KR20150120392A

KR20150120392A - 정전 용량성 터치 센서를 위한 전극 구조를 형성하는 방법

Info

Publication number: KR20150120392A
Application number: KR1020157023435A
Authority: KR
Inventors: 리오 카밀로 프리에토; 찬육관
Original assignee: 엠-솔브 리미티드
Priority date: 2013-02-21
Filing date: 2014-02-14
Publication date: 2015-10-27
Also published as: US10203817B2; JP2016516226A; EP2958704B1; GB2514084B; TW201501849A; CN105073332A; CN105073332B; GB201303085D0; WO2014128440A1; JP6445465B2; TWI656933B; EP2958704A1; GB2514084A; WO2014128440A4; US20160004349A1

Abstract

본 방법은 펄스 고체 상태 레이저(pulsed solid state layer)를 사용하는 직접 기록 레이저 스크라이빙 공정(direct write laser scribing process)에 의해, 컬러 필터 층 위에 있는 투명 비-전도성 층상에 위치된 투명 전도성 층에, 정전 용량성 터치 센서를 위한 전극 구조를 형성한다. 상기 레이저의 파장, 펄스 길이, 그리고 기판에서의 빔 프로파일은 257 nm 내지 266 nm 범위의 파장, 50 fs 내지 50 ns 범위의 펄스 길이, 그리고 10% 미만의 최소값(Emin) 및 최대값(Emax) 사이의 전력 또는 에너지 밀도의 균일도를 갖는 탑햇 빔 프로파일을 갖도록 선택된다. 이 때, 균일도는 (Emax-Emin)/(Emax+Emin)으로 정의된다. 따라서 상기 투명 전도성 층 아래에 있는 상기 투명 비-전도성 층 또는 상기 컬러 필터 층에 실질적인 손상을 주지 않으면서, 그루브들(grooves)이 상기 투명 전도성 층 내에 형성되어, 각각의 그루브의 양측에 있는 상기 투명 전도성 층의 영역들을 전기적으로 격리시킬 수 있다.

Description

정전 용량성 터치 센서를 위한 전극 구조를 형성하는 방법{Method for forming an electrode structure for a capacitive touch sensor}

본 발명은 정전 용량성 터치 센서를 위한 전극 구조을 형성하는 방법과, 그 방법을 수행하기 위한 장치에 관한 것이다.

스마트폰들, MP3 플레이어들, PDA들, 태블릿들, 울트라북 PC들, AIO PC들 등과 같은 기기들로 정전 용량성 터치 센서들을 통합하려는 요구가 있다. 그러한 기기들은 일반적으로 유리 또는 플라스틱으로 만들어진 투명한 전면 커버를 지니고, 상기 기기의 후면 상에는 투명한 정전 용량성 터치 센서가 결합된다. 종종 정전 용량성 센서는 플라스틱 또는 유리와 같은 투명한 물질로 만들어진 기판으로 구성되며, 상기 센서의 반대편 상에는 ITO(indium tin oxide)와 같은 투명 전도성(transparent conductive; TC) 물질들이 적용되며, 송신 전극(transmit electrode; Tx) 및 수신 전극(receive electrode; Rx) 층들을 형성하도록 패터닝된다. 대안적으로, 개별적으로 주소를 부여할 수 있는 Tx 및 Rx 구조들을 형성하기 위해 적절히 패터닝되고 연결된, 상기 기판에 적용된 하나의 TC 층으로 구성된 단일층 센서가 사용될 수 있다.

상기 커버/터치 센서 어셈블리는 일반적으로 액정디스플레이(liquid crystal display; LCD)로 구성된 디스플레이 모듈에 부착된다. 그러한 배치는 바람직하지 않게 두껍고 무거운 커버/센서/디스플레이 모듈을 초래한다. 박형화와 경량화를 위해, 몇 가지 방법으로, 커버 위에 바로 정전 용량성 터치 센서를 형성하거나, 또는 터치 센서를 LCD에 통합하는 것이 바람직하다.

LCD들로 통합된 듀얼 레이저 센서들은 두 개의 유형들인 : "on-cell" 유형과 "in-cell" 유형이 있다. "on-cell" 유형에서, 센서는 LCD 어셈블리 위에 형성된다. "in-cell" 유형에서, 센서들의 Tx 및 Rx 층들은 LCD 구조 내부의 다양한 공간들에 위치된다.

하나의 경우에, 컬러필터(color filter; CF) 어셈블리를 수반하고 LCD의 상부 기판을 형성하는 상기 유리 기판의 양측에 위치된 TC 층들에 Tx 및 Rx 전극들이 형성된다. 상기 CF는, 블랙 매트릭스(black matrix; BM) 구조 내에 위치되고 유기 평탄화(organic planarizing; OP) 층으로 오버-코팅된(over-coated) 유기 RGB 물질들의 줄무늬들로 이루어진다. Tx 전극을 형성하는 TC는 CF 상에 있는 OP 층의 위에 증착되며, Rx 전극을 형성하는 TC는 상기 유리 기판의 후면 상에 직접 증착된다.

다른 경우에, Tx 전극은 LCD 내에 깊게 묻혀있으며, TFT들과 동일한 평면에 LCD의 하부 전극을 형성하는 TC 층에 형성된다. 이 경우, 상기 Rx 전극은 CF를 수반하는 기판의 양측들 중 어느 한 측상에 있는 TC 층에 형성된다.

Tx 전극이 CF 기판 상에 있고 LCD의 상부 전극을 형성하는 경우에, Tx 패터닝은 LCD 어셈블리 전에 수행되어야 하며, 반면 Rx 전극의 패터닝은 LCD 어셈블리 전이나 또는 후에 발생할 수 있다. Tx 전극이 LCD의 하부 전극과 결합되고 Rx 전극이 상기 CF 기판의 어느 한 측상에 있는 경우, 그 후 상기 Rx 층은 LCD 어셈블리 전이나 또는 후에 패터닝될 수 있다.

따라서, in-cell 듀얼 레이어 센서들에 대해, 유리 기판 상의 RGB CF 구조의 상부의 유기 보호막(organic passivation; OP) 층 위에 위치한 TC 층에 Tx 또는 Rx 전극 패턴을 형성하는 것이 필요하거나, 또는 후면에 위치된 CF 구조를 가진 유리 기판 상의 TC 층에 Rx 전극을 형성하는 것이 필요하다.

두 경우 모두에서, TC 층들에 전극 구조들을 형성하기위한 통상의 방법은, 레지스트 노광(resist exposure)과 TC의 화학적 에칭에 기반한 다-단계 리소그래픽 공정들을 포함한다. 그러한 리소그래픽 공정들은 복잡하며, 특히 LCD가 조립된 후에 공정이 수행될 때, 결함들이 생기게 한다. 상기 TC 층에 전극 패턴들을 형성하기 위해 레이저 어블레이션(laser ablation)을 사용하는 것이 바람직할 것이다. 하지만, 표준 레이저 방식들이 사용된다면, 상기 TC 아래의 각종 CF, BM 또는 OP 층들이 상기 레이저 어블레이션 공정 중에 손상될 것이라는 심각한 위험이 있다.

따라서 본 발명은, TC 아래의 어느 층들에도 심각한 손상을 주지 않으면서, 컬러 필터 층과 투명 비-전도성 층 위에 위치된 TC 층에 전극 구조를 형성하기위해 레이저 어블레이션이 사용되도록 하는 것을 가능하게 하는 개선된 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 제1 양상에 따르면, 펄스 고체 상태 레이저(pulsed solid state laser)를 사용하는 직접 기록 레이저 스크라이빙 공정(direct write laser scribing process)에 의해, 컬러 필터 층 위에 있는 투명 비-전도성 층에 위치된 투명 전도성 층 내에, 정전 용량성 터치 센서를 위한 전극 구조를 형성하는 방법이 제공된다. 상기 레이저의 파장, 펄스 길이, 그리고 기판에서의 빔 프로파일은 다음과 같이 선택된다 :

ⅰ) 257 nm 내지 266 nm 범위의 파장

ⅱ) 50 fs 내지 50 ns 범위의 펄스 길이

ⅲ) 10% 미만의, 최소값(Emin) 및 최대값(Emax) 사이의 전력(power) 또는 에너지 밀도의 균일도를 갖는 "탑햇(top hat)" 빔 프로파일. 이 때, 균일도는 (Emax-Emin)/(Emax+Emin)으로 정의된다.

따라서 그루브들(grooves)은 각각의 그루브의 양측에 있는 상기 투명 전도성 층의 영역들을 전기적으로 격리시키도록 상기 투명 전도성 층 내에 형성될 수 있다. 동시에, 상기 투명 전도성 층 아래에 있는 상기 투명 비-전도성 층 또는 상기 컬러 필터 층 또는 블랙 매트릭스 어레이에 실질적인 손상을 주지 않는다.

본 발명의 제2 양상에 따르면, 상술된 방법을 수행하도록 조정된 장치가 제공된다. 상기 장치는, 펄스 고체 상태 레이저를 사용하여 컬러 필터 층 위에 있는 투명 비-전도성 층에 위치된 투명 전도성 층 내에, 정전 용량성 터치 센서를 위한 전극 구조를 직접 기록 레이저 스크라이빙(scribing)하도록 조정된, 펄스 레이저원을 포함한다. 상기 레이저원은 다음과 같은 파장, 펄스 길이, 상기 기판에서의 빔 프로파일을 제공한다 :

ⅰ) 257 nm 내지 266 nm 범위의 파장

ⅱ) 50 fs 내지 50 ns 범위의 펄스 길이

ⅲ) 10% 미만의, 최소값(Emin) 및 최대값(Emax) 사이의 전력 또는 에너지 밀도의 균일도를 갖는 "탑햇(top hat)" 에너지 밀도 빔 프로파일. 이 때, 균일도는 (Emax-Emin)/(Emax+Emin)으로 정의된다.

상기 "탑햇(top hat)"이란 용어는, (명시된 범위 내의) 빔 전체에 걸쳐 거의 균일한 전력 또는 에너지 밀도를 갖는, 빔 프로파일을 기술하기 위해 사용된다.

본 발명의 다른 바람직한, 그리고 옵션의 특징들은 다음의 설명으로부터, 그리고 본 명세서의 보조적인 청구범위로부터 자명할 것이다.

본 발명의 효과는 본 명세서에 해당되는 부분들에 개별적으로 명시되어 있다.

이제, 본 발명은 첨부된 도면들을 참조하여, 오직 예로서, 기술될 것이다.
도 1은 공지된 LCD 및 CF 어셈블리의 단면도이다.
도 2는 공지된 CF 유닛의 단면도이다.
도 3은 공지된 on-cell 유형의 일체형 터치 패널/CF/LCD 어셈블리의 단면도이다.
도 4는 공지된 제1 유형의 in-cell 일체형 터치 패널/CF/LCD 어셈블리의 단면도이다.
도 5는 제2 유형의 in-cell 일체형 터치 패널/CF/LCD 어셈블리의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제1 양상에 따른 방법의 일실시 예에 의한, (도 4 또는 도 5에 도시된 것과 같은) in-cell 모듈의 투명 전도성 층 내 전극 구조를 제공하기 위한 그루브(groove)의 형성을 도시한다.
도 7은 상기 방법에서 상기 투명 도체의 표면에 제공된 "탑햇(top hat)" 빔 프로파일을 도시한다.
도 8은 상기 투명 전도성 층의 표면상에, 그러한 "탑햇(top hat)" 빔 프로파일을 갖는, 빔을 형성하는 제1 방법을 도시한다.
도 9는 상기 투명 전도성 층의 표면상에, 그러한 "탑햇" 빔 프로파일을 갖는, 빔을 형성하는 제2 방법을 도시한다.
도 10은 도 6에 도시된 방법을 수행하기 위한, 본 발명의 상기 제2 양상에 따른 장치의 바람직한 실시 예의 개략적인 사시도이다.
도 11은 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같은 탑햇 빔 성형을 도 11의 장치로 도입하는 방법을 도시한다.

도 1은 공지된 LCD/CF 모듈 중 한 유형의 구성을 도시한다. 액정 물질 층(1)의 제1 측(하부)에는, 제1 TC 층(4)과 TFT 기기들(3)로 코팅된 제1 유리 기판(2)이 경계를 이루고 있으며, 상기 액정 물질 층(1)의 제2 측(상부)에는, 제2 TC 층(7)과 CF 층(6)으로 코팅된 제2 유리 기판(5)이 경계를 이루고 있다. 백라이트 유닛(8)은, 제2 편광판(10)을 통과하여 나오기 위해 제1 편광판(9)과, 상기 LCD/CF 모듈을 포함하여 모든 층들을 통과하는 비-편광된 빛을 방출한다. 몇몇 다른 LCD/CF 모듈 구조들도 존재한다. 상기 CF 층이 상기 LCD 층 앞에 위치하는 것, 예를 들어 상기 제1 편광판과 상기 백라이트 사이에 위치하는 것이 가능하다. 또한 상기 LCD 구조가 상기 TFT 층과 도치되어, 상기 TFT 층은 상기 LCD의 상측에 위치하고, 그 위에 혹은 그 아래에 상기 CF 층이 위치하는 것도 가능하다.

도 2는 공지된 통상적인 CF 및 기판의 세부사항을 도시한다. 유리 기판(5)은 상기 유리 기판의 제1 측면 상에 형성된 RGB CF 층을 가진다. 상기 CF 층은 번갈아 나오는(alternating) 줄무늬들(11, 12 및 13)로 구성되거나, 또는 각각 LCD의 선들 또는 LCD 내의 개별 픽셀들에 해당하는 RGB 물질들의 국부적 영역들의 2-차원 어레이로 구성된다. RGB 물질의 줄무늬들은 블랙 매트릭스(BM) 물질(14)의 영역들에 의해 분리되어, 뷰잉 콘트라스트(viewing contrast)를 개선시킨다. 다-단계 리소그래픽 공정은 일반적으로 그러한 RGB와 BM 구조들을 형성하기 위해 사용된다.

얇은 투명 비 전도성 유기 평탄화(OP) 층(15)은 상기 RGB/BM 층에 부착되어, 평활한 상부 표면을 형성한다. 일반적으로, 폴리메칠메타크릴레이트(polymethylmethacrylate; PMMA) 또는 아크릴이 이러한 층을 형성하기 위해 사용된다. TC 층(7)은 상기 유기 층(15) 위에 증착된다.

도 3은 공지된 on-cell 정전 용량성 터치 센서 모듈 중 한 유형의 구성을 도시한다. 유리 또는 투명 플라스틱 기판(16)은 상기 기판(16)의 양측에 증착된 TC 층들(17, 18)을 가진다. 하부 TC 층(17)은 상기 센서의 Tx 층을 형성하도록 패터닝되며, 상부 TC 층(18)은 상기 센서의 Rx 층을 형성하도록 패터닝된다. 그 후, 상기 센서 어셈블리는 상기 유리 기판들(2, 5) 사이에 조립된 상기 LCD/CF 모듈에 맞춰 배열되어 부착된다.

도 4는 공지된 in-cell 정전 용량성 터치 센서 모듈 중 한 유형의 구성을 도시한다. 제1 TC 층(7)은 유리 기판(5) 상의 CF 층(6) 상에 제공된 OP 층(15)을 덮으며, 적절한 패터닝 후에, 상기 센서의 Tx 층을 형성한다. 제2 TC 층(19)은 상기 CF 층을 받치는 상기 유리 기판(5)의 후면 상에 증착되며, 적절한 패터닝 후에, 상기 Rx 층을 형성한다. 상기 상부 편광판과 백라이트 유닛은 도 4에서 생략되었다.

본 발명은 이러한 기기의 상기 Tx 층을 레이저 어블레이션에 의해 패터닝하는 것에 관한 것이다. 이러한 특정 in-cell 센서 모듈 구조의 경우에, 그러한 레이저 패터닝은 상기 LCD의 어셈블리 전에 일어난다. 상기 Tx 층의 패터닝 후에, 상기 CF 기판(5)은 상기 액정 물질(1)로 충전된 LCD와 상기 하부 LCD 기판(2)에 맞춰 배열되어 부착된다.

도 5는 in-cell 정전 용량성 터치 센서 모듈의 다른 유형의 구성을 도시한다. 이 경우, 상기 TFT들을 받치는 상기 유리 기판(2) 상에 위치된 제1 TC 층(4)은 상기 센서의 Tx 층을 형성하며, 상기 CF 층(6) 상의 상기 OP 층(15)을 덮는 제2 TC 층(7)은 상기 센서의 Rx 층을 형성한다. 도 5에서도, 상기 상부 편광판과 백라이트 유닛은 생략되었다.

또한 본 발명은 이러한 기기의 상기 Rx 층을 레이저 어블레이션에 의해 패터닝하는 것에 관한 것이다. 이러한 특정 in-cell 센서 모듈 구조의 경우에, 그러한 레이저 패터닝은 상기 LCD의 어셈블리 전에 일어난다. 상기 Rx 층의 패터닝 후에, 상기 CF 기판(5)은 상기 액정 물질(1)로 충전된 LCD와 상기 하부 LCD 기판(2)에 맞춰 배열되어 부착된다.

도 6은 CF 층상의 유기 층(15) 위에 있는 TC 층(7)에 패턴을 형성하기 위한, 본 발명의 제1 양상에 따른 바람직한 방법을 도시한다. 펄스 레이저 빔(20)은 상기 TC 층(7)의 표면을 조사한다. 그리고 상기 빔(20)은, 상기 TC 층(7) 내에 그루브들(21)의 패턴을 형성하기 위해, 레이저 어블레이션에 의해 상기 표면으로부터 물질을 제거하도록 상기 표면 위에서 이동된다. 상기 레이저 빔(20)은, 상기 그루브(21)를 가로지르는 전기 전도가 없도록 상기 그루브들(21) 내의 모든 TC 물질을 제거하도록 조정되며, 그러나 상기 유기 층(16) 또는 상기 RGB 물질들(11, 12, 13), 또는 상기 BM 물질(14)을 손상시키지 않도록 조정된다.

사용된 레이저는, 50 ns 미만의 지속시간을 가진, 바람직하게는 50 ps 미만의 지속시간을 가진, 펄스들을 방출하는 펄스 유형 레이저이다. 레이저 작동은 DUV(deep ultra-violet) 범위 내에 있다. UV 내지 IR 영역들(즉, 351 nm 내지 1070 nm)에서, 상기 TC 층은 최소 흡수를 가지며 RGB CF의 부분들은 상당한 흡수를 가지므로, 이러한 파장들에서의 작동은 바람직하지 않다.

사용된 펄스 레이저는, 예를 들어, 다음 중 하나로부터 선택될 수 있다 :

10 ns의 공칭 출력 펄스 길이와 266 nm에서 작동하는 레이저

15 ps의 공칭 출력 펄스 길이와 266 nm에서 작동하는 레이저

10 ns의 공칭 출력 펄스 길이와 263 nm에서 작동하는 레이저

150 fs의 공칭 출력 펄스 길이와 262 nm에서 작동하는 레이저

10 ps의 공칭 출력 펄스 길이와 257.5 nm에서 작동하는 레이저

0.5 ps 내지 200 ns 범위 내의 펄스 길이를 가진 UV, 가시 및 IR 레이저들은, 밑에 있는 상기 CF 물질들로의 손상이 일어날 수 있기 때문에, 적합하지 않다는 것이 발견되었다. 그러나 더 짧은 파장(즉, 266 nm, 263 nm, 262 nm 또는 257.5 nm)이 사용된다면, 상기 TC 층에서의 흡수가 더 크기 때문에(그래서 밑에 있는 층들에 보호를 더 제공하기 때문에), 만족스러운 결과들이 달성될 수 있다.

상기 TC층과 그 밑에 있는 상기 유기 층이, 예를 들어 100 nm 또는 그 미만으로, 매우 얇을 수 있어서 열 손상에 민감하므로, 일반적으로 더 짧은 펄스 길이들이 바람직하다. 펄스 길이가 짧을수록, 상기 레이저 펄스로부터의 열에너지가 인접한 영역들(특히, 그 밑에 있는 층들)로 확산될 수 있는 시간 주기가 더 짧아진다.

상기 레이저 스크라이빙 공정이, 각각의 그루브의 양측에 있는 TC 층의 영역들을 전기적으로 격리하는 그루브들을 상기 투명 전도성 층에 형성하도록, 상기 레이저 파장과 펄스 길이가 선택된다는 것과, 이는 상기 TC 층 아래에 있는 상기 컬러 필터 층 또는 상기 투명 비-전도성 층에 실질적으로 손상을 주지 않고 수행될 필요가 있다는 것이 이해될 것이다. 이 방법으로, 일련의 그루브들이 TC 층에 형성되어, 그곳에 전극 구조를 형성할 수 있다. 일반적으로, 상기 그루브들은 5 ㎛ 내지 30 ㎛ 범위의 폭을 가지지만, 더 넓은 그루브들 또한 가능하다.

본 발명은, 밑에 있는 비-전도성 층에 그리고/또는 밑에 있는 컬러 필터 층에 열 손상을 일으킬 위험이 있는, 직접 레이저 스크라이빙(direct laser scribing)에 의한 투명 전도성(TC) 층 내의 전극 구조 형성에 관한 것이다. 이 위험은 상기 TC 층을 제거하기 위해 필요한 펄스 에너지 밀도와, 그 밑에 있는 층들을 손상시킬 수 있는 펄스 사이에 오직 작은 차이만이 있을 때 발생한다. 이 작은 공정 '윈도우' 의 관점에서, 본 방법은 탑-햇 프로파일을 가진 빔을 제공하는 단계를 포함하며, 이는 아래에서 더 자세히 설명된다.

도 7a는 일반적으로 레이저 빔이 포커싱될 때 발생하는 가우스 빔 강도 프로파일을 도시하며, 도 7b는 본 발명의 실시 예에 따른 상기 TC 층의 표면에 제공된 빔 프로파일을 도시한다. 도 7a는 펄스 레이저 빔이 렌즈로 포커싱될 때 그 초점 평면에서 발생하는 전력 밀도 또는 에너지 밀도 분포 그래프를 나타낸다. 이 경우, 중앙에서 피크 전력 또는 에너지 밀도를 가지고 점점 감소하여 가장자리에서 낮은 값들을 가지는, 이른바 가우스 분포가 있다. 이러한 매우 불-균일한 빔 프로파일은 두 가지 이유에서 바람직하지 않다 : 상기 TC 물질의 애블레이션 임계치(ablation threshold)(Eabl) 이하의 에너지는 상기 TC 층과 그 밑에 있는 층들에 열손상을 가하면서, 초점 주위의 영역에 열로서 증착되며, 상기 빔의 중심에 있는 피크 에너지 밀도는 상기 애블레이션 임계치보다 상당히 위에 있어서, 상당한 에너지가 상기 TC 층을 관통하여 그 아래의 층들에 손상을 가할 수 있다.

도 7b는 본 발명의 제1 실시 예에 따른, 상기 TC 층의 표면에 제공된 에너지 밀도 분포를 도시한다. 이 경우, 전력 또는 에너지 밀도의 이른바 "탑햇(top hat)" 분포가 사용되며, 이 경우, 레이저 펄스의 대부분의 에너지는 상기 애블레이션 임계치 에너지 밀도(Eabl) 이상의 영역에 포함된다. 이상적으로, 상기 분포는 상기 빔의 중심에 상당한 피크가 없는 진정한 탑햇일 것이지만, 실제로는, 이런 탑햇은 성취하기 어렵기 때문에 Emin 내지 Emax 범위의 에너지 밀도에 약간의 차이가 허용된다. 실험들은 빔의 중앙 부분에 걸쳐 10% 미만의 전력의 균일도 또는 에너지 밀도의 균일도를 가진 탑햇 빔 프로파일이, 밑에 있는 모든 층들에 상당한 손상을 주지 않으면서, TC 층의 효과적이고 완전한 제거를 가져옴을 보여주었다(여기서, 균일도는 (Emax-Emin)/(Emax+Emin)으로 정의된다). 바람직하게는, Emax는 1.3 x Eabl을 초과하지 않는다(여기서, Eabl은 상기 TC 층의 애블레이션에 대한 임계치 에너지 밀도이다).

도 8은 상기 TC 층의 표면에 상기 레이저 스팟의 탑햇 에너지 밀도 분포를 생성하는 한 방법을 도시한다. 애퍼처(aperture)(22)는 상기 레이저 빔(20) 내에 위치되며, 렌즈(23)는 상기 CF/BM, OP 및 TC 층들을 지지하도록 코팅된 상기 기판(25)의 표면상에 상기 애퍼처의 이미지(24)를 형성한다. 상기 애퍼처의 직경이 상기 애퍼처를 조사하는 상기 빔의 직경보다 실질적으로 작다면, 상기 빔의 저에너지 밀도 부분이 제거될 것이며, 도 7b에 도시된 유형의 빔 프로파일이 상기 TC 층 표면상에 형성될 것이다. 입사 레이저 빔은 일반적으로 원형이기 때문에, 원형 애퍼처들을 사용하여서, 상기 TC 표면 상에 원형 스팟들을 생성하는 것이 일반적이다.

도 9는 상기 TC 층의 표면에 상기 레이저 스팟의 탑햇 에너지 밀도 분포를 생성하는 또 다른 방법을 도시한다. 상기 레이저 빔(20) 내에 위치된 회절광학소자(diffractive optical element; DOE)(26)는 상기 CF 기판(25)상에 위치된, 렌즈(23)의 초점면(27)에 탑햇 에너지 밀도 분포를 형성하도록 디자인된다. 이러한 배열은 도 8에 도시된 애퍼처 이미징 방법에 비해 여러 장점들을 가진다; 본 방법은 레이저 펄스 에너지의 사용에 있어서 훨씬 더 효율적이며, 더 깊은 초점을 가지며, 비-원형(예를 들어, 사각형) 스팟들이 생성될 수 있다.

도 10은 위에서 기술된 레이저 패터닝 공정을 수행하도록 조정된 장치의 일 형태의 개략적인 사시도를 도시한다. 레이저(28)는, 거울들(29, 29')을 경유하여 2-차원 스캐너 유닛(30)을 향하는, 레이저빔(20)을 방출한다. 상기 스캐너를 나오는 빔은 f-theta 렌즈(31)에 의해 기판(25)의 표면으로 포커싱된다. 상기 기판(25)은 X 및 Y 방향들로 움직일 수 있도록 스테이지들에 장착된다. 상기 기판(25)은 (상술한 바와 같이) RGB CF 층, 유기 층, 그리고 상부 TC 층으로 코팅된다. 상기 기판(25)의 고정과 함께, 상기 스캐너(30)는 상기 기판(25)의 서브-영역들(32) 위에서 상기 빔을 이동시키며, 상기 터치 센서의 전극 구조를 형성하는데 필요한, 상기 TC 층에서의 격리 그루브들을 형성한다. 각각의 서브 영역(32)의 완성 후에, 상기 기판(25)은 새로운 서브 영역으로 움직이고, 상기 공정은 반복된다. 이 "스텝 앤드 스캔(step and scan)" 공정은 상기 기판(25)의 모든 것들이 패터닝될 때까지 반복된다. 서브 영역들(32)은 (스마트폰들과 같은) 소형 기기들을 위한 완전한 터치 센서들에 해당할 수 있거나, 또는 (태블릿들 및 PC들과 같은) 대형 기기들을 위한 더 큰 터치 센서들 중 오직 일부만을 형성할 수 있다. 후자의 경우, 상기 서브-영역들은 상기 터치 센서의 전극 구조를 형성하기 위해, 함께 '스티칭(stitching)' 될 필요가 있다.

바람직하게는, 상기 장치의 작동은, 기술된 스캐닝 공정들을 수행하기 위해 상기 레이저와 상기 레이저의 움직임을 제어하도록 조정된, 컴퓨터와 같은 제어 수단의 제어 하에 있다.

상술된 상기 정전 용량성 터치 센서 레이저 패터닝 공정은 기판들 상에 수행될 수 있다. 이 때, 각각의 기판은 LCD들에 실질적으로 배열되어 부착되는 하나 이상의 CF 기기들을 포함한다. 또는, 대안적으로, 상기 레이저 패터닝은 개별 기기들 상에서 수행될 수 있다.

도 11은 상기 기판에 탑햇 에너지 분포를 형성하기 위해 기기들(예를 들어, 애퍼처 또는 DOE)이 상기 레이저 빔 경로(20)로 삽입될 수 있는 방법을 도시한다. 펄스 레이저(28)는 빔(20)을 방출하며, 상기 빔(20)은 스캐너 유닛(30)에 의해 2 개의 축들로 편향되며, 렌즈(31)에 의해 상기 기판(25)에 포커싱된다. 상기 렌즈(31)로부터 상기 어패처(22)까지의 거리는 상기 렌즈(31)로부터 상기 기판(25)까지의 거리보다 훨씬 더 길어야 하기 때문에, 일반적으로 상기 기판에서의 어패처(22)의 이미지는 크기가 매우 줄어든다. 그 때문에, 상기 어패처(22)는 일반적으로 렌즈(31)로부터 약간 떨어져서 상기 빔에 배치된다. DOE(26)가 상기 탑햇 빔 프로파일을 형성하기 위해 어패처 대신 사용된다면, 상기 DOE(26)는 일반적으로 상기 렌즈(31)에 근접하게 배치된다. 실제로, 스캐너 유닛(30)의 바로 앞을 의미한다.

상술된 공정의 주요 양상들은 다음과 같다 :

1) LCD RGB/BM 컬러 필터 위에 있는 투명 비-전도성 층(일반적으로 유기 층) 위에 있는 TC 층에 패턴을 형성.

2) 상기 패턴은 2-층 정전 용량성 터치 센서에 대한 Rx 또는 Tx 전극들을 형성한다.

3) 상기 TC 층은 좁은 그루브들을 스크라이빙하는 직접 기록 레이저(direct write laser)에 의해 상기 센서의 전극 구조를 형성하도록 패터닝된다.

4) 상기 레이저 스크라이빙 공정은 상기 그루브들 내의 상기 TC 물질을 완전히 제거하지만, 그 밑에 있는 유기, RGB, 또는 BM 층들에 손상이 발생하지 않는다(또는 최소한의 손상이 발생한다.)

5) 상기 레이저는, DUV 범위에서 작동하고 50 ns 미만의 지속기간을 가진, 바람직하게는 50 ps 미만의 지속기간을 가진, 펄스들을 방출하는 펄스형 레이저이다.

6) 상기 TC 층의 표면에서의 빔 프로파일은, 그 밑에 있는 층들을 손상시키지 않기 위해, 10% 미만의 균일도를 가진 "탑햇" 에너지 밀도 빔 프로파일을 가진다. 여기서, 균일도는 (Emax-Emin)/(Emax+Emin)으로 정의된다.

따라서 본 공정은, TC 층 밑에 있는 유기, RGB 또는 BM 층들에 손상을 가하지 않거나 최소한의 손상을 가하면서 단일 단계에서 상기 TC 층을 제거하는 것을 가능하게 하는 특성들을 가지는 레이저 빔을 선택함으로써, 레이저 스크라이빙에 의해 단일 TC 층에 패턴이 형성되도록 하는 것을 가능하게 한다. 특히, 이러한 제약들 사이의 좁은 공정 윈도우의 관점에서, 탑햇 빔 프로파일이 사용되어, 상기 레이저 빔 내의 대부분의 에너지가 이 윈도우 범위 내에 들어오도록 한다. 예를 들어, Emax는 상술된 바와 같이 1.3 x Eabl을 초과하지 않도록 한다.

이러한 공정은 터치 센서의 전극 구조들을 형성하기 위한 공지된 공정들과는 상이하다. 특히, 레이저 스크라이빙은 공지된 리소그래픽 방법들에 비해 상당한 장점들을 가진다. 본 공정은 다음과 같이 훨씬 더 효율적이다 : 더 빨리 수행될 수 있으며, 리소그래픽 공정보다 훨씬 더 나은 수율을 가지고, 그리고 더 쉽게 적용될 수 있다. 따라서 상기 공정은 in-cell 터치 센서의 전극 구조들을 형성을 위한 공지된 리소그래픽 방법들보다 상당한 이점을 제공한다.

터치 센서의 다른 형태들로, 상기 투명 전도성 층은 유리 층(또는 상기 레이저 에너지의 일부를 흡수하는 다른 층)에 제공된다. 이러한 상황에서, 상기 유리 층은 그 밑에 있는 층들에 대해 보호를 일부 제공하기 때문에, 본 방법은 그 밑에 있는 층들을 손상시키지 않기 위해 탑-햇 프로파일을 가진 레이저 빔을 사용할 필요가 없을 수 있다. 그러한 방법은 동시-계속출원인 No. GB 1303074.7호(출원 제. )의 특허대상이다.

Claims

펄스 고체 상태 레이저(pulsed solid state laser)를 사용하는 직접 기록 레이저 스크라이빙 공정(direct write laser scribing process)에 의해, 컬러 필터 층 위에 있는 투명 비-전도성 층상에 위치된 투명 전도성 층 내에, 정전 용량성 터치 센서를 위한 전극 구조를 형성하는 방법에 있어서,
상기 레이저의 파장, 펄스 길이, 그리고 기판에서의 빔 프로파일은 :
ⅰ) 257 nm 내지 266 nm 범위의 파장
ⅱ) 50 fs 내지 50 ns 범위의 펄스 길이
ⅲ) 상기 빔 전체에 걸쳐 상기 기판들에서 거의 균일한 전력 또는 에너지 밀도를 갖는 빔 프로파일로서, (Emax-Emin)/(Emax+Emin)으로 정의된 균일도에 대해, 10% 미만인, 최소값(Emin) 및 최대값(Emax) 사이의 전력 또는 에너지 밀도의 균일도를 갖는, 빔 프로파일이 되도록 선택되며,
그에 의해, 상기 투명 전도성 층 아래에 있는 상기 투명 비-전도성 층 또는 상기 컬러 필터 층에 실질적으로 손상을 주지 않으면서 그루브들(grooves)이 상기 투명 전도성 층 내에 형성되어, 각각의 그루브의 양측에 있는 상기 투명 전도성 층의 영역들을 전기적으로 격리시키는, 전극 구조 형성 방법.
제1 항에 있어서,
상기 펄스 길이는 50 ps 또는 그 미만인, 전극 구조 형성 방법.
제1항 또는 제2 항에 있어서,
상기 레이저 파장은 257.5 nm 또는 266 nm 중 어느 하나로부터 선택된, 전극 구조 형성 방법.
제1항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 투명 전도성 층의 애블레이션(ablation)에 대한 임계치 에너지 밀도인 Eabl에 대해,
상기 Emax는 1.3 x Eabl을 초과하지 않는, 전극 구조 형성 방법.
제1항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전극 구조는 송신 전극(transmit electrode) 및 수신 전극(receive electrode) 구조들 모두를 포함하는, 전극 구조 형성 방법.
제1항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 터치 센서는 투명 기판을 포함하며,
상기 컬러 필터 층은 상기 투명 기판 상에 제공되고,
상기 비-전도성 층은 상기 RGB 컬러 필터 층 위에 투명한 평탄화 층을 형성하며,
상기 투명 전도성 층은 상기 평탄화 층 위에 제공되는, 전극 구조 형성 방법.
제1항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 터치 센서는, 상기 센서 위에 투명 커버를 그리고 상기 센서 아래에 디스플레이 모듈을 가진 어셈블리의 일부를 형성하도록 사용된, 전극 구조 형성 방법.
제1항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이저 빔은 상기 투명 전도성 층의 제1 서브-영역 위를 스캐닝하고, 그 후 상기 투명 전도성 층의 다른 서브-영역으로 움직여서 그 위를 스캔하도록 조정되며, 이 공정은 필요한 영역들이 스캔될 때까지 반복되는, 전극 구조 형성 방법.
제8 항에 있어서,
형성될 상기 센서는 다수의 상기 서브-영역들을 포함하는, 전극 구조 형성 방법.
첨부된 도면들의 도 6 내지 도 11 중 하나 이상을 참고하여 상술된 것과 실질적으로 같은, 컬러 필터 층 위에 있는 투명 비-전도성 층상에 위치된 투명 전도성 층에, 정전 용량성 터치 센서를 위한 전극 구조를 형성하는 방법.
제1항 내지 제10 항 중 어느 한 항의 방법을 수행하도록 조정된 장치에 있어서,
상기 장치는, 컬러 필터 층 위에 있는 투명 비-전도성 층상에 위치된 투명 전도성 층에, 정전 용량성 터치 센서를 위한 전극 구조를 직접 기록 레이저 스크라이빙(scribing)하도록 조정된, 펄스 레이저원을 포함하며,
상기 레이저원은 :
ⅰ) 257 nm 내지 266 nm 범위의 파장
ⅱ) 50 fs 내지 50 ns 범위의 펄스 길이
ⅲ) 상기 빔 전체에 걸쳐 상기 기판들에서 거의 균일한 전력 또는 에너지 밀도를 갖는 빔 프로파일로서, (Emax-Emin)/(Emax+Emin)으로 정의된 균일도에 대해, 10% 미만인, 최소값(Emin) 및 최대값(Emax) 사이의 전력 또는 에너지 밀도의 균일도를 갖는, 빔 프로파일을 제공하도록 조정되는, 장치.
제11 항에 있어서,
상기 펄스 길이는 50 ps 또는 그 미만인, 장치.
제11 항에 있어서,
상기 레이저원은 상기 투명 전도성 층 위를 스캐닝하도록 조정되어, 그곳에 일련의 그루브들을 형성하는, 장치.
제11 항에 있어서,
상기 스캐닝을 행하도록 배치된 거울; 및
상기 레이저 빔을 상기 투명 전도성 층으로 포커싱하기 위한 f-theta 렌즈를 포함하는, 장치.
제11 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 투명 전도성 층의 다수의 서브-영역들 위로 상기 레이저를 스캔하는 스텝 앤드 스캔(step and scan) 공정을 수행하도록 조정된 장치.
제11 항 내지 제15 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이저 빔은, 실질적으로 탑햇(top hat) 프로파일을 가진 레이저 빔을 제공하기 위해 실질적으로 상기 레이저 빔보다 작은 직경을 가진 애퍼처(aperture)를 통과하도록 배치된, 장치.
제11 항 내지 제15 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이저 빔은, 실질적으로 탑햇 프로파일을 가진 레이저 빔을 제공하도록 조정된 회절광학소자(diffractive optical element)를 통과하도록 배치된, 장치.
제11 항 내지 제17 항 중 어느 한 항에 있어서,
제1 항 내지 제10 항 중 어느 한 항의 방법을 수행하도록 사용되는 장치.