CN104991671B

CN104991671B - 一种柔性触控屏传感薄膜及其制备方法

Info

Publication number: CN104991671B
Application number: CN201510351106.0A
Authority: CN
Inventors: 袁伟; 伍淼
Original assignee: Guangzhou Juda Photon Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Juda Photon Co Ltd
Priority date: 2015-06-23
Filing date: 2015-06-23
Publication date: 2017-09-29
Anticipated expiration: 2035-06-23
Also published as: CN104991671A

Abstract

本发明提供一种柔性触控屏传感薄膜的制备方法及制得的柔性触控屏传感薄膜，包括如下步骤：1)将纳米结构导电材料的分散液涂布于表面平整的无机刚性基材上，去除溶剂，形成纳米结构导电材料的导电网络；2)对纳米结构导电材料的导电网络进行刻蚀；3)在纳米结构导电材料的导电网络上涂布光固化层溶液；或者，在纳米结构导电材料的导电网络上涂布光固化层溶液，并在光固化层溶液上贴附光学柔性基材；4)对步骤3)中所述的光固化层溶液进行光固化，使其形成光固化层；5)在柔性导电薄膜的导电网络上印刷导电银浆，烘干形成银浆导线，制成柔性触控屏传感薄膜。本发明提供的柔性触控屏传感薄膜导电性能佳、具有良好的表面电接触特性。

Description

一种柔性触控屏传感薄膜及其制备方法

技术领域

本发明属于触控屏技术领域，特别涉及一种柔性触控屏传感薄膜及其制备方法。

背景技术

随着穿戴设备以及柔性显示等市场预期和需求，柔性透明导电膜以及以其为基础的柔性触控技术将会发生井喷式的发展。但现在市场上所用的触控屏材料主要是ITO为主的透明导电膜，由于其是陶瓷材料，比较脆，欠缺柔性，所以不能够满足穿戴设备等对柔性触控的要求。现在市场上主要发展以碳纳米管，石墨烯，银纳米线，金属网格等为导电材料的透明导电膜。其中又以银纳米线有高的导电率，良好的透光率和低的制备成本，市场前景最为看好。现在市场上流行的以银纳米线透明导电膜制备柔性触控屏的方式主要是将银线配方涂布于柔性基材上，如PET、PEN、PC等，制备柔性透明导电膜，然后在这些柔性膜材上通过激光刻蚀或黄光制程加工制备功能器件。尽管这种制程效率很高，但是也存在一些问题：1)涂布于柔性基材的银线不能进行热处理，其导电率较低；2)柔性基材在后续的器件图文刻蚀和处理过程中由于基材的微微翘曲和不平整，将会影响刻蚀线性的精度；3)涂布的银线和柔性基材的结合力一般较弱，不抗刮蹭；4)如要提高银线和基材的结合力则需要在银线的上表面涂布一次光聚涂层来固定银线。但这样会降低银线表面裸露的几率，增加表面电阻，同时会降低透光率。由于银线裸露几率的降低，在后续的制备过程中会导致接触的不良。5)直接涂布于柔性基材的银线表面会粗糙。

发明内容

本发明为弥补现有技术中存在的不足，提供一种导电性能佳、具有良好的表面电接触特性的柔性触控屏传感薄膜及其制备方法。

本发明为达到其目的，采用的技术方案如下：一种柔性触控屏传感薄膜的制备方法，包括如下步骤：

1)将纳米结构导电材料的分散液涂布于表面平整的无机刚性基材上，通过热处理去除分散液中的溶剂，从而在无机刚性基材上形成纳米结构导电材料的导电网络；

2)对纳米结构导电材料的导电网络进行刻蚀以形成触控图文；

3)在纳米结构导电材料的导电网络上涂布光固化层溶液(称为方式1)；或者，在纳米结构导电材料的导电网络上涂布光固化层溶液，并在光固化层溶液上贴附光学柔性基材(称为方式2)；方式1相较于方式2节约步骤，提高效率，节省成本，方式2相比于方式1，制得的产品将具有更好的柔韧性，性能更佳，同时可充分利用现有光学柔性基材的相关性能以实现功能化。

4)对步骤3)中所述的光固化层溶液进行光固化，使其形成光固化层；固化后，导电触控图文就会嵌固于光固化层；纳米结构导电材料的导电网络、光固化层二者共同构成柔性薄膜部分，或者纳米结构导电材料的导电网络、光固化层、光学柔性基材三者共同构成柔性薄膜部分；

5)在柔性导电薄膜的导电网络上印刷导电银浆，烘干形成银浆导线，最终制备成具有触控功能的柔性触控屏传感薄膜。

所述纳米结构导电材料的分散液，其溶剂可选自异丙醇、乙醇、甲醇、水中的一种或多种的混合；纳米结构导电材料在分散液中的质量百分含量可控制在0.1％～1％；所述纳米结构导电材料可选自碳纳米管、石墨烯、银纳米线、铜纳米线等。

优选的，步骤1)中所述热处理采用的热处理温度为80～200℃；

步骤3)中所述刻蚀为在表面平整的刚性基材上进行激光刻蚀。

具体的，所述无机刚性基材可选自玻璃、硅片；所述光学柔性基材为透光率≥90％的光学级透明基材，具体可采用PET、PC、或PEN等作为光学柔性基材。

优选的，所述纳米结构导电材料的导电触控图文的厚度为30～200nm；所述柔性薄膜部分的厚度为25～200um。

优选的，所述光固化层溶液由如下质量百分比的各组分组成：光引发剂0.2％-5％、改性聚氨酯丙烯酸酯25％-35％、及余量的含三嗪环的多官能团丙烯酸酯和二季戊四醇多官能度丙烯酸酯。或，所述光固化层溶液由如下质量百分比的各组分组成：光引发剂0.2％-5％、改性聚氨酯丙烯酸酯25％-35％、无机纳米填料1％-10％、偶联剂0.5％-2％、及余量的含三嗪环的多官能团丙烯酸酯和二季戊四醇多官能度丙烯酸酯，采用该优选的光固化层溶液，可满足硬度要求更高的场合。光固化层的固含量为100％，无溶剂残留，环保。采用优选的光固化层，可增强纳米结构导电材料的结合力，所形成的光固化层具有较好的柔性，表面硬度高等特点。

进一步优选的，所述含三嗪环的多官能团丙烯酸酯和二季戊四醇多官能度丙烯酸酯的质量配比为1:8～8:1。

进一步的，所述改性聚氨酯丙烯酸酯选自脂肪族聚氨酯二官能度丙烯酸酯、脂肪族聚氨酯三官能度丙烯酸酯、脂肪族聚氨酯四官能度丙烯酸酯、脂肪族聚氨酯五官能度丙烯酸酯、脂肪族聚氨酯六官能度丙烯酸酯、脂肪族聚氨酯七官能度丙烯酸酯、脂肪族聚氨酯八官能度丙烯酸酯中的至少一种；所述含三嗪环的多官能团丙烯酸酯选自三(2-羟乙基)异氰脲酸三丙烯酸酯、环戊烯改性异氰脲酸三丙烯酸酯、三环氧丙基异氰脲酸三丙烯酸酯中的至少一种；所述二季戊四醇多官能度丙烯酸酯选自二季戊四醇五丙烯酸酯(DPHA)、己内酯改性的二季戊四醇六丙烯酸酯(DPCA)、二季戊四醇六丙烯酸酯中的至少一种；所述光引发剂选自吸收峰在长紫外光300～400nm或可见光区域的光引发剂；所述无机纳米填料选自二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、氧化铟锡(ITO)中的一种或几种；所述偶联剂选自硅烷类偶联剂KH-570、KH-550、KH-560、Z-6011中的一种或几种。

步骤5)中导电银浆采用本技术领域常用的导电银浆即可，例如，具体可采用如下配方的导电银浆：银粉质量含量70-82％，环氧树脂质量含量12-16％，固化剂(具体如咪唑、异氰酸酯、酸酐、三聚氰胺等)质量含量1-3％，非活性稀释剂(例如乙酸丁酯)质量含量4-6％，活性稀释剂(例如活性稀释剂692)质量含量1-2％。

本发明第二方面提供一种采用如上文所述的制备方法制得的柔性触控屏传感薄膜。

进一步的，所述柔性触控屏传感薄膜的可见光透过率为85～95％，方块电阻值为10-100Ω/□。

本发明提供的技术方案具有如下有益效果：本发明的制备方法将纳米结构导电材料覆于平整的无机刚性基材上，纳米结构导电材料在基材表面铺附平整，纳米结构导电材料的表面粗糙度小，其表面粗糙度小于5nm。该工艺中，其纳米结构导电材料能够进行热处理，可有效降低表面电阻；在150-200℃进行热处理能够增加纳米结构导电材料之间的界面融合，提高电导率。在硬质平整的表面进行激光刻蚀，刻蚀触控图文线路能够保持良好的线性，刻蚀的图文能够更加精密。本发明中的纳米结构导电材料的导电网络镶嵌于光固化层中，且采用本发明的工艺，其纳米结构导电材料会裸露于光固化层表面，提供良好的表面电接触，在本发明的特定光固化层作用下，纳米结构导电材料有很强的结合力。所形成的光固化层具有较好的柔性，表面硬度高等特点。制备的产品具备较好的耐磨、耐划痕，耐溶剂等性能。

附图说明

图1是实施例1的流程示意图。

图2是实施例1步骤②形成的银纳米线导电网络的形貌图；

图3是实施例1步骤③在银纳米线导电网络上激光刻蚀后形成触控图文时的银线形貌图；

图4是实施例1制得的柔性触控屏传感薄膜的银纳米线触控图文形貌图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步说明：

实施例1

一种柔性触控屏传感薄膜，其按照如下步骤制备(工艺流程图见图1)：

①将银纳米线分散液涂布于平整的无机刚性基材上，如玻璃，硅片等(a)，本实施例中具体采用的是玻璃；其中该银纳米线分散液中的银纳米线质量百分含量为0.1％，其溶剂为异丙醇、水的混合物(二者质量比为8:1)，另外还添加有甘油(质量百分含量为0.3％)、流平剂FC4430(质量百分含量为0.1％)。

②在温度150～160℃热处理去除银纳米线分散液中的溶剂，形成银纳米线导电网络(b)，促进银线之间的接触点的进一步融合，其银线的表面电阻在50Ω/□左右。形成的银纳米线导电网络的形貌图可参见图2。

③在表面平整的刚性基板上对银纳米线导电网络进行激光刻蚀以形成所需的触控图文(c)；银线网格在形成触控图文时部分银线被激光刻蚀掉后形成的形貌图可参见图3。

④柔性光固化层涂布(d)：在刻有触控图文的银纳米线导电网络上涂布光固化层溶液，光固化溶液会渗入并填充银纳米线网络的空隙以及激光刻蚀银线的图文中；其中，该光固化层溶液为如下质量百分比的各组分构成：光引发剂(具体采用光引发剂819)2.5％、脂肪族聚氨酯二官能度丙烯酸酯30％、及余量的三(2-羟乙基)异氰脲酸三丙烯酸酯和己内酯改性的二季戊四醇六丙烯酸酯(二者的质量比为7:3)，各组分的质量百分比之和为100％。

⑤在光固化层溶液上贴附光学柔性基材，然后对光固化层进行UV固化(e)；银纳米线导电网络、光固化层、透明柔性基材共同构成柔性薄膜部分，形成的柔性薄膜部分其厚度在20～50μm之间；该光学柔性基材具体为透光率≥90％的光学级透明基材，具体可选自PET、PC、PEN，本实施例中采用的是PET；

⑥揭膜：将嵌固有触控图文的柔性薄膜与玻璃分离(f)，并在银纳米线的导电网络上印刷导电银浆(采用行业内常见导电银浆即可，本实施例具体采用的导电银浆中，含有如下质量含量的各组分：银粉78％，环氧树脂12％，固化剂(酸酐)3％，非活性稀释剂(乙酸丁酯)6％，活性稀释剂(692稀释剂)1％)，烘干后形成银浆导线(g)。

经上述步骤制得基于银纳米线的柔性触控屏传感薄膜(h)。所得的传感薄膜，方块电阻值为50Ω/□，可见光区透过率为91％，其光固化层的硬度至少为2H。

实施例2

一种柔性触控屏传感薄膜，其按照如下步骤制备：

①将银纳米线分散液涂布于平整的无机刚性基材上，如玻璃，硅片等(a)，本实施例中具体采用的是玻璃；其中该银纳米线分散液中的银纳米线质量百分含量为0.2％，其溶剂为异丙醇、乙醇的混合物(二者质量比为8:1)，另外还添加有甘油(质量百分含量为0.3％)、流平剂SF69(质量百分含量为0.1％)。

②在温度160～180℃热处理去除银纳米线分散液中的溶剂，形成银纳米线导电网络(b)，促进银线之间的接触点的进一步融合，获得的银纳米线导电网络其表面电阻在25Ω/□左右；

③在表面平整的刚性基板上对银纳米线导电网络进行激光刻蚀以形成所需的触控图文(c)；

④柔性光固化层涂布(d)：在刻有触控图文的银纳米线导电网络上涂布光固化层溶液，光固化溶液会渗入并填充银纳米线网络的空隙以及激光刻蚀银线的图文中；其中，该光固化层溶液为如下质量百分比的各组分构成：光引发剂(具体采用光引发剂819)3％、脂肪族聚氨酯五官能度丙烯酸酯25％、及余量的三环氧丙基异氰脲酸三丙烯酸酯和二季戊四醇五丙烯酸酯(二者的质量比为1:8)，各组分的质量百分比之和为100％。

⑤在光固化层溶液上贴附光学柔性基材，然后对光固化层进行UV固化(e)；银纳米线导电网络、光固化层、透明柔性基材共同构成柔性薄膜部分，形成的柔性薄膜部分其厚度在75～100μm之间；该光学柔性基材具体为透光率≥90％的光学级透明基材，具体可选自PET、PC、PEN，本实施例中采用的是PEN；

⑥揭膜：将嵌固有触控图文的柔性薄膜与玻璃分离(f)，并在银纳米线的导电网络上印刷导电银浆(采用行业内常见导电银浆，本实施例具体采用的导电银浆中，含有如下质量含量的各组分：银粉78％，环氧树脂12％，固化剂(酸酐)3％，非活性稀释剂(乙酸丁酯)6％，活性稀释剂(692稀释剂)1％)，烘干后形成银浆导线(g)。

经上述步骤最终制得基于银纳米线的柔性触控屏传感薄膜(h)。所得的传感薄膜，方块电阻值为25Ω/□，可见光区透过率为88％，其光固化层的硬度至少为2H。

实施例3

一种柔性触控屏传感薄膜，其按照如下步骤制备：

①将银纳米线分散液涂布于平整的无机刚性基材上，如玻璃，硅片等(a)，本实施例中具体采用的是玻璃；其中该银纳米线分散液中的银纳米线质量百分含量为0.3％，其溶剂为异丙醇、乙醇的混合物(二者质量比为8:1)，另外还添加有甘油(质量百分含量为0.3％)、流平剂SF1023(质量百分含量为0.1％)。

②在温度160～180℃热处理去除银纳米线分散液中的溶剂，形成银纳米线导电网络(b)，促进银线之间的接触点的进一步融合，获得的银纳米线导电网络其表面电阻在15Ω/□左右；

④柔性光固化层涂布(d)：在刻有触控图文的银纳米线导电网络上涂布光固化层溶液，光固化溶液会渗入并填充银纳米线网络的空隙以及激光刻蚀银线的图文中；其中，该光固化层溶液为如下质量百分比的各组分构成：光引发剂(具体采用光引发剂819)3％、脂肪族聚氨酯四官能度丙烯酸酯25％、纳米二氧化硅5％、偶联剂KH-5501％及余量的三(2-羟乙基)异氰脲酸三丙烯酸酯和二季戊四醇六丙烯酸酯(二者的质量比为7:3)，各组分的质量百分比之和为100％。

⑤然后对光固化层进行UV固化(e)；银纳米线导电网络、光固化层两者共同构成柔性薄膜部分，形成的柔性薄膜部分其厚度在75～100μm之间；

⑥揭膜：将嵌固有触控图文的柔性薄膜与玻璃分离(f)，并在银纳米线导电网络上印刷导电银浆(采用行业内常见导电银浆，本实施例具体采用的导电银浆中，含有如下质量含量的各组分：银粉78％，环氧树脂12％，固化剂(酸酐)3％，非活性稀释剂(乙酸丁酯)6％，活性稀释剂(692稀释剂)1％，烘干后形成银浆导线(g)。

经上述步骤最终制得基于银纳米线的柔性触控屏传感薄膜(h)。所得的传感薄膜，方块电阻值为15Ω/□，可见光区透过率为85％，其光固化层的硬度至少为4H。

本发明实施例1～3制得的柔性触控屏传感薄膜，银纳米线在基材表面铺附平整，表面粗糙度小于5nm。刻蚀的触控图文线路能够保持良好的线性，刻蚀的图文精密。银纳米线导电网络镶嵌于光固化层中，且其银纳米线会裸露于光固化层表面，提供良好的表面电接触，在光固化层作用下，银纳米线有很强的结合力。所形成的光固化层具有较好的柔性，表面硬度高，硬度超过2H。制备的产品具有耐磨、耐划痕、耐溶剂等性能，可见光透过率为85～95％，方块电阻值为10-100Ω/□。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，故凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种柔性触控屏传感薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

3)在纳米结构导电材料的导电网络上涂布光固化层溶液；或者，在纳米结构导电材料的导电网络上涂布光固化层溶液，并在光固化层溶液上贴附光学柔性基材；

4)对步骤3)中所述的光固化层溶液进行光固化；纳米结构导电材料的导电网络、光固化层二者共同构成柔性薄膜部分，或者纳米结构导电材料的导电网络、光固化层、光学柔性基材三者共同构成柔性薄膜部分；

5)在柔性薄膜的导电网络上印刷导电银浆并烘干，从而获得柔性触控屏传感薄膜；

所述光固化层溶液由如下质量百分比的各组分组成：光引发剂0.2％-5％、改性聚氨酯丙烯酸酯25％-35％、及余量的含三嗪环的多官能团丙烯酸酯和二季戊四醇多官能度丙烯酸酯；

或，所述光固化层溶液由如下质量百分比的各组分组成：光引发剂0.2％-5％、改性聚氨酯丙烯酸酯25％-35％、无机纳米填料1％-10％、偶联剂0.5％-2％、及余量的含三嗪环的多官能团丙烯酸酯和二季戊四醇多官能度丙烯酸酯。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含三嗪环的多官能团丙烯酸酯和二季戊四醇多官能度丙烯酸酯的质量配比为1：8～8：1。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述改性聚氨酯丙烯酸酯选自脂肪族聚氨酯二官能度丙烯酸酯、脂肪族聚氨酯三官能度丙烯酸酯、脂肪族聚氨酯四官能度丙烯酸酯、脂肪族聚氨酯五官能度丙烯酸酯、脂肪族聚氨酯六官能度丙烯酸酯、脂肪族聚氨酯七官能度丙烯酸酯、脂肪族聚氨酯八官能度丙烯酸酯中的至少一种；所述含三嗪环的多官能团丙烯酸酯选自三(2-羟乙基)异氰脲酸三丙烯酸酯、环戊烯改性异氰脲酸三丙烯酸酯、三环氧丙基异氰脲酸三丙烯酸酯中的至少一种；所述二季戊四醇多官能度丙烯酸酯选自二季戊四醇五丙烯酸酯、己内酯改性的二季戊四醇六丙烯酸酯、二季戊四醇六丙烯酸酯中的至少一种；所述光引发剂选自吸收峰在长紫外光300～400nm或可见光区域的光引发剂；所述无机纳米填料选自二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、氧化铟锡中的至少一种；所述偶联剂选自硅烷类偶联剂KH-570、KH-550、KH-560、Z-6011中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述热处理采用的热处理温度为150～200℃；和/或，步骤2)中所述刻蚀为在表面平整的刚性基材上进行激光刻蚀。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述无机刚性基材选自玻璃、或硅片；所述光学柔性基材为透光率≥90％的光学级透明基材。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述触控图文的厚度为30～200nm；所述柔性薄膜部分的厚度为25～200um。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纳米结构导电材料选自碳纳米管、石墨烯、银纳米线、或铜纳米线；和/或，所述分散液中含有质量百分比0.1％-1％的纳米结构导电材料。

8.一种采用如权利要求1～7任一项所述的制备方法制得的柔性触控屏传感薄膜。

9.根据权利要求8所述的柔性触控屏传感薄膜，其特征在于，所述柔性触控屏传感薄膜的可见光透过率为85％～95％，方块电阻值为10-100Ω/□。