一种应用有序导电薄膜的器件的制作方法
【专利摘要】一种应用有序导电薄膜的器件，包括基板以及在该基板上具有一定图形结构的导电薄膜；该导电薄膜由导电填料有序分布形成。与常规的导电填料呈无规分布的导电薄膜相比较，采用本专利的透明导电薄膜结构，其薄膜的透光率可以达到95%以上，方块电阻值低至45Ω/口以下，导电度提升一倍，可以同时实现优良的透光性与导电性。最终对于器件来说，制作工艺更简单，可以有效地降低制作成本，制作大尺寸柔性器件，同时优异的导电性能和高透光率可以保证器件具有良好的性能。
【专利说明】—种应用有序导电薄膜的器件
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种应用有序导电薄膜的器件。
【背景技术】
[0002]透明导电薄膜是指具有优异导电性能的同时，在可见光波段具有较高的透光率的薄膜。常应用于触控面板，太阳能薄膜电池的透明电极，平板显示器，可致发光器件等。并随着各种器件朝向轻薄化、可弯曲化发展，柔性透明导电薄膜由于具有柔性可弯曲，轻薄等优点而得到各界的广泛关注。
[0003]目前制作透明导电薄膜一般采用金属氧化物薄膜做导电层结构，应用最多的是ITO即铟锌金属氧化物，通过蒸镀或者溅射的方法在透明的玻璃或者塑料衬底表明形成一层可导电的铟锌氧化物薄膜。然而整个镀膜过程需要在高真空度下进行，并且镀膜温度及后退火都要在高温下进行，对设备要求很高。而且金属氧化物在受到外界应力作用或者弯曲时，很容易受到损坏，限制了其在柔性器件领域的发展。
[0004]现在用于制作透明导电薄膜的导电材料主要有:金属纳米线、金属纳米颗粒、导电高分子聚合物、石墨烯、碳纳米管等。其中采用线性导电填料制作的透明导电薄膜具有优异的导电性能和透光率，在经过多次弯折后仍然能够保持较低的表面电阻值。因此最具有潜力替代ITO用于制作透明导电薄膜。
[0005]传统的透明导电薄膜中，线性导电填料通过无规分布形成网络结构而实现导电性能，如图6和图7所示，因此导电层需要有达到一定量的线性导电填料以保证其具有较低的表面电阻。然而线性导电填料含量的增多，会引起薄膜透光率下降、雾度提高，影响应用价值。因此需要一种新的制成工艺，仅使用少量的线性导电填料形成有序分布的网络结构，制作高透光率、低表面电阻的透明导电薄膜，广泛地用于液晶显示器(LCD)、太阳能电池、微电子ITO导电膜玻璃、光电子和各种光学领域。
【发明内容】
[0006]本发明在于克服现有技术的缺点于不足，提供了一种应用有序导电薄膜的器件，包括应用于液晶显示器(LCD)、太阳能电池、微电子ITO导电膜玻璃、光电子和各种光学领域。
[0007]本发明是通过以下的技术方案实现的:一种应用有序导电薄膜的器件，包括基板以及在该基板上具有一定图形结构的导电薄膜；该导电薄膜由导电填料有序交叉分布形成。相比于现有技术，本发明的一种应用有序导电薄膜的器件，其导电层是由导电填料有序分布形成的，从而形成有序分布的结构。利用这种工艺，仅使用少量的线性导电填料形成有序分布的网络结构，就可以制作高透光率、低表面电阻的透明导电薄膜。导电层薄膜的透光率可以达到95%以上，其方块电阻值低至45 Ω / 口以下，可以同时实现优良的透光性与导电性。对于器件来说，制作工艺更简单，可以有效地降低制作成本，同时可以减少光学的损失，具有良好的光学效果。[0008]进一步,所述的导电填料为金属纳米线、碳纳米管、金属纳米颗粒、石墨烯、导电聚合物或氧化金属。
[0009]本发明还提出另一种技术方案:一种应用有序导电薄膜的器件，包括基板、在该基板上具有一定图形结构的导电薄膜以及一用于取向的配向膜层；所述导电薄膜由导电填料有序涂布在配向膜上形成。
[0010]进一步，该器件包括绝缘层、栅极电极、有源层、源极以及漏极，以形成TFT有源矩阵；该栅极电极由设置在该基板上的有序导电薄膜形成。该导电薄膜应用于TFT有源矩阵，通过有序分布的透明导电薄膜代替传统的ITO制作TFT有源矩阵，既能够有效的降低制作成本，同时可以用于制作柔性TFT器件。
[0011]进一步，该器件包括传感器层以及透明覆盖层，以形成触控面板；该传感器层由设置在该基板上的有序导电薄膜形成，该透明覆盖层设置于传感器层之上。该导电薄膜应用于单层触控面板，通过有序分布的透明导电薄膜代替传统的ITO制作触控面板，既能够有效的降低制作成本，同时可以用于制作柔性触控屏。
[0012]进一步，该器件包括分别由导电薄膜形成的第一传感器层与第二传感器层；该第二传感器层设置在该第一传感器层之上，并通过绝缘层与该第一传感器层分隔开；并且该第一传感器层和该第二传感器层中至少一个进一步涂覆有透明覆盖层，以形成触控面板。该导电薄膜应用于双层触控面板，通过有序分布的透明导电薄膜代替传统的ITO制作触控面板的传感器层，既能够有效的降低制作成本，同时可以用于制作柔性触摸屏。
[0013]进一步，该器件包括阳极电极、有机发光层以及阴极电极，以形成OLED器件；其中，该阳极或阴极电极中至少有一种由设置在基板上的有序导电薄膜形成。该导电薄膜可以应用于OLED器件，通过有序分布的透明导电薄膜制作OLED的透明电极，可以减少器件光学损失，提高设备发光效率，同时可以用于制作大尺寸柔性OLED器件。
[0014]进一步，该器件包括底部电极、半导体二极管以及顶部电极，以形成太阳能电池；该半导体二极管位于底部电极上；该顶部电极位于该半导体二极管上；其中，该底部电极与该顶部电极中至少一个由设置在基板上的导电薄膜形成。该导电薄膜可以应用于太阳能电池，通过有序分布的透明导电薄膜制作太阳能电池，可以生产大尺寸柔性太阳能薄膜电池，同时提高太阳能电池的吸收效率。
[0015]进一步，由TFT器件的源极或者漏极接出一条透明电极；其中，该透明电极由该有序导电薄膜形成。
[0016]进一步，该器件包括上电极、下电极以形成电容装置，其中上电极或者下电极中至少有一种由该有序导电薄膜形成。
[0017]进一步，该透明电极为主动式显示器之有源驱动背板的像素电极。
[0018]进一步，该透明电极为被动式显示器之有源驱动背板的像素电极。
[0019]进一步，所述导电填料中超过50%的导电填料与垂直或水平方向的最小夹角小于30。。
[0020]进一步，所述导电填料中超过50%的导电填料与垂直或水平方向的最小夹角小于20。。
[0021]进一步，所述导电填料中超过50%的导电填料与垂直或水平方向的最小夹角小于10。。[0022]本发明还提供一种具有电磁屏蔽功能的器件，其包括需要电磁屏蔽的衬底，在该衬底上设有一导电薄膜；该导电薄膜由导电填料有序分布形成。通过加上一层有序导电薄膜，能有效提高器件的电磁屏蔽效果。
[0023]本发明还提出另一种技术方案:一种应用有序导电薄膜的器件，包括基板以及在该基板上的导电薄膜；该导电薄膜包含导电区域和绝缘区域，其中所述两种区域基板表面分别具有亲水性和疏水性，在所述导电区域中，导电填料有序分布。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为应用有序导电薄膜的TFT有源矩阵的结构剖面图
[0025]图2为应用有序导电薄膜的触控面板的结构剖面图
[0026]图3为应用有序导电薄膜的太阳能电池的结构剖面图
[0027]图4为应用有序导电薄膜的OLED器件的结构剖面图
[0028]图5为应用有序导电薄膜的IXD器件的结构剖面图
[0029]图6为现有技术中的导电填料的无规分布图
[0030]图7为图6中的实验数据图
[0031]图8为本发明中的导电材料沿同一方向的单向取向分布图
[0032]图9为图8中的实验数据图
[0033]图10为本发明中的导电材料的二维垂直交叉取向分布图
[0034]图11为本发明中的导电材料沿不同方向的二维交叉取向分布图
[0035]图12为图10中的实验数据图
[0036]图13为图形化的导电薄膜结构示意图
[0037]下面参见附图及具体实施例，对本发明作进一步说明。
【具体实施方式】
[0038]实施例1:
[0039]如图1所示，本发明将有序导电薄膜应用于制作TFT有源矩阵。该TFT有源矩阵包括基板11、栅极电极12、绝缘层13、有源层14、源极15、漏极16以及保护层17。该栅极电极12设置在基板11上，其由有序导电薄膜形成。该绝缘层13覆盖在该栅极电极12上。该有源层14覆盖在该绝缘层13上。该源极15与该漏极16分别设置在该有源层14的上表面的两侧。该保护层17覆盖在该有源层14的上表面以及源极15与漏极16的周围。
[0040]将有序导电薄膜应用于制作TFT有源矩阵的制作方法如下:
[0041]通过采用湿法成膜工艺将溶液均匀涂布到基板表面，随后通过光刻、显影的方法实现隔层膜的图形化制作，最终制作出TFT有源矩阵。首先在清洗干净的PET基板上形成一层纳米银线有序分布的导电薄膜层，其中导电薄膜中含有光敏材料，经过热板前烘干后，对其进行曝光、显影、烘烤固化后制成栅极电极层；随后在栅极电极层表面分布涂布绝缘层有机膜、IGZO溶胶膜、AgNW导电膜、绝缘层有机薄膜作为绝缘层，有源层，源、漏电极和保护层。每层均通过前烘、光刻、显影、后烘实现图形化处理。至此，TFT有源矩阵制作完成。通过有序分布的透明导电薄膜代替传统的ITO制作TFT有源矩阵，既能够有效的降低制作成本，同时可以用于制作柔性TFT器件。[0042]在本实施例中，制作有序导电薄膜包括以下七种方法:
[0043]方法一:将浓度10mg/ml的纳米银溶液和浓度lwt%的HPMC水溶液按照1:6的质量比混合，纳米银线平均直径35nm，长度lOum。将所得的悬浮液在漩涡混匀器上混合10分钟，从而得到分散均匀的悬浮液。使用2号Mayer棒将该悬浮液涂覆到玻璃基板上。随后将玻璃基板迅速转移至90°C热板上干燥固化2分钟，制得纳米银透明导电薄膜。测试样品表面电阻率，透光率。在扣除玻璃基板透光率损失后，导电层薄膜在550纳米波长的透光率为95.2%，四探针法测得的方块电阻值为75 Ω / 口。
[0044]方法二:将浓度10mg/ml的纳米银溶液和浓度lwt%的HPMC水溶液按照1:6的质量比混合，纳米银线平均直径35nm，长度lOum。将所得的悬浮液在漩涡混匀器上混合10分钟，从而得到分散均匀的悬浮液。使用I号Mayer棒将该悬浮液涂覆到玻璃基板上，将玻璃基板迅速转移至90°C热板上干燥固化2分钟，然后再次使用Mayer棒沿平行第一次涂覆方向将该悬浮液涂覆到经过干燥固化后的导电薄膜上，并再次转移至90°C热板上干燥固化2分钟，制得纳米银透明导电薄膜。如图8和图9，图8为本发明中的导电材料沿同一方向的一维取向分布图，图9为图8中的实验数据图。测试样品表面电阻率，透光率。在扣除玻璃基板透光率损失后，导电层薄膜在550纳米波长的透光率为95.53%，四探针法测得的方块电阻值为78Ω / 口。
[0045]方法三:将浓度10mg/ml的纳米银溶液和浓度lwt%的HPMC水溶液按照1:6的质量比混合，纳米银线平均直径35nm，长度lOum。将所得的悬浮液在漩涡混匀器上混合10分钟，从而得到分散均匀的悬浮液。使用I号Mayer棒将该悬浮液涂覆到玻璃基板上，将玻璃基板迅速转移至90°C热板上干燥固化2分钟，然后再次使用Mayer棒沿垂直第一次涂覆方向将该悬浮液涂覆到经过干燥固化后的导电薄膜上，并再次转移至90°C热板上干燥固化2分钟，制得纳米银透明导电薄膜。如图12所示，其是本发明中的导电材料的二维垂直交叉取向分布图。测试样品表面电阻率，透光率。在扣除玻璃基板透光率损失后，导电层薄膜在550纳米波长的透光率为96.37%，四探针法测得的方块电阻值为70 Ω / 口。
[0046]方法四:将浓度10mg/ml的纳米银溶液和浓度lwt%的HPMC水溶液按照1:6的质量比混合，纳米银线平均直径35nm，长度lOum。将所得的悬浮液在漩涡混匀器上混合10分钟，从而得到分散均匀的悬浮液。使用O号Mayer棒将该悬浮液涂覆到玻璃基板上，将玻璃基板迅速转移至90°C热板上干燥固化2分钟，然后再次使用Mayer棒沿平行第一次涂覆方向将该悬浮液涂覆到经过干燥固化后的导电薄膜上，并再次转移至90°C热板上干燥固化2分钟，再次重复上一步骤后，制得纳米银透明导电薄膜。图8为本发明中的导电材料沿同一方向的一维取向分布图。测试样品表面电阻率，透光率。在扣除玻璃基板透光率损失后，导电层薄膜在550纳米波长的透光率为94.54%，四探针法测得的方块电阻值为90Ω/ 口。
[0047]方法五:将浓度10mg/ml的纳米银溶液和浓度lwt%的HPMC水溶液按照1:6的质量比混合，纳米银线平均直径35nm，长度lOum。将所得的悬浮液在漩涡混匀器上混合10分钟，从而得到分散均匀的悬浮液。使用O号Mayer棒将该悬浮液涂覆到玻璃基板上，将玻璃基板迅速转移至90°C热板上干燥固化2分钟，然后再次使用Mayer棒沿垂直上一次涂覆方向将该悬浮液涂覆到经过干燥固化后的导电薄膜上，并再次转移至90°C热板上干燥固化2分钟，再次重复上一步骤后，制得纳米银透明导电薄膜。请参阅图12，其是本发明中的导电材料的二维垂直交叉取向分布图。测试样品表面电阻率，透光率。在扣除玻璃基板透光率损失后，导电层薄膜在550纳米波长的透光率为95.07%,四探针法测得的方块电阻值为45 Ω / 口。
[0048]方法六:将取向用的高分子聚合物溶于有机溶剂中，并和纳米银线配置成一定浓度的悬浮液。通过湿法成膜的方式将该悬浮液涂覆在基板表面，制备导电层。使用的取向型高分子聚合物为链式高分子聚合物，在侧链上以一定长度的碳链段链接具有光敏特性的香豆素或者其他光敏官能团。利用高压疝灯通过滤光片和偏振器得到光敏基团敏感波长下一定强度的UV偏振光,并将该UV偏振光垂直射向基板表面,照射一定时长,光敏基团将在UV光偏振方向上发生交联反应,形成取向结构。
[0049]方法七:首先将配向液涂布于基板表面，使用毛刷沿一定方向进行摩擦制成配向膜，配向膜表面会因配向滚轴上之摩擦布之毛羽摩擦而被刷出沿一定方向排列的微观有序性结构，在配向膜表面涂覆纳米导电填料，配向膜上的导电填料会因分子间作用力而达到定向取向效果。
[0050]作为变形实施例，导电材料排列的方向可以是沿一定角度交叉分布，如图10和图11所示。图10为本发明中的导电材料沿相互垂直方向的二维交叉取向分布，图12为图10中的实验数据图。
[0051]请参阅下表，其为导电薄膜的导电填料分别为无规分布、单向有序和交叉有序时，其片电阻与透光率的比较表。
[0052]
【权利要求】
1.一种应用有序导电薄膜的器件，其特征在于:包括 基板；以及 在该基板上具有一定图形结构的导电薄膜；该导电薄膜由导电填料有序交叉分布形成。
2.根据权利要求1所述的一种器件，其特征在于:所述的导电填料为金属纳米线、碳纳米管、金属纳米颗粒、石墨烯、导电聚合物或氧化金属。
3.一种应用有序导电薄膜的器件，其特征在于:包括基板、在该基板上具有一定图形结构的导电薄膜以及一用于取向的配向膜层；所述导电薄膜由导电填料有序涂布在配向膜上形成。
4.根据权利要求1，3所述的一种器件，其特征在于:该器件包括绝缘层、栅极电极、有源层、源极以及漏极，以形成TFT有源矩阵；该栅极电极由设置在该基板上的有序导电薄膜形成。
5.根据权利要求1，3所述的一种器件，其特征在于:该器件包括传感器层以及透明覆盖层，以形成触控面板；该传感器层由设置在该基板上的有序导电薄膜形成，该透明覆盖层设置于传感器层之上。
6.根据权利要求1，3所述的一种器件，其特征在于:该器件包括分别由有序导电薄膜形成的第一导电层与第二导电层；该第二导电层设置在该第一导电层之上，并通过绝缘层与该第一导电层分隔开；并且该第一导电层和该`第二导电层中至少一个进一步涂覆有透明覆盖层，以形成触控面板。
7.根据权利要求1，3所述的一种器件，其特征在于:该器件包括阳极电极、有机发光层以及阴极电极，以形成OLED器件；其中，该阳极或阴极电极中至少有一种由设置在基板上的有序导电薄膜形成。
8.根据权利要求1，3所述的一种器件，其特征在于:该器件包括底部电极、半导体二极管以及顶部电极，以形成太阳能电池；该半导体二极管位于底部电极上；该顶部电极位于该半导体二极管上；其中，该底部电极与该顶部电极中至少一个由设置在基板上的有序导电薄膜形成。
9.根据权利要求1，3所述的一种器件，其特征在于:由TFT器件的源极或者漏极接出一条透明电极；其中，该透明电极由该有序导电薄膜形成。
10.根据权利要求1，3所述的一种器件，其特征在于:该器件包括上电极、下电极以形成电容装置，其中上电极或者下电极中至少有一种由该有序导电薄膜形成。
11.根据权利要求1，3所述的一种器件，其特征在于:该透明电极为主动式显示器之有源驱动背板的像素电极。
12.根据权利要求1，3所述的一种器件，其特征在于:该透明电极为被动式显示器之有源驱动背板的像素电极。
13.根据权利要求1，3中任一权利要求所述的一种器件，其特征在于:所述导电填料中超过50%的导电填料与垂直或水平方向的最小夹角小于30°。
14.根据权利要求1，3中任一权利要求所述的一种器件，其特征在于:所述导电填料中超过50%的导电填料与垂直或水平方向的最小夹角小于20°。
15.根据权利要求1，3中任一权利要求所述的一种器件，其特征在于:所述导电填料中超过50%的导电填料与垂直或水平方向的最小夹角小于10°。
16.一种具有电磁屏蔽功能的器件，包括需要电磁屏蔽的衬底，其特征在于:在该衬底上设有一导电薄膜；该导电薄膜由导电填料有序交叉分布形成。
17.一种应用有序导电薄膜的器件，其特征在于:包括基板以及在该基板上的导电薄膜；该导电薄膜包含导电区域和绝缘区域，其中所述两种区域基板表面分别具有亲水性和疏水性，在所述导电区域中·，导电填料有序交叉分布。
【文档编号】H01B1/00GK103854723SQ201410058174
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2014年2月20日 优先权日:2014年2月20日
【发明者】杨柏儒, 韩宋佳, 谢汉萍 申请人:中山大学