JP2006351531A - 透明電極を有する透明装置の製造方法 - Google Patents

透明電極を有する透明装置の製造方法 Download PDF

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Abstract


【課題】 透明な電極を有する透明な装置を製造する方法を提供すること。
【解決手段】 本発明の方法は、（Ａ）透明な基板（１）の表面の少なくとも一部の上に、透明な導電性酸化物層（２）を堆積するステップと、（Ｂ）前記導電性酸化物層に、導電パス（６）により接触パッド（８）に接続する少なくとも１つの電極（４．６．８）を、前記少なくとも１つの電極の外径に沿って前記導電性酸化物層を除去することにより、形成するステップとを有し、これにより、前記導電性酸化物層の一部分（１２）を、残りの部分（１４）から切り離す第１トリミングライン（１０）を形成し、前記一部分は、ある電位の電極を構成し、前記残余部分は、浮遊電位になり、（Ｃ）第２のトリミングライン（１０’）を、前記第１トリミングラインの周囲に形成するステップをさらに有する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、裸眼では見ることのできない透明な電極を有する透明な装置を製造する方法に関する。
「透明な装置」とは、これに限定されるわけではないが、眼鏡レンズ、時計のガラスの上に形成された容量性タッチ・スクリーン、さらにはＬＣＤあるいは光起電電池の透明基板等を意味する。
現在、容量性のタッチ・スクリーンの電極を製造する方法は、透明な基板（例、ガラス）の上に透明な導電性酸化物（例、インジウムスズ酸化物、すなわちＩＴＯ（indium -tin-oxide））を堆積して形成される。堆積後、ＩＴＯの層を、下にある基板の全表面から、電極を形成すべき部分を除いて、除去する。かくして形成された基板は、ＩＴＯのない広い表面を有し、これは、光学的に補償しなければならない。その理由は、基板とＩＴＯの屈折率が同一ではないからである。この屈折率の補償は、屈折率が基板とＩＴＯのそれに合った薄い非導電性の層を堆積することにより行われる。これらの配慮にも関わらず、この光学的に補償された領域は、ある光の具合によってはあるいはある視野角では、依然として見える。
この問題を解決するために、電極の外径に沿ってＩＴＯを除去することが提案されている。この解決法は、特許文献１、２で公知である。電極は、光リソグラフあるいはレーザ切削（laser ablation）により、トリミングすることができる。このトリミングラインの幅は十分細く（約２０μｍ）で、このラインに対する、適宜の屈折率を有する誘電体層を堆積することによる光学的補償は、特に問題を引き起こさない。当業者は、このトリミングラインを細く（幅を５μｍ程度）することにより、トリミングラインは、裸眼では見ることができず、特別な光学的補償層を具備する必要はない。
特開昭６０−２６０３９２号 国際公開パンフレット第９２／１３３２８号
しかし、トリミングラインが細くなると、導電性材料の（トリミング作業により発生する）小片が、短絡を引き起こすリスクが大きくなる。この問題を解決するために、特許文献１は、レーザ切削の後、基板を洗浄液（例えばアルコール）の浴内で超音波手段により洗浄することを提案している。しかし、湿式処理は通常嫌われる。その理由は、これらの処理は製造速度が遅くなり、製造コストを上げる問題を有するからである。
前記の方法の別の欠点は、浮遊容量性結合（stray capacitive coupling）が、所定電位となる電極と浮遊電位にあるＩＴＯ表面の残りの部分との間に発生することである。このような浮遊容量性結合は、特に電極の信号処理周波数が高い場合には、容量性タッチ・スクリーンの適正な操作を妨害する。
前記の欠点あるいはこれ以外の欠点を解決するために、本発明の目的は、湿式方式の洗浄をしなくても済むような製造方法を提供することである。
そのため、本発明の方法は、透明な電極を有する透明な装置を製造する方法において、（Ａ）透明な基板の表面の少なくとも一部の上に、透明な導電性酸化物層を堆積するステップと、（Ｂ）前記導電性酸化物層内に、導電パスにより接触パッドに接続する少なくとも１つ電極を、前記少なくとも１つの電極の外径に沿って前記導電性酸化物層を除去することにより、形成するステップとを有し、これにより、前記導電性酸化物層の一部分を、前記導電性酸化物層の残りの残余部分から切り離す第１トリミングラインを形成し、前記一部分は、前記電極を構成し、ある電位を有するようになり、前記残余部分は、浮遊電位になり、（Ｃ） 少なくとも第２のトリミングラインを、前記第１トリミングラインの周囲に形成するステップをさらに有する。
これらの特徴により、本発明は、透明な電極を有する透明な装置を製造する方法を提供し、本発明の方法においては、電極を非常に細いラインに沿ってトリミングして形成し、このようなトリミングから生じることのある短絡のリスクを大幅に減らす。短絡の原因となる導電性粒子（小片）が残る確率は、導電性酸化物を最初に取り除き、次に電極の形状に沿って取り除く場合には、足し算ではなく掛け算で増える。その結果、その確率は、最終製品の確率よりも大幅に小さい。トリミングラインの幅は、１μｍから１０μｍの値にまで、好ましくは５μｍである。その結果、トリミングラインは、裸眼には見ることができず、基板と導電性誘電体操の屈折率に合った屈折率を有する非導電性の光学補償層をさらに堆積して光学的補償をする必要が全くない。さらに、本発明の方法は、導電性酸化物の活性領域と浮遊領域の間の浮遊容量性結合のリスクを減らす。
第１のアプローチとして、酸化物を１本のトリミングラインに沿った電極の外径に沿って除去するが、この措置は、浮遊容量性結合を可能な限り制限する。
本発明の第２の態様によれば、本発明は、透明な電極を有する透明な装置を製造する方法において、（Ａ）透明な基板の表面の少なくとも一部の上に、透明な導電性酸化物層を堆積するステップと、（Ｂ）前記導電性酸化物層内に、導電パスにより接触パッドに接続する少なくとも１つの電極を、前記少なくとも１つの電極の外径に沿って前記導電性酸化物層を除去することにより、形成するステップとを有し、これにより、前記導電性酸化物層の活性部分を、前記導電性酸化物層の残りの残余部分から切り離す第１トリミングラインを形成し、前記一部分は、前記電極を構成し、ある電位を有するようになり、前記残余部分は、浮遊電位になり、（Ｄ）前記浮遊電位の残余部分を、互いに電気的に接続していない少なくとも２個の孤立した領域に、分離ラインに沿って前記導電性酸化物層を除去することにより、分割するステップを更に有する。
これらの特徴により、本発明は、透明な電極を有する透明な装置の製造方法において、電極を形成し、所定電位となる酸化物層の活性領域と浮遊電位にある酸化物層の残りの領域（すなわち如何なる電位にも接続されていない領域）との間の浮遊容量性結合のリスクを減らす。かくして、電極の適正な動作を妨害する浮遊容量性結合の確率を、前記電極の処理する信号周波数が高い場合には、特に減らすことができる。
本発明は、透明基板を有する装置に関し、透明な導電性酸化物層により少なくとも部分的にカバーされた透明な基板と、前記導電性酸化物層に少なくとも１個の電極が形成され、前記導電性酸化物層の活性部分を、前記導電性酸化物層の残りの残余部分から分離するトリミングラインと、前記活性部分が、電極を形成し、ある電位となり、前記残余部分は、浮遊電位となり、前記導電性酸化物層の活性部分と浮遊電位部分との間の浮遊容量性結合を阻止する手段とを有する。
本発明の第１実施例によれば、前記浮遊容量性結合を阻止する手段は、前記第１トリミングラインの周囲に形成された第２トリミングラインを有する。
本発明の第２実施例によれば、前記浮遊容量性結合を阻止する手段は、前記導電性酸化物層の浮遊電位部分を、互いに電気的に接続していない少なくとも２個の孤立した領域に分ける分離ラインを有する。
以下、本発明をその一般的概念から説明する。本発明の一般的な概念は、透明な基板上に堆積した透明な導電性酸化物層を、レーザ切削あるいは光リソグラフ・エッチング等により、除去して、細いラインの部分を形成する。この構造体は、２つの区分された相補領域をカバーする。本発明の態様は、第１のトリミングラインの周囲に第２の電極トリミングラインを形成するか、あるいは導電性酸化物層の浮遊電位部分を互いに絶縁された領域に分割する。本発明の目的は、活性領域（即ち、所定電位になる領域）と浮遊電位領域（即ち、如何なる電位にも接続されない領域）の間の浮遊容量性結合を減らすことであり、これにより、電極が高周波電圧の時にも適正に動作するようになる。本発明の更なる目的は、光学的補償層を追加的に堆積することなく、電極を裸眼では見ることができないようにすることである。
図１は、腕時計（図示せず）に搭載されたサファイア製または強化ガラス製の透明結晶１の底面（内側）図である。透明結晶１の底面には透明導電性酸化物層２が堆積され、この透明導電性酸化物層２内に電極４が形成される。この電極４は導電パス６により周囲にある接触パッド８に接続される。これらの接触パッド８は、時計の電子ムーブメントに、あるいは電子時間あるいは他の時計の時間、あるいは他の機能を制御するマイクロ・プロセッサに接続される。電極４は、容量性のタッチ・センサを形成し、これは、指を透明結晶１の外側表面に当てることにより活性化される。
本発明の方法の第１ステップにおいて、透明な導電性酸化物層（例えば、インジウムスズ酸化物；ＩＴＯ）２が、透明基板１の全表面の上に、例えば蒸着により堆積される。この層２の厚さは、２５ｎｍ−７５ｎｍの間で、好ましくは４５ｎｍ−５５ｎｍの間である。この実施例では、透明な導電性酸化物は、アンチモン・ドープのＩｎ２Ｏ３とＳｎＯ２から選択される。
本発明の第２ステップにおいて、透明導電性酸化物層２のＩＴＯが、電極４と導電パス６と接触パッド８の外径に沿って除去される。以下電極４のみを例に説明するが、本発明のこのステップは、電極４に関連する導電パス６と接触パッド８にも適用可能である。
ＩＴＯが、第１トリミングライン１０に沿った電極４の外径に沿って除去される。この第１トリミングライン１０の幅は、１μｍと１０μｍの間で、好ましくは５μｍである。その結果、裸眼ではこれらを見ることができない。ＩＴＯを電極４の外径に沿って除去することは、例えばレーザ切削あるいは光リソグラフにより行うことができる。電極４をトリミングすることにより、ＩＴＯ層の活性部分１２とＩＴＯ層の残余部分１４とを切り離す（絶縁する）。活性部分１２は電極４を形成し、ある電位に維持される。残余部分１４は、浮遊電位を形成する。すなわち、如何なる電位にも接続されない。しかし、電極４をトリミングラインの幅故に、ＩＴＯの小片が残り、短絡を引き起こすリスクは、無視できる程度ではない。この理由は、本発明の方法の第１態様によれば、ＩＴＯは、電極４の外径から第１トリミングライン１０を包囲する第２トリミングライン１０’に沿って除去され、これにより、短絡の確率を大幅に減らす。実際に、導電性粒子（小片）が残り、短絡を引き起こす確率は、導電性酸化物が、１本目のライン１０を包囲する２本目のトリミングライン１０’に沿って、電極の外形に沿って除去される場合には、加算ではなく、乗算される。その結果得られた確率は、１本のラインの確率よりも遙かに小さい。同様に、ＩＴＯ層の活性領域と浮遊電位領域との間の浮遊容量性結合の確率も大幅に減る。活性領域は電極を形成し、ある電位に結合される。浮遊領域は如何なる電位にも接続されない。
幅ｗでその間の距離がｄの２個の電極間の浮遊容量性結合Ｃは、次式で表される。Ｃ＝ε０＊εｒ＊ｗ／ｄ。ここで、ε０は真空中の誘電率であり、εｒは電極が形成される基板の誘電率である。かくして、ｗが一定であるとすると、電極が互いに近づくと浮遊容量Ｃは増加する。電極を複数回トリミングすることは、それらの間に数個のキャパシタを直列接続することに等価である。キャパシタンスＣのキャパシタをｎ個直列に接続したときのキャパシタンスは、Ｃ／ｎ（ここでｎは自然整数）であるという知見に基づくと、直列に搭載／接続されたキャパシタの数が大きくなると、すなわち電極の周囲でトリミングされるラインの数が多くなると、発生する浮遊キャパシタンスは減少する。
本発明の最も簡単な変形例によれば、酸化物は、１本のトリミングラインに沿って電極の外径に沿って単に除去するだけで、且つ安全な措置を講じながら、残留容量性結合の問題を解決できる。
かくして、本発明の第２の態様によれば、ＩＴＯ層の浮遊電位領域である残余部分１４は、互いに絶縁された領域１６に、分離ライン１８に沿ってＩＴＯを除去することにより分割できる。かくして、フィンガを介した、ＩＴＯ層の電極と浮遊電位領域の間の浮遊容量性結合のリスクを回避できる。
トリミングラインの幅が小さい場合でも、低屈折率の透明誘電体材料からなる第１層とより高屈折率の他の誘電体材料からなる第２層を連続して堆積することにより、トリミングラインの光学的補償をすることもできる。これは、ヨーロッパ特許出願第０３０２８８７４．０に開示されている。時計のガラスの場合には、本発明の方法は、図５に示す透明ガラス１の周囲に沿って堆積された金属化層２０に適用できる。図６Ｂの第１変形例によれば、ＩＴＯ層２を、ガラス１の全面に堆積し、その後金属化層２０をガラス１の周囲のＩＴＯ層２の上部に堆積する。図６Ａに示す第２変形例によれば、金属化層２０を最初にガラス１の周囲に堆積し、その後ＩＴＯ層２を堆積する。その結果、ＩＴＯ層２が少なくとも部分的に金属化層２０をカバーするようになる。この後電極４と導電パス６と接触パッド８を２本の同心のトリミングライン１０、１０’に沿ってトリミングし、接触パッド８にあるＩＴＯ層２と金属化層２０の両方を除去する。電極を２重にトリミングすることと酸化物層の浮遊電位部分を分割することとを組み合わせることも可能である。
以上の説明は、本発明の一実施例に関するもので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例を考え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。特許請求の範囲の構成装置の後に記載した括弧内の番号は、図面の部品番号に対応し、発明の容易なる理解の為に付したものであり、発明を限定的に解釈するために用いてはならない。また、同一番号でも明細書と特許請求の範囲の部品名は必ずしも同一ではない。これは上記した理由による。
電極が形成される透明な導電性酸化物層によりカバーされた透明な基板の底面図であり、前記電極は、２つの同心のトリミングラインにより導電性酸化物層の残余部分から分離されている状態を表す図。 図１の円により囲まれた部分の拡大詳細図。 図１と類似する図で、酸化物層の浮遊電位部分が、互いに絶縁されている複数の領域に区分されている状態を示す図。 図３の円により囲まれた部分の拡大詳細図。 周囲が金属化された時計のガラスの底面図。 金属化層と透明な導電性酸化物層を有する第２変形例を表す図５の時計のガラスの断面図。 金属化層と透明な導電性酸化物層を有する第１変形例を表す図５の時計のガラスの断面図。
符号の説明
１ 透明結晶
２ 透明導電性酸化物層
４ 電極
６ 導電パス
８ 接触パッド
１０ 第１トリミングライン
１０’第２トリミングライン
１０，１０’ トリミングライン
１２ 活性部分
１４ 残余部分
１６ 領域
１８ 分離ライン
２０ 金属化層

Claims (11)

  1. 透明な電極を有する透明な装置を製造する方法において、
    （Ａ） 透明な基板（１）の表面の少なくとも一部の上に、透明な導電性酸化物層（２）を堆積するステップと、
    （Ｂ） 前記導電性酸化物層（２）内に、導電パス（６）により接触パッド（８）に接続する少なくとも１つの電極（４．６．８）を、前記少なくとも１つの電極（４、６、８）の外径に沿って前記導電性酸化物層（２）を除去することにより、形成するステップと
    を有し、
    これにより、前記導電性酸化物層（２）の一部分（１２）を、前記導電性酸化物層（２）の残りの残余部分（１４）から切り離す第１トリミングライン（１０）を形成し、
    前記一部分（１２）は、前記電極（４、６、８）を構成し、ある電位を有するようになり、
    前記残余部分（１４）は、浮遊電位になり、
    （Ｃ） 少なくとも第２のトリミングライン（１０’）を、前記第１トリミングライン（１０）の周囲に形成するステップ
    をさらに有する
    ことを特徴とする透明電極を有する透明装置の製造方法。
  2. 透明な電極を有する透明な装置を製造する方法において、
    （Ａ） 透明な基板（１）の表面の少なくとも一部の上に、透明な導電性酸化物層（２）を堆積するステップと、
    （Ｂ） 前記導電性酸化物層（２）内に、導電パス（６）により接触パッド（８）に接続する少なくとも１つの電極（４．６．８）を、前記少なくとも１つの電極の外径に沿って前記導電性酸化物層（２）を除去することにより、形成するステップと
    を有し、
    これにより、前記導電性酸化物層（２）の活性部分（１２）を、前記導電性酸化物層（２）の残りの残余部分（１４）から切り離す第１トリミングライン（１０）を形成し、
    前記一部分（１２）は、前記電極（４、６、８）を構成し、ある電位を有するようになり、
    前記残余部分（１４）は、浮遊電位になり、
    （Ｄ） 前記浮遊電位の残余部分（１４）を、互いに電気的に接続していない少なくとも２個の孤立した領域（１６）に、分離ライン（１８）に沿って前記導電性酸化物層（２）を除去することにより、分割するステップ
    を更に有する
    ことを特徴とする透明電極を有する透明装置の製造方法。
  3. 透明な電極を有する透明な装置を製造する方法において、
    （Ａ） 透明な基板（１）の表面の少なくとも一部の上に、透明な導電性酸化物層（２）を堆積するステップと、
    （Ｂ） 前記導電性酸化物層（２）内に、導電パス（６）により接触パッド（８）に接続する少なくとも１つの電極（４．６．８）を、前記少なくとも１つの電極の外径に沿って前記導電性酸化物層（２）を除去することにより、形成するステップと
    を有し、
    これにより、前記導電性酸化物層（２）の一部分（１２）を、前記導電性酸化物層（２）の残りの残余部分（１４）から切り離す第１トリミングライン（１０）を形成し、
    前記一部分（１２）は、前記電極（４、６、８）を構成し、ある電位を有するようになり、
    前記残余部分（１４）は、浮遊電位になり、
    （Ｃ） 少なくとも第２のトリミングライン（１０’）を、前記第１トリミングライン（１０）の周囲に形成するステップと、
    （Ｄ） 前記浮遊電位の残余部分（１４）を、互いに電気的に接続していない少なくとも２個の孤立した領域（１６）に、分離ライン（１８）に沿って前記導電性酸化物層（２）を除去することにより、分割するステップと
    をさらに有する
    ことを特徴とする透明電極を有する透明装置の製造方法。
  4. 前記透明な導電性酸化物層（２）を堆積した後、
    前記基板（１）の周囲で、前記導電性酸化物層（２）上に金属化層（２０）を堆積し、
    電極（４）と、導電パス（６）と、接触パッド（８）とを前記トリミングライン（１０、１０’）に沿ってトリミングし、接触パッド（８）上の導電性酸化物層と金属化層の両方を除去する
    ことを特徴とする請求項１または３記載の製造方法。
  5. 金属化層（２０）を基板（１）の周囲に最初に堆積し、
    その後、透明な酸化物層（２）を堆積し、
    その結果、前記酸化物層（２）が、前記金属化層（２０）を少なくとも部分的にカバーし、
    電極（４）と、導電パス（６）と、接触パッド（８）とを前記トリミングライン（１０、１０’）に沿ってトリミングし、接触パッド（８）上の導電性酸化物層と金属化層の両方を除去する
    ことを特徴とする請求項１または３記載の製造方法。
  6. 前記トリミングライン（１０、１０’）と分離ライン（１８）とは、少なくとも光学的補償層を堆積することにより、光学的に補償される
    ことを特徴とする請求項１−５のいずれかに記載の製造方法。
  7. 低屈折率の透明誘電体材料の第１層と、それより高屈折率の透明誘電体材料の第２層とが、連続して堆積される
    ことを特徴とする請求項６記載の製造方法。
  8. 前記トリミングラインと分離ラインの幅は、１μｍ−１０μｍの間で、好ましくは５μｍである
    ことを特徴とする請求項１−７のいずれかに記載の製造方法。
  9. （Ａ） 透明な導電性酸化物層（２）により少なくとも部分的にカバーされた透明な基板（１）と、
    前記導電性酸化物層（２）に少なくとも１個の電極（４）が形成され、
    （Ｂ） 前記導電性酸化物層（２）の活性部分（１２）を、前記導電性酸化物層（２）の残りの残余部分（１４）から分離するトリミングライン（１０）と、
    前記活性部分（１２）が、電極（４）を形成し、ある電位となり、
    前記残余部分（１４）は、浮遊電位となり、
    （Ｃ） 前記導電性酸化物層（２）の活性部分（１２）と浮遊電位部分（１４）との間の浮遊容量性結合を阻止する手段と
    を有する
    ことを特徴とする透明基板を有する装置。
  10. 前記浮遊容量性結合を阻止する手段は、前記第１トリミングライン（１０）の周囲に形成された第２トリミングライン（１０’）を有する
    ことを特徴とする請求項９記載の装置。
  11. 前記浮遊容量性結合を阻止する手段は、前記導電性酸化物層（２）の浮遊電位部分（１４）を、互いに電気的に接続していない少なくとも２個の孤立した領域（１６）に分ける分離ライン（１８）を有する
    ことを特徴とする請求項９または１０記載の装置。
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