TW202009137A - 複合導電材料 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種複合導電材料，其包含：基板以及設置於基板上的導電單元。導電單元包含：至少一無機導電材料層以及包含複數條奈米金屬線的至少一奈米線層。複數條奈米金屬線中的每一條係電性連接。其中，無機導電材料層與奈米線層係為層疊設置，且無機導電材料層重疊於奈米線層的至少一部份，或者無機導電材料層包覆且接觸奈米線層的至少一部份。其中，無機導電材料層與奈米線層電性連接。
Description
本發明係關於一種導電材料，特別是關於一種結合惰性透明無機導電材料與奈米金屬線的複合導電材料。
近年來，隨著資訊產業、能源產業、通訊產業等不同產業的蓬勃發展，能夠應用於平板電視、觸控螢幕、智能玻璃、發光二極體與光伏電池等常見電子裝置的元件備受重視。其中，由於透明導電薄膜屬於製造上述電子裝置的必要元件，因此人們對於透明導電薄膜的需求量相應急劇增大。
在各種材料製備而成的透明導電薄膜中，氧化銦錫 (ITO，indium tin oxide)薄膜的應用最廣。但是在使用過程中，無論是ITO薄膜，或者是與其具有相似性質的其他透明導電薄膜，例如：氧化銦鋅 (IZO，indium zinc oxide)薄膜、氧化鋅 (ZnO，zinc oxide)薄膜或氧化銦錫鋅 (ITZO，indium tin zinc oxide)薄膜，皆存在電阻偏高的問題，同時，在加工製程期間，因為透明導電薄膜為脆性物質，進而導致其無法滿足較大曲度及可撓性(flexibility)應用的需求。
另一方面，奈米金屬線是一種奈米尺度的金屬線，被定義為在一個特定方向(例如：橫向)上的長度限制在100奈米以下的一維結構。相較於傳統物理學，奈米尺度內能夠產生特殊的量子力學效應，使奈米金屬線除了具有優良的導電性之外，還具有較大的長徑比、優異的透光性、耐撓曲性等性質。因此奈米金屬線常被用於製造超小電路，同時被視為最有可能替代傳統透明導電薄膜的材料之一。
然而，奈米金屬線存在所需搭接面積較大、所需線寬較大、可靠性較低等問題。當奈米金屬線與其他導電材料進行搭接時，奈米金屬線需要較大的搭接面積以降低搭接阻抗，且亦需要較大的線寬，以使阻抗穩定與均一，進而提升可靠度。但是，增加搭接面積與線寬會造成製得之電子裝置的顯示區域邊框過寬、成本提升、電子裝置體積難以最小化之問題。
因此，仍須提供一種能夠同時解決透明導電薄膜與奈米金屬線的限制的導電材料。
鑒於上述問題，本發明之目的為提供複合導電材料，藉由同時使用透明導電薄膜與奈米金屬線，並針對其配置及圖案化之圖案進行調整，解決透明導電薄膜與奈米金屬線分別單獨使用時所造成的限制，來達到降低透明導電薄膜的電阻、縮小透明導電薄膜與奈米金屬線的搭接面積、提高產品可靠度、以及滿足曲面及可撓的需求之目的。
本發明之目的係為提供一種複合導電材料，其包含：基板以及設置於基板上的導電單元。導電單元包含：至少一無機導電材料層以及包含複數條奈米金屬線的至少一奈米線層。複數條奈米金屬線中的每一條係電性連接。其中，無機導電材料層與奈米線層係為層疊設置，且無機導電材料層重疊於奈米線層的至少一部份，或者無機導電材料層包覆且接觸奈米線層的至少一部份。其中，無機導電材料層與奈米線層電性連接。
較佳地，無機導電材料層與奈米線層完全重疊，或者無機導電材料層完全包覆且接觸奈米線層。
較佳地，無機導電材料層或奈米線層被圖案化。
較佳地，無機導電材料層係為以第一圖案圖案化之圖案化無機層；奈米線層係為以第二圖案圖案化之圖案化金屬層；且第一圖案與第二圖案為相同或不同。
較佳地，第一圖案包含複數個第一圖案單元，複數個第一圖案單元係重複排列或者不規則排列；第二圖案包含複數個第二圖案單元；複數個第二圖案單元係重複排列或者不規則排列。
較佳地，第一圖案單元大於第二圖案單元。
較佳地，第一圖案包含複數個第一圖案單元，複數個第一圖案單元的面積為隨機分配。
較佳地，無機導電材料層包含氧化銦錫(ITO)、氧化銦鋅(IZO)、氧化鋅(ZnO)或氧化銦錫鋅(ITZO)。
較佳地，複數條奈米金屬線包含奈米銀線、奈米銅線、奈米金線、奈米鎳線或奈米鉑線。
較佳地，導電單元包含與複數條奈米金屬線接觸的保護層。
本發明之複合導電材料具有下述優點：
(1)低阻值：本發明之複合導電材料具有透明導電薄膜與奈米金屬線之複合結構。其中，透明導電薄膜的各個圖案單元可與奈米金屬線以並聯形式設置，因此能夠大幅度地降低整體電阻。
(2)細線寬與提升阻值均一性：奈米金屬線的直徑為奈米等級，因此意味著奈米金屬線的接觸面積亦為奈米等級，因此需要較多的奈米金屬線或者較寬的奈米金屬線的線寬，以提供奈米金屬線彼此接觸搭接，以達阻值均一或者穩定的需求。然而，本發明之複合導電材料中，除了透明導電薄膜本身就可達到細線寬的要求之外，透明導電薄膜能夠提供更多的面積，以與奈米金屬線接觸搭接，讓奈米金屬線及/或整體複合導電材料的阻值更為穩定與均一。
(3)提升可彎曲性與可撓性：因為透明導電薄膜為脆性物質，在彎折時容易脆裂，而造成導電線路短路或是斷路的情況，是故在曲度及可撓性要求較大之應用上產生限制。然而奈米金屬線為可撓性材料，其甚至為能夠在一定程度上承受拉扯的材料。因此，利用奈米金屬線的此種特性，與透明導電薄膜形成具有複合結構之複合導電材料，再搭配複合導電材料圖案化的圖案調整，提升可彎曲性與可撓性，以達到更為廣泛的產品要求。
(4)窄邊框：奈米金屬線與其他導電材料搭接時，需有較大之搭接面積以確保奈米金屬線的穩定性。目前市售的觸控面板，係利用銅(Cu)或鋁(Al)作為週邊導線，然而此類材料皆為不透明，因此需要使用不透明的邊框將周邊導線遮住。如果奈米金屬線與週邊導線的搭接面積過大，會造成邊框面積無法縮小。而使用本發明之複合導電材料時，由於複合結構係為奈米金屬線與透明導電薄膜組合而得之結構，因此本發明之複合導電材料為透明材料，可於可視區內搭接，而在不可視區中，不透明導線可僅與透明導電薄膜搭接，亦可同時與透明導電薄膜以及奈米金屬線搭接。
(5)提高產品可靠度及信賴性：奈米金屬線於存在電壓差的情況下，搭配特定條件容易產生電子遷移(migration)，若讓性質較為活潑的奈米金屬線與性質較不活潑的惰性物質，亦即ITO形成複合導電材料，則可大幅度降低電子遷移的發生機率，並藉此提高後續產品之可靠度及信賴性。
為使上述目的、技術特徵及實際實施後之效益更易於使本領域具通常知識者理解，將於下文中以實施例搭配圖式更詳細地說明。而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的權利範圍，合先敘明。為使便於理解，下述實施例中之相同元件係以相同之符號標示來說明。
在一實施例中，複合導電材料可包含基板以及設置於基板上的導電單元。在一實施例中，基板可為經由所屬技術領域中具有通常知識者為習知的各種製程處理後的半成品或成品，亦即已經存在製作後端產品所需的必要材料在其之上，也可以為未經任何製程處理的基板。在一實施例中，基板可為玻璃、聚對苯二甲酸乙二酯 (PET)、聚碳酸酯 (PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚醯亞胺(PI)、環烯烴共聚物(COP、Arton)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)等之成品、半成品或加工品，也可為液晶顯示器(LCD)的偏光片(polarizer)之成品或半成品，亦可為LCD、有機發光二極體(OLED)、發光二極體(LED)、微發光二極體(Micro LED)等顯示器之成品或半成品。在一實施例中，可選用不同之種類的基板材料，並搭配所屬技術領域中具有通常知識者為習知的各種製程，以製得觸控螢幕、觸控傳感器、加熱器、光伏電池、智能玻璃等後續產品。
在一實施例中，導電單元可包含無機導電材料層及包含複數條奈米金屬線的奈米線層。在一實施例中，複數條奈米金屬線中的每一條可彼此電性連接，以使奈米線層的整體皆能導電。
在一實施例中，無機導電材料層與奈米線層可為層疊設置。在一實施例中，無機導電材料層可包覆且接觸奈米線層的至少一部份。在一實施例中，可先於基板上設置無機導電材料層，再設置奈米線層。在一實施例中，可先於基板上設置奈米線層，再設置無機導電材料層。在一實施例中，奈米線層可設置於無機導電材料層內。在一實施例中，設置無機導電材料層之製程為所屬技術領域中具有通常知識者為習知之製程。在一實施例中，設置奈米線層之製程為所屬技術領域中具有通常知識者為習知之製程。在一實施例中，設置無機導電材料層與奈米線層之製程可連續完成，亦可在兩道製程中加入其他的製程，例如：金屬導線製程，或者絕緣層導線製程，而不影響複合導電材料之製程。在一實施例中，可於獲得複合導電材料後，視後續產品需求，接續進行其他所屬技術領域中具有通常知識者為習知之製程。
在一實施例中，無機導電材料層與奈米線層可彼此電性連接。在一實施例中，當基板彎曲而造成無機導電材料層破裂時，奈米線層內之複數條奈米金屬線可維持碎裂的無機導電材料層與奈米線層之電性連接，亦即奈米金屬線可利用類似編織網絡之方式，維持無機導電材料層與奈米線層之整體的導電性。
在一實施例中，可依照後續產品的實際需要，全部區域皆設置有無機導電材料層與奈米線層，並使無機導電材料層與奈米線層完全重疊，或者使無機導電材料層完全包覆且接觸奈米線層，以達控制可視區域面積、維持導電性質等目的。在一實施例中，可依照後續產品的實際需要，部分區域可僅設置無機導電材料層或奈米線層，而另外部分區域則同時設置無機導電材料層與奈米線層，以達控制可視區域面積、降低成本等目的。
在一實施例中，無機導電材料層包含惰性透明的氧化銦錫(indium tin oxide，ITO)、氧化銦鋅(indium zinc oxide，IZO)、氧化鋅(zinc oxide，ZnO)或氧化銦錫鋅(indium tin zinc oxide，ITZO)。在一實施例中，複數條奈米金屬線包含奈米銀線、奈米銅線、奈米金線、奈米鎳線或奈米鉑線。
在一實施例中，導電單元可包含與複數條奈米金屬線接觸的保護層，以保護性質活潑之奈米金屬線。在一實施例中，保護層可為所屬技術領域中具有通常知識者為習知的任何有機材料。在一實施例中，導電單元可包含至少一層的無機導電材料層以及至少一層的奈米線層。在一實施例中，無機導電材料層以及奈米線層的層數可為相同或不同。在一實施例中，導電單元可包含一層的無機導電材料層以及兩層的奈米線層，並以奈米線層-無機導電材料層-奈米線層之三明治結構層疊設置。在一實施例中，導電單元可包含兩層的無機導電材料層以及一層的奈米線層，並以無機導電材料層-奈米線層-無機導電材料層之三明治結構層疊設置。
在一實施例中，無機導電材料層或者奈米線層被圖案化。在一實施例中，無機導電材料層與奈米線層皆被圖案化。在一實施例中，無機導電材料層與奈米線層可以未結合為複合導電材料之單層狀態，分別進行圖案化製程。在一實施例中，無機導電材料層與奈米線層可先結合為複合導電材料，再同時進行圖案化製程或是分別進行圖案化製程。在一實施例中，圖案化無機導電材料層之製程為所屬技術領域中具有通常知識者為習知之製程。在一實施例中，圖案化奈米線層之製程為所屬技術領域中具有通常知識者為習知之製程。
在一實施例中，無機導電材料層可為以第一圖案進行圖案化之圖案化無機層，奈米線層可為以第二圖案圖案化之圖案化金屬層，且第一圖案與第二圖案可為相同或不同，以根據不同需求及目的調整圖案化製程。
在一實施例中，第一圖案可包含面積較小之複數個第一圖案單元，且複數個第一圖案單元可重複排列或者不規則排列，以及第二圖案可包含面積較小之複數個第二圖案單元，且複數個第二圖案單元可重複排列或者不規則排列。在一實施例中，複數個第一圖案單元可重複排列且複數個第二圖案單元可重複排列。在一實施例中，複數個第一圖案單元可重複排列且複數個第二圖案單元可不規則排列。在一實施例中，複數個第一圖案單元可不規則排列且複數個第二圖案單元可重複排列。在一實施例中，複數個第一圖案單元可不規則排列且複數個第二圖案單元可不規則排列。
在一實施例中，在形成無機導電材料層之第一圖案時，可先將第一圖案細分為面積較小的複數個第一圖案單元，後續再藉由設置奈米線層，將原先細分之複數個第一圖案單元，電性連接為原先大小之第一圖案。由於奈米金屬線層與無機導電材料層相連成複合導電材料結構，因此本實施例之導電效果幾乎等同於未將第一圖案細分為第一圖案單元時之導電效果。
在一實施例中，先形成奈米金屬線層之第二圖案，再設置無機導電材料層之第一圖案，其中第一圖形可細分為面積較小的複數個第一圖案單元。由於奈米金屬線層與無機導電材料層相連成複合導電材料結構，因此本實施例之導電效果幾乎等同於未將第一圖案細分為第一圖案單元時之導電效果。
在一實施例中，各第一圖案單元可大於各第二圖案單元。在一實施例中，無機導電材料層的一個第一圖案單元之邊緣距離相鄰的無機導電材料層的另一個第一圖案單元之邊緣距離較小，而奈米金屬線層的一個第二圖案單元之邊緣距離相鄰的另一個第二圖案單元之邊緣距離較大。
在一實施例中，當無機導電材料層受外力而碎裂時，第一圖案可包含複數個第一圖案單元，各複數個第一圖案單元的面積為隨機分配。由於奈米金屬線層與無機導電材料層相連成複合導電材料結構，因此本實施例之導電效果幾乎等同於第一圖案碎裂為具有不同面積之第一圖案單元時之導電效果。
為了便於說明，於後述實施例中，選用ITO作為透明導電材料層，並選用奈米銀線作為奈米線層。
實施例1
參照第1圖，其係為本發明之實施例1之結構示意圖。
如第1圖(A)所示，於基板100上鍍上ITO層110。如第1圖(B)所示，將ITO層110以圖案111p圖案化為ITO圖案化層111。如第1圖(C)所示，將奈米銀線塗佈於ITO圖案化層111上，形成奈米銀線層120，如第1圖(D-1)所示，將奈米銀線層120圖案化為奈米圖案化層121，ITO圖案化層111與奈米圖案化層121結合形成複合導電材料層130。如第1圖(E-1)所示，形成複合導電材料層130後，可在130複合導電材料層上塗佈一層專門用於保護奈米銀線的有機材料120a，而ITO圖案化層111、奈米圖案化層121及有機材料120a形成之導電層為複合導電材料層130a。
另外，如第1圖(D-2)所示，亦可先於奈米銀線層120上設置保護奈米銀線的有機材料120a。再如第1圖(E-2)所示，將已覆蓋有機材料120a之奈米銀線層120圖案化成奈米圖案化層121，而ITO圖案化層111與奈米圖案化層121及有機材料120a形成之導電層亦為複合導電材料層130a。
實施例2
參照第2圖，其係為本發明之實施例2之結構示意圖。實施例2與實施例1相似之處於此不再加以贅述。
如第2圖(A)所示，於基板100上鍍上ITO層110。如第2圖(B)所示，將奈米銀絲塗佈於ITO層110上，形成奈米銀線層120。如第2圖(C)所示，將ITO層110及奈米銀線層120同時圖案化，獲得ITO圖案化層111及奈米圖案化層121，ITO圖案化層111及奈米圖案化層121結合形成之導電層為複合導電材料層130C。如第2圖(D)所示，可在複合導電材料層130上再塗佈有機材料120a，而ITO圖案化層111與奈米圖案化層121及有機材料120a形成之導電層亦為複合導電材料層130a。
實施例3
參照第3圖，其係為本發明之實施例3之結構示意圖。實施例3與實施例1相似之處於此不再加以贅述。
如第3圖(A)所示，於基板100上塗佈奈米銀線層120。如第3圖(B)所示，將奈米銀線層120圖案化為奈米圖案化層121。如第3圖(C)所示，奈米圖案化層121上鍍上ITO層110。如第3圖(D)所示，ITO層110圖案化為ITO圖案化層111，奈米圖案化層121與ITO圖案化層111形成之導電層為複合導電材料層131。
實施例4
參照第4圖，其係為本發明之實施例4之結構示意圖。實施例4與實施例1相似之處於此不再加以贅述。
如第4圖(A)所示，於基板100上塗佈奈米銀線層120。如第4圖(B)所示，接著鍍上ITO層110。如第4圖(C)所示，將奈米銀線層120與ITO層110同時圖案化為奈米圖案化層121與ITO圖案化層111，奈米圖案化層121與ITO圖案化層111形成之導電層亦為複合導電材料層131。
實施例5
參照第5圖，其係為本發明之實施例5之結構示意圖。
如第5圖(A)所示，於基板100上塗佈ITO層110。如第5圖(B)所示，將ITO層110以圖案112p圖案化為ITO圖案化層112。如第5圖(C)所示，接著塗佈奈米銀線層120。如第5圖(D)所示，將奈米銀線層120圖案化為奈米圖案化層121，ITO圖案化層112與奈米圖案化層121形成之導電層為複合導電材料層132。
參照第6圖，其係為本發明之實施例1與實施例5之俯視圖。
如第6圖所示，圖案112p與圖案111p不同之處在於，圖案112p是將圖案111p切割成更細的圖案。
參照第7圖，其係為本發明之實施例5的複合導電材料層之俯視圖。如第7圖所示，由於奈米圖案化層121與ITO圖案化層112結合為複合導電材料層132，奈米圖案化層121內包含的奈米銀線可以網狀編織形狀使ITO圖案化層112的圖案112p相互電性連接，以維持ITO圖案化層112的導電性。因此，複合導電材料層132之導電效果幾乎等同於由ITO圖案化層111與奈米圖案化層121結合所形成之複合導電材料層130。
實施例6
參照第8圖，其係為本發明之實施例6之結構示意圖。
如第8圖(A)所示，於基板100上塗佈奈米銀線層120。如第8圖(B)所示，奈米銀線層120圖案化為奈米圖案化層121。如第8圖(C)所示，接著鍍上ITO層110。如第8圖(D)所示，將ITO層以圖案112p圖案化為ITO圖案化層112，奈米圖案化層121與ITO圖案化層112形成之導電層為複合導電材料層133。
參照第9圖，其係為本發明之實施例6的複合導電材料層之俯視圖。如第9圖(A)所示，其係為實施例6之奈米圖案化層121的俯視圖。如第9圖(B)所示，奈米圖案化層121與以ITO圖案化層112結合為複合導電材料層133，由於奈米圖案化層121內包含的奈米銀線可以網狀編織形狀使ITO圖案化層112的圖案112p相互電性連接，以維持ITO圖案化層112的導電性。因此，複合導電材料層133之導電效果幾乎等同於由ITO圖案化層111與奈米圖案化層121結合所形成之複合導電材料層130。
雖然本發明已以上述實施例及實例具體描述本發明之複合導電材料，然而本發明所屬技術領域中具有通常知識者應理解的是，可在不違背本發明之技術原理及精神下，對實施例作修改與變化。因此本發明之權利保護範圍應如申請專利範圍所述。
100‧‧‧基板110‧‧‧ITO層111、112‧‧‧ITO圖案化層111p、112p‧‧‧圖案120‧‧‧奈米銀線層120a‧‧‧有機材料121‧‧‧奈米圖案化層130、130a、131、132‧‧‧複合導電材料層
第1圖係為本發明之實施例1之結構示意圖。
第2圖係為本發明之實施例2之結構示意圖。
第3圖係為本發明之實施例3之結構示意圖。
第4圖係為本發明之實施例4之結構示意圖。
第5圖係為本發明之實施例5之結構示意圖。
第6圖係為本發明之實施例1與實施例5之俯視圖。.
第7圖係為本發明之實施例5的複合導電材料層之俯視圖。
第8圖係為本發明之實施例6之結構示意圖。
第9圖係為本發明之實施例6的複合導電材料層之俯視圖。
100‧‧‧基板
110‧‧‧ITO層
111‧‧‧ITO圖案化層
120‧‧‧奈米銀線層
120a‧‧‧有機材料
121‧‧‧奈米圖案化層
130、130a‧‧‧複合導電材料層
Claims (10)
- 一種複合導電材料，其包含： 一基板；以及 一導電單元，設置於該基板上，該導電單元包含： 至少一無機導電材料層；以及 至少一奈米線層，該奈米線層包含複數條奈米金屬線，該複數條奈米金屬線中的每一條係電性連接； 其中該無機導電材料層與該奈米線層係為層疊設置，且該無機導電材料層重疊於該奈米線層的至少一部份，或者該無機導電材料層包覆且接觸該奈米線層的至少一部份； 其中該無機導電材料層與該奈米線層電性連接。
- 如申請專利範圍第1項所述之複合導電材料，其中該無機導電材料層與該奈米線層完全重疊，或者該無機導電材料層完全包覆且接觸該奈米線層。
- 如申請專利範圍第1項所述之複合導電材料，其中該無機導電材料層或該奈米線層被圖案化。
- 如申請專利範圍第1項所述之複合導電材料，其中該無機導電材料層係為以一第一圖案圖案化之一圖案化無機層；該奈米線層係為以一第二圖案圖案化之一圖案化金屬層；且該第一圖案與該第二圖案為相同或不同。
- 如申請專利範圍第4項所述之複合導電材料，其中該第一圖案包含複數個第一圖案單元，該複數個第一圖案單元係重複排列或者不規則排列；且該第二圖案包含複數個第二圖案單元；該複數個第二圖案單元係重複排列或者不規則排列。
- 如申請專利範圍第5項所述之複合導電材料，其中各該第一圖案單元大於各該第二圖案單元。
- 如申請專利範圍第4項所述之複合導電材料，其中該第一圖案包含複數個第一圖案單元，各該複數個第一圖案單元的面積為隨機分配。
- 如申請專利範圍第1項所述之複合導電材料，其中該無機導電材料層包含氧化銦錫(ITO)、氧化銦鋅(IZO)、氧化鋅(ZnO)或氧化銦錫鋅(ITZO)。
- 如申請專利範圍第1項所述之複合導電材料，其中該複數條奈米金屬線包含奈米銀線、奈米銅線、奈米金線、奈米鎳線或奈米鉑線。
- 如申請專利範圍第1項所述之複合導電材料，其中該導電單元包含與該複數條奈米金屬線接觸的一保護層。
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