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金屬網(wǎng)
?。∕etal Network)
人眼對(duì)于線條的鑒別度約在6um左右,因此線徑小于6um金屬網(wǎng)可布成裸眼看不到金屬線的透明導(dǎo)電膜。由于金屬的導(dǎo)電性較佳,只要少量的金屬材料即可布成高導(dǎo)電薄膜,是較具潛力的技術(shù)。
金屬網(wǎng)薄膜可以利用蝕刻、網(wǎng)印形成圖案可控制的金屬網(wǎng)格(Metal Mesh),也可以利用金屬粒聚集或是奈米金屬線交織成圖案不定型的金屬網(wǎng)絡(luò)(Metal Web)。
金屬網(wǎng)格
?。∕etal Mesh)
蝕刻的銅金屬網(wǎng)格是一個(gè)成熟的產(chǎn)品,過(guò)去電漿顯示器(Plasma Display)就應(yīng)用銅金屬網(wǎng)格作電磁遮蔽(EMI)。
以傳統(tǒng)曝光、顯影、蝕刻等黃光制程的金屬網(wǎng)格透明導(dǎo)電膜已經(jīng)商品化,并且應(yīng)用到觸控面板產(chǎn)業(yè)。利用Cu2O/Cu/Cu2O結(jié)構(gòu),學(xué)者Kim發(fā)表線寬7um、格距450um的金屬網(wǎng)格透明導(dǎo)電膜,在電阻15.1Ω/sq時(shí)穿透率可達(dá)89%。
有別于黃光的蝕刻制程,直接在基板印制網(wǎng)格的制程更多樣。日本富士膠卷(Fujifilm)開(kāi)發(fā)銀鹽曝光技術(shù),首先在基板上面進(jìn)行溴化銀涂布,然后經(jīng)過(guò)曝光、洗銀等程序制出網(wǎng)格圖案,再以化學(xué)增厚制作銀金屬網(wǎng)格。
或是利用準(zhǔn)確網(wǎng)?。―irect Printing Technology,DPT)印制20um線寬的銀網(wǎng),片電阻0.5~1.6Ω/sq,光穿透率達(dá)78%~88%。日本Komura-Tech以凹版轉(zhuǎn)?。℅ravure Offset)印制達(dá)5um線寬的透明導(dǎo)電膜。
也有學(xué)者以噴墨印刷方式直接印出網(wǎng)格,面阻值達(dá)0.3Ω/sq。印刷法制程大挑戰(zhàn)在于大面積范圍,印制5um以下的線寬頗具挑戰(zhàn)。
此外、不管用哪一種印刷法,奈米金屬漿料都要經(jīng)過(guò)燒結(jié)才能形成導(dǎo)電性佳的網(wǎng)格,高分子柔性基板耐熱能力差,燒結(jié)時(shí)奈米金屬較易氧化等都是須克服的問(wèn)題。
雷射燒結(jié)可以同時(shí)達(dá)到網(wǎng)格圖案化與高溫?zé)Y(jié)的目的,可用銅奈米粒子雷射燒結(jié),或以奈米銀粒子雷射燒結(jié),分別制出銅金屬網(wǎng)格、與銀金屬網(wǎng)格如(圖7)。其中銀金屬網(wǎng)格之片電阻在30Ω/sq以下,光穿透率大于85%。
金屬網(wǎng)絡(luò)
?。∕etal Web)
相對(duì)于經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì),并透過(guò)制程成形的金屬網(wǎng)格,自然形成的金屬網(wǎng)絡(luò)可省略圖案化制程,卻可以達(dá)到形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的目的。
利用懸浮液干燥時(shí)固體會(huì)聚集形成咖啡環(huán)(Coffee Ring)的效應(yīng),適當(dāng)?shù)膽腋∫焊稍锍赡ず罂梢宰孕蚪M裝(Self Alignment)自然形成金屬網(wǎng)絡(luò);利用奈米金屬線交錯(cuò)也可以形成導(dǎo)電金屬網(wǎng)絡(luò),分述如下。
懸浮液干燥時(shí)固體會(huì)聚集形成環(huán)稱(chēng)為咖啡環(huán)效應(yīng),奈米銀經(jīng)過(guò)特殊的墨水設(shè)計(jì),可以在液體揮發(fā)干燥后讓奈米銀自動(dòng)形成網(wǎng)絡(luò),而省去印刷圖案化的制程。
學(xué)者Tokuno巧妙的利用氣泡破裂自動(dòng)形成奈米銀線聚集網(wǎng)絡(luò),經(jīng)過(guò)燒結(jié)可以形成面電阻6.2Ω/sq,穿透度達(dá)84%的透明導(dǎo)電膜(圖8),美國(guó)Cima Nano Tech也利用類(lèi)似的原理制作透明導(dǎo)電膜。圖9即為使用該公司開(kāi)發(fā)特殊墨水形成的金屬網(wǎng)絡(luò)。
另一種金屬網(wǎng)絡(luò)是由奈米金屬線所組成,奈米金屬線非常纖細(xì),肉眼無(wú)法察覺(jué)線的存在,奈米金屬線交織的金屬網(wǎng)絡(luò),可形成導(dǎo)電度較佳的透明導(dǎo)電膜。
利用奈米金屬線的搭接形成的金屬網(wǎng)絡(luò)(圖10),制造工序更簡(jiǎn)單,成本更低廉。
以化學(xué)法合成奈米銅線,學(xué)者Guo發(fā)表在51.5Ω/sq下,光穿透度可達(dá)到93.1%的透明導(dǎo)電膜;銀的導(dǎo)電度比銅好,少量奈米銀線即可交織成高導(dǎo)電度,高穿透率的透明導(dǎo)電膜。
另名學(xué)者Jia發(fā)表電阻21Ω/sq,光穿透度達(dá)93%的軟性透明導(dǎo)電膜,其優(yōu)越的可撓性與觸控面板的展示如圖11所示。
大面積奈米銀線透明導(dǎo)電膜連續(xù)生產(chǎn)的技術(shù)已日臻成熟,研究人員以連續(xù)卷對(duì)卷的狹縫涂布(Slot-die Coating),制出400mm幅寬的柔性奈米銀線透明導(dǎo)電膜,面電阻30Ω/sq時(shí),光穿透度可達(dá)90%。
惟奈米銀線高長(zhǎng)徑比的材料特性,使得涂布均勻度難以控制,因此開(kāi)發(fā)能夠掌控均勻度的制程與設(shè)備是奈米銀線透明導(dǎo)電膜產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵之一。
柔性透明導(dǎo)電膜技術(shù)
發(fā)展三大趨勢(shì)
綜觀以上幾種柔性透明導(dǎo)電膜技術(shù)發(fā)展,在可撓、光穿透、導(dǎo)電三大特性都有一定的開(kāi)發(fā)成果,以下就從材料特性、量產(chǎn)制程、技術(shù)成熟度探討其未來(lái)發(fā)展。
材料特性
導(dǎo)電度與光穿透度是柔性透明導(dǎo)電膜重要的光電特性,高導(dǎo)電度下仍然能維持高光穿透度是產(chǎn)品發(fā)展的趨勢(shì)。
為比較前述幾種柔性透明導(dǎo)電膜技術(shù),筆者以近幾年各研究單位發(fā)表的面電阻與光穿透度成果來(lái)評(píng)價(jià)各種柔性透明導(dǎo)電膜技術(shù),如圖12所示。
2024-03-25
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