[发明专利]包含银纳米材料的透明导电基体的结构化方法

说明书

发明领域

本发明涉及在挠性透明塑料膜或玻璃板上结构化包含纳米材料的透明导电基体的方法。本发明还包括印刷方法和用于在工业规模上进行该方法的新蚀刻组合物。

发明背景/技术状态

透明导电膜为用于FPD(平板显示器)如液晶显示器(LCD)和电致发光显示器(ELD)、太阳能电池和触控面板的透光导电材料。这些透明导电膜包含氧化铟锡、氧化铟、氧化锡、氧化锌，特别是氧化铟锡(在下文中称为ITO)。

透明导电膜材料通常由掺杂金属氧化物，最通常氧化铟锡(ITO)制成。然而，ITO具有许多缺点，并且未来不可能是生产光电子器件的替代材料材料。

涉及ITO膜和这类层的问题主要是铟的成本、它们的技术性能及其制备中的条件。由于未来显示器尺寸的提高和使用挠性塑料膜材料代替玻璃，后两个问题变得更突出。新显示器类型必须是非常挠性的且必须包括可以在低温和低成本下生产的透明电极，如果需要的话，必须具有非常大的尺寸。在顶部，这些显示器必须具有低薄层电阻和高透明度。

用ITO实现对于>90％的透光率的约10Ohm/sq的薄层电阻是容易的。

数年来一直在研究替代材料。为赶上ITO水平，新的纳米结构薄膜材料专注于新的TC(透明导电)材料。研究了石墨烯和碳纳米管膜。然而，主要问题仍是薄层电阻和高透明度。

另一组新纳米结构薄膜材料为银纳米丝膜(AgNW)以及固定为无规网的纳米银分散体。最近的结果显示了与ITO标准相比非常有前景的结果。对于85％的透光率，用AgNW可实现约13Ohm/sq的薄层电阻，对于88％的透光率，用纳米银分散体可实现约8Ohm/sq的薄层电阻。因此，由于这些纳米材料的简化生产以及由于在塑料膜或玻璃基底上的低成本沉积方法，预期纳米银技术可广泛应用于显示器和光生伏打市场。(Sukanta，D.；Thomas，M.H.；Philip，E.L.；Evelyn，M.D.；Peter，N.N.；Werner，J.B.；John，J.B.；Jonathan，N.C.，(2009)。“SilverNanowireNetworksasFlexible，Transparent，ConductingFilms：ExtremelyHighDCtoOpticalConductivityRatios”。AmericanChemicalSociety)

如果可提高与硅太阳能电池或半导体器件相比低成本的替代产品的功率转化效率的话，则它们在有机光生伏打器件(OPV)中是有前景的，(Liquing，Y.；Tim，Z.；Huaxing，Z.；Samuel，C.P.；BenjaminJ.W.；Wei，Y.，(2011)。“Solution-ProcessedFlexiblePolymerSolarCellwithSilverNanowireElectrodes”。CurriculumofAppliedSciencesandEngineering)。

根据目前技术发展水平，在银纳米丝-或碳纳米管-或者聚合物类基底中，可通过激光方法或者通过湿化学方法(在掩蔽以后)或者通过干蚀刻方法结构化出任何所需结构。

在激光支持的蚀刻方法中，在矢量定向体系的情况下，激光束在基底上逐点或逐行扫描整个蚀刻图案，除高精确度外，这还要求相当的调整工作并且是非常耗时的。

湿化学蚀刻方法和干蚀刻方法包括材料密集、耗时且昂贵的工艺步骤：

例如通过光刻法掩蔽非蚀刻区域：产生蚀刻结构的负型或正型(取决于抗蚀剂)，涂覆基底表面(例如通过用液体光致抗蚀剂旋涂)，干燥光致抗蚀剂，暴露涂覆的基底表面，显影、冲洗、如果需要的话干燥，通过浸渍方法蚀刻结构(例如在湿化学库中的湿法蚀刻)：将基底浸入蚀刻浴中，蚀刻过程，在H₂O级联池中重复冲洗，干燥和最终光致抗蚀剂脱除(剥离)。这可借助溶剂如丙酮或稀碱性水溶液进行。将基底精细冲洗和干燥。该最后步骤涉及风险：包含AgNW或纳米银分散体或它们的混合物的聚合物层受溶剂或酸性溶液影响或者层状材料分层。

TC(透明导电)层的干蚀刻方法也是已知的，其使用图案化掩模层并在等离子体蚀刻室中使用三氯化硼(BCl₃)和二氯(Cl₂)以及基底偏压电源蚀刻导电薄膜。

发明目的和内容