KR101611379B1 - 편광판 정전용량 방식 터치 스크린 - Google Patents

편광판 정전용량 방식 터치 스크린 Download PDF

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Abstract

터치 스크린 구조체는 편광 필름(polarizer film) 또는 분광기(analyzer)로 이루어진 정전용량 방식 터치 센서를 가질 수 있다. 본 명세서는 제1 플렉소 플레이트 및 제1 잉크에 의해, 편광 필름의 제1 면에 제1 패턴을 인쇄하는 단계를 포함하는 롤투롤 핸들링 시스템을 사용하여 정전용량 방식터치 센서를 제조하는 방법을 개시한다. 제2 패턴은 제2 플렉소 플레이트 및 제2 잉크에 의해, 상기 편광 필름의 제2 면에 인쇄된다. 상기 편광 필름을 경화되고 상기 제1 및 제2 패턴은 도금되어 조립된다.

Description

편광판 정전용량 방식 터치 스크린 {POLARIZER CAPACITIVE TOUCH SCREEN}
본 발명은 편광판 정전용량 방식 터치 스크린에 관한 것이다
관련출원의 상호 참조
본 출원은 2011년 10월 25일에 출원된 미국 가특허출원 제61/551,183호(대리인 관리번호: 2911-03000)에 대해 우선권을 주장하며, 그 내용은 인용에 의해 본 명세서에 포함된다.
예를 들어 LCD 또는 다른 디스플레이 스크린에 사용되는 것과 같은, 터치 스크린 기술은 투영형 정전용량 방식 터치 기술(Projected Capacitive Touch technology, PCT)을 사용할 수 있다. PCT 터치 스크린은 유리의 적층 시트(layered sheet)에 배치된 도전성 재료의 매트릭스를 포함할 수 있다. 도전성 재료는 하나 이상의 기판의 X 및 Y축 위에서 에칭되어 XY 격자를 형성하도록 조립될 수 있다. 이 격자는 전압이 인가되면 전계를 형성하고, 도전성 물체, 예를 들어 손가락 또는 스타일러스가 이 전계를 방해 또는 왜곡하면, 정전용량의 변화가 손가락 접촉에 의해 야기된 방해를 추적하기 위해 측정될 수 있다.
일 실시예에서, 롤투롤 핸들링 시스템(roll-to-roll handling system)을 사용하여 정전용량 방식 터치 센서를 제조하는 방법은, 제1 플렉소 플레이트 및 제1 잉크에 의해, 편광 필름의 제1 면에 복수의 제1 라인, 및 제1 테일을 포함하는 제1 패턴을 인쇄하는 단계; 및 제2 플렉소 플레이트 및 제2 잉크에 의해, 상기 편광 필름의 제1 면에 복수의 제2 라인, 및 제2 테일을 포함하는 제2 패턴을 상기 제1 패턴에 인접하여 인쇄하는 단계를 포함한다. 상기 실시예는 상기 인쇄된 편광 필름을 경화하는 단계; 상기 제1 패턴과 상기 제2 패턴을 도금하는 단계; 및 상기 복수의 제1 라인이 상기 복수의 제2 라인에 직교하여 배향되도록 상기 제1 패턴과 상기 제2 패턴을 조립하는 단계를 더 포함한다.
다른 실시예에서, 정전용량 방식 터치 센서를 포함하는 투영형(projected) 정전용량 방식 LCD 터치 스크린을 제조하는 방법은, 플렉소그래픽 인쇄 프로세스에 의해 제1 플렉소 플레이트 및 잉크를 사용하여 제1 필름의 제1 면에 복수의 제1 라인을 포함하는 제1 패턴을 인쇄하는 단계; 상기 제1 필름을 경화하는 단계; 상기 제1 필름을 도금하는 단계; 및 제2 필름을 세정하는 단계를 포함한다. 상기 실시예는 또한 제2 플렉소 플레이트를 사용하여 상기 제2 필름의 제1 면에 복수의 제2 라인을 포함하는 제2 패턴을 인쇄하는 단계; 상기 제2 필름을 경화하는 단계; 상기 제2 필름을 도금하는 단계; 및 상기 인쇄된 편광 필름을 경화하는 단계; 상기 복수의 제1 라인과 상기 복수의 제2 라인이 서로 직교하도록 상기 제1 필름과 상기 제2 필름을 조립하는 단계를 더 포함한다.
일 실시예에서, 정전용량 방식 터치 센서는, 제1 면과 제2 면을 포함하는 플렉시블 편광 필름을 포함하고, 상기 제1 면은 제1 플렉소그래픽 프로세스에 의해 인쇄되는 복수의 제1 라인, 및 제1 테일을 포함하고, 상기 제2 면은 복수의 제2 라인, 및 제2 테일을 포함하는 제2 면을 포함하며, 상기 제1 패턴과 상기 제2 패턴은, 플렉소그래픽 인쇄 프로세스에 의해 촉매를 함유하는 잉크를 사용하여 인쇄되고, 무전해 도금에 의해 도전성 재료를 사용하여 도금되며, 상기 제1 패턴과 상기 제2 패턴은, 상기 복수의 제1 라인과 상기 복수의 제2 라인이 서로 직교하여 배향되도록 인쇄된다.
본 발명의 예시적인 실시예의 상세한 설명을 위해,이제 첨부 도면을 참조한다.
도 1은 일 실시예의 터치 스크린 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 일 실시예의 센서를 구비한 터치 스크린 구성을 나타낸 도면이다.
도 3 (A)∼(C)는 일 실시예의 패터닝된 플렉소 마스터 패턴(flexo-master)의 등각 투상도 및 단면도이다.
도 4 (A) 및 (B)는 패터닝된 플렉소 마스터의 평면도이다.
도 5 (A) 및 (B)는 일 실시예의 정전용량 방식 터치 센서의 등각 투상도 및 단면도이다.
도 6은 터치 센서 제조 프로세스의 제조 방법의 실시예를 나타낸 도면이다.
도 7 (A)∼(B)는 일 실시예의 고정밀 잉크 계량 시스템(ink metering system)의 실시예이다.
도 8은 조립 인쇄된 터치 센서 회로의 평면도이다.
도 9는 블랙 매트릭스를 포함하는 터치 센서의 조립을 나타낸 도면이다.
도 10은 터치 스크린 구성의 등각 투상도이다.
도 11은 일 실시예의 정전용량 방식 터치 센서의 제조 방법을 나타낸 도면이다.
아래의 설명은 본 발명의 다양한 실시예에 관한 것이다. 이들 실시예들 중 하나 이상이 바람직할 수 있지만, 개시된 실시예들은 특허청구범위를 포함하여, 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되거나 사용되어서는 안 된다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자라면 아래의 설명이 광범위한 애플리케이션을 가지며, 임의의 실시예에 대한 설명은 그 실시예의 예시임을 의미하고, 특허청구범위를 포함하여, 본 발명의 범위가 그 실시예로 한정된다는 것을 시사하려는 의도는 아니라는 것을 알 것이다.
정전용량 방식 터치 센서는 터치 감응 기능(touch-sensitive feature)을 가지는 전자 장치에 사용될 수 있다. 이러한 전자 장치로는 계산 장치, 컴퓨터 디스플레이, 또는 휴대형 미디어 플레이어 등과 같이 디스플레이 장치를 포함할 수 있다. 디스플레이 장치는 텍스트, 그래픽, 동화상, 정지 화상 또는 프리젠테이션을 포함하는, 이미지를 표시하는 데 적합할 수 있는 텔레비전, 모니터 및 프로젝터를 포함할 수 있다. 이러한 디스플레이 장치에 사용될 수 있는이미지 장치는 음극선관(cathode ray tube, CRT), 프로젝터, 평판(flat) 액정 디스플레이(LCD), LED 시스템, OLED 시스템, 플라즈마 시스템, 전자 발광 디스플레이(electroluminescent display, ELD), 전계 방출 디스플레이(field emissive display, FED)를 포함할 수 있다. 터치 스크린 장치의 인기가 증가함에 따라, 제조업자들은 제조 비용을 줄이고 제조 프로세스를 단순화하면서 품질을 유지할 것인 제조 방법의 채용을 추구할 수 있다. 터치 스크린의 광학적 성능은 광 간섭, 예를 들어, 포토 리소그래피 프로세스에 의해 형성된 규칙적인 도전성 패턴에 의해 발생되는 모이레 효과(moire effect)를 줄임으로써 향상될 수 있다. 본 명세서에서는 미소 도전성 특징부(micro electrically conductive feature)가 단일 패스로 생성될 수 있는 대용량 롤투롤(high-volume roll-to-roll) 제조 프로세스로 플렉시블하고 광학적으로 순응하는 터치 센서를 제조하는 시스템 및 방법을 개시한다.
디스플레이 스크린에 활용될 수 있는 PCT 기술의 두 가지 유형은 상호 정전용량 방식(mutual capacitance) 또는 자기 정전용량 방식(mutual capacitance)이다. 자기 정전용량 방식 터치 센서는 X축과 Y축을 따라 복수의 전극 라인을 포함할 수 있다. 이 예에서는, 복수의 라인 각각이 눌려지고 복수의 라인의 임의의 축선 위의 두 개의 손가락은 그 라인 위에 하나의 손가락이 있는 것과 동일한 결과를 생성한다. 이 실시예에서, 첫 번째 손가락 또는 스타일러스의 위치와 두 번째 손가락 또는 스타일러스의 위치는, 하나의 손가락 위치로 읽는다. 다른 위치는 "고스트(ghost)"라고 불릴 수 있다.
자기 정전용량 방식 센서와는 대조적으로, 상호 정전용량 방식 센서는 조립된 제1 기판과 제2 기판의 각 세로열과 가로열의 모든 교차점에 커패시터가 존재하는 xy 격자로 구성되거나, 제1 기판이 x축에 인쇄된 패턴과 y축에 인쇄된 패턴을 가지고 나중에 절단되어 패턴들이 직교 배향되도록 조립된다. 상호 정전용량 방식 센서에서, X축을 따르는 복수의 라인 각각은 전압으로 펄싱되고(pulsed), Y축을 따르는 복수의 라인은 정전용량의 변화를 스캐닝된다. xy 교차점을 포함하는 각각의 노드는 개별 어드레스이고, 터치된 노드의 이미지는 터치 위치를 결정하기 위해 전압을 측정함으로써 구축된다. 유의해야 할 것은, 노드가 복수 라인의 모든 교차점에 위치한다는 것이다. 일 실시예에서, 이것은 터치 스크린의 다지점 제어와 조작을 허용하는 다수의 손가락, 스타일러스, 손바닥 또는 다른 도전성 도구(conductive implement)를 정확하게 추적할 수 있는, 멀티 터치 조작(multi-touch operation)을 허용한다.
본 명세서에서는, 예를 들어 롤투롤 제조 프로세스에 의해, 편광 정전용량 방식 터치 센서(polarizing capacitive flexible touch sensor, FTS) 회로를 제조하는 시스템 및 방법을 개시한다. 기판에 고해상도 도전성 라인을 인쇄하기 위해 선택된 디자인의 열 이미징(thermal imaging)을 이용하여 복수의 마스터 플레이트(master plate)를 제조할 수 있다. 기판의 제1 면에는 제1 롤을 사용하여 제1 패턴을 인쇄할 수 있고, 기판의 제2 면에는 제2 롤을 사용하여 제2 패턴을 인쇄할 수 있다. 무전해 도금(electroless plating)이 도금 프로세스 중에 사용될 수 있다. 무전해 도금은 다른 방법보다 더 많은 시간이 걸릴 수 있지만, 작고 복잡하거나 복잡한 형상(intricate geometry)에는 더 좋을 수 있다. FTS는 유전체층과 통신하는 복수의 얇은 플렉시블 전극을 포함할 수 있다. 전기 리드를 포함하는 확장된 테일(extened tail)이 전극에 부착될 수 있으며, 리드와 전기 통신하는 전기 커넥터가 있을 수 있다. 롤투롤 프로세스는, 플렉시블 기판이 제조 프로세스가 일어나는 시스템에의 공급을 위해 풀기 롤(unwinding roll)이라고 불릴 수도 있는 제1 롤 위에 적재되고, 그 후 프로세스가 끝나면 감기 롤(winding roll)이라고도 불릴 수 있는 제2 롤에 내려진다는 것을 의미한다.
터치 센서는 공지된 롤투롤 핸들링 방법을 통해 전달되는 얇은 가요성 기판을 사용하여 제조될 수 있다. 기판은 플라즈마 세정, 엘라스토머 세정, 초음파 세정 프로세스 등의 프로세스를 포함할 수 있는 세척 시스템으로 전달된다. 세척 사이클에 이어서 진공 챔버 내의 물리적 또는 화학적 기상 증착(physical or chemical vapor deposition)으로 박막 증착에 뒤따를 수 있다. 인쇄 단계라고도 불릴 수 있는 이 박막 증착 단계에서, 인듐 주석 산화물(ITO) 등의 투명 도전성 재료가 기판의 적어도 일면에 증착된다. 몇몇 실시예에서, 도전성 라인에 적합한 재료는 특히 구리(Cu),은(Ag), 금(Au), 니켈(Ni), 주석(Sn)과 팔라듐(PD)를 포함할 수 있다. 회로에 사용되는 재료의 고유저항(resistivity)에 따라, 상이한 응답 시간 및 전력 요건을 가질 수 있다. 도전성 물질의 증착층은 0.005마이크로옴/단위면적(sequre)∼500옴/단위면적 범위의 저항, 500옹스롬 이하의 물리적 두께, 및 25미크론 이상의 폭을 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 인쇄된 기판은 스프레이 증착(spray deposition) 또는 습식 화학 증착(wet chemical deposition)에 도포된 눈부심 방지 코팅(anti-glare coating) 또는 확산면 코팅(diffuser surface coating)을 가질 수 있다. 기판은, 예를 들어 적외선 히터, 자외선 히터, 컨벡션 히터 등에 의한 가열에 의해 경화될 수 있다. 이 프로세스는 반복될 수 있고, 적층, 에칭, 인쇄 및 조립의 몇 가지 단계는 터치 센서 회로를 완성하기 위해 필요할 수 있다.
인쇄된 패턴은 복수의 라인을 포함하는 고해상의 도전성 패턴일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 이 라인들은 미세한 크기일 수 있다. 패턴 인쇄의 어려움은 라인 크기가 감소하고 패턴 형상(pattern geometry)의 복잡도가 증가할수록 증가할 수 있다. 또한 다양한 크기와 형상의 특징부를 인쇄하는 데 사용되는 잉크는 달라질 수 있으며, 어떤 잉크 조성물은 더 크고 간단한 특징부에 더 적합할 수 있고, 어떤 것은 더 작고 더 복잡한 형상에 더 적합할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 패턴을 형성하는 데 사용되는 여러 인쇄 스테이션이 있을 수 있다. 이들 스테이션은 아니록스 롤에 전달될 수 잉크의 양에 의해 제한될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 여러 제품 라인 또는 애플리케이션에 걸쳐 제공(run)할 수 있는 특정 특징부를 인쇄하기 위한 전용 스테이션(dedicated station)이 있을 수 있으며, 이 전용 스테이션은, 몇몇 경우에, 모든 인쇄 작업에 동일한 잉크를 사용할 수 있거나, 나중에 롤을 변경하지 않고 연속 사용될 수 있는 몇 가지 제품 또는 제품 라인에 공통인 표준 특징부(feature)일 수 있다. 몇몇 실시예에서는 0.5∼30BCM(billion cubic microns) 범위에서, 다른 실시예서는 9∼20BCM 범위에서 변화할 수 있는, 전사 프로세스에 사용되는 아니록스 롤 또는 롤들의 셀 용량(cell volume)은, 전사되는 잉크의 종류에 따라 달라질 수 있다. 패턴의 전부 또는 일부를 인쇄하는 데 사용된 잉크의 종류는, 라인의 단면 형상, 선 두께, 선 폭, 선 길이, 라인 연결성, 전체 패턴 형상을 포함하는 여러 가지 요인에 의존할 수 있다. 인쇄 프로세스에 더하여, 원하는 형상의 높이를 얻기 위해 프린트 기판에 대해 적어도 하나의 경화 프로세스가 수행될 수 있다.
도 1은 종래 터치 스크린 구성인 구조체(100)를 도시한다. 구조체(100)는 종래의 터치 센서를 포함한다. 도 1은 광원(102)을 포함한다. 백라이트는 터치 스크린에 사용되는 조명원의 한 유형이다. 백라이트는 광원, 강화 필름 및 확산 판(diffuser plate)을 포함할 수 있다. 백라이트용 광원은 전계 발광 패널(electroluminescent panel, ELP), 냉음극 형광 램프(cold cathode fluorescent lamp, CCFL), 열음극 형광 램프(hot cathode fluorescent lamp, HCFL), 직물 광섬유 메시(woven fiber optic mesh), 백열 램프(incandescent lamp), 및 발광 다이오드(light emitting diode, LED)를 포함할 수 있다. 광원의 다른 부속품과 함께 확산판은, 광원에서 제1 편광판(104)으로 방출되는 균일한 분포의 광을 생성한다. 제1 편광판(104)은 백라이트(102)로부터 방출된 광빔을 편광시켜 특정한 선형 편광의 광만을 통과시킨다. 가장 일반적으로 시판되는 편광판은 이색성 염료 분자(dichroic dye molecule)나 결정을 함유하는 고도로 일축 배향된((highly uniaxially oriente) 폴리머 재료로 제조될 수 있다. 일 실시예에서, 높은 이색 비(dichroic ratio)의 편광판은 긴 요오드 착물(iodine complex)을 함유하는 얇은 폴리 비닐 알코올(polyvinyl alcohol, PVA) 필름으로 구성될 수 있다. 이러한 편광판은 흡수 재료에 대해 높은 분자 질서를 필요로 할 수 있고, 이 질서는 PVA의 연신 필름(stretched film) 내로의 염료의 흡착에 의해 달성될 수 있다. 이러한 이색성 편광판은, 그 긴 분자 또는 결정 축이 광 흡수의 전이 순간(transition moment)에 거의 평행한 봉형(rod-like) 분자 또는 결정 구조를 가지는 이색성 재료에 기초할 수 있다. 폴리머는 이색성 액체를 흡수할 수 있으므로 요오드 이온 또는 염료 이온이 폴리머 내부로 확장된다. 폴리머는 가열 및 연신되어 PVA 멤브레인이 될 수 있다. 바람직한 실시예에서 광 투과는 약 5%이어야 한다. 광의 나머지 95%는 필름의 층들에 의해 굴절, 반사 또는 흡수될 수 있다. 이러한 편광판은 긴 분자 축을 따라 편광된 광을 흡수하고, 이 축에 직교하는 모든 방향으로 편광된 광의 대부분을 투과시킬 수 있다. 이색성 편광판의 흡수율 및 투과율(transmittance)은 액정 디스플레이(LCD)의 밝기에 영향을 미치는 두 가지 요인이다. 온도 및 습도에 저항성과 같은, 편광판의 기계적 특성은 편광층을 보호하는 데 최적이 아닐 수 있으므로, 트리아세틸 셀룰로오스(TAC)의 필름이 편광층을 보호하기 위해 사용될 수 있다. 요오드 편광 필름의 보디(body)는 상부 및 하부 측에서 TAC 보호 필름으로 코팅될 수 있고, 보호층의 두께는 최대 200미크론일 수 있다.
다시 도 1로 돌아가면, 박막 액정층(110)이 TFT(thin film transistor, 박막 트랜지스터)(108)와 RGB((적색, 녹색 및 청색) 필터(112) 사이에 배치된다. 유리 기판(106)은 TFT(108)를 포함하고(carry) 유리 기판(114)은 RGB 필터(112)를 포함한다. 컬러 필터의 기본 구조에 따르면, 블랙 매트릭스 위로 세 개의 원색 패턴(적색, 녹색, 청색)이 형성된다. 크롬 또는 수지로 이루어지는 이 블랙 매트릭스는, 인접 화소로부터의 컬러 크로스토크 및 백라이트의 누출을 방지하기 위해, 유리 기판(114) 위에 형성될 수 있다. 컬러 패턴 위에, 인듐 주석 산화물(ITO) 필름이 퇴적된다(deposited). 제2 편광판(116)은 제2 유리 기판(114)의 상부에 배치된다. 이 제2 편광판(116)은 또한 분광기(analyzer)로도 알려져 있다. 바람직하게는, 분광기(116)에 의해 사용되는 편광 방향은 제1 편광판(104)의 편광 방향에 수직이다.
일 실시예에서, 터치 스크린은 장치를 환경 조건으로부터 보호 및 분리하고 마멸(abrasion), 정상적인 마모(wear), 산소 및 다른 유해한 화학 약품에 대해 보호하기 위해 커버 필름(122)을 포함할 수 있다. 일반적으로 터치 스크린 패널에서는 투명/경질 코팅(clear/hard coating)을 구비한 유리 또는 폴리에스테르((PET) 필름이 보호용 커버층으로서 채용된다.
도 2는 일 실시예의 터치 스크린 구성이다. 구성(200)에서, 백라이트와 같은 광원(202)이 제1 편광판(204)에 의해 하나의 직선 방향(도시하지 않음)으로 편광될 수 있는 광 빔을 생성한다. 액정 셀(210)은 TFT(208)와 RGB 필터(212) 사이에 배치된다. 제1 유리 기판(206)과 제2 유리 기판(214)은 액정 셀(210)을 캡슐화한다. 제1 유리 기판(206)은 TFT(208)를 포함하고 유리 기판(214)은 RGB 필터(212)를 포함한다. 컬러 필터는, 예를 들어 블랙 매트릭스 위로 세 개의 원색 패턴(적색, 녹색, 청색)이 형성될 수 있다. 유리 기판(214) 위에, 인접 화소로부터의 컬러 크로스토크 및 백라이트의 누출을 방지하기 위해, 크롬 또는 수지로 이루어지는 블랙 매트릭스가 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 컬러 패턴 위에 인듐 주석 산화물(ITO) 필름이 퇴적된다.
제2 유리 기판(214)은 정전용량 방식 터치 센서(216) 위에 된다. 터치 센서(216)는 플렉시블 편광 필름의 양면에 인쇄된 도전성 라인에 의해 형성된다. 이 도전성 라인들은, 플렉소그래픽 프로세스를 사용하여 인쇄된 후 도금되는 도전성 미세 구조(microstructural) 패턴을 포함할 수 있고 이는 도전성 재료의 폭이 기판의 인쇄 평면을 따라 50㎛보다 작은, 비도전성 기판 위에 패터닝된 도전성 재료를 포함할 수 있다. LCD의 두 편광판 사이의 모든 재료는 광학적으로 등방성이어야 한다. LCD는 광을 특정한 극성으로 배향함으로써 기능하고, 광을 확산, 굴절, 또는 그 극성을 변경하는 임의의 재료는 LCD의 성능을 저하시킬 것이다. 유리 및 일부 폴리 카보네이트는 광학적으로 등방성(optically isotropic) 재료의 예이다. 일 실시예에서, 바람직한 터치 스크린 구조체(200)는 장치를 환경 조건으로부터 보호 및 분리하고 마멸, 정상적인 마모, 산소 및 다른 유해한 화학 약품에 대해 보호하기 위해 커버 유리(218)를 포함할 수 있다. 보호용 커버 필름은, 예를 들면, 폴리에스테르(PET) 필름일 수 있다. 일반적으로, 투명/경질 코팅을 구비한 유리 또는 폴리에스테르(PET) 필름이 터치 스크린 패널의 보호용 커버층으로 채용된다. 이와는 달리, 몇몇 실시예에서, 경질 코팅(도시되지 않음)이 커버 유리(218)의 대체품으로서 정전용량 방식 터치 센서(216)의 외면에 직접 도포될 수 있다. 단일 및 다관능성 아크릴 모노머(mono and multifunctional acrylic monomer)와 아크릴 올리고머를 포함하는 특별히 배합된 UV 경화성 코팅액(curable coating solution)이 터치 센서(216)의 일측 또는 양측에 도포될 수 있다. 코팅 도포 방법은 ? 코팅(dip coating), 슬롯 다이(slot die) 및 롤투롤 인쇄(roll to roll printing)를 포함할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 코팅액 내에서 모노머 사슬의 가교에 의해 형성된 고밀도 가교 폴리머 구조는, 예를 들어, 두께 5∼50미크론이고 연필 경도(pencil hardness)가 최대 약 6H인 코팅층을 만들 수 있다.
마스터 플레이트 형성
플렉소그래피는, 릴리프 플레이트(relief plate)가 예를 들어 양면 접착제로 인쇄 실린더 위에 장착되는 회전 웹 활판 인쇄기(rotary web letterpress)의 한 형태이다. 마스터 플레이트 또는 플렉소 플레이트(flexoplate)라고도 불릴 수 있는 이 릴리프 플레이트들은, 고속 건조하는 저점도 용매, 및 아니록스(anilox)나 다른 두 개의 롤러 잉킹 시스템(roller inking system)으로부터 공급된 잉크와 함께 사용될 수 있다. 아니록스 롤은 측정된 양의 잉크를 인쇄 플레이트에 제공하기 위해 사용되는 실린더일 수 있다. 잉크는, 예를 들어 수성(water-based) 또는 자외선(UV) 경화성 잉크일 수 있다. 일례에서, 제1 롤러는 잉크를 잉크 팬 또는 계량 시스템(metering system)에서 미터 롤러(meter roller) 또는 아니록스 롤로 전달한다. 잉크는 아니록스 롤러에서 플레이트 실린더로 전달될 때, 균일한 두께로 계량된다. 기판이 롤투롤 핸들링 시스템을 통해 플레이트 실린더에서 임프레션 실린더(impression cylinder)로 이동하면 임프레션 실린더는 릴리프 플레이트 위의 이미지를 기판에 전사하는 플레이트 실린더에 압력을 가한다. 몇몇 실시예에서는, 플레이트 실린더 대신에 파운틴 롤러(fountain roller)가 있을 수 있고, 닥터 블레이드(doctor blade)가 롤러 전역의 잉크 분포를 향상시키기 위해 사용될 수 있다.
플렉소그래픽 플레이트는, 예를 들어 플라스틱, 고무, 또는 UV 감응(UV-sensitive) 폴리머라고도 불릴 수 있는 광 폴리머(photopolymer)로 제조될 수 있다. 이 플레이트는, 레이저 조각(laser engraving), 사진 제판법(photomechanical), 또는 광화학적 방법(photochemical method)에 의해 제조될 수 있다. 이 플레이트는 구입 또는 임의의 공지된 방법에 따라 제조될 수 있다. 바람직한 플렉소그래픽 프로세스는, 인쇄 스테이션(printing station)의 하나 이상의 스택이 프레스 프레임(press frame)의 각 측에 세로로 배열되어 있고 각각의 스택이 한 종류의 잉크를 사용하여 인쇄하는 자신의 플레이트 실린더를 가지는, 스택형(stack type)으로 설정될 수 있으며, 이 설정은 기판의 일면 또는 양면에 대한 인쇄를 가능하게 할 수 있다. 다른 실시예에서, 중앙의 임프레션 실린더가 사용될 수 있으며, 프레스 프레임에 장착된 단일 임프레션 실린더를 사용한다. 기판이 프레스로 진입하면, 임프레션 실린더과 접촉하고 적절한 패턴이 인쇄된다. 이와는 달리, 인쇄 스테이션이 수평 라인으로 배치되고 공통 라인 샤프트에 의해 구동되는 인라인 플렉소그래픽 인쇄 프로세스가 사용될 수 있다. 이 예에서, 인쇄 스테이션은 경화 스테이션(curing station), 절단기(cutter), 폴더(folder), 또는 다른 인쇄 후 처리 장비(post-printing processing equipment)에 결합될 수 있다. 플렉소그래픽 프로세스의 다른 구성을 사용할 수 있음은 물론이다.
일 실시예에서, 플렉소 플레이트 슬리브(flexo plate sleeve)는, 예를 들어 인더라운드(in-the-round, ITR) 이미지 형성 프로세스(imaging process)에서 사용될 수 있다. ITR 프로세스에서는, 플랫 플레이트가 종래의 플레이트 실린더라고도 불릴 수 있는 인쇄 실린더에 장착될 수 있는 위에서 설명한 방법과는 대조적으로, 광 폴리머 플레이트 재료가 프레스에 적재될 슬리브 위에서 가공된다. 플렉소 슬리브는 표면 위에 배치된 레이저 어블레이션 마스크 코팅(laser ablation mask coating)을 구비한 광 폴리머의 연속적인 슬리브일 수 있다. 다른 예에서, 광 폴리머의 개별 부분은 테이프로 베이스 슬리브에 장착되어 전술한 레이저 어블레이션 마스크를 구비한 슬리브와 동일한 방식으로 이미지화되고 가공될 수 있다. 플렉소 슬리브는 몇 가지 방법으로, 예를 들면, 캐리어 롤의 표면에 장착되는 이미지화된 플랫 플레이트용의 캐리어, 또는 직접 이미지가 새겨져 있는(인더라운드, in-the-round) 슬리브 표면으로서 사용될 수 있다. 슬리브가 캐리어 롤로서만 역할하는 예에서, 이미지가 새겨진 인쇄 플레이트는 슬리브에 장착될 수 있으며, 그 후에 실린더상 인쇄 스테이션으로 인스톨된다. 이들 미리 장착된 플레이트는, 슬리브가 슬리브에 이미 장착된 플레이트들과 함께 저장될 수 있기 때문에, 전환 시간을 줄일 수 있다. 슬리브는 열가소성 복합체(thermoplastic composite), 경화성 복합체(thermoset composite), 및 니켈을 포함하는, 다양한 재료로 제조될 수 있으며, 균열 및 쪼개짐에 강한 섬유로 강화될 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 장기적으로는, 매우 높은 품질의 인쇄에는 발포 고무(foam) 또는 쿠션 베이스를 포함하는 재사용 가능한 슬리브가 사용된다. 몇몇 실시예에서, 발포고무 또는 쿠션재(cushioning) 없는 일회용의 "얇은" 슬리브가 사용될 수 있다.
도 3 (A)∼(C)는 플렉소 마스터 실시예를 나타낸다. 전술한 바와 같이, 용어 "마스터 플레이트" 및 "플렉소 마스터"는 상호 교환적으로 사용될 수 있다. 도 3 (A)는 원통형인 직선 플렉소 마스터(400)의 등각 투상도이다. 도 3 (B)는 회로 패턴닝된 플렉소 마스터(404)의 일 실시예의 등각 투상도이다. 도 3 (C)는, 도 3 (A)에 도시된 직선 플렉소 마스터(402) 일부의 블록(406)에서의 단면도이다. 도 3 (C)는 또한 플렉소 마스터 돌기의 폭인 "W"를 표시하며, "D"는 복수의 돌기(406)의 중심점 사이의 거리이고, "H"는 돌기(406)의 높이이다. 몇몇 실시예에서(도시하지 않음), D, W 및 H 중 하나 또는 모두는 플렉소 마스터 전역에 걸쳐 동일할 수 있다. 다른 실시예에서(도시하지 않음), D, W 및 H 중 하나 또는 전부는 플렉소 마스터 전역에 걸쳐 다를 수 있다. 일 실시예에서(도시하지 않음), 플렉소 마스터 돌기의 폭 W는 3∼5미크론 사이이고, 인접한 돌기 사이의 거리 D는 1∼5㎜ 사이이고, 돌기의 높이 H는 3∼4미크론까지 변화할 수 있으며, 돌기의 두께 T는 1.67∼ 1.85mm 사이이다. 일 실시예에서, 인쇄는, 예를 들어 두 개의 패턴을 모두 포함하는 하나의 롤을 사용하거나, 각각이 하나의 패턴을 포함하는 두 개의 롤에 의해, 기판의 일면에 수행될 수 있으며, 그 기판은 그 후 절단 및 조립될 수 있다. 다른 실시예에서는, 기판의 양면이, 예를 들어 두 개의 상이한 인쇄 스테이션과 두 개의 상이한 플렉소 마스터를 사용하여, 인쇄될 수 있다. 예를 들어, 인쇄 실린더는 값비싸고 변경이 어려워서, 실린더가 대량 인쇄에는 효율적이지만 소규모 배치(small batch) 또는 독특한 구성에는 시스템을 바람직하지 않게 할 수 있기 때문에, 플렉소 마스터가 사용될 수 있다. 작업 전환(changeover)에는 시간이 필요하기 때문에 비용이 많이들 수 있다. 대조적으로, 플렉소그래픽 인쇄는, 새로운 플레이트를 만들기 위해 광 플레이트에 대해 자외선 노출이 사용될 수 있어 제조에 시간이 가능한 한 적게 걸릴 수 있다는 것을 의미할 수 있다. 일 실시예에서, 이들 플렉소 마스터와 함께 적합한 잉크를 사용하면, 예를 들어 잉크 전달중에 압력 및 표면 에너지가 제어될 수 있는 더욱 제어된 방식으로 저장소(reservoir) 또는 팬으로부터 잉크가 적재될 수 있도록 할 수 있다. 잉크가 인쇄시 제자리에 머무르고 인쇄 패턴으로부터 흐르거나, 번지거나, 또는 변형되지 않도록, 그리고 잉크를 합쳐서 그 원하는 특성을 만들 수 있도록, 인쇄 프로세스에 사용되는 잉크는 접착성, 점도, 및 첨가제와 같은 특성을 가질 필요가 있을 수 있다. 바람직하게는, 잉크는 도금, 예를 들면, 무전해 도금에 도움이 되는 촉매를 포함하므로, 최종 제품(finished product)의 예상 성능을 촉진하기 위해 인쇄된 패턴을 미러링하도록(mirror), 그 촉매는 도금 프로세스에 의해 활성화된다. 각각의 패턴은, 예를 들어 적어도 하나의 플렉소 마스터와 적어도 한 종류의 잉크를 포함하는 레시피를 사용하여 제조될 수 있다. 상이한 해상도의 라인, 상이한 크기의 라인, 상이한 형상은, 예를 들어 상이한 레시피를 필요로 할 수 있다.
도 4 (A)는 일 실시예의, 기판에 인쇄될 패턴(500a)을 가지는 플렉시블 편광 필름의 일면의 평면도를 나타낸다. 제1 패턴(500a)은 XY 격자의 Y 배향 세그먼트를 구성할 수 있는 복수의 제1 라인(502), 및 전기 리드(506)와 전기 커넥터(508)를 포함하는 테일(504)을 포함하여, 제1 플렉시블 편광 필름의 일면에 인쇄될 수 있다. 도 4 (B)는 제2 플렉시블 편광 필름의 일면에 인쇄될 수 있는 제2 패턴(500b)의 실시예를 도시하고, 제2 패턴(500b)은 XY 격자의 X 배향 세그먼트(도시되지 않음)를 구성할 수 복수의 라인(510), 및 전기 리드(514)와 전기 커넥터(516)를 포함하는 테일(512)을 포함한다. 일 실시예에서, 결합된 제1 패턴과 제2 패턴은, RGB 필터(212)에 내장된 블랙 매트릭스의 크기 및 형상과 일치할 것인 XY 격자를 형성할 것이다.
도 5 (A) 및 (B)는 회로 구조체의 일 실시예이다. 도 2 및 도 5 (A)로 돌아가면, 도 5 (A)는 정전용량 방식 터치 센서(216)의 단면도를 나타내는 회로 구조체(600)를 도시한다. 단면도(602)는 정전용량 방식 터치 센서(216)의 일례이다. 도 5 (B)는 정전용량 방식 터치 센서(216)의 등각 투상도(610)이다. 편광 필름(608)의 상면(608a) 및 하면(608b)은 도전성 재료로 이루어지는 얇고 투명한 플렉시블 패턴으로 코팅된다. 도 5 (A) 및 (B)에서, 상부 전극(604)과 하부 전극(606)은 플렉시블 편광 필름(608)의 상면(608a) 및 하면(608b)에 인쇄된 것이 도시되어 있다. 전극에 사용되는 재료는, 예를 들면 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 니켈(Ni), 주석(Sn) 및 팔라듐(PD)을 포함할 수 있다. 회로에 사용되는 재료의 고유저항(resistivity)에 따라, 상이한 응답 시간 및 전력 요건을 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 회로선은 0.005 마이크로옴/단위면적∼500옴/단위면적 사이의 고유저항을 가질 수 있고, 나노초∼피코초 사이의 응답 시간을 가질 수 있다. 단위면적당 2∼10옴 사이의 고유저항이 바람직하다. 이 예에서, "/단위면적(per square)"은 두 패턴이 서로 직교하여 조립되어 격자 또는 xy 격자로 불릴 수 있도록 형성될 때 생성되는 정사각형(square)을 의미한다. 일반적으로, 위의 전극 금속 구성을 가지면, ITO(Indium Tin Oxide)를 사용하는 것보다 전력을 75% 덜 소비하는 회로가 달성될 수 있다.
전극은 복수의 라인, 및 테일로 구성된다. 도 5 (A) 및 (B)에 도시된 실시예에서, 복수의 전국 라인의 단면 형상(cross-sectional geometry)은 정사각형이다. 그러나, 복수의 라인의 각각의 단면 형상은, 직사각형, 정사각형, 사다리꼴, 삼각형, 또는 반원 등의 임의의 적당한 형상일 수 있다. 인쇄된 전극의 폭 W은 허용오차 +/- 10%를 가지고 5에서 35미크론까지 변화할 수 있다. 라인들 사이의 간격 D는 약 1mm에서 5mm까지 변화할 수 있다. 최적의 광학 성능을 위해, 도전성 패턴은 디스플레이의 블랙 매트릭스의 크기 및 형상과 일치해야 한다. 이와 같이, 간격 D 및 폭 W는 디스플레이의 블랙 매트릭스의 크기의 함수이다. 높이 H는 약 6나노미터∼약 15미크론 범위일 수 있다. 편광 필름(608)은 1미크론∼1밀리미터 사이의 두께 T와 20다인/센티미터(D/cm)∼90D/cm의 바람직한 표면 에너지를 보일 수 있다. 위의 502와 504에 복수의 제1 라인과 복수의 제2 라인이 개시되어 있지만, 위의 치수 정보는 위에 개시된 복수의 라인 중 하나 또는 양쪽 모두에 적용될 수 있다.
고해상도 도전성 라인의 인쇄
도 6은 정전용량 방식 터치 센서를 제조하는 방법의 실시예이다. 제조 방법 (700)은 정전용량 방식 터치 센서를 제조하는 방법이다. 도 6에서, 길고 얇은 플렉시블 편광 필름(608)이 풀기 롤(unwind roll)(702)에 위치한다. 편광 필름(608)의 두께는, 터치 센서가 휠 때 과도한 응력을 회피하기 위해, 그리고 광 투과율을 향상시키기 위해 충분히 얇게, 또 제조 프로세서 중에 그 층 또는 그 재료 특성의 연속성을 보존할 수 있을 정도 충분히 얇게 선택될 수 있다. 바람직하게는, 편광 필름(608)의 두께는 1미크론∼1mm 사이일 수 있다.
편광 필름(608)은, 바람직하게는 롤투롤 핸들링 방법을 통해, 풀기 롤(702)에서 제1 세정 스테이션(704)으로 전달된다. 롤투롤 프로세스는 플렉시블 재료가 관여(involve)하므로, 특징부(feature)들의 정렬이 다소 어려울 수 있다. 고해상도 라인을 인쇄하는 것이 바람직할 수 있음을 감안할 때, 적절한 정렬을 유지함에 있어 정밀도는 셋업 및 제조 프로세서에 있어 고려될 수 있다. 일 실시예에서는, 위치결정 케이블(706)이 특징부들의 적절한 정렬을 유지하기 위해 사용되며, 다른 실시예에서는 임의의 공지된 수단이 이 목적을 위해 이용될 수 있다. 정렬이 흐트러진(off) 경우, 아래에 개시되는 인쇄 프로세스는 정확하게 진행되지 않을 수 있고, 이는 비용과 안전에 과정은 모두 비용 및 안전에의 영향을 초래할 수 있다. 몇몇 실시예에서 제1 세정 시스템(704)은 고전계 오존 발생기(high electric field ozone generator)를 포함한다. 생성된 오존은 편광 필름(608)으로부터 오일이나 그리스와 같은 불순물을 제거하기 위해 사용된다.
그 후 편광 필름(608)은 제2 세정 시스템(708)에서 제2 세정을 거칠 수 있다. 이 특정한 실시예에서, 제2 세정 시스템(708)은 웹 클리너를 포함할 수 있다. 웹 클리너는 웹 또는 기판에서 입자를 제거하기 위해 웹 제조에 사용되는 임의의 장치이다. 세정 스테이션(704, 708) 후에 편광 필름(608)은, 미세 패턴이 편광 필름(608)의 면 중 하나에 인쇄되는 제1 인쇄 프로세스를 거친다. 미세 패턴은 마스터 플레이트(710)에 의해, 200∼2000cps 사이의 점도를 가질 수 있는 UV 경화성 잉크를 사용하여 임프린트된다. 잉크는 모노머, 올리고머 또는 폴리머, 금속 원소, 금속 원소 착물 또는 이산적으로 기판 표면 위로 도포되는 액체 상태의 유기 금속의 조합일 수 있다. 또한, 미세한 패턴은 2∼20미크론 사이의 폭을 갖는 라인을 포함하고, 도 5 (A)에 도시된 제1 패턴과 유사할 수 있다. 마스터 플레이트(710)에서 편광 필름(608)으로 전달되는 잉크의 양은 제1 인쇄 스테이션(712)에서 고정밀 계량 시스템에 의해 조절될 수 있고, 프로세스의 속도, 잉크 조성물, 패턴 형상, 치수는 물론, 패턴을 포함하는 복수의 라인의 단면 형상에 따라 달라질 수 있다. 기계의 속도는 20fpm(feet per minute)∼750fpm 사이의 범위에서 변화할 수 있는 한편, 50fpm∼200fpm이 일부 애플리케이션에 적합할 수 있다. 잉크는 도금 촉매를 포함할 수 있다. 도금 촉매는 도금 프로세스에서 화학 반응을 가능하게 하는 물질이다.
제1 인쇄 프로세스(712)에 이어서 인쇄된 잉크 패턴으로부터 패터닝된 라인을 형성하기 위해 경화 스테이션(714)에서의 경화 프로세스가 뒤따를 수 있다. 경화 프로세스는 기판 위에 이전에 도포된 임의의 코팅 또는 잉크 임프린트를 건조, 고화(solidifying) 또는 고정하는 프로세스를 가리킬 수 있다. 경화는, 목표 강도 약 0.5mW/cm2∼약 50mW/cm2이고 파장이 약 280nm∼약 480nm인 자외선 경화 스테인션(714)를 포함할 수 있다. 또 경화 프로세스는 약 20℃∼약 85℃의 온도 범위 내에서 열을 가하는 오븐 가열 스테이션(716)을 포함할 수 있다.
편광 필름(608)의 패터닝되지 않은 하면(bottom side)이 이어서 인쇄되어, 전술한 바와 같이 인쇄된 전극으로부터 편광 필름(608)의 반대 면에 터치 센서의 전극을 제공하는 미세 패턴을 형성한다. 미세 패턴은 편광 필름(806)의 하면에 인쇄된다. 이 미세 패턴은 제2 마스터 플레이트 (720)에 의해 UV 경화성 잉크를 사용하여 임프린트된다. 도 5에 도시된 제2 패턴과 유사한 패턴이 사용될 수 있다. 마스터 플레이트(720)에서 편광 필름(608)의 하면으로 전달되는 잉크의 양은 고정밀 계량 스테이션(722)에 의해 조절될 수 있다. 이 제2 인쇄 프로세스에 이어서 경화 스테이션(724)에서의 경화 단계가 뒤따를 수 있다. 경화는, 목표 강도 약 0.5mW/cm2∼약 50mW/cm2이고 파장이 약 280nm∼약 480nm인 자외선 경화 스테인션(724)를 포함할 수 있고, 또 약 20℃∼약 85℃의 온도 범위 내에서 열을 가하는 오븐 가열 스테이션(726)을 포함할 수 있다.
무전해 도금
편광 필름(608)의 양면에 인쇄된 미세 패턴, 패터닝된 제1 라인(718) 및 패터닝된 하부 라인(728)에 의해, 편광 필름(608)이 무전해 도금 스테이션(730)에 노출될 수 있다. 용어 "무전해 도금"은 주어진 표면에 도전성 재료의 층을 퇴적하는 데 사용되는 촉매 활성화 화학적 기술(catalyst activated chemical technique)을 설명하는 것 일 수 있다. 도금 촉매는 도금 프로세스의 화학 반응을 가능하게 하는 물질일 수 있다. 인쇄된 패턴의 품질은 그 패턴 위의 고릅의 품질에 영향을 미칠 수있으며, 기판 또는 기판들을 인쇄하는 데 사용되는 잉크는 도금 프로세스 동안에 활성화되는 촉매를 적어도 함유할 수 있다. 일 실시예에서, 도전성 재료의 퇴적은 1nm/min∼100nm/min로 수행되고, 바람직하게는 5nm/min∼15nm/min로 수행된다.
이 단계에서 도전성 재료의 층이 미세 패턴 위에 퇴적된다. 이것은 20∼90℃ 사이의 온도 범위(몇몇 실시예에서는 80℃로 인가됨)에서 액체 상태의 구리 또는 다른 도전성 재료를 수용하는 탱크를 사용하는 무전해 도금 스테이션(730) 내에, 편광 필름(608)의 패터닝된 제1 라인(718)과 패터닝된 하부 라인(728)을 침지함으로써 달성될 수 있다. 퇴적 속도(deposition rate)는, 웹의 속도와 애플리케이션에 따라 달라지지만, 약 0.001미크론∼약 100미크론의 두께 내에서 10nm/min(nanometer per minute)일 수 있다. 이 무전해 도금 프로세스는 전류의 인가를 필요로 하지 않고, 경화 프로세스 동안에 UV 방사선에 대한 노출에 의해 활성화된 도금 촉매를 함유하는 패터닝된 영역만을 도금한다. 다른 실시예서는 니켈이 도금 금속으로서 사용된다. 구리 도금조(plating bath)는, 보로하이드라이드(borohydride) 또는 하이포포스파이트(hypophosphite)와 같은, 도금이 일으키는 강력한 환원제를 포함할 수 있다. 도금 두께는, 전계의 부존재로 인해, 전해 도금에 비해 균일해지는 경향이 있다. 무전해 도금은 미세한 특징부를 포함할 수 있는 복잡한 형상에 적합할 수 있다. 도금 스테이션(730)에서의 도금 후, 정전용량 방식 터치 센서(216)가 편광 필름(608)의 양면에 인쇄된 도전성 라인(718, 728)에 의해 형성된다.
무전해 도금 스테이션(730)에서의 무전해 도금 후에, 정전용량 방식 터치 센서(216)는 세척 스테이션(732)에서 실온의 물을 수용하는 세정 탱크 속으로 침지됨으로써 세정될 수 있고 그 후 실온의 공기 인가를 통해 건조된다. 다른 실시예에서는, 건조 프로세스 후에 도전성 재료와 물 사이에 임의의 위험하거나 바람직하지 않은 화학 반응을 방지하기 위해, 패턴 스프레이에서 패시베이션 단계가 추가될 수 있다. 이 예에서, 편광 필름(608)은 양면에 인쇄된다. 제2 예에서는, 제1 필름이 일면에 인쇄될 수 있고, 제2 필름이 일면에 인쇄될 수 있으며, 아래에 나타낸 바와 같이 필름이 가공된 다음 조립된다. 제3 예에서, 제1 필름은, 필름의 일면에 인쇄 된 패턴을 가질 수 있고, 그 필름은 나중에 아래에 나타낸 바와 같이 가공된 후, 절단 및 조립된다. 제2 및 제3 예에서, 조립 프로세스는 제1 패턴의 복수의 라인이 제1 패턴의 복수의 라인과 직교하여 조립되어 xy 격자를 형성하도록 하는 조립 단계를 포함한다. 이 조립 프로세스는 패턴을 절단 또는 찢는 단계를 포함할 수 있고, 기판은 몇몇 실시예에서 절단할 곳을 표시하는 마크를 가지거나, 쉽게 찢을 수 있도록 만드는 천공(perforation)을 가진다. 다른 실시예에서, 패턴은 접혀 서로 중첩될 수 있고, 접기 전에 분리할 필요가 없거나 그 접기가, 예를 들면 기판 내의 마킹(marking), 압입(indentation), 또는 천공으로 인해 패턴들 사이를 분리시킨다. 몇몇 실시예에서, 마킹 또는 천공은 가공 이전에 추가될 수 있고, 다른 실시예에서 마킹 또는 천공은 가공 중에 추가될 수 있다.
정밀 계량 시스템
도 7 (A) 및 (B)는 고정밀 계량 시스템의 실시예이다. 인쇄 프로세스는, 최종적으로 도전성 재료로 도금될 잉크 패턴이 형성되는 것이다. 따라서, 인쇄된 패턴의 무결성(integrity), 라인 형상, 두께, 균일성, 및 패턴 형성은 도금된 패턴의 무결성에 영향을 미칠 수 있다. 도 7 (A)는 고정밀 계량 시스템(712)의 실시예이고, 도 7 (B)는 고정밀 계량 시스템(722)의 실시예이다. 도 6의 제2H 방법(700)의 두 인쇄 단계에서 설명한 바와 같이, 두 스테이션(712, 722)는 도 7(A)의 제1 마스터 플레이트(710)와 도 7 (B)의 제2 마스터 플레이트(720)에 의해 편광 필름(608)에 전달되는 잉크의 양을 제어한다. 도 7 (A)의 스테이션은 기판의 제1 면을 인쇄하는 데 사용되고, 도 7 (B)의 스테이션은 기판의 다른(제2) 면을 인쇄하는 데 사용된다. 도 7 (A)는 잉크 팬(802a), 전달 롤(transfer roll)(804), 아니록스 롤러(806a), 닥터 블레이드(808a) 및 마스터 플레이트(710)를 보여준다. 아니록스 롤은 인쇄 플레이트에 측정된 양의 잉크를 공급하는 데 사용되는 실린더 일 수 있고, 단일 프로세스에는 하나 이상의 롤이 사용될 수 있고, 롤 또는 롤들이 잉크팬 또는 계량된 잉크 시스템과 함께 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 잉크 팬(802a)에 수용된 잉크의 일부가, 표면이 셀로 알려진, 수백 만개의 매우 미세한 딤플(dimple)을 포함하는 산업용 세라믹으로 코팅되어 있는 강철 또는 알루미늄 코어로 구성될 수 있는, 아니록스 롤러(806a)에 전달된다. 인쇄 프로세스의 설계에 따라, 아니록스 롤러(806a)는 잉크 팬(802a)에 반침지(semi-submersed)되거나 계량 롤(metering roll)(도시하지 않음)과 접촉하게 된다. 닥터 블레이드(808a)는 셀에 측정된 양의 잉크만 남기고 표면에서 여분의 잉크를 긁어내는데 사용된다. 롤러는 그 후 회전하여, 편광 필름(608a)에의 전달을 위해 셀로부터 잉크를 받는 플렉소그래픽 마스터 플레이트(710)와 접촉한다. 인쇄 플레이트의 회전 속도는 웹의 속도와 일치하여야 하며, 20fpm∼750fpm 사이에서 변화할 수 있다. 도 7 (B)에서 잉크는 잉크 팬(802b)에서 아니록스 롤러(806b)로 전달된다. 도 7 (A)에서처럼, 닥터 블레이드(808b)는 여분의 잉크를 긁어내는 데 사용될 수 있고, 롤러는 회전하여 잉크를 기판(806b)에 전달하는 마스터 플레이트(720)와 접촉한다. 다른 실시예에서, 기판(608a)는 기판(608b)와 상이하다.
최종 제품 필름
도 8은 정전용량 방식 터치 센서 (216)의 평면도(900)를 나타낸다. 이 도면에는 전기 리드(906)와 전기 커넥터(908)를 포함하는 전극 및 테일(904)인 도전성 격자 라인(902)이 도시되어 있다. 전극(902) 및 테일(904)은 위에 개시한 플렉소그래픽 인쇄 프로세스에 의해 인쇄된 패턴을 도금하여 형성된다. 이 전극들이, 사용자가 센서와 상호작용한 지점을 인식할 수 있게 하는 xy 격자를 형성한다. 이 격자는 16×9의 도전성 라인, 또는 예를 들어 2.5mm×2.5mm∼2.1m×2.1m 범위의 크기를 가질 수 있다. 상부 전극(604)은 Y축에 대응하는 도전성 라인이고 편광 필름(608)의 제1 면에 인쇄되어 있고, 하부 전극(606)은 X축에 대응하는 도전성 라인이고 편광 필름(608)의 제2 면에 인쇄되어 있다.
도 9는 정렬 방법을 나타낸 도면이다. 정렬 방법(1000)은 주어진 디스플레이의 터치 센서(216)와 블랙 매트릭스(1002)의 위치를 일치시키는 데 사용된다. 이 구체적인 실시예에서, 터치 센서(216)와 블랙 매트릭스(1002)는 등록 마크(registration mark)(1004)를 사용하여 정렬된다. 바람직하게는, 터치 센서(216)와 블랙 매트릭스(1002)는 실질적으로 동일한 크기 및 형상을 가져 정렬된 구조체(1006)에서와 같은 적절하게 정렬된다. 다른 공지의 정렬 방법이 채용될 수도 있다.
도 10은 터치 스크린 구조체(200)를 구비하는 디스플레이의 전개 등각 투상도를 나타낸다. 이 등각 투상도(1100)는, 예를 들면 도 2에 도시된 터치 스트린 구조체(200)일 수 있고, LCD(1102), 터치 센서(216), 및 커버 유리(218)를 포함할 수 있다. LCD(1102)는 백라이트(202)를 포함하고, 백라이트(202)는 적어도 하나의 광원, 강화 필름, 및 확산판을 포함한다. LCD(1102)는 또한 백라이트(202) 위에 배치된 편광판(204)을 더 포함하고, 제1 유리 기판(204)은 제1 편광판(204) 위에 배치된다. TFF층(208)은 제1 유리 기판(206) 위에 배치되고 액정 셀(210)은 TFT층(208)의 상부에 배치된다. 블랙 매트릭스(1002)는 RGB 필터(212)에 내장되고 액정 셀(210)과 제2 유리 기판(214) 사이에 배치된다. 제2 유리 기판(214) 위에 터치 센서(216)가 배치될 수 있다. 터치 센서(216)는 상부 전극(604)과 하부 전극(606)을 포함할 수 있고, 상부 전극(604)과 하부 전극(606)은, 일 실시예에서 동일한 편광 필름의 양면에 인쇄되어 있다. 다른 실시예에서 상부 전극(604)은 제1 편광 필름(608)의 제1 면에 인쇄되어 있고 하부 전극(606)은 제2 필름의 제2 면에 인쇄되어 있으며 나중에 조립된다. 터치 센서(216)의 상부에, 커버 필름(218)이 위치할 수 있다. 몇몇 실시예에서는, 터치 센서(216)의 외면에 경질 코팅(도시하지 않음)이 도포될 수 있다.
도 11은 일 실시예의 정전용량 방식 터치 센서를 제조 방법을 나타낸 흐름도이다. 1104a에서, 제1 세정 스테이션(1106)에서 기판의 제1 세정에 의해 제1 구성요소가 형성되고, 몇몇 실시예에서는 웹 세정과 고전계 온존 생성을 포함하는 하나 이상의 세정 프로세스를 포함할 수 있다. 인쇄 스테이션(1108)에서, 기판(A)의 제1 면이 플렉소그래픽 인쇄에 의해 촉매를 함유하는 잉크를 사용하여 인쇄되며, 패턴은 복수의 라인과, 테일을 포함하여 형성된다. 일 실시예에서, 자외선 경화 또는 오븐에서의 열 경화와 같은 경화 프로세스를 하나 이상 포함할 수 있는, 경화 스테이션(1110)에서 기판이 경화된다. 도금은, 예를 들어 도전성 재료를 포함하는 수성 도금 용액의 탱크에, 기판이 침지될 수 있는 무전해 도금에 의해 수행될 수 있다. 그 후, 패턴은 제2 세정 스테이션(1116)에서 세정되고 건조 스테이션(1118)에서 건조될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제1 구성요소는 패시베이션 스테이션(1120)에서 패시베이션될 수 있다.
제2 구성요소(110b)는 어떤 방법이 사용되는가에 따라 제1 구성요소(1104a)에 연속적으로 또는 그와 동시에 형성될 수 있다. 제2 구성요소용 기판으로서 사용되는 재료는 하나 이상의 세정 프로세스를 포함할 수 있는 위에 설명한 세정 스테이션(1106)에서 세정될 수 있다. 바람직하게는, 인쇄 스테이션(1108)에서 인쇄된 기판의 제2 면이 인쇄 스테이션(1108a)에서 인쇄된다. 다른 실시예에서, 제2 패턴은 인쇄 스테이션(1108b)에서, 인쇄 스테이션(1108)에서 인쇄된 기판의 제1 면 위에 제1 패턴에 인접하여 인쇄된다. 또 다른 실시예에서, 상이한 제2 기판이 인쇄 스테이션(1108c)에서 인쇄된다. 인쇄 스테이션(1108a, 1108b, 및 1108c)에서의 인쇄는, 경화 스테이션(110)에서 경화되어 패턴(1112b)를 형성할 수 있다. 또한, 세 개의 인쇄 시나리오(1108a∼1108c) 모두에서, 복수의 라인과, 테일을 포함하는 패턴이 형성된다. 도금하기 전에 삼차원 특성과 특징부를 끌어내기 위해 경화 프로세스가 사용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 도금 스테이션(1114)에서 제2 패턴이 도금되고 전술한 바와 같이 무전해 도금 프로세스가 사용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 복수의 롤러와 복수의 잉크를 사용하는 여러 인쇄 프로세스가 제1 패턴, 제2 패턴, 또는 이 둘 다를 사용하는 데 사용될 수 있다. 이 인쇄 프로세스들은 촉매를 포함하는 잉크를 사용할 수 있으며, 각각의 롤은 상이한 잉크를 가질 수 있다. 잉크는 전술한 바와 같이 크기, 형태(shape), 및 패턴의 복잡도 및 형상(geometry)에 기초하여 선택된다. 제2 도금 패턴은 세정 스테이션(1116)에서 세정되고 및 건조 스테이션(1118)에서 건조되고 패시베이션 스테이션(1120)에서 패시베이션될 수 있다.
1104a에 의해 형성된 제1 구성요소와 1104b에 의해 형성된 제2 구성요소는 11222에서 조립된다. 제2 구성요소가 인쇄 스테이션(1108a)에서 인쇄를 사용하여 형성되는 예에서는, 두 패턴 모두가 하나의 기판에 있으므로 조립은 불필요하지만, 필요에 따라 기판을 트리밍(trim)하거나 가공할 수 있다.
제2 구성요소가 인쇄 스테이션(1108b)에서 인쇄를 사용하여 형성되는 예에서, 단계 1122의 결과는 두 개의 패턴을 가진 하나의 기판이다. 이 예에서, 패턴은 xy 격자라고 불릴 수 있는 것을 형성하도록 서로 직교적으로 배향되며, 이것은 복수의 제1 패턴과 복수의 제2 패턴 각각의 라인들에 의해 정사각형이 형성된다는 것을 의미한다. 패턴을 이러한 방식으로 배향하기 위해, 기판 절단, 트리밍, 찢기거나 접힐 수 있다. 몇몇 실시예에서 기판은 천공 또는 다른 라인의 경계를 가지고, 기판을 접음으로써 두 개의 패턴을 분리한다. 이와는 달리, 패턴은 조립 전에 손 또는 기계적으로 분리될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 천공 또는 경계의 라인은 그것을 구매한 때 기판 위에 있고, 이와는 달리 그것들은 인쇄 전에 형성될 수도 있으며, 다른 예에서는 제조 프로세스 동안 형성될 수 있다.
주어진 세부 도면 및 구체적인 예는 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하며 예시를 목적으로 한 것임을 알 수 있다. 본 명세서에 개시된 장치 및 방법은 개시된 엄밀한 세부사항 및 조건에 한정되지 않는다
또한, 아래의 특허청구범위에 의해 정해지는 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위를 일탈하지 않으면서 이 예시적인 실시예들에 대해 수많은 수정이 이루질 수 알아야 한다.
이상의 설명은 본 발명의 원리 및 다양한 실시예를 설명하려는 것이다. 이상의 발명내용을 완전히 이해한다면 수많은 변형과 수정은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 명백해질 것이다. 아래의 특허청구범위는 그러한 변형 및 수정을 모두 포함하는 것으로 해석되도록 의도된다.

Claims (20)

  1. 롤투롤 핸들링 시스템(roll-to-roll handling system)을 사용하여 정전용량 방식 터치 센서를 제조하는 방법으로서,
    제1 플렉소 플레이트 및 제1 잉크에 의해, 편광 필름의 제1 면에 복수의 제1 라인, 및 제1 테일을 포함하는 제1 패턴을 인쇄하는 단계;
    제2 플렉소 플레이트 및 제2 잉크에 의해, 상기 편광 필름의 제1 면에 복수의 제2 라인, 및 제2 테일을 포함하는 제2 패턴을 상기 제1 패턴에 인접하여 인쇄하는 단계;
    상기 인쇄된 편광 필름을 경화하는 단계;
    상기 제1 패턴과 상기 제2 패턴을 도금하는 단계; 및
    상기 복수의 제1 라인이 상기 복수의 제2 라인에 직교하여 배향되도록 상기 제1 패턴과 상기 제2 패턴을 조립하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    도금 촉매를 포함하는 UV 경화성 잉크를 사용하여 상기 제1 패턴과 상기 제2 패턴을 인쇄하는 단계를 더 포함하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 UV 경화성 잉크의 점도는 200∼2000cps 사이인, 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제1 라인 및 상기 복수의 제2 라인을 인쇄하는 단계는, 상기 복수의 제1 라인 및 상기 복수의 제2 라인 각각의 폭이 2미크론∼20미크론 사이가 되도록 인쇄하는 단계를 포함하는, 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 도금하는 단계는, 상기 제1 패턴 및 상기 제2 패턴 위에 도전성 재료를 1nm/min∼100nm/min의 속도로 무전해 도금하는 단계를 포함하는, 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 도금하는 단계는 구리(Cu),은(Ag), 금(Au), 니켈(Ni), 주석(Sn), 및 팔라듐(Pd) 중 하나를 포함하는 도전성 재료를 사용하는 단계를 포함하는, 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    도금 후의 상기 복수의 라인 각각의 고유저항은 0.05 Ohm/square∼500Ohm/square 사이인, 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 잉크와 상기 제2 잉크는 동일한 것인, 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 잉크와 상기 제2 잉크는 상이한 것인, 방법.
  10. 정전용량 방식 터치 센서를 포함하는 투영형(projected) 정전용량 방식 LCD 터치 스크린을 제조하는 방법으로서,
    플렉소그래픽 인쇄 프로세스에 의해 제1 플렉소 플레이트 및 잉크를 사용하여 제1 필름의 제1 면에 복수의 제1 라인을 포함하는 제1 패턴을 인쇄하는 단계;
    상기 제1 필름을 경화하는 단계;
    상기 제1 필름을 도금하는 단계;
    제2 필름을 세정하는 단계;
    제2 플렉소 플레이트를 사용하여 상기 제2 필름의 제1 면에 복수의 제2 라인을 포함하는 제2 패턴을 인쇄하는 단계;
    상기 제2 필름을 경화하는 단계;
    상기 제2 필름을 도금하는 단계; 및
    상기 복수의 제1 라인과 상기 복수의 제2 라인이 서로 직교하도록 상기 제1 필름과 상기 제2 필름을 조립하는 단계
    를 포함하는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    각각의 상기 복수의 제1 라인과 상기 복수의 제2 라인은 반원, 사다리꼴, 삼각형, 직사각형 또는 정사각형 중 하나의 단면 형상(cross-sectional geometry)을 가지는, 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 도금하는 단계는 상기 제1 패턴 및 상기 제2 패턴 위에 도전성 재료를 퇴적하는 무전해 도금하는 단계를 포함하는, 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 도금하는 단계는, 구리(Cu),은(Ag), 금(Au), 니켈(Ni), 주석(Sn), 및 팔라듐(Pd) 중 하나를 포함하는 도전성 재료를 사용하여 도금하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 제1 패턴을 인쇄하는 단계는 제1 테일을 인쇄하는 단계를 포함하고,
    상기 제2 패턴을 인쇄하는 단계는 제2 테일을 인쇄하는 단계를 포함하는, 방법.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 잉크는 촉매를 포함하는, 방법.
  16. 제1 면과 제2 면을 포함하는 플렉시블 편광 필름을 포함하고,
    상기 제1 면은 제1 플렉소그래픽 프로세스에 의해 인쇄되는 복수의 제1 라인 및 제1 테일을 포함하는 제1 패턴을 포함하고,
    상기 제2 면은 복수의 제2 라인 및 제2 테일을 포함하는 제2 패턴을 포함하며,
    상기 제1 패턴과 상기 제2 패턴은, 플렉소그래픽 인쇄 프로세스에 의해 촉매를 함유하는 잉크를 사용하여 인쇄되고, 무전해 도금에 의해 도전성 재료를 사용하여 도금되며,
    상기 제1 패턴과 상기 제2 패턴은, 상기 복수의 제1 라인과 상기 복수의 제2 라인이 서로 직교하여 배향되도록 인쇄되는,
    정전용량 방식 터치 센서.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 테일과 상기 제2 테일은 각각 복수의 전기 리드와 복수의 전기 커넥터를 포함하는, 정전용량 방식 터치 센서.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 도전성 재료는 1nm/min∼100nm/min의 속도로 퇴적되는, 정전용량 방식 터치 센서.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 도전성 재료는 구리(Cu),은(Ag), 금(Au), 니켈(Ni), 주석(Sn), 및 팔라듐(Pd) 중 하나를 포함하는, 정전용량 방식 터치 센서.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 복수의 제1 라인과 상기 복수의 제2 라인의 단면 형상은 직사각형, 정사각형, 사리리꼴, 삼각형, 및 반원 중 하나를 포함하는, 정전용량 방식 터치 센서.
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