CN112035015A - 一种基于增材制造技术的石墨烯触控器件制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于增材制造技术的石墨烯触控器件制备方法，包括如下步骤：S100、准备一片基材，基材一面硬化处理，另一面采用激光诱导技术，制备感应层；S200、在感应层上的石墨烯图形区域采用增材制造技术制备聚酰亚胺材质预聚体，亚胺化为透明的第一叠增膜层；在第一叠增膜层的四周采用激光诱导技术制备石墨烯通道，用于电气连通；在感应层上增材制造聚酰亚胺材质预聚体，亚胺化为透明的第二叠增膜层；第一叠增膜层和第二叠增膜层厚度相同，组成基材的叠增膜层。S300、采用激光诱导技术，在叠增膜层制备驱动层；S500、在驱动层上贴合光学双面胶，依次组合制备获得石墨烯触控器件，实现了石墨烯触控器件内部感应层和驱动层之间的电气连接。

Description

一种基于增材制造技术的石墨烯触控器件制备方法
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结合增材制造技术完成石墨烯触控器件制备的方法。
背景技术
目前，市面上的触控器件多为电容式，多采用透明电极材料氧化铟锡制备。石墨烯作为一种仅有原子厚度的新型二维材料，在触控屏的应用研究中越来越受到重视。
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。石墨烯电容式触摸屏的工艺包括：石墨烯的转移、改性、图形化和电容屏模组制备四个过程。首先大片转移制作柔性触控层，石墨烯薄膜的转移方法很多，目前使用最多的有两类：基于PMMA牺牲层的转移方法和热释胶带转移方法；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。石墨烯可以由激光诱导(LIG)技术在含碳薄膜表面制作而成。但是，石墨烯图形的电气连接部分必须在膜外完成，增加了触控器件自身的制造难度。
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，本发明提供了一种基于增材制造技术的石墨烯触控器件制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S100、准备一片透明无色聚酰亚胺薄膜作为触控器件制造的基材，所述基材一面硬化处理，另一面采用激光诱导技术，在所述基材上制作石墨烯图形，制备感应层，所述感应层用于感受触摸压力；采用丝网印刷技术，在所述感应层制备电路连通线路；
步骤S200、在所述感应层上的石墨烯图形区域采用增材制造技术制备聚酰亚胺材质预聚体，亚胺化为透明的第一叠增膜层；在所述第一叠增膜层的四周采用激光诱导技术制备石墨烯通道，用于电气连通；在所述感应层上增材制造聚酰亚胺材质预聚体，亚胺化为透明的第二叠增膜层；所述第一叠增膜层和所述第二叠增膜层厚度相同，组成所述基材的叠增膜层。
步骤S300、采用激光诱导技术，在所述叠增膜层远离所述基材的一面上制作石墨烯图形，制备驱动层,所述驱动层用于驱动所述感应层工作；采用丝网印刷技术，在所述驱动层制备电路连通线路；
步骤S500、在所述驱动层上贴合光学双面胶；所述基材、感应层、叠层膜层、驱动层、光学双面胶依次组合制备获得石墨烯触控器件。
在本发明的一个方面，所述增材制造方法包括3D打印、悬涂、喷涂、狭缝式涂布方法。
在本发明的一个方面，所述亚胺化条件为：280-350℃，10-180分钟；优选300℃，60分钟。
在本发明的一个方面，所述叠增膜层厚度为2-15微米，优选10微米。
在本发明的一个方面，所述石墨烯通道位于所述第一叠增膜层和所述第二叠增膜层之间，由激光诱导制备，在所述叠加膜层厚度方向上整体贯通。
在本发明的一个方面，所述石墨烯通道直径范围为2-6微米，优选为3微米。
在本发明的一个方面，所述基材厚度为10-150微米。
在本发明的一个方面，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。
在本发明的一个方面，所述丝网印刷技术在所述感应层或所述驱动层布置银浆电极和银浆引线，通过印刷或激光刻蚀，制作所述电路连通线路；
优选地，所述银浆电极设置在所述石墨烯图像周边，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。
在本发明的一个方面，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，本发明专利具有如下的有益效果：
1、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；
2、采用新型激光诱导石墨烯(LIG)制备石墨烯触控器件的同时结合了增材制造技术，分区域完成增材膜层的制备，在叠增膜层的四周采用新型激光诱导石墨烯(LIG)制备石墨烯通道，实现了石墨烯触控器件内部感应层和驱动层之间的电气连接，保证了石墨烯触控器件柔性的同时保证了石烯膜图形电气的内部连接。
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。
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1-2所示，本发明提供了一种基于增材制造技术的石墨烯触控触控器件制备方法，例如用于触控屏制作。该制造方法基于激光诱导石墨烯(LIG)制造方法和增材制造技术。
下面参考图1-2细描述该制造方法。
如图1所示，A-G为工艺流程图，A、基材101准备；B、采用LIG技术制备感应层201,印刷制备银浆电极601；C、制备绝缘聚酰亚胺透明薄膜作为第一叠增膜层3011；D、采用LIG技术制备石墨烯通道3010；E、制备绝缘聚酰亚胺透明薄膜作为第二叠增膜层3012；F、采用LIG技术制备驱动层401,印刷制备银浆电极601；G、贴合光学双面胶501。
在工艺过程中，具体的步骤包括：
步骤S100、准备一片透明无色聚酰亚胺薄膜作为触控器件制造的基材101，基材101一面硬化处理，另一面采用激光诱导技术，在基材101上制作石墨烯图形，制备感应层201，感应层201用于感受触摸压力；采用丝网印刷技术，在感应层201制备电路连通线路；在透明无色聚酰亚胺(CPI)薄膜上制备了石墨烯触控传感器，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。
步骤S200、在感应层201上完成含有石墨烯通道3010的叠增膜层301的制备。具体步骤包括：
步骤S210、在感应层201上的石墨烯图形区域采用增材制造技术制备聚酰亚胺材质预聚体，亚胺化为透明的第一叠增膜层3011；
步骤S220、在第一叠增膜层3011的四周采用激光诱导技术制备石墨烯通道3010，用于电气连通；
步骤S230、在感应层201上增材制造聚酰亚胺材质预聚体，亚胺化为透明的第二叠增膜层3012；第一叠增膜层3011和第二叠增膜层3012厚度相同，组成基材101的叠增膜层301。
步骤S300、采用激光诱导技术，在叠增膜层301远离基材101的一面上制作石墨烯图形，制备驱动层401,驱动层401用于驱动感应层201工作；采用丝网印刷技术，在驱动层401制备电路连通线路；
步骤S500、在驱动层401上贴合光学双面胶501；基材101、感应层201、叠层膜层、驱动层401、光学双面胶501依次组合制备获得石墨烯触控器件。
在制备过程中，增材制造方法包括3D打印、悬涂、喷涂、狭缝式涂布方法。石墨烯通道3010位于第一叠增膜层3011和第二叠增膜层3012之间，由激光诱导制备，在叠加膜层厚度方向上整体贯通。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。制作过程更简单，结合3D打印等增材制造完成叠增膜层制作，在膜层各部分之间制备用于电气联通的石墨烯通道，能够降低石墨烯触控器件整体的复杂程度，保证整体性。
实施例1：
在具体实施例中，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-1)作为触控器件基材101，CPI-1其中一面为硬化面，硬度达9H；
步骤2：在基材101(CPI-1)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精细图案，制备为感应层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CPI-1/石墨烯表面，采用3D打印的方式在基材101上增加一层CPI预聚体，并做亚胺化成透明CPI-2膜层，制备为叠增膜层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，方便后学在石墨烯图形边缘制备石墨烯通道3010，亚胺化条件为：300℃，60分钟。亚胺化后制备的基材叠增膜层301薄膜厚度为10微米；本步骤采用涂布方式依次完成第一叠增膜层3011和第二叠增膜层3012的增材制造制备。
步骤4：在步骤3制备的CPI-2薄膜表面，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，制备为驱动层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CPI-1/石墨烯/CPI-2/石墨烯结构；
步骤5：采用丝网印刷技术，在CPI-1/石墨烯/CPI-2/石墨烯结构表面，印刷制备超精细银浆(图案化银浆)，且确保银浆电极601与相应石墨烯边缘接触。银浆电极厚度为3微米，银浆线条特征宽度为15微米(即银浆引线)，在FPC压合区的银浆引线宽度为150微米。
经过如上步骤，可获得CPI-1/石墨烯/CPI-2/石墨烯/银浆电极结构；
步骤6：在CPI-1/石墨烯/CPI-2/石墨烯/银浆电极结构的银浆电极表面，贴合光学双面胶OCA1601,形成完整的石墨烯触控器件，其中光学双面胶OCA1601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，即绝缘层CPI-2薄膜，同时利用激光刻蚀工艺完成丝网印刷的银浆电极图案化；
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-1)作为触控器件基材101，CPI-1其中一面为硬化面，硬度达9H；
步骤2：在基材101(CPI-1)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，制备为感应层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CPI-1/石墨烯表面，采用涂布的增材制造方式增设一层CPI预聚体，并做亚胺化成透明CPI-2膜层，制备为叠增膜层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叠增膜层301薄膜厚度为10微米；
步骤4：在步骤3制备的CPI-2薄膜表面，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，制备为驱动层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CPI-1/石墨烯/CPI-2/石墨烯结构；
步骤5：采用丝网印刷技术，在CPI-1/石墨烯/CPI-2/石墨烯结构表面，印刷制备超精细银浆(图案化银浆)，且确保银浆电极601与相应石墨烯边缘接触。银浆电极厚度为3微米。
步骤6：采用激光刻蚀工艺，对步骤5印刷的银浆电极进行图案化处理，包括感应层搭接银浆电极502和驱动层搭接电极503。图案化的银浆电极线条特征宽度为15微米(即银浆引线)，FPC压合区宽度为150微米。
经过如上步骤，可获得CPI-1/石墨烯/CPI-2/石墨烯/银浆电极结构；
步骤7：在CPI-1/石墨烯/CPI-2/石墨烯/银浆电极结构的银浆电极表面，贴合光学双面胶OCA1601,形成完整的石墨烯触控器件，其中光学双面胶OCA1的厚度为30微米。
本发明提供的基于增材制造技术的石墨烯触控器件自身性能更优，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所制备的柔性石 墨烯触控器件，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 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)

1.一种基于增材制造技术的石墨烯触控器件制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S100、准备一片透明无色聚酰亚胺薄膜作为触控器件制造的基材，所述基材一面硬化处理，另一面采用激光诱导技术，在所述基材上制作石墨烯图形，制备感应层，所述感应层用于感受触摸压力；采用丝网印刷技术，在所述感应层制备电路连通线路；
步骤S200、在所述感应层上的石墨烯图形区域采用增材制造技术制备聚酰亚胺材质预聚体，亚胺化为透明的第一叠增膜层；在所述第一叠增膜层的四周采用激光诱导技术制备石墨烯通道，用于电气连通；在所述感应层上增材制造聚酰亚胺材质预聚体，亚胺化为透明的第二叠增膜层；所述第一叠增膜层和所述第二叠增膜层厚度相同，组成所述基材的叠增膜层。
步骤S300、采用激光诱导技术，在所述叠增膜层远离所述基材的一面上制作石墨烯图形，制备驱动层,所述驱动层用于驱动所述感应层工作；采用丝网印刷技术，在所述驱动层制备电路连通线路；
步骤S500、在所述驱动层上贴合光学双面胶；所述基材、感应层、叠层膜层、驱动层、光学双面胶依次组合制备获得石墨烯触控器件。
2.根据权利要求1所述的基于增材制造技术的石墨烯触控器件制备方法，其特征在于，
所述增材制造方法包括3D打印、悬涂、喷涂、狭缝式涂布方法。
3.根据权利要求2所述的基于增材制造技术的石墨烯触控器件制备方法，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。
4.根据权利要求3所述的基于增材制造技术的石墨烯触控器件制备方法，其特征在于，
所述叠增膜层厚度为2-15微米，优选10微米。
5.根据权利要求1～4任一所述的基于增材制造技术的石墨烯触控器件制备方法，其特征在于，
所述石墨烯通道位于所述第一叠增膜层和所述第二叠增膜层之间，由激光诱导制备，在所述叠加膜层厚度方向上整体贯通。
6.根据权利要求1～5任一所述的基于增材制造技术的石墨烯触控器件制备方法，其特征在于，
所述石墨烯通道直径范围为2-6微米，优选为3微米。
7.根据权利要求1～6任一所述的基于增材制造技术的石墨烯触控器件制备方法，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任一所述的基于增材制造技术的石墨烯触控器件制备方法，其特征在于，
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任一所述的基于增材制造技术的石墨烯触控器件制备方法，其特征在于，
所述丝网印刷技术在所述感应层或所述驱动层布置银浆电极和银浆引线，通过印刷或激光刻蚀，制作所述电路连通线路；
优选地，所述银浆电极设置在所述石墨烯图像周边，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。
10.根据权利要求1～9任一所述的基于增材制造技术的石墨烯触控器件制备方法，其特征在于，
所述光学双面胶厚度为10-30微米，优选20微米，材质为丙烯酸胶粘剂或硅胶胶粘剂。
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