CN104812571A - 具有三维结构的金属图形的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种具有3D结构的金属图形的制造方法，一种金属图形层压板以及该金属图形层压板的用途。根据所述金属图形的制造方法，所述具有3D结构的金属图形可以有效地形成在接受器上。尤其，具有3D结构的金属图形也可以有效且快速地转移到接受器的表面，例如，金属图形无法轻易转移的柔性基板。例如，使用该方法制造的金属图形层压板可以有效地用于柔性电子器件的电极层或者金属互连线。

Description

具有三维结构的金属图形的制造方法
技术领域
本申请涉及一种制备具有三维(3D)结构的金属图形的方法，一种金属图形层压板，以及该金属图形层压板的用途。
背景技术
金属图形可以被有效地使用在各种用途中。例如，金属图形可以用于设计标徽和卡片，或者形成多种类型电子设备的电极或单向天线。例如，金属图形可以用作电子器件的电极层(专利文件1：日本专利特许公开No.2012-092388)。
近年来，将电子器件中的基板从硬质玻璃类基板替代为柔性聚合物类基板的技术需求正在增长，同时也伴随着对柔性电子器件的关注度上升。就这一点而言，转移各种金属图形的方法已经用作在基板上形成金属电极的方法。然而，这样的方法存在柔性基板相比硬质基板对高温和溶剂体现出较差的耐久性的问题，这使得很难形成具有金属图形的电极层。并且，制造柔性电子器件需要形成具有3D形状，且能够持久对抗弯曲和拉伸的金属图形的技术。然而，这种技术有在保持金属层的3D形状的同时完整地将金属层的3D结构转移到基板上的限制。
发明内容
技术问题
本申请旨在提供一种具有三维(3D)结构的金属图形的制造方法，一种金属图形层压板，以及该金属图形层压板的用途。
技术方案
本申请的一个示例性实施方案的具有3D结构的金属图形的制造方法，可以包括：将用于转移金属图形的薄膜的金属层面向接受器设置在该接受器上，并用光照射光热转换层。这里，所述薄膜依次包括光热转换层、中间层以及金属层。在本申请中，所述具有3D结构的金属图形可以是指一种连续的金属层，且其中被转移的金属图形具有凹凸结构。金属层的一部分可以用作将转移金属图形和接受器区别开的概念。
如上所述，用于转移金属图形的薄膜可以依次包括光热转换层、中间层以及金属层。图1是示意性地示出了用于转移金属图形的薄膜的示意图，在该薄膜中依次形成有光热转换层101、中间层102以及金属层103。例如，当使用此用于转移金属图形的薄膜时，如图2所示，包含具有3D结构(即，凹凸结构)的金属图形202的连续的金属层可以有效地形成在接受器201上。
在本申请中，所述光热转换层可以是指，例如，能够吸收辐射光(例如，在红外可见光区域内的光线)并将一部分吸收的光线转换为热量的功能层。所述光热转换层可以被选则和使用而无需特别限制，只要其包括能够吸收在红外可见光区域内的光并将一部分吸收的光线转换为热量的材料(下文称作光吸收材料)。所述光吸收材料是本领域内公知的。这样的材料可以应用于光热转换层上而无需特别限制。
例如，染料可以用作光吸收材料。例如，在本领域内公知的能够吸收红外线区域的光的染料。例如，可以使用在Matsuoka,M.,Infrared AbsorbingMaterials,Plenum出版社,New York,1990；Matsuoka,M.,Absorption Spectra ofDyes for Diode Lasers,Bunshin Publishing Co.,Tokyo,1990；美国专利号4,772,583、4,833,124、4,912,141、4,948,776、4,948,777、4,948,778、4,950,639、4,940,640、4,952,552、5,023,229、5,024,990、5,286,604、5,340,699和5,401,607或者欧洲专利申请号321,923和568,993中公开的染料。并且，也可以使用在Bello、K.A.等，J.Chem.Soc、Chem.Commun，452(1993)以及美国专利号5,360,694中公开的染料。通过另一个例子，也可以使用American Cyanamid或Glendale Protective Technologies以商标IR-99、IR-126以及IR-165出售的IR吸收剂。例如，除染料以外，可以使用如美国专利No.5,351,617中公开的光吸收材料的IR-吸收导电聚合物。
本文可以使用的其他光吸收材料的例子可以包括炭黑、金属、金属氧化物或者金属硫化物。例如，本文可以使用的光吸收材料的例子可以包括元素周期表第Ib、IIb、IIIa、IVa、IVb、Va、Vb、VIa、VIb以及VIII族的金属元素或者它们的合金，第Ia、IIa或IIIb族的元素和合金，或者他们的混合物。例如，在相关领域中已知的，Al、Bi、Sn、In或Zn，或者它们的合金，元素周期表第Ia、IIa以及IIIb族中的元素或者它们的合金，或者它们的化合物或者混合物。本文可以使用的合适的化合物可以包括Al、Bi、Sn、In、Zn、Ti、Cr、Mo、W、Co、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zr和Te的硫化物或者它们的混合物。
所述光热转换层可以只包括上述材料，或者在必要时可以包括上述材料和适当的粘合剂。例如，所述光热转换层可以使用其中分散有上述材料(例如炭黑)的粘合剂来形成。对本文可以使用的粘合剂的种类没有特别的限制，并且已知的树脂组合物可以用作所述粘合剂。例如，可以使用酚醛树脂(例如，酚醛清漆、可溶性酚醛树脂等)和热固化剂、热固化聚合物或者热塑性聚合物，例如聚醋酸乙烯酯、聚偏二氯乙烯、聚丙烯酸酯、纤维素醚或者纤维素酯、硝化纤维、聚碳酸酯或者它们的混合物作为粘合剂。
所述光热转换层的厚度没有特别的限制，且可以在不导致损害所需的物理性能的情况下适当选取。例如，所述光热转换层的厚度可以为大约0.1μm到2.0μm。当所述光热转换层的厚度小于该厚度范围时，由于较低的能量吸收速率，光转化为热的能量可能会减少，导致膨胀压力的降低。另一方面，当所述光热转换层的厚度超过该厚度范围时，由于在用于转移金属图形的薄膜和其中形成有金属图形的接受器基板之间出现阶差部，可能发生较差的边缘开口现象。
在本申请中，所述中间层可以是指诸如具有合适的表面能，以在金属层在光照下转移到接受器上时，调整金属层的剥离强度的功能层。例如，所述中间层可以形成为具有约25mN/m以下、24mN/m以下、23mN/m以下、22mN/m以下、21mN/m以下、20mN/m以下、19mN/m以下、18mN/m以下、17mN/m以下、16mN/m以下或15mN/m以下的表面能。此表面能可以为例如，通过由与H2O和CH2I2之间的接触角(所述接触角使用接触角测量装置得到)测定的固体的表面能得到的值。当形成有金属层的中间层的表面能满足该表面能范围时，具有3D结构的金属图形可以有效地从用于转移金属图形的薄膜的金属层转移到接受器上。
例如，所述中间层可以使用氟类或者硅类化合物形成。此类化合物可以直接用于形成中间层为有机单分子薄膜，或者氟类或硅类树脂可以与合适的粘合剂混合，以形成为高分子薄膜的形式的中间层。有机单分子材料可以为，例如，选自以硅烷为基础结构并具有官能团(例如甲基、直链或支链的烷基、氟代烷基或芳基)的材料，并使用。在氟类或者硅类树脂的情况下，例如，一种含氟的取代基可以嫁接到例如聚氨酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯或者聚酯丙烯酸酯的光固化树脂的主链上，且该取代基接枝的光固化树脂可以用来形成中间层，或者反应性或者非反应性的氟类或硅类添加剂以添加剂的形式混合于其中的粘合剂可以用来形成中间层。例如，含有乙烯基的氟类化合物、或者非反应性的氟类化合物可以用作氟类添加剂，以及，例如，聚醚改性聚二甲基硅氧烷、聚醚改性二甲基聚硅氧烷共聚物、二甲基聚硅氧烷-、改性二甲基聚硅氧烷-、以及甲烷基硅氧烷类硅丙烯酸酯、以及表现反应性的硅丙烯酸酯，可以用作硅类添加剂。例如，此处也可以使用可购自BYK的商品名为BYK-300、BYK-301和BYK-302等的材料。
所述中间层的厚度没有特别的限制，且可以在不损害所需物理性能的情况下适当选取。例如，当中间层由氟类或者硅类高分子薄膜形成时，所述中间层的厚度可以为大约0.5μm至大约3μm。并且，当中间层例如由氟或硅类有机单分子薄膜形成时，所述中间层的厚度可以为大约5nm至100nm。
用于形成金属层的材料没有特别的限制，且可以鉴于应用该用于转移金属图形的薄膜的目的来适当选取。根据一个示例性的实施方案，用来形成金属层的材料可以根据用于形成光热转换层的材料来决定。例如，金属层的材料可以为这样的材料，其沸点低于用于形成光热转换层的材料的熔点。能够形成所述金属层的材料的例子可以包括诸如铝、铜、银、金、铁、铂、钨、铬的金属，或者它们的合金，但是本申请不限于此。
所述金属层的厚度没有特别的限制，且可以根据预期目的，或者根据待转移的金属图形的形状，来适当选取。所述金属层的厚度可以，例如为大约50nm至大约1μm。
并且，所述用于转移金属图形的薄膜可以进一步包括合适的支撑基板。在这种情况下，上文所述的光热转换层可以在所述支撑基板上形成。所有已知的通过该基板可以传递待被照射到光热转化层的光(例如，在红外线区域的光)并可以用作支撑元件的基板可以用作所述支撑基板。例如，可以使用玻璃基板，诸如无碱玻璃基板、石英基板，或者透明树脂基板来作为所述支撑基板。已知的塑料薄膜，诸如聚酰亚胺(PI)薄膜、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)薄膜、聚碳酸酯(PC)薄膜、丙烯酸薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜、聚(醚硫醚)膜(PES)、或者聚砜(PS)薄膜可以，例如用作所述透明树脂基板。在这种情况下，不特别限制透明树脂基板的具体例子。
所述用于转移金属图形的薄膜可以进一步包括阻挡层。在这种情况下，所述阻挡层可以位于光热交换层和中间层之间。在本申请中，所述阻挡层可以是指，例如，在转移过程中当将金属层转移到接受器上时，可以避免金属层与光热转化层的材料一起被转移的功能层。图3为示意性地示出了用于转移金属图形的薄膜的图，该用于转移金属图形的薄膜依次地包括光热转换层101、阻挡层301、中间层102以及金属层104。
例如，所述阻挡层可以不受特别限制地被选择和使用，只要其包括在转移过程中当将金属层转移到接受器上时，可以避免金属层与光热转化层的材料一起被转移的材料。因此，所述阻挡层可以降低或者避免在转移过程中可能发生的污染或者变形的程度。并且，所述阻挡层可以防止当将所述光热转换层中产生的热量转移到金属层上时，烧毁金属层。
所述阻挡层可以使用有机和/或无机粘合剂材料形成。例如，所述阻挡层可以使用表现出高耐热性且在转移过程中几乎不与光热转换层发生反应的材料形成。本文可以使用的有机粘合剂材料的例子包括各种热固性材料或者热塑性材料。合适的阻挡层材料的例子可以包括丙烯酸(acrylic)、氨基甲酸酯类、酯类或者环氧类有机粘合剂。例如，所述材料可以涂布在光热转换层上作为热塑性前体材料，然后被交联。适当的热增塑剂可以包括聚砜、聚酯或者聚酰亚胺。在这种情况下，所述热增塑剂可以采用常见的涂布方法涂布在光热转换层上。
所述阻挡层的厚度没有特别的限制，且可以在不损害所需物理特性的情况下适当选取。例如，所述阻挡层的厚度可以为大约0.05μm至大约3μm。
所述具有3D结构的金属图形可以从用于转移金属图形的薄膜的金属层转移，使得金属图形在接受器上形成。如上所述，具有3D结构的金属图形可以通过如下方法制备，将用于转移金属图形的薄膜的金属层面向接受器设置在该接受器上，并用光照射光热转换层。
例如，所述具有3D结构的金属图形可以在用光照射光热转换层时由于光的光能转化为热能而形成，光热转换层因热能出现体积膨胀，并且金属层的材料因为受到体积膨胀的影响而转移金属层到接受器。
所述过程中照射的光的种类，以及照射光线的方法没有特别的限制。例如，鉴于使用的光热转换材料的种类，可以使用已知光源照射合适波长区域的光线。在该步骤中，只有预定部分的光热转换层可以被选择性地光照。例如，所述光热转换层可以通过确定期望的位置、整个照射区域以及使用扫描器的扫描类型来照射，或者可以通过使用掩模的照射方法来选择性地照射。用光照射光热转换层可以，例如，通过使用连续波(CW)模式的激光来进行。当照射CW模式的激光时，例如，更适合形成上文所述的具有3D结构的金属图形。
具有金属图形形成在其上的接受器的种类没有特别的限制，且可以根据预期的目的适当选取。例如，所述接受器可以为无机基板，例如玻璃基板或者石英基板，或者已知的塑料基板，例如PI基板、PEN基板、PC基板、丙烯酸(acrylic)基板、PET基板、PES基板或者PS基板。根据一个示例性实施方案，接受器可以为表现出柔韧性的柔性基板。当所述薄膜应用在上述的柔性基板上时，可以耐久抵抗弯曲和拉伸的具有3D结构的金属图形可以有效地形成在柔性基板上。
如上所述，转移到接受器上的金属图形可以具有3D结构。也就是，在转移过程中具有凹凸结构的金属层可以转移到接受器中。在这种情况下，转移后的金属层可以为具有凹凸结构的连续金属层。
图4是示意性地示出了在转移过程中连续金属图形202转移到接受器201上的图，也就是，示例性地示出使用薄膜的转移过程的示意图中，其中在支撑基板401上依次形成光热转换层101、阻挡层301、中间层102以及金属层103。如图4所示，当在合适的位置用适当选择的光选择性地照射用于转移金属图形的膜时，在该膜中光热转换层的材料和/或金属层的物理性质(沸点等)被控制，具有凹凸结构的连续金属图形202可以形成于接受器201上。
并且，本申请旨在提供一种金属图形层压板。根据一个示例性实施方案的金属图形层压板可以包括柔性基板和在所述柔性基板上形成的具有凹凸结构的连续金属层。这样的层压板可以，例如，使用上述的具有3D结构的金属图形的制造方法形成。因此，上述方法的内容同样地适用于所述金属图形层压板的柔性基板和金属层。根据一个示例性实施方案的金属图形层压板，因为柔性基板上形成的金属图形具有3D凹凸结构，且所述金属图形层压板同样具有很强的耐弯曲和耐拉伸性，所以可以被有效地运用于生产柔性电子器件。
另外，本申请旨在提供所述金属图形层压板的用途。例如，所述金属图形层压板可以有效地用于电极层或者金属互连线。并且，所述电极层可以适用于有机电子器件，从而可以有效地用于制造柔性电子器件。当所述金属图形层压板用于电极层、金属互连线或者有机电子器件时，组成该电极层、金属互连线或者有机电子器件的其他部件，或者组成该电极层、金属互连线或者有机电子器件的方法，没有特别的限制。例如，所有相关领域中已知的材料和方法均可以采用，只要可以使用所述金属图形层压板。
有益效果
根据本申请的方法，具有3D结构的金属图形可以有效地形成在接受器上。尤其，根据本申请所述的方法，具有3D结构的金属图形也可以有效且快速地转移到接受器的表面，例如，金属图形无法轻易转移的柔性基板。例如，使用该方法制造的金属图形层压板可以有效地用于柔性电子器件的电极层或者金属互连线。
附图说明
图1是示意性地示出用于转移金属图形的薄膜的图；
图2是示意性地示出具有3D结构的金属层转移到接受器的情况的图；
图3是示意性地示出用于转移金属图形的薄膜的图；
图4是示意性地示出制造具有3D结构的金属图形的方法的图；
图5是示出实施例1中所述的转移过程中用于转移金属图形的薄膜的金属层的表面的图像；
图6是示出实施例1中转移到接受器上的具有3D结构的金属图形的表面的图像；
图7是示出实施例1中转移到接受器上的具有3D结构的金属图形的侧面的图像。
具体实施方式
在下文中，将参照本申请的示例性实施方案详细地描述本申请。然而，本申请的范围不限于以下提供的示例性的实施方案。
测量实施例1：测量表面能
通过Owen-Wendt方法，使用接触角分析仪(滴形分析仪，DSA100,KRUSSGmbH)，由与水(H2O)和二碘甲烷(CH2I2)液滴间形成的接触角，测定固体的表面能。
实施例1
制造用于转移金属图形的薄膜
用于转移金属图形的薄膜通过在用作支撑基板的PET薄膜上依次形成光热转换层、阻挡层、中间层以及金属层而制备。通过制备包含炭黑的用于制备光热转换层的组合物，接着通过棒涂法用该组合物涂布支撑基板，从而在支撑基板上形成厚度为2.5μm的光热转换层；通过制备包含热固化氨基甲酸酯类材料的用于制备阻挡层的组合物，接着通过棒涂法用该组合物涂布上述光热转换层，从而在该光热转换层上形成厚度为15μm的阻挡层；通过旋涂为一种氟类有机硅化合物的OPTOOLTM(商购自DAIKIN INDUSTRIES,Ltd.)的溶液，在上述阻挡层上形成厚度为约20nm的中间层(所述中间层的表面能为23mN/m)；通过溅射铝金属在上述中间层上形成厚度为约100nm的金属层。
转移金属图形
为使用激光实施转移测试，使用1070nm的连续波(CW)的50W纤维激光器。为了以均一功率辐射激光束，通过使激光穿过均化器然后穿过F-θ镜，在焦平面上形成尺寸为大约0.2mm×0.2mm的方光束。用于转移金属图形的薄膜的金属层朝向接受器板设置在接受器板(也就是，PET薄膜)上，通过使用电压为1.6W、扫描速度为0.5到0.6米/秒的IR激光扫描所述薄膜的支撑基板，将金属图形转移到接受器板上。图5是示出实施例1中所述的转移过程中用于转移金属图形的薄膜的金属层的表面的图像。如图5所示，可以看出，金属层的表面因光热转换层的体积膨胀的效果而具有凹凸结构。另外，图6和图7是分别示出实施例1中转移到接受器上的具有3D结构的金属图形的表面和侧面的图像。如图6和图7所示，可以看出，不仅是用于转移金属图形的薄膜的金属层的凸面部分被选择性地转移，整个具有凹凸结构的连续金属层都因光热转换层的体积膨胀而被转移。
附图主要部分的简要说明
101：光热转换层
102：中间层
103：金属层
201：接受器
202：金属图形
301：阻挡层
401：支撑基板

Claims (19)

1.一种制造具有三维(3D)结构的金属图形的方法，包括：
在接受器上，面向该接受器设置用于转移金属图形的薄膜的金属层，所述薄膜依次包括光热转换层、表面能为25mN/m以下的中间层和金属层；以及
用光照射所述光热转换层。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述接受器为柔性基板。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述光热转换层包含染料、炭黑、金属、金属氧化物或者金属硫化物。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述金属硫化物为Al、Bi、Sn、In、Zn、Ti、Cr、Mo、W、Co、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zr或Te的硫化物。
5.如权利要求3所述的方法，其中，所述光热转换层为包含染料、炭黑、金属、金属氧化物或者金属硫化物的树脂组合物层。
6.如权利要求1所述的方法，其中，所述中间层包含氟类化合物或者硅类化合物。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述中间层的厚度为0.5μm到5μm。
8.如权利要求1所述的方法，其中，所述中间层的厚度为5nm到100nm。
9.如权利要求1所述的方法，其中，所述金属层包含铝、铜、银、金、铁、铂、钨或者它们的合金。
10.如权利要求1所述的方法，其中，所述用于转移金属图形的薄膜进一步包括：
阻挡层，该阻挡层位于所述光热转换层和所述中间层之间。
11.如权利要求10所述的方法，其中，所述阻挡层包含热塑性材料或者热固性材料。
12.如权利要求10所述的方法，其中，所述阻挡层包含丙烯酰基类、氨基甲酸酯类、酯类或者环氧类有机粘合剂。
13.如权利要求1所述的方法，其中，所述用光照射光热转换层是通过用连续波(CW)模式的激光照射所述光热转换层来进行的。
14.如权利要求1所述的方法，其中，所述具有凹凸结构的金属层在用光照射时转移到所述接受器上。
15.如权利要求14所述的方法，其中，所转移的金属层为具有凹凸结构的连续金属层。
16.一种金属图形层压板，其使用权利要求1定义的方法制造，并且包括柔性基板，以及在所述柔性基板上形成的具有凹凸结构的连续金属层。
17.一种包括权利要求16定义的金属图形层压板的电极层。
18.一种包括权利要求16定义的金属图形层压板的金属互连线。
19.一种包括权利要求17定义的电极层的有机电子器件。
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