KR20050063803A

KR20050063803A - 터치 센서와 생산 방법

Info

Publication number: KR20050063803A
Application number: KR1020057008324A
Authority: KR
Inventors: 오. 게그헨 버나드; 엠. 크로스 엘리사; 에스. 모쉬레프자데흐 로버트
Original assignee: 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Priority date: 2002-11-12
Filing date: 2003-10-01
Publication date: 2005-06-28
Also published as: TW200409033A; WO2004044723A3; JP2006506708A; CN1711520A; WO2004044723A2; AU2003279762A1; EP1561158A2; US20040090429A1

Abstract

본 발명은 터치 입력에 반응하여서 제2 층 쪽으로 이동가능한 제1 층을 포함하는 터치 센서를 제공하며, 터치 입력의 위치는 제1 층의 움직임으로 인해 감지된 신호들로부터 결정될 수 있다. 제1, 제2 층들은 센서의 터치 감지 영역 위로 분산된 복수개의 스패이서들을 통해서 서로 결합된다. 본 발명은 또한 터치 센서를 만들기 위해 스패이서들을 제1 및 제2 층들에 결합하는 방법을 제공한다.

Description

터치 센서와 생산 방법 {TOUCH SENSOR AND METHOD OF MAKING}

본 발명은 터치 입력에 반응하여서 제2 층 쪽으로 이동가능한 제1 층을 포함하는 터치 센서에 관련된 것이며, 터치 입력의 위치는 제1 층의 움직임으로 인해 감지된 신호들로부터 결정될 수 있다. 특히, 제1, 제2 층들은 센서의 터치 감지 영역 위로 분산된 복수개의 스패이서들을 통해서 서로 결합된다. 또한, 본 발명은 터치 센서를 만들기 위해 스패이서들을 제1 및 제2 층들에 결합하는 방법에 관련된 것이다.

저항성 터치 센서들(resistive touch sensors)은 터치 또는 수기로 정보 입력이 가능한 다양한 디스플레이 장치들, 컴퓨터, PDA(personal digital assistants)들을 위한 입력 장치와 같은 광범위한 곳에 응용되었다. 일반적인 저항성 터치 센서들은 CRT(cathode ray tube), LCD(liquid crystal display)와 같은 디스플레이 장치의 전면에 장착되고, 전자 콘트롤러(electronic controller)에 연결된다. 터치 스크린은 그 대향면 상에 투명한 저항성 코팅들을 지니는 강성 기판과 가요성 탑시트(flexible topsheet)를 포함한다. 탑시트와 기판의 저항성 코팅들 사이는 주변부 스패이서(peripheral spacer)에 의해서 틈이 유지된다. 기판의 저항성 코팅 상에는 스패이서 도트들(spacer dots)의 매트릭스(matrix)가 구비되는데, 이는 저항성 코팅들 사이에서 의도하지 않은 터치 입력을 발생시키는 가짜 접촉을 방지하는데 도움이 된다. 스패이서 도트들의 지름, 높이, 간격에 의해서 센서의 동작힘(activation force)이 결정되는데, 여기서 동작힘이란 터치 행위에서 저항성 코팅들이 접촉하여 터치 입력이 기록되는데 필요한 힘의 크기를 말한다.

본 발명은 첨부된 도면들과 관련된 본 발명의 다양한 실시예들에 대한 발명의 상세한 설명에 의해서 더 완벽하게 이해될 수 있다.

도1은 이중 결합된(double-bonded) 스패이서들을 포함하는 터치 센서의 개략적인 측면도이다.

도2는 4선(4-wire) 저항성 터치 센서의 개략적인 3차원 분해도이다.

도3은 저항성 터치 센서의 개략적인 부분 측면도이다.

도4는 본 발명에 따르는 이중 결합된 스패이서들을 가지는 저항성 터치 센서의 개략적인 부분 측면도이다.

도5는 단일 결합 및 이중 결합된 스패이서들을 지니는 4선 저항성 터치 센서의 개략적인 3차원 분해도이다.

도6a 내지 6c는 본 발명의 이중 결합 기술을 사용하는 저항성 터치 센서를 형성하는 방법의 단계들을 도시한다.

도7a 내지 7c는 본 발명의 이중 결합 기술을 사용하는 터치 센서를 형성하는 방법의 단계들을 도시한다.

도8은 터치 센서를 포함하는 디스플레이 시스템의 개략적인 대표도이다.

본 발명은 다양한 변경과 변형 형태들로 수정이 가능한데, 그 세부사항들은 도면에서 예를 들어서 도시되었으며 이하에서 상세히 기술될 것이다. 그러나 본 발명을 기재된 특정 실시예들로 한정하려는 것은 아니라는 것을 이해해야 할 것이다. 반대로, 본 발명은 본 발명의 사상과 범위 내에 들어가는 모든 변경물, 균등물, 변형물들을 포함하는 것이다.

본 발명은 센서의 터치 감지 영역에서 터치에 반응하여 제2 층 쪽으로 이동가능한 제1 층을 포함하는 터치 센서를 제공한다. 제1 층이 제2 층 쪽으로 움직여져서, 그 결과 터치 지점을 결정하기위해 감지될 수 있는 신호가 생성된다. 복수개의 스패이서들은 제1 층과 제2 층 사이의 터치 감지 영역 안에 배치되어 있고, 스패이서들은 제1, 제2 층 모두에 결합되어 있다.

본 발명은 또한 터치 센서를 생산하는 방법을 제공한다. 그 방법은 제1 층과 제2 층을 그 사이에 간격을 지니도록 배치하고, 제1 층과 제2 층들 사이의 터치 감지 영역 안에 복수개의 스패이서들을 배치하고, 제1 층과 제2 층 모두에 스패이서들을 결합하는 단계를 포함한다.

통상적인 저항성 터치 센서 구조들에서, 터치면을 제공하게 되는 가요성 탑시트는 일반적으로 강성 기판에 주변부 밀봉 스패이서를 사용하여 그 에지들을 따라 부착이 되며, 탑시트는 균일한 간격을 유지하기 위해서 팽팽하게 당겨진다. 탑시트를 편평하고 타이트하게 유지시키기 위해서 경계 영역의 상당 부분은 부착 기능을 위해 주변부 스패이서에 할당되게 된다. 탑시트가 스패이서 도트들의 상부들 위로 자유롭게 미끄러질 수 있기 때문에, 사용함에 따라 또는 환경 조건이 변화함에 따라서 휘어져서 늘어지거나(sag down) 거품이 일거나(bubble up), 늘어날(stretch) 수가 있다. 이런 종류의 탑시트 마모는 외관상 보기 좋지 않을 수 있고, 정상적인 작동을 방해할 수 있고, 저항성 코팅들의 단락(shorting)을 유발시킬 수 있고, 원하지 않았는데도 생기는 뉴턴의 고리들(Newton's rings)과 같은 짜증나는 광학적 불량 부분들(optical artifacts)이 생성될 수도 있다. 스패이서 도트에 탑시트가 반복적으로 접촉하게 되면 스패이서 도트들이 손상되거나 그 위치가 이동될 수도 있다.

간격에서 스패이서 도트들을 기판과 탑시트 양쪽에 부착시키면, 더 튼튼하지만 여전히 가요성인 저항성 터치 센서를 얻을 수 있으며, 이 터치 센서는 뒤틀어짐, 거품 발생, 휘어져서 늘어짐과 같은 현상이 덜 나타나는 더 균일하고 내구성이 있는 간격을 지니며, 상기 현상들에 수반하는 에러 신호들과 짜증나는 불량 부분들이 사라지게 된다. 이러한 스패이서 도트들의 이중 결합은 탑시트의 미끄러짐을 크게 줄일 수 있게 하며, 이로 인해 늘어져서 휘어짐, 거품 발생 또는 뒤틀림과 같은 현상이 이중 결합된 스패이서 도트들 사이의 영역에서만 발생하는 것과 같이 국부적으로만 발생한다. 이와 같이, 에러 신호들과 짜증나는 시각적 효과들을 제거하기 위해서 탑시트를 잘 조정할 수 있다.

본 발명이 저항성 터치 스크린의 구조들의 용도로 적합하지만, 본 발명은 터치면 상의 충분한 터치 입력에 반응하여 제2 층(예, 강성 기판)을 향하여 움직일 수 있는 제1 층(예, 가요성 탑시트)을 포함하는 구조를 가지는 임의의 터치 센서에도 적용된다. 터치에 반응해서 생긴 제1 층의 국부적 변형에 의해서 제1 층과 제2 층들은 터치 지점이 결정될 수 있는 신호가 감지될 수 있기에 충분히 근접하게 된다. 2개의 저항성 층들의 물리적 접촉에 의해서 신호를 감지하는 터치 센서들은 저항성 터치 센서들이라 불린다. 다른 터치 센서들은 제1, 제2 층들 사이의 틈에서의 국부적 변화(예, 하나가 국부적으로 더 가깝게 근접할 때 2개의 저항성 층들 사이에서의 용량(capacitance) 변화)로부터 생기는 신호들을 감지할 수 있다. 이러한 터치 센서들의 예들은 미국특허 제5,686,705호와 제6,002,389호 뿐만 아니라 공동 소유하고 있는 미국 특허출원 제10/183,876호에서 개시되어 있으며, 상기 자료들의 개시물들은 본 명세서에 전체적으로 통합되어 있다.

저항성 터치 센서들에 종종 스패이서 도트들이 사용되지만, 본 발명에 따르면 터치 센서의 터치 감지 영역을 가로질러서 배치된 스패이서 배열에서는 도트들 이외의 구조들, 즉 대략 반구형으로 인식되는 구조들이 스패이서들로 사용될 수도 있다. 예를 들면, 스패이서 배열은 도트들, 구형들, 가늘고 긴 형태들, 선들 및 임의의 다른 적합한 형상을 포함할 수 있다. 스패이서 배열은 모두 한 가지 형태, 크기 또는 분포로 스패이서들을 포함할 수도 있으며, 상이한 형태들, 크기들, 또는 분포들을 지니는 스패이서들을 포함할 수도 있다. 일반성을 잃지 않고(without loss of generality), 본 명세서에서는 스패이서 배열의 스패이서들은 스패이서 도트들 또는 단순히 스패이서들로 지칭될 수도 있다.

도1은 제2 층(1020)으로부터 떨어져서 간격을 두는 이동가능한 제1 층(1010)을 포함하는 터치 센서(1000)을 개략적으로 도시한다. 스패이서들(1030)은 제1 층(1010)과 제2 층(1020)의 각각에 결합되고, 각 층의 사이에 배치된다. 스패이서들(1030)은 센서(1000)의 터치 감지 영역 안에 배치된다. 터치 감지 영역 안의 터치면에 터치 입력이 있으면 제1 층(1010)이 제2 층(1020) 쪽으로 움직이게 된다. 이중 결합된 스패이서들(1030)과 광학적으로 단일 결합된 스패이서들(도시 않음)을 포함하는 스패이서들은 터치면 아래에서 제1 층(1010)이 국부적으로 변형되게끔 만든다. 다양한 스패이서들의 크기, 형태, 분포에 의해서 감지가능한 신호를 유발시키기에 충분한 움직임을 발생시키는데 필요한 힘의 크기와, 힘의 작용점(area of force)이 결정된다. 터치에 의해서 생기는 제1 층(1010)의 변형은 제1 층(1010)과 제2 층(1020)이 서로 접촉하거나 더 근접하게 만든다. 제1 층(1010)과 제2 층(1020)은 일반적으로 터치 감지 영역을 덮고 있는 저항성 층과 같은 저항성 요소들을 가지고 있다. 저항성 요소들은 편의될(biased) 수 있는데, 이로 인해 터치 입력에 의해서 터치 지점을 결정하는데 사용될 수 있는 감지 가능한 신호가 발생된다. "터치 입력 또는 터치에 의해서"라는 말은 손가락, 터치팬, 또는 다른 적합한 물체와 같은 터치 수단이 터치 센서의 터치 감지 영역 안의 터치면에 압력을 가하는데 사용된다는 것을 의미한다.

제1 층(1010)과 제2 층(1020)의 재료들은 터치 센서(1000)를 통해서 디스플레이(도시 않음)가 보일 수 있도록 선택될 수 있다. 제1 층(1010)과 제2 층(1020) 사이의 간격은 액체나 탄성 중합체와 같은 변형 가능한 재료로 선택적으로 채워질 수도 있다. 충전재는 센서(1000)를 통해서 디스플레이가 보일 수 있도록 선택될 수도 있다. 간격 충전물이 존재함으로 인해서 광처리량을 제한할 수도 있는 반사가 줄어들고, 층들 사이의 공기 간격이 제거되어 광학적 특성들이 향상된다. 본 발명은 유동 가능한 간격 충전재가 사용되는 용도들에 특히 적합할 수 있다. 유동 가능한 간격 충전물이 사용될 때, 터치된 영역에 있는 간격 충전물은 주위 영역으로 밀려나게 되고, 이로 인해 터치된 영역 주변의 환형 부분에서는 이동가능한 제1 층이 제2 층으로부터 밀려지게 될 수도 있다. 이로인해 센서를 통해 가시성(viewability)을 나쁘게 만드는 거품 형성으로 이어지는 공기 주머니들(air pockets)이 형성될 수도 있다. 이중 결합된 스패이서들의 존재로 인해 이동가능한 제1 층이 제2 층으로부터 과다하게 이동되는 것이 저지되어 상기 현상이 방지되는데 도움이 될 수도 있다.

통상적인 저항성 터치 센서들에서, 스패이서 도트들은 일반적으로 아크릴과 같은 강성 재료로 만들어진다. 본 발명에서 터치 센서의 터치 감지 영역 안에 배치된 스패이서들은 강성이거나 변형 가능할 수도 있다. 예를 들면, 터치힘들이 가해질 때는 어느 정도 굽혀지지만 터치힘이 제거될 때에는 원래 상태로 회복되는데 충분히 변형 가능한 이중 결합된 스패이서들을 포함하는 것이 바람직할 수도 있다. 실리콘 탄성 중합체들과 같은 탄성 중합체들은 변형 가능한 스패이서 재료들로 사용될 수 있다.

본 발명의 몇몇 측면들에 대해서, 일반성을 잃지 않고, 예시를 들기 위해서 도2에는 4선 저항성 터치 센서(10)가 도시되는 데, 상기 4선 저항성 터치 센서(10)는 예를 들어 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 같은 것으로 만들어질 수 있는 탑시트(12)와, 예를 들어 유리와 같은 것으로 만들어질 수 있는 기판(14)을 포함한다. 저항성 코팅(16)은 탑시트(12)에, 또 다른 저항성 코팅(18)은 기판(14)에 두 코팅이 서로 향하게끔 도포된다. 터치 센서(10)가 투명한 것이 바람직한 애플리케이션에 있어서 저항성 코팅들은 임의의 적당한 저항성 재료, 특히 틴 옥사이드(TO), 인듐 틴 옥사이드(ITO), 또는 안티모니 틴 옥사이드(ATO)와 같은 투명한 도전성 산화물들로 만들어 질 수 있다. 예를 들어, 탑시트(12)는 0.03 내지 0.5mm, 기판(14)은 0.5 내지 5mm의 두께를 각각 가진다.

터치 센서(10)는 대략 직사각형으로 도시되며, 재료들은 투명하게 보여서 센서들이 LCD나 CRT 스크린과 같은 디스플레이 장치 상에 입혀진 터치 스크린으로 사용될 수 있다. 본 발명은 또한 화이트 보드들, 터치 패드들, 및 다른 투명하지 않은 터치 센서 장치들에 도포된다. 또한, 도2에서 4선 저항성 터치 센서가 도시되지만, 본 발명은 저항성 층을 가지는 기판으로부터 떨어져서 간격을 두고 있는 저항성 층을 가지는 탑시트와, 저항성 층들 사이에 배치된 스패이서 도트들을 포함하는 어떠한 저항성 터치 센서에도 똑같이 잘 적용된다. 다른 저항성 터치 센서 종류들에는 5선, 8선이 포함되며, 이러한 구조들은 당업자에게 잘 알려져 있다.

다시 도2를 참조하면, 전극들(20)은 감지 신호들(sensing signals)과 전압들을 가하기 위해서 기판(14) 상에서 프린트되거나 달리 배치될 수 있다. 전극들(21)은 감지 신호들과 전압들을 가하기 위해서 탑시트(12) 상에서 프린트되거나 달리 배치될 수 있다. 충분한 힘이 수반된 터치 입력은 저항성 코팅들(16, 18)이 전기적으로 접촉하게 만들며, 이로 인해서 감지 신호들이 발생한다. 이러한 신호들을 감지하여 모아진 정보들은 터치 지점을 결정하는 데 사용될 수 있다.

통상적으로 접착 매체(adhesive medium)(22)가 기판(14)과 탑시트(12) 사이의 주변부을 따라 도포되어서 밀봉부를 형성한다. 밀봉부는 센서 내부를 오염물로부터 보호하며, 또한 지지부를 제공하여서 탑시트가 팽팽하게 당겨질 수 있게 하고 탑시트의 휘어져 늘어짐, 비틀림, 거품 효과 등이 줄어드는데 도움이 되게끔 결합될 수 있도록 한다. 본 발명에서, 접착 경계부 또는 주변부가 기판(14)과 탑시트 사이의 간격을 밀봉하여 오염을 방지하는 것이 여전히 바람직할 수도 있다.

저항성 코팅들(16, 18) 사이의 간격은 센서의 터치 감지 영역 위에 배치된 스패이서들(24)에 의해서 유지된다. 도2에서 스패이서들(24)이 열들과 행들을 지어서 정렬하고 있는 모습을 도시하고 있지만, 스패이서들은 임의의 규칙적 배열 또는 랜덤한 배열로 정렬될 수도 있다. 스패이서들은 둥근 모양, 정사각형모양, 긴 모양일 수 있으며, 터치 감지 영역을 가로질러 선들을 형성할 수도 있다. 스패이서들은 아크릴(acrylic) 재료와 같은 임의의 적합한 재료로부터 형성될 수 있으며, 통상적으로 스크린 프린팅(screen printing), 오프셋 프린팅(offset printing), 스텐실링(stenciling), 사진 석판술(photolithography) 등과 같은 것에 의해서 형성될 수 있다. 스패이서들은 공동 출원된 미국 특허 출원 제10/017,268호에 개시된 바와 같이 잉크젯 프린팅(ink jet printing)에 의해서도 형성될 수 있으며, 이 개시물은 본 명세서에 전체적으로 통합되어 있다. 스패이서들은 엠보싱(embossing) 또는 마이크로몰딩(micromolding) 기술들에 의해서 형성될 수도 있으며, 이에 의해서 스패이서들은 터치 센서의 저항성 층 상으로 직접적으로 엠보스 또는 몰드된다. 이와 달리, 스패이서 구조들은 센서의 저항성 층 위로 분산될 수 있는 입자들 또는 섬유들과 같은 것으로 분리되어 형성될 수도 있다. 이러한 경우에, 접착 재료는 터치 센서의 저항성 층 위의 선택된 영역들에 미리 프린트되거나 달리 배치될 수 있으며, 이로 인해서 분산된 스패이서들이 상기 선택된 영역들에 접착할 수 있어서 그 위치들이 고정된다. 이와 달리, 스패이서 입자들이 접착 코팅을 지닌 입자와 같이 접착성일 수도 있다. 스패이서들은 예를 들어 지름 또는 너비에서 약 1 내지 100 미크론, 높이에서 0.5 내지 50 미크론이 가능하고 서로 약 1cm 이하의 간격으로 떨어져 있는 것이 바람직하다. 모든 스패이서들이 이웃하는 스패이서들로부터 평균 1cm 이하의 간격으로 떨어져서 있는 것이 일반적인 반면에, 이웃하는 이중 결합된 스패이서들 사이의 거리는 도5에 도시된 예와 같이 훨씬 클 수 있다라는 사실에 주목할 필요가 있다.

비교를 위해서 도3은 저항성 층(16a)을 지니는 탑시트(12a)와, 저항성 층(18a)을 지니는 기판(14a)과, 탑시트와 기판 사이의 간격과 밀봉을 가능하게 하는 주변 스패이서(26)와, 기판의 저항성 코팅(18a)에 부착되어 있는 복수개의 스패이서 도트들(24a)을 포함하는 통상적인 저항성 터치 센서(10a)를 도시한다. 탑시트(12a)는 스패이서 도트들(24a) 위로 떠있으며, 각각의 스패이서 도트(24a)의 상부와 이웃하는 저항성 코팅(16a) 사이에 작은 간격이 있을 수 있다. 이는 탑시트가 기판(14a)에 대해서 미끄러질 수 있도록 한다. 탑시트(12a)가 터치 입력이 없을 때에도 때때로 몇몇 스패이서 도트들(24a)과 접촉할 수도 있지만, 스패이서 도트들(24a)은 탑시트의 저항성 층(16a)에 결합되지는 않는다. 탑시트 상에 존재하는 임의의 차등 힘들은 탑시트의 전체 길이와 폭을 가로질러 전해질 수 있으며, 스패이서 도트들의 많은 열들과 행들을 가로질러 큰 규모의 뒤틀림, 거품현상 또는 휘어서 늘어짐 현상이 생기게 한다.

도4는 본 발명에 따르는 저항성 터치 센서(10b)를 도시하며, 여기서 스패이서들(24b)은 기판(14b) 상의 저항성 코팅(18b)과 탑시트(12b) 상의 저항성 코팅(16b) 모두에 결합된다. 이런 방법으로, 이중 결합된 스패이서 도트들(24b) 사이의 좁은 영역들 내부에서 탑시트(12b)의 형태변경 또는 다른 움직임 또는 수축과 팽창이 저지될 수 있는 더 단단하고 튼튼한 터치 센서가 얻어질 수 있다. 주변 밀봉부(26b)는 여전히 포함될 수 있다.

어떤 실시예에서는, 모든 스패이서들을 터치 센서 양쪽의 저항성 층들에 결합시키는 것이 바람직할 수도 있다. 다른 실시예들에서는, 단지 일부의 스패이서들만을 탑시트와 기판 모두에 결합시키고 그 이외의 다른 스패이서들은 탑시트와 기판 중의 하나에만 결합시키는 것이 바람직할 수도 있다. 예를 들면, 모든 스패이서들을 이중 결합시키는 것은, 특히 스패이서들 간의 간격이 상대적으로 작고 스패이서들의 높이가 상대적으로 클 때는 센서를 동작시키는데 필요한 힘(동작힘)이 너무 높게 요구될 수도 있으며 이는 센서에 바람직하지 않다. 이러한 경우들에 있어서, 예를 들어 열 또는 행을 지어있는 스패이서들 중 4개마다 1개의 스패이서와 같이, 일부 스패이서만을 탑시트와 기판 모두에 결합시키는 것이 바람직하다. 도5는 저항성 터치 센서(10c)가 복수개의 도트 스패이서들(24c)과 복수개의 라인 스패이서들(25)을 포함하는 또 다른 예시적인 경우를 도시하며, 여기서 도트 스패이서들(24c)은 기판(14c)의 저항성 층(18c)에만 결합되어 있으며, 라인 스패이서들(25)은 탑시트(12c)의 저항성 층(16c)과 기판(14c)의 저항성 층(18c) 모두에 결합되어 있다. 본 발명에 의해서 스패이서의 크기, 형태, 위치, 결합 특성(예, 이중 vs 단일)들이 다양하고 혼합되어있는 임의의 적절한 구조까지도 의도된다. 경질 코팅층들(hard coat layers), 반사방지 층들(antireflective layers), 광산란 층들(light diffusing layers), 미생물방지 층들(anti-microbial layers) 등과 같은 광학적 코팅들과 층들이 구비될 수도 있으며, 당업자들에게도 이렇게 이해된다. 예를 들면, 탑시트의 상단면 상에 구비된 경질 코팅은 센서를 스크래치들로부터 보호하는데 도움을 줄 수 있다. 경질 코팅제는 일반적으로 경화 아크릴 수지(cured acrylic resin)이며, 액체 아크릴 재료를 기판의 면 위로 도포함으로써 코팅되며, 그 뒤에 액체의 용매들이 증발해서 날라 가고, 그리고 나서 자외선으로 아크릴을 경화시킨다. 아크릴은 실리카(silica) 입자들도 포함할 수 있는데, 이로 인해 경화된 경질 코팅제가 거칠거칠하게 마무리되어 눈부심이 방지되거나 광학적 특성들이 분산된다.

예를 들어 투명한 터치 스크린들에 포함된 스패이서들은 디스플레이에서 센서를 통해 투과되는 빛이 스패이서들에 의해 바람직하지 않게 방해받지 않게끔 특성들을 가지는 것이 바람직하다. 예를 들면, 스패이서들은 사용자에게 인식되지 않을 정도로 작은 크기로 만들어 질 수 있다. 사실상 어려울 수 있지만 스패이서들은 터치 스크린을 통해서 투과하는 빛의 집중을 방지하는 형태로 될 수 있다. 본 발명에 따르면, 스패이서들을 상부층과 하부층 모두에 결합시킴으로 인해서, 빛이 스패이서들을 통해서 집중되어 나타나는 역효과들이 경감될 수 있다. 게다가, 본 발명에 따라서 스패이서들을 기판과 탑시트에 모두 결합시킴에 의해서 공기 중간면이 제거되어 스패이서들을 통해 가시광의 투과가 가능하게 되며, 사용자들에게 스패이서들이 밝은 점들, 부분들, 또는 선들로 보이게끔 만든다. 상기의 효과들이 바람직하지 않은 상황에서 그러한 효과들을 감소시키기 위해서, 스패이서들은 가능하면 작게 만들어질 수 있고, 광산란 입자들이 빛을 산란시키기 위해서 스패이서들에 첨가될 수 있고, 스패이서들은 예를 들어 가시성 등을 최소화하기 위해서 빛을 투과 시키지 않는 재료들로 만들어 지거나, 그러한 색깔로 칠해질 수도 있다.

저항성 터치 센서들은 본 발명에 따라 터치 센서의 터치 감지 영역 안에 배치된 복수개의 스패이서들을 탑시트 저항성 층과 기판 저항성 층 모두에 결합함으로써 만들어질 수 있다. 예를 들면, 복수개의 스패이서들은 탑시트 저항성 층 또는 기판 저항성 층 중의 하나 위에 먼저 배치 및 결합될 수 있다. 이것은 스크린 프린팅, 사진 석판술(photolithography), 마이크로몰딩, 잉크젯 프린팅 등과 같은 임의의 적합한 패터닝 방법에 의해서 행해질 수 있다. 만약 배치된 스패이서들이 결합 재료를 포함하면, 탑시트 또는 기판 중의 나머지 하나를 스패이서들에 직접 부착시킬 수도 있다. 예를 들면, 스패이서들은 부분적으로 경화된 재료를 포함하여, 탑시트 또는 기판 중의 하나에 먼저 접촉하고 그 뒤에 나머지 다른 층에 스패이서들을 결합하기 위해 더 완전하게 경화될 수 있다. 또 다른 예로서, 스패이서들은 기판과 탑시트 모두에 접촉하는 동안 열이 가해질 수 있는 열가소성 재료를 포함할 수 있으며 이로 인해 스패이서들이 냉각되자마자 양 층들에 접착된다. 다른 경우로서, 접착제 또는 다른 결합 재료는 스패이서들이 배치되고 난 뒤에 각각의 스패이서 상에 배치될 수 있으며, 이로 인해 나머지 층은 추가된 접착제 또는 결합 재료를 통해 스패이서들에 결합될 수 있다.

도6a 내지 6c는 본 발명에 따라서 수행될 수 있는 단계들을 도시한다. 도6a는 저항성 코팅(102)이 위에 배치된 기판(100)을 도시한다. 이와 달리, 탑시트가 사용될 수도 있다. 저항성 코팅(102) 상에는 스패이서 도트들(104)의 배열이 구비된다. 이러한 스패이서들은 앞서 서술한 바와 같이 스크린 프린트되거나 이와 달리 형성될 수 있다. 도시된 바와 같이 스패이서들은 자외선으로 경화 가능한 재료(예, 미시간의 Acheson Colloids of Port Huron에서 만들어지는 ML 25265 또는 PD-038 제품과 같은 경화가능한 아크릴)들로부터 제조될 수 있으며, 이로 인해 자외선 노출은 스패이서들을 경화시키는데 사용될 수 있으며 이들을 저항성 층(102)에 접착시킨다.

결합 매체(106)로 된 층은 도6b에 도시된 바와 같이 각각의 스패이서(104)의 상부 위에 도포될 수 있다. 결합 매체(106)는 a) 먼저 편평한 판의 표면을 결합 매체로 적시고, b) 판을 스패이서들(104)에 갖다 대고, c) 결합 매체의 일부를 각각의 스패이서(104) 상부 위에 침전시키되 결합 매체를 저항성 코팅(102) 상으로는 침전시키지 않는 단계에 의해서 도포될 수 있다. 또한 결합 매체(106)는 각각의 스패이서들 상으로 결합 재료의 일정량을 잉크젯팅 함에 의해서 도포될 수 있다. 결합 매체(106)는 스텐실 머신을 사용한 스텐실 구멍들을 통해서 결합 재료를 침전함에 의해서 도포될 수도 있으며, 특히 이는 같은 스텐실이 스패이서들을 형성하는데 사용되었을 경우에 그러하다. 추가적인 결합 매체를 스패이서들 상에 공급하기 위해 적합한 다른 방법들도 사용될 수 있다.

도6c에서 도시된 바와 같이, 접착성 밀봉 재료(112)는 터치 센서의 주변부 주위로 도포될 수 있으며, 그리고 나서 탑시트(108)의 저항성 코팅(110)이 결합 매체(106)와 접촉하도록 탑시트(108)가 결합 매체(106)와 스패이서들(104)의 상부에 붙을 수 있다. 도시된 바와 같이, 결합 매체는 자외선에 경화가능하며 따라서 자외선 노출은 결합 매체(106)를 경화시켜 스패이서들(104)이 탑시트의 저항성 코팅(110)에 결합되게 한다. 그러한 공정은 스패이서들(104)을 기판(100) 상의 저항성 코팅(102)뿐만 아니라 탑시트(108) 상의 저항성 코팅(110)에도 이중 결합시키는데 사용될 수 있다.

도6에 도시된 바와 같은 단계들은 다양할 수 있다. 예를 들면, 스패이서들과 광학적 추가 결합 매체 모두 또는 그 중 하나를 경화시키는 것은 열, 화학물질들, 경화제들, 적외선, 가시광, 전자빔 발광, 또는 이와 유사한 수단들과 같은 다른 수단들을 통해서 수행될 수 있다. 또한, 논의된 바와 같이, 스패이서들 그 자체가 결합 매체로 형성될 수가 있어서 탑시트와 기판 중의 하나 위에 형성된 뒤에 발광, 열, 압력과 같은 것을 적절히 가할 수 있어서 탑시트와 기판 중의 나머지 하나에 직접 결합될 수 있다. 예를 들면, 스패이서들은 기판 또는 탑시트의 저항성 층 위로 잉크젯된 접착성 재료일 수 있으며 이것은 처음의 결합 때 부분적으로 경화되고 그 다음으로 다른 저항성 층과 접촉한 후에 더 완전하게 경화된다.

도7a 내지 7c는 이중 결합된 스패이서들을 통합하는 터치 센서를 만들기 위해서 본 발명에 따라 수행될 수 있는 단계들을 도시한다. 도7a는 제1 층(터치 센서의 이동 가능한 층) 또는 제2 층 중의 하나가 될 수도 있는 층(720)을 도시한다. 그리고 나서 스패이서들(730)은 층(720) 위로 이동 또는 프린트될 수 있으며, 이것은 도7b에 도시되어 있다. 스패이서들(730)은 접착성 재료를 포함한다. 예를 들면, 스패이서들(730)은 층(720) 위로 마이크로몰드로부터 이동, 잉크젯 프린트되거나, 또는 이와 달리 프린트 또는 이동된 압력 감지 접착성 재료일 수도 있다. 압력 감지 접착제는 a) 스패이서들과 비슷한 크기를 가지는 만입부들의 배열을 지니는 필름 또는 판, 롤과 같은 마이크로몰드를 구비하고, b) 마이크로몰드의 만입부 속으로 압력 감지 접착성 재료를 코팅하고, c) 압력 감지 접착성 재료에 압력을 전가시키기 위해 층(720) 위로 마이크로 몰드에 압력을 가해서, 상기 압력 감지 접착제가 마이크로 몰드로부터 이동될 수 있다. 스패이서 재료가 원활하게 이동하기 위해서는 스패이서 재료가 마이크로몰드와 접착하는 것보다 층(720)과 충분히 더 잘 접착하는 것이 바람직하다. 접착성 스패이서들(730)을 층(720) 위에 형성시킨 뒤에, 접착성 스패이서들이 층(720)에 더 잘 부착되도록 선택적으로 부분적 경화를 시킬 수 있다. 부분적으로 경화시킬 때 도7c에 도시된 바와 같이 층(710)에 스패이서들이 결합되기에 충분한 접착성을 스패이서에 남기는 것이 바람직하다. 층(710)은 접착성 스패이서들(730)과 접촉하게 되고 압력, 열, 빛 등과 같은 것에 의해서 결합이 될 수 있다.

본 발명의 터치 센서들은 임의의 적합한 시스템 또는 애플리케이션에 사용될 수도 있다. 그 바람직한 예로서, 본 발명의 터치 센서들은 도8에 도시된 디스플레이 시스템과 같은 디스플레이 시스템들에 사용될 수도 있다. 디스플레이 시스템(800)은 전자식 디스플레이(820) 근처에 배치된 터치 센서(810)를 포함한다. 터치 센서(810)와 디스플레이(820)는 모두 퍼스널 컴퓨터와 같은 중앙 프로세서(central processor)(840)에 결합된다. 터치 센서(810)는 컨트롤러(830)를 통해서 프로세서(840)에 결합된다. 컨트롤러(830)는 터치 센서로부터 프로세서로 정보를 전달하며, 그 반대로 정보가 전달되기도 하고 이로 인해서 사용자의 입력들이 적절히 기록, 처리, 디스플레이될 수 있다. 컨트롤러(830)는 분리된 항목으로 개략적으로 도시되나 이는 터치 센서(810)와 직접적으로 공급되거나, 터치 센서 상에 통합적으로 형성될 수도 있으며, 또는 프로세서(840)의 전자장비들 속으로 통합될 수도 있다. 디스플레이 시스템(800)에서, 디스플레이(820)는 사용자(801)가 터치 센서(810)를 통해서 볼 수 있게 위치 설정된다. 본 발명은 상기에 기술된 특정 실시예에 한정되지 않으며, 첨부된 청구범위에 적절히 기술된 바와 같은 본 발명의 모든 측면들을 포함한다고 이해해야 할 것이다. 본 발명이 적용될 수 있는 수많은 구조들뿐만 아니라 다양한 변경 및 등가 공정들은 본 명세서로부터 관련 기술 분야의 숙련자들에게 명백할 것이다.

Claims

터치 감지 영역을 지니는 터치 센서이며,

일정 간격으로 분리되어 있는 제1 층 및 제2 층과,

복수개의 이중 결합된 스패이서들을 포함하며,

상기 제1 층은 터치 지점을 결정하기 위한 신호를 발생시키도록 터치 감지 영역 안에서 터치에 반응해서 제2 층 쪽으로 이동가능하며,

상기 스패이서들은 터치 감지 영역 내부에 배치되며 제1 층 및 제2 층들 모두에 결합되어 있는 터치 센서.
제1항에 있어서, 복수개의 단일 결합된 스패이서들을 더 포함하며, 각 스패이서는 제1 층 또는 제2 층 중의 하나에만 결합하는 터치 센서.
제1항에 있어서, 제1 층과 제2 층들 사이의 간격을 실질적으로 채우는 변형 가능한 재료를 더 포함하는 터치 센서.
제3항에 있어서, 변형 가능한 재료는 액체를 포함하는 터치 센서.
제1항에 있어서, 제1 층은 제1 저항성 층을 포함하는 탑시트이며, 제2 층은 제2 저항성 층을 포함하는 기판인 터치 센서.
제5항에 있어서, 신호는 제1 저항성 층이 제2 저항성 층과 접촉할 때 발생하는 터치 센서.
제5항에 있어서, 신호는 용량성 결합(capacitive coupling)이 감지 될 수 있기에 충분하게끔 제1 저항성 층이 제2 저항성 층에 국부적으로 근접하게 될 때 발생되는 터치 센서.
제5항에 있어서, 기판, 탑시트, 제1 및 제2 저항성 코팅들은 투명한 터치 센서.
제5항에 있어서, 기판은 유리를 포함하는 터치 센서.
제5항에 있어서, 탑시트는 PET를 포함하는 터치 센서.
제5항에 있어서, 제1 및 제2 저항성 코팅들 중의 적어도 하나는 금속 산화물을 포함하는 터치 센서.
제5항에 있어서, 제1 및 제2 저항성 코팅들 중의 적어도 하나는 도전성 폴리머를 포함하는 터치 센서.
제5항에 있어서, 탑시트는 그 외부 표면에 경질 코팅(hard coat)을 포함하는 터치 센서.
제5항에 있어서, 탑시트는 반사방지(antireflective) 코팅을 포함하는 터치 센서.
제5항에 있어서, 탑시트는 확산성(diffusive) 코팅을 포함하는 터치 센서.
제1항에 있어서, 이중 결합된(double-bonded) 스패이서들은 아크릴 재료를 포함하는 터치 센서.
제1항에 있어서, 이중 결합된 스패이서들은 접착성 재료를 포함하는 터치 센서.
제1항에 있어서, 이중 결합된 스패이서들은 압력 감지성 접착제를 포함하는 터치 센서.
제1항에 있어서, 이중 결합된 스패이서들은 광산란(light diffusing) 재료를 포함하는 터치 센서.
제1항에 있어서, 이중 결합된 스패이서들은 광흡수(light absorbing) 재료를 포함하는 터치 센서.
제1항에 있어서, 이중 결합된 스패이서들은 변형 가능한 재료를 포함하는 터치 센서.
제1항에 있어서, 이중 결합된 스패이서들은 열들과 행들을 지어서 배열된 터치 센서.
제1항에 있어서, 이중 결합된 스패이서들은 약 1 cm 이하의 간격으로 떨어져 있는 터치 센서.
제1항에 있어서, 이중 결합된 스패이서들은 지름 또는 너비가 약 1 내지 100 미크론인 터치 센서.
제1항에 있어서, 이중 결합된 스패이서들은 높이가 약 0.5 내지 50 미크론인 터치 센서.
제1항에 있어서, 이중 결합된 스패이서들은 반구형 도트들을 포함하는 터치 센서.
제1항에 있어서, 이중 결합된 스패이서들은 가늘고 긴 형태들(elongated shapes)을 포함하는 터치 센서.
제1항에 있어서, 이중 결합된 스패이서들은 선들(lines)을 포함하는 터치 센서.
제1항에 있어서, 터치 센서는 가요성인 터치 센서.
제1항에 있어서, 제1 및 제2 층들은 그 주변부들 주위에서 서로 밀봉되는 터치 센서.
제1항에 있어서, 터치 지점을 결정하기 위한 신호들을 가하고 감지하도록 배열된 전극들을 포함하는 터치 센서.
제1항에 있어서, 제1 및 제2 층들은 대략 직사각형인 터치 센서.
터치 센서를 생산하는 방법이며,

일정 간격으로 분리된 제1 층 및 제2 층을 배열하는 단계와;

제1 및 제2 층들 사이의 터치 감지 영역 안에 복수개의 스패이서를 배치시키는 단계와;

제1 층 및 제2 층 모두에 복수개의 스패이서들을 결합시키는 단계를 포함하며,

상기 제1 층은 터치 지점을 결정하기 위한 신호를 발생시키도록 터치 감지 영역 안에서 터치에 반응하여 제2 층 쪽으로 움직여질 수 있는 방법.
제33항에 있어서, 배치 및 결합하는 단계는

제1 및 제2 층들 중의 하나에 접착된 복수개의 스패이서들을 형성하는 단계와;

형성된 스패이서들 중의 적어도 일부에 결합 매체를 도포하는 단계와;

스패이서들 상에 도포된 결합 매체를 제1 및 제2 층들 중의 나머지 하나에 접촉시키는 단계를 포함하는 방법.
제34항에 있어서, 스패이서들을 형성하는 단계는 스크린 프린팅(screen printing)을 포함하는 방법.
제34항에 있어서, 스패이서들을 형성하는 단계는 오프셋 프린팅(offset printing)을 포함하는 방법.
제34항에 있어서, 스패이서들을 형성하는 단계는 잉크젯 프린팅을 포함하는 방법.
제34항에 있어서, 스패이서들을 형성하는 단계는 스텐실링(stenciling)을 포함하는 방법.
제34항에 있어서, 스패이서들을 형성하는 단계는 엠보싱(embossing)을 포함하는 방법.
제34항에 있어서, 스패이서들을 형성하는 단계는 마이크로몰딩(micromolding)을 포함하는 방법.
제34항에 있어서, 결합 매체는 발광으로 경화 가능한 접착제(radiation curable adhesive)를 포함하는 방법.
제34항에 있어서, 결합 매체를 도포하는 단계는

결합 매체를 패드 상으로 코팅하는 단계와, 패드 상의 결합 매체를 스패이서들에 갖다대는 단계를 포함하는 방법.
제34항에 있어서, 결합 매체를 도포하는 단계는 스크린 프린팅을 포함하는 방법.
제34항에 있어서, 결합 매체를 도포하는 단계는 스텐실링을 포함하는 방법.
제34항에 있어서, 결합 매체를 도포하는 단계는 잉크젯 프린팅을 포함하는 방법.
제34항에 있어서, 결합 매체를 도포하는 단계는 오프셋 프린팅을 포함하는 방법.
제33항에 있어서, 배치 및 결합하는 단계는

제1 및 제2 층들 중의 하나 위에 복수개의 스패이서들을 형성하기 위해서 접착성 재료를 프린팅하는 단계와;

프린트된 접착성 스패이서들을 제1 및 제2 층들 중의 나머지 하나와 접촉시키는 단계를 포함하는 방법.
제47항에 있어서, 접착성 재료를 프린팅하는 단계는 잉크젯 프린팅을 포함하는 방법.
제47항에 있어서, 접착성 재료를 프린팅하는 단계는 스크린 프린팅을 포함하는 방법.
제47항에 있어서, 접착성 재료를 프린팅하는 단계는 접착성 재료를 마이크로몰드로부터 이동시키는 단계를 포함하는 방법.
제47항에 있어서, 접착성 재료는 압력 감지성 접착제를 포함하는 방법.
제47항에 있어서, 프린팅하는 단계 뒤와 접촉시키는 단계의 전에, 접착성 재료를 부분적으로 경화시키는 단계를 더 포함하는 방법.
제47항에 있어서, 접촉하는 단계 뒤에 접착성 재료를 경화시키는 단계를 더 포함하는 방법.
중앙 프로세서에 연결된 전자 디스플레이와, 컨트롤러 유닛을 통해서 중앙 프로세서에 연결된 터치 센서를 포함하는 디스플레이 시스템이며,

상기 터치 센서는 터치 입력들로부터 중앙 프로세서로 정보를 전달하도록 배열되며,

상기 터치 센서는 일정 간격으로 분리되어 있는 제1 층 및 제2 층과, 복수개의 이중 결합된 스패이서들을 포함하며,

상기 제1 층은 터치 지점을 결정하기 위한 신호를 발생시키도록 터치 감지 영역 안에서 터치에 반응해서 제2 층 쪽으로 움직일 수 있으며,

상기 스패이서들은 터치 감지 영역 내부에 배치되며 제1 및 제2 층들 모두에 결합되는 디스플레이 시스템.