CN108646942A - 一种用于柔性触控系统的透明绝缘隔离点阵制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于柔性触控系统的透明绝缘隔离点阵制备方法，步骤包括选取不同材质、厚度、表面结构的柔性衬底，以及采用喷墨打印或者掩版喷涂制备不同特性的硅溶胶透明绝缘隔离点阵；该方法不依赖衬底特性，不涉及曝光、蚀刻等工艺，并且隔离点阵结构稳定，大大拓宽了触控的选材范围和应用范围。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于柔性触控系统的透明绝缘隔离点阵制备方法。
背景技术
柔性电子技术近年来发展迅猛，促进高消费频率电子产品更新换代，逐步向便携、可穿戴式发展，如三星公司计划推出的Galaxy X折叠手机，就对触控、显示、电池等电子元器件提出了更高要求，目前广泛使用的基于氧化铟锡导电玻璃的触控屏已无法适应发展需要。作为触控屏中重要组成部分的透明绝缘隔离点阵，随着柔性触控的发展需要，其依赖刚性衬底的接触式制备方法亟待升级，以适应超薄、柔性衬底的性能特征，如专利CN201410789900.9采用丝网印刷方式在紧密接触的刚性导电玻璃上制备隔离点阵后再与丝网印刷设备分离。此外，在更换触控屏中核心功能材料透明导电层的氧化铟锡后，作为替代的柔性透明导电材料能否耐受传统的隔离点阵制备方法值得关注，如专利CN200810066908.7中用曝光-显影的方法刻蚀预制在导电玻璃上的整面透明树脂层形成隔离点阵；在超薄、柔性衬底上制备隔离点阵时接触式方法容易产生失效的问题，以及衬底不能耐受刻蚀等问题亟待解决。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术，提出一种用于柔性触控系统的透明绝缘隔离点阵制备方法，采用非接触、温和的方法在涂布有新型透明导电薄膜的超薄柔性衬底或超薄柔性导电衬底上有效制备透明绝缘隔离点阵。
技术方案：一种用于柔性触控系统的透明绝缘隔离点阵制备方法，包括如下步骤：
步骤1：选择柔性触控系统的透明导电层或选择独立的透明导电衬底作为所述透明绝缘隔离点阵的衬底；
步骤2：将待制备所述透明绝缘隔离点阵的衬底平铺在喷墨打印机的工作板上；
步骤3：将就位的衬底进行二维平面和一维高度定位；
步骤4：将硅溶胶进行稀释均匀后通过滤嘴注射到墨盒中，然后将墨盒与喷墨打印机喷嘴拼装连接好，装入喷墨打印机中；
步骤5：根据目标透明绝缘隔离点阵的尺寸数据，用设计软件设计点阵图形，所述透明绝缘隔离点阵尺寸数据包括透明绝缘隔离点阵总大小、单点大小、点间距；
步骤6：根据设计的点阵图形控制喷墨打印机工作，并通过同一点阵图形在同一位置重复打印次数来控制透明绝缘隔离点阵中单点的高度；
步骤7：每次打印完毕后自然干燥，多次重复打印完毕后完成制备。
进一步的，硅溶胶是由直径在5～20nm的SiO2纳米颗粒构成的分散溶液，其pH酸碱性是酸性、中性、碱性中的任一种，SiO2质量百分比为3％～40％，溶液的溶剂为水系溶剂、醇系溶剂或水系溶剂和醇系溶剂以任意比例的混合物，所述水系溶剂为去离子水的水系溶剂，所述醇系溶剂为有机醇溶剂。
进一步的，所述有机醇溶剂为乙醇、丙醇、乙二醇、丙三醇中的任一种或几种混合。
一种用于柔性触控系统的透明绝缘隔离点阵制备方法，包括如下步骤：
步骤1：选择柔性触控系统的透明导电层或选择独立的透明导电衬底作为所述透明绝缘隔离点阵的衬底；
步骤2：将待制所述透明绝缘隔离点阵的衬底平铺在刚性面板上；
步骤3：制作带有规则孔洞的掩版，孔洞大小是目标透明绝缘隔离点阵的单点大小的80％～95％，孔洞间距与目标透明绝缘隔离点阵的点间距相等，掩版尺寸大于目标透明绝缘隔离点阵的总大小；然后在掩版上制作待喷涂区域的外框；
步骤4：将预制的掩版放置在就位的衬底正上方，并与衬底之间留有间距；
步骤5：将硅溶胶进行稀释均匀后通过滤嘴注射到喷涂仪的液杯里；
步骤6：喷涂仪的喷枪出口垂直面对掩版，调节喷涂气压并按单一方向逐行喷涂；
步骤7：每次喷涂完毕后自然干燥，通过重复喷涂次数来控制透明绝缘隔离点阵中单点的高度，多次重复喷涂完毕后完成制备。
进一步的，硅溶胶是由直径在5～20nm的SiO2纳米颗粒构成的分散溶液，其pH酸碱性是酸性、中性、碱性中的任一种，SiO2质量百分比为3％～40％，溶液的溶剂为水系溶剂、醇系溶剂或水系溶剂和醇系溶剂以任意比例的混合物，所述水系溶剂为去离子水的水系溶剂，所述醇系溶剂为有机醇溶剂。
进一步的，所述有机醇溶剂为乙醇、丙醇、乙二醇、丙三醇中的任一种或几种混合。
进一步的，所述滤嘴的滤孔尺寸为100～500nm，所述掩版与衬底间距为1～5mm，喷涂时喷枪出口与掩版间距为5～10mm、喷涂气压为0.3～0.85MPa。
进一步的，所述掩版上用3M胶带围成所述待喷涂区域外框，胶带内侧边在衬底上的垂直投影距离导电边界为0.5～2mm。
进一步的，所述掩版材质为不锈钢、铜、铝、锌、钛、钒、镍、钨、钼中的一种，厚度为0.01～0.05mm。
有益效果：(1)本发明提供了不依赖衬底特性的非接触式隔离点阵制备方法，大大拓宽了应用范围，特别契合超薄、柔性衬底，满足柔性触控的发展需要。
(2)本发明制备方法不涉及曝光、蚀刻等工艺，制备温和，不对衬底造成损伤，适合于含有各种新型透明导电材料的衬底，拓宽了触控的选材范围。
(3)本发明隔离点选用商用硅溶胶，价格低廉，且SiO2力学性能稳定，不会产生其它隔离点材料如环氧树脂、聚酰亚胺多次挤压后塌陷的问题，从而特别适合弯折、曲面等柔性触控领域。
(4)本发明制备方法简单、工艺重复性好，利于规模化稳定生产。
附图说明
图1为实施例1中喷墨打印的软件设计点阵图形；
图2为实施例1中喷墨打印实时墨滴图像；
图3为实施例1中喷墨打印的隔离点阵扫描电镜图片，其中3(a)为电镜俯视图，3(b)为电镜侧视图；
图4为实施例1中喷墨打印的隔离点阵在耐受5000次弯折、挤压后的扫描电镜俯视图片；
图5为实施例3中掩版实物图片；
图6为实施例3中掩版孔洞显微图片；
图7为实施例3中掩版喷涂的隔离点阵扫描电镜俯视图片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
实施例1：
一种用于柔性触控系统的透明绝缘隔离点阵制备方法，包括如下步骤：
步骤1：选择柔性触控系统的透明导电层或选择独立的透明导电衬底作为透明绝缘隔离点阵的衬底，衬底的厚度和面积不限，由柔性触控的功能需求决定。其中，柔性触控系统的透明导电层由透明绝缘衬底和透明导电薄膜组成。衬底的表面结构不限，由导电材料决定，可以是颗粒起伏表面、一维线状有序或随机搭接表面、平滑表面。
步骤2：将待制备透明绝缘隔离点阵的衬底平铺在喷墨打印机的工作板上。
步骤3：将就位的衬底进行二维平面和一维高度定位。
步骤4：将硅溶胶进行稀释均匀后通过滤嘴注射到墨盒中，然后将墨盒与喷墨打印机喷嘴拼装连接好，装入喷墨打印机中；硅溶胶是由直径在5～20nm的SiO2纳米颗粒构成的分散溶液，SiO2质量百分比为3％～40％，溶液的溶剂为水系溶剂、醇系溶剂或水系溶剂和醇系溶剂以任意比例的混合物，水系溶剂为去离子水的水系溶剂，醇系溶剂为有机醇溶剂，有机醇溶剂为乙醇、丙醇、乙二醇、丙三醇中的任一种或几种混合。
步骤5：根据目标透明绝缘隔离点阵的尺寸数据，用设计软件设计点阵图形，所述透明绝缘隔离点阵尺寸数据包括透明绝缘隔离点阵总大小、单点大小、点间距。
步骤6：根据设计的点阵图形控制喷墨打印机工作，并通过同一点阵图形在同一位置重复打印次数来控制透明绝缘隔离点阵中单点的高度。
步骤7：每次打印完毕后自然干燥，多次重复打印完毕后完成制备。
本实施例中：
步骤1：选择柔性触控系统的透明导电层作为所述透明绝缘隔离点阵的衬底，本实施例中为涂布有300mm×300mm尺寸区域银纳米线薄膜的、厚度0.15mm的聚对苯二甲酸乙二醇酯衬底。
步骤2：将聚对苯二甲酸乙二醇酯衬底平铺在喷墨打印机的工作板上，导电面向上。
步骤3：将就位的对苯二甲酸乙二醇酯衬底进行二维平面和一维高度定位。
步骤4：将型号为NS-30的商用硅溶胶(SiO2粒径8-15nm、质量百分比为30±1％、pH值8.5-10.0)用一次性针管通过滤孔尺寸为250nm的滤嘴注射到墨盒中，然后将墨盒与喷墨打印机喷嘴拼装连接好，装入喷墨打印机中。
步骤5：根据目标透明绝缘隔离点阵的尺寸数据，用设计软件设计点阵图形。目标透明绝缘隔离点阵的总大小为298mm×298mm，图形上排满矩阵点，点的大小为0.04mm×0.04mm，点间距为2.2mm，如图1所示。
步骤6：喷嘴移动到衬底的左上角1mm×1mm处，启动打印程序，根据设计的点阵图形控制喷墨打印机工作。图2为喷墨打印实时墨滴图像。
步骤7：程序一次打印完毕后自然干燥，完成制备。
实施例2：
一种用于柔性触控的透明绝缘隔离点阵制备方法，包括如下步骤：
步骤1：选择柔性触控系统的透明导电层作为所述透明绝缘隔离点阵的衬底，本实施例中为涂布有80mm×65mm尺寸区域银纳米线薄膜的、厚度0.1mm的聚对苯二甲酸乙二醇酯衬底。
步骤2：将聚对苯二甲酸乙二醇酯衬底平铺在喷墨打印机的工作板上，导电面向上。
步骤3：将就位的对苯二甲酸乙二醇酯衬底进行二维平面和一维高度定位。
步骤4：将型号为ZS-25的商用硅溶胶(SiO2粒径8-15nm、质量百分比为25±1％、pH值6.5-8.0)用去离子水稀释4倍，在摇床上3分钟混合均匀。然后用一次性针管通过滤孔尺寸为250nm的滤嘴注射到墨盒中，然后将墨盒与喷墨打印机喷嘴拼装连接好，装入喷墨打印机中。
步骤5：根据目标透明绝缘隔离点阵的尺寸数据，用设计软件设计点阵图形。目标透明绝缘隔离点阵的总大小为78mm×63mm，图形上排满矩阵点，点的大小为0.04mm×0.04mm，点间距为2.2mm。
步骤6：喷嘴移动到衬底的左上角1mm×1mm处，启动打印程序，根据设计的点阵图形控制喷墨打印机工作。
步骤7：打印程序后自然干燥，重复打印3遍后完成制备。
实施例3：
一种用于柔性触控的透明绝缘隔离点阵制备方法，包括如下步骤：
步骤1：选择柔性触控系统的透明导电层或选择独立的透明导电衬底作为透明绝缘隔离点阵的衬底。
步骤2：将待制透明绝缘隔离点阵的衬底平铺在任意刚性面板上。
步骤3：制作带有规则孔洞的掩版，孔洞大小是目标透明绝缘隔离点阵的单点大小的80％～95％，孔洞间距与目标透明绝缘隔离点阵的点间距相等，掩版尺寸大于目标透明绝缘隔离点阵的总大小；然后在掩版上制作待喷涂区域的外框，内侧边在衬底上的垂直投影距离导电边界为0.5～2mm。掩版材质为不锈钢、铜、铝、锌、钛、钒、镍、钨、钼中的一种，厚度为0.01～0.05mm。
步骤4：将预制的掩版放置在就位的衬底正上方，并与衬底之间留有1～5mm间距。
步骤5：将硅溶胶进行稀释均匀后通过滤嘴注射到喷涂仪的液杯里。硅溶胶是由直径在5～20nm的SiO2纳米颗粒构成的分散溶液，SiO2质量百分比为3％～40％，溶液的溶剂为水系溶剂、醇系溶剂或水系溶剂和醇系溶剂以任意比例的混合物，水系溶剂为去离子水的水系溶剂，醇系溶剂为有机醇溶剂，有机醇溶剂为乙醇、丙醇、乙二醇、丙三醇中的任一种或几种混合，滤嘴的滤孔尺寸为100～500nm。
步骤6：喷涂仪的喷枪出口垂直面对掩版，喷枪出口与掩版间距为5～10mm，在0.3～0.85MPa范围内调节喷涂气压，并按单一方向逐行喷涂，即按照喷枪喷涂区域大小沿着外框从左至右、换下一行从左至右、往复到边框内全部覆盖喷涂。
步骤7：每次喷涂完毕后自然干燥，通过重复喷涂次数来控制透明绝缘隔离点阵中单点的高度，多次重复喷涂完毕后完成制备。
本实施例中：
步骤1：选择150mm×150mm独立透明导电衬底作为透明绝缘隔离点阵的衬底。
步骤2：将透明导电衬底平铺在水平玻璃基板上。
步骤3：制作尺寸为200mm×200mm、厚度为0.05mm的不锈钢掩版，不锈钢掩版上带有孔洞直径0.045mm，孔洞是二维间距为2.5mm的矩形阵列，如图5、6所示。在掩版上用3M胶带围成待喷涂区域的外框，用于后续导电边界制备触控屏的线状电极，待喷涂区域为中心的149mm×149mm区域。
步骤4：将预制的不锈钢掩版通过支架固定在150mm×150mm尺寸衬底的正上方，二者中心重合且间距2mm。
步骤5：将型号为HS-20的商用硅溶胶(SiO2粒径8-15nm、质量百分比为20±1％、pH值1.5-5.0)用乙醇稀释10倍，在摇床上3分钟混合均匀。然后通过滤孔尺寸为450nm的滤嘴注射到喷涂仪的液杯里。
步骤6：调节压缩气体压强为0.5MPa，将喷枪喷嘴正对掩版上待喷涂区域的左上角，距离掩版5-10mm，开始喷涂并向右移动，往复到3M胶带边框内全部覆盖，此为喷涂一次；
步骤7：每次喷涂后自然干燥，共重复喷涂10次完成制备。
对上述方法制备的透明绝缘隔离点阵进行扫描电镜观察，如图3、4、7所示，结果显示隔离点按矩形阵列规则排布，直径在0.03-0.05mm，满足触控要求。最重要的是，隔离点阵结构稳定，在耐受5000次弯折、挤压后没有发生隔离点塌陷、移位等现象，如图4所示，保证了柔性触控的使用要求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种用于柔性触控系统的透明绝缘隔离点阵制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：选择柔性触控系统的透明导电层或选择独立的透明导电衬底作为所述透明绝缘隔离点阵的衬底；
步骤2：将待制备所述透明绝缘隔离点阵的衬底平铺在喷墨打印机的工作板上；
步骤3：将就位的衬底进行二维平面和一维高度定位；
步骤4：将硅溶胶进行稀释均匀后通过滤嘴注射到墨盒中，然后将墨盒与喷墨打印机喷嘴拼装连接好，装入喷墨打印机中；
步骤5：根据目标透明绝缘隔离点阵的尺寸数据，用设计软件设计点阵图形，所述透明绝缘隔离点阵尺寸数据包括透明绝缘隔离点阵总大小、单点大小、点间距；
步骤6：根据设计的点阵图形控制喷墨打印机工作，并通过同一点阵图形在同一位置重复打印次数来控制透明绝缘隔离点阵中单点的高度；
步骤7：每次打印完毕后自然干燥，多次重复打印完毕后完成制备。
2.根据权利要求1所述的用于柔性触控系统的透明绝缘隔离点阵制备方法，其特征在于，硅溶胶是由直径在5～20nm的SiO2纳米颗粒构成的分散溶液，其pH酸碱性是酸性、中性、碱性中的任一种，SiO2质量百分比为3％～40％，溶液的溶剂为水系溶剂、醇系溶剂或水系溶剂和醇系溶剂以任意比例的混合物，所述水系溶剂为去离子水的水系溶剂，所述醇系溶剂为有机醇溶剂。
3.根据权利要求1所述的用于柔性触控系统的透明绝缘隔离点阵制备方法，其特征在于，所述有机醇溶剂为乙醇、丙醇、乙二醇、丙三醇中的任一种或几种混合。
4.一种用于柔性触控系统的透明绝缘隔离点阵制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：选择柔性触控系统的透明导电层或选择独立的透明导电衬底作为所述透明绝缘隔离点阵的衬底；
步骤2：将待制所述透明绝缘隔离点阵的衬底平铺在刚性面板上；
步骤3：制作带有规则孔洞的掩版，孔洞大小是目标透明绝缘隔离点阵的单点大小的80％～95％，孔洞间距与目标透明绝缘隔离点阵的点间距相等，掩版尺寸大于目标透明绝缘隔离点阵的总大小；然后在掩版上制作待喷涂区域的外框；
步骤4：将预制的掩版放置在就位的衬底正上方，并与衬底之间留有间距；
步骤5：将硅溶胶进行稀释均匀后通过滤嘴注射到喷涂仪的液杯里；
步骤6：喷涂仪的喷枪出口垂直面对掩版，调节喷涂气压并按单一方向逐行喷涂；
步骤7：每次喷涂完毕后自然干燥，通过重复喷涂次数来控制透明绝缘隔离点阵中单点的高度，多次重复喷涂完毕后完成制备。
5.根据权利要求4所述的用于柔性触控系统的透明绝缘隔离点阵制备方法，其特征在于，硅溶胶是由直径在5～20nm的SiO2纳米颗粒构成的分散溶液，其pH酸碱性是酸性、中性、碱性中的任一种，SiO2质量百分比为3％～40％，溶液的溶剂为水系溶剂、醇系溶剂或水系溶剂和醇系溶剂以任意比例的混合物，所述水系溶剂为去离子水的水系溶剂，所述醇系溶剂为有机醇溶剂。
6.根据权利要求4所述的用于柔性触控系统的透明绝缘隔离点阵制备方法，其特征在于，所述有机醇溶剂为乙醇、丙醇、乙二醇、丙三醇中的任一种或几种混合。
7.根据权利要求4所述的用于柔性触控系统的透明绝缘隔离点阵制备方法，其特征在于，所述滤嘴的滤孔尺寸为100～500nm，所述掩版与衬底间距为1～5mm，喷涂时喷枪出口与掩版间距为5～10mm、喷涂气压为0.3～0.85MPa。
8.根据权利要求4所述的用于柔性触控系统的透明绝缘隔离点阵制备方法，其特征在于，所述掩版上用3M胶带围成所述待喷涂区域外框，胶带内侧边在衬底上的垂直投影距离导电边界为0.5～2mm。
9.根据权利要求4所述的用于柔性触控系统的透明绝缘隔离点阵制备方法，其特征在于，所述掩版材质为不锈钢、铜、铝、锌、钛、钒、镍、钨、钼中的一种，厚度为0.01～0.05mm。
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