一种图案化金属网栅薄膜的制作方法与流程

本发明图案化金属网栅薄膜的制作方法属于光学透明导电薄膜技术领域。

背景技术：

透明导电薄膜广泛运用于触控液晶面板、有机发光二极管、光伏器件、智能玻璃以及光窗电磁屏蔽等领域。目前，比较常见的透明导电薄膜有ito薄膜和金属网栅薄膜两种。ito薄膜是在光学基底表面，通过蒸镀或溅射的方法形成一层铟-锡氧化物(ito)膜等的透明导电材料，由于ito薄膜存在机械稳定性差、高温下化学稳定性差、脆性以及稀有金属铟价格昂贵等问题，因此ito薄膜的发展受到了限制；金属网栅薄膜的出现，克服了ito薄膜的上述问题，这类薄膜是在光学基底表面，通过光刻或纳米压印加工方法制作聚合物掩模结构，然后通过金属气相沉积或刮涂金属浆料对其金属化，再将聚合物掩模结构剥离而形成，然而，这类薄膜出现了基于光刻或纳米压印方法制作金属网栅的工艺过程复杂，对设备依赖性高的新问题。

针对金属网栅薄膜工艺过程复杂，对设备依赖性高的新问题，在哈尔滨工业大学申请的发明专利《一种电磁屏蔽光学窗的制作方法(201510262998.7)》中公开了一种电磁屏蔽光学窗的加工工艺，也属于金属网栅薄膜制作方法，该方法首先在平板衬底的上表面滴涂含有水性丙烯酸树脂的裂纹甲油，然后采用旋涂法将其均匀涂覆在衬底表面，形成掩模层薄膜；再在特定温度和湿度范围下，将掩模层薄膜自然干燥，形成裂纹模板；然后在裂纹模板的表面沉积导电金属层；最后溶解去除裂纹模板，得到电磁屏蔽光学窗。

虽然上述方法能够克服传统金属网栅薄膜工艺过程复杂，对设备依赖性高的问题，但是这种方法制作金属网栅时一步到位，直接得到连续的金属网栅透明导电薄膜。而在诸如触摸屏等大多数实际应用中，透明导电薄膜都必须进行图案化，即根据图形设计在基片表面形成固定的导电区域和绝缘区域，而申请号为201510262998.7的发明专利无法在基片表面形成固定的导电区域和绝缘区域。

如果需要对透明导电薄膜图案化，可以在上述方法的基础上，增加如下技术手段：在透明网栅膜上制作开孔阵列掩模结构或其互补结构；并去除掩模结构未覆盖的透明网栅膜；如哈尔滨工业大学申请的发明专利《一种光学透明频率选择表面结构及制作方法(201510262958.2)》。

还可以采用如下技术手段：提前在衬底上表面制作频率选择表面谐振单元掩模结构；如哈尔滨工业大学申请的发明专利《一种金属网栅频率选择表面结构及制作方法(201510262957.8)》。

然而，无论是在透明网栅膜上制作开孔阵列掩模结构或其互补结构，并去除掩模结构未覆盖的透明网栅膜，还是提前在衬底上表面制作频率选择表面谐振单元掩模结构，不仅需要附加材料，增大制作成本，而且污染环境，同时工艺复杂，浪费大量的人力物力。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明公开了一种图案化金属网栅薄膜的制作方法，只需要在发明专利《一种电磁屏蔽光学窗的制作方法(201510262998.7)》的基础上增加激光烧蚀的工艺，即可得到图案化的金属网栅薄膜。

本发明的目的是这样实现的：

一种图案化金属网栅薄膜的制作方法，包括以下步骤：

步骤a、在衬底上采用旋涂法、喷涂法、刮涂法或浸渍提拉法涂覆厚度为1～10μm的网栅掩模液，所述衬底为玻璃、pet、石英、mgf2或zns；所述所述网栅掩模液为水性裂纹漆或水性丙烯酸乳液；

步骤b、自然干燥网栅掩模液，形成网栅掩模结构；

步骤c、采用激光烧蚀方法，在网栅掩模结构上熔融图案区域，形成图案化网栅掩模结构；

步骤d、在图案化网栅掩模结构上沉积金属层；

步骤e、采用丙酮或氯仿溶解去除图案化网栅掩模结构，得到图案化金属网栅薄膜。

上述图案化金属网栅薄膜的制作方法，步骤c具体为：采用波长为1064nm、功率为3～15w、直写速度为0.01m/s～0.5m/s的激光束，在网栅掩模结构表面进行直写，将激光束扫过的网栅掩模结构的区域熔融成图案区域，所述的图案区域为无缝结构。

上述图案化金属网栅薄膜的制作方法，步骤d所述的金属层采用热蒸发方法、磁控溅射方法或电子束蒸发方法沉积在图案化网栅掩模结构上，具有以下两种结构中的任意一种：

结构一：厚度大于100nm的单层金属膜，所述单层金属膜为金、银、铜或铝；

结构二：三明治夹层结构的金属膜，从下至上依次为厚度小于50nm的桥接层、厚度大于100nm的导电层和厚度大于30nm的保护层；所述的桥接层材料为铬、钛或镍，导电层材料为银、铜或铝，保护层材料为铬或镍。

有益效果：

本发明只需要在形成网栅掩模结构与沉积金属层两个步骤之间，增加采用激光烧蚀方法，在网栅掩模结构上熔融图案区域，形成图案化网栅掩模结构的步骤，即可得到图案化的金属网栅薄膜，因此该方法不仅无需附加材料，降低制作成本，而且不会污染环境，同时同申请号为201510262958.2和201510262957.8的发明专利相比，降低了工艺复杂性，节省了大量的人力物力。

附图说明

图1是本发明图案化金属网栅薄膜的制作方法的流程图。

图2是本发明图案化金属网栅薄膜的制作方法的工艺示意图。

图3是图案化金属网栅薄膜的示意图。

图中：11衬底、12网栅掩模液、13网栅掩模结构、14图案区域、15图案化网栅掩模结构、16金属层、17图案化金属网栅薄膜、21金属网栅导电区域、22空白非导电区域。

具体实施例

下面结合附图对本发明的具体实施例作进一步详细描述。

具体实施例一

本实施例的图案化金属网栅薄膜的制作方法，流程图如图1所示，工艺示意图如图2所示。该方法包括以下步骤：

步骤a、在衬底11上采用旋涂法、喷涂法、刮涂法或浸渍提拉法涂覆厚度为1～10μm的网栅掩模液12，所述衬底11为玻璃、pet、石英、mgf2或zns；所述所述网栅掩模液12为水性裂纹漆或水性丙烯酸乳液；

步骤b、自然干燥网栅掩模液12，形成网栅掩模结构13；

步骤c、采用激光烧蚀方法，在网栅掩模结构13上熔融图案区域14，形成图案化网栅掩模结构15；

步骤d、在图案化网栅掩模结构15上沉积金属层16；

步骤e、采用丙酮或氯仿溶解去除图案化网栅掩模结构15，得到图案化金属网栅薄膜17。

按照上述方法得到的图案化金属网栅薄膜17的示意图如图3所示，在图3中，随机网格区域表示金属网栅导电区域21，空白色区域表示空白非导电区域22，空白色区域与激光烧蚀熔融图案区域14相对应。

具体实施例二

本实施例的图案化金属网栅薄膜的制作方法，在具体实施例一的基础上，进一步限定工作过程与技术参数，方法如下：

步骤a、在衬底11表面涂覆网栅掩模液12。衬底11为石英玻璃，清洗流程：依次用丙酮、无水乙醇、和去离子水各超声5分钟，再用氮气吹干，再放到100℃烘板上烘烤5分钟，冷却后备用。选取的网栅掩模液12为体积份数1份的裂纹漆与体积份数3份的裂纹漆稀释剂，配置流程为：取裂纹漆稀释剂30ml，加入10ml裂纹漆，用磁力搅拌器搅拌半小时，再用超声振荡半小时，再用2μm孔径的滤纸过滤，静置2小时后备用。采用旋涂法进行网栅掩模液涂覆，选用旋涂转速为3000rpm，旋涂时间15s，旋涂过程中保持旋涂机盖子严密盖好；

步骤b、网栅掩模液12自然干燥形成网栅掩模结构13，控制环境温度20℃，湿度60％rh，待网栅掩模液自然干燥，为了防止干燥过程不受干扰，干燥过程在密封的旋涂机内完成，30分钟后，网栅掩模液充分干燥并完全产生裂缝网络，方可将旋涂机盖打开。得到的网栅掩模结构13的厚度为5.3μm，裂缝宽度约为0.8～3μm，裂纹块平均直径大小为20～60μm；

步骤c、采用波长为1064nm、功率为12w的红外激光器，以0.2m/s的速度在网栅掩模结构13上烧蚀熔融所设定的方环图案14，方环宽度30μm，外边长为2mm。光斑所经过区域的网栅掩模结构被高温烧蚀，使已开裂的结构重新熔融，裂缝消失，形成图案化网栅掩模结构15；

步骤d、采用磁控溅射、热蒸发或电子束蒸发镀膜方式在形成图案化网栅掩模结构15的上表面沉积单层金属16，金属16的材料为ag，金属厚度为不低于100nm；

步骤e、将沉积金属后的图案化网栅掩模结构浸泡在pgmea中，图案化网栅掩模结构被快速溶解，其表面的金属层也遭破坏被清除，只剩下直接沉积在衬底上的金属层，再依次用丙酮、无水乙醇和去离子水浸泡清洗衬底表面，最后烘干，最终得到图案化金属网栅透明导电薄膜17。

具体实施例三

本实施例的图案化金属网栅薄膜的制作方法，在具体实施例一或具体实施例二的基础上，进一步限定步骤d所述的金属层16采用热蒸发方法、磁控溅射方法或电子束蒸发方法沉积在图案化网栅掩模结构15上，具有以下两种结构中的任意一种：

结构一：厚度大于100nm的单层金属膜，所述单层金属膜为金、银、铜或铝；

结构二：三明治夹层结构的金属膜，从下至上依次为厚度小于50nm的桥接层、厚度大于100nm的导电层和厚度大于30nm的保护层；所述的桥接层材料为铬、钛或镍，导电层材料为银、铜或铝，保护层材料为铬或镍。