JP2013533566A - タッチ面およびその作製方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、タッチ面の分野に属し、そのような表面およびそれの実現方法に関する。本発明は、表面上に印加された力を検出し認定するための装置を提示する。装置は、
試験片と、
絶縁性の基板と、
基板に結合された第１の電極と、
第２の電極と、
２つの電極と接触する導電性または半導電性のナノ粒子のアセンブリと、
ナノ粒子アセンブリの電気的特性に関して比例する情報を提供する測定装置とを備え、電気的特性は第１の電極と第２の電極との間で測定され、
試験片はナノ粒子アセンブリ自体内に存在し、かつ電気的特性はアセンブリのナノ粒子間の距離に対して高感度である。
したがって、本発明はナノ粒子アセンブリ自体を試験片として利用し、ナノ粒子アセンブリが剛性の基板上に形成された場合でも、力の認定を可能にする。
【選択図】 図８Ｃ

Description

本発明は、タッチ面の分野に属し、そのような表面、それの実現方法およびそのような表面上に印加された力を検出し測定するための利用法に関する。

このタイプの表面は、例えば多くの市販の電子機器の用途、特に、「ｔｏｕｃｈ ｐａｄ」、「ｔｏｕｃｈ ｓｃｒｅｅｎ」、「ｗｒｉｔｅ ｐａｄ」等と呼ばれる種々の形態でコンピュータの用途に利用されている。

従来技術のこれらの例では、タッチ面は、指やタッチペンなどの付属品から生じうる１つまたは複数の接点を検出するように構成されている。タッチ面がマトリクス状に配置された複数のセンサを備える場合には、接点の動きを追跡することができる。

従来技術の表面は、タッチ面上で指または付属品と接触している間の物理的特性の変化を測定するセンサを用いて機能化される。

従来技術で測定される主な物理的特性は、抵抗率すなわち電気抵抗および電気容量の変化である。超音波または赤外線の放出に基づいた技術もある。

従来技術のタッチ面は、主に接点を検出するがそれを定量化することはできない。
「定量化」は、圧力または結果として生じる接触力である。結果として生じる力がタッチ面に対して垂直方向以外の構成要素を含む場合にはその力の方向、およびタッチ面にリンクした基準スペース内のこの力の作用点の座標を決定することを意味し、タッチ面に印加された接触力はタッチ面に対して原則的に垂直である。従来技術のある実施形態によれば、例えば抵抗率すなわち抵抗の測定の場合、検出するのに十分な力が接点に印加されなければならないが、表面との接触力の強さに関する情報を提供することはできない。この実施形態の一例が米国特許公開２００８／２３８８８２に記述されている。

しかしながら、ある用途では、特にタッチ面がいくつかの接点または領域をとりわけ同時に検出できることが所望される場合には、この力、または及ぼされた接触圧力、力の印加点についての情報、印加された力の方向についての情報を有することが有益でありうる。

本発明は、タッチ面の反応が印加された接触力の系を定量化することを可能にさせるタッチ面を創出することを目的とする。

この要求を満たすことができる従来から知られた技術は、試験片で実現される。即ち試験片は印加された力の作用で変形するため、変形可能な固体の荷重システムの影響下での変形のモードは、直接法により知ることができまたは計算できる。
次に、受けた荷重システムを知るために、反転法（ｒｅｖｅｒｓｅ ｍｅｔｈｏｄ）により、その変形を測定するだけである。
荷重の影響下にある試験片（ｐｒｏｏｆ ｂｏｄｙ）の変形は、ほとんどの場合歪ゲージによって測定され、歪ゲージはそれの伸長に比例する電気的特性の変化を提示する。しかし、この方法はいくつかの態様において困難な点がある。まず第１に、この方法が効果的であるために、試験片の形状は単純で、その支持状態は制御されなければならない。一例として、試験片の表面に対して垂直な力がその縁部から十分に離れた位置において印加される場合には、その周辺で保持された薄くて平坦な試験片の荷重モードを反転法により決定することは容易であるが、試験片の表面が湾曲していたり、より複雑な方法で保持される場合には、そのような方法を用いることはかなり複雑になる。

さらに、試験片は、ゲージで測定できるほどに十分変形可能でなければならない。しかし、上述の多くの用途では、剛性の高いタッチ面が所望される。そのため特に高感度の歪ゲージが使用されなければならない。米国特許第７１１６２０９号は、結合された表面に対して長軸方向すなわち接線方向の測定として知られる変形測定に適した特に高感度の歪ゲージを記述している。従来技術のゲージの測定原理は、ゲージが結合された試験片の変形の影響下で導電性のナノ粒子間の距離が修正された場合のナノ粒子アセンブリの抵抗率の変化に基づくものである。このようなゲージは、ネットワーク化されて、種々の荷重システムに反応する試験片の変形を正確に測定することができる。しかし、この原理は従来技術の他の技術と同様の限界に悩まされる。それらは、タッチ機能すなわちタッチ面に対して基本的に垂直な作用を測定する能力が、結合状態、試験片の形状、および反転法により応力を評価する能力に依存すること、ゲージが機能面に対して接線方向の変形を測定することである。

従来技術のこれらの不利益を克服するために、本発明はタッチ面として知られる表面上に印加された力を検出し定量化するための装置を提案する。この装置は、
試験片と、
絶縁性の基板と、
基板に結合され、基板に関して固定された第１の電極と、
第２の電極と、
前記第１及び第２の電極と接触する導電性または半導電性のナノ粒子アセンブリと、
ナノ粒子アセンブリの電気的特性に関して比例情報を提供する測定装置とを備え、
電気的特性は、第１の電極と第２の電極との間で測定され、アセンブリのナノ粒子間の距離の変化に比例し、
試験片はナノ粒子アセンブリ自体である。

このように、本発明は、ナノ粒子アセンブリ自体を試験片として利用し、アセンブリが剛性の表面に形成された場合でも、アセンブリに対して基本的に垂直な力の定量化を可能にする。基板は剛性であっても、いくらか圧縮性があってもよく、ナノ粒子アセンブリの変形はこの装置によって機能面の変形と分離されうる。したがって、基板およびその上に試験片を固定する方法が、試験片とナノ粒子の変形間の完全な結合を要求する従来技術と異なり、本発明の対象の装置は、この制約を克服し、タッチ面の形状および性質の実現にさらなる柔軟性をもたらす。

「ナノ粒子アセンブリ」は、１つまたは複数のナノ粒子の集合体で構成され、ナノ粒子は各集合体内でリガンドによって互いに結合され、集合体は互いに電気的に結合される。

「比例する情報」は、測定された特性によって変化する測定値を意味し、比例の関数は、一次関数、指数関数または、測定の値と測定された特性の値の間で一価の関係（ｕｎｉｖａｌｅｎｔ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ）を確立する任意の他の数学形式である。

本発明は、下記に記述された有利な実施形態によって実施されることができ、それは単独で考慮されても、任意の技術的に効果のある組合せで考慮されてもよい。

第１の実施形態によれば、第２の電極は、前記第１の電極から離れ、基板に対して可動であり、ナノ粒子アセンブリは２つの電極の間に配置されて、第２の電極の運動がナノ粒子アセンブリのナノ粒子間の距離を変化させる。この構成により、その先端部のそれぞれにおいて、即ち電極のそれぞれの上で受ける力を測定可能な基本的な力センサを創出することができる。「基板に対して可動な電極」は、電極の運動がこの電極と基板の間の相対距離を変化させて、ナノ粒子間の距離に変化を生じさせるように配置された電極を意味する。この運動は、実際には微小変位であり、ナノ粒子アセンブリおよび基板の剛性の機能である後方に移動する力（ｂａｃｋｍｏｖｉｎｇ ｆｏｒｃｅ）によって対抗される。

有利には、実現の構成にかかわらず、測定される電気的特性はナノ粒子アセンブリの抵抗である。この電気的特性は特に測定が容易である。

あるいは、測定される電気的特性は、ナノ粒子アセンブリの電気容量である。この電気的特性は、すべての実現構成において、接触なしに遠隔で測定する場合に適するという利点を提供する。

第１の実現構成の改良によれば、
第１の電極は、基板の表面上で第１の方向に延在する複数の平行な導電性のストリップを備え、
第２の電極は、第１の方向と異なる第２の方向に複数の平行な導電性のストリップを備え、
ナノ粒子アセンブリは、複数の離散したクラスタ内にトポグラフィカルに（ｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｃａｌｌｙ）構成され、クラスタは第１の電極および第２の電極の導電性のストリップの方向が交差する位置において２つの電極の間に配置される。

このようにして、タッチ面は基本的な力センサのマトリクス状ネットワークによって機能化され、表面に圧力を加える力の印加点、およびその力の強さも決定する可能性を提供する。

第２の実施形態によれば、ナノ粒子アセンブリは、基板上に配置され、基板表面の一部分を覆い、そして第１及び第２の電極は、基板に結合されかつナノ粒子アセンブリによって覆われていない基板表面の一部分とナノ粒子によって覆われた表面の周辺との間に延在する導電性のストリップからなる。この構成は、空間的に連続的な方法でタッチ面を機能化することを可能にする。

第３の実施形態によれば、ナノ粒子アセンブリは、基板上に配置され、基板表面の一部分を覆い、第１の電極は、基板に結合されかつナノ粒子アセンブリによって覆われていない基板表面の一部分とナノ粒子によって覆われた表面の周辺との間に延在する導電性のストリップからなり、第２の電極は、基板に対して可動で、ナノ粒子アセンブリの頂部に配置される。この構成は、ナノ粒子アセンブリ上で作用する第２の電極に印加された力を、強さおよび配向において定量化することを可能にする。

第２および第３の実施形態の第１の変形によれば、ナノ粒子アセンブリは、基板に対して実質的に垂直な方向に重ねられた数層のナノ粒子の層を備える。

第２および第３の実施形態の第２の変形によれば、基板の表面上に延在するナノ粒子アセンブリは単一層であって、基板は表面に対して垂直な応力に関して圧縮可能であり、基板に対して垂直な局部的な圧力がアセンブリの粒子間の距離に変化を生じさせる。

本発明はまた、第１の実施形態によるタッチ面の作製方法に関し、この方法は以下のステップから構成される。
絶縁性の基板上に、第１の方向に延在する平行な導電性のストリップからなる第１のネットワークを形成するステップ
これらのストリップ上にナノ粒子のクラスタを形成するステップであって、クラスタは基板に対して垂直な方向に重ねられた少なくとも２層のナノ粒子の層を備え、クラスタは、互いに離間され、ストリップの方向と平行な方向に繰返しパターンによって形成されるステップ
この集合体上に、第１の方向と異なる第２の方向に延在し、ナノクラスタと接触するようになされた平行な導電性のストリップの第２のネットワークを形成するステップ

このような表面は、周知の方法で用意可能であり、詳細には、電極の形成に関してはフォトリソグラフィやナノインプリンティング、ナノクラスタに関しては 対流キャピラリデポジションやナノゼログラフィによる。

この方法の特定の実施形態によれば、繰返しパターンによってナノクラスタを形成するステップは以下のステップから構成される。
基板／導電性のストリップの集合体の第１のネットワーク上に、ストリップ上に開口する穴部を備える絶縁層を形成するステップ
絶縁層の穴部内に、基板に対して実質的に垂直な方向に重ねられ、下部にある導電性のストリップと接触するようになされた少なくとも２層のナノクラスタを形成するステップ
この集合体上に、第１の方向と異なる第２の方向に延在し、ナノクラスタと接触するようになされた平行な導電性のストリップの第２のネットワークを形成するステップ

この方法の実施形態は、同じ手段で実施可能であり、実現の信頼性を増大させる。

有利には、測定された電気的特性がナノ粒子アセンブリの電気容量に比例する場合には、測定装置は、ナノ粒子アセンブリに並列に接続する共振回路および同調インダクタンスを備える。この方法では、電磁励起によって回路を励起させることにより、接触なしに遠隔で測定することが可能である。

本発明はまた、この最後の実施形態による装置に印加される力を測定する方法に関し、この方法は以下のステップから構成される。
共振回路が電磁励起を受けるステップ
ナノ粒子アセンブリが力を受けた場合に、回路の吸収量の変化を測定するステップ

この方法は、タッチ面上に印加された力に比例する特性としてナノ粒子アセンブリの電気容量の変化を利用することを可能にし、電気容量は接触なしに遠隔で測定される。

この方法の第１の変形によれば、電磁励起は連続励起周波数で実現され、測定された変化は回路の吸収スペクトルの周波数シフトである。有利には、励起は、回路の共振周波数で実現され、測定された変化はこの共振周波数のシフトである。

この方法の第２の変形によれば、電磁励起はパルス周波数で実現され、測定された変化は弛緩局面（ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ ｐａｈｓｅｓ）時の共振回路の放出量である。

有利には、共振回路は、電磁励起を受けた場合に固有の識別コードを放出する手段を備える。

本発明はまた、その実施形態のうちの任意の１つによる本発明の装置を備えるタッチ面に関する。

ここで、好ましい実施形態に照らして限定されることなしに、本発明をより詳細に記述する。

基本的な力センサの第１の実施形態の概略図 基本的な力センサのマトリクス状ネットワークで構成されたタッチ面を作製する方法の１つの実地形態の斜視図 ナノ粒子アセンブリ、その周辺に配置された測定電極を備えるタッチ面の１つの例示的な実施形態の斜視図 力のシステムを受けた本原理による図３と同様のナノ粒子アセンブリの反応を示す斜視図 ナノ粒子アセンブリ、それの周辺に配置された第１の電極の集合体、およびナノ粒子アセンブリの頂部上に配置された第２の電極を備える力センサの１つの例示的な実施形態の斜視図 ナノ粒子アセンブリ、それの周辺に配置された電極を使用し、電極のうちの１つが複数のストリップによって実現される、本発明の対象の装置の別の実施形態の変形の斜視図 アセンブリのナノ粒子間の距離に対して高感度な特性として電気容量を使用する本発明の１つの実施形態による装置の概略図 Ａ〜Ｅは、タッチ面と呼ばれる機能面上に配置された本発明のナノ粒子アセンブリの変形状態の正面断面図（Ｂ、Ｅのアセンブリは単一層、Ａ、Ｃ、Ｄアセンブリは多層、Ｃのアセンブリは剛性の基板上に形成、Ｄ、Ｅのアセンブリは圧縮性の基板上に形成）

これらの図は、種々の実施形態による装置の構造的な特徴の理解のために示されたものであり、種々の構成要素の寸法や縮尺比を表すものではない。

図１：重ねられた数層で構成されるナノ粒子アセンブリを備える本発明による装置の第１の例示的な実施形態によれば、この装置は、第１の電極（３１）が結合された絶縁性の基板（１０）を備え、この第１の電極は基板に関して固定されている。測定手段（４０）は、第１の電極（３１）と、基板（１０）に対して実質的に平行な離れた平面に配置された第２の電極（３２）との間の電気的特性の変化を測定することを可能にする。ナノ粒子アセンブリ（２０）は、２つの電極（３１，３２）の間に配置される。このアセンブリは、複数の導電性のまたは半導電性のナノ粒子（２１）を備え、ナノ粒子は数層に組織され、電気的に耐性があるリガンドによって互いに結合される。
このリガンドは、有利には、ナノ粒子と化学的に結合可能な官能基を含む化合物から選択される。限定されないが、クエン酸塩、アミン、ホスフィン、またはチオール官能基が挙げられる。一例として以下のものである。
・クエン酸塩官能基を含む化合物として、クエン酸ナトリウム、 Ｃ_６Ｈ_５Ｏ_７、
３Ｎａ^＋
・ホスフィン官能基を含む化合物として、ビス―ｐ―スルホネイトフェニル フェニルホスフィン ナトリウムの二水和物
・アミン官能基を含む化合物として、アルキルアミン、 Ｃ_１２Ｈ_２５ＮＨ_２

粒子は、懸濁液の形状で基板に付着され、ホスフィンまたはクエン酸塩官能基を含むリガンドの場合は水で懸濁され、アミン官能基を含むリガンドの場合はトルエンで懸濁される。

ナノ粒子（２１）の寸法は、２ナノメートル（１０^-9）と１マイクロメートル（μｍ）の間であり、２つの電極（３１，３２）間にあるナノ粒子のアセンブリ（２０）の厚さは、付着された粒子の寸法および粒子の層の数によって、２ナノメートル（１０^-9）と１００マイクロメートル（１０^-6）の間である。ナノ粒子は、例えば、金のナノ粒子である。

第１の電極（３１）、ナノ粒子アセンブリ（２０）、および第２の電極（３２）を備える集合体は、有利には、絶縁フィルム（図示せず）で覆われる。第２の電極（３２）の表面に対して実質的に垂直な力がこの集合体に印加された場合には、この力がナノ粒子を変位させ、アセンブリ内の粒子間の距離を変化させる。電気的特性がナノ粒子間の距離に対して高感度である場合には、適切な手段を用いて２つの電極間でこの特性を測定することは、応力の影響下でのナノ粒子アセンブリの変形に関して比例する情報を提供する。この例示的な実施形態によれば、応力は第２の電極に対して実質的に垂直である方法で印加される。基板（１０）は、剛性でも可撓性でもよく、ナノ粒子アセンブリはマイクロセンサ（１００）の試験片を形成する。このようなマイクロセンサは、有利には、力または同じタイプの任意の他の物理的寸法を測定するために使用されうる。例えば、第２の電極上にマイクロマス（ｍｉｃｒｏ−ｍａｓｓ）を形成することによって、マイクロ加速度計を形成することができる。

図２：重要な側面であるタッチ面を機能化させ、この表面上で力の印加点の座標を検出するために、マイクロセンサ（１００）はマトリクス配列で結合されうる。このために、複数の導電性のストリップ（３１０〜３１４）が絶縁基板（１０）上に任意の知られた方法で形成され、第１の電極を形成する。１つの実現例によれば、次に絶縁層（５０）が、フォトリソグラフィなどの任意の知られた方法で導電性のストリップ上に形成される（図２Ａ）。絶縁層（５０）には、穴部（５１）が設けられ、穴部は、導電性のストリップ（３１０〜３１４）の伸長方向と直交する横方向のピッチで、かつこれと同じ方向に基板上のストリップの形成ピッチと等しいピッチで配置される。

図２Ｂ：重ねられた少なくとも２層を備えるナノクラスタは、対流キャピラリデポジションなどの任意の知られた方法によって、導電性のストリップ（３１０，３１４）と接触して穴部内に付着される。第２の導電性のストリップ（３２０〜３２２）は、基板上に形成された第１の導電性のストリップの方向と異なる方向に延在し、絶縁層（５０）の穴部（５１）内に配置されたナノクラスタと接触するように絶縁層（５０）の表面に付着され、第２の電極を形成する。好ましくは、第２の電極を形成する第２の導電性のストリップ（３２０〜３２２）の形成方向は、基板上に形成された第１の導電性のストリップ（３１０〜３１４）の方向と直交する。有利には、絶縁フィルム（図示せず）がこれらの全てを覆う。別の実施形態によれば、穴のネットワークを備える絶縁層は形成されず、第１の電極を形成する導電性のストリップ上に直接ナノクラスタが構造的に形成される。

この集合体は、次に機能化のために表面上に形成され、タッチセンサとなりうる。あるいは、基板自体が機能面となりうる。

例えば指からのまたはタッチペンによる圧力が、このように機能化された表面上に印加されると、印加形態により大領域または小領域がこの圧力の影響を受ける。影響を受けた領域に配置されたクラスタ（２００）のナノ粒子間の距離は変化し、基板（１０）上に配置された第１の電極とクラスタ（２００）と接触する絶縁層（５０）上に配置された第２の電極との間の結合の電気的特性を変化させる。例えば、この電気的特性は抵抗率である。

したがって、導電性のストリップの対で処理して第１の電極と第２の電極の間の抵抗を測定することにより、その測定値を適切に処理して、圧力から生じる力の印加点および力の強さも決定することが可能である。例えば、力がこのように機能化された表面の中心に印加された場合、表面の中央を横切る導電性のストリップ（３１２，３２１）間で測定された抵抗は、表面の縁部に沿って延在する導電性のストリップ（３１４，３２２）間で測定された抵抗より大きな影響を受ける。

図３：第２の実施形態によれば、本発明の対象である装置は、絶縁性の基板（１０）を備え、その上に表面の大部分を覆うナノ粒子アセンブリ（２０）が形成される。ナノ粒子アセンブリは、単一層でも、基板（１０）の表面に対して垂直な方向に重ねられた数層を備えてもよい。

導電性のストリップ（３１５，３１６）の第１の集合体は基板上に形成されて第１の電極を形成し、このストリップは基板のナノ粒子アセンブリによって覆われていない部分と、ナノ粒子アセンブリによって覆われている部分に跨っている。ストリップ（３２３，３２４）の第２の集合体は、第１のストリップの集合体と同じ方法で、ナノ粒子アセンブリ中央の中心点に関して第１の集合体と対称に形成される。最後に、絶縁フィルム（６０）が全てを覆って付着される。

図６：この実施形態の変形によれば、第１の電極を形成する離散したストリップは、１つまたは複数のストリップのグループ（３１５´、３１６´）にまとめられる。

図４：このように機能化された表面に対して基本的に垂直な力の系（５０１，５０２）が表面に印加された場合には、これがナノ粒子アセンブリの大領域または小領域（５１１，５１２）に影響を及ぼす。影響を受けた領域（５１１，５１２）では、アセンブリのナノ粒子間の距離は変化し、電気的特性も変化する。第１の電極（３１５，３１６）と第２の電極（３２２，３２４）の間の１つまたは複数の電気的特性の測定値を用い、導電性のストリップで処理することにより、それらの間で測定が行われた２つのストリップを結合する方向の関数として電気的特性の変化を示すプロファイル（６０１，６０２）が得られる。これらの変化プロファイルに基づき、信号を適切に処理することで、力（５０１，５０２）の強さおよび印加点も決定されうる。

図５：第３の実施形態によれば、本発明の対象である装置は、絶縁性の基板（１０）を備え、その上に基板の表面の一部分を覆うナノ粒子アセンブリ（２０）が形成される。第１の電極は、基板上に形成され、ナノ粒子アセンブリによって覆われていない基板の一部分とナノ粒子アセンブリの間に延在するストリップ（３１７）の集合体で形成され、ナノ粒子アセンブリと接触する。第２の電極（３２５）は、ナノ粒子アセンブリ上に配置され、この集合体は絶縁フィルム（図示せず）によって覆われる。第２の電極（３２５）に力が印加されると、力の垂直方向および接線方向の構成要素がアセンブリ（２０）のナノ粒子間の距離を変化させる。力の印加点が分かっている場合、即ち実質的に第２の電極（３２５）の中心が印加点である場合、第２の電極（３２５）と第１の電極を形成するストリップ（３１７）のそれぞれとの間の電気的特性を測定し、信号を適切に処理することにより、ナノ粒子アセンブリに関する力の強さおよび配向を決定することができる。このようにして３次元の力マイクロセンサが創出され、力マイクロセンサはこうして機能化されたより大きい表面をカバーするためにマトリクス状のネットワークに組み込まれうる。

図７：アセンブリのナノ粒子間の距離に対して高感度である電気的特性は、例えばアセンブリの電気抵抗である。アセンブリのナノ粒子間の距離の変化にともなう電気的特性の変化は、従来技術で周知であり、本発明が任意の方法で任意の理論にリンクされることなく、ナノ粒子間のトンネル効果における変化に起因している。本発明の対象である装置の別の実施形態によれば、アセンブリの電気容量の変化を測定することが可能である。このために、導電性のナノ粒子（２１）は、適切なリガンドによって結合され、リガンドは前述の化合物または、電気抵抗率が大きくかつ同様の化学結合特性を有する他の化合物から選択される。

リガンドによって離間されたナノ粒子の各対はナノキャパシタを形成し、それの電気容量（２９）は導電性のナノ粒子間の距離の注目すべき関数である。したがって、同様の方法で、このナノ粒子アセンブリ上に力が印加されると、ナノ粒子間の距離およびアセンブリの電気容量を変化させる。電極（３１，３２）間の電気容量のこの変化は、アセンブリを電気回路に直列／並列に組み込むことで測定することができる。この構成は、無線周波数の分野の従来技術で周知のプロトコルを用いて遠隔で測定値を読み取ることを可能にする。このために、共振回路は、例えば、インダクタンスをナノ粒子アセンブリと並列に接続することで実現される。

そのような回路は、詳細には、それの共振周波数（ｆ_０）により規定され、下記の関係式で与えられる。

上記の式において、Ｌはインダクタンスの値で固定、Ｃはナノ粒子アセンブリの電気容量で、アセンブリが受ける応力の関数として変化する。したがって、電磁励起を受けるそのような回路の共振周波数を測定することによって、アセンブリの電気容量の変化量を決定することが可能である。

例えば、回路は、周波数ｆ_０の連続的な電磁励起を受ける。当初、システムはこの周波数において多くを吸収する。

変形は、アセンブリの電気容量を変化させて吸収スペクトルをより高い周波数へ、またはより低い周波数へ変化させる。周波数ｆ_０における吸収係数は変化するようになる。

別の実施形態によれば、回路は周波数ｆ_０のパルス状電磁励起を受ける。各励起パルス後に、弛緩時の回路の放出量を測定することは、吸収係数の測定、およびナノ粒子アセンブリの電気容量の推測を可能にする。

導電性ストリップの対による測定を選択するために、装置は、固有の識別コードを含むコンポーネントに結合されうる。このバイナリコードは、第１の電極のストリップと第２の電極のストリップの間の各共振回路を起動させたり起動させないために使用されうる。

図８：基板上に形成されたナノ粒子アセンブリは、単一層（図８Ｂ）または重ねられた数層を備えうる（図８Ａ）。次に集合体は、機能化させるために表面（８００）上に付着または接着されることができ、実際には、これは本発明の対象である装置の厚さが与えられたタッチ面と同等物である。

図８Ｃ：基板（１０）に対して垂直な方向にナノ粒子アセンブリに力（５００）が印加された場合には、重ねられた数層を備えるアセンブリのナノ粒子間の距離は、表面に対して垂直方向および接線方向の両方向に変化する。

図８Ｅ：単一層のアセンブリの場合には、基板の表面に対して垂直な力（５００）の印加は、それが基板の表面に対して接線方向のナノ粒子（２１）の運動を生成する場合に、検出および測定されうるにすぎない。したがって、単一層のアセンブリの場合には、基板（１０´）は、いくらか表面的な可撓性または圧縮性を有するように選択されて、垂直な力（５００）がナノ粒子の接線方向の運動を生じさせるようにする。しかし、このアセンブリの変形自体が測定され、基板の圧縮性はゲインに類似する要因にすぎないため、ナノ粒子アセンブリは試験片のままである。

図８Ｄ：表面的に圧縮可能な基板はまた、重ねられた数層で形成されたナノ粒子アセンブリとともに使用されうる。

上記は、種々の特徴およびそれらの利点を通して、自体が定めた本発明の目的を実現することを明確に例示する。詳細には、タッチ面を機能化させて、この面上に印加される力のシステムの強さおよび配向に対して高感度であることを可能にする。

１０、１０´・・・絶縁性の基板
２０、２００・・・ナノ粒子アセンブリ
２００・・・ナノクラスタ
２１・・・ナノ粒子
３１、３１５、３１６、３１０、３１１、３１２、３１３、３１４、３１５´、３１６´、３１７・・・第１の電極
３２、３２１、３２２、３２０、３２４、３２３、３２５・・・第２の電極
３１０、３１１、３１２、３１３、３１４、３１５、３１６、３２３、３２４・・・導電性のストリップ
５０・・・絶縁層
５１・・・穴部
５００、５０１、５０２・・・力
７０・・・インダクタンス
８００・・・タッチ面

Claims (20)

1. タッチ面として知られる表面上に印加された力（５００、５０１、５０２）を検出し、定量化するための装置であって、
   試験片と、
   絶縁性の基板（１０、１０´）と、
   前記基板に結合され、前記基板に関して固定された第１の電極（３１、３１５、３１６、３１０、３１１、３１２、３１３、３１４、３１５´、３１６´、３１７）と、
   第２の電極（３２、３２１、３２２、３２０、３２４、３２３、３２５）と、
   前記２つの電極と接触する導電性または半導電性のナノ粒子のアセンブリ（２０、２００）と、
   前記ナノ粒子アセンブリの電気的特性に関して比例する情報を提供する測定装置とを備え、前記電気的特性が前記第１の電極と第２の電極との間で測定され、前記電気的特性が前記アセンブリ（２０、２００）の前記ナノ粒子（２１）間の距離の変化に比例し、
   前記試験片が前記ナノ粒子アセンブリ（２０、２００）自体である、装置。
2. 前記第２の電極（３２、３２５）が前記第１の電極から離れ、前記基板に対して可動であり、前記ナノ粒子アセンブリ（２０、２００）が前記２つの電極間に配置されて、前記第２の電極（３２、３２５）の運動が前記ナノ粒子アセンブリのナノ粒子（２１）間の距離を変化させる、請求項１に記載の装置。
3. 前記電気的特性が前記ナノ粒子アセンブリの抵抗である、請求項１に記載の装置。
4. 前記電気的特性が前記ナノ粒子アセンブリの電気容量である、請求項１に記載の装置。
5. 前記第１の電極が、前記基板の表面上に第１の方向に延在する複数の平行な導電性のストリップ（３１０、３１１、３１２、３１３、３１４）から構成され、
   前記第２の電極（３２０、３２１、３２２）が、前記基板の表面から離れかつ前記表面と平行な表面内に、前記第１の方向と異なる第２の方向に延在する複数の平行な導電性のストリップから構成され、
   前記ナノ粒子アセンブリが、複数の離散したクラスタ（２００）内にトポグラフィカルに構成され、前記第１の電極と第２の電極の導電性のストリップの方向が交差する位置において２つの電極の間に配置される、請求項２に記載の装置。
6. 前記ナノ粒子アセンブリ（２０）が前記基板（１０）上に配置され、前記基板表面の一部分を覆い、前記第１および第２の電極が、前記基板に結合されかつ前記ナノ粒子アセンブリ（２０）によって覆われていない前記基板表面の一部分と前記ナノ粒子によって覆われた表面の周辺との間に延在する導電性のストリップ（３１５、３１６、３２３、３２４）から構成される、請求項１に記載の装置。
7. 前記ナノ粒子アセンブリが、前記基板（１０）上に配置され、前記基板表面の一部分を覆い、前記第１の電極（３１７）が前記基板に結合されかつ前記ナノ粒子アセンブリによって覆われていない前記基板表面の一部分と前記ナノ粒子によって覆われた表面の周辺との間に延在する導電性のストリップから構成され、前記第２の電極（３２５）が、前記基板に対して可動で、前記ナノ粒子アセンブリの頂部に配置された、請求項１に記載の装置。
8. 前記ナノ粒子アセンブリが、前記基板（１０）に対して実質的に垂直な方向に重ねられた数層のナノ粒子の層を備える、請求項６に記載の装置。
9. 前記ナノ粒子アセンブリが、前記基板（１０）に対して実質的に垂直な方向に重ねられた数層のナノ粒子の層を備える、請求項７に記載の装置。
10. 前記基板の表面上に延在する前記ナノ粒子アセンブリが単一層であって、前記基板（１０´）が前記表面に対して垂直な応力に関して圧縮可能であり、前記ナノ粒子アセンブリに対して垂直な局部的な圧力が前記アセンブリの粒子（２１）間の距離に変化を生じさせる、請求項６に記載の装置。
11. 前記基板の表面上に延在する前記ナノ粒子アセンブリが単一層であって、前記基板（１０´）が前記表面に対して垂直な応力に関して圧縮可能であり、前記ナノ粒子アセンブリに対して垂直な局部的な圧力が前記アセンブリの粒子（２１）間の距離に変化を生じさせる、請求項７に記載の装置。
12. 絶縁性の基板（１０）上に、第１の方向に延在する平行な導電性のストリップ（３１０、３１１、３１２、３１３、３１４）の第１のネットワークを形成するステップと、
    これらのストリップ上にナノ粒子のクラスタ（２００）を形成するステップであって、前記クラスタが前記基板に対して垂直な方向に重ねられた少なくとも２層のナノ粒子の層を備え、前記クラスタが互いに離間され、前記ストリップ（３１０、３１１、３１２、３１３、３１４）の方向と平行な方向に繰返しパターンによって形成するステップと、
    前記集合体上に前記第１の方向と異なる第２の方向に延在しかつ前記ナノクラスタ（２００）と接触するようになされた平行な導電性のストリップ（３２０、３２１、３２２）の第２のネットワークを形成するステップと
    を備える、請求項５に記載の装置の作製方法。
13. 繰返しパターンによってナノクラスタ（２００）を形成するステップが、
    前記基板（１０）／導電性のストリップ（３１０、３１１、３１２、３１３、３１４）の集合体の第１のネットワーク上に、前記ストリップ上に開口する穴部（５１）を備える絶縁層（５０）を形成するステップと、
    前記絶縁層（５０）の前記穴部（５１）内に、前記基板（１０）の表面に対して実質的に垂直な方向に重ねられかつ下部にある導電性のストリップ（３１０、３１１、３１２、３１３、３１４）と接触するようになされた少なくとも２層を備えるナノクラスター（２００）を形成するステップと、
    前記絶縁層（５０）上に、前記第１の方向と異なる第２の方向に延在しかつ前記ナノクラスタ（２００）と接触するようになされた平行な導電性のストリップ（３２０、３２１、３２２）の前記第２のネットワークを形成するステップと
    を備える、請求項１２に記載の方法。
14. 前記測定装置が、前記ナノ粒子アセンブリに並列に接続する共振回路および同調インダクタンス（７０）を備える、請求項４に記載の装置。
15. 前記共振回路が電磁励起を受けるステップと、
    前記ナノ粒子アセンブリが前記力を受けた場合に、前記回路の吸収量の変化を測定するステップと
    を備える請求項１４に記載の装置に印加された力を測定する方法。
16. 前記電磁励起が連続励起周波数で実現され、測定された変化が前記回路の吸収スペクトルの周波数シフトである、請求項１５に記載の方法。
17. 前記電磁励起がパルス周波数で実現され、測定された変化が弛張局面時の前記共振回路の放出量である、請求項１５に記載の方法。
18. 前記励起が前記回路の共振周波数で実現され、測定された変化が前記共振周波数のシフトである、請求項１６に記載の方法。
19. 前記共振回路が、電磁励起を受けた場合に固有の識別コードを放出する手段を備える、請求項１４に記載の装置。
20. 請求項１に記載の装置を備えるタッチ面（８００）。