在基板上制作透明導(dǎo)體的方法
【專利說明】在基板上制作透明導(dǎo)體的方法
[0001] 相關(guān)申請的奪叉引用
[0002] 本申請要求2012年12月7日提交的美國臨時申請61/734, 793、2013年3月14 日提交的美國臨時申請61/782, 634、和2013年6月28日提交的美國臨時申請61/840, 876 的權(quán)益，這些臨時申請的公開內(nèi)容全文以引用方式并入本文。
【背景技術(shù)】
[0003] 透明導(dǎo)體被用在觸摸屏上以允許人觸摸或與計(jì)算機(jī)、智能電話和其它基于圖形的 屏幕界面手勢交互。納米線為一種適于制作透明導(dǎo)體的材料。例如，題目為"基于納米線的 透明導(dǎo)體（Nanowires-Based Transparent Conductors)"的PCT 國際公布 WO 2007/022226 披露了一種由坎布里奧斯技術(shù)公司（Cambrios Technologies Corporation)出售的納米線 材料，其可被圖案化成合適的網(wǎng)格以允許用于計(jì)算機(jī)的觸摸屏的制造。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 觸摸屏設(shè)備的高效制造需要將導(dǎo)電材料圖案化（例如，印刷）成基板上的必要電 跡線的能力。理想地，此過程在卷對卷工藝中進(jìn)行，其中將基板展開，進(jìn)行轉(zhuǎn)換操作如印刷 和干燥/固化，并然后將圖案化基板再次卷繞成卷以便進(jìn)一步的運(yùn)輸和加工。
[0005] 可用于觸摸屏中的導(dǎo)電材料有許多，從金屬（例如，開放網(wǎng)孔圖案）到金屬氧化物 如氧化銦錫（ITO)、導(dǎo)電聚合物如聚（3, 4-亞乙二氧基噻吩）（PEDOT)或金屬納米線如美國 專利8, 049, 333中描述的材料不等。這些材料必須滿足針對導(dǎo)電性和光學(xué)透明性的各種所 需規(guī)范。該文件中列出的過程披露了圖案化此類導(dǎo)電材料來產(chǎn)生低可見度導(dǎo)電跡線以用于 觸摸傳感器中的方法。
[0006] 針對例如觸摸傳感器圖案化這些導(dǎo)電材料的方法有若干。一種方法是使用標(biāo)準(zhǔn)印 刷工藝如噴墨、凹版印刷、柔版印刷或絲網(wǎng)印刷自分散體或墨直接印刷材料。此方法是直截 了當(dāng)?shù)?，因?yàn)樗軌蛞宰钚〉睦速M(fèi)一步產(chǎn)生圖案。然而，由于缺陷如肋形紋和針孔所致的印 刷厚度變化可能產(chǎn)生不可接受的導(dǎo)電性變化以及不利地影響傳感器的光學(xué)。一種替代的 方法是在基板的表面上均勻地涂布導(dǎo)電材料如納米線材料，做法是形成基本連續(xù)的納米線 層，并然后選擇性地移除部分納米線層來產(chǎn)生所需的圖案化（減成圖案化）。選擇性移除常 通過濕法化學(xué)蝕刻或激光燒蝕實(shí)現(xiàn)。在這兩種情況下，一者可能受可加工基板的寬度的限 制，所述寬度通常小于30"，另一者可能受生產(chǎn)量的限制，所述生產(chǎn)量通常為大約I-IOft/ min或更低。另外，蝕刻和激光燒蝕圖案化二者均可能存在某些與化學(xué)動力學(xué)或光解現(xiàn)象的 管理有關(guān)的工藝控制挑戰(zhàn)。因此，需要不需蝕刻或激光燒蝕的減成圖案化納米線層的方法。
[0007] 第一實(shí)施例:
[0008] 本發(fā)明人已確定可通過以下步驟順序來進(jìn)行圖案化工藝：在基板上涂布導(dǎo)電層如 納米線層。任選地，使所述納米線層硬化或固化。用抗蝕基質(zhì)材料在所述納米線層上施加 圖案，以在基板上生成暴露的納米線層的一個或多個第一區(qū)域和抗蝕基質(zhì)材料的一個或多 個第二區(qū)域（通常為用于觸摸屏的電路圖案）。使所述抗蝕基質(zhì)材料硬化或固化。在所述 圖案上覆涂可剝離聚合物層。使所述可剝離聚合物層硬化或固化。從基板剝?nèi)ニ隹蓜冸x 聚合物層，移除基板的一個或多個第一區(qū)域中的納米線材料，并從而形成圖案化納米線層。 在另一方法中，可用導(dǎo)電聚合物如PEDOT代替納米線材料并使用相同的工藝來圖案化所述 導(dǎo)電的PEDOT層。
[0009] 可剝離聚合物層不僅提供基板的較寬且連續(xù)、無限長度上必要的導(dǎo)電圖案的高效 產(chǎn)生從而允許一個時間多個觸摸屏的形成，而且其還可在覆涂后被留在原處以為納米線層 提供保護(hù)?？蓜冸x聚合物層使得下面的導(dǎo)電層如納米線層在貯存和運(yùn)輸過程中保持潔凈、 無塵并免受劃傷（對于觸摸屏來說是重要的屬性）。然后可在接下來的一個或多個加工步 驟之前即刻移除可剝離聚合物層，并卷繞成卷和循環(huán)使用。
[0010] 在第一實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種在基板上形成圖案化導(dǎo)電層的方法，所述方 法包括以下步驟：在基板上涂布導(dǎo)電層；用抗蝕基質(zhì)材料在所述導(dǎo)電層上施加圖案，以在 基板上生成暴露的導(dǎo)電層的一個或多個第一區(qū)域和抗蝕基質(zhì)材料的一個或多個第二區(qū)域； 使所述抗蝕基質(zhì)材料硬化或固化；在所述圖案上覆涂可剝離聚合物層；使所述可剝離聚合 物層硬化或固化；從基板剝?nèi)ニ隹蓜冸x聚合物層，在基板的一個或多個第一區(qū)域中從基 板移除所述暴露的導(dǎo)電層，并從而在基板上形成圖案化導(dǎo)電層。
[0011] 第二實(shí)施例:
[0012] 本發(fā)明人已確定還可通過以下步驟順序來進(jìn)行圖案化工藝：在基板上涂布導(dǎo)電層 如納米線層。任選地，使所述納米線層硬化或固化。用可剝離聚合物材料在所述納米線層 上施加圖案，以在基板上生成暴露的納米線層的一個或多個第一區(qū)域和可剝離聚合物材料 的一個或多個第二區(qū)域（通常為用于觸摸屏的電路圖案的補(bǔ)充）。使所述可剝離聚合物材 料硬化或固化；從基板剝?nèi)ニ隹蓜冸x聚合物層，移除基板的一個或多個第二區(qū)域中的納 米線層，并從而形成圖案化納米線層。在另一方法中，可用導(dǎo)電聚合物如PEDOT代替納米線 材料并使用相同的工藝來圖案化所述導(dǎo)電的PEDOT層。
[0013] 從基板剝?nèi)タ蓜冸x聚合物層可在一個實(shí)施例中通過首先向可剝離聚合物材料的 圖案施加襯片（例如，施加以其上具有壓敏粘合劑的襯片）、然后剝?nèi)韺?shí)現(xiàn)。在這樣的情 況下，粘合劑與可剝離聚合物材料接觸，與可剝離聚合物材料形成粘結(jié)，從而允許從基板剝 去（分離）襯片而分離可剝離聚合物材料與其下面的納米線層。
[0014] 本發(fā)明提供了一種在基板上形成圖案化導(dǎo)電層的方法，所述方法包括以下步驟： 在基板上涂布導(dǎo)電層；用可剝離聚合物液體形成層在導(dǎo)電層上施加圖案，以在基板上生成 暴露的導(dǎo)電層的一個或多個第一區(qū)域和由可剝離聚合物液體形成層覆蓋的一個或多個第 二區(qū)域；使所述可剝離聚合物液體形成層硬化或固化成可剝離聚合物層；從基板剝?nèi)ニ?可剝離聚合物層，并移除基板的一個或多個第二區(qū)域中的部分導(dǎo)電層，并從而在基板上形 成圖案化導(dǎo)電層。
[0015] 在其它實(shí)施例中，基板上的圖案化的透明導(dǎo)電層可用作觸摸屏設(shè)備的部件，所述 圖案化的透明導(dǎo)體包含：透明基板；在所述基板的主表面上的圖案化導(dǎo)電層；附接到所述 圖案化導(dǎo)電層的圖案化抗蝕基質(zhì)材料層，所述圖案化抗蝕基質(zhì)材料層具有波形頂表面；和 施加在所述波形頂表面和透明基板的主表面之上的光學(xué)透明的粘合劑層。在另外的示例性 實(shí)施例中，觸摸屏設(shè)備如蜂窩電話、電子書、平板計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)顯示器或電視顯示器均包 括所述觸摸屏部件。
[0016] 本發(fā)明的其它示例性實(shí)施例將在下面的示例性實(shí)施例列表中描述：
[0017] 示例件賣施例列表
[0018] A. -種在基板上圖案化導(dǎo)電層的方法，所述方法包括：
[0019] 在基板上涂布導(dǎo)電層；
[0020] 用抗蝕基質(zhì)材料在所述導(dǎo)電層上施加圖案，以在基板上生成暴露的導(dǎo)電層的一個 或多個第一區(qū)域和抗蝕基質(zhì)材料的一個或多個第二區(qū)域；
[0021] 使所述抗蝕基質(zhì)材料硬化或固化；
[0022] 在所述圖案上覆涂可剝離聚合物層；
[0023] 使所述可剝離聚合物層硬化或固化；
[0024] 從基板剝?nèi)ニ隹蓜冸x聚合物層，在基板的一個或多個第一區(qū)域中從基板移除所 述暴露的導(dǎo)電層，并從而在基板上形成圖案化導(dǎo)電層。
[0025] B.根據(jù)實(shí)施例A所述的方法，其中所述導(dǎo)電層包含納米線。
[0026] C.根據(jù)實(shí)施例A或B所述的方法，其中在所述圖案上覆涂可剝離聚合物層包括用 可剝離聚合物層形成液體覆涂所述一個或多個第一區(qū)域和所述一個或多個第二區(qū)域。
[0027] D.根據(jù)實(shí)施例C所述的方法，其中所述可剝離聚合物層形成液體接觸所述一個或 多個第一區(qū)域中50%至99%之間的暴露導(dǎo)電層。
[0028] E.根據(jù)實(shí)施例C或D所述的方法，其中所述可剝離聚合物層形成液體選自由以下 項(xiàng)組成的組：聚合物溶液、單體、單體溶液和聚合物熔體。
[0029] F.根據(jù)實(shí)施例E所述的方法，其中所述可剝離聚合物層形成液體包括聚合物溶 液，并且覆涂包括狹縫涂布、棍涂、&L涂、缺口棒涂或噴'涂。
[0030] G.根據(jù)實(shí)施例C、D、E或F中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述可剝離聚合物層形成液 體表現(xiàn)出介于10和2, 500cps(0. 01-2. 5Pa-s)之間的粘度。
[0031] H.根據(jù)實(shí)施例C、D、E、F或G中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述可剝離聚合物層形成 液體包括PVA、脂族聚酯-聚氨酯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、或它們的組合。
[0032] I.根據(jù)實(shí)施例E所述的方法，其中所述可剝離聚合物層形成液體包括聚合物熔 體，并且覆涂包括熱壓縮層合。
[0033] J.根據(jù)實(shí)施例1所述的方法，其中所述可剝離聚合物層形成液體表現(xiàn)出介于 10, 000 和 100, 000, OOOcps (10 和 IOOPa-S)之間的粘度。
[0034] K.根據(jù)實(shí)施例C-J中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述可剝離聚合物層形成液體表現(xiàn) 出屈服應(yīng)力。
[0035] L根據(jù)實(shí)施例C-K中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述可剝離聚合物層形成液體表現(xiàn) 出小于IOOPa的屈服應(yīng)力。
[0036] M.根據(jù)實(shí)施例C-L中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述可剝離聚合物層形成液體以圖 案沉積在所述第一區(qū)域和第二區(qū)域上。
[0037] N.根據(jù)實(shí)施例M所述的方法，其中圖案化可剝離聚合物層形成液體是使用柔版印 刷、凹版印刷、噴墨印刷或絲網(wǎng)印刷沉積的。
[0038] 0.根據(jù)實(shí)施例N所述的方法，其中所述圖案化可剝離聚合物層形成液體覆蓋50% 和99%之間的所述第一區(qū)域和第二區(qū)域。
[0039] P.根據(jù)實(shí)施例C-O中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述抗蝕基質(zhì)材料包括可紫外線固 化的材料。
[0040] Q.根據(jù)實(shí)施例C-P中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述可剝離聚合物層為2μπι至 100 μ m 厚。
[0041] R.根據(jù)實(shí)施例C-Q中任一項(xiàng)所述的方法，所述方法包括在移除所述可剝離聚合物 層之后，在圖案化抗蝕基質(zhì)材料上施加光學(xué)透明的覆蓋層。
[0042] S.根據(jù)實(shí)施例C-R中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述抗蝕基質(zhì)材料具有介于50納米 和50微米之間的厚度。
[0043] T.根據(jù)實(shí)施例C-S中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述抗蝕基質(zhì)材料具有介于 1.40-1. 70之間的折射率。
[0044] U.根據(jù)前述實(shí)施例中任一項(xiàng)所述的方法，所述方法還包括在所述圖案化導(dǎo)電層的 至少一部分上涂布引線形成導(dǎo)電層。
[0045] V.根據(jù)實(shí)施例U所述的方法，其中涂布所述引線形成導(dǎo)電層的步驟發(fā)生在從基板 剝?nèi)ニ隹蓜冸x聚合物層之后。
[0046] W.根據(jù)實(shí)施例U或V中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述抗蝕基質(zhì)材料的圖案包括互 連墊，并且其中所述引線形成導(dǎo)電層涂布在所述互連墊上方，其中所述引線形成導(dǎo)電層沿 圖案化導(dǎo)電層的暴露周緣接觸所述圖案化導(dǎo)電層。
[0047] X.根據(jù)實(shí)施例U、V或W中任一項(xiàng)所述的方法，其中使所述互連墊圖案化以便增加 暴露周緣的長度。
[0048] Y.根據(jù)實(shí)施例U、V、W或X中任一項(xiàng)所述的方法，其中使用空隙空間或波紋狀外緣 中的至少一者來增加暴露周緣的長度。
[0049] Z.根據(jù)實(shí)施例U、V、W、X或Y中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述引線形成導(dǎo)電層為包 含銀顆粒的墨。
[0050] AA. -種在基板上圖案化導(dǎo)電層的方法，所述方法包括：
[0051] 在基板上涂布導(dǎo)電層；
[0052] 用可剝離聚合物液體形成層在導(dǎo)電層上施加圖案，以在基板上生成暴露的導(dǎo)電層 的一個或多個第一區(qū)域和由可剝離聚合物液體形成層覆蓋的一個或多個第二區(qū)域；
[0053] 使所述可剝離聚合物液體形成層硬化或固化成可剝離聚合物層；以及
[0054] 從基板剝?nèi)ニ隹蓜冸x聚合物層，并移除基板的一個或多個第二區(qū)域中的部分導(dǎo) 電層，并從而在基板上形成圖案化導(dǎo)電層。
[0055] BB.根據(jù)實(shí)施例AA所述的方法，其中所述導(dǎo)電層包含納米線。
[0056] CC.根據(jù)實(shí)施例AA或BB中任一項(xiàng)所述的方法，其中剝?nèi)ニ隹蓜冸x聚合物層包括 使所述可剝離聚合物層與襯片的壓敏粘合劑表面接觸，并隨后從基板移除所述襯片。
[0057] DD. -種觸摸屏部件，所述部件具有圖案化的透明導(dǎo)體，所述圖案化的透明導(dǎo)體包 括：
[0058] 透明基板；
[0059] 在所述基板的主表面上的圖案化導(dǎo)電層；
[0060] 附接到所述圖案化導(dǎo)電層的圖案化抗蝕基質(zhì)材料層，所述圖案化抗蝕基質(zhì)材料層 具有波形頂表面；和
[0061] 施加在所述波形頂表面和透明基板的主表面之上的光學(xué)透明的粘合劑層。
[0062] EE.根據(jù)實(shí)施例DD所述的部件，其中所述抗蝕基質(zhì)材料為可紫外線固化的清漆。
[0063] FF.根據(jù)實(shí)施例DD或EE中任一項(xiàng)所述的部件，其中所述圖案化抗蝕基質(zhì)材料具有 介于50納米和50微米之間的厚度。
[0064] GG.根據(jù)實(shí)施例DD、EE或FF中任一項(xiàng)所述的部件，其中所述圖案化抗蝕基質(zhì)材料 具有介于1. 40-1. 70之間的折射率。
[0065] HH.根據(jù)實(shí)施例DD、EE、FF或GG中任一項(xiàng)所述的部件，其中所述圖案化導(dǎo)電層由 多個導(dǎo)電的電路跡線構(gòu)成，其中所述導(dǎo)電的電路跡線的至少第一部分與所述導(dǎo)電的電路跡 線的至少第二部分電隔離。
[0066] II.根據(jù)實(shí)施例HH所述的部件，其中所述多個導(dǎo)電的電路跡線由多個金屬納米線 構(gòu)成。
[0067] JJ.根據(jù)實(shí)施例HH或II中任一項(xiàng)所述的部件，其中所述多個導(dǎo)電的電路跡線以陣 列圖案或網(wǎng)格圖案布置。
[0068] KK.根據(jù)實(shí)施例HH、II或JJ中任一項(xiàng)所述的部件，其中所述多個導(dǎo)電的電路跡線 中的每一個與相鄰的導(dǎo)電的電路跡線分開至少1微米且不超過10, 〇〇〇微米的間隙。
[0069] LL.根據(jù)實(shí)施例KK所述的部件，其中所述間隙為至少30微米且不超過300微米。