JP2014534526A - 偏光抵抗性タッチスクリーン - Google Patents
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Abstract
タッチスクリーン構造は、偏光フィルムまたは検光子から構成されるセル抵抗膜方式タッチセンサーを有することができる。偏光フィルムは少なくとも一つのマスター版によって印刷することによって第一高精細グリッドパターンを有し、第二高精細パターンを保持する第二柔軟な光学的に等方性の透明な基板を用いて第一パターンに組み付けることができる。パターンは導電性材料でめっきした基板が押されたときに第一と第二の導電パターンが接触するように組み立てられる。
Description
関連出願の相互参照
本出願は2011年10月25日に出願された米国仮特許出願第61/551124号(代理人整理番号2911−02500)の優先権を主張するとともに、参照により本明細書に援用する。
本出願は2011年10月25日に出願された米国仮特許出願第61/551124号(代理人整理番号2911−02500)の優先権を主張するとともに、参照により本明細書に援用する。
背景
携帯型および据え置き型の電子機器に見られるようなタッチセンシティブディスプレイには抵抗タッチスクリーンが使われることがある。抵抗式タッチスクリーンに指やスタイラス等の棒状物によって圧力が加えられ、抵抗材料でコーティングされた2枚の柔軟な基板が互いに押し付けられ、2枚の基板上にそれぞれ配置されている水平線と垂直線が接触すると、接触の位置が記録される。
携帯型および据え置き型の電子機器に見られるようなタッチセンシティブディスプレイには抵抗タッチスクリーンが使われることがある。抵抗式タッチスクリーンに指やスタイラス等の棒状物によって圧力が加えられ、抵抗材料でコーティングされた2枚の柔軟な基板が互いに押し付けられ、2枚の基板上にそれぞれ配置されている水平線と垂直線が接触すると、接触の位置が記録される。
概要
ひとつの実施例としての抵抗膜方式タッチセンサー回路を製造するための方法は、第一マスター版によって基板の第一面に第一複数の線からなる第一パターンを第一インクで印刷する工程と、第一パターン上に導電性材料の少なくとも1つの層を無電解めっきによって積層する工程と、第二マスター版によって第一基板の第一面に第二複数の線からなる第二パターンを第二インクで印刷する工程と、第二パターン上に導電性材料の少なくとも1つの層を無電解めっきによって積層する工程と、第三のマスター版によって第一または第二パターンの少なくとも一方の上に複数のスペーサードットを第三のインクで印刷する工程とを備えている。
ひとつの実施例としての抵抗膜方式タッチセンサー回路を製造するための方法は、第一マスター版によって基板の第一面に第一複数の線からなる第一パターンを第一インクで印刷する工程と、第一パターン上に導電性材料の少なくとも1つの層を無電解めっきによって積層する工程と、第二マスター版によって第一基板の第一面に第二複数の線からなる第二パターンを第二インクで印刷する工程と、第二パターン上に導電性材料の少なくとも1つの層を無電解めっきによって積層する工程と、第三のマスター版によって第一または第二パターンの少なくとも一方の上に複数のスペーサードットを第三のインクで印刷する工程とを備えている。
ひとつの実施例としての抵抗膜方式タッチセンサーは、第一基板と第二基板と接着促進剤とを備えており、第一基板が偏光フィルムを備えており、第一マスター版によって第一基板の第一面に第一の複数の線が印刷され、第二マスター版によって第一基板の第一面に1組のスペーサーが印刷されており、第二基板が光学的に等方性を有する透明フィルムを備えており、第三のマスター版によって第二基板の第一面に第二の複数の線が印刷されており、第一基板と第二基板がそれぞれ、第一と第二の複数の線を含んでいる第一面の表面の成す平面に沿ったx軸とy軸を備えており、第一の複数の線が第一基板のx軸に沿って印刷されており、第二の複数の線が第二基板のy軸に沿って印刷されており、無電解めっきによって第一と第二の複数の線がめっきされており、接着促進剤が第一基板の第一面と第二基板の第一面との間に配置され、第一基板と第二基板が組み立てられてxyグリッドが形成されている。
ひとつの実施例としての表示システムは、液晶ディスプレイと抵抗膜方式センサーとを備えており、抵抗膜方式センサーが内側面と外側面とを備えており、内側面は第二ガラス基板に配置されており、抵抗膜方式タッチセンサーがさらに、第一組の導体線と偏光フィルムとスペーサードットとを備えた第一基板および、第二組の導体線を備えた第二基板を含んでおり、第一組と第二組の印刷された線がフレキソ印刷プロセスを用いて印刷されており、第一組と第二組の印刷された線が無電解めっき法によって導電性材料でめっきされている。
本発明の例示的な実施例を詳細に説明するため、ここで添付の図面を参照しておく。
図1はタッチスクリーン構成の実施例の模式図である。
図2はタッチスクリーン構成の代替的な実施例である。
図3A〜3Cはフレキソマスターパターンの実施例の等角断面図である。
図4A〜4Bはフレキソマスターパターンの実施例の上面図である。
図5A〜5Bは抵抗膜方式タッチセンサーの実施例の等角断面図である。
図6はタッチセンサーの製造方法の製造プロセスの実施例を説明する図である。
図7A〜7Bは高精度のインク計量システムの方法の実施例である。
図8A〜8Bはスペーサーを備えたプリントタッチセンサー回路の上面を説明する図である。
図9は黒マトリクスとタッチセンサーの上面を示す図である。
図10はタッチスクリーン構成の等角図の実施例を説明する図である。
図11は抵抗式タッチスクリーンセンサーの製造方法の実施例である。
詳細な説明
以下の説明は本発明のさまざまな実施例を対象とする。これらの実施例のひとつまたは複数が好ましいこともあるが、開示した実施例は、特許請求の範囲を含む開示内容の範囲を限定するものとして解釈したり用いたりしてはならない。また、当業者であれば以下の説明が広く応用できることを理解できるであろうし、どの実施例の説明もその実施例の例示を意味するものであって特許請求の範囲を含む本開示の範囲をその実施例に限定することを示唆する意図はない。
以下の説明は本発明のさまざまな実施例を対象とする。これらの実施例のひとつまたは複数が好ましいこともあるが、開示した実施例は、特許請求の範囲を含む開示内容の範囲を限定するものとして解釈したり用いたりしてはならない。また、当業者であれば以下の説明が広く応用できることを理解できるであろうし、どの実施例の説明もその実施例の例示を意味するものであって特許請求の範囲を含む本開示の範囲をその実施例に限定することを示唆する意図はない。
タッチスクリーンディスプレイは、液晶ディスプレイと、照明システムを含む抵抗膜方式タッチセンサーとを用いて構成することができ、照明システムは、光源と、増強フィルムと、少なくとも一個の光ガイドと、少なくとも一枚の拡散板と、光源の上に配置される第一ガラス基板と、第一ガラス基板上に配置される薄膜トランジスタと、複数の液晶セルとを用いて構成できる。この例では、赤・緑・青(RGB)フィルタを用いて構成したカラーフィルタを複数の液晶セル上に配置し、黒マトリクスをRGBフィルタに埋め込み、第二ガラス基板をRGBフィルタ上に配置する。
図1はタッチスクリーンの構成を示している。その構造100には光源102が含まれる。光源はバックライトとしてもよい。バックライトはタッチスクリーンに使用される照明源のひとつである。バックライトは裏側からみて最初の層としてもよい。一般的なバックライトには、光源と、増強フィルムと、光ガイドと、拡散板とが含まれていることがある。使用する光源は、例えば、エレクトロルミネセントパネル(ELP)、冷陰極蛍光ランプ(CCFL)、熱陰極蛍光ランプ(HCFL)、光ファイバメッシュ、白熱ランプ、発光ダイオード(LED)としてもよい。光ガイドと拡散板は、他の光源の付属物(これも光源102と呼ぶことができる)とともに、光源から第一偏光フィルム104に至る光の分布を均一にする。第一偏光フィルム104は光源102上に配置することで、光源102から放たれた光を偏光し、特定の直線偏光のみを通過させることができる。偏光子は、二色性色素の分子ないし結晶を含む高度に一軸配向したポリマー材料で作製できる。二色比の大きい偏光子はさまざまな液晶の用途に用いるために必要な光学性能を有することがあるが、細長いヨウ素錯体を含有する薄いポリビニルアルコール(PVA)フィルムで構成することができる。このような偏光子を吸収材料とするには高い分子秩序が必要となるかもしれないが、この秩序は色素をPVAの延伸フィルムに吸着させることで達成できる。こういった二色性偏光子は、分子もしくは結晶の長軸が光吸収の遷移モーメントにほぼ平行となっている棒状構造の二色性材料を主体とするものであってもよい。
ひとつの実施例として、ヨウ素イオンや色素イオンがポリマーの内部まで行き渡るように、ポリマーに二色性液体を吸収させてもよい。ポリマーは加熱して延ばすことでPVA膜としてもよい。光の透過率は約5%とすることで望ましい条件で透過光を表示させることができる。残りの95%の光はフィルムの層で反射、屈折、吸収させてもよい。偏光子は分子の長軸に沿った方向の偏光を吸収し、長軸に直交する方向に偏光した光の大部分を透過させることができる。二色性偏光子の吸収率と透過率は液晶ディスプレイ(LCD)の明るさに影響を与える二つの要因となることがある。偏光子の温度耐性や湿度等の機械的特性が劣る可能性があるため、トリアセチルセルロース(TAC)のフィルムを使用して偏光層を保護してもよい。ヨウ素系偏光フィルムの本体は上下両面をTAC保護フィルムでコーティングすることもでき、保護層の厚さは約200ミクロンとすることができる。
図1に戻るが、偏光子104の上には第一ガラス基板ないしガラス層106を配置し、薄膜液晶層110を薄膜トランジスタ層108(TFT)とRGB(赤・緑・青)フィルタ112の間に配置する。第一ガラス基板106と第二ガラス基板14は、第二ガラス基板114がRGBフィルタの上側に来るようにして液晶セルを挟み込む。
ひとつの実施例(図示せず)として、黒いマトリックス上に三原色パターン(赤・緑・青)を形成する。この実施例では、実質透明の導電性タッチセンサーを積層する前に、このクロムまたは樹脂からなる黒いマトリクスをあらかじめ第二ガラス基板114上に形成しておくことで、たとえばバックライトの漏れや隣接画素間での色のクロストークを防止することもできる。実施例によっては酸化インジウムスズ(ITO)フィルムを使用する。第二ガラス基板114の上に第二偏光子16を配置することもできる。この第二偏光子16は検光子と呼ばれることもある。検光子で使用する偏光方向は第一偏光フィルム104の偏光方向に対して垂直となるようにしてもよい。
第二偏光板116の上には抵抗膜方式タッチセンサー120を配置することができる。タッチセンサー120と第二偏光子116はスペーサードットと呼ぶこともある複数のスペーサー118で間隔を空け、タッチセンサー120を電磁気干渉から保護することができる。ひとつの実施例としては、複数のスペーサードットは直径を1ミクロンから25ミクロン、高さを1ミクロンから25ミクロンとする。好ましくは、複数のスペーサードットは直径を5ミクロンから10ミクロン、高さを3ミクロンから5ミクロンとすることもできる。ひとつの実施例として、酸化インジウムスズ(ITO)は光学的に透明でかつ導電性があるため、抵抗膜方式タッチセンサー120としてタッチスクリーンセンサーの用途に用いることができる。抵抗膜方式タッチスクリーンは、使用者が指やスタイラスで画面に触れるとITO膜が押されてITOガラスと接触し、電圧信号が生成する。プロセッサがこの信号を処理して接触が発生した座標(XとY)を計算し、接触点に対する適切な応答を行う。タッチスクリーンはカバーフィルム122を含めることで環境条件から装置を保護・隔離するとともに、摩擦や、通常の擦り減りや、酸素等の有害な化学物質から保護することができる。保護カバーフィルムは例えばポリエステル(PET)フィルムとすることができる。
図2はタッチスクリーンモジュール構造200の実施例を示す図である。図2にあるように、このタッチスクリーン構造200には光を発生させる光源202を含めることができ、その光は第一偏光子204によってある方向に直線偏光させることができる。液晶セル210は薄膜トランジスタ208とRGBフィルタ212との間に配置することができる。液晶セルはガラス基板206とガラス基板214で挟み込む。このときガラス基板206には薄膜トランジスタ208を保持させ、ガラス基板214にはRGBフィルタ212を保持させる。ひとつの実施例として、三原色のパターン(赤、緑、青)を黒マトリクスの上に形成してもよい。ひとつの実施例として、ガラス基板214上にクロムまたは樹脂の黒マトリクスを形成することで、バックライトの漏れや隣接画素間の色のクロストークを防止することもできる。黒マトリクスにパターンを形成した後、酸化インジウムスズ(ITO)フィルム(図示せず)をカラーパターン上に積層させてもよい。
ガラス基板214の上には抵抗膜方式タッチセンサー216を配置することができる。タッチセンサー216は、巻き出し・巻き取り式の方法によって、偏光フィルムの片面に導体線を印刷することで形成することができる。この線からなるパターンは導電体微細構造パターンと呼べるものであり、導電性材料が基板の印刷面に沿った幅が50μm未満となるように非導電性基板上に導電性材料をパターニングして構成することができる。
図1と図2を比較すると、タッチセンサー120と第二偏光フィルム116とスペーサー118の代わりに、柔軟な偏光フィルム上に構築した抵抗膜式タッチセンサー216を用いることができる。LCD(液晶ディスプレイ)の2個の偏光子の間にある材料・部品は、光学的に等方的なものにするとよい。LCDの機能は光を特定の方向に偏光させることであり、光の極性を拡散、屈折、変化させる材料があるとLCDの性能が低下する。ガラスや一部のポリカーボネートは光学的に等方性を有する材料の例である。タッチスクリーンによってはカバーフィルム218を含めることで装置を環境条件から保護・隔離し、摩耗や、通常の擦り減りや、酸素等の有害な化学物質から保護することもできる。タッチスクリーンパネルの保護カバー層としては、一般に、ハード/クリアコーティングを施したポリエステル(PET)フィルムが使用される。また、実施例によってはカバーフィルム218を用いる代わりに抵抗膜式タッチセンサー216の外表面にハードコーティング(図示せず)を直接施してもよい。ハードコーティングは高密度に架橋したアクリルコートフィルムとすることができる。また、単官能性および多官能性のアクリルモノマーとアクリルオリゴマーを含む特別に配合したUV硬化性コーティング液(図示せず)をタッチセンサー216の片面または両面に塗布することもできる。コート層形成方法は、浸漬コーティング法、スロットダイ法、巻き出し・巻き取り式印刷法を用いることができるが、これらに限定されない。コーティング液中のモノマー鎖どうしが架橋することによって形成される高密度の架橋ポリマー構造によれば、厚さがたとえば5から50ミクロンのコーティング層を作成することができる。コーティング層は約6Hまでの鉛筆硬度とすることができる。
フレキソ印刷は輪転活版印刷の一形態であり、凸版が両面接着材などで版シリンダに取り付けられる。また、マスター版ないしフレキソ版と呼ぶこともできるこの凸版は、速乾・低粘性の溶媒と、アニロックスまたは他の2ロール方式を用いるインク供給システムから供給されるインクと組み合わせて使用することができる。インクは、液体状態のモノマー、オリゴマー、ポリマーのひとつ以上や、金属単体、金属元素錯体、有機金属の一つ以上の組み合わせとすることができ、これを基板表面に離散的に付着させる。アニロックスロールは計量した量のインクを印刷版に供給するために使用される円柱体としてもよい。マスター版は任意の基板に印刷するために使用される所定のパターンを保持するロールであれば何でもよい。アニロックスロールは、印刷版にインクの測定量を提供するために使用される円筒体としてもよい。インクは例えば水性または紫外線(UV)硬化性のインクとすることができる。ひとつの例として、第一ローラがインクパンないし計量システムからインクを計量ローラーないしアニロックスロールに移す。インクはアニロックスローラーから版胴に移るとき均一な厚さに計量される。基材が巻き出し・巻き取り式の取扱いシステムによって版胴から圧胴に移動すると、圧胴によって版胴に圧力が加わって版胴が凸版の像を基板に転写する。実施例によっては、版胴とドクターブレードの代わりに湿し水ローラを使用することでローラ面へのインクの分散を改善することもできる。
フレキソ版は例えばプラスチックや、ゴムや、UV感応ポリマーとも呼ばれる感光性ポリマーから作製することができる。フレキソ版はレーザー彫刻法、写真製版法、光化学法によって製造することができる。フレキソ版は任意の公知の方法によって購入または製造することができる。好ましいフレキソ印刷工程の設備は、印刷部を積み重ねたスタックを一つ以上印刷機フレームの側面に上下に配置したスタック型として構成することができる。各スタックは1種類のインクを使用して印刷する独自の版胴を備えており、この構成とすることで基板の片面または両面に印刷を行うことができる。別の実施例としては、プレスフレームに単一の圧胴を取り付けて使用する中央圧胴型を用いることもできる。基材は印刷機に入ると圧胴と接触して適当なパターンが印刷される。また、印刷部を横一列に配置し共通のラインシャフトで駆動するインライン型のフレキソ印刷工程を使用することもできる。この例では印刷部に、硬化部、切断機、折り機などの印刷後処理装置と結合することができる。硬化とは、それ以前に基板に付着させたあらゆるコーティングまたはインク像を乾燥、固化、あるいは定着させる過程を指す。これらとは別の構成のフレキソ印刷工程もまた利用することができる。
ひとつの実施例として、例えば円筒製版(ITR)法においてフレキソ版スリーブを使用することができる。ITR法はスリーブに感光性樹脂版材を施して印刷機に搭載するものであり、従来型の版胴とも呼べる平板を版シリンダに取り付ける上述の方法とは対照的である。フレキソスリーブは、フォトポリマーからなる連続的なスリーブの表面にレーザアブレーションマスクのコーティングを施したものとしてもよい。別の例としては、個々のフォトポリマー片をテープでベースとなるスリーブに固定し、その後は上述のレーザアブレーションマスクを施したスリーブと同様にイメージングおよび処理をすることができる。フレキソスリーブは例えば、製版した平坦なプレートを表面に固定する保持ロールとして、あるいは表面に版を直接刻印するスリーブ(円筒製版)としてなど、いくつかの方法で使用することができる。スリーブが単に保持体の役割として機能する例では、刻印した版面をスリーブに取り付け、これをその後シリンダ上の印刷部に設置することができる。このように事前に取り付けられる版面によれば、既にプレートが取り付けられたスリーブを格納することができるため、交換時間を低減することができる。スリーブは、熱可塑性複合材料、熱硬化性複合材料、およびニッケルを含む様々な材料から作ることができ、また割れや分裂に抵抗するために繊維で補強するかどうかは任意である。非常に高品質の印刷には、発泡体またはクッションを主体として組み込んだ長期的に再利用可能なスリーブが使用される。実施例によっては、発泡体やクッションを備えていない使い捨ての「薄い」スリーブを使用することもできる。
図3A−3Cはフレキソマスターの実施例を示している。上述のとおり、「マスター版」と「フレキソマスター」との用語は互換性をもって用いることができる。図3Aは、複数の線からなるパターン402を形成した直線パターンの円筒状フレキソマスター400の等角図である。図3Bは図3Aの直線とは異なる形状を形成した回路パターンのフレキソマスター404の実施例の等角図である。図3Cは図3Aに示すパターン形成したフレキソマスターの複数の線406の断面図であり、断面視では凸部とも呼ぶことができる。図3Cに示す「W」はフレキソマスターの凸部の幅、「D」は凸部406の中心点間の距離、「H」は歯の高さである。実施例によっては寸法D、W、Hをフレキソマスター全体で均一としてもよいが、別の実施例としては寸法D、W、Hをフレキソマスターにわたって変えることもできる。実装例によっては、フレキソマスターの歯の幅Wを3〜5ミクロン、隣接する歯の間の距離Dを1から5mm、歯の高さHを3〜4ミクロンで変化させ、歯の厚さTを1.67から1.85ミリメートルの範囲としてもよい。ひとつの実施例として、印刷は、例えば、両方のパターンを備えた一個のロールを使用して、あるいはそれぞれがひとつのパターンを備える二個のロールを使用して基板の片面に行うことができ、基板はその後切断して組み立てられる。代替的な実施例としては、例えば、2か所の異なる印刷部と2個の異なるフレキソマスターを使用して基板の両面に印刷することもできる。フレキソマスターを使用することができるのは、版シリンダーが高価でかつ交換しにくく、大量印刷にとっては効率的なシリンダであるかもしれないが少量生産や他には無い形状にとっては望ましいシステムとならない可能性があるなどの理由による。取り替えは必要とする時間に起因してコストがかかる可能性がある。これとは対照的にフレキソ印刷によれば乾板を紫外線に露光することで新たなプレートを作成することができ、一時間もあれば製造することができる。ひとつの実施例として、このフレキソマスターとともに適切なインクを使用することでインク転写の圧力と表面エネルギーを制御することが可能となり、より調節の利く方法でインクを貯蔵容器ないしパンなどから取り込むことができる。この印刷プロセスに使用するインクは、接着性やUV硬化性等の性質のみならず、印刷したときにインクが所定の位置に留まり印刷パターンににじみや汚れ等の変形が生じないような触媒としての性質を有するものとしてインクが集まって所望の形を形成するようにしてもよく、また無電解めっき等のめっきを助長する触媒を含むものとしてもよい。無電解めっきとは所与の表面上に導電性材料の層を積層するために用いる、触媒活性化を利用した化学的な技術である。めっき触媒はめっき工程で化学反応を可能にする物質としてもよい。実施例によっては、この物質は印刷インクに含有させることもできる。それぞれのパターンは、例えば、少なくとも一個のフレキソマスターと少なくとも一種類のインクを含めた指示書きを用いて作製することができる。精細度の異なる線、サイズの異なる線、異なる形状には、異なる指示書きが必要になることがある。異なるインクを異なるロールで使用してもよく、実施例によっては複数のロールを使用して単一のパターンを印刷してもよい。
図4Aと図4Bはフレキソマスターの上面の説明図である。図4A中500aで示す上面図は薄く柔軟な透明基板の一方の面に印刷するための第一パターンである。500aのような第一パターンは第一の柔軟な基板の一方の面に印刷してもよい。パターン500aはXYグリッドのY方向のセグメントを構成可能な複数の線502を備えている。端末部504は電気リード506と電気コネクタ508を備える。図4Bは、第二の柔軟な基板の一方の面に印刷することができる第二パターン500bの実施例を示している。第二パターン500bはXYグリッド(図示せず)のX方向のセグメントを構成可能な複数の線510を備える。端末部512は電気リード514および電気コネクタ516を備える。
図5Aから5Bは抵抗膜式タッチセンサー構造の等角図と断面図を示している。図5Aは抵抗膜方式タッチセンサー216の等角図600を示す。図5Bに断面図を示す抵抗膜方式タッチセンサー216は、複数の第一導体線604と複数のスペーサードット606を第一基板となる偏光フィルム602上に配置し、複数の第二導体線612を第二基板610上に配置し、偏光フィルム602と第二基板610を接着促進剤608で接着して構成しており、第二基板610は光学的に等方性を有する透明フィルムとしている。図5Bにあるように、複数のスペーサードット606は、複数の第一導体線604の各配線に対し交互に配置してもよい。導体線を形成するために使用する材料は、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)、ニッケル(Ni)、スズ(Sn)、パラジウム(Pd)を含有させることができる。回路に使用される材料の抵抗率によって、回路の応答時間と電力要件を変えることができる。
実施例によっては、回路の配線の抵抗値を0.005マイクロオーム毎スクエアから500オーム毎スクエアの間とし、応答時間をナノ秒からピコ秒の範囲とすることができる。ここで「オーム毎スクエア」は2つのパターンを組み合わせることで形成される正方形を意味し、一般的に前記の金属配置を備えたものはITO(酸化インジウムスズ)を用いたものよりも75%少ない回路の消費電力(実施例によってはそれ以上)を達成することができることがわかる。特定の実施例として、印刷される電極の幅Wは5から10ミクロンまで変化させることができ、公差は±10%とすることができる。配線間の間隔Dは約1mmから5mmまで変化させることができる。最適な光学性能を得るためには、導電性パターンをディスプレイの黒マトリクスの大きさや形状と大体一致させる必要がある。したがって間隔Dと幅Wはディスプレイの黒マトリクスの大きさの関数となる。高さHは約6ナノメートルから約150ミクロンの範囲とすることができる。接着促進剤608と複数のスペーサードット606の高さhは導体線の高さHに応じて500ナノメートル以上とすることができる。ひとつの実施例として、接着促進剤608の高さと複数のスペーサードット606の高さは同じとしない。偏光フィルム602と第二基板610は厚さTを1ミクロンから1ミリメートルとし、表面エネルギーを20ダイン/センチメートル(D/cm)から90D/cmとしてもよい。
図6は抵抗膜方式タッチセンサーの製造方法の実施例である。図6は図2の抵抗膜方式タッチセンサー216を製造するために使用する方法700を示している。巻き出しロール702には細長く柔軟な薄い偏光フィルム602を巻いておく。この基板602としては、例えばPET(ポリエチレンテレフタレート)、ポリエステル、ポリカーボネート等の透明基板を使用できる。偏光フィルム602の厚さはタッチセンサーを曲げたときに過度の応力を防ぐことができる程度に小さくする必要がある。薄い偏光フィルムとすると光透過率を向上させることができる。その一方で、偏光フィルム602の厚さは製造工程中にこの層の連続性や材料特性を脅かすほど小さくしてはならない。好ましくは、1ミクロンと1ミリメートルの間の厚さが適切である。方法700に戻るが、偏光フィルム602は、例えば、任意の既知の巻き出し・巻き取り式の取扱い方法によって巻き戻しロール702から第一清掃部704に送る。巻き出し・巻き取り式のプロセスは柔軟な材料を扱うため、特徴部どうしの位置合わせが多少困難な場合がある。高精細の配線を印刷することがプロセスの重要な特徴であることを考えると、正しい整列状態を維持する精度が重要となる。ひとつの実施例としては位置決めケーブル706を用いて特徴部どうしの適切な整列状態を維持するが、別の実施例として任意の公知の手段をこの目的に使用することもできる。実施例によっては、第一洗浄システム704を高電界オゾン発生器で構成する。生成したオゾンを使用して偏光フィルム602から油またはグリース等の不純物を除去する。
次に、偏光フィルム602は第二清掃システム708に通すことができる。この特定の実施例では、第二清掃システム708をウエブクリーナを用いて構成する。ウェブクリーナは、ウェブないし基板から粒子を除去するためにウェブ製造で使用するものであれば任意の装置としてよい。これらの清掃段階の後、偏光フィルム602は第一印刷工程を経て、偏光フィルム602の両面のうちの一方に微細なパターンを印刷する。微細なパターンはUV硬化型インクを使用してマスター版710で転写し、インクの粘度は200から2000cpsの間とすることができる。また、微細なパターンは幅が2から35ミクロンの間である線で形成してもよい。ひとつの実施例として、このパターンは図5に示した第一パターンと同様としてもよい。ひとつの実施例として、複数のロールを使用してパターン(図示せず)を印刷してもよく、この複数のロールには異なるインク、類似したインク、あるいは同一のインクを使用することができる。パターンは厚さや、接続部の種類や、接続部の形状や、断面形状の異なる複数の線で構成することができるため、使用するインクの種類はパターンの特徴部分の形状および複雑さに依存する。
マスター版710から偏光フィルム602に移されるインクの量は高精度の計量システム712によって調節できる。移されるインクの量は、プロセスの速度、インクの組成、パターンを成す複数の線の形状と寸法に依存する。マシンの速度は毎分20フィート(fpm)から750fpmの範囲で変えてもよいが、用途によっては50fpmから200fpmが適するかもしれない。インクはめっき触媒を含有するものとしてもよい。第一印刷工程に続いて硬化工程を行うことができる。硬化工程には紫外線硬化714を含めて、その強度の目標値を約0.5mW/cm2から約50mW/cm2とし、波長を約480nmから約280ナノメートルとすることができるが、これに加えて、約20°Cから約85°Cまでの温度範囲内で熱を加えるオーブン加熱716のモジュールを含めることもできる。硬化工程の後には、偏光フィルム602の上に複数のパターン線718が形成されている。
片面に微細なパターンが印刷された状態の偏光フィルム602は、無電解めっき720を施すことができる。この工程では、微細パターン上に導電性材料の層が形成される。これはめっき部720において無電解めっき中に偏光フィルム602の第一パターン線718を液体状態の銅等の導電性材料が入っている槽に浸漬することによって実現することができ、導電性材料の温度は20〜90°Cの範囲とし、実施例によっては80°Cとすることができる。これに代えて、導電性材料は、銀(Ag)、金(Au)、ニッケル(Ni)、スズ(Sn)、パラジウム(Pd)の少なくとも1つとすることもできる。成膜速度は通常毎分約10ナノメートルとし、用途に応じて、またウェブの速度に応じて、約0.001ミクロンから約100ミクロンの厚さまで導電性材料を積層する。この無電解めっき法は電流の印加を必要とせず、パターン形成された領域のうち硬化プロセス中に予め紫外線を照射することで活性化しておいためっき触媒を含有する領域のみをめっき可能である。めっき浴は、めっきを引き起こすことのできる水素化ホウ素や次亜リン酸塩などの強力な還元剤を含有させてもよい。無電解めっき法によるめっきの厚さは電界が存在しないために電気めっきよりも均一となる。無電解めっきは電解めっきよりも時間がかかるかもしれないが、無電解めっきは、高分解能の導体パターンに存在するような複雑な形状や多数の微細な特徴部分を有する部品に適していることがある。めっき部720においてめっきされた後には、偏光フィルム602の上に第一導体線604が形成されている。
めっき部720での無電解めっきに続いて洗浄プロセス722が行われる。めっき720した後、偏光フィルム602は室温の水を含む洗浄槽に浸漬することにより洗浄し、その後、偏光フィルム602は乾燥部724において室温の空気を当てることにより乾燥させることができる。別の実施例として、導電性材料と水との危険なまたは望ましくない化学反応を防止するために、スプレーパターンでの不動態化工程を乾燥工程の後に付け加えてもよい。
乾燥部724での乾燥の後には、複数のスペーサードット606を形成する工程を行うことができる。偏光フィルム602の第一面には微細構造スペーサーのパターンが印刷される。このパターンはUV硬化型インクを用いて第二マスター版726で印刷し、インクの粘度を200から2000cpsの範囲とすることができる。第二マスター版726から偏光フィルム602に移されるインクの量は高精度計量システム728で調節でき、プロセスの速度、インクの組成、パターンの形状・寸法に依存する。スペーサードット606を複数印刷するために使用されるインクは、メチルテトラエチルオルトシリケートまたはグリシドプロピルトリメトキシシランを網目形成成分として用い塩酸で加水分解させた有機・無機ナノ複合材料とすることができる。粘度を調整するための添加剤としてシリカゾル、シリカ粉末、エチルセルロースおよびヒドロキシプロピルを使用することができる。インクにはCyracure、Flexocure、Doublecureとして市販されている光開始剤を含めることで、紫外線硬化を使用することができる。複数のスペーサードット606は、二酸化チタン(TiO2)、二酸化チタンバリウム(チタン酸バリウム)、銀(Ag)、ニッケル(Ni)、モリブデン(Mo)、白金(Pt)等のナノ粒子金属酸化物および顔料によって光学的に向上させることができる。ドットの屈折率は、光学的に第一導体線604の屈折率に一致させるのが好ましい。また、インクの粘度を調整するためにナノ粒子を使用することもできる。また、インクにナノ粒子リードを取り込むことによって硬化時の収縮を抑えることができる。第二印刷工程に続いて偏光フィルム602には第二硬化工程を行うことができ、この工程には約0.5mW/cm2から20mW/cm2の強度での紫外線硬化730と、20°Cから150°Cの範囲の温度での乾燥オーブン732の一方または両方を含めることができる。複数のスペーサードット606は、半径を80ミクロンから40ミクロン、高さを500ナノメートルから15ミクロンの範囲とすることができる。続いて、偏光フィルム602は公知の従来の洗浄技術を用いる第二洗浄工程734を行うことができ、その後、偏光フィルム602は乾燥部736において室温の空気を用いて乾燥させることができる。
これと並行して同様の手順に従って第二基板610の一方の面に第二導体線612を作成することができる。この基板は、例えば、セルローストリアセテート、アクリル、または類似のポリマー等の光学的に等方性の透明フィルムとできる。あるいは、上記に開示したと同様にして第二基板610上にスペーサードットも印刷することができる。
両方の導電パターンを印刷しめっきし終わった際には、抵抗膜式タッチセンサーを組み立てることができる。まず、複数の第一導体線604を囲うように偏光フィルム602に接着促進剤608の層を塗布することができ、層の厚さは実施例によっては500ナノメートル以上とする。次に、両方の導電パターンを整列させ、互いに対向させ、スペーサードット606と接着促進剤608で形成された狭い隙間を隔てた状態で、複数の第二導体線612を有する第二基板610を偏光フィルム602に接着する。得られる構造は、図6に示すように導体線どうしの交点がそれぞれ常開の押しボタンスイッチを成すXYマトリクス抵抗膜方式タッチセンサーとなる。
図7Aと7Bは高精度計量システム712と高精度計量システム728の実施例であり、これらは図7の製造方法700の二つの印刷工程で説明したように、マスター版710および第二マスター版726によって偏光フィルム602に移されるインクの正確な量を制御する。図7Bは第一パターン線718を印刷するためのシステムの実施例を表しており、図7Aはスペーサードット606を印刷するためのシステムのひとつの実施例である。図7Aのシステムは、インクパン802a、転写ロール804a、アニロックスローラ806a、ドクターブレード808A、710をを用いて構成することができる。図7Aにあるように、インクパン802に入っているインクの一部がアニロックスローラ806に移されるが、このアニロックスローラは通常、セルとして知られる数百万個の非常に微細なディンプルを表面に備えた工業用セラミックで鋼またはアルミニウムのコアをコーティングして構成される。アニロックスローラ806は、印刷プロセスの設計に応じて、インクパン802に半分浸漬させるか、計量ロールと接触させるかのいずれとしてもよい。表面から余分なインクを掻き取ってセル内で計量されたインクだけを残しすためにドクターブレード808が使用される。ローラーはその後回転させてマスター版710等のフレキソ印刷版に接触し、この版面がセルからインクを受け取って偏光フィルム602に転写する。印刷版の回転速度はウェブの速度に一致させ、20fpmから750fpmの範囲内で変えることができる。図7Bは、インクパン802内のインクの一部はアニロックスローラ806に移されるが、このアニロックスローラは通常、セルとして知られる数百万個の非常に微細なディンプルを表面に備えた工業用セラミックで鋼またはアルミニウムのコアをコーティングして構成される。アニロックスローラ806は、印刷プロセスの設計に応じて、インクパン802に半分浸漬させるか、計量ロールと接触させるかのいずれとしてもよい。表面から余分なインクを掻き取ってセル内で計量されたインクだけを残しすためにドクターブレード808を使用される。ローラーはその後回転さえてマスター版726等のフレキソ印刷版に接触し、この版面がセルからインクを受け取って偏光フィルム602に転写する。印刷版の回転速度はウェブの速度を一致させ、20fpmから750fpmの範囲内で変えることができる。
図8Aは、スペーサードット606と、第一導電線604と第二導体線612で形成されたXYグリッドとがある拡大図910を表している。図8Bは、さまざまな実施例による柔軟な偏光フィルム602に構築された抵抗膜式タッチセンサー216の上面図900の実施例である。この図には導電性グリッド線902と、電気リード906と電気コネクタ908を含む端末部904とが示されている。この導電線によって使用者がセンサーにどの箇所で触れたかの認識を可能にするX−Yのグリッドを形成される。このグリッドは16本×9本以上の導体線を含み、大きさを2.5mm×2.5mmから2.1m×2.1mの範囲とすることができる。Y軸に相当する導体線とスペーサードット(図示せず)は偏光フィルム602上に印刷し、X軸に対応する導体線は光学的に等方性のある透明な第二基板上に印刷する。上で説明したようにスペーサードットは2枚のフィルムのいずれに印刷することもできる。
図9は、タッチセンサー216と黒マトリクス1002の位置を一致させるために使用する整列方法1000の実施例である。この特定の実施例では、位置合わせマーク1004を使用してタッチセンサー216と黒マトリクス1002を整列している。タッチスクリーンの最適な光学性能を得るためには、タッチセンサー216と黒マトリクス1002はほぼ同じ大きさと形状とし、適切に整列させる必要がある。ひとつの例として整列した構造1006を見てとることができる。ここに示された方法に代えて、他の任意の公知の整列手段を実施してもよい。
図10は、図2に示すタッチスクリーン構造200の等角図100を示している。この図では、光源202と、第一偏光子204と、第一ガラス基板206と、TFT208層と、液晶セル210と、RGBフィルタ212に埋め込まれた黒マトリクス1002と、第二ガラス基板214とを用いて構成されたLCD1102を見ることができる。光源202の上には第一偏光子204が配置される。第一ガラス基板206上にTFT層208が配置され、TFT層208の上には液晶セル210が配置される。液晶セル210上にはRGBフィルタ212が配置され、黒マトリクス1002がその中に埋め込まれている。RGBフィルタ212上には第二ガラス基板214は配置される。タッチスクリーン構造はまたタッチセンサー216を備える。タッチスクリーンセンサー216は、偏光フィルム602と、スペーサードット606と、第二基板610上に印刷された複数の第一導体線604を用いて構成される。第二基板610は複数の第二導体線612を含む。実施例によっては、タッチセンサー216の上にカバーフィルム218を配置してもよい。また、カバーフィルム218の代わりにハードコーティングをタッチセンサー216の外表面に重ねてもよい。
図11は、製造抵抗膜方式タッチセンサーの方法1200の実施例である。フレキソマスターとも呼べるマスター版は、マスター版の作成プロセス1202によって作成するか、あるいは購入する。ひとつの実施例として、フレキソマスターは図3のように作成する。第一部品と第二部品が形成プロセス1230によって形成される。第一部品1204は清掃部1206において洗浄される基板は、例えば、偏光フィルムを含んでもよい。ひとつの実施例としては、基板はその後の洗浄部1208での第二洗浄で洗浄することができる。洗浄部1206と洗浄部1208でのクリーニングは、プラズマ洗浄プロセス、エラストマー洗浄処理、超音波洗浄処理、高電界オゾン電界発生器、ウェブクリーニング、水洗浄うちの少なくとも1つによって実施することができる。実施例によっては、同一の洗浄方法を両方の洗浄部1206と1208において使用できる。実施例によっては、異なる洗浄方法を両方の洗浄部1206と1208において使用できる。印刷部1210において微細なパターンを第一印刷工程における基板の片面に印刷することができる。実施例としては、微細なパターンは、例えば、UV硬化型インクを用いて第一マスター版によって印刷部1210で印刷される。実施例としては、微細なパターンが2−35ミクロンの幅を有する線を含むことができる。第一印刷工程の後には硬化部1212での硬化を行ってもよい。実施例としては、硬化部1212での硬化は、紫外線硬化を含んでもよい。別の実施例としては、硬化部1212での硬化は、オーブンまたは炉内での加熱を含むことができる。印刷後の基板はめっき部1216において無電解めっきを行うことができ、印刷されたパターンの形状に導電性線が形成され、硬化部1210と1212で硬化される。めっき部1216において微細パターンに導電性材料の層を積層させることができる。導電性材料は、例えば、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)、ニッケル(Ni)、スズ(Sn)、パラジウム(Pd)を含む。実施例としては、第一基板はめっき部1216での無電解めっきに続いて洗浄部1218で洗浄してもよい。第一基板は乾燥部1220で乾燥させてもよいし、実施例によっては、第一基板を不動態化部1222で不動態化する。第二印刷工程では印刷部1224においてスペーサードットを印刷してもよく、基板の面のうち導電性パターンと同じ側の面に微細構造スペーサーのパターンを印刷しててもよい。印刷部1224で印刷される微細構造スペーサーパターンは、第二マスター版を用いて印刷することができ、UV硬化インクを使用することができる。実施例として、印刷部1224で印刷されるスペーサーパターンは半径を40から80ミクロンの間とし、高さを15ミクロンから500ナノメートルの間とすることができる。基板はその後洗浄部1226で洗浄し、乾燥部1228で乾燥させてもよい。
並列するプロセス1232で、上記のステップ1206から1228と同様のステップ1234から1256にしたがって第二コンポーネントが作成される。実施例としては、第二基板(図示せず)を用いて第二部品が作成される。実施例によっては、この第二基板は、セルローストリアセテート、アクリル、または類似のポリマーなどの光学的に等方性の透明フィルムとしてもよい。実施例としては、印刷部1224で印刷されたスペーサードットに代えて、あるいはこれに加えて、印刷部1252でスペーサードットを印刷することができる。
第一および第二基板は組立部1258で組み立てて、抵抗膜方式センサーを形成することができる。実施例によっては、組立部1258での組み立ては図6で説明したように進めることができる。ひとつの実施例としては、組み立ては、両方の導電性パターンを揃えて互いに対向させ、印刷部1224や1252で印刷されたスペーサードットによってできた小さな隙間で隔てるように進める。得られる構造は図2に示すように導電性線の交点の各々が常開の押しボタンスイッチを構成するXYマトリックス抵抗膜方式タッチセンサーである。
なお、ここで与えた詳細な図面や具体例は本発明の例示的な実施例を説明するものであり、例示の目的のためであることを理解されたい。本明細書に開示した装置および方法は、開示された厳密な詳細と条件に限定されるものではない。本発明の方法は、接触感知機能を備えた電子機器に適用することができる。このような電子機器には、コンピューティングデバイス、コンピュータディスプレイ、携帯型メディアプレーヤー等の表示装置が含まれる。表示装置には、テキスト、グラフィックス、ビデオ、静止画やプレゼンテーションを含む画像を表示するのに適したテレビ、モニタ、プロジェクタが含まれる。こういった表示装置に用いることができる画像装置は、陰極線管(CRT)、プロジェクター、フラットパネル液晶ディスプレイ(LCD)、LEDシステム、OLEDシステム、プラズマシステム、エレクトロルミネッセンスルミネッセンスディスプレイ(ELD)、フィールド発光型ディスプレイ(FED)が含まれる。
また、これらの例示的な実施例に対しては、以下の特許請求の範囲によって特定される本発明の真意および範囲から逸脱することなく、多数の修正が可能であると理解されたい。
上記の説明は、本発明の原理およびさまざまな実施例を例示する意味がある。上記の開示を完全に理解すれば、多数の変形および修正が当業者には明らかになるであろう。なお、以下の特許請求の範囲はそのような変形および変更をすべて包含するものと解釈することが意図している。
Claims (28)
- 抵抗膜方式タッチセンサー回路を製造するための方法であって、
第一マスター版によって第一インクを用いて基板の第一面に第一の複数の線を含む第一パターンを印刷する工程と、
無電解めっきによって第一パターン上に導電性材料からなる少なくとも1つの層を積層する工程と、
第二マスター版によって第二インクを用いて第一基板の第一面に第二の複数の線を含む第二パターンを印刷する工程と、
無電解めっきによって第二パターン上に導電性材料からなる少なくとも1つの層を積層する工程と、
第三マスター版によって第三インクを用いて第一パターンと第二パターンの少なくとも一方に複数のスペーサードットを印刷する工程とを備えた方法。 - 請求項1に記載の方法であって、基板の厚さが1ミクロンから1ミリメートルの間であるもの。
- 請求項2に記載の方法であって、複数のスペーサードットの直径が1ミクロンから25ミクロンであり、高さが1ミクロンから25ミクロンであるもの。
- 請求項2に記載の方法であって、複数のスペーサードットの直径が5ミクロンから10ミクロンであり、高さが3ミクロンから5ミクロンであるもの。
- 請求項3に記載の方法であって、高密度架橋アクリルでコーティングされたフィルムを含むハードコート層を配置する工程をさらに備えたもの。
- 請求項3に記載の方法であって、第一パターン上の導電性材料にPETフィルムからなるカバーフィルムを配置する工程をさらに備えたもの。
- 請求項6に記載の方法であって、フィルムを配置する工程で、厚さ200ミクロンまでのトリアセチルセルロースを配置するもの。
- 請求項1に記載の方法であって、プラズマクリーニングプロセス、エラストマー洗浄処理、超音波洗浄処理、高電界オゾン電界発生器、ウェブクリーニング、水洗浄の少なくとも1つによって基板を洗浄する工程をさらに備えたもの。
- 請求項1に記載の方法であって、粘度が200〜2000cpsの間である第三インクを用いて複数のスペーサードットを印刷する工程をさらに備えたもの。
- 請求項1に記載の方法であって、第一パターンを印刷する工程で、各線の幅が2から35ミクロンである第一の複数の線を印刷するもの。
- 請求項1に記載の方法であって、第一インクと第二インクがめっき触媒を含有しているもの。
- 請求項12に記載の方法であって、第一と第二インクが異なるめっき触媒を含有しているもの。
- 請求項1に記載の方法であって、有機−無機ナノ複合体を含む第三インクを使用した複数のスペーサードットを印刷する工程をさらに備えたもの。
- 請求項13に記載の方法であって、ナノ複合体がメチルテトラエチルオルトシリケートとグリシドプロピルトリメトキシシランの少なくとも一つを含むもの。
- 請求項13に記載の方法であって、光開始剤と、シリカゾル、シリカ粉末、エチルセルロース、ヒドロキシのうちの少なくとも1つとを含む第三インクを使用して複数のスペーサードットを印刷する工程をさらに備えたもの。
- 請求項13に記載の方法であって、二酸化チタン(TiO2)、二酸化チタンバリウム(BaTiO)、銀(Ag)、ニッケル(Ni)、モリブデン(Mo)、白金(Pt)のうちの少なくとも1つを含む第三のインクを使用して複数のスペーサードットを印刷する工程をさらに備えたもの。
- 抵抗膜方式センサーであって、第一基板と第二基板と接着促進剤とを備えており、
第一基板が偏光フィルムを備えており、第一マスター版によって第一基板の第一面に第一の複数の線が印刷され、第二マスター版によって第一基板の第一面に1組のスペーサーが印刷されており、
第二基板が光学的に等方性を有する透明フィルムを備えており、
第三のマスター版によって第二基板の第一面に第二の複数の線が印刷されており、
第一基板と第二基板がそれぞれ、第一と第二の複数の線を含んでいる第一面の表面の成す平面に沿ったx軸とy軸を備えており、
第一の複数の線が第一基板のx軸に沿って印刷されており、第二の複数の線が第二基板のy軸に沿って印刷されており、
無電解めっきによって第一と第二の複数の線がめっきされており、
接着促進剤が第一基板の第一面と第二基板の第一面との間に配置され、第一基板と第二基板が組み立てられてxyグリッドが形成されているセンサー。 - 請求項17に記載の抵抗膜方式タッチセンサーであって、第一と第二の複数の線の断面形状が、半円形、台形、三角形、長方形、正方形の少なくとも1つであるもの。
- 請求項17に記載の抵抗膜方式タッチセンサーであって、第一の複数の線の少なくとも一つの断面形状が第二の複数の線の少なくとも一つの断面形状と異なっているもの。
- 請求項17に記載の抵抗膜方式タッチセンサーであって、銅、銀、金、ニッケル、スズ、パラジウムからなる導電性材料を用いて第一組と第二組の導体線が印刷されており、第一組の導体線と第二組の導体線の印刷に用いられる導電性材料が同じであるもの。
- 請求項17に記載の抵抗膜方式タッチセンサーであって、銅、銀、金、ニッケル、スズ、パラジウムからなる導電性材料を用いて第一組と第二組の導体線が印刷されており、第一組の導体線と第二組の導体線の印刷に用いられる導電性材料が異なっているもの。
- 請求項17に記載の抵抗膜方式タッチセンサーであって、基板の面のうち第一と第二の複数の線の少なくとも一方と同じ側の面に複数のスペーサーが印刷されているもの。
- 請求項22に記載の抵抗膜方式タッチセンサーであって、接着層の厚さが複数のスペーサーの高さまでであるもの。
- ディスプレイシステムであって、液晶ディスプレイと抵抗膜方式センサーとを備えており、
抵抗膜方式センサーが内側面と外側面とを備えており、内側面は第二ガラス基板に配置されており、
抵抗膜方式タッチセンサーがさらに、第一組の導体線と偏光フィルムとスペーサードットとを備えた第一基板および、第二組の導体線を備えた第二基板を含んでおり、
第一組と第二組の印刷された線がフレキソ印刷プロセスを用いて印刷されており、第一組と第二組の印刷された線が無電解めっき法によって導電性材料でめっきされているシステム。 - 請求項24に記載のタッチスクリーンセンサーであって、さらにカバーフィルムを備えており、カバーフィルムが抵抗膜方式タッチセンサー上に配置されているもの。
- 請求項24に記載のタッチスクリーンセンサーであって、さらにハードコート層を備えており、ハードコート層がタッチセンサーの外表面に配置されているもの。
- 請求項24に記載のタッチスクリーンセンサーであって、黒マトリクスが少なくともクロムと樹脂のいずれかを含んでおり、黒マトリクスがガラス基板上に形成されているもの。
- 請求項24に記載のタッチスクリーンセンサーであって、照明システムが、、光源から偏光フィルムに向けて出射される光の分布を均一にしているもの。
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