CN108417313A - 一种柔性氧化铟锡透明导电薄膜卷对卷湿法刻蚀及图案化的方法 - Google Patents

一种柔性氧化铟锡透明导电薄膜卷对卷湿法刻蚀及图案化的方法 Download PDF

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李恒月
张楚俊
龚辰迪
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Abstract

本发明公开了一种柔性氧化铟锡透明导电薄膜卷对卷湿法刻蚀及图案化的方法；基于配制的保护层溶液，应用卷对卷印刷技术在柔性氧化铟锡基底上制备出厚度可控且均匀的图案化保护层薄膜，经卷对卷湿法刻蚀及图案化后，得到具有图案化且性能良好的氧化铟锡柔性基底；该卷对卷湿法刻蚀及图案化方法具有操作简单、快速高效、成本较低，能连续化大批量生产等优点，在工业生产和实际应用中具有广阔的前景。

Description

一种柔性氧化铟锡透明导电薄膜卷对卷湿法刻蚀及图案化的 方法
技术领域
本发明涉及一种柔性氧化铟锡(ITO)透明导电薄膜湿法刻蚀及图案化的方法，属于光电子技术领域。
背景技术
氧化铟锡薄膜作为一种用半导体材料制备而成的透明导电氧化物薄膜，具有良好的化学稳定性、高电导率、高透光性、易图案化，已经被广泛的应用于太阳电池、柔性显示技术、节能建筑窗、航空航天领域等诸多方面。在这些应用中，氧化铟锡薄膜作为透明电极需制成不同所需图案。目前，市场上氧化铟锡薄膜的刻蚀主要是采用干法刻蚀，但是干法刻蚀设备昂贵、工艺复杂、成本较高、刻蚀速度低，且无法满足大批量生产。因此，本发明结合卷对卷印刷技术，提供一种工艺过程简单、性能良好、成本低、适合大批量生产的湿法刻蚀及图案化柔性氧化铟锡透明导电薄膜的方法。
发明内容
本发明所述的一种柔性氧化铟锡透明导电薄膜卷对卷湿法刻蚀及图案化的方法，基于配制的保护层溶液，应用卷对卷印刷技术在柔性氧化铟锡基底上制备出厚度可控且均匀的图案化保护层薄膜，再卷对卷通过氧化铟锡刻蚀液，刻蚀并清洗没有印刷覆盖保护层薄膜的氧化铟锡，最后卷对卷清洗除去保护层薄膜，完成柔性氧化铟锡透明导电薄膜卷对卷湿法刻蚀与图案化，刻蚀和图案化之后的柔性氧化铟锡薄膜的方块电阻和透光率与刻蚀前基本相同，方块电阻在5欧姆/口到50欧姆/口之间，透光率在80％到95％之间。
本发明所述的一种柔性氧化铟锡透明导电薄膜卷对卷湿法刻蚀及图案化的方法，所述湿法刻蚀及图案化是指将印有保护层薄膜的柔性氧化铟锡基底分别经氧化铟锡刻蚀液刻蚀、去离子水清洗、溶剂清洗保护层、去离子水清洗的过程。上述过程的作用分别是刻蚀氧化铟锡、清洗、去保护层和再清洗，既能图案化柔性氧化铟锡基底，又能清洗基底，操作简单高效。
本发明所述的一种柔性氧化铟锡透明导电薄膜卷对卷湿法刻蚀及图案化的方法，所述保护层为光刻胶或聚乙烯醇或聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或几种，保护层溶液的溶剂为丙酮或乙酸乙酯或N，N-二甲基甲酰胺或苯酚或苯甲醚中的一种或几种，浓度在10mg/ml到100mg/ml之间，保护层薄膜厚度为50纳米到5个微米之间。上述保护层在印刷过程中易形成致密均匀的薄膜，且不易溶于氧化铟锡刻蚀液，是氧化铟锡理想的保护层材料。
本发明所述的一种柔性氧化铟锡透明导电薄膜卷对卷湿法刻蚀及图案化的方法，所述卷对卷印刷技术是指卷对卷凹版印刷或卷对卷微凹版印刷或卷对卷狭缝涂布技术以0.10米/分钟到100米/分钟速度印刷制备保护层，干燥温度在40度到120度之间。上述印刷技术不仅能够快速印刷保护层薄膜，还可以与卷对卷相结合，提高效率，适合大批量连续化的工业生产。
本发明所述的一种柔性氧化铟锡透明导电薄膜卷对卷湿法刻蚀及图案化的方法，所述柔性氧化铟锡基底是指厚度为30纳米到300纳米的氧化铟锡薄膜沉积在柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或聚酰亚胺(PI)基底上。
本发明所述的一种柔性氧化铟锡透明导电薄膜卷对卷湿法刻蚀及图案化的方法，所述氧化铟锡刻蚀液是指盐酸溶液或硝酸溶液中的一种或两种混合溶液，浓度为5％到15％之间，刻蚀时间在100s到300s之间。上述氧化铟锡刻蚀液在上述刻蚀浓度和刻蚀时间下，既能刻蚀并清洗没有印刷覆盖保护层薄膜的氧化铟锡，又能保证覆盖有保护层的氧化铟锡不被破坏，从而达到氧化铟锡图案化的目的。
附图说明
【图1】刻蚀及图案化氧化铟锡柔性基底的示意图
【图2】刻蚀及图案化后的氧化铟锡柔性基底实物测试图
【图3】刻蚀及图案化后的氧化铟锡柔性基底的表面形貌图
【图4】氧化铟锡柔性基底刻蚀及图案化前后透光性对比图
实施例1
取80mg的聚甲基丙烯酸甲酯，溶于2ml的乙酸乙酯中，配置成浓度为40mg/ml的溶液作为卷对卷微凹版印刷的墨水材料。刻蚀及图案化氧化铟锡柔性基底的示意图如图1所示。应用卷对卷微凹版印刷技术，氧化铟锡柔性基底以0.3m/min的走带速度进行印刷，可形成均匀的保护层薄膜，并通过80度的烘箱进行干燥处理。然后将印有保护层薄膜的氧化铟锡柔性基底以1m/min的速度进行刻蚀清洗。刻蚀清洗的过程如下：首先氧化铟锡柔性基底经过一个盛有浓度为10％的盐酸溶液的腔体，刻蚀100s；刻蚀完后经风刀吹走氧化铟锡柔性基底上残留的刻蚀液，再经过一个盛有去离子水的腔体清洗；然后进入一个盛有乙酸乙酯的腔体，并且该腔体可以超声清洗；最后经去离子水洗净得到完整的经过刻蚀及图案化的氧化铟锡柔性基底。通过以上步骤，该氧化铟锡柔性基底经刻蚀清洗后的实物图、表面形貌图、透光性图分别如图2、图3、图4所示。通过上述卷对卷刻蚀及图案化后的氧化铟锡柔性基底依旧具有良好的导电性，刻蚀及图案化柔性氧化铟锡透明导电薄膜前后的方块电阻值如表1所示。
表1基于卷对卷刻蚀及图案化柔性氧化铟锡透明导电薄膜前后的方块电阻值
实施例2
取60mg的聚甲基丙烯酸甲酯和20mg的聚乙烯醇，溶于2ml的丙酮中，配制成浓度为40mg/ml的溶液作为卷对卷狭缝涂布的墨水材料。应用卷对卷狭缝涂布技术，氧化铟锡柔性基底以0.3m/min的走带速度进行涂布，同时设定狭缝涂布的垫片厚度为5微米，注墨速度为1～5μl/cm2，可形成均匀的保护层薄膜，并通过80度的烘箱进行干燥处理。然后将制有保护层的氧化铟锡柔性基底以1m/min的速度进行刻蚀清洗。刻蚀清洗的过程如下：首先氧化铟锡柔性基底经过一个盛有盐酸：硝酸为20:1的混合溶液的腔体，刻蚀150s；刻蚀完后经风刀吹走氧化铟锡柔性基底上残留的刻蚀液，再经过一个盛有去离子水的腔体清洗；然后进入一个盛有丙酮的腔体，并且该腔体可以超声清洗；最后经去离子水洗净得到完整的经过图案化的氧化铟锡柔性基底。通过上述卷对卷刻蚀及图案化后的氧化铟锡柔性基底依旧具有良好的导电性，刻蚀及图案化柔性氧化铟锡透明导电薄膜前后的方块电阻值如表2所示。
表2基于卷对卷刻蚀及图案化柔性氧化铟锡透明导电薄膜前后的方块电阻值
实施例3
取2ml光刻胶溶液作为卷对卷狭缝涂布的墨水材料。应用卷对卷狭缝涂布技术，ITO柔性基底以0.3m/min的走带速度进行涂布，同时设定狭缝涂布的垫片厚度为5微米，注墨速度为1～5μl/cm2，可形成均匀的保护层薄膜。然后将制有保护层的氧化铟锡柔性基底以1m/min的速度进行刻蚀清洗。刻蚀清洗的过程如下：首先氧化铟锡柔性基底经过一个盛有浓度为10％的盐酸溶液的腔体，刻蚀200s；刻蚀完后经风刀吹走氧化铟锡柔性基底上残留的酸溶液，再经过一个盛有去离子水的腔体清洗；然后进入一个盛有丙酮的腔体，并且该腔体可以超声清洗；最后经去离子水洗净得到完整的经过图案化的氧化铟锡柔性基底。通过上述卷对卷刻蚀及图案化后的氧化铟锡柔性基底依旧具有良好的导电性，刻蚀及图案化柔性氧化铟锡透明导电薄膜前后的方块电阻值如表3所示。
表3基于卷对卷刻蚀及图案化柔性氧化铟锡透明导电薄膜前后的方块电阻值

Claims (6)

1.一种柔性氧化铟锡透明导电薄膜卷对卷湿法刻蚀及图案化的方法，其特征如下，基于配制的保护层溶液，应用卷对卷印刷技术在柔性氧化铟锡基底上制备出厚度可控且均匀的图案化保护层薄膜，再卷对卷通过氧化铟锡刻蚀液，刻蚀并清洗没有印刷保护层薄膜的氧化铟锡，最后卷对卷清洗除去保护层薄膜，完成柔性氧化铟锡透明导电薄膜卷对卷湿法刻蚀与图案化，刻蚀和图案化之后的柔性氧化铟锡薄膜的方块电阻和透光率与刻蚀前基本相同，方块电阻在5欧姆/口到50欧姆/口之间，透光率在80％到95％之间。
2.如权利要求1所述一种柔性氧化铟锡透明导电薄膜卷对卷湿法刻蚀及图案化的方法，其特征在于，所述湿法刻蚀及图案化是指将印刷有保护层薄膜的柔性氧化铟锡基底分别经氧化铟锡刻蚀液刻蚀、去离子水清洗、溶剂清洗保护层、去离子水清洗的过程。
3.如权利要求1所述一种柔性氧化铟锡透明导电薄膜卷对卷湿法刻蚀及图案化的方法，其特征在于，所述保护层为光刻胶或聚乙烯醇或聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或几种，保护层溶液的溶剂为丙酮或乙酸乙酯或N，N-二甲基甲酰胺或苯酚或苯甲醚中的一种或几种，浓度在10mg/ml到100mg/ml之间，保护层薄膜厚度为50纳米到5个微米之间。
4.如权利要求1所述一种柔性氧化铟锡透明导电薄膜卷对卷湿法刻蚀及图案化的方法，其特征在于，所述卷对卷印刷技术是指卷对卷凹版印刷或卷对卷微凹版印刷或卷对卷狭缝涂布技术以0.10米/分钟到100米/分钟速度印刷制备保护层，干燥温度在40度到120度之间。
5.如权利要求1所述一种柔性氧化铟锡透明导电薄膜卷对卷湿法刻蚀及图案化的方法，其特征在于，所述柔性氧化铟锡基底是指厚度为30纳米到300纳米的氧化铟锡薄膜沉积在柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或聚酰亚胺(PI)基底上。
6.如权利要求1所述一种柔性氧化铟锡透明导电薄膜卷对卷湿法刻蚀及图案化的方法，其特征在于，所述氧化铟锡刻蚀液是指盐酸溶液或硝酸溶液中的一种或两种混合溶液，浓度为5％到15％之间，刻蚀时间在100秒到300秒之间。
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