雷射直接還原燒結技術的開發應用於軟性合金網狀透明電極製作

隨著穿戴式電子的興起與可撓式有機發光二極體(OLED)照明與顯示器進入商用市場，全球將再掀起一波對可撓性基板透明電極的需求熱潮。現今商用透明薄膜電極主要是銦錫氧化物(ITO)與摻雜氟的氧化銦(FTO)，但銦與氟有毒，且銦稀有昂貴。此外，ITO 的易脆性使它不適合於可撓基板，長時間使用時銦離子也容易擴散進入主動層，影響元件效能與壽命。替代電極之一是同時擁有極佳機械性質與化學穩定度高且易與低成本印刷製程結合的金屬網電極。本計畫旨在開發軟性多功能透明合金網電極，以可直接應用於白光有機發光二極體(OLED)之電極為目標。其挑戰是須在維持良好的透光度(> 88%@550 nm)、低片電阻下(< 10 /)與高撓曲性下，同時具低表面粗糙度(Ra < 15 nm)，這是目前一般以觸控面板應用為主的金屬網電極製程難以達成的；為此，將採崁入式合金網電極製作技術。本計畫主要之創新製程是以液態中多元金屬 (銅、銀、金、鋯等) 離子前驅物(Precursor)混合高分子基質(Polymer matrix)成膜，再利用雷射直接還原與燒結技術，製作具圖案之合金網電極；如再結合三氧化鉬溶液可形成多功能性合金網電極。因採用個別單一材料之銅，銀或金等金屬網電極，分別有易氧化(銅電極)或價格昂貴(銀、金電極)等不同問題，經適當比例調配與處理的合金材料可同時擁有較好之機械性、導電性、抗腐蝕性等，用途廣泛。應用方面，雷射燒結之金屬網線具有良好的導電度、透光度與撓曲性，已證明可滿足白光OLED電極之應用。製程方面，雷射直寫圖案特點是不需光罩、非接觸、乾淨，易經由掃瞄與平台移動作大面積成形，且全程可在大氣中、室溫下執行，具簡易、低成本、易與印刷製程結合之優勢。學術方面，以往合金薄膜需使用真空製程，本計畫提出藉由高分子基質螯合金屬離子之液體成膜技術，配合超短脈衝雷射(奈秒、皮秒、飛秒)之加熱與退火，在大氣中、常溫下，還原、熔融與燒結完成合金網線，這是全新製程，相關研究極少，透過改變雷射輻射能量、脈衝期，可進行不同速率的加熱與退火處理，藉此，可能產生不同的合金結構，這些成型機制也很值得探討。