專利名稱：一種單片式電容觸摸屏及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種單片式電容觸摸屏，具體涉及一種基于石墨烯薄膜的單片式電容觸摸屏，進(jìn)一步涉及一種以石墨烯透明導(dǎo)電薄膜為電極材料的單片式電容觸摸屏及其制備方法，屬于觸摸屏技術(shù)領(lǐng)域。
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，基于氧化銦錫(ITO)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。隨著移動(dòng)互聯(lián)設(shè)備對(duì)屏幕反光率、透光率以及厚度輕薄等方面的要求越來越高，傳統(tǒng)采用雙片玻璃(高硬度玻璃蓋板和帶傳感電極的玻璃)貼合而成的電容觸摸屏已經(jīng)很難滿足要求。一種稱為OGS (One Glass Solution)的單片式電容觸摸屏方案被提出并推廣應(yīng)用，成為新一代觸摸屏的重要方向。該方案在高硬度保護(hù)玻璃蓋板背面，直接形成導(dǎo)電和傳感電極，用同一塊玻璃同時(shí)起到觸摸保護(hù)和觸控傳感的雙重作用。然而，基于ITO透明導(dǎo)電薄膜的OGS觸摸屏，制備工藝包括玻璃硬化、ITO鍍膜、黑膜、黃光刻蝕、金屬鍍膜、濕法刻蝕以及異型切割等，特別是最后的異型切割工藝，生產(chǎn)良率低，導(dǎo)致整個(gè)生產(chǎn)成本很高。要解決異型切割低良率導(dǎo)致生產(chǎn)成本的增加的問題，最直接的 辦法是將“異型切割”步驟放在“玻璃硬化”步驟之后，“ΙΤ0鍍膜”步驟之前，但是經(jīng)過異型切割后的玻璃蓋板，尺寸較小，不宜與大尺寸的ITO黃光工藝相匹配。因此，現(xiàn)有基于ITO透明導(dǎo)電薄膜的工藝難以解決生產(chǎn)成本的問題，在維持蓋板機(jī)械強(qiáng)度與降低生產(chǎn)成本之間構(gòu)成了矛盾。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有OGS觸摸屏技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的之一在于提供一種基于石墨烯薄膜的電容式OGS觸摸屏，所述觸摸屏器件包括單片基板I、非視窗油墨區(qū)2、視窗觸控區(qū)3和引線區(qū)4;其中，所述單片基板I上四周設(shè)置非視窗油墨區(qū)2，所述非視窗油墨區(qū)2環(huán)繞形成視窗觸控區(qū)3，在所述非視窗油墨區(qū)2上設(shè)置引線區(qū)4 ;其中，所述視窗觸控區(qū)3的電極材料為石墨烯透明導(dǎo)電薄膜。所述“單片基板I上四周設(shè)置非視窗油墨區(qū)2”，是指在單片基板I 一面的邊緣處設(shè)置一定寬度的非視窗油墨區(qū)2，該設(shè)計(jì)是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知，具體可以參見附圖1(圖I為本發(fā)明所述電容式觸摸屏的外觀示意圖)。本發(fā)明所述引線區(qū)是觸控區(qū)的石墨烯電極與控制器之間導(dǎo)線的走線區(qū)域，位于黑色油墨區(qū)上方，靠近視窗區(qū)一側(cè)，即引線區(qū)面積小于油墨區(qū)面積。本發(fā)明所述的單片式電容觸摸屏的視窗觸控電極區(qū)選用石墨烯導(dǎo)電薄膜，取代了傳統(tǒng)氧化銦錫(ITO)導(dǎo)電薄膜，從而得到了一種具有更低成本、更高可靠性的電容式OGS觸摸屏。采用石墨烯薄膜作為觸控區(qū)的電極材料，觸控區(qū)的石墨烯電極材料通過轉(zhuǎn)移方式形成在基板上，可以避免由于保護(hù)玻璃外形機(jī)構(gòu)而受到的外形限制的問題，以及解決保護(hù)玻璃二次強(qiáng)化制程與ITO鍍膜沉積過程退火等出現(xiàn)相互制約的情況，提高了觸控區(qū)感測(cè)電極表面電阻的均勻性，保證了保護(hù)玻璃的強(qiáng)度與質(zhì)量穩(wěn)定性，從而也提高了生產(chǎn)過程的良率。優(yōu)選地，本發(fā)明所述引線區(qū)4的電極材料為石墨烯電極或銀漿電極，優(yōu)選為石墨烯電極。本發(fā)明所述的石墨烯電極為石墨烯透明導(dǎo)電薄膜。優(yōu)選地，所述石墨烯透明導(dǎo)電薄膜的原子層數(shù)為1-10層，例如I層、2層、3層、4層、5層、6層、7層、8層、9層、10層等，可見光的光學(xué)透過率彡85%，例如85. 4%,86. 3%、88. 6%,90. 47%,92%,94. 1%等。石墨烯透明導(dǎo)電薄膜的可見光光學(xué)透過率(即透光性)越好，觸摸屏的可視性越好，而原子層數(shù)太多影響其可見光的光學(xué)透過率?！け景l(fā)明所述非視窗油墨區(qū)2的寬度、引線區(qū)4的寬度，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際情況(如產(chǎn)品尺寸等)進(jìn)行選擇，本發(fā)明不做具體限定。優(yōu)選地，所述單片基板I為透明基板，優(yōu)選為玻璃板。本發(fā)明的目的之二是提供一種所述單片式電容觸摸屏的制備方法。作為本發(fā)明目的之二的第一種實(shí)施方式，本發(fā)明所述的一種單片式電容觸摸屏的制備方法包括如下步驟(I)在單片基板上的四周邊緣形成非視窗油墨區(qū)2，非視窗油墨區(qū)2圍成視窗觸控區(qū)3 ;(2)轉(zhuǎn)移石墨烯至單片基板I上，覆蓋整個(gè)視窗觸控區(qū)3和非視窗油墨區(qū)2 ；(3)對(duì)視窗觸控區(qū)3和非視窗油墨區(qū)2的石墨烯進(jìn)行圖案化；(4)貼控制器芯片。在該實(shí)施方式中，步驟(2)將石墨烯轉(zhuǎn)移至基板I上，同時(shí)覆蓋視窗觸控區(qū)3和非視窗觸控區(qū)2，隨后對(duì)所覆蓋的石墨烯進(jìn)行圖案化，由此可以同時(shí)形成觸控區(qū)的電極圖案和在非視窗觸控區(qū)2之上形成引線區(qū)。也就是說，當(dāng)本發(fā)明所述引線區(qū)4的電極為石墨烯時(shí)，其引線區(qū)4的電極圖案與視窗觸控區(qū)3的電極圖案相同，且兩者在同一道工序中同時(shí)完成。此種實(shí)施方式簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝，同時(shí)降低了生產(chǎn)成本。作為本發(fā)明目的之二的第二種實(shí)施方式，本發(fā)明所述的一種單片式電容觸摸屏的制備方法包括如下步驟(I)在單片基板上的四周邊緣形成非視窗油墨區(qū)2，非視窗油墨區(qū)2圍成視窗觸控區(qū)3 ;(2)轉(zhuǎn)移石墨烯至單片基板I上，覆蓋整個(gè)視窗觸控區(qū)3 ；( 3)對(duì)視窗觸控區(qū)3的石墨烯進(jìn)行圖案化；(3’)在非視窗油墨區(qū)2上制作引線電極并圖案化，形成引線區(qū)4;(4)貼控制器芯片?；蛘?，將步驟(2 )、步驟(3 )、步驟(3 ’)的順序進(jìn)行調(diào)整，即在步驟(I)和步驟(2 )之間進(jìn)行步驟(3’)，也就是說本發(fā)明所述的一種單片式電容觸摸屏的制備方法包括如下步驟
(I)在單片基板上的四周邊緣形成非視窗油墨區(qū)2，非視窗油墨區(qū)2圍成視窗觸控區(qū)3 ;(3’)在非視窗油墨區(qū)2上制作引線電極并圖案化，形成引線區(qū)4;(2)轉(zhuǎn)移石墨烯至單片基板I上，覆蓋整個(gè)視窗觸控區(qū)3 ；(3)對(duì)視窗觸控區(qū)3的石墨烯進(jìn)行圖案化；(4)貼控制器芯片。與第一種實(shí)施方式相比，第二種實(shí)施方式的區(qū)別在于將引線區(qū)4的形成過程與 視窗觸控區(qū)3的形成過程分別制作，即第一種實(shí)施方式是將石墨烯同時(shí)覆蓋非視窗油墨區(qū)2和視窗觸控區(qū)3，然后進(jìn)行圖案化，同時(shí)形成引線區(qū)4和視窗觸控區(qū)3，強(qiáng)調(diào)的是同時(shí)，即無需分別形成。第一種實(shí)施方式生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，但是僅限于引線區(qū)4和視窗觸控區(qū)3的電極材料相同的情況，即僅限于兩者的電極材料均為石墨烯的情況。而第二種實(shí)施方式是先形成視窗觸控區(qū)3的電極分布，然后再形成非視窗油墨區(qū)2的電極分布(即形成引線區(qū)4)。第二種實(shí)施方式雖然較第一種實(shí)施方式步驟繁瑣，但引線區(qū)4的電極材料的選擇并不限于視窗觸控區(qū)3的電極材料，即引線區(qū)4的電極材料的選擇范圍比第一種實(shí)施方式寬，任何一種本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠獲知的現(xiàn)有技術(shù)或新技術(shù)中公開的能夠用于觸摸屏引線區(qū)的電極材料均可用與本發(fā)明，優(yōu)選本發(fā)明引線區(qū)4的電極材料為石墨烯電極或銀漿電極。而在本發(fā)明所述的第二種實(shí)施方式中，“形成引線區(qū)4”的步驟(即步驟3’)和“形成視窗觸控區(qū)3”的步驟(即步驟2和步驟3)沒有規(guī)定先后順序，可以先“形成引線區(qū)4”然后再“形成視窗觸控區(qū)3”，即所述單片式電容觸摸屏的制備方法依次包括步驟(O- (3’)- (2)- (3)- (4);也可以先“形成視窗觸控區(qū)3”然后再“形成引線區(qū)4”，即所述單片式電容觸摸屏的制備方法依次包括步驟(I)- (2)- (3)- (3’)- (4)。具體地選擇何種操作順序，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)自己掌握的專業(yè)知識(shí)和實(shí)際情況進(jìn)行選擇。典型但非限制性的實(shí)例有當(dāng)所述引線電極4為銀漿電極時(shí)，由于銀漿電極的絲印過程很容易造成視窗觸控區(qū)3的石墨電極的損壞，從而影響觸摸屏的使用效果，因此當(dāng)所述引線電極4為銀漿電極時(shí)，優(yōu)選先“形成引線區(qū)4”然后再“形成視窗觸控區(qū)3”，從而達(dá)到避免絲印銀漿電極時(shí)損壞已經(jīng)形成的石墨烯電極的目的。當(dāng)所述引線電極4為石墨烯電極時(shí)，優(yōu)選采用第一種實(shí)施方式進(jìn)行，即同時(shí)將引線區(qū)4和視窗觸控區(qū)3的電極形成。作為優(yōu)選技術(shù)方案，本發(fā)明步驟(I)所述非視窗油墨區(qū)2的油墨的厚度彡ΙΟμπι，例如 9. 5 μ m、8. 9 μ m、8. 3 μ m、7. 7 μ m、7. 5 μ m、7. I μ m、6. 6 μ m 等。絲網(wǎng)印刷屬于孔版印刷，它與平印、凸印、凹印一起被稱為四大印刷方法。絲網(wǎng)印刷是將絲織物、合成纖維織物或金屬絲網(wǎng)繃在網(wǎng)框上，利用感光材料通過照相制版的方法制作絲網(wǎng)印版(使絲網(wǎng)印版上圖文部分的絲網(wǎng)孔為通孔，而非圖文部分的絲網(wǎng)孔被堵住)。印刷時(shí)通過刮板的擠壓，使油墨通過圖文部分的網(wǎng)孔轉(zhuǎn)移到承印物上，形成與原稿一樣的圖文。絲網(wǎng)印刷的設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便，印刷、制版簡(jiǎn)易且成本低廉，適應(yīng)性強(qiáng)。在電容式觸摸屏的加工制造過程中，絲網(wǎng)印刷主要用于面板油墨印刷和電極圖案化等步驟。絲網(wǎng)印刷是本領(lǐng)域非常熟知的技術(shù)，關(guān)于絲網(wǎng)印刷的基本內(nèi)容，本發(fā)明不做具體敘述。優(yōu)選地，步驟(I)所述非視窗油墨區(qū)(2)的形成采用絲網(wǎng)印刷工藝完成。
進(jìn)一步優(yōu)選地，步驟(I)所述非視窗油墨區(qū)(2)通過網(wǎng)紗進(jìn)行絲網(wǎng)印刷，然后烘烤至印刷油墨厚度< 10 μ m,例如 9. 8 μ m、9. 2 μ m、8. 5 μ m、7. 9 μ m、7. 3 μ m、6. 8 μ m、6. 4 μ m等；所述網(wǎng)紗優(yōu)選350-450目，例如351目、358目、375目、398目、403目、425目、432目、446目等，進(jìn)一步優(yōu)選420目。步驟(I)所述烘烤的溫度為150-200°C，例如158°C、165°C、169°C、173°C、177°C、186°C、192°C、197°C 等；所述烘烤時(shí)間為 20_30min，例如 21min、24min、26min、29min 等。印刷油墨的厚度彡ΙΟμπι時(shí)，非視窗油墨區(qū)2可以滿足透明區(qū)和油墨區(qū)電極導(dǎo)電的可靠性，并通過黑色油墨將保護(hù)玻璃分為視窗觸控區(qū)3和非視窗油墨區(qū)2，視窗觸控區(qū)3為可實(shí)現(xiàn)觸控功能的圖案化石墨烯薄膜電極，油墨區(qū)為視窗觸控區(qū)引出電極導(dǎo)線，使視窗觸控區(qū)電極通過石墨烯導(dǎo)線或?qū)щ娿y漿與控制器芯片連接，從而實(shí)現(xiàn)觸控區(qū)功能的目的。作為優(yōu)選技術(shù)方案，本發(fā)明所述的非視窗油墨區(qū)2，采用絲網(wǎng)印刷工藝先后分別印刷兩層黑色油墨(分別記為ΒΜ1、ΒΜ2)，先印刷ΒΜ1，然后再在BMl上印刷ΒΜ2，且在印刷過程中，BMl的印刷寬度比ΒΜ2寬，每道油墨通過420目網(wǎng)紗進(jìn)行絲網(wǎng)印刷，在180°C高溫下烘 烤20-30min，再確保印刷油墨厚度控制到10 μ m以下?！癇M1的印刷寬度比BM2寬”的操作方法，在烘烤后，可以實(shí)現(xiàn)從視窗區(qū)到油墨區(qū)緩慢過渡的效果，即從視窗區(qū)到油墨區(qū)是一個(gè)“斜坡”的過渡過程，而非陡直的臺(tái)階，使得覆蓋視窗區(qū)與引線區(qū)石墨烯電極的過程中不至于出現(xiàn)石墨烯斷裂。優(yōu)選地，本發(fā)明步驟(2)所述石墨烯透明導(dǎo)電薄膜為原子層數(shù)為1-10層的石墨烯，所述石墨烯透明導(dǎo)電薄膜的可見光的光學(xué)透過率> 85%。優(yōu)選地，步驟(2)所述石墨烯為石墨烯透明導(dǎo)電薄膜。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) 一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(duì)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(píng)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)明所述的石墨烯透明導(dǎo)電薄膜的制備方法沒有特殊限定，能夠?qū)⑺鲋苽涞玫绞┩该鲗?dǎo)電薄膜的任意一種方法均可用于本發(fā)明，步驟(2)所述石墨烯的制備方法優(yōu)選自化學(xué)氣相沉積法、化學(xué)分散法、加熱SiC法中的任意I種，進(jìn)一步優(yōu)選化學(xué)氣相沉積法。CN102220566A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800-1000°C，再將碳源氣體注入真空腔中，即得到沉積有石墨烯的金屬襯底。優(yōu)選地，步驟(2)所述石墨烯的制備方法為化學(xué)氣相沉積法(即CVD法)，所述方法的步驟為在800-1200°C下裂解碳源性氣體，在襯底表面生長(zhǎng)石墨烯薄膜。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C1-4的烷烴、C2-4的烯烴、C2-3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/或乙塊。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。作為優(yōu)選技術(shù)方案，本發(fā)明步驟(2)所述石墨烯的制備方法為在1000°C左右高溫下，于管式爐中裂解甲烷、乙炔等碳源氣體，在銅箔表面生長(zhǎng)形成石墨烯。銅箔表面生長(zhǎng)的石墨烯薄膜，通過石墨烯的轉(zhuǎn)移覆蓋到單片基板表面形成視窗觸控區(qū)電極。 優(yōu)選地，步驟(2)所述石墨烯的轉(zhuǎn)移方法選自聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)轉(zhuǎn)移法、熱釋放膠帶轉(zhuǎn)移法、聚二甲基硅氧烷(PDMS)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。“腐蝕基體法”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(zhǎng)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-rollproduction of 30-inch graphemefilms for transparent electrodes[J]，NatureNanotechnology,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。作為優(yōu)選技術(shù)方案，本發(fā)明步驟(2)所述石墨烯的轉(zhuǎn)移方法為聚甲基丙烯酸甲酯轉(zhuǎn)移法，所述方法包括如下步驟(I)將表面生長(zhǎng)了石墨烯的銅箔壓平；(II)在步驟(I)所述銅箔的石墨烯生長(zhǎng)面旋涂PMMA溶液，自然晾干；所述PMMA溶液的溶劑優(yōu)選甲苯和/或苯甲醚；(III)刻蝕銅箔得到石墨烯/PMMA薄膜；所述刻蝕銅箔優(yōu)選在過硫酸銨或氯化鐵溶液中進(jìn)行；(IV)清洗石墨烯/PMMA薄膜；(V)將石墨烯/PMMA薄膜轉(zhuǎn)移至單片基板上，晾干；(VI)將轉(zhuǎn)移了石墨烯/PMMA薄膜的單片基板烘烤；所述烘烤溫度優(yōu)選為120 160°C，例如 122°C、129°C、136°C、145°C、152°C、158°C等，烘烤時(shí)間優(yōu)選為 15 30min，例如 15. 2min、16min、17. 2min> 18. 6min、19min、19. 7min 等；(VII)將烘烤后的單片基板冷卻至室溫后，置于丙酮或二氯甲烷等溶液中浸泡15 30min,例如 15. 3min、16. 8min、18. 3min、18. 8min、19. lmin、19. 5min、19. 8min 等，洗去PMMA,隨后用無水乙醇與去離子水清洗后烘干待用。優(yōu)選地，步驟(3)所述對(duì)視窗觸控區(qū)3的石墨烯進(jìn)行圖案化的方法選自光刻或刻蝕，優(yōu)選自激光刻蝕或反應(yīng)離子刻蝕。現(xiàn)有技術(shù)中，將觸摸屏的ITO透明導(dǎo)電薄膜圖案化的方法有很多，但對(duì)于石墨烯透明導(dǎo)電薄膜圖案化的方法，技術(shù)人員的研究卻比較少。本發(fā)明將石墨烯透明導(dǎo)電薄膜圖案化的方法優(yōu)選為先將大面積的石墨烯轉(zhuǎn)移到單片基板上，然后通過光刻、刻蝕的方法，刻蝕出所需要的圖案化的石墨烯。但本發(fā)明所述的石墨烯薄膜圖案化的方法并不僅限于上 述方法，任何一種現(xiàn)有技術(shù)或新技術(shù)中公開的石墨烯薄膜圖案化的方法均可用于本發(fā)明，典型但非限制性的實(shí)例有(1)利用模板壓印的方法，在需要石墨烯的地方印上石墨烯；或
(2)先圖案化催化劑，生長(zhǎng)得到圖案化的石墨烯，然后再轉(zhuǎn)移；或(3)如CN102653454A公開的圖案化石墨烯薄膜的方法；等。優(yōu)選地，所述激光刻蝕采用激光直寫式刻蝕。所謂激光直寫，就是利用強(qiáng)度可變的激光束對(duì)涂在基片表面的抗蝕材料變劑量曝光，顯影后在抗蝕層表面形成所要求的輪廓。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(duì)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(duì)石墨烯薄膜進(jìn)行圖案化，不需要掩膜，可以直接獲得電極圖形。優(yōu)選地，所述反應(yīng)離子刻蝕為將金屬掩膜緊貼于轉(zhuǎn)移了石墨烯薄膜的單片基板上，然后將其置于氧氣環(huán)境中進(jìn)行刻蝕，被金屬掩膜遮蓋的區(qū)域，石墨烯得到保留，其余區(qū)域石墨烯將被氧等離子體刻蝕，從而獲得觸控區(qū)電極圖案。本發(fā)明所述視窗觸控區(qū)3的電極與引線區(qū)4的電極的圖案化得到的圖案的選擇，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際情況和掌握的專業(yè)知識(shí)進(jìn)行獨(dú)立地選擇，典型但非限制性的實(shí)例為所述視窗觸控區(qū)3的電極與引線區(qū)4的電極的圖案化得到的圖案獨(dú)立地選自縱向或橫向的三角形、橢圓形或條狀中的任意I種。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果(I)本發(fā)明采用石墨烯導(dǎo)電薄膜作為觸控區(qū)電極，取代了傳統(tǒng)ITO薄膜，可以顯著提高觸控區(qū)感測(cè)電極的光透過性和阻抗均勻性。此外，由于采用石墨烯作為感測(cè)電極，不同于鍍膜形成的ITO薄膜，有利于強(qiáng)化玻璃的制作，提高了強(qiáng)化玻璃的強(qiáng)度維持能力與穩(wěn)定性，這些都大大提高了電容式OGS觸摸屏的性能。(2)本發(fā)明避免了復(fù)雜、高成本的黃光制程，在視窗區(qū)感測(cè)電極圖案形成過程中，只采用激光直寫刻蝕或金屬掩膜加反應(yīng)離子刻蝕，制作工藝方便快捷、高效。此外，在引線電極制程中，若引線電極采用石墨烯，只需采用與觸控區(qū)感測(cè)電極一體化的圖案成型技術(shù)即可。如果引線電極為銀漿，則采用絲網(wǎng)印刷的傳統(tǒng)方法。這些技術(shù)方案有利于降低技術(shù)成本，提聞生廣良率。


圖I為本發(fā)明所述電容式觸摸屏的外觀示意圖；圖2為實(shí)施例I中橫行感測(cè)電極I的A-A向剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為實(shí)施例I中縱向感測(cè)電極II的A-A向剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為實(shí)施例I中縱向感測(cè)電極III的A-A向剖面結(jié)構(gòu)示意圖；附圖標(biāo)記說明I-單片基板；2_非視窗油墨區(qū)；3_視窗觸控區(qū)；4_引線區(qū)；5_貼控制器區(qū)。
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(duì)本發(fā)明的具體限制。實(shí)施例I一種基于石墨烯薄膜的電容式觸摸屏結(jié)構(gòu)包含單片基板I ;非視窗油墨區(qū)2 ;視窗觸控區(qū)3 ;引線區(qū)4 ;貼控制器區(qū)5，其中視窗觸控區(qū)3和引線區(qū)4的電極均為石墨烯電極，引線區(qū)4的電極匯集到貼控制器區(qū)域5，通過控制器連接外部結(jié)構(gòu)。圖I為本發(fā)明所述電容式觸摸屏基板外觀示意圖。圖I所述貼控制區(qū)5僅標(biāo)示了在電容式觸摸屏上，控制器的貼裝位置。所述基于石墨烯薄膜的電容式觸摸屏的制備方法包括如下步驟(I)對(duì)透明單片基板I進(jìn)行清洗；(2)在透明單片基板I上的四周形成非視窗油墨區(qū)2，非視窗油墨區(qū)2圍成的中間區(qū)域?yàn)橐暣坝|控區(qū)3的區(qū)域；(3)轉(zhuǎn)移石墨烯至透明單片基板1，覆蓋整個(gè)非視窗油墨區(qū)2和視窗觸控區(qū)3的區(qū)域；(4)將非視窗油墨區(qū)2和視窗觸控區(qū)3的區(qū)域上覆蓋的石墨烯圖案化，由此非視窗油墨區(qū)2上的石墨烯形成引線區(qū)4的電極，視窗觸控區(qū)3的區(qū)域上的石墨烯形成視窗觸控區(qū)3的電極；(5)貼控制器芯片。其中，步驟(3)所述轉(zhuǎn)移石墨烯薄膜至觸摸屏單片基板I上的步驟，采取PMMA轉(zhuǎn)移法轉(zhuǎn)移到觸摸屏基板上。所述PMMA轉(zhuǎn)移法包括如下步驟(I)將表面生長(zhǎng)了石墨烯的銅箔壓平；(II)在步驟(I)所述銅箔的石墨烯生長(zhǎng)面旋涂PMMA溶液，自然晾干；所述PMMA溶液的溶劑優(yōu)選甲苯和/或苯甲醚；(III)刻蝕銅箔得到石墨烯/PMMA薄膜；所述刻蝕銅箔優(yōu)選在過硫酸銨或氯化鐵溶液中進(jìn)行；(IV)清洗刻蝕完銅箔后的石墨烯/PMMA薄膜；(V)將石墨烯/PMMA薄膜轉(zhuǎn)移至單片基板上，晾干；(VI)將轉(zhuǎn)移了石墨烯/PMMA薄膜的單片基板烘烤；所述烘烤溫度為12(Tl60°C烘烤時(shí)間為15 30min ；(VII)將烘烤后的單片基板冷卻至室溫后，置于丙酮或二氯甲烷等溶液中浸泡15 30min，洗去PMMA，隨后用無水乙醇與去離子水清洗后烘干待用。PMMA轉(zhuǎn)移法轉(zhuǎn)移石墨烯薄膜能夠獲得具有優(yōu)良的方阻(低于300Ω/πι2)和透光特性(可見光區(qū)平均透過率高于85%)的導(dǎo)電薄膜。本實(shí)施例中，視窗觸控區(qū)3的電極與引線區(qū)4的電極全部采用石墨烯，兩者的圖案化可以通過激光刻蝕或反應(yīng)離子刻蝕一次成型。視窗觸控區(qū)3的電極與引線區(qū)4的電極的圖案化得到的圖案可以是縱向或橫向的三角形、橢圓形或條狀。觸控區(qū)電極可以采用縱向或橫向的三角形、橢圓形或條狀。圖2、圖3及圖4為各種電極構(gòu)型的剖面圖，通過優(yōu)選方案，觸摸屏可以獲得最佳的觸摸效果，具體如下
I、橫向感測(cè)電極I :其引線區(qū)電極分布在圖I左右兩側(cè)(即貼控制器區(qū)5的兩側(cè))的油墨區(qū)之上，最終匯集于貼控制器區(qū)域5之內(nèi)。圖2為橫向感測(cè)電極I的A-A向剖面圖。2、縱向感測(cè)電極II :其引線區(qū)電極直接由圖I上側(cè)(即貼控制器區(qū)5的一側(cè))油墨區(qū)形成，并匯集于貼控制器區(qū)域5之內(nèi)。圖3為縱向感測(cè)電極II的A-A向剖面圖。3、縱向感測(cè)電極III :其引線區(qū)電極分布在圖I左右兩側(cè)(即貼控制器區(qū)5的兩側(cè))的油墨區(qū)以及上側(cè)油(即貼控制器區(qū)5的一側(cè))墨區(qū)之上，最終匯集于貼控制器區(qū)域5之內(nèi)。圖4為縱向感測(cè)電極III的A-A向剖面圖。實(shí)施例2一種基于石墨烯薄膜的電容式觸摸屏結(jié)構(gòu)包含單片基板I ;非視窗油墨區(qū)2 ;視窗觸控區(qū)3 ;引線區(qū)4，其中視窗觸控區(qū)3的電極均為石墨烯，引線區(qū)4的電極為銀漿電極。所述基于石墨烯薄膜的電容式觸摸屏的制備方法包括如下步驟(I)對(duì)透明單片基板I進(jìn)行清洗；(2)在透明單片基板I上的四周形成非視窗油墨區(qū)2，非視窗油墨區(qū)2圍城的中間區(qū)域?yàn)橐暣坝|控區(qū)3的區(qū)域；(3)制作引線區(qū)4的銀漿引線電極并圖案化；(4)轉(zhuǎn)移石墨烯至透明單片基板1，覆蓋視窗觸控區(qū)3的區(qū)域；(5)將視窗觸控區(qū)3的區(qū)域上覆蓋的石墨烯圖案化，由此視窗觸控區(qū)3的區(qū)域上的石墨烯形成視窗觸控區(qū)3的電極；(6)貼控制器芯片。其中，步驟(3)所述轉(zhuǎn)移石墨烯薄膜至視窗觸控區(qū)3的區(qū)域上的步驟，采取PMMA轉(zhuǎn)移法轉(zhuǎn)移到觸摸屏基板上。所述PMMA轉(zhuǎn)移法的操作與實(shí)施例I的操作相同。本實(shí)施例中，通過PMMA轉(zhuǎn)移法將石墨烯導(dǎo)電薄膜轉(zhuǎn)移覆蓋到強(qiáng)化玻璃單片基板I之上，視窗觸控區(qū)3的電極延伸覆蓋到步驟(3)已完成布線的引線區(qū)電極之上，隨后通過激光刻蝕或反應(yīng)離子刻蝕來完成石墨烯電極的圖案化，并對(duì)引線區(qū)石墨烯進(jìn)行有效隔離。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明了，所述“有效隔離”的目的是為了保持視窗觸控區(qū)和控制器之間信號(hào)傳輸?shù)臏?zhǔn)確，主要可以包括引線區(qū)電極與延伸覆蓋到其上的石墨烯進(jìn)行隔離、引線區(qū)電極圖案化過程中自身的隔離、引線區(qū)電極的非端點(diǎn)位置與觸控區(qū)電極直接的隔離等。實(shí)施例3一種基于石墨烯薄膜的電容式觸摸屏結(jié)構(gòu)包含單片基板I ;非視窗油墨區(qū)2 ;視窗觸控區(qū)3 ;引線區(qū)4，其中視窗觸控區(qū)3和引線區(qū)4的電極均為石墨烯電極。所述基于石墨烯薄膜的電容式觸摸屏的制備方法包括如下步驟
(I)對(duì)透明單片基板I進(jìn)行清洗；(2)在透明單片基板I上的四周形成非視窗油墨區(qū)2，非視窗油墨區(qū)2圍城的中間區(qū)域?yàn)橐暣坝|控區(qū)3的區(qū)域；(3)轉(zhuǎn)移石墨烯至透明單片基板1，覆蓋整個(gè)非視窗油墨區(qū)2和視窗觸控區(qū)3的區(qū)域；(4)將視窗觸控區(qū)3的區(qū)域上 覆蓋的石墨烯圖案化，由此視窗觸控區(qū)3的區(qū)域上的石墨烯形成視窗觸控區(qū)3的電極；(5)將非視窗油墨區(qū)2上覆蓋的石墨稀圖案化，由此非視窗油墨區(qū)2上的石墨稀形成引線區(qū)4的電極；(6)貼控制器芯片。其中，步驟(3)所述轉(zhuǎn)移石墨烯薄膜至視窗觸控區(qū)3的區(qū)域上的步驟，采取PMMA轉(zhuǎn)移法轉(zhuǎn)移到觸摸屏基板上。所述PMMA轉(zhuǎn)移法的操作與實(shí)施例I的操作相同。步驟(4)和步驟(5)所述的石墨烯圖案化通過激光刻蝕或反應(yīng)離子刻蝕來完成。申請(qǐng)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(duì)本發(fā)明的任何改進(jìn)，對(duì)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
1.一種單片式電容觸摸屏，其特征在于，所述單片式電容觸摸屏包括單片基板(I)、非視窗油墨區(qū)(2)、視窗觸控區(qū)(3)和引線區(qū)(4)； 其中，所述單片基板(I)上四周設(shè)置非視窗油墨區(qū)(2)，所述非視窗油墨區(qū)(2)環(huán)繞形成視窗觸控區(qū)(3)，在所述非視窗油墨區(qū)(2)上設(shè)置引線區(qū)(4); 其中，所述視窗觸控區(qū)(3 )的電極材料為石墨烯透明導(dǎo)電薄膜。
2.如權(quán)利要求I所述的電容觸摸屏，其特征在于，所述引線區(qū)(4)的電極材料為石墨烯電極或銀漿電極，優(yōu)選為石墨烯電極； 優(yōu)選地，所述石墨烯透明導(dǎo)電薄膜的原子層數(shù)為1-10層，可見光的光學(xué)透過率>85%; 優(yōu)選地，所述單片基板(I)為透明基板，優(yōu)選為玻璃板。
3.—種如權(quán)利要求I或2所述的單片式電容觸摸屏的制備方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟 (1)在單片基板上的四周邊緣形成非視窗油墨區(qū)(2)，非視窗油墨區(qū)(2)圍成視窗觸控區(qū)(3); (2)轉(zhuǎn)移石墨烯至單片基板(I)上，覆蓋整個(gè)視窗觸控區(qū)(3)和非視窗油墨區(qū)(2)； (3)對(duì)視窗觸控區(qū)(3)和非視窗油墨區(qū)(2)的石墨烯進(jìn)行圖案化； (4)貼控制器芯片。
4.一種如權(quán)利要求I或2所述的單片式電容觸摸屏的制備方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟 (I)在單片基板上的四周邊緣形成非視窗油墨區(qū)(2)，非視窗油墨區(qū)(2)圍成視窗觸控區(qū)(3); (2 )轉(zhuǎn)移石墨烯至單片基板(I)上，覆蓋整個(gè)視窗觸控區(qū)(3 ); (3)對(duì)視窗觸控區(qū)(3)的石墨烯進(jìn)行圖案化； (3’)在非視窗油墨區(qū)(2)上制作引線電極并圖案化，形成引線區(qū)(4); (4)貼控制器芯片； 優(yōu)選地，所述引線電極(4)為石墨烯電極。
5.如權(quán)利要求4所述的單片式電容觸摸屏的制備方法，其特征在于，所述方法的步驟(3’)在步驟(I)與(2)之間； 優(yōu)選地，所述引線電極(4)為銀漿電極。
6.如權(quán)利要求3-5之一所述的方法，其特征在于，步驟(I)所述非視窗油墨區(qū)(2)的油墨厚度10 μ m ; 優(yōu)選地，步驟(I)所述非視窗油墨區(qū)(2)的形成采用絲網(wǎng)印刷工藝完成； 進(jìn)一步優(yōu)選地，步驟(I)所述非視窗油墨區(qū)(2)通過網(wǎng)紗進(jìn)行絲網(wǎng)印刷，然后烘烤至印刷油墨厚度10 μ m ;所述網(wǎng)紗優(yōu)選350-450目，進(jìn)一步優(yōu)選420目。
7.如權(quán)利要求3-6之一所述的方法，其特征在于，步驟(2)所述石墨烯為石墨烯透明導(dǎo)電薄膜； 優(yōu)選地，步驟(2)所述石墨烯透明導(dǎo)電薄膜為原子層數(shù)為1-10層的石墨烯，所述石墨烯透明導(dǎo)電薄膜的可見光的光學(xué)透過率> 85% ； 優(yōu)選地，步驟(2)所述石墨烯的制備方法選自化學(xué)氣相沉積法、化學(xué)分散法或加熱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(2)所述石墨烯的轉(zhuǎn)移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。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，步驟(2)所述石墨烯的制備方法為化學(xué)氣相沉積法，所述方法的步驟為在800-120(TC下裂解碳源性氣體，在襯底表面生長(zhǎng)石墨烯薄膜； 優(yōu)選地，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C1-4的烷烴、C2-4的烯烴、C2-3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、丙烯或環(huán)丙烷中的任意I種或至少2種的組合，特別優(yōu)選甲烷和/或乙炔； 優(yōu)選地，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。
9.如權(quán)利要求3-8之一所述的方法，其特征在于，步驟(3)所述對(duì)視窗觸控區(qū)(3)的石墨烯進(jìn)行圖案化的方法選自光刻或刻蝕，優(yōu)選激光刻蝕或反應(yīng)離子刻蝕； 優(yōu)選地，所述激光刻蝕采用激光直寫式刻蝕； 優(yōu)選地，所述反應(yīng)離子刻蝕為將金屬掩膜緊貼于轉(zhuǎn)移了石墨烯薄膜的單片基板上，然后將其置于氧氣環(huán)境中進(jìn)行刻蝕，被金屬掩膜遮蓋的區(qū)域，石墨烯得到保留，其余區(qū)域石墨烯將被氧等離子體刻蝕，從而獲得觸控區(qū)電極圖案。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種單片式電容觸摸屏及其制備方法。所述單片式電容觸摸屏包括單片基板(1)、非視窗油墨區(qū)(2)、視窗觸控區(qū)(3)和引線區(qū)(4)；其中，所述單片基板(1)上四周設(shè)置非視窗油墨區(qū)(2)，所述非視窗油墨區(qū)(2)環(huán)繞形成視窗觸控區(qū)(3)，在所述非視窗油墨區(qū)(2)上設(shè)置引線區(qū)(4)；其中，所述視窗觸控區(qū)(3)的電極材料為石墨烯透明導(dǎo)電薄膜。本發(fā)明所述的觸摸屏的制備方法有利于強(qiáng)化玻璃的制作，提高了強(qiáng)化玻璃的強(qiáng)度維持能力與穩(wěn)定性，同時(shí)可以顯著提高觸控區(qū)感測(cè)電極的光透過性和阻抗均勻性；避免了黃光制程，只采用激光直寫刻蝕或金屬掩膜加反應(yīng)離子刻蝕，制作工藝方便快捷、高效。
文檔編號(hào)G06F3/044GK102880369SQ20121039050
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月15日
發(fā)明者譚化兵, 王振中, 熊維龍, 林榮水, 卞維軍, 黃海東 申請(qǐng)人:無錫格菲電子薄膜科技有限公司, 無錫力合光電傳感技術(shù)有限公司