EA021104B1

EA021104B1 - Дисплейное сенсорное стекло

Info

Publication number: EA021104B1
Application number: EA201200613A
Authority: EA
Inventors: Сергей Павлович МАРЫШЕВ; Владимир Яковлевич ШИРИПОВ; Евгений Александрович ХОХЛОВ; Син Люнь Лин
Original assignee: Сергей Павлович МАРЫШЕВ; Владимир Яковлевич ШИРИПОВ; Евгений Александрович ХОХЛОВ; Син Люнь Лин
Priority date: 2012-03-27
Filing date: 2012-03-27
Publication date: 2015-04-30
Also published as: EA201200613A1

Abstract

Изобретение относится к сенсорным дисплеям с интерферометрическими тонкими пленками, которые могут быть использованы в качестве цветных и черных масок и которые имеют диэлектрические свойства. Задачей настоящего изобретения является создание сенсорного дисплейного стекла с покрытием - черной маской, которое обладает сопротивлением более 200 МОм и при этом обеспечивает в видимом спектре глубокий черный цвет. При желании можно выполнить маску с любым заданным цветом. Поставленная задача решается тем, что маска выполнена многослойной из диэлектрического непрозрачного светопоглощающего слоя и контактирующих с ним прозрачных нанослоев с различными коэффициентами преломления из оксидов и нитридов металлов и полупроводников. Поставленная задача для известного покрытия для светонепроницаемой диэлектрической маски для дисплейного сенсорного стекла, покрытие включает слой диэлектрического непрозрачного и поглощающего в видимой части спектра слоя и контактирующих с ним прозрачных в видимой части спектра диэлектрических нанослоев из полупроводников, а также оксидов и нитридов металлов и полупроводников с различными коэффициентами оптического преломления, при этом последовательность и оптические толщины слоев определяют видимый цвет маски. Имеются и другие отличия от прототипа. Выполнение маски по изобретению позволяет получить непрозрачное плотное температуростойкое покрытие с высоким коэффициентом электрического сопротивления и заранее заданным цветом в промышленных условиях. Разработана технологическая документация и разработана методика формирования комплекса нанослоев с заданными цветовыми

Description

Изобретение относится к сенсорным дисплеям с интерферометрическими тонкими пленками, которые могут быть использованы в качестве цветных и черных масок и которые имеют диэлектрические свойства.

Известно устройство черной маски [1], имеющее первый, второй и третий слои в последовательности, первый слой с первым коэффициентом поглощения для уменьшения коэффициента преломления, второй слой с вторым коэффициентом поглощения для уменьшения коэффициента преломления, третий слой с третьим коэффициентом поглощения для уменьшения коэффициента преломления, в которых первый коэффициент поглощения для уменьшения коэффициента преломления выполнен меньшим, чем второй коэффициент поглощения, и второй коэффициент поглощения выполнен меньшим, чем третий коэффициент поглощения и в котором первый слой контактирует со вторым слоем и второй слой контактирует с третьим.

В этом же источнике описан способ изготовления черной маски, включающий размещение диэлектрического слоя на подложке, размещение поглощающего слоя на диэлектрическом слое, размещение отражающего слоя на поглощающем слое и нанесение узора рассеивающего и поглощающего слоев в едином процессе.

Известны также жидкокристаллические дисплеи [2], включающие цветной фильтр, расположенный с противоположной стороны жидкокристаллического слоя. Цветовой фильтр имеет цветную смолу, разделенную черной маской, имеющей множество отверстий, и видимость жидкокристаллического дисплея зависит от характеристик черной маски.

В цветовых фильтрах для использования в жидкокристаллических дисплеях требуется уменьшения оптического отражения поверхности черной маски в области длины волны в видимом диапазоне для того, чтобы улучшить видимость панели таким образом, чтобы она всегда была черной.

Черная маска, описанная в японской заявке [3], сконструирована так, что все слои содержат один и тот же вид металла. Это означает, что первая противоотражающая пленка состоит из хромового соединения и вторая противоотражающая пленка состоит из хромового соединения и экранная пленка состоит из хрома, при этом все пленки должны быть успешно сформированы. В частности, первая противоотражающая пленка состоит из хромового соединения, содержащего Сг, О, N и С. Вторая противоотражающая пленка состоит из хромового соединения, содержащего Сг, Ν, О и С, и экранная пленка, содержащая хром, содержит только металл. Однако длина волны зависит от отражающей способности поверхности черной маски, остается достаточно большой и отражающая способность существенно не уменьшается.

В качестве прототипа выбрано устройство с черной маской и способ ее изготовления [4]. Тонкая черная маска создана в одном процессе. Диэлектрический слой размещен на подложке. Поглощающий слой размещен над диэлектрическим слоем и отражающим слоем. Поглощающий и отражающий слои нанесены в едином масочном процессе. При этом диэлектрический слой имеет коэффициент ослабления в диапазоне от 0 до 0,1, а коэффициент преломления от 1 до 3. Поглощающий слой имеет коэффициент ослабления в диапазоне от 1 до 4, а коэффициент преломления от 1 до 5. Устройство черной маски включает первый, второй и третий слои, расположенные подряд, при этом первый слой с первым отношением коэффициента поглощения к коэффициенту преломления в диапазоне длин волн меньше, чем отношение коэффициента поглощения к коэффициенту преломления в диапазоне длин волн во втором слое, и меньше, чем отношение коэффициента поглощения к коэффициенту преломления в диапазоне длин волн в третьем слое.

Недостатком прототипа является недостаточно высокое электрическое сопротивление слоев и сложность изготовления черной маски, как непрозрачного экрана для сокрытия печатного монтажа.

Задачей настоящего изобретения является создание сенсорного дисплейного стекла с покрытием черной маской, которое обладает сопротивлением более 200 МОм, и при этом обеспечивает в видимом спектре глубокий черный цвет. При желании можно выполнить маску с любым заданным цветом.

Поставленная задача решается тем, что в известном дисплейном сенсорном стекле, содержащем окно для зоны индикации с нанесенной тонкой сенсорной пленкой, и расположенной по контуру стекла в зоне электрических проводников непрозрачной диэлектрической маски, согласно изобретению маска выполнена многослойной из диэлектрического непрозрачного светопоглощающего слоя и контактирующих с ним прозрачных нанослоев с различными коэффициентами преломления из оксидов и нитридов металлов и полупроводников.

Поставленная задача для известного покрытия для светонепроницаемой диэлектрической маски для дисплейного сенсорного стекла, выполненного в виде многослойной тонкопленочной структуры, согласно изобретению покрытие включает слой диэлектрического непрозрачного и поглощающего в видимой части спектра слоя и контактирующих с ним прозрачных в видимой части спектра диэлектрических нанослоев из полупроводников, а также оксидов и нитридов металлов и полупроводников с различными коэффициентами оптического преломления, при этом последовательность и оптические толщины слоев определяют видимый цвет маски.

Поставленная задача решается также и тем, что диэлектрический, непрозрачный, светопоглощающий слой выполняют из нитрида германия толщиной не менее 200 нм, а прозрачные нанослои выполняют из полупроводников, а также из оксидов и нитридов металлов и полупроводников, при этом оксиды и

- 1 021104 нитриды выбирают из ряда Τι, Та, N6, Ζτ, А1, δί, Се.

Поставленная задача решается также и тем, что первый к подложке диэлектрический оптически прозрачный слой выполнен из оксида N6, а последний из оптически поглощающего нитрида германия, а между слоями оксида ниобия размещен слой германия, причем цвет покрытия в видимом диапазоне длин волн определяется толщиной слоев оксида ниобия и германия, а оптическая плотность толщиной нитрида германия.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе формирование нанослоев производят ионно-лучевым и магнетронным распылением.

Поставленная задача решается также и тем, что перед процессом нанесения первого слоя покрытия проводят ионную очистку поверхности подложки.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 схематически изображена последовательность слоев в черной маске, нанесенной на сенсорное дисплейное стекло.

На фиг. 2 показаны спектры пропускания пленки СеN различной толщины, напыленной методом ионно-лучевого (ΙΒδδ) и магнетронного (Мад) напыления.

На фиг. 3 - схема защитного покрытия на стекле, дающего глубокий черный цвет.

На фиг. 4 - график коэффициента отражения комплекса нанослоев в зависимости от длины волны видимого света.

На фиг. 5 - схема защитного покрытия на стекле, дающего золотой цвет.

На фиг. 6 - график коэффициента отражения комплекса нанослоев для золотого цвета в зависимости от длины волны видимого света.

На фиг. 7 - схема защитного покрытия на стекле, дающего глубокий синий цвет.

На фиг. 8 - график коэффициента отражения комплекса нанослоев для синего в зависимости от длины волны видимого света.

На фиг. 9 - схема защитного покрытия на стекле, дающего глубокий зеленый цвет.

На фиг. 10 - график коэффициента отражения комплекса нанослоев для зеленого цвета в зависимости от длины волны видимого света.

На фиг. 11 - схема защитного покрытия на стекле, дающего глубокий фиолетовый цвет.

На фиг. 12 - график коэффициента отражения комплекса нанослоев для фиолетового цвета в зависимости от длины волны видимого света.

На фиг. 13 - схема защитного покрытия на стекле, дающего глубокий пурпурный цвет.

На фиг. 14 - график коэффициента отражения комплекса нанослоев для пурпурного цвета в зависимости от длины волны видимого света.

Дисплейное сенсорное стекло состоит из подложки, выполненной из химически закаленного стекла 1, защитной маски 2, выполненной в виде совокупности нанослоев с заданными оптическими свойствами и высоким электрическим сопротивлением, сенсорной тонкой пленки 3 и металлических дорожек 4 для электрического подключения сенсорной пленки.

Из графиков фиг. 2 видно, что при достижении толщины пленки СеN в 200 нм интегральный коэффициент пропускания всей структуры не превышает 0,5%, в то время как при толщине пленки в 100 нм величина этого коэффициента увеличивается до 4,5%.

Примеры конкретного выполнения

Покрытие маски выполняют следующим способом.

Подложки дисплейных стекол помещают в камеру вакуумной установки. Воздух из камеры откачивают вакуумными насосами до остаточного давления 5х10^-4 Па. После этого в камеру подают кислород и устанавливают рабочее давление 0,04 Па. На анод ионного источника подают положительный потенциал 2 кВ, формируют ионный пучок с током 40-50 тА и проводят обработку поверхности подложек в течение 5 мин. Экспозицию обработки и энергию ионного пучка подбирают из условия обеспечения максимальной адгезии пленочной структуры к химически закаленному стеклу.

Первый слой - пленку ΝΒ₂Ο₅ формируют путем реактивного ионно-лучевого распыления металлической мишени N в смеси газов аргон - кислород в соотношении 2:1. Рабочее давление при этом составляет 0,08-0,1 Па, напряжение на аноде ионного источника 3,8 кВ, ток ионного пучка 150-200 тА. Пленку ΝΒ₂Ο₅ наносят до толщины 47 нм, при этом контроль скорости нанесения и толщины осуществляют при помощи микропроцессорной системы кварцевого контроля с датчиками фирмы 1ийсои с точностью ± 1 А.

Второй слой - пленку Се формируют путем ионно-лучевого распыления полупроводниковой мишени Се в рабочем газе аргоне. Рабочее давление при этом составляет 0,09-0,12 Па, напряжение на аноде ионного источника 3,8кВ, ток ионного пучка 180-220 тА. Толщина нанослоя Се составляет 8 нм и контролируется системой кварцевого контроля.

Третий слой - пленку Ν6₂Ο₅ формируют в технологических режимах, аналогичных режимам формирования первого слоя Ν6₂Ο₅, но толщина ее составляет 17 нм.

Четвертый слой - пленку СеН, формируют путем ионно-лучевого распыления полупроводниковой мишени Се в смеси газов аргон - азот в соотношении 1:1. Рабочее давление при этом составляет 0,07- 2 021104

0,09Па, напряжение на аноде ионного источника 4,0 кВ, ток ионного пучка 170-220 тА. Пленку СеЫ_хнаносят до толщины 200 нм и контролируют системой кварцевого контроля.

На фиг. 4 показан спектр отражения описанного выше комплекса нанослоев в зависимости от длины волны видимого света.

Поскольку график отражения в видимом диапазоне представляет собой практически прямую линию с низким коэффициентом отражения ~5%, то человеческий глаз воспринимает это покрытие как черное.

Покрытие, изображенное на фиг. 5, выполняют следующим способом.

Проводят ионную очистку подложек в среде кислорода в режимах, аналогичных режимам формирования черного покрытия, указанным выше.

Первый слой - пленку δί формируют путем ионно-лучевого распыления полупроводниковой мишени δί в рабочем газе аргоне. Рабочее давление при этом составляет 0,06-0,08 Па, напряжение на аноде ионного источника 3,5 кВ, ток ионного пучка 160-200 тА. Пленку δί наносят до толщины 36 нм, используя систему кварцевого контроля.

Второй слой - пленку δίθ₂ формируют путем реактивного ионно-лучевого распыления полупроводниковой мишени δί в смеси газов аргон - кислород в соотношении 1,5:1. Рабочее давление при этом составляет 0,07-0,09 Па, напряжение на аноде ионного источника 3,5 кВ, ток ионного пучка 180-200 тА.

Толщина нанослоя δίθ₂ составляет 98 нм и контролируется системой кварцевого контроля.

Третий слой - пленку δί формируют в технологических режимах, аналогичных режимам формирования первого слоя δί и одинаковой толщины - 36 нм.

Четвертый слой - пленку СеМ, формируют в режимах, аналогичных режимам формирования слоя СеЫ_х черного покрытия, указанным выше, толщиной 200 нм.

На фиг. 6 показана кривая отражения комплекса нанослоев в зависимости от длины волны видимого света.

Поскольку график отражения имеет повышенное отражение в зеленой, желтой и красной областях спектра, то человеческий глаз воспринимает это покрытие как золотое.

Покрытие, изображенное на фиг. 7, выполняют следующим способом.

Первый слой - пленку δί формируют в технологических режимах, аналогичных режимам формирования первого слоя δί для золотого покрытия, но толщиной 18 нм.

Второй слой - пленку δίθ₂ формируют в технологических режимах, аналогичных режимам формирования второго слоя δίθ₂ для золотого покрытия, но толщиной 60 нм.

Третий слой - пленку δί формируют в технологических режимах, аналогичных режимам формирования первого слоя δί и одинаковой толщины -18 нм.

Четвертый слой - пленку δίθ₂ формируют в технологических режимах, аналогичных режимам формирования второго слоя δίΘ2 покрытия и одинаковой толщины - 60 нм.

Пятый слой - пленку СеМ, формируют в режимах, аналогичных режимам формирования слоя СеМ черного покрытия, указанным выше, толщиной 200 нм.

На фиг. 8 показан спектр отражения комплекса нанослоев в зависимости от длины волны видимого света.

Поскольку график отражения имеет повышенное отражение в фиолетовой, синей и зеленой областях спектра, то человеческий глаз воспринимает это покрытие как синее.

Покрытие, изображенное на фиг. 9, выполняют следующим способом. Проводят ионную очистку подложек в среде кислорода в режимах, аналогичных режимам формирования черного покрытия, указанным выше.

Первый слой - пленку ΤίΟ₂ формируют либо путем реактивного ионно-лучевого распыления металлической мишени Τί в смеси газов аргон - кислород в соотношении 2:1, либо ионно-лучевым распылением мишени ΤίΟ₂ в рабочем газе аргоне. Рабочее давление при этом составляет 0,09-0,11 Па, напряжение на аноде ионного источника 4,5 кВ, ток ионного пучка 180-200 тА. Пленку ΤίΟ₂ наносят до толщины 150 нм.

Второй слой - пленку А1₂О₃ формируют либо путем реактивного ионно-лучевого распыления металлической мишени А1 в смеси газов аргон - кислород в соотношении 1:1, либо ионно-лучевым распылением мишени А1₂О₃ в рабочем газе аргоне. Рабочее давление при этом составляет 0,1-0,12 Па, напряжение на аноде ионного источника 4,5 кВ, ток ионного пучка 190-210 тА. Пленку А1₂О₃ наносят до толщины 75 нм.

Третий слой - пленку СеМ, формируют в режимах, аналогичных режимам формирования слоя СеЫ_хчерного покрытия, указанным выше, толщиной 200 нм.

На фиг. 10 показан спектр отражения комплекса нанослоев в зависимости от длины волны видимого света.

Поскольку график отражения имеет повышенное отражение зеленой области спектра, то человеческий глаз воспринимает это покрытие как зеленое.

Покрытие, изображенное на фиг. 11, выполняют следующим способом.

- 3 021104

Первый слой - пленку Та₂О₅ формируют путем реактивного магнетронного распыления металлической мишени Та в смеси газов аргон - кислород в соотношении 1:1. Рабочее давление при этом составляет 0,3-0,4 Па, напряжение на магнетроне 500 В, мощность 2,2 кВт. Пленку Та₂О₅ наносят до толщины 59 нм.

Второй слой - пленку δίΟ₂ формируют путем реактивного магнетронного распыления полупроводниковой мишени δί в смеси газов аргон - кислород в соотношении 2:1. Рабочее давление при этом составляет 0,2-0,3 Па, напряжение на магнетроне 600 В, мощность 2,0 кВт. Пленку δίθ₂ наносят до толщины 84 нм.

Третий слой - пленку Та₂О₅ формируют в технологических режимах, аналогичных режимам формирования первого слоя Та₂О₅ и равной толщины 59 нм.

Четвертый слой - пленку СеМ, формируют путем магнетронного распыления полупроводниковой мишени Се в смеси газов аргон - азот в соотношении 1:1. Рабочее давление при этом составляет 0,4-0,5 Па, напряжение на магнетроне 550 В, мощность 2,5 кВт. Пленку СеМ, наносят до толщины 200 нм.

На фиг. 12 показан спектр отражения комплекса нанослоев в зависимости от длины волны видимого света.

Поскольку график отражения имеет повышенное отражение фиолетовой, синей и красной областей спектра, то человеческий глаз воспринимает это покрытие как фиолетовое.

Покрытие, изображенное на фиг. 13, выполняют следующим способом.

Первый слой - пленку ΖτΟ₂ формируют путем реактивного ионно-лучевого распыления металлической мишени Ζτ в смеси газов аргон - кислород в соотношении 1,5:1. Рабочее давление при этом составляет 0,07-0,09 Па, напряжение на аноде ионного источника 4,0 кВ, ток ионного пучка 180-200 тА. Пленку ΖτΟ₂ наносят до толщины 56 нм.

Второй слой - пленку δίΟ₂ формируют путем реактивного ионно-лучевого распыления полупроводниковой мишени δί в смеси газов аргон - кислород в соотношении 1,5:1. Рабочее давление при этом составляет 0,07-0,09 Па, напряжение на аноде ионного источника 3,5 кВ, ток ионного пучка 180-200 тА.

Толщина нанослоя δίΟ₂ составляет 80 нм и контролируется системой кварцевого контроля.

Третий слой - пленку ΖτΟ₂ формируют в технологических режимах, аналогичных режимам формирования первого слоя ΖτΟ₂ и равной толщины 56 нм.

Четвертый слой - пленку СеМ, формируют в режимах, аналогичных режимам формирования слоя СеИ_х черного покрытия, указанным выше, толщиной 200 нм.

Все указанные слои и комплексы слоев имеют очень высокое электрическое сопротивление - более 200 МОм. Это позволяет их использовать в качестве подложки для выполнения печатного монтажа подключения сенсорного дисплея. Кроме того, совокупность нанослоев оптически непрозрачна и полностью скрывает печатный монтаж, а за счет отраженного света дает требуемый оттенок цвета.

Выполнение маски по изобретению позволяет получить непрозрачное плотное температуростойкое покрытие с высоким коэффициентом электрического сопротивления и заранее заданным цветом в промышленных условиях. Разработана технологическая документация и разработана методика формирования комплекса нанослоев с заданными цветовыми характеристиками.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США υδ 7969638, МРК С02Р 1/1335, С06Р 1/041, опубл. 15/10/2009.

2. Патент США υδ 6285424, МРК С02Р 1/1335, опубл. 4/9/2001.

3. Заявка Японии 1Р 8-179301 МРК С06Р 1/041.

4. Патент США υδ 7969638, МПК С02В 27/00; С02Р 1/03, опубл. 28/06/2011 - прототип.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Дисплейное сенсорное стекло, содержащее окно для зоны индикации с нанесенной тонкой сенсорной пленкой и расположенную по контуру стекла в зоне электрических проводников непрозрачную диэлектрическую маску, отличающееся тем, что маска выполнена многослойной из диэлектрического непрозрачного светопоглощающего слоя и контактирующих с ним прозрачных нанослоев с различными коэффициентами преломления из полупроводников, а также оксидов и нитридов металлов и полупроводников.
2. Стекло по п.1, отличающееся тем, что маска включает слой диэлектрического непрозрачного и поглощающего в видимой части спектра слоя и контактирующих с ним прозрачных в видимой части спектра диэлектрических нанослоев из полупроводников, а также оксидов и нитридов металлов и полупроводников с различными коэффициентами оптического преломления, при этом последовательность и оптические толщины слоев определяют видимый цвет маски.
3. Стекло по п.1, отличающееся тем, что диэлектрический непрозрачный светопоглощающий слой

- 4 021104 выполняют из нитрида германия толщиной не менее 200 нм, а прозрачные нанослои выполняют из Се, δί, а также оксидов и нитридов Τι, Та, ΝΒ, Ζγ, А1, δί, Се.
4. Стекло по п.1, отличающееся тем, что первый к подложке диэлектрический оптически прозрачный слой выполнен из оксида ΝΒ, а последний из оптически поглощающего нитрида германия, а между слоями оксида ниобия размещен слой германия, причем толщины слоев оксида ниобия и германия определяют черный цвет маски, а оптическая плотность определяется толщиной нитрида германия.
5. Стекло по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что формирование слоев производят ионно-лучевым и/или магнетронным распылением.
6. Стекло по п.5, отличающееся тем, что перед процессом нанесения 1-го слоя покрытия проводят ионную очистку поверхности подложки.