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钝化组合物及其应用

阅读：234发布：2024-01-11

专利汇可以提供钝化组合物及其应用专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种钝化组合物以及使用该组合物以形成导电图案的方法，其中该组合物包含一氧化剂、一具通式M(OH)n的无机碱以及一溶剂，其中M为金属离子且n为该金属离子的价数，该方法包含以下步骤：（a）于一基材上形成一聚合物导电层，以提供一导电基材，其中该聚合物导电层包括一对应于导电图案的导电区域的第一区域及一对应于导电图案的非导电区域的第二区域；以及（b）使用该钝化组合物对该第二区域进行一钝化处理，以降低该第二区域的导电度。，下面是钝化组合物及其应用专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种形成导电图案的方法，其特征在于，包含以下步骤：
(a)于一基材上形成一聚合物导电层，以提供一导电基材，其中该聚合物导电层包括一对应于导电图案的导电区域的第一区域及一对应于导电图案的非导电区域的第二区域；以及
(b)使用钝化组合物对该第二区域进行一钝化处理，以降低该第二区域的导电度；
所述钝化组合物包含：
一氧化剂；
一具通式M(OH)n的无机碱，其中M为金属离子且n为该金属离子的价数；以及一溶剂；
其中以钝化组合物的重量计，所述氧化剂的含量为0.4重量％至40重量％，所述无机碱的含量为0.2重量％至20重量％。
2.如权利要求1所述的形成导电图案的方法，其特征在于，所述步骤(b)中钝化处理通过选自以下群组的方式进行：浸泡法、凹版印刷法、凸版印刷法、喷墨印刷法、笔管印刷法、及网印法。
3.如权利要求2所述的形成导电图案的方法，其特征在于，所述步骤(b)中钝化处理是通过浸泡法进行，且包含以下步骤：
(b-1)于该第一区域上施加一抗钝化膜，以覆盖该第一区域；
(b-2)将该导电基材浸泡于钝化组合物中，进行钝化处理，以降低该第二区域的导电度；以及
(b-3)移除该经钝化处理的导电基材上所述的抗钝化膜；
所述钝化组合物包含：
一氧化剂；
一具通式M(OH)n的无机碱，其中M为金属离子且n为该金属离子的价数；以及一溶剂；
其中以钝化组合物的重量计，所述氧化剂的含量为0.4重量％至40重量％，所述无机碱的含量为0.2重量％至20重量％。
4.如权利要求1或3所述的形成导电图案的方法，其特征在于，所述的钝化组合物中，所述氧化剂为S2O82-、ClO-、MnO4-、BrO-、Cr2O72-、H2O2中的至少一种。
5.如权利要求4所述的形成导电图案的方法，其特征在于，所述的钝化组合物中，所述氧化剂为S2O82-、ClO-中的至少一种。
6.如权利要求1或3所述的形成导电图案的方法，其特征在于，所述的钝化组合物中，所述无机碱为KOH、NaOH、Ca(OH)2、RbOH、Sr(OH)2、CsOH、Ba(OH)2中的至少一种。
7.如权利要求6所述的形成导电图案的方法，其特征在于，所述的钝化组合物中，所述无机碱为KOH、NaOH中的至少一种。
8.如权利要求1或3所述的形成导电图案的方法，其特征在于，所述钝化组合物中，所述溶剂为去离子水、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇中的至少一种。

说明书全文

钝化组合物及其应用

技术领域

[0001] 本发明是关于一种钝化组合物及使用该钝化组合物以形成导电图案的方法；更特定言之，是关于一种包含氧化剂及无机碱的钝化组合物及使用该钝化组合物以形成导电图案的方法。

背景技术

[0002] 近年来，随着液晶显示器、电浆显示器等平面显示器以及触控荧幕等装置的蓬勃发展，使用于该等显示器与装置中的透明电极材料的开发也越来越受到重视。一般而言，透明电极的材料可概分为二大类，一类为导电金属氧化物，另一类则为导电聚合物。导电金属氧化物的实例包含氧化铟锡（ITO）、掺杂铝的氧化锌（AZO）、掺杂镓的氧化锌（GZO）等，此类金属氧化物虽具有优异导电性，但因价格较高（尤其是氧化铟锡），制造成本高昂，且因金属氧化物的可挠性较差（即，弹性差且质脆），故其应用范围受到限制，尤其不适合用于可挠性显示装置。导电聚合物的实例包含聚塞吩、聚苯胺、聚乙炔、聚吡咯等高分子材料，其单价较导电金属氧化物低，且具较佳可挠性，因此越来越受到重视。

[0003] 使用导电聚合物以形成显示器装置的电极图案的习知方法，可概分为蚀刻法以及钝化法。蚀刻法是先于（透明）基材上形成一导电聚合物层，接着以遮罩遮盖预定的电路区域（即导电区域），随后利用蚀刻剂去除非电路区域（即非导电区域）的导电聚合物材料，从而提供所欲的图案化电路。然而，由此蚀刻法制得的产品会因为基材上方部分区域（导电区域）存在导电聚合物、部分区域（非导电区域）不存在导电聚合物，而产生高低位差及因光学对比不同所致的明暗纹等问题。鉴于上述问题，以钝化法制备电极的技术便应运而生。

[0004] 传统钝化法的原理为利用氧化剂来钝化非电路区域的导电聚合物材料，以大幅降低非电路区域的导电度，从而提供所欲的图案化电路。传统钝化法虽可成功避免基材上方因为导电聚合物的存在与否所产生的高低位差或光学对比差异等问题，但仍具有钝化效果不优异且耐用性不足等缺陷。

[0005] 举例言之，TW552591揭露了一种制作导电图案的方法，其是利用印刷方式将含有氧化剂（作为钝化剂）的溶液印刷于基材上的导电聚合物层，以钝化印刷处的导电聚合物材料，进而形成非导电区域。然而，上述方法具有以下缺点：（1）由于欲形成电路图案的区域并未受到保护或阻隔，因此所印刷的具流动性的氧化剂可能侵蚀邻近的预定电路区域的导电聚合物材料，导致导电图案失真，且在后续洗去氧化剂的过程中亦可能进一步侵蚀导电图案；（2）为了降低氧化剂对导电图案的影响，必须提升氧化剂的粘度以降低其流动性，然此相对亦将使得氧化剂的散播缓慢，故存在钝化时间及钝化效果取舍间的矛盾；以及（3）氧化剂仅能钝化导电聚合物层的表面浅层的部分，当所应用的消费性电子产品经长期重复使用后，容易因经钝化的表层部分的磨损而露出底下未钝化的导电聚合物材料，进而产生短路。JP2011-054617A揭露了另外一种形成导电图案的方法，其是提供一含有钝化剂的图案膜，接着将该图案膜与导电聚合物层接触，以钝化所接触的导电聚合物材料膜，形成导电图案。
然而，该方法同样仅能有效钝化导电聚合物层的浅层部分，仍存在上述耐用性的问题，且其钝化效果并不优异，导电度差异程度（未钝化区域／钝化区域）仅能达到约105至106倍。

[0006] 鉴于此，本发明提供一种可用于形成导电图案的钝化组合物及使用该钝化组合物形成导电图案的方法。本发明钝化组合物的钝化速度快，能缩短钝化时间，且钝化效果优异，导电聚合物材料钝化前后的导电度差异程度可达至少约1012倍；尤其，本发明钝化组合物能钝化导电聚合物层的更深层材料，因此能降低多次重复使用后因磨损所致的短路问题，提高装置的耐用性。

发明内容

[0007] 本发明的目的之一在于提供一种钝化组合物，包含一氧化剂，一具通式M(OH)n的无机碱，以及一溶剂，其中M为金属离子且n为该金属离子的价数。

[0008] 本发明的另一目的在于提供一种形成导电图案的方法，包含以下步骤（：a）于一基材上形成一聚合物导电层，以提供一导电基材，其中该聚合物导电层包括一对应于导电图案的导电区域的第一区域及一对应于导电图案的非导电区域的第二区域；以及（b）使用本发明钝化组合物对该第二区域进行一钝化处理，以降低该第二区域的导电度。

[0009] 有益效果：本发明提供一种可用于形成导电图案的钝化组合物及使用该钝化组合物形成导电图案的方法。本发明钝化组合物的钝化速度快，能缩短钝化时间，且钝化效果优异，导电聚合物材料钝化前后的导电度差异程度可达至少约1012倍；尤其，本发明钝化组合物能钝化导电聚合物层的更深层材料，因此能降低多次重复使用后因磨损所致的短路问题，提高装置的耐用性。附图说明

[0010] 图1-1至1-4是分别使用去离子水、氧化剂（Na2S2O8）、硫酸、及NaOH浸泡导电基材所得的雾度、穿透度及电阻变化的折线图；

[0011] 图2-1至2-3是以本发明钝化组合物一种实施例钝化导电基材所得的穿透度变化、电阻变化及雾度变化的长条图；

[0012] 图3是以本发明钝化组合物的另一实施例钝化导电基材所得的穿透度变化、电阻变化及雾度变化的折线图；

[0013] 图4是以比较钝化组合物1钝化导电基材所得的穿透度变化、电阻变化及雾度变化的折线图；

[0014] 图5是以比较钝化组合物2钝化导电基材所得的穿透度变化、电阻变化及雾度变化的折线图。

具体实施方式

[0015] 为让本发明的上述目的、技术特征及优点能更明显易懂，下文是以部分具体实施例进行详细说明。

[0016] 以下将具体地描述根据本发明的部分具体实施例；但，在不背离本发明的精神下，本发明尚可以多种不同形式的实施例来实践，不应将本发明保护范围解释为限于说明书所陈述者。此外，除非文中有另外说明，在本说明书中（尤其是在后述申请专利范围中）所使用的“一”、“该”及类似用语应理解为包含单数及复数形式。用语“约”意指由一般熟习此项技术者所测定的特定值的可接受误差，该可接受误差视量测方式而定。

[0017] 本发明的钝化组合物是透过组合使用具有钝化效果的氧化剂与无机碱而获得。在不受理论限制下，咸信所添加的无机碱可在本发明的钝化组合物中提供蚀刻剂的效果，能蚀除于基材表面上的导电聚合物层的部分导电聚合物材料，从而在导电聚合物层表面上形成若干蚀坑，由此能提高与钝化剂接触的表面积，提升钝化速度，缩短钝化时间，同时能钝化更深层的导电聚合物材料。本发明因此能降低在传统浅层钝化的情况下所致的短路问题，提高装置的耐用性。此外，使用本发明钝化组合物钝化的导电聚合物材料，其钝化前后12
的导电度差异程度可高达至少约10 倍。

[0018] 特定言之，本发明的钝化组合物是包含一氧化剂、一具通式M(OH)n的无机碱、以及一溶剂，其中M为金属离子且n为该金属离子的价数。

[0019] 氧化剂的种类并无特殊限制，可是使用者需求选用任何习知的氧化剂。举例言之，2- - - - 2-
氧化剂可选自以下群组：S2O8 、ClO、MnO4、BrO 、Cr2O7 、H2O2、及前述的组合，其中较佳者为S2O82-、ClO-或其组合。关于氧化剂的含量，一般而言，为确保有效钝化效果，以钝化组合物的重量计，氧化剂的含量以约0.4重量%至约40重量%为宜，且较佳为约5重量%至20重量%。若该氧化剂的含量低于约0.4重量%，可能无法有效提供所欲的钝化效果；反之，若氧化剂的含量高于约40重量%，则可能产生不易去除的氧化剂沉淀残留。在本发明的部分实施例中，是使用过硫酸钠（Na2S2O8）或次氯酸（HClO）作为氧化剂，用量为约5重量%至约20重量%。

[0020] 在本发明钝化组合物中，无机碱除了提供蚀刻效果外，同时也提供了适合氧化剂作用的碱性环境，从而在整体协配下表现出快速且优异的钝化结果。正因如此，本发明钝化组合物实际使用时所需的钝化处理时间相当短（约数十秒至约数分钟，如约30秒至约240秒），因此无机碱仅会部分地蚀除导电聚合物层表面，而恰可在表面产生刻痕、蚀坑等凹陷，而不会蚀除导电聚合物层整个表面，造成厚度上的变化。因此，经钝化处理后的聚合物层在宏观上不存在高低位差，不会有因光学对比不同而产生的明暗纹问题，微观上亦不会影响材料本身的透明度、雾度等光学性质。使用无机碱的其他优点包括，本身不具挥发性，因此长时间操作下较为稳定，且不会因挥发而不利地污染环境。

[0021] 可用于本发明钝化组合物的无机碱为具有通式M(OH)n的无机碱，其中M系代表金属离子且n为该金属离子的价数，其具体实例可为IA族与IIA族金属氢氧化物之一或多者，包含但不限于选自以下群组者：KOH、NaOH、Ca(OH)2、RbOH、Sr(OH)2、CsOH、Ba(OH)2及前述的组合，较佳者为KOH、NaOH或其组合。关于无机碱的含量，一般而言，以钝化组合物的重量计，为约0.2重量%至约20重量%，且较佳为约3重量%至约15重量%。若无机碱含量低于约0.2重量%，可能无法提供所欲的蚀刻功效；反之，若无机碱含量高于约20重量%，则可能因过于剧烈的蚀刻效果，过度蚀除导电聚合物层的材料，产生高低位差或光学性质（如透明度）劣化等问题。在本发明的部分实施例中，是使用NaOH作为无机碱，用量为约0.4重量%至约4重量%。

[0022] 本发明钝化组合物的溶剂并无特殊限制，可为任何能够溶解所采用的氧化剂及无机碱且不与之反应的惰性溶剂。其具体实例包含但不限于选自以下群组：去离子水、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇及前述的组合，其中较佳者为去离子水。在本发明的部分实施例中，是使用去离子水作为溶剂。

[0023] 本发明另提供一种形成导电图案的方法，包含以下步骤：（a）于一基材上形成一聚合物导电层，以提供一导电基材，其中该聚合物导电层包括一对应于导电图案的导电区域的第一区域及一对应于导电图案的非导电区域的第二区域；以及（b）使用本发明钝化组合物对该第二区域进行一钝化处理，以降低该第二区域的导电度。

[0024] 该于基材上形成聚合物导电层的步骤（a）可透过任何本发明所技术领域中具有通常知识者所熟知的方法来进行，并无特殊限制。举例言之，此等方法可例如为，但不限于，旋转涂覆法（spin coating）、浸涂法（dip coating）、模具涂覆法（die coating）、喷涂法（spray coating）、刮刀涂覆法（blade coating）、及辊式涂覆法（roll coating）、网印法（screen printing）、喷墨印刷法（inkjet printing）等。可用于本发明的基材的种类并无特殊限制，使用者可视实际需求而选用。举例言之，基材的材料可例如为，但不限于，玻璃、聚对酞酸乙二酯（polyethylene terephthalate，PET）、聚2,6 萘二甲酸乙二酯（polyethylene naphthalate，PEN）、聚甲基丙烯酸甲酯（polymethylmethacrylate，PMMA）、聚碳酸酯（polycarbonate，PC）、或前述的组合。构成聚合物导电层的导电聚合物材料可例如为，但不限于，聚噻吩系化合物、聚苯胺系化合物、聚吡咯系化合物等习知导电聚合物材料或其混合物，较佳为聚噻吩系化合物，其具体实例包含，但不限于，选自以下群组：聚（3-己基噻吩）（poly(3-hexylthiophene)）、聚二氧乙基噻吩（poly(3,4-ethylenedioxythiophene，PEDOT）、聚二氧乙基噻吩：聚苯乙烯磺酸（poly(3,4-ethylenedioxythiophene)：poly(styrenesulfonate)，PEDOT：PSS）、聚二氧乙基噻吩：聚乙烯磺酸（poly(3,4-ethylenedioxythiophene)：poly(vinylsulfonicacid)，PEDOT：PVS）、及前述的组合。在本发明的部分实施例中，是采用PET基材以及PEDOT：PSS导电聚合物材料来提供导电基材。

[0025] 步骤（b）的钝化处理可透过例如以下方法来进行：浸泡法、凹版印刷法、凸版印刷法、喷墨印刷法、笔管印刷法、及网印法，但不以此为限。

[0026] 得利于本发明钝化组合物的快速钝化能力，步骤（b）的钝化处理尤其可简单透过浸泡法来完成，无需繁复的印刷步骤。关于浸泡法的详细操作步骤及抗钝化膜的制备方式并非本发明的技术重点所在，且乃本领域技艺人士在观得本案说明书的揭露内容后，可依其专业知识视需要选用者。举例言之，但不以此为限，步骤（b）的钝化处理可例如透过以下步骤来实现（：b-1）于该第一区域上施加一抗钝化膜，以覆盖该第一区域，保护对应于预定的导电区域的第一区域不受钝化；（b-2）将该导电基材浸泡于本发明钝化组合物中，进行该钝化处理，以降低该第二区域的导电度；以及（b-3）将经钝化后的导电基材以例如去离子水、甲醇等惰性溶剂清洗后，移除该抗钝化膜，以获得具所欲导电图案的导电基材。其中，抗钝化膜是由不受钝化组合物钝化的材料所构成，其可例如为耐碱、耐氧化剂的可剥胶或干膜，或其他已知可提供抗钝化效果的材料。

[0027] 本发明的钝化组合物在极短时间内即可提供显著的钝化效果，因此步骤（b）的钝化处理时间仅需数十秒至数分钟，且不宜过长，以避免基材受到过度蚀刻，而造成表面高低位差或产生侧向侵蚀等问题。在本发明的部分实施例中，是采用浸泡法进行步骤（b）的钝化处理，且钝化处理时间是控制在约30秒至约240秒。

[0028] 兹以下列具体实施例进一步例示说明本发明，惟所例示的实施例仅为说明的目的并非用以限制本发明的范围。

[0029] 实施例

[0030] 穿透度、电阻及雾度变化的测量方法

[0031] 穿透度、电阻及雾度变化的测量方法是如下表1所示。

[0032] 表1

[0033]

[0034] 导电基材制备

[0035] 以辊式涂覆法将PEDOT：PSS分散液涂覆于PET基材上，并于120℃温度下烘干，以在PET基材上形成聚合物导电层，提供导电基材。

[0036] 浸泡试验

[0037] 将所制得的导电基材分别以去离子水、10重量%的Na2S2O（8 氧化剂）水溶液、9.8重量%的H2SO（4 酸）水溶液、及4重量%的NaOH（碱）水溶液浸泡30秒至240秒（每30秒为一间隔），测量并纪录导电基材的穿透度、电阻及雾度变化，结果如图1-1至图1-4所示。

[0038] 如图1-1至图1-4所示，浸泡100重量%的去离子水（图1-1）及含有10重量%氧化剂Na2S2O8的溶液（图1-2）的导电基材，不论在穿透度、电阻及雾度上均未产生明显变化，此一结果显示，在仅使用氧化剂的情况下，不仅因组合物呈中性而无法提供适当的反应条件以钝化导电基材，亦无法提供蚀刻效果（因为雾度无明显变化）。此外，浸泡在9.8重量%H2SO4水溶液（图1-3）及4重量%NaOH水溶液（图1-4）的导电基材，在长时间浸泡后，雾度有增加的趋势，此一结果显示若以碱液或酸液处理导电基材的时间过长，将影响导电基材本身的光学性质，推测此是因强酸及强碱蚀刻导电基材表面所致。

[0039] 实施例1：钝化试验

[0040] 依照表2的比例配制钝化组合物1-1、钝化组合物1-2、钝化组合物1-3、钝化组合物1-4、钝化组合物1-5、钝化组合物1-6、钝化组合物1-7、及钝化组合物1-8。将导电基材分别以各该钝化组合物浸泡30秒至240秒（每30秒为一间隔），并测量导电基材的穿透度、电阻及雾度的变化，结果如表3-1至表3-3及图2-1至图2-3所示。

[0041] 表2

[0042]钝化组合物 Na2S2O8 去离子水 NaOH pH值
1-1 4.98重量% 94.65重量% 0.40重量% 13
1-2 9.96重量% 89.64重量% 0.40重量% 13
1-3 14.94重量% 84.66重量% 0.40重量% 13
1-4 19.92重量% 79.68重量% 0.40重量% 13
1-5 4.81重量% 91.35重量% 3.85重量% 14
1-6 9.62重量% 86.54重量% 3.85重量% 14
1-7 14.42重量% 81.73重量% 3.85重量% 14
1-8 19.23重量% 76.92重量% 3.85重量% 14

[0043] 表3-1

[0044]

[0045] 表3-2

[0046]

[0047] 表3-3

[0048]

[0049] 如表3-1及图2-1所示，经钝化处理后，导电基材的穿透度几乎没有变化；以及如表3-3及图2-3所示，随浸泡时间越长，导电基材的雾度仅有些许变化，变化幅度相当轻微。由此可见，本发明钝化组合物并不会造成导电基材的光学性质衰退，适合用于对光学性质要求严格的电子产品。另外，如表3-2所示，在低NaOH含量的情况下（pH值为13），必须使用高氧化剂浓度（钝化组合物1-4）方能获致所欲的钝化效果；相较之下，在使用较高NaOH含量的情况下（pH值为14），可提供快速的钝化效果（钝化组合物1-5、1-6、1-7及1-8），且钝化前后的电阻变化达至少约1012倍，尤其在钝化组合物1-6的情况中（参图2-2）仅需60秒的时间即可达到显著钝化效果。

[0050] 实施例2：氧化剂种类的影响

[0051] 以与钝化组合物1-6相同的方式制备钝化组合物2，惟，以NaClO取代Na2S2O8作为氧化剂。将导电基材以钝化组合物2浸泡30秒至240秒（每30秒为一间隔），并测量导电基材的穿透度、电阻及雾度的变化，结果如图3所示。

[0052] 如图3所示，即使变化氧化剂种类为NaClO，本发明钝化组合物仍可提供所欲的优异钝化效果，且不会不利地影响导电基材的光学性质。

[0053] 比较例1：以强酸作为蚀刻剂

[0054] 以硫酸取代NaOH作为蚀刻剂制得比较钝化组合物1，其中Na2S2O8含量为9.62重量%、去离子水含量为85.61重量%、以及硫酸含量为4.76重量%。将导电基材以比较钝化组合物1浸泡30秒至240秒（每30秒为一间隔），并测量导电基材的穿透度、电阻及雾度的变化，结果如图4所示。

[0055] 如图4所示，比较钝化组合物1并无法提供合宜的钝化效果，导电基材的雾度变化幅度也较大，显示导电基材的光学性质所受影响相对较明显。此一结果显示，酸性环境并无法提供氧化剂合宜的钝化条件。

[0056] 比较例2：以还原剂取代氧化剂并以强酸作为蚀刻剂

[0057] 以与比较例1相同的方式制备比较钝化组合物2，惟，以还原剂H2C2O4取代Na2S2O8成分。将导电基材以比较钝化组合物2浸泡30秒至240秒（每30秒为一间隔），并测量导电基材的穿透度、电阻及雾度的变化，结果如图5所示。

[0058] 如图5所示，除了雾度明显改变之外，电阻几乎没有任何变化，显示还原剂并无法提供任何钝化效果。

[0059] 上述实施例仅为例示性说明本发明的原理及其功效，并阐述本发明的技术特征，而非用于限制本发明的保护范畴。任何熟悉本技术者在不违背本发明的技术原理及精神下，可轻易完成的改变或安排，均属本发明所主张的范围。

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