TWI742383B

TWI742383B - 導電薄膜、導電薄膜的製備方法與觸控模組

Info

Publication number: TWI742383B
Application number: TW108120195A
Authority: TW
Inventors: 范佳銘; 林柏青; 許雅筑
Original assignee: 大陸商業成科技（成都）有限公司; 大陸商業成光電（深圳）有限公司; 英特盛科技股份有限公司
Priority date: 2019-05-27
Filing date: 2019-06-11
Publication date: 2021-10-11
Also published as: CN110134287A; TW202044287A

Abstract

本發明提供一種導電薄膜及其製備方法與觸控模組，所述導電薄膜包括：可拉伸的基材；微結構層，具有彈性，位於所述基材的一表面上，其包括與所述基材結合的第一表面和背離所述基材的第二表面，所述第二表面為非平面；以及導電層，至少部分形成在所述第二表面上，所述導電層形成在所述第二表面上的部分具有與該第二表面的被覆蓋部分相同的表面輪廓。本發明提供的導電薄膜有利於提高所述導電層在所述基材所在平面上的拉伸性能。

Description

導電薄膜、導電薄膜的製備方法與觸控模組

本發明涉及觸控技術領域，尤其涉及一種導電薄膜、導電薄膜的製備方法與觸控模組。

近年信息家電產品開始發展出各種曲面、可彎折等變化多端的外觀形態。在信息家電產品上，一般會使用奈米線透明導電膜作為其觸控裝置的導電層。然而奈米線導電膜只能夠承受小幅度的拉伸率。當拉伸率超過一定預定值後，奈米線會出現斷裂。如圖1A與圖1B所示，圖1A中的銀奈米線透明導電膜700在熱塑製成中的拉伸率未超過預定值，銀奈米線透明導電膜700的銀奈米線751係連續層；圖1B中的銀奈米線透明導電膜800在熱塑制程中的拉伸率為15%，超過了預定值，通過掃描電鏡圖可以看到，銀奈米線透明導電膜800中的銀奈米線851出現斷裂的現象，這些斷裂的銀奈米線851會造成銀奈米線透明導電膜800失去導電性。同樣地，如圖2所示，具有彈性基材的透明導電膜900在拉伸後，會出現裂紋952，導致透明導電膜900破裂，從而失去導電性。

本發明第一方面提供一種導電薄膜，包括：可拉伸的基材；微結構層，具有彈性，位於所述基材的一表面上，其包括與所述基材結合的第一表面和背離所述基材的第二表面，所述第二表面為非平面；以及導電層，至少部分形成在所述第二表面上，所述導電層形成在所述第二表面上的部分具有與所述第二表面的被覆蓋部分相同的表面輪廓。

本發明第二方面提供一種觸控模組，包括相互層疊設置的兩個如上所述的導電薄膜。

本發明第三方面提供一種導電薄膜的製備方法，包括以下步驟：提供可拉伸的基材；在所述基材上形成彈性材料層；對所述彈性材料層進行蝕刻得到微結構層，所述微結構層結合所述基材的表面為第一表面，所述微結構層背離所述基材的表面為第二表面，所述第二表面為非平面；以及形成導電層，所述導電層至少部分形成在所述第二表面上，所述導電層形成在所述第二表面上的部分具有與所述第二表面的被覆蓋部分相同的表面輪廓。

本發明提供的導電薄膜，在所述基材所在的表面上，沿相對兩側(兩個相反的方向)拉伸所述導電薄膜時，由於所述微結構層具有彈性，其在其厚度方向上的尺寸變小，從而所述導電層在垂直於所述基材所在平面的方向上的起伏程度減小，進而有利於所述導電層在所述基材所在平面上的延展。當拉伸程度超過所述導電層的材料延展性時，所述導電層仍具有延展空間，使其能夠承受更大程度的拉伸。

700、800:銀奈米線透明導電膜

751、851:銀奈米線

900:透明導電膜

952:裂紋

10:觸控模組

100、200、300:導電薄膜

110、210、310:基材

320:彈性材料層

321:光致抗蝕劑

322:掩膜

130、230、330:微結構層

130a、230a、330a:第一表面

130b、230b、330b:第二表面

131:彈性單元

131a:第一子表面

131b:第二子表面

232、332:凹槽

150、250、350:導電層

圖1A為習知技術中銀奈米線透明導電層的掃描電鏡圖。

圖1B為習知技術中另一銀奈米線透明導電層的掃描電鏡圖。

圖2為習知技術中具有彈性基材的透明導電膜拉伸後的掃描電鏡圖。

圖3為本申請在一種實施方式中提供的觸控模組的立體結構示意。

圖4為本申請第一實施方式提供的導電薄膜的立體結構示意圖。

圖5為圖4所示的導電薄膜的沿IV-IV線的剖面結構示意圖。

圖6為圖4所示的導電薄膜經過拉伸後的剖面結構示意圖。

圖7為本申請第二實施方式提供的導電薄膜的剖面結構示意圖。

圖8A-圖8E為本申請提供的導電薄膜的製備方法中對應不同步驟的剖面結構示意圖。

為了能夠更清楚地理解本發明的上述目的、特徵和優點，下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細描述。需要說明，在不衝突的情況下，本申請的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。

在下面的描述中闡述了很多具體細節以便於充分理解本發明，所描述的實施例僅係本發明一部分實施例，而非全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬本發明保護的範圍。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬本發明的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本發明的說明書中所使用的術語僅僅為了描述具體的實施例的目的，而非旨在於限制本發明。

本發明提供一種有利於提升拉伸性能的導電薄膜以及製備方法，以及一種包括該導電薄膜的觸控模組。如圖3所示，本發明實施方式提供的觸控模組10包括相互層疊設置的兩個透明的導電薄膜100，兩個導電薄膜100上形成有用於感測用戶的觸控操作的觸控電極。兩個導電薄膜100相互黏結固定，且觸控模組10具有一定的可拉伸性。兩個透明的導電薄膜100上分別形成觸控掃描電極和觸控感應電極，此時，該觸控模組10為雙層式的觸控結構，即，觸控電極分佈在兩個不同的層。在其他實施例中，觸控模組10僅包括一個透明的導電薄膜100，即觸控模組10為單層式的觸控結構(觸控電極分佈在同一個層)。在一種實施方式中，觸控模組10中的一個導電薄膜100的一個表面上覆蓋有保護層，該保護層可以包括實施觸摸操作的觸摸面。包括上述觸控模組10的觸控顯示裝置可以係曲面或柔性的電子設備，該觸控顯示裝置包括層疊設置的顯示模組與保護蓋板，本申請提供的觸控模組10設置於顯示模組與保護蓋板的間或設置於顯示模組內。

下面用不同的實施方式對導電薄膜100的結構進行說明。

請一併參閱圖4至圖5，本申請第一實施方式提供的導電薄膜100，包括基材110、微結構層130以及導電層150，其中，微結構層130夾設在基材110與導電層150之間。進一步地，基材110為可拉伸的(或者說具有延展性)，基材110的厚度方向垂直於基材110所在的平面。微結構層130形成在基材110的一表面上。微結構層130沿基材110的厚度方向具有不均一的厚度。本實施方式中，微結構層130為不連續層，其包括間隔設置的且具有彈性的複數彈性單元131。每個彈性單元131沿基材110的厚度方向具有不均一的厚度。每個彈性單元131包括第一子表面131a以及與第一子表面131a連接的第二子表面131b。

微結構層130包括與基材110結合的第一表面130a和與導電層150貼合的第二表面130b。第一表面130a包括複數彈性單元131的第一子表面131a，第二表面130b包括複數彈性單元131的第二子表面131b。第一子表面131a為與基材110結合的表面，第二子表面131b為與導電層150貼合的表面。本實施例中，第一表面130a為平面，第二表面130b為非平面(凹凸不平的)。進一步地，第一子表面131a為平面，第二子表面131b為弧形曲面。導電層150形成在複數彈性單元131的第二子表面131b及基材110未被彈性單元131覆蓋的表面上，導電層150背離微結構層130的表面凹凸不平，並且導電層150形成在第二表面130b上的部分具有與該第二表面130b的被覆蓋部分相同的表面輪廓，本實施方式中，導電層150形成在複數第二子表面131b上的部分具有與該複數第二子表面131b的被覆蓋部分相同的表面輪廓。

本實施方式中，基材110、微結構層130以及導電層150均具有微黏性，各層的間可良好彼此附著。黏性來源可以為材料之間的範德華力(Van der Waals force)或材料間其他化學鍵。

具體地，基材110呈平面的板狀，用於承載微結構層130以及導電層150。如圖6所示，基材110為可拉伸的，從而在基材110所在平面上，沿相對的兩側(兩個相反的方向)分別拉伸導電薄膜100時，基材110在拉伸方向上尺寸變長，並且不會破壞導電薄膜100性能，有利於延長導電薄膜的使用壽命以及擴展導電薄膜100的應用範圍。基材110可以由聚對苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene terephthalate，PET)、聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)、聚醯亞胺(Polyimide，PI)、環烯烴聚合物(Cyclo Olefin Polymer，COP)中的至少一種製成。

在一種實施方式中，導電薄膜100應用於曲面的顯示模組或電子設備時，基材110可彎折並且可拉伸，以便導電薄膜100在熱塑製成中拉伸並彎折至預設的曲面角度。在一種實施方式中，導電薄膜100應用於可彎折電子設備時，基材110可彎折並且可拉伸，從而在用戶操作該電子設備並對電子設備進行彎折時，基材110具有一定彎折性與延展性，從而有利於電子設備實現彎折操作。在一種實施方式中，基材110具有彈性，有利於進一步提高導電薄膜100的拉伸與彎折性能。

微結構層130的複數彈性單元131排布呈矩形(網狀)、圓形、環形或其他規則或不規則的形狀。在一種實施方式中，微結構層130中的複數彈性單元131排布呈複數尺寸不同的同心環或同心方框。微結構層130由蝕刻工藝製成。

本實施方式中，複數彈性單元131均勻分佈。在其他實施方式中，還可以根據微結構層130的不同位置區域改變對應位置區域中的彈性單元131密度。比如，在一種實施方式中，微結構層130包括邊緣區域(圖未示)以及位於邊緣區域圍成區域中的中心區域(圖未示)，邊緣區域中彈性單元131的密度為第一密度，中心區域中彈性單元131的密度為第二密度，第一密度大於或小於第二密度，從而有利於邊緣區域或中心區域的拉伸操作。在一種實施方式中，微結構層130按照預設方向改變彈性單元131的密度，比如微結構層130包括相對設置的第一端與第二端，距離第一端越近的位置，彈性單元131的密度越大。

進一步地，每個彈性單元131形狀相同，大致呈部分球形。即彈性單元131包括第一子表面131a與第二子表面131b，第一子表面131a與第二子表面131b的邊緣部分相互連接，其中第一子表面131a為平面，用於設置在基材110的一表面上，第二子表面131b為曲面，具體地，第二子表面131b為弧形曲面，並且第二子表面131b朝向背離基材110的方向凸出。在其他實施方式中，第二子表面131b還可以呈其他規則或不規則的曲面，或者微結構層130中的至少兩個彈性單元131的形狀不同，比如彈性單元131還可以呈條形、棱錐形、凸台狀或其他形狀。

彈性單元131具有彈性，從而在導電薄膜100進行拉伸時，每個彈性單元131隨同基材110的拉伸產生形變。具體地，如圖6所示，在基材110所在平面上，沿相對兩側拉伸導電薄膜100時，彈性單元131在拉伸方向上尺寸變長，在垂直於基材110所在平面的方向上的尺寸(厚度)變小。彈性單元131可以由聚碳酸酯、熱塑性聚氨酯、聚二甲基矽氧烷中的至少一種製成。

導電層150至少部分形成在微結構層130的第二表面130b上，導電層150形成在第二表面130b上的部分具有與第二表面130b的被覆蓋部分相同的表面輪廓。一實施例中，導電層150被圖案化形成複數觸控電極，用於感測觸摸操作。在一些實施方式中，導電層150可以由含金奈米線、銀奈米線、銅奈米線、碳奈米管、石墨烯中的至少一種的導電材料製成。在其他實施方式中，導電層150為金屬網格(也被稱為metal mesh)材料形成。

本實施方式中，導電層150附著在微結構層130的第二子表面131b上，換句話說，導電層150用於貼合複數彈性單元131的第二子表面131b，由於每個彈性單元131的第二子表面131b為曲面，且導電層150具有大致均一的厚度，故導電層150背離微結構層130的表面凹凸不平，為非平面，即導電層150顯露於導電薄膜100外側的表面不平坦，具有褶皺(起伏)，並且導電層150形成在複數第二子表面131b上的部分具有與該複數第二子表面131b的被覆蓋部分相同的表面輪廓。

本實施方式中，相鄰的彈性單元131間隔設置，導電層150不僅形成在每個彈性單元131的第二子表面131b且形成在相鄰彈性單元131之間的基材110之表面。導電層150完全包覆每一彈性單元131的第二子表面131b並覆蓋基材110的位於相鄰的兩個彈性單元131之間的表面上。如圖6所示，沿相對兩側拉伸導電薄膜100之後，由於彈性單元131在其厚度方向上的尺寸變小，從而導電層150在垂直於基材110所在平面的方向上的起伏程度減小，進而有利於導電層150在基材110所在平面上的延展。當拉伸程度超過導電層150的材料延展性時，導電層150仍具有延展空間，使其能夠承受更大程度的拉伸。

在一種實施方式中，導電層150具有彈性，從而進一步提高導電層150在基材110所在平面的延展性，有利於提高導電薄膜100的拉伸性能。

請參閱圖7，本發明的第二實施方式提供導電薄膜200，導電薄膜200中的微結構層230與導電薄膜100中的微結構層130的材料相同，均由彈性材料製成，但結構不同。具體地，與第一實施例中的微結構層130不同的處在於，微結構層230為連續的整層，微結構層230包括第一表面230a以及與第一表面230a相對設置的第二表面230b。第一表面230a與基材210結合，第二表面230b相對遠離基材210且為凹凸不平的(非平面)。進一步地，如圖7所示，第二表面230b不平坦具有褶皺(起伏)，具體地，第二表面230b形成有向基材210方向凹陷的凹槽232，本實施方式中，第二表面230b上的複數凹槽232等間隔排布。在一種實施方式中，第二表面230b在如圖7的剖視圖中呈波浪形、鋸齒形或其他規則或不規則的形狀。

需要說明，在本發明的精神或基本特徵的範圍內，適用於第一實施方式中的各具體方案也可以相應的適用於第二實施方式中，為節省篇幅及避免重複起見，在此就不再贅述。

本發明還提供一種導電薄膜300的製備方法，包括以下步驟：

S1：提供可拉伸的基材。

如圖8A所示，基材310可以由聚對苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene terephthalate，PET)、聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)、聚醯亞胺(Polyimide，PI)、環烯烴聚合物(Cyclo Olefin Polymer，COP)中的至少一種製成。在一種實施方式中，步驟S1為利用上述材料製備平面板狀的基材310。

S2：在可拉伸的基材的一表面上塗覆彈性材料形成具有彈性的彈性材料層。

請再參閱圖8A，基材310成型後，在基材310上塗覆彈性材料形成彈性材料層320。彈性材料可以係聚碳酸酯、熱塑性聚氨酯、聚二甲基矽氧烷中的至少一種。上述的彈性材料層320用於製備微結構層330(圖8D)。

S3：對彈性材料層進行蝕刻得到微結構層，微結構層結合基材的表面為第一表面，微結構層背離基材的表面為第二表面，第二表面為非平面。

在一種實施方式中，利用黃光蝕刻工藝對彈性材料進行蝕刻得到微結構層，具體地，如圖8B至圖8D所示，在彈性材料層320背離基材310的一側表面的上塗覆光致抗蝕劑321(圖8B)，利用掩膜322(圖8C)對光致抗蝕劑321進行曝光顯影後，使光致抗蝕劑321局部覆蓋彈性材料層320(彈性材料層320需蝕刻的部分未被光致抗蝕劑321覆蓋，而彈性材料層320不需蝕刻的部分被光致抗蝕劑321覆蓋)，最後採用蝕刻溶液部分蝕刻彈性材料層320得到微結構層330(圖8D)。

如圖8D所示，微結構層330結合基材310的表面為第一表面330a，微結構層330背離基材310的表面為第二表面330b。微結構層330鄰接光致抗蝕劑321(圖8C)的表面為第二表面330b，第二表面330b形成的圖案與掩膜322圖案對應。本實施方式中，掩膜322的圖案為均勻間隔排布的矩形，第二表面330b對應形成等間距的凹槽332，凹槽332朝向基材310方向凹陷。當凹槽 332深度尺寸較小時，微結構層330為連續的整層結構，如微結構層230(圖7)，當凹槽332深度尺寸足夠大時，微結構層330為不連續的層結構，如微結構層130(圖5)。

S4：形成導電層，導電層至少部分形成在第二表面上，導電層形成在第二表面上的部分具有與第二表面的被覆蓋部分相同的表面輪廓。

如圖8E所示，在一實施例中，在微結構層330背離基材310的一側形成導電層350。導電層350具有基本均一的厚度，其形狀配合微結構層330的背離基材310的表面，導電層350形成在第二表面330b上的部分具有與第二表面330b的被覆蓋部分相同的表面輪廓。在另一實施例中，如圖5所示，微結構層130為不連續的層結構，導電層150完全包覆每一彈性單元131的第二子表面131b並覆蓋基材110的位於相鄰的兩個彈性單元131之間的表面上。導電層350可以由含金奈米線、銀奈米線、銅奈米線、碳奈米管、石墨烯中的至少一種的導電材料製成。在其他實施方式中，導電層350為金屬網格(也被稱為metal mesh)材料形成。

採用上述製備方法得到的導電薄膜300，有利於提高導電薄膜300的拉伸性能。當拉伸程度超過導電層350的材料延展性時，導電層350仍具有延展空間，使其能夠承受更大程度的拉伸。

需要說明，上述製備方法中的一些步驟係可以省略的，並且上述步驟的標號S1-S4不用於限定步驟的間的執行順序。在本發明的精神或基本特徵的範圍內，適用於導電薄膜及其製備方法中的各具體方案也可以相互適用，為節省篇幅及避免重複起見，在此就不再贅述。

對於本領域技術人員而言，顯然本發明不限於上述示範性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特徵的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作係示範性，而且係非限制性的，本發明的範圍由所附申請專利範圍而非上述說明限定，因此旨在將落在申請專利範圍的等同要件的含義和範圍內的所有變化涵括在本發明內。不應將申請專利範圍中的任何附圖標記視為限制所涉及的申請專利範圍。此外，顯然“包括”一詞不排除其他單元或步驟，單數不排除複數。裝置申請專利範圍中陳述的複數裝置也可以由同一個裝置或系統通過軟件或者硬件來實現。第一，第二等詞語用來表示名稱，而並不表示任何特定的順序。

最後應說明，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和範圍。

200:導電薄膜

210:基材

230:微結構層

230a:第一表面

230b:第二表面

232:凹槽

250:導電層

Claims

一種導電薄膜，其改良在於，包括：可拉伸的基材；微結構層，具有彈性，位於所述基材的一表面上，其包括與所述基材結合的第一表面和背離所述基材的第二表面，所述第二表面為非平面；以及導電層，至少部分形成在所述第二表面上，所述導電層形成在所述第二表面上的部分具有與所述第二表面的被覆蓋部分相同的表面輪廓；其中，所述微結構層包括相互間隔設置且具有彈性的複數彈性單元，每一所述彈性單元包括第一子表面以及與所述第一子表面連接的第二子表面，所述第一子表面為平面並與所述基材結合，所述第二子表面為曲面，所述導電層完全包覆每一所述彈性單元的所述第二子表面並覆蓋所述基材的位於相鄰的兩個所述彈性單元之間的表面上；對應於所述微結構層的不同位置區域，所述彈性單元分佈的密度不同。
如請求項1所述的導電薄膜，其中，所述第二子表面朝向鄰近所述導電層的方向凸出。
如請求項1所述的導電薄膜，其中，所述微結構層由聚碳酸酯、熱塑性聚氨酯、聚二甲基矽氧烷中的至少一種製成。
如請求項1所述的導電薄膜，其中，所述導電層由含金奈米線、銀奈米線、銅奈米線、碳奈米管、石墨烯中的至少一種的導電材料製成。
一種觸控模組，其改良在於，包括相互層疊設置的兩個如請求項1-4中任意一項所述的導電薄膜。
一種導電薄膜的製備方法，其改良在於，包括以下步驟：提供可拉伸的基材；在所述基材上形成彈性材料層；對所述彈性材料層進行蝕刻得到微結構層，所述微結構層結合所述基材的表面為第一表面，所述微結構層背離所述基材的表面為第二表面，所述第二表面為非平面；以及形成導電層，所述導電層至少部分形成在所述第二表面上，所述導電層形成在所述第二表面上的部分具有與所述第二表面的被覆蓋部分相同的表面輪廓；其中，所述微結構層包括相互間隔設置且具有彈性的複數彈性單元，每一所述彈性單元包括第一子表面以及與所述第一子表面連接的第二子表面，所述第一子表面為平面並與所述基材結合，所述第二子表面為曲面，所述導電層完全包覆每一所述彈性單元的所述第二子表面並覆蓋所述基材的位於相鄰的兩個所述彈性單元之間的表面上；對應於所述微結構層的不同位置區域，所述彈性單元分佈的密度不同。
如請求項6所述的導電薄膜的製備方法，其中，所述對所述彈性材料進行蝕刻得到微結構層，包括：利用黃光蝕刻工藝對所述彈性材料層進行蝕刻得到所述微結構層。