CN102820092B - 图案化导电元件的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种图案化导电元件的制备方法，其具体包括：提供一基底；在所述基底的一表面形成一粘胶层；按照预定图案局部固化粘胶层，使得粘胶层形成一固化的第一区域和一未固化的第二区域；在粘胶层的表面形成一碳纳米管层；固化粘胶层，使第二区域的粘胶层与碳纳米管层粘结固定；以及去除位于第一区域的碳纳米管层，形成一图案化的碳纳米管层。
Description
技术领域
本发明涉及一种图案化导电元件的制备方法，尤其涉及一种制备基于碳纳米管的图案化导电元件的制备方法。
背景技术
透明导电元件，尤其是图案化导电元件，是各种电子设备，如触摸屏、液晶显示器、场发射显示装置等的重要元件。
现有技术中的图案化导电元件包括一基底以及形成于该基底表面的图案化的铟锡氧化物层（ITO层）。然而，ITO层在不断弯折后，其弯折处的电阻有所增大，其作为透明导电层具有机械和化学耐用性不够好的缺点，且存在电阻不均匀且电阻值范围较小的现象。从而导致现有的触摸屏存在耐用性差、灵敏度低及准确性较差等缺点。而且，ITO层作为透明导电层通常采用离子束溅射或蒸镀等工艺制备，因此，使得ITO层的制备成本较高。而图案化ITO层的方法通常为激光刻蚀，该方法不仅制备成本较高，而且制备效率较低。
发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种成本较低，且效率较高的图案化导电元件的制备方法。
一种图案化导电元件的制备方法，其具体包括：提供一基底；在所述基底的一表面形成一粘胶层；按照预定图案局部固化粘胶层，使得粘胶层形成一固化的第一区域和一未固化的第二区域；在粘胶层的表面形成一碳纳米管层；固化粘胶层，使第二区域的粘胶层与碳纳米管层粘结固定；以及去除位于第一区域的碳纳米管层，形成一图案化的碳纳米管层。
与现有技术相比较，本发明实施例提供的图案化导电元件的制备方法具有以下优点：通过先局部固化粘胶层，再形成碳纳米管层的方法可以使得待去除的碳纳米管层不被粘胶层固定，降低了去除碳纳米管层的难度，从而降低了制备成本，也提高了制备图案化导电元件的效率。
附图说明
图1为本发明实施例制备的图案化导电元件的示意图。
图2为图1的图案化导电元件的局部II放大图。
图3和图4为本发明实施例制备的图案化导电元件的俯视图。
图5为本发明实施例提供的图案化导电元件的制备方法的工艺流程图。
图6为图5的粘胶层局部固化后的俯视图。
图7为图5的碳纳米管膜的扫描电镜照片。
主要元件符号说明
| 图案化导电元件 | 10 |
| 基底 | 12 |
| 粘胶层 | 13 |
| 第一区域 | 132 |
| 第二区域 | 134 |
| 碳纳米管层 | 14 |
| 掩模 | 15 |
| 本体 | 150 |
| 通孔 | 152 |
| 紫外光 | 16 |
| 图案化的碳纳米管层 | 18 |
| 碳纳米管 | 182 |
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
下面将结合附图及具体实施例，对本发明提供的图案化导电元件及其制备方法作进一步的详细说明。
请参阅图1，本发明实施例提供一种图案化导电元件10，其包括一基底12，一粘胶层13以及一图案化的碳纳米管层18。所述粘胶层13设置于该基底12的一表面。所述图案化的碳纳米管层18设置于该粘胶层13的一表面，且通过粘胶层13固定于基底12的表面。
所述基底12主要起支撑的作用，其可以为一曲面型或平面型的结构。所述基底12具有适当的透光度。该基底12可以由硬性材料或柔性材料形成。具体地，所述硬性材料可选择为玻璃、石英、金刚石或塑料等。所述柔性材料可选择为聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯（PE）、聚酰亚胺（PI）或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等聚酯材料，或聚醚砜(PES)、纤维素酯、聚氯乙烯(PVC)、苯并环丁烯(BCB)或丙烯酸树脂等材料。优选地，所述基底12的透光度在75%以上。本实施例中，所述基底12为一平面型的PET膜。可以理解，形成所述基底12的材料并不限于上述列举的材料，只要能使基底12起到支撑的作用即可。
所述粘胶层13的材料可以为热塑胶、热固胶或UV胶等。所述粘胶层13的厚度为1纳米~500微米。优选地，所述粘胶层13的厚度为1微米~2微米。所述粘胶层13具有适当的透光度，优选地，所述粘胶层13的透光度在75%以上。本实施例中，所述粘胶层13为一厚度约为1.5微米的UV胶层。
所述图案化的碳纳米管层18包括一形成预定图案的碳纳米管层，该预定图案可以为单一图形、多个相同的单一图形、多个不同的单一图形的组合等。所述单一图形包括圆形、方形、三角形等常见的几何图形。所述多个相同形状的单一图形组成的阵列如图3所示，所述多个不同形状的单一图形图形组合如图4所示等。所述图案化的碳纳米管层18还可为一碳纳米管层去除上述单一图形、多个相同的单一图形或多个不同的单一图形的组合所得到的预定图案。
所述图案化的碳纳米管层18具有适度的透光度，优选地，所述图案化的碳纳米管层18的透光度在75%以上。从而，该图案化的碳纳米管层18可以用作透明导电层。
所述图案化的碳纳米管层18由若干碳纳米管组成，该图案化的碳纳米管层18中大多数碳纳米管的延伸方向基本平行于图案化的碳纳米管层18的表面。所述图案化的碳纳米管层18可为一从碳纳米管阵列中直接拉伸出来的碳纳米管膜制备而成，该碳纳米管膜具有自支撑性能，因此该图案化的碳纳米管层也可为一连续的整体结构，具自支撑性能。具体请参阅图2，由于图案化的碳纳米管层18由若干碳纳米管182组成，若干碳纳米管182之间通过范德华力相互连接形成一整体结构。且该若干碳纳米管182之间具有间隙。当该图案化的碳纳米管层18通过粘胶层13粘附于基底12表面时，该粘胶层13部分填充于所述图案化的碳纳米管层18中的碳纳米管182之间的间隙中，且填充于相邻的碳纳米管182之间的粘胶层13的表面比较平坦。进一步地，所述图案化的碳纳米管层18通过所述粘胶层13固定于基底12表面，通过外加压力的作用所述图案化的碳纳米管层18全部包埋于粘胶层13中，或部分包埋于所述粘胶层13中，部分暴露于所述粘胶层13外。本实施例中，所述图案化的碳纳米管层18中的大多数碳纳米管182部分表面包埋于粘胶层13中，部分表面暴露于粘胶层13外。从而，一方面该图案化的碳纳米管层18可通过粘胶层13固定于基底12表面，另一方面，碳纳米管182暴露的部分可使得图案化的碳纳米管层18的表面具有导电性。
可以理解，当所述基底12、粘胶层13以及图案化的碳纳米管层18都具有一定透光度时，所述图案化导电元件10成为一图案化透明导电元件，其可以用于触摸屏面板，场发射显示器以及液晶显示器等领域。
请参阅图5，本发明实施例提供一种制备图案化导电元件10的方法，其具体包括以下步骤：
步骤一，提供一基底12。
本实施例中，所述基底12为一平面型的PET膜。可以理解，形成所述基底12的材料并不限于上述列举的材料，只要能使基底12起到支撑的作用即可。优选地，所述为基底12为一透明基底。
步骤二，在所述基底12的一表面形成一粘胶层13。
所述粘胶层13的材料不限，只要是在某一条件下可以实现局部固化的粘胶都可以，如：热塑胶、热固胶或UV胶等。所述形成一粘胶层13的方法可以为旋涂法、喷涂法、刷涂等。本实施例中，所述粘胶层13为一厚度约为1.5微米的UV胶层，其通过刷涂的方法形成于PET膜一表面。
步骤三，按照预定图案局部固化粘胶层13，使得粘胶层13形成固化的第一区域132和未固化的第二区域134。
所述局部固化粘胶层13的方法与粘胶层13的材料有关。所述热塑胶可以通过局部冷却固化，所述热固胶可以通过局部加热固化，所述UV胶可以通过局部紫外光照固化。具体地，所述局部加热的方法可以通过掩模结合红外线照射法实现，所述局部紫外光照的方法可以通过掩模法实现。所述粘胶层13位于第二区域134的部分形成一预定图案，该预定图案可以为单一图形、多个相同的单一图形、多个不同的单一图形的组合等。所述单一图形包括圆形、方形、三角形等常见的几何图形。所述多个相同形状的单一图形组成的阵列如图3所示，所述多个不同形状的单一图形图形组合如图4所示等。所述预定图案还可为一平面除去上述单一图形、多个相同的单一图形或多个不同的单一图形的组合所得到的预定图案。所述预定图案的形状与所要制备的图案化的碳纳米管层18的形状相同。
请参阅图6，本实施例中，所述第一区域132固化的粘胶层13和第二区域134未固化的粘胶层13分别形成多个间隔设置的条形图案。本实施例的粘胶层13为一UV胶层，其固化的方法具体包括以下步骤：
首先，在所述粘胶层13上方设置一掩模15。
所述掩模15悬空设置于所述粘胶层13远离基底12的表面上方。所述掩模15的形状和大小根据所要制备的图案化的碳纳米管层18选择。具体地，所述掩模15包括一本体150，且该本体150上设置有通孔152。所述通孔152为透光部，所述本体为挡光部。所述透光部可以位于挡光部的中间位置也可以位于挡光部的边缘位置。由于掩模15的作用，所述粘胶层13对应于透光部的区域定义为第一区域132，对应于挡光部的区域定义为第二区域134。本实施例中，所述掩模15为一具有多个条形开孔的挡板。
其次，采用紫外光16通过掩模15照射所述粘胶层13。
由于被挡光部遮挡，所述粘胶层13位于第二区域134的部分不会被紫外光16照射到。而粘胶层13位于第一区域132的部分，由于通过透光部暴露，所以会被紫外光16照射到。由于所述粘胶层13为一UV胶层，所以通过紫外光16照射后，位于第一区域132的粘胶层13固化，而位于第二区域134的粘胶层13不会固化。所述紫外光16照射的时间为2秒~30秒。本实施例中，所述紫外光16照射的时间为4秒。
最后，去除所述掩模15。
步骤四，在粘胶层13表面形成一碳纳米管层14。
所述碳纳米管层14由若干碳纳米管组成，该碳纳米管层14中大多数碳纳米管的延伸方向基本平行于该碳纳米管层14的表面。所述碳纳米管层14的厚度不限，可以根据需要选择；所述碳纳米管层14的厚度为0.5纳米~100微米；优选地，该碳纳米管层14的厚度为100纳米~200纳米。由于所述碳纳米管层14中的碳纳米管均匀分布且具有很好的柔韧性，使得该碳纳米管层14具有很好的柔韧性，可以弯曲折叠成任意形状而不易破裂。
所述碳纳米管层14中的碳纳米管包括单壁碳纳米管、双壁碳纳米管及多壁碳纳米管中的一种或多种。所述单壁碳纳米管的直径为0.5纳米~50纳米，双壁碳纳米管的直径为1.0纳米~50纳米，多壁碳纳米管的直径为1.5纳米~50纳米。所述碳纳米管的长度大于50微米。优选地，该碳纳米管的长度优选为200微米~900微米。
所述碳纳米管层14中的碳纳米管无序或有序排列。所谓无序排列是指碳纳米管的排列方向无规则。所谓有序排列是指碳纳米管的排列方向有规则。具体地，当碳纳米管层14包括无序排列的碳纳米管时，碳纳米管相互缠绕或者各向同性排列；当碳纳米管层14包括有序排列的碳纳米管时，碳纳米管沿一个方向或者多个方向择优取向排列。所谓“择优取向”是指所述碳纳米管层14中的大多数碳纳米管在一个方向或几个方向上具有较大的取向几率；即，该碳纳米管层14中的大多数碳纳米管的轴向基本沿同一方向或几个方向延伸。所述碳纳米管层14之中的相邻的碳纳米管之间具有间隙，从而在碳纳米管层14中形成多个间隙。
本实施例中，所述碳纳米管层14包括至少一碳纳米管膜。当所述碳纳米管层14包括多个碳纳米管膜时，该碳纳米管膜可以基本平行无间隙共面设置或层叠设置。请参阅图7，所述碳纳米管膜是由若干碳纳米管组成的自支撑结构。所述若干碳纳米管沿同一方向择优取向排列。该碳纳米管膜中大多数碳纳米管的整体延伸方向基本朝同一方向。而且，所述大多数碳纳米管的整体延伸方向基本平行于碳纳米管膜的表面。进一步地，所述碳纳米管膜中多数碳纳米管是通过范德华（Van Der Waals）力首尾相连。具体地，所述碳纳米管膜中基本朝同一方向延伸的大多数碳纳米管中每一碳纳米管与在延伸方向上相邻的碳纳米管通过范德华力首尾相连。当然，所述碳纳米管膜中存在少数随机排列的碳纳米管，这些碳纳米管不会对碳纳米管膜中大多数碳纳米管的整体取向排列构成明显影响。所述碳纳米管膜不需要大面积的载体支撑，而只要相对两边提供支撑力即能整体上悬空而保持自身膜状状态，即将该碳纳米管膜置于（或固定于）间隔设置的两个支撑体上时，位于两个支撑体之间的碳纳米管膜能够悬空保持自身膜状状态。
具体地，所述碳纳米管膜中基本朝同一方向延伸的多数碳纳米管，并非绝对的直线状，可以适当的弯曲；或者并非完全按照延伸方向上排列，可以适当的偏离延伸方向。因此，不能排除碳纳米管膜的基本朝同一方向延伸的多数碳纳米管中并列的碳纳米管之间可能存在部分接触。
具体地，所述碳纳米管膜包括多个连续且定向排列的碳纳米管片段。该多个碳纳米管片段通过范德华力首尾相连。每一碳纳米管片段包括多个相互平行的碳纳米管，该多个相互平行的碳纳米管通过范德华力紧密结合。该碳纳米管片段具有任意的长度、厚度、均匀性及形状。该碳纳米管膜中的碳纳米管沿同一方向择优取向排列。
可以理解，通过将多个碳纳米管膜平行且无间隙共面铺设或/和层叠铺设，可以制备不同面积与厚度的碳纳米管层14。每个碳纳米管膜的厚度可为0.5纳米~100微米。当碳纳米管层14包括多个层叠设置的碳纳米管膜时，相邻的碳纳米管膜中的碳纳米管的排列方向形成一夹角α，0˚≤α≤90˚。
所述碳纳米管膜可通过从碳纳米管阵列直接拉取获得。具体地，首先于石英或晶圆或其它材质之基板上长出碳纳米管阵列，例如使用化学气相沈积（Chemical
Vapor Deposition，CVD）方法；接着，以拉伸技术将碳纳米管逐一从碳纳米管阵列中拉出而形成。这些碳纳米管藉由范德华力而得以首尾相连，形成具一定方向性且大致平行排列的导电细长结构。所形成的碳纳米管膜会在拉伸的方向具最小的电阻抗，而在垂直于拉伸方向具最大的电阻抗，因而具备电阻抗异向性。
所述碳纳米管层14可以通过印刷、沉积或直接铺设等方法形成于粘胶层13表面。本实施例中，所述碳纳米管层14为一具有自支撑作用的碳纳米管膜，其可以直接铺设于整个粘胶层13表面。可以理解，通过平行无间隙设置多个碳纳米管膜可以拼接成大面积的碳纳米管层14。
当碳纳米管层14形成于粘胶层13表面后，由于粘胶层13位于第一区域132的部分已经固化，所以位于第一区域132的碳纳米管层14仅形成于粘胶层13表面，且通过范德华力与固化的粘胶层13结合。因此，所述位于第一区域132的碳纳米管层14与粘胶层13的结合力比较微弱。由于粘胶层13位于第二区域134的部分尚未固化，所以位于第二区域134的碳纳米管层14则会部分或全部浸润到粘胶层13中，且通过粘结力与粘胶层13结合。因此，所述位于第二区域134的碳纳米管层14与粘胶层13的结合力比较牢固。优选地，所述位于第二区域134的碳纳米管层14中的碳纳米管部分浸润到粘胶层13中，部分暴露于粘胶层13外。
进一步，为了使位于第二区域134的碳纳米管层14浸润到粘胶层13中，还可以包括一挤压该碳纳米管层14的步骤。本实施例中，采用一PET膜铺设于碳纳米管层14表面，轻轻的挤压该碳纳米管层14。
步骤五，固化粘胶层13，使第二区域134的粘胶层13与碳纳米管层14粘结固定。
所述固化粘胶层13的方法与局部固化粘胶层13方法相同，需要根据粘胶层13的材料选择。所述固化粘胶层13的步骤实际为将粘胶层13位于第二区域134的未固化部分进行固化。由于位于第二区域134的碳纳米管层14浸润到粘胶层13中，所以该步骤中位于第二区域134的碳纳米管层14会在粘胶层13固化的过程中被固定。而位于第一区域132的粘胶层13已经固化，所以位于位于第一区域132的碳纳米管膜不会被粘胶层13固定。本实施例中，通过紫外光照射的方法使位于第二区域134的UV胶固化。
步骤六，去除位于第一区域132的碳纳米管层14，形成图案化的碳纳米管层18，从而得到图案化导电元件10。
所述去除位于第一区域132的碳纳米管层14的方法可以为通过胶带粘结剥离或通过清洁滚轮剥离。所述清洁滚轮表面具有一定的粘性，可以将碳纳米管层14粘住并剥离。由于位于位于第一区域132的碳纳米管层14仅通过范德华力与粘胶层13结合，与粘胶层13表面结合力较弱，所以通过胶带粘结或清洁滚轮滚动可以很容易的将该部分碳纳米管层14去除。本实施例中，通过胶带粘结的方法将位于第一区域132的碳纳米管层14去除。由于本实施例先使得位于第一区域132的粘胶层13固化，后形成碳纳米管层14，所以大大降低了去除第一区域132的碳纳米管层14的难度。当然，去除位于第一区域132的碳纳米管层14还可以采取其他方式，比如激光刻蚀、粒子束刻蚀或电子束光刻等。
本发明实施例提供的图案化导电元件及其制备方法具有以下优点：第一，碳纳米管具有优异的力学特性使得碳纳米管层具有良好的韧性及机械强度，且耐弯折，故采用碳纳米管层作为透明导电层，可以相应的提高透明导电层的耐用性；第二，由于碳纳米管层包括多个均匀分布的碳纳米管，故，该碳纳米管层也具有均匀的阻值分布，因此，采用该碳纳米管层作为透明导电层可以相应的提高使用该透明导电层的电子设备，如触摸屏，的灵敏度及精确度；第三，通过先局部固化粘胶层，再形成碳纳米管层的方法可以使得待去除的碳纳米管层不被粘胶层固定，从而降低了去除碳纳米管层的难度。与激光去除碳纳米管层相比，该方法不仅工艺简单，成本低廉，且提高了制备图案化导电元件的效率。第四，由于碳纳米管膜具有自制成性，所以可以直接铺设于粘胶层表面，制备工艺简单化。
另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其他变化，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。
Claims (10)
1.一种图案化导电元件的制备方法，其具体包括：
提供一基底；
在所述基底的一表面形成一粘胶层；
按照预定图案局部固化所述粘胶层，使得该粘胶层形成一固化的第一区域和一未固化的第二区域；
在所述粘胶层的一表面形成一碳纳米管层；
固化所述粘胶层，使第二区域的粘胶层与碳纳米管层粘结固定；以及
去除位于第一区域的碳纳米管层，形成一图案化的碳纳米管层，其中，所述去除位于第一区域的碳纳米管层的方法为清洁滚轮剥离法、激光刻蚀法、粒子束刻蚀法或电子束光刻法。
2.如权利要求1所述的图案化导电元件的制备方法，其特征在于，所述粘胶层位于第二区域的部分形成一预定图案。
3.如权利要求1所述的图案化导电元件的制备方法，其特征在于，所述粘胶层的材料为热塑胶，所述局部固化粘胶层的方法为局部冷却法。
4.如权利要求1所述的图案化导电元件的制备方法，其特征在于，所述粘胶层的材料为热固胶，所述局部固化粘胶层的方法为局部加热法。
5.如权利要求1所述的图案化导电元件的制备方法，其特征在于，所述粘胶层的材料为UV胶，所述局部固化粘胶层的方法为局部紫外光照射法。
6.如权利要求5所述的图案化导电元件的制备方法，其特征在于，所述局部固化粘胶层的方法包括以下步骤：
在所述粘胶层上方设置一掩模；
采用紫外光通过掩模照射所述粘胶层；以及
去除掩模。
7.如权利要求1所述的图案化导电元件的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管层通过印刷、沉积或直接铺设的方法形成。
8.如权利要求1所述的图案化导电元件的制备方法，其特征在于，所述在粘胶层的表面形成一碳纳米管层的步骤之后，位于第一区域的碳纳米管层仅形成于固化的粘胶层表面，位于第二区域的碳纳米管层部分浸润到未固化的粘胶层中。
9.如权利要求1所述的图案化导电元件的制备方法，其特征在于，所述在粘胶层的表面形成一碳纳米管层的步骤之后，位于第一区域的碳纳米管层仅形成于固化的粘胶层表面，位于第二区域的碳纳米管层全部浸润到未固化的粘胶层中。
10.如权利要求1所述的图案化导电元件的制备方法，其特征在于，所述在粘胶层的表面形成一碳纳米管层的步骤之后，进一步包括一挤压该碳纳米管层，从而使位于第二区域的碳纳米管层浸润到粘胶层中的步骤。
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