CN106445229A - 一种超窄边框石墨烯触控传感器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超窄边框石墨烯触控传感器及其制备方法，其制备方法包括如下步骤：1)电极的制备a.在基材表面用磁控溅射法溅镀金属边框电极层；b.用黄光工艺将金属边框电极层蚀刻出适用于窄边框或超窄边框的电极，电极包括边框电极和向内部传感区延伸的引脚电极；2)含胶膜/石墨烯薄膜的处理：利用图形剥离工艺将含胶膜上的石墨烯膜部分剥离掉，使石墨烯膜的外缘漏出与边框电极相适应的边框区域；3)组合形成石墨烯触控传感器a.将步骤2)中处理好的含胶膜/石墨烯对位转移至步骤1)中的基材表面，使边框电极落入边框区域，石墨烯膜与引脚电极搭接，去除含胶膜；b.图案化石墨烯薄膜形成视窗区，再经过贴合、切割等工序制作成触控传感器。

Description

一种超窄边框石墨烯触控传感器及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种超窄边框触控传感器及其制备方法，用于手机触摸屏等，属于触摸屏研究领域。

背景技术

触控屏(Touch panel)又称为触控面板，是个可接收触头等输入讯号的感应式液晶显示装置，当接触了屏幕上的图形按钮时，屏幕上的触觉反馈系统可根据预先编程的程式驱动各种连结装置，可用以取代机械式的按钮面板，并借由液晶显示画面制造出生动的影音效果。Samuel Hurst博士在1971年发明了一个触摸传感器，这个传感器就是触控屏的雏形。三年后，他设计了第一款透明的触控屏。1977年，触控屏技术得到了很大的改善，一直到今天仍在被广泛使用并且飞速发展。手机触摸屏分为两种：电阻屏和电容屏，目前流行的触摸屏多数都为lens屏，就是纯平电阻和镜面电容屏，诺基亚多数都为电阻屏的，电容屏的代表为iphone。电阻触屏俗称“软屏”，多用于Windows Mobile系统的手机；电容触屏俗称“硬屏”，如iPhone和G1等机器采用这种屏质。

触控传感器是触膜屏的核心部件，目前主要利用透明ITO导电膜上设置金属引线，ITO导电膜用于触摸感应，金属引线用于传导电信号，从而实现触控传感。触控传感器分为可视区和金属引线区，可视区作为手机屏幕等触摸屏上显示光影的位置，金属引线区设置在ITO导电膜的周边，应用时，一般被不透明材料遮挡，则呈现在手机屏周边无感应位置。但是，ITO导电薄膜耐高温高湿效果差，耐弯折性差，因此，很多科学家都在寻求一种更好的材料。石墨烯透明导电薄膜的导电性和灵敏度极高，随着石墨烯透明导电薄技术的突飞猛进的发展，生产线的愈加成熟、生产成本较之前降低。石墨烯导电薄膜触控传感器随之诞生。

石墨烯薄膜在触控传感器领域的应用研究已经多年，但是目前石墨烯触控产品始终无法实现可靠、批量生产和应用，主要是目前的石墨烯触控传感器基本结构和制造方法存在局限性，工艺可靠性低，产线效率和良率偏低，以及传统电极制造工艺无法做窄边框或者超窄边框，主要是传统电极制造工艺还存在重大技术改进空间。目前，石墨烯触摸屏电极主要为银浆，通过丝网印刷的方法印刷在石墨烯薄膜表面，再用激光刻蚀出线条，这样存在如下一些问题：

1.印刷在石墨烯薄膜表面的银浆电极附着力较差，不能通过3M胶带标准百格测试；

2.丝网印刷银浆加上激光刻蚀线条的工艺无法做窄边框或者超窄边框，因为激光刻蚀线条比较粗，宽度在30微米左右，和黄光制程有差距，黄光可做到15微米左右；

3.传统激光刻蚀金属/银浆过程中会产生粉尘，石墨烯膜不能像ITO膜那样可以直接用无尘布擦拭或者用胶带粘尘，因此减少清洁过程也非常关键，可以提高产线效率和产品的外观及功能良率。

以上这些问题导致了石墨烯薄膜触控传感器在可靠性、超窄边框、量产性等方面存在诸多问题，限制了石墨烯薄膜应用技术的扩展。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种窄边框或超窄边框石墨烯触控传感器的制备方法；

本发明的另一目的是提供一种具有超窄边框的石墨烯触控传感器。

本发明的目的通过以下技术方案来具体实现：

一种超窄边框石墨烯触控传感器的制备方法，包括如下步骤：

1)电极的制备

a.在基材表面用磁控溅射法溅镀金属边框电极层；

b.用黄光工艺将金属边框电极层蚀刻出适用于窄边框或超窄边框的电极，电极包括边框电极和向内部传感区延伸的引脚电极；

2)含胶膜/石墨烯薄膜的处理：

利用图形剥离工艺将含胶膜上的石墨烯膜部分剥离掉，使石墨烯膜的外缘漏出与边框电极相适应的边框区域；

3)组合形成石墨烯触控传感器

a.将步骤2)中处理好的含胶膜/石墨烯对位转移至步骤1)中的基材表面，使边框电极落入边框区域，石墨烯膜与引脚电极搭接，去除含胶膜；

b.图案化石墨烯薄膜形成视窗区，再经过贴合、切割等工序制作成触控传感器。

优选的，所述步骤1)中的步骤b中，一并刻蚀出靶标位置；所述步骤2)中，还利用图形剥离工艺一并制作出靶标位置。利用靶标，有利于更加准确的贴合。

优选的，所述步骤1)中，所述基材为PE(聚乙烯)膜、PET(聚苯二甲酸乙二醇酯)膜、OPP(定向聚丙烯)膜、PP(聚丙烯)膜、PVC(聚氯乙烯)膜、光学膜OCA、AR保护膜、全氟磺酸树脂膜、PI膜、COC(环烯烃类共聚物)膜、PPS(聚苯硫醚)膜、、有机玻璃或玻璃，优选为PET膜；

所述基材的厚度为20μm-200μm，例如：20μm、30μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、120μm、150μm、170μm、180μm、200μm，等；优选为50μm-125μm，例如：50μm、60μm、70μm、75μm、80μm、85μm、90μm、100μm、110μm、115μm、120μm、125μm，等。

OCA(Optically Clear Adhesive)用于胶结透明光学元件(如镜头等)的特种粘胶剂，OCA光学胶是重要触摸屏的原材料之一。是将光学亚克力胶做成无基材，然后在上下底层，再各贴合一层离型薄膜，是一种无基体材料的双面贴合胶带。它是触控屏之最佳胶粘剂。

全氟磺酸树脂(Nafion-H)是现在已知的最强固体超强酸，具有耐热性能好、化学稳定性和机械强度高等特点。

优选的，所述步骤1)中，所述金属边框电极层的材料为金、银、铜、铝、镍、铬、钼或铂的金属单质或合金。

优选的，所述步骤1)中，所述金属边框电极层的厚度为50nm-5μm，优选100nm-500nm。

优选的，所述步骤2)中，所述石墨烯膜为单层石墨烯或多层石墨烯构成，优选单层石墨烯。石墨烯可以掺杂或者不掺杂。

优选的，所述步骤2)中，所述图形剥离工艺采用激光直写工艺或者掩膜板结合等离子刻蚀工艺。

所述激光直写即用激光直接将材料表面的石墨烯部分扫除；所述掩膜板结合等离子刻蚀即在材料表面遮盖一块掩膜板，然后用等离子刻蚀掉没有掩膜板遮盖的区域的石墨烯。

优选的，所述步骤3)中，所述含胶膜采用有机硅压敏胶膜、PMMA、PI、PU或热释放胶带，优选有机硅压敏胶膜；

优选的，所述含胶膜的厚度为40μm-250μm，例如：40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、110μm、120μm、130μm、140μm、150μm、160μm、180μm、200μm、210μm、220μm、230μm、240μm、250μm，等；优选为75μm-150μm，例如：75μm、80μm、85μm、90μm、100μm、105μm、120μm、125μm、130μm、140μm、150μm，等。含胶膜理论上越薄越好，但实际上，为了达到理想的效果，厚度在75μm-150μm最佳。

优选的，所述步骤3)中，所述含胶膜去除方法采用降粘处理工艺。所述转移过程参见专利号201410238058.X中公开的石墨烯的转移方法。

优选的，所述步骤3)中，所述图案化采用激光蚀刻石墨烯。

优选的，所述步骤3)中，所述石墨烯与引脚搭接的区域宽度为0.1mm-2mm，例如：0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、1.0mm、1.2mm、1.3mm、1.5mm、1.6mm、1.7mm、1.9mm、2.0mm，等；优选0.5mm-1mm，例如：0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1.0mm，等。

利用本发明方法，可以制备出超窄边框石墨烯触控传感器，包括石墨烯膜和电极，所述电极由边框电极和引脚构成，所述引脚搭接在石墨烯膜的边缘，边框电极的电级线宽为20μm以内，优选10μm；石墨烯与引脚搭接的区域宽度为0.1mm-2mm，优选0.5mm-1mm。

本发明有益效果：

针对现有工艺无法做出窄边框或者超窄边框的弊端以及石墨烯薄膜触控传感器制造过程中的问题，本发明提出了解决方案，通过磁控溅射与黄光工艺结合得到金属电极边框，再转移石墨烯薄膜并与电极搭接，较现有技术主要具有以下优点：

一是可以获得窄边框或者超窄边框的金属边框电极，边框电极的电级线宽为20μm以内，石墨烯与引脚搭接的区域宽度为0.1mm-2mm；

二是可以解决银浆电极在石墨烯上附着力较差的问题，目前，石墨烯触摸屏电极主要为银浆，通过丝网印刷的方法印刷在石墨烯薄膜表面，再用激光刻蚀出线条，银浆直接印刷在石墨烯表面会导致附着力的问题，而本发明中采用先制备金属电极，再转移石墨烯的方法，由于金属电极直接跟基材接触，巧妙的规避了电极与石墨烯之间附着力的问题；

三是可以有效避免激光刻蚀金属/银浆过程中产生的粉尘，提高外观和功能良率。同时磁控溅射与黄光工艺结合得到金属边框的方法，可以完全和石墨烯sensor制程和石墨烯工艺分离，效率比现有的丝网印刷加激光刻蚀银浆效率高，即可以提高产线效率。

本发明方法可以将电极的形成与石墨烯膜处理分别同时进行，而后组合在一起，缩短了单片触控传感器的作业时间，给流水作业的效率提供了可缩短的空间，有利于工业化大规模生产。

附图说明

图1为本发明方法中在基材表面溅镀上金属边框电极层及对位靶标的示意图；

图2为本发明方法中黄光工艺蚀刻后在基材表面形成电极的示意图；

图3为本发明方法中在含胶膜/石墨烯膜的石墨烯膜上剥离出边框区域的示意图；

图4为本发明方法中所述对位转移工艺流程图；

其中，1-金属边框电极层，11-边框电极，12-引脚电极，2-基材，3-含胶膜，4-石墨烯膜，41-边框区域，42-对位靶标(石墨烯膜)，5-对位靶标(基材上)。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

1、参见图1所示，在pet基材2表面采用磁控溅射法溅镀上厚度为100nm的单质铜，形成边框电极层1以及对位靶标5；

2、参见图2所示，用黄光工艺将铜边框电极层1蚀刻成线宽为20μm的边框电极11，同时制备出向内部区域伸出用于连接石墨烯薄膜的引脚电极12；

3、参见图3所示，利用激光直写工艺将转移在有机硅压敏胶膜3上的单层石墨烯薄膜4部分剥离掉，漏出与边框电极相适应的边框区域41，同时剥离出对位靶标42，石墨烯薄膜预先经过化学掺杂处理；

4、将步骤3中的有机硅压敏胶膜3/石墨烯膜4用贴合机对位转移至步骤2中的pet表面2，使边框电极11落入石墨烯膜上剥离出的边框区域41，石墨烯膜4仅与引脚电极12搭接形成良好的欧姆接触即可，再利用降粘工艺去除有机硅压敏胶膜3，形成基材2/石墨烯膜4+电极11、12；

5、再经过激光蚀刻石墨烯图形、贴合OCA、切割等工序即可制作成窄边框的触控传感器。

实施例2：

1、参见图1所示，在玻璃基材2表面采用磁控溅射法溅镀上厚度为150nm的单质金，形成边框电极层1以及对位靶标5；

2、参见图2所示，用黄光工艺将金边框电极层1蚀刻成线宽仅10μm的超窄的边框电极11，同时制备出向内部区域伸出用于连接石墨烯薄膜的引脚电极12；

3、参见图3所示，利用激光直写工艺将转移在有机硅压敏胶膜3上的单层石墨烯膜4部分剥离掉，只漏出与金电极相适应的边框区域41，同时剥离出对位靶标42，石墨烯薄膜预先经过化学掺杂处理；

4、参见图4所示，将步骤3中的有机硅压敏胶膜3/石墨烯膜4用贴合机对位转移至步骤2中的玻璃基材2表面，使边框电极11落入石墨烯膜上剥离出的边框区域41，石墨烯膜4仅与引脚电极12搭接形成良好的欧姆接触即可，降粘去除有机硅压敏胶膜3；

5、重复步骤4转移第二层石墨烯薄膜至玻璃基材表面；

6、再经过激光蚀刻石墨烯图形、贴合OCA、切割等工序即可制作成超窄边框的触控传感器。

实施例3：

1、参见图1所示，在pet基材2表面采用磁控溅射法溅镀上厚度为150nm的铜银合金，形成边框电极层1以及对位靶标5；

2、参见图2所示，用黄光工艺将铜银合金边框电极层1蚀刻成线宽仅12μm的超窄的边框电极11，同时制备出向内部区域伸出用于连接石墨烯薄膜的引脚电极12；

3、参见图3所示，利用掩膜板结合等离子刻蚀工艺将转移在有PMMA胶膜3上的单层石墨烯膜4部分剥离掉，只漏出与铜银合金电极相适应的边框区域41，同时剥离出对位靶标42，石墨烯膜预先经过化学掺杂处理；

4、参见图4所示，将步骤3中的PMMA胶膜3/石墨烯膜4用贴合机对位转移至步骤2中的pet基材2表面，使边框电极11落入石墨烯膜剥离出的边框区域41中，石墨烯膜4仅与引脚电极12搭接形成良好的欧姆接触即可，降粘去除PMMA胶膜3；

5、重复步骤4转移第二层石墨烯薄膜至pet基材表面；

6、再经过激光蚀刻石墨烯图形、贴合OCA、切割等工序即可制作成超窄边框的触控传感器。

实施例4：

1、参见图1所示，在COC基材2表面采用磁控溅射法溅镀上厚度为150nm的钼铝钼合金，形成边框电极层1以及对位靶标5；

2、参见图2所示，用黄光工艺将钼铝钼合金边框区域蚀刻成线宽为18μm的窄的边框电极11，同时制备出向内部区域伸出用于连接石墨烯薄膜的引脚电极；

3、参见图3所示，利用激光直写工艺将转移在PMMA胶膜3上的单层石墨烯膜4部分剥离掉，只漏出与钼铝钼合金电极相适应的边框区域41，同时剥离出对位靶标42，石墨烯膜预先经过化学掺杂处理；

4、参见图4所示，将步骤3中的PMMA胶膜3/石墨烯膜4用贴合机对位转移至步骤2中的COC基材表面，使边框电极11落入石墨烯膜剥离出的边框区域41中，石墨烯膜4仅与引脚电极12搭接形成良好的欧姆接触即可，降粘去除PMMA胶膜3；

5、重复步骤4转移第二层石墨烯薄膜至COC基材表面；

6、再经过激光蚀刻石墨烯图形、贴合OCA、切割等工序即可制作成窄边框的触控传感器。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超窄边框石墨烯触控传感器的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)电极的制备

a.在基材表面用磁控溅射法溅镀金属边框电极层；

b.用黄光工艺将金属边框电极层蚀刻出适用于窄边框或超窄边框的电极，电极包括边框电极和向内部传感区延伸的引脚电极；

2)含胶膜/石墨烯薄膜的处理：

利用图形剥离工艺将含胶膜上的石墨烯膜部分剥离掉，使石墨烯膜的外缘漏出与边框电极相适应的边框区域；

3)组合形成石墨烯触控传感器

a.将步骤2)中处理好的含胶膜/石墨烯对位转移至步骤1)中的基材表面，使边框电极落入边框区域，石墨烯膜与引脚电极搭接，去除含胶膜；

b.图案化石墨烯薄膜形成视窗区，再经过贴合、切割等工序制作成触控传感器。

2.根据权利要求1所述的超窄边框石墨烯触控传感器的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中的步骤b中，一并刻蚀出靶标位置；所述步骤2)中，还利用图形剥离工艺一并制作出靶标位置。

3.根据权利要求1所述的超窄边框石墨烯触控传感器的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，所述基材为PE膜、PET膜、OPP膜、PP膜、PVC膜、光学膜OCA、AR保护膜、全氟磺酸树脂膜、PI膜、COC膜、PPS膜、有机玻璃或玻璃，优选为PET；

优选的，所述基材的厚度为20μm-200μm，优选为50μm-125μm。

4.根据权利要求1所述的超窄边框石墨烯触控传感器的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，所述金属边框电极层的材料为金、银、铜、铝、镍、铬、钼或铂的金属单质或合金；优选的，所述金属边框电极层的厚度为50nm-5μm，优选100nm-500nm。

5.根据权利要求1所述的超窄边框石墨烯触控传感器的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中，所述石墨烯膜为单层石墨烯或多层石墨烯构成，优选单层石墨烯。

进一步优选的，所述图形剥离工艺采用激光直写工艺或者掩膜板结合等离子刻蚀工艺。

6.根据权利要求1所述的超窄边框石墨烯触控传感器的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中，所述含胶膜采用有机硅压敏胶膜、PMMA、PI、PU或热释放胶带，优选有机硅压敏胶膜；

优选的，所述含胶膜的厚度为40μm-250μm，优选为75μm-150μm。

7.根据权利要求1所述的超窄边框石墨烯触控传感器的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中，所述含胶膜去除方法采用降粘处理工艺。

8.根据权利要求1所述的超窄边框石墨烯触控传感器的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中，所述图案化采用激光蚀刻石墨烯。

9.根据权利要求1所述的超窄边框石墨烯触控传感器的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中，所述石墨烯与引脚搭接的区域宽度为0.1mm-2mm，优选0.5mm-1mm。

10.一种超窄边框石墨烯触控传感器，其特征在于：包括石墨烯膜和电极，所述电极由边框电极和引脚构成，所述引脚搭接在石墨烯膜的边缘，边框电极的电级线宽为20μm以内，优选10μm，石墨烯与引脚搭接的区域宽度为0.1mm-2mm；优选0.5mm-1mm。