KR20040093038A - 가요성 저항성 터치 스크린 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 투명한 가요성 기판; 상기 가요성 기판 상에 위치한 제 1 전도성 층; 일체형(integral) 압축성 스페이서 도트를 갖는 가요성 투명 커버 시이트; 상기 가요성 투명 커버 시이트 상에 위치한 제 2 전도성 층을 포함하고, 상기 일체형 압축성 스페이서 도트의 피크가 제 2 전도성 층을 통해 연장되어, 압축성 스페이서 도트 중 하나의 위치에서 터치 스크린에 힘이 가해질 때 압축성 스페이서 도트가 압축되어 제 1 전도성 층과 제 2 전도성 층 사이에 전기적 접촉이 이루어지게 되는 가요성 저항성 터치 스크린에 관한 것이다.

Description

가요성 저항성 터치 스크린{FLEXIBLE RESISTIVE TOUCH SCREEN}
본 발명은 가요성 저항성 터치 스크린, 더욱 구체적으로는 투명 가요성 커버 시이트 및 가요성 저항성 터치 스크린에서 가요성 기판으로부터 커버 시이트를 분리시키는 스페이서 도트에 관한 것이다.
저항성 터치 스크린은 컴퓨터, 구체적으로는 휴대용 컴퓨터에서의 통상적인 CRT 및 플랫 패널 디스플레이 디바이스에 널리 사용된다.
도 3은 게츠(Getz) 등에 의해 2001년 9월 17일자로 출원되고 2002년 7월 18일자로 공개된 미국 특허출원 제 2002/0094660A1 호에 제시된 유형의 종래기술의 저항성 터치 스크린(10)의 일부를 도시한 것으로, 제 1 전도성 층(14)을 갖는 경질 투명 기판(12)을 포함한다. 가요성 투명 커버 시이트(16)는 스페이서 도트(20)에 의해 제 1 전도성 층(14)과 물리적으로 분리된 제 2 전도성 층(18)을 포함하며, 상기 스페이서 도트(20)는 스크린 인쇄에 의해 제 2 전도성 층(18)에 형성되어 있다.
도 4를 참조하면, 가요성 투명 커버 시이트(16)가 예컨대 손가락 압력에 의해 변형되어 제 1 전도성 층과 제 2 전도성 층 간의 전기적 접촉이 이루어지는 경우, 전도성 층(14 및 18)을 가로질러 인가된 전압에 의해 접촉 위치와 비례하는 전류의 흐름을 유발한다. 전도성 층(14 및 18)은 전력 사용 및 위치 감지 정확성을 최적화하도록 선택된 저항성을 가진다. 이 전류의 크기는 변형 물체의 위치를 알아내도록 전도성 층(18 및 14)의 가장자리에 형성된 금속 전도성 패턴(도시되지 않음)에 연결된 연결자(도시되지 않음)를 통해 측정된다.
다르게는, 예컨대 1991년 11월 5일자로 선(Sun)에게 허여된 미국 특허 제 5,062,198 호에 기재된 바와 같이, 마스크를 통한 분무, 직경이 작은 투명 유리 또는 중합체 입자의 유압 스퍼터링에 의해 스페이서 도트(20)를 형성하는 것이 알려져 있다. 투명 유리 또는 중합체 입자는 전형적으로 직경이 45μ 이하이고 도포되기 전 휘발성 용매중에서 투명 중합체 접착제와 혼합된다. 이 방법은 비교적 복잡하며 고비용이고, 접착제와 같은 첨가 물질의 사용이 터치 스크린의 투명성(clarity)을 감소시킬 수 있는 것으로 예측된다. 이러한 종래기술의 스페이서 도트는 작은 비드로 제조될 수 있거나 단량체로부터 UV 코팅될 수 있는 중합체의 물질 선정에 제약을 가져온다.
또한, 사진석판 공정을 이용하여 스페이터 도트(20)를 형성하는 것이 알려져 있다. 이러한 종래기술의 방법에서는, 스페이서 도트가 느슨해져 디바이스내를 돌아다님에 따라 의도하지 않거나 일관되지 않는 작동을 야기할 수 있다. 또한, 스페이서 도트가 위치하는 경우 전도성 층(14 및 18) 사이의 접촉이 불가능하여 터치 스크린의 정밀성을 감소시키고, 스페이서 도트 위치에서의 응력에 의해 다수의 가동 후 디바이스 고장이 초래될 수 있다. 스페이서 도트의 굴절율을 조절하는 단계가 취해지지 않는다면, 이들은 또한 사용자에게 보여질 수 있어 터치 스크린 뒤에 위치하는 디스플레이의 품질을 감소시킬 수 있다.
가요성 기판 및 회로를 사용하는 가요성 터치 스크린 디바이스는 당해 분야에 언급되어 있으며, 예컨대 1999년 12월 9일자로 공개된 WO 99/63792 호(발명의명칭 : "Flexible Circuit Assembly")에 기재되어 있다. 이 개시내용은 전도성 코팅이 침착되어 있는 가요성 기판을 포함하는 완전 가요성 회로를 기재하고 있다. 또한, 상기 가요성 회로는 가요성 기판에 고정적으로 부착되고 전도성 물질과 전기적으로 상호연결된 다수의 구성요소를 포함한다. 그러나, 가요성 기판의 사용은 통상의 사진석판 기법을 사용할 수 없게 하고 기판의 구부러짐은 스페이서 도트에 응력을 가하여 이들을 느슨하게 만들며, 이에 의해 터치 스크린은 잘못된 양(+)의 신호를 잘 생성하게 된다.
따라서, 가요성 터치 스크린의 전도성 층들을 분리시키는 개선된 수단, 및 가요성 터치 스크린의 견고성을 개선시키고 제조 비용을 감소시키는 그의 제조방법이 요구된다.
상기 요구는, 투명한 가요성 기판; 상기 가요성 기판 상에 위치한 제 1 전도성 층; 일체형 압축성 스페이서 도트를 갖는 가요성 투명 커버 시이트; 및 상기 가요성 투명 커버 시이트 상에 위치한 제 2 전도성 층을 포함하고, 상기 일체형 압축성 스페이서 도트의 피크가 제 2 전도성 층을 통해 연장되어 압축성 스페이서 도트 중 하나의 위치에서 터치 스크린에 힘이 가해질 때 압축성 스페이서 도트가 압축되어 제 1 전도성 층과 제 2 전도성 층 사이에 전기적 접촉이 이루어지게 되는 가요성 저항성 터치 스크린을 제공함으로써 충족된다.
본 발명의 가요성 터치 스크린은 제조가 간단하고 더욱 우수한 정밀성, 견고성 및 투명성을 제공한다는 이점을 가진다.
도 1은 본 발명에 따른 가요성 저항성 터치 스크린의 일부를 도시한 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시된 터치 스크린의 작동을 도시한 개략도이다.
도 3은 종래기술의 터치 스크린의 일부를 도시한 개략도이다.
도 4는 도 3의 터치 스크린의 작동을 도시한 개략도이다.
도 5는 하부 방출 플랫 패널 디스플레이와 일체화된 본 발명의 가요성 저항성 터치 스크린의 측면도이다.
도 6은 상부 방출 플랫 패널 디스플레이와 일체화된 본 발명의 가요성 저항성 터치 스크린의 측면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 스페이서 도트 중 하나의 압축 과정을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 터치 스크린의 한 제조방법을 도시한 개략도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 저항성 터치 스크린
12 기판
13 손가락
14 제 1 전도성 층
15 지지 표면
16 커버 시이트
18 제 2 전도성 층
20 스페이서 도트
40 OLED 재료
42 캡슐화 커버
50 일체형 압축성 스페이서 도트
60, 62 터치 스크린이 일체화되어 있는 OLED 디스플레이
80 패턴화 롤러
82 중합체
84 지지 롤러
86 닙(nip)
88 코팅 단계
90 도포 단계
92 절단 단계
도 1을 참조하면, 종래기술의 저항성 터치 스크린의 문제점은 그 위에 제 1 전도성 층(14)이 위치되어 있는 투명한 가요성 기판(12)의 사용을 통해 극복된다. 제 2 전도성 층(18)을 갖는 가요성 투명 커버 시이트(16) 및 상기 가요성 투명 커버 시이트(16)에 형성된 일체형 압축성 스페이서 도트(50)는 투명 가요성 기판(12) 상에 배치된다. 가요성 투명 커버 시이트(16)의 제 2 전도성 층(18)은 일체형 압축성 스페이서 도트(50)의 피크를 덮지 않는다. "일체형"이라는 용어는 압축성 스페이서 도트(50)가 예컨대 성형 또는 엠보싱(embossing)에 의해 가요성 투명 커버 시이트(16)에 형성되고 이와 동일한 물질을 포함하는 것을 의미한다.
도 2를 참조하면, 작동시, 가요성 기판은 가요성 커버 시이트(16) 보다 유연성이 덜하거나 또는 예컨대 지지 표면(15)에 의해 지지된다. 일체형 압축성 스페이서 도트(50)는 가요성 투명 커버 시이트(16) 상에 침착된 제 2 전도성 층(18)이 투명 가요성 기판(12) 상의 제 1 전도성 층(14)에 닿지 않게 한다. 일체형 압축성 스페이서 도트(50)의 피크가 제 2 전도성 층(18)으로 코팅되어 있지 않고 층(18 및 16)을 물리적으로 분리시키기 때문에 전류는 전도성 층 사이에 흐를 수 없다.
외부 물체, 예컨대 손가락(13) 또는 첨필(尖筆)이 가요성 투명 커버 시이트(16)를 변형시키는 경우, 가요성 투명 커버 시이트(16)는 가요성 투명 기판(12)에 대해 압력이 가해지고 그에 의해 전도성 층(14 및 16)은 회로에 닿아회로를 닫도록 유도한다. 일체형 압축성 스페이서 도트(50) 중 하나에서 변형이 일어나는 경우, 스페이서 도트가 압축되어 전도성 층(14 및 16) 사이에 접촉이 이루어지고 전도성 층 사이에 전류가 흐를 수 있다. 첨필 또는 손가락(13)이 전형적으로 일체형 압축성 스페이서 도트(50) 보다 크므로, 일체형 압축성 스페이서 도트(50)의 상부에서의 전도성 물질(18)이 부족하면 전도성 층(14 및 18)이 맞닿는 것을 막지 못한다.
일체형 압축성 스페이서 도트(50)가 가요성 투명 커버 시이트(16)의 일체적 부분이기 때문에, 이는 그 위치가 고정적이고, 접착제 매트릭스에서 비드로 이루어진 스페이서 도트, 또는 인쇄 또는 사진석판에 의해 형성된 도트와는 달리 움직이거나 느슨해질 수 없다. 구체적으로, 기판(12)이 구부러짐에 따라 일체형 스페이서 도트(50)는 가요성 커버 시이트(16)로부터 이탈할 것처럼 보이지 않는다. 더욱이, 일체형 스페이서 도트는 통상적인 스페이서 도트 보다 작을 수 있다(예컨대 직경이 1μ만큼 작을 수 있으며 통상 10 내지 50μ이다). 접착제와 같은 첨가 물질이 불필요함에 따라 제조 재료 및 제조 단계를 감소시키고 디바이스의 광학적 투명성을 추가로 개선시킨다. 실제로, 일체형 압축성 스페이서 도트(50)가 가요성 투명 커버 시이트(16)에 일체적이기 때문에, 기판(12) 및 가요성 투명 커버(16)가 구부러짐에 따라 일체형 압축성 스페이서 도트(50)가 이들과 함께 구부러지고, 그로 인해 기판(12)과 가요성 투명 커버 시이트(16) 사이의 거리를 유지시킨다. 일체형 압축성 스페이서 도트(50)의 개수는 증가될 수 있어 터치 스크린의 견고성을 추가로 향상시킨다.
가요성 투명 커버 시이트와 일체적인 압축성 스페이서 도트를 생성하기 위한 방법이 2가지 이상 존재한다. 첫 번째 방법은, 스페이서 도트를 갖지 않는 현존하는 성형된 가요성 투명 커버 시이트를 사용하여 스페이서 도트의 역 형상을 한정한 몰드에서 가요성 투명 커버 시이트에 열 및 압력을 가함으로써 가요성 투명 커버 시이트에 스페이서 도트를 엠보싱하는 것이다. 열 및 압력은 가요성 투명 커버 시이트를 재성형하므로 가요성 투명 커버 시이트는 몰드가 제거될 때 일체형 압축성 스페이서 도트를 가질 것이다. 이러한 몰드는 예컨대 가요성 투명 커버 시이트 재료의 연속 시이트 상에서 구르는 실린더일 수 있다.
두 번째 방법에서는, 용융 중합체를 몰드 상에 코팅하고 (예컨대 사출 롤 성형에 의해) 공동내로 가압할 수 있다. 몰드는 통상적인 수단, 예컨대 기계 가공, 비드 블라스팅(blasting) 또는 에칭을 통해 공동이 제공될 수 있다. 도트(50)의 베이스는 (시이트(16)에 연결되는 경우) 스페이서 도트의 최대 크기여서 몰드로부터 성형된 물질의 방출을 용이하게 해 줄 수 있다. 성형 공정은 연속 롤 성형일 수 있다.
어느 방법에 의해서도, 매우 다양한 스페이서 도트 형상, 예컨대 실린더, 정육면체, 반구 및 피라미드 등이 가능하다. 스페이서 도트 형상은 다수의 고려 사항, 예컨대 제조에 사용된 방법, 커버 시이트를 변형시키는데 사용된 물체의 크기, 도트의 크기, 가요성 투명 커버 시이트 재료, 가용 수명 동안 디바이스의 작동 회수에 따라 다르다.
본 발명의 한 실시양태에서, 본 발명의 일체형 압축성 스페이서 도트는 상부가 편평한 원형 실린더 형상을 가진다. 원형 실린더는 반사적(specular) 광 투과를 제공하고 내충격성을 가진다. 또한, 실린더의 말단은 기판과의 우수한 광학적 접촉을 제공할 수 있다. 실린더의 직경 및 높이는 요구되는 압축 프로파일을 제공하도록 조정될 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이 압축 프로파일은 요구되는 압축 및 팽창을 겪는 스페이서 도트의 능력을 의미한다.
본 발명의 다른 실시양태에서, 일체형 압축성 스페이서 도트는 반구이다. 반구는 높은 광 투과성 뿐만 아니라 정밀한 갭을 제공한다. 또한, 반구형은 우수한 압축 및 피로 특성을 제공한다. 본 발명의 또다른 실시양태에서, 일체형 압축성 스페이서 도트는 사각 단면을 갖는 실린더이다. 직사각형 압축성 스페이서 도트(예컨대 정육면체)는 정밀한 광학 간격 뿐만 아니라 내충격성을 제공한다. 또다른 실시양태에서, 일체형 압축성 스페이서 도트는 편평한 상부를 가질 수 있는 피라미드를 포함한다. 피라미드는 일부 광 반지향화(light directing) 뿐만 아니라 정밀한 광학 갭을 제공한다. 공기 중에서의 45도의 피라미드는 투과 광을 피라미드의 베이스에 수직인 선으로 집중시키는 경향을 가져 광 지향화 뿐만 아니라 광학 간격을 제공할 것이다. 또한, 피라미드 및 반구 형상은 그 형상이 압축됨에 따라 더욱 신속히 변하는 압축 구배를 제공한다.
일체형 압축성 스페이서 도트를 갖는 가요성 투명 커버 시이트는 중합체로 구성되는 것이 바람직하다. 투명 중합체 물질은 높은 광 투과 특성을 제공할 수 있고 저렴하며, 중합체 재료 시이트는 일체형 압축성 스페이서 도트와 함께 용이하게 형성될 수 있다. 적합한 중합체 물질로는 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 셀룰로스 에스테르, 폴리스티렌, 폴리비닐 수지, 폴리설폰아미드, 폴리에테르, 폴리이미드, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리우레탄, 폴리페닐렌설파이드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리아세탈, 폴리설포네이트, 폴리에스테르 이오노머 및 폴리올레핀 이오노머를 들 수 있다. 폴리카보네이트 중합체는 높은 광 투과성 및 강도 특성을 가진다. 이들 중합체의 공중합체 및/또는 혼합물이 사용될 수 있다.
폴리올레핀, 특히 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리메틸펜텐 및 이들의 혼합물이 적합하다. 프로필렌과 에틸렌, 예컨대 헥센, 부텐 및 옥텐의 공중합체를 비롯한 폴리올레핀 공중합체가 사용될 수도 있다. 폴리올레핀 중합체는 저비용이면서 우수한 강도 및 표면 특성을 갖고 연성이고 내스크래치성을 나타내기 때문에 적합하다.
본 발명의 가요성 투명 커버 시이트를 제조하는데 사용되는 중합체 물질은 바람직하게는 92% 초과의 광 투과성을 가진다. 500 MPa 초과의 탄성률을 갖는 중합체 물질이 적합하다. 500 MPa 초과의 탄성률은 일체형 압축성 스페이서 도트가 터치 스크린에 대한 통상적인 압축력을 견딜 수 있게 한다. 또한, 500 MPa 초과의 탄성률은 도트가 강인하고 내스크래치성임에 따라 터치 스크린의 효율적인 조립을 가능하게 한다.
가요성 커버 시이트에 일체화된 스페이서 도트는 중합체 비드를 사용하는 종래기술의 터치 스크린에 존재하는 것과 같은 광학 표면으로부터의 원치 않는 반사를 현저히 감소시킨다. 또한 일체형 스페이서 도트는 또한 도트 위치가 본 발명의가요성 커버 시이트에 고정되고 진동 또는 장기간 사용 과정에서도 쉽게 움직이지 않으므로 우수한 내구성을 제공한다. 본 발명의 일체형 압축성 스페이서 도트는 바람직하게는 10 내지 50 μ의 높이를 가진다. 10μ 미만의 높이는 2개의 전도성 층에 대해 충분한 간격을 제공하지 않아 불량한 작동을 초래할 수 있다. 층을 분리시키는 50μ 초과의 높이는 2개의 전도성 층을 연결하는데 압축력이 지나치게 높게 요구됨에 따라 문제가 된다.
일체형 압축성 스페이서 도트들은 바람직하게는 1 ㎜ 초과의 거리로 분리되어 있다. 0.7㎜ 미만의 간격은 2개의 전도성 층 간의 접촉을 달성하는데 지나치게 높은 압축력을 필요로 할 수 있다. 본 발명에 따른 일체형 압축성 스페이서 도트를 갖는 가요성 투명 커버 시이트에 사용되는 중합체 및 도트 프로파일은 바람직하게는 1백만 초과 작동의 탄성 변형을 제공한다. 탄성 변형은 작동 후 초기 높이의 95%를 회복하는 스페이서 도트의 기계적 특성이다. 고품질 터치 스크린은 또한 디바이스의 유용 수명에 걸쳐 일관된 작동력을 갖는 것이 요구된다. 스페이서 도트 피로는 디바이스의 수명에 걸쳐 작동력의 증가를 초래할 수 있으며, 이는 터치 스크린 표면의 스크래칭 및 사용자의 불만을 야기한다.
일체형 압축성 스페이서 도트를 갖는 가요성 투명 커버 시이트의 유용성 및 성능을 추가로 개선시키기 위해, 적층형 무기 미립자가 중합체 재료에 첨가될 수 있다. 적층형 유기 미립자의 첨가는 중합체 스페이서 도트의 탄성 변형에 현저한 개선을 제공할 수 있다. 또한, 무기 적층형 미립자의 첨가는 중합체 스페이서 도트의 Tg를 증가시켜 온도와 관련한 성능 범위를 확장시킬 수 있다. 탄성 변형 및Tg 개선을 얻기 위해, 중합체에는 10 대 1 이상의 종횡비, 0.01 내지 5㎛의 가로 치수 및 0.5 내지 10㎚의 세로 치수를 갖는 무기 적층형 입자의 1 내지 5중량%가 첨가될 수 있다.
본 발명에 적합한 적층형 입자 물질은 현저히 높은 종횡비를 갖는 평판 형상의 어떠한 무기 적층형 물질도 포함할 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이 "평판"은 동일한 치수의 2차원 및 실질적으로 더 작은 치수의 세 번째 차원을 갖는 3차원 형상이다. 예를 들어, 평판의 길이 및 폭은 비슷한 크기이지만 평판의 두께보다는 큰 크기로 이루어진다.
한편, 본 발명에 따르면 높은 종횡비를 갖는 다른 형상들도 유용할 것이다. 본 발명에 적합한 적층형 물질은 필로실리케이트, 예컨대 몬모릴로나이트, 특히 나트륨 몬모릴로나이트, 마그네슘 몬모릴로나이트 및/또는 칼슘 몬모릴로나이트, 논트로나이트, 베이델라이트, 볼콘스코이트, 헥토라이트, 사포나이트, 사우코나이트, 소보카이트, 스테벤사이트, 스빈포르다이트, 베르미쿨라이트, 마가디이트, 케냐이트, 활성, 마이카, 카올리나이트 및 이들의 혼합물을 포함한다. 다른 유용한 적층형 물질은 일라이트, 적층형 일라이트/스멕타이트 혼합 광물, 예컨대 레디카이트 및 상기 점토 광물과의 일라이트의 혼합물을 포함한다. 음이온 중합체에 특히 유용한 다른 유용한 적층형 물질은 적층형 이중 하이드록사이드 또는 하이드로탈사이트, 예컨대 Mg6Al3.4(OH)18.8(CO3)1.7H2O이며, 이는 층간 공간에 양으로 하전된 층 및 교환가능한 음이온을 갖는다. 층에 전하를 거의 갖지 않거나 전혀 갖지 않는 다른적층형 물질은 이들이 층간 거리를 확장시키는 팽윤제와 함께 삽입될 수 있는 한 유용할 것이다. 이러한 물질로는 염화물, 예컨대 FeCl3, FeOCl, 칼코게나이드, 예컨대 TiS2, MoS2및 MoS3, 시안화물, 예컨대 Ni(CN)2및 산화물, 예컨대 H2Si2O5, V6O13, HTiNbO5, Cr0.5V0.5S2, V2O5, Ag 도핑된 V2O5, W0.2V2.8O7, Cr3O8, MoO3(OH)2, VOPO4-2H2O, CaPO4CH3-H2O, MnHAsO4-H2O, Ag6Mo10O33및 기타를 포함한다.
적합한 적층형 물질은 팽창가능하여 다른 제제, 통상적으로는 유기 이온 또는 분자가 적층형 물질에 삽입하고/하거나 이를 박리시켜 무기 상의 바람직한 분산을 발생시킬 수 있다. 이들 팽창가능한 적층형 물질은 점토 관련문헌에 한정된 바와 같이 2:1 유형의 필로실리케이트를 포함한다(예컨대, 문헌["An introduction to clay colloid chemistry," by H. van Olphen, John Wiley & Sons Publishers] 참조). 100g 당 50 내지 300 밀리당량의 이온 교환 용량을 갖는 전형적인 필로실리케이트가 적합하다. 본 발명에 적합한 적층형 물질은 스멕타이트 점토, 예컨대 몬모릴로나이트, 논트로나이트, 베이델라이트, 블론스코이트, 헥토라이트, 사포나이트, 사우코나이트, 소보카이트, 스테벤사이트, 스빈포르다이트, 할로이사이트, 마가디이트, 케냐이트 및 베르미쿨라이트 뿐만 아니라 적층형 이중 하이드록사이드 또는 하이드로탈사이트를 포함한다. 적합한 스멕타이트 점토는 몬모릴로나이트, 헥토라이트 및 하이드로탈사이트를 포함하며, 이는 이들 물질의 상업적 유용성 때문이다.
전술한 스멕타이트 점토는 천연 또는 합성일 수 있다. 이러한 구별은 입자크기 및/또는 회합된 불순물의 수준에 영향을 미칠 수 있다. 전형적으로, 합성 점토는 가로 치수가 더 작으므로 더 작은 종횡비를 가진다. 그러나, 합성 점토는 천연 점토에 비해 더욱 순수하고 입자 분포가 더욱 협소하며 추가의 정제 또는 분리를 요구하지 않을 수 있다. 본 발명의 경우, 스멕타이트 점토 입자는 0.01 내지 5㎛, 바람직하게는 0.05 내지 2㎛, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 1㎛의 가로 치수를 가져야 한다. 점토 입자의 두께 및 세로 치수는 0.5 내지 10㎚, 바람직하게는 1 내지 5㎚로 다양할 수 있다. 점토 입자의 최대 및 최소 치수의 비인 종횡비는 본 발명의 경우 10:1 내지 1000:1이어야 한다. 입자의 크기 및 형상에 관한 전술한 한정은 다른 특성에 해로운 영향을 주지 않으면서 확실하게 나노복합체의 일부 특성을 적절히 개선시키는 범위이다.
"나노복합체"는 하나 이상의 성분이 스멕타이트 점토와 같은 무기 상을 포함하고 하나 이상의 치수가 0.1 내지 100㎚ 범위를 갖는 복합체 물질을 의미한다. 예를 들어, 큰 가로 치수로 인해 기계적 특성 및 장벽 특성 개선의 바람직한 기준인 종횡비가 증가된다. 그러나, 매우 큰 입자는 유해한 광 스캐터링으로 인해 광학 결점을 야기할 수 있으며, 가공, 이송 및 마무리 장치 뿐만 아니라 다른 구성요소에 대해 마멸성일 수 있다.
중합체 물질중의 스멕타이트 점토의 농도는 필요에 따라 변할 수 있지만, 결합제의 10중량% 이하인 것이 바람직하다. 점토의 양이 현저히 높으면 깨지기 쉬워 광학 성분의 물성을 손상시키며 또한 가공하기도 어렵다. 한편, 점토의 양이 너무 낮으면 목적하는 광학 효과를 달성하는데 실패할 수 있다. 점토 농도는 최적의 결과를 위해 1 내지 10%, 바람직하게는 1.5 내지 5%로 유지될 수 있다.
스멕타이트 점토 물질은 요구되는 층간 팽창 및/또는 매트릭스 중합체와의 상용성을 제공하도록 하나 이상의 삽입물(intercalant)에 의한 처리를 일반적으로 필요로 한다. 생성된 층간 거리는 본 발명의 실시에서 삽입된 적층형 물질의 성능에 있어 중요하다. 본원에 사용된 바와 같이, "층간 거리"는 탈리(또는 박리)가 발생하기 전, 삽입된 물질 중에 층들이 회합됨에 따라 층의 면들 간의 거리를 의미한다. 점토 물질은 일반적으로 층간 또는 교환가능한 양이온, 예컨대 Na+, Ca+2, K+, Mg+2 및 기타를 포함한다. 이 상태에서, 이러한 물질들은 그의 층간 거리가 통상적으로 매우 작아(전형적으로는 약 0.4㎚ 이하) 결과적으로 층간 응집 에너지는 비교적 강하기 때문에, 혼합에 관계없이 호스트 중합체 용융물 중에서 탈리되지 않는다. 또한, 금속 양이온은 층과 중합체 용융물 사이의 상용성에 도움이 되지 않는다.
본 발명에서, 스멕타이트 점토는 바람직하게는 팽윤제(들) 또는 삽입물(들)에 의해 삽입되어 요구되는 정도로 층간 거리를 증가시킨다. 일반적으로, 층간 거리는 X-레이 회절에 의한 측정시 약 0.5㎚ 이상, 바람직하게는 2㎚ 이상이어야 한다. 점토 대 팽윤제 또는 삽입제의 중량비는 0.1:99.9 내지 99.9:0.01로 다양할 수 있지만, 1:99 내지 90:10이 바람직하고, 20:80 내지 80:20이 더욱 바람직하다.
"삽입물"은 전술한 적층형 물질의 소판 사이에 삽입된 전술한 외부 분자를 의미한다. "박리" 또는 "탈리"는 적층 순서에 관계없이 무질서적인 구조로의 개별 소판의 분리를 의미한다. "삽입된"은 적어도 부분적으로 삽입 및/또는 박리되는적층형 물질을 지칭한다. "유기점토"는 유기 분자에 의해 개질된 점토 물질을 의미한다.
팽윤제 또는 삽입물은 바람직하게는 친수성 성분을 포함하고, 더욱 바람직하게는 친유성 성분도 포함하는 유기 물질일 수 있다. 친수성 성분은 삽입에 관여하고 친유성 성분은 적합한 매트릭스 또는 결합제 중합체에서 스멕타이트 점토의 상용성화에 관여하는 것으로 여겨진다. 전술한 유기 물질은 계면활성제, 블록 공중합체 및/또는 에톡실화 알콜을 포함할 수 있다. 한 실시양태에서, 전술한 유기 물질은 본원에 참조로 인용된 미국 특허 제 4,739,007 호, 제 4,810,734 호, 제 4,894,411 호, 제 5,102,948 호, 제 5,164,440 호, 제 5, 164, 460 호, 제 5,248,720 호, 제 5,854,326 호 및 제 6,034,163 호에 개지된 것과 유사한, 블록 공중합체 또는 에톡실화 알콜이 있다. "적층형 물질"은 다수의 인접한 결합 층의 형태인 스멕타이트 점토와 같은 무기 물질을 의미한다. "소판"은 적층형 물질의 개별 층을 의미한다. "삽입"은 미국 특허 제 5,891,611 호(라인 10, 칼럼 5 내지 라인 23 칼럼 7)에 예시된 바와 같이, X-레이 회절 기법에 의해 통상 검출되는, 적층형 물질 소판 간의 하나 이상의 외부 분자 또는 외부 분자의 일부의 삽입을 의미한다.
블록 공중합체는 양친매성이며 친수성 및 친유성 성분을 가진다. 또한, 블록 공중합체는 2개의 블록 또는 "A-B" 유형(여기서, A는 친수성 성분이고 B는 친유성 성분이다) 또는 3개의 블록 또는 "A-B-A" 유형으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 블록 공중합체는 3개의 블록을 포함할 수 있고 매트릭스는 공중합체 또는 공중합체의 하나 이상의 블록과 상용성인 중합체의 블렌드를 포함할 수 있다. 또한, 매트릭스가 중합체의 블렌드인 경우, 블렌드 중의 개개 중합체는 공중합체의 개별 블록과 상용성일 수 있다. 친수성 성분으로 유용한 중합체 성분의 한 종류는 폴리(알킬렌 옥사이드), 예컨대 폴리(에틸렌 옥사이드)이다. 본원에 사용된 바와 같은 폴리(알킬렌 옥사이드)란 용어는 에틸렌과 프로필렌 옥사이드의 혼합물을 비롯한 폴리(에틸렌 옥사이드)와 같은 알킬렌 옥사이드로부터 유도된 중합체를 포함한다. 폴리(에틸렌 옥사이드)가 가장 적합하며, 그 이유는 본 발명에서의 그의 유효성, 그의 익히 공지된 수소 결합 및 이온 상호작용을 통한 점토 격자에 삽입되는 능력 뿐만 아니라 그의 열적 가공성 및 윤활성 때문이기도 하다. 본원에 사용된 바와 같은 폴리(알킬렌 옥사이드)라는 용어는 에틸렌과 프로필렌 옥사이드의 혼합물을 비롯한 알킬렌 옥사이드, 예컨대 폴리(에틸렌 옥사이드)로부터 유도된 중합체를 포함한다. 폴리(에틸렌 옥사이드)가 가장 적합하며, 그 이유는 그의 유효성, 분자량 범위 면에서의 그의 상업적인 이용가능성, 및 블록 공중합체의 합성시 넓은 범위를 부여하는 화학 작용 때문이다.
폴리(에틸렌 옥사이드)는 당해 분야에 잘 공지되어 있으며 예컨대 미국 특허 제 3,312,753 호 칼럼 4에 기재되어 있다. 유용한 (알킬렌 옥사이드)블록은 일련의 상호연결된 에틸렌옥시 단위를 함유하며 이는 화학식 [CH2-CH2-O]n(여기서, 한 단위 중의 옥시 그룹은 시리즈의 인접 에틸렌옥시 단위의 인접 에틸렌 옥사이드 그룹의 에틸렌 그룹과 연결된다)으로 나타낼 수 있다.
다른 유용한 친수성 성분은 폴리 6, (2-에틸옥사졸린), 폴리(에틸렌이민),폴리(비닐피롤리돈), 폴리(비닐 알콜), 폴리아크릴아미드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리사카라이드 및 덱스트란을 포함한다.
본 발명에 유용한 중합체의 블록의 친유성 성분은 또한 다수의 통상적인 성분으로부터 선택될 수 있다. 친유성 성분은 결합제 중합체 중에 적어도 부분적으로 상용성이고/이거나 예컨대 에스테르 교환 반응을 통해 결합제 중합체와 상호작용하는 것을 특징으로 한다. 폴리에스테르 결합제의 경우, 친유성 블록은 폴리에스테르를 포함한다. 예시적인 친유성 성분은 예컨대 카프로락톤, 프로피오락톤, β-부티로락톤, δ-발레로락톤, ε-카프로락탐, 락트산, 글리콜산, 하이드록시부티르산, 라이신의 유도체, 및 글루탐산의 유도체와 같은 단량체로부터 유도될 수 있다.
다른 유용한 친유성 성분은 α, β-에틸렌성 불포화 단량체, 예컨대 올레핀, 스티렌 및 아크릴레이트로부터 유도될 수 있다. 중합체 성형물은 폴리카프로락톤, 폴리프로피오락톤, 폴리 β-부티로락톤, 폴리 δ-발레오락톤, 폴리 ε-카프로락탐, 폴리락트산, 폴리글리콜산, 폴리하이드록시부티르산, 폴리라이신의 유도체, 및 폴리글루탐산의 유도체, 폴리올레핀, 폴리스티렌, 폴리아크릴레이트 및 α,β-에틸렌성 불포화 단량체, 예컨대 올레핀, 스티렌 및 아크릴레이트의 중합체를 포함할 것이다. 적합한 성분은 폴리에스테르, 폴리카프로락톤, 폴리아미드 및 폴리스티렌을 포함하며, 그 이유는 본 발명에서의 효율성 및 광범위한 엔지니어링 열가소성 물질과의 상용성 때문이다.
친수성 성분 및 친유성 성분의 분자량은 중요하지 않다. 친수성 성분의 분자량에 관한 유용한 범위는 약 300 내지 50,000, 바람직하게는 1,000 내지 25,000이다. 친유성 성분의 분자량은 약 1,000 내지 100,000, 바람직하게는 2,000 내지 50,000이다. 매트릭스 상용성 블록은 폴리에스테르의 매트릭스 중합체를 갖는 카프로락톤의 50 내지 500 단량체 반복 단위를 포함한다. 또다른 매트릭스 상용성 블록은 폴리에틸렌의 매트릭스 중합체와 25 내지 100개의 단량체의 에틸렌 반복 단위를 포함한다. 분자량 범위는 여러 조건하에서의 합성 및 가공을 용이하게 하도록 선택된다.
에톡실화 알콜은 장쇄 선형 합성 알콜로부터 유도된 비이온성 계면활성제의 한 종류이다. 이들 알콜은 저분자량 에틸렌 단독중합체의 작용성 유도체로 제조된다. 이는 에틸렌 옥사이드 또는 프로필렌 옥사이드와 반응하는 경우 옥실화 알콜로서 알려진 축합 생성물을 발생시킨다. 탄화수소 부분의 평균 쇄 길이는 탄소수 12 내지 106이지만 이에 한정되는 것은 아니다. 26 내지 50개의 탄소 범위가 바람직하다.
에톡실화 알콜 분자의 친수성 및 친유성 부분의 상대 효율은 출발 알콜을 변화시키거나, 에틸렌 옥사이드의 양을 변화시키거나 프로필렌 옥사이드를 사용함으로써 조절된다. 에틸렌 옥사이드 또는 프로필렌 옥사이드는 1 내지 99중량%, 바람직하게는 10 내지 90중량% 범위일 수 있다. 따라서, 계면활성제 화학 반응은 넓은 범위의 분야에 사용하도록 광범위하게 맞추어 질 수 있다. 전형적으로, 이들은 페인트, 코팅 및 잉크 중의 안료를 위한 분산 보조제로서 사용되고 있다. 이들은 섬유 처리 및 가공 공정을 위한 플라스틱, 비이온성 유화제, 유화제/윤활제를 위한몰드 이형 성분으로 사용되었다. 본 발명은, 옥실화 알콜, 특히 에톡실화 알콜이 스멕타이트 점토의 삽입에 사용될 수 있다는 것을 발견하였다. 이러한 삽입된 점토는 시판되는 폴리올레핀 중합체 중에 용이하게 분산되며 분산 후 에톡실화 알콜에 의해 생성된 삽입의 정도는 감소되는 것으로 밝혀지지 않았다.
스멕타이트 점토 및 삽입물, 바람직하게는 블록 공중합체 및/또는 에톡실화 알콜은 나노복합체 제조 분야에 공지된 임의의 적합한 수단에 의한 삽입에 대해 상호작용될 수 있다. 예를 들어, 점토는 적합한 단량체 또는 올리고머 중에 분산될 수 있으며, 이는 이후 중합화된다. 다르게는, 점토는 바람직하게는 융점 또는 그 이상에 상응하는 온도에서 블록 공중합체, 올리고머 또는 이들의 혼합물과 용융 블렌딩되고 전단처리될 수 있다. 또다른 방법에서, 점토 및 블록 공중합체는 용매 상으로 조합되어 삽입된 후, 건조를 통해 용매가 제거된다.
일체형 압축성 스페이서 도트(50)의 크기, 형상 및 위치는 특정 적용에 대해 최적화될 수 있다. 위치는 규칙적인 패턴 또는 불규칙적인 랜덤 패턴을 형성할 수 있다. 예를 들어, 엠보싱의 프로파일은 다양하여 가요성 투명 커버 시이트의 수명, 투명성 및 물성을 최대화도록 다양한 가요성 투명 커버 시이트 물질을 보완할 수 있다.
사출 롤 성형된 압축성 스페이서 도트의 높이 및 거리는 특정 제품의 압력 및 신뢰성 취급 조건을 충족시키도록 선택될 수 있다. 도 7을 참조하면, 피크 직경 Dp보다 75% 큰 베이스 직경 Db를 갖는 끝이 잘린 원뿔형 스페이서 도트의 프로파일을 도시하고 있다. 이 구조는 사용자에 의해 가해지는 압축력 수준을 조절할 수있게 하여 터치 스크린을 활성화하는 우수한 압축 프로파일을 제공하는 것으로 나타났다. 피크 직경 보다 75% 큰 베이스 직경은 기계적 강도를 제공하고, 도트의 마멸을 감소시키고, 높이가 5% 손실되기 전 1백만번의 작동을 제공한다. 도 7에 도시된 압축성 도트에 대한 적합한 물질은, 폴리카보네이트가 폴리에스테르의 10중량%로 존재하는 폴리에스테르와 폴리카보네이트의 블렌드이다.
도 5 및 6을 참조하면, 본 발명의 터치 스크린은 가요성 플랫 패널 디스플레이의 커버 또는 기판을 터치 스크린의 투명 기판(12)으로 사용함으로써 가요성 플랫 패널 디스플레이에 통합될 수 있다. 가요성 플랫 패널 디스플레이는 투명 커버또는 투명 기판을 통해 발광할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 터치 스크린(60)이 통합되어 있는 가요성 플랫 패널 OLED 디스플레이는 OLED 디스플레이용 기판(12), OLED 재료(40) 및 캡슐화 커버(42)를 포함한다. 기판(12)의 반대 측에, 터치 스크린은 제 1 전도성 층(14), 및 제 2 전도성 층(18)과 일체형 압축성 스페이서 도트(50)를 갖는 가요성 투명 커버 시이트(16)를 포함한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 일체형 터치 스크린(62)을 갖는 OLED 디스플레이는 기판(12), OLED 재료(40) 및 OLED 디스플레이용 캡슐화 커버(42)를 포함한다. 캡슐화 커버(42)의 반대 측에, 터치 스크린은 제 1 전도성 층(14), 및 제 2 전도성 층(18)과 일체형 압축성 스페이서 도트(50)를 갖는 가요성 투명 커버 시이트(16)를 포함한다. 도 5 및 6 모두에서, OLED 디스플레이의 커버 또는 기판은 완전 통합된 가요성 디스플레이 및 터치 스크린이 실현되도록 가요성일 수 있다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시양태에서, 일체형 스페이서 도트 및 가요성 커버 시이트는 단일 유닛으로 사출 롤 성형된다. 사출 롤 성형 공정에서, 중합체(82)는 그의 융점 이상으로 가열되고, 패턴화 롤러(80) 및 상기 패턴화 롤러(80)와 직접 인접하고 탄성중합체로 도포된 지지 롤러(84)에 의해 형성된 닙(86)으로 가압하에 사출된다. 패턴화 롤러(80)는 일체형 스페이서 도트를 형성하기 위한 공동의 패턴을 가진다. 중합체가 닙(86)으로 사출됨에 따라, 용융 중합체 중 일부는 패턴화 롤러의 공동을 충전시켜 일체형 스페이서 도트를 형성하고, 나머지 중합체는 일체형 스페이서 도트를 갖는 편평한 시이트로 압착된다. 일체형 스페이서 도트 및 가요성 커버 시이트가 형성된 후, 일체형 스페이서 도트를 갖는 가요성 커버 시이트는 롤러 둘 모두로부터 기계적으로 방출된다.
다음으로, 스페이서 도트의 피크는 바람직하게는 고에너지 처리, 예컨대 CDT(코로나 방출 처리) 또는 GDT(글로우 방출 처리)로 처리되어 스페이서 도트의 피크 간의 표면 에너지 차 및 스페이서 도트 사이의 공간을 제공하고 스페이서 도트의 피크 사이의 차등 전도성 용액 습윤화 및 스페이서 도트 사이의 공간을 제공한다(88). 피크는 CDT 또는 GDT 표면 처리에서 전형적인 바와 같이 피크의 표면에 수직으로 고에너지를 향하게 함으로써 CDT 또는 GDT에 의해 처리된다. 또한, CDT 또는 GDT 처리는 스페이서 도트의 차등 에너지 처리도 또한 가능하게 하는 수직의 경우에서 15도 초과하는 각도로 스페이서 도트에 향하게 될 수 있다. 투명한 전도성 코팅, 예컨대 폴리티오핀, ITO, 폴리아닐린, 폴리피롤, 도핑된 중합체는 가요성 커버 시이트에 도포되고, 전도성 코팅은 도트의 피크를 흘러내려와 도트 사이의 공간으로 들어가 전도성 코팅이 없는 스페이서 도트의 피크가 남는다(90). 이후, 상기 코팅은 건조 또는 경화되어 투명 전도성 코팅을 형성한다. 커튼 코팅, 롤 코팅 및 스핀 코팅, 슬라이드 코팅, 잉크 젯 코팅, 패턴화된 그라비어 코팅, 블레이드 코팅, 전자사진 코팅 및 원심분리 코팅을 비롯한 적합한 코팅법이 사용되어 투명 전도성 코팅을 도포할 수 있다. 투명 전도성 코팅은 300 내지 600 ohms/square의 저항성을 가질 수 있다. 저점도 전도성 물질은 스페이서 도트 사이의 공간으로 유효하게 흘러들어 피크를 노출시킨다. 전도성 물질 점도는 바람직하게는 4 mPa.sec 미만이다. 또한, 코로나 방출 표면 처리가 사용되어 도트 사이의 코팅을 개선시킬 수 있다. 최종적으로, 일체형 스페이서 도트를 갖는 투명한 가요성 커버 시이트의 웹(web)은 개개의 커버 시이트(16)로 절단되고(92), 터치 스크린(10)의 가요성 기판(12)에 도포된다.
본 출원인은 20㎝×20㎝ 시이트를 형성하는 사출 롤 성형을 사용하여 20㎛ 직경의 반구의 폴리카보네이트 일체형 스페이서 도트를 갖는 100㎛ 두께의 폴리카보네이트 투명 가요성 커버 시이트의 구조를 통해 본 발명을 예시하였다. 20㎛ 스페이서 도트를 갖는 커버 시이트를 스페이서 도트와 접하는 스크래핑 블레이드를 갖는 그라비어 코팅 방법을 사용하여 375 ohms/square의 표면 저항성을 갖는 전도성 중합체로 코팅하여 일체형 스페이서 도트에 의해 점유되지 않는 영역에서 연속적인 전도성 코팅을 얻었다.
면적 당 롤러의 구성 수는 스페이서 도트 크기 및 패턴 깊이에 의해 결정된다. 더욱 큰 직경 및 더욱 깊은 패턴은 주어진 면적에서 더욱 적은 구성 수를 필요한다. 따라서, 구성의 개수는 스페이서 도트 크기 및 패턴 깊이에 의해 고유하게 결정된다. 또한, 본 발명의 스페이서 도트는 패턴 주위에 진공 성형하거나, 도트를 사출 성형하거나 중합체 웹에 도트를 엠보싱함으로써 제조될 수 있다. 이러한 제조 기법을 허용가능한 도트를 생성하는 한편, 패턴화 롤러 상으로의 중합체의 사출 롤 성형은 본 발명의 스페이서 도트를 갖는 가요성 커버 시이트가 롤내로 형성될 수 있게 함으로써 제조 단가를 저감시킨다.
사출 롤 성형은 엠보싱 및 진공 성형에 비해 요구되는 복합 도트 형상을 더욱 효율적으로 복제하는 것으로 알려져 있다. 가요성 커버 시이트를 예컨대 LCD 또는 OLED 가요성 플랫 패널 디스플레이에 적용하는데 요구되는 크기로 절단하는 것이 또한 고려된다.
본 발명은 OLED 및 액정 디스플레이 디바이스를 포함하지만 이에 한정되지 않는 임의의 가요성 플랫 패널 디스플레이와 함께 사용될 수 있다.
본 명세서에 언급된 특허 및 다른 공개문헌의 전체 내용은 본원에 참조로 인용된다.
본 발명의 가요성 터치 스크린은 전도성 층들을 분리시키는 압축성 스페이서 도트를 가요성 커버 시이트와 일체적으로 형성시킴으로써 제조가 용이하고 견고성, 정밀성 및 투명성이 더욱 우수하다.

Claims (1)

  1. a) 투명한 가요성 기판;
    b) 상기 가요성 기판 상에 위치한 제 1 전도성 층;
    c) 일체형(integral) 압축성 스페이서 도트를 갖는 가요성 투명 커버 시이트; 및
    d) 상기 가요성 투명 커버 시이트 상에 위치한 제 2 전도성 층을 포함하고,
    상기 일체형 압축성 스페이서 도트의 피크가 제 2 전도성 층을 통해 연장되어, 압축성 스페이서 도트 중 하나의 위치에서 터치 스크린에 힘이 가해질 때 압축성 스페이서 도트가 압축되어 제 1 전도성 층과 제 2 전도성 층 사이에 전기적 접촉이 이루어지게 되는 가요성 저항성 터치 스크린.
KR1020040028365A 2003-04-24 2004-04-23 가요성 저항성 터치 스크린 KR101048561B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US10/422,583 2003-04-24
US10/422,583 US7081888B2 (en) 2003-04-24 2003-04-24 Flexible resistive touch screen

Publications (2)

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