TWI513651B - 奈米線合成物及透明電極之製造方法 - Google Patents

奈米線合成物及透明電極之製造方法 Download PDF

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Description

奈米線合成物及透明電極之製造方法
本發明係主張關於2011年12月21日申請之韓國專利案號No.10-2011-0139611之優先權。藉以引用的方式併入本文用作參考。
本發明揭示之內容係有關於一奈米線合成物及一透明電極之製造方法。
近來，觸控面板藉由輸入裝置，例如手寫筆或手接觸顯示於顯示裝置之影像，以執行輸入功能，已經被應用於不同之電子裝置。
觸控面板主要分為電阻式觸控面板及電容式觸控面板。對於電阻式觸控面板，由於輸入裝置的壓力玻璃與電極短路以致接觸點被偵測到。對於電容式觸控面板，當使用者的手指接觸電容式觸控面板，電容變化於電極之間被偵測到，以致於接觸點被偵測到。
氧化錫銦(ITO)，已極廣泛被應用為觸控面板電極，其成本高，及需要高溫沉積製程及真空製程以形成電極。另外，由於基板的彎曲或曲線，ITO於物理特性上容易受損，以致於ITO電極之性質變差。因此，ITO不適合於可撓式元件。
為解決上述問題，針對替代電極之研究及探討已積極地進行。
實施例係提供一奈米線合成物，其展現出改善的分散性及改善的塗佈性質、以及一透明電極展現出高透光率及低電阻性。
根據本實施例，係提供一奈米線合成物，該奈米線合成物包含一金屬奈米線、一有機結合劑、一表面活化劑、以及一溶劑。 該金屬奈米線具有直徑為約30nm到約50nm、長度為約15 μm到約40 μm、以及重量百分比範圍為約0.01%到約0.4%。
根據本實施例，係提供一透明電極之製造方法。本方法包含：備製一奈米線合成物；塗佈該奈米線合成物於一基板上；以及對該奈米線合成物進行熱處理。該奈米線合成物包含一金屬奈米線、一有機結合劑、一表面活化劑、以及一溶劑，且該金屬奈米線具有直徑為約30nm到約50nm、長度為約15 μm到約40 μm、以及重量百分比為約0.01%到約0.4%。
如上所述，根據實施例，奈米線合成物包含一奈米線、一有機結合劑、以及一表面活化劑作為添加劑。因此，由於該有機結合劑應用於基板之塗佈製程，而能改善分散性。另外，由於氟基表面活化劑，表面張力能夠減低，以致於塗佈性質能夠改善。
另外，根據本實施例，藉由製造透明電極之方法所製造的電極使用具有直徑30 nm到50 nm及長度15 μm到40 μm的奈米線，並包括一有機結合劑以及一氟基表面活化劑。
因此，當藉由本發明製造方法所製造出之透明電極，具有較高的導電率，透明電極能夠展現出較高的透光率及較低的霧度。另外，因為電極具有低表面電阻，觸控面板及液晶顯示器之性能，因應用本電極而能夠改善。
步驟ST10‧‧‧備製奈米線合成物
步驟ST20‧‧‧塗佈
步驟ST30‧‧‧進行熱處理
圖1為根據實施例顯示一透明電極之製造方法的流程圖。
於實施例之說明中，將可瞭解當每一層(薄膜)，區域，圖案，或結構係為基板“之上”或“之下”，另一層(薄膜)、另一區域、另一墊、或另一圖案可被直接”或“間接”設置於其它層(薄膜)、其它區域、其它圖案、或其它結構之上，或者可出現一個或更多的中介層。而每一層之位置已說明於圖示中。
說明於圖示中，每一層(薄膜)、每一區域、每一圖案、 或每一結構的厚度及尺寸可能因方便或澄清之目的而被擴大、省略或圖解簡單示意。另外薄膜層、區域、圖案、或結構未必完全反應出實際尺寸。
根據實施例，一奈米線合成物可包含一金屬奈米線、一有機結合劑、一表面活化劑、以及一溶劑。
該金屬奈米線可包含一銀奈米線。該奈米線能夠藉由以下方法製造。
該銀奈米線之製造方法可包含：將一溶劑加熱；添加一覆蓋劑(capping agent)於該溶劑中；添加一催化劑於該溶劑中；添加金屬複合物於該溶劑中；添加一室溫溶劑於該溶劑中；以及精煉(refining)該奈米線之步驟。根據本發明之製造方法，上述步驟並非必要之步驟，部分的步驟可無需進行，並且上述步驟之順序可以改變。於下文中，將進一步詳細說明每一步驟。
根據將溶劑加熱之步驟，該溶劑係以適合於形成金屬奈米線之反應溫度加熱。
該溶劑可包含多元醇(polyol)。多元醇作為一縮減劑(mile reducing agent)作為一混合不同的溶劑以利該金屬奈米線之形成。例如，多元醇可包括乙二醇(ethylene glycol,EG)、丙烯乙二醇(propylene glycol,PG)、丙三醇(glycerine)、甘油(glycerol)、或葡萄糖(glucose)。藉由將溶劑之類型及特性及金屬複合物納入考量範圍，可以變化調整反應溫度。
接下來，添加覆蓋劑於該溶劑中之步驟，誘發奈米線的形成的覆蓋劑係添加至該溶劑中。當奈米線的形成之還原(reduction)程序快速進行，金屬將凝聚(aggregated)，以致於奈米線形狀無法形成。因此，藉由適度分散包含於該溶劑中之材料，該覆蓋劑可避免金屬凝聚。
該覆蓋劑可包含不同的材料。例如，該覆蓋劑可包含選自由聚乙烯吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone,PVP)、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)、十六烷基三甲基溴化銨(cetyl trimethyl ammonium bromide,CTAB)、十六烷基三甲基氯化銨(cetyl trimethyl ammonium chloride,CTAC)、以及聚丙烯醯胺(polyacrylamide,PAA)所組成之群組的材料。
接下來，於添加催化劑於該溶劑中之步驟(步驟ST130)、海鹽、精鹽、或鹵素金屬例如AgCl、PtCl2、PdCl2、或AuCl3係被添加以作為催化劑。該催化劑包含不同的金屬或鹵素元素以形生一晶種(seed)以形成一金屬奈米線、或以加速金屬奈米線形成之反應。
接下來，於添加金屬複合物於該溶劑中之步驟，藉由添加金屬複合物於溶劑中，形成一反應溶液。
於本例中，溶化於分離溶劑中的金屬複合物可添加至具有該覆蓋劑及該催化劑之溶劑中。該分離溶劑可包含相同或不同使用於初始階段之溶劑的材料。另外，該金屬複合物可於一預設時間之後添加，與添加該催化劑的時間分開。因此，能夠穩定所需的反應溫度。
於本例中，該金屬複合物包含用以製造一所需金屬奈米線之金屬的一複合物。為了形成一銀奈米線，該金屬複合物可包含AgCl、AgNO3 、或KAg(CN)2。
如上所述，當該金屬複合物添加至具有該覆蓋劑及該催化劑之溶劑中時，發生反應因而開始形成金屬奈米線。
接下來，於添加室溫溶劑於該溶劑中之步驟，該室溫溶劑係添加至已開始反應的溶劑中。該室溫溶劑可包含相同或不同使用於初始階段之溶劑中的材料。
當已開始反應的溶劑係被連續加熱以保持固定反應溫度，溫度可能於反應過程中增加。如上所述，藉由將該室溫溶劑添加至已開始反應的溶劑來暫時減低溶劑的溫度，反應溫度能夠保持的更加固定。
在將反應時間及反應溶液溫度納入考量下，添加室溫溶劑之步驟可以進行一次或多次。
接下來，於精煉該奈米線之步驟，該金屬奈米線被精煉並收集於該反應溶液中。
藉由以上步驟的奈米線具有直徑為約30nm到約50nm，並具有長度為約15 μm到約40 μm。
如果奈米線之直徑小於15 μm，奈米線的網絡(network)將無法形成。如果奈米線之直徑小於30 nm，由於在奈米線精煉製程期間所產生的顆粒，將可增加漫反射(diffusion-reflection)。
於本例中，相對於該奈米線合成物的總成份而言，該奈米線可具有為約0.01重量百分比到約0.4重量百分比。換言之，該奈米線之重量百分比可在0.01%到0.4%的範圍中。如果該奈米線具有相對於該奈米線合成物的總成份而言，小於0.01重量百分比，則會降低導電率。此外，如果該奈米線具有相對於該電極材料的總成份而言，大於0.4重量百分比，奈米線將凝聚在一起，以致可能減低透光率。
該有機結合劑可包含具有分子量100,000或者更多的水性纖維素(aqueous cellulos)。較佳地，該有機結合劑可包含羥丙基甲基纖維素(hydroxy propyl methyl cellulose)、羥丙基纖維素(hydroxy propyl cellulose)、黃原膠(xanthan gum)、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol)、羧甲基纖維素(carboxyl methyl cellulose)、以及羥乙基纖維素(hydroxy ethyl cellulose)其中之至少一者。
於本例中，相對於該奈米線合成物的總成份而言，該有機結合劑可具有為約0.01重量百分比到約0.5重量百分比。此外，該有機結合劑可與該奈米線的成份相同。
該表面活化劑可包含一矽基表面活化劑及一氟基表面活化劑其中之至少一者。甚至是當較小量的矽基表面活化劑加入時，矽基表面活化劑亦能夠展現出較高的潤濕及平整效果。此外，氟基表面活化劑具有一碳氟鏈(flurocarbon-chain)作為疏水基。相較於碳氫基表面活化劑，氟基表面活化劑能夠有效減低合成物之表面張力。另外，當添加小量的氟基表面活化劑時，能夠展現出較高的表面活化劑效果。再則，因為碳氟鏈具化學及溫度穩定性，碳氟鏈展現出絕佳的化學電阻及絕佳的熱電阻。
根據奈米線合成物的實施例，相對於該奈米線合成物的 總成份而言，該表面活化劑可具有為約0.000001重量百分比到約0.001重量百分比。另外，相對於該奈米線而言，表面活化劑可具有為約0.0002重量百分比到約10重量百分比。
該溶劑可包含水或多元醇。多元醇可作為溶劑以將不同的材料互相混合。例如，多元醇可包含乙二醇(EG)、丙烯乙二醇(PG)、丙三醇、甘油，或葡萄糖。
該溶劑之重量百分比可為約99.1重量百分比到約99.98重量百分比。
該奈米線合成物係塗佈於基板或玻璃上以形成一透明電極。換言之，藉由利用該奈米線合成物，能製造出具有一透明電極的一透明導電基層。此外，一過量塗佈層係額外形成於該透明導電基層之上以改善透光率同時作為保護層。
於下文中，根據本發明之透明電極之製造方法，將配合圖式進一步說明。為清楚說明，與以上說明之奈米線合成物相同之部份內容物將被省略。換言之，以上之奈米線合成物的描述將併入透明電極之製造方法中。
關於圖1，根據本實施例，該透明電極之製造方法可包含：備製一奈米線之步驟(步驟ST10)、塗佈奈米線合成物於一基板上之步驟(步驟ST20)、以及對該基板進行熱處理之步驟(步驟ST30)。
於備製該奈米線合成物之步驟中(步驟ST10)，可準備包含奈米線、一有機結合劑、一表面活化劑、以及一溶劑的奈米線合成物。該奈米線可包含銀奈米線，且該奈米線可具有直徑為約30nm到約50nm、及長度為約15 μm到約40 μm。於本例中，相對於該奈米線的總成份而言，奈米線可具有為約0.01重量百分比到約0.4重量百分比。換言之，該奈米線之重量百分比在約0.01%到約0.4%的範圍內。
此外，該有機結合劑可包含羥丙基甲基纖維素、羥丙基纖維素、甲基纖維素、黃原膠、聚乙烯醇、羧甲基纖維素、以及羥乙基纖維素其中之至少一者。再則，相對於該奈米線合成物的總成份而言，該有機結合劑可具有為約0.01重量百分比到約0.5重量百分比。 換言之，該有機結合劑之重量百分比在約0.01%到約0.5%的範圍內。
此外，該表面活化劑可包含氟基表面活化劑或矽基表面活化劑。於本例中，相對於該奈米線合成物的總成份而言，該表面活化劑可具有為約0.000001重量百分比到約0.001重量百分比。換言之，表面活化劑之重量百分比範圍為約0.000001%到約0.001%的範圍內。
另外，該溶劑可包含水或丙烯乙二醇(PG)，且相對於該奈米線合成物的總成份而言，具有為約99.1重量百分比到約99.98重量百分比。換言之，該溶劑之重量百分比範圍在約99.1%到約99.98%的範圍內。
接下來，塗佈該奈米線合成物於該基板上之步驟(步驟ST20)，該奈米線合成物可被塗佈於該基板上。
由於該奈米線合成物包含該有機結合劑及該表面活化劑，因此能夠改善分散穩定度。再則，由於該奈米線合成物之表面張力能夠降低，當該些奈米線不是凝聚在一起而是均勻分散時的狀態下，奈米線可被塗佈於該基板上。因此，能夠改善包含奈米線之透明電極之透光率，且能夠減低該透明電極之電阻。
於塗佈該奈米線合成物於該基板上中之步驟(步驟ST20)，可以一縫鑄模塗佈法(slot die coating)進行。該縫鑄模塗佈法係數種塗佈方法其中之一。根據縫鑄模塗佈法，具有流動性之液態流體供給於根據利用一縫鑄模之模具的上模板及下模板之間來進行處理，以使由一流體輸送管供給之流體，在該流體沿著基板流動方向均勻塗佈一橫向固定厚度(constant thickness widthwise)。
然而，實施例不限定於此，而不同的塗佈方法，例如旋轉塗佈法、流動式塗佈法、噴鍍法、浸鍍法、以及滾鍍法，皆能被應用於形成該奈米線合成物於該基板上之步驟(步驟ST20)。
接下來，於對該基板進行熱處理之步驟(步驟ST30)，基板可進行熱處理。
詳細而言，在該奈米線合成物塗佈於該基板上且該基板以非球面條件(aspheric condition)乾燥之後，可增加溫度。接下來，該熱 處理之溫度為約50℃到150℃，時間為約1分鐘或約10分鐘。
於塗佈該奈米線合成物(步驟ST20)之後，可以額外進行形成一過量塗佈層於該奈米線上的製程。該過量塗佈層可作為一金屬奈米線之保護層，塗佈於該基板上以防止該金屬奈米線氧化。該過量塗佈層可包含聚丙烯醇基聚合物(acrylic-based polymer)或氨基甲酸酯基聚合物(urethane-based polymer)，且能夠藉由不同的方法形成，例如滾鍍塗佈法、或縫鑄模塗佈法(slot die coating)。然而，該過量塗佈法並非必需的，但是塗佈之基板可以立即進行熱處理而不經該過量塗佈步驟。
根據本實施例，藉由該透明電極之製造方法製造出的電極，能夠保持高透光率。另外，電極展現出低反射率及高導電率。再則，該電極展現出高透光率及低霧度。進一步，因為電極具有低表面電阻，應用本電極之觸控面板或液晶顯示器的性能將因此而改善。
於下文中，藉由實施例，本發明將進一步詳細說明。然而，實施例提供僅為說明目的，而本發明並非限定於此。
實施例1
製造一銀奈米線合成物，該銀奈米線合成物包含0.3重量百分比之銀奈米線、0.2重量百分比之羥甲基纖維素(hydroxy methyl cellulose)具有分子量120,000並作為一有機結合劑、0.001重量百分比之F410(由D.I.C.，Inc.所生產)作為一表面活化劑、以及水作為一溶劑。
接下來，藉由一縫鑄模塗佈法(slot die coating)，該銀奈米線合成物塗佈於基板上。
接下來，藉由溫度100℃持續100分鐘之熱處理以乾燥溶劑，該透明電極形成於基板之上。
於本例中，該銀奈米線具有直徑40 nm及長度30 μm。
實施例2
根據實施例2，藉由與實施例1相同的方式，將該透明電極形成於基板之上，除了該銀奈米線合成物包含0.5重量百分比之銀奈米線。
實施例3
根據實施例3，藉由與實施例1相同的方式，將該透明電極形成於基板之上，除了該銀奈米線合成物包含0.2重量百分比之羥丙基纖維素具有分子量1,000,000並作為一有機結合劑。
實施例4
根據實施例4，藉由與實施例1相同的方式，將該透明電極形成於基板之上，除了該銀奈米線合成物包含0.5重量百分比之銀奈米線及0.5重量百分比之羥丙基纖維素具有分子量1,000,000並作為一有機結合劑。
實施例5
根據實施例5，藉由與實施例1相同的方式，將該透明電極形成於基板之上，除了該銀奈米線合成物包含0.2重量百分比之羧甲基纖維素具有分子量120,000並作為一有機結合劑。
實施例6
根據實施例6，藉由與實施例1相同的方式，將該透明電極形成於基板之上，除了該銀奈米線合成物包含0.5重量百分比之銀奈米線及0.5重量百分比之羧甲基纖維素具有分子量120,000並作為一有機結合劑。
實施例7
根據實施例7，藉由與實施例1相同的方式，將該透明電極形成於基板之上，除了該銀奈米線合成物包含0.3重量百分比之羥乙基纖維素具有分子量1,000,000並作為一有機結合劑。
實施例8
根據實施例8，藉由與實施例1相同的方式，將該透明電極形成於基板之上，除了該銀奈米線合成物包含0.5重量百分比之銀奈米線及0.3重量百分比之羥丙基纖維素具有分子量1,000,000並作為一有機結合劑。
實施例9
根據實施例9，藉由與實施例1相同的方式，將該透明電極形成於基板之上，除了該銀奈米線合成物包含0.4重量百分比之銀 奈米線及0.3重量百分比之羥乙基纖維素具有分子量1,300,000並作為一有機結合劑。
根據實施例1到9製造之透明電極特性係經測量。關於實施例1到9之分散性、塗佈性質、霧度、透光率、以及電阻係經測量，而測量結果係說明於表一中。
(於表一中，分散性係以數值10(完全分散)到1(未分散)表示，而塗佈性質係以數值10(完整及均勻塗佈)到1(未塗佈)表示。
關於表一，根據第一到第四實施例，基板展現出絕佳的分散性、絕佳的塗佈性質、低霧度、以及絕佳的透光率。再者，雖然根據實施例5到8的基板展現出絕佳的分散性，但是塗佈性質降低。因此，當銀奈米線之範圍為0.3重量百分比到0.5重量百分比，且有機結合劑為0.1重量百分比或者更多時，奈米線合成物展現出絕佳的分散性、絕佳的塗佈性質、高透光率、以及低霧度。另外，因為該電極展現出低表面電阻，應用本電極之裝置之性能因而能夠被改善。
換言之，根據本實施例的奈米線合成物及藉由利用該奈米線合成物所製造出的電極結構能夠展現出高分散性及高塗佈性質、以及能夠保持高透光率。該電極結構具有低反射率、高導電率、高透光率、以及低霧度。另外，該電極展現出低表面電阻，以致於應用本電極之裝置之性能因而能夠被改善。
說明書中任何關於“一個實施例”、“一實施例”、“範例實施例”等等，表示與實施例一起說明之特徵，結構，或特性至少包含於本發明一個實施例中。該等辭彙出現於說明書中不同的地方不必然與相同實施例有關。進一步，當特徵、結構、或特性與實施例一起說明，表示對熟習此項技藝之人士而言，當可以該等特徵、結構、或特性與其它實施例結合應用。
雖然本發明所揭露之實施方式如上，任何本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明所揭露之精神和範圍的前提下，可以在實施的形式上及細節上作些許之更動。更特別地，諸多變動及修正，可能是於本發明所揭露範圍中之部份成份及/或合併內容之調整。除上述成份及/或合併內容變動及修正之外，取代性應用對熟習此項技藝人士亦屬顯而易知。
ST10、ST20、ST30‧‧‧步驟

Claims (12)

  1. 一種奈米線合成物，包含：一銀奈米線；一有機結合劑；一表面活化劑；以及一溶劑，其中該銀奈米線具有一直徑為30nm到50nm、一長度為15μm到40μm、以及一重量百分比範圍為0.3%到0.5%，其中該有機結合劑具有一重量百分比範圍為0.1%或更多。
  2. 如專利申請範圍第1項所述之奈米線合成物，其中該表面活化劑包含一氟基表面活化劑及一矽基表面活化劑其中至少之一者。
  3. 如專利申請範圍第1項所述之奈米線合成物，其中該有機結合劑包含羥丙基甲基纖維素(hydroxy propyl methyl cellulose)、羥丙基纖維素(hydroxy propyl cellulose)、甲基纖維素(methyl cellulose)、黃原膠(xanthan gum)、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol)、羧甲基纖維素(carboxyl methyl cellulose)、以 及羥乙基纖維素(hydroxy ethyl cellulose)其中至少之一者。
  4. 如專利申請範圍第1項所述之奈米線合成物，其中該表面活化劑具有一重量百分比範圍為0.000001%到0.001%。
  5. 如專利申請範圍第1項所述之奈米線合成物，其中相對於該銀奈米線的總成份而言，該表面活化劑具有一重量百分比範圍為0.0002重量百分比到10重量百分比。
  6. 一種透明電極之製造方法，該方法包含： 備製一奈米線合成物；塗佈該奈米線合成物於一基板上；以及對該奈米線合成物進行熱處理，其中該奈米線合成物包含一銀奈米線、一有機結合劑、一表面活化劑、以及一溶劑，且該銀奈米線具有一直徑為30nm到50nm、一長度為15μm到40μm、以及一重量百分比為0.3%到0.5%，其中該有機結合劑具有一重量百分比範圍為0.1%或更多。
  7. 如專利申請範圍第6項所述之方法，其中該表面活化劑包含一氟基表面活化劑及一矽基表面活化劑其中之至少一者。
  8. 如專利申請範圍第6項所述之方法，其中該有機結合劑包含羥丙基甲基纖維素(hydroxy propyl methyl cellulose)、羥丙基纖維素(hydroxy propyl cellulose)、甲基纖維素(methyl cellulose)、黃原膠(xanthan gum)、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol)、羧甲基纖維素(carboxyl methyl cellulose)、以 及羥乙基纖維素(hydroxy ethyl cellulose)其中至少之一者。
  9. 如專利申請範圍第6項所述之方法，其中該表面活化劑具有一重量百分比範圍為0.000001%到0.001%。
  10. 如專利申請範圍第6項所述之方法，其中相對於該銀奈米線的總成份而言，該表面活化劑具有一成份範圍為0.0002重量百分比到10重量百分比。
  11. 如專利申請範圍第6項所述之方法，其中該熱處理進行溫度為50℃到150℃。
  12. 如專利申請範圍第6項所述之方法，進一步包含於塗佈該奈米線合成物於該基板上之後，形成一過量塗佈層。
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