KR20130054243A - 터치 감지 필름 및 터치 감지 장치 - Google Patents

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KR20130054243A
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touch sensitive
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뵤른 프리두르 미클라달
브래들리 제이 에이치슨
데이비드 피 브라운
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카나투 오와이
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Abstract

감지 영역(13)을 갖는 도전층(3)을 포함하는 터치 감지 필름(1)으로, 본 발명에 따르면, 상기 감지 영역(13)에서 도전층(3)의 시트 저항이 3kΩ 이상이다.

Description

터치 감지 필름 및 터치 감지 장치{A TOUCH SENSITIVE FILM AND A TOUCH SENSING DEVICE}
본 발명은 터치 감지 필름 및 그 터치 감지 필름을 이용한 터치 감지 장치에 관한 것이다.
오늘날 서로 다른 타입의 전자 장치들을 위한 사용자 인터페이스들은 종래 기계적 버튼들 대신 터치 감지 필름에 기반한 서로 다른 타입의 터치 감지 장치에 의해 구현된다. 예를 들어, 이동 전화, 휴대용 컴퓨터 및 유사한 장치들의 서로 다른 종류의 터치 패드 및 터치 스크린들이 이러한 예로서 공지되어 있다. 세련되고 호화스러운 사용자 경험을 달성할 수 있는 것 외에, 터치 감지 필름에 기반한 터치 감지 장치들은 또한 기능적으로 좀 더 다양하고, 작으며, 저렴하고, 가벼운 그리고 시각적으로 좀 더 매력적인 장치들을 찾기 위하여 끊임없이 노력하고 있는 디자이너들에게 우수한 자유를 제공한다.
그러한 터치 감지 장치들에서 가장 중요한 요소는 하나 이상의 감지 전극으로 작용하도록 구성된 하나 이상의 도전층들을 포함하는 터치 감지 필름이다. 그러한 종류의 필름의 일반적인 동작 원리는 예를 들어 손가락 끝이나 특정 포인터 장치들에 의한 사용자의 터치가 터치 감지 필름이 연결된 전기 측정 회로 소자의 전기적 특성을 변화시킨다는 것이다. 실제 측정 원리는 예를 들어 저항성(resistive)이나 용량성(capacitive)일 수 있으며, 그 중 용량성은 오늘날 일반적으로 가장 많은 요구를 갖는 응용둘에 가장 좋은 성능을 제공하는 가장 발전된 대안으로 고려된다.
용량성 터치 감지는 터치 감지 필름 수단 상의 터치가, 전기적 관점에서, 터치 감지 필름이 연결된 측정 회로 소자에 외부 커패시턴스를 결합시킨다는 원리에 기반한다. 터치 감지 필름이 충분히 높은 감도를 가진다면, 터치 감지 필름 상에 직접 터치가 반드시 필요한 것은 아니지만, 용량성 결합은 터치 감지 필름의 근처로 적절한 포인터를 가져가는 것에 의해서만 이루어질 수 있다. 용량성 결합은 측정 회로 소자의 신호들로 검출된다.
종래에는, 용량성 터치 감지 필름들이 이층 구조(two-layer structure)로 구성되었었다. 일반적으로 두 개의 도전성층들 각각은 개별 병렬 라인들 또는 다른 형태의 감지 전극들로 패터닝된다. 구체적으로, 라인형 또는 긴 감지 전극들에서, 두 층들의 전극들은 가장 일반적으로 서로 직교하도록 배열된다. 드라이브 신호가 그 층들 중 하나의 감지 전극들로 공급되는 반면, 다른 층에 용량적으로 결합된 신호들이 그 다른 층의 감지 전극을 통하여 측정된다. 동작의 관점에서, 종종 신호를 공급하기 위하여 사용되는 전극들과 용량성 결합을 감지하기 위하여 사용되는 전극들은 각각 드라이브 전극 및 감지 전극으로 불린다. 터치는 두 층들의 전극들 사이의 용량성 결합을 변화시키고, 그 변화는 터치 영역이나 그 근방에 놓여 있는 전극들 사이에서 가장 크다. 일반적으로, 측정 회로 소자는 각 공급/측정 전극들 쌍 사이의 결합이 측정되도록 실질적으로 감지 전극들 위를 빠르게 스캔하도록 설계된다.
최근, 몇몇 단일층 용량성 터치 스크린 구성들 또한 제안되고 있다. 단일층 구성에서, 터치는 하나의 단일 도전층 내 및/또는 이 층과 주변 사이의 신호들의 전기적 결합을 변화시킨다. 단일층 접근의 일 예는 US 7477242 B2에 개시되어 있다. US 7477242 B2에 개시된 장치의 중요한 특징은 도전층의 재료로 터치 스크린의 용량성 터치 감지 필름에 일반적으로 사용되던 도전성 산화물 대신 도전성 폴리머를 사용한다는 것이다.
공지된 터치 감지 필름들에 공통점은 터치 위치의 적절한 결정에 대한 필요는 도전층들에 많은 수의 개별 감지 전극들을 필요로 한다는 것이다. 다시 말해, 도전층들은 개별 감지 전극들의 네트워크로 패터닝된다. 좀 더 정확한 해결책을 바랄수록 좀 더 복잡한 감지 전극 구성이 요구된다. 한편, 특히 도전적인 문제는 터치 감지 장치의 가장 바람직한 특성들 중 하나인 다중 동시 터치의 검출이다. 복잡한 감지 전극 구성과 많은 수의 단일 감지 전극 요소들은 제조 공정뿐 아니라 터치 감지 장치의 측정 전자 기술 또한 복잡하게 한다.
터치 스크린에서, 터치 감지 능력 외에, 터치 감지 필름은 전자 장치의 디스플레이의 상면에서 필름의 사용을 가능하게 하기 위하여, 즉 터치 감지 필름을 통하여 장치의 디스플레이가 보여지도록 광학적으로 투명해야 한다. 게다가, 투명성은 또한 터치 감지 필름의 가시성 관점에서 매우 중요하다. 예를 들어 LCD(Liquid Crystal Display), OLED(Organic Light Emitting Diode) 디스플레이 또는 전자-종이(Electronic paper) 디스플레이의 사용자에 대한 터치 감지 필름의 가시성(visibility)은 사용자 경험을 심각하게 훼손시킨다. 지금까지 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명 도전성 산화물이 터치 감지 필름의 도전층의 가장 일반적인 그룹을 형성하고 있다. 그러나, 가시성 관점에서 볼 때 그들은 이상적인 해결책과는 거리가 멀다. 예를 들어 ITO의 높은 굴절률은 패터닝된 감지 전극들을 볼 수 있게 만든다. 감지 전극 패터닝이 더 복잡해지고 있기 때문에 문제는 두드러진다.
터치 감지 필름에 대한 한 가지 유망한 새로운 접근은 네트워크된 나노구조로 형성되거나 구성되는 층들에서 발견된다. 적당한 도전성 외에, 탄소나노튜브(CNT)의 네트워크 또는 튜브형 탄소 분자의 태양에 공유 결합된 풀러린(fullerene) 또는 풀러린형 분자를 구비한 탄소 NANOBUD들(NANOBUD®는 Canatu Oy의 등록상표이다)로 구성되는 층은 예를 들어 ITO와 같은 투명 도전성 산화물보다 사람 눈에 훨씬 덜 보여진다. 그 외에, 공지된 바와 같이, 나노구조-기반 층들은 예를 들어 ITO와 비교할 때 유연성, 기계적 강도 및 안정성을 가질 수 있다.
하나의 나노구조-기반 해결책이 US 2009/0085894 A1에 개시되어 있다. US 2009/0085894 A1의 명세서에 따르면, 나노구조들은 예를 들어 서로 다른 형태의 탄소 나노튜브들, 그라핀 조각들(graphene flakes), 나노와이어들(nanowires)일 수 있다. 필름의 전기적 도전성을 향상시키기 위한 수단으로 필름의 도핑이 언급된다. 상호 커패시턴스에 기반한 이층 구성 및 단일층 자가-커패시턴스 접근들 모두가 논의된다. 다중 터치 검출은 개시된 필름들에 의해 가능한 것으로 기재되어 있다. 그러나, 이 문서는 매우 복잡한 전극 및 측정 회로 소자 구성이라는 공통된 문제를 포함한다.
나노구조 네트워크들에 기반한 다른 터치 스크린 해결책이 US 2008/0048996 A1에 개시되어 있다. 이 문서는 저항성 측정 원리에 따른 터치 감지 장치에서 나노구조 네트워크의 층들을 주로 논의한다. 또한 패턴화되지 않은 도전층을 구비한 용량성 단일층 접근이 짧게 논의되고 도면에 도시되어 있으나, 그것의 실질적인 구현에 대하여 어떠한 구체적인 설명 없이 단지 바람직한 타겟 원리로서 다소 언급되어 있을 뿐이다.
요약하면, 바람직하게는 간단한 감지 전극 구성과 다중 터치 감지 능력을 구비한 단일층 용량성 동작 이론을 가능하게 하는, 더 향상된 터치 감지 필름 및 터치 감지 장치에 대한 시장의 강력한 요구가 여전히 존재한다.
게다가, 다양한 방식으로 터치 감지 필름에 결합한 다양한 종류의 포인터들 또는 다른 물체들의 검출을 가능하게 하는 다용도 특성을 갖는 터치 감지 필름 및 터치 감지 장치를 제공하기 위한 시장의 요구 또한 존재한다. 예를 들어, 만약 터치 감지 필름 및 터치 감지 장치들이 터치 감지 필름에 용량적으로 결합된 물체들 뿐 아니라 유도적으로 결합된 물체들도 감지하도록 사용될 수 있다면 바람직할 것이다.
본 발명의 목적은 상술한 요구를 위한 새로운 해결책을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명은 청구항 1 내지 9에 기재된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 태양은 감지 영역을 갖는 도전층을 포함하는 터치 감지 필름에 초점을 맞추고 있다.
일반적으로 터치 감지 필름은 터치 감지 장치의 터치 감지 소자로서 사용될 수 있는 필름을 의미한다. 터치 감지 장치는 예를 들어, 손끝 또는 스타일러스에 의해 장치를 터치하는 것에 의해 동작할 수 있는 모든 사용자 인터페이스 장치뿐 아니라 그러한 포인터들 또는 다른 물체들의 존재 및 위치를 검출하기 위한 다른 타입의 장치들을 포함하는 것으로 넓게 해석되어야 한다. 이하에서 좀 더 상세히 설명되는 바와 같이 "터치(touching)"는 여기서 터치 소자와 터치 감지 필름 사이의 물리적 접촉뿐 아니라 그들 사이의 충분한 접근을 의미한다. 동작 중, 터치 감지 필름이 터치 감지 소자의 적절히 구성된 전기 측정 회로 소자의 일부로서 연결될 때, 필름 상의 물체의 터치 또는 필름 근처의 물체의 존재는 회로 소자에 하나 이상의 전기적 특성의 변화를 유발하고, 그에 기반하여 터치가 검출될 수 있으며, 바람직하게는 터치 감지 필름상의 물체의 위치 또한 결정될 수 있다. 실제로, 이러한 변화는 터치 감지 필름으로 자극 신호를 공급하고, 터치 감지 필름으로부터의 응답 신호를 수신하며, 응답 신호의 변화를 모니터링하는 것에 의해 검출된다.
본 발명의 터치 감지 필름은 용량성 터치 감지 필름일 수 있다. 여기서 용량성 터치 감지 필름이란 터치의 검출이 용량성 감지 원리에 주로 기반할 수 있는 터치 감지 소자를 의미한다. 용량성 감지 원리 또는 터치 감지 필름의 용량성 동작은 터치 감지 필름이 적절한 감지 회로 소자에 연결될 때, 터치 감지 필름의 서로 다른 지점들 사이 또는 터치 감지 필름과 그 주변 사이의 용량성 결합에서 유발되는 변화에 기반하여 터치가 검출되는 것을 의미한다. 한편, 본 발명의 터치 감지 필름은 또한 유도적으로 동작할 수 있다. 여기서 유도성 동작(inductive operation)이란 물체가 터치 감지 필름의 서로 다른 지점들 사이 또는 터치 감지 필름과 그 주변 사이의 유도적 결합을 유도하는 것을 의미한다. 다시 말해, 용량성 또는 유도성 결합은 각각 외부 커패시턴스 또는 인덕턴스를 터치 감지 필름에 결합시키는 것으로 또한 이해될 수 있다. 요약하면, 본 발명의 터치 감지 필름은 용량성 터치 감지 필름, 유도성 터치 감지 필름 또는 터치 감지 필름에 물체의 용량성 또는 유도성 결합 모두를 검출할 수 있는 터치 감지 필름일 수 있다.
상술한 바와 같이, "터치(touch)"라는 단어 및 그것의 파생어는 본 발명의 문맥상 터치 감지 필름과 손끝, 스타일러스 또는 다른 포인터들이나 물체들 사이의 직접적인 기계적 물리적 접촉뿐 아니라 그러한 물체가 터치 감지 필름 근처에 존재하여 터치 감지 필름상의 서로 다른 지점들 또는 터치 감지 필름과 그 주변 사이의 충분한 용량성 또는 유도성 결합을 발생시키는 상황들을 모두 포함하도록 넓은 의미로 사용된다. 이런 의미에서, 본 발명의 터치 감지 필름은 또한 근접 센서(proximity sensor)로 사용될 수 있다.
본 발명의 터치 감지 필름이 사용되는 실제 응용은 본 발명의 원리에 필수적인 것은 아니다. 아마도 상업적으로 가장 매력적인 응용은 하나의 터치의 존재를 검출하고 그것의 위치를 결정할 수 있을 뿐 아니라 다중 동시 터치를 검출하고 위치를 결정할 수 있는 터치 감지 장치일 것이다.
도전층은 하나 이상의 전기적 도전성 재료들로 이루어지는 층이다. 여기서 "도전성(conductive)"이란, 재료의 도전성 메커니즘 또는 도전성 타입에 관계없이, 재료에 전기적 변화의 흐름을 허용할 수 있는 재료를 의미한다. 따라서, 여기서 "도전성"이란 예를 들어 반도체 또는 반도전성 재료들을 포함한다. 터치 감지 장치의 일부로서 터치 감지 필름의 동작 중, 자극 신호가 하나 이상의 도전층들로 공급되고 그로부터의 반응 신호들이 측정된다. 도전층 내의 감지 영역은 도전층의 "능동" 또는 동작 부분, 즉 실제 터치 감지 동작이 수행될 영역이다. 터치 감지 영역은 도전층의 전체 면적을 포함할 수 있다. 터치 감지 필름 내에 하나 이상의 도전층들이 존재할 수 있으며, 하나의 도전층은 하나 이상의 감지 영역들을 구비할 수 있다.
도전층 외에, 터치 감지 필름은 또한 전체 작동 터치 감지 소자를 구현하는데 필요한 다른 층들 및 구조들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 필름의 기계적 보호를 위한 하나 이상의 층들이 존재할 수 있다. 게다가, 굴절률 또는 컬러 매칭을 위한 하나 이상의 층들 및/또는 예를 들어 스크래치 방지용, 장식용, 자가세척용 또는 다른 목적을 위한 하나 이상의 코팅들이 존재할 수 있다. 층을 이루는 요소 외에, 터치 감지 필름은 또한 3차원적으로 구성된 구조, 예를 들어 터치 감지 필름 또는 그것의 일부를 관통하여 확장된 접촉구조들을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 감지 영역에서 도전층의 시트 저항(sheet resistance)은 3.0kΩ 이상이다. 여기서 시트 저항이란 그것의 표준 정의, 즉 정사각형 필름 또는 층의 DC(직류) 저항을 의미한다. 옴(Ω) 단위로 시트 저항을 표현하는 본 명세서에서 사용되는 표기법의 대안으로, 시트 저항은 또한 옴 퍼 스퀘어(예를 들어, Ω/square, Ω/sq 또는 Ω/□) 단위로 표현될 수 있다.
이러한 높은 DC 저항은 종래 기술과 비교할 때 근본적인 변화(radical change)이다. 예를 들어, US 7477242 B2는 용량성 터치 감지 시스템들이 일반적으로 1000Ω 내지 2500Ω 범위의 도전성 필름의 시트 저항을 요구한다고 나타내고 있다. 특히, 터치 감지 응용들을 위한 나노구조-기반 도전층들에서, 도전층의 도전성/저항성을 최적화시키는 것에 의해 터치 감지 성능을 향상시기키 위한 초기 노력들은 주로 예를 들어 나노구조 네트워크를 도핑하는 것에 의하여, 도전성을 증가시키기 위한 시도, 즉 저항성을 낮추기 위한 시도에 초점을 맞추고 있다. 예를 들어, US 2009/0085894 A1은 1000Ω에서 131 및 230Ω만큼 가능한 낮게 저항을 낮추는 것에 의해 용량성 터치 감지 장치용 나노구조 필름의 시트 저항값을 "향상시키기" 위한 처리들을 개시하고 있다.
본 발명에 따른 높은 시트 저항 범위는 감지 영역에서 도전층의 시트 저항을 종래 기술에서 일반적이던 범위로부터 청구된 범위까지 증가시키는 것이 터치 감지 필름의 훌륭한 터치 감도 및 터치 위치 해상도를 달성할 수 있게 한다는 발명자의 놀라운 관찰에 기반한다. 이러한 특성들은 특히 다중 터치 검출에 매우 유용하다. 또한, 발명자들에 따르면 본 발명에 따른 터치 감지 필름은 터치 감지 필름에 유도적으로 결합된 물체의 존재 및 위치를 검출하는 것 또한 가능하게 한다는 것이 발견되었다. 예를 들어 금속 코일들과 같이 종래 유도성 터치 센서들에 의해 검출하기 어려운 다른 타입의 금속성 물체들이 이것의 예이다.
도전층의 가장 적절한 시트 저항은 도전층(들)의 감지 영역(들)으로 공급되고 그로부터 수신된 자극 및 응답 신호들의 주파수에 어느 정도 의존한다. 일반적으로 더 높은 저항성은 더 낮은 주파수의 사용을 허용한다. 다음으로 최적 주파수는 많은 인자들에 의존한다. 주파수가 낮아짐에 따라 잡음은 증가한다. 한편, 터치 검출을 방해하는 안테나 효과는 지나치게 높은 주파수들에서 문제가 된다. 여기서 안테나 효과란 측정 회로 소자의 서로 다른 부분들이 회로 소자와 주변 사이에 방해 신호들을 결합시키는 경향이 있는 안테나처럼 행동함을 의미하는 것이다. 주파수 외에, 발명자들은 터치 감지 필름의 감도를 극대화하기 위해서는 도전층의 저항성이 도전층에 결합된 터치의 (주파수 의존) 리액턴스에 적절하게 매칭되어야 하는 것으로 판단했다. 터치 검출 감도의 관점에서, 일반적으로 하부 및 상부 컷오프 주파수 사이에 최적 주파수 범위가 존재한다는 점을 발견하였다. 이 범위는 예를 들어 검출 영역에서 도전층의 시트 저항성 및 도전층이 놓여 있는 기판의 재료에 의존한다. 예를 들어, 주파수가 충분히 높다면, PET 기판은 도전성이 되고, 그에 의하여 자극 및 응답 신호들을 간섭한다. 이러한 점들을 모두 고려하여, 앞서 결정된 저항성 범위는 발명자에 의하여 매우 다양한 실시예들 및 응용들에 적절한 것으로 판단된다. 도전층들이 이 범위 내의 저항성을 갖는다면, 예를 들어, 10kHz 내지 5MHz 범위의 주파수에서 훌륭한 터치 감지 성능이 달성될 수 있다. 일반적으로 더 높은 주파수는 더 나은 해상도를 가능하게 한다. 그러나 주파수가 너무 높으면 도전층과 도전층이 놓여 있는 기판 사이에 용량성 결합이 일어나고, 따라서 터치 검출 감도가 저하된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 시트 저항은 5 내지 100kΩ 범위 내, 바람직하게는 10 내지 50kΩ 범위 내, 가장 바람직하게는 10 내지 20kΩ 범위 내이다. 터치 감지 필름의 감도 및 터치 위치 해상도를 최대화하기 위한 훨씬 더 바람직한 값들이 존재한다. 저항성을 증가시키는 것은 측정에서의 잡음을 증가시킬 뿐 아니라 서로 다른 전자기 간섭 효과들을 증가시키고, 이는 각 특정 응용의 전체 조건들에 따른 시트 저항에 대한 상한을 설정할 수 있다.
대부분의 종래 기술의 용량성 터치 감지 필름들에서, 도전층은 개별 감지 전극 소자들의 격자를 형성하도록 패터닝된다. 대조적으로, 본 발명의 감도 및 터치 위치 해상도의 이점들은 도전층이 실질적으로 전체 감지 면적 위로 꽉 찬 구조로서, 즉 연속적이고, 중단되지 않으며 패터닝되지 않는 구조로 확장되는 바람직한 실시예에 특히 효과적이다. 도전층의 우수한 감도에 의해 가능해진 이러한 특징은 도전층의 가시성을 최소화할 뿐 아니라 도전층의 패터닝이 요구되지 않을 경우 제조를 단순화한다. 그것은 또한 본 실시예에 따른 터치 감지 필름을 구비하는 터치 감지 장치의 전자 기술을 단순화시킨다.
게다가, 본 발명에 따른 터치 감지 필름의 감도 및 터치 위치 해상도는 심지어 단일층 동작 모드에서도 그러한 패터닝되지 않는 도전층의 사용을 가능하게 한다. 단일층 모드에서의 동작은 오직 하나의 도전층만이 터치 감지 측정에 사용되는 것을 의미한다. 다시 말해, 터치 검출에 사용되는 모든 신호들이 하나의 단일 도전층에 공급되고 그로부터 수신된다. 전체 감지 영역 상으로 확장된 솔리드(solid) 구조로서 도전층을 가질 수 있는 가능성과 결합된 단일층의 능력은 터치 감지 장치의 설계 및 제조의 전체적으로 새로운 가능성을 연다. 심지어 단일층 동작 모드에서 패터닝되지 않은 도전층을 구비한 다중 터치 검출 능력 또한 가능하다. 그와 같은 단일층 능력은 전체 터치 감지 필름을 더 얇은 구조로 생성할 수 있게 한다.
일 실시예에서, 감지 영역은 제1 시트 저항을 가진 적어도 하나의 제1 서브 영역과 제1 시트 저항과는 다른 제 2 시트 저항을 가진 적어도 하나의 제2 서브 영역을 포함한다. 이러한 종류의 모듈화된 저항성은 터치 감지 필름에 의해 달성할 수 있는 터치 감지 정확성을 향상시킬 수 있다.
도전층은 상술한 시트 저항 범위 중 하나의 저항성을 갖는 임의의 재료로 형성될 수 있다. 가능한 재료 그룹들은 서로 다른 도전성 폴리머들 및 금속 산화물들로 형성된다. 한편, 바람직한 실시예에서 도전층은 고종횡비 분자 구조(HARMS; High Aspect Ratio Molecular Structure) 네트워크를 포함한다. HARMS 또는 HARM 구조란 나노미터 스케일의 특성 크기, 즉 약 100 나노미터 이하의 크기를 갖는 전기적 도전 구조를 의미한다. 이러한 구조의 예는 탄소 나노튜브들(CNTs), 탄소 NANOBUD들(CNBs), 금속 나노와이어들 및 탄소 나노리본들을 포함한다. HARMS 네트워크에서, 많은 수의 이러한 종류의 단일 구조, 예를 들어, CNT들이 서로 상호연결된다. 다시 말해, 나노 스케일에서 HARM 구조들은 예를 들어 도전성 폴리머 또는 ITO와 같이 실질적으로 연속적인 재료를 형성하지 않으며, 대신 전기적 상호결합된 분자들을 형성한다. 그러나, 현미경 스케일에서 고려되는 바와 같이, HARMS 네트워크는 솔리드의 모놀리식 재료를 형성한다. 필수적인 특징으로, HARMS 네트워크들은 박층 형태로 생산될 수 있다.
도전층에서 HARMS 네트워크(들)에 의해 달성할 수 있는 이점은 훌륭한 기계적 내구성과 광학적으로 투명한 터치 감지 필름들을 요구하는 응용들에서 유용한 높은 광학적 투과율(transmittance)뿐 아니라 매우 유연하고 조정가능한 전기적 특성들을 포함한다. 이러한 장점을 극대화하기 위하여, 도전층은 실질적으로 하나 이상의 HARMS 네트워크들로 전체적으로 형성될 수 있다.
HARMS 네트워크의 저항 성능은 그 층의 밀도(두께) 및 어느 정도 그 구조의 길이, 두께, 결정 방향과 같은 HARMS 구조적 세부사항에 의존한다. 이러한 특성들은 HARMS 제조 공정과 그것의 파라미터들의 적절한 선택에 의해 조정될 수 있다. 본 발명에 따른 범위의 시트 저항을 갖는 탄소 나노구조 네트워크들을 포함하는 도전층을 생산하는데 적절한 공정들이 예를 들어, 카나투 오와이(Canatu Oy)에 의한 WO 2005/085130 A2 및 WO 2007/101906 A1에 개시되어 있다. 본 발명에 따른 저항값을 달성하는 것에 관한 좀 더 자세한 설명은 본 발명의 상세한 설명에서 이후 설명될 것이다.
바람직한 실시예에서, 터치 감지 필름은 3차원 표면을 따라 필름의 휨(bending)이 가능하도록 유연한 구조로 형성된다. 여기서 "유연한(flexible)" 구조란 적어도 일 방향으로 10mm 미만의 곡률반경, 더욱 바람직하게는 5mm 미만의 곡률반경으로 반복적으로 휘어질 수 있는 구조를 의미한다. 바람직하게, 터치 감지 필름은 적어도 두 개의 방향으로 동시에 휘어질 수 있다.
유연성 외에 또는 유연성 대신, 터치 감지 필름은 또한 3차원 표면을 따라 예를 들어 가열성형(thermoforming)을 사용하는 것에 의해 변형될 수 있도록 변형가능한 구조로 형성될 수 있다.
터치 감지 필름의 독특한 감도와 결합된 터치 감지 필름의 유연성 및/또는 변형가능성은 터치 감지 장치들을 구현하는데 전체적으로 새로운 가능성을 연다. 예를 들어, 휴대용 장치의 사용자 인터페이스로 기능하는 터치 감지 필름은 터치 감지 필름이 그 장치의 전체 표면을 덮을 수 있도록 장치 가장자리까지 확장되도록 구부러지거나 형성될 수 있다. 3차원 장치의 서로 다른 표면들을 덮는 터치 감지 필름에는 서로 다른 목적을 위한 여러 터치 감지 영역들이 존재할 수 있다. 하나의 감지 영역은 터치 스크린을 형성하도록 디스플레이 영역을 덮을 수 있다. 예를 들어 장치의 측면들에서의 다른 감지 영역들은 예를 들어 전원 버튼과 같이 종래 기계적 버튼을 대체하는 터치 감지 소자로 기능하도록 구성될 수 있다.
유연한 그리고/또는 변형가능한 터치 감지 필름들을 위한 좋은 선택은 하나 이상의 HARMS 네트워크들을 포함하는 도전층이다. HARM 구조 및 그것의 네트워크들은 본질적으로 유연하며, 따라서 터치 감지 필름이 휘어질 수 있고/있거나 변형가능하도록 하는 것을 가능하게 한다.
바람직하게, 터치 감지 필름은 광학적으로 투명하며, 그에 의해 예를 들어 터치 스크린의 일부로서 터치 감지 필름의 사용을 가능하게 한다. 여기서 터치 감지 필름의 광학적 투명성이란 해당 응용과 관련된 주파수/파장 범위에서 필름 평면에 실질적으로 수직인 방향으로부터 입사한 광선의 적어도 10%, 바람직하게는 90%가 그 필름을 통과하는 것을 의미한다. 대부분의 터치 감지 응용들에서, 이 주파수/파장 범위는 가시광선의 주파수/파장 범위이다.
광학적 투명성에 있어서, 터치 감지 필름의 중요한 층은 도전층이다. 전기적 도전성 및 광학적 투명성 모두에 대한 요구는 그 층에 대하여 가능한 재료의 수를 제한한다. 이러한 점에서, HARMS 네트워크는 예를 들여 투명한 도전성 산화물보다 우수한 투명성을 제공할 수 있기 때문에, 하나 이상의 HARMS 네트워크들을 포함하는 도전층이 광학적으로 투명한 터치 감지 필름에 대한 좋은 기재(basis)를 형성한다.
본 발명의 두 번째 태양은 터치 감지 필름을 포함하는 터치 감지 장치에 초점을 맞추며, 상기 터치 감지 장치는 터치 감지 필름으로 전기적 자극 신호를 공급하고 그로부터 전기적 응답 신호를 수신하기 위한 회로 소자 수단, 및 상기 응답 신호 상의 터치의 효과에 기반하여 터치를 검출하기 위하여 터치 감지 필름으로부터 수신된 전기적 응답 신호를 처리하는 처리 수단을 더 포함한다. 따라서, 여기서 터치 감지 장치란 터치 감지 필름 외에 터치 감지 동작들을 수행하는데 필요한 측정 전자 소자들 및 측정 알고리즘 소프트웨어와 같은 다른 요소들 또한 포함하는 전체 동작가능한 장치를 의미한다.
회로 소자 수단은 서로 다른 타입의 접속 전극들, 배선들 및 도전체들, 다른 형태의 도전체들, 스위치들 및 터치 감지 장치의 나머지 것들에 터치 감지 필름 및 하나 이상의 도전층들을 연결하는데 필요한 다른 요소들을 포함할 수 있다. 따라서, 처리 수단은 임의의 하드웨어 및 전자 소자들뿐 아니라 터치 감지 필름이 동작하는데 필요한 신호를 발생시키고 제어하기 위한 소프트웨어 툴(tool)들을 포함할 수 있다. 그들은 또한 터치 감지 필름상의 터치를 검출하고 위치결정하기 위하여 응답 신호를 측정하고, 수집하며, 처리하기 위한 임의의 수단을 포함할 수 있다. 회로 소자 수단과 제어 수단은 공지된 구성요소, 소자 및 원리들로 구현될 수 있다.
여기서 자극 신호란 회로 소자 수단을 통하여 터치 감지 필름의 도전층에 결합되고 터치가 유도하는 변화를 모니터링하기 위한 적절한 조건들을 제공할 임의의 전기적 신호를 의미한다. 자극 신호는 또한 예를 들어 드라이브 신호 또는 여기 신호로 언급될 수 있다. 따라서, 응답 신호는 회로 소자 수단을 사용하여 도전층으로부터 측정되고 터치가 이 신호에 기여하는 변화에 기반하여 터치의 검출을 허용하는 임의의 전기 신호이다.
본 발명의 터치 감지 장치는 표준화되고 주문제작된 단일 모듈 또는 예를 들어 이동 전화, 휴대용 컴퓨터, e-리더, 전자 네비게이터, 게임 콘솔, 차량 계기판 또는 핸들 등과 같이 더 큰 장치의 일부로 통합된 비-분리 유닛으로 구현될 수 있다.
본 발명의 제2 태양에 따르면, 터치 감지 장치의 터치 감지 필름은 본 발명의 제1 태양 및 앞서 논의된 원리와 이점에 따르는 터치 감지 필름이다.
본 발명의 제1 태양에 따른 터치 감지 필름의 독특한 터치 감도 특성들은, 회로 소자 수단이 도전층의 감지 영역으로 전기적 자극 신호를 공급하고 동일 감지 영역으로부터 전기적 응답 신호를 수신하도록 구성된 터치 감지 장치의 바람직한 실시예에 특히 효과적으로 이용된다. 다시 말해, 이 실시예에서, 터치 감지 장치는 하나의 단일 도전층만을 이용하는 단일층 모드로 동작할 수 있도록 구성된다. 이는 자극 및 응답 신호들에 대하여 서로 다른 도전층들을 사용하는 이층 구조 접근법을 이용하는 대부분의 종래 기술의 용량성 터치 감지 필름들과 비교할 때 급진적인 간소화이다.
상술한 실시예에 따른 터치 감지 장치를 동작시키는 일 예에서, 자극 신호로서 교류 전류 또는 전압이 일 지점에서 도전층의 감지 영역에 결합되고, 응답 신호로서 교류 전압 또는 전류가 동일한 감지 영역의 다른 지점에서 측정된다. 이러한 설계는 신호를 필터의 입력에 제공하고, 필터의 출력에서 신호가 필터를 통과할 때 어떻게 변화하는지를 측정하는 것에 의해 모니터링하는 것에 대응한다. 선택적으로, 터치 감지 측정들은 예를 들어 자극 신호로서 도전층의 두 지점들 사이에 전류 또는 전압을 사용하고 응답 신호로서 이 지점들 사이의 전압 및 전류를 반복적으로 측정하는 것에 의한 임피던스 측정으로 수행될 수 있다. 또한, 다른 쌍의 전극들 사이에 공급된 자극 신호의 존재로 도전층의 두 지점들 사이의 일부에 결합된 신호가 응답 신호로서 측정될 수 있다. 이러한 설계는 이층 동작 모드에서도 사용될 수 있다.
본 발명의 터치 감지 장치의 특히 바람직한 실시예는, 단일층 동작 모드 능력이 단일층의 패턴화되지 않은 터치 센서 구조를 제공하기 위하여 감지 영역에서 도전층의 솔리드(solid)의 패턴화되지 않은 구조와 결합될 때 달성될 수 있다.
단일층 동작을 위하여 구성된 터치 감지 장치의 바람직한 실시예에서, 처리 수단은 응답 신호와 자극 신호 사이의 위상 변이에서 터치가 생성한 변화에 기반하여 감지 영역 내의 터치를 검출하기 위하여 이러한 위상 변이를 결정하도록 구성된다. 자연히, 이 실시예에서 자극 신호는 교류 전류 또는 전압 부분을 포함해야 하는데 이는 간단히 DC 신호들과 관련된 위상이 존재하지 않기 때문이다. 신호 형태는 중요하지 않다; 사인형 전압 또는 전류가 사용될 수 있으나, 예를 들어 삼각파, 사각파 또한 사용될 수 있다. 게다가, 자극 신호는 단일 펄스 또는 임의의 신호 형태의 다수의 펄스들의 버스트(burst)일 수 있다. 상술한 바와 같이, 자극 신호는 도전층의 일 지점에서 도전층에 결합된 전류 또는 전압일 수 있으며, 도전층의 다른 지점에서의 전류 또는 전압이 응답 신호로서 측정될 수 있다. 도전층의 두 지점들 사이에서 도전층을 통과하는 신호는 항상 진폭 감소 외에, 도전층 내의 그리고 도전층과 주변 사이 모두의 기생 커패시턴스 및/또는 인덕턴스 때문에 몇몇 위상 변이를 경험할 수 있다. 본 발명의 이 실시예는 특히 하나 이상의 HARMS 네트워크들을 포함하는 도전층의 경우, 본 발명에 따른 시트 저항을 구비한 도전층을 통과하는 신호들의 위상 변이가 종래 터치 검출에 사용되던 신호 진폭보다 터치에 훨씬 더 민감하다는 발명자의 관찰에 기반한다. 진폭의 변화 대신 위상 변이 변화에 집중하는 것은 우수한 터치 감도 및 터치 위치결정 해상도를 가능하게 하며, 이것은 터치 감지 장치의 다중 터치 동작에 특히 바람직하다.
게다가, 용량성 터치 감지 장치로서의 동작 외에, 응답 신호의 위상 변이를 모니터링하는 것은 또한 터치 감지 필름 상의 물체의 유도성 결합을 검출하는 유도성 터치 감지 장치로서 터치 감지 장치의 동작을 허용한다.
진폭 대신 응답 신호의 위상을 모니터링하는 것의 또 다른 이점은, 응답 신호 위상의 최대 감도는 진폭의 대응하는 최대 감도보다 낮은 주파수에서 달성된다는 것이다. 그래서, 더 낮은 신호 주파수들이 사용될 수 있다.
터치 감지 장치의 터치 검출 감도 및 터치 위치 해상도는 도전층의 특성들 및 처리 수단 성능에만 의존하지 않는다. 자연히, 그것은 또한 접속 전극 구성의 문제이다. 단일층 모드에서 동작을 허용하도록 구성된 터치 감지 장치의 바람직한 실시예에서, 감지 영역은 도전층 상의 복수의 접속 영역들을 통하여 회로 소자 수단에 전기적으로 연결되며, 접속 영역들은 접속 영역을 둘러싸는 경계를 정의한다. 따라서, 접속 영역들은 장치의 감지 영역과 회로 소자 수단들 사이의 전기적 인터페이스를 형성한다. 접속 영역들은 예를 들어 도전층과 회로 소자 수단의 일부로서 그것에 부착된 전극들 사이의 접속 면적들일 수 있다. 여기서 경계란 모든 접속 영역들과 함께 결합된, 그래서 감지 영역들의 폐쇄된 가장자리 라인을 결정하는 가상의 라인을 의미한다. 또한, 이 실시예에서 상기 경계를 따르는 방향으로 결정된 두 개의 인접하는 접속 영역들의 중심들 사이의 평균 거리는 동일한 방향으로 접속 영역들의 평균 폭에 비하여 적어도 2배, 좀 더 바람직하게는 적어도 5배, 가장 바람직하게는 적어도 10배이다.
전류 또는 전압이 두 개의 접속 영역들 사이의 도전층의 감지 영역들에 결합되면, 전류의 흐름은 이러한 접속 영역들 사이의 직선 연결 라인에 집중된다. 발명자는 이러한 연결 라인들 또는 앞서 결정된 바와 같이 이격된 접속 영역을 따른 신호 경로들을 분리시키는 것에 의해 터치 위치 해상도가 극대화될 수 있다는 것을 발견했다.
한편, 터치 감지 필름 및 그것을 이용한 터치 감지 장치의 터치 위치 해상도는 또한 접속 영역들의 수 및 서로에 대한 그들의 위치에 의존한다. 이는 패턴화되지 않는 도전층을 구비한 단일층 접근에서 특히 결정적인 문제이다. 일반적으로, 예를 들어 US 7477242 B2 및 US 2008/0048996 A1에서 개시된 이러한 타입의 종래 기술의 장치들은 정사각형 도전체 및 그것의 코너의 네 개의 접속 전극들에 의존한다. 그러나, 이러한 구성은 매우 복잡한 신호 처리를 필요로 하며, 알고리즘의 적절한 선택이 장치의 선택에 결정적이다. 특히, 다중 터치 능력은 이러한 종류의 접근을 달성하는데 매우 곤란할 수 있다.
터치 위치 결정에 있어서 그러한 어려움을 피하기 위하여, 단일층 동작 모드를 허용하도록 구성된 터치 감지 장치의 바람직한 실시예에서, 접속 영역들의 수 및 위치는 접촉 영역들 중 두 개의 각 쌍의 접속 영역 중심들 사이의 감지 영역 위로 직선 연결 라인을 결정할 때, 감지 영역 내의 이러한 연결 라인들의 다수의 교차점들이 존재하도록 선택된다. 상술한 바와 같이, 상기 가상 연결 라인들은 전극 쌍들 사이의 감지 영역 위의 신호 경로들과 일치한다. 이러한 연결 라인들 또는 신호 경로들 중 하나의 터치 또는 접근은 다른 신호 경로들로부터 측정된 신호들보다 이 경로로부터 측정된 신호를 더 변화시킨다. 이는 일 방향으로의 도전층 상의 터치 위치에 대한 정보를 제공한다. 다시 말해, 이에 근거하여 "폐쇄(close)" 연결 라인, 즉 터치가 위치되는 곳 또는 그 근처의 연결 라인들을 결정할 수 있다. 서로 다른 방향을 갖는 두 개의 그러한 "폐쇄" 연결 라인을 결정하는 것은 두 방향에서 터치 위치를 결정하는 것을 가능하게 한다. 다시 말해, 두 개 이상의 서로 다른 방향의 "폐쇄" 연결 라인, 즉 터치가 이러한 방향에서 응답 신호들에 가장 큰 변화를 야기하는 연결 라인들을 선택하는 것에 의해 이러한 연결 라인들의 교차점에서 또는 교차점 근처에서 터치 위치가 결정될 수 있다. 다수의 연결 라인들 및 그것의 교차점들의 이용에 기반한 이러한 접근법은 오직 네 개의 접속 전극들에 기반한 종래 기술의 장치들과 비교할 때 필요한 터치 위치결정 알고리즘을 매우 간단하게 하며, 따라서 오직 하나의 연결 라인 교차점을 갖는다. 이론상, 복수의, 즉 적어도 두 개의 교차점들을 생성하는 접속 전극의 최소 수는 다섯 개이다. 그러나, 상기 교차점들의 수가 많을수록 더 정확한 터치 위치결정이 가능해진다. 바람직하게, 연결 라인 교차점들은 전체 감지 영역 위에 실질적으로 균일하게 분포된다.
본 발명에 따른 터치 감지 장치의 바람직한 실시예에서, 터치 감지 장치는 터치 감지 필름 상의 터치에 응답하여 바람직하게는 도전층을 통한 햅틱 피드백(haptic feedback)을 제공하기 위한 수단을 포함한다. 도전층을 통한 햅틱 피드백을 제공한다는 것은, 터치 감지 필름의 진동을 생성하기 위하여 터치 감지 필름에 부착된 별도의 액추에이터에 기반한 종래 접근법 대신, 도전층이 햅틱 피드백을 생성하기 위한 수단의 일부로서 사용된다는 것을 의미한다. 이를 위한 다양한 가능성들이 존재한다. 햅틱 효과는 도전층에 의해 적절한 전자기장을 생성하는 것에 의해 달성할 수 있다. 터치 감지 필름을 터치하는 사용자의 피부는 서로 다른 감각들로 이러한 전자기장을 감지한다. 이러한 종류의 접근법은 용량성 햅틱 피드백 시스템으로 언급될 수 있다. 한편, 도전층은 예를 들어 햅틱 인터페이스에 기반한 전기활성 폴리머(인공 근육)의 일부로서 사용될 수 있으며, 여기서 도전층은 하나의 인터페이스층을 형성한다.
이러한 기능들, 즉 터치 검출과 햅틱 피드백 모두를 수행하기 위한 하나의 가능성은 도전층이 햅틱 피드백을 위한 신호를 생성하기 위한 수단 및 터치 감지 회로 소자에 선택적으로 결합되어 제1 시간 주기 동안 터치가 검출되면 그 다음에 오는 제2 시간 주기에서 햅틱 피드백을 제공하도록 하는 것이다. 제1 및 제2 시간 주기는 사용자가 장치가 연속적으로 동작하는 것으로 느끼도록 매우 짧게 조정될 수 있다.
본 기술 분야에서 공지된 바와 같이, 햅틱 피드백은 터치 감지 장치의 사용자 경험을 매우 상당히 향상시킬 수 있다. 도전층을 통하여 햅틱 피드백을 생성하는데 사용되도록 구성된 공지된 터치 감지 장치에서는 일반적으로 햅틱 피드백 효과를 생성하는데 높은 전압이 사용된다. 다음으로 공지된 장치들의 도전층들의 낮은 저항은 도전층을 통과하는 높은 전류들을 가져온다. 높은 전류는 디스플레이 또는 터치 감지 회로 소자들의 예를 들어 초과 전력 요구 또는 전자기 간섭과 같은 다양한 문제들을 가져올 수 있다. 본 발명에 따른 터치 감지 영역에서 도전층의 저항성에 의해, 전류는 명백히 낮아질 것이며 따라서 특히 도전층을 통하여 햅틱 피드백을 제공하는 경우에 이러한 문제를 감소시킬 것이다.
본 명세서에 포함되어 있음
도 1은 본 발명에 따른 터치 감지 장치의 일부로서 터치 감지 필름 및 거기에 부착된 전극들을 도시하는 개략 단면도이다.
도 2는 도 1에 따른 터치 감지 장치 어셈블리의 레이아웃의 개략도이다.
도 3은 이동 전자 장치의 터치 스크린에서 도 1에 따른 터치 감지 필름의 이용을 도시한다.
도 4는 볼 발명에 따른 터치 감지 장치의 일반적인 구조를 나타내는 블럭도이다.
도 5는 본 발명에 따른 터치 감지 장치의 측정 원리를 도시한다.
도 6은 응답 신호의 진폭과 위상 사이의 주파수 의존도에 있어서의 차이를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 도전층의 모듈화된 저항성의 원리를 도시한다.
본 발명은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타내는 첨부된 도면들을 참조하여 이하에서 상세히 설명될 것이다.
도 1에 도시된 터치 감지 필름(1)은 기판(2) 및 도전층(3)을 포함하며, 도전층은 예를 들어 탄소 나노튜브들 및/또는 탄소 NANOBUD들과 같은 HARM(High Aspect Ratio Molecule) 구조들의 네트워크로 형성된다. 기판은 예를 들어 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(PET)로 이루어질 수 있다. HARMS 네트워크들 외에, 도전층은 또한 도전층의 시트 저항을 조절하기 위하여 도펀트로서 도전층에 화학적으로 결합되거나, 물리적으로 흡수되거나, 또는 다른 방법으로 결합된 적절한 종들을 포함할 수 있다. 도전층(3)의 시트 저항은 약 3kΩ 초과, 바람직하게는 3 내지 40kΩ의 범위, 예를 들어 25kΩ이다. 본 명세서에서 상술한 바와 같이 이러한 종류의 저항 범위 및 도전층의 구성(composition)은 그러한 터치 감지 필름을 이용하는 터치 감지 장치의 우수한 터치 검출 성능을 허용한다. 도 1의 도전층의 예를 들어 5nm의 두께를 갖는다.
도 1에 도시되고 여기에 설명된 터치 감지 필름은 본 발명에 따른 광학적으로 투명한 터치 감지 필름의 일 예이다. 광학적 투명성은 터치 스크린의 일부로서 디스플레이 상에 터치 감지 필름의 사용을 허용한다. 그러나, 그러한 광학적 투명성이 본 발명의 주 원리들을 구현하는데 필수적인 것은 아니며, 터치 감지 필름은 시각적으로 불투명할 수도 있다 따라서, 터치 감지 필름의 서로 다른 층들의 재료는 당연히 여기에 제안된 예들로부터 변할 수 있다.
HARMS 네트워크로 이루어진 그리고 본 발명에 따른 저항성을 갖는 도전층은 예를 들어 WO 2005/085130 A2, WO 2007/101906 A1 및 WO 2009/000969 A1에 개시된 HARM 구조 합성 및 증착 원리에 따라 생성될 수 있다.
HARM 구조들을 생성하기 위한 프로세스는 예를 들어 촉매 입자들과 하나 이상의 탄소 소스들이 가열된 반응 챔버로 가스 상태로 도입되는 에어로졸 합성에 기반할 수 있다. 그 챔버에서, 촉매 입자들은 합성 프로세스를 촉진시키기 위하여, 탄소 소스(들) 및 예를 들어 황을 포함하는 티오펜과 같은 가능한 시약(들)과 함께 혼합되고 가열된다. 다음으로, 탄소 소스(들)가 분해되고 탄소 HARM 구조들이 촉매 입자들 상에 형성되고, 결과적으로 운반 가스에 매달린 HARM 구조들을 포함하는 에어로졸이 생성된다. 촉매 입자들은 제어된 특성, 예를 들어 제어된 크기 분포를 갖는 HARM 구조들을 생성하기 위하여 좁은 크기 분포를 갖도록 미리 제조될 수 있다. 촉매 입자들은 예를 들어 열선 발생기에 의해 생성될 수 있다. 탄소 소스는 예를 들어 일산화탄소(CO)를 포함할 수 있다. 반응 챔버는 예를 들어 스테인레스 스틸로 형성될 수 있다. 반응기의 합성 영역에서의 온도는 예를 들면 약 900℃일 수 있다.
이렇게 형성된 에어로졸로부터, HARM 구조들은 HARMS 네트워크들의 도전층을 형성하기 위하여 적절한 표면상에 퇴적물로 수집될 수 있다. 수집은 예를 들어 HARM 구조들을 갖는 에어로졸이 필터를 통과하도록 하거나 기판을 가로지르도록 하는 것에 의해 수행될 수 있으며, 그에 의하여 HARM 구조들은 필터 상에 또는 기판의 표면 상에 퇴적된다. 그에 의하여 형성된 퇴적물의 저항은 퇴적물에 존재하는 HARM 구조물의 양에 직접 함수이다. 다음으로, 퇴적물 내의 HARM 구조물의 양은 운반 가스(에어로졸) 내의 CNT들의 농도 및 수집 기간과 관계된다. 일반적으로, 기결정된 크기 및 도전성/저항성을 갖는 도전층을 생성하는데 요구되는 시간은 가스 흐름과 HARMS 구조 합성률의 함수이다. 예를 들어, 만약 0.4lpm의 CO와 1% CO2의 혼합물이 실온(room temperature)에서 1:4 페로센-SiO2 혼합물로 채워진 카트리지를 통과한다면, 혼합물은 약 0.8Pa의 부분 압력을 가질 것이다. 이러한 종류의 혼합물이 약 900℃의 최대 온도를 갖는 용광로에 탄소 소스로서 도입되는 실험이 수행된다. 이러한 조건들을 에어로졸에서 10000Ω/squre의 저항을 갖는 HARMS 농도를 가져오며, 필터 상의 A4 크기의 퇴적 영역을 생성하는데 필요한 수집 시간은 약 42분이었다.
만약 HARM 구조들이 예를 들어 밀리포(Millipore)에 의해 제공된 HAWP 필터 매체에 에어로졸이 통과하는 것에 의해 수집된다면, HARM 구조들은 필터로부터 예를 들어 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(PET)으로 형성된 기판에 대향하여 필터를 누르는 것에 의한 물리적 접촉으로 간단히 두 재료들을 위치시키는 것에 의해 필터로부터 기판으로 전달될 수 있다. 필터 재료와 PET 사이의 표면 에너지 차이에 의해, HARMS층은 본질적으로 PET 기판으로 전달될 것이다. PET 기판으로 전달된 HARMS층은 자체 내에 그리고 기판에 더 느슨하게 연결되는 경향이 있다. 개별 HARM 구조와 그들의 번들 사이의 전기적 연결, 및 PET로의 물리적 접착을 향상시키기 위하여, HARMS 층은 예를 들어 에탄올과 같은 액체에 침지될 수 있다. 에탄올이 증발함에 따라, 표면 장력이 HARM 구조들을 함께 밀고 기판과의 더 나은 접촉을 형성한다. 다음 단계는 예를 들어 장치 상에 은 잉크를 프린팅하는 것에 의해 접속 저항을 형성하는 것이다. 마지막으로, 보호 유전체층이 예를 들어 HARMS층과 접속들 상에 프린팅에 의해 형성될 수 있다.
도 1의 터치 감지 필름(1)은 기판(2)에 대향하는 도전층(3)의 측 상에서의 터치를 검출하도록 구성된다. 도전층(3) 상에 유전체층(4)과 하드 코팅층(5)이 존재한다. 무엇보다, 유전체층이 도전층과 그 주변 사이의 커패시턴스에 기여한다. 그것은 또한 터치 감지 필름과 접촉하는 도전성 물체를 통한 도전층의 서로 다른 점들 사이의 전기 접촉을 방지하며, 이는 도전층(3)의 "상부"측, 즉 기판(2)에 대향하는 측 상의 터치들을 검출하도록 설계된 도 1의 터치 감지 필름과 같은 구성에 바람직하다. 따라서 유전체층은 필름의 터치 감지 성능을 향상시킨다. 그러나, 이는 본 발명에 따른 터치 감지 장치에 반드시 요구되는 것은 아니다.
하드 코팅층의 목적은 긁힘을 예방하고 터치 감지 필름(1)의 내구성을 향상시키는 것이다. 유전체층에 적절한 재료의 예는 DuPont 7165TM 및 Solvay SolveneTM 250 EAP이며, 하드 코팅층에 적절한 재료의 예는 원자층 증착(ALD; atomic layer deposition)에 의해 증착된 Al2O3이다. 유전체층의 두께는 바람직하게는 1000 마이크론 미만이며, 더욱 바람직하게는 100 마이크론 미만, 가장 바람직하게는 20 마이크론 미만이다. 분리된 유전체층과 하드 코팅층에 선택적으로, 원한다면 그 기능들은 충분한 경도와 긁힘 저항성을 갖는 단일 유전체층으로 결합될 수 있다. 그러한 층은 예를 들어 Ti-도핑된 Al2O3로부터의 ALD에 의해 또는 HfO2/Al2O3의 이층 구성으로 형성될 수 있다.
도 1의 터치 감지 필름(1)의 우수한 터치 감지 특성 외에, 도전층을 형성하는 주재료로서 HARMS 네트워크는 유연하고 및/또는 변형가능한 구조를 갖는 도 1의 터치 감지 필름을 생성하는 것을 허용한다. 도 3은 r≒4mm의 곡률반경을 갖는 장치의 만곡된 측면을 따라 휘어지거나 변형된 도 1에 따른 터치 감지 필름(1)을 포함하는 터치 스크린(7)을 구비하는 이동 전자 장치(6)를 나타내는 것에 의해 이를 설명한다.
도 1은 터치 감지 필름(1) 자체 외에, 도전층과 터치 감지 장치(도 1에 미도시)의 나머지 요소들 사이의 전기적 연결을 제공하는 금속 전극들 또한 도시한다. 전극들(8)은 도전층(3)의 가장자리 위에 형성되며, 기판(2)을 통과하여 연장되는 도전성 비아들(9)로 연결되어 기판(2)의 배면측 상에 형성된 접속 패드들(10)에 더 연결된다. 접속 패드들(10)은 터치 감지 필름을 터치 감지 장치의 나머지 부분들을 연결하는 접속 인터페이스를 제공한다. 모든 전극들은 동일한 도전층(3)에 연결되며, 이는 터치 감지 장치가 단일층 모드로 동작되도록 구성됨을 의미한다. 단일층 동작 모드에서, 동일한 도전층이, 자극 신호를 공급하며 도전층에서의 변화를 통하여 터치의 존재를 나타내는 응답 신호를 측정하는데 또한 사용된다.
도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 도전층(3)은 아주 미세한(microscopic) 관점에서, 도전층 내에 임의의 방해물이나 홀들 없이 연속적이고 패턴화되지 않은 구조이다.
도 2는 도 1의 터치 감지 장치의 전체 전극 구성의 기하학적 형상을 도시한다. 전극들(8)은 도전층의 가장자리에 위치한다. 전극들과 도전성 영역들 사이의 물리적 접속 인터페이스들은 접속 영역들(11)을 형성하고 이를 통하여 도전층은 터치 감지 장치(도 2에 미도시)의 나머지 요소들에 전기적으로 연결된다. 도 2에 점선으로 표시된, 각 접속 영역(11)을 그것에 가장 가까운 두 개의 다른 접속 영역들에 연결하는 가상의 연결 라인(12)은 터치 검출이 수행될 감지 영역(13)을 둘러싸고 정의하는 가상의 경계를 형성한다. 터치 감지 장치는 전극들(8)을 통하여 도전층(3)과 장치의 나머지 요소들 사이에 결합된 신호에 기반하여 감지 영역(13) 상의 터리들을 검출하도록 구성된다. 도 2의 실시예에서, 감지 영역(13)은 도전층(3)과 거의 일치한다. 그러나, 전극들(8)은 도전층(3)의 중심에 더 가깝게, 즉 도전영역의 가장자리로부터 거리를 가지고 위치될 수 있다. 그러면, 접속 영역들(11)에 의해 둘러싸인 감지 영역(13)은 도전층(3)의 중심부로만 제한될 것이다. 게다가, 도 2의 정사각형 형태의 도전층과 감지 영역은 단지 예일 뿐이며, 이들의 형태는 어떤 특정한 것으로 제한되지 않는다. 도전층(3) 및/또는 감지 영역(13)의 형태는 또한 예를 들어 둥근 코너들을 갖는 직사각형, 타원형 또는 원형일 수 있다.
전극들(8)은 감지 영역(13)의 경계(12)를 따르는 방향으로 결정된 두 개의 인접하는 접속 영역들(11)의 중심들 사이의 평균 거리(d)가 같은 방향으로 접속 영역들의 평균 폭(w)보다 약 13배 크도록 위치결정되고, 그들의 형태 및 크기가 선택된다. 전극 구성과 관련된 다른 특징으로서, 전극들(8)의 수와 위치는 두 접속 영역들 쌍의 중심들 사이의 감지 영역(13) 위로 직선 연결 라인(14)이 결정될 때, 이 연결 라인들(14)이 감지 영역 내에 복수의 교차점(15)을 형성하도록 선택된다(오직 이러한 연결 라인들 및 교차점들의 일부만이 도 2에 표시된다). 본 명세서에서 상술된 바와 같이, 전극 수, 기하학적 형상 및 위치의 이러한 특징들은 터치 검출에 있어서 매우 높은 감도 및 터치 위치를 결정하는데 매우 좋은 해상도를 가능하게 한다.
동작 중, 장치의 터치 위치결정 능력은 일반적으로 터치가 도전층(3) 상의 터치 위치와 주변 사이 또는 도전층의 다른 두 지점들 사이의 용량성 및/또는 유도성 결합을 변화시킨다는 사실에 근거한다. 한편, 두 개의 접속 영역들(11)의 중심들 사이의 연결 라인들(14) 각각은 개별 전극들 사이의 감지 영역 위의 신호 경로, 즉 전류 흐름 경로와 일치한다. 터치 감지 필름 상의 터치의 효과는 당연히 터치 위치와 가장 가까운 이러한 신호 경로들에서 가장 강하다. 이는 터치 위치를 결정하는데 가장 상세한 근거이다. 따라서, 일 방향으로 복수의 신호 경로들을 통한 스캐닝에 의하여, 스캔된 것들 중 터치에 의해 가장 강하게 영향받은 신호 경로를 발견하는 것은 이러한 신호 경로 또는 연결 라인(14) 근처에 터치가 위치한다는 정보를 제공한다. 또한, 다른 방향으로 터치에 의해 가장 강하게 영향받은 신호 경로를 발견하는 것은 이러한 두 개의 서로 다른 방향의 신호 경로들 또는 연결 라인들(14)의 교차점 근처에 터치가 위치된다는 정보를 제공한다. 개략적으로 결정된 예비 터치 위치 주위로 스캔될 방향들의 수 및/또는 연결 라인들(14)의 밀도를 증가시키는 것에 의해, 터치 위치들은 좀 더 정확하게 처리될 수 있다. 도 1 및 2에 따른 감지 영역(13) 전체로 확장된 연속적인 도전층(3)의 큰 이점으로, 스캐닝에 사용되는 신호 경로들이 도전층으로 패터닝된 몇몇 특정 구조들에 제한되지 않으며 단지 임의의 두 개의 접속 영역들을 선택하는 것에 의해 자유롭게 선택될 수 있다. 접속 영역들 및 그에 따라 가능한 서로 다른 신호 경로들이 많을수록 더 정확한 터치 위치결정이 가능하다.
도 4의 터치 감지 장치는 예를 들어 도 3에 따른 이동 전자 장치의 터치 스크린일 수 있다. 터치 감지 장치는 터치 감지 필름(1) 및 자극 신호들(17)을 생성하고 터치 감지 필름(1)으로의 그들의 공급을 제어하기 위한 신호 처리 유닛(16)을 포함한다. 신호 처리 유닛(16)은 또한 터치 감지 필름(1)으로부터 측정된 응답 신호들(18)을 수신하고, 이러한 신호에 기반하여 터치의 존재 및 위치를 결정하는 역할을 하고 있다. 신호 처리 유닛(16) 및 터치 감지 필름은 신호 배선(19)에 의해 서로 연결된다. 도 4에 따른 장치는 교류 전류 또는 전압을 포함하는 자극 신호(17)를 도전층 상의 하나의 접속 영역을 통하여 터치 감지 필름의 도전층에 결합시키도록 구성된다. 그래서 이 접속 영역은 터치 감지 필름의 입력 지점으로 기능한다. 도전층 상의 다른 접속 영역은 응답 신호를 측정하기 위한 출력 지점으로 사용된다. 이러한 종류의 측정 설계는 필터를 통하여 전압 또는 전류 신호를 전송하고, 필터의 입력과 출력 사이의 신호 변화를 모니터링하는 것에 대응한다. 교류 전류 또는 전압이란 적절한 주파수와 진폭을 갖는 상술한 임의의 신호 형태를 의미한다. 당연히, 사인형 신호 형태가 좋은 선택이나 예를 들어 도 4에 도시된 바와 같이 사각파 형태 또한 사용될 수 있다.
도 4의 신호 처리 유닛(16)은 또한 터치 감지 필름(1) 상의 터치에 응답하여 햅틱 피드백을 생성하기 위하여 도전층(3)으로 햅틱 피드백 신호를 공급하는 수단(도면에 개별적으로 도시되지 않음)을 포함한다. 신호 처리 수단(16)은 예를 들어 터치 감지를 위하여 신호들(17, 18)을 공급 및 수신하기 위한 제1 회로 소자 수단 및 햅틱 피드백을 위한 신호를 공급하기 위한 제2 회로 소자 수단을 포함할 수 있으며, 여기서 도전층은 제1 및 제2 회로 소자 수단에 선택적으로 결합되도록 설계될 수 있다. 도 4의 예에서, 햅틱 피드백은 적절한 전자기장(들)을 생성하는 도전층(3)을 사용하여 생성되고, 장치 사용자의 피부는 서로 다른 감각들을 느낄 수 있다. 전기 활성 폴리머(인공 근육) 기반 햅틱 인터페이스의 일부로서 도전층(3)을 사용하는 것 또한 가능할 수 있다.
도 4의 예에서, 신호 처리 유닛(16)에 의해 모니터링되는 중요한 파라미터는 자극 신호(17)에 대한 응답 신호(18)의 위상 변이이다. 본 발명에 따른 터치 감지 필름(1)에서, 도전층으로부터 측정된 응답 신호의 위상 변이는 측정된 신호 경로상의 또는 신호 경로 근처의 터치에 의해 유도된 용량성 및/또는 유도성 결합에 매우 민감하다. 이는 본 발명에 따른 터치 감지 필름들의 독특한 특징이다; 종래 터치 감지 필름들에서, 터치의 존재에 대한 응답 신호 위상 변이의 감도는 일반적으로 훨씬 낮다. 게다가, 신호의 위상 변이(예를 들어, 위상각이라는 용어로 표현될 수 있다)는 신호 진폭보다 방해 간섭들에 덜 민감하다. 위상 또는 위상 변이를 측정하는 것은 절대적 파라미터인 진폭과 대조적으로 상대적 측정으로, 이는 측정의 안정성 및 반복성에서 이점을 가져온다.
응답 신호의 위상 변이를 측정하는 것에 의한 터치 검출은 터치 감지 필름의 도전층에 결합되고 도전층으로부터 측정된 자극 신호(17)와 두 개의 응답 신호들(18a, 18b)을 각각 도시하는 도 5의 그래프에 의해 설명된다. 여기서 자극 신호는 DC 레벨에 더해진 사인형 교류 부분을 포함하는 전압이다. 도전층을 통과한 전압(18a, 18b)은 응답 신호로 측정된다. 이 응답 신호((18a, 18b)는 자극 신호(17)에 대하여 시간 변이(Δt)만큼 감소되고 이동된다. 시간 변이(Δt)는 또한 위상 변이(Δφ=2πfΔt)의 관점에서 표현될 수 있으며, 여기서 f는 신호 주파수이다. 위상 변이(Δφ)는 또한 자극 신호(17)에 대하여 위상각으로 불릴 수 있다. 터치가 없으면, 응답 신호((18a, 18b)의 시간 변이(Δt) 및 대응하는 위상 변이(Δφ)는 주로 도전층과 관련된 기생 커패시턴스 및/또는 인덕터스에 기인하며, 매우 작다. 도전층의 입력 및 출력 지점들 사이의 신호 경로 근처의 터치는 응답 신호(18b)와 자극 신호(17) 사이의 위상 변이(Δφ)를 변화시킨다. 따라서 위상 변이의 이러한 변화(Δ(Δφ))는 터치를 나타내는 궁극적인 파라미터이다.
도 5의 예에서, 터치에 의해 유발된 위상 변이(Δφ=2πfΔt)의 변화는 정(positive)으로, 즉 터치가 응답 신호(18b)의 시간 변이(Δt)를 증가시킨다. 그러나, 이러한 변화는 부(negative)일 수 있다. 이는 예를 들어 유동 전위(floating potential)를 갖는, 즉 물체를 잡고 있는 사람을 통하여 접지되지 않은 금속 물체에 대하여 사실일 수 있는 것으로 판단된다. 따라서, 일반적으로 위상 변이의 변화 방향은 예를 들여 포인터의 재료에 의존할 수 있다. 부 변화(negative change)는 그러한 금속 물체가 측정 회로 소자에 적어도 부분적으로 용량적으로 결합되어 있음을 가리킬 수 있다. 본 발명에 따른 터치 감지 필름에 따르면, 터치 감지 필름 상의 물체의 실제 접촉에 기인한 위상각 변화(Δ(Δφ)contact)의 주파수 의존도는 예를 들어 터치 감지 필름으로부터 약 1cm 거리인 터치 감지 필름 근처로 물체를 가져가는 것에 의해 유발된 위상각 변화(Δ(Δφ)proximity)의 대응하는 주파수 의존도와는 다르다. 이러한 차이는 물체의 실제 접촉과 근접 존재 사이를 구분하는데 사용될 수 있다. 다시 말해, 터치가 검출되면, 두 개 이상의 서로 다른 주파수들에서의 연속적인 측정이 터치 감지 필름과 물체가 물리적으로 접촉하고 있는지 또는 근처에 있는지를 결정하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, HARMS 네트워크로 형성되고 감지 영역에서 약 10kΩ/squsre의 저항을 갖는 도전층을 구비한 특정 테스트 샘플에 의하면, 이러한 결정을 가능하게 하는 제1 및 제2 주파수는 각각 300kHz 및 1MHz이다. 이러한 두 가지 상황을 구분할 수 있는 능력은 종종 본 발명에 따른 터치 감지 필름을 이용한 사용자 인터페이스를 설계하는데 매우 다양한 새로운 가능성을 연다.
상술한 테스트에서, 직사각형 샘플들의 크기는 17×17cm2이고 샘플의 각 측면에 은으로 형성된 5개의 등거리 접속 전극들로 이루어진 구성이다. 유사한 구성이 손가락에 의한 터치뿐 아니라 터치 감지 필름의 서로 다른 위치들에 자유롭게 놓여 있는 다른 타입의 물체, 예를 들어 이동 전화의 존재를 검출하는데 본 발명의 능력을 증명하는데 성공적으로 사용되고 있다.
도 6은 약 15 내지 20kΩ의 시트 저항을 갖는 본 발명에 따른 도전층 위에서 측정된 임피던스의 실수부와 합성부의 감도를 도시한다. 도 6에 사용된 그래프에 사용된 표기에서, 임피던스의 실수부인 "임피던스"는 옴 단위로 표현된다. 임피던스의 합성부인 "위상"은 위상각의 도(degree)로 표현된다. 공지된 바와 같이, 도 6에서 임피던스의 실수부인 "임피던스"는 도전층 위로 전송되는 신호의 진폭에 기여한다. 도 6에서 임피던스의 합성부인 "위상"은 그러한 신호의 위상에 기여한다.
도 6의 곡선은 터치 감지 필름 상의 터치에 대한 "임피던스"의 최대 감도가 "위상"의 최대 감도의 대응하는 주파수보다 실질적으로 낮은 주파수에서 달성된다는 점을 명백히 도시한다. 이것은 터치 검출이 자극 신호에 대한 응답 신호의 위상과 그것의 변화를 모니터링하는 것에 기반할 때, 응답 신호의 진폭을 모니터링하는 것에 기반한 종래 접근법에 비하여 더 낮은 주파수가 사용될 수 있다는 것을 의미한다.
이하에서, 도 4의 터치 감지 장치를 위한 하나의 예시적인 터치 검출 프로세스가 설명된다. 상기 프로세스는 도 1 및 2의 터치 감지 필름에 따른 터치 감지 필름(1) 및 도 5에 도시된 위상 변이 모니터링을 이용한다. 예시적인 프로세스는 응답 신호의 위상각들(Δφ)의 배경 또는 기준 값들의 레지트터를 형성하기 위하여, 어떠한 터치의 존재 없이 도전층의 모든 접속 영역들(11)의 쌍, 즉 모든 신호 경로들 또는 연결 라인들(14)을 스캐닝하는 것으로 시작한다. 접속 영역들(11)의 각 쌍에 대하여, 접속 영역들 중 하나는 도전층에 제1 주파수의 자극 신호(17)를 공급하기 위한 입력 지점으로 사용되며, 응답 신호(18)는 다른 접속 영역(11)으로부터 측정된다. 이러한 종류의 배경 스캔은 서로 다른 신호 경로들 또는 연결 라인들이 서로 다른 길이를 가지고, 따라서 서로 다른 위상 각들을 제공하기 때문에 필요하다. 단일 신호 경로들의 위상각에서의 일부 변화는 도전층의 비균일성들에 의해 유발될 수 있다. 배경 스캔 후, 프로세스는 연결 라인들(14)의 좀 더 제한된 세트, 예를 들어, 제2 또는 제3 연결 라인들을 반복적으로 스캐닝하는 것으로 이어지며, 병렬 연결 라인들에 대한 스캐닝을 일 방향만으로 더 제한할 수 있다. 각 응답 신호(18)의 위상각(Δφ)은 대응하는 배경값과 비교된다. 기결정된 임계값을 초과하는 차이가 하나 이상의 연결 라인들(14)에 대한 실제 측정값과 배경값 사이에서 관찰되면, 즉 터치가 검출되면, 측정은 제2 주파수로 이러한 연결 라인(들)에 대하여 반복된다. 주파수에 대한 위상각 변화(Δ(Δφ))의 의존성은 터치 감지 필름에 포인터가 실제로 접촉했는지 근접하기만 했는지를 결정하는데 사용된다.
터치가 검출되고 그 터치의 타입이 결정된 후, 다음 단계는 터치의 위치를 결정하는 것이다. 이를 위하여, 임계값을 초과하는 위상각 변화(Δ(Δφ))를 갖는 이전에 결정된 하나 이상의 연결 라인들에 가까운 연결 라인들(14)의 더 밀도높은 격자가 선택되고 스캐닝된다. 만약 일 방향으로의 연결 라인들(14)만이 이전 단계에서 사용되었다면, 당연히 제1 단계는 적어도 하나의 다른 방향의 선택 연결 라인들(14)을 포함한다. 다음으로 선택된 연결 라인들이 스캐닝된다. 서로 다른 방향을 갖고 그들이 나타내는 방향들에서 위상각(Δφ)의 가장 강한 변화를 나타내는 두 연결 라인들(14)의 교차점이 터치 위치에 대한 제1 개략적인 추정이다. 위상각 변화(Δ(Δφ))의 임계-초과 값을 생성하는 감지 영역(13) 내의 하나 이상의 명확기 분리된 위치들은 다중 동시 터치를 가리킨다.
다음으로 프로세스는 터치 위치에 대한 원하는 정확도가 달성될 때까지 이전에 개략적으로 추정된 터치 위치 근처의 연결 라인들(14)의 점점 더 조밀한 그리드를 선택하고 스캐닝하는 것을 반복적으로 계속한다.
상술한 접근법은 가능한 위치 결정 알고리즘들의 일 예일 뿐임을 기억하는 것이 중요하다. 본 발명은 임의의 특정 알고리즘으로 제한되지 않는다.
상술한 프로세스는 터치 감지 장치의 신호 처리 유닛(16) 또는 다른 부분들에 임베딩된 임의의 공지된 전자 소자 및/또는 적절하게 구성된 소프트웨어 수단에 의해 수행될 수 있다.
도 1 및 2의 터치 감지 장치 어셈블리의 대안으로, 도 7은 모듈화된 저항성을 갖는 도전층을 도시한다. 도전층은 제2 서브 영역들(22)의 시트 저항보다 낮은 시트 저항을 갖는 제1 서브 영역들(21)을 포함한다. 각각, 제1 서브 영역들(21)의 도전성은 제2 서브 영역들(22)의 도전성보다 높다. 그러나, 두 서브 영역들 모두에서, 시트 저항은 본 발명에 따른 범위 내에 있다. 이러한 방식으로 모듈화된 저항성은 감지 영역(13) 위의 전체 저항이 측정되는 경로에 의존하게 한다. 예를 들어, 전극들(8a 및 8b) 상이에서 가장 낮은 저항을 갖는 전기 경로는 이들 전극 사이의 직선 연결 라인(ab)이다. 제1 및 제2 서브 영역들의 시트 저항의 적절한 선택으로, 전극들(8a 및 8c) 사이의 가장 낮은 저항을 갖는 전기 경로는 예를 들어 이 전극들(8a 및 8c) 사이의 직선 연결 라인(ac) 대신, 연결 라인들(ab 및 bc)의 조합일 수 있다. 따라서, 이들 접촉 전극들 사이의 신호가 집중되는 경로인 전극들(8a 및 8c) 사이의 가장 낮은 전체 저항을 갖는 신호 경로, 즉 전류 흐름 경로는 이들 전극들 사이의 가장 짧은 연결 라인으로부터 벗어나 있다.
서브 영역들(21, 22) 각각은 정사각형 형태를 갖는다. 전극들(8) 사이의 실질적으로 균일한 저항성/도전성을 갖는 연속적인 경로들을 형성하기 위하여, 더 높은 도전 정사각형들(21)이 정사각형의 코너들을 통하여 서로 연결되어 있다. 도 7의 교대 정사각형들 대신, 적어도 하나의 제1 및 제2 서브 영역이 예를 들어 격자 라인들로 형성될 수 있다.
감지 영역을 따른 저항성의 모듈화는 인접하는 전극들 사이의 신호차를 증가시키고 그에 의하여 터치 감지 정확도를 증가시키기 위하여 사용될 수 있다. 구체적인 물리적 이론에 얽매이지 않고, 발명자들은 이것이 모듈화된 저항성이 두 개의 대향하는 접속 전극들(8) 사이의 신호의 면내 분포를 좁게 할 수 있기 때문이라고 판단한다. 좁은 신호 경로로, 문제의 대향하는 접속 전극들 사이의 어딘가에서 도전층에 물체의 용량성 결합은 신호 경로의 더 큰 부분에 영향을 미치고, 따라서 신호에 영향을 미칠 것이다. 따라서, 물체의 터치 또는 근접 존재에 의해 유발된 신호에서의 변화는 증가되고, 그에 의해 향상된 터치 감지 정확도가 가능해진다.
모듈화된 저항성을 갖는 도전성 필름은 예를 들어 제1 도전성 재료를 균일하게 증착 또는 형성하고, 그 후 서브 영역들 중 하나의 면적에서 재료의 전부 또는 일부를 제거하며, 서로 다른 서브 영역들에서 도전성 재료의 양이 달라지도록 도전층을 증착 또는 형성하거나 예를 들어 도핑에 의해 한 타입의 서브 영역들에서의 도전성을 변화히시키는 것에 의해 제조될 수 있다.
본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 실시예들로 제한되는 것은 아니며, 실시예들은 청구범위 내에서 자유롭게 변할 수 있다.
1: 터치 감지 필름
2: 기판
3: 도전층
4: 유전체층
5: 하드 코팅층
8: 금속 전극
9: 비아
10: 접속 패드
11: 접속 영역
13: 감지 영역
14: 연결 라인
15: 교차점
16: 신호 처리 유닛
17: 자극 신호
18: 응답 신호
19: 신호 배선

Claims (15)

  1. 감지 영역(13)을 갖는 도전층(3)을 포함하는 터치 감지 필름(1)으로,
    상기 감지 영역(13)에서 도전층(3)의 시트 저항이 3kΩ 이상인 것을 특징으로 하는 터치 감지 필름.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 감지 영역(13)에서 도전층(3)의 시트 저항은 5 내지 100kΩ 범위, 바람직하게는 10 내지 50kΩ 범위인 것을 특징으로 하는 터치 감지 필름.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 도전층(3)은 전체 감지 영역(13) 위에 실질적으로 솔리드(solid) 구조로 확장된 것을 특징으로 하는 터치 감지 필름.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 감지 영역(13)은 제1 시트 저항을 갖는 적어도 하나의 제1 서브 영역(21) 및 상기 제1 시트 저항과는 다른 제 2 시트 저항을 갖는 적어도 하나의 제2 서브 영역(22)을 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 감지 필름.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도전층(3)은 고종횡비 분자 구조(HARMS: high aspect ratio molecular structure)를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 감지 필름.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 터치 감지 필름(1)은 3차원 표면을 따라 터치 감지 필름의 휨(bending)을 허용하도록 유연한 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 터치 감지 필름.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 터치 감지 필름(1)은 3차원 표면을 따라 터치 감지 필름의 변형을 허용하도록 변형가능한 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 터치 감지 필름.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 터치 감지 필름(1)은 광학적으로 투명한 것을 특징으로 하는 터치 감지 필름.
  9. 터치 감지 필름(1)을 포함하는 터치 감지 장치(20)로서,
    상기 터치 감지 필름(1)에 전기적 자극 신호(17)를 공급하고 상기 터치 감지 필름(1)으로부터 전기적 응답 신호(18, 18a, 18b)를 수신하기 위한 회로 소자 수단(8, 9, 10, 19); 및
    상기 전기적 응답 신호(18, 18a, 18b)에 기반하여 터치를 검출하기 위하여 상기 전기적 응답 신호(18, 18a, 18b)를 처리하는 처리 수단(16)을 포함하며,
    상기 터치 감지 필름(1)은 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 터치 감지 필름(1)인 것을 특징으로 하는 터치 감지 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 회로 소자 수단(8, 9, 10, 19)은 도전층(3)의 감지 영역(13)에 전기적 자극 신호(17)를 공급하고 동일한 감지 영역(13)으로부터 전기적 응답 신호(18, 18a, 18b)를 수신하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 터치 감지 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 처리 수단(16)은 터치가 위상 변이에 생성하는 변화에 기반하여 상기 감지 영역(13) 내의 터치를 검출하기 위하여, 응답 신호(18, 18a, 18b)와 자극 신호(17) 사이의 위상 변이를 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 터치 감지 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 감지 영역(13)은 도전층(3) 상의 복수의 접속 영역들(11)을 통하여 회로 소자 수단(8, 9, 10, 19)에 전기적으로 연결되고, 상기 접속 영역들(11)은 상기 감지 영역(13)을 둘러싸는 경계선(12)을 한정하며, 상기 경계선(12)을 따르는 방향에서 결정되는, 두 개의 인접하는 접속 영역들(11)의 중심들 사이의 평균 거리가 이 방향으로 접속 영역들(11)의 평균 너비보다 적어도 2배, 바람직하게는 적어도 5배, 가장 바람직하게는 적어도 10배인 것을 특징으로 하는 터치 감지 장치.
  13. 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접속 영역들(11)의 수와 위치는 각 쌍의 접속 영역들(11)의 접속 영역들(11)의 중심 사이의 감지 영역(13) 위로 직선 연결 라인(14)을 결정할 때, 상기 감지 영역(13) 내에 상기 연결 라인들(14)의 복수의 교차점들(15)이 있도록 선택되는 것을 특징으로 하는 터치 감지 장치.
  14. 제 9 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 터치 감지 장치는 햅틱 피드백을 제공하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 감지 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 터치 감지 장치는 도전층(3)을 통하여 햅틱 피드백을 제공하는 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 감지 장치.
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