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具有低可見性圖案的導電膜及其制備方法_4

文檔序號:9252488閱讀:來源:國知局
mbrios Technologies公司的名下。
[0064] 涂料組合物通過,例如,板狀涂覆、網(wǎng)狀涂覆、印刷和層壓的方法涂覆在襯底上,以 提供透明導體。用于從導電納米結(jié)構(gòu)制造透明導體的附加信息公開于,例如,均在Cambrios Technologies公司名下的第2008/0143906和2007/0074316號美國公開專利申請中。
[0065] 圖案化誘明導體
[0066] 如本文所使用的,"圖案化"廣義上是指用于創(chuàng)建導電線和絕緣區(qū)的方法。除了通 過絕緣區(qū)彼此電絕緣的任意兩個導電線之外,"圖案化"不必創(chuàng)建任何重復特征。通常,導電 線大致在相同的縱向方向上延伸,即使其具有不規(guī)則的非導電邊界(例如,參見圖4)。
[0067] 圖案化也在絕緣區(qū)內(nèi)提供了導電材料島狀物。如本文所討論的,導電材料島狀物 可具有或可不具有規(guī)則或重復的形狀,并且可具有相同或不同的表面積。然而,只要導電材 料島狀物通過非導電間隙彼此電隔離,絕緣區(qū)就被認為是"圖案化"。
[0068] 因此,"圖案化"透明導體限定了導電線和具有島狀物的絕緣區(qū)的布置。如本文所 使用的,本文所描述的透明導體的圖案是不可見的或者具有低可見性,因為導電線和絕緣 區(qū)域具有基本相同的光散射性或霧度。特別是,與光散射對應(yīng)的霧度的任何差異應(yīng)當?shù)陀?1 %、或更通常地,低于0. 5 %,或低于0. 1 %,或低于0. 01 %。
[0069] 圖案化可通過直接印刷、激光燒蝕或蝕刻來進行,所有這些均涉及涂覆含納米結(jié) 構(gòu)的涂料組合物。在某些實施方式中,涂料組合物可根據(jù)所期望的圖案,即導電線和具有島 狀物的絕緣區(qū)的布置而直接印刷在襯底上。適當?shù)挠∷⒎椒砂?,例如,絲網(wǎng)印刷術(shù)。因 此,一種實施方式提供了制造具有低可見性圖案的透明導體的方法。該方法包括:根據(jù)圖案 在非導電襯底上直接印刷涂料組合物,所述涂料組合物具有多個金屬納米結(jié)構(gòu)和揮發(fā)性液 體載體,以及去除揮發(fā)性液體載體,其中,圖案限定了在非導電襯底上具有第一縱向方向的 第一導電線;在非導電襯底上具有第二縱向方向的第二導電線,以及使第一導電線和第二 導電線電隔離的絕緣區(qū),該絕緣區(qū)具有沿第一縱向方向側(cè)向鄰接第一導電線的第一非導電 邊界和沿第二縱向方向側(cè)向鄰接第二導電線的第二非導電邊界,其中,絕緣區(qū)域包括設(shè)置 在非導電襯底上并且通過非導電間隙彼此電隔離的多個導電材料島狀物,每個導電材料島 狀物包括相應(yīng)的多個導電納米結(jié)構(gòu),以及其中非導電間隙與第一和第二非導電邊界不具有 任何金屬納米結(jié)構(gòu)。
[0070] 在某些實施方式中,非導電邊界和非導電間隙以連續(xù)的步驟(例如,使用兩個不 同的掩模)進行蝕刻。在其他實施方式中,它們以單個步驟(例如,使用一個掩模)進行蝕 刻。
[0071] 在另一實施方式中,圖案首先通過涂覆金屬納米結(jié)構(gòu)隨后通過蝕刻金屬納米結(jié)構(gòu) 而創(chuàng)建,以形成包括非導電邊界和島狀物之間的非導電間隙的非導電區(qū)。更具體地,該方法 包括:在非導電襯底上涂覆涂料組合物,該涂料組合物具有多個金屬納米結(jié)構(gòu)和揮發(fā)性液 體載體;除去揮發(fā)性液體載體,以提供金屬納米結(jié)構(gòu)的導電網(wǎng)狀物;以及根據(jù)圖案蝕刻導 電網(wǎng)狀物,其中,圖案限定了在非導電襯底上具有第一縱向方向的第一導電線;在非導電襯 底上具有第二縱向方向的第二導電線,以及使第一導電線和第二導電線電隔離的絕緣區(qū), 絕緣區(qū)具有沿第一縱向方向側(cè)向鄰接第一導電線的第一非導電邊界和沿第二縱向方向側(cè) 向鄰接第二導電線的第二非導電邊界,其中絕緣區(qū)包括設(shè)置在非導電襯底上并通過非導電 間隙彼此電絕緣的多個導電材料島狀物,每個導電材料島狀物包括相應(yīng)的多個導電納米結(jié) 構(gòu),以及其中非導電間隙與第一和第二非導電邊界不具有金屬納米結(jié)構(gòu)的導電網(wǎng)狀物。
[0072] 在某些實施方式中,非導電間隙與第一和第二非導電邊界被完全蝕刻,以使得不 存在金屬納米結(jié)構(gòu)。
[0073] 通常,蝕刻溶液可通過掩模絲網(wǎng)印刷在已涂覆納米結(jié)構(gòu)的襯底上,該掩模限定了 導電線和島狀物。因此,蝕刻提供了包括非導電間隙與第一和第二非導電邊界的非導電區(qū)。 適當?shù)奈g刻溶液通常包括強酸(例如,HNO3)和任選的一種或多種氧化劑(例如,KMnO4)。 適當?shù)奈g刻溶液的示例包括CambriosTechnologies公司名下的第20080143906號美國公 開專利申請中所述的那些示例。
[0074] 在其他實施方式中,非導電間隙與第一和第二非導電邊界被部分蝕刻,以使得金 屬納米結(jié)構(gòu)破損或使其具有缺口,且不形成導電網(wǎng)狀物。能夠部分蝕刻金屬納米結(jié)構(gòu)的蝕 刻溶液在CambriosTechnologies公司名下的第20100243295和2011/0253668號美國公 開專利申請中進行了描述。
[0075] 透明導體的結(jié)構(gòu)、其電學和光學性能、以及圖案化方法通過以下非限制性示例更 詳細地說明。
[0076] 示例
[0077] 示例 1
[0078] 銀納米線的合成
[0079] 按照"多元醇"方法,銀納米線通過減少溶解在含有聚(乙烯基吡咯烷酮)(PVP) 的乙二醇中的硝酸銀來合成,所述方法描述于,例如,Y.Sun,B.Gates,B.Mayers, &Y.Xia的 "通過軟溶液處理的晶體銀納米線(Crystallinesilvernanowiresbysoftsolution processing)",Nanoletters,(2002),2(2)165_168 中。CambriosTechnologies公司名下 的第11/766552號美國申請中所述的改性的多元醇方法,以高于傳統(tǒng)"多元醇"方法的產(chǎn)量 生產(chǎn)了更均勻的銀納米線。該申請通過引用全部并入本文。
[0080] 示例 2
[0081] 低能見度圖案化
[0082] 準備HPMC的懸浮液、銀納米線和水。懸浮液旋涂在玻璃襯底上,以便在HPMC基質(zhì) 中形成銀納米線的導電薄膜。導電層是光學透明的,具有約88. 1%的光透射率T)和約 2. 85%的霧度H)。導電層還是高度表面導電的,具有約為25D/□的表面電阻率。
[0083] 此后,導電膜的區(qū)域采用氧化劑(例如具有0. 5%次氯酸鹽的漂白溶液)處理2分 鐘。然后,處理過的膜用水漂洗并且在氮氣環(huán)境中干燥。與未處理區(qū)的光學性能相比,膜的 處理區(qū)呈現(xiàn)出大致相同的透射率(89. 1%T)和霧度(5. 85%H)。處理區(qū)和未處理區(qū)視覺上 是一致的。
[0084] 然而,處理區(qū)的表面電阻率增加了幾個數(shù)量級,且變成有效絕緣。
[0085] 此外,銀納米線被破壞或有可能已被轉(zhuǎn)換為不溶性和絕緣的銀鹽,諸如氯化銀。
[0086] 基于銀納米線的導電膜采用更強和更濃的氧化劑一30%的過氧化氫進行處理。在 處理區(qū)中,幾乎所有的納米線和有機的HPMC基質(zhì)被溶解。處理區(qū)和未處理區(qū)中的光學特性 顯著不同。
[0087] 示例 3
[0088] 光刻膠圖案化方法
[0089] 準備包括0. 2%HPMC、250ppmTritonXlOO和銀納米線的銀納米線散布體。散布體 旋涂至襯底上并且在180°C下烘烤90秒。然后,使用AZ-3330F光刻膠對這種納米線膜進行 旋涂,以制備2.5ym的透明導電膜。然后,透明導體在IKTC下烘烤60秒。光掩模被放置 成與光刻膠層的部分接觸,而透明導體以12MW/cm2曝光20秒。然后,導體在IKTC下烘烤 60秒。
[0090] 然后,光刻膠采用AZ300MIF顯影劑進行顯影、漂洗和離心干燥。之后,導體暴露于 Transene公司的銀蝕刻劑中10秒,漂洗并旋轉(zhuǎn)干燥。然后,光刻膠使用丙酮進行剝離。透 明導體利用在PGME中稀釋2. 5%的聚酯樹脂PCX35-39B進行外涂覆,并且之后在180°C下 固化45分鐘。所得的圖案化透明導體具有從5ym至IOum的線寬。較大的圖案線寬還可 使用光刻膠和本文所公開的其他圖案化方法來獲得。
[0091] 例如,已得到IOym至300ym以及IOym至50ym的線寬。
[0092] 示例 4
[0093] 通過氯化銅蝕刻劑進行低可見性圖案化
[0094] 通過混合240克CuCI2-2H20和18
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