JP6054506B2 - 電子デバイス用タッチスクリーンアセンブリ - Google Patents

Description

関連出願の説明

本出願は２０１２年３月１５日に出願された米国特許出願第１３/４２１３６６号の米国特許法第１２０条の下の優先権の恩典を主張する。本明細書は上記特許出願の明細書の内容に依存し、上記特許出願の明細書の内容はその全体が本明細書に参照として含められる。

本明細書は、全般には電子デバイス用タッチスクリーンアセンブリに関し、さらに詳しくは、厚さが減じられ、耐久性が改善された、タッチスクリーンアセンブリ及びこれを作製する方法に関する。

タッチスクリーンアセンブリは、コンピュータモニタ、現金自動預払機（ＡＴＭ）等のような、様々な民生用電子デバイスに用いられている。そのようなアセンブリの「タッチ」作動にはアセンブリがユーザの指及び／またはスタイラス具を含む様々な物体で触れられる必要があり、したがって、タッチスクリーンアセンブリは損傷せずに定常的な接触に耐えるに十分に頑丈でなければならない。さらに、タッチスクリーンアセンブリは、携帯電話、パーソナルメディアプレイヤー及びタブレットコンピュータのような、携帯型電子デバイスにも組み込むことができる。そのようなタッチスクリーンアセンブリは運搬及び／または使用中に損傷を受け易くなり得る。したがって、携帯型電子デバイス用タッチスクリーンアセンブリには、実使用による日常的な「タッチ」接触だけでなく、デバイスの運搬中におこり得る突発的な接触及び衝撃にも耐えることができる、高められた強度が必要である。

さらに、タッチスクリーンアセンブリは益々多くの民生用エレクトロニクス、特に携帯型電子デバイスに用いられているから、一層軽量で小型のアセンブリに対する要求が高まっている。従来のタッチスクリーンアセンブリには通常、機械的に頑丈であり、発光素子の劣化を防止するための気密封止を維持できる、アセンブリをつくるために、３枚、ときには４枚もの、ガラス基板が用いられる。しかし、アセンブリにおける３枚、さらには４枚もの、ガラス基板の使用は、アセンブリの総厚を増やして、アセンブリをいくつかの形態用途には望ましくないものにし得る。

したがって、機械的耐久性が改善され、厚さが減じられている、代わりのタッチスクリーンアセンブリが必要とされている。

本明細書に説明される実施形態は、機械的耐久性が改善されて厚さが減じられたタッチスクリーンアセンブリに関する。

一実施形態にしたがえば、機械的耐久性が改善されて厚さが減じられた電子デバイス用タッチスクリーンアセンブリは、第１の熱膨張係数ＣＴＥ_１を有するイオン交換強化ガラスを含む封止ガラスを有することができる。少なくとも封止ガラスの上面とその裏側の封止ガラスの下面上に、複数のタッチセンサ電極を形成することができる。アセンブリは、デバイス面、下面及び第２の熱膨張係数ＣＴＥ_２を有するイオン可換ガラスを含むバックプレーンガラスも有することができ、ＣＴＥ_２はＣＴＥ_１の±１５.０×１０^−７/℃以内にある。バックプレーンガラスのデバイス面は封止ガラスの下面と、フリットシールによって、フリットシールが封止ガラスとバックプレーンガラスのデバイス面の間にデバイス領域を囲包するように、接合して気密封着することができる。アセンブリはさらに、デバイス領域内のバックプレーンガラスのデバイス面上に被着された金属酸化物薄膜トランジスタのアレイ及びデバイス領域内のバックプレーンガラスのデバイス面上に金属酸化物薄膜トランジスタのアレイに重ねて形成されたＯＬＥＤ素子のアレイを有することができる。

別の実施形態において、機械的耐久性が改善されて厚さが減じられた電子デバイス用タッチスクリーンアセンブリは、第１の熱膨張係数ＣＴＥ_１を有するイオン交換強化アルカリアルミノケイ酸ガラスで形成された封止ガラス及び、少なくとも封止ガラスの上面とその裏側の封止ガラスの下面上に形成された、複数のタッチセンサ電極を有することができる。タッチスクリーンアセンブリはさらに封止ガラスと同じ組成を有するアルカリアルミノケイ酸ガラスを含むバックプレーンガラスを有し、バックプレーンガラスはアルカリイオンを含まないデバイス面、及び下面を有する。バックプレーンガラスのデバイス面はフリットシールによって封止ガラスの下面と接合されて気密封着される。フリットシールは封止ガラスの下面とバックプレーンガラスのデバイス面の間にデバイス領域を囲包する。金属酸化物薄膜トランジスタのアレイがデバイス領域内のバックプレーンガラスのデバイス面上に被着され、ＯＬＥＤ素子のアレイがデバイス領域内のバックプレーンガラスのデバイス面上の金属酸化物薄膜トランジスタのアレイに重ねて形成される。

また別の実施形態において、機械的耐久性が改善されて厚さが減じられた電子デバイス用タッチスクリーンアセンブリは、少なくとも３０μｍの層深さ、５００ＭＰａ以上の圧縮応力及び第１の熱膨張係数ＣＴＥ_１を有するイオン交換強化ガラスを含む封止ガラスを有することができる。アセンブリは、デバイス面、下面及びＣＴＥ_１の±１５.０×１０^−７/℃以内にあるような第２の熱膨張係数ＣＴＥ_２を有するイオン可換ガラスを含むバックプレーンガラスも有することができる。バックプレーンガラスのデバイス面は、封止ガラスの下面とバックプレーンガラスのデバイス面の間にデバイス領域を囲包するフリットシールにより封止ガラスの下面に接合されて気密封着される。デバイス領域内のバックプレーンガラスのデバイス面上に金属酸化物薄膜トランジスタのアレイを被着することができ、金属酸化物薄膜トランジスタのアレイはＣＴＥ_２の±１５.０×１０^−７/℃以内にあるような第３の熱膨張係数ＣＴＥ_３を有する。

本明細書に説明される実施形態のさらなる特徴及び利点は以下の詳細な説明に述べられ、ある程度は、当業者にはその説明から容易に明らかであろうし、あるいは、以下の詳細な説明及び添付される特許請求の範囲を、また添付図面も含む、本明細書に説明される実施形態を実施することによって認められるであろう。

上述の全般的説明及び以下の詳細な説明がいずれも様々な実施形態を説明していること、及び特許請求される主題の本質及び特質を理解するための概要または枠組みの提供が目的とされていることは当然である。添付図面は様々な実施形態のさらに深い理解を提供するために含められ、本明細書に組み入れられて本明細書の一部をなす。図面は本明細書に説明される様々な実施形態示し、記述とともに、特許請求される主題の原理及び動作の説明に役立つ。

図１は、本明細書に示され、説明される１つ以上の実施形態にしたがう、電子デバイス用タッチスクリーンアセンブリを簡略に示す。 図２Ａは、本明細書に示され、説明される一実施形態にしたがう、電子デバイス用タッチスクリーンアセンブリの分解断面図を簡略に示す。 図２Ｂは、組み立てられた、図２Ａのタッチスクリーンアセンブリを簡略に示す。 図３Ａは本明細書に説明される一実施形態にしたがうタッチスクリーンアセンブリのための脱アルカリバックプレーンガラスの断面を簡略に示す。 図３Ｂは、本明細書に示され、説明される１つ以上の実施形態にしたがう、タッチスクリーンアセンブリのための積層バックプレーンガラスの断面を簡略に示す。 図４Ａは、本明細書に示され、説明される一実施形態にしたがう、電子デバイス用タッチスクリーンアセンブリの分解断面図を簡略に示す。 図４Ｂは、組み立てられた、図４Ａのタッチスクリーンアセンブリを簡略に示す。 図５は、本明細書に示され、説明される一実施形態にしたがう、ガラススペーサフレームを簡略に示す。 図６は湾曲封止ガラスを用いて形成されたタッチスクリーンアセンブリの一実施形態を簡略に示す。

それらの例が添付図面に示されるタッチスクリーンアセンブリの様々な実施形態をここで詳細に参照する。可能であれば必ず全図面を通して同じ参照数字が同じかまたは同様の要素を指すために用いられる。タッチスクリーンアセンブリの一実施形態の分解断面図が図２Ａに示される。タッチスクリーンアセンブリは一般に、フリットシールによりバックプレーンガラスに直接に接合されて気密封着される封止ガラスを有する。本明細書に説明される実施形態において。封止ガラスはイオン交換強化ガラスであり、バックプレーンガラスはイオン可換ガラスである。封止ガラスは封止ガラスの下面上または上面上の少なくとも一方に形成された複数のタッチセンサ電極を有する。バックプレーンガラスはバックプレーンガラスのデバイス面上に被着された複数の金属酸化物薄膜トランジスタ（ＭＯ-ＴＦＴ）を有する。封止ガラスを通した光の放射を容易にするため、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）がＭＯ-ＴＦＴに重ねて配置され、ＭＯ-ＴＦＴに電気的に接続される。タッチスクリーン及びこれを形成する方法の様々な実施形態を、添付図面を特に参照して本明細書でさらに詳細に説明する。

従来のＯＬＥＤディスプレイアセンブリは一般にバックプレーン基板上に被着されたシリコン薄膜トランジスタを用い、バックプレーン基板は、高温処理中に、シリコン薄膜トランジスタとバックプレーン基板の間の膨張差が最小限に抑えられるように、シリコン薄膜トランジスタの熱膨張係数（ＣＴＥ）と同程度のＣＴＥを有する。さらに、湿気、環境汚染物等への曝露に起因する酸化によるＯＬＥＤ材料の劣化を防止するため、バックプレーンは一般に封止ガラスに気密封着される。封止ガラスは一般に、動作温度及び／または処理温度におけるバックプレーン基板と封止ガラスの間の膨張差によって気密封着が破れないように、シリコン薄膜トランジスタ及びバックプレーンガラスのいずれの熱膨張係数とも同程度の熱膨張係数を有する。

シリコン薄膜トランジスタは一般に約３０ｐｐｍのＣＴＥを有する。したがって、基板及び／または封止ガラスにガラスが用いられる場合、ガラスはほぼ３０ｐｐｍのＣＴＥを有するべきである。しかし、（アルカリアルミノケイ酸ガラスのような）イオン可換ガラスは一般に３０ｐｐｍより大きいＣＴＥを有する。したがって、これらのガラスは一般に、デバイスの製造中及び／またはその後の使用中のイオン可換ガラスとシリコン薄膜トランジスタの間の熱膨張差がシリコン薄膜トランジスタに損傷を生じさせ得るから、シリコン薄膜トランジスタを用いるデバイスのための基板または封止ガラスとしての使用に適合していない。したがって、従来のＯＬＥＤディスプレイアセンブリにおいては、イオン交換強化カバーガラスが望ましい場合、イオン交換強化カバーガラスは、封止ガラス及び基板に加えて、別コンポーネントとしてＯＬＥＤディスプレイアセンブリに組み込まれ、よって、アセンブリに用いられる材料の量を、またディスプレイのコスト及びディスプレイの総厚も、増加させる。

金属酸化物薄膜トランジスタ（ＭＯ-ＴＦＴ）をシリコン薄膜トランジスタの代わりに用いることにより、本明細書に説明されるＯＬＥＤタッチスクリーンアセンブリではイオン交換ガラス強化封止ガラスのイオン可換ガラスで形成されたバックプレーン基板への直接気密封着が容易になり、よって別のイオン交換強化カバーガラスの必要がなくなり、タッチスクリーンアセンブリの総厚が、またタッチスクリーンアセンブリのコストも、減じられる。

ここで図１を参照すれば、タッチスクリーンアセンブリ１００の上面図が簡略に示されている。タッチスクリーンアセンブリ１００は一般に複数のタッチ感応センサ１０４を有する。タッチ感応センサ１０４は、イオン交換強化封止ガラス１０２の上面上または下面上に形成された列電極１１６及び行電極１１５の交差によって形成される。電極１１５，１１６は封止ガラス１０２の同じ側の面上に、あるいは封止ガラスの表裏の面上に、形成することができる。封止ガラス１０２は、続いて、イオン可換ガラスを含むバックプレーンガラスに直接に接合されて気密封着される。本明細書においてバックプレーンガラスはイオン可換ガラスで形成されているとして説明されるが、バックプレーンガラスがイオン可換ガラスである必要はない。したがって、本明細書に説明されるタッチスクリーンアセンブリの実施形態において、バックプレーンガラスをイオン交換強化ガラスとすることができ、あるいは非イオン交換強化ガラスとすることもできることは当然である。

次に図２Ａ及び２Ｂを参照すれば、一実施形態のタッチスクリーンアセンブリ１００ａの分解図（図２Ａ）及び組立図（図２Ｂ）が示されている。本明細書に説明されるタッチスクリーンアセンブリの実施形態の全てにおいて、タッチスクリーンアセンブリは、図２Ａ及び２Ｂに示されるような、フリットシール１１０によりバックプレーンガラス１０６に直接に接合されて気密封着される封止ガラス１０２を有する。封止ガラス１０２は、アルカリアルミノケイ酸ガラスのような、イオン交換強化ガラスで形成される。適するイオン交換強化ガラスには、コーニング社(Corning, Inc.)で製造されるイオン交換強化Ｇｏｒｉｌｌａ（商標）ガラス及びＧｏｒｉｌｌａガラス２があるが、これらには限定されない。しかし、他のイオン交換強化ガラスも封止ガラス１０２に用いられ得ることは当然である。封止ガラス１０２は、イオン交換強化によって封止ガラス１０２に付与された圧縮応力層をそれぞれが有する上面１３０及び下面１３２を有する。圧縮応力は封止ガラス１０２の上面１３０及び下面１３２のいずれからも封止ガラスの厚さ内に延び込む。圧縮応力は封止ガラスの機械的強度を向上させ、一般に、突発的損傷（すなわち、欠け、かき傷、等）による封止ガラスの破損を軽減する。本明細書に説明される実施形態において、封止ガラス１０２内の圧縮応力は約５００ＭＰａ以上であり、層深さ（ＤＯＬ）は約３０μｍ以上である。例えば、いくつかの実施形態において、圧縮応力は８００ＭＰａ以上に、さらには９５０ＭＰａ以上にさえ、なり得る。いくつかの実施形態において、ＤＯＬは約４０μｍ以上に、さらには約５０μｍ以上にさえ、なり得る。圧縮応力及びＤＯＬは、ＡＳＴＭ（米国材料試験協会）規格Ｃ１４２２に指定されているように、ガラスの応力複屈折に基づいて決定される。

本明細書に説明される実施形態において、封止ガラス１０２は一般に約１ｍｍ以下の厚さＴ_１を有する。例えば、封止ガラス１０２は、約０.５ｍｍから約１ｍｍの範囲にある厚さＴ_１を有することができる。例えば、封止ガラス１０２は、約０.５ｍｍから約０.７ｍｍの範囲にある厚さＴ_１を有することができる。一実施形態例において、封止ガラス１０２は約０.５５ｍｍの厚さＴ_１を有する。別の実施形態例において、封止ガラス１０２は約０.７ｍｍの厚さＴ_１を有する。

さらに、封止ガラス１０２は第１の熱膨張係数ＣＴＥ_１を有する。封止ガラスがアルカリアルミノケイ酸ガラスである実施形態において、ＣＴＥ_１は約７５×１０^−７/℃から約１００×１０^−７/℃の範囲にある。一実施形態において、ＣＴＥ_１は約８０×１０^−７/℃から約８５×１０^−７/℃の範囲にある。例えば、封止ガラス１０２がＧｏｒｉｌｌａガラスで形成されていれば、ＣＴＥ_１は０℃から約３００℃において約８４.５×１０^−７/℃のオーダーである。あるいは、封止ガラス１０２がＧｏｒｉｌｌａガラス２で形成されていれば、ＣＴＥ_１は０℃から約３００℃において約８０×１０^−７/℃のオーダーである。

バックプレーンガラス１０６は、フリットシール１１０によるバックプレーンガラス１０６の封止ガラス１０２への接合及び気密封着を容易にするため、封止ガラス１０２の熱膨張係数と同程度の熱膨張係数を有する、アルカリアルミノケイ酸ガラスのような、イオン可換ガラスで形成される。詳しくは、バックプレーンガラス１０６と封止ガラス１０２の間の気密フリット封着の完全性を維持するため、バックプレーンガラス１０６及び封止ガラス１０２は、動作中のタッチスクリーンアセンブリ１００の温度変動にともなうバックプレーンガラス１０６と封止ガラス１０２の間の膨張差が最小限に抑えられるように、同程度の熱膨張係数を有するべきである。したがって、本明細書に説明される実施形態において、バックプレーンガラス１０６は一般に、封止ガラス１０２の熱膨張係数と同程度の第２の熱膨張係数ＣＴＥ_２を有する、イオン可換ガラスを含む。詳しくは、バックプレーンガラス１０６は、ＣＴＥ_１の±１５.０×１０^−７/℃以内、さらには±１０.０×１０^−７/℃以内であるような、第２の熱膨張係数ＣＴＥ_２を有する。例えば、一実施形態において、バックプレーンガラス１０６のＣＴＥ_２は封止ガラスのＣＴＥ_１と同じ（すなわち、ＣＴＥ_２＝ＣＴＥ_１）である。したがって、上述したように、封止ガラスがアルカリアルミノケイ酸ガラスで形成されていれば、バックプレーンガラス１０６のＣＴＥ_２は一般に、ＣＴＥ_１と同程度であるかまたは同じであるように、約７５×１０^−７/℃から約１００×１０^−７/℃、さらには８０×１０^−７/℃から８５×１０^−７/℃の範囲内にある。いくつかの実施形態において、封止ガラス１０２及びバックプレーンガラス１０６は、封止ガラスとバックプレーンガラスの熱膨張係数間の差を最小限に抑えるため、同じ組成を有するガラスで形成される。語句「同じ組成」は、本明細書に用いられるように、バックプレーンガラス１０６の組成とイオン交換強化される前の封止ガラス１０２の組成を指す。したがって、これらの実施形態において、組み立てられたタッチスクリーンアセンブリ１００では、バックプレーンガラス１０６がイオン交換によってガラスに導入されるイオンを含んでいないという点で、バックプレーンガラス１０６の組成が封止ガラス１０２の組成と異なることは当然である。さらに、他の実施形態において、封止ガラス１０２とバックプレーンガラス１０６が同じ組成をもつガラスで形成される必要はないことも当然である。

語句「イオン可換ガラス」は本明細書においてバックプレーンガラス１０６を説明するために用いられ、圧縮応力がガラスの表面に形成されるように、溶融塩浴内の大径イオン（例えばカリウムイオン）によるガラス内の小径イオン（例えばナトリウムイオン）との交換を容易にするためにアルカリイオンを含有する溶融塩浴にガラスを浸漬することで、ガラスのイオン交換強化を受け得ることを意味する。しかし、バックプレーンガラスがイオン交換強化される必要はなく、バックプレーンガラス１０６の物理的性質（特に、バックプレーンガラスのＣＴＥ）が封止ガラス１０２の物理的性質と同様であるように、イオン交換強化を受け得るに過ぎないことは当然である。

したがって、いくつかの実施形態において、バックプレーンガラス１０６はイオン可換ガラスであるがイオン交換強化はなされず、一方別の実施形態において、バックプレーンガラス１０６はイオン交換強化もなされるイオン可換ガラスである。適するイオン可換ガラスの例には、ガラスにイオン交換を受けさせる前の、コーニング社で製造されるＧｏｒｉｌｌａガラス及びＧｏｒｉｌｌａガラス２と同じ組成を有するガラスがあるが、これらには限定されない。適するイオン交換強化済イオン可換ガラスにはコーニング社で製造されるＧｏｒｉｌｌａガラス及びＧｏｒｉｌｌａガラス２があるが、これらには限定されない。

バックプレーンガラス１０６がイオン交換強化されている実施形態において、バックプレーンガラス１０６は、バックプレーンガラス１０６に付与される圧縮応力が封止ガラス１０２内の圧縮応力より一般に小さくなり、バックプレーンガラス１０６のＤＯＬが封止ガラス１０２のＤＯＬより一般に小さくなるように、軽めにしかイオン交換強化されない。これらの実施形態において、バックプレーンガラス内の圧縮応力は約６００ＭＰａ以上であり、層深さ（ＤＯＬ）は約４０μｍ以下である。いくつかの実施形態において、ＤＯＬは約３５μｍ以下、さらには約３０μｍ以下とすることができる。

本明細書に説明される実施形態において、封止ガラス１０２の厚さＴ_１はバックプレーンガラス１０６の厚さＴ_２より一般に大きく、したがって、タッチスクリーンアセンブリ１００に機械的強度を与える責任は一義的に封止ガラス１０２にある。したがって、バックプレーンガラス１０６は封止ガラス１０２よりかなり薄くなり得る。バックプレーンガラス１０６の厚さＴ_２は一般に約０.５ｍｍより薄い。例えば、いくつかの実施形態において、バックプレーンガラス１０６の厚さＴ_２は約０.４ｍｍより薄く、さらには約０.３ｍｍより薄くすることができる。他の実施形態において、バックプレーンガラス１０６の厚さＴ_２は約０.２ｍｍ以下、さらには約０.１ｍｍ以下とすることができる。

次に図３Ａ及び３Ｂを参照すれば、バックプレーンガラス１０６は下面及び、ＭＯ-ＴＦＴのアレイが被着される、デバイス面１４０を有する。いくつかの実施形態において、バックプレーンガラス１０６は、デバイス面１４０及び、必要に応じて、下面１４２が無アルカリイオンであるように形成される。詳しくは、デバイス面１４０内のアルカリイオンはデバイス面１４０上に被着されたＭＯ-ＴＦＴのアレイまで移動または浸出してＭＯ-ＴＦＴアレイに損傷を与え得る。したがって、そのような損傷を防止するため、少なくともデバイス面１４０は無アルカリイオンとすることができる。

図３Ａを参照すれば、一実施形態において、バックプレーンガラス１０６はデバイス面１４０内に形成された無アルカリ域１５０を有する。同様に、バックプレーンガラス１０３の下面１４２内に無アルカリ域１５２を形成することができ、よって無アルカリ域１５０と１５２の間にアルカリ含有コア１５４が配置される。この実施形態において、無アルカリ域１５０，１５２は、バックプレーンガラスの２つ以上の表面を、例えば、固体硫酸アンモニウム塩または硫酸アンモニウム塩溶液のような、脱アルカリ剤にさらすことで脱アルカリを行うことによって、形成することができる。

次に図３Ｂを参照すれば、別の実施形態において、バックプレーンガラス１０６は、下面及びデバイス面が無アルカリイオンであるような積層ガラス構造で形成することができる。この実施形態において、アルカリ含有コア１６２は２つの無アルカリクラッドガラス１６０の層の間に積層される。アルカリ含有コア１６２は、上述したように、アルカリアルミノケイ酸ガラスで形成され、クラッドガラス１６０は、例えば、コーニング社によって製造されるＥａｇｌｅ（商標）ガラスのような、無アルカリガラスで形成される。そのような積層は、例えば米国特許第４２１４８８６号明細書に開示されているような、二重フュージョンドロープロセスを含む、様々な異なるプロセスで形成することができる。上記の明細書は本明細書に参照として含められる。この実施形態において、積層構造のＣＴＥは、全体的なＣＴＥが封止ガラス１０２と同等のままであるように、クラッドガラスのＣＴＥとコアガラスのＣＴＥの間の中間にある。アルカリ含有コア１６２は２つの無アルカリガラス１６０の間に配されるから、積層構造はイオン可換でない。しかし、コアガラスはコアガラスをイオン可換にするアルカリイオンを含有するから、全体としてみれば積層構造はイオン可換ではないとしても、積層構造は必然的にイオン可換ガラスを含んでいる。

図２Ａ及び２Ｂを再び参照すれば、タッチスクリーンアセンブリ１００ａのバックプレーンガラス１０６上に被着されたＭＯ-ＴＦＴのアレイの使用によって封止ガラス１０２及びバックプレーンガラス１０６へのイオン交換強化ガラスの使用が容易になる。詳しくは、ＭＯ-ＴＦＴは、シリコンベースＴＦＴより大きく、封止ガラス１０２及びバックプレーンガラス１０６の熱膨張係数に一層近い、第３のＣＴＥ_３を有する。ＭＯ-ＴＦＴの熱膨張係数はＭＯ-ＴＦＴの厚さとともに変わり、したがってＭＯ-ＴＦＴの熱膨張係数は、バックプレーンガラス１０６の熱膨張係数と同じかまたは実質的に同程度であるように「調整」することができる。本明細書に説明される実施形態において、ＣＴＥ_３はＣＴＥ_２の１５.０×１０^−７/℃以内、さらにはＣＴＥ_２の１０.０×１０^−７/℃以内である。いくつかの実施形態において、ＭＯ-ＴＦＴ１０８のアレイは酸化インジウムガリウム亜鉛（ＩＧＺＯ）で形成される。別のいくつかの実施形態において、ＭＯ-ＴＦＴ１０８のアレイは酸化亜鉛で形成される。バックプレーンガラス１０６及び封止ガラス１０２と同程度の熱膨張係数を有するＭＯ-ＴＦＴの使用により、製造及びその後の使用中のこれらのコンポーネント間の熱膨張差が最小限に抑えられ、よって動作中の大きな膨張差の結果としての様々なコンポーネントの不整合によるＴＦＴへの損傷及び／またはディスプレイ性能の劣化が最小限に抑えられる。

本明細書に説明される実施形態において、ＭＯ-ＴＦＴ１０８のアレイ及び関連コンポーネント（すなわち、ＯＬＥＤ素子のアレイ、等）はバックプレーンガラス１０６のデバイス面１４０上に配置され、様々なコンポーネントが封止ガラス１０２の下面１３２とバックプレーンガラス１０６のデバイス面１４０の間に気密封止されるように、フリットシール１１０で境界が定められるデバイス領域内に配置される。本明細書に説明される実施形態において、フリットシール１１０は、温度変動の結果としてのフリットシールの破損を軽減するために、焼結されると、封止ガラス１０２及びバックプレーンガラス１０６の熱膨張係数と同程度の熱膨張係数を有する、粉末ガラスフリットで形成される。

図２Ａ及び２Ｂに示されるタッチスクリーンアセンブリの実施形態をまだ参照すれば、タッチスクリーンアセンブリ１００ａはさらにＭＯ-ＴＦＴ１０８のアレイに重ねて形成されたＯＬＥＤ素子１１２のアレイを有し、ＯＬＥＤ素子１１２のアレイは、ＯＬＥＤ素子１１２のアレイのそれぞれのＯＬＥＤ素子がＭＯ-ＴＦＴ１０８のアレイの対応するトランジスタによってオン／オフ切換がなされるように、ＭＯ-ＴＦＴ１０８のアレイに電気的に接続される。図２Ａ及び２Ｂに簡略に示されるタッチスクリーンアセンブリ１００ａの実施形態において、ＯＬＥＤ素子１１２のアレイは、赤色、緑色及び青色の上面発光ＯＬＥＤ素子の、それぞれのＲＧＢ/ＯＬＥＤ素子群がＯＬＥＤディスプレイのピクセルを形成するような、アレイを有する。

ＯＬＥＤ素子のアレイは上面発光ＲＧＢ/ＯＬＥＤ素子のアレイを有するとして本明細書に説明されるが、他の構成が考えられることは当然である。例えば、個別の、赤色発光、緑色発光及び青色発光のＯＬＥＤ素子を用いるＯＬＥＤディスプレイにおいては一般に、異なる色のＯＬＥＤ素子にエージング差が生じる結果、ディスプレイの寿命にかけて色シフトがおこることがわかっている。さらに、そのようなＯＬＥＤディスプレイの形成には、発色が異なるＯＬＥＤ材料被着を容易にするため、複数枚のシャドウマスクの使用が必要であり、よって製造プロセスがさらに複雑になり得る。したがって、別の実施形態（図示せず）において、ＯＬＥＤ素子のアレイは、個別の赤色、緑色及び青色のＯＬＥＤ素子の使用にともなう問題を回避する、上面発光白色ＯＬＥＤ素子からなる。この実施形態においては、個々に表示されるピクセルに色を与えるため、封止ガラスの下面上にカラーフィルタを配置することができる。

また別の実施形態（図示せず）において、ＯＬＥＤ素子のアレイは、個別の赤色、緑色及び青色のＯＬＥＤ素子の使用にともなう問題を回避する、上面発光青色ＯＬＥＤ素子を有することができる。色の表示を容易にするため、タッチスクリーンアセンブリはさらに、封止ガラスの下面上に配置された量子ドットサブピクセルのアレイを有することができる。量子ドットサブピクセルは、個々のサブピクセル間のクロストークを低減する、金属コーティングされたウエル内に配置される。量子ドットサブピクセルのアレイのそれぞれのサブピクセルは、赤色量子ドット発光素子、緑色量子ドット発光素子及び青色光散乱素子を含む。したがって、この実施形態において、ＯＬＥＤ素子のアレイによって発光される青色光は、光が量子ドットサブピクセルを通過するときに、赤色光、緑色光及び青色光に変換される。

さらに、本明細書に説明される実施形態において、ＯＬＥＤ素子１１２のアレイと封止ガラス１０２の下面１３２の間の空間の異なる屈折率を補償するため、ＯＬＥＤ素子１１２のアレイと封止ガラス１０２の下面１３２の間に（矩形ブロックとして簡略に示される）屈折率整合ゲル１１４が配される。

本明細書に説明される実施形態において、タッチスクリーンアセンブリはさらに複数のタッチセンサ電極を有する。図２Ａ〜２Ｂ及び４Ａ〜４Ｂに示されるタッチスクリーンアセンブリの様々な実施形態において、タッチスクリーンアセンブリは、封止ガラス１０２の下面上に被着されたタッチセンサ電極１１６を用いる。これらの実施形態において、タッチスクリーン電極は酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）で形成することができる。この実施形態において、行電極及び列電極はいずれも封止ガラス１０２の下面１３２上に被着され、行電極と列電極の間に絶縁材料の薄膜が被着される。しかし、他の実施形態（図示せず）においては、封止ガラス１０２の上面１３０上及び下面１３２上に協働タッチセンサ電極対を被着することができる。これらの実施形態において、タッチセンサ電極は酸化インジウムスズまたは、例えば酸化アルミニウム亜鉛のような、同様の材料で形成することができる。

いくつかの実施形態において、タッチセンサ電極１１６はＩＴＯで形成された電気トレースと相互接続させることができる。別の実施形態において、タッチセンサ電極１１６は、ＩＴＯトレースよりかなり薄く（５μｍのオーダーに）することができる、銅またはアルミニウムのような、金属材料で形成された電気トレースと相互接続される。これらの実施形態において、金属トレースはさらに、特に封止ガラス１０２の下面上に配置された電気トレースに対して、鏡面反射を抑えるため、黒化クロムのような黒色材料で被覆することができる。

図２Ａ及び２Ｂをまだ参照すれば、本明細書に説明されるタッチスクリーンアセンブリの実施形態は、必要に応じて、封止ガラスの下面１３２とフリットシース１１０の間に配された周縁フリット１１８を有することができる。周縁フリット１１８は、周縁フリット１１８が封止ガラス１０２をバックプレーンガラス１０６に接合して気密封着するだけでなく、下にあるタッチスクリーンアセンブリのコンポーネントを覆い隠すように、着色することができる。さらに詳しくは、従来のデバイスでは一般に、表示開口内にない、タッチスクリーンディスプレイアセンブリの領域を覆い隠すため、有機インクが用いられる。しかし、アセンブリの製造中、特にフリットシール１１０のレーザ処理中に、そのようなインクは容易に損傷を受ける。したがって、気密封着材及び装飾物のいずれとしても機能する周縁フリット１１８を、有機インクの代替として、用いることができるであろう。

周縁フリット１１８が用いられる実施形態において、周縁フリット１１８は、周縁フリット１１８とフリットシール１１０の間に配される戻り金属配線との相互接続のために周縁フリット１１８と交差するタッチセンサ電極に接続される金属トレースと同程度に薄く（すなわち、１０μｍ未満で）なければならない。

次に図４Ａ及び４Ｂを参照すれば、別の実施形態のタッチスクリーンアセンブリ１００ｂが簡略に示されている。この実施形態において、タッチスクリーンアセンブリ１００ｂは、図２Ａ及び２Ｂに関して上述したように、封止ガラス１０２，バックプレーンガラス１０６，フリットシール１１０，ＭＯ-ＴＦＴ１０８のアレイ、屈折率整合ゲル１１４及び複数のタッチセンサ電極１０６を有する。しかし、この実施形態において、タッチスクリーンアセンブリはさらに円偏光子１２０を有する。円偏光子は、複数のタッチスクリーン電極１０６が円偏光子１２０と封止ガラス１０２の下面の間に配置されるように、封止ガラス１０２の下面１３２に取り付けられる。円偏光子１２０は、バックプレーンガラスからの反射の、封止ガラス１０２を通る反射を防止する。円偏光子１２０は１００μｍのオーダーの厚さを有し、これは必然的に円偏光子による追加の厚さを収容するためにフリットシール１１０の厚さを増やす。

しかし、フリットシール１１０の厚さの増加はフリットシール１１０の不完全な処理を招き、最終的に、封止の破損に至り得る。したがって、いくつかの実施形態において、バックプレーンガラス１０６の周に沿って、フィラー材料としてはたらくようにガラススペーサフレーム１２２を配置することができる。ガラススペーサフレーム１２２は連続外周を、ガラススペーサフレーム１２２がバックプレーンガラス１０６上に配置されたときに、バックプレーンガラス１０６のデバイス面がガラススペーサフレームを通して露出されるように、開放中央領域１２５（図５）とともに有する。ガラススペーサフレーム１２２はフリットシール１２３によりバックプレーンガラス１０６に封着され、フリット１１０により封止ガラス１０２に封着される。ガラススペーサフレームの組込みにより、追加の円偏光子１２０が収容され、所望のタッチスクリーンアセンブリの機密性が維持される。本明細書に説明される実施形態において、ガラススペーサフレーム１２２は、ＣＴＥ_２の±１５.０×１０^−７/℃以内、さらには±１０.０×１０^−７/℃以内の、熱膨張係数ＣＴＥ_ｆを有するガラスで形成される。

タッチスクリーンアセンブリ１００ｂが円偏光子１２０を有する実施形態において、行タッチセンサ電極または列タッチセンサ電極は封止ガラス１０２の下面１３２上に形成することができ、相補タッチセンサ電極（すなわち、列タッチセンサ電極または行タッチセンサ電極）は偏光子の下面上（すなわち、バックプレーンガラス１０６に面している円偏光子１２０の表面上）に形成される。この実施形態において、偏光子は行タッチセンサ電極と列タッチセンサ電極の間の絶縁体としてはたらく。

図２Ａ及び２Ｂをまた参照すれば、タッチスクリーンアセンブリの実施形態はバックプレーンガラス１０６のデバイス面１４０上にＭＯ-ＴＦＴ１０８のアレイを被着することで形成することができる。初めに、ＭＯ-ＴＦＴ１０８のアレイを定めるため、マスクがデバイス面１４０に与えられ、次いでＭＯ-ＴＦＴ材料が真空下でプラズマ支援化学的気相成長（ＰＥＣＶＤ）及び／またはスパッタリングを用いて被着される。ＭＯ-ＴＦＴ材料の被着後、デバイス面からマスクが除去される。

次いで、ＯＬＥＤ素子１１２のアレイを、ＯＬＥＤ素子１１２のアレイがＭＯ-ＴＦＴ１０８のアレイに電気的に接続されるように、ＭＯ-ＴＦＴ１０８のアレイ上に被着することができる。ＯＬＥＤ素子１１２のアレイは真空熱蒸着法を用いてＭＯ-ＴＦＴ上に被着することができる。

必要に応じる周縁フリット１１８を有するタッチスクリーンアセンブリの実施形態において、周縁フリットは封止ガラスの下面１３２上にペーストとして被着され、その後、周縁フリット１１８を硬化させるため、封止ガラス１０２がベークされる。別工程において、封止ガラス１０２の下面１３２上及び（必要に応じて）上面１３０上にタッチセンサ電極１１６がスパッタリング及び／または印刷によって被着される。

上述したように、タッチスクリーンアセンブリのいくつかの実施形態は、必要に応じて、封止ガラスの下面上に配置されたカラーフィルタを用いる。これらの実施形態において、カラーフィルタ材料は、スピン塗布法またはドクターブレード塗布法を用いて、タッチセンサ電極に重ねて被着される。カラーフィルタ材料の塗布に続いて、材料はオーブン内で硬化される。

さらに、図４Ａ〜４Ｂに示されるように円偏光子１２０を有する実施形態において、円偏光子１２０は、タッチセンサ電極１１６が円偏光子１２０と封止ガラス１０２の下面１３２の間に配置されるように、封止ガラス１０２の下面１３２に取り付けられる（図４Ａ〜４Ｂ）。

図４Ａ〜４Ｂに示されるように円偏光子１２０を有する実施形態において、フリットペーストの小粒をガラススペーサフレーム１２２の下面に付け、フリットペーストがガラススペーサフレーム１２２とバックプレーンガラス１０６の間に配置されるように、バックプレーンガラス１０６のデバイス面１４０上に配置する。次いで、フリットプーストを固化させ、よってバックプレーンガラス１０６をガラススペーサフレーム１２２に接合して気密封着するため、フリットペーストを、ガラススペーサフレーム１２２またはバックプレーンガラス１０６の一方をまたはいずれも通してレーザビームを導くことによって照射する。

様々なコンポーネントが封止ガラス１０２の下面１３２上及びバックプレーンガラス１０６のデバイス面１４０上に形成されてしまうと、バックプレーンガラス１０６のデバイス面１４０の周を巡ってフリットペーストが付けられる。ガラススペーサフレームが用いられる実施形態においては、ガラススペーサフレームの上面にフリットペーストが付けられる。ガラススペーサフレームが用いられない実施形態において、フリットペーストはバックプレーンガラス１０６のデバイス面１４０に直接に付けられる。バックプレーンガラスのデバイス面１４０上に被着されたコンポーネントに重ねて屈折率整合ゲル１１４が配置される。その後、封止ガラス１０２がバックプレーンガラス１０６上で位置合わせされて、アセンブリが真空下におかれる。次いで、フリットプーストを固化させ、よってバックプレーンガラス１０６を封止ガラス１０２に接合して、タッチスクリーンアセンブリのコンポーネントを気密封止するため、フリットペーストを、封止ガラス１０２またはバックプレーンガラス１０６の一方をまたはいずれも通してレーザビームを導くことによって照射する。

本明細書に説明されるタッチスクリーンアセンブリの実施形態において、タッチスクリーンアセンブリは、２ｍｍ未満、さらには１.５ｍｍ未満の、厚さＴを有することができる。例えば、いくつかの実施形態において、タッチスクリーンアセンブリの厚さＴは１ｍｍ以下とすることができる。そのようなタッチスクリーンアセンブリは、様々な電子デバイスに容易に組み込むことができ、減じられたアセンブリ厚によって携帯型電子デバイスに特によく適する。

次に図６を参照すれば、一実施形態のタッチスクリーンアセンブリ１００ｅが簡略に示されている。この実施形態において、封止ガラス１０２は曲率半径をもって形成され、バックプレーンガラス１０６は初め平坦である。タッチスクリーンアセンブリの様々なコンポーネントが封止ガラス１０２上及びバックプレーンガラス１０６上に形成されてしまうと、封着プロセス中にアセンブリに圧力を印加することでバックプレーンガラス１０６は封止ガラス１０２の形状に一致させられ、よって曲率半径をもつタッチスクリーンアセンブリ１００ｅが得られる。

本明細書に説明されるタッチスクリーンアセンブリが、従来のタッチスクリーンパネルに比較して、改善された機械的強度及び損傷許容性を有し、同時に減じられた厚さも有することが、今では当然である。改善された機械的特性及び減じられた厚さはイオン可換バックプレーンガラスに直接に接合されたイオン交換強化ガラスを用いることで達成される。イオン交換強化ガラス及びイオン可換ガラスの使用は、封止ガラス、バックプレーンガラス及びＭＯ-ＴＦＴの熱膨張係数が同程度であり、よって処理中及びその後の使用中の材料間の膨張差が減じられるような、バックプレーンガラス上のＭＯ-ＴＦＴの使用によって容易になる。

さらに、タッチスクリーンアセンブリの改善された機械的特性及び減じられた厚さにより、タッチスクリーンアセンブリは様々な電子デバイスにおける使用によく適し、特に携帯型電子デバイスにおける使用によく適する。さらに、本明細書に説明されるタッチスクリーンアセンブリのバックプレーンガラスは封止ガラスよりかなり薄くすることができ、これは従来の平面アセンブリとは異なる形状のタッチスクリーンアセンブリの製造を容易にし、したがってより高い設計フレキシビリティを電子デバイス製造業者にもたらす。

特許請求される主題の精神及び範囲を逸脱することなく本明細書に説明された実施形態に様々な改変及び変形がなされ得ることが当業者には明らかであろう。したがって、本明細書に説明された様々な実施形態の改変及び変形が添付される特許請求項及びそれらの等価形態の範囲内に入れば、本明細書はそのような改変及び変形を包含するとされる。

１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｅ タッチスクリーンアセンブリ
１０２ 封止ガラス
１０４ タッチ感応センサ
１０６ バックプレーンガラス
１０８ ＭＯ-ＴＦＴ
１１０，１２３ フリットシール
１１２ ＯＬＥＤ素子
１１４ 屈折率整合ゲル
１１５，１１６ タッチセンサ電極
１１８ 周縁フリット
１２０ 円偏光子
１２２ ガラススペーサフレーム
１２５ 開放中央領域
１３０ 封止ガラス上面
１３２ 封止ガラス下面
１４０ バックプレーンガラスデバイス面
１４２ バックプレーンガラス下面
１５０，１５２ 無アルカリ域
１５４，１６２ アルカリ含有コア
１６０ 無アルカリクラッドガラス

Claims (12)

1. 電子デバイス用タッチスクリーンアセンブリにおいて、前記タッチスクリーンアセンブリが、
   第１の熱膨張係数ＣＴＥ_１を有するイオン交換強化ガラスを含む封止ガラスであって、少なくとも前記封止ガラスの表面の裏側になる前記封止ガラスの下面上に複数のタッチセンサ電極が形成されている、封止ガラス、
   デバイス面、下面及び第２の熱膨張係数ＣＴＥ_２を有するイオン可換ガラスを含む、バックプレーンガラスであって、前記第２の熱膨張係数ＣＴＥ_２は前記第１の熱膨張係数ＣＴＥ_１の±１５.０×１０^−７/℃以内にあり、前記バックプレーンガラスの前記デバイス面はフリットシールにより前記封止ガラスの前記下面に接合されて気密封着され、前記フリットシールは前記封止ガラスの前記下面と前記バックプレーンガラスの前記デバイス面の間にデバイス領域を囲包するものである、バックプレーンガラス、
   前記デバイス領域内の前記バックプレーンガラスの前記デバイス面上に被着された、前記第２の熱膨張係数ＣＴＥ_２の±１５.０×１０^−７/℃以内にある第３の熱膨張係数ＣＴＥ_３を有する、金属酸化物薄膜トランジスタのアレイ、及び
   前記バックプレーンガラスの前記デバイス面上の前記デバイス領域内において前記金属酸化物薄膜トランジスタのアレイに重ねて形成されたＯＬＥＤ素子のアレイ、
   を有することを特徴とするタッチスクリーンアセンブリ。
2. 前記封止ガラスが少なくとも３０μｍの層深さ及び５００ＭＰａ以上の圧縮応力を有することを特徴とする請求項１に記載のタッチスクリーンアセンブリ。
3. 前記金属酸化物薄膜トランジスタのアレイが、前記第２の熱膨張係数ＣＴＥ_２の±１０.０×１０^−７/℃以内にある、第３の熱膨張係数ＣＴＥ_３を有することを特徴とする請求項１に記載のタッチスクリーンアセンブリ。
4. 前記封止ガラスが約０.５ｍｍから約０.７ｍｍの第１の厚さＴ_１を有し、前記バックプレーンガラスが約０.１ｍｍ以下の第２の厚さＴ_２を有することを特徴とする請求項１に記載のタッチスクリーンアセンブリ。
5. 前記第２の熱膨張係数ＣＴＥ_２が、前記第１の熱膨張係数ＣＴＥ_１の±１０.０×１０^−７/℃以内にあることを特徴とする請求項１に記載のタッチスクリーンアセンブリ。
6. 前記第１の熱膨張係数ＣＴＥ_１が前記第２の熱膨張係数ＣＴＥ_２と同じであることを特徴とする請求項１に記載のタッチスクリーンアセンブリ。
7. 前記封止ガラス及び前記バックプレーンガラスが、アルカリアルミノケイ酸ガラスであることを特徴とする請求項１に記載のタッチスクリーンアセンブリ。
8. 少なくとも前記バックプレーンガラスの前記デバイス面が脱アルカリされていることを特徴とする請求項１に記載のタッチスクリーンアセンブリ。
9. 前記バックプレーンガラスの前記デバイス面及び前記下面が無アルカリであるように、前記バックプレーンガラスが、上部及び下部の無アルカリガラスクラッドの間に配置されたアルカリ含有ガラスコアを有する積層ガラスであることを特徴とする請求項１に記載のタッチスクリーンアセンブリ。
10. 円偏光子をさらに有し、前記複数のタッチセンサ電極が前記円偏光子と前記封止ガラスの前記下面の間に配置されるように、前記円偏光子が前記封止ガラスの前記下面に取り付けられることを特徴とする請求項１に記載のタッチスクリーンアセンブリ。
11. 前記バックプレーンガラスの前記デバイス面に気密封着される、ガラススペーサフレームをさらに有してなることを特徴とする請求項１０に記載のタッチスクリーンアセンブリ。
12. 前記封止ガラスの前記下面の周縁に隣接して被着された周縁フリットをさらに有し、前記周縁フリットが前記封止ガラスの前記下面及び前記フリットシールに気密封着されることを特徴とする請求項１に記載のタッチスクリーンアセンブリ。

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