CN105786242A - 一种柔性触控屏传感薄膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种柔性触控屏传感薄膜的制备方法，包括如下步骤：1)将纳米结构导电材料分散液涂布于表面平整的无机刚性基材上，通过热处理去除分散液中的溶剂，从而在无机刚性基材上形成银纳米线的导电网络；2)在纳米结构导电材料的导电网络的表面印刷银浆并去除银浆中的溶剂形成银浆导线；3)对纳米结构导电材料的导电网络和银浆导线同时进行刻蚀以形成触控图文；4)在触控图文的表面涂布固化层溶液，并在固化层溶液上贴附柔性光学基材；5)将柔性薄膜部分和所述无机刚性基材剥离；纳米结构导电材料的导电网络、银浆导线、柔性基材共同构成柔性薄膜部分；从而获得柔性触控屏传感薄膜。通过上述技术方案，消弱了银浆与刚性基板间的结合力，因而在涂布固化层溶液后，银浆可以成功转印。银纳米线及银浆共同刻蚀，简化了对位的步骤。
Description
技术领域
本发明属于触控屏技术领域，特别涉及一种柔性触控屏传感薄膜及其制备方法。
背景技术
未来的可穿戴设备、智能窗户、智能家居等产品，对触摸面板的需求朝着大尺寸、低价化、可弯曲的方向发展，然而传统ITO薄膜较脆，不宜用于可弯曲应用，在柔性基材上的导电性及透光率等本质问题也不易克服。
银纳米线导电薄膜因其柔软性、低成本、低电阻、透光率高的优势越来越引起人们的关注。目前市场上制备银纳米线透明导电触控屏的方式主要是将银纳米线配方直接涂布于柔性基材上，再丝印银浆、刻蚀银纳米线及银浆图文，这种制程效率很高，但是也存在一些问题：涂布于柔性基材的银纳米线不能进行高温热处理，影响其导电率；需要涂布光聚保护层提高银纳米线和基材的结合力，这样会增加银纳米线、银浆电阻；银纳米线比较表面粗糙，影响其在薄膜太阳能电池、柔性OELD等领域的应用。公开号为CN104991671A的中国专利申请公开了一种柔性触控屏传感薄膜及其制备方法包括如下步骤：将纳米结构导电材料的分散液涂布于无机刚性基材上，形成纳米材料导电网络；对纳米结构导电材料的导电网络进行刻蚀；在纳米结构导电材料的导电网络上涂布光固化层溶液；并在光固化层溶液上贴附柔性光学基材；对光固化层溶液进行光固化，使其形成光固化层；在柔性导电薄膜的导电网络上印刷导电银浆，烘干形成银浆导线，制成柔性触控屏传感薄膜。这种方法先进行纳米材料的刻蚀，转印后再印刷银浆，存在银浆印刷中对位精度不能保证的问题，某些情况下银浆图文也需要刻蚀，这样整个流程就需要两步刻蚀过程，流程较为繁琐。
发明内容
本发明目的是为了克服现有技术的不足，提供一种柔性触控屏传感薄膜的制备方法，能提高生产效果，成品质量更好。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种柔性触控屏传感薄膜的制备方法，包括如下步骤：
1)将纳米结构导电材料分散液涂布于表面平整的无机刚性基材上，去除分散液中的溶剂后，在无机刚性基材上形成纳米结构的导电网络；
2)在纳米结构导电材料分散液的导电网络的表面印刷银浆并去除银浆中的溶剂形成银浆导线；
3)对纳米结构导电材料分散液的导电网络和银浆导线同时进行刻蚀以形成触控图文；
4)在触控图文的表面涂布固化层溶液，对固化层溶液进行固化形成柔性基材；
或者，在触控图文的表面涂布固化层溶液后，在固化层溶液上贴附柔性光学基材后进行固化，固化层与柔性光学基材组成柔性基材；
5)将柔性薄膜部分和所述无机刚性基材剥离；纳米结构导电材料的导电网络、银浆导线、柔性基材共同构成柔性薄膜部分；从而获得柔性触控屏传感薄膜。
作为优选，所述纳米结构导电材料为银纳米线、铜纳米线、碳纳米管、石墨烯。
作为优选，所述固化层溶液为光固化层溶液；
所述光固化层溶液由如下质量百分比的各组分组成：光引发剂0.2％-5％、改性聚氨酯丙烯酸酯25％-35％、及余量的含三嗪环的多官能团丙烯酸酯和二季戊四醇多官能度丙烯酸酯；或，所述光固化层溶液由如下质量百分比的各组分组成：光引发剂0.2％-5％、改性聚氨酯丙烯酸酯25％-35％、无机纳米填料1％-10％、偶联剂0.5％-2％、及余量的含三嗪环的多官能团丙烯酸酯和二季戊四醇多官能度丙烯酸酯；
或所述固化层溶液为热固化层溶液，所述热固化层溶液由如下质量百分比的各组分组成：热引发剂1％-5％、改性聚氨酯丙烯酸酯25％-45％、偶联剂0.5％-2％及余量的多官能团丙烯酸酯。
作为优选，所述含三嗪环的多官能团丙烯酸酯和二季戊四醇多官能度丙烯酸酯的质量配比为1:8-8:1。
作为优选，所述柔性光学基材为PET、PC、PI或PEN；所述柔性光学基材为透光率≥90％的光学级透明基材。
作为优选，所述无机刚性基材为玻璃或硅片。
作为优选，步骤1)中，通过热处理去除分散液中的溶剂，热处理的温度为60-160℃。
作为优选，所述银浆由以下组分组成：银粉颗粒直径0.5-2um，其固含量为60％-90％；溶剂、分散剂、流平剂、金属微粒的防氧剂、稳定剂。
作为优选，所述柔性薄膜部分的厚度为5～400um。
一种采用所述的制备方法制得的柔性触控屏传感薄膜，其特征在于，所述柔性触控屏传感薄膜的可见光透过率为80％～95％，方块电阻值为5-100Ω/□。。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
通过上述技术方案，银纳米线及银浆共同刻蚀，简化了对位的步骤。银纳米线及银浆共同转印，省去光聚保护层涂布及固化工序，优化了生产流程，确保了银浆与银纳米线的良好接触，解决了传统方式银浆与银纳米线不能有效导通方面的问题，同时确保银纳米线和银浆与柔性基材的结合力。转印之后，银纳米线及银浆之间的接触电阻不变。基于无机刚性基材的平整性，转印所制备的传感薄膜具有可控的表面平整度。根据固化层的厚度可控制传感薄膜的厚度在5-400um的范围内，单一固化材料作为柔性基材的情况下，传感薄膜厚度可达10um以下，可以作为超薄应用。
附图说明
图1是本发明所述的柔性触控屏传感薄膜及其制备方法。
图2是银纳米线导电网络的形貌图。
图3是部分银纳米线的导电网格和银浆导线被激光刻蚀掉后形成的形貌图。
具体实施方式
参阅图1，结合附图对本发明的技术方案做进一步说明：
实施例1
一种柔性触控屏传感薄膜，其按照如下步骤制备：
①将纳米结构导电材料分散液涂布于平整的无机刚性基材上；本实施例中，纳米结构导电材料为银纳米线，其它实施例中也可采用铜纳米线、碳纳米管、石墨烯等，无机刚性材料即如玻璃，硅片等(a)，本实施例中具体采用的是玻璃；其中该银纳米线分散液中的银纳米线质量百分含量为0.1％，其溶剂为异丙醇、水的混合物(二者质量比为8:1)，另外还添加有分散剂(质量百分含量为0.3％)、表面活性剂(质量百分含量为0.1％)。
②在温度60℃热处理(烘干)去除银纳米线分散液中的溶剂，形成银纳米线导电网络(b)，促进银纳米线之间的接触点的进一步融合，其银纳米线的表面电阻在10Ω/□左右。导电网络的厚度为80nm；形成的银纳米线导电网络的形貌图如图2。除了热处理方式外，去除纳米结构导电材料分散液中的溶剂也可以通过其它方式去除。
③在银纳米线的导电网络的表面印刷银浆(银粉颗粒直径0.5um，其固含量为90％；其他成分为溶剂、分散剂、流平剂、金属微粒的防氧剂、稳定剂等)，120℃下烘干形成银浆导线；银浆导线的厚度为4um。(c)
④对银纳米线导电网络和银浆导线同时进行激光刻蚀以形成触控图文(d)；银纳米线的导电网格和银浆导线在形成触控图文时部分银纳米线的导电网格和银浆导线被激光刻蚀掉后形成的形貌图如图3。
⑤固化层涂布(e)：在刻有触控图文的银纳米线导电网络及银浆导线上涂布固化层溶液，固化溶液会渗入并填充银纳米线的导电网络及银浆导线的空隙以及激光刻蚀出的图文中；当该固化层溶液为光固化层溶液时，光固化层溶液为如下质量百分比的各组分构成：光引发剂0.2％、改性聚氨酯丙烯酸酯25％、及余量的含三嗪环的多官能团丙烯酸酯和二季戊四醇多官能度丙烯酸酯；含三嗪环的多官能团丙烯酸酯和二季戊四醇多官能度丙烯酸酯的质量配比为1:8；各组分的质量百分比之和为100％。或，光固化层溶液由如下质量百分比的各组分组成：光引发剂0.2％、改性聚氨酯丙烯酸酯25％、无机纳米填料1％、偶联剂0.5％、及余量的含三嗪环的多官能团丙烯酸酯和二季戊四醇多官能度丙烯酸酯；含三嗪环的多官能团丙烯酸酯和二季戊四醇多官能度丙烯酸酯的质量配比为1：8；各组分的质量百分比之和为100％。
当固化层溶液为热固化溶液时，热固化层溶液为如下质量百分比的各组分构成：热引发剂1％、改性聚氨酯丙烯酸酯25％、偶联剂0.5％及余量的多官能团丙烯酸酯。控制固化层的厚度为9um。
⑥直接对固化层进固化(光固化层溶液采用UV固化、热固化溶液采用热固化)，形成柔性基材。银纳米线导电网络、银浆导线、柔性基材共同构成柔性薄膜部分，形成的柔性薄膜部分其厚度为9um。
⑦将柔性薄膜部分与玻璃分离(f)，即形成柔性触控屏传感薄膜，为了使传感薄膜更为耐用，可在导电网络的暴露面贴上保护膜(g)。
经上述步骤制得的柔性触控屏传感薄膜，薄膜总厚度仅为9um，转印后方块电阻值仍为10Ω/□，可见光区透过率为80％，其固化层的硬度至少为2H，银线与银浆之间的电阻也不变。
实施例2
一种柔性触控屏传感薄膜，其按照如下步骤制备：
①将纳米结构导电材料分散液涂布于平整的无机刚性基材上；本实施例中，纳米结构导电材料为银纳米线，其它实施例中也可采用铜纳米线、碳纳米管、石墨烯等，无机刚性材料即如玻璃，硅片等(a)，本实施例中具体采用的是玻璃；其中该银纳米线分散液中的银纳米线质量百分含量为0.2％，其溶剂为异丙醇、甲醇、水的混合物(二者质量比为7:1:1)，另外还添加有分散剂(质量百分含量为0.3％)、表面活性剂(质量百分含量为0.1％)。
②温度100℃热处理(烘干)去除银纳米线分散液中的溶剂，形成银纳米线导电网络(b)，促进银纳米线之间的接触点的进一步融合，其银纳米线的表面电阻在50Ω/□左右；导电网络的厚度为50nm；形成的银纳米线导电网络的形貌图如图2；形成的银纳米线导电网络的形貌图(如图2)。除了热处理方式外，去除纳米结构导电材料分散液中的溶剂也可以通过其它方式去除。
③在银纳米线的导电网络的表面印刷银浆(银粉颗粒直径1um，其固含量为70％；其他成分为溶剂、分散剂、流平剂、金属微粒的防氧剂、稳定剂等)，135℃下烘干形成银浆导线；银浆导线的厚度为7um。(c)
④对银纳米线导电网络和银浆导线同时进行激光刻蚀以形成触控图文(d)；银纳米线的导电网格和银浆导线在形成触控图文时部分银纳米线的导电网格和银浆导线被激光刻蚀掉后形成的形貌图如图3。
⑤柔性固化层涂布(e)：在刻有触控图文的银纳米线导电网络及银浆导线上涂布固化层溶液，固化溶液会渗入并填充银纳米线的导电网络及银浆导线的空隙以及激光刻蚀出的图文中；当该固化层溶液为光固化溶液时，光固化溶液为如下质量百分比的各组分构成：光引发剂0.35％、改性聚氨酯丙烯酸酯30％、及余量的含三嗪环的多官能团丙烯酸酯和二季戊四醇多官能度丙烯酸酯；含三嗪环的多官能团丙烯酸酯和二季戊四醇多官能度丙烯酸酯的质量配比为4:1；各组分的质量百分比之和为100％。或，光固化层溶液由如下质量百分比的各组分组成：光引发剂0.35％、改性聚氨酯丙烯酸酯30％、无机纳米填料5％、偶联剂1.2％、及余量的含三嗪环的多官能团丙烯酸酯和二季戊四醇多官能度丙烯酸酯；含三嗪环的多官能团丙烯酸酯和二季戊四醇多官能度丙烯酸酯的质量配比为4:1；各组分的质量百分比之和为100％。
当固化层溶液为热固化溶液时，热固化层溶液为如下质量百分比的各组分构成：热引发剂2.55％、改性聚氨酯丙烯酸酯30％、偶联剂2.5％及余量的多官能团丙烯酸酯。控制固化层的厚度为100um。
⑥在固化层溶液上贴附柔性光学基材，然后对固化层进行固化(光固化层溶液采用UV固话、热固化溶液采用热固化)，固化层与柔性光学基材组成柔性基材；银纳米线导电网络、银浆导线、柔性基材共同构成柔性薄膜部分，形成的柔性薄膜部分其厚度为200um；该柔性光学基材具体为透光率≥90％的光学级透明基材，柔性光学基材的厚度为100um，具体可选自PET、PC、PEN，本实施例中采用的是PET。
⑦将柔性薄膜部分与玻璃分离(f)，即形成柔性触控屏传感薄膜，为了使传感薄膜更为耐用，可在导电网络的暴露面贴上保护膜(g)。
经上述步骤制得的柔性触控屏传感薄膜，薄膜总厚度为200um，方块电阻值仍为50Ω/□，可见光区透过率为89％，其固化层的硬度至少为2H，银线与银浆之间的电阻也不变。
实施例3
一种柔性触控屏传感薄膜，其按照如下步骤制备：
①将纳米结构导电材料分散液涂布于平整的无机刚性基材上；本实施例中，纳米结构导电材料为银纳米线，其它实施例中也可采用铜纳米线、碳纳米管、石墨烯等，无机刚性材料即如玻璃，硅片等(a)，本实施例中具体采用的是玻璃；其中该银纳米线分散液中的银纳米线质量百分含量为0.3％，其溶剂为异丙醇、乙醇、水的混合物(二者质量比为7:1:1)，另外还添加有分散剂(质量百分含量为0.3％)、表面活性剂(质量百分含量为0.1％)。
②在温度160℃热处理(烘干)去除银纳米线分散液中的溶剂，形成银纳米线导电网络(b)，促进银纳米线之间的接触点的进一步融合，其银纳米线的表面电阻在100Ω/□左右；导电网络的厚度为20nm；形成的银纳米线导电网络的形貌图如图2。除了热处理方式外，去除纳米结构导电材料分散液中的溶剂也可以通过其它方式去除。
③在银纳米线的导电网络的表面印刷银浆(银粉颗粒直径2um，其固含量为60％；其他成分为溶剂、分散剂、流平剂、金属微粒的防氧剂、稳定剂等)，150℃下烘干形成银浆导线；银浆导线的厚度为10um。(c)
④对银纳米线导电网络和银浆导线同时进行激光刻蚀以形成触控图文(d)；银纳米线的导电网格和银浆导线在形成触控图文时部分银纳米线的导电网格和银浆导线被激光刻蚀掉后形成的形貌图如图3。
柔性固化层涂布(e)：在刻有触控图文的银纳米线导电网络及银浆导线上涂布固化层溶液，固化溶液会渗入并填充银纳米线的导电网络及银浆导线的空隙以及激光刻蚀出的图文中；当该固化层溶液为光固化层溶液时，光固化层溶液如下质量百分比的各组分构成：光引发剂0.5％、改性聚氨酯丙烯酸酯35％、及余量的含三嗪环的多官能团丙烯酸酯和二季戊四醇多官能度丙烯酸酯；含三嗪环的多官能团丙烯酸酯和二季戊四醇多官能度丙烯酸酯的质量配比为8:1；各组分的质量百分比之和为100％。或，光固化层溶液由如下质量百分比的各组分组成：光引发剂0.5％、改性聚氨酯丙烯酸酯35％、无机纳米填料10％、偶联剂2％、及余量的含三嗪环的多官能团丙烯酸酯和二季戊四醇多官能度丙烯酸酯；含三嗪环的多官能团丙烯酸酯和二季戊四醇多官能度丙烯酸酯的质量配比为8：1；各组分的质量百分比之和为100％。
当固化层溶液为热固化溶液时，热固化层溶液为如下质量百分比的各组分构成：热引发剂5％、改性聚氨酯丙烯酸酯45％、偶联剂2％及余量的多官能团丙烯酸酯。
⑥形成柔性薄膜部分，具体可分为两种方式：
第一种方式：控制固化层的厚度为275um，直接对固化层进固化，形成柔性基材。银纳米线导电网络、银浆导线、柔性基材共同构成柔性薄膜部分，形成的柔性薄膜部分其厚度为275um。
第二种方式：在固化层溶液上贴附柔性光学基材，控制固化层的厚度为200um，然后对固化层进行固化(光固化层溶液采用UV固化、热固化溶液采用热固化)，固化层与柔性光学基材组成柔性基材；银纳米线导电网络、银浆导线、柔性基材共同构成柔性薄膜部分，形成的柔性薄膜部分其厚度为400um；该柔性光学基材具体为透光率≥90％的光学级透明基材，柔性光学基材的厚度为200um，具体可选自PET、PC、PEN，本实施例中采用的是PC。
⑦将柔性薄膜部分与玻璃分离(f)，即形成柔性触控屏传感薄膜；而为了使传感薄膜更为耐用，可在导电网络的暴露面贴上保护膜(g)。
经上述步骤制得的柔性触控屏传感薄膜，方块电阻值为100Ω/□，可见光区透过率为90％，其固化层的硬度至少为4H。银线与银浆之间的电阻也不变。
本发明所述的柔性触控屏传感薄膜的制备方法，通过对银纳米线银浆同时进行刻蚀，简化了对位的步骤，而且两次刻蚀缩减为一次，提高了制备速率。通过无机刚性基材将银纳米线和银浆导线同时转印在柔性基材上形成柔性触控屏传感薄膜，能保证银纳米线及银浆之间的接触电阻不变提高了制备速率。
本发明制备得出的柔性触控屏传感薄膜由于银纳米线的存在，消弱了银浆与刚性基板间的结合力，因而在涂布固化层溶液后，银浆可以成功转印。
银纳米线在基材表面铺附平整，表面粗糙度小于5nm。刻蚀的触控图文线路能够保持良好的线性，刻蚀的图文精密。银浆导线及银纳米线的烘干都在无机刚性基材上进行，避免了直接在薄膜上涂布烘烤导致薄膜变形。银纳米线导电网络及银浆导线镶嵌于固化层中，且其银纳米线银浆导线会裸露于固化层表面，提供良好的表面电接触，在固化层作用下，银纳米线及银浆导线有很强的结合力。所形成的固化层具有较好的柔性，表面硬度高，硬度超过2H。传感薄膜厚度可达10um以下，可以制作超薄传感器。制备的产品具有耐磨、耐划痕、耐溶剂等性能，可见光透过率为80～95％，方块电阻值为5-100Ω/□。
本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变型不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变型属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变动。
Claims (10)
1.一种柔性触控屏传感薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将纳米结构导电材料分散液涂布于表面平整的无机刚性基材上，去除分散液中的溶剂后，在无机刚性基材上形成纳米结构的导电网络；
2)在纳米结构导电材料分散液的导电网络的表面印刷银浆并去除银浆中的溶剂形成银浆导线；
3)对纳米结构导电材料分散液的导电网络和银浆导线同时进行刻蚀以形成触控图文；
4)在触控图文的表面涂布固化层溶液，对固化层溶液进行固化形成柔性基材；
或者，在触控图文的表面涂布固化层溶液后，在固化层溶液上贴附柔性光学基材后进行固化，固化层与柔性光学基材组成柔性基材；
5)将柔性薄膜部分和所述无机刚性基材剥离；纳米结构导电材料的导电网络、银浆导线、柔性基材共同构成柔性薄膜部分；从而获得柔性触控屏传感薄膜。
2.根据权利要求1所述的柔性触控屏传感薄膜的制备方法，其特征在于，所述纳米结构导电材料为银纳米线、铜纳米线、碳纳米管、石墨烯。
3.根据权利要求1所述的柔性触控屏传感薄膜的制备方法，其特征在于，
所述固化层溶液为光固化层溶液；
所述光固化层溶液由如下质量百分比的各组分组成：光引发剂0.2％5％、改性聚氨酯丙烯酸酯25％-35％、及余量的含三嗪环的多官能团丙烯酸酯和二季戊四醇多官能度丙烯酸酯；或，所述光固化层溶液由如下质量百分比的各组分组成：光引发剂0.2％-5％、改性聚氨酯丙烯酸酯25％-35％、无机纳米填料1％-10％、偶联剂0.5％-2％、及余量的含三嗪环的多官能团丙烯酸酯和二季戊四醇多官能度丙烯酸酯；
或所述固化层溶液为热固化层溶液，所述热固化层溶液由如下质量百分比的各组分组成：热引发剂1％-5％、改性聚氨酯丙烯酸酯25％-45％、偶联剂0.5％-2％及余量的多官能团丙烯酸酯。
4.根据权利要求3所述的柔性触控屏传感薄膜的制备方法，其特征在于，所述含三嗪环的多官能团丙烯酸酯和二季戊四醇多官能度丙烯酸酯的质量配比为1∶8-8∶1。
5.根据权利要求1所述的柔性触控屏传感薄膜的制备方法，其特征在于，所述柔性光学基材为PET、PC、PI或PEN；所述柔性光学基材为透光率≥90％的光学级透明基材。
6.根据权利要求1所述的柔性触控屏传感薄膜的制备方法，其特征在于，所述无机刚性基材为玻璃或硅片。
7.根据权利要求1所述的柔性触控屏传感薄膜的制备方法，其特征在于，步骤1)中，通过热处理去除分散液中的溶剂，热处理的温度为60160℃。
8.根据权利要求1所述的柔性触控屏传感薄膜的制备方法，其特征在于，所述银浆由以下组分组成：银粉颗粒直径0.5-2um，其固含量为60％-90％；溶剂、分散剂、流平剂、金属微粒的防氧剂、稳定剂。
9.根据权利要求1所述的柔性触控屏传感薄膜的制备方法，其特征在于，所述柔性薄膜部分的厚度为5～400um。
10.一种采用如权利要求1至9任一项所述的制备方法制得的柔性触控屏传感薄膜，其特征在于，所述柔性触控屏传感薄膜的可见光透过率为80％～95％，方块电阻值为5-100Ω/□。
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