專利名稱：電子元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子元件，尤其涉及一種用于偏振片、電極電池、場(chǎng)發(fā) 射顯示等領(lǐng)域的含有透明導(dǎo)電層的電子元件。
背景技術(shù)：
從1991年日本科學(xué)家Iijima首次發(fā)現(xiàn)碳納米管(Carbon Nanotube， CNT ) 以來(Iilima S., Nature, vol 354, p56(1991))，以碳納米管為代表的納米材料以 其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)引起了人們極大的關(guān)注。近幾年來，隨著碳納米管及納 米材料研究的不斷深入，其廣闊應(yīng)用前景不斷顯現(xiàn)出來。例如，由于碳納米 管所具有的獨(dú)特的電磁學(xué)、光學(xué)、力學(xué)、化學(xué)性能等，大量有關(guān)其在場(chǎng)發(fā)射 電子源、傳感器、新型光學(xué)材料、軟鐵磁材料等領(lǐng)域的應(yīng)用研究不斷被報(bào)道。
碳納米管層是碳納米管實(shí)際應(yīng)用的一種重要形式。具體地，碳納米管層 已被研究用作場(chǎng)發(fā)射源、光電和生物傳感器、電池電極、吸波材料、水凈化 材料、發(fā)光材料等。
現(xiàn)有技術(shù)中的液晶顯示器(LCD)、等離子顯示器(PDP)、電致發(fā)光顯示器 (EL/OLED)、觸摸屏(Touch Panel)、太陽(yáng)能電池以及其它電子儀表通常需要 一個(gè)具有透明導(dǎo)電層的電子元件，該電子元件通常包括一基體和一透明導(dǎo)電 層。上述的透明導(dǎo)電層通常采用ITO層。上述的ITO層目前主要采用賊射 或蒸鍍等方法制備，在制備的過程，需要較高的真空環(huán)境及加熱到200 300 。C，因此，使得ITO層的制備成本較高，從而相應(yīng)地使的電子元件得成本較 高。另外，由于ITO層的機(jī)械和化學(xué)耐用性不夠好及ITO層作透明導(dǎo)電層 存在電阻阻值分布不均勻等缺點(diǎn)，導(dǎo)致了現(xiàn)有的電子元件的性能不好。
因此，確有必要提供一種電子元件，該電子元件的透明導(dǎo)電層具有成本 低、機(jī)械性能優(yōu)異、阻值分布均勾及透光性好等優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
一種電子元件，該電子元件包括一基體； 一透明導(dǎo)電層，該透明導(dǎo)電層設(shè)置于上述基體的一表面上。其中，所述透明導(dǎo)電層包括一碳納米管層。
與現(xiàn)有技術(shù)的電子元件相比較，本技術(shù)方案提供的電子元件具有以下優(yōu)
點(diǎn)其一，由于碳納米管層具有很好的韌性和機(jī)械強(qiáng)度，故，采用碳納米管 層作透明導(dǎo)電層，可以相應(yīng)的提高電子元件的耐用性。其二，由于碳納米管 層具有較均勻的結(jié)構(gòu)，故，采用碳納米管層作透明導(dǎo)電層，可使得透明導(dǎo)電 層具有均勻的電阻，從而提高電子元件的性能。其三，由于本技術(shù)方案的碳 納米管層可通過直接鋪設(shè)作透明導(dǎo)電層，而無需賊射和加熱等工藝，故，降 低了電子元件的制作成本。


圖1是本技術(shù)方案實(shí)施例的電子元件的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是沿圖1所示的線II-II，的剖視圖。
圖3是本技術(shù)方案實(shí)施例的透明導(dǎo)電層的碳納米管薄膜的掃描電鏡圖。
具體實(shí)施例方式
以下將結(jié)合附圖詳細(xì)說明本技術(shù)方案的觸摸屏及顯示裝置。
請(qǐng)參閱圖1和圖2,本技術(shù)方案實(shí)施例提供一種電子元件30包括一基 體22和一透明導(dǎo)電層24。透明導(dǎo)電層24設(shè)置在基體22的至少一個(gè)表面上。
所述基體22為一曲面型或平面型的結(jié)構(gòu)。該基體22由玻璃、石英、金 剛石或塑料等硬性材料或柔性材料形成。所述基體22主要起支撐的作用。
所述透明導(dǎo)電層24包括至少一個(gè)碳納米管層，該碳納米管層包括無序 或有序排列的多個(gè)碳納米管。當(dāng)碳納米管層包括多個(gè)有序碳納米管時(shí)，所述 的多個(gè)碳納米管沿同 一方向擇優(yōu)取向排列或沿不同方向擇優(yōu)取向排列或各 向同性。具體地，上述碳納米管層為一個(gè)碳納米管薄膜或多個(gè)平行且無間隙 鋪設(shè)的碳納米管薄膜。
此外，上述的透明導(dǎo)電層24包括至少兩個(gè)重疊設(shè)置的碳納米管層。每 個(gè)碳納米管層中的碳納米管沿固定方向擇優(yōu)取向排列，相鄰的兩個(gè)碳納米管 層中的沿同一方向排列或沿不同方向排列，具體地，相鄰的兩個(gè)碳納米管層 中的碳納米管層具有一交叉角度a, 0Sc^90度，具體可依據(jù)實(shí)際需求制備。 可以理解，由于上述透明導(dǎo)電層24中的碳納米管層可重疊設(shè)置，故，上述透明導(dǎo)電層24的厚度不限，可根據(jù)實(shí)際需要制成具有任意厚度的透明導(dǎo)電層24。
本實(shí)施例中，該碳納米管薄膜的寬度與碳納米管陣列所生長(zhǎng)的基底的尺寸有關(guān)，該碳納米管薄膜的長(zhǎng)度不限，可根據(jù)實(shí)際需求制得。由于采用CVD法生長(zhǎng)在4英寸的基底生長(zhǎng)超順排碳納米管陣列，并進(jìn)行進(jìn)一步地處理所得一碳納米管薄膜，故該碳納米管薄膜的寬度可為0.01厘米 10厘米，該碳納米管薄膜的厚度為10納米 100微米。上述碳納米管薄膜包括單壁碳納米管、雙壁碳納米管和多壁碳納米管。當(dāng)碳納米管薄膜中的碳納米管為單壁碳納米管時(shí)，該單壁碳納米管的直徑為0.5納米~50納米。當(dāng)碳納米管薄膜中的碳納米管為雙壁石灰納米管時(shí)，該雙壁石友納米管的直徑為1.0納米~50納米。當(dāng)碳納米管薄膜中的碳納米管為多壁碳納米管時(shí)，該多壁碳納米管的直徑為1.5納米 50納米。
本技術(shù)方案實(shí)施例透明導(dǎo)電層24包括至少兩個(gè)重疊設(shè)置的碳納米管層，每一碳納米管層包括多個(gè)定向排列的碳納米管，且相鄰的兩個(gè)碳納米管層中的碳納米管沿不同方向排列或沿同一方向排列。上述的透明導(dǎo)電層24的制備方法主要包括以下步驟
步驟一提供一碳納米管陣列，優(yōu)選地，該陣列為超順排碳納米管陣列。本技術(shù)方案實(shí)施例提供的碳納米管陣列為單壁碳納米管陣列或多壁碳納米管陣列中。本實(shí)施例中，超順排碳納米管陣列的制備方法采用化學(xué)氣相沉積法，其具體步驟包括(a)提供一平整基底，該基底可選用P型或N型硅基底，或選用形成有氧化層的硅基底，本實(shí)施例優(yōu)選為采用4英寸的硅基底；(b)在基底表面均勻形成一催化劑層，該催化劑層材料可選用鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)或其任意組合的合金之一；(c)將上述形成有催化劑層的基底在700 900。C的空氣中退火約30分鐘 90分鐘；(d)將處理過的基底置于反應(yīng)爐中，在保護(hù)氣體環(huán)境下加熱到500~740°C，然后通入碳源氣體反應(yīng)約5 30分鐘，生長(zhǎng)得到超順排碳納米管陣列，其高度為200-400微米。該超順排碳納米管陣列為多個(gè)彼此平行且垂直于基底生長(zhǎng)的碳納米管形成的純碳納米管陣列。通過上述控制生長(zhǎng)條件，該超順排碳納米管陣列中基本不含有雜質(zhì)，如無定型碳或殘留的催化劑金屬顆粒等。該碳納米管陣列中的碳納米管彼此通過范德華力緊密接觸形成陣列。該碳納米管陣列與上述基底面積基本相同。
本實(shí)施例中碳源氣可選用乙炔、乙烯、曱烷等化學(xué)性質(zhì)較活潑的碳?xì)浠?br> 合物，本實(shí)施例優(yōu)選的碳源氣為乙炔；保護(hù)氣體為氮?dú)饣蚨栊詺怏w，本實(shí)施 例優(yōu)選的保護(hù)氣體為氬氣。
可以理解，本實(shí)施例提供的碳納米管陣列不限于上述制備方法。也可為 石墨電極恒流電弧放電沉積法、激光蒸發(fā)沉積法等。
步驟二釆用一拉伸工具從碳納米管陣列中拉取獲得一碳納米管薄膜。 其具體包括以下步驟(a)從上述碳納米管陣列中選定一定寬度的多個(gè)碳納 米管片斷，本實(shí)施例優(yōu)選為采用具有一定寬度的膠帶接觸碳納米管陣列以選 定一定寬度的多個(gè)碳納米管片斷；(b)以一定速度沿基本垂直于碳納米管陣 列生長(zhǎng)方向拉伸該多個(gè)碳納米管片斷，以形成一連續(xù)的碳納米管薄膜。
在上述拉伸過程中，該多個(gè)碳納米管片段在拉力作用下沿拉伸方向逐漸 脫離基底的同時(shí)，由于范德華力作用，該選定的多個(gè)碳納米管片斷分別與其 他碳納米管片斷首尾相連地連續(xù)地被拉出，從而形成一碳納米管薄膜。該碳 納米管薄膜包括多個(gè)首尾相連且定向排列的碳納米管束。該碳納米管薄膜中 碳納米管的排列方向基本平行于碳納米管薄膜的拉伸方向。
步驟三制備上述的兩個(gè)碳納米管薄膜，并重疊且交叉設(shè)置，從而形成 透明導(dǎo)電層24。
取上述制備的兩個(gè)碳納米管薄膜，每一個(gè)碳納米管薄膜作為一個(gè)碳納米 管層。重疊設(shè)置上述的兩個(gè)碳納米管層，從而使得到上述兩個(gè)碳納米管層中 的定向排列的碳納米管之間具有一交叉角度a, 0S^90°?？梢岳斫?，由于碳 納米管薄膜中碳納米管的排列方向基本平行于碳納米管薄膜的拉伸方向， 故，可以使得上述的兩個(gè)碳納米管層之間的碳納米管成一交叉角度a設(shè)置。
請(qǐng)參閱圖3,該碳納米管薄膜為擇優(yōu)取向排列的多個(gè)碳納米管束首尾相 連形成的具有一定寬度的碳納米管薄膜。該碳納米管薄膜中碳納米管的排列 方向基本平行于碳納米管薄膜的拉伸方向。該直接拉伸獲得的擇優(yōu)取向排列 的碳納米管薄膜比無序的碳納米管薄膜具有更好的均勻性，即具有更均勻的 厚度以及具有均勻的導(dǎo)電性能。同時(shí)該直接拉伸獲得碳納米管薄膜的方法簡(jiǎn) 單快速，適宜進(jìn)行工業(yè)化應(yīng)用。故，采用本技術(shù)方案的碳納米管層作透明導(dǎo) 電層24,可以降^^了電子元件30的制作。
7可以理解，由于本實(shí)施例超順排碳納米管陣列中的碳納米管非常純凈，且由于碳納米管本身的比表面積非常大，所以該碳納米管薄膜本身具有較強(qiáng)的粘性。因此，采用本實(shí)施例中的碳納米管薄膜形成碳納米管層，并作為透
明導(dǎo)電層24時(shí)，可直接粘附在基體22的一個(gè)表面上。
另外，可使用有機(jī)溶劑處理上述粘附在基體22上的碳納米管層。具體地，可通過試管將有機(jī)溶劑滴落在碳納米管層表面浸潤(rùn)整個(gè)碳納米管層。該有機(jī)溶劑為揮發(fā)性有機(jī)溶劑，如乙醇、曱醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿，本實(shí)施例中釆用乙醇。所述至少兩個(gè)碳納米管層經(jīng)有機(jī)溶劑浸潤(rùn)處理后，在揮發(fā)性有機(jī)溶劑的表面張力的作用下，每一碳納米管層中的平行的碳納米管片斷會(huì)部分聚集成碳納米管束，因此，該碳納米管層表面體積比小，無粘性，且具有良好的機(jī)械強(qiáng)度及韌性。
此外，根據(jù)實(shí)際需要，還可在透明導(dǎo)電層24的一個(gè)表面上設(shè)置有至少兩個(gè)電極26。優(yōu)選地，上述的至少兩個(gè)電極26間隔設(shè)置在透明導(dǎo)電層24遠(yuǎn)離基體22的一個(gè)表面上?？梢岳斫?，上述的電極26也可以設(shè)置在透明導(dǎo)電層24的不同表面上，其關(guān)鍵在于確保上述的電極26與透明導(dǎo)電層24形成電連接即可。上述至少兩個(gè)電極26的材料可以是銅、銀、金、石墨或碳納米管絲。具體地，在本實(shí)施例中，基體22為玻璃基板，所述至少兩個(gè)電極26為由銅的鍍層或者箔片組成的條狀電極。所述電極26可以采用'減射、電鍍、化學(xué)鍍等沉積方法直接形成在透明導(dǎo)電層24上。另外，也可用銀膠等導(dǎo)電粘結(jié)劑將上述的至少兩個(gè)電極26粘結(jié)在透明導(dǎo)電層24上。
可以理解，在本技術(shù)方案提供的電子元件30的透明導(dǎo)電層24上采用光刻或激光刻蝕的方法，形成布線后，所述電子元件30可以用作透明電才及或電路用于平面顯示、光電、觸摸屏、電致發(fā)光和電磁屏蔽(EMI)中。
具體地，當(dāng)電子元件30用于作熱源時(shí)，該電子元件30可包括兩個(gè)電極，上述的兩個(gè)電極間隔設(shè)置在透明導(dǎo)電層24的遠(yuǎn)離基體22的一個(gè)表面上。上述的兩個(gè)電極分別連接導(dǎo)線后，接入電源。由于上述的兩個(gè)電極間隔一定距離設(shè)置。故，在上述兩個(gè)電極之間的透明導(dǎo)電層24上接入了一定的阻值，防止了短路現(xiàn)象的發(fā)生。因此，當(dāng)電源接入后，電子元件30的透明導(dǎo)電層24可輻射出 一定波長(zhǎng)范圍的電磁波。
當(dāng)用于觸摸屏?xí)r，電子元件30可包括四個(gè)電極，上述的四個(gè)電極間隔設(shè)置在透明導(dǎo)電層24的遠(yuǎn)離基體22的一個(gè)表面上。上述的四個(gè)電極分別連接導(dǎo)線，接入電源。由于上述的四個(gè)電極間隔一定距離設(shè)置，且上述的透明導(dǎo)電層24包括一碳納米管層，該碳納米管層中的碳納米管有序排列，從而使得透明導(dǎo)電層24具有均勻的阻值分布。故，接入電源后，在透明導(dǎo)電層24上形成均勻分布的等電位面。當(dāng)手指或?qū)щ姽P等觸摸物觸摸或靠近觸摸屏的透明導(dǎo)電層24時(shí)，觸摸物與透明導(dǎo)電層24之間形成一耦合電容。對(duì)于高頻電流來說，電容是直接導(dǎo)體，于是手指從接觸點(diǎn)吸走了一部分電流。這個(gè)電流分別從觸摸屏20上的電極中流出，并且流經(jīng)這四個(gè)電極的電流與手指到四角的距離成正比，觸摸屏控制器通過對(duì)這四個(gè)電流比例的精確計(jì)算，得出觸摸點(diǎn)的位置。
本技術(shù)方案實(shí)施例提供的電子元件30具有以下優(yōu)點(diǎn)其一，由于碳納米管層具有很好的韌性和機(jī)械強(qiáng)度，故，采用碳納米管層作透明導(dǎo)電層24，可以相應(yīng)的提高電子元件30的耐用性。其二，由于碳納米管層具有較均勻的結(jié)構(gòu)，故，釆用碳納米管層作透明導(dǎo)電層24，可使得透明導(dǎo)電層24具有均勻的電阻，從而提高電子元件30的性能。其三，由于本技術(shù)方案的碳納米管層可通過直接鋪設(shè)作透明導(dǎo)電層24，而無需賊射和加熱等工藝，故，降低了電子元件30的制作成本。
另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可在本發(fā)明精神內(nèi)做其他變化，當(dāng)然，這些依據(jù)本發(fā)明精神所做的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種電子元件，包括一基體；一透明導(dǎo)電層，該透明導(dǎo)電層設(shè)置于上述基體的至少一個(gè)表面，其特征在于，所述透明導(dǎo)電層包括至少一個(gè)碳納米管層。
2. 如權(quán)利要求1所述的電子元件，其特征在于，所述碳納米管層包括多個(gè)無序 或有序排列的碳納米管。
3. 如權(quán)利要求2所述的電子元件，其特征在于，所述碳納米管層沿同一方向擇
4. 如權(quán)利要求3所述的電子元件，其特征在于，所述碳納米管層為一個(gè)碳納米 管薄膜或多個(gè)平行且無間隙鋪設(shè)的碳納米管薄膜，上述的碳納米管薄膜包括 多個(gè)沿同 一方向擇優(yōu)取向排列的碳納米管。
5. 如權(quán)利要求4所述的電子元件，其特征在于，所述碳納米管薄膜進(jìn)一步包括 多個(gè)碳納米管束片段，每個(gè)碳納米管束片段具有大致相等的長(zhǎng)度且每個(gè)碳納 米管束片段由多個(gè)相互平行的碳納米管束構(gòu)成，碳納米管束片段兩端通過范 德華力相互連接。
6. 如權(quán)利要求4所述的電子元件，其特征在于，所述碳納米管薄膜的厚度為0.01 微米 100微米，所述碳納米管薄膜的寬度為0.01厘米 10厘米。
7. 如權(quán)利要求6所述的電子元件，其特征在于，所述碳納米管包括單壁碳納米 管、雙壁碳納米管和多壁碳納米管。
8. 如權(quán)利要求7所述的電子元件，其特征在于，所述單壁碳納米管的直徑為0.5 納米 50納米，雙壁碳納米管的直徑為1.0納米 50納米，多壁石灰納米管的直 徑為1.5納米~50納米。
9. 如權(quán)利要求1所述的電子元件，其特征在于，所述透明導(dǎo)電層包括至少兩個(gè) 重疊設(shè)置的碳納米管層，每個(gè)碳納米管層中的碳納米管沿固定方向擇優(yōu)取向 排列。
10. 如權(quán)利要求9所述的電子元件，其特征在于，所述相鄰兩個(gè)碳納米管層之間 的碳納米管沿不同方向排列或沿同一方向排列，即具有一交叉角度a, a大于 等于0度且小于等于90度。
11. 如權(quán)利要求1所述的電子元件，其特征在于，所述電子元件進(jìn)一步包括至少 兩個(gè)電極，該至少兩個(gè)電極間隔設(shè)置在上述透明導(dǎo)電層的一表面或基體的一 表面，并與該透明導(dǎo)電層電連接。
12. 如權(quán)利要求11所述的電子元件，其特征在于，所述至少兩電極的材料為銅、 銀、金、鉬或石墨。
13. 如權(quán)利要求12所述的電子元件，其特征在于，所述至少兩個(gè)電極通過一導(dǎo)電 銀膠設(shè)置在透明導(dǎo)電層上。
14. 如權(quán)利要求1所述的電子元件，其特征在于，所述基體是平面基體或曲面基 體。
15. 如權(quán)利要求1所述的電子元件，其特征在于，所述基體的材料為玻璃、石英、 金剛石或塑料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電子元件，該電子元件包括一基體；一透明導(dǎo)電層，該透明導(dǎo)電層設(shè)置于上述基體的一表面上。其中，所述的透明導(dǎo)電層包括一碳納米管層。
文檔編號(hào)H01B5/14GK101458975SQ20071012510
公開日2009年6月17日 申請(qǐng)日期2007年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月12日
發(fā)明者亮 劉, 姜開利, 李群慶, 范守善 申請(qǐng)人:清華大學(xué);鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司