KR20130109090A

KR20130109090A - 힘 측정을 갖는 포지셔널 터치 센서

Info

Publication number: KR20130109090A
Application number: KR1020137000460A
Authority: KR
Inventors: 매튜 에이치 프레이; 로버트 알 키스쉬케; 빌리 엘 위버
Original assignee: 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Priority date: 2010-06-11
Filing date: 2011-06-08
Publication date: 2013-10-07
Also published as: US10613668B2; US20180157364A1; TW201209667A; TWI557605B; CN103069365B; EP2580647A1; JP5813103B2; JP2013529803A; WO2011156447A1; US20130082970A1; CN103069365A; US9904393B2; SG186204A1

Abstract

투명 기판의 표면 위에 배치된 투명한 터치-감지 요소 및 투명한 터치-감지 요소 내에 배치된 힘-감지 요소를 포함하는 터치 스크린 디스플레이 센서가 제공된다. 힘-감지 요소는 2개의 미세메쉬 밴드 세트를 포함하며 미세메쉬 밴드들 사이에 압력-반응 재료를 포함할 수 있다. 미세메쉬 밴드들은 금속 도체 트레이스들을 포함한다. 미세메쉬 밴드 세트들은 이격되어 있고 실질적으로 평행한 평면들을 점유한다.

Description

힘 측정을 갖는 포지셔널 터치 센서{POSITIONAL TOUCH SENSOR WITH FORCE MEASUREMENT}

인가된 힘을 측정할 수 있으며 전자 디스플레이 상에서 유용한 터치 센서가 제공된다.

포지셔널 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. 포지셔널 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. 전도성 요소는 디스플레이 부근에 있는 또는 그와 접촉하는 물체의 위치를 결정하기 위하여 전도성 요소를 탐침(probe)하는데 전기 신호를 사용할 수 있는 전자 구성요소와 조합될 수 있다.

위치 감지에 부가하여, 터치 스크린 디스플레이와 같은 사용자 입력 장치(예를 들어, 컴퓨터 사용자 입력 장치)가 터치 이벤트와 관련된 힘의 크기를 측정하는 것이 종종 유용하다. 힘 측정을 포함하는 터치 스크린 디스플레이 센서에 대한 다수의 설계 및 구조가 이전에 설명되어왔다. 힘 측정을 포함하는 터치스크린 디스플레이 센서를 위한 설계 및 구조는, 미국 특허 제5,541,371호(Baller 등)에 개시된 것과 같은 스트레인 게이지(strain gauge)에 기초한 예들; 미국 특허 제7,148,882호(Kamrath 등) 및 제7,538,760호(Hotelling 등)에 개시된 것과 같은 재료 및 공기를 포함하는 유전체 구조 또는 유전체 재료에 의해 분리된 센서 내의 상이한 층들 상에 있는 전도성 트레이스들 또는 전극들 사이의 정전용량 변화에 기초한 예들; 미국 특허 공개 제2009/0237374호(Li 등)에 개시된 것과 같은 압저항(piezoresistive) 합성 재료에 의해 분리된 센서 내의 상이한 층들 상에 있는 전도성 트레이스들 사이의 저항 변화에 기초한 예들; 및 미국 특허 공개 제2009/0309616호(Klinghult 등)에 개시된 것과 같은 압전(piezoelectric) 재료에 의해 분리된 센서 내의 상이한 층들 상에 있는 전도성 트레이스들 사이의 분극 발현(polarization development)에 기초한 예들을 포함한다. 터치의 힘을 측정하는 대부분의 이러한 터치 스크린 디스플레이 센서는 특정한 결함에 의한 제약이 있다. 이들 결함은 투명 전도성 요소(예를 들어, 인듐 주석 산화물 기재의 요소)가 스트레인될 때 깨지는 경향, 실질적으로 디스플레이의 가시성을 차단(obscure)할 수 있기 때문에 디바이스 사용자와 정보 디스플레이 사이에 개재되기에는 부적합한 눈에 잘띄는 감지 요소, 및 원치 않는 디바이스 또는 베젤 두께 혹은 다른 큰 디바이스 치수를 야기할 수 있는 부피가 큰 힘 측정 구성요소를 포함한다.

따라서, 전도성 재료의 깨짐이 없이, 정보 디스플레이의 가시성을 차단함이 없이, 그리고 원치 않는 제품 디자인에 이르게 하는 부피가 큰 구성요소의 사용 없이, 터치의 위치 및 힘을 측정할 수 있는 터치 디스플레이 센서 시스템이 이 분야에서 필요하다. 제공된 센서는 이들 결함의 일부 또는 전부를 극복한다.

일 태양에서, 가시 영역을 갖는 전자 디스플레이, 표면을 갖는 투명한 절연성 기판, 및 기판의 표면 위에 배치된 적어도 하나의 금속 트레이스 미세패턴을 포함하는 힘-감지 요소를 포함하는 물품이 제공되며, 투명한 절연성 기판은 전자 디스플레이 위에 배치되고, 그리고 힘-감지 요소는 디스플레이의 가시 영역을 실질적으로 차단함이 없이 전자 디스플레이의 가시 영역의 적어도 일부 위를 덮는다. 물품은 전자 디스플레이 위에 배치된 투명한 포지셔널 터치-감지 요소를 추가로 포함할 수 있다. 기판의 표면 위에 금속 코팅을 배치하고 그리고 기판 위에 배치되는 전도성 트레이스 미세패턴을 형성하기 위하여 금속을 적어도 부분적으로 식각함으로써, 제공된 터치 스크린 디스플레이를 제조하는 방법이 또한 제공된다. 본 방법은 융기된 특징부들을 갖는 잉킹된 스탬프를 제공하는 것과 잉킹된 스탬프의 융기된 특징부들을 적어도 부분적으로 금속을 식각하기 전에 금속 코팅에 접촉시키는 것을 추가로 포함할 수 있다. 본 방법은 융기된 특징부들을 갖는 잉킹된 스탬프를 제공하는 것 - 잉킹된 스탬프는 자가 조립식 모노층 형성 분자(self-assembled monolayer-forming molecule)들로 잉킹됨 -, 및 잉킹된 스탬프의 융기된 특징부들을 부분적으로 금속을 식각하기 전에 금속 코팅에 접촉시키는 것을 추가로 포함할 수 있다.

또 다른 태양으로, 가시 영역을 갖는 전자 디스플레이, 전자 디스플레이의 가시 영역의 적어도 일부 위에 배치된 투명한 절연성 기판, 및 전자 디스플레이의 가시 영역의 적어도 일부 위를 덮는 기판의 표면 위에 배치된 터치 센서를 포함하는 물품이 제공되며, 터치 센서는 힘-감지 요소를 포함하고, 힘-감지 요소는 미세메쉬 밴드들의 제1 세트 및 미세메쉬 밴드들의 제2 세트를 포함하고, 미세메쉬 밴드들 각각은 금속 도체 트레이스들을 포함하고, 미세메쉬 밴드들의 제1 및 제2 세트는 실질적으로 평행한 평면들을 점유하며 이 평면들은 이 평면들에 수직인 방향으로 이격되어 있고, 그리고 미세메쉬 밴드들의 제1 세트의 적어도 하나의 밴드가 미세메쉬 밴드들의 제2 세트의 적어도 하나의 밴드와 교차(cross over)된다. 제공된 물품은 가시 영역을 갖는 전자 디스플레이를 추가로 포함할 수 있고, 힘-감지 요소는 디스플레이의 가시 영역을 실질적으로 차단함이 없이 디스플레이의 가시 영역의 적어도 일부 위를 덮는다.

본 개시에서,

"전도성 트레이스"는 전도성 재료의 패턴으로된 좁은 선형 패턴 요소, 예를 들어, 길이가 100 마이크로미터인 폭 2 마이크로미터의 전도성 라인을 지칭한다.

"전기-전도성"은 약 10^-6 내지 1 ohm-㎝의 벌크 전기 저항을 갖는 재료를 지칭한다.

"힘-감지 요소"는 영향의 정도가 터치 이벤트의 힘의 크기와 관련이 있는 그러한 방식으로 그리고 그 크기가 힘-감지 요소에 부착된 전자장치를 이용하여 적어도 대략적으로 측정될 수 있는 그러한 방식으로 터치 이벤트의 힘에 의해 영향 받는 센서 또는 디바이스의 일부를 지칭하며, 본 명세서에서 사용되는 것과 같은 힘-감지 요소는 힘을 직접 측정할 수 있거나 관련된 특성을 측정할 수 있다.

"집적하다" 또는 "집적"은 수동 회로 요소, 힘-감지 요소, 또는 용량성 감지 요소를 기판의 표면 위에 직접 배치하여 놓거나 구비하는 것을 지칭하며, 집적된 수동 회로 요소는 개별 수동 회로 요소, 예를 들어, 기판에 본딩되어야 하고 기판에 전기적으로 연결되어야 하는 (예를 들어, 솔더-본딩된 또는 와이어-본딩된) 칩 저항 또는 칩 커패시터와 대조되는 것이다.

"메쉬"는 전도성 트레이스들, 예를 들어, 서로 직교하여 이어져 직사각형(예를 들어, 정사각형) 그리드를 생성하는 전도성 트레이스들의 2차원 네트워크를 지칭한다.

"금속" 또는 "금속화"는 의도된 목적에 적합하게 전도성인 원소 금속(elemental metal) 또는 합금과 같은 전도성 재료를 지칭한다.

"비전도성" 및 "절연성"은 서로 교체가능하게 사용되며, 이 용어들은 실질적으로 전기적으로 전도성이 아닌 재료, 예를 들어, 적어도 10⁶ ohm-㎝, 바람직하게는 적어도 10⁸ ohm-㎝, 더욱 바람직하게는 적어도 10¹² ohm-㎝의 벌크 전기 저항을 갖는 재료를 지칭한다.

도체 미세패턴, 또는 도체 미세패턴의 영역, 또는 힘-감지 도체 미세패턴의 적어도 일부 및 터치-감지 미세패턴의 적어도 일부를 포함하는 센서의 영역의 "개구 면적 비율"(또는 개구 면적 또는 개구 면적의 퍼센트)은, 도체에 의해 가려지지 않는 미세패턴 또는 미세패턴들의 비율이고, 개구 면적 비율(또는 개구 면적 또는 개구 면적의 퍼센트)은 십진법, 분수 또는 퍼센트로 표현될 수 있다.

"포지셔널 터치-감지 요소"는 요소의 표면 상의 또는 포지셔널 터치-감지 요소 위를 덮는 추가의 요소의 표면을 따라 하나 이상의 터치 또는 터치 이벤트 부근의 위치를 검출할 수 있는 요소를 지칭한다.

"실질적으로 평행"은 대략적으로 동일한 방향을 따르는 어떤 방식으로 배향된 패턴 요소들을 지칭하고, 실질적으로 평행한 패턴 요소들의 예는, 동일한 방향으로 배향되며 평면 내에서 인접하지만 이격되어 있는 미세메쉬의 밴드들(긴(elongated) 스트라이프들 또는 스트립들)이고, 몇몇 실질적으로 평행한 패턴 요소들은 곧음도(straightness) 또는 평행도(parallelism)에 있어서 편차를 가질 수 있다.

"자가 조립식 모노층" 또는 "SAM"은 (예를 들어, 화학 결합에 의해) 표면에 부착되며 그리고 그 표면에 대해 그리고 심지어 서로에 대해 선호 배향이 채택된 분자들의 단분자층을 지칭한다.

"터치 센서 또는 감지" 또는 "터치 스크린"은 하나 이상의 신체 부분(즉, 하나 이상의 손가락)을 이용한 물리적 또는 근접 터치(전계를 간접 방해)에 의해 활성화될 수 있고 터치 이벤트의 힘, 터치 이벤트의 위치, 또는 이 둘 모두를 검출할 수 있는 감지 요소를 지칭한다.

"가시광 투명(visible light transparent)"은 투과율의 수준이 가시광에 대해 적어도 60% 투과성인 것을 말하며 여기서 퍼센트 투과율은 입사광의 세기로 정규화된다.

제공된 터치 센서를 포함하는 제공된 물품 및 방법은 힘을 측정할 수 있는 종래의 터치 스크린 디스플레이 센서의 결함들을 극복한다. 제공된 물품은 투명한 터치 센서를 포함하고, 그리고 전도성 미세메쉬 밴드를 포함하며, 전도성 미세메쉬 밴드는 스트레인될 때 깨짐이 방지되고 이들이 그 위에 배치되는 디스플레이의 가시성을 최소로 차단한다. 추가적으로, 제공된 물품 및 방법은 부피가 큰 구성요소의 사용을 회피시켜 준다.

상기의 개요는 본 발명의 모든 구현예의 각각의 개시된 실시 형태를 기재하고자 하는 것은 아니다. 도면의 간단한 설명 및 후속하는 상세한 설명은 예시적인 실시 양태를 더욱 특히 예시한다.

<도 1a>
도 1a는 기판의 표면 위에 배치된 4개의 힘-감지 요소를 포함하는 기판의 사시도이다.
<도 1b>
도 1b는 도 1a에 도시된 기판 위에 포함된 하나의 힘-감지 요소를 보여주는 분해도이다.
<도 2>
도 2는 제공된 터치 스크린 디스플레이 센서의 실시예의 일부의 사시도이다.
<도 2a>
도 2a는 도 2에 제공된 터치 스크린 디스플레이 센서의 일부(220)의 분해도이다.
<도 3a 및 3b>
도 3a 및 3b는 제공된 터치 스크린 디스플레이 센서의 측면도이다. 도 3a는 본래의 센서의 예시이고, 도 3b는 예를 들어, 손가락에 의해 터치되어 눌릴 때 발생하는 것과 같은 국부화된 힘에 의해 센서가 압박될 때의 센서의 예시이다.
<도 4, 4a, 및 4b>
도 4, 4a, 및 4b는 제공된 물품의 실시예의 개략도이다.
<도 5, 5a, 및 5b>
도 5, 5a, 및 5b는 제공된 물품의 실시예의 개략도이다.
<도 6>
도 6은 제공된 터치 스크린 디스플레이에서 유용한 터치 센서의 개략도이다.

하기의 설명에서는, 본 명세서의 일부를 형성하며 몇몇 특정 실시예들이 예로서 도시되어 있는 첨부 도면을 참조한다. 본 발명의 범주 또는 사상으로부터 벗어남이 없이 다른 실시예들이 고려되고 이루어질 수 있음을 이해하여야 한다. 따라서, 하기의 상세한 설명은 제한적인 의미로 취해져서는 안 된다.

달리 나타내지 않는 한, 본 명세서 및 특허청구범위에서 사용된 특징부의 크기, 양 및 물리적 특성을 표현하는 모든 수는 모든 경우 용어 "약"에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 반대로 나타내지 않는 한, 전술한 명세서 및 첨부된 특허청구범위에 개시된 수치 파라미터는 본 명세서에 개시된 교시 내용을 이용하여 당업자가 얻고자 하는 원하는 특성에 따라 달라질 수 있는 근사치이다. 종점(end point)에 의한 수치 범위의 사용은 그 범위 내의 모든 수 (예를 들어, 1 내지 5는 1, 1.5, 2, 2.75, 3, 3.80, 4 및 5를 포함함) 및 그 범위 내의 임의의 범위를 포함한다.

가시 영역을 갖는 전자 디스플레이를 포함하는 물품이 제공된다. 전자 디스플레이는 전자 장치의 일부이거나 전자 장치와 전기 통신하는 임의의 가시적인 정보 디스플레이일 수 있다. 전자 디스플레이의 예는 전자발광식(EL) 램프, 발광 다이오드(LED), 유기 발광 다이오드(OLED), 또는 일반적으로 매트릭스 디스플레이에서 가시광선(visible radiation)을 생성하는 플라즈마 구성요소를 포함하는 평판 디스플레이(flat panel display)를 포함한다. 전자 디스플레이의 다른 예는 반사형 또는 백라이트 액정 디스플레이(LCD)를 포함한다. 전자 디스플레이의 또 다른 예는 전기영동(electrophoretic; EP) 디스플레이 또는 전기습윤(electrowetting) 디스플레이와 같은 반사형 디스플레이를 포함한다. 디스플레이는 가시 영역을 가지며, 이 가시 영역은 디스플레이의 전체 면적 또는 예를 들어, 하우징 내의 개구를 통해 또는 프레임을 통해 보여질 수 있는 디스플레이의 일부분을 포함할 수 있다. 일반적으로, 전자 디스플레이의 가시 영역은 영상, 그림, 또는 텍스트 형태의 변할 수 있는 정보를 렌더링하기 위한 수단을 포함하는 영역이다.

제공된 센서는 전자 디스플레이 위에 배치되는 기판을 포함한다. 기판은 투명한 절연성 기판, 예컨대 유리, 중합체, 세라믹, 또는 가시광 투명성인 임의의 다른 기판일 수 있다. 투명한 절연성 기판을 위한 예시적인 유용한 중합체는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈렌(PEN), 폴리이미드(PI), 및 트라이아세테이트 셀룰로오스(TAC)를 포함한다. 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 그 내부 또는 위에 포함한 불투명 재료의 패턴을 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.

대안적으로, 일부 응용에서, 기판은 가시광 스펙트럼의 일부 영역에서 불투명할 수 있으나, 투명한 가시 영역을 여전히 가질 수 있다. 기판은 힘-감지 요소를 지지할 수 있는 표면을 가질 수 있다. 따라서, 기판은 그 자체로 비-전도성일 수 있고 그리고 그 위에 전도성 트레이스들이 위치될 수 있는 표면을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 추가의 층들(예를 들어, 1 내지 3개의 추가 층들)이 기판과 전도성 트레이스 패턴 사이에 개재될 수 있다. 예를 들어, 기판의 표면을 평탄하게 하는 보호층(passivation layer)이 기판과 전도성 트레이스 패턴 사이에 존재할 수 있다. 이러한 경우에, 기판은 전도성이거나 전도성이 아닐 수 있지만, 전도성 트레이스 패턴이 그 위에 직접 배치되는 층은 비전도성일 필요가 있다.

일부 실시예들에서, 제공된 물품은 0.5 내지 20 마이크로미터의 최소 치수를 갖는 특징부들을 갖는 금속 도체 미세패턴(본 명세서에서 "금속 트레이스 미세패턴"과 서로 교체가능하게 사용됨)을 포함하는 힘-감지 요소를 포함한다. 다른 실시예들에서, 힘-감지 요소의 금속 도체 미세패턴의 특징부들의 최소 치수는 1 내지 5 마이크로미터이다. 다른 실시예들에서, 힘-감지 요소의 금속 도체 미세패턴의 특징부들의 최소 치수는 1.5 내지 4 마이크로미터이다. 최소 치수라는 것은 도체 미세패턴에 대해 측정될 수 있는 가장 작은 치수를 의미한다. 예를 들어, 선형 전도성 트레이스들로 구성된 미세패턴에 대해, 최소 치수는 트레이스들의 폭(또는 가장 좁은 트레이스 또는 트레이스들의 폭)이다. 일부 실시예들에서, 힘-감지 요소의 금속 도체 미세패턴의 개구 면적 비율은 80 퍼센트 내지 99.75 퍼센트일 수 있다. 일부 다른 실시예들에서, 힘-감지 요소의 금속 도체 미세패턴의 개구 면적 비율은 90 퍼센트 내지 99.5 퍼센트일 수 있다. 다른 실시예들에서, 힘-감지 요소의 금속 도체 미세패턴의 개구 면적 비율은 95 퍼센트 내지 99 퍼센트일 수 있다. 일부 실시예들에서, 금속 도체 미세 패턴은 마이크로미터 단위로 약 [X + 0.5]의 도체 트레이스 폭 및 약 [95 - X]% 내지 99.5%의 개구 면적 비율을 가지며, 여기서 0 ≤ X ≤ 4.5이다. 일부 다른 실시예들에서, 금속 도체 미세패턴은 약 [98.5 - (2.5Xㆇ 3.5)] % 내지 [99.5 - (X ÷ 3.5)] %의 개구 면적 비율을 가지며, 여기서 0 ≤ X ≤ 3.5이다.

일부 실시예들에서, 당업계에 공지된 바와 같이, 예를 들어, 금속 도체 상에 암재료(dart material)를 침착시킴으로써 또는 금속 도체의 표면 상에 암반응 생성물(dark reaction product)을 형성함으로써, 금속 도체(예를 들어, 트레이스) 미세패턴이 암화(darken)된다. 이러한 암재료 또는 암반응 생성물의 예는 탄소계 재료, 금속 황화물, 또는 금속 산화물을 포함한다. 일부 실시예들에서, 금속 도체 미세패턴은 주기적인 메쉬를 포함한다. 일부 실시예들에서, 주기적인 메쉬는 당업계에 공지된 바와 같이 아래에 놓인 디스플레이의 주기적인 픽셀 패턴에 대해 바이어스 각도로 형성된다. 일부 실시예들에서, 금속 도체 미세패턴은 랜덤 또는 의사-랜덤 메쉬를 포함한다. 일부 실시예들에서, 미세패턴(예를 들어, 전도성 금속 트레이스 미세패턴)의 금속 도체는, 당업계에 공지된 바와 같이, 금속이 아닐 수 있는 매트릭스 내에 금속 입자들을 포함하는 복합 재료, 예를 들어, 중합체 매트릭스 내에, 인쇄가능한 전도성 잉크로부터 유발된 금속 입자를 포함하는 복합 재료이다.

일부 실시예들에서, 힘-감지 요소의 적어도 일부는 디스플레이의 가시 영역을 실질적으로 차단함이 없이 전자 디스플레이의 가시 영역의 적어도 일부 위를 덮는(즉, 위에 배치된) 적어도 하나의 전도성 금속 트레이스 미세패턴(즉, "힘-감지 요소 금속 도체 미세패턴")을 포함한다. 디스플레이의 가시 영역을 실질적으로 차단함이 없다는 것은 금속 도체 미세패턴을 갖는 힘-감지 요소를 구비한 제공된 투명한 절연성 기판이 전자 디스플레이의 가시광 투과율을 위에 개시된 것보다 더 감소시키지 않는다는 것과 전자 디스플레이를 통한 광 투과가 충분히 투명하여 전자 디바이스에 의해 디스플레이되는 정보가 실질적으로 왜곡되지 않으며 보통의 뷰어(어떠한 현저한 시력 상실을 갖지 않는 자)에 의해 판독될 수 있다는 것을 의미한다. 디스플레이의 가시성은 금속 도체 미세패턴을 갖는 힘-감지 요소를 구비한 투명한 절연성 기판에 대한 탁도 및 가시광 투과율 둘 모두에 의해 영향 받을 수 있다. 가시광 투과율은 위에서 설명되었다. 탁도 또는 광 산란은 본 기술 분야의 통상의 기술자에 의해 쉽게 측정될 수 있다. 명료하게 하기 위하여, 힘-감지 요소를 포함하는 제공된 기판은 약 50 퍼센트 미만, 약 40 퍼센트 미만, 약 30 퍼센트 미만, 약 20 퍼센트 미만, 또는 심지어 약 10 퍼센트 미만의 탁도를 가질 수 있다.

디스플레이의 가시성은, 금속 도체 미세패턴을 갖는 힘-감지 요소를 구비한 투명한 절연성 기판이 뷰어와 디스플레이 요소 사이에 개재될 때, 아래에 놓인 디스플레이 요소의 픽셀의 사이즈 및 기하학적 형태와 관련하여, 미세패턴의 특징부 사이즈 및 기하학적 형태에 의해 또한 영향을 받을 수 있다. 금속 도체 미세패턴을 갖는 힘-감지 요소를 구비한 제공된 투명한 절연성 기판에 대해, 미세패턴은 바람직하게는 금속 트레이스들을 포함하고, 미세패턴의 최소 특징부 사이즈(예를 들어, 미세패턴의 트레이스 폭)는 (트레이스의 폭 방향으로) 아래에 놓인 픽셀의 폭의 절반 미만이고, 더 바람직하게는 아래에 놓인 픽셀의 폭의 10%미만이고, 가장 바람직하게는 아래에 놓인 픽셀의 폭의 5%미만이다.

적어도 하나의 전도성 트레이스 미세패턴을 형성하는 데 유용한 금속의 예는 금, 은, 팔라듐, 백금, 알루미늄, 구리, 니켈, 몰리브덴, 텅스텐, 주석, 합금, 또는 이들의 조합을 포함한다. 도체는, 예를 들어, 5 나노미터(㎚) 내지 5 ㎚, 또는 10 ㎚ 내지 500 ㎚, 또는 15 ㎚ 내지 250 ㎚의 두께를 가질 수 있다. 많은 실시예들에서, 도체의 두께는 1 마이크로미터 미만이다. 당업계에 공지된 바와 같이, 원하는 시트 저항(sheet resistance)에서 시작하여 감지 패턴의 기하학적 형태(및 결과적으로, 평면에서의 전류-전달 단면에 대한 그의 영향) 및 도체의 벌크 저항을 고려함으로써 원하는 도체 두께가 계산될 수 있다. 감지 패턴의 복잡한 기하학적 형태에 대해, 본 명세서에서 감지 패턴의 특성의 모델링이라고 지칭되는 시트 저항의 계산에 사용될 수 있는 당업계의 계산 방법, 예를 들어 유한 차분법(finite difference method) 또는 유한 요소법(finite element method)이 있다. 당업계에 공지된 바와 같이, 4점 탐침 기법 및 비접촉 와전류법(non-contact eddy-current method)을 비롯한 다수의 기법들을 사용하여 시트 저항이 측정될 수 있다.

전도성 금속 트레이스 미세패턴은 임의의 적절한 패턴화 방법, 예를 들어 식각(etching)에 의한 포토리소그래피(photolithography) 또는 도금에 의한 포토리소그래피를 포함하는 방법(예를 들어, 미국 특허 제5,126,007 (Smulovich); 미국 특허 제5,492,611호(Sugama 등); 미국 특허 제5,512,131호(Kumar 등); 및 미국 특허 제6,775,907호(Boyko 등) 참조)에 의해 생성될 수 있다. 추가적으로, 전도성 금속 트레이스 미세패턴은, 레이저 경화식 마스킹(금속 막 상의 마스크 층을 경화시킨 다음에 식각함); (차후의 금속 도금을 위한 마스킹 재료 또는 씨드(seed) 재료의) 잉크젯 인쇄; (차후의 금속 도금을 위한 씨드 재료의) 그라비어(gravure) 인쇄; 미세-복제(기판에 미세-홈을 형성한 다음에 차후의 금속 도금을 위한 전도성 재료 또는 씨드 재료로 충전함); 또는 미세-접촉 인쇄(기판의 표면 상에 자가 조립식 모노층(SAM) 패턴을 스탬핑 또는 윤전 인쇄함)와 같은 다른 예시적인 방법을 이용하여 생성될 수 있다. 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 호환되는 스케일로 전도성 트레이스들의 (의사-랜덤한(pseudorandom)) 변동을 허용한다.

본 명세서에서 논의되는 소정의 실시예들은 투명한 도체를 이용하는 기존의 센서들보다 더 큰 광 투과율을 가능하게 하는 평탄한 면을 갖는 "와이어형" 도체를 이용할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 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 ㎛이하의 최대 단면 치수를 갖는 도체를 포함한다. 많은 센서 응용들에서 3 ㎛미만이 전형적이다. 마스킹 및 식각을 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 전도성 트레이스 패턴을 생성하는 데 레이저 경화식 마스킹이 사용될 수 있다. 이러한 공정은 전형적으로 필름(예를 들어, PET)-기반 또는 유리-기반 기판에서 잘 작동한다. 레이저 경화식 마스킹 공정은, 기판을 금속으로 도금하는 단계(예를 들어, 은 또는 구리가 유리 또는 PET 필름 상에 스퍼터(sputter) 코팅됨); UV 경화성 마스킹 잉크를 도금된 기판 상에 균일하게 코팅하는 단계(예를 들어, 스핀(spin) 코팅 및 딥(dip) 코팅); 터치 센서의 활성 영역에 도체 트레이스들을 형성하기 위해 인쇄된 잉크의 일부분을 레이저로 경화시는 단계 - 또한 전극을 커넥터 패드에 상호연결시키는 (더 넓은) 라인을 경화시킬 수 있음(레이저의 빔 폭이 포토 마스크에 의해 감소될 수 있음) -; 경화되지 않은 잉크를 제거하는 단계; 그리고 기판으로부터 도금된 금속을, 마스킹 잉크 아래의 패턴을 제외하고, 식각에 의해 제거하는 단계에 의해 예시된다.

상술한 레이저 경화식 마스킹 공정과 유사하게, 비교적 넓은 라인의 씨드 잉크(seed ink)(촉매 잉크)를 사용하여 원하는 패턴을 인쇄한 다음에 UV 레이저로 선택적으로 경화시킴으로써 미세전도성 트레이스 패턴을 생성하기 위하여 씨드 잉크의 잉크젯 인쇄 및 도금이 사용될 수 있다. 이러한 공정을 위한 기판은 필름(예를 들어, PET) 또는 유리일 수 있다. 잉크젯 인쇄 공정은 사용되는 잉크의 양을 최소화시키며, 따라서 잉크(예를 들어, 씨드 잉크)가 고가인 경우 유용하다. 잉크가 비교적 저가인 경우, 잉크젯 인쇄는 전체 기판을 균일하게 코팅하는 다른 공정(예를 들어, 스핀 코팅 또는 딥 코팅 등)으로 대체될 수 있다.

그라비어 인쇄에서는 인쇄될 이미지가 드럼 상에서 회전하는 금속 플레이트 내로 "식각"되어야 한다. 드럼이 회전할 때, 식각된 표면이 잉크로 채워지고, 이 잉크는 이어서 잉크로 채워진 식각된 플레이트와 필름이 서로 접촉할 때 인쇄되는 필름의 표면 상에 침착된다. 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 전도성 금속 트레이스의 미세패턴을 형성하는 데 사용될 수 있는 또 다른 공정이다. 미세-복제된 채널들은 씨드 잉크로 채워지고 이어서 도금되어 전도성으로 될 수 있다. 대안적으로, 채널들이 그 자체가 전도성인 잉크로 채워질 수 있어, 도금 공정이 필요 없게 된다. 제3 대안은 기판을 금속으로 코팅하고, 이어서 홈들에 있는(홈들의 하부에 있는) 금속의 일부분을 마스킹하고, 이어서 마스킹되지 않은 금속을 식각하여 제거하는 것이다(예를 들어, PCT 공보 WO 2010/002679 (Stay 등) 및 WO 2010/002519 (Moran 등) 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 공개 제2007/0160811호 (Gaides 등)에 기술되어 있다.

미세-접촉 인쇄가 전도성 트레이스 패턴을 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 공정에서, 기판이 금속으로 코팅되고(예를 들어, 은 또는 구리가 유리 또는 PET 필름 상에 스퍼터-코팅되거나 도금됨); 자가 조립식 모노층 마스크가 도금된 기판 상에 스탬핑되고; 그리고 기판 상에 코팅된 금속이, 마스크 아래의 패턴을 제외하고, 식각에 의해 제거된다(즉, 부분적으로 식각됨). 당업계에 공지된 바와 같이, 미세-접촉 인쇄는 금속 침착 공정과 조합되어 추가 패턴화 공정(예를 들어, 무전해 도금을 포함함)을 가져올 수 있다.

전형적으로, 힘-감지 요소(금속 트레이스 미세패턴)는 인쇄 공정을 이용하여 제조될 수 있다. 이들은 미세-접촉 인쇄 공정을 이용하여 제조될 수 있다. 미세-접촉 인쇄는 양각 패턴된(relief-patterned) 탄성중합체 스탬프를 이용한, 자가 조립식 모노층(self-assembled monolayer, SAM)의 기판으로의 패턴화된 전사(transfer)이다. SAM은 스탬프에 대한 고부조(high relief) 패턴에 따라 기판으로 전사될 수 있다. 박막 금속 상에 미세-접촉 인쇄된 SAM이 식각 레지스트(etch resist)로서 이용될 수 있다. 박막 금속 도체의 고-해상도 미세패턴화가 예를 들어, 일 마이크론 이하의 특징부 사이즈(예를 들어, 트레이스 폭)를 이용하여 가능할 수 있다. 미세-접촉 인쇄에 의한 박막 금속의 제거형 미세패턴화(subtractive micropatterning) 및 후속하는 식각은 미국 특허 제5,512,131호(Kumar 등)에 기술된다. 투명한 터치 스크린 디스플레이 상의 감지 디바이스를 위해 집적된 수동 회로 요소를 형성하기 위한 미세-접촉 인쇄가, 예를 들어, 2010년 4월27일자로 출원된 미국 특허 출원 제12/767,884호(Weaver 등)에 개시되어 있다.

일 실시예에서, 제공된 물품에 포함된 힘-감지 요소는 측면 저항 스트레인 게이지(lateral resistive strain gauge)일 수 있다. 도 1a는 기판의 표면 위에 배치된 4개의 힘-감지 요소를 포함하는 기판의 사시도이다. 도 1b는 도 1a에 도시된 기판 위에 포함된 한 개의 힘-감지 요소를 보여주는 분해도이다. 도 1a에서, 구현된 물품(100)(도시되지 않은 가시 영역을 갖는 전자 디스플레이를 제한 것)의 일부가 도시된다. 물품 부분(100)은 도시된 실시예에서 유리 또는 투명한 절연성 중합체의 두꺼운 투명 슬라브인 표면을 갖는 투명한 절연성 기판(102)을 포함한다. 물품(100)은 기판(102)의 표면 위에 배치된 4개의 힘-감지 요소(104)를 갖는다. 도시된 실시예에서, 기판은 실질적으로 경성(rigid)이지만, 터치 이벤트의 힘에 의해 편향될 수 있다. 힘-감지 요소는, 전자 디스플레이 디바이스 위에 놓일 때 (즉, 위에 배치될 때) 전자 디스플레이의 가시 영역의 적어도 일부 위를 덮지만 디스플레이의 가시 영역을 실질적으로 차단하지 않는 물품의 영역 내에 있다. 도시된 실시예에서, 힘-감지 요소(104)는 디스플레이의 가시 부분의 모서리에 배치되고, 그리고 도 1b에 도시되고 설명된 바와 같이, 그 위에 이들이 배치되는 전자 디스플레이 디바이스의 가시성을 향상시키는 위에 개시된 것과 같은 높은 개구 면적 비율을 갖는 미세메쉬의 금속 전도성 트레이스들로 구성된다.

일부 실시예들에서, 터치 센서는, 적합한 전자장치와 결합될 때, 또한 포지셔널 터치-감지 요소로서 기능하는 힘-감지 요소를 포함한다. 예를 들어, 도 1a에서, 복수의 힘-감지 요소(104)가 기판(102)과 통합될 때, 터치 이벤트의 힘의 크기에 부가하여, 개별 힘 감지 요소에 대응한 차분값(differential)이 터치 이벤트의 위치를 결정하는데 이용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 터치 센서는, 적합한 전자장치와 결합될 때, 포지셔널 터치-감지 요소로부터 분리되는 힘-감지 요소를 포함한다. 예를 들어, 힘-감지 요소(104)는 포지셔널 터치-감지 요소, 예컨대 저항 포지서녈 터치-감지 요소와 추가로 결합될 수 있는 바, 이러한 저항 포지셔널 터치-감지 요소는 당업계에 잘 알려져 있다(예를 들어, 미국 특허 공개 제2005/0076824호(크로스(Cross) 등) 참조). 한가지 그러한 접근법에서, 기판(102)이 저항 포지셔널 터치-감지 요소의 일부를 이루는 상태로, 힘-감지요소(104)가 기판(102) 위에 집적될 수 있다. 이 접근법에서, 힘-감지 요소(104)는 기판(102)(예를 들어, 폴리카보네이트, 폴리(메틸 메트아크릴레이트), 또는 유리)으로서 반경성(semi-rigid) 베이스 시트의 일 면에 통합될 수 있고, 전도성 중합체 코팅이 반대쪽 면에 배치될 수 있으며, 당업계에서 알려진 바와 같이, 전도성 중합체 코팅은 에어-갭-분리된 저항 포지셔널 터치-감지 요소의 하부(bottom) (예를 들어) 전도성 층을 구성한다. 또한, 예를 들어, 힘 감지 요소(104)가 표면 정전용량 포지셔널 터치-감지 요소와 추가로 결합될 수 있고, 그러한 표면 정전용량 포지셔널 터치-감지 요소는 본 기술 분야에서 잘 알려져 있다(예를 들어, 미국 특허 제6,549,193호(Huang 등) 참조). 마지막으로, 예를 들어, 힘 감지 요소(104)가 투사형 정전용량 포지셔널 터치-감지 요소와 더 결합될 수 있고, 이러한 투사형 정전용량 포지셔널 터치-감지 요소는 당업계에서 잘 알려져 있다(예를 들어, 미국 특허 공개 제2005/0083307(Aufderheide 등) 참조).

도 1b는 도 1a에 도시된 힘-감지 요소 중 하나의 분해도이다. 힘-감지 요소(104)는 측면 저항 스트레인 게이지 감지 요소이고 전도성 금속 트레이스들의 U-형 그리드 또는 미세메쉬를 포함하는 금속 트레이스 미세패턴(본 명세서에서 "미세메쉬"라고 지칭됨)(106)을 포함한다. 미세패턴(106)의 단부(end)들은 저항-측정 디바이스(108)와 전기적으로 통신한다. 미세패턴이 스트레인됨에 따라 힘-감지 요소(104)의 저항이 변한다. 예를 들어, 힘-감지 요소(104)의 저항은, 편향된 기판의 외측 (볼록) 표면 상에 힘-감지 요소가 있을 때 힘-감지 요소의 긴 축 방향을 따라 뻗은 아크(arc)로 기판을 구부림으로써(또는 편향시킴으로써) 야기될 것과 같이, 힘-감지 요소가 그것의 긴-축 방향으로 연신됨에 따라 증가한다(따라서 스트레인 게이지로서 작용함). 그러한 효과는 힘-감지 요소(104)가 사용자를 향해있는 터치 표면에 비하여 경성 기판의 아래쪽에 있을 때 생성될 수 있다. 도 1a의 구현된 물품에서, 실질적으로 직사각형인 기판(102)의 모서리에 위치된 4개의 힘-감지 요소의 조합이 예를 들어, 터치 이벤트에 의한 기판의 편향, 및 터치 이벤트로부터의 힘의 양 및 힘의 위치를 검출할 수 있다. 터치 이벤트의 힘의 위치 및 크기는 4개의 요소들 전부에 대한 저항 변화를 측정하고, 그리고 측정된 변화를 교정 절차(calibration procedure)에서 기록된 알려진 터치 힘의 위치 및 크기와 관련된 저항 변화와 비교함으로써 결정될 수 있다. 저항의 측정은 본 기술분야의 통상의 기술자에게 알려져 있다. 터치 이벤트의 위치와 복수의 감지 요소의 응답 사이의 관계를 확립하기 위한 교정 절차의 사용은 터치 디스플레이 기술(예를 들어, 표면 정전용량 터치 디스플레이 기술, 음향 펄스 인지 터치 디스플레이 기술, 또는 힘-기반 터치 디스플레이 기술) 분야의 통상의 기술자에게 알려져 있다.

다른 태양에서, 표면을 갖는 투명한 절연성 기판, 투명한 힘-감지 요소(예를 들어, 터치 스크린 전자 디스플레이를 형성하기 위하여 센서가 전자 디스플레이와 결합될 때 전자 디스플레이의 가시 영역 내에 배치되는 힘-감지 요소)를 포함하는 터치 센서가 제공되며, 힘-감지 요소는 기판의 표면 위에 배치된 주요 금속 트레이스 미세패턴, 주요 금속 트레이스 미세패턴으로부터 이격된 투명한 카운터전극, 및 금속 트레이스 미세패턴과 카운터전극 사이에 개재된, 그리고 일부 실시예들에서는 금속 트레이스 미세패턴과 카운터전극에 바로 인접한 압력-반응(pressure-responsive) 재료(본 명세서에서 "2층 힘-감지 터치 센서로 지칭됨)를 포함한다. 주요 금속 트레이스 미세패턴은 메쉬의 기하학적 형태를 가지고 80 퍼센트와 99.75 퍼센트 사이의 개구 면적 비율을 가진다. 일부 다른 실시예들에서, 힘-감지 요소의 주요 금속 트레이스 미세패턴의 개구 면적 비율이 90 퍼센트 내지 99.5 퍼센트일 수 있다. 다른 실시예들에서, 힘-감지 요소의 주요 금속 트레이스 미세패턴의 개구 면적 비율은 95 퍼센트 내지 99 퍼센트일 수 있다. 일부 실시예들에서, 주요 금속 트레이스 미세패턴은 마이크로미터(㎛) 단위로 약 [X + 0.5]의 도체 트레이스 폭, 및 약 [95 - X]% 내지 99.5%의 개구 면적 비율을 갖고, 여기서 0 ≤ X ≤ 4.5이다. 몇몇 다른 실시예들에서, 주요 금속 트레이스 미세패턴은 약 [98.5 - (2.5X÷ 3.5)] % 내지 [99.5 - (X ÷ 3.5)] %의 개구 면적 비율을 가지며, 여기서 0 ≤ X ≤ 3.5이다. 주요 금속 트레이스 미세패턴은 0.5 내지 20 ㎛의 최소 치수를 갖는 특징부들을 포함한다. 다른 실시예들에서, 힘-감지 요소의 주요 금속 트레이스 미세패턴의 특징부들의 최소 치수는 1 내지 5 ㎛이다.

일부 실시예들에서, 힘-감지 요소의 주요 금속 트레이스 미세패턴의 특징부의 최소 치수는 1.5 내지 4 ㎛이다. 특징부의 최소 치수라는 것은 주요 금속 트레이스 미세패턴의 특징부에 대해 측정될 수 있는 가장 작은 치수를 의미한다. 예를 들어, 선형 전도성 트레이스들로 구성된 미세패턴에 대해, 최소 치수는 트레이스들의 폭(또는 가장 좁은 트레이스 또는 트레이스들의 폭)이다. 카운터전극은 주요 전도성 트레이스 미세패턴에 대한 전체 상술에 따른 제2 전도성 트레이스 미세패턴일 수 있다. 대안적으로, 카운터전극은 투명한 전도성 산화물(예를 들어, 인듐 주석 산화물)을 포함할 수 있거나, 전도성 중합체(예를 들어, 폴리(3,4-에틸렌다이옥시티오펜)-폴리에틸렌 술폰염(PEDOT-PSS))를 포함할 수 있다. 압력-반응 재료는, 예를 들어, 인가된 압력에 응답하여 분극(polarization)을 발현시키는 압전 재료, 인가된 압력에 응답하여 벌크 전도성에 변화를 보이는 압저항 재료, 또는 예를 들어 국부화된 단축 압력의 인가시 쉽게 변형되는 저탄성계수(low modulus) 절연 재료 또는 균일 압축성(even compressible) 절연 재료일 수 있다. 후자의 저탄성계수 또는 압축성 재료는, 본 명세서에서, 주요 금속 트레이스 미세패턴과 카운터전극 사이에 개재될 때, 변형가능한 유전체 형태의 압력-반응 재료로 지칭된다. 변형가능한 유전체의 예는 개구 셀 폼(open-cell foram), 겔(gel), 및 비가교(uncrosslinked) 또는 경가교(lighly crosslinked) 중합체(예를 들어, 폴리우레탄 또는 실리콘(silicone)) 형태의 재료를 포함한다. 이러한 재료는 10 MPa 미만, 5 MPa 미만, 2 MPa 미만, 또는 심지어 1 MPa 미만의 탄성 계수를 보일 수 있다. 일부 실시예들에서, 변형가능한 유전체 재료는 0.05 내지 5 MPa의 탄성 계수를 보인다. 일부 실시예들에서, 변형가능한 유전체 재료는 0.1 내지 1 MPa의 탄성 계수를 보인다. 변형가능한 유전체 형태의 압력-반응 재료의 다른 예는 공기에 의해 분리된 패턴화된 절연 재료(예를 들어, 잉크젯 인쇄된 도트 패턴) 또는 공기 포켓를 갖는 구조화된(예를 들어, 파형(corrugated)) 절연 재료(예를 들어, 엠보싱에 의해 형성된 파형 중합체 필름)를 포함한다. 카운터전극은 바람직하게는 제2의 투명한 절연성 기판의 표면 상에 배치된다. 전형적으로, 주요 금속 트레이스 미세패턴을 갖는 투명한 절연성 기판은, 카운터전극 및 제2의 투명한 절연성 기판의 위치에 비해, 터치 센서(또는 터치 디스플레이)의 사용자를 향해 배향될 수 있다. 이러한 태양에서, 터치 센서에는, 두 개의 주 표면을 갖는 평면 형태의 연성 투명한 절연성 기판, 센서 사용자를 향해 배향된 제1 표면(본 명세서에서는 구조의 상부(top)로 지칭됨) 및 그 위에 주요 전도성 트레이스 미세 패턴이 배치된 제2 표면, 메쉬 형태의 주요 전도성 트레이스 미세패턴 아래의 압력-반응 재료층, 평면 형태의 카운터전극(예를 들어, 메쉬 형태의 제2 전도성 트레이스 미세패턴 또는 투명한 전도성 산화물 재료의 코팅), 및 바람직하게는 상술한 연성 투명한 절연성 기판보다 더 경성인 제2 투명한 절연성 기판이 구비된다. 바람직하게는, 연성의 투명한 절연성 기판은 제2의 투명한 절연성 기판보다 얇다. 전형적으로, 연성의 투명한 절연성 기판은 두께가 150 ㎛ 미만이고, 더욱 전형적으로는 두께가 100 ㎛ 미만이다. 제2의 투명한 절연성 기판은 두께가 150 ㎛ 보다 크거나, 두께가 적어도 250 ㎛ 이거나, 심지어 두께가 적어도 500 ㎛ 일 수 있다(예를 들어, 1 ㎜, 1.5 ㎜, 2 ㎜). 연성의 투명한 절연성 기판은 예를 들어, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)(PET), 폴리(에틸렌 나프탈레이트)(PEN), 폴리(메틸메타크릴레이트)(PMMA), 또는 폴리카보네이트를 포함하는 필름과 같은 중합체 필름일 수 있다. 연성의 투명한 절연성 기판은 얇은 유리 시트(예를 들어, 100 ㎛ 두께 또는 그 미만)일 수 있다. 제2의 투명한 절연성 기판은 중합체 시트 또는 유리 시트, 예를 들어, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)(PET), 폴리(에틸렌 나프탈레이트)(PEN), 폴리(메틸메타크릴레이트)(PMMA), 폴리카보네이트, 또는 소다-라임-실리카 유리일 수 있다.

2층 힘-감지 터치 센서들의 몇몇 태양에서, 가시 영역을 갖는 전자 디스플레이와의 결합을 위해 터치 스크린 디스플레이 센서(터치 센서)가 제공되며, 이 센서는 표면을 갖는 투명한 절연성 기판 및 표면 위에 배치된 힘-감지 요소를 포함한다. 힘-감지 요소는 미세메쉬의 미세패턴의 2개의 밴드 세트를 포함하며 각각의 미세메쉬 밴드는 금속 도체의 트레이스들을 포함할 수 있다. 힘-감지 요소 및 터치-감지 요소는 디스플레이의 가시 영역을 실질적으로 차단함이 없이 디스플레이의 가시 영역의 적어도 일부 위를 덮을 수 있다. 미세메쉬의 각 대역은 투명할 수 있다. 힘-감지 요소는 투명할 수 있다. 힘 감지 요소는, 적합한 전자장치와 결합되면, 또한 포지셔널 터치-감지 요소로서 기능할 수 있고, 대안적으로, 힘-감지 요소가 별개의 포지셔널 터치-감지 요소(예를 들어, 이미 기술된 것과 같은 저항 포지셔널 터치-감지 요소, 표면-정전용량 포지셔널 터치-감지 요소, 또는 투사형 정전용량 포지셔널 터치-감지 요소)와 결합될 수 있다.

제공된 터치 스크린 디스플레이 센서의 힘-감지 요소는 압저항, 압전기, 또는 정전용량 감지 요소와 같은 압력-반응 재료 요소를 포함할 수 있다. 압저항 감지 요소는 인가된 기계적 응력으로 인한 재료의 전기 저항 변화를 측정한다. 압저항 감지 요소는 압저항 재료를 포함할 수 있다. 압저항 재료의 예는 게르마늄, 다결정 규소, 비정형 규소, 탄화 규소, 및 단결정 규소와 같은 반도체 재료를 포함한다. 일부 실시예들에서, 압저항 재료는 매트릭스(예를 들어, 절연성 매트릭스) 내에 전도성 입자들을 포함할 수 있다. 전도성 입자들은 투명한 도체 또는 반도체를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 압저항 재료는 절연성의 투명한 변형가능 매트릭스 내에 분산된, 인듐 주석 산화물(ITO), 안티모니-도핑된 주석 산화물(ATO), 알루미늄-도핑된 아연 산화물(AZO), 또는 다른 투명한 전도성 산화물의 입자들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 매트릭스는 중합체 재료, 예컨대 아크릴 접착제, 실리콘, 폴리우레탄, 또는 플루오로엘라스토머, 예컨대 폴리비닐리덴 플루오라이드, 또는 이것의, 예를 들어 헥사플루오로프로필렌(HFP) 또는 테트라플로오로에틸렌(TFE)과의 공중합체 또는 삼중합체 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 2층 힘-감지 요소 내의 압력 반응 재료로서 유용한 압저항 재료의 다른 예는 절연 매트릭스 및 전도성 필라멘트, 예컨대, 탄소 나노튜브 또는 금속 나노와이어(예컨대, 은, 금)을 포함하는 합성물을 포함한다. 유용한 금속 나노와이어 및 그로부터 제조된 합성물은 미국 특허 공개 제2008/0259262호(Jones 등)에서 설명된다. 그러한 합성물은 투명할 수 있고 그러한 필라멘트는 육안으로는 보이지 않을 수 있다. 가시 영역을 갖는 전자 디스플레이를 구비한 물품에서, 제공된 터치 스크린 디스플레이 내의 힘-감지 요소 및 터치-감지 요소는 위에서 설명된 특징들 중 임의의 것을 가질 수 있다.

압전 감지 요소는 압전 재료를 포함할 수 있다. 압전 감지 재료는 기계적인 임펄스 또는 기계적 또는 음향적 진동을 전기 분극 또는 전기 신호로 변환하기 위해 "압전 효과"를 이용한다. 일부 실시예들에서, 압전 재료는 스스로를 전계와 정렬시킬 수 있고(예를 들어, 강유전체(ferroelectric)) 그리고 재료의 치수를 변하게 할 수 있는 분극화된 분자(polarized molecule) 또는 도메인을 포함한다. 압전 재료의 예는 수정, 티탄산 바륨, 또는 리드 지르코네이트 티타네이트 (PZT)를 포함한다. 압전 재료의 다른 예는 폴리비닐렌 플루오라이드 및 관련 조성물을 포함한다. 일부 실시예들에서, 힘-감지 요소에 사용되는 압전 재료는, 예를 들어, 폴리비닐렌 플루오라이드 (PVDF) 또는 그 유도체, 예컨대, 조사된(irradiated) PVDF, 또는 PVDF와 다른 단량체(HFP 또는 TFE)와의 공중합체와 같은 중합체를 포함할 수 있다. 현재의 응용에서, 압전 중합체는 그 처리의 편이성, 유연성, 및 광학적 특성(굴절률, 투명도, 탁도)으로 인해 압전 세라믹보다 선호된다.

2층 힘-감지 터치 센서는 주요 금속 트레이스 미세패턴과 압력-반응 재료 사이에, 또는 카운터 전극과 압력-반응 재료 사이에 개재된 추가의 재료를 포함할 수 있다. 주요 금속 트레이스 미세패턴 사이에 추가의 재료를 포함시키는 것은 금속 트레이스 미세패턴과 압력-반응 재료 사이의 임의의 불리한 상호작용을 없애는데 유용할 수 있다. 불리한 상호작용의 예는 경질 전도성 필러(hard conductive filler) 입자(예를 들어, ITO)에 의한 금속 트레이스 미세패턴의 기계적 손상일 것이다. 주요 금속 트레이스 미세패턴과 압력-반응 재료 사이에 또는 카운터전극과 압력 반응-재료 사이에 개재될 수 있는 유용한 추가 재료의 예는 전도성 중합체(예를 들어, PEDOT-PSS, 폴리아닐린, 또는 폴리페닐렌 비닐렌)이다.

도 2는 제공된 터치 스크린 디스플레이 센서(터치 센서)의 실시예의 일부의 사시도이다. 도 2는 터치 스크린 디스플레이 센서(200)를 도시한다. 터치 스크린 디스플레이 센서(200)는 투명 기판(202)을 포함한다. 투명 기판(202)은 경성일 수 있고, 일부 실시예들에서, 전자 디스플레이 디바이스의 부분일 수 있다. 전형적으로, 투명 기판(202)은 유리이거나, 예를 들어 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리스틸렌, 또는 폴리카보네이트와 같은 투명한 중합체 슬라브일 수 있다. 투명 경성 기판(202) 위에 배치된 것은 실질적으로 평행한 미세메쉬 밴드들의 일 세트(204)이다. 각각의 미세메쉬 밴드가 별개의 전극(206)에 부착된다. 실질적으로 평행한 미세메쉬 밴드들의 제2 세트(208)가 실질적으로 평행한 미세메쉬 밴드들의 제1 밴드 세트(204)에 실질적으로 직각으로 정렬되고 이들 밴드들 각각은 개별 전극(210)에 부착된다. 각각의 미세메쉬 밴드는 큰 비율의 넓은 개구 공간의 갖는 금속 트레이스 어레이(분해도에 도면부호(222)로 도시됨)를 포함한다. 두 개의 밴드 세트들은 압저항 재료, 압전 재료, 저항 재료, 또는 정전용량 절연 재료(압력-반응 재료들) 중 적어도 하나를 포함하는 압력-반응 재료(212)에 의해 z-방향으로 분리된다. 도 2에 도시된 개략적인 구성은 열거된 재료들 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 두 개의 밴드 세트들을 분리시키기 위한 유용한 재료는, 예를 들어 본 기술분야의 통상의 기술자들에게 잘 알려져 있는 이방성 접착제를 포함할 수 있다.

도 3a 및 3b는 제공된 터치 스크린 디스플레이 센서(300)의 측면도이다. 도 3a는 (힘이 인가되지 않은) 본래의 센서의 도면이다. 센서(300)는 전자 디바이스의 디스플레이의 상부층일 수 있는 경성 투명 기판(302)을 포함한다. 실질적으로 평행한 미세메쉬 밴드들의 제1 세트(304)가 경성 기판(302) 위에 배치된다. 각각의 밴드는 개별 전극(도시되지 않음)에 부착된다. 압저항, 압전, 저항, 또는 정전용량 재료의 층(312)이 실질적으로 평행한 미세메쉬 밴드들의 제1 세트(304) 위에 배치된다. 실질적으로 평행한 미세메쉬 밴드들의 제2 세트(308)는 층(312)에 의해 분리되며 실질적으로 평행한 미세메쉬 밴드들의 제1 세트(304)의 평면에 대해 직교하여 배향되나 이 평면에 대해 실질적으로 평행한 평면 내에 있다. 일부 실시예들에서, 제1 세트로부터의 각각의 미세메쉬 밴드는 제2 밴드 세트로부터의 각각의 미세메쉬 밴드를 z-방향으로 이격된 상태로 교차하여, 힘-감지 요소들의 2차원 어레이를 형성한다. 연성의 투명한 절연성 기판(310)이 실질적으로 평행한 미세메쉬 밴드들의 제2 세트 위에 놓인다.

도 3b는 재료에서 두 밴드 세트들 중 하나 이상이 교차하는 곳을 압박하는 힘(예컨대, 터치 힘)이 연성 절연 기판(310)에 인가된 것을 제외하고는 도 3a에 도시된 것과 동일한 센서를 표시한다. 도 3b에서 볼 수 있는 바와 같이, 압박부 아래의 영역에서, 압박 장소 바로 아래의 제1 미세메쉬 밴드(304)와 제2 미세메쉬 밴드(308)는 변형된 저항, 정전용량, 또는 다른 압력-반응 감지재료를 갖는다. 어레이 내의 각각의 힘-감지 요소를 전기적으로 모니터링함으로써, 미세메쉬 밴드들에 의해 덮이는 전체 영역에 걸쳐 힘의 양 및 그 힘의 양의 위치가 측정될 수 있다. 따라서, (광-투과 미세메쉬 밴드들의 직교 세트들 사이에 압저항, 압전기, 또는 변형가능한 유전체 재료 또는 구조가 개재된) 본 명세서의 센서는 힘을 국부적으로 인가하는 복수의 터치들(예를 들어, 2 터치, 3 터치, 4 터치, 또는 5, 10, 또는 20 터치)에 대해 힘의 양 및 그 힘의 양의 위치를 측정할 수 있다. 즉, 본 명세서의 센서는 포지셔널 멀티-터치 센서이다. 이는 또한 전-지점 어드레스형(all-points addressable) 또는 이미징(imaging) 센서로서 기술될 수 있다.

일부 실시예들에서, 어떤 때에는 포지셔널 터치-감지 요소의 적어도 일부로서 이용되는 금속 도체 미세패턴의 적어도 일부가 다른 때에는 힘-감지 요소의 적어도 일부로서 이용될 수 있다. 그러한 실시예들에서, 포지셔널 터치-감지를 위해 미세패턴 밴드들을 이용하여 필요한 측정 또는 측정들을 할 수 있는, 그리고 순차적으로, 힘-감지를 위해 필요한 측정 또는 측정들을 할 수 있는 전자장치가 이용된다. 다른 실시예들에서, 포지셔널 터치-감지 요소의 부분으로서 이용될 수 있는 금속 도체 미세패턴의 적어도 일부가 동시에 힘-감지 요소의 적어도 일부로서 이용될 수 있다. 그러한 실시예들에서, 포지셔널 터치-감지를 위해 필요한 측정 또는 측정들 및 힘-감지를 위해 필요한 측정 또는 측정들을 동시에 할 수 있는 전자장치가 이용된다.

힘-감지 요소 금속 도체 미세패턴과 포지셔널 터치-감지 금속 도체 미세패턴 사이의 위치적인 관계를 더 설명하기 위하여, 디스플레이 평면 내에서(또는 디스플레이의 평면에 투사된 것으로서, 또는 달리 말하면, 디스플레이의 평면에 대한 법선 각도 또는 거의 법선 각도에서 디스플레이를 보는 디스플레이 사용자에 의해 보여지는 것으로서) 미세패턴들의 상대적 위치를 기술하는 것이 때로 유용하다. 이러한 힘-감지 미세패턴과 포지셔널 터치-감지 미세패턴 사이의 상대적 위치에 대한 후자의 태양은 본 명세서에서 평면내(in-plane) 상대적 위치로서 칭해진다. 일부 실시예들에서, 힘-감지 요소 금속 도체 미세패턴의 적어도 일부와 포지셔널 터치-감지 금속 도체 미세패턴의 적어도 일부 사이의 평면내 상대적 위치는, 힘-감지 요소 금속 도체 미세패턴의 일부와 포지셔널 터치-감지 금속 도체 미세패턴의 일부를 포함하는 영역(예를 들어, 4 ㎟ 영역, 10 ㎟ 영역, 또는 100 ㎟ 영역)의 개구 면적이 0.80 내지 0.9975(즉, 80 퍼센트 내지 99.75 퍼센트)의 개구 면적을 갖는 그러한 것이다. 일부 바람직한 실시예들에서, 힘-감지 요소의 금속 도체 미세패턴의 개구 면적 비율은 0.90 내지 0.995이다. 일부 더욱 바람직한 실시예들에서, 힘-감지 요소의 금속 도체 미세패턴의 개구 면적 비율은 0.95 내지 0.99이다.

포지셔널 터치-감지로 이어지는 전도성 금속 미세패턴을 이용한 측정은 본 명세서에서 참조되는 개시에 기술된다. 힘-감지로 이어지는 도체 미세패턴을 이용한 측정은, 예를 들어, i) 도체 미세패턴의 전기 저항의 변화; ii) 하나 이상의 도체 미세패턴의 하나 이상의 부분에 인접한 또는 이들 사이에 개재된 재료에 대한 전기 저항의 변화; iii)하나 이상의 도체 미세패턴의 하나 이상의 부분, 대비(vs.) 이들의 환경 사이의 정전용량 ("자기-정전용량(self-capacitance)" 또는 카운터전극 대비 정전용량(즉, 상호 정전용량(mutual capacitance)) 의 변화; 및 iv) (하나 이상의 도체 미세패턴들의 하나 이상의 부분들과 카운터전극 사이에 개재된 압전 재료에 의해 생성된 것과 같은) 하나 이상의 도체 미세 패턴의 하나 이상의 부분 대비 카운터전극 사이의 분극 (전하) 변화를 포함한다.

센서에 인가되는 힘에 응답한 도체 미세패턴의 전기 저항의 변화의 측정은 미세패턴에 대한 스트레인 응답을 포함하여(즉, 인가된 힘이 도체 미세패턴의 변형을 야기함) 저항 스트레인 게이지로서의 미세패턴의 사용을 구성한다. 바람직한 실시예들에서, 힘-감지 금속 도체 미세패턴은 투명 기판 상의 또는 내의 도체 재료 패턴으로서 센서의 투명 기판 상에 또는 내에 집적된다. 집적된다는 것은 도체 재료의 패턴이 기판 표면 바로 위에 있거나 기판 표면에 인접함을 의미한다(즉, 예컨대, 솔더(solder) 또는 전도성 접착제를 이용하여 장착(mounting)되는 개별 스트레인 게이지 구성요소의 일부가 아님). 적합한 금속 트레이스 미세패턴의 다른 예는 단일 미세트레이스를 위한 또는 미세메쉬를 위한 나선형(serpentine) 전도성 경로를 포함한다. 전도성 재료의 나선형 경로는, 저항 스트레인 게이지 요소로서 유용하며, 본 기술분야에서 알려져 있다(예컨대, PCT 공보 제WO94/02921호(Young) 참조).

제공된 물품은 전자 디스플레이 위에 놓이기에 적합한 투명한 포지셔널 터치-감지 요소를 추가로 포함할 수 있다. 터치-감지 요소는 하나 이상의 터치 또는 터치 부근의 ("근접") 이벤트들의 위치 또는 위치들을 찾기 위한 수단을 포함할 수 있다. 하나 이상의 터치 또는 터치 부근의 이벤트들의 위치 또는 위치들을 찾기 위한 수단은 광학적, 시각적, 또는 전기적 검출에 기초할 수 있다. 광학적 검출 수단은 예를 들어, 미국 특허 공개 제2010/0045629(Newton)에 기술된 바와 같은 에지에 장착된(edge-mounted) 적외선 카메라(일차원) 시스템을 포함할 수 있다. 시각적 검출 수단은 예를 들어, 미국 특허 공개 제2009/0278799호(Wilson)에 기술된 바와 같은 2차원 이미징 카메라 및 이미지 분석을 포함할 수 있다. 전기적 검출 수단은 예를 들어, 미국 특허 제3,662,105호(Hurst 등)에 기술된 것과 같은 저항 터치 센서를 포함할 수 있다. 전기적 검출 수단은 예를 들어, 미국 특허 제6,549,193호 및 제6,781,579호(Huang 등)에 기술된 것과 같은 표면 정전용량 터치 센서를 포함할 수 있다. 전형적으로, 전기적 검출 수단은 예를 들어, 미국 특허 공개 제2009/0219257호(Frey 등)에 기술된 것과 같은 투사형 정전용량 터치 센서를 포함한다.

본 개시에 따른 터치 스크린 디스플레이 센서는 전형적으로 미세접촉 인쇄 공정을 이용하여 제조된다. 미세접촉 인쇄는, 예를 들어, 자가 조립식 모노층(SAM) 형태로, 탄성 스탬프로부터의 기능성 분자를 이 기능성 분자를 결합하도록 선택된 기판으로 접촉 전사하는 것을 포함한다. 미세접촉 인쇄 공정은 미국 특허 제5,512,131호(Kumar 등)에 개괄적으로 기술된다. 미세접촉 인쇄된 자가 조립식 모노층은 패턴화된 식각 마스크로서 유용하다. 자가 조립식 모노층은, 예를 들어, 절연 기판(예컨대, 중합체 필름, 유리, 또는 세라믹 기판) 상의 금속 박막에 적용된 식각 마스크로서, SAM의 패턴에 따라 금속 필름을 식각 패턴화할 수 있게 한다. 본 명세서에 기술된 센서의 제조는 미세접촉 인쇄 단계를 유익하게 포함하지만, 본 명세서에 기술된 센서가 어떤 식으로든 이러한 제조 방법으로 제한되는 것은 아니다. 기술된 패턴, 미세패턴, 구성요소, 힘-감지 요소, 또는 감지 영역을 생산할 수 있는 임의의 제조 방법이 이용될 수 있다. 본 개시에 따른 유용한 도체 패턴은 또한 포토리쏘그래피에 기초한 공정을 이용하여 제조될 수 있다. 반드시 쉽게 달성가능해야 할 필요는 없지만, 본 개시에 따른 유용한 도체 패턴은 또한, 예를 들어, PCT 공보 제WO2010/002519호(Moran 등) 또는 제WO2010/002679호(Stay 등)에 기술된 바와 같이, 플렉소그래픽 인쇄(flexographic printing), 오프셋 그라비어 인쇄, 또는 전도성 재료를 상감법(inlaying)에 의해 미세구조화된 기판에 패턴화하는 것에 기초한 다른 방법들을 이용하여 제조될 수 있다.

제공된 힘 센서 및 힘 센서를 포함하는 디스플레이는 기존의 터치 디스플레이의 것들에 비해 개선된 특성을 갖는 터치 사용자 인터페이스를 형성하는데 유용하다. 구체적으로, 제공된 힘 센서 및 힘 센서를 포함하는 디스플레이는 하나 이상의 터치에 대한 터치 위치와 함께 힘 값을 등록하는 성능을 갖는다(즉, 다중-터치 힘-측정 센서 및 다중-터치 힘-측정 터치 디스플레이). (본질적으로 단일 터치인) 종래의 저항 또는 표면 정전용량 터치 센서 또는 디스플레이에 비해, 제공된 센서 및 디스플레이는 복수의 터치 위치들을 해상할 수 있으며 또한 터치 힘의 측정을 제공할 수 있다. 종래의 경성 커버 시트(예컨대, 유리 또는 폴리카보네이트) 아래에서 조립된 매트릭스-타입 상호 정전용량 센서에 비해, 제공된 센서 및 디스플레이는 복수의 터치의 위치만이 아닌, 복수의 터치의 힘에 대한 측정을 제공한다. 투명 전도성 산화물 (예컨대, 인듐 주석 산화물, ITO) 전극에 기초한 종래의 매트릭스-타입 상호 정전용량, 압저항, 또는 압전 힘-측정 터치 센서 또는 디스플레이에 비해, 제공된 센서 및 디스플레이는 사용에 따른 깨짐 및 성능 저하에 덜 취약한 더욱 강건한 재료 구성을 제공한다. 터치 이벤트의 위치를 등록하는 종래의 힘-측정 터치 판넬에 비해, 제공된 센서 및 디스플레이는 디스플레이의 가시 영역 위를 덮을 수 있는 감지 요소의 부분으로서 미세패턴화된 금속 도체를 포함하며, 그럼으로써, 가시 영역 외부에 부피가 큰 힘 센서 - 이러한 힘 센서는 터치 디스플레이를 포함하는 디바이스의 전체 사이즈를 원치않게 증가시킴 -를 배치할 필요를 없애준다. 강건한, 내구성있는, 디스플레이를 저해하지 않는, 디스플레이 위에 놓이는 다중-터치 힘-측정 센서 요소 또는 센서 요소들의 제작은 넓은 범위의 입력 데이터를 갖는 전자 디바이스의 설계 및 제조를 가능하게 해준다. 위에 기술된 성능 및 피쳐들이 포함될 때, 예를 들어, 게임 디바이스, 산업 장비 제어, 또는 컴퓨터 그래픽 사용자 인터페이스가 더욱 사용자 친화적이고 강력하게 제조될 수 있다.

본 발명의 목적 및 이점은 하기의 실시예에 의해 추가로 예시되지만, 이들 실시예에서 언급된 특정 재료 및 그의 양뿐만 아니라 다른 조건 및 상세 사항도 본 발명을 부당하게 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

실시예 (모두 예언적 실시예(prophetic example)임)

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 금속화 필름을 생성한다. PET는 미국 델라웨어주 윌밍톤 소재의 이. 아이. 듀폰 디 네모아로부터 제품 번호 ST504로서 구매가능하다. 은은 미국 위스콘신주 밀워키 소재의 세락 인크.(Cerac Inc.)로부터 99.99% 순도(pure) 3 ㎜ 샷(shot)으로 구매가능하다.

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 기법을 사용하여 이미 패턴화되어 있는 10 ㎝ 직경 규소 웨이퍼(때때로 당업계에서 "마스터"라고 함)에 대항하여 성형한다. PDMA를 65℃에서 2시간 동안 규소 웨이퍼 상에서 경화시킨다. 그 후에, PDMS를 웨이퍼로부터 벗겨내어, 융기된 특징부들의 패턴들, 제1 연속 육각형 메쉬 패턴(메쉬 밴드들) 및 제2 불연속 육각형 메쉬패턴을 갖는 2개의 상이한 저밀도 영역을 가진 제1 스탬프를 생성한다. 융기된 특징부들은 에지-공유 육각형들의 에지들을 한정한다. 불연속 육각형은 선 세그먼트에 선택적 단절부를 포함하는 것이다. 선택적 단절부들은 10 ㎛ 미만의 길이를 가진다. 단절부들은 대략 5 ㎛이도록 설계된다. 이들의 가시성을 감소시키기 위해, 바람직하게는 단절부들은 10 ㎛ 미만, 또는 심지어 5 ㎛ 이하, 또는 1 내지 5 ㎛이어야 한다. 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 가진다. 제1 스탬프는 또한 500 ㎛ 폭의 상호연결 트레이스들을 한정하는 융기된 특징부들을 포함한다. 제1 스탬프는 육각형 메쉬 패턴 영역들 및 상호연결 트레이스 특징부들을 갖는 제1 구조화된 면 및 반대편의 제2의 실질적으로 평탄한 면을 가진다.

제1 패턴화된 기판은 다음과 같이 미세접촉 인쇄에 의해 마련된다. 스탬프를 구조화된 면을 위로 하여 2 ㎜ 직경의 유리 비드들을 포함하는 유리 페트리 접시 내에 배치한다. 따라서, 제2의 실질적으로 평탄한 면이 유리 비드들과 직접 접촉한다. 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 구매가능함)의 10 mM 잉크 용액을 스탬프 아래의 페트리 접시 내로 피펫팅한다.

잉크 용액은 스탬프의 제2의 실질적으로 평탄한 면과 직접 접촉한다. 잉크가 스탬프 내로 확산된 충분한 잉킹 시간(예를 들어, 3시간) 후에, 제1 스탬프를 페트리 접시로부터 제거한다. 잉킹된 스탬프를 구조화된 면을 위로 하여 작업 표면 상에 배치한다. 제1 은 금속화 필름을 핸드-헬드형 롤러를 사용하여 스탬프의 잉킹된 구조화된 표면 상으로 적용함으로써 은 필름이 구조화된 표면과 직접 접촉한다. 금속화 필름을 15초 동안 잉킹된 스탬프 상에 남겨 둔다. 이어서, 제1 금속화 필름을 잉킹된 스탬프로부터 제거한다. 제거된 필름을 탈이온수 중의 (i) 0.030 몰 티오우레아(미국 미주리주 세인트 루이스 소재의 시그마-알드리치) 및 (ii) 0.020 몰 질산제이철(시그마-알드리치)을 함유한 은 식각제 용액 내에 3분 동안 넣어 둔다. 식각 단계 후에, 얻어진 제1 기판을 탈이온수로 세정하고, 질소 가스로 건조하여 제1 패턴화된 표면을 생성한다. 잉킹된 스탬프가 제1 금속화 기판의 은과 접촉한 경우, 은은 식각 후에 남아 있다. 따라서, 잉킹된 스탬프와 은 필름 사이에 접촉이 이루어지지 않은 위치들로부터 은을 제거한다.

도 4, 도 4a 및 도 4b는 (필름 기판의 전면(front side)에서 본; 즉, 식각되고 패턴화된 은 금속이 그 위에 배치된 면에서 본) 식각되고 패턴화된 은 금속화 필름을 포함하는 면인 기판의 제1 면 상에서 복수의 제1 불연속 영역들(404) 사이에 교대로 있는 복수의 제1 메쉬 밴드들(402)을 갖는 제1 패턴화된 기판(400)을 도시한다. 제1 패턴화된 기판은 전도성 트레이스 미세패턴을 포함하고, 미세패턴은 메쉬 밴드들 및 불연속 영역들을 포함한다. 메쉬 밴드들은 폭이 3 ㎜로 측정되며 3 ㎜ 만큼 이격된다. 기판은 실질적으로 덮이지 않은 PET 필름인 반대편의 제2 면을 갖는다. 제1 메쉬 밴드들(402) 각각은 한 단부에 배치된 대응하는 500 ㎛ 폭의 전도성 상호연결 트레이스(406)를 갖는다. 도 4a는 육각형 메쉬 구조를 형성하는 복수의 연속 라인들을 갖는 제1 메쉬 밴드(402)의 분해도를 도시한다. 도 4b는 불연속 육각형 메쉬 구조를 형성하는 복수의 불연속 라인들(각각의 육각형에서 선택적인 단절부들로 도시됨)을 갖는 제1 불연속 영역(404)의 분해도를 도시한다. 메쉬 밴드들(402) 및 불연속 영역들(404)의 각각의 메쉬 구조는 97% 내지 99% 개구 면적을 가진다. 각각의 라인 세그먼트는 폭이 2 내지 3 ㎛이다.

제2 패턴화된 기판

제2 패턴화된 기판은 제2 은 금속화 필름을 생성하기 위해 제2 가시광 기판을 사용하여 제1 패턴화된 기판과 유사하게 미세접촉 인쇄에 의해 제조된다. 제2 불연속 육각형 메쉬 패턴 사이에 개재된 제2 연속 육각형 메쉬 패턴(메쉬 밴드들)을 갖는 제2 스탬프가 생성된다.

도 5, 도 5a 및 도 5b는 (후면에서 필름 기판을 통해 본, 즉, 식각되고 패턴화된 은 금속이 그 위에 배치된 면의 반대편 면에서 본) 제2 기판의 제1 면 상에 복수의 제2 불연속 영역들(524) 사이에 교대로 있는 복수의 제2 메쉬 밴드들(522)을 갖는 제2 패턴화된 기판(520)을 도시한다. 제2 패턴화된 기판은 전도성 트레이스 미세패턴을 포함하고, 미세패턴은 메쉬 밴드들 및 불연속 영역들을 포함한다. 메쉬 밴드들은 폭이 5.5㎜로 측정되며, 이들은 0.5㎜ 만큼 이격된다. 제2 메쉬 밴드들(522) 각각은 한 단부에 배치된 대응하는 500 ㎛ 폭의 제2 전도성 상호연결 트레이스(526)를 갖는다. 도 5a는 육각형 메쉬 구조를 형성하는 복수의 연속 라인들을 갖는 하나의 제2 메쉬 밴드(522)의 분해도를 도시한다. 도 5b는 불연속 육각형 메쉬 구조를 형성하는 복수의 불연속 라인들(각각의 육각형에서 선택적인 단절부들로 도시됨)을 갖는 하나의 제2 불연속 영역(524)의 분해도를 도시한다. 선택적 단절부들은 10 ㎛ 미만의 길이를 가진다. 단절부들은 대략 5 ㎛이도록 설계된다. 이들의 가시성을 감소시키기 위해, 바람직하게는 단절부들은 10 ㎛ 미만, 5 ㎛ 이하, 또는 1 내지 5 ㎛이어야 한다. 메쉬 밴드들(522) 및 각각의 불연속 영역(524)의 각각의 메쉬 구조는 97% 내지 99% 개구 면적을 가진다. 각각의 라인 세그먼트는 폭이 2 ㎛ 내지 3 ㎛이다.

실시예 1 - 압저항 압력-반응 재료를 갖는 터치 센서를 구비한 디스플레이의 형성

상기 제조된 제1 및 제2 패턴화된 기판은 다음과 같이 압저항 압력-반응 재료를 포함하는 2층 힘-감지 터치 센서를 생성하는 데 사용된다. 압력-반응 재료는, 각각의 기판의 (전도성 트레이스들의 미세패턴을 가진) 패턴화된 표면이 압력 반응 재료를 향해 있는 상태로, 제1 패턴화된 기판과 제2 패턴화된 기판 사이에 개재된다. 압력-반응 재료는 매트릭스 내에 분산된(dispersed) 투명한 전도성 입자들의 합성물이다. 미국 특허 제5,763,091호(Kawata 등)의 실시예 1에서 전기전도성 ITO 잉크로부터 유발된 필름이 압력-반응 재료로서 사용된다. 필름은 제1 패턴 기판의 전도성 트레이스 미세패턴 위에 코팅될 수 있다. 필름은 제1 밴드들 및 제1 불연속 영역들을 덮도록, 그러나 도 4의 상호연결 트레이스들의 종단(406)을 덮지 않도록 기판 표면 위에 선택적으로 코팅된다. 다음으로, 제2 패턴화된 기판이 압력-반응 재료 표면으로의 압력 인가에 의해 라미네이팅되어, 도 6에 따른 터치 센서를 생성한다(대략 40 ㎜ x 60 ㎜ 감지 영역). 제2 패턴화된 기판의 배향은 그 전도성 트레이스 미세패턴이 압력 반응 재료를 향해 있는 그러한 것이다. 전기전도성 ITO 잉크를 이용한 필름 코팅 및 라미네이션은 상호연결 트레이스들의 종단(606, 626)이 필름으로 덮이지 않는 그러한 방식으로 수행되어 상호연결 트레이스들의 종단에 전기적 접촉이 이루어질 수 있게 한다.

기술된 2층 힘-감지 터치 센서는, 교차부(630)의 각 영역에서 연속적으로, 제1 패턴화된 기판과 제2 패턴화된 기판 사이의 저항을 탐침하도록 설계된 전자장치에 (상호연결 트레이스들의 종단(606, 626)에서) 연결될 수 있다. 도 6은 제1 및 제2 패턴화된 기판이 라미네이팅되어있는 터치 스크린 센서 요소(640)의 평면도를 도시한다. 영역(630)은 제1 메쉬 밴드들과 제2 메쉬 밴드들의 중첩을 나타낸다. 영역(632)은 제1 메쉬 밴드들과 제2 불연속 영역의 중첩을 나타낸다. 영역(634)은 제2 메쉬 밴드들과 제1 불연속 영역의 중첩을 나타낸다. 그리고, 영역(636)은 제1 불연속 영역과 제2 불연속 영역 사이의 중첩을 나타낸다. 복수의 이들 중첩 영역들이 존재하지만, 설명의 편이를 위하여, 각 하나의 영역만을 도면에 표시하였다. 전자장치를 이용한 저항의 측정은 본 기술분야의 임의의 적절한 방법에 의해 수행될 수 있다. 중첩부(630)의 각 영역에 대한 저항의 측정은 압저항 재료 형태의 압력-반응 재료에 인가되고 있는 국부화된 압력(즉, 터치 압력)에 의해 야기되는 것과 같은, 센서에 걸친 저항 변화의 검출 및 매핑을 가능하게 해준다. 따라서, 위에 기술된 터치 센서는 포지셔널 터치 센서로서 사용될 수 있고, 전도성 트레이스들의 미세패턴을 갖는 2개의 패턴화된 기판들은, 개재된 압저항 압력-반응 재료와 함께, 포지셔널 터치-감지 요소를 나타낸다. 인가되는 압력이 증가함에 따라, 전도성 입자들 사이의 증가된 접촉으로 인해, 압력-반응 압저항 재료에 걸친 저항이 점진적으로 감소된다. 따라서, 위에 기술된 터치 센서는 전자장치와 조합되어 힘-감지 터치 센서 시스템을 생성할 수 있다. 위에 기술된 터치 센서는 힘 터치 센서로서 이용될 수 있고, 전도성 트레이스 미세패턴을 갖는 2개의 패턴화된 기판들이, 개재된 압저항 압력-반응 재료와 함께, 힘-감지 요소를 나타낸다. 위에 기술된 터치 센서는 1㎜ 두께의 폴리카보네이트의 베이스 시트로 더 라미네이팅된다. 센서는 그것의 제2 패턴화된 기판(즉, 그 위에 전도성 트레이스 미세패턴이 배치되어 있지 않은 주 표면)의 후면이 베이스 시트를 향해 있는 상태로 라미네이팅된다. 다른 적합한 베이스 시트는 폴리(메틸 메타크릴레이트) 또는 유리(예를 들어, 1㎜ 두께)이다. 센서는 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니로부터의 옵티컬리 클리어 라미네이팅 어드히시브 8172를 사용하여 베이스 시트에 라미네이팅되어 다층 구조를 생성한다. 베이스 시트에 라미네이팅된 위에 기술된 터치 센서를 30 ㎜ x 41 ㎜의 가시 영역을 갖는 전면 액정 디스플레이(LCD)(즉, 미국 캘리포니아주 서니베일 소재의 퍼디 일렉트로닉스 코포레이션으로부터 제품번호 ANDpSi025TD-LED-KIT로 사용가능한 전자 디스플레이) 위에 놓아 장착한다. 터치 센서는 그 베이스 시트가 디스플레이를 향해 있는 상태로 장착된다. 터치 센서의 교차부(630)의 영역들이 전자 디스플레이의 가시 영역 위를 덮는다(즉, 교차부(630)의 영역들이 전자 디스플레이의 가시 영역 내에 배치된다.).

실시예 2 - 압저항 압력-반응 재료를 갖는 터치 센서로 디스플레이를 형성

상기 제조된 제1 및 제2 패턴화된 기판은 다음과 같이 압저항 압력-반응 재료를 포함하는 2층 힘-감지 터치 센서를 생성하는 데 사용될 수 있다. 압력-반응 재료는, 각각의 기판의 (전도성 트레이스 미세패턴을 가진) 패턴화된 표면이 압력-반응 재료를 향해 있는 상태로, 제1 패턴화된 기판과 제2 패턴화된 기판 사이에 개재될 수 있다. 압력-반응 재료는 다음의 재료 성분들, 순차적으로 i) 제1 전도성 중합체 층, ii) 매트릭스 내에 분산된 투명한 전도성 입자들의 합성층, 및 iii) 제2 전도성 중합체층의 다층이다. 제1 전도성 중합체 층 및 제2 전도성 중합체 층은 동일한 조성 및 두께를 가진다. 미국 특허 제5,763,091호(카와타(Kawata) 등)의 실시예 1의 전자전도성 ITO 잉크로부터 유발된 필름이 매트릭스 내에 분산된 투명 전도성 입자들의 합성물로서 이용된다. PEDOT-PSS(미국 매사츄세츠주 뉴톤의 H.C.STarck로부터 구매가능한 Clevio PH 100)의 코팅이 제1 및 제2 전도성 중합체 층으로서 사용된다. 제1 전도성 중합체 층은 제1 패턴 기판의 전도성 트레이스 미세패턴 상에 코팅된다. 제1 전도성 중합체 층은 제1 밴드들 및 제1 불연속 영역들을 덮도록, 그러나 도 4의 상호연결 트레이스들의 종단(406)을 덮지 않도록 중합체 제조사 사양에 따라 제1 패턴화된 기판 위에 코팅된다. 다음으로, 제2 전도성 중합체 층이 제2 밴드들 및 제2 불연속 영역들을 덮도록, 그러나 도 5의 상호연결 트레이스들의 종단(526)을 덮지 않도록 중합체 제조사 사양에 따라 제2 패턴화된 기판 위에 코팅된다. 다음으로, 미국 특허 제5,763,091호(가와타(Kawata) 등)의 실시예 1의 전자전도성 ITO 잉크로부터 유도된 필름이 제1 밴드들 및 제1 불연속 영역들을 덮도록, 그러나 도 4의 상호연결 트레이스들(406)의 종단부를 덮지 않도록 제1 전도성 중합체층 위에 코팅된다. 마지막으로, 압력의 인가로 제2 패턴화된 기판이 제1 패턴화된 기판에 라미네이팅된다. (코팅 후) 제2 전도성 중합체 표면의 노출된 표면이 제1 패턴화된 기판 상의 전기전도성 ITO 잉크로부터 유발된 필름의 표면에 인접하여, 도 6에 따른 터치 센서(대략적으로 40 ㎜ x 60 ㎜ 감지 영역)를 생성한다. 제2 패턴화된 기판의 배향은 그것의 전도성 트레이스 미세패턴이 압력-반응 재료를 향해 있는 그러한 배향이다. 전도성 중합체 코팅, 전기전도성 ITO 잉크를 이용한 필름 코팅, 및 라미네이션은 상호연결 트레이스들의 종단(606, 626)이 덮이지 않는 그러한 방식으로 수행된다.

기술된 2층 힘-감지 터치 센서는, 교차부(630)의 각 영역에서 연속적으로, 제1 패턴화된 기판과 제2 패턴화된 기판 사이의 저항을 탐침하도록 설계된 전자장치에 (상호연결 트레이스들의 종단(606, 626)에서) 연결될 수 있다. 도 6은 제1 및 제2 패턴화된 기판이 라미네이팅되어있는 터치 스크린 센서 요소(640)의 평면도를 도시한다. 영역(630)은 제1 메쉬 밴드들과 제2 메쉬 밴드들의 중첩을 나타낸다. 영역(632)은 제1 메쉬 밴드들과 제2 불연속 영역의 중첩을 나타낸다. 영역(634)은 제2 메쉬 밴드들과 제1 불연속 영역의 중첩을 나타낸다. 그리고, 영역(636)은 제1 불연속 영역과 제2 불연속 영역 사이의 중첩을 나타낸다. 복수의 이들 중첩 영역들이 존재하지만, 설명의 편이를 위하여, 각 하나의 영역만을 도면에 표시하였다. 전자장치를 이용한 저항의 측정은 본 기술분야의 임의의 적절한 방법에 의해 수행될 수 있다. 중첩부(630)의 각 영역에 대한 저항의 측정은 압저항 재료 형태의 압력-반응 재료에 인가되고 있는 국부화된 압력(즉, 터치 압력)에 의해 야기되는 것과 같은, 센서에 걸친 저항 변화의 검출 및 매핑을 가능하게 해준다. 따라서, 위에 기술된 터치 센서는 포지셔널 터치 센서로서 사용될 수 있고, 전도성 트레이스 미세패턴을 갖는 2개의 패턴화된 기판들은, 압저항 압력-반응 재료와 함께, 포지셔널 터치-감지 요소를 나타낸다. 인가되는 압력이 증가됨에 따라, 전도성 입자들 사이의 증가된 접촉으로 인해, 압력-반응 압저항 재료에 걸친 저항이 점진적으로 감소된다. 따라서, 위에 기술된 터치 센서는 전자장치와 조합되어 힘-감지 터치 센서 시스템을 생성할 수 있다. 위에 기술된 터치 센서는 힘 터치 센서로서 이용될 수 있고, 전도성 트레이스 미세패턴을 갖는 2개의 패턴화된 기판들이, 압저항 압력-반응 재료와 함께, 힘-감지 요소를 나타낸다. 위에 기술된 터치 센서는 1 ㎜ 두께의 폴리카보네이트의 베이스 시트로 더 라미네이팅된다. 센서는 그것의 제2 패턴화된 기판(즉, 그 위에 전도성 트레이스 미세패턴이 배치되어 있지 않은 주 표면)의 후면이 베이스 시트를 향해 있는 상태로 라미네이팅된다. 다른 적합한 베이스 시트들은 폴리(메틸 메타크릴레이트) 또는 유리(예를 들어, 1㎜ 두께)이다. 센서는 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니로부터의 옵티컬리 클리어 라미네이팅 어드히시브 8172를 사용하여 베이스 시트에 라미네이팅되어 다층 구조를 생성한다. 베이스 시트에 라미네이팅된 위에 기술된 터치 센서를 30 ㎜ x 41 ㎜의 가시 영역을 갖는 전면 액정 디스플레이(LCD)(즉, 미국 캘리포니아주 서니베일 소재의 퍼디 일렉트로닉스 코포레이션으로부터 제품번호 ANDpSi025TD-LED-KIT로 사용가능한 전자 디스플레이) 위에 놓아 장착한다. 터치 센서는 그 베이스 시트가 디스플레이를 향해 있는 상태로 장착된다. 터치 센서의 교차부(630)의 영역들이 전자 디스플레이의 가시 영역 위를 덮는다(즉, 교차부(630)의 영역들이 전자 디스플레이의 가시 영역 내에 배치된다.).

실시예 3 - 압저항 압력-반응 재료를 갖는 터치 센서를 구비한 디스플레이의 형성.

상기 제조된 제1 및 제2 패턴화된 기판은 다음과 같이 압저항 압력-반응 재료를 포함하는 2층 힘-감지 터치 센서를 생성하는 데 사용될 수 있다. 압력 반응 재료는 다음의 재료 성분들, 순차적으로 i) 제1 투명 전도성 접착층, ii) 압저항층, 및 iii) 제2 투명 전도성 접착층의 다층에 포함된다. 제1 및 제2 패턴화된 기판의 밴드 영역이 먼저 투명 전도성 접착 재료로 인쇄되어 제1 및 제2 투명 전도성 접착층을 형성한다. 투명 전도성 접착 재료는 미국 특허 공개 제2003/0114560호(Yang 등)의 실시예 24에 따라 마련된다. 투명 전도성 접착 재료는 당업계에 알려진 것과 같이 잉크젯 인쇄를 이용하여 인쇄된다. 다음에, 비전도성 감압성 접착 재료가, 상호연결 트레이스들의 종단(606, 626)을 제외하고, 제1 및 제2 패턴화된 기판의 상보적 영역들(밴드 영역들에 상보적인 영역들) 전체에 인쇄된다. 비전도성 투명 전도성 접착 재료는 대전방지제 C(Antistatic Agent C)의 첨가가 없는 것을 제외하고 미국 특허 공개 제2003/0114560(양(Yang) 등)의 실시예 24에 따라 마련된다. 압력-반응 재료는, 각각의 기판의 (전도성 트레이스들의 미세패턴을 가진) 패턴화된 표면이 압력-반응 재료를 향해 있는 상태로, 제1 패턴화된 기판과 제2 패턴화된 기판 사이에 개재될 수 있다. 다음으로, 미국 특허 제5,763,091호(Kawata 등)의 실시예 1의 전자전도성 ITO 잉크로부터 유발된 필름이 제1 밴드들 및 제1 불연속 영역들을 덮도록, 그러나 도 4의 상호연결 트레이스들의 종단(406)을 덮지 않도록 제1 투명 전도성 접착층 위에 코팅된다. 최종적으로, 제2 투명 전도성 접착제를 갖는 제2 패턴화된 기판이 롤러를 이용하여 제1 패턴화된 기판에 라미네이팅된다. (인쇄 후) 제2 투명 전도성 접착제 표면의 노출된 표면이 제1 패턴화된 기판 상의 전기전도성 ITO 잉크로부터 유발된 필름 표면에 인접하여, 도 6에 따른 터치 센서(대략적으로 40 ㎜ x 60 ㎜ 감지 영역)를 생성한다. 제2 패턴화된 기판의 배향은 그것의 전도성 트레이스 미세패턴이 압력-반응 재료를 향하게끔 하는 배향이다. 접착제 인쇄, 전기전도성 ITO 잉크를 이용한 필름 코팅, 및 라미네이션은 상호연결 트레이스들의 종단(606, 626)이 덮이지 않는 그러한 방식으로 수행된다.

기술된 2층 힘-감지 터치 센서는, 교차부(630)의 각 영역에서 연속적으로, 제1 패턴화된 기판과 제2 패턴화된 기판 사이의 저항을 탐침하도록 설계된 전자장치에 (상호연결 트레이스들의 종단(606, 626)에서) 연결될 수 있다. 도 6은 제1 및 제2 패턴화된 기판이 라미네이팅되어있는 터치 스크린 센서 요소(640)의 평면도를 도시한다. 영역(630)은 제1 메쉬 밴드들과 제2 메쉬 밴드들의 중첩을 나타낸다. 영역(632)은 제1 메쉬 밴드들과 제2 불연속 영역의 중첩을 나타낸다. 영역(634)은 제2 메쉬 밴드들과 제1 불연속 영역의 중첩을 나타낸다. 그리고, 영역(636)은 제1 불연속 영역과 제2 불연속 영역 사이의 중첩을 나타낸다. 복수의 이들 중첩 영역들이 존재하지만, 설명의 편이를 위하여, 각 하나의 영역만을 도면에 표시하였다. 전자장치를 이용한 저항의 측정은 본 기술분야의 임의의 적절한 방법에 의해 수행될 수 있다. 중첩부(630)의 각 영역에 대한 저항의 측정은 압저항 재료 형태의 압력-반응 재료에 인가되고 있는 국부화된 압력(즉, 터치 압력)에 의해 야기되는 것과 같은, 센서에 걸친 저항 변화의 검출 및 매핑을 가능하게 해준다. 따라서, 위에 기술된 터치 센서는 포지셔널 터치 센서로서 사용될 수 있고, 전도성 트레이스들의 미세패턴을 갖는 2개의 패턴화된 기판들은, 압저항 압력-반응 재료와 함께, 포지셔널 터치-감지 요소를 나타낸다. 인가되는 압력이 증가됨에 따라, 전도성 입자들 사이의 증가된 접촉으로 인해, 압력-반응 압저항 재료에 걸친 저항이 점진적으로 감소된다. 따라서, 위에 기술된 터치 센서는 전자장치와 조합되어 힘-감지 터치 센서 시스템을 생성할 수 있다. 위에 기술된 터치 센서는 힘 터치 센서로서 이용될 수 있고, 전도성 트레이스 미세패턴을 갖는 2개의 패턴화된 기판들이, 압저항 압력-반응 재료와 함께, 힘-감지 요소를 나타낸다. 위에 기술된 터치 센서는 1 ㎜ 두께의 폴리카보네이트의 베이스 시트로 더 라미네이팅된다. 센서는 그것의 제2 패턴화된 기판(즉, 그 위에 전도성 트레이스 미세패턴이 배치되어 있지 않은 주 표면)의 후면이 베이스 시트를 향해 있는 상태로 라미네이팅된다. 다른 적합한 베이스 시트들은 폴리(메틸 메타크릴레이트) 또는 유리(예를 들어, 1㎜ 두께)이다. 센서는 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니로부터의 옵티컬리 클리어 라미네이팅 어드히시브 8172를 사용하여 베이스 시트에 라미네이팅되어 다층 구조를 생성한다. 베이스 시트에 라미네이팅된 위에 기술된 터치 센서를 30 ㎜ x 41 ㎜의 가시 영역을 갖는 전면 액정 디스플레이(LCD)(즉, 미국 캘리포니아주 서니베일 소재의 퍼디 일렉트로닉스 코포레이션으로부터 제품번호 ANDpSi025TD-LED-KIT로 사용가능한 전자 디스플레이) 위에 놓아 장착한다. 터치 센서는 그 베이스 시트가 디스플레이를 향해 있는 상태로 장착된다. 터치 센서의 교차부(630)의 영역들이 전자 디스플레이의 가시 영역 위를 덮는다(즉, 교차부(630)의 영역들이 전자 디스플레이의 가시 영역 내에 배치된다.).

실시예 4 - 압전 압력-반응 재료를 갖는 터치 센서를 구비한 디스플레이의 형성.

상기 제조된 제1 및 제2 패턴화된 기판은 다음과 같이 압전 압력-반응 재료를 포함하는 2층 힘-감지 터치 센서를 생성하는 데 사용될 수 있다. 압력 반응 재료는 다음의 재료 성분들, 순차적으로 i) 제1 투명 전도성 접착층, ii) 압전층, 및 iii) 제2 투명 전도성 접착층의 다층에 포함된다. 제1 및 제2 패턴화된 기판의 밴드 영역이 먼저 투명 전도성 접착 재료로 인쇄되어 제1 및 제2 투명 전도성 접착층을 형성한다. 투명 전도성 접착 재료는 미국 특허 공개 제2003/0114560호(양(Yang) 등)의 실시예 24에 따라 마련된다. 투명 전도성 접착 재료는 당업계에 알려진 것과 같이 잉크젯 인쇄를 이용하여 인쇄된다. 다음에, 비전도성 감압성 접착 재료가, 상호연결 트레이스들의 종단(606, 626)을 제외하고, 제1 및 제2 패턴화된 기판의 상보적 영역들(밴드 영역들에 상보적인 영역들) 전체에 인쇄된다. 비전도성 투명 전도성 접착 재료는 대전방지제 C(Antistatic Agent C)의 첨가가 없는 것을 제외하고 미국 특허 공개 제2003/0114560(양(Yang) 등)의 실시예 24에 따라 마련된다. 압력-반응 압전 재료는 이후 각각의 기판의 (전도성 트레이스들의 미세패턴을 가진) 패턴화된 표면이 압력-반응 재료를 향해 있는 상태로, 제1 패턴화된 기판과 제2 패턴화된 기판 사이에 개재된다. 압전층은 미국 특허 공개 제2010/0068460호(Moriyama 등)의 비교 실시예1에 따라 마련된 PVDF 필름이다. 압전층은 미국 특허 제6,080,487호의 실시예 4에 따라 그 주요 표면 각각을 처리함으로써 접착층들에 부착되기에 적합하게 제조된다. 압전 재료는 제1 및 제2 패턴화된 기판을 롤러를 이용하여 압전 재료에 라미네이팅함으로써 개재되어, 도 6에 도시된 2층 터치 센서(대략적으로 40 ㎜ x 60 ㎜ 감지 영역)를 생성한다.

기술된 2층 힘-감지 터치 센서는, 제1 밴드들 및 제2 밴드들 각각의 전위(electrical potential)를 탐침하도록 설계된 전자장치에 (상호연결 트레이스들의 종단(606, 626)에서) 연결될 수 있다. 도 6은 제1 및 제2 패턴화된 기판이 라미네이팅되어있는 터치 스크린 센서 요소(640)의 평면도를 도시한다. 영역(630)은 제1 메쉬 밴드들과 제2 메쉬 밴드들의 중첩을 나타낸다. 영역(632)은 제1 메쉬 밴드들과 제2 불연속 영역의 중첩을 나타낸다. 영역(634)은 제2 메쉬 밴드들과 제1 불연속 영역의 중첩을 나타낸다. 그리고, 영역(636)은 제1 불연속 영역과 제2 불연속 영역 사이의 중첩을 나타낸다. 복수의 이들 중첩 구역이 있지만, 예시의 편의상, 각각에 대한 단지 하나의 구역만이 도면에 도시되어 있다. 전자장치를 이용한 전압의 측정은 본 기술분야의 임의의 적절한 방법에 의해 수행될 수 있다. 각각의 밴드에 대한 전압의 측정은 압전 재료 형태의 압력-반응 재료에 인가되고 있는 국부화된 압력 (즉, 터치 압력)에 의해 야기되는 것과 같은, 센서에 걸친 전압 변화의 검출 및 매핑을 가능하게 해준다. 따라서, 위에 기술된 터치 센서는 포지셔널 터치 센서로서 사용될 수 있고, 전도성 트레이스들의 미세패턴을 갖는 2개의 패턴화된 기판들은, 압전 압력-반응 재료와 함께, 포지셔널 터치-감지 요소를 나타낸다. 인가되는 압력이 증가함에 따라, 압력-반응 압전 재료에 걸쳐 전압의 크기는, 그 압전 특성에 의해 설명되고 그 압전 계수에 의해 수량화되는 것과 같이 점진적으로 증가된다. 따라서, 위에 기술된 터치 센서는 전자장치와 조합되어 힘-감지 터치 센서 시스템을 생성할 수 있다. 위에 기술된 터치 센서는 힘 터치 센서로서 이용될 수 있고, 전도성 트레이스 미세패턴을 갖는 2개의 패턴화된 기판들이, 압전 압력-반응 재료와 함께, 힘-감지 요소를 나타낸다. 위에 기술된 터치 센서는 1㎜ 두께의 폴리카보네이트의 베이스 시트로 더 라미네이팅된다. 센서는 그것의 제2 패턴화된 기판(즉, 그 위에 전도성 트레이스 미세패턴이 배치되어 있지 않은 주 표면)의 후면이 베이스 시트를 향해 있는 상태로 라미네이팅된다. 다른 적합한 베이스 시트들은 폴리(메틸 메타크릴레이트) 또는 유리(예를 들어, 1㎜ 두께)이다. 센서는 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니로부터의 옵티컬리 클리어 라미네이팅 어드히시브 8172를 사용하여 베이스 시트에 라미네이팅되어 다층 구조를 생성한다. 베이스 시트에 라미네이팅된 위에 기술된 터치 센서를 30 ㎜ x 41 ㎜의 가시 영역을 갖는 전면 액정 디스플레이(LCD)(즉, 미국 캘리포니아주 서니베일 소재의 퍼디 일렉트로닉스 코포레이션으로부터 제품번호 ANDpSi025TD-LED-KIT로 사용가능한 전자 디스플레이) 위에 놓아 장착한다. 터치 센서는 그 베이스 시트가 디스플레이를 향해 있는 상태로 장착된다. 터치 센서의 교차부(630)의 영역들이 전자 디스플레이의 가시 영역 위를 덮는다(즉, 교차부(630)의 영역들이 전자 디스플레이의 가시 영역 내에 배치된다).

실시예 5 - 변형가능 유전체 압력-반응 재료를 갖는 터치 센서로 디스플레이의 형성

상기 제조된 제1 및 제2 패턴화된 기판은 다음과 같이 유전체 압력-반응 재료를 포함하는 2층 힘-감지 터치 센서를 생성하는 데 사용된다. 압력-반응 재료는, 각각의 기판의 (전도성 트레이스들의 미세패턴을 가진) 패턴화된 표면이 압력 반응 재료를 향해 있는 상태로, 제1 패턴화된 기판과 제2 패턴화된 기판 사이에 개재된다. 압력-반응 재료는 전기적으로 절연성인 스프링 멤브레인이다. 미국 특허 제7,538,760호의 터치 패드(1000)의 접착층들을 갖는 PET 스프링 멤브레인이 압력-반응 재료로서 이용된다. 압력-반응 재료의 조각이 제1 및 제2 패턴화된 기판의 밴드 어레이의 크기로 절단된다. 압력-반응 재료는, 제1 밴드들 및 제1 불연속 영역들을 덮도록, 그러나 도 4의 상호연결 트레이스들의 종단(606)이 덮이지 않도록 롤러를 이용하여 제1 패턴화된 기판 표면의 도체-패턴화된 표면에 라미네이팅된다. 다음으로, 제2 패턴화된 기판이 롤러를 이용하여 압력-반응 재료 표면에 라미네이팅되어, 도 6에 따른 터치 센서를 생성한다(대략 40 ㎜ x 60 ㎜ 감지 영역). 제2 패턴화된 기판의 배향은 그것의 전도성 트레이스 미세패턴이 압력-반응 재료를 향하게끔 하는 배향이다. 라미네이션은 상호연결 트레이스들의 종단(606, 626)이 덮이지 않는 그러한 방식으로 수행되어 상호연결 트레이스들의 종단에 전기적 접촉이 이루어질 수 있게 한다.

기술된 2층 힘-감지 터치 센서는, 교차부(630)의 각 영역에서 연속적으로, 제1 패턴화된 기판과 제2 패턴화된 기판 사이의 정전용량(즉, 상호 정전용량)을 탐침하도록 설계된 전자장치에 (상호연결 트레이스들의 종단(606, 626)에서) 연결될 수 있다. 도 6은 제1 및 제2 패턴화된 기판이 라미네이팅되어있는 터치 스크린 센서 요소(640)의 평면도를 도시한다. 영역(630)은 제1 메쉬 밴드들과 제2 메쉬 밴드들의 중첩을 나타낸다. 영역(632)은 제1 메쉬 밴드들과 제2 불연속 영역의 중첩을 나타낸다. 영역(634)은 제2 메쉬 밴드들과 제1 불연속 영역의 중첩을 나타낸다. 그리고, 영역(636)은 제1 불연속 영역과 제2 불연속 영역 사이의 중첩을 나타낸다. 복수의 이들 중첩 영역들이 존재하지만, 설명의 편이를 위하여, 각 하나의 영역만을 도면에 표시하였다.

투명 센서 요소(밴드들)의 상호 정전용량 측정을 하는 데 사용된 전자장치는 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 Semiconducto))이다. PIC18F87J10은 시스템의 마이크로컨트롤러이다. 이는 MM74HC154WM가 구동하는 센서 밴드들의 선택을 제어한다. 이는 또한 적절한 측정을 행하도록 AD7142를 구성한다. 이 시스템의 사용은, 당업계에 공지된 바와 같이, 다수의 교정 값들을 설정하는 것을 포함한다. 이 교정 값은 터치 스크린마다 다를 수 있다. 이 시스템은 16개의 상이한 밴드들을 구동할 수 있고, AD7142는 12개의 상이한 밴드들을 측정할 수 있다. AD7142의 구성은 변환할 채널들의 수, 얼마나 정확하게 또는 빠르게 측정을 하는지, 정전용량에서의 오프셋이 적용되어야만 하는지, 그리고 아날로그-디지털 변환기에 대한 연결들을 선택하는 것을 포함한다. AD7142로부터의 측정은 투명 센서 요소의 매트릭스에서 전도성 밴드들 사이의 교차점의 정전용량을 나타내는 16 비트 값이다.

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

중첩부(630)의 각 영역에 대한 상호 정전용량의 측정은, 변형가능한 유전체 재료의 형태로 압력-반응 재료에 인가되는 국부화된 압력(즉, 터치 압력)에 의해 야기되는 것과 같은 센서에 걸친 정전용량의 변화의 검출 및 매핑을 가능하게 해준다. 따라서, 위에 기술된 터치 센서는 포지셔널 터치 센서로서 사용될 수 있고, 전도성 트레이스들의 미세패턴을 갖는 2개의 패턴화된 기판들은, 개재된 변형가능 유전체 압력-반응 재료와 함께, 포지셔널 터치 감지 요소를 나타낸다. 인가되는 압력이 증가함에 따라, 제1 밴드들과 제2 밴드들 사이의 감소된 분리로 인하여, 정전용량이 압력-반응 압저항 재료에 걸쳐 점진적으로 증가한다. 따라서, 위에 기술된 터치 센서는 전자장치와 조합되어 힘-감지 터치 센서 시스템을 생성할 수 있다. 위에 기술된 터치 센서는 힘 터치 센서로서 이용될 수 있고, 전도성 트레이스 미세패턴을 갖는 2개의 패턴화된 기판들이, 개재된 변형가능 유전체 압력-반응 재료와 함께, 힘-감지 요소를 나타낸다. 위에 기술된 터치 센서는 1 ㎜ 두께의 폴리카보네이트의 베이스 시트로 더 라미네이팅된다. 센서는 그것의 제2 패턴화된 기판(즉, 그 위에 전도성 트레이스 미세패턴이 배치되어 있지 않은 주 표면)의 후면이 베이스 시트를 향해 있는 상태로 라미네이팅된다. 다른 적합한 베이스 시트들은 폴리(메틸 메타크릴레이트) 또는 유리(예를 들어, 1㎜ 두께)이다. 센서는 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니로부터의 옵티컬리 클리어 라미네이팅 어드히시브 8172를 사용하여 베이스 시트에 라미네이팅되어 다층 구조를 생성한다. 베이스 시트에 라미네이팅된 위에 기술된 터치 센서를 30 ㎜ x 41 ㎜의 가시 영역을 갖는 전면 액정 디스플레이(LCD)(즉, 미국 캘리포니아주 서니베일 소재의 퍼디 일렉트로닉스 코포레이션으로부터 제품번호 ANDpSi025TD-LED-KIT로 사용가능한 전자 디스플레이) 위에 놓아 장착한다. 터치 센서는 그 베이스 시트가 디스플레이를 향해 있는 상태로 장착된다. 터치 센서의 교차부(630)의 영역들이 전자 디스플레이의 가시 영역 위를 덮는다(즉, 교차부(630)의 영역들이 전자 디스플레이의 가시 영역 내에 배치된다).

실시예 6 - 집적된 스트레인 게이지를 갖는 터치 센서를 구비한 디스플레이의 형성.

다음의 단계들에 따라 힘-감지 요소를 갖는 터치 센서가 제조된다. 베이스 시트 기판이 제공된다. 금속 트레이스 미세패턴을 포함하는 스트레인 게이지 요소(힘-감지 요소)가 베이스 시트의 표면 위에 집적된다. 스트레인 게이지는 스트레인 게이지를 통과하는 전류에 대한 저항을 측정하기에 적합한 전자장치에 연결된다.

금속 도체 트레이스 미세패턴을 포함하는 스트레인 게이지가 미세접촉 인쇄 및 식각에 의해 베이스 시트 상에 제조된다.

2 ㎜의 두께를 갖는 폴리카보네이트 베이스 시트를 열 증발 코터를 사용하여 100 ㎚ 은 박막으로 증기 코팅하여 제1 은 금속화 필름을 생성한다. 폴리카보네이트 베이스 시트는 사우디 아라비아 리야드 소재의 사빅 이노베이티브 플라스틱스(SABIC Innovative Plastics)로부터 제품 번호 Lexa로서 구매가능하며, 168 ㎜ x 220 ㎜의 치수이다. 은은 미국 위스콘신주 밀워키 소재의 세락 인크.(Cerac Inc.)로부터 99.99% 순도(pure) 3 ㎜ 샷(shot)으로 구매가능하다.

3 ㎜의 두께를 갖는 PDMS를 표준의 포토리소그래피 기법을 사용하여 이미 패턴화되어 있는 10 ㎝ 직경 규소 웨이퍼(때때로 당업계에서 "마스터"라고 함)에 대항하여 성형한다. PDMS는 미국 미시간주 미들랜드 소재의 다우 케미칼 컴퍼니(Dow Chemical Co.)로부터 제품 번호 실가드(Sylgard) 184로서 구매가능하다. PDMA를 65℃에서 2시간 동안 규소 웨이퍼 상에서 경화시킨다. 그 후에, PDMS를 웨이퍼로부터 벗겨내어, 융기된 특징부들의 패턴들을 갖는 스탬프를 생성하였다. 스탬프의 융기된 특징부들은 연속 정사각형 메쉬 패턴(메쉬 루프)을 갖는 영역 및 불연속 정사각형 메쉬 패턴을 갖는 영역을 포함한다. 연속 정사각형 메쉬 패턴은 도 1b의 메쉬 루프의 형태를 취한다. 즉, 융기된 특징부들은 연속 정사각형 메쉬 루프(도 1b에 도시된 연속적이고, 단절되지 않은, 메쉬 루프)를 정의하는 에지-공유 정사각형의 에지들을 정의한다. 불연속 정사각형 메쉬 패턴은 그렇지 않다면 완전한 정사각형 메쉬 패턴을 정의할 라인 세그먼트들 내에 선택적 단절부들을 포함하는 것이다. PDMS 스탬프는 도 1b의 메쉬 루프에 보완적인 영역들 내에 불연속 정사각형 메쉬 패턴을 포함한다(도시되지 않음). 단절부들은 대략 5 ㎛이도록 설계된다. 이들의 가시성을 감소시키기 위해, 바람직하게는 단절부들은 10 ㎛미만, 더 바람직하게는 5 ㎛이하, 예를 들어 1 ㎛ 내지 5 ㎛이어야 한다. 각각의 융기된 정사각형 외곽선 패턴은 2 ㎛의 높이, 98% 개구 면적에 대응하는 2% 면적 범위, 및 폭이 2 ㎛인 라인 세그먼트를 가진다. 정사각형 메쉬는 200 ㎛의 피치를 가진다. 스탬프는 정사각형 메쉬 패턴 영역들 및 상호연결 트레이스 특징부들을 갖는 제1 구조화된 면 및 반대편의 제2의 실질적으로 평탄한 면을 가진다.

집적된 스트레인 게이지(힘-감지 요소)를 갖는 베이스 시트가 다음과 같이 마련된다. 스탬프를 구조화된 면을 위로 하여 2 ㎜ 직경의 유리 비드들을 포함하는 유리 페트리 접시 내에 배치한다. 따라서, 제2의 실질적으로 평탄한 면이 유리 비드들과 직접 접촉한다. 이 비드들은 스탬프를 접시의 기부로부터 밀어올리는 역할을 하여, 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 구매가능함)의 10 mM 잉크 용액을 스탬프 아래의 페트리 접시 내로 피펫팅한다. 잉크 용액은 스탬프의 제2의 실질적으로 평탄한 면과 직접 접촉한다. 잉크가 스탬프 내로 확산된 충분한 잉킹 시간(예를 들어, 3시간) 후에, 제1 스탬프를 페트리 접시로부터 제거한다. 베이스 시트를 금속화된 면을 위로 하여 작업 표면 상에 배치한다. 스탬프를, 도 1에 도시된 것과 같이 루프(loop)의 단부가 모서리쪽으로 향하도록 배향하여, 모서리의 1 ㎝ 내에서 금속화된 베이스 시트 표면 상에 배치한다. 잉킹된 스탬프를 15초 동안 금속화된 기판과 접촉할 수 있게 하고, 이후 제거한다. 위에 기술된 스탬핑 절차는 베이스 시트의 다른 세 개의 모서리에 대해 반복된다. 베이스 시트를 탈이온수 중의 (i) 0.030 몰 티오우레아(미국 미주리주 세인트 루이스 소재의 시그마-알드리치) 및 (ii) 0.020 몰 질산제이철(시그마-알드리치)을 함유한 은 식각제 용액 내에 3분 동안 넣어 둔다. 식각 단계 후에, 얻어진 베이스 시트를 탈이온수로 세정하고, 질소 가스로 건조하여 제1 패턴화된 표면을 생성한다. 잉킹된 스탬프가 제1 금속화 기판의 베이스 시트의 은과 접촉한 경우, 은은 식각 후에 남아있다. 따라서, 잉킹된 스탬프와 은 필름 사이에 접촉이 이루어지지 않은 위치로부터 은을 제거한다. 결과물은 폴라카보네이트 베이스 시트 상에, 각 모서리에 하나씩 있는 4 개의 메쉬 루프 투명 스트레인 게이지의 집적이다.

도 1은 폴리카보네이트 베이스 시트 상에 집적된 투명한 메쉬 루프 스트레인 게이지, 힘-감지 요소(104)(각각의 힘-감지 요소는 금속 트레이스 미세패턴을 포함함)를 갖는 결과적인 터치 센서를 보여주며, 스트레인 게이지는 전도성 메쉬 루프(도 1에 도시됨)의 형태를 취한다. 메쉬 루프 스트레인 게이지는 베이스 시트의 변형에 응답하여 변하는 전기 저항을 보인다. 구체적으로, 터치 압력과 관련하여 그것의 집적된 스트레인 게이지가 후면 상에 있도록 배향되며, 그 모서리들에서 지지되는 베이스 시트에 대해, 증가하는 터치 압력은 게이지가 연신되게 하고 그 전기 저항 값이 상승되게 한다. 전기 저항의 변화의 정도는 터치 센서에 인가되는 힘에 대략적으로 비례한다. 따라서, 전도성 트레이스 미세패턴을 포함하는 각각의 메쉬 루프 스트레인 게이지가 힘-감지 요소(104)를 구성한다. 터치의 위치는, 예를 들어 미국 특허 공개 제2009/0243817호(Son)에서와 같이, 당업계에서 알려져 있는 바 대로, 4개의 스트레인 게이지(힘-감지 요소)에 대한 저항 변화를 비교하고, 이어서 교정 절차를 행함으로써 결정될 수 있다. 전도성 트레이스들의 미세패턴을 포함하는 각각의 메쉬 루프 스트레인 게이지는 포지셔널 터치-감지 요소를 구성한다. 위에 기술된 터치 센서는 158 ㎜ x 210 ㎜의 가시 영역을 갖는 전면 액정 디스플레이(LCD)(즉, 미국 캘리포니아주 서니베일 소재의 퍼디 일렉트로닉스 코포레이션으로부터 제품번호 ANDpSi104EA5S-HB-KIT로 사용가능한 전자 디스플레이) 위에 놓여 장착된다. 터치 센서는 그 집적된 스트레인 게이지가 디스플레이를 향해 있는 상태로 장착된다. 터치 센서의 집적된 스트레인 게이지(힘-감지 요소(104))는 전자 디스플레이의 가시 영역 위를 덮는다(즉, 힘-감지 요소(104)가 전자 디스플레이의 가시 영역 내에 배치된다).

본 발명의 범주 및 취지를 벗어나지 않고도 본 발명에 대한 다양한 변형 및 변경이 당업자에게 명백하게 될 것이다. 본 발명은 본 명세서에 개시된 예시적 실시 형태 및 실시예로 부당하게 제한하고자 하는 것이 아니며, 그러한 실시예 및 실시 형태는 단지 예시의 목적으로 제시되고, 본 발명의 범주는 이하의 본 명세서에 개시된 특허청구범위로만 제한하고자 함을 이해하여야 한다. 본 개시 내용에 인용된 모든 참고 문헌은 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된다.

Claims

가시 영역을 갖는 전자 디스플레이;
표면을 갖는 투명한 절연성 기판; 및
기판의 표면 위에 배치된 적어도 하나의 금속 트레이스 미세패턴을 포함하는 힘-감지 요소를 포함하며,
투명한 절연성 기판은 전자 디스플레이 위에 배치되고, 그리고
힘-감지 요소는 디스플레이의 가시 영역을 실질적으로 차단함이 없이 전자 디스플레이의 가시 영역의 적어도 일부 위를 덮는 물품.
제1 항에 있어서, 투명한 포지셔널(positional) 터치-감지 요소를 추가로 포함하는 물품.
제1 항에 있어서, 투명한 절연성 기판은 중합체 시트(sheet) 또는 유리 시트를 포함하는 물품.
제3 항에 있어서, 중합체 시트는 폴리(메틸메트아크릴레이트), 폴리카보네이트, 또는 유리를 포함하는 물품.
제1 항에 있어서, 금속 트레이스는 은, 금, 팔라듐, 백금, 구리, 니켈, 알루미늄, 몰리브덴, 또는 텅스텐을 포함하는 물품.
제1 항에 있어서, 힘-감지 요소는 측면 저항 스트레인 게이지(lateral resistive strain guage) 감지 요소를 포함하는 물품.
제1 항에 있어서, 힘-감지 요소는 적어도 80 퍼센트의 개구 면적 비율을 가지는 물품.
제1 항에 있어서, 금속 트레이스는 0.5 마이크로미터 내지 20 마이크로미터의 폭을 가지는 물품.
힘-감지 요소는,
기판의 표면 위에 금속 코팅을 배치하는 단계; 및
기판 위에 배치된 전도성 금속 트레이스 미세패턴을 형성하기 위하여 금속을 식각하는 단계를 포함하는 공정에 의해 제조되는 제1 항에 따른 터치 스크린 디스플레이를 제조하는 방법.
제9 항에 있어서, 융기된 특징부들을 갖는 잉킹된 스탬프를 제공하는 단계 및 잉킹된 스탬프의 융기된 특징부들을 금속을 식각하기 전에 금속 코팅에 접촉시키는 단계를 추가로 포함하는 터치 스크린 디스플레이를 제조하는 방법.
제10 항에 있어서, 잉킹된 스탬프는 자가 조립식 모노층(self-assembled monolayer) 형성 분자를 포함하는 터치 스크린 디스플레이를 제조하는 방법.
가시 영역을 갖는 전자 디스플레이;
전자 디스플레이의 가시 영역의 적어도 일부 위에 배치된 투명한 절연성 기판; 및
전자 디스플레이의 가시 영역의 적어도 일부 위를 덮는 기판의 표면 위에 배치된 터치 센서를 포함하며;
터치 센서는 힘-감지 요소를 포함하고,
힘-감지 요소는 미세메쉬 밴드들의 제1 세트 및 미세메쉬 밴드들의 제2 세트를 포함하고,
미세메쉬 밴드들 각각은 금속 도체 트레이스들을 포함하고,
미세메쉬 밴드들의 제1 및 제2 세트는 실질적으로 평행한 평면들을 점유하며 이 평면들은 이 평면들에 수직인 방향으로 이격되어 있고, 그리고
미세메쉬 밴드들의 제1 세트의 적어도 하나의 밴드가 미세메쉬 밴드들의 제2 세트의 적어도 하나의 밴드와 교차(cross over)되는 물품.
제12 항에 있어서, 디스플레이의 가시 영역을 실질적으로 차단함이 없이 디스플레이의 가시 영역의 적어도 일부 위를 덮는 포지셔널 터치-감지 요소를 추가로 포함하는 물품.
제12 항에 있어서, 힘-감지 요소는 압저항 재료, 압전 재료, 또는 정전용량 힘-감지 요소를 포함하는 물품.
제14 항에 있어서, 압저항 재료는 매트릭스 내에 분산된 투명한 전도성 입자들을 포함하는 물품.
제15 항에 있어서, 투명한 전도성 입자들은 인듐 주석 산화물을 포함하는 물품.
제14 항에 있어서, 압전 재료는 중합체를 포함하는 물품.
제17 항에 있어서, 압전 재료는 폴리비닐리덴 플루오라이드 또는 그 유도체를 포함하는 물품.
제12 항에 있어서, 힘-감지 요소는 저항 스트레인 게이지 요소를 포함하는 물품.
제12 항에 있어서, 실질적으로 평행한 미세메쉬 밴드들은 약 0.5 마이크로미터 내지 약 10 마이크로미터의 폭을 갖는 트레이스들을 포함하는 물품.
제12 항에 있어서, 힘-감지 요소의 미세메쉬가 적어도 80 퍼센트의 개구 면적 비율을 갖는 물품.
제12 항에 있어서, 미세메쉬 밴드들의 제1 세트는, 실질적으로 평행한 미세메쉬 밴드들이 미세메쉬 밴드들의 제2 세트 내의 실질적으로 평행한 미세메쉬 밴드들에 실질적으로 직교하도록 배향되는 물품.
제22 항에 있어서, 각각의 실질적으로 평행한 미세메쉬 밴드는 전극을 포함하는 물품.
제23 항에 있어서, 힘-감지 요소는 평행한 미세메쉬 밴드들의 각각의 세트로부터의 일 전극을 포함하고, 힘-감지 요소는 밴드들이 교차하는 곳에 위치되는 물품.
힘 감지 요소가,
기판의 표면 위에 금속 코팅을 배치하는 단계; 및
기판 위에 배치된 전도성 금속 트레이스들의 미세패턴을 형성하기 위하여 금속을 식각하는 단계를 포함하는 공정에 의해 제조되는 제12 항에 따른 터치 스크린 디스플레이를 제조하는 방법.
제25 항에 있어서, 융기된 특징부들을 갖는 잉킹된 스탬프를 제공하는 단계 및 잉킹된 스탬프의 융기된 특징부들을 금속을 식각하기 전에 금속 코팅에 접촉시키는 단계를 추가로 포함하는 터치 스크린 디스플레이를 제조하는 방법.
제26 항에 있어서, 잉킹된 스탬프는 자가 조립식 모노층 형성 분자를 포함하는 터치 스크린 디스플레이를 제조하는 방법.