KR20100138964A - 저 가시성 도체를 구비한 터치 스크린 센서 - Google Patents

Abstract

전도성 미세패턴을 구비한 터치 스크린 센서는 전도성 미세패턴의 가시성을 차단 또는 감소시키기 위한 하나 이상의 특징부를 포함한다.

Description

저 가시성 도체를 구비한 터치 스크린 센서{TOUCH SCREEN SENSOR WITH LOW VISIBILITY CONDUCTORS}

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은, 그 개시 내용이 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된, 2008년 2월 28일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/032,269호; 그 개시 내용이 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된, 2008년 2월 28일자로 출원된 제61/032,273호; 그 개시 내용이 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된, 2008년 8월 1일자로 출원된 제61/085,496호; 그 개시 내용이 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된, 2008년 8월 1일자로 출원된 제61/085,799호; 및 그 개시 내용이 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된, 2008년 8월 1일자로 출원된 제61/085,764호의 이익을 주장한다.

터치 스크린 센서는 터치 스크린 디스플레이의 표면에 적용된 물체(예를 들어, 손가락 또는 스타일러스)의 위치 또는 터치 스크린 디스플레이의 표면 부근에 위치된 물체의 위치를 검출한다. 이들 센서는 디스플레이의 표면을 따라, 예를 들어 평탄한 직사각형 디스플레이의 평면 내의 물체의 위치를 검출한다. 터치 스크린 센서의 예는 정전용량 센서(capacitive sensor), 저항 센서(resistive sensor), 및 투사형 정전용량 센서(projected capacitive sensor)를 포함한다. 이러한 센서는 디스플레이 위를 덮는 투명한 전도성 요소를 포함한다. 요소는 디스플레이 부근에 있는 또는 그와 접촉하는 물체의 위치를 결정하기 위해 요소를 탐지하는 데 전기 신호를 사용하는 전자 구성요소와 조합된다.

터치 스크린 센서의 분야에서, 디스플레이의 광학적 품질 또는 특성을 손상시키지 않고, 투명한 터치 스크린 센서의 전기적 특성에 대한 개선된 제어를 가질 필요가 있다. 전형적인 터치 스크린 센서의 투명한 전도성 영역은 산화인듐주석(indium tin oxide, ITO)과 같은 투명 전도성 산화물(transparent conducting oxide, TCO)의 연속 코팅을 포함하며, 이 코팅은 전압원에 대한 접촉 위치 또는 위치들 및 그 영역의 전체적인 형상에 기초한 전위 구배(electrical potential gradient)를 나타낸다. 이러한 사실로 인해 가능한 터치 센서 설계 및 센서 성능에 제약이 있게 되며, 고가의 신호 처리 회로 또는 전위 구배를 수정하기 위한 부가의 전극들의 배치와 같은 대책이 필요하게 된다. 따라서, 전술한 인자들에 독립적인 전위 구배에 대한 제어를 제공하는 투명한 전도성 요소가 필요하다.

터치 센서 또는 터치 감응 장치는 전도성 미세패턴 요소(conductive micropattern element)의 가시성(visibility)을 차단 또는 감소시키기 위한 특징부를 갖는다.

일 실시 형태에서, 터치-감응 장치가 기술되며, 이 터치-감응 장치는 터치-인터페이스(touch-interface) 표면 및 디스플레이-인터페이스(display-interface) 표면을 갖는 제1 가시광 투명 기판(visible light transparent substrate) - 상기 터치-인터페이스 표면은 터치 입력부를 향해 배치되고, 상기 디스플레이-인터페이스는 디스플레이의 출력부를 향해 배치됨 - ; 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 제2 가시광 투명 기판 - 상기 제2 가시광 투명 기판은 또한 제2 가시광 투명 기판 상에 또는 그 내에 배치되는 전기 전도성 미세패턴으로 구성되는 터치 감지 구역을 가지며, 상기 미세패턴은 약 1 내지 10 마이크로미터의 폭을 갖는 도체를 포함함 - 을 포함하며, 제2 가시광 투명 기판의 제1 표면은 제1 가시광 투명 기판의 디스플레이-인터페이스 표면을 향해 배치되고, 제1 가시광 투명 기판은 미세패턴의 가시성을 감소시키는 특징부를 포함한다.

다른 실시 형태에서, 터치 스크린 센서가 기술되며, 이 터치 스크린 센서는, 터치 감지 구역 내에, 가시광 투명 기판 상에 또는 그 내에 배치되는 전기 전도성 미세패턴 - 상기 미세패턴은 약 1 내지 10 마이크로미터의 폭을 갖는 전도성 트레이스(conductive trace)를 포함함 - ; 미세패턴의 가시성을 감소시키기 위한 하나 이상의 미세패턴-차단 특징부(micropattern-obscuring feature)를 포함한다.

본 발명은 첨부 도면과 관련된 본 발명의 다양한 실시 형태의 하기의 상세한 설명을 고려하여 더욱 완전하게 이해될 수 있다.
도 1은 터치 스크린 센서(100)의 개략도.
도 2는 터치 스크린 감지 구역 내에 있는 전도성 가시광 투명 영역의 사시도.
도 3은 전도성 잉크의 UV 레이저 경화를 사용하여 미세도체를 생성하는 공정을 도시하는 도면.
도 4는 미세도체를 생성하는 그라비어 인쇄 공정을 도시하는 도면.
도 5는 전도성 재료로 충전된 미세복제된 채널들의 단면도.
도 6은 전도성 재료로 충전된 미세복제된 채널들과 정전용량 결합하는 손가락을 도시하는 도면.
도 7은 터치 센서들을 생성하는 데 유용한, 연성 기판 상에 생성되는 미세도체들의 패턴들을 도시하는 도면.
도 8은 웨브 하류 방향으로 연성 웨브 재료 상에 인쇄된 평행한 미세도체들을 도시하는 도면.
도 9는 부가의 상호연결 도체들이 추가되어 있는, 도 8의 연성 재료의 단면을 도시하는 도면.
도 10은 도 9로부터의 재료들의 2개의 층으로 구성된 매트릭스 터치 센서의 일례의 단면도.
도 11은 터치 스크린 센서의 일 실시 형태에 대한 도체 미세패턴을 도시하는 도면.
도 12는 도 3에 도시된 도체 미세패턴의 일부분을 도시하는 도면으로서, 그 일부분은 국부 면저항을 변조하기 위한 선택적인 단절부들을 갖는 전도성 메쉬 및 접촉 패드 형태의 더 큰 특징부를 포함함.
도 13은 연속적인 메쉬 내의 선택적인 단절부들에 의해 생성된, 도 3에 주어진 수평 메쉬 바를 따른 저항의 변조를 도시하는 도면.
도 14는 도 3에 도시된 도체 미세패턴의 특성들을 근사화한 회로도로서, 정전용량 플레이트가 저항 요소들에 의해 분리되어 있음.
도 15는 터치 스크린 센서의 일 실시 형태에 대한 도체 미세패턴을 도시하는 도면으로서, 미세패턴은 부분적으로 전기 전도성 미세패턴 메쉬 내의 선택적인 단절부들에 의해 생성되는 상이한 면저항을 갖는 15a 내지 15e로 표시된 영역들을 포함함.
도 15a 내지 도 15e 각각은 도 15에 도시된 다양한 도체 미세패턴의 일부분을 도시하는 도면.
도 16은 그 내부에 영역 15a 및 15b를 갖는 웨지 형상의 투명한 전도성 영역의 장축을 따른 단위 길이당 저항의 분포를, ITO인 균일한 투명 전도성 산화물만을 포함하는 유사한 형상의 영역에 대한 단위 길이당 저항과 비교하여 도시하는 도면.
도 17은 X-Y 그리드 유형의 투사형 정전용량 터치 스크린 센서인 터치 스크린 센서의 일 실시 형태를 형성하기 위해 함께 라미네이팅되는 층들의 배열을 도시하는 도면.
도 18은 도 17에 따른 터치 스크린 센서의 일 실시 형태의 X-층 또는 Y-층에 대한 도체 미세패턴을 도시하는 도면.
도 19는 도 10에 도시된 도체 미세패턴의 일부분을 도시하는 도면으로서, 그 일부분은 접촉 패드 형태의 더 큰 특징부와 접촉하는 가시광 투명 전도성 메쉬 및 메쉬 영역들 사이의 공간에 있는 전기 절연된 도체 침착물을 포함함.
도 20은 도 9에 따른 터치 스크린 센서의 다른 실시 형태의 X-층 또는 Y-층에 대한 도체 미세패턴을 도시하는 도면.
도 21은 도 12에 주어진 도체 미세패턴의 일부분을 도시하는 도면으로서, 그 일부분은 접촉 패드 형태의 더 큰 특징부와 접촉하는 가시광 투명 전도성 메쉬 및 메쉬 영역들 사이의 공간에 있는 전기 절연된 도체 침착물을 포함함.
도 22는 도 17에 따른 터치 스크린 센서의 다른 실시 형태의 X-층 또는 Y-층에 대한 도체 미세패턴을 도시하는 도면.
도 23은 도 22에 주어진 도체 미세패턴의 일부분을 도시하는 도면으로서, 그 일부분은 접촉 패드 형태의 더 큰 특징부와 접촉하는 가시광 투명 전도성 메쉬 및 메쉬 영역들 사이의 공간에 있는 전기 절연된 도체 침착물을 포함함.
도 24는 터치 스크린 센서의 광학 품질을 반영하는 그래프로서, 그래프는 개구 면적의 퍼센트 대 도체 트레이스선 폭(마이크로미터 단위)의 도표이며, 여기서 영역 3은 터치 스크린 센서에 사용될 수 있는 양호한 광학 품질이고, 영역 2는 영역 2에 비해 광학 품질이 더 우수하며, 영역 1은 3개의 영역 중 가장 우수한 광학 품질을 가짐. 개구 면적의 퍼센트는 본 명세서에서 개구 면적 비율과 교환가능하게 사용될 수 있음.
도 25 및 도 26은 실시예 6 내지 실시예 40의 특성인 육각형 메쉬(때때로, "육각" 메쉬라고 함) 및 정사각형 메쉬에 대한 기하학적 형태의 주사 전자 현미경 사진을 도시하는 도면. 각각의 이미지에서의 밝은 음영 라인은 금속 도체의 패턴을 나타내고, 어두운 구역은 실시예들에서 사용되는 기판을 나타냄.
도 27, 도 27a 및 도 27b는 제1 패턴화된 기판의 다양한 부분들을 도시하는 도면.
도 28, 도 28a 및 도 28b는 제2 패턴화된 기판의 다양한 부분들을 도시하는 도면.
도 29는 도 27 및 도 28의 제1 및 제2 패턴화된 기판으로 구성되는 투사형 정전용량 터치 스크린 투명 센서 요소를 도시하는 도면.
도 30은 터치 스크린 감지 구역 내에 있는 전도성 가시광 투명 영역의 사시도.
도 31은 손가락과 미세패턴화된 미세도체 사이에 위치된 미세패턴 차단 특징부를 도시하는 도면.
도면들이 반드시 축척대로 되어야 하는 것은 아니다. 도면에 사용된 유사한 도면 부호는 유사한 구성요소를 지칭한다. 그러나, 주어진 도면에서 구성요소를 지칭하기 위한 도면 부호의 사용은 동일한 도면 부호로 나타낸 다른 도면의 구성요소를 제한하고자 하는 것은 아니라는 것을 이해할 것이다.

하기의 설명에서, 명세서의 일부를 형성하고 몇 개의 특정 실시 형태가 예로서 도시되어 있는 첨부 도면을 참조한다. 본 발명의 범주 또는 사상으로부터 벗어남이 없이 다른 실시 형태가 고려되고 이루어질 수 있음을 이해하여야 한다. 따라서, 하기의 상세한 설명은 제한적인 의미로 취해져서는 안 된다.

본 명세서에 사용된 모든 과학적 및 기술적 용어는 달리 특정되지 않는 한 당업계에서 통상적으로 사용되는 의미를 갖는다. 본 명세서에 제공된 정의는 본 명세서에서 빈번하게 사용되는 소정 용어들의 이해를 용이하게 하기 위한 것이며 본 발명의 범주를 제한하고자 함이 아니다.

달리 지시되지 않는 한, 명세서 및 특허청구범위에서 사용되는 특징부 크기, 양 및 물리적 특성을 표현하는 모든 수치는 모든 경우 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 반대로 지시되지 않는 한, 전술한 명세서 및 첨부된 특허청구범위에 기재된 수치적 파라미터는 당업자가 본 명세서에 개시된 교시 내용을 이용하여 얻고자 하는 원하는 특성에 따라 변할 수 있는 근사치이다.

종점(endpoint)에 의한 수치 범위의 언급은 그 범위 내의 모든 수(예를 들어, 1 내지 5는 1, 1.5, 2, 2.75, 3, 3.80, 4 및 5를 포함함)와 그 범위 내의 임의의 범위를 포함한다.

본 명세서 및 첨부된 특허청구범위에 사용되는 바와 같이, 단수 형태("a", "an" 및 "the")는 그 문맥이 명백하게 다르게 지시하지 않는 한 복수의 지시 대상을 갖는 실시 형태를 포함한다. 본 명세서 및 첨부된 특허청구범위에 사용되는 바와 같이, "또는"이라는 용어는 일반적으로 그 문맥이 명백하게 다르게 지시하지 않는 한 "및/또는"을 포함하는 의미로 이용된다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, "가시광 투명(visible light transparent)"은 투과율의 수준이 가시광의 적어도 하나의 편광 상태에 대해 적어도 60% 투과성인 것을 말하며, 여기서 퍼센트 투과율은 입사광, 선택적으로 편광된 광의 세기로 정규화된다. 입사광의 적어도 60%를 투과시키는 물품이 80% 미만의 투과율(예를 들어, 0 %)까지 광을 국부적으로 차단시키는 미세 특징부(예를 들어, 0.5 내지 10 마이크로미터 또는 1 내지 5 마이크로미터의 최소 치수, 예를 들어 폭을 갖는 점, 정사각형, 또는 선)를 포함하는 것은 가시광 투명의 의미 내에 있지만, 이러한 경우에, 미세 특징부를 포함하고 폭이 미세 특징부의 최소 치수의 1000배인 대체로 등축인 구역의 경우, 평균 투과율이 60%보다 크다.

본 발명은 도체 미세패턴을 내부에 포함하는 설계를 통해 엔지니어링되는 전기적 및 광학적 특성을 갖는 터치 스크린 센서에 관한 것이다. 본 명세서에 기술된 도체 미세패턴을 포함시킴으로써 터치 스크린 센서에 대해 생성되는 몇 가지 이점이 있다. 몇몇 실시 형태에서, 투명한 전도성 영역 내에서의 투명 전도성 특성은 사용 중에 터치 감지 영역 내에서의 전위 구배를 제어하도록 엔지니어링된다. 이것으로 인해 신호 처리 회로가 간단하게 되고, 일부 터치 스크린 센서 유형의 경우, 그렇지 않았으면 전위 구배(전계) 선형화를 위해 필요하게 될 부가의 도체 패턴의 설계가 간단하게 된다(또는 부가의 도체 패턴이 필요 없게 된다). 몇몇 실시 형태에서, 본 명세서에 기술된 터치 스크린 센서의 전기적 특성은 투명한 센서 요소를 따라 제어된 전위 구배를 발생시키도록 설계된다. 예를 들어, 전기적 특성은 투명한 전도성 영역 내에서 특정 방향을 따라 선형 전위 구배를 생성하도록 설계되고, 표준 투명 도체 재료(예를 들어, 연속적인 ITO 코팅)이 사용되는 경우 그 전도성 영역의 전체적인 형상으로 인해 통상 비-선형 구배가 얻어진다. 몇몇 실시 형태에서, 동일한 형상을 갖지만 표준 투명 도체 재료(예를 들어, 연속적인 ITO 코팅)로 이루어진 투명한 전도성 영역 내에서 존재하게 될 전위 구배 비-선형성보다 큰 정도의 투명한 전도성 영역에 대한 전위 구배 비-선형성의 수준을 생성하도록 전기적 특성이 설계된다. 보다 상세하게는, 감지 구역의 코너들에 이루어진 전기적 연결을 갖는 미세패턴화된 도체의 형태로 된 연속적인 투명 시트 도체를 포함하는 직사각형 정전용량 터치 스크린의 경우, 수직 및 수평 방향에서 감지 구역에 걸쳐 전위 구배의 선형성(및 전계의 균일성)은 전계를 더 균일하게 분포시키도록 하는 방식으로 면저항 값 및 비등방성의 면적 분포를 엔지니어링함으로써 개선될 수 있다. 다른 실시 형태에서, 센서는 동일한 두께(즉, 높이)로 동일한 도체 재료로 이루어져 있지만 미세패턴화로 인해 상이한 유효 면저항을 갖는 도체 요소들을 포함한다. 예를 들어, 몇몇 실시 형태에서, 투명한 전도성 영역에 제1 수준의 면저항을 가져오는 제1 미세패턴 기하학적 형태를 한정하는 전도성 트레이스 및 제2 투명한 전도성 영역에 제2 수준의 면저항을 가져오는 제2 미세패턴 기하학적 형태를 한정하는 전도성 트레이스를 생성하기 위해 동일한 두께(즉, 높이)의 동일한 도체 재료가 사용된다. 본 발명은 또한, 몇몇 실시 형태에서, 예를 들어 미세패턴화된 금속 도체에 기초한 실시 형태에서, 예컨대 인듐과 같은 희귀 원소를 회피함으로써 투명한 디스플레이 센서의 제조에서 효율성 및 자원 활용도의 향상을 가능하게 한다.

본 발명은 또한 정보 또는 명령어를 전자 장치(예를 들어, 컴퓨터, 휴대 전화 등)에 터치 입력하기 위한 접촉 또는 근접 센서에 관한 것이다. 이들 센서는 가시광 투명이고 디스플레이와의 직접적인 조합에 유용하며, 디스플레이 요소 위를 덮고 있고 ("터치 스크린" 센서로서) 디스플레이를 구동하는 장치와 인터페이스한다. 센서 요소는 시트와 같은 형태를 가지며, 이하의 것들 중 하나 이상을 지지하는 적어도 하나의 전기 절연성 가시광 투명 기판 층을 포함한다: i) 상이한 유효 면저항 값을 갖는 2개의 영역을 생성하기 위해 2개의 상이한 메쉬 설계에 의해 기판 표면의 2개의 상이한 영역 상에 메쉬 패턴화된 전도성 재료(예를 들어, 금속) - 여기서, 그 영역들 중 적어도 하나가 센서의 터치-감지 구역 내에 있는 투명한 전도성 영역임 - ; ii) 센서의 터치 감지 구역 내에 있고 비등방성 유효 면저항을 나타내는 투명한 전도성 영역을 생성하기 위해 메쉬 기하학적 형태로 기판의 표면 상에 패턴화되어 있는 전도성 재료(예를 들어, 금속); 및/또는 iii) 유효하게 전기적으로 연속적인 투명한 전도성 영역 내에 메쉬 기하학적 형태로 기판의 표면 상에 패턴화되어 있는 전도성 재료(예를 들어, 금속) - 적어도 하나의 방향에서 상이한 값의 국부 유효 면저항(예를 들어, 투명한 전도성 영역의 연속적으로 변하는 면저항)을 발생시키기 위해 그 메쉬 기하학적 형태가 그 전도성 영역 내에서 변하고, 그 영역이 터치 센서의 감지 구역 내에 있음 - .

터치 센서의 감지 구역은 정보 디스플레이의 가시 부분을 덮도록 의도되거나 덮고 있고 정보 디스플레이의 가시성을 가능하게 하도록 가시광 투명인 센서의 영역이다. 정보 디스플레이의 가시 부분은 변화할 수 있는 정보 내용을 갖는 정보 디스플레이의 부분, 예를 들어 픽셀들, 예컨대 액정 디스플레이의 픽셀들이 차지하고 있는 디스플레이 "스크린"의 부분을 말한다.

본 발명은 또한 저항, 정전용량 및 투사형 정전용량 유형의 터치 스크린 센서에 관한 것이다. 가시광 투명 도체 미세패턴은 전자 디스플레이에 일체화된 투사형 정전용량 터치 스크린 센서에 특히 유용하다. 투사형 정전용량 터치 스크린 센서의 구성요소로서, 가시광 투명 전도성 미세패턴은 높은 터치 감도, 다중-터치 검출, 및 스타일러스 입력을 가능하게 하는 데 유용하다.

투명한 전도성 영역 내의 2개 이상의 상이한 수준의 면저항, 면저항의 비등방성, 또는 변하는 면저항 수준이, 이하에서 기술되는 바와 같이, 투명한 미세패턴화된 도체들을 이루고 있는 2차원 메쉬들의 기하학적 형태들에 의해 제어될 수 있다.

본 발명은 이와 같이 제한되지는 않는데, 본 발명의 다양한 태양이 이하에 제공된 예들의 논의를 통해 이해될 것이다.

도 1은 터치 스크린 센서(100)의 개략도를 도시한다. 터치 스크린 센서(100)는 터치 감지 구역(105)을 갖는 터치 스크린 패널(110)을 포함한다. 터치 감지 구역(105)은 터치 센서 구동 장치(120)에 전기적으로 결합된다. 터치 스크린 패널(110)은 디스플레이 장치 내에 통합된다.

도 2는 터치 스크린 패널의 터치 감지 구역, 예를 들어 도 1의 터치 감지 구역(105) 내에 있는 전도성 가시광 투명 영역(101)의 사시도를 도시한다. 전도성 가시광 투명 영역(101)은 가시광 투명 기판(130) 및 가시광 투명 기판(130) 상에 또는 그 내에 배치된 전기 전도성 미세패턴(140)을 포함한다. 가시광 투명 기판(130)은 주 표면(132)을 포함하고 전기 절연성이다. 가시광 투명 기판(130)은, 예를 들어 유리 또는 중합체와 같은 임의의 유용한 전기 절연성 재료로 형성될 수 있다. 광 투명 기판(130)에 유용한 중합체의 예는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 및 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)를 포함한다. 전기 전도성 미세패턴(140)은 복수의 선형 금속 특징부로 형성될 수 있다.

도 2는 또한 터치 스크린 패널의 터치 감지 구역 내에 있게 되는 전도성 가시광 투명 영역(101)을 설명하는 데 사용하기 위한 좌표계(axis system)를 도시한다. 일반적으로, 디스플레이 장치의 경우, x 및 y 축은 디스플레이의 폭 및 길이에 대응하고, z 축은 전형적으로 디스플레이의 두께(즉, 높이) 방향을 따른다. 이러한 관례가, 달리 언급하지 않는 한, 본 명세서 전체에 걸쳐 사용될 것이다. 도 2의 좌표계에서, x 축 및 y 축은 가시광 투명 기판(130)의 주 표면(132)에 평행하도록 정의되고, 정사각형 또는 직사각형 표면의 폭 및 길이 방향에 대응할 수 있다. z 축은 그 주 표면에 수직이고, 전형적으로 가시광 투명 기판(130)의 두께 방향을 따른다. 전기 전도성 미세패턴(140)을 형성하는 복수의 선형 금속 특징부의 폭은 y 축을 따라 선형으로 연장하는 평행한 선형 금속 특징부의 x-방향 거리에 대응하고, 직교하는 선형 금속 특징부의 y-방향 거리는 직교하는 선형 금속 특징부의 폭에 대응한다. 선형 금속 특징부의 두께 또는 높이는 z-방향 거리에 대응한다.

몇몇 실시 형태에서, 터치 스크린 패널의 터치 감지 구역 내에 있게 되는 전도성 가시광 투명 영역(101)은 각각이 전도성 미세패턴(140)을 갖는 2개 이상의 가시광 투명 기판(130) 층을 포함한다.

전도성 미세패턴(140)은 주 표면(132) 상에 침착된다. 센서가 터치 스크린 디스플레이 또는 터치 패널 디스플레이를 형성하기 위해 디스플레이와 인터페이스해야 하기 때문에, 기판(130)은 가시광 투명이고 실질적으로 평면이다. 기판 및 센서는 실질적으로 평면이고 연성일 수 있다. 가시광 투명이라는 것은 디스플레이에 의해 렌더링되는 정보(예를 들어, 텍스트, 이미지 또는 그림)를 터치 센서를 통해 볼 수 있다는 것을 의미한다. 금속이 적절한 미세패턴으로 침착되는 경우, 침착된 금속, 심지어 광을 차단할 정도로 큰 두께로 침착된 금속의 형태로 되어 있는 도체를 포함하는 터치 센서에 대해 가시성 및 투명도가 달성될 수 있다.

전도성 미세패턴(140)은 정보를 렌더링하는 디스플레이의 가시 부분을 덮고 있는 적어도 하나의 가시광 투명 전도성 영역을 포함한다. 가시광 투명 전도성이라는 것은 디스플레이의 부분을 전도성 미세패턴의 영역을 통해 볼 수 있다는 것과 미세패턴의 영역이 패턴의 평면에서, 또는 달리 말하면, 전도성 미세패턴이 침착되어 있고 이 패턴이 인접해 있는 기판의 주 표면을 따라 전기 전도성이라는 것을 의미한다. 바람직한 전도성 미세패턴은 2차원 메쉬, 예를 들어 정사각형 그리드, 직사각형(정사각형이 아님) 그리드, 또는 정육각형 네트워크를 갖는 영역을 포함하며, 여기서 전도성 트레이스는 메쉬의 트레이스와 전기적으로 접촉하고 있는 도체로 침착되지 않은 메쉬 내의 둘러싸인 개구 면적을 한정한다. 개구 공간 및 그의 에지에 있는 관련 도체 트레이스를 본 명세서에서 셀이라고 한다. 메쉬 셀에 대한 다른 유용한 기하학적 형태는 랜덤한 셀 형상 및 불규칙한 다각형을 포함한다.

몇몇 실시 형태에서, 전도성 미세패턴을 한정하는 전도성 트레이스는 5개의 인접한 셀, 바람직하게는 4개의 인접한 셀, 더 바람직하게는 3개의 인접한 셀, 더욱 더 바람직하게는 2개의 인접한 셀의 조합된 에지 길이보다 더 큰 거리에 걸쳐 대략 직선인 세그먼트를 포함하지 않도록 설계된다. 가장 바람직하게는, 미세패턴을 한정하는 트레이스는 단일 셀의 에지 길이보다 더 큰 거리에 걸쳐 직선인 세그먼트를 포함하지 않도록 설계된다. 따라서, 몇몇 실시 형태에서, 미세패턴을 한정하는 트레이스는 긴 거리, 예를 들어 10 센티미터, 1 센티미터, 또는 심지어 1 밀리미터에 걸쳐 직선이 아니다. 바로 위에서 기술한 바와 같이, 최소 길이의 직선 라인 세그먼트를 갖는 패턴이 터치 스크린 센서에 특히 유용하며, 디스플레이 가시성을 최소로 방해하는 이점이 있다.

도체 재료의 광학적 및 전기적 특성을 고려하여, 터치 스크린 센서에 유용한 특별한 투명 전도성 특성을 달성하도록 전도성 미세패턴의 2차원 기하학적 형태(즉, 기판의 주 표면을 따라 또는 평면에서의 패턴의 기하학적 형태)가 설계될 수 있다. 예를 들어, 도체 재료의 연속적인(패턴화되지 않은) 침착물 또는 코팅이 그의 벌크 저항을 그의 두께로 나눈 것으로 계산되는 면저항을 갖는 반면, 본 발명에서, 다른 수준의 면저항이 도체를 미세패턴화하는 것에 의해서도 엔지니어링된다.

몇몇 실시 형태에서, 센서의 전도성 영역(예를 들어, 가시광 투명 전도성 영역)에 비등방성 면저항을 달성하도록 2차원 전도성 미세패턴이 설계된다. 비등방성 면저항이라는 것은 전도성 미세패턴의 면저항의 크기가 2개의 직교하는 방향을 따라 측정되거나 모델링될 때 상이하다는 것을 의미한다.

반대로, 몇몇 실시 형태에서, 센서의 전도성 영역(예를 들어, 가시광 투명 전도성 영역)에 등방성 면저항을 달성하도록 2차원 전도성 미세패턴이 설계된다. 등방성 면저항이라는 것은, 양 방향에 대해 일정한 폭의 트레이스로 형성된 정사각형 그리드의 경우에서와 같이, 전도성 미세패턴의 면저항의 크기가 평면 내의 임의의 2개의 직교하는 방향을 따라 측정되거나 모델링될 때 동일하다는 것을 의미한다.

영역 내의 비등방성 면저항은 한 방향에서의 면저항이 직교 방향에서의 면저항보다 적어도 10% 더 큰 것, 또는 적어도 25% 더 큰 것, 적어도 50% 더 큰 것, 적어도 100% 더 큰 것, 적어도 200% 더 큰 것, 적어도 500% 더 큰 것, 또는 심지어 적어도 10배 더 큰 것을 포함할 수 있다. 몇몇 실시 형태에서, 영역 내의 비등방성 면저항은 한 방향에서의 면저항이 직교 방향에서의 면저항보다 적어도 1.5배 더 큰 것을 포함한다. 몇몇 실시 형태에서, 영역 내의 비등방성 면저항은 한 방향에서의 면저항이 직교 방향에서의 면저항보다 1.1 내지 10배, 다른 실시 형태에서, 1.25 내지 5배, 또 다른 실시 형태에서 1.5 내지 2배 더 큰 것을 포함한다.

비등방성 면저항을 야기할 수 있는 전도성 미세패턴 기하학적 형태의 일례는 전도성 트레이스의 폭이 일정한 대체로 직사각형인 미세그리드(정사각형이 아님)이다. 이러한 직사각형 미세그리드(정사각형이 아님)의 경우, 비등방성 면저항은 하나의 에지가 다른 에지보다 10% 더 긴, 다른 에지보다 25% 더 긴, 다른 에지보다 적어도 50% 더 긴, 다른 에지보다 100% 더 긴, 또는 심지어 다른 에지보다 10배 더 긴, 그리드의 셀에 대한 반복하는 기하학적 형태로부터 생길 수 있다. 예를 들어, 메쉬에 대한 다른 방식으로 고도로 대칭인 셀들의 패턴에서, 상이한 방향에 대한 트레이스의 폭을 변동시킴으로써 비등방성 면저항이 생성될 수 있다. 비등방성 면저항을 발생시키는 후자의 접근법의 일례는, 예를 들어 200 마이크로미터의 피치를 갖는 전도성 트레이스의 정사각형 그리드이며, 이 경우 제1 방향에서의 트레이스는 폭이 10 마이크로미터이고, 직교 방향에서의 트레이스는 폭이 9 마이크로미터, 폭이 7.5 마이크로미터, 폭이 5 마이크로미터, 또는 심지어 폭이 1 마이크로미터이다. 영역 내에서의 비등방성 면저항은, 평행한 전도성 라인들의 패턴으로 발생되는 것과 같이, 한 방향에서의 유한의 측정가능한 면저항 및 다른 방향에서의 본질적으로 무한의 면저항을 포함할 수 있다. 몇몇 실시 형태에서, 상기한 바와 같이, 영역 내에서의 비등방성 면저항은 제1 방향에서의 유한의 측정가능한 면저항 및 제1 방향에 직교인 방향에서의 유한의 측정가능한 면저항을 포함한다.

전도성 미세패턴의 영역이 등방성인지 비등방성인지를 판정하기 위해, 당업자라면, 특성들의 관련 측정 또는 계산을 수행하기 위해, 관심의 영역의 스케일이 미세패턴의 스케일에 대해 적절히 선택되어야만 한다는 것을 잘 알 것이다. 예를 들어, 도체가 패턴화된 경우, 상이한 측정 방향에 대해 면저항의 차이를 산출하게 될 측정을 할 위치 및 스케일을 선택하는 것은 자명하다. 이하의 상세한 예는 이 점을 더욱 명백하게 할 수 있다. 100 마이크로미터 폭의 도체 트레이스 및 1 밀리미터 피치를 갖는 정사각형 그리드(그리드 내의 900 마이크로미터 x 900 마이크로미터 정사각형 개구로 됨) 형태의 등방성 기하학적 형태의 도체 패턴을 고려하고 25 마이크로미터의 4개의 선형으로 배열된 프로브를 따라 일정한 간격을 갖는 프로브(외부 프로브인 2개의 전류 프로브들 사이의 간격이 75 마이크로미터로 됨)로 정사각형 개구의 에지를 따라 트레이스들 중 하나 내에서 면저항의 4점 프로브 측정을 한 경우, 프로브들이 트레이스에 평행하게 또는 트레이스에 직교하게 정렬되어 있는지에 따라 측정된 전류 및 전압 값에 의해 상이한 수준의 면저항이 산출될 것이다. 따라서, 정사각형 그리드 기하학적 형태가 정사각형 그리드 셀 크기보다 더 큰 스케일에서 등방성 면저항을 산출하게 될지라도, 비등방성을 암시하게 될 면저항의 측정들을 수행할 수 있다. 따라서, 본 발명에서 전도성 미세패턴, 예를 들어 메쉬를 포함하는 미세패턴의 가시광 투명 전도성 영역의 면저항의 비등방성을 한정하기 위해, 면저항이 측정되거나 모델링되어야 하는 관련 스케일이 메쉬에서의 하나의 셀의 길이 스케일보다 더 크고, 바람직하게는 2개의 셀의 길이 스케일보다 더 크다. 몇몇 경우에, 메쉬가 그의 면저항이 비등방성이라는 것을 보여주기 위해, 면저항이 메쉬 내의 5개 이상의 셀의 길이 스케일에 걸쳐 측정되거나 모델링된다.

전도성 미세패턴이 한 영역에서 면저항의 비등방성을 나타내는 실시 형태와 달리, 투명한 전도성 산화물 박막(예를 들어, 산화인듐주석 또는 ITO)을 포함하는 센서가 도체의 인접한 영역들에서 등방성 면저항을 나타낸다. 후자의 경우에, 인접한 영역의 면저항의 4점 프로브 측정이 상이한 방향에서 그리고 프로브들 사이의 간격을 감소시키면서 행해질 때, 상이한 방향에 대한 동일한 전류 및 전압 수치가 명백히 등방성을 나타낸다는 것을 측정하거나 모델링할 수 있다.

몇몇 실시 형태에서, 주어진 방향에서 측정될 때, 센서의 2개의 상이한 패턴화된 도체 영역에서 상이한 수준 또는 크기의 면저항을 달성하도록 2차원 전도성 미세패턴이 설계된다. 예를 들어, 상이한 수준의 면저항에 대해, 2개 중 더 큰 것이 더 작은 것을 1.25배 초과, 1.5배 초과, 2배 초과, 5배 초과, 10배 초과, 또는 심지어 100배 초과로 초과할 수 있다. 몇몇 실시 형태들에서, 2개의 면저항 값 중 더 큰 것이 더 작은 것을 1.25 내지 1000배, 다른 실시 형태에서 1.25 내지 100배, 다른 실시 형태에서 1.25 내지 10배, 다른 실시 형태에서 2 내지 5배 초과한다. 한 영역이 다른 영역의 면저항과 상이한 면저항을 갖는 것으로 간주되기 위해서는, 한 영역이 다른 영역의 면저항보다 적어도 1.1배 더 크거나 더 작은 면저항을 갖게 된다.

몇몇 실시 형태에서, 전기적으로 연속적인 2개의 패턴화된 도체 영역에 대해 전술한 상이한 수준의 면저항을 달성하도록 미세패턴이 설계되며, 이는 이들이 그들 사이의 경계를 따라 서로 전기적으로 접촉하고 있는 패턴화된 도체 영역이라는 것을 말한다. 전도성 경계를 공유하는 2개의 패턴화된 도체 영역 각각이 균일하지만 역시 서로 다른 각자의 패턴 기하학적 형태를 가질 수 있다. 몇몇 실시 형태에서, 전기적으로 비연속적인 2개의 상이한 패턴화된 도체 영역들에 대해 상이한 수준의 면저항을 달성하도록 미세패턴이 설계되며, 이는 이들이 그들 사이의 경계를 공유하지 않는 패턴화된 도체 영역이고 패턴화된 영역이 그 경계를 따라 전기적으로 접촉하고 있다는 것을 말한다. 그들 사이의 전도성 경계를 공유하지 않는 2개의 패턴화된 도체 영역 각각이 균일하지만 역시 서로 다른 각자의 패턴 기하학적 형태를 가질 수 있다. 전기적으로 비연속적인 영역의 경우, 그들 둘다가 패턴 내에서 동일한 중실 도체 요소, 예를 들어, 버스 바(bus bar) 또는 패드에 전기적으로 접촉하는 것이 본 발명의 범주 내에 있다. 몇몇 실시 형태에서, 서로 전기적으로 절연되어 있고 따라서 전기 신호에 의해 독립적으로 어드레싱될 수 있는 2개의 영역에 대해 상이한 수준의 면저항을 달성하도록 미세패턴이 설계된다. 전기적으로 절연되어 있는 2개의 메쉬 영역 각각이 균일하지만 역시 서로 다른 패턴 기하학적 형태를 가질 수 있다. 마지막으로, 몇몇 실시 형태에서, 전기적으로 연속적인 2개의 영역의 예인, 제1 영역으로부터 제2 영역으로 연속하여 변동하는 면저항을 생성함으로써 2개의 상이한 영역에 대해 상이한 수준의 면저항을 달성하도록 미세패턴이 설계된다.

측정 방향에서 상이한 면저항을 갖는 2개의 영역을 포함하는 2차원 전도성 미세패턴은, 선택적으로 변동하는 또는 비등방성 면저항을 포함하는, 그 영역에 대해 바람직한 수준의 면저항(예를 들어, 5 내지 100 오옴/스퀘어(ohm/square)의 낮은 면저항)을 갖는 감지 구역 내에 가시광 투명 전도성 영역을 설계하는 데, 그리고 감지 구역 내에 있거나 그렇지 않을 수 있는 터치 스크린 센서의 일부인 전기 요소, 예를 들어 저항기 요소를 설계하는 데 유용하며, 이 저항기 요소는 저항기 기능을 위해 그리고 가능하게는 기타 설계 제약조건, 예를 들어 저항기의 풋프린트(footprint)를 최소화하는 제약조건을 고려하여 최적으로 선택된 면저항(예를 들어, 150 내지 1000 오옴/스퀘어의 보다 높은 면저항)을 갖는 시트 도체를 포함한다.

상기 기술한 바와 같이, 측정되거나 모델링될 수 있는 유한의 면저항을 갖는 영역들 및 방향들에서, 전도성 미세패턴의 면저항은 0.01 오옴/스퀘어 내지 1 메가오옴/스퀘어의 범위 내에, 또는 0.1 내지 1000 오옴/스퀘어의 범위 내에, 또는 1 내지 500 오옴/스퀘어의 범위 내에 속할 수 있다. 몇몇 실시 형태에서, 전도성 미세패턴의 면저항은 1 내지 50 오옴/스퀘어의 범위 내에 속한다. 다른 실시 형태에서, 전도성 미세패턴의 면저항은 5 내지 500 오옴/스퀘어의 범위 내에 속한다. 다른 실시 형태에서, 전도성 미세패턴의 면저항은 5 내지 100 오옴/스퀘어의 범위 내에 속한다. 다른 실시 형태에서, 전도성 미세패턴의 면저항은 5 내지 40 오옴/스퀘어의 범위 내에 속한다. 다른 실시 형태에서, 전도성 미세패턴의 면저항은 10 내지 30 오옴/스퀘어의 범위 내에 속한다. 전도성 미세패턴 또는 전도성 미세패턴의 영역을 특성화할 수 있는 면저항을 규정함에 있어서, 미세패턴 또는 미세패턴의 영역이, 임의의 방향에서 전기 전도에 대해 주어진 값의 면저항을 갖는 경우, 그 면저항 값을 갖는다고 말해진다.

센서의 투명도 및 센서를 통한 디스플레이의 가시성을 달성하기 위한 도체의 적절한 미세패턴은 소정의 속성을 갖는다. 무엇보다도, 그를 통해 디스플레이를 보아야 하는 전도성 미세패턴의 영역은, 50% 미만 또는 25% 미만 또는 20% 미만 또는 10% 미만 또는 5% 미만 또는 4% 미만 또는 3% 미만 또는 2% 미만 또는 1% 미만 또는 0.25 내지 0.75%의 범위 또는 0.5% 미만인 도체에 의해 가려지는 센서의 면적 비율을 가져야 한다.

전도성 미세패턴 또는 전도성 미세 패턴의 영역의 개구 면적 비율(또는 개구 면적 또는 개구 면적의 퍼센트)은 도체에 의해 가려지지 않는 미세패턴 구역 또는 영역 면적의 비율이다. 개구 면적은 1 - 도체에 의해 가려지는 면적 비율과 같으며, 편의상 십진수 또는 퍼센트로 교환가능하게 표현될 수 있다. 도체에 가려지는 면적 비율은 미세패턴화된 도체의 라인들의 밀도와 교환가능하게 사용된다. 미세패턴화된 도체는 전기 전도성 미세패턴 및 전도성 미세패턴과 교환가능하게 사용된다. 따라서, 도체에 의해 가려지는 비율에 대해 상기 단락에서 주어진 값들에 대해, 개구 면적 값은 50% 초과, 75% 초과, 80% 초과, 90% 초과, 95% 초과, 96% 초과, 97% 초과, 98% 초과, 99% 초과, 99.25 내지 99.75%, 99.8%, 99.85%, 99.9% 및 심지어 99.95%이다. 몇몇 실시 형태에서, 도체 미세패턴의 영역(예를 들어, 가시광 투명 전도성 영역)의 개구 면적은 80% 내지 99.5%, 다른 실시 형태에서 90% 내지 99.5%, 다른 실시 형태에서 95% 내지 99%, 다른 실시 형태에서 96% 내지 99.5%, 다른 실시 형태에서 97% 내지 98%, 다른 실시 형태에서 최대 99.95%이다. 유용한 광학적 특성(예를 들어, 전도성 패턴 요소들의 높은 투과율 및 비가시성) 및 전기적 특성을 재현가능하게 달성하는 것과 관련하여, 실제의 제조 방법을 사용할 때, 개구 면적의 바람직한 값은 90 내지 99.5%이고, 더 바람직하게는 95 내지 99.5%이며, 가장 바람직하게는 95 내지 99.95%이다.

디스플레이의 픽셀 패턴과의 간섭을 최소화하고 사용자 또는 관찰자의 육안에 의한 패턴 요소(예를 들어, 도체 라인)의 가시성을 피하기 위해, 전도성 패턴 요소의 최소 치수(예를 들어, 라인 또는 전도성 트레이스의 폭)는 대략 50 마이크로미터 이하, 또는 대략 25 마이크로미터 이하, 또는 대략 10 마이크로미터 이하, 또는 대략 5 마이크로미터 이하, 또는 대략 4 마이크로미터 이하, 또는 대략 3 마이크로미터 이하, 또는 대략 2 마이크로미터 이하, 또는 대략 1 마이크로미터 이하, 또는 대략 0.5 마이크로미터 이하이어야 한다.

몇몇 실시 형태에서, 전도성 패턴 요소의 최소 치수는 0.5 내지 50 마이크로미터이고, 다른 실시 형태에서 0.5 내지 25 마이크로미터이며, 다른 실시 형태에서 1 내지 10 마이크로미터이고, 다른 실시 형태에서 1 내지 5 마이크로미터이며, 다른 실시 형태에서 1 내지 4 마이크로미터이고, 다른 실시 형태에서 1 내지 3 마이크로미터이며, 다른 실시 형태에서 0.5 내지 3 마이크로미터이고, 다른 실시 형태에서 0.5 내지 2 마이크로미터이다. 유용한 광학적 특성(예를 들어, 육안에 의한 전도성 패턴 요소들의 높은 투과율 및 비가시성) 및 전기적 특성을 재현가능하게 달성하는 것과 관련하여 그리고 실제의 제조 방법을 사용하는 것의 제약조건을 고려하여, 전도성 패턴 요소의 최소 치수의 바람직한 값은 0.5 내지 5 마이크로미터, 더 바람직하게는 1 내지 4 마이크로미터, 가장 바람직하게는 1 내지 3 마이크로미터이다.

일반적으로, 침착된 전기 전도성 재료는 바람직하지 않게도 터치 센서의 광 투과율을 감소시킨다. 기본적으로, 전기 전도성 재료가 어디에 침착되더라도, 사용자에 의한 그의 가시성의 면에서 디스플레이가 가려진다. 도체 재료에 의해 야기되는 감쇠의 정도는 도체 미세패턴 내에서 도체에 의해 덮여지는 센서 또는 센서의 영역의 면적 비율에 비례한다.

일반적으로, 투명한 터치 스크린 센서가 낮은 탁도 값을 나타내는 것이 바람직하다. 탁도는, 예를 들어 헤이즈-가드(Haze-Gard) 기기(미국 메릴랜드주 콜럼비아 소재의 비와이케이 가드너(BYK Gardner)의 헤이즈-가드 플러스(Haze-Gard plus))에 의해 측정되는, 광이 매질을 통과할 때의 광의 산란에 관련된 특성을 말한다. 몇몇 실시 형태에서, 터치 스크린 센서는 10% 미만, 몇몇 실시 형태에서 5% 미만, 몇몇 실시 형태에서 4% 미만, 몇몇 실시 형태에서 3% 미만, 몇몇 실시 형태에서 2% 미만의 탁도를 나타낸다. 도체 미세패턴을 포함하는 영역에 대한 높은 투과율(가시광 투과율이라고도 함), 낮은 탁도, 및 낮은 도체 트레이스 가시성의 바람직한 조합을 달성하는 실시 형태가 개시되어 있다. 따라서, 도체 미세패턴은 터치 스크린 센서 디스플레이의 감지 구역 또는 영역의 일부로서 사용될 때, 예를 들어 미세패턴이 디스플레이의 가시 영역을 덮고 있을 때 특히 유용하다.

몇몇 실시 형태에서, 예를 들어 전도성 재료의 불균일한 메쉬로부터 유발되는 불균일한 면저항 분포가 있더라도, 가시 디스플레이 영역에 걸쳐 균일한 광 투과율을 갖는 가시광 투명 디스플레이 센서를 생성하기 위해, 센서는 패턴에 걸쳐 광 투과율의 균일성을 유지하는 역할을 하는 도체 미세패턴에 부가되는 절연된 도체 침착물을 포함한다. 이러한 절연된 도체 침착물은 센서에 대한 구동 장치(예를 들어, 전기 회로 또는 컴퓨터)에 연결되어 있지 않으며, 따라서 전기적 기능에 도움이 되지 않는다. 예를 들어, 3 마이크로미터 라인 폭 및 200 마이크로미터 피치의 정사각형 그리드 기하학적 형태의 메쉬를 갖는 제1 영역(면적의 3%가 금속으로 가려져 있음, 즉 97% 개구 면적) 및 3 마이크로미터 라인 폭 및 300 마이크로미터 피치의 정사각형 그리드 기하학적 형태의 메쉬를 갖는 제2 영역(면적의 2%가 금속으로 가져져 있음, 즉 98% 개구 면적)을 포함하는 금속 도체 미세패턴이, 그 패턴 내에 300 마이크로미터 피치 그리드 영역의 개구 셀 각각 내에 100개의 균일하게 이격된 3 마이크로미터 x 3 마이크로미터 정사각형의 금속 도체를 포함함으로써, 2개의 영역에 걸친 그의 평균 광 투과율이 광학적으로 균일하게 제조될 수 있다. 100개의 3 마이크로미터 x 3 마이크로미터 정사각형(900 제곱 마이크로미터)이 각각의 300 마이크로미터 x 300 마이크로미터 셀의 면적(90000 제곱 마이크로미터)의 부가의 1%를 가리며, 따라서 제2 영역의 평균 광 투과율이 제1 영역의 평균 광 투과율과 같게 된다. 투명 전도성 영역들 및 이들 사이의 공간의 영역을 포함하여 센서에 걸쳐 광 투과율의 균일성을 유지하기 위해, 인접한 투명 전도성 영역들, 예를 들어, 2차원 메쉬 또는 네트워크 형태의 미세패턴화된 도체를 포함하는 인접한 투명 전도성 영역들 사이의 공간의 영역에 유사한 절연된 금속 특징부가 추가될 수 있다. 절연된 도체 정사각형에 부가하여, 광학적 균일성을 조정하기 위한 다른 유용한 절연된 도체 침착물은 원 및 선을 포함한다. 전기적으로 절연된 침착물의 최소 치수(예를 들어, 정사각형 특징부의 에지 길이, 원 특징부의 직경, 또는 선형 특징부의 폭)는 10 마이크로미터 미만, 5 마이크로미터 미만, 2 마이크로미터 미만, 또는 심지어 1 마이크로미터 미만이다.

유용한 광학적 특성(예를 들어, 전도성 패턴 요소의 높은 투과율 및 비가시성)을 재현가능하게 달성하는 것과 관련하여, 실제의 제조 방법을 사용할 때, 전기적으로 절연된 침착물의 최소 치수는 바람직하게는 0.5 내지 10 마이크로미터, 더 바람직하게는 0.5 내지 5 마이크로미터, 더욱 더 바람직하게는 0.5 내지 4 마이크로미터, 더욱 더 바람직하게는 1 내지 4 마이크로미터, 가장 바람직하게는 1 내지 3 마이크로미터이다. 몇몇 실시 형태에서, 전기적으로 절연된 도체 침착물의 배열은 주기성이 없도록 설계된다. 하부에 놓인 디스플레이의 주기적인 픽셀 패턴과의 가시적인 바람직하지 않은 상호작용을 제한하기 위해 주기성이 없는 것이 바람직하다. 전기적으로 절연된 도체 침착물 전체가 주기성이 없도록 하기 위해, 침착물을 갖고 디코딩 또는 신호 발생 및/또는 처리 회로에 연결되어 있는 미세패턴 요소들을 갖지 않는 영역에 걸쳐, 침착물의 적어도 일부분의 그렇지 않았으면 주기적인 배치에 대해 한번의 교란만 있으면 된다. 이러한 전기적으로 절연된 도체 침착물은 비주기적 배열을 갖는다고 말해지거나 전기적으로 절연된 도체 침착물의 비주기적인 배열이라고 말해진다. 몇몇 실시 형태에서, 예를 들어 5 마이크로미터의 에지 길이를 갖는 정사각형 침착물의 대향하는 면들에 대해 존재하는 것처럼, 10 마이크로미터보다 더 가까운 간격으로 이격되어 있는 평행한 직선 에지들을 갖지 않도록 전기적으로 절연된 도체 침착물이 설계된다. 더 바람직하게는, 5 마이크로미터, 더 바람직하게는 4 마이크로미터, 더욱 더 바람직하게는 3 마이크로미터, 더욱 더 바람직하게는 2 마이크로미터보다 더 가까운 간격으로 이격되어 있는 평행한 직선 에지들을 갖지 않도록 절연된 도체 침착물이 설계된다. 평행한 직선 에지들을 갖지 않는 전기적으로 절연된 도체 침착물의 예는 타원, 원, 오각형, 육각형 및 삼각형이다. 전기적으로 절연된 도체 침착물의 설계 내에 평행한 직선 에지들이 없는 것은 센서를 통합하고 있는 디스플레이의 가시성을 방해할 수 있는 광-회절 아티팩트(light-diffractive artifact)를 최소화하는 데 도움이 된다.

도체 미세패턴의 광학적 균일성에 대한 영향이 정량화될 수 있다. 디스플레이의 가시 영역 위에 배치되는 센서, 및 그에 따른 도체 미세패턴의 총 면적이 1 밀리미터 x 1 밀리미터 영역들의 어레이로 분할되는 경우, 바람직한 센서는 영역들 중 어느 것도 영역들 전부의 평균과 75% 초과로 차이가 있는 가려진 면적 비율을 갖지 않는 도체 미세패턴을 포함한다. 더 바람직하게는, 어느 것도 50% 초과로 차이가 있는 가려진 면적 비율을 갖지 않는다. 더 바람직하게는, 어느 것도 25% 초과로 차이가 있는 가려진 면적 비율을 갖지 않는다. 더욱 더 바람직하게는, 어느 것도 10% 초과로 차이가 있는 가려진 면적 비율을 갖지 않는다. 디스플레이의 가시 영역 위에 배치되는 센서, 및 그에 따른 도체 미세패턴의 총 면적이 5 밀리미터 x 5 밀리미터 영역들의 어레이로 분할되는 경우, 바람직한 센서는 영역들 중 어느 것도 영역들 전부의 평균과 50% 초과로 차이가 있는 가려진 면적 비율을 갖지 않는 도체 미세패턴을 포함한다. 바람직하게는, 어느 것도 50% 초과로 차이가 있는 가려진 면적 비율을 갖지 않는다. 더 바람직하게는, 어느 것도 25% 초과로 차이가 있는 가려진 면적 비율을 갖지 않는다. 더욱 더 바람직하게는, 어느 것도 10% 초과로 차이가 있는 가려진 면적 비율을 갖지 않는다.

본 발명은 유리하게는 ITO와 같은 투명 전도성 산화물(TCO)과 다른 금속들을 투명 전도성 센서에서의 전도성 재료로 사용하는 것을 허용한다. ITO는 소정의 구성에서의 부식-관련 열화, 휘어질 때 균열이 생기는 경향, 100 내지 1000 오옴/스퀘어 미만의 면저항을 갖는 코팅으로서 침착될 때 투과된 광의 높은 감쇠(반사 및 흡수로 인함), 및 인듐의 부족으로 인한 비용의 증가와 같은 소정의 단점을 갖는다. ITO는 또한 균일하고 재현가능한 전기적 특성을 갖도록 침착시키기가 어려우며, 이로 인해 보다 복잡하고 고가의 회로가 터치 스크린 센서를 구성하기 위해 전도성 패턴에 결합될 것을 필요로 한다.

전기 전도성 미세패턴을 형성하는 데 유용한 금속의 예는 금, 은, 팔라듐, 백금, 알루미늄, 구리, 니켈, 주석, 합금 및 이들의 조합을 포함한다. 몇몇 실시 형태에서, 도체는 투명 전도성 산화물이다. 몇몇 실시 형태에서, 도체는 ITO이다. 도체는 5 나노미터 내지 5 마이크로미터, 또는 10 나노미터 내지 500 나노미터, 또는 15 나노미터 내지 250 나노미터의 두께를 가질 수 있다. 많은 실시 형태에서, 도체의 두께는 1 마이크로미터 미만이다. 당업계에 공지된 바와 같이, 원하는 면저항에서 시작하여 미세패턴 기하학적 형태(및 차례로, 평면에서의 전류-전달 단면에 대한 그의 영향) 및 도체의 벌크 저항을 고려함으로써 원하는 도체 두께가 계산될 수 있다. 복잡한 미세패턴 기하학적 형태에 대해, 본 명세서에서 미세패턴의 특성의 모델링이라고 하는 면저항의 계산에 사용될 수 있는 당업계의 계산 방법, 예를 들어 유한 차분법 또는 유한 요소법이 있다. 당업계에 공지된 바와 같이, 4점 프로브 기술 및 비접촉 와전류법(non-contact eddy-current method)을 비롯한 다수의 기술을 사용하여 면저항이 측정될 수 있다.

본 발명의 센서가 통합될 수 있는 유용한 디스플레이의 예는 액정 디스플레이, 음극선관 디스플레이, 플라즈마 디스플레이 패널, 및 유기 발광 다이오드 디스플레이를 포함한다.

임의의 적절한 패턴화 방법, 예를 들어 에칭에 의한 포토리소그래피(photolithography) 또는 도금에 의한 포토리소그래피를 포함하는 방법(예를 들어, 미국 특허 제5,126,007호, 미국 특허 제5,492,611호, 미국 특허 제6,775,907호 참조)에 의해 본 발명에 따른 도체 패턴이 생성될 수 있다. 또한, 몇 가지 다른 예시적인 방법(각각이 이하에서 더 상세히 논의됨) 중 하나를 이용하여 도체 패턴이 생성될 수 있다:

1. 레이저 경화식 마스킹(금속 막 상의 마스크 층을 경화시킨 다음에 에칭함);

2. (차후의 금속 도금을 위한 마스킹 재료 또는 씨드(seed) 재료의) 잉크젯 인쇄;

3. (차후의 금속 도금을 위한 씨드 재료의) 그라비어(gravure) 인쇄;

4. 미세-복제(기판에 미세-홈을 형성한 다음에 차후의 금속 도금을 위한 전도성 재료 또는 씨드 재료로 충전함); 또는

5. 미세-접촉 인쇄(기판의 표면 상에 자가 조립식 모노층(self-assembled monolayer, SAM) 패턴을 스탬핑 또는 윤전 인쇄함).

대용량, 고해상도 인쇄 방법을 이용하는 것은 일반적으로 전도성 요소들의 정밀한 배치를 허용하며, 또한 그렇지 않으면 일어날 수도 있는 광학적 비정상(optical anomaly)(예를 들어, 무아레 패턴(

))을 제한하기 위해 구매가능한 디스플레이 픽셀들과 양립가능한 스케일로 미세도체들의 (의사-랜덤한(pseudo-random)) 변동을 허용한다.

본 명세서에서 논의된 소정의 실시 형태는 투명한 도체를 이용하는 기존의 센서들보다 더 큰 광 투과율을 가능하게 하는 평탄한 면을 갖는 "와이어형" 도체를 이용할 수 있다. 몇몇 실시 형태에서, 이들 평탄한 면을 갖는 "와이어형" 도체는 기존의 둥근 와이어 해결책에서 가능한 것보다 도체 배치의 더 큰 확장성 및 제어를 제공한다. 본 명세서에서 논의된 미세도체는 10 마이크로미터 이하의 최대 단면 치수를 갖는 도체를 포함한다. 많은 센서 응용에서, 3 마이크로미터 미만이 바람직하다. 마스킹 및 에칭을 이용하는 방법은 전형적으로 저종횡비(0.05 내지 0.5 ㎛ 두께 x 1 ㎛ 내지 10 ㎛ 폭) 미세도체를 생성한다. 미세-복제된 홈은 최대 1:1보다 큰 고종횡비 미세도체를 생성할 수 있다.

자외선 레이저로 패턴을 선택적으로 경화시킴으로써 미세도체를 생성하는 데 레이저 경화식 마스킹이 사용될 수 있다. 이러한 공정은 전형적으로 필름(예를 들어, PET)-기반 또는 유리-기반 기판에서 잘 작동한다. 예시적인 레이저 경화식 마스킹 공정은 이하의 단계들을 포함할 수 있다:

1. 기판이 금속으로 도금된다(예를 들어, 은 또는 구리가 유리 또는 PET 필름 상에 스퍼터(sputter) 코팅됨);

2. UV 경화성 마스킹 잉크가 도금된 기판 상에 균일하게 코팅된다(예를 들어, 스핀(spin) 코팅 및 딥(dip) 코팅);

3. 레이저는, 터치 센서의 활성 영역에 미세도체 전극을 형성하기 위해, 인쇄된 잉크의 일부분을 경화시키고, 또한 전극을 커넥터 패드에 상호연결시키는 (더 넓은) 라인을 경화시킬 수 있다(레이저의 빔 폭이 포토 마스크에 의해 감소될 수 있음);

4. 경화되지 않은 잉크가 제거된다(세척 제거됨); 그리고

5. 기판 상에 도금된 금속이, 마스킹 잉크 아래의 패턴을 제외하고, 에칭에 의해 제거된다.

상기 기술한 레이저 경화식 마스킹 공정과 유사하게, 비교적 넓은 라인의 씨드 잉크(seed ink)(촉매 잉크)를 사용하여 원하는 패턴을 인쇄한 다음에 UV 레이저로 선택적으로 경화시킴으로써 미세도체를 생성하는 데 씨드 잉크의 잉크젯 인쇄 및 도금이 사용될 수 있다. 이러한 공정을 위한 기판은 필름(예를 들어, PET) 또는 유리일 수 있다.

도 3a 및 도 3b는 이러한 공정을 도시하며, 이 공정에 의해,

1. 씨드 잉크(66)가 기판(67) 상에 잉크젯 인쇄된다;

2. 레이저(65)는, 터치 센서의 활성 영역(들)에 미세도체 전극(68)을 형성하기 위해, 인쇄된 잉크의 일부분을 경화시키고, 또한 전극을 커넥터 패드에 상호연결시키는 (더 넓은) 라인을 경화시킬 수 있다(레이저의 빔 폭이 포토 마스크에 의해 감소될 수 있음);

3. 경화되지 않은 잉크가 제거된다(세척 제거됨); 그리고

4. 씨드 잉크의 경화된 패턴이 (전도성 금속으로) 무전해 도금된다.

잉크젯 인쇄 공정은 사용되는 잉크의 양을 최소화시키며, 따라서 잉크(예를 들어, 씨드 잉크)가 고가인 경우 그 공정이 고려되어야 한다. 잉크가 비교적 저가인 경우, 잉크젯 인쇄는 전체 기판을 균일하게 코팅하는 다른 공정(예를 들어, 스핀 코팅 또는 딥 코팅)으로 대체될 수 있다. 상기 기술한 씨드 잉크 공정의 잉크 재료 및 잉크젯 인쇄 및 도금 처리는 영국 캠브리지 소재의 카클로 테크니컬 플라스틱스(Carclo Technical Plastics)의 컨덕티브 잉크젯 테크놀로지 디비전(Conductive Inkjet Technology division)으로부터 이용가능하다.

그라비어 인쇄에서는 인쇄될 이미지가 드럼 상에서 회전하는 금속 플레이트 내로 "에칭"되어야 한다. 드럼이 회전할 때, 에칭된 표면이 잉크로 채워지고, 이 잉크는 이어서 잉크로 채워진 에칭된 플레이트와 필름이 서로 접촉할 때 인쇄되는 필름의 표면 상에 침착된다. 이 공정이, 필름 기판(76)이 잉크조(73)로부터의 잉크 라인(74)으로 인쇄되는 것을 도시하는 도 4에 나타내어져 있다. 임프레션 실린더(impression cylinder)(70)는 잉크조(73)로부터의 잉크로 채워지는 에칭부(72)를 갖는 인쇄 드럼(75)에 대항하여 롤링한다. 이러한 공정은 이후에 처리하기 위한 스톡 재료(stock material)를 제조하는 데 사용될 수 있거나, 대용량 센서의 특정의 X 또는 Y 구성요소를 제조하는 데 사용될 수 있다.

씨드 잉크(또는 촉매 잉크)는 상기 기술한 방법 중 임의의 방법에 의해 인쇄될 수 있다. 인쇄 및 경화 후에, 잉크는 구리와 같은 금속으로 무전해 도금됨으로써 높은 전도성으로 될 수 있다. 씨드 잉크 제조업체는 영국 캠브리지 소재의 카클로의 디비전인 컨덕티브 잉크젯 테크놀로지 및 영국 판버러 소재의 퀴네티큐 컴퍼니(QinetiQ Company)를 포함한다. 미국 뉴멕시코주 앨버커키 소재의 카봇 프린터블 일렉트로닉스 앤드 디스플레이즈(Cabot Printable Electronics and Displays)는 잉크젯 인쇄가능한 은 전도성 잉크를 제조한다.

미세-복제가 미세도체를 형성하는 데 사용될 수 있는 또 다른 공정이다. 도 5의 도면은 채워진 또는 부분적으로 채워진 미세-복제된 채널들의 단면도를 도시한다. 채널들은 씨드 잉크(81)로 채워지고 이어서 도금(금속화 층(80) 참조)되어 전도성으로 될 수 있다. 대안적으로, 채널들은 그 자체가 전도성인 잉크로 채워질 수 있으며, 그로써 도금 공정이 필요 없게 된다. 제3 대안은 기판을 금속으로 코팅하고, 이어서 홈들에 있는(홈들의 하부에 있는) 금속의 일부분을 마스킹하며, 이어서 마스킹되지 않은 금속을 에칭 제거하는 것이다(예를 들어, 미국 특허 출원 제61/076731호("미세구조 형성 방법(Method of Forming a Microstructure)") 및 제61/076736호("(패턴화된 기판 형성 방법(Method of Forming a Patterned Substrate)") 참조). 채널들의 실제 형상은 높은 전도성 및 높은 생산 수율을 여전히 보장하면서 최저 수준의 광학적 간섭을 제공하는 단면 형상 및 크기를 최적화하기 위해 변경될 수 있다.

채워진 미세-복제된 채널들은 (마스킹된 금속 필름에 비해) 높은 종횡비 단면을 갖는 도체를 제공할 수 있다. 따라서, 최소의 광학적 가시성(관찰 방향에서의 좁은 단면)으로 최대 전도성이 달성될 수 있다. 미세-복제된 채널들 및 높은 종횡비를 갖는 바람직한 채널 형상을 채우는 방법은 공히 양도된 미국 특허 출원 제2007016081호(가이드즈(Gaides) 등)에 기술되어 있다.

도 6은 폭보다 깊이가 더 깊은 미세-복제된 전극을 갖는 높은 종횡비의 터치-표면의 단면 프로파일을 도시한다. 일 실시 형태에서, 깊이 대 폭의 비가 1:1보다 큰 미세-복제된 구조물이 보다 우수한 성능을 나타낼 것이다. 일반적으로, 미세-복제된 구조물의 폭이 더 얇으면 디스플레이를 빠져 나가는 광이 더 많이 터치 센서를 통과할 수 있게 될 것이다. 게다가, 폭보다 깊이가 더 깊은 채널들은 제1 표면으로부터 센서에 들어가는 광의 반사를 제한할 표면적을 감소시킬 것이다. 정전용량 신호를 상실하지 않으면서 이들 이점이 얻어진다. 도 6은 손가락(85)이 센서의 상부 표면뿐만 아니라 측면들에 대해 터치 센서(86)의 인쇄된 구리 전극(87)과 정전용량 결합되는 것을 도시한다.

미세-접촉 인쇄가 미세도체를 형성하는 데 사용될 수 있는 또 다른 공정이다. 미세-접촉 인쇄는 기판 표면 상에 자가 조립식 모노층(SAM) 패턴을 스탬핑 또는 윤전 인쇄하는 것이다. 이 접근법은 아주 미세한 스케일 패턴(예를 들어, 1 마이크로미터의 1/10의 특징부 크기)에 대해 수행될 수 있다는 것과 패턴화된 모노층을 금속, 세라믹 및 중합체의 패턴화로 확장하는 것을 비롯한 몇 가지 기술적으로 중요한 특징을 나타낸다.

예시적인 미세-접촉 인쇄 공정은 하기와 같다:

1. 기판이 금속으로 코팅된다(예를 들어, 은 또는 구리가 유리 또는 PET 필름 상에 스퍼터-코팅되거나 도금됨);

2. 자가 조립식 모노층 마스크가 도금된 기판 상에 스탬핑된다; 그리고

3. 기판 상에 코팅된 금속이, 마스크 아래의 패턴을 제외하고, 에칭에 의해 제거된다.

미세-접촉 인쇄 공정은, 예를 들어 미국 특허 제5,512,131호(쿠마(Kumar)) 및 공히 계류 중인 쓰리엠(3M) 특허 출원 제61/032273호("기판 상에 도체를 패턴화하는 방법(Methods of Patterning a Conductor on a Substrate)")에 기술되어 있다. 미세-접촉 인쇄는 일반적으로 기판 독립적이다. 예를 들어, 기판은 PET, 유리, PEN, TAC 또는 불투명 플라스틱일 수 있다. 당업계에 공지된 바와 같이, 미세-접촉 인쇄는 금속 침착 공정과 조합되어 추가 패턴화 공정(예를 들어, 무전해 도금을 포함함)을 가져올 수 있다.

도 7a는 소형 정전용량 터치 스크린을 위한 매트릭스 센서를 도시한다. 전극, 상호접속부 및 커넥터 패드의 2개의 패턴(91 및 92)이 연성 기판(예를 들어, PET) 상에 인쇄된다. 2개의 패턴은 이어서 서로 조립되어 평행한 평면들 상에 2개의 전극 층을 형성하고, 도시된 바와 같이 상부 평면 상의 전극들은 하부 평면 상의 도체들과 직교한다(도 7b 참조). 때때로, 하부 전극 평면 아래에 차폐물(도시 안됨)이 필요하다.

도 7에 나타낸 패턴들은 본 명세서에 기술한 방법 중 하나를 사용하여 인쇄될 수 있고, 전극을 형성하는 <10 ㎛ 미세도체 및 전극으로부터 커넥터 패드로 신호를 전달하는 상호접속부 라인(전형적으로, >10 ㎛)을 동시에 인쇄하는 데 단일 인쇄 공정 단계가 사용되었으며, 또한 커넥터 패드 자체가 동일한 인쇄 공정에서 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 27과 관련하여 기술되는 바와 같이, 3 ㎛ 미세도체 및 500 ㎛ 전도성 트레이스(706)의 패턴을 동시에 인쇄하기 위해 미세 접촉 인쇄 공정이 사용되었다. 이 특정의 실시 형태는 몇 가지 이점을 가져온다:

1. 전극을 상호연결부와 정렬시키는 것이 자동적이고 아주 정확하다;

2. 상호연결부가 다른 상호연결부 인쇄 공정(예를 들어, 전도성 잉크의 실크스크린 인쇄)보다 훨씬 더 좁게 그리고 더 가깝게 이격되어 인쇄될 수 있다; 그리고

3. (기판의 평면에 수직인) 상호연결부의 두께가 종래의 상호연결부 인쇄 공정(예를 들어, 전도성 잉크의 실크스크린 인쇄)에서보다 훨씬 더 작다. 두꺼운 상호연결부는 가시적인 간극을 라미네이팅된 층들 사이에 유발하고 라미네이팅된 층들 사이의 시일(seal)을 손상시킬 수 있다.

도 8은 기판(96) 표면 상에 평행한 미세도체들(95)을 갖는 미세-복제되고 채워진 "스톡" 구성 재료를 도시한다. 웨브 배향은 수직(97)이다. 본 명세서에 및/또는 쓰리엠 특허 출원 제61/076731호("미세구조 형성 방법") 및 제61/076736호("패턴화된 기판 형성 방법)"에 개시된 바와 같이, 기판은 PET, PEN 또는 폴리카르보네이트일 수 있고, 미세도체는 미세-복제된 홈 내에 침착될 수 있다. 일 실시 형태에서, 미세도체들의 간격은 바람직하게는 50 ㎛ 내지 500 ㎛이다.

선택된 미세도체를 절연성 크로스오버(insulating cross-over)를 제공하는 인쇄된(예를 들어, 잉크젯된 또는 실크스크린된) 유전체와 상호연결시킴으로써 이러한 스톡 재료가 처리되어 터치 센서 구성요소(예를 들어, 전극 또는 차폐물)로 될 수 있으며, 그로써 사후-인쇄된(예를 들어, 잉크젯된 또는 실크스크린된) 전도성 잉크(본 명세서에 기술된 방법을 사용하여 인쇄됨)가 일부 미세도체들을 건너가서 선택된 미세도체들과만 접촉할 수 있다. 따라서, 유전체를 통한 스루-홀(through-hole)(1000)을 갖는 잉크젯-인쇄된 유전체 표면(1002)을 도시하는 도 9에 도시된 바와 같이 센서에 대한 상호연결부들 및 커넥터 패드들이 제조되며, 전도성 트레이스(1001)가 또한 잉크젯으로 인쇄된다. 도 8 및 도 9가 기판 웨브의 방향으로 인쇄된 미세도체를 도시하지만, 때때로 미세도체를 기판 웨브에 수직인 방향으로 인쇄하는 것이 유리하다.

도 10은 분리되어 있는, 스톡 미세-복제된 미세도체 재료의 2개의 층 및 사후-인쇄된 잉크젯 전도성 트레이스의 2개의 층으로 구성되는 매트릭스 터치 센서의 일례의 단면을 도시한다. 최상부 층(1010)은 미세-복제된 미세도체를 포함하고; 다음 층(1011)은 인쇄된 유전체이며; 다음 층(1012)은 사후-처리된 도체를 포함하고; 다음 층(1013)은 접착제이고; 다음 층(1014)은 사후-처리된 도체이며; 다음 층(1015)은 인쇄된 유전체이고, 마지막 층(1016)은 미세-복제된 미세도체를 포함한다.

몇몇 실시 형태에서, 그렇지 않았으면 연속적이고 균일한 메쉬 내에서 전도성 트레이스에 선택적 단절부(break)들을 포함시킴으로써 적어도 하나의 방향에서 상이한 면저항을 갖는 투명 전도성 영역이 생성된다. 단절부들을 선택적으로 배치하는 이러한 접근법은 물품에 걸쳐 광 투과율이 균일한 가시 투명 전도성 영역의 패턴을 포함하는 물품을 생성하는 데 특히 유용하다. 시작 메쉬는 등방성 또는 이방성일 수 있다. 예를 들어, 일련의 주기적인 단절부들을 생성함으로써 정사각형 미세메쉬를 갖는 긴 직사각형 투명 전도성 바가 그의 장축을 따라 주기적인 면저항을 나타내도록 제조될 수 있으며, 단절부들은 장축 방향에서 벡터 성분을 갖는 트레이스에 있고 주기성이 장축의 방향에 있다. 면저항에서의 이러한 주기성은 직사각형 바 부근의 물체(예를 들어, 손가락)의 위치를 디코딩하는 데 유용할 수 있다. 단절부들의 수와 함께, 트레이스의 폭, 두께 및 면적 밀도를 선택함으로써, 투명 전도성 요소를 따라 단위 길이당 저항에서의 주기적인 변동을 설계할 수 있으며, 이 주기적인 변동은 단위 길이당 저항의 최소값의 적어도 2배, 바람직하게는 최소값의 적어도 5배, 더 바람직하게는 최소값의 적어도 10배인 단위 길이당 저항에서의 피크로 특성화된다.

그렇지 않았으면 연속적이고 균일한 메쉬에 선택적인 단절부들을 포함하는 다른 실시 형태에서, 주어진 방향에서 대체로 연속적으로 변동하는 면저항을 생성하기 위해 단절부들이 배치될 수 있다. 투명 전도성 요소의 전체적인 형상에 의해서만 야기되는 비선형성을 넘어, 그 투명 전도성 요소를 따라 전계의 비선형성을 확대시키는 데 연속적으로 변동하는 면저항이 유용할 수 있다. 예를 들어, 당업계에 공지된 바와 같이, 그의 꼭지점에 대해 그의 밑변에 인가되는 전위를 갖는 긴 이등변 삼각형 형태의, 균일한 면저항을 갖는 투명 전도성 요소는 (삼각형의 좁아지는 폭에 의해 야기되는) 전계 방향을 따라 단위 길이당 저항의 구배로 인해 밑변으로부터 꼭지점으로 비선형 전계를 나타낸다. 이러한 삼각형 투명 전도성 요소의 빗살형 어레이(interdigitated array)에 기초한 터치 센서의 경우, 전계의 비선형성이 훨씬 더 커서 그 어레이 부근의 물체(예를 들어, 손가락)의 위치를 디코딩하는 데 사용되는 회로의 신호 대 잡음비가 더 크게 되는 것이 유리할 것이다. 단절부들의 수와 함께 트레이스의 폭, 두께 및 면적 밀도를 선택함으로써, 1 센티미터의 거리에 걸쳐 적어도 1.1배 또는 적어도 1.2배 또는 적어도 1.5배 또는 적어도 2배 증가하는 투명 전도성 요소를 따른 단위 길이당 면저항을 설계할 수 있다.

몇몇 실시 형태에서, 그 자신의 설계를 갖는 연속적인 메쉬를 2개의 영역 각각에 포함시킴으로써 적어도 하나의 방향에서 상이한 면저항을 갖는 2개의 투명 전도성 영역이 생성되고, 각각의 메쉬가 반드시 선택적으로 배치된 단절부들을 포함할 필요는 없다. 하나의 방향으로, 예를 들어 도 2의 x 방향으로 통과하는 전류에 대해 상이한 값의 면저항을 야기하는 설계를 갖는 2개의 메쉬의 예는 동일한 전도성 재료 침착물의 동일한 두께(도 2의 z 방향의 치수)를 갖지만 y 방향에서 상이한 단위 폭당 전류-전달 단면적(도 2의 y-z 평면)을 갖는 2개의 메쉬를 포함한다. 이러한 한 쌍의 메쉬 영역의 일례는, 각각이 2 마이크로미터의 폭과 상이한 피치, 예를 들어 100 마이크로미터 및 200 마이크로미터를 갖는 전도성 트레이스를 포함하는 2개의 정사각형 그리드 영역이다. 이러한 한 쌍의 메쉬 영역의 다른 예는, 각각이 2 마이크로미터의 폭과 상이한 배향을 갖는, 예를 들어 제1 영역들 내의 직사각형 셀들의 장축이 제2 영역에 있는 직사각형 셀들에 대해 90도로 배향되는 전도성 트레이스를 포함하는 2개의 직사각형 그리드 영역(정사각형이 아니고, 한 방향에서 100 마이크로미터 피치 및 직교 방향에서 200 마이크로미터 피치를 가짐)이다.

몇몇 실시 형태에서, 센서는 도체의 패턴을 지지하는 절연성 가시광 투명 기판 층을 포함하고, 이 패턴은 가시광 투명 미세패턴 영역 및 투명하지 않은 더 큰 특징부를 갖는 영역을 포함하고, 여기서 가시광 투명 미세패턴 영역 및 더 큰 특징부 영역은 대체로 동일한 두께로 동일한 도체의 패턴화된 침착물(예를 들어, 금속)을 포함한다. 더 큰 특징부는, 예를 들어 가시광 투명 전도성 미세패턴 영역에 접촉하는 넓은 전도성 트레이스 또는 디코딩, 신호 발생 또는 신호 처리 전자 장치와 접촉하는 패드의 형태를 가질 수 있다. 유용한 더 큰 특징부의 폭은, 가시광 투명 전도성 미세패턴 영역을 갖는 동일한 절연 층과 조합하여, 예를 들어 25 마이크로미터 내지 3 밀리미터, 25 마이크로미터 내지 1 밀리미터, 25 마이크로미터 내지 500 마이크로미터, 25 마이크로미터 내지 250 마이크로미터, 또는 50 마이크로미터 내지 100 마이크로미터이다.

하나의 예시적인 터치 스크린 센서는 가시광 투명 기판 및 가시광 투명 기판 상에 또는 그 내에 배치된 전기 전도성 미세패턴을 포함한다. 미세패턴은 터치 감지 구역 내의 제1 영역 미세패턴, 및 제2 영역 미세패턴을 포함한다. 전기 전도성 미세패턴은 500 나노미터 미만의 두께 및 0.5 내지 5 마이크로미터의 폭을 갖는 금속 선형 전기 전도성 특징부들을 포함한다. 제1 영역 미세패턴은 제1 방향에서 5 내지 500 오옴/스퀘어의 제1 면저항 값을 갖고, 가시광 투명이며, 95% 내지 99.5% 개구 면적을 갖는다. 제2 영역 미세패턴은 제1 면저항 값과 상이한 제1 방향에서의 제2 면저항 값을 갖는다.

다른 예시적인 터치 스크린 센서는 가시광 투명 기판 및 가시광 투명 기판 상에 또는 그 내에 배치된 전기 전도성 미세패턴을 포함한다. 미세패턴은 터치 감지 구역 내의 제1 영역 미세패턴을 포함한다. 전기 전도성 미세패턴은 500 나노미터 미만의 두께 및 0.5 내지 5 마이크로미터의 폭을 갖는 금속 선형 전기 전도성 특징부들을 포함한다. 제1 영역 미세패턴은 직교 방향들에 대한 면저항 값들의 차가 적어도 1.5배인 비등방성 제1 면저항을 갖고, 가시광 투명이며, 95% 내지 99.5% 개구 면적을 갖는다.

다른 예시적인 터치 스크린 센서는 가시광 투명 기판 및 가시광 투명 기판 상에 또는 그 내에 배치된 전기 전도성 미세패턴을 포함한다. 미세패턴은 터치 감지 구역 내의 제1 영역 미세패턴, 및 제2 영역 미세패턴을 포함한다. 전기 전도성 미세패턴은 500 나노미터 미만의 두께 및 1 내지 4 마이크로미터의 폭을 갖는 금속 선형 전기 전도성 특징부들을 포함한다. 제1 영역 미세패턴은 제1 방향에서 5 내지 100 오옴/스퀘어의 제1 면저항 값을 갖고, 가시광 투명이며, 96% 내지 99.5% 개구 면적을 갖는다. 제2 영역 미세패턴은 제1 면저항 값과 상이한 제1 방향에서의 제2 면저항 값을 갖는다.

다른 예시적인 터치 스크린 센서는 가시광 투명 기판 및 가시광 투명 기판 상에 또는 그 내에 배치된 전기 전도성 미세패턴을 포함한다. 미세패턴은 터치 감지 구역 내의 제1 영역 미세패턴, 및 제2 영역 미세패턴을 포함한다. 전기 전도성 미세패턴은 500 나노미터 미만의 두께 및 0.5 내지 5 마이크로미터의 폭을 갖는 금속 선형 전기 전도성 특징부들을 포함한다. 제1 영역 미세패턴은 제1 방향에서 5 내지 500 오옴/스퀘어의 제1 면저항 값을 갖고, 가시광 투명이며, 95% 내지 99.5% 개구 면적을 갖는다. 제2 영역 미세패턴은 제1 면저항 값과 상이한 제1 방향에서의 제2 면저항 값을 갖는다. 미세패턴은 또한 전기적으로 절연된 도체 침착물을 포함한다. 가시광 투명 감지 구역에 있는 센서의 1 밀리미터 x 1 밀리미터 정사각형 영역들 모두에 있어서, 그 영역들 중 어느 것도 그 영역들 전부에 대한 평균과 75% 초과로 차이가 있는 가려진 면적 비율을 갖지 않는다.

다른 예시적인 터치 스크린 센서는 가시광 투명 기판 및 가시광 투명 기판 상에 또는 그 내에 배치된 전기 전도성 미세패턴을 포함한다. 미세패턴은 터치 감지 구역 내의 제1 영역 미세패턴, 및 제2 영역 미세패턴을 포함한다. 전기 전도성 미세패턴은 500 나노미터 미만의 두께 및 0.5 내지 5 마이크로미터의 폭을 갖는 금속 선형 전기 전도성 특징부들을 포함한다. 제1 영역 미세패턴은 제1 방향에서 5 내지 500 오옴/스퀘어의 제1 면저항 값을 갖고, 가시광 투명이며, 95% 내지 99.5% 개구 면적을 갖는다. 제2 영역 미세패턴은 제1 면저항 값과 상이한 제1 방향에서의 제2 면저항 값을 갖는다. 미세패턴은 또한 전기적으로 절연된 도체 침착물을 포함한다. 가시광 투명 감지 구역에 있는 센서의 5 밀리미터 x 5 밀리미터 정사각형 영역들 모두에 있어서, 그 영역들 중 어느 것도 그 영역들 전부에 대한 평균과 50% 초과로 차이가 있는 가려진 면적 비율을 갖지 않는다.

다른 예시적인 터치 스크린 센서는 가시광 투명 기판 및 가시광 투명 기판 상에 또는 그 내에 배치된 전기 전도성 미세패턴을 포함한다. 미세패턴은 터치 감지 구역 내의 제1 영역 미세패턴을 포함한다. 전기 전도성 미세패턴은 500 나노미터 미만의 두께 및 1 내지 4 마이크로미터의 폭을 갖는 금속 선형 전기 전도성 특징부들을 포함한다. 제1 영역 미세패턴은 직교 방향들에 대한 면저항 값들의 차가 적어도 1.5배인 비등방성 제1 면저항을 갖고, 가시광 투명이며, 96% 내지 99.5% 개구 면적을 갖는다.

다른 예시적인 터치 스크린 센서는 가시광 투명 기판 및 가시광 투명 기판 상에 또는 그 내에 배치된 전기 전도성 미세패턴을 포함한다. 미세패턴은 터치 감지 구역 내의 제1 영역 미세패턴을 포함한다. 전기 전도성 미세패턴은 500 나노미터 미만의 두께 및 0.5 내지 5 마이크로미터의 폭을 갖는 금속 선형 전기 전도성 특징부들을 포함한다. 제1 영역 미세패턴은 직교 방향들에 대한 면저항 값들의 차가 적어도 1.5배인 비등방성 제1 면저항을 갖고, 가시광 투명이며, 95% 내지 99.5% 개구 면적을 갖는다. 미세패턴은 또한 전기적으로 절연된 도체 침착물을 포함한다. 가시광 투명 감지 구역에 있는 센서의 1 밀리미터 x 1 밀리미터 정사각형 영역들 모두에 있어서, 그 영역들 중 어느 것도 그 영역들 전부에 대한 평균과 75% 초과로 차이가 있는 가려진 면적 비율을 갖지 않는다.

다른 예시적인 터치 스크린 센서는 가시광 투명 기판 및 가시광 투명 기판 상에 또는 그 내에 배치된 전기 전도성 미세패턴을 포함한다. 미세패턴은 터치 감지 구역 내의 제1 영역 미세패턴을 포함한다. 전기 전도성 미세패턴은 500 나노미터 미만의 두께 및 0.5 내지 5 마이크로미터의 폭을 갖는 금속 선형 전기 전도성 특징부들을 포함한다. 제1 영역 미세패턴은 직교 방향들에 대한 면저항 값들의 차가 적어도 1.5배인 비등방성 제1 면저항을 갖고, 가시광 투명이며, 95% 내지 99.5% 개구 면적을 갖는다. 미세패턴은 또한 전기적으로 절연된 도체 침착물을 포함한다. 가시광 투명 감지 구역에 있는 센서의 5 밀리미터 x 5 밀리미터 정사각형 영역들 모두에 있어서, 그 영역들 중 어느 것도 그 영역들 전부에 대한 평균과 50% 초과로 차이가 있는 가려진 면적 비율을 갖지 않는다.

다른 예시적인 터치 스크린 센서는 가시광 투명 기판 및 가시광 투명 기판 상에 또는 그 내에 배치된 전기 전도성 미세패턴을 포함한다. 미세패턴은 터치 감지 구역 내의 제1 영역 미세패턴을 포함한다. 제1 영역 미세패턴은 0.5 내지 5 마이크로미터의 폭을 갖는 금속 선형 전기 전도성 특징부들을 포함한다. 제1 영역 미세패턴은 가시광 투명이고, 95% 내지 99.5% 개구 면적을 갖는다. 제1 영역 미세패턴의 1 밀리미터 x 1 밀리미터 정사각형 영역들 모두에 있어서, 그 정사각형 영역들 중 어느 것도 그 정사각형 영역들 전부에 대한 평균과 75% 초과로 차이가 있는 가려진 면적 비율을 갖지 않는다. 일 실시 형태에서, 제1 영역 미세패턴은 또한 전기적으로 절연된 도체 침착물을 포함한다. 일 실시 형태에서, 금속 선형 전기 전도성 특징부들은 500 나노미터 미만의 두께를 갖는다. 일 실시 형태에서, 제1 영역 미세패턴은 제1 방향에서 5 내지 100 오옴/미터의 제1 면저항 값을 갖는다.

다른 예시적인 터치 스크린 센서는 가시광 투명 기판 및 가시광 투명 기판 상에 또는 그 내에 배치된 전기 전도성 미세패턴을 포함한다. 미세패턴은 터치 감지 구역 내의 제1 영역 미세패턴을 포함한다. 제1 영역 미세패턴은 0.5 내지 5 마이크로미터의 폭을 갖는 금속 선형 전기 전도성 특징부들을 포함한다. 제1 영역 미세패턴은 가시광 투명이고, 95% 내지 99.5% 개구 면적을 갖는다. 제1 영역 미세패턴의 5 밀리미터 x 5 밀리미터 정사각형 영역들 모두에 있어서, 그 정사각형 영역들 중 어느 것도 그 정사각형 영역들 전부에 대한 평균과 50% 초과로 차이가 있는 가려진 면적 비율을 갖지 않는다. 일 실시 형태에서, 금속 선형 전기 전도성 특징부들은 500 나노미터 미만의 두께를 갖는다. 일 실시 형태에서, 제1 영역 미세패턴은 또한 전기적으로 절연된 도체 침착물을 포함한다.

다른 예시적인 터치 스크린 센서는 가시광 투명 기판 및 가시광 투명 기판 상에 또는 그 내에 배치된 전기 전도성 미세패턴을 포함한다. 미세패턴은 터치 감지 구역 내의 제1 영역 미세패턴을 포함한다. 전기 전도성 미세패턴은 500 나노미터 미만의 두께 및 0.5 내지 5 마이크로미터의 폭을 갖는 금속 선형 전기 전도성 특징부들을 포함한다. 제1 영역 미세패턴은 제1 방향에서 5 내지 100 오옴/스퀘어의 제1 면저항 값을 갖고, 가시광 투명이며, 95% 내지 99.5% 개구 면적을 갖는다. 미세패턴은 또한 전기적으로 절연된 도체 침착물을 포함한다. 가시광 투명 감지 구역에 있는 센서의 1 밀리미터 x 1 밀리미터 정사각형 영역들 모두에 있어서, 그 영역들 중 어느 것도 그 영역들 전부에 대한 평균과 75% 초과로 차이가 있는 가려진 면적 비율을 갖지 않는다.

다른 예시적인 터치 스크린 센서는 가시광 투명 기판 및 가시광 투명 기판 상에 또는 그 내에 배치된 전기 전도성 미세패턴을 포함한다. 미세패턴은 터치 감지 구역 내의 제1 영역 미세패턴을 포함한다. 전기 전도성 미세패턴은 500 나노미터 미만의 두께 및 0.5 내지 5 마이크로미터의 폭을 갖는 금속 선형 전기 전도성 특징부들을 포함한다. 제1 영역 미세패턴은 제1 방향에서 5 내지 100 오옴/스퀘어의 제1 면저항 값을 갖고, 가시광 투명이며, 95% 내지 99.5% 개구 면적을 갖는다. 미세패턴은 또한 전기적으로 절연된 도체 침착물을 포함한다. 가시광 투명 감지 구역에 있는 센서의 5 밀리미터 x 5 밀리미터 정사각형 영역들 모두에 있어서, 그 영역들 중 어느 것도 그 영역들 전부에 대한 평균과 50% 초과로 차이가 있는 가려진 면적 비율을 갖지 않는다.

다른 예시적인 터치 스크린 센서는 가시광 투명 기판 및 가시광 투명 기판 상에 또는 그 내에 배치된 전기 전도성 미세패턴을 포함한다. 미세패턴은 터치 감지 구역 내의 제1 영역 미세패턴, 및 제2 영역 미세패턴을 포함한다. 전기 전도성 미세패턴은 500 나노미터 미만의 두께 및 0.5 내지 5 마이크로미터의 폭을 갖는 금속 선형 전기 전도성 특징부들을 포함한다. 제1 영역 미세패턴은 제1 방향에서 5 내지 500 오옴/스퀘어의 제1 면저항 값을 갖고, 가시광 투명이며, 95% 내지 99.5% 개구 면적을 갖는다. 제2 영역 미세패턴은 제1 면저항 값과 상이한 제1 방향에서의 제2 면저항 값을 갖는다. 센서는 또한 가시광 투명 기판 상에 또는 그 내에 배치된 더 큰 전기 전도성 특징부를 포함하며, 더 큰 특징부는 미세패턴에 포함된 것과 동일한 재료 및 두께의 연속적인 도체 침착물을 포함하고 최소 치수가 적어도 25 마이크로미터이다.

다른 예시적인 터치 스크린 센서는 가시광 투명 기판 및 가시광 투명 기판 상에 또는 그 내에 배치된 전기 전도성 미세패턴을 포함한다. 미세패턴은 터치 감지 구역 내의 제1 영역 미세패턴을 포함한다. 전기 전도성 미세패턴은 500 나노미터 미만의 두께 및 0.5 내지 5 마이크로미터의 폭을 갖는 금속 선형 전기 전도성 특징부들을 포함한다. 제1 영역 미세패턴은 직교 방향들에 대한 면저항 값들의 차가 적어도 1.5배인 비등방성 제1 면저항을 갖고, 가시광 투명이며, 95% 내지 99.5% 개구 면적을 갖는다. 센서는 또한 가시광 투명 기판 상에 또는 그 내에 배치된 더 큰 전기 전도성 특징부를 포함하며, 더 큰 특징부는 미세패턴에 포함된 것과 동일한 재료 및 두께의 연속적인 도체 침착물을 포함하고 최소 치수가 적어도 25 마이크로미터이다.

다른 예시적인 터치 스크린 센서는 가시광 투명 기판 및 가시광 투명 기판 상에 또는 그 내에 배치된 전기 전도성 미세패턴을 포함한다. 미세패턴은 터치 감지 구역 내의 제1 영역 미세패턴, 및 제2 영역 미세패턴을 포함한다. 전기 전도성 미세패턴은 500 나노미터 미만의 두께 및 0.5 내지 5 마이크로미터의 폭을 갖는 금속 선형 전기 전도성 특징부들을 포함한다. 제1 영역 미세패턴은 제1 방향에서 5 내지 500 오옴/스퀘어의 제1 면저항 값을 갖고, 가시광 투명이며, 95% 내지 99.5% 개구 면적을 갖는다. 제2 영역 미세패턴은 제1 면저항 값과 상이한 제1 방향에서의 제2 면저항 값을 갖는다. 센서는 또한 가시광 투명 기판 상에 또는 그 내에 배치된 더 큰 전기 전도성 특징부를 포함하며, 더 큰 특징부는 미세패턴에 포함된 것과 동일한 재료 및 두께의 연속적인 도체 침착물을 포함하고 최소 치수가 적어도 500 마이크로미터이다.

다른 예시적인 터치 스크린 센서는 가시광 투명 기판 및 가시광 투명 기판 상에 또는 그 내에 배치된 전기 전도성 미세패턴을 포함한다. 미세패턴은 터치 감지 구역 내의 제1 영역 미세패턴을 포함한다. 전기 전도성 미세패턴은 500 나노미터 미만의 두께 및 0.5 내지 5 마이크로미터의 폭을 갖는 금속 선형 전기 전도성 특징부들을 포함한다. 제1 영역 미세패턴은 직교 방향들에 대한 면저항 값들의 차가 적어도 1.5배인 비등방성 제1 면저항을 갖고, 가시광 투명이며, 95% 내지 99.5% 개구 면적을 갖는다. 센서는 또한 가시광 투명 기판 상에 또는 그 내에 배치된 더 큰 전기 전도성 특징부를 포함하며, 더 큰 특징부는 미세패턴에 포함된 것과 동일한 재료 및 두께의 연속적인 도체 침착물을 포함하고 최소 치수가 적어도 500 마이크로미터이다.

다른 예시적인 터치 스크린 센서는 가시광 투명 기판 및 가시광 투명 기판 상에 또는 그 내에 배치된 전기 전도성 미세패턴을 포함한다. 미세패턴은 터치 감지 구역 내의 제1 영역 미세패턴을 포함한다. 제1 영역 미세패턴은 0.5 내지 10 마이크로미터의 폭을 갖는 전도성 트레이스를 포함한다. 제1 영역 미세패턴은 가시광 투명이고, 90% 내지 99.95% 개구 면적, 바람직하게는 95% 내지 99.95% 개구 면적, 더 바람직하게는 97% 내지 98% 개구 면적을 갖는다. 제1 영역 미세패턴의 5 밀리미터 x 5 밀리미터 정사각형 영역들 모두에 있어서, 그 정사각형 영역들 중 어느 것도 그 정사각형 영역들 전부에 대한 평균과 75% 초과로 차이가 있는, 바람직하게는 50% 초과로 차이가 있는, 더 바람직하게는 25% 초과로 차이가 있는, 가장 바람직하게는 10% 초과로 차이가 있는, 가려진 면적 비율을 갖지 않는다. 일 실시 형태에서, 제1 영역 미세패턴은 0.5 내지 5 마이크로미터, 바람직하게는 1 내지 3 마이크로미터의 폭을 갖는 전도성 트레이스를 포함한다.

다른 예시적인 터치 스크린 센서는 가시광 투명 기판 및 가시광 투명 기판 상에 또는 그 내에 배치된 전기 전도성 미세패턴을 포함한다. 미세패턴은 터치 감지 구역 내의 제1 영역 미세패턴을 포함한다. 제1 영역 미세패턴은 1 내지 10 마이크로미터의 폭을 갖는 전도성 트레이스를 포함한다. 제1 영역 미세패턴은 가시광 투명이고, 90% 내지 99.5% 개구 면적을 갖는다. 제1 영역 미세패턴은 그렇지 않았으면 연속적이고 균일한 메쉬 내에 전도성 트레이스의 선택적인 단절부들을 포함한다.

다른 예시적인 터치 스크린 센서는 가시광 투명 기판 및 가시광 투명 기판 상에 또는 그 내에 배치된 전기 전도성 미세패턴을 포함한다. 미세패턴은 터치 감지 구역 내의 제1 영역 미세패턴을 포함한다. 제1 영역 미세패턴은 마이크로미터 단위로 약 [X + 0.5]의 폭 및 [95 - X]% 내지 99.5%의 개구 면적 비율을 갖는 전도성 트레이스를 포함하며, 여기서 0 ≤ X ≤ 4.5이다. 일 실시 형태에서, 제1 영역 미세패턴 내의 터치 스크린 센서는 10% 미만의 탁도 값 및 75% 초과의 투과율을 나타낸다. 다른 실시 형태에서, 제1 영역 미세패턴 내의 터치 스크린 센서는 5% 미만의 탁도 값 및 85% 초과의 투과율을 나타낸다. 일 실시 형태에서, 제1 영역 미세패턴은 약 [98.5 - (2.5X ÷ 3.5)]% 내지 [99.5 - (X ÷ 3.5)]%의 폭을 갖는 전도성 트레이스를 포함하며, 여기서 0 ≤ X ≤ 3.5이다.

다른 예시적인 터치 스크린 센서는 가시광 투명 기판 및 가시광 투명 기판 상에 또는 그 내에 배치된 전기 전도성 미세패턴을 포함한다. 미세패턴은 터치 감지 구역 내의 제1 영역 미세패턴을 포함한다. 제1 영역 미세패턴은 약 9.6 ㎛의 폭을 갖는 4 ㎜ 간격으로 이격된 평행한 전도성 트레이스들을 포함하며, 99.75%의 개구 면적 비율을 산출한다. 이러한 실시 형태의 미세복제된 전극들은 0.5 ㎜ 내지 약 5 ㎜의 중심간 거리만큼 분리된 약 4 ㎛ 내지 10 ㎛의 폭을 갖는 평행한 도체들을 포함한다. PET 기판의 웨브에 대해 길이방향으로 도체들이 형성될 수 있으며, 따라서 도체들의 길이는 1 m 초과일 수 있다. 예를 들어, 도 8 및 도 9와 관련하여 기술한 공정을 사용하여, 인접한 도체들의 그룹들이 전기적으로 상호연결되어 총 폭이 1 ㎜ 내지 12 ㎜인 전극들을 형성할 수 있다. 예를 들어, 공히 계류 중인 미국 특허 출원 공개 제20070074914호에 개시된 바와 같이 전극들이 인터리빙되도록, 인접한 전극들의 도체들이 상호연결될 수 있다.

[실시예]

이하에서 예시적인 터치 스크린 센서 설계들에 대해 기술한다. 이들은, 예를 들어 미국 특허 제5,126,007호 또는 미국 특허 제5,492,611호에 기술된 것과 같은 공지된 포토리소그래피 방법을 사용하여 제조될 수 있다. 당업계에 공지된 바와 같이, 도체가 물리적 증착법(예를 들어, 스퍼터링 또는 증발)을 사용하여 침착될 수 있다. 달리 언급하지 않는 한, 이하의 실시예들은 미세-접촉 인쇄 기술(상기의 기술 설명 및 공히 계류 중인 미국 특허 출원 제61/032,273호 참조)에 의해 패턴화된 도체들을 포함한다. 당업계에 공지된 바와 같이(예를 들어, 미국 특허 제4,087,625호, 미국 특허 제5,386,219호, 미국 특허 제6,297,811호, 국제 출원 공개 WO 2005/121940 A2), 본 명세서에 예시된 각각의 전도성 패턴은, 디코딩 회로에 연결될 때, 투명 터치 스크린 센서로서 유용하다.

실시예 1

이하의 설명에 따른 박막 금의 미세패턴이 얇은 무색 유리 시트(두께가 대략 1 밀리미터임) 상에 침착된다. 미세패턴(240)이 도 11 및 도 12에 도시되어 있다. 금 층의 두께 또는 높이는 약 100 나노미터이다. 미세패턴(240)은 수평의 좁은 트레이스들(242)을 포함하는 일련의 수평(x-축) 메쉬 바(241)를 포함하며, 트레이스들(242)은 폭이 대략 2 마이크로미터이다. 이들 수평 메쉬 트레이스들(242) 중 4개가 더 큰 특징부 접촉 패드(260)와 전기적으로 통신하고 있다. 메쉬 바는 폭이 대략 6 밀리미터이다. 따라서, 13개의 균일하게 이격된 트레이스들(244)이 6 밀리미터의 폭(y-축)에 걸쳐 있고 13개의 균일하게 이격된 트레이스들(242)이 6 밀리미터의 길이(x-축)에 걸쳐 있는 경우, 트레이스들의 정사각형 그리드의 피치가 500 마이크로미터이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 소정의 트레이스들은 대략 25 마이크로미터인 단절부들(250)을 갖는다(도면에서는 찾기 쉽도록 과장되어 있음). 500 마이크로미터 피치로 있는 2 마이크로미터 폭의 불투명한 트레이스들을 갖는 정사각형 그리드에서, 불투명한 트레이스들에 대한 충전율(fill factor)이 0.80%이고, 따라서 99.20%의 개구 면적이 얻어진다. 동일한 정사각형 그리드에서, 매 500 마이크로미터마다 25 마이크로미터 단절부를 갖는 경우를 제외하고는, 충전율이 0.78%이고, 따라서 99.22%의 개구 면적이 얻어진다. 따라서, 이 설계는 99.22% 개구 면적을 갖는 1 ㎜ x 6 ㎜ 영역들 및 99.20% 개구 면적을 갖는 6 ㎜ x 6 ㎜ 영역들을 포함한다. 메쉬를 갖는 유리 물품의 평균 가시 투과율이 대략 0.92*0.992 = 91%이다(0.92의 인자는 패턴의 비도체-침착된 영역들에서의 광 투과율의 계면 반사 손실에 관련됨). 수평 바 방향을 따라, 일련의 전체 그리드 영역들이 4개의 금 트레이스에 의해 서로 연결되어 있다. 스퍼터링된 박막 금에 대해 5E-06 오옴-㎝의 유효 벌크 저항을 가정하면, 각각의 2 마이크로미터 폭, 500 마이크로미터 길이의 박막 금의 세그먼트가 대략 125 오옴의 저항을 갖는다. 완성된 그리드를 갖는 영역들은, 바의 방향으로 통과하는 전류에 대해, 대략 115 오옴/스퀘어의 유효 면저항을 갖는다. 완성된 그리드들을 갖는 영역들을 연결시키는 4개의 트레이스는 그 영역들 사이에 대략 62.5 오옴의 저항을 생성한다. 상기 기술한 전도성 트레이스 요소들의 배열은 도 13에 나타낸 바와 같이 바 방향을 따라 공간적으로 변동하는 단위 길이당 저항을 야기한다. 도 14는 수평 메쉬 바들의 어레이에 대한 등가 회로를 도시한다. 회로는 저항기에 의해 연결된 일련의 플레이트를 갖는다.

실시예 2

이하의 설명에 따른 박막 금의 미세패턴이 얇은 무색 유리 시트(두께가 대략 1 밀리미터임) 상에 침착된다. 미세패턴(340)이 도 15에 도시되어 있다. 금의 두께는 약 100 나노미터이다. 미세패턴(340)은 일련의 빗살형 웨지 또는 삼각형 형태로 되어 있는 투명 전도성 영역을 갖는다. 각각의 웨지는 좁은 금속 트레이스들(342, 344)로 이루어진 메쉬로 구성되며, 이 트레이스들(342, 344)(도 15a 내지 도 15c 참조)은 폭이 대략 2 마이크로미터이다. 메쉬 웨지들은 그의 밑변에서 폭이 대략 1 센티미터이고 길이가 대략 6 센티미터이다. 트레이스들(342, 344)의 정사각형 그리드의 피치는 500 마이크로미터이다. 메쉬의 선택된 영역들 내에서(도 15a 및 도 15b 참조), 웨지 내에, 길이가 대략 25 마이크로미터인 단절부들(350)이 그의 장축을 따라 통과하는 전류에 대한 웨지 내에서의 국부 면저항에 영향을 주기 위해 의도적으로 배치된다. 도 15a 및 도 15b에 도시된 바와 같이, 영역들(15a 및 15b)(도 15에서 영역들이 대략 1 센티미터만큼 분리됨)에, 장축의 방향에서 면저항을 1.2배 초과로 증가시키는 단절부들(350)이 메쉬에 포함되어 있다. 전체적인 설계가 또한, 영역들(15a 및 15b)로부터 전기적으로 절연되어 이격되어 있으며 영역들(15a 및 15b)의 면저항 값보다 더 작은 면저항 값을 갖는 메쉬를 갖는 영역(15c)(도 15c에 도시됨)을 포함한다. 메쉬 영역(15c)은 99.20%의 개구 면적을 갖는 반면, 메쉬 영역들(15a 및 15b)은 각각 99.20% 및 99.21%의 개구 면적 비율을 갖는다. 전체적인 설계는 또한 영역들(15a, 15b 및 15c)보다 더 큰 피치의 메쉬들을 갖지만 동일한 폭의 트레이스들을 갖는 영역들(15d 및 15e)(도 15d 및 도 15e에 도시됨)을 포함하며, 그로 인해 면저항 및 가시 투과율이 증가된다.

도 16은 상기 기술한 바와 같이 웨지를 따라 저항의 구배에 대한 메시 특성들을 엔지니어링하는 것의 효과와 동일한 형상의 영역에 대해 표준의 ITO 코팅을 사용하는 것을 대조하여 도시한다. 전체적인 설계가 또한 패턴의 좌측 및 우측을 따라 전도성 리드의 형태로 되어 있는 더 큰 전도성 특징부를 포함하며, 이 리드는 폭이 대략 1 밀리미터이고 대략 100 나노미터 두께를 갖는 박막 금으로부터 패턴화된다.

실시예 3

터치 스크린 센서에 대한 투명 센서 요소(400)가 도 17에 도시되어 있다. 센서 요소(400)는 함께 라미네이팅되는 2개의 패턴화된 도체 층(410, 414)(예를 들어, X 축 층 및 Y 축 층), 2개의 광학적으로 투명한 접착제 층(412, 416), 및 베이스 플레이트(418)를 포함하며, 이들은 명확함을 위해 도 17에서 분리된 것으로 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, 층들(410 및 414)은 투명 전도성 메쉬 바를 포함하며, 하나의 층은 x 축 방향으로 배향되어 있고 다른 층은 y 축 방향으로 배향되어 있다. 베이스 플레이트(418)는 면적이 6 센티미터 x 6 센티미터이고 두께가 1 밀리미터인 유리 시트이다. 광학적으로 투명한 적합한 접착제는 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니(3M Company)로부터의 옵티컬리 클리어 라미네이팅 어드히시브(Optically Clear Laminating Adhesive) 8141이다. X-층 및 Y-층 각각에 대해, 금속의 미세패턴을 갖는 투명한 중합체 필름이 사용된다. 이하의 설명에 따른 박막 금의 미세패턴이 얇은 PET 시트 상에 침착된다. 적합한 PET 기판은 미국 델라웨어주 윌밍톤 소재의 듀폰(DuPont)으로부터의 ST504 PET를 포함하며, 이는 두께가 대략 125 마이크로미터이다.

미세패턴(440)이 도 18 및 도 19에 도시되어 있다. 금의 두께는 약 100 나노미터이다. 미세패턴은 일련의 평행한 메쉬 바들(442)의 형태로 되어 있는 투명 전도성 영역들을 갖는다. 베이스 플레이트에 대한 손가락 터치의 정전용량 검출을 위해 전자 장치에 연결하기 위한 정사각형 패드들(460)(면적이 대략 2 밀리미터 x 2 밀리미터이고 대략 100 나노미터의 두께를 갖는 박막 금의 형태로 되어 있는 연속적인 도체를 포함함)로 종단접속되어 있는 메쉬 바들에 부가하여, 전자 장치로부터 전기적으로 절연되어 있는 메쉬 바들(441)이 있다. 절연된 메쉬 바들(441)은 센서에 걸쳐 광학적 균일성을 유지하는 역할을 한다. 각각의 바는 좁은 금속 트레이스들(443)로 이루어진 메쉬로 구성되어 있으며, 이 트레이스들(443)은 폭이 대략 5 마이크로미터이다. 메쉬 바들 각각은 대략 폭이 2 밀리미터이고 길이가 66 밀리미터이다. 각각의 메쉬 바 내에 대략 폭이 0.667 밀리미터이고 길이가 12 밀리미터인 직사각형 셀들이 있다. 이러한 메쉬 설계는, 장축 트레이스들에서 임의의 개방 회로 결함이 있는 경우, 각각의 메쉬 바 내의 장축 트레이스들 간의 연결부를 제공하여 메쉬 바를 따라 전기적 연속성을 유지하는 역할을 한다. 그러나, 이러한 연결부를 갖는 0.667 밀리미터 피치를 갖는 정사각형 메쉬의 사용과는 달리, 도 18 및 도 19의 직사각형 메쉬는 메쉬 바를 따른 면저항을 광학적 투과율과 보다 최적으로 조화시킨다. 보다 구체적으로는, 도 18 및 도 19에 도시된 메쉬 바 및 0.667 밀리미터 피치를 갖는 정사각형 메쉬를 포함하는 2 밀리미터 폭의 메쉬 바 둘다는 본질적으로 메쉬 바의 장축을 따라 동일한 면저항(대략 50 오옴/스퀘어)을 가질 것이지만, 정사각형 그리드는 투명 전도성 영역의 면적의 1.5%를 폐색시키고 도 18 및 도 19에 도시된 메쉬는 투명 전도성 영역의 면적의 0.8%만을 폐색시킨다.

실시예 4

터치 스크린 센서에 대한 투명 센서 요소에 대해 기술한다. 도 17에 도시된 바와 같이, 센서 요소는 2개의 패턴화된 도체 층, 2개의 광학적으로 투명한 접착제 층, 및 베이스 플레이트를 포함한다. 베이스 플레이트는, 도 17에 도시된 바와 같이 함께 라미네이팅되어 있는, 면적이 6 센티미터 x 6 센티미터이고 두께가 1 밀리미터인 유리 시트이다. 광학적으로 투명한 적합한 접착제는 쓰리엠 컴퍼니로부터의 옵티컬리 클리어 라미네이팅 어드히시브 8141이다. X-층 및 Y-층 각각에 대해, 금속의 미세패턴을 갖는 투명한 중합체 필름이 사용된다. 이하의 설명에 따른 박막 금의 미세패턴이 얇은 PET 시트 상에 침착된다. 적합한 PET 기판은 듀폰으로부터의 ST504 PET를 포함하며, 이는 두께가 대략 125 마이크로미터이다.

미세패턴(540)이 도 20 및 도 21에 도시되어 있다. 금의 두께는 100 나노미터이다. 미세패턴(540)은 일련의 평행한 메쉬 바들(542)의 형태로 되어 있는 투명 전도성 영역을 갖는다. 베이스 플레이트에 대한 손가락 터치의 정전용량 검출을 위해 전자 장치에 연결하기 위한 정사각형 패드들(560)로 종단접속되어 있는 메쉬 바들(542)에 부가하여, 전자 장치로부터 전기적으로 절연되어 있는 직선 라인 세그먼트들(541)이 있다. 직선 라인 세그먼트들(541)은 메쉬 바들(542) 사이의 영역에 있으며, 도 13에 도시된 바와 같이 대략 25 마이크로미터 단절부들(550)을 제외하고는 메쉬 바들과 본질적으로 동일한 기하학적 형태를 갖는다. 절연된 라인 세그먼트들(541)은 센서에 걸쳐 광학적 균일성을 유지하는 역할을 한다. 각각의 바(542)는 좁은 금속 트레이스들로 이루어진 메쉬로 구성되어 있으며, 이 트레이스들은 폭이 대략 5 마이크로미터이다. 메쉬 바들(542) 각각은 대략 폭이 2 밀리미터이고 길이가 66 밀리미터이다. 각각의 메쉬 바(542) 내에 대략 폭이 0.667 밀리미터이고 길이가 12 밀리미터인 직사각형 셀들이 있다. 도 12 및 도 13에 도시된 메쉬(542)는 투명 전도성 영역 내에서 그의 면적의 0.8%를 폐색시킨다. 도 12 및 도 13에 도시된 절연된 라인 세그먼트들(541)은 또한 메쉬 바들(542) 사이의 그들이 차지하는 그 영역 내에서의 면적의 0.8%를 폐색시킨다.

실시예 5

터치 스크린 센서에 대한 투명 센서 요소에 대해 기술한다. 도 17에 도시된 바와 같이, 센서 요소는 2개의 패턴화된 도체 층, 2개의 광학적으로 투명한 접착제 층, 및 베이스 플레이트를 포함한다. 베이스 플레이트는, 도 17에 도시된 바와 같이 함께 라미네이팅되어 있는, 면적이 6 센티미터 x 6 센티미터이고 두께가 1 밀리미터인 유리 시트이다. 광학적으로 투명한 적합한 접착제는 쓰리엠 컴퍼니로부터의 옵티컬리 클리어 라미네이팅 어드히시브 8141이다. X-층 및 Y-층 각각에 대해, 금속의 미세패턴을 갖는 투명한 중합체 필름이 사용된다. 이하의 설명에 따른 박막 금의 미세패턴이 얇은 PET 시트 상에 침착된다. 적합한 PET 기판은 듀폰으로부터의 ST504 PET를 포함하며, 이는 두께가 대략 125 마이크로미터이다.

미세패턴(640)이 도 22 및 도 23에 도시되어 있다. 금의 두께는 약 100 나노미터이다. 미세패턴(640)은 일련의 평행한 메쉬 바들(642)의 형태로 되어 있는 투명 전도성 영역을 갖는다. 베이스 플레이트에 대한 손가락 터치의 정전용량 검출을 위해 전자 장치에 연결하기 위한 정사각형 패드들(660)로 종단접속되어 있는 메쉬 바들(642)에 부가하여, 전자 장치로부터 전기적으로 절연되어 있는 직선 라인 세그먼트들(641)이 있다. 직선 라인 세그먼트들(641)은 메쉬 바들 사이의 영역에 있으며, 메쉬 바들의 라인 세그먼트들과 유사한 기하학적 형태를 갖는다. 전기적으로 절연된 라인 세그먼트들(641)은 센서에 걸쳐 광학적 균일성을 유지하는 역할을 한다. 각각의 바(641, 642)는 좁은 금속 트레이스들로 구성되어 있으며, 이 트레이스들은 폭이 대략 3 마이크로미터이다. 메쉬 바들(642) 각각은 대략 폭이 2 밀리미터이고 길이가 66 밀리미터이다. 각각의 메쉬 바(642)는 랜덤한 형상의 셀들을 포함한다. 도 22 및 도 23에 도시된 메쉬(642)는 투명 전도성 영역 내에서 그의 면적의 5% 미만을 폐색시킨다. 도 22 및 도 23에 도시된 절연된 라인 세그먼트들(641)은 또한 메쉬 바들 사이의 그들이 차지하는 그 영역 내에서의 면적의 5% 미만을 폐색시킨다.

금속화된 중합체 필름 기판의 제조(실시예 6 내지 실시예 40)

폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)(ST504, 미국 델라웨어주 윌밍톤 소재의 이. 아이. 듀폰 디 네모아 앤드 컴퍼니(E. I. DuPont de Nemours and Company)인 중합체 필름 기판을 제공하였다. ST504 PET 필름의 광학적 특성을 헤이즈-가드(Haze-Gard)에 의해 측정하였다. 탁도 및 투과율이 각각 대략 0.67% 및 92.9%였다.

일부 기판 필름을 금으로 코팅하였고, 일부는 은으로 코팅하였다. 금-코팅된 기판은 열 증발(thermal evaporation)(DV-502A, 미국 뉴저지주 무어스타운 소재의 덴톤 배큠(Denton Vacuum))에 의해 제조하였다. 금-코팅된 기판의 경우, 기판 표면을 먼저 20 옹스트롬의 크롬으로 코팅하였고, 이어서 100 나노미터의 금으로 코팅하였다. 은-코팅된 기판의 경우, 2개의 상이한 방법을 사용하였다. 일부 은-코팅된 기판은 열 증발(DV-502A, 미국 뉴저지주 무어스타운 소재의 덴톤 배큠)에 의해 제조하였고, 일부는 스퍼터링(쓰리엠)에 의해 제조하였다. 모든 경우들에서 기판 표면은 100 나노미터의 은으로 코팅하였다.

스탬프 제조(Stamp Fabrication)

포토리소그래피를 사용하여 10-센티미터 직경 실리콘 웨이퍼 상에 포토레지스트(쉽레이(Shipley)1818, 미국 펜실베이니아주 필라델피아 소재의 롬 앤드 하스 컴퍼니(Rohm and Haas Company))의 패턴을 제조함으로써 탄성중합체 스탬프(elastomeric stamp)를 성형하는 2개의 상이한 마스터 툴(master tool)을 생성하였다. 상이한 마스터 툴은, 본 명세서에서 "육각형" 및 "정사각형"이라고 하는 2가지 상이한 메쉬 형상에 기초하였다. 육각형은 정육각형의 형상을 갖는 둘러싸인 구역들을 한정하는 선들의 네트워크를 포함하는 패턴을 말한다. 정사각형은 정사각형의 형상을 갖는 둘러싸인 구역들을 한정하는 선들의 네트워크를 포함하는 패턴을 말한다. 대략 3.0 밀리미터의 두께로 툴 위로 비경화 폴리다이메틸실록산(PDMS, 실가드(Sylgard)TM 184, 미국 미시간주 미들랜드 소재의 다우 코닝(Dow Corning))을 부어 줌으로써 탄성중합체 스템프를 마스터 툴에 대해 성형하였다. 마스터와 접촉하는 비경화 실리콘은 진공에 노출시켜 가스를 제거한 후 70℃에서 2시간 동안 경화시켰다. 마스터 공구로부터 벗겨낸 후, 대략 1.8 마이크로미터 높이의 융기된 특징부를 포함하는 릴리프 패턴(relief pattern)을 갖는 PDMS 스탬프를 제공하였다. 육각형 메쉬 및 정사각형 메쉬 스탬프 둘다에서, 융기된 특징부는, 상기 기술한 바와 같이, 각자의 메쉬 기하학적 형태를 한정하는 선들이었다.

잉킹(Inking)

스탬프를 20시간 동안 그의 배면(릴리프 패턴이 없는 평탄한 표면)을 에탄올 중의 옥타데실티올("ODT" O0005, 미국 매사추세츠주 웰슬리 힐즈 소재의 티씨아이 아메리카(TCI AMERICA)) 용액에 접촉시킴으로써 잉킹하였다. 정사각형 메쉬 패턴을 갖는 스탬프에 대해 10 mM의 ODT 용액을 사용하였고, 육각형 메쉬 패턴을 갖는 스탬프에 대해 5 mM의 ODT 용액을 사용하였다.

스탬핑( Stamping )

금속화된 중합체 필름 기판을 상기 기술한 바와 같이 잉킹된 스탬프로 스탬핑하였다. 스탬핑을 위해, 먼저 필름 샘플의 에지를 스탬프 표면에 접촉시킨 다음에 대략 3.0 센티미터의 직경을 갖는 폼 롤러(foam roller)를 사용하여 스탬프를 가로질러 접촉하게 필름을 롤링시킴으로써 금속화된 필름을 위로 향해 있는 스탬프 릴리프 패턴화된 표면에 접촉시켰다. 롤링 단계는 실행하는 데 1초 미만이 필요하였다. 롤링 단계 후에, 기판을 10초 동안 스탬프와 접촉시켰다. 이어서, 기판을 스탬프로부터 벗겨냈고, 이 단계는 1초 미만을 필요로 하였다.

에칭(Etching)

스탬핑 후에, 인쇄된 패턴을 갖는 금속화된 필름 기판을 선택적 에칭 및 금속 패턴화를 위해 에칭제 용액에 침지시켰다. 금 박막을 지닌 인쇄된 금속화된 필름 기판의 경우, 에칭제는 1 그램의 티오우레아(thiourea)(T8656, 미국 미주리주 세인트 루이스 소재의 시그마-알드리치(Sigma-Aldrich)), 0.54 밀리리터의 진한 염산(HX0603-75, 미국 뉴저지주 깁스타운 소재의 이엠디 케미칼즈(EMD Chemicals)), 0.5 밀리리터의 과산화수소(30%, 5240-05, 미국 뉴저지주 필립스버그 소재의 말린크로트 베이커(Mallinckrodt Baker)), 및 21 그램의 탈이온수를 포함하였다. 금 박막을 패턴화하기 위해, 인쇄된 금속화된 필름 기판을 에칭 용액에 50초 동안 침지시켰다. 은 박막을 지닌 인쇄된 금속화된 필름 기판의 경우, 에칭제는 0.45 그램의 티오우레아(T8656, 미국 미주리주 세인트 루이스 소재의 시그마-알드리치), 1.64 그램의 질산제이철(216828, 미국 미주리주 세인트 루이스 소재의 시그마-알드리치), 및 200 밀리리터의 탈이온수를 포함하였다. 은 박막을 패턴화하기 위해, 인쇄된 금속화된 필름 기판을 에칭 용액에 3분 동안 침지시켰다. 금의 패턴화 에칭 후에, 잔여 크롬을 2.5 그램의 과망간산칼륨(PX1551-1, 미국 뉴저지주 깁스타운 소재의 이엠디 케미칼즈), 4 그램의 수산화칼륨(484016, 미국 미주리주 세인트 루이스 소재의 시그마-알드리치), 및 100 밀리리터의 탈이온수의 용액을 사용하여 에칭하였다.

특성화( Characterization )

선택적 에칭 및 금속 패턴화 후에, 광학 현미경(DS-Fi1 디지털 카메라 및 NIS-엘러먼츠(Elements) D 소프트웨어를 장착한 모델 이클립스(ECLIPSE) LV100D, 미국 뉴욕주 멜빌 소재의 니콘(Nikon)), 주사 전자 현미경(SEM, 모델 JSM-6400, 일본 도쿄 소재의 제올 리미티드(JEOL Ltd)), 및 헤이즈-가드(헤이즈-가드 플러스, 미국 메릴랜드주 콜럼비아 소재의 비와이케이 가드너)를 사용하여 금속 패턴을 특성화하였다. 금속 패턴 내의 라인 특징부들의 폭을 측정하기 위해 현미경 기술을 사용하였다. 메쉬-그리드 코팅된 필름의 투과율 및 탁도를 측정하기 위해 헤이즈-가드를 사용하였다. 광학 투명 접착제(쓰리엠 제품)로 패턴화된 필름을 유리 상에 라미네이팅한 후에 헤이즈가드 측정을 행하였다. 금속 패턴에서의 라인 특징부들의 가시성의 정도(사람의 육안에 의한 관찰)를 기술하기 위해 높음, 중간 및 낮음의 가시성 인자를 할당하였다.

실시예 6

상기 기술한 절차에 따라 박막 금의 육각형 메쉬 그리드 패턴을 제조하였고 특성화하였다. 잉크 용액은 5 mM의 농도로 에탄올 중에 용해된 옥타데실티올을 포함하였다. 잉크 용액을 20 시간 동안 스탬프의 배면에 접촉시켰다. 스탬핑 시간은 10초였다. 도 1은 완성된 박막 금 미세패턴으로부터 기록된 SEM 현미경 사진을 제공한다. 실제 라인 폭은 대략 1.63 마이크로미터였다. 개구 면적의 퍼센트를 측정된 라인 폭 및 400 마이크로미터의 설계된 에지간 폭에 기초하여 재계산하였으며, 99.2%이다. 금 육각형 메쉬 그리드 코팅된 필름의 광학적 특성을 헤이즈-가드에 의해 측정하였다. 탁도 및 투과율이 각각 대략 1.14% 및 91.6%였다. 높은 가시성이 이 실시예에 할당되었는데, 그 이유는 1.63 마이크로미터의 라인 폭 및 400 마이크로미터의 에지간 폭을 갖는 금 육각형 메쉬 패턴이 쉽게 보일 수 있기 때문이다.

실시예 7 내지 실시예 15

실시예 1에 기술된 절차에 따라 박막 금의 육각형 메쉬 그리드 패턴을 제조하였고 특성화하였다. 각각의 실시예에 대한 실제 라인 폭은 SEM을 사용하여 측정하였으며 표 1에 열거하였다. 이어서, 개구 면적의 퍼센트를 실제 라인 폭 및 설계된 에지간 폭에 기초하여 재계산하였으며, 표 1에 열거하였다. 표 1은 또한 헤이즈-가드에 의해 측정된 각각의 실시예에 대한 탁도 값 및 투과율 값과 각각의 실시예에 할당된 가시성 인자를 제공한다.

실시예 16

상기 기술한 절차에 따라 박막 금의 정사각형 메쉬 그리드 패턴을 제조하였고 특성화하였다. 잉크 용액은 10 mM의 농도로 에탄올 중에 용해된 옥타데실티올을 포함하였다. 잉크 용액을 20 시간 동안 스탬프의 배면에 접촉시켰다. 스탬핑 시간은 10초였다. 실제 라인 폭은 광학 현미경을 사용하여 대략 4.73 마이크로미터였다. 개구 면적의 퍼센트를 측정된 라인 폭 및 320 마이크로미터의 설계된 피치에 기초하여 재계산하였으며, 97.0%이다. 금 정사각형 메쉬 그리드 코팅된 필름의 광학적 특성을 헤이즈-가드에 의해 측정하였다. 탁도 및 투과율이 각각 대략 1.58% 및 88.6%였다. 높은 가시성이 이 실시예에 할당되었는데, 그 이유는 4.73 마이크로미터의 라인 폭 및 320 마이크로미터의 피치를 갖는 금 정사각형 메쉬 패턴이 쉽게 보일 수 있기 때문이다.

실시예 17 내지 실시예 23

실시예 11에 기술된 절차에 따라 박막 금의 정사각형 메쉬 그리드 패턴을 제조하였고 특성화하였다. 각각의 실시예에 대한 실제 라인 폭은 광학 현미경을 사용하여 측정하였으며 표 1에 열거하였다. 이어서, 개구 면적의 퍼센트를 실제 라인 폭 및 설계된 피치에 기초하여 재계산하였으며, 표 1에 열거하였다. 표 1은 또한 헤이즈-가드에 의해 측정된 각각의 실시예에 대한 탁도 값 및 투과율 값과 각각의 실시예에 할당된 가시성 인자를 제공한다.

실시예 24

상기 기술한 절차에 따라 박막 은의 육각형 메쉬 그리드 패턴을 제조하였고 특성화하였다. 은-코팅된 기판은 스퍼터링에 의해 제조하였다. 잉크 용액은 5 mM의 농도로 에탄올 중에 용해된 옥타데실티올을 포함하였다. 잉크 용액을 20 시간 동안 스탬프의 배면에 접촉시켰다. 스탬핑 시간은 10초였다. 도 2는 완성된 박막 은 미세패턴으로부터 기록된 SEM 현미경 사진을 제공한다. 실제 라인 폭은 대략 2.43 마이크로미터였다. 개구 면적의 퍼센트를 측정된 라인 폭 및 600 마이크로미터의 설계된 에지간 폭에 기초하여 재계산하였으며, 99.2%이다. 금 육각형 메쉬 그리드 코팅된 필름의 광학적 특성을 헤이즈-가드에 의해 측정하였다. 탁도 및 투과율이 각각 대략 1.19% 및 91.8%였다. 높은 가시성이 이 실시예에 할당되었는데, 그 이유는 2.43 마이크로미터의 라인 폭 및 600 마이크로미터의 에지간 폭을 갖는 은 육각형 메쉬 패턴이 쉽게 보일 수 있기 때문이다.

실시예 25 내지 실시예 32

실시예 19에 기술된 절차에 따라 박막 은의 육각형 메쉬 그리드 패턴을 제조하였고 특성화하였다. 각각의 실시예에 대한 실제 라인 폭은 SEM을 사용하여 측정하였으며 표 1에 열거하였다. 이어서, 개구 면적의 퍼센트를 실제 라인 폭 및 설계된 에지간 폭에 기초하여 재계산하였으며, 표 1에 열거하였다. 표 1은 또한 헤이즈-가드에 의해 측정된 각각의 실시예에 대한 탁도 값 및 투과율 값과 각각의 실시예에 할당된 가시성 인자를 제공한다.

실시예 33

상기 기술한 절차에 따라 박막 은의 정사각형 메쉬 그리드 패턴을 제조하였고 특성화하였다. 은-코팅된 기판이 열 증발에 의해 제조하였다. 잉크 용액은 10 mM의 농도로 에탄올 중에 용해된 옥타데실티올을 포함하였다. 잉크 용액을 20 시간 동안 스탬프의 배면에 접촉시켰다. 스탬핑 시간은 10초였다. 실제 라인 폭은 광학 현미경을 사용하여 대략 5.9 마이크로미터였다. 개구 면적의 퍼센트를 측정된 라인 폭 및 320 마이크로미터의 설계된 피치에 기초하여 재계산하였으며, 96.3%이다. 은 정사각형 메쉬 그리드 코팅된 필름의 광학적 특성을 헤이즈-가드에 의해 측정하였다. 탁도 및 투과율이 각각 대략 1.77% 및 88.9%였다. 높은 가시성이 이 실시예에 할당되었는데, 그 이유는 5.9 마이크로미터의 라인 폭 및 320 마이크로미터의 피치를 갖는 은 정사각형 메쉬 패턴이 쉽게 보일 수 있기 때문이다.

실시예 34 내지 실시예 40

실시예 28에 기술된 절차에 따라 박막 은의 정사각형 메쉬 그리드 패턴을 제조하였고 특성화하였다. 각각의 실시예에 대한 실제 라인 폭은 광학 현미경을 사용하여 측정하였으며 표 1에 열거하였다. 이어서, 개구 면적의 퍼센트를 실제 라인 폭 및 설계된 피치에 기초하여 재계산하였으며, 표 1에 열거하였다. 표 1은 또한 헤이즈-가드에 의해 측정된 각각의 실시예에 대한 탁도 값 및 투과율 값과 각각의 실시예에 할당된 가시성 인자를 제공한다.

실시예 41

투명 센서 요소를, 도 27, 도 28 및 도 29에 개괄적으로 도시된 바와 같이 제조하여 터치 센서 구동 장치와 조합하였다. 이 장치를 이어서 장치를 시험하기 위해 디스플레이에 연결되어 있는 컴퓨터 처리 장치와 통합하였다. 장치는 다수의 단일 및/또는 동시 손가락 터치의 위치를 검출할 수 있었으며, 이는 디스플레이 상에 그래픽으로 명확히 보여졌다. 이 실시예는 미세 접촉 인쇄 및 에칭 기술(공히 계류 중인 미국 특허 출원 제61/032,273호 참조)을 사용하여 터치 센서에 사용되는 미세-도체 패턴을 형성하였다.

투명 센서 요소의 형성

제1 패턴화된 기판

125 마이크로미터(㎛)의 두께를 갖는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 이루어진 제1 가시광 기판을 열 증발 코터(thermal evaporative coater)를 사용하여 100 ㎚ 은 박막으로 증기 코팅하여 제1 은 금속화된 필름을 생성하였다. PET는 미국 델라웨어주 윌밍톤 소재의 이. 아이. 듀폰 디 네모아로부터 제품 번호 ST504로서 구매가능하였다. 은은 미국 위스콘신주 밀워키 소재의 세락 인크.(Cerac Inc.)로부터 99.99% 순도(pure) 3 ㎜ 샷(shot)으로 구매가능하였다.

3 ㎜의 두께를 갖는, PDMA라고 하며 미국 미시간주 미들랜드 소재의 다우 케미칼 컴퍼니(Dow Chemical Co.)로부터 제품 번호 실가드(Sylgard) 184로서 구매가능한 제1 폴리(다이메틸실록산) 스탬프를, 표준의 포토리소그래피 기술을 사용하여 이미 패턴화되어 있는 10 ㎝ 직경 실리콘 웨이퍼(때때로 당업계에서 "마스터"라고 함)에 대항하여 성형하였다. PDMA를 65℃에서 2시간 동안 실리콘 웨이퍼 상에서 경화시켰다. 그 후에, PDMS를 웨이퍼로부터 벗겨내어, 융기된 특징부들의 패턴들, 제1 연속 육각형 메쉬 패턴 및 제2 불연속 육각형 메쉬 패턴을 갖는 2개의 상이한 저밀도 영역을 가진 제1 스탬프가 생성하였다. 즉, 융기된 특징부들은 에지-공유 육각형들의 에지들을 한정한다. 불연속 육각형은 라인 세그먼트에 선택적 단절부들을 포함하는 것이다. 선택적 단절부들은 10 ㎛ 미만의 길이를 가졌다. 단절부들은 대략 5 ㎛이도록 설계되고 추정되었다. 이들의 가시성을 감소시키기 위해, 바람직하게는 단절부들은 10 ㎛ 미만, 더 바람직하게는 5 ㎛ 이하, 예를 들어 1 내지 5 ㎛이어야 하는 것으로 밝혀졌다. 각각의 융기된 육각형 외곽선 패턴은 2 ㎛의 높이, 97% 내지 99% 개구 면적에 대응하는 1% 내지 3% 면적 범위, 및 폭이 2 내지 3 ㎛인 라인 세그먼트를 가졌다. 제1 스탬프는 또한 500 ㎛ 폭의 트레이스들을 한정하는 융기된 특징부들을 포함하였다. 제1 스탬프는 육각형 메쉬 패턴 영역들 및 트레이스들을 갖는 제1 구조화된 면 및 반대편의 제2의 실질적으로 평탄한 면을 가졌다.

스탬프를 구조화된 면을 위로 하여 2 ㎜ 직경의 유리 비드들을 포함하는 유리 페트리 접시 내에 배치하였다. 따라서, 제2의 실질적으로 평탄한 면이 유리 비드들과 직접 접촉하였다. 이 비드들은 스탬프를 접시의 기부로부터 밀어올리는 역할을 하며, 이는 이하의 잉크 용액이 본질적으로 스탬프의 평탄한 면의 전부와 접촉할 수 있게 한다. 에탄올 중의 1-옥타데칸티올(미국 오레곤주 포틀랜드 소재의 티씨아이 아메리카(TCI America)로부터 구매가능한 제품 번호 C18H3CS, 97%)의 10 밀리몰 잉크 용액을 스탬프 아래의 페트리 접시 내로 피펫팅하였다. 잉크 용액은 스탬프의 제2의 실질적으로 평탄한 면과 직접 접촉하였다. 잉크가 스탬프 내로 확산된 충분한 잉킹 시간(예를 들어, 3시간) 후에, 제1 스탬프를 페트리 접시로부터 제거하였다. 잉킹된 스탬프를 구조화된 면을 위로 하여 작업 표면 상에 배치하였다. 제1 은 금속화된 필름을 핸드-헬드형 롤러를 사용하여 스탬프의 현재 잉킹된 구조화된 표면 상으로 적용함으로써 은 필름이 구조화된 표면과 직접 접촉하였다. 금속화된 필름을 15초 동안 잉킹된 스탬프 상에 남겨 두었다. 이어서, 제1 금속화된 필름을 잉킹된 스탬프로부터 제거하였다. 제거된 필름을 (i) 0.030 몰 티오우레아(제품 번호 T8656, 미국 미주리주 세인트 루이스 소재의 시그마-알드리치) 및 (ii) 탈이온수 중의 0.020 몰 질산제이철(제품 번호 216828, 시그마-알드리치)을 함유한 은 에칭제 용액 내에 3분 동안 넣어 두었다. 에칭 단계 후에, 얻어진 제1 기판을 탈이온수로 세정하였고, 질소 가스로 건조하여 제1 패턴화된 표면을 얻었다. 잉킹된 스탬프가 제1 금속화된 기판의 은과 접촉한 경우, 은은 에칭 후에 남아 있었다. 따라서, 은을 잉킹된 스탬프와 은 필름 사이에 접촉이 이루어지지 않은 위치로부터 제거하였다.

도 27, 도 27a 및 도 27b는 현재 에칭되고 패턴화된 은 금속화된 필름을 포함하는 면인 기판의 제1 면 상에서 복수의 제1 불연속 영역들(704) 사이에 교대로 있는 복수의 제1 연속 영역들(702)을 갖는 제1 패턴화된 기판(700)을 도시한다. 기판은 실질적으로 노출된 PET 필름(bare PET film)인 반대편의 제2 면을 갖는다. 제1 영역들(702) 각각은 한 단부에 배치된 대응하는 500 ㎛ 폭의 전도성 트레이스(706)를 갖는다. 도 27a는 육각형 메쉬 구조를 형성하는 복수의 연속 라인들을 갖는 제1 영역(702)의 분해도를 도시한다. 도 27b는 불연속 육각형 메쉬 구조를 형성하는 복수의 불연속 라인들(각각의 육각형에서 선택적인 단절부들로 도시됨)을 갖는 제1 불연속 영역(704)의 분해도를 도시한다. 영역들(702 및 704)의 각각의 메쉬 구조는 97% 내지 99% 개구 면적을 가졌다. 각각의 라인 세그먼트는 2 내지 3 ㎛였다.

제2 패턴화된 기판

제2 패턴화된 기판은 제2 은 금속화된 필름을 생성하기 위해 제2 가시광 기판을 사용하여 제1 패턴화된 기판과 같이 제조하였다. 제2 불연속 육각형 메쉬 패턴 사이에 개재된 제2 연속 육각형 메쉬 패턴을 갖는 제2 스탬프를 생성하였다.

도 28, 도 28a 및 도 28b는 제2 기판의 제1 면 상에서 복수의 제2 불연속 영역들(724) 사이에 교대로 있는 복수의 제2 연속 영역들(722)을 갖는 제2 패턴화된 기판(720)을 도시한다. 제2 영역들(722) 각각은 한 단부에 배치된 대응하는 500 ㎛ 폭의 제2 전도성 트레이스(726)를 갖는다. 도 28a는 육각형 메쉬 구조를 형성하는 복수의 연속 라인들을 갖는 하나의 제2 영역(722)의 분해도를 도시한다. 도 28b는 불연속 육각형 메쉬 구조를 형성하는 복수의 불연속 라인들(각각의 육각형에서 선택적인 단절부들로 도시됨)을 갖는 하나의 제2 불연속 영역(724)의 분해도를 도시한다. 선택적 단절부들은 10 ㎛ 미만의 길이를 가졌다. 단절부들은 대략 5 ㎛이도록 설계되고 추정되었다. 이들의 가시성을 감소시키기 위해, 바람직하게는 단절부들은 10 ㎛ 미만, 더 바람직하게는 5 ㎛ 이하, 예를 들어 1 내지 5 ㎛이어야 하는 것으로 밝혀졌다. 영역들(722 및 724)의 각각의 메쉬 구조는 97% 내지 99% 개구 면적을 가졌다. 각각의 라인 세그먼트는 2 내지 3 ㎛였다.

투사형 정전용량 터치 스크린 센서 요소의 형성

상기 제조된 제1 및 제2 패턴화된 기판을 다음과 같이 2층 투사형 정전용량 터치 스크린 투명 센서 요소를 생성하는 데 사용하였다.

제1 및 제2 패턴화된 기판을 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니로부터의 옵티컬리 클리어 라미네이팅 어드히시브 8141을 사용하여 함께 접착하여 다층 구조를 생성하였다. 제1 및 제2 전도성 트레이스 영역들(706 및 726)의 영역들에 접착제가 없는 상태에서 2개의 패턴화된 기판들을 라미네이팅하는 데 핸드헬드 롤러를 사용하였다. 제1 기판의 제1 면이 플로트 유리(float glass)에 근접하도록 이 다층 구조를 옵티컬리 클리어 라미네이팅 어드히시브 8141을 사용하여 0.7 ㎜ 두께의 플로트 유리에 라미네이팅하였다. 접착제가 없는 제1 및 제2 전도성 트레이스 영역들(706 및 726)에 의해 제1 및 제2 패턴화된 기판들(700 및 720)에의 전기적 연결이 이루어질 수 있었다.

도 29는 제1 및 제2 패턴화된 기판이 라미네이팅되어 있는 다층 터치 스크린 센서 요소(740)의 평면도를 도시한다. 영역(730)은 제1 연속 영역과 제2 연속 영역의 중첩을 나타내었다. 영역(732)은 제1 연속 영역과 제2 불연속 영역의 중첩을 나타내었다. 영역(734)은 제2 연속 영역과 제1 불연속 영역의 중첩을 나타내었다. 그리고, 영역(736)은 제1 불연속 영역과 제2 불연속 영역의 중첩을 나타내었다. 복수의 이들 중첩 영역이 있지만, 예시의 편의상, 각각에 대한 단지 하나의 영역만이 도면에 도시되어 있다.

투명 센서 요소의 상호 커패시턴스 측정을 하는 데 사용된 집적 회로는 PIC18F87J10 (미국 아리조나주 챈들러 소재의 마이크로칩 테크놀로지(Microchip Technology)), AD7142 (미국 매사추세츠주 노우드 소재의 아날로그 디바이시즈(Analog Devices)), 및 MM74HC154WM (미국 메인주 사우스 포틀랜드 소재의 페어차일드 세미컨덕터(Fairchild Semiconductor))였다. PIC18F87J10은 시스템의 마이크로컨트롤러였다. 이는 MM74HC154WM가 구동하는 센서 바들의 선택을 제어하였다. 이는 또한 적절한 측정을 행하도록 AD7142를 구성하였다. 이 시스템의 사용은, 당업계에 공지된 바와 같이, 다수의 교정 값들을 설정하는 것을 포함하였다. 이 교정 값들은 터치 스크린마다 다를 수 있다. 이 시스템은 16개의 상이한 바를 구동할 수 있었고, AD7142는 12개의 상이한 바를 측정할 수 있다. AD7142의 구성은 변환할 채널들의 수, 얼마나 정확하게 또는 빠르게 측정을 하는지, 커패시턴스에서의 오프셋이 적용되어야만 하는지, 그리고 아날로그-디지털 변환기에 대한 연결들을 선택하는 것을 포함하였다. AD7142로부터의 측정은 투명 센서 요소의 매트릭스에서 전도성 바들 사이의 교차점의 커패시턴스를 나타내는 16 비트 값이었다.

AD7142는, 그의 측정을 완료한 후에, 인터럽트를 통해 마이크로컨트롤러에게 신호를 하여 데이터를 수집하도록 지시한다. 마이크로컨트롤러는 이어서 SPI 포트를 통해 데이터를 수집하였다. 데이터가 수신된 후에, 마이크로컨트롤러는 MM74HC154WM를 그 다음 구동 라인으로 증분시키고 AD7142에서의 인터럽트를 클리어시켜 그 다음 데이터 세트를 받도록 그에 신호하였다. 이상으로부터의 샘플링이 계속 실행되고 있는 동안에, 마이크로컨트롤러는 역시 직렬 인터페이스를 통해 모니터를 갖는 컴퓨터로 데이터를 전송하고 있었다. 이 직렬 인터페이스에 의해, 당업자가 잘 알고 있는 간단한 컴퓨터 프로그램이 AD7142로부터의 원시 데이터를 렌더링할 수 있고 값들이 터치와 터치 없음 사이에서 어떻게 변하는지를 알 수 있었다. 컴퓨터 프로그램은 16 비트 값의 값에 따라 디스플레이에 걸쳐 상이한 컬러를 렌더링하였다. 16 비트 값이 소정의 값 미만일 때, 교정에 기초하여, 디스플레이 영역이 백색으로 렌더링되었다. 임계치를 초과하는 경우, 교정에 기초하여, 디스플레이 영역이 녹색으로 렌더링되었다. 데이터가 4 바이트 헤더(0xAAAAAAAA), 1 바이트 채널(0x00 - 0x0F), 24 바이트의 데이터(정전용량 측정치를 나타냄), 및 캐리지 리턴(0x0D)의 포맷으로 비동기적으로 전송되었다.

시스템의 시험 결과

투명 센서 요소를 터치 센서 구동 장치에 연결하였다. 유리 표면에 대해 손가락 터치가 이루어졌을 때, 컴퓨터 모니터는 터치 감지 영역 내에서 행해지고 있는 터치의 위치를, 모니터의 대응하는 위치에서의 컬러 변화(백색에서 녹색으로)의 형태로 렌더링하였다. 유리 표면에 대해 2개의 손가락 터치가 동시에 이루어졌을 때, 컴퓨터 모니터는 터치 감지 영역 내에서 행해지고 있는 터치들의 위치들을, 모니터의 대응하는 위치들에서의 컬러 변화(백색에서 녹색으로)의 형태로 렌더링하였다. 유리 표면에 대해 3개의 손가락 터치가 동시에 이루어졌을 때, 컴퓨터 모니터는 터치 감지 영역 내에서 행해지고 있는 터치들의 위치들을, 모니터의 대응하는 위치들에서의 컬러 변화(백색에서 녹색으로)의 형태로 렌더링하였다.

실시예 42

미세복제된 전극의 일 실시 형태는 약 2 ㎜ 내지 약 5 ㎜의 중심간 거리로 분리되어 있는, 약 0.5 내지 약 5 마이크로미터의 폭(도 5의 Y 치수)을 갖는 평행한 도체들을 포함한다. 예를 들어, 도 8 및 도 9와 관련하여 기술한 공정을 사용하여, 인접한 도체들의 그룹들이 전기적으로 상호연결되어 총 폭이 1 ㎜ 내지 10 ㎜인 전극들을 형성할 수 있다.

본 명세서 및 참고 문헌에 기술된 방법을 사용하여 PET의 투명 기판 상에 폭(도 5의 X 치수)이 10 ㎛ 이고 깊이(도 5의 Z 치수)가 20 ㎛ 이며 4 ㎜ 간격으로 이격된 직사각형 미세복제된 홈들을 형성함으로써 트레이스들을 제조하였다. 평행한 홈들의 어레이는 폭이 100 ㎜였다. 홈들을 PET 웨브 방향으로 인쇄하였으며, 따라서 그들의 길이는 웨브의 길이였다(>20 미터).

홈들을 컨덕티브 잉크젯 테크놀리지스(Conductive Inkjet Technologies, CIT)에 의해 제조된 씨드 잉크로 채웠다. 실크 스크리닝과 유사한 공정으로 닥터 블레이드(doctor blade)를 사용하여 얇은 잉크 층을 홈들 상에서 평탄화하고 이어서 잉여분을 제거하였다. 이어서, 씨드 잉크를 UV 광을 사용하여 경화시켰다. 이어서, 잉크-충전된 홈들을 갖는 기판을 구리로 무전해 도금하였다. 그 결과의 미세도체들은 각각 대략 9.6 ㎛ 폭이었다. 잉크 충전, UV 경화 및 무전해 도금 공정은 CIT에 의해 수행되었다. 폭이 <10 ㎛ 이고, 깊이가 20 ㎛ 이며 2 ㎜로 이격된 홈들을 갖는 기판에서의 미세도체들을 또한 기술한 공정을 사용하여 제조하였다.

전도성 미세패턴 요소의 시각적 차단( VISUALLY OBSCURING THE CONDUCTIVE MICROPATTERN ELEMENTS )

본 명세서에 기술된 실시 형태 중 일부에서, 전도성 미세패턴 요소의 가시성을 감소시키기 위한 추가의 수단을 고려하는 것이 바람직하다. 그들의 작은 크기에도 불구하고, 소정의 방식으로 패턴화될 때 그리고 때때로 특정한 조명 조건에 노출될 때, 사용자가 전도성 미세패턴의 특징부를 식별하는 것이 가능할 수 있다. 예를 들어, 전도성 미세패턴 요소는 그들의 폭을 10 마이크로미터 미만으로 감소시킴으로써 덜 가시적이게 될 수 있지만, 그들은 예컨대 액정 디스플레이(LCD) 또는 유기 발광 다이오드(OLED) 디스플레이로부터의 디스플레이 픽셀들의 규칙적인 간격과의 광학적 간섭으로 인한 무아레 패턴을 여전히 생성할 수 있다.

몇몇 실시 형태에서, 미세패턴은 의사-랜덤한 변동을 가질 수 있다. 의사-랜덤한이라는 용어는 그렇지 않았으면 규칙적인 기하학적 형태로부터의 미세패턴의 변동을 설명한다. 규칙적인 기하학적 형태는 1차원 도체 요소의 경우에는 직선을, 그리고 2차원 도체 요소(예를 들면, 메쉬)의 경우에는 짧은 길이 스케일(하나 또는 두 개의 셀의 스케일)의 병진 대칭성(translational symmetry)을 갖는 패턴 특징부들의 어레이를 포함한다. 의사-랜덤한 변동은 1차원 또는 2차원 도체 요소의 불규칙한 섭동(non-regular perturbation)을 말한다. 따라서, 의사-랜덤한 1차원 도체 요소는 직선이 아니라, 오히려 이들은 적어도 일부 길이 스케일에서 주기적이지 않도록 하는 방식으로 직선성으로부터 벗어난다. 의사-랜덤한 2차원 도체 요소는 단일 셀의 기하학적 형태 또는 2차원으로 규칙적으로 반복되는 적은 수의 셀(예를 들어, 2개 또는 4개)의 기하학적 형태로 구성된 메쉬가 아니라, 오히려 이들은 형상이 변하는 근접해 있는 많은 셀(예를 들어, 10개 초과 또는 100개 초과)을 포함한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같은 랜덤한이라는 용어는 바로 위에서 기술한 바와 같은 그러한 규칙성이 없는 것을 말하며, i) 진정하게 랜덤한 미세패턴 기하학적 형태(즉, 기하학적 형태가 물품들 간에 랜덤한 방식으로 변함)를 생성하는 공정, 또는 ii) 물품들 간에는 동일하지만 규칙성으로부터 의도적으로 벗어나 있는 정의된 기하학적 형태를 생성하는 공정의 결과일 수 있다. 이들 2가지 설명 중 후자는 의사-랜덤한 변동과 관련된다.

도 30은 직선 미세도체(61)와, 제1 랜덤하게 만곡된 미세도체(63) 및 제2 램덤하게 만곡된 미세도체(62)를 가진 픽셀(58)의 확대도를 도시한다. LCD 마스크 라인(59)이 또한 도시되어 있다. 미세도체(61)는 디스플레이 픽셀과의 가시적인 간섭을 야기할 것인데, 그 이유는 이것이 상당한 거리에 걸쳐 하나의 컬러를 차단하고 LCD 내의 픽셀 요소들의 수직 컬럼과의 그의 근접하지만 불완전한 정렬이 가시적인 간섭을 야기할 수 있기 때문이다. 미세도체(63)는 미세도체(61)보다 대체로 덜 두드러질 수 있는데, 그 이유는 이것이 수직 열 내의 상이한 컬러의 픽섹들을 차단하기 위해 의사-랜덤하게 굴곡되어 있기 때문이다. 미세도체(62)는 의사-랜덤하게 굴곡되어, 이것은 디스플레이 픽셀들과 정렬되지 않는다. 굴곡의 주기(길이)는 평균적으로 라인(62)이 하나의 픽셀로부터 다른 픽셀 또는 몇 픽셀의 거리 내에서 하나의 픽셀 컬러로부터 다른 픽셀 컬러를 걸쳐 있을 것을 보장하여, 시각적으로 명백한 패턴을 방지한다. 라인(93)의 굴곡은 진폭이 더 커서, 라인(63)은 수 개의 평행한 픽셀 열들과 교차한다.

전도성 미세패턴 요소의 가시성을 감소시키는 다른 방법은 이들을 미세패턴 또는 미세도체의 가시성을 차단 또는 감소시키는 하나 이상의 특징부를 갖는 일부 유형의 기판 또는 코팅의 (디스플레이의 관찰자에 대해) 후방에 배치하는 것이다. 이러한 기술은 단독으로 또는 미세도체의 경로의 랜덤한 변경에 관해 상기 기술된 기술들과 조합하여 사용될 수 있다.

도 31은 손가락(85)(또는 관찰자)과 미세패턴화된 미세도체(269) 사이에 위치된 미세패턴 차단 특징부(267)를 도시한다. 손가락(85)은 미세패턴화된 미세도체(269)에 정전용량 결합된 것으로 도시되어 있다. 미세패턴 차단 특징부(267)는 코팅 또는 추가의 기판일 수 있다. 도 31에 도시된 다양한 요소는 별도의 기판 상에 포함될 수 있거나, 이들은 단지 단일 기판 상의 층일 수 있다. 이는 (미세패턴화된 미세도체(269)를 포함하는) 기판(268)의 일부일 수 있으며; 이는 사용자 또는 관찰자와 미세패턴화된 미세도체 사이에 위치되는 것이 바람직할 것이다. 미세패턴 차단 특징부(267)와 미세패턴화된 미세도체 사이에 하나 이상의 추가의 층(예컨대, 접착제 층) 또는 기판이 있을 수 있다. 디스플레이(270)는 기판(268) 아래에 위치된다. 기판(268)과 디스플레이(270) 사이에 하나 이상의 층 또는 기판이 있을 수 있다. 디스플레이(270)는 예컨대 LCD 디스플레이 또는 OLED 디스플레이와 같이, 터치 감지 장치가 그 상에 부착될 수 있는 임의의 디스플레이일 수 있다. 도 31은 미세도체의 가시성을 감소시키기 위해 미세패턴 차단 특징부가 이용될 수 있는 단지 하나의 예시적인 구성을 도시한다. 디스플레이의 유형(예컨대, 후방 투사 디스플레이)에 따라, 미세패턴 차단 특징부는 그에 상응하여 필요한 변경을 가하여 수정될 수 있다.

일 실시 형태에서, 미세패턴 차단 특징부(267)는 눈부심 방지(anti-glare) 표면이다. 디스플레이 위의 표면 상의 눈부심 방지(AG, 또는 무광택(matte)) 마무리는 흔히 반사된 광을 산란시키기 위해 사용되어, (디스플레이(270)로부터) 디스플레이되는 광을 더욱 가시적이게 한다. 눈부심 방지 표면은 또한 디스플레이로부터의 광을 산란시키는 부작용을 가져서, 몇몇 실시 형태에서 디스플레이되는 이미지의 해상도가 감소된다. 눈부심 방지 표면은 일반적으로, 표면을 에칭함으로써 또는 투명한 재료의 표면 구조물을 형성하는 재료로 표면을 코팅함으로써, 디스플레이 위의 최외부 표면 상에 랜덤한 표면 구조물(예를 들어, 범프(bump))를 형성하여 제조된다. 각각의 표면 구조물은 구조물의 형상에 따라 렌즈 또는 소면(facet)으로 작용하여, 표면 구조물 아래의 임의의 광학적 특징부가 랜덤한 방향으로 회절될 것이다.

눈부심 방지 마무리로부터의 디스플레이 해상도 감소의 정도는 표면 구조물의 크기를 디스플레이 픽셀 요소의 치수보다 상당히 더 작게 최소화함으로써 완화될 수 있다. 전형적인 눈부심 방지 표면 구조물은 평균하여 10 ㎛ 내지 20 ㎛의 치수를 갖고서 랜덤하게 또는 의사-랜덤하게 변하는 형상을 갖는다(예를 들어, 미국 특허 출원 제2006/0046078호 참조). 그러면, 이러한 구조물은 전형적인 LCD 디스플레이 픽셀의 크기의 10% 미만이 될 수 있지만, 본 명세서에 기술된 바와 같은 전형적인 전도성 미세패턴 요소의 폭보다는 더 클 것이어서, 몇몇 실시 형태에서, 눈부심 방지 표면은 디스플레이되는 이미지에 대한 영향을 최소화하면서 전도성 미세패턴 요소(미세도체)를 사람의 눈에 의해 해상가능하지 않게(un-resolvable) 할 수 있다. 디스플레이 해상도에 대한 통상의 시험은 USAF 1951 해상도 타겟(resolution target) 및 EIA 1956 비디오 해상된 타겟(video resolution target)을 포함하며, 이 둘 모두는 다양한 폭 및 피치의 미세한 평행 라인들의 세트를 포함한다. 최소 해상가능한 피치(라인/미터)는 해상도의 척도이다. 이들 측정에 의해, 1 ㎛ 내지 10 ㎛ 미세도체는, 특히 미세도체의 라인 간격이 도 30에 도시된 바와 같이 랜덤화되고 간격이 상기 인용된 표준 시험 방법보다 휠씬 더 떨어져 있을 때, 디스플레이를 위해 통상 사용되는 많은 눈부심 방지 표면들 후방에서 해상가능하지 않을 것이다.

일반적으로, 눈부심 방지 구조물은 미세도체의 가시 단면의 20% 내지 200% 범위 내에 있어야 한다. 이는 본 명세서에 논의된 인쇄된 미세도체에 의해 용이하게 달성되며, 또한 예를 들어 미국 특허 제6,137,427호(빈스테드(Binstead))에 기술된 10 ㎛ 내지 25 ㎛ 직경의 미세-와이어 전극에 의해 달성될 수 있다.

몇몇 디스플레이 기술, 예를 들어 후방 투사 디스플레이(및 전방 투사 디스플레이)는 광 확산 특성을 갖는 표면을 통해 또는 그 표면 상으로 투사할 수 있다. 확산 표면은 그것이 광을 산란시킨다는 점에서 AG 표면과 유사하지만, 이는 더 높은 탁도 값을 갖고서 반투명하다. 이들 표면의 특성은 전형적인 표면 구조물의 상대적인 크기를 포함하여 상기 논의된 AG 표면과 유사할 수 있다. 따라서, 후방 투사 디스플레이에 매립된 미세도체 센서 전극은 또한 AG 표면 및/또는 표면 또는 기판의 확산 특성에 의해 광학적으로 차단될 수 있다.

다른 실시 형태에서, 미세패턴 차단 특징부(267)는 편광기 또는 콘트라스트-향상 필터(contrast-enhancing filter)이다. 디스플레이 상에서 이를 덮는 미세도체는 광 투과율의 감소, 무아레 패턴, 및 주변 광의 반사를 포함하여 가능한 광학적 영향을 갖는다. 반사는 터치 센서를 LCD의 전방 편광기의 후방에 배치함으로써 감소될 수 있다. 예를 들어, 미국 특허 제6,395,863호(기한(Geaghan))를 참조한다. 예를 들어, 미세도체-기반 매트릭스 정전용량 터치 스크린 또는 자기 디지타이저(magnetic digitizer)(캐스트 폴리카르보네이트와 같은 복굴절성 기판 상에 구성됨)가 LCD의 전방 편광기 아래에 라미네이팅될 수 있다. 대부분의 편광기는 라미네이팅된 층들(예컨대, TAC(셀룰로오스 트라이아세테이트)의 2개의 시트들 사이에 개재된 요오드 도핑된 폴리비닐알코올(PVA))로 제조된다. 미세도체 기반 정전용량 터치 스크린 또는 자기 디지타이저의 전극은 편광기 시트들을 함께 라미네이팅하기 전에 편광기의 하나 이상의 층 상으로 직접 인쇄될 수 있다. 하드코트(hardcoat) 장벽 코트(barrier coat)가 미세도체의 인쇄 전에 TAC에 적용될 수 있다. 미세도체 전극을 포함하는 센서가 미세도체로부터 반사된 광의 광학적 영향을 감소시키기 위해 콘트라스트 향상 필터(예를 들어, 40% 그레이 필터(gray filter)) 후방에 배치될 수 있다.

디스플레이의 픽셀 패턴과의 간섭을 최소화하고 사용자 또는 관찰자의 육안에 의한 패턴 요소(예를 들어, 도체 라인)의 가시성을 피하기 위해, 전도성 패턴 요소의 최소 치수(예를 들어, 라인 또는 전도성 트레이스의 폭)는 대략 50 마이크로미터 이하, 또는 대략 25 마이크로미터 이하, 또는 대략 10 마이크로미터 이하, 또는 대략 5 마이크로미터 이하, 또는 대략 4 마이크로미터 이하, 또는 대략 3 마이크로미터 이하, 또는 대략 2 마이크로미터 이하, 또는 대략 1 마이크로미터 이하, 또는 대략 0.5 마이크로미터 이하이어야 한다.

몇몇 실시 형태에서, 전도성 패턴 요소의 최소 치수는 0.5 내지 50 마이크로미터이고, 다른 실시 형태에서 0.5 내지 25 마이크로미터이며, 다른 실시 형태에서 1 내지 10 마이크로미터이고, 다른 실시 형태에서 1 내지 5 마이크로미터이며, 다른 실시 형태에서 1 내지 4 마이크로미터이고, 다른 실시 형태에서 1 내지 3 마이크로미터이며, 다른 실시 형태에서 0.5 내지 3 마이크로미터이고, 다른 실시 형태에서 0.5 내지 2 마이크로미터이다. 유용한 광학적 특성(예를 들어, 육안에 의한 전도성 패턴 요소들의 높은 투과율 및 비가시성) 및 전기적 특성을 재현가능하게 달성하는 것과 관련하여 그리고 실제의 제조 방법을 사용하는 것의 제약조건을 고려하여, 전도성 패턴 요소의 최소 치수의 바람직한 값은 0.5 내지 5 마이크로미터, 더 바람직하게는 1 내지 4 마이크로미터, 가장 바람직하게는 1 내지 3 마이크로미터이다.

일반적으로, 침착된 전기 전도성 재료는 바람직하지 않게도 터치 센서의 광 투과율을 감소시킨다. 기본적으로, 전기 전도성 재료가 어디에 침착되더라도, 사용자에 의한 그의 가시성의 면에서 디스플레이가 가려진다. 도체 재료에 의해 야기되는 감쇠의 정도는 도체 미세패턴 내에서 도체에 의해 덮여지는 센서 또는 센서의 영역의 면적 비율에 비례한다.

당업자는 본 발명이 개시된 바와는 다른 실시 형태들로 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 개시된 실시 형태들은 제한적이 아닌 설명을 목적으로 제시되었으며, 본 발명은 하기의 특허청구범위에 의해서만 제한된다.

Claims (23)

1. 터치-인터페이스(touch-interface) 표면 및 디스플레이-인터페이스(display-interface) 표면을 갖는 제1 가시광 투명 기판(visible light transparent substrate) - 상기 터치-인터페이스 표면은 터치 입력부를 향해 배치되고, 상기 디스플레이-인터페이스는 디스플레이의 출력부를 향해 배치됨 - ;
   제1 표면 및 제2 표면을 갖는 제2 가시광 투명 기판 - 상기 제2 가시광 투명 기판은 또한 제2 가시광 투명 기판 상에 또는 그 내에 배치되는 전기 전도성 미세패턴(micropattern)으로 구성되는 터치 감지 구역을 가지며, 상기 미세패턴은 약 1 내지 10 마이크로미터의 폭을 갖는 도체를 포함함 - 을 포함하며,
   제2 가시광 투명 기판의 제1 표면은 제1 가시광 투명 기판의 디스플레이-인터페이스 표면을 향해 배치되고,
   제1 가시광 투명 기판은 미세패턴의 가시성을 감소시키는 특징부를 포함하는 터치-감응 장치.
2. 제1항에 있어서, 특징부는 눈부심 방지 또는 무광택 마무리(anti-glare or matte finish)를 포함하는 터치-감응 장치.
3. 제1항에 있어서, 디스플레이는 액정 디스플레이 또는 유기 발광 다이오드 디스플레이인 터치-감응 장치.
4. 제3항에 있어서, 특징부는 선형 편광기(linear polarizer)를 포함하는 터치-감응 장치.
5. 제3항에 있어서, 특징부는 원형 편광기(circular polarizer)를 포함하는 터치-감응 장치.
6. 제3항에 있어서, 특징부는 40% 내지 90%의 광 투과율을 갖는 콘트라스트 필터(contrast filter)를 포함하는 터치-감응 장치.
7. 제3항에 있어서, 특징부는 광 산란 요소를 포함하는 터치-감응 장치.
8. 제7항에 있어서, 확산기 요소가 랜덤하게 또는 의사-랜덤하게(randomly or pseudo-randomly) 배향되는 소면(facet)을 포함하는 터치-감응 장치.
9. 제8항에 있어서, 소면은 도체의 폭보다 더 큰 크기를 갖는 터치-감응 장치.
10. 제7항에 있어서, 산란 요소는 범프(bump)를 포함하는 터치-감응 장치.
11. 터치 감지 구역 내에, 가시광 투명 기판 상에 또는 그 내에 배치되는 전기 전도성 미세패턴 - 상기 미세패턴은 약 1 내지 10 마이크로미터의 폭을 갖는 전도성 트레이스(conductive trace)를 포함함 - ; 및
    미세패턴의 가시성을 감소시키기 위한 하나 이상의 미세패턴-차단 특징부(micropattern-obscuring feature)를 포함하는 터치 스크린 센서.
12. 제11항에 있어서, 미세패턴-차단 특징부는 가시광 투명 기판 이외의 기판 내에 있는 터치 스크린 센서.
13. 제11항에 있어서, 미세패턴-차단 특징부 중 적어도 하나는 선형 편광기를 포함하는 터치 스크린 센서.
14. 제11항에 있어서, 미세패턴-차단 특징부 중 적어도 하나는 원형 편광기를 포함하는 터치 스크린 센서.
15. 제11항에 있어서, 미세패턴-차단 특징부 중 적어도 하나는 40% 내지 90%의 광 투과율을 갖는 콘트라스트 필터를 포함하는 터치 스크린 센서.
16. 제11항에 있어서, 미세패턴-차단 특징부 중 적어도 하나는 하나 이상의 광 산란 요소를 포함하는 터치 스크린 센서.
17. 제16항에 있어서, 산란 요소는 랜덤하게 또는 의사-랜덤하게 배향되는 소면을 포함하는 터치 스크린 센서.
18. 제16항에 있어서, 소면은 전도성 트레이스의 폭보다 더 큰 크기를 갖는 터치 스크린 센서.
19. 제16항에 있어서, 산란 요소는 범프를 포함하는 터치 스크린 센서.
20. 제11항에 있어서, 터치 감지 구역은 가시광 투명이며 90% 내지 99.95% 개구 면적(open area)을 갖는 터치 스크린 센서.
21. 제11항에 있어서, 미세패턴-차단 특징부는 눈부심 방지 또는 무광택 마무리를 포함하는 터치 스크린 센서.
22. 제11항에 있어서, 미세패턴-차단 특징부는 미세패턴 내에서의 의사-랜덤한 변동을 포함하는 터치 스크린 센서.
23. 제11항에 있어서, 전기 전도성 미세패턴은 터치 감응 전기 전도성 미세패턴인 터치 스크린 센서.

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