KR20120129965A - 투명한 힘 센서 및 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

터치 패널 디스플레이들(터치 스크린들)에서 사용하기 위한 투명한 힘 센서 및 그 제조 방법이 개시된다. 투명한 힘 센서는 터치 스크린의 디스플레이 영역에 터치 입력에 의해 인가된 로컬 압력을 측정함으로써 터치를 검출할 수 있다.

Description

투명한 힘 센서 및 제조 방법{TRANSPARENT FORCE SENSOR AND METHOD OF FABRICATION}

관련 출원(들)에 대한 교차 참조

본 정식 출원은 2008년 3월 20일자로 출원되고 명칭이 'Transparent Pressure Sensor and Method for Using'인 동시계류중인 미국 출원 번호 12/052,365호와 관련되고, 그 내용은 본원에 그대로 포함된다.

본 발명은 컴퓨팅 디바이스 입력 배열(arrangement)에 관한 것이고, 더욱 구체적으로 터치 패널 디스플레이들에서 이용하기 위한 투명한 힘 센서 및 제조 방법에 관한 것이다.

오늘날, 포터블 통신 디바이스들과 같은 많은 전자 디바이스들에서, 터치 패널 디스플레이들(터치 스크린들)은 사용자에게 정보를 제시하고 또한 사용자로부터 입력을 수신한다. 터치 스크린은 특히 키보드 및 마우스와 같은 다른 입력 디바이스들이 쉽게 이용가능하지 않은 포터블 통신 디바이스들에서 유용하다.

용량성, 저항성, 적외선, 및 표면 탄성파(surface acoustic wave)를 포함하는, 오늘날 이용되는 많은 상이한 타입의 터치 감지 기술들이 존재한다. 이들 기술들은 스크린 상의 터치(touch)들의 위치를 감지한다. 그러나, 그것들은 터치 스크린에 대해 인가되는 압력에 응답하지 않는다.

예를 들어, Kent et al.의 미국 특허 번호 6,492,979호에는, 잘못된 터치를 방지하기 위해 용량성 터치 스크린과 힘 센서들의 결합을 이용하는 것이 제안되어 있다. 그러나, 이 접근법은 센서 인터페이스들을 복잡하게 할 수 있고 동시에 상이한 터치 힘들을 감지하는 데 적합하지 않다. Roberts의 미국 특허 번호 7,196,694호는 터치의 위치를 결정하기 위해 터치 스크린의 주변에서 힘 센서들을 이용하는 것을 제안한다. 그러나 이것은 멀티 터치 능력을 제공하지 않는다. 또한 미국 특허 공개 번호 2007/0229464호에서는 터치 스크린을 형성하기 위해 디스플레이를 오버레이하는, 용량성 힘 센서 어레이를 이용하는 것이 제안되어 있다. 이 접근법은 멀티 터치 능력을 제공하지만, 용량성 압력 센서는 제한된 공간적 해상도를 갖고, 손가락들 및 다른 입력 디바이스들의 용량성 결합 및 전자기 간섭(Electromagnetic Interference; EMI)과 같은 환경적 간섭들을 받기 쉽다.

따라서, 향상된 터치 감지 기술들 및 디바이스들에 대한 요구가 존재한다.

터치 패널 디스플레이들(터치 스크린들)에서 사용하기 위한 투명한 힘 센서 및 그 제조 방법이 개시된다. 투명한 힘 센서는 터치 스크린의 디스플레이 영역에 터치 입력에 의해 인가된 로컬 압력을 측정함으로써 터치를 검출할 수 있다.

터치 스크린의 다양한 양태들은 힘 감지와 관련된다. 예를 들어, 일 양태에 따르면, 힘 감지 터치 스크린은 투명한 폴리머 매트릭스(transparent polymer matrix)의 제1 표면 상에 배치되고 제1 방향으로 배열되는 제1 복수의 투명한 전도성 산화물(transparent conducting oxide; TCO) 전극들(트레이스들), 상기 투명한 폴리머 매트릭스에 분산된 복수의 투명한 전도성 나노입자들, 및 상기 제1 표면과 반대편의 상기 투명한 폴리머 매트릭스의 제2 표면 상에 배치되고 상기 제1 방향 위에 가로놓이는(overlaying) 제2 방향으로 배열되는 제2 복수의 TCO 전극들을 포함한다. 상기 제1 및 제2 복수의 TCO 전극들 중 하나의 단면에 힘이 인가되면, 상기 단면에 있는 상기 투명한 전도성 나노입자들은 상기 투명한 폴리머 매트릭스를 통해 전도성 경로를 제공한다.

일 실시예에서, 예를 들어, 폴리머 매트릭스는 투명한 기판 상에 배치된다. 상기 투명한 전도성 나노입자들은 인듐 주석 산화물(indium tin oxide; ITO), 아연 산화물(zinc oxide; ZnO), 주석 이산화물(tin dioxide; SnO2), 또는 그의 조합들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 구동 멀티플렉서를 이용하여 상기 제1 복수의 TCO 전극들에 구동 전압이 인가되고, 감지 멀티플렉서를 이용하여 상기 제2 복수의 TCO 전극들의 각각에 측정 저항이 접속된다. 또 다른 실시예에서, 힘 감지 터치 스크린은 상기 복수의 TCO 전극들 사이의 크로스토크(cross talk)를 최소화하도록 구성되는 복수의 연산 증폭기들을 포함한다.

다른 양태에서, 투명한 힘 센서를 갖는 힘 감지 터치 스크린을 제조하는 방법은, 복수의 투명한 전도성 나노입자들을 포함하는 투명한 폴리머 매트릭스를 형성하는 단계, 상기 투명한 폴리머 매트릭스의 제1 표면 상에 제1 복수의 투명한 전도성 산화물(TCO) 전극들을 배치하는 단계 - 상기 제1 복수의 TCO 전극들은 제1 방향으로 배열됨 - , 및 상기 제1 표면과 반대편의 상기 투명한 폴리머 매트릭스의 제2 표면 상에 제2 복수의 TCO 전극들을 배치하는 단계 - 상기 제2 복수의 TCO 전극들은 상기 제1 방향 위에 가로놓이는 제2 방향으로 배열됨 - 를 포함한다. 상기 제1 및 제2 복수의 TCO 전극들 중 적어도 하나의 단면에 힘이 인가되면, 상기 단면에 있는 상기 투명한 전도성 나노입자들은 상기 제1 복수의 TCO 전극들 중 적어도 하나로부터 상기 제2 복수의 전극들 중 적어도 하나로의 전도성 경로를 제공한다.

일 실시예에서, 상기 투명한 폴리머 매트릭스를 형성하는 단계는, 제1 용매계에 상기 복수의 투명한 전도성 나노입자들을 분산시키는 단계, 제2 용매계에 투명한 폴리머를 분산시키는 단계, 및 결합(combination)을 위한 퍼컬레이션 값(percolation value)에 의해 결정되는 미리 결정된 비율로 상기 제1 용매계 및 제2 용매계를 결합하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 상기 결합의 가스를 제거하는(degassing) 단계, 상기 가스가 제거된 결합을 기판 상에 배치하여 건조막(dry film)을 형성하는 단계, 및 상기 건조막을 경화하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명으로부터 몇몇 이득들이 도출될 수 있다. 예를 들어, 힘 센서는, 터치 스크린 상의 힘들 및 위치들의 상이한 결합들을 가능하게 함으로써 입력 프로세스를 간단하게 할 수 있다. 부가적인 이점은, 힘 센서가 손가락 터치를 검출하는 것에만 한정되지 않고, 스타일러스 및 장갑을 포함하는(그러나 이것으로 한정되지 않음) 많은 다른 디바이스들로부터 입력을 수락할 수 있다는 점이다. 힘 센서는 전자기 간섭(Electromagnetic Interference; EMI)과 같은 환경적 노이즈에도 더욱 잘 견딘다.

부가적인 특징들 및 이점들은 다음의 상세한 설명, 첨부 도면들 및 청구항들로부터 쉽게 명백할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터치 스크린 센서의 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시된 터치 스크린 센서를 제조하는 방법의 흐름도이다.
도 3은 도 1의 터치 스크린 센서를 이용하여 발생된 힘-저항 곡선의 예이다.
도 4는 도 1의 터치 스크린 센서를 이용하여 발생된 투과 스펙트럼(transmission spectrum)의 예이다.
도 5는 도 1의 터치 스크린 센서에 포함되는 예시적인 컴포넌트들의 부분 단면이다.
도 6은 도 5의 터치 스크린 센서를 포함하는 예시적인 실시예의 투시도이다.
도 7a 내지 7c는 도 5에 도시된 터치 스크린 센서에 대한 예시적인 디바이스 구성들을 도시한다.
도 8은 본 발명의 터치 스크린 센서를 포함하는 디바이스의 블록도이다.
도 9a 내지 9c는 도 1의 터치 스크린 센서와 인터페이스하기 위한 구동 스킴들의 개략도들이다.
다양한 도면들 내의 동일한 참조 기호들은 동일한 요소들을 나타낸다.

다음의 상세한 설명은 단지 사실상 예시적인 것이고, 본 발명 또는 본 발명의 응용 및 용도를 한정하고자 의도되지 않는다. 또한, 전술한 배경기술 또는 다음의 상세한 설명에 제시된 임의의 이론에 의해 구속될 의도가 없다.

도 1을 참조하여, 투명한 터치 스크린 센서(10)가 개시된다. 센서(10)는 모바일 컴퓨터들, 컴퓨터 모니터들, 모바일 전화기들, PDA(personal digital assistant)들, 및 서비스 단말기들을 포함하는(이것으로 한정되지 않음) 디스플레이들을 갖는 다양한 전자 디바이스들에 구현될 수 있다. 센서(10)는 터치 스크린과 같은 디스플레이 영역 상에 가해지는 로컬 압력을 측정함으로써 터치를 검출하도록 구성된다. 유리하게는, 센서(10)는 시간 및 위치 입력들을 비롯하여 3차원의 입력, 즉 힘이 분석될 수 있게 함으로써, 전체 새로운 범위의 응용들을 가능하게 한다.

일 실시예에서, 센서(10)는 투명한 폴리머 매트릭스(14)에 분산되는 투명한 전도성 산화물(transparent conducting oxide; TCO) 나노입자들(12)로 이루어지는 힘 감지 투명 폴리머 전도체 복합물(transparent polymer-conductor composite; TPCC)(15)을 포함한다. TPCC(15)는 예를 들어, 페녹시 수지, 폴리에스테르, 실리콘 고무, 폴리이미드, 또는 그의 조합들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 예를 들어, TCO 나노입자들(12)은 100nm보다 작은 사이즈로 되어 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, TPCC(15)의 각각의 반대편 측면 상에 하나 이상의 TCO 전극들(트레이스들)(16, 18)이 배치된다. TPCC(15)의 한 측면 상의 TCO 전극들(16, 18) 중 적어도 하나에 압력이 인가되면, TCO 전극들(16, 18)에 걸친 저항은 감소되고 전극들(16, 18)에 의해 측정된다. TPCC(15)의 저항은 퍼컬레이션 임계값(percolation threshold)의 구성(composition)에 가까운 압력에 매우 민감하다.

투명한 폴리머 매트릭스(14)의 투명한 전도성 나노입자들(12)은 TPCC(15)를 통해 전도성 경로(19)를 제공한다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 전류는 나노입자들(12)이 서로 접촉해 있을 때 직접적으로, 또는 입자들이 매우 작은 거리로 분리될 때 터널링에 의해, 나노입자들(12)을 경유하여 TPCC(15)를 통해 흐를 수 있다. TPCC(15)에 압력이 인가될 때, TPCC(15)는 전도성 경로들의 수를 변형시키고 증가시키고, 이에 의해 저항을 낮춘다.

도 2는 도 1에 도시된 센서(10)를 제조하는 예시적인 방법을 도시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서, 예를 들면, TPCC(15)의 준비는 투명한 전도성 나노입자들을 획득하는 것(20)으로 시작한다. 일 실시예에서, 예를 들어, 나노입자들은 인듐 주석 산화물(ITO) 합금이다. 다른 실시예에서, 예를 들어, 나노입자들은 아연 산화물(ZnO) 합금이다. 또 다른 실시예에서, 나노입자들은 주석 이산화물(SnO2) 합금이다. 다음으로, 획득된 나노입자들은 제1 용매계에서 분산된다(22). 제1 용매계는 메틸에틸케톤(methyl ethyl ketone; MEK), 톨루엔(Toluene), 메소날(Methonal), 1-Phenoxy-2-Propanol(DPPH), 또는 유사한 용매 품질을 갖는 임의의 다른 적절한 용매를 포함할 수 있다.

센서(10)의 준비는 또한 투명한 폴리머를 획득하는 것(24)을 포함한다. 본 발명과 이용될 수 있는 예시적인 투명한 폴리머들은 페녹시 수지, 폴리에테르, 아크릴, 실리콘, 래커(lacquer), 또는 다른 타입의 투명한 탄성 중합체(elastomer), 또는 그의 조합들을 포함한다(이에 한정되지 않음). 획득된 투명한 폴리머는 그 다음에 제1 용매계와 유사한 품질을 갖는 제2 용매계(26)에 용해된다. 그 다음에 2개의 용매계들(22, 26)은 미리 결정된 비율로 측정되고 결합되어 매트릭스(28)를 형성한다. 일 실시예에서, 예를 들어, 측정들은 2개의 용매계들(22, 26)을 결합하는 것과 연관된 퍼컬레이션 포인트에 의해 결정된다. 일 실시예에서, 예를 들어, 결합 매트릭스는 매트릭스에 대한 나노입자들의 대략 20 퍼센트(20%) 내지 30 퍼센트(30%) 볼륨 비율을 포함한다. 2개의 용매계들을 결합하는 것(28)은 종래의 고속 믹서, 또는 셰이커 등을 활용하여 행해질 수 있다.

다음으로, 결합 매트릭스는 가스 제거된다(30). 일 실시예에서, 가스 제거는 진공 챔버에서 수행된다. 다른 실시예에서, 매트릭스의 가스 제거는 주위 공기 압력 하에서 행해진다. 가스 제거 단계는 결합 매트릭스 내로 도입되었을 수 있는 임의의 가스가 제거될 수 있게 한다.

그 다음에 미리 결정된 피치를 갖는 투명한 전도성 트레이스들을 갖는 기판들이 표준 포토리소그래피, 식각, 및/또는 스크린 프린팅 프로세스를 이용하여 프로세싱된다(32). 일단 기판들이 프로세싱되면, 폴리머 복합물의 혼합물이 그 다음에 기판들 상에 배치된다(34). 일 실시예에서, 예를 들어, 스핀 코팅 기법을 이용하여 혼합물을 기판에 적용한다. 딥 코팅, 스크린 프린팅, 또는 임의의 적절한 후막 퇴적 기법들을 이용하여 폴리머 복합물을 기판에 적용할 수 있다. 통상적으로, 퇴적으로부터 실현되는 건조막 두께는 1 내지 10 μm의 범위이다. 예를 들어, 일 실시예에서, 예를 들면, 건조막 두께는 6 내지 8 μm의 범위이다.

일단 기판 상에 막이 퇴적되면, 일 실시예에서, 예를 들어, 기판은 오븐에서 경화된다(36). 진공 오븐, 대류식 오븐 및 핫 플레이트를 포함하여, 막을 경화하기 위해 다양한 타입의 오븐이 이용될 수 있다. 균일하게 경화된 막을 실현하기 위해서 몇몇 가열 단계들이 적용될 수 있다. 최종 경화 온도는 섭씨 120도부터 200도까지의 범위일 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 투명한 폴리머 매트릭스의 최종 경화 온도는 대략 섭씨 170도이다.

매트릭스에 위의 물질들을 결합하는 것의 전기적 응답은 물질의 투과성 및 힘 저항 곡선에 의해 특징화될 수 있다. 통상적인 저항 범위는 0 압력에서 20 메가옴(mega-ohm) 초과(over)로부터 1킬로그램의 압력보다 작은 압력에서 대략 5 킬로옴(kilo-ohm)까지 확장할 수 있다. 도 3은 전술한 방법에 의해 생성된 매트릭스들에 대해 측정된 예시적인 로그 저항 대 힘 곡선을 도시한다.

또한, 본원에 설명된 TPCC를 이용하여, 90%를 넘는 투과(transmission)가 대략 1um의 막 두께로 실현될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 도 4를 참조하면, 유리 기판 상의 1um 막 두께에 대해 300nm로부터 800nm까지의 투과 스펙트럼이 실현될 수 있다.

도 5를 참조하면, 센서(10)의 구조를 형성하기 위해, 일 실시예에서, 투명한 전도성 산화물(TCO) 전극들(16, 18)의 2개의 수직 세트들(로우(row) 및 컬럼(column))이 TPCC(15)의 양 측면에 배치된다. 어드레싱 가능한 픽셀들의 어레이(an array of addressable pixels)를 형성하기 위해 전도성 경로(19)가 각각의 로우 및 컬럼 교차점에 형성된다. 각각의 픽셀 위치에 인가되는 힘은 각각의 로우 컬럼 교차점에서 저항들을 탐침(probing)함으로써 측정될 수 있다. 그 다음, 유리 또는 플라스틱 시트와 같은 적절한 투명한 기판 상에 센서(10)를 퇴적함으로써 힘 감지 터치 스크린이 형성될 수 있다. 스캔 및 판독 신호들은 TCO 전극들의 각각의 세트에 부착되는 탭 커넥터들을 통해 전송되고 수신된다. 이러한 구조의 분해도가 도 6과 관련하여 설명 및 도시된다.

이제 도 6을 보면, 일 실시예에서, 예를 들어, 투명한 압력 센서(10)는 강성 물질, 예를 들어 유리 또는 폴리머일 수 있지만, 플렉시블 물질일 수도 있는 투명한 기판(64)을 포함한다. 투명한 전도성 전극들(61)의 패터닝된 층(60)이 앞서 언급된 퇴적 기법들 중 임의의 것을 이용하여 기판(64) 상에 퇴적된다. 일 실시예에서, 예를 들어, 전극들(61)은 제1 방향으로 배열되고, 0.05-10mm(바람직하게는, 1.0mm)의 피치, 피치보다 작지만 0.001mm보다 큰 폭, 및 1.0-1000nm(바람직하게는, 40nm)의 두께를 갖도록 형성된다. 투명한 전극들(61)은 투명한 전도성 산화물, 예를 들어, 앞서 설명된 바와 같은 인듐 주석 산화물, 아연 산화물, 및 주석 산화물일 수 있다. 탭(62)은 다른 회로에 대한 접속을 제공하기 위해 전극들(61)에 전기적으로 결합된다.

TPCC(15)는 층으로서 또는 미리 결정된 패턴으로 전극들(61) 상에 배치된다. 앞서 설명된 바와 같이, TPCC(15)는 폴리에스테르, 페녹시 수지, 또는 실리콘 고무와 같은 투명한 탄성 중합체 매트릭스일 수 있다. 인듐 주석 산화물, 아연 산화물, 주석 산화물, 또는 그의 조합들과 같은 투명한 전도성 또는 반전도성 입자들이 위에서 논의한 바와 같이 복합물 매트릭스 내에 분산된다.

도 6에 도시된 바와 같이, 투명한 전도성 전극들(57)의 패터닝된 층(56)이 TPCC(15) 위에 배치된다. 투명한 전도성 전극들(57)의 배치는 복수의 교차점들을 생성하고, 각각은 투명한 전도성 전극들(61) 중 하나를 포함한다. 탭(54)은 다른 회로에 대한 접속을 제공하기 위해 전극들(57)에 전기적으로 결합된다. 유리 또는 폴리머와 같은 투명한 보호 물질의 기판층(52)이 패터닝된 층(56) 위에 배치된다.

이제 도 7a 내지 7c를 보면, 센서(10)를 위한 몇몇 상이한 디바이스 구성들이 도시된다. 하나의 예시적인 실시예에서, 도 7a에 도시된 바와 같이, 투명한 기판(바닥부 기판)(64) 상에 바닥부 TCO 전극들(60)이 퇴적된다. TPCC(15)는 바닥부 TCO 전극들(60)의 상부 표면 위에 블랭킷 패턴으로 퇴적된다. 스페이서들(70)은 TPCC(15)로부터 상부 TCO 전극들(56)을 분리하기 위해 상부 TCO 전극들(56)의 전극들 사이에 퇴적된다. 스페이서들(70)은, 이 기술분야에 알려진 바와 같이, 폴리머들 또는 폴리머계 물질들로부터 형성될 수 있다.

다른 예시적인 실시예에서, 도 7b에 도시된 바와 같이, TPCC(15)는 복수의 별개의 섬들(islands)을 형성하도록 패터닝되고, 각각의 섬은 상부 TCO 전극들(56)의 교차점에 형성된다. 스페이서들(70)은 바닥부 TCO 전극들(60) 및 TPCC(15)로부터 상부 TCO 전극들(56)을 분리하기 위해 상부 TCO 전극들(56)의 전극들 사이에 퇴적된다. 또 다른 예시적인 실시예에서, 도 7c에 도시된 바와 같이, 스페이서들은 없어지고, TPCC(15)는 스페이서들로서도 동작하는 별개의 섬들을 형성하도록 패터닝된다.

여기에서 설명된 투명한 압력 센서 디바이스는 일반적으로 전자 디바이스들에 이용될 수 있지만, 전술한 압력 센서를 이용하는 예로서 힘 이미징 시스템(force imaging system)(100)의 블록도가 도 8에 도시된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서, 터치 스크린 컨트롤러(106)는 힘 감지 터치 스크린(102)에 구동 신호들(110)을 제공하고, 감지 신호(104)는 힘 감지 터치 스크린(102)으로부터 터치 스크린 컨트롤러(106)로 제공되며, 터치 스크린 컨트롤러(106)는 프로세서(112)에 수신된 압력의 분포에 대한 신호(108)를 주기적으로 제공한다. 프로세서(112)는 컨트롤러 신호(108)를 해석하고, 그에 응답하여 기능을 결정하고, 디스플레이 디바이스(116)에 디스플레이 신호(114)를 제공한다.

힘 감지 터치 스크린(102)을 구동하기 위한 다양한 인터페이스 전자장치들이 개시된다. 예를 들어, 이제 도 9a를 참조하면, 하나의 예시적인 실시예에서, 멀티플렉서(92)를 통해 순차적으로 제어 회로(90)를 경유하여 TCO 전극들(93)의 각각의 로우에 구동 전압(91)이 인가된다. 각각의 로우(93) 내에서, TCO 전극들(95)의 각각의 컬럼의 저항값이 감지 멀티플렉서(94)를 통해 판독된다. 저항값은 전압 디바이더(divider)로서 측정 저항(96)을 이용하여 판독된다. 그 다음에 측정 저항(96)에 접속되는 A/D 컨버터(98)를 통해 디지털 판독이 추출된다.

다른 예시적인 실시예에서, 도 9b를 참조하면, 전압-힘 곡선의 더 선형의 해석을 위해 측정 저항(96)을 비롯하여 연산 증폭기(97)가 이용된다. 또 다른 예시적인 실시예에서, 도 9c에 도시된 바와 같이, 연산 증폭기(97)가 TCO 전극들(95)의 각각의 컬럼에 대해 이용된다. 유리하게는, TCO 전극들(95)의 각각의 컬럼에서 연산 증폭기를 구현함으로써, TCO 전극들(95)의 컬럼들 사이의 크로스토크가 더욱 정확한 판독 및 인가된 압력의 결정을 위해 감소될 수 있다.

적어도 하나의 예시적인 실시예가 전술한 상세한 설명에 제시되었지만, 많은 변형들이 존재한다는 것을 알아야 한다. 또한 예시적인 실시예 또는 예시적인 실시예들은 오직 예일 뿐이고, 발명의 범위, 적용가능성, 또는 구성을 어떤 방식으로든 한정하고자 의도되지 않는다는 것을 알아야 한다. 오히려, 전술한 상세한 설명은 발명의 예시적인 실시예를 구현하기 위한 편리한 로드맵을 이 기술분야의 통상의 기술자들에게 제공할 것이고, 첨부된 청구항들에 정의된 바와 같은 발명의 범위에서 벗어나지 않고 예시적인 실시예에 설명된 요소들의 배열 및 기능에 있어서 다양한 변경들이 만들어질 수 있다는 것을 이해한다.

Claims (24)

  1. 힘 감지 터치 스크린으로서,
    투명한 폴리머 매트릭스(transparent polymer matrix)의 제1 표면 상에 배치되고 제1 방향으로 배열되는 제1 복수의 투명한 전도성 산화물(transparent conducting oxide; TCO) 전극들;
    상기 투명한 폴리머 매트릭스에 분산된 복수의 투명한 전도성 나노입자들; 및
    상기 제1 표면의 반대편의 상기 투명한 폴리머 매트릭스의 제2 표면 상에 배치되고 상기 제1 방향 위에 가로놓이는(overlaying) 제2 방향으로 배열되는 제2 복수의 TCO 전극들
    을 포함하고,
    상기 제1 및 제2 복수의 TCO 전극들 중 하나의 단면에 힘이 인가되면, 상기 단면에 있는 상기 투명한 전도성 나노입자들은 상기 투명한 폴리머 매트릭스를 통해 전도성 경로를 제공하는, 힘 감지 터치 스크린.
  2. 제1항에 있어서, 상기 투명한 폴리머 매트릭스는 투명한 기판 상에 배치되는, 힘 감지 터치 스크린.
  3. 제2항에 있어서, 상기 투명한 기판은 유리 또는 플라스틱을 포함하는, 힘 감지 터치 스크린.
  4. 제1항에 있어서, 신호들을 스캔하고 판독하기 위해 상기 제1 및 상기 제2 복수의 TCO 전극들의 각각에 부착되는 탭 커넥터(tab connector)를 더 포함하는 힘 감지 터치 스크린.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 복수의 TCO 전극들 상에 퇴적되는 적어도 하나의 스페이서를 더 포함하고, 상기 스페이서는 상기 제1 및 상기 제2 복수의 TCO 전극들을 서로 분리하는 모양으로 형성되는, 힘 감지 터치 스크린.
  6. 제1항에 있어서, 상기 투명한 전도성 나노입자들은 상기 투명한 폴리머 매트릭스에 대한 투명한 전도성 나노입자들의 대략 20% 내지 30% 볼륨 비율(volume ratio)인, 힘 감지 터치 스크린.
  7. 제1항에 있어서, 상기 투명한 폴리머 매트릭스는 상기 제1 및 제2 복수의 TCO 전극들 중 적어도 하나에 배치되는, 힘 감지 터치 스크린.
  8. 제1항에 있어서, 구동 멀티플렉서를 이용하여 상기 제1 복수의 TCO 전극들에 구동 전압이 인가되고, 감지 멀티플렉서를 이용하여 상기 제2 복수의 TCO 전극들의 각각에 측정 저항이 인가되는, 힘 감지 터치 스크린.
  9. 제1항에 있어서, 복수의 연산 증폭기들을 더 포함하고, 상기 복수의 연산 증폭기들은 상기 복수의 TCO 전극들 사이의 크로스토크(cross talk)를 최소화하도록 구성되는 힘 감지 터치 스크린.
  10. 제1항에 있어서, 상기 투명한 전도성 나노입자들은 인듐 주석 산화물(indium tin oxide; ITO), 아연 산화물(zinc oxide; ZnO), 주석 이산화물(tin dioxide; SnO2), 또는 그의 조합들을 포함하는, 힘 감지 터치 스크린.
  11. 힘 감지 센서를 제조하는 방법으로서,
    복수의 투명한 전도성 나노입자들을 포함하는 투명한 폴리머 매트릭스를 형성하는 단계;
    상기 투명한 폴리머 매트릭스의 제1 표면 상에 제1 복수의 투명한 전도성 산화물(TCO) 전극들을 배치하는 단계 - 상기 제1 복수의 TCO 전극들은 제1 방향으로 배열됨 - ; 및
    상기 제1 표면과 반대편의 상기 투명한 폴리머 매트릭스의 제2 표면 상에 제2 복수의 TCO 전극들을 배치하는 단계 - 상기 제2 복수의 TCO 전극들은 상기 제1 방향 위에 가로놓이는 제2 방향으로 배열됨 -
    를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 복수의 TCO 전극들 중 적어도 하나의 단면에 힘이 인가되면, 상기 단면에 있는 상기 투명한 전도성 나노입자들은 상기 제1 복수의 TCO 전극들 중 적어도 하나로부터 상기 제2 복수의 전극들 중 적어도 하나로의 전도성 경로를 제공하는, 힘 감지 센서의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 투명한 폴리머 매트릭스를 형성하는 단계는,
    제1 용매계에 상기 복수의 투명한 전도성 나노입자들을 분산시키는 단계;
    제2 용매계에 투명한 폴리머를 분산시키는 단계; 및
    결합(combination)을 위한 퍼컬레이션 값(percolation value)에 의해 결정되는 미리 결정된 비율로 상기 제1 용매계 및 제2 용매계를 결합하는 단계
    를 포함하는 힘 감지 센서의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 결합의 가스를 제거하는(degassing) 단계; 및
    건조막(dry film)을 형성하기 위해 상기 가스가 제거된 결합을 기판 상에 배치하는 단계
    를 더 포함하는 힘 감지 센서의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 건조막을 경화하는 단계를 더 포함하는 힘 감지 센서의 제조 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 결합의 가스를 제거하는 단계는, 진공 챔버 또는 주위 압력을 활용하여 상기 결합으로부터 가스를 제거하는 단계를 포함하는, 힘 감지 센서의 제조 방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 가스가 제거된 결합을 상기 기판 상에 배치하는 단계는, 상기 가스가 제거된 결합을 상기 기판 상에 스핀 코팅(spin coating), 딥 코팅(dip coating), 또는 스크린 프린팅(screen printing), 또는 그의 조합들을 행하는 단계를 포함하는, 힘 감지 센서의 제조 방법.
  17. 제12항에 있어서, 상기 제1 용매계는 메틸에틸케톤(methyl ethyl ketone; MEK), 톨루엔(Toluene), 메소날(Methonal), 1-Phenoxy-2-Propanol(DPPH) 및 이와 유사한 것을 포함하는, 힘 감지 센서의 제조 방법.
  18. 제12항에 있어서, 상기 제1 용매계 및 제2 용매계를 결합하는 단계는, 상기 결합을 고속 믹서 또는 셰이커(shaker)로 믹싱하는 단계를 포함하는, 힘 감지 센서의 제조 방법.
  19. 제11항에 있어서, 상기 투명한 전도성 나노입자들은 인듐 주석 산화물(indium tin oxide; ITO), 아연 산화물(zinc oxide; ZnO), 주석 이산화물(tin dioxide; SnO2), 또는 그의 조합들을 포함하는, 힘 감지 센서의 제조 방법.
  20. 제11항에 있어서, 상기 투명한 폴리머 매트릭스는 페녹시 수지, 폴리에테르, 아크릴, 실리콘, 래커(lacquer), 또는 유사한 속성들을 갖는 다른 타입의 투명한 탄성 중합체들(elastomers), 또는 그의 조합들을 포함하는, 힘 감지 센서의 제조 방법.
  21. 힘 감지 터치 스크린으로서,
    제1 방향으로 제1 기판 상에 배치된 제1 복수의 투명한 전도성 산화물(TCO) 전극들;
    제2 기판 상에 배치되고 상기 제1 방향 위에 가로놓이는 제2 방향으로 배열되는 제2 복수의 TCO 전극들
    을 포함하고,
    투명한 폴리머 매트릭스에 분산되는 복수의 투명한 전도성 나노입자들의 복합물(composite)이 상기 제1 및 제2 기판 사이에 배치되고,
    상기 제1 및 제2 복수의 TCO 전극들 중 하나의 단면에 힘이 인가되면, 상기 단면에 있는 상기 투명한 전도성 나노입자들은 상기 투명한 폴리머 매트릭스를 통해 전도성 경로를 제공하는, 힘 감지 터치 스크린.
  22. 제20항에 있어서, 상기 기판들 중 하나 상에 복수의 스페이서들이 퇴적되는, 힘 감지 터치 스크린.
  23. 제20항에 있어서, 복합물 층은 블랭킷 층인, 힘 감지 터치 스크린.
  24. 제20항에 있어서, 복합물 층은 복수의 개별 영역들로 이루어지는, 힘 감지 터치 스크린.
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