KR20110089423A - 터치 스크린 센서 - Google Patents

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KR20110089423A
KR20110089423A KR1020117013723A KR20117013723A KR20110089423A KR 20110089423 A KR20110089423 A KR 20110089423A KR 1020117013723 A KR1020117013723 A KR 1020117013723A KR 20117013723 A KR20117013723 A KR 20117013723A KR 20110089423 A KR20110089423 A KR 20110089423A
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하랄드 필립
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아트멜 코포레이션
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Abstract

기판 위에 메쉬 패턴으로 배열된 복수의 전극들을 포함하는 2차원 터치 센서. 각각의 전극은 상호 연결된 금속 트레이스들에 의해 형성되며, 금속은 본질적으로 불투명하지만, 금속 트레이스들은 실질적으로 눈에 보이지 않을 정도로 충분히 좁다. 전극들은, 예컨대 금속으로서 구리를 사용하여 인쇄 프로세스를 통해 부가적으로 배치될 수 있다. 커패시티브 터치 스크린에서 사용된 전기장은 매우 낮은 금속 밀도에서 전파되도록 만들어질 수 있기 때문에, 이러한 트랙의 좁은 폭은 필름이 매우 투명하게 되는 것을 허용한다.

Description

터치 스크린 센서{TOUCH SCREEN SENSOR}
[우선권 청구]
본 출원은 35 U.S.C. 119(e)의 규정에 따라 2008년 11월 15일 제출된 미국 가특허 출원 번호 61/115,032 및 2009년 4월 10일 제출된 미국 출원 번호 12/421,696의 우선권의 이익을 청구하며, 이들 출원의 명세는 참조로서 본원에 완전히 통합되었다.
본 발명은 기판 위에 인쇄된 단일 층 미세 라인(fine-line) 금속 메쉬(mesh) 전극을 사용한 커패시티브 터치 스크린 전극 층의 제조 및 적용에 관한 것이다. 이 방법은 더 복잡한 테스트 방법론에 대한 필요를 피하기 위해, 커넥터로부터 전극을 셀프 테스트하는 간단한 방법을 포함한다.
커패시티브이든 아니든, 현재 대부분의 터치 스크린은 (PET 필름과 같은) 얇은 플라스틱 필름 위로, 또는 유리 층 위로 직접 퇴적된 인듐주석산화물(Indium Tin Oxide; ITO)의 스퍼터링된 층을 사용한다. ITO는 균일하게 퇴적된 후 다수의 프로세스 스텝을 수반하는 서브트랙티브법(subtractive process)를 사용하여 에치된다. 마지막으로, 필름 또는 유리 위에 ITO에 대한 연결부를 제작하기 위해 은(silver) 잉크 및 유전체의 층들이 사용되며, 이는 더 많은 프로세스 스텝들을 추가한다.
ITO 필름은 약 92%(단일 층)까지 투명하지만, 비교적 높은 저항을 가지며 매우 깨지기 쉬운 것으로 알려져 있다. 비교적 높은 비율의 필름들이 생산 중 손상되어, 비싸고 시간 소모적인 테스트 단계를 필요로 한다. 또한, ITO 필름은 비싸며 그러한 필름을 충분히 제조할 수 있는 공급자는 극히 소수여서 이 필름의 사용자들에게 물류상 문제(logistical problems)를 초래한다. 마지막으로, 인듐은 수요가 점점 증가하는 희귀 금속이지만, 이 금속의 생산은 그것을 생산하는 적은 수의 광산에 의해 제한된다.
폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) 또는 PEDOT 도전성 중합체와 같은 다른 재료가 이러한 필름을 대체할 수 있다. 그러나, PEDOT는 ITO만큼 광학적으로 투명하지 않고, 균일하게 퇴적하기 어려우며, 불리한 환경 조건에서 급속히 퇴화한다.
그러므로, 위의 한계들을 극복하는 터치 스크린을 생산하기 위한 새로운 재료 및/또는 방법에 대한 필요가 존재한다.
본 발명은 메쉬 패턴으로 배열된 도전성 전극들의 패턴에 의해 정의된 고감도 영역을 갖는 기판을 포함하는 개선된 터치 센서를 제공한다.
본 발명은, 가장 비싸지 않은 형태에서, 인쇄 프로세스를 통해 PET 층 위로 부가적으로 퇴적된 미세 라인 인쇄 금속을 사용하는 것을 포함한다. 오늘날, 구리를 사용하여 고도전성이고 폭이 10㎛ 이하인 금속 트레이스를 적은 비용으로 인쇄하는 것이 가능하다. 커패시티브 터치 스크린에 사용된 전기장은 매우 낮은 금속 밀도에서 전파되게 될 수 있기 때문에, 이러한 트랙의 좁은 폭은 필름이 매우 투명하게 되는 것을 허용한다. 테스트에서, 총 스크린 영역의 5% 미만의 금속 커버리지를 포함하는 미세 라인 전극들은 전기장을 전파하는데 있어서 거의 그것들이 대체하는 고체 표면만큼이나 효율적임이 발견되었다. 구리 외에, 예컨대 은 또는 금과 같은 높은 전기 도전율을 갖는 다른 금속 또는 그들의 합금 또한 사용될 수 있다.
그 결과로서, ITO보다 나은 98% 투명한 PET 필름과 같은 기판에 약 10㎛ 폭의 미세 금속 라인의 메쉬가 적용될 수 있다. 금속 라인들은 광학적으로 눈에 보이지 않을 정도로 매우 좁다. 또한, 금속의 단선은 결함 주위의 대체 경로들에 의해 '치유'되므로, 메쉬 구성은 강건한 성능을 허용한다. 더욱이, 구리는 ITO와 다르게 연성(malleable)이며, 손상 없이 손쉽게 구부러지거나 꼬아질 수 있다. PEDOT와 다르게, 미세 라인 구리는 예상된 사용의 표준 조건 하에서 환경 악화에 대한 문제가 없다.
본 방법은 단일층 및 2층 필름 디자인을 적용하며, 후자는 더 높은 해상도 및 멀티 터치 센싱 애플리케이션을 위해 일반적으로 사용된다. 임의의 수의 패턴 디자인이 사용될 수 있다.
셀프 테스트는 또한, 이하에서 설명되는 바와 같이 필름에 내장된 루프백(loop-back) 테스트의 사용에 의해 옵션으로 통합된다.
본 발명의 일 양태는 기판 위에 패턴으로 배열된 복수의 전극을 포함하는 2차원 터치 센서를 제공하며, 각각의 전극은 금속 트레이스들의 상호 연결된 메쉬로부터 형성되며, 금속은 본질적으로 불투명하지만, 금속 트레이스들은 사실상 눈에 보이지 않을 정도로 충분히 좁다.
금속 트레이스들은 바람직하게는 10㎛ 이하, 또는 대안적으로는 50㎛, 40㎛, 30㎛, 20㎛, 또는 5㎛ 이하의 폭을 갖는다.
금속 트레이스들은 바람직하게는 각각의 전극의 영역의 5% 이하, 또는 대안적으로는 각각의 전극의 영역의 10%, 8%, 6%, 4%, 2%, 또는 1% 이하를 차지한다.
일부 실시예에서, 전극들은 단일 층에 배열된다. 다른 실시예에서, 전극들은 두 층에 배열되며, 두 층은 유전체에 의해 분리된다.
인접한 전극들은, 역시 상호 연결된 금속 트레이스들로 제작된 복수의 아일랜드(island)들에 의해 일정한 간격으로 떨어져 있을 수 있으며, 아일랜드들의 금속 트레이스는 전극들의 금속 트레이스와 시각적 및 전기적으로 유사하다. 이 아일랜드들은 시각적 연속성을 제공하기 위해 전극들 사이를 채운다.
셀프 테스트 능력을 제공하기 위해, 각각의 전극은 바람직하게는 상부 및 하부 부분들로 나누어지며, 상부 및 하부 부분들의 금속 트레이스들은 전극의 원위 단부(distal end)에서만 연결되며, 전극의 원위 단부로부터 제1 및 제2 근위 단부(proximal end)까지 상부 및 하부 부분들의 금속 트레이스들 사이의 연결은 존재하지 않는다. 각각의 전극의 제1 및 제2 전기 연결부는 그의 대응하는 제1 및 제2 근위 단부에 연결된다. 전극 패턴이 90도의 각으로 회전된다면, 각각의 전극의 상부 및 하부 부분들은 각각 왼쪽 및 오른쪽 부분들로 명명될 수 있을 것이다.
일부 실시예에서, 복수의 Y 전극에 의해 일정한 간격으로 떨어진 복수의 X 전극이 존재한다. 각각의 X 전극의 제2 근위 단부는 인접한 X 전극의 제1 근위 단부와 저항성 요소를 통해 전기적으로 연결된다. 각각의 Y 전극의 제2 근위 단부는 인접한 Y 전극의 제1 근위 단부에 전기적으로 연결된다.
본 발명의 다른 양태는, 커패시티브 터치 센서를 제조하는 방법으로서, 기판을 제공하는 단계; 및 상기 기판의 적어도 한 면 위에 복수의 전극들을 배치하는 단계 - 각각의 전극은 금속 트레이스들의 상호 연결된 메쉬로 형성되며, 금속은 본질적으로 불투명하지만, 상기 금속 트레이스들은 사실상 눈에 보이지 않을 정도로 충분히 좁으며 시각적 밀도가 낮음 - 를 포함하는 방법을 제공한다.
각각의 전극은 유리하게 상부 및 하부 부분들로 다시 나누어지며, 상기 상부 및 하부 부분들의 금속 트레이스들은 전극의 원위 단부(distal end)에서만 연결되며, 전극의 원위 단부로부터 제1 및 제2 근위 단부(proximal end)까지 상기 상부 및 하부 부분들의 금속 트레이스들 사이의 연결은 존재하지 않는다. 각각의 전극의 상부 및 하부 부분들은 각각 왼쪽 및 오른쪽 부분들로 또한 명명될 수 있다.
다른 양태의 본 발명은 위와 같이 제조된 커패시티브 터치 센서를 검사하는 방법을 다루며, 그 방법은 복수의 전극 중 하나의 전극의 제1 근위 단부에 제1 전압을 가함과 동시에 모든 다른 전극들의 근위 단부를 접지에 연결하며 상기 하나의 전극의 제2 근위 단부에서 제2 전압을 측정하는 단계; 모든 다른 전극들에 대하여 상기 단계를 반복하는 단계; 및 상기 전극들 중 임의의 전극에 대하여 상기 제2 전압이 상기 제1 전압과 비교하여 비정상적으로 낮으면 센서를 페일(fail)시키며, 그렇지 않은 경우에는 상기 센서를 패스(pass)시키는 단계를 포함한다. 이는 각각의 '분리된' 전극들에 의해 형성된 루프 주위에서 루프백 테스트을 사용함으로써 셀프 테스트를 제공한다.
본 발명의 더 나은 이해를 위해, 및 어떻게 본 발명을 실행에 옮기는지를 도시하기 위해 첨부된 도면들이 예로서 참조된다.
도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 단일층 디자인을 도시한 도.
도 1b는 도 1a에서와 같은 패턴을 도시하지만, 단지 실연(demonstration)의 목적으로 독자가 전극 영역을 보는 것을 돕기 위해 전극 위가 음영 처리된 도.
도 2a는 루프백 원리를 사용하는, 셀프 테스트가 내장된 금속 메쉬 구성을 도시한 도.
도 2b는 도 2a에 도시된 전극 패턴이 프로세서에 연결된 것을 도시한 도.
도 2c는 도 2a에 도시된 전극 패턴의 연속성 검사를 위한 흐름도.
도 2d는 도 2a에 도시된 전극 패턴의 연속성 검사를 위한 흐름도.
도 3a는 본 방법을 사용하여 구현된, 셀프 테스트 루프백 경로의 사용을 포함하는 2층 다이아몬드 패턴(또는 크로스오버가 있는 1층 패턴)을 도시한 도.
도 3b는 도 3a에 도시된 전극 패턴이 프로세서에 연결된 것을 도시한 도.
도 4a는 도 2a와 같은 패턴을 도시하지만, Y 라인에 두 개의 터미네이션 저항을 가지며, 이는 셀프 테스트를 목적으로 전극들에의 연결부 카운트를 줄이는 방법을 제공한다.
도 4b는 도 4a에 도시된 전극 패턴이 프로세서에 연결된 것을 도시한 도.
도 4c는 도 4a에 도시된 전극 패턴의 연속성 검사를 위한 흐름도.
10㎛만큼 얇거나 또는 한층 더 작은 초미세 금속 트레이스를 플라스틱 필름 및 유리에 인쇄하는 것을 허용하는 프로세스들이 최근 개발되었다. 사용된 금속은 고도전성이며, 예컨대 크롬과 같은 다른 금속들보다 어두운 색을 갖는 구리를 포함한다. 본 기술은 표준의 포토리소그래피(photolithographic) 프로세스를 사용하여 개발되었으며, 극도로 낮은 비용으로 롤투롤(roll-to-roll) 프로세스에서 필름을 대량 생산하는데 사용될 수 있다. 이러한 금속 트레이스를 제조하는 데 비싼, 희귀한, 또는 색다른 재료들은 사용되지 않는다. 본 기술은 구체적으로, 예컨대 RFID 태그, 스마트 카드, 디스플레이, 또는 비슷한 것과 같은 미세 회로 애플리케이션에서 사용되도록 개발되었다.
막대한 양의 전기장을 방출하는 것으로 관찰된 성긴(sparse) 메쉬 구성을 사용하여, 이러한 미세 금속 트레이스는 고체 전극 형상과 거의 동일한 전계 방출 구조를 개발하는데 또한 사용될 수 있다. 성긴 메쉬는 높은 광학적 투명도를 허용한다; 트레이스들이 10㎛ 이하이고 메쉬가 표면 영역의 단 5%만 덮는다면, 광학적 특성은 단지 93%의 광투과만 얻을 수 있는 이용 가능한 가장 좋은 ITO 필름과 같거나 뛰어날 것이다. 시각적으로 필름은, 훈련받지 않은 눈으로는 감지할 수 없는 극도로 연한 회색의 음영을 갖는 것으로 보일 뿐이다. 금속 트레이스는, 10㎛에서 육안으로 볼 수 없다. 터치 스크린의 표면 위에서의 이러한 트레이스들의 균일한 밀도 또는 균일하게 성긴 분포는 눈에 띄는 시각적 패턴을 생성하지 않을 것이다.
그러나, 적절한 전계 전파를 허용하기 위해 전극들 사이에 상당한 간극을 갖는 것이 일반적으로 바람직하다. 이러한 간극들은 더 연한 영역들로 나타남으로써 시각적 효과를 일으킬 수 있다. 때문에, 전극 영역들과 유사한 밀도를 갖는 미세 라인들로 이러한 영역들을 '채우는' 것이 바람직하다. 주의할 점은, 스크린 영역 전역의 평균 밀도가 시각적으로 유사하도록, 이러한 채움 영역들은 전극들로부터 단절되어야 하며, 작은 아일랜드들로 조각나거나 또는 절연된 작은 금속 트레이스들로 구성되어야 한다.
도 1a는, X로 표시되었으며 전계 전극 그룹들 중 하나를 형성하기 위해 서로 연결된 메쉬의 수평 방향 막대들, 및 Y0 및 Y1으로 표시된, 각각의 면으로부터 하나가 연장되는 메쉬 삼각형의 두 세트와 함께 본 발명에 따른 기본적인 패턴을 도시한다. 막대들(X) 및 삼각형들(Y0, Y1)은 고체 메쉬 전극들(6)이다. 전극 메쉬 영역들과 비슷한 면밀도(areal density)를 갖는, 단절된 메쉬로 구성된 스페이서 영역들(4) 또한 도시되었다. 각각의 작은 셀을 절연시키기 위해 메쉬 내에 금(cut)이 생성된 곳에, 그 금 내의 없어진 금속을 보상하기 위해 일부의 금속 트래킹이 추가되었다. 도시된 것과 같은 패턴은 여전히 시각적 간극 영역들을 가지며, 이는 더 현명한 설계 디자인을 사용함으로써 정정될 수 있다.
금속 재료(6)의 삼각형들(Y0, Y1) 및 막대들(X)은 스페이서 영역들과 함께 도면에 도시되었다. 사용하는 동안 전기장이 그 위에 있는 패널 안으로 최적으로 전파될 수 있도록, 스페이서 영역은 채워지지 않거나 또는 어떠한 금속 패턴도 없을 수 있다. 그러나, 금속 메쉬는 주로 투명하지만, 비록 라인들 자체는 눈에 보이기에는 너무 미세할지라도, 특정한 빛 조건 하에서는 간극 또는 스페이서 영역이 눈에 더 잘 띄게 되도록 할 것이다.
따라서, 스페이서 영역들은 옵션으로서 금속 메쉬 전극 영역들을 모방한(그러나, 전극 영역들과의 전기적 불연속성을 제공하는 방식으로) 금속 패턴(4)으로 채워질 수 있다. 스페이서 영역들(4)은 모든 작은 금속 단편들이 떠 있도록, '단절된' 금속 필링(filling)을 담고 있다. 금속은, 스페이서 영역이 시각적으로 조화되어 전극과 구별될 수 없게 하기 위해 스페이서 영역의 평균 밀도가 전극 영역과 대체로 같도록 형성된다.
도 1b는 전극들 자체를 그림으로 도시하며, 음영을 사용하여 막대(X)들 및 삼각형(Y)들의 윤곽을 나타내었다. 음영되지 않은 영역들은 시각적 연속성을 제공하기 위해 전극들과 면밀도가 일치하는 재료의 단절된 아일랜드들을 포함하는 간극 필러(filler) 영역들이다.
전극의 신뢰성은 매우 중요하며, 전극의 미세균열 또는 결함이 있는 금속 인쇄 프로세스에 의해 손상(compromise)될 수 있다. 그러므로, 전극 어레이의 전기 경로를 끝에서 끝까지 시험하는 것이 본 발명의 우선적인 특징이다. 이것은 도 2a에 도시되었고 아래 논의된 것과 같이, 미세 라인 연결 및 분리된 전극 기술을 사용하여 손쉽게 이루어질 수 있다. 도 1a에 도시된 같은 기본적인 패턴이 여기에 도시되었으나, 전극들은 'U' 형상의 도전 통로를 생성하도록 잘려져 있다. 본 도면의 제1 X 막대 및 제1 Y 삼각형은 절단부가 강조되어 있다(절단 라인). 각각의 전극은 또한, 'U'의 각각의 끝점마다 하나씩 두 개의 연결부를 가진다. 이런 식으로, 연속성인지 아닌지를 결정하기 위해 전류가 각각의 전극 형상을 통해 통과할 수 있다. 이것은 아래에서 더 논의되었다.
도 2a는 'X'라인들을 도시하며, 여기서 방출하는 전계의 보간(interpolation)을 목적으로 몇 개의 전극을 함께 배선하는 것은 일반적인 관습이다. 전위 구배(potential gradient)를 제공하기 위해 저항들(Rxa, Rxb, Rxc)이 이 전극들을 상호 연결하는데 사용된다. 테스트 목적을 위해, 이 저항들은 추가된 외부 연결부 카운트 없이 한 스텝에 모든 'X' 전극들을 검사할 수 있도록, 분리된 전극들과 배선될 수 있다. 도시된 것과 같이, 라인들(Xa 및 Xb)은 세 개의 저항(Rxa, Rxb, Rxc)을 사용하여 네 개의 X 전극들을 통해 루프되며, 따라서 임의의 하나의 전극에 고장이 있다면 전기적 불연속성 및 고장이 탐지될 수 있으며 필름 및/또는 장치는 폐기된다. 도 2a는 루프백 원리를 사용하는, 셀프 테스트가 내장된 금속 메쉬 구성을 도시한다. 'Y' 라인들(Y0, Y1)의 경우, 전형적으로 이것들은 칼럼(column)으로서 함께 배선된다. 도 2a의 경우, 삼각형의 '칼럼'이 두 개(좌측에 하나, 우측에 하나) 존재한다. 최소한의 외부 연결로 이 삼각형들의 연속성을 테스트하기 위해, 그것들은 어차피 터치 스크린으로 사용되는 동안 삼각형들의 단부들을 직렬로 배선하는 것에 의해 전형적으로 서로 연결되어 있다는 사실을 이용하는 것이 가능하다. 도 2a는 라인들(Y0a, Y0b 및 Y1a, Y1b)을 도시한다. 각각의 쌍은 라인들(2)의 연속된 연결을 사용하여 각자의 칼럼에 연결되어 있다. 쌍의 단부들 사이(즉, Y0a, Y0b 및 Y1a, Y1b 사이)의 연속성을 측정함으로써, 스크린의 모든 삼각형들은 동시에 테스트될 수 있다. 이러한 배열은 Y 전극 세트 당 하나의 추가 연결만을 필요로 한다. 그러므로, 도 2a의 경우 정상보다 단지 두 개의 연결이 더 필요할 뿐이다.
도 2a에 도시된 배열은, 예컨대 우연히 퇴적된 금속이 X 전극을 Y 전극에 연결하는 것에 의한, 인접한 전극들 사이의 단락(short circuit)을 결정하기 위해서도 사용될 수 있다는 것을 또한 유념해야 한다. 이러한 테스트의 방법은 본 기술분야의 숙련된 기술자에게 명백할 것이다.
위에서 설명된 방법을 사용하여, 전극들은 그들의 장축을 따라 잘려 있고 연결부로부터 원위 단부에서 '루프백'되어 있으며, 이로 인해 터치 스크린 프로세서는 단락 및 개회로에 대하여 모든 금속 메쉬 전극들의 완전성을 테스트할 수 있다. 이를 실행하기 위해 단지 소수의 추가된 연결 라인 또는 테스트 포인트만이 요구된다.
도 2b는 도 2a에 도시된 전극 배열이 프로세서(10)에 연결된 것을 도시한다. 프로세서(10)는 테스트 목적으로 조립된 프로세서이거나, 또는 예컨대 터치스크린에서 전극 패턴을 작동하기 위해 사용되는 것과 동일한 프로세서일 수 있다. 전극 패턴이, 터치스크린의 일부로서 사용되었을 때 전극 패턴의 동작 불량 또는 불능을 초래할 수 있는 단락 또는 개회로를 포함하는지를 테스트하기 위해 테스트 프로세서가 제조 중에 사용될 수 있다. 생산 중에 개회로 또는 단락이 탐지되면 전극 패턴은 폐기될 수 있다. 대안으로서, 터치 스크린 프로세서가 사용 중에, 예컨대 시동 중에 전극 패턴을 테스트할 수 있다. 전극 패턴에서 단락 또는 개회로가 탐지되면, 사용자는 이를 통보받을 수 있다.
도 2b에 도시된 프로세서는 단독의 마이크로프로세서로서 도시되었으나, 드라이브 유닛, 하나 이상의 ADC 및 비교기를 포함하는 감지 유닛과 같은 몇 개의 독립 회로들이 프로세서를 형성하기 위해 결합될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 프로세서(10)의 각각의 연결부(Y0a, Y0b, Y1a, Y1b, Xa 및 Xb)는 사용된 테스트 전략에 따라 입력 또는 출력, 또는 이 둘로 구성될 수 있다.
도 2c 및 2d에 도시된 스텝들에 의해, 프로세서(10)를 사용하여 단락 및 개회로의 존재가 탐지될 수 있다.
도 2c는 삼각형 전극들(Y0)을 테스트하기 위한 스텝들을 도시한다. 스텝(S12)에서, 막대 전극들(즉, 연결부(Xa 및 Xb)) 및 삼각형 전극들(Y1)(즉, 연결부(Y1a 및 Y1b))는 접지된다. 스텝(S14)에서, 연결부(Y0a)에 전압이 가해지거나 또는 연결된다. 스텝(S16)에서, 연결부(Y0b)에서의 전압이 탐지 또는 측정된다. 스텝(S18)에서, 연결부(Y0b)에서 탐지 또는 측정된 전압이 없으면, 전극 패턴(Y0)에 개회로가 있거나 또는 막대 전극들(X) 또는 삼각형 전극들(Y1)에 단락이 있는 것이다. 즉, 연결부(Y0b)에서 측정된 전압이 연결부(Y0a)에 가해진 전압과 비교하여 비정상적으로 낮으면, 전압은 측정 또는 탐지되지 않는다.
삼각형 전극들(Y1)을 테스트하기 위해, 삼각형 전극들(Y0 및 Y1)의 연결부들이 뒤바뀐 것을 제외하면 위에서 설명된 것과 같은 스텝들이 사용된다. 첫번째로, 막대 전극들(즉, 연결부(Xa 및 Xb)) 및 삼각형 전극들(Y0)(즉, 연결부(Y0a 및 Y0b))은 접지되거나 또는 접지 연결부에 연결된다. 그 후 Y1a에 전압이 가해진다. 전압은 그 후 연결부(Y1b)에서 측정된다. Y1b에 탐지된 전압이 없다면, 전극 패턴(Y1)에 개회로가 있거나 막대 전극들(X) 또는 삼각형 전극들(Y0)에 단락이 있는 것이다. 즉, 연결부(Y1b)에서 측정된 전압이 연결부(Y1a)에 가해진 전압과 비교하여 비정상적으로 낮으면, 연결부(Y1b)에서 전압은 측정되거나 또는 탐지되지 않는다.
도 2d는 막대 전극들(X)을 테스트하는 스텝들을 도시한다. 스텝(S20)에서, 삼각형 전극들(Y0, Y1)(즉, 연결부(Y0a, Y0b, Y1a, 및 Y1b))은 접지된다. 스텝(S22)에서, 연결부(Xa)에 전압이 가해지거나 또는 연결된다. 스텝(S24)에서, 연결부(Xb)에서의 전압이 탐지되거나 또는 측정된다. 스텝(S26)에서, 연결부(Xb)에서 탐지되거나 또는 측정된 전압이 없으면, 전극 막대 패턴(X)에 개회로가 있거나 또는 삼각형 전극들(Y0, Y1)에 단락이 있는 것이다. 즉, 연결부(Xb)에서 측정된 전압이 연결부(Xa)에 가해진 전압과 비교하여 비정상적으로 낮으면, 연결부(Xb)에서 전압은 측정되거나 또는 탐지되지 않는다.
더욱이, 저항들(Rxa, Rxb, Rxc)을 테스트하기 위해, 부하 저항기(Rxd)가 단자(Xb)와 접지 사이에 적용될 수 있으며, 마지막 스텝에서 그것을 가로지르는 전압이 측정될 수 있다. Rxd는 옴의 법칙에 따라 다른 세 개의 저항기의 저항에 반비례하는 전압을 생성하며, 이로 인해 그들의 값이 미리 정의된 허용 오차 대역 내에서 정확함을 보장하기 위해 확인될 수 있다.
전압들은 연결부들(Xb, Y0b, 또는 Y1b)에 각각 동일하게 가해질 수 있으며, (Xa, Y0a, 및 Y1a)에서 각각 전압이 탐지될 수 있음이 위에서 인식될 것이다. 저항기들 (Rxa, Rxb, Rxc)이 위에서 설명된 방법을 사용하여 옵션으로서 테스트된다면, Rxb는 단자 Xa와 접지 사이에 연결될 것이다.
도 3a는 본 기술분야에 잘 알려진 바와 같은, 다이아몬드 패턴으로 구성된, 그러나 미세 라인 금속을 사용한 전극 형상들의 윤곽으로부터 형성된 전극들의 더 통상적인 2층 배열을 도시한다. 이 패턴과 함께 x 및 y축 양쪽 모두에서 상호 배치(interleave)된 전극 세트를 형성하도록 상호 연결된 다이아몬드들의 수직의 칼럼들(32, 40) 및 수평의 로우들(34, 42)이 존재한다. 도시된 것과 같이 각각의 모퉁이로부터 발산하는, 안쪽을 향하는 금속 '스파이크들'(38)을 사용하여 유효 표영역을 증가시키기 위해, 일부 인필(in-fill)이 사용될 수 있다. 본 도면은 두 층들이 포개어진 것을 도시하나, 다이아몬드 형상 전극들의 수직 및 수평 세트들 사이에 절연층이 존재한다는 것을 이해해야 한다. 도 2a에서와 같이, 전극 세트들은 각각 두 개의 연결부, 및 연속성 및 단락을 테스트하는 것을 허용하는 루프백 구조(30)를 갖는다.
도 3b는 도 3a에 도시된 전극 배열이 프로세서(36)에 연결된 것을 도시한다. 프로세서(36)는 도 2a에 도시된 프로세서와 구조 및 동작에서 유사하다.
도 2c 및 2d에 도시된 테스트 전략은 프로세서(36)를 사용하여 도 3b에 도시된 전극 패턴에 적용될 수 있다. 예컨대, 수직 칼럼 전극(32)을 테스트하기 위해, 다른 전극들의 연결부들(X1a, X1b, Y0a, Y0b, Y1a 및 Y1b)은 접지에 연결된다. 전압이 연결부(X0a)에 가해지거나 또는 연결되며, 그 후 연결부(X0b)의 전압이 측정된다. 연결부(Xb)에서 측정된 전압이 없으면, 수직 칼럼 전극(32)에 개회로가 있거나, 또는 다른 전극들 중 하나에 단락이 있는 것이다. 즉, 연결부(Xb)에서 측정된 전압이 연결부(Xa)에 가해진 전압과 비교하여 비정상적으로 낮으면, 연결부(Xb)에서 전압은 측정되거나 또는 탐지되지 않는다.
도 4a는, 도 2a의 전극 패턴에 관해서 'Y' 라인들 상에서 루프백 테스트를 수행하기 위해 요구되는 추가 외부 연결부의 수량을 줄이는 방법을 도시한다. 저항기들(Ryt0 및 Ryt1)은 각각의 Y삼각형 세트의 끝점들에 추가되며, 서로 연결되어 연결부(Yt)를 형성한다. 이것은 Y삼각형 세트들의 각각의 쌍마다 Y라인 엔드와이어(end-wire)들 중 하나를 제거한다. 저항기들은 전극들의 감지 기능의 방해를 초래하지 않기 위해 높은 값을 갖는 것이 바람직하다. 예컨대, 저항들은 100KΩ 이상일 수 있다.
도 4b는 도 4a에 도시된 전극 패턴이 프로세서(40)에 연결된 것을 도시한다. 프로세서(40)는 도 2b에 도시된 프로세서에 대하여 설명된 것과 구조 및 동작에서 유사하다. 그러나, 위에서 설명된 것과 같이 감소된 수의 연결부가 존재한다. 즉, 연결부들(Y0b 및 Y1b)은 단일 연결부(Yt)에 의해 대체된다.
막대 전극을 테스트하는 테스트 전략은 도 2d의 흐름도에 도시된 것과 유사하다. 예컨대, 연결부들(Yt, Y0, 및 Y1)은 모두 접지에 연결되어 있다. 그 후, 연결부(Xa)에 전압이 가해진다. 그 후 Xb에서 전압이 측정된다. 연결부(Xb)에서 측정된 전압이 없으면, 막대 전극 패턴에 개회로가 있거나, 또는 삼각형 전극들에 단락이 있는 것이다. 즉, 연결부(Xb)에서 측정된 전압이 연결부(Xa)에 가해진 전압과 비교하여 비정상적으로 낮으면, 연결부(Xb)에서 전압은 측정되거나 또는 탐지되지 않는다.
도 4a의 Y 라인들을 테스트하는 테스트 절차는 다음을 수반한다.
1) 모든 X 연결부를 접지한다, 그 후,
2) 연결부(Yt)에 전압을 가한다, 그 후,
3) Y0 및 Y1의 전압을 각각 측정한다, 그 후,
4) Yt의 전압을 유지하면서 Y0를 접지한다, 그 후,
5) Y1의 출력을 측정한다.
스텝 3에서, Y0 또는 Y1 중 어느 한 쪽에 전압이 없으면, Y 전극으로부터 X 전극으로의 단락, 또는 Y 전극 패턴에서의 개회로에 의한 고장이 있는 것이다. 스텝 5에서 Y1에 전압이 없으면, Y1 및 Y0 사이에 단락이 있는 것이다. 위의 시퀀스는 가능한 고장의 모든 알려진 조합을 테스트한다.
Y 라인을 테스트하기 위해 위에 설명된 스텝들은 도 4c의 스텝(S1-S5)에서 요약되었다. 위에서, 스텝 3 또는 5(즉, S3 또는 S5) 후에 전극 패턴은 폐기될 수 있음을 인식할 것이다. 즉, 스텝 3의 연결부(Y0 또는 Y1)에서, 또는 스텝 5의 (Y1)에서 측정된 전압이 스텝 2 또는 4의 연결부(Yt)에 가해진 전압과 비교하여 비정상적으로 낮다면, 전극 패턴은 고장이 난 것으로 간주되고 폐기될 수 있으며, 그렇지 않으면 전극 패턴을 막는 센서는 합격한 것으로 간주된다.
본 발명은 저항 스크린 및 전자 발광(EL) 램프를 제작하기 위해 또한 사용될 수 있는데, 그 이유는 이러한 애플리케이션들이 ITO 또는 PEDOT 기반 전극들과 비교했을 때 강화된 투명도를 가지면서 여전히 기능할 수 있을 정도로 금속 밀도가 충분히 높기 때문이다.
커패시턴스의 변화, 및 터치 센서에 근접한 사용자의 존재 또는 부재를 결정하기 위해 서로 다른 감지 기술들이 본 발명과 함께 사용될 수 있다. 예컨대, US 6,466,036 및 US 6,452,514에 설명된 장치 및 방법들은 각각 본 발명과 함께 사용될 수 있으며, 본원에 완전히 통합되어 있다.

Claims (14)

  1. 2차원 터치 센서로서,
    기판 위에 패턴으로 배열된 복수의 전극을 포함하며, 각각의 전극은 금속 트레이스들의 상호 연결된 메쉬(mesh)로 형성되며, 상기 금속은 본질적으로 불투명하지만, 상기 금속 트레이스들은 실질적으로 눈에 보이지 않을 정도로 충분히 좁은 2차원 터치 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속 트레이스들은 10㎛ 이하의 폭을 갖는 2차원 터치 센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 금속 트레이스들은 각각의 전극의 영역의 5% 이하를 차지하는 2차원 터치 센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전극들은 단일 층에 배열된 2차원 터치 센서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전극들은 유전체에 의해 분리된 두 층들에 배열된 2차원 터치 센서.
  6. 제1항에 있어서,
    인접한 전극들은 역시 상호 연결된 금속 트레이스들로 이루어진 복수의 아일랜드(island)들에 의해 일정한 간격으로 떨어져 있으며, 상기 아일랜드들의 상기 금속 트레이스들은 상기 전극들의 상기 금속 트레이스들과 시각적 및 전기적으로 유사한 2차원 터치 센서.
  7. 제1항에 있어서,
    각각의 전극은 상부 및 하부 부분들로 나누어지며, 상기 상부 및 하부 부분들로부터의 상기 금속 트레이스들은 상기 전극의 원위 단부(distal end)에서만 연결되고, 상기 전극의 상기 원위 단부로부터 제1 및 제2 근위 단부(proximal end)까지 상기 상부 및 하부 부분들의 금속 트레이스들 사이의 연결은 존재하지 않는 2차원 터치 센서.
  8. 제7항에 있어서,
    각각의 제1 및 제2 근위 단부에 연결된 각각의 전극에 대한 제1 및 제2 전기 연결부들을 더 포함하는 2차원 터치 센서.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전극들은 복수의 Y 전극들에 의해 떨어져 배치된 복수의 X 전극들을 포함하며,
    각각의 X 전극의 제2 근위 단부는 저항 요소를 통해 인접한 X 전극의 제1 근위 단부에 전기적으로 연결되고,
    각각의 Y 전극의 제2 근위 단부는 인접한 Y 전극의 제1 근위 단부에 전기적으로 연결된 2차원 터치 센서.
  10. 커패시티브 터치 센서를 제조하는 방법으로서,
    기판을 제공하는 단계; 및
    상기 기판의 적어도 한 면에 복수의 전극들을 배치하는 단계 - 각각의 전극은 금속 트레이스들의 상호 연결된 메쉬로 형성되며, 상기 금속은 본질적으로 불투명하지만, 상기 금속 트레이스들은 실질적으로 눈에 보이지 않을 정도로 충분히 좁음 -
    를 포함하는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 금속 트레이스들은 10㎛ 이하의 폭을 갖는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 금속 트레이스들은 각각의 전극의 영역의 5% 이하를 차지하는 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    각각의 전극은 상부 및 하부 부분들로 나누어지며, 상기 상부 및 하부 부분들로부터의 상기 금속 트레이스들은 상기 전극의 원위 단부에서만 연결되며, 상기 전극의 상기 원위 단부로부터 제1 및 제2 근위 단부까지 상기 상부 및 하부 부분들의 금속 트레이스들 사이의 연결은 존재하지 않는 방법.
  14. 제13항에 따라 제조된 커패시티브 터치 센서를 테스트하는 방법으로서,
    복수의 전극들 중 하나의 전극의 제1 근위 단부에 제1 전압을 가함과 동시에 모든 다른 전극들의 근위 단부들을 접지에 연결하며 상기 하나의 전극의 제2 근위 단부에서 제2 전압을 측정하는 단계;
    모든 다른 전극들에 대하여 상기 단계를 반복하는 단계; 및
    상기 전극들 중 임의의 전극에 대하여 상기 제2 전압이 상기 제1 전압과 비교하여 비정상적으로 낮으면 상기 센서를 페일(fail)시키며, 그렇지 않은 경우에는 상기 센서를 패스(pass)시키는 단계
    를 포함하는 방법.
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