复合透明导体及其形成方法技术

本发明专利技术描述了复合透明导体，其包括基于金属纳米线或者金属纳米管的第一传导介质以及基于不同类型纳米结构或连续传导膜的第二传导介质。

【技术实现步骤摘要】
复合透明导体及其形成方法
本公开涉及基于传导纳米结构的复合透明导体及其形成方法。
技术介绍
透明导体指的是光学透明的薄传导膜。它们被广泛用作平板电色显示——例如液晶显示器、等离子显示器、触摸屏、电致发光器件以及薄膜太阳能电池——的透明电极，成为防静电层以及电磁波屏蔽层。常规的透明导体包括真空沉积的金属氧化物，例如铟锡氧化物(ITO)。然而，由于它们需要真空腔、较高的沉积温度和/或高退火温度以获得高传导性，因此金属氧化物薄膜的造价高昂。金属氧化物膜也是脆弱的，即使在遇到例如弯曲的较小物理应力时也易于受到破坏。传导聚合物也被用作光学透明导电体。不过，与金属氧化膜相比，它们一般具有较低的传导值和较高的光吸收(特别是在可见光波长)，并且缺乏化学和长期稳定性。传导纳米结构由于其亚微米尺寸而能够形成光学透明传导薄膜。同时待审并且共有的第11/504,822、11/871,767以及11/871,721号美国专利申请描述了由例如金属纳米线的网状各向异性传导纳米结构形成的透明导体。与ITO薄膜类似，基于透明导体的纳米结构特别适于作为能够耦合到在例如平板显示器以及触摸屏的电色显示器中的薄膜晶体管的电极。此外，基于纳米结构的透明导体也适用于用作彩色滤光片和偏光器(如偏光片)等上的覆层。上述同时待审的申请也通过引用而全部并入本文。需要提供低成本和高性能的基于纳米结构的透明导体，以满足对高性能显示系统的不断增长的需求。
技术实现思路
本文描述了复合透明导体及其应用。一个实施例描述了一种复合透明导体，包括：含有多个金属纳米线或者多个金属纳米管的第一传导介质；以及耦合到第一传导介质的第二传导介质，第二传导介质包括第二类型的纳米结构或者连续传导膜。另一个实施例描述了一种器件，包括复合透明导体，其含有：包括多个金属纳米线或多个纳米管的第一传导介质；和耦合到第一传导介质的第二传导介质，第二传导介质是连续传导膜。进一步的实施例描述了一种液晶显示单元，包括：第一电极；和第二电极，其中第一电极和第二电极之间的垂直距离定义了单元间隙；其中第一电极是包括第一传导介质和第二传导介质的复合透明导体，并且其中，第一传导介质包括具有单元间隙级别的筛孔尺寸的金属纳米线或金属纳米管；并且其中，第二传导介质是连续传导膜或者具有单元间隙大约1/5至1/100筛孔尺寸的纳米结构的传导网络。附图简要描述在附图中，相同的标号表示相似的元件或动作。附图中元件的尺寸和相对位置未必按比例绘制。例如，各种元件的形状和角度并未按比例绘制，并且有些元件被任意地放大和放置以提高附图的易读性。此外，所绘制的元件的具体形状并非旨在传达关于该具体元件的实际形状的任何信息，选择其仅为了在图中易于辨别。图1显示了处于上述电渗透水平的金属纳米线膜。图2A显示了低于电渗透水平的金属纳米线膜。图2B显示了一种复合透明导体，其包括低于电渗透水平并且与连续传导膜相结合的金属纳米线。图2C显示了一种复合透明导体，其包括低于电渗透水平并且与第二类各向异性纳米结构形成的传导膜相结合的金属纳米线。图3A显示了位于相邻金属纳米线之间的非均匀电场。图3B显示了存在连续传导膜时的均匀电场。图4A－4C显示了基于金属纳米线和碳纳米管的复合透明导体的实施例。图5显示了一种复合透明导体，其具有尺寸上不同的两种类型的金属纳米线。图6A－6B显示了基于金属纳米线和金属氧化膜的复合透明导体的实施例。图6C示意性地显示了一对并联电阻。图7A－7B显示了基于金属纳米线和传导聚合物膜的复合透明导体的实施例。图8示意性地示出了位于两个透明电极之间的液晶材料；图9显示了结合有复合透明导体的器件。具体实施方式一般来说，复合透明导体是由至少两种透明传导介质形成的传导膜。更具体地说，复合透明导体包括作为第一传导介质的各向异性金属纳米结构(如本文所述)，和耦合到第一传导介质的第二传导介质。第二传导介质通常是一种具有第二类型传导纳米结构的传导网络，或者是由传导聚合物或者金属氧化物形成的连续传导膜。复合透明导体的电学和光学特性取决于例如几何形状、电导率、光学性质、传导介质组成成分的分布与负荷水平等多种因素。在某些实施例中，复合透明导体是多个离散的传导膜的叠层结构。在另外的实施例中，复合透明导体是内聚结构，其中两种或多种类型的传导介质(如两种或多种类型的传导纳米结构)完全整合为一体。无论结构如何配置，复合透明导体所显示的性能均超过了传导介质组成部分的单纯相加效应，即使传导介质组成部分经过了慎重选择。传导的纳米结构在某些实施例中，复合透明导体包括至少两种类型的纳米结构，其中一种为各向异性金属纳米结构。在本文中，“纳米结构”或者“传导纳米结构”通常是指纳米尺寸的结构，其至少一个维度小于500nm，更优选小于250nm、100nm、50nm或者25nm。纳米结构可以是任何形状或者几何结构。在某些实施例中，纳米结构是各向同性形成的(即长宽比＝1)。典型的各向同性纳米结构包括纳米颗粒。在优选的实施例中，纳米结构是各项异性形成的(即长宽比≠1)。在本文中，长宽比指的是纳米结构的长度和宽度(或者直径)之间的比例。各向异性的纳米结构通常沿其长度方向具有纵轴。如本文所定义的，示范性的各向异性纳米结构包括纳米线和纳米管。纳米结构可以是实心的或者空心的。实心的纳米结构包括，例如纳米颗粒和纳米线。“纳米线”指的是实心的各向异性纳米结构，如本文所定义的。典型地，每个纳米线具有大于10，优选大于50，更优选大于100的长宽比(长度:直径)。典型地，纳米线的长度大于500nm，或者大于1μm，或者大于10μm。空心的纳米结构包括，例如，纳米管。“纳米管”指的是空心的各向异性纳米结构，如本文所定义的。典型地，纳米管具有大于10，优选大于50，更优选大于100的长宽比(长度:直径)。典型地，纳米管的长度大于500nm，或者大于1μm，或者大于10μm。纳米结构可以由任何传导材料形成。最典型地，传导材料是金属性的。金属性材料可以是金属单质(如过渡金属)或金属化合物(如金属氧化物)。金属性材料也可以是金属合金或者包括两种或者更多种金属的双金属材料。适当的金属包括但不限于银、金、铜、镍、镀金的银、铂和钯。传导材料也可以是非金属性的，例如碳或者石墨(碳的一种同素异形体)。如上所述，各向异性的金属纳米结构在复合透明导体中用作第一传导介质。各向异性的金属纳米结构的优选类型包括金属纳米线。金属纳米线是由金属、合金、电镀金属或金属氧化物形成的纳米线。适当的金属纳米线包括但不限于银纳米线、金纳米线，铜纳米线、镍纳米线、镀金的银纳米线、铂纳米线和钯纳米线。同时待审并共有的第11/766,552、11/504,822、11/871,767以及11/871,721号美国专利申请描述了制备金属纳米线(如银纳米线)的方法以及基于金属纳米线的透明导体的形成和构图方法，其描述通过参考全部并入本文。另一种应用到第一传导介质中的各向异性的金属纳米结构的优选类型包括金属纳米管。同时待审并共有的2008年2月26日提交的第61/031,643号美国专利申请描述了金属纳米管(如金纳米管)的制备方法以及基于金属纳米管的透明导体的形成和构图方法，其描述通过参考全部并入本文。正如本文中将更详细描述的，各向异性的金属纳米本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合透明导体，包括：包含多个金属纳米线或者多个金属纳米管的第一传导介质；以及耦合到所述第一传导介质的第二传导介质，所述第二传导介质包括第二类型的纳米结构或者连续传导膜。

【技术特征摘要】
2007.04.20 US 60/913,2311.一种复合透明导体，包括：包含多个金属纳米线或者多个金属纳米管的第一传导介质；以及通过物理接触或电接触耦合到所述第一传导介质的第二传导介质，所述第二传导介质包括第二类型的纳米结构，其中，所述复合透明导体具有叠层结构，所述复合透明导体包括至少两种透明传导介质形成的传导膜，所述复合透明导体为多个离散的所述传导膜的叠层结构，并且所述第一传导介质和所述第二传导介质形成为单独的层，其中所述第二传导介质包括第二类型纳米结构的传导网络。2.根据权利要求1所述的复合透明导体，其中所述第一传导介质设置在所述第二传导介质的顶部。3.根据权利要求1所述的复合透明导体，其中所述第一传导介质位于所述第二传导介质之下。4.根据权利要求1所述的复合透明导体，其中所述第一传导介质和所述第二传导介质电耦合。5.根据权利要求1所述的复合透明导体，具有高于85％的透光性以及低于1000Ω/的薄层电阻。6.根据权利要求1所述的复合透明导体，其中所述金属纳米线是银纳米线。7.根据权利要求1所述的复合...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫·琼斯，弗络瑞恩·普舍尼茨卡，希娜·关，迈克尔·A·斯贝德，杰弗瑞·沃克，
申请(专利权)人：凯博瑞奥斯技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US