CN113454534A - 导电膜 - Google Patents

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Abstract

一种形成一透明导电膜和一相关联的膜的方法。该方法可为一转换方法。提供具有一粘着剂的一基板的一区域，该粘着剂包含悬浮在一光敏聚合材料的多个金属纳米结构。可使用一施体基板。使用光刻法图案化粘着剂。使用一显影液显影被图案化的粘着剂，该显影液：(i)根据粘着剂的一图案移除光敏聚合材料的一部分，且(ii)包含蚀刻该多个金属纳米结构的一纳米结构蚀刻剂。

Description

导电膜
相关申请
本申请案主张标题为“导电膜(ELECTRICALLY CONDUCTIVE FILM)”且在2019年4月3日提出申请的序列号为62/828,734的美国临时申请案的优先权，该美国临时申请案以引用方式并入本文中。
技术领域
本发明是关于透明导电膜以及将一纳米结构在一基板上图案化的方法。
背景技术
透明导体包含光学透明和导电膜，例如通常用于触敏计算机显示器(touch-sensitive computer displays)中的膜。一般而言，导电纳米结构相互交叠以形成具有长程互连性的一渗透网络(percolating network)。渗透网络通过与金属接触物(metalcontacts)合作(即，连接)而连接至一计算机、平板计算机、智能电话或具有一触敏显示器的其他计算装置的电子电路。
转换膜(transfer films)已被作为在各种基板上沉积和图案化银纳米线(silvernanowires)的手段。一般而言，一转换膜具有施加于一施体基板(donor substrate)上的一纳米线层和一可光固化聚合物粘合剂(photocurable polymer adhesive)，该可光固化聚合物粘合剂亦称为一光敏粘着剂(photosensitive binder)。将该转换膜放置在一受体基板(receiver substrate)上，使得该可光固化聚合物粘合剂由该受体基板支撑，并且通过曝光和显影来光图案化该可光固化聚合物粘合剂，以图案化该可光固化聚合物粘合剂。然后用一溶剂或一光致抗蚀剂剥离剂来移除被曝光的该可光固化聚合物粘合剂的未固化的部分。然而，先前由现在移除的该聚合物保护的剩余纳米线可仍结合至该受体基板，进而造成相邻纳米线之间的短路的可能性。
发明内容
根据一态样，本发明提供一种形成一透明导电膜的转换方法。提供具有一粘着剂(binder)的一施体基板的一区域，该粘着剂包含悬浮在一光敏聚合材料(photosensitivepolymeric material)的多个金属纳米结构。将该施体基板和该粘着剂施加于一受体基板上，以将该粘着剂和纳米线转换至该受体基板上。可在通过一遮罩曝光之前或者在曝光之后，从施加于该受体基板的该粘着剂上移除该施体基板。使用光刻法(photolithography)图案化该粘着剂。在光式曝光(photoexposure)后，使用一显影液(developing fluid)显影该粘着剂/纳米线膜，该显影液：(i)根据该粘着剂的一图案移除该光敏聚合材料的全部或一部分，且(ii)包含提供该多个金属纳米结构的蚀刻的一纳米结构蚀刻剂(nanostructureetchant)。
根据一态样，本发明提供一种形成一透明导电膜的方法。提供具有一粘着剂的一基板的一区域，该粘着剂包含悬浮在一光敏聚合粘着剂材料的多个金属纳米结构。使用光刻法图案化该粘着剂材料。使用一显影液显影被光图案化的光敏聚合材料，该显影液：(i)根据该粘着剂的一图案移除该光敏聚合材料的一部分，且(ii)包含蚀刻该多个金属纳米结构的一纳米结构蚀刻剂。
根据一态样，本发明提供一种透明导电膜。该膜包含一基板和以一图案呈现在该基板上的一粘着剂。该图案具有多个边缘。该膜包含悬浮在该粘着剂中的金属纳米结构。在多个图案边缘的多个纳米结构被截断。该图案具有透过光刻法创造的多个边缘，其中粘着剂材料和多个纳米结构被一溶液蚀刻，该溶液包含蚀刻该多个纳米结构的金属的一成分。
以上发明内容呈现一简化的发明内容，以提供对本文讨论的系统及/或方法的一些态样的基本理解。本发明内容不是本文讨论的系统及/或方法的一广泛概述。其并不旨在识别关键/重要元素或描绘此种系统及/或方法的范围。其唯一目的是以一简化的形式呈现一些概念，作为稍后呈现的更详细说明的一序言。
附图说明
尽管本文提出的技术可以替代形式实施，但附图中例示的特定实施例仅是补充本文提供的说明的几个实例。这些实施例不应以一限制性方式(例如限制所附的权利要求书)来理解。
所揭露的主题可在某些部分和部分的布置中采取物理形式，其实施例将在本说明书中详细阐述，且在形成本说明书的一部分的附图中例示，并且在附图中：
图1是在一实例性方法中用于形成和使用一转换膜来创造一纳米结构(例如：纳米线)膜的阶段A至D的示意图。
图2是在一实例性方法中用于形成和使用一光可图案化纳米线膜(photo-patternable nanowire film)的多个阶段的示意图。
图3是根据本发明的一态样的一实例性方法的流程图。
具体实施方式
现在将参考附图在下文中更全面地阐述主题，附图形成所述主题的一部分，且通过说明的方式例示特定实例性实施例。此说明不旨在作为对已知概念的广泛或详细讨论。本文所属技术中具有通常知识者所习知的细节可能已被省略，或者可以概括的方式处理。
本文使用的特定术语仅是为了方便起见，且其不应被视为对所揭露主题进行限制。参考附图会最佳地理解本文使用的相对性语言，在这些附图中，相同的编号用于识别相同或相似的项。此外，在附图中，某些特征可以某种示意形式例示。
以下主题可以各种不同的形式(例如：方法、装置、组件及/或系统)实施。因此，本主题不旨在被视为受限于在本文中作为实例阐述的任何说明性实施例。相反地，本文提供的实施例仅是说明性的。
本文提供一种形成和使用包含一可光图案化外一涂层基质的一转换膜的方法。可使用含有一用于多个金属纳米结构的蚀刻剂的一显影溶液来图案化外该涂层基质。本文还提供通过该方法制成的透明导电膜。
本文所用的“多个导电纳米结构”或“多个纳米结构”一般指导电纳米尺寸结构，例如，其至少一个尺寸小于500纳米、或小于250纳米、100纳米、50纳米或25纳米。典型地，纳米结构由一金属材料(例如：一元素金属(例如过渡金属)或一金属化合物(例如金属氧化物))制成。金属材料亦可为包含二或更多种金属的一双金属材料或一金属合金。合适的金属包括但不限于银、金、铜、镍、镀金银、铂和钯。
该多个纳米结构可具有任何形状或几何结构。一给定的纳米结构的形态可通过其纵横比(aspect ratio)以一简化的方式界定，该纵横比是纳米结构的长度与宽度及/或高度的比率。例如，某些纳米结构是等向性成形的(即纵横比＝1)。典型的多个等向性纳米结构包括多个纳米颗粒。在较佳实施例中，该多个纳米结构是异向性成形的(即纵横比≠1)。该异向性纳米结构通常沿其长度具有一纵轴。实例性多个异向性纳米结构包括多个纳米线、多个纳米棒和多个纳米管，如本文所定义。
该多个纳米结构可为实心的或空心的。多个实心纳米结构包括例如多个纳米颗粒(nanoparticles)、多个纳米棒(nanorods)和多个纳米线(nanowires；“NWs”)。多个纳米线通常指纵横比大于10、较佳为大于50、且更佳为大于100的细长纳米结构。典型地，该多个纳米线超过500纳米，超过1微米，或超过10微米长。“多个纳米棒”通常是纵横比不超过10的短而宽的多个异向性纳米结构。尽管本发明包含任何类型的纳米结构，但为简洁起见，将阐述多个银纳米线作为一实例。
参考图1，图中例示在用于形成和利用一转换膜来创造一纳米结构(例如：纳米线)膜的一实例性方法中发生的实例性阶段A至阶段D。在阶段A，将一粘着剂104涂覆于一第一塑胶(例如：聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate；PET))基板PET 1上。该粘着剂104包含对光具有反应性的一聚合载体材料(polymeric carrier material)。例如，该载体可为一光致抗蚀剂(photoresist)，该光致抗蚀剂因应于被曝露于紫外光或另一波长的光而交联或以其他方式固化。一光起始剂(photoinitiator)的存在通常是进行此种光固化所需要的。
应理解，光致抗蚀剂的实例性用途仅是一实例，且光敏性的其他实例被设想到并处于本发明的范围内。因此，光敏包含负性和正性抗蚀剂化学物质的实例。用语“光敏(photosensitive)”应被解释为包含可光固化且亦包含其他制程。
粘着剂104亦包含悬浮在其中的多个实例性银纳米线116。该多个纳米线116可朝向基板PET 1沉降，或者作为另一选择该多个纳米线可被该粘着剂包围并与该基板PET 1的该表面分离。然而，应理解，该多个纳米线116的位置仅是一实例，该多个纳米线116可处于一不同的位置(例如：处于中间或者朝向中间以及远离该基板PET 1)，且因此在该多个纳米线116上的位置无需作为对本发明的一具体限制。此外，应理解，所示该粘着剂104的厚度仅是一实例，并且粘着剂的厚度可低于、等于或高于该多个纳米线116的直径。因此，粘着剂厚度无需作为对本揭露的一具体限制。此外，该多个纳米线116在该粘着剂104内的定位可取决于该粘着剂的厚度。当然，所示内容仅是一实例，且无需作为对本发明的一具体限制。
返回聚焦于图1，随后该粘着剂104被干燥，且将一保护罩壳(在此可互换地称为该施体基板PET 2)施加于包含银纳米线116的粘着剂104之上，如图1中的阶段B所示。作为另一选择，在涂覆和干燥包含多个银纳米线的该粘着剂之后，可将另一光敏粘着剂(亦被称为外涂层)涂覆于该第一粘着剂/多个纳米线膜的顶部上。此第二粘着剂材料可与第一粘着剂材料混合或可不与该第一粘着剂材料混合。
为将包含该多个银纳米线116的该粘着剂104转换至一装置，移除该基板PET 1，且将该剩余的总成放置于提供给该装置的一受体基板(例如：玻璃120)的顶部，如图1的阶段C所示。在此阶段，该粘着剂104与玻璃120接触。可施加压力和热量，使得该粘着剂104非常好地粘合至该受体基板120。在移除该罩壳PET 2之前或之后，作为一光刻制程的部分，通过曝露于一合适波长的光来图案化该粘着剂104的该光敏聚合材料。
参考图2的实例，一粘着剂104直接涂覆于一刚性(rigid)基板120(例如：玻璃或一可挠性基板(例如PET或COP))上，如阶段E所示。值得一提的是，类似于图1的实例，图2所示的内容仅是一实例。因此，该多个纳米线116的该定位可变化(例如：如图2所示的向下沉降或向上朝向中间)。此外，该粘着剂104的该厚度可变化(举例而言，该粘着剂厚度可低于、等于或高于多个纳米线116的直径)。此外，该多个纳米线116在粘着剂104内的该定位可取决于该粘着剂的该厚度。当然，所有这些态样/实例无需作为对本发明的一具体限制。
聚焦回到图2，该粘着剂104包含对光具有反应性的一聚合载体材料。例如，该载体可为一光致抗蚀剂，该光致抗蚀剂因应于曝露于紫外光或另一波长的光而交联或以其他方式固化。一光起始剂的存在通常是进行此种光固化所需要的。该粘着剂104亦包含悬浮在其中的多个银纳米线116，该多个银纳米线116可朝向或不朝向该玻璃或塑胶基板120沉降。随后该粘着剂104被干燥，然后作为一光刻制程的部分通过曝露于合适波长的光而将其图案化。
在通过一遮罩将该粘着剂104的该聚合材料曝光(exposed to light)的情况下，用一显影溶液显影该聚合材料，该显影溶液亦包含蚀刻掉多个银纳米线的一蚀刻剂。该蚀刻剂的作用是促进该剩余多个纳米线的移除，这些纳米线可通过缠结在一起而保持在适当的位置。假设聚合材料是一负型抗蚀剂，用此种显影溶液显影该粘着剂104的聚合材料会移除该聚合材料的未被曝露于该曝光光(exposure light)的部分，且因此亦会移除该聚合粘着剂材料中存在的全部或一部分的该多个银纳米线。对于其他实施例，在显影期间，会移除被曝光的一正型抗蚀剂聚合材料的部分。然而，由于显影溶液亦包含该银纳米线蚀刻剂，该粘着剂104的显影亦会蚀刻掉该玻璃120上的残留纳米线，此可能导致相邻图案化的线之间的短路。图1和图2中的阶段D例示了所得的显影的粘着剂104。
当该光敏粘着剂材料104是一负型抗蚀剂时，一显影溶液可为一有机溶剂，其是用于未固化单体的一良好溶剂。这些单体可为丙烯酸型或环氧型。常见的极性有机溶剂(例如：丙酮(acetone)或丙二醇甲醚乙酸酯(Propylene Glycol Methyl Ether Acetate；PGMEA))适合作为显影剂。此外，该有机溶剂显影剂可含有一蚀刻掉粘着剂104材料的未固化区域中的多个银纳米线的材料。氧化剂(oxidizing agent)(例如：过渡金属盐、过氧化物、有机酸或在氧存在下的用于银的一复合剂)可用于此目的。该有机溶剂显影剂自身亦可为用于银的一复合剂，因此其可充当在一氧化剂(例如氧气)存在下用于银的一蚀刻剂。此种显影剂的一实例是单乙醇胺(monoethanolamine；MEA)。
当该光敏粘着剂104材料是含有丙烯酸部分的一负型抗蚀剂时，该未曝光的粘着剂材料通常可用一碱水溶液(例如：碳酸钠(sodium carbonate)、氢氧化钠、氢氧化铵、氢氧化四甲基铵(tetramethylammonium hydroxide)TMAH等)显影。含有一银纳米线蚀刻剂的一显影溶液的一实例是在氧气存在下的氨水(aqueous ammonia)。另一实例可为碳酸钠与一复合碱基(complexing base)，例如在氧气存在下的氨(ammonia)。另一实例包括与氨和氧气(来自空气)结合的碱，例如氢氧化钾。
具有蚀刻银纳米线能力的碱性显影剂的其他实例是过硼酸钠、过碳酸钠、过硫酸钠、过氧化氢，其被单独使用或与常用碱性水溶液(例如：碱金属的碳酸盐或氢氧化物)结合使用。
该光敏粘着剂104材料亦可为含有一含羟基聚合物的一水溶性负型抗蚀剂，例如聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，PVA)或羟丙基甲基纤维素、一交联剂和一光酸产生剂。此类材料在材料化学(Chem.Mater.)，1999,11(3),pp 719-725 DOI：101021/cm980603y中有所阐述。一水溶性负型抗蚀剂的另一实例可见于化学材料，1997,9(8),pp 1725-1730 DOI：10.1021/cm9604165中。在这些情况下，未曝光的该光酸产生剂可能成为用于该多个银纳米线的该蚀刻剂。
因此，本发明亦提供一种通过该方法制成的一透明导电膜。该透明导电膜包含一基板、以一图案呈现在该基板上的一粘着剂以及悬浮在该粘着剂的多个金属纳米结构，该图案具有多个边缘。多个图案边缘的多个纳米结构被截断。该图案具有透过光刻法创造的多个边缘，其中粘着剂材料和多个纳米结构被一溶液蚀刻，该溶液包含蚀刻该多个纳米结构的该金属的一成分。
应理解，由本发明提供的形成一透明导电膜的该方法提供了具有期望属性的膜。多个图案边缘的该多个纳米结构被截断，且因此截断有助于提供非常干净、清晰的多个图案边缘。该截断有助于防止杂散的多个纳米结构从多个图案边缘伸出。此乃因该多个图案边缘是透过光刻法创造的，其中粘着剂材料和多个纳米结构被包含蚀刻该多个纳米结构的该金属的一成分的一溶液蚀刻掉。
除非另外指明，否则“第一”、“第二”及/或类似用语并不旨在暗示一时间态样、一空间态样、一排序等。相反地，此等术语仅被作为特征、元素、项目等的识别、名称等。例如，一第一对象和一第二对象一般对应于对象A和对象B或二个不同的或二个相同的对象或同一个对象。
此外，“实例”在本文中用于意指作为一实例、说明等，且未必为有利的。本文所用的“或”旨在意指包含性的“或”，而非排他性的“或”。此外，除非额外指明或从上下文中清楚地指向一单数形式，否则在本申请案中使用的“一(“a”和“an”)”一般被视为意指“一或多个”。此外，A和B的其中至少一者及/或类似用语一般意指A或B或者A和B二者。此外，在详细说明或权利要求书中使用“具有(having、has)”、“有(with)”及/或其变型的程度上，此等用语旨在以一类似于用语“包含(comprising)”的方式包含在内。
尽管已经以特定于结构特征及/或方法动作的语言阐述了该主题，但应理解，在所附权利要求书中定义的主题不必受限于上述特定特征或动作。相反，上面阐述的该多个特定特征和动作被揭露为实施至少一些权利要求书的实例形式。
本文提供实施例的各种操作。本文阐述一些或所有操作的顺序不应被视为暗示这些操作必须为顺序依赖性的。本文所属技术领域中具有通常知识者受益于本说明将理解替代排序。此外，应理解，并非所有操作皆必须存在于本文提供的每一实施例中。此外，应理解，在一些实施例中，并非所有操作皆是必要的。
此外，尽管已针对一或多个实作方式例示和阐述了本发明，但基于对本说明书和附图的阅读和理解，本文所属技术领域中具有通常知识者将会想到等效变更和修改。本发明包含所有此等修改和变更，且仅受所附权利要求书的范围限制。特别是关于由上述组件(例如：元件、资源等)执行的各种功能，除非另外指出，否则用于阐述此等组件的用语旨在对应于执行所述组件的指定功能(例如，功能上等效)但在结构上与所揭露的结构不等同的任何组件。此外，尽管本发明的一特定特征可能已针对几个实作方式其中的单一者被揭露，但此种特征可与对于任何给定的或特定的应用可能是期望的和有利的其他实作方式的一或多个其他特征相结合。

Claims (19)

1.一种形成一透明导电膜的转换方法，该转换方法包含：
提供具有一粘着剂的一施体基板的一区域，该粘着剂包含悬浮在一光敏聚合材料的多个金属纳米结构；
将该施体基板和该粘着剂施加于一受体基板上；
从施加于该受体基板的该粘着剂上移除该施体基板；
使用光刻法图案化该粘着剂；以及
使用一显影液显影被图案化的该粘着剂，该显影液：(i)根据该粘着剂的一图案移除该光敏聚合材料的一部分，且(ii)包含提供该多个金属纳米结构的蚀刻的一纳米结构蚀刻剂。
2.如权利要求1所述的转换方法，其中该显影液显影被图案化的该粘着剂和蚀刻该多个金属纳米结构是一单一步骤的一部分。
3.如权利要求1所述的转换方法，其中该显影液包含碳酸钠和在氧气存在下的一复合碱基。
4.如权利要求1所述的转换方法，其中该显影液包含在氧气存在下的氨。
5.如权利要求1所述的转换方法，其中该显影液包含一碱基和一氧化剂。
6.如权利要求1所述的转换方法，其中纳米结构蚀刻剂在多个图案边缘截断该多个金属纳米结构。
7.如权利要求1所述的转换方法，其中纳米结构蚀刻剂防止纳米结构超出该多个图案边缘。
8.如权利要求1所述的转换方法，其中该多个纳米结构为多个纳米线。
9.一种形成一透明导电膜的方法，该方法包含：
提供具有一粘着剂的一基板的一区域，该粘着剂包含悬浮在一光敏聚合材料的多个金属纳米结构；
使用光刻法图案化该光敏聚合材料；以及
使用一显影液显影被图案化的该粘着剂，该显影液：(i)根据该粘着剂的一图案移除该光敏聚合材料的一部分，且(ii)包含蚀刻该多个金属纳米结构的一纳米结构蚀刻剂。
10.如权利要求9所述的方法，其中该显影液显影被图案化的该粘着剂和蚀刻该多个金属纳米结构是一单一步骤的一部分。
11.如权利要求9所述的方法，其中该显影液包含碳酸钠和在氧气存在下的一复合碱基。
12.如权利要求9所述的方法，其中该显影液包含在氧气存在下的氨。
13.如权利要求9所述的方法，其中该显影液包含一碱基和一氧化剂。
14.如权利要求9所述的方法，其中纳米结构蚀刻剂在多个图案边缘截断该多个金属纳米结构。
15.如权利要求9所述的方法，其中纳米结构蚀刻剂防止纳米结构超出该多个图案边缘。
16.如权利要求9所述的方法，其中该多个纳米结构为多个纳米线。
17.一透明导电膜，包含：
一基板；
一粘着剂，以一图案呈现在该基板上，该图案具有多个边缘；以及
多个金属纳米结构，悬浮在该粘着剂中，其中在多个图案边缘的多个纳米结构被截断；
该图案具有透过光刻法创造的多个边缘，其中粘着剂材料和多个纳米结构被一溶液蚀刻，该溶液包含蚀刻该多个纳米结构的金属的一成分。
18.如权利要求17所述的透明导电膜，其中该纳米结构不从该图案边缘伸出。
19.如权利要求17所述的透明导电膜，其中该多个纳米结构为多个纳米线。
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