激光刻划沉积在透明基板相对的相应第一和第二表面上的第一和第二导电层的方法与流程

本发明涉及一种用于制造电容触摸屏的方法，该方法尤其涉及在两层投射式电容触摸屏的两个导电层上刻划图案，其中，两个导电层位于基板的相对的面。

背景技术：

电容触摸屏技术在，例如移动电话、卫星导航系统、PDA屏幕和手持游戏机中广泛使用。

电容触摸屏的一种具体形式称作投射电容式触摸技术或“PCT”。在PCT设备中，感测电极的XY阵列形成在透明导电材料层中。在使用中，在用户的手指和来自感测电极的投射电容之间形成电容。做出触摸、精确地测量触摸并将其转换成用于适当的软件应用的底层电子设备执行的命令。PCT屏幕享受手指和触针响应准确所带来的好处。

PCT技术的一种具体形式具有两个分离的透明导电材料层，并且在所检测的电极阵列层的交叉点处的电极之间的互电容是变化的。

透明导电材料层分别被划分成在第一正交方向上电连接但在第二正交方向上电隔离的多个分立电极单元。刻划图案对于两层可相同或不同。

在使用PCT技术的电容触摸屏中，透明基板通常在每一个与其相对的表面上沉积了一层透明导电材料。使用两个单独的激光器在每个透明导电材料层中刻划电极图案。每个激光器通过聚焦在最靠近它的基板表面上来进行刻划图案，即所谓的近侧烧蚀。专利申请GB08003305.3描述了这种方法。或者，使用单个激光器且可能需要翻转基板并将设备对准以进行第二层的刻划工艺。在希望两个表面上电极图案相同的情况下，可以在两个层之间聚焦单个激光器，并且选择其参数以在两个层的每一层中同时进行刻划而不损坏透明基板。应当理解，这种单个激光器工艺不能用于在两个层上提供不同的图案。该工艺描述于JP 8320638A和US 2008/129318 A中。

WO 2011/018595描述了一种用于在PCT触摸屏的两个导电层上提供不同电极图案的刻划方法，该方法不需要第二个激光器或转动基板。该方法通过将激光光学器件的焦距从最靠近激光器的基板的表面处的点改变到距离激光器最远的基板表面处的点来实现，从而执行所谓的远侧烧蚀。近侧烧蚀通常是在PCT触摸屏的导电层中对电极图案进行刻划的优选机制。这是因为激光功率为玻璃基板所衰减。WO 2011/018595中描述的方法是该惯例的例外，其接受激光衰减以便通过消除对第二激光或者转动基板的需要，然后重新校准激光来简化工艺。

技术实现要素：

本发明的目的尤其在于提供一种用于制造电容触摸屏的替代方法，与现有方法相比，该方法具有更高的产率。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于对分别沉积在透明基板的相对的第一表面和第二表面上的第一透明导电层和第二透明导电层进行激光刻划的方法，所述方法包括：引导第一激光束通过一个或多个透镜到位于所述基板的所述第一表面上的或与所述基板的所述第一表面紧邻的焦斑，使得所述聚焦的激光束穿过所述第二导电层和所述基板的所述第二表面；沿着与所述第一激光束的轴线正交的平面中的两个轴线引起所述第一激光束和所述基板之间的相对运动，从而在所述第一导电层中刻划出第一图案；引导第二激光束通过一个或多个透镜到位于所述基板的所述第二表面上的或与所述基板的所述第二表面紧邻的焦斑，使得所述聚焦的激光束穿过所述第一导电层和所述基板的所述第一表面；沿着与所述第二激光束的轴线正交的平面中的两个轴线引起所述第二激光束和所述基板之间的相对运动，从而在所述第二导电层中刻划出第二图案。

第一激光束和第二激光束可相同，且该方法可进一步包括：在所述第一导电层中刻划出所述第一图案之后，将基板或激光束从基板的第二表面面向所述激光束的位置移动到基板的第一表面面向所述激光束的位置。第一激光束和第二激光束可从基板的相对侧发射。通过第一激光束和第二激光束对第一导电层和第二导电层的刻划可是同时发生的。第一激光束和第二激光束可具有在1000nm至1100nm范围内的波长。在第一导电层中刻划出的第一图案可与在第二导电层中刻划出的第二图案不同，或者第一图案可与第二图案相同。

根据本发明的另一方面，第一激光束可以从基板去除第一导电层的阈值能量密度低于第一激光束可以从基板去除第二导电层的阈值能量密度，第二激光束可以从基板去除第二导电层的阈值能量密度低于第二激光束可以从基板移除第一导电层的阈值能量密度。

根据本发明的另一方面，在对应于第一导电层的位置处的第一激光束的能量密度超过第一激光束从基板去除第一导电层所需的阈值能量密度，且在对应于所述第二导电层的位置的第一激光束的能量密度不超过第一激光束从所述基板去除所述第二导电层所需的阈值能量密度，以及在对应于第二导电层的位置处的第二激光束的能量密度超过第二激光束从基板去除第二导电层所需的阈值能量密度，且在对应于所述第一导电层的位置的第二激光束的能量密度不超过第二激光束从所述基板去除所述第一导电层所需的阈值能量密度。

用于通过第一激光束或第二激光束分别刻划第一导电层或第二导电层的工艺窗口可大于用于通过第二激光束或第一激光束分别刻划第一导电层或第二导电层的工艺窗口，其中，工艺窗口定义为激光束相对于待刻划的目标导电层的聚焦位置的范围，在工艺窗口内，激光束可以刻划目标导电层而不刻划相对的导电层。

用于通过第一激光束或第二激光束分别刻划第一导电层或第二导电层的工艺窗口超过待刻划的目标导电层在刻划激光束轴线方向上的位置变化，和/或刻划激光束的焦平面在刻划激光束轴线方向上的位置变化，或待刻划的目标导电层在刻划激光束轴线方向上的位置变化和刻划激光束的焦平面在刻划激光束轴线方向上的位置变化的组合。

第一导电层和第二导电层可由相同的材料形成。第一导电层和第二导电层可由氧化铟锡形成。基板厚度优选等于或小于1.5mm。

所述方法可进一步包括引导第一激光束通过一个或多个透镜到位于所述基板的所述第二表面上的或与所述基板的所述第二表面紧邻的焦斑；沿着与所述第一激光束的轴线正交的平面中的两个轴线引起所述第一激光束和所述基板之间的相对运动，从而在第一金属层中刻划出第三图案，所述第一金属层布置在第二导电层上或介于第二导电层和基板之间；引导第二激光束通过一个或多个透镜到位于所述基板的所述第一表面上的或与所述基板的所述第一表面紧邻的焦斑；沿着与所述第一激光束的轴线正交的平面中的两个轴线引起所述第二激光束和所述基板之间的相对运动，从而在第二金属层中刻划出第四图案，所述第二金属层布置在第一导电层上或介于第一导电层和基板之间。

附图说明

下面将参照附图描述本发明的其它目的和特征，其中：

图1示出了本发明中使用的基板；

图2示出了根据本发明的第一实施方式的工艺；

图3A和图3B示出了根据本发明的第二实施方式的工艺；

图4A示出了用于刻划电极图案的第一方法；

图4B示出了用于刻划电极图案的第二方法。

具体实施方式

图1示出了通常用于诸如本发明的PCT技术中的基板。用于典型的两层电容触摸屏的基板11是透明的，可是刚性的且可由玻璃或其他无机透明材料(例如二氧化硅)制成，或者可是柔性的且可由诸如聚酯(PET)或聚碳酸酯(PC)或薄柔性玻璃(TFG)制成。基板的厚度通常在0.3mm至1.5mm的范围内。将透明且导电的层14、14’涂布到基板的两个表面12、13上。这些通常是无机氧化物材料的薄层，例如氧化铟锡(ITO)或其它透明导电氧化物(TCO)。基于有机材料或纳米颗粒材料的其他透明导电层可作为替代物。对于电容触摸屏，层厚度通常在50nm至几百nm的范围内，表面电阻率在50欧姆/平方至150欧姆/平方的范围内。从现在开始，我们在本说明书中将这些透明导电材料称为TCM。基板11的两个表面12、13可涂覆有相同的TCM。优选地，两个表面12、13可涂覆有ITO作为导电层14、14’。进一步地，基板厚度优选等于或小于1.5mm。更优选地，基板厚度在约0.5mm和约1.0mm之间。还优选地，基板厚度为约0.7mm。

为了在TCM涂层中形成分立电极，使用脉冲激光束在TCM涂层中刻划图案。通常对激光束的波长进行选择使得激光束可以穿过基板11而没有显著的吸收，但TCM涂层吸收了一些激光能量。激光束通常具有红外或紫外中心的波长，通常分别在1000nm～1100nm和350nm～360nm的范围内，但是其他波长也是可能的。激光束通常由一个或多个透镜聚焦到一点。激光束的能量密度随着与聚焦光学器件的距离而改变。能量密度在焦点处最大并在远离焦点处由于激光束的发散而减小。脉冲激光聚焦在TCM涂层的点上或在接近TCM涂层的点上，并调节激光功率和脉冲能量使得TCM吸收足够的能量以将其从基板表面烧蚀掉。基板11和激光束沿着垂直于激光束轴的平面中的两个轴相对于彼此移动，从而刻划以产生所需的电隔离的电极图案。

在JP 8320638A和US 2008/129318 A的方法中，激光束在基板内(在基板的相对侧上的两个TCM涂层之间)聚焦。对激光束参数进行选择使得在对应于TCM涂层的位置处的激光束的能量密度足以烧蚀TCM层以从基板表面将其去除。在GB 08003305.3中，激光束聚焦在近侧的TCM涂层(离发射激光束处的位置最近)。对激光束参数进行选择使得最大能量密度超过从基板近侧表面烧蚀TCM所需的阈值。当激光束穿过基板时，激光束的发散确保在基板相对的表面上的另一个TCM涂层的位置处的能量密度不足以从基板表面烧蚀TCM。在WO 2011/018595中，使用了GB 08003305.3的方法在基板的第一表面上的TCM涂层中形成电极图案。通过增加聚焦的光学系统的焦距或通过朝着基板来移动聚焦透镜，而在基板的第二表面上的TCM涂层中形成电极图案，以便将激光束通过基板聚焦到基板的第二表面上的TCM涂层上。对激光束参数进行选择使得最大能量密度超过从基板远侧表面烧蚀TCM所需的阈值。当激光束穿过基板时，激光束的收敛确保在基板的第一表面上的TCM涂层的位置处的能量密度不足以从基板的第一表面烧蚀TCM涂层。在上述的每个专利文献中，所描述的工艺假设在基板的任一侧上的TCM涂层有相似的烧蚀阈值且依赖于激光束的发散，以确保仅烧蚀在基板的一侧上的TCM涂层。如果基板足够厚，则这不是问题。然而，如果基板较薄(例如小于0.3mm)，则该工艺行不通，因为在基板整个厚度上的能量密度的变化不足。

图2示出了根据本发明的第一实施方式的用于对沉积在透明基板11的相应的相对的第一表面12和第二表面13上的第一透明导电层(TCM涂层)14和第二透明导电层(TCM涂层)14’进行激光刻划的工艺。可以看出，引导第一激光束21通过一个或多个透镜22到位于基板11的第一表面12上的或与基板11的第一表面12紧邻的焦斑F，使得聚焦的激光束21穿过第二导电层14’和基板11的第二表面13。此外，引导第二激光束21’通过一个或多个透镜22’到位于基板11的第二表面13上的或与基板11的第二表面13紧邻的焦斑F’，使得聚焦的激光束21’穿过第一导电层14和基板11的第一表面12。然后激光束21、21’在导电层14、14’中刻划出电极图案。

图3A和图3B示出了根据本发明的第二实施方式的用于激光刻划沉积在透明基板11的相应的相对的第一表面12和第二表面13上的第一透明导电层14和第二透明导电层14’的工艺。从图3A中可以看出，引导第一激光束21通过一个或多个透镜22到位于基板11的第一表面12上的或与基板11的第一表面12紧邻的焦斑F1，使得聚焦的激光束21穿过第二导电层14’和基板11的第二表面13。然后，在第一导电层14中刻划出电极图案之后，将基板11从基板11的第二表面13面向激光束21的位置移动到基板11的第一表面12面向激光束21的位置。随后，如图3B所示，引导第二激光束21通过一个或多个透镜22到位于基板11的第二表面13上的或与基板11的第二表面13紧邻的焦斑F，使得聚焦的激光束21穿过第一导电层14和基板11的第一表面12。然后激光束21在第二导电层14’中刻划出电极图案。

在如上描述的每个工艺中，基板两侧上的TCM涂层进行远侧烧蚀，其中，激光束瞄准并烧蚀离激光束发射处最远的基板侧上的TCM涂层。

进行实验以确定对于激光束波长、激光束脉冲持续时间、基板材料、基板厚度和ITO薄层电阻的不同组合的近侧和远侧TCM涂层的典型ITO烧蚀阈值。结果示于图1中。结果表明，对于参数的某些组合，远侧TCM涂层的烧蚀阈值显著低于近侧TCM涂层的烧蚀阈值。认为这种意想不到的结果的原因在于激光束与基板近侧表面上的TCM涂层和基板远侧表面上的TCM涂层相互作用时的不同机制。在远侧TCM涂层的情况下，激光束可以直接作用在TCM～基板界面处，这意味着激光束可以将TCM涂层从基板剥离。在近侧TCM涂层的情况下，激光必须穿过TCM涂层以到达TCM-基板界面，因此能量可经由TCM涂层而衰减，以及如果涂层被蒸发，能量可经由在TCM涂层上方的羽流中的任何喷射材料而衰减。实质上，与将TCM涂层剥离相比，蒸发TCM涂层会需要更多的能量。另外，将TCM涂层从基板剥离的能力受诸如TCM涂层和基板之间的粘合强度的因素的影响。因此，烧蚀阈值也将取决于激光器参数及基板和TCM的类型。

表1

可选择在图2和图3中所示并如上所述的方法中使用的激光束、基板和TCM涂层参数的组合，使得近侧烧蚀的阈值高于远侧烧蚀的阈值。这意味着在近侧TCM涂层和远侧TCM涂层的相应位置处的激光束21、21’的能量密度可足以烧蚀远侧TCM涂层(即，高于用于远侧烧蚀的阈值)，但不足以烧蚀近侧TCM涂层(即，低于用于近侧烧蚀的阈值)。以这种方式选择参数允许使用远侧烧蚀工艺在基板11(甚至对于薄基板)的每一侧12、13上形成不同的电极图案。这是因为烧蚀阈值的差异使近侧TCM涂层免于被去除。

此外，由于近侧和远侧烧蚀之间烧蚀阈值的差异增大，可以通过使用远侧烧蚀工艺来增大工艺窗口。工艺窗口定义为激光束相对于待刻划的目标基板表面的聚焦位置的范围，在该工艺窗口内，刻划加工是有效的，即第一激光束或第二激光束可以在目标基板上分别刻划目标第一导电层和第二导电层而不会刻划相对的层。因此，优选选择激光束、基板和TCM涂层参数的组合，使得对于该参数组合的远侧烧蚀的工艺窗口超过用于该参数组合的近侧烧蚀的工艺窗口。

工艺窗口的增加的大小使得该工艺能够以高产出的方式进行。这是因为将基板11全部区域保持在工艺窗口中更为容易。为了能接近激光束并防止激光照射之下的任何支撑材料的污染，基板可不在其整个宽度上得到支撑，因此基板可能不是非常平的，即基板11和TCM涂层的位置在激光束轴的方向(z轴线方向)上具有一些高度变化。对于小的工艺窗口，因支撑基板11的方式，由曲率引起的基板11的位置的偏差可导致基板11的部分位于工艺窗口之外，这导致较低的工艺产率。此外，激光束的焦平面不是完全平的，更大的工艺窗口可以适应由于焦平面在激光束轴线方向(z轴线方向)上的位置变化引起的激光束的能量密度的变化。

对于0.7mm厚碱石灰浮法玻璃基板上的50ohm/sq ITO涂层使用波长为1030nm～1064nm且脉冲持续时间为10ns～15ns脉冲红外激光器的情况下，对远侧烧蚀加工确定了1.4mm的工艺窗口。对于相同参数的近侧烧蚀加工的工艺窗口为0.3mm。使用紫外线纳秒脉冲激光器时，对于近侧烧蚀和远侧烧蚀的工艺窗口均为约0.4mm。通过上述实施例实现的对工艺窗口大小的改善是显著的。因此，如在本发明中的情况，在基板11的两侧12、13上使用远侧烧蚀工艺可以显著地提高工艺产率。优选地，应当对激光束、基板和TCM特性进行选择以提供超过在z轴线方向上基板表面的高度变化和/或在z轴线方向上刻划激光束的焦平面的位置变化的工艺窗口，或者优选在z轴线方向上的基板表面位置和在z轴线方向上刻划激光束的焦平面的位置的组合变化。

在图2和图3所示的每个实施方式中，激光束21、21’和基板11之间沿着与第一激光束的轴线正交的平面中的两个轴的相对运动引发了在导电层(TCM涂层)14、14’中刻划电极图案。分别如图4A和4B或两者组合所示，这种相对运动可以通过在垂直于激光束的平面中激光束21、21’和基板11之间的平移运动或者通过在基板11的表面上扫描激光束21、21’来启动。如图4A所示，激光束21在平行于基板11的平面中移动。如图4B所示，激光束在垂直于激光束21的轴的径向方向上偏转到基板11上的不同位置。在图2所示的实施方式的情况下，以相同的方式烧蚀在基板11的相对侧上的TCM涂层，但这未在图中示出。独立地刻划出在基板11的每一侧12、13上刻划的电极图案，因此它们可以相同或者它们可以不同，这取决于最终产品所需的特性。图4A和图4B还示出了激光器模块23，其发射激光束21并且包含用于聚焦和引导激光束21的反射和/或折射光学元件，例如其可包括一个或多个聚焦透镜21。

PCT设备还可在感测电极阵列的边缘区域中包括金属层。该金属层可以沉积在已沉积的TCM的顶部，或者可以在TCM涂层沉积之前涂布到基板上使得其位于基板和TCM涂层之间。上述金属层通常通过诸如物理气相沉积(PVD)、丝网印刷或喷墨印刷的工艺来涂布。上述金属层也使用激光束来刻划，然而，与TCM涂层不同，金属层不适合用于远侧烧蚀。因此，必须使用近侧烧蚀工艺对金属层进行刻划。金属层可形成在基板的两侧上。如果使用远侧工艺刻划TCM涂层，那么为了在基板的相对一侧刻划金属层，可重新聚焦激光束。在图2所示的工艺中，利用两个激光束同时刻划，可以在TCM涂层之后通过使激光束重新聚焦在近侧基板表面处来刻划金属层，使得第一激光束在基板的第二侧上刻划金属层，而第二激光束在基板的第一侧上同时刻划金属层。或者，可在TCM涂层之前对金属层进行刻划。在图3A和3B所示的工艺中，利用单个激光束，首先刻划基板的第一侧上的TCM涂层，之后再次聚焦激光，然后刻划基板的第二侧上的金属层，之后重新聚焦激光器并翻转基板，然后刻划基板的第二侧上的TCM涂层，最终刻划基板的第一侧上的金属层。或者，刻划TCM涂层和金属层的顺序可不同。可以使用任何顺序，必要时翻转基板。