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CN113990555B - 触控传感器用ito导电薄膜及其制备方法和触控屏应用 - Google Patents

触控传感器用ito导电薄膜及其制备方法和触控屏应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于触控传感器技术领域。一种触控传感器用ITO导电薄膜，包括基材层，还包括依次沉积于所述基材层表面的接着层、结晶过渡层、易结晶层和金属导电层；所述结晶过渡层为结晶态的第一ITO层，所述易结晶层为非结晶态的第二ITO层。本发明ITO导电薄膜韧性好，透光率高，电阻小，载流子迁移率高，导电性能好。

Description

触控传感器用ITO导电薄膜及其制备方法和触控屏应用
技术领域
本发明属于触控传感器技术领域，具体涉及一种触控传感器用ITO导电薄膜及其制备方法和触控屏应用。
背景技术
铟锡氧化物(ITO)导电薄膜由于具有高透光率、低电阻率、高硬度、耐磨性以及耐化学腐蚀等优点，已经在液晶显示器(LCD)、有机电致发光显示器(OLED)、电子书、太阳能电池、光电传感器等光电器件中作为透明电极广泛应用。传统的ITO导电薄膜是以硬质玻璃为基底通过高温磁控溅射沉积ITO导电层制备，由于玻璃自身的硬脆特性导致其难以自由弯曲，并且在大型和超薄光电器件制造时存在加工和搬运上的困难，因而无法满足光电显示技术不断向大型化和柔性化方向迅速发展的要求。
全面屏的优势在于能够最大化地利用显示面板屏幕的显示面积，给使用者更好的视觉体验。追求高屏占比与极限超窄边框的全面屏的显示面板已成为中、小尺寸显示面板领域的研发热点，且已经在手机显示屏上得以应用。在全面屏制备过程中，屏下传感器对应的可视区的像素电极通常采用双层ITO导电层。在触摸屏传感器制程中，在结晶状态下的ITO层表面沉积金属层，作为其触摸屏传感器的基础投料。在制作触摸屏传感器引线区（PIN脚）及可视区透明导电图案时，易发生ITO层不能均匀蚀刻、存在结晶ITO残留的现象，导致可视区传感器响应异常或引线间短路等不良问题的发生。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种触控传感器用ITO导电薄膜，该ITO导电薄膜韧性好，透光率高，电阻小，载流子迁移率高，导电性能好。
本发明ITO导电薄膜的制备方法，在非结晶态的ITO层表面沉积金属，制得的金属导电层厚度均匀，平整度高，光线折射率小，透光率高，薄膜厚度可控，器件灵敏度高。
将本发明ITO导电薄膜制成触控传感器，后制程工艺简单，生产效率高，良品率高，加工能耗低，生产成本低，适于大规模工业化生产。非结晶态的ITO层图形化后进行结晶，结晶后的ITO层结晶结构稳定，提高了器件的灵敏度和耐久性。
将由本发明ITO导电薄膜制备而成的触控传感器应用于触控屏中，可实现触控屏的多点触控、高灵敏度以及全面屏显示。
本发明的技术方案如下：
一种触控传感器用ITO导电薄膜，包括基材层，还包括依次沉积于所述基材层表面的接着层、结晶过渡层、易结晶层和金属导电层；所述结晶过渡层为结晶态的第一ITO层，所述易结晶层为非结晶态的第二ITO层。
进一步的，所述接着层、结晶过渡层、易结晶层和金属导电层的厚度比为2-10:1-3：2-4：20-60。
进一步的，所述基材层材料为聚对苯二甲酸乙二酯（PET）、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）、聚碳酸酯（PC）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、环烯烃聚合物（COP）、三醋酸纤维素（TAC）中的一种。
基材层具有良好的冲击强度、透明度和成膜性能。其中，PET具有较高的成膜性，成膜后韧性好，机械强度高，透光率高，以PET作为基材层材料可提高器件光学性能、抗刮耐磨性和耐候性。相比于普通玻璃基材层，PET基材层比重小，更易实现薄膜的轻量化和轻薄化，材料韧性好，跌落不易碎裂，可提高器件耐久性。
进一步的，所述接着层为SiO2层或Si3N4层。SiO2和Si3N4与ITO的透光性接近，可减小触控传感器ITO区域与非ITO区域的视觉差，增强触控传感器的整体视觉效果。以SiO2层或Si3N4层作为接着层，其结构与基材层相近，层间附着力好，可起到提高ITO层和基材层结合力的作用，可提高薄膜的平整度和机械强度，从而提高器件的光学性能、导电性能和耐久性能。
进一步的，所述金属导电层为铜层、铝层、金层或银层。金属导电层可均匀沉积于未结晶的ITO层表面，提高薄膜平整度，提高透光率和灵敏度，保证了器件的性能稳定、持久。
一种所述的触控传感器用ITO导电薄膜的制备方法，步骤为在基材层表面依次沉积接着层、第一ITO层、第二ITO层和金属导电层；所述沉积方法包括磁控溅射、蒸镀或喷墨打印。
进一步的，所述沉积方法为磁控溅射时，具体步骤如下:
a.在基材层表面沉积一层SiO2或Si3N4作为接着层；沉积SiO2时，工作气体为Ar和O2；沉积Si3N4时，工作气体为Ar和N2；
b.在接着层表面沉积一层ITO作为结晶过渡层，工作气体为Ar和O2，ITO靶材是质量比为7-9：1-3的In2O3:SnO2；
c.在结晶过渡层表面沉积一层ITO作为易结晶层，工作气体为Ar和O2，ITO靶材是质量比为93-95：5-7的In2O3:SnO2；
d.在易结晶层表面沉积一纯金属作为层金属导电层，工作气体为Ar。
磁控溅射过程中施加电压将工作气体进行放电，电离后的气体离子轰击靶材表面，靶材纳米基团沉积到下层材料表面，形成厚度均匀的层状结构，通过控制沉积时间可调整各层厚度，易于实现器件轻薄化。在结晶态的第一ITO层表面形成非结晶状态的第二ITO层，双层ITO层的设置可提高传感器的稳定性和敏感度。在非结晶状态的ITO层沉积金属，形成的导电金属层厚度均匀，附着力强，导电性能好，可提高器件的导电性能和耐久性能。
一种由所述的触控传感器用ITO导电薄膜制备而成的触控传感器，所述触控传感器的制备方法包括以下步骤：
S1.将第一掩膜版套印于所述ITO导电薄膜的金属导电层表面，蚀刻去除部分金属导电层、易结晶层和结晶过渡层，以使金属导电层、易结晶层和结晶过渡层呈现出与第一掩膜版上的图案相对应的形状，暴露部分接着层；
S2.将第二掩膜版套印于步骤S1所得的器件表面，形成对PIN脚引线区的遮蔽，露出可视区；蚀刻除去未遮蔽的金属导电层，以使金属导电层呈现出与第二掩膜版上的图案相对应的形状，暴露第二ITO层；蚀刻后的引线区表面为接着层和金属导电层，蚀刻后的可视区表面为接着层和第二ITO层；
S3.将步骤S2所得的器件在120-180℃的环境下烘烤30-90min，使易结晶的第二ITO层形成结晶态，即得所述触控传感器。
ITO导电薄膜经蚀刻图形化后，在引线区表面暴露出接着层和金属导电层，金属导电层作为引线区主要层，可提高器件的稳定性和耐久性。蚀刻后的可视区表面为接着层和第二ITO层，双层ITO层的设置，增强了薄膜透过率，有助于实现触控屏的全面屏显示。
结晶后的第二ITO层性能结构稳定，可提第二ITO层的结构稳定性以及各层间的结合强度，进一步提高器件的灵敏度和耐久性。
进一步的，步骤S1中，使用浓度为5-20%的草酸蚀刻；步骤S2中，使用浓度为2-10%的硫酸蚀刻。蚀刻液以草酸和硫酸为主要成分，工艺简单，酸浓度适中，对ITO导电薄膜具有优异的蚀刻性能，蚀刻速率适中，蚀刻精度高无残留，能够满足不同厚度ITO的蚀刻要求。
一种触控屏，包括所述的触控传感器，可实现触控屏的多点触控、高灵敏度以及全面屏显示。
本发明具有如下有益效果：
本发明ITO导电薄膜韧性好，透光率高，电阻小，载流子迁移率高，导电性能好。ITO导电薄膜的各层结构为后制程（掩膜版和蚀刻）的生产效率和良品率提供了材料基础，未结晶的ITO层易蚀刻，蚀刻后表面均匀平整，不存在结晶态的ITO残留，避免了可视区传感响应异常或导线间短路等不良现象，保证了器件的高灵敏度和性能稳定。
附图说明
图1为本发明ITO导电薄膜的结构示意图；
1.金属导电层，2.易结晶层，3.结晶过渡层，4.接着层，5基材层。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细的说明，实施例仅是本发明的优选实施方式，不是对本发明的限定。
一、ITO导电薄膜
实施例1
一种触控传感器用ITO导电薄膜，如图1所示，包括基材层5，还包括依次沉积于所述基材层5表面的接着层4、结晶过渡层3、易结晶层2和金属导电层1；所述结晶过渡层3为结晶态的第一ITO层，所述易结晶层2为非结晶态的第二ITO层。
其中，所述基材层5材料是厚度为125μm的PET，所述接着层4是厚度为15nm的SiO2层，所述第一ITO层的厚度为5nm，所述第二ITO层的厚度为20nm；所述金属导电层1是厚度为300nm的Cu层。
所述的触控传感器用ITO导电薄膜的制备方法，步骤为在基材层5表面依次沉积接着层4、第一ITO层3、第二ITO2层和金属导电层1；所述沉积方法为磁控溅射，具体步骤如下:
a.在基材层5表面沉积一层SiO2作为接着层4；工作气体为Ar和O2；
b.在接着层表面4沉积一层ITO作为结晶过渡层3，工作气体为Ar和O2，ITO靶材是质量比为9：1的In2O3:SnO2；
c.在结晶过渡层3表面沉积一层ITO作为易结晶层2，工作气体为Ar和O2，ITO靶材是质量比为93：7的In2O3:SnO2；
d.在易结晶层2表面沉积一纯金属作为层金属导电层1，工作气体为Ar。
实施例2
一种触控传感器用ITO导电薄膜，包括基材层，还包括依次沉积于所述基材层表面的接着层、结晶过渡层、易结晶层和金属导电层；所述结晶过渡层为结晶态的第一ITO层，所述易结晶层为非结晶态的第二ITO层。
其中，所述基材层材料是厚度为125 μm的PET，所述接着层是厚度为15 nm的Si3N4层，所述第一ITO层的厚度为5 nm，所述第二ITO层的厚度为20 nm；所述金属导电层是厚度为300 nm的Ag层。
所述的触控传感器用ITO导电薄膜的制备方法，步骤为在基材层表面依次沉积接着层、第一ITO层、第二ITO层和金属导电层；所述沉积方法为磁控溅射，具体步骤如下：
a.在基材层表面沉积一层SiO2作为接着层；工作气体为Ar和N2；
b.在接着层表面沉积一层ITO作为结晶过渡层，工作气体为Ar和O2，ITO靶材是质量比为7：3的In2O3:SnO2；
c.在结晶过渡层表面沉积一层ITO作为易结晶层，工作气体为Ar和O2，ITO靶材是质量比为95：5的In2O3:SnO2；
d.在易结晶层表面沉积一纯金属作为层金属导电层，工作气体为Ar。
实施例3
一种触控传感器用ITO导电薄膜，包括基材层，还包括依次沉积于所述基材层表面的接着层、结晶过渡层、易结晶层和金属导电层；所述结晶过渡层为结晶态的第一ITO层，所述易结晶层为非结晶态的第二ITO层。
其中，所述基材层材料是厚度为125 μm的PMMA，所述接着层是厚度为50 nm的SiO2层，所述第一ITO层的厚度为10 nm，所述第二ITO层的厚度为10 nm；所述金属导电层是厚度为300 nm的Cu层。
所述的触控传感器用ITO导电薄膜的制备方法，步骤为在基材层表面依次沉积接着层、第一ITO层、第二ITO层和金属导电层；所述沉积方法为磁控溅射，具体步骤如下:
a.在基材层表面沉积一层SiO2或Si3N4作为接着层；工作气体为Ar和O2；
b.在接着层表面沉积一层ITO作为结晶过渡层，工作气体为Ar和O2，ITO靶材是质量比为8：2的In2O3:SnO2；
c.在结晶过渡层表面沉积一层ITO作为易结晶层，工作气体为Ar和O2，ITO靶材是质量比为94：6的In2O3:SnO2；
d.在易结晶层表面沉积一纯金属作为层金属导电层，工作气体为Ar。
对比例
一种触控传感器用ITO导电薄膜，包括基材层，还包括依次沉积于所述基材层表面的接着层、结晶态的第一ITO层、结晶态的第二ITO层和金属导电层。
其中，所述基材层材料是厚度为125μm的PET，所述接着层是厚度为15nm的SiO2层，所述第一ITO层的厚度为5nm，所述第二ITO层的厚度为20nm；所述金属导电层是厚度为300nm的Cu层。
所述的触控传感器用ITO导电薄膜的制备方法，步骤为在基材层表面依次沉积接着层、第一ITO层、第二ITO层和金属导电层；所述沉积方法为磁控溅射时，具体步骤如下:
a.在基材层表面沉积一层SiO2作为接着层；工作气体为Ar和O2；
b.在接着层表面沉积一层ITO，工作气体为Ar和O2，ITO靶材是质量比为95：5的In2O3:SnO2；
c.在第一ITO层沉积一层ITO，工作气体为Ar和O2，ITO靶材是质量比为93：7的In2O3:SnO2；
d.在第二ITO层表面沉积一纯金属作为层金属导电层，工作气体为Ar。
测试本发明触控传感器用ITO导电薄膜实施例1-3和对比例的各项性能，测试结果见下表：
可见，本发明ITO导电薄膜金属导电层附着力好，电阻小，导电性能好，高温高湿测试后电阻值变化率小。
二、触控传感器
实施例a-c
将所述的触控传感器用ITO导电薄膜实施例1-3制成触控传感器实施例a-c,所述触控传感器的制备方法包括以下步骤：
S1.将第一掩膜版套印于所述ITO导电薄膜的金属导电层表面，蚀刻去除部分金属导电层、易结晶层和结晶过渡层，以使金属导电层、易结晶层和结晶过渡层呈现出与第一掩膜版上的图案相对应的形状，暴露部分接着层；
S2.将第二掩膜版套印于步骤S1所得的器件表面，形成对PIN脚引线区的遮蔽，露出可视区；蚀刻除去未遮蔽的金属导电层，以使金属导电层呈现出与第二掩膜版上的图案相对应的形状，暴露第二ITO层；蚀刻后的引线区表面为接着层和金属导电层，蚀刻后的可视区表面为接着层和第二ITO层；
S3.将步骤S2所得的器件在120-180℃的环境下烘烤30-90min，使易结晶的第二ITO层形成结晶态，即得所述触控传感器。
实施例d
将所述的触控传感器用ITO导电薄膜对比例制成触控传感器实施例d，所述触控传感器的制备方法包括以下步骤：
S1.将第一掩膜版套印于所述ITO导电薄膜的金属导电层表面，蚀刻去除部分金属导电层、易结晶层和结晶过渡层，以使金属导电层、易结晶层和结晶过渡层呈现出与第一掩膜版上的图案相对应的形状，暴露部分接着层；
S2.将第二掩膜版套印于步骤S1所得的器件表面，形成对PIN脚引线区的遮蔽，露出可视区；蚀刻除去未遮蔽的金属导电层，以使金属导电层呈现出与第二掩膜版上的图案相对应的形状，暴露第二ITO层；蚀刻后的引线区表面为接着层和金属导电层，蚀刻后的可视区表面为接着层和第二ITO层。
测试本发明触控传感器实施例a-d各项性能，测试结果见下表：
可见，由本发明触控传感器用ITO导电薄膜制成触控传感器层间结合强度高，透光率高，电阻小，载流子迁移率高，导电性能好，性能稳定性高，耐久性好，高温高湿环境下电阻值变化率小。

Claims (7)

1.一种触控传感器用ITO导电薄膜，包括基材层，其特征在于，还包括依次沉积于所述基材层表面的接着层、结晶过渡层、易结晶层和金属导电层；所述结晶过渡层为结晶态的第一ITO层，所述易结晶层为非结晶态的第二ITO层；
所述的触控传感器用ITO导电薄膜的制备方法，步骤为在基材层表面依次沉积接着层、第一ITO层、第二ITO层和金属导电层；沉积方法为磁控溅射，具体步骤如下:
在基材层表面沉积一层SiO2作为接着层，工作气体为Ar和O2；
在接着层表面沉积一层ITO作为结晶过渡层，工作气体为Ar和O2，ITO靶材是质量比为7-9：1-3的In2O3:SnO2；
在结晶过渡层表面沉积一层ITO作为易结晶层，工作气体为Ar和O2，ITO靶材是质量比为93-95：5-7的In2O3:SnO2；
在易结晶层表面沉积一纯金属作为层金属导电层，工作气体为Ar。
2.根据权利要求1所述的ITO导电薄膜，其特征在于，所述接着层、结晶过渡层、易结晶层和金属导电层的厚度比为2-10:1-3：2-4：20-60。
3.根据权利要求1所述的ITO导电薄膜，其特征在于，所述基材层材料为聚对苯二甲酸乙二酯（PET）、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）、聚碳酸酯（PC）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、环烯烃聚合物（COP）、三醋酸纤维素（TAC）中的一种。
4.根据权利要求1所述的ITO导电薄膜，其特征在于，所述金属导电层为铜层、铝层、金层或银层。
5.一种由权利要求1-4任一项所述的触控传感器用ITO导电薄膜制备而成的触控传感器，其特征在于，所述触控传感器的制备方法包括以下步骤：
S1.将第一掩膜版套印于所述ITO导电薄膜的金属导电层表面，蚀刻去除部分金属导电层、易结晶层和结晶过渡层，以使金属导电层、易结晶层和结晶过渡层呈现出与第一掩膜版上的图案相对应的形状，暴露部分接着层；
S2.将第二掩膜版套印于步骤S1所得的器件表面，形成对PIN脚引线区的遮蔽，露出可视区；蚀刻除去未遮蔽的金属导电层，以使金属导电层呈现出与第二掩膜版上的图案相对应的形状，暴露第二ITO层；蚀刻后的引线区表面为接着层和金属导电层，蚀刻后的可视区表面为接着层和第二ITO层；
S3.将步骤S2所得的器件在120-180℃的环境下烘烤30-90min，使易结晶的第二ITO层形成结晶态，即得所述触控传感器。
6.根据权利要求5所述的触控传感器，其特征在于，步骤S1中，使用浓度为5-20%的草酸蚀刻；步骤S2中，使用浓度为2-10%的硫酸蚀刻。
7.一种触控屏，其特征在于，包括权利要求5或6所述的触控传感器。
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