CN106406645B - 一种柔性铜网栅基触摸屏及制备方法 - Google Patents

一种柔性铜网栅基触摸屏及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及光学薄膜领域，涉及一种柔性铜网栅基触摸屏及制备方法。柔性铜网栅基导电膜和光学胶，柔性铜网栅基导电膜包括柔性透明衬底、减反增透层、铜网栅导电层；本发明采用在PET衬底的上下表面溅镀减反增透层，提高衬底的透过率，减少表面的反射光，然后再在一侧的减反增透层表面溅镀铜金属导电复合层；采用光刻工艺对铜金属导电层进行刻蚀，制备高透过率低电阻的透明导电薄膜；用光学胶把两片相同结构的透明导电膜粘接，使铜网栅层与光学胶接触，得到触摸屏用电极结构。本发明可见光透过率高于98％，表面方阻低于6Ω/□，色度值b*小于0.3，铜膜表面的反射率低于4％，铜膜背面(PET膜未镀膜测)的反射率低于5％。所述的触摸屏表面的反射率低于0.5％。

Description

一种柔性铜网栅基触摸屏及制备方法
技术领域
本发明涉及光学薄膜领域，涉及一种柔性铜网栅基触摸屏及制备方法。
背景技术
透明导电薄膜是平板电视、触摸屏、智能窗玻璃、发光二极管以及光伏电池等器件制造的必要组成部分。近年来，随着信息(如触摸显示)、能源(如光伏、智能窗玻璃)等产业的发展，人们对透明导电薄膜的需求量急剧增大，而在透明导电薄膜中，应用最广的一类是锡掺杂氧化铟薄膜，即俗称的ITO薄膜。众所周知，铟元素在地壳中的含量稀少(约为0.05ppm)，且难于提纯，随着ITO薄膜的用量显著增大，其含量越来越稀少，导致价格骤增，从而增加触摸屏、薄膜太阳能电池等产业的制造成本。同时，由于ITO薄膜是一种陶瓷薄膜，其抗弯折性差，经过多次形变之后薄膜易开裂，从而使电阻显著增大，导致器件失效。另一方面，为了制造大型显示器、大面积固态发光板等器件，要求所用的透明导电薄膜的方块电阻必须小于5Ω/□。虽然通过增加ITO薄膜的厚度可以满足此要求，但是，其成本显著增加，这种成本的增加是因为随着薄膜厚度增加，ITO的沉积速率减小，导致大部分ITO原料被浪费。因此，必须寻找一种抗弯折性能好、方块电阻可调且成本低廉的新型透明导电薄膜。
为了减少对ITO的依赖度，研究人员开发出了具有低电阻特性的铜金属网栅透明导电薄膜。铜金属网栅透明导电薄膜由于其电阻率和透过率可调、抗弯折性能优异、价格低廉且与半导体工艺兼容，因此，在产业庞大的柔性触摸屏、太阳能电池等方面的制备中，受到越来越多的青睐，成为重点研究的一类可行的新型ITO替代薄膜。但是，由于一般透明衬底PET本身的可见光区透过率低于92％，因此，在这种PET透明衬底上制备铜网栅导电层之后，其复合透过率更低，很难获得高透过率和低电阻的透明导电薄膜。为了在保持低的表面方阻条件下提高薄膜总的透过率，需要尽量提高衬底的透过率。
同时，PET本身在可见光区的反射率很大，制成触摸屏之后，显著降低了触摸屏的图形真实度，因此，需要在表面粘接具有减反功能的玻璃，这样导致触摸屏成本增加，同时也增加了触摸屏的重量，并降低触摸屏的其柔性。
发明内容
本发明的目的是针对上述透明导电薄膜存在的不足，提出一种柔性铜网栅基触摸屏及制备方法。本发明的技术解决方案是，触摸屏包含：柔性铜网栅基导电膜和光学胶，其中，柔性铜网栅基导电膜包括柔性透明衬底、减反增透层、铜网栅导电层；所述减反增透层被布置在所述柔性透明薄膜衬底的两侧，其中柔性透明衬底包含：聚对苯二甲酸乙二醇酯和双面加硬透明涂层，其中，双面加硬透明涂层为紫外固化的聚丙烯酸酯涂层；减反增透层包含：低折射率薄膜层和高折射率薄膜层；铜网栅导电层包含铜网栅层和铜氧化物层；用光学胶把两片相同结构的柔性铜网栅基导电膜粘接，其中柔性铜网栅基导电膜中的铜氧化物层与光学胶接触，形成电容式触摸屏，其中一个铜网栅导电层为第一触控功能层，用于感应触控点在X轴方向的位置，另一个铜网栅导电层为第二触控电极，用于感应触控点在Y轴方向的位置。
所述减反增透层中的低折射率薄膜层为二氧化硅或氟化镁。
所述减反增透层中的高折射率薄膜层为五氧化二铌或二氧化钛。
所述低折射率薄膜层和高折射率薄膜层交替堆叠，低折射率薄膜层数多于或等于高折射率薄膜层数。
所述铜网栅导电层中的铜氧化物层布置在铜网栅层的上、下表面。
所述铜网栅导电层中的铜网栅层的铜网栅为菱形或方形或六方形，线条的线宽为2～10微米，金属化率为1.25～2％。
所述低折射率薄膜层和高折射率薄膜层其厚度分别为15～90nm和15～110nm。
所述铜网栅导电层中铜氧化物层的厚度为20～60nm。
所述光学胶厚度为25微米～50微米。
制造柔性铜网栅基触摸屏的方法是，在柔性透明衬底的双面涂覆加硬涂层；在柔性透明衬底上下表面溅镀减反增透层；在一侧减反增透层表面溅镀铜网栅基导电层；用光刻工艺把铜网栅导电层刻蚀成触摸屏用电极结构；用光学胶把两片相同结构的柔性铜网栅基导电膜粘接，其中铜网栅导电层与光学胶接触，形成电容式触摸屏，其中一个铜网栅导电层为第一触控功能层，用于感应触控点在X轴方向的位置，另一个铜网栅导电层为第二触控电极，用于感应触控点在Y轴方向的位置。
本发明具有的优点和有益效果，本发明采用在PET衬底的上下表面溅镀减反增透层，来提高衬底的透过率，减少表面的反射光，然后再在一侧的减反增透层表面溅镀铜金属导电复合层；采用光刻工艺对铜金属导电层进行刻蚀，来制备高透过率低电阻的透明导电薄膜；用光学胶把两片相同结构的透明导电膜粘接，使铜网栅层与光学胶接触，来制备触摸屏用电极结构。所述复合薄膜可见光透过率高于98％，表面方阻低于6Ω/□，色度值b*小于0.3，铜膜表面的反射率低于4％，铜膜背面(PET膜未镀膜测)的反射率低于5％。所述的触摸屏表面的反射率低于0.5％。
本发明所述触摸屏中所用的透明导电薄膜具有高透过率低电阻的特性，并且具有很强的环境耐受性能。
所述导电薄膜核心功能层在保证高的可见光透过率、低反射率的同时，具有很低的表面电阻。在加工成触摸屏等产品之后，线条的可视度极低，能显著提高屏幕的清晰度。另一方面，在湿热环境下，能够防止铜金属导电层被氧化而失效，保持良好的电学性能。
本发明涉及一种由具有高透过率、低电阻的柔性透明导电薄膜组成的触摸屏，其核心功能层包括减反增透层和铜网栅导电层。所述铜网栅导电层主要依靠铜线条互连而具有高透过率和极低表面电阻的光电特性。由于Cu的抗氧化能力弱，在使用过程中，与空气接触，容易被氧化成CuOx，而CuOx不具备良好的导电性能，并且会使铜线条形状发生改变，从而影响所述导电薄膜的导电性能和光电性能。采用在铜表面溅镀氧化物，能保护铜网栅在使用过程中被氧化，保持良好的光电特性。本发明采用一种特殊的防氧化措施，即在铜金属膜的表面溅镀铜的氧化物(CuOx)，从而隔绝铜网栅导电层与空气接触，防止Cu金属被氧化。同时，由于铜的氧化物(CuOx)层的存在，其在铜金属层表面起减反作用，能够显著降低Cu金属的反射率，从而使铜网栅导电层的线条可视度极低。另外，使铜网栅导电层通过光学胶对粘，减反增透层与空气接触，能够进一步防止铜网栅导电层被氧化。
由于一般透明衬底PET本身的可见光区透过率低于92％，因此，在这种PET透明衬底上制备铜网栅导电层之后，其复合透过率更低，很难获得高透过率和低电阻的透明导电薄膜。同时，PET本身在可见光区的反射率很高，在制备成触摸屏之后，降低其图形的真实性。为了在保持低的表面方阻条件下提高薄膜总的透过率和图形的真实性，降低表面反射，本发明采用在PET衬底上下表面溅镀减反增透层，来提高衬底的透过率，降低表面的反射率，然后再在一侧溅镀铜金属导电复合层，来制备高透过率低电阻的透明导电薄膜。采用此导电薄膜制备的触摸屏，具有高清晰度、高保真度以及很强的耐环境性能等特征。
附图说明
图1一种柔性铜网栅基触摸屏的剖面图，其中，a为结构示意图，b是图a中的局部放大图，每一个减反增透层为4层；
图2一种柔性铜网栅基触摸屏的剖面图，其中，a为结构示意图，b是图a中的局部放大图，每一个减反增透层为6层。
具体实施方式
如图所示，所述触摸屏包含柔性透明衬底薄膜、减反增透层、铜网栅导电层和光学胶。
透明薄膜衬底是由柔性透明聚对苯二甲酸乙二醇酯及其在双面涂覆紫外固化的聚丙烯酸酯硬化涂层构成。柔性透明衬底的厚度为50微米-125微米。所述紫外固化的聚丙烯酸酯硬化涂层，采用传统的卷绕式涂布法均匀涂覆在柔性透明PET衬底的两侧，以改善柔性透明衬底的强度、硬度以及耐久性等。
所述减反增透层是多层堆叠结构，覆盖柔性透明PET衬底的上下表层。所述堆叠结构由选自高折射率薄膜层和低折射率薄膜层232构成。所述高折射率薄膜层231包括但不限于选自五氧化二铌(Nb2O5)或二氧化钛(TiO2)所组成的材料。所述低折射率薄膜层包括但不限于选自二氧化硅(SiO2)或氟化镁(MgF2)所组成的材料。减反增透层中的每一层是由卷绕式磁控溅射镀膜形成，通过多腔室同时溅射，一次完成多层膜的沉积。
所述铜网栅导电层是三层堆叠结构，覆盖一侧减反增透层的上层。所述堆叠结构由铜金属薄膜层和铜氧化物薄膜层组成。铜金属薄膜层和铜氧化物薄膜层是由卷绕式磁控溅射镀膜形成，通过多腔室同时溅射，一次完成多层膜的沉积。在薄膜沉积之后，采用半导体加工工艺，把铜金属薄膜层和铜氧化物层加工成菱形或方形或六边形的网栅，其金属化率为1.25％。
实施例一
如图1所示，该图示出一种柔性铜网栅基触摸屏的一个实施方案，所述复合薄膜包含光学胶1，柔性透明聚对苯二甲酸乙二醇酯PET衬底薄膜2，减反增透层13和14和铜网栅导电层15。
透明薄膜衬底2是由柔性透明聚对苯二甲酸乙二醇酯及其在双面涂覆紫外固化的聚丙烯酸酯硬化涂层构成。优选地，柔性透明衬底2的厚度为50微米，也可以是125微米。所述紫外固化的聚丙烯酸酯硬化涂层，采用传统的卷绕式涂布法均匀涂覆在柔性透明PET衬底的两侧，以改善柔性透明衬底2的强度、硬度以及耐久性等。
所述减反增透层13和14是多层堆叠结构，覆盖柔性透明PET衬底2的上下表层。所述堆叠结构由选自高折射率薄膜层131、133、141和143和低折射率薄膜层132、134、142和144构成。所述高折射率薄膜层131、133、141和143包括但不限于选自五氧化二铌Nb2O5或二氧化钛(TiO2)所组成的材料。所述低折射率薄膜层132、134、142和144包括但不限于选自二氧化硅(SiO2)或氟化镁(MgF2)所组成的材料。在优选实施方案中，高折射率薄膜层131、133、141和143都为五氧化二铌(Nb2O5)，低折射率薄膜层132、134、142和144都为二氧化硅(SiO2)。
在优选实施方案中，减反增透层13是由沉积在衬底2且厚度约为21nm的第一介质层131、厚度约26nm且覆盖第一介质层131的第二介质层132、厚度约为107nm且覆盖第二介质层132的第三介质层133以及厚度约64nm且覆盖第三介质层133的第四介质层134组成。第一介质层131至134是由卷绕式磁控溅射镀膜形成，通过多腔室同时溅射，一次完成多层膜的沉积。
所述减反增透层14是由沉积在衬底2且厚度约为21nm的第一介质层141、厚度约26nm且覆盖第一介质层141的第二介质层142、厚度约为107nm且覆盖第二介质层142的第三介质层143以及厚度约64nm且覆盖第三介质层143的第四介质层144组成。减反增透层141至144是由卷绕式磁控溅射镀膜形成，通过多腔室同时溅射，一次完成多层膜的沉积。
所述铜网栅导电层15是多层堆叠结构，覆盖减反增透层14的上层。所述堆叠结构由铜氧化物层151和153和铜金属薄膜层152组成。铜网栅导电层151和153是由卷绕式磁控溅射镀膜形成，通过多腔室同时溅射，一次完成多层膜的沉积。首先沉积铜氧化物层151，其厚度为40nm，然后在其上覆盖铜金属薄膜层152，其厚度约为400nm，最后在其上覆盖铜氧化物薄膜层153，其厚度为40nm。在薄膜沉积之后，采用半导体加工工艺，把铜金属薄膜层152和铜氧化物层151和153加工成菱形或方形或六边形的网栅，其金属化率为1.25％。所述复合薄膜可见光透过率高于97％，表面方阻低于10Ω/□，色度值b*小于0.5，铜膜表面的反射率低于5％，铜膜背面(PET膜未镀膜测)的反射率低于6％。所述的触摸屏表面的反射率低于1.3％。
所述触摸屏是由两片具有相同结构的铜网栅基透明导电薄膜，通过光学胶对粘而成的。在粘接过程中，保证铜网栅层与光学胶接触，形成电容式触摸屏。所述第一铜网栅层为第一触控功能层，用于感应触控点在X轴方向的位置；所述第二铜网栅层为第二触控电极，用于感应触控点在Y轴方向的位置。
实施例二
如图2所示，该图示出一种柔性铜网栅基触摸屏的一个实施方案，所述复合薄膜包含光学胶1，柔性透明聚对苯二甲酸乙二醇酯PET衬底薄膜2，减反增透层23和24和铜网栅导电层25。
透明薄膜衬底2是由柔性透明聚对苯二甲酸乙二醇酯及其在双面涂覆紫外固化的聚丙烯酸酯硬化涂层构成。优选地，柔性透明衬底2的厚度为50微米，也可以是125微米。所述紫外固化的聚丙烯酸酯硬化涂层，采用传统的卷绕式涂布法均匀涂覆在柔性透明PET衬底的两侧，以改善柔性透明衬底2的强度、硬度以及耐久性等。
所述减反增透层(23和24)是多层堆叠结构，覆盖柔性透明PET衬底2的上下表层。所述堆叠结构由选自高折射率薄膜层231、233、235、241、243和245和低折射率薄膜层232、234、236、242、244和246构成。所述高折射率薄膜层231、233、235、241、243和245包括但不限于选自五氧化二铌Nb2O5或二氧化钛(TiO2)所组成的材料。所述低折射率薄膜层232、234、236、242、244和246包括但不限于选自二氧化硅(SiO2)或氟化镁(MgF2)所组成的材料。在优选实施方案中，高折射率薄膜层231、233、235、241、243和245都为五氧化二铌(Nb2O5)，低折射率薄膜层232、234、236、242、244和246都为二氧化硅(SiO2)。
在优选实施方案中，减反增透层23是由沉积在衬底2且厚度约为15nm的第一介质层231、厚度约29nm且覆盖第一介质层231的第二介质层232、厚度约为60nm且覆盖第二介质层232的第三介质层233、厚度约15nm且覆盖第三介质层233的第四介质层234、厚度约35nm且覆盖第四介质层234的第五介质层235以及厚度约90nm且覆盖第三介质层235的第六介质层236组成。第一介质层231至236是由卷绕式磁控溅射镀膜形成，通过多腔室同时溅射，一次完成多层膜的沉积。
减反增透层24是由沉积在衬底2且厚度约为15nm的第一介质层241、厚度约29nm且覆盖第一介质层241的第二介质层242、厚度约为60nm且覆盖第二介质层242的第三介质层243、厚度约15nm且覆盖第三介质层243的第四介质层244、厚度约35nm且覆盖第四介质层244的第五介质层245以及厚度约90nm且覆盖第三介质层245的第六介质层246组成。第一介质层层241至246是由卷绕式磁控溅射镀膜形成，通过多腔室同时溅射，一次完成多层膜的沉积。
所述铜网栅导电层25是多层堆叠结构，覆盖减反增透层24的上层。所述堆叠结构由铜氧化物层251和253和铜金属薄膜层252组成。铜氧化物层251和253是由卷绕式磁控溅射镀膜形成，通过多腔室同时溅射，一次完成多层膜的沉积。首先沉积铜氧化物层251，其厚度为45nm，然后在其上覆盖铜金属薄膜层252，其厚度约为400nm，最后在其上覆盖铜氧化物薄膜层253，其厚度为35nm。在薄膜沉积之后，采用半导体加工工艺，把铜金属薄膜层252和铜氧化物层251和253加工成菱形或方形或六边形的网栅，其金属化率为1.25％。所述复合薄膜可见光透过率高于98％，表面方阻低于6Ω/□，色度值b*小于0.3，铜膜表面的反射率低于4％，铜膜背面(PET膜未镀膜测)的反射率低于5％，减反增透层表面的反射率低于0.5％。
所述触摸屏是由两片具有相同结构的铜网栅基透明导电薄膜，通过光学胶对粘而成的。在粘接过程中，保证铜网栅层与光学胶接触，形成电容式触摸屏。所述第一铜网栅层为第一触控功能层，用于感应触控点在X轴方向的位置；所述第二铜网栅层为第二触控电极，用于感应触控点在Y轴方向的位置。
实施例一和实施例二的参数如表1和表2所示。
表1
Figure BDA0001110935600000071
表2
Figure BDA0001110935600000072
Figure BDA0001110935600000081
本发明所述的优选实施方案，其详细描述意图为说明性的，不应理解为是对本公开范围的限制。本发明所公开的任何单独材料、数值或特性都可与本公开的任何其他材料、数值或特性互换使用，如同本发明所给出的具体实施方案一样。任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其材料、形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种柔性铜网栅基触摸屏，其特征是，触摸屏包含：柔性铜网栅基导电膜和光学胶，其中，柔性铜网栅基导电膜包括柔性透明衬底、减反增透层、铜网栅导电层；所述减反增透层被布置在所述柔性透明衬底的两侧，其中柔性透明衬底包含：聚对苯二甲酸乙二醇酯和双面加硬透明涂层，其中，双面加硬透明涂层为紫外固化的聚丙烯酸酯涂层；减反增透层包含：低折射率薄膜层和高折射率薄膜层；所述低折射率薄膜层和高折射率薄膜层交替堆叠，低折射率薄膜层数多于或等于高折射率薄膜层数；减反增透层中的低折射率薄膜层为氟化镁；减反增透层中的高折射率薄膜层为二氧化钛；高折射率薄膜层其厚度为35～110nm；铜网栅导电层包含铜网栅层和铜氧化物层；所述铜网栅导电层中的铜网栅层的铜网栅为菱形或方形或六方形，线条的线宽为2～10微米，金属化率为1.25～2％；用光学胶把两片相同结构的柔性铜网栅基导电膜粘接，其中柔性铜网栅基导电膜中的铜氧化物层与光学胶接触，形成电容式触摸屏，其中一个铜网栅导电层为第一触控功能层，用于感应触控点在X轴方向的位置，另一个铜网栅导电层为第二触控电极，用于感应触控点在Y轴方向的位置。
2.根据权利要求1所述的一种柔性铜网栅基触摸屏，其特征是，所述铜网栅导电层中的铜氧化物层布置在铜网栅层的上、下表面。
3.根据权利要求1所述的一种柔性铜网栅基触摸屏，其特征是，所述低折射率薄膜层厚度为15～90nm。
4.根据权利要求1所述的一种柔性铜网栅基触摸屏，其特征是，所述铜网栅导电层中铜氧化物层的厚度为20～60nm。
5.根据权利要求1所述的一种柔性铜网栅基触摸屏，其特征是，所述光学胶厚度为25微米～50微米。
6.一种制造权利要求1所述一种柔性铜网栅基触摸屏的方法，其特征是，在柔性透明衬底的双面涂覆加硬涂层；在柔性透明衬底上下表面溅镀减反增透层；在一侧减反增透层表面溅镀铜网栅基导电层；用光刻工艺把铜网栅导电层刻蚀成触摸屏用电极结构；用光学胶把两片相同结构的柔性铜网栅基导电膜粘接，其中铜网栅导电层与光学胶接触，形成电容式触摸屏，其中一个铜网栅导电层为第一触控功能层，用于感应触控点在X轴方向的位置，另一个铜网栅导电层为第二触控电极，用于感应触控点在Y轴方向的位置。
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CN103744572A (zh) * 2014-01-28 2014-04-23 张家港康得新光电材料有限公司 一种触控屏
JP2016040667A (ja) * 2014-08-12 2016-03-24 デクセリアルズ株式会社 多層薄膜
CN105637453A (zh) * 2013-10-18 2016-06-01 应用材料公司 触摸面板的层堆叠和用于形成层堆叠的方法

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