一种基于盖板转移技术制作石墨烯电容式触摸屏的方法与流程

本发明涉及石墨烯触摸屏的加工工艺领域，具体为一种通过盖板转移技术制备基于石墨烯透明电极的电容式触摸屏的新方法。

背景技术：

随着便携式个人消费电子产品的快速发展，电容式触摸屏得到了广泛的使用。轻薄化甚至柔性化是电容式触摸屏发展的必然趋势。透明导电薄膜是电容式触摸屏中的关键材料。目前普遍使用的氧化铟锡(ito)等氧化物透明导电薄膜材料存在使用中易受外界条件的影响、柔性差等突出问题。

作为新型的二维材料，石墨烯透明电极在制作电容式触摸屏方面具有独特的优势。相比于传统的ito材料，石墨烯对近红外和可见光及紫外光均具有优异的透过率，具有优异的柔性、热稳定性和化学稳定性；此外，石墨烯的二维特性使其在轻薄化方面具有独特的优势。

由于cvd生长的石墨烯具有质量高，尺寸易于放大的突出优点，制作石墨烯触摸屏普遍采用基于该方法制备的石墨烯薄膜。为了获得用于触摸屏的石墨烯透明电极，需要采用转移工艺将cvd法制备的石墨烯放置在玻璃、pet等基材上。目前，大面积石墨烯的转移技术主要使用特定的转移介质材料作为石墨烯的结构支撑层，在转移后需要去除。然而，现有的转移工艺均独立于触摸屏的制作过程之外，增加了石墨烯触摸屏制作工艺的复杂性和生产成本。而且，在转移石墨烯的过程中，存在石墨烯破损和转移介质残留污染石墨烯的问题，降低了触摸屏的产品良率。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种制作基于石墨烯透明电极的电容式触摸屏的新方法，该方法利用触摸屏盖板作为转移石墨烯的结构支撑层和石墨烯薄膜的基材，实现了石墨烯薄膜的转移和触摸屏制备的一体化，可以大幅减小石墨烯触摸屏的厚度、降低制备成本，还避免了使用额外的转移介质对石墨烯造成污染。

本发明的技术方案是：

一种基于盖板转移技术制作石墨烯电容式触摸屏的方法，所述触摸屏的主体由盖板和石墨烯透明电极构成，该方法利用触摸屏的盖板作为石墨烯的转移介质和基材，采用以下两个方案之一：

方案一，首先在初始基体表面形成石墨烯，再将触摸屏盖板结合到石墨烯的表面，分离石墨烯与初始基体后获得以盖板为基材的石墨烯透明电极；对石墨烯透明电极进行图形化和压合fpc加工后，完成触摸屏的制作；

方案二，首先在初始基体表面形成石墨烯，将位于初始基体表面的石墨烯进行图形化加工，再将触摸屏盖板结合到石墨烯的表面，分离石墨烯与初始基体后获得石墨烯透明电极，经压合fpc加工后完成触摸屏的制作。

所述的基于盖板转移技术制作石墨烯电容式触摸屏的方法，位于初始基体的石墨烯的平均层数为单层，少层或多层，层数为10层以下，石墨烯为采用化学气相沉积方法生长的石墨烯或析出方法生长的石墨烯。

所述的基于盖板转移技术制作石墨烯电容式触摸屏的方法，采用结合力或者结合层与实现石墨烯与触摸屏盖板的结合，防止石墨烯在操作过程中的破损；结合层形成在石墨烯表面，或者目标基体表面，或者同时形成在两者表面；采用的结合力为静电力、范德华力、共价键结合力、氢键结合力、真空吸附作用力、机械连接力之一种或两种以上。

所述的基于盖板转移技术制作石墨烯电容式触摸屏的方法，触摸屏盖板的材料为玻璃、聚碳酸酯pc、聚甲基丙烯酸甲酯pmma或聚对苯二甲酸乙二醇酯pet。

所述的基于盖板转移技术制作石墨烯电容式触摸屏的方法，采用的结合层材料为胶黏剂、叠氮化物、自组装单分子膜sam之一种或两种以上。

所述的基于盖板转移技术制作石墨烯电容式触摸屏的方法，将石墨烯与初始基体分离的方法为蚀刻基体法、鼓泡剥离法或机械剥离法。

所述的基于盖板转移技术制作石墨烯电容式触摸屏的方法，根据需要使用两层以上的石墨烯透明电极，重复操作直到获得相应层数的石墨烯透明电极。

所述的基于盖板转移技术制作石墨烯电容式触摸屏的方法，对石墨烯进行图形化加工的方法为激光蚀刻法、等离子体蚀刻法或氧化法。

所述的基于盖板转移技术制作石墨烯电容式触摸屏的方法，所形成的图形化 石墨烯透明电极包括导线部分或不包括导线部分，对于不包括导线部分的图形化石墨烯透明，在图形化后制作导线部分，制作导线部分的材料为银、铜、铜镍合金或钼铝合金，制作导线部分的方法为印刷工艺、光刻工艺或激光蚀刻工艺。

所述的基于盖板转移技术制作石墨烯电容式触摸屏的方法，根据需要在石墨烯透明电极表面贴合光学胶和保护膜。

本发明的特点及有益效果是：

1.盖板是触摸屏的基本组成部分，本发明使用触摸屏的盖板作为石墨烯的转移介质和基材，实现了石墨烯薄膜的转移工艺和触摸屏制备工艺的一体化。由于无需使用玻璃或聚合物薄膜等透明导电膜的常规基材，可显著减小触摸屏的厚度，实现触摸屏的超薄化；同时可以降低原材料成本。

2.本发明使用触摸屏的盖板作为石墨烯的转移介质，可以简化石墨烯触摸屏的制作步骤，从而降低加工成本。

3.本发明使用触摸屏的盖板作为石墨烯的转移介质，避免了常规工艺中使用额外的转移介质材料对石墨烯表面产生污染，有利于提高石墨烯触摸屏的产品良率。

附图说明

图1(a)-图1(b).基于盖板转移技术制作石墨烯电容式触摸屏的工艺流程示意图。其中，图1(a)为方案一；图1(b)为方案二。

具体实施方式

下面通过附图和实施例对本发明进一步详细描述。

在具体实施过程中，本发明该方法将触摸屏的盖板同时作为石墨烯的转移介质和基材，采用以下两个方案之一：

方案一，如图1(a)所示，首先在初始基体表面形成石墨烯，再将触摸屏盖板结合到石墨烯的表面，分离石墨烯与初始基体后获得以盖板为基材的石墨烯透明电极；对石墨烯透明电极进行图形化和压合fpc加工后，完成触摸屏的制作。具体步骤如下：

(1)在初始基体表面形成石墨烯；

(2)将位于初始基体的石墨烯表面与触摸屏盖板结合，再将石墨烯与初始基体分离；

(3)对盖板表面的石墨烯进行图形化和压合fpc等元件。

方案二，如图1(b)所示，首先在初始基体表面形成石墨烯，将位于初始基体表面的石墨烯进行图形化加工，再将触摸屏盖板结合到石墨烯的表面，分离石墨烯与初始基体后获得石墨烯透明电极，经压合fpc加工后完成触摸屏的制作。具体步骤如下：

(1)在初始基体表面形成石墨烯；

(2)对初始基体表面的石墨烯进行图形化；

(3)将位于初始基体的石墨烯表面与触摸屏盖板结合，再将石墨烯与初始基体分离；

(4)对盖板表面的石墨烯压合fpc等元件。

其中，将石墨烯与初始基体分离的方法为蚀刻基体法、鼓泡剥离法(参见中国专利申请，专利申请号：cn201110154465.9，一种低成本无损转移石墨烯的方法)或机械剥离法。如果需要使用两层以上的石墨烯透明电极，可多次重复步骤(1)和(2)，直到获得特定层数的石墨烯透明电极。对于不包括导线部分的石墨烯图形，在步骤(3)中制作导线。另外，还可将位于初始基体表面的石墨烯先进行图形化加工，再结合触摸屏盖板，形成图形的方法为图形化生长法、激光蚀刻法、等离子体蚀刻法或氧化法。

实施例1

利用cvd法在金属铜箔上(本实施例中，金属铜箔可以换成不同规格的铜片或者铜板，单晶或者多晶)生长单层占优的石墨烯。采用热压工艺将触摸屏pc盖板贴合在石墨烯图形表面(温度140℃，压力0.2mpa)。将“pc盖板/石墨烯/铜箔”放入1mol/l的过硫酸铵水溶液中蚀刻铜箔。待铜箔完全溶解后，将“pc盖板/石墨烯”用水冲洗并完全干燥，获得基于pc盖板的石墨烯透明电极。采用激光蚀刻技术对石墨烯薄膜进行图形化加工，获得电容式触摸屏所需的感应区图形和导线部分。将pc盖板上的石墨烯透明电极与fpc压合并封胶固定，最后对上述触摸屏进行外观和功能检测。

实施例2

利用cvd法在金属铜箔上生长单层占优的石墨烯。待铜箔冷却到室温后，再采用热压工艺将触摸屏pmma盖板贴合在石墨烯表面(温度130℃，压力0.1mpa)。将“pmma盖板/石墨烯/铜箔”放入2mol/l的过硫酸铵水溶液中蚀刻铜箔。待铜箔完全溶解后，将“pmma盖板/石墨烯”用水冲洗并完全干燥。 采用“pmma盖板/石墨烯”作为转移介质，重复上述步骤，直到获得“pmma盖板/4层石墨烯”。采用丝网印刷工艺，在“pmma盖板/4层石墨烯”的石墨烯表面制作银浆导线，并在120℃固化银浆。使用激光蚀刻技术对石墨烯区域进行图形化加工，获得电容式触摸屏所需的感应区图形。将pc盖板上的石墨烯透明电极与fpc压合并封胶固定，最后对上述触摸屏进行外观和功能检测。

实施例3

与实施例1的不同之处在于：

使用玻璃盖板作为转移石墨烯的介质材料，利用静电发生器在玻璃上(或者在表面生长有石墨烯的铜箔)产生静电力(产生静电的电压不小于0.1kv)，通过辊压或者板压的方法将铜箔/石墨烯与玻璃盖板通过静电力压合在一起(压力小于1mpa)；在压合fpc后，在石墨烯表面通过光学胶贴合pet保护薄膜。

实施例4

与实施例1的不同之处在于：

采用电解鼓泡法实现石墨烯与铜箔的剥离。将“pc盖板/石墨烯/铜箔”连接上恒流电源的负极，用铂片作为正极。本实施例中，电解液为1mol/l的naoh水溶液，将“pc盖板/石墨烯/铜箔”浸入溶液中后，施加1安培电流，电解过程所用电压为4～6伏特，电解过程的操作温度在15～30℃，电解所产生的气体为氢气(h2)。待“pc盖板/石墨烯”与铜箔完全分离后，将“pc盖板/石墨烯”从naoh溶液中取出，用水冲洗并完全干燥，获得基于pc盖板的石墨烯透明电极。

实施例5

利用cvd法在金属镍箔上(本实施例中，金属镍箔可以换成pt、co、ag、fe、mo、w、ti等其它金属或其合金，或者碳化钛、碳化钼、碳化锆等化合物，或者上述材料与半导体的复合材料)生长少层或多层石墨烯。采用激光蚀刻技术对生长在镍箔表面的石墨烯进行图形化加工，获得电容式触摸屏所需的感应区图形和导线部分。采用热压工艺将触摸屏pc盖板贴合在石墨烯图形表面(温度140℃，压力小于1mpa)。将“pc盖板/石墨烯/镍箔”放入1mol/l的过硫酸铵水溶液中蚀刻镍箔。待镍箔完全溶解后，将“pc盖板/石墨烯”用水冲洗并完全干燥。将pc盖板上的石墨烯透明电极与fpc压合并封胶固定，最后对上述触摸屏进行外观和功能检测。

实施例结果表明，本发明通过盖板转移技术制备基于石墨烯透明电极的电容 式触摸屏，使用触摸屏的盖板同时作为石墨烯的转移介质和基材，实现了石墨烯转移和触摸屏制备工艺的一体化，既可显著减小触摸屏的厚度又可降低原材料成本。该方法简化了现有的石墨烯触摸屏的制作工艺，可以充分发挥石墨烯在轻薄化方面的优势，还避免了使用额外的转移介质材料对石墨烯产生污染，有利于提高石墨烯触摸屏的产品良率。