(57)【要約】  基材の面の上に配置される、導電性トレースの感知パターンと、該基材の同一面の上に配置される、金属導電体を含む第１受動回路要素とを含む、静電容量感知デバイスを提供する。いくつかの実施形態では、第１受動回路要素は、例えば、ローパスフィルタであってもよい、電子回路のコンポーネントである。提供される静電容量感知デバイスは、例えば、電子デバイス上で使用するための投影型タッチスクリーンディスプレイパネルに組み込まれる際に有用である。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
面を有する基材と、
前記基材の前記面の上に配置される、金属導電性トレースのタッチ感知パターンと、
前記基材の同一面の上に配置される、金属導電体を備える第１受動回路要素と、
を備える、静電容量センサ。
【請求項２】
前記基材が、可視光線透明基材を備える、請求項１に記載の静電容量センサ。
【請求項３】
前記基材が、透明ポリマーを含む、請求項２に記載の静電容量センサ。
【請求項４】
金属導電性トレースの前記タッチ感知パターン及び前記第１受動回路要素の前記金属導電体が、同一の材料を含む、請求項１に記載の静電容量センサ。
【請求項５】
金属導電性トレースの前記タッチ感知パターンの厚さ及び前記第１受動回路要素の前記金属導電体の厚さが、実質的に同一である、請求項１に記載の静電容量センサ。
【請求項６】
前記第１受動回路要素が、金属トレースを備える抵抗器、コンデンサ、又はインダクタを備える、請求項１に記載の静電容量センサ。
【請求項７】
前記第１受動回路要素が、金属トレースのメッシュを備える抵抗器を備える、請求項６に記載の静電容量センサ。
【請求項８】
前記メッシュが、約２μｍ未満の幅を有する金属トレースを備える、請求項７に記載の静電容量センサ。
【請求項９】
前記抵抗器が、約１オーム〜約１，０００オームの抵抗を有する、請求項６に記載の静電容量センサ。
【請求項１０】
前記コンデンサが、約１ピコファラッド〜約２００ピコファラッドの静電容量値を有する、請求項６に記載の静電容量センサ。
【請求項１１】
前記インダクタが、約０．０１ヘンリー〜約１．００ヘンリーのインダクタンス値を有する、請求項６に記載の静電容量センサ。
【請求項１２】
前記基材の同一面の上に配置される、金属導電体を備える１つ以上の追加受動回路要素を更に備える、請求項１に記載の静電容量センサ。
【請求項１３】
前記１つ以上の追加受動回路要素が、電子回路の少なくとも一部分を形成する、請求項１２に記載の静電容量センサ。
【請求項１４】
前記電子回路が、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、又はバンドパスフィルタとして機能する、請求項１３に記載の静電容量センサ。
【請求項１５】
前記ローパスが、約１００ｋＨｚを超える高周波を実質的にフィルタ除去する、請求項４に記載の静電容量センサ。
【請求項１６】
前記金属導電性トレース、前記受動回路要素の前記金属導電体、又は両方が、銅、銀、金、又はこれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の静電容量センサ。
【請求項１７】
静電容量センサを作製する方法であって、
上に配置された金属コーティングを備える、基材を提供する工程と、
前記基材の上に配置される、導電性金属トレースのタッチ感知パターンと、前記基材の同一面の上に配置される、金属導電体を備える少なくとも１つの受動回路要素とを形成するように、前記金属をエッチングする工程と、
を含む、方法。
【請求項１８】
前記金属コーティングをエッチングする前に、インク付けされたスタンプの隆起構造を前記金属コーティングに接触させる工程を更に含む、請求項１７に記載の静電容量センサを作製する方法。
【請求項１９】
前記インク付けされたスタンプが、自己組織化単層形成分子を含む、請求項１８に記載の静電容量センサを作製する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
タッチスクリーンディスプレイにおいて有用であり得る、感知デバイスを提供する。
【背景技術】
【０００２】
タッチスクリーンセンサは、タッチスクリーンディスプレイの面に適用される物体（例えば、指若しくはスタイラス）の位置、又はタッチスクリーンディスプレイの面の付近に位置付けられる物体の位置を検出することができる。これらのセンサは、ディスプレイの面に沿った、例えば、平坦な矩形のディスプレイの平面内の物体の位置を検出することができる。タッチスクリーンセンサの例としては、静電容量センサ、抵抗センサ、及び投影型静電容量センサが挙げられる。そのようなセンサは、ディスプレイに重なる透明導電性要素を含むことができる。要素は、ディスプレイの付近の物体、又はディスプレイと接触している物体の位置を決定するために、要素を探査する電気信号を使用する、電子コンポーネントと組み合わせることができる。
【０００３】
タッチスクリーンセンサは、例えば、携帯電話、個人用デジタル補助装置（ＰＤＡ）、ラップトップコンピューターなどの電子デバイスにおいて、コンピューターシステムとのインターフェースとして有用である。近年、ユーザーが２本以上の指でタッチセンサと対話することを可能にする投影型静電容量タッチセンサ技術が開発された。１本以上の指のタッチ位置（単数又は複数）を正確に決定するために、例えば、センサグリッド上のあらゆる個々の点での静電容量変化を測定することができる。しかし、投影型静電容量タッチセンサは、センサにおける静電容量の非常に小さい変化に依存する。投影型静電容量タッチセンサの感度は、例えば、センサの付近のディスプレイデバイス又はデバイスの外部からの電磁放射線からの迷走電磁放射線（例えば、電磁干渉、ＥＭＩ）の影響を受ける可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、ユーザーからの入力に対しては高応答性であるが、迷走電界からの干渉に耐えることができる、投影型静電容量センサの必要性が存在する。非常に小型であり、透明であり、かつ様々な環境で使用することができる、投影型静電容量センサの必要性が存在する。最後に、価格、製造プロセス、及び電子不動産に関して経済的である、投影型静電容量センサの必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
静電容量センサ、特に投影型静電容量タッチセンサ（例えば、タッチスクリーンセンサ）内に弾性（例えば、ＥＭＩ耐性）を構築する一手法は、受動回路要素を静電容量センサと一体化することである。静電容量センサとの一体化とは、受動回路要素が静電容量感知要素と同一の基材の上に担持されることを意味する。一体化された受動回路要素は、以下に記載される１つ以上の目的を果たすことができる。典型的に、受動回路要素は、任意の関連付けられる可撓性基板又はプリント基板パッケージング上の別個の回路要素の数を最小限にするために、センサ基材の上に一体化することができる。静電容量タッチ感知システムを構築するために、関連付けられる可撓性基板又はプリント基板パッケージングを静電容量センサと組み合わせることができる。本明細書に記載されるように、受動回路要素の一体化は、隣接する導電性感知要素（例えば、別個の層、例えば、積層積み重ね体の基材の上に存在する導電性感知要素、又は例えば、積層積み重ね体内の単一の絶縁基材の両側上に存在する導電性感知要素）間の相互静電容量の測定に基づく投影型静電容量タッチセンサ、例えば、マルチタッチ投影型静電容量センサに特に有用であり得る。
【０００６】
一態様では、面を有する基材と、基材の面の上に配置される、導電性トレースの感知パターンと、基材の同一面の上に配置される、金属導電体を含む第１受動回路要素とを含む、静電容量センサが提供される。基材は、可視光線に対して透明であってもよく、ポリマーであってもよい。導電性トレースの感知パターン及び第１受動回路要素は、同一の導電性材料を含むことができる。受動回路要素は、抵抗器、コンデンサ、又はインダクタであってもよい。センサは、例えば、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、又はバンドパスフィルタなどの電子回路を形成するように配設することができる、追加回路要素を有することができる。前述の受動回路要素のすべては、いかなる透明導電性金属酸化物（ＴＣＯ、例えば、酸化インジウムスズ、ＩＴＯ）又は透明導電性ポリマーも含んでいなくてもよい。
【０００７】
別の態様では、上に配置された金属コーティングを含む、基材を提供する工程と、基材の上に配置される、導電性金属トレースの感知パターンと、基材の同一面の上に配置される、金属導電体を含む少なくとも１つの受動回路要素とを形成するように、金属をエッチングする工程とを含む、静電容量センサを作製する方法が提供される。方法は、エッチング工程の前に、インク付けされたスタンプの隆起構造を金属コーティングに接触させる工程を更に含むことができる。インク付けされたスタンプは、自己組織化単層形成分子を含むことができる。
【０００８】
本開示において、
「隣接する」とは、３つ以下の層を間に有する、相互と近接する層を指す。
「導電性」とは、約１０−６〜１オーム−ｃｍのバルク電気抵抗率を有する材料を指す。
「一体化する」又は「一体化」とは、受動回路要素若しくは静電容量感知要素を、基材の面の上に直接定置すること、又は配置することを指し、一体化された受動回路要素は、別個の受動回路要素、例えば、基材に接合され、基材に電気的に接続されなければならない（例えば、半田接合又はワイヤー接合される）チップ抵抗器又はチップコンデンサと対照的である。
「受動回路要素」とは、構成の一部として半導体材料を含有しない、電気回路の要素を指す。
「メッシュ」とは、導電性トレースの二次元ネットワーク、例えば、矩形（例えば、正方形）グリッドを生じるように、相互に対して直交して走るトレースを指す。
「導電性トレース」とは、導電性材料のパターン内の細い線状パターン要素、例えば、長さが１００マイクロメートルである、幅が２マイクロメートルの導電性の線を指す。
「タッチセンサ若しくはタッチ感知」又は「タッチスクリーン」とは、１つ以上の身体部分（即ち、１本以上の指）で物理的に、又は近接してタッチする（電界を間接的に妨害する）ことによって作動させることができる、センサ要素を指す。
「非導電性」及び「絶縁」は、交換可能に使用され、これらの用語は、実質的に非導電性である材料、例えば、少なくとも１０６オーム−ｃｍ、好ましくは少なくとも１０８オーム−ｃｍ、より好ましくは少なくとも１０１２オーム−ｃｍのバルク電気抵抗率を有する材料を指す。
【０００９】
本明細書に開示される、提供される静電容量センサ及び方法は、ユーザーからの入力に対しては高応答性であるが、迷走電界（例えば、ＥＭＩによってもたらされる電界）からの干渉に耐えることができる、投影型静電容量センサを組み立てるために使用することができる。本開示に記載される投影型静電容量センサは、それらが一部である、いかなる電子デバイスからの干渉にも耐えることができる。例えば、本開示に記載されるタッチスクリーンは、携帯電話又は個人用デジタル補助装置デバイスの一部として含まれる際、干渉に耐えることができる。提供される方法及び作製される静電容量センサは、非常に小型かつ透明にすることができ、また、様々な電磁環境で使用することができる。方法は、価格及びプロセスに関して、非常に経済的である。
【００１０】
上記の概要は、本発明のすべての実施の開示された各実施形態を記述することを意図したものではない。図面の簡単な説明及び後に続く発明を実施するための形態は、説明に役立つ実施形態をより詳しく例示する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】タッチスクリーン感知エリア内に存在する導電性可視光線透明領域の斜視図を示す。
【図２】提供される静電容量センサにおいて有用な抵抗要素の概略図。
【図３ａ】提供される静電容量センサにおいて有用な静電容量要素の概略図。
【図３ｂ】図３ａの一部分の拡大図。
【図４】提供される静電容量センサにおいて有用な誘導性要素の概略図。
【図５】ＲＣローパスフィルタの回路図。
【図６】ＲＬローパスフィルタの回路図。
【図７】ＬＣローパスフィルタの回路図。
【図８】提供される静電容量センサの実施形態の略図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下の説明において、本明細書の説明の一部を構成しいくつかの特定の実施形態が例として示される添付の一連の図面を参照する。本発明の範囲又は趣旨を逸脱せずに、その他の実施形態が考えられ、実施され得ることを理解すべきである。したがって、以下の詳細な説明は、限定的な意味で解釈されるべきではない。
【００１３】
他に指示がない限り、本明細書及び特許請求の範囲で使用される特徴の大きさ、量、物理特性を表わす数字はすべて、どの場合においても用語「約」によって修飾されるものとして理解されるべきである。それ故に、そうでないことが示されない限り、前述の明細書及び添付の特許請求の範囲で示される数値パラメータは、当業者が本明細書で開示される教示内容を用いて、目標対象とする所望の特性に応じて、変化し得る近似値である。終点による数の範囲の使用は、その範囲内（例えば、１〜５は、１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４、及び５を含む）のすべての数及びその範囲内の任意の範囲を含む。
【００１４】
例えば、上に提供される、タッチディスプレイに有用な透明又は不可視の静電容量感知要素を含む基材の上への受動回路要素の一体化を含む、静電容量センサが提供される。提供される静電容量センサは、投影型静電容量タッチ（ＰＣＴＴ）技術を使用するものなどの接触センサ及び近接センサを含むことができる。より高い精度及び感度を有する静電容量センサは、投影型静電容量タッチ技術を利用する。投影型静電容量タッチ技術は、標準的な接触又は静電容量センサ技術より正確かつ柔軟な操作を可能にする、静電容量技術である。典型的に、投影型静電容量タッチセンサは、１つ以上の導電性層をパターン化することによって作製することができる。例えば、ＸＹアレイセンサ（又はマトリックスセンサ）の形態の投影型静電容量タッチスクリーンセンサは、別個の基材の上に絶縁された透明導電性バーを形成し、それぞれの層上のバーが直交するように配向される状態で、２つの基材を積層することによって作り出すことができる。それぞれの積層された層上の重なり合うバーは、絶縁材料によって、相互から電気的に絶縁されてもよい。あるいは、ＸＹアレイセンサは、基材の一方の側上のバーが、他方の側上のバーに対して直交するように配向される、絶縁された透明導電性バーを同一の絶縁基材の両側上に形成することによって作り出すことができる。更なる第３実施形態では、ＸＹアレイセンサは、以下の、透明導電性材料の第１バー（例えば、平行）が、絶縁基材の上に第１方向に作り出され、絶縁材料（例えば、印刷された誘電体又はフォトリソグラフィで画定された誘電体）が、少なくとも第２方向に作り出される第２バーが第１バーと交差する領域内の第１バーの透明導電性材料の上に堆積され、透明導電性材料の第２バーが、第２方向、例えば、第１バーと直交する方向に作り出され、第２バーが、第１バーに絶縁材料が堆積される領域内で第１バーに重なり合う構成で、絶縁基材の１つの面の上の透明導電性材料をパターン化することによって作り出すことができる。当該技術分野において既知であるように、前述のＸＹアレイセンサのいずれでも、バーは、バーに沿って、パッド領域、例えば、ダイヤモンド形状又は正方形状のパッドを含んでもよい。
【００１５】
透明導電性バーは、メッシュの形態の導電性トレース（例えば、金属トレース）を含むバーを含んでもよい。メッシュの形態の導電性トレースは、上記の第３ＸＹアレイ実施形態に記載される電極のグリッドパターンを形成するように、導電性材料（例えば、金属）の第１層をエッチングパターン化し、次に、絶縁堆積物を形成し、次に、絶縁堆積物（単数又は複数）の上に導電性ブリッジを形成することによって、形成されてもよい。あるいは、メッシュの形態の導電性トレースは、上記の第３ＸＹアレイ実施形態に記載される電極のグリッドパターンを形成するように、導電性材料（例えば、金属）の第１パターンを絶縁基材の上に印刷し、次に、絶縁堆積物を形成し、次に、絶縁堆積物（単数又は複数）の上に導電性ブリッジを形成することによって、形成されてもよい。あるいは、ＸＹアレイセンサは、導電性材料の２つの別個の垂直な層を平行バー（あるいは線又はトラックと呼ばれる）でエッチングパターン化することによって形成されてもよい。投影型静電容量タッチセンサは、例えば、米国特許公開第２００９／００７３１３５号（Ｌｉｎら）、同第２００９／０２１９２５７号（Ｆｒｅｙら）、及びＰＴＣ公開第ＷＯ  ２００９／１５４８１２号（Ｆｒｅｙら）に開示されている。
【００１６】
上述されるＸＹアレイセンサは、コンデンサのグリッドを構成し、それぞれのコンデンサは、第１バーのうちの１つと第２バーのうちの１つとの間のそれぞれの交点からもたらされる。そのような一対の電気的に絶縁されたバーの間に電圧を印加して、前記バーの間に、静電容量による蓄積電荷（相互静電容量又はトランス静電容量）の集積をもたらすことができ、前記電荷（及びその関連電界）は、交点に近接する領域に概して絶縁されている。指又は導電性スタイラスをセンサの面の近くに持っていくと、局所静電界が変化する。タッチ位置を正確に決定するために、グリッド上のあらゆる個々の点での静電容量変化を測定することができる。グリッドの使用は、マルチタッチ操作と称される場合がある、２本以上の指の位置を可能にする。近接操作方法は、直接接触を用いない操作を可能にし、そのため、導電性層を更なる保護絶縁層でコーティングすることができ、スクリーン保護材下又は耐候性及び耐破壊性ガラスの背後でさえ動作する。
【００１７】
提供されるタッチセンサ（例えば、タッチスクリーンセンサ）の基材の上への受動回路要素の一体化の概念は、静電容量センサ設計又は構成に関して制限されない（即ち、ＸＹアレイ設計又は構成のセンサに限定されない）。タッチセンサの基材の上への受動回路要素の一体化の同様の利益は、他の設計、例えば、コンデンサが、基材面の上の同一の平面内の隣接するが絶縁された導電性要素から形成される、相互静電容量に基づく設計のタッチセンサをもたらすことができる。一体化された受動回路要素を組み込む好ましいタッチ検出センサ（例えば、タッチスクリーンセンサ）は、ＸＹアレイ設計センサである。
【００１８】
本明細書に開示されるタッチセンサ（例えば、タッチスクリーンセンサ）の基材の上への受動回路要素の一体化の概念は、測定される静電容量の起源に関していか様にも制限されない（即ち、相互静電容量測定センサシステムに制限されない）。タッチセンサの基材の上への受動回路要素の一体化の同様の利益は、自己静電容量（又はアースまでの静電容量）の測定が行われる、センサシステムをもたらし得る。そのようなセンサシステムは、ＸＹアレイ設計のセンサを含んでもよい。あるいは、そのようなセンサシステムは、１つの平面内に存在し得、かつ自己静電容量測定によって個々にアドレス指定可能である、静電容量パッドのアレイを含む設計のセンサを含んでもよい。一体化された受動回路要素を組み込むセンサを含む、典型的なタッチ検出システムセンサ（例えば、タッチスクリーンセンサシステム）は、相互静電容量の変化を測定するシステムである。相互静電容量の変化を測定するシステム、及び自己静電容量の変化を測定するシステムには、例えば、米国特許第５，８４１，０７８号（Ｍｉｌｌｅｒら）に開示されるものが挙げられる。
【００１９】
既述されたように、静電容量タッチセンサのタッチ感知要素として、例えば、フィルタリング回路の形態での受動回路要素の同一の基材の上への一体化の主な利益は、静電容量タッチセンサ及びそのコントローラ電子機器の感受性の、電磁干渉（ＥＭＩ）による感知性能の低下又は減少の低減である。タッチセンサの干渉の一般的な源は、センサが組み合わせられるディスプレイである。したがって、タッチディスプレイ分野において、透明導電性材料（例えば、透明基材の上に担持された酸化インジウムスズ）の遮蔽層を、ディスプレイとタッチセンサとの間に定置することが一般的である。本明細書に開示される静電容量センサの１つの利点は、それらが、ＥＭＩシールドを必要とすることなく、センサ及びディスプレイの組み合わせを可能にすることができるということである。
【００２０】
提供される静電容量センサは、その上に含まれる導電性トレースの設計を通して工学的に作り出される、電気特性及び光学特性を有することができる。提供されるセンサは、面を有する基材を含む。導電性トレースの感知パターンは、基材の面に隣接して配置される。基材は、ガラス、ポリマー、セラミック、又は可視光線透明性の任意の他の基材などの透明基材であることができる。本明細書で使用するとき、「可視光線透明性」とは、少なくとも１つの偏光状態の可視光線に対して、少なくとも６０パーセント透過性である透過率の水準を指し、ここで透過率パーセントは、入射光、任意により偏光の強度に正規化される。入射光の少なくとも６０％を透過する物品が、局部的に光を８０透過率パーセント未満（例えば、０％）に遮蔽する微細構造（例えば、最小寸法、例えば０．５〜１０マイクロメートル、又は１〜５マイクロメートルの幅の点、正方形、又は線）を含むのは、可視光線透明性の意味の範囲内であるが、このような場合、微細構造を含み、微細構造の最小寸法の１０００倍の幅である、およそ等軸の面積に関して、平均透過率は６０パーセントを超える。
【００２１】
あるいは、いくつかの用途では、基材は、可視光線スペクトルのいくつかの領域内で不透明であってもよい。基材に対する唯一の要件は、それが、導電性トレースの感知パターンを担持することができる面を有するということである。そのため、それ自体は、非導電性であってもよく、上に導電性トレースが位置することができる面を有するべきである。いくつかの実施形態では、基材と導電性トレースのパターンとの間に、１〜３つの追加層がもたらされてもよい。例えば、基材と導電性トレースのパターンとの間に、基材の面を平坦化する不動態化層が存在してもよい。これらの場合では、基材は、導電性であってもなくてもよいが、上に導電性トレースのパターンが直接配置される層は、非導電性である必要がある。
【００２２】
基材の面に隣接して配置される導電性トレースの感知パターンは、所望により、透明であってもよい、マイクロパターンを含むことができる。可視光線透明導電体マイクロパターンは、電子ディスプレイと組み合わせられる投影型静電容量タッチスクリーンセンサに特に有用であり得る。投影型静電容量タッチスクリーンセンサのコンポーネントとして、可視光線透明導電性マイクロパターンは、高タッチ感度、マルチタッチ検出、及びスタイラス入力を可能にするのに有用であり得る。
【００２３】
図１は、タッチスクリーンパネルのタッチ感知エリア１０５内に存在する導電性可視光線透明領域１０１の斜視図を図示する。導電性可視光線透明領域１０１は、面１２０を有する可視光線透明基材１３０と、可視光線透明基材１３０上又はその中に配置される、導電性トレースの感知パターン１４０とを含む。導電性トレースの感知パターン１４０は、基材１３０上に配置される。可視光線透明基材１３０は、１３２を含み、電気的に絶縁性である。可視光線透明基材１３０は、例えば、ガラス又はポリマーなどの任意の有用な電気的に絶縁性の材料で形成することができる。光透明基材１３０に有用なポリマーの例には、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレン（ＰＥＮ）、及びポリイミド（ＰＩ）が挙げられる。電気的に導電性のパターン１４０は、複数個の線状金属構造で形成することができる。いくつかの実施形態では、タッチスクリーンパネルのタッチ感知エリア内に存在する導電性可視光線透明領域１０１は、それぞれが導電性トレースのパターン１４０を有する、可視光線透明基材１３０の２つ以上の層を含む。
【００２４】
導電性トレースの感知パターン１４０は、基材１３０の面１２０上に堆積される。図１に図示される実施形態では、センサは、タッチスクリーンディスプレイ又はタッチパネルディスプレイを形成するように、ディスプレイと相互作用し、基材１３０は、可視光線透明性であり、かつ実質的に平面である基材及びセンサは、実質的に平面で可撓性であってもよい。可視光線透明性とは、ディスプレイによってレンダリングされる情報（例えば、文字、画像、又は数字）が、タッチセンサを通して見えることを意味する。光を遮蔽するのに十分厚い厚さで堆積された金属であっても、金属が適切なマイクロパターンで堆積されれば、堆積された金属の形態での導電体を含むタッチセンサーにおいて見易さ及び透明を達成することができる。
【００２５】
導電性マイクロパターン１４０は、情報をレンダリングする、ディスプレイの可視部分に重なる、少なくとも１つの可視光線透明導電性領域を含む。可視光線透明導電性とは、ディスプレイの一部が導電性マイクロパターンの領域を通して閲覧することができ、マイクロパターンの領域がパターンの平面内で、又は換言すると、導電性マイクロパターンが堆積されそれと隣接する基材の主面に沿って導電性であることを意味する。典型的な導電性マイクロパターンは、二次元メッシュ、例えば、正方形グリッド、矩形（非正方形）グリッド、又は正六角形ネットワークを有する領域を含み、導電性トレースは、メッシュのトレースと電気接触している導電体が堆積されていない、メッシュ内の囲まれた開放面積を画定する。開放空間及びそれらの縁部の関連導電性トレースは、本明細書において、セルと称される。メッシュセルの他の有用な構成は、ランダムなセル形状及び不規則な多角形を含む。いくつかの実施形態では、タッチスクリーンパネルのタッチ感知エリア内に存在することができる導電性可視光線透明領域は、それぞれが導電性マイクロパターンを有する、可視光線透明基材の２つ以上の層を含むことができる。
【００２６】
いくつかの実施形態では、感知パターンを画定する導電性トレースは、５つの隣接するセル、典型的には４つの隣接するセル、３つの隣接するセル、又は更に２つの隣接するセルを組み合わせた縁部の長さを超える距離にわたってほぼ直線的であるセグメントを含まないように設計することができる。一般的に、マイクロパターンを画定するトレースは、単一のセルの縁部の長さを超える距離にわたって直線的であるセグメントを含まないように設計することができる。したがって、いくつかの実施形態では、微小パターンを画定するトレースは、長い距離、例えば、１０センチメートル、１センチメートル、又は更に１ミリメートルを超えて直線的であることはない。直前に記載される直線セグメントの最小長さを有するパターンは、ディスプレイの可視性の妨害を最小限にしか生じさせないという利点を有するタッチスクリーンセンサに特に有用であり得る。
【００２７】
導電性トレースの感知パターンの二次元形状（即ち、平面内又は基材の主面に沿ったパターンの形状）は、タッチスクリーンセンサにおいて有用な特異的な透明導電特性を達成するように、導電体材料の光学特性及び電気特性を考慮して設計することができる。例えば、導電体材料の連続的な（パターン化されていない）堆積物又はコーティングは、その厚さで除算したそのバルク抵抗率として計算される面抵抗を有する一方で、提供されるセンサでは、導電体をマイクロパターン化することによっても異なるレベルの面抵抗を工学的に作り出すことができる。
【００２８】
いくつかの実施形態では、センサの導電性領域（例えば、可視光線透明導電性領域）における異方性面抵抗を達成するように、導電性トレースの二次元感知パターンを設計することができる。異方性面抵抗とは、導電性トレースの感知パターンの面抵抗の大きさが、２つの直交方向に沿って測定される、又はモデル化される際に異なることを意味する。他の実施形態では、センサの導電性領域（例えば、可視光線透明導電性領域）における等方性面抵抗を達成するように、導電性トレースの二次元パターンを設計することができる。等方性面抵抗とは、導電性トレースのパターンの面抵抗の大きさが、両方向に一定の幅のトレースで形成される正方形グリッドの場合のように、平面内の任意の２つの直交方向に沿って測定される、又はモデル化される際に実質的に同一であることを意味する。
【００２９】
センサの透明性及びセンサを通したディスプレイの可視性を達成するのに適切な導電体のマイクロパターンは、特定の性質を有することができる。まず第１に、それを通してディスプレイが閲覧される導電性マイクロパターンの領域は、５０％未満、又は２５％未満、又は２０％未満、又は１０％未満、又は５％未満、又は４％未満、又は３％未満、又は２％未満、又は１％未満、又は０．２５〜０．７５％の範囲内、又は０．５％未満の導電体によって遮蔽されるセンサの面積率を有することができる。
【００３０】
導電体微小パターン、又は導電性微小パターンの区域の開放面積率（又は開放面積若しくは開放面積の比率）は、導電体によって遮蔽されない微小パターン面積、又は区域面積の割合である。開放面積は、１から、導電体によって遮蔽される面積率を引いたものに相当し、少数又は百分率として、便利に及び互換的に表現することができる。導電体によって遮蔽される面積率は、微小パターン化された導電体の線の密度と互換的に使用される。微小パターン化された導電体は、電気的に導電性の微小パターン及び導電性微小パターンと互換的に使用される。したがって、導電体によって遮蔽される割合に関して上の文章で示された値に関し、開放面積値は、５０％超、７５％超、８０％超、９０％超、９５％超、９６％超、９７％超、９８％超、９９％超、９９．２５〜９９．７５％、９９．８％、９９．８５％、９９．９％、及び更に９９．９５％である。いくつかの実施形態では、導電体微小パターンの区域の開放面積（例えば、可視光線透明導電性区域）は、８０％〜９９．５％であり、他の実施形態では９０％〜９９．５％であり、他の実施形態では、９５％〜９９％であり、他の実施形態では、９６％〜９９．５％であり、他の実施形態では、９７％〜９８％であり、他の実施形態では、最大９９．９５％である。実際の製造方法を使用した、有用な光学特性（例えば、導電性パターン要素の高透過率及び不可視性）並びに電気特性の再現可能な達成に関して、開放面積の典型的な値は、９０〜９９．５％、９５〜９９．５％、又は更に９５〜９９．９５％である。
【００３１】
ディスプレイのピクセルパターンとの干渉を最小限にし、かつユーザー又は見る人の裸眼によるパターン要素（例えば、導電体の線）の可視性を回避するために、導電性パターン要素の最小寸法（例えば、線又は導電性トレースの幅）を、約５０マイクロメートル以下、又は約２５マイクロメートル以下、又は約１０マイクロメートル以下、又は約５マイクロメートル以下、又は約４マイクロメートル以下、又は約３マイクロメートル以下、又は約２マイクロメートル以下、又は約１マイクロメートル以下、又は約０．５マイクロメートル以下にすることができる。
【００３２】
いくつかの実施形態では、導電性パターン要素の最小寸法を、０．５〜５０マイクロメートル、他の実施形態では０．５〜２５マイクロメートル、他の実施形態では１〜１０マイクロメートル、他の実施形態では１〜５マイクロメートル、他の実施形態では１〜４マイクロメートル、他の実施形態では１〜３マイクロメートル、他の実施形態では０．５〜３マイクロメートル、及び他の実施形態では０．５〜２マイクロメートルにすることができる。有用な光学特性（例えば、導電性パターン要素の高透過率及び裸眼での不可視性）及び電気特性の再現可能な達成に関して、並びに実際の製造方法を使用する制約を考慮し、導電性パターン要素の最小寸法の典型的な値は、０．５〜５マイクロメートル、１〜４マイクロメートル、及び更に１〜３マイクロメートルであってもよい。
【００３３】
広くは、堆積される電気的に導電性の材料は、望ましくなく、タッチセンサの光透過率を低減する可能性がある。基本的に、堆積された電気的に導電性の材料が存在するいずれの場所でも、ディスプレイは、ユーザーによるその可視性の観点から遮蔽される可能性がある。導電体材料によってもたらされる減衰の程度は、導電体マイクロパターン内の導電体によって被覆されるセンサ又はセンサの領域の面積率に比例し得る。
【００３４】
広くは、透明なタッチスクリーンセンサが低ヘイズ値を呈することが望まれ得る。ヘイズとは、例えば、Ｈａｚｅ−Ｇａｒｄ機器（Ｈａｚｅ−Ｇａｒｄ  ｐｌｕｓ、メリーランド州コロンビアのＢＹＫ  Ｇａｒｄｎｅｒ）により測定される、光が媒体を通過する際のその分散に関する特性を指す。いくつかの実施形態では、タッチスクリーンセンサは、１０％未満、いくつかの実施形態では５％未満、いくつかの実施形態では４％未満、いくつかの実施形態では３％未満、いくつかの実施形態では２％未満のヘイズを呈することができる。導電体マイクロパターンを含む領域の高透過率（また、可視光線透過性とも称される）、低ヘイズ、及び低導電体トレース可視性の望ましい組み合わせを達成することができる実施形態が開示される。導電体マイクロパターンは、タッチスクリーンセンサディスプレイの感知エリア又は領域の一部として使用される際、例えば、マイクロパターンがディスプレイの可視領域に重なる際に特に有用であり得る。
【００３５】
いくつかの実施形態では、例えば、導電性材料の不均一なメッシュから生じる面抵抗の不均一な分布が存在する場合にさえ、閲覧可能なディスプレイ視野にわたって均一な光透過率を有する、可視光線透明性ディスプレイセンサを作り出すために、センサは、パターンにわたる光透過性の均一性を維持する働きをする、導電体マイクロパターンに追加された絶縁された導電体堆積物を含むことができる。このような絶縁された導電体堆積物は、センサの駆動装置（例えば、電気回路又はコンピューター）に接続されず、したがって電気的機能を提供しない。例えば、３マイクロメートルの線幅及び２００マイクロメートルのピッチの正方形グリッド形状のメッシュを有する第１区域（金属により面積の３％が遮蔽されている、即ち、９７％の開放面積）、並びに３マイクロメートルの線幅及び３００マイクロメートルのピッチの正方形グリッド形状のメッシュを有する第２区域（金属により面積の２％が遮蔽されている、即ち、９８％の開放面積）を含む金属導電体微小パターンは、３００マイクロメートルピッチのグリッド区域の開放セルそれぞれの内部に、１００個の等間隔の３マイクロメートル×３マイクロメートルの正方形の金属導電体をパターンで含めることにより、２つの区域にわたるその平均光透過率を光学的に均一にすることができる。１００個の３マイクロメートル×３マイクロメートルの正方形（９００平方マイクロメートル）は、各３００マイクロメートル×３００マイクロメートルのセル（９００００平方マイクロメートル）において、面積を更に１パーセント遮蔽し、したがって、第２区域の平均光透過率を、第１区域のものと等しくする。透明導電性区域及びそれらの間の空間の区域を含む、センサにわたる光透過性の均一性を維持するために、隣接する透明導電性区域（例えば、二次元のメッシュ又はネットワークの形態の微小パターン化された導電体を含む隣接する透明導電性区域）の間の空間の区域に、同様の絶縁金属構造を加えることができる。絶縁された正方形の導電体に加えて、光学的均一性を調整するための、他の有用な絶縁された導電体堆積物としては、円及び線が挙げられる。電気的に絶縁された堆積物の最小寸法（例えば、正方形構造の縁部の長さ、円形構造の直径、又は線状構造の幅）を、１０マイクロメートル未満、５マイクロメートル未満、２マイクロメートル未満、又は更に１マイクロメートル未満にすることができる。
【００３６】
実際の製造方法を使用した、有用な光学特性（例えば、導電性パターン要素の高透過率及び不可視性）の再現可能な達成に関して、電気的に絶縁された堆積物の最小寸法を、典型的に、０．５〜１０マイクロメートル、０．５〜５マイクロメートル、０．５〜４マイクロメートル、１〜４マイクロメートル、及び更に１〜３マイクロメートルにすることができる。いくつかの実施形態では、周期性を欠くように、電気的に絶縁された導電体堆積物の配設を設計することができる。周期性の欠如は、下に存在するディスプレイの周期的なピクセルパターンとの好ましくない可視相互作用を制限するために典型的であり得る。電気的に絶縁された導電体堆積物の集合が周期性を欠くためには、堆積物を有し、デコード、又は信号生成及び／若しくは処理電子機器に接続する微小パターン要素を欠く区域にわたり、堆積物の少なくとも一部の本来ならば周期性を有する配置に対して単一の障害が存在するだけでよい。このような電気的に絶縁された導電体堆積物は、非周期的な配置を有するとされるか、又は電気的に絶縁された導電体堆積物の非周期的な配置であるとされる。いくつかの実施形態では、例えば、５マイクロメートルの縁部の長さを有する正方形堆積物の両側面に存在し得るような、１０マイクロメートルより小さく離間した直線の平行縁部を欠くように、電気的に絶縁された導電体堆積物を設計することができる。５マイクロメートル、４マイクロメートル、好ましくは３マイクロメートル、又は更に２マイクロメートルより小さく離間した直線の平行縁部を欠くように、絶縁された導電体堆積物を設計することができる。直線の平行縁部を欠く、電気的に絶縁された導電体堆積物の例は、楕円形、円形、五角形、七角形、及び三角形である。電気的に絶縁された導電体堆積物の設計内の直線の平行縁部の不在は、センサを一体化するディスプレイの可視性を妨害する可能性がある、光回折アーチファクトを最小限にする働きをすることができる。
【００３７】
導電体微小パターンの、光学的均一性に対する影響は、数量化することができる。例えば、ディスプレイの可視領域に重なるセンサ、及びしたがって導電体マイクロパターンの総面積が、１ミリメートル×１ミリメートルの領域のアレイにセグメント化される場合、典型的なセンサは、領域のうちのいずれも、領域全体の平均から７５パーセント超異なる遮蔽面積率を有さない、導電体マイクロパターンを含む。典型的に、いずれも、５０パーセント超異なる遮蔽面積率を有さない。典型的に、いずれも、２５パーセント超異なる遮蔽面積率を有さない。また、典型的に、いずれも、１０パーセント超異なる遮蔽面積率を有さない。ディスプレイの可視領域に重なるセンサ、及びしたがって導電体マイクロパターンの総面積が、５ミリメートル×５ミリメートルの領域のアレイにセグメント化される場合、典型的なセンサは、領域のうちのいずれも領域全体の平均から５０パーセント超異なる遮蔽面積率を有さない、導電体マイクロパターンを含むことができる。典型的に、いずれも、５０パーセント超異なる遮蔽面積率を有さない。また、典型的に、いずれも、２５パーセント超異なる遮蔽面積率を有さない。更により典型的に、いずれも、１０パーセント超異なる遮蔽面積率を有さない。
【００３８】
導電性トレースの感知パターンを形成するのに有用な金属の例には、金、銀、パラジウム、プラチナ、アルミニウム、銅、ニッケル、スズ、合金、及びこれらの組み合わせが挙げられる。いくつかの実施形態では、導電体は、透明導電性酸化物である。導電体は、５ナノメートル〜５マイクロメートル、又は１０ナノメートル〜５００ナノメートル、又は１５ナノメートル〜２５０ナノメートルの厚さを有し得る。いくつかの実施形態では、導電体の厚さは１マイクメートル未満である。導電体の望ましい厚さは、当該技術分野において既知であるように、望ましい面抵抗で開始して、感知パターン形状（及びひいてはその平面の導電断面への影響）並びに導電体のバルク抵抗率を考慮することによって計算することができる。複雑な形状の感知パターンについては、当該技術分野における演算方法、例えば、本明細書において、感知パターンの特性のモデル化と称される、面抵抗を計算するために使用することができる差分方法又は有限要素方法が存在する。当該技術分野において既知であるように、面抵抗は、４点プローブ技術及び非接触渦電流方法などの多数の技術を使用して測定することができる。
【００３９】
提供される静電容量センサのための導電性トレースの感知パターンは、任意の適切なパターン化方法、例えば、エッチング工程を伴うフォトリソグラフィ、又はめっき工程を伴うフォトリソグラフィ（例えば、米国特許第５，１２６，００７号（Ｓｍｕｌｏｖｉｃｈ）、同第５，４９２，６１１号（Ｓｕｇａｍａら）、同第５，５１２，１３１号（Ｋｕｍａｒら）、及び同第６，７７５，９０７号（Ｂｏｙｋｏら）を参照）を含む方法によって作り出すことができる。更に、導電体パターンは、レーザー硬化マスキング（金属フィルム上のマスク層の硬化、及び次いでエッチング）、インクジェット印刷（続く金属めっきのためのマスキング材料又は種材料の）、グラビア印刷（続く金属めっきのための種材料の）、微小複製（続く金属めっきのために、基材内に微小溝を形成し、次いで導電性材料又は種材料で充填する）、又はマイクロコンタクト印刷（基材の面の上の自己組織化単層（ＳＡＭ）パターンのスタンピング若しくは輪転印刷）などの他の代表的な方法を利用して作り出すことができる。大量、高解像度印刷方法の利用は、一般的に、導電性要素の正確な定置を可能にし、また、本来ならば生じ得る光学異常（例えば、モアレパターン）を制限する、市販されるディスプレイピクセルと適合するスケールの導電性トレースの（擬似ランダム）変動も可能にする。
【００４０】
本明細書で説明されるいくつかの実施形態は、平坦な面の「ワイヤー様」導電体を利用してもよく、これは、透明導電体を利用する既存のセンサよりも高い光透過率を可能にする。これらの平坦な面の「ワイヤー様」導電体は、いくつかの実施形態では、既存の円形ワイヤー手段で可能であるよりも優れた導電体配置の拡張性及び制御を提供する。本明細書で記載される微小導電体は、１０マイクロメートル以下の最大横断寸法を有する導電体を含む。多くのセンサ用途について、３マイクロメートル未満が典型的である。マスキング及びエッチングを利用する方法は、典型的に、低いアスペクト（０．０５〜０．５μｍの厚さ×１μｍ〜１０μｍの幅）の微小導電体を生成する。微小複製された溝は、最大で１：１超のより高いアスペクト比の微小導電体を生成することができる。
【００４１】
レーザー硬化マスキングは、紫外線レーザーでパターンを選択的に硬化することによって導電性トレースのパターンを作り出すために使用することができる。このようなプロセスは、典型的には、フィルム（例えば、ＰＥＴ）又はガラス系基材のいずれかで機能する。レーザー硬化マスキングプロセスは、基材を金属でめっきする工程（例えば、銀又は銅が、ガラス又はＰＥＴフィルム上にスパッタコーティングされる）、めっきされた基材の上にＵＶ硬化性マスキングインクを均一にコーティングする工程（例えば、スピンコーティング、及びディップコーティング）、タッチセンサの活性エリア内に導電性トレースを形成するように、印刷されたインクの一部分をレーザーで硬化する工程、及びまた、電極をコネクタパッドに相互接続する（より幅の広い）線を硬化してもよい（レーザーのビーム幅は、フォトマスクによって減少されてもよい）、未硬化インクを除去する工程、並びにエッチングによって、マスキングインク下のパターンを除き、めっきされた金属を基材から除去する工程によって例示される。
【００４２】
種インクのインクジェット印刷及びめっきは、種インク（触媒インク）の比較的幅の広い線を使用した、望ましいパターンの印刷、続くＵＶレーザーでの選択的硬化によって、微小導電性トレースのパターンを作り出すために使用することができ、上述されるレーザー硬化マスキングプロセスと同様であってもよい。このプロセスのための基材は、フィルム（例えば、ＰＥＴ）又はガラスのいずれかであり得る。インクジェット印刷プロセスは、使用されるインクの量を最小限にし、したがって、インクが高価である（例えば、種インク）際に有用である。インクが比較的安価である場合、インクジェット印刷を、例えば、基材全体を均一にコーティングするスピンコーティング又はディップコーティングなどの別のプロセスに代えることができる。
【００４３】
グラビア印刷は、印刷される画像が、ドラム上で回転する金属プレートに「エッチング」されることを必要とする。ドラムが回転すると、エッチングされた面にインクが充填され、これは次に、インクを充填されたエッチングプレートとフィルムが互いに接触するとき印刷される、フィルムの面の上に堆積される。種インク（又は触媒インク）は、上記の方法のいずれかによって印刷され得る。印刷及び硬化の後、インクを銅などの金属で無電解めっきして、高伝導度を得ることができる。種インク製造業者としては、Ｃａｒｃｌｏの一部門であり英国ケンブリッジにあるＣｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｉｎｋｊｅｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ及び英国ファーンボロ（Farnborough）のＱｉｎｅｔｉＱ  Ｃｏｍｐａｎｙが挙げられる。ニューメキシコ州アルバカーキのＣａｂｏｔ  Ｐｒｉｎｔａｂｌｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  ａｎｄ  Ｄｉｓｐｌａｙｓはインクジェット印刷可能な銀導電性インクを製造する。
【００４４】
微小複製は、導電性トレースのパターンを形成するために使用することができる、更に別のプロセスである。微小複製されたチャネルを種インクで充填し、それらを導電性にするために、次いでめっきすることができる。あるいは、それ自体が導電性であるインクでチャネルを充填し、めっきプロセスの必要性を排除することができる。第３代替は、基材を金属でコーティングし、次いで溝（の底）内の金属の部分をマスキングし、次いでマスキングされていない金属をエッチング除去することである（例えば、ＰＣＴ特許公開第ＷＯ  ２０１０／００２６７９号（Ｓｔａｙら）及び同第ＷＯ  ２０１０／００２５１９号（Ｍｏｒａｎら）を参照）。チャネルの実際の形状が変更されて、断面形状、及び最低水準の光学的干渉を提供する寸法を最適化し、一方で依然として高い伝導度及び高い生産収率を確実にすることができる。
【００４５】
充填された微小複製されたチャネルは、（マスキングされた金属フィルムに対して）高いアスペクト比の断面を有する導電体を提供することができる。したがって、最大伝導度が、最低の光学的可視性と共に達成され得る（見る方向において小さい横断面）。微小複製されたチャネル及び高いアスペクト比を有する望ましい形状のチャネルを充填する方法は、本願譲受人に譲渡された米国特許公開第２００７／０１６０８１１号（Ｇａｉｄｅｓら）に記載されている。
【００４６】
マイクロコンタクト印刷は、導電性トレースのパターンを形成するために使用することができる、更に別のプロセである。マイクロコンタクト印刷は、基材面の上の自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）パターンのスタンピング、又は輪転印刷である。この手法は、非常に微細なスケールのパターン（例えば１マイクロメートルの１０分の１の表目形状サイズ）のために実行することができる、またパターン化された単層を金属、セラミックス、及びポリマーに拡張することができる能力を含む、いくつかの技術的に重要な特徴を示す。代表的なマイクロコンタクト印刷プロセスでは、基材が金属でコーティングされ（例えば、銀若しくは銅が、スパッタコーティングされる、又はガラス若しくはＰＥＴフィルム上にめっきされる）、自己組織化単層マスクがめっきされた基材の上にスタンプされ、エッチングによって、マスク下のパターンを除き、基材の上にコーティングされた金属が除去される。当該技術分野において既知であるように、マイクロコンタクト印刷は、金属堆積プロセスと組み合わされて、追加のパターン化プロセス（例えば、無電解めっきを含む）を生じる。
【００４７】
典型的に、印刷プロセスを使用して、一体化された受動回路要素を加工することができる。それらは、マイクロコンタクト印刷プロセスを使用して加工することができる。マイクロコンタクト印刷は、レリーフパターン化エラストマースタンプを用いた、自己組織化単層（ＳＡＭ）の基材へのパターン転写である。スタンプの高レリーフのパターンに従って、ＳＡＭを基材に転写することができる。薄いフィルム金属上にマイクロコンタクト印刷されたＳＡＭは、エッチングレジストとして使用することができる。薄いフィルム金属導電体の、例えば、１μｍ以下の構造サイズ（例えば、トレース幅）を有する、高解像度パターン化が可能であり得る。マイクロコンタクト印刷による薄いフィルム金属のサブトラクティブパターン化、続くエッチングは、米国特許第５，５１２，１３１号（Ｋｕｍａｒら）に記載されている。
【００４８】
マイクロコンタクト印刷及びエッチングプロセスによって、非常に微細なスケールの導電体マイクロパターン及び本明細書に記載される受動回路要素に基づく、透明又は不可視のタッチ感知要素（例えば、タッチディスプレイ用）を同様に加工することができる。非常に微細なスケールの導電体マイクロパターンに基づく、透明又は不可視のタッチ感知要素（例えば、タッチディスプレイ用）は、例えば、米国特許公開第２００９／２１９２５７号（Ｆｒｅｙら）に記載されている。マイクロコンタクト印刷プロセスを使用した、透明又は不可視のタッチ感知要素の加工は、例えば、米国特許公開第２００９／０２１８３１０号（Ｚｕら）に記載されている。前述の公開に記載される導電体、基材、及びプロセスの詳細が、本開示に係る一体化された受動回路要素を有する静電容量センサを構築するために使用されてもよい。いくつかの実施形態では、非常に微細なスケールの導電体マイクロパターン（例えば、金属メッシュマイクロパターン）に基づく、透明又は不可視のタッチ感知要素（例えば、タッチディスプレイ用）、本明細書に記載される受動回路要素、及び相互接続構造（例えば、信号伝送トレース及び接触パッド）は、同一の導電性材料から、好ましくは１回の導電性材料パターン化サイクルで同様に加工することができる。１回のパターン化サイクルとは、導電性材料の第１パターンを生じる一連の工程を意味する。１回の導電性材料パターン化サイクルの例は、ａ）平面絶縁基材（例えば、ポリマーフィルム）の主面の面積にわたる導電性材料コーティングの堆積、ｂ）導電性材料コーティングのＳＡＭでコーティングされた領域及び導電性材料コーティングの露出された領域を生じる、導電性材料コーティングの面の上への自己組織化単層（ＳＡＭ）パターンマスクのマイクロコンタクト印刷、ｃ）湿式化学エッチングによる、ＳＡＭでコーティングされた領域から導電性材料コーティングを除去しない、露出された領域からの導電性材料コーティングの除去である。１回の導電性材料パターン化サイクルの別の例は、ａ）平面絶縁基材（例えば、ポリマーフィルム）の主面の面積にわたる導電性材料コーティングの堆積、ｂ）導電性材料コーティング上へのフォトレジストのコーティングの堆積（例えば、スプレーコーティング、ディップコーティング、スピンコーティング、又はダイコーティングによる）、ｃ）フォトレジストのフォトマスクを通した光のパターンへの暴露、ｄ）導電性材料コーティングのフォトレジストでコーティングされた領域及び導電性材料コーティングの露出された領域を生じる、フォトレジストの現像、ｅ）湿式化学エッチングによる、フォトレジストでコーティングされた領域から導電性材料を除去しない、露出された領域からの導電性材料の除去である。１回の導電性材料パターン化サイクルの別の例は、導電性材料インク、例えば、金属ナノ粒子インク（例えば、銀ナノ粒子インク）のオフセットグラビア印刷、続く熱処理（例えば、オーブン加熱又は赤外線ランプ露光）である。信号伝送トレースの形態の相互接続構造の例には、可撓性回路尾部の、非常に微細なスケールの導電体マイクロパターンに基づく透明又は不可視のタッチ感知要素（例えば、タッチディスプレイ用）への取り付けに好適な接触パッドから通じる、線状導電性パターン要素が挙げられる。信号伝送トレースの幅を、５μｍ〜２５０μｍ、好ましくは７．５μｍ〜１００μｍ、より好ましくは１０μｍ〜５０μｍ、最も好ましくは１５μｍ〜２５μｍにすることができる。
【００４９】
提供される静電容量センサは、導電性トレースの感知パターンと同一の基材の面の上に配置される（一体化される）金属導電体を含む、第１受動回路要素を有する。受動回路要素は、抵抗器（Ｒ）と、コンデンサ（Ｃ）と、インダクタ（Ｌ）とで構成される。受動回路要素は、回路を通過する電子信号をフィルタ除去するため、又は変化させるために、様々な方法で組み合わせることができる。
【００５０】
図２は、上記に開示されるマイクロコンタクト印刷プロセスを使用して、金属導電体から加工することができる、抵抗器（Ｒ）要素の実施形態の略図である。抵抗要素２００は、２つの電極（端部）２０２及び２０４を含む。これらの電極は、抵抗器がそのような回路に組み込まれる際、電子回路内の他の要素に接続するのに十分に大きくすることができる。それぞれの電極２０２及び２０４に、それぞれの電極から抵抗メッシュ要素２０８のいずれかの側への電気コネクタとして機能する、固体導電性部分２０６が取り付けられる。薄いフィルム金属のメッシュ要素２０８は、予測可能な抵抗値を生じるように設計されてもよい。例えば、それぞれのトレースの間に１０μｍを有する６つの直径が２μｍ×長さが５００μｍの導電性トレースを含む銅メッシュ要素は、約１３オームの抵抗を提供することができる。メッシュ要素の寸法及び厚さを変化させることによって、約１０〜約１０ｋオーム、又は約２５〜約５ｋオームの抵抗値を有する抵抗器を作り出すことができる。
【００５１】
図３ａは、提供される静電容量センサの実施形態において有用であり得る静電容量要素の概略図である。静電容量要素３００は、平面又は相互嵌合型コンデンサである。端子３０２及び３０２は、電気的に接続されておらず、むしろ相互嵌合されている、櫛形導電性要素３０８に接続される。図３ｂは、静電容量要素３００の一部分の分解図である。図３ｂは、それから端子３０４（分解図には図示せず）に向かって突出する櫛形要素３１２を有する、端子３０２を示す。また、図３ｂは、櫛形要素３１２の間に位置するが、それに接していない、櫛形要素３１４も示す。櫛形要素３１４は、端子３０４に接続される。相互嵌合型形状は、相当量の電荷蓄積容量を提供する。例えば、図３ａに図示される静電容量要素が、５μｍの導電性トレース及びトレース間に５μｍの空間を有する場合、コンデンサの面積が１ｍｍ２である場合には、コンデンサは、約１．５〜約２．０ピコファラッドの静電容量値を有することができる。コンデンサの面積が１ｃｍ２である場合、コンデンサは、約１５０〜約２００ピコファラッドの静電容量値を有することができる。典型的な静電容量値は、約０．２５〜約２５０ピコファラッド、又は約１〜約２００ピコファラッドに及ぶ。いくつかの実施形態では、相互嵌合型コンデンサの櫛形要素を作り出すトレースは、２μｍ〜２５μｍ、好ましくは３μｍ〜２０μｍ、より好ましくは５μｍ〜１５μｍである。上記の相互嵌合型コンデンサの代替として、本開示のいくつかの一体化されたコンデンサは、平行板コンデンサである。平行板コンデンサは、下部電極と、誘電体層と、上部電極とを含む。有用な誘電体の例には、印刷可能ポリマー、ゾル−ゲル金属酸化物、及び陽極酸化物が挙げられる。有用な誘電体の厚さの例には、０．０５μｍ〜２０μｍ、好ましくは０．１μｍ〜１０μｍ、最も好ましくは０．２５μｍ〜５μｍの厚さが挙げられる。
【００５２】
図４は、提供される静電容量センサの実施形態において有用であり得る誘導性要素の略図である。インダクタ４００は、外側電極４０２と、内側電極４０６とを含む。導電性トレース４１０は、外側電極４０２及び内側電極４０６を接続し、示されるように、実質的にらせん状の経路を辿る。誘電体４０８は、インダクタ４００が回路に組み込まれる際の接続を容易にするために、導電性ジャンパトレース４０７が内側電極４０６を外側電極４０４に接続することを可能にするように、示されるように、導電性トレース４１０の上に配置される。誘電体４０８は、導電性ジャンパトレース４０７を導電性トレース４１０から絶縁する。
【００５３】
スパイラルインダクタのインダクタンスを決定するための一次方程式は、
Ｌ＝μｏｎ２ｒ＝１．２×１０−６ｎ２ｒ
であり、式中、ｎは、回転数であり、ｒは、半径である。使用される半径は、コイルの中央で測定される。例として、ｎ＝６及びｒ＝１８０μｍを使用して、Ｌは、約０．００８マイクロヘンリー（μＨ）と計算される。より多くのコイルを同様の空間内に定置すると、インダクタ値が増加し得る。例えば、１００μｍの内側半径で開始して、次いで５μｍのワイヤー及び５μｍの空間を使用すると、２５回転は、約．１８１μＨの値を有するインダクタを生じ得る。
【００５４】
図５〜図７は、直前に記載されたものなどの抵抗要素、静電容量要素、及び誘導性要素の組み合わせを使用して作製することができる、単純なローパスフィルタの回路図である。図５は、ＲＣローパスフィルタの図である。フィルタ５００は、フィルタ除去された信号出力５０４を生じるように、並列静電容量要素５１２を有する直列抵抗要素５１０を通して電子信号入力５０２を取り込む。ローパスフィルタの遮断周波数は、抵抗要素５１０の抵抗値及び静電容量要素５１２の静電容量値によって決定することができる。
【００５５】
同様に、図６は、ＲＬローパスフィルタの図である。フィルタ６００は、フィルタ除去された信号出力６０４を生じるように、直列抵抗要素６１０及び直列誘導性要素６１４を通して電子信号入力６０２を取り込む。ローパスフィルタの遮断周波数は、抵抗要素６１０の抵抗値及び誘導性要素６１４のインダクタンス値によって決定することができる。
【００５６】
図７は、ＬＣバンドパスフィルタの図である。フィルタ７００は、フィルタ除去された信号出力７０４を生じるように、直列静電容量要素７１２及び直列誘導性要素７１４を通して電子信号入力７０２を取り込む。ローパスフィルタのバンドを通過する周波数は、静電容量要素７１２のタッチング静電容量値（電界付近、電界近く、又は電界内の）及び誘導性要素７１４のインダクタンス値によって決定することができる。
【００５７】
図８は、提供される静電容量センサの実施形態の略図である。図８は、静電容量センサ８００を示す。センサ８００は、面を有する基材８０３を含む。導電性トレースの感知パターン８０２は、ローパスフィルタ８０４と共に基材の面の上に配置される。ローパスフィルタ８０４は、示されるように、少なくとも基材の面の上に配置される第１受動回路要素を含む。図８に示される実施形態では、検出電子機器８０６が基材８０３上に位置しない。
【００５８】
本開示は、電子デバイス（例えば、コンピューター、携帯電話など）への情報若しくは指示のタッチ入力のための接触センサ又は近接センサに更に関する。これらのセンサは、可視光線透明性であり、ディスプレイとの直接的な結合において有用であり、ディスプレイ要素に重なり、ディスプレイを駆動する装置と相互作用する（「タッチスクリーン」センサとして）。センサ要素は、シート様の形態を有することができ、以下の、ｉ）異なる有効面抵抗値を有する２つの領域を生成するように、２つの異なるメッシュ設計を有する基材面の２つの異なる領域上にメッシュパターン化される導電性材料であって、領域のうちの少なくとも１つが、センサのタッチ感知エリア内に存在する透明導電性領域である、導電性材料（例えば、金属）、ｉｉ）センサのタッチ感知エリア内に存在し、異方性有効面抵抗を呈する、透明導電性領域を生成するように、基材の面の上にメッシュ形状でパターン化される、導電性材料（例えば、金属）、及び／又はｉｉｉ）基材の面の上の有効かつ電気的に連続的な透明導電性領域内にメッシュ形状でパターン化される導電性材料であって、少なくとも１つの方向に異なる値の局所有効面抵抗（例えば、透明導電性領域の連続的に変化する面抵抗）を生成するように、形状が領域内で変化し、領域がタッチセンサの感知エリア内に存在する、導電性材料（例えば、金属）のうちの１つ以上を担持する、少なくとも１つの電気的に絶縁する可視光線透明基材層を含むことができる。
【００５９】
タッチセンサの感知領域は、情報ディスプレイの可視部分に重なることを意図されるか、又は重なり、情報ディスプレイの可視性を可能にするために、可視光線透明性である、センサの区域である。情報ディスプレイの可視部分とは、変化可能な情報内容を有する情報ディスプレイの部分、例えば、ピクセル（例えば、液晶ディスプレイのピクセル）が占めるディスプレイ「スクリーン」の部分を指す。本発明のセンサと一体化することができる有用なディスプレイの例としては、液晶ディスプレイ、ブラウン管ディスプレイ、プラズマディスプレイパネル、及び有機発光ダイオードディスプレイが挙げられる。
【００６０】
別の態様では、上に配置された金属コーティングを含む基材を提供する工程を含む、静電容量センサを作製する方法が提供される。基材及び金属コーティングコンポーネントは、上述されてきた。方法は、基材の上に配置される、導電性金属トレースの感知パターンを形成するように、金属をエッチングする工程を更に含む。金属導電体を含む、少なくとも１つの受動回路要素が、基材の同一面の上に配置される。提供される方法は、金属コーティングをエッチングする前に、インク付けされたスタンプの隆起構造を金属コーティングに接触させる工程を更に含むことができる。インク付けされたスタンプは、自己組織化単層形成分子を含むことができる。
【００６１】
本発明の目的及び利点は、以下の実施例によって更に例示されるが、これらの実施例において列挙された特定の材料及びその量は、他の諸条件及び詳細と同様に本発明を過度に制限するものと解釈されるべきではない。
【実施例１】
【００６２】
マイクロコンタクト印刷及びエッチングを使用して、受動回路要素が、透明ポリマーフィルム基材の上に一体化された。
【００６３】
実施例１〜７−一体化された抵抗器
抵抗要素は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ、デラウェア州ウィルミントンのＥ．Ｉ．ｄｕ  Ｐｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓから入手可能なｍｅｌｉｎｅｘ  ＳＴ５０４フィルム）フィルム基材の上に、ｉ）熱蒸発によって、ＰＥＴ基材を金属の薄いフィルム（３ナノメートルのクロム接着層、続いて１００ナノメートルの銀）でコーティングし、ｉｉ）アルキルチオール（オレゴン州ポートランドのＴＣＩ  Ａｍｅｒｉｃａから入手可能なｎ−オクタデカンチオール）自己組織化単層のパターンを銀面の上にマイクロコンタクト印刷（１０秒間）し、印刷された自己組織化単層のパターンの一体化された抵抗器を生じるために、金属を湿式化学エッチングすることによって一体化された。湿式化学エッチング液は、２０ｍＭの硝酸第二鉄（ウィスコンシン州ミルウォーキーのＡｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ）及び３０ｍＭのチオ尿素（ウィスコンシン州ミルウォーキーのＡｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ）の水溶液であった。
【００６４】
印刷スタンプは、標準的な技術を使用して加工された、シリコンウエファー上にフォトレジストのパターンを含むマスターを使用して、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ、Ｓｙｌｇａｒｄ  １８４、ミシガン州ミッドランドのＤｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ）から成形された。スタンプは、複数の抵抗器の望ましいパターンの隆起構造のレリーフパターンを含んだ。スタンプは、印刷の前に、アルキルチオールのエタノール溶液（１０ｍＭ）に１７．５時間接触させることによってインク付けされた。
【００６５】
図２を参照すると、それぞれの抵抗器は、２つの電極（端部）と、抵抗メッシュ要素とを含んだ。それぞれの場合で、抵抗メッシュ要素は、電極の間の長さが約３０ミリメートルであり、幅が約１ミリメートルであると測定された。実施例１〜７のそれぞれで、抵抗メッシュ要素は、異なる設計で加工された。実施例１〜７のすべての抵抗メッシュ要素は、正方形グリッドの形態で配設された導電性金属トレースで構成されたが、正方形グリッドは、異なる寸法を有した。より具体的には、正方形グリッドは、それらの公称トレース幅及びそれらの公称開放開口に関して異なった。開放開口は、金属で被覆されていない、抵抗メッシュ要素領域内の面積率を指す。表１は、実施例１〜７の一体化された抵抗器の公称トレース幅及び公称開放開口を、加工後に測定された、それぞれの実際の抵抗と共に示す。
【表１】
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【００６６】
実施例８〜１３−一体化されたコンデンサ
コンデンサ要素は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ、デラウェア州ウィルミントンのＥ．Ｉ．ｄｕ  Ｐｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓから入手可能なｍｅｌｉｎｅｘ  ＳＴ５０４）フィルム基材の上に、ｉ）熱蒸発によって、ＰＥＴ基材を金属の薄いフィルム（３ナノメートルのクロム接着層、続いて７０ナノメートルの金）でコーティングし、ｉｉ）アルキルチオール（オレゴン州ポートランドのＴＣＩ  Ａｍｅｒｉｃａから入手可能なｎ−オクタデカンチオール、又は英国ウェストミッドランド州ウェストブロミッジのＲｏｂｉｎｓｏｎ  Ｂｒｏｔｈｅｒｓから入手可能なｎ−エイコサンチオール）自己組織化単層のパターンを金面の上にマイクロコンタクト印刷（１０秒間）し、印刷された自己組織化単層のパターンの一体化されたコンデンサを生じるために、金属を湿式化学エッチングすることによって一体化された。湿式化学エッチング液は、約５体積パーセントの水中に６Ｎの塩酸、約５体積パーセントの１５ｗｔ％の過酸化水素水溶液、及び約９０体積パーセントの水中に５ｗｔ％のチオ尿素の溶液（すべての試薬は、ウィスコンシン州ミルウォーキーのＡｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙから市販されている）の水溶液であった。
【００６７】
印刷スタンプは、標準的な技術を使用して加工された、フォトレジストのパターンを含むマスターを使用して、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ、ミシガン州ミッドランドのＤｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇから入手可能なＳｙｌｇａｒｄ  １８４）から成形された。スタンプは、複数のコンデンサの望ましいパターンの隆起構造のレリーフパターンを含んだ。スタンプは、印刷の前に、アルキルチオール（ｎ−オクタデカンチオールは１０ｍＭ、ｎ−エイコサンチオールは５ｍＭ）のエタノール溶液と接触させることによってインク付けされた。ｎ−エイコサンチオールは、実施例１３に使用された。図３を参照すると、それぞれのコンデンサは、相互嵌合型櫛形導電体要素に接続される、２つの端子を含んだ。それぞれの場合で、相互嵌合型コンデンサは、正方形の形態の相互嵌合型コンデンサの面積を被覆する櫛形要素を含んだ。実施例８〜１３のそれぞれで、コンデンサ要素は、異なる設計で加工された。実施例８〜１３のすべてのコンデンサ要素は、相互嵌合型櫛形要素の形態に配設された導電性金属トレースで構成されたが、コンデンサは、面積、櫛形要素のトレース幅、及び櫛形要素のピッチの異なる組み合わせを有した。表２は、実施例８〜１３の一体化されたコンデンサの公称櫛形要素のトレース幅、公称櫛形要素のピッチ、及びコンデンサの面積を、加工後に測定された、それぞれの実際の静電容量と共に示す。
【表２】
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【００６８】
本発明の範囲及び趣旨から逸脱しない本発明の様々な変更や改変は、当業者には明らかとなるであろう。本発明は、本明細書で述べる例示的な実施形態及び実施例によって不当に限定されるものではないこと、また、こうした実施例及び実施形態は、本明細書において以下に記述する特許請求の範囲によってのみ限定されると意図する本発明の範囲に関する例示のためにのみ提示されることを理解すべきである。本開示に引用されたすべての参照文献は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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