DE102014004253A1 - Verfahren zur herstellung eines strukturierten transparenten leiters - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines strukturierten Leiters bereitgestellt, umfassend: Bereitstellen eines leitend gemachten Substrats, wobei das leitend gemachte Substrat ein Substrat und eine elektrisch leitende Schicht umfasst, Bereitstellen eines Ätzmittels für die elektrisch leitende Schicht, Bereitstellen eines Spinnmaterials, Bereitstellen eines Maskierungsfaserlösungsmittels, Bilden einer Mehrzahl von Maskierungsfasern und Abscheiden der Mehrzahl von Maskierungsfasern auf der elektrisch leitenden Schicht, Aussetzen der elektrisch leitenden Schicht gegenüber dem Ätzmittel für die elektrisch leitende Schicht, wobei die elektrisch leitende Schicht, die nicht von der Mehrzahl von Maskierungsfasern bedeckt ist, von dem Substrat entfernt wird, wobei ein verbundenes leitendes Netzwerk auf dem Substrat zurückbleibt, das durch die Mehrzahl von Maskierungsfasern bedeckt ist, und Aussetzen der Mehrzahl von Maskierungsfasern gegenüber dem Maskierungsfaserlösungsmittel, wobei die Mehrzahl von Maskierungsfasern entfernt wird, so dass das verbundene leitende Netzwerk auf dem Substrat freigelegt wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Herstellung von strukturierten transparenten Leitern.
  • Filme, die eine hohe Leitfähigkeit kombiniert mit einer hohen Transparenz aufweisen, sind von großem Wert für die Verwendung als Elektroden oder Beschichtungen in einem breiten Bereich von elektronischen Anwendungen, einschließlich z. B. Berührungsbildschirmanzeigen und photovoltaischen Zellen. Die gegenwärtige Technologie für diese Anwendungen umfasst die Verwendung von Zinn-dotiertes Indiumoxid(ITO)-enthaltenden Filmen, die mittels physikalischer Gasphasenabscheidungsverfahren abgeschieden werden. Der hohe Kapitalaufwand für physikalische Gasphasenabscheidungsverfahren hat zu dem Wunsch geführt, alternative transparente leitende Materialien und Beschichtungsansätze zu finden. Die Verwendung von Silber-Nanodrähten, die als perkolierendes Netzwerk dispergiert sind, hat sich als vielversprechende Alternative zu ITO-enthaltenden Filmen erwiesen. Die Verwendung von Silber-Nanodrähten bietet potenziell den Vorteil, eine Verarbeitung mittels Rolle-zu-Rolle-Techniken zu ermöglichen. Somit bieten Silber-Nanodrähte den Vorteil einer kostengünstigen Herstellung mit dem Potenzial der Bereitstellung einer höheren Transparenz und Leitfähigkeit als herkömmliche ITO-enthaltende Filme.
  • Bei kapazitiven Berührungsbildschirmanwendungen sind leitende Strukturen erforderlich. Eine der Schlüsselherausforderungen für solche Anwendungen besteht darin, dass die gebildeten Strukturen für das bloße Auge unsichtbar (oder nahezu unsichtbar) sein müssen.
  • Ein Ansatz zum Bereitstellen von strukturierten transparenten Leitern auf Nanodrahtbasis wurde von Allemand et al. im US-Patent Nr. 8,018,568 offenbart. Allemand et al. offenbaren einen optisch einheitlichen transparenten Leiter, der umfasst: ein Substrat, einen leitenden Film auf dem Substrat, wobei der leitende Film eine Mehrzahl von miteinander verbundenen Nanostrukturen umfasst, wobei eine Struktur auf dem leitenden Film (1) einen ungeätzten Bereich mit einem ersten spezifischen Widerstand, einer ersten Durchlässigkeit und einer ersten Trübung und (2) einen geätzten Bereich mit einem zweiten spezifischen Widerstand, einer zweiten Durchlässigkeit und einer zweiten Trübung definiert, und wobei der geätzte Bereich weniger leitfähig ist als der ungeätzte Bereich, das Verhältnis des ersten spezifischen Widerstands zu dem zweiten spezifischen Widerstand mindestens 1000 beträgt, wobei sich die erste Durchlässigkeit um weniger als 5% von der zweiten Durchlässigkeit unterscheidet und wobei sich die erste Trübung um weniger als 0,5% von der zweiten Trübung unterscheidet.
  • Dennoch verbleibt ein Bedarf für ein alternatives Verfahren zur Herstellung eines strukturierten transparenten Leiters, der einen elektrisch leitenden Bereich und einen elektrisch nicht leitenden Bereich aufweist, wobei der elektrisch leitende Bereich und der elektrisch nicht leitende Bereich mit dem bloßen Auge im Wesentlichen nicht unterscheidbar sind.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines strukturierten Leiters bereit, umfassend: Bereitstellen eines leitend gemachten Substrats, wobei das leitend gemachte Substrat ein Substrat und eine elektrisch leitende Schicht umfasst, Bereitstellen eines Ätzmittels für die elektrisch leitende Schicht, Bereitstellen eines Spinnmaterials, Bereitstellen eines Maskierungsfaserlösungsmittels, Bilden einer Mehrzahl von Maskierungsfasern und Abscheiden der Mehrzahl von Maskierungsfasern auf der elektrisch leitenden Schicht, gegebenenfalls Komprimieren der Mehrzahl von Maskierungsfasern auf der elektrisch leitenden Schicht, Aussetzen der elektrisch leitenden Schicht gegenüber dem Ätzmittel für die elektrisch leitende Schicht, wobei die elektrisch leitende Schicht, die nicht von der Mehrzahl von Maskierungsfasern bedeckt ist, von dem Substrat entfernt wird, wobei ein verbundenes leitendes Netzwerk auf dem Substrat zurückbleibt, das durch die Mehrzahl von Maskierungsfasern bedeckt ist, und Aussetzen der Mehrzahl von Maskierungsfasern gegenüber dem Maskierungsfaserlösungsmittel, wobei die Mehrzahl von Maskierungsfasern entfernt wird, so dass das verbundene leitende Netzwerk auf dem Substrat freigelegt wird.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines strukturierten transparenten Leiters bereit, umfassend: Bereitstellen eines leitend gemachten transparenten Substrats, wobei das leitend gemachte transparente Substrat ein transparentes Substrat und eine elektrisch leitende Schicht umfasst, Bereitstellen eines Ätzmittels für die elektrisch leitende Schicht, Bereitstellen eines Spinnmaterials, Bereitstellen eines Maskierungsfaserlösungsmittels, Bilden einer Mehrzahl von Maskierungsfasern und Abscheiden der Mehrzahl von Maskierungsfasern auf der elektrisch leitenden Schicht, gegebenenfalls Komprimieren der Mehrzahl von Maskierungsfasern auf der elektrisch leitenden Schicht, Aussetzen der elektrisch leitenden Schicht gegenüber dem Ätzmittel für die elektrisch leitende Schicht, wobei die elektrisch leitende Schicht, die nicht von der Mehrzahl von Maskierungsfasern bedeckt ist, von dem Substrat entfernt wird, wobei ein verbundenes leitendes Netzwerk auf dem Substrat zurückbleibt, das durch die Mehrzahl von Maskierungsfasern bedeckt ist, und Aussetzen der Mehrzahl von Maskierungsfasern gegenüber dem Maskierungsfaserlösungsmittel, wobei die Mehrzahl von Maskierungsfasern entfernt wird, so dass das verbundene leitende Netzwerk auf dem Substrat freigelegt wird.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines strukturierten transparenten Leiters bereit, umfassend: Bereitstellen eines leitend gemachten transparenten Substrats, wobei das leitend gemachte transparente Substrat ein transparentes Substrat und eine elektrisch leitende Schicht umfasst, wobei die elektrisch leitende Schicht eine elektrisch leitende Metallschicht ist, Bereitstellen eines Ätzmittels für die elektrisch leitende Schicht, Bereitstellen eines Spinnmaterials, Bereitstellen eines Maskierungsfaserlösungsmittels, Bilden einer Mehrzahl von Maskierungsfasern und Abscheiden der Mehrzahl von Maskierungsfasern auf der elektrisch leitenden Schicht, gegebenenfalls Komprimieren der Mehrzahl von Maskierungsfasern auf der elektrisch leitenden Schicht, Aussetzen der elektrisch leitenden Schicht gegenüber dem Ätzmittel für die elektrisch leitende Schicht, wobei die elektrisch leitende Schicht, die nicht von der Mehrzahl von Maskierungsfasern bedeckt ist, von dem Substrat entfernt wird, wobei ein verbundenes leitendes Netzwerk auf dem Substrat zurückbleibt, das durch die Mehrzahl von Maskierungsfasern bedeckt ist, und Aussetzen der Mehrzahl von Maskierungsfasern gegenüber dem Maskierungsfaserlösungsmittel, wobei die Mehrzahl von Maskierungsfasern entfernt wird, so dass das verbundene leitende Netzwerk auf dem Substrat freigelegt wird.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines strukturierten transparenten Leiters bereit, umfassend: Bereitstellen eines leitend gemachten transparenten Substrats, wobei das leitend gemachte transparente Substrat ein transparentes Substrat und eine elektrisch leitende Schicht umfasst, Bereitstellen eines Ätzmittels für die elektrisch leitende Schicht, Bereitstellen eines Spinnmaterials, Bereitstellen eines Maskierungsfaserlösungsmittels, Bilden einer Mehrzahl von Maskierungsfasern und Abscheiden der Mehrzahl von Maskierungsfasern auf der elektrisch leitenden Schicht, wobei die Mehrzahl von Maskierungsfasern auf der elektrisch leitenden Schicht unter Verwendung eines Verfahrens gebildet und abgeschieden wird, das aus der Gruppe, bestehend aus Elektrospinnen, Schmelzblasen, Gasstrahlspinnen, Gasstrahlelektrospinnen, Zentrifugenspinnen, nadellosem Elektrospinnen und Schmelzelektrospinnen, ausgewählt ist, gegebenenfalls Komprimieren der Mehrzahl von Maskierungsfasern auf der elektrisch leitenden Schicht, Aussetzen der elektrisch leitenden Schicht gegenüber dem Ätzmittel für die elektrisch leitende Schicht, wobei die elektrisch leitende Schicht, die nicht von der Mehrzahl von Maskierungsfasern bedeckt ist, von dem Substrat entfernt wird, wobei ein verbundenes leitendes Netzwerk auf dem Substrat zurückbleibt, das durch die Mehrzahl von Maskierungsfasern bedeckt ist, und Aussetzen der Mehrzahl von Maskierungsfasern gegenüber dem Maskierungsfaserlösungsmittel, wobei die Mehrzahl von Maskierungsfasern entfernt wird, so dass das verbundene leitende Netzwerk auf dem Substrat freigelegt wird.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines strukturierten transparenten Leiters bereit, umfassend: Bereitstellen eines leitend gemachten transparenten Substrats, wobei das leitend gemachte transparente Substrat ein transparentes Substrat und eine elektrisch leitende Schicht umfasst, wobei die elektrisch leitende Schicht eine elektrisch leitende Metallschicht ist, Bereitstellen eines Ätzmittels für die elektrisch leitende Schicht, Bereitstellen eines Spinnmaterials, Bereitstellen eines Maskierungsfaserlösungsmittels, Bilden einer Mehrzahl von Maskierungsfasern und Abscheiden der Mehrzahl von Maskierungsfasern auf der elektrisch leitenden Schicht, wobei die Mehrzahl von Maskierungsfasern auf der elektrisch leitenden Metallschicht unter Verwendung eines Verfahrens gebildet und abgeschieden wird, das aus der Gruppe, bestehend aus Elektrospinnen, Schmelzblasen, Gasstrahlspinnen, Gasstrahlelektrospinnen, Zentrifugenspinnen, nadellosem Elektrospinnen und Schmelzelektrospinnen, ausgewählt ist, gegebenenfalls Komprimieren der Mehrzahl von Maskierungsfasern auf der elektrisch leitenden Schicht, Aussetzen der elektrisch leitenden Schicht gegenüber dem Ätzmittel für die elektrisch leitende Schicht, wobei die elektrisch leitende Schicht, die nicht von der Mehrzahl von Maskierungsfasern bedeckt ist, von dem Substrat entfernt wird, wobei ein verbundenes leitendes Netzwerk auf dem Substrat zurückbleibt, das durch die Mehrzahl von Maskierungsfasern bedeckt ist, und Aussetzen der Mehrzahl von Maskierungsfasern gegenüber dem Maskierungsfaserlösungsmittel, wobei die Mehrzahl von Maskierungsfasern entfernt wird, so dass das verbundene leitende Netzwerk auf dem Substrat freigelegt wird.
  • Die vorliegende Erfindung stellt einen strukturierten transparenten Leiter bereit, der gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die 1 bis 3 sind mittels optischer Mikroskopie erhaltene Draufsichtbilder des strukturierten transparenten Leiters der vorliegenden Erfindung, der gemäß dem Beispiel hergestellt worden ist.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Der Begriff „Gesamtdurchlässigkeit”, der hier und in den beigefügten Patentansprüchen verwendet wird, bezieht sich auf die Lichtdurchlässigkeit (in %) des strukturierten transparenten Leiters der vorliegenden Erfindung, die gemäß ASTM D1003-11 e1 gemessen worden ist.
  • Der Begriff „Trübung”, der hier und in den beigefügten Patentansprüchen verwendet wird, bezieht sich auf die Trübung (in %) des strukturierten transparenten Leiters der vorliegenden Erfindung, die gemäß ASTM D1003-11e1 gemessen worden ist.
  • Der strukturierte Leiter, der unter Verwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist, ist in verschiedenen Anwendungen nützlich, wie z. B. in elektromagnetischen Abschirmungsanwendungen. Der bevorzugte strukturierte transparente Leiter, der unter Verwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist, ist besonders in kapazitiven Berührungsbildschirmanwendungen geeignet. Zur Verwendung in solchen Anwendungen ist es bevorzugt, einen transparenten Leiter bereitzustellen, der eine Struktur aus elektrisch leitenden und elektrisch nicht leitenden Bereichen aufweist. Eine signifikante Herausforderung bei der Bereitstellung solcher strukturierten transparenten Leiter ist die Maximierung der Gesamtdurchlässigkeit und die Minimierung der Trübung.
  • Das Verfahren zur Herstellung eines strukturierten Leiters (vorzugsweise eines strukturierten transparenten Leiters) der vorliegenden Erfindung umfasst vorzugsweise: Bereitstellen eines leitend gemachten Substrats (vorzugsweise eines leitend gemachten transparenten Substrats, mehr bevorzugt eines metallisierten transparenten Substrats), wobei das leitend gemachte Substrat ein Substrat (wobei das Substrat vorzugsweise ein transparentes Substrat ist) und eine elektrisch leitende Schicht (vorzugsweise eine elektrisch leitende Metallschicht) umfasst, Bereitstellen eines Ätzmittels für die elektrisch leitende Schicht, Bereitstellen eines Spinnmaterials, Bereitstellen eines Maskierungsfaserlösungsmittels, Bilden einer Mehrzahl von Maskierungsfasern und Abscheiden der Mehrzahl von Maskierungsfasern auf der elektrisch leitenden Schicht, gegebenenfalls Komprimieren der Mehrzahl von Maskierungsfasern auf der elektrisch leitenden Schicht, Aussetzen der elektrisch leitenden Schicht gegenüber dem Ätzmittel für die elektrisch leitende Schicht, wobei die elektrisch leitende Schicht, die nicht von der Mehrzahl von Maskierungsfasern bedeckt ist, von dem Substrat entfernt wird, wobei ein verbundenes leitendes Netzwerk auf dem Substrat zurückbleibt, das durch die Mehrzahl von Maskierungsfasern bedeckt ist, und Aussetzen der Mehrzahl von Maskierungsfasern gegenüber dem Maskierungsfaserlösungsmittel, wobei die Mehrzahl von Maskierungsfasern entfernt wird, so dass das verbundene leitende Netzwerk auf dem Substrat freigelegt wird.
  • Das Substrat, das in dem leitend gemachten Substrat in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann aus jedweden bekannten Substraten ausgewählt sein. Vorzugsweise ist das Substrat, das in dem leitend gemachten Substrat verwendet wird, ein transparentes Substrat, das aus jedweden bekannten transparenten Substraten ausgewählt ist, einschließlich sowohl transparente leitende als auch transparente nicht leitende Substrate. Vorzugsweise ist das transparente Substrat aus der Gruppe, bestehend aus Polyethylenterephthalat (PET), Polycarbonat (PC), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyethylennaphthalat (PEN), Polyethersulfon (PES), cyclischem Olefinpolymer (COP), Triacetylcellulose (TAC), Polyvinylalkohol (PVA), Polyimid (PI), Polystyrol (PS) (z. B. biaxial gestrecktem Polystyrol) und Glas (z. B. Gorilla®-Glas und Willow®-Glas, die beide von Dow Corning erhältlich sind), ausgewählt. Mehr bevorzugt ist das transparente Substrat aus der Gruppe, bestehend aus Glas, Polyethylen, Polyethylenterephthalat, Polycarbonat und Polymethylmethacrylat, ausgewählt. Insbesondere ist das transparente Substrat Polyethylenterephthalat.
  • Die elektrisch leitende Schicht in dem leitend gemachten Substrat (vorzugsweise dem leitend gemachten transparenten Substrat) kann jedwedes bekannte leitende Material umfassen. Vorzugsweise umfasst die elektrisch leitende Schicht ein leitendes Metall oder Metalloxid. Vorzugsweise ist die elektrisch leitende Schicht eine elektrisch leitende Metallschicht, die aus der Gruppe, bestehend aus Silber, Kupfer, Palladium, Platin, Gold, Zink, Silizium, Kadmium, Zinn, Lithium, Nickel, Indium, Chrom, Antimon, Gallium, Bor, Molybdän, Germanium, Zirkonium, Beryllium, Aluminium, Magnesium, Mangan, Kobalt, Titan, Legierungen und Oxiden davon, ausgewählt ist. Mehr bevorzugt ist die elektrisch leitende Metallschicht ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Silber und Silber, das mit mindestens einem Element legiert ist, das aus der Gruppe, bestehend aus Kupfer, Palladium, Platin, Gold, Zink, Silizium, Kadmium, Zinn, Lithium, Nickel, Indium, Chrom, Antimon, Gallium, Bor, Molybdän, Germanium, Zirkonium, Beryllium, Aluminium, Magnesium, Mangan, Kobalt und Titan, ausgewählt ist. Insbesondere ist die elektrisch leitende Metallschicht Silber.
  • Die elektrisch leitende Schicht und das Substrat (wobei das Substrat vorzugsweise ein transparentes Substrat ist) können vorzugsweise mittels bekannter Techniken miteinander verbunden werden. Vorzugsweise kann die elektrisch leitende Schicht auf eine Oberfläche des Substrats (wobei das Substrat vorzugsweise ein transparentes Substrat ist) durch Bereitstellen einer leitenden Folie oder eines leitenden Blatts und Laminieren derselben bzw. desselben auf die Oberfläche des Substrats unter Verwendung eines Haftmittels aufgebracht werden. Vorzugsweise kann die leitende Schicht auf einer Oberfläche des Substrats (wobei das Substrat vorzugsweise ein transparentes Substrat ist) unter Verwendung eines Verfahrens abgeschieden werden, das aus der Gruppe, bestehend aus Sputtern, Plasmaspritzbeschichten, thermischem Spritzbeschichten, Elektrosprayabscheiden, chemischer Gasphasenabscheidung (z. B. Plasma-unterstützter chemischer Gasphasenabscheidung, metallorganischer chemischer Gasphasenabscheidung), Abscheidung einer atomaren Schicht, physikalischer Gasphasenabscheidung, Abscheidung mittels gepulstem Laser, kathodischer Lichtbogenabscheidung, Plattieren, stromlosem Plattieren und elektrohydrodynamischer Abscheidung, ausgewählt ist. Vorzugsweise kann die leitende Schicht auf einer Oberfläche des Substrats (wobei das Substrat vorzugsweise ein transparentes Substrat ist) unter Verwendung eines Verfahrens abgeschieden werden, das aus der Gruppe, bestehend aus chemischem Lösungsabscheiden, Spritzen, Tauchbeschichten, Schleuderbeschichten, Rakelbeschichten, Kiss-Coating, Tiefdruckbeschichten, Siebdrucken, Tintenstrahldrucken und Tampondrucken, ausgewählt ist. Insbesondere wird die leitende Schicht auf einer Oberfläche des Substrats (wobei das Substrat vorzugsweise ein transparentes Substrat ist) mittels Sputtern abgeschieden.
  • Die elektrisch leitende Schicht auf dem Substrat (wobei das Substrat vorzugsweise ein transparentes Substrat ist) weist vorzugsweise eine durchschnittliche Dicke von 10 bis 200 nm (mehr bevorzugt 50 bis 150 nm, insbesondere 90 bis 110 nm) auf.
  • Das Spinnmaterial, das in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, umfasst vorzugsweise ein Maskierungsmaterial. Mehr bevorzugt umfasst das Spinnmaterial ein Maskierungsmaterial und einen Träger. Der Fachmann ist in der Lage, geeignete Materialien zur Verwendung als Maskierungsmaterial und als Träger auszuwählen. Bevorzugte Maskierungsmaterialien sind sowohl zur Abscheidung mittels eines Verfahrens, das aus der Gruppe, bestehend aus Elektrospinnen, Schmelzblasen, Gasstrahlspinnen, Gasstrahlelektrospinnen, Zentrifugenspinnen, nadellosem Elektrospinnen und Schmelzelektrospinnen, ausgewählt ist, als auch als Ätzlack geeignet, wenn die elektrisch leitende Schicht (vorzugsweise eine elektrisch leitende Metallschicht) dem Ätzmittel für die elektrisch leitende Schicht (vorzugsweise einem Metallätzmittel) ausgesetzt wird. Vorzugsweise ist das Maskierungsmaterial aus bekannten elektrospinnbaren filmbildenden Materialien ausgewählt, wie z. B. filmbildenden Polymeren (z. B. Polyacrylsäure, Polyethylenoxid, Polyvinylalkohol, Polyvinylpropylen), Cellulose (z. B. Hydroxypropylcellulose, Nitrocellulose), Seide und Gemischen davon. Mehr bevorzugt ist das Maskierungsmaterial Polymethylmethacrylat. Insbesondere ist das Maskierungsmaterial Polymethylmethacrylat mit einem Gewichtsmittel des Molekulargewichts, MW, von 10000 bis 1000000 g/mol (vorzugsweise 50000 bis 500000 g/mol, mehr bevorzugt 100000 bis 500000 g/mol, insbesondere 250000 bis 450000 g/mol). Insbesondere ist das Spinnmaterial eine Lösung von Polymethylmethacrylat in mindestens einem von Chloroform, Methylethylketon, Aceton, Propanol, Methanol und Isopropanol (vorzugsweise ein Gemisch aus Aceton und Isopropanol).
  • Vorzugsweise wird in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung das Spinnmaterial zu Fasern ausgebildet und auf der elektrisch leitenden Schicht durch ein Verfahren abgeschieden, das aus der Gruppe, bestehend aus Elektrospinnen, Schmelzblasen, Gasstrahlspinnen, Gasstrahlelektrospinnen, Zentrifugenspinnen, nadellosem Elektrospinnen und Schmelzelektrospinnen, ausgewählt ist. Mehr bevorzugt wird das Spinnmaterial in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung durch Elektrospinnen zu Fasern ausgebildet und auf der elektrisch leitenden Schicht abgeschieden. Noch mehr bevorzugt wird das Spinnmaterial in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung durch Elektrospinnen zu Fasern ausgebildet und auf der elektrisch leitenden Schicht abgeschieden, wobei das Spinnmaterial durch eine Düse zugeführt wird, die eine zentrale Öffnung aufweist, wobei eine Mehrzahl von Maskierungsfasern gebildet wird und die Mehrzahl von Maskierungsfasern auf der elektrisch leitenden Schicht auf dem transparenten Substrat abgeschieden wird. Der Fachmann ist in der Lage, geeignete Elektrospinnverfahrensbedingungen auszuwählen. Vorzugsweise wird das Spinnmaterial in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung durch die Düse bei einer Flussrate von 0,1 bis 100 μL/min geleitet (mehr bevorzugt 1 bis 50 μL/min, noch mehr bevorzugt 10 bis 40 μL/min, insbesondere 20 bis 30 μL/min).
  • Vorzugsweise wird in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung die Düse auf eine angelegte positive Differenz des elektrischen Potenzials relativ zu dem Substrat eingestellt. Mehr bevorzugt beträgt die angelegte elektrische Potenzialdifferenz 5 bis 50 kV (vorzugsweise 5 bis 30 kV, mehr bevorzugt 5 bis 25 kV, insbesondere 5 bis 10 kV).
  • Gegebenenfalls wird die Mehrzahl von Maskierungsfasern, die auf der elektrisch leitenden Schicht abgeschieden ist, komprimiert, um einen guten Kontakt zwischen der Mehrzahl von Maskierungsfasern und der elektrisch leitenden Schicht sicherzustellen. Vorzugsweise wird die Mehrzahl von Maskierungsfasern auf der elektrisch leitenden Schicht dadurch komprimiert, dass das transparente Substrat mit der elektrisch leitenden Schicht und der Mehrzahl von Maskierungsfasern darauf zwischen zwei nicht-klebenden Blättern bzw. Folien (z. B. zwei Teflonblättern oder -folien) angeordnet wird, bevor die Mehrzahl von Maskierungsfasern komprimiert wird.
  • Vorzugsweise wird in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung die elektrisch leitende Schicht mit der darauf abgeschiedenen Mehrzahl von Maskierungsfasern einem Ätzmittel für die elektrisch leitende Schicht ausgesetzt, wobei die elektrisch leitende Schicht, die nicht mit der Mehrzahl von Maskierungsfasern bedeckt ist, von dem transparenten Substrat weggeätzt wird, wobei ein verbundenes leitendes Netzwerk auf dem transparenten Substrat gebildet wird, das durch die Mehrzahl von Maskierungsfasern bedeckt ist. Der Fachmann ist in der Lage, ein geeignetes Ätzmittel für die elektrisch leitende Schicht für die elektrisch leitende Schicht auszuwählen, die in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Wenn die elektrisch leitende Schicht Silber ist, wird das Ätzmittel für die elektrisch leitende Schicht aus der Gruppe, bestehend aus einer Ammoniumhydroxid/Wasserstoffperoxid-Lösung in Methanol (vorzugsweise einem molaren 1:1:4-Gemisch von NH4OH:H2O2:CH3OH), einer wässrigen Eisen(III)-nitrat-nonahydrat-Lösung (vorzugsweise einer 20 Gew.-%igen Lösung von Fe(NO3)3 in entionisiertem Wasser) und einer wässrigen Phosphorsäure/Salpetersäure/Essigsäure-Lösung (vorzugsweise einem molaren 3:3:23:1-Gemisch von H3PO4:HNO3:CH3COOH:H2O), ausgewählt. Wenn die elektrisch leitende Schicht Silber ist, wird das Ätzmittel für die elektrisch leitende Schicht mehr bevorzugt aus der Gruppe, bestehend aus einer wässrigen Eisen(III)-nitrat-nonahydrat-Lösung (vorzugsweise einer 20 Gew.-%igen Lösung von Fe(NO3)3 in entionisiertem Wasser) und einer wässrigen Phosphorsäure/Salpetersäure/Essigsäure-Lösung (vorzugsweise einem molaren 3:3:23:1-Gemisch von H3PO4:HNO3:CH3COOH:H2O), ausgewählt. Wenn die elektrisch leitende Schicht Silber ist, ist das Ätzmittel für die elektrisch leitende Schicht insbesondere eine wässrige Eisen(III)-nitrat-nonahydrat-Lösung (vorzugsweise eine 20 Gew.-%ige Lösung von Fe(NO3)3 in entionisiertem Wasser).
  • Vorzugsweise wird in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung dann die Mehrzahl von Maskierungsfasern entfernt, die das verbundene leitende Netzwerk auf dem Substrat (wobei das Substrat vorzugsweise ein transparentes Substrat ist) bedeckt. Vorzugsweise wird die Mehrzahl von Maskierungsfasern einem Maskierungsfaserlösungsmittel ausgesetzt, wobei die Mehrzahl von Maskierungsfasern entfernt wird, so dass das verbundene leitende Netzwerk auf dem Substrat (wobei das Substrat vorzugsweise ein transparentes Substrat ist) freigelegt wird. Der Fachmann ist in der Lage, ein geeignetes Maskierungsfaserlösungsmittel zur Verwendung in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung auszuwählen. Vorzugsweise wird das Maskierungsfaserlösungsmittel aus der Gruppe, bestehend aus Chloroform, Methylethylketon, Aceton, Propanol, Methanol, Isopropanol und Gemischen davon, ausgewählt (mehr bevorzugt ein Gemisch aus Aceton und Isopropanol, insbesondere Aceton).
  • Vorzugsweise wird in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung das verbundene leitende Netzwerk in einer kontrollierten Struktur auf dem Substrat ausgebildet. Vorzugsweise ist die kontrollierte Struktur aus der Gruppe, bestehend aus einer regelmäßigen Struktur und einer unregelmäßigen Struktur ausgewählt. Mehr bevorzugt ist das verbundene leitende Netzwerk in einer unregelmäßigen Struktur ausgebildet. Vorzugsweise ist die kontrollierte Struktur eine Gitterstruktur. Gitterstrukturen umfassen z. B. Vielecke mit geraden Seiten (wie z. B. Rauten, Quadrate, Rechtecke, Dreiecke, Sechsecke, usw.), Kreise, mehrfach gekrümmte Formen, Formen mit einer Kombination aus gekrümmten und geraden Seiten (z. B. Halbkreise) und Kombinationen davon.
  • Vorzugsweise ist in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung die Mehrzahl von Maskierungsfasern so ausgebildet, dass sie kleine Durchmesser aufweisen. Es wird davon ausgegangen, dass die kleinen Faserdurchmesser die Bildung eines verbundenen leitenden Netzwerks mit kleinen Linienbreiten erleichtern, so dass die Blockierung von Licht, das durch den strukturierten transparenten Leiter hindurchtritt, minimiert wird, so dass die Transparenz maximiert wird, die Trübung minimiert wird und die Sichtbarkeit des verbundenen leitenden Netzwerks für das bloße Auge minimiert wird. Vorzugsweise werden die Maskierungsfasern in der Mehrzahl von Maskierungsfasern so auf der elektrisch leitenden Schicht ausgebildet und abgeschieden, dass die abgeschiedenen Maskierungsfasern einen durchschnittlichen Durchmesser von ≤ 200 μm aufweisen. Mehr bevorzugt werden die Maskierungsfasern in der Mehrzahl von Maskierungsfasern so auf der elektrisch leitenden Schicht ausgebildet und abgeschieden, dass die abgeschiedenen Maskierungsfasern einen durchschnittlichen Durchmesser von ≤ 100 μm aufweisen. Noch mehr bevorzugt werden die Maskierungsfasern in der Mehrzahl von Maskierungsfasern so auf der elektrisch leitenden Schicht ausgebildet und abgeschieden, dass die abgeschiedenen Maskierungsfasern einen durchschnittlichen Durchmesser von ≤ 20 μm aufweisen. Insbesondere werden die Maskierungsfasern in der Mehrzahl von Maskierungsfasern so auf der elektrisch leitenden Schicht ausgebildet und abgeschieden, dass die abgeschiedenen Maskierungsfasern einen durchschnittlichen Durchmesser von ≤ 2 μm aufweisen.
  • Der strukturierte transparente Leiter, der unter Verwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist, weist vorzugsweise einen Flächenwiderstand, Rs (gemessen mit dem Verfahren, das hier in den Beispielen beschrieben ist), von ≤ 100 Ω/Quadrat auf (mehr bevorzugt ≤ 50 Ω/Quadrat, noch mehr bevorzugt ≤ 10 Ω/Quadrat, insbesondere ≤ 5 Ω/Quadrat).
  • Der strukturierte transparente Leiter, der unter Verwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist, weist vorzugsweise eine Gesamtdurchlässigkeit von ≥ 80% auf (mehr bevorzugt ≥ 90%, insbesondere ≥ 95%).
  • Der strukturierte transparente Leiter, der unter Verwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist, weist vorzugsweise eine Trübung von ≤ 5% auf (mehr bevorzugt ≤ 4%, insbesondere ≤ 3%).
  • Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend in dem folgenden Beispiel detailliert beschrieben.
  • Die Daten der Gesamtdurchlässigkeit, TDurchlässigkeit, die in dem Beispiel angegeben sind, wurden gemäß ASTM D1003-11e1 unter Verwendung eines BYK Instrument Haze-gard plus-Durchlässigkeitsmessgeräts gemessen.
  • Die Daten der Trübung, HTrübung, die in dem Beispiel angegeben sind, wurden gemäß ASTM D1003-11e1 unter Verwendung eines BYK Instrument Haze-gard plus-Durchlässigkeitsmessgeräts gemessen.
  • Der Flächenwiderstand des strukturierten transparenten Leiters wurde gemäß ASTM F1844 unter Verwendung eines kontaktlosen Delcom 717B Leitfähigkeitsüberwachungsgeräts und gemäß ASTM F390-11 unter Verwendung einer Jandel HM-20 kollinearen 4-Punktsondentesteinheit von Jandel Engineering Limited gemessen. Der unter Verwendung dieser Techniken gemessene durchschnittliche Flächenwiderstand ist in der Tabelle 1 angegeben.
  • Das in dem Beispiel verwendete metallisierte transparente Substrat war eine 188 μm dicke, biaxial gestreckte Polyethylenterephthalatfolie (von Toray Industries, Inc. als Lumirror® U35 erhältlich), auf der ein Silberfilm mit einer durchschnittlichen Dicke von 100 nm von Materion Large Area Coatings, LLC mittels Sputtern abgeschieden worden ist.
  • Das Polymethylmethacrylat in dem Spinnmaterial, das in dem Beispiel verwendet worden ist, wies ein angegebenes Gewichtsmittel des Molekulargewichts, MW, von 360000 auf (von Scientific Polymer Products, Inc. erhältlich).
  • Das Aceton/Isopropanol-Lösungsmittelgemisch in dem Spinnmaterial, das in dem Beispiel verwendet worden ist, war ein 90 Gew.-% Aceton/10 Gew.-% Isopropanol-Gemisch.
  • Das Spinnmaterial, das in dem Beispiel verwendet worden ist, war eine 12 Gew.-%ige Lösung des Polymethylmethacrylats in dem Aceton/Isopropanol-Lösungsmittelgemisch.
  • Die wässrige Eisen(III)-nitrat-nonahydrat-Metallätzmittellösung, die in dem Beispiel verwendet worden ist, wurde durch Abwiegen von 20 g Eisen(III)-nitrat-nonahydrat (von Sigma-Aldrich als Produkt Nummer F3002 erhältlich) in einen Becher und dann Hinzufügen von 80 g entionisiertem Wasser zu dem Becher unter Rühren hergestellt.
  • Beispiel 1: Herstellung eines strukturierten transparenten Leiters
  • Eine Mehrzahl von Maskierungsfasern wurde auf das Silber-beschichtete transparente Substrat unter Verwendung einer Elektrospinn-Tischkabine von IME Technologies elektrogesponnen, die mit einem Einzeldüsenspinnkopf und einer rotierenden Trommel als Substratträger (Modul EM-RDC, das eine Trommel mit einem Durchmesser von 100 mm und einer Länge von 220 mm aufwies) ausgestattet war. Die verwendete Düse wies einen Innendurchmesser von 0,5 mm auf. Beim Elektrospinnen wurde das Spinnmaterial der Düse unter Verwendung einer ProSense Modell Nr. NE1000 Spritzenpumpe zugeführt, die so eingestellt war, dass sie das Spinnmaterial bei einer Flussrate von 25 μl/min zuführte. Der Elektrospinnprozess wurde bei Umgebungsatmosphärenbedingungen in einem Labor bei 22°C und einer relativen Feuchtigkeit von 31% durchgeführt.
  • Das metallisierte transparente Substrat wurde um die rotierende Trommel eines rotierenden Trommelsammlers Modul EM-RDC von IME Technologies gewickelt, wobei die metallisierte Oberfläche nach außen zeigte.
  • Die übrigen Parameter für den Spinnvorgang waren wie folgt: Der Abstand zwischen dem rotierenden Substrat und der Nadel wurde auf 8 cm eingestellt, die Düse wurde auf 7,0 kV eingestellt, die Platte unterhalb des Substrats wurde auf –0,1 kV eingestellt, die Trommeldrehzahl des rotierenden Trommelsammlers (y-Achse) wurde auf 200 U/min eingestellt, die Nadelabtastgeschwindigkeit (x-Achse) wurde auf 5 mm/Sekunde eingestellt und die Nadelabtastdistanz wurde auf 120 mm eingestellt. Der Spinnvorgang wurde 1 Minute durchgeführt. Das metallisierte transparente Substrat wurde dann um 90 Grad auf der rotierenden Trommel gedreht (so dass die Orientierung der Drehung des metallisierten transparenten Substrats auf der rotierenden Trommel orthogonal zu dem ersten Spinndurchgang ist) und der Spinnvorgang wurde wieder initiiert und 1 weitere Minute durchgeführt.
  • Das metallisierte transparente Substrat mit einer Mehrzahl von Polymethylmethacrylat-Maskierungsfasern, die darauf abgeschieden waren, wurde dann von der rotierenden Trommel entfernt, zwischen zwei Teflonblättern angeordnet und in einer Collin Laborplattenpresse P300E angeordnet, die auf eine Solltemperatur von 170°C vorgeheizt war. Das metallisierte transparente Substrat wurde dann für 3 Minuten bei 170°C einer Druckkraft von 10 bar ausgesetzt, worauf für 1 Minute bei 170°C eine Druckkraft von 150 bar ausgeübt wurde. Dann wurde durch Einsetzen von zwei Kühlkassetten bei 16°C (eine oberhalb und eine unterhalb der Probe) und dann Schließen der Plattenpresse ein Abschreckkühlen des Substrats durchgeführt. Die Probe erreichte innerhalb weniger Minuten Raumtemperatur.
  • Das metallisierte transparente Substrat mit der komprimierten Mehrzahl von Maskierungsfasern darauf wurde dann für 1 Minute in ein Bad der wässrigen Eisen(III)-nitrat-nonahydrat-Metallätzmittellösung unter schwachem Rühren der Lösung eingetaucht. Das Substrat wurde dann für 5 Sekunden in drei nacheinander angeordnete Bäder mit entionisiertem Wasser bei Umgebungstemperatur getaucht. Das Substrat wurde dann unter Umgebungsbedingungen lufttrocknen gelassen, wobei ein transparentes Substrat mit einem verbundenen Silbernetzwerk erhalten wurde, das durch die Mehrzahl von komprimierten Maskierungsfasern bedeckt war.
  • Die Mehrzahl von komprimierten Maskierungsfasern wurde dann durch Eintauchen des Substrats in ein Acetonbad für fünf Minuten ohne Rühren entfernt. Das Substrat wurde dann aus dem Acetonbad entfernt und bei Umgebungsbedingungen an der Luft trocknen gelassen, wobei ein strukturiertes transparentes Substrat mit einem nicht bedeckten, verbundenen Silbernetzwerk darauf zurückblieb.
  • Das Substrat wurde dann zur Charakterisierung zu einer 2,54 cm × 2,54 cm-Probe geschnitten. Die Gesamtdurchlässigkeit, TDurchlässigkeit, die Trübung, HTrübung, und der Flächenwiderstand der Probe wurden dann an fünf verschiedenen Punkten auf der Probe gemessen. Der Durchschnitt dieser Messungen ist in der Tabelle 1 angegeben. Die angegebenen TDurchlässigkeit und HTrübung für das Polyethylenterephthalat-Basissubstrat betragen 92,2% bzw. 0,49%.
  • Dann wurde bei verschiedenen Vergrößerungen (250 μm, 100 μm und 20 μm) mit einem optischen Mikroskop eine Draufsicht des Substrats aufgenommen. Die Bilder sind als 1 bis 3 gezeigt. Tabelle 1
    Eigenschaft Messung
    Silberdrahtbreite 65,83 ± 28,78 μm
    Abstand zwischen parallelen Silberdrähten 543,32 ± 393,51 μm
    Dicke der Silberdrähte (senkrecht zur Substratoberfläche) 96,74 ± 12,12 μm
    TDurchlässigkeit 82,8%
    HTrübung 2,88%
    Flächenwiderstand 4,16 Ω/Quadrat
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 8018568 [0004]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • ASTM D1003-11 e1 [0013]
    • ASTM D1003-11e1 [0014]
    • ASTM D1003-11e1 [0033]
    • ASTM D1003-11e1 [0034]
    • ASTM F1844 [0035]
    • ASTM F390-11 [0035]

Claims (10)

  1. Verfahren zur Herstellung eines strukturierten Leiters, umfassend: Bereitstellen eines leitend gemachten Substrats, wobei das leitend gemachte Substrat ein Substrat und eine elektrisch leitende Schicht umfasst, Bereitstellen eines Ätzmittels für die elektrisch leitende Schicht, Bereitstellen eines Spinnmaterials, Bereitstellen eines Maskierungsfaserlösungsmittels, Bilden einer Mehrzahl von Maskierungsfasern und Abscheiden der Mehrzahl von Maskierungsfasern auf der elektrisch leitenden Schicht, gegebenenfalls Komprimieren der Mehrzahl von Maskierungsfasern auf der elektrisch leitenden Schicht, Aussetzen der elektrisch leitenden Schicht gegenüber dem Ätzmittel für die elektrisch leitende Schicht, wobei die elektrisch leitende Schicht, die nicht von der Mehrzahl von Maskierungsfasern bedeckt ist, von dem Substrat entfernt wird, wobei ein verbundenes leitendes Netzwerk auf dem Substrat zurückbleibt, das durch die Mehrzahl von Maskierungsfasern bedeckt ist, und Aussetzen der Mehrzahl von Maskierungsfasern gegenüber dem Maskierungsfaserlösungsmittel, wobei die Mehrzahl von Maskierungsfasern entfernt wird, so dass das verbundene leitende Netzwerk auf dem Substrat freigelegt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der strukturierte Leiter ein strukturierter transparenter Leiter ist und bei dem das bereitgestellte leitend gemachte Substrat ein transparentes Substrat und eine elektrisch leitende Schicht umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die elektrisch leitende Schicht eine elektrisch leitende Metallschicht ist, die aus der Gruppe, bestehend aus Silber, Kupfer, Palladium, Platin, Gold, Zink, Silizium, Kadmium, Zinn, Lithium, Nickel, Indium, Chrom, Antimon, Gallium, Bor, Molybdän, Germanium, Zirkonium, Beryllium, Aluminium, Magnesium, Mangan, Kobalt, Titan, Legierungen und Oxiden davon, ausgewählt ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Mehrzahl von Maskierungsfasern auf der elektrisch leitenden Schicht unter Verwendung eines Verfahrens gebildet und abgeschieden wird, das aus der Gruppe, bestehend aus Elektrospinnen, Schmelzblasen, Gasstrahlspinnen, Gasstrahlelektrospinnen, Zentrifugenspinnen, nadellosem Elektrospinnen und Schmelzelektrospinnen, ausgewählt ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das verbundene leitende Netzwerk eine kontrollierte Struktur auf dem Substrat ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die kontrollierte Struktur eine regelmäßige Struktur ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die kontrollierte Struktur eine unregelmäßige Struktur ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die elektrisch leitende Schicht Silber ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der strukturierte transparente Leiter eine Gesamtdurchlässigkeit von ≥ 80%, eine Trübung von ≤ 5% und einen Flächenwiderstand von ≤ 5 Ω/Quadrat aufweist.
  10. Strukturierter transparenter Leiter, der gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1 hergestellt worden ist.
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