KR20160097282A - 개선된 휨 강도를 갖는 다층 스택을 갖춘 터치 센서 - Google Patents

개선된 휨 강도를 갖는 다층 스택을 갖춘 터치 센서 Download PDF

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탄야 스탠리
마이클 티 하워드
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

터치 센서에 사용하기 위한 다층 스택으로서, 다층 스택의 관찰 영역 및 가장자리 영역을 덮는 베이스 기판, 및 관찰 영역의 주연부에 근접하고 그것을 따라 연장되는 단차부를 한정하는 광학적으로 불투명한 가장자리 층을 포함하는, 상기 다층 스택이 제공된다. 다층 스택은 또한 베이스 기판 및 가장자리 층 상에 배치되고 다층 스택의 관찰 영역 및 가장자리 영역을 덮는 광학적으로 투명한 접착제 층을 포함한다. 다층 스택은 접착제 층 상에 배치된 다수의 별개의 이격된 광학적으로 투명한 전극 ― 각각의 전극은 단차부를 가로질러 연장됨 -, 및 다층 스택의 관찰 영역이 아니라 가장자리 영역 내에 배치된 다수의 별개의 이격된 전기 전도성 패드 ― 각각의 패드는 접촉 구역에 걸쳐 상이한 대응 전극 상에 배치되고 그것과 물리적으로 접촉함 ― 를 추가로 포함한다.

Description

개선된 휨 강도를 갖는 다층 스택을 갖춘 터치 센서{TOUCH SENSOR WITH MULTILAYER STACK HAVING IMPROVED FLEXURAL STRENGTH}
본 개시는 일반적으로 터치 센서에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 개선된 휨 강도를 갖는 다층 스택을 포함하는 터치 센서에 관한 것이다.
터치 감응 디바이스(touch sensitive device)는 예를 들어 전형적으로 사용자-친화적 상호작용 및 참여(engagement)를 위해 디스플레이 내의 시각 정보(visual)에 의해 촉구되는 디스플레이 입력을 제공함으로써 사용자가 전자 시스템 및 디스플레이와 편리하게 인터페이싱할 수 있게 하도록 구현될 수 있다. 몇몇 경우에, 디스플레이 입력은 기계식 버튼, 키패드 및 키보드와 같은 다른 입력 도구를 보완한다. 다른 경우에, 디스플레이 입력은 기계식 버튼, 키패드, 키보드 및 포인팅 디바이스에 대한 필요성을 감소시키거나 제거하기 위한 독립적인 도구로서의 역할을 한다. 예를 들어, 사용자는 아이콘에 의해 식별되는 위치에서 온-디스플레이 터치 스크린(on-display touch screen)을 간단히 터치함으로써 또는 디스플레이된 아이콘을 다른 사용자 입력과 함께 터치함으로써 복잡한 일련의 명령을 수행할 수 있다.
예를 들어, 저항, 적외선, 용량성(capacitive), 표면 탄성파, 전자기, 근접장 이미징 등 및 이들 기술의 조합을 포함한, 터치 감응 디바이스를 구현하기 위한 여러 가지 유형의 기술이 있다. 용량성 터치 감지 디바이스를 사용하는 터치 감응 디바이스는 다수의 응용에서 잘 동작하는 것으로 확인되었다. 많은 터치 감응 디바이스에서, 센서 내의 전도성 물체가 사용자의 손가락과 같은 전도성 터치 도구와 용량 결합될 때 입력이 감지된다. 몇몇 경우에, 2개의 전기 전도성 부재가 실제로 터치함이 없이 서로 근접하게 될 때, 그것들 사이에 정전 용량이 형성된다. 용량성 터치 감응 디바이스의 경우에, 손가락과 같은 물체가 터치 감지 표면에 접근함에 따라, 물체와 물체에 매우 근접해 있는 감지 지점 사이에 작은 정전 용량이 형성된다. 감지 지점들 각각에서 정전 용량의 변화를 검출하고 감지 지점들의 위치를 인지함으로써, 감지 회로는 다수의 물체를 인식할 수 있고 물체가 터치 표면을 가로질러 이동됨에 따라 물체의 특성을 판정할 수 있다.
그러한 용량 변화에 기초하여 터치를 측정하는 데 다양한 기술이 사용되었다. 하나의 기술은 접지 정전 용량(capacitance-to-ground)의 변화를 측정하며, 이에 의해 전극에 인가되는 신호의 용량 조건에 기초하여 - 터치가 그 신호를 변경하기 전에 - 전극의 상태가 이해된다. 전극에 근접한 터치는 신호 전류가 전극으로부터, 손가락 또는 터치 스타일러스와 같은 물체를 통해, 전기 접지로 흐르게 한다. 전극에서 그리고 또한 터치 스크린 상의 다양한 다른 지점에서 정전용량의 변화를 검출함으로써, 감지 회로가 그 지점의 위치를 인지하고 이에 의해 터치가 일어난 스크린 상의 위치를 인식할 수 있다. 또한, 감지 회로 및 관련 처리의 복잡성에 따라, 터치가 다수의 터치 중 하나인지 여부, 그리고 터치가 이동하고 있고/있거나 소정 유형의 사용자 입력에 대해 예상된 특성을 충족시키는지 여부를 판정하는 것과 같은 다른 목적을 위해 터치의 다양한 특성이 평가될 수 있다.
다른 알려진 기술은 전기장에 의해 신호-수신(또는 "감지") 전극에 용량 결합된 신호-구동 전극에 신호를 인가함으로써 터치-관련 용량 변화를 모니터링한다. 이들 용어가 암시하는 바와 같이, 신호-수신 전극이 신호-구동 전극으로부터의 예상된 신호를 반환함으로써, 2개의 전극 사이의 예상된 신호(용량 전하) 결합이 2개의 전극과 연관된 위치의 터치-관련 상태를 나타내는 데 사용될 수 있다. 그 위치에서의/그 위치 부근에서의 실제의 또는 인지된 터치 시에 또는 그것에 응답하여, 신호 결합의 상태가 변화하고, 이러한 변화가 용량 결합의 감소에 의해 반영된다.
많은 용량성 터치 스크린 내의 도체는 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide, ITO) 또는 유사한 재료의 박형이고, 강성이며, 취성이 있는 필름으로부터 구성된다. 이러한 패턴화된(patterned) 박형 필름은 물리 증착 장비에 의해 연성 기판(flexible substrate), 예를 들어 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 상에 침착된다. 필름 또는 액체 형태의 광학적으로 투명한 접착제(optically clear adhesive, OCA)의 층이 전형적으로 기판의 비-전도성 측을, 예컨대 유리 기판을 통해, 디스플레이 디바이스에 부착하는 데 사용된다. z-축 전도성 접착제 및 연성 인쇄 회로가 기판의 전도성 측을 전자 디바이스에 부착하는 데 사용된다. 그러한 구성의 많은 광학적 이익 및 저-비용 이익에도 불구하고, 이들 층의 재료 특성에 있어서의 부정합이 연성 인쇄 회로 부착 공정 단계 동안 높은 제조 수율 손실을 초래할 수 있다. z-축 접착제를 압축하거나 매립하는 데 필요한 압축 응력하에서, OCA는 일반적으로 크리프(creep)로 인해 영구적으로 소성 변형되고 z-축 접착제를 경화시키는 데 필요한 온도는 이러한 변형의 심각성을 증가시킨다. 박형 필름 도체가 강성이고 취성이 있기 때문에, 그것은 전형적으로 원하는 재료 및 전기적 특성을 유지하면서 변형에 정합할 수 없다. 따라서, 항복 응력에 도달하면 박형 필름 도체는 파단되고, 전기는 엄청나게 높은 저항에서 전도되는 것을 제외하고는 전도될 수 있다.
위의 문제는 터치 감응 디스플레이의 효과적인 설계에 어려움을 주었던 문제의 예이다.
제1 태양에서, 본 발명은 관찰자를 향하고 터치 감응형이도록 구성된 관찰 영역(viewing area)을 둘러싸는 가장자리 영역(border area)을 갖는, 터치 센서에 사용하기 위한 다층 스택(multilayer stack)을 제공한다. 다층 스택은 다층 스택의 관찰 영역 및 가장자리 영역을 덮는 베이스 기판(base substrate), 및 다층 스택의 관찰 영역이 아니라 가장자리 영역 내에 배치되고 그것을 덮는 광학적으로 불투명한 가장자리 층을 포함한다. 가장자리 층은 관찰 영역의 주연부(perimeter)에 근접하고 그것을 따라 연장되며 5 마이크로미터 이상의 단차 높이(step height)를 갖는 단차부를 한정한다. 다층 스택은 또한 베이스 기판 및 가장자리 층 상에 배치되고 다층 스택의 관찰 영역 및 가장자리 영역을 덮는 광학적으로 투명한 접착제 층을 포함한다. 단차부에 대응하는 구역에서 관찰 영역으로부터 떨어진 광학적으로 투명한 접착제 층의 주 표면(major surface)의 최대 높이 변화는 단차 높이보다 작다. 다층 스택은 접착제 층 상에 배치된 다수의 별개의 이격된 광학적으로 투명한 전극 ― 각각의 전극은 단차부를 가로질러 연장됨 -, 및 다층 스택의 관찰 영역이 아니라 가장자리 영역 내에 배치된 다수의 별개의 이격된 전기 전도성 패드 ― 각각의 패드는 접촉 구역에 걸쳐 상이한 대응 전극 상에 배치되고 그것과 물리적으로 접촉함 ― 를 추가로 포함한다.
제2 태양에서, 본 발명은 관찰자를 향하고 터치 감응형이도록 구성된 관찰 영역을 둘러싸는 가장자리 영역을 갖는, 터치 센서에 사용하기 위한 다층 스택을 제공한다. 다층 스택은 다층 스택의 관찰 영역 및 가장자리 영역을 덮는 베이스 기판, 다층 스택의 관찰 영역이 아니라 가장자리 영역 내에 배치되고 그것을 덮는 광학적으로 불투명한 가장자리 층 ― 가장자리 층은 관찰 영역의 주연부에 근접하고 그것을 따라 연장되며 5 마이크로미터 이상의 단차 높이를 갖는 단차부를 한정함 -, 및 베이스 기판 및 가장자리 층 상에 배치되고 다층 스택의 관찰 영역 및 가장자리 영역을 덮는 광학적으로 투명한 접착제 층을 포함한다. 다층 스택은 접착제 층 상에 배치된 복수의 별개의 이격된 광학적으로 투명한 전극 ― 각각의 전극은 단차부를 가로질러 연장됨 -, 및 다층 스택의 관찰 영역이 아니라 가장자리 영역 내에 배치된 복수의 별개의 이격된 전기 전도성 패드 ― 각각의 패드는 접촉 구역에 걸쳐 상이한 대응 전극 상에 배치되고 그것과 물리적으로 접촉함 ― 를 추가로 포함한다. 단차부에서 베이스 기판과, 광학적으로 불투명한 가장자리 층과 광학적으로 투명한 접착제 층 사이에 형성된 임의의 공극(void) 또는 기포는 통상 관찰 거리(normal viewing distance)에서 다층 스택을 관찰하는 사람의 눈에 의해 실질적으로 분해 가능하지 않다.
제3 태양에서, 본 발명은 가장자리 영역에 의해 둘러싸인 터치 감응 영역, 가장자리 영역을 터치 감응 영역으로부터 분리시키고 터치 감응 영역의 주연부를 따라 연장되는 수직 단차부 ― 단차부는 5 마이크로미터 이상의 단차 높이를 가짐 - 를 갖는 터치 센서를 제공한다. 터치 센서는 터치 감응 영역 및 가장자리 영역 상에 배치되고 그것들을 덮으며 30 마이크로미터 이상의 최소 두께를 갖는 광학적으로 투명한 접착제 층, 가장자리 영역에서 광학적으로 투명한 접착제 층 상에 배치되고 수직 단차부를 가로질러 연장되는 광학적으로 투명한 전극, 및 가장자리 영역에서 전극 상에 배치된 전기 전도성 패드를 추가로 포함한다.
제4 태양에서, 본 발명은 관찰자를 향하고 터치 감응형이도록 구성된 관찰 영역을 둘러싸는 가장자리 영역을 갖는, 터치 센서에 사용하기 위한 다층 스택을 제조하는 방법을 제공한다. 본 방법은 다층 스택의 관찰 영역 및 가장자리 영역을 베이스 기판으로 덮는 단계, 및 광학적으로 불투명한 가장자리 층을 다층 스택의 관찰 영역이 아니라 가장자리 영역 내에 배치하고 그것을 덮는 단계 ― 가장자리 층은 관찰 영역의 주연부에 근접하고 그것을 따라 연장되며 5 마이크로미터 이상의 단차 높이를 갖는 단차부를 한정함 ― 를 포함한다. 본 방법은 광학적으로 투명한 접착제 층을 베이스 기판 및 가장자리 층 상에 배치하고 다층 스택의 관찰 영역 및 가장자리 영역을 덮는 단계 - 단차부에 대응하는 구역에서 관찰 영역으로부터 떨어진 광학적으로 투명한 접착제 층의 주 표면의 최대 높이 변화는 단차 높이보다 작음 -, 복수의 별개의 이격된 광학적으로 투명한 전극을 접착제 층 상에 배치하는 단계 - 각각의 전극은 단차부를 가로질러 연장됨 -, 및 복수의 별개의 이격된 전기 전도성 패드를 다층 스택의 관찰 영역이 아니라 가장자리 영역 내에 배치하는 단계를 추가로 포함한다. 각각의 패드는 접촉 구역에 걸쳐 상이한 대응 전극 상에 배치되고 그것과 물리적으로 접촉한다.
본 발명의 상기 요약은 본 발명의 각각의 개시된 실시예 또는 모든 구현예를 기술하고자 하는 것은 아니다. 아래에 이어지는 도면 및 상세한 설명은 예시적인 실시예를 보다 구체적으로 예시한다.
도 1은 터치 디바이스의 개략도.
도 2는 터치 센서의 다층 스택의 개략 단면도.
도 3은 전도성 재료를 평가하기 위한 터치 센서의 다층 스택의 개략 단면도.
도 4는 ITO 트레이스(trace)의 일부분 상의 4가지 잉크 제팅 패턴(ink jetting pattern)의 개략 평면도.
도 5는 잉크 제팅된(ink jetted) 전도성 패드의 사진.
도 6은 잉크 제팅된 전도성 패드를 포함하는 ITO 트레이스의 일부분의 개략 평면도.
도 7은 잉크 제팅된 탄소 전도성 패드의 존재에 의한 라인 저항(line resistance)에 대한 영향의 그래프.
도 8은 잉크 제팅된 은 전도성 패드의 존재에 의한 라인 저항에 대한 영향의 그래프.
도 9는 탄소 전도성 패드를 포함하는 전극의 평균 저항의 등고선 플롯의 그래프.
도 10은 은 전도성 패드를 포함하는 전극의 평균 저항의 등고선 플롯의 그래프.
하기의 바람직한 실시예의 상세한 설명에서, 본 명세서의 일부를 이루는 첨부 도면을 참조한다. 첨부 도면은 본 발명이 실시될 수 있는 구체적인 실시예를 예시로서 도시한다. 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 다른 실시예가 이용될 수 있으며 구조적 또는 논리적 변경이 이루어질 수 있음을 이해하여야 한다. 그러므로, 하기의 상세한 설명은 제한적인 의미로 받아들여지지 않아야 하고, 본 발명의 범주는 첨부된 청구범위에 의해 한정된다.
본 개시의 태양은 다층 스택을 포함하는 것을 비롯한 다양한 상이한 유형의 터치 감응 디스플레이 시스템, 디바이스 및 방법에 적용가능한 것으로 믿어진다.
소정 실시예에 따르면, 본 개시는 정전 용량-변경 터치에 응답하여 결합 용량의 변화를 용이하게 하도록 구성된 터치 표면 회로를 포함하는 유형의 터치 감응 장치에 관한 것이다. 이 장치는 상위 신호 레벨을 향한 양의 방향 전이(positive-going transition) 및 하위 신호 레벨을 향한 음의 방향 전이(negative-going transition)를 특성화하기 위한 과도 부분들을 가진 응답 신호를 제공하는 감지 회로를 포함한다. 이어서 시변 입력 파라미터에 응답하여, 신호를 증폭시키고 처리하기 위해 증폭 회로가 사용된다. 증폭 회로는 과도 부분들 사이의 응답 신호들의 부분들에 대한 이득에 관련하여 과도 부분들에 대한 이득을 조절하고, 이에 의해 예를 들어 홀수 및/또는 짝수 고조파의 형태의 RF 간섭을 억제하여, 터치 표면 상의 정전 용량-변경 터치의 위치를 결정하기 위한 노이즈 필터링된 출력을 제공한다.
일 태양에서, 본 발명은 관찰자를 향하고 터치 감응형이도록 구성된 관찰 영역을 둘러싸는 가장자리 영역을 갖는, 터치 센서에 사용하기 위한 다층 스택을 제공한다. 다층 스택은 다층 스택의 관찰 영역 및 가장자리 영역을 덮는 베이스 기판, 및 다층 스택의 관찰 영역이 아니라 가장자리 영역 내에 배치되고 그것을 덮는 광학적으로 불투명한 가장자리 층을 포함한다. 가장자리 층은 관찰 영역의 주연부에 근접하고 그것을 따라 연장되며 5 마이크로미터 이상의 단차 높이를 갖는 단차부를 한정한다. 다층 스택은 또한 베이스 기판 및 가장자리 층 상에 배치되고 다층 스택의 관찰 영역 및 가장자리 영역을 덮는 광학적으로 투명한 접착제 층을 포함한다. 단차부에 대응하는 구역에서 관찰 영역으로부터 떨어진 광학적으로 투명한 접착제 층의 주 표면의 최대 높이 변화는 단차 높이보다 작다. 다층 스택은 접착제 층 상에 배치된 다수의 별개의 이격된 광학적으로 투명한 전극 ― 각각의 전극은 단차부를 가로질러 연장됨 -, 및 다층 스택의 관찰 영역이 아니라 가장자리 영역 내에 배치된 다수의 별개의 이격된 전기 전도성 패드 ― 각각의 패드는 접촉 구역에 걸쳐 상이한 대응 전극 상에 배치되고 그것과 물리적으로 접촉함 ― 를 추가로 포함한다.
다른 태양에서, 본 발명은 관찰자를 향하고 터치 감응형이도록 구성된 관찰 영역을 둘러싸는 가장자리 영역을 갖는, 터치 센서에 사용하기 위한 다층 스택을 제공한다. 다층 스택은 다층 스택의 관찰 영역 및 가장자리 영역을 덮는 베이스 기판, 다층 스택의 관찰 영역이 아니라 가장자리 영역 내에 배치되고 그것을 덮는 광학적으로 불투명한 가장자리 층 ― 가장자리 층은 관찰 영역의 주연부에 근접하고 그것을 따라 연장되며 5 마이크로미터 이상의 단차 높이를 갖는 단차부를 한정함 -, 및 베이스 기판 및 가장자리 층 상에 배치되고 다층 스택의 관찰 영역 및 가장자리 영역을 덮는 광학적으로 투명한 접착제 층을 포함한다. 다층 스택은 접착제 층 상에 배치된 복수의 별개의 이격된 광학적으로 투명한 전극 ― 각각의 전극은 단차부를 가로질러 연장됨 -, 및 다층 스택의 관찰 영역이 아니라 가장자리 영역 내에 배치된 복수의 별개의 이격된 전기 전도성 패드 ― 각각의 패드는 접촉 구역에 걸쳐 상이한 대응 전극 상에 배치되고 그것과 물리적으로 접촉함 ― 를 추가로 포함한다. 단차부에서 베이스 기판과, 광학적으로 불투명한 가장자리 층과 광학적으로 투명한 접착제 층 사이에 형성된 임의의 공극 또는 기포는 통상 관찰 거리에서 다층 스택을 관찰하는 사람의 눈에 의해 실질적으로 분해 가능하지 않다.
추가의 태양에서, 본 발명은 가장자리 영역에 의해 둘러싸인 터치 감응 영역, 가장자리 영역을 터치 감응 영역으로부터 분리시키고 터치 감응 영역의 주연부를 따라 연장되는 수직 단차부 ― 단차부는 5 마이크로미터 이상의 단차 높이를 가짐 - 를 갖는 터치 센서를 제공한다. 터치 센서는 터치 감응 영역 및 가장자리 영역 상에 배치되고 그것들을 덮으며 30 마이크로미터 이상의 최소 두께를 갖는 광학적으로 투명한 접착제 층, 가장자리 영역에서 광학적으로 투명한 접착제 층 상에 배치되고 수직 단차부를 가로질러 연장되는 광학적으로 투명한 전극, 및 가장자리 영역에서 전극 상에 배치된 전기 전도성 패드를 추가로 포함한다.
추가의 태양에서, 본 발명은 관찰자를 향하고 터치 감응형이도록 구성된 관찰 영역을 둘러싸는 가장자리 영역을 갖는, 터치 센서에 사용하기 위한 다층 스택을 제조하는 방법을 제공한다. 본 방법은 다층 스택의 관찰 영역 및 가장자리 영역을 베이스 기판으로 덮는 단계, 및 광학적으로 불투명한 가장자리 층을 다층 스택의 관찰 영역이 아니라 가장자리 영역 내에 배치하고 그것을 덮는 단계 ― 가장자리 층은 관찰 영역의 주연부에 근접하고 그것을 따라 연장되며 5 마이크로미터 이상의 단차 높이를 갖는 단차부를 한정함 ― 를 포함한다. 본 방법은 광학적으로 투명한 접착제 층을 베이스 기판 및 가장자리 층 상에 배치하고 다층 스택의 관찰 영역 및 가장자리 영역을 덮는 단계 - 단차부에 대응하는 구역에서 관찰 영역으로부터 떨어진 광학적으로 투명한 접착제 층의 주 표면의 최대 높이 변화는 단차 높이보다 작음 -, 복수의 별개의 이격된 광학적으로 투명한 전극을 접착제 층 상에 배치하는 단계 - 각각의 전극은 단차부를 가로질러 연장됨 -, 및 복수의 별개의 이격된 전기 전도성 패드를 다층 스택의 관찰 영역이 아니라 가장자리 영역 내에 배치하는 단계를 추가로 포함한다. 각각의 패드는 접촉 구역에 걸쳐 상이한 대응 전극 상에 배치되고 그것과 물리적으로 접촉한다.
이제 도면을 참조하면, 도 1에, 예시적인 터치 디바이스(예컨대, 터치 센서)(110)가 도시된다. 디바이스(110)는 전자 회로에 연결된 터치 패널(112)을 포함하며, 이러한 전자 회로는 간략함을 위해 114로 표지된 하나의 도식적인 상자로 함께 그룹화되고 아날로그-신호 인터페이스 회로, 마이크로컴퓨터, 프로세서 및/또는 프로그램 가능 로직 어레이를 포함하는 것과 같은 (제어) 로직 회로로서 구현되는 제어기로 집합적으로 지칭된다.
터치 패널(112)은 열 전극(column electrode)(116a 내지 116e) 및 행 전극(row electrode)(118a 내지 118e)의 5×5 매트릭스를 갖는 것으로 도시되지만, 다른 수의 전극 및 다른 매트릭스 크기가 또한 사용될 수 있다. 많은 응용에 대해, 터치 패널(112)은 사용자가 터치 패널을 통해 물체를 보도록 허용하기 위해 투명하거나 반-투명한 것으로 예시된다. 그러한 응용은 예를 들어 컴퓨터, 핸드-헬드(hand-held) 디바이스, 이동 전화, 또는 다른 주변 디바이스의 픽셀화된 디스플레이를 위한 물체를 포함한다. 경계(120)는 터치 패널(112)의 관찰 영역 및 또한 바람직하게는 그러한 디스플레이의 관찰 영역을 나타낸다. 경계(121)는 터치 패널(112)의 관찰 영역의 경계(120)를 둘러싸는, 터치 패널(112)의 가장자리 영역을 나타낸다. 가장자리 영역(121)은 전형적으로 전자 구성요소를 보이지 않게 가리기 위해 적어도 어느 정도 불투명하다.
전극(116a 내지 116e, 118a 내지 118e)은 경계(120)에 걸쳐, 평면도 시점에서, 공간적으로 분포된다. 예시의 용이함을 위해, 전극이 넓고 눈에 띄도록 도시되어 있지만, 실제로는 전극은 비교적 좁고 사용자 눈에 띄지 않을 수 있다. 또한, 전극은 전극간 프린지 전계(fringe field)를 증가시키고 이에 의해 전극-대-전극 용량 결합에 대한 터치의 영향을 증가시키기 위해 매트릭스의 노드(node) 부근에서 가변 폭, 예를 들어 다이아몬드 또는 다른 형상의 패드의 형태의 증가된 폭을 갖도록 설계될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 전극은 인듐 주석 산화물(ITO) 또는 다른 적합한 전기 전도성 재료로 구성될 수 있다. 깊이 관점에서, 열 전극과 행 전극 사이에 유의한 옴 접촉(ohmic contact)이 이루어지지 않도록, 그리고 주어진 열 전극과 주어진 행 전극 사이의 유의한 전기적 결합만이 용량 결합이도록, 열 전극이 행 전극과는 상이한 평면 내에 놓여 있을 수 있다(도 1의 시점에서, 열 전극(116a 내지 116e)은 행 전극(118a 내지 118e) 아래에 놓여 있다).
전극의 매트릭스는 전형적으로 커버 유리, 플라스틱 필름 등의 아래에 놓여 있어서, 전극이 사용자의 손가락 또는 다른 터치-관련 도구와의 직접적인 물리적 접촉으로부터 보호된다. 그러한 커버 유리, 필름 등의 노출된 표면은 터치 표면으로 그리고/또는 베이스 기판으로 지칭될 수 있다. 또한, 디스플레이-유형 응용에서, (선택 사항으로서의) 백 실드(back shield)가 디스플레이와 터치 패널(112) 사이에 배치될 수 있다. 그러한 백 실드는 전형적으로 유리 또는 필름 상의 전도성 ITO 코팅으로 이루어지고, 외부의 전기적 간섭원으로부터 터치 패널(112) 내로의 신호 결합을 감소시키는 파형으로 구동되거나 접지될 수 있다. 백 실딩(back shielding)에 대한 다른 접근법이 당업계에 공지되어 있다. 일반적으로, 백 실드는 터치 패널(112)에 의해 감지되는 노이즈를 감소시키며, 이는 몇몇 실시예에서 개선된 터치 감도(예컨대, 보다 약한 터치를 감지하는 능력) 및 보다 빠른 응답 시간을 제공할 수 있다. 백 실드는 때때로 터치 패널(112)과 디스플레이를 이격시키는 것을 비롯한, 다른 노이즈 감소 접근법과 함께 사용되는데, 왜냐하면 예를 들어 LCD 디스플레이로부터의 노이즈 강도가 거리에 걸쳐 급격히 감소하기 때문이다.
주어진 행 전극과 열 전극 사이의 용량 결합은 주로 전극들이 서로 가장 가까운 구역에서의 전극들의 기하학적 구조의 함수이다. 그러한 구역은 전극 매트릭스의 "노드"에 대응하며, 이들 중 일부가 도 1에 표지되어 있다. 예를 들어, 열 전극(116a)과 행 전극(118d) 사이의 용량 결합은 주로 노드(122)에서 일어나고, 열 전극(116b)과 행 전극(118e) 사이의 용량 결합은 주로 노드(124)에서 일어난다. 도 1의 5×5 매트릭스는 그러한 노드를 가지며, 이들 중 어느 것이든 각자의 열 전극(116a 내지 116e)을 제어기에 개별적으로 결합시키는 제어 라인(126)들 중 하나의 적절한 선택, 및 각자의 행 전극(118a 내지 118e)을 제어기에 개별적으로 결합시키는 제어 라인(128)들 중 하나의 적절한 선택을 통해 제어기(114)에 의해 어드레싱될 수 있다.
터치 위치(131)에 도시된 바와 같이, 사용자의 손가락(130) 또는 다른 터치 도구가 디바이스(110)의 터치 표면과 접촉하거나 거의 접촉하게 될 때, 손가락은 전극 매트릭스에 용량 결합된다. 손가락은 매트릭스로부터, 특히 터치 위치에 가장 가까이 놓여 있는 그 전극으로부터 전하를 끌어당기고, 그렇게 함에 따라, 손가락은 가장 가까운 노드(들)에 대응하는 전극들 사이의 결합 용량을 변화시킨다. 예를 들어, 터치 위치(131)에서의 터치는 전극(116c/118b)에 대응하는 노드에 가장 가깝게 있다. 결합 용량에 있어서의 이러한 변화는 제어기(114)에 의해 검출되고 116a/118b 노드에서 또는 그 부근에서의 터치로 해석될 수 있다. 바람직하게는, 제어기는 매트릭스의 노드 전부의 정전 용량에 있어서의 변화(만약 있다면)를 신속하게 검출하도록 구성되고, 보간법에 의해 노드들 사이에 있는 터치 위치를 정확하게 결정하기 위해 이웃 노드들에 대한 정전 용량 변화의 크기를 분석할 수 있다. 또한, 제어기(114)는 유리하게는 동시에 또는 중첩되는 시간에 터치 디바이스의 상이한 부분들에 가해지는 다수의 별개의 터치를 검출하도록 설계된다. 따라서, 예를 들어, 다른 손가락이 손가락(130)의 터치와 동시에 터치 위치(133)에서 디바이스(110)의 터치 표면을 터치하는 경우, 또는 각자의 터치들이 적어도 시간적으로 중첩되는 경우, 제어기는 바람직하게는 둘 모두의 그러한 터치의 위치(131, 133)를 검출하고 터치 출력(114a)에 그러한 위치를 제공할 수 있다. 제어기(114)에 의해 검출될 수 있는 별개의 동시적인 또는 시간적으로 중첩되는 터치의 수는 바람직하게는 2로 제한되지 않는데, 예를 들어, 그것은 전극 매트릭스의 크기에 따라 3, 4, 또는 60 초과일 수 있다.
제어기(114)는 전극 매트릭스의 노드들 중 일부 또는 전부에서의 결합 용량을 신속히 결정하는 것을 가능하게 하는 다양한 회로 모듈 및 구성요소를 채용할 수 있다. 예를 들어, 제어기는 바람직하게는 적어도 하나의 신호 발생기 또는 구동 유닛을 포함한다. 구동 유닛은 구동 전극으로 지칭되는, 한 세트의 전극에 구동 신호를 전달한다. 도 1의 실시예에서, 열 전극(116a 내지 116e)이 구동 전극으로서 사용될 수 있거나, 행 전극(118a 내지 118e)이 그렇게 사용될 수 있다. 구동 신호는 바람직하게는 한 번에 하나의 구동 전극에, 예를 들어, 첫 번째 구동 전극부터 마지막 구동 전극까지 스캐닝된 순서로 전달된다. 각각의 그러한 전극이 구동될 때, 제어기는 수신(또는 감지) 전극으로 지칭되는 다른 세트의 전극을 모니터링한다. 제어기(114)는 수신 전극들 모두에 결합되는 하나 이상의 감지 유닛을 포함할 수 있다. 각각의 구동 전극에 전달되는 각각의 구동 신호에 대해, 감지 유닛은 복수의 수신 전극에 대한 응답 신호를 생성한다. 바람직하게는, 각각의 응답 신호가 구동 신호의 미분된 표현을 포함하도록 감지 유닛이 설계된다. 예를 들어, 구동 신호가 함수 f(t)(예컨대, 시간의 함수로서 전압을 나타냄)에 의해 표현되면, 응답 신호는 함수 g(t)와 동일하거나 그것의 근사치를 제공할 수 있으며, 여기서 g(t) = d f(t)/dt이다. 달리 말하면, g(t)는 구동 신호 f(t)의 시간에 대한 도함수이다. 제어기(114)에 사용되는 회로의 설계 세부 사항에 따라, 응답 신호는 다음과 같은 신호를 포함할 수 있다: (1) g(t) 단독; 또는 (2) 상수 오프셋(g(t) + a)을 갖는 g(t); 또는 (3) 곱셈 스케일링 팩터(multiplicative scaling factor)(b*g(t))를 갖는 g(t) - 스케일링 팩터는 양 또는 음일 수 있고, 1 초과, 또는 1 미만이지만 0 초과의 크기를 가질 수 있음 -; 또는 (4) 이들의 조합. 어느 경우에서도, 응답 신호의 진폭은 유리하게도 구동되는 구동 전극과 모니터링되는 특정 수신 전극 사이의 결합 용량에 관련된다. g(t)의 진폭은 또한 원래 함수 f(t)의 진폭에 비례하고, 응용에 적절하다면, g(t)의 진폭은 구동 신호의 단일 펄스만을 사용하여 주어진 노드에 대해 결정될 수 있다.
제어기는 또한 응답 신호의 진폭을 식별하고 분리하는 회로를 포함할 수 있다. 이러한 목적을 위한 예시적인 회로 디바이스는 하나 이상의 피크 검출기, 샘플/홀드 버퍼, 시간 가변 적분기 및/또는 제2 스테이지 적분기 저역-통과 필터를 포함할 수 있으며, 이들의 선택은 구동 신호 및 대응하는 응답 신호의 특성에 의존할 수 있다. 제어기는 또한 아날로그 진폭을 디지털 포맷으로 변환하는 하나 이상의 아날로그-디지털 변환기(ADC)를 포함할 수 있다. 회로 요소의 불필요한 중복을 피하기 위해 하나 이상의 멀티플렉서(multiplexer)가 또한 사용될 수 있다. 물론, 제어기는 또한 바람직하게는 측정된 진폭 및 관련 파라미터를 저장하는 하나 이상의 메모리 디바이스, 및 필요한 계산 및 제어 기능을 수행하는 마이크로프로세서를 포함한다.
전극 매트릭스 내의 노드들 각각에 대한 응답 신호의 진폭을 측정함으로써, 제어기는 전극 매트릭스의 노드들 각각에 대한 결합 용량에 관련된 측정된 값들의 매트릭스를 생성할 수 있다. (만약 있다면) 어느 노드가 터치의 존재로 인해 결합 용량의 변화를 경험하였는지를 결정하기 위해, 이들 측정된 값이 이전에 획득된 기준 값의 유사한 매트릭스와 비교될 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 개시에 따른 터치 센서의 예시적인 다층 스택(210)의 개략 단면도가 제공된다. 다층 스택(210)은 사용자를 위한 터치 패널로서의 역할을 하는 베이스 기판(212)을 포함한다. 대부분의 실시예에서, 베이스 기판(212)은 사용자가 다층 스택(210) 아래에 있는 디스플레이를 보기 위해 투명하다. 다층 스택을 사용하는 디바이스를 위한 기판(예컨대, 베이스 기판)은 디스플레이 또는 전자 디바이스를 제조하는 데 사용하기 위한 임의의 유형의 기판 재료를 포함할 수 있다. 기판은 예를 들어 유리 또는 다른 재료를 사용함으로써 강성일 수 있다. 기판은 또한 예를 들어 플라스틱 또는 다른 재료를 사용함으로써 만곡되거나 가요성일 수 있다. 기판은 하기의 예시적인 재료를 사용하여 제조될 수 있다: 유리; 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET); 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN); 폴리카르보네이트(PC); 폴리에테르에테르케톤(PEEK); 폴리에테르설폰(PES); 폴리아릴레이트(PAR); 폴리이미드(PI); 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA); 폴리사이클릭 올레핀(PCO); 셀룰로오스 트라이아세테이트(TAC); 및 폴리우레탄(PU).
기판에 적합한 다른 재료에는 클로로트라이플루오로에틸렌-비닐리덴 플루오라이드 공중합체(CTFE/VDF), 에틸렌-클로로트라이플루오로에틸렌 공중합체(ECTFE), 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체(ETFE), 플루오르화 에틸렌-프로필렌 공중합체(FEP), 폴리클로로트라이플루오로에틸렌(PCTFE), 퍼플루오로알킬-테트라플루오로에틸렌 공중합체(PFA), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리비닐 플루오라이드(PVF), 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체(TFE/HFP), 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌-비닐리덴 플루오라이드 삼원중합체(THV), 폴리클로로트라이플루오로에틸렌(PCTFE), 헥사플루오로프로필렌-비닐리덴 플루오라이드 공중합체(HFP/VDF), 테트라플루오로에틸렌-프로필렌 공중합체(TFE/P), 및 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로메틸에테르 공중합체(TFE/PFMe)가 포함된다.
다른 적합한 기판에는 장벽 필름(barrier film) 및 초장벽 필름이 포함된다. 장벽 필름의 예가, 마치 완전히 기재된 것처럼 본 명세서에 참고로 포함되는, 미국 특허 제7,468,211호에 기술되어 있다. 초장벽 필름은, 모두가 마치 완전히 기재된 것처럼 본 명세서에 참고로 포함되는, 미국 특허 제5,440,446호; 제5,877,895호; 및 제6,010,751호에 기술된 바와 같이, 예를 들어 유리 또는 다른 적합한 기판 상에 2개의 무기 유전체 재료를 다수의 층으로 순차적으로 진공 침착함으로써, 또는 무기 재료와 유기 중합체의 교번하는 층들에 의해 제조된 다층 필름을 포함한다.
다시 도 2를 참조하면, 다층 스택(210)은 다층 스택(210)의 관찰 영역(216)이 아니라 가장자리 영역(214) 내에 배치되고 그것을 덮는 가장자리 층(220)을 포함한다. 가장자리 층(220)은 바람직하게는 다층 스택(210)의 관찰 영역(216)의 주연부 밖에 존재하는 전자 구성요소를 감추기 위해 광학적으로 불투명하다. 광학적으로 불투명한 가장자리 층의 광학 밀도는 2 이상이다. 그러한 전자 구성요소는 인쇄 도체(256) 및 연성 인쇄 회로(260)를 포함하며, 이들은 광학적으로 투명한 구성요소가 아니다. 전형적으로, 가장자리 영역의 적어도 부분들은 터치 비-감응형이도록 구성되고, 몇몇 태양에서 가장자리 영역 전체가 터치 비-감응형이도록 구성된다. 가장자리 층(220)은 관찰 영역(216)의 주연부에 근접하고 그것을 따라 연장되며 5 마이크로미터(μm) 이상의 단차 높이 h를 갖는 단차부(222)를 한정한다. 소정 실시예에서, 단차부(222)는 7 μm 이상, 또는 9 μm 이상, 또는 11 μm 이상, 또는 13 μm 이상, 또는 15 μm 이상, 또는 17 μm 이상, 또는 심지어 19 μm 이상의 단차 높이 h, 및 최대 20 μm, 또는 최대 18 μm, 또는 최대 16 μm, 또는 최대 14 μm, 또는 최대 12 μm, 또는 최대 10 μm, 또는 심지어 최대 8 μm의 단차 높이 h를 갖는다.
다층 스택(210)은 베이스 기판(212) 및 가장자리 층(220) 상에 배치되고 다층 스택(210)의 관찰 영역(216) 및 가장자리 영역(214)을 덮는 광학적으로 투명한 접착제 층(250)을 추가로 포함한다. 소정 실시예에서, 접착제 층은 30 마이크로미터(μm) 이상의 두께, 또는 35 μm 이상의 두께, 또는 40 μm 이상의 두께, 또는 심지어 45 μm 이상의 두께, 및 최대 50 μm 두께이다. 단차부에 대응하는 구역에서 관찰 영역으로부터 떨어진 광학적으로 투명한 접착제 층(250)의 주 표면의 최대 높이 변화는 단차 높이보다 작다. 따라서, 광학적으로 투명한 접착제 재료는 단차부(222)에 적어도 부분적으로 정합한다. 가장자리 층(220)과 베이스 기판(212)의 교차부와 광학적으로 투명한 접착제 층(250) 사이의 임의의 갭은 바람직하게는 보통 30 μm 이상의 두께의 접착제 층을 채용함으로써 최소화된다.
본 개시에 따른 터치 센서의 소정 실시예의 이점은 단차부(222)에서 베이스 기판(212)과, 광학적으로 불투명한 가장자리 층(220)과, 광학적으로 투명한 접착제 층(250) 사이에 형성된 임의의 공극 또는 기포가 통상 관찰 거리에서 사람의 눈에 의해 실질적으로 분해 가능하지 않다는 것이다. 본 명세서에 사용된 바와 같은 용어 "통상 관찰 거리"는 사용자가 그만큼 떨어져 터치 패널을 관찰할 전형적인 거리인 약 1 내지 2 피트의 거리를 말한다. 소정 실시예에서, 다층 스택의 평면도로부터, 단차부에서 베이스 기판과, 광학적으로 불투명한 가장자리 층과, 광학적으로 투명한 접착제 층 사이에 형성된 임의의 공극 또는 기포는 관찰 영역의 주연부에 평행한 방향을 따른 20 밀리미터(mm) 또는 15 mm의 최대 치수, 및 관찰 영역의 주연부에 수직인 방향을 따른 1.5 mm, 1 mm, 또는 0.5 mm의 최대 치수를 갖는다.
적합한 광학적으로 투명한 접착제 재료는 예를 들어 a) (메트)아크릴레이트 에스테르 단량체 단위, 하이드록실-작용성 단량체 단위, 및 중합성 기를 갖는 단량체 단위를 포함하는 제1 올리고머; b) C2-C4 알킬렌 옥사이드 반복 단위 및 중합성 말단기를 포함하는 제2 성분; 및 c) 희석 단량체 성분을 함유하는 경화성 접착제 조성물을 포함한다. 제1 올리고머의 중합성 기는 전형적으로 자유-라디칼 광중합성 기, 예를 들어 펜던트 (메트)아크릴레이트 기 또는 말단 아릴 케톤 광개시제 기이다. 그러한 경화성 접착제 조성물이, 마치 완전히 기재된 것처럼 본 명세서에 참고로 포함되는, PCT 출원 제PCT/US2013/071883호에 기술되어 있다. 추가의 적합한 광학적으로 투명한 접착제 재료는 아크릴 접착제, 예를 들어 쓰리엠 컴퍼니(3M Company)(미국 미네소타주 세인트 폴)로부터 구매가능한 아크릴 접착제, 예컨대 3M 8142-KCL을 포함한다. 다른 적합한 광학적으로 투명한 접착제 재료는 90% 이상의 투과율을 갖는 폴리카르보네이트 수지를 포함한다. 다른 전형적인 적합한 광학적으로 투명한 접착제 재료가 당업자에게 알려져 있다. 소정 실시예에서, 광학적으로 투명한 접착제 층의 저장 모듈러스(storage modulus)는 약 1.75 × 105 이하이다.
다시 도 2를 참조하면, 본 개시의 소정 실시예에서, 다층 스택(210)은 광학적으로 투명한 접착제 상에 배치된 광학적으로 투명한 유전체 기판(252)을 포함한다. 적합한 비-전도성 기판(252)은 적합한 베이스 기판 재료로서 위에 개시된 재료를 포함한다.
다층 스택(210)은 접착제 층(250) 상에(또는 유전체 기판(252) 상에 직접) 배치된 복수의 별개의 이격된 광학적으로 투명한 전극(254)을 추가로 포함하며, 각각의 전극(254)은 광학적으로 불투명한 가장자리 층의 단차부(222)를 가로질러 연장된다. 바람직하게는, 각각의 전극(254)은 실질적으로 전체 관찰 영역(216)을 가로질러 연장된다. 각각의 전극의 형상은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 일 실시예에서, 각각의 광학적으로 투명한 전극은 복수의 교번하는 보다 넓은 감지 전극 및 보다 좁은 연결 바아(connecting bar)를 포함한다. 각각의 보다 넓은 감지 전극은 선택적으로 다이아몬드 형상이다.
광학적으로 투명한 전극에 적합한 투명 전도성 산화물(transparent conducting oxide, TCO)은 하기의 예시적인 재료를 포함한다: ITO(인듐 주석 산화물); 산화 주석; 산화 카드뮴(CdSn2O4, CdGa2O4, CdIn2O4, CdSb2O6, CdGeO4); 산화 인듐(In2O3, Ga, GaInO3 (Sn, Ge), (GaIn)2O3); 산화 아연(ZnO(Al), ZnO(Ga), ZnSnO3, Zn2SnO4, Zn2In2O5, Zn3In2O6); 및 산화 마그네슘(MgIn2O4, MgIn2O4--Zn2In2O5). 광학적으로 투명한 전극은 선택적으로 용액 코팅된 또는 전착된(electro-deposited) 전도성 중합체를 포함한다. 전극은 또한 증착된(vapor deposited) 투명 도체일 수 있다. 전도성 중합체는 하기의 예시적인 재료를 포함한다: 폴리아닐린; 폴리피롤; 폴리티오펜; 및 PEDOT/PSS(폴리(3,4 에틸렌다이옥시티오펜)/폴리스티렌설폰산). 또 다른 실시예에서, 개재 층은 결합제(binder) 중에 분산된 전도성 입자를 포함한다. 결합제 중의 전도성 입자는 TCO 또는 반투명 전도성 산화물의 전도성 층들 사이의 전도성 경로를 제공하여, 다층 전극을 형성한다.
다층 스택(210)은 다층 스택의 관찰 영역이 아니라 가장자리 영역 내에 배치된 복수의 별개의 이격된 전기 전도성 패드를 포함한다. 각각의 전도성 패드는 접촉 구역에 걸쳐 상이한 대응 전극 상에 배치되고 그것과 물리적으로 접촉한다. 예시적인 전도성 패드는 전도성 재료, 예를 들어 탄소 또는 금속을 포함한다. 예시적인 금속은 예를 들어 그리고 제한 없이 은, 금, 구리, 알루미늄, 아연, 니켈, 및 크롬, 그리고 가장 바람직하게는 은을 포함한다. 소정 실시예에서, 전기 전도성 패드는 예를 들어 잉크젯 인쇄, 스크린 인쇄, 플렉소그래픽 인쇄 등에 의해 다층 스택 상에 인쇄된다. 전기 전도성 패드는 선택적으로 대응 전극 상에 열 경화되거나 광자 경화된다.
전도성 패드의 적합한 두께는 0.8 μm 이상, 1 μm 이상, 2 μm 이상, 4 μm 이상, 6 μm 이상, 8 μm 이상, 10 μm 이상, 12 μm 이상, 14 μm 이상, 16 μm 이상, 또는 심지어 18 μm 이상, 그리고 최대 20 μm, 또는 최대 17 μm, 또는 최대 15 μm, 또는 최대 13 μm, 또는 최대 11 μm, 또는 최대 9 μm, 또는 최대 7 μm, 또는 최대 5 μm, 또는 최대 3 μm이다. 전기 전도성 패드는, 부분적으로 그것이 투명하지 않기 때문에, 다층 스택의 가장자리 영역 내에 배치된다. 바람직하게는, 전도성 패드는 대응 전극 상에 인쇄되는데, 예를 들어, 각각의 전기 전도성 패드는 대응 전극의 감지 전극 상에 배치될 수 있다.
위에 언급된 바와 같이, 강성이고 취성이 있는 투명 도체, 연성 기판, 기판의 비-전도성 측을 디스플레이 디바이스에 부착하기 위한 광학적으로 투명한 접착제의 층, 및 기판의 전도성 측을 전자 디바이스에 부착하기 위한 z-축 전도성 접착제 및 연성 인쇄 회로를 채용할 때 문제가 야기된다. 그러한 층들의 재료 특성들에 있어서의 부정합이, 예를 들어 압축 응력 및 온도 요건으로 인해, 연성 인쇄 회로 부착 공정 단계 동안에 높은 제조 수율 손실을 초래할 수 있다. 그러나, 전도성 잉크를 박형이고, 강성이고, 취성이 있는 광학적으로 투명한 전극 상에 인쇄하고 경화시킴으로써 구성된 별개의 전극은 광범위한 압력 및 온도가 가해진 후에 전기를 전도할 수 있다. 전술된 전극은 유리하게도 전극 상의 응력을 감소시킬 뿐만 아니라 형성되는 임의의 균열을 가로질러 전기 전도성을 제공함으로써 표준 공정 압력에서 광학적으로 투명한 전극(예컨대, ITO 층) 내에서의 균열의 발생을 최소화할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 다층 스택(210)은 전도성 패드를 연성 인쇄 회로(260)에 물리적으로 그리고 전기적으로 연결하기 위한 z-축 접착제(또는 이방성 전도성 접착제)(258)를 추가로 포함한다. z-축 전도성 접착제는 접착제 층의 두께를 통한 전기적 연결을 제공하고, 접착제 층의 평면 내에서의 전기적 연결을 실질적으로 방지한다. 다층 스택(210)에 사용하기 위한 예시적인 전도성 접착제는, 각각 쓰리엠 본딩 시스템즈 디비전(3M Bonding Systems Division)(쓰리엠 컴퍼니(미국 미네소타주 세인트 폴))으로부터 입수가능한, 5303R Z-축 접착 필름, 7303 Z-축 접착 필름, 및 7371-20 이방성 전도성 필름을 포함한다. 연성 인쇄 회로는 다층 스택(210)을 제어 로직(114)에 전기적으로 연결한다.
위에 언급된 바와 같이, z-축 접착제를 압축하거나 매립하는 데 필요한 압축 응력하에서, 광학적으로 투명한 접착제는 일반적으로 크리프로 인해 영구적으로 소성 변형되고, z-축 접착제를 경화시키는 데 필요한 온도는 이러한 변형의 심각성을 증가시킨다. 박형 필름 도체가 강성이고 취성이 있기 때문에, 그것은 원하는 재료 및 전기적 특성을 유지하면서 변형에 정합할 수 없다. 따라서, 항복 응력에 도달하면 박형 필름 도체가 파단되고, 전기가 효율적으로 전도될 수 없다.
다층 스택을 갖는 터치 센서를 구성하는 데 필요한 처리 조건으로 인해, 적어도 하나의 전극(254)이 전형적으로 전극(254)과 전극에 대응하는 패드(256) 사이의 접촉 구역에서 균열되어, 전극이 균열을 가로질러 전기적으로 비-연속적으로 된다. 그러한 균열된 전극에 대해, 패드는 균열을 가로질러 전기적 연속성을 제공한다. 소정 실시예에서, 광학적으로 투명한 전극은 단차부 부근의 균열을 포함하여 전극이 균열을 가로질러 전기적으로 비-연속적으로 되고, 전기 전도성 패드는 균열을 가로질러 전기적 연속성을 제공한다.
하기의 항목은 본 발명의 태양에 따른 예시적인 실시예이다.
항목 1은 관찰자를 향하고 터치 감응형이도록 구성된 관찰 영역을 둘러싸는 가장자리 영역을 갖는, 터치 센서에 사용하기 위한 다층 스택으로서,
다층 스택의 관찰 영역 및 가장자리 영역을 덮는 베이스 기판;
다층 스택의 관찰 영역이 아니라 가장자리 영역 내에 배치되고 그것을 덮는 광학적으로 불투명한 가장자리 층 ― 가장자리 층은 관찰 영역의 주연부에 근접하고 그것을 따라 연장되며 5 마이크로미터 이상의 단차 높이를 갖는 단차부를 한정함 -;
베이스 기판 및 가장자리 층 상에 배치되고 다층 스택의 관찰 영역 및 가장자리 영역을 덮는 광학적으로 투명한 접착제 층 ― 단차부에 대응하는 구역에서 관찰 영역으로부터 떨어진 광학적으로 투명한 접착제 층의 주 표면의 최대 높이 변화는 단차 높이보다 작음 -;
접착제 층 상에 배치된 복수의 별개의 이격된 광학적으로 투명한 전극 ― 각각의 전극은 단차부를 가로질러 연장됨 -; 및
다층 스택의 관찰 영역이 아니라 가장자리 영역 내에 배치된 복수의 별개의 이격된 전기 전도성 패드 ― 각각의 패드는 접촉 구역에 걸쳐 상이한 대응 전극 상에 배치되고 그것과 물리적으로 접촉함 ― 를 포함하는, 다층 스택이다.
항목 2는 항목 1에 있어서, 접착제 층은 30 마이크로미터 이상의 두께인, 다층 스택이다.
항목 3은 항목 1에 있어서, 접착제 층은 40 마이크로미터 이상의 두께인, 다층 스택이다.
항목 4는 항목 1에 있어서, 가장자리 영역의 적어도 부분들이 터치 비-감응형이도록 구성되는, 다층 스택이다.
항목 5는 항목 1에 있어서, 단차부에서 베이스 기판과, 광학적으로 불투명한 가장자리 층과 광학적으로 투명한 접착제 층 사이에 형성된 임의의 공극 또는 기포는 통상 관찰 거리에서 사람의 눈에 의해 실질적으로 분해 가능하지 않은, 다층 스택이다.
항목 6은 항목 1에 있어서, 각각의 전극은 실질적으로 전체 관찰 영역을 가로질러 연장되는, 다층 스택이다.
항목 7은 항목 1에 있어서, 적어도 하나의 전극이 전극과 전극에 대응하는 패드 사이의 접촉 구역에서 균열되어, 전극이 균열을 가로질러 전기적으로 비-연속적으로 되며, 패드는 균열을 가로질러 전기적 연속성을 제공하는, 다층 스택이다.
항목 8은 항목 1에 있어서, 광학적으로 투명한 접착제 층의 저장 모듈러스가 약 1.75 × 105 이하인, 다층 스택이다.
항목 9는 항목 1에 있어서, 광학적으로 불투명한 가장자리 층의 광학 밀도가 2 이상인, 다층 스택이다.
항목 10은 항목 1에 있어서, 단차 높이는 7 마이크로미터 이상인, 다층 스택이다.
항목 11은 항목 1에 있어서, 단차 높이는 9 마이크로미터 이상인, 다층 스택이다.
항목 12는 항목 1에 있어서, 단차 높이는 11 마이크로미터 이상인, 다층 스택이다.
항목 13은 항목 1에 있어서, 다층 스택의 평면도로부터, 단차부에서 베이스 기판과, 광학적으로 불투명한 가장자리 층과 광학적으로 투명한 접착제 층 사이에 형성된 임의의 공극 또는 기포는 관찰 영역의 주연부에 평행한 방향을 따른 20 mm의 최대 치수 및 관찰 영역의 주연부에 수직인 방향을 따른 1.5 mm의 최대 치수를 갖는, 다층 스택이다.
항목 14는 항목 1에 있어서, 다층 스택의 평면도로부터, 단차부에서 베이스 기판과, 광학적으로 불투명한 가장자리 층과 광학적으로 투명한 접착제 층 사이에 형성된 임의의 공극 또는 기포는 관찰 영역의 주연부에 평행한 방향을 따른 20 mm의 최대 치수 및 관찰 영역의 주연부에 수직인 방향을 따른 1 mm의 최대 치수를 갖는, 다층 스택이다.
항목 15는 항목 1에 있어서, 다층 스택의 평면도로부터, 단차부에서 베이스 기판과, 광학적으로 불투명한 가장자리 층과 광학적으로 투명한 접착제 층 사이에 형성된 임의의 공극 또는 기포는 관찰 영역의 주연부에 평행한 방향을 따른 20 mm의 최대 치수 및 관찰 영역의 주연부에 수직인 방향을 따른 0.5 mm의 최대 치수를 갖는, 다층 스택이다.
항목 16은 항목 1에 있어서, 다층 스택의 평면도로부터, 단차부에서 베이스 기판과, 광학적으로 불투명한 가장자리 층과 광학적으로 투명한 접착제 층 사이에 형성된 임의의 공극 또는 기포는 관찰 영역의 주연부에 평행한 방향을 따른 15 mm의 최대 치수 및 관찰 영역의 주연부에 수직인 방향을 따른 1.5 mm의 최대 치수를 갖는, 다층 스택이다.
항목 17은 항목 1에 있어서, 다층 스택의 평면도로부터, 단차부에서 베이스 기판과, 광학적으로 불투명한 가장자리 층과 광학적으로 투명한 접착제 층 사이에 형성된 임의의 공극 또는 기포는 관찰 영역의 주연부에 평행한 방향을 따른 15 mm의 최대 치수 및 관찰 영역의 주연부에 수직인 방향을 따른 1 mm의 최대 치수를 갖는, 다층 스택이다.
항목 18은 항목 1에 있어서, 다층 스택의 평면도로부터, 단차부에서 베이스 기판과, 광학적으로 불투명한 가장자리 층과 광학적으로 투명한 접착제 층 사이에 형성된 임의의 공극 또는 기포는 관찰 영역의 주연부에 평행한 방향을 따른 15 mm의 최대 치수 및 관찰 영역의 주연부에 수직인 방향을 따른 0.5 mm의 최대 치수를 갖는, 다층 스택이다.
항목 19는 항목 1에 있어서, 전도성 패드는 대응 전극 상에 인쇄되는, 다층 스택이다.
항목 20은 항목 1에 있어서, 각각의 광학적으로 투명한 전극은 복수의 교번하는 보다 넓은 감지 전극 및 보다 좁은 연결 바아를 포함하는, 다층 스택이다.
항목 21은 항목 20에 있어서, 각각의 보다 넓은 감지 전극은 다이아몬드 형상인, 다층 스택이다.
항목 22는 항목 20에 있어서, 각각의 전기 전도성 패드는 대응 전극의 감지 전극 상에 배치되는, 다층 스택이다.
항목 23은 항목 1에 있어서, 각각의 전기 전도성 패드는 은을 포함하는, 다층 스택이다.
항목 24는 관찰자를 향하고 터치 감응형이도록 구성된 관찰 영역을 둘러싸는 가장자리 영역을 갖는, 터치 센서에 사용하기 위한 다층 스택으로서,
다층 스택의 관찰 영역 및 가장자리 영역을 덮는 베이스 기판;
다층 스택의 관찰 영역이 아니라 가장자리 영역 내에 배치되고 그것을 덮는 광학적으로 불투명한 가장자리 층 ― 가장자리 층은 관찰 영역의 주연부에 근접하고 그것을 따라 연장되며 5 마이크로미터 이상의 단차 높이를 갖는 단차부를 한정함 -;
베이스 기판 및 가장자리 층 상에 배치되고 다층 스택의 관찰 영역 및 가장자리 영역을 덮는 광학적으로 투명한 접착제 층;
접착제 층 상에 배치된 복수의 별개의 이격된 광학적으로 투명한 전극 ― 각각의 전극은 단차부를 가로질러 연장됨 -; 및
다층 스택의 관찰 영역이 아니라 가장자리 영역 내에 배치된 복수의 별개의 이격된 전기 전도성 패드 ― 각각의 패드는 접촉 구역에 걸쳐 상이한 대응 전극 상에 배치되고 그것과 물리적으로 접촉함 - 를 포함하며, 단차부에서 베이스 기판과, 광학적으로 불투명한 가장자리 층과 광학적으로 투명한 접착제 층 사이에 형성된 임의의 공극 또는 기포는 통상 관찰 거리에서 다층 스택을 관찰하는 사람의 눈에 의해 실질적으로 분해 가능하지 않은, 다층 스택이다.
항목 25는 항목 24에 있어서, 접착제 층은 베이스 기판으로부터 떨어진 접착제 층의 주 표면이 단차부에 대응하는 구역에서 실질적으로 평탄하도록 단차부를 실질적으로 평탄화시키는, 다층 스택이다.
항목 26은 항목 24에 있어서, 접착제 층은 30 마이크로미터 이상의 두께인, 다층 스택이다.
항목 27은 항목 24에 있어서, 접착제 층은 40 마이크로미터 이상의 두께인, 다층 스택이다.
항목 28은 항목 24에 있어서, 가장자리 영역의 적어도 부분들이 터치 비-감응형이도록 구성되는, 다층 스택이다.
항목 29는 항목 24에 있어서, 각각의 전극은 실질적으로 전체 관찰 영역을 가로질러 연장되는, 다층 스택이다.
항목 30은 항목 24에 있어서, 적어도 하나의 전극이 전극과 전극에 대응하는 패드 사이의 접촉 구역에서 균열되어, 전극이 균열을 가로질러 전기적으로 비-연속적으로 되며, 패드는 균열을 가로질러 전기적 연속성을 제공하는, 다층 스택이다.
항목 31은 항목 24에 있어서, 광학적으로 투명한 접착제 층의 저장 모듈러스가 약 1.75 × 105 이하인, 다층 스택이다.
항목 32는 항목 24에 있어서, 광학적으로 불투명한 가장자리 층의 광학 밀도가 2 이상인, 다층 스택이다.
항목 33은 항목 24에 있어서, 단차 높이는 7 마이크로미터 이상인, 다층 스택이다.
항목 34는 항목 24에 있어서, 단차 높이는 9 마이크로미터 이상인, 다층 스택이다.
항목 35는 항목 24에 있어서, 단차 높이는 11 마이크로미터 이상인, 다층 스택이다.
항목 36은 항목 24에 있어서, 다층 스택의 평면도로부터, 단차부에서 베이스 기판과, 광학적으로 불투명한 가장자리 층과 광학적으로 투명한 접착제 층 사이에 형성된 임의의 공극 또는 기포는 관찰 영역의 주연부에 평행한 방향을 따른 20 mm의 최대 치수 및 관찰 영역의 주연부에 수직인 방향을 따른 1.5 mm의 최대 치수를 갖는, 다층 스택이다.
항목 37은 항목 24에 있어서, 다층 스택의 평면도로부터, 단차부에서 베이스 기판과, 광학적으로 불투명한 가장자리 층과 광학적으로 투명한 접착제 층 사이에 형성된 임의의 공극 또는 기포는 관찰 영역의 주연부에 평행한 방향을 따른 20 mm의 최대 치수 및 관찰 영역의 주연부에 수직인 방향을 따른 1 mm의 최대 치수를 갖는, 다층 스택이다.
항목 38은 항목 24에 있어서, 다층 스택의 평면도로부터, 단차부에서 베이스 기판과, 광학적으로 불투명한 가장자리 층과 광학적으로 투명한 접착제 층 사이에 형성된 임의의 공극 또는 기포는 관찰 영역의 주연부에 평행한 방향을 따른 20 mm의 최대 치수 및 관찰 영역의 주연부에 수직인 방향을 따른 0.5 mm의 최대 치수를 갖는, 다층 스택이다.
항목 39는 항목 24에 있어서, 다층 스택의 평면도로부터, 단차부에서 베이스 기판과, 광학적으로 불투명한 가장자리 층과 광학적으로 투명한 접착제 층 사이에 형성된 임의의 공극 또는 기포는 관찰 영역의 주연부에 평행한 방향을 따른 15 mm의 최대 치수 및 관찰 영역의 주연부에 수직인 방향을 따른 1.5 mm의 최대 치수를 갖는, 다층 스택이다.
항목 40은 항목 24에 있어서, 다층 스택의 평면도로부터, 단차부에서 베이스 기판과, 광학적으로 불투명한 가장자리 층과 광학적으로 투명한 접착제 층 사이에 형성된 임의의 공극 또는 기포는 관찰 영역의 주연부에 평행한 방향을 따른 15 mm의 최대 치수 및 관찰 영역의 주연부에 수직인 방향을 따른 1 mm의 최대 치수를 갖는, 다층 스택이다.
항목 41은 항목 24에 있어서, 다층 스택의 평면도로부터, 단차부에서 베이스 기판과, 광학적으로 불투명한 가장자리 층과 광학적으로 투명한 접착제 층 사이에 형성된 임의의 공극 또는 기포는 관찰 영역의 주연부에 평행한 방향을 따른 15 mm의 최대 치수 및 관찰 영역의 주연부에 수직인 방향을 따른 0.5 mm의 최대 치수를 갖는, 다층 스택이다.
항목 42는 항목 24에 있어서, 전도성 패드는 대응 전극 상에 인쇄되는, 다층 스택이다.
항목 43은 항목 24에 있어서, 각각의 광학적으로 투명한 전극은 복수의 교번하는 보다 넓은 감지 전극 및 보다 좁은 연결 바아를 포함하는, 다층 스택이다.
항목 44는 항목 43에 있어서, 각각의 보다 넓은 감지 전극은 다이아몬드 형상인, 다층 스택이다.
항목 45는 항목 43에 있어서, 각각의 전기 전도성 패드는 대응 전극의 감지 전극 상에 배치되는, 다층 스택이다.
항목 46은 항목 24에 있어서, 각각의 전기 전도성 패드는 은을 포함하는, 다층 스택이다.
항목 47은 가장자리 영역에 의해 둘러싸인 터치 감응 영역, 가장자리 영역을 터치 감응 영역으로부터 분리시키고 터치 감응 영역의 주연부를 따라 연장되는 수직 단차부 ― 단차부는 5 마이크로미터 이상의 단차 높이를 가짐 -, 터치 감응 영역 및 가장자리 영역 상에 배치되고 터치 감응 영역 및 가장자리 영역을 덮으며 30 마이크로미터 이상의 최소 두께를 갖는 광학적으로 투명한 접착제 층, 가장자리 영역에서 광학적으로 투명한 접착제 층 상에 배치되고 수직 단차부를 가로질러 연장되는 광학적으로 투명한 전극, 가장자리 영역에서 전극 상에 배치된 전기 전도성 패드를 갖는, 터치 센서이다.
항목 48은 항목 47에 있어서, 광학적으로 투명한 전극은 단차부 부근의 균열을 포함하여 전극이 균열을 가로질러 전기적으로 비-연속적으로 되며, 전기 전도성 패드는 균열을 가로질러 전기적 연속성을 제공하는, 터치 센서이다.
항목 49는 항목 47에 있어서, 수직 단차부에 대응하는 구역에서 터치 감응 영역으로부터 떨어진 광학적으로 투명한 접착제 층의 주 표면의 최대 높이 변화는 단차 높이보다 작은, 터치 센서이다.
항목 50은 항목 47에 있어서, 광학적으로 투명한 전극은 실질적으로 전체 관찰 영역을 가로질러 연장되는, 터치 센서이다.
항목 51은 항목 47에 있어서, 전도성 접착제를 통해 전도성 패드에 전기적으로 연결된 연성 인쇄 회로를 추가로 포함하는, 터치 센서이다.
항목 52는 항목 47에 있어서, 접착제 층은 40 마이크로미터 이상의 두께인, 터치 센서이다.
항목 53은 항목 47에 있어서, 가장자리 영역의 적어도 부분들이 터치 비-감응형이도록 구성되는, 터치 센서이다.
항목 54는 항목 47에 있어서, 광학적으로 투명한 접착제 층의 저장 모듈러스가 약 1.75 × 105 이하인, 터치 센서이다.
항목 55는 항목 47에 있어서, 단차 높이는 7 마이크로미터 이상인, 터치 센서이다.
항목 56은 항목 47에 있어서, 단차 높이는 9 마이크로미터 이상인, 터치 센서이다.
항목 57은 항목 47에 있어서, 단차 높이는 11 마이크로미터 이상인, 터치 센서이다.
항목 58은 항목 47에 있어서, 광학적으로 투명한 전극은 복수의 교번하는 보다 넓은 감지 전극 및 보다 좁은 연결 바아를 포함하는, 터치 센서이다.
항목 59는 항목 58에 있어서, 각각의 보다 넓은 감지 전극은 다이아몬드 형상인, 터치 센서이다.
항목 60은 항목 58에 있어서, 각각의 전기 전도성 패드는 대응 전극의 감지 전극 상에 배치되는, 터치 센서이다.
항목 61은 항목 47에 있어서, 각각의 전기 전도성 패드는 은을 포함하는, 터치 센서이다.
항목 62는 관찰자를 향하고 터치 감응형이도록 구성된 관찰 영역을 둘러싸는 가장자리 영역을 갖는, 터치 센서에 사용하기 위한 다층 스택을 제조하는 방법으로서,
다층 스택의 관찰 영역 및 가장자리 영역을 베이스 기판으로 덮는 단계;
광학적으로 불투명한 가장자리 층을 다층 스택의 관찰 영역이 아니라 가장자리 영역 내에 배치하고 그것을 덮는 단계 ― 가장자리 층은 관찰 영역의 주연부에 근접하고 그것을 따라 연장되며 5 마이크로미터 이상의 단차 높이를 갖는 단차부를 한정함 ―;
광학적으로 투명한 접착제 층을 베이스 기판 및 가장자리 층 상에 배치하고 다층 스택의 관찰 영역 및 가장자리 영역을 덮는 단계 - 단차부에 대응하는 구역에서 관찰 영역으로부터 떨어진 광학적으로 투명한 접착제 층의 주 표면의 최대 높이 변화는 단차 높이보다 작음 -;
복수의 별개의 이격된 광학적으로 투명한 전극을 접착제 층 상에 배치하는 단계 - 각각의 전극은 단차부를 가로질러 연장됨 -; 및
복수의 별개의 이격된 전기 전도성 패드를 다층 스택의 관찰 영역이 아니라 가장자리 영역 내에 배치하는 단계 - 각각의 패드는 접촉 구역에 걸쳐 상이한 대응 전극 상에 배치되고 그것과 물리적으로 접촉함 ― 를 포함하는, 방법이다.
항목 63은 항목 62에 있어서, 접착제 층은 30 마이크로미터 이상의 두께인, 방법이다.
항목 64는 항목 62에 있어서, 접착제 층은 40 마이크로미터 이상의 두께인, 방법이다.
항목 65는 항목 62에 있어서, 가장자리 영역의 적어도 부분들이 터치 비-감응형이도록 구성되는, 방법이다.
항목 66은 항목 62에 있어서, 단차부에서 베이스 기판과, 광학적으로 불투명한 가장자리 층과 광학적으로 투명한 접착제 층 사이에 형성된 임의의 공극 또는 기포는 통상 관찰 거리에서 사람의 눈에 의해 실질적으로 분해 가능하지 않은, 방법이다.
항목 67은 항목 62에 있어서, 각각의 전극은 실질적으로 전체 관찰 영역을 가로질러 연장되는, 방법이다.
항목 68은 항목 62에 있어서, 적어도 하나의 전극이 전극과 전극에 대응하는 패드 사이의 접촉 구역에서 균열되어, 전극이 균열을 가로질러 전기적으로 비-연속적으로 되며, 패드는 균열을 가로질러 전기적 연속성을 제공하는, 방법이다.
항목 69는 항목 62에 있어서, 광학적으로 투명한 접착제 층의 저장 모듈러스가 약 1.75 × 105 이하인, 방법이다.
항목 70은 항목 62에 있어서, 광학적으로 불투명한 가장자리 층의 광학 밀도가 2 이상인, 방법이다.
항목 71은 항목 62에 있어서, 단차 높이는 7 마이크로미터 이상인, 방법이다.
항목 72는 항목 62에 있어서, 단차 높이는 9 마이크로미터 이상인, 방법이다.
항목 73은 항목 62에 있어서, 단차 높이는 11 마이크로미터 이상인, 방법이다.
항목 74는 항목 62에 있어서, 다층 스택의 평면도로부터, 단차부에서 베이스 기판과, 광학적으로 불투명한 가장자리 층과 광학적으로 투명한 접착제 층 사이에 형성된 임의의 공극 또는 기포는 관찰 영역의 주연부에 평행한 방향을 따른 20 mm의 최대 치수 및 관찰 영역의 주연부에 수직인 방향을 따른 1.5 mm의 최대 치수를 갖는, 방법이다.
항목 75는 항목 62에 있어서, 다층 스택의 평면도로부터, 단차부에서 베이스 기판과, 광학적으로 불투명한 가장자리 층과 광학적으로 투명한 접착제 층 사이에 형성된 임의의 공극 또는 기포는 관찰 영역의 주연부에 평행한 방향을 따른 20 mm의 최대 치수 및 관찰 영역의 주연부에 수직인 방향을 따른 1 mm의 최대 치수를 갖는, 방법이다.
항목 76은 항목 62에 있어서, 다층 스택의 평면도로부터, 단차부에서 베이스 기판과, 광학적으로 불투명한 가장자리 층과 광학적으로 투명한 접착제 층 사이에 형성된 임의의 공극 또는 기포는 관찰 영역의 주연부에 평행한 방향을 따른 20 mm의 최대 치수 및 관찰 영역의 주연부에 수직인 방향을 따른 0.5 mm의 최대 치수를 갖는, 방법이다.
항목 77은 항목 62에 있어서, 다층 스택의 평면도로부터, 단차부에서 베이스 기판과, 광학적으로 불투명한 가장자리 층과 광학적으로 투명한 접착제 층 사이에 형성된 임의의 공극 또는 기포는 관찰 영역의 주연부에 평행한 방향을 따른 15 mm의 최대 치수 및 관찰 영역의 주연부에 수직인 방향을 따른 1.5 mm의 최대 치수를 갖는, 방법이다.
항목 78은 항목 62에 있어서, 다층 스택의 평면도로부터, 단차부에서 베이스 기판과, 광학적으로 불투명한 가장자리 층과 광학적으로 투명한 접착제 층 사이에 형성된 임의의 공극 또는 기포는 관찰 영역의 주연부에 평행한 방향을 따른 15 mm의 최대 치수 및 관찰 영역의 주연부에 수직인 방향을 따른 1 mm의 최대 치수를 갖는, 방법이다.
항목 79는 항목 62에 있어서, 다층 스택의 평면도로부터, 단차부에서 베이스 기판과, 광학적으로 불투명한 가장자리 층과 광학적으로 투명한 접착제 층 사이에 형성된 임의의 공극 또는 기포는 관찰 영역의 주연부에 평행한 방향을 따른 15 mm의 최대 치수 및 관찰 영역의 주연부에 수직인 방향을 따른 0.5 mm의 최대 치수를 갖는, 방법이다.
항목 80은 항목 62에 있어서, 전도성 패드는 대응 전극 상에 인쇄되는, 방법이다.
항목 81은 항목 62에 있어서, 각각의 광학적으로 투명한 전극은 복수의 교번하는 보다 넓은 감지 전극 및 보다 좁은 연결 바아를 포함하는, 방법이다.
항목 82는 항목 62에 있어서, 각각의 보다 넓은 감지 전극은 다이아몬드 형상인, 방법이다.
항목 83은 항목 62에 있어서, 각각의 전기 전도성 패드는 대응 전극의 감지 전극 상에 배치되는, 방법이다.
항목 84는 항목 62에 있어서, 각각의 전기 전도성 패드는 은을 포함하는, 방법이다.
항목 85는 항목 62에 있어서, 각각의 전기 전도성 패드는 대응 전극 상에 인쇄되는, 방법이다.
항목 86은 항목 62에 있어서, 각각의 전기 전도성 패드는 열 경화되는, 방법이다.
항목 87은 항목 62에 있어서, 각각의 전기 전도성 패드는 광자 경화되는, 방법이다.
예
예 1 ― 잉크 제팅된 전도성 패턴
탄소 및 은 전도성 잉크를 터치 센서 상에의 잉크젯 인쇄적성(printability)의 실현 가능성에 대해 평가하였다. 전도성 잉크 재료는 아래에서 표 1에 열거된다.
[표 1]
Figure pct00001
잉크를 터치 센서 스택 상에 제팅하였으며, 축척대로 작성되지 않은 터치 센서 스택의 단면이 도 3에 도시된다. 센서 스택(300)은 커버 유리(312), 광학적으로 투명한 접착제(350), PET 기판(352), ITO/SiO2로 이루어진 전도성 층(356), 및 별개의 전극을 형성하기 위해 전도성 층(356) 상에 제팅된 전도성 잉크(310)를 포함하였다.
디매틱스(Dimatix) DMP 2800 프린터(후지필름 디매틱스, 인크.(FUJIFILM Dimatix, Inc.)(미국 캘리포니아주 산타 클라라))로 인쇄하기 위한 세팅은 아래의 표 2에 나타낸 바와 같았다.
[표 2]
Figure pct00002
전도성 잉크를 도 4에 개략 평면도로서 도시된 바와 같이 3가지 상이한 패턴으로 인쇄하였다. 패턴 A에서, 전도성 잉크(410)를 전체 ITO 다이아몬드(420) 위에 라인에 맞춰(line to line) 인쇄하였다. 패턴 B에서, 전도성 잉크(410)를 ITO 다이아몬드(420) 위에 인쇄하였다(그리고 전도성 잉크는 조립 동안에 추후 적용될 구리 연성 인쇄 회로 패드보다 약간 더 컸었다). 패턴 C에서, 전도성 잉크(410)를 ITO 트레이스(420)의 최대 폭과 동등한 길이(440)로, 그리고 조립 동안에 추후 적용될 구리 연성 인쇄 회로 패드보다 약간 더 큰 전도성 잉크 인쇄 폭(444)으로 인쇄하였다.
잉크가 센서 스택 상에 어떻게 습윤되는지에 관한 관찰을 기록하였다. 특히, 관찰한 특성은 잉크가 그것의 지정된 형상을 유지할 수 있는지, 그리고 잉크가 잉크젯 헤드에 의해 인쇄될 수 있는지를 포함하였다. 각각의 유형의 잉크를 ITO 구역 상에 제팅하였을 때, 각각이 성공적으로 인쇄되었고 그것의 의도된 형상을 유지하였다. 예를 들어, 도 5를 참조하면, ITO 다이아몬드(520) 상에 제팅된 3800 (탄소) 잉크(510)의 사진이 제공된다. 또한, U7553 (은) 잉크는 ITO, PET, 및 둘 사이의 전이부(도시되지 않음)를 가로질러 잘 습윤되었다. U7553 잉크 블리딩(bleeding)이 발생한 유일한 시간은 형상이 잉크와 인접 리지(ridge) 사이의 간격 없이 인쇄되었을 때였다.
예 2 ― 잉크 제팅된 전도성 패턴의 전도율
전도성 잉크가 제팅되어 전극을 형성한 후에, 탄소 및 은 전도성 잉크를 경화시키는 방법을 평가하였다. 인쇄된 전도성 잉크의 추정된 시트 저항(sheet resistance) 및 두께가 아래의 표 3에 나타나 있다.
[표 3]
Figure pct00003
탄소 잉크의 2개의 배치(batch)를 산업용 오븐 내에서 1분 동안 60 내지 100℃의 온도에서 열 경화시켰다. (대안적으로, 탄소 잉크를 광자 경화시키는 데 IR 광이 또한 사용될 수 있었다.)
인쇄된 은 전극에 대해 2가지 경화 방법, 즉 열 및 펄스 광을 사용하였다. 열 경화를 산업용 오븐 내에서 30분 동안 115℃에서 완료하였다. 광자 경화를 제논 코포레이션(Xenon Corporation)(미국 매사추세츠주 윌밍턴)으로부터 입수가능한 신터온(Sinteron) 2000 R&D 시스템을 사용함으로써 완료하였다. 광자 경화에 사용된 세팅이 아래의 표 4에 나타나 있다.
[표 4]
Figure pct00004
각각의 공정을 정성적으로뿐만 아니라 정량적으로 평가하였다. 전극이 경화된 후에, 인가되는 에너지가 잉크를 경화시키기에 적절했는지 여부 및 경화된 전극의 외양의 질을 비롯한 초기 정성적 관찰을 기록하였다. 각각의 유형의 잉크 및 각각의 유형의 경화를, 인접 층에 대한 전극 결합(cohesion) 및 접착에 대해 정성적으로 평가하였다. 연성 인쇄 회로는 전극에 접합된 다음에 수동 박리되는 핫 바아(hot bar)였다. 탄소 잉크는 열 경화 후에 무광 마감(matte finish)을 나타냈다. 은 잉크에 대해 열 소결 및 광자 소결 둘 모두를 조사하였다. 열 소결된 전극은 유광 마감(shiny finish)을 나타낸 반면, 광자 소결된 전극은 무광 마감을 가졌다.
도 6을 참조하면, 경화된 전극을 2번째 ITO 다이아몬드(64)까지 그리고 3번째부터 16번째 ITO 다이아몬드(도시되지 않음)까지를 비롯해, 전극(62)부터 17번째 ITO 다이아몬드(66)까지의 라인 저항에 대해 정량적으로 평가하였다. 라인 저항을 또한 대조군으로서 2번째 ITO 다이아몬드(64)부터 18번째 ITO 다이아몬드(68)까지 측정하였다. 두 측정치 사이의 차이를 계산하였으며, 이는 경화된 전도성 잉크에 의해 추가되는 라인 저항이었다. 이러한 측정을 각각의 유형의 잉크 및 각각의 유형의 경화에 대해 10개의 별개의 트레이스에 대해 완료하였다.
탄소 잉크의 라인 저항 증가가 도 7에 도시된다. 라인 저항은 최소였으며, 탄소 3800 잉크의 실현 가능성을 평가할 때 관심 사항으로 고려되지 않았다. 열 경화된 탄소 잉크 및 광자 경화된 탄소 잉크 둘 모두가 PET, ITO, 및 이방성 전도성 필름에 대한 양호한 접착을 나타냈다. 연성 인쇄 회로의 제거 동안, 이방성 전도성 필름의 응집 파괴(cohesive failure)가 발생하였으며, 이는 탄소 전극이 층 구조체 내에서 가장 약한 링크가 아닐 것임을 나타내는 것이었다.
은 잉크의 라인 저항 증가가 도 8에 도시된다. 광자 소결된 샘플의 라인 저항에 있어서의 0.1 내지 0.2 KΩ 증가는 최소였으며 실현 가능성을 평가할 때 관심 사항으로 고려되지 않았다. 열 소결된 샘플의 라인 저항은 예외적으로 대조군보다 낮았다. 은은 열 소결된 때 ITO보다 낮은 저항을 나타냈고, 전기가 따라 흐르기 위한 최소 저항의 경로를 제공하였다. 이들 저항 측정치는 Ag 입자들이 매우 잘 함께 소결되었고 양호한 도체를 생성하였음을 나타냈다. 열 소결된 은 전극은 ITO에 대한 접착 파괴(adhesive failure)를 나타냈다. 은이 PET 기판에만 열 경화되는 영역에서, 이방성 전도성 필름의 응집 파괴가 있었다. 이들 관찰은 열 경화된 은이 PET 및 이방성 전도성 필름에 대한 양호한 접착을 나타내지만 ITO에 대해서는 그렇지 않음을 보여주었다. 광자 소결된 은 전극은 PET, ITO, 및 이방성 전도성 필름에 대한 양호한 접착을 나타냈다. 연성 인쇄 회로의 제거 동안, 이방성 전도성 필름의 응집 파괴가 발생하였으며, 이는 광자 소결된 은 전극이 층 구조체 내에서 가장 약한 링크가 아닐 것임을 나타내는 것이었다.
예 3 ― 잉크 제팅된 전도성 패턴의 휨 강도 및 전기적 연속성
잉크 제팅된 전도성 전극의 휨 강도 및 전기적 연속성을, 센서 스택을 제조하기 위한 최적화된 세팅(인쇄적성 및 경화성 평가로부터 결정됨)을 사용하여 평가하였다. 이들 실험을 위해 선택된 전극 기하학적 구조는 도 4로부터의 기하학적 구조 A였다. 압력(8 킬로그램/제곱 센티미터(㎏/㎠), 16 ㎏/㎠, 및 24 ㎏/㎠) 및 온도(120℃, 140℃, 및 160℃) 세팅의 매트릭스를 평가하였다.
하나의 ITO 다이아몬드를 통해 연성 인쇄 회로의 제어기 측으로부터 각각의 전극에 대해 저항 값을 측정하였다. 생성된 데이터를 등고선 플롯 상에 플로팅하였다. 각각의 등고선 플롯을 전도성 잉크를 갖지 않는 표준 센서 조립체와 비교하였다.
전극으로부터 연성 인쇄 회로를 제거하기 위해 수동 박리를 완료하였고, 전극을 아세톤 및 면봉으로 세정하였다. 이어서 각각의 전극을 균열이 존재하는지를 판정하기 위해 확대하여 검사하였다. 균열이 존재한 경우, 원인이 되는 파괴 모드를 판정하였다: i) 연성 인쇄 회로로부터의 구리 패드의 엠보싱; ii) 이방성 전도성 필름의 유리 입자; 또는 iii) 폴리이미드 연성 인쇄 회로 커버 레이.
탄소 3800의 2개의 배치를 휨 강도 및 전기적 연속성에 대해 평가하였다. 그 결과의 등고선 맵이 도 9에 도시된다. 탄소 배치 1로 구성된 전극은 표준 센서와 비교할 때 유사한 압력에서 더 낮은 저항을 유지할 수 있었다. 온도에 관하여, 탄소 배치 1 전극 구조체는 전도율을 유지하면서 온도 상한을 견딜 수 없었다. 현미경 관찰을 용이하게 하기 위해 ITO 위의 모든 층을 제거하였다. 저압 및 저온에서 연성 인쇄 회로 부착 공정을 거친 탄소 배치 2 전극은 어떠한 균열도 나타내지 않았다. 고압 및 저온에서, ITO는 모든 3가지 파괴 모드, 즉 구리 패드 엠보싱, 유리 입자 각인(impression), 및 폴리이미드 층 각인으로 인해 균열되었다. 저압 및 고온에서 연성 인쇄 회로 부착 공정을 거친 탄소 배치 1 전극은 유리 입자 각인 및 폴리이미드 층 각인으로 인해 균열을 나타냈다. 고압 및 고온에서, ITO는 모든 3가지 파괴 모드, 즉 구리 패드 엠보싱, 유리 입자 각인, 및 폴리이미드 층 각인으로 인해 균열되었다.
은 잉크에 대해 광자 소결 공정 및 열 소결 공정 둘 모두를 평가하였고, 그 결과의 등고선 맵이 도 10에 도시된다. 은 잉크에 대한 둘 모두의 소결 공정은 전도율을 유지하면서 이러한 시험에서 검사되는 온도 및 압력의 전체 범위를 견딜 수 있는 전극을 산출하였다. 모든 조건에서, 은 전극은 표준 센서 구조체를 능가하였다. 저압 및 저온에서 연성 인쇄 회로 부착 공정을 거친 은 열 소결된 전극은 어떠한 균열도 나타내지 않았다. 고압 및 저온에서, ITO는 모든 3가지 파괴 모드, 즉 구리 패드 엠보싱, 유리 입자 각인, 및 폴리이미드 층 각인으로 인해 균열되었다.
구체적인 실시예가 바람직한 실시예의 설명을 목적으로 본 명세서에 예시되고 기술되었지만, 동일한 목적을 달성하기 위해 의도된 매우 다양한 대안 및/또는 등가의 구현예가 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 도시 및 기술된 구체적인 실시예를 대신할 수 있다는 것이 당업자에 의해 인식될 것이다. 기계, 전기-기계, 및 전기 분야의 당업자는 본 발명이 매우 다양한 실시예로 구현될 수 있음을 쉽게 인식할 것이다. 본 출원은 본 명세서에 논의된 바람직한 실시예의 임의의 개조 또는 변경을 포함하도록 의도된다. 따라서, 본 발명은 청구범위 및 그것의 등가물에 의해서만 한정되는 것으로 명백하게 의도된다.

Claims (10)

  1. 관찰자를 향하고 터치 감응형(touch sensitive)이도록 구성된 관찰 영역(viewing area)을 둘러싸는 가장자리 영역(border area)을 갖는, 터치 센서에 사용하기 위한 다층 스택(multilayer stack)으로서,
    다층 스택의 관찰 영역 및 가장자리 영역을 덮는 베이스 기판(base substrate);
    다층 스택의 관찰 영역이 아니라 가장자리 영역 내에 배치되고 가장자리 영역을 덮는 광학적으로 불투명한 가장자리 층 - 가장자리 층은 관찰 영역의 주연부(perimeter)에 근접하고 주연부를 따라 연장되며 5 마이크로미터 이상의 단차 높이(step height)를 갖는 단차부를 한정함 -;
    베이스 기판 및 가장자리 층 상에 배치되고 다층 스택의 관찰 영역 및 가장자리 영역을 덮는 광학적으로 투명한 접착제 층 - 단차부에 대응하는 구역에서 관찰 영역으로부터 떨어진 광학적으로 투명한 접착제 층의 주 표면(major surface)의 최대 높이 변화는 단차 높이보다 작음 -;
    접착제 층 상에 배치된 복수의 별개의 이격된 광학적으로 투명한 전극 - 각각의 전극은 단차부를 가로질러 연장됨 -; 및
    다층 스택의 관찰 영역이 아니라 가장자리 영역 내에 배치된 복수의 별개의 이격된 전기 전도성 패드 - 각각의 패드는 접촉 구역에 걸쳐 상이한 대응 전극 상에 배치되고 상이한 대응 전극과 물리적으로 접촉함 -를 포함하는, 다층 스택.
  2. 제1항에 있어서, 접착제 층은 30 마이크로미터 이상의 두께인, 다층 스택.
  3. 제1항에 있어서, 단차부에서 베이스 기판과, 광학적으로 불투명한 가장자리 층과 광학적으로 투명한 접착제 층 사이에 형성된 임의의 공극(void) 또는 기포는 통상 관찰 거리(normal viewing distance)에서 사람의 눈에 의해 실질적으로 분해 가능하지 않은, 다층 스택.
  4. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 전극이 전극과 전극에 대응하는 패드 사이의 접촉 구역에서 균열되어, 전극이 균열을 가로질러 전기적으로 비-연속적으로 되며, 패드는 균열을 가로질러 전기적 연속성을 제공하는, 다층 스택.
  5. 제1항에 있어서, 다층 스택의 평면도로부터, 단차부에서 베이스 기판과, 광학적으로 불투명한 가장자리 층과 광학적으로 투명한 접착제 층 사이에 형성된 임의의 공극 또는 기포는 관찰 영역의 주연부에 평행한 방향을 따른 20 mm의 최대 치수 및 관찰 영역의 주연부에 수직인 방향을 따른 1.5 mm의 최대 치수를 갖는, 다층 스택.
  6. 제1항에 있어서, 전도성 패드는 대응 전극 상에 인쇄되는, 다층 스택.
  7. 관찰자를 향하고 터치 감응형이도록 구성된 관찰 영역을 둘러싸는 가장자리 영역을 갖는, 터치 센서에 사용하기 위한 다층 스택으로서,
    다층 스택의 관찰 영역 및 가장자리 영역을 덮는 베이스 기판;
    다층 스택의 관찰 영역이 아니라 가장자리 영역 내에 배치되고 가장자리 영역을 덮는 광학적으로 불투명한 가장자리 층 - 가장자리 층은 관찰 영역의 주연부에 근접하고 주연부를 따라 연장되며 5 마이크로미터 이상의 단차 높이를 갖는 단차부를 한정함 -;
    베이스 기판 및 가장자리 층 상에 배치되고 다층 스택의 관찰 영역 및 가장자리 영역을 덮는 광학적으로 투명한 접착제 층;
    접착제 층 상에 배치된 복수의 별개의 이격된 광학적으로 투명한 전극 - 각각의 전극은 단차부를 가로질러 연장됨 -; 및
    다층 스택의 관찰 영역이 아니라 가장자리 영역 내에 배치된 복수의 별개의 이격된 전기 전도성 패드 - 각각의 패드는 접촉 구역에 걸쳐 상이한 대응 전극 상에 배치되고 상이한 대응 전극과 물리적으로 접촉함 -를 포함하며, 단차부에서 베이스 기판과, 광학적으로 불투명한 가장자리 층과 광학적으로 투명한 접착제 층 사이에 형성된 임의의 공극 또는 기포는 통상 관찰 거리에서 다층 스택을 관찰하는 사람의 눈에 의해 실질적으로 분해 가능하지 않은, 다층 스택.
  8. 가장자리 영역에 의해 둘러싸인 터치 감응 영역, 가장자리 영역을 터치 감응 영역으로부터 분리시키고 터치 감응 영역의 주연부를 따라 연장되는 수직 단차부 - 단차부는 5 마이크로미터 이상의 단차 높이를 가짐 -, 터치 감응 영역 및 가장자리 영역 상에 배치되고 터치 감응 영역 및 가장자리 영역을 덮으며 30 마이크로미터 이상의 최소 두께를 갖는 광학적으로 투명한 접착제 층, 가장자리 영역에서 광학적으로 투명한 접착제 층 상에 배치되고 수직 단차부를 가로질러 연장되는 광학적으로 투명한 전극, 및 가장자리 영역에서 전극 상에 배치된 전기 전도성 패드를 갖는, 터치 센서.
  9. 제8항에 있어서, 광학적으로 투명한 전극은 단차부 부근의 균열을 포함하여 전극이 균열을 가로질러 전기적으로 비-연속적으로 되며, 전기 전도성 패드는 균열을 가로질러 전기적 연속성을 제공하는, 터치 센서.
  10. 제9항에 있어서, 수직 단차부에 대응하는 구역에서 터치 감응 영역으로부터 떨어진 광학적으로 투명한 접착제 층의 주 표면의 최대 높이 변화는 단차 높이보다 작은, 터치 센서.
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