表该透明导电层在成膜时成膜条件较差，结晶结构较松散，光在通过透明导电膜层时因为容易碰到不规则排列的原子或者是缺陷的地方，会造成光线损失，故整体穿透度不佳且耐环境特性也相对较差。本发明的透明导电叠层体的制造方法及其结构已显然改善传统透明导电叠层体所遭遇的上述问题。

为了该透明导电的铟锡氧化物层在可见光范围有较高的穿透率，所包含的铟锡氧化物层也要具有大于可见光能量的能隙宽度。对铟锡氧化物层这类型的透明导电膜层而言，它的性质和所掺杂的阳离子有很大的关系，在选用掺混的阳离子时，阳离子的离子半径应略小于原化合物的离子半径，且不能与原化合物起反应而形成不纯物。因此，要得到良好的铟锡氧化物层，则要控制膜层的氧化状态及杂质离子掺入的质与量。本实施例是以低锡掺杂的铟锡氧化物靶材进行溅镀工艺；或者以铟及锡的金属靶材进行溅镀工艺，再对已形成的铟锡氧化物层掺杂微量锡。

该透明导电的铟锡氧化物层形成时所在的溅镀腔室是维持真空度低于5×10^-6torr，其较佳的真空度范围是低于2×10^-6torr，且该溅镀工艺较佳的温度范围是介于40℃至80℃。在此腔室的真空环境下，该真空度大多来自于水气的贡献，相对的水气含量亦需控制低于5×10^-6torr以下。且在形成铟锡氧化物层时，可将透明基材以低于80℃的温度适当加热。当基板温度控制在室温到80℃之间，该铟锡氧化物层在沉积(deposition)时拥有基础的动能，故结晶排列较整齐使得膜层内缺陷减少而导电性较高。并且膜层内因原子排列不良所造成的光散射现象也随之减少，从而使得通过光线的光谱会往短波长部分移动，在光学特性所产生的效果即是提高穿透度与减少铟锡氧化物层黄化现象。上述改善不但大幅提升该铟锡氧化物层的电子能隙，整体而言，该透明导电叠层体的电子能隙也会大于3.6eV。

由于一般塑料基材玻璃转换温度Tg值大约在80℃以下，然对于公知技术是采高温工艺镀铟锡氧化物层，因此在量产卷对卷(roll to roll)的方式出料(塑料基材)及收料时，会有收卷或放料的动作而仍需要维持塑料基材的一定张力。故在高温工艺下，当塑料基材超过玻璃转换温度Tg值时，塑料基材将会有永久变形的问题，不仅造成基材膜厚不均匀，且造成不同的相位差而影响光学表现。反观，本实施例的低温工艺、靶材选用及相关工艺参数控制，不仅可以成长结晶程度优、光线透过率高及电阻的阻值低的铟锡氧化物层，且适于应用于以整卷可挠性透明有机聚合物为基材的连续式量产制造。

通过上述靶材比例控制、镀膜前真空度与水气控制，故所形成于透明导电叠层体上透明导电叠层有较高的电子能隙，并具有光线透过率高及电阻的阻值低等优点。

如步骤S23所示，再于130℃至150℃的高温环境及历时30分钟的条件下，对该透明导电叠层体进行热处理。经过热处理的该透明导电叠层体的耐环境特性会明显提升，尤其是是耐酸蚀的程度会增加，有助于后续蚀刻工艺形成线路或图案时的可靠度。

实施例

制造一透明导电叠层体的实施例的具体实施方式为：选用的基材材料为聚对苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate；PET)125μm的塑料基板，使用Sn/(Sn+In)＝3％的氧化铟锡靶材，镀膜前真空度为2×10^-6torr，基材温度控制在60℃，通入氧气与氩气混合气体，此时真空度约为1×10^-3tor，使用直流溅镀法形成氧化铟锡薄膜，该薄膜厚度为18nm。

再将本透明导电叠层体经过150℃×0.5hr烘烤后测得全光线穿透度(visual light transmittance)为90.4％，利用全光线频谱计算Eg(电子能隙)大于3.92eV，使用四点探针测得表面阻抗为309Ω/cm²，再利用5％HCl浸泡5分钟测试耐酸程度，经过5％HCl浸泡5分钟后阻抗变为321Ω/cm²，计算该阻抗变化率为1.04，明显可发现耐酸程度极佳。一般来说耐候性较佳的氧化铟锡叠层体其电子能阶必须高于3.6eV，特别是高于3.9e以上其光电特性会有明显的区别，当电子能阶高于3.9eV时其全光线穿透度高，可大于90％，耐环境特性佳，而耐环境特性以5％HCl当作一种加速老化的测试，其浸泡后前后阻抗变化率小于1.2。而一般低能阶的透明导电性层叠体(＜3.6eV)，其全光线穿透率差(＜90％)，其耐环境特性差，特别经过5％HCl浸泡5分钟测试后，表面阻抗完全量测不到，代表表面的氧化铟锡层被HCl完全蚀刻掉。故由此可知本发明的透明导电叠层体为可具体实现的技术，并在电气特性上有良好的表现。

本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而所属技术领域的技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所揭示者，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为权利要求所涵盖。

Claims (17)

1.一种透明导电叠层体，其特征在于，包含：

一有机聚合物构成的透明基材；以及

一透明导电的铟锡氧化物层，设于该透明基材表面，该透明导电的铟锡氧化物层的厚度介于10～50nm，其构成元素铟及锡的比例需满足重量百分比关系：Sn/(Sn+In)＝0.5％～7％；

其中该透明导电叠层体的电子能隙大于3.6eV。

2.根据权利要求1所述的透明导电叠层体，其特征在于，该透明导电的铟锡氧化物层是于室温至80℃的范围内形成于该透明基材表面。

3.根据权利要求2所述的透明导电叠层体，其特征在于，形成所述透明导电的铟锡氧化物层的温度范围是介于40℃至80℃。

4.根据权利要求1所述的透明导电叠层体，其特征在于，该透明导电的铟锡氧化物层包含锡掺杂。

5.根据权利要求1所述的透明导电叠层体，其特征在于，该有机聚合物选自聚对苯二甲酸乙二酯、芳香族聚酯、聚醚砜、聚萘二甲酸二乙酯或聚碳酸酯。

6.根据权利要求1所述的透明导电叠层体，其特征在于，该透明导电叠层体的电子能隙大于3.9eV。

7.权利要求1～6任意一项所述的透明导电叠层体的制造方法，其特征在于，包含步骤如下：

提供一有机聚合物构成的透明基材；以及

使用包含锡及铟的靶材，并于室温至80℃的范围内在该有机聚合物的透明基材上形成一透明导电的铟锡氧化物层；

其中该透明导电叠层体的电子能隙大于3.6eV。

8.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述方法还包含于130℃至150℃的温度环境下对该透明导电叠层体进行30分钟的后加热处理的步骤。

9.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，该透明导电的铟锡氧化物层是以连续式溅镀工艺形成。

10.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，该透明导电的铟锡氧化物层的形成温度范围是介于40℃至80℃。

11.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，该透明导电的铟锡氧化物层形成时所在的环境是维持真空度低于5×10^-6torr。

12.根据权利要求11所述的制造方法，其特征在于，该透明导电的铟锡氧化物层形成时所在的环境是维持真空度低于2×10^-6torr。

13.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，该靶材是低锡掺杂的铟锡氧化物靶材。

14.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，该该靶材是铟及锡的金属靶材。

15.根据权利要求14所述的制造方法，其特征在于，所述方法还包含掺杂微量锡于该透明导电的铟锡氧化物层的步骤。

16.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述方法还包含于该透明导电的铟锡氧化物层形成时加热该有机聚合物的透明基材至室温到80℃间的步骤。

17.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，该透明导电叠层体的电子能隙大于3.9eV。