(57)【要約】タッチセンサはランダムパターンの空隙を内蔵する１つ以上の透明導電体を用いている。空隙は透明導電層の電気的連続性を維持するランダムパターンに従って配置されている。タッチセンサは透明導電体の層を堆積して透明導電体内に空隙を形成することにより製造される。空隙の形成を利用することにより導電層の選択シート抵抗を達成するとともにタッチセンサを通る光の透過性を改善し得る。
2006521634.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明絶縁層に結合された透明導電層を含み、前記透明導電層が、ランダムパターンにより配置される所期の複数の空隙を内蔵するとともに前記透明導電層の電気的連続性を維持する、ことを特徴とするタッチセンサ。
【請求項２】
前記空隙のうちの少なくともいくつかが前記透明導電層を貫通するアパーチャを画定する、請求項１に記載のタッチセンサ。
【請求項３】
前記空隙のうちの少なくともいくつかが前記透明導電層を貫通するアパーチャを画定しない、請求項１に記載のタッチセンサ。
【請求項４】
各空隙が約１０，０００μｍ2未満の面積を有する、請求項１に記載のタッチセンサ。
【請求項５】
前記空隙がほぼ円形である、請求項１に記載のタッチセンサ。
【請求項６】
前記空隙を内蔵する前記透明導電層が約１００〜１０，０００オーム／スクエアの範囲のシート抵抗を有する、請求項１に記載のタッチセンサ。
【請求項７】
前記タッチセンサが静電容量方式タッチセンサを含む、請求項１に記載のタッチセンサ。
【請求項８】
前記タッチセンサが抵抗方式タッチセンサを含む、請求項１に記載のタッチセンサ。
【請求項９】
前記透明導電層がＩＴＯを含む、請求項１に記載のタッチセンサ。
【請求項１０】
前記透明導電層がＡＴＯを含む、請求項１に記載のタッチセンサ。
【請求項１１】
前記透明導電層がＴＯを含む、請求項１に記載のタッチセンサ。
【請求項１２】
前記透明導電層が導電性ポリマーを含む、請求項１に記載のタッチセンサ。
【請求項１３】
前記透明絶縁層がガラスを含む、請求項１に記載のタッチセンサ。
【請求項１４】
前記透明絶縁層がＰＥＴを含む、請求項１に記載のタッチセンサ。
【請求項１５】
前記透明導電層に結合されているとともに、タッチ入力に関連する信号に基づいてタッチ入力箇所を決定するように構成されたコントローラをさらに含む、請求項１に記載のタッチセンサ。
【請求項１６】
前記透明導電層を介して視認するように配置されたディスプレイをさらに含む、請求項１５に記載のタッチセンサ。
【請求項１７】
前記ディスプレイが液晶ディスプレイを含む、請求項１６に記載のタッチセンサ。
【請求項１８】
前記コントローラと前記ディスプレイとに結合され、前記コントローラからのタッチ箇所情報を受け取り、前記ディスプレイ上に情報を表示するように構成されたプロセッサをさらに含む、請求項１７に記載のタッチセンサ。
【請求項１９】
透明導電層を基板上に配置するステップと、
前記透明導電層内にランダムパターンにより配置される空隙を形成するステップと、を含むことを特徴とするタッチセンサの製造方法。
【請求項２０】
前記空隙をエッチングにより形成する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記空隙をアブレーションにより形成する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記空隙を前記透明導電層の電気的連続性を維持するように配置する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記空隙を形成するステップがほぼ円形の空隙を形成するステップを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
前記空隙が約１０，０００μｍ2の範囲の面積を有する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
前記空隙が前記導電層を貫通するアパーチャを画定する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２６】
前記空隙が前記導電層を貫通しない、請求項１９に記載の方法。
【請求項２７】
前記空隙を形成するステップが、前記透明導電層の選択シート抵抗を達成するように前記空隙を形成するステップを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２８】
前記選択シート抵抗が約１００〜１０，０００オーム／スクエアの範囲内である、請求項１９に記載の方法。
【請求項２９】
前記透明導電層と前記基板との間に放射線吸収層を配置するステップと、前記透明導電層を除去して前記放射線吸収層により吸収される放射線を用いて前記空隙を形成するステップとをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項３０】
前記透明導電層を前記基板上に配置するステップが前記基板上に粒子を堆積するステップと前記粒子を取り囲む前記導電層を形成するステップとを含み、前記空隙を形成するステップが前記粒子を除去するステップを含む、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般にタッチセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
タッチ画面はコンピュータまたは他のデータ処理装置にシンプルで直感的なインターフェースを提供する。ユーザはキーボードを用いてデータをタイプ入力するのではなく、アイコンにタッチすることによりまたは画面上に字を書いたりあるいは絵を描いたりすることによりタッチ画面を介して情報を転送することができる。タッチ画面は様々な情報処理用途に用いられ、コンピュータ制御ディスプレイも含む対話型システムにおいて特に有用であるということが分かっている。タッチ画面は携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ハンドヘルドまたはラップトップコンピュータ、ならびに公共設置情報端末、金銭自動預け払い機、および販売時点情報管理（ＰＯＳ）端末などの用途で用いられている。
【０００３】
タッチを感知するために、静電容量方式、抵抗方式、音響方式、赤外線方式を始めとする様々な技術が開発されてきた。抵抗方式の技術は通例２つの導電層間の接触により生じる電気信号の変化を感知することによりタッチを検出する。抵抗方式タッチセンサは導電層のうちの１つ以上に結合されたコントローラから駆動信号を印加することにより励磁し得る。抵抗方式タッチセンサの表面に加えられたタッチは第１の可撓性導電層を撓ませることにより、第１の導電層を第２の導電層と接触させる。第１および第２の導電層間の接触により感知電気信号に変化が生じる。タッチの箇所は導電層間の接点の関数として決定される。
【０００４】
静電容量方式タッチセンサの表面上のタッチは、タッチ箇所におけるタッチセンサ回路のインピーダンスを変化させ、印加された電気信号の変化を引き起こす。例えば静電容量方式タッチセンサの透明導電層の４つの角部に配置された電極に交流信号を印加し得る。タッチセンサ面上の指タッチによりタッチセンサが静電容量的に接地される。静電容量的に結合された回路はインピーダンスを変化させ、これにより感知電気信号に変化が生じる。電気信号の変化は各電極で検出され、各電極における信号の相対的変化を用いてタッチ位置が決定される。
【０００５】
抵抗方式および静電容量方式タッチセンサの両方とも透明金属酸化物で形成した薄膜電極を利用可能である。金属酸化膜の光学的および電子的特性には強い相互関係がある。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態によれば、タッチセンサは透明絶縁層に結合された透明導電層を含む。透明導電層はランダムパターンにより配置された所期の複数の空隙を内蔵する。空隙は透明導電層の電気的連続性（ｃｏｎｔｉｎｕｉｔｙ）を維持するように配置されている。
【０００７】
本発明の他の実施形態は高透明性タッチセンサの製造方法を含む。透明導電層を基板上に配置する。透明導電層内にランダムパターンにより空隙を形成する。
【０００８】
上記の本発明の概要は本発明の各実施形態または各実施を説明しようとするものではない。本発明のより十分な理解に加えて利点と成果とは、添付の図面と併せて以下の詳細な説明と特許請求の範囲とを参照することにより明らかになるとともに理解できよう。
【０００９】
本発明は様々な変更例および代替形状に適しているが、その詳細を一例として図に示すとともに詳細に説明する。しかし本発明を記載の特定の実施形態に限定しようとするものではないことは理解できよう。逆に添付の特許請求の範囲により規定されるように本発明の範囲内にある変更例、同等物、および代替例をすべて網羅しようとするものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下の例証実施形態の説明において、本明細書の一部をなすとともに一例として図示される添付の図面、および本発明を実行し得る様々な実施形態を参照する。本発明の範囲から逸脱することなく実施形態を利用するとともに構造変更を行い得ることは理解されよう。
【００１１】
本発明は透明な導電要素を用いたタッチセンサの光透過性を向上させる方法および装置に関する。抵抗方式および静電容量方式タッチ感知方法は、例えば、通常タッチ感知装置の能動素子として透明な導電体を内蔵している。これらの用途において最も広く用いられている透明な導電性酸化物はインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）であるが、アンチモンスズ酸化物（ＡＴＯ）およびスズ酸化物（ＴＯ）などの他の金属酸化物も使用されている。例えば金属酸化物層上または基板と金属酸化物層との間に非常に薄い金属層を用いた金属／金属酸化物積層体を利用することもできる。また導電性ポリマーなどの有機導電体を用いることも可能である。
【００１２】
透明導電層の望ましいシート抵抗は選択材料厚さを維持することにより堆積中に達成可能である。しかし金属酸化物の比較的薄い層を堆積して高いシート抵抗および高い光透過性を達成することは、均一な層厚さの維持に関する課題を生じ得る。本発明の様々な実施形態はタッチ感知装置および高透明性および高シート抵抗の両方を有するタッチ感知装置を製造する方法を含む。
【００１３】
図１Ａは本発明の一実施形態による抵抗方式タッチセンサ１００を図示する。図１Ａに示した抵抗方式タッチセンサ１００はセンサ１００のタッチ面を形成する上部基板１４０を含む。上部基板１４０は寸法的に安定し且つ耐磨耗性および耐薬品性を有する材料で形成することが好ましい。一構成においてポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などのポリエステル材料を含む基層１４２を上部基板１４０の構成要素として用いる。上部基板１４０は任意選択的に、ハードコートなどの１つ以上の追加層１４１、１４３を内蔵することにより上層の構造特性および耐引掻性を改善し、さらにおよび反射防止またはぎらつき防止コーティングを内蔵することによりタッチセンサを介する視認性を改善し得る。
【００１４】
タッチセンサ１００は間隙１３０によって分離した第１および第２の導電層１１０、１２０を含んでいる。第１の導電層１１０は上部基板１４０に配置され、任意選択的に上述のようにハードコート層および／または反射防止またはぎらつき防止コーティングなどの多数の層を内蔵し得る。ガラスまたはプラスチックなどの適当な透明材料で構成された基板層１５０は第２の導電層１２０を支持する。１つ以上のスペーサ１６０を間隙層１３０内に配置することにより導電層１１０、１２０間に適当な空間を維持し得る。導電層１１０、１２０は例えばＩＴＯ、ＡＴＯ、ＴＯなどの透明導電性金属酸化物層または他の透明導電性材料を上層１４０および基板１５０上に堆積することにより形成してもよい。
【００１５】
抵抗方式タッチセンサ１００はコントローラ回路（図示せず）により生成されて抵抗方式タッチセンサの導電層１１０、１２０のうちの１つ以上に印加された電気駆動信号により励磁される。タッチセンサ１００の表面に印加されたタッチは第１の導電層１１０を第２の導電層１２０に向けて撓ませることにより、導電層１１０、１２０間の接触を生じさせる。タッチの箇所は導電層１１０、１２０間の接点の関数として決定される。コントローラは第１および第２の導電体１１０、１２０間で電気信号を交代させることによりタッチのｘおよびｙ座標を決定し得る。代替的には導電体の一方を４つの角部すべてから、例えば他方の導電体を接地または他の一定電位に保持しつつ駆動することができる。
【００１６】
図１Ｂは本発明の一実施形態による静電容量方式タッチセンサ１０１を図示する。この例において導電層１７５は、ガラスまたはプラスチックなどの適当な材料の透明基板１７０上に形成されている。前述したように透明導電層をＩＴＯ、ＡＴＯ、またはＴＯなどの透明金属酸化物で形成してもよい。
【００１７】
コントローラ（図示せず）が導電層１７５に結合されて導電層１７５に電気駆動信号を提供する。任意選択的に抵抗パターンを導電層１７５上にスクリーン印刷することにより、タッチセンサコントローラによりタッチセンサ１０１の表面にわたって供給される電界を線形化し得る。この例では誘電層１８０が導電層１７５に結合されている。誘電層１８０は、１つ以上の層を始めとするいくつかの層を内蔵することによりタッチセンサを保護し、および／または例えばぎらつきを低減し得る。
【００１８】
図１Ａおよび１Ｂは透明層を内蔵する抵抗方式および静電容量方式タッチセンサの例を図示している。透明導電層を用いたタッチセンサの他の構成も可能であり本発明の範囲内にあると考えられる。
【００１９】
空気界面に対する金属酸化物の屈折率が高いとディスプレイから透明タッチセンサを透過する光が著しく減少する。また金属酸化物透明導電体はスペクトルの青色領域の可視光を優先的に吸収する傾向があるため、特に厚い層では黄色味を帯びた様相を呈する。高温アニーリングは金属酸化物の光学特性を改善し得るが、所望のシート抵抗を下回る恐れもあるし、または他の層または存在する材料の感温性のため不可能な場合もある（例えば高分子基板の使用）。
【００２０】
本発明の様々な実施形態により配置されたタッチセンサは、タッチセンサの１つ以上の導電層の選択区域を除去することによりタッチセンサの光透過性を改善する。導電性材料の除去でタッチセンサの光透過性が向上する。
【００２１】
さらにまた金属酸化物層の所望のシート抵抗は選択材料厚さを維持することにより堆積中に達成し得る。しかし金属酸化物の比較的薄い層を堆積して高シート抵抗を達成することは、均一な層厚さの維持に関する課題を生じ得る。本発明の実施形態によれば最初に材料の層が厚く堆積されるほど、薄層の堆積に関連し得る均一性の問題が軽減される。比較的厚い層のシート抵抗は導電層の選択区域を除去することにより所望の値にまで上昇し、それにより導電層の光透過性も向上する。
【００２２】
図１Ｃは本発明の一実施形態により構成された導電層を図示する。図１Ｃに図示したように配置された導電層を用いて図１Ｂに図示した静電容量方式タッチセンサ１０１の導電層１７５を形成し得る。図１Ａに図示した抵抗方式タッチセンサ１００の一方または両方の導電層１１０、１２０を図１Ｃに図示するように構成してもよい。
【００２３】
図１Ｃに示した導電層１９０は導電層１９０全体にランダムに配置された多数の空隙１９５、１９６を内蔵している。空隙１９５、１９６は導電性材料を貫通するアパーチャ１９５を画定し、または導電性材料が部分的にしか貫通されないクレータ１９６を形成し得る。空隙は導電層に隣接した層内または層を任意選択的に貫通し得る。空隙１９５、１９６のランダムパターンは確率論的（ｓｔｏｃｈａｓｔｉｃ）スクリーンを作るため、モアレ干渉パターンを殆ど又は全く形成しない。
【００２４】
空隙１９５、１９６は図１Ｃ内にほぼ円形として示されているがいかなる形状でもよい。一実施形態において、各空隙１９５、１９６は約１０，０００μｍ2未満の面積を画定している。空隙１９５、１９６の密度を選択することにより導電層１９０の物理的および電気的連続性を維持するとともに、所望のシート抵抗、例えば抵抗方式タッチセンサの場合は約１００〜２０００オーム／スクエア、また静電容量方式タッチセンサの場合は２００〜１０，０００オーム／スクエアの範囲のシート抵抗を達成するが、他のシート抵抗も必要に応じて達成可能である。空隙の大きさおよび密度を選択することにより所望の視覚的特性、例えばこのような空隙を含む透明導電膜を内蔵するタッチ画面を介してディスプレイを見たときに均一な外観を達成可能である。
【００２５】
図１に関連して説明したタッチセンサをコントローラを内蔵するタッチ感知システムに用いることもできる。コントローラはタッチセンサに励磁信号を提供するとともに、タッチセンサからの信号を解読してタッチ箇所を決定する。タッチセンサおよびコントローラを共にプロセッサおよび／またはディスプレイと組み合わせてもよい。
【００２６】
ここで図２に目を向けると、本発明の実施形態による高透過性エッチングタッチセンサを用いたタッチ感知システム２００の一実施形態が示されている。図２に示されたタッチ感知システム２００はコントローラ２３０に通信可能に結合されたタッチセンサ２１０を含んでいる。一般的な構成ではタッチセンサ２１０はコンピュータシステム２４０のディスプレイ２２０と組み合せて用いられて、ユーザとコンピュータシステム２４０との間の視覚的および／または触覚的対話を提供する。タッチセンサ２１０およびディスプレイ２２０は、ディスプレイ２２０がタッチセンサ２１０を介して視認できるように配置し得る。
【００２７】
タッチセンサ２１０を、コンピュータシステム２４０のディスプレイ２２０とは別体ではあるが共に動作する装置として実施することができる。代替的には発光ダイオード・ディスプレイ、冷陰極管ディスプレイ、プラズマディスプレイ、液晶ディスプレイ、エレクトロルミネセント・ディスプレイ、スタティック・グラフィクス、またはタッチセンサ２１０の組み込みに適した他のタイプのディスプレイ技術などのディスプレイ装置を含む単一システムの一部分としてタッチセンサ２１０を実施することができる。さらにタッチセンサ２１０を、タッチセンサ２１０およびコントローラ２３０のみを含むように規定され、これらが共に本発明のタッチシステムを実施できるシステムの構成要素として実施し得ることは理解できよう。
【００２８】
図２に示された例示的構成においてタッチセンサ２１０とコンピュータシステム２４０との間の通信はコントローラ２３０を介して実施される。コントローラ２３０は概してタッチセンサ２１０に加えられたタッチの検出に対応するファームウエア／ソフトウエアを実行するように構成されている。代替的にはコントローラ２３０をコンピュータシステム２４０の構成要素として配置し得る。
【００２９】
本発明の一実施形態による高透明性タッチセンサの製造方法が図３のフローチャートに図示されている。この方法によれば、基板を設ける３１０。基板上に透明導電層を配置する３２０。ランダムパターンにより透明導電層内に空隙を形成する３３０。空隙の密度を選択することにより導電層の電気的連続性を維持する。
【００３０】
一実施形態において透明導電層はＩＴＯ、ＡＴＯ、またはＴＯなどの導電性酸化物で構成されている。空隙は導電層を貫通するアパーチャを画定し、または導電性材料が空隙によって部分的にしか貫通していないクレータを形成し得る。空隙は図１Ｃに図示するようにほぼ円形であってもよく、いかなる形状でもよい。一実施形態において各空隙は約１０，０００μｍ2未満の面積を画定する。
【００３１】
空隙はその密度および配置が導電層の物理的および電気的連続性を維持するように形成され、空隙を用いて所望のシート抵抗を達成し得る。一実施形態において低シート抵抗膜を堆積するとともに、膜の選択区域を除去して所望のシート抵抗を達成する。非限定例のために約５〜１０オーム／スクエアの範囲のシート抵抗を有する導電性膜を堆積し得る。導電性膜に空隙を形成して所望のシート抵抗、例えば約３００〜５００オーム／スクエアの範囲のシート抵抗を達成する。用途によってはタッチセンサの表面が許容可能な均一な外観を提供するように空隙の大きさ、密度および配置を選択してもよい。
【００３２】
一実施形態によればレーザ除去（ａｂｌａｔｉｏｎ）によりランダムパターンで空隙を形成する。導電層を直接除去可能であり、また導電層と基板との間あるいは導電層上に「ブローオフ」層を堆積することにより除去の強化あるいは補助を行ってもよい。「ブローオフ」層をレーザ放射を吸収するのに適した材料で形成することにより空隙の形成を容易にする。適当な除去の補助または強化層には金属および米国特許第６，４８５，８３９号明細書に開示されたような他の材料がある。
【００３３】
他の実施形態では選択的エッチングにより空隙の形成を達成する。フォトリソグラフィ技術、インクジェット印刷、または他のパターニング方法を用いてエッチャントレジストを導電層上にパターン化し得る。代替的には直接印刷技術によりエッチャント（腐食液）を選択的に堆積してもよい。
【００３４】
さらに他の実施形態によれば適当な大きさの粒子を基板上にランダムに堆積させる。導電性材料を粒子を取り囲むように基板上に堆積させて電気的導通導電層を形成する。粒子を基板から除去して導電層に空隙を残す。導電性材料をバックエッチングして粒子を露出させて除去してもよい。
【００３５】
基板および導電層に加えて、本発明の実施形態によるタッチセンサの製造方法は透明な導電層および基板に結合された１つ以上の誘電層および／または保護層の形成をさらに含み得る。
【００３６】
静電容量方式タッチセンサの製造プロセスは空隙を含む導電層上に保護層を形成するステップをさらに含み得る。十分に薄い保護層は空隙により作製された構造に適合して粗面を提供する。このような粗面化保護層は、空隙の深さが十分であり被覆保護層がぎらつきを低減する十分な表面粗さを有するのであれば、ぎらつき防止性を提供するのに有用であり得る。およそ１００ｎｍの表面粗さはぎらつきの低減に十分であり得る。導電層自体が十分に深い空隙の形成を可能にするほど厚くない場合には、導電層上または導電層と基板との間に追加層を配置してもよい。すると導電層および追加層の両方を貫通する空隙を形成することができるため所望の深さが達成される。
【００３７】
抵抗方式タッチセンサの製造プロセスは間隙によって第１の透明導電層から離間した第２の透明導電層を形成するステップをさらに含み得る。第２の透明導電層内にランダムに配置された空隙を形成し得る。
【００３８】
以上の本発明の様々な実施形態の説明は図示および説明の目的のために示した。これは本発明を網羅するまたは開示の正確な形状に限定しようとするものではない。上記の教示に鑑みて多くの変更および変形が可能である。本発明の範囲をこの詳細な説明ではなく添付の特許請求の範囲により限定しようとするものである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１Ａ】本発明の一実施形態による高透明性抵抗方式タッチセンサを示す図である。
【図１Ｂ】本発明の一実施形態による高透明性静電容量方式タッチセンサを示す図である。
【図１Ｃ】本発明の一実施形態によるランダムパターンで配置された空隙を内蔵する透明導電層の図である。
【図２】本発明の実施形態による高透明性タッチセンサを用いたタッチ感知システムブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態による高透明性タッチセンサの製造方法を示すフローチャートである。
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【図２】
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【図３】
2006521634.tif 000006
【国際調査報告】
2006521634.tif 000007
2006521634.tif 000008