用于触摸传感器电极的网格图案的制作方法_3

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区时,导体微图案尤其可用。
[0075] 在一些实施例中,为了在即使薄层电阻不均匀分布的情况下例如衍生自导电材料 的不均匀),也可以产生在整个可见显示区上具有均匀透光率的对可见光透明的显示传感 器,传感器包括添加到导体微图案的隔离的导体沉积物,该沉积物起到在整个图案上保持 透光率的均匀度的作用。这种隔离的导体沉积物没有连接到传感器的驱动装置(例如电路 或计算机),因而不起电作用。例如,对于包括第一区和第二区的金属导体微图案,其中第 一区具有由线宽为3微米、间距为200微米的正方形栅格组成的网格(3%的面积被金属遮 挡,即开放面积为97% ),第二区具有由线宽为3微米、间距为300微米的正方形栅格组成 的网格(2 %的面积被金属遮挡,即开放面积为98 % ),通过在图案中间距为300微米栅格区 的每一个开放单元内增加100个等间距的3微米X3微米金属导体正方形,可以使第一区 和第二区都具有均匀的平均透光率。这100个3微米X3微米的正方形(900平方微米) 遮挡每一个300微米X300微米单元(90000平方微米)的另外的1 %的面积,因而使第二 区的平均透光率等于第一区的平均透光率。可在邻接透明导电区之间的空间区例如包括二 维网格或网络形式的微图案化导体的邻接透明导电区内增加类似的隔离的金属结构,以便 在整个传感器上保持均匀的透光率,该传感器包括透明导电区和它们之间的空间。除了隔 离的导体正方形之外,其它用于定制光学均匀度的有用的隔离导体沉积物还包括圆形和线 条。电隔离的沉积物的最小尺寸(例如正方形特征的长度、圆形特征的直径或线性特征的 宽度)小于10微米、小于5微米、小于2微米或甚至小于1微米。
[0076] 相对于使用实用制造方法对可用光学特性(例如导电图案元件的高透射性和不 可见性)进行的可再生的实现,电隔离沉积物的最小尺寸优选地介于〇. 5微米和10微米之 间,更优选地介于0. 5微米和5微米之间,甚至更优选地介于0. 5微米和4微米之间,甚至更 优选介于1微米和4微米之间,并且最优选介于1微米和3微米之间。在一些实施例中,电 隔离的导体沉积物的布置被设计成缺乏周期性。就限制与下面的显示器的周期性像素图案 的不利的可见相互作用而言,缺乏周期性是优选的。对于具有沉积物并且缺乏连接到解码 或信号发生和/或处理电子器件的微图案元件的整个区而言,要使电隔离的导体沉积物整 体缺乏周期性,只需要所述沉积物的至少一部分的本来周期性的布局出现个别中断。这种 电隔离的导体沉积物据称具有非周期性布置方式,或者据称电隔离的导体沉积物的非周期 性布置。在一些实施例中,电隔离的导体沉积物被设计成缺乏间距小于10微米的直的平行 边缘,所述直的平行边缘例如边缘长度为5微米的正方形沉积物的相对表面所存在的。更 优选地,隔离的导体沉积物被设计成缺乏间距小于5微米的直的平行边缘,更优选地小于4 微米,甚至更优选地小于3微米,甚至更优选地小于2微米。缺乏直的平行边缘的电隔离的 导体沉积物的例子有椭圆形、圆形、五边形、七边形和三角形。在电隔离的导体沉积物的设 计当中缺乏直的平行边缘起到使光衍射伪像最小化的作用,这种伪像会破坏集成了传感器 的显示器的可视性。
[0077] 导电微图案对光学均匀度的影响可以量化。如果将传感器从而导体微图案的覆 盖显示器可见区的总区分段成1毫米Xl毫米区的阵列,则优选的传感器包括这样的导体 微图案,在该导体微图案当中,没有一个所述区的被遮挡的面积分率与所有区的平均值相 差大于75%。更优选地,没有一个所述区的被遮挡的面积分率与所有区的平均值相差大于 50%。更优选地,没有一个所述区的被遮挡的面积分率与所有区的平均值相差大于25%。 甚至更优选地,没有一个所述区的被遮挡的面积分率与所有区的平均值相差大于10%。如 果将传感器从而导体微图案的覆盖显示器可见区的总区分段成5毫米X5毫米区的阵列, 则优选的传感器包括这样的导体微图案,在该导体微图案当中,没有一个所述区的被遮挡 的面积分率与所有区的平均值相差大于50%。优选地,没有一个所述区的被遮挡的面积分 率相差大于50%。更优选地,没有一个所述区的被遮挡的面积分率与所有区的平均值相差 大于25%。甚至更优选地,没有一个所述区的被遮挡的面积分率与所有区的平均值相差大 于 10%〇
[0078] 与透明导电氧化物(TCO)(例如ITO)相反,本发明有利地允许使用金属作为透明 导电传感器中的导电材料。ITO具有某些缺陷,例如,在某些构造中会产生与腐蚀相关的劣 化,弯曲时往往会开裂,当作为薄层电阻为每平方100D至1000D以下的涂层沉积时透射 光的高度衰减(由于反射和吸收),以及由于铟的稀缺性而增加的成本。ITO也难以沉积成 具有均匀而可复制的电学特性,导致需要更复杂、更昂贵的电子器件连接至导电图案以构 造触摸屏传感器。
[0079] 可用于形成导电微图案的金属的例子包括金、银、钯、铂、铝、铜、镍、锡、合金以及 它们的组合。在一些实施例中,导体是透明的导电氧化物。在一些实施例中,导体是IT0。 导体的厚度可以介于5纳米和5微米之间、或介于10纳米和500纳米之间、或介于15纳米 和250纳米之间。在多个实施例中,导体的厚度小于1微米。如本领域已知的那样,导体的 理想厚度可以从所需薄层电阻开始计算,并考虑微图案的几何形状(进而考虑其对平面内 的载流横截面的影响)以及导体的体电阻率。对于几何形状复杂的微图案,本领域存在可 用于计算薄层电阻的计算方法,例如有限差分法或有限元法,本文称为微图案属性的建模。 可使用多种技术测量薄层电阻,其中包括本领域已知的四点探头技术和非接触涡电流法。
[0080] 可以集成本发明的传感器的可用显示器的例子包括液晶显示器、阴极射线管显示 器、等离子体显示面板和有机发光二极管显示器。
[0081] 根据本发明的导体图案可通过任何合适的图案化方法来产生,例如包括通过蚀刻 进行的照相平版法或通过镀覆进行的照相平版印刷法(参见例如美国专利5, 126, 007、美 国专利5, 492, 611、美国专利6, 775, 907)。另外,导体图案可利用若干种其它示例性方法 (下文将更详细地论述每种方法)中的一种方法来形成:
[0082] 1.以激光固化形成掩模(将金属膜上的掩模层固化,然后蚀刻);
[0083] 2.喷墨印刷(掩模材料或种子材料的喷墨印刷,以用于后续的金属镀覆);
[0084] 3.凹版印刷(种子材料的凹版印刷,以用于后续的金属锻覆);
[0085] 4.微复制(在基板内形成微凹槽,然后填充导电材料或种子材料,以用于后续的 金属镀覆);或者,
[0086] 5.微接触印刷(在基板表面压印或旋转印刷自组装单层(SAM)图案)。
[0087] 利用大量的、高分辨率印刷方法通常可以精确布局导电元件,以及允许按适合市 售显示器像素的比例伪(随机地)改变微导体,以限制其它可能出现的光学异常(例如莫 尔条纹)。
[0088]本文所述某些实施例可以采用比利用透明导体的现有传感器透光率更高的平侧 "线状"导体。在一些实施例中,这些平侧"线状"导体提供了比现有圆形导线解决方案更大 的可量测性,并且更容易控制导体的布局方式。本文所述微导体包括最大横截面尺寸为10 微米或更小的导体。对于许多传感器应用,优选小于3微米。采用掩模和蚀刻的方法通常 会产生低纵横比(0. 05ym至0. 5ym厚Xlym至10ym宽)的微导体。微复制凹槽可产 生高达大于1:1的较高的纵横比的微导体。
[0089]掩模激光固化法可用于通过使用紫外线激光器选择性地固化图案来形成微导体。 该方法通常适用于基于膜(例如PET)或玻璃的基板。示例性的掩模激光固化法可以包括 下列步骤:
[0090] 1.用金属镀覆基板(例如,将银或铜溅镀到玻璃或PET膜上);
[0091] 2.将UV固化性掩蔽油墨均匀涂布(例如,旋涂和浸涂)到经镀覆的基板上;
[0092] 3.用激光器固化印刷油墨的一部分,以在触摸传感器的有源区域内形成微导体电 极,并且也可以固化用于将电极互连到连接器焊垫的(较宽)线(可以通过光掩模减小激 光的光束宽度);
[0093] 4?移除(冲洗掉)未固化的油墨;以及
[0094] 5.通过蚀刻来移除在基板上电镀的金属,只留下掩模油墨下面的图案。
[0095] 可采用喷墨印刷法和种子油墨镀敷法,用比较宽的种子油墨(催化剂油墨)线条 来印刷所需图案,然后用UV激光器(类似于上述掩模激光固化法)选择性地固化,以形成 微导体。该方法的基板可以为膜(例如PET)或玻璃。
[0096] 图3a和图3b示出了这种方法,借此:
[0097] 1.将种子油墨66喷墨印刷到基板67上;
[0098] 2.用激光器65固化印刷油墨的一部分,以在触摸传感器的有源区域内形成微导 体电极68,并且也可以固化用于将电极互连到连接垫的(较宽)线(可以通过光掩模减小 激光的光束宽度);
[0099] 3?移除(冲洗掉)未固化的油墨;以及,
[0100] 4.对种子油墨的固化图案进行无电镀覆(以导电金属)。
[0101] 喷'墨印刷法使所用的油墨量最小化,因此凡是油墨(例如种子油墨)昂贵的场合, 应当考虑这种方法。如果油墨成本相对较低,则可用均匀涂布整个基板的另一种方法(例 如,旋涂或浸涂)代替喷墨印刷法。用于上述种子油墨方法的喷墨印刷和镀覆的油墨材 料和方法可得自英国剑桥的卡柯洛技术塑料的导电喷墨技术分公司(ConductiveInkjet TechnologydivisionofCarcloTechnicalPlastics,Cambridge,UK)〇
[0102] 凹版印刷法需要将有待印刷的图像"蚀刻"到在筒上旋转的金属板内。当筒旋转 时,蚀刻表面被油墨所填充,然后当填充油墨的蚀刻板和被印刷的膜彼此接触时,油墨就会 在膜表面上沉积。所述过程示于图4中,图4显示使用来自油墨槽73的油墨线条74来印 刷第一基板76。使压印滚筒70抵靠印刷筒75滚动,印刷筒75具有填充有来自油墨槽73 的油墨的蚀刻槽72。此类过程可用于制作坯料以供后续加工,或者可用于制作大体积传感 器的特定X分量部件或Y分量部件。
[0103]种子油墨(或催化剂油墨)可以通过上述方法中的任何一种印刷。印刷和固化后, 可将油墨与金属例如铜化学镀到一起,从而导致高导电性。种子油墨制造商包括英国剑桥 的导电喷墨技术公司(ConductiveInkjetTechnology)(卡柯洛公司(Carclo)的分公司) 和英格兰法恩伯勒的奎奈蒂克公司(QinetiQCompany)。新墨西哥州阿尔伯克的卡伯可印 刷电子器件和显不器公司(CabotPrintableElectronicsandDisplays)制造可喷墨印 刷的银导电油墨。
[0104] 微复制是可用来形成微导体的又一种方法。图5示出了填充或部分填充的微复制 凹槽的剖面图。凹槽可以先填充种子油墨81,然后再镀覆(参见金属化层80),以使其导电。 或者,可用本身导电的油墨填充凹槽,从而无需电镀工艺。第三种选择是用金属涂布基板, 然后用掩模遮挡凹槽(底部)中的金属部分,然后再通过蚀刻移除未遮挡的金属(参见例 如专利申请2011-0111182和2011-0100957)。沟槽的实际形状可被改变,以优化横截面形 状和尺寸,从而在确保高导电性和高产出率的同时,将光的干涉程度降至最低。
[0105] 填充后的微复制沟槽会形成(相对于掩蔽金属膜)具有高纵横比横截面的导 体。这样可以在光学可见度最低的情况下实现最高的导电性(观察方向狭窄的横截面)。 填充微复制沟槽的方法和具有高纵横比的理想沟槽形状在共同授予的美国专利公开申请 (Gaides等人)2007-0160811中有所描述。
[0106] 图6示出了具有深度大于宽度的微复制电极的高纵横比触摸表面的剖面图。在一 个实施例中,深宽比大于1:1的微复制结构会产生更好的性能。一般来讲,微复制结构的宽 度越小,透过触摸传感器从显示器射出的光就越多。此外,较深而不是较宽的凹槽会减小限 制从第一表面进入传感器的光反射的表面积。这些优点是在不损失电容信号的情况下获得 的。图6示出了与触摸传感器86的印刷铜电极87电容耦合的手指85,这种耦合不仅发生 在传感器的顶面,也发生在传感器的侧面。
[0107] 微接触印刷是可用于形成微导体的又一种方法。微接触印刷是将自组装单层 (SAM)图案压印或旋转印刷到基板表面上。该方法表现出若干技术上重要的特征,包括形成 非常微小比例的图案(例如十分之一微米大小的特征尺寸)以及图案化单层向金属、陶瓷 和聚合物的图案化扩展的能力。
[0108] 示例性微接触印刷法的步骤如下:
[0109] 1?用金属涂布基板(例如,将银或铜溅镀或镀覆到玻璃或PET膜上);
[0110] 2.将自组装单层掩模压印到所镀覆基板上;以及,
[0111] 3.通过蚀刻移除基板上涂布的金属,留下掩模下面的图案。
[0112] 微接触印刷法在例如美国专利(Kumar) 5, 512, 131和共同待审的3M专利公开申请 (Zu) 2009-0218310中有所描述。微接触印刷通常不受基板的约束。例如,基板可以为PET、 玻璃、PEN、TAC或不透明塑料。如本领域已知的,微接触印刷可与金属沉积法结合使用,以 产生添加的图案化方法(例如,包括化学镀)。
[0113] 图7a示出了用于小电容触摸屏的矩阵传感器。两个电极图案(91和92)、互连线以 及连接垫都印刷在柔性基板(例如PET)上。然后将两个图案组装在一起,以在平行平面内 形成两层电极,其中上层平面内的电极正交于下层平面内的导体,如图所示(参见图7b)。 有时,需要在下层电极平面下方设置屏蔽层(未示出)。
[0114] 图7所示图案可以使用本文所述方法中的一种进行印刷,并且使用单个印刷步 骤同时印刷形成电极的〈10ym的微导体和从电极向连接垫传输信号的互连线(通常 >10ym),而且连接垫本身也可以在同一印刷步骤中形成。例如,使用微接触印刷法同时印 刷相对
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