CN102227703A - 电容触摸屏及用于制作触摸屏的策略性几何形状隔离图案化方法 - Google Patents

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Abstract

使用一种被称为策略性几何形状隔离(SGI)的新图案化技术，以使用激光烧蚀使导电薄膜结构图案化。除了ITO薄膜之外，也可使用SGI以使服从用激光或其它定向的能量束烧蚀的任何其它导电薄膜图案化。代替于烧蚀ITO的较大区域以形成MIPC中的下伏层可通过其投影电容场的ITO空隙，SGI图案化技术涉及将原本被烧蚀的区域保留在适当位置，但将其电隔离。可用烧蚀路径的单个通过来完成这些区域的电隔离。在使用中，所述电隔离区域以类似于所述ITO空隙/烧蚀区域的方式运转，从而允许下伏电容场通过其进行投影。由所述电隔离区域提供的用于组合层的耦合增强了所述下伏层的所述电容场。

Description

电容触摸屏及用于制作触摸屏的策略性几何形状隔离图案化方法
相关申请案
本申请案主张2009年11月6日申请的标题为“电容触摸屏及用于制作触摸屏的图案化方法(CAPACITIVE TOUCH SCREEN AND PATTERNING METHOD FOR MAKING TOUCHSCREENS)”的第61/112，064号美国临时专利申请案的权益，所述申请案特此以引用的方式完全并入本文中。
技术领域
本发明大体上涉及电容触摸屏，且更明确地说，用于制作电容触摸屏的方法。
背景技术
触摸屏为可感测手指或其它被动对象(例如，触笔)的触摸位置的显示器。触摸屏很常见，且用于从现金出纳机到自动出纳机到手持式装置范围内的应用。使用若干技术用于触摸屏，包含电阻性触摸屏面板、表面声波技术、应变计式配置、光学成像、分散信号技术、声音脉冲识别以及电容触摸屏面板。
电容触摸屏使用在许多应用中，包含
Figure BDA0000064766660000011
iPhone。电容触摸屏的面板通常涂有存储电荷的材料，因此能够将连续的电流传导穿过传感器。用于电容触摸屏的一种常见结构为涂有例如氧化铟锡(ITO)等导电材料的塑料薄膜。传感器在水平轴和垂直轴两者上展现存储电荷的精确受控的场，从而获得电容。因为从技术上说人体也是具有存储电荷的电装置，所以其也展现电容。因此，在触摸面板时，少量的电荷被吸引到面板上的触摸点，从而引起电容层上的电荷减少。所述面板还包括位于角落处的测量电容层上的电荷的电路。可测量电荷的相对改变，且接着可将信息发送到用于处理的控制器以确定触摸的精确位置。
通常称作ITO薄膜的涂覆ITO的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)或聚萘二甲酸乙二酯(PEN)薄膜广泛用于制造电容触摸屏中。这些薄膜也用于制造从简单的电加热器到高度复杂的平面屏彩色显示器的范围内的电子组件。ITO导电，且PET或PET介电。类似于由铜导体和作为载体的玻璃纤维电介质组成的典型印刷电路板，ITO充当导体，且PET或PEN薄膜充当用于ITO的载体和绝缘体。然而，不同于铜，ITO是透明的，从而使得其理想使用于例如触摸屏等应用中。
ITO通常以连续辊的形式进行生产，且被切割成一定尺寸以满足最终应用的要求。类似于印刷电路板，这些薄膜有时要求额外处理，在此期间通过移除ITO涂层而将图案蚀刻到薄膜上。此工艺允许形成类似于印刷电路板的电路。在工业中使用若干种不同的工艺以蚀刻薄膜中的ITO。这些工艺中的一者为激光烧蚀。
激光烧蚀是一种通过将激光束轰击到ITO薄膜上来将ITO从ITO薄膜中移除的工艺。如在现有技术图1中所描绘，通过将激光束轰击到ITO薄膜上来将ITO从ITO薄膜中移除。ITO薄膜上的ITO在激光束接触ITO的地方吸收激光能量，从而烧蚀自己。此举有效地允许在ITO上形成图案，使得薄膜上具有ITO的区域导电，且不具有ITO的那些区域介电。此举有效地使得形成电路的基本构建块，其中ITO区域导电且烧蚀区域介电。通常在激光烧蚀期间使用脉冲激光，但如果激光的强度足够高，那么也可使用连续波激光束。
如在现有技术图2中所描绘，可使用激光烧蚀来移除ITO的较大区域以形成较大的ITO烧蚀区。然而，此种技术耗时、低效且昂贵，因为激光的多次邻近的通过对烧蚀整个区域是必要的。例如，如果激光束宽度为30μm，那么将需要333次邻近的通过以烧蚀具有10mm宽度的区。
用在烧蚀工艺中的激光束的特征和物理性质通常将烧蚀路径(激光束的宽度)限制为不大于100μm。因此，为了获得要求ITO烧蚀的较大区域(例如，100mm2的区域)的图案，必须烧蚀多条邻近的线。这是一种非常耗时且低效的工艺，因为要每次在一条线上来回重复地引导激光以烧蚀大于烧蚀路径的区域。在用于制造在ITO薄膜上具有要求蚀刻/烧蚀ITO的较大区域的图案的电容触摸屏时，此工艺变得尤其低效且经济上不可行。因此，例如化学蚀刻等其它工艺通常用于要求移除ITO的较大区域的图案。然而，化学蚀刻的缺点是其要求使用且处置有毒和危险的化学药品、广泛的工艺装备和设施、以及在用于待生产的每一不同图案的工艺设计和装置中大量投资时间和努力。因此，大体上仅对于给定图案的大量生产而言是经济上和实际上可行的。
经常使用其中若干个ITO薄膜堆叠在一起的多层配置来制作电容触摸屏。这种类型的电容触摸屏构造被称为多层交叉投影的电容触摸屏(MIPC)。在第2004/0119701A1号的美国专利申请公开案中揭示此类现有技术MIPC结构的实例，所述公开案特此以引用的方式完全并入本文中。在MIPC结构中，ITO薄膜的个体单独层并入有当装配在一起时交叉的图案。所述交叉使得下伏层通过在上方层中的较大ITO空隙来投影电容场。由于先前认为需要较大的ITO空隙来使其起作用，且由于上文所描述的在较大区域上方使用激光烧蚀的缺点，所以通常已使用化学蚀刻工艺而不使用激光烧蚀来制作MIPC。这已导致MIPC仅用于可有效且经济地使用化学工艺的大量产品。
通常由图案化ITO或其它导电薄膜的多个个体层形成MIPC触摸屏，如在现有技术图3a、图3b和图4中所描绘。由ITO薄膜或其它类似的导电薄膜材料形成个体层结构20、22。通过在除了图案24区域的全部区中移除ITO而在层结构20的表面上形成电连接垫26的第一图案24。在烧蚀区28中，暴露了下伏聚合物材料29，大体上为PET或PEN。类似地，通过在除了图案30区域的全部区中移除ITO而在层结构22的表面上形成电连接垫32的第二图案30。再次在烧蚀区34中，暴露了下伏聚合物材料35，大体上为PET或PEN。一般来说，通过使用掩模或其它此类结构的化学方法来在这些现有技术结构中执行烧蚀ITO材料，以界定图案24、30。
如在图4和图5中所描绘，接着堆叠层结构20、22以形成MIPC结构36。层结构22定位在层结构20的下方，其中图案30的垫32与上覆图案24的垫26之间的烧蚀区28对齐。接着，可覆盖透明聚合物材料的顶部层38，以便呈现触摸表面40。在使用中，通过层结构20的聚合物材料29向上“投影”垫32的电容。
除了与烧蚀ITO的较大区域以形成烧蚀区28、34相关联的缺点之外，存在与这些现有技术方法和结构相关联的至少两个其它缺点。第一，下伏垫32位于比垫26离触摸表面40更大的距离处，且必须通过聚合物材料29进行投影。这导致层结构22大体上具有小于层结构20的灵敏度，从而要求控制器电路中的适当补偿以保证准确性。而且，ITO材料不发射入射在其上的100％的光。因此，图案区域24、30将发射通过比烧蚀区域28、34少的光。在堆叠层结构20、22时，电连接图案24中的垫26的桥区域42和电连接图案32中的垫30的桥区域44覆盖在完成的MIPC结构36中的点46处。如果图案24、30的ITO材料足够厚，那么这些点46可为肉眼可见的，从而在完成的触摸屏上呈现不需要的点图案。因此，在现有技术MIPC触摸屏中，大体上将ITO材料制作得足够薄以避开此效应。但，随着ITO层制作得越薄，图案24、30的电阻增加，从而减少灵敏度。
工业中，存在对克服现有技术方法的缺点的制作MIPC及其它电容触摸屏的方法的需要。
发明内容
本发明的实施例解决了工业的需要，且克服了用于生产电容触摸屏(且尤其是MIPC)的现有技术方法的缺点。根据实施例，使用一种下文称为策略性几何形状隔离(SGI)的新图案化技术，以使用激光烧蚀使导电薄膜结构图案化。除了ITO薄膜之外，也可使用SGI以使服从用激光或其它定向的能量束烧蚀的任何其它导电薄膜图案化。
根据本发明的实施例，代替于烧蚀ITO的较大区域以形成MIPC中的下伏层可通过其投影电容场的ITO空隙，SGI图案化技术涉及将原本被烧蚀的区域保留在适当位置，但将其电隔离。可用烧蚀路径的单个通过来完成这些区域的电隔离。在使用中，电隔离区域以类似于ITO空隙/烧蚀区域的方式来运转，从而允许下伏电容场通过其进行投影。此外，由电隔离区域提供的用于组合层的耦合实际上增强了下伏层的电容场。这显著改进了MIPC的性能。
因此，在实施例中，一种多层交叉投影的电容触摸屏包含：实质上透明的第一层，其包括呈现一对相对表面的介电薄膜，其中薄膜的相对表面中的至少一者涂有导电材料，所述导电材料界定多个电互连区和与电互连区邻近且交替散布的多个电隔离区；以及实质上透明的第二层，其包括呈现一对相对表面的介电薄膜，其中薄膜的相对表面中的至少一者涂有导电材料，所述导电材料界定多个电互连区和与电互连区邻近且交替散布的多个电隔离区，第二层叠加在第一层上，使得用第二层的电隔离区覆盖第一层的电互连区中的每一者，且用第二层的电互连区覆盖第一层的电隔离区中的每一者。
在实施例中，第一层的导电材料及第二层的导电材料实质上可为氧化铟锡。第一层的介电薄膜及第二层的介电薄膜实质上可为聚对苯二甲酸乙二酯或聚萘二甲酸乙二酯。
在进一步的实施例中，层的电互连区可与同一层的电隔离区分离100μm或更少。在其它实施例中，层的电互连区可与同一层的电隔离区分离30μm或更少。在一些实施例中，第一层的电隔离区及第二层的电隔离区的形状实质上为正方形。
在进一步的实施例中，一种制作多层交叉投影的电容触摸屏的方法包含：通过使用定向的能量束烧蚀装置在涂在介电材料上的导电材料中界定多个电互连区和与电互连区邻近且交替散布的多个电隔离区，来生产第一实质上透明的屏幕层；以及通过使用定向的能量束烧蚀装置在涂在介电材料上的导电材料中界定多个电互连区和与电互连区邻近且交替散布的多个电隔离区，来生产第二实质上透明的屏幕层。所述方法可进一步包含在第一层上叠加第二层，使得用第二层的电隔离区覆盖第一层的电互连区中的每一者，且用第二层的电互连区覆盖第一层的电隔离区中的每一者。
在本发明的实施例中，定向的能量束烧蚀装置为激光器。在其它实施例中，定向的能量束烧蚀装置可为电子束产生器或微波束产生器。
在一些实施例中，用定向的能量束烧蚀装置的一个连续通过来完成在第一层的导电材料中界定多个电互连区和多个电隔离区的步骤。在一些实施例中，用定向的能量束烧蚀装置的一个连续通过来完成在第二层的导电材料中界定多个电互连区和多个电隔离区的步骤。
在其它实施例中，电容触摸屏包含至少一个实质上透明的层，其包括呈现一对相对表面的介电薄膜，其中薄膜的相对表面中的至少一者涂有导电材料，所述导电材料界定多个电互连区和与电互连区邻近且交替散布的多个电隔离区。导电材料实质上可为氧化铟锡。介电薄膜实质上可为聚对苯二甲酸乙二酯或聚萘二甲酸乙二酯。在一些实施例中，电互连区可与电隔离区分离100μm或更少。在其它实施例中，电互连区可与电隔离区分离30μm或更少。在进一步的实施例中，电隔离区的形状实质上可为正方形。
附图说明
结合附图，考虑对本发明的各种实施例的下述详细描述可更完全地理解本发明，在附图中：
图1描绘用于蚀刻ITO薄膜的激光烧蚀的现有技术工艺；
图2描绘用于在ITO薄膜上蚀刻多条邻近线的激光烧蚀的现有技术使用；
图3a描绘根据现有技术工艺蚀刻以形成在MIPC触摸屏中使用的导电结构的ITO薄膜的区段；
图3b结合图3a的区段描绘根据现有技术工艺蚀刻以形成在MIPC触摸屏中使用的导电结构的ITO薄膜的区段；
图4描绘在MIPC触摸屏中在一起成层的图3a和3b的区段；
图5为在图4的截面5-5处截得的横截面图；
图6为根据本发明的实施例的MIPC触摸屏的片段部分的俯视图；
图7为展示用于在完成的中间阶段中的策略性几何形状隔离方法的烧蚀路径的涂有ITO的薄膜区段的片段图；
图8为展示在完成的稍后的中间阶段处的烧蚀路径的图7的涂有ITO的薄膜区段的片段图；
图9为展示在完成处的烧蚀路径的图7的涂有ITO的薄膜区段的片段图；
图10为根据本发明的实施例烧蚀的ITO薄膜区段的俯视图，描绘了与电互连区邻近且交替散布的电隔离区；
图11为在图10的截面11-11处截得的横截面图；
图12为根据本发明的实施例的MIPC触摸屏结构的片段俯视图；以及
图13为在图12的截面13-13处截得的横截面图。
虽然本发明服从各种修改和替代形式，但是已在图中通过实例的方式展示且将详细描述本发明的细节。然而，应了解，意图不是将本发明限于所描述的特定实施例。相反，意图是涵盖属于本发明的精神和范围内的全部修改、均等物和替代方案。
具体实施方式
在对本发明的下述详细描述中，陈述了许多具体的细节以提供对本发明的全面理解。然而，所属领域的技术人员将认识到，可在不具有这些具体细节的情况下实践本发明。在其它例子中，并未详细描述已知的方法、程序和组件，以免不必要地混淆本发明的方面。
本发明是针对电容触摸屏及用于制作电容触摸屏的方法。本文所描述的用于制造MIPC的技术可被称为策略性几何形状隔离(SGI)。代替烧蚀ITO的较大区域，根据本发明的实施例的SGI图案化技术涉及在ITO薄膜上界定电隔离区。
如在图7到图11中所描绘，通过使用定向的能量束烧蚀装置(例如，激光)在箭头方向上烧蚀单个路径以形成由电隔离导电区54分离的邻近电互连导电区52而由ITO薄膜48形成层结构47。有利的是，可在单个通过中执行烧蚀，且烧蚀路径大体上仅需与能量束本身一样宽。接着，可以类似的形式由ITO薄膜形成一个或一个以上其它层结构56。这些层结构56中的每一者具有由电隔离导电区60分离的邻近电连接导电区58。如在图6、图12和图13中所描绘，接着将层结构47覆盖在层结构56上，以形成MIPC结构62。区52的垫64在层结构56的电隔离导电区60的上方对齐，而区58的垫66在层结构47的电隔离导电区54的下方对齐。
用SGI图案化技术形成的MIPC结构62具有超过现有技术MIPC结构的若干个重要的优点。一个优点是，在使用中，下伏层结构56的垫66与上覆电隔离导电区54电容性耦合，从而有效地将垫66的电容效应向上“延伸”到触摸表面68。从而，层结构47和56的灵敏度比在现有技术MIPC结构中更均匀地匹配，从而完全排除或消除在触摸屏控制器中的补偿的需要，且改进触摸屏的整体灵敏度和性能。
MIPC结构62的另一优点在于以下事实：仅在非常窄的激光烧蚀路径50中对ITO材料进行烧蚀。路径50通常仅为激光烧蚀束的宽度，且通常为肉眼不可见的。优选的是，在一些实施例中，烧蚀路径的宽度为100μm或更少，且在一些实施例中，可为30μm或更少。结果，由于不存在肉眼可见的烧蚀区，所以通过层结构47和56的所有部分的光透射几乎是均质的。在堆叠层结构47、56时，电连接区52中的垫64的桥区域70和电连接区58中的垫66的桥区域72覆盖在完成的MIPC结构62中的点74处，如在图12中所描绘。但，因为层47、56的光透射是均质的，所以点74大体上为肉眼不可见的，而与区52、58中的ITO厚度无关。因此，ITO材料可比在现有技术MIPC触摸屏中厚，而无需损害外观，且从而改进触摸屏灵敏度和性能。
除了这些优点之外，根据本发明的实施例的SGI图案化方法通过使用激光烧蚀使得能够进行制造成本有效的电容触摸屏组件。可在如现有技术方法所要的较大区域的烧蚀必须的小部分时间中执行SGI图案化的单个通过烧蚀。此外，使用定向的能量束烧蚀技术使得避开了其它现有技术方法(例如，化学蚀刻)的费用和困难。
所属领域的技术人员在阅读本发明中将了解，本发明的许多变化是可预期的，且在本发明的范围内。例如，除了ITO薄膜之外，可使用SGI技术对任何其它导电薄膜材料进行图案化，包含(例如)其上具有不同导电材料的薄膜(例如，碳纳米管)。应理解，可使用经受能量束烧蚀的任何材料。还应理解，本发明不限于特定的几何形状或物理结构。例如，可用本方法形成交替导电图案和电隔离导电区域的任何图案，无论是通过烧蚀连续的单个路径还是多个连续路径来完成。而且，尽管本文中描绘具有两层的MIPC结构，但根据本发明的实施例，任何数目的具有交叉结构的层可组合形成MIPC结构。另外，尽管在上文所描述的实施例涉及使用激光能量的烧蚀，但应理解，可适合于烧蚀的其它定向的能量束包含在本发明的范围内，包含(例如但不限于)电子束或微波束。
所属领域的技术人员在阅读本发明后可了解对本发明的各种修改。例如，相关领域的技术人员将认识到，针对本发明的不同实施例的所描述的各种特征可在本发明的精神内单独或以不同组合形式与其它特征适当组合、解除组合和重新组合。同样地，上文所描述的各种特征应全部视为实例实施例，而不是对本发明的范围或精神的限制。因此，上文并不预期限制本发明的范围。
出于解释本发明的技术方案的目的，除非在技术方案中陈述具体的术语“用于......的装置”或“用于......的步骤”，否则明显希望不实行35U.S.C第六段112节的条款。

Claims (18)

1.一种多层交叉投影的电容触摸屏，其包括：
实质上透明的第一层，其包括呈现一对相对表面的介电薄膜，其中所述薄膜的所述相对表面中的至少一者涂有导电材料，所述导电材料界定多个电互连区和与所述电互连区邻近且交替散布的多个电隔离区；以及
实质上透明的第二层，其包括呈现一对相对表面的介电薄膜，其中所述薄膜的所述相对表面中的至少一者涂有导电材料，所述导电材料界定多个电互连区和与所述电互连区邻近且交替散布的多个电隔离区，所述第二层叠加在所述第一层上，使得用所述第二层的电隔离区覆盖所述第一层的所述电互连区中的每一者，且用所述第二层的电互连区覆盖所述第一层的所述电隔离区中的每一者。
2.根据权利要求1所述的触摸屏，其中所述第一层的所述导电材料及所述第二层的所述导电材料实质上包括氧化铟锡。
3.根据权利要求1所述的触摸屏，其中所述第一层的所述介电薄膜及所述第二层的所述介电薄膜实质上包括聚对苯二甲酸乙二酯或聚萘二甲酸乙二酯。
4.根据权利要求1所述的触摸屏，其中所述第一层的所述电互连区与所述第一层的所述电隔离区分离100μm或更少。
5.根据权利要求1所述的触摸屏，其中所述第一层的所述电互连区与所述第一层的所述电隔离区分离30μm或更少。
6.根据权利要求1所述的触摸屏，其中所述第二层的所述电互连区与所述第二层的所述电隔离区分离100μm或更少。
7.根据权利要求1所述的触摸屏，其中所述第二层的所述电互连区与所述第二层的所述电隔离区分离30μm或更少。
8.根据权利要求1所述的触摸屏，其中所述第一层的所述电隔离区及所述第二层的所述电隔离区的形状实质上为正方形。
9.一种制作多层交叉投影的电容触摸屏的方法，其包括：
通过使用定向的能量束烧蚀装置在涂在介电材料上的导电材料中界定多个电互连区和与所述电互连区邻近且交替散布的多个电隔离区，来生产第一实质上透明的屏幕层；
通过使用所述定向的能量束烧蚀装置在涂在介电材料上的导电材料中界定多个电互连区和与所述电互连区邻近且交替散布的多个电隔离区，来生产第二实质上透明的屏幕层；以及
在所述第一层上叠加所述第二层，使得用所述第二层的电隔离区覆盖所述第一层的所述电互连区中的每一者，且用所述第二层的电互连区覆盖所述第一层的所述电隔离区中的每一者。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述定向的能量束烧蚀装置为激光器。
11.根据权利要求9所述的方法，其中用所述定向的能量束烧蚀装置的一个连续通过来完成所述在所述第一层的所述导电材料中界定所述多个电互连区和所述多个电隔离区的步骤。
12.根据权利要求9所述的方法，其中用所述定向的能量束烧蚀装置的一个连续通过来完成所述在所述第二层的所述导电材料中界定所述多个电互连区和所述多个电隔离区的步骤。
13.一种电容触摸屏，其包括：
至少一个实质上透明的层，其包括呈现一对相对表面的介电薄膜，其中所述薄膜的所述相对表面中的至少一者涂有导电材料，所述导电材料界定多个电互连区和与所述电互连区邻近且交替散布的多个电隔离区。
14.根据权利要求13所述的触摸屏，其中所述导电材料实质上包括氧化铟锡。
15.根据权利要求13所述的触摸屏，其中所述介电薄膜实质上包括聚对苯二甲酸乙二酯或聚萘二甲酸乙二酯。
16.根据权利要求13所述的触摸屏，其中所述电互连区与所述电隔离区分离100μm或更少。
17.根据权利要求13所述的触摸屏，其中所述电互连区与所述电隔离区分离30μm或更少。
18.根据权利要求13所述的触摸屏，其中所述电隔离区的形状实质上为正方形。
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