CN104020919A - 一种石墨烯电容式触摸屏及其生产制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种石墨烯电容式触摸屏及其生产制作方法，其结构包括盖板层、OCA光学胶层以及石墨烯透明导电薄膜层，在该石墨烯透明导电薄膜层下表面上还设置有线路层，在该线路层四周设置有电极层，该电极层用以将该线路层引出，工作时，在该石墨烯透明导电薄膜层内形成一个低电压交流电场，当用户手指触摸该石墨烯电容式触摸屏表面时，手指与该石墨烯透明导电薄膜层间会形成一个耦合电容，此刻会有一定量的电荷转移到人体，为了恢复电荷损失，电荷从该石墨烯电容式触摸屏的四角补充进来，各方向补充的电荷量和触摸点的距离成比例，由此能够推算出触摸点的位置。

Description

一种石墨烯电容式触摸屏及其生产制作方法

技术领域

本发明涉及一种电容式触摸屏及其制作方法，特别是一种针对石墨烯的构成而制定的结构以及加工工艺方法。

背景技术

众所周知，透明导电薄膜是一种重要的光电材料，其被广泛的应用于触摸屏、液晶显示、有机发光二极管显示（OLED）、太阳能电池等光电领域。石墨烯（graphene）是2004年由英国曼彻斯特大学的AK Geim教授等发现的一种新型炭材料，它是由单层碳原子构成的二维蜂窝状结构。自被发现以来，石墨烯便迅速引起了学术界和企业界的广泛关注，也是目前最受瞩目的新材料之一。石墨烯的载流子具有零有效质量，表现出类似于光子的行为，这些特性使石墨烯表现出不寻常的半整数量子霍尔效应、室温量子霍尔效应等，并为验证相对论量子力学现象提供了理想的平台。由于完美和高度有序的晶格结构，石墨烯还表现出异乎寻常的高晶体学质量。室温下石墨烯具有100倍于硅的载流子迁移率，表现出室温亚微米尺度的弹道传输特性。石墨烯具有优异的导电性，电导率是铜的1.6倍；石墨烯对近红外、可见光及紫外光均具有优异的透过性，单层石墨烯的透光性达97.7%；石墨烯的强度可达130 GPa，是钢的100多倍，并具有很好的柔韧性和伸展性；石墨烯的热导率可达5000 W/m·K，是室温下纯金刚石的3倍，并具有很好的热稳定和化学稳定性。这些优异的物理性质使石墨烯在射频晶体管、超灵敏传感器、透明导电薄膜、超强和高导复合材料、高性能锂离子电池和超级电容器等的应用方面表现出巨大的潜力。据Lux Research 2009年的预测，2015年石墨烯相关产品的市场将达到530亿美元，并广泛应用于航空航天、汽车、能源、电子、医疗、军事和电信等领域。正因为石墨烯丰富的物理性质、优异的性能和广阔的应用前景，石墨烯的发现者AK Geim教授和KS Novoselov教授荣获了2010年度的诺贝尔物理学奖，这进一步激发了全世界对石墨烯的研究和应用探索。

石墨烯作为透明导电膜可以充分发挥其结构与性能优势，是石墨烯最重要和最有前景的应用之一。相比于普遍使用的氧化物基透明导电薄膜材料（例如氧化铟锡（ITO）、氧化铝锌（AZO）等），石墨烯在柔韧性、热稳定性和化学稳定性方面具有突出的优势。目前，主要采用化学氧化剥离法和化学气相沉积（CVD）法获得的石墨烯来制备石墨烯透明导电薄膜。由于相对简单的制备过程，且产量较大，化学氧化剥离法制得的石墨烯在研究初期用于透明导电薄膜的制备。但是，化学剥离石墨烯的质量较差，存在大量结构缺陷，而且难以控制石墨烯的尺寸和层数等结构特征。现阶段，CVD方法已经成为可控制备大面积、高质量石墨烯的代表性方法，并可连续制备出达到百米级以上尺寸的高性能石墨烯透明导电薄膜。目前，探索和发展基于CVD石墨烯透明导电薄膜材料的应用已经成为高性能石墨烯透明导电薄膜的研究趋势。在具体实施的时候一般采用如下方式进行生产制作。

制作方式一：

采用透明基体上的CVD石墨烯作为透明导电薄膜。首先利用化学气相沉积（CVD）法在金属上（铜、镍、铂等）生长单层占优的石墨烯，采用湿化学法将单层石墨烯转移到透明基体上（例如聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚萘二甲酸乙二醇酯、石英或者玻璃等），获得透明基体上的单层石墨烯透明导电薄膜。石墨烯薄膜的面电阻在400-1000欧姆之间，透光率在96-97.7%之间。

制作方式二：

重复湿化学法转移单层石墨烯的步骤，获得透明基体上的多层（2-8层）石墨烯透明导电薄膜，石墨烯薄膜的面电阻在30-400欧姆之间，透光率在80-95%之间。

制作方式三：

采用掺杂的方法对石墨烯进行后处理。掺杂后的石墨烯薄膜的面电阻在100-400欧姆之间，透光率在96-97.7%之间。

制作方式四：

在透明基体上的单层石墨烯透明导电薄膜的表面，利用旋涂法覆盖一层透明导电高分子材料“聚3，4-乙撑二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT:PSS）”，获得石墨烯基复合透明导电薄膜材料。

随着现代多媒体信息技术的不断向前发展，以及娱乐、查询设备的不断增加，触摸屏的应用越来越广泛。而电容式触摸屏只需要触摸，不需要压力就可以产生信号、在生产后只需要一次或者完全不需要屏幕校准、在光损失和系统功耗上较低、电容式技术耐磨损、寿命长，用户使用时维护成本低等诸多优点。而石墨烯作为新型材料中的一种，它在制作触摸屏方面具有无可替代的优势。对未来的石墨烯与现有的ITO导电材料进行比较，石墨烯具有优异的导电性、对近红外和可见光及紫外光均具有优异的透过性、石墨烯的强度可达130 GPa、并具有很好的柔韧性和伸展性、同时具有很好的热稳定和化学稳定性，这些优势都将表明石墨烯终将成为替代传统ITO导电材料中的一种新型材料。

目前普遍使用的透明导电薄膜材料的缺点在于，外层的薄膜容易刮花扎伤而导致触摸屏功能失常；ITO导电层容易受外界条件的变化而改变其特性，而石墨烯作为高稳定性及良好柔韧性的导电层物质，能克服传统材料的缺点。

发明内容

本发明提供了一种石墨烯电容式触摸屏及其生产制作方法，其利用石墨烯材料制作成石墨烯电容式触摸屏，与传统材料相比，更易于观察及检验，采用触摸区用石墨烯加周边走线也用石墨烯作为导线，可以降低生产成本，简化生产工序及提高生产良率，而此是为本发明的主要目的。

本发明所采取的技术方案是：一种石墨烯电容式触摸屏，包括盖板层、 OCA光学胶层以及石墨烯透明导电薄膜层，其中，该OCA光学胶层设置在该盖板层与该石墨烯透明导电薄膜层之间，该盖板层由PC材料制成，在该石墨烯透明导电薄膜层下表面上还设置有线路层，在该线路层四周设置有电极层，该电极层由石墨烯材料贴覆而成，该电极层用以将该线路层引出，工作时，在该石墨烯透明导电薄膜层内形成一个低电压交流电场，当用户手指触摸该石墨烯电容式触摸屏表面时，手指与该石墨烯透明导电薄膜层间会形成一个耦合电容，此刻会有一定量的电荷转移到人体，为了恢复电荷损失，电荷从该石墨烯电容式触摸屏的四角补充进来，各方向补充的电荷量和触摸点的距离成比例，由此能够推算出触摸点的位置。

一种石墨烯电容式触摸屏的生产制作方法，包括如下步骤：

第一步：对石墨烯透明导电薄膜进行分切下料，将石墨烯透明导电薄膜分切成排版所需的尺寸。

第二步：对第一步中已分切好的石墨烯透明导电薄膜进行缩水老化。

将经过分切后的石墨烯透明导电薄膜用耐高温胶带固定在玻璃上，待烘烤箱中的温度达到80度时，将石墨烯透明导电薄膜推进烘烤箱进行高温缩水老化，烘烤温度控制在135度，烘烤时间控制在50分钟，烘烤完毕后, 石墨烯透明导电薄膜在烤箱内降温5~10分钟后，当石墨烯透明导电薄膜表面温度低于80度后，才将石墨烯透明导电薄膜从烤箱中取出，在完成对石墨烯透明导电薄膜的缩水老化之后，对每一块石墨烯透明导电薄膜进行测量方阻的工作，测量每一块石墨烯透明导电薄膜的四个角及中间位置的五点方阻值，阻值波动范围在正负50Ω以内为合格品。

第三步：用风枪对第二步中完成了缩水老化的石墨烯透明导电薄膜进行清洁，再印刷黑色油墨靶标，印刷烘烤温度在70度的情况下持续10分钟，在印刷烘烤完成后，石墨烯透明导电薄膜在烤箱内降温5~10分钟后，当石墨烯透明导电薄膜表面温度低于50度后，才将石墨烯透明导电薄膜从烤箱中取出。

第四步：采用激光蚀刻的原理去除不需要的石墨烯导电部分，将第三步中已印好黑色靶标的石墨烯透明导电薄膜放到激光蚀刻平台上，打开吸风，以吸平材料，导入已编制好加工程序后，激光蚀刻机先捕捉每模的靶标来定位，然后对每模的石墨烯进行蚀刻，激光蚀刻掉不需要的导电部分，同时将触摸屏动作区的图形及周边石墨烯走线蚀刻出来，激光蚀刻完成后利用万用表打到200MΩ测量蚀刻区域是否有阻抗，无阻值说明已蚀刻干净，再用万用表测量二个相邻的半三角形图形有无阻抗，无阻值说明通道间没有短路，功能正常。

第五步：对第四步中完成了激光蚀刻后的石墨烯透明导电薄膜进行印刷银浆，在进行印刷银浆的过程中，烘烤温度控制在130度烘烤40分钟，待烘烤箱温度达到80度时，将印刷有银浆的石墨烯透明导电薄膜推进烘烤箱进行烘烤，在烘烤完成后，石墨烯透明导电薄膜在烤箱内降温5~10分钟后，当石墨烯透明导电薄膜表面温度低于80度后，才将石墨烯透明导电薄膜从烤箱中取出，本步骤的印刷银浆是为了在绑定位置通过银浆将触摸屏动作区里面的线路引出来，增加FPC的粘着力，后续工序再与FPC绑定在一起，银浆烘烤完成后进行百格测试，用刀片在银浆上面划多道45度角的斜线，组合成45度的线条网格，再用3M810测试胶条粘在网格上面，用力推平后，再以45度角匀速撕起测试胶带，格中的银浆未脱落，即说明银浆在石墨烯上的附着力是合格的，用万用表打到20KΩ，测量单个线路通道的阻抗，当通道阻抗≤20KΩ，环地电阻≤200Ω的时候为合格品。

第六步：将第五步中已印好银浆的石墨烯透明导电薄膜进行激光镭射线路外形的工作，先在激光机平台上放置玻璃纸并用双面胶固定好，先用3.8~5.0W低功率镭射对位线及线路外形，而后，打开吸风，再将石墨烯透明导电薄膜放置上去，对准对位线再进行激光镭射外形的工作。

第七步：将第六步中镭射好所需线路外形的石墨烯透明导电薄膜与FPC进行绑定，首先，将ACF贴覆在FPC压合金手指处，ACF须居中贴覆在FPC铜箔的开窗处，而后将FPC预压在线路的出头位置，再做好定位治具，调整热压头的平整度及位置，最后通过脉冲热压机进行压合，热压完成后，在FPC与线路的交接处点上封胶，用来固定FPC。

第八步：将第七步中绑定好FPC的石墨烯透明导电薄膜，通过SIU开发板连接到电脑，再通过开发软件进入工程调试模式去检测每个通道的数据是否正常，再进行划线测试，看线条是否显示正常。

第九步：制作PC盖板材料，首先，撕掉PC印刷面的保护膜，在其印刷面印刷黑色油墨，制作出所需要的触摸显示区及按键图标，烘烤温度70度持续时间10分钟。

第十步：在第九步上的PC盖板上印刷多一层黑色油墨，其目的是为了增加油墨遮光性及填补一些小针孔，烘烤温度70度持续时间30分钟，烘烤完后按第五步的百格测试进行测试油墨附着力，以确保所印刷的油墨附着力合格。

第十一步：制作光学透明胶层，依排版设计用下料机开好尺寸，下料机气压达到额定工作压强5bar±1的情况下方可进行工作，张力控制在0.7~0.85N范围内，将OCA层用激光镭射的方法开槽挖孔，将FPC的绑定位置及摄像头孔位置空出来，以减少高度差及增加透光率，在进行OCA镭射的时候，其易离型面朝下，打开吸风，将OCA放至在机台中间位置，镭射完后排除废料，并进行清洁。

第十二步：将第十一步镭射好的OCA层与第十步印刷好的PC盖板进行大张贴合，人工对好位后用覆膜机进行贴合，在贴合的过程中控制贴合速度20~25m/min、压力0.1~0.2kg，贴合过程要控制好洁净度，以免造成外观损坏。

第十三步：对第十二步中大张贴合好的PC盖板进行切外形及挖听筒孔的工作。

第十四步：将第十三步切好外形的PC盖板与第八步经测试合格的石墨烯透明导电薄膜用贴片机进行小片贴合，贴合前先镭射好定位治具，确保对位精度，贴片机上一吸风台上先放好第八步经测试合格的石墨烯透明导电薄膜，另一吸风台上放好第十三步的PC盖板，撕掉OCA层上的离型膜，而后进行贴合，贴合参数设定气压值0.45Bar、前进速度1000mm/s、返回速度200mm/s、翻转时间10*100ms。

第十五步：将第十四步贴合好的产品进行脱泡，将每片产品插放在静电盒中，送至脱泡机中除泡，设置脱泡机温度40度、气压5kg、时间40分钟，除泡后检查汽泡有没有完全去除及石墨烯导电层有没有分层。

第十六步：对第十五步中除好泡的石墨烯产品进行外观擦拭及检验，擦拭脏污及污点，检查外观有无刮花、扎伤、油墨渗透剧齿、汽泡、杂物、黑点、白点等不良，外观良品再进行功能检测，按第八步的测试方法，通过SIU开发板连接到电脑，再通过开发软件去检测每个通道的数据是否正常，并进行划线测试，看线条显示是否正常。

第十七步：完成第十六步之后再将石墨烯电容式触摸屏装到手机整机上看实际使用效果，并进行IC配置参数的优化，重新调试一版适合石墨烯的IC配置参数，使整机的效果更加完美，当用户手指触摸带有石墨烯的触摸屏表面时，手指与石墨烯导体层间会形成一个耦合电容，就会有一定量的电荷转移到人体，为了恢复这些电荷损失，电荷从屏幕的四角补充进来，各方向补充的电荷量和触摸点的距离成比例，由此触控IC可以推算出触摸点的位置，石墨烯电容式触摸屏触摸灵敏度高、划线更流畅、用户体验感更强。

本发明的有益效果为：将带有石墨烯的透明导电薄膜通过激光蚀刻的方法加工出线路部分，通过绑定FPC将里面的线路连接到主板端，再在石墨烯表面贴覆一层OCA，最后将盖板贴覆在石墨烯材料上面，组合成一片电容式触摸屏。该触摸屏由触控IC及整机主板控制来实现触摸功能。石墨烯电容式触摸屏安装在显示屏上面，用于检测触摸的位置，当电容屏触摸到时，就由触控IC来解析触点的位置坐标，处理器获得触摸的原始数据，去除干扰，测算压力点，建立触摸区域，计算出精确坐标。

本发明采用了新型导电材质“石墨烯”。针对其热稳定性及化学稳定性强、在恶劣情况下成分不会发生改变，及高柔韧性和伸展性，采用激光蚀刻的方法同时周边走线也采用石墨烯来制作线路部分。具有高透光率、稳定性高、制作环保、触摸精准、用户体验感强等特点。

本发明的技术主要面向触摸屏行业的新型材料及制作工艺的导入，其可以提供高稳定性的石墨烯电容式触摸屏，还可以体验到石墨烯电容式触摸屏优于现在常用的ITO触摸屏的一些方面：1、本发明的石墨烯电容式触摸屏采用了石墨烯作为主要构成材料，与传统的ITO触摸屏相比，成本明显降低，在铟锡越来越少的情况下，势必要有新型材料来替代传统的ITO。2、本发明的石墨烯电容式触摸屏采用了石墨烯作为主要构成材料，具有很高的透光率。这样通过触摸屏而显示出来的图像会更逼真，颜色也会更真实。3、本发明的石墨烯电容式触摸屏采用了石墨烯作为主要构成材料，因石墨烯具有很高的挠曲度，这样就大大减少了像ITO材料因弯折过度而造成功能不良的情况。 

附图说明

图1 为本发明的线路构成示意图。

图2为本发明的层状结构示意图。

图3为本发明的整体结构示意图。

图4 为本发明的整体组成图。

图5 为本发明检测石墨烯方阻值示意图。

图6 为本发明激光蚀刻石墨烯区域示意图。

图7为本发明丝印电极层与石墨烯搭接示意图。

图8为本发明 石墨烯线路外形示意图。

图9 为本发明绑定FPC后的线路示意图。

图10  为本发明FPC拉力测试(垂直方向)示意图。

图11 为本发明 FPC拉力测试(水平方向)示意图。

图12 为本发明盖板丝印示意图。

图13 为本发明盖板与OCA层贴合后示意图。

图14为本发明 盖板与线路贴合后示意图。

具体实施方式

如图1至14所示，一种石墨烯电容式触摸屏100，其包括盖板层10、 OCA光学胶层20以及石墨烯透明导电薄膜层30，其中，该OCA光学胶层20设置在该盖板层10与该石墨烯透明导电薄膜层30之间，该盖板层10由PC材料制成。

在该石墨烯透明导电薄膜层30下表面上还设置有线路层40。

在该线路层40四周设置有电极层50，该电极层50由石墨烯材料贴覆而成，该电极层50用以将该线路层40引出。

工作时，在该石墨烯透明导电薄膜层30内形成一个低电压交流电场，当用户手指触摸该石墨烯电容式触摸屏表面时，手指与该石墨烯透明导电薄膜层30间会形成一个耦合电容，此刻会有一定量的电荷转移到人体，为了恢复电荷损失，电荷从该石墨烯电容式触摸屏的四角补充进来，各方向补充的电荷量和触摸点的距离成比例，由此能够推算出触摸点的位置。

在具体实施的时候，该电极层50由2.8V~3.3V的电压供电，并支持1.8V~3.3V接口电平。

该石墨烯透明导电薄膜层30的基材31由PET(聚对苯二甲酸乙二醇脂)、PC(聚碳酸酯)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、玻璃中的任何一种制成。

该石墨烯透明导电薄膜层30的基材31的厚度为0.125mm、0.175mm、0.188mm；0.38mm、0.5mm、0.65mm；0.5mm、0.65mm；0.55mm、0.7mm、1.1mm中的任何一种厚度。

该石墨烯透明导电薄膜层30的透光率为80~97.7%，方阻值为30~400Ω，在具体实施的时候该石墨烯透明导电薄膜层30的层数可以是单层也可以是多层。

在具体实施的时候，本发明的该石墨烯电容式触摸屏支持标准I2C通讯接口。

如图1至14所示，一种石墨烯电容式触摸屏的生产制作方法，其包括如下步骤：

第一步：对石墨烯透明导电薄膜进行分切下料。

将石墨烯透明导电薄膜分切成排版所需的尺寸，在分切的过程中所应当注意的问题，一是排版利用率最大化，二是分切的尺寸统一有利于后段工序的加工制造，保证制作精度，减少丝网印刷的套版误差。

在分切的过程中分切下料机的气压需要达到的工作压强为5bar±1，分切下料机的张力控制在0.65~0.75N范围内。

在具体实施的时候，是采用下料机分切下料还是采用激光镭射机下料，可依据来料幅宽来决定。目的就是确保尺寸的唯一性。

如果采用激光镭射机下料则激光镭射功率为20.8W、速度15mm/s、PPI 400、DPI 1000。

第二步：对第一步中已分切好的石墨烯透明导电薄膜进行缩水老化。

将经过分切后的石墨烯透明导电薄膜用耐高温胶带固定在玻璃上，待烘烤箱中的温度达到80度时，将石墨烯透明导电薄膜推进烘烤箱进行高温缩水老化，烘烤温度控制在135度，烘烤时间控制在50分钟。

烘烤完毕后, 石墨烯透明导电薄膜在烤箱内降温5~10分钟后，当石墨烯透明导电薄膜表面温度低于80度后，才将石墨烯透明导电薄膜从烤箱中取出，通过这种降温方式能够保证其平整度，同时确保后段工序加工时不会对其造成不良影响，如尺寸变形、边缘起翘、阻值波动等。

如图5所示，在完成对石墨烯透明导电薄膜的缩水老化之后，对每一块石墨烯透明导电薄膜进行测量方阻的工作，测量每一块石墨烯透明导电薄膜的四个角及中间位置的五点方阻值（图5中1、2、3、4、5点位），阻值波动范围在正负50Ω以内为合格品。

第三步：用风枪对第二步中完成了缩水老化的石墨烯透明导电薄膜进行清洁，再印刷黑色油墨靶标，在印刷的过程中，丝印网版为350目、黑色油墨网版膜厚8~10μ、黑色油墨网版张力21~25N、网纱角度22.5度，印刷烘烤温度在70度的情况下持续10分钟。

印刷采用80度的刮刀、刮刀角度15~20度、刮刀斜度0~15度、刮刀压力2~3kg、刮刀速度3~8m/min、离版高度3~4mm。

在印刷烘烤完成后，石墨烯透明导电薄膜在烤箱内降温5~10分钟后，当石墨烯透明导电薄膜表面温度低于50度后，才将石墨烯透明导电薄膜从烤箱中取出。

用黑色油墨替代银浆，一可以降低成本，因为银浆油墨比黑色油墨昂贵，二是因为黑色靶标被激光设备的CCD镜头更容易捕捉，激光蚀刻精度高。

第四步：采用激光蚀刻的原理去除不需要的石墨烯导电部分。

依据石墨烯的特性可以采用激光蚀刻的原理去除不需要的石墨烯导电部分，从而替代了传统的酸碱蚀刻，要么使用耐酸油墨要么使用蚀刻膏来制作ITO图形，而激光蚀刻制程更环保、设备更简易、辅料更节省、工序更简单、操作更方便。

如图6所示，将第三步中已印好黑色靶标的石墨烯透明导电薄膜放到激光蚀刻平台上，打开吸风，以吸平材料，导入已编制好加工程序后，激光机先捕捉每模的靶标来定位，然后对每模的石墨烯进行蚀刻，激光蚀刻掉不需要的导电部分，同时将触摸屏动作区的图形及周边石墨烯走线也蚀刻出来（图6中空白处为要保留下来的石墨烯导电部分61，旁边走线部分也用激光蚀刻出来石墨烯走线62，空白区域用激光全部蚀刻掉63）。

在激光蚀刻的过程中，激光参数设定波形3、功率65W、速度2000mm/s、频率250kHZ、空笔400us、走笔400us、转折30us、开激光-30 us、关激光200us、雕刻次数两次。

激光蚀刻完成后利用万用表打到200MΩ测量蚀刻区域是否有阻抗，无阻值说明已蚀刻干净，再用万用表测量二个相邻的半三角形图形有无阻抗，无阻值说明通道间没有短路，功能正常。

第五步：如图7所示，对第四步中完成了激光蚀刻后的石墨烯透明导电薄膜进行印刷银浆71。

在进行印刷银浆的过程中，丝印网版350目、银浆网版膜厚8~10μ、线径27μ、银浆网版张力21~25N、网纱角度30度，烘烤温度控制在130度烘烤40分钟。

如图7所示，在进行印刷银浆的过程中，采用80度刮刀、刮刀角度20~25度、刮刀斜度0~15度、刮刀压力2~3kg、刮刀速度2~5m/min、离版高度3~4mm，待烘烤箱温度达到80度时，将印刷有银浆的石墨烯透明导电薄膜推进烘烤箱进行烘烤。

在烘烤完成后，石墨烯透明导电薄膜在烤箱内降温5~10分钟后，当石墨烯透明导电薄膜表面温度低于80度后，才将石墨烯透明导电薄膜从烤箱中取出。

本步骤的印刷银浆是为了在绑定位置通过银浆将触摸屏动作区里面的线路引出来，增加FPC的粘着力，后续工序再与FPC绑定在一起。

银浆烘烤完成后进行百格测试，用刀片在银浆上面划多道45度角的斜线，组合成45度的线条网格，再用3M810测试胶条粘在网格上面，用力推平后，再以45度角匀速撕起测试胶带，格中的银浆未脱落，即说明银浆在石墨烯上的附着力是合格的。

用万用表打到20KΩ，测量单个线路通道的阻抗，当通道阻抗≤20KΩ，环地电阻≤200Ω的时候为合格品。

第六步：如图8所示，将第五步中已印好银浆的石墨烯透明导电薄膜进行激光镭射线路外形的工作。

先在激光机平台上放置玻璃纸并用双面胶固定好，先用3.8~5.0W低功率镭射对位线及线路外形，而后，打开吸风，再将石墨烯透明导电薄膜放置上去，对准对位线再进行激光镭射外形的工作。

在进行激光镭射外形工作的时候，激光镭射功率为20.8W、速度15mm/s、PPI 400、DPI 1000。保证线路外形不能有黄边且要平滑。

 第七步：将第六步中镭射好所需线路外形的石墨烯透明导电薄膜与FPC进行绑定。

首先，将18μ厚、1.2mm宽的ACF贴覆在FPC压合金手指处，ACF须居中贴覆在FPC铜箔的开窗处。

而后将FPC预压在线路的出头位置，再做好定位治具，调整热压头的平整度及位置，最后通过脉冲热压机进行压合。

脉冲热压机参数表为：

起始温度

释放温度

一段温度

二段温度

升温时间1

升温时间2

持温时间1

持温时间2

气压值1

气压值2

100度

100度

160度

165度

1秒

1秒

2秒

10秒

0.7Pa

1 Pa

 热压完成后，在FPC与线路的交接处点上封胶，用来固定FPC（见图9）。

用FPC拉力测试仪测试拉力：垂直90°方向施加500克力不可剥离（见图10）；水平180°方向施加1000克力不可剥离（见图11）为合格品。

第八步：将第七步中绑定好FPC的石墨烯透明导电薄膜，通过SIU开发板连接到电脑，再通过开发软件进入工程调试模式去检测每个通道的数据是否正常。

再进行划线测试，看线条是否显示正常。

一般可以画“口”方形，再画“X”来检测线路的好坏。

第九步： 聚碳酸酯，英文名Polycarbonate, 简称PC，本发明采用PC作为盖板材料。

如图12所示，制作PC盖板材料，首先，撕掉PC印刷面的保护膜，在其印刷面印刷黑色油墨84，制作出所需要的触摸显示区81、按键图标82、摄像头视窗83。

在印刷黑色油墨的过程中，丝印网版350目、网版膜厚8~10μ、网版张力21~25N、网纱角度45度，烘烤温度70度持续10分钟。

印刷采用80度刮刀、刮刀角度15~20度、刮刀斜度0~15度、刮刀压力2~3kg、刮刀速度3~8m/min、离版高度3~4mm。

第十步：在第九步上的PC盖板上印刷多一层黑色油墨，其目的是为了增加油墨遮光性及填补一些小针孔。

在印刷的过程中，丝印网版350目、网版膜厚8~10μ、网版张力21~25N、网纱角度45度，烘烤温度70度持续时间30分钟。

印刷采用80度刮刀、刮刀角度15~20度、刮刀斜度0~15度、刮刀压力2~3kg、刮刀速度3~8m/min、离版高度3~4mm。

烘烤完后按第五步的百格测试进行测试油墨附着力，以确保所印刷的油墨附着力合格。

第十一步：制作光学透明胶层。

OCA又名光学透明胶，其依排版设计用下料机开好尺寸，下料机气压达到额定工作压强5bar±1的情况下方可进行工作，张力控制在0.7~0.85N范围内。

再将OCA层20用激光镭射的方法开槽挖孔，将FPC的绑定位置及摄像头孔位置空出来，以减少高度差及增加透光率。

在进行OCA镭射的时候，其易型面朝下，打开吸风，将OCA放至在机台中间位置，激光镭射功率为20W、速度13mm/s、PPI 400、DPI 1000。镭射完后排除废料，并进行清洁。

第十二步：将第十一步镭射好的OCA层与第十步印刷好的PC盖板进行大张贴合，人工对好位后用覆膜机进行贴合。

在贴合的过程中控制贴合速度20~25m/min、压力0.1~0.2kg。贴合过程要控制好洁净度，以免造成外观损坏。

第十三步：对第十二步中大张贴合好的PC盖板进行切外形及挖听筒孔的工作。

在具体实施的时候采用CNC数控加工中心进行切外形及挖听筒孔。

在具体工作的时候，首先用打孔机打好定位孔，设定CNC切割参数进给速度120%、主轴转速100%、刀具选用Φ1.0*0.65*90度，切好外形后用卡尺及二次元检验尺寸是否符合要求。清洁面版四周及表面的毛屑、尘点（见图13）。

第十四步：将第十三步切好外形的PC盖板与第八步经测试合格的石墨烯透明导电薄膜用贴片机进行小片贴合。

贴合前先镭射好定位治具，确保对位精度。贴片机上一吸风台上先放好第八步经测试合格的石墨烯透明导电薄膜，另一吸风台上放好第十三步的PC盖板，撕掉OCA层上的离型膜，而后进行贴合。

贴合参数设定气压值0.45Bar、前进速度1000mm/s、返回速度200mm/s、翻转时间10*100ms(见图14)。

第十五步：将第十四步贴合好的产品进行脱泡。

将每片产品插放在静电盒中，送至脱泡机中除泡。设置脱泡机温度40度、气压5kg、时间40分钟。

除泡后检查汽泡有没有完全去除及石墨烯导电层有没有分层。

因此发明采用的石墨烯导电层由3层组成，为了防止其分层，脱泡温度不能太高，压力也不能太强，时间可以相对延长。

第十六步：对第十五步中除好泡的石墨烯产品进行外观擦拭及检验。擦拭脏污及污点，检查外观有无刮花、扎伤、油墨渗透剧齿、汽泡、杂物、黑点、白点等不良。外观良品再进行功能检测。按第八步的测试方法，通过SIU开发板连接到电脑，再通过开发软件去检测每个通道的数据是否正常，并进行划线测试，看线条显示是否正常。

第十七步：完成第十六步之后再将石墨烯电容式触摸屏装到手机整机上看实际使用效果。并进行IC配置参数的优化，重新调试一版适合石墨烯的IC配置参数，使整机的效果更加完美。当用户手指触摸带有石墨烯的触摸屏表面时，手指与石墨烯导体层间会形成一个耦合电容，就会有一定量的电荷转移到人体。为了恢复这些电荷损失，电荷从屏幕的四角补充进来，各方向补充的电荷量和触摸点的距离成比例，由此触控IC可以推算出触摸点的位置。石墨烯电容式触摸屏触摸灵敏度高、划线更流畅、用户体验感更强。

Claims (10)

1.一种石墨烯电容式触摸屏，其特征在于，包括盖板层、 OCA光学胶层以及石墨烯透明导电薄膜层，其中，该OCA光学胶层设置在该盖板层与该石墨烯透明导电薄膜层之间，该盖板层由PC材料制成，

在该石墨烯透明导电薄膜层下表面上还设置有线路层，在该线路层四周设置有电极层，该电极层由石墨烯材料贴覆而成，该电极层用以将该线路层引出，

工作时，在该石墨烯透明导电薄膜层内形成一个低电压交流电场，当用户手指触摸该石墨烯电容式触摸屏表面时，手指与该石墨烯透明导电薄膜层间会形成一个耦合电容，此刻会有一定量的电荷转移到人体，为了恢复电荷损失，电荷从该石墨烯电容式触摸屏的四角补充进来，各方向补充的电荷量和触摸点的距离成比例，由此能够推算出触摸点的位置。

2.如权利要求1所述的一种石墨烯电容式触摸屏，其特征在于：该石墨烯透明导电薄膜层的基材由PET、PC、PMMA、玻璃中的任何一种制成。

3.如权利要求1所述的一种石墨烯电容式触摸屏，其特征在于：该石墨烯透明导电薄膜层的基材厚度为0.125mm、0.175mm、0.188mm；0.38mm、0.5mm、0.65mm；0.5mm、0.65mm；0.55mm、0.7mm、1.1mm中的任何一种厚度。

4.如权利要求1所述的一种石墨烯电容式触摸屏，其特征在：该石墨烯透明导电薄膜层的透光率为80~97.7%，方阻值为30~400Ω。

5.一种石墨烯电容式触摸屏的生产制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步：对石墨烯透明导电薄膜进行分切下料，将石墨烯透明导电薄膜分切成排版所需的尺寸，

第二步：对第一步中已分切好的石墨烯透明导电薄膜进行缩水老化，

将经过分切后的石墨烯透明导电薄膜用耐高温胶带固定在玻璃上，待烘烤箱中的温度达到80度时，将石墨烯透明导电薄膜推进烘烤箱进行高温缩水老化，烘烤温度控制在135度，烘烤时间控制在50分钟，

烘烤完毕后, 石墨烯透明导电薄膜在烤箱内降温5~10分钟后，当石墨烯透明导电薄膜表面温度低于80度后，才将石墨烯透明导电薄膜从烤箱中取出，

在完成对石墨烯透明导电薄膜的缩水老化之后，对每一块石墨烯透明导电薄膜进行测量方阻的工作，测量每一块石墨烯透明导电薄膜的四个角及中间位置的五点方阻值，阻值波动范围在正负50Ω以内为合格品，

第三步：用风枪对第二步中完成了缩水老化的石墨烯透明导电薄膜进行清洁，再印刷黑色油墨靶标，印刷烘烤温度在70度的情况下持续10分钟，

在印刷烘烤完成后，石墨烯透明导电薄膜在烤箱内降温5~10分钟后，当石墨烯透明导电薄膜表面温度低于50度后，才将石墨烯透明导电薄膜从烤箱中取出，

第四步：采用激光蚀刻的原理去除不需要的石墨烯导电部分，

将第三步中已印好黑色靶标的石墨烯透明导电薄膜放到激光蚀刻平台上，打开吸风，以吸平材料，导入已编制好加工程序后，激光蚀刻机先捕捉每模的靶标来定位，然后对每模的石墨烯进行蚀刻，激光蚀刻掉不需要的导电部分，同时将触摸屏动作区的图形及旁边的走线蚀刻出来，

激光蚀刻完成后利用万用表打到200MΩ测量蚀刻区域是否有阻抗，无阻值说明已蚀刻干净，再用万用表测量二个相邻的半三角形图形有无阻抗，无阻值说明通道间没有短路，功能正常，

第五步：对第四步中完成了激光蚀刻后的石墨烯透明导电薄膜进行印刷银浆，

在进行印刷银浆的过程中，烘烤温度控制在130度烘烤40分钟，

待烘烤箱温度达到80度时，将印刷有银浆的石墨烯透明导电薄膜推进烘烤箱进行烘烤，

在烘烤完成后，石墨烯透明导电薄膜在烤箱内降温5~10分钟后，当石墨烯透明导电薄膜表面温度低于80度后，才将石墨烯透明导电薄膜从烤箱中取出，

本步骤的印刷银浆是为了在绑定位置通过银浆将触摸屏动作区里面的线路引出来，增加FPC的粘着力，后续工序再与FPC绑定在一起，

银浆烘烤完成后进行百格测试，用刀片在银浆上面划多道45度角的斜线，组合成45度的线条网格，再用测试胶条粘在网格上面，用力推平后，再以45度角匀速撕起测试胶带，格中的银浆未脱落，即说明银浆在石墨烯上的附着力是合格的，

用万用表打到20KΩ，测量单个线路通道的阻抗，当通道阻抗≤20KΩ，环地电阻≤200Ω的时候为合格品，

第六步：将第五步中已印好银浆的石墨烯透明导电薄膜进行激光镭射线路外形的工作，

先在激光机平台上放置玻璃纸并用双面胶固定好，先用3.8~5.0W低功率镭射对位线及线路外形，而后，打开吸风，再将石墨烯透明导电薄膜放置上去，对准对位线再进行激光镭射外形的工作，

第七步：将第六步中镭射好所需线路外形的石墨烯透明导电薄膜与FPC进行绑定，

首先，将ACF贴覆在FPC压合金手指处，ACF须居中贴覆在FPC铜箔的开窗处，

而后将FPC预压在线路的出头位置，再做好定位治具，调整热压头的平整度及位置，最后通过脉冲热压机进行压合，

热压完成后，在FPC与线路的交接处点上封胶，用来固定FPC，

第八步：将第七步中绑定好FPC的石墨烯透明导电薄膜，通过SIU开发板连接到电脑，再通过开发软件进入工程调试模式去检测每个通道的数据是否正常，

再进行划线测试，看线条是否显示正常，

第九步：制作PC盖板材料，首先，撕掉PC印刷面的保护膜，在其印刷面印刷黑色油墨，制作出所需要的触摸显示区及按键图标，烘烤温度70度持续时间10分钟，

第十步：在第九步上的PC盖板上印刷多一层黑色油墨，其目的是为了增加油墨遮光性及填补一些小针孔，烘烤温度70度持续时间30分钟，

烘烤完后按第五步的百格测试进行测试油墨附着力，以确保所印刷的油墨附着力合格，

第十一步：制作光学透明胶层，

依排版设计用下料机开好尺寸，下料机气压达到额定工作压强5bar±1的情况下方可进行工作，张力控制在0.7~0.85N范围内，

将OCA层用激光镭射的方法开槽挖孔，将FPC的绑定位置及摄像头孔位置空出来，以减少高度差及增加透光率，

在进行OCA镭射的时候，其易离型面朝下，打开吸风，将OCA放至在机台中间位置，镭射完后排除废料，并进行清洁，

第十二步：将第十一步镭射好的OCA层与第十步印刷好的PC盖板进行大张贴合，人工对好位后用覆膜机进行贴合，

在贴合的过程中控制贴合速度20~25m/min、压力0.1~0.2kg，贴合过程要控制好洁净度，以免造成外观损坏，

第十三步：对第十二步中大张贴合好的PC盖板进行切外形及挖听筒孔的工作，

第十四步：将第十三步切好外形的PC盖板与第八步经测试合格的石墨烯透明导电薄膜用贴片机进行小片贴合，

贴合前先镭射好定位治具，确保对位精度，贴片机上一吸风台上先放好第八步经测试合格的石墨烯透明导电薄膜，另一吸风台上放好第十三步的PC盖板，撕掉OCA层上的离型膜，而后进行贴合，

贴合参数设定气压值0.45Bar、前进速度1000mm/s、返回速度200mm/s、翻转时间10*100ms，

第十五步：将第十四步贴合好的产品进行脱泡，

将每片产品插放在静电盒中，送至脱泡机中除泡，

设置脱泡机温度40度、气压5kg、时间40分钟，

除泡后检查汽泡有没有完全去除及石墨烯导电层有没有分层，

第十六步：对第十五步中除好泡的石墨烯产品进行外观擦拭及检验，擦拭脏污及污点，检查外观有无刮花、扎伤、油墨渗透剧齿、汽泡、杂物、黑点、白点等不良，外观良品再进行功能检测，按第八步的测试方法，通过SIU开发板连接到电脑，再通过开发软件去检测每个通道的数据是否正常，并进行划线测试，看线条显示是否正常，

第十七步：完成第十六步之后再将石墨烯电容式触摸屏装到手机整机上看实际使用效果，并进行IC配置参数的优化，重新调试一版适合石墨烯的IC配置参数，使整机的效果更加完美，当用户手指触摸带有石墨烯的触摸屏表面时，手指与石墨烯导体层间会形成一个耦合电容，就会有一定量的电荷转移到人体，为了恢复这些电荷损失，电荷从屏幕的四角补充进来，各方向补充的电荷量和触摸点的距离成比例，由此触控IC可以推算出触摸点的位置，石墨烯电容式触摸屏触摸灵敏度高、划线更流畅、用户体验感更强。

6.如权利要求5所述的一种石墨烯电容式触摸屏的生产制作方法，其特征在：第三步中在印刷的过程中，丝印网版为350目、黑色油墨网版膜厚8~10μ、黑色油墨网版张力21~25N、网纱角度22.5度，印刷采用80度的刮刀、刮刀角度15~20度、刮刀斜度0~15度、刮刀压力2~3kg、刮刀速度3~8m/min、离版高度3~4mm，

第五步中在进行印刷银浆的过程中，丝印网版350目、银浆网版膜厚8~10μ、线径27μ、银浆网版张力21~25N、网纱角度30度，采用80度刮刀、刮刀角度20~25度、刮刀斜度0~15度、刮刀压力2~3kg、刮刀速度2~5m/min、离版高度3~4mm。

7.如权利要求5所述的一种石墨烯电容式触摸屏的生产制作方法，其特征在：第四步中在激光蚀刻的过程中，激光参数设定波形3、功率65W、速度2000mm/s、频率250kHZ、空笔400us、走笔400us、转折30us、开激光-30 us、关激光200us、雕刻次数两次，

第六步中在进行激光镭射外形工作的时候，激光镭射功率为20.8W、速度15mm/s、PPI 400、DPI 1000，保证线路外形不能有黄边且要平滑，

第十一步中激光镭射功率为20W、速度13mm/s、PPI 400、DPI 1000。

8.如权利要求5所述的一种石墨烯电容式触摸屏的生产制作方法，其特征在：第七步中的ACF为18μ厚、1.2mm宽，用FPC拉力测试仪测试拉力：垂直90°方向施加500克力不可剥离，水平180°方向施加1000克力不可剥离为合格品。

9.如权利要求5所述的一种石墨烯电容式触摸屏的生产制作方法，其特征在：第九步中在印刷黑色油墨的过程中，丝印网版350目、网版膜厚8~10μ、网版张力21~25N、网纱角度45度，烘烤温度70度持续10分钟，印刷采用80度刮刀、刮刀角度15~20度、刮刀斜度0~15度、刮刀压力2~3kg、刮刀速度3~8m/min、离版高度3~4mm，

第十步中在印刷的过程中，丝印网版350目、网版膜厚8~10μ、网版张力21~25N、网纱角度45度，印刷采用80度刮刀、刮刀角度15~20度、刮刀斜度0~15度、刮刀压力2~3kg、刮刀速度3~8m/min、离版高度3~4mm。

10.如权利要求5所述的一种石墨烯电容式触摸屏的生产制作方法，其特征在：第十三步中采用CNC数控加工中心进行切外形及挖听筒孔，首先用打孔机打好定位孔，设定CNC切割参数进给速度120%、主轴转速100%、刀具选用Φ1.0*0.65*90度，切好外形后用卡尺及二次元检验尺寸是否符合要求，清洁面版四周及表面的毛屑、尘点。