KR101980388B1 - 터치 스크린에 적합한 압력 민감 폴리머 복합 재료 - Google Patents

Abstract

전기적 반응 복합 재료(1110)는 길이와 폭 및 상기 길이와 폭에 비해 상대적으로 작은 두께(1303)를 갖는 캐리어 층(1301)을 포함한다. 상기 복합 재료는 또한 복수의 전기적 도전성 또는 반도전성 입자들(201)을 포함한다. 상기 입자들(201)은 상기 캐리어 층 내에 분산된 복수의 응집체들(104, 1306)을 형성하도록 응집되고, 각각의 응집체는 복수의 상기 입자들(201)을 포함한다. 상기 응집체들은 상기 전기적 반응 복합 재료가 인가된 압력에 응답하여 감소하는 저항을 갖도록 인가된 압력에 응답하여 상기 캐리어 층의 두께에 걸쳐 전기적 도전을 제공하도록 배열된다.

Description

터치 스크린에 적합한 압력 민감 폴리머 복합 재료{PRESSURE SENSITIVE POLYMER COMPOSITE MATERIAL ADAPTED FOR TOUCH SCREEN}

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2011년 3월 25일자에 제출된 영국 특허 출원 제1105 025.9호, 및 2011년 10월 11일자에 제출된 영국 특허 출원 제1117 492.7호를 우선권 주장하며, 전체 내용이 본 명세서에 참고로 포함된다.

본 발명은 전기적 반응 복합 재료, 위치 감지 장치 및 위치 감지 장치의 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 복합 재료 및 액체 캐리어와 전기적 활성 고체 필러(filler) 재료를 포함하는 복합 재료의 제조 방법에 관한 것이다.

사용자 입력 장치들은 실질적으로 평면이며, xy 평면에서 스타일러스(stylus) 또는 손가락의 움직임에 반응하는 것으로 알려져 있다. 이런 XY 위치 검출에 부가적으로, 이러한 유형의 일부 장치는 Z 차원에서 인가되는 압력에 민감하다. 따라서, Z 차원 압력 감지가 제공될 때, 입력 장치가 추가 기능을 갖추는 것이 가능하다.

또한, 디스플레이 화면과 조합되는 이런 유형의 터치 감지 장치가 알려져 있다: 그 조합은 일반적으로 터치 스크린으로 언급되고 있다. 압력 반응 조성물의 광학적 특성은 일반적으로 조성물 내의 전기적 활성 필러 입자 및 어떤 추가 첨가제의 성질에 의해 지배될 것입니다. 따라서, Z 차원에서의 인가 압력에 응답할 수 있는 투명 터치 스크린을 생산하는 것은 어렵다.

본 발명의 제1 측면에 따르면, 청구항 제1항에 있어서, 전기적 반응 복합 재료가 제공된다.

본 발명의 바람직한 특징들은 종속항들에 명시되고 있다. 일실시예에서, 응집체(agglomerates)는 유전체 재료로 형성된 추가 입자를 포함한다. 일실시예에서, 유전체 입자는 흄드 실리카(fumed silica)를 포함하지만, 티타늄 디옥사이드(titanium dioxide)와 같은 유전체 재료로 통상적으로 간주되는 재료로 형성되는, 다른 유형의 입자가 다른 실시예에서 사용된다.

바람직한 실시예에서, 응집체(agglomerates)는 반도전성 입자를 포함하고, 일실시예에서 반도체 입자는 안티몬 도핑된 주석 산화물의 입자이다. 그러나, 다른 실시예에서, 상기 입자는 인듐 주석 산화물, 아연 산화물, 탄소와 같은 다른 반도전성 재료로 형성되거나 또는 이들은 이러한 입자들의 혼합물이 된다.

일부 실시예에서, 응집체는 고체 금속 또는 도전성 금속 산화물로 형성될 수있는 도전성 입자를 포함한다. 예를 들어, 일실시예에서, 상기 도전성 입자는 입자 실버이다. 다른 실시예에서, 상기 도전성 입자는 니켈과 같은 대체 금속들, 또는 금속 종류의 혼합물로 형성된다.

바람직한 실시예에서, 제1 복수의 응집체는 캐리어 층의 두께와 동일하거나 또는 보다 큰 두께 방향의 제1 치수를 가진다.

본 발명에 따르면, 위치 감지 장치는: 청구항 1의 전기 도전성 복합 재료; 상기 층에 따라 전기 도전성이 되는 제1 도전층; 및 상기 층에 따라 전기 도전성이 되는 제2 도전층;을 포함하고, 상기 응집체는 상기 제1 도전층과 상기 제2 도전층 사이에 도전성을 제공하도록 배열된다.

본 발명의 제2 관점에 따르면, 청구항 16에 청구된 바와 같이 위치 감지 장치의 제조 방법이 제공된다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 제 16 항에있어서, 위치 감지 장치의 제조 방법이 제공된다.

본 발명의 제3 관점에 따르면, 청구항 24에 청구된 바와 같이, 복합 제료가 제공되고 있다.

필러 재료의 로딩(loading) 및 분산(dispersive) 특성은 복합 광학 특성에 영향력없는 필러를 발생시킬 수 있다. 따라서 복합 광학 특성은 불투명에서 반투명 투명으로 변경될 수 있고, 복합 재료를 포함하는 최종 사용 장치의 원하는 광학 특성과 일치할 수 있다.

본 발명의 제4 관점에 따르면, 청구항 35에 청구된 바와 같이, 복합 재료의 제조 방법이 제공된다.

도 1은 전기적 반응 복합 재료를 도시한다;
도 2는 도 1에서 확인된 형태의 응집체를 보여준다;
도 3은 본 발명에 따른 제1 조성물 샘플에 대한 힘에 대해 플롯팅된 저항을 도시하는 그래픽 표현이다;
도 4는 본 발명에 따른 제2 조성물 샘플에 대한 힘에 대해 플롯팅된 저항을 도시하는 그래픽 표현이다;
도 5는 본 발명에 따른 제3 조성물 샘플에 대한 힘에 대해 플롯팅된 저항을 도시하는 그래픽 표현이다;
도 6은 조성물 예 1, 2, 3의 저항-힘 반응을 비교한다;
도 7은 터치 스크린 제조를 보여준다;
도 8은 롤-투-롤(roll-to-roll) 프로세스를 보여준다;
도 9는 제조 방법을 알아본다;
도 10은 디스플레이 화면을 가진 장치를 보여준다;
도 11은 위치 감지 장치(1101)의 분해도를 도시한다;
도 12는 위치 감지 장치(1101)의 단면도를 도시한다;
도 13은 단면에서, 전기적 반응 복합 재료 층(1110)의 작은 섹션을 도시한다;
도 14는 단면에서, 위치 감지 장치(1101)의 작은 섹션을 도시한다;
도 15는 힘(1407) 인가후 위치 감지 센서(1101)(도 14에 도시된)의 작은 섹션을 도시한다;
도 16은 다른 위치 감지 장치(1601)의 분해도를 도시한다; 그리고
도 17은 위치 감지 장치(1601)의 단면도를 도시한다.

도 1

전기적 반응 복합 재료(101)가 도 1에 도시되며, 기판(102)에 부가된다. 상기 재료는 가교(cross-linkable), 솔벤트(solvent) 기반, 열(thermal) 또는 UV 경화형(curable)이 될 수 있는 폴리머 바인더(103) 내에 분산되는 전기적 활성 필러 입자들을 포함한다. 조성물의 제어 혼합을 통해, 필러 재료는 분산 응집체의 형태로 되고, 각각의 응집체는 복수의 필러 입자들로 구성된다. 적당한 기판으로의 도포 후, 가교, 용매 증발, 열 또는 UV 경화가 나머지 폴리머(104) 내의 응집체의 분산을 남길 것이다.

액체 캐리어에 필러 재료를 혼합하기 위한 혼합 공정의 예는 아래에서 자세히 설명할 것이다. 각각의 경우에, 작은 입자들의 요구된 응집이 혼합 공정의 신중한 제어에 의해 달성된다. 그러나, 혼합물은, 존재하는 경우, 액체 폴리머 바인더 내에의 작은 입자들의 분산을 보조할 수 있고 요구된 응집을 방해할 수 있는, 실질적으로 계면 활성제(또는 습윤제) 없이 유지되는 것에 유의하라. 즉, 혼합물은 계면 활성제가 절대적으로 없으며, 계면 활성제가 혼합 과정에 뚜렷한 영향을 주지않도록 낮은 농도로 존재한다.

도 2

응집체들(104)이 도 2에 도시되는데, 작은 입자들((201)로 구성된다. 폴리머 바인더(101)는 불투명, 반투명 또는 실질적으로 투명하고, 가교, 솔벤트 증발 또는 경화 후에 잔류한다. 응집체들의 크기와 분산(도 2에서 크게 확대되어 도시된)은 이를 테면 육안으로 볼 수 없는 것이다. 따라서, 응집체들의 크기는 전기적 반응 복합 재료의 얇은 코팅이 필러 입자들의 첨가없이 광학적으로 실질적으로 드러나는 것이다. 응집체가 육안으로 보이지 않고, 또는 거의 보이지 않게 하기 위해서, 응집체의 최대 치수는 40 마이크로미터 이하로 유지된다. 그러나, 바람직한 실시예에서, 응집체의 최대 치수는 5마이크로미터와 15 마이크로미터 사이이다.

또한, 응집체들은 이들이 xy 평면의 매우 작은 공간을 차지하고 확대 후에만 볼 수 있도록 분산된다.

실시예에서, 작은 입자들(201)은 안티몬으로 도핑된 주석 산화물(tin oxide)의 입자들이다. 이들은 구형이 될 수 있고, 또는 복합의 전기 및 기계적 특성을 변경하도록 형상화될 수 있다. 예를 들어, 침상(acicular) 모양의 작은 입자들은 인가된 압력에 대한 조성물의 전기적 감도를 증가시키기 위해 응집에 영향을 미치고 필드-보조 전자 터널링(field-assisted electron tunnelling)을 촉진한다. 일부 다른 실시예에서, 작은 입자들은 구형 입자와 침상 입자(예를 들어, 1:1 보다 큰 종횡비를 갖는 바늘 모양의 입자)의 혼합물이고, 각각의 작은 입자는 전기적으로 도전성 또는 반도전성 재료로 형성되어진다. 구형 대 침상 입자 종류의 특정 비율의 선택은 최종 제품의 압력 감도가 선택되게 한다.

또다른 실시예에서, 작은 입자들은 예를 들어 미리 형성된 과립의 형태로 있지만, WO 99/38173에 개시된 것들에 제한되지 않는다. 이러한 과립은 폴리머 바인더의 매우 얇은 층들로 코팅되는 전기적 활성 입자를 포함한다. 이러한 과립 내의 바인더에 대한 필러의 상대적인 양은 본질적으로 도전성(과립내의 바인더에 대한 필러의 비율이 높음)에서 본질적으로 절연성(과립내의 바인더에 대한 필러의 비율이 낮음)으로 과립의 전기적 반응을 변경하도록 변화될 수 있다. 조성물내의 응집체 형태의 전기적 활성 필러와 같은 과립의 포함은 조성물의 전기적 특성에 영향을 미칠 것이다.

다른 실시예에서, 복합 재료는 또한 입자(202)로 설명되는 유전체 필러를 포함할 수 있다. 유전체 필러 입자(202)는 흄드 실리카 또는 다른 유전체 입자일 수 있다. 유전체 입자들은 복합의 광학 특성을 유지하기 위해 소량 만큼 추가될 수 있거나, 또는 광학 특성을 변경하기 위해 대량 만큼 추가될 수 있다. 유전체 입자의 추가는 또한 저항-힘(resistance-force) 응답이 변경되게 할 수 있다.

다른 실시예에서, 복합 재료 내의 바인더로서 도전성 재료를 포함할 수 있는데, 평면 xy 치수와 비교적 얇은 치수를 갖는 평면 구조를 정의하도록 배열될 때, 도전성 물질 자체는 정의된 xy 평면에서 전기적 도전을 용이하게 하는 반면, 응집체가 인가된 압력의 레벨에 의존하는 정도로 z 방향의 평면에 실질적으로 수직이 되는 전도를 허용한다. 실시예에서, 도전성 재료는 본질적으로 도전성 폴리머로 되는 것이 가능하다. 도전성 폴리머는 예를 들어 Poly(3,4-ethylenedbxythbphene) poly(styrenesulfonate)(PEDOT/PSS)이 될 수 있다. 대안적으로, 도전성 재료는 퍼콜레이티브(percolative) 조성이 될 수 있다. 이런 퍼콜레이티브 조성은 금속 또는 탄소 나노 와이어 입자의 분산의 형태를 취할 수 있다.

도 3

도 3은 다음과 같이 공식화된 제1 조성 샘플에 대하여, 힘에 대해 플롯팅된 저항을 도시하는 그래픽 표현이다.

50g Sericol VA401 APR 바니시(Varnish)(바니시는 아크릴과 폴리 비닐 수지 및 유기 용매의 혼합물을 포함함)가 용기에 옮겨진다. 다음에 10g Sericol 타입 ZV558 용매가 추가된다. 혼합물은 Synergy Devices Limited에 의해 공급되는 SpeedMixer™ DAC 150.1 FVZ 듀얼 비대칭 원심의 실험실형 믹서 시스템을 사용하여 2분 동안 3500 rpm으로 혼합하였다. 다음에 이 혼합물에 Ishihara Corporation에 의해 공급된 0.1g의 도전성 분말 타입 SN100P이 첨가되었다. SN100P는 대략 0.02미크론의 평균 입자 크기를 갖는, 구형의 안티몬 도핑된 주석 산화물 분말이다. 상기 제제(formulation)는 3500 rpm으로 추가 2분 동안 SpeedMixer™에서 혼합하였다.

제제는 ITO-코팅된 Poly(ethylene terephthalate)(PET) 시트에 스크린 프린팅되었다. 용매 증발은 0.5 시간 동안 90℃에서 달성되었다. 주사 전자 현미경 (SEM) 분석은 필러 입자가 약 1 ~ 10 미크론 범위의 크기를 갖는 응집체의 형태로 분산된 것으로 나타났다. 어셈블리의 투명성은 ITO 만의 투명도 값의 약 98%로 측정되었다. 테스트를 위해, 제2 ITO=코팅된 PET 시트가 상부 전극으로 사용되었다.

어셈블리의 저항-힘(resistance-force) 응답이 500 뉴턴(N) 로드 셀을 갖는, 인스트론 모델 5543 단일 컬럼 테스팅 시스템을 사용하여 측정되었다. 8mm 직경 고무 프로브가 어셈블리에 0N 내지 5N의 증가하는 힘을 인가하도록 로드 셀에 부착 되었고, 힘 범위는 일반적으로 장치의 적용시 사용된다.

힘이 0N에서 5N으로 증가되어 인가될 때, 어셈블리의 저항은 12,000옴(Ohms)에서 1,700옴으로 서서히 변경됨을 도 3으로부터 알 수 있다.

비슷한 저항-힘 반응이 서로 다른 양의 SN100P 첨가에 대해 측정되었다. 위에서 설명한 폴리머/용매 용액 내의 0.05g과 1g 사이의 SN100P의 첨가가 조사되었다. SN100P의 로드를 증가시키는 효과는 어셈블리가 낮은 저항 값으로 작동하고 어셈블리의 투명도의 감소를 초래하도록 했다. 따라서, 필러 재료에 대해 최대 약 50:1과 최하 약 1000:1 (중량/중량) 바니시의 비율이 유용한 것으로 밝혀졌다. 그러나, 바람직한 실시예에서, 필러 재료에 대한 바니시의 비율은 적어도 100:1이었고, 여전히 바람직한 실시예에서, 양호한 전기적 특성을 제공하면서 투명성을 최적화하기 위해, 비율은 200:1과 1000:1 사이였다.

위에서 설명한 혼합 방법의 변형에 있어서, 분말이 바니시에 추가하기 전에 용제로 미리 혼합된다. 일례로, 도전성 분말 0.1g이 용기 내의 용매의 5g에 추가된다. 다음에 이 혼합물은 2분 동안 3500 rpm에서 듀얼 비대칭 원심의 실험실용 믹서 시스템을 사용하여 혼합되었다. 혼합된 혼합물은 Sericol VA401 APR 바니스의 50g에 추가되고, 다음에 바니스 용매와 입자의 혼합물이 2분 동안 3500 rpm에서 상기 믹서에서 혼합된다.

따라서, 이러한 실시예에서 각각의 폴리머 바인더는 용매가 응고된 폴리머 층을 남기게 하기 위해 증발되도록 하나 이상의 중합체와 하나 이상의 용매를 포함하는 혼합물이다. 그러나, 다른 실시예에서, 바인더는 응고된 폴리머 층을 제공하기 위해 중합반응할 수 있는 물질이 될 수 있다. 예를 들어, 하나의 실시예에서, 바인더는 UV-경화GUD 수지이다.

도 4

도 4는 다음과 같이 공식화된, 제2 조성 샘플에 대하여, 힘에 대해 플롯팅된 저항을 도시하는 그래픽 표현이다.

50g Sericol VA401 APR 바니시(Varnish)가 용기에 옮겨진다. 다음에 10g Sericol 타입 ZV558 용매가 추가된다. 혼합물은 Synergy Devices Limited에 의해 공급되는 SpeedMixer™ DAC 150.1 FVZ 듀얼 비대칭 원심의 실험실형 믹서 시스템을 사용하여 2분 동안 3500 rpm으로 혼합하였다. 다음에 이 혼합물에 Ishihara Corporation에 의해 공급된 0.1g의 도전성 분말 타입 FS10P이 첨가되었다. FS10P는 0.2 내지 2.0 미크론의 길이와 0.01 내지 0.02 미크론의 직경을 갖는, 침상의 안티몬 도핑된 주석 산화물 분말이다. 상기 제제는 3500 rpm으로 추가 2분 동안 SpeedMixer™에서 혼합하였다.

제제는 ITO-코팅된 Poly(ethylene terephthalate)(PET) 시트에 스크린 프린팅되었다. 용매 증발은 0.5 시간 동안 90℃에서 달성되었다. 주사 전자 현미경 (SEM) 분석은 필러 입자가 응집체의 형태로 다시 분산된 것으로 나타났다. 테스트를 위해, 제2 ITO=코팅된 PET 시트가 상단 전극으로 사용되었다.

도 3의 조성 1에 대해 설명한 대로 어셈블리의 저항-힘 응답이 측정되었다.

도 4로부터, 어셈블리의 저항은 인가된 힘이 0N에서 5N으로 증가될 때 약 10,000 옴에서 750 옴으로 변경됨을 알 수 있다.

낮은 힘에서의 응답은 도 3의 조성 1에 대해 관찬되는 것보다 더 급속하다. 이것은 서로 다른 입자 형상의 차이, 및 침상 입자의 팁(tip)에서의 필드-보조 전자 터널링의 촉진에 기인한다.

도 5

도 5는 다음과 같이 공식화된, 제3 조성 샘플에 대하여, 힘에 대해 플롯팅된 저항을 도시하는 그래픽 표현이다.

50g Sericol VA401 APR 바니시(Varnish)가 용기에 옮겨진다. 다음에 10g Sericol 타입 ZV558 용매가 추가된다. 혼합물은 Synergy Devices Limited에 의해 공급되는 SpeedMixer™ DAC 150.1 FVZ 듀얼 비대칭 원심의 실험실형 믹서 시스템을 사용하여 2분 동안 3500 rpm으로 혼합하였다. 다음에 이 혼합물에 Ishihara Corporation에 의해 공급된 0.1g의 도전성 분말 타입 SN100P이 첨가되었다. 상기 제제는 3500 rpm으로 추가 2분 동안 SpeedMixer™에서 혼합하였다. 0,1g Aerosil™ 타입 R972 흄드 실리카(16 나노미터의 평균 입자 크기)의 추가 첨가물이 상기 제제에 첨가되었으며, SpeedMixer™에서 3500 rpm으로 2분 동안 혼합된다.

제제는 ITO-코팅된 Poly(ethylene terephthalate)(PET) 시트에 스크린 프린팅되었다. 용매 증발은 0.5 시간 동안 90℃에서 달성되었다. 테스트를 위해, 제2 ITO=코팅된 PET 시트가 상단 전극으로 사용되었다.

도 3의 조성 1에 대해 설명한 대로 어셈블리의 저항-힘 응답이 측정되었다.

도 5로부터, 어셈블리의 저항은 인가된 힘이 0N에서 5N으로 증가될 때 약 18,000 옴에서 2,400 옴으로 변경됨을 알 수 있다.

인가된 힘에 대한 감도의 감소가 도 3의 조성 1의 응답과 비교하여 조성 3에서 볼 수 있다. 이런 감도의 감소는 힘의 반복된 적용으로 조성물의 내구성을 개선시킬 수 있는 함유물을 가지는, 흄드 실리카 입자의 존재에 의한 것으로 생각된다.

도 6

조성물 1, 2 및 3의 저항-힘 응답 사이의 비교가 도 6에 도시된다.

도 7

터치 스크린 제조가 도 7에서 설명된다. 제1 투명 기판(701)이 제2 실질적으로 투명 기판(702)과 함께 제공된다. 기판들(701 및 702)은 예를 들어 유리 또는 플라스틱 재료로 제작될 수 있다. 제1 기판(701)은 상부면(703)과 이런 상부면(703)에 부가되는 도전층(704)을 가진다. 도전층(704)은 인듐 주석 산화물로 구성될 수 있다. 유사한 도전층이 제2 기판(702)의 밑면(705)에 부가된다. 이러한 도전층들 사이에, 복합 재료(101)가 제1 플래너 면(706)과 제2 플래너 면(707)을 가지는 플래너 층으로서 정의된다. 복합 재료는, 예를 들어, 스크린 프린팅에 의해 도전층(704)에 증착된다. 용매 제거 또는 경화는 열이나 자외선 처리를 통해 달성된다.

서로 끼워질 때, 도전층들은 개별 기판들(701 및 702) 상의 상부면(703)과 하부면(705)에 부착되어, 위치 검출이 x 차원(708)과 y 차원(709)으로 이루어질 수 있게 한다. 또한, 복합 재료 (101)의 함유물은 z 차원(710)에서 가능하게되는 압력 검출을 용이하게 한다.

도 8

롤-투-롤(roll-to-roll) 프로세스가 도 8에 도시되어 있다. 제1 도전층(801)은 제1 공급 릴(802)에서 수신된다. 제2 도전층(803)은 제2 공급 릴(804)에서 수신되고, 롤러(805)에 의해 지지된다.

복합 재료(806)는 공급 호퍼(807) 내에 액체 형태로 유지된다.

제1 도전성 재료는 그것의 공급 릴(802)에서 가져오고, 베이스 유닛(808)에 의해 지지된다. 재료가 화살표(809) 방향으로 베이스 유닛을 따라 이송될 때, 액체 형태의 복합 재료는 전동 밸브(811)의 제어하에 810에서 수신된다.

롤러(805)는 조성물이 제2 도전층(803)에 의해 캡슐화되기 전에 용매의 증발 또는 경화에 영향을 주도록 가열 또는 uv-처리되어질, 복합 재료 위에 제2 도전성 재료를 부가한다. 다음에, 3개 층의 라미네이트(laminate)가 수신 릴(812)에 의해 수신된다.

도 4에 도시된 롤-투-롤 프로세스는 전기적 반응 복합 재료를 통합하는 장치를 생산하는 방법을 용이하게 하며, 복합 재료는 라미네이트를 생산하기 위해 도전성 층들 내에 구속된다.

도 9

실시예에서, 복합 재료는 도 9에 도시된 바와 같이 압력에 민감한 실질적으로 투명 터치 스크린의 제조 방법에 사용된다.

단계(901)에서, 제1 기판이 선택되고, 단계(902)에서 제1 도전층이 제1 기판의 내부 표면에 도포된다.

단계(903)에서 제2 기판이 선택되고, 다시 단계(904)에서 제2 도전층이 제 2 기판의 내부 표면에 도포된다. 따라서, 제1 도전층과 제2 도전층 사이의 콘택 장소(location)는 콘택의 위치가 결정되게 할 수 있다.

단계(905)에서 이전에 설명된 타입의 복합 재료가 제1 도전층과 제2 도전층 사이에 유입된다. 복합 재료는 평면 내에서 xy 위치를 식별하는 이외에, z 차원에서 인가되는 압력의 정도를 결정하는 것도 가능하도록, 인가되는 압력에 응답하여 감소하는 저항을 가진다.

도 10

몇년 동안, 디스플레이 스크린은 모바일 휴대 전화, 게임 장치, 스틸 카메라 및 비디오 카메라와 같은 전자 기기에 사용되어왔다. 최근, 출력 인터페이스와 입력 인터페이스가 효과적으로 결합되어있는 터치 스크린을 제공하는 방향으로 움직임이 있다. 잘 알려진 바와 같이, 이 방법에서는, 큰 인터페이스를 제공하는 것이 가능하여, 높은 수준의 기능을 달성할 수 있다.

본 발명은 전기적 활성 필러 재료와 본질적으로 독립적이고, 투명하게 될 수 있는, 광학 특성을 갖는 터치 스크린에 대한 터치 감도를 달성하는 것이 가능해진다는 점에서 이러한 아이디어를 더욱 발전되도록 할 수 있다.

전자 장치(1001)가 도 10에 도시된다. 이 장치는 상대적으로 큰 터치 스크린(1002)을 가진다. 소프트 버튼들(1003, 1004)이 포함되며, 그것의 활성화는 콘택의 위치를 식별함으로써 판단될 수 있다. 또한, 다른 파라미터들은 이런 버튼들이 눌리는 범위를 측정함으로써 제어될 수 있고, 동시에 투명한 스크린을 통해 시각적 표시 특성을 유지한다.

도 11 및 도 12

위치 감지 장치(1101)가 도 11에서 확대도로 그리고 도 12에서 단면도로 도시된다. 도 12의 단면도는 다양한 층들이 명확하게 보여질 수 있도록 그것의 높이 방향으로 크게 확장된다. 그러나, 현실에서, 내부 층들은 모두 미시적으로 얇다고 이해되어야 한다.

위치 감지 장치(1101)는 인듐 주석 산화물(ITO) 도전층이 도포되어 있는 poly(ethylene terephthalate)(PET)로 형성된, 낮은 전기적 절연 시트(1102)를 포함한다. 제1 도전층(1103)은 실질적으로 직사각형이고, 직사각형의 2개의 마주하는 측면 각각에 따라 정렬된 높은 도전성 재료의 스트립(1104, 1105)을 가진다.

위치 감지 장치(1101)는 제2 전기적 도전층(1107)을 형성하기 위해 ITO로 유사하게 코팅되어지는 전기적 절연성 재료의 제2 시트(1106)(또한 PET로 형성됨) 및 상기 제2 도전층(1107)의 마주하는 에지를 따라 배열되는 한쌍의 높은 도전성 스트립들(1108 및 1109)을 포함한다. 도전성 스트립들(1108 및 1109)의 제2 쌍은 도전성 스트립(1104 및 1105)의 제1 세트에 실질적으로 수직하게 연장하도록 배열된다.

전기적 도전층은 도 3, 4 및 5를 언급하여 전술된 방법 중 하나에 따라 형성될 수 있다.

전형적으로, 동작 동안, 도전성 스트립들(1108 및 1109)의 제2 쌍 중 하나 또는 둘다에 나타나는 전위로 전압 측정이 이루어지는 동안, 화살표(1111)에 의해 표시된 제1 x 방향의 전위 기울기를 생성하도록 전위가 제1 도전성 스트립들(1104 및 1105)에 인가된다. 따라서, 힘이 상부 시트(1106)의 상부면에 가해지면, 인가된 힘의 위치의 x-좌표가 결정될 수 있다. 유사하게, 전위는 화살표(1112)에 의해 표시된 제2 y방향으로 제2 전기적 도전층(1107)에 걸친 전위 기울기를 생성하도록 제2 도전성 스트립들(1108 및 1109) 사이에 인가된다. 다음에 상부 시트(1107)에 인가되는 어떤 힘의 y좌표를 결정하기 위해 도전성 스트립들(1104 및 1105)의 제1 쌍 중 하나 또는 둘다에 나타나는 전위가 측정된다.

전기적 반응 복합 재료(1110)는 압력이 인가되는 장소들에서의 제1 및 제2 도전층들(1103 및 1107) 사이의 도전을 제공하는 것에 주목해야 한다. 또한, 전술한 바와 같이, 전기적 반응 복합 재료(1110)의 저항은 인가된 압력이 증가할 수록 연속적으로 감소한다. 따라서, 층(1110)을 통해 전류의 측정을 수행함으로써 인가된 압력의 표시가 측정될 수 있다. 층들 및 전극들의 유사한 배열(도전성 스트립 1104, 1105, 1108 및 1109에 의해 제공되는)이 GB 2468870A로서 공개된 출원인의 이전 특허 출원에서 설명되고, 이는 또는 전기 측정을 상세히 설명한다. 그러나, 위치 센서(1101)는 전기적 반응 복합 재료층(1110)의 특정 상세에 있어서 GB 2468870A의 센서들을 포함하는 이전의 위치 센서들과 다르다.

본 실시예에서, 시트들(1102 및 1106), 도전층들(1103 및 1107) 및 전기적 반응 복합 재료 층(1110)의 각각은 위치 센서(1101)가 도 10의 터치 스크린(1102)과 같은 터치 스크린의 압력에 민감한 위치 센서로 사용될 수 있도록 실질적으로 투명하거나 또는 씨스루(see-through )하다고 지적할 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 시트들 또는 층들 중 하나 이상은 불투명할 수 있고, 위치 감지 장치(1101)는 별도의 x, y, z 입력 장치로 사용된다.

도 13

전기적 반응 복합 재료 층(1110)의 작은 섹션이 도 13의 단면으로 도시된다. 전기적 반응 복합 재료 층(1110)은 본 실시예에서 전기적으로 절연되는 캐리어 층(1301)을 포함한다.

캐리어 층(1301)은 일반적으로 1302의 방향의 길이, 및 수 센티미터의 폭(도 13의 페이지에서 외부로 연장하는)을 가진다. 반면에, 캐리어 층(1301)은 일반적으로 10 마이크로 미터 보다 작고, 상대적으로 얇은 화살표(1303)의 방향으로의 두께를 가지며, 본 실시예에서 약 6 마이크로 미터이다.

전기적 반응 복합 재료(1110)는 또한 복수의 전기적 도전성, 또는 반도전성 입자들을 포함한다. 이 입자들은 캐리어 층(1110) 내에 분산된 복수의 응집체들을 형성하기 위해 응집된다. 즉, 응집체들은 각각 복수의 도전성 또는 반도전성 입자들을 포함한다. 7개의 응집체들(1304, 1305, 1306, 1307, 1308, 1309 및 1310)이 캐리어 층(1301) 내에 분산되게 도 13에 도시된다.

전기적 반응 복합 재료는 편평한 플래너 기판에 액체 제제를 도포함으로써(이를 테면, 스크린 프린팅에 의해) 형성된다. 따라서, 복합 재료(1110)의 하부면(1311)은 실질적으로 편평하다. 그러나, 제1 복수의 응집체들은 각각 캐리어 층(1301)의 두께(1303)의 방향으로, 캐리어 층의 두께보다 큰, 제1 치수를 가진다. 따라서, 제1 복수의 응집체들(1304, 1305, 1306, 1307, 1308 및 1309)은 캐리어 층(1301)의 그렇지 않으면 일반적으로 편평한 상부면(1312)에서 바깥쪽으로 확장한다. 이런 제1 복수의 응집체들은 위치 센서(1101)의 동작 중에 복합 재료(1110)의 두께를 통해 도전성 경로를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 대조적으로, 완전히 캐리어 층(1301) 내에 잠긴 응집체(1310)와 같은 응집체는 도전성 경로를 제공할 수 없다.

도 14

위치 감지 장치(1101)의 작은 부분이 단면 도 14에 도시된다. 전술한 바와 같이, 캐리어 층 내의 제1 복수의 응집체들은 캐리어 층의 두께 방향으로, 캐리어 층의 두께보다 큰 제1 치수를 가진다. 이런 제1 복수의 응집체들 중 4개의 응집체들(1401, 1402, 1403 및 1404)이 도 14에 도시되어 있다. 이런 4개의 응집체 중, 응집체들(1410 및 1404)은 전기적 반응 복합 재료에서 함께 가장 큰 2개의 응집체가 되며, 약 10 마이크로 미터의 제1 치수를 가진다. 도 14에 도시된 바와 같이, 상부의 전기적 도전층(1107)은 응집체들(1401 및 1404)을 포함하는, 큰 응집체들의 상부에 놓이고, 따라서 캐리어 층(1301)의 상부면(1312)과 제2 전기적 도전층(1107)의 노출된 표면 사이에 에어 갭(1405)을 제공한다. 결국, 외부의 힘이 위치 센서(1101)에 인가되지 않을 때, 가장 큰 응집체들, 이를 테면 응집체들(1401 및 1404)만이 전기적 도전층들(1103 및 1107) 사이의 임의의 도전 경로를 제공할 수 있다.

힘이 상부 시트(1106)의 상부 표면의 작은 영역(1406)에 인가되는 경우, 상부 시트(1106)는 인가되는 힘의 영역에서 변형되고, 가해진 힘에 국한되는 응집체들 중 큰 응집체들을 압축한다. 예를 들어, 하부 시트(1102) 및 1401 및 1404와 같은 가장 큰 응집체들을 향해 눌려지는 힘(1407)의 영역 내의 상부 시트(1106)가 압축되어, 이런 응집체들을 통한 도전성의 증가를 초래한다.

도 15

도 14에 도시된 위치 센서(1101)의 작은 부분이 힘(1407)의 적용 후 도 15에 다시 도시된다. 도 15에 도시된 바와 같이, 힘(1407)은 하부 시트(1102)를 향해 힘(1407)의 특성으로 시트(1106)의 일부를 밀게 되고, 에어 갭(1405)이 감소되었고 큰 응집체들(1401 및 1404)의 치수가 감소되었다. 이러한 큰 응집체들(1401 및 1404)이 압축되기 때문에 그들을 통한 전기적 도전이 증가하게 된다. 부가적으로, 도 15에 도시된 바와 같이, 에어 갭(1405)이 감소되었기 때문에, 제2 전기적 도전층(1107)은 제1 및 제2 도전층(1103 및 1107) 사이에 전기적으로 도전성 경로를 제공할 수 있게 응집체(1402)와 같은 다른 응집체들과 접촉하게 된다. 따라서, 힘(1407)과 같은 힘이 증가될 때, 2개의 전기적 도전층들(1103 및 1107) 사이의 도전성은 압축되어지는 각각의 응집체들에 대한 저항의 감소에 기인하여 그리고 제2 도전층(1107)과 접촉하게 되는 응집체(1402)와 같은 부가적인 응집체들에 기인하여 증가한다.

도 16 및 도 17

본 발명을 구현하는 대안적인 위치 감지 장치(1601)가 도 16의 확대도 및 도 17의 단면도로 도시된다. 도 12의 경우에서와 같이, 도 17의 도면은 위치 감지 장치(1601)의 다양한 층들을 보여주기 위해 크게 늘려졌다.

위치 감지 장치(1601)는 높은 도전성 스트립들(1608 및 1609)을 따라, 도전층(1607)(ITO로 이루어진)이 제공되는 상부 시트(1601)를 가진다. 따라서, 상부 시트(1106)는 위치 감지 장치(1101)의 상부 시트(1106)와 실질적으로 동일하다.

부가적으로, 위치 감지 장치(1601)는 시트(1102)와 유사한 하부 절연 시트(1602)를 가지며, 유사하게 높은 도전성 스트립들(1604 및 1605)을 가진다. 그러나, 하부 시트(1602)는 인듐 주석 산화물로 형성되는 도전성 층이 없다는 점에서 위치 감지 장치(1101)의 하부 시트(1102)와 다르다. 대신에, 전기적 반응 복합 재료(1650)의 층은 높은 도전성 스트립들(1604 및 1605) 사이로 확장되도록, 하부 시트(1602)에 직접 도포되어진다(스크린 프린팅에 의해).

전기적 반응 복합 재료(1650)는 위에서 설명한 전기적 도전성 복합 재료 (1110)와 유사한 형태를 가지고 있으며, 따라서 캐리어 층 내에 분산되는 작은 도전성 입자들의 응집체들을 포함한다. 그러나, 전기적 도전성 복합 재료(1110)의 캐리어 층(1301)과는 달리, 전기적 반응 복합 재료(1650)는 자체가 도전성이 되는, 도전성 폴리머, 현재의 경우 poly(3,4-ethylenedioxythbphene) poly(styrenesulfonate)(PEDOT/PSS)로 형성되어지는 캐리어 층을 가진다.

위치 감지 장치(1601)는 위치 감지 장치(1101)와 유사한 방식으로 동작한다. 그러나, 이런 예에서, 전기적 도전성 복합 재료(1650)의 캐리어 층은 화살표(1611)의 방향으로, 상기 층을 따라 전기적 도전을 제공하기 위한 제1 도전층을 제공하는 반면, 캐리어 층 내의 응집체들은 캐리어 층과 상부 시트(1606) 상의 도전층(1607) 사이의 도전을 제공한다.

Claims (39)

1. 전기적 반응 복합 재료에 있어서,
   길이와 폭 및 상기 길이와 폭에 비해 작은 두께를 갖는 캐리어 층; 및
   복수의 전기적 도전성 또는 반도전성 입자들을 포함하고, 상기 입자들은 상기 캐리어 층 내에 분산된 복수의 응집체들을 형성하도록 응집되고, 각각의 응집체는 복수의 상기 입자들을 포함하고;
   각각의 상기 응집체는 상기 캐리어 층의 두께와 같거나 또는 보다 큰 두께 방향으로의 제1 치수를 가지어, 상기 전기적 반응 복합 재료가 인가된 압력에 응답하여 감소하는 저항을 갖도록 각각의 상기 응집체가 그 자체로 인가된 압력에 응답하여 상기 캐리어 층의 두께를 가로질러 전기적 도전을 제공하도록 배열되는,
   전기적 반응 복합 재료.
2. 제1항에 있어서,
   복수의 상기 응집체 각각의 가장 큰 치수는 40마이크로미터 보다 작은,
   전기적 반응 복합 재료.
3. 제1항에 있어서,
   복수의 상기 응집체의 가장 큰 치수는 15마이크로미터보다 작은,
   전기적 반응 복합 재료.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   복수의 상기 응집체의 가장 큰 치수는 5마이크로미터보다 큰,
   전기적 반응 복합 재료.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 캐리어 층은 상기 캐리어 층이 상기 캐리어 층의 길이와 폭의 방향으로 도전성이 되도록 전기적 도전 재료를 포함하는,
   전기적 반응 복합 재료.
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 캐리어 층은 폴리머를 포함하는,
   전기적 반응 복합 재료.
7. 제6항에 있어서,
   상기 폴리머는 투명한,
   전기적 반응 복합 재료.
8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 응집체는 유전체 재료로 형성된 입자를 더 포함하는,
   전기적 반응 복합 재료.
9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 응집체는 반도전성 입자를 포함하는,
   전기적 반응 복합 재료.
10. 제9항에 있어서,
    상기 반도전성 입자는 안티몬으로 도핑된 주석 산화물의 입자인,
    전기적 반응 복합 재료.
11. 위치 감지 장치에 있어서,
    제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 전기적 반응 복합 재료;
    캐리어 층을 따라 전기적 도전성이 되는 제1 도전층; 및
    상기 캐리어 층을 따라 전기적 도전성이 되는 제2 도전층;을 포함하고,
    응집체는 상기 제1 도전층과 상기 제2 도전층 사이에 도전성을 제공하도록 배열되는,
    위치 감지 장치.
12. 제11항에 있어서,
    복수의 상기 응집체의 제1 치수는 상기 캐리어 층의 두께보다 길고, 상기 제2 도전층은 상기 제2 도전층과 상기 캐리어 층 사이에 갭을 제공하도록 복수의 상기 응집체의 복수에 대해 안착되는,
    위치 감지 장치.
13. 제11항에 있어서,
    상기 캐리어 층은 상기 캐리어 층이 상기 캐리어 층의 길이와 폭의 방향으로 도전성이 되도록 전기적 도전 재료를 포함하며, 상기 캐리어 층은 상기 제1 도전층을 제공하는,
    위치 감지 장치.
14. 제11항에 있어서,
    상기 제1 도전층이 투명하고 제1 투명 기판 상에 형성되고, 상기 제2 도전층이 투명하고 제2 도전 기판 상에 형성되고, 상기 캐리어 층이 투명하여, 상기 위치 감지 장치가 투명한,
    위치 감지 장치.
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