CN105244072A - 一种柔性电极及其制备方法及柔性显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种柔性电极及其制备方法及柔性显示装置，其中，所述柔性电极包括第一导电层、第二导电层和第三导电层，其中，所述第二导电层为含有高分子导电聚合物的纳米多孔层，且所述高分子导电聚合物包裹所述纳米多孔层中的纳米导电材料；所述第一导电层和所述第三导电层均与所述第二导电层贴合，且所述第二导电层位于所述第一导电层和所述第三导电层之间。本发明的技术方案在保障导电性能的基础上，实现了柔性电极的可延展性和稳定性。

Description

一种柔性电极及其制备方法及柔性显示装置

技术领域

本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种柔性电极及其制备方法及柔性显示装置。

背景技术

柔性显示技术主要应用柔性电子技术，是将柔性显示介质电子元件与材料安装在有柔性或可弯曲的基板上，使得显示器具有能够弯曲或卷曲成任意形状的特性，有轻、薄且方便携带等特点。

目前显示器中常用的电极为单层的金属导电氧化物材料，一般选用氧化铟锡(Indiumtinoxide，ITO)材料，该种材料在柔性显示所需求的可弯曲、折叠以及可延展的特性下其导电性和稳定性均会受到影响，具体的材质在弯折时容易产生裂纹，影响电极的导电性；铟材料属于稀有金属，资源有限；而且，在柔性衬底上通过溅射高温形成ITO电极，影响了柔性衬底的高温稳定性。

为了解决ITO电极在具有柔韧性的基础上无法保持导电性和稳定性，目前采用纳米导电材料如银纳米管制作柔性电极。然而，金属纳米管之间相互交叠，形成很大的结点阻抗，不利于制备高导电薄膜；银纳米管容易受到空气和水汽的氧化，导致导电膜的面阻抗变大，使得导电膜雾化；另外，目前采用湿法制备金属纳米管导电薄膜，导致纳米管在制备过程中易被氧化。

综上，如何在保证电极导电性能的基础上，实现电极的可延展性和弹性，以满足柔性显示的柔性需求，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种柔性电极及其制备方法及柔性显示装置，以在保证电极导电性能和稳定性的基础上，满足柔性显示的柔性需求。

第一方面，本发明提供一种柔性电极，包括第一导电层、第二导电层和第三导电层，

其中，所述第二导电层为含有高分子导电聚合物的纳米多孔层，且所述高分子导电聚合物包裹所述纳米多孔层中的纳米导电材料；

所述第一导电层和所述第三导电层均与所述第二导电层贴合，且所述第二导电层位于所述第一导电层和所述第三导电层之间。

第二方面，本发明还提供一种柔性电极的制备方法，包括：

形成第一导电层和第三导电层；

设置纳米多孔层；

在所述纳米多孔层上涂覆高分子导电溶液，固化形成第二导电层；

将所述第一导电层和所述第三导电层分别与所述第二导电层在常温下真空压合，所述第二导电层位于所述第一导电层和所述第三导电层之间。

第三方面，本发明还提供一种柔性显示装置，包括本发明任意实施例提供的柔性电极。

本发明提供的柔性电极及其制备方法及柔性显示装置，由于第二导电层中高分子导电聚合物包裹纳米多孔层中的纳米导电材料，避免了第二导电层中纳米导电材料的交叠，第一导电层和第三导电层不仅使柔性电极具有光滑表面，还能够作为水汽和空气的阻隔层避免电极氧化，柔性电极具有良好的导电性。因此，该柔性电极能够在保障导电性能的基础上，实现电极的可延展性和稳定性。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1a是现有银纳米管的扫描电子显微镜图像；

图1b是现有的银纳米管的结构示意图；

图2a是本发明提供的一种柔性电极的截面示意图；

图2b是第二导电层的局部放大示意图；

图2c是本发明提供的另一种柔性电极的截面示意图；

图3是本发明提供的一种柔性电极的制备方法的流程示意图；

图4是本发明提供的另一种柔性电极的制备方法的流程示意图；

图5a-图5g是与图4对应的柔性电极的制备方法各个阶段的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。

柔性电极是影响柔性显示器件的关键部件，需兼具柔韧性和导电性。银纳米管导电膜具有良好的柔韧性、透光性和导电性有望作为柔性电极。

图1a是现有银纳米管的扫描电子显微镜图像。如图1a所示，银纳米管之间相互交叠，形成很大的结点阻抗，阻止了银纳米管等金属纳米管应用于制备高导电薄膜。并且，金属纳米管容易受到空气和水汽的氧化，导致金属纳米管制备的导电薄膜的面电阻变大，还导致导电薄膜雾化，降低了导电薄膜的导电性和透光性。

图1b是现有的银纳米管的结构示意图。如图1b所示，为了避免金属纳米管被氧化腐蚀，目前采用聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethyleneterephthalate，PET)或聚乙烯醇(polyvinylalcohol，PVA)等高分子材料作为金属纳米管的保护层，这些高分子材料虽然能够避免金属纳米管被氧化腐蚀，但是由于高分子材料是绝缘材料且厚度较厚，不利于制备导电薄膜，同时也会影响导电膜的导电性能。并且，将金属纳米管埋藏在绝缘材料内部难以够得到光滑的表面。

因此，金属纳米管虽然具有良好的柔韧性和导电性却不能够直接作为柔性电极。

为了解决上述问题，本发明提供了一种柔性电极。

图2a是本发明提供的一种柔性电极的截面示意图。如图2a所示，所述柔性电极包括第一导电层100、第二导电层200和第三导电层300，其中，所述第二导电层200为含有高分子导电聚合物220的纳米多孔层(未示出)，且所述高分子导电聚合物220包裹所述纳米多孔层中的纳米导电材料210；所述第一导电层100和所述第三导电层300均与所述第二导电层200贴合，且所述第二导电层200位于所述第一导电层100和所述第三导电层300之间。

如图2a所示，第一导电层100和第三导电层300分别贴合在第二导电层200的两侧，均用于为第二导电层200阻隔空气和水汽，避免了第二导电层200被氧化腐蚀。而且，第一导电层100和第三导电层300均为具有平滑表面的单片致密结构，还为柔性电极提供了光滑的表面。

图2b是第二导电层的局部放大示意图。如图2b所示，第二导电层200主要由纳米多孔层(未示出)组成，且纳米多孔层为纳米导电材料210形成的，具有无序的多维度结构，良好的导电性能和柔韧性等。第二导电层200还包括高分子导电聚合物220，高分子导电聚合物220材料包裹于纳米导电材料210，最大化分散纳米导电材料210，避免了纳米导电材料210之间相互交叠，从而降低了纳米多孔层的结点阻抗。并且，高分子导电聚合物220材料具有良好的导电性能，使得纳米导电材料210通过高分子导电聚合物220导通，因此第二导电层200不仅具有柔韧性和导电性，还具有较低的结点阻抗，解决了现有的金属纳米管制成的导电薄膜中金属纳米管之间相互交叠导致的结点阻抗较大的问题。

可选地，所述第一导电层100与所述第三导电层300的材料相同，使得所述第一导电层100与所述第三导电层300的制备过程相同，以能够同时制备第一导电层100和第三导电层300，从而简化柔性电极的制作工艺。需要说明的是，本发明中所述第一导电层100与第三导电层300的材料也可以不相同。

可选的，所述第一导电层100和所述第三导电层300的面阻抗小于400Ω/sq。所述第一导电层100和所述第三导电层300不仅具有单片致密结构以保护第二导电层200受空气和水汽氧化腐蚀，面阻抗还需小于400Ω/sq，以避免柔性电极由于面阻抗较大，影响柔性电极的导电性能。

可选的，所述第一导电层100为单层石墨烯片或单层氧化石墨烯片，所述第三导电层300为单层石墨烯片或单层氧化石墨烯片。具体的，所述第一导电层100和所述第三导电层300可以同时为单层石墨烯片或单层氧化石墨烯片，也可以其中一个为单层石墨烯片，另一个为单层氧化石墨烯片。单层石墨烯片或单层氧化石墨烯片均具有光滑表面和良好的导电性能，能够提高柔性电极的性能。

图2c是本发明提供的另一种柔性电极的截面示意图。如图2c所示，所述柔性电极包括依次设置的基板30、第一导电层100、第二导电层200和第三导电层300，所述第二导电层200为柔性电极的核心导电层。其中，所述第一导电层100背离所述第二导电层200的表面上沉积有第一阻隔层400；所述第三导电层300背离所述第二导电层200的表面上沉积有第二阻隔层500。

可选的，纳米多孔层的材料包括纳米管、纳米线和金属纳米网格中的至少一种。具体的，纳米多孔层的材料由纳米管、纳米线和金属纳米网格中的任意一种组成，也可以由纳米管、纳米线和金属纳米网格中至少两种材料组成，还可以由纳米管、纳米线和金属纳米网格共同组成。即，本发明对纳米多孔层的材料不作具体限定，只需具有良好导电性能的纳米结构即可。

可选地，所述纳米管或所述纳米线的直径为20-200nm，所述纳米管或所述纳米线的长度为30-50um，使得纳米管或纳米线的尺寸适合制作柔性电极。

可选地，所述高分子导电单体为聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT：PSS)或聚苯胺。需要说明的是，高分子导电单体也可以为除PEDOT：PSS或聚苯胺外的其他高分子导电材料。

本发明提供的柔性电极中，第一阻隔层400形成于所述第一导电层100背离所述第二导电层200的表面上，第二阻挡层形成于第三导电层300背离所述第二导电层200的表面上，即，第一阻隔层400能够保护第一导电层100不被氧化腐蚀，第二阻隔层500能够保护第三导电层300不被氧化腐蚀，并且第一导电层100和第三导电层300均用于保护第二导电层200不被氧化腐蚀。

综上，本发明提供的柔性电极中，第二导电层200作为柔性电极的核心导电层，具有第一阻隔层400和第二阻隔层500构成的第一道水汽阻隔层，以及第一导电层100和第三导电层300构成的第二道水汽阻隔层，相比于现有的金属纳米导电材料构成的导电薄膜避免了被氧化腐蚀导致的导电薄膜的面电阻变大以及导电薄膜雾化，提高了柔性电极的质量。

并且，第一阻隔层400和第二阻隔层500还能够避免导电层被划伤。其中，第一阻隔层400和第二阻隔层500的材料均可以是金属氧化物、金属氮化物、金属碳化物、金属有机物、碳氮化物或金属硫化物中的至少一种。

本发明还提供一种柔性电极的制备方法。该方法适用于制备本发明任意实施例提供的柔性电极。

图3是本发明提供的一种柔性电极的制备方法的流程示意图。如图3所示，所述柔性电极的制备方法包括如下步骤：

S101，形成第一导电层和第三导电层。

可选地，所述第一导电层与所述第三导电层的材料相同，即第一导电层与第三导电层的制备工艺相同。所述第一导电层为单层石墨烯片或单层氧化石墨烯片，所述第三导电层为单层石墨烯片或单层氧化石墨烯片。

可选地，所述形成第一导电层和第三导电层，可以包括：在第一基板上沉积形成第一阻隔层，并在所述第一阻隔层上沉积形成第一导电层；在第三基板上沉积形成第二阻隔层，并在所述第二阻隔层上沉积形成第三导电层。所述第一导电层和所述第三导电层的面阻抗小于400Ω/sq。

S102，设置纳米多孔层；在所述纳米多孔层上涂覆高分子导电溶液，固化形成第二导电层。

可选地，所述设置纳米多孔层，包括：在第二基板上涂覆纳米导电悬浮液，形成纳米多孔层。所述纳米多孔层的材料包括纳米管、纳米线和金属纳米网格中的至少一种。所述纳米管或所述纳米线的直径为20-200nm，所述纳米管或所述纳米线的长度为30-50um。

可选地，所述高分子导电溶液为聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)溶液或聚苯胺溶液。

S103，将所述第一导电层和所述第三导电层分别与所述第二导电层在常温下真空压合，所述第二导电层位于所述第一导电层和所述第三导电层之间。

本发明中提供的柔性电极的制备方法中，第一导电层、第二导电层和第三导电层均为固体状态，即通过干法制备将第一导电层、第二导电层和第三导电层真空压合形成柔性电极，相比于现有的将石墨烯与金属纳米管在溶液状态下进行湿法制备，混合溶液后过滤和转移形成石墨烯-金属纳米管导电薄膜，在柔性电极的制备过程中避免了残留水汽导致的电极腐化，提高了柔性电极的稳定性。

如下以一个具体示例来说明柔性电极的制备过程。

图4是本发明提供的另一种柔性电极的制备方法的流程示意图；图5a-图5f是与图4对应的柔性电极的制备方法各个阶段的结构示意图。如图4和图5a-图5f所示，柔性电极的制备方法包括：

S201，在第一基板上沉积形成第一阻隔层，并在所述第一阻隔层沉积形成第一导电层。

如图5a所示，在第一基板10上形成离型层600，其中所述离线层600的材料可以是等离子聚合硅氧烷(例如六甲基二甲硅醚pp-HMDSO)或聚对二甲苯等。如图5b所示，在离型层600上采用化学气相沉积(ChemicalVaporDeposition，CVD)或原子层沉积(Atomiclayerdeposition，ALD)等工艺形成第一阻隔层400，并且如图5c所示，在第一阻隔层上CVD形成第一导电层100。可选的，第一导电层100为单层石墨烯片或单层氧化石墨烯片。

S202，在第三基板上沉积形成第二阻隔层，并在所述第二阻隔层上沉积形成第三导电层。

其中，第三导电层为单层石墨烯片或单层氧化石墨烯片。在第三基板上形成第三导电层的具体步骤与S101中在第一基板上形成第一导电层的具体步骤一致，在此不再赘述。

S203，在第二基板上设置纳米多孔层。

参考图5d所示，在第二基板20上形成离型层600，并在所述离型层600上采用旋涂、喷涂等涂敷工艺或溶胶凝胶法沉积纳米管悬浮液，形成纳米多孔层215。其中纳米多孔层中的纳米导电材料210可以为纳米管、纳米线或金属纳米网格等。所述纳米管或所述纳米线的直径为20-200nm，所述纳米管或所述纳米线的长度为30-50um。

S204，在所述纳米多孔层上涂覆高分子导电溶液，固化形成第二导电层。

参考图5e所示，通过旋涂、丝印等涂覆工艺在纳米导电材料210所在的纳米多孔层(未示出)上涂覆高分子导电溶液，使高分子导电溶液渗透进纳米多孔层内部，并对涂覆有高分子导电溶液的纳米多孔层进行固化，形成第二导电层200，所采用的固化工艺可以是热固化或紫外固化等。其中，所述高分子导电溶液可以为聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)溶液或聚苯胺溶液。第二导电层中200的纳米导电材料210被高分子导电聚合物220包裹。

结合图5e和图5f，在形成第二导电层200之后，还通过激光扫描，切割或化学腐蚀等方式从第二基板20的离型层600上剥离第二导电层200。

S205，将所述第一导电层和所述第三导电层分别与所述第二导电层在常温下真空压合，所述第二导电层位于所述第一导电层和所述第三导电层之间。

参考图5g所示，将S201中形成的第一导电层100、S202中形成的第三导电层300和S205中形成的第二导电层200进行真空压合，如在干法N2和-100Kpa环境下压合数分钟，并剥离去除离型层600，形成柔性电极。

上述方法可制备本发明任意提供的柔性电极，具备所述柔性电极相应的有益效果。

本发明还提供一种柔性显示装置，该柔性显示装置可包括本发明任意实施例提供的柔性电极。

注意，上述仅为本发明的较佳及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (15)

1.一种柔性电极，其特征在于，包括第一导电层、第二导电层和第三导电层，

其中，所述第二导电层为含有高分子导电聚合物的纳米多孔层，且所述高分子导电聚合物包裹所述纳米多孔层中的纳米导电材料；

所述第一导电层和所述第三导电层均与所述第二导电层贴合，且所述第二导电层位于所述第一导电层和所述第三导电层之间。

2.根据权利要求1所述的柔性电极，其特征在于，所述第一导电层背离所述第二导电层的表面上沉积有第一阻隔层；所述第三导电层背离所述第二导电层的表面上沉积有第二阻隔层。

3.根据权利要求1所述的柔性电极，其特征在于，所述第一导电层和所述第三导电层的面阻抗小于400Ω/sq。

4.根据权利要求1所述的柔性电极，其特征在于，所述第一导电层与所述第三导电层的材料相同。

5.根据权利要求1-4任一项所述的柔性电极，其特征在于，所述第一导电层为单层石墨烯片或单层氧化石墨烯片，所述第三导电层为单层石墨烯片或单层氧化石墨烯片。

6.根据权利要求1所述的柔性电极，其特征在于，纳米多孔层的材料包括纳米管、纳米线和金属纳米网格中的至少一种。

7.根据权利要求1或6所述的柔性电极，其特征在于，所述纳米管或所述纳米线的直径为20-200nm，所述纳米管或所述纳米线的长度为30-50um。

8.根据权利要求1所述的柔性电极，其特征在于，所述高分子导电单体为PEDOT：PSS。

9.一种柔性电极的制备方法，其特征在于，包括：

形成第一导电层和第三导电层；

设置纳米多孔层；

在所述纳米多孔层上涂覆高分子导电溶液，固化形成第二导电层；

将所述第一导电层和所述第三导电层分别与所述第二导电层在常温下真空压合，所述第二导电层位于所述第一导电层和所述第三导电层之间。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述形成第一导电层和第三导电层的步骤，包括：

在第一基板上沉积形成第一阻隔层，并在所述第一阻隔层上沉积形成第一导电层；

在第三基板上沉积形成第二阻隔层，并在所述第二阻隔层上沉积形成第三导电层。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述设置纳米多孔层的步骤，包括：在第二基板上涂覆纳米导电悬浮液，形成纳米多孔层。

12.根据权利要求9或11所述的方法，其特征在于，纳米多孔层的材料包括纳米管、纳米线和金属纳米网格中的至少一种。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述纳米管或所述纳米线的直径为20-200nm，所述纳米管或所述纳米线的长度为30-50um。

14.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述高分子导电溶液为PEDOT：PSS溶液或聚苯胺溶液。

15.一种柔性显示装置，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的柔性电极。