CN1764895A - 高透明度触摸屏 - Google Patents

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Abstract

一种触摸传感器，其采用一个或多个透明导体，所述导体包括随机图案的空隙。根据保持所述透明导电层电连续性的随机图案来设置这些空隙。通过沉积透明导体层并且在透明导体中形成空隙来制造触摸传感器。可以通过形成空隙来获得选定的导电层的薄膜电阻，以及提高通过触摸传感器的光透射率。

Description

高透明度触摸屏
技术领域
本发明一般涉及触摸传感器。
背景技术
触摸屏为计算机或者其它数据处理设备提供简单的、直观的界面。并且用户能通过触摸屏幕上的图标或在屏幕上写或画来通过触摸屏传送信息，而不是使用键盘来输入数据。触摸屏用于多种信息处理用途中，并已发现其在还包括计算机控制的显示器的交互系统中尤其有用。触摸屏用于诸如移动电话、个人数据助理(PDA)、手持或便携计算机，以及公众场所放置的信息亭、自动柜员机和电子销售终端之类的用途中。
已经发展了多种技术来检测触摸，包括电容式、电阻式、声音和红外技术。电阻式技术一般地通过检测两个透明导电层之间的接触而引起的电信号变化来探测触摸。通过施加来自与一个或多个导电层相连的控制器的驱动信号，可以激励电阻式触摸传感器。施加到电阻式触摸传感器表面上的触摸使第一弹性的导电层偏转，从而使该第一导电层与第二导电层相接触。第一和第二导电层之间的接触引起检测到的电信号的变化。并按照导电层之间的接触点的函数来确定触摸的位置。
在电容式触摸传感器表面上的触摸改变了触摸位置处的触摸传感器电路的阻抗，并且使所施加的电信号发生变化。例如，可以将AC信号施加到位于电容式触摸传感器的透明导电层的四角处的电极上。手指触摸触摸传感器的表面使触摸传感器电容性接地。电容式连接的电路改变了阻抗，这会引起检测到的电信号的变化。在各个电极处检测电信号的变化，将各个电极处的信号的相对变化均用于确定触摸位置。
电阻式和电容式触摸传感器都利用了由透明金属氧化物构成的薄膜电极。金属氧物膜的光学和电学特性密切相关。
发明内容
根据一个实施例，一种触摸传感器包括与透明绝缘层相连的透明导电层。该透明导电层包括希望的根据随机图案设置的多个空隙。设置该空隙以保持透明导电层的电连续性。
本发明的另一个实施例涉及一种用于制造高透明度触摸传感器的方法。将透明导电层设置在基片上。根据随机图案在透明导电层中形成空隙。
以上对于本发明的概述无意描述本发明的每个实施例或每种实现方式。通过结合相应附图参照以下详细的描述和权利要求，将会明白和理解本发明的优点和成就，以及更完整地理解本发明。
附图说明
图1A表示了根据本发明实施例的高透明度电阻式触摸传感器；
图1B表示了根据本发明实施例的高透明度电容式触摸传感器；
图1C表示了根据本发明实施例的包括以随机图案设置的空隙的透明导电层；
图2是根据本发明实施例的使用高透明度触摸传感器的触摸检测系统的结构图；
图3是表示根据本发明实施例的用于制造高透明度触摸传感器的方法的流程图；
尽管本发明具有多种修改和可选形式，但是已经在附图中通过举例的方式表示了其特征并且将更详细地描述。然而，应当理解，其本意并不在于将本发明限定为所描述的特定实施例。相反，其本意在于覆盖落入如所附权利要求限定的本发明范围的所有修改、等同物和变型。
具体实施方式
在对所示实施例的以下描述中，参照了构成说明书一部分的附图，并且在附图中通过举例表示了可以实现本发明的各个实施例。应当理解，在不背离本发明范围的情况下，可以利用这些实施例并且这些实施例可以进行结构上的变化。
本发明涉及利用透明导电元件来增强通过触摸传感器的光透射率的方法和系统。例如，电阻式和电容式触摸检测方法典型地包括用作该触摸传感器器件的有源元件的透明导体。最广泛用于这些用途的透明导电氧化物是氧化铟锡(ITO)，然而其它金属氧化物，例如氧化锡锑(ATO)和氧化锡(TO)等也是可以使用的。还可以使用金属/金属氧化物叠层，例如在金属氧化物层的顶部或者基片与金属氧化物层之间采用非常薄的金属层。还可以使用诸如导电聚合物等有机导体。
通过保持选定的材料厚度，可以在沉积过程中实现希望的透明导电层的薄膜电阻。然而，沉积较薄的金属氧化物层来获得高薄膜电阻和高光透射率可能会存在关于保持均匀层厚度的难题。本发明的各个实施例涉及触摸检测设备以及制造具有高透明度和高薄膜电阻的触摸检测设备的方法。
图1A表示了根据本发明一个实施例的电阻式触摸传感器100。图1A所示的电阻式触摸传感器100包括构成传感器100的触摸表面的顶部基片140。顶部基片140优选由尺寸稳定且耐磨损和耐化学制品的材料形成。在一种结构中，将包括诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等的聚酯材料的基层142用作顶部基片140的组成部分。该顶部基片140可选的是包括一个或多个诸如硬膜等的附加层141、143，从而提高顶部层的结构特性和抗划伤性，以及包括抗反射或者防眩涂层，以便提高通过该触摸传感器的可视性。
触摸传感器100包括由间隙130分开的第一和第二导电层110、120。第一导电层110设置在顶层140上，其可选的是包括多个层，例如如上所述的硬膜层和/或抗反射或者防眩涂层。衬底层150由诸如塑料或玻璃等的适当透明材料构成，其支撑第二导电层120。可以在间隙层130内放置一个或多个间隔物160，从而保持导电层110、120之间的适当间隔。可以通过在顶层140和衬底150上沉积诸如ITO、ATO、TO或者其它透明导电材料之类的透明导电金属氧化物层，来形成导电层110、120。
由控制器电路(未示出)产生并且施加到电阻式触摸传感器的一个或多个导电层110、120上的电驱动信号，可以激励电阻式触摸传感器100。施加到触摸传感器100表面上的触摸使第一导电层110向第二导电层120偏折，从而导致导电层110、120之间的接触。并按照导电层110、120之间的接触点的函数来确定触摸的位置。控制器可以使第一和第二导体110、120之间的电信号交替，从而确定触摸的x和y坐标。可选择的是，例如可以从全部的四个角来驱动一个导体，而另一个导体保持在地电平或者其它恒定电势。
图1B表示了根据本发明实施例的电容式触摸传感器101。在本实例中，在诸如玻璃或塑料之类的适当材料的透明基片170上形成导电层175。如先前讨论的，可以由诸如ITO、ATO或TO之类的透明金属氧化物形成透明导电层。
控制器(未示出)与导电层175相连，并且向导电层175提供电驱动信号。可选择的是，可以在导电层175上丝网印刷电阻图案，从而使触摸传感器控制器在触摸传感器101表面上提供的电场线性化。在本实例中，介电层180与导电层175相连。该介电层180可以包括例如包含一层或多层的数层，以保护该触摸传感器和/或减少眩光。
图1A和1B表示了包括透明层的电阻式和电容式触摸传感器的实例。采用透明导电层的触摸传感器的其它结构也是可能的，同时也认为是在本发明的范围内。
金属氧化物对空气界面的高折射率使得从显示器透射通过透明触摸传感器的光明显减少。而且，金属氧化物透明导体优选地趋于吸收光谱的蓝色区域的可见光，从而产生黄色的表观，特别是在较厚的层中。高温退火可以改进金属氧化物的光学特性，但是还可能会产生比希望的低的薄膜电阻，或者由于存在其它层或材料的温度敏感性可能不会造成上述问题(例如使用聚合物基片)。
根据本发明的各种实施例设置的触摸传感器来提高触摸传感器的光透射率是这样达到的：即，通过去除该触摸传感器上一个或多个导电层的选定区域。去除导电材料提高了通过触摸传感器的光透射率。
此外，在沉积过程中通过保持选定材料的厚度可以实现希望得到的金属氧化物层的薄膜电阻。然而，沉积较薄的金属氧化物层来获得高薄膜电阻，可能存在有关保持均匀层厚度的问题。根据本发明的实施例，最初可以沉积较厚的材料层，从而减轻可能与薄层沉积有关的均匀度问题。通过去除导电层上的选定区域来将较厚层的薄膜电阻提高到希望得到的值，这也提高了通过该导电层的光透射率。
图1C表示了根据本发明实施例设置的导电层。如图1C所示的导电层可以用于形成图1B所示的电容式触摸传感器101的导电层175。
图1A所示的电阻式触摸传感器100的导电层110、120中的一层或两层导电层可以如图1C所示那样配置。
图1C所示的导电层190包括在导电层190上随机设置的多个空隙195、196。该空隙195、196可以构成穿过导电材料的孔195，或者它们可以形成凹坑196，其中导电材料仅被凹坑196部分穿透。空隙可选择的是穿入或者穿过邻接导电层的层。空隙195、196的随机图案生成了随机屏幕，从而形成较少的或不形成莫尔干涉图案。
图1C中表示为基本上为圆形的空隙195、196可以是任意的形状。在一个实例中，各个空隙195、196均限定了小于10000μm2的区域。选择空隙195、196的密度，以保持导电层190的物理和电连续性，并且获得希望的薄膜电阻，例如对于电阻式触摸传感器而言，获得范围在约100到2000欧姆每平方(ohms/square)的薄膜电阻，或者对于电容式触摸传感器而言，获得范围在200到10000欧姆每平方(ohms/square)的薄膜电阻，然而按照需要也可以实现其它的薄膜电阻。还可以选择空隙的尺寸和密度，从而当通过包括透明导电膜的触摸屏观看显示器时实现希望得到的可视特性，例如均匀的表观，该透明导电膜包含这种空隙。
结合图1所述的触摸传感器可以用于包括控制器的触摸检测系统。该控制器向触摸传感器提供激励信号，并解析来自触摸传感器的信号，以确定触摸位置。触摸传感器和控制器可以一起与处理器和/或显示器组合。
现在转到图2，图2表示了使用根据本发明实施例的高透明度刻蚀触摸传感器100的触摸检测系统的实施例。图2所示的触摸检测系统200包括与控制器230通信连接的触摸传感器210。在典型的结构中，触摸传感器210与计算机系统240的显示器220组合使用，从而在用户与计算机系统之间提供了视觉和/或触觉交互。可以将触摸传感器21O和显示器220设置为这样：即，可以通过触摸传感器210看到显示器220。
触摸传感器210能够实现为与计算机系统240的显示器220分开，但又相互作用的设备。可选择的是，触摸传感器210能够实现为单一系统的一部分，所述单一系统包括显示设备或结合触摸传感器210的其它类型的显示器技术，所述显示设备是诸如发光二极管显示器、阴极射线管显示器、等离子显示器、液晶显示器、电致发光显示器、静态图形等的设备。还应当理解，触摸传感器210可以实现为限定成仅包括触摸传感器210和控制器230的系统的组件，该触摸传感器和控制器可以共同实现本发明的触摸系统。
在图2所示的示例性结构中，通过控制器230实现触摸传感器210与计算机系统240之间的通信。该控制器230典型地被配置成执行对施加到触摸传感器210上的触摸提供检测的固件/软件。控制器230可选择地设置成计算机系统240的组件。
图3的流程图表示了用于制造根据本发明实施例的高透明度触摸传感器的方法。根据这种方法，包括：提供基片的步骤310。在基片上设置透明导电层的步骤320。在透明导电层中根据随机图案形成空隙的步骤330。选择空隙的密度以保持导电层的电连续性。
在一个实施例中，透明导电层由诸如ITO、ATO或TO等的导电氧化物构成。空隙可以构成通过导电层的孔或者可以形成凹坑，在凹坑中导电层仅被空隙部分穿透。该空隙基本上为如图1C所示的圆形，但是可以是任意形状。在一个实例中，各个空隙限定了小于约10,000μm2的区域。
这样形成空隙：即，使得其密度和排列能保持导电层的物理和电学连续性，并且可以用于实现希望得到的薄膜电阻。在一个实例中，沉积低薄膜电阻薄膜，并且去除该薄膜的选定区域以获得希望得到的薄膜电阻。出于非限定性实例的原因，可以沉积薄膜电阻在约5到10欧姆每平方(ohms/square)范围内的导电膜。在导电膜中形成空隙以获得希望得到的薄膜电阻，例如获得范围在约300到500欧姆每平方(ohms/square)的薄膜电阻。在一些用途中，可以选择空隙的尺寸、密度和排列，以使得触摸传感器的表面具有可接受的均匀表观。
根据一个实施例，通过激光消蚀以随机图案形成空隙。可以直接消蚀导电层，或者通过在导电层与基片之间或者在导电层顶面放置“吹除”层来增强或辅助消蚀。该“吹除”层由适于吸收激光辐射的材料构成，从而有助于形成空隙。适当的消蚀辅助或增强层包括金属和其它材料，例如美国专利号为No.6485839专利中公开的。
在另一实施例中，通过选择蚀刻来形成空隙。可以利用光刻技术、喷墨印刷或者其它构图方法在导电层上构建抗蚀膜。可选择的是，可以通过印刷技术直接有选择地沉积蚀刻剂。
根据又一实施例，在基片上随机沉积具有适当尺寸的微粒物。在基片上沉积导电材料，以使导电材料围绕微粒物，从而形成了电连续导电层。从基片上去除微粒物，以将空隙留在导电层上。可以背蚀刻该导电材料，从而使颗粒暴露以将其去除。
除了基片和导电层之外，用于制造根据本发明实施例的触摸传感器的方法还可以包括形成一个或多个介电层和/或保护层，这些介电层和/或保护层与透明导电层和基片相连。
制造电容式触摸传感器的方法可以进一步包括在包含空隙的导电层上形成保护层。足够薄的保护层可以符合由空隙生成的结构，从而提供粗糙的表面。这种粗糙的保护层可以用于提供防眩特性，前提是空隙的深度足够深，这样使得所涂敷的保护层具有足以减少眩光的表面粗糙度。大约100nm的表面粗糙度足以减少眩光。如果导电层的厚度不足以形成足够深的空隙，那么可以在导电层上或者导电层与基片之间设置附加的一层或多层。然后可以形成穿透导电层和(多个)附加层的空隙，从而获得希望得到的深度。
用于制造电阻式触摸传感器的方法可以进一步包括形成通过间隙与第一透明导电层分开的第二透明导电层。可以在第二透明导电层中形成随机设置的空隙。
为了说明和描述的目的，已经给出了对本发明各个实施例的前述描述。其本意并不是穷举或者将本发明限制为所公开的明确形式。根据以上的教导，作出许多修改和变化都是可能的。其本意是本发明的范围不是由上述详细描述所限定，而是由所附权利要求而限定。

Claims (30)

1.一种触摸传感器，包括：
与透明绝缘层相连的透明导电层，所述透明导电层包括所需的根据随机图案设置的多个空隙，并且保持所述透明导电层的电连续性。
2.根据权利要求1所述的触摸传感器，其中，至少一些空隙构成穿过所述透明导电层的孔。
3.根据权利要求1所述的触摸传感器，其中，至少一些空隙没有构成穿过所述透明导电层的孔。
4.根据权利要求1所述的触摸传感器，其中，每个空隙均具有小于约10000μm2的面积。
5.根据权利要求1所述的触摸传感器，其中，所述空隙基本上为圆形。
6.根据权利要求1所述的触摸传感器，其中，所述包括空隙的透明导电层具有在约100到10000欧姆每平方范围内的薄膜电阻。
7.根据权利要求1所述的触摸传感器，其中，所述触摸传感器包括电容式触摸传感器。
8.根据权利要求1所述的触摸传感器，其中，所述触摸传感器包括电阻式触摸传感器。
9.根据权利要求1所述的触摸传感器，其中，所述透明导电层包括ITO。
10.根据权利要求1所述的触摸传感器，其中，所述透明导电层包括ATO。
11.根据权利要求1所述的触摸传感器，其中，所述透明导电层包括TO。
12.根据权利要求1所述的触摸传感器，其中，所述透明导电层包括导电聚合物。
13.根据权利要求1所述的触摸传感器，其中，所述透明绝缘层包括玻璃。
14.根据权利要求1所述的触摸传感器，其中，所述透明绝缘层包括PET。
15.根据权利要求1所述的触摸传感器，进一步包括与所述透明导电层相连的控制器，所述控制器根据与触摸输入有关的信号来确定触摸输入位置。
16.根据权利要求15所述的触摸传感器，进一步包括设置用于通过所述透明导电层观看的显示器。
17.根据权利要求16所述的触摸传感器，其中，所述显示器包括液晶显示器。
18.根据权利要求17所述的触摸传感器，进一步包括与所述控制器和所述显示器相连的处理器，所述处理器用于接收来自所述控制器的触摸位置信息，并在显示器上显示信息。
19.一种用于制造触摸传感器的方法，包括：
将透明导电层放置在基片上；以及
在所述透明导电层中形成空隙，其中，根据随机图案设置所述空隙。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，通过蚀刻形成所述空隙。
21.根据权利要求19所述的方法，其中，通过消蚀形成所述空隙。
22.根据权利要求19所述的方法，其中，设置所述空隙以保持所述透明导电层的电连续性。
23.根据权利要求19所述的方法，其中，形成所述空隙包括形成基本上为圆形的空隙。
24.根据权利要求19所述的方法，其中，所述空隙具有约为10000μm2的范围内的面积。
25.根据权利要求19所述的方法，其中，所述空隙构成穿过所述导电层的孔。
26.根据权利要求19所述的方法，其中，所述空隙没有穿透所述导电层。
27.根据权利要求19所述的方法，其中，形成所述空隙包括形成空隙以获得选定的透明导电层的薄膜电阻。
28.根据权利要求19所述的方法，其中，所述选定的薄膜电阻在约100到10000欧姆每平方的范围内。
29.根据权利要求19所述的方法，进一步包括在所述透明导电层与所述基片之间放置辐射吸收层，并且利用所述辐射吸收层吸收的辐射来消蚀所述透明导电层以形成空隙。
30.根据权利要求19所述的方法，其中，在所述基片上放置透明导电层包括在所述基片上沉积微粒物且在所述微粒物周围形成所述透明导电层，并且形成所述空隙包括去除所述微粒物。
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