CN101779187A - 使用碳纳米颗粒和金属纳米颗粒的触摸屏 - Google Patents

使用碳纳米颗粒和金属纳米颗粒的触摸屏 Download PDF

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Abstract

提供了一种用于触摸屏系统的覆盖片组件(10)。覆盖片组件包括绝缘层(12)，该绝缘层具有被配置以设置在所述触摸屏系统的基板的导电区域上方的表面(14)；和导电材料(16)，该导电材料被设置在所述绝缘层的该表面的至少一部分上，所述导电材料包括多个碳纳米颗粒(17)和多个金属纳米颗粒(19)。

Description

使用碳纳米颗粒和金属纳米颗粒的触摸屏
技术领域
本发明主要涉及计算机触摸屏，尤其涉及用于触摸屏的导电材料。
背景技术
由于在十九世纪七十年代早期它们的引入，触摸屏为特定的计算机应用提供了键盘的替代物。在许多情形下，去除了键盘和鼠标，因为触摸屏给使用者提供了访问计算机的途径。电阻型和电容型触摸屏典型地包括基板，例如玻璃面板，其被定位在例如液晶显示器(LCD)的显示器的表面上方。基板包括在其表面上的导电材料。导电材料在基板表面上限定了导电触摸区域，用于接受使用者对触摸屏的输入。绝缘层定位在导电区域的上方，以为使用者提供用触摸来选择输入的表面。
在电阻型触摸屏中，绝缘层形成覆盖片的一部分，该覆盖片包括定位在面向基板的绝缘层的表面上方的第二导电材料。通过多个绝缘点将覆盖片与基板间隔开，使得将两个导电材料间隔开。在使用者触摸覆盖片时，两个导电材料在使用者触摸的位置处彼此接合。在电容型触摸屏中，直接将绝缘层沉积在基板上的导电材料上。
典型地，由铟锡氧化物(ITO)形成在基板和绝缘层上的导电材料。因为ITO通常对于给定导电率的值提供好的透明度，这对于一些触摸屏应用是期望的，所以通常使用ITO。然而，ITO可能是有点易脆，使得导电材料在重复触摸之后可能破裂、断裂和/或老化，这可能导致触摸屏失去功能、失效和/或不同于所期望的起作用。此外，因为铟的供应是受限制的，所以ITO可能相对昂贵。此外，对铟的不断增加的需求可能使得ITO随着全球供应的缩小变得甚至更加昂贵。
为了替代ITO，已经提出将金属纳米纤维用于出现在触摸屏的基板和/或覆盖片上的导电材料中。然而，金属纳米纤维可能易于遭受大气腐蚀。导电材料内的金属纳米纤维的大气腐蚀可能增加了导电材料的接触电阻，其可以降低在该导电材料与另一导电材料之间的接触点处流入和流出导电材料的电流量。已经提出将碳纳米管用作对于出现在触摸屏的基板和/或覆盖片上的导电材料中的ITO的替代物。然而，碳纳米管可能不能匹配ITO对于特定的导电率的透明度。
与由ITO形成的导电材料相比，存在对于具有增加的耐久性的导电材料的需求。也存在对于改善包含金属纳米颗粒的导电材料的腐蚀电阻的需求。此外，存在改善包含碳纳米颗粒的导电材料的透明度的需要。
发明内容
在一个实施例中，提供了一种用于触摸屏系统的覆盖片组件。所述覆盖片组件包括：绝缘层，该绝缘层具有被配置以设置在所述触摸屏系统的基板的导电区域上方的表面；和导电材料，该导电材料被设置在所述绝缘层的表面的至少一部分上。所述导电材料包括多个碳纳米颗粒和多个金属纳米颗粒。
在另一实施例中，提供了一种用于触摸屏系统的基板组件。所述基板组件包括基板和导电材料，该导电材料被设置在基板的表面的至少一部分上，以在基板上提供导电触摸区域。导电材料包括多个碳纳米颗粒和多个金属纳米颗粒。
在另一实施例中，提供了一种导电材料，该导电材料包括多个碳纳米管和多个金属纳米纤维。
附图说明
图1是根据本发明的实施例形成的触摸屏覆盖片组件的透视图。
图2是沿图1中的线2-2截取的在图1中显示出的触摸屏覆盖片组件的横截面视图；
图3是根据本发明的可替代的实施例形成的触摸屏覆盖片组件的横截面示意图；
图4是在图1和图2中显示出的触摸屏覆盖片组件中的碳纳米颗粒的示意图。
图5是图1和图2中显示出的触摸屏覆盖片组件中的金属纳米颗粒的示意图。
图6是图1和图2中显示出的触摸屏覆盖片组件的示意图。
图7是根据本发明的可替代实施例形成的触摸屏覆盖片组件的示意图。
图8是根据本发明的实施例形成的触摸屏基板组件的顶部平面视图。
图9是沿图8中的线9-9截取的触摸屏基板组件的横截面视图。
图10是根据本发明的实施例形成的电阻型触摸屏系统的横截面视图。
具体实施方式
如在此处使用的，如果在材料上存在可以被测量为它们之间具有小于约10兆欧的电阻的两个点，那么所述材料被认为是导电的。在电阻型触摸屏系统的情形中，对于“薄层电阻”和“接触电阻”形式的导电率的电阻做出了区分。如在此处使用的，导电材料的“薄层电阻”被定义为对于导电材料的平面内的电流流动的电阻。如在此处所使用的，导电材料的“接触电阻”被定义为对于在所述导电材料与另一导电材料之间的接触点处的流入导电材料和流出导电材料的电流流动的电阻。
图1是根据本发明的实施例形成的触摸屏覆盖片组件10的透视图。图2是触摸屏覆盖片组件10的横截面视图。组件10可以与电阻型触摸屏系统(未在图1和2中显示出)一起使用。在下文将更加详细地对包含组件10的示例性触摸屏系统进行描述。组件10包括绝缘层12，该绝缘层12具有至少部分地涂敷有导电材料16的表面14。如在下文更加详细地描述的，导电材料16包括多个碳纳米颗粒17(图4和6)和多个金属纳米颗粒19(图5)。绝缘层12可以可选择性地包括在表面20上的涂层18，该表面20与表面14相对，以促使整体上增加覆盖片组件10的耐久性和/或特别地增加表面20的耐久性。可以由任何适合的材料制造涂层18，例如但不限于丙烯酸树脂和/或玻璃。
在使用时和如相对于图10详细地在下文所描述的，将组件10保持在触摸屏系统的基板(未在图1和2中显示出)的上方，使得表面14和其上的导电材料16大致面向基板。涂层18的表面21或可替代地在不包含涂层18时的表面20提供了暴露的触摸表面，使用者可以触摸该触摸表面以选择由触摸屏系统所显示的输入。
可以由能够使得绝缘层12起到如在此处所描述的作用的任何适合的材料制造绝缘层12，例如但不限于，聚酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、和/或玻璃。例如依赖于组件10的特定应用和/或与组件10一起使用的触摸屏系统的类型，绝缘层12可以是完全透明的或部分透明的。在一些实施例中，绝缘层12的一个或更多个部分可以是不透明的。绝缘层12可以具有任何适合的尺寸和/或形状，例如但不限于矩形、圆形、三角形和/或椭圆形，它们能够使得绝缘层12起到如在此处描述的作用，例如依赖于组件10的特定应用和/或与组件10一起使用的触摸屏系统的类型和/或配置。
如上文所描述的，导电材料16包括碳纳米颗粒17和金属纳米颗粒19。在图2的示例性实施例中，导电材料16包括两个层25和27。如图2所示，层25直接设置在绝缘层12的表面14上并包括金属纳米颗粒19，而层27直接设置在层25的表面29上且包括碳纳米颗粒17。包括碳纳米颗粒17的层27促使防止将层25的金属纳米颗粒19暴露给大气并且因此促使保护层25的金属纳米颗粒19免受大气腐蚀。因此，层27有利于防止导电材料16的接触电阻的增加。此外，与由铟锡氧化物(ITO)形成的导电材料相比，导电材料16可以具有增加的耐久性，这是由于金属纳米颗粒19的弹性和/或碳纳米颗粒17的耐冲击性。虽然示出两个层25和27，但是导电材料16可以包括任何数量的层，每个层可以包括碳纳米颗粒17或金属纳米颗粒19，只要最外面的暴露层包括碳纳米颗粒17即可。
在可替代的实施例中，导电材料16包括一个或更多个层，其中每个层具有碳纳米颗粒17和金属纳米颗粒19的混合物。如在此处所使用的，术语“混合物”包括：包含一个或更多个离散区域的层，其中每个离散区域仅包括碳纳米颗粒或金属纳米颗粒；包括贯穿其中被混合的碳纳米颗粒和金属纳米颗粒的层(不管混合物是否是均一的)；和/或它们的组合。图3是根据本发明的可替代实施例形成的触摸屏覆盖片组件110的横截面。组件110包括具有至少部分涂覆有导电材料116的表面114的绝缘层112。导电材料116仅包括单个层125。单个层125包括碳纳米颗粒(未在图3中显示出)和金属纳米颗粒(未在图3中显示出)的混合物。可选择地，导电材料116可以包括多于一个的层125，其包括碳纳米颗粒和金属纳米颗粒的混合物。在图3的示例性实施例中，碳纳米颗粒和金属纳米颗粒中每个在层125中随机地取向。然而，碳纳米颗粒和/或金属纳米颗粒可以可选择地在层125中非随机地取向，例如关于导电材料16(图1和2)在下文更加详细地描述的。在图3的示例性实施例中，在导电材料116的层125的表面129上的至少部分地被暴露的金属纳米颗粒可能经受一些大气腐蚀。然而，在表面129上也被至少部分地曝露的层125中的碳纳米颗粒，可以在表面129处提供导电性，并且因此促使防止导电材料116的接触电阻的增加。
图2的实施例包括导电材料16，该导电材料16包括至少两个层25和27，其中，每个层25或27包括碳纳米颗粒17或金属纳米颗粒19，而图3的实施例包括具有一个或更多个层的导电材料116，每个层包括碳纳米颗粒和金属纳米颗粒的混合物。然而，如在此处描述和/或显示出的导电材料可以可选择地是图2和3的实施例的组合。具体地，除了包括碳纳米颗粒或金属纳米颗粒的一个或更多个层之外，如在此处描述和/或显示出的导电材料可以可选择地包括具有碳纳米颗粒和金属纳米颗粒的混合物的一个或更多个层。
如在图1和2中所显示的，层27中的碳纳米颗粒17(图4和6)和/或层25中的金属纳米颗粒19(图5)可以可选择地被布置，使得层25、层27和/或整个导电材料16具有相对于与组件10一起使用的显示器(未显示出)的预定的透明度。如在此处描述的和显示出的导电材料的实施例可以被包含到与任何类型的显示器(未显示)一起使用的触摸屏系统中，例如但不限于，等离子体显示器、阴极射线管(CRT)显示器、有机发光二极管显示器(OLED)、液晶显示器(LCD)和/或适合于与触摸屏系统一起使用的任何其它类型的显示器。与触摸屏系统一起使用的一些显示器发射偏振光。例如，公知一些LCD发射偏振光。更具体地，LCD典型地包括背光、背光和液晶材料之间的偏振膜、以及在液晶材料的相对侧上的第二偏振膜。LCD的每个显示像素用作电控光阀，这是由于液晶对到达第二偏振膜的偏振光的取向的作用。从第二偏振膜出离的光被线性地偏振。依赖于第二偏振膜的偏振轴线的取向，由LCD发射出的光可以被水平地偏振、垂直地偏振、以45°角度偏振，或以任何其它取向偏振。水平偏振光是相关联的电场在水平方向上振荡的光。垂直偏振光是相关联的电场在垂直方向上振荡的光。以45°角度偏振的光是相关联的电场在相对于水平方向和垂直方向成45°的角度的方向上振荡的光。
在层27中的每个碳纳米颗粒17的主体和在层25中的每个金属纳米颗粒19的主体提供了导电材料16中的线性路径，电子沿该线性路径移动。(如在此处使用的，“电子”是“电子或半导体概念的“空穴”的电荷载流子”的简称)。如图4所示，碳纳米颗粒17中的一些或全部可以可选择地是细长的，使得碳纳米颗粒17每个具有大致大于它们的厚度T1和它们的宽度W1的长度L1。例如，碳纳米颗粒17可以具有是它们的厚度T1和/或它们的宽度W1的3倍或更大倍数的长度L1。可选择地，长度L1可以是厚度T1和/或宽度W1的10倍或更多倍。碳纳米颗粒17的细长形状给碳纳米颗粒17提供了各向异性的导电性质。虽然显示为具有大致圆形的横截面，使得厚度T1和宽度W1是相同的，但是碳纳米颗粒17每个可以包括任何适合的横截面形状。类似地，如图5所示，金属纳米颗粒19中的一些或全部可以可选择地是细长的，使得金属纳米颗粒19每个可以具有大致大于它们的厚度T2和它们的宽度W2的长度L2。例如，金属纳米颗粒19可以具有是它们的厚度T2和/或它们的宽度W2的3倍或更多倍的长度L2。可选择地，长度L2可以是厚度T2和/或宽度W2的十倍或更多倍。金属纳米颗粒19的细长形状给金属纳米颗粒19提供了各向异性的导电性质。虽然显示为具有大致圆形横截面，使得厚度T2和宽度W2是相同的，但是金属纳米颗粒19每个可以包括任何适合的横截面形状。在示例性实施例中，碳纳米颗粒17和金属纳米颗粒19的厚度T和宽度W的尺寸等于或小于一微米，而碳纳米颗粒17和金属纳米纤维19的长度L大于一微米。然而，在一些实施例中，碳纳米颗粒17和/或金属纳米纤维19的厚度T和/或W的尺寸可以大于1微米。此外，碳纳米颗粒17和/或金属纳米纤维19的长度L可以小于1微米。如在此处所使用的，“碳纳米颗粒17”和“金属纳米颗粒19”中的“纳米颗粒”可以表示小于或等于1微米的尺寸以及大于1微米的尺寸。
如上文所描述的，层27中的碳纳米颗粒17和/或层25中的金属纳米颗粒19可以可选择地被相对于由显示器发射的光的偏振来取向，以给层25、层27、和/或整个导电材料16提供相对于由显示器发射出的偏振光的预定的透明度。在一些实施例中，可能期望层25、层27和/或整个导电材料16的并非所有部分都具有预定的透明度，使得在这样的部分处的碳纳米颗粒17和/或金属纳米颗粒19没有为了提供预定的透明度而进行取向。预定的透明度可以是对于由显示器发射的偏振光是部分透明的或完全透明的。例如，碳纳米颗粒17和/或金属纳米颗粒19的长度L1和L2可以被分别布置成各自的图案，该图案被相对于由显示器发射的光的电场的方向D1而进行取向，使得层25、层27和/或整个导电材料16对于由显示器发射的偏振光比在垂直于由显示器发射的光的偏振方向D1的方向上偏振的另一偏振光更透明。例如，碳纳米颗粒17和/或金属纳米颗粒19的图案可以沿排列方向DA取向，该排列方向DA与垂直于由显示器发射的光的偏振方向D1的另外的未显示的偏振光的偏振方向更加对齐。在一些实施例中，碳纳米颗粒17和/或金属纳米颗粒19的图案被取向成使得层25、层27、和/或整个导电材料16对于由显示器发射的光比对于垂直于由显示器发射的光的偏振而偏振的光更加透明至少1％。在其它的实施例中，碳纳米颗粒17和/或金属纳米颗粒19的图案被取向成使得层25、层27、和/或整个导电材料16对于由显示器发射的光比对于垂直于由显示器发射的光的偏振而偏振的光更加透明至少2％。在又一其它的实施例中，碳纳米颗粒17和/或金属纳米颗粒19的图案被取向成使得层25、层27、和/或整个导电材料16对于由显示器发射的光比垂直于由显示器发射的光的偏振而偏振的光更加透明至少5％。
图6是显示出被布置成一图案的多个碳纳米颗粒17的覆盖片组件10的示意图，该图案被相对于由显示器发射的光的电场的方向D1取向，以给由显示器发射的光提供预定的透明度。为了清楚起见，碳纳米颗粒17的尺寸被夸大，碳纳米颗粒17的数目被减少，使得碳纳米颗粒17的图案密度也被减少。在图6的示例性实施例中，金属纳米颗粒19每个在层25中随机地取向。碳纳米颗粒17被取向所沿的排列方向DA与垂直于由显示器发射的光的偏振方向D1的方向D2大致对齐。换句话说，排列方向DA被大致垂直于由显示器发射的光的偏振方向D1对齐。在图6的示例性实施例中，由显示器发射的光的偏振方向D1是大致垂直的，而排列方向DA和方向D2大致垂直于绝缘层12的表面14而延伸。由显示器发射的偏振光的电场将激励电子沿它们的厚度T1(沿方向D1)在碳纳米颗粒17中移动。碳纳米颗粒17的厚度T1大致小于它们的长度L1。由电场激励的电子，如果它们被激励以沿碳纳米颗粒17的长度L1移动，将不能移动足够远。在图4中显示出示例性的电子23沿碳纳米颗粒17的厚度T1的移动。因此，与如果碳纳米颗粒17已经随机取向的情形相比，碳纳米颗粒17将与由显示器发射的偏振光较少地相互作用，并且因此较少地散射或吸收由显示器发射的偏振光。在图6的示例性实施例中，碳纳米颗粒17的图案被取向所沿的排列方向DA大致垂直于偏振方向D1和D3，因此将预定的透明度提供给在方向D1和D3上偏振的光。对于发射非偏振的光的显示器，光的横向波属性仍然将限制了D1和D3方向的偏振分量，上述两个方向均垂直于方向DA，并且因此相同的透明度有利于由图6的实施例提供的发射非偏振的光的显示器。虽然在图6的示例性实施例中，排列方向DA大致垂直于偏振方向D1和D3两个方向，但是，注意到关于发射在方向D1上偏振的光的显示器，如果碳纳米颗粒17的图案被取向所沿的排列方向DA大致与偏振方向D3对齐而不是与方向D2对齐(如相对于图7中显示出的金属纳米颗粒519所显示的)，那么可以提供对于由显示器发射的(被在方向D1上偏振的)光的预定的透明度。然而，关于发射非偏振光的显示器，如果碳纳米颗粒17的图案被取向所沿的排列方向DA大致与偏振方向D3对齐，那么与图6的实施例的情形相比，碳纳米颗粒17对于非偏振光的偏振向量D3较不透明。此外，与如果碳纳米颗粒17的图案被取向所沿的排列方向DA大致与平行于绝缘层12的表面14的偏振方向D3对齐的情形相比较，图6的实施例为相同数目的碳纳米颗粒17提供了较小的接触电阻。
一些碳纳米颗粒17的长度L1可以不大致沿排列方向DA取向。虽然在图6中所有的碳纳米颗粒17的长度L1显示为大致沿排列方向DA取向，但是在一些实施例中，一些碳纳米颗粒17的长度L1不是大致沿排列方向DA取向，而是倾斜于方向DA取向。例如，如图7所示，多个金属纳米颗粒519中的一些的长度不是大致沿排列方向DA取向，而是倾斜于方向DA取向。然而，金属纳米颗粒519的取向的分布使得金属纳米颗粒519的图案在排列方向DA上具有平均的整体上大致取向。具体地，长度大致沿方向DA取向的金属纳米颗粒519的数量，和倾斜于方向DA的每个金属纳米颗粒519的角度，足以提供导电层525的预定的透明度，该导电层525包括对于由显示器发射出的偏振光的金属纳米颗粒519和/或整个导电材料516(其包括层525)。此外，为了使得金属纳米颗粒519在导电材料516中形成导电网络，金属纳米颗粒519需要是电互联的。因此，金属纳米颗粒519可以沿它们的长度偏离大致平直，金属纳米颗粒519可以彼此交叠(如图7所示)，和/或金属纳米颗粒519可以是至少部分地悬浮和/或包含在基体材料(例如但不限于导电聚合物)中，该基体材料具有足够的导电率来电互联金属纳米颗粒519。实施例的其它例子，除了图6的实施例之外，其中多个金属纳米颗粒中的每一个的长度可以大致沿排列方向DA取向，包括但不限于其中模板(下文所描述的)用于将金属纳米颗粒布置成期望的取向的实施例。在这一段落的所有描述还与碳纳米颗粒17以及如在此处描述的任何其它的碳纳米颗粒和金属纳米颗粒相关且可以适用于它们。
如图4和6所示，碳纳米颗粒17的厚度T1可以被选择成使得由显示器发射的光(其可以是被偏振的或可以是不被偏振的)的电场引起的电子的移动足够小，以对于由显示器发射的光提供层27和/或整个导电材料16的预定的透明度。给由显示器发射的光提供预定的透明度的碳纳米颗粒17的厚度T1的任何适合的值可以被选择，例如但不限于，在约分子尺寸和在小于由显示器发射的光的波长的范围内的约数百纳米之间。类似地，在其它的实施例中，其中由显示器发射的光的电场激励电子在碳纳米颗粒17内沿它们的宽度W1移动，可以如上文在这一段落中所描述的相对于厚度T1来选择碳纳米颗粒17的宽度W1。
虽然由显示器发射的偏振光的电场的方向D1在图6中显示为大致垂直的，但是方向D1没有被限制成大致垂直的(如图6所看到的)。相反，由显示器发射的光可以在任何方向D1上偏振(并且可以将排列方向DA选择为相对于提供预定的透明度的方向D1的任何方向)。例如，方向D1可以可替代地是大致水平的。方向D1还可以是除了大致水平的和大致垂直的方向之外其它的方向。例如，图7显示出其中由显示器发射的光的偏振方向D1以与水平和垂直成大约45°延伸的实施例。如上文所描述的，图6的实施例包括将多个碳纳米颗粒17布置成图案，该图案被相对于由显示器发射的光的偏振方向D1取向，以给由显示器发射的光提供预定的透明度。额外地或可替代地，并且如上文简述地，可以以类似于对于碳纳米管17在此处描述的方式，将金属纳米颗粒19布置成图案，该图案被相对于由显示器发射的光的偏振方向D1取向，以对于由显示器发射的光给层25和/或整个导电材料16提供预定的透明度。例如，在图7的示例性实施例中，在导电材料516的层525中的多个金属纳米颗粒519的图案的排列方向DA大致垂直于由显示器发射的偏振光的方向D1。此外，金属纳米颗粒519的图案的排列方向DA与垂直于方向D1偏振的另一未显示的光偏振的方向D3大致对齐。在图7的示例性实施例中，包含在导电材料516的层(未显示)中的多个碳纳米颗粒(未显示)中每个在碳纳米颗粒所被包含在的层中随机地取向。
除去给由显示器发射的偏振光提供预定的透明度之外，在图7中显示出的金属纳米颗粒519的图案的示例性取向可以促使吸收周围的光反射。具体地，在方向D3上偏振的周围光的部分将激励电子沿金属纳米颗粒519的长度移动。与沿厚度或宽度的移动相比较，电子沿金属纳米颗粒519的长度的较大的移动将使得金属纳米颗粒519散射或吸收在方向D3上偏振的周围光。相应地，导电材料516可以促使阻挡周围光的一部分穿过导电材料516行进。同理，例如可以将导电材料516用作“中性密度过滤器”，其通过抑制从显示器的表面发射的周围光促使增加显示器的对比度。另外地或可替代地，金属纳米颗粒519、在此处描述的任何其它金属纳米颗粒和/或在此处描述的任何碳纳米颗粒可以类似于金属纳米颗粒519取向，以提供中性密度过滤器。为了实现这样的中性密度过滤器的优点，可以优选地，纳米颗粒主要经由吸收与光相互作用，而不是反射或散射。在一些实施例中，碳纳米颗粒与金属纳米颗粒相比可以提供更多的吸收。
导电材料516和金属纳米颗粒519(除了金属纳米颗粒519的取向之外)分别大致类似于导电材料16(图1、2和6)和金属纳米颗粒19(图5)。因此，导电材料16和金属纳米颗粒19的描述和说明可以应用于导电材料516和金属纳米颗粒519。例如，导电材料516的配置、材料构造、结构厚度、电性质、机械性质、优点、应用方法和/或装置等以及金属纳米颗粒519的优点、配置、布置、结构、材料构造取向、尺寸、形状等分别大致类似于导电材料16和金属纳米颗粒19。因此，在此处不再更加详细的描述导电材料516和金属纳米颗粒519。
图8是根据本发明的实施例形成的触摸屏基板组件210的顶部平面视图。图9是沿图8中的线9-9截取的组件210的横截面视图。组件210可以与任何适合的触摸屏系统一起使用，例如电阻型或电容型触摸屏系统(未在图8和图9中示出)。包含组件210的示例性的触摸屏系统在下文将被更加详细地描述。组件210包括具有至少部分地涂敷有导电材料216的表面214的基板212。涂敷表面214的导电材料216提供在表面214上的导电触摸区域218。组件210包括由在导电材料216上的导电电极220的图案形成的电阻器的网络，该电极220邻接触摸区域218。
在图8和9的示例性实施例中，导电材料216包括两个层225和227。层225直接设置在基板212的表面214上，且包括多个金属纳米颗粒219(在图8的细节A中被显示出)，而层227直接设置在层225的表面229上且包括多个碳纳米颗粒217(在图8的细节B中显示出)。为了清楚起见，金属纳米颗粒219和碳纳米颗粒217的尺寸被夸大，并且金属纳米颗粒219和碳纳米颗粒217的数量被减少，使得金属纳米颗粒219和碳纳米颗粒217的图案密度也被降低。在图8的示例性实施例中，金属纳米颗粒219和碳纳米颗粒217每个随机地在各自的层225和227中取向。可替代地，金属纳米颗粒219和/或碳纳米颗粒217可以被布置成图案，该图案被相对于与组件210一起使用的显示器(未显示出)发射的光的电场的方向取向，以提供层225、层227和/或整个导电材料216对于由显示器发射的光的预定的透明度。虽然显示出两个层225和 227，但是导电材料216可以包括任何数量的层，每个层可以包括碳纳米颗粒217或金属纳米颗粒219。另外地或可替代的，对于层225和/或227，导电材料216可以可选择地包括一个或更多层，所述一个或更多层中每个层具有碳纳米颗粒217和金属纳米颗粒219的混合物。
除了碳纳米颗粒17的取向图案之外，导电材料216、碳纳米颗粒217和金属纳米颗粒219分别大致类似于导电材料16(图1、2和6)、碳纳米颗粒17(图4和6)、和金属纳米颗粒19(图5)。因此，导电材料16、碳纳米颗粒17、和金属纳米颗粒19的描述和说明可以分别应用于导电材料216、材料216的碳纳米颗粒、和金属纳米颗粒219。例如，导电材料216的配置、材料构造、结构厚度、电性质、机械性质、优点、应用方法和/或装置等，以及材料216的碳纳米颗粒和金属纳米颗粒219的优点、配置、布置、结构、材料构造取向、尺寸、形状等分别大致类似于导电材料16、碳纳米颗粒17和金属纳米颗粒19。因此，在此处不再更加详细的描述导电材料216、材料216的碳纳米颗粒和金属纳米颗粒219。然而，可以注意到与导电材料16不同，导电材料216在被使用者触摸时不弯曲，并且因此导电材料216在一些实施例中可以由更易脆的构造制造。
碳纳米颗粒217和/或金属纳米颗粒219的各向异性的性质可能对包括组件210的触摸屏系统的操作产生作用。例如，碳纳米颗粒217和/或金属纳米颗粒219的各向异性的性质可能在使用者触摸时在触摸区域218的坐标测量上导致误差或变化。这样的误差或变化可能需要例如通过使用在触摸屏系统的校准期间确定的校正系数来进行校正。
在示例性实施例中，电极220直接设置在导电材料216上。可替代地，电极220直接设置在导电材料216下面的基板表面214上。电极220的图案的意思仅是示例性的，并且因此电极220没有被限制成图8中显示的图案。相反，电极220可以具有任何适合的图案，该图案能够使得触摸屏基板组件210起到如在此处描述的功能。类似地，电极220可以具有任何适合的尺寸、形状、电阻、导电率，和/或可以由任何适合的材料制造(例如但不限于银玻璃料和/或具有更高密度的碳纳米颗粒和/或金属纳米颗粒的导电材料216的材料)，其可以依赖于例如组件210的特定应用和/或与组件210一起使用的触摸屏系统的类型。例如依赖于组件210的特定应用和/或与组件210一起使用的触摸屏系统的类型，电极220可以是完全透明的、部分透明的或不透明的。在组件210中，可以移除导电材料216的特定区域以形成删除线(未显出)，有时删除线被包含以与在已知的触摸屏基板的设计中的导电电极220结合。
可以由能够使得基板212起到如在此处描述的功能的任何适合的材料制造基板212，例如但不限于玻璃、陶瓷和/或塑料。例如依赖于组件210的特定应用和/或与组件210一起使用的触摸屏系统的类型，基板212可以是完全透明的或部分透明的。基板212可以具有任何适合的尺寸和/或形状，例如但不限于矩形、圆形、三角形和/或椭圆形，其使得绝缘层212能够起到如在此处描述的作用，例如依赖于组件210的特定应用和/或与组件210一起使用的触摸屏系统的类型和/或配置。
触摸区域218可以具有任何适合的尺寸和/或形状，例如但不限于矩形、圆形、三角形和/或椭圆形，其使得触摸区域218能够起到如在此处描述的作用，例如依赖于组件210的特定应用和/或与组件210一起使用的触摸屏系统的类型。在示例性实施例中，触摸区域218具有大致矩形的形状，并覆盖由电极220框出的基板表面214的区域。
图10是电阻型触摸屏系统300的横截面视图，其可以包括在此处描述和/或显示出的触摸屏基板组件实施例和/或覆盖片组件实施例。在一些实施例中，电阻型触摸屏300是4线式系统。可替代地，系统300可以是5线式系统。可以将系统300安装到任何适合的显示器(未显示出)上，例如但不限于等离子体显示器、CRT显示器、OLED、LCD和/或任何其它类型的适合于与触摸屏系统一起使用的显示器。在示例性实施例中，系统300包括覆盖片组件10和基板组件210，其如上文所讨论的包括基板212、导电材料216、导电材料16以及绝缘层12。可替代地，系统300包括组件10或者组件210。在系统300仅包括组件10或210中的一个的这种实施例中，没有被包括的组件可以被包括已知的传统的导电涂层的类似组件(未示出)替代。
由多个绝缘点302将覆盖片组件10与基板组件210间隔开。具体地，绝缘点302将绝缘层12上的导电材料16与基板组件210的导电材料216间隔开。与表面214相对的基板212的表面204典型地被放置在与触摸屏一起使用的显示器的表面的上方(未显示出)。在5线式电阻型触摸屏操作中，电连接至触摸区域218的处理器(未显示出)，使在X和Y方向上跨过触摸区域218的电压交替变化。在4线电阻型触摸屏操作中，在材料16或216中的一个上在X方向上的电压梯度与在材料16和216中的另一个上在Y方向上的电压梯度交替变化。在使用者通过触摸在触摸区域218中的位置处的绝缘层12的触摸表面(21，或可替代地在不包含涂层18时的表面20)进行输入时，触摸使得绝缘层12朝基板212移动。绝缘层12朝基板212的移动使得绝缘层12上的导电材料16与在移动或触摸的位置处的基板组件210的导电材料216接合，并且因此进行电接触。连接到处理器的电路(未显示)将与触摸相关联的电压或等电位数字化并且将电压或等电位传送给处理器或计算机或其它装置的处理器，用于处理使用者的输入。图10中显示的手指触摸电连接材料16和216，和通过这样做来将电路从处理器经过电互联(未显示)到材料16、经过材料16、经过材料16和216之间的接触电阻、经过材料216和经过电互联(未显示)返回至处理器实现闭合。在这一段落中描述的闭合电路的净电阻是指“闭合电路电阻”。
如在此处描述的金属纳米颗粒可以由任何适合的金属制造，例如但不限于银、铋、金、镍、锡、铜、锌和/或任何其它的导电金属。虽然在此处描述的金属纳米颗粒被显示为金属纳米纤维，在此处描述的金属纳米颗粒可以包括任何适合的形状、性质、结构等，以使得金属纳米颗粒能够起到如在此处描述的作用，例如但不限于金属纳米纤维、金属纳米球、金属纳米管和/或金属纳米线。虽然此处描述的碳纳米颗粒显示为碳纳米管，但是此处描述的碳纳米颗粒可以包括任何适合的形状、性质、结构等，其能够使得碳纳米颗粒起到如在此处描述的作用，例如但不限于碳纳米管、碳纳米纤维、碳纳米球和/或 碳纳米线。对于碳纳米管，碳纳米管可以包括单壁碳纳米管和/或多壁碳纳米管。此外，碳纳米管可以是纯洁的、功能化的和/或填充有另外的材料，例如但不限于金属，以形成封装在碳纳米管内腔中的“纳米线”。如在此处所使用的，术语“碳纳米管”是指包括碳的纳米管，例如具有圆柱形配置的富勒烯。
如在此处描述的导电材料的每层，包括碳纳米颗粒和金属纳米颗粒的混合物的在可替代的实施例中的任何的层，其可以使用能够使得所述层起到如在此处描述的作用的任何适合的方法、结构、过程、和/或装置来制造。导电材料的每个层可以包括能够使得所述层起到如在此处描述的作用的任何适合的结构和/或部件。包括碳纳米颗粒和/或金属纳米颗粒的结构的例子可以是适合于构造导电材料的层，其包括但不限于包含多个碳纳米颗粒和/或金属纳米颗粒中的至少一部分的膜和/或织物，不管碳纳米颗粒和/或金属纳米颗粒是否随机地布置或如在此处描述的布置成期望的取向。导电材料的每个层可以由碳纳米颗粒和/或金属纳米颗粒的织物和/或膜来构造，其是碳纳米颗粒和/或金属纳米颗粒的单层，或可以可选择地由碳纳米颗粒和/或金属纳米颗粒的多个层构造。导电材料的所述层的碳纳米颗粒和/或金属纳米颗粒可以可选择地悬浮和/或包含在能够使得导电材料起到如在此处描述的作用的一个或更多个其它的适合的材料的基体中，例如但不限于聚合物。用于基体的适合的聚合物的示例包括但不限于，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、丙烯酸酯、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚酯、聚碳酸酯、聚亚安酯、聚氯乙烯和/或可溶解在溶剂中的任何其它的聚合物。适合的溶剂的示例包括但不限于甲苯、二甲苯、甲基乙基酮(MEK)和/或类似物。在一些实施例中，导电材料包括碳纳米颗粒和金属纳米颗粒的分立的层，所述碳纳米颗粒可以被功能化以促使碳纳米颗粒和金属纳米颗粒的相邻的分立的层之间的粘合，例如但不限于，通过使用被移植到碳纳米颗粒上的羧酸基团、使用被移植到碳纳米颗粒上的二硫基基团、使用移植到碳纳米颗粒上的噻吩基团、和/或使用平面共轭烃，例如但不限于芘(pyrene)。
如在此处描述的导电材料的每个层，包括在可替代的实施例中的包括碳纳米颗粒和金属纳米颗粒的混合物的任何的层，在可应用的情况下，可以直接生长或沉积在表面上(例如绝缘层表面14或导电材料的另一层的相对应的表面)。可替代地，导电材料的一个或更多个层可以预先制造且沉积到表面上。导电材料的每个层可以使用能够使得导电材料起到如在此处描述的作用的任何适合的方法、过程、结构和/或装置而被施加到表面上，例如但不限于，旋涂、浸渍、喷涂(例如但不限于应用气溶胶)、丝网印刷操作和/或直接生长到表面(例如但不限于基于旋涂催化剂的生长和/或气相催化剂辅助的化学气相沉积(CVD))上。在一些沉积工艺中，例如但不限于旋涂、喷涂、浸渍、和/或丝网印刷工艺，可以以可溶解或不可溶解的形式将碳纳米颗粒和/或金属纳米颗粒悬浮和/或包含在适合的溶剂中。用于控制这样示例性类型的到表面或相对应的层表面上的材料施加的参数包括下表面的表面功能化、旋涂参数(例如但不限于长度、悬浮液浓度、旋涂溶液浓度和/或每分钟的转数(RPM))、施加的次数、温度、pH值、时间、催化剂密度/浓度和/或生长环境(例如但不限于生长时间、生长温度和/或气体浓度)。碳纳米颗粒可以可选择地被功能化(例如但不限于使用移植到碳纳米颗粒的羧酸基团、使用移植到碳纳米颗粒上的二硫基基团、使用移植到碳纳米颗粒上的噻吩基团、和/或使用平面共轭烃，例如但不限于芘)以辅助提高碳纳米颗粒之间的内粘结和/或碳纳米颗粒和金属纳米颗粒之间的内粘结。碳纳米颗粒的方向性生长和/或化学自组装可以用于生长或沉积具有适当地控制的取向、长度和类似性质的单个纳米管。例如，在此处描述的一些应用中，碳纳米颗粒可以展现出“自组装”的特性，其中单个纳米管易于粘结到在能量驱动时将它们所施加至的表面上。例如依赖于组件的特定的应用和/或与组件一起使用的触摸屏系统的类型，独立的碳纳米颗粒可以由于范德华力而彼此粘结。
碳纳米颗粒和/或金属纳米颗粒可以通过使用任何适合的方法、工艺、结构和/或装置被布置成期望的取向图案，例如但不限于，使用流体流动排列、丝网印刷、电场作用、包括被设定尺寸和形状以至少部分地容纳碳纳米颗粒和/或金属纳米颗粒的沟槽的模板、和/或自排列的趋势。另一例子包括最初形成随机排列的碳纳米颗粒和/或金属纳米颗粒的网络，且之后移除和/或破坏具有不期望的取向的碳纳米颗粒和/或金属纳米颗粒，例如但不限于使用极化的红外和/或射频(RF)加热。还一例子包括形成(例如但不限于生长和/或沉积)成在期望的取向图案中的碳纳米颗粒和/或金属纳米颗粒，且通过将至少一部分碳纳米颗粒和/或金属纳米颗粒悬浮和/或包含在基体中来固定碳纳米颗粒和/或金属纳米颗粒中每一个的位置，基体例如但不限于上文描述的聚合物基体。
在此处描述的导电材料的每个层，包括在可替代的实施例中的包括碳纳米颗粒和金属纳米颗粒的混合物的任何的层，可以具有任何适合的厚度，其能够使得所述层和/或整个导电材料16起到如此处描述的作用。整个导电材料16可以可选择地具有均一的厚度，以提供一致的电性质，例如但不限于电阻。包括碳纳米颗粒的任何层的厚度可以在一些实施例中由碳纳米颗粒的长度(例如层27的厚度)来限定。在其它的实施例中，包括碳纳米颗粒的任何层的厚度在所述层仅包括一层碳纳米颗粒时可以由碳纳米颗粒的宽度、厚度和/或直径来限定，或在所述层包括多于一层的碳纳米颗粒时可以由碳纳米颗粒的宽度、厚度和/或直径的倍数来限定。整个导电材料的材料和/或厚度例如可以被选择以提供任何适合的接触和/或薄层电阻，其能够使得导电材料起到如此处描述的作用和/或使得导电材料能够提供期望的封闭电路电阻，例如但不限于，小于约2000欧姆/平方的薄层电阻，小于约2000欧姆的接触电阻，和/或小于约3000欧姆的封闭电路电阻。所选择的薄层、封闭电路和/或接触电阻可以例如依赖于组件的特定的应用和/或与组件一起使用的触摸屏系统的类型。在一些实施例中，为了最小化碳纳米颗粒的光学吸收，可能期望使得整个导电材料和/或包括碳纳米颗粒的任何层尽可能薄，同时还促使保护和密封整个材料和/或所述层免于腐蚀性元素的影响。
作为碳纳米颗粒的替代物，此处描述的导电材料可以包括导电聚合物，无论导电聚合物是否是与金属钠米颗粒分离的层中或无论导电材料是否包括具有金属纳米颗粒和导电聚合物的混合物的层。在实施例中，导电材料包括导电聚合物、电子沿其移动的导电聚合物的原子的分子链的线性路径，提供在此处描述的碳纳米颗粒的功能化。适合的导电聚合物的例子包括但不限于噻吩衍生物聚合物和/或聚噻吩衍生物聚合物。
例子
如上文所描述的，如在此处描述的和显示出的导电材料的每个层可以通过使用任何适合的方法、结构、工艺和/或装置来制造，其能够使得所述层起到如在此处描述的作用。制造层25和27(图2)的一个例子包括但不限于：
(1)借助于在氩气/氢气的气体环境中于约800和1100℃之间的温度热解磷酸铁(II)(FePc)，通过使图6显示出的碳纳米颗粒17的图案中的碳纳米颗粒17生长来将层27生成在石英基板上(参见Yang，Y.；Huang，S.；He，H.；Mau，A.W.H.；Dai，L.J.Am.Chem.Soc.1999，121，10832；和Dai，L.；Patil，A.；Gong，X.；Guo，Z.；Liu，L.；Liu，T.；Zhu，D.Chem.Phys.Chem.2003，4，1150，和其中引用的参考文献)；
(2)通过使用聚丙烯酸将羧基移植到碳纳米颗粒17的壁上来对碳纳米颗粒17进行功能化；
(3)通过使得碳纳米颗粒17与0.25mM AgNO3和0.25mM柠檬酸三钠进行反应，之后添加0.6mL的10mM NaBH4且搅拌30秒，来生成碳纳米纤维的种子层；
(4)通过以下步骤在层27上生成层25：
(a)制备2.5mL的10mM AgNO3、5.0mL的100mM抗坏血酸以及93mL的80mM溴化十六烷三甲基铵(CTAB)的溶液；
(b)添加2.5mL的金属纳米纤维种子层到所述溶液中；
(c)添加0.5mL的1M NaOH到所述溶液中；
(d)混合所述溶液；
(e)以6000rpm离心10mL的所述溶液30分钟；
(f)移除上清液；和
(g)将包含银纳米纤维的沉淀物再次溶解到0.5ml的去离子水中；
(参见Jana，N.；Gearheart，L.；Murphy，C.；Chem.Commun.，2001，617-618)；
(5)通过将在甲苯中的PMMA的浓度为2wt％的溶液吸取向下通过层25且到层27中，直到约一半长度的碳纳米颗粒17被涂敷为止，将粘结的层25和27悬浮在基体中，之后进行空气干燥并且在80℃焙烤一整夜，以生成导电材料16；
(6)从石英基板上剥离掉导电材料16；和
(7)将导电材料施加到绝缘层表面14上，使得层25被夹在绝缘层表面14和层27之间，且使得碳纳米管17的未涂敷的末端被暴露且从PMMA基体向外突出。
注意到，可以控制特定的聚合物(在这个例子中的PMMA)相对于碳纳米颗粒17的涂敷深度，但不限于通过调整溶剂的属性、聚合物的浓度、聚合物溶液的体积、纳米管的堆积密度和/或纳米管表面的等离子体改性而被控制。
在此处描述的和/或显示出的实施例提供了具有导电材料的触摸屏，与由ITO形成的导电材料相比较，其可以具有增加的耐久性。在此处描述的和/或显示出的实施例可以提供包括具有改善的抗腐蚀性的金属纳米纤维的导电材料。在此处描述的和/或显示出的实施例可以提供包括具有改善的透明度的碳纳米管的导电材料。
虽然在此处描述的和/或显示出的和/或在此处关于电阻型触摸屏系统描述的和/或显示出的导电材料实施例已经给出，但是在此处描述的和/或显示出的导电材料的实施例不限于与触摸屏系统一起使用，而是可以与任何其它类型的触摸屏系统一起使用，例如但不限于电容性触摸屏系统。虽然描述的和/或显示出的导电材料实施例在此处被关于触摸屏系统描述和/或显示出，但是描述的和/或显示出的导电材料实施例并不限于与触摸屏系统一起使用，而是可以与任何合适的系统一起使用，和/或用于包括至少部分透明的导电材料的任何应用。
在此处详细地描述和/或示出示例性实施例。实施例不限于在此处描述的特定实施例，相反，每个实施例的部件和/或步骤可以独立地和单独于在此处描述的其它部件和/或步骤使用。一个实施例中的每个部件和/或每个步骤还可以与其它的实施例的其它部件和/或步骤结合使用。在引入在此处描述的和/或示出的元件/部件等时，“一个”、“所述”和“至少一个”是要表示存在一个或更多个元件/部件等。术语“包括”、“包含”以及“具有”是要表示包括的意思，并且是可能存在除了已列出的元件/部件等的另外的元件/部件等。此外，在权利要求中的术语“第一”、“第二”以及“第三”等仅用作标识，并且不能对它们的物体施加数字要求。另外，下述权利要求的限制没有撰写成装置加功能的形式，且不能基于35U.S.C.§112第六段进行解释，除非且直到这样的权利要求的限制清楚地使用由另外的结构的功能性空洞的表述跟随的措辞“用于……的装置”。
虽然在各种特定的实施例方面对本发明进行了描述，但是，本领域技术人员将意识到可以在权利要求的精神和范围中进行修改来实施本发明。

Claims (10)

1.一种用于触摸屏系统的覆盖片组件，所述覆盖片组件包括：
绝缘层，所述绝缘层具有被配置以设置在所述触摸屏系统的基板的导电区域上方的表面；和
导电材料，所述导电材料被设置在所述绝缘层的所述表面的至少一部分上，所述导电材料包括多个碳纳米颗粒和多个金属纳米颗粒。
2.根据权利要求1所述的覆盖片组件，其中，所述导电材料包括第一层和第二层，所述第一层被直接设置在所述绝缘层的所述表面上，所述第二层被直接设置在所述第一层的表面上，所述第一层包括所述多个金属纳米颗粒，所述第二层包括所述多个碳纳米颗粒。
3.根据权利要求1所述的覆盖片组件，其中，所述导电材料包括具有所述多个碳纳米颗粒和所述多个金属纳米颗粒的混合物的单个层。
4.根据权利要求1所述的覆盖片组件，其中，所述多个碳纳米颗粒和所述多个金属纳米颗粒中的至少一种被布置成一图案，所述图案被相对于光偏振的方向取向，使得所述导电材料的至少一部分具有相对于所述光偏振的预定透明度。
5.根据权利要求1所述的覆盖片组件，其中，所述多个碳纳米颗粒和所述多个金属纳米颗粒中的至少一种被布置成一图案，所述图案沿一排列方向被取向，所述排列方向与第一方向比所述排列方向与光偏振的偏振方向对齐得更好，所述第一方向大致垂直于所述光偏振的偏振方向，优选地，其中，所述多个碳纳米颗粒和所述多个金属纳米颗粒中的至少一种的所述图案沿大致与所述第一方向对齐的排列方向。
6.根据权利要求5所述的覆盖片组件，其中，所述第一方向大致垂直于所述绝缘层的所述表面。
7.根据权利要求1所述的覆盖片组件，其中，所述金属纳米颗粒包括银、铋、金、镍、锡、铜和锌纳米颗粒中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的覆盖片组件，其中，所述多个金属纳米颗粒和所述多个碳纳米颗粒的至少一部分至少部分地被聚合物基体包含。
9.根据权利要求1所述的覆盖片组件，其中，所述多个碳纳米颗粒包括碳纳米管、碳纳米球、碳纳米纤维以及碳纳米线中的至少一种，所述多个金属纳米颗粒包括金属纳米纤维、金属纳米球、金属纳米管以及金属纳米线中的至少一种。
10.一种导电材料，所述导电材料包括多个碳纳米颗粒和多个金属纳米颗粒，优选地其中，在所述导电材料被用作电阻型触摸屏系统的覆盖片时，所述导电材料具有小于约2000欧姆的接触电阻和小于约2000欧姆/平方的薄层电阻。
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Granted publication date: 20121226

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