TW201511041A - 導電結構及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

一種導電結構，其包括多個第一奈米導線以及多個第二奈米導線。第一奈米導線延伸方向大致朝向一第一方向。第二奈米導線延伸方向大致朝向一第二方向，且至少部分該些第二奈米導線與該些第一奈米導線電性連接，其中第一方向與第二方向係形成不等於0的夾角。本發明亦揭露一種導電結構的製造方法。

Description

導電結構及其製造方法
本發明係關於一種導電結構及其製造方法，特別關於一種透明奈米導電結構及其製造方法。
現今技術中，透明導電膜是透明且導電的塗層或膜，並且具有廣泛的應用，例如可用於顯示器、觸控面板、太陽能電池以及其他光電裝置中。一般來說，用於透明導電膜的主要材料是銦錫氧化物（ITO），然而以ITO為主的透明導體，因塗佈製程需要昂貴的真空濺鍍設備，因此成本相當高。
目前最具有潛力的ITO替代物包括導電聚合物、金屬奈米導線以及奈米碳管。利用上述替代物所形成的透明導電膜經證實具有與利用ITO為主的膜相當的甚至更好的透明性與導電性，並具有較佳的機械耐久性。
因此，如何提供一種導電結構，其可以形成透明導電膜，已成為重要課題之一。
有鑑於上述課題，本發明之目的為提供一種導電結構及其製造方法。
為達上述目的，依據本發明之一種導電結構，其包括多個第一奈米導線以及多個第二奈米導線。第一奈米導線延伸方向大致朝向一第一方向。第二奈米導線延伸方向大致朝向一第二方向，且至少部分該些第二奈米導線與該些第一奈米導線電性連接，其中第一方向與第二方向係形成不等於0的夾角。
在一實施例中，奈米導線為奈米碳管或奈米金屬導線。
在一實施例中，導電結構更包括多個導電材料，其位於至少部分該些第一奈米導線與該些第二奈米導線之連接處，以使該些第一奈米導線透過該些導電材料連接於該些第二奈米導線。
在一實施例中，該些導電材料為氧化鋅（ZnO）。
為達上述目的，依據本發明之一種導電結構之製造方法，包括：在一表面上塗佈一第一懸浮溶液，第一懸浮溶液具有多個第一奈米導線，而該些第一奈米導線的延伸方向會因應該第一懸浮溶液的塗佈而大致朝向第一方向；在該些第一奈米導線上塗佈一第二懸浮溶液，第二懸浮溶液具有多個第二奈米導線，而該些第二奈米導線的延伸方向會因應第二懸浮溶液的塗佈而大致朝向第二方向，且至少部分該些第二奈米導線與該些第一奈米導線電性連接。
為達上述目的，依據本發明之一種導電結構之製造方法，包括：在一第一基板之一第一表面上塗佈一第一懸浮溶液，第一懸浮溶液具有多個第一奈米導線，而該些第一奈米導線的延伸方向會因應第一懸浮溶液的塗佈而大致朝向第一方向；在一第二基板之一第二表面上塗佈一第二懸浮溶液，第二懸浮溶液具有多個第二奈米導線，而該些第二奈米導線的延伸方向會因應第二懸浮溶液的塗佈而大致朝向第二方向；將第一基板與第二基板相互蓋合以使第一基板上之該些第一奈米導線與第二基板上之該些第二奈米導線相互貼合於第一基板之第一表面上，其中至少部分該些第一奈米導線與該些第二奈米導線電性連接並形成不等於0的夾角。
在一實施例中，該些第一奈米導線及該些第二奈米導線為奈米碳管或奈米金屬導線。
在一實施例中，懸浮溶液為具有奈米導線的乙醇與水之混合溶液。
在一實施例中，塗佈方式為刮刀塗佈（blade coating）、條狀塗佈（bar coating）、棒狀塗佈（rod coating）或狹縫式塗佈（slot die coating）。
在一實施例中，塗佈速度為30mm/s～280mm/s之間。
在一實施例中，其步驟更包括：對基板加熱，使懸浮溶液蒸發。
在一實施例中，製造方法更包括：塗佈含有多個導電材料的膠狀懸浮液於表面上，並進行退火使該些導電材料析出。
在一實施例中，該些導電材料為氧化鋅（ZnO）。
綜上所述，本發明之導電結構，在製作中是以固定方向進行刮刀塗佈或條狀塗佈，並藉由固定的塗佈速度，使得奈米導線大致呈現同一延伸方向。由於在同一基板上進行兩次不同方向的塗佈，因此形成兩方向奈米導線交疊的導電結構，使導電結構在單位面積內具有較少量的奈米導線而有較高的透明度，並且能節省材料。同時，加入導電材料於導電結構中，可降低奈米導線之間的接面電阻，進而增進導電能力。
100、200‧‧‧導電結構
102、202‧‧‧基板
104‧‧‧第一奈米導線
106‧‧‧第二奈米導線
108‧‧‧導電材料
204‧‧‧第一奈米導線層
206‧‧‧第二奈米導線層
208‧‧‧導電材料層
402‧‧‧實線
404‧‧‧虛線
A‧‧‧範圍
S302、S304、S502、S504、S506‧‧‧步驟
X、Y‧‧‧方向
圖1A為本發明較佳實施例之一種導電結構示意圖。
圖1B為圖1A範圍A的導電結構放大示意圖。
圖2為本發明較佳實施例之一種導電結構之示意圖。
圖3為本發明較佳實施例之一種製造上述導電結構之方法的步驟流程圖。
圖4為本發明較佳實施例之一種導電結構其導線根數與導電區域覆蓋率之關係圖。
圖5為本發明較佳實施例之另一種製造上述導電結構之方法的步驟流程圖。
以下將參照相關圖式，說明依本發明較佳實施例之一種導電結構及其製造方法，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。
圖1A為本發明較佳實施例之一種導電結構示意圖，而圖1B為圖1A範圍A的導電結構放大示意圖。請同時參照圖1A及圖1B，導電結構100形成於基板102上，導電結構100包括多個第一奈米導線104及多個第二奈米導線106。第一奈米導線104延伸方向大致朝向第一方向，例如是方向X。此外，第二奈米導線106延伸方向則大致朝向第二方向，例如是方向Y。其中，部分第一奈米導線104與第二奈米導線106互相交疊並碰觸形成電性連接，並且第一奈米導線104與第二奈米導線106因分別朝向第一方向X與第二方向Y而形成不等於0的夾角。值得注意的是，第一方向X與第二方向Y之夾角較佳為大致呈現90°。於此，在單位面積下可以較少的奈米導線形成導電結構，因此使得導電結構具有較高的光的穿透度（即較高的透明度），並且可減少奈米導線的用量，進而節省成本。
另外，奈米導線可為奈米碳管（carbon nanotubes），或是奈米金屬導線，例如金（Au）、銀（Ag）或銅（Cu）等導體，並不以此為限。在一些實施例中，奈米導線的直徑為10nm～500nm，長度為5μm～500μm，且長寬比為10～50000，如此才可製作上述實施例的導電結構。
請繼續參照圖1A及圖1B，本發明較佳實施例之一種導電結構100可更包括多個導電材料108。導電材料108設置於第一奈米導線104與第二奈米導線106的連接處，並介於第一奈米導線104與第二奈米導線106之間，以使第一奈米導線104透過導電材料108連接至第二奈米導線106。在本實施例中，加入導電材料108係用以降低第一奈米導線104與第二奈米導線106之間的接面電阻（junction resistance），以增加導電結構100的導電能力。此外，本發明中所指導電材料可以是介電材料，其可用以降低奈米導線之間的接面電阻（junction resistance）者。值得注意的是，導電材料可為氧化鋅（ZnO）或二氧化鈦
，本實施例是以氧化鋅為例，然而並不以此為限。
圖2為本發明較佳實施例之一種導電結構之示意圖。請參照圖2，導電結構200形成於基板202上。導電結構200大致與上述實施例相同，不同之處在於，如圖1所示的多個第一奈米導線104形成為第一奈米導線層204，以及多個第二奈米導線106形成為第二奈米導線層206。在本實施例中，基板202上設置一第一奈米導線層204以及一第二奈米導線層206。相同地，第一奈米導線層204的第一奈米導線延伸方向大致朝向第一方向，而第二奈米導線層206的第二奈米導線延伸方向大致朝向第二方向，其中，部分第一奈米導線與第二奈米導線互相交疊並碰觸形成電性連接，並且第一奈米導線與第二奈米導線因分別朝向第一方向與第二方向而形成不等於0的夾角。於此，在單位面積下可以較少的奈米導線形成導電結構，因此使得導電結構具有較高的光的穿透度（即較高的透明度），並且可減少奈米導線的用量，進而節省成本。
請繼續參照圖2，導電結構200可更包括一導電材料層208。導電材料層208是塗佈於第一奈米導線層204與第二奈米導線層206之間，使得第一奈米導線層204透過導電材料層208連接至第二奈米導線層206。本實施例中，導電材料層208之敘述如圖1實施例之導電材料108所述，於此不再贅述。
圖3為本發明較佳實施例之一種製造上述導電結構之方法的步驟流程圖。請參照圖3，首先如步驟S302所述，在具有一表面的基板上塗佈一第一懸浮溶液至基板的表面，第一懸浮溶液具有多個第一奈米導線，而該些第一奈米導線的延伸方向會因應該第一懸浮溶液的塗佈而大致朝向一第一方向。在一些實施例中，懸浮溶液是具有奈米導線的乙醇與水的混合溶液，利用其易揮發的特性使奈米導線能較快析出。接著如步驟S304所述，在已形成的該些第一奈米導線上塗佈一第二懸浮溶液，以形成第二奈米導線於該些第一奈米導線上。同樣地，第二懸浮溶液具有多個第二奈米導線，而該些第二奈米導線的延伸方向會因應該第二懸浮溶液的塗佈而大致朝向一第二方向，且至少部分該些第二奈米導線與該些第一奈米導線電性連接。換句話說，本實施例之製造方法是在基板上進行兩次不同方向的塗佈懸浮溶液，以製作上述實施例的導電結構。
須注意的是，本實施例中的塗佈方式可為刮刀塗佈（blade coating）、條狀塗佈（bar coating）、棒狀塗佈（rod coating）或狹縫式塗佈（slot die coating），其塗佈速度是介於30mm/s～280mm/s之間，較佳是100mm/s。由於塗佈方向為單一方向，在塗佈的過程中因刮刀（blade）或其他塗佈工具對奈米導線施以剪力，因此奈米導線所會沿著塗佈的方向而延伸。另外，由於塗佈速度是30mm/s～280mm/s之間，因此可使多數的奈米導線受剪力作用而朝塗佈方向延伸，使得奈米導線大致上具有方向性。
須說明的是，上述方向性之定義，是以塗佈方向與奈米導線中點之切線方向是否一致。因此以刮刀或其他塗佈工具之塗佈方向與奈米導線中點之切線方向所夾之角度為θ，並定義
，-0.5≦S≦1。當S=-0.5時為完全垂直；當S=0時為完全無方向性；當S=1時為完全等方向性；其中，當S>0.8時，則定義為有方向性。在本實施例中，欲使奈米導線具有方向性（即S>0.8），因此設定塗佈速度介於30mm/s～280mm/s之間，並且當塗佈速度為100mm/s時，S=0.9，是較佳之塗佈速度。
值得注意的是，可使奈米導線大致上具有方向性排列的方式，除了上述的塗佈方法外，更可利用風吹的方式，以同一方向朝著具有奈米導線的懸浮溶液吹風，使風力對奈米導線施以剪力，即可達到使奈米導線具有方向性排列的目的。另外，減少具有奈米導線的懸浮溶液之表面積，亦可使漂在水上的奈米導線因表面積減少而達成上述效果。
圖4為本發明較佳實施例之一種導電結構其導線根數與導電區域覆蓋率之關係圖。請參照圖4，橫軸為單位面積的奈米導線根數，縱軸為導電區域覆蓋率（arbitrary unit, a.u.），即奈米導線互相電性連接之面積比例。其中，實線402為本發明較佳實施例之製造方法，虛線404為旋轉塗佈製造方法。如圖4所示，在使用同樣的奈米導線根數下，本發明較佳實施例之製造方法具有較高的導電區域覆蓋率。換句話說，在相同的導電結構面積下，本發明較佳實施例之製造方法使用較少的奈米導線數量即可達到相同甚至更高的奈米導線互相電性連接之面積比例。於此，可節省奈米導線的使用數量，進而減少成本。
另外，上述實施例之製造方法，其步驟可更包括對基板加熱，使懸浮溶液蒸發。於此，可加速懸浮溶液中乙醇與水的蒸發速度，使奈米導線加速析出，進而減少製作時間。
值得一提的是，上述實施例之製造方法，可更包括：塗佈含有多個導電材料的膠狀懸浮液於表面上，並進行退火使該些導電材料析出。其中，導電材料可以是氧化鋅（ZnO）或二氧化鈦
。在一實施例中，膠狀懸浮液是以旋轉塗佈於基板上。在本實施例中，膠狀懸浮液是醋酸鋅
、乙二醇甲醚（2-methoxyethanol）以及乙醇胺（Ethanolamine）調配製作，在塗佈於基板以後，退火於150°C且持續五分鐘以上。由於在退火的過程中，膠狀懸浮液會與氧產生反應，進而形成氧化鋅（ZnO）的奈米顆粒，並且因表面張力而自然形成於奈米導線之間的交點上，進而降低奈米導線之間的接面電阻（junction resistance），以增加導電結構的導電能力。
圖5為本發明較佳實施例之另一種製造上述導電結構之方法的步驟流程圖。請參照圖5，如步驟S502之敘述，在一第一基板之一第一表面上塗佈一第一懸浮溶液，第一懸浮溶液具有多個第一奈米導線，而該些第一奈米導線的延伸方向會因應第一懸浮溶液的塗佈而大致朝向一第一方向。以及如步驟S504所述，在一第二基板之一第二表面上塗佈一第二懸浮溶液，第二懸浮溶液具有多個第二奈米導線，而該些第二奈米導線的延伸方向會因應第二懸浮溶液的塗佈而大致朝向一第二方向。接著，進行步驟S506，將第一基板與第二基板相互蓋合以使第一基板上之該些第一奈米導線與第二基板上之該些第二奈米導線相互貼合於第一基板之第一表面上，其中至少部分該些第一奈米導線與該些第二奈米導線電性連接並形成不等於0的夾角。簡言之，本實施例之製造方法是分別以一方向塗佈懸浮溶液於兩基板之表面，接著將分別形成於兩表面的奈米導線相互貼合，並且使第一奈米導線與第二奈米導線形成不等於0的夾角，以製作上述實施例之導電結構。
綜上所述，本發明之導電結構，在製作中是以固定方向進行刮刀塗佈或條狀塗佈，並藉由固定的塗佈速度，使得奈米導線大致呈現同一延伸方向。由於在同一基板上進行兩次不同方向的塗佈，因此形成兩方向奈米導線交疊的導電結構，使導電結構在單位面積內具有較少量的奈米導線而有較高的透明度，並且能節省材料。同時，加入導電材料於導電結構中，可降低奈米導線之間的接面電阻，進而增進導電能力。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
 
100‧‧‧導電結構
104‧‧‧第一奈米導線
106‧‧‧第二奈米導線
108‧‧‧導電材料
A‧‧‧範圍
X、Y‧‧‧方向

Claims (13)

  1. 一種導電結構，包括：
    多個第一奈米導線，其延伸方向大致朝向一第一方向；及

    多個第二奈米導線，其延伸方向大致朝向一第二方向，且至少部分該些第二奈米導線與該些第一奈米導線電性連接，其中該第一方向與該第二方向係形成不等於0的夾角。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之導電結構，其中該些奈米導線為奈米碳管或奈米金屬導線。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之導電結構，更包括：
    多個導電材料，位於至少部分該些第一奈米導線與該些第二奈米導線之連接處，以使該些第一奈米導線透過該些導電材料連接於該些第二奈米導線。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之導電結構，其中該些導電材料為氧化鋅（ZnO）。
  5. 一種導電結構之製造方法，包括：
    在一表面上塗佈一第一懸浮溶液，該第一懸浮溶液具有多個第一奈米導線，而該些第一奈米導線的延伸方向會因應該第一懸浮溶液的塗佈而大致朝向一第一方向；及

    在該些第一奈米導線上塗佈一第二懸浮溶液，該第二懸浮溶液具有多個第二奈米導線，而該些第二奈米導線的延伸方向會因應該第二懸浮溶液的塗佈而大致朝向一第二方向，且至少部分該些第二奈米導線與該些第一奈米導線電性連接。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之製造方法，其中該些第一奈米導線及該些第二奈米導線為奈米碳管或奈米金屬導線。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之製造方法，其中該懸浮溶液為具有奈米導線的乙醇與水之混合溶液。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之製造方法，其中塗佈方式為刮刀塗佈（blade coating）、條狀塗佈（bar coating）、棒狀塗佈（rod coating）或狹縫式塗佈（slot die coating）。
  9. 如申請專利範圍第5項所述之製造方法，其中塗佈速度為30mm/s～280mm/s之間。
  10. 如申請專利範圍第5項所述之製造方法，其步驟更包括：
    對該基板加熱，使該懸浮溶液蒸發。
  11. 如申請專利範圍第5項所述之製造方法，更包括：
    塗佈含有多個導電材料的膠狀懸浮液於該表面上，並進行退火使該些導電材料析出。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之製造方法，其中該些導電材料為氧化鋅（ZnO）。
  13. 一種導電結構之製造方法，包括：
    在一第一基板之一第一表面上塗佈一第一懸浮溶液，該第一懸浮溶液具有多個第一奈米導線，而該些第一奈米導線的延伸方向會因應該第一懸浮溶液的塗佈而大致朝向一第一方向；及

    在一第二基板之一第二表面上塗佈一第二懸浮溶液，該第二懸浮溶液具有多個第二奈米導線，而該些第二奈米導線的延伸方向會因應該第二懸浮溶液的塗佈而大致朝向一第二方向；以及

    將該第一基板與該第二基板相互蓋合以使該第一基板上之該些第一奈米導線與該第二基板上之該些第二奈米導線相互貼合於該第一基板之該第一表面上，其中至少部分該些第一奈米導線與該些第二奈米導線電性連接並形成不等於0的夾角。
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