CN110853800A - 复合导电材料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种复合导电材料，其包含：基板以及设置于基板上的导电单元。导电单元包含：至少一无机导电材料层以及包含多条纳米金属线的至少一纳米线层。多条纳米金属线中的每一条彼此电性连接。其中，无机导电材料层与纳米线层为层叠设置，且无机导电材料层重叠于纳米线层的至少一部份，或者无机导电材料层包覆且接触纳米线层的至少一部份。其中，无机导电材料层与纳米线层电性连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种导电材料，具体涉及一种结合惰性透明无机导电材料与纳米金属线的复合导电材料。
背景技术
近年来，随着信息产业、能源产业、通讯产业等不同产业的蓬勃发展，能够应用于平板电视、触控屏幕、智能玻璃、发光二极管与光伏电池等常见电子装置的组件备受重视。其中，由于透明导电薄膜属于制造上述电子装置的必要组件，因此人们对于透明导电薄膜的需求量相应急剧增大。
在各种材料制备而成的透明导电薄膜中，氧化铟锡(ITO，indium tin oxide)薄膜的应用最广。但是在使用过程中，无论是ITO薄膜，或者是与其具有相似性质的其他透明导电薄膜，例如：氧化铟锌(IZO，indium zinc oxide)薄膜、氧化锌(ZnO，zinc oxide)薄膜或氧化铟锡锌(ITZO，indium tin zinc oxide)薄膜，皆存在电阻偏高的问题，同时，在加工制程期间，因为透明导电薄膜为脆性物质，进而导致其无法满足较大曲度及可挠性(flexibility)应用的需求。
另一方面，纳米金属线是一种纳米尺度的金属线，被定义为在一个特定方向(例如：横向)上的长度限制在100纳米以下的一维结构。相较于传统物理学，纳米尺度内能够产生特殊的量子力学效应，使纳米金属线除了具有优良的导电性之外，还具有较大的长径比、优异的透光性、耐挠曲性等性质。因此纳米金属线常被用于制造超小电路，同时被视为最有可能替代传统透明导电薄膜的材料之一。
然而，纳米金属线存在所需搭接面积较大、所需线宽较大、可靠性较低等问题。当纳米金属线与其他导电材料进行搭接时，纳米金属线需要较大的搭接面积以降低搭接阻抗，且亦需要较大的线宽，以使阻抗稳定与均一，进而提升可靠度。但是，增加搭接面积与线宽会造成制得的电子装置的显示区域边框过宽、成本提升、电子装置体积难以最小化的问题。
因此，仍须提供一种能够同时解决透明导电薄膜与纳米金属线的限制的导电材料。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种复合导电材料，通过同时使用透明导电薄膜与纳米金属线，并针对其配置及图案化的图案进行调整，解决透明导电薄膜与纳米金属线分别单独使用时所造成的限制，来达到降低透明导电薄膜的电阻、缩小透明导电薄膜与纳米金属线的搭接面积、提高产品可靠度、以及满足曲面及可挠的需求的目的。
本发明的目的是提供一种复合导电材料，其包含：基板以及设置于基板上的导电单元。导电单元包含：至少一无机导电材料层以及包含多条纳米金属线的至少一纳米线层。多条纳米金属线中的每一条彼此电性连接。其中，无机导电材料层与纳米线层为层叠设置，且无机导电材料层重叠于纳米线层的至少一部份，或者无机导电材料层包覆且接触纳米线层的至少一部份。其中，无机导电材料层与纳米线层电性连接。
优选地，无机导电材料层与纳米线层完全重叠，或者无机导电材料层完全包覆且接触纳米线层。
优选地，无机导电材料层或纳米线层被图案化。
优选地，无机导电材料层是以第一图案进行图案化得到的图案化无机层；纳米线层是以第二图案进行图案化得到的图案化金属层；且第一图案与第二图案为相同或不同。
优选地，第一图案包含多个第一图案单元，多个第一图案单元为重复排列或者不规则排列；第二图案包含多个第二图案单元；多个第二图案单元为重复排列或者不规则排列。
优选地，第一图案单元大于第二图案单元。
优选地，第一图案包含多个第一图案单元，多个第一图案单元的面积为随机分配。
优选地，无机导电材料层包含氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、氧化锌(ZnO)或氧化铟锡锌(ITZO)。
优选地，多条纳米金属线包含纳米银线、纳米铜线、纳米金线、纳米镍线或纳米铂线。
优选地，导电单元包含与多条纳米金属线接触的保护层。
本发明的复合导电材料具有下述优点：
(1)低阻值：本发明的复合导电材料具有透明导电薄膜与纳米金属线的复合结构。其中，透明导电薄膜的各个图案单元可与纳米金属线以并联形式设置，因此能够大幅度地降低整体电阻。
(2)细线宽与提升阻值均一性：纳米金属线的直径为纳米等级，因此意味着纳米金属线的接触面积也是纳米等级，因此需要较多的纳米金属线或者较宽的纳米金属线的线宽，以提供纳米金属线彼此接触搭接，以达阻值均一或者稳定的需求。然而，本发明的复合导电材料中，除了透明导电薄膜本身就可达到细线宽的要求之外，透明导电薄膜能够提供更多的面积，以与纳米金属线接触搭接，让纳米金属线及/或整体复合导电材料的阻值更为稳定与均一。
(3)提升可弯曲性与可挠性：因为透明导电薄膜为脆性物质，在弯折时容易脆裂，而造成导电线路短路或是断路的情况，因此在曲度及可挠性要求较大的应用上产生限制。然而纳米金属线为可挠性材料，其甚至是能够在一定程度上承受拉扯的材料。因此，利用纳米金属线的此种特性，与透明导电薄膜形成具有复合结构的复合导电材料，再搭配复合导电材料图案化的图案调整，提升可弯曲性与可挠性，以达到更为广泛的产品要求。
(4)窄边框：纳米金属线与其他导电材料搭接时，需有较大的搭接面积以确保纳米金属线的稳定性。目前市售的触控面板，利用铜(Cu)或铝(Al)作为外围导线，然而此类材料是不透明的，因此需要使用不透明的边框将周边导线遮住。如果纳米金属线与外围导线的搭接面积过大，会造成边框面积无法缩小。而使用本发明的复合导电材料时，由于复合结构是纳米金属线与透明导电薄膜组合而成的结构，因此本发明的复合导电材料为透明材料，可于可视区内搭接，而在不可视区中，不透明导线可仅与透明导电薄膜搭接，亦可同时与透明导电薄膜以及纳米金属线搭接。
(5)提高产品可靠度及信赖性：纳米金属线于存在电压差的情况下，搭配特定条件容易产生电子迁移(migration)，若让性质较为活泼的纳米金属线与性质较不活泼的惰性物质，亦即ITO形成复合导电材料，则可大幅度降低电子迁移的发生机率，并藉此提高后续产品的可靠度及信赖性。
附图说明
图1是本发明的实施例1的结构示意图。
图2是本发明的实施例2的结构示意图。
图3是本发明的实施例3的结构示意图。
图4是本发明的实施例4的结构示意图。
图5是本发明的实施例5的结构示意图。
图6是本发明的实施例1与实施例5的俯视图。.
图7是本发明的实施例5的复合导电材料层的俯视图。
图8是本发明的实施例6的结构示意图。
图9是本发明的实施例6的复合导电材料层的俯视图。
具体实施方式
为使上述目的、技术特征及实际实施后的效益更易于使本领域普通技术人员理解，将于下文中以实施例搭配图式更详细地说明。而其中所使用的图式，其主旨仅为示意及辅助说明书之用，未必是本发明实施后的真实比例与精准配置，故不应就所附的图式的比例与配置关系解读、局限本发明于实际实施上的权利范围，合先叙明。为使便于理解，下述实施例中的相同组件以相同的符号标示来说明。
在一实施例中，复合导电材料可包含基板以及设置于基板上的导电单元。在一实施例中，基板可以是经由本领域普通技术人员所公知的各种制程处理后的半成品或成品，即基板上已经存在制作后端产品所需的必要材料，也可以是未经任何制程处理的基板。在一实施例中，基板可以是玻璃、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚酰亚胺(PI)、环烯烃共聚物(COP、Arton)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)等的成品、半成品或加工品，也可以是液晶显示器(LCD)的偏光片(polarizer)的成品或半成品，亦可以是LCD、有机发光二极管(OLED)、发光二极管(LED)、微发光二极管(Micro LED)等显示器的成品或半成品。在一实施例中，可选用不同种类的基板材料，并搭配本领域普通技术人员所公知的各种制程，以制得触控屏幕、触控传感器、加热器、光伏电池、智能玻璃等后续产品。
在一实施例中，导电单元可包含无机导电材料层及包含多条纳米金属线的纳米线层。在一实施例中，多条纳米金属线中的每一条可彼此电性连接，以使纳米线层的整体皆能导电。
在一实施例中，无机导电材料层与纳米线层可以是层叠设置。在一实施例中，无机导电材料层可包覆且接触纳米线层的至少一部份。在一实施例中，可先于基板上设置无机导电材料层，再设置纳米线层。在一实施例中，可先于基板上设置纳米线层，再设置无机导电材料层。在一实施例中，纳米线层可设置于无机导电材料层内。在一实施例中，设置无机导电材料层的制程为本领域普通技术人员所公知的制程。在一实施例中，设置纳米线层的制程为本领域普通技术人员所公知的制程。在一实施例中，设置无机导电材料层与纳米线层的制程可连续完成，亦可在两道制程中加入其他的制程，例如：金属导线制程，或者绝缘层导线制程，而不影响复合导电材料的制程。在一实施例中，可于获得复合导电材料后，视后续产品需求，接续进行其他本领域普通技术人员所公知的制程。
在一实施例中，无机导电材料层与纳米线层可彼此电性连接。在一实施例中，当基板弯曲而造成无机导电材料层破裂时，纳米线层内的多条纳米金属线可维持碎裂的无机导电材料层与纳米线层的电性连接，亦即纳米金属线可利用类似编织网络的方式，维持无机导电材料层与纳米线层的整体的导电性。
在一实施例中，可依照后续产品的实际需要，全部区域皆设置有无机导电材料层与纳米线层，并使无机导电材料层与纳米线层完全重叠，或者使无机导电材料层完全包覆且接触纳米线层，以达到控制可视区域面积、维持导电性质等目的。在一实施例中，可依照后续产品的实际需要，部分区域可仅设置无机导电材料层或纳米线层，而另外部分区域则同时设置无机导电材料层与纳米线层，以达到控制可视区域面积、降低成本等目的。
在一实施例中，无机导电材料层包含惰性透明的氧化铟锡(indium tin oxide，ITO)、氧化铟锌(indium zinc oxide，IZO)、氧化锌(zinc oxide，ZnO)或氧化铟锡锌(indium tin zinc oxide，ITZO)。在一实施例中，多条纳米金属线包含纳米银线、纳米铜线、纳米金线、纳米镍线或纳米铂线。
在一实施例中，导电单元可包含与多条纳米金属线接触的保护层，以保护性质活泼的纳米金属线。在一实施例中，保护层可以是本领域普通技术人员所公知的任何有机材料。在一实施例中，导电单元可包含至少一层的无机导电材料层以及至少一层的纳米线层。在一实施例中，无机导电材料层以及纳米线层的层数可以相同或不同。在一实施例中，导电单元可包含一层的无机导电材料层以及两层的纳米线层，并以纳米线层-无机导电材料层-纳米线层的三明治结构层叠设置。在一实施例中，导电单元可包含两层的无机导电材料层以及一层的纳米线层，并以无机导电材料层-纳米线层-无机导电材料层的三明治结构层叠设置。
在一实施例中，无机导电材料层或者纳米线层被图案化。在一实施例中，无机导电材料层与纳米线层皆被图案化。在一实施例中，无机导电材料层与纳米线层可以未结合为复合导电材料的单层状态，分别进行图案化制程。在一实施例中，无机导电材料层与纳米线层可先结合为复合导电材料，再同时进行图案化制程或是分别进行图案化制程。在一实施例中，图案化无机导电材料层的制程为本领域普通技术人员所公知的制程。在一实施例中，图案化纳米线层的制程为本领域普通技术人员所公知的制程。
在一实施例中，无机导电材料层可以是以第一图案进行图案化得到图案化无机层，纳米线层可以是以第二图案进行图案化得到图案化金属层，且第一图案与第二图案可以相同或不同，以根据不同需求及目的调整图案化制程。
在一实施例中，第一图案可包含面积较小的多个第一图案单元，且多个第一图案单元可重复排列或者不规则排列，以及第二图案可包含面积较小的多个第二图案单元，且多个第二图案单元可重复排列或者不规则排列。在一实施例中，多个第一图案单元可重复排列且多个第二图案单元可重复排列。在一实施例中，多个第一图案单元可重复排列且多个第二图案单元可不规则排列。在一实施例中，多个第一图案单元可不规则排列且多个第二图案单元可重复排列。在一实施例中，多个第一图案单元可不规则排列且多个第二图案单元也可不规则排列。
在一实施例中，在形成无机导电材料层的第一图案时，可先将第一图案细分为面积较小的多个第一图案单元，后续再通过设置纳米线层，将原先细分的多个第一图案单元，电性连接为原先大小的第一图案。由于纳米金属线层与无机导电材料层相连成复合导电材料结构，因此本实施例的导电效果几乎等同于未将第一图案细分为第一图案单元时的导电效果。
在一实施例中，先形成纳米金属线层的第二图案，再设置无机导电材料层的第一图案，其中第一图形可细分为面积较小的多个第一图案单元。由于纳米金属线层与无机导电材料层相连成复合导电材料结构，因此本实施例的导电效果几乎等同于未将第一图案细分为第一图案单元时的导电效果。
在一实施例中，各第一图案单元可大于各第二图案单元。在一实施例中，无机导电材料层的一个第一图案单元的边缘距离相邻的无机导电材料层的另一个第一图案单元的边缘距离较小，而纳米金属线层的一个第二图案单元的边缘距离相邻的另一个第二图案单元的边缘距离较大。
在一实施例中，当无机导电材料层受外力而碎裂时，第一图案可包含多个第一图案单元，各多个第一图案单元的面积为随机分配。由于纳米金属线层与无机导电材料层相连成复合导电材料结构，因此本实施例的导电效果几乎等同于第一图案碎裂为具有不同面积的第一图案单元时的导电效果。
为了便于说明，在后述实施例中，选用ITO作为透明导电材料层，并选用纳米银线作为纳米线层。
实施例1
如图1所示，为本发明的实施例1的结构示意图。
如图1的(A)所示，于基板100上镀上ITO层110。如图1的(B)所示，将ITO层110以图案111p图案化为ITO图案化层111。如图1的(C)所示，将纳米银线涂布于ITO图案化层111上，形成纳米银线层120，如图1的(D-1)所示，将纳米银线层120图案化为纳米图案化层121，ITO图案化层111与纳米图案化层121结合形成复合导电材料层130。如图1的(E-1)所示，形成复合导电材料层130后，可在130复合导电材料层上涂布一层专门用于保护纳米银线的有机材料120a，而ITO图案化层111、纳米图案化层121及有机材料120a形成的导电层为复合导电材料层130a。
另外，如图1的(D-2)所示，亦可先于纳米银线层120上设置保护纳米银线的有机材料120a。再如图1的(E-2)所示，将已覆盖有机材料120a的纳米银线层120图案化成纳米图案化层121，而ITO图案化层111与纳米图案化层121及有机材料120a形成的导电层亦为复合导电材料层130a。
实施例2
如图2所示，为本发明的实施例2的结构示意图。实施例2与实施例1相似之处于此不再加以赘述。
如图2的(A)所示，于基板100上镀上ITO层110。如图2的(B)所示，将纳米银丝涂布于ITO层110上，形成纳米银线层120。如图2的(C)所示，将ITO层110及纳米银线层120同时图案化，获得ITO图案化层111及纳米图案化层121，ITO图案化层111及纳米图案化层121结合形成的导电层为复合导电材料层130。如图2的(D)所示，可在复合导电材料层130上再涂布有机材料120a，而ITO图案化层111与纳米图案化层121及有机材料120a形成的导电层亦为复合导电材料层130a。
实施例3
如图3所示，为本发明的实施例3的结构示意图。实施例3与实施例1相似之处于此不再加以赘述。
如图3的(A)所示，于基板100上涂布纳米银线层120。如图3的(B)所示，将纳米银线层120图案化为纳米图案化层121。如图3的(C)所示，纳米图案化层121上镀上ITO层110。如图3的(D)所示，ITO层110图案化为ITO图案化层111，纳米图案化层121与ITO图案化层111形成的导电层为复合导电材料层131。
实施例4
如图4所示，为本发明的实施例4的结构示意图。实施例4与实施例1相似之处于此不再加以赘述。
如图4的(A)所示，于基板100上涂布纳米银线层120。如图4的(B)所示，接着镀上ITO层110。如图4的(C)所示，将纳米银线层120与ITO层110同时图案化为纳米图案化层121与ITO图案化层111，纳米图案化层121与ITO图案化层111形成的导电层亦为复合导电材料层131。
实施例5
如图5所示，为本发明的实施例5的结构示意图。
如图5的(A)所示，于基板100上涂布ITO层110。如图5的(B)所示，将ITO层110以图案112p图案化为ITO图案化层112。如图5的(C)所示，接着涂布纳米银线层120。如图5的(D)所示，将纳米银线层120图案化为纳米图案化层121，ITO图案化层112与纳米图案化层121形成的导电层为复合导电材料层132。
如图6所示，为本发明的实施例1与实施例5的俯视图。
如图6所示，图案112p与图案111p不同之处在于，图案112p是将图案111p切割成更细的图案。
如图7所示，为本发明的实施例5的复合导电材料层的俯视图。如图7所示，由于纳米图案化层121与ITO图案化层112结合为复合导电材料层132，纳米图案化层121内包含的纳米银线可以网状编织形状使ITO图案化层112的图案112p相互电性连接，以维持ITO图案化层112的导电性。因此，复合导电材料层132的导电效果几乎等同于由ITO图案化层111与纳米图案化层121结合所形成的复合导电材料层130。
实施例6
如图8所示，为本发明的实施例6的结构示意图。
如图8的(A)所示，于基板100上涂布纳米银线层120。如图8的(B)所示，纳米银线层120图案化为纳米图案化层121。如图8的(C)所示，接着镀上ITO层110。如图8的(D)所示，将ITO层以图案112p图案化为ITO图案化层112，纳米图案化层121与ITO图案化层112形成的导电层为复合导电材料层133。
如图9所示，为本发明的实施例6的复合导电材料层的俯视图。如图9的(A)所示，为实施例6的纳米图案化层121的俯视图。如图9的(B)所示，纳米图案化层121与以ITO图案化层112结合为复合导电材料层133，由于纳米图案化层121内包含的纳米银线可以网状编织形状使ITO图案化层112的图案112p相互电性连接，以维持ITO图案化层112的导电性。因此，复合导电材料层133的导电效果几乎等同于由ITO图案化层111与纳米图案化层121结合所形成的复合导电材料层130。
虽然本发明已以上述实施例及实例具体描述本发明的复合导电材料，然而本发明所属技术领域中普通技术人员应理解的是，可在不违背本发明的技术原理及精神下，对实施例作修改与变化。因此本发明的权利保护范围应如权利要求书所述。
符号说明
100：基板
110：ITO层
111、112：ITO图案化层
111p、112p：图案
120：纳米银线层
120a：有机材料
121：纳米图案化层
130、130a、131、132：复合导电材料层
Claims (10)
1.一种复合导电材料，其特征在于，其包含：基板，以及导电单元，设置于所述的基板上；所述的导电单元包含：
至少一无机导电材料层，以及至少一纳米线层；
所述的纳米线层包含多条纳米金属线，所述的多条纳米金属线中的每一条彼此电性连接；
其中所述的无机导电材料层与所述的纳米线层为层叠设置，且所述的无机导电材料层重叠于所述的纳米线层的至少一部份，或者所述的无机导电材料层包覆且接触所述的纳米线层的至少一部份；
其中所述的无机导电材料层与所述的纳米线层电性连接。
2.如权利要求1所述的复合导电材料，其特征在于，所述的无机导电材料层与所述的纳米线层完全重叠，或者所述的无机导电材料层完全包覆且接触所述的纳米线层。
3.如权利要求1所述的复合导电材料，其特征在于，所述的无机导电材料层或所述的纳米线层被图案化。
4.如权利要求1所述的复合导电材料，其特征在于，所述的无机导电材料层是以第一图案进行图案化得到的图案化无机层；所述的纳米线层是以第二图案进行图案化得到的图案化金属层；且所述的第一图案与所述的第二图案为相同或不同。
5.如权利要求4所述的复合导电材料，其特征在于，所述的第一图案包含多个第一图案单元，所述的多个第一图案单元为重复排列或者不规则排列；且所述的第二图案包含多个第二图案单元；所述的多个第二图案单元为重复排列或者不规则排列。
6.如权利要求5所述的复合导电材料，其特征在于，各所述的第一图案单元大于各所述的第二图案单元。
7.如权利要求4所述的复合导电材料，其特征在于，所述的第一图案包含多个第一图案单元，各所述的多个第一图案单元的面积为随机分配。
8.如权利要求1所述的复合导电材料，其特征在于，所述的无机导电材料层包含氧化铟锡、氧化铟锌、氧化锌或氧化铟锡锌。
9.如权利要求1所述的复合导电材料，其特征在于，所述的多条纳米金属线包含纳米银线、纳米铜线、纳米金线、纳米镍线或纳米铂线。
10.如权利要求1所述的复合导电材料，其特征在于，所述的导电单元包含与所述的多条纳米金属线接触的保护层。
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