TWI451449B

TWI451449B - 圖案化導電元件的製備方法

Info

Publication number: TWI451449B
Application number: TW100120203A
Authority: TW
Inventors: Jia Shyong Cheng; Po Shan Huang; Po Sheng Shih; Chun Yi Hu; Chih Han Chao; Jeah Sheng Wu
Original assignee: Shih Hua Technology Ltd
Priority date: 2011-06-09
Filing date: 2011-06-09
Publication date: 2014-09-01
Also published as: US20120312773A1; TW201250720A; US8623224B2

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黏膠層；按照預定圖案局部固化黏膠層，使得黏膠層形成一固化的第一區域和一未固化的第二區域；在黏膠層的表面形成一奈米碳管層；固化黏膠層，使第二區域的黏膠層與奈米碳管層黏結固定；以及去除位於第一區域的奈米碳管層，形成一圖案化的奈米碳管層。

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：通過先局部固化黏膠層，再形成奈米碳管層的方法可以使得待去除的奈米碳管層不被黏膠層固定，降低了去除奈米碳管層的難度，從而降低了製備成本，也提高了製備圖案化導電元件的效率。

10‧‧‧圖案化導電元件

12‧‧‧基底

13‧‧‧黏膠層

132‧‧‧第一區域

134‧‧‧第二區域

14‧‧‧奈米碳管層

15‧‧‧掩模

150‧‧‧本體

152‧‧‧通孔

16‧‧‧紫外光

18‧‧‧圖案化的奈米碳管層

182‧‧‧奈米碳管

圖1為本發明實施例製備的圖案化導電元件的示意圖。

圖2為圖1的圖案化導電元件的局部II放大圖。

圖3和圖4為本發明實施例製備的圖案化導電元件的俯視圖。

圖5為本發明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為圖5的黏膠層局部固化後的俯視圖。

圖7為圖5的奈米碳管膜的掃描電鏡照片。

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及其製備方法作進一步的詳細說明。

請參閱圖1，本發明實施例提供一種圖案化導電元件10，其包括一基底12，一黏膠層13以及一圖案化的奈米碳管層18。所述黏膠層13設置於該基底12的一表面。所述圖案化的奈米碳管層18設置於該黏膠層13的一表面，且通過黏膠層13固定於基底12的表面。

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。本實施例中，所述基底12為一平面型的PET膜。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。

所述黏膠層13的材料可以為熱塑膠、熱固膠或UV膠等。所述黏膠層13的厚度為1奈米~500微米。優選地，所述黏膠層13的厚度為1微米~2微米。所述黏膠層13具有適當的透光度，優選地，所述黏膠層13的透光度在75%以上。本實施例中，所述黏膠層13為一厚度約為1.5微米的UV膠層。

所述圖案化的奈米碳管層18包括一形成預定圖案的奈米碳管層，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3所示，所述複數個不同形狀的單一圖形圖形組合如圖4所示等。所述圖案化的奈米碳管層18還可為一奈米碳管層去除上述單一圖形、複數個相同的單一圖形或複數個不同的單一圖形的組合所得到的預定圖案。

所述圖案化的奈米碳管層18具有適度的透光度，優選地，所述圖案化的奈米碳管層18的透光度在75%以上。從而，該圖案化的奈米碳管層18可以用作透明導電層。

所述圖案化的奈米碳管層18由若干奈米碳管組成，該圖案化的奈米碳管層18中大多數奈米碳管的延伸方向基本平行於圖案化的奈米碳管層18的表面。所述圖案化的奈米碳管層18可為一從奈米碳管陣列中直接拉伸出來的奈米碳管膜製備而成，該奈米碳管膜具有自支撐性能，故，該圖案化的奈米碳管層也可為一連續的整體結構，具自支撐性能。具體請參閱圖2，由於圖案化的奈米碳管層18由若干奈米碳管182組成，若干奈米碳管182之間通過凡得瓦(Van Der Waals)力相互連接形成一整體結構。且該若干奈米碳管182之間具有間隙。當該圖案化的奈米碳管層18通過黏膠層13黏附於基底12表面時，該黏膠層13部分填充於所述圖案化的奈米碳管層18中的奈米碳管182之間的間隙中，且填充於相鄰的奈米碳管182之間的黏膠層13的表面比較平坦。進一步地，所述圖案化的奈米碳管層18通過所述黏膠層13固定於基底12表面，通過外加壓力的作用所述圖案化的奈米碳管層18全部包埋於黏膠層13中，或部分包埋於所述黏膠層13中，部分暴露於所述黏膠層13外。本實施例中，所述圖案化的奈米碳管層18中的大多數奈米碳管182部分表面包埋於黏膠層13中，部分表面暴露於黏膠層13外。從而，一方面該圖案化的奈米碳管層18可通過黏膠層13固定於基底12表面，另一方面，奈米碳管182暴露的部分可使得圖案化的奈米碳管層18的表面具有導電性。

可以理解，當所述基底12、黏膠層13以及圖案化的奈米碳管層18都具有一定透光度時，所述圖案化導電元件10成為一圖案化透明導電元件，其可以用於觸摸屏面板，場發射顯示器以及液晶顯示器等領域。

請參閱圖5，本發明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PET膜。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。優選地，所述為基底12為一透明基底。

步驟二，在所述基底12的一表面形成一黏膠層13。

所述黏膠層13的材料不限，只要在某一條件下可以實現局部固化的黏膠都可以，如：熱塑膠、熱固膠或UV膠等。所述形成一黏膠層13的方法可以為旋塗法、噴塗法、刷塗等。本實施例中，所述黏膠層13為一厚度約為1.5微米的UV膠層，其通過刷塗的方法形成於PET膜一表面。

步驟三，按照預定圖案局部固化黏膠層13，使得黏膠層13形成固化的第一區域132和未固化的第二區域134。

所述局部固化黏膠層13的方法與黏膠層13的材料有關。所述熱塑膠可以通過局部冷卻固化，所述熱固膠可以通過局部加熱固化，所述UV膠可以通過局部紫外光照固化。具體地，所述局部加熱的方法可以通過掩模結合紅外線照射法實現，所述局部紫外光照的方法可以通過掩模法實現。所述黏膠層13位於第二區域134的部分形成一預定圖案，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3所示，所述複數個不同形狀的單一圖形圖形組合如圖4所示等。所述預定圖案還可為一平面除去上述單一圖形、複數個相同的單一圖形或複數個不同的單一圖形的組合所得到的預定圖案。所述預定圖案的形狀與所要製備的圖案化的奈米碳管層18的形狀相同。

請參閱圖6，本實施例中，所述第一區域132固化的黏膠層13和第二區域134未固化的黏膠層13分別形成複數個間隔設置的條形圖案。本實施例的黏膠層13為一UV膠層，其固化的方法具體包括以下步驟：首先，在所述黏膠層13上方設置一掩模15。

所述掩模15懸空設置於所述黏膠層13遠離基底12的表面上方。所述掩模15的形狀和大小根據所要製備的圖案化的奈米碳管層18選擇。具體地，所述掩模15包括一本體150，且該本體150上設置有通孔152。所述通孔152為透光部，所述本體為擋光部。所述透光部可以位於擋光部的中間位置也可以位於擋光部的邊緣位置。由於掩模15的作用，所述黏膠層13對應於透光部的區域定義為第一區域132，對應於擋光部的區域定義為第二區域134。本實施例中，所述掩模15為一具有複數個條形開孔的擋板。

其次，採用紫外光16通過掩模15照射所述黏膠層13。

由於被擋光部遮擋，所述黏膠層13位於第二區域134的部分不會被紫外光16照射到。而黏膠層13位於第一區域132的部分，由於通過透光部暴露，故，會被紫外光16照射到。由於所述黏膠層13為一UV膠層，故，通過紫外光16照射後，位於第一區域132的黏膠層13固化，而位於第二區域134的黏膠層13不會固化。所述紫外光16照射的時間為2秒~30秒。本實施例中，所述紫外光16照射的時間為4秒。

最後，去除所述掩模15。

步驟四，在黏膠層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。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複數種。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7，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黏膠層13表面。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。

當奈米碳管層14形成於黏膠層13表面後，由於黏膠層13位於第一區域132的部分已經固化，故，位於第一區域132的奈米碳管層14僅形成於黏膠層13表面，且通過凡得瓦力與固化的黏膠層13結合。故，所述位於第一區域132的奈米碳管層14與黏膠層13的結合力比較微弱。由於黏膠層13位於第二區域134的部分尚未固化，故，位於第二區域134的奈米碳管層14則會部分或全部浸潤到黏膠層13中，且通過黏結力與黏膠層13結合。故，所述位於第二區域134的奈米碳管層14與黏膠層13的結合力比較牢固。優選地，所述位於第二區域134的奈米碳管層14中的奈米碳管部分浸潤到黏膠層13中，部分暴露於黏膠層13外。

進一步，為了使位於第二區域134的奈米碳管層14浸潤到黏膠層13中，還可以包括一擠壓該奈米碳管層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。

步驟五，固化黏膠層13，使第二區域134的黏膠層13與奈米碳管層14黏結固定。

所述固化黏膠層13的方法與局部固化黏膠層13方法相同，需要根據黏膠層13的材料選擇。所述固化黏膠層13的步驟實際為將黏膠層13位於第二區域134的未固化部分進行固化。由於位於第二區域134的奈米碳管層14浸潤到黏膠層13中，故，該步驟中位於第二區域134的奈米碳管層14會在黏膠層13固化的過程中被固定。而位於第一區域132的黏膠層13已經固化，故，位於位於第一區域132的奈米碳管膜不會被黏膠層13固定。本實施例中，通過紫外光照射的方法使位於第二區域134的UV膠固化。

步驟六，去除位於第一區域132的奈米碳管層14，形成圖案化的奈米碳管層18，從而得到圖案化導電元件10。

所述去除位於第一區域132的奈米碳管層14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，可以將奈米碳管層14黏住並剝離。由於位於位於第一區域132的奈米碳管層14僅通過凡得瓦力與黏膠層13結合，與黏膠層13表面結合力較弱，故，通過膠帶黏結或清潔滾輪滾動可以很容易的將該部分奈米碳管層14去除。本實施例中，通過膠帶黏結的方法將位於第一區域132的奈米碳管層14去除。由於本實施例先使得位於第一區域132的黏膠層13固化，後形成奈米碳管層14，故，大大降低了去除第一區域132的奈米碳管層14的難度。當然，去除位於第一區域132的奈米碳管層14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，通過先局部固化黏膠層，再形成奈米碳管層的方法可以使得待去除的奈米碳管層不被黏膠層固定，從而降低了去除奈米碳管層的難度。與鐳射去除奈米碳管層相比，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。第四，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。

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。