一種柔性銅網柵基透明導電薄膜的製作方法
2023-05-27 12:28:56 1
一種柔性銅網柵基透明導電薄膜的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及光學薄膜領域，涉及一種柔性銅網柵基透明導電薄膜。導電薄膜包含：柔性透明薄膜襯底；一個減反增透層；以及一個銅網柵導電層；且所述減反增透層被布置在所述柔性透明薄膜襯底和銅網柵導電層之間。所述減反增透層由至少一層低折射率薄膜層和一層高折射率薄膜層交替疊加組成，所述銅網柵導電層由菱形或方形或六邊形的銅線條和至少一層氧化銅薄膜層構成。本實用新型的柔性銅網柵基透明導電薄膜可以作為ITO導電薄膜的替代品，被廣泛應用於觸控螢幕、柔性顯示、電磁屏蔽等領域，相比傳統的ITO導電薄膜，其生產成本更低，透過率更高，耐氧化性能更好，並且表面方阻至少高1個數量級，尤其適於大面積、高解析度觸控螢幕的製備。
【專利說明】
一種柔性銅網柵基透明導電薄膜
技術領域
[0001] 本實用新型涉及光學薄膜領域，涉及一種柔性銅網柵基透明導電薄膜。
【背景技術】
[0002] 透明導電薄膜是平板電視、觸控螢幕、智能窗玻璃、發光二極體以及光伏電池等器件 製造的必要組成部分。近年來，隨著信息（如觸摸顯示）、能源(如光伏、智能窗玻璃)等產業 的發展，人們對透明導電薄膜的需求量急劇增大，而在透明導電薄膜中，應用最廣的一類是 錫摻雜氧化銦薄膜，即俗稱的ΙΤ0薄膜。眾所周知，銦元素在地殼中的含量稀少（約為 0.05ppm)，且難於提純，隨著ΙΤ0薄膜的用量顯著增大，其含量越來越稀少，導致價格驟增， 從而增加觸控螢幕、薄膜太陽能電池等產業的製造成本。同時，由於ΙΤ0薄膜是一種陶瓷薄膜， 其抗彎折性差，經過多次形變之後薄膜易開裂，從而使電阻顯著增大，導致器件失效。另一 方面，為了製造大型顯示器、大面積固態發光板等器件，要求所用的透明導電薄膜的方塊電 阻必須小於5 Ω/□。雖然通過增加 ΙΤ0薄膜的厚度可以滿足此要求，但是，其成本顯著增加， 這種成本的增加是因為隨著薄膜厚度增加，ΙΤ0的沉積速率減小，導致大部分ΙΤ0原料被浪 費。因此，必須尋找一種抗彎折性能好、方塊電阻可調且成本低廉的新型透明導電薄膜。
[0003] 為了減少對ΙΤ0的依賴度，研究人員開發出了具有低電阻特性的銅金屬網柵透明 導電薄膜。銅金屬網柵透明導電薄膜由於其電阻率和透過率可調、抗彎折性能優異、價格低 廉且與半導體工藝兼容，因此，在產業龐大的柔性觸控螢幕、太陽能電池等方面的製備中，受 到越來越多的青睞，成為重點研究的一類可行的新型ΙΤ0替代薄膜。但是，由於一般透明襯 底PET本身的可見光區透過率低於92%，因此，在這種PET透明襯底上製備銅網柵導電層之 後，其複合透過率更低，很難獲得高透過率和低電阻的透明導電薄膜。
【發明內容】
[0004] 本實用新型的目的是針對上述導電薄膜存在的不足，提出一種柔性銅網柵基透明 導電薄膜。本實用新型的技術解決方案是，導電薄膜包含:柔性透明襯底;一個減反增透層； 以及一個銅網柵導電層;所述減反增透層被布置在所述柔性透明薄膜襯底和銅網柵導電層 之間。其中，柔性透明襯底包含:聚對苯二甲酸乙二醇酯和雙面加硬透明塗層，所述雙面加 硬透明塗層為紫外固化的聚丙烯酸酯塗層;減反增透層包含:低折射率薄膜層和高折射率 薄膜層;銅網柵導電層包含銅網柵層和銅氧化物層。
[0005] 所述低折射率薄膜層和高折射率薄膜層交替堆疊，厚度為30~llOnm和10~ 140nm〇
[0006] 所述銅氧化物層覆蓋在銅金屬層上或者銅氧化物層覆蓋在銅金屬上下面。
[0007] 所述的銅網柵層是由菱形或方形或六方形的銅線條組成，線條的線寬為2~10微 米，金屬化率為1.25~2%。
[0008] 所述的銅網柵導電層的厚度為200~500nm。
[0009]所述銅氧化物層的厚度為20~60nm。
[0010] 本實用新型具有的優點和有益效果，本實用新型採用在PET襯底上濺鍍一個減反 增透層，來提高襯底的透過率，然後再濺鍍銅金屬導電複合層，來製備高透過率低電阻的透 明導電薄膜。所述複合薄膜可見光透過率高於96%，表面方阻低於10 Ω/□，色度值(b*)小 於0.5,銅膜表面的反射率低於5%，銅膜背面(PET膜未鍍膜測）的反射率低於5%。
[0011] 本實用新型所述透明導電薄膜具有高透過率低電阻的特性，並且具有很強的環境 耐受性能。
[0012] 所述導電薄膜核心功能層在保證高的可見光透過率、低反射率的同時，具有很低 的表面電阻。在加工成觸控螢幕等產品之後，線條的可視度極低，能顯著提高屏幕的清晰度。 另一方面，在溼熱環境下，能夠防止銅金屬導電層被氧化而失效，保持良好的電學性能。
[0013] 本實用新型涉及一種具有高透過率、低電阻的柔性透明導電薄膜，其核心功能層 包括減反增透層和銅網柵導電層。所述銅網柵導電層主要依靠銅線條互連而具有高透過率 和極低表面電阻的光電特性。由於Cu的抗氧化能力弱，在使用過程中，與空氣接觸，容易被 氧化成CuOx，而CuOx不具備良好的導電性能，並且會使銅線條形狀發生改變，從而影響所述 導電薄膜的導電性能和光電性能。採用在銅表面濺鍍氧化物，能保護銅網柵在使用過程中 被氧化，保持良好的光電特性。本實用新型採用一種特殊的防氧化措施，即在銅金屬膜的表 面濺鍍銅的氧化物(CuOx)，從而隔絕銅網柵導電層與空氣接觸，防止Cu金屬被氧化。同時， 由於銅的氧化物(CuOx)層的存在，其在銅金屬層表面起減反作用，能夠顯著降低Cu金屬的 反射率，從而使銅網柵導電層的線條可視度極低。
[0014] 由於一般透明襯底PET本身的可見光區透過率低於92%，因此，在這種PET透明襯 底上製備銅網柵導電層之後，其複合透過率更低，很難獲得高透過率和低電阻的透明導電 薄膜。為了在保持低的表面方阻條件下提高薄膜總的透過率，本實用新型採用在PET襯底上 濺鍍一個減反增透層，來提高襯底的透過率，然後再濺鍍銅金屬導電複合層，來製備高透過 率低電阻的透明導電薄膜。
[0015] 本實用新型的柔性銅網柵基透明導電薄膜可以作為ΙΤ0導電薄膜的替代品，被廣 泛應用於觸控螢幕、柔性顯示、電磁屏蔽等領域，相比傳統的ΙΤ0導電薄膜，其生產成本更低， 透過率更高，耐氧化性能更好，並且表面方阻至少高1個數量級，尤其適於大面積、高解析度 觸控螢幕的製備。
【附圖說明】
[0016] 圖1 一種柔性銅網柵基透明導電薄膜的剖面圖，圖中，減反增透層為2層，銅網柵導 電層為2層；
[0017] 圖2-種柔性銅網柵基透明導電薄膜的剖面圖，圖中，減反增透層為4層，銅網柵導 電層為2層；
[0018] 圖3-種柔性銅網柵基透明導電薄膜的剖面圖，圖中，減反增透層為5層，銅網柵導 電層為3層。
【具體實施方式】
[0019] 如圖所示，所述複合薄膜包含柔性透明聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)襯底薄膜，減 反增透層和銅網柵導電層。
[0020] 透明薄膜襯底是由柔性透明聚對苯二甲酸乙二醇酯及其在雙面塗覆紫外固化的 聚丙烯酸酯硬化塗層構成。柔性透明襯底的厚度為50微米-125微米。所述紫外固化的聚丙 烯酸酯硬化塗層，採用傳統的卷繞式塗布法均勻塗覆在柔性透明PET襯底的兩側，以改善柔 性透明襯底的強度、硬度以及耐久性等。
[0021] 所述減反增透層是多層堆疊結構，覆蓋柔性透明PET襯底的表層。所述堆疊結構由 選自高折射率薄膜層和低折射率薄膜層構成。所述高折射率薄膜層包括但不限於選自五氧 化二鈮(Nb 205)或二氧化鈦(Ti02)所組成的材料。所述低折射率薄膜層包括但不限於選自二 氧化矽(Si0 2)或氟化鎂(MgF2)所組成的材料。減反增透層中的每一層是由卷繞式磁控濺射 鍍膜形成，通過多腔室同時濺射，一次完成多層膜的沉積。
[0022] 所述銅網柵導電層是多層堆疊結構，覆蓋減反增透層的上層。所述堆疊結構由銅 金屬薄膜層和銅氧化物薄膜層組成。銅金屬薄膜層和銅氧化物薄膜層是由卷繞式磁控濺射 鍍膜形成，通過多腔室同時濺射，一次完成多層膜的沉積。在薄膜沉積之後，採用半導體加 工工藝，把銅金屬薄膜層和銅氧化物層加工成菱形或方形或六邊形的網柵，其金屬化率為 1.25%〇
[0023] 實施例一
[0024]如圖1所示，該圖示出一種柔性銅網柵基透明導電薄膜的一個實施方案，所述複合 薄膜包含柔性透明聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)襯底薄膜1，減反增透層2和銅網柵導電層 3〇
[0025]透明薄膜襯底1是由柔性透明聚對苯二甲酸乙二醇酯及其在雙面塗覆紫外固化的 聚丙烯酸酯硬化塗層構成。優選地，柔性透明襯底1的厚度為50微米，也可以是125微米。所 述紫外固化的聚丙烯酸酯硬化塗層，採用傳統的卷繞式塗布法均勻塗覆在柔性透明PET襯 底的兩側，以改善柔性透明襯底1的強度、硬度以及耐久性等。
[0026] 所述減反增透層2是多層堆疊結構，覆蓋柔性透明PET襯底1的表層。所述堆疊結構 由選自高折射率薄膜層21和低折射率薄膜層22構成。所述高折射率薄膜層21包括但不限於 選自五氧化二鈮(Nb 2〇5)或二氧化鈦(Ti02)所組成的材料。所述低折射率薄膜層22包括但不 限於選自二氧化矽(Si0 2)或氟化鎂(MgF2)所組成的材料。在優選實施方案中，高折射率薄膜 層21都為五氧化二鈮(Nb 2〇5)，低折射率薄膜層22都為二氧化矽(Si02)。層(21和22)是由卷 繞式磁控濺射鍍膜形成，通過多腔室同時濺射，一次完成多層膜的沉積。首先沉積五氧化二 鈮21，其厚度約為107nm，然後在其上覆蓋二氧化矽層22,其厚度約為89nm〇
[0027] 所述銅網柵導電層3是多層堆疊結構，覆蓋減反增透層2的上層。所述堆疊結構由 銅金屬薄膜層31和銅氧化物薄膜層32組成。銅金屬薄膜層31和銅氧化物薄膜層32是由卷繞 式磁控濺射鍍膜形成，通過多腔室同時濺射，一次完成多層膜的沉積。首先沉積銅金屬薄膜 層31，其厚度約為300nm，然後在其上覆蓋銅氧化物薄膜層32,其厚度約為35nm。在薄膜沉積 之後，採用半導體加工工藝，把銅金屬薄膜層31和銅氧化物層32加工成菱形或方形或六邊 形的網柵，其金屬化率為1.25%。所述複合薄膜可見光透過率高於93%，表面方阻低於10 Ω/□，色度值(b*)小於0.5,銅膜表面的反射率低於5%，銅膜背面(PET膜未鍍膜測）的反射 率低於60 %。
[0028] 實施例二
[0029]如圖2所示，該圖示出一種柔性銅網柵基透明導電薄膜的一個實施方案，所述複合 薄膜包含柔性透明聚對苯二甲酸乙二醇酯PET襯底薄膜1，減反增透層12和銅網柵導電層 13。
[0030] 透明薄膜襯底1是由柔性透明聚對苯二甲酸乙二醇酯及其在雙面塗覆紫外固化的 聚丙烯酸酯硬化塗層構成。優選地，柔性透明襯底1的厚度為50微米，也可以是125微米。所 述紫外固化的聚丙烯酸酯硬化塗層，採用傳統的卷繞式塗布法均勻塗覆在柔性透明PET襯 底的兩側，以改善柔性透明襯底1的強度、硬度以及耐久性等。
[0031] 所述減反增透層12是多層堆疊結構，覆蓋柔性透明PET襯底1的表層。所述堆疊結 構由選自高折射率薄膜層121和123及低折射率薄膜層122和124構成。所述高折射率薄膜層 121和123包括但不限於選自五氧化二鈮Nb 2〇5或二氧化鈦(Ti02)所組成的材料。所述低折射 率薄膜層122和124包括但不限於選自二氧化矽(Si0 2)或氟化鎂(MgF2)所組成的材料。在優 選實施方案中，高折射率薄膜層（121和123)都為五氧化二鈮(Nb 2〇5)，低折射率薄膜層122和 124都為二氧化娃(Si〇2)。
[0032] 在優選實施方案中，減反增透層12是由沉積在襯底1且厚度約為18nm的第一介質 層121、厚度約23nm且覆蓋第一介質層121的第二介質層122、厚度約為117nm且覆蓋第二介 質層122的第三介質層123以及厚度約89nm且覆蓋第三介質層123的第四介質層124組成。第 一介質層121至第四介質層124是由卷繞式磁控濺射鍍膜形成，通過多腔室同時濺射，一次 完成多層膜的沉積。
[0033] 所述銅網柵導電層13是多層堆疊結構，覆蓋減反增透層12的上層。所述堆疊結構 由銅金屬薄膜層131和銅氧化物薄膜層132組成。銅金屬薄膜層131和132是由卷繞式磁控濺 射鍍膜形成，通過多腔室同時濺射，一次完成多層膜的沉積。首先沉積銅金屬薄膜層131，其 厚度約為300nm，然後在其上覆蓋銅氧化物薄膜層132，其厚度為3nm。在薄膜沉積之後，採用 半導體加工工藝，把銅金屬薄膜層131和銅氧化物層132加工成菱形或方形或六邊形的網 柵，其金屬化率為1.25%。所述複合薄膜可見光透過率高於96%，表面方阻低於10 Ω /□，色 度值b*小於0.5,銅膜表面的反射率低於5%，銅膜背面（PET膜未鍍膜測）的反射率低於 60% 〇
[0034] 實施例三
[0035]如圖3所示，該圖示出一種柔性銅網柵基透明導電薄膜的一個實施方案，所述複合 薄膜包含柔性透明聚對苯二甲酸乙二醇酯PET襯底薄膜1，減反增透層22和銅網柵導電層 23〇
[0036]透明薄膜襯底1是由柔性透明聚對苯二甲酸乙二醇酯及其在雙面塗覆紫外固化的 聚丙烯酸酯硬化塗層構成。優選地，柔性透明襯底1的厚度為50微米，也可以是125微米。所 述紫外固化的聚丙烯酸酯硬化塗層，採用傳統的卷繞式塗布法均勻塗覆在柔性透明PET襯 底的兩側，以改善柔性透明襯底1的強度、硬度以及耐久性等。
[0037]所述減反增透層22是多層堆疊結構，覆蓋柔性透明PET襯底1的表層。所述堆疊結 構由選自高折射率薄膜層222和224及低折射率薄膜層221、223和225構成。所述高折射率薄 膜層222和224包括但不限於選自五氧化二鈮(Nb 2〇5)或二氧化鈦(Ti02)所組成的材料。所述 低折射率薄膜221、223和22包括但不限於選自二氧化矽(Si0 2)或氟化鎂(MgF2)所組成的材 料。在優選實施方案中，高折射率薄膜層222和224都為二氧化鈦(Ti0 2)，低折射率薄膜層 221、223和225都為氟化鎂(MgF2)。
[0038] 在優選實施方案中，減反增透層22是由沉積在襯底1且厚度為45nm的第一介質層 221、厚度為17nm且覆蓋第一介質層221的第二介質層222、厚度為38nm且覆蓋第二介質層 222的第三介質層223、厚度為105nm且覆蓋第三介質層223的第四介質層224以及厚度為 80nm且覆蓋第四介質層224的第五介質層225組成。第一介質層221至225是由卷繞式磁控濺 射鍍膜形成，通過多腔室同時濺射，一次完成多層膜的沉積。
[0039] 所述銅網柵導電層23是多層堆疊結構，覆蓋減反增透層22的上層。所述堆疊結構 由銅金屬薄膜層232和銅氧化物薄膜層231和233組成。銅氧化物薄膜層231和233及銅金屬 薄膜層232是由卷繞式磁控濺射鍍膜形成，通過多腔室同時濺射，一次完成多層膜的沉積。 首先沉積銅氧化物薄膜層231，其厚度為40nm，然後在其上覆蓋銅金屬薄膜層232,其厚度為 300nm，最後沉積一層銅氧化物薄膜層233,其厚度為35nm。在薄膜沉積之後，採用半導體加 工工藝，把銅金屬薄膜層232和銅氧化物層231和233加工成菱形或方形或六邊形的網柵，其 金屬化率為1.25%。所述複合薄膜可見光透過率高於96 %，表面方阻低於10 Ω /□，色度值 (b*)小於0.5,銅膜表面的反射率低於5%，銅膜背面(PET膜未鍍膜測）的反射率低於5%。
[0040] 實施例一至實施例三的參數如表1至表3所示。
[0048]本實用新型所述的優選實施方案，其詳細描述意圖為說明性的，不應理解為是對 本公開範圍的限制。本實用新型所公開的任何單獨材料、數值或特性都可與本公開的任何 其他材料、數值或特性互換使用，如同本發明所給出的具體實施方案一樣。任何人在本實用 新型的啟示下都可得出其他各種形式的產品，但不論在其材料、形狀或結構上作任何變化， 凡是具有與本申請相同或相似的技術方案，均落在本發明的保護範圍之內。
【主權項】
1. 一種柔性銅網柵基透明導電薄膜，其特徵是，導電薄膜包含:柔性透明襯底;一個減 反增透層；以及一個銅網柵導電層;所述減反增透層被布置在所述柔性透明薄膜襯底和銅 網柵導電層之間，其中，柔性透明襯底包含:聚對苯二甲酸乙二醇酯和雙面加硬透明塗層， 所述雙面加硬透明塗層為紫外固化的聚丙烯酸酯塗層;減反增透層包含:低折射率薄膜層 和高折射率薄膜層;銅網柵導電層包含銅網柵層和銅氧化物層。2. 根據權利要求1所述的一種柔性銅網柵基透明導電薄膜，其特徵是，所述低折射率薄 膜層和高折射率薄膜層交替堆疊，厚度為30~llOnm和10~140nm〇3. 根據權利要求1所述的一種柔性銅網柵基透明導電薄膜，其特徵是，所述銅氧化物層 覆蓋在銅金屬層上或者銅氧化物層覆蓋在銅金屬上下面。4. 根據權利要求1所述的一種柔性銅網柵基透明導電薄膜，其特徵是，所述的銅網柵層 是由菱形或方形或六方形的銅線條組成，線條的線寬為2~10微米，金屬化率為1.25~2%。5. 根據權利要求1所述的一種柔性銅網柵基透明導電薄膜，其特徵是，所述的銅網柵導 電層的厚度為200~500nm〇6. 根據權利要求1所述的一種柔性銅網柵基透明導電薄膜，其特徵是，所述銅氧化物層 的厚度為20~60nm〇
【文檔編號】H01B5/14GK205722840SQ201620497516
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年5月26日
【發明人】劉宏燕, 顏悅, 望詠林, 伍建華, 張官理
【申請人】中國航空工業集團公司北京航空材料研究院