TWI679165B - 透明電極複合體 - Google Patents

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Abstract

本發明涉及一種透明電極複合體，包含透明電極層；聚矽氧烷類高分子層，形成於該透明電極層上，對水的接觸角為60°以上；及光敏樹脂層，形成於該聚矽氧烷類高分子層上。

Description

透明電極複合體
本發明涉及一種透明電極複合體。
透明電極膜被定義為對可見光透明並具有導電性的薄膜，用於電漿顯示面板、液晶顯示元件、發光二極體元件、有機電子發光元件、觸控面板、太陽能電池等多種領域。
這種透明電極膜之製造方法廣泛使用如下方法：在PET膜等基材上放置乾膜阻焊劑，並按曝光、顯影及蝕刻之製程順序製造形成有預定圖案之電極。但是，使用乾膜阻焊劑時，存在難以實現線寬40 μm以下之局限性，為消除此局限性，使用了在導電性基材上塗佈光阻劑，並進行曝光及顯影以製造透明電極膜之方法。
如此製造的透明電極膜在該導電性基材和光阻層之間形成預定保護層，已知保護層對該導電性基材及光阻層所具有的結合力不僅要大，還要具有低電阻值，而且相鄰層之間的介面電阻亦應達到較低水準。
本發明之目的在於提供一種透明電極複合體，其各層之間具有高結合力且具有低的片電阻(sheet resistance)及介面電阻，同時，透過簡化步驟還能夠具有高集成度或是形成超微細化圖案。
本發明可提供一種透明電極複合體，包含：透明電極層，包含選自導電性高分子、奈米碳管(Carbon Nanotube, CNT)、石墨烯、奈米銀線(AgNw)、奈米銅顆粒、氧化銦錫(Indium Tin Oxide)及氧化錫銻(Antimony Tin oxide)中的一種以上的化合物；聚矽氧烷類高分子層，形成於該透明電極層上，對水的接觸角為60°以上；及光敏樹脂層，形成於該聚矽氧烷類高分子層上。
以下，進一步詳細說明根據具體實施方式之透明電極複合體。
本發明的發明人透過實驗瞭解到經溶膠－凝膠反應形成於透明電極層上之聚矽氧烷類高分子層，即使不進行其他後續處理也具有高疏水性，而且對於光敏樹脂層也能夠確保高塗覆性及附著性，從而完成了本發明。
具體地，在該透明電極層上塗佈包含矽氧烷類單體之溶膠－凝膠反應溶液，並在50℃以上或者100℃以上的溫度下進行反應或者乾燥，就能夠形成具有疏水性表面的聚矽氧烷類高分子層，這種聚矽氧烷類高分子層對光敏高分子樹脂組成物可具有高塗覆性及附著性。因此，對由該光敏高分子樹脂組成物形成的光敏樹脂層進行曝光及顯影之過程中，可容易形成更微細化的圖案。
具體地，該聚矽氧烷類高分子層對水的接觸角可為65°以上或者是65°至90°。
而且，如上所述，該聚矽氧烷類高分子層可透過在該透明電極層上塗佈包含矽氧烷類單體之溶膠－凝膠反應溶液，並在50℃以上或者100℃以上、50℃至200℃之溫度下反應或者乾燥而成。
該聚矽氧烷類高分子層可包含選自烷氧基矽烷類單體、胺基矽烷類單體、乙烯基矽烷類單體、環氧基矽烷類單體、甲基丙烯醯氧基矽烷類(methacryloxy silane)單體、異氰酸酯基矽烷類(isocyanate silane)單體及氟矽烷類單體中的一種聚合物或者兩種以上共聚物。
具體地，該聚矽氧烷類高分子層可包含選自四乙氧基矽烷、乙烯基三乙氧基矽烷、乙烯基三甲氧基矽烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)矽烷、γ-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、β-(3,4-環氧環己烷)乙基三甲氧基矽烷、γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基矽烷、γ-巰基丙基三甲氧基矽烷、γ-胺丙基三乙氧基矽烷、N-β-(胺乙基)-γ-胺丙基三甲氧基矽烷、γ-脲丙基三乙氧基矽烷、苯基三乙氧基矽烷、甲基三乙氧基矽烷、甲基三甲氧基矽烷、聚環氧乙烷改質矽烷單體、聚甲基乙氧基矽氧烷(polymethylethoxysiloxane)及六甲基二矽氮烷(Hexamethyldisilazane)中的一種聚合物或者兩種以上共聚物。
為了確保該聚矽氧烷類高分子層對相鄰另一層具有更高的結合力或者黏附力，並具有低的片電阻，該聚矽氧烷類高分子層可包含60至90重量%的四乙氧基矽烷；及10至40重量%之選自乙烯基三乙氧基矽烷、乙烯基三甲氧基矽烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)矽烷、γ-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、β-(3,4-環氧環己烷)乙基三甲氧基矽烷、γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基矽烷、γ-巰基丙基三甲氧基矽烷、γ-胺丙基三乙氧基矽烷、N-β-(胺乙基)-γ-胺丙基三甲氧基矽烷、γ-脲丙基三乙氧基矽烷、苯基三乙氧基矽烷、甲基三乙氧基矽烷、甲基三甲氧基矽烷、聚環氧乙烷改質矽烷單體、聚甲基乙氧基矽氧烷、六甲基二矽氮烷中的一種以上的化合物；這些化合物的共聚物。
用於合成包含在該聚矽氧烷類高分子層之共聚物的單體中，四乙氧基矽烷之含量若低於60重量%，則該聚矽氧烷類高分子層之片電阻可能會顯著增加。而且，用於合成包含在該聚矽氧烷類高分子層之共聚物的單體中，四乙氧基矽烷之含量若超過90重量%，則該聚矽氧烷類高分子層之密度會變得過高或者可能會產生表面碎裂的現象，耐水性會顯著降低。
包含上述該聚矽氧烷類高分子層的該透明電極複合體，於形成該光敏樹脂層前，在沒有進一步賦予疏水性之情況下，可維持高塗覆性及附著性，因此可在該光敏樹脂層形成更微細化的圖案。
該聚矽氧烷類高分子層的厚度可為0.050 μm至0.300 μm，或者為0.120 μm至0.200 μm。而且，該聚矽氧烷類高分子層的片電阻可為80 Ω/sq至400 Ω/sq，或者為150 Ω/sq至280 Ω/sq。
另外，所述透明電極層可包含已知可用於透明電極的各種材料，具體可包含選自導電性高分子、奈米碳管、石墨烯、奈米銀線(AgNw)、奈米銅顆粒、氧化銦錫(Indium Tin Oxide)及氧化錫銻(Antimony Tin oxide)中的一種以上的化合物。
所述導電性高分子可以使用已知可用於透明電極的高分子，所述導電性高分子具體可包含選自聚苯胺類高分子、聚吡咯類高分子、聚噻吩類高分子及其衍生物中的一種以上，具體也可以使用聚3,4-二氧乙基噻吩：聚苯乙烯磺酸(PEDOT：PSS, Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)：Polystyrene sulfonate)。
所述透明電極層厚度可為0.20 μm至3.00 μm或0.30 μm至1.0 μm。當所述透明電極層的厚度變得過薄，則有效片電阻也會大大降低，從而可能導致薄層電阻不均勻，當所述透明電極層的厚度變得過厚，則透明度或光學特性會降低。
另外，所述透明電極層片電阻可為80 Ω/sq至400 Ω/sq，或者150 Ω/sq至280 Ω/sq。
如上所述，由於所述聚矽氧烷類高分子層的固有特性，所述光敏樹脂層可以均勻且堅固地結合於所述聚矽氧烷類高分子層，如此一來，在所述光敏樹脂層上可以形成更微細化的圖案。
為了形成所述光敏樹脂層，可以使用公知的光敏樹脂組成物或者光阻劑組成物，所述光敏樹脂層具體可以由包含鹼溶性樹脂的正型光阻劑組成物，或者是包含具有1個以上反應性官能基之單體或寡聚物及光引發劑的負型光阻劑組成物所形成，優選可以由正型光阻劑組成物形成。
該光敏樹脂層厚度可以為1 μm至5 μm或者2 μm至4 μm。所述光敏樹脂層的厚度太薄，在曝光、顯影及刻蝕過程中所述光敏樹脂層及/或聚矽氧烷類高分子層上會產生斑點或外形損壞，從而出現白濁現象。若所述光敏樹脂層厚度太厚，則由於不易曝光而導致顯影不充分或者線寬不一致。
另外，該透明電極複合體還可以包含脫模膜層。該脫模膜層可以使用通常用於透明電極膜的高分子膜等，具體可以使用矽膠黏合膜、丙烯酸黏合膜及PE保護膜等。
另外，該透明電極複合體還可以包含基材膜層，形成於該透明電極層的一表面且與該聚矽氧烷類高分子層相對。
即，該基材膜層上形成該透明電極層後，依次形成該透明電極層、聚矽氧烷類高分子層及光敏樹脂層就可以形成所述透明電極複合體。另外，該透明電極層上依序形成聚矽氧烷類高分子層及光敏樹脂層後，可在該透明電極層的另一表面形成該基材膜層，以形成所述透明電極複合體。
該透明電極複合體的製造過程中，可以使用常規的塗佈方法或塗覆方法，並且可以使用常規的壓接方法等。該塗佈方法可為適用本領域中所使用的常規的塗佈方法，包含噴塗法、棒塗法、刮刀法、輥塗法、浸漬法等。
根據本發明，可以提供一種各層之間具有高結合力且具有低的片電阻及介面電阻，並透過簡化的步驟就能夠具有高的集成度或者超微細化圖案的透明電極複合體。
該透明電極複合體提供一包含光活性層，即光敏樹脂層的透明電極結構，而且通過包含對該透明電極和光敏樹脂層能發揮緩衝作用的該聚矽氧烷類高分子層，使其發揮固有特性。尤其，塗佈該光敏樹脂層之前，在 沒有進一步賦予疏水性的情況下，可以維持高塗覆性及附著性，據此可以在該光敏樹脂層上形成更微細化的圖案。
〔圖1〕示出由實施例1及實施例2和比較例1獲得的聚矽氧烷類高分子層對水的接觸角。
〔圖2〕示出實驗例2中觀察到的實施例1及比較例1的圖案的外形。
以下實施例中對本發明更詳細說明。惟，以下實施例僅用於例示本發明，本發明的內容並不限於以下實施例。
[第1製造例：電極層的製造]
將PEDOT：PSS[Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)Polystyrene sulfonate，固形物1wt%]、IPA(異丙醇)、MeOH(甲醇)及DMSO(二甲基亞碸)以75：15：5：5的重量比混合後，相對於該混合物加入500ppmw的表面調節劑，即Dynol 607進行攪拌。
攪拌完成後，將混合物利用棒塗機塗佈於PET基材上，再進行熱風乾燥(110℃/60秒)，製成厚度為0.096μm的電極層。最終製成的電極層片電阻為240Ω/sq。
[第2製造例：電極層的製造]
將PEDOT：PSS[Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)Polystyrene sulfonate，固形物0.35wt%]、奈米銀線分散液(1wt%，水(water))、IPA(異 丙醇)、D.I water(去離子水)及EG(乙二醇)以28.5：10：10：41.5：10的重量比混合後，相對於該混合物加入500ppmw的表面調節劑，即3M FC-4330進行攪拌。
攪拌完成後，將混合物利用棒塗機塗佈於PET基材上，再進行熱風乾燥(110℃/60秒)，製成厚度為0.055μm的電極層。最終製成的電極層片電阻為60Ω/sq。
[實施例及比較例：透明電極複合體的製造]
實施例1
(1)聚矽氧烷類高分子層的形成
將TEOS(四乙氧基矽烷)16.08g、PTMS(苯基三甲氧基矽烷)4.02g、水23.55g、IPA(異丙醇)54.95g、醋酸1.4g混合後，在70℃的溫度下反應3小時製成溶膠-凝膠反應溶液100g(固形物7.8wt%)，將製成的溶膠-凝膠反應溶液和異丙醇以1：4的重量比稀釋製成溶膠-凝膠反應溶液500g(固形物1.56wt%)。
將該溶膠-凝膠反應溶液(固形物1.56wt%)利用棒塗機以11.43μm的厚度塗佈於第1製造例中獲得的電極層上，然後在熱風條件下在120℃的溫度下乾燥10分鐘，形成厚度為0.178μm的聚矽氧烷類高分子層(片電阻：260Ω/sq)。
(2)光敏樹脂層的形成
將東進世美肯販售之光阻劑(Positive Type)，型號SJ-631(10cP，固形物23wt%)利用棒塗機塗佈於該形成的聚矽氧烷類高分子層上，然後在120℃的溫度下乾燥1分鐘，製成厚度約2.62μm的光敏樹脂層。
實施例2
(1)聚矽氧烷類高分子層的形成
將TEOS(四乙氧基矽烷)16.08g、VTMS(乙烯基三甲氧基矽烷)4.02g，水23.55g、IPA(異丙醇)54.95g及醋酸1.4g混合後，在70℃的溫度下反應3小時製成溶膠-凝膠反應溶液100g(固形物7.2wt%)，並將製成的溶膠-凝膠反應溶液和異丙醇以1：4的重量比稀釋製成溶膠-凝膠反應溶液500g(固形物1.44wt%)。
將該溶膠-凝膠反應溶液(固形物1.44wt%)利用棒塗機以11.43μm的厚度塗佈於第1製造例中獲得的電極層上，然後在熱風條件下在120℃的溫度下乾燥10分鐘，形成厚度為0.165μm的聚矽氧烷類高分子層(片電阻：265Ω/sq)。
(2)光敏樹脂層的形成
將東進世美肯販售之光阻劑(Positive Type)，型號SJ-631(10cP，固形物23wt%)利用棒塗機塗佈於該形成的聚矽氧烷類高分子層上，然後在120℃溫度下乾燥1分鐘，製成厚度約2.62μm的光敏樹脂層。
實施例3
(1)聚矽氧烷類高分子層的形成
將從實施例2製成的聚矽氧烷類溶膠-凝膠反應溶液(固形物1.44wt%)利用棒塗機以11.43μm的厚度塗佈於第2製造例中獲得的電極層上，然後在熱風條件下在120℃的溫度下乾燥10分鐘，形成厚度為0.165μm的聚矽氧烷類高分子層(片電阻：80Ω/sq)。
(2)光敏樹脂層的形成
將東進世美肯販售之光阻劑(Positive Type)，型號SJ-631(10cP，固形物23wt%)利用棒塗機塗佈於該形成的聚矽氧烷類高分子層上，然後在120℃溫度下乾燥1分鐘，製成厚度約2.62μm的光敏樹脂層。
實施例4至實施例6
將塗佈有黏合劑的PET膜(25μm厚度)置於該實施例1、實施例2及實施例3中分別形成的電極層-聚矽氧烷類高分子層-光敏樹脂層的複合體上，並在室溫下施加0.45Mp的壓力將其壓接在該光敏樹脂層的外表面上。
比較例1
(1)聚矽氧烷類高分子層的形成
將TEOS(四乙氧基矽烷)20.01g、水23.55g、IPA(異丙醇)54.95g及醋酸1.4g混合後，在70℃的溫度下反應3小時製成溶膠-凝膠反應溶液100g(固形物7wt%)，將製成的溶膠-凝膠反應溶液和異丙醇以1：4的重量比稀釋製成溶膠-凝膠反應溶液500g(固形物1.4wt%)。
將該溶膠-凝膠反應溶液(固形物1.4wt%)利用棒塗機以11.43μm的厚度塗佈於從該製造例獲得的電極層上，然後在熱風條件下在120℃的溫度下乾燥10分鐘，形成厚度為0.160μm的聚矽氧烷類高分子層(片電阻：256Ω/sq)。
(2)光敏樹脂層的形成
將東進世美肯販售之光阻劑(Positive Type)，型號SJ-631(10cP，固形物23wt%)利用棒塗機塗佈於該形成的聚矽氧烷類高分子層上，然後在120℃溫度下乾燥1分鐘，製成厚度約2.62μm的光敏樹脂層。
[實驗例：對透明電極複合體物理特性的評價]
實驗例1：測量接觸角
就該實施例1至實施例3及比較例1中獲得的聚矽氧烷類高分子層對水的接觸角，利用數字視頻接觸角分析器(SEO公司，型號phoenix-10)測量了靜態接觸角(靜態接觸角法(static contact angle method))。
實驗例2：塗覆性及附著性的評價
對該實施例1至實施例3及比較例1中獲得的光敏樹脂層利用曝光裝置(MA-6)照射50mJ的紫外線後，利用顯影液DPD-200(東進世美肯販售)在室溫下顯影35秒，再利用剝離液ST-09(東進世美肯販售)在室溫下進行剝離(去除)過程50秒。
此時，在該圖案形成過程中，基於圖案的線寬是否被去除來評價塗覆性及附著性，在下表1中，符號○表示圖案維持，符號×表示圖案被去除，實際形成的圖案外形顯示於圖2中。
如該表1所示，實施例1至3的透明電極複合體由於包含接觸角為60度以上的聚矽氧烷類高分子層，更能堅固且容易地與光敏樹脂層結合，因此可以確保得到提高的塗覆性及附著性。相反，比較例1的透明電 極複合體的聚矽氧烷類高分子層和光敏樹脂層之間的結合力不夠充分，從而導致所形成的圖案難以附著或部分形狀無法維持。

Claims (11)

  1. 一種透明電極複合體，包含：一透明電極層，包含選自導電性高分子、奈米碳管、石墨烯、奈米銀線、奈米銅顆粒、氧化銦錫及氧化錫銻中的一種以上的化合物；一聚矽氧烷類高分子層，形成於該透明電極層上，對水的接觸角為60°以上；以及一光敏樹脂層，形成於該聚矽氧烷類高分子層上。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述之透明電極複合體，其中該聚矽氧烷類高分子層包含60至90重量%的四乙氧基矽烷，和10至40重量%之選自乙烯基三乙氧基矽烷、乙烯基三甲氧基矽烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)矽烷、γ-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、β-(3,4-環氧環己烷)乙基三甲氧基矽烷、γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基矽烷、γ-巰基丙基三甲氧基矽烷、γ-胺丙基三乙氧基矽烷、N-β-(胺乙基)-γ-胺丙基三甲氧基矽烷、γ-脲丙基三乙氧基矽烷、苯基三乙氧基矽烷、苯基三甲氧基矽烷、甲基三乙氧基矽烷、甲基三甲氧基矽烷、聚環氧乙烷改質矽烷單體、聚甲基乙氧基矽氧烷、六甲基二矽氮烷中的一種以上的化合物的共聚物。
  3. 根據申請專利範圍第1項所述之透明電極複合體，其中該聚矽氧烷類高分子層對水的接觸角為65°至90°。
  4. 根據申請專利範圍第1項所述之透明電極複合體，其中該聚矽氧烷類高分子層厚度為0.050μm至0.300μm，片電阻為80Ω/sq至400Ω/sq。
  5. 根據申請專利範圍第1項所述之透明電極複合體，其中該透明電極層厚度為0.20μm至3.00μm，片電阻為80Ω/sq至400Ω/sq。
  6. 根據申請專利範圍第1項所述之透明電極複合體，其中該導電性高分子包含選自聚苯胺類高分子、聚吡咯類高分子、聚噻吩類高分子及其衍生物中的一種以上。
  7. 根據申請專利範圍第1項所述之透明電極複合體，其中該光敏樹脂層的厚度為1μm至5μm。
  8. 根據申請專利範圍第1項所述之透明電極複合體，其中該光敏樹脂層由包含鹼溶性樹脂之正型光阻劑組成物；或者是包含具有1個以上反應性官能基之單體或寡聚物及光引發劑的負型光阻劑組成物所形成。
  9. 根據申請專利範圍第1項所述之透明電極複合體，其中該聚矽氧烷類高分子層係在該透明電極層上塗佈包含矽氧烷類單體之溶膠-凝膠反應溶液後，在50℃以上的溫度下乾燥而形成。
  10. 根據申請專利範圍第1項所述之透明電極複合體，還包含一形成於該光敏樹脂層上的脫模膜層。
  11. 根據申請專利範圍第1項所述之透明電極複合體，還包含一基材膜層，形成於該透明電極層的一表面且與該聚矽氧烷類高分子層相對。
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