JP2015516632A - 透明ガード上に金属ストリップを組み込む容量性感知デバイス - Google Patents

Abstract

本発明は、表示スクリーン（ＥＣ）を見るするための透明領域（ＳＤ）と、前記表示スクリーン上に配置される少なくとも２つの面へ接続する少なくとも１つの金属コネクタ（ＣＦ）が存在するアクセス領域（ＳＮＤ）と、を有するヒューマン−マシンインターフェースデバイス（ＡＰ）であって、それらの面が：− 前記透明領域内に存在する、透明抵抗導電性材料製の電極面（Ｅ，ＰＴ）と；− 前記透明領域内に存在し前記アクセス領域内へ延長している前記電極面用の能動ガードとして使用される、透明抵抗導電性材料製の導体面（Ｇ）と；である、前記デバイスに関するものである。本発明によるデバイスは、前記ガードの抵抗率を減少させるガードストリップ（ＰＭ）と呼ばれる少なくとも１つの金属ストリップ（ＰＭ）を含み、前記ガードストリップが：− 前記アクセス領域（ＳＮＤ）内に配置され；− 能動ガード（Ｇ）へ接続しており；そして、− 前記導体面（Ｇ）及び前記電極面（Ｅ，ＰＴ）が実質的に同一の電位であるように、前記電極面（Ｅ，ＰＴ）へ接続する前記金属リンク（ＣＦ）へ接続している。

Description

本発明は、物体と電極面との間の容量測定用のデバイスに関するものである。前記デバイスは、特に、ヒューマン−マシンインターフェースコマンド用に使用される２次元容量式タッチサーフェス及び３次元容量性検出の一般的な分野における用途を見出すものである。

通信及び作業用のデバイスは、例えば、パッド又はスクリーンのタッチコマンドインターフェースをますます利用するようになっている。例えば、携帯電話、スマートフォン、電子ノートブック、ＰＣ、マウス、タッチスクリーン、ワイドスクリーンなどを挙げることができる。

これらのインターフェースの数多くが容量性技術を利用している。タッチサーフェスは、電子的手段に連結された導電性電極を備えており、コマンドを実行するために、電極と検出すべき物体との間に生成される静電容量の変動を測定することが可能である。

現在の容量性技術は、行と列の形態での導電性電極の２つの層を最も頻繁に利用するものである。電子機器は、これらの行と列との間に存在する容量結合を測定する。指が能動面に対して非常に近い場合、指に近い容量結合が変更され、従って、電子機器は前記能動面の平面内に２次元位置（ＸＹ）を特定することができる。

この技術は、誘電体によって、指の位置及び存在を検出することが可能である。この技術は、一本以上の指の高感度表面のＸＹ平面内での位置について非常に高い解像度を得るという利点を有する。しかしながら、この技術は、物体との接触を検出するのみであるか、又は、数ミリを超えない非常に近い接近での検出であるという欠点を有する。厚い手袋（スキー用グローブ、オートバイ用グローブなど）、長い爪、又はスタイラスでのタッチコマンドを実施することが困難である。容量性電極の感度の低さによって、厚い誘導体を介してコマンドを開始することが不可能である。

検出すべき物体と電極との間に生成される絶対静電容量の測定を可能にする最近の技術もある。この技術は、自己容量（ｓｅｌｆ−ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）として公知の技術に類似している。例えば、仏国特許第２７５６０４８号：浮動容量測定ブリッジ、仏国特許第２８９３７１１号：浮動ブリッジによる容量測定用デバイス及び方法、又は仏国特許第２８４４３４９号：容量センサーを含む近接検出器を挙げることができる。これらの技術は、非常に高い解像度を有する物体−電極間容量の測定を得ることができ、そして、例えば、数センチ又は１０センチの距離でさえ指を検出することができる。空間検出は、ＸＹＺ三次元で実施されるが、ＸＹ平面内でのタッチによっても実施される。この場合には、手袋を使用して又は厚い誘電体の任意のタイプを介して、コマンドを開始することが可能である。しかしながら、測定すべき容量値のレベルでの接触測定技術（タッチサーフェス）について新たな問題が明らかとなっている。実際に、行−列タイプの現在の容量性技術では、容量値は１つのｐＦのオーダーであるのに対して、電極間容量の最新技術は１つのｆＦのオーダーである。この理由から、浮遊容量を低減するために、ガードと呼ばれる遮蔽層を追加する必要がある。

現在のデバイスでは、電極層が透明材料製である必要があり、そして、前記電極層はデバイスの厚さを減少させるためにできるだけスクリーンの近くに導入（接地電位へ連結）される。これらは、ＩＴＯ製である。従来、ＩＴＯは５０Ω／□〜２００Ω／□の抵抗率を有する。接地（スクリーン）に非常に近いガードの導入によって、ガードと接地との間の強い容量結合が作られる。ＩＴＯ材料の高い抵抗率に関連するこの強い容量結合は、測定に重要な容量及び抵抗漏洩（直角位相）を生成する。一次等価図では、ＲＣ回路網が示される。容量結合はデバイスの機械アセンブリから並びにスクリーン及びガード面の表面から生じる。従って変化させることが困難である。

電極面と並行する検出用のガード面を開示する文献米国特許公開第２０１０／０５２７００号公報が公知である。ガード面は外部ノイズを排除するために設計される。欧州特許公開第２４２０９１８号公報にも、金属ストリップによる外部ノイズの遮断面が開示されている。文献米国特許公開第２０１１／１６９７８３号公報には、接地に接続するガード面及び検出面を含むタッチスクリーンが開示されている。

本発明の目的は、漏洩電流を制限するための新規デバイスを提案することにより、先行技術の欠点を克服することである。

前述の目的は、特に正面図において、表示スクリーンを見るための透明領域と、前記表示スクリーンにわたり配置される少なくとも２つの面へ接続する少なくとも１つの金属リンクが存在するアクセス領域と、を有するヒューマン−マシンインターフェースデバイスであって、それらの面が：
− 前記透明領域内に存在する、抵抗導電性透明材料製の電極面と；
− 前記電極面の能動ガード又はシールドとして使用される、抵抗導電性透明材料製の導体面と、
であって、前記導体面が、前記透明領域内に存在しそして前記アクセス領域内へ延長しているものとする、前記デバイスによって達成される。

本発明によると、デバイスは、前記ガードの抵抗率を減少させるためのガードストリップと呼ばれる金属ストリップを少なくとも１つ含み、前記ガードストリップは：
− 前記金属リンク及び能動ガードへ接続し；そして
− アクセス領域内に配置される。

前記デバイスによって、ガードは、金属ストリップへ接続され、それを十分に導電状態にし、そして、その有効性を保証する。前記ストリップが、ガード面上、特に、電極面の反対側の面上に配置されることが好ましい。前記金属ストリップの実装方法は、当業界と互換性がある。前記金属ストリップは、所望の抵抗率レベルに応じて、透明領域の周囲に、又は、１つ以上の側面上に、閉鎖フレームとして完全であることができる。

アクセス領域が外側から見えない領域であることが好ましい。一般的に、携帯電話の製造業者は、特に、透明領域の周囲に不透明且つ非可視領域を規定する（前記透明領域下に広がっている金属接続部は外側から見えない）。

電極面及びガード面は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ；ｔｉｎ−ｄｏｐｅｄ ｉｎｄｉｕｍ ｏｘｉｄｅ）から設計されることが有利である。その他の透明材料、例えば、アルミニウムをドープした酸化亜鉛（ＡＺＯ）又はスズをドープした酸化カドミニウムを使用することもできる。

本発明によると、金属リンクは、電子制御回路に由来するリボンケーブルであることができる。

本発明の有利な特徴によると、導体面は浮動小数点技術によるガードである。

透明領域が物体の検出用のタッチ領域であることが有利である。これによって、電極に近い容量での３次元検出が可能になる。

金属ストリップは銀製であることができるが、その他の材料を使用することもできる。

本発明のその他の利点及び特徴は、非限定的である実施態様の詳細な説明及び添付の図面を分析することにより明らかになるであろう：
− 図１ａ及び１ｂは、本発明によるデバイスのダイアグラム図である；
− 図２は、電極及びガードの抵抗特性による容量電荷漏洩を示すダイアグラム図である；及び
− 図３ａ〜３ｆは金属ストリップの配置例を示す図である。

一般的に言うと、図１ａ及び１ｂは、本発明によるデバイスＡＰを示す。これは、「スマートフォン」タイプの電話又はタッチスクリーンを備えた電子タブレットであることができる。このデバイスＡＰはタッチ部である検出表面ＳＤを含み、前記タッチ部の下には、特に、電極面（平面又は曲面）が配置される。検出表面ＳＤは、上部から開始して、例えば：
− 外側ガラスＶＥ；
− 破損防止フィルムＦＡＤ；
− 透明ボンドＣＴ；及び
− 偏向板Ｐ；
− 例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）の導電性透明材料製の電極Ｅ；
− 電極用ガラス支持体Ｓ；
− 例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）の導電性透明材料製の層であるガードＧ；並びに、
− 外側ガラスＶＥの外側から目に見える必要のあるディスプレイスクリーンＥＣ；
の透明材料製のいくつかの層を含む。

従って、電極及びガードは検出表面下にあり、そして、高い抵抗率導体面を有する導電性透明材料製である。

この場合、検出表面ＳＤを適切に包囲する非検出表面ＳＮＤも区別される。前記表面は、通常、外側から不透明であり、そして、電極を有するものではないが、金属製のストリップＰＴ及びフレキシブルリンクＣＦへ接続しており、従って、ほとんど抵抗率を有さない。

（ガードＧの存在下で又は存在なしで）導電性透明材料の高い抵抗率が問題になることがある、なぜなら、デバイスへ通常接地されるスクリーンと抵抗材料との間の結合が生じるからである。電極（及びガード）は、面（電極面及び／又はガード面）全体にわたって実質的に１つの且つ同一の電位である必要がある。結合がスクリーンに存在する場合には、漏洩電流ＣＤＦが存在し、そして、前記電流は金属接続（ＰＴ，ＣＦ）から距離が遠くなるにつれてより強くなる。従って、導電性透明材料（電極及び／又はガード）とスクリーンとの間の結合は、外部ガラスの向こう側にあると仮定される対象物と電極との間で測定することが考えられる結合よりも非常に大きくなる。

本発明によると、金属ストリップＰＭは、透明領域全体を包囲するフレームの形態で提供される。これは、非透明領域内のみにガードＧの後面に対して押し付けられる銀ストリップである。前記ストリップＰＭは、ガードＧのものと実質的に等しい電位を提供するフレキシブルコネクタＣＦと接続する。

図２は、漏れ容量を表す図である。電極面１は、物体２の位置を、それらの間の容量３（Ｃｔａｒｇｅｔ）を測定することによって検出するものとして区別することができる。物体２が接地されていることが仮定される。電極は、高い抵抗率を有するＩＴＯに基づいて設計される。後者は、一連の抵抗４によって表される。

ガード面５もＩＴＯを含むために抵抗性である。この抵抗率は抵抗６の回路網によって表される。電荷漏洩電流７は、抵抗４と抵抗６との間に存在する。更に、漏れ容量８も、抵抗６と接地板９（通常、デバイスの表示スクリーン）との間に存在する。

図３ａ〜３ｆは、ガードの後面、すなわち、電極の反対側の面を示す。いくつかの配列が可能である。図３ａは、金属ストリップＰＭが閉鎖フレームである好ましい配列を示す。図３ｂ及び３ｃにおいて、金属ストリップＰＭはＣ形状であり、一部が開放しているが依然としてコネクタＣＦと接続している。図３ｄにおいて、前記金属ストリップＰＭはＬ形状であり、そして、図３ｅ及び３ｆにおいて、これは水平又は垂直の単一線である。

勿論、本発明は以上に説明された実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲を超えない限りで、これらの実施例に種々の調節を行うことができる。

Claims (10)

1. 表示スクリーン（ＥＣ）を見るための透明領域（ＳＤ）と、アクセス領域（ＳＮＤ）とを有するヒューマン−マシンインターフェースデバイス（ＡＰ）であって、前記アクセス領域（ＳＮＤ）には、前記表示スクリーンにわたり配置される少なくとも２つの面へ接続する少なくとも１つの金属リンク（ＣＦ）が存在し、それらの面が：
   − 前記透明領域内に存在する、透明抵抗導電性材料製の電極面（Ｅ，ＰＴ）と；
   − 前記電極面用の能動ガード（Ｇ）として使用される、透明抵抗導電性材料製の導体面（Ｇ）と：
   であって、前記導体面が、前記透明領域内に存在しそして前記アクセス領域内へ延長しているものとする、前記デバイスにおいて、
   前記デバイスが、前記ガードの抵抗率を減少させるガードストリップ（ＰＭ）と呼ばれる少なくとも１つの金属ストリップ（ＰＭ）を含み、前記ガードストリップが：
   − 前記能動ガード（Ｇ）へ接続しており；
   − 前記導体面（Ｇ）及び前記電極面（Ｅ，ＰＴ）が実質的に１つのそして同一の電位であるように、前記電極面（Ｅ，ＰＴ）へ接続する前記金属リンク（ＣＦ）へ接続しており；そして、
   − 前記アクセス領域（ＳＮＤ）内に配置される；
   ことを特徴とする、前記デバイス。
2. 金属ストリップ（ＰＭ）が、透明領域（ＳＤ）を包囲する閉鎖フレームであることを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
3. アクセス領域（ＳＮＤ）が、外側から見えない領域であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のデバイス。
4. 電極面（Ｅ，ＰＴ）及び能動ガード（Ｇ）が、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）から設計されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のデバイス。
5. 金属ストリップ（ＰＭ）を、能動ガード（Ｇ）の１つの面上に配置することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のデバイス。
6. 金属ストリップ（ＰＭ）を、電極面（Ｅ，ＰＴ）の反対側の面上に配置することを特徴とする、請求項５に記載のデバイス。
7. 金属リンク（ＰＭ）が、電子制御回路に由来するリボンケーブルであることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のデバイス。
8. 導体面（Ｇ）が、浮動小数点技術によるガードであることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のデバイス。
9. 透明領域（ＳＤ）がタッチ領域であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載のデバイス。
10. 金属ストリップ（ＰＭ）が銀製であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項記載のデバイス。

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