CN105845203A

CN105845203A - 一种柔性铜网栅基透明导电薄膜

Info

Publication number: CN105845203A
Application number: CN201610362592.0A
Authority: CN
Inventors: 刘宏燕; 颜悦; 望咏林; 伍建华; 张官理
Original assignee: BEIJING INSTITUTE OF AERONAUTICAL MATERIALS CHINA AVIATION INDUSTRY GROUP Corp
Current assignee: BEIJING INSTITUTE OF AERONAUTICAL MATERIALS CHINA AVIATION INDUSTRY GROUP Corp
Priority date: 2016-05-26
Filing date: 2016-05-26
Publication date: 2016-08-10
Anticipated expiration: 2036-05-26
Also published as: CN105845203B

Abstract

本发明涉及光学薄膜领域，涉及一种柔性铜网栅基透明导电薄膜。本发明的柔性铜网栅基透明导电薄膜包含：柔性透明薄膜衬底；一个减反增透层；以及一个铜网栅导电层；且所述减反增透层被布置在所述柔性透明薄膜衬底和铜网栅导电层之间。所述减反增透层由至少一层低折射率薄膜层和一层高折射率薄膜层交替叠加组成，所述铜网栅导电层由菱形或方形或六边形的铜线条和至少一层氧化铜薄膜层构成。本发明可以作为ITO导电薄膜的替代品，被广泛应用于触摸屏、柔性显示、电磁屏蔽等领域，相比传统的ITO导电薄膜，其生产成本更低，透过率更高，耐氧化性能更好，并且表面方阻至少高1个数量级，尤其适于大面积、高分辨率触摸屏的制备。

Description

一种柔性铜网栅基透明导电薄膜

技术领域

本发明涉及光学薄膜领域，涉及一种柔性铜网栅基透明导电薄膜。

背景技术

透明导电薄膜是平板电视、触摸屏、智能窗玻璃、发光二极管以及光伏电池等器件制造的必要组成部分。近年来，随着信息(如触摸显示)、能源(如光伏、智能窗玻璃)等产业的发展，人们对透明导电薄膜的需求量急剧增大，而在透明导电薄膜中，应用最广的一类是锡掺杂氧化铟薄膜，即俗称的ITO薄膜。众所周知，铟元素在地壳中的含量稀少(约为0.05ppm)，且难于提纯，随着ITO薄膜的用量显著增大，其含量越来越稀少，导致价格骤增，从而增加触摸屏、薄膜太阳能电池等产业的制造成本。同时，由于ITO薄膜是一种陶瓷薄膜，其抗弯折性差，经过多次形变之后薄膜易开裂，从而使电阻显著增大，导致器件失效。另一方面，为了制造大型显示器、大面积固态发光板等器件，要求所用的透明导电薄膜的方块电阻必须小于5Ω/□。虽然通过增加ITO薄膜的厚度可以满足此要求，但是，其成本显著增加，这种成本的增加是因为随着薄膜厚度增加，ITO的沉积速率减小，导致大部分ITO原料被浪费。因此，必须寻找一种抗弯折性能好、方块电阻可调且成本低廉的新型透明导电薄膜。

为了减少对ITO的依赖度，研究人员开发出了具有低电阻特性的铜金属网栅透明导电薄膜。铜金属网栅透明导电薄膜由于其电阻率和透过率可调、抗弯折性能优异、价格低廉且与半导体工艺兼容，因此，在产业庞大的柔性触摸屏、太阳能电池等方面的制备中，受到越来越多的青睐，成为重点研究的一类可行的新型ITO替代薄膜。但是，由于一般透明衬底PET本身的可见光区透过率低于92％，因此，在这种PET透明衬底上制备铜网栅导电层之后，其复合透过率更低，很难获得高透过率和低电阻的透明导电薄膜。为了在保持低的表面方阻条件下提高薄膜总的透过率，需要尽量提高衬底的透过率。

发明内容

本发明的目的是针对上述透明导电薄膜存在的不足，提出一种柔性铜网栅基透明导电薄膜。本发明的技术解决方案是，导电薄膜包含：柔性透明衬底、减反增透层和铜网栅导电层；所述减反增透层被布置在所述柔性透明薄膜衬底和铜网栅导电层之间，其中柔性透明衬底包含：聚对苯二甲酸乙二醇酯和双面加硬透明涂层，其中，双面加硬透明涂层为紫外固化的聚丙烯酸酯涂层；减反增透层包含：低折射率薄膜层和高折射率薄膜层，所述低折射率薄膜层和高折射率薄膜层交替堆叠，低折射率薄膜层数多于或等于高折射率薄膜层数；铜网栅导电层包含铜网栅层和铜氧化物层。

所述减反增透层中的低折射率薄膜层为二氧化硅或氟化镁。

所述减反增透层中的高折射率薄膜层为五氧化二铌或二氧化钛。

所述铜网栅导电层中的铜网栅层由菱形或方形或六方形的铜线条组成，线条的线宽为2～10微米，金属化率为1.25～2％。

所述低折射率薄膜层和高折射率薄膜层交替堆叠，低折射率薄膜层和高折射率薄膜层的层数均为任意层，低折射率薄膜层数等于或多于高折射率薄膜层数。

所述铜网栅导电层中的铜氧化物层覆盖在铜网栅层上表面或铜网栅层的上、下表面。

所述低折射率薄膜层和高折射率薄膜层其厚度分别为30～110nm和10～140nm。

所述铜网栅导电层中铜氧化物层的厚度为20～60nm。

制造柔性铜网栅基透明导电薄膜的方法是，在柔性透明衬底的双面涂覆加硬涂层；在柔性透明衬底表面溅镀减反增透层；以及在减反增透层表面溅镀铜网栅基导电层。

本发明具有的优点和有益效果，本发明采用在PET衬底上溅镀一个减反增透层，来提高衬底的透过率，然后再溅镀铜金属导电复合层，来制备高透过率低电阻的透明导电薄膜。所述复合薄膜可见光透过率高于96％，表面方阻低于10Ω/□，色度值(b*)小于0.5，铜膜表面的反射率低于5％，铜膜背面(PET膜未镀膜测)的反射率低于5％。

本发明所述透明导电薄膜具有高透过率低电阻的特性，并且具有很强的环境耐受性能。

所述导电薄膜核心功能层在保证高的可见光透过率、低反射率的同时，具有很低的表面电阻。在加工成触摸屏等产品之后，线条的可视度极低，能显著提高屏幕的清晰度。另一方面，在湿热环境下，能够防止铜金属导电层被氧化而失效，保持良好的电学性能。

本发明涉及一种具有高透过率、低电阻的柔性透明导电薄膜，其核心功能层包括减反增透层和铜网栅导电层。所述铜网栅导电层主要依靠铜线条互连而具有高透过率和极低表面电阻的光电特性。由于Cu的抗氧化能力弱，在使用过程中，与空气接触，容易被氧化成CuOx，而CuOx不具备良好的导电性能，并且会使铜线条形状发生改变，从而影响所述导电薄膜的导电性能和光电性能。采用在铜表面溅镀氧化物，能保护铜网栅在使用过程中被氧化，保持良好的光电特性。本发明采用一种特殊的防氧化措施，即在铜金属膜的表面溅镀铜的氧化物(CuOx)，从而隔绝铜网栅导电层与空气接触，防止Cu金属被氧化。同时，由于铜的氧化物(CuOx)层的存在，其在铜金属层表面起减反作用，能够显著降低Cu金属的反射率，从而使铜网栅导电层的线条可视度极低。

由于一般透明衬底PET本身的可见光区透过率低于92％，因此，在这种PET透明衬底上制备铜网栅导电层之后，其复合透过率更低，很难获得高透过率和低电阻的透明导电薄膜。为了在保持低的表面方阻条件下提高薄膜总的透过率，本发明采用在PET衬底上溅镀一个减反增透层，来提高衬底的透过率，然后再溅镀铜金属导电复合层，来制备高透过率低电阻的透明导电薄膜。

本发明中的氧化铜层起减反和防护双重作用。这种柔性铜网栅基透明导电薄膜可以作为ITO导电薄膜的替代品，被广泛应用于触摸屏、柔性显示、电磁屏蔽等领域，相比传统的ITO导电薄膜，其生产成本更低，透过率更高，耐氧化性能更好，并且表面方阻至少高1个数量级，尤其适于大面积、高分辨率触摸屏的制备。

附图说明

图1一种柔性铜网栅基透明导电薄膜的剖面图，图中，减反增透层为2层，铜网栅导电层为2层；

图2一种柔性铜网栅基透明导电薄膜的剖面图，图中，减反增透层为4层，铜网栅导电层为2层；

图3一种柔性铜网栅基透明导电薄膜的剖面图，图中，减反增透层为5层，铜网栅导电层为3层；

具体实施方式

如图所示，所述复合薄膜包含柔性透明聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)衬底薄膜，减反增透层和铜网栅导电层。

透明薄膜衬底是由柔性透明聚对苯二甲酸乙二醇酯及其在双面涂覆紫外固化的聚丙烯酸酯硬化涂层构成。柔性透明衬底的厚度为50微米-125微米。所述紫外固化的聚丙烯酸酯硬化涂层，采用传统的卷绕式涂布法均匀涂覆在柔性透明PET衬底的两侧，以改善柔性透明衬底的强度、硬度以及耐久性等。

所述减反增透层是多层堆叠结构，覆盖柔性透明PET衬底的表层。所述堆叠结构由选自高折射率薄膜层和低折射率薄膜层构成。所述高折射率薄膜层包括但不限于选自五氧化二铌(Nb₂O₅)或二氧化钛(TiO₂)所组成的材料。所述低折射率薄膜层包括但不限于选自二氧化硅(SiO₂)或氟化镁(MgF₂)所组成的材料。减反增透层中的每一层是由卷绕式磁控溅射镀膜形成，通过多腔室同时溅射，一次完成多层膜的沉积。

所述铜网栅导电层是多层堆叠结构，覆盖减反增透层的上层。所述堆叠结构由铜金属薄膜层和铜氧化物薄膜层组成。铜金属薄膜层和铜氧化物薄膜层是由卷绕式磁控溅射镀膜形成，通过多腔室同时溅射，一次完成多层膜的沉积。在薄膜沉积之后，采用半导体加工工艺，把铜金属薄膜层和铜氧化物层加工成菱形或方形或六边形的网栅，其金属化率为1.25％。

实施例一

如图1所示，该图示出一种柔性铜网栅基透明导电薄膜的一个实施方案，所述复合薄膜包含柔性透明聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)衬底薄膜1，减反增透层2和铜网栅导电层3。

透明薄膜衬底1是由柔性透明聚对苯二甲酸乙二醇酯及其在双面涂覆紫外固化的聚丙烯酸酯硬化涂层构成。优选地，柔性透明衬底1的厚度为50微米，也可以是125微米。所述紫外固化的聚丙烯酸酯硬化涂层，采用传统的卷绕式涂布法均匀涂覆在柔性透明PET衬底的两侧，以改善柔性透明衬底1的强度、硬度以及耐久性等。

所述减反增透层2是多层堆叠结构，覆盖柔性透明PET衬底1的表层。所述堆叠结构由选自高折射率薄膜层21和低折射率薄膜层22构成。所述高折射率薄膜层21包括但不限于选自五氧化二铌(Nb₂O₅)或二氧化钛(TiO₂)所组成的材料。所述低折射率薄膜层22包括但不限于选自二氧化硅(SiO₂)或氟化镁(MgF₂)所组成的材料。在优选实施方案中，高折射率薄膜层21都为五氧化二铌(Nb₂O₅)，低折射率薄膜层22都为二氧化硅(SiO₂)。层(21和22)是由卷绕式磁控溅射镀膜形成，通过多腔室同时溅射，一次完成多层膜的沉积。首先沉积五氧化二铌21，其厚度约为107nm，然后在其上覆盖二氧化硅层22，其厚度约为89nm。

所述铜网栅导电层3是多层堆叠结构，覆盖减反增透层2的上层。所述堆叠结构由铜金属薄膜层31和铜氧化物薄膜层32组成。层(31和32)是由卷绕式磁控溅射镀膜形成，通过多腔室同时溅射，一次完成多层膜的沉积。首先沉积铜金属薄膜层31，其厚度约为300nm，然后在其上覆盖铜氧化物薄膜层32，其厚度约为35nm。在薄膜沉积之后，采用半导体加工工艺，把铜金属薄膜层31和铜氧化物层32加工成菱形或方形或六边形的网栅，其金属化率为1.25％。所述复合薄膜可见光透过率高于93％，表面方阻低于10Ω/□，色度值(b*)小于0.5，铜膜表面的反射率低于5％，铜膜背面(PET膜未镀膜测)的反射率低于60％。

实施例二

如图2所示，该图示出一种柔性铜网栅基透明导电薄膜的一个实施方案，所述复合薄膜包含柔性透明聚对苯二甲酸乙二醇酯PET衬底薄膜1，减反增透层12和铜网栅导电层13。

所述减反增透层12是多层堆叠结构，覆盖柔性透明PET衬底1的表层。所述堆叠结构由选自高折射率薄膜层121和123及低折射率薄膜层122和124构成。所述高折射率薄膜层121和123包括但不限于选自五氧化二铌Nb₂O₅或二氧化钛(TiO₂)所组成的材料。所述低折射率薄膜层122和124包括但不限于选自二氧化硅(SiO₂)或氟化镁(MgF₂)所组成的材料。在优选实施方案中，高折射率薄膜层121和123都为五氧化二铌(Nb₂O₅)，低折射率薄膜层122和124都为二氧化硅(SiO₂)。

在优选实施方案中，减反增透层12是由沉积在衬底1且厚度约为18nm的第一介质层121、厚度约23nm且覆盖第一介质层121的第二介质层122、厚度约为117nm且覆盖第二介质层122的第三介质层123以及厚度约89nm且覆盖第三介质层123的第四介质层124组成。高折射率薄膜层121至低折射率薄膜层124是由卷绕式磁控溅射镀膜形成，通过多腔室同时溅射，一次完成多层膜的沉积。

所述铜网栅导电层13是多层堆叠结构，覆盖减反增透层12的上层。所述堆叠结构由铜金属薄膜层131和铜氧化物薄膜层132组成。铜金属薄膜层131和铜氧化物薄膜层132是由卷绕式磁控溅射镀膜形成，通过多腔室同时溅射，一次完成多层膜的沉积。首先沉积铜金属薄膜层131，其厚度约为300nm，然后在其上覆盖铜氧化物薄膜层132，其厚度为3nm。在薄膜沉积之后，采用半导体加工工艺，把铜金属薄膜层131和铜氧化物层132加工成菱形或方形或六边形的网栅，其金属化率为1.25％。所述复合薄膜可见光透过率高于96％，表面方阻低于10Ω/□，色度值b*小于0.5，铜膜表面的反射率低于5％，铜膜背面(PET膜未镀膜测)的反射率低于60％。

实施例三

如图3所示，该图示出一种柔性铜网栅基透明导电薄膜的一个实施方案，所述复合薄膜包含柔性透明聚对苯二甲酸乙二醇酯PET衬底薄膜1，减反增透层22和铜网栅导电层23。

所述减反增透层22是多层堆叠结构，覆盖柔性透明PET衬底1的表层。所述堆叠结构由选自高折射率薄膜层222和224及低折射率薄膜层221、223和225构成。所述高折射率薄膜层222和224包括但不限于选自五氧化二铌(Nb₂O₅)或二氧化钛(TiO₂)所组成的材料。所述低折射率薄膜层221、223和225包括但不限于选自二氧化硅(SiO₂)或氟化镁(MgF₂)所组成的材料。在优选实施方案中，高折射率薄膜层222和224都为二氧化钛(TiO₂)，低折射率薄膜层221、223和225都为氟化镁(MgF₂)。

在优选实施方案中，减反增透层22是由沉积在衬底1且厚度为45nm的第一介质层221、厚度为17nm且覆盖第一介质层221的第二介质层222、厚度为38nm且覆盖第二介质层222的第三介质层223、厚度为105nm且覆盖第三介质层223的第四介质层224以及厚度为80nm且覆盖第四介质层224的第五介质层225组成。第一介质层221至第五介质层225是由卷绕式磁控溅射镀膜形成，通过多腔室同时溅射，一次完成多层膜的沉积。

所述铜网栅导电层23是多层堆叠结构，覆盖减反增透层22的上层。所述堆叠结构由铜金属薄膜层232和铜氧化物薄膜层231和233组成。铜氧化物薄膜层231、233及铜金属薄膜层232是由卷绕式磁控溅射镀膜形成，通过多腔室同时溅射，一次完成多层膜的沉积。首先沉积铜氧化物薄膜层231，其厚度为40nm，然后在其上覆盖铜金属薄膜层232，其厚度为300nm，最后沉积一层铜氧化物薄膜层233，其厚度为35nm。在薄膜沉积之后，采用半导体加工工艺，把铜金属薄膜层232和铜氧化物层231和233加工成菱形或方形或六边形的网栅，其金属化率为1.25％。所述复合薄膜可见光透过率高于96％，表面方阻低于10Ω/□，色度值(b*)小于0.5，铜膜表面的反射率低于5％，铜膜背面(PET膜未镀膜测)的反射率低于5％。

实施例一至实施例三的参数如表1至表3所示。

表1

表2

表3

本发明所述的优选实施方案，其详细描述意图为说明性的，不应理解为是对本公开范围的限制。本发明所公开的任何单独材料、数值或特性都可与本公开的任何其他材料、数值或特性互换使用，如同本发明所给出的具体实施方案一样。任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其材料、形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种柔性铜网栅基透明导电薄膜，其特征是，导电薄膜包含：柔性透明衬底、减反增透层和铜网栅导电层；所述减反增透层被布置在所述柔性透明薄膜衬底和铜网栅导电层之间，其中柔性透明衬底包含：聚对苯二甲酸乙二醇酯和双面加硬透明涂层，其中，双面加硬透明涂层为紫外固化的聚丙烯酸酯涂层；减反增透层包含：低折射率薄膜层和高折射率薄膜层，所述低折射率薄膜层和高折射率薄膜层交替堆叠，低折射率薄膜层数多于或等于高折射率薄膜层数；铜网栅导电层包含铜网栅层和铜氧化物层。

2.根据权利要求1所述的一种柔性铜网栅基透明导电薄膜，其特征是，所述减反增透层中的低折射率薄膜层为二氧化硅或氟化镁。

3.根据权利要求1所述的一种柔性铜网栅基透明导电薄膜，其特征是，所述减反增透层中的高折射率薄膜层为五氧化二铌或二氧化钛。

4.根据权利要求1所述的一种柔性铜网栅基透明导电薄膜，其特征是，所述铜网栅导电层中的铜网栅层由菱形或方形或六方形的铜线条组成，线条的线宽为2～10微米，金属化率为1.25～2％。

5.根据权利要求1所述的一种柔性铜网栅基透明导电薄膜，其特征是，所述低折射率薄膜层和高折射率薄膜层交替堆叠，低折射率薄膜层和高折射率薄膜层的层数均为任意层，低折射率薄膜层数多于或等于高折射率薄膜层数。

6.根据权利要求1所述的一种柔性铜网栅基透明导电薄膜，其特征是，所述铜网栅导电层中的铜氧化物层布置在铜网栅层上表面或铜网栅层的上、下表面。

7.根据权利要求1所述的一种柔性铜网栅基透明导电薄膜，其特征是，所述低折射率薄膜层和高折射率薄膜层其厚度分别为30～110nm和10～140nm。

8.根据权利要求1所述的一种柔性铜网栅基透明导电薄膜，其特征是，所述铜网栅导电层中铜氧化物层的厚度为20～60nm。

9.一种制造权利要求1所述一种柔性铜网栅基透明导电薄膜的方法，其特征是，方法包括：在柔性透明衬底的双面涂覆加硬涂层；在柔性透明衬底表面溅镀减反增透层；以及在减反增透层表面溅镀铜网栅基导电层。