TWI451485B - 圖案化導電元件的製備方法 - Google Patents

Description

圖案化導電元件的製備方法

本發明是有關於一種圖案化導電元件的製備方法，且特別是有關於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，尤其是圖案化導電元件，是各種電子設備，如觸控式螢幕、液晶顯示器、場發射顯示裝置等的重要元件。

現有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。從而導致現有的觸控式面板存在耐用性差、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，因此，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，確有必要提供一種成本較低，且效率較高的圖案化導電元件的製備方法。

一種圖案化導電元件的製備方法，其具體包括：提供一第一基底；在所述第一基底的一表面形成一第一粘膠層；按照預定圖案局部固化第一粘膠層，使得第一粘膠層形成固化的第一區域和未固化的第二區域；在第一粘膠層表面形成一奈米碳管層；固化位於第二區域的第一粘膠層；提供一表面設置有第二粘膠層的第二基底，並將該第二基底的第二粘膠層與所述奈米碳管層貼合；以及將所述第二基底與第一基底分離，從而在第一基底表面形成第一圖案化透明導電層，在第二基底表面形成第二圖案化透明導電層。

與現有技術相比較，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：通過將第二基底與第一基底貼合再分離的方法同時在第二基底與第一基底表面形成圖案化透明導電層，一次製備兩個圖案化導電元件。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。

請參閱第1圖，本發明實施例提供一種一次製備兩個圖案化導電元件的方法，其具體包括以下步驟：

步驟一，提供一第一基底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。較佳地，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，所述第一基底12為一平面型的PET膜。

步驟二，在所述第一基底12的一表面形成一第一粘膠層13。

所述第一粘膠層13的材料不限，只要是在某一條件下可以實現局部固化的粘膠都可以，如：熱塑膠、熱固膠或UV膠等。所述第一粘膠層13的厚度為1奈米~500微米。較佳地，所述第一粘膠層13的厚度為1微米~2微米。所述第一粘膠層13具有適當的透光度，較佳地，所述第一粘膠層13的透光度在75%以上。所述形成一第一粘膠層13的方法可以為旋塗法、噴塗法、刷塗等。本實施例中，所述第一粘膠層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第一粘膠層13，使得第一粘膠層13形成固化的第一區域132和未固化的第二區域134。

所述局部固化第一粘膠層13的方法與第一粘膠層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遮罩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遮罩法實現。所述第一粘膠層13位於第一區域132的部分形成一第一預定圖案。所述第一粘膠層13位於第二區域134的部分形成一第二預定圖案。該預定圖案可以為單一圖形、多個相同的單一圖形、多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。所述預定圖案的形狀與所要製備的第一圖案化透明導電層18的形狀相同。可以理解，所述第一預定圖案和第二預定圖案互補，即第一預定圖案和第二預定圖案貼合可以形成一完整的與第一粘膠層13圖形相同的圖形。

本實施例中，所述位於第一區域132固化的第一粘膠層13和位於第二區域134未固化的第一粘膠層13分別形成多個間隔設置的條形圖案。本實施例的第一粘膠層13為一UV膠層，其固化的方法具體包括以下步驟：

首先，在所述第一粘膠層13上方設置一遮罩15。

所述遮罩15懸空設置於所述第一粘膠層13遠離第一基底12的表面上方。所述遮罩15的形狀和大小根據所要製備的第一圖案化透明導電層18選擇。具體地，所述遮罩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。由於遮罩15的作用，所述第一粘膠層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，所述遮罩15為一具有多個條形開孔的擋板。

其次，採用紫外光16通過遮罩15照射所述第一粘膠層13。

由於被擋光部遮擋，所述第一粘膠層13位於第二區域134的部分不會被紫外光16照射到。而第一粘膠層13位於第一區域132的部分，由於通過透光部暴露，所以會被紫外光16照射到。由於所述第一粘膠層13為一UV膠層，所以通過紫外光16照射後，位於第一區域132的第一粘膠層13固化，而位於第二區域134的第一粘膠層13不會固化。所述紫外光16照射的時間為2秒~10秒。本實施例中，所述紫外光16照射的時間為4秒。

最後，去除所述遮罩15。

步驟四，在第一粘膠層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；較佳地，該奈米碳管層14的厚度為100奈米~200奈米，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。較佳地，該奈米碳管的長度較佳為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。所謂無序排列是指奈米碳管的排列方向無規則。所謂有序排列是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多個方向擇優取向排列。所謂「擇優取向」是指所述奈米碳管層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機率；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中形成多個間隙。

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包括多個奈米碳管膜時，該奈米碳管膜可以基本平行無間隙共面設置或層疊設置。請參閱第4圖，所述奈米碳管膜是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是通過凡得瓦(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。因此，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多個連續且定向排列的奈米碳管片段。該多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多個相互平行的奈米碳管，該多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，通過將多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包括多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。

所述奈米碳管層14可以通過印刷、沉積或直接鋪設等方法形成於第一粘膠層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粘膠層13表面，以將整個第一粘膠層13覆蓋。可以理解，通過平行無間隙設置多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形成於第一粘膠層13表面後，由於第一粘膠層13位於第一區域132的部分已經固化，所以位於第一區域132的奈米碳管層14僅形成於第一粘膠層13表面，且通過凡得瓦力與固化的第一粘膠層13結合。因此，所述位於第一區域132的奈米碳管層14與第一粘膠層13的結合力比較微弱。由於第一粘膠層13位於第二區域134的部分尚未固化，所以位於第二區域134的奈米碳管層14則會部分或全部浸潤到第一粘膠層13中，且通過粘結力與第一粘膠層13結合。因此，所述位於第二區域134的奈米碳管層14與第一粘膠層13的結合力比較牢固。較佳地，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第一粘膠層13中，部分暴露於第一粘膠層13外。

進一步，為了使位於第二區域134的奈米碳管層14浸潤到第一粘膠層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，固化位於第二區域134的第一粘膠層13。

所述固化位於第二區域134的第一粘膠層13的方法與上述局部固化第一粘膠層13方法相同，需要根據第一粘膠層13的材料選擇。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。

由於位於第二區域134的奈米碳管層14浸潤到第一粘膠層13中，所以該步驟中位於第二區域134的奈米碳管層14會被固定，從而形成已被固定的奈米碳管層144。而位於第一區域132的第一粘膠層13已經固化，所以位於第一區域132的奈米碳管層14不會被第一粘膠層13固定，從而形成未被固定的奈米碳管層142。

步驟六，提供一表面設置有第二粘膠層23的第二基底22，並將該第二基底22的第二粘膠層23與所述奈米碳管層14貼合。

所述第二基底22和第二粘膠層23與上述第一基底12和第一粘膠層13的結構、材料相同。較佳地，所述第二基底22與第一基底12的形狀大小相同，第二粘膠層23與第一粘膠層13的形狀大小相同，且所述第二粘膠層23與所述奈米碳管層14重疊設置。本實施例中，所述第二基底22為一平面型的PET膜。所述第一粘膠層13為一厚度約為1.5微米的UV膠層。

步驟七，將所述第二基底22與第一基底12分離，從而得到一第一圖案化導電元件10與一第二圖案化導電元件20。

由於位於第一區域132的奈米碳管層14沒有被第一粘膠層13固定，而位於第二區域134的奈米碳管層14被第一粘膠層13固定，所以在剝離該第二基底22的過程中，位於第一區域132的未被固定的奈米碳管層142與位於第二區域134的已被固定的奈米碳管層144分離。所述已被固定的奈米碳管層144被第一粘膠層13固定在第一基底12表面形成第一圖案化透明導電層18。所述未被固定的奈米碳管層142被剝離，且被第二粘膠層23固定在第二基底22表面形成第二圖案化透明導電層28。所述第一圖案化透明導電層18與第二預定圖案的形狀相同。所述第二圖案化透明導電層28與第一預定圖案的形狀相同。

進一步，本實施例步驟七之後還包括一固化所述第二粘膠層23的步驟，從而使第二圖案化透明導電層28被第二粘膠層23固定。

請參閱第2圖和第3圖，本實施例製備的第一圖案化導電元件10的第一圖案化透明導電層18與第二圖案化導電元件20的第二圖案化透明導電層28形狀互補，即第一圖案化透明導電層18與第二圖案化透明導電層28貼合可以形成一完整的奈米碳管層14。可以理解，所述第一圖案化透明導電層18與第二圖案化透明導電層28的形狀可以 相同或不同。本實施例製備的第一圖案化導電元件10與第二圖案化導電元件20可以應用於觸控式面板、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多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，因此，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，如觸控式面板，的靈敏度及精確度；第三，由於奈米碳管膜具有自製成性，所以可以直接鋪設於粘膠層表面，製備工藝簡單化。第四，通過將第二基底與第一基底貼合再分離的方法同時在第二基底與第一基底表面形成圖案化透明導電層，一次製備兩個圖案化導電元件，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。

另外，本領域技術人員還可以在本發明精神內做其他變化，這些依據本發明精神所做的變化，都應包含在本發明所要求保護的範圍內。

10．．．第一圖案化導電元件

12．．．第一基底

13．．．第一粘膠層

132．．．第一區域

134．．．第二區域

14．．．奈米碳管層

142．．．未被固定的奈米碳管層

144．．．已被固定的奈米碳管層

15．．．遮罩

150．．．本體

152．．．通孔

16．．．紫外光

18．．．第一圖案化透明導電層

20．．．第二圖案化導電元件

22．．．第二基底

23．．．第二粘膠層

28．．．第二圖案化透明導電層

第1圖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。

第2圖為本發明實施例製備的第一圖案化導電元件的俯視圖。

第3圖為本發明實施例製備的第二圖案化導電元件的俯視圖。

第4圖為本發明實施例的奈米碳管膜的掃描電鏡照片。

10．．．第一圖案化導電元件

12．．．第一基底

13．．．第一粘膠層

132．．．第一區域

134．．．第二區域

14．．．奈米碳管層

142．．．未被固定的奈米碳管層

144．．．已被固定的奈米碳管層

15．．．遮罩

150．．．本體

152．．．通孔

16．．．紫外光

18．．．第一圖案化透明導電層

20．．．第二圖案化導電元件

22．．．第二基底

23．．．第二粘膠層

28．．．第二圖案化透明導電層

Claims (10)

1. 一種圖案化導電元件的製備方法，包括：提供一第一基底；在所述第一基底的一表面形成一第一粘膠層；按照預定圖案局部固化第一粘膠層，使得第一粘膠層形成固化的第一區域和未固化的第二區域；在第一粘膠層表面形成一奈米碳管層；固化位於第二區域的第一粘膠層；提供一表面設置有第二粘膠層的第二基底，並將該第二基底的第二粘膠層與所述奈米碳管層貼合；以及將所述第二基底與第一基底分離，從而在第一基底表面形成第一圖案化透明導電層，在第二基底表面形成第二圖案化透明導電層。
2. 如申請專利範圍第1項所述之圖案化導電元件的製備方法，其特徵在於，所述第一粘膠層的材料為熱塑膠，所述局部固化第一粘膠層的方法為局部冷卻。
3. 如申請專利範圍第1項所述之圖案化導電元件的製備方法，其特徵在於，所述第一粘膠層的材料為熱固膠，所述局部固化第一粘膠層的方法為局部加熱。
4. 如申請專利範圍第1項所述之圖案化導電元件的製備方法，其特徵在於，所述第一粘膠層的材料為UV膠，所述局部固化第一粘膠層的方法為部紫外光照射。
5. 如申請專利範圍第4項所述之圖案化導電元件的製備方法，其特徵在於，所述局部固化第一粘膠層的方法包括以下步驟：在所述第一粘膠層上方設置一遮罩；採用紫外光通過遮罩照射所述第一粘膠層；以及去除遮罩。
6. 如申請專利範圍第1項所述之圖案化導電元件的製備方法，其特徵在於，所述奈米碳管層通過印刷、沉積或直接鋪設的方法形成。
7. 如申請專利範圍第1項所述之圖案化導電元件的製備方法，其特徵在於，所述在第一粘膠層表面形成一奈米碳管層的步驟之後，位於第一區域的奈米碳管層僅形成於固化的第一粘膠層表面，位於第二區域的奈米碳管層部分或全部浸潤到未固化的第一粘膠層中。
8. 如申請專利範圍第7項所述之圖案化導電元件的製備方法，其特徵在於，所述固化位於第二區域的第一粘膠層的步驟中，位於第二區域的奈米碳管層形成已被固定的奈米碳管層，而位於第一區域的奈米碳管層形成未被固定的奈米碳管層。
9. 如申請專利範圍第8項所述之圖案化導電元件的製備方法，其特徵在於，所述第二基底與第一基底分離的過程中，已被固定的奈米碳管層和未被固定的奈米碳管層分離，且所述已被固定的奈米碳管層被第一粘膠層固定在第一基底表面形成一第一圖案化透明導電層，而未被固定的奈米碳管層被被第二粘膠層固定在第二基底表面形成一第二圖案化透明導電層。
10. 如申請專利範圍第1項所述之圖案化導電元件的製備方法，其特徵在於，所述第一圖案化透明導電層與第二圖案化透明導電層的形狀互補。