JP3223683U - 二重ブリッジ領域を有する単層投影型静電容量式タッチセンサー - Google Patents

Abstract

【課題】信号線層に配置される信号線の本数を大幅に削減し、遮蔽領域の幅を小さくでき、狭い側面のタッチパネルの設計および適用を容易にすることができる二重ブリッジ領域を有する単層投影型静電容量式タッチセンサーを提供する。【解決手段】タッチセンサーは複数の感知アレイを備え、多数の駆動電極が２つのグループに分けられ、それぞれ電極接続部を介して縁部に配置された２つのブリッジ領域内の電気接点に接続される。各ブリッジ領域上に絶縁膜が配置され、絶縁膜上の電気接点の対応する位置に貫通孔が形成される。貫通孔を通して電極信号線を駆動して、タッチセンサー上の感知アレイの同軸上の駆動電極電気接点を互いに電気的に接続して、直列の信号チャネルを形成する。共通の感知電極に電気的に接続された信号線はブリッジ領域の１つを通過し、信号チャンネルの各駆動電極信号線と絶縁して交差する。【選択図】図２

Description

本考案は、二重ブリッジ領域を有する単層投影型静電容量式タッチセンサーに関し、特に独立マトリックス感知ユニットアーキテクチャーの二重ブリッジ領域を有する単層投影型静電容量方式タッチセンサーに関する。

投影型静電容量式タッチセンサーはマルチタッチ(Multitouch)機能を持っているため、さまざまな電子製品に広く使用されている。独立マトリックス感知ユニット(Independent-matrix sense elements) アーキテクチャーの投影型静電容量式タッチセンサーは、単層の導電性薄膜上に配線された複数の感知アレイからなる。各感知アレイは、共通の感知電極と複数の駆動電極とを有し、感知電極と駆動電極とはそれぞれ電極接続部を介して電気接点に接続されている。電気接点はタッチパネルの端に配置され、それぞれ信号ケーブル（FPCまたはFFC）に取り付けられている。タッチセンサーによって捕捉されたタッチ信号は誘導信号処理ユニットに送信される。図７に示すように、独立マトリックス感知ユニットアーキテクチャーの駆動電極および感知電極はすべて単一の導電層内に配置され、各電極は電極接続部（ＣＷ）によって周辺部に配置された電気接点10 'に直接接続されている。電気接点１０ 'の数が多いために、それとラップされる信号ケーブルの幅が非常に大きいだけでなく、さらに、少数の電気接点を接触不良にさせることは容易であり、その結果、タッチパネルは適切に機能しない。

図８及び図９に示すように、タッチパネルのエッジ設定領域を減らすために、ブリッジアーキテクチャーを有する独立マトリックス感知ユニットアーキテクチャーが提案されている。ブリッジ領域のアーキテクチャーは、主に、感知アレイの複数の感知電極および駆動電極がタッチパネルの一側端部に分布し、次いで絶縁膜２０'によって駆動電極用電気接点１０'に覆われることである。そして、絶縁膜に電気的接触に対応する位置に貫通孔３０'を形成した後、駆動電極の信号線ＴＸが絶縁電極の貫通孔３０'を通ることを介して同一軸方向位置にある各感知アレイの駆動電極用電気接点１０'を互いに電気的に接続され、直列の信号チャネルを形成する。これにより、信号ケーブルと組み合わされる電気接点の数が減り、及びタッチパネルのフレーム内の信号線の数が減り、タッチパネルのフレームの幅を小さくすることができる。しかしながら、上記ブリッジアーキテクチャーでは、感知電極の信号線ＲＸと駆動電極の信号線ＴＸとが同一側面上に平行に配置されている。したがって、大面積または高誘導性のタッチパネルに上記配線アーキテクチャーの技術を適用すると、タッチパネル上に配置された多数の感知アレイは、感知電極の信号線ＲＸと駆動電極の信号線の本数が倍増になり、まだフレームサイズを効果的に縮小できないという問題に直面している。この結果、フレームが太くて見苦しい外観になるだけでなく、有効なタッチ操作領域が減少し、タッチ感度が低下してしまう。
ブリッジ領域を有する前述の独立マトリックス感知ユニットアーキテクチャーの欠点に対して、大面積タッチパネルの適用問題を克服するために、二重ブリッジ領域を有する独立マトリックス感知ユニットアーキテクチャーがさらに提案されている。大抵のアーキテクチャーは、ブリッジ領域を有する前述の独立マトリックス感知ユニットアーキテクチャーと類似しているが、主な違いは、ブリッジ領域アーキテクチャーがタッチパネルの２つの相対する、側端部にそれぞれ配置されていることである。そして、タッチ感知層上の複数の駆動電極を２つの駆動電極グループに分けられ、電極接続部により、それぞれ２つのブリッジ領域のアーキテクチャー上の電気接点に接続される。そして、貫通孔を設けた絶縁膜を覆うこと、および駆動電極の信号線は、同じ軸方向位置で駆動電極の電気接点を直列に接続して信号チャネルを形成する。これによれば、駆動電極の信号線の配線数が両側に均等に分配され、フレームの幅を狭くすることができる。しかしながら、上記アーキテクチャーの配置によれば、それぞれの感知アレイの共通感知電極の信号線ＲＸは、２つのブリッジ領域のうちの１つを横切る。したがって、ブリッジ領域を横切る信号導体ＲＸは、直列に接続された信号チャネルを形成するための駆動電極信号線ＴＸと絶縁されて交差に配置され、キャパシタノードアーキテクチャーを形成する。したがって、ノードを通過する駆動電極信号線ＴＸは、横断信号線ＲＸと結合されて対応するノード容量値を増加させる。しかし、他のブリッジ領域では、共通検出電極信号線ＲＸを横切らないため、容量ノードアーキテクチャーが形成されず、駆動電極信号線ＴＸ上のノード容量値が増加することはない。この結果、２つのブリッジ領域を通る駆動電極信号線ＴＸ上のノード容量値に大きな差が生じる（図１０に示すノード容量値分布図を参照）。両者の充放電特性の差が大きすぎるため、タッチ機能が低下し、感知信号処理ユニットの設計が困難になる。

本考案の目的は、二重ブリッジ領域を有する改良された単層投影型静電容量式タッチセンサーを提供することである。タッチセンサーは、複数の感知アレイを含む独立マトリックス感知ユニットアーキテクチャーを有し、各感知アレイは共通感知電極と複数の駆動電極とを有する。そして、多数の駆動電極が２つのグループに分けられ、それぞれ電極接続部を介して縁部のブリッジ領域に配置された２つの電気接点に接続される。各ブリッジ領域上にはそれぞれ絶縁膜が配置されている。電気接点の対応する位置に絶縁膜の貫通孔を形成し、電極信号線を駆動することにより、貫通孔を通過する。感知アレイの同じ軸位置上の感知アレイの駆動電極電気接点は、互いに電気的に接続されて直列の信号チャネルを形成する。そして、２つのブリッジ領域のうちの１つを通過して共通感知電極の信号線を電気的に接続する。並びに、直列の信号チャネルを形成するための各駆動電極信号線と絶縁して交差設置される。
共通感知電極にはさらに電極延長部が設けられ、電極延長部は他のブリッジ領域で延長、設置され、そして、前記それぞれの駆動電極信号線と絶縁して交差する直列の信号チャネルを形成する。したがって、タッチセンサーフレームの幅を狭くする目的と、２つのブリッジ領域を通過する駆動電極信号線のノード容量値をバランスさせる効果とが達成される。
本考案の他の機能および技術的特徴をさらに明らかにすることにより、本明細書の記載を読んだ後に当業者によって実施されうるであろう。

本考案は信号線層に配置される信号線の本数を大幅に削減することができ、遮蔽領域の幅を小さくすることができ、狭い側面のタッチパネルの設計および適用を容易にすることができる。

本考案実施形態の積層組合せを示す概略図ある。 本考案実施形態の部品分離を示す概略図である。 本考案実施形態の部品組み合わせの平面図である。 本考案実施形態の感知アレイの平面図である。 本考案図３のＡ部を拡大して示す平面図である。 本考案一実施形態による第１上部信号線と第１下部信号線のノード容量値の分布図である。 従来のタッチセンサーアーキテクチャーの平面図である。 従来の他のタッチセンサーアーキテクチャーの平面図である。 図７の従来のタッチセンサーアーキテクチャーの部品分離の概略図である。 ２つのブリッジ領域における従来のタッチセンサーの駆動電極信号線上のノード容量値分布を示す図である。

添付の図面に記載された本考案の好ましい実施形態は、二重ブリッジ領域を有する単層投影型静電容量式タッチセンサーである。より明確な説明を提供し、考案の技術的特徴をよりよく理解するために、図面の様々な部分はそれらの相対的な大きさに従って描かれておらず、いくつかの寸法は他の関連する縮尺と比較して誇張されている。無関係な詳細は、図式を単純にするために完全には描かれていない。

図１≡図３を参照すると、本実施形態は、主に、透明ベース層１、透明タッチ感知層２、ブリッジ絶縁層３、および信号線層４を含む。ここで、ベース層１は、光透過率の高い透明薄膜であり、ガラス板、ポリメチルメタクリレート等の機械的強度に優れた各種の高透過率薄板、あるいは透明可撓性薄膜を選択することができる。例えば、ポリエチレンテレフタレートまたはポリカーボネートの薄膜であるが、その材料の種類は上述の実施の範囲に限定されない。ベース層１の表面の周縁領域には、不透明または光透過性の低い絶縁材料を塗布してなるフレーム１ａが設けられている。不透明フレーム１ａの配置により、ベース層１上に中央部に形成された可視領域１１が画定され、周縁部に遮蔽領域１２が形成される。絶縁材料は、インクまたはフォトレジストなどの材料から選択することができるが、実施可能な材料の範囲はそれに限定されない。

タッチ感知層２は、インジウムスズ酸化物、インジウム亜鉛酸化物、亜鉛アルミニウム酸化物、またはポリエチレンジオキシチオフェンなどから選択される、非常に高い透光率の導電性材料からなるが、これに限定されない。透明タッチ感知層は、やや独立マトリックス感知素子(Independent-matrix sense elements)アーキテクチャーを呈し、第１方向（すなわち、Ｙ軸方向）に沿って配置され、互いに間隔を置いた複数の感知アレイ２ａおよび接地列２ｂを有する。そして、感知アレイ２ａは、前述の可視領域１１の範囲内に形成される。大面積タッチセンサーの実施形態では、独立マトリックス感知ユニットアーキテクチャーは複数の感知アレイ２ａを含む。且つ各感知アレイ２ａは、共通感知電極（Common Sensing Electrode）と複数駆動電極（Driving Electrode）とからなる。そこで、本実施形態では、複数の駆動電極を上部駆動電極群と下部駆動電極群とに分けられることで、信号線の配線数を両側縁部に均等に分配して、必要な配線スペースを減らし、フレームの幅を狭くするという目的を達成する。再び図４を参照すると、個別感知アレイ２ａは、複数の第１上部感知電極２１（上部駆動電極群）と複数の第１下部感知電極２４（下部駆動電極群）と、そして、第２感知電極２７（すなわち誘導電極）とを含む。第１上部感知電極２１および第１下部感知電極２４は、いずれも短い櫛状であり、側面には第２方向（Ｘ軸方向）に沿って延びる複数の駆動導体が形成され、第２感知電極２７は、長い櫛状をしており、その側面には、第２方向（すなわちＸ軸方向）に沿って延びる複数の感知導体が形成されている。第１上部感知電極２１、第１下部感知電極２４、および第２感知電極２７は、互いに対応する相補的な形状に配置されている。さらに、個々の第１上部感知電極２１は電極接続部２１１を介して上部ブリッジ領域２８に配置された第１上部電気接点２１２に電気的に接続され、個々の第１下部感知電極２４は電極接続部２４１を介して下部ブリッジ領域２９に配置された第１下部電気接点２４２に電気的に接続されている。第２感知電極２７の第１端部（すなわち上端部）は、電極接続部２７１を介して前述の上部ブリッジ領域２８を通過し、第２電気接点２７２に電気的に接続されている。第２感知電極２７の第２端部（すなわち下端部）には、上記下部ブリッジ領域２９に形成された電極延長部２７３が設けられている。そして、電極延長部２７３の延長する長さは、少なくとも第１下部電気接点２４２の最下部に配置された第１下部電気接点２４２の位置を超えるか、または前記下部ブリッジ領域２９を横切る。
上部ブリッジ領域２８、下部ブリッジ領域２９および第２電気接点２７２はすべて遮蔽領域１２の範囲内に形成されている。前記接地列２ｂの第１端は上部ブリッジ領域２８に形成され、第２端は下部ブリッジ領域２９に形成されている。

ブリッジ絶縁層３は、上部ブリッジ絶縁膜３１と下部ブリッジ絶縁膜３５とを含む。上部ブリッジ絶縁膜３１は、上部ブリッジ領域２８上に覆われ配置されており、上部ブリッジ絶縁膜３１上には複数の貫通孔３２が設けられ、それぞれ、第１上部電気接点２１２および接地列２ｂの第１端部の位置に対応している。下部ブリッジ絶縁膜３５は下部ブリッジ領域２９上に覆われ配置されており、下部ブリッジ絶縁膜３５には、複数の貫通孔３６が設けられ、それぞれ各第１下部電気接点２４２の位置に対応している。下部ブリッジ絶縁膜３５は下部ブリッジ領域２９上に覆われ配置されており、下部ブリッジ絶縁膜３５には、複数の貫通孔３６が設けられ、それぞれ各第１下部電気接点２４２の位置に対応している。

信号線層４は、遮蔽領域１２の範囲内に配置され、複数の第１上部信号線４１（上部駆動信号線）と、複数の第１下部信号線４２と、複数の第２信号線４３（すなわち下部駆動信号線）と、接地信号線４４と、信号出力ポート４８とを含む。第１上部信号線４１は、上部ブリッジ絶縁膜３１のス貫通孔３２を介して第１上部電気接点２１２と電気的に接続されている。そして、各感知アレイ２ａの第２方向の同軸上に位置している第１上部電気接点２１２を電気的に接続して直列の信号チャネルを形成する。第１上部信号線４１の端部は信号出力ポート４８に電気的に接続されており、信号出力ポート４８は遮蔽領域１２の外縁部に配置されている。第１下部信号線４２は、下部ブリッジ絶縁膜３５の貫通孔３６を介して第１下部電気接点２４２と電気的に接続されている。そして、各感知アレイ２ａの第２方向の同軸上に位置している第１下部電気接点２４２を電気的に接続して直列の信号チャネルを形成する。
第１下部信号線４２の端部は信号出力ポート４８に電気的に接続されている。各第２信号線４３はそれぞれ各第２電気接点２７２に電気的に接続され、第２信号線４３の端部は信号出力ポート４８に電気的に接続されている。接地信号線４４は、上部ブリッジ絶縁膜３１の貫通孔３２を介して接地列２ｂの一端に電気的に接続されており、各接地列２ｂは信号チャネルを形成している。接地信号線４４の端部は、信号出力ポート４８に電気的に接続されている。信号線層４は、低抵抗導電材料からなり、例えば金、銀、銅、アルミニウム、モリブデン、ニッケル、または上記材料合金の導電膜をエッチングしてなるか、或いは導電性銀ペーストまたは導電性インクで印刷され形成しているが、本考案は上記実施形態に限定されるものではない。上述したタッチセンサー構造によれば、第１上部感知電極２１（上部駆動電極）の信号は、第１上部信号線４１（上部駆動信号線）によって伝送され、第１下部感知電極２４（すなわち下部駆動電極）の信号は、第１下部信号線４２（すなわち下部駆動信号線）によって伝送されている。そして、第２信号線４３（すなわち感知信号線）は、第２感知電極２７（すなわち感知電極）の信号を信号出力ポート４８に伝送する。次に、信号出力ポート４８は、タッチ感知信号を演算処理のために信号処理回路に送信し、ＦＦＣまたはＦＰＣコネクタによってオーバーラップされ接続されている。本実施形態では、タッチ感知層上の複数の駆動電極は、上部駆動電極と下部駆動電極の２つのグループに分けられ、信号接続のために上部および下部ブリッジ領域２８および２９に配線される。この信号に接続された配線の数は両側の端に均等に分配され、そして、貫通孔を有する上下ブリッジ絶縁膜３１、３５の配置を用いて、第１上部信号線４１と第１下部信号線４２とで、対応する駆動電極の複数の電気接点（第１上部電気接点２１２、第１下部電気接点２４２）は直列に接続されて信号チャネルを形成する。
したがって、信号線層４上に配置される信号線の本数を大幅に削減することができ、遮蔽領域１２の幅を狭くすることができ、狭い側面のタッチパネルの設計および適用を容易にすることができる。

また、図５に示すように、本実施形態の上部ブリッジ領域２８では、第２感知電極２７の第１端部の電極接続線２７１と第１上部信号線４１との交点にキャパシタノード構造が形成されている。したがって、第１上部信号線４１は、トレースがノードを通った所に、対応するノード容量を増加させるために、第２感知電極２７の電極接続線２７１と結合される。同様に、下部ブリッジ領域２９において、第２感知電極２７の第２端部の電極延長部２７３と第１下部信号線４２との交差部もキャパシタノード構造を形成する。したがって、第１下部信号線４２は、トレースがノードを通った所に、対応するノード容量を増加させるために、第２感知電極２７の電極延長部２７３と結合される。したがって、上部および下部ブリッジ領域２８、２９を通過するトレースの第１上部および下部信号線４１、４２は、ほぼ同じノード容量値増加値を有することになり、（図６に示すノード容量値分布図を参照）上部駆動電極群と下部駆動電極群の両方のノード容量値変化のバランスをとる。従って、上部駆動電極群と下部駆動電極群のノード容量値の過度の差による多様な不都合な特性が回避される。

１ ベース層
１ａ フレーム
１１ 可視領域
１２ 遮蔽領域
２ 透明タッチ感知層
２ａ 感知アレイ
２ｂ 接地列
２１ 第１上部感知電極
２１１ 電極接続部
２１２ 第１上部電気接点
２４ 第１下部感知電極
２４１ 電極接続部
２４２ 第１下部電気接点
２７ 第２感知電極
２７１ 電極接続線
２７２ 第２電気接点
２７３ 電極延長部
２８ 上部ブリッジ領域
２９ 下部ブリッジ領域
３ ブリッジ絶縁層
３１ 上部ブリッジ絶縁膜
３２ 貫通孔
３５ 下部ブリッジ絶縁膜
３６ 貫通孔
４ 信号線層
４１ 第１上部信号線
４２ 第１下部信号線
４３ 第２信号線
４４ 接地信号線
４８ 信号出力ポート

Claims (8)

1. 二重ブリッジ領域を有する単層投影型静電容量式タッチセンサーであって、ベース層と、タッチ感知層と、ブリッジ絶縁層と、信号線層とを含み、
   前記ベース層は中央領域が透明な可視領域であり、その周縁部にフレームが設けられて遮蔽領域を形成し、
   前記タッチ感知層は、高透光率導電性材料からなる独立マトリックス感知ユニット構造であり、第１方向に沿って互いに間隔を置いて平行に配置された複数の感知アレイおよび接地列を有し、複数の前記感知アレイは前記可視領域の範囲に形成され、個々の前記感知アレイは複数の第１上部感知電極と複数の第１下部感知電極と、第１下部感知電極と、第２感知電極とを含み、各前記第１上部感知電極は、電極接続部を介して上部ブリッジ領域に配置された第１上部電気接点に電気的に接続され、各前記第１下部感知電極は、電極接続部を介して下部ブリッジ領域に配置された第１下部電気接点に電気的に接続され、前記上部ブリッジ領域および下部ブリッジ領域は両方とも遮蔽領域の範囲内に形成され、前記第２感知電極の第１端部は、電極接続部を介して前記上部ブリッジ領域を横切り、第２電気接点に電気的に接続され、前記第２感知電極の第２端部には電極延長部が設けられ、前記電極延長部は、下部ブリッジ領域に形成され、前記接地列の第１端部は前記上部ブリッジ領域に形成され、第２端部は前記下部ブリッジ領域に形成され、
   前記ブリッジ絶縁層は上部ブリッジ絶縁膜および下部ブリッジ絶縁膜を含み、前記上部ブリッジ絶縁膜は前記上部ブリッジ領域を被覆して配置され、そして、前記上部ブリッジ絶縁膜には、複数の前記第１上部電気接点および複数の前記接地列の第１端部のそれぞれに対応する位置に複数の貫通孔が設けられ、前記下部ブリッジ絶縁膜は前記下部ブリッジ領域を被覆して配置され、そして、前記下部ブリッジ絶縁膜には、複数の前記第１下部電気接点の位置に対応して複数の貫通孔が設けられ、
   前記信号線層は遮蔽領域の範囲内に配置され、複数の第１上部信号線、複数の第１下部信号線、複数の第２信号線、接地信号線および信号出力ポートを含み、前記第１上部信号線は、前記上部ブリッジ絶縁膜の貫通孔を介して前記第１上部電気接点と電気的に接続され、そして、各前記感知アレイの第２方向の同軸上に位置している第１上部電気接点を電気的に接続して、直列の信号チャネルを形成し、前記第１上部信号線の端部は、前記信号出力ポートに電気的に接続され、前記信号出力ポートは、前記遮蔽領域の外縁部に配置され、前記第１下部信号線は、前記下部ブリッジ絶縁膜の貫通孔を介して前記第１下部電気接点と電気的に接続され、そして、各前記感知アレイの第２方向の同軸上に位置している第１下部電気接点を電気的に直列接続して、信号チャネルを形成し、前記第１下部信号線の端部は前記信号出力ポートに電気的に接続され、前記第２信号線は前記第２電気接点に電気的に接続され、そして、前記第２信号線の端部は前記信号出力ポートに電気的に接続され、前記接地信号線は、前記上部ブリッジ絶縁膜上の貫通孔を介して前記接地列の第一端に電気的に接続されており、各前記接地列は直列に接続され、信号チャネルを形成し、前記接地信号線の端部は前記信号出力ポートに電気的に接続され、前記上部ブリッジ領域において、複数の前記第２感知電極の電極接続部は、複数の第１上部信号線と絶縁して交差配置され、前記下部ブリッジ領域において、複数の前記第２感知電極の電極延長部は、複数の前記第１下部信号線と絶縁して交差配置され、複数の前記絶縁して交差配置される位置にキャパシタノードが形成されることを特徴とする、二重ブリッジ領域を有する単層投影型静電容量式タッチセンサー。
2. 前記透明タッチ感知層の導電性材料は、酸化インジウム錫、酸化インジウム亜鉛、酸化亜鉛アルミニウムまたはポリエチレンジオキシチオフェンから選択されることを特徴とする、請求項１に記載の二重ブリッジ領域を有する単層投影型静電容量式タッチセンサー。
3. 前記第１上部感知電極と前記第１下部感知電極は駆動電極であり、前記第２感知電極は共通の感知電極であることを特徴とする、請求項１に記載の二重ブリッジ領域を有する単層投影型静電容量式タッチセンサー。
4. 前記信号線層は、金、銀、銅、アルミニウム、モリブデン、ニッケルまたはこれらの合金の導電膜をエッチングすることにより形成されることを特徴とする、請求項１に記載の二重ブリッジ領域を有する単層投影型静電容量式タッチセンサー。
5. 前記信号線層は、導電性銀ペーストまたは導電性インキを印刷することにより形成されることを特徴とする、請求項１に記載の二重ブリッジ領域を有する単層投影型静電容量式タッチセンサー。
6. 前記フレームは、不透明または光透過性が低い絶縁材料からなる薄膜層であり、前記絶縁材料は、インクまたはフォトレジストから選択されることを特徴とする、請求項１に記載の二重ブリッジ領域を有する単層投影型静電容量式タッチセンサー。
7. 前記電極延長部は、前記下部ブリッジ領域内に形成され、且つその延長する長さは、少なくとも複数の前記第１下部電気接点の最下部に配置された第１下部電気接点の位置を超えることを特徴とする、請求項１に記載の二重ブリッジ領域を有する単層投影型静電容量式タッチセンサー。
8. 前記電極延長部は前記下部ブリッジ領域を横切っていることを特徴とする、請求項１に記載の二重ブリッジ領域を有する単層投影型静電容量式タッチセンサー。