CN105855711B - 透明导电板的激光蚀刻方法及其所制成的透明导电板 - Google Patents
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Abstract
一种透明导电板的激光蚀刻方法及其所制成的透明导电板，透明导电板的激光蚀刻方法的步骤包括：提供设有透明导电层的透明导电板；持续地发出数次激光光束至透明导电层；其中，将这些次激光光束中心点沿前路径与重叠衔接于前路径起始处的后路径行进，以蚀刻形成首尾相接沟槽；或者，将这些次激光光束中心点依序沿横向路径与未相交于横向路径的纵向路径行进，以蚀刻形成T字形沟槽；或者，将这些次激光光束中心点依序沿第一路径、曲线路径、及大致垂直于第一路径的第二路径行进，以蚀刻形成类直角沟槽。
Description
技术领域
本发明有关一种激光蚀刻方法，且特别有关于一种透明导电板的激光蚀刻方法及其所制成的透明导电板。
背景技术
平面显示器与太阳能为目前国内重点产业，而以铟锡氧化物(indium tin oxide，ITO)制成的透明导电层则常应用在触控面板、平面显示器、抗静电膜、太阳能电池的透明电极、防反光涂布及热反射镜(heat reflecting mirror)上，目前ITO导电层大都镀于塑料基板作为软性触控面板材料，其轻薄、耐冲击及可挠曲等特性的优势，可望在可挠式(软式)显示器与太阳能板等应用領域取代导电玻璃。
习用ITO导电层主要由氧化锡及氧化铟组合而成，其氧化锡及氧化铟比例为1∶9。目前产业界常用的电极图案加工方法为微影蚀刻(lithography)，其制作方法复杂及耗时，亦容易造成ITO导电层表面化学污染。目前产业界开始采用雷射直接加工法(direct-writemethod)，以对ITO导电层直接进行激光蚀刻，该技术为干式制程，不仅降低设备成本，亦提高制程效率。再者，有别于上述无机金属镀层制作之ITO导电层，近年来开始采用有机透明导电层，上述有机透明导电层具良好的导电特性，例如：阻抗低、厚度可以低于100纳米(nm)、及透光率可以高于85％。此外，有机透明导电层经激光烧蚀后的残留物可以较少，且易于清理。
然而，不论是ITO导电层或是有机透明导电层，在激光蚀刻的过程中，部分的特定路径图案易产生蚀刻不足或是过度蚀刻的问题。于是，本发明人有感上述缺失之可改善，乃特潜心研究并配合学理之运用，终于提出一种设计合理且有效改善上述缺失的本发明。
发明内容
本发明实施例在于提供一种透明导电板的激光蚀刻方法及其所制成的透明导电板，能有效地改善现有特定路径图案易产生蚀刻不足或是过度蚀刻的问题。
本发明实施例提供一种透明导电板的激光蚀刻方法，包括：提供一透明导电板，其中该透明导电板具有一透明的绝缘基材及形成于该绝缘基材上的一透明导电层；于该透明导电层定义出一预设蚀刻路径，其中该预设蚀刻路径包含有一预设首尾相接路径、一预设T字形路径、及一预设直角路径的至少其中之一；以及以一激光设备持续地发出数次激光光束至该透明导电板的透明导电层，并且将投射至该透明导电层上的这些次激光光束中心点依循部分该预设蚀刻路径行进；其中，当在实施该预设首尾相接路径的蚀刻时，将这些次激光光束中心点在该透明导电层上沿一前路径与重叠衔接于该前路径起始处的一后路径行进，以蚀刻形成一首尾相接沟槽；当在实施该预设T字形路径的蚀刻时，将这些次激光光束中心点在该透明导电层上依序沿一横向路径与一未相交于该横向路径的纵向路径行进，以蚀刻形成一T字形沟槽；其中，该横向路径与该纵向路径的最短距离，其小于投射至该透明导电层上的激光光束直径并大于投射至该透明导电层上的激光光束半径；及当在实施该预设直角路径的蚀刻时，将这些次激光光束中心点在该透明导电层上依序沿一第一路径、一曲线路径、及大致垂直于该第一路径的一第二路径行进，以蚀刻形成一类直角沟槽。
本发明实施例另提供一种以上述透明导电板的激光蚀刻方法所制成的透明导电板。
综上所述，本发明实施例所提供的透明导电板的激光蚀刻方法及其所制成的透明导电板，通过在实施预设首尾相接路径、预设T字形路径、或预设直角路径的蚀刻时的具体路径调整，藉以能有效地改善现有特定路径图案易产生蚀刻不足或是过度蚀刻的问题。
为使能更进一步了解本发明之特征及技术内容，请参阅以下有关本发明之详细说明与附图，但是此等说明与所附图式仅系用来说明本发明，而非对本发明的权利范围作任何的限制。
附图说明
图1为本发明透明导电板的激光蚀刻方法的立体示意图。
图2A为图1中X区域的蚀刻路径示意图。
图2B为透明导电板依循图2A的蚀刻路径的蚀刻后示意图。
图3A为图1中Y区域的蚀刻路径示意图。
图3B为图1中Y区域的另一蚀刻路径示意图。
图3C为透明导电板依循图3A或图3B的蚀刻路径的蚀刻后示意图。
图4A为图1中Z区域的蚀刻路径示意图。
图4B为透明导电板依循图4A的蚀刻路径的蚀刻后示意图。
图4C为图1中Z区域的另一蚀刻路径示意图。
图4D为透明导电板依循图4C的蚀刻路径的蚀刻后示意图。
具体实施方式
请参阅图1至图4D，其为本发明的一实施例，需先说明的是，本实施例对应图式所提及之相关数量与外型，仅用以具体地说明本发明的实施方式，以便于了解其内容，而非用以局限本发明的权利范围。
本实施例为一种透明导电板的激光蚀刻方法，而为便于理解，本实施例以图式所呈现的蚀刻路径为例，但于实际应用时，蚀刻路径不受限于此。其中，在参阅每一步骤所对应之图式时，并请视需要一并参酌其它图式。而有关本实施例透明导电板的激光蚀刻方法之步骤大致说明如下：
步骤S110：请参阅图1，提供一透明导电板1，并且上述透明导电板1具有一透明的绝缘基材11及形成于绝缘基材11上的一透明导电层12。
其中，所述绝缘基材11于本实施例中可以是选用聚酸甲酯(polymethylmethacrylate，PMMA)板、聚碳酸酯(polycarbonate，PC)板、聚酰胺(Polyamide，PA)板、压克力板、聚对苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate，PET)板、或玻璃基板，但绝缘基材11之选用并不以上述为限。
所述透明导电层12于本实施例中则是以一聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT/PSS)的调制溶液涂覆于绝缘基材11表面而制成。再者，透明导电层12亦可以添加长度小于10μm的纳米碳管或是线径小于500纳米(nm)的纳米银线，并且上述纳米碳管或纳米银线的添加量相对于透明导电层12的重量百分比优选为不大于10％。另，所述透明导电板1优选是选用透明导电层12厚度小于500nm的透明导电板1。
步骤S130：请参阅图1，于上述透明导电层12定义出一预设蚀刻路径13，并且所述预设蚀刻路径13包含有一预设首尾相接路径(如：图1中X区域所涵盖的预设蚀刻路径13部位)、一预设T字形路径(如：图1中Y区域所涵盖的预设蚀刻路径13部位)、及一预设直角路径(如：图1中Z区域所涵盖的预设蚀刻路径13部位)的至少其中之一。而于本实施例中是以上述预设蚀刻路径13同时包含有预设首尾相接路径、预设T字形路径、及预设直角路径此三种路径为例，但于实际应用时，预设蚀刻路径13并不以此为限。
须补充说明的是，以往在进行预设首尾相接路径、预设T字形路径、及预设直角路径此三种路径之激光蚀刻时，激光设备所发出的激光光束是完全依循上述路径进行蚀刻，进而易产生蚀刻深度不足或是蚀刻过度之问题。为便于理解这些问题，下述将分别说明其缘由：
若激光光束完全依循预设首尾相接路径进行蚀刻时，由于激光设备刚开始所发出的激光光束以及即将停止之前所发出的激光光束，其能量易有渐增或渐减之情况，此易造成预设首尾相接路径之起点或终点处的蚀刻深度不足或过度蚀刻。
若激光光束完全依循预设T字形路径进行蚀刻时，预设T字形路径的接点处则因为激光光束的蚀刻次数较多，易造成蚀刻过度之问题，进而在蚀刻过度之处产生亮点。
若激光光束完全依循预设直角路径进行蚀刻时，由于每次激光光束是属于面形的蚀刻范围，因而在预设直角路径的直角部位的内侧易产生数次激光光束之重叠，使其易造成蚀刻过度之问题，进而在蚀刻过度之处产生亮点。
步骤S150：请参阅图1，以一激光设备2持续地发出数次激光光束21至所述透明导电板1的透明导电层12，并且将投射至透明导电层12上的这些次激光光束21中心点依循部分预设蚀刻路径13行进。进一步地说，在进行预设首尾相接路径、预设T字形路径、及预设直角路径此三种路径的蚀刻时，所述激光光束21中心点不会完全依照上述三种路径行进；但所述激光光束21中心点会完全依循上述三种路径以外的预设蚀刻路径13部位。在实施上述预设首尾相接路径、预设T字形路径、及预设直角路径此三种路径的蚀刻时，所述激光光束21中心点的行进路径将会适度调整如下：
步骤S151：请参阅图2A和图2B，当在实施上述预设首尾相接路径的蚀刻时，将这些次激光光束21中心点a1～a6、bn-5～bn在透明导电层12上沿一前路径与重叠衔接于前路径起始处的一后路径行进，以蚀刻形成一首尾相接沟槽121。
其中，所述前路径是指图2A中激光光束21中心点a1朝向激光光束21中心点a2～a6的行经路线，也就是说，激光光束21中心点a1～a6是沿着上述前路径行进。而前路径之起始处于图2A中，则是相当于激光光束21中心点a1与激光光束21中心点a2之间的前路径部位。
再者，所述后路径是指图2A中自激光光束21中心点bn-5朝向激光光束21中心点bn-4～bn的行经路线，也就是说，激光光束21中心点bn-5～bn是沿着上述后路径行进。而后路径与前路径的重叠长度L于图2A中则是相当于：激光光束21中心点a1之激光蚀刻区域(如图2A中位于左侧的圆形假想线)与激光光束21中心bn之激光蚀刻区域(如图2A中位于右侧的圆形假想线)两者彼此远离的两边缘之距离。
进一步地说，本实施例是将这些次激光光束21中心点a1～a6、bn-5～bn所依循行进的前路径与后路径之重叠长度L控制在5～20微米(μm)，尤以5～10μm为佳，但不以此为限。
综合来看，本实施例激光光束21所依循的前路径与后路径两者需维持特定大小的重叠长度L，此显然有别于预设首尾相接路径，藉以通过规画上述重叠长度L而能够有效地改善以往预设首尾相接路径的蚀刻不完整或过度蚀刻的现象。
步骤S152：请参阅图3A至图3C，当在实施预设T字形路径的蚀刻时，将这些次激光光束21中心点c1～c7、d1～d5在透明导电层12上依序沿一横向路径与一未相交于上述横向路径的纵向路径行进，以蚀刻形成一T字形沟槽122。
其中，所述横向路径是指图3A(或图3B)中激光光束21中心点c1朝向激光光束21中心点c2～c7的行经路线，也就是说，激光光束21中心点c1～c7是沿着上述横向路径行进。所述纵向路径是指图3A(或图3B)中激光光束21中心点d1朝向激光光束21中心点d2～d5的行经路线，也就是说，激光光束21中心点d1～d5是沿着上述纵向路径行进。须说明的是，图式中是以激光光束21中心点d1作为纵向路径的起始点为例，但亦可以将激光光束21中心点d1所在的位置作为纵向路径的终点。
进一步地说，所述横向路径与纵向路径的最短距离D在图3A(或图3B)相当于激光光束21中心点d1与横向路径之间的距离。然而，为避免激光光束21在沿着横向路径与纵向路径行进时在接点处产生过度蚀刻，因而横向路径与纵向路径的最短距离D需大于投射至透明导电层12上的激光光束21半径(如图3A)；而为使激光光束21在沿着横向路径与纵向路径行进时在接点处维持相接，则横向路径与纵向路径的最短距离D需小于投射至透明导电层12上的激光光束21直径(如图3B)。
综合来看，本实施例激光光束21所依循的横向路径与纵向路径两者需维持特定大小的间隔(即最短距离D)，此显然有别于预设T字形路径，藉以通过规画上述最短距离D而能够有效地改善以往预设T字形路径的过度蚀刻现象。
步骤S153：请参阅图4A至图4D，当在实施上述预设直角路径的蚀刻时，将这些次激光光束21中心点en-4～en、f1～f8、g1～g5在所述透明导电层12上依序沿一第一路径、一曲线路径、及大致垂直于上述第一路径的一第二路径行进，以蚀刻形成一类直角沟槽123。
其中，所述第一路径是指图4A(或图4C)中激光光束21中心点en-4朝向激光光束21中心点en-3～en的行经路线，也就是说，激光光束21中心点en-4～en是沿着上述第一路径行进。所述第二路径是指图4A(或图4C)中激光光束21中心点g1朝向激光光束21中心点g2～g5的行经路线，也就是说，激光光束21中心点g1～g5是沿着上述第二路径行进。
再者，所述曲线路径是指图4A中激光光束21中心点f1朝向激光光束21中心点f2～f8-的行经路线，也就是说，激光光束21中心点f1～f8-是以绕着预设直角路径外侧的方式沿着上述曲线路径行进。或者，曲线路径是指图4C中激光光束21中心点f1朝向激光光束21中心点f2～f6-的行经路线，也就是说，激光光束21中心点f1～f6-是以绕着预设直角路径内侧的方式而沿着上述曲线路径行进。
综合来看，本实施例激光光束21所依循的曲线路径，此显然有别于预设直角路径，藉以通过曲线路径的非直角行进方式而能够有效地改善以往预设直角路径的过度蚀刻现象。补充说明一点，纵使类直角沟槽123的形状异于预设的直角形状，但因为导电层12为透明状，所以不会让使用者察觉出类直角沟槽123形状上的差异。
更详细地说，针对步骤S110所选用的透明导电层12，本实施例于步骤S150中对激光设备2的各参数做进一步之规范，藉以使个参数所对应的实施步骤能够达到优选的蚀刻效果，具体说明如下：
当透明导电层12为PEDOT导电层时，由于PEDOT导电层之光学特性使其呈偏蓝色，因而选用能够发出波长为1064±20nm的红外光激光光束21。并且，在以激光设备2持续地发出这些次激光光束21的步骤中，进一步限定为以激光设备2持续地发射出能量介于1～5瓦(W)的数次红外光激光光束21。
再者，将激光设备2发出激光光束21的脉冲延迟时间(pulse duration time)调整为1～500纳秒(nano-second，ns)，并同时符合脉冲重复频率(Pulse repetition rate，PRR)为50～500千赫兹(kHz)且激光行进速率800～4000毫米/秒(mm/sec)。因此，每次激光光束21投射至透明导电层12上的区域将部分重叠于与其相邻的3～16次激光光束21投射至透明导电层12上的区域(图式为便于观看并未完整绘示)。也就是说，每次激光光束21投射至透明导电层12上的区域将涵盖3～16次的激光光束21中心点。此外，本发明实施例另提供一种经由上述透明导电板的激光蚀刻方法所制成的透明导电板。
再者，为证实上述激光设备2的参数条件确实能改善先前技术所衍生之问题，并能使透明导电板1在经由激光蚀刻后显现突出之功效，发明人通过下表1的各个实验例与下表2的各个对照例进行相关佐证。
须说明的是，上述步骤中的透明导电层12是PEDOT导电层为例，但不排除透明导电层12为ITO导电层。也就是说，当透明导电层12为ITO导电层，并采用上述步骤进行ITO导电层上的预设首尾相接路径、预设T字形路径、或预设直角路径的蚀刻时，依旧会一定程度上地改善蚀刻不足或是过度蚀刻的问题，进而降低ITO导电层的亮点数量。
表2：本发明的各个对照例
举例来说，通过上表1的实验例1～3，可佐证本发明实施例所提供的透明导电板的激光蚀刻方法所使用的激光设备2适用射出能量介于1～5W的数次红外光激光光束21，并且优选为2～4W。依据上表1实验例4、5，可佐证本发明实施例所提供的透明导电板的激光蚀刻方法适用于低重复脉冲激光与高重复脉冲激光，并且PRR适于50～500kHz(优选为200～400kHz)，而激光行进速率适于800～4000mm/sec(优选为1800～2500mm/sec)。通过上表1实验例6与上表2对照例5的比较，可佐证以曲线作为直角处的蚀刻处理，能够有效地改善以往蚀刻过度所产生的亮点问题。依据上表1实验例7、8，可佐证本发明实施例所提供的透明导电板的激光蚀刻方法所使用的透明导电层12适于添加纳米碳管与纳米银线。依据上表1实验例9～11，可佐证本发明实施例所提供的透明导电板的激光蚀刻方法所使用的绝缘基材11适于使用PMMA板、玻璃基板、或表面硬化之PET板。
综合来说，经由上述各实验例的验证，证实上述相关应用使得蚀刻纹路不会明显，且蚀刻区域内无异物残留，而蚀刻后之相邻导线间的短断路不良低于10％。再者，过度蚀刻产生的亮点数可以控制在每单位面积(亮点数/10cm2)5点以下，并且使蚀刻边缘的平整性佳。
另，依据上表2对照例1，可得知对于ITO导电层进行激光蚀刻，易产生残留物，且蚀刻不完整。依据上表2对照例2，可得知当激光设备2以过高的能量进行蚀刻时，容易在绝缘基材产生过度蚀刻，使过度蚀刻的区域透光率提高，而发生亮点之不良现象。依据上表2对照例3，可得知当激光设备2以过低的重复脉冲率实施时，激光蚀刻能量不足，肉眼不易鉴别蚀刻结果，不过以光学显微镜可以看出蚀刻线边际不规则、锯齿状明显，且以电气特性短断路显示不良率高达20％，显示有部分蚀刻不完全产生的短路。依据上表2对照例4，可得知当激光设备2以过度的重复脉冲率实施时，蚀刻纹路明显，且亮点多，影响产品外观。依据上表2对照例6，可得知激光设备2完全依循T字形路径进行蚀刻于接点处首尾，T字形路径的接点处易发生亮点。
[本发明实施例的可能效果]
综上所述，本发明实施例所提供的透明导电板的激光蚀刻方法及其所制成的透明导电板，通过在实施预设首尾相接路径、预设T字形路径、或预设直角路径的蚀刻时的具体路径调整，藉以能有效地改善现有特定路径图案易产生蚀刻不足或是过度蚀刻的问题。
再者，本发明实施例所提供的透明导电板的激光蚀刻方法对于PEDOT导电层进行激光蚀刻可以产生低毛边、高精度的优势，达到提升加工效率与表面质量的目的，进而提供优异的激光蚀刻效果。
以上所述仅为本发明的优选可行实施例，其并非用以局限本发明的专利范围，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
符号说明
1透明导电板
11绝缘基材
12透明导电层
121首尾相接沟槽
122T字形沟槽
123类直角沟槽
13预设蚀刻路径
2激光设备
21激光光束
a1～a6激光光束中心点(沿前路径)
bn-5～bn激光光束中心点(沿后路径)c1～c7激光光束中心点(沿横向路径)d1～d5激光光束中心点(沿纵向路径)en-4～en激光光束中心点(沿第一路径)f1～f8激光光束中心点(沿曲线路径)g1～g5激光光束中心点(沿第二路径)L后路径与前路径的重叠长度
D横向路径与纵向路径的最短距离。
Claims (10)
1.一种透明导电板的激光蚀刻方法，其特征在于，包括：
提供一透明导电板，其中该透明导电板具有一透明的绝缘基材及形成于该绝缘基材上的一透明导电层；
于该透明导电层定义出一预设蚀刻路径，其中该预设蚀刻路径包含有一预设首尾相接路径、一预设T字形路径、及一预设直角路径的至少其中之一；以及
以一激光设备持续地发出数次激光光束至该透明导电板的透明导电层，并且将投射至该透明导电层上的这些次激光光束中心点依循部分该预设蚀刻路径行进；其中，
当在实施该预设首尾相接路径的蚀刻时，将这些次激光光束中心点在该透明导电层上沿一前路径与重叠衔接于该前路径起始处的一后路径行进，以蚀刻形成一首尾相接沟槽；
当在实施该预设T字形路径的蚀刻时，将这些次激光光束中心点在该透明导电层上依序沿一横向路径与一未相交于该横向路径的纵向路径行进，以蚀刻形成一T字形沟槽；其中，该横向路径与该纵向路径的最短距离，其小于投射至该透明导电层上的激光光束直径并大于投射至该透明导电层上的激光光束半径；及
当在实施该预设直角路径的蚀刻时，将这些次激光光束中心点在该透明导电层上依序沿一第一路径、一曲线路径、及大致垂直于该第一路径的一第二路径行进，以蚀刻形成一类直角沟槽。
2.根据权利要求1所述的透明导电板的激光蚀刻方法，其中，在实施该预设蚀刻路径的蚀刻过程中，将每次激光光束投射至该透明导电层上的区域部分重叠于与其相邻的3～16次激光光束投射至该透明导电层上的区域。
3.根据权利要求1所述的透明导电板的激光蚀刻方法，其中，将该激光设备发出激光光束的脉冲延迟时间调整为1～500纳秒。
4.根据权利要求1所述的透明导电板的激光蚀刻方法，其中，当在实施该预设首尾相接路径的蚀刻时，将这些次激光光束中心点所依循行进的该后路径与该前路径的重叠长度控制在5～20微米。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的透明导电板的激光蚀刻方法，其中，在提供该透明导电板的步骤中，该透明导电层以一聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸的调制溶液涂覆于该绝缘基材而制成。
6.根据权利要求5所述的透明导电板的激光蚀刻方法，其中，在以该激光设备持续地发出这些次激光光束的步骤中，进一步限定为以该激光设备持续地发射出能量介于1～5瓦的数次红外光激光光束，并同时符合脉冲重复频率为50～500千赫兹且激光行进速率为800～4000毫米/秒。
7.根据权利要求6所述的透明导电板的激光蚀刻方法，其中，在提供该透明导电板的步骤中，该绝缘基材选用聚酸甲酯板、聚碳酸酯板、聚酰胺板、压克力板、聚对苯二甲酸乙二酯板、或玻璃基板。
8.根据权利要求6所述的透明导电板的激光蚀刻方法，其中，在提供该透明导电板的步骤中，该透明导电层添加长度小于10μm的纳米碳管或是线径小于500nm的纳米银线，并且该纳米碳管或该纳米银线的添加量相对于该透明导电层的重量百分比不大于10％。
9.根据权利要求6所述的透明导电板的激光蚀刻方法，其中，在提供该透明导电板的步骤中，选用该透明导电层厚度小于500纳米的透明导电板。
10.一种根据权利要求1所述的透明导电板的激光蚀刻方法所制成的透明导电板。
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