CN203250299U - 一种石墨烯电容式触摸屏 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种石墨烯电容式触摸屏，所述触摸屏的透明导电薄膜由两层不同图案方向的石墨烯薄膜贴合而成。本实用新型实现了石墨烯电容触摸屏的多点触控功能；显著降低了触摸屏的生产成本；避免了在加工过程中，因PET基材弯曲而造成的损坏；避免了复杂、高成本的黄光制程，在视窗触控区感测电极图案形成过程中，只采用激光直写刻蚀或金属掩膜加反应离子刻蚀，制作工艺方便快捷、高效。

Description

一种石墨烯电容式触摸屏

技术领域

本实用新型涉及一种电容式触摸屏，具体涉及一种基于石墨烯薄膜的可实现多点触控功能的电容式触摸屏，更涉及一种以石墨烯透明导电薄膜为电极材料的多点触控电容式触摸屏，属于触摸屏技术领域。 

背景技术

触摸屏是一种输入设备，能够方便实现人与计算机及其它便携式移动设备的交互作用。而多点触摸技术，能构成一个触摸屏（屏幕，桌面，墙壁等）或触控板，同时接受来自屏幕上多个点进行计算机的人机交互操作。用户可通过双手进行单点触摸，也可以以单击、双击、平移、按压、滚动以及旋转等不同手势触摸屏幕，实现随心所欲地操控，从而更好更全面地了解对象的相关特征（文字、录像、图片、卫片、三维模拟等信息）。 

在触摸屏结构中，透明导电薄膜是必不可少的触摸感应单元，其作用是生成触控信号，并将触控信号输出到IC芯片；同时保证透光率，使使用者能够看到画面。因此，用作透明导电薄膜的材料必须同时满足两种条件：①对可见光（波长λ在380～760nm范围内）的透射率高，可见光的平均透过率T_avg＞80%；②电导率高，电阻率在10^-3Ω·cm以下，才能使用在透明导电膜电极上。 

现有技术中，ITO用作电容式触摸屏的透明导电薄膜具有较高的导电性和透明度，能基本满足触摸屏对导电性和透明度的要求，但是ITO透明导电薄膜仍然存在很多难以克服的困难：（1）ITO很脆易碎，应用时容易被磨损或者在弯曲时出现裂纹、脱落而影响使用寿命，尤其是以塑胶基片为基材时，此问题更加突出；（2）ITO成膜后需要高温处理才能达到高导电性，当使用塑胶基片时，由 于受处理温度限制，薄膜导电性和透明度均较低；（3）受原材料、生产设备和工艺的影响，ITO薄膜越来越昂贵；同时，ITO的主要成分—铟的储量有限，将面临资源枯竭；另外，ITO的成膜工艺必须使用高质量的ITO靶材，而高质量ITO靶材生产技术主要控制在日本、美国、欧洲等国家。因此，寻找合适的ITO替代材料成为当前亟待解决的难题。 

石墨烯（Graphene）是一种有sp2杂化碳原子组成的六角型呈蜂巢状的二维纳米材料，具有高达97.4%的透射率，且在可见光波段与波长无关，透射光谱几乎为平坦状态；而在透过率维持在95%范围内时，方块电阻仍可达到125Ω/□，已经达到了工业界透明电极的质量标准（400～900Ω/□）；同时，石墨烯的色调完全无色；能够在触摸屏上忠实地再现图像颜色。 

但在实际应用中，基于石墨烯薄膜的触摸屏无法通过电极膜层图案化后进行金属搭桥等操作的方式应用如菱形图案等复杂图案，如果采用单层复杂图案如毛毛虫图形，则激光精细刻划过程良率很低，耗时过长。因此只能采用简单的三角形图案进行单点触控，无法实现多点触控功能，严重限制了石墨烯在触摸屏领域的应用。 

因此，如何实现基于石墨烯导电薄膜的多点触控电容式触摸屏是限制石墨烯应用于触摸屏的一个技术壁垒，是本领域一个亟待解决的问题。 

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种石墨烯电容式触摸屏，用以解决基于石墨烯薄膜的电容式触摸屏无法实现多点触控的问题。 

本实用新型的目的在于提供一种石墨烯电容式触摸屏，所述触摸屏的透明导电薄膜由两层不同图案方向的石墨烯薄膜贴合而成。 

本实用新型所述的电容式触摸屏以石墨烯薄膜作为透明导电薄膜，能够依 托于石墨烯薄膜良好的电学和光学性能，获得性能优异的电容式触摸屏；同时，通过设置两层不同图案方向的相互叠加的石墨烯薄膜作为透明导电薄膜，来实现多点触控的目的。 

本实用新型是通过如下技术方案实现的： 

一种石墨烯电容式触摸屏由下至上依次包括： 

（i）薄膜传感器，用于感知触摸位置； 

（ii）玻璃盖板，贴合在薄膜传感器上，用于保护薄膜传感器； 

其中，所述触摸屏的功能区域划分包括：用于感知触摸位置和观察屏幕的视窗触控区，和用于传输感知信号的引线电极区；所述触摸屏的功能区域划分如图1所示（图1为本实用新型所述触摸屏的功能区域划分示意图）； 

其中，薄膜传感器由第一感应板和第二感应板同向贴合而成； 

其中，感应板由下至上依次包括基板、沉积在基板上的石墨烯透明导电薄膜和沉积在引线电极区的金属薄膜； 

其中，第一感应板的石墨烯透明导电薄膜和金属薄膜具有沿第一方向延伸的图案；第二感应板的石墨烯透明导电薄膜和金属薄膜具有沿第二方向延伸的图案。 

本实用新型所述电容式触摸屏是通过第一感应板感应第一方向的触摸位置（例如水平方向的触摸位置），通过第二感应板感应第二方向的触摸位置（例如垂直方向的触摸位置），并将两个方向的触摸信号结合，得到触摸的具体位置和/或动作。 

本实用新型所述第一方向和第二方向的具体方向没有限定，优选为X方向（水平方向）和Y方向（竖直方向）。 

优选地，所述石墨烯透明导电薄膜为原子层数为1-10层的石墨烯，所述石 墨烯薄膜的可见光的光学透过率≥85%。典型但非限制性的，本实用新型所述石墨烯透明导电薄膜的石墨烯的原子层数为2层、3层、4层、5层、6层、7层、8层等；所述石墨烯透明导电薄膜的可见光的光学透过率为86%、88%、90%、92%、93%等。 

优选地，所述金属薄膜的厚度为30-350nm，例如32nm、37nm、45nm、70nm、88nm、120nm、145nm、160nm、195nm、220nm、248nm、260nm、290nm、305nm、345nm等，优选厚度为50-300nm。 

优选地，所述第一感应板、第二感应板和玻璃盖板之间的贴合采用OCA光学胶进行。 

OCA（Optically Clear Adhesive）光学胶，是用于胶结透明光学元件（如镜头等）的特种粘胶剂，要求具有无色透明、光透过率在90%以上、胶结强度良好，可在室温或中温下固化，且有固化收缩小等特点。简而言之，OCA光学胶就是具有光学透明的一层特种双面胶，是本领域容易获得的一种原料。 

优选地，所述第一感应板和第二感应板中，石墨烯透明导电薄膜的图案为菱形、六边形和田字形中的任意1种。 

优选地，所述基板选自玻璃基板或PET基板。 

PET基板由PET塑料构成；PET塑料（Polyethylene terephthalate）是聚对苯二甲酸类塑料，主要包括聚对苯二甲酸乙二酯PET和聚对苯二甲酸丁二酯PBT。 

优选地，第一感应板和第二感应板通过电连接，将接受的信号传输给IC芯片。 

本实用新型所述电连接的作用是将第一感应板和第二感应板所产生的触摸信号共同传输给IC芯片，计算出触摸的位置和相应的操作，电连接的选择形式 本领域技术人员可以根据自己掌握的专业知识和实际情况进行选择。优选地，本实用新型所述电连接为通过柔性电路板连接。 

柔性电路板简称软板或FPC，是以聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材制成的一种具有高度可靠性，绝佳的可挠性印刷电路板，具有配线密度高、重量轻、厚度薄的特点。 

IC芯片（Integrated Circuit集成电路）是将大量的微电子元器件（晶体管、电阻、电容、二极管等）形成的集成电路放在一块塑基上，做成的一块芯片。 

作为优选技术方案，本实用新型所述触摸屏的结构由下自上依次包括：第二感应板的基板、第二感应板的石墨烯透明导电薄膜、第二感应板引线电极区的金属薄膜、OCA光学胶、第一感应板的基板、第一感应板的石墨烯透明导电薄膜、第一感应板引线电极区的金属薄膜、OCA光学胶和玻璃盖板； 

其中，第一感应板和第二感应板的引线电极区的引线通过柔性电路板与IC芯片连接。 

作为优选技术方案，本实用新型所述触摸屏的结构由下至上依次包括：第二感应板（122）的玻璃基板（1223）、第二感应板（122）的石墨烯透明导电薄膜（1224）、第二感应板（122）引线电极区的金属铜薄膜（1225）、OCA光学胶（130）、第一感应板（121）的玻璃基板（1213）、第一感应板（121）的石墨烯透明导电薄膜（1214）、第一感应板（121）引线电极区的金属铜薄膜（1215）、OCA光学胶（130）和玻璃盖板（110）； 

其中，第一感应板（121）和第二感应板（122）的引线电极区的引线通过柔性电路板（150）与IC芯片（140）连接。 

作为可选技术方案，所述触摸屏的结构由下至上依次包括：第二感应板（122）的PET基板（1223）、第二感应板（122）的石墨烯透明导电薄膜（1224）、 第二感应板（122）引线电极区的镍铜合金薄膜（1225）、OCA光学胶（130）、第一感应板（121）的PET基板（1213）、第一感应板（121）的石墨烯透明导电薄膜（1214）、第一感应板（121）引线电极区的镍铜合金薄膜（1215）、OCA光学胶（130）和玻璃盖板（110）； 

其中，第一感应板（121）和第二感应板（122）的引线电极区的引线通过柔性电路板（150）与IC芯片（140）连接。 

本实用新型所述的电容式触摸屏的制备方法，包括如下步骤： 

（1）提供两个基板； 

（2）分别在基板上整版覆盖石墨烯透明导电薄膜； 

（3）再分别在步骤（2）得到的基板上的引线电极区沉积金属薄膜； 

（4）将步骤（3）得到的两个基板进行整版图案化，得到感应板；其中，图案沿第一方向延伸的是第一感应板，图案沿第二方向延伸的是第二感应板； 

（5）将第一感应板和第二感应板通过OCA光学胶同向贴合在一起；并将第一感应板和第二感应板进行电连接，得到薄膜传感器； 

（6）将步骤（5）得到的薄膜传感器贴合到玻璃盖板上，得到基于石墨烯薄膜的多点触控电容触摸屏。 

所述“同向贴合”的意思是指第一感应板和第二感应板均是以结构“金属薄膜/石墨烯透明导电薄膜/基板”进行叠合。 

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果： 

（1）采用特定的触摸屏层状结构，实现了石墨烯电容触摸屏的多点触控功能； 

（2）使用石墨烯薄膜替代了ITO薄膜，显著降低了触摸屏的生产成本； 

（3）采用石墨烯导电薄膜作为触控区电极，取代了传统ITO薄膜，可以显 著提高视窗触控区的光透过性和阻抗均匀性； 

（4）采用的石墨烯导电薄膜是柔性的，避免了在加工过程中，因PET基材弯曲而造成的损坏。 

（5）避免了复杂、高成本的黄光制程，在视窗区感测电极图案形成过程中，只采用激光直写刻蚀或金属掩膜加反应离子刻蚀，制作工艺方便快捷、高效。 

（6）规避了采用金属搭桥的双层结构设计以及采用复杂蚀刻图案的单层图案设计，易于石墨烯材料在触摸屏结构中的加工制作，提高了良率及生产效率。 

附图说明

图1为本实用新型所述触摸屏的功能区域划分示意图； 

图2为本实用新型所述电容式触摸屏的剖面结构示意图； 

图3为本实用新型所述感应板的剖面结构示意图； 

图4为本实用新型所述电容式触摸屏的正视结构示意图； 

图5为本实用新型一种实施方式所述电容式触摸屏的剖面结构示意图； 

图6为本实用新型另一种实施方式所述电容式触摸屏的剖面结构示意图； 

其中，210-视窗触控区；220-引线电极区； 

110-玻璃盖板；120-薄膜传感器；130-OCA光学胶；121-第一感应板；122-第二感应板； 

123-基板；124-石墨烯透明导电薄膜；125-金属薄膜； 

140-IC芯片；150-柔性电路板； 

1223-第二感应板的基板；1224-第二感应板的石墨烯透明导电薄膜；1225-第二感应板引线电极区的金属薄膜；1214-第一感应板的石墨烯透明导电薄膜；1215-第一感应板引线电极区的金属薄膜；1213-第一感应板的基板。 

具体实施方式

本实用新型提供了一种能够实现多点触控的基于石墨烯透明导电薄膜的电容式触摸屏，由下至上依次包括第一感应板121、OCA光学胶130、第二感应板122、OCA光学胶130和玻璃盖板110；图2为本实用新型所述电容式触摸屏的剖面结构示意图； 

其中，感应板（包括第一感应板121和第二感应板122）包括基板123，依次沉积于基板上的透明导电薄膜124和引线电极区220的金属薄膜125；第一感应板121和第二感应板122分别具有沿第一方向和第二方向延伸的图案；图3为本实用新型所述感应板的剖面结构示意图。触摸屏还包括将第一感应板121和第二感应板122电连接的柔性电路板150，以及接收处理信号的IC芯片140；图4为本实用新型所述电容式触摸屏的正视结构示意图。 

所述电容式触摸屏的工作原理为：第一感应板121可以感知第一方向上的触摸位置；第二感应板122可以感知第二方向的触摸位置；两个感应板将所感知到的触摸位置的信号通过电连接装置（柔性电路板150）传输给IC芯片140，得出触摸位置的具体信息。 

另外，本实用新型还公开了一种所述电容式触摸屏的制备方法，包括如下步骤： 

（1）提供两个基板123； 

（2）制备石墨烯透明导电薄膜124，并将石墨烯透明导电薄膜124转移至基板123上，使基板123上整版覆盖石墨烯透明导电薄膜124； 

（3）分别在步骤（2）得到的基板上的引线电极区220沉积金属薄膜125； 

（4）将步骤（3）得到的两个依次沉积有石墨烯透明导电薄膜124和金属薄膜125的基板进行整版图案化，得到感应板（121，122）；其中，图案沿第一方向延伸的是第一感应板121，图案沿第二方向延伸的是第二感应板122； 

（5）将第一感应板121和第二感应板122通过OCA光学胶130同向贴合在一起；并将第一感应板121和第二感应板122通过柔性电路板150进行电连接，得到薄膜传感器120； 

（6）将步骤（5）得到的薄膜传感器120贴合到玻璃盖板110上，得到基于石墨烯薄膜的多点触控电容触摸屏。 

为了使本实用新型的目的，技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。 

实施例1 

一种基于石墨烯透明导电薄膜的能够实现多点触控操作的电容式触摸屏，由下至上依次包括： 

第二感应板122的基板1223、第二感应板122的石墨烯透明导电薄膜1224、第二感应板122引线电极区的金属薄膜1225； 

OCA光学胶130； 

第一感应板121的基板1213、第一感应板121的石墨烯透明导电薄膜1214、第一感应板121引线电极区的金属薄膜1215； 

OCA光学胶130； 

和玻璃盖板110； 

其中，第一感应板121和第二感应板122的引线电极区220的引线通过柔性电路板150与IC芯片140连接。 

图5为实施例1所述电容式触摸屏的剖面结构示意图； 

本实施例中，所述电容式触摸屏的制备方法，包括如下步骤： 

（1）提供两个基板； 

（2）在1000℃左右高温下，于管式炉中裂解甲烷、乙炔等碳源气体，在铜箔表面生长形成石墨烯透明导电薄膜，所述石墨烯透明导电薄膜为1～10个原子层的石墨烯，可见光的光学透过率≥85%；然后通过PMMA转移法将石墨烯透明导电薄膜转移至基板上，使基板上整版覆盖石墨烯透明导电薄膜； 

（3）分别在步骤（2）得到的基板上的引线电极区沉积金属薄膜，所述金属薄膜的厚度为30～350nm； 

（4）将步骤（3）得到的两个依次沉积有石墨烯透明导电薄膜和金属薄膜的基板进行整版图案化，得到感应板；其中，图案沿水平方向延伸的是第一感应板，图案沿竖直方向延伸的是第二感应板； 

（5）将第一感应板和第二感应板通过OCA光学胶同向贴合在一起；并将第一感应板和第二感应板通过柔性电路板进行电连接，得到薄膜传感器； 

（6）将步骤（5）得到的薄膜传感器贴合到玻璃盖板上，得到基于石墨烯薄膜的多点触控电容触摸屏。 

实施例2 

一种基于石墨烯透明导电薄膜的能够实现多点触控操作的电容式触摸屏，与实施例1的区别在于，第二感应板和第一感应板的上下顺序颠倒，所述电容式触摸屏由下至上依次包括： 

第一感应板121的基板1213、第一感应板121的石墨烯透明导电薄膜1214、第一感应板121引线电极区的金属薄膜1215； 

OCA光学胶130； 

第二感应板122的基板1223、第二感应板122的石墨烯透明导电薄膜1224、 第二感应板122引线电极区的金属薄膜1225； 

OCA光学胶130； 

和玻璃盖板110； 

其中，第一感应板121和第二感应板122的引线电极区的引线通过柔性电路板150与IC芯片140连接。 

所述电容式触摸屏的制备方法与实施例1相同； 

图6为实施例2所述电容式触摸屏的剖面结构示意图。 

申请人声明，本实用新型通过上述实施例来说明本实用新型的详细工艺设备和工艺流程，但本实用新型并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本实用新型必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本实用新型的任何改进，对本实用新型产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。 

Claims (9)

1.一种石墨烯电容式触摸屏，其特征在于，所述触摸屏由下至上依次包括：

（i）薄膜传感器（120），用于感知触摸位置；

（ii）玻璃盖板（110），贴合在薄膜传感器（120）上，用于保护薄膜传感器（120）；

其中，所述触摸屏的功能区域划分包括：用于感知触摸位置和观察屏幕的视窗触控区（210），和用于传输感知信号的引线电极区（220）；

其中，薄膜传感器（120）由第一感应板（121）和第二感应板（122）同向贴合而成；

其中，感应板由下至上依次包括基板（123）、沉积在基板上的石墨烯透明导电薄膜（124）和沉积在引线电极区的金属薄膜（125）；

其中，第一感应板（121）的石墨烯透明导电薄膜（1214）和金属薄膜（1215）具有沿第一方向延伸的图案，第二感应板（122）的石墨烯透明导电薄膜（1224）和金属薄膜（1225）具有沿第二方向延伸的图案。

2.如权利要求1所述的触摸屏，其特征在于，所述金属薄膜（125）的厚度为30-350nm。

3.如权利要求1所述的触摸屏，其特征在于，所述金属薄膜（125）的厚度为50-300nm。

4.如权利要求1所述的触摸屏，其特征在于，所述第一感应板（121）、第二感应板（122）和玻璃盖板（110）之间的贴合采用OCA光学胶（130）进行。

5.如权利要求1所述的触摸屏，其特征在于，所述第一感应板（121）和第二感应板（122）中，石墨烯透明导电薄膜（124）的图案为菱形、六边形和田字形中的任意1种。

6.如权利要求1所述的触摸屏，其特征在于，第一感应板（121）和第二感应板（122）均与柔性电路板（150）连接，柔性电路板（150）与IC芯片（140）连接。

7.如权利要求1所述的触摸屏，其特征在于，所述触摸屏的结构由下自上依次包括：第二感应板（122）的基板（1223）、第二感应板（122）的石墨烯透明导电薄膜（1224）、第二感应板（122）引线电极区的金属薄膜（1225）、OCA光学胶（130）、第一感应板（121）的基板（1213）、第一感应板（121）的石墨烯透明导电薄膜（1214）、第一感应板（121）引线电极区的金属薄膜（1215）、OCA光学胶（130）和玻璃盖板（110）；

其中，第一感应板（121）和第二感应板（122）的引线电极区的引线通过柔性电路板（150）与IC芯片（140）连接。

8.如权利要求1所述的触摸屏，其特征在于，所述触摸屏的结构由下自上依次包括：第二感应板（122）的玻璃基板（1223）、第二感应板（122）的石墨烯透明导电薄膜（1224）、第二感应板（122）引线电极区的金属铜薄膜（1225）、OCA光学胶（130）、第一感应板（121）的玻璃基板（1213）、第一感应板（121）的石墨烯透明导电薄膜（1214）、第一感应板（121）引线电极区的金属铜薄膜（1215）、OCA光学胶（130）和玻璃盖板（110）；

其中，第一感应板（121）和第二感应板（122）的引线电极区的引线通过柔性电路板（150）与IC芯片（140）连接。

9.如权利要求1所述的触摸屏，其特征在于，所述触摸屏的结构由下自上依次包括：第二感应板（122）的PET基板（1223）、第二感应板（122）的石墨烯透明导电薄膜（1224）、第二感应板（122）引线电极区的镍铜合金薄膜（1225）、OCA光学胶（130）、第一感应板（121）的PET基板（1213）、第一感应板（121）的石墨烯透明导电薄膜（1214）、第一感应板（121）引线电极区的镍铜合金薄膜（1215）、OCA光学胶（130）和玻璃盖板（110）；

其中，第一感应板（121）和第二感应板（122）的引线电极区的引线通过柔性电路板（150）与IC芯片（140）连接。

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