CN109901743A - 一种柔性导电材料触控传感器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种柔性导电材料触控传感器，包括透明PI层、第一银网格导电图层、第一保护层、第二银网格导电图层和第二保护层。同时，本发明还公开了上述柔性导电材料触控传感器的制备方法。本发明提供的柔性导电材料触控传感器，厚度更薄，弯折性更好，可代替传统的ITO传感器，能更好的适应未来柔性屏市场。
Description
技术领域
本发明属于触控领域，尤其涉及一种柔性导电材料触控传感器及其制备方法。
背景技术
未来可穿戴设备、智能窗户、智能家居等产品，对触摸面板的需求朝着大尺寸、可弯曲的方向发展，这就需要触摸面板越来越薄，柔性并且可弯曲。触摸面板中重要组成部分：触控传感层，也应未来市场需求，朝着超薄化、可折叠的方向发展。
现有技术中主流的触控传感层一般是单层或多层ITO(Indium Tin Oxide，氧化铟锡)膜层结构复合在玻璃或薄膜(一般为PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)材料制备获得)上；且多数ITO传感层(ITO sensor)包括上下两层，其上下线需要分别做好后再进行组合。ITO是一种N型氧化物半导体，是一种在均匀载体上通过黄光曝光工艺、激光光刻工艺或丝印印刷工艺生成的透明导电薄膜，用于将操作体的触摸位置转换为电信号，以实现操作体触摸位置的识别。
如图1所示：现有的多层ITO传感层包括上线ITO11、下线ITO13，其间通过光学透明胶(OCA1)12进行粘合，所述下线ITO13通过光学透明胶14粘合在玻璃盖板15上。并且上下线ITO还包括多层薄膜，所述上线ITO11包含上线PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)薄膜111、上线图案112和上线走线113；所述下线ITO13包含下线PET薄膜131、下线图案132和下线走线133。
ITO sensor具有多层薄膜结构，厚度无法朝着超薄化方向发展，并且ITO膜层较脆，不宜用于可弯曲应用，在柔性基材上的导电率及透光率等本质问题也不易克服；并且ITO sensor可量产的最窄的线宽线距为20μm*20μm，最薄也只能做到195μm。
发明内容
为克服现有技术中触控传感层相对较厚、不适宜可弯曲应用的问题，本发明提供了一种柔性导电材料触控传感器，其包括依次层叠设置的透明PI层、第一银网格导电图层、第一保护层、第二银网格导电图层和第二保护层；
具体的，所述第一银网格导电图层设置于所述透明PI层上；
所述第一保护层设置于所述第一银网格导电图层上；
所述第二银网格导电图层设置于所述第一保护层上；
所述第二保护层设置于所述第二银网格导电图层上。
进一步的，所述第一银网格导电图层、第二银网格导电图层为具有纳米结构导电材料的银网格传感器。
进一步的，所述第一银网格导电图层包括第一银网格图案和第一走线；所述第一银网格图案和所述第一走线是同时形成的；
所述第二银网格导电图层包括第二银网格图案和第二走线；所述第二银网格图案和所述第二走线是同时形成的。
进一步的，所述第一银网格图案的线宽为3.5-4μm；
所述第二银网格图案的线宽为3.5-4μm；
所述第一走线的线宽为6-8μm；所述第一走线与所述第一走线之间的线距为6-8μm；
所述第二走线的线宽为6-8μm；所述第二走线与所述第二走线之间的线距为6-8μm。
进一步的，所述透明PI层的厚度为9-11μm。
更进一步的，所述第一银网格导电图层的厚度为0.5-0.7μm；
所述第二银网格导电图层的厚度为0.5-0.7μm；
所述第一保护层的厚度为1.5-2.0μm；
所述第二保护层的厚度为1.0-1.5μm。
另一方面，本发明提供一种柔性导电材料触控传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将PI液分散涂布在玻璃基板上，固化后形成透明PI层；
S2、在透明PI层上涂布银胶油墨，经过预干、曝光、显影、固烤后形成第一银网格导电图层；
所述第一银网格导电图层包括第一银网格图案和第一走线；
S3、在所述第一银网格导电图层上涂布OC负性胶，经过预干、曝光、显影、固烤后形成第一保护层；
S4、在所述第一保护层上涂布银胶油墨，经过预干、曝光、显影、固烤后形成第二银网格导电图层；
所述第二银网格导电图层包括第二银网格图案和第二走线；
S5、在所述第二银网格导电图层上涂布OC负性胶，经过预干、曝光、显影、固烤后形成第二保护层；
所述玻璃基板、透明PI层、第一银网格导电图层、第一保护层、第二银网格导电图层和第二保护层共同构成触控传感器前体；
S6、将所述触控传感器前体从所述玻璃基板上剥离，形成柔性导电材料触控传感器。
进一步，所述第一银网格图案和所述第一走线是同时形成的；
所述第二银网格图案和第二走线是同时形成的。
更进一步，所述银胶油墨为具有纳米结构导电材料的银网格传感器。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
选用性能优良的薄膜类绝缘材料聚酰亚胺(PI)作为柔性导电材料触控传感器(AgMesh sensor)的基材，可适宜耐高低温性、耐弯折性；在上面涂布银胶油墨(Ag Mesh)，通过曝光、显影、蚀刻成触控图文，Ag Mesh sensor比传统的ITO sensor更薄，线宽线距可达到8*8μm、总厚度小于15μm；且具有更好的弯折性能，能更好的适应未来柔性屏市场。
本发明所提供的柔性导电材料触控传感器的制备方法，其中，涂布银胶油墨可同时曝光、显影、蚀刻成第一银网格图案和第一走线，而传统的ITO sensor是先做图案再做走线，可节省曝光显影的次数；并且Ag Mesh sensor的涂布是在每层固烤后直接涂布，因此，可节省制作工艺。通过本方法制备的产品，厚度更薄，弯折性好，能更好的适应未来柔性屏市场。
附图说明
图1是现有技术中ITO sensor的结构示意图。
图2是本发明具体实施方式中提供的柔性导电材料触控传感器的结构示意图。
图3是本发明具体实施方式中提供的柔性导电材料触控传感器所述第一银网格导电图层的示意图。
图4是本发明提供的一种柔性导电材料触控传感器的制备方法的流程图。
其中，11、上线ITO；12、OCA1；13、下线ITO；14、OCA2；15、玻璃盖板；16、FPC；111、上线PET薄膜；112、上线图案；113、上线走线；131、下线PET薄膜；132、下线图案；133、下线走线；21、透明PI层；22、第一银网格导电图层；23、第一保护层；24、第二银网格导电图层；25、第二保护层；221、第一银网格图案；222、第一走线；241、第二银网格图案；242、第二走线。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下通过实施例对本发明进行进一步的说明。
实施例1
本实施例1提供的柔性导电材料触控传感器，如图2所示，包括依次层叠设置的透明PI层21、第一银网格导电图层22、第一保护层23、第二银网格导电图层24和第二保护层25；具体为：
第一银网格导电图层22设置于透明PI层21上；
第一保护层23设置于第一银网格导电图层22上；
第二银网格导电图层24设置于第一保护层23上；
第二保护层25设置于第二银网格导电图层24上。
本发明主要是用于柔性触控屏中，因此柔性基底材料的选用也是本发明需要解决的技术问题。替代传统的PET薄膜或者树脂类薄膜基底，本发明选用聚酰亚胺，即PI作为柔性导电材料触控传感器的基材。聚酰亚胺具有优良的耐高低温性、耐弯折性，并且具有极高的透射率，是性能最好的薄膜类绝缘材料，特别适宜用作柔性触摸屏(全面屏)中柔性印制电路板基材。
触控传感器的工作原理是通过压电材料或压阻材料产生的电容差，通过FPC(柔性印刷线路板)将电容信号有效搜索传递给触控主板，由主板上的IC(集成电路计算器)通过这个电流信号计算出我们所触摸的位置。
实施例1中，第一银网格导电图层22为RX，即为电容信号接收端；第二银网格导电图层24为TX，即为电容信号发射端。把它们叠层组合一起后，充电时，TX发出电容信号，RX则接收TX发出来的电容信号，而形成一个闭环。在没有外面干扰时，每一个单元时间内TX发出和RX接收的电容信号量是不变的，当有外面干扰时，例如我们用手去触摸它，TX发出和RX接收的电容信号量不相等，如此就生产了一个电容变化量，间接生产一个补充电流，集成电路计算器通过这个电流计算出我们所触摸的位置。
与传统的ITO传感器相比，本发明少了一层膜，不需要将上述第一银网格导电图层22和/或第二银网格导电图层24复合在玻璃或薄膜(一般为含PET材料)上，能减少膜层数量，最终形成的柔性导电材料触控传感器厚度更薄。
实施例2
本实施例2提供的柔性导电材料触控传感器，进一步的，上述第一银网格导电图层22、第二银网格导电图层24由具有纳米结构导电材料的银网格传感器，又称银胶油墨制作形成。具体的，银胶油墨是通过独特的树脂设计技术和高分散技术，由无机颗粒分散在光敏树脂上形成的一种涂层材料，该材料能够经济高效地在厚膜上形成精细图案，是传统的丝网印刷技术无法实现的。
电容信号发射端和接收端的接触处是需要绝缘处理的。在上述第一银网格导电图层22上涂布一层OC(Over coating)负性胶，形成第一保护层23，主要是保护和绝缘第一银网格导电图层22上的第一银网格图案221和第一走线222，以及绝缘后续即将形成的第二银网格导电图层24。上述OC负性胶是一种聚酯类有机物，具体成分可根据显影蚀刻的图案的化学成分而选择。
实施例3
本实施例3提供的柔性导电材料触控传感器，进一步的，上述第一银网格导电图层22包括第一银网格图案221和第一走线222；并且，第一银网格图案221和第一走线222是同时形成的。
上述第二银网格导电图层24包括第二银网格图案241和第二走线242；并且，第二银网格图案241和第二走线242是同时形成的。
传统触控图文的形成过程，是先形成图案后，再涂覆一层材料，蚀刻出走线；并且在曝光显影过程中，还存在图案和走线对位不准等问题。本发明同时蚀刻出图案和走线，节省了材料和制作工艺，也不存在对位不准等技术问题，即能减少膜层数量，形成的柔性导电材料触控传感器厚度更薄。
具体的，如图3所示，第一银网格图案221位于触控传感器的中间可视区内；第一走线222位于触控传感器边缘非可视区内。
实施例4
本实施例4提供的柔性导电材料触控传感器，更进一步的，第一银网格图案221的线宽为3.5-4μm，优选为4μm；第一走线222的线宽为6-8μm，优选为8μm；第一走线222与第一走线222之间的线距为6-8μm，优选为8μm。
第二银网格图案241的线宽为3.5-4μm，优选为4μm；第二走线242的线宽为6-8μm，优选为8μm；第二走线242与第二走线242之间的线距为6-8μm，优选为8μm。
具体的，上述透明PI层21的厚度为9-11μm，优选为10μm；
上述第一银网格导电图层22的厚度为0.5-0.7μm，优选为0.5μm；
上述第二银网格导电图层24的厚度为0.5-0.7μm，优选为0.5μm；
上述第一保护层23的厚度为1.5-2.0μm，优选为1.7μm；
上述第二保护层25的厚度为1.0-1.5μm；优选为1.3μm。
现有ITO sensor线宽线距极限为20*20μm，最薄为195μm；而Ag Mesh sensor线宽线距能做的8*8μm，边框能做到小于1mm，总厚度能做到小于15μm。Ag Mesh sensor较现有技术，其厚度更薄，且具有更好的弯折性能，能更好的适应未来柔性屏市场。
实施例5
实施例5将对发明提供的柔性导电材料触控传感器的制备方法进行具体解释说明。如图4所示，制备方法包括如下步骤：
步骤一、将PI液分散涂布在玻璃基板上，固化后形成透明PI层21；
步骤二、在透明PI层21上涂布银胶油墨，经过预干、曝光、显影、固烤后形成第一银网格导电图层22；
上述第一银网格导电图层22包括第一银网格图案221和第一走线222；
步骤三、在上述第一银网格导电图层22上涂布OC负性胶，经过预干、曝光、显影、固烤后形成第一保护层23；
步骤四、在上述第一保护层23上涂布银胶油墨，经过预干、曝光、显影、固烤后形成第二银网格导电图层24；
上述第二银网格导电图层包括第二银网格图案241和第二走线242；
步骤五、在上述第二银网格导电图层24上涂布OC负性胶，经过预干、曝光、显影、固烤后形成第二保护层25；
上述玻璃基板、透明PI层21、第一银网格导电图层22、第一保护层23、第二银网格导电图层24和第二保护层25共同构成触控传感器前体；
步骤六、将上述触控传感器前体从玻璃基板上剥离，形成柔性导电材料触控传感器。
具体的，首先是玻璃基板前处理，玻璃基板优选厚度为0.5-2mm、尺寸550*400mm，尤其是铝硅玻璃基板，放入玻璃清洗线进行清洗、风干，而得到表面平整、洁净的玻璃基板。
上述步骤一中，PI液可以采用夹缝涂布法(slit coating)、旋涂法或是丝印法等方法涂布在玻璃基板表面，本实施例中，采用slit coating将PI液涂布在铝硅玻璃基板上。其中，上述PI液是含有聚酰亚胺和有机溶剂的液体，PI液的黏度为300/600dpa.s。
进一步的，首先机械手把清洗好的铝硅玻璃夹入刮涂机，将PI液进行整面刮涂，此时刮涂的PI膜厚度为20-25μm。其次，进行真空干燥，在铝硅玻璃基板静止状态下，可快速防止PI液体流动，避免在后续流动状态下，导致的膜厚不均匀的现象；真空干燥后，随流水线进入IR炉，在130℃，恒温2min，使得PI液进一步的干燥；最后，IR预干后，把铝硅玻璃基板，推入烤箱进行烘烤260℃，30min，烘烤完的PI液在铝硅玻璃基板上面形成透明PI层21，其厚度在10±1μm之间。
优选的，在上述步骤二涂布银胶油墨前，可经过一次UV清洗，水洗，使透明PI层21表面洁净度更高，涂布银胶油墨效果更好。
上述步骤二中，机械手把成膜后的铝硅玻璃基板，夹入到涂布机进行银胶涂布；机械手把涂布好银胶的铝硅玻璃基板夹到IR炉，110℃，进行预干，速度3.0m/min；预干好的银胶，机械手，把铝硅玻璃基板夹入曝光机中，进行曝光；曝光机为非接触式曝光机，此种曝光方式才能做出更精细的线路，配合高精度的掩膜版；此曝光工序，可实现面内感应图层，与外围驱动走线一次成型；曝光好的材料，送入显影线；使用碳酸钠溶液，进行显影；显影后的材料推入烤箱进入烘烤，240℃，60min，固烤后，就完全形成第一银网格导电图层22，其中，包括同时形成的第一银网格图案221和第一走线222。进一步的，控制上述步骤二中的条件，可形成第一银网格图案221的线宽为4μm，第一走线222的线宽为8μm，第一走线222与第一走线222之间的线距为8μm；进一步的，上述第一银网格导电图层22的厚度为0.5μm。
上述步骤三中，在第一银网格导电图层22上涂布OC负性胶，起的作用为保护第一银网格图案221和第一走线222，以及隔离后续涂布形成的第二银网格图案241和第二走线242。加工工艺类似于步骤二，首先将OC负性胶进行整面刮涂，此时刮涂的膜厚度为2-3μm，后续进行预干、曝光、显影、固烤后形成第一保护层23；优选的，第一保护层23厚度为1.7μm。
上述步骤四，重复步骤二，在第一保护层23上涂布银胶油墨，经过预干、曝光、显影、固烤后形成第二银网格导电图层24；优选的，第二银网格导电图层24的厚度为0.5μm；其中，包括同时形成的第二银网格图案241和第二走线242。进一步的，控制上述步骤四中的条件，可形成第二银网格图案241的线宽为4μm，第二走线242的线宽为8μm，第二走线242与第二走线242之间的线距为8μm。
上述步骤五，在第二银网格导电图层24上涂布OC负性胶，经过预干、曝光、显影、固烤后形成第二保护层25；优选的，第二保护层25的厚度为1.3μm的；其加工工艺类似于步骤二，在此不做重复描述。
上述步骤六中，需要将玻璃基板剥离，由于Ag mesh sensor太薄，玻璃基板剥离使用LLO(激光剥离)技术，LLO是利用激光能量分解GaN/玻璃基板借口处的GaN缓冲层，从而实现材料从玻璃基板彻底分离。分离后形成柔性导电材料触控传感器。
通过上述技术方案，本发明实施例所提供的柔性导电材料触控传感器的制备方法，步骤二和步骤四中，涂布银胶油墨可同时曝光、显影、蚀刻成第一银网格图案221和第一走线222，以及第二银网格图案241和第二走线242；而传统的ITO sensor先做图案再做走线；并且Ag Mesh sensor的涂布是在每层固烤后直接涂布，因此，可节省制作工艺，并节省曝光显影的次数。通过本方法制备的柔性导电材料触控传感器，总厚度能做到小于15μm，弯折性好，能更好的适应未来柔性屏市场。
性能测试
对上述制备得到的柔性导电材料触控传感器进行弯曲性能测试：
测试方法：利用柔性屏弯曲测试仪进行三点、四点弯曲试验。微机控制柔性屏弯曲测试仪，利用双柱型龙门式结构采用下部拉伸、压缩、弯曲，伺服电机驱动横梁，上、下移动，施加不同的载荷，完成不同尺寸的弯曲性能测试。
测试结果：Ag Mesh sensor具有优良的弯折性能，当弯折直径在2mm时，弯折次数＞20万次。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种柔性导电材料触控传感器，其特征在于，包括：透明PI层、第一银网格导电图层、第一保护层、第二银网格导电图层和第二保护层；
所述第一银网格导电图层设置于所述透明PI层上；
所述第一保护层设置于所述第一银网格导电图层上；
所述第二银网格导电图层设置于所述第一保护层上；
所述第二保护层设置于所述第二银网格导电图层上。
2.根据权利要求1所述的柔性导电材料触控传感器，其特征在于，所述第一银网格导电图层、第二银网格导电图层为具有纳米结构导电材料的银网格传感器。
3.根据权利要求1所述的柔性导电材料触控传感器，其特征在于，所述第一银网格导电图层包括第一银网格图案和第一走线；所述第一银网格图案和所述第一走线是同时形成的；
所述第二银网格导电图层包括第二银网格图案和第二走线；所述第二银网格图案和所述第二走线是同时形成的。
4.根据权利要求3所述的柔性导电材料触控传感器，其特征在于，所述第一银网格图案的线宽为3.5-4μm；所述第二银网格图案的线宽为3.5-4μm。
5.根据权利要求3所述的柔性导电材料触控传感器，其特征在于，所述第一走线的线宽为6-8μm；所述第一走线与所述第一走线之间的线距为6-8μm；
所述第二走线的线宽为6-8μm；所述第二走线与所述第二走线之间的线距为6-8μm。
6.根据权利要求1所述的柔性导电材料触控传感器，其特征在于，所述透明PI层的厚度为9-11μm。
7.根据权利要求1-7任一项所述的柔性导电材料触控传感器，其特征在于，所述第一银网格导电图层的厚度为0.5-0.7μm；
所述第二银网格导电图层的厚度为0.5-0.7μm；
所述第一保护层的厚度为1.5-2.0μm；
所述第二保护层的厚度为1.0-1.5μm。
8.一种柔性导电材料触控传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将PI液分散涂布在玻璃基板上，固化后形成透明PI层；
S2、在透明PI层上涂布银胶油墨，经过预干、曝光、显影、固烤后形成第一银网格导电图层；
所述第一银网格导电图层包括第一银网格图案和第一走线；
S3、在所述第一银网格导电图层上涂布OC负性胶，经过预干、曝光、显影、固烤后形成第一保护层；
S4、在所述第一保护层上涂布银胶油墨，经过预干、曝光、显影、固烤后形成第二银网格导电图层；
所述第二银网格导电图层包括第二银网格图案和第二走线；
S5、在所述第二银网格导电图层上涂布OC负性胶，经过预干、曝光、显影、固烤后形成第二保护层；
所述玻璃基板、透明PI层、第一银网格导电图层、第一保护层、第二银网格导电图层和第二保护层共同构成触控传感器前体；
S6、将所述触控传感器前体从所述玻璃基板上剥离，形成柔性导电材料触控传感器。
9.根据权利要求8所述的柔性导电材料触控传感器的制备方法，其特征在于，所述第一银网格图案和所述第一走线是同时形成的；
所述第二银网格图案和所述第二走线是同时形成的。
10.根据权利要求9所述的柔性导电材料触控传感器的制备方法，其特征在于，所述银胶油墨为具有纳米结构导电材料的银网格传感器。
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