優先権の主張

本願は、2013年6月10日に出願された米国仮特許出願第61/833168号よる優先権を主張するものであり、その内容に依拠すると共に、その全体を参照して本明細書に組み込む。

本開示は、光学的構造体に関し、特に、構成要素層が統合された可撓性ガラス基体に関する。

タッチディスプレイを用いた、タッチ機能が組み込まれたモバイル機器がますます増えている。タッチディスプレイは、複数の膜および/または物理的に区別できる素子を用いて構築されるのが一般的である。例えば、表示装置にタッチセンサ素子が取り付けられ得る。タッチセンサ素子からの入力を制御装置が受け付けて、タッチセンサ素子のタッチ位置を決定してもよく、表示装置を用いてユーザに対して情報を表示するために用いられ得る出力を供給することができる。可撓性ガラス基体上にタッチ構成要素および偏光構成要素の両方が統合された、統合型の光学的構造体が望まれる。

光学的構造体におけるタッチ機能を改善するための技術の一つは、タッチ構成要素および偏光構成要素の一方または両方を可撓性ガラス基体上に組み込むことであり、この技術では、少なくとも偏光構成要素はコーティングを用いて作製される。これにより、例えば、ロール・トゥ・ロールプロセスにおける可撓性帯状ガラスの連続処理を容易にすることができる。

更なる特徴および長所は、以下の詳細な説明で述べられると共に、部分的には、その説明から当業者に自明であり、或いは、明細書および添付の図面に例示されているように本開示を実施することによって認識される。上記の概要説明および以下の詳細説明は、どちらも本開示の単なる例示であり、特許請求される本開示の性質および特徴を理解するための概観または枠組みを提供することを意図したものであることを理解されたい。

添付の図面は、本開示の原理の更なる理解を提供するために含まれるものであり、本明細書に組み込まれてその一部を構成するものである。これらの図面は1以上の実施形態を示しており、本明細書と共に本開示の原理および作用を例として説明するものである。なお、本明細書および図面に開示される本開示の様々な特徴は、あらゆる組み合わせで用いられ得るものであることを理解されたい。限定しない例として、本開示の様々な特徴は、以下の態様に従って互いに組み合わされてもよい。

第1の態様によれば、光学的構造体を連続製造プロセスで形成する方法は、0.3mm以下の厚さを有する連続した可撓性の帯状ガラス基体であって、該可撓性の帯状ガラス基体によって構成される平面によって分けられた第1の面および第2の面を有する連続した可撓性の帯状ガラス基体を設ける工程と、連続した可撓性の帯状ガラス基体の移動中に、偏光層を形成するために、偏光材料適用装置によって、可撓性の帯状ガラス基体の第1の面および第2の面の一方に液状の偏光材料を適用する工程と、タッチセンサ式ディスプレイ用のタッチ層を形成するために、可撓性の帯状ガラス基体の第1の面および第2の面の一方に導電性材料を適用する工程とを有してなる。

第2の態様によれば、液状の偏光材料が、二色性染料を含有する液体を含む、態様1の方法が提供される。

第3の態様によれば、導電性材料が酸化インジウムスズまたは銀のナノワイヤを含む、態様1または態様2の方法が提供される。

第4の態様によれば、導電性材料が透明である、態様1〜3のいずれか1つの方法が提供される。

第5の態様によれば、偏光構成要素を形成するために液状の偏光材料を配向する工程を更に有する、態様1〜4のいずれか1つの方法が提供される。

第6の態様によれば、第1の面および第2の面の一方にリターデーション材料を適用する工程を更に有する、態様1〜5のいずれか1つの方法が提供される。

第7の態様によれば、リターデーション材料が、可撓性の帯状ガラス基体の第1の面において偏光層と可撓性の帯状ガラス基体との間に配置されたリターデーション層を形成する、態様6の方法が提供される。

第8の態様によれば、タッチ層が、可撓性の帯状ガラス基体の第2の面に配置される、態様7の方法が提供される。

第9の態様によれば、リターデーション材料がリターデーション層を形成し、可撓性の帯状ガラス基体と偏光層との間に偏光層が配置される、態様6の方法が提供される。

第10の態様によれば、偏光層が、可撓性の帯状ガラス基体の第1の面に配置され、タッチ層が、可撓性の帯状ガラス基体の第2の面に配置される、態様1〜9のいずれか1つの方法が提供される。

第11の態様によれば、偏光層およびタッチ層の両方が可撓性の帯状ガラス基体の第1の面に配置される、態様1〜6のいずれか1つの方法が提供される。

第12の態様によれば、タッチ層が、可撓性の帯状ガラス基体と偏光層との間に配置される、態様11の方法が提供される。

第13の態様によれば、可撓性の帯状ガラス基体の第1の面にリターデーション層を適用する工程を更に備え、タッチ層および偏光層が、リターデーション層と可撓性の帯状ガラス基体との間に配置される、態様12の方法が提供される。

第14の態様によれば、偏光層が、タッチ層と可撓性の帯状ガラス基体との間に配置される、態様11の方法が提供される。

第15の態様によれば、光学的構造体は、0.3mm以下の厚さを有する可撓性ガラス基体であって、該可撓性ガラス基体によって構成される平面によって分けられた第1の面および第2の面を有する可撓性ガラス基体と、可撓性ガラス基体の第1の面および第2の面の一方にある、偏光層を形成する偏光材料のコーティングであって、二色性染料を含有する液体で構成される偏光材料のコーティングと、可撓性ガラス基体の第1の面および第2の面の一方にある、タッチセンサ式ディスプレイ用のタッチ層を形成する導電性材料とを備える。

第16の態様によれば、導電性材料が酸化インジウムスズまたは銀のナノワイヤを含む、態様15の光学的構造体が提供される。

第17の態様によれば、導電性材料が透明である、態様15または態様16の光学的構造体が提供される。

第18の態様によれば、第1の面および第2の面の一方にリターデーション材料を更に備える、態様15〜17のいずれか1つの光学的構造体が提供される。

第19の態様によれば、リターデーション材料が、可撓性ガラス基体の第1の面において偏光層と可撓性ガラス基体との間に配置されたリターデーション層を形成する、態様18の光学的構造体が提供される。

第20の態様によれば、タッチ層が、可撓性の帯状ガラス基体の第2の面に配置される、態様19の光学的構造体が提供される。

第21の態様によれば、リターデーション材料がリターデーション層を形成し、可撓性の帯状ガラス基体と偏光層との間に偏光層が配置される、態様18の光学的構造体が提供される。

第22の態様によれば、偏光層が、可撓性の帯状ガラス基体の第1の面に配置され、タッチ層が、可撓性の帯状ガラス基体の第2の面に配置される、態様15〜21のいずれか1つの光学的構造体が提供される。

第23の態様によれば、偏光層およびタッチ層の両方が可撓性の帯状ガラス基体の第1の面に配置される、態様15〜19のいずれか1つの光学的構造体が提供される。

第24の態様によれば、タッチ層が、可撓性の帯状ガラス基体と偏光層との間に配置される、態様23の光学的構造体が提供される。

第25の態様によれば、可撓性の帯状ガラス基体の第1の面にリターデーション層を更に備え、タッチ層および偏光層が、リターデーション層と可撓性の帯状ガラス基体との間に配置される、態様24の光学的構造体が提供される。

第26の態様によれば、偏光層が、タッチ層と可撓性の帯状ガラス基体との間に配置される、態様23の光学的構造体が提供される。

本開示の上記および他の特徴、態様、および長所は、以下の本開示の詳細な説明を添付の図面と共に読めば、よりよく理解される。

本開示の態様によるタッチディスプレイを形成する際に用いられる光学的構造体の実施形態を示す

本開示の態様によるタッチディスプレイを形成する際に用いられる光学的構造体の別の実施形態を示す

本開示の態様によるタッチディスプレイを形成する際に用いられる光学的構造体の別の実施形態を示す

本開示の態様によるタッチディスプレイを形成する際に用いられる光学的構造体を形成するための例示的な方法を示す

本開示の態様によるタッチディスプレイを形成する際に用いられる光学的構造体を形成するためのプロセスおよび装置の実施形態を模式的に示す

本開示の態様によるタッチディスプレイを形成する際に用いられる光学的構造体の別の実施形態を示す

本開示の態様によるタッチディスプレイを形成する際に用いられる光学的構造体の別の実施形態を示す

本開示の態様によるタッチディスプレイを形成する際に用いられる光学的構造体の別の実施形態を示す

以下の詳細な説明では、限定ではなく説明の目的で、本開示の様々な原理の完全な理解を提供するために具体的な詳細を開示する例示的な実施形態を述べる。しかし、本開示の利益を享受した当業者には、本開示が、本明細書に開示された具体的な詳細とは異なる他の実施形態で実施され得ることは自明である。更に、本開示の様々な原理の記載を不明瞭にしないために、周知の装置、方法および材料の説明は省略され得る。最後に、当てはまる場合には、類似の参照番号は類似の要素を示す。

本明細書において、範囲は、“約”1つの特定の値からの範囲として、および/または、“約”別の特定の値までの範囲として表すことができる。そのような範囲が表現された場合には、もう1つの実施形態は、1つの特定の値から、および/または、別の特定の値までを含む。同様に、値が、先行する“約”を用いることによって近似値として表現された場合には、その特定の値はもう1つの実施形態を構成することを理解されたい。更に、各範囲の終点は、他方の終点と関連した意味、および他方の終点から独立した意味の両方を表すことを理解されたい。

本明細書で用いる方向を表す用語(例えば、上、下、右、左、前、後、上部、下部等)は、単に描かれた図面を参照したものであり、絶対的な向きを暗示することは意図しない。

特に明記しない限り、本明細書で述べるいずれの方法も、その工程が特定の順序で行われることが必要であると解釈されることは決して意図しない。従って、方法クレームが、その工程が従う順序を実際に記載していない場合、または、特許請求の範囲や明細書において、それらの工程が特定の順序に限定されることが別様で具体的に述べられていない場合には、いかなる点においても、或る順序が推論されることは決して意図しない。このことは、工程または動作フローの構成に関する論理の問題、文法的な秩序や句読点から生じる通常の意味、明細書に記載されている実施形態の数またはタイプを含む、あり得るいかなる非明示的な解釈の基準に対しても適用される。

本明細書で用いる名詞は、文脈において特に明記しない限り、複数の指示対象も含む。従って、例えば、“構成要素”という場合には、文脈において特に明記しない限り、そのような構成要素を2以上有する態様を含む。

本明細書に記載される実施形態は、一般的には、可撓性ガラス基体上にタッチ構成要素および偏光構成要素の両方が統合された光学的構造体であって、少なくとも偏光構成要素は、予め形成された膜材料ではなくコーティングを用いて可撓性ガラス基体上に形成された、光学的構造体に関する。偏光構成要素は、例えば、水溶液の形態の液晶相を示す二色性染料溶液であり得る。偏光コーティングを用いることにより、例えば、可撓性ガラス基体のロールまたは他の形態の比較的高速の連続供給を用いた、光学的構造体の連続形成が可能になる。

図1を参照すると、光学的構造体10は、可撓性ガラス基体14を含むガラス層12を含み、可撓性ガラス基体14の一方の面20には、偏光構成要素18を含む偏光層16がコーティングされており、可撓性ガラス基体14の反対側の面26には、タッチ構成要素24を含むタッチ層21が適用されている。可撓性ガラス基体14は薄くてもよく(例えば、約0.3mm未満)、可撓性ガラス基体14は、より高い処理温度、略ゼロの複屈折(リターデーションが約10nm未満)、および無彩色の点で、標準的なポリマー基体よりも有利であり得る。

可撓性ガラス基体14は、約0.3mm以下の厚さを有し得る(例えば、約0.01〜0.05mm、約0.05〜0.1mm、約0.1〜0.15mm、約0.15〜0.3mm、0.3、0.275、0.25、0.225、0.2、0.19、0.18、0.17、0.16、0.15、0.14、0.13、0.12、0.11、0.10、0.09、0.08、0.07、0.06、0.05、0.04、0.03、0.02、または0.01mmの厚さを含むが、上記に限定されない)。可撓性ガラス基体14は、ガラス、ガラスセラミック、セラミック材料、またはそれらの複合材料で形成され得る。様々な装置において、高品質の可撓性のシート状ガラスを形成するフュージョン法(例えば、ダウンドロー法)を用いることができ、そのような用途の1つはフラットパネルディスプレイである。フュージョン法で製造されるシート状ガラスは、他の方法で製造されたシート状ガラスと比べて、平面性および平滑性に優れた表面を有する。フュージョン法については、米国特許第3,338,696号および同第3,682,609号の各明細書に記載されている。他の適切なシート状ガラス形成方法としては、フロート法、アップドロー法、およびスロットドロー法が挙げられる。更に、米国特許出願公開第2012/0034435A1号明細書に更に記載されているように、可撓性ガラス基体14は、表面に0〜0.047μg/cm²より大きい範囲のAgイオン濃度を有するガラス用の化学組成を用いることにより、抗菌特性を含んでもよい。米国特許出願公開第2011/0081542A1号明細書に更に記載されているように、可撓性ガラス基体14には、所望の抗菌特性を得るために、銀から成るグレーズがコーティングされてもよく、または別様で銀イオンが添加されてもよい。更に、可撓性ガラス基体14は、所望の抗菌効果を達成するために、50%のSiO₂、25%のCaO、および25%のNa₂Oのモル組成を有してもよい。

偏光構成要素18は、可撓性ガラス基体14の面20に、直接、または例えば偏光構成要素18と面20との間に中間層を有してコーティング可能な任意の適切な材料で形成されてよい。例えば、偏光構成要素18の形成には、二色性染料を含有する液体が用いられ得る。液晶相の染料分子溶液を用いて分子の方向を揃えることができ、これにより、偏光構成要素の形成を簡単にすることができる。二色性染料の例は、米国特許第6,049,428号明細書に見出すことができ、また、アントラキノン系、アゾ系、アゾメチン系、ベンジジン系、インディゴ系、メロシアニン系、ペリレン系、キノン系、キノフタロン系、スチルベン系、スチリル系、およびテトラジン系も挙げられる。二色性染料を含有する液体は、二色性染料に加えて、例えばディスプレイの所望の光学特性に応じて、接着性および/または靱性増加剤、レオロジー調整剤、可塑剤、界面活性剤、平滑化剤等の添加剤を含んでもよい。可撓性ガラス基体14に二色性染料を含有する液体をコーティングするためには、スピンコーティング、フローコーティング、ディップコーティング、スロットダイコーティング、およびスプレーコーティング等の任意の適切な方法を用いてよい。

タッチ構成要素24は、可撓性ガラス基体14の反対側の面26に適用されてもよい。しかし、他の構成も可能であり、それらについては後述する。タッチ構成要素24は、酸化インジウムスズ(ITO)または他の任意の適切な透明な導電性材料等といった透明な導電性材料を含み得る。タッチパターンは、1つの導電性の平面でX位置およびY位置の検出を可能にするものであり得る。電極は、一例として、エッチングプロセスおよび/またはステレオリソグラフィーを用いて設けられてもよく、静電容量型タッチスクリーン機能を提供してもよい。導電性材料を適用するために、真空スパッタリング装置、電子ビーム蒸着装置、またはコーティング装置等の任意の適切な方法を用いてよい。

図2を参照すると、光学的構造体30の別の実施形態は、可撓性ガラス基体34を含むガラス層32、並びに、可撓性ガラス基体34の一方の面40にコーティングされた偏光構成要素38を含む偏光層36、および、可撓性ガラス基体34の反対側の面46に適用されたタッチ構成要素44を含むタッチ層42を含む、上述の層の多くを含む。この例示的な実施形態では、偏光層36の面50にリターデーション層48(例えば、550nmで約1/4λ)が適用される。リターデーション層48は、更に偏光を制御するために偏光光の相対位相を変えるために用いられ得る。リターデーション層48を形成する例示的な材料は、液晶ポリマーおよび無機化合物を含む。リターデーション層48は、スロットダイコーティング、ディップコーティング、カーテンコーティング、および真空蒸着等の任意の適切なプロセスによって適用されてよい。図3は、光学的構造体60の別の実施形態を示しており、ここでは、偏光層64と可撓性ガラス基体66との間にリターデーション層62が適用され、上述したように、可撓性ガラス基体66の反対側の面にはタッチ層68が適用されている。

ここで、タッチディスプレイに用いられる光学的構造体の製造方法について説明する。図4は例示的な方法の工程を表しているが、図示されている工程は、特に明記しない限り異なる順序で実行されてもよいことを理解されたい。更に、特に明記しない限り、図示されていない追加の工程も設けられ得る。図4に示されるように、この方法は、任意に、100において、約300μm以下(例えば、約200μm以下、約100μm以下、約50μm以下等)の厚さを有する可撓性ガラス基体を設けるステップ102で開始し得る。可撓性ガラス基体には、ソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸、およびアルカリ土類アルミノホウケイ酸を含む様々なガラス群から選択されるガラスが設けられ得るが、更に別の例では他のガラス組成が用いられてもよい。

ステップ104で、偏光構成要素を形成するために、可撓性ガラス基体の広い表面に二色性染料を含有する液体が適用され得る。1つの偏光構成要素(図1)のみを形成するために、二色性染料を含有する液体は、可撓性ガラス基体の一方の面に適用されてもよい。偏光層の厚さは、例えば、約0.05〜5μmであり得る。一部の実施形態では、二色性染料含有材料は、二色性染料を配向すると共に堆積させる配向層(例えば、ポリイミド)上に適用されてもよい。他の実施形態では、配向層は用いられなくてもよい。一部の実施形態では、ステップ106で、二色性染料を配向してその二色性を利用ためにガラスの表面を磨くことによって、偏光層を形成してもよい。研磨剤粒子を含む泡(フォーム)等の任意の適切な研磨剤を用いてよい。一部の実施形態では、偏光層に保護層が適用され得る。他の実施形態では、保護層は用いられなくてもよい。

ステップ108で、透明な導電性コーティングが、可撓性ガラス基体の反対側の広い表面(即ち、偏光層が配設された面とは反対側の面)に適用され得る。上記で示したように、透明な導電性コーティングは、ITOまたは銀のナノワイヤを含んでもよく、例えば、真空スパッタリングプロセス、またはタッチ構成要素用の透明な導電性コーティングを形成するのに適した他の任意のプロセスを用いて適用され得る。ステップ110で、エッチングプロセスまたは他の適切なプロセスを用いて、透明な導電性コーティングに電極パターンが形成され得る。

タッチ構成要素はコーティングとして形成される必要はないが、コーティングを用いると、ロールプロセスまたはファブリケーション(例えば、ダウンドロー)プロセス等の連続プロセスにおける光学的構造体の形成を容易にすることができる。例えば、図5は、可撓性ガラス基体の2つの例示的な供給源120を示しているが、他の供給源が設けられてもよい。例えば、供給源120は、ダウンドローガラス形成装置122を含み得る。模式的に示されているように、ダウンドローガラス形成装置122は、トラフ126の底部に形成ウェッジ124を含み得る。ガラスは、形成ウェッジ124の両面128および130を流れ下る。この溶融ガラスの2枚のシートは、その後、形成ウェッジ124のルート部132から離れる方向に延伸される際に略一体に融合する。従って、可撓性帯状ガラスの形態の可撓性ガラス基体134は、下向きの方向136に移動するようにフュージョンドローされて、形成ウェッジ124のルート部132から離れて、ダウンドローガラス形成装置の下流に配置された下向きのゾーン138に直接入り得る。

可撓性ガラス基体134には、形成後、更に切断、トリミング等の処理が施され得る。連続した可撓性の帯状ガラスの形態の可撓性ガラス基体134は、スロットダイコーティング装置、フローコーティング装置、ディップコーティング装置、および/またはスプレーコーティング装置等の偏光材料適用装置140に送られても、即ち向かってもよく、そこで、偏光材料142(例えば、二色性染料を含有する液体)が連続的または半連続的に可撓性ガラス基体134の広い表面に適用される。上記で示したように、一部の実施形態では、偏光材料142は、ガラスの表面に直接適用されてもよく、または、ガラスの表面にある配向層に適用されてもよい。偏光材料142を有する可撓性ガラス基体134は、処理ステーション144に向けられてもよく、そこで、偏光材料142が(加熱されることによって、および/または、冷却されることによって)硬化されることにより、偏光構成要素146が形成され得る。上記で示したように、一部の実施形態では、偏光構成要素146に保護層が適用されてもよい。偏光構成要素146を有する可撓性ガラス基体134は、真空スパッタリング装置またはコーティング装置等の導電性材料適用装置148に向かってもよく、そこで、導電性材料150(例えば、ITOを含む透明な導電性コーティング等)が連続的または半連続的に可撓性ガラス基体134の反対側の広い表面に適用される。偏光材料142および導電性材料150を有する可撓性ガラス基体134は、処理ステーション152に向かってもよく、そこで、導電性材料150に、加熱、冷却、およびパターン形成のうちの任意の処理が施されることにより、タッチ構成要素154が形成され得る。一部の実施形態では、可撓性ガラス基体134はまず導電性材料適用装置148に向かってもよく、次に(例えば、図5および図7の光学的構造体を形成するために)偏光材料適用装置140に向かってもよい。更に、導電性材料適用装置148および偏光材料適用装置140は可撓性ガラス基体134の互いに反対側にそれぞれ図示されているが、これらの装置は、これらの層を可撓性ガラス基体134の同じ側に同時に適用するために同じ側に配置されてもよく、両側に配置されてもよく、且つ/または、様々な層を適用するための複数の装置があってもよい。リターデーション層が適用される実施形態では、リターデーション層は、コーティングとして、または、膜材料として適用され得る。連続した帯状ガラスから個々の光学装置を分けるために、切断装置156が用いられてもよい。

図1〜図3は、偏光構成要素およびタッチ構成要素を可撓性ガラス基体の互いに反対側の面に有する光学的構造体を示している。しかし、他の構成も可能である。図6を参照すると、光学的構造体160の別の実施形態は、タッチ構成要素164を含むタッチ層162と、偏光構成要素168を含む偏光層166との両方を、可撓性ガラス基体170の同じ側の面に有している。この実施形態では、タッチ構成要素164は、可撓性ガラス基体170と偏光構成要素168との間に配置されている。一部の実施形態では、図7に示されるように、偏光層166にはリターデーション層174が適用され得る。図8では、光学的構造体180の実施形態は、タッチ構成要素184を含むタッチ層182と、偏光構成要素188を含む偏光層186との両方を、可撓性ガラス基体190の同じ側の面に有する。この実施形態では、偏光構成要素188は、可撓性ガラス基体190とタッチ構成要素184との間に配置される。図6〜図8の実施形態では、可撓性ガラス基体は、偏光構成要素およびタッチ構成要素に対する保護バリアを提供してもよい。

上記の光学的構造体は、本質的にゼロの複屈折、優れた光学的透明性、化学的安定性、および高温処理が可能であるという可撓性ガラス基体の性質に少なくとも部分的に起因して、偏光構成要素およびタッチ構成要素の両方を、単一の可撓性ガラス基体上に統合することができる。薄い可撓性ガラス基体を用いることにより、偏光コーティング材料を用いた連続(例えば、ロール・トゥ・ロール)処理が可能になる。可撓性ガラス基体の化学的安定性を高めることで、二色性染料液晶系の選択の幅を広げることができる。可撓性ガラス基体の複屈折が本質的にゼロであることにより、偏光光学構成要素としての性能を高めることができる。

上述の本開示の実施形態は、どの実施形態も、単に可能な実施の例であり、本開示の様々な原理の明確な理解のために述べられたものに過ぎないことが強調されるべきである。上述の本開示の実施形態には、本開示の趣旨および様々な原理から実質的に逸脱することなく、多くの変更および変形がなされ得る。そのような変形および変更の全ては、本開示および本開示の範囲に包含され、添付の特許請求の範囲によって保護されることが意図される。