专利名称：一种单片式电容触摸屏及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种单片式电容触摸屏，具体涉及一种基于石墨烯薄膜的单片式电容触摸屏，进一步涉及一种以石墨烯透明导电薄膜为电极材料的单片式电容触摸屏及其制备方法，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。近年来，基于氧化铟锡(ITO)透明导电薄膜的电容触摸屏被广泛应用于移动互联设备，如智能手机，便携式平板电脑。随着移动互联设备对屏幕反光率、透光率以及厚度轻薄等方面的要求越来越高，传统采用双片玻璃(高硬度玻璃盖板和带传感电极的玻璃)贴合而成的电容触摸屏已经很难满足要求。一种称为OGS (One Glass Solution)的单片式电容触摸屏方案被提出并推广应用，成为新一代触摸屏的重要方向。该方案在高硬度保护玻璃盖板背面，直接形成导电和传感电极，用同一块玻璃同时起到触摸保护和触控传感的双重作用。然而，基于ITO透明导电薄膜的OGS触摸屏，制备工艺包括玻璃硬化、ITO镀膜、黑膜、黄光刻蚀、金属镀膜、湿法刻蚀以及异型切割等，特别是最后的异型切割工艺，生产良率低，导致整个生产成本很高。要解决异型切割低良率导致生产成本的增加的问题，最直接的 办法是将“异型切割”步骤放在“玻璃硬化”步骤之后，“ΙΤ0镀膜”步骤之前，但是经过异型切割后的玻璃盖板，尺寸较小，不宜与大尺寸的ITO黄光工艺相匹配。因此，现有基于ITO透明导电薄膜的工艺难以解决生产成本的问题，在维持盖板机械强度与降低生产成本之间构成了矛盾。
发明内容
针对现有OGS触摸屏技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种基于石墨烯薄膜的电容式OGS触摸屏，所述触摸屏器件包括单片基板I、非视窗油墨区2、视窗触控区3和引线区4;其中，所述单片基板I上四周设置非视窗油墨区2，所述非视窗油墨区2环绕形成视窗触控区3，在所述非视窗油墨区2上设置引线区4 ;其中，所述视窗触控区3的电极材料为石墨烯透明导电薄膜。所述“单片基板I上四周设置非视窗油墨区2”，是指在单片基板I 一面的边缘处设置一定宽度的非视窗油墨区2，该设计是本领域技术人员公知，具体可以参见附图1(图I为本发明所述电容式触摸屏的外观示意图)。本发明所述引线区是触控区的石墨烯电极与控制器之间导线的走线区域，位于黑色油墨区上方，靠近视窗区一侧，即引线区面积小于油墨区面积。本发明所述的单片式电容触摸屏的视窗触控电极区选用石墨烯导电薄膜，取代了传统氧化铟锡(ITO)导电薄膜，从而得到了一种具有更低成本、更高可靠性的电容式OGS触摸屏。采用石墨烯薄膜作为触控区的电极材料，触控区的石墨烯电极材料通过转移方式形成在基板上，可以避免由于保护玻璃外形机构而受到的外形限制的问题，以及解决保护玻璃二次强化制程与ITO镀膜沉积过程退火等出现相互制约的情况，提高了触控区感测电极表面电阻的均匀性，保证了保护玻璃的强度与质量稳定性，从而也提高了生产过程的良率。优选地，本发明所述引线区4的电极材料为石墨烯电极或银浆电极，优选为石墨烯电极。本发明所述的石墨烯电极为石墨烯透明导电薄膜。优选地，所述石墨烯透明导电薄膜的原子层数为1-10层，例如I层、2层、3层、4层、5层、6层、7层、8层、9层、10层等，可见光的光学透过率彡85%，例如85. 4%,86. 3%、88. 6%,90. 47%,92%,94. 1%等。石墨烯透明导电薄膜的可见光光学透过率(即透光性)越好，触摸屏的可视性越好，而原子层数太多影响其可见光的光学透过率。·本发明所述非视窗油墨区2的宽度、引线区4的宽度，本领域技术人员可以根据实际情况(如产品尺寸等)进行选择，本发明不做具体限定。优选地，所述单片基板I为透明基板，优选为玻璃板。本发明的目的之二是提供一种所述单片式电容触摸屏的制备方法。作为本发明目的之二的第一种实施方式，本发明所述的一种单片式电容触摸屏的制备方法包括如下步骤(I)在单片基板上的四周边缘形成非视窗油墨区2，非视窗油墨区2围成视窗触控区3 ;(2)转移石墨烯至单片基板I上，覆盖整个视窗触控区3和非视窗油墨区2 ；(3)对视窗触控区3和非视窗油墨区2的石墨烯进行图案化；(4)贴控制器芯片。在该实施方式中，步骤(2)将石墨烯转移至基板I上，同时覆盖视窗触控区3和非视窗触控区2，随后对所覆盖的石墨烯进行图案化，由此可以同时形成触控区的电极图案和在非视窗触控区2之上形成引线区。也就是说，当本发明所述引线区4的电极为石墨烯时，其引线区4的电极图案与视窗触控区3的电极图案相同，且两者在同一道工序中同时完成。此种实施方式简化了生产工艺，同时降低了生产成本。作为本发明目的之二的第二种实施方式，本发明所述的一种单片式电容触摸屏的制备方法包括如下步骤(I)在单片基板上的四周边缘形成非视窗油墨区2，非视窗油墨区2围成视窗触控区3 ;(2)转移石墨烯至单片基板I上，覆盖整个视窗触控区3 ；( 3)对视窗触控区3的石墨烯进行图案化；(3’)在非视窗油墨区2上制作引线电极并图案化，形成引线区4;(4)贴控制器芯片。或者，将步骤(2 )、步骤(3 )、步骤(3 ’)的顺序进行调整，即在步骤(I)和步骤(2 )之间进行步骤(3’)，也就是说本发明所述的一种单片式电容触摸屏的制备方法包括如下步骤
(I)在单片基板上的四周边缘形成非视窗油墨区2，非视窗油墨区2围成视窗触控区3 ;(3’)在非视窗油墨区2上制作引线电极并图案化，形成引线区4;(2)转移石墨烯至单片基板I上，覆盖整个视窗触控区3 ；(3)对视窗触控区3的石墨烯进行图案化；(4)贴控制器芯片。与第一种实施方式相比，第二种实施方式的区别在于将引线区4的形成过程与 视窗触控区3的形成过程分别制作，即第一种实施方式是将石墨烯同时覆盖非视窗油墨区2和视窗触控区3，然后进行图案化，同时形成引线区4和视窗触控区3，强调的是同时，即无需分别形成。第一种实施方式生产工艺简单，生产成本低，但是仅限于引线区4和视窗触控区3的电极材料相同的情况，即仅限于两者的电极材料均为石墨烯的情况。而第二种实施方式是先形成视窗触控区3的电极分布，然后再形成非视窗油墨区2的电极分布(即形成引线区4)。第二种实施方式虽然较第一种实施方式步骤繁琐，但引线区4的电极材料的选择并不限于视窗触控区3的电极材料，即引线区4的电极材料的选择范围比第一种实施方式宽，任何一种本领域技术人员能够获知的现有技术或新技术中公开的能够用于触摸屏引线区的电极材料均可用与本发明，优选本发明引线区4的电极材料为石墨烯电极或银浆电极。而在本发明所述的第二种实施方式中，“形成引线区4”的步骤(即步骤3’)和“形成视窗触控区3”的步骤(即步骤2和步骤3)没有规定先后顺序，可以先“形成引线区4”然后再“形成视窗触控区3”，即所述单片式电容触摸屏的制备方法依次包括步骤(O- (3’)- (2)- (3)- (4);也可以先“形成视窗触控区3”然后再“形成引线区4”，即所述单片式电容触摸屏的制备方法依次包括步骤(I)- (2)- (3)- (3’)- (4)。具体地选择何种操作顺序，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。典型但非限制性的实例有当所述引线电极4为银浆电极时，由于银浆电极的丝印过程很容易造成视窗触控区3的石墨电极的损坏，从而影响触摸屏的使用效果，因此当所述引线电极4为银浆电极时，优选先“形成引线区4”然后再“形成视窗触控区3”，从而达到避免丝印银浆电极时损坏已经形成的石墨烯电极的目的。当所述引线电极4为石墨烯电极时，优选采用第一种实施方式进行，即同时将引线区4和视窗触控区3的电极形成。作为优选技术方案，本发明步骤(I)所述非视窗油墨区2的油墨的厚度彡ΙΟμπι，例如 9. 5 μ m、8. 9 μ m、8. 3 μ m、7. 7 μ m、7. 5 μ m、7. I μ m、6. 6 μ m 等。丝网印刷属于孔版印刷，它与平印、凸印、凹印一起被称为四大印刷方法。丝网印刷是将丝织物、合成纤维织物或金属丝网绷在网框上，利用感光材料通过照相制版的方法制作丝网印版(使丝网印版上图文部分的丝网孔为通孔，而非图文部分的丝网孔被堵住)。印刷时通过刮板的挤压，使油墨通过图文部分的网孔转移到承印物上，形成与原稿一样的图文。丝网印刷的设备简单、操作方便，印刷、制版简易且成本低廉，适应性强。在电容式触摸屏的加工制造过程中，丝网印刷主要用于面板油墨印刷和电极图案化等步骤。丝网印刷是本领域非常熟知的技术，关于丝网印刷的基本内容，本发明不做具体叙述。优选地，步骤(I)所述非视窗油墨区(2)的形成采用丝网印刷工艺完成。
进一步优选地，步骤(I)所述非视窗油墨区(2)通过网纱进行丝网印刷，然后烘烤至印刷油墨厚度< 10 μ m,例如 9. 8 μ m、9. 2 μ m、8. 5 μ m、7. 9 μ m、7. 3 μ m、6. 8 μ m、6. 4 μ m等；所述网纱优选350-450目，例如351目、358目、375目、398目、403目、425目、432目、446目等，进一步优选420目。步骤(I)所述烘烤的温度为150-200°C，例如158°C、165°C、169°C、173°C、177°C、186°C、192°C、197°C 等；所述烘烤时间为 20_30min，例如 21min、24min、26min、29min 等。印刷油墨的厚度彡ΙΟμπι时，非视窗油墨区2可以满足透明区和油墨区电极导电的可靠性，并通过黑色油墨将保护玻璃分为视窗触控区3和非视窗油墨区2，视窗触控区3为可实现触控功能的图案化石墨烯薄膜电极，油墨区为视窗触控区引出电极导线，使视窗触控区电极通过石墨烯导线或导电银浆与控制器芯片连接，从而实现触控区功能的目的。作为优选技术方案，本发明所述的非视窗油墨区2，采用丝网印刷工艺先后分别印刷两层黑色油墨(分别记为ΒΜ1、ΒΜ2)，先印刷ΒΜ1，然后再在BMl上印刷ΒΜ2，且在印刷过程中，BMl的印刷宽度比ΒΜ2宽，每道油墨通过420目网纱进行丝网印刷，在180°C高温下烘 烤20-30min，再确保印刷油墨厚度控制到10 μ m以下。“BM1的印刷宽度比BM2宽”的操作方法，在烘烤后，可以实现从视窗区到油墨区缓慢过渡的效果，即从视窗区到油墨区是一个“斜坡”的过渡过程，而非陡直的台阶，使得覆盖视窗区与引线区石墨烯电极的过程中不至于出现石墨烯断裂。优选地，本发明步骤(2)所述石墨烯透明导电薄膜为原子层数为1-10层的石墨烯，所述石墨烯透明导电薄膜的可见光的光学透过率> 85%。优选地，步骤(2)所述石墨烯为石墨烯透明导电薄膜。关于石墨烯的制备、大尺寸石墨烯薄膜的制备以及大尺寸石墨烯薄膜的转移等方面，本领域技术人员已经做了一定的研究，例如杨永辉采用氧化还原法制备了石墨烯胶状悬浮液，通过真空抽滤获得了石墨烯薄膜(石墨烯薄膜的制备和结构表征，杨永辉等，物理化学学报，2011，27 (3) =736-742);褚颖等在“碳材料石墨烯及在电化学电容器中的应用”(碳材料石墨烯及在电化学电容器中的应用，褚颖等，电池，2009，8，39 (4) =220-221) 一文中概述了石墨烯及其制备方法微机械剥离、石墨插层、氧化石墨还原和化学气相沉积，综述了石墨烯作为电极材料对电化学电容器性能，特别是比电容的影响；任文才在“石墨烯的化学气相沉积法制备”(石墨烯的化学气相沉积法制备，任文才，2011，2，26 (I) :71-79)—文中评述了 CVD法制备石墨烯及其转移技术的研究进展。本发明所述的石墨烯透明导电薄膜的制备方法没有特殊限定，能够将所述制备得到石墨烯透明导电薄膜的任意一种方法均可用于本发明，步骤(2)所述石墨烯的制备方法优选自化学气相沉积法、化学分散法、加热SiC法中的任意I种，进一步优选化学气相沉积法。CN102220566A公开了一种化学气相沉积制备单层和多层石墨烯的方法，其步骤是将金属衬底置于真空管式炉或者真空气氛炉中，在除去真空腔内氧气的情况下，将氢气注入真空腔中，并升温至800-1000°C，再将碳源气体注入真空腔中，即得到沉积有石墨烯的金属衬底。优选地，步骤(2)所述石墨烯的制备方法为化学气相沉积法(即CVD法)，所述方法的步骤为在800-1200°C下裂解碳源性气体，在衬底表面生长石墨烯薄膜。本发明所述化学气相沉积法中，所述碳源性气体为只含有碳原子和氢原子的有机气体，优选C1-4的烷烃、C2-4的烯烃、C2-3的炔烃中的任意I种或至少2种的组合，进一步优选甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、丙烷、正丁烯、异丁烯、1，2-丁二烯、1，3-丁二烯、顺丁二烯、反二丁烯、正丁烷、异丁烷、丙烯、环丙烷中的任意I种或至少2种的组合，所述组合例如甲烷\乙烷的组合、乙烯\正丁烯的组合、乙炔\环丙烷\甲烷的组合等，特别优选甲烷和/或乙块。本发明所述化学气相沉积法中，所述衬底选自金属箔或附于基体上的金属薄膜，所述金属选自镍、铜、铷、钴、钯、钼、铱或钌中的任意I种或至少2种的组合；所述衬底优选铜箔、镍箔、铷箔、钌箔或涂覆有金属镍薄膜的基体中的任意I种或至少2种的组合，进一步优选铜箔。作为优选技术方案，本发明步骤(2)所述石墨烯的制备方法为在1000°C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。铜箔表面生长的石墨烯薄膜，通过石墨烯的转移覆盖到单片基板表面形成视窗触控区电极。 优选地，步骤(2)所述石墨烯的转移方法选自聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)转移法、热释放胶带转移法、聚二甲基硅氧烷(PDMS)转移法中的任意I种，优选聚甲基丙烯酸甲酯转移法。“腐蚀基体法”是目前比较常用的转移石墨烯的方法，此方法采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)等作为转移介质，确保了石墨烯转移的可靠性和稳定性，较好地保存了石墨烯的完整性。典型但非限制性的实例为使用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作为转移介质，lmol/L的NaOH作为腐蚀液，腐蚀温度为90°C，在把粘附有石墨烯的PMMA薄膜从原始硅基底上分离后，室温下将其粘贴到目标基体上，最后利用丙酮清洗掉PMMA，实现了石墨烯的转移；或者将带有PDMS的生长有石墨烯的Ni基体放入腐蚀液中(FeCl3溶液或酸溶液)，腐蚀完成后，带有石墨烯的PDMS片会漂浮在液面上，用水清洗PDMS片后，将其粘贴在目标基体上，静置去除气泡后再揭下PDMS，即可将石墨烯转移到目标基体上(石墨烯的化学气相沉积法制备，任文才，2011，2，26 (I) : 71-79)。热释放胶带是一种适合转移大面积石墨烯的转移介质，其特点是常温下具有一定的粘合力，在特定温度以上，粘合力急剧下降甚至消失，表现出“热释放“特性”，该方法可以实现30英寸石墨烯的转移(Bae S，et al. Roll-to-rollproduction of 30-inch graphemefilms for transparent electrodes[J]，NatureNanotechnology,2010，5(8):574-578)。本领域技术人员应该明了任何一种现有技术或新技术公开的能够转移石墨烯的方法均可用于本发明。作为优选技术方案，本发明步骤(2)所述石墨烯的转移方法为聚甲基丙烯酸甲酯转移法，所述方法包括如下步骤(I)将表面生长了石墨烯的铜箔压平；(II)在步骤(I)所述铜箔的石墨烯生长面旋涂PMMA溶液，自然晾干；所述PMMA溶液的溶剂优选甲苯和/或苯甲醚；(III)刻蚀铜箔得到石墨烯/PMMA薄膜；所述刻蚀铜箔优选在过硫酸铵或氯化铁溶液中进行；(IV)清洗石墨烯/PMMA薄膜；(V)将石墨烯/PMMA薄膜转移至单片基板上，晾干；(VI)将转移了石墨烯/PMMA薄膜的单片基板烘烤；所述烘烤温度优选为120 160°C，例如 122°C、129°C、136°C、145°C、152°C、158°C等，烘烤时间优选为 15 30min，例如 15. 2min、16min、17. 2min> 18. 6min、19min、19. 7min 等；(VII)将烘烤后的单片基板冷却至室温后，置于丙酮或二氯甲烷等溶液中浸泡15 30min,例如 15. 3min、16. 8min、18. 3min、18. 8min、19. lmin、19. 5min、19. 8min 等，洗去PMMA,随后用无水乙醇与去离子水清洗后烘干待用。优选地，步骤(3)所述对视窗触控区3的石墨烯进行图案化的方法选自光刻或刻蚀，优选自激光刻蚀或反应离子刻蚀。现有技术中，将触摸屏的ITO透明导电薄膜图案化的方法有很多，但对于石墨烯透明导电薄膜图案化的方法，技术人员的研究却比较少。本发明将石墨烯透明导电薄膜图案化的方法优选为先将大面积的石墨烯转移到单片基板上，然后通过光刻、刻蚀的方法，刻蚀出所需要的图案化的石墨烯。但本发明所述的石墨烯薄膜图案化的方法并不仅限于上 述方法，任何一种现有技术或新技术中公开的石墨烯薄膜图案化的方法均可用于本发明，典型但非限制性的实例有(1)利用模板压印的方法，在需要石墨烯的地方印上石墨烯；或
(2)先图案化催化剂，生长得到图案化的石墨烯，然后再转移；或(3)如CN102653454A公开的图案化石墨烯薄膜的方法；等。优选地，所述激光刻蚀采用激光直写式刻蚀。所谓激光直写，就是利用强度可变的激光束对涂在基片表面的抗蚀材料变剂量曝光，显影后在抗蚀层表面形成所要求的轮廓。激光直写技术是本领域的常规技术，如颜树华等在综述“二元光学器件直写技术的研究进展” 一文中，对于激光直写技术原理、方法等做了综述(二元光学器件直写技术的研究进展，颜树华等，半导体光电，2002，23 (3):159-162)。本发明所述的激光刻蚀法对石墨烯薄膜进行图案化，不需要掩膜，可以直接获得电极图形。优选地，所述反应离子刻蚀为将金属掩膜紧贴于转移了石墨烯薄膜的单片基板上，然后将其置于氧气环境中进行刻蚀，被金属掩膜遮盖的区域，石墨烯得到保留，其余区域石墨烯将被氧等离子体刻蚀，从而获得触控区电极图案。本发明所述视窗触控区3的电极与引线区4的电极的图案化得到的图案的选择，本领域技术人员可以根据实际情况和掌握的专业知识进行独立地选择，典型但非限制性的实例为所述视窗触控区3的电极与引线区4的电极的图案化得到的图案独立地选自纵向或横向的三角形、椭圆形或条状中的任意I种。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果(I)本发明采用石墨烯导电薄膜作为触控区电极，取代了传统ITO薄膜，可以显著提高触控区感测电极的光透过性和阻抗均匀性。此外，由于采用石墨烯作为感测电极，不同于镀膜形成的ITO薄膜，有利于强化玻璃的制作，提高了强化玻璃的强度维持能力与稳定性，这些都大大提高了电容式OGS触摸屏的性能。(2)本发明避免了复杂、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。此外，在引线电极制程中，若引线电极采用石墨烯，只需采用与触控区感测电极一体化的图案成型技术即可。如果引线电极为银浆，则采用丝网印刷的传统方法。这些技术方案有利于降低技术成本，提闻生广良率。
图I为本发明所述电容式触摸屏的外观示意图；图2为实施例I中横行感测电极I的A-A向剖面结构示意图；图3为实施例I中纵向感测电极II的A-A向剖面结构示意图；图4为实施例I中纵向感测电极III的A-A向剖面结构示意图；附图标记说明I-单片基板；2_非视窗油墨区；3_视窗触控区；4_引线区；5_贴控制器区。
具体实施例方式为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。实施例I一种基于石墨烯薄膜的电容式触摸屏结构包含单片基板I ;非视窗油墨区2 ;视窗触控区3 ;引线区4 ;贴控制器区5，其中视窗触控区3和引线区4的电极均为石墨烯电极，引线区4的电极汇集到贴控制器区域5，通过控制器连接外部结构。图I为本发明所述电容式触摸屏基板外观示意图。图I所述贴控制区5仅标示了在电容式触摸屏上，控制器的贴装位置。所述基于石墨烯薄膜的电容式触摸屏的制备方法包括如下步骤(I)对透明单片基板I进行清洗；(2)在透明单片基板I上的四周形成非视窗油墨区2，非视窗油墨区2围成的中间区域为视窗触控区3的区域；(3)转移石墨烯至透明单片基板1，覆盖整个非视窗油墨区2和视窗触控区3的区域；(4)将非视窗油墨区2和视窗触控区3的区域上覆盖的石墨烯图案化，由此非视窗油墨区2上的石墨烯形成引线区4的电极，视窗触控区3的区域上的石墨烯形成视窗触控区3的电极；(5)贴控制器芯片。其中，步骤(3)所述转移石墨烯薄膜至触摸屏单片基板I上的步骤，采取PMMA转移法转移到触摸屏基板上。所述PMMA转移法包括如下步骤(I)将表面生长了石墨烯的铜箔压平；(II)在步骤(I)所述铜箔的石墨烯生长面旋涂PMMA溶液，自然晾干；所述PMMA溶液的溶剂优选甲苯和/或苯甲醚；(III)刻蚀铜箔得到石墨烯/PMMA薄膜；所述刻蚀铜箔优选在过硫酸铵或氯化铁溶液中进行；(IV)清洗刻蚀完铜箔后的石墨烯/PMMA薄膜；(V)将石墨烯/PMMA薄膜转移至单片基板上，晾干；(VI)将转移了石墨烯/PMMA薄膜的单片基板烘烤；所述烘烤温度为12(Tl60°C烘烤时间为15 30min ；(VII)将烘烤后的单片基板冷却至室温后，置于丙酮或二氯甲烷等溶液中浸泡15 30min，洗去PMMA，随后用无水乙醇与去离子水清洗后烘干待用。PMMA转移法转移石墨烯薄膜能够获得具有优良的方阻(低于300Ω/πι2)和透光特性(可见光区平均透过率高于85%)的导电薄膜。本实施例中，视窗触控区3的电极与引线区4的电极全部采用石墨烯，两者的图案化可以通过激光刻蚀或反应离子刻蚀一次成型。视窗触控区3的电极与引线区4的电极的图案化得到的图案可以是纵向或横向的三角形、椭圆形或条状。触控区电极可以采用纵向或横向的三角形、椭圆形或条状。图2、图3及图4为各种电极构型的剖面图，通过优选方案，触摸屏可以获得最佳的触摸效果，具体如下
I、横向感测电极I :其引线区电极分布在图I左右两侧(即贴控制器区5的两侧)的油墨区之上，最终汇集于贴控制器区域5之内。图2为横向感测电极I的A-A向剖面图。2、纵向感测电极II :其引线区电极直接由图I上侧(即贴控制器区5的一侧)油墨区形成，并汇集于贴控制器区域5之内。图3为纵向感测电极II的A-A向剖面图。3、纵向感测电极III :其引线区电极分布在图I左右两侧(即贴控制器区5的两侧)的油墨区以及上侧油(即贴控制器区5的一侧)墨区之上，最终汇集于贴控制器区域5之内。图4为纵向感测电极III的A-A向剖面图。实施例2一种基于石墨烯薄膜的电容式触摸屏结构包含单片基板I ;非视窗油墨区2 ;视窗触控区3 ;引线区4，其中视窗触控区3的电极均为石墨烯，引线区4的电极为银浆电极。所述基于石墨烯薄膜的电容式触摸屏的制备方法包括如下步骤(I)对透明单片基板I进行清洗；(2)在透明单片基板I上的四周形成非视窗油墨区2，非视窗油墨区2围城的中间区域为视窗触控区3的区域；(3)制作引线区4的银浆引线电极并图案化；(4)转移石墨烯至透明单片基板1，覆盖视窗触控区3的区域；(5)将视窗触控区3的区域上覆盖的石墨烯图案化，由此视窗触控区3的区域上的石墨烯形成视窗触控区3的电极；(6)贴控制器芯片。其中，步骤(3)所述转移石墨烯薄膜至视窗触控区3的区域上的步骤，采取PMMA转移法转移到触摸屏基板上。所述PMMA转移法的操作与实施例I的操作相同。本实施例中，通过PMMA转移法将石墨烯导电薄膜转移覆盖到强化玻璃单片基板I之上，视窗触控区3的电极延伸覆盖到步骤(3)已完成布线的引线区电极之上，随后通过激光刻蚀或反应离子刻蚀来完成石墨烯电极的图案化，并对引线区石墨烯进行有效隔离。本领域技术人员应该明了，所述“有效隔离”的目的是为了保持视窗触控区和控制器之间信号传输的准确，主要可以包括引线区电极与延伸覆盖到其上的石墨烯进行隔离、引线区电极图案化过程中自身的隔离、引线区电极的非端点位置与触控区电极直接的隔离等。实施例3一种基于石墨烯薄膜的电容式触摸屏结构包含单片基板I ;非视窗油墨区2 ;视窗触控区3 ;引线区4，其中视窗触控区3和引线区4的电极均为石墨烯电极。所述基于石墨烯薄膜的电容式触摸屏的制备方法包括如下步骤
(I)对透明单片基板I进行清洗；(2)在透明单片基板I上的四周形成非视窗油墨区2，非视窗油墨区2围城的中间区域为视窗触控区3的区域；(3)转移石墨烯至透明单片基板1，覆盖整个非视窗油墨区2和视窗触控区3的区域；(4)将视窗触控区3的区域上 覆盖的石墨烯图案化，由此视窗触控区3的区域上的石墨烯形成视窗触控区3的电极；(5)将非视窗油墨区2上覆盖的石墨稀图案化，由此非视窗油墨区2上的石墨稀形成引线区4的电极；(6)贴控制器芯片。其中，步骤(3)所述转移石墨烯薄膜至视窗触控区3的区域上的步骤，采取PMMA转移法转移到触摸屏基板上。所述PMMA转移法的操作与实施例I的操作相同。步骤(4)和步骤(5)所述的石墨烯图案化通过激光刻蚀或反应离子刻蚀来完成。申请人:声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明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，对本发明的任何改进，对本发明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，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
权利要求
1.一种单片式电容触摸屏，其特征在于，所述单片式电容触摸屏包括单片基板(I)、非视窗油墨区(2)、视窗触控区(3)和引线区(4)； 其中，所述单片基板(I)上四周设置非视窗油墨区(2)，所述非视窗油墨区(2)环绕形成视窗触控区(3)，在所述非视窗油墨区(2)上设置引线区(4); 其中，所述视窗触控区(3 )的电极材料为石墨烯透明导电薄膜。
2.如权利要求I所述的电容触摸屏，其特征在于，所述引线区(4)的电极材料为石墨烯电极或银浆电极，优选为石墨烯电极； 优选地，所述石墨烯透明导电薄膜的原子层数为1-10层，可见光的光学透过率>85%; 优选地，所述单片基板(I)为透明基板，优选为玻璃板。
3.—种如权利要求I或2所述的单片式电容触摸屏的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤 (1)在单片基板上的四周边缘形成非视窗油墨区(2)，非视窗油墨区(2)围成视窗触控区(3); (2)转移石墨烯至单片基板(I)上，覆盖整个视窗触控区(3)和非视窗油墨区(2)； (3)对视窗触控区(3)和非视窗油墨区(2)的石墨烯进行图案化； (4)贴控制器芯片。
4.一种如权利要求I或2所述的单片式电容触摸屏的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤 (I)在单片基板上的四周边缘形成非视窗油墨区(2)，非视窗油墨区(2)围成视窗触控区(3); (2 )转移石墨烯至单片基板(I)上，覆盖整个视窗触控区(3 ); (3)对视窗触控区(3)的石墨烯进行图案化； (3’)在非视窗油墨区(2)上制作引线电极并图案化，形成引线区(4); (4)贴控制器芯片； 优选地，所述引线电极(4)为石墨烯电极。
5.如权利要求4所述的单片式电容触摸屏的制备方法，其特征在于，所述方法的步骤(3’)在步骤(I)与(2)之间； 优选地，所述引线电极(4)为银浆电极。
6.如权利要求3-5之一所述的方法，其特征在于，步骤(I)所述非视窗油墨区(2)的油墨厚度10 μ m ; 优选地，步骤(I)所述非视窗油墨区(2)的形成采用丝网印刷工艺完成； 进一步优选地，步骤(I)所述非视窗油墨区(2)通过网纱进行丝网印刷，然后烘烤至印刷油墨厚度10 μ m ;所述网纱优选350-450目，进一步优选420目。
7.如权利要求3-6之一所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述石墨烯为石墨烯透明导电薄膜； 优选地，步骤(2)所述石墨烯透明导电薄膜为原子层数为1-10层的石墨烯，所述石墨烯透明导电薄膜的可见光的光学透过率> 85% ； 优选地，步骤(2)所述石墨烯的制备方法选自化学气相沉积法、化学分散法或加热SiC法中的任意I种，优选化学气相沉积法；优选地，步骤(2)所述石墨烯的转移方法选自聚甲基丙烯酸甲酯转移法、热释放胶带转移法或聚二甲基硅氧烷转移法中的任意I种，优选聚甲基丙烯酸甲酯转移法。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述石墨烯的制备方法为化学气相沉积法，所述方法的步骤为在800-120(TC下裂解碳源性气体，在衬底表面生长石墨烯薄膜； 优选地，所述碳源性气体为只含有碳原子和氢原子的有机气体，优选C1-4的烷烃、C2-4的烯烃、C2-3的炔烃中的任意I种或至少2种的组合，进一步优选甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、丙烷、正丁烯、异丁烯、1，2-丁二烯、1，3-丁二烯、顺丁二烯、反二丁烯、正丁烷、异丁烷、丙烯或环丙烷中的任意I种或至少2种的组合，特别优选甲烷和/或乙炔； 优选地，所述衬底选自金属箔或附于基体上的金属薄膜，所述金属选自镍、铜、铷、钴、钯、钼、铱或钌中的任意I种或至少2种的组合；所述衬底优选铜箔、镍箔、铷箔、钌箔或涂覆 有金属镍薄膜的基体中的任意I种或至少2种的组合，进一步优选铜箔。
9.如权利要求3-8之一所述的方法，其特征在于，步骤(3)所述对视窗触控区(3)的石墨烯进行图案化的方法选自光刻或刻蚀，优选激光刻蚀或反应离子刻蚀； 优选地，所述激光刻蚀采用激光直写式刻蚀； 优选地，所述反应离子刻蚀为将金属掩膜紧贴于转移了石墨烯薄膜的单片基板上，然后将其置于氧气环境中进行刻蚀，被金属掩膜遮盖的区域，石墨烯得到保留，其余区域石墨烯将被氧等离子体刻蚀，从而获得触控区电极图案。
全文摘要
本发明涉及一种单片式电容触摸屏及其制备方法。所述单片式电容触摸屏包括单片基板(1)、非视窗油墨区(2)、视窗触控区(3)和引线区(4)；其中，所述单片基板(1)上四周设置非视窗油墨区(2)，所述非视窗油墨区(2)环绕形成视窗触控区(3)，在所述非视窗油墨区(2)上设置引线区(4)；其中，所述视窗触控区(3)的电极材料为石墨烯透明导电薄膜。本发明所述的触摸屏的制备方法有利于强化玻璃的制作，提高了强化玻璃的强度维持能力与稳定性，同时可以显著提高触控区感测电极的光透过性和阻抗均匀性；避免了黄光制程，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。
文档编号G06F3/044GK102880369SQ20121039050
公开日2013年1月16日 申请日期2012年10月15日 优先权日2012年10月15日
发明者谭化兵, 王振中, 熊维龙, 林荣水, 卞维军, 黄海东 申请人:无锡格菲电子薄膜科技有限公司, 无锡力合光电传感技术有限公司