(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電容量式センサのための不透明カバーであって、前記不透明カバーは、
透明な基板と、
前記透明な基板上に配設された黒色カラー積層体であって、前記黒色カラー積層体が、すべての入射光を吸収し、かつ前記静電容量式センサに完全にオーバーラップし、前記静電容量式センサがタッチ入力を受けたときに、前記黒色カラー積層体を通して容量結合が発生する、黒色カラー積層体と、を備え、
前記黒色カラー積層体は、顔料積層体と非導電性光吸収積層体とを備え、
前記顔料積層体は、
第１の材料を含む第１の誘電体層、
前記第１の材料とは異なる第２の材料を含む第２の誘電体層、及び
前記第１の誘電体層と前記第２の誘電体層との間に配置された吸収材料を含む第１の光吸収層を含み、前記第１の誘電体層が第１の屈折率を有し、前記第２の誘電体層が、前記第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有し、
前記非導電性光吸収積層体は、複数の第３の誘電体層と交互配置された複数の第２の光吸収層を有し、前記第２の光吸収層は、前記吸収材料を含み、前記第３の誘電体層は、前記第１の材料を含む、不透明カバー。
【請求項２】
前記第１の誘電体層及び前記第２の誘電体層が、シリコン酸化物、窒化ケイ素及び酸化ニオブからなる群から選択される材料を含む、請求項１に記載の不透明カバー。
【請求項３】
前記黒色カラー積層体の電気抵抗率が、少なくとも１０14Ωｃｍ以上である、請求項１に記載の不透明カバー。
【請求項４】
前記黒色カラー積層体の光学濃度が、少なくとも３以上である、請求項１に記載の不透明カバー。
【請求項５】
前記第１の誘電体層、前記第２の誘電体層及び前記第３の誘電体層のそれぞれの誘電率が、しきい値よりも低く、
前記誘電率の前記しきい値が５０である、請求項１に記載の不透明カバー。
【請求項６】
前記第１の光吸収層及び前記第２の光吸収層のそれぞれが、スズ、酸化銅及び酸化亜鉛からなる群から選択される材料を含む、請求項１に記載の不透明カバー。
【請求項７】
前記第１の光吸収層は、スズから形成され、前記第１の光吸収層が非導電性であるように、前記第１の光吸収層の厚さが１００ｎｍ以下である、請求項１に記載の不透明カバー。
【請求項８】
前記スズ層の厚さが約５μｍである、請求項７に記載の不透明カバー。
【請求項９】
前記第１の誘電体層、前記第２の誘電体層及び前記第３の誘電体層のそれぞれの厚さが、１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲である、請求項１に記載の不透明カバー。
【請求項１０】
前記透明な基板が、サファイア又はガラスを含む、請求項１に記載の不透明カバー。
【請求項１１】
前記黒色カラー積層体の厚さが、１μｍ〜２μｍの範囲である、請求項１に記載の不透明カバー。
【請求項１２】
前記透明な基板の上から見えないように前記センサが前記黒色カラー積層体によって隠れるように、前記黒色カラー積層体に隣接して前記センサが配置される、請求項１に記載の不透明カバー。
【請求項１３】
静電容量式センサの上に黒色カラー積層体を形成するための方法であって、前記黒色カラー積層体は、すべての入射光を吸収し、前記方法が、
透明な基板上に顔料積層体を堆積させるステップであって、
前記基板上に、第１の屈折率を有する第１の材料を含む第１の誘電体層を堆積させ、    前記第１の誘電体層上に、吸収材料を含む第１の光吸収層を堆積させ、
前記第１の光吸収層上に、前記第の材料とは異なる第２の材料を含み、かつ前記第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有する第２の誘電体層を堆積させる、ステップと、
前記顔料積層体上に、複数の第３の誘電体層と複数の第２の光吸収層とを交互配置して、非導電性光吸収積層体を堆積させるステップであって、前記第２の光吸収層は、前記吸収材料を含み、前記第３の誘電体層は、前記第１の材料を含む、ステップと、
前記非導電性光吸収積層体に隣接して前記静電容量式センサを配置するステップと、を有し、
前記静電容量式センサがタッチ入力を受けたときに、前記黒色カラー積層体を通して容量結合が発生し、前記黒色カラー積層体が前記静電容量式センサに完全にオーバーラップする、方法。
【請求項１４】
前記非導電性光吸収積層体の厚さが、１μｍ〜２μｍの範囲である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記透明な基板上に顔料積層体を堆積させるステップが、物理蒸着（ＰＶＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、プラズマ強化化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）及びイオンビームアシスト蒸着（ＩＢＡＤ）からなる群から選択される処理を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１の誘電体層及び前記第２の誘電体層が、シリコン酸化物、窒化ケイ素及び酸化ニオブからなる群から選択される材料を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の光吸収層が、スズ、酸化銅及び酸化亜鉛からなる群から選択される材料を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１の光吸収層は、スズから形成され、前記第１の光吸収層が非導電性であるように、前記第１の光吸収層の厚さが１００ｎｍ以下である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
前記非導電性光吸収積層体が、１９個の窒化ケイ素層と交互配置された１８個のスズ層の積層体を備える、請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
前記顔料積層体の厚さが１００ｎｍ以下である、請求項１３に記載の方法。
【請求項２１】
前記透明な基板が、サファイア又はガラスを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２２】
前記黒色カラー積層体の光学濃度が、少なくとも３以上である、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で説明する実施形態は、概して、電子装置のインク層の色調に関する。より詳細には、実施形態は、それによる静電容量式センサの動作を可能にすることができる、電子装置のための、厚さの薄い不透明な非導電性黒色色調に関する。
【０００２】
（関連出願の相互参照）
特許協力条約に基づく本出願は、この参照によりその全部が本明細書内に組み込まれる、２０１３年９月５日付けで出願され、「Ｏｐａｑｕｅ  Ｃｏｌｏｒ  Ｓｔａｃｋ  ｆｏｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅ」と題された米国非暫定特許出願第１４／０１９，５２６号に対する優先権を主張するものである。
【背景技術】
【０００３】
多くのポータブルデジタル装置は、グラフィカル情報をユーザ又はビューアに提供するために、少なくとも１つのディスプレイスクリーンを組み込んでいる。ディスプレイスクリーンは、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を含むことができる。そのような装置はまた、ＬＣＤの上に重なり、典型的には、ＬＣＤを越えて延びるカバーガラスの下に配置された１つ以上のセンサを含むことができる。一例として、これらのセンサは、静電容量式センサであり得る。
【０００４】
装置はまた、ディスプレイスクリーンの外側（例えば、アクティブ表示領域の外側）であるがカバーガラスの下に、黒色コーティング領域などの不透明領域を組み込むことができる。不透明領域は、カバーガラス又はサファイアの下に、黒色インクのような不透明インクを含むことができる。装置はまた、ボタンを組み込むことができ、それは、ユーザが装置に入力を提供することを可能にする１つの非限定的かつ非排他的な手段である。ボタンは、機械的スイッチとして実装される時には、あるいは、機械的スイッチを組み込んでいる時には、しばしば、不透明領域内に配置される。ボタンが「ソフト」ボタンである時、例えば、ソフトボタンの表面に加えられる接触及び／又は力を感知する非移動要素である時にも同じことが当てはまり得る。
【０００５】
ボタンの下には、静電容量式指紋センサ又は静電容量式タッチセンサなどのセンサが配置され得る。一般に、黒色インクは、センサを敏感にするのに十分な薄いが、同時に、センサを隠して不透明領域の色調に合うように光学的に不透明でなければならない。
【０００６】
これらの特性を有する黒色インクは、適切な光学濃度を得るために、高い割合のカーボンブラックなどのカーボン顔料を含むことができる。しかしながら、カーボン顔料は、典型的には導電性であり、インク層の下に配置される静電容量式センサの動作に影響を及ぼし得る。更に、インク層の相対的厚は、センサと、ボタンの上の指など、センサが感知しようとする対象物との間の距離を増大し得る。一般に、静電容量式センサの感度は、センサと感知される対象物との間の距離の二乗に反比例して変動し、したがって、比較的小さい距離の変化が、センサ性能に対して大きい影響を有することがある。更に、黒色インク又は塗料中の粒子、ボイド及び汚染は、センサの性能に影響を及ぼすことがあり、センサ読み取りにおける機能的エラーを引き起こすことがある。これらの問題は、ボタンを着色するために使用されるインク層の厚さが増大するにつれて大きくなる。したがって、より薄い非導電性の（又は導電率が低い）黒色インクが有用であり得る。
【発明の概要】
【０００７】
本明細書に説明する実施形態は、カバー基板の下の静電容量式センサなどの高感度センサを見えなくする、薄い不透明な非導電性黒色カラー積層体を提供することができる。センサは、カバーガラス又はサファイアなどのカバー基板に接触した時に、クリーンな信号を提供することができる。薄い非導電性黒色カラー積層体は、カバー基板と静電容量式センサとの間に配置される。非導電性黒色カラー積層体は、スズなどの光吸収材料の比較的薄い層と、窒化ケイ素又はシリコン酸化物などの誘電材料の比較的厚い層とを含む非導電性光吸収積層体を含むことができる。スズ層の厚さは、非導電性とするために、１００ｎｍ未満に保たれる。非導電性黒色カラー積層体はまた、スズ層などの光吸収層で挟持される２つの異なる誘電体層を含む、最上部の顔料積層体を含むことができる。
【０００８】
黒色カラー積層体は、抵抗率が少なくとも１０14Ωｃｍの非導電性であり、黒色カラー積層体の誘電率は、顔料としてカーボンを使用する特定のインクなどの特定の種類の黒色インクの誘電率と比べて、比較的低い。電気抵抗率が高く、誘電率が比較的低い黒色カラー積層体は、静電容量式センサの性能を改善するのを補助する。黒色カラー積層体は、カバーガラス上での指接触を静電容量式センサが感知することを可能にするのに十分に薄いが、下にある静電容量式センサを見えなくするために光学的に不透明であるように、黒色カラー積層体の光学濃度は少なくとも３以上である。
【０００９】
一実施形態では、静電容量式センサのための不透明カバーが提供される。カバーは、透明な基板と、透明な基板に隣接して配設された黒色カラー積層体とを含む。黒色カラー積層体は、第１の誘電体層、第２の誘電体層、及び第１の誘電体層と第２の誘電体層との間に配置された第１の光吸収層とを有する顔料積層体を含む。第１の誘電体層は、第１の屈折率を有する。第２の誘電体層は、第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有する。黒色カラー積層体はまた、複数の第３の誘電体層と交互配置された複数の第２の光吸収層を含む。
【００１０】
別の実施形態では、基板上に黒色カラー積層体を形成するための方法が提供される。方法は、透明な基板上に顔料積層体を堆積させるステップを含む。顔料積層体は、第１の光吸収層によって第２の誘電体層から離隔された第１の誘電体層を含み、第１の誘電体層の屈折率と第２の誘電体層の屈折率とは異なる。方法はまた、顔料積層体上に非導電性光吸収積層体を堆積させるステップと、光吸収積層体に隣接して静電容量式センサを配置するステップとを含む。
【００１１】
追加の実施形態及び特徴部は、部分的には以下の説明に記載され、また、部分的には、明細書を検討すると当業者に明らかになり、あるいは、本明細書で論じた実施形態の実施によって習得されるであろう。明細書の残りの部分、及び本開示の一部をなす図面を参照すると、特定の実施形態の性質及び利点の更なる理解が実現されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本開示の実施形態に係る電子装置の斜視図である。
【図２】本開示の第１の実施形態に係る、電子装置の不透明領域の断面概略図である。
【図３】本開示の第２の実施形態に係る、電子装置の不透明領域の断面概略図である。
【図４Ａ】本開示の第３の実施形態に係る、電子装置の不透明領域の第１の断面概略図である。
【図４Ｂ】黒色カラー積層体の例示的実施形態を示す図である。
【図５Ａ】本開示の種々の実施形態に係る、電子装置の不透明領域の例示的な層の断面概略図である。
【図５Ｂ】本開示の種々の実施形態に係る、電子装置の不透明領域の例示的な層の断面概略図である。
【図５Ｃ】本開示の種々の実施形態に係る、電子装置の不透明領域の例示的な層の断面概略図である。
【図５Ｄ】本開示の種々の実施形態に係る、電子装置の不透明領域の例示的な層の断面概略図である。
【図５Ｅ】本開示の種々の実施形態に係る、電子装置の不透明領域の例示的な層の断面概略図である。
【図５Ｆ】本開示の種々の実施形態に係る、電子装置の不透明領域の例示的な層の断面概略図である。
【図６】本開示の実施形態に係る、指紋又は指接触を感知するための静電容量式センサを示す概略図である。
【図７】本開示の実施形態に係る、ディスプレイカバーを製造するためのステップを示すフローチャートである。
【図８】本開示の実施形態に係る金属ブロックを示す簡単な図である。
【図９】本開示の実施形態に係る、基板に黒色インク層を適用するためのステップを示すフローチャートである。
【図１０】本開示の実施形態に係る、基板への黒色インク層の適用を示す図である。
【図１１】例示的な堆積システムのための簡単なシステム図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に説明する図面とあわせて以下の詳細な説明を参照すると、本開示が理解できよう。説明を明快にするために、種々の図面中の特定の要素は、一定の縮尺で描かれているわけではなく、概略的に又は概念的に表されていることがある、あるいは、実施形態の特定の物理的構成に正確に対応していないことがある。
【００１４】
本開示は、サファイア若しくはガラス基板などの透明なカバー又は基板と、静電容量式センサなどのセンサとの間に配置され得、それによって基板上の要素位置を感知するようにセンサが動作し得る非導電性黒色カラー積層体について論じる。黒色カラー積層体は、一般に、透明なカバーの下に配置され、静電容量式センサを見えなくする。黒色カラー積層体は、顔料積層体と、隣接する非導電性光吸収積層体とを含み得る。
【００１５】
顔料積層体は、光吸収層によって第２の誘電体層から離隔される第１の誘電体層を含み得る。第１の誘電体層の屈折率は、一般に、第２の誘電体層の屈折率とは異なる。例えば、ＳiＯ2の屈折率は、Ｎｂ2Ｏ5又はＳｉ3Ｎ4の屈折率とは異なる。顔料積層体は、その黒色カラーを、任意の所望の又は有用な黒の陰影に調整又は調節することができる。一例として、２つの異なる誘電体層の材料及び／又は厚さを変動させることによって、黒色カラーをわずかに変動させる又調整して、例えば、黄色がかった黒色、青色がかった黒色、又は緑黒カラーを生成することができる。種々の屈折率を有する材料を使用することに加えて、種々の厚さの層は、光吸収率の波長に影響を及ぼし得る。
【００１６】
光吸収積層体は、カバーガラスを通過する入射光の少なくとも一部分を吸収する。光吸収積層体は、光吸収率が高い、スズなどの光吸収材料を含み得る。いくつかの実施形態では、スズは、酸化銅（ＣｕＯ）又は酸化亜鉛（ＺｎＯ）、あるいは標準的な黒色顔料で使用される炭素繊維よりも導電率が低い別の光吸収層により置換され得る。
【００１７】
また、非導電性光吸収積層体は、誘電材料を含み得る。詳細には、非導電性光吸収積層体は、光吸収層（例えば、スズ、ＣｕＯ又はＺｎＯ）と交互配置された誘電体層（例えば、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＯ2又はＮｂ2Ｏ5）を含み得る。
【００１８】
誘電率が高い特定の炭素ベースのインクなど、特定のタイプ黒色インクの誘電率と比べると、ＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4及びＮｂ2Ｏ5のそれぞれの誘電率は比較的低い。酸化チタンの誘電率は高いので、基板（カバーガラスなど）に接触する又はそれに隣接する感知された要素を、静電容量式センサから絶縁するように作用する。したがって、有色インクがセンサの上に重なる、あるいはセンサと感知された要素との間に配置される適用例又は実施形態では、色を与えるために代替材料が使用され得る。
【００１９】
特定の実施形態では、黒色カラー積層体は１μｍ〜２μｍ程度の薄さで形成され得、それにより、インク層を介して感知された要素にセンサを容量結合することを可能になり得る。
【００２０】
図１は、本開示の実施形態に係る電子装置の斜視図を示している。電子装置１００は、ユーザに情報を表示するために、最上面などの表面上にディスプレイ１０２を含むことができる。いくつかの実施形態では、ディスプレイは、タッチ感知式であり得る。
【００２１】
ディスプレイは、最も広く使われているディスプレイ技術のうちの１つである液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）技術を組み込むことがあり得る。ＬＣＤは、一般に、発光ダイオード（ＬＥＤ）、下部偏光子、ＴＦＴガラス、液晶層、カラーフィルタガラス、及び前方偏光子などのバックライトモジュールを含む。ディスプレイはまた、ＬＣＤ及び／又はバックライトの代わりに、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、プラズマ技術などを利用してもよい。
【００２２】
電子装置１００は、カバーガラス／ウィンドウとしてハード基板をそのほとんどが採用する種々の装置のうちのいずれかであり得る。例えば、電子装置は、携帯電話、タブレットコンピュータ、ラップトップコンピュータ、計器ウィンドウ、機器スクリーンなどであり得る。カバーガラスは、特定のラップトップコンピュータの場合のように、硬質及び／又は剛性ではなく軟質で、いくらか可撓性であってもよいことを了解されたい。
【００２３】
電子装置１００は、ディスプレイ１０２を覆う前述のカバーガラス１１２と、典型的には、ディスプレイ１０２を取り囲む又はそれに隣接する不透明領域１０４とを含むことができる。不透明領域において、カバーガラス１１２は、白色コーティング又は黒色コーティングなどの不透明コーティングで部分的にプリントされる、あるいは、そのようなコーティングがそこに適用されている。カバーガラス１１２は、透明でも、あるいは、ユーザがディスプレイ１０２を見ることを可能にするための透明な部分を有してもよい。例えば、カバーガラス１１２は、全体的に又は部分的に、サファイア、（化学処理され得る）ガラス、特定のプラスチック、特定のポリマーなどから形成され得る。
【００２４】
不透明領域１０４は、典型的には、ディスプレイ１０２又はディスプレイのアクティブ領域の外側に配置されるが、これは必須ではない。いくつかの実施形態では、不透明領域１０４に、ボタン又は他の入力機構が配置され得る。ボタン１０８は、電子装置の特定の動作を制御するための、又は電子装置への入力を行うための入力機構として作用することができる。１つ以上の静電容量式センサ又は感知素子が、ボタン１０８の下に配置され得る。ボタン１０８の下面とセンサの上面との間に、不透明インク層及び／又は接着剤が配置され得る。接着剤は、センサをボタンに接着することができ、インク層は、ボタンを着色することができる。インク層は、例えば、不透明領域１０４に合うようにボタンを着色することができる。ボタン及び不透明領域１０４は共に、白色、黒色、又は任意の他の色とすることができる。
【００２５】
１つの例示的なセンサは、センサ又は（複数の感知素子がある場合には）その構成素子におけるキャパシタンスの変化を通じて、ボタン１０８指接触又はニアタッチを感知することができる。例えば、電子装置がボタン上での接触を容量感知した時、装置は、静電容量式センサに関連した特定の機能をアクティブ化することができる。一例として、センサは、指紋センサであり得、接触を感知した時に指紋をキャプチャするように動作することができる。
【００２６】
カバーガラス１１２は、筐体１１０により支持されている。筐体１１０は、ポリマー材料（例えば、プラスチック）、金属（例えば、アルミニウム、鉄鋼、チタン、合金など）、アモルファスガラス材料、複合材料、並びにこれらの組み合わせが挙げられるが、これらには限定されない、種々の様々な材料から形成され得る。
【００２７】
図２は、本開示の一実施形態に係るボタン１０８の断面概略図を示している。図１の線Ａ−Ａに沿った断面であり得る。積層体２００は、積層体の最上部の、カバーガラス又はサファイアなどのカバー基板２０２と、黒色カラー積層体２０４とを含む。積層体の最下部には、センサ２０８が配置され得る。（いくつかの実施形態では、センサは、エアギャップによって積層体２００から離隔されていることがある。）黒色カラー積層体２０４は、第１の誘電体層２０４Ａと光吸収層２０４Ｂと第２の誘電体層２０４Ｃとを有する顔料積層体２０６を含む。顔料積層体２０６は、黒色カラーを調整又は調節することができ、ボタンの下の色を不透明領域１０４に合わせるのを補助することができる。黒色カラー積層体２０４はまた、光吸収層２０４Ｂと交互配置された誘電体層２０４Ａを有する非導電性光吸収積層体２１０を含む。光吸収層は光を吸収して、非導電性光吸収積層体２１０を暗くする、又はより黒みがかった色にする。光吸収層２０４Ａは、非常に薄く保たれる時には非導電性になり得るスズ層を含み得る。誘電体層２０４Ａは、光吸収積層体２１０が非導電性であることを保証するのを更に補助する。黒色カラー積層体２０４の光学濃度は約３以上であり、全入射光を吸収する。黒色カラー積層体２０４はまた、比較的薄く（例えば、２ミクロン未満）であり、非導電性である。
【００２８】
図３は、本開示の第２の実施形態に係る不透明領域１０４の断面概略図を示している。積層体３００は、最上部にあるカバー基板３０２と、カバー基板の下の黒色カラー積層体３０４とを含む。黒色カラー積層体３０４は、最上部の第１の誘電体層３０４Ｃと光吸収層３０４Ｂと最下部の第２の誘電体層３０４Ａとを有する顔料積層体３０６を含む。黒色カラー積層体はまた、光吸収層３０４Ｂと交互配置された誘電体層３０４Ａを有する非導電性光吸収積層体３１０を含む。
【００２９】
顔料積層体３０６は、図２に示したような顔料積層体２０６の誘電体層２０４Ａ及び２０４Ｃの位置と逆になり得、それにより、非導電性光吸収積層体３１０で使用される誘電体層３０４Ａとは異なる誘電体層３０４Ｃが最上部層となる。積層体３００は更に、黒色カラー積層体３０４の最下部に取り付けられた静電容量式センサ２０８を含む。
【００３０】
図４Ａは、本開示の第３の実施形態に係る不透明領域１０４の断面概略図を示している。積層体４００は、最上部にあるカバー基板２０２と、カバー基板の下の黒色カラー積層体４０４とを含む。黒色カラー積層体４０４は、第１の誘電体層４０４Ａと光吸収層４０４Ｂと第２の誘電体層４０４Ｃとを有する顔料積層体４０６を含む。黒色カラー積層体４０４はまた、光吸収層４０４Ｂと交互配置された誘電体層４０４Ｄを有する非導電性光吸収積層体４１０を含む。黒色カラー積層体４０６は、光吸収積層体４１０において、顔料積層体とは異なる誘電体層４０６Ｄを使用することができることに留意されたい。この実施形態は、積層体２００とは異なる。対照的に、積層体２００は、図２に示したように、光吸収積層体２１０において誘電体層２０４Ａを使用し、光吸収積層体２１０中の誘電体２０４Ａは、顔料積層体２０６中の１つの誘電体層と同じである。積層体４００は更に、黒色カラー積層体３０４の最下部に取り付けられた静電容量式センサ２０８を含む。前述したように、顔料積層体４０６は、ボタン１０８の下の積層体４００の黒色カラーを不透明領域１０４の黒色インクの色に合わせるために黒く着色され得る。
【００３１】
光吸収層は、非連続粒状構造を有するスズ膜を含み得るが、他の実施形態では、異なる金属又は材料が使用され得る。詳細には、スズの可視波長の光吸収率は高い。層２０４Ｂ及び／又は３０４Ｂにおいて薄い非連続粒状構造を使用することによって、不透明度が高く電気抵抗率が高い黒色コーティングを達成することができる。厚い非導電性又は誘電体層（例えばＳｉＯ2層）と交互配置され得る層４０４Ｂにおいてスズを採用することに関して、同じことが当てはまる。
【００３２】
スズ層の厚さが約１００ｎｍ未満で保たれる時には、スズは非導電性になる。スズの厚さがこのしきい値未満である時、スズ層は非連続粒状構造を含む、又は非連続粒状構造とすることができ、それにより、電流が流れることが妨げられる。スズの厚さが１００ｎｍ未満である時（例えば、４０ｎｍ厚のスズ層が使用される場合）、スズの電気抵抗率は、１０6Ωｃｍよりも大きい。
【００３３】
介在誘電体層を含むことによって、黒色カラー積層体の抵抗率は著しく増大する。例えば、スズの電気抵抗率は、Ｓｉ3Ｎ4又はＳｉＯ2の電気抵抗率よりもはるかに低く、したがって、介在誘電体層は、カラー積層体の全体的な抵抗率を増大するのに役立ち得る。例えば、ＳｉＯ2の電気抵抗率は一般に、１０16Ωｃｍであり、Ｓｉ3Ｎ4の電気抵抗率１０１４Ωｃｍのよりもわずかに高く、いずれも薄いスズ層の抵抗率を上回っている。介在誘電体層により、積層体４１０が非導電性になる。
【００３４】
黒色カラー積層体中の層数を増加させることによって、黒色カラー積層体の光学濃度を増大させることができる。一例として、より少数の層を使用して灰色インクコーティングを作成することができ、それにより、黒色カラー積層体の光学濃度は、灰色インクコーティングの光学濃度よりも高くなる。
【００３５】
代替実施形態では、他の材料が、光吸収層中のスズと置換し得る。例えば、酸化銅（ＣｕＯ）は一般に、良好な光吸収品質を有し、非導電性層を形成することができるか、又は非導電性層の一部として使用され得る。また、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を光吸収層として使用することができ、酸化亜鉛は同様に良好な抵抗率を有する。
【００３６】
非導電性光吸収積層体及び／又は顔料積層体中の誘電体層は、とりわけ、窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）、シリコン酸化物（ＳｉＯ2）、及び酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ5）を含み得る。これらの材料の誘電率は、黒色インクと比べると、比較的低い。黒色カラー積層体中の層のそれぞれの厚さが変動しても、あるいは、複数の層の厚さが均一であってもよい。
【００３７】
１つの例では、最上部の顔料積層体は、シリコン酸化物層の上に重なっているスズ層の上に、窒化ケイ素層を含み得る。黒色カラー積層体は、顔料積層体中の３つの層と、光吸収積層体中の１９個の窒化ケイ素層と交互配置された１８個のスズ層を含むことができる。黒色カラー積層体の総厚は１．３μｍであり得、一般的には、標準的な静電容量式センサの性能に影響を及ぼさない。
【００３８】
図４Ｂは、黒色カラー積層体２００の例示的実施形態を示している。図示のとおり、顔料積層体２０６、３０６又は４０６は、（カバーガラス２０２の直ぐ上に堆積され得る）第１の又は最上部のＳｉ3Ｎ4層と、第２のＳｎ層と、第３のＳｉＯ2層などの３つの層を含むことができる。光吸収積層体２１０／３１０／４１０は、図４Ｂに示すように、１８個のスズ層と交互配置された１９個のＳｉ3Ｎ4層を含むことができる。（４０番目の層となり得る）最下層は、Ｓｉ3Ｎ4を含むことができる。いくつかの実施形態では、最下層は、静電容量式センサ２０８と隣接し得る。
【００３９】
いくつかの実施形態では、それぞれの又はいくつかの（単数又は複数）誘電体層（例えば、Ｓｉ3Ｎ4）層の厚さは、別の（又は全ての他の）（１つ以上の）Ｓｉ3Ｎ4層とは異なり得る。例えば、２６番目、３０番目、３２番目、・・・及び４０番目のＳｉ3Ｎ4層の厚さは、約１００ｎｍであり得、６番目、８番目、１０番目、・・・及び２４番目のＳｉ3Ｎ4層の厚さは、約３０ｎｍであり得る。引き続きこの例を参照すると、４番目のＳｉ3Ｎ4層の厚さは１０ｎｍであり得、１番目のＳｉ3Ｎ4層厚さは４０ｎｍであり得、そのいずれも、光吸収積層体中の４番目の層又は他のＳｉ3Ｎ4層とは異なり得る。この実施形態では、スズ層の厚さはそれぞれ、約５ｎｍであり得る。誘電体層の厚さを変動させることによって、異なる波長の光をそれぞれの層により吸収することができる。いくつかの実施形態では、スズ層のそれぞれは、実質的に同じの厚さを有し得る。
【００４０】
顔料積層体４０６の種々の実施形態を図５Ａ〜図５Ｆに示す。図５Ａは、スズ層によって離隔されたＳｉ3Ｎ4層とＳｉＯ2層とを有する顔料積層体５０６Ａを示す。図５Ｂは、スズ層によって離隔されたＳｉ3Ｎ4層とＮｂ2Ｏ5層とを有する顔料積層体５０６Ｂを示す。図５Ｃは、スズ層によって離隔されたＳｉＯ2層とＮｂ2Ｏ5層とを有する顔料積層体５０６Ｃを示す。
【００４１】
図５Ａ〜図５Ｃの２つの誘電体層の位置を入れ替えてもよいことを了解されたい。例えば、図５Ｄは、図５Ａの実施形態の代わりに、顔料積層体５０６Ｄが、その最上面にＳｉＯ2を含むことができることを示している。同様に、図５Ｅは、図５Ｂの実施形態の代わりに、顔料積層体５０６Ｅが、Ｓｉ3Ｎ4とＮｂ2Ｏ5との位置を逆にし、Ｎｂ2Ｏ5が最上面にあることを示している。同様に、図５Ｆは、図５Ｃの実施形態に対する代替として、顔料積層体５０６Ｆが、ＳｉＯ2とＮｂ2Ｏ5との位置を逆にし、Ｎｂ2Ｏ5が最上面にあることを示している。いくつかの実施形態では、Ｓｎは、ＣｕＯ又はＺｎＯなどの他の光吸収材料により置換され得る。また、ＳｉＯ2、Ｎｂ2Ｏ5又はＳｉ3Ｎ4も、他の誘電材料により置換され得る。
【００４２】
ＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4及びＮｂ2Ｏ5のそれぞれの誘電率は、特定の黒色インクの誘電率よりも低いか、あるいは著しく低い。例えば、黒色インクの誘電率と比べると、ＳｉＯ2の誘電率約３．９は、比較的低い。また、ＳｉＯ2は、光拡散特性が優れており、屈折率が約１．５である。
【００４３】
同様に、酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ5）の誘電率は約４２であり、比較的低い。また、Ｎｂ2Ｏ5の屈折率は約２．３である。Ｎｂ2Ｏ5は、最も一般的かつロバストなニオブの化合物である。更に、Ｓｉ3Ｎ4の誘電率約７．５は比較的低く、屈折率は約２である。
【００４４】
多くの実施形態は、誘電率が比較的低い、酸化物又は窒化物などの無機誘電体を採用し得る。超薄膜を形成するために、誘電体層を真空技術によって堆積させることができる。いくつかの実施形態では、樹脂層が使用され得る。
【００４５】
いくつかの実施形態では、ボタン１０８を含む不透明領域１０４全体に、薄い不透明な非導電性黒色コーティングを使用することができる。更に、ボタンの色は、不透明領域１０４（図１を参照）の色に合わせることができる。不透明領域１０４は、ボタン１０８、又はセンサの上に重なっている他の区域とは対照的に、カーボンブラックを顔料として含む比較的より厚い黒色インクコーティングを形成するために、従来のプリント法を使用することができる。
【００４６】
対照的に、ボタン１０８、又はセンサの上に重なっている他の区域は、誘電率が薄い不透明な非導電性黒色カラー積層体２０４、３０４又は４０４を使用することができ、それにより、静電容量式センサの性能に対する影響を小さくすることができる。また、顔料積層体を使用して、不透明領域１０４と比べて異なる色をボタン１０８に与えることができる。黒色インクを含み得、ボタン１０８の下のコーティングよりも導電性が高い他の不透明領域１０４の色に、ボタン１０８の下のカラーコーティングを合わせることができる。
【００４７】
主にサファイアから形成されるカバーガラス２０２は合成物でも、又は天然物でもよく、いくつかの実施形態では、種々の形態のアルミナを含み得る。サファイアは、「硬質」基板材料であり、一般的には耐スクラッチ性であり、化学処理されたガラスよりも耐スクラッチ性が高くなり得る。
【００４８】
種々の実施形態では、ボタン及び／又はカバー基板は、平坦でも、曲線状でも、円形でも、正方形でも、及び／又は矩形でもよい。当業者には、ボタン及び／又はカバー基板の形状及び／又は寸法が変動し得ることが了解されよう。
【００４９】
次に、静電容量式センサの動作について簡単に論じる。静電容量式センサは、ユーザの付属物（又は、スタイラスなどの好適な対象物）がセンサに接近した時又は接触した時の容量の変化を検出する。静電容量式センサ２０８からカバー基板２０２を越えて延びるフリンジ電界がある。付属物がフリンジ場に入ると電気的環境は変化し、一部の電界は、静電容量式センサの終端接続ではなくアースにシャントされる。その結果、静電容量式センサ２０８の容量が減少し、その減少を検出することができる。
【００５０】
図６は、本開示の実施形態に係る、指紋及び／又は接触（若しくはニアタッチ）を感知するための例示的な静電容量式センサの図を示している。静電容量式センサは、単に一例として意図されるものであり、（容量式であるか否かにかかわらず）他のセンサを種々の実施形態において使用できることを了解されたい。例えば、焦電センサ、超音波センサ、光学センサ、スワイプセンサなどは全て、本明細書で説明する実施形態と共に使用され得る。そのため、図６のセンサは、１つの非限定的な例にすぎず、本明細書で説明する特定の実施形態のコンテキストを提供することを意図するものである。
【００５１】
静電容量式センサ２０８は、センシティブな電子装置及び／又はデータへのセキュアなアクセスを提供するために使用され得る。図６に示すように、静電容量式センサ２０８は、静電容量式感知素子６０２のアレイと駆動リング６０４とを含むことができる。静電容量式感知素子６０２は、指紋画像の比較的小さい領域に関するデータ又は他の情報を含むことができる。一般に、静電容量式センサ２０８は、静電容量式センサ２０８のそれぞれの静電容量式感知素子６０２により容量を測定することによって、指紋の画像を判定するために使用され得る。
【００５２】
静電容量式感知素子６０２のアレイの電圧は、直接的には駆動又は変調されないが、代わりに、駆動増幅器６０６により駆動リング６０４が変調される。次に、この変調は指６０８を励起し、駆動リング６０４の変調と共に指６０８の電圧が変わるので、駆動リング６０４が変調されるにつれて、それぞれの静電容量式感知素子６０２における電圧及び／又は電荷が変動する。
【００５３】
静電容量式センサの場合、駆動リング６０４に印加される電圧は制限され得る。一般に、電圧は、４ボルト（ピークツーピーク）のしきい値を超えない。指６０８を励起するためのこのしきい値を電圧が上回った場合、人には、その電圧が指のピリピリ感又は不快な感覚として検知され得る。ピリピリ感を感知することができる正確な電圧は人によって変動し得るが、一般的には、４ボルトピークツーピーク電圧が、それを超えると不快な感覚が顕著であるしきい値であると考えられる。
【００５４】
駆動リングの電圧は、ユーザ知覚を回避するために制限され得るので、センサの上に重なっている、いかなる誘電体の厚さも制限される。一般に、センサ２０８と指６０８との間のキャパシタンスは、センサと指との間の間隔の増大、又はセンサと指との間の誘電体層若しくは積層体の厚さの増大と共に減少する。例えば、指がセンサ２０８から離れた時には、センサと指との間に、より低いキャパシタンスが発生され得、したがって、下にある静電容量式感知素子６０２上でより低い電圧信号が生成される。対照的に、指がセンサ２０８に近づいた時には、センサと指との間に、より高いキャパシタンスが発生され得、したがって、下にある静電容量式感知素子上でより高い電圧信号が生成される。キャパシタンスが低減されると、指紋画像は、ぼやけたようになり得る。上記で論じたように、誘電率が低い薄い不透明な非導電性黒色カラー積層体を使用することによって、センサと指（又は他の感知された対象物）との間の材料によりそれらの間に提供される電気的絶縁が低い限り、センサの性能を改善することができる。
【００５５】
本開示の実施形態では、黒色カラー積層体は、とりわけ、物理蒸着、化学蒸着、イオンビーム蒸着又はスパッタ蒸着等の堆積法によって製造され得る。
【００５６】
図７は、本開示の実施形態に係る、黒色カラー積層体と黒色カラー積層体に隣接して配置されるセンサとを含むディスプレイカバーを製造するためのステップを示すフローチャートである。方法７００は、ブロック７０２において、（ディスプレイ１０２のアクション領域の外側にあり得る）ボタン１０８など、透明なカバー基板２０２の少なくとも１つの部分上に、装飾コーティング積層体を堆積させることで開始する。透明なカバー基板２０２は、ガラス又はサファイアで形成され得る。
【００５７】
方法７００は、ブロック７０６において、顔料積層体上に光吸収積層体を堆積させることに続く。堆積方法として、とりわけ、物理蒸着（ＰＶＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、プラズマ強化化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）及び／又はイオンビームアシスト蒸着（ＩＢＡＤ）が挙げられるが、これらに限定されるものでない。方法７００は更に、動作７１０において、透明なカバー基板に対して黒色カラー積層体の反対側に静電容量式センサ２０８を取り付けることを更に含む。
【００５８】
不透明領域１０４上に、又はその中に黒色インクコーティングを形成するための種々の技術について以下に説明する。これらの不透明領域では、黒色カラー積層体は、方法７００によって形成された黒色インクコーティングよりも絶縁性が低い。
【００５９】
黒色インクコーティングは、ガラス基板に、例えば、不透明領域１０４中に適用され得る。この黒色インクコーティングは、ボタン１０８を含まない。ボタン１０８には、黒色カラー積層体が代わりに使用される。黒色インクコーティングは、カーボンブラックなどの黒色インクを含む。
【００６０】
一実施形態では、シルクスクリーンが使用される。シルクスクリーンは、基板上にインク又は印刷可能材料を転写する布メッシュを含む。スキージストローク中、シルクスクリーン全体にわたって充填ブレード又はスキージを動かし、毛管作用によって転写するように布メッシュの開口部へとインクを圧入する。シルクスクリーン法は、メッシュに起因して、コーティング厚の均一性に関する問題を有し得る。例えば、それは、キャパシタセンサ２０８の性能に影響を及ぼし得る約１μｍの高低差を発生させ得る。
【００６１】
別の実施形態では、スリットコーティングプロセスが使用され得る。スリットコーティングは、基板上に落下する流体の連続的なカーテンを作成するプロセスである。基板上の一様な皮膜を保証するために、カーテンを通して基板を一定速度でコンベヤベルト上で移送する。カーテンは、金属ブロックなどの保持タンクの基部においてスリットを使用することによって作成され、液体が基板上に落下することが可能になる。
【００６２】
図８は、本開示の実施形態に係る金属ブロックを示している。図示のように、金属ブロック８０２は、液体状の黒色インクなどのリザーバ材料８０４を含むことができる。金属ブロック８０２はまた、底部にスリット８０６を含む。スリット８０６は、動いている基板上にコーティングを形成するために、黒色インク８０４が通過することを可能にする。このスリットコーティング法には、ボイド、表面状態及び均一性などを含む製造に関する問題があることがある。
【００６３】
更なる実施形態では、熱転写法が使用され得る。詳細には、熱転写法は、キャリアフィルムを使用してキャリアフィルム上に黒色インクを延ばし、加熱し、その後、ガラス又はサファイア基板からキャリアフィルムを剥離することによって、ガラス又はサファイア基板に黒色インクを適用する。
【００６４】
図９は、本開示の実施形態に係る、基板又はコーティングされた基板に黒色インク層を適用するためのステップを示すフローチャートである。方法９００は、ブロック９０２において、ポリエチレン（テレフタル酸塩）（ＰＥＴ）フィルムなどの可撓性のポリマーフィルムであり得るキャリアフィルム上に黒色インク副層を延ばすことで開始し得る。方法９００はまた、ブロック９０６において、接着剤を含む黒色インク層と共にキャリアフィルムをガラス又はサファイア基板２０２に付着させることを含み得る。例えば、接着剤内に黒色インク又は顔料が包理され得る。方法９００は、ブロック９１０において、黒色インク層が基板２０２に接着するように、基板及びキャリアフィルムを加熱し、基板２０２に対してキャリアフィルムに圧力を印加することを更に含み得る。方法９００は、コーティングされた基板を形成するために、基板及びキャリアフィルムを冷却することと、ブロック９１４において、コーティングされた基板からキャリアフィルムを剥離することに続き得る。
【００６５】
図１０は、本開示の実施形態に係る、キャリアフィルム１００２の積層体、第１の黒色インク／接着剤副層１００４Ａ、及びガラス又はサファイア基板２０２を示している。第１の黒色インク層について上記で開示した方法を繰り返すことによって、コーティングされたガラス基板に追加の黒色インク層を適用することができる。方法は、実質的に均質かつ均一な不透明薄膜を提供することができる。
【００６６】
更に別の実施形態では、スピンコーティングは、平坦な基板に均一の薄膜を堆積させるために使用される手順である。一般に、基板の中心に少量のコーティング材料を適用する。次いで、遠心力によってコーティング材料を広げるために、基板を高速で回転させる。このスピンコーティング法は、１０μｎｍ未満の厚さの薄膜を作成することができる。したがって、より多くの黒色インク層を堆積させて、図２〜図５に示した積層体とは異なる黒色コーティングを形成することができる。
【００６７】
次に、黒色カラー積層体を堆積させるためのプロセスについて論じる。ボタン１０６については、下にあるセンサ２０８を見えなくするために、黒色カラー積層体が使用される。本明細書で論じる黒色カラー積層体２０４、３０４、４０４の種々の層を、様々な方法で基板２０２上に形成することができる。例えば、その技術として、層に対してわずかに異なる構造をそれぞれが生成する、ＰＶＤ、ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ及び／又はＩＢＡＤを挙げることができる。異なる構造は、ミラー積層体の電気的性質、光学的性質に影響を及ぼし得る。コーティング材料の堆積は、大気、基板及びチャンバの温度、追加のエネルギーイオンの圧力、存在、比率、タイプ及びエネルギー、コーティング材料の堆積率及び状態を含む特定の条件、最終構造に全て寄与するもの全て、種々の材料特性に影響を及ぼし得る組成及び密度と共に、プロセスにより変動する。
【００６８】
図１１は、本開示の実施形態に係る、ＰＶＤを含む堆積システムに関する簡単なシステム図である。堆積システム１１００は、基板２０２に表面処理を適用することができる。この特定の例において、堆積システム１１００は種々のコーティング材料１１０８（例えば、ＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4、Ｓｎ及びＮｂ2Ｏ5）のための１つ以上のリザーバ１１１０を含む。不活性ガス１１１２（例えば、アルゴン又は窒素）は、リザーバ１１１０内の酸化、ウェッティング、及び汚染を低減させるために、パージ又は加圧送り管１１１４を通してガス源１１１６によって供給され得る。設計に応じて、リザーバ１１１０は、リザーバ１１１０から供給システム１１２０へ材料１１０８を配送するように構成される１つ以上の配送管１１２２によって真空チャンバ１１１８に結合され得る。供給システム１１２０は、図２に示すように、基板２０２上への堆積のための蒸発又は堆積ユニット１１２６へと材料１１０８を向けるために、管、ポンプ、バルブ及び他の構成要素の好適な組み合わせを利用する。図１１の特定な構成では、堆積ユニット１１２６は、ＣＶＤ構成要素又はＰＶＤ構成要素の形態で提供される。代替として、例えば、スパッタリング、電子ビーム堆積若しくは電子ビーム蒸着、ＩＢＡＤ、ＰＥＣＶＤ、又はこのようなプロセスの組み合わせによって基板２０２を処理するために、他のプロセス及び構成要素が活用され得る。
【００６９】
いくつかの実施形態では、堆積システム１１００はまた、チャンバ１１１８を真空チャンバ、又は他の化学蒸着環境若しくは物理蒸着環境として動作させるために、圧力、温度、及び湿度を制御する。堆積システム１１００はまた、表面コーティングプロセスの特定の温度を、例えば、約１００℃〜約１５０℃、又は約１００℃〜約１７０℃に維持し得る。また、基板２０２をチャンバ１１１８から除去する前に制御されたプロセスで大気に暴露するために、コーティングプロセスの間又は後のいずれかに、空気がチャンバ１１１８内に提供され得る。
【００７０】
一般に、供給システム１１２０及び堆積ユニット１１２６は、選択量の材料（例えば、ＳｉＯ2、Ｓｎ及びＮｂ2Ｏ5）を特定の順序及び組み合わせで基板２０２上に堆積させるように制御される。
【００７１】
いくつかの実施形態を説明してきたが、当業者には、本開示の趣旨から逸脱することなく、種々の変更形態、代替的構造及び等価物が使用できることが認識されよう。更に、本明細書に開示した実施形態を不必要に不明瞭にすることを回避するために、複数の周知のプロセス及び要素については説明していない。そのため、上記説明は、本文書の範囲を制限するものとして解釈すべきでない。例えば、電子装置のコンテキストにおいて本明細書の実施形態について論じてきたが、カラー積層体、方法、及び本明細書で説明した他の実施形態は、実質的に任意の製品と共に、又は実質的に任意の表面上で使用してもよい。
【００７２】
当業者には、本開示の実施形態は、制限ではなく例として教示することが了解されよう。したがって、以上の説明に含まれる、又は添付の図面に示される事項は、限定的な意味にではなく、例示的なものとして解釈すべきである。以下の特許請求の範囲は、本明細書で説明する全ての包括的かつ特定の機能、並びに、本発明の方法及びシステムの、文言の問題としてそこに含まれ得る範囲の全ての記述を網羅することを意図するものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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