JP2009512091A - 一体化されたタッチスクリーンを有するディスプレイの製造 - Google Patents

Abstract

電子的に更新可能なディスプレイ媒体と、タッチ感受性とを有する電子的に更新可能なタッチスクリーンディスプレイを製造する方法を記載する。

Description

本発明は、電子的にアドレス可能なディスプレイを有するタッチ感受性装置、及びこのような装置の形成方法に関する。

1970年代に考案されて以来、タッチ感受性ディスプレイは、コンピュータの世界におけるユーザー・インターフェイスの最もポピュラーな形態の1つにまで成長した。キオスク、機械コントローラ、及びパーソナル・デジタル・アシスタント(PDA)は、この技術を利用する共通の装置のうちのいくつかに過ぎない。タッチ感受性ディスプレイは、例えばスイッチ・メカニズムによって操作される不連続なタッチ感受性領域を有することができ、或いは、本明細書中で「タッチスクリーン」と呼ばれるディスプレイ表面上に、連続したタッチ感知部を有することができる。タッチスクリーンは、各スイッチがそのスイッチの領域内部における単一の入力だけを認識する不連続なタッチ感受性装置と比較して、その表面全体にわたって複数の入力を検出することができる。タッチスクリーンは、不連続なタッチ感受性装置よりも単純な電子回路で、より高い分解能の入力認識を可能にする。全て単一ユニットに合体されたキーボード、マウス、ペン、ナンバーパッド、及び多くのその他の入力装置の機能を発揮するために、ディスプレイ適合性と相俟ってタッチスクリーンをシンプルにすることができる。今日、タッチスクリーン・ディスプレイを製造する最もポピュラーな4つ様式、すなわち、抵抗、容量、超音波、及び赤外線によるものがある。

抵抗様式は、物理的ドットによって離隔された2つの透明導体から成る。この集成体が押圧されると、導体は接触し合い、そして検出器が、x及びyの抵抗を測定することにより、タッチ位置を検出する。この方法は最も低廉であり、また、導電性スタイラスを必要としないが、しかしこれは、光透過率が最大25 %低減され、75 %という低い総透過率をもたらす。抵抗タッチスクリーンは典型的には、これらが使用される最終的な装置とは別個に製造される。それというのもこのことがしばしば、生産にとって最もコスト上効果的であるからである。これが達成される1つの方法は、2つの基板材料ロール又はシートに、透明導体、例えばスパッタ塗布された酸化インジウム錫(ITO)層を塗布し、次いでスペーサ及び感知電子装置をスクリーン印刷し、そして、2つの基板をラミネートすることである。こうして、タッチスクリーンを低廉な大量生産の形式で形成し、次いで、任意の数の装置に適用することができる。

タッチスクリーンの第2の製造方法は、容量感知を用いることである。容量様式は、装置の最外層として配列されたただ1つの導電性層を使用する。抵抗システムにおけるように、容量タッチスクリーンも、後で装置内に一体化されるようにオフラインで製造することができる。基板がただ1つであり、スペーサが必要とされず、そして光透過率が90 %もの高さであり得ることから、容量タッチスクリーンは有利である。加えて、導電性層、例えば酸化インジウム錫(ITO)をディスプレイ正面側基板に直接に適用することにより、ディスプレイに対して一体的に容易に容量タッチスクリーンを製作することができる。しかしながら、この方策が利用される場合、基板の両側に機能層が存在するので、製作中ディスプレイの取り扱いに特別な注意を払わなければならない。このことは、ITOはよく知られているように引掻き傷を負いやすいため、直ちに取り扱い上の顕著な問題を招く。加えて、集成体が一旦形成されると、容量センサーは、これらが導電性スタイラスを必要とする点、及び導電性層上の保護外側塗膜に対する選択肢が著しく限定されるという点で制限される。

最後の2つのポピュラーなタッチスクリーン製造方法、すなわち超音波感知及び赤外線(IR)感知は、極めて類似している。両様式は、ディスプレイ周囲に配置された信号発生器、及び受信器を使用する。超音波形式の場合、超音波が発生する。IR形式の場合、赤外線ビームが発生する。両方の形式において、ビーム又は波のアレイが、ディスプレイ表面を覆い、そしてセンサーが、どのビームが遮断されるか、又はどの波が跳ね返るかに基づいてタッチ位置を識別する。これらのシステムはディスプレイに対して一体的ではあり得ず、むしろ、より大きな集成体の別個の成分である。これらのシステムの主な利点は、これらが導電性スタイラスを必要とせず、また光学的損失を有さないことである。しかし、多数の発生器及びセンサーが必要とされることを考えると、これらは、選択肢のうちで最も高価であり、そして表面平坦性に対して極めて感受性が高い可能性がある。これらの問題は、このようなタッチスクリーンを、低廉な可撓性ディスプレイと一緒に使用できなくしてしまう。

ディスプレイ装置内への不連続なタッチ入力を可能にする方法がある。これらのうちの最も一般的なものは、薄膜スイッチである。これは、ギャップによって相補的な接点から分離された一連の個別の電気的な接点を利用するので、可撓性ディスプレイに特にポピュラーである。不連続接点は押圧されると、これらの対向部分と接触し、回路を完成する。これらの分解能には制限があるものの、このようなセンサーは製造するのが簡単であり、可撓性ディスプレイ内に一体化することができる。この一例は、Heropoulos及びTormaによって、一体化された薄膜スイッチを有するエレクトロルミネッセンス・ディスプレイが記載された米国特許第6,751,898号明細書にある。この特許明細書において、彼らは、少なくとも1つの電気的な接点、この接点に対応する穴を有する絶縁体、及び第1導体に整列する第2導体を有する装置を記載している。ディスプレイが接点の位置で押圧されると、回路が完結される。この方法は効果的であり、また低廉ではあるものの、用途全体に若干の制限がある。

上述のように、ディスプレイとタッチスクリーンとを別個に製造し、次いで、タッチスクリーンをディスプレイの正面側に固定又はラミネートすることにより、抵抗又は容量タッチスクリーン・ディスプレイ集成体が、典型的に作成される。この集成方法は高価である可能性があり、特にディスプレイ及びタッチスクリーンの両方がガラス基板を利用する場合には、最終製品は、不必要に厚くなるおそれがある。タッチスクリーンの背面側平面とディスプレイの正面側平面とを合体させることにより、この影響を軽減することが可能である。このことは、ディスプレイのタッチ感知部分を、導電性材料及び関連の感知電子回路から成る単一層に低減するので、容量システムにおいて特に望ましい。しかしながら、容量タッチスクリーンの同じ制限が、依然として当てはまる。加えて、導電性材料は透明でなければならず、また、基板の、ディスプレイ材料とは反対側に適用されなければならない。多くの透明導体の脆弱性は、これを危険な提案にし、取り扱い中に顕著な引掻き傷を形成するおそれがある。このことは、透明な導電性材料の製造及び堆積のコストがしばしば高く、大抵の場合クリーンルーム環境における真空蒸着を必要とするので、高くつく。加えて、単一の透明導体層であっても、基板に関して約10 %の光透明度を失うおそれがある。抵抗タッチスクリーンは、必要とする電子装置がより低廉なものであってよく、また、非導電性スタイラスを使用することができるものの、エアギャップ、別の導体、及び別の基板を追加する。この結果、透明度を25 %損ない、これは著しく大きい問題になり得る。

光学的損失、高価な材料、又は複雑な取り扱いの問題のない、一体化された連続タッチセンサーを有する低廉なタッチスクリーン・ディスプレイ・システムを製造する方法を有することが望ましい。

電気的に更新可能なタッチスクリーン装置を製造する方法を記載する。この装置は、可撓性ディスプレイと、第1導電性層と、1つ又は2つ以上のスペーサと、第2導電性層とを含み、この電気的に更新可能なタッチスクリーン装置を形成する方法は、可撓性ディスプレイを獲得し、可撓性ディスプレイ上に第1導電性層を形成し、第1導電性層上に1つ又は2つ以上のスペーサを形成し、そして1つ又は2つ以上のスペーサの上に第2導電性層を形成する、ことを含んで成る。

当該タッチ感受性装置は、軽減されたコストで製造することができ、ディスプレイの光学特性の改善とともに堅牢性が高められている。

書換可能なディスプレイ能力を有するタッチ入力装置を形成するために、タッチ感受性集成体と電子書換可能ディスプレイとを合体させることができる。このような装置は、一例として、キオスク、工業用コントローラ、データ入力装置、情報標識、又は消費者製品を含む多数の用途において、このような装置を使用することができる。

本発明の装置はタッチ入力センサーを含むことができる。センサーは機械的アクチュエータ、電気的センサー、又は電気化学的装置であることが可能である。センサーは、抵抗タッチスクリーンであってよく、この場合、2つの電極がギャップによって離隔された状態で保持されており、そしてこれらの電極が接触したときに位置感知が行われる。タッチスクリーンは、容量タッチスクリーンであってよく、この場合、何らかの有限キャパシタンスを有する導電性材料が導電性層と接触したときに位置感知が発生する。タッチスクリーンは部分的又は完全に可撓性であることができる。

本発明の装置は、電子的に更新可能な画像を表示することができる、以後「媒体」と呼ばれる1つ又は2つ以上のディスプレイ媒体シートを含むことができる。媒体は第1及び第2の導体を有することができる。第1及び第2の導体はパターン化することができる。第1導体パターンは、ディスプレイの「列」として画定することができ、そして第2導体は、ディスプレイの「行」として画定することができる。行及び列は、パッシブ・マトリックスを形成するために相互作用することができ、行と列とがオーバーラップした各領域として「画素」が画定される。或いは媒体は、アクティブ・マトリックスを形成するために、個々のトランジスタを使用することにより駆動される個々の画素を形成するように作成することもできる。媒体は、行、列、及び／又はトランジスタのための電気的接続部が1つ又は2つ以上のシート縁部に沿って形成されるように構成することができる。媒体は、アクティブ又はパッシブ・マトリックスによって画定されたディスプレイ面積が、電気的相互接続に必要とされる面積よりも、いかなる方向においても大きいように構成することができる。媒体は、ディスプレイを形成するために、電子ドライバーと共に集成することができる。ディスプレイは、これが、輸送又は貯蔵のために集成体サイズを小さくするように丸めるか又は折ることができるように、構成することができる。

ディスプレイ媒体は、電気画像形成性材料を含有する電気画像形成性層を含有することができる。電気画像形成性材料は、発光材料又は光変調材料であってよい。発光材料は、その性質において無機又は有機であってよい。好適な材料は、有機発光ダイオード(OLED)又高分子発光ダイオード(PLED)を含むことができる。いくつかの好適なOLED及びPLEDが、以下の特許明細書：米国特許第5,507,745号、同第5,721,160号、同第5,757,026号、同第5,998,803号、及び同第6,125,226号(Forrest他)の各明細書；米国特許第5,834,893号、及び同第6,046,543号(Bulovic他)の各明細書、米国特許第5,861,219号、同第5,986,401号、及び同第6,242,115号(Thompson他)の各明細書；米国特許第5,904,916号、同第6,048,573号、及び同第6,066,357号(Tang他)の各明細書、米国特許第6,013,538号、同第6,048,630号、及び同第6,274,980号(Burrows他)の各明細書；並びに、米国特許第6,137,223号明細書(Hung他)に記載されている。光変調材料は、反射材料又は透過材料であってよい。光変調材料は、電気化学材料、電気泳動材料、例えばGyricon粒子(米国特許第6,147,791号明細書、同第4,126,854号明細書、及び同第6,055,091号明細書)、電気泳動材料、又は液晶材料であってよい。液晶材料は、ねじれネマティック(TN)、超ねじれネマティック(STN)、強誘電性、磁性、又はキラル・ネマティック液晶材料であってよい。特に好ましいのは、キラル・ネマティック液晶である。キラル・ネマティック液晶は、ポリマー分散型液晶(PDLC)であってよい。他の好適なキラル・ネマティック液晶材料は、サーモクロミック材料、荷電粒子(国際公開第98/41899号、同第98/19208号、同第98/03896号、及び同第98/41898号の各パンフレット)、及び磁性粒子を含むことができる。いくつかの事例において、例えばカラーディスプレイを形成する上で追加の利点を提供するために、積み重ねられた画像形成層又は複数の支持層を有する構造を使用することができる。

ディスプレイ媒体は、電界でアドレスすることができる電気画像形成性材料を含有することができ、次いで電界が除去された後、その画像を保持する。この特性は典型的には「双安定」と呼ばれる。「双安定性」を示す特に好適な電気画像形成性材料は、電気化学材料、電気泳動材料、例えばGyricon粒子、エレクトロクロミック材料、磁性材料、又はキラル・ネマティック液晶材料である。特に好ましいのはキラル・ネマティック液晶材料であり、これはポリマー分散されることができる。

ディスプレイ媒体は、単色、例えば黒色、白色、又は透明色として構成することもでき、そして、蛍光性、真珠光沢性、生物発光性、白熱光性、紫外性、赤外性であってよく、或いは、波長特異的な輻射線吸収材料又は輻射線放射材料を含んでもよい。画像形成材料から成る複数の層があってよい。画像形成材料から成る種々異なる層又は領域は、種々異なる特性又は色を有することができる。さらに、種々の層の特性は互いに異なっていてよい。例えば、可視光範囲内の情報を見るか又は表示するために、1つの層を使用することができるのに対して、第2の層は、紫外線に応答するか又は紫外線を放射する。或いは不可視層は、輻射線吸収特性又は放射特性を有する非電気変調型材料から構成することもできる。画像形成材料は好ましくは、インディシアの表示を維持するための電力を必要としないという特徴を有する。

多くの画像形成材料、例えばコレステリック液晶は感圧性である。ディスプレイ媒体が屈曲させられ、これによりディスプレイ内の画像形成材料に圧力を加えると、ディスプレイは状態を変化させ、これにより、ディスプレイ上に書き込まれたデータを不明瞭にするおそれがあり、或いは、画像形成材料は、電気泳動ディスプレイ材料の場合のように破壊されるおそれがある。従って、ディスプレイ媒体は、これが圧力によって永久には変性されないようになっていることが必要である。

米国特許第6,853,412号明細書には、ポリマー分散型液晶層を含有する非感圧性ディスプレイ媒体が開示されている。ポリマー分散型コレステリック層は、高分子分散型コレステリック液晶(PDLC)材料、例えばゼラチン分散型液晶材料を含む。ポリマーと液晶との比が、組成物を非感圧性にするように選択されるならば、米国特許第5,695,682号明細書に開示された液晶材料を使用することもできる。種々の強度及び継続時間の電界の印加は、キラル・ネマティック材料(コレステリック)を反射状態、透過状態、又は中間状態にすることができる。これらの材料は、電界が除去された後、所与の状態を無期限に維持するという利点を有する。コレステリック液晶材料の一例としては、ニューヨーク州HawthorneのE.M. Industriesから入手可能なMerck BL112、BL118、又はBL126が挙げられる。制限付き凝集を用いたこのような乳剤の1形成方法が、欧州特許第1 115 026号明細書に開示されている。

上述のように、キラル・ネマティック液晶組成物は、連続マトリックス中に分散させることができる。このような材料は、「ポリマー分散型液晶」材料、又は「PDLC」材料と呼ばれる。このような材料は、種々様々な方法によって形成することができる。例えば、Doane他(Applied Physics Letters,48, 269(1986))は、ポリマーバインダー中にほぼ0.4 μm液滴のネマティック液晶5 CBを含むPDLCを開示している。PDLCを調製するために相分離法が用いられる。モノマー及び液晶を含有する溶液がディスプレイ・セル内に充填され、次いで材料は重合される。重合されると、液晶は不混和性になり、液滴を形成するために核生成する。West他(Applied Physics Letters, 63, 1471(1993))は、ポリマーバインダー中にキラル・ネマティック混合物を含むPDLCを開示している。ここでもまた、PDLCを調製するために相分離法が用いられる。液晶材料及びポリマー(ヒドロキシ官能化ポリメチルメタクリレート)を、ポリマーのための架橋剤とともに、共通の有機溶剤トルエン中に溶解し、そして酸化インジウム錫(ITO)基板上に塗布する。高温でトルエンを蒸発させると、ポリマーバインダー中の液晶材料の分散体が形成される。Doane他及びWest他の相分離法は、或る特定の製造環境中で好ましくない場合がある有機溶剤の使用を必要とする。ポリマー分散型画像形成材料を形成するために、これらの方法は、他の画像形成材料、例えば電気泳動材料に当てはめることができる。

画像形成材料のそれぞれの不連続ポリマー分散型部分は、「ドメイン」と呼ばれる。N^*LCドメインの実質的な単分子層を上回るものがある場合には、ディスプレイのコントラストが劣化する。「実質的な単分子層」という用語は、ディスプレイ平面に対して垂直方向において、ディスプレイ(又は画像形成層)のほとんどの点で、好ましくはディスプレイの点(面積)の75 %以上、最も好ましくはディスプレイの点(面積)の90 %以上で、電極間には単一のドメイン層しか存在していないことを意味するように、出願人によって定義される。換言すれば、大抵の場合には、電極間に単一ドメインだけしかない画像形成層内のディスプレイの点(又は面積)の量と比較して、ディスプレイ内の画像形成層の点(又は面積)のわずかな部分(好ましくは10 %未満)しか、ディスプレイ平面に対して垂直方向において、電極間に単一ドメインよりも多くのドメイン(2つ又は3つ以上のドメイン)を有さない。

単分子層に必要な材料量は、完全稠密充填ドメイン配列を想定して、個々のドメイン・サイズに基づいて計算することによって正確に見極めることができる。(実際には、ギャップが発生する欠陥、及び、オーバーラップする液滴又はドメインによる何らかの不均一が生じるおそれがある。) これに基づいて、算出量は、好ましくは単分子層ドメイン被覆に必要とされる量の150 %未満、好ましくは、単分子層ドメイン被覆に必要とされる量の125 %以下、より好ましくは、ドメインの単分子層に必要とされる量の110 %以下である。さらに、塗布された液滴のジオメトリ及びブラッグ反射条件に基づいて、種々異なるドーピングが施されたドメインを適切に選択することにより、視野角及び広帯域特徴を改善することができる。

ディスプレイ媒体の一例は、ディスプレイ面に対して垂直な線に沿った単一の画像形成材料層、好ましくは可撓性基板上に塗布された単一層を有する。このような構造は、互いに対向する基板の間にそれぞれが位置する、鉛直方向に積み重ねられた画像形成層と比較して、モノクローム・ディスプレイにとって特に有利である。加えて、いくつかの事例、例えばカラーディスプレイにおいて追加の利点を提供するために、積み重ねられた画像形成層を有する構造を使用することができる。

典型的なタッチ感受性ディスプレイ装置の製造に伴う問題点は、ディスプレイ及びタッチセンサーが別個に製作され、そして最終的な集成時に合体されることである。この方策は典型的には、タッチスクリーンがディスプレイの正面側に配置されるのを必要とし、そして、タッチスクリーン及びディスプレイが別個の完成ユニットであることを必要とする。このことは、システム内に冗長な基板がしばしば生じ、コストを高め、そして潜在的にはディスプレイ性能を低下させるという点で、効率的でない最終集成体を生み出す。観察者の視野から見てタッチスクリーンの背後に配置されているディスプレイは、集成方法だけの結果ではなく、ディスプレイそれ自体の結果でもある。剛性ディスプレイは、タッチを高いレベルの分解能まで感知する能力を維持するために、タッチスクリーンがディスプレイの正面側に配置されることを必要とする。可撓性ディスプレイが使用される場合には、非感圧性画像形成材料を有することにより背面側のタッチスクリーンに適応するようにシステムが構成されている場合にのみ、この要件は少なくなる。

理想的なシステムならば、可撓性ディスプレイ媒体と同時に製作された、一体化された背面側タッチスクリーンを利用することになる。このようなシステムは、非感圧性ディスプレイ媒体とともに最良に作業し、このディスプレイ媒体は、媒体シートの外周に任意の電気的接続部が配置されるように製作することができる。このようなシステムの一例は、米国特許出願公開第2004/0246411号明細書に記載されているようなパッシブ・マトリックスのコレステリック・ディスプレイである。

このディスプレイを形成する好ましい製造方法は、可撓性基板で始めることである。可撓性基板は、導体を支持するいかなるフレキシブルな自己支持性材料であってもよい。典型的な基板は、プラスチック、ガラス、又は石英を含むことができる。「プラスチック」は、他の成分、例えば硬化剤、充填剤、強化剤、着色剤、及び可塑剤と組み合わせることができる、通常、高分子合成樹脂から形成されたポリマーを意味する。プラスチックは熱可塑性材料及び熱硬化性材料を含む。

可撓性材料は、自己支持性であるのに十分な厚さと機械的完全性とを有していなければならないが、しかし、剛性であるほど厚くあるべきではない。典型的には、可撓性基板は、ディスプレイの最も厚い層である。従って、基板は、完全に構造化されたディスプレイの機械的安定性及び熱安定性をかなりの程度まで決定する。

可撓性基板は、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリカーボネート(PC)、ポリスルホン、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル、ポリイミド、ポリエーテルエステル、ポリエーテルアミド、セルロースアセテート、脂肪族ポリウレタン、ポリアクリロニトリル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリ(メチル(x-メタクリレート)、脂肪族又は環状ポリオレフィン、ポリアリーレート(PAR)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリイミド(PI)、テフロン（登録商標）ポリ(ペルフルオロ-アルコキシ)フルオロポリマー(PFA)、ポリ(エーテルエーテルケトン)(PEEK)、ポリ(エーテルケトン)(PEK)、ポリ(エチレンテトラフルオロエチレン)フルオロポリマー(PETFE)、及び、ポリ(メチルメタクリレート)及び種々のアクリレート／メタクリレートのコポリマー(PMMA)、又はこれらの組み合わせであってよい。脂肪族ポリオレフィンは、高密度ポリエチレン(HDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE)、及び延伸ポリプロピレン(OPP)を含むポリプロピレンを含むことができる。環状ポリオレフィンはポリ(ビス-シクロペンタジエン))を含むことができる。好ましい可撓性プラスチック基板は、環状ポリオレフィン又はポリエステルである。種々の環状ポリオレフィンは、可撓性プラスチック基板に適している。その例は、Japan Synthetic Rubber Co.(日本国東京)製のArton（登録商標）；Zeon Chemicals L.P.(日本国東京)製のZeanor T（登録商標）；及びCelanese A. G.(ドイツ国Kronberg)製のTopas（登録商標）を含む。Arton（登録商標）は、ポリマーのフィルムであるポリ(ビス-シクロペンタジエン))凝縮物である。或いは、可撓性プラスチック基板は、ポリエステルであってもよい。好ましいポリエステルは、芳香族ポリエステル、例えばArylite（登録商標）(Ferrania)である。プラスチック基板の種々の例が上に示されているが、言うまでもなく、基板は他の材料、例えばガラス及び石英から形成することもできる。

透明導体層、例えば酸化インジウム錫(ITO)層を基板に適用し、そして必要な場合にはこれをパターン化することができる。パターン化の一例は、ITOをエッチングするためにレーザーシステムを使用し、電気的に絶縁された一連の列を形成することになる。透明導体の或る部分の上にアクティブ・ディスプレイ材料を塗布し、電気的な接触を形成するのに丁度十分なだけの導体を露出させておくことができる。ディスプレイ材料は、透明導体全体にわたって塗布することもでき、この場合、相互接続領域を露出させるために後続工程において、選択された部分が除去される。ディスプレイ材料上に第2の導電性材料から成る行を適用することにより、パッシブ・マトリックスを完成させることができる。これらの行は、例えばスクリーン、インクジェット、グラビア、又はフレキソグラフィ印刷法の場合のように、同時に適用及びパターン化することができ、或いは、レーザー又は化学エッチングの場合のように、塗布した後でパターン化することもできる。画像形成材料に応じて、導電性層のうちの1つはパターン化しなくてもよい。或る特定の態様によれば、第1導電性層だけが存在してよい。

上記態様は、可撓性ポリマー支持体上にポリマー分散型液晶層を使用することに中心を置いているが、ディスプレイ媒体がいかなる可撓性非感圧性の電子更新可能な媒体であってもよいことは、当業者には明らかである。可撓性の電子更新可能な媒体のための製造方法の例は、マイクロカプセルを有する可撓性ディスプレイの形成方法を開示する米国特許第6,661,563号明細書、及び、マイクロカップを採用する電気泳動又は液晶ディスプレイのロール間製造を教示する米国特許第6,933,098号明細書を含む。

本発明の装置は、視覚的に更新可能な特性を有するタッチセンサー、又はタッチ入力能力を有するディスプレイを形成するために、媒体とタッチセンサーとを合体させることができる。使用者とタッチセンサーとの間に媒体が位置するように、装置を集成することができる。媒体とタッチスクリーンとは一体的なユニットとして形成することができる。タッチ入力を感知するのに必要な成分は、ディスプレイ媒体に直接に適用することができる。タッチ成分は、ディスプレイ、特にディスプレイ導体の製作に使用されるのと同じ製造方法を用いて形成することができる。タッチスクリーン及び媒体は透明、半透明、不透明、又はこれらの組み合わせであってよい。タッチスクリーン及び媒体は、同じサイズ又は形状、又は異なるサイズ又は形状であってよい。媒体及びタッチスクリーンは、完全又は部分的に可撓性であることが可能である。媒体及びタッチスクリーンは、駆動電子装置に永久又は一時的に取り付けることができる。媒体及びタッチスクリーンのための駆動電子装置は、別個のもの、又は一体的なものであってよい。集成されたタッチ感受性装置の形成方法を、図面を参照しながら説明する。

図面に示し、また以下に説明するように、コレステリック液晶ディスプレイ素子を含む或る特定の態様を参照しながら、ディスプレイに関して理解することができる。

図1は、当業者によく知られた伝統的なタッチスクリーン・ディスプレイ装置を示す側面図である。この態様では、装置は、剛性ディスプレイ平面10の観察者1側に適用された抵抗タッチスクリーン30から成っている。ディスプレイ平面は、第1ガラス基板12と、アクティブ・ディスプレイ層21と、第2ガラス基板12とから成っている。これらのガラス基板は、例えばスペーサ・ビード、埋め込まれた繊維、ポリマー層、又はマイクロ構成要件を含む種々の手段のいずれかにおいて互いに特定の間隔を置いて保持されている。システムにタッチスクリーンが加えられようとするときには、タッチスクリーンは典型的には、別個の集成体として形成され、そして後続の工程においてディスプレイ平面に取り付けられる。結果として得られる集成体は最適ではない。なぜならば、これは冗長な基板、及び大抵の場合には、ディスプレイにタッチスクリーンを付着させるための追加の接着剤層を有するからである。抵抗タッチスクリーン30は典型的には、可撓性の透明第1基板41と、透明第1電極31と、透明スペーサ42と、感知電極33と、透明第2電極32と、透明第2基板44とから成っている。電極は典型的には、基板上にスパッタ塗布された酸化インジウム錫(ITO)である。スペーサ42の目的は、エアギャップ43によって分離された状態に電極31,32を保つことである。その理由は図2に関して説明する。

図1に示された態様は抵抗タッチスクリーンであるが、容量タッチスクリーンを使用することもできる。容量タッチスクリーンは、これらが単一の電極及び基板だけから成っており、感知電極が集成体の4つのコーナーに配置されていることを除けば、抵抗タッチスクリーンと類似している。容量タッチスクリーンのための電極は典型的には、これを観察者に対して露出させるために、このように配置される。

図2は、当業者に知られた伝統的な抵抗タッチスクリーン・ディスプレイ装置を、タッチスクリーンがアクティブ化された状態で示す側面図である。タッチスクリーンの第1基板41に、入力装置2、例えばスタイラス又は指が圧力を加え、第1電極31が第2電極32と接触するまで、基板と第1電極31とを屈曲させる。両電極31,32が所与の電圧に保持されているので、電極間の接触は、電流を発生させる。タッチスクリーン感知電極33は、発生した電流を測定し、そして第1及び第2の電極31, 32の材料のシート抵抗を用いた計算から、センサー33からの距離を推定することにより、タッチ位置を計算する。この態様の場合、ディスプレイ10は屈曲させられず、タッチスクリーン30は、ディスプレイ画像が観察されるように少なくとも部分的に透明でなければならない。

容量タッチスクリーンが使用される場合には、感知は僅かに異なる形式で行われる。容量システムの場合、電極表面は特定の電圧で保持される。いくらかの固有キャパシタンスを有する導電性入力装置が電極と接触すると、キャパシタが帯電し、電流を流れさせる。電極の周りに配列されたセンサーは、この電流を測定し、そして接触位置を計算する。抵抗法を凌ぐこのシステムの利点は、1つの電極及び1つの基板だけしか必要とされないことである。欠点は、入力装置が導電性でなければならず、タッチ入力を妨害することなしに電極上に配置することができる保護材料の数が著しく制限されることである。加えて、タッチを測定するのに必要となる電子装置は、抵抗システムにおいて使用されるものよりも、典型的には複雑である。

図3は、可撓性ディスプレイ10が、一体的な抵抗タッチスクリーン30を有するように形成された、代わりのシステムを示している。ディスプレイは、第1ディスプレイ基板10、及び2つの電極層の間に塗布されたディスプレイ材料層から成るアクティブ・ディスプレイ層21を有して、前述のように形成することができる。ディスプレイには、第1タッチスクリーン電極31、スペーサ42、第2タッチスクリーン電極32、任意のタッチ感知電極33、及び第2タッチスクリーン基板44を加えることにより、所与のタッチ感受性能力を与えることができる。電気的な妨害又は短絡を防止するために、第2ディスプレイ電極26と、第1タッチスクリーン電極31との間には、絶縁層(図示せず)を配置しなければならない場合がある。この態様の場合、ディスプレイ基板は、第1タッチスクリーン基板として作用し、基板が2つしか必要とならないように、集成体を最適化する。これは、集成体を完成するために4つの基板と、接着剤層とを必要とした伝統的なタッチスクリーン・ディスプレイを凌ぐ著しい改善である。個々の層を組み立てる方法を、図5に関して説明する。

図4は、第2ディスプレイ電極と第1タッチスクリーン電極とを合体させるために、システムをさらに最適化することができる追加の改善を示している。抵抗又は容量タッチスクリーンの特定の構造は、タッチ位置を記録するために、第2ディスプレイ電極26と第2タッチスクリーン電極32との接触を用いることもできる。この構造は、スペーサ42が第2ディスプレイ電極に直接に適用されるのを可能にする。

図5は、タッチ感知ディスプレイ集成体の1つの態様を示す等角分解図である。参考のため述べておくと、この態様では、観察者は、第1ディスプレイ基板11を通して見ることになる。しかし、全ての層が透明ならば、第2タッチスクリーン基板44を通して見ることもできる。いくつかのパッシブ・マトリックス・システムの場合には、集成体のディスプレイ部分は、ディスプレイ基板11と、第1ディスプレイ電極25と、ディスプレイ画像形成層22と、第2ディスプレイ電極26とから成ることができる。いくつかのアクティブ・マトリックス構造の場合、第1及び第2ディスプレイ電極を、アクティブ・マトリックス薄膜トランジスタ(TFT)層と交換することができる。システムのディスプレイ部分は、第2導電性層だけが使用される面内切換えを利用することができる。タッチ感受性になるべきディスプレイ部分は可撓性であり、しかも或る程度、非感圧性であるべきである。ディスプレイ形成方法は、ディスプレイ技術に応じて大きく変わることができる。

ディスプレイが形成されたら、タッチ感受性成分を加えることができる。この態様の場合、抵抗システムが示されている。この構造は絶縁層34で始まっており、絶縁層は、ディスプレイを駆動するのに必要となる電気的接触領域を除いたあらゆるものに適用される。この説明の残りの部分では、後続の層が、ディスプレイ電極の電気的相互接続部を覆わないこと、そして、「タッチスクリーン領域全体」という用語が、タッチ感受性にされるべき集成体部分だけを意味することを想定することができる。絶縁層は、集成体のディスプレイ部分が導電性層で終わっている場合にのみ必要となる。絶縁層34は、スクリーン印刷、塗布、ラミネーション、真空蒸着、インクジェット、スタンピング、又は任意のその他の周知の適用方法によって適用することができる。

第1タッチスクリーン電極31が次いで適用される。抵抗システムにおいて、これは連続導電性層であり、この層は、スクリーン印刷、塗布、真空蒸着、インクジェット、グラビア印刷、又はその他の方法によってタッチスクリーン領域全体適用することができる。

次の層は、スペーサ42と、特定のタッチ感知方法に必要となる任意の感知電極33とを含む。抵抗タッチスクリーンの場合、感知電極33は、4つの高導電性バスバーという単純な構成であってよい。容量タッチスクリーンの場合には、必要となる電極はより複雑である場合があり、いくつかの層を必要とする。スペーサ、及び感知電極層は典型的には、特定のパターン化を必要とする。このことは、スクリーン、インクジェット、グラビア、フレキソグラフィ、又はその他のもののような印刷法の利用を促す。極めて高い分解能が必要となる場合、層を真空蒸着し、次いでフォトリソグラフィ手段を用いてパターン化することが考えられる。ほとんどのシステムの場合、スペーサは比較的厚く(10〜20ミクロン)てよく、スクリーン印刷のような適用厚膜法の利用を促す。しかしながら、スペーサは、具体的なシステム構造に対して必要に応じて、より厚くてもより薄くてもよい。スペーサは、第1導電性層上に、又は適用前に第2導電性層の、第1導電性層に隣接する側に、又はこれらの組み合わせで形成することができる。

1つの態様によれば、スペーサ層は、接着剤層としての第2の役目を果たす。このことは、第2タッチスクリーン電極32が、第2タッチスクリーン基板44上に連続層として予め塗布されるのを可能にし、この基板は次いでスペーサ層42にラミネートすることができる。必要な場合には、第2電極・基板の集成体、第1電極、1つ又は2つ以上のスペーサ、又はこれらの組み合わせに、感知電極33を適用することができる。感知電極33は、接着剤層として役立つことができる。

図5において記載されたシステムは、タッチスクリーンをディスプレイと一体化する1つの可能な方法に過ぎない。前述のように、容量タッチスクリーンが使用される場合、又は二重の役目を果たすように第2ディスプレイ電極を形成できる場合、絶縁層及び第1タッチスクリーン電極をシステムから取り除くことが考えられる。加えて、第2タッチスクリーン電極を、タッチスクリーン電極間の感知ギャップを維持するのに十分に剛性にすることができる場合、第2タッチスクリーン基板を同様に取り除くことが考えられる。

本明細書中で詳細に論じられることのなかった1つの領域がスペーサである。図6は、タッチスクリーン集成体30上の典型的なスペーサ構造を単独で示す正面図である。ディスプレイ平面は示されていない。この態様において、スペーサ42は、どのようなタイプのタッチスクリーンが使用されるかに応じて、第1又は第2のタッチスクリーン電極31,32、又はその両方に適用された、透明な非導電性材料の小さなドットのアレイから成っている。伝統的な背面ディスプレイ集成体構造において、ドットは典型的には、ディスプレイの視覚的妨害を最小化するために、できる限り小さく且つ低頻度に形成される。スペーサは、ディスプレイ領域全体にわたって、又はディスプレイ領域の縁部に、又はディスプレイ領域の外側に、又はこれらの組み合わせで位置決めすることができる。感知電極33は、典型的には、スペーサ42の外側、及びビューイング領域の周囲に配列され、そしてタッチスクリーン・シール部材45の内側又は外側に配列することができる。シール部材45は典型的には、スペーサ42よりも堅牢で厚い接着剤であり、そして通常、システムが一緒に保持される一次メカニズムであり、タッチスクリーン電極間のギャップを維持するのに有意に貢献することができる。ドットは典型的には、この機能の機械的結合部分を遂行することができない。それというのも、ドットの小さな総面積が提供する結合強度は、最小限であるからである。タッチスクリーン・ギャップ内部の環境を制御するために、シール部材45は或る特定の環境において必要とされることもある。例えば、高い湿度環境において、シール部材は、透過率を低減してタッチスクリーンを短絡させるおそれのある湿分の進入を低減し、ギャップの曇りを回避することができる。

ドット様式のスペーサ構成にはいくつかの制限がある。追加のシール層を必要とすることは別として、ドット間の大きいギャップは、材料が折られ、曲げられ、又はねじられた場合に発生するような、タッチスクリーンの永久的又は一時的な変形が生じた場合に、タッチスクリーンの故障を招くおそれがある。加えて、高電圧タッチスクリーンが使用される場合、静電電荷により、電極が互いにくっつくようになるおそれがある。

図7が、ドットの代わりに格子を利用する、代わりのスペーサ構成を示す正面図である。これは、タッチスクリーンがディスプレイの背後に位置決めされているシステムにおいて可能である。それというのも格子がディスプレイ観察を光学的に妨害することがないからである。この態様の場合、ディスプレイ電極内に形成されたパターンに対して相補的であり得る格子を形成するように、スペーサ42はパターン化されている。例えば、格子は、単一の画素の外周であるか、複数の画素の外周であるか、又は画素とは無関係であってよい。格子パターンの利点は、格子が基板の自由スパンを低減し、集成体が曲げられるか又は折られたときに、ドットよりも良好にタッチスクリーン・ギャップを維持することである。加えて、増大した表面積及び完結した外周は、タッチスクリーン・シール部材の使用を不要にすることができる。格子は、高電圧システムにおける静電気力を克服するようにサイズ設定することもできる。

図8は、本明細書に記載された構成要件のうちの多くを利用した、可能な最終集成体を示す等角図である。ディスプレイ10及びタッチスクリーン30は、相互接続縁部51に沿って駆動電子装置61に接続し、アクティブ・ディスプレイ領域52を有する部分的に可撓性のタッチ感知ディスプレイ集成体60を形成することができる。画素書き込み感知システムは、データの手動又は自動入力を可能にするために使用することができ、そして、格子スペーサは、集成体の屈曲とは無関係にタッチスクリーン・ギャップを維持することができる。最終集成体は、空間、用途、又は形態においてフレキシブルであり、数多くのシステムの実用性及びコストを最適化することができる。

本明細書中に記載された本発明は、下記のような添付の図面を参照しながら理解することができる：
図1は、伝統的な抵抗タッチスクリーン及びディスプレイ集成体を示す側面図である。 図2は、ポリマー系タッチスクリーン集成体にラミネートされた可撓性ディスプレイを示す断面図である。 図3は、一体的な第1電極と、ラミネートされた第2電極とを備えたタッチスクリーン・ディスプレイ集成体を示す側面図である。 図4は、一体的な第1電極と、ラミネートされた第2電極とを備えたタッチスクリーン・ディスプレイ集成体を、第1電極がディスプレイと共有されている状態で示す側面図である。 図5は、図3の集成体を示す等角分解図である。 図6は、伝統的なスペーサの構成を示す正面図である。 図7は、別のスペーサの構成を示す正面図である。 図8は、可撓性タッチスクリーン・ディスプレイ集成体を示す等角図である。

図面は一例に過ぎず、本発明の種々の態様を表す。添付の本文を検討すれば、他の態様は当業者には明らかであろう。

符号の説明

1 観察者
2 入力装置
10 ディスプレイ媒体
11 ポリマー・ディスプレイ基板
12 ガラス・ディスプレイ基板
21 アクティブ・ディスプレイ層
22 ディスプレイ画像形成層
25 第1ディスプレイ電極
26 第2ディスプレイ電極
30 タッチスクリーン
31 第1タッチスクリーン電極
32 第2タッチスクリーン電極
33 タッチスクリーン感知電極
34 絶縁層
41 第1タッチスクリーン基板
42 スペーサ
43 エアギャップ
44 第2タッチスクリーン基板
45 タッチスクリーン・シール部材
51 相互接続縁部
52 ディスプレイ領域
53 書き込まれた画素
60 タッチ感知ディスプレイ集成体
61 タッチセンサー・ディスプレイ駆動電子装置

Claims (15)

1. 可撓性ディスプレイと、第1導電性層と、1つ又は2つ以上のスペーサと、第2導電性層とを含んで成る電気的に更新可能なタッチスクリーン装置を製造する方法であって、該電気的に更新可能なタッチスクリーン装置を形成する方法は：
   可撓性ディスプレイを獲得し；
   該可撓性ディスプレイ上に該第1導電性層を形成し；
   該第1導電性層上に1つ又は2つ以上のスペーサを形成し；そして
   該1つ又は2つ以上のスペーサの上に第2導電性層を形成する
   ことを含んで成る。
2. 該第1導電性層が、該可撓性ディスプレイの一部として形成される請求項1に記載の方法。
3. 該ディスプレイが、基板と、ディスプレイ導電性層と、画像形成材料とを含み、該第1導電性層が、該画像形成材料上に形成され、そして該画像形成材料を電子的に更新するように該ディスプレイ導電性層と協働する請求項2に記載の方法。
4. 該1つ又は2つ以上のスペーサ及び該第2導電性層を形成することが：
   該第2導電性層と、該第2導電性層上の1つ又は2つ以上のスペーサとを含む導電性集成体を形成し；そして
   該導電性集成体を該第1導電性層に付着させる
   ことを含む請求項1に記載の方法。
5. 該導電性集成体が、第2導電性層及び1つ又は2つ以上のスペーサが上に形成されている第2の基板をさらに含む請求項4に記載の方法。
6. 該タッチスクリーン装置を形成することが、該第2導電性層上に基板を形成することをさらに含む請求項1に記載の方法。
7. 該可撓性ディスプレイと第1導電性層との間に絶縁層を形成することをさらに含む請求項1に記載の方法。
8. 該タッチスクリーン装置を形成することが、該第1導電性層上に異なる導電率の1つ又は2つ以上の領域を形成することをさらに含む請求項1に記載の方法。
9. 該第1導電性層、該第2導電性層、又はその両方を、印刷、塗布、蒸着、マスキング、流延、成形、ラミネート、又はこれらの組み合わせのうちの1つ又は2つ以上によって形成することができる請求項1に記載の方法。
10. 該1つ又は2つ以上のスペーサが、1つもしくは2つ以上のドット、格子、1つもしくは2つ以上のバー、又はこれらの組み合わせを含む請求項1に記載の方法。
11. 該電気的に更新可能なタッチスクリーン装置が、単一のシート又はロール上の複数の装置として形成される請求項1に記載の方法。
12. 該可撓性ディスプレイが2つ又は3つ以上のディスプレイを含む請求項1に記載の方法。
13. 該ディスプレイの1つ又は2つ以上の部分が、該第1の導電性層、1つ又は2つ以上のスペーサ、及び該第2導電性層によって覆われる請求項1に記載の方法。
14. 該ディスプレイ材料が、液晶、有機発光ダイオード、電気泳動材料、磁性材料、エレクトロルミネッセンス材料、エレクトロウェッティング材料、エレクトロクロミック材料、又はこれらの組み合わせを含む請求項1に記載の方法。
15. 可撓性ディスプレイを獲得することが：
    基板を形成し；
    該基板にディスプレイ導電性層を適用し；そして
    該ディスプレイ導電性層に画像形成材料を適用する
    ことを含む請求項1に記載の方法。

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