CN107808708A - 纳米银透明导电膜及其制备方法和触摸屏 - Google Patents

纳米银透明导电膜及其制备方法和触摸屏 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种纳米银线透明导电膜，包括透明基板以及设置在透明基板上的复合层，复合层中包括纳米银线和活性材料，部分活性材料暴露于复合层的远离透明基板的表面，活性材料的分子链末端具有可与酸性基团反应的端基。本发明实施例提供的纳米银线透明导电膜，提高了对触摸屏湿法化学蚀刻生产工艺中常用的光阻材料和化学药液的耐受性，便于后续由银线透明导电膜大批量稳定生产图案化的导电线路。本发明还提供了一种纳米银线透明导电膜的制备方法，包括：在透明基板上涂布形成掺杂有活性材料的活性功能层；然后在活性功能层上形成纳米银线，得到复合层。本发明还提供了一种触摸屏。

Description

纳米银透明导电膜及其制备方法和触摸屏
技术领域
本发明涉及导电膜领域，具体涉及一种纳米银透明导电膜及其制备方法和触摸屏。
背景技术
氧化铟锡(ITO)材料作为触摸屏技术的传统导电材料对推动触摸屏技术的发展起到了至关重要的作用，虽然ITO具有良好的光电特性，但是由于其在柔性方面表现较差，不耐反复挠曲，不适合用于柔性触控显示产品。
近年来，已经出现了种类繁多的ITO替代材料，比如纳米银线(AgNW)，石墨烯，导电高分子(PEDOT，PSS)材料等等。其中纳米银线由于阻抗低，制备相对简单，最先进入产业化生产，并开始局部取代ITO材料。
目前纳米银线导电膜制造触摸屏的工艺主要是采用激光刻蚀的方案。但是由于触摸屏感应线路图形通常比较复杂，该图形完全通过激光把不需要导通的地方隔断，效率明显非常慢。而对于触控显示行业内普遍采用的湿法蚀刻方案，由于光阻本身是一种由小分子单体通过聚合反应形成的高分子聚合物，光阻中未完全聚合的小分子以及聚合反应完成的高分子末端官能团都带有酸性基团，会跟纳米银以及纳米银的基底材料发生一定相互作用，导致经过曝光、显影、蚀刻、去膜等一系列黄光工艺后，发生纳米银线导电膜材料变性、蚀刻不彻底等异常缺陷，因而工艺稳定性较差。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种纳米银透明导电膜及其制备方法和触摸屏。本发明提供的纳米银透明导电膜提高了对触摸屏湿法化学蚀刻生产工艺中常用的光阻材料和化学药液的耐受性。
本发明第一方面提供了一种纳米银线透明导电膜，包括透明基板以及设置在所述透明基板上的复合层，所述复合层中包括纳米银线和活性材料，部分所述活性材料暴露于所述复合层的远离所述透明基板的表面，所述活性材料的分子链末端具有可与酸性基团反应的端基。
其中，所述纳米银线铺设在所述透明基板的表面，所述活性材料分散在所述纳米银线之间的空隙中和/或包覆在所述纳米银线的表面。
其中，所述复合层包括设置于所述透明基板上的活性功能层，所述活性材料掺杂在所述活性功能层中，所述纳米银线设置在所述活性功能层上，部分所述活性材料穿过所述纳米银线之间的空隙并暴露于所述复合层的远离所述透明基板的表面。
其中，所述活性材料包括铵盐型阳离子表面活性材料和非离子型表面活性材料中的至少一种。
其中，所述活性功能层为掺杂有所述活性材料的透明聚合物薄膜，和/或所述活性功能层的厚度为0.8-2μm。
其中，所述复合层与所述透明基板之间还设有透明基底层，所述透明基底层的材料包括有机透明材料。
本发明实施例提供的纳米银线透明导电膜中设有活性材料，所述活性材料的分子链末端具有可与酸性基团反应的端基，可以优先与光阻材料中的残留的酸性基团结合，提高了对触摸屏湿法化学蚀刻生产工艺中常用的光阻材料和化学药液的耐受性，便于后续由银线透明导电膜大批量稳定生产图案化的导电线路。
本发明还提供了一种纳米银线透明导电膜的制备方法，包括以下步骤：
提供透明基板；
在所述透明基板上涂布形成掺杂有活性材料的活性功能层，所述活性材料的分子链末端具有可与酸性基团反应的端基；然后在所述活性功能层上形成纳米银线，得到复合层。
其中，在所述透明基板上涂布形成掺杂有活性材料的活性功能层的操作具体包括：
提供活性涂布液，所述活性涂布液中含有活性材料和聚合物单体，将所述活性涂布液涂布在所述透明基板表面，固化后形成所述活性功能层。
本发明还提供了一种纳米银线透明导电膜的制备方法，包括以下步骤：
提供透明基板；
提供掺杂有活性材料的纳米银线涂布液，所述活性材料的分子链末端具有可与酸性基团反应的端基；将所述掺杂有活性材料的纳米银线涂布液涂布在所述透明基板上，形成复合层。
本发明实施例提供的纳米银线透明导电膜的制备方法，简单易操作，可实现纳米银线透明导电膜的量产。
本发明还提供了一种触摸屏，包括不可视区域的导电线路，所述导电线路为通过激光刻蚀工艺或通过黄光工艺对如上述所述的纳米银线透明导电膜图案化得到。
附图说明
图1为本发明一实施例提供纳米银线透明导电膜的截面示意图；
图2为本发明一实施例提供纳米银线透明导电膜的示意图；
图3为本发明另一实施例提供纳米银线透明导电膜的截面示意图；
图4为本发明另一实施例提供纳米银线透明导电膜的截面示意图；
图5为本发明一实施例提供纳米银线透明导电膜的制备方法流程图；
图6为本发明另一实施例提供纳米银线透明导电膜的制备方法流程图。
具体实施方式
以下所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
请参照图1，本发明实施例第一方面提供了一种纳米银线透明导电膜10，包括透明基板1以及设置在所述透明基板1上的复合层2，所述复合层2中包括纳米银线和活性材料，部分所述活性材料暴露于所述复合层的远离所述透明基板1的表面，所述活性材料的分子链末端具有可与酸性基团反应的端基。
请参照图2，图2为纳米银线透明导电膜10的示意图，所述复合层2中包括纳米银线3和活性材料4，由于纳米银线3是杂乱无章地分布，且纳米银线3之间形成了多孔的二维和/或三维网络结构。部分所述活性材料4暴露于所述复合层的远离所述透明基板1的表面，剩余部分所述活性材料由于被纳米银线覆盖没有暴露出来(图中未示出)，所述活性材料4的端基用R表示，R为可与酸性基团反应的基团如氨基(-NH2)等。本发明实施例中，所述复合层2中设有活性材料且活性材料是暴露于复合层的表面的，当在所述复合层上设置光阻材料时，光阻材料中残留的酸性基团会优先与活性材料的端基结合，可有效防止光阻中残留的酸性基团对纳米银线和基底材料造成破坏。同时，由于光阻材料与复合层中活性材料的结合，增强光阻材料在复合层上的附着力，增强了光阻材料对纳米银线保护能力。后续通过碱液处理后很容易去除光阻材料与所述活性材料的结合。复合层中活性材料的存在也有利于后续工艺，如增强触摸屏传感器与银浆以及OCA等其他材料的附着力。
本发明实施例中，所述透明基板1包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PEN)或聚碳酸酯(PC)。可选地，对所述透明基板1的厚度不做特殊选择，可根据实际情况进行具体选择。
请参阅图3，本发明实施例中，所述复合层2包括设置于所述透明基板1上的活性功能层21，所述活性材料掺杂在所述活性功能层21中，所述纳米银线3设置在所述活性功能层21上，部分所述活性材料穿过所述纳米银线3之间的空隙并暴露于所述复合层2的远离所述透明基板1的表面。可以理解的是，由于纳米银线本身的特性，纳米银线是杂乱无章地整面覆盖在活性功能层上的，且纳米银线之间形成了多孔的二维和/或三维网络结构。当将所述纳米银线设置在所述活性功能层上的时候，部分所述活性材料会穿过所述纳米银线之间的空隙并暴露于所述复合层的远离所述透明基板的表面，后续光阻材料会优先与这部分的活性材料反应。可选地，部分所述活性材料超出所述纳米银线高度。进一步可选地，部分所述活性材料超出所述纳米银线高度的20％以上。可选地，所述活性功能层为掺杂有所述活性材料的透明聚合物薄膜。可选地，所述活性功能层的厚度为0.8-2μm。这里的厚度指的是活性功能层的平均厚度。
本发明实施例中，所述纳米银线铺设在所述透明基板的表面，所述活性材料分散在所述纳米银线之间的空隙中和/或包覆在所述纳米银线的表面。可选地，部分所述活性材料超出所述纳米银线的高度。进一步可选地，部分所述活性材料超出所述纳米银线高度的20％以上。可选地，所述复合层中，所述纳米银线与所述活性材料的重量比大于3:2。
本发明实施例中，所述活性材料的分子链末端具有可与酸性基团反应的碱性基团如氨基(-NH2)等。可选地，所述活性材料为分子链末端具有可与酸性基团反应的碱性基团的有机物。可选地，所述活性材料包括铵盐型阳离子表面活性材料和非离子型表面活性材料中的至少一种。具体地，所述活性材料包括烷基聚醚(PO-EO共聚物)、脂肪醇聚氧乙烯醚或有机胺等。
本发明实施例中，所述纳米银线在所述透明基板上或所述活性功能层上的铺设厚度为10nm-50nm。对所述纳米银线的直径和长度不做特殊限定，如纳米银线的长度可以为20-200μm，直径可以为10-200nm。
请参照图4，本发明一实施例中，所述复合层2与所述透明基板1之间还包括透明基底层5。可选的，所述透明基底层5的材料包括有机透明材料。具体地，所述透明基底层5的材质包括聚氨酯、有机硅胶、聚酯或其他透明材料。可选地，对所述透明基底层5的厚度不做特殊限定，如可以为100nm-50μm。
本发明另一实施例中，当本发明实施例中的复合层中包括活性功能层时，可以不设置透明基底层，所述活性功能层可以作为所述纳米银线的基底。该实施例在增强纳米银材料对触摸屏湿法化学蚀刻生产工艺中常用的光阻材料和化学药液的耐受性的基础上，所述活性功能层同时作为增强纳米银导电层与透明薄膜基板附着力的基底材料，更进一步减少了透明基底层叠层结构，得到的所述纳米银线透明导电膜结构简单。
本发明实施例提供的纳米银线透明导电膜，提高了对触摸屏湿法化学蚀刻生产工艺中常用的光阻材料和化学药液的耐受性，便于后续由银线透明导电膜大批量稳定生产图案化的导电线路。
请参阅图5，本发明实施例第二方面提供了纳米银线透明导电膜的制备方法，包括以下步骤：
S01、提供透明基板；
S02、在所述透明基板上涂布形成掺杂有活性材料的活性功能层，所述活性材料的分子链末端具有可与酸性基团反应的端基；然后在所述活性功能层上形成纳米银线，得到复合层。
本发明实施例中，步骤S02中，在所述透明基板上涂布形成掺杂有活性材料的活性功能层的操作具体包括：
提供活性涂布液，所述活性涂布液中含有活性材料和聚合物单体，将所述活性涂布液涂布在所述透明基板表面，固化后形成所述活性功能层。
可选地，步骤S02中，可采用卷对卷狭缝涂布工艺在所述透明基板上涂布所述活性涂布液。
可选地，所述聚合物单体为在光固化条件下或热固化条件下聚合成聚合物。所述聚合物单体可选择为不与纳米银线反应的材料，可根据实际情况具体选择，如可以选择聚酯单体、聚氨酯单体或聚乙烯醇单体等。
可选地，所述活性涂布液中，所述活性材料与所述聚合物单体的质量比控制在0.1-0.5:1的范围内，两者占所述活性涂布液的比重为40％-80％。
可选地，所述活性涂布液中还包括有机溶剂。
可选地，步骤S02中，在所述活性功能层上形成纳米银线的操作具体包括：
通过滚轮模具压合或者卷对卷狭缝涂布的方式，然后经热烘烤固化在所述活性功能层上形成纳米银线。
本发明实施例中，在步骤S01和步骤S02之间，还包括以下步骤：
采用卷对卷工艺在所述透明基板上涂布基底材料，所述基底材料可以是聚氨酯、有机硅胶、聚酯等透明材料，并固化形成透明基底层。
本发明实施例先制备掺杂有活性材料的活性功能层，然后再在所述活性功能层上形成纳米银线，由于纳米银线的特性，所述活性功能层中的部分活性材料穿过所述纳米银线之间的空隙并暴露于所述复合层的远离所述透明基板的表面。
请参阅图6，本发明实施例还提供了一种纳米银线透明导电膜的制备方法，包括以下步骤：
S10、提供透明基板；
S20、提供掺杂有活性材料的纳米银线涂布液，所述活性材料的分子链末端具有可与酸性基团反应的端基；将所述掺杂有活性材料的纳米银线涂布液涂布在所述透明基板上，形成复合层。
本发明实施例中，步骤S20中，所述掺杂有活性材料的纳米银线涂布液中，所述纳米银线与所述活性材料的重量比大于1.5:1，且所述纳米银线与所述活性材料的总质量占所述涂布液总质量的比例为小于10％。可选地，所述涂布液中还含有比重不低于10％的聚合物单体，聚合物单体在加热或者UV照射后发生聚合反应固化，从而将纳米银线固定在基板上，确保良好的附着效果。可选地，通过滚轮模具压合或者卷对卷狭缝涂布的方式，然后经热烘烤固化在所述透明基板上形成所述复合层。
本发明实施例中，在步骤S10和步骤S20之间，还包括以下步骤：
采用卷对卷工艺在所述透明基板上涂布基底材料，所述基底材料可以是聚氨酯、有机硅胶、聚酯等透明材料，并固化形成透明基底层。
本发明实施例直接在所述透明基底上涂布含有活性材料的纳米银线涂布液，涂布后固化，活性材料会分散在纳米银线之间的空隙中和/或包覆在所述纳米银线的表面。可选地，部分所述活性材料超出所述纳米银线的高度。
本发明实施例提供的纳米银线透明导电膜的制备方法，简单易操作，可实现纳米银线透明导电膜的量产。
本发明实施例还提供了一种触摸屏，包括不可视区域的导电线路，所述导电线路为通过激光刻蚀工艺或通过黄光工艺对如上述任一项所述的纳米银线透明导电膜图案化得到。
本发明实施例中，通过黄光工艺图案化的操作具体包括：
提供纳米银线透明导电膜，包括透明基板以及设置在所述透明基板上的复合层，所述复合层中包括纳米银线和活性材料，部分所述活性材料暴露于所述复合层的远离所述透明基板的表面，所述活性材料的分子链末端具有可与酸性基团反应的端基；
在所述复合层上涂布光阻材料，然后采用黄光工艺对所述复合层进行图案化处理。
可选地，所述黄光工艺具体包括：
依次对所述光阻材料进行曝光、显影、湿法蚀刻和去膜工艺。
可选地，具体地曝光、显影、湿法蚀刻和去膜工艺可根据实际情况选择相关的工艺参数。其中，所述去膜的操作为采用碱性加热的去膜液冲洗光阻材料，所述活性材料基团跟光阻的结合会很快发生水解，从而实现顺利去膜。
本发明实施例中，也可以通过激光刻蚀工艺直接在纳米银线导电膜上加工触控图形。
由于光阻材料本身是一种由小分子单体通过聚合反应形成的高分子聚合物，光阻中未完全聚合的小分子以及聚合反应完成的高分子末端官能团都带有酸性基团如羧基，例如光阻材料的化学式可以为
本发明实施例在复合层中设置了活性材料，在酸性溶液环境下，活性材料会跟光阻材料中残留的酸性基团结合，在增强光阻对材料保护能力的同时，又能有效防止光阻中残留的酸性基团对纳米银线和基底材料造成破坏。在经过显影蚀刻之后，经过碱性加热的去膜液冲洗，活性材料的基团跟光阻的结合又会很快发生水解，从而实现顺利去膜。因此，本发明实施例解决了目前纳米银材料在触摸屏生产工艺中采用化学湿法蚀刻遇到的材料变性、生产稳定性差的问题。本发明实施例提供的触摸屏可以采用化学湿法蚀刻工艺进行量产。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，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。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种纳米银线透明导电膜，其特征在于，包括透明基板以及设置在所述透明基板上的复合层，所述复合层中包括纳米银线和活性材料，部分所述活性材料暴露于所述复合层的远离所述透明基板的表面，所述活性材料的分子链末端具有可与酸性基团反应的端基。
2.如权利要求1所述的纳米银线透明导电膜，其特征在于，所述纳米银线铺设在所述透明基板的表面，所述活性材料分散在所述纳米银线之间的空隙中和/或包覆在所述纳米银线的表面。
3.如权利要求1所述的纳米银线透明导电膜，其特征在于，所述复合层包括设置于所述透明基板上的活性功能层，所述活性材料掺杂在所述活性功能层中，所述纳米银线设置在所述活性功能层上，部分所述活性材料穿过所述纳米银线之间的空隙并暴露于所述复合层的远离所述透明基板的表面。
4.如权利要求1所述的纳米银线透明导电膜，其特征在于，所述活性材料包括铵盐型阳离子表面活性材料和非离子型表面活性材料中的至少一种。
5.如权利要求3所述的纳米银线透明导电膜，其特征在于，所述活性功能层为掺杂有所述活性材料的透明聚合物薄膜，和/或所述活性功能层的厚度为0.8-2μm。
6.如权利要求1所述的纳米银线透明导电膜，其特征在于，所述复合层与所述透明基板之间还设有透明基底层，所述透明基底层的材料包括有机透明材料。
7.一种纳米银线透明导电膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供透明基板；
在所述透明基板上涂布形成掺杂有活性材料的活性功能层，所述活性材料的分子链末端具有可与酸性基团反应的端基；然后在所述活性功能层上形成纳米银线，得到复合层。
8.如权利要求7所述的纳米银线透明导电膜的制备方法，其特征在于，在所述透明基板上涂布形成掺杂有活性材料的活性功能层的操作具体包括：
提供活性涂布液，所述活性涂布液中含有活性材料和聚合物单体，将所述活性涂布液涂布在所述透明基板表面，固化后形成所述活性功能层。
9.一种纳米银线透明导电膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供透明基板；
提供掺杂有活性材料的纳米银线涂布液，所述活性材料的分子链末端具有可与酸性基团反应的端基；将所述掺杂有活性材料的纳米银线涂布液涂布在所述透明基板上，形成复合层。
10.一种触摸屏，其特征在于，包括不可视区域的导电线路，所述导电线路为通过激光刻蚀工艺或通过黄光工艺对如权利要求1-6任一项所述的纳米银线透明导电膜图案化得到。
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