CN106448825A - 一种图形化精细导电薄膜及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种图形化精细导电薄膜，其包括基底和图形化精细电极，图形化精细电极放置于基底上或嵌入到基底中，图形化精细电极的电极的宽度在50nm‑10μm之间，高度在10nm‑10μm之间，表面粗糙度在0.1nm到100nm之间。本发明同时还公开了一种图形化精细导电薄膜的制作方法。本发明实现具有精细、高透过率、低方阻、高绕曲性能的图案化电极；不存在刻蚀工艺，绿色环保，电极分辨率能达到100nm，操作简单，适合大面积、低成本生产，可以用于触控屏，太阳能电池，LCD显示，OLED显示，QLED显示等应用领域。

Description

一种图形化精细导电薄膜及其制作方法

技术领域

本发明涉及柔性电子制造领域，具体涉及一种图形化精细导电薄膜及其制作方法。

背景技术

柔性电子是将有机电子器件或者无机薄膜器件制作在柔性基板上形成电路的技术。由于柔性电子器件性能与传统微电子器件相当，且具有便携性、透明、轻质、伸展/弯曲，以及易于快速大面积打印等特点，越来越受到科研界和产业界的关注。其潜力已经在柔性显示和照明、电子纸、电子肌肤、印刷RFID、薄膜太阳能电池板等领域得到了验证，对于信息、能源、医疗、国防等领域具有广泛应用前景。

柔性电极或者柔性透明电极对于柔性电子器件的实现及性能优劣起着关键性作用。ITO导电膜以其低电阻率、高可见光透射率、与玻璃基体结合牢固、抗擦伤，良好的化学稳定性等优点是现今世界上主流的导电薄膜。但是随着技术的发展，ITO导电膜在柔性电子的应用显得日益乏力。首先其机械性能很差，经不住折绕，无法满足现在柔性器件在折绕性能的要求。其次大多数实际应用需要图案化电极，这往往需要通过曝光、显影、蚀刻及清洗等工艺对ITO导电膜进行处理，因此生产效率低下，存在大量蚀刻污染，最后ITO导电膜的电极线宽很难做到2微米以下，这对于精细电子微胞元件的集成和互联形成了巨大的阻碍。

在此背景下，以纳米金属材料为基础的图案化电极受到了人们的关注：将掺有金属纳米材料的导电墨水印刷在柔性基底表面，通过烧结形成所需的导电网络。但是所得电极的分辨率在15μm以上，无法制作高分辨率电极图案。另一方面随着研究的深入和工艺的成熟，透明柔性电极材料的研究向多元化发展，国内外已有多家高校和研究机构对导电高分子材料、碳纳米管和石墨烯等材料进行了广泛研究，获得了精细(100nm)、低方阻(10欧/方)、高透过率(90％)，且具有高绕曲性(厚度60nm)的电极，但由于目前制作成本、材料稳定性、工艺等诸多因素的限制，仅停留在实验阶段。

因此，工业界亟需一种能实现精细、高透过率、低方阻、图案化柔性电极的方法，需要符合高效率、低成本绿色制造的要求，来满足日益发展的柔性电子产业对高性能柔性电极的需求。

中国发明专利ZL201010533228.9描述了一种基于纳米压印和纳米涂布方法实现的图案化透明导电膜，通过纳米压印形成沟槽，在沟槽中填充纳米导电材料，再烧结形成高性能导电膜，卷对卷制程实现了图案化导电膜的低成本制造。但是，在纳米导电材料烧结过程中，有机溶剂挥发，造成沟槽内导7材料凹陷，电极表面极不平整。另外受制于纳米导电材料的填充特性，该方法制备电极线宽很难达到2微米以下。

中国发明专利201310165411.1采用电场驱动纳米导电材料填充图形化导电网络沟槽，实现纳米级别宽透明导电薄膜制备，但目前用于填充的纳米导电浆料中的技术颗粒在100nm以上，因此难以实现线宽小于1微米沟槽的填充。即便有无颗粒型(粒径小于10nm)导电浆料，其金属纳米颗粒的固含量较低(20％以下)，固化后导电性难以满足器件要求。

中国发明专利201510696751.6采用纳米转印技术，制作图案化柔性透明导电电极或功能元件。采用电沉积的选择性沉积工艺，在导电图案的表面生长功能材质层，然后通过施加适当的压力和加热，将图案化功能材料转印到基板表面，形成电极或者功能区，重复该过程，可以制作多功能电极或者器件。由于采用了电沉积的方法，所以电极表面平整度高、填充不受沟槽宽度影响、形成的电极材质致密。图形模具在光刻胶上通过光刻技术获得，有着分辨率高的优点，但是光刻胶图案无法重复使用，无法满足大规模工业生产的需求。

中国专利CN201510906030.3采用光掩膜对涂布在金属基板上的光刻胶进行光刻，形成图案，并在线栅沟槽部分露出基板，通过电沉积生长电极层，去除光刻胶后，在金属基板涂布固化胶，固化后脱模，获得柔性导电电极，所得电极具有高平整度、优导电性的优点。该方法缓减了沉积法制作电极对于光刻技术的依赖，降低了成本，提高了产量，但是掩膜光刻的分辨率无法达到1微米以下，难以制作精细电极。

中国专利CN201510104835.6公布了一种高密度覆铜线路板的制作方法，结合微纳米压印技术和电镀方法，能够卷对卷、低成本的生产高密度铜线路版，用压印工艺替代现有技术中的黄光工艺，降低了生产成本。但是该方法只针对线宽在2微米到50微米的铜电极制作，存在不绿色环保的刻蚀工艺，另外对于成型层处理过程复杂，应用领域有限。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出一种图形化精细导电薄膜及其制作方法，实现具有精细、高透过率、低方阻、高绕曲性能的图案化电极。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种图形化精细导电薄膜，其包括基底和图形化精细电极，图形化精细电极放置于基底上或嵌入到基底中，图形化精细电极的电极的宽度在50nm-10μm之间，高度在10nm-10μm之间，表面粗糙度在0.1nm到100nm之间。

进一步地，上述电极的材料为金、银、铜、锌或可电沉积的导电材料。

进一步地，上述基底为柔性衬底或具有透过率的刚性基底。

进一步地，上述柔性衬底为PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)，PS(聚苯乙烯系塑料)或PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)。

进一步地，上述刚性基底为石英玻璃或K9玻璃。

进一步地，上述图形化精细电极嵌入到基底中时，图形化精细电极的上表面和基底的上表面的高度差在100nm以下。

一种图形化精细导电薄的制备方法，其包含以下步骤：

1)根据应用领域设计并确定电极图案的三维结构；

2)利用光刻工艺或者机械精密加工工艺制作模板；

3)通过一次或者多次图形转移到压印模板；

4)通过特殊纳米压印技术，将图案转移到位于导电衬底上方的胶质层中，新图案沟槽位置露出导电衬底；

5)用电沉积工艺，在沟槽表面生长电极材料，电极高度小于或者略高于槽深；

6)将沉积电极转移到承印衬底上。

进一步地，上述步骤2)中，光刻工艺为电子束光刻，离子束光刻，激光直写光刻，干涉光刻或极紫外光刻等常用光刻技术；机械精密加工工艺为金刚石切削或刻划。

进一步地，上述步骤3)中，图形转移方式为微电铸、PDMS(聚二甲基硅氧烷)柔性转移、纳米压印或刻蚀技术。

进一步地，上述步骤4)中，导电衬底为铜、镍、铬或镀有金属的柔性或刚性衬底，或镀有导电氧化物的柔性或者刚性衬底。

进一步地，上述步骤4)中，纳米压印技术为紫外纳米压印技术，其中胶质层为固化的高分子材料。

进一步地，上述步骤4)中，压印后图案凹槽露出导电衬底包括以下操作的一个或多个：

步骤41)：基于软模板的纳米压印技术选择胶质材料，对软模板施加适当压力，模板和导电衬底取得共形接触，固化脱模，图案转移到胶质层中，在模板和衬底直接接触区域，会露出导电衬底层；

步骤42)：反纳米压印技术：将胶质层预聚物刮入到模板的凹槽中，预聚物选择性填充，对模板进行表面适当修饰或者加热或者特殊图案形状设计，将凹槽以外的预聚物刮去，施加一定压力，模板和导电衬底取得共形接触，固化脱模，凹槽位置的胶质材料转移到导电衬底上，其它位置仍然是导电衬底表面；

步骤43)：纳米压印混合紫外光刻：制作混合掩膜模板，将该模板压印到涂布有光固化材料的导电衬底上，对其进行曝光，一方面模板图案会转移到胶质层中，另一方面，在模板平台位置，也即是新图案底部位置的光固化材料不会吸收到光，不会固化成胶质层，利用该差异性，可将该位置的光固化材料去除，露出导电衬底；

步骤44)：采用离子束刻蚀或氧离子刻蚀工艺，对压印后的胶质层进行整体灰化减薄，直至在凹槽位置露出导电衬底。

进一步地，上述步骤5)中，沉积电极材料为金属材料、半导体材料、石墨烯或碳纳米材料。

进一步地，上述步骤6)中，图形化电极转移到承印衬底包含以下操作的一种：

步骤61)：电极沉积后，进行清洗操作，涂布一层固化胶层，将承印层覆盖其上，固化后分离，包含有电极网格的固化胶层和胶质层从导电衬底转移到承印层上；

步骤62)：电极沉积后，去除胶质层，涂布一层固化胶层，将承印层覆盖其上，固化后分离，包含有电极网络的固化胶层被转移到承印层上；

步骤63)：电极沉积后，去除胶质层，对承印层进行一定的表面修饰，施加压力，承印层和导电衬底接触，施加一定的作用力，，电极网络和承印层形成桥连和分离，电极网络被转移到承印层的表面。

进一步地，上述步骤4-6以平对平、卷对卷或卷对平方式进行生产。

进一步地，上述步骤6)中，承印衬底为柔性衬底或刚性衬底。

本发明提出的一种图形化精细导电薄膜及其制作方法，实现具有精细、高透过率、低方阻、高绕曲性能的图案化电极；不存在刻蚀工艺，绿色环保，电极分辨率能达到100nm，操作简单，适合大面积、低成本生产，可以用于触控屏，太阳能电池，LCD显示，OLED显示，QLED显示等应用领域。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、常规打印或者填充方式获得的图案化导电膜，通过烧结导电墨水获得。一方面，导电墨水中除了导电纳米颗粒外，还有溶剂、表面活性剂、分散稳定剂等其他物质，因此烧结后导线的电阻比较高，导电性较差。另外纳米金属颗粒烧结后，虽然形式上熔融在了一起，但是结合力并不强，因此如果导电膜多次绕曲的话，导线会发生破裂，从而影响导电性能。最后导电墨水烧结后，体积会缩小，因此不可避免的会带来所得金属电极的表面粗糙，并且会低于沟槽面。另一方面，常规打印的导线的分辨率在15微米以上，而对于填充型的导电网络，由于导电颗粒粒径在几十纳米以上，用于填充一微米以下的沟槽十分困难，因此导线分辨率也受限。本发明中采用微纳光刻技术和电沉积技术相结合，由于金属导线在原子水平上进行生长，沟槽宽度即使仅为几十纳米，也不会影响金属导线的形成，电极网络的分辨率会非常高。进一步的电沉积所得金属导线的性能和块状金属性能类似，因此导电性能好、表面粗糙度低。另外，电沉积获得的金属导线，金属在原子层面上结合，当导线厚度和宽度都很小情况下，具有十分优秀的绕折性能；

2、现有电沉积技术制作图案化电极，一种是选择光刻工艺，在涂覆有光刻胶的导电衬底下进行曝光和显影，虽然能实现很高的图形分辨率，但是光刻胶图案没有重复使用性，因此成本高、生产效率低下。另一种是选择图案化掩膜，对涂覆有光刻胶的导线衬底进行曝光和显影，一定程度上降低了生产成本，但是掩膜曝光难以得到1微米以下线宽的图案，另外掩膜曝光的生产效率仍然不高。本发明中，采用纳米压印技术代替传统黄光制程，简化了制作流程，可以通过平对平、卷对卷或者卷对平等方式生产。导电衬底可重复使用，模板工作寿命长，大幅降低了生产成本，提高了生产效率，克服了现有技术的缺点，从而具有产业价值。

附图说明

图1为本发明实施例中窄边框触摸屏手机导电膜示意图。

图2为本发明实施例中图2基于软膜板的纳米压印示意图。

图3为本发明实施例中沉积电极制作及转移步骤示意图。

图4为本发明实施例中LCD中TFT矩阵电极示意图。

图5为本发明实施例中将预聚物填充到PDMS槽示意图。

图6为本发明实施例中无残胶反纳米压印(凹印)示意图。

图7为本发明实施例中铜沉积电极生长及转移示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施方式。

本实施例主要描述了一种图形化精细导电薄膜，主要由基底和图形化精细电极组成，电极图案可放置于基底之上，也可以嵌入到基底中，如果是后者，电极图案上表面和透明基底层的上表面高度差在100nm以下。电极图案中电极的宽度在50nm到10μm之间，高度在10nm到10μm之间。所述金属电极的导电性能和块状金属材料的导电性能相似，表面粗糙度在0.1nm到100nm之间，并且具有很好的绕折性能。上述金属导线，不仅包括金、银、铜、锌等金属材料，还应包括所有可以电沉积的导电材料。上述基底可以是透过率良好的刚性基底，例如石英玻璃，K9玻璃等，也可以是柔性衬底，例如PMMA，PS，PEN等。整个导电膜的透过率可以通过参数电极深度或者电极占薄膜面积比(占空比)进行调整，该图案化精细电极既适用于触控屏，太阳能电池领域，也适用于LCD，OLED，QLED显示等应用领域。

本发明还提供制备该图案化精细电极薄膜的方法，其特征包含以下步骤：S1根据应用领域设计并确定电极图案的三维结构；S2利用光刻工艺或者机械精密加工工艺制作母版；S3通过一次或者多次图形转移到压印模板；S4通过特殊纳米压印技术，将图案转移到位于导电衬底上方的胶质层中，新图案沟槽位置露出导电衬底。S5用电沉积工艺，在沟槽表面生长电极材料，电极高度小于或者略高于槽深。S6将沉积电极转移到承印衬底上。

S1中，需要根据S3中图形转移的次数，设计与电极图案相同或者互补的图案结构；

S2中，光刻技术包括电子束光刻，离子束光刻，激光直写光刻，干涉光刻，极紫外光刻等常用光刻技术，机械精密加工包括金刚石切削、刻划等技术，模板材料可以是光刻胶，也可以是PMMA，PS等有机材料，也可以在石英等无机衬底直接操作，也可以在铝等金属衬底直接操作；

S3中，图形转移方式包括微电铸、PDMS柔性转移、纳米压印、刻蚀技术；

S4中，导电衬底可以是铜、镍、铬等金属或者镀有金属的柔性或者刚性衬底，也可以是镀有ITO、AZO、FTO等导电氧化物的柔性或者刚性衬底，或者其它导电衬底；

S4中，可以选择任意一种纳米压印技术，进一步的优先选择紫外纳米压印技术，其中胶质层是可以固化的高分子材料；

S4中，压印后图案凹槽露出导电衬底需要包括以下操作的一个或多个：S41基于软模板的纳米压印技术，选择胶质材料，具有低粘度特性，和模板及导电衬底层有合适的表面活性能，涂布胶质层，要求其厚度小于软模板上图案的深度。对软模板施加适当压力，模板和导电衬底取得共形接触，固化脱模，图案转移到胶质层中。在模板和衬底直接接触区域，会露出导电衬底层；S42反纳米压印(凹印)技术，将胶质层预聚物刮入到模板的凹槽中，预聚物需要选择性填充，仅填充在模板凹槽中，而不会位于图案平台处。可以利用反润湿效应，对模板进行表面适当修饰或者加热或者特殊图案形状设计，也可以选择用刮刀将凹槽以外的预聚物刮去。模板/胶质层/导电衬底表面能需要满足一定条件，使得胶质层和导电衬底的结合力要强一些。施加一定压力，模板和导电衬底取得共形接触，固化脱模，凹槽位置的胶质材料转移到导电衬底上，其它位置仍然是导电衬底表面；S43纳米压印混合紫外光刻，制作混合掩膜模板，物理结构上，该模板和上述纳米压印模板相同，存在图形化的凹槽和平台。但是在该混合掩模的平台位置有挡光材料，而其他凹槽位置可以透光。将该模板压印到涂布有光固化材料的导电衬底上，对其进行曝光。一方面模板图案会转移到胶质层中，另一方面，在模板平台位置，也即是新图案底部位置的光固化材料不会吸收到光，因此不会固化成胶质层。利用该差异性，可将该位置的光固化材料去除，露出导电衬底；S44采用离子束刻蚀、氧离子刻蚀等工艺，对压印后的胶质层进行整体灰化减薄，直至在凹槽位置露出导电衬底；

S5中，沉积电极材料为金属材料、半导体材料、石墨烯或碳纳米材料。通过沉积时间、溶液浓度、电流大小等参数控制沉积电极的厚度；

S6中，图形化电极转移到承印衬底包含以下操作的一种：S61，S5电极沉积后，进行清洗操作，涂布一层固化胶层，将承印层覆盖其上，固化后分离，包含有电极网格的固化胶层和胶质层从导电衬底转移到承印层上；S62，S5电极沉积后，去除胶质层，涂布一层固化胶层，将承印层覆盖其上，固化后分离，包含有电极网络的固化胶层被转移到承印层上；S63，S5电极沉积后，去除胶质层，对承印层进行一定的表面修饰，施加压力，承印层和导电衬底接触。施加一定的作用力，例如加热、光照等，电极网络和承印层形成桥连，分离，电极网络被转移到承印层的表面。其中，固化胶为高透过率的高分子材料，可以通过加热、光照等方式进行固化；

S4，S5，S6，可以以平对平、卷对卷、卷对平等方式进行生产；

S6中，承印层可以是柔性衬底，例如PMMA，PS，PEN等，也可以是刚性衬底，例如石英玻璃，K9玻璃等。

下面将通过具体实施例，加以详细描述。

实施例一：窄框触摸屏。

1、结构

参照图1，本发明较佳实施例中的窄框触摸屏包括玻璃面板100，导电网格110，胶质层120，固化胶层130以及基片层140。其中导电网格110主体部分由正方形网格组成，导电网格的厚度h为1.5微米，线宽d为1.5微米，网格正方形的边长为100微米，由电沉积镍导线组成。导电网格110引线半宽为1.5微米，可以向后折叠形成窄框触摸屏。胶质层120为紫外固化胶，厚度为1.8微米，固化胶层130为热固化或者光固化胶，材料可以选择和胶质层120一样。基片层140可选择光透过率在90％以上的PET膜，厚度为50微米。触摸屏10中，导电网格110以外的面积占92％，因此整体透过率在80％以上。导电网格110方阻小于0.1Ω/□。

2、制作方法

(1)利用激光直写技术制作光刻胶模板。设计图形，要求显影后凹槽位置对应的是镍导线位置，导线宽度为1.5微米，考虑到需要多次转移，原始图形宽度可略微大一些。在玻璃衬底上涂布正性光刻胶RZ390，胶厚在2.2微米左右。将图形写入到光刻胶中，显影，光刻胶中图形凹槽深度在2微米左右；

(2)制作PDMS软模板。PDMS和其引发剂以质量比10∶1均匀混合，倾倒在有光刻胶图形的玻璃衬底表面。抽真空去除PDMS中的气泡，常温放置24小时固化，将PDMS软模板剥下，PDMS上具有和光刻胶上互补的图形，凹槽深度为2微米，光刻胶模板可以多次使用，制作多个PDMS软模板；

(3)如图2所示，210为导电衬底，本实施例选择表面有ITO导电层的玻璃，220为低粘度紫外固化胶，本实施例采用预聚物1，4-Butandiol diacrylate，低粘度可聚合丙烯酸酯单体四氢糠基丙烯酸酯和羟乙基丙烯酸酯以及光引发剂Darocur 1173的混合物。将220涂布到导电衬底210上，厚度保持在1.8微米左右，低于230PDMS上图形的凹槽深度。由滚轮240施加压力，230和210得到共形接触。对220进行紫外曝光，相比于带有氟基的PDMS模板230，胶质层与衬底210的结合力要强一些。导电衬底210上，会留下图形化胶质层120，图案和230的互补，其凹槽深度在1.8微米左右。对于230和210直接接触的区域，不会存在固化胶；

(4)如图3所示，将留有图形化胶质层120的导电衬底210置于电铸槽阴极，在阳极放置金属镍，电沉积通电的电流强度为20A，沉积时间为100s，电铸沉积槽的阳极和阴极的距离为150mm。如图3A所示，在沟槽底部导电位置沉积出金属镍的图形电极110，其高度小于或略高于沟槽深度，该实施例中为1.5微米。如图3B所示，在110和120表面涂布一层亚克力紫外树脂，厚度在2微米到5微米，后将基片层PET膜140覆盖在其上，紫外固化，形成固化胶层130。如图3C所示，将基片层140和导电层210分离，由于固化胶层130和有机PET膜140结合性较强，因此带有导电电极110的胶质层120会从210上剥离。图3C中110的顶部对应图3A中110的底部，其表面粗糙度仅和210表面粗糙度有关，由于本实施案例中采用的210为表面平整度良好的ITO玻璃，因此图3C中电极110表面平整性良好，且110嵌于基质层120中，因此具有良好的防刮性能。由于110/120/130/140整体厚度小于60微米，110的宽度为1.5微米，且110电极中镍金属之间结合性和块状金属类似，因此图3C中的导电膜有良好的绕曲性能，将其引线部分向后弯曲，制作窄边框触摸屏，可用于手机、平板等应用产品。

实施例二、高分辨LCD中TFT阵列栅极和存储电容。

有源矩阵TFT中电极制作需要多步工艺，为了简明扼要阐述本发明过程，本实施案例仅制作LCD中的栅极和存储电容，但是本发明不应限定于本道工艺，也应适用于有源矩阵显示驱动中的其它电极制作，例如数据线，源极，漏极，像素电极。

1、结构

LCD采用有源矩阵TFT进行工作，首先通过栅极线进行选通驱动，在其被选通时，数据线的数据信号流入，通过漏极注入到像素电极，并由存储电容保持到下一帧数据信号进入，液晶被像素电极和共用电极之间的电场驱动，形成灰度显示。TFT阵列中电极都需要图形化，产业中，采用的工艺为多次蒸镀金属层，通过多次光刻、刻蚀获得，其中金属一般为Cr，Cu，Al或者MoNb合金等。其中栅极和栅极扫描线为了满足大尺寸液晶屏下的快速响应，电导率需要在1Ω/□以下。蒸镀或者溅射所得金属膜，可以看做金属纳米颗粒的集合，由于颗粒之间缺少原子级别的结合力，金属膜导电性比块状金属要差很多，另外，栅极电极厚度不能太厚，一般在300nm左右，否则源漏极制作会给器件带来缺陷。为了同时满足这两个条件，现有栅极电极宽度需要在5微米以上。另外，为了满足人们对于显示器分辨率日益增长的需求，RGB单个像素的尺寸已经达到20微米以下，过宽的栅极电极，造成了高分辨率液晶屏开口率急剧下降，影响了消费者观看体验，降低了屏幕光能利用率。本实施案例讲述的是基于本发明制作的精细栅极电极，其具有良好的导电性能，代替传统蒸镀和刻蚀制程，制作开口率较高的高分辨LCD屏。

如图4所示，本道工艺仅涉及TFT栅极，栅极扫描线及存储电容，其它电极，例如数据线，源漏极，电容线及像素电极，都用虚线框表示。其中410为栅极扫描线，材料为电沉积Cu，宽3微米，厚度为300nm。420为栅极，材料为电沉积Cu，宽2微米，长5微米，厚度为300nm。430为存储电容，材料为电沉积Cu，宽4微米，长20微米，厚度为300nm。若像素尺寸为20微米，不透光部分，包括电极、半导体及黑矩阵区域，占总面积的55％，预计开口率可以到40％。若利用优化的TFT结构，例如电容和栅极共用结构，开口率可以得到进一步提高。

2、制作方法

(1)采用激光直写将图形写入到光刻胶中。设计图形，要求显影后凹槽位置对应的是金属铜位置，考虑到需要多次转移，设计的原始图形宽度可适当大一些。在玻璃衬底上涂布正性光刻胶AZ5214，胶厚在500纳米左右。激光直写光刻，将所设计的图形写入到光刻胶中，显影时候，利用适当的过显技术，使得显影后光刻胶中图形呈现正梯形，凹槽深度在400nm左右；

(2)制作PDMS软模板。PDMS和其引发剂以质量比10∶1均匀混合，倾倒在有光刻胶图形的玻璃衬底表面。抽真空去除PDMS中的气泡，在烘箱中60℃保持24小时，将PDMS软模板剥下，PDMS上具有和光刻胶上互补的图形，凹槽深度为400纳米，在使用前，用热板对PDMS软膜板在130℃烘烤几个小时，光刻胶模板可以多次使用，制作多个PDMS软模板；

(3)如图5所示，对PDMS模板510梯形凹槽位置填充UV固化胶520。填充UV固化胶520由两种丙烯酸酯预聚物(MINS FT030和MINS FT040)及一种亲水聚合物poly sodium 4-styrene-sulfonate混合而成。预聚物和PDMS模板的接触角可以通过调配它们之间的比例来调节，为了让反润湿效应出现，使得520仅位于510凹槽位置，铺展系数S需要为负值。铺展系数S通过公式S＝γ_SV-γ_LV-γ_SL计算获得，其中γ_SV，γ_LV，γ_SL分别为固态-气态，液态-气态以及固态-液态界面的表面张力。如图5所示，先将510浸渍在520中，然后在固定速率下拉起510。拉起速率需要实验测定，本实施案例中选取为2mm/min。为了防止填充的预聚物在转印过程中流出沟槽，在PDMS软模板510完全拉起后，需要用适量紫外光照射，对凹槽中UV固化胶520进行预固化。

(4)如图6所示，选择导电衬底620为镍板。利用滚轮610对PDMS模板510施加1.5个标准大气压的压力，510和620得到良好接触，对接触位置进行紫外曝光或者加热，使得凹槽中的固化胶520完全交联，成为固态胶状物。随着滚轮的移动，510和620分离，由于表面结合力差异性，胶状物留在530表面。在510和620直接接触的区域，由于没有520存在，因此不会有胶状物，固化后，这些区域会直接露出620表面。

(5)如图7所示，将留有图形化胶质层710的导电衬底620置于电铸槽阴极，在阳极放置金属铜，电沉积通电的电流强度为5A，沉积时间为60s，电铸沉积槽的阳极和阴极的距离为200mm。如图7A所示，在沟槽底部导电位置沉积出金属铜的图形电极720，其高度小于沟槽深度，该实施例中为300纳米。如图7B所示，利用丙酮将胶质图案层去除，对于一些耐溶剂的710材料，可以选择通过RIE或者氧离子机去除。图7C所述为将图案电极720转移到玻璃衬底730上。本实施案将玻璃衬底730浸泡在0.5％的11-巯基十一烷酸10分钟，衬底730表面被修饰上一层SH基740。将带有金属铜电极720的导电衬底620和修饰有740的镍板衬底730进行接触，施加一定的光照或者加热，SH基和720铜原子进行键合。将620和730分离，铜金属电极720被转移到730上，如图7D所示，从而形成LCD显示中的栅极，栅极扫描线以及储存电容矩阵。实施例步骤中，和卷对平或者卷对卷技术兼容，因此可以低成本、快速制作，用于替代传统LCD行业中，蒸镀、光刻及刻蚀工艺。另外电沉积电极导电性比蒸镀电极要很好多，因此TFT中的电极，包括栅极扫描线，栅极线，数据线，源漏极，宽度可以达到5微米以下，便于制作具有较高开口率的高分辨率LCD屏。

因此，总结来说，本发明具有以下特点：

(1)通过一次或者多次图形转移到压印模板，图形转移方式包括微电铸、PDMS柔性转移、纳米压印、刻蚀技术或它们之间的组合。

(2)导电衬底可以是铜、镍、铬等金属或者镀有金属的柔性或者刚性衬底，也可以是镀有ITO、AZO、FTO等导电氧化物的柔性或者刚性衬底，或者其它导电衬底，导电衬底层可以重复使用。

(3)电极沉积中基于软模板的纳米压印技术。制作软模板，选择低粘度的胶质材料，模板/衬底/固化胶表面能满足一定条件，使得胶质材料固化后优先位于衬底表面。涂布胶质层，厚度小于软模板上图案凹槽深度。固化后在模板和衬底直接接触区域，会露出导电衬底层。

(4)电极沉积中基于反纳米压印(凹印)的纳米压印技术。制作模板，将胶质层预聚物刮入到模板凹槽中，可以利用反润湿效应，需要对模板进行表面适当修饰或者加热或者特殊图案形状设计，也可以选择用刮刀将凹槽以外的预聚物直接刮去。模板/胶质层/导电衬底表面能需要满足一定条件，使得胶质层和导电衬底的结合力要强一些。固化分离后，模板图案凹槽位置胶质材料完全转移到导电衬底上，而模板与导电衬底直接接触的位置，不会存在固化胶层，露出衬底。

(5)电极沉积中纳米压印混合紫外光刻，制作混合掩膜模板，物理结构上，该模板和纳米压印模板相同，存在图形化的凹槽和平台。该混合掩模平台位置有挡光材料，而其他凹槽位置透光。压印并曝光。图案转移到胶质层中，由于新图案底部位置的光固化材料不会吸收到光，可将该位置的光固化材料去除，使其露出导电衬底。

(6)胶质层露底操作中，可以结合离子束刻蚀、氧离子刻蚀等工艺，对压印后的胶质层进行整体灰化减薄，直至在凹槽位置露出导电衬底；

(7)电极沉积完毕后，可不去除胶质层，通过涂布一层固化胶层，将承印层覆盖其上，固化后包含有电极网格的固化胶层和胶质层被转移到承印层上。其中固化胶为高透过率的高分子材料，可以通过加热、光照等方式固化。

(8)电极沉积完毕后，去除胶质层，露出电极。对承印层进行一定的表面修饰，施加外加作用，电极网络和承印层形成桥连，电极网络被转移到承印层的表面。

(9)上述制程可于平对平、卷对卷、卷对平等方式生产，提高生产效率、降低生产成本，从而有商业化潜力。

(10)通过电极厚度对透过率进行调整，沉积电极性质和块状电极类似，因此即使在电极很薄情况下，也有良好的导电性，因此电极网络所占面积可以达到20％以上，而保持80％以上的透过率。

(11)该图形化电极制作方法适用于制作柔性、透光、高分辨、高性能的电子产品，例如触控屏，太阳能电池，LCD，OLED，QLED显示等应用领域。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，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。

Claims (16)

1.一种图形化精细导电薄膜，其特征在于，包括基底和图形化精细电极，所述图形化精细电极放置于所述基底上或嵌入到所述基底中，所述图形化精细电极的电极的宽度在50nm-10μm之间，高度在10nm-10μm之间，表面粗糙度在0.1nm到100nm之间。

2.根据权利要求1所述的一种图形化精细导电薄膜，其特征在于，所述电极的材料为金、银、铜、锌或可电沉积的导电材料。

3.根据权利要求1所述的一种图形化精细导电薄膜，其特征在于，所述基底为柔性衬底或具有透过率的刚性基底。

4.根据权利要求3所述的一种图形化精细导电薄膜，其特征在于，所述柔性衬底为PMMA，PS或PEN。

5.根据权利要求3所述的一种图形化精细导电薄膜，其特征在于，所述刚性基底为石英玻璃或K9玻璃。

6.根据权利要求1所述的一种图形化精细导电薄膜，其特征在于，所述图形化精细电极嵌入到所述基底中时，所述图形化精细电极的上表面和所述基底的上表面的高度差在100nm以下。

7.一种图形化精细导电薄的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：

1)根据应用领域设计并确定电极图案的三维结构；

2)利用光刻工艺或者机械精密加工工艺制作模板；

3)通过一次或者多次图形转移到压印模板；

4)通过纳米压印技术，将图案转移到位于导电衬底上方的胶质层中，新图案沟槽位置露出导电衬底；

5)用电沉积工艺，在沟槽表面生长电极材料，电极高度小于或者略高于槽深；

6)将沉积电极转移到承印衬底上。

8.根据权利要求7所述的一种图形化精细导电薄的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，所述光刻工艺为电子束光刻，离子束光刻，激光直写光刻，干涉光刻或极紫外光刻等常用光刻技术；所述机械精密加工工艺为金刚石切削或刻划。

9.根据权利要求7所述的一种图形化精细导电薄的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中，所述图形转移方式为微电铸、PDMS柔性转移、纳米压印或刻蚀技术。

10.根据权利要求7所述的一种图形化精细导电薄的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中，所述导电衬底为铜、镍、铬或镀有金属的柔性或刚性衬底，或镀有导电氧化物的柔性或者刚性衬底。

11.根据权利要求7所述的一种图形化精细导电薄的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中，所述纳米压印技术为紫外纳米压印技术，其中胶质层为固化的高分子材料。

12.根据权利要求7所述的一种图形化精细导电薄的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中，压印后图案凹槽露出导电衬底包括以下操作的一个或多个：

步骤41)：基于软模板的纳米压印技术选择胶质材料，对软模板施加适当压力，模板和导电衬底取得共形接触，固化脱模，图案转移到胶质层中，在模板和衬底直接接触区域，会露出导电衬底层；

步骤42)：反纳米压印技术：将胶质层预聚物刮入到模板的凹槽中，预聚物选择性填充，对模板进行表面适当修饰或者加热或者特殊图案形状设计，将凹槽以外的预聚物刮去，施加一定压力，模板和导电衬底取得共形接触，固化脱模，凹槽位置的胶质材料转移到导电衬底上，其它位置仍然是导电衬底表面；

步骤43)：纳米压印混合紫外光刻：制作混合掩膜模板，将该模板压印到涂布有光固化材料的导电衬底上，对其进行曝光，一方面模板图案会转移到胶质层中，另一方面，在模板平台位置，也即是新图案底部位置的光固化材料不会吸收到光，不会固化成胶质层，利用该差异性，可将该位置的光固化材料去除，露出导电衬底；

步骤44)：采用离子束刻蚀或氧离子刻蚀工艺，对压印后的胶质层进行整体灰化减薄，直至在凹槽位置露出导电衬底。

13.根据权利要求7所述的一种图形化精细导电薄的制备方法，其特征在于，所述步骤5)中，所述沉积电极材料为金属材料、半导体材料、石墨烯或碳纳米材料。

14.根据权利要求7所述的一种图形化精细导电薄的制备方法，其特征在于，所述步骤6)中，图形化电极转移到承印衬底包含以下操作的一种：

步骤61)：电极沉积后，进行清洗操作，涂布一层固化胶层，将承印层覆盖其上，固化后分离，包含有电极网格的固化胶层和胶质层从导电衬底转移到承印层上；

步骤62)：电极沉积后，去除胶质层，涂布一层固化胶层，将承印层覆盖其上，固化后分离，包含有电极网络的固化胶层被转移到承印层上；

步骤63)：电极沉积后，去除胶质层，对承印层进行一定的表面修饰，施加压力，承印层和导电衬底接触，施加一定的作用力，，电极网络和承印层形成桥连和分离，电极网络被转移到承印层的表面。

15.根据权利要求7所述的一种图形化精细导电薄的制备方法，其特征在于，所述步骤4-6以平对平、卷对卷或卷对平方式进行生产。

16.根据权利要求7所述的一种图形化精细导电薄的制备方法，其特征在于，所述步骤6)中，承印衬底为柔性衬底或刚性衬底。