[發(fā)明專利]基于銀納米線的透明導(dǎo)電涂層的激光圖案化

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201280062937.0
• 申請日: 2012-12-10
• 公開（公告）號: CN104094362A
• 公開（公告）日: 2014-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬克·J·佩萊里蒂;約翰·P·貝茨爾德;約翰·J·斯特拉丁格;吳平凡;海厄森斯·L·萊丘加;馬諾耶·尼馬爾
• 申請（專利權(quán)）人: 3M創(chuàng)新有限公司
• 主分類號: H01B5/14
• 分類號: H01B5/14;H01B13/00;B23K26/36;B23K26/40;G02F1/1343
• 代理公司: 北京天昊聯(lián)合知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11112
• 代理人: 丁業(yè)平;金小芳

背景技術(shù)

氧化銦錫(ITO)廣泛用作透明電極中的導(dǎo)體，該透明電極對許多不同類型的顯示設(shè)備是必要的。ITO具有許多缺點。這些缺點包括脆性和高折射率，脆性可導(dǎo)致難以在柔性基板上處理，高折射率利用聚合物膜上的ITO層可在構(gòu)造中產(chǎn)生反射損失。對于基于液晶的設(shè)備，高折射率尤其是個問題，因為電極/有源層界面上的反射損失可導(dǎo)致透射降低，繼而導(dǎo)致對比度較低和顯示性能的降低。此外，ITO膜一般使用真空處理沉積，如果昂貴的真空沉積設(shè)備不易得，這可成問題。它們還取決于銦金屬的可用性，銦金屬是昂貴的、有限的和潛在的戰(zhàn)略資源。因此，許多柔性顯示設(shè)備可從替代透明導(dǎo)電電極的可用性中受益，該透明導(dǎo)電電極不是建立在ITO的基礎(chǔ)上且可通過輥對輥濕涂布處理制備。

銀在任何已知材料中具有最高的體積導(dǎo)電率。因此，表現(xiàn)出作為可輥涂布的ITO替代品的良好前途的一類涂層是銀納米線。這些材料可利用標(biāo)準(zhǔn)輥對輥涂布方法如狹縫模和凹版印刷由液體分散體涂布。盡管此類涂層可提供具有高可見透射和低霧度的優(yōu)異的導(dǎo)電性，但是在一些應(yīng)用中，銀的氧化性和化學(xué)不穩(wěn)定性，特別是以納米線的形式，可使保護(hù)性保護(hù)層的使用成為必要，該保護(hù)性保護(hù)層用于銀層以保護(hù)其對抗機(jī)械、化學(xué)、和環(huán)境退化以及附隨的導(dǎo)電特性的損失。

發(fā)明內(nèi)容

許多類型的現(xiàn)代顯示器和使用透明導(dǎo)體的電子設(shè)備要求導(dǎo)體是可圖案化的以便獲得帶有明確定義的幾何圖案的導(dǎo)電跡線。對于ITO，許多方法可用于實現(xiàn)這個要求，最值得注意的是平板印刷法和激光燒蝕法。這兩種方法都有缺點。平板印刷法一般是緩慢的且包含多步驟的濕處理。激光圖案化可產(chǎn)生可以再沉積在激光跡線邊緣上的燒蝕碎屑，導(dǎo)致可產(chǎn)生設(shè)備短路問題的升高的跡線邊緣輪廓，特別是在兩個相對透明導(dǎo)電膜之間包含光學(xué)的或電學(xué)的有源薄層的薄柔性構(gòu)型中。透明導(dǎo)體的激光圖案化需要改進(jìn)。

在一個方面，本公開描述了透明電極。透明電導(dǎo)體包括透明基板；復(fù)合層，該復(fù)合層包含：設(shè)置在透明基板的至少一部分的主表面上并包括多個互相連接的金屬納米線的導(dǎo)電層；和設(shè)置在導(dǎo)電層的至少一部分上的聚合物保護(hù)層；其中復(fù)合層中的圖案包括復(fù)合層的x-y平面的x軸和y軸和進(jìn)入復(fù)合層的x-y平面中的z軸，且該圖案限定了復(fù)合層的x-y平面中的多個導(dǎo)電區(qū)域，其中導(dǎo)電區(qū)域通過電絕緣跡線彼此分隔開，其中電絕緣跡線中的每一者限定進(jìn)入復(fù)合層的x-y平面的z軸中的凹谷，該凹谷相對于復(fù)合層的x-y平面具有10納米至100納米范圍內(nèi)的最大深度，其中該凹谷具有10微米至1000微米范圍內(nèi)的橫截面寬度，并且其中該凹谷還包括多個具有進(jìn)一步進(jìn)入復(fù)合層的x-y平面的z軸50納米至100納米范圍內(nèi)的深度的裂縫。

在一些實施例中，聚合物保護(hù)層包括選自氧化銻錫、氧化鋅、氧化銦錫、以及它們的組合的納米顆粒。在一些實施例中，設(shè)置在不帶有導(dǎo)電層的透明基板上的聚合物保護(hù)層的薄層電阻大于約10⁷ohm/sq。

在另一方面，本公開描述了包括提供透明導(dǎo)電膜的方法，該透明導(dǎo)電膜包括：透明基板；復(fù)合層，該復(fù)合層包含：設(shè)置在透明基板的主表面的至少一部分上并包括多個互連的金屬納米線的導(dǎo)電層；和設(shè)置在導(dǎo)電層的至少一部分上的聚合物保護(hù)層；并根據(jù)圖案以圖案形式照射透明導(dǎo)電膜以提供在復(fù)合層中包括圖案的以圖案形式照射的透明導(dǎo)電膜；其中復(fù)合層中的圖案包括復(fù)合層的x-y平面的x軸和y軸和進(jìn)入復(fù)合層的x-y平面中的z軸，且該圖案限定復(fù)合層的x-y平面中的多個導(dǎo)電區(qū)域，其中導(dǎo)電區(qū)域通過電絕緣跡線彼此分隔，其中電絕緣跡線中的每一者限定進(jìn)入復(fù)合層的x-y平面的z軸中的凹谷，該凹谷相對于復(fù)合層的x-y平面具有10納米至100納米范圍內(nèi)的最大深度，其中該凹谷具有10微米至1000微米范圍內(nèi)的橫截面寬度，并且其中該凹谷進(jìn)一步包括多個具有進(jìn)一步進(jìn)入復(fù)合層的x-y平面的z軸中50納米至100納米范圍內(nèi)的深度的裂縫。

根據(jù)本發(fā)明實施例的納米結(jié)構(gòu)化膜通常包括銀納米線的互連網(wǎng)絡(luò)。此類網(wǎng)絡(luò)優(yōu)選基本上是導(dǎo)電的。此類膜可另外為光學(xué)透明的。

當(dāng)一個層或多個層允許至少一部分約400nm至約700nm入射電磁輻射的至少80％通過該一個層或多個層時，該層被稱為“透明的”。

當(dāng)其基本上光學(xué)澄清使得當(dāng)在電極的相對側(cè)觀察物體時，被具有20:20視力的肉眼視覺觀察的物體少量失真或不失真時，該膜被稱為“光學(xué)透明的”。

“導(dǎo)電區(qū)域”是指具有少于10⁴歐每平方的薄層電阻的膜的區(qū)域。

“電絕緣跡線”是指導(dǎo)電區(qū)域之間的跡線，其在導(dǎo)電區(qū)域之間提供至少10⁶歐的電阻，如用兩點式探針測量。