JP2009530749A

JP2009530749A - 電圧の逆転による導電性ポリマーの寿命の増大

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Publication number: JP2009530749A
Application number: JP2009501594A
Authority: JP
Inventors: マシュースパス，トッド
Original assignee: イーストマンコダックカンパニー
Priority date: 2006-03-22
Filing date: 2007-03-22
Publication date: 2009-08-27
Anticipated expiration: 2027-03-22
Also published as: JP5069284B2; US20070222763A1; US8477102B2; WO2007109369A1; EP1996997A1

Abstract

本発明は、導電性ポリマーを用意し、直流電流を前記ポリマーに通し、そして有機ポリマー導体内の電圧勾配を逆転させることを含んで成るデバイス内の導電性ポリマーの寿命を長くする方法に関する。

Description

本発明は電気的又は電子的なデバイスにおいて使用される導電性ポリマーの寿命を長くすることに関する。本発明は、導体内の電圧勾配の方向が操作される駆動素子及び制御条件に関与する。

ディスプレイ、タッチスクリーン、ヒーター、バスバー、光源のような電気的なデバイスは、透明電極として酸化インジウム錫（ＩＴＯ）層を備えた基板を有することができる。ＩＴＯの塗布は、最大２５０℃の高い基板温度条件を伴う真空スパッタリング法によって行われ、従ってガラス基板が一般に使用される。無機ＩＴＯ層並びにガラス基板の脆弱性に起因する、このような電極の高い製作方法コスト、及び低い可撓性は、潜在的な用途の範囲を制限してしまう。結果として、可撓性基板としてプラスチック樹脂を、そして電極としてカーボンナノチューブ又は有機導電性ポリマー層を含む、有機だけから成るデバイスを形成することに関心が高まりつつある。このようなプラスチック電子装置は、新しい特性を有する低コストのデバイスを可能にする。可撓性のプラスチック基板には、（スパッタリングのようなバッチ法と比較して）連続的なホッパー又はローラ塗布法によって、導電性ポリマー層を設けることができ、そしてその結果得られる有機電極は、可撓性がより高く、コストがより低く、しかもより軽量であるような電子デバイスの「ロール間」製作を可能にする。

タッチスクリーン（タッチパネル又はタッチスイッチとも呼ばれる）は、コンベンショナルなＣＲＴにおいて、そしてコンピュータ内のフラットパネル・ディスプレイ・デバイスにおいて、また具体的にはポータブル・コンピュータとともに幅広く使用される。図１は、タッチスクリーンの、デバイスに近い方の側に位置する第１電極１２０（以下、デバイス側電極と呼ぶ）と、タッチスクリーンの、使用者に近い方の側に位置する第２電極１１０（以下、タッチ側電極と呼ぶ）とを含む典型的な従来技術の抵抗型タッチスクリーン１００を示している。デバイス側電極１２０は、第１の導電性層を有する透明基板を含む。タッチ側電極１１０は、典型的には可撓性透明支持体である透明支持体と、誘電（絶縁）スペーサ要素３０によって第１の導電性層から物理的に分離された第２の導電性層とを含む。透明基板と支持体とをその周囲で接着剤４０によって結合することにより、集成体を形成することができる。導電性層は、電力使用量及び位置検知精度を最適化するように選択されたシート抵抗を有する。制御装置（図示せず）によって各導電性層間に電圧が発生させられる。外部の物体、例えば指やスタイラスによってタッチ側電極１１０を変形させると、第２の導電性層は、第１の導電性層と電気的に接触させられ、これにより導電性層間で電圧が移動される。この電圧の規模は、変形を生じさせている物体の位置を検出するために、導電性層の縁部に形成された導電性パターン１４５，１４６，２５５，２５６、及び金属バスバー１４１，１４２，２５１，２５２を介して接続されたコネクタ１４３，１４４，２５３，２５４を通して制御装置によって測定される。

図２は、４線式抵抗タッチスクリーン形態を示し、ここではタッチ側１１０及びデバイス側１２０の層を判りやすさのためにずらしている。タッチ側層は、鉛直方向に配列されたバスバー１４１及び１４２を有しており、これらのバスバーは、左側のバスバー１４２を接地し、そして右側のバスバー１４１を供給電圧（Ｖ＋）に上昇させることによって、左から右に向かって電位が増大する、水平方向における電圧勾配を発生させるために使用することができる。電圧勾配を選択的に課し、又はＦＥＴのゲート・レベルによって決定して、バスバー電位が浮遊するのを可能にするために、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）として示されるスイッチング・デバイス３０１が設けられる。他のスイッチング・デバイスは、バイポーラ・トランジスタ、集積回路マルチプレクサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、リレー接点、及び電子回路設計の当業者に知られているその他のデバイスを、同等の機能を達成するように使用することができる。

スイッチング・デバイス３０２とともにデバイス側層１２０上に水平方向のバスバー２５１及び２５２を同様に配列することは、それぞれのスイッチ・デバイスを介してトップ電極が接地され、そして下側のバスが（Ｖ＋）電位に上昇させられると、上側から下側へ電位が増大する鉛直方向電圧勾配が、その層内に形成されるのを可能にする。

直流電源、スイッチング・デバイス、電圧測定サブシステム（図示せず）、及び通信サブシステム（図示せず）は、組み合わせられた状態で、タッチスクリーンのための「制御装置」を形成する。タッチスクリーン制御装置は、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、アナログ・マルチプレクサ（ＭＵＸ）、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、又は種々のサブシステムを制御し、そしてタッチ位置測定プロセスを調整するためのその他のデジタル論理を内蔵してもよい。

２次元タッチ位置の水平方向成分は、スイッチング・デバイスを導電状態にするために論理レベルを端子「Ａ」に印加することにより決定され、こうして、タッチ側電極における水平方向の電圧勾配を課す。端子「Ｂ」上の論理レベルは、これらのスイッチをオフ状態にし、デバイス側電極がタッチ側電極と接触する点でデバイス側電極の電圧がローカル電圧に引っ張られるのを可能にする。デバイス側層の電位は、いずれの水平方向バスバーでも測定することができる（図示の端子Ｓｈ２５４）。

タッチ位置の鉛直方向成分は、スイッチ「Ａ」をオフ状態に、そしてスイッチ「Ｂ」をオン状態にするために論理レベルを印加することによって決定され、デバイス側導体における鉛直方向電圧勾配を形成する。タッチ側電極における電圧は、次いで、デバイス側電極との接触点でローカル電位に引っ張られ、そしていずれの鉛直方向バスバーでも検知することができる（図示の端子Ｓｖ１４４）。

４線式タッチスクリーン測定は、各バスバーと電圧測定サブシステムとの間に独立した検知トレース（図示せず）を提供することにより改善することができる。この８線式形態は、電圧測定サブシステムの高いインピーダンス、ひいては追加の検知トレースにおける低い電流を利用することにより、前述の形態の４線式リード線の電圧降下と関連する誤差を低減する。

図３は、別の５線式タッチスクリーンのアーキテクチャであって、方形のデバイス側導体１２０が、４つのコーナーのそれぞれで組み合わされた駆動・検知末端を備えているものを示している。１つのコーナー２５１（上側左に示す）は、正の電源に接続されているのに対して、対角線方向に対向するコーナーは接地されている。残りのコーナーは、スイッチング・デバイスを介して、タッチスクリーン制御装置によって生成される論理レベルに従って、Ｖ＋又は地面に接続される。

２次元のタッチ位置の水平方向成分は、スイッチング・デバイス３０１を導電状態にするために論理レベルを端子「Ａ」に印加することにより決定され、こうして、タッチ側電極１２０における水平方向の電圧勾配を課す。端子「Ｂ」上の論理レベルは、これらのスイッチ３０２をオフ状態にする。

タッチ側導体平面１１０は、５線式形態の第５の端子を形成し、そして端子「Ｓ」を介してタッチしたときの接触点でデバイス側導体のローカル電圧を検知するために使用される。

タッチ位置の鉛直方向成分は、スイッチ「Ａ」をオフ状態に、そしてスイッチ「Ｂ」をオン状態にするために論理レベルを印加することによって決定され、デバイス側導体における鉛直方向電圧勾配を形成する。タッチ側電極における電圧は、次いで、デバイス側電極との接触点でローカル電位に引っ張られ、そして端子「Ｓ」で検知することができる。

５線式形態は、駆動電圧が選択的にスイッチされるコーナーでデバイス側導体に、別個の検知接続部（図示せず）を加えることにより、増強することができる。この７線式形態において、追加のトレースは、実際のデバイス側電圧を検知し、こうしてスイッチング・デバイス、又は通電接続トレースを横切る電圧降下と関連する誤差を低減するために使用することができる。

記載のタッチスクリーン形態のいずれにおいても、タッチ側及びデバイス側の導体の役割及び末端は、タッチスクリーンの機能又は動作原理に影響を及ぼすことなしに、所望の通り互いに入れ換えることができる。さらに、水平、鉛直、左、右の指定は任意であり、また例示の目的で用いられる。各検知モードにおける電圧勾配の方向は、取り付けられたデバイスの好ましい方向に適するように、設計者によって選択される。しかし、従来技術の場合、各検知モードに対して単一の方向で、選択された平面状導体内部に電圧勾配を課すことだけが必要且つ可能である。

Welsh他は米国特許第６，４６９，２６７号明細書において、１ｋΩ検知抵抗器、９ｋΩドロッピング抵抗器、本質的に導電性のポリマーのタッチ側導体から成る直列回路を横切る、低減されたＤＣ電圧電位を、繰り返しタッチ側導体を変形させることにより形成される間欠的なコンタクト・パッチを介して、ＩＴＯから成るデバイス側導体に印加することを示している。制限されたＤＣ電圧を使用する結果、検知抵抗器を通る直列電流の５０％低減によって決定して、接触抵抗が故障レベルに達する前のメーク及びブレークのサイクル数が増大した。この開示内容は、タッチ検出事象に適用可能であり、ここでは、導体インターフェイスを横切る電流が感知可能であり、またオームの法則によって予測されるように抵抗の増大又は電圧の減少によってこの電流を制限することができる。

米国特許第６，４６９，２６７号明細書はさらに、故障前にスイッチ様デバイスの作動回数を増大させる手段として、６０Ｈｚ正弦波交流（ＡＣ）ドライブの印加を示している。

こうして、有機導体層による従来技術の制御方法を用いることから生じる劣化を軽減する改善された制御装置アーキテクチャを提供することが新たに必要である。改善された制御装置は、駆動電圧範囲全体にわたって等しく良好に動作するべきであり、また、連続時間変動性の正弦波電圧レベルには依存するべきではない。抵抗タッチスクリーン用途の場合、改善された制御装置は、既存の無機タッチスクリーンとの後方互換性を有することが有利である。

電子デバイスにおいて、特に従来技術で使用されているような単極駆動電圧によって不都合な影響を及ぼされる有機導電性層、例えばポリチオフェン及びポリアニリンから成る電子デバイスにおいて採用される導体の動作寿命を改善することが必要である。導電性ポリマーを含む導電性層の場合、熱、湿分、又は反応性薬剤への曝露によって加速される化学反応の結果としての、これらの単極駆動電圧は、導電率の低減を加速する電気化学プロセスをもたらし得る。

本発明は、導電性ポリマーを用意し、直流電流を前記ポリマーに通し、そして有機ポリマー導体内の電圧勾配を逆転させることを含んで成るデバイス内の導電性ポリマーの寿命を長くする方法を提供する。

本発明の目的は、導電性ポリマーを含む導電性塗膜の電気的特性、特にシート抵抗を安定化することである。

本発明の別の目的は、導電性ポリマーを含む抵抗タッチスクリーンの分解能及び精度を維持することである。

本発明の別の目的は、導電性ポリマーを含む抵抗ヒーターの負荷抵抗及び電力損レベル及び空間的均一性を維持することである。

本発明の別の目的は、導電性ポリマーを含むバスバー及び相互接続部の設計抵抗値を維持することである。

本発明の別の目的は、導電性ポリマーを含む照明システムの連続素子又はセグメント素子の導電特性を安定化することである。

本発明の更なる目的は、導電性ポリマーを含む電子ディスプレイにおける素子、例えば行・列電極及び相互接続部の寿命を長くすることである。

本発明のこれらの及びその他の目的は、導電性ポリマーを用意し、直流電流を前記ポリマーに通し、そして有機ポリマー導体内の電圧勾配を逆転させることを含んで成るデバイスによって達成される。

本発明は、電子デバイス内に採用される導体、特に有機導電性層、例えばポリチオフェンから成る導体の改善された動作寿命を提供する。本発明を用いると、用いない場合に持続する直流電流下で発生する電気化学プロセスから生じる導電率低下が軽減される。ＩＴＯ導体に匹敵する高分子導体の寿命が達成される。

本発明は、所定の用途範囲内で使用される有機導体の寿命が長くなること、そして抵抗が安定化されることを含む数多くの利点を有する。本発明は、正弦波交流電源に依存せず、ひいては、ＤＣ電力が容易に入手可能なバッテリー電源用途又は自動車用途において有利である。本発明はまた、交流電源によって引き起こされる電磁妨害（ＥＭＩ）によって生じる問題を回避する。タッチスクリーン用途の場合、本発明は、より大きい電圧電位が、より大きいタッチ分解能、及び高められた信号対雑音比のために、印加されるのを可能にする。本発明は、連続的に変化するＡＣ信号レベルの正確にタイミング制御されたサンプリングを必要とせず、また、タッチスクリーン制御のタッチ事象検出段階及び位置測定段階の改良をもたらす。本発明の別の目的は、導電性ポリマーを含む抵抗ヒーターの負荷抵抗及び電力損レベル及び空間的均一性を維持することである。本発明の別の目的は、導電性ポリマーを含むバスバー及び相互接続部の設計抵抗値を維持することである。本発明の別の目的は、導電性ポリマーを含む照明システムの連続素子又はセグメント素子の導電特性を安定化することである。本発明の更なる目的は、導電性ポリマーを含む電子ディスプレイにおける素子、例えば行・列電極及び相互接続部の寿命を長くすることである。本発明のこれらの、及びその他の目的は、導電性ポリマーを用意し、直流電流を前記ポリマーに通し、そして有機ポリマー導体内の電圧勾配を逆転させることを含むデバイスによって達成される。これらの、及びその他の利点は、下記説明から明らかになる。

記載のタッチスクリーン形態のいずれにおいても、タッチ側及びデバイス側の導体の役割及び端子は、タッチスクリーンの機能又は動作原理に影響を及ぼすことなしに、所望の通り互いに入れ換えることができる。さらに、水平、鉛直、左、右の指定は任意であり、また例示の目的で用いられる。各検知モードにおける電圧勾配の方向は、取り付けられたデバイスの好ましい方向に適するように、設計者によって選択される。

導電性層は、周知の電子伝導性ポリマーのいずれか、例えば置換型又は無置換型ピロール含有ポリマー（米国特許第５，６６５，４９８号明細書及び同第５，６７４，６５４号明細書に記載）、置換型又は無置換型チオフェン含有ポリマー（米国特許第５，３００，５７５号、同第５，３１２，６８１号、同第５，３５４，６１３号、同第５，３７０，９８１号、同第５，３７２，９２４号、同第５，３９１，４７２号、同第５，４０３，４６７号、同第５，４４３，９４４号、同第５，５７５，８９８号、同第４，９８７，０４２号、及び同第４，７３１，４０８号の各明細書に記載）、並びに置換型又は無置換型アニリン含有ポリマー（米国特許第５，７１６，５５０号、同第５，０９３，４３９号、及び同第４，０７０，１８９号の各明細書に記載）を含むことができる。しかしながら特に好適なのは、電子伝導性ポリマーのカチオン形態とポリアニオンとを含むものである。それというのも、このような組み合わせは水性媒体中で調製することができ、従って環境上望ましいからである。このようなポリマーの例は、ピロール含有ポリマーに関しては米国特許第５，６６５，４９８号明細書及び同第５，６７４，６５４号明細書に、また、チオフェン含有ポリマーに関しては米国特許第５，３００，５７５号明細書に開示されている。これらのうち、チオフェン含有ポリマーは、これらの光及び熱安定性、分散安定性、並びに貯蔵及び取り扱いのしやすさの理由から、最も好ましい。ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）は、これが良好な熱安定性及び良好な摩耗特性を有しているので、特に好ましい材料である。

上記ポリチオフェン系ポリマーの調製については、「Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) and its derivatives: past, present and future」と題される刊行物（L.B. Groenendaal, F. Jonas, D. Freitag, H. Pielartzik及びJ.R. Reynolds著、Advanced Material, (2000), 12、No.7、第481-494頁）、及びこの刊行物中の参考文献に、詳細が論じられている。

１つの従来の態様の場合、電子伝導性ポリマーを含有する層は、
ａ）式Ｉ：

（上記式中、Ｒ１及びＲ２のそれぞれは独立して水素又はＣ１−４アルキル基を表すか、又は結合することにより、任意には置換型のＣ１−４アルキレン基又はシクロアルキレン基、好ましくはエチレン基、任意にはアルキル置換型のメチレン基、任意にはＣ１−１２アルキル又はフェニル置換型の１，２−エチレン基、１，３−プロピレン基、又は１，２−シクロへキシレン基を表し；そしてｎは３〜１０００である）に基づく、カチオン性形態のポリチオフェンと、
ｂ）ポリアニオン化合物と
を含む混合物を適用することにより調製される。

電子伝導性ポリマーとポリアニオンとの組み合わせは、有機溶剤又は水又はこれらの混合物中に可溶性又は分散性であることが好ましい。環境上の理由から、水性系が好ましい。これらの電子伝導性ポリマーとともに使用されるポリアニオンは、高分子カルボン酸、例えばポリアクリル酸、ポリ（メタクリル酸）及びポリ（マレイン酸）、及び高分子スルホン酸、例えばポリスチレンスルホン酸及びポリビニルスルホン酸のアニオンを含み、その安定性、及び広範囲の利用可能性の理由から、高分子スルホン酸が本発明における使用にとって好ましい。これらのポリカルボン酸及びポリスルホン酸は、他の重合性モノマー、例えばアクリル酸及びスチレンのエステルと共重合されたビニルカルボン酸及びビニルスルホン酸から形成されたコポリマーであってもよい。ポリアニオンを提供する多酸の分子量は好ましくは１，０００〜２，０００，０００であり、より好ましくは２，０００〜５００，０００である。多酸又はこれらのアルカリ塩は、例えばポリスチレンスルホン酸及びポリアクリル酸として一般に入手可能であり、或いは、周知の方法によって製造することもできる。電子伝導性ポリマー及びポリアニオンの形成に必要な遊離酸の代わりに、多酸及び適量の一酸のアルカリ塩混合物を使用することもできる。ポリチオフェンとポリアニオンとの重量比は、1：９９と９９：１との間で広範囲に変化することができるが、最適な特性、例えば高い導電率及び分散安定性及び塗布性は、８５：１５〜１５：８５、そしてより好ましくは５０：５０〜１５：８５で得られる。最も好ましい電子伝導性ポリマーは、カチオン形態のポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）とポリスチレンスルホン酸とを含むポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェンスチレンスルホネート）を含む。

導電性層の増強された導電率のような望ましい結果は、導電率増強剤（ＣＥＡ）を内蔵することにより達成することができる。好ましいＣＥＡは、ジヒドロキシ、ポリ−ヒドロキシ、カルボキシル、アミド、又はラクタム基を含有する有機化合物、例えば
（１）下記式ＩＩによって表される化合物：
（ＯＨ）_n−Ｒ−（ＣＯＸ）_m
ＩＩ
(上記式中ｍ及びｎは独立して整数１〜２０であり、Ｒは、炭素原子数２〜２０のアルキレン基、当該アリーレン鎖内炭素原子数６〜１４のアリーレン基、ピラン基、又はフラン基であり、そしてＸは−ＯＨ又は−ＮＹＺであり、Ｙ及びＺは独立して水素又はアルキル基である）；又は
(２）糖、糖誘導体、ポリアルキレングリコール、又はグリセロール化合物；又は
(３）Ｎ−メチルピロリドン、ピロリドン、カプロラクタム、Ｎ−メチルカプロラクタム、ジメチルスルホキシド、又はＮ−オクチルピロリドンから成る群から選択された化合物；又は
(４）上記のものの組合わせ
である。

特に好ましいＣＥＡは：糖、及び糖誘導体、例えばスクロース、グルコース、フルクトース、ラクトース；糖アルコール、例えばソルビトール、マンニトール；フラン誘導体、例えば２−フランカルボン酸、３−フランカルボン酸；アルコール、例えばエチレングリコール、グリセロール、ジ-又はトリエチレングリコールである。最も好ましいＣＥＡは、最大導電率増強を提供することから、エチレングリコール、グリセロール、ジ-又はトリエチレングリコールである。

ＣＥＡは、任意の好適な方法によって内蔵することができる。好ましくは、ＣＥＡは、電子伝導性ポリマーとポリアニオンとを含む塗布用組成物に添加される。或いは、塗布された乾燥された導電性層を、任意の好適な方法、例えば塗布後洗浄によってＣＥＡに対して暴露することもできる。

塗布用組成物中のＣＥＡの濃度は、使用される特定の有機化合物及び所要導電率に応じて広く変化することができる。しかし、本発明の実施において効果的に採用することができる好都合な濃度は、０．５〜２５重量％；より好都合には０．５〜１０重量％；そしてより望ましくは、効果的な電荷の増強のために０．５〜５重量％である。

導電性層は、当業者に知られているいかなる方法によっても形成することができる。特に好ましい方法は、任意のよく知られている塗布方法、例えばエアナイフ塗布、グラビア塗布、ホッパー塗布、カーテン塗布、ローラ塗布、噴霧塗布、電気化学塗布、インクジェット印刷、フレキソグラフィ印刷、及びスタンピングなどによって、好適な塗布用組成物から塗布することを含む。

皮膜形成高分子バインダーの添加なしに導電性層を適用することはできるが、層の物理特性を改善するために皮膜形成バインダーを採用することもできる。このような態様の場合、層は、１〜９５％の皮膜形成高分子バインダーを含んでよい。しかし、皮膜形成バインダーの存在は、層の表面電気抵抗率全体を高めることができる。皮膜形成ポリマー・バインダーの最適な重量パーセントは、電子伝導性ポリマーの電気特性、高分子バインダーの化学組成、及び特定の回路用途のための要件に応じて変化する。

本発明の導電性層内で有用な高分子皮膜形成バインダーの一例としては、水溶性又は水分散性の親水性ポリマー、例えばゼラチン、ゼラチン誘導体、マレイン酸、無水マレイン酸コポリマー、ポリスチレンスルホネート、セルロース誘導体（例えばカルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、酢酸酪酸セルロース、ジアセチルセルロース、及びトリアセチルセルロース）、ポリエチレンオキシド、ポリビニルアルコール、及びポリ−Ｎ−ビニルピロリドンが挙げられる。他の好適なバインダーは、エチレン系不飽和型モノマー、例えばアクリル酸を含むアクリレート、メタクリル酸を含むメタクリレート、アクリルアミド及びメタクリルアミド、イタコン酸及びその半エステル及びジエステル、置換型スチレンを含むスチレン、アクリロニトリル及びメタクリロニトリル、ビニルアセテート、ビニルエーテル、ハロゲン化ビニル及びビニリデン、及びオレフィン、並びにポリウレタン及びポリエステルイオノマーの水性分散体から調製された付加型ホモポリマー及びコポリマーの水性エマルジョンを含む。

導電性層内に含むことができるその他の成分の一例としては、界面活性剤、消泡剤又は塗布助剤、電荷制御剤、増粘剤又は粘度改質剤、粘着防止剤、融合助剤、架橋剤又は硬化剤、可溶性及び／又は固形粒子色素、艶消しビード、無機又は高分子粒子、付着促進剤、喰付き溶剤、又は化学エッチング剤、潤滑剤、可塑剤、酸化防止剤、着色剤又は色味付け剤、及び当業者によく知られたその他の添加物が挙げられる。好ましい喰付き溶剤は、少なくとも１つのヒドロキシ基又はヒドロキシ置換型置換基で置換された芳香環を含む「導電率増大用」芳香族化合物として米国特許第５，７０９，９８４号明細書に開示された揮発性芳香族化合物のいずれかを含むことができる。これらの化合物は、フェノール、４−クロロ−３−メチルフェノール、４−クロロフェノール、２−シアノフェノール、２，６−ジクロロフェノール、２−エチルフェノール、レゾルシノール、ベンジルアルコール、３−フェニル−１−プロパノール、４−メトキシフェノール、１，２−カテコール、２，４−ジヒドロキシトルエン、４−クロロ−２−メチルフェノール、２，４−ジニトロフェノール、４−クロロレゾルシノール、１−ナフトール、及び１，３−ナフタレンジオールなどを含む。これらの喰付き溶剤は、本発明のポリエステル系ポリマーシートに特に適している。この群のうち、最も好ましいのは、レゾルシノール、及び４−クロロ−３−メチルフェノールである。これらの塗膜に適した好ましい界面活性剤は、非イオン性及びアニオン性界面活性剤である。これらの塗膜に適した好ましい架橋剤は、シラン化合物、より好ましくはエポキシシランを含む。好適なシラン化合物は、米国特許第５，３７０，９８１号明細書に開示されている。

導電性層は、電子伝導性ポリマーの乾燥塗膜重量１〜１０００ｍｇ／ｍ²を含有するべきである。好ましくは、導電性層は、電子伝導性ポリマーの乾燥塗膜重量５〜５００ｍｇ／ｍ²を含有するべきである。適用される導電性ポリマーの実際の乾燥塗膜重量は、採用される特定の導電性ポリマーの特性、及び特定の用途の要件によって決定される。これらの要件は導電率、透明度、光学濃度、及び層のコストを含む。

低減された電圧は、タッチスクリーン位置測定プロセスにとって有利ではない。このプロセスにおいて、導体平面間の電流は、電圧検知回路の入力インピーダンスが高いため、既に無視できるほど小さい。低減された駆動電圧は、位置測定の分解能にとって不都合である。なぜならば、非検知導体平面内部に形成することができる勾配が小さくなり、そしてこれに付随して、周囲雑音に対する信号が減少するからである。

ＡＣ駆動装置の使用は、携帯用バッテリー電源型デバイスにとっては、正弦波ＡＣをオンボードで発生させる必要があるので、問題をはらむ。ＡＣの使用は、放射騒音の放出及び放射騒音に対する脆弱性に関連する追加の問題をもたらす。またタッチ位置信号は、連続的に変化することになり、そして実際のタッチ位置を回復するためには正確なサンプリング、復調、整流、又はその他の処理を必要とする。サンプリング時間の制御は、短時間のランダム・タイミング制御されるタッチ事象に関しては実用的でない。

デバイスの平面状導体内で生成された電圧勾配方向を選択的に逆転する、ＤＣ電圧源、平面状導体、多重化素子、及びタイミング制御型スイッチング・パターンから成る駆動アーキテクチャを用いることによって、導体内の正味電荷移動はゼロに近い。

図４は、ランプとして概略的に示されてはいるが、しかし例えば抵抗ヒーター素子、又は直列又は分巻ユニバーサル・モーターを含むいかなる他の極性不感受性負荷であってもよい電気負荷３０６が、導電性ポリマー・バスバー３０５の端部に配置されている、本発明の実施形を示している。バスバーを通る電力の方向が、スイッチ素子Ａ３０３又はＣ３０４を（しかし両方同時にではなく）有効化することにより逆転されるのを可能にするように、Ｈ−ブリッジ・スイッチング形態が提供されている。この実施形はまた、ポリマー導体３０５が透明導電性ヒーター内におけるような主要負荷デバイスである用途に適している。

図５は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）として示される極性感受性負荷デバイス３０９における方向を維持しつつ、有機導体３０５においてＤＣ電圧源３０７からの電流方向の選択的な逆転を可能にするために、機械的スイッチ、半導体、又は当業者に知られているその他のスイッチ素子を使用して実施することができる一対の双極双投（ＤＰＤＴ）スイッチング素子３０８を使用する、本発明の実施形を示している。

抵抗タッチスクリーン用途に適用されるものとして、本発明は、タッチスクリーンの平面状導体内の電圧勾配方向を、各（水平方向又は鉛直方向）検知モードに対応する主要方向において課すことができるタッチスクリーン駆動メカニズムを提供する。このような増強された制御装置能力は、バスバー電圧電位に関して同等の機能性を有するＨ−ブリッジ又はスイッチ形態を実現するために追加のスイッチング・デバイスを内蔵することにより達成される。この場合、タッチスクリーンの、４線式形態もしくは派生形態の各端部のバスバー、又は５線式形態及び派生形態の場合にはコーナーにおけるバスバーは、単極直流電源装置の電源又は接地接続部に選択的にカップリングすることができる。こうして、水平方向又は鉛直方向のいかなる選択検知モードにおいても、課せられた電源勾配は、制御装置論理を介して決定して、双方向であることが可能である。

図６は、４線式タッチスクリーンに適用されるものとして、またこれから派生された８線式変更形（図示せず）にも適用可能な本発明のスイッチング形態の実施形を示している。図２と比較して、Ｈ−ブリッジは、スイッチング・デバイス３１１及び３１２及び論理信号Ｃ及びＤを付加することにより完成されている。

第１の事象における２次元タッチ位置の水平方向成分は、スイッチング・デバイスを導電状態にするために論理レベルを端子「Ａ」に印加する一方、端子Ｂ，Ｃ及びＤではデバイスを非アクティブ化することにより決定され、こうして、タッチ側電極において、左から右に向かって増大する水平方向の電圧勾配を課す。デバイス側電極の電圧は、デバイス側電極がタッチ側電極と接触する点でローカル電圧に引っ張られる。デバイス側層の電位は、いずれの水平方向バスバーでも測定することができる（図示の端子Ｓｈ２５４）。

タッチ位置の鉛直方向成分は、スイッチ「Ｂ」をオン状態に、そしてスイッチ「Ａ，Ｃ及びＤ」をオフ状態にするために論理レベルを印加することによって先ず決定され、デバイス側導体において下側から上側へ向かって増大する鉛直方向電圧勾配を形成する。タッチ側電極における電圧は、次いで、デバイス側電極との接触点でローカル電位に引っ張られ、そしていずれの鉛直方向バスバーでも検知することができる（図示の端子Ｓｖ１４４）。

２次元タッチ位置の水平方向成分は、後続の事象において、スイッチング・デバイスを導電状態にするために論理レベルを端子「Ｃ」に印加する一方、端子Ａ，Ｂ及びＤではデバイスを非アクティブ化することにより決定される、こうして、タッチ側電極において、左から右に向かって減少する水平方向の電圧勾配を課す。デバイス側電極の電圧は、デバイス側電極がタッチ側電極と接触する点でローカル電圧に引っ張られる。デバイス側層の電位は、いずれの水平方向バスバーでも測定することができる（図示の端子Ｓｈ）。

タッチ位置の鉛直方向成分は、後続の事象において、スイッチ「Ｄ」をオン状態に、そしてスイッチ「Ａ，Ｂ及びＣ」をオフ状態にするために論理レベルを印加することによって決定され、デバイス側導体において下側から上側へ向かって減少する鉛直方向電圧勾配を形成する。タッチ側電極における電圧は、次いで、デバイス側電極との接触点でローカル電位に引っ張られ、そしていずれの鉛直方向バスバーでも検知することができる（図示の端子Ｓｖ）。

本発明例２−５線式タッチスクリーン制御装置のためのスイッチ実施形
図７は、５線式タッチスクリーンに適用されるものとして、またこれから派生された７線又は９線式変更形（図示せず）にも適用可能な本発明のスイッチング形態の実施形を示している。図３と比較して、デバイス側電極の各コーナーは、スイッチング・デバイス３１３及び論理信号Ｃ及びＤを付加することにより正の電源又は地面への独立して選択的な経路を備えており、文字の表示は、４位置検出モード、及び前例の説明と同様の、関連する電圧勾配方向を示す。各スイッチング・デバイスは、検出モードのうちの２モードにおいて導電性、又はＯＮであり、ひいては制御信号は、制御ゲートに印加されるＯＲ論理を用いて示される。

論理信号Ａが専らアクティブのときには、左から右に向かって減少する水平方向電圧勾配が課せられる。論理信号Ｂが専らアクティブのときには、鉛直方向勾配は、上から下に向かって減少する。論理信号Ｃが専らアクティブのときには、左から右に向かって増大する水平方向電圧勾配が課せられる。論理信号Ｄが専らアクティブのときには、鉛直方向勾配は、上から下に向かって増大する。

タッチ位置電圧は、タッチ側導体端子Ｓ１４４で、全てのモードにおいて検知される。

５線式形態は、対角線方向に対向する２つのコーナー、又はより好ましくは、駆動電圧が選択的にスイッチされる４つの全てのコーナーで、デバイス側導体に別個の検知接続部（図示せず）を加えることにより、増強することができる。この７線又は９線式形態において、追加のトレースは、実際のデバイス側電圧を検知し、こうしてスイッチング・デバイス、又は通電接続トレースを横切る電圧降下と関連する誤差を低減するために使用することができる。

スイッチング・デバイスにインターフェイス接続された論理制御信号を印加することによって、導体平面内のいずれの方向における電流フローの総時間も、タッチスクリーンの寿命全体にわたってほぼ等しくすることができる。導体層内の正味電流フロー（経時的な符号付き電流フローの積分）は、正味フローが好ましくはほぼゼロになるように、電流方向を選択することにより制御される。

勾配方向変化時間は、これが導体層の抵抗の著しい変化を回避するのに十分に短いことを条件として、好ましくは数秒から数時間のオーダーにある。

勾配逆転時間は、他の測定事象毎に、その事象が、その軸に沿って前の決定に対して反対の方向に課せられた勾配を用いて行われるように、より好ましくは単一位置決定を行うのに必要とされる時間と一致させられる。最も好ましくは、タッチ事象検出に続く位置決定を行うために必要な場合にだけ、電圧勾配が課せられる。

決定時点における電圧勾配の方向に関係なく相関位置座標を提供するために、当業者に知られているタッチ位置較正及び線形化技術が用いられる。このような技術は、急速連続測定において決定された位置を比較することにより、本発明において拡張される。この場合、電圧勾配は対向方向にあるが、しかしタッチしている物体は本質的に定置である。補正されたタッチ位置を見いだすためには、位置の相対的差異の分析が用いられる。さらに、相対ドリフトは、各バスバーにおける相対的な電荷注入バリア発生を示す。バリア発生を修正及び／又は逆転し、そしてタッチスクリーン寿命を最適化するために、電圧勾配印加のデューティサイクルを５０％公称値から変えることができる。

制御装置は、位置決定を行うことなしに、またタッチスクリーンが湾曲状態又は作動状態にあることなしに、タイミング制御されたインターバルで選択方向に電圧勾配を課すことができる。このような時間は、電荷注入バリア補償、熱エネルギー源を提供するための自己加熱、タッチスクリーン又はＬＣＤの予熱又は温度制御のために用いることができる。

下記非限定的な例はさらに、本発明の実施を説明する。

比較例１−５ＶＤＣの直流源によって駆動されるＩＴＯ導体
大型導電性ウェブからカットされた８ｍｍ幅×３８ｍｍ長の試料を、図８に示されているように電極固定具内に装入することにより、導電性塗膜の直列抵抗を評価した。試料を、フェノール樹脂固定ベース４０３上に、導電側４０１を上にして置き、選択された材料から成る２つの畝付き電極４０４によってクランプした。これらの電極はそれぞれ、試料を横切って平行線コンタクトを提供する２つの半円筒形の下面を有した。導体試料のいずれかの側で小ねじによって、電極を固定ベースに向かって引っ張った（図示せず）。可撓性銅リード線によって、Keithley Model 2400 Source-Meter 405を２線式抵抗形態の電極に接続した。試料抵抗をモニタリングして記録しながら、電源電圧及び／又は電流が予め定義された試験プロトコルに従って修正されるのをコンピュータ・インターフェイス（図示せず）が可能にした。瞬間電流の絶対値を数値積分することにより、導体を通る総電荷移動を見いだした。

図９は、タッチスクリーン用途に共通して使用されているような、３００オーム／□のBekeart ＩＴＯの電荷移動の関数としてのコンダクタンスを示している。導体には、１６，８００分間にわたって、従来技術のタッチスクリーン制御装置によって課せられるように、一方向電圧勾配を形成する一定の５ボルト差を施す。観察されたコンダクタンスは、試験継続時間全体にわたって実質的に安定である。

比較例２−５ＶＤＣの直流源によって駆動されるＰＥＤＯＴ導体
図１０は、同様の初期シート抵抗を有し、そして同じ一方向電圧勾配下で試験されたＰＥＤＯＴ塗布基板のコンダクタンスを示す。コンダクタンスは、これらの駆動条件下で不所望に減少することが明らかである。

比較例３−１ＶＤＣの直流源によって駆動されるＰＥＤＯＴ導体
図１１は、一定の１ボルト差が印加された、図１０におけるのと同じ組成から成るＰＥＤＯＴ塗布基板の電荷移動の関数としてのコンダクタンスを示す。電流（すなわち：電荷移動の時間速度）がオームの法則に従って減少するものの、プロットされたデータの勾配によって示されているような劣化速度は、より高い電圧の事例とほぼ同じである。このように、導体寿命のいかなる改善も、より低い電流フローの結果にすぎない。崩壊と関連する電気化学的故障メカニズムが回避されているという証拠はない。

比較例４−５ＶＤＣの直流源によって駆動されるＰＥＤＯＴ／ＣＮＴ多層導体
図１２は、米国特許出願公開第２００６／０２７４０４９号明細書に教示されているように、カーボンナノチューブ上塗り層を有するチオフェン含有ポリマーから成る多層導電性構造の総電荷移動の関数としてのコンダクタンスを示す。導電性構造に、５ボルト差によって形成された一方向電圧勾配を施した。コンダクタンスは、これらの駆動条件下で望ましくなく減少することが明らかである。

比較例１〜４は、直流電流の繰り返し又は長時間の印加の結果、有機導体の導電率が低下することを示している。ポリマー導体が電力移動手段として使用されている回路には、望ましくない抵抗が加えられる。この劣化は、タッチスクリーン精度の損失、及び破滅的レベルに達することが許されるならばタッチ事象検出能力の最終的な損失をもたらす。

本発明例１−５ＶＤＣの可逆直流源によって駆動されるＰＥＤＯＴ導体
図１３は、比較例２と同じ組成から成るＰＥＤＯＴ塗布基板の総電荷移動の関数としてのコンダクタンスを示しており、ＰＥＤＯＴ塗布基板には、１秒当たり一回の割合で逆転される５ボルト差によって形成された双方向電圧勾配を施した。観察されたコンダクタンスは、同様の材料から成る比較例と比較すると実質的により安定であり、また、試験継続時間全体にわたってＩＴＯの性能に匹敵する。

本発明例２−１０ＶＤＣの可逆直流源によって駆動されるＰＥＤＯＴ導体
図１４は、比較例２と同じ組成から成るＰＥＤＯＴ塗布基板の総電荷移動の関数としてのコンダクタンスを示しており、ＰＥＤＯＴ塗布基板には、１秒当たり一回の割合で逆転される１０ボルト差によって形成された双方向電圧勾配を施した。観察されたコンダクタンス対電荷性能は、より低い電圧差下にある前の例における同じ材料から成る比較例に匹敵し、このように、デバイス寿命を長くするために、低減されたＲＭＳ駆動電圧を使用することの必要性をなくするときの、本発明の効果を示す。

本発明例３−５ＶＤＣの可逆直流源によって駆動されるＰＥＤＯＴ／ＣＮＴ多層導体
図１５は、米国特許出願公開第２００６／０２７４０４９号明細書に教示されているような多層導電性構造の総電荷移動の関数としてのコンダクタンスを示しており、多層導電性構造には、１秒当たり一回の割合で逆転される５ボルト差によって形成された双方向電圧勾配を施した。観察されたコンダクタンスは、同様の材料から成る比較例と比較すると実質的により安定であり、また、試験継続時間全体にわたってＩＴＯの性能に匹敵する。

図１は、電圧勾配が選択時点に生成される平面状導体層の使用を示す４線式タッチスクリーンの構造を示す分解図である。図２は、従来技術の駆動スイッチング素子を有する４線式抵抗タッチスクリーンを示す概略図である。図３は、従来技術の駆動スイッチング素子を有する５線式抵抗タッチスクリーンを示す概略図である。図４は、導電性ポリマー導体を介して駆動される負荷デバイスを有する本発明のＨ−ブリッジ実施形を示す。図５は、負荷デバイスにおける極性を維持しつつ有機導体における電流方向の逆転を可能にするために一対の双極双投スイッチ素子を使用する、本発明の実施形を示す。図６は、本発明を実施するための駆動スイッチング素子を有する４線抵抗タッチスクリーンを示す概略図である。図７は、本発明を実施するための駆動スイッチング素子を有する５線抵抗タッチスクリーンを示す概略図である。図８は、従来技術及び本発明の電圧駆動レベル下における透明導体のコンダクタンスを評価するために使用される試験紙システムを示す概略図である。図９は、比較例１の結果に基づいて、従来技術の５ＶＤＣによって駆動される単層Bekaert ＩＴＯ導体の総電荷移動の関数としてのコンダクタンス・プロフィールを示す図である。図１０は、比較例２の結果に基づいて、従来技術の５ＶＤＣによって駆動される単層ポリチオフェン導体の総電荷移動の関数としてのコンダクタンス・プロフィールを示す図である。

図１１は、比較例３の結果に基づいて、従来技術の１ＶＤＣによって駆動される単層ポリチオフェン導体の総電荷移動の関数としてのコンダクタンス・プロフィールを示す図である。図１２は、下記比較例４の結果に基づいて、従来技術の５ＶＤＣによって駆動される、ポリチオフェンとカーボンナノチューブとから成る多層有機導体の総電荷移動の関数としてのコンダクタンス・プロフィールを示す図である。図１３は、下記本発明例１の結果に基づいて、本発明による周期的な逆転を伴う５ＶＤＣによって駆動される単層ポリチオフェン導体の総電荷移動の関数としてのコンダクタンス・プロフィールを示す図である。図１４は、下記本発明例２の結果に基づいて、本発明による周期的な逆転を伴う１０ＶＤＣによって駆動される単層ポリチオフェン導体の総電荷移動の関数としてのコンダクタンス・プロフィールを示す図である。図１５は、下記本発明例３の結果に基づいて、本発明による周期的な逆転を伴う５ＶＤＣによって駆動される、ポリチオフェンとカーボンナノチューブとから成る多層有機導体の総電荷移動の関数としてのコンダクタンス・プロフィールを示す図である。

符号の説明

１００従来技術の抵抗型タッチスクリーン
１１０タッチ側電極
１２０デバイス側電極
３０誘電スペーサ
１４１タッチ側バスバー
１４２タッチ側バスバー
１４３タッチ側コネクタ電極
１４４タッチ側コネクタ電極
１４５タッチ側配線パターン
１４６タッチ側配線パターン
２５１デバイス側バスバー
２５２デバイス側バスバー
２５３デバイス側コネクタ電極
２５４デバイス側コネクタ電極
２５５デバイス側配線パターン
２５６デバイス側配線パターン
４０接着剤
３０１水平方向検知論理で駆動されるスイッチ素子
３０２鉛直方向検知論理で駆動されるスイッチ素子
３０３論理で駆動される順方向バイアス・スイッチ素子
３０４論理で駆動される逆方向バイアス・スイッチ素子
３０５相互接続バスバー
３０６非極性電気負荷
３０７直流電圧源
３０８論理で制御される双極双投スイッチ素子
３０９極性電気負荷
３１１水平方向検知論理で駆動されるスイッチ素子
３１２鉛直方向検知論理で駆動されるスイッチ素子
３１３水平方向及び鉛直方向組み合わせモード・スイッチング素子
４０１導電性層
４０２可撓性又は剛性基板
４０３絶縁固定ベース
４０４平行線コンタクト試験電極
４０５ Keithley Model 2400 Source-Meter

Claims

導電性ポリマーを用意し、直流電流を前記ポリマーに通し、そして有機ポリマー導体内の電圧勾配を逆転させることを含んで成るデバイス内の導電性ポリマーの寿命を長くする方法。
前記導電性ポリマーが、ポリエチレンジオキシチオフェンを含む請求項１に記載の方法。
前記導電性ポリマーが、チオフェン含有ポリマーを含む請求項１に記載の方法。
該電圧勾配の逆転が、各方向における時間が実質的に等しいように行われる請求項１に記載の方法。
該電圧勾配の逆転が、導電性ポリマー特性の劣化の前に行われる請求項１に記載の方法。
該電圧勾配の逆転が、該導電性ポリマーのそれぞれの使用後に行われる請求項１に記載の方法。
該電圧勾配の逆転が、Ｈ−ブリッジ形態又は伸長ブリッジ形態を用いることにより行われる請求項１に記載の方法。
前記デバイスが、タッチスクリーンを含む請求項１に記載の方法。
前記デバイスが、ヒーターを含む請求項１に記載の方法。
前記デバイスが、バスバーを含む請求項１に記載の方法。
前記デバイスが、ディスプレイのための列及び／又は行導体を含む請求項１に記載の方法。
前記デバイスが、セグメント照明又は連続照明を含む請求項１に記載の方法。
前記電圧勾配の逆転が、該導電性ポリマーの劣化を軽減するように制御される請求項１に記載の方法。
前記電圧勾配の逆転が、スプリットレール給電部によって行われる請求項１に記載の方法。
導電性ポリマー、該ポリマーとの電気的接続部、及び該導電性ポリマーに印加される電圧勾配を間欠的に逆転するためのスイッチング素子を含む、物品。
前記導電性ポリマーが、ポリエチレンジオキシチオフェンを含む請求項１５に記載の物品。
前記導電性ポリマーが、チオフェン含有ポリマーを含む請求項１５に記載の物品。
該スイッチング素子が、前記物品に印加される電圧勾配が、各方向における時間が実質的に等しいように逆転されることを可能にする請求項１５に記載の物品。
該スイッチング素子が、電圧勾配が導電性ポリマー特性の劣化の前に逆転されることを可能にする請求項１５に記載の物品。
該スイッチング素子が、該導電性ポリマーのそれぞれの使用後に電圧勾配を逆転する請求項１５に記載の物品。
該スイッチング素子が、Ｈ−ブリッジ形態又は伸長ブリッジ形態を含む請求項１５に記載の物品。
前記物品が、タッチスクリーンを含む請求項１５に記載の物品。
前記物品が、ヒーターを含む請求項１５に記載の物品。
前記物品がバ、スバーを含む請求項１５に記載の物品。
前記物品が、ディスプレイのための列及び／又は行導体を含む請求項１５に記載の物品。
前記物品が、セグメント照明又は連続照明を含む請求項１５に記載の物品。
前記スイッチング素子が、スプリットレール給電部と一緒に利用される請求項１５に記載の物品。
導電性ポリマーを含む少なくとも１つの電極、及び該導電性ポリマーに印加される電圧勾配を周期的に逆転するためのスイッチング素子を含んで成るタッチスクリーン。
前記タッチスクリーンの両電極が、導電性ポリマーを含む請求項２８に記載のタッチスクリーン。
前記タッチスクリーンが、抵抗型タッチスクリーンを含む請求項２８に記載のタッチスクリーン。