CN102820093B - 图案化导电元件的制备方法 - Google Patents

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图案化粘胶层；在所述图案化粘胶层表面形成一碳纳米管层；固化所述图案化粘胶层，形成对应所述图案化粘胶层的已被固定碳纳米管层和未对应所述图案化粘胶层的未被固定碳纳米管层；以及去除所述未被固定碳纳米管层，形成一图案化碳纳米管层。

Description

图案化导电元件的制备方法

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图案化粘胶层；在所述图案化粘胶层表面形成一碳纳米管层；固化所述图案化粘胶层，形成对应所述图案化粘胶层的已被固定碳纳米管层和未对应所述图案化粘胶层的未被固定碳纳米管层；以及去除所述未被固定碳纳米管层，形成一图案化碳纳米管层。

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第一掩模层，该第一掩模层定义一图案化开孔；在图案化开孔内形成一图案化粘胶层；在所述第一掩模层和图案化粘胶层的表面形成一碳纳米管层，并固化所述图案化粘胶层；以及通过去除所述第一掩模层而去除第一掩模层表面的碳纳米管层。

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：通过固化图案化粘胶层可以固定位于图案化粘胶层表面的碳纳米管层，从而降低去除多余碳纳米管层的难度。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。

附图说明

图1为本发明第一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2为本发明第一实施例制备的包括多个相同形状的单一图形的图案化粘胶层的俯视图。

图3为本发明第一实施例制备的包括多个不同形状的单一图形的图案化粘胶层的俯视图。

图4为本发明第一实施例的碳纳米管膜的扫描电镜照片。

图5为本发明第二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为本发明第二实施例形成图案化粘胶层的工艺流程图。

主要元件符号说明

图案化导电元件	10
		基底	12
图案化粘胶层	13
		粘胶层	15
碳纳米管层	14
		未被固定碳纳米管层	142
已被固定碳纳米管层	144
		第一掩模层	16
图案化开孔	160
		第二掩模层	17
图案化碳纳米管层	18

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的制备方法作进一步的详细说明。

请参阅图1，本发明第一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。

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。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。本实施例中，所述基底12为一平面型的玻璃板。

步骤二，在所述基底12的一表面形成一图案化粘胶层13。

所述图案化粘胶层13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2所示，所述多个不同形状的单一图形组合如图3所示等。所述图案化粘胶层13还可为一整层粘胶层去除上述单一图形、多个相同的单一图形的组合或多个不同的单一图形的组合所得到的预定图案。所述图案化粘胶层13的大小和形状应应根据所需制备的图案化导电元件10的图案化碳纳米管层18的大小和形状选择。

所述图案化粘胶层13的材料不限，可以为热塑胶、热固胶或UV胶等。所述图案化粘胶层13的厚度为1纳米~500微米。优选地，所述图案化粘胶层13的厚度为1微米~2微米。所述图案化粘胶层13具有适当的透光度，优选地，所述图案化粘胶层13的透光度在75%以上。

所述图案化粘胶层13可以通过喷涂、刷涂或印刷的方法直接形成一预定图案，也可以先在基底12表面涂敷一整层粘胶层，再去除部分粘胶层而形成一预定图案。所述涂敷一整层粘胶层的方法可以为旋涂法、喷涂法、刷涂等，所述去除部分粘胶层的方法可以为激光蚀刻或机械打磨等。

本实施例中，所述图案化粘胶层13为多个平行且间隔设置的条形UV胶层，其通过刷涂的方法形成于基底12一表面。所述图案化粘胶层13的厚度约为1.5微米。

步骤三，在所述图案化粘胶层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，所述碳纳米管层14的透光度在75%以上。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4，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图案化粘胶层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，其可以直接铺设于图案化粘胶层13表面，以将整个图案化粘胶层13覆盖。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。

当形成碳纳米管层14后，对应图案化粘胶层13的碳纳米管层14会部分或全部浸润到图案化粘胶层13中，且通过粘结力与图案化粘胶层13结合。优选地，所述对应图案化粘胶层13的碳纳米管层14中的碳纳米管部分浸润到图案化粘胶层13中，部分暴露于图案化粘胶层13外。而未对应图案化粘胶层13的碳纳米管层14则悬空设置于图案化粘胶层13的开孔上或沉积于图案化粘胶层13开孔内。

进一步，为了使对应图案化粘胶层13的碳纳米管层14浸润到图案化粘胶层13中，还可以包括一挤压该图案化粘胶层13表面的碳纳米管层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。

步骤四，固化所述图案化粘胶层13，形成对应所述图案化粘胶层13的已被固定碳纳米管层144和未对应所述图案化粘胶层13的未被固定碳纳米管层142。

所述固化图案化粘胶层13的方法与图案化粘胶层13的材料有关。所述热塑胶可以通过冷却固化，所述热固胶可以通过加热固化，所述UV胶可以通过紫外光照射固化。由于对应图案化粘胶层13的碳纳米管层14浸润到图案化粘胶层13中，所以该步骤中图案化粘胶层13表面的碳纳米管层14会被图案化粘胶层13固定形成已被固定碳纳米管层144。而未对应图案化粘胶层13的碳纳米管层14则不会被图案化粘胶层13固定，形成未被固定碳纳米管层142。本实施例中，通过紫外光照射的方法使UV胶固化。所述紫外光照射的时间为2秒~30秒。本实施例中，所述紫外光照射的时间为4秒。

步骤五，去除所述未被固定碳纳米管层142，形成一图案化碳纳米管层18，从而得到图案化导电元件10。

所述去除未被固定碳纳米管层142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，可以将未被固定碳纳米管层142粘住并剥离。由于未对应图案化粘胶层13的碳纳米管层14没有被图案化粘胶层13固定，所以通过胶带粘结或清洁滚轮滚动可以很容易的将该未被固定碳纳米管层142去除。而对应图案化粘胶层13的碳纳米管层14则被图案化粘胶层13固定在基底12表面。当然，去除未被固定碳纳米管层142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。本实施例中，通过胶带粘结的方法将未被固定碳纳米管层142去除。所述图案化碳纳米管层18的大小和形状与图案化粘胶层13的大小和形状相同。

请参阅图5，本发明第二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为一平面型的玻璃板。

步骤二，在所述基底12的一表面形成一第一掩模层16，该第一掩模层16定义一图案化开孔160。

所述第一掩模层16为一自支撑结构，即该第一掩模层16可以从基底12表面一体剥离。优选地，所述第一掩模层16的材料为高分子材料。所述高分子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。可以理解，形成所述第一掩模层16的材料并不限于上述列举的材料，只要能使第一掩模层16成为自支撑结构即可。本实施例中，所述第一掩模层16为一厚度约为1.5微米的PET膜。

所述图案化开孔160的作用为使基底12表面暴露，以设置图案化粘胶层13。所述图案化开孔160的大小和形状应应根据所需制备的图案化导电元件10的图案化碳纳米管层18的大小和形状选择。本实施例中，所述图案化开孔160包括多个平行且间隔设置的条形开孔。

步骤三，在图案化开孔160内形成图案化粘胶层13。

所述图案化粘胶层13可以通过喷涂、刷涂或印刷的方法形成在图案化开孔160内。所述图案化粘胶层13的大小和形状与图案化开孔160的大小和形状相同。本实施例中，所述图案化粘胶层13为多个平行且间隔设置的条形UV胶层。所述图案化粘胶层13的厚度约为1.5微米。

请参阅图6，本实施例在图案化开孔160内形成图案化粘胶层13的方法包括以下步骤：

首先，在第一掩模层16表面形成一第二掩模层17，且所述第二掩模层17具有与图案化开孔160对应的开孔（图未标）。

所述第二掩模层17与第一掩模层16的结构和材料相同。优选地，所述第二掩模层17的厚度小于第一掩模层16的厚度。本实施例中，所述第二掩模层17为一厚度约为0.5微米的PET膜。

其次，在图案化开孔160内形成粘胶层15。

所述粘胶层15可以通过喷涂、刷涂或印刷的方法形成在图案化开孔160内。该步骤中，部分粘胶层15会形成于第二掩模层17表面。

最后，去除第二掩模层17，得到图案化粘胶层13。

该步骤中，由于去除第二掩模层17得到图案化粘胶层13，所以第一掩模层16表面不会有粘胶。本实施例中，通过设置和去除第二掩模层17，可以容易的在图案化开孔160内形成图案化粘胶层13，且使得第一掩模层16表面表面没有粘胶。

步骤四，在第一掩模层16和图案化粘胶层13的表面形成一碳纳米管层14，并固化图案化粘胶层13。

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第一掩模层16和图案化粘胶层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第一掩模层16和图案化粘胶层13表面。当碳纳米管层14形成于图案化粘胶层13表面后，位于图案化粘胶层13表面的碳纳米管层14会部分或全部浸润到图案化粘胶层13中，且通过粘结力与图案化粘胶层13结合。可以理解，如果图案化粘胶层13的厚度大于第一掩模层16的厚度，则第一掩模层16表面的碳纳米管层14可能会悬空设置。

所述固化图案化粘胶层13的方法与第一实施例相同。由于图案化粘胶层13表面的碳纳米管层14浸润到图案化粘胶层13中，所以该步骤中图案化粘胶层13表面的碳纳米管层14会在图案化粘胶层13固化的过程中被固定。而位于第一掩模层16表面的碳纳米管层14则通过范德华力与第一掩模层16结合。本实施例中，通过紫外光照射的方法使UV胶固化，所述紫外光照射的时间为4秒。

步骤五，通过去除第一掩模层16而去除第一掩模层16表面的碳纳米管层14，从而得到图案化导电元件10。

由于所述第一掩模层16为一自支撑结构，可以从基底12表面一体剥离，所以该步骤中，可以直接将整个第一掩模层16从基底12表面剥离。由于位于第一掩模层16表面的碳纳米管层14通过范德华力与第一掩模层16结合，所以该部分碳纳米管层14随着第一掩模层16一起被去除。而图案化粘胶层13表面的碳纳米管层14被图案化粘胶层13固定在基底12表面形成一图案化碳纳米管层18。通过剥离第一掩模层16的方法去除部分碳纳米管层14可以提高制备图案化导电元件10的效率。而且，剥离的第一掩模层16可以重复使用，从而降低制备图案化导电元件10的成本。

本发明实施例提供一种图案化导电元件10，其包括一基底12，一图案化粘胶层13以及一图案化碳纳米管层18。所述图案化粘胶层13设置于该基底12的一表面。所述图案化碳纳米管层18设置于该图案化粘胶层13的一表面，且通过图案化粘胶层13固定于基底12的表面。该图案化碳纳米管层18用作透明导电层。本实施例制备的图案化导电元件10可以应用于触摸屏、太阳能电池、液晶显示器等领域。

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，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。第四，通过固化图案化粘胶层固定位于图案化粘胶层表面的碳纳米管层，可以降低去除多余碳纳米管层的难度。第五，通过剥离掩模层的方法去除部分碳纳米管层可以提高制备图案化导电元件的效率。而且，剥离的掩模层可以重复使用，从而降低制备图案化导电元件的成本。

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 (15)

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图案化粘胶层；

在所述图案化粘胶层表面形成一碳纳米管层；

挤压该图案化粘胶层表面的碳纳米管层使对应该图案化粘胶层的碳纳米管层浸润到该图案化粘胶层中；

固化所述图案化粘胶层，形成对应所述图案化粘胶层的已被固定碳纳米管层和未对应所述图案化粘胶层的未被固定碳纳米管层；以及

去除所述未被固定碳纳米管层，形成一图案化碳纳米管层。

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，所述图案化粘胶层形成一预定图案，且该预定图案为单一图形、多个相同的单一图形的组合或多个不同的单一图形的组合。

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，所述在基底的表面形成图案化粘胶层的方法为通过喷涂法、刷涂法或印刷法直接形成一预定图案。

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，所述形成一图案化粘胶层的方法包括以下步骤：在基底表面涂敷一整层粘胶层；以及去除部分粘胶层而形成一预定图案。

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，所述形成一图案化粘胶层的方法包括以下步骤：

在所述基底的表面形成一掩模层，该掩模层定义一图案化开孔；以及

在图案化开孔内形成图案化粘胶层。

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，所述碳纳米管层将形成于整个掩模层和图案化粘胶层表面。

7.如权利要求6所述的图案化导电元件的制备方法，其特征在于，所述去除未被固定碳纳米管层的方法为：通过去除掩模层去除掩模层表面的碳纳米管层。

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，所述碳纳米管层通过印刷法、沉积法或直接铺设的方法形成于图案化粘胶层表面。

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，所述碳纳米管层形成于图案化粘胶层表面后，位于图案化粘胶层表面的碳纳米管层会部分或全部浸润到图案化粘胶层中。

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，所述图案化粘胶层为UV胶层，且该UV胶层通过紫外光照射固化。

11.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，所述去除未被固定碳纳米管层的方法为胶带粘结剥离法、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。

12.一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第一掩模层，该第一掩模层定义一图案化开孔；

在图案化开孔内形成一图案化粘胶层；

在所述第一掩模层和图案化粘胶层的表面形成一碳纳米管层，并固化所述图案化粘胶层；以及

通过去除所述第一掩模层而去除第一掩模层表面的碳纳米管层。

13.如权利要求12所述的图案化导电元件的制备方法，其特征在于，所述在图案化开孔内形成一图案化粘胶层的方法包括以下步骤：

在第一掩模层表面形成一第二掩模层，且该第二掩模层具有一与图案化开孔对应的开孔；

在图案化开孔内形成粘胶层；以及

去除第二掩模层。

14.如权利要求13所述的图案化导电元件的制备方法，其特征在于，所述第一掩模层和第二掩模层为一自支撑结构，所述去除第一掩模层或第二掩模层的方法为一体剥离。

15.如权利要求13所述的图案化导电元件的制备方法，其特征在于，所述第一掩模层和第二掩模层的材料为高分子材料。

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