DE102008001578A1 - Producing transparent conductive layer, by applying dispersion from transparent conductive oxide nanoparticles on substrate e.g. glass, and partially removing solvent/dispersant from obtained layer and then irradiating with laser energy - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung transparenter leitfähiger Schichten auf Basis von transparenten, leitfähigen Oxid-(TCO)Nanopartikeln, insbesondere Indium-Zinnoxid-(ITO-)Nanopartikeln durch Laserbestrahlung sowie die mit diesem Verfahren erhaltenen Schichten.The The present invention relates to a process for producing transparent conductive layers based on transparent, conductive oxide (TCO) nanoparticles, in particular indium tin oxide (ITO) nanoparticles by laser irradiation as well as the layers obtained by this method.
Unter einer mechanisch stabilen Schicht wird im Folgenden eine Schicht verstanden, die die folgenden Eigenschaften aufweist:
- – Widerstandsfähigkeit gegen Beanspruchung durch
kratzende, scharfkantige Gegenstände oder Materialien,
charakterisiert z. B. durch die Stifthärte nach Wolff-Wilborn
oder durch die Bleistifthärte nach
DIN EN 13523-4: 2001 - – Haftung auf dem Substrat, ermittelt z. B. durch den
Kreuzschnitt- oder Tape-Test nach
DIN EN ISO 2409
- - Resistance to stress from scratching, sharp-edged objects or materials, characterized z. B. by the pencil hardness to Wolff-Wilborn or by the pencil hardness after
DIN EN 13523-4: 2001 - - adhesion to the substrate, determined z. B. by the cross-cut or tape test after
DIN EN ISO 2409
Unter Flächenwiderstand wird im Folgenden der ohmsche Widerstand verstanden, der an einer Beschichtung mit einer gleichmäßigen Schichtdicke erhalten wird, wenn ein quadratischer Bereich beliebiger Größe an zwei gegenüberliegenden Kanten kontaktiert und der Strom in Abhängigkeit von der (Gleich-)Spannung gemessen wird. Der Flächenwiderstand wird in Ω gemessen und mit Ω/sq gekennzeichnet. Die Bestimmung des Flächenwiderstandes kann auch nach anderen Verfahren, wie z. B. der Vierpunktmessung erfolgen.Under Sheet resistance is hereafter the ohmic resistance understood that on a coating with a uniform Layer thickness is obtained when a square area of any Contacted size on two opposite edges and the current as a function of the (DC) voltage is measured. The sheet resistance is measured in Ω and marked with Ω / sq. The determination of sheet resistance can even after other methods, such. B. the four-point measurement.
Unter spezifischem Widerstand wird im Folgenden der ohmsche Widerstand verstanden, der durch Multiplikation des Flächenwiderstandes mit der Schichtdicke [in cm] erhalten wird und ein Maß für die ohmschen Eigenschaften des leitfähigen Materials selbst darstellt. Der spezifische Widerstand wird in Ω·cm angegeben.Under resistivity is hereinafter the ohmic resistance understood by multiplying the sheet resistance with the layer thickness [in cm] is obtained and a measure of the ohmic properties of the conductive material itself represents. The resistivity is in Ω · cm specified.
Unter Transmission wird im Folgenden die Durchlässigkeit eines transparenten Körpers für Licht der Wellenlänge 550 nm verstanden. Die Transmission eines beschichteten Substrates wird im Verhältnis zu der Transmission desselben unbeschichteten Substrates in Prozentwerten angegeben.Under Transmission is hereafter the permeability of a transparent body for light of wavelength 550 nm understood. The transmission of a coated substrate is in proportion to the transmission of the same uncoated substrate in percentages.
Transparente Schichten mit hoher ohmscher Leitfähigkeit weisen Flächenwiderstände von höchstens 10000 Ω/sq und eine Transmission von mindestens 40% auf und werden in allen modernen Displays, z. B. in LCD, Plasma-Displays, OLED's, und z. B. auch in organischen Solarzellen benötigt, um die durch den photovoltaischen Effekt angeregten elektrischen Ströme verlustarm nutzen zu können.transparent Layers with high ohmic conductivity have surface resistances of at most 10,000 Ω / sq and a transmission of at least 40% and are used in all modern displays, eg. As in LCD, plasma displays, OLEDs, and z. B. also in organic Solar cells needed by the photovoltaic Effect of using low-energy stimulated electrical currents to be able to.
Im Stand der Technik werden leitfähige Schichten zum Beispiel im Flammspritzverfahren oder im Vakuum durch Sputtertechniken hergestellt. Eine Strukturierung ist nicht oder nur sehr aufwändig möglich. Sie wird im Allgemeinen durch Anwendung verschiedenster Ätztechniken erhalten.in the The state of the art becomes conductive layers, for example produced by flame spraying or in a vacuum by sputtering techniques. A Structuring is not possible or only very expensive. It is generally made by applying various etching techniques receive.
Leitfähige Schichten werden auch auf Basis von Nanopartikeln hergestellt, wobei diese thermisch nachbehandelt werden müssen, gemäß Stand der Technik beispielsweise in einem Ofenprozess, um die gewünschte Leitfähigkeit zu erzielen. Die thermische Nachbehandlung von Beschichtungen aus metallischen Nanopartikeln, beispielsweise aus Silberpartikeln, kann auch durch Laserbestrahlung erfolgen. Thermische Nachbehandlung durch Laserbestrahlung zugleich transparenter und leitfähiger Beschichtungen aus nichtmetallischen Nanopartikeln kennt der Stand der Technik jedoch nicht.conductive Layers are also produced on the basis of nanoparticles, wherein These must be thermally treated, according to the state the technology, for example, in a furnace process to the desired To achieve conductivity. The thermal aftertreatment of coatings of metallic nanoparticles, for example from silver particles, can also be done by laser irradiation. thermal After treatment by laser irradiation at the same time more transparent and conductive coatings of non-metallic nanoparticles However, the prior art does not know.
Allen diesen Verfahren ist gemeinsam, dass die Nanopartikel untereinander und/oder mit anderen Bestandteilen oder dem Substrat versintert oder verschmolzen werden. Da also in der Nanoschicht Wärmeenergie erzeugt wird, ist bislang stets darauf zu achten, dass der Wärmeübergang in das Substrat nicht derart groß wird, dass im Substrat Umwandlungen chemischer (z. B. Zersetzung) oder physikalischer Art (z. B. Schmelzen) in Gang gesetzt werden. Insbesondere bei empfindlichen Substraten wie den meisten Kunststofffolien ist die Temperatur, bei der solch unerwünschte Prozesse im Substrat auftreten, im allgemeinen derart niedrig, dass nicht genug Wärmeenergie in der nanopartikulären Schicht erzeugt werden kann, dass die Nanopartikel in optimalem Umfang versintern oder verschmelzen. Es ist bislang technische Lehre, dass der spezifische Widerstand leitfähiger Schichten umso niedriger wird, je umfassender die Nanopartikel untereinander versintern und/oder verschmelzen.all The common feature of these methods is that the nanoparticles interact with each other and / or sintered with other ingredients or the substrate or merged. So there in the nano-layer heat energy is generated so far, always make sure that the heat transfer in the substrate does not become so large that in the substrate Conversions of chemical (eg decomposition) or physical nature (eg melting). Especially with sensitive Substrates like most plastic films are the temperature, in which such unwanted processes occur in the substrate, in the general so low that not enough heat energy can be generated in the nanoparticulate layer that sinter or fuse the nanoparticles to an optimal extent. It is so far technical teaching that the resistivity is more conductive The lower the layers, the lower the nanoparticles become sinter and / or merge.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein Verfahren bereit zu stellen, das die thermische Belastung des Substrates verringert und so die Nachteile des Standes der Technik überwindet. Aufgabe war es ebenso, eine Schicht mit verbesserter mechanischer Stabilität bereit zu stellen.task The present invention was therefore to provide a method which reduces the thermal load of the substrate and thus overcomes the disadvantages of the prior art. It was also a task, a layer with improved mechanical To provide stability.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung transparenter leitfähiger Schichten mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.These Task is solved by a process for producing transparent conductive Layers with the characterizing features of claim 1 solved.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist also ein Verfahren zur Herstellung transparenter leitfähiger Schichten, das die Schritte
- (1) Bereitstellung einer Dispersion aus TCO Nanopartikeln, anschließend
- (2) Aufbringen der nach Schritt (1) erhaltenen Dispersion auf ein Substrat, und zumindest teilweises Entfernen des Lösungsmittels oder Dispersionsmittels, anschließend
- (3) Bestrahlen der nach Schritt (2) erhaltenen Beschichtung mit Laserenergie
- (1) providing a dispersion of TCO nanoparticles, subsequently
- (2) applying the dispersion obtained after step (1) to a substrate, and at least partially removing the solvent or dispersant, subsequently
- (3) Irradiating the laser energy obtained after step (2)
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass kurze Wechselwirkungszeiten erzielt werden und somit die thermische Belastung des Substrates gegenüber Verfahren im Stand der Technik stark verringert wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ist außerdem inline-fähig, gleichbedeutend damit, dass dieses in einem kontinuierlichen Produktionsprozess für Substrate mit transparenten leitfähigen Schichten eingesetzt werden kann, beispielsweise in einem Rolle-zu-Rolle Verfahren.The inventive method has the advantage that short interaction times are achieved and thus the thermal Loading of the substrate compared to methods in the state of Technology is greatly reduced. The invention Procedure is also inline-capable, synonymous So that this in a continuous production process for substrates with transparent conductive layers can be used, for example in a roll-to-roll process.
Daher ist ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung eine transparente leitfähige Schicht, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten wird.Therefore is also the subject of the present invention, a transparent conductive layer associated with the invention Procedure is obtained.
Ebenso ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein elektronisches Bauteil, das die erfindungsgemäße Schicht aufweist, sowie die Verwendung des erfindungsgemäßen elektronischen Bauteils in einem OLED (Organische Licht Emittierende Dioden), Elektrolumineszenzmodul, Display, photovoltaischen Element, berührungssensitiven Bildschirm, sogenanntes Touchpanel, Widerstandsheizelement, Infrarotschutzfilm, antistatischen Gehäuse, chemischen Sensor, elektromagnetischen Sensor, FKD (Flüssigkristall-Display), sogenannte LCD, elektrophoretischen Display.As well the subject of the present invention is an electronic component, having the layer according to the invention, as well as the use of the electronic according to the invention Component in an OLED (Organic Light Emitting Diodes), electroluminescent module, Display, photovoltaic element, touch-sensitive Screen, so-called touch panel, resistance heating element, infrared protection film, antistatic housing, chemical sensor, electromagnetic Sensor, FKD (liquid crystal display), so-called LCD, electrophoretic display.
Die Erfindung wird im Folgenden näher erläutert.The Invention will be explained in more detail below.
Es
kann vorteilhaft sein, in Schritt (1) des erfindungsgemäßen
Verfahrens eine Dispersion einzusetzen, die Indium-Zinnoxid Nanopartikel
enthält. Die Herstellung einer solchen Dispersion ist zum
Beispiel in den Patentanmeldungen
Bevorzugt kann in Schritt (2) des erfindungsgemäßen Verfahrens die Dispersion durch Inkjet-Drucken, Flexodrucken, Tampondrucken, spin coating, Sprühen, Tauchen, Rakeln, offset-Drucken, Siebdrucken, Thermotransferdrucken, Gravurdrucken, Fluten, Aerosil Jet Deposition Verfahren der Firma optomec, (optomec inc., Albuquerque, New Mexico) oder Gießen auf das Substrat aufgebracht werden.Prefers can in step (2) of the method according to the invention dispersion by inkjet printing, flexo printing, pad printing, spin coating, spraying, dipping, knife coating, offset printing, screen printing, Thermal transfer printing, gravure printing, flood, Aerosil Jet Deposition Process of the company optomec, (optomec inc., Albuquerque, New Mexico) or pouring onto the substrate.
Dadurch ist eine Strukturierung, zumindest teilweise Strukturierung auf dem Substrat möglich. Vorzugsweise kann die Dispersion ein- oder mehrmalig und/oder kontinuierlich oder batchweise aufgebracht werden. Die Umgebungsbedingungen sind von den Anforderungen der Aufbringung abhängig und können je nachdem, wie die Dispersion aufgebracht wird, verschieden sein.Thereby is a structuring, at least partially structuring up the substrate possible. Preferably, the dispersion applied once or several times and / or continuously or batchwise become. The environmental conditions are from the requirements of Dependent on and depending on how the dispersion is applied may be different.
Vorteilhafterweise kann in Schritt (2) des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Substrat eingesetzt werden, das Glas oder Kunststoff enthält oder ist. Bevorzugt können transparente Materialien eingesetzt werden, besonders bevorzugt Quarzglas, Borosilikat Displayglas, alkalifreies Borosilikat Displayglas, Weißglas, Fensterglas, Floatglas, Polyester, Polyamid, Polyimid, Polyacrylat, Polycarbonat (PC), Polyethersulfon (PES), Polyetheretherketon (PEEK), Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyacetal (POM), Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylennaphthalat (PEN), Polybutylenterephthalat (PBT), Polyhydroxybutyrat (PHB), Polyamid 6, Polyamid 6.6, Polyamid 11, Polyamid 12, Kapton® Polymethylmethacrylat (PMMA) oder eine Kombination dieser Materialien. Ganz besonders bevorzugt können diese Materialien oder eine Kombination dieser Materialien in Form von Folien und/oder Laminaten eingesetzt werden.Advantageously, in step (2) of the method according to the invention a substrate can be used which contains or is glass or plastic. Preference is given to using transparent materials, particularly preferably quartz glass, borosilicate display glass, alkali-free borosilicate display glass, white glass, window glass, float glass, polyester, polyamide, polyimide, polyacrylate, polycarbonate (PC), polyethersulfone (PES), polyetheretherketone (PEEK), polyvinyl chloride (PVC ), Polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyacetal (POM), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polybutylene terephthalate (PBT), polyhydroxybutyrate (PHB), polyamide 6, polyamide 6.6, polyamide 11, polyamide 12, Kapton ® polymethyl methacrylate (PMMA) or a combination of these materials. Most preferably, these materials or a combination of these materials can be used in the form of films and / or laminates.
Es kann weiterhin vorteilhaft sein, vor Schritt (3) des erfindungsgemäßen Verfahrens das Lösungsmittel oder Dispersionsmittel aus der nach Schritt (2) erhaltenen Beschichtung bei einer Temperatur von 20°C bis 180°C, bevorzugt von 50°C bis 130°C, besonders bevorzugt von 60°C bis 120°C während einer Zeitdauer von 1 s bis 60 min durch Trocknen zu entfernen. Besonders bevorzugt kann das Lösungsmittel oder Dispersionsmittel während einer Zeitdauer von 10 min bei einer Temperatur von 120°C aus der Dispersion oder Lösung entfernt werden. Das Lösungs- oder Dispersionsmittel kann zum Beispiel durch Eintrag elektromagnetischer Energie oder durch Kontakt des Substrates mit einer Heizplatte, in einem Rolle-zu-Rolle Prozess bevorzugt durch Kontakt mit zumindest einer erwärmten Rolle oder Kalander entfernt werden. Weiterhin bevorzugt kann das Lösungs- oder Dispersionsmittel durch Bestrahlung mit IR-, VIS-, oder UV-Licht, zum Beispiel mittels Halogenstrahler oder im IR-Bereich emittierender Laser, in einem Trockenofen, oder durch Bespülen mit erwärmter Luft oder Inertgas entfernt werden. Besonders bevorzugt kann das Lösungs- oder Dispersionsmittel durch zumindest ein Verfahren entfernt werden, das in einem Rolle-zu-Rolle Prozess integriert werden kann. Besonders bevorzugt können berührungslose Verfahren sein, ganz besonders bevorzugt IR-Strahler. Bis zu 99% des Lösungs- oder Dispersionsmittels können vorzugsweise aus der nach Schritt (2) erhaltenen Beschichtung entfernt werden. Der durch das Trocknen entfernte Anteil an Lösungs- oder Dispersionsmittel kann durch dem Fachmann bekannte Messverfahren ermittelt werden, zum Beispiel durch gravimetrische Verfahren. Nach dem Trocknen kann eine Schichtdicke von 0,05 bis 100 μm, bevorzugt von 0,1 bis 75 μm, weiterhin bevorzugt von 0,5 bis 50 μm, besonders bevorzugt von 1 bis 30 μm erhalten werden.It may also be advantageous, prior to step (3) of the process according to the invention, the solvent or dispersant from the coating obtained according to step (2) at a temperature of 20 ° C to 180 ° C, preferably from 50 ° C to 130 ° C, especially preferably from 60 ° C to 120 ° C for a period of 1 s to 60 min to remove by drying. Most preferably, the solvent or dispersant may be removed from the dispersion or solution for a period of 10 minutes at a temperature of 120 ° C. The solvent or dispersant may be removed by, for example, introducing electromagnetic energy or by contacting the substrate with a hot plate in a roll-to-roll process, preferably by contact with at least one heated roll or calender. Further preferably, the solvent or dispersant can be removed by irradiation with IR, VIS, or UV light, for example by halogen or IR emitting laser, in a drying oven, or by purging with heated air or inert gas. Most preferably, the solvent or dispersant can be removed by at least one process that can be integrated in a roll-to-roll process. Particularly preferred may be non-contact methods, most preferably IR emitters. Up to 99% of the solvent or dispersant may preferably be removed from the coating obtained after step (2). The proportion of solvent or dispersant removed by drying can be determined by measuring methods known to the person skilled in the art, for example by gravimetric methods. After this Drying, a layer thickness of 0.05 to 100 .mu.m, preferably from 0.1 to 75 .mu.m, more preferably from 0.5 to 50 .mu.m, more preferably from 1 to 30 microns are obtained.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann es vorteilhaft sein, wenn in Schritt (3) die Beschichtung mit Laserenergie mit einer Wellenlänge von 157 nm bis 10600 nm mit einer mittleren Leistung von 5 W bis 5 kW, kontinuierlich oder gepulst, zumindest einmalig durch Scannen bestrahlt wird, wobei die Laserenergie auf das Material der Beschichtung in dem Schnittvolumen des fokussierten Laserstrahls mit der Beschichtung während einer Dauer von 5 ps bis 1000 μs einwirkt. Verfahren zur Messung der mittleren Leistung sind dem Fachmann bekannt.In It can be advantageous for the process according to the invention when in step (3) the laser energy coating with a wavelength of 157 nm to 10600 nm with a middle Power from 5 W to 5 kW, continuous or pulsed, at least once is irradiated by scanning, with the laser energy on the material the coating in the cutting volume of the focused laser beam with the coating for a duration of 5 ps to 1000 μs acts. Methods for measuring the average power are the Specialist known.
Der Vorteil besteht darin, dass durch die kurze Dauer der Einwirkung der Laserenergie keine oder sehr viel weniger Wärmeenergie auf das Substrat übertragen wird, als bei Verfahren gemäß Stand der Technik. Ein anderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht aber auch darin, dass im Schritt (3) eine Laserwellenlänge eingesetzt werden kann, für die das Substrat transparent oder nahezu transparent ist und somit im Vergleich mit Verfahren des Standes der Technik keine oder wenig Wärmeenergie auf das Substrat übertragen wird.Of the Advantage is that by the short duration of exposure the laser energy no or much less heat energy is transferred to the substrate, as in the method according to Stand of the technique. Another advantage of the method according to the invention but also consists in that in step (3) a laser wavelength can be used, for which the substrate is transparent or nearly transparent, and thus in comparison with methods of the prior art no or little heat energy the substrate is transferred.
Wird in Schritt (3) ein CO2-Laser eingesetzt, wird der größte Teil der Laserenergie von den ITO Nanopartikeln absorbiert oder reflektiert, somit auch aus diesem Grunde der Energieeintrag in das Substrat vermindert wird und daher auch empfindliche und/oder kostengünstigere, wenig wärmebeständige Substrate eingesetzt werden können.In step (3) comprises a CO 2 laser used, most of the laser energy is absorbed or reflected by the ITO nanoparticles, is thus reduced for this reason also, the energy input into the substrate and, therefore, sensitive and / or more cost-effective, low heat-resistant Substrates can be used.
Vorzugsweise kann in dem erfindungsgemäßen Verfahren die Beschichtung mit Laserenergie von 1- bis 5000-mal wiederholt durch Scannen bestrahlt werden.Preferably can in the process according to the invention, the coating With laser energy from 1 to 5000 times repeatedly irradiated by scanning become.
Die in Schritt (3) durch Bestrahlung mit Laserenergie eingebrachte Leistung kann vorteilhaft dann reduziert werden, wenn in Schritt (2) beim Trocknen ein IR-Strahler eingesetzt wird, weil die getrocknete Beschichtung Restwärme aufweist. Damit kann im Schritt (3) der Wärmeübergang in das Substrat durch das Bestrahlen mit Laserenergie weiter vermindert werden.The in step (3) laser energy input can be advantageously reduced when in step (2) during drying An IR emitter is used because of the dried coating Has residual heat. Thus, in step (3) the heat transfer further reduced into the substrate by irradiation with laser energy become.
Falls im Schritt (3) die in Schritt (2) erhaltene Beschichtung mit gepulster Laserenergie bestrahlt wird, kann eine Pulsdauer von 5 ps bis 1000 ns in dem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhaft sein. Bevorzugt können Pulsdauern von 10 ps bis 1000 ns, weiters bevorzugt von 5 ns bis 900 ns, weiterhin bevorzugt von 10 ns bis 750 ns, besonders bevorzugt von 20 ns bis 500 ns, ganz besonders bevorzugt von 30 ns bis 400 ns eingesetzt werden.If in step (3), the coating obtained in step (2) is pulsed Laser energy is irradiated, can have a pulse duration of 5 ps to 1000 ns advantageous in the process according to the invention be. Pulse durations of 10 ps to 1000 ns, and more, may be preferred preferably from 5 ns to 900 ns, more preferably from 10 ns to 750 ns, more preferably from 20 ns to 500 ns, especially preferably from 30 ns to 400 ns are used.
Bei kontinuierlich betriebenen Strahlquellen können Zeitdauern, während der Laserenergie auf die in Schritt (2) erhaltene Beschichtung eingetragen wird, von 0,1 bis 1000 μs vorteilhaft sein. Besonders bevorzugt können diese Zeitdauern bei kontinuierlich betriebenen Strahlquellen von 10 bis 900 μs, weiterhin besonders bevorzugt von 50 bis 750 μs, weiters besonders bevorzugt von 100 bis 500 μs, ganz besonders bevorzugt von 250 bis 400 μs betragen.at continuously operated beam sources can take time, during the laser energy to those obtained in step (2) Coating is registered, from 0.1 to 1000 μs advantageous be. Particularly preferably, these periods can be operated continuously Beam sources of 10 to 900 μs, further particularly preferred from 50 to 750 μs, more preferably from 100 up to 500 μs, very particularly preferably from 250 to 400 μs be.
Im Schritt (3) des erfindungsgemäßen Verfahrens können vorteilhaft Laser eingesetzt werden, für deren Wellenlängen das Substrat transparent oder nahezu transparent ist. Weiterhin kann es vorteilhaft sein, Laser einzusetzen, im gepulsten oder im kontinuierlichen Betrieb, die bei Wellenlängen im UV-Bereich, z. B. bei 198, 248, 308 nm emittieren, bevorzugt Excimer Laser eingesetzt werden. Weiterhin besonders bevorzugt können in Schritt (3) frequenzkonvertierte Festkörperlaser eingesetzt werden, die bei 266 nm bzw. 355 nm emittieren. Ebenso vorteilhaft kann im Schritt (3) auch mit Nd:YAG oder Nd:YVO4 Laserlicht mit einer Wellenlänge von 1064 nm bestrahlt werden. Weiterhin kann auch Faserlaserstrahlung bei 1070 nm eingesetzt werden.in the Step (3) of the method according to the invention can Advantageously, lasers are used for their wavelengths the substrate is transparent or nearly transparent. Farther It may be advantageous to use lasers, pulsed or continuous Operation that at wavelengths in the UV range, eg. B. at 198, 248, 308 nm emit, preferably used excimer laser become. Furthermore, particularly preferred in step (3) frequency-converted solid-state lasers are used, which emit at 266 nm and 355 nm, respectively. Equally advantageous in the Step (3) also with Nd: YAG or Nd: YVO4 laser light with one wavelength of 1064 nm are irradiated. Furthermore, fiber laser radiation can also be used at 1070 nm.
Besonders bevorzugt kann im erfindungsgemäßen Verfahren in Schritt (3) ein Erbium-Faserlaser mit einer Wellenlänge von 1550 nm, weiterhin besonders bevorzugt ein Thulium Faserlaser mit 1950–2050 nm, ganz besonders bevorzugt Diodenlaserstrahlung mit Wellenlängen von 1470 nm oder 1980 nm eingesetzt werden. Werden außerdem in Schritt (1) ITO Nanopartikel eingesetzt, hat diese Auswahl den Vorteil, dass die Absorption nanopartikulärer ITO Beschichtungen besonders hoch ist.Especially preferred may in the process according to the invention in step (3), an erbium fiber laser having a wavelength of 1550 nm, more preferably a thulium fiber laser with 1950-2050 nm, most preferably diode laser radiation be used with wavelengths of 1470 nm or 1980 nm. In addition, if ITO nanoparticles are used in step (1), this choice has the advantage that the absorption is more nanoparticulate ITO coatings is particularly high.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann es vorteilhaft sein, wenn beim Scannen die Schnittfläche des fokussierten Laserstrahls mit der Ebene der nach Schritt (2) erhaltenen Beschichtung auf dieser Ebene mit einer Geschwindigkeit von 50 bis 150000 mm/s bewegt wird. Bevorzugt kann diese Geschwindigkeit von 1000 bis 35000 mm/s, besonders bevorzugt von 5000 bis 25000 mm/s, ganz besonders bevorzugt von 7500 bis 15000 mm/s betragen.In It can be advantageous for the process according to the invention be when scanning the cut surface of the focused Laser beam with the plane of the coating obtained after step (2) at this level at a speed of 50 to 150,000 mm / s is moved. Preferably, this speed can be from 1000 to 35000 mm / s, more preferably from 5000 to 25000 mm / s, especially preferably from 7500 to 15000 mm / s.
Es kann weiterhin vorteilhaft sein, im Schritt (3) beim Scannen einen Spurabstand zwischen den durch das Scannen beschriebenen nächst benachbarten Linien von 0,05 bis 2 mm einzusetzen, je nach Laserstrahldurchmesser am Werkstück bzw. Abmessung des Strahles in Richtung senkrecht zur Scanrichtung. Bevorzugt kann ein Spurabstand von 0,1 bis 1,5 mm, besonders bevorzugt von 0,5 bis 1,25 mm, ganz besonders bevorzugt von 0,75 bis 1 mm eingesetzt werden. Die Schnittfläche kann kreisförmig oder elliptisch, bevorzugt elliptisch gewählt werden, wobei die große Achse der Ellipse senkrecht zur Vorschubrichtung des Laserstrahls orientiert ist. Auch eine rechteckige, bevorzugt quadratische, Schnittfläche ist von Vorteil.It may also be advantageous to use a track spacing between the 0.05 to 2 mm next to the lines described by the scanning in step (3), depending on the laser beam diameter on the workpiece or dimension of the beam in the direction perpendicular to the scan direction. Preferably, a track spacing of 0.1 to 1.5 mm, more preferably from 0.5 to 1.25 mm, most preferably from 0.75 to 1 mm are used. The sectional area may be circular or elliptical, preferably elliptical, with the major axis of the ellipse oriented perpendicular to the direction of advance of the laser beam. Also one rectangular, preferably square, cut surface is advantageous.
Zum Scannen kann ein Strahlablenksystem, wie z. B. ein Galvoscanner, ein Polygonscanner, und/oder am Laser eine F-Theta Optik, eingesetzt werden.To the Scanning can be a beam deflection system, such. A galvoscanner, a polygon scanner, and / or on the laser F-theta optics used.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann im Schritt (3) vorteilhaft mäanderförmig gescannt werden. Weiterhin bevorzugt kann manuell oder durch ein Klein-Prozeßleitsystem gescannt werden, die besonders bevorzugt durch eine PC implementierte Software gesteuert werden kann. Weiterhin bevorzugt können mehrere Laser eingesetzt werden, die simultan oder zeitlich versetzt unterschiedliche oder dieselben Linien auf der in Schritt (2) erhaltenen Beschichtung abfahren. Werden mehrere Laser eingesetzt, können Spurabstand, Geschwindigkeiten, und/oder Schnittflächen gleich oder unterschiedlich, bevorzugt jeweils gleich sein.In The process according to the invention can be carried out in step (3) are advantageously scanned meandering. Further preferred may be manually or through a small process control system scanned, which was particularly preferably implemented by a PC Software can be controlled. Furthermore preferred several lasers are used which are simultaneously or temporally staggered different or the same lines on the coating obtained in step (2) depart. If several lasers are used, track spacing, Speeds, and / or cut surfaces equal or different, preferably in each case the same.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann es weiterhin vorteilhaft sein, die nach Schritt (3) erhaltene Schicht in einem weiteren Schritt (4) einer Plasmabehandlung zu unterziehen. Diese Möglichkeit hat den Vorteil, dass die nach der Plasmabehandlung erhaltene Schicht eine verbesserte Alterungsbeständigkeit und/oder eine verbesserte mechanische Stabilität aufweisen kann. Es kann ein Wasserstoff-, Sauerstoff-, Inertgas-Plasma, oder ein Plasma aus einer Mischung dieser Gase mit einer durch Mikrowellen eingespeisten Leistung von 1 bis 5 kW, bevorzugt von 2 bis 3 kW bei einem Druck von 50 bis 1100 hPa eingesetzt werden. Als Inertgas kann Stickstoff, Argon, Helium, Neon, oder eine Mischung dieser Inertgase eingesetzt werden. Auch Formiergase (mit H2) sind vorteilhaft, ebenso Anteile an O2, und/oder deren Mischung mit Inertgasen.In the method according to the invention, it may furthermore be advantageous to subject the layer obtained after step (3) to a plasma treatment in a further step (4). This possibility has the advantage that the layer obtained after the plasma treatment can have improved aging resistance and / or improved mechanical stability. It can be a hydrogen, oxygen, inert gas plasma, or a plasma of a mixture of these gases are used with a microwave power of 1 to 5 kW, preferably from 2 to 3 kW at a pressure of 50 to 1100 hPa. As an inert gas, nitrogen, argon, helium, neon, or a mixture of these inert gases can be used. Forming gases (with H 2 ) are also advantageous, as well as fractions of O 2 , and / or their mixture with inert gases.
Die Schritte (1), (2), (3), (4) des erfindungsgemäßen Verfahrens können beliebig oft, bevorzugt einmalig, wiederholt werden.The Steps (1), (2), (3), (4) of the invention Processes can be repeated as often as desired, preferably once become.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch eine transparente leitfähige Schicht, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten wird.object The present invention is also a transparent conductive Layer using the method according to the invention is obtained.
Die erfindungsgemäße Schicht kann einen Flächenwiderstand von 10 bis 10000 Ω/sq, bevorzugt von 10 bis 100 Ω/sq, weiterhin bevorzugt von 50 bis 250 Ω/sq, bevorzugt von 250 bis 1500 Ω/sq und von 1500 bis 10000 Ω/sq aufweisen.The Layer according to the invention can have a sheet resistance from 10 to 10,000 Ω / sq, preferably from 10 to 100 Ω / sq, furthermore preferably from 50 to 250 Ω / sq, preferably from 250 to 1500 Ω / sq and from 1500 to 10000 Ω / sq exhibit.
Die erfindungsgemäße Schicht kann, wie bereits gesagt, verschiedene Schichtdicken aufweisen, die nach dem Trocknen im Schritt (2) erhalten werden, bevorzugt von 0,05 bis 50 μm. Deshalb kann der Flächenwiderstand je nach der Verwendung des erfindungsgemäßen elektronischen Bauteils, das die erfindungsgemäße Schicht aufweist, vorteilhaft gewählt sein.The According to the invention, as already stated, have different layer thicknesses, which after drying in the step (2), preferably from 0.05 to 50 μm. Therefore can the sheet resistance depending on the use of the invention electronic component, the inventive Layer, advantageously selected.
Wird das erfindungsgemäße elektronische Bauteil, das die erfindungsgemäße Schicht aufweist, in einem OLED oder FKD verwendet, kann dieser Flächenwiderstand von 10 bis 100 Ω/sq, bei der Verwendung in einem Elektrolumineszenzmodul von 50 bis 250 Ω/sq, bei der Verwendung in einem Touchpanel von 250 bis 1500 Ω/sq, bzw. in einem Sensor von 1500 bis 10000 Ω/sq betragen.Becomes the electronic component according to the invention, the the layer according to the invention, in one OLED or FKD may use this sheet resistance from 10 to 100 Ω / sq when used in an electroluminescent module from 50 to 250 Ω / sq, when used in a touch panel from 250 to 1500 Ω / sq, or in a sensor from 1500 to 10000 Ω / sq.
Desweiteren kann die erfindungsgemäße Schicht eine Transmission von mindestens 40%, bevorzugt von mindestens 80%, besonders bevorzugt von mindestens 90% aufweisen. Ganz besonders bevorzugt kann die erfindungsgemäße Schicht eine Transmission von mindestens 95% aufweisen.Furthermore the layer according to the invention may have a transmission of at least 40%, preferably of at least 80%, more preferably of at least 90%. Most preferably, the inventive Layer have a transmission of at least 95%.
Die
erfindungsgemäße Schicht kann eine mittels Tape-Test
gemäß
Vorzugsweise
kann die erfindungsgemäße Schicht eine mittels
Scratch Hardness Tester der Fa. Erichsen, Model 291, gemäß Prüfverfahren
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Beispiels erläutert.following The invention will be explained by way of example.
- – 20 Gew.-% ITO Nanopartikel mit Primärpartikel mit einer Größe unter 20 nm, und
- – 80 Gew.-% Ethanol als Lösungs- oder Dispersionsmittel,
- 20% by weight of ITO nanoparticles with primary particles smaller than 20 nm, and
- 80% by weight of ethanol as solvent or dispersion medium,
Anschließend wurde die Beschichtung bei 20°C an Luft getrocknet, und danach mit kontinuierlichem Laserlicht der Wellenlänge 1550 nm, einer Leistung von 75 W scannend mit einer Scangeschwindigkeit von 2500 mm/s, einem Spurversatz von 0,1 mm und einem Strahldurchmesser am Werkstück von 0,7 mm einmalig bestrahlt.Subsequently the coating was dried at 20 ° C in air, and afterwards with continuous laser light of the wavelength 1550 nm, a power of 75 W scanning at a scan speed of 2500 mm / s, a track offset of 0.1 mm and a beam diameter once irradiated on the workpiece of 0.7 mm.
Die
somit erhaltene Schicht wies einen Flächenwiderstand 30 Ω/sq,
eine Transmission von 95%, eine mit einem Scratch Hardness Tester
der Fa. Erichsen, Model 291, gemäß Prüfverfahren
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- - DE 102006005019 [0017] - DE 102006005019 [0017]
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- - EP 06018493 [0017] EP 06018493 [0017]
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- - DIN 13523-4 [0043] - DIN 13523-4 [0043]
- - DIN 13523-4 [0047] - DIN 13523-4 [0047]
- - DIN EN ISO 2409 [0047] - DIN EN ISO 2409 [0047]
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