一種柔性銅網柵基觸控螢幕及製備方法與流程
2024-03-31 17:59:05
本發明涉及光學薄膜領域，涉及一種柔性銅網柵基觸控螢幕及製備方法。
背景技術：
透明導電薄膜是平板電視、觸控螢幕、智能窗玻璃、發光二極體以及光伏電池等器件製造的必要組成部分。近年來，隨著信息(如觸摸顯示)、能源(如光伏、智能窗玻璃)等產業的發展，人們對透明導電薄膜的需求量急劇增大，而在透明導電薄膜中，應用最廣的一類是錫摻雜氧化銦薄膜，即俗稱的ITO薄膜。眾所周知，銦元素在地殼中的含量稀少(約為0.05ppm)，且難於提純，隨著ITO薄膜的用量顯著增大，其含量越來越稀少，導致價格驟增，從而增加觸控螢幕、薄膜太陽能電池等產業的製造成本。同時，由於ITO薄膜是一種陶瓷薄膜，其抗彎折性差，經過多次形變之後薄膜易開裂，從而使電阻顯著增大，導致器件失效。另一方面，為了製造大型顯示器、大面積固態發光板等器件，要求所用的透明導電薄膜的方塊電阻必須小於5Ω/□。雖然通過增加ITO薄膜的厚度可以滿足此要求，但是，其成本顯著增加，這種成本的增加是因為隨著薄膜厚度增加，ITO的沉積速率減小，導致大部分ITO原料被浪費。因此，必須尋找一種抗彎折性能好、方塊電阻可調且成本低廉的新型透明導電薄膜。
為了減少對ITO的依賴度，研究人員開發出了具有低電阻特性的銅金屬網柵透明導電薄膜。銅金屬網柵透明導電薄膜由於其電阻率和透過率可調、抗彎折性能優異、價格低廉且與半導體工藝兼容，因此，在產業龐大的柔性觸控螢幕、太陽能電池等方面的製備中，受到越來越多的青睞，成為重點研究的一類可行的新型ITO替代薄膜。但是，由於一般透明襯底PET本身的可見光區透過率低於92％，因此，在這種PET透明襯底上製備銅網柵導電層之後，其複合透過率更低，很難獲得高透過率和低電阻的透明導電薄膜。為了在保持低的表面方阻條件下提高薄膜總的透過率，需要儘量提高襯底的透過率。
同時，PET本身在可見光區的反射率很大，製成觸控螢幕之後，顯著降低了觸控螢幕的圖形真實度，因此，需要在表面粘接具有減反功能的玻璃，這樣導致觸控螢幕成本增加，同時也增加了觸控螢幕的重量，並降低觸控螢幕的其柔性。
技術實現要素：
本發明的目的是針對上述透明導電薄膜存在的不足，提出一種柔性銅網柵基觸控螢幕及製備方法。本發明的技術解決方案是，觸控螢幕包含：柔性銅網柵基導電膜和光學膠，其中，柔性銅網柵基導電膜包括柔性透明襯底、減反增透層、銅網柵導電層；所述減反增透層被布置在所述柔性透明薄膜襯底的兩側，其中柔性透明襯底包含：聚對苯二甲酸乙二醇酯和雙面加硬透明塗層，其中，雙面加硬透明塗層為紫外固化的聚丙烯酸酯塗層；減反增透層包含：低折射率薄膜層和高折射率薄膜層；銅網柵導電層包含銅網柵層和銅氧化物層；用光學膠把兩片相同結構的柔性銅網柵基導電膜粘接，其中柔性銅網柵基導電膜中的銅氧化物層與光學膠接觸，形成電容式觸控螢幕，其中一個銅網柵導電層為第一觸控功能層，用於感應觸控點在X軸方向的位置，另一個銅網柵導電層為第二觸控電極，用於感應觸控點在Y軸方向的位置。
所述減反增透層中的低折射率薄膜層為二氧化矽或氟化鎂。
所述減反增透層中的高折射率薄膜層為五氧化二鈮或二氧化鈦。
所述低折射率薄膜層和高折射率薄膜層交替堆疊，低折射率薄膜層數多於或等於高折射率薄膜層數。
所述銅網柵導電層中的銅氧化物層布置在銅網柵層的上、下表面。
所述銅網柵導電層中的銅網柵層的銅網柵為菱形或方形或六方形，線條的線寬為2～10微米，金屬化率為1.25～2％。
所述低折射率薄膜層和高折射率薄膜層其厚度分別為15～90nm和15～110nm。
所述銅網柵導電層中銅氧化物層的厚度為20～60nm。
所述光學膠厚度為25微米～50微米。
製造柔性銅網柵基觸控螢幕的方法是，在柔性透明襯底的雙面塗覆加硬塗層；在柔性透明襯底上下表面濺鍍減反增透層；在一側減反增透層表面濺鍍銅網柵基導電層；用光刻工藝把銅網柵導電層刻蝕成觸控螢幕用電極結構；用光學膠把兩片相同結構的柔性銅網柵基導電膜粘接，其中銅網柵導電層與光學膠接觸，形成電容式觸控螢幕，其中一個銅網柵導電層為第一觸控功能層，用於感應觸控點在X軸方向的位置，另一個銅網柵導電層為第二觸控電極，用於感應觸控點在Y軸方向的位置。
本發明具有的優點和有益效果，本發明採用在PET襯底的上下表面濺鍍減反增透層，來提高襯底的透過率，減少表面的反射光，然後再在一側的減反增透層表面濺鍍銅金屬導電複合層；採用光刻工藝對銅金屬導電層進行刻蝕，來製備高透過率低電阻的透明導電薄膜；用光學膠把兩片相同結構的透明導電膜粘接，使銅網柵層與光學膠接觸，來製備觸控螢幕用電極結構。所述複合薄膜可見光透過率高於98％，表面方阻低於6Ω/□，色度值b*小於0.3，銅膜表面的反射率低於4％，銅膜背面(PET膜未鍍膜測)的反射率低於5％。所述的觸控螢幕表面的反射率低於0.5％。
本發明所述觸控螢幕中所用的透明導電薄膜具有高透過率低電阻的特性，並且具有很強的環境耐受性能。
所述導電薄膜核心功能層在保證高的可見光透過率、低反射率的同時，具有很低的表面電阻。在加工成觸控螢幕等產品之後，線條的可視度極低，能顯著提高屏幕的清晰度。另一方面，在溼熱環境下，能夠防止銅金屬導電層被氧化而失效，保持良好的電學性能。
本發明涉及一種由具有高透過率、低電阻的柔性透明導電薄膜組成的觸控螢幕，其核心功能層包括減反增透層和銅網柵導電層。所述銅網柵導電層主要依靠銅線條互連而具有高透過率和極低表面電阻的光電特性。由於Cu的抗氧化能力弱，在使用過程中，與空氣接觸，容易被氧化成CuOx，而CuOx不具備良好的導電性能，並且會使銅線條形狀發生改變，從而影響所述導電薄膜的導電性能和光電性能。採用在銅表面濺鍍氧化物，能保護銅網柵在使用過程中被氧化，保持良好的光電特性。本發明採用一種特殊的防氧化措施，即在銅金屬膜的表面濺鍍銅的氧化物(CuOx)，從而隔絕銅網柵導電層與空氣接觸，防止Cu金屬被氧化。同時，由於銅的氧化物(CuOx)層的存在，其在銅金屬層表面起減反作用，能夠顯著降低Cu金屬的反射率，從而使銅網柵導電層的線條可視度極低。另外，使銅網柵導電層通過光學膠對粘，減反增透層與空氣接觸，能夠進一步防止銅網柵導電層被氧化。
由於一般透明襯底PET本身的可見光區透過率低於92％，因此，在這種PET透明襯底上製備銅網柵導電層之後，其複合透過率更低，很難獲得高透過率和低電阻的透明導電薄膜。同時，PET本身在可見光區的反射率很高，在製備成觸控螢幕之後，降低其圖形的真實性。為了在保持低的表面方阻條件下提高薄膜總的透過率和圖形的真實性，降低表面反射，本發明採用在PET襯底上下表面濺鍍減反增透層，來提高襯底的透過率，降低表面的反射率，然後再在一側濺鍍銅金屬導電複合層，來製備高透過率低電阻的透明導電薄膜。採用此導電薄膜製備的觸控螢幕，具有高清晰度、高保真度以及很強的耐環境性能等特徵。
附圖說明
圖1一種柔性銅網柵基觸控螢幕的剖面圖，其中，a為結構示意圖，b是圖a中的局部放大圖，每一個減反增透層為4層；
圖2一種柔性銅網柵基觸控螢幕的剖面圖，其中，a為結構示意圖，b是圖a中的局部放大圖，每一個減反增透層為6層。
具體實施方式
如圖所示，所述觸控螢幕包含柔性透明襯底薄膜、減反增透層、銅網柵導電層和光學膠。
透明薄膜襯底是由柔性透明聚對苯二甲酸乙二醇酯及其在雙面塗覆紫外固化的聚丙烯酸酯硬化塗層構成。柔性透明襯底的厚度為50微米-125微米。所述紫外固化的聚丙烯酸酯硬化塗層，採用傳統的卷繞式塗布法均勻塗覆在柔性透明PET襯底的兩側，以改善柔性透明襯底的強度、硬度以及耐久性等。
所述減反增透層是多層堆疊結構，覆蓋柔性透明PET襯底的上下表層。所述堆疊結構由選自高折射率薄膜層和低折射率薄膜層232構成。所述高折射率薄膜層231包括但不限於選自五氧化二鈮(Nb2O5)或二氧化鈦(TiO2)所組成的材料。所述低折射率薄膜層包括但不限於選自二氧化矽(SiO2)或氟化鎂(MgF2)所組成的材料。減反增透層中的每一層是由卷繞式磁控濺射鍍膜形成，通過多腔室同時濺射，一次完成多層膜的沉積。
所述銅網柵導電層是三層堆疊結構，覆蓋一側減反增透層的上層。所述堆疊結構由銅金屬薄膜層和銅氧化物薄膜層組成。銅金屬薄膜層和銅氧化物薄膜層是由卷繞式磁控濺射鍍膜形成，通過多腔室同時濺射，一次完成多層膜的沉積。在薄膜沉積之後，採用半導體加工工藝，把銅金屬薄膜層和銅氧化物層加工成菱形或方形或六邊形的網柵，其金屬化率為1.25％。
實施例一
如圖1所示，該圖示出一種柔性銅網柵基觸控螢幕的一個實施方案，所述複合薄膜包含光學膠1，柔性透明聚對苯二甲酸乙二醇酯PET襯底薄膜2，減反增透層13和14和銅網柵導電層15。
透明薄膜襯底2是由柔性透明聚對苯二甲酸乙二醇酯及其在雙面塗覆紫外固化的聚丙烯酸酯硬化塗層構成。優選地，柔性透明襯底2的厚度為50微米，也可以是125微米。所述紫外固化的聚丙烯酸酯硬化塗層，採用傳統的卷繞式塗布法均勻塗覆在柔性透明PET襯底的兩側，以改善柔性透明襯底2的強度、硬度以及耐久性等。
所述減反增透層13和14是多層堆疊結構，覆蓋柔性透明PET襯底2的上下表層。所述堆疊結構由選自高折射率薄膜層131、133、141和143和低折射率薄膜層132、134、142和144構成。所述高折射率薄膜層131、133、141和143包括但不限於選自五氧化二鈮Nb2O5或二氧化鈦(TiO2)所組成的材料。所述低折射率薄膜層132、134、142和144包括但不限於選自二氧化矽(SiO2)或氟化鎂(MgF2)所組成的材料。在優選實施方案中，高折射率薄膜層131、133、141和143都為五氧化二鈮(Nb2O5)，低折射率薄膜層132、134、142和144都為二氧化矽(SiO2)。
在優選實施方案中，減反增透層13是由沉積在襯底2且厚度約為21nm的第一介質層131、厚度約26nm且覆蓋第一介質層131的第二介質層132、厚度約為107nm且覆蓋第二介質層132的第三介質層133以及厚度約64nm且覆蓋第三介質層133的第四介質層134組成。第一介質層131至134是由卷繞式磁控濺射鍍膜形成，通過多腔室同時濺射，一次完成多層膜的沉積。
所述減反增透層14是由沉積在襯底2且厚度約為21nm的第一介質層141、厚度約26nm且覆蓋第一介質層141的第二介質層142、厚度約為107nm且覆蓋第二介質層142的第三介質層143以及厚度約64nm且覆蓋第三介質層143的第四介質層144組成。減反增透層141至144是由卷繞式磁控濺射鍍膜形成，通過多腔室同時濺射，一次完成多層膜的沉積。
所述銅網柵導電層15是多層堆疊結構，覆蓋減反增透層14的上層。所述堆疊結構由銅氧化物層151和153和銅金屬薄膜層152組成。銅網柵導電層151和153是由卷繞式磁控濺射鍍膜形成，通過多腔室同時濺射，一次完成多層膜的沉積。首先沉積銅氧化物層151，其厚度為40nm，然後在其上覆蓋銅金屬薄膜層152，其厚度約為400nm，最後在其上覆蓋銅氧化物薄膜層153，其厚度為40nm。在薄膜沉積之後，採用半導體加工工藝，把銅金屬薄膜層152和銅氧化物層151和153加工成菱形或方形或六邊形的網柵，其金屬化率為1.25％。所述複合薄膜可見光透過率高於97％，表面方阻低於10Ω/□，色度值b*小於0.5，銅膜表面的反射率低於5％，銅膜背面(PET膜未鍍膜測)的反射率低於6％。所述的觸控螢幕表面的反射率低於1.3％。
所述觸控螢幕是由兩片具有相同結構的銅網柵基透明導電薄膜，通過光學膠對粘而成的。在粘接過程中，保證銅網柵層與光學膠接觸，形成電容式觸控螢幕。所述第一銅網柵層為第一觸控功能層，用於感應觸控點在X軸方向的位置；所述第二銅網柵層為第二觸控電極，用於感應觸控點在Y軸方向的位置。
實施例二
如圖2所示，該圖示出一種柔性銅網柵基觸控螢幕的一個實施方案，所述複合薄膜包含光學膠1，柔性透明聚對苯二甲酸乙二醇酯PET襯底薄膜2，減反增透層23和24和銅網柵導電層25。
透明薄膜襯底2是由柔性透明聚對苯二甲酸乙二醇酯及其在雙面塗覆紫外固化的聚丙烯酸酯硬化塗層構成。優選地，柔性透明襯底2的厚度為50微米，也可以是125微米。所述紫外固化的聚丙烯酸酯硬化塗層，採用傳統的卷繞式塗布法均勻塗覆在柔性透明PET襯底的兩側，以改善柔性透明襯底2的強度、硬度以及耐久性等。
所述減反增透層(23和24)是多層堆疊結構，覆蓋柔性透明PET襯底2的上下表層。所述堆疊結構由選自高折射率薄膜層231、233、235、241、243和245和低折射率薄膜層232、234、236、242、244和246構成。所述高折射率薄膜層231、233、235、241、243和245包括但不限於選自五氧化二鈮Nb2O5或二氧化鈦(TiO2)所組成的材料。所述低折射率薄膜層232、234、236、242、244和246包括但不限於選自二氧化矽(SiO2)或氟化鎂(MgF2)所組成的材料。在優選實施方案中，高折射率薄膜層231、233、235、241、243和245都為五氧化二鈮(Nb2O5)，低折射率薄膜層232、234、236、242、244和246都為二氧化矽(SiO2)。
在優選實施方案中，減反增透層23是由沉積在襯底2且厚度約為15nm的第一介質層231、厚度約29nm且覆蓋第一介質層231的第二介質層232、厚度約為60nm且覆蓋第二介質層232的第三介質層233、厚度約15nm且覆蓋第三介質層233的第四介質層234、厚度約35nm且覆蓋第四介質層234的第五介質層235以及厚度約90nm且覆蓋第三介質層235的第六介質層236組成。第一介質層231至236是由卷繞式磁控濺射鍍膜形成，通過多腔室同時濺射，一次完成多層膜的沉積。
減反增透層24是由沉積在襯底2且厚度約為15nm的第一介質層241、厚度約29nm且覆蓋第一介質層241的第二介質層242、厚度約為60nm且覆蓋第二介質層242的第三介質層243、厚度約15nm且覆蓋第三介質層243的第四介質層244、厚度約35nm且覆蓋第四介質層244的第五介質層245以及厚度約90nm且覆蓋第三介質層245的第六介質層246組成。第一介質層層241至246是由卷繞式磁控濺射鍍膜形成，通過多腔室同時濺射，一次完成多層膜的沉積。
所述銅網柵導電層25是多層堆疊結構，覆蓋減反增透層24的上層。所述堆疊結構由銅氧化物層251和253和銅金屬薄膜層252組成。銅氧化物層251和253是由卷繞式磁控濺射鍍膜形成，通過多腔室同時濺射，一次完成多層膜的沉積。首先沉積銅氧化物層251，其厚度為45nm，然後在其上覆蓋銅金屬薄膜層252，其厚度約為400nm，最後在其上覆蓋銅氧化物薄膜層253，其厚度為35nm。在薄膜沉積之後，採用半導體加工工藝，把銅金屬薄膜層252和銅氧化物層251和253加工成菱形或方形或六邊形的網柵，其金屬化率為1.25％。所述複合薄膜可見光透過率高於98％，表面方阻低於6Ω/□，色度值b*小於0.3，銅膜表面的反射率低於4％，銅膜背面(PET膜未鍍膜測)的反射率低於5％，減反增透層表面的反射率低於0.5％。
所述觸控螢幕是由兩片具有相同結構的銅網柵基透明導電薄膜，通過光學膠對粘而成的。在粘接過程中，保證銅網柵層與光學膠接觸，形成電容式觸控螢幕。所述第一銅網柵層為第一觸控功能層，用於感應觸控點在X軸方向的位置；所述第二銅網柵層為第二觸控電極，用於感應觸控點在Y軸方向的位置。
實施例一和實施例二的參數如表1和表2所示。
表1
表2
本發明所述的優選實施方案，其詳細描述意圖為說明性的，不應理解為是對本公開範圍的限制。本發明所公開的任何單獨材料、數值或特性都可與本公開的任何其他材料、數值或特性互換使用，如同本發明所給出的具體實施方案一樣。任何人在本發明的啟示下都可得出其他各種形式的產品，但不論在其材料、形狀或結構上作任何變化，凡是具有與本申請相同或相似的技術方案，均落在本發明的保護範圍之內。