DE102015102216B4

DE102015102216B4 - Verbindungs-Substratstruktur und Touchscreen, das sie aufweist

Info

Publication number: DE102015102216B4
Application number: DE102015102216.8A
Authority: DE
Inventors: I-Chung Hsu; Kuo-Shu Hsu; Chunyong Zhang; Yuchuan Wu; Bangxiong Huang
Original assignee: TPK Touch Solutions Xiamen Inc
Current assignee: TPK Touch Solutions Xiamen Inc
Priority date: 2014-02-28
Filing date: 2015-02-17
Publication date: 2022-10-13
Anticipated expiration: 2035-02-18
Also published as: DE102015102216A1

Abstract

Verbindungs-Substratstruktur (10), die Folgendes umfasst:ein transparentes Substrat (100);eine hydrophobe Schicht (300), die auf dem transparenten Substrat (100) angeordnet ist; undeine Diamant-artige Kohlenstoffschicht (200), die zwischen dem transparenten Substrat (100) und der hydrophoben Schicht (300) angeordnet ist;wobei die hydrophobe Schicht (300) ein Verhältnis von Kohlenstoff-Fluor-Bindungen zu Silizium-Sauerstoff-Bindungen von 50:1 oder mehr aufweist, so dass die hydrophobe Schicht (300) einen Haftreibungskoeffizient von etwa 0,1 oder weniger aufweist.

Description

HINTERGRUND
1. Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine verbesserte Substratstruktur und insbesondere eine Verbindungs-Substratstruktur, die auf einen Touchscreen angewendet wird.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Touchscreens werden verbreitet in elektronischen Vorrichtungen implementiert, während die Nutzerschnittstellen-Technologie voranschreitet. Smartphones, Tablets, Kameras, E-Book-Reader, MP3-Player und andere tragbare elektronische Produkte verwenden verbreitet Touchscreens, die für Anzeigen als eine Steuereinrichtung für den Betrieb verwendet werden.
Wenn ein Produkt betrieben wird, das einen Touchscreen aufweist, verwendet der Nutzer üblicherweise seinen/ihren Finger oder einen Stilus, um die Oberfläche eines Substrats des Touchscreens zu berühren, und ein Drücken oder Gleiten des Fingers oder des Stilus' wird auf der Oberfläche des Substrats ausgeführt. Einige Substrate sind transparent, während andere semitransparent oder opak sind.
Die US 2012/01644541 offenbart eine Verbindung-Substratstruktur mit einem transparenten Substrat, einer diamantartigen Kohlenstoffschicht und einer hydrophoben Schicht. Die Verwendung von hydrophoben Beschichtungen mit einem Reibungskoeffizienten im Bereich zwischen 0,02 und 0,1 ist aus der US 2012/0263936 A1 bekannt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenbarung sieht eine Verbindungs-Substratstruktur vor und einen Touchscreen, der die Verbindungs-Substratstruktur aufweist, um den Widerstand gegen Abrieb der Oberfläche eines transparenten Substrats durch die Verbindungsstruktur, die eine Diamant-artige Kohlenstoffschicht und eine hydrophobe Schicht auf ihrer Oberfläche aufweist, zu erhöhen.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Verbindungs-Substratstruktur ein transparentes Substrat, eine hydrophobe Schicht, die auf dem transparenten Substrat angeordnet ist, und eine Diamant-artige Kohlenstoffschicht, die zwischen dem transparenten Substrat und der hydrophoben Schicht angeordnet ist, wobei die hydrophobe Schicht ein Verhältnis von Kohlenstoff-Fluor-Bindungen zu Silizium-Sauerstoff-Bindungen von 50:1 oder mehr und mithin einen Haftreibungskoeffizienten von etwa 0,1 oder weniger aufweist.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Touchscreen, der eine Verbindungs-Substratstruktur aufweist, ein transparentes Substrat, das eine erste Seite und eine zweite Seite parallel zu der ersten Seite aufweist, eine Diamant-artige Kohlenstoffschicht, die auf dem transparenten Substrat angeordnet ist und auf der ersten Seite angeordnet ist, eine hydrophobe Schicht, die auf der dem transparenten Substrat abgewandten Seite der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht angeordnet ist, und eine Berührungssteuereinheit, die unter der zweiten Seite des transparenten Substrats angeordnet ist, wobei die hydrophobe Schicht ein Verhältnis von Kohlenstoff-Fluor-Bindungen zu Silizium-Sauerstoff-Bindungen von 50:1 oder mehr und mithin einen Gleitreibungskoeffizienten von 0,1 oder weniger mit Bezug auf ein staubfreies Tuch aufweist.
Um das Verständnis mit Bezug auf die vorliegende Offenbarung zu verbessern, werden die folgenden Ausführungsformen angegeben, zusammen mit Zeichnungen, um die Beschreibung der vorliegenden Offenbarung zu vereinfachen.
Figurenliste

1 zeigt eine Schnittansicht einer Verbindungs-Substratstruktur gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
2 zeigt eine Schnittansicht der Verbindungs-Substratstruktur gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
3 zeigt eine Schnittansicht der Verbindungs-Substratstruktur gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
4 zeigt eine Schnittansicht der Verbindungs-Substratstruktur gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
5 zeigt eine Schnittansicht der Verbindungs-Substratstruktur gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
6 zeigt eine Schnittansicht der Verbindungs-Substratstruktur gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
7 zeigt eine Schnittansicht eines Touchscreens, der die Verbindungs-Substratstruktur von 1 aufweist, in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
8 zeigt eine Schnittansicht des Touchscreens, der die Verbindungs-Substratstruktur von 1 aufweist, in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
9 zeigt eine Schnittansicht des Touchscreens, der die Verbindungs-Substratstruktur von 1 aufweist, in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung; und
10 zeigt eine Schnittansicht des Touchscreens, der die Verbindungs-Substratstruktur von 1 aufweist, in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die genannten Zeichnungen und nachfolgenden detaillierten Beschreibungen sind beispielhaft für den Zweck der weiteren Beschreibung des Umfangs der vorliegenden Offenbarung. Andere Ziele und Vorteile, die mit der vorliegenden Offenbarung verbunden sind, werden in den folgenden Beschreibungen und den beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Man beachte, dass in der Beschreibung die Wörter „oberer“, „unterer“, „über“ und „unter“ nur zum Zweck der Erklärung und Beschreibung und der relativen Positionen der Komponenten angegeben sind. Dies soll nicht erschöpfend oder einschränkend für die genaue offenbarte Form sein. Mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen bedeutet über der Verbindungs-Substratstruktur relativ näher am Nutzer, während unter der Verbindungs-Substratstruktur relativ weiter von dem Nutzer entfernt bedeutet.
Man beziehe sich bitte auf 1 für eine Erklärung der Verbindungs-Substratstruktur gemäß der vorliegenden Offenbarung. 1 zeigt eine Schnittansicht einer Verbindungs-Substratstruktur gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Wie in 1 gezeigt ist, umfasst die Verbindungs-Substratstruktur 10 ein transparentes Substrat 100, das eine erste Seite 101 und eine zweite Seite 102 auf der abgewandten Seite der ersten Seite 101 aufweist. Die erste Seite 101 und die zweite Seite 102 sind im Wesentlichen parallel zu einander angeordnet. In einigen Ausführungsformen ist das transparente Substrat 100 aus isolierenden und visuell transparenten Materialien hergestellt. In einigen Ausführungsformen ist das transparente Substrat 100 aus einem Material ausgebildet, das Ethylen-Terephthalat, Polyether-Sulfon, Polyacrylat, Polyethylen-Naphthalat, Polyethylen-Terephthalat, Polyphenylensulfid, Polyarylat, Polycarbonat oder Glas umfasst. In einigen Ausführungsformen ist das transparente Substrat 100 eine steife Platte oder eine biegsame Platte. In einigen Ausführungsformen ist das transparente Substrat 100 eine flache Tafel, eine gekrümmte Tafel oder eine Tafel in anderen Formen. In mindestens einer Ausführungsform ist das transparente Substrat 100 eine flache Tafel.
Die Verbindungs-Substratstruktur 10 umfasst weiter eine Diamant-artige Kohlenstoffschicht 200, die auf dem transparenten Substrat 100 ausgebildet ist. Die Diamant-artige Kohlenstoffschicht 200 ist auf der ersten Seite 101 angeordnet aber die vorliegende Offenbarung ist nicht darauf beschränkt. In einigen Ausführungsformen ist die Diamant-artige Kohlenstoffschicht 200 nur auf einer Oberfläche des transparenten Substrats 100 oder auf mehreren Oberflächen des transparenten Substrats 100 angeordnet.
Die Diamant-artige Kohlenstoffschicht 200 der Verbindungs-Substratstruktur 10 ist so konfiguriert, dass sie verschiedene Ziele erreicht. Es werden hier mindestens zwei Erwägungen vorgenommen.
Erstens kann die Diamant-artige Kohlenstoffschicht 200 Graphitstrukturen mit sp²-Bindungen und kubische Diamant-Strukturen mit sp³ -Bindungen aufweisen. Die kubische Diamant-Struktur mit sp³-Bindungen weist eine bessere Härte, bessere Kratzfestigkeit und bessere Verschleißfestigkeit auf, während sie auch eine relativ hohe innere Spannung und eine schwache Bindungskraft mit dem transparenten Substrat 100 aufweist. Daher kann eine Diamant-artige Kohlenstoffschicht 200, die mehr sp³ -Bindungen enthält, eine schlechte Haftung mit Bezug auf das transparente Substrat 100 aufweisen. Daher fördert das Verfahren zum Ausbilden einer Diamant-artigen Kohlenstoffschicht 200 auf dem transparenten Substrat 100 die Haftung der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht 200 mit Bezug auf das transparente Substrat 100. Die Dicke der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht 200, die auf dem transparenten Substrat 100 ausgebildet wird, wird beispielsweise verkleinert, um ihre inneren Spannungen zu verringern.
Zweitens hat, in Anbetracht der visuellen Transparenz der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht 200, die Graphitstruktur mit sp²-Bindungen einen größeren Einfluss auf die optischen Eigenschaften der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht 200 als die kubische Diamant-Struktur mit sp³-Bindungen. Je mehr Graphitstrukturen mit sp²-Bindungen insbesondere in der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht 200 enthalten sind, desto schlechter ist die visuelle Transparenz der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht 200. Je weniger Graphitstrukturen mit sp²-Bindungen in der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht 200 enthalten sind, desto besser ist die visuelle Transparenz der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht 200.
Um die Haftung und die visuelle Transparenz zu optimieren, wird es daher vorgezogen, dass die Diamant-artige Kohlenstoffschicht 200 eine Dicke aufweist, die kleiner oder gleich 15 Nanometer ist, und einen Gehaltsanteil von sp³-Bindungen aufweist, der größer oder gleich etwa 15 % ist. Der Gehaltsanteil von sp³-Bindungen der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht 200 beträgt, als ein spezielles Beispiel, etwa 30 % oder etwa 50 %, je nach den Anforderungen.
In einigen Ausführungsformen wird die Diamant-artige Kohlenstoffschicht 200 gemäß der vorliegenden Offenbarung auf der Oberfläche des transparenten Substrats 100 durch Sputtern ausgebildet. Der Gehaltsanteil der sp³-Bindungen in der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht 200 wird eingestellt, indem die Flussrate von Wasserstoff und die Dissoziationsenergie gesteuert werden. Die Diamant-artige Kohlenstoffschicht 200, die durch Sputtern ausgebildet wird, kann einen Gehaltsanteil von sp³-Bindungen aufweisen, der größer oder gleich 15 % ist, wenn die Flussrate von Wasserstoff so gesteuert wird, dass sie größer als 12 sccm (Standard-Kubikzentimeter pro Minute) ist, und die Dissoziationsenergie so gesteuert wird, dass sie 100 bis 700 eV (Elektronenvolt) beträgt.
Es lohnt sich zu erwähnen, dass es zusätzlich zu der visuellen Transparenz und der Haftung gemäß der vorliegenden Offenbarung weitere Erwägungen gibt, die sich auf die visuellen Auswirkungen der Verbindungs-Substratstruktur 10 beziehen.
Die visuellen Auswirkungen der Verbindungs-Substratstruktur 10 sind zumindest mit der Dicke der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht 200 verbunden. Experimentelle Ergebnisse zeigen, dass je größer die Dicke der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht 200 der Verbindungs-Substratstruktur 10 ist, desto schlechter die visuelle Transparenz der Verbindungs-Substratstruktur 10 ist und desto deutlicher das Erscheinen von gelber Farbe ist, was in der Branche als Vergilbungsphänomen bekannt ist. Das Vergilbungsphänomen kann durch das bloße Auge erkannt werden, wenn die Dicke der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht 200 auf mehr als etwa 10 Nanometer erhöht wird. Das Vergilbungsphänomen ist so schwerwiegend, dass die visuellen Auswirkungen der Verbindungs-Substratstruktur 10 beeinflusst werden, wenn die Dicke der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht 200 auf mehr als etwa 15 Nanometer erhöht wird.
Daher weist, unter Berücksichtigung der visuellen Transparenz, der Haftung und des Vergilbungsphänomens, in einigen Ausführungsformen die Diamant-artige Kohlenstoffschicht 200 eine bevorzugte Dicke von weniger als etwa 10 Nanometer auf. In anderen bevorzugten Ausführungsformen kann die Diamant-artige Kohlenstoffschicht 200 eine Dicke im Bereich von etwa 2 Nanometer bis etwa 5 Nanometer haben, was zu einer Transparenz der Verbindungs-Substratstruktur 10 von mehr als etwa 89 % führt und was die Optimierung der visuellen Auswirkungen und der Hafteigenschaften der Verbindungs-Substratstruktur 10 ermöglicht. Transparenz wird hier und im Folgenden als die Lichtmenge beschrieben, die durchgeleitet wird, geteilt durch die Menge des einfallenden Lichts mal 100 %, wobei die Wellenlänge des einfallenden Lichts etwa 550 Nanometer beträgt.
Die Verbindungs-Substratstruktur 10 umfasst weiter eine hydrophobe Schicht 300, die auf einer dem transparenten Substrat 100 abgewandten Seite der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht 200 angeordnet ist. Eine der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht 200 abgewandte Oberfläche der hydrophoben Schicht 300 weist einen Kontaktwinkel von mehr als 110 Grad auf. Daher kann, auf der Seite, die der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht 200 abgewandt ist, die gesamte Oberfläche der hydrophoben Schicht 300 eine bevorzugte hydrophobe Eigenschaft aufweisen. Experimentelle Ergebnisse zeigen, dass wenn der Kontaktwinkel der Oberfläche eines Objekts größer als 90 Grad ist, die Oberfläche des Objekts anscheinend eine große Menge an Flüssigkeit abweist, so dass die Flüssigkeit das Objekt nicht leicht benetzt und sich leicht auf seiner Oberfläche bewegt. In einigen Ausführungsformen umfasst das Material der hydrophoben Schicht 300 eine Verbindung, die zumindest eines der Elemente Fluor, Stickstoff oder Sauerstoff enthält, um die Hydrophobie der Verbindungs-Substratstruktur 10 zu verbessern.
Das Folgende beschreibt einen Kratzfestigkeits- und Verschleißfestigkeits-Test, der auf die Verbindungs-Substratstruktur 10, die die hydrophobe Schicht 300 aufweist, bzw. eine Verbindungs-Substratstruktur ohne eine hydrophobe Schicht 300 angewendet wird.
Bedingungen des Experiments:
Man verwendet einen 2 cm x 2 cm-Reibungskopf, der mit einer ultrafeinen Stahlwolle unter einer Belastung von 70 N zum Testen umwickelt ist.
Ergebnisse des Experiments:
Die Verbindungs-Substratstruktur 10, die die hydrophobe Schicht 300 aufweist, hat eine bessere Kratzfestigkeit und Verschleißfestigkeit als die Verbindungs-Substratstruktur ohne eine hydrophobe Schicht 300.
Die experimentellen Ergebnisse zeigen Folgendes:
Die Verbindungs-Substratstruktur 10, die eine hydrophobe Schicht 300 aufweist, hat einen Flächenreibungskoeffizienten, der kleiner ist als derjenige der Verbindungs-Substratstruktur ohne eine hydrophobe Schicht 300. Die Kratzfestigkeit und die Verschleißfestigkeit der Verbindungs-Substratstruktur 10 sind mit dem Flächenreibungskoeffizienten verbunden. Je größer insbesondere der Flächenreibungskoeffizient der Verbindungs-Substratstruktur 10 ist, desto schlechter ist die Kratzfestigkeit und die Verschleißfestigkeit; je kleiner der Flächenreibungskoeffizient der Verbindungs-Substratstruktur 10 ist, desto besser ist die Kratzfestigkeit und die Verschleißfestigkeit.
Somit verbessert die hydrophobe Schicht 300 die Hydrophobie der Verbindungs-Substratstruktur 10, was verhindert, dass die Oberfläche der Verbindungs-Substratstruktur 10 Öl oder Wasser anzieht. Zusätzlich weist die Verbindungs-Substratstruktur 10, die die hydrophobe Schicht 300 aufweist, einen kleineren Flächenreibungskoeffizienten auf, was zu weniger Kratzern und weniger Verschleiß führt, wenn die Verbindungs-Substratstruktur 10 einem externen Kratzeinfluss ausgesetzt wird.
Je größer der Gehaltsanteil von hydrophoben Atomen in der hydrophoben Schicht 300 ist, desto besser ist die Hydrophobie der hydrophoben Atome in der hydrophoben Schicht 300 und desto kleiner ist der Flächenreibungskoeffizient. Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung weist die hydrophobe Schicht 300 einen Gehaltsanteil von hydrophoben Atomen (etwa Fluor) von mehr als etwa 50 % auf.
Darüber hinaus wurde in dem tatsächlichen Herstellungsverfahren herausgefunden, dass der Flächenreibungskoeffizient der hydrophoben Schicht 300 mit einem Verhältnis von Kohlenstoff-Fluor-Bindungen zu Silizium-Sauerstoff-Bindungen darin verbunden ist.
Das Folgende beschreibt einen Kratzfestigkeits- und Verschleißfestigkeits-Test, der auf die Verbindungs-Substratstruktur 10 angewendet wird, die die hydrophobe Schicht 300 aufweist, mit verschiedenen Verhältnissen von Kohlenstoff-Fluor-Bindungen zu Silizium-Sauerstoff-Bindungen darin.
Bedingungen des Experiments:
Anordnen eines staubfreien Klasse-100-Tuchs auf der Verbindungs-Substratstruktur 10 und daraufhin Anordnen eines Gewichts von 200 Gramm auf dem staubfreien Tuch. Anwenden des Kratzfestigkeits- und Verschleißfestigkeits-Tests mit einer Geschwindigkeit von 100 mm/Min auf die Verbindungs-Substratstruktur.
Experimentelle Ergebnisse:
Die Verbindungs-Substratstruktur 10 mit einem Verhältnis von Kohlenstoff-Fluor-Bindungen zu Silizium-Sauerstoff-Bindungen von 50:1 oder mehr in der hydrophoben Schicht 300 hat einen Haftreibungskoeffizienten von etwa 0,1 oder weniger. Die Oberfläche der hydrophoben Schicht 300 weist eine bevorzugte Glätte auf und ihre Kratzfestigkeit und Verschleißfestigkeit werden verbessert.
Die experimentellen Ergebnisse zeigen Folgendes:
Die hydrophobe Schicht 300 verbessert die Oberflächenglätte der Verbindungs-Substratstruktur 10, was die Kratzfestigkeit und die Verschleißfestigkeit der Verbindungs-Substratstruktur 10 verbessert, wenn sie einem externen Kratzeinfluss ausgesetzt wird.
In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann die hydrophobe Schicht 300 durch ein Aushärteverfahren oder Ähnliches kristallin werden. In der hydrophoben Schicht 300, die durch ein Aushärteverfahren ausgebildet wird, werden Moleküle in einer stark geordneten mikroskopischen Struktur angeordnet, so dass die hydrophobe Schicht 300 eine bevorzugte Dichte aufweisen kann. Die Dichte der hydrophoben Schicht 300 ist größer und der Reibungskoeffizient der hydrophoben Schicht 300 ist stabiler und bleibt auf einem niedrigen Wert. Die Verbindungs-Substratstruktur 10 mit der hydrophoben Schicht 300, die einen Kristallanteil von mehr als 50 % aufweist, kann eine wesentlich verbesserte Kratzfestigkeit oder Verschleißfestigkeit haben.
Je größer darüber hinaus die Dicke der hydrophoben Schicht 300 ist, desto schlechter ist ihre visuelle Transparenz. Um die Hydrophobie und die visuelle Transparenz zu optimieren, wird bevorzugt, dass die hydrophobe Schicht 300 eine Dicke hat, die zwischen etwa 5 Nanometer und etwa 30 Nanometer liegt.
Man beziehe sich auf 2, die eine Schnittansicht der Verbindungs-Substratstruktur gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zeigt. Komponenten, die denen von 1 ähneln, werden nicht weiter beschrieben. In einigen Ausführungsformen umfasst die Verbindungs-Substratstruktur 20 weiter eine Haftschicht 400, die zwischen dem transparenten Substrat 100 und der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht 200 angeordnet ist, und die Haftschicht 400 umfasst ein Silizium-basiertes Material. In einigen Ausführungsformen ist die Haftschicht 400 so konfiguriert, dass sie die Bindung zwischen der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht 200 und dem transparenten Substrat 100 verbessert. Insbesondere können die Silizium-Atome in der Haftschicht 400 sich in die Siliziumoxid-Netzstruktur des transparenten Substrats 100 (etwa eines Glas-Substrats) bewegen und können sich auch in die Kohlenstoff-Wasserstoff-Maschenstruktur in der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht 200 bewegen, was den Austausch von Bindungen zwischen dem transparenten Substrat 100 und der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht 200 erleichtert, wodurch die Haftung dazwischen erhöht wird. In einer beispielhaften Ausführungsform ist die Haftschicht 400 eine Siliziumdioxid-Schicht, aber die vorliegende Offenbarung ist nicht darauf beschränkt.
In einigen Ausführungsformen wird auf der einen Seite, indem die Haftschicht 400 angeordnet wird, eine Aufspaltung, die durch innere Spannungen aufgrund des Unterschieds in der Zusammensetzung zwischen der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht 200 und dem transparenten Substrat 100 hervorgerufen wird, vermieden, wodurch die Diamant-artige Kohlenstoffschicht 200 fest mit dem transparenten Substrat 100 verbunden wird. Auf der anderen Seite kann die Haftschicht 400 (etwa als Siliziumdioxid), die mit feinen Partikeln ausgebildet wird, auch eine Oberfläche mit einer bevorzugten Flachheit für das nachfolgende Laminieren der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht 200 bereitstellen.
Man beziehe sich auf 3, die eine Schnittansicht der Verbindungs-Substratstruktur gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zeigt. Komponenten, die denen von 1 oder 2 ähneln, werden nicht weiter beschrieben. In einigen Ausführungsformen umfasst die Verbindungs-Substratstruktur 30 weiter eine mittlere Schicht 500, die zwischen der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht 200 und der hydrophoben Schicht 300 angeordnet ist. Die mittlere Schicht 500 ist beispielsweise aus einem Silizium-Kohlenstoff-basierten Material ausgebildet. Die mittlere Schicht 500 weist einen Gehaltsanteil von Silizium-Atomen im Bereich von etwa 10 % bis etwa 20 % und einen Gehaltsanteil von Kohlenstoff-Atomen im Bereich von etwa 80 % bis etwa 90 % auf.
In einigen Ausführungsformen können, durch die mittlere Schicht 500, die Bindungsgrenzfläche zwischen der mittleren Schicht 500 und der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht 200 und die Bindungsgrenzfläche zwischen der mittleren Schicht 500 und der hydrophoben Schicht 300 ähnliche Atomstrukturen aufweisen, wodurch die hydrophobe Schicht 300 fest mit der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht 200 verbunden wird. Zusätzlich wird eine Aufspaltung oder Ablösung, die durch innere Spannungen aufgrund des Unterschieds in der Zusammensetzung zwischen der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht 200 und der hydrophoben Schicht 300 hervorgerufen wird, vermieden.
Darüber hinaus ist die visuelle Transparenz der Verbindungs-Substratstruktur 30 umso schlechter, je größer die Dicke der mittleren Schicht 500 ist. Um die visuelle Transparenz und die Haftung der Verbindungs-Substratstruktur 30 zu optimieren, wird bevorzugt, dass die mittlere Schicht 500 eine Dicke im Bereich von etwa 10 Nanometer bis etwa 13 Nanometer hat.
Man beziehe sich auf 4, die eine Schnittansicht der Verbindungs-Substratstruktur gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zeigt. Komponenten, die denen von 1, 2 oder 3 ähneln, werden nicht weiter beschrieben. In einigen Ausführungsformen umfasst die Verbindungs-Substratstruktur 40 weiter eine Haftschicht 400, die zwischen dem transparenten Substrat 100 und der Diamantartigen Kohlenstoffschicht 200 angeordnet ist.
Man beziehe sich auf 5, die eine Schnittansicht der Verbindungs-Substratstruktur gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zeigt. Komponenten, die denen von 1, 2, 3 oder 4 ähneln, werden nicht weiter beschrieben. In einigen Ausführungsformen umfasst die Verbindungs-Substratstruktur 50 weiter einen Antireflex-Film 1010, der zwischen dem transparenten Substrat 100 und der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht 200 angeordnet ist. Der Antireflex-Film 1010 kann mehrere erste Antireflex-Schichten 1011, 1013 und mehrere zweite Antireflex-Schichten 1012, 1014 umfassen. Die ersten Antireflex-Schichten 1011, 1013 und die zweiten Antireflex-Schichten 1012, 1014 werden abwechselnd laminiert. Es werden beispielsweise in der Richtung, die sich von dem transparenten Substrat 100 nach außen erstreckt, eine erste Antireflex-Schicht 1011, eine zweite Antireflex-Schicht 1012, eine erste Antireflex-Schicht 1013 und eine zweite Antireflex-Schicht 1014 nach einander laminiert. In einigen Ausführungsformen umfasst der Antireflex-Film 1010 zwei erste Antireflex-Schichten und zwei zweite Antireflex-Schichten, aber die vorliegende Offenbarung ist nicht darauf beschränkt. Die Anzahl von ersten Antireflex-Schichten oder die Anzahl von zweiten Antireflex-Schichten beträgt beispielsweise drei, vier oder mehr als vier. Man beachte, dass die Anzahl der ersten Antireflex-Schichten der Anzahl von zweiten Antireflex-Schichten entspricht und dass die ersten Antireflex-Schichten und die zweiten Antireflex-Schichten jeweils abwechselnd laminiert werden.
In einigen Ausführungsformen wird bei dem Antireflex-Film 1010, der zwischen dem transparenten Substrat 100 und der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht 200 angeordnet ist, eine erste Antireflex-Schicht 1011 benachbart zu dem transparenten Substrat 100 angeordnet und eine zweite Antireflex-Schicht 1014 benachbart zu der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht 200 angeordnet. Die zweiten Antireflex-Schichten 1012, 1014 haben jeweils einen Brechungsindex, der kleiner als der jeder der ersten Antireflex-Schichten 1011, 1013 ist. Die ersten Antireflex-Schichten 1011, 1013 haben beispielsweise jeweils einen Brechungsindex von mehr als 1,6 und die zweiten Antireflex-Schichten 1012, 1014 haben jeweils einen Brechungsindex von weniger als etwa 1,55. In einigen bevorzugten Ausführungsformen haben die ersten Antireflex-Schichten 1011, 1013 jeweils einen Brechungsindex von mehr als 1,8 und die zweiten Antireflex-Schichten 1012, 1014 haben jeweils einen Brechungsindex von weniger als 1,5.
In einigen Ausführungsformen werden die ersten Antireflex-Schichten 1011, 1013 jeweils hauptsächlich aus Niobiumoxid, Titanoxid (TiO2, Ti3O5, Ti2O3), Zirkoniumoxid, Aluminiumoxid (Al2O3), Siliziumoxinitrid oder Siliziumnitrid ausgebildet und die zweiten Antireflex-Schichten 1012, 1014 werden jeweils hauptsächlich aus Siliziumoxid oder Magnesiumfluorid ausgebildet.
Durch den Antireflex-Film 1010, der auf dem transparenten Substrat 100 angeordnet ist, wird die visuelle Transparenz der Verbindungs-Substratstruktur 50 verbessert, so dass die Verbindungs-Substratstruktur 50 eine Transparenz von mehr als 92 % haben kann. Der Einfluss von externem Licht in der Umgebung des transparenten Substrats 100 wird wesentlich verringert. Die Antireflex-Wirkung des transparenten Substrats 100 wird verbessert und die optischen Eigenschaften der Verbindungs-Substratstruktur 50 werden verstärkt.
In einigen Ausführungsformen wird eine mittlere Schicht 500 (in 5 nicht gezeigt) selektiv zwischen der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht 200 und der hydrophoben Schicht 300 angeordnet, wodurch die hydrophobe Schicht 300 fest mit der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht 200 verbunden wird.
Man beziehe sich auf 6, die eine Schnittansicht der Verbindungs-Substratstruktur gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zeigt. Komponenten, die denen von 1 bis 5 ähneln, werden nicht weiter beschrieben. In einigen Ausführungsformen umfasst die Verbindungs-Substratstruktur 60 weiter eine Haftschicht 400, die zwischen dem transparenten Substrat 100 und dem Antireflex-Film 1010 angeordnet ist, wobei die erste Antireflex-Schicht 1011 benachbart zu der Haftschicht 400 angeordnet ist und die zweite Antireflex-Schicht 1014 benachbart zu der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht 200 angeordnet ist.
In einigen Ausführungsformen wird eine mittlere Schicht 500 (in 6 nicht gezeigt) selektiv zwischen der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht 200 und der hydrophoben Schicht 300 angeordnet, wodurch die hydrophobe Schicht 300 fest mit der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht 200 verbunden wird.
Man beziehe sich auf 7, die eine Schnittansicht eines Touchscreens zeigt, der die Verbindungs-Substratstruktur von 1 aufweist, gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Wie in 7 gezeigt ist, umfasst der Touchscreen 1 ein transparentes Substrat 100, das eine erste Seite 101 und eine zweite Seite 102 parallel zu der ersten Seite 101 aufweist. Das transparente Substrat 100 ist aus isolierenden und visuell transparenten Materialien hergestellt. Das transparente Substrat 100 ist aus einem Material ausgebildet, das Ethylen-Terephthalat, Polyether-Sulfon, Polyacrylat, Polyethylen-Naphthalat, Polyethylen-Terephthalat, Polyphenylensulfid, Polyarylat, Polycarbonat, Glas oder Ähnliches umfasst. Das transparente Substrat 100 ist eine steife Platte oder eine biegsame Platte. Das transparente Substrat 100 ist eine flache Tafel, eine gekrümmte Tafel oder eine Tafel in anderen Formen. In einigen Ausführungsformen ist das transparente Substrat 100, als ein spezielles Beispiel, eine flache Tafel.
Der Touchscreen 1 umfasst weiter eine Diamant-artige Kohlenstoffschicht 200, die auf dem transparenten Substrat 100 ausgebildet ist. Das Folgende beschreibt nur ein spezielles Beispiel der vorliegenden Ausführungsform, bei dem die Diamant-artige Kohlenstoffschicht 200 auf der ersten Seite 101 des transparenten Substrats 100 angeordnet ist. Es wird aus folgenden Gründen bevorzugt, dass die Diamant-artige Kohlenstoffschicht 200 auf der ersten Seite 101 angeordnet ist. Der Touchscreen 1 ist so konfiguriert, dass er in einer elektronischen Vorrichtung mit Berührungssteuerung eingesetzt werden kann (etwa einem Smartphone oder einem Tablet). Bei einem Touchscreen 1, der mit anderen Komponenten zusammengebaut ist, um eine elektronische Vorrichtung mit Berührungssteuerung auszubilden, muss die erste Seite 101 der transparenten Oberfläche 100, wo eine Berührung durch den Nutzer ausgeführt wird, um die elektronische Vorrichtung mit Berührungssteuerung zu bedienen, freiliegen, während die anderen Seiten des transparenten Substrats 100 durch die anderen Komponenten bedeckt sind. Wenn eine Berührung durch den Nutzer ausgeführt wird, kann eine externe Einwirkung zu Kratzern oder Vertiefungen auf der ersten Seite 101 führen. Die Diamant-artige Kohlenstoffschicht 200, die auf der ersten Seite 101 laminiert ist, ist so konfiguriert, dass sie die erste Seite 101 vor Kratzern oder Vertiefungen schützt. In einigen Ausführungsformen ist die Diamant-artige Kohlenstoffschicht 200 auf anderen Seiten des transparenten Substrats 100 laminiert. Die Diamant-artige Kohlenstoffschicht 200, die auf dem transparenten Substrat 100 angeordnet ist, ist beispielsweise unter der zweiten Seite 102 angeordnet, aber die vorliegende Offenbarung ist nicht darauf beschränkt.
Insbesondere ist die Diamant-artige Kohlenstoffschicht 200 des Touchscreens 1 so entworfen, dass sie die Anforderungen ihrer Aufbringung auf den Touchscreen erfüllt. Mindestens zwei Erwägungen werden hier vorgenommen:
Erstens kann die Diamant-artige Kohlenstoffschicht 200 Graphitstrukturen mit sp²-Bindungen und kubische Diamant-Strukturen mit sp³-Bindungen aufweisen. Die kubische Diamant-Struktur mit sp³-Bindungen weist eine bessere Härte, bessere Kratzfestigkeit und bessere Verschleißfestigkeit auf, während sie eine relativ hohe innere Spannung und schlechte Haftung mit dem transparenten Substrat 100 aufweist. Daher fördert das Verfahren zum Ausbilden einer Diamant-artigen Kohlenstoffschicht 200 auf dem transparenten Substrat 100 die Haftung der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht 200 mit Bezug auf das transparente Substrat 100. Die Dicke der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht 200, die auf dem transparenten Substrat 100 ausgebildet wird, wird beispielsweise verkleinert, um ihre innere Spannung zu verringern.
Zweitens hat, in Anbetracht der visuellen Transparenz der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht 200, die Graphitstruktur mit sp²-Bindungen einen größeren Einfluss auf die optischen Eigenschaften der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht 200 als die kubischen Diamant-Struktur mit sp³-Bindungen. Insbesondere ist die visuelle Transparenz der Diamantartigen Kohlenstoffschicht 200 umso schlechter, je mehr Graphitstrukturen mit sp²-Bindungen in der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht 200 enthalten sind. Je weniger Graphitstrukturen mit sp²-Bindungen in der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht 200 enthalten sind, desto besser ist die visuelle Transparenz der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht 200.
Um die Haftung und die visuelle Transparenz der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht 200 zu optimieren, wird es daher vorgezogen, dass die Diamant-artige Kohlenstoffschicht 200 eine Dicke aufweist, die kleiner oder gleich 15 Nanometer ist, und einen Gehaltsanteil von sp³-Bindungen aufweist, der größer oder gleich etwa 15 % ist. Der Gehaltsanteil von sp³-Bindungen der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht 200 beträgt, als ein spezielles Beispiel, etwa 30 % oder etwa 50 %, je nach den Anforderungen.
In einigen Ausführungsformen wird die Diamant-artige Kohlenstoffschicht 200 gemäß der vorliegenden Offenbarung auf der Oberfläche des transparenten Substrats 100 durch Sputtern ausgebildet. Der Gehaltsanteil der sp³-Bindungen in der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht 200 wird eingestellt, indem die Flussrate von Wasserstoff und die Dissoziationsenergie gesteuert werden. Die Diamant-artige Kohlenstoffschicht 200, die durch Sputtern ausgebildet wird, kann einen Gehaltsanteil von sp³-Bindungen aufweisen, der größer oder gleich 15 % ist, wenn die Flussrate von Wasserstoff so gesteuert wird, dass sie größer als 12 sccm (Standard-Kubikzentimeter pro Minute) ist, und die Dissoziationsenergie so gesteuert wird, dass sie 100 bis 700 eV (Elektronenvolt) beträgt.
Es lohnt sich zu erwähnen, dass es zusätzlich zu der visuellen Transparenz und der Haftung, gemäß der vorliegenden Offenbarung, weitere Erwägungen gibt, die sich auf die visuellen Auswirkungen des Touchscreens 1 beziehen.
Die visuellen Auswirkungen des Touchscreens 1 sind zumindest mit der Dicke der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht 200 verbunden. Experimentelle Ergebnisse zeigen, dass je größer die Dicke der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht 200 des Touchscreens 1 ist, desto schlechter die visuelle Transparenz des Touchscreens 1 ist und desto deutlicher das Erscheinen von gelber Farbe, was in der Branche als Vergilbungsphänomen bekannt ist. Das Vergilbungsphänomen kann durch das bloße Auge erkannt werden, wenn die Dicke der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht 200 auf mehr als etwa 10 Nanometer erhöht wird. Das Vergilbungsphänomen ist so schwerwiegend, dass die visuellen Auswirkungen des Touchscreens 1 beeinflusst werden, wenn die Dicke der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht 200 auf mehr als etwa 15 Nanometer erhöht wird.
Daher weist, unter Berücksichtigung der visuellen Transparenz, der Haftung und des Vergilbungsphänomens, in einigen Ausführungsformen die Diamant-artige Kohlenstoffschicht 200 eine bevorzugte Dicke von weniger als etwa 10 Nanometer auf. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Diamant-artige Kohlenstoffschicht 200 eine Dicke im Bereich von etwa 2 Nanometer bis etwa 5 Nanometer haben, was zu einer Transparenz des Touchscreens 1 von mehr als etwa 89 % führt und was die Optimierung der visuellen Auswirkungen und der Hafteigenschaften des Touchscreens 1 ermöglicht. Transparenz wird hier und im Folgenden als die Lichtmenge beschrieben, die durchgeleitet wird, geteilt durch die Menge des einfallenden Lichts mal 100 %, wobei die Wellenlänge des einfallenden Lichts etwa 550 Nanometer beträgt.
Der Touchscreen 1 umfasst weiter eine hydrophobe Schicht 300, die auf einer dem transparenten Substrat 100 abgewandten Seite der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht 200 angeordnet ist. Eine Oberfläche der der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht 200 abgewandten hydrophoben Schicht 300 weist einen Kontaktwinkel von mehr als 110 Grad auf. Daher kann, auf der Seite der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht 200 abgewandten Seite die gesamte Oberfläche der hydrophoben Schicht 300 eine bevorzugte hydrophobe Eigenschaft aufweisen. (Experimentelle Ergebnisse zeigen, dass wenn der Kontaktwinkel der Oberfläche eines Objekts größer als 90 Grad ist, die Oberfläche des Objekts anscheinend eine große Menge an Flüssigkeit abweist, d.h. dass die Flüssigkeit das Objekt nicht leicht benetzt und sich leicht auf seiner Oberfläche bewegt.) Das Material der hydrophoben Schicht 300 ist aus einer Menge ausgewählt, die aus Fluor, Stickstoff oder Sauerstoff und Mischungen daraus besteht, um die Hydrophobie der des Touchscreens 1 zu verbessern.
Das Folgende beschreibt einen ersten Kratzfestigkeits- und Verschleißfestigkeits-Test, der auf den Touchscreen 1, der die hydrophobe Schicht 300 aufweist, bzw. einen Touchscreen ohne eine hydrophobe Schicht 300 angewendet wird.
Bedingungen des Experiments:
Man verwende einen 2 cm x 2 cm-Reibungskopf, der mit einer ultrafeinen Stahlwolle unter einer Belastung von 70 N zum Testen umwickelt ist.
Ergebnisse des Experiments:
Nachdem das Kratzen 6000-mal angewendet wurde, weist der Touchscreen ohne eine hydrophobe Schicht 300 starken Abrieb auf.
Nachdem das Kratzen 8000-mal angewendet wurde, weist das transparente Substrat 100 starken Abrieb auf und der Kontaktwinkel der hydrophoben Schicht 300 verbleibt bei mehr als 90 Grad, so dass er eine bevorzugte hydrophobe Eigenschaft zeigt.
Die experimentellen Ergebnisse zeigen Folgendes:
Der Touchscreen 1, der eine hydrophobe Schicht 300 aufweist, hat einen Flächenreibungskoeffizienten, der kleiner ist als der des Touchscreens ohne eine hydrophobe Schicht 300. Die Kratzfestigkeit und die Verschleißfestigkeit des Touchscreens sind mit dem Flächenreibungskoeffizienten verbunden. Je größer insbesondere der Flächenreibungskoeffizient des Touchscreens ist, desto schlechter ist die Kratzfestigkeit und die Verschleißfestigkeit; je kleiner der Flächenreibungskoeffizient des Touchscreens ist, desto besser ist die Kratzfestigkeit und die Verschleißfestigkeit.
Somit verbessert die hydrophobe Schicht 300 die Hydrophobie des Touchscreens 1, was verhindert, dass die Oberfläche des Touchscreens 1 Öl oder Wasser anzieht. Zusätzlich weist der Touchscreen 1, der die hydrophobe Schicht 300 aufweist, einen kleineren Flächenreibungskoeffizienten auf, was zu weniger Kratzern und weniger Verschleiß führt, wenn der Touchscreen einem externen Kratzeinfluss ausgesetzt wird.
Je größer der Gehaltsanteil von hydrophoben Atomen in der hydrophoben Schicht 300 ist, desto besser ist die Hydrophobie der hydrophoben Atome in der hydrophoben Schicht 300 und desto kleiner ist der Flächenreibungskoeffizient. Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung weist die hydrophobe Schicht 300 einen Gehaltsanteil von hydrophoben Atomen (etwa Fluor) von mehr als etwa 50 % auf.
Darüber hinaus wurde in dem tatsächlichen Herstellungsverfahren herausgefunden, dass der Flächenreibungskoeffizient der hydrophoben Schicht 300 mit einem Verhältnis von Kohlenstoff-Fluor-Bindungen zu Silizium-Sauerstoff-Bindungen darin verbunden ist.
Das Folgende beschreibt einen zweiten Kratzfestigkeits- und Verschleißfestigkeits-Test, der auf den Touchscreen 1 angewendet wird, der die hydrophobe Schicht 300 aufweist, mit verschiedenen Verhältnissen von Kohlenstoff-Fluor-Bindungen zu Silizium-Sauerstoff-Bindungen darin.
Bedingungen des Experiments:
Man ordne ein staubfreies Klasse-100-Tuch auf dem Touchscreens 30 an und ordne daraufhin ein Gewicht von 200 Gramm auf dem staubfreien Tuch an. Man wende den Kratzfestigkeits- und Verschleißfestigkeits-Test mit einer Geschwindigkeit von 100 mm/Min auf den Touchscreen 1 an.
Experimentelle Ergebnisse:
der Touchscreen 1 mit einem Verhältnis von Kohlenstoff-Fluor-Bindungen zu Silizium-Sauerstoff-Bindungen von 50:1 oder mehr in der hydrophoben Schicht 300 hat einen Haftreibungskoeffizienten von etwa 0,1 oder weniger. Die Oberfläche der hydrophoben Schicht 300 weist eine bevorzugte Glätte auf und ihre Kratzfestigkeit und Verschleißfestigkeit werden verbessert.
Die experimentellen Ergebnisse zeigen Folgendes:
Die hydrophobe Schicht 300 verbessert die Oberflächenglätte des Touchscreens, was die Kratzfestigkeit und die Verschleißfestigkeit des Touchscreens verbessert, der einem externen Kratzeinfluss ausgesetzt wird.
In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann die hydrophobe Schicht 300 durch ein Aushärteverfahren oder Ähnliches kristallin werden. In der hydrophoben Schicht 300, die durch ein Aushärteverfahren ausgebildet wird, werden Moleküle in einer stark geordneten mikroskopischen Struktur angeordnet, so dass die hydrophobe Schicht 300 eine bevorzugte Dichte aufweisen kann. Die größere Dichte der hydrophoben Schicht 300 führt dazu, dass der Reibungskoeffizient der hydrophoben Schicht 300 stabiler und auf einem niedrigen Wert bleibt. Der Touchscreen 1 mit der hydrophoben Schicht 300, die einen Kristallanteil von mehr als 50 % aufweist, kann eine wesentlich verbesserte Kratzfestigkeit und Verschleißfestigkeit haben.
Je größer darüber hinaus die Dicke der hydrophoben Schicht 300 ist, desto schlechter ihre visuelle Transparenz. Um die Hydrophobie und die visuelle Transparenz zu optimieren, wird bevorzugt, dass die hydrophobe Schicht 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Dicke hat, die zwischen etwa 5 Nanometer und etwa 30 Nanometer liegt.
Das Folgende beschreibt andere Ausführungsformen der Verbindungs-Substratstrukturen gemäß der vorliegenden Offenbarung. Die Verbindungs-Substratstruktur 20, die Verbindungs-Substratstruktur 30 und die Verbindungs-Substratstruktur 40 können alle in dem Touchscreen 1 eingesetzt werden, so dass die Kratzfestigkeit oder die Verschleißfestigkeit des Touchscreens 1 verbessert wird und seine optischen Wirkungen optimiert werden. Komponenten und Teile, die denen von 1 bis 6 ähneln, werden nicht weiter beschrieben.
8 zeigt eine Schnittansicht des Touchscreens, der die Verbindungs-Substratstruktur von 1 aufweist, in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Der Touchscreen 2 umfasst eine Berührungssteuereinheit 11 und die Berührungssteuereinheit 11 umfasst eine Elektrodenschicht zur Berührungserfassung 600, die auf der zweiten Seite 102 des transparenten Substrats 100 angeordnet ist. Die Elektrodenschicht zur Berührungserfassung 600 ist so konfiguriert, dass sie den Betrieb der Berührungssteuerung durch den Nutzer vereinfacht. Die Elektrodenschicht zur Berührungserfassung 600 ist aus visuell transparenten leitenden Materialien ausgebildet, etwa Indium-Zinnoxid (ITO), Indium-Zinkoxid (IZO), Kadmium-Zinnoxid (CTO), Aluminium-Zinkoxid (AZO), Indium-Zinn-Zinkoxid (ITZO), Zinkoxid, Kadmiumoxid (CdO), Hafniumoxid (HfO), Indium-Gallium-Zinkoxid (InGaZnO), Indium-Gallium-Zink-Magnesiumoxid (InGaZnMgO), Indium-Gallium-Magnesiumoxid (InGaMgO), Indium-Gallium-Aluminiumoxid (InGaAlO), Silber-Nanodrähten, Kohlenstoff-Nanoröhrchen, Graphen und Ähnlichem.
Die Elektrodenschicht zur Berührungserfassung 600 ist mit mehreren Erste-Achse-Elektroden (in den Figuren nicht gezeigt) und mehreren Zweite-Achse-Elektroden ausgebildet. In einer oder mehreren Ausführungsformen sind die Erste-Achse-Elektroden und die Zweite-Achse-Elektroden beide auf der zweiten Seite 102 des transparenten Substrats 100 angeordnet.
9 zeigt eine Schnittansicht des Touchscreens, der die Verbindungs-Substratstruktur von 1 aufweist, in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. In einigen Ausführungsformen umfasst die Berührungssteuereinheit 11 des Touchscreens 3 ein erstes tragendes Substrat 700, das unter dem transparenten Substrat 100 angeordnet ist. Die Elektrodenschicht zur Berührungserfassung 600 ist auf dem ersten tragenden Substrat 700 angeordnet. Die Elektrodenschicht zur Berührungserfassung 600 ist mit mehreren Erste-Achse-Elektroden (in den Figuren nicht gezeigt) und mehreren Zweite-Achse-Elektroden ausgebildet. In einigen Ausführungsformen sind sowohl die Erste-Achse-Elektroden als auch die Zweite-Achse-Elektroden auf der gleichen Seite des ersten tragenden Substrats 700 angeordnet. In einigen Ausführungsformen sind die Erste-Achse-Elektroden auf einer unteren Seite des ersten tragenden Substrats 700 angeordnet und die Zweite-Achse-Elektroden sind auf einer oberen Seite des ersten tragenden Substrats 700 angeordnet oder umgekehrt. In einigen Ausführungsformen sind die Erste-Achse-Elektroden auf der zweiten Seite 102 des transparenten Substrats 100 angeordnet und die Zweite-Achse-Elektroden sind auf einer Seite parallel zu der zweiten Seite 102 des transparenten Substrats 100 angeordnet.
10 zeigt eine Schnittansicht des Touchscreens, der die Verbindungs-Substratstruktur von 1 aufweist, in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. In einigen Ausführungsformen umfasst der Touchscreen 4 weiter ein zweites tragendes Substrat 800 und ein drittes tragendes Substrat 900. Das zweite tragende Substrat 800 ist unter dem transparenten Substrat 100 angeordnet und das dritte tragende Substrat 900 ist unter dem zweiten tragenden Substrat 800 angeordnet. Die Erste-Achse-Elektroden (oder die Zweite-Achse-Elektroden) der Elektrodenschicht zur Berührungserfassung 600 sind auf der unteren Seite (oder der oberen Seite) des zweiten tragenden Substrats 800 angeordnet, während die Zweite-Achse-Elektroden (oder die Erste-Achse-Elektroden) der Elektrodenschicht zur Berührungserfassung 600 auf einer Seite parallel zu der unteren Seite (oder der oberen Seite) des zweiten tragenden Substrats 800 angeordnet sind.
Das erste tragende Substrat 700, das zweite tragende Substrat 800 und das dritte tragende Substrat 900 sind jeweils aus isolierenden und visuell transparenten Materialien ausgebildet und sind aus einem Material ausgebildet, das Ethylen-Terephthalat, Polyether-Sulfon, Polyacrylat, Polyethylen-Naphthalat, Polyethylen-Terephthalat, Polyphenylensulfid, Polyarylat, Polycarbonat, Glas oder Ähnliches umfasst. Zusätzlich sind das erste tragende Substrat 700, das zweite tragende Substrat 800 und das dritte tragende Substrat 900 jeweils eine flache Tafel, eine gekrümmte Tafel oder eine Tafel in anderen Formen.
Gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind eine Verbindungs-Substratstruktur und ein Touchscreen, der die Verbindungs-Substratstruktur aufweist, vorgesehen, wobei die Kratzfestigkeit und die Verschleißfestigkeit des transparenten Substrats verbessert werden. Darüber hinaus kann der vorgesehene Touchscreen, der die Verbindungs-Substratstruktur aufweist, einen bevorzugten Widerstand gegen Abrieb, eine bevorzugte Transparenz und visuelle Wirkung aufweisen.
Die Verbindungs-Substratstruktur gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist nicht auf das Betreiben als eine Berührungsfläche eines Touchscreens eingeschränkt und ist auch auf verschiedene andere Produkte gut anwendbar. Die Verbindungs-Substratstruktur wird beispielsweise als eine verschleißfeste Oberfläche von anderen optischen Vorrichtungen verwendet, etwa einer Frontlinse einer Kamera.
Des Weiteren wird, wenn das Produkt keine Transparenz erfordert, anstatt des transparenten Substrats eine Metallplatte oder eine opake Plastikplatte an der Verbindungs-Substratstruktur der vorliegenden Offenbarung befestigt und als verschleißfeste Oberfläche des Gehäuses von verschiedenen Produkten verwendet, etwa eines seitlichen Gehäuses oder einer Rückwand eines Mobiltelefons, eines äußeren Gehäuses von Computern, Kameras oder Haushaltsgeräten, je nach den Anforderungen.
Die oben angegebenen Beschreibungen bieten einfach die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung; die Charakteristika der vorliegenden Offenbarung sind jedoch in keiner Weise darauf beschränkt. Alle Änderungen, Abwandlungen oder Modifikationen, die von einem Fachmann leicht erwogen werden, werden als im Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung enthalten angesehen, wie er durch die folgenden Ansprüche eingegrenzt ist.

Claims

Verbindungs-Substratstruktur (10), die Folgendes umfasst: ein transparentes Substrat (100); eine hydrophobe Schicht (300), die auf dem transparenten Substrat (100) angeordnet ist; und eine Diamant-artige Kohlenstoffschicht (200), die zwischen dem transparenten Substrat (100) und der hydrophoben Schicht (300) angeordnet ist; wobei die hydrophobe Schicht (300) ein Verhältnis von Kohlenstoff-Fluor-Bindungen zu Silizium-Sauerstoff-Bindungen von 50:1 oder mehr aufweist, so dass die hydrophobe Schicht (300) einen Haftreibungskoeffizient von etwa 0,1 oder weniger aufweist.
Verbindungs-Substratstruktur nach Anspruch 1, wobei ein Gehaltsanteil der hydrophoben Atome in der hydrophoben Schicht (300) größer als etwa 50 % ist und/oder wobei die hydrophobe Schicht (300) kristallin ist und die hydrophobe Schicht (300) einen Kristallanteil von mehr als etwa 50% aufweist und/oder wobei eine Oberfläche der hydrophoben Schicht (300) gegenüber der Oberfläche der hydrophoben Schicht (300), die der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht (200) gegenüberliegt, einen Kontaktwinkel von mehr als 110 Grad aufweist.
Verbindungs-Substratstruktur nach Anspruch 1 oder 2, wobei die hydrophobe Schicht (300) vorzugsweise eine Dicke im Bereich von etwa 5 Nanometer bis etwa 30 Nanometer aufweist und/oder wobei die hydrophobe Schicht (300) einen Gleitreibungskoeffizienten von 0,1 oder weniger mit Bezug auf ein staubfreies Tuch aufweist.
Verbindungs-Substratstruktur nach einem der vorangegangen Ansprüche, wobei die Diamant-artige Kohlenstoffschicht (200) eine Dicke von etwa 10 Nanometer oder weniger aufweist und vorzugsweise eine Dicke im Bereich von etwa 2 Nanometer bis etwa 5 Nanometer aufweist und/oder wobei die Diamant-artige Kohlenstoffschicht (200) einen Gehaltsanteil von sp^3- Bindungen von etwa 15 % oder mehr aufweist.
Verbindungs-Substratstruktur nach einem der vorangegangen Ansprüche, die weiter eine Haftschicht (400) umfasst, wobei die Haftschicht (400) zwischen dem transparenten Substrat (100) und der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht (200) angeordnet ist und die Haftschicht (400) ein Silizium-basiertes Material umfasst, wobei die Haftschicht (400) vorzugsweise eine Siliziumdioxid-Schicht ist und/oder wobei die Haftschicht (400) vorzugsweise eine Dicke im Bereich von etwa 5 Nanometer bis etwa 10 Nanometer aufweist.
Verbindungs-Substratstruktur nach einem der vorangegangen Ansprüche, die weiter eine mittlere Schicht (500) umfasst, die zwischen der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht (200) und der hydrophoben Schicht (300) angeordnet ist, wobei die mittlere Schicht (500) vorzugsweise aus einem Silizium-Kohlenstoffbasierten Material ausgebildet ist, wobei die mittlere Schicht (500) vorzugsweise einen Gehaltsanteil von Silizium-Atomen im Bereich von etwa 10 % bis etwa 20 % aufweist und die mittlere Schicht (500) vorzugsweise einen Gehaltsanteil von Kohlenstoff-Atomen im Bereich von etwa 80 % bis etwa 90 % aufweist.
Verbindungs-Substratstruktur nach einem der vorangegangen Ansprüche, die weiter einen Antireflex-Film (1010) umfasst, der zwischen dem transparenten Substrat (100) und der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht (200) angeordnet ist, wobei der Antireflex-Film (1010) vorzugsweise mehrere erste Antireflex-Schichten (1011, 1013) und mehrere zweite Antireflex-Schichten (1012, 1014) umfasst, wobei die Anzahl der ersten Antireflex-Schichten (1011,1013) der Anzahl der zweiten Antireflex-Schichten (1012, 1014) entspricht und die ersten Antireflex-Schichten (1011, 1013) und die zweiten Antireflex-Schichten (1012, 1014) abwechselnd laminiert sind.
Verbindungs-Substratstruktur nach Anspruch 7, wobei die zweiten Antireflex-Schichten (1012, 1014) jeweils einen Brechungsindex haben, der kleiner als der jeder der ersten Antireflex-Schichten (1011, 1013) ist.
Verbindungs-Substratstruktur nach Anspruch 8, wobei die erste Antireflex-Schichten (1011, 1013) jeweils einen Brechungsindex von mehr als etwa 1,6 haben und die zweiten Antireflex-Schichten (1012, 1014) jeweils einen Brechungsindex von weniger als etwa 1,55 haben und/oder wobei eine der ersten Antireflex-Schichten (1011, 1013) benachbart zu dem transparenten Substrat (100) angeordnet ist und eine der zweiten Antireflex-Schichten (1012, 1014) benachbart zu der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht (200) angeordnet ist.
Verbindungs-Substratstruktur nach Anspruch 8, die weiter eine Haftschicht (400) umfasst, die zwischen dem transparenten Substrat (100) und dem Antireflex-Film (1010) angeordnet ist, wobei eine der ersten Antireflex-Schichten (1011, 1013) benachbart zu der Haftschicht (400) angeordnet ist und eine der zweiten Antireflex-Schichten (1012, 1014) benachbart zu der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht (200) angeordnet ist und/oder die weiter eine mittlere Schicht (500) umfasst, die zwischen der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht (200) und der hydrophoben Schicht (300) angeordnet ist und/oder wobei die ersten Antireflex-Schichten (1011, 1013) jeweils hauptsächlich aus Niobiumoxid, Titanoxid (TiO₂, Ti₃O₅, Ti₂O₃), Zirkoniumoxid, Aluminiumoxid (Al₂O₃), Siliziumoxinitrid oder Siliziumnitrid ausgebildet sind und die zweiten Antireflex-Schichten (1012, 1014) jeweils hauptsächlich aus Siliziumoxid oder Magnesiumfluorid ausgebildet sind.
Verbindungs-Substratstruktur nach einem der vorangegangen Ansprüche, wobei das transparente Substrat (100) aus einem Material ausgebildet ist, das Ethylen-Terephthalat, Polyether-Sulfon, Polyacrylat, Polyethylen-Naphthalat, Polyethylen-Terephthalat, Polyphenylensulfid, Polyarylat, Polycarbonat oder Glas umfasst.
Touchscreen, der eine Verbindungs-Substratstruktur aufweist, die Folgendes umfasst: ein transparentes Substrat (100), das eine erste Seite und eine zweite Seite parallel zu der ersten Seite aufweist; eine Diamant-artige Kohlenstoffschicht (200), die auf dem transparenten Substrat (100) angeordnet ist und auf der ersten Seite angeordnet ist; eine hydrophobe Schicht (300), die auf einer Seite der Diamant-artigen Kohlenstoffschicht (200) gegenüber dem transparenten Substrat (100) angeordnet ist; und eine Berührungssteuereinheit (11), die unter der zweiten Seite des transparenten Substrats (100) angeordnet ist; wobei die die hydrophobe Schicht (300) ein Verhältnis von Kohlenstoff-Fluor-Bindungen zu Silizium-Sauerstoff-Bindungen von 50:1 oder mehr aufweist, so dass die hydrophobe Schicht (300) einen Gleitreibungskoeffizienten von 0,1 oder weniger mit Bezug auf ein staubfreies Tuch aufweist.
Touchscreen nach Anspruch 12, wobei die Verbindungs-Substratstruktur eine Struktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 ist.
Touchscreen nach Anspruch 13, wobei die Berührungssteuereinheit (11) eine Elektrodenschicht zur Berührungserfassung (600) umfasst, die auf der zweiten Seite des transparenten Substrats (100) angeordnet ist und/oder wobei die Berührungssteuereinheit (11) ein erstes tragendes Substrat (700) umfasst, das unter der zweiten Seite des transparenten Substrats (100) angeordnet ist, wobei die Berührungssteuereinheit (11) vorzugsweise eine Elektrodenschicht zur Berührungserfassung (600) umfasst, die auf dem ersten tragenden Substrat (100) angeordnet ist und/oder wobei das erste tragende Substrat (100) aus einem Material ausgebildet, das Ethylen-Terephthalat, Polyether-Sulfon, Polyacrylat, Polyethylen-Naphthalat, Polyethylen-Terephthalat, Polyphenylensulfid, Polyarylat, Polycarbonat oder Glas umfasst.
Touchscreen nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei das transparente Substrat (100) aus einem Material ausgebildet ist, das Ethylen-Terephthalat, Polyether-Sulfon, Polyacrylat, Polyethylen-Naphthalat, Polyethylen-Terephthalat, Polyphenylensulfid, Polyarylat, Polycarbonat oder Glas umfasst und/oder wobei die Berührungssteuereinheit (11) ein zweites tragendes Substrat (800) und ein drittes tragendes Substrat (900) umfasst, wobei das zweite tragende Substrat (800) unter der zweiten Seite des transparenten Substrats (100) angeordnet ist und das dritte tragende Substrat (900) unter dem zweiten tragenden Substrat (800) angeordnet ist.