用于触摸传感器电极的网格图案的制作方法
【专利说明】用于触摸传感器电极的网格图案
【背景技术】
[0001] 触摸屏传感器检测施加到触摸屏显示器表面的物体（例如手指或触笔）的位置或 定位在触摸屏显示器表面附近的物体的位置。这些传感器沿着显示器的表面，例如在平坦 的矩形显示器的平面内，检测物体的位置。触摸屏传感器的例子包括电容传感器、电阻式传 感器和投射式电容传感器。这种传感器包括覆盖显示器的透明导电元件。导电元件与电子 元件结合使用，电子元件使用电信号探测导电元件，以便确定靠近或接触显示器的物体的 位置。
[0002] 在触摸屏传感器领域，需要在不降低显示器光学性能或特性的情况下改善对透明 触摸屏传感器的电学特性的控制。典型触摸屏传感器的透明导电区包括例如铟锡氧化物 (ITO)的透明导电氧化物（TCO)的连续涂层，该涂层表现出基于与电压源接触的一个或多 个位置以及基于透明导电区的总体形状的电势梯度。该事实导致可能的触摸传感器设计和 传感器性能受到约束，并且需要通过昂贵的信号处理电子器件或布局额外的电极来更改电 势梯度。因此，需要对与上述因素无关的电势梯度进行控制的透明导电元件。
[0003] 此外，在触摸屏传感器领域还存在与导电元件的设计灵活性有关的需求。使用图 案化透明导电氧化物（TCO)，例如铟锡氧化物（ITO)，制造触摸屏传感器往往会限制导体的 设计。该限制与由具有各向同性的单一薄层电阻值的透明薄层导体形成的所有导电元件图 案化过程中产生的约束有关。
【发明内容】
[0004] 用于例如触摸传感器的微线电极构形。这些电极包括被图案化成与下伏基准网格 一致的连续微线，并且包括从连续微线向外延伸的分支元件。这些分支元件包括被图案化 成与基准网格一致的微线导体。
[0005] 在一个实施例中，描述一种用于触摸传感器的电极，该电极包括不连续微线导体 的阵列，该阵列形成基准网格；沿第一方向设置的连续微线的第一导电图案，其中该导电图 案与基准网格一致；和，多个电连续的分支元件，该分支元件电连接到第一导电图案且从第 一导电图案向外延伸，其中这些分支元件与基准网格一致且包括微线。
[0006] 下文描述了这些和其它实施例中的一些。
【附图说明】
[0007] 结合附图，由以下对本发明各实施例的详细描述可以更全面地理解本发明，其 中：
[0008] 图1示出了触摸屏传感器100的示意图；
[0009] 图2示出了位于触摸屏感测区域内的对可见光透明的导电区的透视图；
[0010] 图3示出了使用UV激光器固化导电油墨以用于生成微导体的方法；
[0011] 图4示出了用于生成微导体的凹版印刷法；
[0012] 图5示出了填充有导电材料的微复制凹槽的剖面图；
[0013] 图6示出了与填充有导电材料的微复制凹槽电容耦合的手指；
[0014] 图7示出了在柔性基板上制备的微导体的图案，可用于制备触摸传感器；
[0015] 图8示出了以顺维方向印刷在柔性幅材材料上的平行微导体；
[0016] 图9示出了图8中的柔性材料的一部分，上面增加了额外的互连导体；
[0017] 图10示出了由图9中的两层材料构造的矩阵触摸传感器的实例的剖面图；
[0018] 图11示出了触摸屏传感器的一个实施例的导体微图案；
[0019] 图12示出了图3所示导体微图案的一部分，该部分包括具有用来调节局部薄层电 阻的选择性断点的导电网格，以及具有接触垫形式的较大特征；
[0020] 图13示出了沿图3给定水平网格条的电阻调节，该调节通过邻接的网格中的选择 性断点生成；
[0021] 图14为模拟图3所示导体微图案特性的电路图，其中电容极板被电阻元件隔开；
[0022] 图15示出了触屏传感器一个实施例的导体微图案，该微图案包括具有不同薄层 电阻的标记为15a_15e的区，该区部分地由导电微图案网格内的选择性断点生成；
[0023] 图15a_15e各不出了图15所不的变化的导体微图案的一部分；
[0024] 图16示出了与只含有均匀透明导电氧化物ITO的类似形状区的单位长度电阻相 比时，沿着其内具有区15a和15b的楔形透明导电区的长轴的单位长度电阻分布；
[0025] 图17示出了层合在一起形成触摸屏传感器的一个实施例（X-Y栅格型投射电容式 触摸屏传感器）的各层的布置方式；
[0026] 图18示出了根据图17的触摸屏传感器的实施例的X层或Y层的导体微图案；
[0027] 图19示出了图10所示导体微图案的一部分，该部分包括接触具有接触垫形式的 较大特征的对可见光透明的导电网格，以及网格区之间的空间内的电隔离导体沉积物；
[0028] 图20示出了根据图9的触摸屏传感器的另一个实施例的X层或Y层的导体微图 案；
[0029] 图21示出了图12给定导体微图案的一部分，该部分包括接触具有接触垫形式的 较大特征的对可见光透明的导电网格，以及网格区之间的空间内的电隔离导体沉积物；
[0030] 图22示出了根据图17的触摸屏传感器的另一个实施例的X层或Y层的导体微图 案；并且
[0031] 图23示出了图22给定导体微图案的一部分，该部分包括接触具有接触垫形式的 较大特征的对可见光透明的导电网格，以及网格区之间的空间内的电隔离导体沉积物；
[0032] 图24示出了反映触摸屏传感器光学性能的图，该图为"开放面积百分比"与"导体 迹线宽度（微米）"的曲线图，其中区3具有可用于触摸屏传感器的良好光学性能，区2具 有比区3更佳的光学性能，区1具有三个区中最佳的光学性能。本文的开放面积百分比与 开放面积分率可互换使用。
[0033] 图25和图26示出了实例6至实例40的特征性六边形网格（有时被称为"hex" 网格）和正方形网格的几何形状的扫描电子显微照片。每一图像中的浅色调线条表示金属 导体的图案，并且暗色区域表示在实例中所用的基板。
[0034] 图27、图27a和图27b示出了第一图案化基板的各种部分；
[0035] 图28、图28a和图28b不出了第二图案化基板的各种部分；
[0036] 图29、图30a、图30b、图31a、图31b、图31c、图32、图33、图34、图35和图36示出 了包括开放面积的各种电极构形；和
[0037] 图37示出了由图27和图28的第一图案化基板和第二图案化基板构成的投射式 电容型触摸屏透明传感器元件。
[0038] 附图未必按比例绘制。附图中使用的类似标号是指类似组件。然而，应当理解，使 用标号来指代给定附图中的组件并非意图限制在另一附图中以相同标号标记的组件。
【具体实施方式】
[0039] 在下面的描述中，参考形成本说明一部分的一组附图，并且其中通过图示说明若 干具体实施例。应当理解，在不脱离本发明的范围或实质的前提下，可以设想出其他实施例 并进行实施。因此，以下的【具体实施方式】不具有限制性意义。
[0040] 除非另外指明，否则本文所用的所有科技术语具有本领域中常用的含义。本文给 出的定义有利于理解本文中频繁使用的某些术语，且并不意味着限制本发明的范围。
[0041] 除非另外指明，否则本说明书和权利要求中使用的表示特征尺寸、数量和物理特 性的所有数字均应该理解为在所有情况下均是由术语"约"来修饰的。因此，除非有相反的 说明，否则上述说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均是近似值，根据本领域的技 术人员利用本文所公开的教导内容寻求获得的所需特性，这些近似值可以变化。
[0042] 以端值表述的数值范围包括归入该范围内的所有数值（例如1到5包括1、1. 5、2、 2. 75、3、3. 80、4和5)以及该范围内的任何范围。
[0043] 除非上下文另外明确指出，否则本说明书以及所附权利要求中所用的单数形式 "一个"和"所述"涵盖了具有多个指代物的实施例。如本说明书和随附权利要求书中所用， 术语"或"通常是以其包括"和/或"的含义使用，除非上下文明确地指出不是这样。
[0044] 如本文所用，"对可见光透明"是指对可见光的至少一种偏振态的透射水平为至少 60%的透射率，其中透射百分比被归一化为入射光（任选为偏振光）的强度。在"对可见 光透明"含义范围之内的是，透射至少60%入射光的制品包括局部阻止光线至透射率低于 80% (例如0%)的微观特征（例如点、正方形或线条，该微观特征的最小尺寸（例如宽度） 介于0. 5微米至10微米之间，或介于1微米至5微米之间）；然而，在这种情况下，对于包 括微观结构并且宽度测量为微观结构的最小维度的1000倍的大致各向等大的区域，平均 透射率大于60%。
[0045] 本发明涉及触摸屏传感器，通过对其中所包括的导体微图案进行设计来改变该传 感器的电学特性和光学特性。通过整合本文所述的导体微图案，对触摸屏传感器而言产生 了若干优点。在一些实施例中，通过设计透明导电区内的透明导电性能来控制使用过程中 触摸感测区内的电势梯度。这导致简化了信号处理电子器件，并且就某些触摸屏传感器类 型而言，简化（或消除）了电势梯度（电场）线性化另外需要的额外的导体图案的设计。在 一些实施例中，将本文所述的触摸屏传感器的电学特性设计成沿着透明传感器元件产生受 控的电势梯度。例如，将电学特性设计成在透明导电区内沿着特定方向产生线性电势梯度， 如果使用标准透明导体材料（例如连续ITO涂层），导电区的整体形状通常会导致非线性梯 度。在一些实施例中，将电学特性设计成生成一定水平的非线性度以用于透明导电区的电 势梯度，该非线性度水平高于形状相同但由标准透明导体材料（例如连续的ITO涂层）构 成的透明导电区应当具有的非线性度。更具体地讲，对于包括的微图案化导体形式的邻接 透明薄层导体的矩形电容式触摸屏，其感测区域拐角处具有电连接，通过设计薄层电阻值 的区域分布和各向异性，使得电场分布更加均匀，可在水平方向和垂直方向改善整个感测 区域的电势梯度的线性度（和电场的均匀度）。在其它实施例中，传感器包括由具有相同厚 度（即高度），但在因微图案化而具有不同有效薄层电阻的相同导体材料构成的导体元件。 例如在一些实施例中，采用相同厚度（即高度）的相同导体材料生成限定第一微图案几何 形状的导电迹线，从而在透明导电区内导致第一水平的薄层电阻；并且生成限定第二微图 案几何形状的导电迹线，从而在第二透明导电区内导致第二水平的薄层电阻。例如，通过在 一些实施例中，例如基于微图案化金属导体的实施例中，避免使用稀有元素诸如铟，本发明 也允许在制造透明显示传感器过程中提高效率和资源利用率。
[0046] 本发明还涉及用于将信息或指令触摸输入电子装置（例如计算机、移动电话等） 中的接触传感器或接近传感器。这些传感器对可见光透明，并且可以与显示器直接组合使 用，覆盖显示元件，并且与驱动显示器的装置交接（作为"触摸屏"传感器）。传感器元件 具有片状形式，并且包括至少一个电绝缘的对可见光透明基板层，其可支承下列中的一者 或多者：i)网格图案化至基板表面两个不同区上的导电材料（例如金属），该基板表面具有 两种不同的网格设计，以便生成具有不同有效薄层电阻值的两个区，其中区中的至少一个 是位于传感器的触摸感测区域内的透明导电区；ii)以网格几何形状图案化至基板表面上 的导电材料（例如金属），以便生成位于传感器的触摸感测区域内并显示具有各向异性的 有效薄层电阻的透明导电区；和/或iii)在有效电连续的透明导电区内以网格几何形状图 案化至基板表面上的导电材料（例如金属），该几何形状在该透明导电区内变化，以便在至 少一个方向生成不同的局部有效薄层电阻值（例如用于透明导电区的连续变化的薄层电 阻），其中该透明导电区位于触摸传感器的感测区域内。
[0047] 触摸传感器的感测区域是旨在覆盖的传感器区或覆盖信息显示器可视部分的区， 该区对可见光透明，以便允许看到信息显示器。信息显示器的可视部分是指信息显示器的 具有可变信息内容的部分，例如显示器"屏幕"的被像素例如液晶显示器的像素占据的部 分。
[0048] 本发明还涉及电阻式、电容式和投射电容式类型的触屏传感器。对可见光透明的 导体微图案尤其可用于与电子显示器一体化的投射电容式触摸屏传感器。作为投射电容式 触摸屏传感器的部件，对可见光透明的导电微图案可用于实现高触摸灵敏度、多触点检测 和触笔输入。
[0049] 如下文所述，通过控制构成透明微图案化导体的二维网格的几何形状，可以控制 透明导电区内两个或更多个不同水平的薄层电阻、薄层电阻的各向异性或可变水平的薄层 电阻。
[0050] 对本发明的多个方面的认识将通过下面所供实例的讨论来获得，但本发明并不受 此限制。
[0051] 图1示出了触摸屏传感器100的示意图；触摸屏传感器100包括具有触摸感测区 域105的触摸屏面板110。触摸感测区域105电连接至触摸传感器驱动装置120。触摸屏 面板110整合到显示装置中。
[0052] 图2示出了处于触摸屏面板的触摸感测区域例如图1的触摸感测区域105内的对 可见光透明的导电区101的透视图。对可见光透明的导电区101包括对可见光透明基板130 和设置在对可见光透明基板130之上或之内的导电微图案140。对可见光透明基板130包 括主表面132,并且是电绝缘的。对可见光透明的基板130可由任何可用的电绝缘材料（例 如玻璃或聚合物）形成。可用于对可见光透明基板130的聚合物的例子包括聚对苯二甲酸 乙二醇酯（PET)和聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN)。导电微图案140可由多个线性金属特征形 成。
[0053] 图2也示出了坐标系，用来描述会位于触摸屏面板的触摸感测区域内的对可见光 透明的导电区101。一般来讲，对于显示装置，X轴和y轴对应于显示器的宽度和长度，Z轴 通常沿着显示器的厚度（即高度）方向。除非另外指出，否则本文将始终使用此规则。在 图2的坐标系中，X轴和y轴被定义为平行于对可见光透明的基板