TWI651737B

TWI651737B - 導電膜之製造方法

Info

Publication number: TWI651737B
Application number: TW107116775A
Authority: TW
Inventors: 丁鴻泰; 陳來成; 龍顯盛
Original assignee: 睿明科技股份有限公司
Priority date: 2018-05-17
Filing date: 2018-05-17
Publication date: 2019-02-21
Also published as: TW201947616A

Abstract

本案係揭露一種導電膜之製造方法，包含：步驟(1)，於一基材上塗佈一含有金屬線之塗料；步驟(2)，擾動塗佈於該基材上之塗料，以減少金屬線之有序化；以及步驟(3)，固化該塗料，以形成一導電膜。藉此，本案之導電膜之製造方法可使金屬線雜亂地分布於導電膜中，可有效地減少該導電膜層的縱向電阻與橫向電阻之間的差異。本案之導電膜之製造方法可應用於印刷式電路之導電膜的製作，例如：軟性感應器、軟性太陽能電池、軟性照明、觸控面板等裝置上之導電膜的製作。

Description

導電膜之製造方法

本發明係關於一種導電膜之製造方法，更特別的是關於一種導電膜之製造方法，其係包含擾動塗佈於基材上之塗料的步驟。

導電膜被廣泛應用於，例如：軟性感應器、軟性太陽能電池、軟性照明、觸控面板等裝置，可做為該等裝置中之電極或印刷式電路之導線。

相較於氧化銦錫(Indium tin oxide,ITO)透明導電膜，應用含有金屬線之塗料製作的金屬導電膜製程簡單，可免除傳統昂貴的真空製程。舉例來說，可將奈米銀線調製成懸浮液，再塗佈到基材上製作成導電膜，以取代目前昂貴的ITO透明導電膜。

運用塗佈製程所形成的導電膜具有交錯的微細金屬線，可應用於軟性的電子產品。舉例來說，可使用直徑只有數十奈米的奈米銀線作為微細金屬線，由奈米銀線交織而成的奈米銀線網路具有可撓、高光穿透與高導電的特性，可應用於各種軟性光電產品。而含有金屬線之塗料在塗佈製程中，由於高長/徑比的結構特性，使得塗佈過程中極易造成金屬線有序化的排列。

圖1係為傳統之導電膜之製造流程的示意圖。如圖1所示，傳統之導電膜之製造流程包含：經由放捲器11將成捲的基材10放捲；經由供料系統12提供塗料至塗佈頭13；經由塗佈頭13將塗料塗佈至基材10上；經由熱固化裝置14及UV固化裝置15使基材10上的塗料固化形成導電膜；以及經由收捲器16將覆有導電膜的基材10收捲等步驟。

然而，因為含有金屬線之塗料中的微細金屬線具有高長/徑比的結構特性，在塗佈過程中，懸浮於塗料中微細金屬線在通過許多設備管路的狹縫的過程中將逐漸地有序化，造成形成薄膜後縱向與橫向的電阻差異太大，而使後續應用時產生電路驅動上的問題。

圖2及圖3係為傳統之導電膜的掃描式電子顯微鏡(SEM)照片。其中，在圖2傳統之導電膜的掃描式電子顯微鏡(SEM)照片中可觀察到，微細金屬線並非完全隨機地排列，橫向(自圖片左側至圖片右側)分布的微細金屬線明顯多於縱向(自圖片上方至圖片下方)分布的微細金屬線。此外，在圖2傳統之導電膜的掃描式電子顯微鏡(SEM)照片中則可觀察到，縱向(自圖片上方至圖片下方)分布的微細金屬線明顯多於橫向(自圖片左側至圖片右側)分布的微細金屬線。

由圖2及圖3可見，傳統之導電膜中的微細金屬線形成了具有方向性的金屬網路，不只降低了交錯跨接節點的數目，連帶使得導電膜之縱向與橫向的導電度之間具有很大的差異。

微細金屬線由於其高長徑比的結構，在塗佈成膜時微細金屬線容易形成有序化的排列。有序化的排列將導致導電膜在塗佈方向(縱向)與該塗佈方向之垂直方向(橫向)之間的電阻差異甚大，這種縱向電阻與橫向電阻差異導致該導電膜在應用於電子元件時產生電路驅動上的問題，是目前由含有金屬線之塗料所形成的導電膜應用困難的技術瓶頸之一。

中華民國I540599專利揭示了一種導電膜之製造方法，該方法包含：於基片之第一表面塗佈納米金屬漿；將基片進行烘烤，以烘乾第一表面塗佈之納米金屬漿中溶劑，使納米金屬漿中納米金屬線相互搭接，形成第一導電層；對第一導電層進行壓實，以使納米金屬漿中納米金屬線相互連接形成金屬網格。然而，中華民國I540599專利並未針對導電膜之縱向電阻與橫向電阻之間的差異過大的問題提出具體的解決方案。

中國CN103996455B專利揭示了一種納米金屬透明導電膜的製造方法，該方法包含：將納米金屬墨水以旋塗、狹縫式塗佈、微凹板式塗佈或噴塗方式塗佈至基板上，然後在烘箱中100℃預烘烤5分鐘~20分鐘後，再放進烘箱中140℃烘烤5分鐘~20分鐘。然而，中國CN103996455B專利同樣並未針對導電膜之縱向電阻與橫向電阻之間的差異的問題提出具體的解決方案。

本發明之一目的在於提供一種導電膜之製造方法，以改善傳統之導電膜之縱向電阻與橫向電阻之間差異的問題。

為達上述目的及其他目的，本發明提出一種導電膜之製造方法，包含：步驟(1)，於一基材上塗佈一含有金屬線之塗料；步驟(2)，擾動塗佈於該基材上之塗料，以減少金屬線之有序化；以及步驟(3)，固化該塗料，以形成一導電膜。

於本發明之一實施例中，該步驟(2)係藉由使塗佈於該基材上之塗料與一平板接觸來來造成擾動。

於本發明之一實施例中，該步驟(2)係藉由使塗佈於該基材上之塗料與一棒狀元件接觸來造成擾動。

於本發明之一實施例中，該棒狀元件係進一步藉由旋轉來增加擾動的程度。

於本發明之一實施例中，該棒狀元件的旋旋轉速度度係介於1~1000rpm之間。

於本發明之一實施例中，該棒狀元件係為一線棒。

於本發明之一實施例中，該棒狀元件的直徑係介於1/4吋~3吋之間。

於本發明之一實施例中，該平板或該棒狀元件與該基材之距離係介於0.1~100μm之間，較佳係介於0.1~50μm之間。

於本發明之一實施例中，塗佈於該基材上之塗料的厚度係介於3~100μm之間。

於本發明之一實施例中，步驟(1)之塗佈速度係介於0.1~50m/min之間。

藉此，本發明提供了一種導電膜之製造方法，其可使金屬線雜亂地分布於導電膜中，可有效地減少該導電膜層的縱向電阻與橫向電阻之間的差異。

10‧‧‧基材

11‧‧‧放捲器

12‧‧‧供料系統

13‧‧‧塗佈頭

14‧‧‧熱固化裝置

15‧‧‧UV固化裝置

16‧‧‧收捲器

S201‧‧‧步驟(1)

S202‧‧‧步驟(2)

S203‧‧‧步驟(3)

50‧‧‧基材

51‧‧‧塗料

511‧‧‧金屬線

52‧‧‧模具

53‧‧‧狹縫

54‧‧‧平板

A‧‧‧方向

B‧‧‧方向

C‧‧‧紊流

60‧‧‧基材

61‧‧‧塗料

611‧‧‧金屬線

62‧‧‧模具

63‧‧‧狹縫

64‧‧‧棒狀元件

D‧‧‧方向

E‧‧‧方向

F‧‧‧方向

G‧‧‧紊流

70‧‧‧線棒

71‧‧‧棒狀本體

72‧‧‧線圈

〔圖1〕係為傳統之導電膜之製造流程的示意圖。

〔圖2〕係為傳統之導電膜的掃描式電子顯微鏡(SEM)照片。

〔圖3〕係為傳統之導電膜的掃描式電子顯微鏡(SEM)照片。

〔圖4〕係為本發明之導電膜之製造方法的流程圖。

〔圖5〕係為本發明之實施例1之導電膜之製造方法的側面示意圖。

〔圖6〕係為本發明之實施例2之導電膜之製造方法的側面示意圖。

〔圖7〕係為本發明之一實施方式中所使用之線棒的示意圖。

〔圖8〕係為線棒旋轉速度與TD/MD之間的關係圖。

〔圖9〕係為0rpm之旋轉速度下，所製得之導電膜的掃描式電子顯微鏡(SEM)照片。

〔圖10〕係為375rpm之旋轉速度下，所製得之導電膜的掃描式電子顯微鏡(SEM)照片。

為充分瞭解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本發明做一詳細說明，說明如後：本發明所揭露之導電膜之製造方法可以克服微細金屬線塗佈時由於高長/徑比造成有序化的問題。本發明所揭露之導電膜之製造方法在塗佈過程中，於固化製程前導入一個擾動的製程，使含有金屬線之塗料在固化成膜之前藉由擾動作用再分散，確保微細金屬線在固化成膜後能夠雜亂的分佈於導電膜中，使導電膜的縱向電阻與橫向電阻之間不致於產生過大的差異。

圖4係為本發明之導電膜之製造方法的流程圖。如圖4所示，本發明導電膜之製造方法，包含：步驟(1)S201，於一基材上塗佈一含有金屬線之塗料；步驟(2)S202，擾動塗佈於該基材上之塗料，以減少金屬線之有序化；以及步驟(3)S203，固化該塗料，以形成一導電膜。

本發明導電膜之製造方法所使用之基材並未特別限定，例如，該基材可為由聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate,PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylene naphthalate,PEN)、聚碳酸酯(polycarbonate,PC)等材料所構成之可撓性基材，或者該基材亦可為由玻璃、矽、氮化鎵等材料所構成之非撓性基材。

本發明導電膜之製造方法所使用之金屬線並未特別限定，該金屬線可為奈米銀線、奈米銅線或奈米金線，於一實施方式中該奈米銀線可具有30-40nm的直徑以及30-40μm的長度。

本發明導電膜之製造方法所使用之含有金屬線之塗料中，用於懸浮金屬線的溶劑並未特別限定，例如：該溶劑可為純水、甲醇、乙醇或異丙醇。該塗料中，金屬線之濃度可介於0.05~10.0mg/ml之間。

本發明導電膜之製造方法的步驟(1)中，於一基材上塗佈一含有金屬線之塗料的手段並未特別限定。舉例來說，可使用旋轉塗佈、狹縫式塗佈、微凹板式塗佈或噴塗、滴塗等塗佈方式。

本發明導電膜之製造方法的步驟(2)中，擾動塗佈於該基材上之塗料的手段並未特別限定。較佳地，係藉由接觸的方式來造成擾動。舉例來說，可藉由使塗佈於該基材上之塗料與一平板接觸來造成擾動，或者可藉由使塗佈於該基材上之塗料與一棒狀元件接觸來造成擾動。

本發明導電膜之製造方法的步驟(3)中，固化該塗料之手段並未特別限制。視該塗料所使用之溶劑的種類而定，例如：可藉由本發明所屬技術領域中所習知之熱固化裝置及程序來固化該塗料，或者可藉由本發明所屬技術領域中所習知之光固化裝置及程序來固化該塗料，或結合上述裝置及程序來固化該塗料。

實施例1

圖5係為本發明之實施例1之導電膜之製造方法的側面示意圖。如圖5所示，在實施例1之導電膜之製造方法中，含有金屬線511之塗料51係藉由狹縫式塗佈的方式，沿著A方向，通過一模具52之狹縫53，塗佈至一基材50上。該基材50係沿著B方向移動，藉此使含有金屬線511之塗料51均勻地於該基材50上形成一厚度約50μm的濕膜。

隨後，如圖5所示，藉由使塗佈於該基材50上之塗料51與一平板54接觸來擾動塗佈於該基材50上之塗料51，以減少金屬線511之有序化。如圖5所示，由於靠近基材50的塗料51的流速比靠近平板54的塗料51的流速快，該塗料51上下部所產生的速度差會造成流體的紊流C，打亂該塗料51中金屬線511的有序化。在本實施例中，該平板54與該基材50之距離約為50μm，但在其他實施例中，該平板與該基材之距離可介於0.1~100μm之間，而不以本實施例為限。

最後，藉由本發明所屬技術領域中所習知之熱固化裝置及程序來固化該塗料，以形成一導電膜。在本實施例中所述之平板54為一扁平板狀元件，但在其他實施例中之平板，亦可指一元件上的平面壁面部分，且該元件的平面壁面可用於擾動塗佈於該基材50上之塗料51，如一方形管體的底部平面，而不以圖5所示之平板為限。

實施例2

圖6係為本發明之實施例2之導電膜之製造方法的側面示意圖。如圖6所示，在實施例2之導電膜之製造方法中，含有金屬線611之塗料61係藉由狹縫式塗佈的方式，沿著D方向，通過一模具62之狹縫63，塗佈至一基材60上。該基材60係沿著E方向移動，藉此使含有金屬線611之塗料61均勻地於該基材60上形成一厚度約50μm的濕膜。

隨後，如圖6所示，藉由使塗佈於該基材60上之塗料61與一棒狀元件64接觸來擾動塗佈於該基材60上之塗料61，以減少金屬線611之有序化。如圖6所示，較佳地，該棒狀元件64可順時針或逆時針旋轉，藉由旋轉來增加擾動效果，增強該塗料61中的紊流G，打亂該塗料61中金屬線611的有序化。在本實施例中，該棒狀元件64的外表面與基材60之最短距離為10μm，但在其他實施例中，該棒狀元件64與基材60之距離可為0.1~100μm之間，而不以本實施例為限。此外，外表面上形成有溝槽的棒狀元件64與該基材60之距離更可為0~100μm之間。

最後，藉由本發明所屬技術領域中所習知之熱固化裝置及程序來固化該塗料，以形成一導電膜。

較佳地，在本發明之一實施方式中，該棒狀元件可為一線棒，或稱麥勒棒(Meyer rods)。圖7係為本發明之一實施方式中所使用之線棒的示意圖。如圖7所示，本發明之一實施方式中所使用之線棒70包含：一棒狀本體 71；以及一線圈72，其係纏繞該棒狀本體71。該線棒70亦可是由該棒狀本體71表面直接加工溝槽紋路而製成。

實施例3

實施例3之導電膜之製造方法係大致上如實施例2所述。

具體而言，在實施例3之導電膜之製造方法中，首先，係將含有奈米銀線之塗料係藉由狹縫式塗佈的方式，通過一模具之狹縫(寬度25μm)，塗佈至一PET基材上。該基材係以0.5m/min之速率沿著一特定方向移動，以將塗佈速度控制為0.5m/min，藉此使含有金屬線之塗料均勻地於該基材形成一厚度約25μm的濕膜。實施例3中所使用之塗料中所含之奈米銀線的直徑係介於30-40nm之間，且其長度係介於30-40μm之間。本實施例中，含有奈米銀線之塗料係使用水/異丙醇作為溶劑，使奈米銀線分散於溶劑中。其中，奈米銀線係佔該塗料總重的0.4%。

隨後，藉由使塗佈於該基材上之塗料與一線棒接觸來擾動塗佈於該基材上之塗料，以減少金屬線之有序化。其中，該線棒係為購自RDS之#25號線棒，該線棒的直徑為1/2吋。但在其他實施例中，該線棒的直徑可介於1/4吋~3吋之間，而不以本實施例為限。其中，該線棒係與一馬達連接，藉由該馬達所提供之動力，使該線棒以特定之速度旋轉。其中，該線棒之旋轉方向F係如圖6所示，可為順時針旋轉(實線方向)或逆時針旋轉(虛線方向)。

最後，藉由一熱固化裝置，以120℃之溫度烘烤4分鐘，來固化該塗料，以形成一導電膜。

測試例

本測試例係依照上述實施例3之導電膜之製造方法來製備導電膜。在本測試例中，該線棒之旋轉方向係為順時針旋轉(即如圖6所示的實線方向)，亦即，於該塗料的二側，該線棒之旋轉方向與該基材之移動方向係彼此相對。但在其他實施例中，該線棒之旋轉方向仍可為逆時針旋轉(即如圖6所示的虛線方向)。其中，藉由該馬達來控制該線棒的旋轉速度，分別測量在0rpm、125rpm、250rpm以及375rpm等不同之旋轉速度下，所製得之導電膜的塗佈方向(縱向)電阻值MD以及與該塗佈方向之垂直方向(橫向)電阻值TD。以及，分別計算不同之旋轉速度下，橫向電阻值TD與縱向電阻值MD的比例，即TD/MD。

本測試例之測試結果係如圖8~10所示。其中，圖8係為線棒旋轉速度與TD/MD之間的關係圖；圖9係為0rpm之旋轉速度下，所製得之導電膜的掃描式電子顯微鏡(SEM)照片；以及圖10係為375rpm之旋轉速度下，所製得之導電膜的掃描式電子顯微鏡(SEM)照片。

如圖8所示，當線棒的旋轉速度為0rpm(即，不旋轉)時，TD/MD比高達2.0，在圖9的SEM照片中，可以看出奈米銀線在縱向(MD)的數量多於橫向(TD)的數量，因此TD與MD的電阻值差異極大。

如圖8所示，藉由線棒的旋轉，可使含有奈米銀線之塗料產生更佳的擾動效果，而使TD/MD比隨著線棒的旋轉速度的增加而下降，其擾動效果更為明顯、有效。

如圖8所示，當線棒的旋轉速度為375rpm時，TD/MD降到1.2，在圖10的SEM照片中，也可以明顯的看出奈米銀線呈現均勻無方向性的排列。

如上所述，本發明所揭露之導電膜之製造方法藉由於固化製程前導入一個擾動的製程，可確保微細金屬線在固化成膜後能夠雜亂的分佈於導電膜中，使導電膜的縱向電阻與橫向電阻之間不致於產生過大的差異。

此外，在使用棒狀元件作為擾動手段的情況下，可進一步藉由該棒狀元件的旋轉來進一步減少所製得之導電膜的縱向電阻與橫向電阻之間的差異。

本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。

Claims

一種導電膜之製造方法，包含：(1)於一基材上塗佈一含有金屬線之塗料；(2)擾動塗佈於該基材上之塗料，以減少金屬線之有序化；以及，(3)固化該塗料，以形成一導電膜，其中，該步驟(2)係藉由使塗佈於該基材上之塗料與一棒狀元件接觸來造成擾動；該棒狀元件係進一步藉由旋轉來增加擾動的程度；以及該棒狀元件的旋轉速度係介於0.1~1000rpm之間。
如請求項1所述之導電膜之製造方法，其中，該棒狀元件的直徑係介於1/4吋~3吋之間。
如請求項1所述之導電膜之製造方法，其中，該棒狀元件與該基材之距離係介於0~100μm之間。
如請求項1所述之導電膜之製造方法，其中，塗佈於該基材上之塗料的厚度係介於3~100μm之間。
如請求項1所述之導電膜之製造方法，其中，步驟(1)之塗佈速度係介於0.1~50m/min之間。