CN102982861A - 一种用于电容式触摸屏的透明导电膜层 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电容式触摸屏的透明导电膜层，包括基板（100），附着在基板上的石墨烯透明导电层（201），以及沉积在石墨烯材料上的透明导电氧化物膜层（202）。所述的透明导电膜层的导电性能好、可见光透过率高，附着力好，并且原料简单易得，成本低，工艺流程简单，制备得到的触摸屏的整体产品良率高。

Description

一种用于电容式触摸屏的透明导电膜层

技术领域

本发明涉及一种透明导电膜层，具体涉及一种用于电容式触摸屏的透明导电膜层，特别涉及一种用于触摸屏产品的基于石墨烯导电材料及其透明导电保护膜层的制备方法及工艺，属于触摸屏技术领域。

背景技术

透明导电薄膜是生产液晶显示器、OLED显示器、薄膜太阳能电池、触摸屏、电磁屏蔽等产品所必需的部件。近年来，随着信息技术和产品的发展，透明导电薄膜的市场需求越来越大。所述透明导电薄膜是指：①对可见光（波长λ在380～760nm范围内）的透射率高，可见光的平均透光率Tavg＞80%；②电导率高，电阻率在10^-3Ω·cm以下。能同时满足这两种条件的材料才能使用在透明导电膜上。

触摸屏是一种输入设备，能够方便实现人与计算机及其它便携式移动设备的交互作用。近年来，基于氧化铟锡（ITO）透明导电薄膜的电容触摸屏被广泛应用于移动互联设备，如智能手机，便携式平板电脑。

目前广为流行的电容式触摸屏结构包含（玻璃）基板100、透明导电电极层101、边缘电极引线层102等组成（图1为现有技术中单片电容式触摸屏的结构示意图）。透明导电电极层101所需要的透明导电层为TCO，其需要具备10^-4Ω·cm数量级的电阻率。通常，基板100以及附着在基板上的透明导电电极层101合称为透明导电膜层。

现有的电容式触摸屏中透明导电电极层101为透明导电氧化物（TCO）膜层，其可以使光线透过，且本身可作为导电电极层使用。透明导电氧化物（Transparent Conductive Oxide，简称TCO）薄膜主要包括In、Sb、Zn和Cd的氧化物及其复合多元氧化物薄膜材料，具有禁带宽（＞3.0eV）、可见光谱区光透射率高和电阻率低（n型达到10^-410^-5Ω·cm）等共同光电特性，广泛地应用于太阳能电池、平面显示、特殊功能窗口涂层及其他光电器件领域。

透明导电薄膜以掺锡氧化铟（Indium Tin Oxides，简称ITO）为代表，研究与应用较为广泛、成熟。它是氧化铟（90%In₂O₃）和氧化锡（10%SnO₂）的合成物镀制在硬（玻璃）或软（塑胶）基板上生产的。工业当中采用物理气相沉积（Physical Vapor Deposition，简称PVD）方式镀制ITO（氧化铟锡）膜层。所述的PVD的基本方法有真空蒸发、溅射、离子镀等，所述离子镀包括空心阴极离子镀、热阴极离子镀、电弧离子镀、活性反应离子镀、射频离子镀、直流放电离子镀等。其中最常用的PVD方法为溅射镀膜方式。

虽然由现有的工艺生产的ITO薄膜具有高导电性和透明度，能基本满足部分电子产品对该两项技术指标的需要，但是仍存在很多难以克服的困难：

（1）ITO很脆易碎，因此应用时容易被磨损或者在弯曲时出现裂纹、脱落而影响使用寿命。

（2）ITO成膜后需要高温处理才能达到高导电性，当使用塑胶基板时，由于处理温度受限，薄膜导电性和透明度均较低。

（3）受原材料和生产设备、工艺的影响，ITO薄膜将会越来越昂贵。这是因为一方面，ITO的主要成分是铟，其储量非常有限，目前的全球年产约为500吨；另一方面，ITO的成膜工艺必须使用高质量的ITO靶材，成膜所需的高质量ITO靶材生产技术又主要控制在日本、美国、欧洲等国家。

以上技术缺陷和未来市场走向使发展新材料来取代ITO成为工业界急需解决的课题。对ITO的替代材料的可行性研究已经进行了很多年，潜在的候选材料包括导电聚合物、氧化锌或其他氧化物、碳纳米管以及最近的石墨烯等。

AZO（铝掺杂的氧化锌透明导薄膜）是一种透明导电膜，在可见光范围内，具有较高的透射率，在高温条件下，不易与氢发生互扩散，因此在活性氢和氢等离子体环境中化学稳定性高，不易使太阳能电池材料活性降低；材料来源丰富、价格便宜。因而AZO膜在太阳能电池、液晶显示、防静电等领域中，有广泛的应用前景。但是PVD镀制的AZO导电率往往在10^-3Ω·cm数量级，无法达到透明导电电极层101所需要的10^-4Ω·cm数量级，因此在显示行业没有得到广泛的应用。

FTO（掺杂氟的SnO₂透明导电玻璃）也是一种透明导电膜，其导电性比ITO略差，但却具备激光刻蚀容易、光学性能适宜、容易在镀膜过程中直接得到绒面结构、价格相对低的特性。因此目前FTO玻璃已经成为生产非晶硅薄膜光伏电池的主要TCO玻璃原料。但由于其导电性能较差，还没有在显示行业如触摸屏产品当中得到应用。

石墨烯具有作为透明导电材料的极佳性能，具体表现为：

（1）石墨烯的透射率在可见光波段与波长无关。因此，可见光透射率因波长不同而引起的变化较少，透射光谱几乎为平坦状态。

（2）石墨烯的色调完全无色。导电薄膜越是无色就越容易在触摸显示屏上忠实地再现图像颜色。

（3）石墨烯具有高达97.4%的透射率。

（4）石墨烯的在透过率维持在95%范围内时，方块电阻仍可达到125Ω/□，已经达到了工业界透明电极的质量标准（200~900Ω/□）。

本领域公知地，在透明导电材料中，光线透射率与方块电阻值之间存在此消彼长的关系，即为了降低方块电阻而增加石墨烯薄膜的厚度，透射率会随之下降；相反，为了提高光线透射率而减薄膜厚，方块电阻值就会上升。所以，在保证透光率的前提下，通过适当增加石墨烯膜厚及掺杂等技术途径，将导电膜的方块电阻降至最低，这方面石墨烯具有很大的潜力。

但在实际应用当中，因为石墨烯导电层本身仅有2~3个叠层，厚度仅为1nm左右，所以附着性与抗摩擦性很低。在后道制程加工过程中极易受到外界因素的破坏。为了对其进行保护，目前的做法是加贴一层PET材质的保护膜层，但PET保护膜层会造成膜层本身的透过率下降。同时，加贴的PET保护膜不能进行激光刻划，所以在成膜后，激光刻划前的这段制程当中石墨烯材料没有保护，极易出现破损。

ITO替代材料的研究主要从采用廉价原料或简化工艺入手，各有优缺点，但普遍难以替代ITO薄膜，最主要原因为：

（1）可替代的透明导电氧化物TCO膜层（如AZO，FTO等）的导电性和透明性的匹配尚未达到在显示行业如触摸屏产品当中应用的指标，如电阻率为10^-4Ω·cm数量级，可见光的平均透光率Tavg＞80%；

（2）基于纳米材料的TCC（透明导电膜层）膜层如石墨烯膜层具有粘着性差，不易保护等缺点。

因此，如何开发一种性能优异的替代现有的ITO的用作电容式触摸屏的透明导电膜层是本领域一个亟待解决的问题。所述的替代ITO的透明导电膜层应当具有达标的导电性能和透光性能，同时，应当具有良好的附着力、化学稳定性、热稳定性和激光刻蚀性等特点，同时，其材料成本和加工成本也不宜过高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种用于电容式触摸屏的透明导电膜层。所述的用于电容式触摸屏的透明导电膜层能够替代现有的ITO导电膜层，用于电容式触摸屏，其应当具有达到电容式触摸屏透明导电膜层标准的导电性能和透光性能；同时，其还应当具有良好的附着力、化学稳定性、热稳定性和激光刻蚀性等特点，以便于在后续的触摸屏加工过程（如图案化等步骤）中保持透明导电膜层的完整性。当然，所述的用于电容式触摸屏的透明导电膜层的材料成本和加工成本也不宜过高。

现有的对ITO替代材料的研究表明，无论单独使用透明导电氧化物TCO（如AZO，FTO等），还是单独使用纳米材料石墨烯，目前都不能实现单独替代传统ITO材料的目标；本发明所述的透明导电膜层包括基板，附着在基板上的石墨烯透明导电层，以及沉积在石墨烯材料上的透明导电氧化物膜层。

本发明将石墨烯材料与TCO材料（如AZO，FTO材料）相互结合，达到在降低TCO膜层电阻率，保持高透光率的同时，提高了透明导电膜层的附着性，并对石墨烯材料进行及时保护，避免了石墨烯易脱落破坏的问题。本发明提供的石墨烯/TCO膜层结构能够同时激光刻划，能够对膜层整体及时进行保护。石墨烯的制备技术在本领域也已经公开了很多方法，任何一种现有技术或新技术公开的石墨烯的制备方法均可用于本发明。本发明可以大幅度提高产品良率及可靠性，大幅降低触摸屏产品的制作成本。本发明提供的透明导电膜层是现有的ITO材料的良好替代品。

优选地，本发明所述的透明导电膜层中，石墨烯透明导电层的厚度为0.3-1.5nm，例如0.33nm、0.37nm、0.41nm、0.48nm、0.53nm、0.6nm、0.66nm、0.74nm、0.85nm、0.92nm、1.0nm、1.14nm、1.25nm、1.36nm、1.43nm、1.47nm、1.48nm等。石墨烯透明导电层的厚度大于1.5nm，可见光透射率低，影响透明导电膜的透明性；石墨烯透明导电层的厚度小于0.3nm，方阻增大，影响透明导电膜的电导率。

优选地，所述石墨烯透明导电层的原子层数为1-5层，例如1.3层、2.2层、3层、3.6层、4.1层等，优选1-3层，进一步优选2-3层。此处石墨烯透明导电层的原子层数为石墨烯透明导电层的原子层数的平均值，因此可以取值小数。所述石墨烯透明导电层的原子层数小于1层，也就意味着石墨烯层是有缺陷的，因此，虽然可见光透射率高，但其方阻较大；当原子层数大于5层，则造成石墨烯层厚度增加，影响可见光透射率。

优选地，所述石墨烯透明导电层的可见光的光学透过率≥85%，例如85.2%、86%、86.8%、88%、88.4%、89.2%、90%、92%、94.5%、96.7%等。

优选地，所述透明导电氧化物膜层的厚度为50-200nm，例如52nm、56nm、60nm、63nm、67nm、71nm、77nm、82nm、97nm、112nm、125nm、130nm、148nm、157nm、169nm、178nm、191nm、198nm等。所述透明导电氧化物膜层的厚度小于50nm，则透明导电氧化物膜层的可见光透过率增加，但造成方阻值较大，影响透明导电膜层的电导性；如果厚度大于200nm，则影响透明导电膜层的可见光透过率。

本领域技术人员应该明了，任何一种现有技术或新技术公开的其电阻率≤10^-3Ω·cm数量级，可见光的平均透光率Tavg＞80%的透明导电材料均可用与本发明，典型但非限制性的实例有AZO、FTO、BZO（硼掺杂氧化锌）、GZO（Ga₂O₃掺杂ZnO）等透明导电氧化物。

优选地，所述透明导电氧化物膜层的材料选自AZO薄膜或FTO膜。

ZnO是重要的功能材料，具有电导、光导、压电、声光、发光、气敏传感器及化学催化等特性。ZnO可以在很宽范围内调节和控制，不同条件下生成的薄膜具有不同的功能。在ZnO薄膜中掺入铝、铟、氟等杂质（即AZO薄膜），能有效地提高薄膜的电导率，改善其性能。AZO薄膜具有原料廉价、无毒、光电性能与ITO相近、性价比优异、易于制备、生产成本低等优点。

SnO₂基薄膜是较早投入商业使用的透明导电材料，SnO₂基薄膜与玻璃的附着力好，硬度高，且化学稳定性好，能够经受化学蚀刻作用。SnO₂:F掺杂膜层（即FTO膜层）更是表现出较好的电学和光学性能，这主要归功于FTO中F掺杂作用。由于F的掺杂作用，提高了SnO₂薄膜中载流子浓度，改善了薄膜的载流子的霍尔迁移率，同时提高了薄膜的热稳定性，使得FTO表现出较好的电学和光学性能。FTO初期主要应用于生产建筑用Low-E玻璃。

优选地，本发明所述基板的厚度为0.3-2mm，例如0.31mm、0.36mm、0.42mm、0.55mm、0.72mm、0.90mm、0.96mm、1.02mm、1.18mm、1.23mm、1.35mm、1.46mm、1.59mm、1.7mm、1.92mm等，优选0.3-1.1mm。

优选地，所述基板为玻璃基板或PET基板。由于本发明提供的透明导电膜层没有高温处理的步骤，因此可用于PET基板。

本发明的目的之二在于提供一种如本发明目的之一所述的电容式触摸屏的透明导电膜层的制备方法，所述方法为在基板上转印石墨烯薄膜，然后在所述的石墨烯薄膜上沉积氧化物膜，得到结构为氧化物膜/石墨烯薄膜/基板的透明导电膜层，将其进行刻蚀，得到用于电容式触摸屏的透明导电膜层。

作为优选技术方案，所述的电容式触摸屏的透明导电膜层的制备方法包括如下步骤：

（1）制备石墨烯薄膜；

（2）将步骤（1）制得的石墨烯薄膜转印到基板上，得到石墨烯薄膜/基板的层状结构；

（3）在步骤（2）得到的石墨烯薄膜/基板的层状结构上沉积氧化物膜，得到结构为氧化物膜/石墨烯薄膜/基板的透明导电膜层；

（4）将步骤（3）得到的结构为氧化物膜/石墨烯薄膜/基板的透明导电膜层进行图案化，得到用于电容式触摸屏的透明导电膜层。

其中，步骤（1）所述石墨烯的制备方法选自化学气相沉积法、化学分散法或加热SiC法中的任意1种。关于石墨烯的制备、大尺寸石墨烯薄膜的制备以及大尺寸石墨烯薄膜的转移等方面，本领域技术人员已经做了一定的研究，例如杨永辉采用氧化还原法制备了石墨烯胶状悬浮液，通过真空抽滤获得了石墨烯薄膜（石墨烯薄膜的制备和结构表征，杨永辉等，物理化学学报，2011，27（3）：736-742）；褚颖等在“碳材料石墨烯及在电化学电容器中的应用”（碳材料石墨烯及在电化学电容器中的应用，褚颖等，电池，2009，8，39（4）：220-221）一文中概述了石墨烯及其制备方法：微机械剥离、石墨插层、氧化石墨还原和化学气相沉积，综述了石墨烯作为电极材料对电化学电容器性能，特别是比电容的影响；任文才在“石墨烯的化学气相沉积法制备”（石墨烯的化学气相沉积法制备，任文才，2011，2，26（1）：71-79）一文中评述了CVD法制备石墨烯及其转移技术的研究进展。本发明所述的石墨烯透明导电薄膜的制备方法没有特殊限定，能够将所述制备得到石墨烯透明导电薄膜的任意一种方法均可用于本发明，步骤（1）所述石墨烯的制备方法优选自化学气相沉积法、化学分散法、加热SiC法中的任意1种，进一步优选化学气相沉积法。

CN102220566A（公开日2011-10-19）公开了一种化学气相沉积制备单层和多层石墨烯的方法，其步骤是将金属衬底置于真空管式炉或者真空气氛炉中，在除去真空腔内氧气的情况下，将氢气注入真空腔中，并升温至800-1000℃，再将碳源气体注入真空腔中，即得到沉积有石墨烯的金属衬底。

优选地，步骤（1）所述石墨烯的制备方法为化学气相沉积法，可以采用如CN102220566A所述的方法制备，具体为在800-1000℃下裂解碳源性气体，在衬底表面生长石墨烯薄膜。

本发明所述化学气相沉积法中，所述碳源性气体为只含有碳原子和氢原子的有机气体，优选C1-C4的烷烃、C2-C4的烯烃、C2-C3的炔烃中的任意1种或至少2种的组合，进一步优选甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、丙烷、正丁烯、异丁烯、1,2-丁二烯、1,3-丁二烯、顺丁二烯、反二丁烯、正丁烷、异丁烷、丙烯、环丙烷中的任意1种或至少2种的组合，所述组合例如甲烷\乙烷的组合、乙烯\正丁烯的组合、乙炔\环丙烷\甲烷的组合等，特别优选甲烷和/或乙炔。

本发明所述化学气相沉积法中，所述衬底选自金属箔或附于基体上的金属薄膜，所述金属选自镍、铜、铷、钴、钯、铂、铱或钌中的任意1种或至少2种的组合；所述衬底优选铜箔、镍箔、铷箔、钌箔或涂覆有金属镍薄膜的基体中的任意1种或至少2种的组合，进一步优选铜箔。

优选地，步骤（1）所述石墨烯薄膜的原子层数为1-5层，优选1-3层，进一步优选2-3层；所述石墨烯薄膜的厚度为0.3-1.5nm。

本发明步骤（2）所述的将石墨烯薄膜转印到基板上的步骤中，转印的方法选自聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）转移法、热释放胶带转移法、聚二甲基硅氧烷（PDMS）转移法中的任意1种，优选聚甲基丙烯酸甲酯转移法。

“腐蚀基体法”是目前比较常用的转移石墨烯的方法，此方法采用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚二甲基硅氧烷（PDMS）等作为转移介质，确保了石墨烯转移的可靠性和稳定性，较好地保存了石墨烯的完整性。典型但非限制性的实例为：使用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）作为转移介质，1mol/L的NaOH作为腐蚀液，腐蚀温度为90℃，在把粘附有石墨烯的PMMA薄膜从原始硅基底上分离后，室温下将其粘贴到目标基体上，最后利用丙酮清洗掉PMMA，实现了石墨烯的转移；或者将带有PDMS的生长有石墨烯的Ni基体放入腐蚀液中（FeCl₃溶液或酸溶液），腐蚀完成后，带有石墨烯的PDMS片会漂浮在液面上，用水清洗PDMS片后，将其粘贴在目标基体上，静置去除气泡后再揭下PDMS，即可将石墨烯转移到目标基体上（石墨烯的化学气相沉积法制备，任文才，2011，2，26（1）：71-79）。

热释放胶带是一种适合转移大面积石墨烯的转移介质，其特点是常温下具有一定的粘合力，在特定温度以上，粘合力急剧下降甚至消失，表现出“热释放”特性，该方法可以实现30英寸石墨烯的转移（Bae S,et al.Roll-to-rollproduction of 30-inch grapheme films for transparent electrodes[J],NatureNanotechnology,2010,5(8):574-578）。

本领域技术人员应该明了任何一种现有技术或新技术公开的能够转移石墨烯的方法均可用于本发明，此处不再赘述。

优选地，步骤（3）所述氧化物膜为AZO薄膜或FTO膜。

优选地，步骤（3）所述氧化物膜的厚度为50-200nm，例如52nm、61nm、70nm、85nm、92nm、101nm、110nm、128nm、145nm、157nm、168nm、185nm、192nm、198nm等。

优选地，步骤（3）所述氧化物膜的沉积方法选自PVD方法中的任意1种，优选自真空蒸发沉积镀膜、溅射沉积镀膜、离子镀沉积镀膜中的任意1种，进一步优选溅射沉积镀膜法。

溅射沉积镀膜是利用高能离子冲击材料靶从其表面溅射出粒子并沉积在工件表面上形成薄膜的方法。溅射沉积镀膜的机理为：在一定真空条件（大约10^-1Pa）下向溅射镀膜装置（如图2所示）中通入Ar气，给靶、真空室壁加上正负电，形成辉光放电；辉光放电时电子在电场作用下变成高能电子（电场电势越高，电子能量越高）；高能电子碰撞Ar原子，使Ar原子电离成正离子（即Ar⁺离子）以及二次电子；二次电子在电场作用下也变成高能电子，会继续碰撞Ar原子产生电离，从而继续产生更多的Ar⁺离子和二次电子；如此循环即形成“雪崩”；而Ar原子发生电离时其内部的电子发生跃迁，此时可观察到真空腔体104内，在靶和基片之间形成的光芒，光芒越强处发生电离越多；此时空间形成等离子体；Ar⁺离子在电场作用下飞向靶面（由于靶为阴极，带负电位），并碰撞靶材表面，溅射出靶材粒子；靶材粒子飞向基片，并在基片上沉积形成一层薄膜。

溅射沉积镀膜是本领域公知的技术，此处不再赘述。图2为溅射沉积镀膜的原理示意图。溅射沉积镀膜装置（如图2所示）中包含了真空腔体104（也称为真空室）、靶105、基片106；真空腔体104提供一个真空环境，溅射镀膜方式中真空腔体接地，同时为阳极。靶105即为溅射镀膜方式中的阴极；基片106在溅射镀膜方式中可以有三种方式：接地、悬浮或单独接某一电位（即为偏压）。

优选地，步骤（3）所述溅射沉积镀膜的工艺条件为：真空度0.3~0.6Pa，例如0.31Pa、0.35Pa、0.38Pa、0.42Pa、0.48Pa、0.53Pa、0.58Pa等，电压200~600V，例如205V、222V、257V、300V、330V、380V、425V、485V、505V、518V、587V等，靶的材料为：AZO陶瓷靶材或FTO陶瓷靶材，工作气体：氩气。

优选地，步骤（3）所述氧化物膜为AZO膜时，溅射沉积镀膜的工艺条件为：真空度：0.3~0.6Pa，电压：200~600V，靶的材料为：AZO陶瓷靶材，工作气体：氩气。

优选地，步骤（3）所述氧化物膜为FTO膜时，溅射沉积镀膜的工艺条件为：真空度：0.3~0.6Pa，电压：200~600V，靶的材料为：FTO陶瓷靶材，工作气体：氩气。

优选地，步骤（4）所述图案化选自光刻或激光刻蚀。

现有技术中，在触摸屏领域，将透明导电薄膜图案化的方法有很多。步骤（4）所述图案化选自光刻或激光刻蚀。但本发明所述的图案化的方法并不仅限于上述方法，任何一种现有技术或新技术中公开的透明导电薄膜图案化的方法均可用于本发明。步骤（4）所述图案化为激光刻蚀。

优选地，所述激光刻蚀采用激光直写式刻蚀或激光直接刻蚀。所谓激光直写，就是利用强度可变的激光束对涂在基片表面的抗蚀材料变剂量曝光，显影后在抗蚀层表面形成所要求的轮廓。激光直写技术是本领域的常规技术，如颜树华等在综述“二元光学器件直写技术的研究进展”一文中，对于激光直写技术原理、方法等做了综述（二元光学器件直写技术的研究进展，颜树华等，半导体光电，2002，23（3）：159-162）。所谓激光直接刻蚀，就是采用近红外或紫外激光在透明导电膜层表面直接烧结膜层，对透明导电薄膜图案化的方法。本发明所述的激光刻蚀法对石墨烯薄膜进行图案化，不需要掩膜，可以直接获得电极图形。

步骤（3）得到的结构为氧化物膜/石墨烯薄膜/基板的透明导电膜层进行图案化后，即得到用于电容式触摸屏的透明导电膜层。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明所述的透明导电膜层中，选用TCO/石墨烯薄膜/基板的结构，其中TCO的可见光透过率高，沉积在石墨烯薄膜上，不但起到了保护石墨烯透明导电层的作用，还克服了现有技术选用PET保护石墨烯透明导电层可见光透过率低的问题；而石墨烯材料的导电性能好、可见光透过率高，弥补了单纯使用TCO材料作为透明导电膜层，其导电性能差的问题；沉积了TCO的石墨烯薄膜对金属电极层具有很好的附着作用，一方面使附着于其上的金属电极膜层更加牢固，提高了触摸屏等产品的良率，另一方面使透明导电薄膜整体具有很好的稳定性、激光刻蚀加工性，在后续的触摸屏加工过程（如运输、图案化等步骤）和使用过程中，保持透明导电膜层的完整性。

由此，可以看出，本发明提供的透明导电膜层可以替代ITO/基板结构的透明导电膜层，其导电性和透明度均能达到要求，并且原料简单易得，成本低，工艺流程简单，提高了触摸屏的整体产品良率。

另外，由于本发明提供的透明导电膜层没有高温处理的步骤，因此可用于PET基板，克服了ITO透明导电薄膜不能用于塑胶基板的缺陷。

附图说明

图1为现有技术中单片电容式触摸屏的结构示意图；

图2为溅射沉积镀膜装置的结构示意图；

图3为实施例1所述的用于电容式触摸屏的透明导电膜层的结构示意图；

图4为实施例6所述的单片电容式触摸屏的结构示意图；

100-基板、101-透明导电膜层、102边缘电极引线层；104-真空腔体；105-靶；106-基片；U1、U2为加载在溅射镀膜装置上的电压；201-石墨烯透明导电层；202-透明导电氧化物膜层。

具体实施方式

为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

实施例1

一种用于电容式触摸屏的透明导电膜层，包括基板100，附着在基板上的石墨烯透明导电层201，以及沉积在石墨烯材料上的透明导电氧化物膜层202；

其中，石墨烯透明导电层201的厚度为0.3nm；石墨烯透明导电层201为单原子层；石墨烯透明导电层201的可见光的光学透过率95%；

所述透明导电氧化物膜层202为AZO薄膜，厚度为100nm；所述基板100为玻璃基板，厚度为1mm；图3为实施例1所述的用于电容式触摸屏的透明导电膜层的结构示意图。

制备方法

所述电容式触摸屏的透明导电膜层的制备方法，包括：

（1）采用CN102220566A公开的方法制备石墨烯薄膜，具体为：将金属衬底置于真空管式炉中，在除去真空腔内氧气的情况下，将氢气注入真空腔中，并升温至1000℃，再将甲烷气体注入真空腔中，即得到沉积有石墨烯的金属衬底；所述石墨烯的原子层数为单层；所述石墨烯薄膜的厚度为0.3nm；

（2）将步骤（1）制得的石墨烯薄膜，以PDMS为介质转印到基板上，得到石墨烯薄膜/基板的层状结构；

（3）在步骤（2）得到的石墨烯薄膜/基板的层状结构上以溅射沉积镀膜法沉积氧化物膜，得到结构为氧化物膜/石墨烯薄膜/基板的透明导电膜层；其中，溅射沉积镀膜的工艺条件为：真空度：0.5Pa，电压：400V，靶的材料为：AZO陶瓷靶材，工作气体：氩气；

（4）将步骤（3）得到的结构为氧化物膜/石墨烯薄膜/基板的透明导电膜层进行激光刻蚀，得到用于电容式触摸屏的透明导电膜层。

实施例2

一种用于电容式触摸屏的透明导电膜层，包括基板100，附着在基板上的石墨烯透明导电层201，以及沉积在石墨烯材料上的透明导电氧化物膜层202；

其中，石墨烯透明导电层201的厚度为1nm；石墨烯透明导电层201的原子层数为3层；石墨烯透明导电层201的可见光的光学透过率≥89%；

所述透明导电氧化物膜层202为AZO薄膜，厚度为100nm；所述基板100为玻璃基板，厚度为2mm。

制备方法

一种电容式触摸屏的透明导电膜层的制备方法，包括：

（1）采用CN102220566A公开的方法制备石墨烯薄膜，具体为：将金属衬底置于真空管式炉或者真空气氛炉中，在除去真空腔内氧气的情况下，将氢气注入真空腔中，并升温至900℃，再将乙烷气体注入真空腔中，即得到沉积有石墨烯的金属衬底；所述石墨烯的原子层数为3层；所述石墨烯薄膜的厚度为1nm；

（2）将步骤（1）制得的石墨烯薄膜，以PDMS为介质转印到基板上，得到石墨烯薄膜/基板的层状结构；

（3）在步骤（2）得到的石墨烯薄膜/基板的层状结构上以溅射沉积镀膜法沉积氧化物膜，得到结构为氧化物膜/石墨烯薄膜/基板的透明导电膜层；其中，溅射沉积镀膜的工艺条件为：真空度：0.5Pa，电压：380V，靶的材料为：AZO陶瓷靶材，工作气体：氩气；

（4）将步骤（3）得到的结构为氧化物膜/石墨烯薄膜/基板的透明导电膜层进行激光刻蚀，得到用于电容式触摸屏的透明导电膜层。

实施例3

一种用于电容式触摸屏的透明导电膜层，包括基板100，附着在基板上的石墨烯透明导电层201，以及沉积在石墨烯材料上的透明导电氧化物膜层202；

其中，石墨烯透明导电层201的厚度为1.5nm；石墨烯透明导电层201的原子层数为5层；石墨烯透明导电层201的可见光的光学透过率≥87%；

所述透明导电氧化物膜层202为FTO膜，厚度为100nm；所述基板100为玻璃基板，厚度为0.3mm。

制备方法

一种电容式触摸屏的透明导电膜层的制备方法，包括：

（1）采用CN102220566A公开的方法制备石墨烯薄膜，具体为：将金属衬底置于真空管式炉或者真空气氛炉中，在除去真空腔内氧气的情况下，将氢气注入真空腔中，并升温至800℃，再将丙炔气体注入真空腔中，即得到沉积有石墨烯的金属衬底；所述石墨烯的原子层数为5层；所述石墨烯薄膜的厚度为1.5nm；

（2）将步骤（1）制得的石墨烯薄膜，以PDMS为介质转印到基板上，得到石墨烯薄膜/基板的层状结构；

（3）在步骤（2）得到的石墨烯薄膜/基板的层状结构上以溅射沉积镀膜法沉积氧化物膜，得到结构为氧化物膜/石墨烯薄膜/基板的透明导电膜层；其中，溅射沉积镀膜的工艺条件为：真空度：0.3Pa，电压：200V，靶的材料为：FTO陶瓷靶材，工作气体：氩气；

（4）将步骤（3）得到的结构为氧化物膜/石墨烯薄膜/基板的透明导电膜层进行激光刻蚀，得到用于电容式触摸屏的透明导电膜层。

实施例4

一种用于电容式触摸屏的透明导电膜层，包括基板，附着在基板上的石墨烯透明导电层，以及沉积在石墨烯材料上的透明导电氧化物膜层；

其中，石墨烯透明导电层的厚度为0.31nm；石墨烯透明导电层为单原子层；石墨烯透明导电层的可见光的光学透过率96%；

所述透明导电氧化物膜层为AZO薄膜，厚度为200nm；所述基板为玻璃基板，厚度为1mm。

制备方法与实施例1相同，仅在步骤（3）所述的溅射沉积镀膜的工艺条件有所区别，为：真空度：0.3Pa，电压：200V，靶的材料为：AZO陶瓷靶材，工作气体：氩气。

实施例5

一种用于电容式触摸屏的透明导电膜层，包括基板，附着在基板上的石墨烯透明导电层，以及沉积在石墨烯材料上的透明导电氧化物膜层；

其中，石墨烯透明导电层的厚度为0.7nm；石墨烯透明导电层为单原子层；石墨烯透明导电层的可见光的光学透过率86%；

所述透明导电氧化物膜层为AZO薄膜，厚度为50nm；所述基板为玻璃基板，厚度为1.2mm。

制备方法与实施例1相同，仅在步骤（3）所述的溅射沉积镀膜的工艺条件有所区别，为：真空度：0.6Pa，电压：200V，靶的材料为：AZO陶瓷靶材，工作气体：氩气。

实施例6

一种单片电容式触摸屏，包括实施例1提供的用于电容式触摸屏的透明导电膜层（包括基板100，附着在基板上的石墨烯透明导电层201，以及沉积在石墨烯材料上的透明导电氧化物膜层202；），以及设置在氧化物膜之上的边缘电极引线层102。

所述的边缘电极引线层中设置引线电极，作用是将透明导电膜层收集到的信号传送给控制器芯片，以得到触摸屏的感知信号。所述的引线电极可以是银浆电极时或石墨烯电极。图4为本实施例所述单片电容式触摸屏的结构示意图。

对比例1

一种用于电容式触摸屏的透明导电膜层，包括基板，附着在基板上的石墨烯透明导电层；

其中，石墨烯透明导电层的厚度为0.9nm；石墨烯透明导电层的原子层数为3层；石墨烯透明导电层的可见光的光学透过率≥89%；

制备方法

一种电容式触摸屏的透明导电膜层的制备方法，包括：

（1）采用CN102220566A公开的方法制备石墨烯薄膜，具体为：将金属衬底置于真空管式炉或者真空气氛炉中，在除去真空腔内氧气的情况下，将氢气注入真空腔中，并升温至800℃，再将丙炔气体注入真空腔中，即得到沉积有石墨烯的金属衬底；所述石墨烯的原子层数为3层；所述石墨烯薄膜的厚度为1.5nm；

（2）将步骤（1）制得的石墨烯薄膜，以PDMS为介质转印到基板上，得到石墨烯薄膜/基板的层状结构；

（3）将步骤（2）得到的结构为石墨烯薄膜/基板的透明导电膜层进行激光刻蚀，得到用于电容式触摸屏的透明导电膜层。

对比例2

一种用于电容式触摸屏的透明导电膜层，包括基板，以及沉积在基板材料上的透明导电氧化物膜层；

所述透明导电氧化物膜层为AZO薄膜，厚度为80nm；所述基板为玻璃基板，厚度为2mm。

制备方法

一种电容式触摸屏的透明导电膜层的制备方法，包括：

（1）在玻璃基板上以溅射沉积镀膜法沉积氧化物膜，得到结构为氧化物膜/基板的透明导电膜层；其中，溅射沉积镀膜的工艺条件为：真空度：0.5Pa，电压：400V，靶的材料为：AZO陶瓷靶材，工作气体：氩气；

（2）将步骤（1）得到的结构为氧化物膜/基板的透明导电膜层进行激光刻蚀，得到用于电容式触摸屏的透明导电膜层。

性能测试：

对实施例1-3和对比例1-2得到的透明导电膜层进行如下性能测试：

附着力：采用百格刀将透明导电膜层做格阵图形切割并穿透后，用3M胶带黏贴拉扯试验，导电膜无脱落即为合格，导电膜脱落即为不合格。

导电性：四探针方阻测试。

可见光透过率：分光光度计测试。

性能测试结果如表1所示

表1实施例1-5和对比例得到的透明导电膜层的性能测试结果

由表1可以看出，本发明提供的透明导电膜层与对比例1相比，附着力强，能够牢固的附着在基板上；与对比例2相比，导电性好。因此，本发明提供的透明导电层具有优良的导电性、可见光透过率和附着力，并且性能稳定，不易碎。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (9)

1.一种用于电容式触摸屏的透明导电膜层，其特征在于，所述透明导电膜层包括基板（100），附着在基板上的石墨烯透明导电层（201），以及沉积在石墨烯材料上的透明导电氧化物膜层（202）。

2.如权利要求1所述的透明导电膜层，其特征在于，所述石墨烯透明导电层（201）的厚度为0.3-1.5nm；

优选地，所述石墨烯透明导电层（201）的原子层数为1-5层，优选1-3层，进一步优选2-3层；所述石墨烯透明导电层（201）的可见光的光学透过率≥85%。

3.如权利要求1或2所述的透明导电膜层，其特征在于，所述透明导电氧化物膜层（202）的厚度为50-200nm；

优选地，所述透明导电氧化物膜层（202）的材料选自AZO薄膜或FTO膜。

4.如权利要求1-3之一所述的透明导电膜层，其特征在于，所述基板（100）的厚度为0.3-2mm，优选0.3-1.1mm；

优选地，所述基板（100）为玻璃基板或PET基板。

5.一种如权利要求1-4之一所述的电容式触摸屏的透明导电膜层的制备方法，其特征在于，所述方法为在基板上转印石墨烯薄膜，然后在所述的石墨烯薄膜上沉积氧化物膜，得到结构为氧化物膜/石墨烯薄膜/基板的透明导电膜层，将其进行刻蚀，得到用于电容式触摸屏的透明导电膜层。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

（1）制备石墨烯薄膜；

（2）将步骤（1）制得的石墨烯薄膜转印到基板上，得到石墨烯薄膜/基板的层状结构；

（3）在步骤（2）得到的石墨烯薄膜/基板的层状结构上沉积氧化物膜，得到结构为氧化物膜/石墨烯薄膜/基板的透明导电膜层；

（4）将步骤（3）得到的结构为氧化物膜/石墨烯薄膜/基板的透明导电膜层进行图案化，得到用于电容式触摸屏的透明导电膜层。

7.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于，步骤（1）所述石墨烯的制备方法选自化学气相沉积法、化学分散法或加热SiC法中的任意1种，优选化学气相沉积法；

优选地，步骤（1）所述石墨烯的制备方法为化学气相沉积法，具体为在800-1000℃下裂解碳源性气体，在衬底表面生长石墨烯薄膜；所述衬底优选为铜箔；

优选地，步骤（1）所述石墨烯薄膜的原子层数为1-5层，优选1-3层，进一步优选2-3层；所述石墨烯薄膜的厚度为0.3-1.5nm。

8.如权利要求5-7之一所述的方法，其特征在于，步骤（2）所述石墨烯的转印方法选自聚甲基丙烯酸甲酯转移法、热释放胶带转移法或聚二甲基硅氧烷转移法中的任意1种，优选聚甲基丙烯酸甲酯转移法。

9.如权利要求5-8之一所述的方法，其特征在于，步骤（3）所述氧化物膜为AZO薄膜或FTO膜；

优选地，步骤（3）所述氧化物膜的厚度为50-200nm；

优选地，步骤（3）所述氧化物膜的沉积方法选自PVD方法中的任意1种，优选自真空蒸发沉积镀膜、溅射沉积镀膜、离子镀沉积镀膜中的任意1种，进一步优选溅射沉积镀膜法；

优选地，步骤（3）所述溅射沉积镀膜的工艺条件为：真空度0.3~0.6Pa，电压200~600V，靶的材料为：AZO陶瓷靶材或FTO陶瓷靶材，工作气体：氩气；

优选地，步骤（4）所述图案化选自光刻或激光刻蚀，优选激光刻蚀。

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