CN112015303A - 一种石墨烯触控传感器制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石墨烯触控器件制造方法，S100、准备一片含碳薄膜作为触控器件制造的基材；S200、采用短波长激光光源的激光诱导技术，在基材上制作石墨烯图像，制备感应层，所述感应层用于感受触摸压力；S300、采用短波长激光光源的激光诱导技术，在基材上制作石墨烯图像，制备驱动层，所述驱动层用于驱动所述感应层工作；S400、采用丝网印刷技术，在所述感应层或所述驱动层制备电路连通线路；S500、采用光学双面胶贴合所述感应层或所述驱动层，制造石墨烯触控器件。在超薄CPI薄膜上制备了石墨烯触控传感器，代替了原有PET基触控传感器，更有利于与柔性OLED器件集成，且摆脱了纳米银线柔性触摸屏使用中容易失效的问题。
Description
技术领域
本发明涉及触控器件技术领域，尤其涉及一种采用精密激光系统诱导制备超薄石墨烯触控器件的方法。
背景技术
近年来，随着基于4G和5G技术的智能手机终端的发展，手机屏幕采用边缘曲面设计，以及整体折叠设计成为行业发展方向。在发展曲面或折叠手机技术过程中，手机屏幕的显示、触控模组实现柔性或可折叠功能是必要条件。而在触控模组发展柔性、可折叠技术的过程中，石墨烯材料是具有举足轻重作用的重要材料。
石墨烯是二十一世纪发展起来的新兴战略性材料，具有柔软、稳定性好的突出优点，非常适合应用于导电薄膜。传统柔性触摸层制作方法中，首先大片制作柔性触控层，然后切割为单片，与由石墨烯油墨制作而成的柔性电路板(Flexible Printed Circuit，FPC)绑定，最后与单片制作的柔性防护盖板组装贴合制作成触控屏。但是，当前的石墨烯制备技术无法批量应用于柔性触控器件的制造，特别是应用于柔性触控显示一体化模组的制程，存在主要如下问题：CVD法制备的透明导电薄膜，制造成本高，掺杂稳定性存在诸多问题，导致无法大规模应用，且无法兼容柔性OLED(有机发光二极管)显示屏的制程。
背景技术部分的内容仅仅是发明人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。
发明内容
针对现有技术存在问题中的一个或多个，本发明提供了一种石墨烯触控器件制造方法，包括如下步骤：
S100、准备一片含碳薄膜作为触控器件制造的基材；
S200、采用短波长激光光源的激光诱导技术，在基材上制作石墨烯图像，制备感应层，所述感应层用于感受触摸压力；
S300、采用短波长激光光源的激光诱导技术，在基材上制作石墨烯图像，制备驱动层，所述驱动层用于驱动所述感应层工作；
S400、采用丝网印刷技术，在所述感应层或所述驱动层制备银浆导电层；
S500、采用光学双面胶贴合所述感应层或所述驱动层，制造石墨烯触控器件。
根据本发明的另一个方面，所述含碳薄膜为透明无色聚酰亚胺薄膜。
根据本发明的另一个方面，所述基材一面硬化处理，另一面制备所述感应层；还包括步骤：
S310、所述石墨烯图像周边预留连通边缘；
S320、所述感应层上涂布聚酰亚胺材质预聚体，亚胺化为透明的叠增膜层；
S330、采用短波长激光光源的激光诱导技术，在所述基材的所述叠增膜层上制作石墨烯图像，制备所述驱动层。
根据本发明的另一个方面，所述涂布方法包括悬涂、喷涂、狭缝式涂布方法；所述亚胺化条件为：280-350℃，10-180分钟；优选300℃，60分钟。所述叠增膜层薄膜厚度为2-15微米，优选10微米。
根据本发明的另一个方面，所述基材一面制备所述感应层，另一面制备所述驱动层；还包括步骤：
S510、在所述感应层上贴合透明无色聚酰亚胺盖板薄膜。
根据本发明的另一个方面，所述基材一面硬化处理，另一面制备所述感应层；还包括步骤：
S301、准备一片透明无色聚酰亚胺薄膜作为叠加膜层，所述叠加膜层上设置有贯通线路，用于连接所述驱动层和所述感应层；
S302、采用短波长激光光源的激光诱导技术，在所述叠加膜层上制作石墨烯图像，制备所述驱动层。
根据本发明的另一个方面，所述含碳薄膜基材厚度为10-150微米，优选为50微米。
根据本发明的另一个方面，所述激光诱导技术对所述基材进行处理,获得了触控器件的所述感应层石墨烯图像，所述石墨烯图像线条宽度为2-5微米；
所述激光诱导技术中参数范围为：波长为200-500纳米，激光脉冲时间为500皮秒-500毫秒，激光功率密度100-5000kW/cm2；优选为：波长405nm，激光脉冲时间为20微秒，激光功率密度为1000kW/cm2。
根据本发明的另一个方面，所述银浆导电层通过印刷或激光刻画制作连通电路。通过所述丝网印刷技术在所述感应层或所述驱动层上设置所述银浆导电层，所述银浆导电层保护银浆电极和银浆引线，所述银浆电极包括感应层搭接银浆电极和驱动层搭接银浆电极。通过印刷或激光刻画所述银浆电极设置在所述石墨烯图像边缘，所述银浆电极厚度为3-10微米，所述银浆引线宽度为10-300微米。
根据本发明的另一个方面，所述光学双面胶厚度为10-30微米，优选20微米，材质为丙烯酸胶粘剂或硅胶胶粘剂。
相对于现有技术，本发明专利采用新型激光诱导石墨烯(LIG)制备石墨烯触控器件，通过引入超细光斑(短波长)激光扫描系统，成功地在聚酰亚胺材料(PI)表面制备了石墨烯连续微细结构图案，并以此为基础形成了高性能、大面积石墨烯触控器件，从而满足市场和产业界对具备柔性、可折叠能力的石墨烯触控器件的需求。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是根据本发明的一个实施例的触控器件制备工艺示意图，包含基材叠增膜层；
图2是根据本发明的一个实施例的石墨烯触控器件的剖面示意图，包含基材叠增膜层；
图3是根据本发明的一个实施例的石墨烯触控器件的剖面示意图，包含基材叠加膜层。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"坚直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1-3所示，本发明的第一实施例提供一种石墨烯触控传感器制造方法，例如用于触控屏制作。该制造方法基于激光诱导石墨烯(LIG)制造方法。
下面结合实施例详细描述该制造方法。
实施例1：
如图1所示，A-F为工艺流程图，A、基材101准备；B、采用LIG技术制备感应层201；C、制备一层绝缘聚酰亚胺透明薄膜；D、采用LIG技术制备驱动层401；E、印刷制备银浆导电层；F、贴合光学双面胶601。
具体地，本发明的步骤包括：
步骤1：准备一片厚度为50微米的透明无色聚酰亚胺薄膜(CPI)作为基材101，基材101其中一面为硬化面，硬度达9H；
步骤2：在基材101硬化面的反面，采用短波长激光光源的激光诱导(LIG)石墨烯技术，制备石墨烯并形成石墨烯图案，作为感应层201，其中激光波长为405nm，激光脉冲时间为20微秒，激光功率密度为1000kW/cm2；
步骤3：在感应层201表面上，涂布一层CPI预聚体，并做亚胺化成透明膜层，作为叠增膜层301，在制备过程中需确保感应层201的石墨烯图案不被CPI预聚体覆盖，保持暴露状态，亚胺化条件为：300℃，60分钟；亚胺化后制备的基材101叠增膜层301薄膜厚度为10微米；
步骤4：在步骤3制备的叠增膜层301表面，采用短波长激光光源的激光诱导(LIG)石墨烯技术，制作石墨烯并形成石墨烯图案，作为驱动层401，其中激光波长为405nm，激光脉冲时间为20微秒，激光功率密度为1000kW/cm2；
步骤5：采用丝网印刷技术，在感应层201和驱动层401表面分别印刷制备超精细银浆(图案化银浆)与石墨烯图像边缘接触，作为银浆导电层。银浆导电层包括感应层201搭接银浆电极502、驱动层401搭接电极503和银浆引线，在石墨烯图案区银浆引线特征宽度为15微米，在FPC压合区银浆引线宽度为150微米；
经过如上步骤，可获得基材101/感应层201/叠增膜层301/驱动层401/银浆导电层结构；
步骤6：在银浆导电层上贴合光学双面胶601,形成完整的石墨烯触控器件，其中光学双面胶601的厚度为30微米。
实施例2：
如图1-2所示，根据本发明制造方法制备的石墨烯触控器件包括叠增膜层301，即绝缘层CP-2薄膜，同时可以利用激光刻蚀工艺完成丝网印刷的银浆导电层刻画；
具体地，本发明的步骤包括：
步骤1：准备一片厚度为60微米的透明无色聚酰亚胺薄膜(CPI)作为基材101，基材101其中一面为硬化面，硬度达9H；
步骤2：在基材101的非硬化面，采用短波长激光光源的激光诱导(LIG)石墨烯技术，制备石墨烯并形成石墨烯精细图案，作为感应层201，其中激光波长为405nm，激光脉冲时间为20微秒，激光功率密度为1000kW/cm2；
步骤3：在感应层201表面，涂布一层CPI预聚体，并做亚胺化成透明膜层，作为叠增膜层301，制备过程中需确保相应边缘的石墨烯层不被CPI预聚体覆盖，保持暴露状态，亚胺化条件为：300℃，60分钟；亚胺化后制备的基材101叠增膜层301薄膜厚度为10微米左右；
步骤4：在步骤3制备的叠增膜层301表面，采用短波长激光光源的激光诱导(LIG)石墨烯技术，制作石墨烯并形成石墨烯精细图案，作为驱动层401，其中激光波长为405nm，激光脉冲时间为20微秒，激光功率密度为1000kW/cm2，形成基材101/感应层201/叠增膜层301/驱动层401结构；
步骤5：采用丝网印刷技术，在感应层201和驱动层401表面分别印刷制备超精细银浆(图案化银浆)与石墨烯图像边缘接触，作为银浆导电层。银浆导电层包括感应层201搭接银浆电极502、驱动层401搭接电极503和银浆引线；
步骤6：采用激光刻蚀工艺，对步骤5印刷的银浆导电层进行刻画处理，刻画化后，在石墨烯图案区银浆引线特征宽度为15微米，在FPC压合区银浆引线宽度为150微米；
经过如上步骤，可获得基材101/感应层201/叠增膜层301/驱动层401/银浆导电层结构；
步骤7：在银浆导电层表面，贴合光学双面胶601,形成完整的石墨烯触控器件，其中光学双面胶601厚度为30微米。
实施例3：
如图3所示，根据本发明制造方法制备的石墨烯触控器件包括叠加膜层3010；
具体地，本发明的步骤包括：
步骤1：准备一片厚度为50微米的透明无色聚酰亚胺薄膜(CPI)作为基材101，基材101其中一面为硬化面，硬度达9H；
步骤2：在基材101的非硬化面，采用短波长激光光源的激光诱导(LIG)石墨烯技术，制做石墨烯并形成石墨烯精细图案，作为感应层201，其中激光波长为405nm，激光脉冲时间为20微秒，激光功率密度为1000kW/cm2；
步骤3：在感应层201一侧，采用丝网印刷技术，在感应层201表面印刷超精细银浆(图案化银浆)与石墨烯图像边缘接触，包括感应层201搭接银浆电极502和银浆引线，在石墨烯图案区银浆引线特征宽度为15微米，在FPC压合区银浆引线宽度为150微米，形成基材101/感应层201/银浆导电层结构；
步骤4：选用20微米厚超薄CPI薄膜作为叠加膜层3010，其中一面采用短波长激光光源的激光诱导(LIG)石墨烯技术，制作石墨烯并形成石墨烯精细图案，作为驱动层401，其中激光波长为405nm，激光脉冲时间为20微秒，激光功率密度为1000kW/cm2；
步骤5：在驱动层401一面，印刷制备精细银浆导电层，且确保银浆导电层与驱动层401石墨烯图案边缘接触，包括驱动层401搭接银浆电极503和银浆引线，银浆电极厚度为3微米，在石墨烯图案区银浆引线特征宽度为15微米，在FPC压合区银浆引线宽度为150微米；完成驱动层401制备后，贴合光学双面胶601，形成叠加膜层3010/驱动层401/银浆导电层/光学双面胶601结构；
步骤6：将步骤3制备的基材101/感应层201/银浆导电层，通过叠加光学胶层701与步骤5制备的叠加膜层3010/驱动层401/银浆导电层/光学双面胶601进行贴合，，叠加光学胶层701是光学双面胶构成的，形成基材101/感应层201/银浆导电层/叠加光学胶层701/叠加膜层3010/驱动层401/银浆导电层/光学双面胶601结构，即获得了完备的石墨烯电容式触控器件。
相比较传统PET/ITO基触控传感器，其耐弯折性能更加优异。下表是本发明实施例1，2，3所制备的CPI基柔性触控器件，与传统PET/ITO基(对比例)石墨烯柔性触控器件的耐弯折性测试对比，测试条件为：在曲率半径3mm(R3)下，180°反复弯折测试，考察了外观、功能完备情况下的耐弯折次数。其中，对比例1采用总厚度为100微米的DIO结构触控器件，其结构为PET盖板(50微米)/OCA(20微米)/PET-ITO-银浆(30微米)。
表1本发明与对比例触控器件耐弯折性测试结果
| 序号 | 样品 | 耐弯折次数 | 备注 |
| 1 | 实施例1 | >50000 | |
| 2 | 实施例2 | >50000 | |
| 3 | 实施例3 | >50000 | |
| 4 | 对比例 | 2000 | ITO出现裂纹，器件失效 |
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种石墨烯触控器件制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
S100、准备一片含碳薄膜作为触控器件制造的基材；
S200、采用短波长激光光源的激光诱导技术，在基材上制作石墨烯图像，制备感应层，所述感应层用于感受触摸压力；
S300、采用短波长激光光源的激光诱导技术，在基材上制作石墨烯图像，制备驱动层，所述驱动层用于驱动所述感应层工作；
S400、采用丝网印刷技术，在所述感应层或所述驱动层制备银浆导电层；
S500、采用光学双面胶贴合所述感应层或所述驱动层，制造石墨烯触控器件。
2.根据权利要求1所述的石墨烯触控器件制造方法，其特征在于，
所述含碳薄膜为透明无色聚酰亚胺薄膜。
3.根据权利要求2所述的石墨烯触控器件制造方法，其特征在于，
所述基材一面硬化处理，另一面制备所述感应层；
还包括步骤：
S310、所述石墨烯图像周边预留连通边缘；
S320、所述感应层上涂布聚酰亚胺材质预聚体，亚胺化为透明的叠增膜层；
S330、采用短波长激光光源的激光诱导技术，在所述基材的所述叠增膜层上制作石墨烯图像，制备所述驱动层。
4.根据权利要求3所述的石墨烯触控器件制造方法，其特征在于，
所述涂布方法包括悬涂、喷涂、狭缝式涂布方法。
5.根据权利要求4所述的石墨烯触控器件制造方法，其特征在于，
所述亚胺化条件为：280-350℃，10-180分钟；优选300℃，60分钟。所述叠增膜层薄膜厚度为2-15微米，优选10微米。
6.根据权利要求2所述的石墨烯触控器件制造方法，其特征在于，
所述基材一面硬化处理，另一面制备所述感应层；
还包括步骤：
S301、准备一片透明无色聚酰亚胺薄膜作为叠加膜层；
S302、采用短波长激光光源的激光诱导技术，在所述叠加膜层上制作石墨烯图像，制备所述驱动层。
7.根据权利要求1～6任一所述的石墨烯触控器件制造方法，其特征在于，
所述基材厚度为10-150微米。
8.根据权利要求1～7任一所述的石墨烯触控器件制造方法，其特征在于，
所述激光诱导技术对所述基材进行处理,获得了触控器件的所述感应层石墨烯图像，所述石墨烯图像线条宽度为2-5微米；
所述激光诱导技术中参数范围为：波长为200-500纳米，激光脉冲时间为500皮秒-500毫秒，激光功率密度100-5000kW/cm2；优选为：波长405nm，激光脉冲时间为20微秒，激光功率密度为1000kW/cm2。
9.根据权利要求1～8任一所述的石墨烯触控器件制造方法，其特征在于，
所述银浆导电层通过印刷或激光刻画制作连通电路。
10.根据权利要求1～9任一所述的石墨烯触控器件制造方法，其特征在于，
所述光学双面胶厚度为10-30微米，优选20微米。
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