[发明专利]一种石墨烯电容式触摸屏金属电极的精细图案化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨烯电容式触摸屏金属电极的精细图案化方法，具体涉及一种可应用在电容式触摸屏的石墨烯材料之上的，具有精细图案设计的金属电极膜层的制作方法。

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。触摸屏按照功能区域划分为视窗触控区2和引线电极区1，引线电极区1通过控制器连接外部结构（图1为电容式触摸屏的功能区域示意图）。

目前广为流行的电容式触摸屏结构包含（玻璃）基板3、透明导电电极层4、边缘电极引线层5组成（图2为单片电容式触摸屏的结构示意图）；其中透明导电电极4的膜层为TCO膜层，其作用是可以使光线透过，且本身可作为导电电极层使用。电极1所需要的透明导电层TCO需要具备10^-4Ω·cm数量级的电阻率。目前得到实际应用的是ITO（氧化铟锡）膜层。工业当中普遍采用PVD（物理气相沉积）方式镀制ITO（氧化铟锡）膜层。这里的PVD方式主要为溅射镀膜方式。边缘电极引线层2为金属引线层。

ITO(铟锡氧化物)薄膜是目前市场上最广泛使用的透明导电薄膜，它是氧化铟（90%In₂O₃）和氧化锡（10%SnO₂）的合成物，通常是用电子溅镀等方法在硬（玻璃）或软（塑胶）基板上生产的。虽然由现有的工艺生产的ITO薄膜具有高导电性和透明度，能基本满足部分电子产品对该两项技术指标的需要，但是仍存在很多难以克服的困难：

（1）ITO很脆易碎，因此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。

（2）ITO成膜后需要高温处理才能达到高导电性，当使用塑胶基板时，由于处理温度受限，薄膜导电性和透明度均较低。

（3）受原材料和生产设备、工艺的影响，ITO薄膜将会越来越昂贵。这是因为一方面，ITO的主要成分是铟，其储量非常有限，目前的全球年产约为500吨；另一方面，ITO的成膜工艺必须使用高质量的ITO靶材，成膜所需的高质量ITO靶材生产技术又主要控制在日本、美国、欧洲等国家。

以上技术缺陷和未来市场走向使发展新材料来取代ITO成为工业界急需解决的课题。对ITO的替代材料的可行性研究已经进行了很多年，潜在的候选材料包括导电聚合物、氧化锌或其他氧化物、碳纳米管以及最近的石墨烯等。

石墨烯具有作为透明导电材料的极佳性能，具备很高的透射率及电导率。石墨烯的透射率在可见光波段与波长无关，也就是说，可见光透射率因波长不同而引起的变化较少，透射光谱几乎为平坦状态。从色调的角度来说，石墨烯的色调完全无色，而导电薄膜越是无色就越容易在触摸显示屏上忠实地再现图像颜色。在透射率方面，石墨烯具有最好的透射率，高达97.4%。而在导电性方面，石墨烯在透射率维持在95%范围内时仍可达到125Ω/□的方块电阻指标，已经达到了工业界透明电极的质量标准（200~900Ω/□）。而需要指出的是，光线透射率与方块电阻值存在此消彼长的关系，为了降低方块电阻而增加石墨烯薄膜的厚度，透射率会随之下降。相反，为了提高光线透射率而减薄膜厚，方块电阻值就会上升。所以可以在保证透光率的前提下，通过适当增加石墨烯膜厚及掺杂等技术途径，将导电膜的方块电阻降至最低，这方面石墨烯具有很大的潜力。

在石墨烯电容式触摸屏的生产实践中，导电图形和引线电极制作过程还存在一些困难：

（1）由于石墨烯性质稳定，普通的化学刻蚀方法无法形成石墨烯导电图形；

（2）在实践中发现，在化学刻蚀中，金属层的去除过程会破坏金属层下石墨烯层的完整性，这是由于石墨烯层的厚度（小于2nm）远远小于金属层（200nm~1000nm）的缘故；

（3）在PVD过程中利用掩膜板直接形成引线电极区的方法并不适合规模化生产，其原因之一是掩膜板的对位精度和速度远远不能满足正常生产需要；原因之二，因为掩膜板只能水平放置，竖直放置则涉及夹片等动作，不利于安放小型基片，过程复杂，限制了镀膜样品的位置，严重降低了生产效率及产品良率。

因此，如何开发一种石墨烯电容式触摸屏金属电极的图案化方法是本领域一个亟待解决的问题。所述的图案化方法应当具有足够的精度，以便于精确图案化触摸屏的引线区电极。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种石墨烯电容式触摸屏金属电极的图案化方法，所述方法能够将触摸屏引线电极区进行精确的图案化。