TWI441940B

TWI441940B - 圖案化導電元件的製備方法

Info

Publication number: TWI441940B
Application number: TW100120201A
Authority: TW
Inventors: Po Sheng Shih; Jia Shyong Cheng
Original assignee: Shih Hua Technology Ltd
Priority date: 2011-06-09
Filing date: 2011-06-09
Publication date: 2014-06-21
Also published as: TW201250042A; US8454787B2; US20120312464A1

Description

圖案化導電元件的製備方法

本發明涉及一種圖案化導電元件的製備方法，尤其涉及一種製備基於奈米碳管的圖案化導電元件的製備方法。

透明導電元件，尤其圖案化導電元件，為各種電子設備，如觸摸屏、液晶顯示器、場發射顯示裝置等的重要元件。

先前技術中的圖案化導電元件包括一基底以及形成於該基底表面的圖案化的銦錫氧化物層（ITO層）。然而，ITO層在不斷彎折後，其彎折處的電阻有所增大，其作為透明導電層具有機械和化學耐用性不夠好的缺點，且存在電阻不均勻且電阻值範圍較小的現象。從而導致先前的觸摸屏存在耐用性差、靈敏度低及準確性較差等缺點。而且，ITO層作為透明導電層通常採用離子束濺射或蒸鍍等工藝製備，故，使得ITO層的製備成本較高。而圖案化ITO層的方法通常為鐳射刻蝕，該方法不僅製備成本較高，而且製備效率較低。

有鑒於此，提供一種成本較低，且效率較高的圖案化導電元件的製備方法實為必要。

一種圖案化導電元件的製備方法，其具體包括：提供一基底；在所述基底的一表面形成一圖案化黏膠層；在所述圖案化黏膠層表面形成一奈米碳管層；固化所述圖案化黏膠層，形成對應所述圖案化黏膠層的已被固定奈米碳管層和未對應所述圖案化黏膠層的未被固定奈米碳管層；以及去除所述未被固定奈米碳管層，形成一圖案化奈米碳管層。

一種圖案化導電元件的製備方法，其具體包括：提供一基底；在所述基底的一表面形成一第一光罩層，該第一光罩層定義一圖案化開孔；在圖案化開孔內形成一圖案化黏膠層；在所述第一光罩層和圖案化黏膠層的表面形成一奈米碳管層，並固化所述圖案化黏膠層；以及通過去除所述第一光罩層而去除第一光罩層表面的奈米碳管層。

與先前技術相比較，本發明實施例提供的圖案化導電元件的製備方法具有以下優點：通過固化圖案化黏膠層可以固定位於圖案化黏膠層表面的奈米碳管層，從而降低去除多餘奈米碳管層的難度。該方法不僅工藝簡單，成本低廉，且提高了製備圖案化導電元件的效率。

下面將結合附圖及具體實施例，對本發明提供的圖案化導電元件的製備方法作進一步的詳細說明。

請參閱圖1，本發明第一實施例提供一種製備圖案化導電元件10的方法，其具體包括以下步驟：

步驟一，提供一基底12。

所述基底12主要起支撐的作用，其可以為一曲面型或平面型的結構。所述基底12具有適當的透光度。該基底12可以由硬性材料或柔性材料形成。具體地，所述硬性材料可選擇為玻璃、石英、金剛石或塑膠等。所述柔性材料可選擇為聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯（PE）、聚醯亞胺（PI）或聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)等聚酯材料，或聚醚碸(PES)、纖維素酯、聚氯乙烯(PVC)、苯並環丁烯(BCB)或丙烯酸樹脂等材料。優選地，所述基底12的透光度在75%以上。可以理解，形成所述基底12的材料並不限於上述列舉的材料，只要能使基底12起到支撐的作用即可。本實施例中，所述基底12為一平面型的玻璃板。

步驟二，在所述基底12的一表面形成一圖案化黏膠層13。

所述圖案化黏膠層13形成一預定圖案。該預定圖案可以為單一圖形、複數個相同的單一圖形、複數個不同的單一圖形的組合等。所述單一圖形包括圓形、方形、三角形等常見的幾何圖形。所述複數個相同形狀的單一圖形組成的陣列如圖2所示，所述複數個不同形狀的單一圖形組合如圖3所示等。所述圖案化黏膠層13還可為一整層黏膠層去除上述單一圖形、複數個相同的單一圖形的組合或複數個不同的單一圖形的組合所得到的預定圖案。所述圖案化黏膠層13的大小和形狀應應根據所需製備的圖案化導電元件10的圖案化奈米碳管層18的大小和形狀選擇。

所述圖案化黏膠層13的材料不限，可以為熱塑膠、熱固膠或UV膠等。所述圖案化黏膠層13的厚度為1奈米~500微米。優選地，所述圖案化黏膠層13的厚度為1微米~2微米。所述圖案化黏膠層13具有適當的透光度，優選地，所述圖案化黏膠層13的透光度在75%以上。

所述圖案化黏膠層13可以通過噴塗、刷塗或列印的方法直接形成一預定圖案，也可以先在基底12表面塗敷一整層黏膠層，再去除部分黏膠層而形成一預定圖案。所述塗敷一整層黏膠層的方法可以為旋塗法、噴塗法、刷塗等，所述去除部分黏膠層的方法可以為鐳射蝕刻或機械打磨等。

本實施例中，所述圖案化黏膠層13為複數個平行且間隔設置的條形UV膠層，其通過刷塗的方法形成於基底12一表面。所述圖案化黏膠層13的厚度約為1.5微米。

步驟三，在所述圖案化黏膠層13表面形成一奈米碳管層14。

所述奈米碳管層14由若干奈米碳管組成，該奈米碳管層14中大多數奈米碳管的延伸方向基本平行於該奈米碳管層14的表面。所述奈米碳管層14的厚度不限，可以根據需要選擇；所述奈米碳管層14的厚度為0.5奈米~100微米；優選地，該奈米碳管層14的厚度為100奈米~200奈米，所述奈米碳管層14的透光度在75%以上。由於所述奈米碳管層14中的奈米碳管均勻分佈且具有很好的柔韌性，使得該奈米碳管層14具有很好的柔韌性，可以彎曲折疊成任意形狀而不易破裂。

所述奈米碳管層14中的奈米碳管包括單壁奈米碳管、雙壁奈米碳管及多壁奈米碳管中的一種或多種。所述單壁奈米碳管的直徑為0.5奈米~50奈米，雙壁奈米碳管的直徑為1.0奈米~50奈米，多壁奈米碳管的直徑為1.5奈米~50奈米。所述奈米碳管的長度大於50微米。優選地，該奈米碳管的長度優選為200微米~900微米。

所述奈米碳管層14中的奈米碳管無序或有序排列。所謂無序排列指奈米碳管的排列方向無規則。所謂有序排列指奈米碳管的排列方向有規則。具體地，當奈米碳管層14包括無序排列的奈米碳管時，奈米碳管相互纏繞或者各向同性排列；當奈米碳管層14包括有序排列的奈米碳管時，奈米碳管沿一個方向或者複數個方向擇優取向排列。所謂“擇優取向”指所述奈米碳管層14中的大多數奈米碳管在一個方向或幾個方向上具有較大的取向幾率；即，該奈米碳管層14中的大多數奈米碳管的軸向基本沿同一方向或幾個方向延伸。所述奈米碳管層14之中的相鄰的奈米碳管之間具有間隙，從而在奈米碳管層14中形成複數個間隙。

本實施例中，所述奈米碳管層14包括至少一奈米碳管膜。當所述奈米碳管層14包括複數個奈米碳管膜時，該奈米碳管膜可以基本平行無間隙共面設置或層疊設置。請參閱圖4，所述奈米碳管膜為一由若干奈米碳管組成的自支撐結構。所述若干奈米碳管沿同一方向擇優取向排列。該奈米碳管膜中大多數奈米碳管的整體延伸方向基本朝同一方向。而且，所述大多數奈米碳管的整體延伸方向基本平行於奈米碳管膜的表面。進一步地，所述奈米碳管膜中多數奈米碳管通過凡得瓦（Van Der Waals）力首尾相連。具體地，所述奈米碳管膜中基本朝同一方向延伸的大多數奈米碳管中每一奈米碳管與在延伸方向上相鄰的奈米碳管通過凡得瓦力首尾相連。當然，所述奈米碳管膜中存在少數隨機排列的奈米碳管，這些奈米碳管不會對奈米碳管膜中大多數奈米碳管的整體取向排列構成明顯影響。所述奈米碳管膜不需要大面積的載體支撐，而只要相對兩邊提供支撐力即能整體上懸空而保持自身膜狀狀態，即將該奈米碳管膜置於（或固定於）間隔設置的兩個支撐體上時，位於兩個支撐體之間的奈米碳管膜能夠懸空保持自身膜狀狀態。

具體地，所述奈米碳管膜中基本朝同一方向延伸的多數奈米碳管，並非絕對的直線狀，可以適當的彎曲；或者並非完全按照延伸方向上排列，可以適當的偏離延伸方向。故，不能排除奈米碳管膜的基本朝同一方向延伸的多數奈米碳管中並列的奈米碳管之間可能存在部分接觸。

具體地，所述奈米碳管膜包括複數個連續且定向排列的奈米碳管片段。該複數個奈米碳管片段通過凡得瓦力首尾相連。每一奈米碳管片段包括複數個相互平行的奈米碳管，該複數個相互平行的奈米碳管通過凡得瓦力緊密結合。該奈米碳管片段具有任意的長度、厚度、均勻性及形狀。該奈米碳管膜中的奈米碳管沿同一方向擇優取向排列。

可以理解，通過將複數個奈米碳管膜平行且無間隙共面鋪設或/和層疊鋪設，可以製備不同面積與厚度的奈米碳管層14。每個奈米碳管膜的厚度可為0.5奈米~100微米。當奈米碳管層14包括複數個層疊設置的奈米碳管膜時，相鄰的奈米碳管膜中的奈米碳管的排列方向形成一夾角α，0˚≦α≦90˚。

所述奈米碳管膜可通過從奈米碳管陣列直接拉取獲得。具體地，首先於石英或晶圓或其他材質之基板上長出奈米碳管陣列，例如使用化學氣相沈積（Chemical Vapor Deposition，CVD）方法；接著，以拉伸技術將奈米碳管逐一從奈米碳管陣列中拉出而形成。這些奈米碳管藉由凡得瓦力而得以首尾相連，形成具一定方向性且大致平行排列的導電細長結構。所形成的奈米碳管膜會在拉伸的方向具最小的電阻抗，而在垂直於拉伸方向具最大的電阻抗，因而具備電阻抗異向性。所述奈米碳管拉膜的結構及其製備方法請參見范守善等人於2007年2月12日申請的，於2010年7月11公告的第I327177號台灣公告專利申請“奈米碳管薄膜結構及其製備方法”，申請人：鴻海精密工業股份有限公司。為節省篇幅，僅引用此，但上述申請所有技術揭露也應視為本發明申請技術揭露的一部分。

所述奈米碳管層14可以通過列印、沈積或直接鋪設等方法形成於圖案化黏膠層13表面。本實施例中，所述奈米碳管層14為一具有自支撐作用的奈米碳管膜，其可以直接鋪設於圖案化黏膠層13表面，以將整個圖案化黏膠層13覆蓋。可以理解，通過平行無間隙設置複數個奈米碳管膜可以拼接成大面積的奈米碳管層14。

當形成奈米碳管層14後，對應圖案化黏膠層13的奈米碳管層14會部分或全部浸潤到圖案化黏膠層13中，且通過黏結力與圖案化黏膠層13結合。優選地，所述對應圖案化黏膠層13的奈米碳管層14中的奈米碳管部分浸潤到圖案化黏膠層13中，部分暴露於圖案化黏膠層13外。而未對應圖案化黏膠層13的奈米碳管層14則懸空設置於圖案化黏膠層13的開孔上或沈積於圖案化黏膠層13開孔內。

進一步，為了使對應圖案化黏膠層13的奈米碳管層14浸潤到圖案化黏膠層13中，還可以包括一擠壓該圖案化黏膠層13表面的奈米碳管層14的步驟。本實施例中，採用一PET膜鋪設於奈米碳管層14表面，輕輕的擠壓該奈米碳管層14。

步驟四，固化所述圖案化黏膠層13，形成對應所述圖案化黏膠層13的已被固定奈米碳管層144和未對應所述圖案化黏膠層13的未被固定奈米碳管層142。

所述固化圖案化黏膠層13的方法與圖案化黏膠層13的材料有關。所述熱塑膠可以通過冷卻固化，所述熱固膠可以通過加熱固化，所述UV膠可以通過紫外光照射固化。由於對應圖案化黏膠層13的奈米碳管層14浸潤到圖案化黏膠層13中，故，該步驟中圖案化黏膠層13表面的奈米碳管層14會被圖案化黏膠層13固定形成已被固定奈米碳管層144。而未對應圖案化黏膠層13的奈米碳管層14則不會被圖案化黏膠層13固定，形成未被固定奈米碳管層142。本實施例中，通過紫外光照射的方法使UV膠固化。所述紫外光照射的時間為2秒~30秒。本實施例中，所述紫外光照射的時間為4秒。

步驟五，去除所述未被固定奈米碳管層142，形成一圖案化奈米碳管層18，從而得到圖案化導電元件10。

所述去除未被固定奈米碳管層142的方法可以為通過膠帶黏結剝離或通過清潔滾輪剝離。所述清潔滾輪表面具有一定的黏性，可以將未被固定奈米碳管層142黏住並剝離。由於未對應圖案化黏膠層13的奈米碳管層14沒有被圖案化黏膠層13固定，故，通過膠帶黏結或清潔滾輪滾動可以很容易的將該未被固定奈米碳管層142去除。而對應圖案化黏膠層13的奈米碳管層14則被圖案化黏膠層13固定在基底12表面。當然，去除未被固定奈米碳管層142還可以採取其他方式，比如鐳射刻蝕、粒子束刻蝕或電子束光刻等。本實施例中，通過膠帶黏結的方法將未被固定奈米碳管層142去除。所述圖案化奈米碳管層18的大小和形狀與圖案化黏膠層13的大小和形狀相同。

請參閱圖5，本發明第二實施例提供一種製備圖案化導電元件10的方法，其具體包括以下步驟：

步驟一，提供一基底12。

本實施例中，所述基底12為一平面型的玻璃板。

步驟二，在所述基底12的一表面形成一第一光罩層16，該第一光罩層16定義一圖案化開孔160。

所述第一光罩層16為一自支撐結構，即該第一光罩層16可以從基底12表面一體剝離。優選地，所述第一光罩層16的材料為高分子材料。所述高分子材料可選擇為聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯（PE）、聚醯亞胺（PI）或聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)等聚酯材料，或聚醚碸(PES)、纖維素酯、聚氯乙烯(PVC)、苯並環丁烯(BCB)或丙烯酸樹脂等材料。可以理解，形成所述第一光罩層16的材料並不限於上述列舉的材料，只要能使第一光罩層16成為自支撐結構即可。本實施例中，所述第一光罩層16為一厚度約為1.5微米的PET膜。

所述圖案化開孔160的作用為使基底12表面暴露，以設置圖案化黏膠層13。所述圖案化開孔160的大小和形狀應應根據所需製備的圖案化導電元件10的圖案化奈米碳管層18的大小和形狀選擇。本實施例中，所述圖案化開孔160包括複數個平行且間隔設置的條形開孔。

步驟三，在圖案化開孔160內形成圖案化黏膠層13。

所述圖案化黏膠層13可以通過噴塗、刷塗或列印的方法形成在圖案化開孔160內。所述圖案化黏膠層13的大小和形狀與圖案化開孔160的大小和形狀相同。本實施例中，所述圖案化黏膠層13為複數個平行且間隔設置的條形UV膠層。所述圖案化黏膠層13的厚度約為1.5微米。

請參閱圖6，本實施例在圖案化開孔160內形成圖案化黏膠層13的方法包括以下步驟：

首先，在第一光罩層16表面形成一第二光罩層17，且所述第二光罩層17具有與圖案化開孔160對應的開孔（圖未標）。

所述第二光罩層17與第一光罩層16的結構和材料相同。優選地，所述第二光罩層17的厚度小於第一光罩層16的厚度。本實施例中，所述第二光罩層17為一厚度約為0.5微米的PET膜。

其次，在圖案化開孔160內形成黏膠層15。

所述黏膠層15可以通過噴塗、刷塗或列印的方法形成在圖案化開孔160內。該步驟中，部分黏膠層15會形成於第二光罩層17表面。

最後，去除第二光罩層17，得到圖案化黏膠層13。

該步驟中，由於去除第二光罩層17得到圖案化黏膠層13，故，第一光罩層16表面不會有黏膠。本實施例中，通過設置和去除第二光罩層17，可以容易的在圖案化開孔160內形成圖案化黏膠層13，且使得第一光罩層16表面表面沒有黏膠。

步驟四，在第一光罩層16和圖案化黏膠層13的表面形成一奈米碳管層14，並固化圖案化黏膠層13。

所述奈米碳管層14可以通過列印、沈積或直接鋪設等方法形成於第一光罩層16和圖案化黏膠層13表面。本實施例中，所述奈米碳管層14為一具有自支撐作用的奈米碳管膜，其可以直接鋪設於整個第一光罩層16和圖案化黏膠層13表面。當奈米碳管層14形成於圖案化黏膠層13表面後，位於圖案化黏膠層13表面的奈米碳管層14會部分或全部浸潤到圖案化黏膠層13中，且通過黏結力與圖案化黏膠層13結合。可以理解，如果圖案化黏膠層13的厚度大於第一光罩層16的厚度，則第一光罩層16表面的奈米碳管層14可能會懸空設置。

所述固化圖案化黏膠層13的方法與第一實施例相同。由於圖案化黏膠層13表面的奈米碳管層14浸潤到圖案化黏膠層13中，故，該步驟中圖案化黏膠層13表面的奈米碳管層14會在圖案化黏膠層13固化的過程中被固定。而位於第一光罩層16表面的奈米碳管層14則通過凡得瓦力與第一光罩層16結合。本實施例中，通過紫外光照射的方法使UV膠固化，所述紫外光照射的時間為4秒。

步驟五，通過去除第一光罩層16而去除第一光罩層16表面的奈米碳管層14，從而得到圖案化導電元件10。

由於所述第一光罩層16為一自支撐結構，可以從基底12表面一體剝離，故，該步驟中，可以直接將整個第一光罩層16從基底12表面剝離。由於位於第一光罩層16表面的奈米碳管層14通過凡得瓦力與第一光罩層16結合，故，該部分奈米碳管層14隨著第一光罩層16一起被去除。而圖案化黏膠層13表面的奈米碳管層14被圖案化黏膠層13固定在基底12表面形成一圖案化奈米碳管層18。通過剝離第一光罩層16的方法去除部分奈米碳管層14可以提高製備圖案化導電元件10的效率。而且，剝離的第一光罩層16可以重複使用，從而降低製備圖案化導電元件10的成本。

本發明實施例提供一種圖案化導電元件10，其包括一基底12，一圖案化黏膠層13以及一圖案化奈米碳管層18。所述圖案化黏膠層13設置於該基底12的一表面。所述圖案化奈米碳管層18設置於該圖案化黏膠層13的一表面，且通過圖案化黏膠層13固定於基底12的表面。該圖案化奈米碳管層18用作透明導電層。本實施例製備的圖案化導電元件10可以應用於觸摸屏、太陽能電池、液晶顯示器等領域。

本發明實施例提供的圖案化導電元件及其製備方法具有以下優點：第一，奈米碳管具有優異的力學特性使得奈米碳管層具有良好的韌性及機械強度，且耐彎折，故採用奈米碳管層作為透明導電層，可以相應的提高透明導電層的耐用性；第二，由於奈米碳管層包括複數個均勻分佈的奈米碳管，故，該奈米碳管層也具有均勻的阻值分佈，故，採用該奈米碳管層作為透明導電層可以相應的提高使用該透明導電層的電子設備，如觸摸屏，的靈敏度及精確度；第三，由於奈米碳管膜具有自製成性，故，可以直接鋪設於黏膠層表面，製備工藝簡單化。第四，通過固化圖案化黏膠層固定位於圖案化黏膠層表面的奈米碳管層，可以降低去除多餘奈米碳管層的難度。第五，通過剝離光罩層的方法去除部分奈米碳管層可以提高製備圖案化導電元件的效率。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋以下申請專利範圍內。

10．．．圖案化導電元件

12．．．基底

13．．．圖案化黏膠層

15．．．黏膠層

14．．．奈米碳管層

142．．．未柀固定奈米碳管層

144．．．已被固定奈米碳管層

16．．．第一光罩層

160．．．圖案化開孔

17．．．第二光罩層

18．．．圖案化奈米碳管層

圖1為本發明第一實施例提供的圖案化導電元件的製備方法的工藝流程圖。

圖2為本發明第一實施例製備的包括複數個相同形狀的單一圖形的圖案化黏膠層的俯視圖。

圖3為本發明第一實施例製備的包括複數個不同形狀的單一圖形的圖案化黏膠層的俯視圖。

圖4為本發明第一實施例的奈米碳管膜的掃描電鏡照片。

圖5為本發明第二實施例提供的圖案化導電元件的製備方法的工藝流程圖。

圖6為本發明第二實施例形成圖案化黏膠層的工藝流程圖。