CN111883690A - 透明金属电极及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种透明金属电极及其制备方法。包括以下步骤：于基板上沉积墨水，形成液体层，所述墨水包括溶剂和金属纳米颗粒；于所述液体层上方放置掩膜板，控制所述溶剂挥发，待所述溶剂挥发完全后，得到金属纳米颗粒堆积体；对所述金属纳米颗粒堆积体进行烧结，即得透明金属电极。上述方法能够在简单工序下实现没有材料浪费的高精度金属网格电极的制备。

Description

透明金属电极及其制备方法

技术领域

本发明涉及发光器件的技术领域，特别是涉及一种透明金属电极及其制备方法。

背景技术

电致发光器件的结构一般包括：阳极、空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层和阴极。其中的阳极或者阴极处于出光侧时，需要选用透明电极，因为它们的透过率将直接影响电致发光器件的出光效率。此外，透明电极需具有较好的导电性，否则将直接导致电致发光器件的启动电压升高。

常用的透明电极包括ITO(氧化铟锡)和5-25nm的金属银薄膜等。然而尽管ITO有较好的透过率，但其电阻偏大、需要高温制程，并且柔韧性较差，无法适应未来柔性显示的发展趋势。金属银薄膜虽然导电性和透过率都较好，但由于金属银本身具有反射，容易在电致发光器件内部形成微腔，进而影响电致发光器件的视角特性。所以，能够兼顾导电性、透过率和低反射特性的金属网格电极，是未来透明金属电极的发展方向之一，图1所示即为以金属银网络电极作为阳极的底发射OLED器件。

目前制备金属网格电极的方法主要有光刻和印刷。光刻的精度较高，能实现较小的线宽，但其制程繁琐，成本较高而且材料利用率低；印刷虽然工序简单，没有材料浪费，但是精度较低，只能实现50um以上的线宽。

发明内容

基于此，本发明提供一种透明金属电极的制备方法，能够在简单工序下实现没有材料浪费的高精度金属网格电极的制备。

具体技术方案为：

一种透明金属电极的制备方法，包括以下步骤：

于基板上沉积墨水，形成液体层，所述墨水包括溶剂和金属纳米颗粒；

于所述液体层上方放置掩膜板，控制所述溶剂挥发，待所述溶剂挥发完全后，得到金属纳米颗粒堆积体；

去除所述掩膜板，对所述金属纳米颗粒堆积体进行烧结，即得透明金属电极。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

上述透明金属电极的制备方法，利用掩膜板制造溶剂挥发速率差异，进而形成表面张力梯度来驱动溶剂裹挟金属纳米颗粒做定向流动，从而形成连续的网状图案的金属纳米颗粒堆积，所述金属纳米颗粒堆积经过烧结后得到金属网格电极，即为透明技术电极，在简单工序下实现没有材料浪费的高精度金属网格电极的制备。其简要的机理为：

本发明所述的掩膜板设有开口区域和遮掩区域，将上述掩膜板置于由墨水形成的液体层上方时，对应于掩膜板开口区域的液体层即为“正常挥发区”，对应于掩膜板遮掩区域的液体层即为“挥发抑制区”。静置状态下，所述液体层的溶剂自然挥发，“正常挥发区”比“挥发抑制区”的溶剂挥发速度更快，而由于溶剂的挥发会带走一部分热量，因此“正常挥发区”的液体层表面的温度比“挥发抑制区”的液体层表面的温度低，由温度梯度产生的表面张力梯度，将驱动液体层表面的液体自“挥发抑制区”向“正常挥发区”流动。同时，为了对“挥发抑制区”液体层表面的液体进行补充，在液体层底部，形成了液体自“正常挥发区”向“挥发抑制区”的流动，形成了如图2所示的马拉哥尼回流。所述马拉哥尼回流对液体层(即墨水)中的金属纳米颗粒进行搬运，在液体层的溶剂完全挥发后，便能在与遮掩区域相对应的基板上形成金属纳米颗粒堆积。在高温下对所述金属纳米颗粒堆积进行烧结，便可以得到相对致密的金属结构，即金属网格电极。

现有工艺中，如果直接喷墨印刷金属网格电极，网格的线宽受限于墨滴的尺寸。目前，工业级的打印机一般产生5pL左右的墨滴，其本身直径就有21.2um，考虑到其在基板上还会进一步铺展(铺展后的直径在40-50um左右)，只能实现50um以上的线宽。而采用本发明所述的制备方法，线宽仅受掩模版的加工精度限制，可以轻松实现几微米的线宽，精细度接近直接光刻得到的金属网格电极。

附图说明

图1为底发射OLED器件结构图；

图2为马拉哥尼回流形成示意图；

图3为基板、液体层和掩膜板相对位置示意图；

图4为掩膜板结构示意图一；

图5为网状图案金属纳米颗粒堆积体示意图一；

图6为网状图案金属纳米颗粒堆积体示意图二；

图7为对金属纳米颗粒堆积体加热示意图；

图8为掩膜板结构示意图二；

图9为为网状图案金属纳米颗粒堆积体示意图三；

图10为掩膜板结构示意图三；

图11为网状图案金属纳米颗粒堆积体示意图四。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明公开内容理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

一种透明电极的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、于基板上沉积墨水，形成液体层，所述墨水包括溶剂和金属纳米颗粒；

其中，金属纳米颗粒可以是银、铜、铝等具有良好导电性的金属，即金属纳米颗粒可选自银纳米颗粒、铜纳米颗粒和铝纳米颗粒中的一种或几种。但考虑到金属纳米颗粒在大气环境下的稳定性，最优选为银纳米颗粒。

可以理解地，金属纳米颗粒的尺寸在200nm-500nm之间。

配制墨水时，向溶剂中加入金属纳米颗粒，其中，金属纳米颗粒在墨水中的体积分数在0.1％-2％之间。所采用的溶剂可以是乙醇、环己烷、甲苯、二甲苯、苯甲醚等低沸点溶剂。

可以理解地，沉积墨水的方法包括但不限于旋涂或喷墨打印等方法，只需在基板的整面区域内沉积上述墨水即可。沉积墨水后，由于液体表面张力的作用，可得到一层液体层。该层的厚度优选为50μm-300μm。

步骤2、于所述液体层上方放置掩膜板，控制所述溶剂挥发，待所述溶剂挥发完全后，得到金属纳米颗粒堆积体。

具体为，获取掩膜板，所述掩膜板设有若干个呈阵列分布的开口区域，其余为遮掩区域，于所述液体层上方放置掩膜板，使与所述开口区域相对应的液体层中溶剂的挥发速率大于与所述遮掩区域相对应的液体层中溶剂的挥发速率，所述液体层的溶剂挥发完全后，在与所述遮掩区域相对应的基板上，得金属纳米颗粒堆积体。

常温静置状态下，所述液体层的溶剂自然挥发，掩膜板会阻碍对应位置处液体层溶剂的挥发的速率。即，与掩膜板开口区域对应的“正常挥发区”的液体层溶剂挥发速率快于与掩膜板遮掩区域对应的“挥发抑制区”的液体层溶剂挥发速率。优选地，掩膜板与液体层之间隔10μm-200μm，有利于形成马拉哥尼回流。更优选地，所述液体层与所述掩膜板之间的间隔为10μm-50μm，液体层和掩膜板间隔越近，更有利于马拉哥尼回流。

由于“正常挥发区”比“挥发抑制区”的溶剂挥发速度更快，而由于溶剂的挥发会带走一部分热量，因此“正常挥发区”的液体层表面的温度比“挥发抑制区”的液体层表面的温度低，由温度梯度产生的表面张力梯度，将驱动液体层表面的液体自“挥发抑制区”向“正常挥发区”流动。同时，为了对“挥发抑制区”液体层表面的液体进行补充，在液体层底部，形成了液体自“正常挥发区”向“挥发抑制区”的流动，形成了如图2所示的马拉哥尼回流。所述马拉哥尼回流对液体层(即墨水)中的金属纳米颗粒进行搬运，金属纳米颗粒被马拉哥尼回流下部流动裹挟，沉积到了特定区域，并形成堆积，该特定区域对应于掩膜板的遮掩区域。在液体层的溶剂完全挥发后，便能在与遮掩区域对应的基板的位置形成金属纳米颗粒堆积。

实际上，基板上挥发受抑制的区域要略小于被掩模板掩盖的区域，因此最后形成的金属网格的线宽，也会略小于掩模板上的宽度尺寸。

进一步地，掩膜板的开口区域的形状可以是任意形状的，优选为多边形或圆形。其中，多边形可以为矩形。更优选地，开口区域的形状为圆形。因为掩模板的圆形开口的边缘上，各个位置挥发速率相等，所以马拉哥尼回流的搬运作用效果相同，导致形成的金属纳米颗粒堆积的图案也会是圆形，网格的线宽比较容易控制。采用多边形开口的话，夹角处的挥发速率会明显小于边长位置，并且二者挥发速率的差异大小会随干燥条件和墨水变化而变化，难以控制最后形成堆积的图案，使得网格的线宽难以准确调整，增加了工艺难度。

当掩膜板的开口区域的形状为圆形时，优选的圆形的直径D1为150μm-250μm，同一行相邻的两个开口区域的圆心距D2为300μm-1000μm。

步骤3、对所述金属纳米颗粒堆积体进行烧结，即得透明金属电极。

可以理解地，先去除掩膜板，然后在120-200℃下对金属纳米颗粒堆积进行加热，加热时间为10min-30min，使其烧结成相对致密的金属结构，即透明金属网格电极。

现有工艺中，如果直接喷墨印刷金属网格电极，网格的线宽受限于墨滴的尺寸。目前，工业级的打印机一般产生5pL左右的墨滴，其本身直径就有21.2um，考虑到其在基板上还会进一步铺展(铺展后的直径在40-50um左右)，只能实现50um以上的线宽。而采用本发明所述的制备方法，对金属网格的线宽没有限制，线宽仅受掩模版的加工精度限制，可以轻松实现几微米的线宽，精细度接近直接光刻得到的金属网格电极，加工精度高。同时，制得的透明金属电极工序简单，不需要昂贵的光刻设备，生产成本低，制程时间短，生产效率高，与传统的印刷工艺相比，没有材料浪费。此外，本发明可根据所需金属网络，设计掩膜板开口区域和遮掩区域的位置和形状。

实施例1

本实施例提供一种透明金属电极的制备方法，步骤如下：

S1、向溶剂中加入金属银纳米颗粒，得墨水。

S2、采用喷墨打印的方法，于基板整面区域内沉积所述墨水，形成液体层H1，该液体层H1的厚度约为100μm。

S3、于所述液体层上方放置掩膜板，如图3所示，其中，1为基板、3为液体层、2为掩膜板，常温下静置，使所述液体层的溶剂在大气的环境下自然挥发，形成了马拉哥尼回流，如图2所示。其中，液体层与掩膜板之间的间距H2为100μm，所述掩膜板设有开口区域和遮掩区域，如图4所示。开口区域呈阵列分布，形状为圆形，圆形的直径D1为200μm，同一行相邻的两个开口区域的圆心距D2为600μm。开口区域相对应的液体层中溶剂的挥发速率大于与遮掩区域相对应的液体层中溶剂的挥发速率。

S4、液体层溶剂挥发完全后，如图5和6所示，在与所述遮掩区域相对应的基板上，形成连续的网状图案金属纳米颗粒堆积体31。

由于基板上挥发受抑制的区域要略小于被掩模板掩盖的区域，因此最后形成的金属网格的线宽，也会略小于掩模板上的宽度尺寸。如图6中阴影标识部分要明显细于图4中的阴影标识部分。

S5、去除所述掩膜板，在160℃下对金属纳米颗粒堆积进行加热，加热时间为20min，如图7所示，使其烧结成相对致密的金属结构32，即透明金属网格电极。

实施例2

本实施例提供一种透明金属电极的制备方法，步骤如下：

S1、向溶剂中加入金属银纳米颗粒，得墨水。

S2、采用喷墨打印的方法，于基板整面区域内沉积所述墨水，形成液体层H1，该液体层H1的厚度约为100μm。

S3、于所述液体层上方放置掩膜板，液体层与掩膜板之间的间距H2为100μm，常温下静置，使所述液体层的溶剂在大气的环境下自然挥发，形成了马拉哥尼回流。所述掩膜板设有开口区域和遮掩区域，如图8所示。开口区域呈阵列分布，形状为圆形，圆形的直径D1为200μm，同一行相邻的两个开口区域的圆心距D2为600μm。开口区域相对应的液体层中溶剂的挥发速率大于与遮掩区域相对应的液体层中溶剂的挥发速率。

S4、液体层溶剂挥发完全后，在与所述遮掩区域相对应的基板上，形成连续的网状图案金属纳米颗粒堆积体，如图9所示；

由于基板上挥发受抑制的区域要略小于被掩模板掩盖的区域，因此最后形成的金属网格的线宽，也会略小于掩模板上的宽度尺寸。如图9中阴影标识部分要明显细于图8中的阴影标识部分。

S5、去除所述掩膜板，在160℃下对金属纳米颗粒堆积进行加热，加热时间为20min，使其烧结成相对致密的金属结构，即透明金属网格电极。

实施例3

本实施例提供一种透明金属电极的制备方法，步骤如下：

S1、向溶剂中加入金属银纳米颗粒，得墨水。

S2、采用喷墨打印的方法，于基板整面区域内沉积所述墨水，形成液体层H1，该液体层H1的厚度约为100μm。

S3、于所述液体层上方放置掩膜板，液体层与掩膜板之间的间距H2为100μm，常温下静置，使所述液体层的溶剂在大气的环境下自然挥发，形成了马拉哥尼回流。所述掩膜板设有开口区域和遮掩区域，如图10所示。开口区域呈阵列分布，形状为矩形。开口区域相对应的液体层中溶剂的挥发速率大于与遮掩区域相对应的液体层中溶剂的挥发速率。

S4、液体层溶剂挥发完全后，在与所述遮掩区域相对应的基板上，形成连续的网状图案金属纳米颗粒堆积体，如图11所示；

由于基板上挥发受抑制的区域要略小于被掩模板掩盖的区域，因此最后形成的金属网格的线宽，也会略小于掩模板上的宽度尺寸。如图11中阴影标识部分要明显细于图9中的阴影标识部分。

S5、去除所述掩膜板，在160℃下对金属纳米颗粒堆积进行加热，加热时间为20min，使其烧结成相对致密的金属结构，即透明金属网格电极。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

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 (11)

1.一种透明金属电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

于基板上沉积墨水，形成液体层，所述墨水包括溶剂和金属纳米颗粒；

于所述液体层上方放置掩膜板，控制所述溶剂挥发，待所述溶剂挥发完全后，得到金属纳米颗粒堆积体；

对所述金属纳米颗粒堆积体进行烧结，即得透明金属电极。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述液体层与所述掩膜板之间的间隔为10μm-200μm。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述液体层与所述掩膜板之间的间隔为10μm-50μm。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述掩膜板设有若干个呈阵列分布的开口区域。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，若干个所述开口区域的形状为圆形。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述圆形的直径为150μm-250μm。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，若干个所述开口区域的形状为多边形。

8.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述液体层的厚度为50μm-300μm。

9.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述金属纳米颗粒选自银纳米颗粒、铜纳米颗粒和铝纳米颗粒中的一种或几种。

10.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂选自乙醇、环己烷、甲苯、二甲苯和苯甲醚中的一种或几种。

11.一种由权利要求1-10任一项所述的制备方法制得的透明金属电极。

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