TWI659855B - 導電透明膜、其製造方法及包括其的觸控面板 - Google Patents

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Abstract

本申請案是有關於一種導電透明膜。所述導電透明膜包 括底塗層、防裂緩衝層及導電層。所述導電透明膜可不僅具有優異的機械強度且當應用於觸控面板時亦具有快的響應速度。

Description

導電透明膜、其製造方法及包括其的觸控面板
[相關申請案的交叉參考]
本申請案主張基於在2016年5月9日提出申請的韓國專利申請案第2016-0056329號及在2017年5月2日提出申請的韓國專利申請案第2017-0056216號的優先權的權利，所述韓國專利申請案的揭露內容全文併入本案供參考。
本申請案是有關於一種導電透明膜。
導電透明膜一般被配置成包括透明基材及氧化銦錫薄膜(層)。如此配置的膜可用於例如顯示器、觸控面板等成像裝置。就此而言，由於近期趨勢為顯示器或觸控面板的面積擴大，因此降低導電透明膜及其中所使用的每一組件的比電阻(specific resistance)非常重要。
另一方面，已嘗試藉由在氧化銦錫層與透明基材之間進行折射率匹配來改善導電透明膜的光學特性。舉例而言，為進行折射率匹配，可將所謂的底塗層放置於氧化銦錫層與透明基材之 間。然而，在用於形成氧化銦錫層的沈積製程中，由有機物質形成的底塗層可被損壞，且源自底塗層的有機物質可污染所述氧化銦錫層，且因此存在氧化銦錫層的比電阻增大的問題。比電阻的此種增大可造成導電透明膜的反應時間進一步延遲，且因顯示器或觸控面板的面積擴大而無法滿足技術需求。此外，被損壞底塗層與被污染氧化銦錫層之間的黏著力不足會造成導電透明膜的機械性質劣化。
本申請案的一個目標是提供一種具有改善的界面黏著力及機械性質的導電透明膜。
本申請案的另一目標是提供一種具有低比電阻及改善的電性特性(例如響應速度)的導電透明膜。
本申請案的再一目標是提供一種具有優異的光學特性的導電透明膜。
本申請案的以上目標及其他目標均可藉由下文詳細闡述的本申請案來解決。
在本申請案的一個實例中，本申請案是有關於一種導電透明膜。所述膜可具有75%或大於75%的透光率。更具體而言，所述膜可具有80%或大於80%、85%或大於85%、或者90%或大於90%的透光率。除非另外具體定義，否則本申請案中的用語「光」 可意指波長為380奈米至780奈米的可見光，更具體而言波長為550奈米的可見光。
導電透明膜可包括導電層、底塗層以及防裂緩衝層。
在一個實例中，導電層可包含透明導電氧化物。作為透明導電氧化物，可使用例如氧化銦錫(indium tin oxide，ITO)、氧化銦(In2O3)、氧化銦鎵(indium gallium oxide，IGO)、氟摻雜氧化錫(fluor doped tin oxide，FTO)、鋁摻雜氧化鋅(aluminum doped zinc oxide，AZO)、鎵摻雜氧化鋅(gallium doped zinc oxide，GZO)、銻摻雜氧化錫(antimony doped tin oxide，ATO)、銦摻雜氧化鋅(indium doped zinc oxide，IZO)、鈮摻雜氧化鈦(niobium doped titanium oxide，NTO)、氧化鋅(zinc oxide，ZnO)或氧化鈰鎢(cesium tungsten oxide，CTO)等。
在另一實例中，導電層可包含氧化銦作為透明導電氧化物。更具體而言，導電層可包含含有氧化銦與四價金屬的氧化物的銦系複合氧化物。四價金屬的氧化物可由下式1表示。
[式1]AO2
在上式1中，A可為選自由Sn、Zr、Ge、Ti、Ce、Nb、Ta、Mb及W組成的群組的四價金屬。
在一個實例中，以100重量份的構成導電層的總銦系複 合氧化物計，可包含1重量份至20重量份的量的由上述式1表示的四價金屬的氧化物。在本申請案中，用語「重量份」可意指各組分之間的含量比。若不滿足以上範圍的下限，則導電層的電性特性(例如，片電阻及導電性)差。另外，當不滿足以上範圍的上限時，結晶溫度升高，且因此形成導電層的製程能量效率差。
在一個實例中，導電層可具有100奈米或小於100奈米的厚度。更具體而言，導電層可具有80奈米或小於80奈米或者50奈米或小於50奈米的厚度以及具有5奈米或大於5奈米或者10奈米或大於10奈米的厚度。當滿足所述厚度範圍時，可提供具有均衡優異的機械性質、透射率及片電阻的導電層。
導電層無特別限制，但可具有1.7至2.3的光學折射率(optical refraction index)。
底塗層可為被包括以用於改善導電透明膜的光學特性(即用於增大所述膜的可見光透射率)的層。舉例而言，當導電透明膜除上述導電層外更包括基材層時，底塗層的光學折射率可具有與基材層的光學折射率及/或導電層的光學折射率不同的值。更具體而言，在與基材層的光學折射率及/或導電層的光學折射率不同的前提下，底塗層可具有處於1.5至2.0範圍內的光學折射率。當滿足以上範圍及關係時，可增大導電透明膜的可見光透射率。
底塗層可包含有機物質、無機物質或其混合物。
在一個實例中，底塗層可包含能夠進行熱固化或光固化 的樹脂作為有機物質。儘管無特別限制，但可使用例如丙烯酸樹脂(acrylic resin)、胺甲酸乙酯樹脂(urethane resin)、硫胺甲酸乙酯樹脂(thiourethane resin)、三聚氰胺樹脂(melamine resin)、醇酸樹脂(alkyd resin)、矽氧烷聚合物(siloxane polymer)及由下式2表示的有機矽烷化合物中的至少一者作為有機物質：[式2](R1)m-Si-X(4-m)
在上式2中，R1可彼此相同或不同且為具有1至12個碳原子的烷基、烯基、炔基、芳基、芳基烷基、烷基芳基、芳基烯基、烯基芳基、芳基炔基、炔基芳基、鹵素、經取代的胺基、醯胺基、醛基、酮基、烷基羰基、羧基、巰基、氰基、羥基、具有1至12個碳原子的烷氧基、具有1至12個碳原子的烷氧基羰基、磺酸(sulfonic acid)、磷酸、丙烯醯氧基(acryloxy)、甲基丙烯醯氧基、環氧基、或乙烯基，X可彼此相同或不同且為氫、鹵素、具有1至12個碳原子的烷氧基、醯氧基(acyloxy)、烷基羰基、烷氧基羰基或-N(R2)2(其中R2為H或具有1至12個碳原子的烷基)，其中氧或-NR2(其中R2為H或具有1至12個碳原子的烷基)亦可插入於自由基R1與Si之間以形成(R1)m-O-Si-X(4-m)或(R1)m-NR2-Si-X(4-m)，且m為1至3的整數。
當在底塗層中使用上述有機矽烷化合物時，有機矽烷化 合物可為可交聯的，且可與高折射性顆粒進行混合以控制折射率。高折射性顆粒的類型無特別限制。
有機矽烷化合物的種類無特別限制。舉例而言，可使用以下作為有機矽烷化合物：甲基三甲氧基矽烷、甲基三乙氧基矽烷、苯基三甲氧基矽烷、苯基三乙氧基矽烷、二甲基二甲氧基矽烷、二甲基二乙氧基矽烷、二苯基二甲氧基矽烷、二苯基二乙氧基矽烷、苯基二甲氧基矽烷、苯基二乙氧基矽烷、甲基二甲氧基矽烷、甲基二乙氧基矽烷、苯基甲基二甲氧基矽烷、苯基甲基二乙氧基矽烷、三甲基甲氧基矽烷、三甲基乙氧基矽烷、三苯基甲氧基矽烷、三苯基乙氧基矽烷、苯基二甲基甲氧基矽烷、苯基二甲基乙氧基矽烷、二苯基甲基甲氧基矽烷、二苯基甲基乙氧基矽烷、二甲基甲氧基矽烷、二甲基乙氧基矽烷、二苯基甲氧基矽烷、二苯基乙氧基矽烷、3-胺基丙基三乙氧基矽烷、3-縮水甘油氧基丙基三甲氧基矽烷(3-glycidoxypropyltrimethoxysilane)、對胺基苯基矽烷、烯丙基三甲氧基矽烷(allyltrimethoxysilane)、正(2-胺基乙基)-3-胺基丙基三甲氧基矽烷、3-胺基丙基三乙氧基矽烷、3-胺基丙基三甲氧基矽烷、3-縮水甘油氧基丙基二異丙基乙氧基矽烷、(3-縮水甘油氧基丙基)甲基二乙氧基矽烷、3-縮水甘油氧基丙基三甲氧基矽烷、3-巰基丙基三甲氧基矽烷(3-mercaptopropyltrimethoxysilane)、3-巰基丙基三乙氧基矽烷、3-甲基丙烯醯氧基丙基甲基二乙氧基矽烷(3-methacryloxypropylmethyldiethoxysilane)、3-甲基丙烯醯氧基 丙基甲基二甲氧基矽烷、3-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、正苯基胺基丙基三甲氧基矽烷、乙烯基甲基二乙氧基矽烷、乙烯基三乙氧基矽烷或乙烯基三甲氧基矽烷等。
底塗層可包含無機物質。舉例而言，底塗層中可包含無機物質，例如TiO2、Nb2O5、Ta2O5、Sb2O5、ZrO2、ZnO、ZnS或由下式3表示的金屬烷氧化物化合物等。
[式3]M-(R3)z
其中M表示選自由鋁、鋯、鈦及矽組成的群組的金屬，R3可彼此相同或不同且為鹵素、具有1至12個碳原子的烷基、烷氧基、醯氧基或羥基，並且Z為2或4的整數。
當底塗層包含有機物質與無機物質的混合物時，以100重量份的全部混合物計，可包含0.001重量份至100重量份的量的有機物質。
在一個實例中，底塗層可具有150奈米或小於150奈米的厚度。具體而言，底塗層可具有130奈米或小於130奈米、110奈米或小於110奈米或者100奈米或小於100奈米的厚度。當底塗層的厚度大於150奈米時，可降低導電透明膜的透射率及色差指數(color difference index)。底塗層的厚度下限無特別限制，但考慮到底塗層的可加工性或功能可為1奈米或大於1奈米。
本申請案的導電透明膜可更包括防裂緩衝層。在一個實例中，防裂緩衝層可定位於底塗層與導電層之間。防裂緩衝層可有助於降低導電層的表面電阻及提高各層之間的界面黏著力。另外，即使當包括防裂緩衝層時，本申請案的膜亦可維持與上述範圍對應的高透射率水準。
舉例而言，在底塗層的一個表面被配置成與導電層的一個表面直接接觸(即導電層直接形成於底塗層的一個表面上)的先前技術中，導電層已頻繁地受到底塗層中的有機物質污染，且因此電阻值為至少100歐姆/□或大於100歐姆/□、通常為150歐姆/□或大於150歐姆/□或者250歐姆/□或大於250歐姆/□的導電層已普遍用於導電透明膜。在此種條件下，難以預期導電透明膜的響應速度會提高。另一方面，考慮到導電透明膜常用的構型，降低導電層的電阻值並不容易。舉例而言，儘管已嘗試降低電阻值，但將導電層的電阻值降低5歐姆/□的大小是非常困難的。導電層的電阻愈接近於150歐姆/□或小於150歐姆/□、尤其是100歐姆/□，則愈是如此。然而，本申請案的導電透明膜可包括位於底塗層與導電層之間的防裂緩衝層，藉此防止導電層的界面被底塗層中所使用的有機物質污染並降低導電層的電阻值。因此，可提高響應速度。舉例而言，本申請案的導電透明膜中所包括的導電層可具有300歐姆/□或小於300歐姆/□、200歐姆/□或小於200歐姆/□、100歐姆/□或小於100歐姆/□、或者95歐姆/□或小於95歐姆/□的表面電阻。表面電阻值愈低，則可達成的響應速 度愈快，且因此導電層的表面電阻值的下限無特別限制，但可為例如10歐姆/□或大於10歐姆/□、或者20歐姆/□或大於20歐姆/□。此外，在本申請案中，由於使用滿足以下構成的防裂緩衝層，因此即使增加層結構，膜的光學特性(例如透明度)亦不會劣化。
在一個實例中，防裂緩衝層可包含金屬氧化物。更具體而言，防裂緩衝層可包含NbOx。此處，X可具有處於1至2.5範圍內的值作為各元素之間的含量比。在滿足以上範圍時，可提供預定效果(例如，薄膜可靠性、高透射率及優異的機械性質)。相反，當不滿足以上範圍時，透射率會降低，且難以將防裂緩衝層與其他層積層於一起。X可利用已知方法(例如，X射線光電子光譜法(X-ray photoelectron spectroscopy，XPS)等)來量測。
防裂緩衝層可具有處於0.1奈米至20奈米範圍內的厚度。若防裂緩衝層的厚度小於0.1奈米，則難以獲得例如藉由緩衝層來降低表面電阻或增大界面黏著力等效果，且若厚度超過20奈米，則光學性質及機械性質可被劣化。在一個實例中，考慮到例如透光率等光學性質及例如裂紋防止等機械性質，防裂緩衝層可被形成為具有處於0.1奈米至5奈米或0.5奈米至3奈米範圍內的厚度。
由於防裂緩衝層具有與底塗層及導電層的優異的界面黏著力，因此可抑制在導電透明膜中出現裂紋並提高導電透明膜的機械性質。舉例而言，由於防裂緩衝層具有優異的界面黏著力， 因此當對導電透明膜施加例如彎曲等外部壓力時，可降低在導電層中所產生的裂紋的發生程度。
更具體而言，本申請案的導電透明膜可包括裂紋密度值(crack density value)為80個裂紋/平方毫米或小於80個裂紋/平方毫米的導電層。裂紋密度可為藉由以下方式所量測的值：利用游標卡尺來彎曲其中導電透明膜被裁製為1毫米×1毫米大小的樣本，並然後將在導電層中所產生的全部裂紋的合計長度值除以100微米。由於裂紋密度的值隨著界面黏著力更佳而變得更小，因此裂紋密度值的下限無特別限制。在一個實例中，裂紋密度值的下限可為1個裂紋/平方毫米或大於1個裂紋/平方毫米、5個裂紋/平方毫米或大於5個裂紋/平方毫米、或者10個裂紋/平方毫米或大於10個裂紋/平方毫米。
在一個實例中，導電透明膜可更包括基材(基板層)。在此種情形中，導電透明膜可按照此處所述次序包括基材、底塗層、防裂緩衝層及導電層。
在一個實例中，基材層可包括具有透射率的可撓性塑膠膜。若所述膜為光學透明的且為可撓性的，則用於基材層的膜的種類無特別限制。在一個實例中，可使用以下作為基材層：聚酯膜，例如聚碳酸酯(polycarbonate，PC)膜或聚(萘二甲酸乙二醇酯)(poly(ethylene naphthalate)，PEN)膜或聚(對苯二甲酸乙二醇酯)(poly(ethylene terephthalate)，PET)膜；丙烯酸膜，例如聚(甲基丙烯酸甲酯)(poly(methyl methacrylate)，PMMA)膜；聚醯胺 (polyamide，PA)膜；聚(氯乙烯)(poly(vinyl chloride)，PVC)膜；聚苯乙烯(polystyrene，PS)膜；聚(醚碸)(poly(ethersulfone)，PES)膜；聚(醚醯亞胺)(poly(ether imide)，PEI)膜；或聚烯烴膜，例如聚乙烯(polyethylene，PE)膜或聚丙烯(polypropylene，PP)膜等，但並非僅限於此。
在一個實例中，可對基材層的表面執行例如電暈放電(corona discharge)處理、紫外照射處理或電漿處理等單獨的處理，以提高與相鄰層的界面黏著力。
在一個實例中，基材層可具有處於5微米至150微米範圍內的厚度。若厚度小於5微米，則機械強度可為差的，且若厚度超過150微米，則觸控面板的敏感度可為差的。
基材層無特別限制，但可具有處於1.4至1.7範圍內的光學折射率。
在本申請案的一個實例中，本申請案是有關於一種用於製造導電透明膜的方法。所述製造方法可包括在底塗層上依序提供防裂緩衝層及導電層的步驟。底塗層、防裂緩衝層及導電層的具體組分及特性如以上所闡釋。
在一個實例中，可藉由向基材層上施加底塗層前驅物組成物並接著將所述底塗層前驅物組成物固化來形成底塗層。所述組成物可包含如上所述的有機物質、無機物質或其混合物。固化條件無特別限制，且可利用已知的熱固化或光固化方法。
在一個實例中，可藉由氣相沈積來形成防裂緩衝層及導 電層。沈積方法無特別限制，且可利用例如濺射方法或電子束蒸發方法等物理氣相沈積(physical vapor deposition，PVD)方法。
舉例而言，可藉由濺射沈積來製備防裂緩衝層。X值為形成防裂緩衝層的氧化鈮(NbOx)的含量比，儘管無特別限制，但可藉由控制沈積製程而將X值調整為1至2.5。當將沈積製程控製成滿足範圍X時，提供具有優異的製程效率及高薄膜穩定性的防裂緩衝層。
亦可藉由濺射沈積來製備導電層。舉例而言，可藉由在1毫托(mtorr)至30毫托的製程壓力及100℃至500℃的溫度下使氬離子撞擊含有氧化銦及四價金屬氧化物的氧化物複合物靶而形成導電層。
在本申請案的另一實例中，本申請案是有關於一種包括導電透明膜的裝置。所述裝置可為顯示器、照明裝置、觸控面板等。
根據本申請案的一個實例，可提供一種不僅具有優異的投射率且亦具有同時改善的機械性質及響應速度的導電透明膜。
1‧‧‧基材層
2‧‧‧底塗層
3‧‧‧防裂緩衝層
4‧‧‧導電層
圖1示意性地示出根據本申請案一個實例的導電透明膜的橫截面。
圖2為對在實驗樣本的表面上所產生的裂紋進行拍攝而得的影像。具體而言，圖2a為對實例1的表面進行拍攝而得的影像；圖2b為對實例2的表面進行拍攝而得的影像；且圖2c為對比較例1的表面進行拍攝而得的影像。
以下，將藉由實例詳細闡述本申請案。然而，本申請案的保護範圍不受下文所述的實例限制。
利用以下方式分別對以下實例及比較例的物理性質進行了評估。
物理性質評估方法
<表面電阻>在130℃的溫度條件下將在實例及比較例中製備的導電透明膜熱處理1小時後，藉由4點探針量測(勞瑞斯塔(Loresta)EP MCP-T360)對氧化銦錫導電層的表面電阻(歐姆/□)進行了量測。
<透射率>在130℃的溫度條件下將在實例及比較例中製備的導電透明膜熱處理1小時後，利用霧度計(HM-150，村上顏色研究實驗室(Murakami Color Research Loboratory))及紫外光-可見光-近紅外光分光光度計(UV-VIS-NIRSPECTROPHOTOMETER)(UV-3600，島津公司(SHIMADZU))對透射率進行了量測。
<機械性質>
-裂紋出現時的彎曲長度
將保護膜以在實例及比較例中製備的膜形式附著至導電透明膜，且藉由熱處理對氧化銦錫層進行了結晶化。接著，將膜切割成1毫米×1毫米的大小以製備樣本。當利用遊標卡尺將樣本放置成處於彎曲狀態中使得結晶化的氧化銦錫層位於內側上並維持30秒時，對在氧化銦錫層中產生裂紋時的彎曲長度進行了量測。
-裂紋密度
在已產生裂紋的氧化銦錫層中，100微米的長度被視為一個裂紋，且對在樣本中所產生的全部裂紋的長度進行合計，且然後將合計值除以100微米。因此，具有不同長度及數目的裂紋得以量化。
實例1
將含有可縮合有機矽烷化合物(甲基三甲氧基矽烷)的溶液塗佈於厚度為50微米的透明聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)基材上並進行了熱固化以形成厚度為40奈米的底塗層。在以鈮(Nb)為靶且向沈積設備供應氬氣與氧氣的混合氣體的同時，利用濺射技術在底塗層上將包含氧化鈮(NbOx)的防裂緩衝層沈積至1奈米的厚度。類似地，利用濺射技術在防裂緩衝層上將包含SnO2的氧化銦層形成為21.3奈米的厚度以製備導電透明膜。所製備的膜的構成及物理性質分別示於表1及表2中。
實例2至實例5
如下表1所示，除了防裂緩衝層的厚度及表面電阻值外， 以與實例1相同的方式製備了膜。所製備的膜的物理性質示於表2中。
比較例1
如下表1所示，除了將氧化銦錫層直接形成於底塗層上而不製備防裂緩衝層外，以與實例1相同的方式製備了膜。所製備的膜的物理性質示於表2中。

Claims (12)

  1. 一種導電透明膜，包括導電層；底塗層；以及防裂緩衝層，其中所述防裂緩衝層位於所述導電層與所述底塗層之間，且所述防裂緩衝層分別與所述導電層和所述底塗層接觸，其中所述防裂緩衝層包含金屬氧化物，且所述金屬氧化物為NbOx(1
    Figure TWI659855B_C0001
    X
    Figure TWI659855B_C0002
    2.5)。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的導電透明膜，其中所述防裂緩衝層具有0.1奈米至20奈米的厚度。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的導電透明膜，其中所述導電層包含透明導電氧化物。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的導電透明膜，其中所述導電層具有100奈米或小於100奈米的厚度。
  5. 如申請專利範圍第3項所述的導電透明膜，其中所述導電層具有處於20歐姆/□至300歐姆/□範圍內的表面電阻值。
  6. 如申請專利範圍第4項所述的導電透明膜，其中所述導電層具有處於20歐姆/□至95歐姆/□範圍內的表面電阻值。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的導電透明膜，其中所述底塗層包含有機物質，且所述有機物質包括選自丙烯酸樹脂、胺甲酸乙酯樹脂、硫胺甲酸乙酯樹脂、三聚氰胺樹脂、醇酸樹脂、矽氧烷聚合物及由下式2表示的有機矽烷化合物的至少一者：[式2](R1)m-Si-X(4-m)在上式2中，R1能夠彼此相同或不同且為具有1至12個碳原子的烷基、烯基、炔基、芳基、芳基烷基、烷基芳基、芳基烯基、烯基芳基、芳基炔基、炔基芳基、鹵素、經取代的胺基、醯胺基、醛基、酮基、烷基羰基、羧基、巰基、氰基、羥基、具有1至12個碳原子的烷氧基、具有1至12個碳原子的烷氧基羰基、磺酸、磷酸、丙烯醯氧基、甲基丙烯醯氧基、環氧基或乙烯基，X能夠彼此相同或不同且為氫、鹵素、具有1至12個碳原子的烷氧基、醯氧基、烷基羰基、烷氧基羰基或-N(R2)2(其中R2為H或具有1至12個碳原子的烷基)，其中氧或-NR2(其中R2為H或具有1至12個碳原子的烷基)亦能夠插入於自由基R1與Si之間以形成(R1)m-O-Si-X(4-m)或(R1)m-NR2-Si-X(4-m)，且m為1至3的整數。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的導電透明膜，其中所述底塗層具有150奈米或小於150奈米的厚度。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的導電透明膜，具有75%或大於75%的透光率。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的導電透明膜，其中在利用遊標卡尺來彎曲大小為1毫米×1毫米的所述導電透明薄膜後，裂紋密度的值為80個裂紋/平方毫米或小於80個裂紋/平方毫米，所述值是藉由將在所述導電層中所產生的全部裂紋的合計長度值除以100微米來量測。
  11. 一種用於製造如申請專利範圍第1項至第10項中任一項所述的導電透明膜的方法，包括在底塗層上依序提供防裂緩衝層及導電層的步驟。
  12. 一種觸控面板，包括如申請專利範圍第1項至第10項中任一項所述的導電透明膜。
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