JP2016507102A - 透明基板の両側のコーティングにパターンを形成する方法と装置 - Google Patents

Abstract

透明基板の両側のコーティングに直接書き込みレーザーパターニングでパターンを形成する方法であって、以下の段階、即ち、ａ）基板の第１の側に第１の透明コーティングを設けることであって、第１の透明コーティングが比較的高いレーザーアブレーションの閾値エネルギー密度を有する材料で形成されること、ｂ）基板をステージの上に載置すること、又は、基板をチャックの上に配置すること、ｃ）レーザーアブレーションによって第１の透明コーティングに第１のパターンを形成するために、第１のレーザー光線を用いること、ｄ）第１のパターンの形成後、基板の第２の側に第２の透明コーティングを設けることであって、第２の透明コーティングが比較的低いレーザーアブレーション又は改質の閾値エネルギー密度を有する材料で形成されること、レーザーアブレーション又は改質によって第２の透明コーティングに第２のパターンを形成するために第２のレーザー光線を用いることであって、第２の透明コーティングのアブレーションが第１の透明コーティングに目立った損傷を引き起こさずに実行されるよう、第２のレーザー光線のエネルギー密度が第１のレーザー光線のエネルギー密度より低いこと、を含む方法。この方法を実行するよう構成された装置とこの方法により形成された製品も記述される。

Description

本発明は、透明基板の両側（ｏｐｐｏｓｉｔｅ ｓｉｄｅｓ）のコーティングにパターンを形成するための方法及び装置、特に二層静電容量式タッチセンサの製造におけるもの、及び、該方法で製造される製品に関する。

マルチタッチ可能な静電容量式タッチセンサをモバイル式スマートフォン、ＭＰ３プレーヤー、ＰＤＡ、タブレットＰＣ等のハンドヘルド装置に組み入れることが非常に望まれている。多くの場合、これらの装置は、ガラス製又はプラスチック製の、その背後に二層の透明な静電容量式センサが接着される透明フロントカバーシートを有している。このような構成では、望ましくないほどに厚くて重いカバー／センサモジュールになることがあるため、良好な投影型タッチパフォーマンス（ｇｏｏｄ ｐｒｏｊｅｃｔｅｄ ｔｏｕｃｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）を保ちつつ、二層センサの厚さを出来る限り減らすことが要求される。０．２ｍｍ以下のセンサ厚が望ましい。

二層センサの分野における先行技術には、一般的に、送信（Ｔｘ）電極層及び受信（Ｒｘ）電極層を別々の基板上に作り、これらを一緒にラミネート加工することが含まれる。センサのための２基板は一般的にプラスチック製である。この場合、全体厚が０．２ｍｍ以下のラミネート加工された二層センサを製造するためには、取扱いの困難なおよそ０．０７５ｍｍ厚又は０．０５ｍｍ厚のポリマー基板の使用が必要となると思われる。

二層センサの分野におけるその他の先行技術には、単一の透明ガラス基板の両面（ｏｐｐｏｓｉｔｅ ｆａｃｅｓ）上に２つの類似する透明導電（ＴＣ）層を積層し、直接書き込みレーザーパターニングを用いて該層にＴｘ電極及びＲｘ電極を作ることが含まれる。しかしながら、一方の側のＴＣをパターニングするレーザー光線が他方のＴＣを損傷するという問題が、およそ０．４ｍｍ未満の厚さのガラス基板に関しては非常に深刻になることから、この工程は最小の基板厚に限定される。

二層タッチセンサ上のＴＣ層のパターニングは、一般的に、レジストの付加、マスクを介した露光、レジスト現像、ＴＣ層の化学エッチング、及び最後のレジスト剥離を含むリソグラフィー工程を使用して実行される。パターニングを必要とする材料層の全てに対して繰り返されねばならないこのような多段階工程は、大規模な資本設備が必要となり、また大量の化学物質が必要となるため、それらに関連した高額の費用が掛かる。高額なＣＯＯ（ｈｉｇｈ ｃｏｓｔ ｏｆ ｏｗｎｅｒｓｈｉｐ）に寄与する主要因は、各々のセンサ設計について、パターニングされる全ての層に特別な高価なマスクが必要となることである。レーザー直接書き込みパターニングはこれらの短所を全て克服するものであるため、レーザーパターニング工程の使用を使用しつつも同時に単一の薄い基板上に二層センサを作成可能にすることが強く望まれている。２つの層は基板の両側に備えられており、そのために共に露出している（更なる層に覆われるのではなく、そのために２つの層に挟まれる）。

本発明は、第２のコーティングにパターンが形成される際に、第１のコーティングに目立った損傷を与えず、基板の両側のコーティングに直接書き込みレーザーパターニングをするための方法と装置を提供することにより、上記の問題に対処することを目的とする。

本発明の第１の態様によれば、透明基板の両側のコーティングにおいて直接書き込みレーザーパターニングによってパターンを形成する方法であって、基板はその両側に第１及び第２の面を有し、前記方法は以下の段階、即ち
ａ）基板の第１の側に第１の透明コーティングを設けることであって、第１の透明コーティングが比較的高いレーザーアブレーションの閾値エネルギー密度を有する材料で形成されること、
ｂ）基板をステージの上に載置すること、又は、基板をチャックの上に配置すること、
ｃ）レーザーアブレーションによって第１の透明コーティングにおいて第１のパターンを形成するために、第１のレーザー光線を用いること、
ｄ）第１のパターンの形成後、基板の第２の側に第２の透明コーティングを設けることであって、第２の透明コーティングが比較的低いレーザーアブレーション又は改質の閾値エネルギー密度（ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｌｏｗ ｌａｓｅｒ ａｂｌａｔｉｏｎ ｏｒ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｅｎｅｒｇｙ ｄｅｎｓｉｔｙ）を有する材料で形成されること、
レーザーアブレーション又は改質によって第２の透明コーティングにおいて第２のパターンを形成するために第２のレーザー光線を用いることであって、第２の透明コーティングのアブレーションが第１の透明コーティングに目立った損傷を引き起こさずに実行されるよう、第２のレーザー光線のエネルギー密度が第１のレーザー光線のエネルギー密度より低いこと、
を含む方法が提供される。

本発明の第２の態様によれば、透明基板の両側に設けられた第１及び第２の透明コーティングにおいて直接書き込みレーザーパターニングによってパターンを形成する装置であって、基板はその両面に第１及び第２の側を有し、該装置は、
基板を載置できるステージ又は基板を配置できるチャックと、
レーザーアブレーションによって基板の第１の側の第１の透明コーティングにおいて第１のパターンを形成するための第１のレーザー光線を供給するよう構成される第１のレーザー源と、
レーザーアブレーション又は改質によって基板の第２の側の第２の透明コーティングにおいて第２のパターンを形成するための第２のレーザー光線を供給するよう構成される第２のレーザー源と、を含み、
第２の透明コーティングのアブレーションが第１の透明コーティングに目立った損傷を引き起こさずに実行されることができるよう、第２のレーザー光線のエネルギー密度が第１のレーザー光線のエネルギー密度よりも低い、
装置が提供される。

本発明はまた、その第１の側に第１の透明コーティングを有し、かつ、その第２の側に第２の透明コーティングを有する透明基板と組み合わさった装置であって、第１の透明コーティングは比較的高いレーザーアブレーションの閾値エネルギー密度を有する材料で形成され、第２の透明コーティングは比較的低いレーザーアブレーション又は改質の閾値エネルギー密度を有する材料で形成される装置にも関する。

本発明は更に、上述の方法を実行するための上述の装置の使用に関する。

本発明の更なる態様によると、上述の方法で形成される製品であって、その第１及び第２の側の第１及び第２の透明導電コーティングにおいて直接書き込みレーザーパターニングによって形成された第１及び第２のパターンを有する透明基板を含み、第１及び第２の透明導電コーティングは異なる材料で形成され、第１の透明導電コーティングは比較的高いレーザーアブレーションの閾値エネルギー密度を有する材料で形成され、第２の透明導電コーティングは比較的低いレーザーアブレーション又は改質の閾値エネルギー密度を有する材料で形成される製品が提供される。

従って、本発明は、基板の一方の側の第１のコーティングに対し、基板の他の側の第２のコーティングにおいて直接書き込みレーザーパターニングによりパターンが形成される際に目立った損傷を与えることなく、薄い基板の両側のコーティングの直接書き込みレーザーパターニングを可能にする。これらのコーティングは両方とも、レーザーパターニングが行われる際に露出しているため、レーザーアブレーションの最中に自由に拡散し、蒸発する。このため、そのアブレーション特性は、他の層に挟まれた（そのため自由に拡散しない）層のアブレーション特性から大きく異なっている。このような、上に重なる層（ｏｖｅｒｌｙｉｎｇ ｌａｙｅｒ（ｓ））により加えられる背圧はアブレーションの閾値を大幅に上昇させる傾向がある。

「基板」という用語はその従来の意味を有している。即ち、基板とは、その上に（その後のパターニング等のために）他の材料を積層することが可能な基礎を提供する最初の層である。この文脈において、「薄い基板」とは、透明であり、かつ、第１のコーティング（基板の第１の側にある）においてパターンを形成するために使用されるエネルギー密度に近似したエネルギー密度を有するレーザーが第２のコーティング（同じ基板の反対側にある）においてパターンを形成するために使用される際に第１のコーティングを保護するには十分ではない厚さを有するが、他の材料をその上に積層することの出来る基礎として働くことの出来る厚さを有する単一層の基板である。

基板は、好ましくは少なくとも０．０５ｍｍの厚さを有し、また０．５ｍｍ未満、好ましくは０．２ｍｍ未満の厚さを有する。

発明の他の好適かつ選択的な特徴は、明細書に付されたクレームと後続の記載から明らかになるであろう。

コーティングを各側に備えた既知の基板の断面図である。 基板の各側のコーティングに通常備えられることのある既知の電極パターンの概略図である。 基板の各側のコーティングに通常備えられることのある既知の電極パターンの概略図である。 コーティングにおける電極パターンの形成後の、図１に図示されているもののような既知の基板の断面図である。 本発明の実施形態に係る基板の両側のコーティングのパターンの形成における段階を図示した基板の断面図である。 本発明に係る方法の実行に使用される装置の一形態の側面図である。 そのような装置が基板に対して動く一つの方法を図示した概略斜視図である。 そのような装置が基板に対して動く他の方法を図示した概略斜視図である。 本発明に係る方法を実行するための装置の他の形態の概略図である。 本発明に係る方法を実行するための装置の他の形態の概略図である。 本発明の幾つかの実施形態において使用することの出来る転写フィルムの断面図である。 図９の転写フィルムを使用する方法における、基板の両側のコーティングのパターンの形成における段階を図示した基板の断面図である。 図１０Ａ−１０Ｄに図示の段階を実施するために使用される装置の概略図である。 図４に図示された方法に類似の方法を実施するための製造ラインの概略図である。 図１０に図示された方法に類似の方法を実施するための製造ラインの概略図である。

以上の添付の図面を参照し、本発明を単なる例として、以下に更に説明する。

本発明は、二層静電容量式タッチセンサパネルのための電極の製造における使用について特に言及して記述されるが、本発明は、透明基板の両側の露出したコーティングにおけるパターンの形成を必要とする他の応用においても使用することができる。

図１は、典型的な二層投影型静電容量式タッチパネル（ｔｗｏ− ｌａｙｅｒ ｐｒｏｊｅｃｔｅｄ ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ｔｏｕｃｈ ｐａｎｅｌ）に使用される基板１の断面図である。基板１は透明であり、硬質にしてガラス又は他の無機透明材料（シリカなど）で製造してもよいし、柔軟にしてポリエステル（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、又はアクリル（ＰＭＭＡ）などのポリマーで製造してもよい。基板１の厚さは、基板を処理のためのステージに乗せることの出来る厚さであるが、一般に１ｍｍの何分の１かである。上述したように、基板は好ましくは最低でも０．０５ｍｍ厚であるが、典型的には０．５ｍｍ厚未満であり、好ましいケースでは０．２ｍｍ厚未満である。透明かつ導電性の材料よりなる薄い層２及び３は、基板１の両側に付加される。通常、これらの層２及び３は、この場合ＴＣＯｓ（透明導電性酸化物）と呼ばれる酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、又は他の酸化物などの無機酸化物材料で作られる。このような材料は物理蒸着（ＰＶＤ）により付加することができるが、他の方法を使用してもよい。有機材料又はナノ粒子材料をベースにした他の透明導電層を使用することもできる。典型的に、このような層は印刷型工程（ｐｒｉｎｔｉｎｇ ｔｙｐｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）により付加されるが、これについても他の方法が使用されてもよい。透明導電（ＴＣ）材料という総称は、全ての適切な透明導電体を示すために使用される。典型的なＴＣ層の厚さは３０ｎｍから数百ｎｍ（ａ ｆｅｗ １００ｎｍ）までの範囲にある。通常、タッチパネルに使用されるＴＣ層のシート抵抗は、スクウェアあたり１０Ω（１０Ω ｐｅｒ ｓｑｕａｒｅ）からスクウェアあたり数百Ω（ｓｅｖｅｒａｌ １００Ω ｐｅｒ ｓｑｕａｒｅ）の範囲内にある。可視領域にわたってのＴＣの光透過は、一般的に８５％より大きく、多くの場合９０％より大きい。

図２Ａ及び２Ｂは、典型的なタイプの二層投影型静電容量式タッチパネルの形成に使用される電極構造のタイプを示したものである。この２図は、透明基板１の両方の面の平面図である。両側にあるＴＣ層２及び３は、基板表面を貫くＴＣ層におけるの切れ目６及び７によって、複数の切り分けられた線形平行電極４及び５に分割される。電気的隔絶を行うこれらの切れ目（ｔｈｅｓｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｉｓｏｌａｔｉｎｇ ｂｒｅａｋ）は、化学エッチング若しくはプラズマエッチングを含むリソグラフィー工程によって作ることができ、又は、好ましくはレーザースクライビングによって作られる。切れ目は、理想的には肉眼で確認できないほど十分に細い。静電容量式センサの送信電極（Ｔｘ）及び受信電極（Ｒｘ）の組を形成するために、基板の一方の面の上にある電極は、反対側の面の上にある電極と直交する方向に延びている。ハンドヘルド装置に使用されるタッチパネルは一般的に矩形状であり、通常およそ８０×１２０ｍｍまでの大きさを有する。ノートブック型ＰＣのためのタッチパネルは大幅に大きくなり、典型的には２５０×１５０ｍｍまでの大きさである。ＴＣ層の電極の幅は、Ｒｘ電極のおよそ１ｍｍからＴｘ電極の数ｍｍ（ｍａｎｙ ｍｍ）までと多様である。電極のレイアウトは図２に図示したものより複雑であってもよいが、一般的には、常に何らかのタイプの直交するＸ−Ｙアレイよりなる。

勿論、タッチパネルの表面におけるタッチイベントによって誘導される電極間の静電容量の変化を監視するためには、各Ｘ電極と各Ｙ電極の少なくとも一方の端部に電気的接続をもたらすことが必要であるが、そのような電気的接続方法は周知であるので、これ以上は記述しない。

図３は、電極形成後の静電容量式センサのための基板の断面図である。隔絶電極帯（ｉｓｏｌａｔｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｂａｎｄ）４を作るために、電気的隔絶を行う溝（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｉｓｏｌａｔｉｎｇ ｇｒｏｏｖｅ）６が第１のＴＣ層２に形成される。同様にして、第１のＴＣ層２における隔絶電極帯と一般的に直交して延びる隔絶電極帯５を作るために、電気的隔絶を行う溝７が第２のＴＣ層３に形成される。

このような二層センサをリソグラフィー法によって薄い基板上に確実に作るためには、基板の両側に対し、レジスト付加、パターン露出、レジスト現像、ＴＣエッチング、及びレジスト剥離を含む多くの工程段階が必要となる。これらの工程を簡略化することを目的とし、基板からのＴＣ材料のアブレーションによってＴＣ層において直接溝を形成するために、レーザーがよく使用される。一方の側に単一のＴＣ層を有する基板の上では、このようなレーザーアブレーション工程は非常にうまく作用するが、同一のＴＣ層を両側に有する基板では、第１の側のレーザーが第２のＴＣ層への損傷を引き起こすことのない第１のＴＣ層の選択的パターニング（或いは、第１のＴＣ層への損傷を引き起こすことのない第２のＴＣ層の選択的パターニング）は、基板が比較的厚い（例えば＞０．７ｍｍ）場合又はレーザー波長が短い（例えば３５５ｎｍ以下）場合でなければ困難である。これらの要件は双方とも望ましくない。厚いセンサは、許容できない重量と厚さをセンサが組み込まれる装置に加えることになり、また、短い波長のレーザーの使用は高価であり、かつ、基板表面への損傷につながりやすいためである。

このため、上述したように、このような薄い透明基板の両側の露出したコーティングにおいてＴｘ電極構造及びＲｘ電極構造を選択的に形成するための、レーザーに基づく信頼できるプロセスが必要とされている。

図４は、本発明の実施形態に係る好ましい方法における工程段階を示している。出発点は、図４Ａに図示された第１の側が第１のＴＣ層２でコーティングされた薄い基板１である。上述したように、薄いセンサを形成するには基板もまた薄くなる必要がある。基板は好ましくは０．５ｍｍ以下、最も好ましくは０．２ｍｍ以下の厚さを有する。

第１のＴＣ層は、比較的高いレーザーアブレーションの閾値エネルギー密度、例えば約０．５Ｊ／ｃｍ^２より大きい値を有する材料で形成される。この層にとって適切なＴＣ材料は酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）である。このようなＴＣ材料は、スパッタリング等のＰＶＤ工程によってガラス基板やプラスチック基板に容易に付加することができる。ガラス基板又はプラスチック基板に積層されるＩＴＯや他のＴＣＯについては、アブレーションの閾値エネルギー密度が通常０．５〜０．７Ｊ／ｃｍ^２の範囲にある。第１のＴＣ層は、通常、レーザー処理のためにステージに基板が乗せられる前に付加されるが、基板がステージに支持されている間に付加されてもよい。

図４Ｂは、基板１の第１の側の、必要とされる電極構造を作るためのレーザーアブレーションの工程によって、第１のＴＣ層２において電気的隔絶を行う溝を形成するためにパルスレーザーからの光線８が使用される次の段階を図示している。赤外線（ＩＲ）領域、例えば波長約１０６４ｎｍなどで動作する、パルス化されたダイオード励起固体（ＤＰＳＳ）レーザーが、ガラス基板やプラスチック基板からＩＴＯ又は類似のＴＣ材料を除去するのに好まれる。レーザー光線８は、基板１の第１の側の第１のＴＣ層２の上に直接焦点を合わせることもできるが、代替的には、光線８’を基板１の第２の側に向け、基板１を通過させて第１のＴＣ層２に背面から作用させることもできる。第１のレーザー光線は、第１のコーティングをアブレートするには十分なエネルギー密度、例えば０．５Ｊ／ｃｍ^２以上のエネルギー密度を上述の第１のコーティングに対して有している。

図４Ｃは、基板１が反転され、第２のＴＣ材料が溶液から、例えばスプレーヘッド１０を用いたスプレー工程などによって第２の側に付加される次の段階を図示している。第２のＴＣ材料は、ＴＣ材料のアブレーション又はＴＣ材料が導電しなくなるようなＴＣ材料の破壊（ｄｉｓｒｕｐｔｉｏｎ）について、第１のＴＣのアブレーションについてのレーザーエネルギー密度閾値よりも、低いレーザーエネルギー密度閾値を有している。典型的には、ＴＣ材料のアブレーション又はＴＣ材料の破壊のためのレーザーエネルギー密度閾値は、およそ０．５Ｊ／ｃｍ^２未満であると思われる。そのため、第２の透明コーティングに対するレーザーアブレーション又は改質のエネルギー密度閾値（ｌａｓｅｒ ａｂｌａｔｉｏｎ ｏｒ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｅｎｅｒｇｙ ｄｅｎｓｉｔｙ）は、第１の透明コーティングに対するそれよりも低い。２つのコーティングの閾値の違いは、第１のコーティングに目立った損傷を引き起こさずに、レーザーアブレーション又は改質によって第２のコーティングにおいてパターンが形成されるのを可能にするのに十分なはずである。実施にあたっては、高い方のエネルギー密度の少なくとも２０％の違いが望ましく、好適には少なくとも４０％の違いが望ましい。

第２のＴＣに適した材料は、銀若しくは他の金属のナノワイヤ（ＮＷｓ）、カーボンナノチューブ（ＣＮＴｓ）、カーボンナノバッド（ＣＮＢｓ）、グラフェン、又は他のナノ粒子などのナノ材料である。他のＴＣ材料、例えば有機層（例としてポリ（３，４−エチレンジオキシチオフエン：ｐｏｌｙ（３，４−ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）又はＰＥＤＯＴ）など、アブレーション又は改質に好適なほどに低いエネルギー密度を有するものを使うこともできる。

図４Ｄは、第２のレーザーからのレーザー光線１１が第２のＴＣ層３における電気的隔絶領域（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｉｓｏｌａｔｉｎｇ ｒｅｇｉｏｎ）１２の生成に使用される最後の段階を図示している。電気的隔絶（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）は、光線経路に沿った第２のＴＣのアブレートによる除去によって、又はレーザー経路の一方の側のＴＣ材料を他の側のＴＣ材料から電気的に隔絶させるためのＴＣ層３内のナノ粒子の破壊によって行うことが可能である。第２のレーザーは、理想的には第１のレーザーに類似の種類及び波長のものであるが、代替的なレーザーの種類、例えば可視領域（例としては５３２ｎｍ近傍）で稼働するＤＰＳＳレーザー又はファイバーレーザーを使用することもできる。レーザー光線１１は、基板１の第２の側の第２のＴＣ層３の上に直接焦点を合わせることもできるが、代替的に、光線１１’を基板１の第１の側に向け、第１のＴＣ層２と基板１を通過させて第２のＴＣ層３に背面から作用させてもよい。第２のレーザー光線は、第２のコーティングをアブレート（又は改質）するのには十分であるが、第１のコーティングに目立った損傷を引き起こすのに十分なほど高くはないエネルギー密度、例えば上述の第１及び第２コーティングについては０．５Ｊ／ｃｍ^２以下のエネルギー密度を有する。

図４Ｂ及び４Ｄに示されているように、ＴＣ層２，３双方の外面は、レーザーアブレーション段階の最中に露出している。即ち、何れも更なる層によってカバーされていない。

好ましい構成では、第１及び第２のＴＣ双方のパターニングにＩＲパルスレーザーを使用する。他の好ましい構成では、基板の第１の側の第１のＴＣ層のパターニングにＩＲレーザーを使用し、第２の側の第２のＴＣ層のパターニングに可視領域（例えば５３２ｎｍや５１５ｎｍなど）で稼働するパルスレーザーを使用する。

上述のしたもの以外の他の材料は、それらが十分に異なるレーザーアブレーション／改質の閾値エネルギー密度を有する限り、第１及び第２のコーティングの形成に使用されてもよい。一般的に、（上述の例のように）両層は異なる種類の材料で形成されるであろうが、幾つかの場合においては類似の材料で形成されてもよい（例えば、両者は、ナノ材料で、しかし異なるレーザーアブレーション／改質の閾値エネルギー密度によって形成されてもよい）。

図５は、第１及び第２のＴＣ層に切れ目を形成してその中に電極構造を作るために上述の方法を実行するための装置の一形態の側面を図示している。レーザー光線１３は、アブレーションによって材料を直接的に除去するために、或いはＴＣ材料を改質するために、レンズ１４によって基板表面上の小さなスポット１５に焦点を合わせられる。図内の両方向矢印によって示されているように、Ｔｘ電極又はＲｘ電極を画定するための要求される溝パターンを作るために、２Ｄスキャナユニット１６によって、ビームは基板の領域の上を移動する。

図６は、多数の静電容量式タッチパネルを作るために、ガラス又はポリマーシートの基板１７を図５に示すレーザーの構成を用いてどのように処理することができるかを図示している。基板１７は多数のタッチパネル１８（この場合は２０よりなるアレイ）を含み、ＸＹステージ上に載置されている。基板１７は、上側を第１のＴＣ層によって全体にわたってコーティングされている。パルスレーザー１９は、ミラー２０及び２０’を経由してスキャナ及びレンズユニット１４に向けられる光線１３を放射する。基板１７はステージの上に配置され、パネル１８のうちの１つがスキャナの下にあり、レーザーとスキャナがそのパネル１８の全体又は一部の上を、第１のＴＣ層をパターニングするために操作されるようにする。そしてステージは、パネル１８の他の領域又は他のパネル１８のいずれかがスキャナの下に位置するよう、基板を移動させるためにＸ及びＹに進む（ｓｔｅｐ）。この操作は、基板１上の全てのセンサパネルがパターニングされるまで続く。次に基板１は除去され、第２のＴＣがその第２の側に対しスプレーされ、それに続いて基板１が再び又ＸＹステージの上に置かれ、第１の側と第２の側のパターンが互いに合うように適切な基準マークに位置合わせされる。そして第２の側のＴＣは、第１の側と同じ「ステップ・アンド・スキャン（ｓｔｅｐ ａｎｄ ｓｃａｎ）」モードで、しかしこの工程が前の段階で形成された第１のＴＣ層に目立った損傷を引き起こすことがないように、（上述したような）より低いパルスレーザーエネルギー密度を使用してレーザーパターニングされる。

図７は、基板が連続的なウェブの形状（ｆｏｒｍ ｏｆ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｗｅｂ）であるときに、このような二層センサを作るための代替的な構成を図示している。その上側にＴＣ層を備えたウェブ材料（ｗｅｂ ｍａｔｅｒｉａｌ）２１は、第１のドラム２２から第２のドラム２３へと、Ｘ方向に漸進的に動かされる。Ｘ方向に沿ったウェブ２１の移動は連続的であってもよいし、断続的であってもよい。Ｘに沿った移動の正確さのために、ウェブ材料２１の端から端まで（ｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｗｅｂ ｍａｔｅｒｉａｌ ２１）、リニアステージ上で移動するチャック２４上に引き付けることが望ましい。パルスレーザー１９は、ミラー２０及び２０’を経由してスキャナ及びレンズユニット１４へと向けられる光線１３を放射する。スキャナ１４は、Ｙ方向へと移動させることができるようにリニアステージの上に載置される。スキャナとチャック上の基板は、センサパネル１８の１つがスキャナの下に位置し、レーザーとスキャナがそのパネル領域の全体又は一部の上を第１のＴＣ層をパターニングするよう操作されるように、ＸとＹのステージによって位置決めされる。そして、スキャナは、パネルの他の領域と他のセンサパネルとのいずれかがスキャナの下に位置付けされるように、Ｙ方向に移動する。この操作は、基板上の全てのセンサパネルがウェブの幅全体にわたってパターニングされるまで続き、それに引き続いて、パターニングされるウェブの新たな領域を露出させるために、ウェブがＸ方向に前進する。ウェブに対するスキャナの相対的な運動を達成する代替的な方法は、ウェブが静止している間にスキャナがＸとＹの両方に移動することができれば可能である。そして、これらの段階は、第２のパターンをその中に形成するために基板の第２の側に第２のＴＣ層を付加した後に繰り返される。

図８Ａは、図７に図示した装置に類似の装置の概略側面図である。その第１の側に第１のＴＣ層を備えた基板を含む材料３１のウェブは第１のドラム３２から巻き出される。第１のレーザーは（巻き出されたウェブの下側の）第１のＴＣ層をパターニングするために使用され、例えばスプレーすることなどによって第２のＴＣ層が材料のウェブの第２の側（上側）に付加され、第２のレーザーは第２のＴＣ層をパターニングするために使用され、材料のウェブは第２のドラム３３に巻き取られる。両方のレーザーパターニング段階の間、ウェブ材料は、図７に関連して記述したように、リニアステージに載置される（或いはチャックに載置され、レーザーがＸ方向及びＹ方向に移動する）。

図８Ｂは、第２のＴＣ層が転写フィルム（以下で図９と図１０に関連づけて更に説明する）を用いて付加される、図８Ａの装置に類似の装置の側面を概略的に図示している。図８Ｂは、ラミネーティングローラ３８及び３９から転写フィルムが貼り付けられた後、第１のドラム３５から巻き出され第２のドラム３６に巻き取られる材料のウェブ３４を図示している。

図９は、基板に第２のＴＣ層を付加するために使用できる転写フィルムの断面を図示している。転写フィルムは、キャリアフィルム５０と、その上の粘着層５１（典型的には５ミクロン厚程度）と、典型的には厚さ１００ｎｍ未満であるその上のナノワイヤ（ＮＷ）層５２と、例えば適切なプラスチックフィルムなどの除去可能な防護層５３と、を含んでいる。適切な転写フィルムは日立ケミカルから入手可能なものである。

このような転写フィルムは、蒸着の様な真空工程を必要とすることなくＮＷ層５２を基板に付加することを可能にする。代わりに、ＮＷ層５２は（粘着層５１と防護層５３と共に）キャリアフィルム５０から除去され、直接基板に付けられ（ＮＷ層をそこに貼るのに粘着層５１を用いる）、それに引き続いて防護層５３を剥がすことができる。

このように、粘着層は基板とＮＷ層との間に薄い誘電体層を形成し、そしてＮＷ層は上述の方法における場合と同様にレーザーアブレーションでパターニングすることができる。

この修正された工程の段階は図１０Ａ−１０Ｄに図示されている。図１０Ａは、基板６１と、基板６１の第１の面の上に備えられた第１のＴＣ層６２を図示している。そして、溝６９が、図１０Ｂに図示されているように、上からのレーザー光線６８、又は、下から基板６１を通過するレーザー光線６８’のいずれかによるレーザーアブレーションで、ＴＣ層６２において形成される。

そして、ＮＷ層の形をとる第２のＴＣ層６５が上述の転写フィルムによって基板の第２の面の上にもたらされ、図１０Ｃに図示の粘着剤の層６４によって第２の面に固定される。

最後に、図１０Ｄに図示されているように、上からのレーザー光線６７、又は、下から基板６１（及び第１のＴＣ層と粘着層６４）を通過するレーザー光線６７’のいずれかによるレーザーアブレーションによって、ＮＷ層６５において溝又は改質されたストリップが形成される。

図１１は、リール・トゥ・リール設定（ｒｅｅｌ−ｔｏ−ｒｅｅｌ ｓｅｔ ｕｐ）（図８Ｂに図示の設定と類似のもの）で行われた場合における転写フィルムの基板への付加の方法をより詳細に図示している。この場合、薄膜ガラス（ＴＦＧ）又はＰＥＴ基板７１が、その上にある酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）により形成された第１のＴＣ層と共に使用される。ＴＦＧ層は、典型的には約０．１ｍｍの厚さを有することができる。ＩＴＯ層はＴＦＧフィルムの下側にあり、要求される下部電極構造（図１１には不図示）を形成するためにレーザーパターニングされる。転写フィルム（図９に図示のものなど）はドラム７２から巻き出され、キャリアフィルム５０がそこから除かれてドラム７３に巻き取られる。そして、転写フィルムは基板７１の第２の面に付加されるためにラミネータ７４を通過し、これは次にＮＷ層５２を基板７１に貼り付ける粘着剤５１を硬化するためにＵＶ硬化ステージを通過する。そして保護フィルム５３はＮＷ層から除かれ、ドラム７６に巻かれる。次にＮＷ層は、上部電極構造（図１１には不図示）を形成するためにレーザーパターニングされる。

そのため、結果として出来上がるラミネートは、ＴＦＧ（又はＰＥＴ）基板、その第１の面の上のＩＴＯの第１のＴＣ層、及び粘着層によってその第２の面に固着されるＮＷ層の形をとる第２のＴＣ層を含む。第１のＴＣ層のレーザーパターニングは、基板がラミネーションステージを通過する前に実行され、第２のＴＣ層のレーザーパターニングは保護層５３の除去の後に実行される。

図１２は、図４に図示したものと類似の段階を含んだ方法を実行するための製造ラインの概略図である。段階８０−その第１の面に第１のＴＣ層が付加された基板が第１のドラムから巻き出され、段階８１−インクジェット又はスクリーンプリンタが第１のＴＣ層に対し、特定の領域にセンサ接続パッドとバスバーを形成するために、金属（通例はＡｇ）を付加し、段階８２−Ａｇインクが硬化段階で硬化され、段階８３−第１のＴＣ層／Ａｇのレーザーパターニングが実行されている最中に基板の端から端まで（ｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）第１のチャックの上に位置し、基板はローラ８４によって裏返され、段階８５−第２のＴＣ層を形成するために、ＮＷ材料が基板の第２の面にスプレーされ、段階８６−ＮＷ層が硬化され、段階８７−インクジェット又はスクリーンプリンタがＡｇパッド又はバスバー構造を第２のＴＣ層に付加し、段階８８−Ａｇインクが硬化され、段階８９−第２のＴＣ層／Ａｇのレーザーパターニングが実行されている最中に基板の端から端まで第２のチャックの上に位置し、段階９０−センサ部分が基板から切除され、コンベヤ、スタック、又はカセットに搬送され（切除は機械的手段によってもよいがレーザー切除が望ましい）、段階９１−基板が第２のドラムに巻き取られる。段階９０は、必要であれば他の別個の道具によって実行されてもよく、ローラ８４は、その後に更なる巻出しユニット（ｕｎｗｉｎｄ ｕｎｉｔ）が続く巻き取りユニット（ｒｅｗｉｎｄ ｕｎｉｔ）と取り替えてもよい。

図１３は図１０に図示したものと類似のステージを含んだ方法を実行するための製造ラインの概略図である。段階９２−その第１の面に第１のＴＣが付加された基板が第１のドラムから巻き出され、段階９３−インクジェット又はスクリーンプリンタが、センサ接続パッドとバスバーを形成するために、第１のＴＣ（通例ＩＴＯ）の上で、特定の領域において金属（通例はＡｇ）を付加し、段階９４−Ａｇインクが硬化ステージで硬化され、段階９５−第１のＴＣ層／Ａｇのレーザーパターニングが実行されている最中に基板の端から端まで第１のチャックの上に位置し、段階９６−図１１に図示したもののような装置を使用し、転写フィルムによってＮＷ層が基板の第２の面に付加され、段階９７−インクジェット又はスクリーンプリンタがＡｇパッド又はバスバー構造をＮＷ層に付加し、段階９８−Ａｇインクが硬化され、段階９９−第２のＴＣ層／Ａｇのレーザーパターニングが実行されている最中に基板の端から端までは第２のチャックの上に位置し、段階１００−センサ部分が基板から切除され、コンベヤ、スタック、又はカセットに搬送され（切除は機械的手段によってもよいがレーザー切除が望ましい）、段階１０１−基板が第２のドラムに巻き取られる。

ガラス又はプラスチックでできた単一の薄い透明基板の上の二層静電容量式タッチセンサを製造するための上述の方法は以下の重要な特徴を有している。
１）第１の透明導電（ＴＣ）材料が基板の第１の側に備えられ、第１のＴＣ材料は比較的高いレーザーアブレーションの閾値エネルギー密度を有する
２）前記第１の側から第１のＴＣ層上に直接焦点を合わせられたレーザー、又は、基板の第２の側へと向けられて基板を通過し、背面から第１の側の第１のＴＣ層へと到達するレーザーによってセンサのＴｘ電極又はＲｘ電極を形成するためのアブレーションでのＴＣ材料の除去によって第１のＴＣ層をパターニングするために、第１のパルスレーザーが使用される
３）第２のＴＣ材料の層が基板の第２の側にスプレーされ（或いは付加され）、第２のＴＣ材料は好ましくはナノ材料であり、かつアブレーションによる除去又は改質については比較的低いレーザー閾値エネルギー密度を有する
４）第２のパルスレーザーは、第１のＴＣ層に目立った損傷を一切引き起こさずに、センサのＴｘ電極又はＲｘ電極を形成するために第２のＴＣ層をアブレート又は改質するために使用され、第２のレーザーは第１のレーザーと同様の又は異なる波長を有し、第２のレーザーは第２の側の第２のＴＣ層に直接焦点を合わせられるか、基板の第１の側から第１のＴＣ層を通過するよう方向づけられ、基板を通過して背面から第２の側の第２のＴＣ層と相互作用をする
５）第１及び第２のレーザーが第１及び第２の透明コーティングの中に電極構造を形成する際には、第１及び第２の透明コーティングが露出し、即ち、更なる層やコーティングによってカバーされない

このように、上述の方法は、「カバー一体型（ｃｏｖｅｒ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ）」二層静電容量式タッチセンサパネルを製造する改良された方法を提供し、該方法は、化学エッチング工程に代わって薄い基板の両側の電極パターンの直接的なレーザー書き込みを可能にし、上述の問題を減少させ又は回避することができ、それによってそのようなパネルの製造を簡略化し、その費用を軽減させる。

Claims (30)

1. 透明基板の両側のコーティングにおいて直接書き込みレーザーパターニングによってパターンを形成する方法であって、前記基板はその両側に第１及び第２の面を有し、前記方法は以下の段階、即ち
   ａ）前記基板の第１の側に第１の透明コーティングを設けることであって、前記第１の透明コーティングが比較的高いレーザーアブレーションの閾値エネルギー密度を有する材料で形成されること、
   ｂ）前記基板をステージの上に載置すること、又は、前記基板をチャックの上に配置すること、
   ｃ）レーザーアブレーションによって前記第１の透明コーティングにおいて第１のパターンを形成するために、第１のレーザー光線を用いること、
   ｄ）前記第１のパターンの形成後、前記基板の第２の側に第２の透明コーティングを設けることであって、前記第２の透明コーティングが比較的低いレーザーアブレーション又は改質の閾値エネルギー密度を有する材料で形成されること、
   ｅ）レーザーアブレーション又は改質によって前記第２の透明コーティングにおいて第２のパターンを形成するために第２のレーザー光線を用いることであって、前記第２の透明コーティングのアブレーションが前記第１の透明コーティングに目立った損傷を引き起こさずに実行されるよう、前記第２のレーザー光線のエネルギー密度が前記第１のレーザー光線のエネルギー密度より低いこと、
   を含む方法。
2. 前記基板が、少なくとも０．０５ｍｍであってかつ０．５ｍｍ未満、好ましくは０．２ｍｍ未満の厚さを有する、
   請求項１に記載の方法。
3. 前記第１の透明コーティングが、少なくとも０．５Ｊ／ｃｍ^２のレーザーアブレーションの閾値エネルギー密度を有する、
   請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記第１の透明コーティングが無機酸化物材料を含む、
   請求項１、２又は３に記載の方法。
5. 前記第１のレーザー光線が、０．５Ｊ／ｃｍ^２以上のエネルギー密度を有する、
   請求項１−４のいずれかに記載の方法。
6. 前記第１のレーザー光線が、赤外線領域に波長を有するパルスレーザー光線である、
   請求項１−５のいずれかに記載の方法。
7. 前記第１のレーザー光線が、前記基板の前記第２の側から前記基板を通過して前記基板の前記第１の側の前記第１の透明コーティングへと向けられる、
   請求項１−６のいずれかに記載の方法。
8. 前記第２の透明コーティングが、０．５Ｊ／ｃｍ^２未満のレーザーアブレーション又は改質の閾値エネルギー密度を有する、
   請求項１−７のいずれかに記載の方法。
9. 前記第２の透明コーティングがナノ材料を含む、
   請求項１−８のいずれかに記載の方法。
10. 前記ナノ材料が金属ナノワイヤ、カーボンナノチューブ、カーボンナノバッド、グラフェン、及び他のナノ粒子から選択される、
    請求項９に記載の方法。
11. 前記第２のレーザー光線が、０．５Ｊ／ｃｍ^２以下のエネルギー密度を有する、
    請求項１−１０のいずれかに記載の方法。
12. 前記第２のレーザー光線が、前記第１のレーザー光線の波長に近似する波長を有するパルスレーザー光線である、
    請求項１−１１のいずれかに記載の方法。
13. 前記第２のレーザー光線が、前記第１のレーザー光線の波長と異なる波長を有するパルスレーザー光線である、
    請求項１−１１のいずれかに記載の方法。
14. 前記第２のレーザー光線が、前記基板の前記第１の側から前記第１の透明コーティングと前記基板を通過して前記基板の前記第２の側の前記第２の透明コーティングへと向けられる、
    請求項１−１３のいずれかに記載の方法。
15. 前記第１及び／又は第２のパターンが、前記第１及び／又は第２の透明コーティングを切断する一群の溝によって形成され、前記溝は前記溝から見て片方の側にある前記コーティングの部分を電気的に隔絶させる、
    請求項１−１４のいずれかに記載の方法。
16. 前記第２のパターンが、前記第２のコーティングにおける改質された材料の１つ以上の線を含み、前記線は前記線から見て片方の側にある前記コーティングの部分を電気的に隔絶させる、
    請求項１−１５のいずれかに記載の方法。
17. 前記第１及び第２のパターンがセンサのＴｘ電極及びＲｘ電極を形成する、
    請求項１−１６のいずれかに記載の方法。
18. 前記基板がステージに載置される又はチャックに配置される前に、前記第１の透明コーティングが前記基板に付加される、
    請求項１−１７のいずれかに記載の方法。
19. 前記基板が、前記第１及び第２の透明コーティングのレーザーパターニングの前に第１のドラムから巻き出され、第２のドラムに巻き取られる連続的なウェブの形状をしている、
    請求項１−１８のいずれかに記載の方法。
20. 前記第２の透明コーティングが転写フィルムによって前記基板の前記第２の面に付加される、
    請求項１−１９のいずれかに記載の方法。
21. 前記第２の透明コーティングを前記基板の前記第２の面に固定する粘着層を硬化する硬化段階を更に含む、
    請求項２０に記載の方法。
22. 透明基板の両側に設けられた第１及び第２の透明コーティングにおいて直接書き込みレーザーパターニングによってパターンを形成する装置であって、前記基板はその両面に第１及び第２の側を有し、前記装置は、
    前記基板を載置できるステージ又は前記基板を配置できるチャックと、
    レーザーアブレーションによって前記基板の前記第１の側の前記第１の透明コーティングにおいて第１のパターンを形成するための第１のレーザー光線を供給するよう構成される第１のレーザー源と、
    レーザーアブレーション又は改質によって前記基板の前記第２の側の前記第２の透明コーティングにおいて第２のパターンを形成するための第２のレーザー光線を供給するよう構成される第２のレーザー源と、を含み、
    前記第２の透明コーティングのアブレーションが前記第１の透明コーティングに目立った損傷を引き起こさずに実行されることができるよう、前記第２のレーザー光線のエネルギー密度が前記第１のレーザー光線のエネルギー密度よりも低い、
    装置。
23. 前記基板が連続的なウェブの形状をしており、前記装置は、前記第１のパターンが形成される前に前記連続的なウェブを巻き出す第１のドラムと、前記第２のパターンが形成された後に前記連続的なウェブを巻き取る第２のドラムとを更に含む、
    請求項２２に記載の装置。
24. 前記第１のパターンが形成される間、前記連続的なウェブの端から端まで配置することができる第１のチャックと、前記第２のパターンが形成される間、前記連続的なウェブの端から端までを配置することができる第２のチャックと、を更に含む、
    請求項２３に記載の装置。
25. その前記第１の側に前記第１の透明コーティングを有し、かつ、その前記第２の側に前記第２の透明コーティングを有する前記透明基板と組み合わさった請求項２４に記載の装置であって、前記第１の透明コーティングは比較的高いレーザーアブレーションの閾値エネルギー密度を有する材料で形成され、前記第２の透明コーティングは比較的低いレーザーアブレーション又は改質の閾値エネルギー密度を有する材料で形成される装置。
26. 請求項１に記載の方法で形成される製品であって、その第１及び第２の側の第１及び第２の透明導電コーティングにおいて直接書き込みレーザーパターニングによって形成された第１及び第２のパターンを有する透明基板を含み、前記第１及び第２の透明導電コーティングは異なる材料で形成され、前記第１の透明導電コーティングは比較的高いレーザーアブレーションの閾値エネルギー密度を有する材料で形成され、前記第２の透明導電コーティングは比較的低いレーザーアブレーション又は改質の閾値エネルギー密度を有する材料で形成される製品。
27. 前記第１の透明導電コーティングは無機酸化物材料を含み、前記第２の透明導電コーティングはナノ材料を含む、
    請求項２６に記載の製品。
28. 前記第１の透明導電コーティングは酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）を含み、前記第２の透明導電コーティングは銀ナノワイヤ材料を含む、
    請求項２７に記載の製品。
29. 二層静電容量式タッチセンサの一部を形成する、
    請求項２６、２７又は２８に記載の製品。
30. 請求項１に記載の方法を実行するための請求項２２に記載の装置の使用。
    
    

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