[发明专利]一种用于电容式触摸屏的电极结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于电容式触摸屏的电极结构及其制备方法，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。

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。

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；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^-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%In₂O₃）和氧化锡（10%SnO₂）的合成物镀制在硬（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 Vapor Deposition，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：

（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，具体表现为：

（1）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引起的变化较少，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125Ω/□，已经达到了工业界透明电极的质量标准（400~900Ω/□）。

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。