一种用于电容式触摸屏的电极结构及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种用于电容式触摸屏的电极结构，所述电极结构由下至上依次包括基板、石墨烯层和导电金属膜层；其中，所述导电金属膜层与石墨烯层之间设有增加石墨烯层与金属膜层附着力的金属附着层。本发明专利技术所述的电极结构具有附着力高、耐腐蚀、导电性好的特性，且制备方法工艺简单，产品良率高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，具体涉及一种由多层金属构成的基于石墨烯电容式触摸屏的电极结构及其制备方法，属于石墨烯材料应用领域及电容式触摸屏制备领域。
技术介绍
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(IT0)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。目前广为流行的电容式触摸屏结构包含(玻璃)基板100、透明导电电极层101、边缘电极引线层102等组成(图1为现有技术中单片电容式触摸屏的结构示意图)。其中，透明导电电极层101为透明导电氧化物(Transparent ConductiveOxide,简称TC0)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；边缘电极引线层102为金属引线层。所述透明导电电极层101所需要的透明导电层需要具备10_4Q 数量级的电阻率。目前得到实际应用的是ITO (氧化铟锡)膜层，工业当中采用PVD (物理气相沉积)法镀制ITO膜层，所述PVD法主要为溅射镀膜方式。ITO (Indium Tin Oxides)是氧化铟(90%In203)和氧化锡(10%Sn02)的合成物锻制在硬(玻璃)或软(塑胶)基板上生产的。工业当中采用物理气相沉积(Physical VaporDeposition,简称PVD)方式镀制ITO (氧化铟锡)膜层。所述的PVD的基本方法有真空蒸发、溅射、离子镀等，所述离子镀包括空心阴极离子镀、热阴极离子镀、电弧离子镀、活性反应离子镀、射频离子镀、直流放电离子镀等。其中最常用的PVD方法为溅射镀膜方式。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(I) 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，具体表现为(I)石墨烯的透射率在可见光波段与波长无关。因此，可见光透射率因波长不同而弓I起的变化较少，透射光谱几乎为平坦状态。(2)石墨烯的色调完全无色。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。(3)石墨烯具有高达97. 4%的透射率。(4)石墨烯在透过率维持在95%范围内时，方块电阻仍可达到125 Q/ □，已经达到了工业界透明电极的质量标准(40(T900Q/ 口)。本领域公知地，在透明导电材料中，光线透射率与方块电阻值之间存在此消彼长的关系，即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，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。目前，在开发石墨烯替代ITO材料过程中，石墨烯作为透明导电材料应用于触摸屏产品领域被普遍看好。但是，在石墨烯之上的电极层却存在附着力、导电性和耐腐蚀/氧化性三方面不能同时取得较理想效果的问题。本领域技术人员为了提高电极层的导电性，选用Al、Ag等导电率较高的金属作为电极层，但是其与石墨烯的附着力不好，很容易出现膜层易于脱落、易于氧化的现象；而为了提高电极层的附着力，现有技术选用蒸镀方法制备与石墨烯附着力好的Cu、Ni等金属层作为电极层，但是其导电性非常不好，且膜层易于氧化，不耐腐蚀；而为了提高电极层的耐腐蚀/氧化性，现有技术又选择抗氧化性较好的Mo等金属作为电极层，同样地，所述的抗氧化性能较好的金属的导电性能或附着力方面的表现又非常不好。如何解决基于石墨烯的电容式触摸屏的电极层存在的这些问题，成为限制石墨烯作为透明导电材料应用于触摸屏产品的技术瓶颈。因此，为了将石墨烯材料快速投入应用并替代ITO膜层，本领域需要开发一种具有高附着力、高导电性及可以提高整体膜层的耐腐蚀性的可用于基于石墨烯透明导电膜层的电容式触摸屏的电极结构。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的之一在于提供一种具有高附着力的可用于基于石墨烯透明导电膜层的电容式触摸屏的电极结构。本专利技术提供的电极结构附着于石墨烯导电薄膜之上，可以提高透明导电薄膜层的透过率、电导率，或同时可以提高电容式触摸屏整体膜层的耐腐蚀性。同时，本专利技术提供的电极结构与石墨烯导电薄膜能够同时激光刻蚀，与现有的石墨烯制备技术相结合，规避现有的ITO材料，大幅降低触摸屏产品制作成本的同时，大幅度提闻广品良率及可罪性，提闻广品的耐候性。本专利技术突破现有技术“仅采用一层导电金属膜层解决所有基于石墨烯的电容式触摸屏的金属引线电极技术问题”的技术偏见，选用两层甚至多层金属来解决基于石墨烯的电容式触摸屏存在的不同的技术难题。本专利技术是通过如下技术方案实现的一种用于电容式触摸屏的电极结构，所述电极结构由下至上依次包括基板、石墨烯层和导电金属膜层；其中，所述导电金属膜层与石墨烯层之间设有增加石墨烯层与金属膜层附着力的金属附着层，即所述电极结构由下至上依次包括基板、石墨烯层、金属附着层和导电金属膜层。本专利技术通过在导电金属膜层与石墨烯层之间设金属附着层的方式来解决现有技术中导电金属膜层与石墨烯层附着力不好的问题。本专利技术所述的金属附着层与石墨烯之间具有较强的附着力，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与石墨烯之间具有较强附着力的金属均可用于本专利技术，对于具体选择何种金属本专利技术不做具体限定。当然，金属附着层同样需要与导电金属膜层具有良好的附着性，但因为同样是金属材质，性能基本相似，两者之间的附着力好是非常公知的事实，无需过多考虑其与导电金属膜层的相溶性。优选地，所述金属附着层的金属材料为能够与石墨烯固溶的金属中的任意I种或至少2种的组合。与石墨烯发生固溶的金属是本领域技术人员所熟知的，典型但非限制性的实例有镍、铜、铷、钴、钯、钼、铱或钌等，在石墨烯薄膜的制备领域，技术人员通常会利用 “能与石墨烯发生固溶”这样的特性来选择CVD法中的金属衬底。进一步优选地,本专利技术所述能够与石墨烯固溶的金属选自金属N1、金属Cu、金属T1、金属Cr中的任意I种或至少2种的组合,所述组合例如NiCu合金、NiTi合金、CuCr合金、NiCr合金等,优选金属Ni和/或金属Cu,进一步优选金属Ni和金属Cu的合金；优选地，所述金属附着层的厚度为30-350nm,例如32nm、37nm、45nm、49nm、53nm、58nm、67nm、85nm、92nm、120nm、180nm、250nm、265nm、287nm、312nm、335nm、348n本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于电容式触摸屏的电极结构，其特征在于，所述电极结构由下至上依次包括基板、石墨烯层和导电金属膜层；其中，所述导电金属膜层与石墨烯层之间设有增加石墨烯层与金属膜层附着力的金属附着层。

【技术特征摘要】
1.一种用于电容式触摸屏的电极结构，其特征在于，所述电极结构由下至上依次包括基板、石墨烯层和导电金属膜层； 其中，所述导电金属膜层与石墨烯层之间设有增加石墨烯层与金属膜层附着力的金属附着层。2.如权利要求1所述的电极结构，其特征在于，所述金属附着层的金属材料为能够与石墨烯固溶的金属中的任意I种或至少2种的组合； 优选地，所述能够与石墨烯固溶的金属选自金属N1、金属Cu、金属T1、金属Cr中的任意I种或至少2种的组合,优选金属Ni和/或金属Cu,进一步优选金属Ni和金属Cu的合金； 优选地，所述金属附着层的厚度为30-350nm，优选厚度为50_300nm。3.如权利要求1或2所述的电极结构，其特征在于，所述电极结构的导电金属膜层之上设有保护导电金属膜层不被氧化和腐蚀的金属保护层； 优选地，所述金属保护层的金属材料为抗氧化耐腐蚀金属中的任意I种或至少2种的组合，优选金属N1、金属Mo、金属Ti中的任意I种或至少2种的组合,进一步优选金属Mo ； 优选地，所述金属保护层的厚度为30-350nm，优选厚度为50_300nm。4.如权利要求1-3之一所述的电极结构，其特征在于，所述导电金属膜层的金属材料为导电金属中的任意I种或至少2种的组合，优选电阻率彡3.0Χ10_8Ω .m的导电金属，进一步优选金属Ag、金属Al、金属Au中的任意I种或至少2种的组合,进一步优选金属Ag、金属Al、金属Au中的任意I种； 优选地，所述导电金属膜层的厚度为140-700nm，优选厚度为200_600nm。5.如权利要求1-4之一所述的电极结构，其特征在于，所述金属附着层、导电金属膜层和金属保护层的总厚度为200-1000nm ； 优选地，所述石墨烯层为厚度O. 5-3nm的单层或多层石墨烯层，优选单原子石墨烯层，或厚度为l_3nm的多层石墨烯层； 优选地，所述基板厚度为O. 3-2mm，优选为O. 3-1. 1mm，所述基板优选为玻璃基板或PET基板。6.如权利要求1-5之一所述的电极结构,其特征在于,所述金属附着层为NiCu合金层；优选地，所述NiCu合金层的厚度为30-350nm，优选厚度为50_300nm ； 优选地，所述导电金属膜层为Al金属层；优选地,所述Al金属层的厚度为140-700nm,优选厚度为200-600nm ； 优选地，所述金属保护层为Mo金属层；优选地，所述Mo金属层的厚度为30-350nm，优选厚度为50-300nm。7.—种如权利要求1-6之一所述的电极结构的制备方法，其特征在于，当电极结构由下至上依次包括基板、石墨烯层、金属附着层和导电金属膜层时，所述方法为在基板上转印石墨烯薄膜；然后使电极区的石墨烯层上依次沉积金属附着层和导电金属膜层，得到电极区结构为基板/石墨烯膜/金属附着层/导电金属膜层的层状结构；最后经图案化得到电容式触摸屏的电极结构； 优选地，所述方法为在基板上转印石墨烯薄膜；然后使电极区的石墨烯层上依次沉积NiCu合金的金属附着层和金属Al的导电金属膜层，得到电极区结构为基板/石墨烯膜/NiCu合金膜/Al金属膜的层状结构；最后经图案化得到电容式触摸屏的电极结构； 优选地，当电极结构由下至上依次包括基板、石墨烯层、金属附着层、导电金属膜层和金属保护层时，所述方法为在基板上转印石墨烯薄膜；然后使电极区的石墨烯层上依次沉积金属附着层、导电金属膜层和金属保护层，得到电极区结构为基板/石墨烯膜/金属附着层/导电金属膜层/金属保护层的层状结构；最后经图案化得到电容式触摸屏的电极结构； 优选地，所述方法为在基板上转印石墨烯薄膜；然后使电极区的石墨烯层上依次沉积NiCu合金、金属Al和金属Mo得到金属膜层，得到电极区结构为基板/石墨烯膜/NiCu合金膜/Al金属膜/Mo金属膜的层状结构；最后经图案化得到电容式触摸屏的电极结构；优选地，沉积金属附着层、导电金属膜层和金属保护层的方法为磁控溅射方法； 优选地，沉积NiCu合金、金属Al和金属Mo的方法为磁控派射方法。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤 (1)制备石墨烯薄膜； (2)将步骤(I)制...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志斌，黄海东，陈凯，吴勇，赵斌，
申请(专利权)人：无锡力合光电石墨烯应用研发中心有限公司，无锡力合光电传感技术有限公司，
类型：发明
国别省市：