CN201156444Y - 柔性高阻多层透明导电膜 - Google Patents

Abstract

一种柔性高阻多层透明导电膜，有柔性基材PET聚酯膜(1)；在该PET聚酯膜(1)的一面由内至外依次设有作为增透和隔离层的二氧化钛层(2)、二氧化硅层(3)，透明导电结晶态铟锡氧化物层(4)和顶层(5)，所述顶层(5)为锌铝氧化物层或锌镓氧化物层；所述PET聚酯膜(1)的另一面经粘结层(6)与第二层柔性基材PET聚酯膜(7)的一面相粘接，该第二层PET聚酯膜(7)的另一面由内至外依次设有硬涂层(8)和作为增透与防潮湿层的二氧化钛层(9)、二氧化硅层(10)。产品在较高温度时具有良好的电阻稳定性和耐久性，不产生翘曲；可广泛用于触摸屏、手写输入、电致发光显示、液晶显示、有机发光显示等。

Description

柔性高阻多层透明导电膜

技术领域

本实用新型涉及柔性基材高阻多层透明导电膜，它用于触摸屏(TP)、手写输入(PE)、电致发光显示(EL)、液晶显示(LCD)、有机发光显示(OLED)等。

背景技术

现有的柔性透明导电膜，表面电阻在200Ω/□左右，是比较稳定的。但随着表面电阻升高，特别是到了450-500Ω/□或更高阻值以后，则电阻值变得很不稳定，耐久性(能承受的点击次数)也很差，并且在随后的使用过程中出现翘曲等现象。实用新型专利CN1947204A提出了一个叠层结构和控制ITO膜的结晶及结晶粒度、结晶比例等技术，使表面电阻为200-300Ω/□的ITO膜稳定性、耐久性得到明显改善；但其有几点不足：一是ITO膜成膜后要在150℃处理1.5小时，这显然会影响生产效率、提高生产成本；二是介质层二氧化硅(SiO₂)采用涂布和电子枪蒸发与ITO膜成膜技术不兼容，使工艺过程变的很繁杂，导致成品率低、成本提高；三是它的叠层体一侧没有防潮防湿层，在使用过程中受高温潮湿影响，使该侧吸潮吸湿，导致两层PET聚酯膜由于收缩率的差异而产生翘曲，影响后续生产过程的进行；并且，从膜系组成分析，透光率也不可能做得很高。日本专利HZ-194943A提出了一个改良方法，即在ITO成膜后再长时间热处理使其结晶化，改善其稳定性，具体是在150℃热处理24小时，显然该方法效率低下、成本极高。美国专利US2003/0012955A1则提出在ITO膜表面覆盖一层介质层，如SiOx或TiOx、TaOx、NbOx、SnOx等介质，其结果是表面接触电阻增大，对刻蚀也会带来麻烦。美国专利US2006/003188A1提出用含二氧化锡(SnO₂)小于6％的铟锡氧化物(ITO)靶材在90℃-170℃溅射成膜，使ITO膜形成结晶结构，改善其性能；存在的缺点是要在较高温度下成膜，成膜过程要用PEM(plasma emission)或PIC(plasma impedance control)监控。

实用新型内容

本实用新型的目的是，针对现有技术产品存在的ITO高阻膜电阻不稳定、耐久性差等问题，研制一种柔性高阻多层透明导电膜，使其在较高温度(150℃)时具有良好的电阻稳定性和耐久性，并且产品的生产工艺流程短、生产效率高、成本低，在随后的工艺过程中不产生翘曲。

本实用新型的技术方案是，所述柔性高阻多层透明导电膜的结构为：它有柔性基材PET聚酯膜，其结构特点是，在该PET聚酯膜的一面由内至外依次设有作为增透和隔离层的二氧化钛(TiO₂)层、二氧化硅(SiO₂)层，导电透明结晶态铟锡氧化物(ITO)层和顶层，所述顶层为锌铝氧化物(ZAO)层或锌镓氧化物(ZGO)层；所述PET聚酯膜的另一面经粘结层与第二层柔性基材PET聚酯膜的一面相粘接，该第二层PET聚酯膜的另一面由内至外依次设有硬涂层和作为增透与防潮湿层的二氧化钛(TiO₂)层、二氧化硅(SiO₂)层。

以下对本实用新型做出进一步说明。

参见图1，本实用新型的柔性高阻多层透明导电膜的结构为：它有柔性基材PET聚酯膜1，其结构特点是，在该PET聚酯膜1的一面由内至外依次设有作为增透和隔离层的二氧化钛(TiO₂)层2、二氧化硅(SiO₂)层3，透明导电结晶态铟锡氧化物(ITO)层4和顶层5，所述顶层5为锌铝氧化物(ZAO)层或锌镓氧化物(ZGO)层；所述PET聚酯膜1的另一面经粘结层6与第二层柔性基材PET聚酯膜7的一面相粘接，该第二层PET聚酯膜7的另一面由内至外依次设有硬涂层8和作为增透与防潮湿层的二氧化钛(TiO₂)层9、二氧化硅(SiO₂)层10。

众所周知，柔性高阻铟锡氧化物(ITO)膜高温电阻不稳定的原因主要有三个：一是在低温下形成的铟锡氧化物膜的电阻率受氧空位浓度支配，其氧铟原子比(O/In)的临界值是1.31，氧铟原子比大于1.31后电阻率急剧增大。因此，铟锡氧化物膜暴露在高温空气中会引起氧空位浓度急剧变化(O/In比值增大)，导致电阻变化；二是在PET聚酯膜上常规制备铟锡氧化物膜都是在常温(20℃)或更低温度下成膜，膜是非结晶结构，加之PET聚酯膜表面比较粗糙，膜结构疏松，有利于空气中氧气向膜层内部扩散，加速膜层内氧空位浓度的增大；三是PET聚酯膜很容易吸附水汽和氧气，这些水汽和氧气也会向铟锡氧化物膜层渗透扩散，使膜层的氧空位浓度增大。这种情况在高阻(例如350Ω/□-550Ω/□，此时电阻膜很薄，膜厚仅为15-18nm)时尤为明显。本实用新型针对性的采取了三个技术措施：一是用既有增透作用又有阻挡功能的二氧化钛层2和二氧化硅层3及顶层(锌铝氧化物层或锌镓氧化物层)5将铟锡氧化物层4包夹在中间，阻挡空气(氧)或其它污染杂质向铟锡氧化物(ITO)层4中扩散；二是采用中频磁控溅射技术依次连续一次形成二氧化钛层2、二氧化硅层3、铟锡氧化物层4、顶层(锌铝氧化物层或锌镓氧化物层)5，由于高能粒子连续轰击和沉积在PET聚酯膜1上，使其温度达到120℃，甚至更高，从而获得结晶结构的稳定铟锡氧化物层4，并且中频溅射技术成膜使所述各层膜都很緻密，更有效地阻挡了空气(氧)或其它杂质向铟锡氧化物层4的进入和扩散；三是控制铟锡氧化物层4的氧空位不在敏感区，即氧铟原子比(O/In)控制在1.26-1.29范围，这样即使有氧进入扩散，也不会大幅改变铟锡氧化物层4的电阻值。采取这样三个技术措施，能使铟锡氧化物层4在高温下氧空位浓度保持稳定，从而保证了电阻的高温稳定性。

本实用新型对提高所述柔性高阻多层透明导电膜的耐久性(寿命)采取了三个技术措施：(1)在该柔性高阻多层透明导电膜结构中设有一顶层5，它为一高阻的锌铝氧化物(ZAO)层或锌镓氧化物(ZGO)层，这层氧化物的表面电阻控制在大于1×10⁴Ω/□；在这种情况下，顶层(ZAO或ZGO)5在与铟锡氧化物层4并联形成的并联电阻比例不大于5％；以铟锡氧化物层4的表面电阻为500Ω/□为例，如果顶层5的表面电阻控制为1×10⁴Ω/□，则并联电阻为476Ω/□，顶层5的表面电阻所占比例仅为4.8％；因此顶层(ZAO或ZGO)5对铟锡氧化物层4既是一个扩散阻挡层，也是一个耐磨的耗尽层，直到这个顶层(ZAO或ZGO)5耗尽，铟锡氧化物层4的表面电阻变化率也不会大于5％，这就有利于提高铟锡氧化物层4的使用寿命；(2)产品的二氧化钛层2、二氧化硅层3、铟锡氧化物层4和顶层(ZAO或ZGO)5是采用中频磁控溅射方法依次连续(一次)成形，PET聚酯膜1的温度达到120℃或更高，铟锡氧化物层4和顶层(ZAO层或ZGO层)5形成结晶结构，并且膜层緻密，硬度和耐磨性提高，因此其耐久性(寿命)提高；(3)所述柔性高阻多层透明导电膜利用了复合基膜的应力扩散机理，提高了产品的耐久性；由图1可知，当力作用在二氧化硅(SiO₂)层10(防潮层)上时，较厚的第二层PET聚酯膜7承受了大部分应力，然后粘结层6又对应力起了缓冲作用，而传递到铟锡氧化物层4和顶层(ZAO层或ZGO层)5的应力就已经很轻微了。由于铟锡氧化物层4被二氧化钛层2、二氧化硅层3和顶层(ZAO层或ZGO层)5所包夹，它们有良好的附着和保护作用，使铟锡氧化物层4不直接与触摸屏的对电极(通常以玻璃为基材)接触，因此使耐久性(寿命)提高。

本实用新型中，所述柔性基材PET聚酯膜1的厚度可以是30μm-60μm，优选厚度为50μm，以保证其足够的柔韧性；做为增透和阻挡层的二氧化钛(TiO₂)层2和二氧化硅(SiO₂)层3的光学厚度可以分别是1/2λ₀和1/4λ₀(λ₀＝550nm)，几何厚度可以分别为120nm-125nm和90nm-100nm；铟锡氧化物层4的厚度可以是13nm-22nm，表面电阻可以是350Ω/□-550Ω/□；顶层(ZAO层或ZGO层)5厚度可以是5nm-10nm，，表面电阻是1×10⁴Ω/□-8×10⁴Ω/□；所述柔性基材PET聚酯膜1另一面经粘结层6与第二层PET聚酯膜7相粘接，粘接的方法可以用常规的复合机进行复合。粘结层6的厚度可以是5μm-20μm，优选厚度为10μm-13μm，以保证有足够的弹性和应力缓冲性能；第二层PET聚酯膜7的厚度可以是115μm-155μm，优选为125μm，以保证足够的机械强度和弹性；所述第二层PET聚酯膜7另一面的硬涂层8的厚度可以是3μm-5μm，其硬度可以是铅笔硬度3H，它是一层有机物涂层；而随后的增透和防潮湿层，即二氧化钛层9和二氧化硅层10与前述的二氧化钛层2和二氧化硅层3一样，是采用中频磁溅射技术形成的，其厚度可以分别是120nm-125nm和90nm-100nm，既有增透作用，又能防止第二PET聚酯膜7和有机硬涂层8吸潮湿。

由以上可知，本实用新型为一种柔性高阻多层透明导电膜，其稳定性和耐久性好，它的表面电阻在高阻范围内(350Ω/□-550Ω/□)，有良好的高温稳定性(150℃，30分钟，表面电阻变化R_T/R₀小于1.1)；由于有两个减反射层，可见光透过率大于90％；由于采用中频磁控溅射技术成膜，改善了膜层结构和性能，又由于采用了阻挡层-高阻透明氧化物顶层和应力分散、缓冲等多层膜结构，其耐久性很好，使用硬度40的含聚氨酯橡胶棒(端头7R)，负荷为100克，进行100万次打点试验，表面电阻变化率(R_T/R₀)为1.0，即打点100万次后，表面电阻无变化。还由于最外层的防潮湿层的存在，防止了PET聚酯膜和有机硬涂层吸湿，在150℃、相对湿度大于80％的条件下保持1小时，未发现翘曲。

附图说明

图1是-种实施例产品的截面结构示意图，在图中：

1-PET聚酯膜，    2-二氧化钛层，    3-二氧化硅层，

4-铟锡氧化物层， 5-顶层(ZAO层或ZGO层)，

6-粘结层，       7-第二层PET聚酯膜，

8-硬涂层，       9-二氧化钛层，    10-二氧化硅层。

具体实施方式

如图1所示，产品的结构是，它有柔性基材PET聚酯膜1，在该PET聚酯膜1的一面由内至外依次设有作为增透和隔离层的二氧化钛(TiO₂)层2、二氧化硅(SiO₂)层3、透明导电结晶态铟锡氧化物(ITO)层4和顶层5，所述顶层5为锌铝氧化物(ZAO)层；所述PET聚酯膜1的另一面经粘结层6与第二层柔性基材PET聚酯膜7的一面相粘接，该第二层PET聚酯膜7的另一面由内至外依次设有硬涂层8和作为增透与防潮湿层的二氧化钛(TiO₂)层9、二氧化硅(SiO₂)层10；其中，柔性基材PET聚酯膜1厚度50μm，二氧化钛层2厚度120nm，二氧化硅层3厚度95nm；透明导电结晶态铟锡氧化物(ITO)层4厚度15nm，表面电阻500Ω/□；作为顶层5的锌铝氧化物(ZAO)层厚度5nm，表面电阻5×10⁴Ω/□；粘结层6厚度10μm；第二层PET聚酯膜7厚度125μm；硬涂层8厚度3μm；二氧化钛层9厚度120nm，二氧化硅层10厚度95nm。

Claims (6)

1、一种柔性高阻多层透明导电膜，有柔性基材PET聚酯膜(1)；其特征是，在该PET聚酯膜(1)的一面由内至外依次设有作为增透和隔离层的二氧化钛层(2)、二氧化硅层(3)，透明导电结晶态铟锡氧化物层(4)和顶层(5)，所述顶层(5)为锌铝氧化物层或锌镓氧化物层；所述PET聚酯膜(1)的另一面经粘结层(6)与第二层柔性基材PET聚酯膜(7)的一面相粘接，该第二层PET聚酯膜(7)的另一面由内至外依次设有硬涂层(8)和作为增透与防潮湿层的二氧化钛层(9)、二氧化硅层(10)。

2、根据权利要求1所述柔性高阻多层透明导电膜，其特征是，所述柔性基材PET聚酯膜1的厚度为30μm-60μm。

3、根据权利要求1所述柔性高阻多层透明导电膜，其特征是，所述二氧化钛层和二氧化硅层的光学厚度分别是1/2λ₀和1/4λ₀，几何厚度分别为120nm-125nm和90nm-100nm。

4、根据权利要求1所述柔性高阻多层透明导电膜，其特征是，所述铟锡氧化物层4的厚度是13nm-22nm，表面电阻是350Ω/□-550Ω/□。

5、根据权利要求1所述柔性高阻多层透明导电膜，其特征是，所述顶层5厚度是5nm-10nm，表面电阻是1×10⁴Ω/□-8×10⁴Ω/□。

6、根据权利要求1所述柔性高阻多层透明导电膜，其特征是，所述第二层PET聚酯膜7的厚度是115μm-155μm。

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