透明導電薄膜室溫沉積裝置及方法
2023-05-30 13:27:51 2
透明導電薄膜室溫沉積裝置及方法
【專利摘要】本發明涉及導電薄膜【技術領域】，具體涉及一種可在常溫下將導電油墨直接濺射到基底表面的透明導電薄膜製造裝置及方法。該裝置包括驅控機構以及與其連接的濺射機構，所述濺射機構與導電油墨連通；所述驅控機構驅動控制濺射機構將導電油墨濺射在覆有掩膜的基底表面；所述導電油墨為液態金屬油墨。本發明的裝置在常規條件下即可完成透明導電薄膜的製備過程，不但降低了對製備環境的要求，而且顯著簡化了透明導電薄膜製備工藝，提高了透明導電薄膜的生產效率，為柔性電子器件的發展提供了有力的技術支持。
【專利說明】透明導電薄膜室溫沉積裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及導電薄膜【技術領域】，具體涉及一種可在常溫下將導電油墨直接濺射到基底表面的透明導電薄膜製造裝置及方法。
【背景技術】
[0002]越來越多的電子器件朝著柔性化、超薄化的方向發展，而柔性基底一般耐高溫性能差，受熱容易變形，無法通過高溫沉積或高溫退火等傳統方法在其表面生成薄膜。因此，尋找方便、低成本的薄膜製造方法迫在眉睫。
[0003]目前常用的薄膜製備方法可分為化學方法和物理方法。薄膜製備的化學方法是以發生一定的化學反應為前提，這些化學反應可以由熱效應引起或者由離子的電致分離引起，其沉積過程的控制較為複雜。物理沉積方法成膜的質量比較高，然而其成膜過程所需的高真空度環境、高激發濺射能量，使得薄膜製造的成本居高不下。
[0004]由於具有較高的載流子濃度和較寬的光學禁帶，透明導電氧化物薄膜展示了較好的光電性能，比如低電阻率和高可見光透過率。常見的導電透明薄膜有ITO (IndiumTin Oxides,銦錫氧化物)和 ZA0(Zn0:Al, Al-doped Zinc Oxide,慘招氧化鋒),ITO 薄膜已經應用於顯示器的透明電極和太陽能電池等光電子領域。為了實現在有機柔性襯底的沉積，使透明導電薄膜的潛在用途擴大到可摺疊液晶顯示器、非晶矽太陽能電池等領域，使能耗降低、設備簡化，室溫沉積有著十分重要的應用價值。
[0005]目前，射頻磁控濺射、脈衝雷射法等均是室溫沉積透明導電薄膜的方法。然而這些基於高真空、高能量需求的加工製造方法將會導致最終用戶使用成本過高，制約其大規模普及應用。綜上所述，新型的透明導電薄膜室溫沉積裝置及方法亟待被發掘。
【發明內容】
[0006](一)要解決的技術問題
[0007]本發明的目的在於提供一種透明導電薄膜室溫沉積裝置及方法，用於在基底表面室溫機械濺射直接形成可用的透明導電薄膜，為柔性電子器件的低能耗化、製備工藝簡單化開闢一條嶄新的途徑。
[0008](二)技術方案
[0009]本發明技術方案如下:
[0010]一種透明導電薄膜室溫沉積裝置，包括驅控機構以及與其連接的濺射機構，所述濺射機構與導電油墨連通；所述驅控機構驅動控制濺射機構將導電油墨濺射在覆有掩膜的基底表面；所述導電油墨為液態金屬油墨。
[0011]所述濺射機構包括油墨刷以及與其過盈配合的劃撥單元；所述劃撥單元劃撥油墨使附著在油墨刷上的導電油墨濺射至基底表面。
[0012]所述劃撥單元為鋸齒狀結構體。
[0013]所述驅控機構包括依次連接的控制單元、驅動單元以及刷架；所述油墨刷固定在所述刷架上；所述控制單元控制驅動單元驅動刷架帶動油墨刷往復運動。
[0014]所述基底為透明有機聚合物或玻璃。
[0015]所述液態金屬油墨由包含0.lwt%-10wt%氧化物的液態金屬或液態合金製成。
[0016]所述液態金屬油墨由包含0.lwt%_10wt%氧化物並添加有0.lwt%_10wt%納米光伏半導體顆粒和/或導電性納米顆粒的液態金屬或液態合金製成。
[0017]所述液態金屬為鎵。
[0018]所述液態合金為鎵鋅合金、鎵銦合金、鎵錫合金、銦錫合金、鎵銦錫合金、鎵銦錫鋅合金、鎵銦錫鋅鉍合金、銅鎵銦合金或鋁鎵銦合金中的一種或多種。
[0019]本發明還提供了一種透明導電薄膜室溫沉積方法:
[0020]根據上述裝置的透明導電薄膜製造方法，所述導電油墨濺射至基底表面經氧化處理後形成透明導電薄膜。
[0021](三)有益效果
[0022]本發明的透明導電薄膜室溫沉積裝置通過設置濺射機構，利用機械作用力將液態金屬油墨濺射至基底表面，從而在基底上印刷透明導電薄膜；本發明的裝置在常規條件下即可完成透明導電薄膜的製備過程，不但降低了對製備環境的要求，而且顯著簡化了透明導電薄膜製備工藝，提高了透明導 電薄膜的生產效率，為柔性電子器件的發展提供了有力的技術支持。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1是本發明一種透明導電薄膜室溫沉積裝置的結構示意圖。
[0024]其中，1:基底；2:掩I吳；3:劃撥單兀；4:油墨刷；5:刷架；6:支撐底板；7:驅動單元；8:控制單元。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖和實施例，對發明的【具體實施方式】做進一步描述。以下實施例僅用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。
[0026]如圖1所示的一種透明導電薄膜室溫沉積裝置，包括驅控機構以及與其連接的濺射機構，濺射機構與導電油墨連通；驅控機構驅動控制濺射機構，濺射機構通過機械作用力將導電油墨濺射在基底I表面從而形成透明導電薄膜；基底I表面覆有掩膜2，掩膜2優選為易清洗的薄片材料，主要便於導電油墨在基底I表面形成各種形狀不同的圖案；導電油墨為液態金屬油墨，液態金屬及其合金電導率高，其氧化物，諸如氧化銦、氧化鎵等都具有良好的透光性，其室溫下可以保持液態的特點，使室溫條件下導電油墨的濺射成為可能；本
實施例中，導電油墨置於墨盒之中，墨盒與濺射機構連通，從而及時為濺射機構補充導電油
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[0027]其中，濺射機構包括油墨刷4以及與其過盈配合的劃撥單元3 ;劃撥單元3與油墨刷4之間可以相對運動，從而使劃撥單元3劃撥油墨刷4，將附著在油墨刷4上的導電油墨濺射到基底I的表面；劃撥單元3包括任何與導電油墨不發生反應且可以與油墨刷做相對運動，從而濺射出導電油墨液滴的結構，本實施例中，劃撥單元3優選為鋸齒狀結構體，通過鋸齒結構劃撥油墨刷4 ;油墨刷4的要求是必須耐磨損，其材料可以是毛、棕、塑料絲、金屬絲等。
[0028]其中，驅控機構包括依次連接的控制單元8、驅動單元7以及刷架5 ;本實施例中的控制單元包括PC機以及與其連接的刷架控制電路板，主要控制驅動單元的驅動力輸出方式；油墨刷4固定在刷架5上，便於油墨刷的拆卸與更換；劃撥單元3固定在支撐底板6上，同時支撐底板6上可以設置一段導軌，便於驅動單元7驅動油墨刷相對於劃撥單元3的運動；驅動單元7優選為電機，主要用於為刷架5的運動提供驅動力；控制單元控制驅動單元7驅動刷架5運動，刷架5帶動油墨刷4相對於劃撥單元3以一定的速度往復運動，從而調節室溫濺射的速度，便於更好的沉積形成透明導電薄膜。
[0029]其中，基底I的材料可以是包括柔性基底在內的透明材料，本實施例中優選採用低成本的透明有機聚合物或者玻璃材料。
[0030]其中，液態金屬油墨可以由包含0.lwt%_10wt%氧化物的液態金屬或液態合金製成；液態金屬油墨也可以由包含0.lwt%-10wt%氧化物並添加有0.lwt%-10wt%納米光伏半導體顆粒和/或導電性納米顆粒的室溫熔點金屬或合金製成；通過添加納米光伏半導體顆粒和/或導電性納米顆粒可以增強透明導電薄膜的光能轉換效率，提高了能源利用率。其中，液態金屬可以為鎵或者其他任何已知的適宜製備透明導電薄膜的液態金屬；液態合金可以為鎵鋅合金、鎵銦合金、鎵錫合金、銦錫合金、鎵銦錫合金、鎵銦錫鋅合金、鎵銦錫鋅鉍合金、銅鎵銦合金或鋁鎵銦合金中的一種或多種。
[0031]通過上述裝置將液態金屬油墨濺射至基底表面後，液態金屬油墨經氧化處理後形成透明導電薄膜，這樣形成的透明導電薄膜表面覆蓋有氧化物覆蓋層，從而起到有力的保護作用。
[0032]上述透明導電薄膜室溫沉積裝置及方法在實際操作中的流程可以為:
[0033]1、製作所需形狀的掩膜，覆蓋在玻璃板上；
[0034]2、在室溫下將含有0.25wt%氧化物的鎵銦合金，製成有一定流動性液態金屬油墨，通過控制墨盒的出墨量使油墨均勻地沾到油墨刷上；
[0035]3、通過控制單元控制刷架的往復運動，使液態金屬油墨均勻地濺射到覆有掩膜的玻璃板表面；
[0036]4、液態金屬油墨經氧化處理後形成透明導電薄膜。
[0037]上述技術方案所提供的透明導電薄膜沉積裝置及方法，利用油墨刷與鋸齒狀結構體相對運動，通過機械作用力將導電油墨小液滴離散並濺射，從而在透明基底甚至柔性透明基底上印刷透明導電薄膜，在常規條件下即可完成其製備過程，降低了對環境的要求，進而顯著簡化了透明導電薄膜製備工藝，提高其生產和應用效率。同時，本發明的技術方案可應用於摺疊液晶顯示器、非晶矽太陽能電池等【技術領域】，能夠大大的降低透明導電薄膜的製備成本，為低能耗、簡化製備工藝開闢一條嶄新的途徑。
[0038]以上實施方式僅用於說明本發明，而並非對本發明的限制，有關【技術領域】的普通技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術方案也屬於本發明的保護範疇。
【權利要求】
1.一種透明導電薄膜室溫沉積裝置，其特徵在於，包括驅控機構以及與其連接的濺射機構，所述濺射機構與導電油墨連通；所述驅控機構驅動控制濺射機構將導電油墨濺射在覆有掩膜(2)的基底(I)表面；所述導電油墨為液態金屬油墨。
2.根據權利要求1所述的透明導電薄膜室溫沉積裝置，其特徵在於，所述濺射機構包括油墨刷(4)以及與其過盈配合的劃撥單元(3);所述劃撥單元(3)劃撥油墨刷(4)使附著在油墨刷(4)上的導電油墨濺射至基底(I)表面。
3.根據權利要求2所述的透明導電薄膜室溫沉積裝置，其特徵在於，所述劃撥單元(3)為鋸齒狀結構體。
4.根據權利要求2所述的透明導電薄膜室溫沉積裝置，其特徵在於，所述驅控機構包括依次連接的控制單元(8)、驅動單元(7)以及刷架(5);所述油墨刷(4)固定在所述刷架(5)上；所述控制單元控制驅動單元(7)驅動刷架(5)帶動油墨刷(4)往復運動。
5.根據權利要求1至4任意一項所述的透明導電薄膜室溫沉積裝置，其特徵在於，所述基底(I)為透明有機聚合物或玻璃。
6.根據權利要求1所述的透明導電薄膜室溫沉積裝置，其特徵在於，所述液態金屬油墨由包含0.lwt%-10wt%氧化物的液態金屬或液態合金製成。
7.根據權利要求6所述的透明導電薄膜室溫沉積裝置，其特徵在於，所述液態金屬油墨由包含0.1￥丨%-1(^丨％氧化物並添加有0.lwt%-10wt%m米光伏半導體顆粒和/或導電性納米顆粒的液態金屬或液態合金製成。
8.根據權利要求6或7所述的透明導電薄膜室溫沉積裝置，其特徵在於，所述液態金屬為鎵。`
9.根據權利要求6或7所述的透明導電薄膜室溫沉積裝置，其特徵在於，所述液態合金為鎵鋅合金、鎵銦合金、鎵錫合金、銦錫合金、鎵銦錫合金、鎵銦錫鋅合金、鎵銦錫鋅鉍合金、銅鎵銦合金或鋁鎵銦合金中的一種或多種。
10.根據權利要求1至9任意一項所述裝置的透明導電薄膜室溫沉積方法，其特徵在於，所述導電油墨濺射至基底表面經氧化處理後形成透明導電薄膜。
【文檔編號】B41J2/00GK103862860SQ201210536792
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年12月12日 優先權日:2012年12月12日
【發明者】張琴, 劉靜 申請人:中國科學院理化技術研究所