專利名稱：一種石墨烯電容式觸摸屏金屬電極的精細(xì)圖案化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種石墨烯電容式觸摸屏金屬電極的精細(xì)圖案化方法，具體涉及一種可應(yīng)用在電容式觸摸屏的石墨烯材料之上的，具有精細(xì)圖案設(shè)計(jì)的金屬電極膜層的制作方法。
背景技術(shù)：
觸摸屏是一種輸入設(shè)備，能夠方便實(shí)現(xiàn)人與計(jì)算機(jī)及其它便攜式移動(dòng)設(shè)備的交互作用。近年來，基于透明導(dǎo)電薄膜的電容觸摸屏被廣泛應(yīng)用于移動(dòng)互聯(lián)設(shè)備，如智能手機(jī)，便攜式平板電腦。觸摸屏按照功能區(qū)域劃分為視窗觸控區(qū)2和引線電極區(qū)1，引線電極區(qū)I通過控制器連接外部結(jié)構(gòu)(圖1為電容式觸摸屏的功能區(qū)域示意圖)。目前廣為流行的電容式觸摸屏結(jié)構(gòu)包含(玻璃)基板3、透明導(dǎo)電電極層4、邊緣電極引線層5組成(圖2為單片電容式觸摸屏的結(jié)構(gòu)示意圖)；其中透明導(dǎo)電電極4的膜層為TCO膜層，其作用是可以使光線透過，且本身可作為導(dǎo)電電極層使用。電極I所需要的透明導(dǎo)電層TCO需要具備10_4Ω ·_數(shù)量級的電阻率。目前得到實(shí)際應(yīng)用的是ITO (氧化銦錫)膜層。工業(yè)當(dāng)中普遍采用PVD (物理氣相沉積)方式鍍制ITO (氧化銦錫)膜層。這里的PVD方式主要為濺射鍍膜方式。邊緣電極引線層2為金屬引線層。ITO(銦錫氧化物)薄膜是目前市場上最廣泛使用的透明導(dǎo)電薄膜，它是氧化銦(90%Ιη203)和氧化錫(10%Sn02)的合成物，通常是用電子濺鍍等方法在硬(玻璃)或軟(塑膠)基板上生產(chǎn)的。雖然由現(xiàn)有的工藝生產(chǎn)的ITO薄膜具有高導(dǎo)電性和透明度，能基本滿足部分電子產(chǎn)品對該兩項(xiàng)技術(shù)指 標(biāo)的需要，但是仍存在很多難以克服的困難(I) ITO很脆易碎，因此應(yīng)用時(shí)容易被磨損或者在彎曲時(shí)出現(xiàn)裂紋、脫落而影響使用壽命。(2) ITO成膜后需要高溫處理才能達(dá)到高導(dǎo)電性，當(dāng)使用塑膠基板時(shí)，由于處理溫度受限，薄膜導(dǎo)電性和透明度均較低。(3)受原材料和生產(chǎn)設(shè)備、工藝的影響，ITO薄膜將會(huì)越來越昂貴。這是因?yàn)橐环矫?，ITO的主要成分是銦，其儲(chǔ)量非常有限，目前的全球年產(chǎn)約為500噸；另一方面，ITO的成膜工藝必須使用高質(zhì)量的ITO靶材，成膜所需的高質(zhì)量ITO靶材生產(chǎn)技術(shù)又主要控制在日本、美國、歐洲等國家。以上技術(shù)缺陷和未來市場走向使發(fā)展新材料來取代ITO成為工業(yè)界急需解決的課題。對ITO的替代材料的可行性研究已經(jīng)進(jìn)行了很多年，潛在的候選材料包括導(dǎo)電聚合物、氧化鋅或其他氧化物、碳納米管以及最近的石墨烯等。石墨烯具有作為透明導(dǎo)電材料的極佳性能，具備很高的透射率及電導(dǎo)率。石墨烯的透射率在可見光波段與波長無關(guān)，也就是說，可見光透射率因波長不同而引起的變化較少，透射光譜幾乎為平坦?fàn)顟B(tài)。從色調(diào)的角度來說，石墨烯的色調(diào)完全無色，而導(dǎo)電薄膜越是無色就越容易在觸摸顯示屏上忠實(shí)地再現(xiàn)圖像顏色。在透射率方面，石墨烯具有最好的透射率，高達(dá)97. 4%。而在導(dǎo)電性方面，石墨烯在透射率維持在95%范圍內(nèi)時(shí)仍可達(dá)到125Ω/ □的方塊電阻指標(biāo)，已經(jīng)達(dá)到了工業(yè)界透明電極的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(20(Γ900Ω/ 口)。而需要指出的是，光線透射率與方塊電阻值存在此消彼長的關(guān)系，為了降低方塊電阻而增加石墨烯薄膜的厚度，透射率會(huì)隨之下降。相反，為了提高光線透射率而減薄膜厚，方塊電阻值就會(huì)上升。所以可以在保證透光率的前提下，通過適當(dāng)增加石墨烯膜厚及摻雜等技術(shù)途徑，將導(dǎo)電膜的方塊電阻降至最低，這方面石墨烯具有很大的潛力。在石墨烯電容式觸摸屏的生產(chǎn)實(shí)踐中，導(dǎo)電圖形和引線電極制作過程還存在一些困難(I)由于石墨烯性質(zhì)穩(wěn)定，普通的化學(xué)刻蝕方法無法形成石墨烯導(dǎo)電圖形；(2)在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，在化學(xué)刻蝕中，金屬層的去除過程會(huì)破壞金屬層下石墨烯層的完整性，這是由于石墨烯層的厚度(小于2nm)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于金屬層(200nnTl000nm)的緣故；(3)在PVD過程中利用掩膜板直接形成引線電極區(qū)的方法并不適合規(guī)?；a(chǎn)，其原因之一是掩膜板的對位精度和速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足正常生產(chǎn)需要；原因之二，因?yàn)檠谀ぐ逯荒芩椒胖?，豎直放置·則涉及夾片等動(dòng)作，不利于安放小型基片，過程復(fù)雜，限制了鍍膜樣品的位置，嚴(yán)重降低了生產(chǎn)效率及產(chǎn)品良率。因此，如何開發(fā)一種石墨烯電容式觸摸屏金屬電極的圖案化方法是本領(lǐng)域一個(gè)亟待解決的問題。所述的圖案化方法應(yīng)當(dāng)具有足夠的精度，以便于精確圖案化觸摸屏的引線區(qū)電極。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的之一在于提供一種石墨烯電容式觸摸屏金屬電極的圖案化方法，所述方法能夠?qū)⒂|摸屏引線電極區(qū)進(jìn)行精確的圖案化。本發(fā)明所述石墨烯電容式觸摸屏金屬電極的精細(xì)圖案化方法，是以轉(zhuǎn)移有石墨烯的基板為對象，在沉積金屬膜層的過程中，用感光膠保護(hù)觸摸屏的視窗觸控區(qū)，最后去除感光膠進(jìn)行觸摸屏的整板圖案化。本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明所述石墨烯電容式觸摸屏金屬電極的精細(xì)圖案化方法包括如下步驟( I)制備石墨烯薄膜，并轉(zhuǎn)移石墨烯薄膜至基板上；(2)在轉(zhuǎn)移有石墨稀的基板上涂覆感光月父；(3)利用掩膜板進(jìn)行曝光，顯影，暴露出觸摸屏的引線電極區(qū)；(4)在觸摸屏整板沉積金屬膜層；(5)將觸摸屏視窗觸控區(qū)上覆蓋的感光膠/金屬膜層去除，暴露出觸摸屏的視窗觸控區(qū)；(6)將觸摸屏的整板進(jìn)行激光刻蝕圖案化。步驟(I):制備石墨烯薄膜，并轉(zhuǎn)移石墨烯薄膜至基板上。該步驟的目的是形成整板的石墨稀/基板的層狀結(jié)構(gòu)，記為基板I。優(yōu)選地，本發(fā)明步驟(I)所述制備石墨烯薄膜的方法為化學(xué)氣相沉積法、氧化還原法、火焰法或加熱SiC法中的任意I種，優(yōu)選化學(xué)氣相沉積法。關(guān)于石墨烯的制備、大尺寸石墨烯薄膜的制備以及大尺寸石墨烯薄膜的轉(zhuǎn)移等方面，本領(lǐng)域技術(shù)人員已經(jīng)做了一定的研究，例如楊永輝采用氧化還原法制備了石墨烯膠狀懸浮液，通過真空抽濾獲得了石墨烯薄膜(石墨烯薄膜的制備和結(jié)構(gòu)表征，楊永輝等，物理化學(xué)學(xué)報(bào)，2011，27 (3) =736-742);褚穎等在“碳材料石墨烯及在電化學(xué)電容器中的應(yīng)用”(碳材料石墨烯及在電化學(xué)電容器中的應(yīng)用，褚穎等，電池，2009，8，39 (4):220-221)—文中概述了石墨烯及其制備方法微機(jī)械剝離、石墨插層、氧化石墨還原和化學(xué)氣相沉積，綜述了石墨烯作為電極材料對電化學(xué)電容器性能，特別是比電容的影響；任文才在“石墨烯的化學(xué)氣相沉積法制備”(石墨烯的化學(xué)氣相沉積法制備，任文才，2011，2，26 (I) :71-79)—文中評述了 CVD法制備石墨烯及其轉(zhuǎn)移技術(shù)的研究進(jìn)展。本發(fā)明所述的石墨烯薄膜的制備方法沒有特殊限定，能夠制備得到石墨烯薄膜的任意一種方法均可用于本發(fā)明。CN102220566A (
公開日2011_10_19)公開了一種化學(xué)氣相沉積制備單層和多層石墨烯的方法，其步驟是將金屬襯底置于真空管式爐或者真空氣氛爐中，在除去真空腔內(nèi)氧氣的情況下，將氫氣注入真空腔中，并升溫至800-100(TC，再將碳源氣體注入真空腔中，SP得到沉積有石墨烯的金屬襯底。優(yōu)選地，步驟(I)所述石墨烯薄膜的制備方法為化學(xué)氣相沉積法，可以采用如CN102220566A所述的方法制備，具體為在800-1000°C下裂解碳源性氣體，在襯底表面生長石墨烯薄膜；所述襯底優(yōu)選為銅箔。本發(fā)明所述化學(xué)氣相沉積法中，所述碳源性氣體為只含有碳原子和氫原子的有機(jī)氣體，優(yōu)選C1-C4的烷烴、C2-C4的烯烴、C2-C3的炔烴中的任意I種或至少2種的組合，進(jìn)一步優(yōu)選甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、丙烷、正丁烯、異丁烯、1，2- 丁二烯、1，3- 丁二烯、順丁二烯、反二丁烯、正丁烷、異丁烷、丙烯、環(huán)丙烷中的任意I種或至少2種的組合，所述組合例如甲烷\乙烷的組合、乙烯\正丁烯的組合、乙炔\環(huán)丙烷\甲烷的組合等，特別優(yōu)選甲烷和\或乙炔。本發(fā)明所述化學(xué)氣相沉積法中，所述襯底選自金屬箔或附于基體上的金屬薄膜，所述金屬選自鎳、銅、銣、鈷、鈀、鉬、銥或釕中的任意I種或至少2種的組合；所述襯底優(yōu)選銅箔、鎳箔、銣箔、釕箔或涂覆有金屬鎳薄膜的基體中的任意I種或至少2種的組合，進(jìn)一步優(yōu)選銅箔。優(yōu)選地，步驟(I)所述石墨烯薄膜厚度為O. 3-1. 5nm,例如O. 32nm、0. 37nm、
0.43nm、0. 5nm、0. 54nm、0. 58nm、0. 65nm、0. 72nm、0. 77nm、0. 8nm、0. 84nm、0. 95nm>1. 03nm、
1.25nm、1. 34nm、1. 43nm、1. 47nm 等，優(yōu)選 0. 3-1. Onm0優(yōu)選地，步驟(I)所述基板為玻璃基板或PET基板，所述基板的厚度為O. 3-1. 4mm,例如 O. 32mm、0. 37mm、0. 43mm、0. 5mm、0. 54mm、0. 58mm、0. 65mm、0. 72mm、0. 77mm、0. 8mm、
0.84mm、0. 95mm、1. 03mm、1. 25mm、1. 34mm等,優(yōu)選0. 3-1. 1mm。由于本發(fā)明所述的過程沒有
高溫步驟，所以可用于PET材質(zhì)的基板。優(yōu)選地，步驟(I)所述轉(zhuǎn)移石墨烯薄膜的方法選自聚甲基丙烯酸甲酯轉(zhuǎn)移法、熱釋放膠帶轉(zhuǎn)移法或聚二甲基硅氧烷轉(zhuǎn)移法中的任意I種，優(yōu)選聚甲基丙烯酸甲酯轉(zhuǎn)移法?！案g基體法”是目前比較常用的轉(zhuǎn)移石墨烯的方法，此方法采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)等作為轉(zhuǎn)移介質(zhì)，確保了石墨烯轉(zhuǎn)移的可靠性和穩(wěn)定性，較好地保存了石墨烯的完整性。典型但非限制性的實(shí)例為使用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作為轉(zhuǎn)移介質(zhì)，lmol/L的NaOH作為腐蝕液，腐蝕溫度為90°C，在把粘附有石墨烯的PMMA薄膜從原始硅基底上分離后，室溫下將其粘貼到目標(biāo)基體上，最后利用丙酮清洗掉PMMA，實(shí)現(xiàn)了石墨烯的轉(zhuǎn)移；或者將帶有PDMS的生長有石墨烯的Ni基體放入腐蝕液中(FeCl3溶液或酸溶液)，腐蝕完成后，帶有石墨烯的PDMS片會(huì)漂浮在液面上，用水清洗PDMS片后，將其粘貼在目標(biāo)基體上，靜置去除氣泡后再揭下PDMS，即可將石墨烯轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基體上(石墨烯的化學(xué)氣相沉積法制備，任文才，2011，2，26 (I) : 71-79)。熱釋放膠帶是一種適合轉(zhuǎn)移大面積石墨烯的轉(zhuǎn)移介質(zhì)，其特點(diǎn)是常溫下具有一定的粘合力，在特定溫度以上，粘合力急劇下降甚至消失，表現(xiàn)出“熱釋放”特性，該方法可以實(shí)現(xiàn) 30 英寸石墨烯的轉(zhuǎn)移(Bae S，et al. Roll-to-roll production of 30-1nchgrapheme films for transparent electrodes[J], Nature Nanotechnology, 2010, 5(8):574-578)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明了，任何一種現(xiàn)有技術(shù)或新技術(shù)公開的能夠轉(zhuǎn)移石墨烯的方法均可用于本發(fā)明，此處不再贅述。步驟(2):在轉(zhuǎn)移有石墨烯的基板上涂覆感光膠。該步驟的目的是形成整板的感光膠/石墨烯/基板的層狀結(jié)構(gòu)，記為基板II。優(yōu)選地，步驟(2)所述感光膠的涂覆方法選自旋涂法或刮涂法中的任意I種，優(yōu)選旋涂法。優(yōu)選地，所述旋涂為將感光膠滴落在石墨烯層的旋轉(zhuǎn)中心位置，依靠旋轉(zhuǎn)中的膠體的向心力均勻的覆蓋在石墨烯膜層表面。本發(fā)明所述的旋涂 涂覆感光膠的過程是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的操作，本發(fā)明不做具體限定。典型但非限制性的旋涂涂覆感光膠的操作條件為2000-6000r/min，例如 2200r/min、3200r/min、4100r/min、5700r/min 等，優(yōu)選 4500_5500r/min，旋涂 25_35s，感光膠涂覆厚度約O. 8-1. 2 μ m ;例如5000r/min,旋涂30s,感光膠涂覆厚度約l.Oym;4600r/min,旋涂34s，感光膠涂覆厚度約1. 03 μ m ；4800r/min,旋涂29s，感光膠涂覆厚度約
O.96ym;5200r/min，旋涂27s，感光膠涂覆厚度約1. 16 μ m等。感光膠根據(jù)曝光前后溶解度特性的變化分為正性感光膠和負(fù)性感光膠。正性感光膠在曝光前對特定溶劑是不可溶的，而曝光后卻變成了可溶的。在使用正性感光膠進(jìn)行光刻時(shí)，在襯底表面將得到與光刻掩模板遮光圖案相同的圖形，故稱為正性膠。負(fù)性感光膠在曝光前對特定溶劑是可溶性的，而曝光后發(fā)生光聚合反應(yīng)，不溶于所述的特定溶劑。在使用負(fù)性感光膠進(jìn)行光刻時(shí)，在襯底表面將得到與光刻膠掩模板遮光圖案完合相反的圖形，故稱之為負(fù)性膠。所述的特定溶劑可以根據(jù)感光膠的特性進(jìn)行選擇，典型但非限制性的實(shí)例有丙酮、丁酮、環(huán)已酮、KOH溶液、NaOH溶液等。優(yōu)選地，本發(fā)明所述感光膠選自正性感光膠或負(fù)性感光膠。優(yōu)選地，所述正性感光膠選自PMMA或DQN。DQN為紫外光刻正性I線(365nm)光刻膠，其中DQ表示感光化合物重氮醌(Diazonapthoquinine),N表示親水基體材料酹醒樹脂。DQN在顯影劑為曝光區(qū)的溶解率極低，適合用于高精度圖形的刻蝕；其能夠形成的最小線寬大約為0. 25 μ m。PMMA是聚甲基丙烯酸酯。PMMA作為正性感光膠具有分辨率高、附著力強(qiáng)、工藝簡單成熟的優(yōu)點(diǎn)。
DQN和PMMA均可通過商購獲得。優(yōu)選地，所述負(fù)性感光膠選自聚肉桂酸脂類、聚脂類、環(huán)化橡膠類，優(yōu)選自聚乙烯醇肉桂酸脂、肉桂酸纖維素、b-橡膠阻抗劑、順式聚異戊二烯中的任意I種或至少2種的組合，所述組合例如聚乙烯醇肉桂酸脂/肉桂酸纖維素的組合、b-橡膠阻抗劑/順式聚異戊二烯的組合、順式聚異戊二烯/b-橡膠阻抗劑/聚乙烯醇肉桂酸脂的組合等，優(yōu)選聚乙烯醇肉桂酸脂。步驟(3):利用掩膜板進(jìn)行曝光，顯影，暴露出觸摸屏的引線電極區(qū)。該步驟的目的是形成引線電極區(qū)結(jié)構(gòu)為石墨烯/基板，視窗觸控區(qū)結(jié)構(gòu)為感光膠/石墨烯/基板的基板III。優(yōu)選地，步驟(3)所述掩膜板材質(zhì)選自鉻板、超微粒干板、氧化鐵板中的任意I種；優(yōu)選地，當(dāng)感光膠為正性感光膠時(shí)，覆蓋觸摸屏引線電極區(qū)的為掩膜板透光區(qū)；優(yōu)選地，當(dāng)感光膠為負(fù)性感光膠時(shí)，覆蓋觸摸屏引線電極區(qū)的為掩膜板遮光區(qū)。本發(fā)明所述的感光膠的選擇、涂覆和曝光顯影均是本領(lǐng)域技術(shù)人員有能力獲知的技術(shù)，本發(fā)明不再贅述。步驟(4):在觸摸屏整板沉積金屬膜層。該步驟的目的是形成引線電極區(qū)結(jié)構(gòu)為金屬膜層/石墨烯/基板，視窗觸控區(qū)結(jié)構(gòu)為金屬膜層/感光膠/石墨烯/基板的基板IV。優(yōu)選地，步驟(4)所述金屬膜層的沉積方法選自PVD方法中的任意I種，優(yōu)選自真空蒸發(fā)沉積鍍膜、濺射沉積鍍膜、離子鍍沉積鍍膜中的任意I種，進(jìn)一步優(yōu)選濺射沉積鍍膜法，特別優(yōu)選磁控濺射沉積鍍膜法。濺射沉積鍍膜是利用高能離子沖擊材料靶，從其表面濺射出粒子并沉積在工件表面上形成薄膜的方法。濺射沉積鍍膜的機(jī)理為在一定真空條件(大約I(T1Pa)下向?yàn)R射鍍膜裝置(如圖9所示)中通入Ar氣，給靶、真空室壁加上正負(fù)電，形成輝光放電；輝光放電時(shí)電子在電場作用下變成高能電子(電場電勢越高，電子能量越高);高能電子碰撞Ar原子，使Ar原子電離成正離子(即Ar+離子)以及二次電子；二次電子在電場作用下也變成高能電子，會(huì)繼續(xù)碰撞Ar原子產(chǎn)生電離，從而繼續(xù)產(chǎn)生更多的Ar+離子和二次電子；如此循環(huán)即形成“雪崩”;而Ar原子發(fā)生電離時(shí)其內(nèi)部的電子發(fā)生躍遷，此時(shí)可觀察到真空腔體內(nèi)，在靶和基片之間形成的光芒，光芒越強(qiáng)處發(fā)生電離越多；此時(shí)空間形成等離子體;Ar+離子在電場作用下飛向靶面(由于靶為陰極，帶負(fù)電位)，并碰撞靶材表面，濺射出靶材粒子；靶材粒子飛向基片，并在基片上沉積形成一層薄膜。濺射沉積鍍膜是本領(lǐng)域公知的技術(shù)，此處不再贅述。圖9為濺射沉積鍍膜裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。濺射沉積鍍膜裝置(如圖9所示)中包含了真空腔體12 (也稱為真空室)、靶
10、基片11 ;真空腔體12提供一個(gè)真空環(huán)境，濺射鍍膜方式中真空腔體接地，同時(shí)為陽極，靶10即為濺射鍍膜方式中的陰極；基片11在濺射鍍膜方式中可以有三種方式接地、懸浮或單獨(dú)接某一電位(即為偏壓)。本發(fā)明優(yōu)選采用連續(xù)式直流磁控濺射鍍膜生產(chǎn)線進(jìn)行測控濺射沉積鍍膜，進(jìn)行金屬膜層的沉積。所述的連續(xù)式直流磁控濺射鍍膜生產(chǎn)線為現(xiàn)有的工藝設(shè)備，且可以通過商購獲得。優(yōu)選地,步驟(4)所述金屬膜層的金屬元素選自Ag、Al、Mo、Cu、N1、Fe、Se、Sn、Au中的任意I種或至少2種的組合,所述組合例如Ni/Mo組合、Ni/Al組合、Fe/Sn組合、Al/Mo/Cu組合等,優(yōu)選Ag、Al、Mo、Cu、Ni中的任意I種或至少2種的組合。優(yōu)選地，步驟(4)所述金屬膜層的厚度為200-1000nm，例如202nm、215nm、287nm、359nm、435nm、480nm、695nm、823nm、986nm 等，優(yōu)選 200-900nm。步驟(5):將觸摸屏視窗觸控區(qū)上覆蓋的感光膠/金屬膜層去除，暴露出觸摸屏的視窗觸控區(qū)。該步驟的目的是形成引線電極區(qū)結(jié)構(gòu)為金屬膜層/石墨烯/基板，視窗觸控區(qū)結(jié)構(gòu)為石墨稀/基板的基板V。優(yōu)選地，步驟(5)所述去除感光膠的方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方法，本發(fā)明不做具體限定。去除正性感光膠的方法典型但非限制性的操作條件為采用在線式滾刷刷洗或人工擦拭方式，由乙醇胺、二甲基亞砜構(gòu)成的正膠去除液去除感光膠層，溫度控制40°C 60°C，時(shí)間:10 20分鐘。步驟(6):將觸摸屏的整板進(jìn)行激光刻蝕圖案化。該步驟的目的是將基板V進(jìn)行整板的圖案化，得到能夠接受觸摸屏的接觸信號(hào)，并將信號(hào)傳輸給處理器的觸摸屏。

優(yōu)選地，步驟(6)所述激光刻蝕為激光直寫式刻蝕。所述激光直寫，就是利用強(qiáng)度可變的激光束直接在石墨烯和金屬表面刻蝕成所要求的輪廓。激光直寫技術(shù)是本領(lǐng)域的常規(guī)技術(shù)，如顏樹華等在綜述“二元光學(xué)器件直寫技術(shù)的研究進(jìn)展” 一文中，對于激光直寫技術(shù)原理、方法等做了綜述(二元光學(xué)器件直寫技術(shù)的研究進(jìn)展，顏樹華等，半導(dǎo)體光電，2002，23 (3) :159-162)。本發(fā)明所述的激光刻蝕法對石墨烯和金屬薄膜進(jìn)行圖案化，不需要掩膜，可以直接獲得電極圖形。作為優(yōu)選技術(shù)方案，本發(fā)明所述石墨烯電容式觸摸屏金屬電極的精細(xì)圖案化方法包括如下步驟(I)將石墨烯材料通過高溫化學(xué)氣相沉積方法在銅箔基底上生長，形成O. 3^1nm厚薄膜，然后經(jīng)過化學(xué)轉(zhuǎn)印的方法將石墨烯膜層轉(zhuǎn)印到基板上，得到整板為石墨烯/基板的層狀結(jié)構(gòu)的基板I ;(2)將正性感光膠均勻涂覆在基板I的石墨烯層上，得到整板為感光膠/石墨烯/基板的層狀結(jié)構(gòu)的基板II;(3)利用合適的掩膜板，經(jīng)曝光，顯影，暴露出引線電極區(qū)，得到基板III ;基板III的引線電極區(qū)結(jié)構(gòu)為石墨烯/基板，視窗觸控區(qū)結(jié)構(gòu)為感光膠/石墨烯/基板；(4)采用磁控濺射方法在基板III的整板沉積金屬膜層，得到基板IV ;基板IV的引線電極區(qū)結(jié)構(gòu)為金屬膜層/石墨烯/基板，視窗觸控區(qū)結(jié)構(gòu)為金屬膜層/感光膠/石墨稀/基板；(5)選用正性感光膠去除液將基板IV的視窗觸控區(qū)上的感光膠/金屬膜層去除，暴露出視窗觸控區(qū)的石墨烯層，得到基板V;基板V的引線電極區(qū)結(jié)構(gòu)為金屬膜層/石墨烯/基板，視窗觸控區(qū)結(jié)構(gòu)為石墨稀/基板；(6)將基板V整板進(jìn)行激光直寫刻蝕，形成具有精細(xì)圖案設(shè)計(jì)的電容式觸摸屏的金屬電極膜層。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果(I)通過在石墨烯材料上采用工業(yè)慣用方式一感光膠涂覆和曝光顯影，形成引線電極區(qū)，有利于圖案化金屬電極膜層的工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)加工；
(2)采用平板顯示器用玻璃鍍膜裝置中的連續(xù)式直流磁控濺射鍍膜生產(chǎn)線，進(jìn)行可應(yīng)用于石墨烯基板的金屬電極層的制備生產(chǎn)。本發(fā)明可以直接使用現(xiàn)有的工藝設(shè)備，設(shè)備轉(zhuǎn)換成本很小，且技術(shù)可靠，簡化了工藝流程，提高了整體產(chǎn)品良率；(3)采用激光進(jìn)行精細(xì)圖案的設(shè)計(jì)加工，提高了金屬電極層與石墨烯層的蝕刻速度，同時(shí)規(guī)避黃光精細(xì)蝕刻過程，可以大幅度簡化制程，節(jié)約成本，提高了產(chǎn)品良率。


圖1為電容式觸摸屏的功能區(qū)域示意圖；圖2為單片電容式觸摸屏的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明一種實(shí)施方式所述基板I的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明一種實(shí)施方式所述基板II的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明一種實(shí)施方式所述基板III的結(jié)構(gòu)不意圖；圖6是本發(fā)明一種實(shí)施方式所述基板IV的結(jié)構(gòu)不意圖；圖7是本發(fā)明一種實(shí)施方式所述基板V的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是本發(fā)明一種實(shí)施方式所述石墨烯電容式觸摸屏的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是濺射沉積鍍膜裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；其中，1-引線電極區(qū)；2-視窗觸控區(qū)；

3-(玻璃)基板；4-透明導(dǎo)電電極層；5_邊緣電極引線層；6-石墨烯薄膜；7_正性感光膠；8_視窗觸控區(qū)的金屬膜層；9_引線電極區(qū)的金屬膜層；10_靶；11_基片；12-真空腔體。
具體實(shí)施例方式為便于理解本發(fā)明，本發(fā)明列舉實(shí)施例如下。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明了，所述實(shí)施例僅僅是幫助理解本發(fā)明，不應(yīng)視為對本發(fā)明的具體限制。實(shí)施例1一種石墨烯電容式觸摸屏金屬電極的精細(xì)圖案化方法，包括如下步驟(I)在玻璃基板上用CVD轉(zhuǎn)移法制備單層或2 3個(gè)原子層的石墨烯薄膜；CVD轉(zhuǎn)移法是指通過高溫化學(xué)氣相沉積(CVD)的方法在銅箔等基底上形成O. 3^1. 5nm厚石墨烯薄膜，后經(jīng)過化學(xué)轉(zhuǎn)印的方法將石墨烯膜層轉(zhuǎn)印到基板上；(2)利用旋涂法將正性感光膠均勻覆蓋在石墨烯層上，結(jié)合適合的掩膜板，經(jīng)曝光、顯影、暴露出引線電極區(qū)(I)和視窗觸控區(qū)(2)；(3)采用磁控濺射方法在石墨烯基板上沉積引線金屬層，膜層厚度可為20(Tl000nm ；(4)采用在線式滾刷刷洗或人工擦拭方式，由乙醇胺、二甲基亞砜構(gòu)成的正膠去除液去除感光膠/金屬膜層，溫度控制40°C，時(shí)間10分鐘。暴露出視窗觸控區(qū)的石墨烯層，得到基板V ;基板V的引線電極區(qū)結(jié)構(gòu)為金屬膜層/石墨烯/基板，視窗觸控區(qū)結(jié)構(gòu)為石墨稀/基板；(5)將石墨烯和金屬引線電極的圖形輸入激光器，在沉積有玻璃/石墨烯/多層金屬膜層結(jié)構(gòu)的透明導(dǎo)電基板上進(jìn)行激光直寫，形成適用于觸摸屏應(yīng)用的透明導(dǎo)電電極基板。實(shí)施例2一種石墨烯電容式觸摸屏金屬電極的精細(xì)圖案化方法，包括如下步驟(I)采用CN102220566A公開的方法制備石墨烯薄膜，具體為將銅箔襯底置于真空管式爐中，在除去真空腔內(nèi)氧氣的情況下，將氫氣注入真空腔中，并升溫至1000°c，再將甲烷氣體注入真空腔中，即得到沉積有石墨烯的金屬襯底；所述石墨烯薄膜的厚度為
O.3nm ；然后經(jīng)過化學(xué)轉(zhuǎn)印的方法，以PDMS為介質(zhì)，將石墨烯膜層轉(zhuǎn)印到基板上，得到整板為石墨烯/基板的層狀結(jié)構(gòu)的基板I ;基板I的結(jié)構(gòu)如圖3所示(圖3是本發(fā)明一種實(shí)施方式所述基板I的結(jié)構(gòu)示意圖)；(2)將正性感光膠(DQN)均勻涂覆在基板I的石墨烯層上，得到整板為感光膠/石墨烯/基板的層狀結(jié)構(gòu)的基板II ;基板II的結(jié)構(gòu)如圖4所示(圖4是本發(fā)明一種實(shí)施方式所述基板II的結(jié)構(gòu)示意圖)所述感光膠的涂覆過程為將感光膠滴落在石墨烯層的旋轉(zhuǎn)中心位置，在5000r/min的涂膠速率下，旋涂30s，得到厚度約l.Oym的感光膠；(3)選用掩膜板，遮蓋觸摸屏的視窗觸控區(qū)，保持引線電極區(qū)透光，經(jīng)紫外曝光，5%的氫氧化鉀水溶液進(jìn)行顯影，丙酮溶液清洗刻蝕，暴露出引線電極區(qū)，得到基板III;基板III的引線電極區(qū)結(jié)構(gòu)為石墨烯/基板，視窗觸控區(qū)結(jié)構(gòu)為感光膠/石墨烯/基板；基板III的結(jié)構(gòu)如圖5所示(圖5是本發(fā)明一種實(shí)施方式所述基板III的結(jié)構(gòu)示意圖)(4)采用磁控濺射方法在基板III的整板沉積IOOOnm厚度的金屬膜層，得到基板IV;基板IV的引線電極區(qū)結(jié)構(gòu)為金屬膜層/石墨烯/基板，視窗觸控區(qū)結(jié)構(gòu)為金屬膜層/感光膠/石墨烯/基板；基板IV的結(jié)構(gòu)如圖6所示(圖6是本發(fā)明一種實(shí)施方式所述基板IV的結(jié)構(gòu)示意圖)(5)采用在線式滾刷刷洗或人工擦拭方式，由乙醇胺、二甲基亞砜構(gòu)成的正膠去除液去除感光膠/金屬膜層，溫度控制60°C，時(shí)間20分鐘。暴露出視窗觸控區(qū)的石墨烯層，得到基板V ;基板V的引線電極區(qū)結(jié)構(gòu)為金屬膜層/石墨烯/基板，視窗觸控區(qū)結(jié)構(gòu)為石墨烯/基板；基板V的結(jié)構(gòu)如圖7所示(圖7是本發(fā)明一種實(shí)施方式所述基板V的結(jié)構(gòu)示意圖)(6)將基板V整板進(jìn)行激光直寫刻蝕，形成具有精細(xì)圖案設(shè)計(jì)的電容式觸摸屏的金屬電極膜層。電容式觸摸屏的金屬電極膜層的結(jié)構(gòu)如圖8所示(圖8是本發(fā)明一種實(shí)施方式所述石墨烯電容式觸摸屏的結(jié)構(gòu)示意圖)。實(shí)施例3一種石墨烯電容式觸摸屏金屬電極的精細(xì)圖案化方法，包括如下步驟(I)采用CN102220566A公開的方法制備石墨烯薄膜，具體為將銅箔襯底置于真空管式爐中，在除去真空腔內(nèi)氧氣的情況下，將氫氣注入真空腔中，并升溫至1000°C，再將甲烷氣體注入真空腔中，即得到沉積有石墨烯的金屬襯底；所述石墨烯薄膜的厚度為Inrn ；然后經(jīng)過化學(xué)轉(zhuǎn)印的方法，以PMMA為介質(zhì)，將石墨烯薄膜轉(zhuǎn)印到玻璃基板上，將石墨烯膜層轉(zhuǎn)印到基板上，得到整板為石墨烯/基板的層狀結(jié)構(gòu)的基板I ;(2)將正性感光膠均勻涂覆在基板I的石墨烯層上，得到整板為感光膠/石墨烯/基板的層狀結(jié)構(gòu)的基板II;所述感光膠的涂覆過程為將感光膠滴落在石墨烯層的旋轉(zhuǎn)中心位置，在3000r/min的涂膠速率下，旋涂38s，得到厚度約O. 8 μ m的感光膠；(3)選用掩膜板，遮蓋觸摸屏的視窗觸控區(qū)，保持引線電極區(qū)透光，經(jīng)紫外曝光，5%的氫氧化鉀水溶液進(jìn)行顯影，丙酮溶液清洗刻蝕，暴露出引線電極區(qū)，得到基板III;基板III的引線電極區(qū)結(jié)構(gòu)為石墨烯/基板，視窗觸控區(qū)結(jié)構(gòu)為感光膠/石墨烯/基板；(4)采用磁控濺射方法在基板III的整板沉積200nm厚度的Mo金屬膜層，得到基板IV ;基板IV的引線電極區(qū)結(jié)構(gòu)為金屬膜層/石墨烯/基板，視窗觸控區(qū)結(jié)構(gòu)為金屬膜層/感光I父/石墨稀/基板；(5)采用在線式滾刷刷洗或人工擦拭方式，由乙醇胺、二甲基亞砜構(gòu)成的正膠去除液去除光刻膠層，溫度控制50°C，時(shí)間15分鐘。暴露出視窗觸控區(qū)的石墨烯層，得到基板V ;基板V的引線電極區(qū)結(jié)構(gòu)為金屬膜層/石墨烯/基板，視窗觸控區(qū)結(jié)構(gòu)為石墨烯/基板；(6)將基板V整板進(jìn)行激光直寫刻蝕，形成具有精細(xì)圖案設(shè)計(jì)的電容式觸摸屏的金屬電極膜層。實(shí)施例4一種石墨烯電容式觸摸屏金屬電極的精細(xì)圖案化方法，具體操作與實(shí)施例2相同，僅石墨烯膜的厚度為O. 8nm ;金屬膜層為Al金屬膜層,厚度為800nm。實(shí)施例5一種石墨烯電容式觸摸屏金屬電極的精細(xì)圖案化方法，具體操作與實(shí)施例3相同，僅石墨烯膜的厚度為O. 6nm ;金屬膜層為NiCu金屬膜層，厚度為900nm。
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申請人聲明，本發(fā)明通過上述實(shí)施例來說明本發(fā)明的詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程，但本發(fā)明并不局限于上述詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程，即不意味著本發(fā)明必須依賴上述詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程才能實(shí)施。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明了，對本發(fā)明的任何改進(jìn)，對本發(fā)明產(chǎn)品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍和公開范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種石墨烯電容式觸摸屏金屬電極的精細(xì)圖案化方法，其特征在于，所述方法是以轉(zhuǎn)移有石墨烯的基板為對象，在沉積金屬膜層的過程中，用感光膠保護(hù)觸摸屏的視窗觸控區(qū)，最后去除感光膠進(jìn)行觸摸屏的整板圖案化。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟 (1)制備石墨烯薄膜，并轉(zhuǎn)移石墨烯薄膜至基板上； (2)在轉(zhuǎn)移有石墨烯的基板上涂覆感光膠； (3)利用掩膜板進(jìn)行曝光，顯影，暴露出觸摸屏的引線電極區(qū)； (4)在觸摸屏整板沉積金屬膜層； (5)將觸摸屏視窗觸控區(qū)上覆蓋的感光膠/金屬膜層去除，暴露出觸摸屏的視窗觸控區(qū)； (6)將觸摸屏的整板進(jìn)行激光刻蝕圖案化。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，步驟(I)所述制備石墨烯薄膜的方法為化學(xué)氣相沉積法、氧化還原法、火焰法或加熱SiC法中的任意I種，優(yōu)選化學(xué)氣相沉積法； 優(yōu)選地，步驟(I)所述石墨烯薄膜的制備方法為化學(xué)氣相沉積法，具體為在800-1000°C下裂解碳源性氣體，在襯底表面生長石墨烯薄膜；所述襯底優(yōu)選為銅箔。
4.如權(quán)利要求f3之一所述的方法，其特征在于，步驟(I)所述石墨烯薄膜厚度為O.3-1. 5nm,優(yōu)選 O. 3-1. Onm ； 優(yōu)選地，步驟(I)所述基板為玻璃基板或PET基板，所述基板的厚度為O. 3-1. 4mm,優(yōu)選O.3-1.1mnin
5.如權(quán)利要求廣4之一所述的方法，其特征在于，步驟(I)所述轉(zhuǎn)移石墨烯薄膜的方法選自聚甲基丙烯酸甲酯轉(zhuǎn)移法、熱釋放膠帶轉(zhuǎn)移法或聚二甲基硅氧烷轉(zhuǎn)移法中的任意I種，優(yōu)選聚甲基丙烯酸甲酯轉(zhuǎn)移法。
6.如權(quán)利要求1飛之一所述的方法，其特征在于，步驟(2)所述感光膠的涂覆方法選自旋涂法或刮涂法中的任意I種，優(yōu)選旋涂法； 優(yōu)選地，所述旋涂為將感光膠滴落在石墨烯層的旋轉(zhuǎn)中心位置，依靠旋轉(zhuǎn)中的膠體的向心力均勻的覆蓋在石墨烯膜層表面； 優(yōu)選地，所述感光膠選自正性感光膠或負(fù)性感光膠； 優(yōu)選地，所述正性感光膠選自PMMA或DQN ； 優(yōu)選地，所述負(fù)性感光膠選自聚肉桂酸脂類、聚脂類、環(huán)化橡膠類，優(yōu)選自聚乙烯醇肉桂酸脂、肉桂酸纖維素、b-橡膠阻抗劑、順式聚異戊二烯中的任意I種或至少2種的組合，優(yōu)選聚乙烯醇肉桂酸脂。
7.如權(quán)利要求1飛之一所述的方法，其特征在于，步驟(3)所述掩膜板材質(zhì)選自鉻板、超微粒干板、氧化鐵板中的任意I種； 優(yōu)選地，當(dāng)感光膠為正性感光膠時(shí)，覆蓋觸摸屏引線電極區(qū)的為掩膜板透光區(qū)； 優(yōu)選地，當(dāng)感光膠為負(fù)性感光膠時(shí)，覆蓋觸摸屏引線電極區(qū)的為掩膜板不透光區(qū)。
8.如權(quán)利要求廣7之一所述的方法，其特征在于，步驟(4)所述金屬膜層的沉積方法選自PVD方法中的任意I種，優(yōu)選自真空蒸發(fā)沉積鍍膜、濺射沉積鍍膜、離子鍍沉積鍍膜中的任意I種，進(jìn)一步優(yōu)選濺射沉積鍍膜法，特別優(yōu)選磁控濺射沉積鍍膜法； 優(yōu)選地，步驟(4)所述金屬膜層的金屬元素選自Ag、Al、Mo、Cu、N1、Fe、Se、Sn、Au中的任意I種或至少2種的組合，優(yōu)選Ag、Al、Mo、Cu、Ni中的任意I種或至少2種的組合； 優(yōu)選地，步驟(4)所述金屬膜層的厚度為200-1000nm，優(yōu)選200-900nm ； 優(yōu)選地，步驟(6)所述激光刻蝕為激光直寫式刻蝕。
9.如權(quán)利要求廣8之一所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟 (1)將石墨烯材料通過高溫化學(xué)氣相沉積方法在銅箔基底上生長，形成O.3^1nm厚薄膜，然后經(jīng)過化學(xué)轉(zhuǎn)印的方法將石墨烯膜層轉(zhuǎn)印到基板上，得到整板為石墨烯/基板的層狀結(jié)構(gòu)的基板I ; (2)將正性感光膠均勻涂覆在基板I的石墨烯層上，得到整板為感光膠/石墨烯/基板的層狀結(jié)構(gòu)的基板II ； (3)將掩膜板的透光區(qū)覆蓋觸摸屏引線電極區(qū)；經(jīng)曝光，顯影，暴露出引線電極區(qū)，得到基板III ;基板III的引線電極區(qū)結(jié)構(gòu)為石墨稀/基板，視窗觸控區(qū)結(jié)構(gòu)為感光I父/石墨稀/基板； (4)采用磁控濺射方法在基板III的整板沉積金屬膜層，得到基板IV;基板IV的引線電極區(qū)結(jié)構(gòu)為金屬膜層/石墨烯/基板，視窗觸控區(qū)結(jié)構(gòu)為金屬膜層/感光膠/石墨烯/基板； (5)將基板IV的視窗觸控區(qū)上的感光膠/金屬膜層去除，暴露出視窗觸控區(qū)的石墨烯層，得到基板V ;基板V的引線電極區(qū)結(jié)構(gòu)為金屬膜層/石墨烯/基板，視窗觸控區(qū)結(jié)構(gòu)為石墨稀/基板； (6)將基板V整板進(jìn)行激光直寫刻蝕，形成具有精細(xì)圖案設(shè)計(jì)的電容式觸摸屏的金屬電極膜層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種石墨烯電容式觸摸屏金屬電極的精細(xì)圖案化方法，所述方法是以轉(zhuǎn)移有石墨烯的基板為對象，在沉積金屬膜層的過程中，用感光膠保護(hù)觸摸屏的視窗觸控區(qū)，最后去除感光膠進(jìn)行觸摸屏的整板圖案化。本發(fā)明提供的方法有利于圖案化金屬電極膜層的工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)加工；設(shè)備轉(zhuǎn)化成本?。煌瑫r(shí)，提高了金屬電極層與石墨烯層的蝕刻速度，規(guī)避黃光精細(xì)蝕刻過程，可以大幅度簡化制程，節(jié)約成本，提高了產(chǎn)品良率。
文檔編號(hào)G02F1/133GK103064574SQ20131001267
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月14日
發(fā)明者劉志斌, 趙斌, 黃海東, 陳凱 申請人:無錫力合光電石墨烯應(yīng)用研發(fā)中心有限公司, 無錫力合光電傳感技術(shù)有限公司