制备具有多层电极和垫层的触敏装置的方法
【专利摘要】本发明公开了制备触摸传感器的方法，所述触摸传感器包括一个或多个多层电极以及设置在基底上的垫层。所述垫层设置在所述多层电极与所述基底之间。所述多层电极包括通过透明或半透明的居间层分离的至少两个透明或半透明的导电层。所述居间层包括位于所述第一导电层和第二导电层之间的导电通道，以有助于降低在采用所述导电膜或电极的装置中的特定层之间发生的界面反射。
【专利说明】制备具有多层电极和垫层的触敏装置的方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2011年6月9日提交的美国临时专利申请N0.61/495，214 “Methodof Making Touch Sensitive Device With Multilayer Electrode And Underlayer，，(制备具有多层电极和垫层的触敏装置的方法)的权益，该专利申请的公开内容全文以引用方式并入本文。
[0003]相关申请的交叉引用
[0004]本申请涉及2011年6月9日提交的美国专利申请N0.61/495，209 “TouchSensitive Device With Multilayer Electrode and Underlayer” (具有多层电极和垫层的触敏装置)；2003年10月15日提交的美国专利申请N0.10/686141 “PatternedConductor Touch Screen Having Improved Optics” (具有改善的光学器件的图案化导体触摸屏)；2009年8月13日提交的美国专利申请N0.12/540394 “Conducting Filmor Electrode with Improved Optical and Electrical Performance for Displayand Lighting Devices and Solar Cells”(用于显示器和照明装置以及太阳能电池的具有改善的光学性能和电性能的导电膜或电极)；2008年6月18日提交的美国专利申请N0.12/141544“Conducting Film or Electrode with Improved Optical and ElectricalPerformance”(具有改善的光学性能和电性能的导电膜或电极);以及2009年12月16日提交的美国专利申请 N0.12/639363“Touch Sensitive Device with Multilayer ElectrodeHaving Improved Optical and Electrical Performance”(带有具有改善的光学性能和电性能的多层电极的触敏装置)。
【背景技术】
[0005]触摸屏向使用者提供与计算装置进行交互的简单而直观的方式，通常采取的方式为通过触摸覆盖在显示器上的透明触摸传感器来发送指令。触摸传感器通常由单层电极构造而成，所述单层电极由透明导电氧化物形成。
【发明内容】
[0006]符合本发明的具有一个或多个导电多层电极的触摸传感器包括基底、图案化垫层和多个多层电极，每个多层电极包括由透明或半透明的居间层分离的两个透明或半透明的导电层。所述垫层可充当蒸气和/或扩散阻挡层，从而限制来自基底的逸气或其他污染物不利地影响第一导电层。垫层可充当耦合层，从而提高基底层与导电层之间的附着性。垫层可充当成核层，从而促进导电层的生长并实现改善的微结构。通过利用具有低于基底的折射率的垫层，可降低图案化区域和非图案化区域之间的对比度。
[0007]设置在两个导电层之间的居间层包括这两个导电层之间的导电通道。在一些实施例中，这样的电极构造有助于降低在采用所述电极构造的装置中发生的界面反射。居间层还提高导电层在挠曲和弯曲条件下的耐久性。在导电层之间使用居间层和导电通道允许各个导电层更薄。更薄的各个导电层比具有相同组合导电层厚度的单个导电层更具柔韧性。使单个厚导电层挠曲可能会引起断裂，而在同样条件下两个更薄的导电层可经受挠曲而无损。两个导电层之间的导电通道还提供冗余电通道，使得一个导电层中的断裂不会导致导电性的完全损失。在单个厚导电层中，断裂可导致开路和过早出现装置故障。居间层可被选择为使导电膜的整体柔韧性优化。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]附图包含在本说明书中并构成本说明书的一部分，并且它们结合【具体实施方式】阐明本发明的优点和原理。在这些附图中，
[0009]图1示出了触敏装置和电子器件的示意图；
[0010]图2示出了示例性触敏装置中所用的触摸面板的一部分的横截面；
[0011]图3示出了示例性触敏装置中所用的触摸面板的一部分的横截面；
[0012]图4是具有居间层和垫层的多层电极的示意图，其中所述居间层具有导电路径；
[0013]图5是具有居间导电层和垫层的多层电极的示意图；
[0014]图6是具有居间层和垫层的多层电极的示意图，其中所述居间层具有分散在粘结剂中的导电粒子；
[0015]图7是具有垫层和多个居间层的多层电极的示意图；
[0016]图8A是具有垫层和多个居间层的多层电极的示意图；
[0017]图SB是矩阵型触摸屏在节点处的横截面的示意图，示出了具有垫层和多个居间层的X轴多层电极以及具有垫层和多个居间层的Y轴多层电极；
[0018]图9A-C示出了多层电极和垫层可以呈现的各种图案；并且
[0019]图10示出了用于矩阵型触摸屏原型的多层电极和垫层图案的平面图。
[0020]图11是由多个子层构成的垫层的示意图。
【具体实施方式】
[0021]本发明的实施例涉及触摸传感器，所述触摸传感器具有多层电极以及设置在多层电极与基底之间的图案化垫层。多层电极/图案化垫层组合可用在例如层之间所产生的反射对装置性能有害的任何传感器或显示器内。基底可以是任何合适的材料，例如玻璃或PET。多层电极/图案化垫层组合还可被组装到不透明的触摸传感器中。多层电极和垫层可被图案化以呈现条形、三角形、蜂窝形或任何其他合适的图案。垫层的图案可与多层电极的图案相同、类似、或不同。传感器可耦合到电子部件，所述电子部件检测电极间或电极对地的电容的变化，从而确定触摸或近似触摸的坐标。
[0022]垫层可充当蒸气和/或扩散阻挡层，从而限制来自基底或基底上的图案化材料的逸气或其他污染物不利地影响第一导电层。垫层可充当耦合层，从而提高对透明导电氧化物(TCO)层(例如，铟锡氧化物(ITO))的附着性。垫层可充当成核层，从而促进ITO层的生长并实现改善的微结构。通过使用具有低于基底的折射率的垫层，可降低图案化区域与非图案化区域之间的对比度。
[0023]多层电极包括具有特定折射率的两个或更多个导电层以及具有不同折射率并具有导电通道的居间导电层或绝缘层。导电层和居间层各自为透明或半透明的。当这些基底组装到触摸传感器内时，调谐电极叠堆内的各个层的厚度和各个层的光学折射率，以使有害的菲涅耳反射最小化。在一个实施例中，多层电极的导电层是对称的，意味着它们具有相同的厚度。在其他实施例中，导电层可具有不同的厚度。导电层和居间层描述于2009年12月 16 日提交的美国专利申请 N0.12/639363 “Touch Sensitive Device with MultilayerElectrode Having Improved Optical and Electrical Performance，，(带有具有改善的光学性能和电性能的多层电极的触敏装置)中，该专利申请的内容以引用方式并入本文。
[0024]在图1中，示出了示例性触摸装置110。装置110包括连接至电子电路的触摸面板112，为了简便起见，将电子电路一起集合成标记为114且统称为控制器的单个示意框。为了简便起见，所示触摸面板112具有5X5矩阵的列电极116a_e和行电极118a_e，但是也可使用其他数量的电极和其他矩阵大小、以及其他电极图案，包括非矩阵型图案，例如用于表面电容型触摸传感器的非图案化单层。列电极和行电极是多层电极(将在下面进一步描述)，并且设置在基底(图1中未示出)上，其中垫层将电极与基底分离。垫层稍后在【具体实施方式】中描述。在图1所示的实施例中，垫层具有与列(下)电极对应的图案。
[0025]与现有技术的一些实施例相比，在一些实施例中面板112上的传感器叠堆(即，基底层、垫层和多层电极)得到改善的电特性和光学特性。面板112通常是大致透明的，以使得使用者能够透过面板112来观察物体，例如计算机、电视、手持装置、移动电话或其他外围设备的像素化显示器。边界120表示面板112的观察区域且还优选地表示此显示器(如果使用的话)的观察区域。从平面图的视角看，多层电极116a_e，118a_e在观察区域120上空间分布。为了易于说明，多层电极被示出为宽且显眼的，但实际上它们可相对较窄且使用者不易察觉。此外，这些电极可设计为在矩阵的节点附近具有可变宽度，例如，以菱形垫或其他形状的垫的形式增加的宽度，以便增大电极间的边缘场，从而增强触摸对电极间电容耦合的效果。从深度的视角看，列电极可位于与行电极不同的平面内(从图1的视角看，列多层电极116a_e位于行多层电极118a_e的下面)，使得列电极与行电极之间不进行显著的欧姆接触，并且使得给定列电极与给定行电极之间的唯一显著的电耦合为电容耦合。多层电极的矩阵通常位于防护玻璃、塑料膜、硬质涂膜等的下面，以使得电极受到保护而不与使用者的手指或其他触摸相关工具发生直接物理接触。此类防护玻璃、膜等的暴露表面可被称为触摸表面。也可使用本文所述的多层电极形成除矩阵之外的触敏装置构型。例如，包括两个电极的电容按钮设置在表面上，在按钮区域内彼此足够接近以具有电容耦合。这两个电极(一者或两者为多层电极)彼此可处于同一平面上、形成于同一层中。另外，除了矩阵(由多个电极构成)以外，诸如单片型电极的其他构型也是可以的。此类片型电极有时用在表面电容型传感器中，并且电极为基本上覆盖整个触摸表面的非图案化涂层。一般而言，可使用本文所述的多层电极形成大多数已知的电极构型。
[0026]将基底与含电极层分离的垫层可均匀地设置在整个基底层上，或者可被图案化为仅处于基底层与列电极或行电极中的任一者或两者之间。换句话讲，垫层本身可具有图案，所述图案可与含电极层的图案有关，基于含电极层的图案，或类似于含电极层的图案。
[0027]在示例性实施例中，多层电极(116a_e，118a_e)中的每一个可由具有特定折射率的两个或更多个导电层以及具有不同折射率并且具有导电通道的居间导电层构成。在示例性实施例中，具有图案的图案化垫层设置在下多层电极阵列与基底之间，该图案与下多层电极阵列的图案对应。
[0028]其他实施例包括共用基底布置方式，其中行多层电极设置在基底的第一侧上，并且列多层电极设置在基底的第二侧上。在此类实施例中，分别与行多层电极或列多层电极的图案对应的图案化垫层设置在基底的第一侧和第二侧两者上，从而将任一侧上的电极与基底分离。
[0029]给定的行电极与列电极之间的电容耦合主要取决于电极彼此最靠近的区域中的电极的几何形状。此类区域对应于电极矩阵的“节点”，图1中标出了其中的一些节点。例如，列多层电极116a与行多层电极118d之间的电容耦合主要发生在节点122处，列多层电极116b与行多层电极118e之间的电容耦合主要发生在节点124处。图1的5X5矩阵具有25个此类节点，这些节点中的任一个均可由控制器114经由适当选择将相应列多层电极116a-e单独地耦合到控制器的一条控制线126以及适当选择将相应行多层电极118a_e单独地耦合到控制器的一条控制线128来寻址。
[0030]在互电容型系统中，当使用者的手指130或其他触摸工具接触或近似接触装置110的触摸表面时，如触摸位置131处所示，该手指电容耦合至电极矩阵。该手指从矩阵，尤其从最靠近触摸位置的那些电极吸引电荷，这样便改变了与一个或多个最近节点对应的电极之间的耦合电容。例如，触摸位置131处的触摸最接近与多层电极116c/118b对应的节点。优选地，控制器被构造为快速检测矩阵所有节点的电容变化(如果有的话)，并且能够分析相邻节点的电容变化大小，以通过内推法准确地确定节点之间的触摸位置。此外，有利地，控制器114被设计为检测同时或在重叠的时间施加至触摸装置的不同部分的多个不同触摸。因此，例如，如果在手指130触摸的同时，另一个手指132在触摸位置133处触摸装置110的触摸表面，或者如果相应触摸至少暂时地重叠，则控制器优选地能够检测这两个触摸的位置131，133，并且在触摸输出114a上提供此类位置。
[0031]许多可能的驱动和检测程序是可行的并且是本领域已知的。对地电容型系统测量发生在电极矩阵节点附近的对地电容的变化，而不是电极间电容的变化。
[0032]现在转到图2，我们可看到触摸装置(例如，图1的装置110)中所用的多层触摸传感器210的一部分的示意性侧视图。触摸传感器210包括上层212 (其将是最靠近使用者的层，并且该层的上表面212a将限定触摸传感器的触摸区域)，该层可以是玻璃、PET或耐用涂层。上电极层214包括第一组多层电极。介电层216将上电极层与下电极层218分离，下电极层也包括一组多层电极218a_e,在一个实施例中这些电极与第一组电极正交。根据特定构造，电介质(例如，光学透明的粘合剂)可填充在多层电极218a_e之间的空间中。在一些实施例中，上电极和下电极彼此不正交。所不垫层51按照与下电极层218的图案对应的方式图案化。它将电极层218的多层电极与下层220分离。类似的“覆盖层”可设置在上层212与上电极层214的电极之间，但图2中未示出。此图2中的下层220是基底层，类似于上层，它可以是玻璃、PET或其他材料。上层212的暴露表面212a或下层220的暴露表面220a可以是或包括触摸传感器210的触摸表面。这是组成触摸传感器的叠堆的简化视图；更多或更少的层以及其他居间层也是可以的。
[0033]现在转到图3，我们可看到传感器叠堆10，即触摸装置(例如，图1的装置110)中所用的多层触摸传感器210的一部分的示意性三维视图。图3的横截面对应于可在例如图1的节点122或124处看到的横截面，并且包括上层212、电极层214、介电层216、电极层218、垫层51和下层220。电极所反射的光包括平面反射以及由于折射率失配而在各层界面处发生的有害菲涅耳反射，图中以反射24，26，27，28和29表示。菲涅耳反射通常是宽带的，因此会降低显示器的颜色饱和度。电极所反射的光包括散射和界面菲涅耳反射。这些反射会降低底层显示器的黑色电平，从而降低对比度。这些反射也使传感器内的电极更易被使用者发现，特别是在将显示器关闭或在大于电极的区域中设置成单一颜色时。
[0034]菲涅耳反射的大小取决于层界面处的折射率之比。垂直入射时，它通过下列公式确定:
[0035]
【权利要求】
1.一种制备用于触敏装置的传感器部件的方法，所述方法包括: 用剥离掩模将基底图案化，以生成图案化基底； 将垫层涂覆到所述图案化基底； 将多层电极层涂覆到所述垫层，其中所述多层电极层包括透明或半透明的第一导电层、透明或半透明的第二导电层、以及位于所述第一导电层和第二导电层之间的透明或半透明的居间层，所述居间层包括所述第一导电层和第二导电层之间的导电通道； 移除所述剥离掩模。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述剥离掩模包含水溶性油墨。
3.根据权利要求2所述的方法，其中移除包括使所述图案化基底暴露于水基溶液。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述基底为透明的。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述垫层具有不同于所述基底层的折射率。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述垫层具有不同于所述多层电极层的折射率。
7.根据权利要求1所述的方法，其中移除所述剥离掩模包括移除所述剥离掩模上方的层。
8.根据权利要求1所述的方法，其中图案化包括蜂窝图案的负像。
9.根据权利要求1所述的方法，其中图案化包括菱形图案的负像。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一导电层和第二导电层各自包含透明或半透明的导电氧化物。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述导电通道包括延伸穿过所述第一导电层和第二导电层之间的窗孔的导电联接件。
12.根据权利要求1所述的方法，其中涂覆垫层包括涂覆第一子层，然后涂覆第二子层，所述第一子层和第二子层具有彼此不同的折射率。
13.根据权利要求12所述的方法，其中涂覆垫层还包括涂覆多个附加子层。
【文档编号】G06F3/041GK103597429SQ201280028234
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2012年6月5日 优先权日:2011年6月9日
【发明者】克拉克·I·布赖特, 南希·S·伦霍夫, 马克·E·弗兰泽, 丹尼斯·M·布兰纳 申请人:3M创新有限公司