JP6557382B2 - グラフェン層を含むタッチスクリーン - Google Patents

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Description

本開示はタッチスクリーンに関し、特に１つ以上のグラフェン層を含むタッチスクリーンに関する。
携帯電話、タブレット、およびその他のいわゆるスマートデバイスなどの電子装置におけるタッチスクリーンの使用は、特に民生用電子機器用途に関して、近年増加している。あるタッチスクリーンは、キャパシタンスまたは抵抗を含む、局所的な電子物性の小さな変化を検知することによって動作する。しかしながら、使用者の指は、使用の間タッチスクリーン表面に、水分、汚れ、ほこり、油分、または他の物質を運ぶ場合があり、これは使用者の入力を正確に検知するためのタッチスクリーンの性能を低下させるか、または著しく減じる。この問題を解決するために、多くのタッチスクリーンは、保護コーティングを含む。残念ながら、多くの保護コーティングは、それ自身がデバイスの使用を妨げることがあり、かつ／またはタッチスクリーン表面に対して不十分な保護を提供することがある。場合によっては、例えば、保護コーティングは、傷付けられる可能性があり、または光学的に十分透明ではない程度に厚い可能性があり、または局所的な電子物性の変化に対するタッチスクリーンの感度を低下させる可能性があり、その結果デバイスの性能が低下する。
したがって、機械的靱性、局所的電子物性に対する感度、および光学的透明性を示すタッチスクリーンおよびタッチスクリーン用のコーティングに対する必要性が存在する。
１つの態様において、タッチスクリーンが本明細書に記載され、これは、ある実施形態において、従来のタッチスクリーンに対して１つ以上の利点を提供し得る。例えば、ある実施形態において、本明細書に記載されるタッチスクリーンは、機械的靱性、耐擦傷性、光学的透明性、または汚れ、ほこり、油分、および水分に対する耐性を犠牲にすることなく、局所的な電子物性に対して改良された感度を示すことができる。さらに、ある場合には、本明細書に記載されるタッチスクリーンは軽量である。本明細書に記載されるタッチスクリーンは、製造がより簡単であり、および／またはより安価であることもできる。
ある実施形態において、本明細書に記載されるタッチスクリーンは、導電層および導電層に電気的に接続された１つ以上の電極を含み、導電層はグラフェン層を含む。グラフェン層は、ある実施形態において、約２００ｎｍまでの間の平均厚みを有し、１つ以上のグラフェンシート、１つ以上のフラーレン、または１つ以上のグラフェンチューブの層を含むことができる。
さらに、ある実施形態において、本明細書に記載されるタッチスクリーンの導電層は、電気的に絶縁性の基板上に配置された導電コーティングを含む。ある場合には、導電コーティングは、グラフェン層と基板との間に配置される。他の例では、グラフェン層は導電コーティングと基板との間に配置される。さらに他の実施形態において、基板は導電コーティングとグラフェン層との間に位置決めされる。さらに、ある実施形態において、グラフェン層自身が本明細書に記載の導電層の導電コーティングを形成する。
さらに、本明細書に記載されるタッチスクリーンは、ある実施形態において、第２の導電層をさらに含むことができる。ある実施形態において、タッチスクリーンは、第２の導電層および第１の導電層と第２の導電層との間に配置されたスペーサ層をさらに含む。第２の導電層は、ある例において、第２のグラフェン層を含む。さらに、ある実施形態において、本明細書に記載されるタッチスクリーンは、タッチスクリーンの導電層上に配置された保護層をさらに含む。
他の態様において、タッチスクリーンを含む装置が本明細書に記載され、これは、ある実施形態において、従来の装置に対して１つ以上の利点を提供し得る。ある実施形態において、例えば、本明細書に記載される装置は、改善された感度および／または機械的なロバスト性を有するタッチスクリーンを提供する。ある実施形態において、本明細書に記載される装置のタッチスクリーンは、導電層および導電層に電気的に接続された１つ以上の電極を含み、導電層はグラフェン層を含む。さらに、ある例において、本明細書に記載される装置のタッチスクリーンは、上述のタッチスクリーンを含む。さらに、本明細書に記載される装置は、スマートフォン、タブレット、コントロールパネル、コックピットディスプレイ、シートバックディスプレイ、または他の電子装置であってよい。
他の態様において、タッチスクリーンの製造方法が本明細書に記載される。ある実施形態において、タッチスクリーンの製造方法は、基板上にグラフェンを含む導電層を提供するように基板の表面にグラフェン層を配置する段階、およびグラフェンを含む導電層に１つ以上の電極を電気的に接続する段階、を含む。さらに、ある実施形態において、本明細書に記載される方法は、第２の導電層を形成する段階、および第１の導電層および第２の導電層を、第１の導電層と第２の導電層との間に配置されたスペーサ層で分離する段階をさらに含み、導電層はスタック式の構成で配列される。さらに、ある実施形態において、第２の導電層を形成する段階は、第２の導電層を提供するように第２の基板の表面に第２のグラフェン層を配置する段階を含む。さらに、本明細書に記載の方法は、１つ以上の導電層上に保護層を配置する段階を含むこともできる。
これらの実施形態および他の実施形態が、以下の詳細な説明において、さらに詳細に記載される。
本明細書に記載される一実施形態によるタッチスクリーンの断面図である。 本明細書に記載される一実施形態によるタッチスクリーンの断面図である。 本明細書に記載される一実施形態によるタッチスクリーンの断面図である。 本明細書に記載される一実施形態によるタッチスクリーンの断面図である。 本明細書に記載される一実施形態によるタッチスクリーンの断面図である。 本明細書に記載される一実施形態によるタッチスクリーンの断面図である。 本明細書に記載される一実施形態によるタッチスクリーンの断面図である。 本明細書に記載される一実施形態によるタッチスクリーンの断面図である。 本明細書に記載される一実施形態による基板の表面上に配置されたグラフェン層の断面図である。 本明細書に記載される一実施形態による基板の表面上に配置されたグラフェン層の断面図である。 本明細書に記載される一実施形態による基板の表面上に配置されたグラフェン層の断面図である。 本明細書に記載される一実施形態によるタッチスクリーンの平面図である。 本明細書に記載される一実施形態によるタッチスクリーンの平面図である。
本明細書に記載される実施形態は、以下の詳細な説明、実施例、および図面を参照することによってさらに容易に理解することができる。しかしながら、本明細書に記載される構成要素、装置、および方法は、詳細な説明、実施例、および図面に示される特定の実施形態に制限されない。これらの実施形態が、本開示の原理の説明に過ぎないことが認識されるべきである。多くの変更および適合が、本開示の精神および範囲を逸脱することなく、当業者には直ちに明らかであるだろう。
さらに、本明細書に記載される全ての範囲が、この中に包含される任意のおよび全ての部分範囲を含むことが理解される。例えば、定められた範囲「１．０から１０．０」は、最小値１．０以上で始まり、最大値１０．０以下で終わる、任意のおよび全ての部分範囲、例えば１．０から５．３、または４．７から１０．０、または３．６から７．９、を含むとみなされるべきである。
さらに、表現「までの間」が数量または量に関連して使用されるとき、量は少なくとも検知可能な数量または量であると理解される。例えば、特定の量「までの間」の量で存在する材料は、検知可能な量から、特定の量を含む特定の量までの間存在し得る。
Ｉ．タッチスクリーン
１つの態様において、１つ以上のグラフェン層を含むタッチスクリーンが本明細書に記載される。本明細書において、参考のために、「タッチスクリーン」とは、指またはスタイラスなどでスクリーンの表示領域に触れることによって操作されることができる任意の複数のディスプレイおよび／またはコントロールスクリーンを示すことができる。例えば、タッチスクリーンは、抵抗タッチスクリーン、表面型静電容量方式タッチスクリーン、投影型静電容量方式（ＰＣＴ）タッチスクリーン、超音波表面弾性波（ＳＡＷ）方式タッチスクリーン、赤外線グリッドタッチスクリーン、赤外線アクリル投影型タッチスクリーン、光学イメージタッチスクリーン、分散信号法タッチスクリーン、またはアコースティックパルス認識タッチスクリーンを示してよい。静電容量方式タッチスクリーンは、相互容量式タッチスクリーンまたは自己容量式タッチスクリーンであってよい。さらに、タッチスクリーンはシングルタッチタッチスクリーンまたはマルチタッチタッチスクリーンであってよい。
本明細書において、参考のために、「グラフェン」層は、ｓｐ３結合された炭素とは対照的に、主要な炭素成分として、ｓｐ２結合された炭素を含む。ある実施形態において、本明細書に記載されるグラフェン層は、ｓｐ３混成炭素を含まないか、またはｓｐ３混成炭素を実質的に含まない。例えば、ある実施形態において、グラフェン層は、層内の全炭素量に対して、約１０原子パーセント未満、または約５原子パーセント未満のｓｐ３混成炭素を含む。ある実施形態では、グラフェン層は、約２原子パーセント未満、または約１原子パーセント未満のｓｐ３混成炭素を含む。さらに、本明細書に記載されるグラフェン層は、ある実施形態において、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）を含まず、ＤＬＣから成るものではなく、または実質的にＤＬＣからなるものではない。ある実施形態では、グラフェン層は、少なくとも約９５原子パーセントのグラフェン炭素を含み、または実質的にグラフェン炭素からなる。
本明細書に記載されるタッチスクリーンのグラフェン層は、タッチスクリーンに様々な特性を与えることができる。例えば、ある実施形態において、本明細書に記載されるタッチスクリーンのグラフェン層は、タッチスクリーンのための、またはタッチスクリーンの構成要素のための保護コーティングとして機能する。他の実施形態において、グラフェン層は、導電層として、または導電コーティングとして機能する。ある場合において、グラフェンシートの面内部など、グラフェン層の面内で電気伝導が生じ得る。さらに、ある実施形態において、本明細書に記載されるグラフェン層は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）などの透明な導電材料の代わりに、タッチスクリーンアーキテクチャ内で使用され得る。本明細書に記載されるある実施形態において、グラフェン層は、保護コーティングおよび導電層または導電コーティングの両方として機能する。保護コーティングおよび／または導電層または導電コーティングとしてグラフェン層を使用することにより、ある実施形態では、機械的な靱性、耐擦傷性、および／または外部の水分、油分、汚れ、ほこりからの、タッチスクリーンへの損傷に対する耐性を提供することができる。さらに、ある実施形態において、グラフェン層は、前述の利点の１つ以上を提供することができ、一方で光学的透明性および／または面内導電性を示す。さらに、ある実施形態において、薄いグラフェン層が、前述の利点の１つ以上を提供することができる。
ある実施形態において、本明細書に記載のタッチスクリーンは、導電層および導電層に電気的に接続された１つ以上の電極を含み、導電層はグラフェン層を含む。グラフェンを含む導電層は、本開示の目的と合致する任意のタッチスクリーン構造体またはアーキテクチャの一部を形成し、またはそれに組み込まれることができる。例えば、ある実施形態において、グラフェンを含む導電層が抵抗タッチスクリーン構造の一部を形成する。他の例では、グラフェンを含む導電層が、表面型静電容量方式タッチスクリーン構造またはＰＣＴタッチスクリーン構造を含む、静電容量方式タッチスクリーン構造の一部を形成する。さらに、本明細書に記載されるように、グラフェン層が、本明細書に記載される導電層において使用される代わりに、またはそのような使用に加えて、タッチスクリーンの１つ以上の構成要素の上に配置される保護コーティングとして使用されることもできる。
タッチスクリーンの幾つかの例示的な実施形態が、ここで図を参照してさらに記載される。図１は、本明細書に記載される１つの実施形態によるタッチスクリーンの断面図を示す。当業者には理解されるように、図１に示される様々な要素が、代表的なものであり、必ずしも寸法どおりではない。図１の実施形態において、タッチスクリーン（１００）は、導電層（１１０）および導電層（１１０）に電気的に接続された１つ以上の電極（図示されない）を含む。導電層（１１０）はグラフェン層（１２０）を含む。さらに、導電層（１１０）は電気的に絶縁性の基板（１４０）上に配置された導電コーティング（１３０）を含む。図１の実施形態において、導電コーティング（１３０）は、グラフェン層（１２０）と基板（１４０）との間に配置される。しかしながら、他の構成もまた可能である。
例えば、図２および３は、本明細書に記載される他の実施形態によるタッチスクリーンを示す。図２の実施形態において、グラフェン層（１２０）は、タッチスクリーン（１００）の導電層（１１０）の導電コーティング（１３０）と基板（１４０）との間に配置される。図３の実施形態において、基板（１４０）は、タッチスクリーン（１００）の導電層（１１０）の導電コーティング（１３０）とグラフェン層（１２０）との間に位置決めされる。
さらに、図４に示されるように、基板（１４０）上に配置される導電コーティングがグラフェン層（１２０）からなる、または本質的にグラフェン層（１２０）からなるように、グラフェン層（１２０）がタッチスクリーン（１００）の導電層（１１０）の導電コーティングを形成することも可能である。さらに、ある実施形態において、本明細書に記載されるグラフェン層（１２０）は、タッチスクリーン（１００）の他の層に配置されるよりもむしろ、タッチスクリーン（１００）の他の層に埋め込まれることができる。例えば、ある実施形態において、グラフェン層は基板に埋め込まれ、導電層を提供する。
図１〜４に示されるように、図１および２におけるグラフェン層（１２０）と導電コーティング（１３０）との間、または図４におけるグラフェン層（１２０）と基板（１４０）との間などの、グラフェン層（１２０）と隣接する層との間には、追加の層が配置されない。しかしながら、他の構成もまた可能である。ある実施形態では、例えば電気的に絶縁性の層はグラフェン層と導電コーティングとの間に配置されないが、１つ以上の非絶縁層がグラフェン層と導電コーティングとの間に配置されてよい。さらに、ある実施形態において、接着材料または結合材料が、様々な層を接着または結合するために、本明細書に記載されるタッチスクリーンの様々な層の間に配置されてよい。さらに、ある実施形態において、接着材料または結合材料を、本明細書に記載されるグラフェン層内部に配置することができる。本発明の目的に合致する任意の接着材料または結合材料が使用されてよい。例えば、ある実施形態において、接着材料または結合材料は、１つ以上のシリコーン、エポキシ、ウレタン、アクリル、ＵＶ硬化、テープ、フィルム、ホイル、または半田材料を含む。
当業者には理解されるように、図１〜４に示される導電層などの、本明細書に記載される導電層は抵抗タッチスクリーン構造、静電容量方式タッチスクリーン構造、および／または他のタッチスクリーン構造の一部を形成することができる。例えば、ある実施形態において、図１の導電層は表面型静電容量方式タッチスクリーン構造の少なくとも一部を形成することができる。同様に、図３の導電層は抵抗タッチスクリーン構造の少なくとも一部を形成することができる。さらに、図４の導電層は静電容量方式タッチスクリーン構造または抵抗タッチスクリーン構造の少なくとも一部を形成することができる。ある実施形態では、例えば、図４のグラフェン層（１２０）が、ＰＣＴタッチスクリーン構造中の透明導電体として働く導電グリッドを形成することができる。
さらに、図１〜４に示される導電層（１１０）などの、本明細書に記載される導電層は、明確さのために図１〜４には必ずしも示されない追加の特徴または構成要素を含むタッチスクリーン構造内部で使用され、または組み込まれることもできる。
ある実施形態において、例えば本明細書に記載されるタッチスクリーン構造は、さらにスペーサ層を含むことができる。ある実施形態において、スペーサ層は、本明細書に記載される導電層を、タッチスクリーンの１つ以上の他の構成要素から分離することができる。さらに、ある実施形態において、スペーサ層によって提供される分離または間隔は、タッチスクリーンの他の構成要素からの導電層の電気的な絶縁を提供することができる。さらに、ある実施形態において、スペーサ層は、導電層の可逆的な分離または絶縁を提供することができる。例えば、ある実施形態において、導電層は、使用者のタッチに応じた導電層の一時的変形に応答するなど、スペーサ層を通じてタッチスクリーンの他の構成要素または層と可逆的に接触することができる。
スペーサ層を含むタッチスクリーンの１つの例示的な実施形態が図５に示される。しかしながら、当業者には理解されるように、図５の例示的実施形態に加えて、スペーサ層は他のタッチスクリーン構造内でも使用することができる。図５に示されるように、タッチスクリーン（１００）は、第１の導電層（１１１）、第２の導電層（１１２）、第１の導電層（１１１）と第２の導電層（１１２）との間に配置されたスペーサ層（１５０）、および第１の導電層（１１１）および／または第２の導電層（１１２）に電気的に接続された１つ以上の電極（図示されない）を含むことができる。図５の実施形態において、第１の導電層（１１１）および／または第２の導電層（１１２）はグラフェン層を含む。さらに、ある実施形態において、第１の導電層（１１１）は第１のグラフェン層を含み、第２の導電層（１１２）は第２のグラフェン層を含む。
さらに、第１の導電層（１１１）および／または第２の導電層（１１２）は、図１〜４に示される導電層（１１０）の構造を含むがこれらに制限されない、本明細書に記載される導電層の任意の構造を有することができる。例えばある実施形態において、第１の導電層（１１１）および第２の導電層（１１２）の少なくとも１つが、電気的に絶縁性の基板（１４０）上に配置された導電コーティングを含む。ある実施形態において、第１の導電層（１１１）および第２の導電層（１１２）の両方が、電気的に絶縁性の基板（１４０）上に配置された導電コーティングを含む。そのような実施形態において、導電コーティングおよび電気的に絶縁性の基板は、図１〜４において前述された構造を含む、本開示の目的に合致する任意の構造を有することができる。さらに、ある実施形態において、第１の導電層の第１の導電コーティングは第２の導電層の第２の導電コーティングに対向しており、タッチスクリーンの使用者が触れたことに応答するなどして第１および／または第２の導電層が変形されるとき、２つの導電コーティングがスペーサ層を介して接触することができるようにする。ある実施形態において、そのようなタッチスクリーン構造は、図６に示されるような、抵抗タッチスクリーンを形成することができる。
図６は、本明細書に記載される１つの実施形態によるタッチスクリーンの断面図を示し、このタッチスクリーンはスペーサ層によって分離された複数の導電層を含む。図６に示されるように、タッチスクリーン（１００）は、第１の導電層（１１１）、第２の導電層（１１２）、第１の導電層（１１１）と第２の導電層（１１２）との間に配置されたスペーサ層（１５０）を含む。第１の導電層（１１１）は、第１の基板（１４１）上に配置された第１のグラフェン層（１２１）を含む。第２の導電層（１１２）は、第２の基板（１４２）上に配置された第２のグラフェン層（１２２）を含む。第１のグラフェン層（１２１）および第２のグラフェン層（１２２）は導電コーティングとして機能することができる。さらに、図６の実施形態において、第１のグラフェン層（１２１）および第２のグラフェン層（１２２）は互いに対向しており、スペーサ層（１５０）によってのみ分離される。その結果、ある実施形態において、図６のタッチスクリーン（１００）は、第２の導電層（１１２）よりも第１の導電層（１１１）に近いタッチスクリーン（１００）の表面上に使用者によって与えられた圧力によって第１の導電層（１１１）が変形したときなどに、第１のグラフェン層（１２１）および第２のグラフェン層（１２２）が、スペーサ層（１５０）を通じてまたはその内部で接触することによって作動する抵抗タッチスクリーンを含むことができる。
本明細書に記載されるように、かつ当業者には理解されるように、本明細書に記載のタッチスクリーンが表面型静電容量式タッチスクリーンを含むことも可能である。表面型静電容量式タッチスクリーンの１つの可能な構造が図７に記載される。図７に示されるように、タッチスクリーン（１００）は、基板（１４０）の第１の面上の第１の導電コーティング（１３０）および基板（１４０）の第２の面上の第２の導電コーティング（１６０）でコーティングされた電気的に絶縁性の基板（１４０）を含む導電層（１１０）を含む。導電層（１１０）もまたグラフェン層（１２０）を含む。図７に示すように、グラフェン層（１２０）は第１の導電コーティング（１３０）上に配置される。しかしながら、他の構成も可能である。例えば、ある実施形態では、グラフェン層（１２０）は、第１の導電コーティング（１３０）および／または第２の導電コーティング（１６０）を置き換えることができる。さらに、電気的に絶縁性の基板（１４０）は、本明細書に記載される任意の電気的に絶縁性の基板または層を含むことができる。さらに、そのような表面型静電容量式タッチスクリーンは、導電層（１１０）に電気的に接続される１つ以上の電極（図示されない）をさらに含むことができる。当業者には理解されるように、図７の構造を有する表面型静電容量式タッチスクリーンは、ある実施形態において、スタイラスまたは使用者の指からの圧力など、グラフェン層（１２０）に圧力を与えることによって操作されることができる。
図７に示されるように、本明細書に記載されるグラフェン層（１２０）は、ある実施形態において、タッチスクリーン（１００）の外側の層であってよい。その結果、本明細書に記載されるように、導電層のグラフェン層は、タッチスクリーンおよび／またはタッチスクリーンの１つ以上の他の構成要素に対して機械的または化学的な保護を提供することができる。したがって、ある実施形態において、追加の保護層の使用は必要ではない場合がある。
しかしながら、本明細書に記載のタッチスクリーンが１つ以上の追加の保護層をさらに含むことも可能である。例えば、ある実施形態において、本明細書に記載のタッチスクリーンは、タッチスクリーンの導電層の上に配置された保護層をさらに含むことができる。さらに、ある実施形態において、保護層は本明細書に記載のグラフェン層を含まない。その代わりに、ある実施形態において、保護層は、柔軟なポリマー層または柔軟なガラス層などの柔軟な非グラフェン層である。他の実施形態において、保護層は、剛性ガラス層などの、剛性層である。
当業者には理解されるように、本明細書に記載される保護層は、本開示の目的に合致する任意の方法で、導電層上に配置されることができる。図８は、本開示による保護層を含むタッチスクリーンの１つの例示的実施形態を示す。図８の実施形態において、タッチスクリーン（１００）は導電層（１１０）上に配置される保護層（１７０）を含む。導電層（１１０）は基板（１４０）上に配置されたグラフェン層（１２０）を含む。図８に示されるように、グラフェンを含まない保護層（１７０）は、グラフェン層（１２０）に隣接して配置される。しかしながら、他の構成も可能である。
タッチスクリーンの特定の構成要素については、本明細書に記載されるタッチスクリーンは、グラフェン層を含む導電層を含む。本発明の目的に合致する任意のグラフェン層を使用することができる。ある実施形態において、グラフェン層は、１つ以上のグラフェンシートを含み、１つ以上のグラフェンシートからなり、または本質的に１つ以上のグラフェンシートからなる。ある実施形態において、グラフェンシートは平板状の構造を有する単一分子または単一原子の層を含む。本発明の目的に合致する任意の数のグラフェンシートが使用され得る。ある実施形態において、グラフェン層は複数のグラフェンシートを含む。ある実施形態において、複数のグラフェンシートは、積み重ねられた、または積層された構成で配置されることができる。他の実施形態において、グラフェン層は、単一のグラフェンシートを含む、または単一のグラフェンシートからなる。結果的に、ある実施形態において、本明細書に記載されるグラフェン層は、グラフェンの、１つ以上の原子層を含む。ある実施形態において、グラフェン層は、１から１０００原子層の間のグラフェンを含む。ある実施形態において、グラフェン層は、１から５００原子層の間の、または１から１００原子層の間のグラフェンを含む。ある実施形態において、グラフェン層は、１から５原子層の間の、または１から３原子層の間のグラフェンを含む。ある実施形態において、グラフェン層は、１原子層のグラフェンを含む。
図９は、本明細書に記載される一実施形態による、基板上に配置されたグラフェンシートを含むグラフェン層の断面図を示す。当業者には理解されるように、図９に記載される様々な要素は代表的なもののみであり、必ずしも寸法どおりではない。図９の実施形態において、導電層（１１０）は基板（１４０）および基板（１４０）の表面（１４１）上に配置されたグラフェン層（１２０）を含む。グラフェン層（１２０）はグラフェンシート（１２３）を含む。グラフェンシート（１２３）は、アルカン鎖に似せた線によって図９に概略的に示される。しかしながら、当業者は理解するように、そのような描写は説明のみを目的とする。さらに、図９の目的に関して、基板（１４０）が何であるかは特に限定されない。例えば、所定の場合、図９の実施形態の基板（１４０）は、図４に示されるものなどの、前述された電気的に絶縁性の基板を含むことができる。或いは、基板（１４０）は、図１に示されるものなど、前述されるような電気的に絶縁性の基板上に配置された導電コーティングを含むことができる。
他の実施形態において、本明細書に記載されるグラフェン層は、グラフェンチューブの層を含む、またはグラフェンチューブの層からなる、またはグラフェンチューブの層から本質的になる。本開示の目的に合致する任意のグラフェンチューブが使用されてよい。ある実施形態において、グラフェンチューブは、単層カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）または多層カーボンナノチューブ（ＭＷＮＴ）などのカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を含む。さらに、グラフェンチューブは、本開示の目的と合致する任意の寸法を有することができる。例えば、ある実施形態において、グラフェンチューブは、約３００ｎｍ未満、または約１００ｎｍ未満の、少なくとも１つの寸法を備えたサイズを有する。ある実施形態では、グラフェンチューブは、約１ｎｍから約２００ｎｍの間、約１ｎｍから約１５０ｎｍの間、または約５ｎｍから約１００ｎｍの間の、少なくとも１つの寸法を備えたサイズを有する。ある実施形態では、グラフェンチューブは、約５ｎｍから約７５ｎｍの間、または約１５ｎｍから約６０ｎｍの間の、少なくとも１つの寸法を備えたサイズを有する。ある実施形態では、グラフェンチューブは、約２０ｎｍから約３０ｎｍの間、または約４５ｎｍから約５５ｎｍの間の、少なくとも１つの寸法を備えたサイズを有する。ある実施形態では、グラフェンチューブは約３００ｎｍ未満または約１００ｎｍ未満の少なくとも２つの寸法を備えたサイズを有する。ある実施形態では、グラフェンチューブは、約１ｎｍから約２００ｎｍの間、約１ｎｍから約１５０ｎｍの間、または約５ｎｍから約１００ｎｍの間の、少なくとも２つの寸法を備えたサイズを有する。ある実施形態では、グラフェンチューブは、約５ｎｍから約７５ｎｍの間、または約１５ｎｍから約６０ｎｍの間の、少なくとも２つの寸法を備えたサイズを有する。
さらに、ある実施形態では、グラフェン層のグラフェンチューブは低いアスペクト比を有する。ある実施形態では、グラフェンチューブは、約２０以下、または約１０以下のアスペクト比を有する。ある実施形態では、グラフェンチューブは、約２から約１５の間の、または約３から約１０の間のアスペクト比を有する。さらに、ある実施形態において、約２０以下のアスペクト比を有するグラフェンチューブは、約５ｎｍから約２００ｎｍの範囲の、または約１０ｎｍから約１００ｎｍの範囲の長さを有する
さらに、本明細書に記載されるグラフェン層のグラフェンチューブは、ある実施形態においては、層内で配向してよい。ある実施形態において、１つ以上のグラフェンチューブは、層内で水平に、または実質的に水平に配向することができる。他の実施形態において、１つ以上のグラフェンチューブは、層内で垂直に、または実質的に垂直に配向することができる。さらに、ある実施形態において、層内で垂直に、または実質的に垂直に配向したグラフェンチューブは、アレイ形態など、互いに整列または実質的に整列される。
図１０および１１は、各々、本明細書に記載される幾つかの実施形態によるグラフェンチューブの層を含むグラフェン層を示す。図１０を参照すると、導電層（１１０）は基板（１４０）および基板（１４０）の表面（１４１）上に配置されるグラフェン層（１２０）を含むことができる。図１０の実施形態において、グラフェン層（１２０）は、基板（１４０）の表面（１４１）に対して水平にまたは実質的に水平に配向した複数のグラフェンチューブ（１２４）を含む。水平な配向とは表面（１４１）に対するものである。本明細書において参考として、「水平な」配向とは、グラフェンチューブ（１２４）の長軸が表面（１４１）に平行に方向付けられた、配向を含む。図１０の実施形態において、グラフェンチューブ（１２４）の全てが、表面（１４１）に平行に配向した長軸を有するように描かれる。しかしながら、他の配置が可能である。例えば、ある実施形態において、１つ以上のグラフェンチューブが図１０の線Ａ’に沿った、または表面（１４１）に平行ではない他の方向に沿った長軸を有することができる。本明細書において参考として、「実質的に水平」な配向とは、グラフェンチューブの長軸（Ａ’）が、基板（１４０）の表面（１４１）に平行な線（Ａ）と約４５°未満の角度（θ１）を形成する配向を含む。ある実施形態において、角度（θ１）は約３０°未満または約１５°未満である。ある実施形態において、角度（θ１）は約０°から約３０°の間である。ある実施形態において、本明細書に記載されるグラフェン層の大部分のグラフェンチューブが、水平なまたは実質的に水平な配向を有する。さらに、ある実施形態において、グラフェン層のグラフェンチューブの少なくとも約６０パーセント、少なくとも約７０パーセント、少なくとも約８０パーセント、または少なくとも約９０パーセントが、水平なまたは実質的に水平な配向を有する。
他の実施形態において、グラフェン層のグラフェンチューブは垂直にまたは実質的に垂直に配向されることができる。例えば、図１１を参照して、導電層（１１０）は基板（１４０）および基板（１４０）の表面（１４１）上に配置されるグラフェン層（１２０）を含むことができる。図１１の実施形態において、グラフェン層（１２０）は、基板（１４０）の表面（１４１）に対して垂直にまたは実質的に垂直に配向した複数のグラフェンチューブ（１２５）を含む。垂直な配向とは表面（１４１）に対するものである。本明細書において参考として、「垂直な配向」とは、グラフェンチューブ（１２５）の長軸が表面（１４１）に対して直角に方向付けられた配向を含む。図１１の実施形態において、グラフェンチューブ（１２５）の全てが、表面（１４１）に直角に配向した長軸を有するように描かれる。しかしながら、他の配置が可能である。例えば、ある実施形態において、１つ以上のグラフェンチューブが、図１１の線Ｂ’に沿った、または表面（１４１）に平行ではない他の方向に沿った長軸を有することができる。本明細書において参考として、「実質的に垂直」な配向とは、グラフェンチューブの長軸（Ｂ’）が、基板（１４０）の表面（１４１）に直角な線（Ｂ）と約４５°未満の角度（θ２）を形成する配向を含む。ある実施形態において、角度（θ２）は約３０°未満または約１５°未満である。ある実施形態において、角度（θ２）は約０°から約３０°の間である。ある実施形態において、本明細書に記載されるグラフェン層の大部分のグラフェンチューブが、垂直なまたは実質的に垂直な配向を有する。さらに、本明細書に記載されるある実施形態において、グラフェン層のグラフェンチューブの少なくとも約６０パーセント、少なくとも約７０パーセント、少なくとも約８０パーセント、または少なくとも約９０パーセントが、垂直または実質的に垂直な配向を有する。
さらに、ある実施形態において、本明細書に記載されるグラフェン層は、水平または実質的に水平に配向されたグラフェンチューブの単分子層、または垂直または実質的に垂直に配向されたグラフェンチューブの単分子層を含む、グラフェンチューブの単分子層を含む、またはグラフェンチューブの単分子層からなる、または実質的にグラフェンチューブの単分子層からなる。
さらに、ある実施形態において、本明細書に記載されるグラフェン層は、フラーレンおよび／またはヘテロフラーレンを含む、またはフラーレンおよび／またはヘテロフラーレンからなる、または実質的にフラーレンおよび／またはヘテロフラーレンからなる。本明細書において参考のために、ヘテロフラーレンは、ホウ素または窒素ドープフラーレンなど、１つ以上の非炭素原子を含むフラーレンを含む。
さらに、本明細書に記載されるグラフェン層は、本開示の目的に合致する任意の厚みを有することができる。ある実施形態において、例えば、グラフェン層は約３００ｎｍまでの間の、または約２００ｎｍまでの間の、平均厚みを有する。ある実施形態において、グラフェン層は、約１００ｎｍ以下の平均厚みを有する。ある実施形態において、グラフェン層は、約５０ｎｍ以下、約１０ｎｍ以下、または約５ｎｍ以下の厚みを有する。ある実施形態において、グラフェン層は、約３ｎｍ以下、約２ｎｍ以下、または約１ｎｍ以下の厚みを有する。ある実施形態において、本明細書に記載されるグラフェン層は約１００ｎｍを超える平均厚みを有する。
さらに、本明細書に記載されるグラフェン層がグラフェンチューブの層を含むある実施形態において、グラフェン層の平均厚みは、グラフェンチューブの平均直径の約５０倍を超えない。ある実施形態において、グラフェン層の平均厚みは、グラフェンチューブの平均直径の約２０倍を超えず、または約１０倍を超えない。ある実施形態において、グラフェン層の平均厚みは、グラフェンチューブの平均直径の約５倍を超えず、約３倍を超えず、または約２倍を超えない。他の実施形態において、グラフェン層の平均厚みは、グラフェンチューブの平均長さの約３倍を超えない。ある実施形態において、グラフェン層の平均厚みは、グラフェンチューブの平均長さの約２倍を超えず、約１．５倍を超えず、または約１倍を超えない。
さらに、本明細書に記載されるタッチスクリーンのグラフェン層は、ある実施形態において、電気的に絶縁性の基板または導電コーティングの表面に配置されることができる。ある実施形態において、グラフェン層は、基板または導電コーティングの表面に直接配置される。さらに、ある実施形態において、グラフェン層は、基板または導電コーティングの表面に結合または接着される。ある実施形態において、グラフェン層は、グラフェン層内部に配置された接着材料または結合材料を含む。さらに、ある実施形態において、結合は化学結合を含む。ある実施形態において、結合は物理結合を含む。ある実施形態において、結合は、共有結合、イオン結合、水素結合、電気的相互作用、およびファンデルワールス相互作用の１つ以上を含む、またはそれらの１つ以上からなる。ある実施形態において、例えば、結合はファンデルワールス相互作用を含む、またはファンデルワールス相互作用からなる。さらに、ある実施形態において、本明細書に記載されるグラフェン層は、基板または導電コーティングの全表面にわたって連続または実質的に連続である。
しかしながら、基板またはコーティング上のグラフェン層の他の構成も可能である。ある実施形態において、例えば、グラフェン層は不連続層または非隣接層である。ある実施形態において、そのようなグラフェン層は、マルチタッチ・タッチスクリーン構造において使用するのに適切であってよい。図１２は、本明細書に記載されるマルチタッチ・タッチスクリーンの１つの実施形態の平面図を示す。本明細書に記載されるように、マルチタッチ・タッチスクリーンは、タッチスクリーン上でされた、指、スタイラス、または他の接触点による複数かつ同時の接触を検知することができる。
図１２の実施形態において、タッチスクリーン（１００）は導電層（１１０）を含む。導電層（１１０）は、図１〜４に記載される構造を含む、本明細書に記載される導電層の任意の構造を有することができる。しかしながら、連続的なおよび／または切れ目のないグラフェン層の代わりに、図１２の実施形態の導電層（１１０）は、グラフェン（１２０）の複数のストリップまたはラインを含む。図１２に示されるように、グラフェン（１２０）のこれらのストリップまたはラインは、互いに実質的に平行である。さらに、グラフェン（１２０）のストリップまたはラインは、電気的に絶縁性の材料（１４０）のストリップまたはラインによって、互いに電気的に分離される。電気的に絶縁性のストリップまたはライン（１４０）は、電気的に絶縁性の基板、接着剤、空気、またはその他の材料を含み、またはそれらにより形成されることができる。さらに、グラフェン（１２０）のストリップまたはラインは、１つ以上の電極（図示されない）に接続されてよい。さらに、グラフェン（１２０）のストリップまたはラインの１つ以上は、図９〜１１の何れかに示されるグラフェンシートまたはナノチューブの層を含むがこれらに制限されない、本明細書に記載されるグラフェンシートまたはナノチューブの層を含み、またはそれから形成されることができる。
本明細書に記載されるように、前述の構造を有する導電層（１１０）は、ある実施形態において、マルチタッチ・タッチスクリーンを提供するのに使用されてよい。例えば、再度図６を参照して、図１２の導電層（１１０）の第１の「コピー」が、図６における第１の導電層（１１１）として使用されることができ、また図１２の導電層（１１０）の第２の「コピー」が、図６における第２の導電層（１１２）として使用されることができる。さらに、第２の導電層（１１２）として使用される導電層（１１０）の第２のコピーを、９０°回転することができる。この方法で、スペーサ層（１５０）によって分離されるグラフェン（１２０）のストリップまたはラインのＸ−Ｙグリッドが、図６に示されるように形成され得る。当業者には理解されるように、そのような構造またはアーキテクチャにより、複数かつ同時のタッチに反応するマルチタッチ・抵抗タッチスクリーンを提供することができる。なぜなら、複数のＸ−Ｙ座標が同時にタッチされ、かつタッチスクリーンによって抵抗で検知されることができるためである。
マルチタッチ・タッチスクリーンの他の構成も可能である。例えば、図７および図１２を再度参照すると、絶縁性基板（１４０）の反対側にＸ−Ｙグリッドが形成されることもできる。具体的には、図７のグラフェン層（１２０）および導電コーティング（１３０）が、絶縁性基板（１４０）の一方の側にＸ−Ｙグリッドの半分を提供するために図１２のグラフェン（１２０）のストリップまたはラインを含む、またはそれらで置き換えられることができる。例えば、グラフェン（１２０）のストリップまたはラインは、Ｘ軸として割り当てられる第１の方向に配置されることができる。そして、図７を再度参照すると、第２の導電コーティング（１６０）は、図１２の実施形態によるグラフェン（１２０）のストリップまたはラインの第２の組を含む、またはそれで置き換えられることができる。基板（１４０）の反対側に配置されるグラフェンの第２のストリップまたはラインは、Ｘ軸に垂直な方向に配置され、Ｙ軸として割り当てられることができる。その結果、当業者には理解されるように、マルチタッチ静電容量式タッチスクリーンが形成されることができ、これは同様にこの方法で、複数かつ同時のタッチに対して反応する。
さらに、本明細書において記載されるように、導電層は、ある実施形態において、導電層のグラフェン層と必ずしも同じではない導電コーティングを含む。本開示の目的に合致する任意の導電コーティングが使用されてよい。ある実施形態において、導電コーティングは、透明導電性フィルム（ＴＣＦ）を含む。ある実施形態において、導電コーティングは、無機材料を含む、または無機材料から形成される。例えば、ある実施形態において、導電コーティングは、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、またはドープ酸化亜鉛などの、透明導電性酸化物を含む、または透明導電性酸化物からなる、または本質的に透明導電性酸化物からなる。ある実施形態において、導電コーティングは、純金属、金属合金、または金属の組み合わせを含む金属を含む、またはそのような金属から形成される。例えば、ある実施形態において、導電コーティングは、金、銀、銅、またはそれらの組み合わせを含む、または金、銀、銅、またはそれらの組み合わせから形成される。
他の実施形態において、導電コーティングは、有機材料を含む、または有機材料から形成される。ある実施形態において、例えば、導電コーティングは、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、またはポリチオフェンなどの透明導電性ポリマーを含む、または透明導電性ポリマーからなる、または本質的に透明導電性ポリマーからなる。ある実施形態において、導電コーティングは、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）、ポリ（４，４−ジオクチルシクロペンタジチオフェン）、ポリ（スチレンスルホネート）（ＰＳＳ）、または、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳなど、それらの組み合わせを含む、またはそれからなる、または本質的にそれからなる。
本明細書に記載される導電コーティングは、本開示の目的に合致する任意の厚みを有することができる。ある実施形態において、導電コーティングは、約１ｎｍから約１ｍｍの間の、約１０ｎｍから約１μｍの間の、または約１００ｎｍから約５００ｎｍの間の厚みを有する。ある実施形態において、導電コーティングは、約１ｍｍを超える厚みを有する。
さらに、ある実施形態において、導電層は電気的に絶縁性の基板を含む。本開示の目的に合致する任意の電気的に絶縁性の基板が使用されてよい。ある実施形態において、基板は、無機酸化物またはソーダガラスのような無機ガラスなどの無機材料を含む、または無機材料から形成される。ある実施形態において、基板は、サファイアなどの酸化アルミニウムから形成される。ある実施形態において、基板は、溶融石英を含む、シリカまたは石英から形成される。ある実施形態において、基板は、ＳＵＰＲＡＳＩＬおよびＩＮＦＲＡＳＩＬを含むがこれらに限定されない、ＢＫ７光学ガラス、合成溶融石英、および合成溶融シリカの１つ以上から形成される。他の実施形態において、基板は絶縁性ポリマーなどの有機材料から形成される。ある実施形態において、基板は、ポリエステル、ポリ（エチレンテレフタレート）（ＰＥＴ）、ポリカーボネート、またはそれらの組み合わせを含む、またはそれから形成される。
本明細書に記載される電気的に絶縁性の基板は、本開示の目的に合致する任意の厚みを有することができる。ある実施形態において、基板は、約１μｍから約１ｃｍの間の、約１０μｍから約１００ｍｍの間の、または約１０μｍから約１ｍｍの間の厚みを有する。ある実施形態において、基板は、約１ｍｍから約５ｍｍの間の厚みを有する。ある実施形態において、基板は、約１ｃｍを超える、または約１μｍを超える厚みを有する。例えば、ある実施形態において、基板は約２００ｎｍから約８００ｎｍの間の厚みを有する。
本明細書に記載されるタッチスクリーンは、ある実施形態において、２つの導電層の間に配置されたスペーサ層も含む。スペーサ層は、本開示の目的に合致する、任意の構造を有することができ、任意の材料から形成されることができる。ある実施形態において、例えば、スペーサ層は、エアギャップまたは空の空間を含む。他の実施形態において、スペーサ層は、導電層の間に配置されたマイクロドットのアレイなど、柔軟なまたは変形可能な支持体構造によって提供される。ある実施形態において、スペーサ層は、接着剤を含む。本開示の目的に合致する任意の接着剤を使用することができる。より一般的には、ある実施形態において、スペーサ層は、本明細書に記載される有機材料または無機材料を含むがこれらに制限されない、有機材料または無機材料を含む、またはそれから形成されることができる。当業者には理解されるように、他の構成も可能である。
本明細書に記載されるスペーサ層は、本開示の目的に合致する任意の厚みを有することができる。ある実施形態において、スペーサ層は、約１０ｎｍから約１０００μｍの間の、約１００ｎｍから約５００μｍの間の、または約５００ｎｍから約５μｍの間の厚みを有する。ある実施形態において、スペーサ層は、約１ｍｍを超える、または約１０ｎｍ未満の厚みを有する。
さらに、本明細書に記載されるタッチスクリーンは、タッチスクリーンの１つ以上の導電層に電気的に接続された１つ以上の電極も含む。電極は、本開示の目的に合致する、任意の構造を有することができ、任意の材料から形成されることができる。例えば、ある実施形態において、電極は、インジウム、金、銀、銅、またはそれらの組み合わせなどの金属、または金属合金を含む。ある実施形態において、電極は、金属ワイヤ、または金属コンタクトのグリッド、メッシュ、またはアレイを含む。非金属電極も使用されてよい。例えば、ある実施形態において、電極は透明な導電性酸化物または導電性ポリマーを含む。
さらに、１つ以上の電極が、タッチスクリーン構造体内部に配置され、本開示の目的に合致する任意の方法で構造体の導電層の電気的に接続されることができる。１つの例示的な電極の構成が図１３に示される。図１３の実施形態において、タッチスクリーン（１００）は導電層（１１０）を含む。導電層（１１０）は、図１〜４に記載される構造を含むがそれに制限されない、本明細書に記載の導電層の任意の構造を有することができる。図１３に示されるように、タッチスクリーン（１００）は長方形を有し、４つの電極（１８０）が長方形のタッチスクリーン（１００）の４つの隅に配置される。そのような電極構造を有するタッチスクリーン（１００）は、ある実施形態において、表面型静電容量方式タッチスクリーンなど、静電容量方式タッチスクリーンとして働くことができる。しかしながら、当業者には理解されるように、他の電極の構成も可能である。ある実施形態において、本明細書に記載されるタッチスクリーンの１つ以上の電極が、タッチスクリーンの所定の動作原理に基づき選択される。例えば、ある実施形態において、電極は、タッチスクリーンのシングルタッチ操作を許容するように配置される。他の例では、電極は、タッチスクリーンのマルチタッチ操作を許容するように配置される。さらに、ある実施形態では、電極は、タッチスクリーンの静電容量方式の動作を許容するように配置される。他の実施形態では、電極は、タッチスクリーンの抵抗方式の動作を許容するように配置される。
本明細書に記載されるタッチスクリーンは、ある実施形態において、保護層も含む。本開示の目的に合致する任意の保護層を使用することができる。ある実施形態において、保護層は、無機酸化物などの無機材料を含む、または無機材料から形成される。ある実施形態において、保護層はシリカまたは石英ガラスを含む、またはシリカまたは石英ガラスから形成される。他の実施形態において、保護層は有機ポリマーなどの有機材料を含む、または有機材料から形成される。ポリマー保護層は、ある実施形態において、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリウレタン、およびポリエチレンなど、１つ以上のアクリレートを含む。本明細書に記載される保護層は、複合材料から形成されることもできる。複合材料は、ある実施形態において、有機材料中に分散された粒子形状、または繊維形状の無機材料を含む。例えば、ある実施形態において、複合材料は、有機ポリマーマトリックス中に配置されたファイバガラス材料を含む。
本明細書に記載される保護層は、本開示の目的に合致する任意の厚みを有することができる。ある実施形態において、保護層は、約１００ｎｍから約１ｍｍの間の、約１００ｎｍから約１０μｍの間の、または約５００ｎｍから約５μｍの間の厚みを有する。ある実施形態において、保護層は、約１ｍｍを超える厚みを有する。
ある実施形態において、本明細書に記載される保護層の材料および／または厚みは、タッチスクリーンの所定の動作原理に基づき選択される。例えば、ある実施形態において、柔軟なポリマーまたは柔軟なガラス層が抵抗タッチスクリーン構造に関して選択される。他の実施形態では、剛性のまたは柔軟ではないガラス層が、表面型静電容量方式タッチスクリーン構造に関して選択され得る。
さらに、本明細書に記載されるタッチスクリーンは、ある実施形態において、１つ以上の所定の性質を示すことができる。ある実施形態において、例えば、本明細書に記載されるタッチスクリーンの導電層が、電磁スペクトルの可視領域中を含む、高い光学的透明性を示す。本明細書において、参考のために、光学的透明性は、所定の波長範囲における入射する放射の全量に対するものである。光学的透明性は、広いスペクトル源または狭いスペクトル源で測定されることができる。さらに、導電層の光学的透明性は、任意の適切な機器を含む、本開示の目的に合致する任意の方法で、測定されることができる。たとえば、ある実施形態において、光学的透明性は、ＢＥＣＫＭＡＮ分光計などの、分光計で測定される。
ある実施形態において、本明細書に記載されるタッチスクリーンまたはタッチスクリーンの導電層は、約３５０ｎｍから約７５０ｎｍの間で少なくとも約９０パーセントまたは少なくとも約９５パーセントの光学的透明性を示す。ある実施形態において、タッチスクリーンまたはタッチスクリーンの導電層は、約３５０ｎｍから約７５０ｎｍの間で少なくとも約９８パーセントの透明性を示す。ある実施形態において、タッチスクリーンまたはタッチスクリーンの導電層は、約３５０ｎｍから約７５０ｎｍの間で少なくとも約９９．９９パーセントの透明性を示す。ある実施形態において、タッチスクリーンまたはタッチスクリーンの導電層は、約３５０ｎｍから約７５０ｎｍの間の波長で、約９０パーセントから約９９．９９パーセントの間、または約９５パーセントから約９８パーセントの間の光学的透明性を示す。さらに、ある実施形態において、本明細書に記載されるタッチスクリーンまたはタッチスクリーンの導電層は、約２００ｎｍから約８００ｎｍの間の、または約２２０ｎｍから約３５０ｎｍの間の波長で、約８５パーセントから約９９．９９パーセントの、または約９０パーセントから約９５パーセントの光学的透明性を示す。
ＩＩ．タッチスクリーンを含む装置
他の態様において、タッチスクリーンを含む装置が本明細書に記載される。装置は、前述のセクションＩに記載される任意のタッチスクリーンを含むことができる。ある実施形態において、例えば、装置は、導電層および導電層に電気的に接続された１つ以上の電極を含むタッチスクリーンを含み、導電層はグラフェン層を含む。さらに、本明細書に記載される装置は、ある実施形態において、電子装置を含む。電子装置は、スマートフォン、タブレットコンピュータ、タブレットデバイス、ディスプレイモニター、テレビ、コックピットディスプレイ、シートバックディスプレイ、およびコントロールパネルの１つ以上を含んでよいが、これらに制限されない。
ＩＩＩ．タッチスクリーンの製造方法
さらに他の態様において、タッチスクリーンの作製方法が本明細書に記載される。ある実施形態において、タッチスクリーンの作製方法は、基板上にグラフェンを含む導電層を提供するために基板表面にグラフェン層を配置する段階、および１つ以上の電極を導電層に電気的に接続する段階、を含む。本明細書に記載される方法は、本明細書に記載される任意のタッチスクリーンおよび／または導電層を提供するために使用することができる。
さらに、ある実施形態において、本明細書に記載の方法は、第２の導電層を提供または形成する段階と、および第１の導電層および第２の導電層を、第１の導電層と第２の導電層との間に配置されたスペーサ層で分離する段階とをさらに含み、導電層は積層式構成で配置される。さらに、ある実施形態において、本明細書に記載の方法は、タッチスクリーンの導電層に保護層を配置する段階をさらに含む。
方法の特定の段階について、本明細書に記載のタッチスクリーンを作製する方法は、基板を提供する段階、または基板表面にグラフェン層を配置する段階を含む。本開示の目的に合致する任意の基板を使用することができる。ある実施形態において、基板はセクションＩにおいて前述される基板を含む。例えば、ある実施形態において、基板は、絶縁性基板、またはＩＴＯなどの導電コーティングで被覆された絶縁性基板を含む。ある実施形態において、基板は本明細書に記載されるスペーサ層を含む。
本明細書に記載されるタッチスクリーンの作製方法は、グラフェンを含む導電層を提供するために基板表面にグラフェン層を配置する段階も含む。グラフェン層は、本開示の目的に合致する任意の方法で基板表面に配置することができる。ある実施形態において、例えば、基板表面にグラフェン層を配置する段階は、導電コーティングと基板との間に、または基板に配置された導電コーティングの反対側の基板表面にグラフェン層を配置する段階を含む。さらに、セクションＩに前述される任意のグラフェン層が、基板上に配置されてよい。例えば、ある実施形態において、グラフェン層は１つ以上のグラフェンシートを含む。
さらに、ある実施形態において、グラフェン層を配置する段階は、蒸着を用いて実施される。蒸着は、ある実施形態において、化学蒸着（ＣＶＤ）を含む。例えば、ある実施形態において、ＣＶＤは１つ以上のグラフェンシートを含むグラフェン層を提供するために使用され得る。本開示の目的に合致する任意のＣＶＤ法が使用されてよい。例えば、ある実施形態において、大気圧ＣＶＤ、超高真空ＣＶＤ、またはホットフィラメント（またはホットワイヤまたは触媒）ＣＶＤの１つ以上を使用することができる。ある実施形態において、ＣＶＤ法は、１つ以上の炭素含有気相反応物質からグラフェン層を堆積する段階を含む。ある実施形態において、気相反応物質は炭化水素を含む。ある実施形態において、気相反応物質は、ベンゼン、エタン、メタン、またはこれらの組み合わせまたはこれらの混合物を含む。さらに、ある実施形態において、気相反応物質はＨ２などのキャリアガス中で提供される。
他の実施形態において、グラフェン層を配置する段階は、触媒気相成長法を用いて実施される。例えば、ある実施形態において、触媒気相成長法は、本明細書に記載される垂直なまたは実質的に垂直な配向を有するグラフェンチューブの層を含むグラフェン層を提供するために使用され得る。本開示の目的に合致する任意の触媒気相成長法が使用されてよい。ある実施形態において、触媒気相成長法は、基板表面に金属触媒粒子を配置する段階を含む。金属触媒粒子は、ある実施形態では、等間隔に配された粒子の規則正しい配列などのアレイで、基板上に配置されることができる。さらに、金属触媒粒子は、本開示の目的に合致する任意の寸法および化学組成を有することができる。さらに、金属触媒粒子の寸法は、ある実施形態において、所定のグラフェンチューブ直径を得るように選択される。ある実施形態では、例えば、金属触媒粒子は、約１ｎｍから約２０ｎｍ、または約１ｎｍから約１０ｎｍの範囲の平均直径を有する。ある実施形態において、金属触媒粒子は、約１ｎｍ未満の平均直径を有する。さらに、ある実施形態において、金属触媒粒子は、純金属、金属合金、または金属の混合物を含む、１つ以上の遷移金属を含む。ある実施形態において、金属触媒粒子は、ニッケル粒子を含む。他の実施形態において、金属触媒粒子は、金または銀などの貴金属を含む。
さらに、ある実施形態において、本明細書に記載される触媒気相成長法は、真空チャンバ内に基板を配置する段階、および基板を加熱する段階をさらに含む。金属触媒粒子の層を含む基板は、本開示の目的に合致する任意の温度に、真空チャンバ内で、加熱されることができる。ある実施形態において、基板は、約６００℃から約８００℃の間の温度に加熱される。ある実施形態において、基板は約７００℃の温度に加熱される。
ある実施形態において、触媒気相成長法は、真空チャンバ内部に１つ以上の気体を導入する段階をさらに含み、ここで少なくとも１つの気体は炭素含有化学種を含む。ある実施形態において、アセチレンまたはエチレンなどの炭素含有気体が、アンモニアまたは窒素などのプロセスガスと共に導入される。この方法において、ある実施形態では、グラフェンチューブの層を、基板上に配置された金属触媒粒子上に成長させることができる。
他の実施形態において、グラフェン層の配置は、レーザアブレーションを用いて実施される。本開示の目的に合致する任意のレーザアブレーション法が使用されてよい。ある実施形態において、レーザアブレーション法は、グラファイトターゲットおよび基板を高温反応チャンバ内に配置する段階およびターゲットの少なくとも一部を蒸発させるためにグラファイトターゲットをパルスレーザビームに曝す段階を含む。ある実施形態において、レーザアブレーション法は、反応チャンバ内に１つ以上の不活性ガスを提供する段階をさらに含む。１つ以上の不活性ガスを提供する段階は、ある実施形態において、反応チャンバを通って不活性ガスを流す段階を含む。さらに、本明細書に記載されるある実施形態において、反応チャンバ内部の基板表面はアブレーション温度よりも低く、蒸発した炭素が基板表面で凝縮するようにする。ある実施形態において、凝縮された炭素は、基板表面でグラフェンチューブを形成する。さらに、ある実施形態では、本明細書に記載の方法は、グラフェンチューブに好ましい成長方向を与えるために、凝縮の間、基板上に電界または電圧を印加する段階をさらに含む。この方法において、ある実施形態では、本明細書に記載される導電層が提供されることができ、導電層は、好ましい配向を有するグラフェンチューブを含む、基板上に配置されたグラフェンチューブを含むグラフェン層を含む。ある実施形態において、グラフェンチューブは、水平にまたは実質的に水平に配向される。
本明細書に記載の方法によって提供されるグラフェン層は、セクションＩに前述されるグラフェン層の任意の性質を有することができる。例えば、ある実施形態において、本明細書に記載の方法によって製造されるグラフェン層は、約１００ｎｍ以下の厚みを有する。さらに本明細書に記載されるグラフェン層の厚みは、ある実施形態において、基板上にグラフェン層を堆積する間、１つ以上のパラメータを変更することによって選択されることができる。例えば、ある実施形態において、グラフェン層の厚みは堆積時間を変更することによって選択され、堆積時間が短いと薄いグラフェン層が提供される。さらに、堆積時間は、ある実施形態において、基板上に配置される材料の質量を決定するために配置されるマイクロバランス（石英結晶マイクロバランスなど）から得られる情報を用いて選択することができる。ある実施形態において、情報は、化学蒸着システムなどの堆積装置にマイクロバランスのアウトプット（例えば、測定された基板の質量変化）に関する情報を提供し、それによってフィードバックループを形成することによって、リアルタイムで得られる。
さらに、図１２に示されるものなどの、１つ以上のグラフェンのストリップまたはラインを含むタッチスクリーンを得るために、本明細書に記載の方法は、前述の方法を用いたグラフェン層の第１の堆積段階、およびその後の所定のパターンでの層の一部の除去段階を含むことができる。例えば、ある実施形態において、グラフェンの薄いストリップまたはラインを除去または切除するためにレーザアブレーションを用いることができ、グラフェン層のストリップまたはラインの間に露出された基板のストリップまたはラインを残して、グラフェンのストリップまたはラインの各々が、グラフェンの他のストリップまたはラインから電気的に分離されるようにする。或いは、必要に応じて、エッチング法およびマスキング法が使用されてよい。例えば、当業者には理解されるように、エッチング法およびマスキング法を使用することができ、ここでグラフェン層の所定の部分またはパターン（マスクされた部分または露出された部分）は基板に接着せず、または基板から容易に除去することができ、その結果、図１２の実施形態において説明されるものなどの、グラフェンのストリップまたはラインを提供する。
本明細書に記載されるタッチスクリーンを作製する方法は、導電層に１つ以上の電極を電気的に接続する段階も含む。本開示の目的に合致する任意の電極を使用することができる。さらに、電極は、セクションＩに前述された方法を含むがそれに限られない、本開示の目的に合致する任意の方法で、導電層に電気的に接続されることができる。例えば、ある実施形態においては、図１３に示されるように、４つのコーナー電極が提供され、電気的に接続される。他の実施形態では、電極のネットワーク、メッシュ、またはグリッドが提供され、本明細書に記載される１つ以上の導電層に電気的に接続され、図１２に示されるような、ＰＣＴタッチスクリーン構造を有するタッチスクリーンを提供する。当業者には理解されるように、他の電極の構成が使用されてもよい。ある実施形態において、１つ以上の電極が、得られるタッチスクリーン構造の所定の動作原理に基づいて電気的に接続される。
さらに、ある実施形態において、本明細書に記載される方法は、第２の導電層を提供する段階、または形成する段階をさらに含む。第２の導電層は、セクションＩにおいて前述される第２の導電層を含むがこれに限定されない、本開示の目的に合致する任意の導電層を含むことができる。例えば、ある実施形態において、第２の導電層は第２のグラフェン層を含み、図１〜４の何れかに示される構造を有する。さらに、ある実施形態において、第２の導電層を提供する段階および形成する段階は、第２の導電層を提供するために第２の基板表面に第２のグラフェン層を配置する段階を含む。
本明細書に記載の方法は、ある実施形態において、第１の導電層と第２の導電層との間に配置されたスペーサ層で第１の導電層と第２の導電層とを分離する段階も含む。セクションＩに前述されるスペーサ層を含むがこれに限定されない、本開示の目的に合致する任意のスペーサ層が使用されてよい。ある実施形態において、例えば、柔軟なまたは圧縮可能なマイクロドットのアレイが、第１の導電層を第２の導電層から分離するために使用され、使用者による第１の導電層の変形が第１の導電層と第２の導電層との間の接触をもたらすことができ、その結果ユーザ入力に対するタッチスクリーンの感度を提供する。
さらに、ある実施形態において、本明細書に記載の方法は、タッチスクリーンの導電層上に保護層を配置する段階をさらに含む。保護層は、本開示の目的に合致する任意の方法で導電層上に配置されることができ、本開示の目的に合致する任意の材料から形成されることができる。例えば、ある実施形態において、本明細書に記載される方法で提供される保護層は、図８に示される保護層を含むがこれに限定されない、セクションＩにおいて前述される保護層を含む。ある実施形態において、保護層は、本明細書に記載されるグラフェン層の形成の後、導電層上に配置される。ある実施形態において、保護層は、熱、真空、および圧力の１つ以上を用いて導電層上に配置される。
本開示の様々な実施形態が、本開示の様々な目的の達成において記載されてきた。これらの実施形態が、本開示の原則を単に説明するものであることは認識されるべきである。それらの様々な変更および適合は、本開示の精神および範囲から逸脱することなく、当業者には容易に明らかであるだろう。
項１．導電層、および
導電層に電気的に接続される１つ以上の電極、を含み、
導電層がグラフェン層を含む、タッチスクリーン。
項２．導電層が、電気的に絶縁性の基板上に配置される導電コーティングを含む、項１に記載のタッチスクリーン。
項３．導電層が、グラフェン層と基板との間に配置された導電コーティングを含む、項１に記載のタッチスクリーン。
項４．導電層のグラフェン層が、導電コーティングと基板との間に配置される、項１に記載のタッチスクリーン。
項５．導電層が、導電コーティングとグラフェン層との間に位置する基板を含む、項１に記載のタッチスクリーン。
項６．グラフェン層が導電コーティングを形成する、項２に記載のタッチスクリーン。
項７．第２の導電層、および
第１の導電層と第２の導電層との間に配置されたスペーサ層、
をさらに含む、項１から６の何れか１項に記載にタッチスクリーン。
項８．少なくとも１つの導電層が、電気的に絶縁性の基板上に配置された導電コーティングを含む、項７に記載のタッチスクリーン。
項９．第２の導電層が第２のグラフェン層を含む、項７に記載のタッチスクリーン。
項１０．導電層上に配置された保護層をさらに含む、項１〜９の何れか１項に記載のタッチスクリーン。
項１１．グラフェン層が、約１００ｎｍまでの間の平均厚みを有する、項１に記載のタッチスクリーン。
項１２．グラフェン層が、全部で１〜１０の原子層を有する１つ以上のグラフェンシートを含む、項１１に記載のタッチスクリーン。
項１３．グラフェン層がグラフェンチューブの層を含む、項１に記載のタッチスクリーン。
項１４．グラフェンチューブが、水平なまたは実質的に水平な配向を有する、項１３に記載のタッチスクリーン。
項１５．グラフェンチューブが、垂直なまたは実質的に垂直な配向を有する、項１３に記載のタッチスクリーン。
項１６．導電層、および
導電層に電気的に接続された１つ以上の電極を含むタッチスクリーンを含み、
導電層がグラフェン層を含む、装置。
項１７．グラフェンを含む導電層を提供するために、基板表面にグラフェン層を配置する段階、および
導電層に１つ以上の電極を電気的に接続する段階、
を含むタッチスクリーンを作製する方法。
項１８．第２の導電層を形成する段階、および第１の導電層と第２の導電層との間に配置されたスペーサ層で第１の導電層と第２の導電層とを分離する段階をさらに含み、導電層が積層式の構成で配置される、項１７に記載の方法。
項１９．第２の導電層を形成する段階は、第２の導電層を提供するために、第２の基板の表面に第２のグラフェン層を配置する段階を含む、項１８に記載の方法。
項２０．導電層上に保護層を配置する段階をさらに含む、項１７〜１９の何れか１項に記載の方法。
１００ タッチスクリーン
１１０ 導電層
１１１ 第１の導電層
１１２ 第２の導電層
１２０ グラフェン層
１２１ 第１のグラフェン層
１２２ 第２のグラフェン層
１２３ グラフェンシート
１２４ グラフェンチューブ
１２５ グラフェンチューブ
１３０ 第１の導電コーティング
１４０ 基板
１４１ 第１の基板
１４２ 第２の基板
１５０ スペーサ層
１６０ 第２の導電コーティング
１７０ 保護層

Claims (11)

  1. 第１の導電層、
    第１の導電層に電気的に接続される１つ以上の電極、
    第２の導電層、および
    第１の導電層と第２の導電層との間に配置されたスペーサ層を含み、
    第１の導電層がグラフェン層を含み、
    グラフェン層が、タッチスクリーンの外側表面の層であり、
    グラフェン層が、全部で１〜１０の原子層を有する１つ以上のグラフェンシートからなる、
    タッチスクリーン。
  2. 導電層が、電気的に絶縁性の基板上に配置される導電コーティングを含む、請求項１に記載のタッチスクリーン。
  3. 導電層が、グラフェン層と基板との間に配置された導電コーティングを含む、請求項１に記載のタッチスクリーン。
  4. 導電層が、導電コーティングとグラフェン層との間に位置する基板を含む、請求項１に記載のタッチスクリーン。
  5. グラフェン層が導電コーティングを形成する、請求項２に記載のタッチスクリーン。
  6. 少なくとも１つの導電層が、電気的に絶縁性の基板上に配置された導電コーティングを含む、請求項１に記載のタッチスクリーン。
  7. 第２の導電層が第２のグラフェン層を含む、請求項１に記載のタッチスクリーン。
  8. グラフェン層が、１００ｎｍまでの間の平均厚みを有する、請求項１に記載のタッチスクリーン。
  9. 請求項１に記載のタッチスクリーンを含む、装置。
  10. グラフェンを含む第１の導電層を提供するために、基板表面にグラフェン層を配置する段階、および
    第１の導電層に１つ以上の電極を電気的に接続する段階、
    を含み、
    第２の導電層を形成する段階、および第１の導電層と第２の導電層との間に配置されたスペーサ層で第１の導電層と第２の導電層とを分離する段階をさらに含み、導電層が積層式の構成で配置される、請求項１に記載のタッチスクリーンを作製する方法。
  11. 第２の導電層を形成する段階は、第２の導電層を提供するために、第２の基板の表面に第２のグラフェン層を配置する段階を含む、請求項１０に記載の方法。
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