CN103413593B - 透明导电体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种透明导电体及其制备方法，该透明导电体包括透明基板、第一介质层、第二介质层、第一导电层及第二导电层，第一介质层及第二介质层依次层叠于透明基板上，第一导电层及第二导电层分别嵌设于第一介质层及第二介质层中，第一导电层及第二导电层相互绝缘，且第一导电层及第二导电层均由金属网格形成，第一导电层及第二导电层中，金属网格的线宽为0.2微米～5微米，相邻两条金属网格线之间的距离为50微米～500微米。金属替代了昂贵的铟锡氧化物，并且制备过程中无需进行刻蚀和搭桥，能够节约原料和简化制备过程，金属网格的线宽及相邻两条金属网格线之间的距离能够保证较大的可视区面积，使得透明导电体价格较低、透光率较高。
Description
技术领域
本发明涉及触控技术领域，特别是涉及一种透明导电体及其制备方法。
背景技术
触摸屏是可接收触摸灯输入信号的感应式装置。触摸屏赋予了信息交互崭新的面貌，是极富吸引力的全新信息交互设备。触摸屏技术的发展引起了国内外信息传媒界的普遍关注，已成为光电行业异军突起的朝阳高新技术产业。
目前，氧化铟锡（ITO）层是触摸屏中至关重要的透明导电体。虽然触摸屏的制造技术一日千里的飞速发展着。但是以投射式电容屏为例，ITO层的基础制造流程近年来并未发生太大的改变。总是不可避免的需要ITO镀膜及ITO图形化。传统的ITO层的制备一般是采用单片式触控技术（OGS）在玻璃上镀ITO，经蚀刻后得到所需X、Y方向的感应线路，最后采用钼铝钼（MoAlMo）或者ITO进行搭桥。这种传统的制作流程复杂且冗长，因此良率控制就成了现阶段触摸屏制造领域难以回避的难题，并且这种制作方式还不可避免的需要用到刻蚀工艺，大量的ITO材料会被浪费，制备成本较高，从而导致触摸屏的价格较高。
目前，有研究采用金属网格线替换ITO。金属网格线的价格虽然较低，但金属网格线不透光，使得触摸屏整体的光性能不佳，难以满足应用需求。
发明内容
基于此，有必要提供一种价格较低、透光率较高的透明导电体。
进一步，提供一种透明导电体的制备方法。
一种透明导电体，包括
透明基板；
第一介质层，层叠于所述透明基板上；
第一导电层，嵌设于所述第一介质层中；
第二介质层，层叠于所述第一介质层上；
第二导电层，嵌设于所述第二介质层中；
其中，所述第一导电层与第二导电层相互绝缘，所述第一导电层及第二导电层均由金属网格形成，所述第一导电层及第二导电层中，金属网格的线宽为0.2微米～5微米，相邻两条金属网格线之间的距离为50微米～500微米。
在其中一个实施例中，所述第一导电层和第二导电层的金属网格重叠。
在其中一个实施例中，所述金属网格由多个网格单元构成，所述网格单元为正方形、菱形、正六边形、长方形或随机网格形状。
在其中一个实施例中，所述第一导电层的金属网格的线宽与所述第二导电层的金属网格的线宽不等，且所述第一导电层的金属网格线的中心线与所述第二导电层的金属网格线的中心线重合。
在其中一个实施例中，所述第一导电层的金属网格的线宽与所述第二导电层的金属网格的线宽不等，所述第二导电层的相邻两条金属网格线的距离为所述第一导电层的相邻两条金属网格线的距离的整数倍。
在其中一个实施例中，所述第二导电层的沿第一轴向的相邻两条金属网格线的距离为所述第一导电层的沿第一轴向的相邻两条金属网格线的距离的整数倍。
在其中一个实施例中，所述第二导电层的沿第二轴向的相邻两条金属网格线的距离为所述第一导电层的沿第二轴向的相邻两条金属网格线的距离的整数倍。
在其中一个实施例中，所述第二导电层的沿第一轴向的相邻两条金属网格线的距离为所述第一导电层的沿第一轴向的相邻两条金属网格线的距离的整数倍，所述第二导电层的沿第二轴向的相邻两条金属网格线的距离为所述第一导电层的沿第二轴向的相邻两条金属网格线的距离的整数倍。
在其中一个实施例中，所述第一介质层和第二介质层的厚度为1微米～10微米，所述第一介质层远离所述透明基板的一侧开设有第一网格凹槽，所述第二介质层远离所述第一介质层的一侧开设有第二网格凹槽，所述第一导电层及第二导电层分别收容于所述第一网格凹槽及第二网格凹槽中，且所述第一导电层的厚度不大于所述第一网格凹槽的深度，所述第二导电层的厚度不大于所述第二网格凹槽的深度。
一种透明导电体的制备方法，包括如下步骤：
提供透明基板，在所述透明基板上涂布介质材料，固化后形成层叠于所述透明基板上的第一介质层；
用第一压印模板在所述第一介质层上压印形成第一网格凹槽；
向所述第一网格凹槽中填充金属材料，固化后形成嵌设于所述第一介质层中的第一导电层；
在所述第一介质层远离透明基板的表面上涂布介质材料，固化后形成层叠于所述第一介质层上的第二介质层；
用第二压印模板在所述第二介质层上压印形成第二网格凹槽；及
向所述第二网格凹槽中填充金属材料，固化后形成嵌设于所述第二介质层中的第二导电层，得到透明导电体；其中，所述第一导电层及第二导电层中，金属网格的线宽为0.2微米～5微米，相邻两条金属网格线之间的距离为50微米～500微米。
上述透明导电体包括由金属网格形成的第一导电层及第二导电层，金属替代了价格较为昂贵的铟锡氧化物，并且第一导电层及第二导电层之间能够形成感应电容，制备过程中无需进行刻蚀和搭桥，能够节约原料和简化制备过程，使得该透明导电体的价格较低；第一导电层及第二导电层的金属网格的线宽为0.2微米～5微米，相邻两条金属网格线之间的距离为50微米～500微米，能够获得较大的可视区面积，使得透明导电体的透光率较高。
附图说明
图1为一实施方式的透明导电体的结构示意图；
图2为图1所示的透明导电体的分解示意图；
图3～图6分别为不同实施方式的透明导电体的第一导电层及第二导电层的金属网格的形状示意图；
图7为图4的局部放大图；
图8～图9分别为两种实施方式中的第一导电层与第二导电层的结构示意图；
图10为一实施方式的第一导电层与第二导电层层叠的状态示意图；
图11～图13分别为三种实施方式的透明导电体的第一导电层及第二导电层的金属网格的局部放大图；
图14为一实施方式透明导电体的制备方法流程图；
图15为图14所示的透明导电体的制备方法的示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
请同时参阅图1及图2，一实施方式的透明导电体100，包括透明基板10、第一介质层20、第一导电层30、第二介质层40及第二导电层50。
透明基板10为硅铝酸盐玻璃基板或钙钠玻璃基板。
透明基板10的厚度不仅对其透明度产生影响，而且不同的厚度会产生不同的感应电容，从而影响产品的透光性能及电学性能。
优选地，透明基板10的厚度为0.3毫米～1.2毫米，更优选为0.5毫米～0.7毫米，以保证透明导电体100具有较好的透光性能及电学性能。
第一介质层20层叠于透明基板10上。第一介质层20的材料为热塑型聚合物、热固性聚合物或UV固化聚合物，将热塑型聚合物、热固性聚合物或UV固化聚合物涂布于透明基板10上固化后形成。
优选地，第一介质层20的厚度为1微米～10微米，进一步优选为2微米～5微米，以使第一介质层20的透光性能较好，不会影响透明导电体100的整体透光性。
第一介质层20远离透明基板10的一侧开设有第一网格凹槽（图未示）。
第一导电层30由金属网格形成。第一导电层30收容于第一网格凹槽中而嵌设于第一介质层20中，且第一导电层30的厚度不大于第一网格凹槽的深度。
金属网格由多个网格单元构成。网格单元为正方形、菱形、正六边形、长方形或随机网格形状，正方形、菱形、正六边形及随机网格形状，且金属网格分隔成相互绝缘的导电图案，分别如图3～图6所示。网格单元为正方形是指第一导电层30的每一个网格单元均为正方形。网格单元为菱形、正六边形或长方形具有相同的含义。而网格单元为随机网格形状是指，构成第一导电层30的网格单元可以包括正方形、菱形、正六边形、长方形及其他不规则的形状。
因为金属网格不透光，减小金属网格的线宽和增加相邻两条网格线之间的距离可以增大透光面积，从而提高透明导电体100的透光率。
以网格单元为正方形为例，请参阅图7，金属网格的线宽为d，相邻两条网格线之间的距离为W，相邻两条网格线之间的距离W即为正方形的边长。减小d的值和增加W的值可以提高透明导电体100的透光率。
优选地，金属网格的线宽为0.2微米～5微米。金属网格的线宽越小，透光率越好，然而，第一导电层30的电阻随金属网格的线宽的减小而增大，综合透光率和电阻考虑，金属网格的线宽进一步优选为0.5微米～2微米。
优选地，相邻两条金属网格线之间的距离为50微米～500微米。
金属网格的材料选自金（Au）、银（Ag）、铜（Cu）、铝（Al）及锌（Zn）中的一种或由金（Au）、银（Ag）、铜（Cu）、铝（Al）及锌（Zn）中的至少两种形成的合金。
相对于昂贵的铟锡氧化物（ITO），金（Au）、银（Ag）、铜（Cu）、铝（Al）及锌（Zn）的价格较低，有利于降低透明导电体100的价格，并且这几种金属的导电性能能够满足导电的要求。
第一导电层30的厚度为1微米～10微米，优选为2微米～5微米。厚度为2微米～5微米的金属网格线兼具有较好的电学特性和透光性，以使第一导电层30的导电性能较好，透明度较高。
第二介质层40层叠于第一介质层30上并覆盖第一导电层30远离第一网格凹槽槽底的表面。第二介质层20的材料为热塑型聚合物、热固性聚合物或UV固化聚合物，将热塑型聚合物、热固性聚合物或UV固化聚合物涂布于第一介质层20上固化后形成。
优选地，第二介质层40的厚度为1微米～10微米，进一步优选为2微米～5微米，以使第二介质层40的透光性能较好，不会影响透明导电体100的整体透光性。
第二介质层40远离第一介质层20的一侧开设有第二网格凹槽（图未示）。
第二导电层50由金属网格形成。第二导电层50收容于第二网格凹槽中而嵌设于第二介质层40中，且第二导电层50的厚度不大于第二网格凹槽的深度，以保证第二导电层50与第一导电层30相互绝缘。
金属网格由多个网格单元构成。网格单元为正方形、菱形、正六边形、长方形或随机网格形状。此处的网格单元为正方形、菱形、正六边形、长方形或随机网格形状与第一导电层30中的网格单元的形状具有相同的含义。
第二导电层50的金属网格的形状可以与第一导电层30的金属网格的形状相同（如图8所示），也可以不同（如图9所示）。
第二导电层50的网格单元的线宽及密度与第一导电层30的线宽及密度可以相同，也可以不同。
为进一步提高透光率，第一导电层30和第二导电层50应最大程度重叠，以降低双层金属网格占取可视区的面积，提高透光率。优选地，第二导电层50的金属网格与第一导电层30的金属网格重叠（如图8所示），金属网格重叠是指金属网格线的宽度相等，且每一个网格单元的形状相同、面积相等，第一导电层30的每一条金属网格线与第二导电层50的每一条金属网格线正对。
第一导电层30及第二导电层50的金属网格重叠使得第二导电层50的金属网格线与第一导电层30的金属网格线不相互遮挡，以降低双层金属网格占取可视区的面积，提高透光率。
请参阅图10，当第二导电层50的网格单元的线宽与第一导电层30的网格单元的线宽不等时（第一导电层30的网格单元的线宽为d1，第二导电层50的网格单元的线宽为d2），第二导电层50的网格单元的几何中心与第一导电层30的网格单元的几何中心重合，第一导电层30的金属网格线的中心线与第二导电层50的金属网格线的中心线重合，使得第二导电层50的金属网格线与第一导电层30的金属网格线相对，从而降低金属网格线占用可视区的面积，提高透光率。
当第二导电层50的网格单元的线宽与第一导电层30的网格单元的线宽相等时，第二导电层50的相邻的两条金属网格线的距离为第一导电层30的相邻的两条金属网格线的距离的整数倍，以保证一定的可视区的面积，提高透光率。
第二导电层50的相邻的两条金属网格线的距离为第一导电层30的相邻的两条金属网格线的距离的整数倍，包括以下三种实施方式。
请参阅图11，在一实施方式中，第一导电层30的沿第一轴向的相邻的两条金属网格线的距离为W1，第二导电层50的沿第一轴向相邻的两条金属网格线的距离为W2，W2和W1满足W2=n*W1，n为整数。n的值优选为1～5，更优选n=1或2。请参阅图12，在另一实施方式中，第一导电层30的沿第二轴向的相邻的两条金属网格线的距离为D1，第二导电层50的沿第二轴向相邻的两条金属网格线的距离为D2，D2和D1满足D2=n*D1，n为整数。n的值优选为1～5，更优选n=1或2。
请参阅图13，在又一种实施方式中，第一导电层30的沿第一轴向的相邻的两条金属网格线的距离W1及沿第二轴向的相邻的两条金属网格线的距离D1与第二导电层50的沿第一轴向的相邻的两条金属网格线的距离W2及沿第二轴向的相邻的两条金属网格线的距离D2同时满足：W2=n*W1，D2=n*D1，n为整数。n的值优选为1～5，更优选n=1或2。
上述所指的第一轴向是指沿平行某一金属网格线的方向（例如X轴方向），第二轴向是指与第一轴向成某一角度的方向，如与第一轴向垂直的方向（例如Y轴方向）。
上述透明导电体100包括由金属网格形成的第一导电层30及第二导电层50，金属替代了价格较为昂贵的铟锡氧化物，并且第一导电层30及第二导电层50之间能够形成感应电容，制备过程中无需进行刻蚀和搭桥，能够节约原料和简化制备过程，使得该透明导电体100的价格较低；并且金属网格的线宽为0.2微米～5微米，相邻两条金属网格线之间的距离为50微米～500微米，能够获得较大的可视区的面积，使得透明导电体100的透光率较高。
并且，上述透明导电体100的第一导电层30及第二导电层50分别嵌于第一介质层20及第二介质层40中，在制备过程中有利于避免第一导电层30及第二导电层50自身的损伤，制备良率高。
这种结构的透明导电体100无需搭桥结构，在制备时无需进行搭桥，不仅简化了制备流程，提高生产效率，更重要的是，能够避免搭桥工序产生差错，大大提高了制备良率。
请同时参阅图14和图15，一实施方式的透明导电体的制备方法，包括如下步骤：
步骤S110：提供透明基板，在透明基板上涂布介质材料，固化后形成层叠于透明基板上的第一介质层。
透明基板为硅铝酸盐玻璃基板或钙钠玻璃基板。
首先用等离子体清洗设备对透明基板的表面进行等离子处理，以增加第一介质层与透明基板的附着力。
在经过等离子体处理的透明基板的表面上涂布热塑型聚合物、热固性聚合物或UV固化聚合物，固化后形成层叠于透明基板上的第一介质层。
第一介质层的厚度优选为1微米～10微米，进一步优选为2微米～5微米。
步骤S120：用第一压印模板在第一介质层上压印形成第一网格凹槽。
第一压印模板与所需的第一导电层的导电图案相嵌套。用第一压印模板在第一介质层上压印形成第一网格凹槽。
第一网格凹槽的深度为1微米～10微米，优选为2微米～5微米。
步骤S130：向第一网格凹槽中填充金属材料，固化后形成嵌设于第一介质层中的第一导电层。
金属网格的材料选自金（Au）、银（Ag）、铜（Cu）、铝（Al）及锌（Zn）中的一种或由金（Au）、银（Ag）、铜（Cu）、铝（Al）及锌（Zn）中的至少两种形成的合金。
金属材料固化后形成嵌设于第一介质层中的金属网格，得到第一导电层。第一导电层的厚度为1微米～10微米，优选为2微米～5微米。
第一导电层的厚度不大于第一网格凹槽的深度。
步骤S140：在第一介质层远离透明基板的表面上涂布介质材料，固化后形成层叠于第一介质层上的第二介质层。
在第一介质层远离透明基板的表面上涂布热塑型聚合物、热固性聚合物或UV固化聚合物，固化后形成层叠于第一介质层上的第二介质层。第二介质层覆盖第一导电层远离第一网格凹槽槽底的表面。
第二介质层的厚度优选为1微米～10微米，进一步优选为2微米～5微米。
步骤S150：用第二压印模板在第二介质层上压印形成第二网格凹槽。
第二压印模板与所需的第二导电层的导电图案相嵌套。用第二压印模板在第二介质层上压印形成第二网格凹槽。
第二网格凹槽的深度为1微米～10微米，优选为2微米～5微米。
步骤S160：向第二网格凹槽中填充金属材料，固化后形成嵌设于第二介质层中的第二导电层，得到透明导电体。
金属网格的材料选自金（Au）、银（Ag）、铜（Cu）、铝（Al）及锌（Zn）中的一种或由金（Au）、银（Ag）、铜（Cu）、铝（Al）及锌（Zn）中的至少两种形成的合金。
金属材料固化后形成嵌设于第二介质层中的金属网格，得到第二导电层。第二导电层的厚度为1微米～10微米，优选为2微米～5微米。
第二导电层的厚度不大于第二网格凹槽的深度。
第二导电层与第一导电层相互绝缘。
上述透明导电体的制备方法采用涂布和压印工艺制备透明导电体，通过分别在第一网格凹槽及第二网格凹槽中填充金属材料便可形成第一导电层及第二导电层，金属网格可以一步形成，工艺简单，不需要溅镀、蒸镀等昂贵的设备，也无需刻蚀，可以简化流程、节约原料而降低制备成本，并且制备良率高，适合大面积、大批量生产。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种透明导电体，其特征在于，包括
透明基板；
第一介质层，层叠于所述透明基板上；
第一导电层，嵌设于所述第一介质层中；
第二介质层，层叠于所述第一介质层上；
第二导电层，嵌设于所述第二介质层中；
其中，所述第一导电层与第二导电层相互绝缘，所述第一导电层及第二导电层均由金属网格形成，所述第一导电层及第二导电层中，金属网格的线宽为0.2微米～5微米，相邻两条金属网格线之间的距离为50微米～500微米；
且所述第一导电层的金属网格线的中心线与所述第二导电层的金属网格线的中心线重合；
所述第二导电层的相邻两条金属网格线的距离为所述第一导电层的相邻两条金属网格线的距离的整数倍。
2.根据权利要求1所述的透明导电体，其特征在于，所述金属网格由多个网格单元构成，所述网格单元为正方形、菱形、正六边形、长方形或随机网格形状。
3.根据权利要求1所述的透明导电体，其特征在于，所述第二导电层的沿第一轴向的相邻两条金属网格线的距离为所述第一导电层的沿第一轴向的相邻两条金属网格线的距离的整数倍。
4.根据权利要求1所述的透明导电体，其特征在于，所述第二导电层的沿第二轴向的相邻两条金属网格线的距离为所述第一导电层的沿第二轴向的相邻两条金属网格线的距离的整数倍。
5.根据权利要求1所述的透明导电体，其特征在于，所述第二导电层的沿第一轴向的相邻两条金属网格线的距离为所述第一导电层的沿第一轴向的相邻两条金属网格线的距离的整数倍，所述第二导电层的沿第二轴向的相邻两条金属网格线的距离为所述第一导电层的沿第二轴向的相邻两条金属网格线的距离的整数倍。
6.根据权利要求1所述的透明导电体，其特征在于，所述第一介质层和第二介质层的厚度为1微米～10微米，所述第一介质层远离所述透明基板的一侧开设有第一网格凹槽，所述第二介质层远离所述第一介质层的一侧开设有第二网格凹槽，所述第一导电层及第二导电层分别收容于所述第一网格凹槽及第二网格凹槽中，且所述第一导电层的厚度不大于所述第一网格凹槽的深度，所述第二导电层的厚度不大于所述第二网格凹槽的深度。
7.一种透明导电体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供透明基板，在所述透明基板上涂布介质材料，固化后形成层叠于所述透明基板上的第一介质层；
用第一压印模板在所述第一介质层上压印形成第一网格凹槽；
向所述第一网格凹槽中填充金属材料，固化后形成嵌设于所述第一介质层中的第一导电层；
在所述第一介质层远离透明基板的表面上涂布介质材料，固化后形成层叠于所述第一介质层上的第二介质层；
用第二压印模板在所述第二介质层上压印形成第二网格凹槽；及
向所述第二网格凹槽中填充金属材料，固化后形成嵌设于所述第二介质层中的第二导电层，得到透明导电体；其中，所述第一导电层及第二导电层中，金属网格的线宽为0.2微米～5微米，相邻两条金属网格线之间的距离为50微米～500微米；
且所述第一导电层的金属网格线的中心线与所述第二导电层的金属网格线的中心线重合；
所述第二导电层的相邻两条金属网格线的距离为所述第一导电层的相邻两条金属网格线的距离的整数倍。
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