JP4976347B2

JP4976347B2 - マルチセンサタッチパッドの構造

Info

Publication number: JP4976347B2
Application number: JP2008192878A
Authority: JP
Inventors: 燕美楊; 宗毅沈
Original assignee: 源貿科技股▲ふん▼有限公司
Priority date: 2008-06-20
Filing date: 2008-07-25
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2028-07-25
Also published as: TW201001247A; US20090315853A1; JP2010003280A; TWI394067B

Description

本発明はマルチセンサタッチパッドの構造に関し、特に、抵抗膜方式タッチパッドおよび静電容量方式タッチパッドそれぞれの長所を同時に兼ね備え、センサ層の数量を減少させたマルチセンサタッチパッドの構造に関する。

携帯式およびインタラクティブ式の電子製品が次々に世に現れ、タッチパッドはすでにこの種の電子製品に無くてはならないものとなっている。市場における需要の下、タッチパッドの品質および機能も向上しており、価格の大幅な低下および生産量の増加に伴って、更に多くのタッチパッドが各種の電子製品に広く応用されている。一般的に、タッチパッドの構造はその応用原理によって、抵抗膜方式、静電容量方式、超音波方式および赤外線方式の四種類に分類される。またこれらのタッチパッドは応用原理の違いによって、製造工程、機能、使用方式、長短所および応用部分にそれぞれ特徴を有する。その中で、抵抗膜方式タッチパッドは圧力センサが採用され、指、鉛筆、カードまたは手袋を装着した指などでも使用することができ、更に、価格も安いので主に、携帯電話、ＰＤＡ、ＧＰＳなどの消費性電子製品に応用されている。静電容量方式タッチパッドは製造工程が比較的複雑であり、チップおよび回路の制御が抵抗膜方式と比較して複雑であるので、ノートパソコン、ＡＴＭなどの高価格の電子製品に応用される。超音波方式および赤外線方式のタッチパッドは技術および製造工程が未成熟なので、大型で高価格の電子製品に応用される。

抵抗膜方式の基本構造は、柔軟性導電板と下方導電板との間に若干のスペースドットによってスペース層が形成され、柔軟性導電板と下方導電板が対向設置される。使用時、導電板両側の辺縁に電位差を印加し、上層の柔軟性導電板が圧力を受けて凹陥し、下層の下方導電板に接触したとき、導電板によって受圧点の電位を測定でき、導電板上の面抵抗値と距離との関係から受圧点の両側辺縁からの相対位置（例えば、Ｘ軸方向）を読取ることができる。同様の原理による、回路によって他の両側辺縁に電圧差を生成することで、他の方向の相対位置（例えば、Ｙ軸方向）を読取ることができる。抵抗膜方式タッチパッドは各種硬質媒介（例えば、指、鉛筆またはクレジットカードなど）を使用して押圧でき、例えば、ＧＰＳなどの小型電子製品、作図ボードまたは手書き入力パッドなどのサイズが小さい製品や打点範囲が小さい製品に適用する。しかし、タッチパッドを点で押圧する方式は容易に摩損したり、材質が疲労したりし、使用寿命が短く、常に使用される環境または公共の場所での使用には向かない。また、使用される媒介の押圧範囲が広い（大きな指または柔軟物質）場合、押圧点の位置を読取ることができない状況が発生する。また、導電膜の面抵抗は温度変化によって変化するので、抵抗膜方式タッチパッドが距離を演算する過程において誤差が発生し、高温環境での使用には向かない。

静電容量方式タッチパッドの基本構造は、Ｘ軸センサ層、Ｙ軸センサ層、Ｘ軸センサ層とＹ軸センサ層との間に介在する絶縁体層から構成される。その中で、Ｘ軸センサ層上はＸ軸方向に沿って設置されたトレースを有し、Ｙ軸センサ層上はＹ軸方向に沿って設置されたトレースを有する。使用時、導体（例えば、指または導電物質）がタッチパッド上を軽く触れると、導体とＸ軸およびＹ軸のトレースが形成する容量効果によって電圧変化が生成され、導体が接触した位置が計算される。静電容量方式タッチパッドは長所が非常に多い。例えば、静電容量方式タッチパッドは、指で軽く触れればよく、摩損や大きな圧力が必要ないので、使用寿命が長く、公共の場所での使用に適用される。また、センサの反応が非常に早いので、静電容量方式タッチパッドの演算時間は抵抗膜方式タッチパッドの演算時間より短い。特別な点として、静電容量方式タッチパッドは抵抗膜方式タッチパッドのように、一つの接触のみを検出するのではなく、同時に複数の接触を検出できるので、タッチパッドの機能をより多様化させることができる。

しかし、静電容量方式タッチパッドは外界の電磁波干渉を容易に受け、誤作動する。また、そのセンサは人体の感知状況および環境の温度および湿度に応じて常に調整する必要がある。また、指で操作するときは、大きな面積での接触が必要であり、抵抗膜方式タッチパッドのように指先での操作を行なうことができない。従って、地図へのポインティング、作図ボードまたは手書き入力パッドなどには向かず、これらの問題は特殊なペンを使用することによって解決できるが、操作面積が小さいタッチパッドには向かず、指で軽く触れればよいという利便性は失われる。

以上のように、抵抗膜方式タッチパッドおよび静電容量方式タッチパッドはそれぞれ特徴的な機能および長短所を有する。従って、それぞれの欠点を補う形で抵抗膜方式タッチパッドと静電容量方式タッチパッドの特徴を融合することができたらタッチパッドの応用範囲を拡大させることができる。

特許文献１において開示されているタッチパッドは、静電容量方式タッチパッドユニットＡと抵抗膜方式タッチパッドユニットＢが積層されて複合式板体が形成された構造となっている。しかし、特許文献１は静電容量方式タッチパッドを直接、抵抗膜方式タッチパッドに積層した板体であり、その構造および回路は従来技術による静電容量方式タッチパッドおよび抵抗膜方式タッチパッドの技術を使用している。使用時、使用者は静電容量方式または抵抗膜方式に切換えて使用する（人工的に切換えるか、または信号判別回路を使用する）。特許文献１は抵抗膜方式タッチパッドと静電容量方式タッチパッドの構造を一つにしたものではあるが、特許文献１は二つの構造を積層させただけの構造であり、構造を簡素化し、体積を縮小させ、コストを低減させるといった問題を考慮していないので、特許文献１の複合式タッチパッドを製造する場合、製造コストおよび組立コストが多く必要となり、部材も複雑で多くなり、タッチパッドの体積および制御部材が倍増してしまう。また、生産された高価格のタッチパネルは市場における受容性が低い。

従って、本発明の発明者は上述の問題に鑑み、抵抗膜方式タッチパッドと静電容量方式タッチパッドの長所を兼ね備え、製造工程を簡素化し、コストを低減し、製品体積を減少させることができるマルチセンサタッチパッドを提供することを目標とした。
台湾専利公告号Ｍ３２１５５３特開２００５−１９７２００号公報

本発明の目的は、三枚のセンサ層によって静電容量方式および抵抗膜方式のタッチパッドのセンサ信号を検知することができ、簡素化された層状構造によって、信号回路の設置を縮小することができ、後続の制御チップも一つのチップ上に整合することができ、製造および組立のコストおよびステップを大幅に減少させることができ、外形も軽薄にすることができるマルチセンサタッチパッドを提供することにある。

上述の課題を解決するために、請求項１の発明は、絶縁体薄層である保護層と、良好な導電率の第１のトレースを有し、第１のトレースの端部には第１のトレース接点が設けられる第１のトレース層と、絶縁体薄層である絶縁層と、良好な導電率の第２のトレースおよび電気接点を有し、第２のトレースの端部には第２のトレース接点が設けられるマルチセンサ層と、若干のスペースドットが設置されるスペースドット層と、電気接点が設けられた良好な導電率の薄膜である導電膜と、絶縁体板材であり、各層が順番に積層される基板とから構成され、第１のトレース接点および第２のトレース接点には導電線路が接続され、導電線路は電荷センサ信号を後続の信号処理素子に伝導するのに使用され、第２のトレースの電気接点および導電膜の電気接点には電圧源および抵抗計算回路が電気的に接続されることを特徴とする三枚のセンサ層からなるマルチセンサタッチパッドの構造である。

請求項２の発明は、導電膜の電気接点と電気的に接続される電圧源は、二つの交差した方向へ電圧差を提供するのに使用され、また、第２のトレースの電気接点と電気的に接続される抵抗計算回路は、受圧点の二つの方向における抵抗値の計算に使用されることを特徴とする請求項１記載の三枚のセンサ層からなるマルチセンサタッチパッドの構造である。

請求項３の発明は、導電膜電気接点と電気的に接続される電圧源は、第１の方向の電圧差を提供するのに使用され、第２のトレースの電気接点と電気的に接続される抵抗計算回路は、受圧点の第１の方向の抵抗値を計算するのに使用され、また、第２のトレースの電気接点と電気的に接続される電圧源は、第２の方向の電圧差を提供するのに使用され、導電膜の電気接点と電気的に接続される抵抗計算回路は、受圧点の第２の方向の抵抗値を計算するのに使用されることを特徴とする請求項１記載の三枚のセンサ層からなるマルチセンサタッチパッドの構造である。

本発明のマルチセンサタッチパッドは、その構造が順番に、接触面とされ、ショート防止に使用される保護層と、第１のトレース層と、絶縁層と、マルチセンサ層と、スペースドット層と、導電膜と、基板とから構成され、第１のトレース層およびマルチセンサ層表面は導電トレースを有し、トレースは指または導体上の微弱な静電容量の検知に使用され、後続の静電容量計算ユニットが回路中の静電容量変化を分析する。そして、マルチセンサ層には導電膜と同様に、電圧源および抵抗計算回路が電気的に接続され、電圧差をマルチセンサ層または導電膜上に印加するのと、押圧点の抵抗値を計算するのに使用され、それによってマルチセンサ効果が達成される。
このように、本発明のマルチセンサタッチパッドは、従来の抵抗膜方式タッチパッドと静電容量方式タッチパッドの長所を兼ね備え、三枚のセンサ層によって静電容量方式および抵抗膜方式のタッチパッドのセンサ信号を検知することができ、簡素化された層状構造によって、信号回路の設置を縮小することができ、後続の制御チップも一つのチップ上に整合することができ、製造および組立のコストおよびステップを大幅に減少させることができ、外形も軽薄にすることができる。

本発明の目的、特徴および効果を示す実施例を図に沿って詳細に説明する。
図２は本発明のマルチセンサタッチパッドＣの好適な実施例を示し、層状の構造は上から下に、絶縁体材質である保護層２０と、良好な導電率の第１のトレース(部)２１１(図5〜7等を参照)および第１のトレース接点２１２を有する第１のトレース層２１と、絶縁層２２と、良好な導電率の第２のトレース(部)２３１、第２のトレース接点２３２および第２のトレースの電気接点２３３を有するマルチセンサ層２３と、スペースドット層２４と、導電膜の電気接点２５３が設けられた良好な導電率の薄膜である導電膜２５と、基板２６とから構成される。

従来技術における二層の静電容量方式タッチパッドセンサ層１１、１３および二層の抵抗膜方式タッチパッドセンサ層１５、１７の少なくとも四層のセンサ層（図１を参照）が必要な構造と比較して、本発明の好適な実施例においては、抵抗膜方式および静電容量方式の検知方式を兼ね備えた三層のセンサ層２１、２３、２５が採用された設計となっている。第１のトレース層２１およびマルチセンサ層２３は指または導体上の微弱静電容量を検知するのに使用される。マルチセンサ層２３は押圧および導電膜２５との接触を受信することができ、外接された電圧源および抵抗計算回路によって押圧点が生成する回路抵抗を計算し、押圧点の位置を取得する。

マルチセンサタッチパッドの模式図である図５、第１のトレース層の配線の模式図である図６、及び、マルチセンサ層の配線の模式図である図７は、第１のトレース層２１およびマルチセンサ層２３の一実施例を示し、第１のトレース層２１は第１のトレース２１１およびその端点に位置する第１のトレース接点２１２を備え、第１のトレース接点２１２には導電線路が接続され、第１のトレース２１１上の静電容量センサ信号を後続の静電容量計算ユニットＦに伝送するのに使用される。また、マルチセンサ層２３は第２のトレース２３１およびその端点に位置する第２のトレース接点２３２を備え、同様に、第２の軸トレース接点２３２には導電線路が接続され、第２のトレース２３１上の静電容量センサ信号を後続の静電容量計算ユニットＦに伝送するのに使用される。第１のトレース２１１および第２のトレース２３１は二次元空間上で交差分布され、絶縁層２２がショートを防止するので、トレースのセンサ信号を総合することによって、二次元空間上の接触点の操作データを取得することができる。

図５に示すように、マルチセンサ層２３として第２のトレースの電気接点２３３を備え、且つ、第２のトレース２３１と導電膜２５との間には若干のスペースドットが設けられ、その辺縁には絶縁接着剤３９が設けられてマルチセンサ層２３と導電膜２５が接合される。第２のトレースの電気接点２３３および導電膜の電気接点２５３は外部の電圧源および抵抗計算回路Ｅと接続され、第２のトレース２３１および導電膜２５が押圧によって電気が導通されたとき、抵抗計算回路は電圧源が提供する電圧差および押圧点に導通された電圧によって二次元空間上の押圧点の操作データを取得することができる。

第二のトレース２３１および導電膜２５の操作方式の一実施例を示す。導電膜には二対の方向の電気接点が設置される。例えば、一対はＸ方向に沿っており、他の一対はＹ方向に沿っている。第１の時間間隔内にＸ方向の電圧差が提供され、第１の時間間隔後の第２の時間間隔内にＹ方向の電圧差が提供される。上述の導電膜がＸ方向の電圧差を有するとき、抵抗計算回路を通じて第２のトレースの導通電圧が計算され、Ｘ方向の接触点データが取得される。導電膜がＹ方向の電圧差を有するとき、抵抗計算回路を通じて第２のトレースの導通電圧が計算され、Ｙ方向の接触点データが取得される。

次に、第２の実施例について説明するが、導電膜には一対の方向の電気接点が設置される。例えば、Ｘ軸方向に沿って設置され、Ｘ方向の電圧差を提供するのに使用される。導電膜の電気接点の設置と比較して、第２のトレースの電気接点の設置によって提供される電圧差は導電膜が提供する方向と交差しており、例えば、Ｙ方向の電圧差である。且つ、上述の二方向の電圧差はそれぞれ前後する二つの時間帯内で提供され、導電膜にＸ方向の電圧差を提供するとき、抵抗計算回路が第２のトレースの導通電圧を計算することを通じてＸ方向の接触点データを取得することができる。第２のトレースにＹ方向の電圧差を提供するとき、抵抗計算回路が導電膜の導電電圧を計算することを通じてＹ方向の接触点データを取得することができる。

本発明の好適な実施例の応用において、保護層２０は絶縁体薄層であり、透明材質を採用してタッチパッド全体を透光構造にすることができ、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）薄膜が採用され、下方の回路から電気および水分をブロックする効果を提供する。保護層２０上方には硬度を強化したハードコーティング層を設置することができ、それによって傷および汚れが作業表面に発生するのを防止する。基板２６は導電膜の下方に位置し、硬質板材であり、押圧時の支持に使用され、導電膜２５と一体構造にすることができ、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）鍍金ガラスによって製作できるが、それに制限されず、その他の透明材質を採用することができ、それによって透光タッチパッドを提供することができ、タッチモニタおよび発光タッチパッド上に応用することができる。基板２６はポリカーボネート繊維塗料または／およびそれから製作された回路板を採用することができる。導電膜２５は酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、金、銀または銅箔、或いは、導電性を有する印刷インクを採用することができ、システムが必要な電気回路または制御回路は基板（プリント基板）の下方に直接印刷することができ、同時に、基板上を貫通する導孔によって、導電膜上の電気接点を直接後続の回路と接続することができる。

一実施例において、第１のトレース２１１および第２のトレース２３１はそれぞれ二枚の絶縁薄膜の一面上に印刷または鍍金することができ、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）薄膜が採用され、二つの絶縁薄膜を粘着し、第１のトレース層２１、絶縁層２２およびマルチセンサ層２３を形成することができ、第１のトレース２１１が粘着された一面である場合、第１のトレース２１１が設けられた絶縁薄膜は保護層２０とすることができる。或いは、他の実施例を示す図５のように、第１のトレース２１１および第２のトレース２３１を絶縁層２２の上下両面上に直接製作することができ、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）薄膜上下両表面に第１のトレース２１１、第２のトレース２３１、そのトレース接点２１２、２３２および電気接点２３３を印刷または鍍金し、第１のトレース層２１、絶縁層２２およびマルチセンサ層２３を形成し、粘着層が必要ない構造にすることができる。

本発明の実施例のマルチセンサタッチパッドは、ショート防止に使用される保護層と、第１のトレース層と、絶縁層と、マルチセンサ層と、スペースドット層と、導電膜と、基板と、から構成され、第１のトレース層およびマルチセンサ層表面は導電トレースを有し、トレースは指または導体上の微弱な静電容量の検知に使用され、後続の静電容量計算ユニットが回路中の静電容量変化を分析し、マルチセンサ層には導電膜と同様に、電圧源および抵抗計算回路が電気的に接続され、電圧差をマルチセンサ層または導電膜上に印加するのと、押圧点の抵抗値を計算するのに使用され、順番に接触面が構成され、それによってマルチセンサが接触面が構成される。
このように、本発明の実施例のマルチセンサタッチパッドは、従来の抵抗膜方式タッチパッドと静電容量方式タッチパッドの長所を兼ね備え、三枚のセンサ層によって静電容量方式および抵抗膜方式のタッチパッドのセンサ信号を検知することができ、簡素化された層状構造によって、信号回路の設置を縮小することができ、後続の制御チップも一つのチップ上に整合することができ、製造および組立のコストおよびステップを大幅に減少させることができ、外形も軽薄にすることができる。
上述の実施例の構造によって、確実に本発明の目的および作用を達成できる。

上述の実施例および図面は本発明の構想の例を挙げたものであり、本発明の特許請求の範囲を制限するものではなく、本発明の主旨に基づく修飾および変更はすべて本発明の特許請求の範囲の均等の範囲である。

従来技術による二つのセンサインターフェイスのタッチパッドの層状構造を示す模式図である。本発明の実施例によるマルチセンサタッチパッドの層状構造を示す模式図である。従来技術による二つのセンサインタフェイスのタッチパッドの検知処理工程を示すブロック図である。本発明によるマルチセンサタッチパッドのセンサ信号処理工程を示すブロック図である。本発明によるマルチセンサタッチパッドの一実施例を示す模式図である。本発明の第１のトレース層の配線の一実施例を示す模式図である。本発明のマルチセンサ層の配線の一実施例を示す模式図である。

符号の説明

Ｃマルチセンサタッチパッド
Ｅ電圧源および抵抗計算回路
Ｆ静電容量計算ユニット
２０保護層
２１第１のトレース層
２２絶縁層
２３マルチセンサ層
２４スペースドット層
２５導電膜
２６基板
２１１第１のトレース(部)
２１２第１のトレース接点
２３１第２のトレース(部)
２３２第２のトレース接点
２３３第２のトレース(部)の電気接点
２５３導電膜の電気接点
３９絶縁接着剤

Claims

絶縁体薄層である保護層と、
良好な導電率の第１のトレースを有し、前記第１のトレースの端部には第１のトレース接点が設けられる第１のトレース層と、
絶縁体薄層である絶縁層と、
良好な導電率の第２のトレースおよび電気接点を有し、前記第２のトレースの端部には第２のトレース接点が設けられるマルチセンサ層と、
若干のスペースドットが設置されるスペースドット層と、
電気接点が設けられた良好な導電率の薄膜である導電膜と、
絶縁体板材であり、前記各層が順番に積層される基板とから構成され、
前記第１のトレース接点および第２のトレース接点には導電線路が接続され、前記導電線路は電荷センサ信号を後続の信号処理素子に伝導するのに使用され、前記第２のトレースの電気接点および前記導電膜の電気接点には電圧源および抵抗計算回路が電気的に接続されることを特徴とする三枚のセンサ層からなるマルチセンサタッチパッドの構造。
前記導電膜の電気接点と電気的に接続される電圧源は、二つの交差した方向へ電圧差を提供するのに使用され、また、前記第２のトレースの電気接点と電気的に接続される抵抗計算回路は、受圧点の前記二つの方向における抵抗値の計算に使用されることを特徴とする請求項１記載の三枚のセンサ層からなるマルチセンサタッチパッドの構造。
前記導電膜電気接点と電気的に接続される電圧源は、第１の方向の電圧差を提供するのに使用され、前記第２のトレースの電気接点と電気的に接続される抵抗計算回路は、受圧点の第１の方向の抵抗値を計算するのに使用され、また、前記第２のトレースの電気接点と電気的に接続される電圧源は、第２の方向の電圧差を提供するのに使用され、前記導電膜の電気接点と電気的に接続される抵抗計算回路は、受圧点の第２の方向の抵抗値を計算するのに使用されることを特徴とする請求項１記載の三枚のセンサ層からなるマルチセンサタッチパッドの構造。