JP2007507792A - タッチ入力検出装置 - Google Patents

Abstract

タッチセンサーおよび検出方法が開示される。本発明のタッチセンサーは、伝導性フィルム上に配置された自立フレキシブルガラス層を含む。本発明のタッチセンサーは、上記伝導性フィルムと上記フレキシブルガラス層に加えられたタッチ入力との間の容量結合によって誘導された信号を検出するように構成された電気回路をさらに含む。

Description

本発明は、一般に検出装置に関する。本発明は、特に容量型検出装置に適用可能である。

タッチスクリーンは、キーボードの必要性を軽減または解消することによって、ユーザーに好都合なインターフェースを電子ディスプレイシステムに付与することができる。たとえば、ユーザーは、あらかじめプログラムされたアイコンによって特定される位置で画面に単純にふれることによって複雑な一連の命令を実行することができる。画面上のメニューは、その用途により支援ソフトウェアを再プログラミングすることによって変えることができる。別の例として、タッチスクリーンによってユーザーは、テキストを転送したり、直接書くことによってまたはタッチスクリーン上に描くことによって電子ディスプレイ装置に描画したりすることができる。

抵抗型および容量型が、タッチ入力の位置を検出するために使用される２つの一般的なタッチ検出方法である。抵抗型技術は、典型的には、接触位置を検出する電子回路の一部として２枚の透明な伝導性フィルムを含む。一方、容量型技術では、典型的には、接触した位置を検出するために１枚の透明な伝導性フィルムを使用する。

タッチスクリーンの特徴の１つは接触用具である。一般に、容量型タッチセンサーには、ユーザーの指などの伝導性スタイラスが必要である。一方、抵抗型タッチセンサーは、一般に、ユーザーの指などの伝導性接触用具と、ユーザーの指の爪などの非伝導性スタイラスとの両方によって行われた接触を検出することができる。

タッチスクリーンの別の特徴は耐久性である。接触用具によって、タッチセンサーにひっかき傷や他の損傷が生じたりして、センサーの接触精度が低下したり、装置が機能しなくなったりする。

容量型タッチセンサーにおいては、透明な伝導性フィルムは、絶縁基体上に配置されることが多く、伝導性フィルムを損傷から保護するための薄い誘電性コーティングで覆うことができる。しかしこの薄い誘電性コーティングは非常に薄く、典型的には１μｍ以下の厚さであり、そのため、とがった接触用具などによって生じうる損傷から伝導性フィルムを十分保護できない場合がある。より厚い誘電性コーティングであれば、製造費が増加することがあり、応力関連の亀裂および審美的欠陥がコーティング中に生じることによってコーティング品質が一般に低下しうる。さらに、通常使用において薄い誘電性コーティングが摩耗すると、その薄い誘電性コーティングに厚さのばらつきが生じうる。このようなばらつきは、接触精度に影響を与えることがあり、望ましくない目に見える審美的欠陥が生じることがある。したがって、容量型タッチスクリーンには、改善された耐久性および改善された全体性能が必要とされ続けている。

一般に、本発明は検出装置に関する。本発明は、検出方法にも関する。

本発明の一態様においては、容量型タッチセンサーは、タッチ検出領域を覆う伝導性フィルムを含む。このタッチセンサーは、伝導性フィルム上に配置された自立フレキシブルガラス層をさらに含む。このタッチセンサーは、伝導性フィルムと、フレキシブルガラス層に加えられたタッチ入力との間の容量結合によって誘導される信号を検出するように構成された電気回路をさらに含む。この信号は接触位置を決定するために使用される。

本発明の別の態様においては、容量型タッチセンサーは、自立フレキシブルガラスフィルムと基体との間に配置されこれらと光学的に結合した伝導性フィルムを含む。この容量型センサーは、エレクトロニクスであって、伝導性フィルムとタッチ入力との間の容量結合によって誘導される信号を検出することによって、フレキシブルガラス層に加えられたタッチ入力の位置を決定するように構成されたエレクトロニクスをさらに含む。

本発明の別の態様においては、容量型タッチセンサーは、タッチ検出領域を覆う伝導性フィルムを含む。このタッチセンサーは、タッチ検出領域内の２つ以上の異なる接触位置を検出することができる。このタッチセンサーは、伝導性フィルム上に配置されるガラス層をさらに含む。このガラス層は、０．１〜２．０ｍｍの範囲の厚さを有する。このタッチセンサーは、伝導性フィルムとガラス層に加えられたタッチ入力との間の容量結合によって誘導される信号を検出するよう構成された制御装置をさらに含む。この信号は、伝導性フィルム上の複数の位置で検出され、タッチ入力が加えられた位置を決定するために使用される。

本発明の別の態様においては、タッチセンサーに対するタッチ入力の位置を決定する方法は、タッチ検出領域を覆う伝導性フィルムにタッチ入力を容量結合させるステップを含む。この容量結合は、伝導性フィルムを覆って配置される自立フレキシブルガラス層を通して行われる。この方法は、容量結合によって誘導された信号を検出するステップも含む。この方法は、検出された信号を使用して接触位置を決定するステップをさらに含む。

本発明の別の態様においては、接触位置を決定する方法は、透明な伝導性フィルムの上に配置された自立ガラス層を含むタッチ検出領域を画定するステップを含む。この方法は、伝導性フィルムとガラス層に加えられたタッチ入力との間の容量結合に応答して発生する信号を検出するステップをさらに含む。この方法は、検出された信号を使用して接触位置を決定するステップも含む。

本発明の別の態様においては、タッチディスプレイはディスプレイ基体を含む。このタッチディスプレイは、ディスプレイ基体の上に配置されたフレキシブルガラス層をさらに含む。このフレキシブルガラスはタッチ検出領域を覆っている。このタッチディスプレイは、ディスプレイ基体とフレキシブルガラス層との間に配置される、アクティブディスプレイ構成要素と、電気的に連続で光学的に透明な伝導性フィルムとをさらに含む。これらのディスプレイ構成要素および伝導性フィルムはタッチ検出領域を覆っている。フレキシブルガラス層に加えられたタッチ入力の位置は、伝導性フィルムとタッチ入力との間の容量結合によって誘導された信号を検出することによって求められる。

添付の図面と関連する本発明の種々の実施態様の以下の詳細な説明を考慮すれば、本発明をより十分に理解し評価することができるであろう。

本発明は、一般に検出装置に関する。本発明は、特に容量型検出装置に適用可能であり、さらに特に高耐久性を有する容量型タッチセンサーに適用可能である。

容量型は、タッチ入力の位置を検出するために一般的に使用されている技術である。この場合、ユーザーの指などの伝導性接触用具が伝導性フィルムと十分に接近して、２つの導体の間で容量結合が形成されると信号が発生する。これらの２つの導体は、接地などを介して互いに電気的に接続させることができる。

容量型タッチセンサーは、デジタルであってもアナログであってもよい。デジタル容量型センサーのタッチ検出領域は、典型的には、電気的に絶縁された複数の独立した伝導性フィルムを含むことができる。たとえば、タッチ検出領域は、１組の独立したタッチパッドを含むことができる。別の例としては、タッチ検出領域は、電気的に絶縁された伝導性フィルムの複数の横または縦の列を含むことができる。デジタル容量型タッチセンサーでは、タッチ入力の座標は、接触によって誘導される離散的な信号、または等価で識別可能な信号を使用することによって決定することができる。アナログ容量型タッチセンサーでは、タッチ検出領域を、電気的に連続の伝導性フィルムによって覆うことができる。このような場合、タッチ入力によって誘導される信号は、取りうる値の連続した組の中の、非離散的または等価である任意の１つであると仮定できる信号を含むことができる。アナログ容量型タッチセンサーでは、タッチ入力の座標は、接触によって誘導される連続信号を検出しこれを使用することによって求めることができる。接触位置の決定の精度は、誘導される信号の処理に使用されるエレクトロニクスによって限定されうる。

容量型タッチセンサー中、特にアナログ容量型タッチセンサー中の伝導性フィルムの引っかき傷によって、タッチ入力の位置の決定が実質的に不正確になる場合がある。引っかき傷の発生から保護するために、伝導性フィルムは、典型的には薄い誘電性フィルムをコーティングすることができるが、一部の容量型タッチセンサーは誘電性コーティングを有することができない。しかし、通常使用またはとがった接触用具などによる摩耗から伝導性フィルムを保護するのには、この誘電性フィルムは薄すぎる場合がある。したがって、摩耗に耐えることができ、接触位置の決定の精度の低下がないまたは軽減された高耐久性容量型タッチセンサーが必要とされている。

本発明の一態様によると、容量型タッチセンサーは、伝導性フィルムと、伝導性フィルム上に配置された自立フレキシブルガラス層とを含む。このガラス層は、引っかき傷および他の外部要因から伝導性フィルムを保護するのに十分な厚さである。このガラス層は、センサーの製造を容易にするのに十分な可撓性でもある。

本発明によるタッチセンサーは、多数の用途において好都合に使用することができる。そのような用途の１つは、署名取り込み領域を含むことができるタッチディスプレイである。このようなタッチディスプレイは、たとえば、クレジット処理中に顧客の署名を取り込み電子的に処理することができる、販売場所端末のセキュリティーシステムまたは精算システムなどにおいて使用することができる。ペン、スタイラス、またはタッチディスプレイを操作できる他の用具などの記録用具を使用して、顧客は自分の名前を署名することができる。この記録用具は、アクティブであってよく、これはタッチディスプレイと結合可能であることを意味する。たとえば、記録用具は、導線を介してタッチディスプレイと接続されたスタイラスであってよい。別の例としては、記録用具は、タッチディスプレイと結合したＲＦ（無線周波数）であってよい。一般に、タッチディスプレイは、記録用具をタッチディスプレイに伝達することができるあらゆる技術を使用することができる。本発明の容量型タッチセンサーは、前述の用途において従来の容量型タッチシステムよりも実質的に高い耐久性を有することができる。現在のアナログ容量型装置において典型的に使用されている従来の誘電性コーティングと比較すると、本発明の密度がより高く実質的により厚いガラスによって、通常使用などによって生じうる引っかき傷などの外部要因から、伝導性フィルムを有効に保護することができる。

本発明の１つ以上の実施態様は、高いシート抵抗を有する伝導性フィルムを有することが望ましい場合がある用途において特に有用となる。典型的には、より高いシート抵抗の伝導性フィルムは、より薄いフィルムに対応している。したがって、このフィルムは摩耗などにより影響されやすくなり、それによって接触位置の検出の精度に悪影響が生じる場合がある。本発明は、高シート抵抗の伝導性フィルムを引っかき傷、摩耗、および他の外部要因から実質的に保護することができる。フィルム厚さを変化させなくても、伝導性フィルムのシート抵抗を変化させることができ、たとえば増加させることができることが分かっている。たとえば、シート抵抗は、フィルムの組成を変更することによって増加させることができる。シート抵抗がより高い伝導性フィルムが、シート抵抗がより低い伝導性フィルムよりも薄くはない場合か、シート抵抗がより高いフィルムがシート抵抗がより低いフィルムよりも外部要因に対して影響されやすくはない場合でも、外部要因から伝導性フィルムを保護するために本発明の種々の実施態様を使用することができる。

別の用途として、本発明は、伝導性フィルムが伝導性ポリマーを含む容量型タッチセンサー中に使用することができる。伝導性ポリマーは、典型的には湿気、および他の環境要因、特に高温の影響を受ける場合がある。薄い誘電性コーティングでは、湿気などの環境要因から伝導性ポリマーフィルムを十分保護することができない。このような不十分な保護の原因は、誘電性コーティングの多孔性、または誘電性コーティング中にピンホールが生じうるコーティングの欠陥である場合がある。本発明の一態様によると、自立フレキシブルガラス層は、伝導性ポリマーを含む伝導性フィルムを、湿気などの不都合な環境要因から保護することができる。

さらに別の用途としては、本発明の一態様によるタッチセンサーは、有機発光ディスプレイ（ＯＬＥＤ）中の活性層を保護するために使用することができる。典型的には、ＯＬＥＤ装置中の活性層は、湿気および／または酸素、特に高温などの環境要因に曝露した場合に実質的に劣化しうる。典型的には、活性層を保護するためにガラス層を使用することができる。本発明の一態様による容量型タッチセンサーは、環境要因および他の要因からＯＬＥＤ装置中の活性層を保護するために使用することができる。たとえば、本発明の一態様によると、活性層を保護するために他の場合では使用することができるガラス層の代わりに自立フレキシブルガラス層を使用することができる。

一般に、本発明は、薄い誘電性コーティングでは十分に保護できなかった摩耗、引っかき傷、湿気および酸素などの環境要因、またはあらゆる他の外部要因から、タッチセンサーまたはタッチディスプレイシステム中の１つ以上の層を保護することが望ましいあらゆる用途に使用することができる。

図１は、本発明の特定の一実施態様による容量型タッチセンサー１００を示している。容量型タッチセンサー１００は、基体１１０と、電気的に連続で光学的に透明な伝導性フィルム１２０と、任意選択の光学的に透明な接合層１５０と、光学的に透明なガラス層１６０とを含む。

ガラス層１６０は、あらゆる種類の光学的に透明なガラスであってよい。代表的なガラス材料としては、ソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス、ホウ酸塩ガラス、ケイ酸塩ガラス、あらゆる酸化物ガラス、およびシリカガラスが挙げられる。ガラス層１６０は、好ましくは可撓性であり、これは、ガラス層が、構造的に損傷することなく湾曲することができるように十分に薄いことを意味する。ガラス層１６０は好ましくは、１５００〜６００ｍｍの範囲、より好ましくは１４００〜５００ｍｍの範囲、さらにより好ましくは１２００〜４００ｍｍの範囲の曲率半径で湾曲可能となるのに十分な薄さである。本発明の一態様においては、ガラス層１６０は、好ましくは０．１〜２．０ｍｍの範囲、より好ましくは０．３〜１．５ｍｍの範囲、さらにより好ましくは０．５〜１．０ｍｍの範囲の厚さを有する。さらに、ガラス層１６０は好ましくは自立性である。本発明によると、自立層は、破壊、引裂、または意図する用途に適さなくなるような形態のその他の損傷を引き起こさずに自重に耐え支えることが可能なフィルムである。

電気的に連続で光学的に透明な伝導性フィルム１２０は金属、半導体、ドープした半導体、半金属、金属酸化物、有機導体、伝導性ポリマーなどであってよい。代表的な金属導体としては、金、銅、銀などが挙げられる。代表的な無機材料としては、透明な伝導性の酸化物、たとえば酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、フッ素をドープした酸化スズ、酸化スズアンチモン（ＴＡＯ）などが挙げられる。代表的な有機材料としては、欧州特許出願公開第１−１７２−８３１−Ａ２号明細書に開示されているようなポリピロール、ポリアニリン、ポリアセチレン、およびポリチオフェンなどの伝導性ポリマーが挙げられる。伝導性フィルム１２０のシート抵抗は、５０〜１００，０００Ω／スクエアの範囲をとることができる。伝導性フィルム１２０のシート抵抗は、好ましくは１００〜５０，０００Ω／スクエアの範囲であり、より好ましくは２００〜１０，０００Ω／スクエアの範囲であり、さらにより好ましくは５００〜４，０００Ω／スクエアの範囲である。

代表的なタッチセンサー１００は、タッチ検出領域１９５を画定している。本発明によると、電気的に連続で光学的に透明な伝導性フィルム１２０が、好ましくはタッチ検出領域１９５を覆う。ある用途においては、フィルム１２０はタッチ検出領域の一部を覆うことができる。別のある用途においては、フィルム１２０は、図１に示されるように、タッチ検出領域を越えるまで覆うことができる。さらに別のある用途においては、フィルム１２０はタッチ検出領域の一部を覆いながら、接触を検出しない領域まで延在することができる。

本発明の特有の利点の１つは、伝導性接触用具と伝導性フィルム１２０との間の容量結合によって誘導される信号を検出するのに、ガラス層１６０が十分な薄さであることである。同時に、本発明によると、ガラス層１６０は、その層が自立性となり加工に適するようになるために十分な厚さである。さらに、通常使用などによる摩耗が原因である変色などの審美的欠陥は、層１６０の厚さが波長の数倍程度である場合には通常発生するが、ガラス層１６０は十分な厚さであるので、この欠陥はより少なくなるか、またはまったく起こらない。さらに、タッチ検出領域１９５に適用されたユーザーの指の爪、硬貨、ペン、またはあらゆる鋭いタッチ入力によって生じうるガラス層中の深い引っかき傷などの損傷から伝導性フィルム１２０を保護するのに、ガラス層１６０は十分な厚さである。

本発明の別の特有の利点は、層１６０がガラスを含むことである。厚さが層１６０とほぼ同じであるが、ポリカーボネート、アクリル、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリスルホンなどの有機材料からできている層は、ガラスよりもはるかに軟らかく、そのため引っかき傷が生じやすい。たとえば、鉛筆硬度試験（ＡＳＴＭ Ｄ ３３６３、鉛筆試験による塗膜硬度の試験方法（Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｆｉｌｍ Ｈａｒｄｎｅｓｓ ｂｙ Ｐｅｎｃｉｌ Ｔｅｓｔ）を参照）によると、ＰＥＴはほぼ１Ｈの鉛筆硬度を有し、ガラスはほぼ６Ｈのはるかに高い硬度を有する。本発明によると、層１６０は、伝導性層１２０を損傷から保護するためのガラスを含み、好ましくは、より加工に適するようにするため可撓性である。可撓性層１６０は、薄層１６０を意味することが多い。したがって、本発明の一態様によると、可撓性層１６０は十分薄いので、伝導性接触用具と伝導性フィルム１２０との間の容量結合によって誘導される信号が十分大きく、そのため誘導された信号がバックグラウンドノイズから検出可能および区別可能となり、これによって接触位置を適切に決定することができる。

本発明の別の利点は低温加工である。従来の容量型タッチセンサーでは、典型的には、伝導性フィルムを保護するために薄いゾル−ゲル系シリカコーティングが使用されている。このゾル−ゲルコーティングは、５００℃を越える場合がある焼成とも呼ばれる高温での硬化または焼結のステップを必要とする場合が多い。対照的に、本発明の一態様によると、薄いガラス層１６０を伝導性フィルム１２０に接合するために、低温、たとえばほぼ室温において任意選択の接合層１５０を使用することができる。伝導性フィルム１２０が高温での加工に耐えることができない場合に、低温加工は特に好都合である。たとえば、本来伝導性であるポリマーなどの伝導性有機層は、典型的には高温加工には耐えることができない。本発明の一態様によると、任意選択の接合層１５０は、低温で乾燥および／または硬化を行うことができる。たとえば、この接合層は、紫外（ＵＶ）線などの放射線に曝露することによって硬化させることができる。ＵＶ放射線に曝露する場合、ＵＶ放射線から伝導性フィルム１２０を保護するために接合層がＵＶ吸収剤を含むと好都合となる場合がある。接合層は、青または緑などの他の波長または波長範囲で硬化させることもできる。本発明の一態様においては、接合層はγ線に曝露することによって硬化させることができる。本発明の別の態様においては、接合層を熱硬化させることができる。この硬化温度は、タッチセンサー１００中の他の層に悪影響を与えうる温度より十分低い温度にすることができる。一般に、接合層は、あらゆる乾燥および／または硬化の技術を使用して固化および／または硬化させることができる。低温で接合層を固化および／または硬化させると好都合となりうるが、接合層は高温で加工できることが分かっている。たとえば、接合層１５０は、ゾル−ゲルを含むことができ、焼成ステップによって硬化させることができる。

任意選択の接合層１５０を使用することの利点の１つとして、改善されたタッチセンサーの耐衝撃性および耐破砕性を挙げることができる。接合層１５０は、タッチセンサー領域全体、たとえばタッチ検出領域１９５全体でガラス層１６０を接着支持することができる。ガラス層１６０が破壊されると、その破片がタッチセンサー１００中の基体１１０などの他の構成要素に接着したまま残ることができる。耐破砕性が増加することで、より薄いガラス層１６０の使用が可能になる。

酸素および湿気、特に高温などの環境要因に影響されやすい１つ以上の層を含む容量型タッチセンサーまたは容量型タッチディスプレイシステムにおいて、本発明は特に好都合である。一般に、有機層の透過係数は非常に高くなる場合がある。たとえば、ポリメチルメタクリレートの透過係数は、３４℃における酸素の場合０．１１６×１０^-13（ｃｍ³×ｃｍ）／（ｃｍ²×ｓ×Ｐａ）であり、２３℃における水の場合４８０×１０^-13（ｃｍ³×ｃｍ）／（ｃｍ²×ｓ×Ｐａ）である（たとえば、ポリマーハンドブック第４版（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｈａｎｄｂｏｏｋ，４ｔｈ Ｅｄｉｔｉｏｎ）、Ｊ．ブランドラップ（Ｂｒａｎｄｒｕｐ）、Ｅ．Ｉ．イマーガット（Ｉｍｍｅｒｇｕｔ）、およびＥ．Ａ．グルルク（Ｇｒｕｌｋｅ）、出版社：ジョン・ワイリー・アンド・サンズ・インコーポレイテッド（Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ，＆ Ｓｏｎｓ、Ｉｎｃ．）ＶＩ／５４８ページを参照されたい）。明らかに対照的に、ガラス層１６０の透過係数は、酸素および水などのあらゆる浸透体で実質的に０である。したがって、環境の影響を受けやすい層を、酸素および湿気などの環境要因から効果的に保護するために層１６０を使用することができる。このような環境の影響を受けやすい層の１つが伝導性ポリマーフィルムである。環境の影響を受けやすい他の層としては、たとえば、ＯＬＥＤ装置中に使用される活性層が挙げられる。

基体１１０は電気的に絶縁することができる。基体１１０は剛性であっても可撓性であってもよい。基体１１０は光学的に不透明であっても透過性であってもよい。基体は、ポリマーであってもよいし、あらゆる種類のガラスであってもよい。たとえば、基体はフロートガラスであってもよいし、ポリカーボネート、アクリル、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリスルホンなどの有機材料でできていてもよい。基体１１０は金属を含むことができ、その場合には基体を伝導性フィルム１２０として使用することもできる。

タッチセンサー １００は、光学的に透過性であっても不透明であってもよい任意選択の接合層１５０をさらに含む。接合層１５０は、伝導性フィルム１２０とガラス層１６０との間に配置され、好ましくはこれらと光学的に結合される。場合によっては、接合層１５０は、層１２０および１６０の一方または両方と接触することができる。たとえば、粒子とホスト材料との屈折率が異なる場合にホスト材料中に粒子を分散させることによって、接合層１５０を光学的に拡散性にすることができる。接合層１５０は接着剤であってもよい。接合層１５０中に含まれる代表的な材料としては、ＵＶ硬化性接着剤、感圧接着剤、エポキシ、ウレタン、チオレン、シアノアクリレート、熱活性化接着剤、および熱硬化性接着剤が挙げられる。

タッチセンサー１００は剛性であっても可撓性であってもよい。可撓性タッチセンサー１００は、たとえば、湾曲した陰極線管（ＣＲＴ）ディスプレイなどの湾曲したディスプレイに適合させるために使用することができる。本発明の一実施態様においては、剛性タッチセンサー１００を製造するために可撓性構成要素が使用される。

タッチセンサー１００は、伝導性フィルム１２０と、ガラス層１６０に加えられたタッチ入力との間の容量結合によって誘導される信号を検出するように構成された電気回路１６５をさらに含む。この検出された信号は、接触位置の決定に使用することができる。本発明の一態様によると、電気回路１６５は、伝導性層１２０上に配置された電極１３０と、伝導性層１２０および電極１３０をエレクトロニクスおよび制御装置１５５と電気的に接続する導線１３１とを含む。電気回路１６５は、検出された信号をエレクトロニクスおよび制御装置１５５に電気的に伝送することができる。エレクトロニクスおよび制御装置１５５は、検出された信号を受信し処理して接触位置を決定することができる。

電極１３０は、光学的に透過性であっても不透明であってもよい。電極１３０は、熱硬化させた銀エポキシなどの伝導性インクを使用するか、あるいは、導電体とガラスフリットとを含有し、導電体がたとえば、銀、金、パラジウム、炭素、または合金組成物であってよい導電性組成物を使用して形成することができる。電極１３０は、たとえば、スクリーン印刷、インクジェット印刷、パッド印刷、直接書き込み、またはデカル転写によってフィルム１２０の上に付着させることができる。

タッチセンサー１００は、電界を線形化するための任意選択の線形化（ｌｉｎｅａｒｉｚａｔｉｏｎ）パターン１４０をさらに含むことができる。典型的には、この線形化電極パターン１４０は、米国特許第４，１９８，５３９号明細書、第４，２９３，７３４号明細書、および第４，３７１，７４６号明細書に開示されているような、タッチ検出領域の周囲に沿って配置される分離した伝導性セグメントの列を数個含むことができる。これらの伝導性セグメントは典型的には、伝導性フィルム１２０を介して互いに電気的に接続することができる。米国特許第４，８２２，９５７号明細書には、タッチ検出領域内の電界を線形化するための、種々の長さおよび間隔を有する分離した電極の列が開示されている。

図１に示される代表的な実施態様においては、ガラス層１６０および任意選択の接合層１５０は電気回路１６５の一部を覆う。特に、これらは電極１３０を覆う。ある用途においては、電極１３０、またはより一般には、電気回路１６５は、ガラス層１６０および／または接合層１５０によって部分的に覆われてもよいし、覆われなくてもよい。タッチセンサー１００は、線形化パターン１４０を電極１３０とさらに電気的に接続するために、追加の導電性セグメント（図１には示されていない）をさらに含むことができる。

図１に示される代表的な実施態様においては、伝導性フィルム１２０は基体１１０の上に配置される。本発明の一態様によると、伝導性フィルム１２０は、ガラス層１６０の底面上に配置することができる。電極１３０および線形化パターン１４０も、ガラス層の底面上に配置することができる。さらに、電極１３０および線形化パターン１４０は、伝導性フィルム１２０と基体１１０との間に配置することができる。一般に、伝導性フィルム１２０、電極１３０、および線形化パターン１４０を１つのグループとすると、このグループの一部を基体１１０上に配置することができ、このグループの残りの部分をガラス層１６０の底面上に配置することができる。たとえば、図１に示される代表的実施態様においては、このグループ全体が基体１２０上に配置されている。別の例としては、このグループ全体をガラス層１６０の底面上に配置することができる。

図５は、本発明の別の態様によるタッチセンサーの概略三次元図を示している。説明を簡単にし、一般性を損なわないようにするため、図１に示される層および構成要素の一部は、図５では再現されていない。図５において、伝導性フィルム１２０および線形化パターン１４０は基体１１０上に配置されている。さらに、電極１３０は、ガラス層１６０の底面上に配置されている。図５には、ガラス層１６０の底面上などに配置される任意選択の電気的尾部１３９がさらに示されている。尾部１３９は、別の例では、基体１１０上に配置することもできる。導線１３１（図５には示されていない）は、たとえば、尾部１３９を介して電極１３０と電気的に接続することができる。

再び図１を参照すると、たとえばディスプレイおよび／またはディスプレイベゼルの関連する雑音および浮遊容量から検出面を隔離するために、タッチセンサー１００は任意選択の伝導性シールド１８０と接地電極１９０をさらに含むことができる。

ガラス層１６０の上面および／または底面は、平滑であってもよいし、構造化されていてもよい。この構造は、たとえば、不規則であってもよいし、規則的なパターンを含むこともできる。たとえば、表面は不規則なつや消し仕上を有することができる。この表面は一次元または二次元の微細構造を有することができる。構造化された表面はグレアを軽減することができる。構造化された上面は、たとえば接触用具をガラス層に対して使用した場合のすべりの可能性を低下することもできる。構造化された表面は、接触面上の指紋を見えにくくすることもできる。

タッチセンサー１００は、他の任意選択の層をさらに含むことができる。たとえば、タッチセンサー１００は、鏡面反射を軽減するためにガラス層１６０の上に反射防止（ＡＲ）コーティング１７０を含むことができる。ＡＲコーティング１７０の上面は、鏡面反射およびすべりをさらに軽減するためにつや消しにすることができる。層１７０は多層フィルムを含むことができる。この多層フィルムは、たとえば、高屈折率および低屈折率を有する交互の層を含むことができる。タッチセンサー１００中に組み込むことが可能な他の任意選択の層としては、偏光子、減光フィルタ、カラーフィルタ、補償フィルム、抑制剤、光拡散体、およびプライバシーフィルムが挙げられる。

タッチセンサー１００は、センサー中の他の層から伝導性フィルム１２０を保護するために任意選択の層をさらに含むことができる。たとえば、接合層による損傷のおそれから伝導性フィルムを保護するために、任意選択のハードコートまたは障壁層を、伝導性フィルム１２０と任意選択の接合層１５０との間に配置することができる。このような損傷のおそれの１つは、伝導性フィルム１２０の性能を損ない低下させる可能性がある接着剤型の接合層の酸性の性質が原因となる場合がある。

本発明の一態様によると、制御装置１５５は、伝導性フィルム１２０と、ガラス層１６０に与えられた伝導性タッチ入力との間の容量結合によって誘導される信号を検出するように構成されている。制御装置によって検出された信号を使用して、接触位置を決定することができる。たとえば、大きさおよび位相などの検出された信号の特性は、あらゆるバックグラウンドノイズまたは望ましくない信号から検出された信号を制御装置が区別することができ、それによって接触位置を求めるために十分大きな信号対雑音比が得られるような特性であってよい。

一般に、ガラス層１６０の厚さが増加すると、信号対雑音比が低下しうる。本発明の一態様においては、ある用途において信号対雑音比を増加させるために、改善された制御装置を使用することができる。たとえば、信号対雑音比を増加させるために３Ｍタッチ・システムズ・インコーポレイテッド（３Ｍ Ｔｏｕｃｈ Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．）より商品名ＥＸ ＩＩで入手可能な制御装置を使用することができる。ＥＸ ＩＩ制御装置の利点としては、より高速および高分解能が挙げられる。１０〜１２ビットの従来の制御装置と比較して、この制御装置は１６ビットの分解能を有することができる。高いビット解像度によって、典型的には、接触位置の決定精度を改善することができる。さらに、従来の制御装置でサンプリング速度が約２ｍｓであるのと比較して、ＥＸ ＩＩ制御装置は１．３ｍｓのサンプリング速度を有することができる。ＥＸ ＩＩ制御装置の別の利点は、従来の接地電位以外の電圧で伝導性シールド１８０を駆動さることが可能なことである。たとえば、ＥＸ ＩＩ制御装置は、典型的には３．３ボルト、５ボルト、または１２ボルトであるタッチ検出領域の駆動に使用される電圧レベルにおいて伝導性シールドを駆動させることができる。この結果、浮遊容量を減少させたりなくしたりすることができ、これによって信号対雑音比を増加させることができる。ＥＸ ＩＩ制御装置の別の利点は、従来の制御装置で典型的に使用されるものよりも狭いバンドパスフィルタを介して検出された信号をフィルタにかけることが可能なことである。より狭いバンドパスフィルタによって、より多くの雑音を除去することができ、そのためより高い信号対雑音比を得ることができる。

一般に、十分大きな信号対雑音比を得ることが可能なあらゆる制御装置を本発明に使用することができる。

図１に戻ると、導線１３１の少なくとも一部は、タッチセンサー中の層またはフィルムの上に配置することができる。たとえば、導線１３１の少なくとも一部を、基体１１０、伝導性フィルム１２０、またはガラス層１６０の上に配置することができる。別の例としては、導線１３０の複数箇所を、タッチセンサー中の種々の複数の層またはフィルムの上に配置することができる。たとえば、導線の一部を伝導性フィルム１２０上に配置しながら、異なる部分をガラス層１６０上に配置することができる。さらに別の例としては、ガラス層１６０と基体１１０との間などにあり図１には示されていない補助層上に導線１３１を配置することができる。電極１３０の少なくとも一部を補助層の上に配置できることも理解できるであろう。

図２は、本発明の一態様によるタッチセンサー１００の概略三次元図を示している。説明を簡単にし、一般性を損なわないようにするため、図１に示される層および構成要素の一部は、図２では再現されていない。本発明の一態様によると、タッチセンサー１００は、タッチ検出領域１９５内の２つ以上の異なる接触位置を検出することができる。たとえば、タッチセンサー１００は、タッチ検出領域１９５内の異なる接触位置Ａ、Ｂ、Ｃ、およびＸを検出することができる。説明を簡単にし、一般性を損なわないようにするため、図２は、タッチ検出領域１９５の周囲に沿って１列の導電性セグメント１４１を有する線形化電極パターン１４０を示しているが、線形化電極パターン１４０は、典型的には、このような伝導性セグメントを数列含むことができる。図２の代表的実施態様によると、電極１３０は、タッチ検出領域１９５の４つの角の付近にあり、線形化パターン１４０と直接電気的に接触している。一般に、電極１３０は、タッチ検出領域の周囲に沿った複数の位置に配置することができる。

タッチセンサーに位置Ｘで使用された伝導性接触用具１０１は、接触用具１０１と伝導性フィルム１２０との間の容量結合によって誘導される信号を発生する。本発明の一態様によると、このように誘導された信号は、伝導性フィルム上の複数の位置で検出されて位置Ｘを決定することができる。たとえば、誘導された信号は、図２に示される４つの位置１２８Ａ、１２８Ｂ、１２８Ｃ、および１２８Ｄで検出することができる。検出された信号は、電極１３０および導線１３１を介してエレクトロニクスおよび制御装置１５５まで電気的に伝送することができる。検出された複数の信号を使用して、接触位置Ｘを決定することができる。たとえば、位置１２８Ｄで検出された信号の大きさに対する、位置１２８Ａ、１２８Ｂ、および１２８Ｃで検出された信号の大きさを使用して接触位置Ｘを決定することができる。

本発明の一態様によると、伝導性接触器具１０１は、制御装置１５５などを介してタッチセンサー１００と結合させることができる。この結合手段としては、たとえば、図１に示される導電性手段１６１を介した制御装置１５５などとの電気的接続を挙げることができる。直接的な電気的接続によって、バックグラウンドノイズを減少させることができ、それによって信号対雑音比を増加させることができる。接触器具を制御装置と電気的に接続することの利点の１つは、接触により誘導されるより小さな信号を制御装置が検出できるため、ガラス層１６０の厚さを増加させることが可能なことである。導電性手段１６１としては、たとえば導線を挙げることができる。

図３は、本発明の特定の一態様によるタッチセンサー３００の概略側面図である。説明を簡単にし、一般性を損なわないようにするため、図１および２に示される層および構成要素の一部は、図３では再現されていない。タッチセンサー３００は、伝導性フィルム１２０の上に配置された伝導性電極１３０と、ガラス層１６０の底面上に配置された線形化パターン１４０とを含む。別の例としては、伝導性電極１３０をガラス層１６０の底面上に配置することができ、線形化パターン１４０を伝導性フィルム１２０の上に配置することができる。接合層１５０中に形成されたビア３１０を介して線形化パターン１４０と電極１３０とが電気的に接続される所定の位置を除けば、接合層１５０は、線形化パターン１４０を電極１３０から電気的に絶縁することができる。線形化パターン１４０を電極１３０と電気的に接続するために、ビア３１０には伝導性材料３２０を充填することができる。線形化パターン１４０および電極１３０のこのような積み重ね配列は、タッチパネルの輪郭を減少させることができる。本発明のこの態様は、タッチセンサーを小さな輪郭のディスプレイ装置と一体化することが望ましい場合がある用途において特に有用となりうる。

ビア３１０は、孔抜き、打ち抜き、レーザーアブレーション、ナイフカット、および化学エッチングによって接合層１５０中に形成することができる。伝導性材料３２０は、たとえば伝導性銀ペースト、伝導性金ペースト、伝導性パラジウムペースト、または伝導性炭素ペーストなどの伝導性ペーストであってよい。

図４は、本発明の一態様によるディスプレイシステム４００の概略断面図を示している。ディスプレイシステム４００は、タッチセンサー４０１およびディスプレイ４０２を備えている。ディスプレイ４０２は、タッチセンサー４０１を通して見ることができる。タッチセンサー４０１は、本発明のいずれかの実施態様によるタッチセンサーであってよい。ディスプレイ４０２は、永続的または交換可能なグラフィックス（たとえば、絵、マップ、アイコンなど）と、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、陰極線管（ＣＲＴ）、プラズマディスプレイ、エレクトロルミネセントディスプレイ、ＯＬＥＤ、電気泳動ディスプレイなどの電子ディスプレイとを備えることができる。図４においてディスプレイ４０２とタッチセンサー４０１とが２つの別々の構成要素として示されているが、これら２つを一体化して１つのユニットにできることを理解されたい。たとえば、タッチセンサー４０１をディスプレイ４０２に積層することができる。あるいは、タッチセンサー４０１が、ディスプレイ４０２の一体部分であってもよい。

図６は、本発明の特定の一態様による、タッチセンサーがディスプレイ装置と一体化された代表的なタッチディスプレイシステムの概略断面図を示している。図６は、ディスプレイ基体６１０と、アクティブディスプレイ構成要素６０１と、容量型タッチセンサー６２０とを示している。タッチセンサー６２０は、本発明のいずれかの態様のタッチセンサーであってよい。タッチセンサー６２０は、伝導性フィルム１２０とガラス層１６０とを含み、フィルム１２０および層１６０は、図１に関連して前述したものである。基体６１０は、タッチセンサー６２０の基体としても機能することができる。能動構成要素６０１は、たとえば、ディスプレイシステム中に使用することができるあらゆる構成要素を含むことができる。たとえば、構成要素６０１は、活性有機層、電極、絶縁層、偏光子など、ＯＬＥＤ装置中に典型的に使用される活性層を含むことができる。ガラス層１６０は、構成要素６０１、そして希望するなら伝導性フィルム１２０を効果的に封止することができることが理解できるであろう。したがって、ガラス層１６０は、摩耗などの外部要因、および酸素や湿気などの環境要因から構成要素６０１を保護することができる。別の例としては、構成要素６０１は、ＬＣＤディスプレイ中に典型的に使用される活性層および部品を含むことができ、たとえば、液晶セル、偏光子、抑制剤、バックライト、カラーフィルタなどを含むことができる。ディスプレイ構成要素６０１は、タッチセンサー６２０を通して見ることができる。タッチ検出領域内でフレキシブルガラス層１６０に加えられたタッチ入力は、伝導性フィルム１２０と容量結合し、それによって信号が誘導される。その接触位置は、誘導された信号を検出することによって求めることができる。

本発明の利点および実施態様を以下の実施例によってさらに説明する。これらの実施例に記載される個々の材料、量、および寸法、ならびにその他の条件および詳細は、本発明を不当に限定するために構成されたものではない。

実施例１
本発明の一実施態様によるタッチセンサーを以下のように組み立てた。

厚さ３ｍｍの正方形のソーダ石灰ガラス基体に対して、バイエル・カンパニー（Ｂａｙｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ）より商品名バイトロンＰ（Ｂａｙｔｒｏｎ Ｐ）で入手可能な有機伝導性材料を含有する溶液中で浸漬コーティングを行った。この溶液は、エチレングリコールとエポキシシランカップリング剤とをさらに含んでいた。この溶液は、イソプロピルアルコールで希釈した。この浸漬工程によって、上記ガラス基体の両面にコーティングした。こうしてコーティングしたガラス基体を８５℃で６分間乾燥および硬化させて、ガラス基体の両面上に伝導性ポリマーフィルムを形成させた。

次に、炭素が添加された伝導性インクを使用して上記パネルの一方の面の周囲に沿って、線形化パターンをスクリーン印刷した。こうして印刷した基体を１３０℃で６分間硬化させた。

次に、伝導性エポキシを使用して線形化パターンの４つの角に導線を接続した。この組立体を１３０℃で６分間硬化させた。

次に、この組立体の両面に、シリコーン改質ポリアクリレートと芳香族イソシアネート樹脂とを含有する溶液を吹き付けコーティングした。吹き付けを行った組立体を１３０℃で１時間硬化させて、組立体の両面上に吹き付けられた保護コーティングを得た。

次に、上記パネルの線形化パターンが印刷された面に、厚さ０．４ｍｍの正方形のソーダ石灰ガラスを接合した。この接合は、３Ｍカンパニー（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ）より入手可能な接着剤８１４２の名称の光学的に透明な接着剤を使用して行った。

次に、導線に接続したＥＸ ＩＩ制御装置を使用して、完成した組立体を作動させた。指描画試験（ｆｉｎｇｅｒ ｄｒａｗ ｔｅｓｔ）では１％を超える線形性が得られた。

実施例２
厚さ０．４ｍｍの長方形のソーダ石灰ガラス基体を浸漬コーティングに使用したことを除けば、実施例１と同様にして本発明の一実施態様によるタッチセンサーを作製した。制御装置ＥＸ ＩＩを使用して、完成した組立体を作動させた。指描画試験では１％を超える線形性が得られた。

実施例３
本発明の一実施態様によるタッチセンサーを以下のように組み立てた。

１５００Ω／スクエアのＴＡＯを一方の面にコーティングした厚さ３ｍｍの長方形のソーダ石灰ガラス基体の同じ面の周囲に沿って線形化パターンをスクリーン印刷した。線形化パターンの印刷に使用した伝導性インクは、デュポン・カンパニー（ＤｕＰｏｎｔ Ｃｏｍｐａｎｙ）の商品名７７１３であった。こうして印刷した基体を５００℃で１５分間硬化させた。

次に、実施例１と同様にして、線形化パターンの４つの角に導線を接続した。

次に、上記パネルの線形化パターンを印刷した面に、厚さ０．４ｍｍの正方形のソーダ石灰ガラス接合した。この接合は、ノーランド・コーポレーション（Ｎｏｒｌａｎｄ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）の光学接着剤である商品名ＮＯＡ ６８を使用して行った。この接着剤は紫外線を使用して硬化させた。

次に、導線に接続した制御装置ＥＸ ＩＩを使用して、完成した組立体を作動させた。指描画試験（ｆｉｎｇｅｒ ｄｒａｗ ｔｅｓｔ）では１％を超える線形性が得られた。

以上で引用されているすべての特許、特許出願、および他の刊行物は、完全に転載されるかのようの本明細書に援用される。本発明の種々の態様の説明を容易にするため、本発明の特定の実施例を以上に詳細に説明してきたが、これらの特定の実施例に本発明が限定されることを意図するものではないことを理解されたい。むしろ、添付の請求項によって定義される本発明の意図および範囲内にあるあらゆる修正、実施態様、および代案を含むことを意図している。

本発明の一実施態様によるタッチセンサーの概略側面図を示している。 本発明の別の実施態様によるタッチセンサーの概略三次元図を示している。 本発明のさらに別の実施態様によるタッチセンサーの概略側面図を示している。 本発明の別の実施態様によるディスプレイシステムの概略側面図を示している。 本発明の一実施態様によるタッチセンサーの概略三次元図を示している。 本発明の別の実施態様によるタッチディスプレイの概略側面図を示している。

Claims (27)

1. タッチ検出領域を覆う電気的に連続で光学的に透明な伝導性フィルムと、
   前記伝導性フィルム上にある光学的に透明な自立フレキシブルガラス層と、
   前記伝導性フィルムと前記フレキシブルガラス層に加えられたタッチ入力との間の容量結合によって誘導される信号を検出するよう構成された電気回路とを含み、前記信号が接触位置の決定に使用される容量型タッチセンサー。
2. 前記フレキシブルガラス層を伝導性フィルムに接合させるための光学的に透明な接合層をさらに含む、請求項１に記載の容量型タッチセンサー。
3. 前記接合層が接着剤である、請求項２に記載の容量型タッチセンサー。
4. 前記接合層と伝導性フィルムとの間に障壁層をさらに含む、請求項２に記載の容量型タッチセンサー。
5. 前記接合層がＵＶ硬化性である、請求項２に記載の容量型タッチセンサー。
6. 前記タッチ検出領域の周囲に沿って配置される界線形化パターンをさらに含む、請求項１に記載の容量型タッチセンサー。
7. 前記フレキシブルガラス層が前記線形化パターンの少なくとも一部を覆っている、請求項６に記載の容量型タッチセンサー。
8. 前記伝導性フィルムが光学的に透明な基体の上にある、請求項１に記載の容量型タッチセンサー。
9. 前記フレキシブルガラス層が前記電気回路の少なくとも一部を覆っている、請求項１に記載の容量型タッチセンサー。
10. 前記検出された信号を受信して前記接触位置を決定するように構成されたエレクトロニクスをさらに含む、請求項１に記載の容量型タッチセンサー。
11. 前記フレキシブルガラス層の厚さが０．１〜１．５ｍｍの範囲である、請求項１に記載の容量型タッチセンサー。
12. 前記フレキシブルガラス層の厚さが０．５〜１．０ｍｍの範囲である、請求項１に記載の容量型タッチセンサー。
13. 前記フレキシブルガラス層がソーダ石灰ガラスを含む、請求項１に記載の容量型タッチセンサー。
14. 前記フレキシブルガラス層がホウケイ酸ガラスを含む、請求項１に記載の容量型タッチセンサー。
15. 前記透明な伝導性フィルムが金属を含む、請求項１に記載の容量型タッチセンサー。
16. 前記透明な伝導性フィルムが金属酸化物を含む、請求項１に記載の容量型タッチセンサー。
17. 前記金属酸化物が酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）を含む、請求項１６に記載の容量型タッチセンサー。
18. 前記金属酸化物が酸化スズアンチモン（ＴＡＯ）を含む、請求項１６に記載の容量型タッチセンサー。
19. 前記金属酸化物がフッ素をドープした酸化スズを含む、請求項１６に記載の容量型タッチセンサー。
20. 前記透明な伝導性フィルムが有機導体を含む、請求項１に記載の容量型タッチセンサー。
21. 前記有機導体が伝導性ポリマーを含む、請求項２０に記載の容量型タッチセンサー。
22. 前記タッチセンサーを通して見ることができるディスプレイと組み合わされた、請求項１に記載の容量型タッチセンサー。
23. 前記タッチセンサーと結合した接触用具をさらに含む、請求項１に記載の容量型タッチセンサー。
24. 前記接触用具が前記タッチセンサーと電気的に結合している、請求項２３に記載の容量型タッチセンサー。
25. 前記接触用具が導線を介してタッチセンサーと結合している、請求項２３に記載の容量型タッチセンサー。
26. 前記接触用具がスタイラスである、請求項２３に記載の容量型タッチセンサー。
27. 請求項１に記載の容量型タッチセンサーを含む署名取り込み装置。

Images