具有多層電極和墊層的觸敏裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種觸摸傳感器，其包括一個(gè)或多個(gè)多層電極以及設(shè)置在基底上的墊層。所述墊層設(shè)置在所述多層電極與所述基底之間。所述多層電極包括通過透明或半透明的居間層分離的至少兩個(gè)透明或半透明的導(dǎo)電層。所述居間層包括位于所述第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層之間的導(dǎo)電通道，以有助于降低在采用所述導(dǎo)電膜或電極的裝置中的特定層之間發(fā)生的界面反射。
【專利說明】具有多層電極和墊層的觸敏裝置
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求2011年6月9日提交的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)N0.61/495,209的權(quán)益，該專利申請(qǐng)的公開內(nèi)容全文以引用方式并入本文。
[0003]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0004]本申請(qǐng)涉及2011年6月9日提交的美國專利申請(qǐng)N0.61/495，214 “Methodof Making Touch Sensitive Device With Multilayer Electrode and Underlayer，，(制備具有多層電極和墊層的觸敏裝置的方法)；2003年10月15日提交的美國專利申請(qǐng) N0.10/686141 “Patterned Conductor Touch Screen Having Improved Optics”(具有改善的光學(xué)器件的圖案化導(dǎo)體觸摸屏)；2009年8月13日提交的美國專利申請(qǐng)N0.12/540394“Conducting Film or Electrode with Improved Optical and ElectricalPerformance for Display and Lighting Devices and Solar Cells，，(用于顯不器和照明裝置以及太陽能電池的具有改善的光學(xué)性能和電性能的導(dǎo)電膜或電極);2008年6月18日提交的美國專利申請(qǐng) N0.12/141544 “Conducting Film or Electrode with ImprovedOptical and Electrical Performance”(具有改善的光學(xué)性能和電性能的導(dǎo)電膜或電極)；以及2009年12月16日提交的美國專利申請(qǐng)N0.12/639363 “Touch Sensitive Devicewith Multilayer Electrode Having Improved Optical and Electrical Performance，，(帶有具有改善的光學(xué)性能和電性能的多層電極的觸敏裝置)。
【背景技術(shù)】
[0005]觸摸屏向使用者提供與計(jì)算裝置進(jìn)行交互的簡(jiǎn)單而直觀的方式，通常采取的方式為通過觸摸覆蓋在顯示器上的透明觸摸傳感器來發(fā)送指令。觸摸傳感器通常由單層電極構(gòu)造而成，所述單層電極由透明導(dǎo)電氧化物形成。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]符合本發(fā)明的具有一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電多層電極的觸摸傳感器包括基底、圖案化墊層和多個(gè)多層電極，每個(gè)多層電極包括由透明或半透明的居間層分離的兩個(gè)透明或半透明的導(dǎo)電層。所述墊層可充當(dāng)蒸氣和/或擴(kuò)散阻擋層，從而限制來自基底的逸氣或其他污染物不利地影響第一導(dǎo)電層。墊層可充當(dāng)耦合層，從而提高基底層與導(dǎo)電層之間的附著性。墊層可充當(dāng)成核層，從而促進(jìn)導(dǎo)電層的生長(zhǎng)并實(shí)現(xiàn)改善的微結(jié)構(gòu)。通過利用具有低于基底的折射率的墊層，可降低圖案化區(qū)域和非圖案化區(qū)域之間的對(duì)比度。
[0007]設(shè)置在兩個(gè)導(dǎo)電層之間的居間層包括這兩個(gè)導(dǎo)電層之間的導(dǎo)電通道。在一些實(shí)施例中，這樣的電極構(gòu)造有助于降低在采用所述電極構(gòu)造的裝置中發(fā)生的界面反射。居間層還提高導(dǎo)電層在撓曲和彎曲條件下的耐久性。在導(dǎo)電層之間使用居間層和導(dǎo)電通道允許各個(gè)導(dǎo)電層更薄。更薄的各個(gè)導(dǎo)電層比具有相同組合導(dǎo)電層厚度的單個(gè)導(dǎo)電層更具柔韌性。使單個(gè)厚導(dǎo)電層撓曲可能會(huì)引起斷裂，而在同樣條件下兩個(gè)更薄的導(dǎo)電層可經(jīng)受撓曲而無損。兩個(gè)導(dǎo)電層之間的導(dǎo)電通道還提供冗余電通道，使得一個(gè)導(dǎo)電層中的斷裂不會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)電性的完全損失。在單個(gè)厚導(dǎo)電層中，斷裂可導(dǎo)致開路和過早出現(xiàn)裝置故障。居間層可被選擇為使導(dǎo)電膜的整體柔韌性優(yōu)化。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]附圖包含在本說明書中并構(gòu)成本說明書的一部分，并且它們結(jié)合【具體實(shí)施方式】闡明本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和原理。在這些附圖中，
[0009]圖1示出了觸敏裝置和電子器件的示意圖；
[0010]圖2示出了示例性觸敏裝置中所用的觸摸面板的一部分的橫截面；
[0011]圖3示出了示例性觸敏裝置中所用的觸摸面板的一部分的橫截面；
[0012]圖4是具有居間層和墊層的多層電極的示意圖，其中所述居間層具有導(dǎo)電路徑；
[0013]圖5是具有居間導(dǎo)電層和墊層的多層電極的示意圖；
[0014]圖6是具有居間層和墊層的多層電極的示意圖，其中所述居間層具有分散在粘結(jié)劑中的導(dǎo)電粒子；
[0015]圖7是具有墊層和多個(gè)居間層的多層電極的示意圖；
[0016]圖8A是具有墊層和多個(gè)居間層的多層電極的示意圖；
[0017]圖SB是矩陣型觸摸屏在節(jié)點(diǎn)處的橫截面的示意圖，示出了具有墊層和多個(gè)居間層的X軸多層電極以及具有墊層和多個(gè)居間層的Y軸多層電極；
[0018]圖9A-C示出了多層電極和墊層可以呈現(xiàn)的各種圖案；并且
[0019]圖10示出了用于矩陣型觸摸屏原型的多層電極和墊層圖案的平面圖。
[0020]圖11是由多個(gè)子層構(gòu)成的墊層的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]本發(fā)明的實(shí)施例涉及觸摸傳感器，所述觸摸傳感器具有多層電極以及設(shè)置在多層電極與基底之間的圖案化墊層。多層電極/圖案化墊層組合可用在例如層之間所產(chǎn)生的反射對(duì)裝置性能有害的任何傳感器或顯示器內(nèi)。基底可以是任何合適的材料，例如玻璃或PET。多層電極/圖案化墊層組合還可被組裝到不透明的觸摸傳感器中。多層電極和墊層可被圖案化以呈現(xiàn)條形、三角形、蜂窩形或任何其他合適的圖案。墊層的圖案可與多層電極的圖案相同、類似、或不同。傳感器可耦合到電子部件，所述電子部件檢測(cè)電極間或電極對(duì)地的電容的變化，從而確定觸摸或近似觸摸的坐標(biāo)。
[0022]墊層可充當(dāng)蒸氣和/或擴(kuò)散阻擋層，從而限制來自基底或基底上的圖案化材料的逸氣或其他污染物不利地影響第一導(dǎo)電層。墊層可充當(dāng)耦合層，從而提高對(duì)透明導(dǎo)電氧化物(TCO)層(例如，銦錫氧化物(ITO))的附著性。墊層可充當(dāng)成核層，從而促進(jìn)ITO層的生長(zhǎng)并實(shí)現(xiàn)改善的微結(jié)構(gòu)。通過使用具有低于基底的折射率的墊層，可降低圖案化區(qū)域與非圖案化區(qū)域之間的對(duì)比度。
[0023]多層電極包括具有特定折射率的兩個(gè)或更多個(gè)導(dǎo)電層以及具有不同折射率并具有導(dǎo)電通道的居間導(dǎo)電層或絕緣層。導(dǎo)電層和居間層各自為透明或半透明的。當(dāng)這些基底組裝到觸摸傳感器內(nèi)時(shí)，調(diào)諧電極疊堆內(nèi)的各個(gè)層的厚度和各個(gè)層的光學(xué)折射率，以使有害的菲涅耳反射最小化。在一個(gè)實(shí)施例中，多層電極的導(dǎo)電層是對(duì)稱的，意味著它們具有相同的厚度。在其他實(shí)施例中，導(dǎo)電層可具有不同的厚度。導(dǎo)電層和居間層描述于2009年12月 16 日提交的美國專利申請(qǐng) N0.12/639363 “Touch Sensitive Device with MultilayerElectrode Having Improved Optical and Electrical Performance，，(帶有具有改善的光學(xué)性能和電性能的多層電極的觸敏裝置)中，該專利申請(qǐng)的內(nèi)容以引用方式并入本文。
[0024]在圖1中，示出了示例性觸摸裝置110。裝置110包括連接至電子電路的觸摸面板112，為了簡(jiǎn)便起見，將電子電路一起集合成標(biāo)記為114且統(tǒng)稱為控制器的單個(gè)示意框。為了簡(jiǎn)便起見，所示觸摸面板112具有5X5矩陣的列電極116a_e和行電極118a_e，但是也可使用其他數(shù)量的電極和其他矩陣大小、以及其他電極圖案，包括非矩陣型圖案，例如用于表面電容型觸摸傳感器的非圖案化單層。列電極和行電極是多層電極(將在下面進(jìn)一步描述)，并且設(shè)置在基底(圖1中未示出)上，其中墊層將電極與基底分離。墊層稍后在【具體實(shí)施方式】中描述。在圖1所示的實(shí)施例中，墊層具有與列(下)電極對(duì)應(yīng)的圖案。
[0025]與現(xiàn)有技術(shù)的一些實(shí)施例相比，在一些實(shí)施例中面板112上的傳感器疊堆(即，基底層、墊層和多層電極)得到改善的電特性和光學(xué)特性。面板112通常是大致透明的，以使得使用者能夠透過面板112來觀察物體，例如計(jì)算機(jī)、電視、手持裝置、移動(dòng)電話或其他外圍設(shè)備的像素化顯示器。邊界120表示面板112的觀察區(qū)域且還優(yōu)選地表示此顯示器(如果使用的話)的觀察區(qū)域。從平面圖的視角看，多層電極116a_e，118a_e在觀察區(qū)域120上空間分布。為了易于說明，多層電極被示出為寬且顯眼的，但實(shí)際上它們可相對(duì)較窄且使用者不易察覺。此外，這些電極可設(shè)計(jì)為在矩陣的節(jié)點(diǎn)附近具有可變寬度，例如，以菱形墊或其他形狀的墊的形式增加的寬度，以便增大電極間的邊緣場(chǎng)，從而增強(qiáng)觸摸對(duì)電極間電容耦合的效果。從深度的視角看，列電極可位于與行電極不同的平面內(nèi)(從圖1的視角看，列多層電極116a_e位于行多層電極118a-e的下面)，使得列電極與行電極之間不進(jìn)行顯著的歐姆接觸，并且使得給定列電極與給定行電極之間的唯一顯著的電耦合為電容耦合。多層電極的矩陣通常位于防護(hù)玻璃、塑料膜、硬質(zhì)涂膜等的下面，以使得電極受到保護(hù)而不與使用者的手指或其他觸摸相關(guān)工具發(fā)生直接物理接觸。此類防護(hù)玻璃、膜等的暴露表面可被稱為觸摸表面。也可使用本文所述的多層電極形成除矩陣之外的觸敏裝置構(gòu)型。例如，包括兩個(gè)電極的電容按鈕設(shè)置在表面上，在按鈕區(qū)域內(nèi)彼此足夠接近以具有電容耦合。這兩個(gè)電極(一者或兩者為多層電極)彼此可處于同一平面上、形成于同一層中。另外，除了矩陣(由多個(gè)電極構(gòu)成)以外，諸如單片型電極的其他構(gòu)型也是可以的。此類片型電極有時(shí)用在表面電容型傳感器中，并且電極為基本上覆蓋整個(gè)觸摸表面的非圖案化涂層。一般而言，可使用本文所述的多層電極形成大多數(shù)已知的電極構(gòu)型。
[0026]將基底與含電極層分離的墊層可均勻地設(shè)置在整個(gè)基底層上，或者可被圖案化為僅處于基底層與列電極或行電極中的任一者或兩者之間。換句話講，墊層本身可具有圖案，所述圖案可與含電極層的圖案有關(guān)，基于含電極層的圖案，或類似于含電極層的圖案。
[0027]在示例性實(shí)施例中，多層電極(116a_e，118a_e)中的每一個(gè)可由具有特定折射率的兩個(gè)或更多個(gè)導(dǎo)電層以及具有不同折射率并且具有導(dǎo)電通道的居間導(dǎo)電層構(gòu)成。在示例性實(shí)施例中，具有圖案的圖案化墊層設(shè)置在下多層電極陣列與基底之間，該圖案與下多層電極陣列的圖案對(duì)應(yīng)。
[0028]其他實(shí)施例包括共用基底布置方式，其中行多層電極設(shè)置在基底的第一側(cè)上，并且列多層電極設(shè)置在基底的第二側(cè)上。在此類實(shí)施例中，分別與行多層電極或列多層電極的圖案對(duì)應(yīng)的圖案化墊層設(shè)置在基底的第一側(cè)和第二側(cè)兩者上，從而將任一側(cè)上的電極與基底分離。
[0029]給定的行電極與列電極之間的電容耦合主要取決于電極彼此最靠近的區(qū)域中的電極的幾何形狀。此類區(qū)域?qū)?yīng)于電極矩陣的“節(jié)點(diǎn)”，圖1中標(biāo)出了其中的一些節(jié)點(diǎn)。例如，列多層電極116a與行多層電極118d之間的電容耦合主要發(fā)生在節(jié)點(diǎn)122處，列多層電極116b與行多層電極118e之間的電容耦合主要發(fā)生在節(jié)點(diǎn)124處。圖1的5X5矩陣具有25個(gè)此類節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)中的任一個(gè)均可由控制器114經(jīng)由適當(dāng)選擇將相應(yīng)列多層電極116a-e單獨(dú)地耦合到控制器的一條控制線126以及適當(dāng)選擇將相應(yīng)行多層電極118a_e單獨(dú)地耦合到控制器的一條控制線128來尋址。
[0030]在互電容型系統(tǒng)中，當(dāng)使用者的手指130或其他觸摸工具接觸或近似接觸裝置110的觸摸表面時(shí)，如觸摸位置131處所示，該手指電容耦合至電極矩陣。該手指從矩陣，尤其從最靠近觸摸位置的那些電極吸引電荷，這樣便改變了與一個(gè)或多個(gè)最近節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電極之間的耦合電容。例如，觸摸位置131處的觸摸最接近與多層電極116c/118b對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)。優(yōu)選地，控制器被構(gòu)造為快速檢測(cè)矩陣所有節(jié)點(diǎn)的電容變化(如果有的話)，并且能夠分析相鄰節(jié)點(diǎn)的電容變化大小，以通過內(nèi)推法準(zhǔn)確地確定節(jié)點(diǎn)之間的觸摸位置。此外，有利地，控制器114被設(shè)計(jì)為檢測(cè)同時(shí)或在重疊的時(shí)間施加至觸摸裝置的不同部分的多個(gè)不同觸摸。因此，例如，如果在手指130觸摸的同時(shí)，另一個(gè)手指132在觸摸位置133處觸摸裝置110的觸摸表面，或者如果相應(yīng)觸摸至少暫時(shí)地重疊，則控制器優(yōu)選地能夠檢測(cè)這兩個(gè)觸摸的位置131，133，并且在觸摸輸出114a上提供此類位置。
[0031]許多可能的驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)程序是可行的并且是本領(lǐng)域已知的。對(duì)地電容型系統(tǒng)測(cè)量發(fā)生在電極矩陣節(jié)點(diǎn)附近的對(duì)地電容的變化，而不是電極間電容的變化。
[0032]現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖2，我們可看到觸摸裝置(例如，圖1的裝置110)中所用的多層觸摸傳感器210的一部分的示意性側(cè)視圖。觸摸傳感器210包括上層212 (其將是最靠近使用者的層，并且該層的上表面212a將限定觸摸傳感器的觸摸區(qū)域)，該層可以是玻璃、PET或耐用涂層。上電極層214包括第一組多層電極。介電層216將上電極層與下電極層218分離，下電極層也包括一組多層電極218a_e,在一個(gè)實(shí)施例中這些電極與第一組電極正交。根據(jù)特定構(gòu)造，電介質(zhì)(例如，光學(xué)透明的粘合劑)可填充在多層電極218a_e之間的空間中。在一些實(shí)施例中，上電極和下電極彼此不正交。所不墊層51按照與下電極層218的圖案對(duì)應(yīng)的方式圖案化。它將電極層218的多層電極與下層220分離。類似的“覆蓋層”可設(shè)置在上層212與上電極層214的電極之間，但圖2中未示出。此圖2中的下層220是基底層，類似于上層，它可以是玻璃、PET或其他材料。上層212的暴露表面212a或下層220的暴露表面220a可以是或包括觸摸傳感器210的觸摸表面。這是組成觸摸傳感器的疊堆的簡(jiǎn)化視圖；更多或更少的層以及其他居間層也是可以的。
[0033]現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖3，我們可看到傳感器疊堆10，即觸摸裝置(例如，圖1的裝置110)中所用的多層觸摸傳感器210的一部分的示意性三維視圖。圖3的橫截面對(duì)應(yīng)于可在例如圖1的節(jié)點(diǎn)122或124處看到的橫截面，并且包括上層212、電極層214、介電層216、電極層218、墊層51和下層220。電極所反射的光包括平面反射以及由于折射率失配而在各層界面處發(fā)生的有害菲涅耳反射，圖中以反射24，26，27，28和29表示。菲涅耳反射通常是寬帶的，因此會(huì)降低顯示器的顏色飽和度。電極所反射的光包括散射和界面菲涅耳反射。這些反射會(huì)降低底層顯示器的黑色電平，從而降低對(duì)比度。這些反射也使傳感器內(nèi)的電極更易被使用者發(fā)現(xiàn)，特別是在將顯示器關(guān)閉或在大于電極的區(qū)域中設(shè)置成單一顏色時(shí)。
[0034]菲涅耳反射的大小取決于層界面處的折射率之比。垂直入射時(shí)，它通過下列公式確定:
【權(quán)利要求】
1.一種用于接近感測(cè)裝置的傳感器，包括: 基底層； 第一電極層，所述第一電極層具有多個(gè)電極； 第二電極層，所述第二電極層具有多個(gè)電極；和， 介電層，所述介電層將所述第一電極層和第二電極層分離； 圖案化墊層，所述圖案化墊層設(shè)置在所述基底層和所述第一電極層之間； 其中所述第一層和第二層相對(duì)于彼此設(shè)置為形成電極矩陣，并且其中所述第一電極層或第二電極層中的至少一些所述電極包括: 透明或半透明的第一導(dǎo)電層； 透明或半透明的第二導(dǎo)電層；和 位于所述第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層之間的透明或半透明的居間層，所述居間層包括所述第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層之間的導(dǎo)電通道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述墊層設(shè)置在所述基底層上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述基底層是透明的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的傳感器，其中所述基底層包含聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述墊層包括多個(gè)子層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的傳感器，其中所述墊層具有不同于所述基底層的折射率。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的傳感器，其中所述墊層具有不同于所述第一電極層的折射率。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的傳感器，其中所述子層包括具有第一折射率的第一子層和具有第二折射率的第二子層，并且其中所述第一折射率和所述第二折射率是不相同的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述墊層在所述第一電極層或第二電極層的電極下方的區(qū)域中。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述墊層是不連續(xù)的。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述墊層被圖案化為蜂窩圖案。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的傳感器，其中所述第一電極層和第二電極層的電極被圖案化為蜂窩圖案。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述第一電極層和第二電極層的所述多個(gè)電極是圖案化電極，并且所述墊層基于所述第一電極層或第二電極層中的任一者或兩者的圖案而圖案化。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層各自包含透明或半透明的導(dǎo)電氧化物。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的傳感器，其中所述第一居間層或第二居間層包含介電聚合物或無機(jī)介電材料或含有二氧化硅納米粒子的介電聚合物。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的傳感器，其中所述第一居間層或第二居間層包括折射率不同于所述第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層的折射率的層。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的傳感器，其中所述導(dǎo)電通道包括延伸穿過所述第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層之間的孔的導(dǎo)電聯(lián)接件。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的傳感器，其中所述第二居間層包含粘結(jié)劑，并且其中所述導(dǎo)電通道包含懸浮在所述粘結(jié)劑中并在所述第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層之間延伸的導(dǎo)電粒子。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，還包括: 電子器件，所述電子器件可通信地耦合到所述傳感器的所述電極，并且被構(gòu)造用于接收來自至少一些所述電極的信號(hào)，并基于這些信號(hào)確定所述觸摸傳感器上的觸摸或近似觸摸的坐標(biāo)。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，還包括上層，所述上層包含聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯或玻璃。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的傳感器，還包括電子可尋址顯示器，并且其中所述傳感器設(shè)置在所述顯示器上，使得可通過所述傳感器看到出現(xiàn)在所述電子可尋址顯示器的觀察區(qū)域上 的元件。
【文檔編號(hào)】G06F3/044GK103597431SQ201280027940
【公開日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2012年6月5日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月9日
【發(fā)明者】南?！·倫霍夫, 克拉克·I·布賴特, 馬克·E·弗蘭澤, 丹尼斯·M·布蘭納 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司