CN108074991A - 一种复合透明导电膜 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种复合透明导电膜，其包含：透明基底；两个保护性减反射金属氧化物层；以及一个银合金导电层；且所述银合金导电层被布置在两个保护性减反射金属氧化物层之间。本发明提供的这种复合透明导电膜，具有较高的透过率和电导率，同时具有较好的耐环境性能，不易氧化，不易脱落。此外，这种导电膜还具有防紫外线和隔热的效果。
Description
技术领域
本发明涉及光电学薄膜领域，所述光电薄膜具有高透过率、低电阻等特性，同时具有较好的耐环境性能，不易氧化，不易脱落。此外，这种导电膜还具有防紫外线和隔热的效果。
背景技术
透明导电薄膜是平板电视、触摸屏、智能窗玻璃、发光二极管以及光伏电池等器件制造的必要组成部分。近年来，随着信息(如触摸显示)、能源(如光伏、智能窗玻璃)等产业的发展，人们对透明导电薄膜的需求量急剧增大，而在透明导电薄膜中，应用最广的一类是锡掺杂氧化铟薄膜，即俗称的ITO薄膜。众所周知，铟元素在地壳中的含量稀少(约为0.05ppm)，且难于提纯，随着ITO薄膜的用量显著增大，其含量越来越稀少，导致价格骤增(将近5000元/公斤)，从而增加触摸屏、薄膜太阳能电池等产业的制造成本。在2014年，ITO的销售额大约为18亿美元，占整个透明导电薄膜市场的92％左右。另一方面，为了制造大型显示器、大面积固态发光板等器件，要求所用的透明导电薄膜的方块电阻必须小于10Ω/□。虽然通过增加ITO薄膜的厚度可以满足此要求，但是，其成本从150Ω/□时的大约40元/平方米显著增加到5Ω/□时的230元/平方米左右，这种成本的增加是因为随着薄膜厚度增加，ITO的沉积速率减小，导致大部分ITO原料被浪费。因此，必须寻找一种新型透明导电薄膜。
为了减少对ITO的依赖度，研究人员试图寻找切实可行的ITO替代品，逐渐研发出了掺杂氧化锌薄膜(AZO和GZO等)、碳基透明导电薄膜(碳纳米管网膜和石墨烯等)和金属网栅透明导电薄膜等。掺杂氧化锌薄膜虽然通过增加薄膜的厚度可以获得很低的方块电阻，但是，耐酸碱性差，性能不稳定，不宜用于柔性显示器、光伏电池等器件的制备；而碳基透明导电薄膜虽然透过率高，但是其电阻率高，与半导体工业兼容性差，不宜大规模生产，尤其是石墨烯的制备需高温条件，限制了其在触摸屏制造领域的广泛应用。介质/金属/介质三明治结构的透明导电薄膜由于其电阻率和透过率可调价格低廉且与半导体工艺兼容，因此，在产业庞大的柔性触摸屏、太阳能电池等方面的制备中，受到越来越多的青睐，成为重点研究的一类可行的新型ITO替代薄膜，最近成为科学界和工业界的研究热点。
发明内容
发明目的：设计一种复合透明导电膜，使得该透明导电膜中的氧化物层，能够减少金属膜的反射，增加整体的透过率，同时，能够防止金属被氧化，在保证高的可见光透过率、低反射率的同时，可将紫外光反射。
技术方案：本发明提供一种复合透明导电膜，包括透明基底层、两个保护性减反射金属氧化物层以及银合金导电层，且形成四层结构；
从上至下依次为：上保护性减反射金属氧化物层、银合金导电层、下保护性减反射金属氧化物层、透明基底层。
进一步的，上述四层结构是通过磁控溅射的方法将保护性减反射金属氧化物和银分层溅射到透明基底上形成的。
进一步的，所述四层结构的可见光透过率高于92％。
进一步的，上保护性减反射金属氧化物层、银合金导电层以及下保护性减反射金属氧化物层整体的方块电阻不超过10欧姆。
进一步的，透明基底层材质为柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯、有机玻璃或无机玻璃。
进一步的，保护性减反射氧化物层材质为五氧化二铌(Nb2O5)、二氧化钛(TiO2)、氧化钨(WO3)、氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)、氧化镓锌(GZO)或氧化铟锌(IZO)。
进一步的，两个保护性减反射金属氧化物层的厚度均为30～50纳米。
进一步的，银合金导电层材质为铜银合金或铝银合金的氧化物或氮化物，其分子式为AgxB1-xCy，B代表铜元素Cu或铝元素Al，C代表氧元素O或者氮元素N，x和y代表摩尔总量的百分比，x的范围为0.9～0.98，y的范围为0.02～0.1。
进一步的，所述金属导电层的厚度为6～15纳米。
所述复合透明导电膜中的氧化物层，能够减少金属膜的反射，增加整体的透过率，同时，能够防止金属被氧化，在保证高的可见光透过率、低反射率的同时，可将紫外光反射。
溅射工艺：所述复合透明导电膜的核心功能层主要依靠金属Ag膜的导电性能。由于Ag在溅镀生长时，容易以岛状形式生长，形成膜状结构时需要较厚的厚度(通常大于12纳米)，因此，导致整体的透过率很低，很难制备出高透过率、低电阻的透明导电薄膜。本发明采用一种特殊的靶材和溅射方式，即采用银铝或者银铜合金靶，在氧气或氮气和氩气气氛中，通过反应溅射来溅镀银合金膜。这种方法不仅能显著降低银金属膜成膜的阈值厚度(约4纳米)，同时能提高银膜的防氧化性能。
所述复合透明导电膜的可见光透过率还可高于90％，表面方块电阻低于5欧姆。
所述复合透明导电膜的可见光透过率还可高于88％，表面方块电阻低于8欧姆。
本发明还提供一种制造高透过率、低电阻的方法，所述方法包括：提供透明基底(玻璃或者PET)；用磁控溅射溅镀保护性减反射氧化物层；以及用反应溅射溅镀银合金导电层。
附图说明
图中1为本发明的示意图；
其中：透明基底，2、4为保护性减反氧化物层，3为银合金导电层。
具体实施方式
实施例一
如图1所示，该图示出一种复合透明导电膜的一个实施方案，所述复合透明导电膜包含透明基底(1)，保护性减反氧化物层(2和4)和银合金导电层(3)。
透明基底底(1)是由无机玻璃构成。优选地，柔性透明衬底(1)的厚度为0.5毫米。
所述金属导电层(3)可由Ag、Al、O或由Ag、Cu、O或者Ag、Al、N或由Ag、Cu、N等组成的Ag合金金属层构成。在优选实施方案中，采用Ag、Al、O等元素组成的银合金作为金属导电层。采用Ag0.95Al0.05合金靶，在氩气和氧气混合气气氛下，利用反应磁控溅射，制备Ag0.95Al0.05Ox合金导电层，其厚度为8纳米。
所述保护性减反射层(2)包括但不限于选自由五氧化二铌(Nb2O5)、二氧化钛(TiO2)、氧化钨(WO3)、氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)、氧化镓锌(GZO)或氧化铟锌(IZO)等其中一种材料组成。在优选实施方案中，保护性减反射层(2)为二氧化钛(TiO2)。氧化物通常由磁控溅射镀膜形成，其厚度为40纳米。靶材为二氧化钛陶瓷靶。
所述保护性减反射层(4)包括但不限于选自由五氧化二铌(Nb2O5)、二氧化钛(TiO2)、氧化钨(WO3)、氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)、氧化镓锌(GZO)或氧化铟锌(IZO)等其中一种材料组成。在优选实施方案中，保护性减反射层(4)为二氧化钛(TiO2)。氧化物通常由磁控溅射镀膜形成，其厚度为35纳米。靶材为二氧化钛陶瓷靶。
本实施方案所获得的复合透明导电膜，表面方阻为9.5欧姆，透过率为93.1％。
实施例二
如图1所示，该图示出一种复合透明导电膜的一个实施方案，所述复合透明导电膜包含透明基底(1)，保护性减反氧化物层(2和4)和银合金导电层(3)。
透明基底底(1)是由无机玻璃构成。优选地，柔性透明衬底(1)的厚度为0.5毫米。
所述金属导电层(3)可由Ag、Al、O或由Ag、Cu、O或者Ag、Al、N或由Ag、Cu、N等组成的Ag合金金属层构成。在优选实施方案中，采用Ag、Al、O等元素组成的银合金作为金属导电层。采用Ag0.95Al0.05合金靶，在氩气和氧气混合气气氛下，利用反应磁控溅射，制备Ag0.95Al0.05Ox合金导电层，其厚度为12纳米。
所述保护性减反射层(2)包括但不限于选自由五氧化二铌(Nb2O5)、二氧化钛(TiO2)、氧化钨(WO3)、氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)、氧化镓锌(GZO)或氧化铟锌(IZO)等其中一种材料组成。在优选实施方案中，保护性减反射层(2)为二氧化钛(TiO2)。氧化物通常由磁控溅射镀膜形成，其厚度为43纳米。靶材为二氧化钛陶瓷靶。
所述保护性减反射层(4)包括但不限于选自由五氧化二铌(Nb2O5)、二氧化钛(TiO2)、氧化钨(WO3)、氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)、氧化镓锌(GZO)或氧化铟锌(IZO)等其中一种材料组成。在优选实施方案中，保护性减反射层(4)为二氧化钛(TiO2)。氧化物通常由磁控溅射镀膜形成，其厚度为38纳米。靶材为二氧化钛陶瓷靶。
本实施方案所获得的复合透明导电膜，表面方阻为4.5欧姆，透过率为90.4％。
实施例三
如图1所示，该图示出一种复合透明导电膜的一个实施方案，所述复合透明导电膜包含透明基底(1)，保护性减反氧化物层(2和4)和银合金导电层(3)。
透明基底底(1)是由柔性透明聚对苯二甲酸乙二醇酯及其在双面涂覆紫外固化的聚丙烯酸酯硬化涂层构成。优选地，柔性透明衬底(1)的厚度为125微米，也可以是50微米。所述紫外固化的聚丙烯酸酯硬化涂层，采用传统的卷绕式涂布法均匀涂覆在柔性透明PET衬底的两侧，以改善柔性透明衬底(1)的强度、硬度以及耐久性等。
所述金属导电层(3)可由Ag、Al、O或由Ag、Cu、O或者Ag、Al、N或由Ag、Cu、N等组成的Ag合金金属层构成。在优选实施方案中，采用Ag、Al、O等元素组成的银合金作为金属导电层。采用Ag0.95Al0.05合金靶，在氩气和氧气混合气气氛下，利用反应磁控溅射，制备Ag0.95Al0.05Ox合金导电层，其厚度为10纳米。
所述保护性减反射层(2)包括但不限于选自由五氧化二铌(Nb2O5)、二氧化钛(TiO2)、氧化钨(WO3)、氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)、氧化镓锌(GZO)或氧化铟锌(IZO)等其中一种材料组成。在优选实施方案中，保护性减反射层(2)氧化铟锡(ITO)。氧化物通常由磁控溅射镀膜形成，其厚度为40纳米。靶材为氧化铟锡陶瓷靶。
所述保护性减反射层(4)包括但不限于选自由五氧化二铌(Nb2O5)、二氧化钛(TiO2)、氧化钨(WO3)、氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)、氧化镓锌(GZO)或氧化铟锌(IZO)等其中一种材料组成。在优选实施方案中，保护性减反射层(4)为二氧化钛(TiO2)。氧化物通常由磁控溅射镀膜形成，其厚度为35纳米。靶材为氧化铟锡陶瓷靶。
本实施方案所获得的复合透明导电膜，表面方阻为7.5欧姆，透过率为89％。
本发明所述的优选实施方案，其详细描述意图为说明性的，不应理解为是对本公开范围的限制。本发明所公开的任何单独材料、数值或特性都可与本公开的任何其他材料、数值或特性互换使用，如同本发明所给出的具体实施方案一样。任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其材料、形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种复合透明导电膜，包括透明基底层、两个保护性减反射金属氧化物层以及银合金导电层，且形成四层结构；
从上至下依次为：上保护性减反射金属氧化物层、银合金导电层、下保护性减反射金属氧化物层、透明基底层。
2.如权利要求1所述的复合透明导电膜，其特征在于：上述四层结构是通过磁控溅射的方法将保护性减反射金属氧化物和银分层溅射到透明基底上形成的。
3.如权利要求1或2所述的复合透明导电膜，其特征在于：所述四层结构的可见光透过率至少达到88％。
4.如权利要求1所述的复合透明导电膜，其特征在于：上保护性减反射金属氧化物层、银合金导电层以及下保护性减反射金属氧化物层整体的方块电阻低于10欧姆。
5.如权利要求1所述的复合透明导电膜，其特征在于：透明基底层材质为柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯、有机玻璃或无机玻璃。
6.如权利要求1所述的复合透明导电膜，其特征在于：保护性减反射氧化物层材质为五氧化二铌(Nb2O5)、二氧化钛(TiO2)、氧化钨(WO3)、氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)、氧化镓锌(GZO)或氧化铟锌(IZO)。
7.如权利要求1或6所述的复合透明导电膜，其特征在于：两个保护性减反射金属氧化物层的厚度均为30～50纳米。
8.如权利要求1或2所述的复合透明导电膜，其特征在于：银合金导电层材质为铜银合金或铝银合金的氧化物或氮化物，其分子式为AgxB1-xCy，B代表铜元素Cu或铝元素Al，C代表氧元素O或者氮元素N，x和y代表摩尔总量的百分比，x的范围为0.9～0.98，y的范围为0.02～0.1。
9.如权利要求1或2所述的复合透明导电膜，其特征在于：所述金属导电层的厚度为6～15纳米。
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