TWI436957B - 電子元件 - Google Patents

Description

電子元件

本發明涉及一種電子元件，尤其涉及一種用於偏振片、電極電池、場發射顯示等領域的含有透明導電層的電子元件。

從1991年日本科學家Iijima首次發現奈米碳管(Car-bon Nanotube,CNT)以來(“Helical microtu-bules of graphitic carbon”Iijima S.,Nature,Vol 354,p56(1991))，以奈米碳管為代表的奈米材料以其獨特的結構和性質引起了人們極大的關注。近幾年來，隨著奈米碳管及奈米材料研究的不斷深入，其廣闊應用前景不斷顯現出來。例如，由於奈米碳管所具有的獨特的電磁學、光學、力學、化學性能等，大量有關其在場發射電子源、傳感器、新型光學材料、軟鐵磁材料等領域的應用研究不斷被報道。

奈米碳管層為奈米碳管實際應用的一種重要形式。具體地，奈米碳管層已被研究用作場發射源、光電和生物傳感器、電池電極、吸波材料、水淨化材料、發光材料等。

先前技術中的液晶顯示器(LCD)、電漿顯示器(PDP)、電致發光顯示器(EL/OLED)、觸摸屏(Touch Panel)、太陽能電池以及其它電子儀錶通常需要一個具有透明導電層的電子元件，該電子元件通常包括一基體和一透明導電層。上述的透明導電層通常採用ITO層。上述ITO層主 要採用濺射或蒸鍍等方法製備，在製備的過程，需要較高的真空環境及加熱到200~300℃，因此，使得ITO層的製備成本較高，從而相應地使的電子元件得成本較高。另外，由於ITO層的機械和化學耐用性不够好及ITO層作透明導電層存在電阻阻值分布不均勻等缺點，導致了先前的電子元件的性能不好。

有鑒於此，確有必要提供一種電子元件，該電子元件的透明導電層具有成本低、機械性能優异、阻值分布均勻及透光性好等優點。

一種電子元件，該電子元件包括一基體；一透明導電層，該透明導電層設置於所述基體的表面。其中，所述透明導電層包括一奈米碳管層。

與先前技術的電子元件相比較，本技術方案提供的電子元件具有以下優點：其一，由於奈米碳管層具有很好的韌性和機械强度，故，采用奈米碳管層作透明導電層，可以相應的提高電子元件的耐用性。其二，由於奈米碳管層具有較均勻的結構，故，采用奈米碳管層作透明導電層，可使得透明導電層具有均勻的電阻，從而提高電子元件的性能。其三，由於本技術方案的奈米碳管層可通過直接鋪設作透明導電層，而無需濺射和加熱等工藝，故，降低了電子元件的製作成本。

以下將結合附圖對本技術方案作進一步的詳細說明。

請參閱圖1和圖2，本技術方案實施例提供一種電子元件20包括一基體22和一透明導電層24。透明導電層24設置在基體22的至少一個表面上。

所述基體22為一曲面型或平面型的結構。該基體22由玻璃、石英、金剛石或塑料等硬性材料或柔性材料形成。所述基體22主要起支撑的作用。

所述透明導電層24包括至少一個奈米碳管層，該奈米碳管層包括無序或有序排列的多個奈米碳管。當奈米碳管層包括多個有序奈米碳管時，所述多個奈米碳管在所述奈米碳管層中平行於基體表面排列，且沿同一方向擇優取向排列或沿不同方向擇優取向排列或各向同性。具體地，所述奈米碳管層為一個奈米碳管薄膜或多個平行且無間隙鋪設的奈米碳管薄膜。

另，本實施例中，所述透明導電層24包括至少兩個重叠設置的奈米碳管層。每個奈米碳管層中的奈米碳管沿固定方向擇優取向排列，相鄰的兩個奈米碳管層中的沿同一方向排列或沿不同方向排列，具體地，相鄰的兩個奈米碳管層中的奈米碳管層具有一交叉角度α，0 α 90度，具體角度可依據實際需求製備。可以理解，由於所述透明導電層24中的奈米碳管層可重叠設置，故，所述透明導電層24的厚度不限，可根據實際需要製成具有任意厚度的透明導電層24。

本實施例中，所述奈米碳管薄膜的寬度與奈米碳管陣列所生長的基底的尺寸有關，該奈米碳管薄膜的長度不限 ，可根據實際需求製得。由於采用化學氣相沈積法(CVD法)生長在4英寸的基底生長超順排奈米碳管陣列，並進行進一步地處理所得一奈米碳管薄膜，故該奈米碳管薄膜的寬度可為0.01厘米~10厘米，該奈米碳管薄膜的厚度為10奈米~100微米。所述奈米碳管薄膜包括單壁奈米碳管、雙壁奈米碳管及多壁奈米碳管的一種或幾種。其中，該單壁奈米碳管的直徑為0.5奈米~50奈米；該雙壁奈米碳管的直徑為1.0奈米~50奈米；該多壁奈米碳管的直徑為1.5奈米~50奈米。

本技術方案實施例透明導電層24包括至少兩個重叠設置的奈米碳管層，每一奈米碳管層包括多個定向排列的奈米碳管，且相鄰的兩個奈米碳管層中的奈米碳管沿不同方向排列或沿同一方向排列。所述透明導電層的製備方法主要包括以下步驟：

步驟一：提供一奈米碳管陣列，優選地，該陣列為超順排奈米碳管陣列。

本技術方案實施例提供的奈米碳管陣列為單壁奈米碳管陣列、雙壁奈米碳管陣列或多壁奈米碳管陣列。本實施例中，超順排奈米碳管陣列的製備方法采用化學氣相沈積法，其具體步驟包括：(a)提供一平整基底，該基底可選用P型或N型矽基底，或選用形成有氧化層的矽基底，本實施例優選為採用4英寸的矽基底；(b)在基底表面均勻形成一催化劑層，該催化劑層材料可選用鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)或其任意組合的合金之一；(c)將上述形成有催化劑層的基底在700~900℃的空氣中退 火約30分鐘~90分鐘；(d)將處理過的基底置於反應爐中，在保護氣體環境下加熱到500~740℃，然後通入碳源氣體反應約5~30分鐘，生長得到超順排奈米碳管陣列，其高度為200~400微米。該超順排奈米碳管陣列為多個彼此平行且垂直於基底生長的奈米碳管形成的純奈米碳管陣列。通過上述控製生長條件，該超順排奈米碳管陣列中基本不含有雜質，如無定型碳或殘留的催化劑金屬顆粒等。該奈米碳管陣列中的奈米碳管彼此通過凡德瓦爾力緊密接觸形成陣列。該奈米碳管陣列與上述基底面積基本相同。

本實施例中碳源氣可選用乙炔、乙烯、甲烷等化學性質較活潑的碳氫化合物，本實施例優選的碳源氣為乙炔；保護氣體為氮氣或惰性氣體，本實施例優選的保護氣體為氬氣。

可以理解，本實施例提供的奈米碳管陣列不限於上述製備方法。也可為石墨電極恒流電弧放電沈積法、激光蒸發沈積法等。

步驟二：采用一拉伸工具從奈米碳管陣列中拉取獲得一奈米碳管薄膜。其具體包括以下步驟：(a)從上述奈米碳管陣列中選定一定寬度的多個奈米碳管片斷，本實施例優選為采用具有一定寬度的膠帶接觸奈米碳管陣列以選定一定寬度的多個奈米碳管片斷；(b)以一定速度沿基本垂直於奈米碳管陣列生長方向拉伸該多個奈米碳管片斷，以形成一連續的奈米碳管薄膜。

在上述拉伸過程中，該多個奈米碳管片段在拉力作用下沿拉伸方向逐漸脫離基底的同時，由於凡德瓦爾力作用，該選定的多個奈米碳管片斷分別與其他奈米碳管片斷首尾相連地連續地被拉出，從而形成一奈米碳管薄膜。該奈米碳管薄膜包括多個首尾相連且定向排列的奈米碳管束。該奈米碳管薄膜中奈米碳管的排列方向基本平行於奈米碳管薄膜的拉伸方向。

步驟三：製備上述的兩個奈米碳管薄膜，並重叠且交叉設置，從而形成透明導電層24。

取上述製備的兩個奈米碳管薄膜，每一個奈米碳管薄膜作為一個奈米碳管層。重叠設置上述的兩個奈米碳管層，從而使得到上述兩個奈米碳管層中的定向排列的奈米碳管之間具有一交叉角度α，0 α 90°。可以理解，由於奈米碳管薄膜中奈米碳管的排列方向基本平行於奈米碳管薄膜的拉伸方向，故，可以使得上述的兩個奈米碳管層之間的奈米碳管成一交叉角度α設置。

請參閱圖3，該奈米碳管薄膜為擇優取向排列的多個奈米碳管束首尾相連形成的具有一定寬度的奈米碳管薄膜。該奈米碳管薄膜中奈米碳管的排列方向基本平行於奈米碳管薄膜的拉伸方向。該直接拉伸獲得的擇優取向排列的奈米碳管薄膜比無序的奈米碳管薄膜具有更好的均勻性，即具有更均勻的厚度以及具有均勻的導電性能。同時該直接拉伸獲得奈米碳管薄膜的方法簡單快速，適宜進行工業化應用。故，採用本技術方案的奈米碳管層作透明導電層24，可以降低了電子元件20的製作。

可以理解，由於本實施例超順排奈米碳管陣列中的奈米碳管非常純淨，且由於奈米碳管本身的比表面積非常大，所以該奈米碳管薄膜本身具有較强的粘性。因此，采用本實施例中的奈米碳管薄膜形成奈米碳管層，並作為透明導電層24時，可直接粘附在基體22的一個表面上。

另外，可使用有機溶劑處理上述粘附在基體22上的奈米碳管層。具體地，可通過試管將有機溶劑滴落在奈米碳管層表面浸潤整個奈米碳管層。該有機溶劑為揮發性有機溶劑，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿，本實施例中採用乙醇。所述奈米碳管薄膜經有機溶劑浸潤處理後，在揮發性有機溶劑的表面張力的作用下，奈米碳管薄膜中的平行的奈米碳管片斷會部分聚集成奈米碳管束，因此，該奈米碳管薄膜表面體積比小，無粘性，且具有良好的機械强度及韌性。

此外，根據實際需要，還可在透明導電層24的一個表面上設置有至少兩個電極26。優選地，上述的至少兩個電極26間隔設置在透明導電層24遠離基體22的一個表面上。可以理解，上述的電極26也可以設置在透明導電層24的不同表面上，其關鍵在於確保上述的電極26與透明導電層24形成電連接即可。上述至少兩個電極26的材料可以為銅、銀、金、石墨或奈米碳管長綫。具體地，在本實施例中，基體22為玻璃基板，所述至少兩個電極26為由銅的鍍層或者箔片組成的條狀電極。所述電極26可以採用濺射、電鍍、化學鍍等沈積方法直接形成在透明導電層24上。另外，也可用銀膠等導電粘結劑將上述的至 少兩個電極26粘結在透明導電層24上。

可以理解，在本技術方案提供的電子元件20的透明導電層24上采用光刻或激光刻蝕的方法，形成布綫後，所述電子元件20可以用作透明電極或電路用於平面顯示、光電、觸摸屏、電致發光和電磁屏蔽(EMI)中。

具體地，當用於做熱源時，電子元件20可包括兩個電極，上述的兩個電極間隔設置在透明導電層24的遠離基體22的一個表面上。上述的兩個電極分別連接導線後，接入電源。由於上述的兩個電極間隔一定距離設置。故，在上述兩個電極之間的透明導電層24上接入了一定的阻值，防止了短路現象的發生。因此，當電源接入後，電子元件20的透明導電層24可輻射出一定波長範圍的電磁波。

當用於觸摸屏時，電子元件20可包括四個電極，上述的四個電極間隔設置在透明導電層24的遠離基體22的一個表面上。上述的四個電極分別連接導線，接入電源。由於上述的四個電極間隔一定距離設置，且所述透明導電層24包括一奈米碳管層，該奈米碳管層中的奈米碳管有序排列，從而使得透明導電層24具有均勻的阻值分布。故，接入電源後，在透明導電層24上形成均勻分布的等電位面。當手指或導電筆等觸摸物觸摸或靠近觸摸屏的透明導電層24時，觸摸物與透明導電層24之間形成一耦合電容。對於高頻電流來說，電容為直接導體，故，手指從接觸點吸走了一部分電流。這個電流分別從觸摸屏20上的電極中流出，並且流經這四個電極的電流與手指 到四角的距離成正比，觸摸屏控製器通過對這四個電流比例的精確計算，得出觸摸點的位置。

本技術方案實施例提供的電子元件20具有以下優點：其一，由於奈米碳管層具有很好的韌性和機械强度，故，采用奈米碳管層作透明導電層24，可以相應的提高電子元件的耐用性。其二，由於奈米碳管層具有較均勻的結構，故，采用奈米碳管層作透明導電層24，可使得透明導電層具有均勻的電阻，從而提高電子元件的性能。其三，由於本技術方案的奈米碳管層可通過直接鋪設作透明導電層，而無需濺射和加熱等工藝，故，降低了電子元件的製作成本。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，自不能以此限製本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

30‧‧‧電子元件

22‧‧‧基體

24‧‧‧透明導電層

26‧‧‧電極

圖1為本技術方案實施例的電子元件的結構示意圖。

圖2為沿圖1所示的線II-II的剖視圖。

圖3為本技術方案實施例的透明導電層的奈米碳管薄膜的掃描電鏡圖。

22‧‧‧基體

24‧‧‧透明導電層

26‧‧‧電極

Claims (13)

1. 一種電子元件，包括一基體；一透明導電層，該透明導電層設置於所述基體的至少一個表面，其改良在於，所述透明導電層包括至少一個奈米碳管層，該奈米碳管層包括多個有序奈米碳管，所述多個奈米碳管在所述奈米碳管層中平行於基體表面排列，且沿同一方向擇優取向排列。
2. 如申請專利範圍第1項所述的電子元件，其中，所述奈米碳管層為一個奈米碳管薄膜或多個平行且無間隙鋪設的奈米碳管薄膜，該奈米碳管薄膜包括多個沿同一方向擇優取向排列的奈米碳管。
3. 如申請專利範圍第2項所述的電子元件，其中，所述奈米碳管薄膜進一步包括多個奈米碳管束片段，每個奈米碳管束片段具有大致相等的長度且每個奈米碳管束片段由多個相互平行的奈米碳管束構成，所述多個奈米碳管束片段兩端通過凡德瓦爾力相互連接。
4. 如申請專利範圍第2項所述的電子元件，其中，所述奈米碳管薄膜的厚度為0.01微米~100微米。
5. 如申請專利範圍第4項所述的電子元件，其中，所述奈米碳管包括單壁奈米碳管、雙壁奈米碳管及多壁奈米碳管中的一種或几種。
6. 如申請專利範圍第5項所述的電子元件，其中，所述單壁奈米碳管的直徑為0.5奈米~50奈米，雙壁奈米碳管的直徑為1.0奈米~50奈米，多壁奈米碳管的直徑為1.5奈米~50奈米。
7. 如申請專利範圍第1項所述的電子元件，其中，所述透明導電層包括至少兩個重叠設置的奈米碳管層，每個奈米碳管層中的奈米碳管沿固定方向擇優取向排列。
8. 如申請專利範圍第7項所述的電子元件，其中，所述相鄰兩個奈米碳管層之間的奈米碳管沿不同方向排列或沿同一方向排列，即具有一交叉角度α，α大於等於0度且小於等於90度。
9. 如申請專利範圍第1項所述的電子元件，其中，所述電子元件進一步包括至少兩個電極，該至少兩個電極間隔設置在上述透明導電層的一表面或基體的一表面，並與該透明導電層電連接。
10. 如申請專利範圍第9項所述的電子元件，其中，所述至少兩電極的材料為銅、銀、金、鉬或石墨。
11. 如申請專利範圍第10項所述的電子元件，其中，所述至少兩個電極通過一導電銀膠設置在透明導電層上。
12. 如申請專利範圍第1項所述的電子元件，其中，所述基體為平面基體或曲面基體。
13. 如申請專利範圍第1項所述的電子元件，其中，所述基體的材料為玻璃、石英、金剛石或塑料。