CN103545053A - 透明导电薄膜的制备方法及具有该导电薄膜的cf基板的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种透明导电薄膜的制备方法及具有该透明导电薄膜的CF基板的制备方法，所述导电薄膜的制备方法包括：步骤1、将氧化石墨烯与纯石墨烯混合粉末溶于水中，对进行超声波处理，得到稳定的氧化石墨烯与纯石墨烯混合水溶液；步骤2、将所述稳定的氧化石墨烯与纯石墨烯混合水溶液涂布在基板上；步骤3、将涂布在基板上的氧化石墨烯与纯石墨烯混合水溶液在30-90℃下进行烘干处理，得到氧化石墨烯与纯石墨烯混合薄膜；步骤4、将所述氧化石墨烯与纯石墨烯混合薄膜中的氧化石墨烯通过还原剂进行化学还原，得到纯石墨烯薄膜，所述还原剂为抗坏血酸溶液；步骤5、将化学还原后得到的纯石墨烯薄膜进行清洗、干燥，在基板上得到透明导电薄膜。
Description
技术领域
本发明涉及液晶显示制备领域，特别涉及一种透明导电薄膜的制备方法及具有该导电薄膜的CF基板的制备方法。
背景技术
目前，普遍使用的透明导电材料为混合金属氧化物透明导电材料，例如氧化铟锡（ITO）、氧化铟锌（IZO）、铝掺杂氧化锌（AZO）。其中用得最多的是ITO透明导电材料，其透光率达到90%，但由于其中铟元素是稀贵金属，且ITO薄膜的生产需要高真空度及较高温度，同时获得的ITO薄膜较脆，不易制成柔性电极，限制了ITO透明导电材料的进一步发展。
近年来，研究发现，石墨烯（graphene）是一种单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状结构的碳质新材料，石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光，而电阻率只约10-6Ω·cm，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料，其可以通过化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition，CVD）法、微机械分离法、取向附生法等方法制备。由于石墨烯导电率可与ITO媲美，透光率可达95%以上，且石墨烯的机械强度和柔韧性都比ITO透明导电材料优良，故而石墨烯完全可以替代ITO制作透明电极或导电层；进一步的，CVD法制备石墨烯时生产成本低，不需要高温、高压，且在柔性显示上石墨烯相对ITO透明导电材料而言具有无法比拟的优越性，因此，石墨烯在透明薄膜方面具有更好的应用前景。
由此可见，有必要制备一种各项参数合适的石墨烯透明导电薄膜，代替ITO透明导电薄膜应用于液晶显示器的彩色滤波（Color Filter，CF）基板中，以得到穿透高、柔韧性良好的石墨烯透明导电薄膜，可以对应增强使用所述石墨烯透明导电材料的CF基板的液晶显示面板的穿透率，减少背光的使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种透明导电薄膜的制备方法，操作简单，工艺条件容易实现，所制得的透明导电薄膜以石墨烯为透明导电材料，具有穿透高、柔韧性良好的优势，可以代替现有的混合金属氧化物透明导电薄膜，且机械强度和柔韧性更好。
本发明的另一目的在于提供一种CF基板的制备方法，其使用石墨烯透明导电薄膜代替ITO透明导电薄膜应用于液晶显示器的CF基板中，以得到穿透高、柔韧性良好的石墨烯透明电极或静电导出层，使其用于液晶显示面板中，可以增强液晶面板的穿透率，减少背光的使用。
为实现上述目的，本发明提供一种透明导电薄膜的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、将氧化石墨烯与纯石墨烯混合粉末溶于水中，对其进行超声波处理，得到稳定的氧化石墨烯与纯石墨烯混合水溶液；
步骤2、将所述稳定的氧化石墨烯与纯石墨烯混合水溶液涂布在基板上；
步骤3、将涂布在基板上的氧化石墨烯与纯石墨烯混合水溶液在30-90℃下进行烘干处理，得到氧化石墨烯与纯石墨烯混合薄膜；
步骤4、将所述氧化石墨烯与纯石墨烯混合薄膜中的氧化石墨烯通过还原剂进行化学还原，得到纯石墨烯薄膜，所述还原剂为抗坏血酸溶液、水合肼、硼氢化钠、氢碘酸、尿素或对苯二酚；
步骤5、将化学还原后得到的纯石墨烯薄膜进行清洗、干燥，得到透明导电薄膜，即在基板上形成透明导电薄膜。
所述超声波处理时间为10-60min；所述稳定的氧化石墨烯与纯石墨烯混合水溶液的浓度为0.2-5mg/mL；所述步骤2中，采用旋涂、刮涂或喷涂方式将所述氧化石墨烯与纯石墨烯混合水溶液涂布在基板上；所述基板为玻璃基板、塑料基板或待设置导电薄膜的CF基板本体；所述氧化石墨烯与纯石墨烯混合薄膜的厚度为0.68-3.4nm。
所述步骤4为：在室温下，将所述还原剂喷涂到所述氧化石墨烯与纯石墨烯混合薄膜的表面，以对所述氧化石墨烯与纯石墨烯混合薄膜中的氧化石墨烯进行化学还原；当所述还原剂为抗坏血酸溶液时，其浓度为0.01-0.1mol/L。
所述透明导电薄膜的可见光区穿透率为80-95%，面电阻为30-500Ω/□。
本发明还提供一种CF基板的制备方法，包括如下步骤：
步骤11、将氧化石墨烯与纯石墨烯混合粉末溶于水中，对其进行超声波处理，得到稳定的氧化石墨烯与纯石墨烯混合水溶液；
步骤12、提供CF基板本体，所述CF基板本体包括玻璃基板及形成于玻璃基板上的色阻层；
步骤13、将所述稳定的氧化石墨烯与纯石墨烯混合水溶液涂布在CF基板本体上；
步骤14、将涂布在CF基板本体上的氧化石墨烯与纯石墨烯混合水溶液在30-90℃下进行烘干处理，得到氧化石墨烯与纯石墨烯混合薄膜；
步骤15、将所述氧化石墨烯与纯石墨烯混合薄膜中的氧化石墨烯通过还原剂进行化学还原，得到纯石墨烯薄膜，所述还原剂为抗坏血酸溶液、水合肼、硼氢化钠、氢碘酸、尿素或对苯二酚；
步骤16、将化学还原后得到的纯石墨烯薄膜进行清洗、干燥，得到透明导电薄膜，即在CF基板本体上形成透明导电薄膜；所述透明导电薄膜的可见光区穿透率为80-95%，面电阻为30-500Ω/□。
所述超声波处理时间为10-60min；所述稳定的氧化石墨烯与纯石墨烯混合水溶液的浓度为0.2-5mg/mL；所述步骤13中，采用旋涂、刮涂或喷涂方式将所述氧化石墨烯与纯石墨烯混合水溶液涂布在基板上；所述氧化石墨烯与纯石墨烯混合薄膜的厚度为0.68-3.4nm。
所述步骤15为：在室温下，将所述还原剂喷涂到所述氧化石墨烯与纯石墨烯混合薄膜的表面，以对所述氧化石墨烯与纯石墨烯混合薄膜中的氧化石墨烯进行化学还原；当所述还原剂为抗坏血酸溶液时，其浓度为0.01-0.1mol/L。
所述色阻层通过黄光工艺形成于玻璃基板上，该色阻层包括阵列排布的数个像素单元及位于该些像素单元外围的黑色矩阵。
所述透明导电薄膜形成于所述色阻层远离玻璃基板的一侧，用于作透明电极。
所述透明导电薄膜形成于玻璃基板远离色阻层的一侧，用于作静电导出层。
本发明的有益效果：本发明的透明导电薄膜的制备方法，将氧化石墨烯与纯石墨烯混合水溶液涂布在玻璃基板上，通过还原得到高纯度的石墨烯薄膜做透明导电薄膜，操作简单，易于实现，成本较低，制成的石墨烯透明导电薄膜的导电率可与由ITO制成的透明导电薄膜相媲美，透光率可达95%，且制成的石墨烯透明导电薄膜的机械强度和柔韧性都比由ITO制成的透明导电薄膜优良，更适合应用于有机发光二极管基板等柔性基板领域；将所述石墨烯透明导电薄膜应用于液晶显示领域，制得具有石墨烯透明导电薄膜的CF基板，该CF基板的制备方法操作简单、易于实现、成本较低、由于使用透光性能、机械强度和柔韧性更好的石墨烯透明导电薄膜代替ITO透明导电薄膜，因此所制的具有石墨烯透明导电薄膜的CF基板应用于液晶显示面板中，可以增强液晶面板的穿透率，减少背光的使用。
为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其它有益效果显而易见。
附图中，
图1为本发明透明导电薄膜的制备方法流程图；
图2为本发明CF基板的制备方法流程图；
图3为本发明CF基板的制备方法制得的CF基板第一优选实施例的结构示意图；
图4为本发明CF基板的制备方法制得的CF基板第二优选实施例的结构示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选实施例及其附图进行详细描述。
请参阅图1，本发明提供一种透明导电薄膜的制备方法，操作简单，工艺条件容易实现，成本更低，具体的包括如下步骤：
步骤1、将氧化石墨烯与纯石墨烯混合粉末溶于水中，对其进行超声波处理，得到稳定的氧化石墨烯与纯石墨烯混合水溶液。
具体地，对该溶于水中的氧化石墨烯与纯石墨烯混合粉末进行10-60min的超声波处理，经超声波处理后，得到的稳定的氧化石墨烯与纯石墨烯混合水溶液，其浓度为0.2-5mg/mL。
步骤2、将所述稳定的氧化石墨烯与纯石墨烯混合水溶液涂布在基板上。
所述步骤2中，采用旋涂、刮涂或喷涂方式将所述氧化石墨烯与纯石墨烯混合水溶液涂布在基板上，所述基板为玻璃基板、塑料基板或待设置导电薄膜的CF基板本体等。
步骤3、将涂布在基板上的氧化石墨烯与纯石墨烯混合水溶液在30-90℃下进行烘干处理，得到氧化石墨烯与纯石墨烯混合薄膜，该氧化石墨烯与纯石墨烯混合薄膜的厚度为0.68-3.4nm。
具体地，将涂布有氧化石墨烯与纯石墨烯混合水溶液的基板置于温度为30-90℃的环境内，直至基板上的氧化石墨烯与纯石墨烯混合水溶液被烘干。
步骤4、将所述氧化石墨烯与纯石墨烯混合薄膜中的氧化石墨烯通过还原剂进行化学还原，得到纯石墨烯薄膜，所述还原剂为抗坏血酸溶液、水合肼、硼氢化钠、氢碘酸、尿素或对苯二酚。
具体地，步骤4为：在室温下，将所述还原剂喷涂到所述氧化石墨烯与纯石墨烯混合薄膜的表面，以对所述氧化石墨烯与纯石墨烯混合薄膜中的氧化石墨烯进行化学还原；在本实施例中，所述还原剂优选浓度为0.01-0.1mol/L的抗坏血酸溶液。
步骤5、将化学还原后得到的纯石墨烯薄膜进行清洗、干燥，得到透明导电薄膜，即在基板上形成透明导电薄膜。
步骤5中所得到的透明导电薄膜的可见光区穿透率为80-95%，面电阻为30-500Ω/□。由该石墨烯制成的透明导电薄膜具有良好的导电性能和透光性能，完全可以代替现有的由氧化铟锡（ITO）制成的透明导电薄膜应用于触摸屏、液晶显示、有机光伏电池、有机发光二极管等领域，且，由石墨烯制成的透明导电薄膜的机械强度和柔韧性更优，更适合应用于柔性基板领域。
且，本发明中采用的氧化石墨烯与纯石墨烯可以均匀的以单片层的形式悬浮于水溶液中，形成稳定的水溶液或水溶胶，因此，其可以在任意大小的基板上涂膜，厚度也可以自由调控。
请参阅图2至图4，本发明还提供一种CF基板的制备方法，包括以下步骤：
步骤11、将氧化石墨烯与纯石墨烯混合粉末溶于水中，对其进行超声波处理，得到稳定的氧化石墨烯与纯石墨烯混合水溶液。
具体地，对该溶于水中的氧化石墨烯与纯石墨烯混合粉末进行10-60min的超声波处理，经超声波处理后，得到的稳定的氧化石墨烯与纯石墨烯混合水溶液，其浓度为0.1-5mg/mL。
步骤12、提供CF基板本体40，所述CF基板本体40包括玻璃基板42及形成于玻璃基板42上的色阻层44。
具体地，所述色阻层44通过黄光工艺形成于玻璃基板42上，该色阻层44包括阵列排布的数个像素单元及位于该些像素单元外围的黑色矩阵。
步骤13、将所述稳定的氧化石墨烯与纯石墨烯混合水溶液涂布在CF基板本体40上。
具体地，根据所述CF基板本体40的具体需求（视所制得的CF基板应用的显示模式而定），可将所述稳定的氧化石墨烯与纯石墨烯混合水溶液涂布在CF基板本体40的色阻层44上（如图3所示），作为液晶显示面板的公共电极；还可以将所述稳定的氧化石墨烯与纯石墨烯混合水溶液涂布在CF基板本体40的玻璃基板42远离色阻层44的一侧上（如图4所示），作为静电导出层。
所述步骤13中，采用旋涂、刮涂或喷涂方式将所述氧化石墨烯与纯石墨烯混合水溶液涂布在CF基板本体40上。
步骤14、将涂布在CF基板本体40上的氧化石墨烯与纯石墨烯混合水溶液在30-90℃下进行烘干处理，得到氧化石墨烯与纯石墨烯混合薄膜，该氧化石墨烯与纯石墨烯混合薄膜的厚度为0.68-3.4nm。
具体地，将涂布有氧化石墨烯与纯石墨烯混合水溶液的CF基板本体40置于温度为30-90℃的环境内，直至CF基板本体40上的氧化石墨烯与纯石墨烯混合水溶液被烘干。
步骤15、将所述氧化石墨烯与纯石墨烯混合薄膜中的氧化石墨烯通过还原剂进行化学还原，得到纯石墨烯薄膜，所述还原剂为抗坏血酸溶液、水合肼、硼氢化钠、氢碘酸、尿素或对苯二酚。
具体地，步骤15为：在室温下，将所述还原剂喷涂到所述氧化石墨烯与纯石墨烯混合薄膜的表面，以对所述氧化石墨烯与纯石墨烯混合薄膜中的氧化石墨烯进行化学还原；在本实施例中，所述还原剂优选浓度为0.01-0.1mol/L的抗坏血酸溶液。
步骤16、将化学还原后得到的纯石墨烯薄膜进行清洗、干燥，得到透明导电薄膜，即在CF基板本体40上形成透明导电薄膜20；所述透明导电薄膜20的可见光区穿透率为80-95%，面电阻为30-500Ω/□。
由该石墨烯制成的透明导电薄膜20具有良好的导电性能和透光性能，完全可以代替现有的由氧化铟锡（ITO）制成的透明导电薄膜20应用于触摸屏、液晶显示、有机光伏电池、有机发光二极管等领域，且，由石墨烯制成的透明导电薄膜20的机械强度和柔韧性更优，更适合应用于柔性基板领域。且，本发明中采用的氧化石墨烯与纯石墨烯可以均匀的以单片层的形式悬浮于水溶液中，形成稳定的水溶液或水溶胶，因此，其可以在任意大小的基板上涂膜，厚度也可以自由调控。
具体地，根据步骤13的具体操作方式，所述透明导电薄膜20形成于所述色阻层44上，则作为液晶显示面板的公共电极，与TFT基板（未图示）上的像素电极（未图示）形成电场以驱动液晶分子转动；此时所述CF基板通常为高清显示模式中的CF基板；然而也不仅仅局限于此，其还可以是需要设置透明导电电极的其它显示模式中的CF基板。
若透明导电薄膜20形成于玻璃基板42远离色阻层44的一侧，则所述透明导电薄膜20作为静电导出层，以将液晶显示面板中的静电导出，延长液晶显示面板的使用寿命。且，使用ITO层作为静电导出层时需要在ITO表面贴一层保护膜来保护该ITO静电导出层，而本发明中的使用石墨烯透明导电薄膜20制得的静电导出层则不需要贴保护层，降低生产成本。当透明导电薄膜20作为静电导出层时，所述CF基板通常为平面转换（In-Plane Switching，IPS）显示模式中的CF基板、或边界电场切换（Fringe Field Switching，FFS）显示模式中的CF基板。然而也不仅仅局限于这两种显示模式中的CF基板，也可以是需要贴附静电导出层的其它显示模式中的CF基板。
综上所述，本发明的透明导电薄膜制备方法，将氧化石墨烯与纯石墨烯混合水溶液涂布在玻璃基板上，通过还原得到高纯度的石墨烯薄膜做透明电极材料，操作简单，易于实现，成本较低，制成的石墨烯透明导电薄膜的导电率可与由ITO制成的透明导电薄膜相媲美，透光率可达95%，且制成的石墨烯透明导电薄膜的机械强度和柔韧性都比由ITO制成的透明导电薄膜优良，更适合应用于有机发光二极管基板等柔性基板领域；将所述石墨烯透明导电薄膜应用于液晶显示领域，制得具有石墨烯透明导电薄膜的CF基板，该CF基板的制备方法操作简单、易于实现、成本较低、由于使用透光性能、机械强度和柔韧性更好的石墨烯透明导电薄膜代替ITO透明导电薄膜，因此所制的具有石墨烯透明导电薄膜的CF基板应用于液晶显示面板中，可以增强液晶面板的穿透率，减少背光的使用。
以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、将氧化石墨烯与纯石墨烯混合粉末溶于水中，对其进行超声波处理，得到稳定的氧化石墨烯与纯石墨烯混合水溶液；
步骤2、将所述稳定的氧化石墨烯与纯石墨烯混合水溶液涂布在基板上；
步骤3、将涂布在基板上的氧化石墨烯与纯石墨烯混合水溶液在30-90℃下进行烘干处理，得到氧化石墨烯与纯石墨烯混合薄膜；
步骤4、将所述氧化石墨烯与纯石墨烯混合薄膜中的氧化石墨烯通过还原剂进行化学还原，得到纯石墨烯薄膜，所述还原剂为抗坏血酸溶液、水合肼、硼氢化钠、氢碘酸、尿素或对苯二酚；
步骤5、将化学还原后得到的纯石墨烯薄膜进行清洗、干燥，得到透明导电薄膜，即在基板上形成透明导电薄膜。
2.如权利要求1所述的透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述超声波处理时间为10-60min；所述稳定的氧化石墨烯与纯石墨烯混合水溶液的浓度为0.2-5mg/mL；所述步骤2中，采用旋涂、刮涂或喷涂方式将所述氧化石墨烯与纯石墨烯混合水溶液涂布在基板上；所述基板为玻璃基板、塑料基板或待设置导电薄膜的CF基板本体；所述氧化石墨烯与纯石墨烯混合薄膜的厚度为0.68-3.4nm。
3.如权利要求2所述的透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤4为：在室温下，将所述还原剂喷涂到所述氧化石墨烯与纯石墨烯混合薄膜的表面，以对所述氧化石墨烯与纯石墨烯混合薄膜中的氧化石墨烯进行化学还原；当所述还原剂为抗坏血酸溶液时，其浓度为0.01-0.1mol/L。
4.如权利要求1所述的透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述透明导电薄膜的可见光区穿透率为80-95%，面电阻为30-500Ω/□。
5.一种CF基板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤11、将氧化石墨烯和纯石墨烯混合粉末溶于水中，对其进行超声波处理，得到稳定的氧化石墨烯与纯石墨烯混合水溶液；
步骤12、提供CF基板本体（40），所述CF基板本体（40）包括玻璃基板（42）及形成于玻璃基板（42）上的色阻层（44）；
步骤13、将所述稳定的氧化石墨烯与纯石墨烯混合水溶液涂布在CF基板本体（40）上；
步骤14、将涂布在CF基板本体（40）上的氧化石墨烯与纯石墨烯混合水溶液在30-90℃下进行烘干处理，得到氧化石墨烯与纯石墨烯混合薄膜；
步骤15、将所述氧化石墨烯与纯石墨烯混合薄膜中的氧化石墨烯通过还原剂进行化学还原，得到纯石墨烯薄膜，所述还原剂为抗坏血酸溶液、水合肼、硼氢化钠、氢碘酸、尿素或对苯二酚；
步骤16、将化学还原后得到的纯石墨烯薄膜进行清洗、干燥，得到透明导电薄膜，即在CF基板本体（40）上形成透明导电薄膜（20）；所述透明导电薄膜（20）的可见光区穿透率为80-95%，面电阻为30-500Ω/□。
6.如权利要求5所述的CF基板的制备方法，其特征在于，所述超声波处理时间为10-60min；所述稳定的氧化石墨烯与纯石墨烯混合水溶液的浓度为0.2-5mg/mL；所述步骤13中，采用旋涂、刮涂或喷涂方式将所述氧化石墨烯与纯石墨烯混合水溶液涂布在基板上；所述氧化石墨烯与纯石墨烯混合薄膜的厚度为0.68-3.4nm。
7.如权利要求6所述的CF基板的制备方法，其特征在于，所述步骤15为：在室温下，将所述还原剂喷涂到所述氧化石墨烯与纯石墨烯混合薄膜的表面，以对所述氧化石墨烯与纯石墨烯混合薄膜中的氧化石墨烯进行化学还原；当所述还原剂为抗坏血酸溶液时，其浓度为0.01-0.1mol/L。
8.如权利要求5所述的CF基板的制备方法，其特征在于，所述色阻层（44）通过黄光工艺形成于玻璃基板（42）上，该色阻层（44）包括阵列排布的数个像素单元及位于该些像素单元外围的黑色矩阵。
9.如权利要求5所述的CF基板的制备方法，其特征在于，所述透明导电薄膜（20）形成于所述色阻层（44）远离玻璃基板（42）的一侧，用于作透明电极。
10.如权利要求5所述的CF基板的制备方法，其特征在于，所述透明导电薄膜（20）形成于玻璃基板（42）远离色阻层（44）的一侧，用于作静电导出层。
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