KR20070017296A - 개선된 광학 특성을 갖는 패턴화된 도체 터치 스크린 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 터치 감지 부재로서 투명 도체의 패턴을 포함하고, 투명 도체 패턴의 가시화를 감소시키기 위해 배열된 적층된 구조물을 갖는 터치 스크린을 제공한다. 상기 구조물은 기판을 피복하는 코팅, 상기 코팅 상에 배치된 투명 도체 패턴, 및 투명 도체 패턴과 투명 도체 패턴으로 피복되지 않은 코팅 영역을 피복하고 접촉하는 충전제 물질을 포함하고, 여기서 상기 충전제 물질의 굴절률은 기판의 굴절률 및 투명 도체 패턴의 굴절률보다 작다.
패턴화된 투명 도체, 충전제 물질, 굴절률, 터치 스크린
Description
본 발명은 터치 스크린, 특히 터치 감지 부재로서 투명 도체의 패턴을 이용하는 디스플레이상 터치 스크린에 관한 것이다.
터치 스크린은 전자 시스템, 전형적으로는 정보를 보기 위한 디스플레이를 포함하는 전자 시스템과 직관적으로 상호작용하는 사용자들에게 점점 일반적인 수단이 되고 있다. 터치 스크린은, 디스플레이된 정보 및 이미지를 터치 스크린을 통해 볼 수 있도록 가변성 디스플레이 및(또는) 정적인 이미지 상에 배치될 수 있는 투명 터치 스크린을 포함한다. 이러한 배열에 사용될 수 있는 터치 스크린 기술로는 여러 가지 중 저항성, 정전용량성, 투영식 정전용량성 및 표면 음파가 있다. 다수의 투영식 정전용량성 터치 스크린은 감지 부재로서 도체의 패턴을 이용한다. 용어 "투영식 정전용량성"은 비교적 두꺼운 유전체, 예컨대 얇은 유리 패널, 장갑 손가락 모양의 글로브 등을 통해 필드를 투영하는 도체의 패턴 능력을 나타낸다. 투영식 정전용량성 터치 스크린은 보다 두꺼운 물질을 통해 감지할 수 있으므로, 이러한 터치 스크린은 내구성이 높을 수 있고, 내파괴성(vandal resistant)으로 될 수 있어 공용물 및 극한 환경에 매우 적합할 수 있다.
<발명의 개요>
한 측면에서, 본 발명은 기판, 상기 기판을 실질적으로 피복하는 코팅, 피복되지 않은 코팅 영역을 남긴 채 상기 코팅 위에 배치된 투명 도체 패턴, 및 상기 투명 도체 패턴과 투명 도체 패턴으로 피복되지 않은 코팅 영역 모두를 피복하고 접촉하는 충전제 물질을 포함하는 터치 스크린용 구조물을 제공한다. 상기 코팅은 상기 기판의 굴절률 및 상기 투명 도체 패턴의 굴절률보다 작은 굴절률을 갖는다. 제2 기판이 충전제 물질 상에 임의로 배치될 수 있다.
본 발명은 또한 기판 상에 패턴화된 투명 도체, 상기 기판을 실질적으로 피복하고 투명 도체와 기판 사이에 배치된 제1 층 (상기 제1 층은 투명 도체로 피복된 영역에서 터치 스크린 구조물을 통한 가시광 투과율을 증가시키기 위해 배열됨), 및 투명 도체로 피복된 영역에서는 투명 도체와 접촉하고, 투명 도체로 피복되지 않은 영역에서는 제1 층과 접촉하도록 배치된 제2 층 (상기 제2 층은 제1 층과 제2 층 사이의 접촉 계면에서 가시광 반사를 실질적으로 억제하기 위해 배열됨)을 포함하는 터치 스크린 구조물을 제공한다.
본 발명은 또한 터치 스크린에서 패턴화된 투명 도체의 가시도를 감소시키는 방법을 제공한다. 상기 방법은 언더코팅 물질이 기판을 실질적으로 피복하도록 기판과 패턴화된 투명 도체 사이에 언더코팅 물질을 코팅하는 것을 포함하고, 상기 언더코팅 물질은 기판의 굴절률 및 패턴화된 투명 도체의 굴절률보다 작은 굴절율을 갖는다. 패턴화된 투명 도체는 언더코팅 물질의 노출된 영역을 남긴다. 상기 방법은 또한 패턴화된 투명 도체 및 언더코팅 물질의 노출된 영역 상에 충전제 물 질을 배치하는 것을 포함하고, 상기 충전제 물질은 패턴화된 투명 도체로 피복된 영역에서 가시광의 계면 반사를 감소시키도록 선택된 굴절률 및 두께를 갖는다.
상기 본 발명의 개요는 본 발명의 각각의 개시된 실시양태 또는 모든 실행을 기재하려는 것이 아니다. 하기의 도면 및 상세한 설명에서 보다 구체적으로 이들 실시양태가 예시된다.
본 발명은 첨부된 도면과 함께 하기의 본 발명의 다양한 실시양태의 상세한 설명을 고려하여 보다 완전히 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 터치 스크린 구조물의 개략적인 측면도이다.
도 2는 본 발명의 터치 스크린 구조물의 개략적인 측면도이다.
도 3은 감지 부재로서 투명 도체의 패턴을 이용하는 터치 스크린 구조물의 개략적인 평면도이다.
도 4는 본 발명의 터치 스크린 구조물의 개략적인 측면도이다.
도 5는 본 발명의 터치 스크린 구조물의 개략적인 측면도이다.
도 6은 본 발명의 터치 스크린 구조물의 개략적인 측면도이다.
도 7은 터치 스크린 시스템의 개략적인 측면도이다.
본 발명은 다양한 변형 및 변경 형태가 가능하지만, 그의 특정 형태를 도면에 예로서 나타내었으며, 상세하게 기재할 것이다. 그러나, 본 발명을 기재된 특정 실시양태로 제한하려는 것이 아님을 이해해야 한다. 오히려, 본 발명의 취지 및 범위 내에 해당하는 모든 변형물, 동등물 및 대체물을 포함하려는 것이다.
본 발명은 터치 스크린, 특히 감지 부재로서 투명 도체의 패턴을 이용하는 터치 스크린, 보다 특히 이미지가 터치 스크린을 통해 보일 수 있도록 가시광을 투과시키는 터치 스크린, 예를 들어 디스플레이상 터치 스크린에 관한 것이다. 많은 터치 스크린은 감지 부재로서 투명 도체를 이용하며, 이러한 부재는 연속 코팅, 또는 불연속 스트라이프, 라인, 패드 등과 같은 패턴으로 제공될 수 있다. 투명 도체는 일반적으로 반사 (예를 들어, 투명 도체와 밑에 놓인 기판 간의 굴절률 차이에 기인함), 보다 적은 투과 (예를 들어, 빛의 흡수 및 반사에 기인함) 및 착색 (예를 들어, 가시 스펙트럼에서 파장의 특정 영역에 대한 우세한 흡수에 기인함)를 유발할 수 있는 광학 특성을 갖는다. 투명 도체가 단일 연속 코팅으로서 제공될 경우, 코팅이 소자의 가시 영역 전체에서 비교적 균일하다면 이러한 광학 효과는 나타나지 않을 수 있다. 투명 도체 패턴을 사용하는 소자에서, 광학 효과의 차이 때문에 패턴으로 피복된 영역과 패턴으로 피복되지 않은 영역이 구별될 수 있다. 이는 사용자를 혼란시킬 수 있고, 일부 용도에서 미적 관점상 바람직하지 않을 수 있다. 예를 들어, 소자가 많은 주변광 조건에 노출될 수 있는 환경에서, 터치 센서 소자의 투명 도체 패턴은 밑에 놓인 디스플레이가 작동하지 않는 경우라도 바람직하지 않게 보일 수 있다.
본 발명은 투명 도체 패턴을 포함하고, 투명 도체 패턴이 가시적으로 덜 구별되도록 배열된 터치 스크린 구조물을 제공한다. 본 발명의 터치 스크린 구조물은 투명 도체 패턴으로 피복된 영역에서 광 투과는 증가시키고 반사는 감소시켜 패턴의 가시화를 감소시킬 수 있다. 본 발명의 구조물에서, 터치 스크린 기판은 기판을 피복하고, 상기 기판의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 코팅을 포함한다. 이어서, 상기 투명 도체 패턴은 이러한 낮은 굴절률 코팅 상에 배치된다. 상기 투명 도체 패턴은 또한 코팅의 굴절률보다 높은 굴절률을 갖는다. 임의의 이론에 제한되기를 원하지 않는다면, 투명 도체 층 및 코팅의 광학 두께는 기판/코팅 및 코팅/투명 도체 계면에서 반사되는 광파의 상쇄적 간섭을 통해 가시광의 반사를 감소시키는 작용을 하는 반사 방지 적층체를 기판과 함께 형성하도록 하는 범위 내이다. 이는 또한, 예를 들어 터치 스크린의 후방에 위치한 디스플레이로부터 터치 스크린을 통한 광투과를 증가시키고, 터치 스크린의 전방으로부터 광반사를 감소시킨다. 이에 따라, 투명 도체 패턴의 전체적인 광학 효과가 감소되어, 패턴이 패턴으로 피복되지 않은 영역과 덜 구별되고, 따라서 덜 가시화된다. 또한, 디스플레이의 전체적인 밝기 및 콘트라스트가 증가된 투과 및 감소된 외부 반사 때문에 개선될 수 있다.
본 발명의 구조물은 또한 투명 도체 패턴 상에 배치되고 이를 실질적으로 피복하는 물질을 포함하여, 상기 물질이 투명 도체로 피복되지 않은 영역에서 밑에 놓인 코팅과 접촉하도록 한다. 이러한 방식에서, 상기 물질은 투명 도체 패턴 부분들 사이 공간을 채워 패턴으로 피복되지 않은 영역에서의 계면이, 밑에 놓인 코팅과의 공기 계면이라기 보다는 밑에 놓인 코팅과 패턴 상에 배치된 물질과의 계면이 되도록 한다. 공기 계면은 바람직하지 않게 높은 계면 반사를 유발하여, 예를 들어 주변광 반사에 기인한 터치 스크린을 통한 광투과를 감소시키고(거나) 터치 스크린을 통해 보여지는 이미지의 콘트라스트를 감소시킬 수 있는 비교적 높은 굴절률 차이를 제공할 수 있다. 투명 도체 패턴 상에 배치된 충전제 물질은, 기판 코팅과 충전제 물질 사이의 계면에서 반사를 감소시켜 투명 도체로 피복되지 않은 영역에서 터치 스크린을 통해 광투과를 증가시키도록 선택될 수 있다. 투명 도체 패턴 상에 배치된 물질은 접착성 물질을 비롯한 임의의 적합한 광투과 물질일 수 있다. 접착성 물질은 터치 스크린 구조물을 또다른 기판, 디스플레이 소자, 또는 터치 스크린 구조물을 탑재하거나 밀봉하기에 적합한 또다른 물체에 결합시키는 데 사용될 수 있다.
기판, 기판 상의 코팅, 코팅 상의 투명 도체 패턴, 및 투명 도체 패턴 상에 배치되고 상기 패턴의 부분들 사이 공간을 채우는 충전제 물질을 포함하는 본 발명의 구조물에서, 대표적인 물질 선택은 각각의 성분에 대해 하기 굴절률을 제공할 수 있다: 약 1.6 내지 1.7의 기판 굴절률 (예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기판에 대해 약 1.67); 약 1.4 내지 1.5의 코팅 굴절률 (예를 들어, 이산화규소 코팅에 대해 약 1.45); 약 1.8 내지 2.1의 투명 도체 굴절률 (예를 들어, 인듐산화주석에 대해 약 2.0); 및 약 1.4 내지 1.8의 충전제 물질 굴절률 (예를 들어, 약 1.7).
본 발명은 플라스틱 기판, 예컨대 폴리에스테르, 예를 들어 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET)를 포함하는 터치 스크린 구조물에 특히 적합하다. 투명 도체 패턴 가시화 현상은 기판으로 유리를 사용하는 경우와는 대조적으로 기판으로 PET 또는 기타 가요성 플라스틱 필름을 사용하는 경우에 보다 분명해진다는 것을 본 발명자들은 알게 되었다. 기판으로 유리를 사용하는 경우, ITO 패턴은 일반적으로 300 ℃ 내지 400 ℃의 온도에서 어닐링된다. 기판으로 PET 또는 또다른 온도 감응성 물질을 사용하는 경우, ITO 패턴은 이러한 고온에서 처리될 수 없다. 따라서, PET 상의 ITO 패턴은 원하는 시트 저항성 및 균일성을 얻기 위해, 유리 상에서 형성되고 어닐링된 것들에 비해 보다 두껍게 형성될 필요가 있을 수 있다. 이는 시각적으로 보다 두드러진 투명 도체 패턴을 초래할 수 있다. 본 발명자들은 또한 PET 기판 상의 ITO 패턴의 저항성 및 균일성은 PET 기판과 ITO 패턴 사이에 이산화규소 (예를 들어, SiO2) 코팅을 배치하여 개선될 수 있다는 것을 알게 되었다.
본 발명의 다양한 측면이 하기 도면을 참고하여 이해될 수 있지만, 예를 들기 위해 나타내고 기재한 실시양태들은 예시일 뿐 고려되는 전체 범위를 나타내는 것이 아니다.
도 1은 기판 (110), 기판 (110)을 피복하는 코팅 (120), 코팅 (120) 상에 배치된 패턴화된 투명 도체 층 (130), 및 투명 도체 패턴 (130) 상에 배치된 충전제 물질 (140)을 포함하는 본 발명의 터치 스크린 구조물 (100)을 나타내고, 상기 충전제 물질 (140)은 투명 전도성 물질로 피복되지 않은 영역에서 코팅 (120)과 접촉한다. 터치 스크린 구조물 (100)은 투명 도체 패턴 (130)이 터치 감지 부재를 제공하는 사용자 활성화 터치 입력 소자에서 사용될 수 있다.
기판의 표면 (112) 또는 충전제 물질의 표면 (142)가 터치 표면을 제공할 수 있다. 다르게는, 하나 이상의 추가 층들이 터치 표면을 제공하기 위해 사용자와 기판 (110) 또는 충전제 물질 (142) 사이에 임의로 배치될 수 있다. 예를 들어, 터치 표면이 스크래치되거나 또는 달리 손상되는 경우 터치 스크린 터치 표면을 "복구"시킬 수 있도록 제거가능하고 대체가능한 오버레이가 제공될 수 있다. 또다른 예로서, 특히 기판 (110)이 플라스틱 기판인 경우 경질 코팅이 기판 (110)의 표면 (112) 상에 배치되어 터치 표면을 제공할 수 있다. 또다른 예로서, 바람직한 내구성 또는 기타 특성을 갖는 유리 또는 기타 물질의 시트가 사이에 배치된 기타 구조층 또는 다른 작용층의 존재 또는 부재하에 기판 (110) 또는 충전제 물질 (140)에 적층되거나 또는 부착될 수 있다.
터치 스크린 구조물 (100)은 바람직하게는 디스플레이, 그래픽 또는 기타 정보 또는 표시가 터치 스크린을 통해 보일 수 있도록 가시광을 투과시킨다. 이와 같이, 도 1에서 확인된 각각의 성분은 바람직하게는 가시광을 투과시킨다.
기판 (110)은 유리 또는 플라스틱을 비롯한 임의의 적합한 물질일 수 있다. 플라스틱의 예로는 PET, 폴리카르보네이트, 폴리아크릴레이트, 실질적으로 투명한 폴리이미드, 실질적으로 투명한 폴리우레탄 등을 들 수 있다. 기판 (110)은 강성 또는 가요성일 수 있다. 기판 (110)은 예를 들어 표면 (112) 상에 추가 코팅, 예컨대 경질 코팅, 반사 방지 코팅, 편광제, 지연체, 파장판, 확산기, 섬광 방지 코팅, 광제어 필름 등을 임의로 포함할 수 있다.
코팅 (120)은 원하는 두께로 코팅하고 적합하게 처리하는 경우 가시광을 바람직하게 투과시키는 임의의 적합한 물질일 수 있다. 코팅 (120)은 기판 (110)의 굴절률 미만 및 투명 전도성 물질 (130)의 굴절률보다 작은 굴절률을 갖는다. 예를 들어, 기판 (110)으로 PET를 사용하고 투명 도체 (130)으로 ITO를 사용하는 경우, 코팅 (120)에 대한 대표적인 물질은 산화규소, 예컨대 SiO2이다. 코팅 (120)은 기판 (110)을 실질적으로 피복하고, 임의의 적합한 방식, 예컨대 스퍼터 침착, 화학 증착 등으로 제공될 수 있다. 임의의 이론에 제한되기를 원하지 않는다면, 코팅 (120)은 바람직하게는 투명 도체 패턴 (130)으로 피복된 영역에서 터치 스크린 (100)을 통해 투과된 가시광의 반사를 감소시키도록 선택된 두께를 갖는다.
투명 도체 패턴 (130)은 임의의 적합한 투명 전도성 물질, 예컨대 투명 전도성 산화물 또는 투명 전도성 중합체를 포함할 수 있다. 투명 전도성 산화물의 예로는 인듐산화주석 (ITO), 주석산화안티몬 (TAO), 산화주석 (TO) 등을 들 수 있다. 전도성 중합체의 예로는 폴리피롤, 폴리아닐린, 폴리아세틸렌, 폴리티오펜, 폴리페닐렌 비닐렌, 폴리페닐렌 술피드, 폴리 p-페닐렌, 폴리헤테로사이클 비닐렌, 및 본원에 전문이 참고로 포함된 유럽 특허 공개 제EP-1-172-831-A2호에 개시된 물질을 들 수 있다. 투명 도체 패턴 (130)은 임의의 적합한 수단, 예컨대 마스크를 통한 투명 전도성 물질의 침착, 투명 전도성 물질의 막 형성 및 이어서 에칭 또는 임의의 적합한 제거 기술 등으로 상기 물질의 부분들을 제거하여 패턴화할 수 있다. 투명 전도성 물질을 패턴화한 후, 코팅 (120)의 일부는 패턴 (130)으로 피복되어 있고, 코팅 (120)의 나머지 일부는 패턴 (130)으로 피복되어 있지 않는다.
대표적인 구조물에서, 기판 (110)은 PET (굴절률 약 1.67)의 필름이고, 코팅 (120)은 약 15 내지 70 nm의 범위, 바람직하게는 25 nm의 두께를 갖는 산화규소, 예컨대 SiO2 (굴절률 약 1.45)의 코팅이고, 투명 도체 (130)은 약 20 내지 35 nm의 두께를 갖는 ITO (굴절률 약 2.0)이다.
충전제 물질 (140)은, 패턴 (130)으로 피복되지 않은 영역에서 코팅 (120)과 접촉하면서, 상기 패턴 (130)을 피복하고 패턴 (130)의 부분들 사이 공간을 실질적으로 채울 수 있도록 투명 도체 패턴 (130) 상에 코팅되거나 또는 달리 배치될 수 있는 임의의 적합한 물질일 수 있다. 충전제 물질 (140)은 코팅 (120)에 사용되는 것과 동일한 물질일 수 있다. 일부 실시양태에서, 충전제 물질 (140)은 접착성 물질, 예컨대 광학적으로 투명한 접착제, 예를 들어 광학 등급 아크릴계 감압 접착제일 수 있다. 충전제 물질 (140)은 기판 (110)이 PET이고, 코팅 (120)이 산화규소이고, 투명 도체 (130)이 ITO인 구조물에서 바람직하게는 약 1.4 내지 1.8의 굴절률을 갖는다. 예를 들어, 상기 구조물에서 적합한 충전제 물질은 아크릴계 갑압 접착제 또는 산화규소를 포함할 수 있다.
구조물 (100)은 물체, 예컨대 디스플레이 스크린의 전방, 또다른 기판 (예컨대, 유리 또는 또다른 강성 또는 가요성 플레이트), 또는 또다른 적합한 물체에 접착하도록 배열될 수 있다. 이는 기판 (110)의 표면 (112), 충전제 물질 (140)의 표면 (142), 표면 (112) 또는 표면 (142) 상에 배치된 또다른 층 또는 층들 상에 접착제를 배치하거나, 또는 충전제 물질 (140)으로서 접착제를 사용하고 접착제 충전제에 직접 결합시켜 수행될 수 있다. 이러한 경우, 편리한 저장 및 취급을 위해 이형 라이너를 접착제 층에 제공한 후, 이형 라이너를 제거하고 구조물을 원하는 표면에 적합하게 부착할 수 있다.
도 2는 도 1에서 나타낸 바와 같이 터치 스크린 구조물 (200)을 나타내고, 추가로 제2 기판을 포함한다. 터치 스크린 구조물 (200)은 제1 기판 (210), 제1 기판 (210)을 피복하는 코팅 (220), 코팅 (220) 상에 배치된 투명 도체 패턴 (230), 투명 도체 패턴 (230)을 피복하고 상기 패턴 (230)으로 피복되지 않은 영역에서 코팅 (220)과 접촉하는 충전제 물질 (240), 및 충전제 물질 (240) 상에 배치된 제2 기판 (250)을 포함한다. 기판 (250)은 충전제 물질 (240)과 기판 (250) 사이에 배치된 접착제를 사용하여 구조물 (200)에 결합될 수 있다. 다르게는, 충전제 물질 (240)은 그 자체가 기판 (250)을 구조물 (200)에 부착시키는 데 사용될 수 있는 접착제 물질일 수 있다. 충전제 층 (240)이 접착제인 실시양태에서, 접착제가 투명 도체 패턴 (230) 및 코팅 (220)의 피복되지 않은 부분과 접촉하도록 투명 도체 패턴 (230) 및 코팅 (220) 상에 배치될 수 있는 임의의 적합한 접착제가 사용될 수 있다. 접착제의 예로는 감압 접착제 및(또는) 아크릴계 접착제를 들 수 있고, 바람직하게는 광학적으로 투명하다. 기판 (250)은 유리 및 플라스틱을 포함하는 임의의 적합한 물질일 수 있고, 강성 또는 가요성일 수 있다.
구조물 (100)의 투명 도체 패턴 (130) 및 구조물 (200)의 투명 도체 패턴 (230)은 터치 스크린에 대한 감지 부재를 형성할 수 있다. 전도성 터치 물체, 예컨대 사용자의 손가락이 실질적으로 근접하게 접근할 경우, 전도성 터치 물체는 투명 도체 패턴을 구성하는 하나 이상의 감지 부재와 정전용량성 커플링될 수 있다. 많은 경우에, 투명 도체 패턴은 독립적으로 어드레스 가능한 일련의 투명 전도성 라인, 스트라이프, 패드, 트레이스 등을 포함한다. 제어기 전자제품은 터치 물체와의 정전용량성 커플링이 검출가능한 신호를 유발하도록 이들 각각을 조종한다. 신호의 강도로부터, 투명 도체 패턴의 어느 부분 또는 부분들이 정전용량성 커플링되었는지 결정할 수 있고, 이에 따라 터치 위치가 확인된다.
도 3은 기판 (310) 상에 배치된 다수의 평행한 투명 전도성 바 (330)을 포함하는 터치 스크린 (300)의 하나의 예를 나타낸다. 각각의 바 (330)은 제1 말단 (370A) 및 제2 말단 (370B) 상에서 각각 리드 라인 (380A) 및 (380B)와 연결될 수 있다. 리드 라인은 각각의 바가 개별적으로 확인될 수 있도록 배열된다. 리드 라인은 터치 스크린 (300)의 연부를 따라 그룹핑 (360)에서 함께 모아질 수 있고, 이는 터치 스크린과 제어기 전자제품 (도시하지 않음)의 전기적 커플링을 위한 전자제품의 말단 (도시하지 않음)에 연결될 수 있다. 상기 터치 스크린의 예는 각각 본원에 참고로 포함된 미국 특허 제5,650,597호, 미국 특허 공개 제2003/0103043 및 미국 특허 출원 번호 제10/176564호, 동 제10/324728호 및 동 제10/201400호에 개시되어 있다. 터치 위치는, 바가 가장 높은 신호를 나타내는 것에 의한 (및 추가의 위치 개선이 필요한 경우 보간법에 의한) y-방향, 및 바의 각 말단을 통과하는 전류 양의 비교에 의한 x-방향에서 결정될 수 있다. 이러한 유형의 터치 스크린은 니어 필드 이미징(Near Field Imaging)이라는 상표명으로 3M 터치 시스템즈, 인크(3M Touch Systems, Inc.)로부터 시판된다.
도 4는 제1 기판 (410), 기판 (410)을 실질적으로 피복하는 제1 코팅 (420), 및 제1 코팅 (420) 상에 배치된 일련의 평행한 제1 투명 전도성 트레이스 (430)을 포함하는 본 발명의 또다른 터치 스크린 구조물 (400)을 나타낸다. 터치 스크린 (400)은 또한 제2 코팅 (425)로 실질적으로 피복된 제2 기판 (415), 및 제2 코팅 (425) 상에 배치되고 일련의 제1 투명 전도성 트레이스 (430)에 수직 배향된 일련의 제2 투명 전도성 트레이스 (435)를 포함한다. 충전제 물질 (440)은 일련의 제1 투명 전도성 트레이스 (430) 및 일련의 제2 투명 전도성 트레이스 (435) 사이에 배치되고, 투명 전도성 트레이스로 피복되지 않은 영역에서 제1 코팅 (420) 및 제2 코팅 (425)를 접촉시킨다. 충전제 물질 (440)은 바람직하게는 제1 기판 (410), 제1 코팅 (420) 및 제1 패턴 (430)을 제2 기판 (415), 제2 코팅 (425) 및 제2 패턴 (435)에 결합시키기 위한 접착제이다. 제1 코팅 (420)은 제1 기판 (410)의 굴절률 및 일련의 제1 투명 전도성 트레이스 (430)의 굴절률보다 작은 굴절률을 갖는다. 이와 유사하게, 제2 코팅 (425)는 제1 기판 (415)의 굴절률 및 일련의 제1 투명 전도성 트레이스 (435)의 굴절률보다 작은 굴절률을 갖는다.
작동 중에 전도성 터치 물체는 제1 기판 (410) 또는 제2 기판 (415)를 통해 일련의 제1 투명 전도성 트레이스 (430) 중 하나 이상 및 일련의 제2 투명 전도성 트레이스 하나 이상과 정전용량성 커플링되어, 터치 입력의 x-및 y-좌표 모두를 결정할 수 있다. 이러한 유형의 터치 스크린은 매트릭스-유형 터치 스크린으로 나타낼 수 있다. 매트릭스-유형 터치 스크린의 예는 미국 특허 제6,188,391호, 동 제 5,844,506호 및 동 제5,386,219호, 및 국제 공개 제WO 01/27868호, 동 제WO 02/100074호 및 동 제WO 01/52416호에 개시되어 있다.
도 5는 본 발명에 따른 매트릭스-유형 터치 스크린의 또다른 예를 나타낸다. 터치 스크린 구조물 (500)은 하나의 표면을 실질적으로 피복하는 제1 코팅 (520) 및 반대 표면을 실질적으로 피복하는 제2 코팅 (525)를 갖는 기판 (510)을 포함한다. 일련의 제1 투명 전도성 트레이스 (530)은 제1 코팅 (520) 상에 배치되고, 일련의 제2 투명 전도성 트레이스 (535)는 상기 일련의 제1 투명 전도성 트레이스에 대해 직각 방향으로 제2 코팅 (525) 상에 배치된다. 상기 방식에서, 동일한 기판 (510)은 양쪽 반대 표면 상에 코팅 및 투명 도체 패턴을 갖는다. 충전제 물질 (540), 바람직하게는 접착제는 충전제 물질이 투명 전도성 트레이스 (530)을 피복하고, 투명 전도성 트레이스 (530)으로 피복되지 않은 영역에서 코팅 (520)과 접촉하는 방식으로 투명 전도성 트레이스 (530) 상에 배치된다. 임의의 상부 기판 (550)이 충전제 층 (540) 상에 배치될 수 있고, 분리 접착제 층을 이용하거나 충전제 물질 그 자체가 접착제인 경우 충전제 층 (540)을 통해 결합될 수 있다. 임의의 접착제 또는 기타 충전제 층 (545)는 투명 전도성 트레이스 (535) 상에 배치될 수 있고, 임의의 하부 기판 (555)가 제공된다면 임의의 충전제 층 (545) 상에 배치될 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 또다른 터치 스크린을 나타낸다. 터치 스크린 (600)은 접착제 층 (680)을 통해 지지 기판 (690)에 결합된 터치 스크린 구조물 (670)을 포함한다. 터치 스크린 구조물 (670)은 제1 코팅 (625)로 코팅된 제1 기판 (615), 제1 코팅 (625) 상에 배치된 제1 투명 도체 패턴 (635), 및 제1 투명 도체 패턴 (635) 상에 배치되고 패턴 (635)의 부분들 사이 공간을 채워 코팅 (625)와 접촉하는 제1 충전제 물질 (645)를 포함한다. 터치 스크린 구조물 (670)은 또한 제2 코팅 (620)으로 코팅된 제2 기판 (610), 제2 코팅 (620) 상에 배치된 제2 투명 도체 패턴 (630), 및 제2 투명 도체 패턴 (630) 상에 배치되고, 패턴 (630)의 부분들 사이 공간을 채워 코팅 (620)과 접촉하는 제2 충전제 물질 (640)을 포함한다. 구조물 (670)은 또한 구조물에 대한 터치 표면을 제공하기 위해 배열된 경질 코팅 층 (660)을 갖는 상부 기판 (650)을 포함한다. 바람직하게는, 충전제 물질 (640) 및 (645)는 구조물의 인접 부재를 서로 결합시키는 접착제 물질이다. 다르게는, 분리 접착제 층 (도시하지 않음)이 사용될 수 있다.
지지 기판 (690)은 강성 및 가요성 물질, 예를 들어 유리 또는 플라스틱을 비롯한 임의의 적합한 기판일 수 있다. 대표적인 실시양태에서, 지지 기판 (690)은 강성 유리 기판이고, 기판 (610), (615) 및 (650)은 가요성 플라스틱 기판이다. 상기 방식에서, 구조물 (670)의 부구조물은 롤-투-롤(roll-to-roll) 또는 기타 적합한 공정법을 이용하여 각각의 가요성 기판 (610), (615) 및 (650) 상에서 제조될 수 있다. 이어서, 각각의 부구조물은 적층되거나, 또는 함께 접착되어 구조물 (670)을 형성할 수 있고, 이는 지지 기판 (690)에 결합될 수 있다.
도 7은 디스플레이 부재 (720)이 터치 스크린 (710)을 통해 보일 수 있도록 디스플레이 부재 (720)과 근접하게 배치된 본 발명에 따른 터치 스크린 (710)을 포함하는 터치 스크린 시스템 (700)을 개략적으로 나타낸다. 터치 스크린 (710)은 디스플레이 부재 (720) 상에 나타나는 정보와 상호작용하는 입력 소자로서 사용될 수 있다. 디스플레이 부재 (720)은 텍스트 또는 그래픽과 같은 정보를 변화가능하게 나타낼 수 있는 전자 디스플레이일 수 있다. 디스플레이 부재 (720)은 정적인 정보, 예컨대 인쇄된 그래픽, 텍스트 또는 기타 표시를 포함할 수 있다. 디스플레이 부재 (720)은, 예를 들어 인쇄될 수 있거나, 다르게는 디스플레이 스크린 상에 직접 배치될 수 있거나, 또는 터치 스크린 (710)을 통해서 보기 위해 위치시킬 수 있는 분리 시트 상에 제공될 수 있는 디스플레이 스크린 상의 아이콘 형태에서 전자 디스플레이를 정적인 그래픽과 결합할 수 있다. 그래픽, 문자 또는 기타 표시도 또한 터치 스크린 (710)의 전방에 제공될 수 있다.
니어 필드 이미징 터치 센서 구조물을 하기의 방법으로 제조하였다.
SiO2를 7 mil (약 0.2 mm)의 PET 시트 상에 스퍼터 코팅하여 PET 기판을 실질적으로 피복하는 250 Å의 SiO2 코팅을 형성하였다. 사용된 PET 기판은 인쇄 처리로 한쪽 표면이 프라이밍된 표준 PET 필름이었다. SiO2는 비-인쇄 처리된 면에 코팅되었다. SiO2 코팅은 약 1.46의 굴절률을 가졌다.
제거가능하고 수용성인 패턴화 잉크를, 투명 도체 패턴이 부여되지 않은 영역, 예를 들어 패턴이 부여된 영역과 경계 영역 사이의 SiO2 상부에 스크린 인쇄하였다.
ITO를 450 Ohm/sq의 저항성을 얻기에 충분한 두께로 SiO2 및 스크린-인쇄된 수용성 잉크 상에 스퍼터 코팅하였다. ITO는 금속 또는 세라믹 표적을 이용하고, 넓은 온도 및 처리 조건에서 적합하게 스퍼터 코팅될 수 있다.
패턴화 잉크를 물로 제거하고, 샘플을 건조하여 감지 전극의 투명 도체 패턴으로서 ITO 바의 패턴을 남겼다.
은 전도성 잉크를 ITO 및 SiO2 상에서 스크린 인쇄하고, 약 0.3 내지 0.6 mil (약 8 내지 15 미크론)의 두께로 건조하여 각각의 ITO 바와 연결된 전도성 트레이스를 형성하였다.
용매계 에폭시 절연체 잉크를 은 전도성 잉크 상에서 스크린 인쇄하고, 열적 경화하여 전기적 말단을 형성할 전기 연결용 에폭시 내 바이어스(vias)를 남겼다. 상기 인쇄 단계를 반복하여 2 층을 제조하였다.
은 전도성 잉크 트레이스를 인쇄된 절연체 상에서 스크린 인쇄하고, 0.3 내지 0.6 mil (약 8 내지 15 미크론)의 두께로 건조하여 바이어스를 통한 연결부를 형성하였다.
탄소 전도성 잉크를 스크린 인쇄하고, 부식 및 마모로부터 트레이스를 피복하기 위해 상기 말단의 끝에서 은 잉크에 대해 0.3 내지 0.6 mil 두께 (약 8 내지 15 미크론)의 두께로 건조하였다.
1.42 mil (약 0.036 mm)의 PET 필름을 0.5 mil (약 13 미크론)의 두꺼운 광학 아크릴계 감압 점착제 층으로 코팅하고, 노출된 전기적 말단은 남긴 채 접착제를 사용하여 샘플에 롤-투-롤 적층하였다.
제1 PET 필름의 인쇄 처리된 면을 약 150 Ohm/sq의 저항성을 얻기에 충분한 두께의 ITO로 스프터 코팅하였다. 상기 ITO는 터치 센서 소자를 위한 차폐층을 형성한다.
은 전도성 잉크를 ITO 차폐층 및 전기적 말단의 주변에 스크린 인쇄하고, 차폐층과의 전기적 연결을 위해 약 0.3 내지 0.6 mil (약 8 내지 15 미크론 mm)의 두께로 건조하였다.
용매계 에폭시 절연체 잉크를 차폐층 상에서 은 전도성 잉크에 대해 스크린 인쇄하고, 열적 경화하였다.
은 전도성 잉크를 제2 적층된 PET 필름 주변에 스크린 인쇄하여 상부 보호층을 형성하였다. 은 잉크를 건조하여 0.3 내지 0.6 mil (약 8 내지 15 미크론 mm)의 두께를 형성하였다.
용매계 에폭시 절연체 잉크를 상부 보호층에 대해 스크린 인쇄하고, 열적 경화하였다.
7 mil (약 0.18 mm)의 두꺼운 아크릴계 경질 코팅된 PET 필름을 아크릴계 광학 등급 감압 접착제 (0.8 mil (0.02 mm) 접착제/0.92 mil (0.023 mm) PET/0.8 mil (0.02 mm) 접착제)를 포함하는 적층된 구조물에 적층하고, 이어서 구조물의 상부 보호층에 대해 적층하였다.
이형 라이너를 갖는 아크릴계 광학 접착제/PET/아크릴계 광학 접착제 구조물 (0.8 mil (0.02 mm) 접착제/0.92 mil (0.023 mm) PET/0.8 mil (0.02 mm) 접착제)을 후방 차폐물에 적층하였다.
구조물의 상부 표면을 폴리에틸렌/접착제 차폐 물질로 차폐하고, 상기 구조물을 시트로 자르고, 이어서 부분으로 다이 컷(die cut)하였다.
상기 다이 컷 부분을 유리 백킹 판넬에 적층하였다.
얻어진 부분은 반사된 빛 또는 투과된 빛으로 매우 보기 어려운 ITO 바를 가졌고, 상기 ITO 바는 ITO 바에 정전용량성 커플링된 전도성 터치 도구의 위치를 감지하기 위한 제어기 전자제품에 연결하기 위해 배열되었다.
본 발명의 구조물과, 기판과 투명 도체 사이에 보다 낮은 굴절률을 갖는 코팅을 포함하지 않는 다른 동일한 구조물에 대해 가시광의 초기 투과를 비교하기 위해 광학 모델링을 이용하였다. 각 구조물 및 이에 상응하는 비교 구조물을 또한 투명 도체 층을 포함하지 않는 유사한 대조 구조물과 비교하였다. 각 구조물과 상응하는 대조 구조물 간의 투과 차이는 문제의 구조물에서 투명 도체 패턴으로 피복된 영역 대 투명 도체 패턴으로 피복되지 않은 영역의 상대적 수준의 구별력을 나타낸다. 하기 구조물들을 평가하였고, 각 구조물에 대해 층들을 순서대로 명시하였다.
구조물 1:
1.67 굴절률 층 (PET 기판 모사)
30 nm 두께의 1.46 굴절률 층 (산화규소 모사)
20 nm 두께의 2.0 굴절률 층 (ITO 모사)
30 nm 두께의 1.46 굴절률 층 (산화규소 모사)
1.5 굴절률 층 (광학 접착제 모사)
비교 구조물
C1
(기판과 ITO 사이에 코팅이 없다는 점 이외에는 구조물 1과 동일):
1.67 굴절률 층 (PET 기판 모사)
20 nm 두께의 2.0 굴절률 층 (ITO 모사)
30 nm 두께의 1.46 굴절률 층 (산화규소 모사)
1.5 굴절률 층 (광학 접착제 모사)
대조 구조물
X1
:
1.67 굴절률 층 (PET 기판 모사)
30 nm 두께의 1.46 굴절률 층 (산화규소 모사)
1.5 굴절률 층 (광학 접착제 모사)
구조물 2:
1.67 굴절률 층 (PET 기판을 모사)
30 nm 두께의 1.46 굴절률 층 (산화규소 모사)
20 nm 두께의 2.0 굴절률 층 (ITO 모사)
1.5 굴절률 층 (광학 접착제 모사)
비교 구조물
C2
(기판과 ITO 사이에 코팅이 없다는 점 이외에는 구조물 2와 동일):
1.67 굴절률 층 (PET 기판 모사)
20 nm 두께의 2.0 굴절률 층 (ITO 모사)
1.5 굴절률 층 (광학 접착제 모사)
대조 구조물
X2
:
1.67 굴절률 층 (PET 기판 모사)
1.5 굴절률 층 (광학 접착제 모사)
상기 구조물 각각에 대한 가시광 (파장 400 nm 내지 700 nm)의 내부 투과를 SCI 필름 위저드(Film Wizard) 광학 모델링 소프트웨어를 이용하여 모델링하였다. 가시 스펙트럼 중 3 가지 파장에 대한 결과를 하기 표 1에 나타내었다. △는 확인된 구조물과 상응하는 대조 구조물 간의 투과 차이를 나타낸다.
모델링 결과, 본 발명의 구조물은 가시 스펙트럼 전체에 걸쳐 투명 도체 패턴으로 피복된 영역에서 증가된 투과를 보인다는 것이 나타났다. 모델링 결과, 또한 투명 도체로 피복된 영역과 투명 도체로 피복되지 않은 영역 간의 투과 차이는 기판과 투명 도체 패턴 사이에 낮은 굴절률의 코팅을 포함하지 않는 다른 동일한 비교 구조물에서 보다 본 발명의 구조물에서 차이가 적다는 것이 나타났다. 피복된 영역과 피복되지 않은 영역 간의 이러한 감소된 투과 차이는 시각적으로 덜 구분가능한 투명 도체 패턴을 초래한다.
구조물 1 및 2 모두에 대한 △를 비교 구조물 C2에 대한 △와 비교하는 것 또한 유익하고, 이는 가요성 기판 상의 이러한 터치 스크린에 대한 전형적인 공지된 구조물을 가장 잘 나타낸다. 두 대조 구조물 X1 및 X2는 광학 성능이 동일하므로, 이들의 △는 직접 비교될 수 있다. 이러한 비교는 비교 구조물 C2와 비교시 구조물 1 및 구조물 2 모두가 가시 스펙트럼 전체에 대해 ITO 피복된 영역에서 개선된 투과를 보인다는 것과 ITO 상하에 산화규소 층을 포함하는 구조물 1이 ITO 아래에만 산화규소 층을 포함하는 구조물 2에 비해 가시 스펙트럼 부분들에 있어서 경미하게 개선된 투과를 보인다는 것을 나타낸다.
본 발명은 상기에 기재된 특정 예로 제한하는 것으로 고려되어서는 않되며, 첨부된 청구의 범위에 명확하게 제시된 바와 같이 본 발명의 모든 측면을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명의 적용가능한 다양한 변형, 상응하는 처리 및 다수의 구조는 본원을 재검토한 후 본 발명을 실시하는 당업자에게 쉽게 명백할 것이다.
Claims (37)
- 기판;상기 기판을 실질적으로 피복하는 코팅;피복되지 않은 코팅 영역을 남긴 채 상기 코팅 상에 배치된 투명 도체 패턴; 및상기 투명 도체 패턴과 투명 도체 패턴으로 피복되지 않은 코팅 영역 모두를 피복하고 접촉하는 충전제 물질을 포함하며, 상기 코팅은 상기 기판의 굴절률 및 상기 투명 도체 패턴의 굴절률보다 작은 굴절률을 갖는 터치 스크린.
- 제1항에 있어서, 상기 충전제 물질이 상기 코팅의 굴절률과 같거나 거의 같은 굴절률을 갖는 터치 스크린.
- 제1항에 있어서, 상기 충전제 물질이 상기 코팅 물질과 동일한 터치 스크린.
- 제1항에 있어서, 상기 충전제 물질이 산화규소를 포함하는 터치 스크린.
- 제1항에 있어서, 상기 충전제 물질이 접착제인 터치 스크린.
- 제1항에 있어서, 상기 기판이 플라스틱을 포함하는 터치 스크린.
- 제1항에 있어서, 상기 기판이 폴리에스테르를 포함하는 터치 스크린.
- 제1항에 있어서, 상기 기판이 코팅 반대 표면 상에 배치된 경질 코팅을 포함하는 터치 스크린.
- 제1항에 있어서, 상기 코팅이 산화규소를 포함하는 터치 스크린.
- 제1항에 있어서, 상기 투명 도체 패턴이 투명 전도성 산화물을 포함하는 터치 스크린.
- 제1항에 있어서, 상기 투명 도체 패턴이 인듐산화주석을 포함하는 터치 스크린.
- 제1항에 있어서, 상기 투명 도체 패턴이 전도성 중합체를 포함하는 터치 스크린.
- 제1항에 있어서, 상기 기판이 약 1.6 내지 1.7의 굴절률을 갖고, 상기 투명 도체 패턴이 약 1.8 내지 2.1의 굴절률을 갖고, 상기 코팅이 약 1.4 내지 1.5의 굴 절률을 갖고, 상기 충전제 물질이 약 1.4 내지 1.8의 굴절률을 갖는 터치 스크린.
- 제1항에 있어서, 상기 충전제 물질 상에 배치된 제2 기판을 더 포함하는 터치 스크린.
- 제14항에 있어서, 상기 제2 기판이 유리를 포함하는 터치 스크린.
- 제14항에 있어서, 상기 제2 기판이 플라스틱을 포함하는 터치 스크린.
- 제14항에 있어서, 상기 제2 기판이 폴리에스테르를 포함하는 터치 스크린.
- 제14항에 있어서, 상기 제2 기판이 접착제에 의해 터치 스크린에 결합된 것인 터치 스크린.
- 제18항에 있어서, 상기 접착제가 충전제 물질인 터치 스크린.
- 제1항에 있어서, 상기 코팅이 상기 투명 도체 패턴으로 피복된 영역에서 가시광의 반사를 실질적으로 감소시키도록 선택된 두께를 갖는 터치 스크린.
- 제1항에 있어서, 상기 투명 도체 패턴이 다수의 평행한 스트라이프를 포함하 는 터치 스크린.
- 제1항에 있어서, 상기 투명 도체 패턴이, 전도성 터치 기구와 패턴 일부의 정전용량성 커플링시 발생한 신호로부터 터치 위치를 결정하도록 적응된 제어기 전자제품과 연결하도록 배열된 터치 스크린.
- 제22항에 있어서, 상기 터치 기구가 기판을 통해 투명 도체 패턴과 정전용량성 커플링되도록 배열된 터치 스크린.
- 제22항에 있어서, 상기 터치 기구가 충전제 물질을 통해 투명 도체 패턴과 정전용량성 커플링되도록 배열된 터치 스크린.
- 제22항에 있어서, 상기 터치 기구가 충전제 물질 상에 배치된 제2 기판을 통해 투명 도체 패턴과 정전용량성 커플링되도록 배열된 터치 스크린.
- 제1항에 있어서, 디스플레이가 상기 터치 스크린을 통해 보여질 수 있도록 전자 디스플레이 상에 배치되도록 배열된 터치 스크린.
- 제1항에 있어서, 제2 기판, 상기 제2 기판을 실질적으로 피복하는 제2 코팅, 패턴으로 피복되지 않은 제2 코팅 영역을 남긴 채 상기 제2 코팅 상에 배치된 제2 투명 도체 패턴, 및 상기 제2 투명 도체 패턴과 투명 도체 패턴으로 피복되지 않은 제2 코팅 영역 모두를 피복하고 접촉하는 제2 충전제 물질을 더 포함하는 터치 스크린.
- PET 기판;상기 PET 기판을 피복하는 산화규소 층;상기 산화규소 층 상에 배치된 평행한 ITO 바의 어레이; 및상기 ITO 바 상에 배치되고 이를 피복하는 광학적으로 투명한 감압 접착제를 포함하며, 상기 광학적으로 투명한 감압 접착제는 1.4 내지 1.8 범위 (1.4와 1.8도 포함)의 굴절률을 갖는 터치 스크린 구조물.
- 제28항에 있어서, 상기 광학적 투명 접착제를 통해 제2 기판에 접착된 터치 스크린 구조물.
- 제29항에 있어서, 상기 제2 기판이 플라스틱을 포함하는 터치 스크린 구조물.
- 제29항에 있어서, 상기 제2 기판이 유리를 포함하는 터치 스크린 구조물.
- 기판 상에 패턴화된 투명 도체;상기 기판을 실질적으로 피복하고, 상기 투명 도체로 피복된 영역에서 터치 스크린을 통해 가시광 투과를 증가시키기 위해 투명 도체와 기판 사이에 배치된 제1 층; 및상기 제1 층과 상기 제2 층 사이의 접촉 계면에서 가시광 반사를 실질적으로 억제하기 위해, 투명 도체로 피복된 영역에서는 투명 도체와 접촉하고 투명 도체로 피복되지 않은 영역에서는 제1 층과 접촉하도록 배치된 제2 층을 포함하는 터치 스크린 구조물을 포함하는 터치 스크린.
- 제32항에 있어서, 상기 터치 스크린 구조물이 제2 층 상에 배치된 제2 기판을 더 포함하는 터치 스크린.
- 제32항에 있어서, 상기 터치 스크린 구조물을 통해 보기 위해 위치된 전자 디스플레이를 더 포함하는 터치 스크린.
- 언더코팅 물질이 기판을 실질적으로 피복하도록 기판과 패턴화된 투명 도체 사이에 언더코팅 물질을 코팅하는 단계 (상기 언더코팅 물질은 상기 기판의 굴절률 및 상기 패턴화된 투명 도체의 굴절률보다 작은 굴절률을 갖고, 상기 패턴화된 투명 도체는 언더코팅 물질의 노출된 영역을 남김); 및상기 패턴화된 투명 도체 및 언더코팅 물질의 노출된 영역 상에 충전제 물질을 배치하는 단계 (상기 충전제 물질은 상기 패턴화된 투명 도체로 피복된 영역에 서 가시광의 계면 반사를 감소시키도록 선택된 굴절률 및 두께를 가짐)를 포함하는, 터치 스크린에서 패턴화된 투명 도체의 가시화를 감소시키는 방법.
- 제35항에 있어서, 상기 충전제 물질 상에 제2 기판을 배치하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제35항에 있어서, 상기 패턴화된 투명 도체를 형성하는 단계를 더 포함하는 방법.
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