TWI432495B - Transparent conductive film and its making method - Google Patents
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Description
一種透明導電膜的製作方法，尤指一種可溶於水之導電膜的製作方法。
透明導電膜(transparent conducting film)係指在可見光波範圍(380奈米至780奈米)內，具有80%以上的穿透度及大於每公分103
西門(S/cm)的導電度之導電膜，由於具有良好的透光度，故廣泛應用於液晶顯示器(liquid crystal display,LCD)、電漿顯示器(plasma display panel,PDP)、發光二極體(light emitting didode,LED)或太陽能電池(solar cell)等，並成為近年來光電產品應用之關鍵材料，其中透明導電膜的材料除了常見的金屬薄膜(metal film)及金屬氧化物薄膜(metal oxide film)之外，亦有導電高分子(conducting polymer)、奈米碳管(carbon nanotube,CNT)、石墨烯(graphene)等奈米材料，其中導電高分子材料兼具了高分子的性質(質輕、具有機械強度及易塑性)及特殊電學特性，且製備方法較為簡單，故深受產業界重視。
常見導電高分子材料係為聚乙炔(polyacetylene)系列、聚噻吩(polythiophene)系列、聚苯胺(polyaniline)系列以及聚吡咯(polypyrrole)系列等，以上導電高分子材料係非水溶性，需溶於特定有機溶劑而形成薄膜，待乾燥後於可見光環境下具有明顯顏色，其中又以聚噻吩之衍生物之聚-3,4-乙烯二氧噻吩(Poly 3,4-ethylenedioxythiophene,PEDOT)產生之薄膜最接近透明的淡藍色，而成為較佳的導電高分子材料。
現有技術係將聚-3,4-乙烯二氧噻吩與聚苯乙烯磺酸(polyethylene benzene sulfonic acid,PSS)於有機溶劑混合後，需添加氧化劑才能使聚-3,4-乙烯二氧噻吩與聚苯乙烯磺酸聚合，且於聚合後仍需以過濾方式去除氧化劑，並且形成一聚合混合液，並於該聚合混合液再添加界面活性劑使該聚合混合液形成高分子微胞溶液(copolymer micellar solution)後，再利用旋轉或印刷塗佈於基板，以形成PEDOT/PSS膜狀高分子複合物。現有技術製備PEDOT/PSS透明導電膜的過程較為繁雜，且所製得之PEDOT/PSS透明導電膜不溶於水，使得包含該PEDOT/PSS透明導電膜之基板於應用後之回收處理較為不環保。
鑒於現有技術製備透明導電膜過程中，需添加氧化劑及界面活性劑且所製得透明導電膜不溶於水之缺點，故本發明之目的在於提供一種製程簡單之透明導電膜的製作方法，且可產生可溶於水之透明導電膜。
為達上述目的，本發明提供一種透明導電膜的製作方法，其係將2,5-雙溴-3,4-乙烯二氧噻吩(2,5-dibromo-3,4-ethylenedioxylthiophene,DBEDOT)與聚乙烯苯磺酸混合並分散於一親水性有機溶劑及水中，以形成一混合液；以及將該混合液塗佈於經加熱至第一反應溫度之一基板上並進行熱聚合，即可得到一透明導電膜。
較佳的，所述之2,5-雙溴-3,4-乙烯二氧噻吩之用量範圍係以2,5-雙溴-3,4-乙烯二氧噻吩與聚乙烯苯磺酸之總重量(wt)為基礎，介於2 wt%至20 wt%之間。
較佳的，所述之聚乙烯苯磺酸之用量範圍係以2,5-雙溴-3,4-乙烯二氧噻吩與聚乙烯苯磺酸之總重量為基礎，介於80 wt%至98 wt%之間。
較佳的，所述之親水性有機溶劑包括，但不限於甲醇(methanol)、乙醇(ethanol)、丙酮(acetone)、異丙醇(,IPA)、丁酮(methyl ethyl ketone,MEK)及甲基異丁酮(methyl isobutyl ketone,MIBK)，且該親水性有機溶劑之用量範圍係以水與親水性有機溶劑之總體積(vol)為基礎，介於20 vol%至50 vol%之間。
較佳的，所述之水之用量範圍係以水與親水性有機溶劑之總體積為基礎，介於50 vol%至80 vol%之間。
較佳的，所述之水與親水性有機溶劑之體積比值介於0.5至1.5之間。
較佳的，所述之混合液係一含有球狀微膠體顆粒的分散溶液。
較佳的，所述之第一反應溫度係介於70℃至120℃之間。
較佳的，所述之基板材質包括，但不限於玻璃、金屬、聚丙烯酸酯(polyacrylate)、聚碳酸酯(polycarbonate)、聚乙烯(polyethylene)、聚乙烯對苯二甲酸酯(polyethylene terephthalate)及三醋酸纖維素(triacetyl cellulose)等材料。
本發明更提供一透明導電膜，該透明導電膜係由前述之透明導電膜的製作方法所製得，其中該透明導電膜可溶於水，且包含由2,5-雙溴-3,4-乙烯二氧噻吩與聚乙烯苯磺酸經聚合而成。
較佳的，所述之透明導電膜之電阻值係介於1千歐姆(KΩ)至0.5百萬歐姆(MΩ)。
較佳的，所述之透明導電膜之厚度介於1微米(μm)至10微米。
本發明之透明導電膜的製作方法中，不需添加界面活性劑即可形成含有球狀微膠體顆粒的分散溶液，且僅需加熱即可使2,5-雙溴-3,4-乙烯二氧噻吩與聚乙烯苯磺酸產生熱聚合，相較於現有技術的製程更為簡單方便且易操作；且由該透明導電膜的製作方法所製得之透明導電膜可溶於水，使該包含有透明導電膜之基板應用於相關產業後可以水沖洗後再利用，相當環保。
本發明之方法係可應用於透明導電膜之製作，其係將2,5-雙溴-3,4-乙烯二氧噻吩與聚乙烯苯磺酸混合並分散於親水性有機溶劑及水中，以形成一混合液，再將該混合液塗佈於經加熱之一基板上並進行熱聚合，即可得到一透明導電膜。
本發明將由下列的實施例做為進一步說明，這些實施例並不限制本發明前面所揭示的內容。
實施例1
：透明導電膜的製備
樣本1：將0.33公克(g)之聚乙烯苯磺酸與15.0毫克(mg)之2,5-雙溴-3,4-乙烯二氧噻吩混合並分散於0.2 ml之丙酮(acetone)及0.1毫升(ml)之水中，以形成一混合液，再將該混合液塗佈於加熱至120℃之一玻璃基板上進行熱聚合，即可得到一透明導電膜，於以下內文中均以「樣本1」表示之。
樣本2：將0.33g之聚乙烯苯磺酸與15.0mg之2,5-雙溴-3,4-乙烯二氧噻吩混合並分散於0.2ml之丙酮及0.2ml之水中，以形成一混合液，再將該混合液塗佈於加熱至120℃之一玻璃基板上進行熱聚合，即可得到一透明導電膜，並於以下內文中以「樣本2」表示之。
樣本3：將0.33g之聚乙烯苯磺酸與15.0mg之2,5-雙溴-3,4-乙烯二氧噻吩混合並分散於0.2ml之丙酮及0.3ml之水中，以形成一混合液，再將該混合液塗佈於加熱至120℃之一玻璃基板上進行熱聚合，即可得到一透明導電膜，並於以下內文中以「樣本3」表示之。
樣本4：將0.33g之聚乙烯苯磺酸與15.0mg之2,5-雙溴-3,4-乙烯二氧噻吩混合並分散於0.3ml之丙酮及0.3ml之水中，以形成一混合液，再將該混合液塗佈於加熱至120℃之一玻璃基板上進行熱聚合，即可得到一透明導電膜，並於以下內文中以「樣本4」表示之。
樣本5：將0.33g之聚乙烯苯磺酸與15.0mg之2,5-雙溴-3,4-乙烯二氧噻吩混合並分散於0.5ml之丙酮及0.5ml之水中，以形成一混合液，再將該混合液塗佈於加熱至120℃之一玻璃基板上進行熱聚合，即可得到一透明導電膜，並於以下內文中以「樣本5」表示之。
實施例2：透明導電膜之型態分析
前述實施例1所製備之樣本1至樣本5，分別利用穿透式電子顯微鏡(transmission electron microscopy；TEM，型號為TEM-2100)以及掃描式電子顯微鏡(scanning electron
microscopy,SEM，型號為HR-SEM)進行透明導電膜之型態分析。
請參考圖1所示，係樣本3及樣本5於放大倍率15000倍之穿透式電子顯微鏡之型態圖；請參考圖2所示，係樣本3及樣本5於放大倍率40000倍之掃描式電子顯微鏡之表面型態圖。由圖1及圖2可知，樣本3及樣本5之表面型態皆為球型。
實施例3：透明導電膜之電阻測試
前述實施例1所製備的樣本1至樣本8，分別利用四線式電阻測量法與電錶(型號為Keithley2400)進行透明導電膜之電阻測試，結果如表1所示。
請參考圖3所示，由樣本1至樣本3比較後可得知，水及丙酮之體積比會影響透明導電膜之電阻值，當丙酮體積不變，增加水的體積使透明導電膜之電阻值下降。
請參考圖4所示，由樣本2、樣本4及樣本5比較後可得知，當水與丙酮之體積比固定為1：1時，水與丙酮之總體積會影響透明導電膜之電阻值，且當水與丙酮之總體積上升，透明導電膜之電阻值亦上升。
圖1係本發明之樣本3及樣本5於放大倍率15000倍之穿透式電子顯微鏡之型態圖。
圖2係本發明之樣本3及樣本5於放大倍率40000倍之掃描式電子顯微鏡之表面型態圖。
圖3係本發明之樣本1至樣本3於不同的水及丙酮之體積比所對應的電阻值關係圖。
圖4係本發明之樣本2、樣本4及樣本5於不同的水與丙酮之總體積所對應的電阻值關係圖。
Claims (11)
- 一種透明導電膜的製作方法，其包括：將2,5-雙溴-3,4-乙烯二氧噻吩(2,5-dibromo-3,4-ethylenedioxylthiophene,DBEDOT)與聚乙烯苯磺酸(polyethylene benzene sulfonic acid,PSS)混合並分散於一親水性有機溶劑及水中，以形成一混合液；以及將該混合液塗佈於經加熱至第一反應溫度之一基板上並進行熱聚合，即可得到一透明導電膜；其中水與親水性有機溶劑之體積比值介於0.5至1.5間。
- 如請求項1所述之透明導電膜的製作方法，其中2,5-雙溴-3,4-乙烯二氧噻吩之用量範圍係以2,5-雙溴-3,4-乙烯二氧噻吩與聚乙烯苯磺酸之總重量(wt)為基礎，介於2wt%至20wt%之間。
- 如請求項1所述之透明導電膜的製作方法，其中聚乙烯苯磺酸之用量範圍係以2,5-雙溴-3,4-乙烯二氧噻吩與聚乙烯苯磺酸之總重量為基礎，介於80wt%至98wt%之間。
- 如請求項1所述之透明導電膜的製作方法，其中親水性有機溶劑係甲醇(methanol)、乙醇(ethanol)、丙酮(acetone)、異丙醇(isopropanol,IPA)、丁酮(methyl ethyl ketone,MEK)或甲基異丁酮(methyl isobutyl ketone,MIBK)，且該親水性有機溶劑之用量範圍係以水與親水性有機溶劑之總體積(vol)為基礎，介於20vol%至50vol%之間。
- 如請求項1所述之透明導電膜的製作方法，其中水之用量範圍係以水與親水性有機溶劑之總體積為基礎，介於50vol%至80vol%之間。
- 如請求項1所述之透明導電膜的製作方法，其中混合液係一包含球狀微膠體顆粒的分散溶液。
- 如請求項1所述之透明導電膜的製作方法，其中第一預設溫度係介於70℃至120℃之間。
- 如請求項1所述之透明導電膜的製作方法，其中基板材質包括玻璃、金屬、聚丙烯酸酯(polyacrylate)、聚碳酸酯(polycarbonate)、聚乙烯(polyethylene)、聚乙烯對苯二甲酸酯(polyethylene terephthalate)或三醋酸纖維素(triacetyl cellulose)。
- 一種透明導電膜，其係以如請求項1至8中任一項所述之製作方法所製得，其中該透明導電膜可溶於水，且包含由2,5-雙溴-3,4-乙烯二氧噻吩與聚乙烯苯磺酸經聚合而成。
- 如請求項9所述之透明導電膜，其中該透明導電膜之電阻值係介於1千歐姆(kΩ)至4千歐姆(k Ω)。
- 如請求項9所述之透明導電膜，其中該透明導電膜之厚度係介於1微米(μm)至10微米。
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| TW201336903A TW201336903A (zh) | 2013-09-16 |
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| TW101107132A TWI432495B (zh) | 2012-03-03 | 2012-03-03 | Transparent conductive film and its making method |
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| TW201336903A (zh) | 2013-09-16 |
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