TWI629693B - 軟性透明導電膜及其製造方法 - Google Patents

Abstract

一種軟性透明導電膜及其製造方法，該導電膜包含一軟性基板，以及一導電層單元。該導電層單元包括一第一透明導電層與一第二透明導電層，該第一透明導電層包括數個第一間隙。該第二透明導電層包括一位於該第一透明導電層的表面上的第一本體部，以及數個自該第一本體部分別朝該等第一間隙伸入的第一填隙部。藉由該第二透明導電層的第一填隙部伸入該等第一間隙中預先填滿，使該第一透明導電層與第二透明導電層緊密、穩固地結合，並能改善導電膜彎曲使用後所產生的通道脆裂問題，從而能維持導電膜之良好導電性。

Description

軟性透明導電膜及其製造方法

本發明是有關於一種透明導電膜及其製造方法，特別是指一種採用軟性基板的軟性透明導電膜及其製造方法。

可撓式電子裝置，例如可撓式觸控面板、軟性顯示器…等等的應用越來越受重視，這些裝置主要是採用可撓的軟性基板，並於該軟性基板表面鍍上銦錫氧化物(ITO)膜作為電極，藉以構成ITO軟板。然而，ITO軟板受外部施予的應力超過一臨界點時，其電阻會明顯上升，這是由於ITO膜產生通道脆裂(channel cracking)或皺曲(buckling)。另外，ITO軟板受到過大的捲曲程度而使捲曲應力超過一臨界點時，同樣會因為膜表面產生的通道脆裂，使ITO膜的導電性下降，而且通道脆裂的情形隨著捲曲的次數越多越嚴重，由於ITO膜的脆裂直接影響可撓式電子裝置的元件特性表現，因此一直是被高度關注的研究議題。

改善ITO易脆裂性的問題已被多向性的研究，最直接的方法是使用替代性的材料取代ITO，但無論是以導電高分子、金屬薄膜，或其他的氧化物透明導電材料來取代，仍會衍生其他問題，例如熱穩定性、導電特性不如ITO來得好，透光性不佳等問題。因此要尋求能完全取代ITO應用於可撓式電子裝置的材料，仍有一段可以努力的空間。所以在開發取代ITO材料技術的同時，如何針對 ITO本身的結構來達到改善其易脆裂的問題，仍是非常重要的議題。

因此，本發明之目的，即在提供一種能改善結構脆裂問題，並能維持良好導電性的軟性透明導電膜及其製造方法。

於是，本發明軟性透明導電膜，包含一個軟性基板，以及一個導電層單元。該導電層單元包括一個第一透明導電層與一個第二透明導電層，該第一透明導電層披覆於該軟性基板上，並包括一個朝向該軟性基板的第一面、一個相反於該第一面的第二面，以及數個自該第二面朝該第一面延伸的第一間隙；該第二透明導電層包括一個位於該第一透明導電層的該第二面上的第一本體部，以及數個自該第一本體部分別朝該等第一間隙伸入的第一填隙部。

本發明軟性透明導電膜的製造方法，包含步驟A：提供一個軟性基板。步驟B：在該軟性基板上形成一個第一透明導電層。步驟C：使該軟性基板與該第一透明導電層固定於一彎曲狀態，而且是該軟性基板往該第一透明導電層的方向彎曲，在該彎曲狀態下，該第一透明導電層形成有數個第一間隙，此時於該第一透明導電層上形成一個第二透明導電層，該第二透明導電層形成後有局部位於該第一透明導電層表面，局部伸入該等第一間隙內。

本發明之功效在於：由於該第一透明導電層先預裂形成該等第一間隙，因此該第二透明導電層的第一填隙部就能伸入該等第一間隙中預先填滿，使該第一透明導電層與第二透明導電層緊密、穩固地結合，並能改善軟性透明導電膜彎曲使用後所產生的通道脆裂問題，也因為第一間隙中已被同樣能導電的第一填隙部填滿，使導電膜多次彎曲使用後，仍能維持良好的導電性。

參閱圖1，本發明軟性透明導電膜之一實施例，包含一軟性基板1，以及一個導電層單元2。

該軟性基板1例如可撓的塑膠基板，其材質可為聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚醯亞胺（PI），或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)。

該導電層單元2位於該軟性基板1表面，並包括由下往上依序層疊的一個第一透明導電層21、一個第二透明導電層22與一個第三透明導電層23。該第一透明導電層21披覆於該軟性基板1上，並包括一個朝向該軟性基板1的第一面211、一個相反於該第一面211的第二面212，以及數個自該第二面212朝該第一面211延伸的第一間隙213。該第二透明導電層22包括一個位於該第一透明導電層21的該第二面212上的第一本體部221，以及數個自該第一本體部221分別朝該等第一間隙213伸入的第一填隙部222。該第一本體部221包括一個朝向該第一透明導電層21的第三面223、一個相反於該第三面223的第四面224，以及數個自該第四面224朝該第三面223延伸的第二間隙225。該第三透明導電層23包括一個位於該第二透明導電層22的該第四面224上的第二本體部231，以及數個自該第二本體部231分別朝該等第二間隙225伸入的第二填隙部232。

在本實施例中，該第一透明導電層21、該第二透明導電層22與該第三透明導電層23都是透光性佳、導電性佳的透明氧化物，具體是使用銦錫氧化物(ITO)。較佳地，該第一透明導電層21的厚度可以為50nm~150 nm，該等第一間隙213的深度也相當於第一透明導電層21的厚度，為50nm~150nm，該等第一間隙213左右向的寬度為100nm~250nm。該第二透明導電層22的該第一本體部221的厚度為20nm~60nm，該等第二間隙225的深度也相當於第一本體部221的厚度為20nm~60nm，左右向的寬度為20nm~150nm。該第三透明導電層23的該第二本體部231的厚度為20nm~60nm。上述各層體的厚度範圍與間隙深度、左右向寬度等範圍適當，使本發明於多次彎曲使用後仍能維持良好的薄膜導電性。需要說明的是，圖式中的膜層厚度、間隙尺寸與元件間的大小比例僅為示意，並非用於限定本發明各元件的實際尺寸。

本發明不以設置三個透明導電層為限制，例如可以省略該第三透明導電層23，又或者可以於該第三透明導電層23上方層疊更多層，而相互層疊的透明導電層中，只有最上方的透明導電層可以不用預先形成該等間隙，其他的透明導電層的本體部內都會預先形成有間隙，以供位於上方的該透明導電層的該等填隙部伸入下方的透明導電層的該等間隙內。但無論設置幾層透明導電層，較佳地，該導電層單元2整體的總厚度可控制於100nm~250nm，使本發明在不增加該導電層單元2厚度的情況下，薄膜整體的透光度、導電性等特性都能符合電子裝置的透明電極之使用需求。

參閱圖1~3，本發明軟性透明導電膜的製造方法的一實施例，包含：

步驟41：提供該軟性基板1。

步驟42：利用真空濺鍍方式，在該軟性基板1上形成該第一透明導電層21。

步驟43：將該軟性基板1與該第一透明導電層21進行彎曲加工，而且是使該軟性基板1往該第一透明導電層21的方向彎曲，此目的是為了使該第一透明導電層21能預先局部脆裂，以形成該等第一間隙213。本步驟可以如圖3的第2道流程，例如以一彎曲設備(圖未示)自該軟性基板1的相對兩側朝軟性基板1中央施力，使該軟性基板1與該第一透明導電層21彎曲，或者可以例如圖4，配合一個具有一曲率半徑r的彎曲加工件31進行。當選用的彎曲加工件31曲率半徑r為7mm≦r≦25mm時，進行彎曲加工的次數為200次以上，當r＜7mm時，進行彎曲加工的次數為5次以下。也就是說，該彎曲加工件31的曲率半徑較大時、其圓周的弧曲程度較小，需要進行較多次的彎曲加工，而當曲率半徑小時、其圓周的弧曲程度較大，因此藉由較少次的加工次數就可以使該第一透明導電層21彎曲到一定程度，以利於形成該等第一間隙213。此外，參閱圖5，本發明的方法也可以搭配捲對捲(roll-to-roll)製程進行，在捲對捲製程設備中，設置有許多個滾輪，而本發明上述的彎曲加工件31在捲對捲製程中，就是指所述滾輪，當該軟性基板1與該第一透明導電層21(圖4)通過任一個滾輪而順著滾輪的弧度彎折後，就相當於受到一次彎曲加工，因此可設置許多滾輪，並使該軟性基板1於該等滾輪間反復輸送，就能達到多次彎曲加工的目的。而滾輪的半徑，就相當於前述彎曲加工件31的曲率半徑。

繼續參閱圖1~3，進行步驟44：使該軟性基板1與該第一透明導電層21固定於一彎曲狀態，而且是該軟性基板1往該第一透明導電層21的方向彎曲，在該彎曲狀態下，該第一透明導電層21形成有該等第一間隙213，此時該等第一間隙213在該第一透明導電層21的該第二面212上的開口保持打開，接著再透過真空濺鍍方式於該第一透明導電層21上披覆形成該第二透明導電層22，該第二透明導電層22形成後，就會有局部位於該第一透明導電層21表面而成為該第一本體部221，另外有局部伸入該等第一間隙213內而成為該等第一填隙部222。具體來說，本步驟是提供一個具有一曲率半徑為R的載台32，較佳地6mm≦R≦15mm。由於R值太大時，該第一透明導電層21的彎曲程度不足，產生該等第一間隙213的效果有限，而R值太小時，會造成第一透明導電層21過度彎曲，嚴重者會損害該第一透明導電層21與該軟性基板1，故較佳地限定R值於上述數值，可以使該第一透明導電層21的彎曲程度最佳化，該等第一間隙213的數量、深度、寬度皆適當。由於本發明可以結合捲對捲製程進行，在捲對捲製程中，該載台32就相當於是一個滾輪。

步驟45：進行退火，如此有助於提升該第一透明導電層21與該第二透明導電層22的導電性。其中，由於該軟性基板1有一定的耐受溫度，以PET軟性基板1為例，退火溫度必需小於或等於200℃，以200℃為佳。後續可再進行電性測試，以量測膜層電性。

步驟46：形成該第三透明導電層23，本步驟的進行方式與前述步驟43~步驟45相同，主要是先將該軟性基板1進行彎曲加工，使該第二透明導電層22脆裂，接著將第二透明導電層22固定於彎曲狀態下，再於該第二透明導電層22上鍍膜形成該第三透明導電層23，該第三透明導電層23就會有局部伸入該等第二間隙225而成為該等第二填隙部232，另外有局部位於該第二透明導電層22的第四面224上而成為該第二本體部231。後續可再進行退火與電性量測，就完成製作本發明的軟性透明導電膜。

需要說明的是，本實施例雖然以步驟43來預先對第一透明導電層21進行彎曲加工，但該步驟43為輔助效果，是為了幫助形成該等第一間隙213，本發明實施時不以進行該步驟43為必要，因為只要如該步驟44，是將該第一透明導電層21固定於彎曲狀態再鍍上該第二透明導電層22，就能確保該等第一間隙213形成，以及確保該第二透明導電層22的第一填隙部222伸入該等第一間隙213內。

綜上所述，由於本發明的第一透明導電層21預裂形成有該等第一間隙213，因此形成該第二透明導電層22時，第一填隙部222就能伸入該等第一間隙213中預先填滿，使該第一透明導電層21與第二透明導電層22緊密、穩固地結合，並能改善以往軟性透明導電膜彎曲使用後所產生的通道脆裂問題，也因為第一間隙213中已被同樣能導電的第一填隙部222填滿，使導電膜多次彎曲使用後，仍能維持良好的導電性。相同道理，第二透明導電層22也預裂形成第二間隙225，供第三透明導電層23填入，同樣可維持薄膜良好導電性。本發明提供的軟性透明導電膜在撓曲的情況下，其光學與電性仍可維持與平面下相同的特性，本發明的應用範圍包括觸控產業、軟性顯示器與軟性太陽能電池等，可搭配捲對捲製程進行，與現有製程相容，製造過程方便、易於進行，並且可以大面積與大量生產，可確保產品產出的穩定性與良率，對於產業利用非常有助益。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧軟性基板

2‧‧‧導電層單元

21‧‧‧第一透明導電層

211‧‧‧第一面

212‧‧‧第二面

213‧‧‧第一間隙

22‧‧‧第二透明導電層

221‧‧‧第一本體部

222‧‧‧第一填隙部

223‧‧‧第三面

224‧‧‧第四面

225‧‧‧第二間隙

23‧‧‧第三透明導電層

231‧‧‧第二本體部

232‧‧‧第二填隙部

31‧‧‧彎曲加工件

32‧‧‧載台

41~46‧‧‧步驟

r‧‧‧曲率半徑

R‧‧‧曲率半徑

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一不完整的剖視示意圖，說明本發明軟性透明導電膜的一實施例； 圖2是一流程方塊圖，說明本發明軟性透明導電膜的製造方法的一實施例； 圖3是一步驟流程示意圖，說明本實施例之方法的進行過程； 圖4是一裝置示意圖，說明利用一彎曲加工件使該軟性透明導電膜的一軟性基板與一第一透明導電層彎曲；及 圖5是一裝置示意圖，說明利用一捲對捲製程設備的滾輪作為該彎曲加工件以彎曲該軟性基板與該第一透明導電層，為方便示意，圖5僅以單層膜層代表該軟性基板與該第一透明導電層整體。

Claims (8)

1. 一種軟性透明導電膜，包含：一個軟性基板；及一個導電層單元，包括一個第一透明導電層與一個第二透明導電層，該第一透明導電層披覆於該軟性基板上，並包括一個朝向該軟性基板的第一面、一個相反於該第一面的第二面，以及數個自該第二面朝該第一面延伸的第一間隙；該第二透明導電層包括一個位於該第一透明導電層的該第二面上的第一本體部，以及數個自該第一本體部分別朝該等第一間隙伸入的第一填隙部；其中，該等第一間隙的深度為50nm~150nm，寬度為100nm~250nm；該第一透明導電層的厚度為50nm~150nm，該第二透明導電層的該第一本體部的厚度為20nm~60nm。
2. 如請求項1所述的軟性透明導電膜，其中，該導電層單元整體的總厚度為100nm~250nm。
3. 如請求項1或2所述的軟性透明導電膜，其中，該第一透明導電層與該第二透明導電層為銦錫氧化物，該軟性基板為聚對苯二甲酸乙二酯、聚醯亞胺，或聚萘二甲酸乙二醇酯。
4. 一種軟性透明導電膜的製造方法，包含：步驟A：提供一個軟性基板；步驟B：在該軟性基板上形成一個第一透明導電層；步驟C：使該軟性基板與該第一透明導電層固定於一彎曲狀態，而且是該軟性基板往該第一透明導電層的方向 彎曲，在該彎曲狀態下，該第一透明導電層形成有數個第一間隙，此時於該第一透明導電層上形成一個第二透明導電層，該第二透明導電層形成後有局部位於該第一透明導電層表面，局部伸入該等第一間隙內；其中，步驟C是提供一個具有一曲率半徑為R的載台，將該軟性基板貼靠於該載台表面而使該軟性基板與該第一透明導電層固定於該彎曲狀態，且6mm≦R≦15mm。
5. 如請求項4所述的軟性透明導電膜的製造方法，其中，該等第一間隙的深度為50nm~150nm，寬度為100nm~250nm。
6. 如請求項4或5所述的軟性透明導電膜的製造方法，其中，該第一透明導電層與該第二透明導電層為銦錫氧化物，該軟性基板為聚對苯二甲酸乙二酯、聚醯亞胺，或聚萘二甲酸乙二醇酯。
7. 如請求項4所述的軟性透明導電膜的製造方法，其中，步驟C是利用捲對捲製程進行，該載台是一個滾輪。
8. 如請求項4所述的軟性透明導電膜的製造方法，還包含一個位於該步驟C之前的步驟D，將該軟性基板與該第一透明導電層進行彎曲加工，該彎曲加工是配合一個具有一曲率半徑為r的彎曲加工件進行，當7mm≦r≦25mm時，進行彎曲加工的次數為200次以上，當r<7mm時，進行彎曲加工的次數為5次以下。