JP6066731B2 - 接触検知膜及び接触検知装置 - Google Patents

Description

本発明は、接触検知膜及び接触検知膜を用いる接触検知装置に関する。

異なる種類の電子機器のためのユーザーインターフェースは、今日、従来の機械的なボタンに代わる接触検知膜に基づく異なる種類の接触検知装置により、より頻繁に実現されている。例えば、携帯電話、携帯型コンピュータ及び同様の装置のような異なる種類のタッチパッド及びタッチスクリーンは、これらの例としてよく知られている。高機能かつ豪華でさえあるユーザーエクスペリエンスを実現可能であることに加えて、接触検知膜に基づく接触検知装置は、より多様な、小さく、安く、軽く、及び視覚的に魅力的な機能を継続的に探索しようとしている設計者に優れた自由度を提供する。

このような接触検知装置におけるキーとなる要素は、一又はそれ以上の検知電極をとして機能するように構成される一又はそれ以上の導電層を含む接触検知膜である。この種の膜の一般的な動作原理は、例えば、指先又はいくつかの特定のポインター装置によるユーザーの接触を、接触検知膜が接続される電気測定回路の電気的な特性に変化させることである。実際の測定原理は、例えば、抵抗式又は容量式であってもよく、後者は、今日では、多くの要求される用途において最良のパフォーマンスを提供する最も先進的な代替手段と通常考えられている。

容量式接触検知は、接触検知膜への接触が、電気的な観点から、外部キャパシタンスを、接触検知膜が接続される測定回路に結合することを意味する原理に基づく。接触検知膜の十分に高い感度により、接触膜に直接接触することは必要でないが、容量結合は、適切なポインターを接触膜の近傍にもたらすだけにより達成されうる。容量結合は、測定回路の信号において検出される。

従来、静電容量式の接触検知膜は、二つの層構造として構成されている。通常、二つの各導電層は、別の平行な線又は他の形状の検知電極にパターンニングされる。線状又は細長い検知電極の場合は特に、二つの層の電極は、多くの場合、互いに対して直交して配置される。駆動信号は、他の層に容量結合される信号がこの層の検知電極を介して測定される間、一つの層の検知電極に供給される。動作の観点から、信号を供給し、容量結合を検知するために用いられる電極は、頻繁に、それぞれ、駆動電極及び検知電極と呼ばれる。接触は、二つの層の電極間での容量結合を変化させ、この変化は、接触の領域上又はその近傍にある電極間で最も大きい。通常、測定回路は、順次各供給／測定電極対が測定されるように、検知領域において迅速にスキャンするように配置される。

近年、いくつかの単層容量結合接触センサー構成も提案されている。単層構成では、接触は、一つの導電層内及び／又はこの層と大気との間での信号の電気的な結合を変化させる。単層アプローチの一例は、ＵＳ７４７７２４２Ｂ２に開示される。当該文献に開示される装置のキーとなる特徴は、タッチスクリーンの静電容量式の接触検知膜に従来から用いられる導電性酸化物の代わりに、導電層の材料としての導電性ポリマーを使用することである。

既知の接触検知膜で共通なことは、接触の位置を適切に判定することが、導電層において多数の別の接触検知電極を必要とすることである。つまり、導電層は、別の検知電極の網にパターンニングされる。より正確な分解能が所望されるより複雑な検知電極構成が必要となる。一つの特に困難な問題は、複数の同時接触の検出であり、その一方で、これは、頻繁に接触検知装置の最も望まれる特性の一つである。複雑な検知電極構成及び多数の単一検知伝九曲素子は、製造工程と共に、接触検知装置の測定電子機器を複雑にする。

タッチスクリーンにおいて、接触検知性能に加えて、接触検知膜は、電子機器のディスプレイの上部の膜での使用を可能にするため、つまり、装置のディスプレイを、接触検知膜を通じて見られるようにするために光学的に透明でなければならない。また、透明性は、接触検知膜の可視性の観点からも非常に重要である。ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ），ＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）ディスプレイ又はｅ−ｐａｐｅｒ（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｐａｐｅｒ）ディスプレイのユーザーへの接触検知膜の可視性は、ユーザー体験を深刻に悪化させる。今まで、ＩＴＯ（インジウム スズ酸化物）等の透明導電酸化物は、接触検知膜における導電層材料の最も多いグループを形成する。しかし、可視性の観点から、それらは、理想的な解決とは程遠い。ＩＴＯ等の高い屈折率は、パターンニングされた検知電極を可視化する。検知電極パターンニングとして強調される問題は、より複雑である。

接触検知膜における一つの有望な新たなアプローチが、網状ナノ構造を形成する又は含む層で発見された。適切な導電率性能に加えて、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、又はチューブ状炭素分子（ＮＡＮＯＢＵＤはＣａｎａｔｕ Ｏｙの登録商標）の側面に共有結合されたフラーレン又はフラーレン状分子を有するカーボンナノバッズ（ＮＡＮＯＢＵＤｓ）の網からなる層は、ＩＴＯ等の透明導電性酸化物等よりも人間の目に明確に視認しやすくない。その上、既知のように、ナノ構造ベースの層は、ＩＴＯ等と比べて、優れた柔軟性、機械強度及び耐久性を保有しうる。

一つのナノ構造ベースの解決策は、ＵＳ２００９／００８５８９４Ａ１に報告されている。その記載によると、ナノ構造は、例えば、異なる種類のナノチューブ、グラフェンフレーク又はナノワイヤでありうる。膜のドーピングは、その電気伝導率を増加する手段として記述されている。相互キャパシタンス及び単層自己キャパシタンスに基づく二層構成の両方のアプローチが説明されている。複数接触検出は、開示された膜により可能であると述べられている。しかし、この文献は、また、非常に複雑な電極及び測定回路構成の共通の問題を含んでいる。

ナノ構造網に基づく他のタッチスクリーンの解決策は、ＵＳ２００８／００４８９９６Ａ１に開示される。この文献は、主に、抵抗測定原理による接触検知膜におけるナノ構造網の層について説明している。パターンニングされない導電層を有する容量性の単層だと思われるアプローチが、簡潔に説明され、図示されているが、事実上、実際にはその実現についての現実的な説明がない希望的な対象の原理と同じである。

まとめると、市場では、接触検知膜及び接触検知装置をさらに促進するための未だ強い要求があり、簡素な検知電極構成及びマルチタッチ性能を有する単層容量性動作原理を可能にすることが好ましい。

また、市場では、様々な手法で接触検知膜に接続する各種のポインター又は他の物体の検出を可能にする多様な特性を有する接触検知膜及び接触検知装置を提供することが求められている。例えば、接触検知膜及び接触検知装置が、接触検知膜が容量的に結合する物体を検出することに用いられうるだけでなく、例えば、接触検知膜に誘導的に結合する物体を検出することに用いられてもよい場合に、有利である。

本発明の目的は、上記で規定した要求のための新たな解決手段を提供することである。

本発明は、請求項１及び９に示されるものを特徴とする。

本発明の第１の態様は、検知領域を有する導電層を含む接触検知膜に着目する。

接触検知膜は、一般的に、接触検知装置の接触検知素子として用いられうる膜を意味する。接触検知装置は、本明細書では、例えば、指先又はスタイラスによって装置を接触することにより操作される全てのユーザーインターフェース装置と共に、ポインター又は他の物体のような存在及び位置を検出する他の型の装置を広く網羅するように理解される。以下に詳細を説明するように、“接触（ｔｏｕｃｈｉｎｇ）”とは、本明細書では、接触素子と接触検知膜との物理的な接触だけでなく、それらの間の十分な近接もいう。動作において、接触検知膜が、接触検知装置、の適切に構成される電気的な測定回路の一部として接続されたとき、膜状の物体の接触又は膜の近傍での物体の存在は、接触が検出されること、及び好ましくは接触検知膜上の位置も判定されることに基づいて、回路における一又はそれ以上の電気特性を変化させる。実際には、この変化は、励起信号を接触検知幕へ供給し、接触検知膜から応答信号を受信し、後者の変化を監視することにより検出される。

本発明の接触検知膜は、静電容量式接触検知膜でありうる。静電容量式接触検知膜とは、本明細書では、接触の検出が、主として静電容量式の検知原理に基づきうることを用いることによる接触検知素子をいう。接触検知膜の静電容量式の検知原理又は静電容量式の動作とは、接触検知膜が適切な検知回路に接続されたとき、接触が、接触により生じる接触検知膜と大気との間、又は接触検知膜の異なる点の間での容量結合の変化に基づき検出されることを意味する。一方、本発明の接触検知膜は、また、電磁誘導式でも動作しうる。電磁誘導式の動作とは、物体が、接触検知膜と大気との間、又は接触検知膜の異なる点の間での誘導結合を誘起することをいう。すなわち、静電容量又は電磁誘導結合は、それぞれ、接触検知膜、外部キャパシタンス又は外部インダクタンスとの結合としてもみられうる。まとめると、本発明の接触検知膜は、静電容量式接触検知膜、電磁誘導式接触検知膜又は接触検知膜への物体の容量結合及び誘導結合の両方を検出可能な接触検知膜でありうる。

上記で示したように、“接触”の用語及びその派生語は、本発明の文脈において、物体が、接触検知膜と大気との間、又は接触膜の異なる点と点との間で十分な容量結合又は誘導結合を発生するように、指先、スタイラス若しくは他のポインター又は物体と接触検知膜との直接的な機械的又は物理的な接触を網羅するだけでなく、このような物体が接触膜に近接する状況でも用いられる。この場合、本発明の接触検知膜は、近接センサーとしても用いられうる。

本発明の接触検知膜が用いられる実際の用途は、本発明の概念にとって本質的ではない。おそらく、商業的に最も魅力的な用途は、一つの接触の存在を検出可能及びその位置を判定可能なだけでなく、複数の同時接触を検出かつ特定可能な接触検知装置である。

導電層は、一又はそれ以上の導電材料から形成される層である。“導電性”とは、本明細書では、導電率の機構又は材料の導電率のタイプにかかわらず、電荷の流れを許容することが可能な任意の材料任意の材料をいう。よって、“導電性”は、本明細書では、例えば、半導電性又は半導体材料も網羅する。接触検知装置の接触検知膜の動作において、励起信号が供給され、応答信号が一又はそれ以上の導電層から測定される。導電層内の検知領域は、“アクティブ”又は導電層の動作部分、つまり、実際の接触検知動作が行われる領域内である。接触検知領域は、導電層の全体領域をも網羅しうる。接触検知膜において一又はそれ以上の層があってもよく、導電層は、一又はそれ以上の検知領域を有してもよい。

導電層に加えて、接触検知膜は、動作する接触検知素子全体を実現するために必要な他の層及び構造をも含みうる。例えば、膜の機械的な保護の一又はそれ以上の層があってもよい。また、屈折率又はカラーマッチングのための一又はそれ以上の層、及び／又は例えば、耐スクラッチ性、装飾性、セルフクリーニング又は他の目的のための一又はそれ以上のコーティングがあってもよい。層状の素子だけでなく、接触検知膜は、例えば、接触検知膜又はその一部を通じて延びる接触構造三次元的に組織された構造であってもよい。

本発明によれば、検知領域における導電層のシート抵抗は、３ｋΩ以上である。本明細書で意味するシート抵抗は、標準的な規定、つまり、矩形状膜又は層のＤＣ（直流）抵抗である。オーム（Ω）の用語でシート抵抗を表す本明細書で使用される表記に替えて、シート抵抗は、オーム パー スクエア（例えば、Ω／ｓｑｕａｒｅ，Ω／ｓｑ，又はΩ／□）でも表されうる。

高いＤＣ抵抗率は、従来に比して抜本的に変わる。例えば、ＵＳ７４７７２４２Ｂ２は、容量式接触検知システムが、通常、１０００から２５００Ωの範囲での導電性膜のシート抵抗を要求することを示す。接触検知用途のためのナノ構造ベース導電層では特に、導電層の導電率／抵抗率を最適化することにより接触検知パフォーマンスを改善するためのこれまでの試みは、主に導電率を増大しようとする、つまり、例えば、ナノ構造網をドーピングすることにより低い抵抗率にすることに着目されていた。一例としては、ＵＳ２００９／００８５８９４Ａ１は、１０００Ωから１３１及び２３０Ωのような低い値にすることにより、静電容量式接触検知装置のためのナノ構造のシート抵抗値を“改善”するための処置を記載している。

本発明に係る高いシート抵抗範囲は、典型的な従来技術から請求される範囲への検知領域における導電層のシート抵抗を増加させることにより、接触検知膜の優れた感度及び接触位置分解能を実現するという本発明者らによる驚くべき見解に基づく。これらの特性は、特にマルチタッチ検出で非常に便利である。また、本発明者らにより本発明に係る接触検知膜は、また、接触検知膜に誘導的に結合する物体の存在及び位置の検出を可能にすることが発見された。例えば金属コイルのような、従来の静電容量式接触センサーにより検出することが通常困難な異なる型の金属物は、これらの例である。

導電層の最も適切なシート抵抗は、ある程度、導電層の検知領域へ供給され、かつ導電層の検知領域から受信される励起信号及び応答信号の周波数に依存する。一般的に、高い抵抗率は、低い周波数の使用を許容する。最適な周波数は、その度に、多くの要因に依存する。ノイズは、周波数が低くなると増大する。一方、接触検出を妨げるアンテナ効果は、高すぎる周波数で問題となる。アンテナ効果とは、本明細書では、測定回路の異なる部位が、回路と大気との間での外乱信号を結合しやすいアンテナのように動作することをいう。周波数に加えて、本発明者らは、接触検知膜の感度を最大にするために、導電層の抵抗率が、接触が導電層に結合する（周波数依存）リアクタンスに適切にマッチングするべきであるとも考えている。接触検知感度の観点から、低い及び高いカットオフ周波数間での最適な周波数範囲が通常存在することがわかった。この範囲は、例えば、検知領域における導電層のシート抵抗又は導電層がある基板の材料に依存する。例えば、十分高い周波数により、ＰＥＴ基板は、導電性となり、それによって、励起信号及び応答信号を干渉する。全てのこれらの態様を考慮すると、上記で求めた抵抗率の範囲は、本発明者らにより非常に多くの実施形態及び用途に対して適切であることがわかった。この範囲内にこれらの抵抗率を有する導電層により、例えば、１０ｋＨｚから５ＭＨｚの範囲の周波数で優れた接触検知パフォーマンスが達成される。通常、高い周波数は、よりよい分解能を可能にする。しかし、高すぎる周波数では、容量結合が、導電層と、導電層がある基板との間に生じ、よって、接触検知感度が劣化する。

本発明の好ましい実施形態では、検知領域における導電層のシート抵抗は、５から１００ｋΩの範囲であり、好ましくは１０から５０ｋΩの範囲であり、最も好ましくは１０から２０ｋΩの範囲である。これらは、接触検知膜の感度及び接触位置の分解能を最大にするためにも好ましい値である。抵抗率を増大させることは、測定のノイズと共に、異なる電磁干渉効果を増加させ、これは、各特定の用途の全体状況に基づくシート抵抗の上限値を設定しうる

従来技術の多くの静電容量式接触検知膜では、導電層は、検知電極素子とは別のグリッドを形成するようにパターンニングされる。対照的に、本発明の感度及び接触位置分解能での利点は、導電層が、ソリッド、つまり、連続する、途切れの無い、かつ検知領域のほぼ全体に亘ってパターンニングされない構造として延びる好ましい実施形態において特に効果的である。導電層の優れた感度により可能になるこの特徴は、導電層の可視性を最小化するだけでなく、層のパターンニングが必要でないときの、その製造方法を単純化する。これは、この実施形態に係る接触検知膜を有する接触検知装置の電子回路を単純化する。

また、本発明に係る接触検知膜の感度及び接触位置分解能は、単層動作モードでも、このようなパターニングされない導電層の使用を可能にする。単層モードでの動作とは、単一の導電層のみが接触検知測定に使用されることをいう。すなわち、接触検出に使用される全ての信号は、その後、単一の導電層へ供給され、単一の導電層から受信される。検知領域全体に亘って延びる固体構造としての導電層を有することの可能性と組み合わせられる単層の性能は、接触検知装置を設計及び製造するための全体的に新たな可能性を開く。単層モード及びパターンニングされない導電層におけるマルチタッチ検出性能であっても可能である。単層性能自体は、薄い構造としての接触検知膜全体の製造を可能にする。

一実施形態では、検知領域は、第１のシート抵抗を有する少なくとも１つの第１のサブ領域と、第２のシート抵抗を有する少なくとも１つの第２のサブ領域と、を含む。この種の変更された抵抗率は、接触検知膜により達成可能な接触検知精度を向上させうる。

導電層は、上記で規定されたシート抵抗範囲の一つの範囲内で抵抗率を有する任意の材料で形成される。取り得る材料の群は、例えば、異なる導電性ポリマー及び金属酸化物により形成される。一方、一つの好ましい実施形態では、導電層は、高アスペクト比分子構造（ＨＡＲＭＳ）網を含む。本明細書でのＨＡＲＭ又はＨＡＲＭ構造とは、ナノスケールの次元、つまり、約１００ナノメーター以下の次元で特性を有する電気伝導構造をいう。これらの構造の例は、カーボンナノチューブ（ＣＮＴｓ）、カーボンナノバッズ（ＣＮＢｓ）、金属ナノワイヤ及びカーボンナノリボンを含む。ＨＡＲＭ構造において、例えば、ＣＮＴｓのような多数のこれらの種類の単一構造は、互いに内部接続される。すなわち、ナノメータスケールでは、ＨＡＲＭＳ構造は、例えば、導電性ポリマー又はＩＴＯのように完全に連続した材料を形成しないが、電気的に内部接続された分子の網を形成する。しかし、巨視的なスケールで考えると、ＨＡＲＭＳ構造は、ソリッドな、モノリシックな材料を形成する。本質的な特徴として、ＨＡＲＭＳ構造は、薄い層の形態で製造されうる。

導電層におけるＨＡＲＭＳ網により実現可能な利点は、優れた機械的耐久性、及び光学的に透明な接触検知膜が要求される用途において有益な高い光透過性を含むが、非常にフレキシブルに調整可能な電気的な特性を含む。これらの利点を最大にするために、導電層は、実質的に全体が一又はそれ以上のＨＡＲＭＳ網から形成されうる。

ＨＡＲＭＳ網の抵抗率パフォーマンスは、層の密度（厚さ）に依存し、ある程度、長さ、厚さ、又は構造の結晶方位、ナノ構造バンドルの直径等のＨＡＲＭＳ網の詳細にも依存する。これらの特性は、ＨＡＲＭ製造プロセス及びそのパラメータの適切な選択により操作されうる。本発明に係るシート抵抗の範囲を有するカーボンナノ構造網を含む導電層を製造する適切なプロセスは、例えば、Ｃａｎａｔｕ ＯｙによるＷＯ２００５／０８５１３０Ａ２及びＷＯ２００７／１０１９０６Ａ１に説明される。本発明に係る抵抗率値を実現することについてのより詳細な説明は、本明細書における本発明の詳細な説明に後述される。

一実施形態において、接触検知膜は、三次元表面に沿って前記接触検知膜の曲げを許容するようなフレキシブル構造として形成される。本明細書での“フレキシブル（柔軟な）”構造とは、好ましくは１０ｍｍ、より好ましくは５ｍｍを下回る曲率半径を有する少なくとも１つの方向に繰り返し折り曲げ可能な構造をいう。好ましくは、接触検知膜は、少なくとも２つの方向に同時に柔軟である。

柔軟性の代わりに又はそれに加えて、接触検知膜は、また、例えば三次元表面に沿う熱形成を用いることにより変形を許容するような変形可能な構造として形成されうる。

その独自の検知性能と組み合わせた接触検知膜の柔軟性及び／又は変形可能性は、接触検知装置を実現するための全体的に新たな可能性を開く。例えば、携帯電話のユーザーインターフェースとして機能する接触検知膜は、接触検知膜が装置の全体表面でさえも覆いうるように、装置のエッジへ延びるように曲げ又は形成されうる。三次元装置の異なる表面を覆う接触検知膜において、異なる目的のためにいくつかの接触検知領域が存在しうる。一つの検知領域は、タッチスクリーンを形成するためのディスプレイの領域を覆いうる。例えば装置の側面のような他の検知領域は、例えば電源ボタンのような従来の機械的なボタンを置き換える接触検知素子として機能するように構成されうる。

フレキシブル及び／又は形成可能な接触検知膜に適切な選択は、一又はそれ以上のＨＡＲＭＳ網を含む導電層である。ＨＡＲＭ構造及びその網は、本質的にフレキシブルであり、よって、接触検知膜を曲げ可能及び／又は変形可能にする。

好ましくは、接触検知膜は、光学的に透明であり、よって、例えばタッチスクリーンの一部としての接触検知膜の使用を可能にする。本明細書での接触検知膜の光学的な透明性とは、膜の面に略直交する方向からの入射放射の少なくとも１０％、好ましくは９０％が、問題となる用途で関連する周波数／波長範囲で、膜を透過することをいう。接触検知用途の多くの場合、この周波数／波長レンジは、可視光である。

光学的な透明性に対して、接触検知膜のキーとなる層は、導電層である。同時に電気伝導率及び光学透過性の要求することは、層の可能な材料の数を制限する。この意味で、一又はそれ以上のＨＡＲＭＳ網を含む導電層は、ＨＡＲＭＳ網が、例えば、透明導電酸化物よりも優れた透明性を提供しうるため、光学的に透明な接触検知膜のための良好な基礎を形成する。

本発明の第２の態様は、接触検知膜を含む接触検知装置であって、接触検知膜に電気的な励起信号を供給し、接触検知膜から電気的な応答信号を受信する回路手段と、電気的な応答信号への接触の結果に基づく接触を検出するために、接触検知膜から受信した電気的な応答信号を処理する処理手段と、を含む接触検知装置に着目される。よって、接触検知装置とは、本明細書では、接触検知膜に加えて、測定電子部品及び測定アルゴリズムソフトウェア等の接触検知動作を行うために必要な他の素子を含む動作可能な装置全体をいう。

回路手段は、異なる型の接触電極、配線及び他の形態の導体、スイッチ、並びに接触検知膜及び一又はそれ以上の導電層を接触検知装置の残りの部分に接続するために必要な他の素子を含みうる。これに応じて、処理手段は、任意のハードウェア及び電子部品と共に、接触検知膜の動作に必要な信号を生成かつ制御するためのソフトウェアツールを含みうる。それらは、接触検知膜への接触を検出及び特定するための応答信号を測定、収集及び処理する任意の手段をも含みうる。回路手段及び制御手段は、既知の部品、素子及び原理により実装されうる。

励起信号とは、本明細書では、回路手段を通じて接触検知膜の導電層に接続され、接触がこれらの状況において誘起する変化を適切に監視するための状況を提供するための任意の電気信号をいう。励起信号は、例えば、駆動信号又は刺激信号とも呼ばれうる。典型例は、ＡＣ電流及び電圧である。応答信号は、回路手段を用いることにより導電層から測定される、相応の任意の電気信号であり、接触がこの信号へ生じる変化に基づく接触の検出を可能にする。

本発明の接触検知装置は、標準的な又はカスタマイズされたスタンドアローンのモジュールとして、又は、携帯電話、ポータブルコンピュータ、ｅ−リーダー、電子ナビゲーター、車のダッシュボード又はステアリングホイール等いくつかの大きな装置の一部として集積された分離できないユニットとして実現されうる。

本発明の第２の態様によれば、接触検知装置の接触検知膜は、本発明の第１の態様に係る接触検知膜であり、上述したような原理及び利点を有する。

本発明の第１の態様に係る接触検知膜の独自の接触検知特性は、接触検知装置の好ましい実施形態で使用される、回路手段が、導電層の検知領域へ電気的な励起信号を提供するように構成され、かつ同一の検知領域からの電気的な応答信号を受信するように構成される接触検知装置で特に効果的である、つまり、この実施形態では、接触検知装置は、一つの単一導電層のみを使用した単層モードで動作可能に構成される。これは、励起信号及び応答信号のための異なる導電層を用いた二層アプローチを使用した、多くの従来の静電容量式接触検知膜に比べて抜本的に単純化される。

上記の実施形態に係る接触検知装置を動作することの一例は、励起信号としての交流電流又は交流電圧が、導電層の検知領域の一つの点で導電層の検知領域に接続され、応答信号としての交流電圧又は交流電流は、同一の検知領域の他の点で測定される。この配置は、フィルターの入力に信号を供給し、出力での測定により、フィルターを通過するときにどのように信号が変化されるかを監視することに対応する。それに替えて、接触検知測定は、例えば、インピーダンス測定として、つまり、導電層の二点間の電流又は電圧を用い、その後、応答信号として、これらの点で、それぞれ、電圧又は電流を測定することにより、行われうる。また、２点間での導電層の部分に接続される信号もまた、他の電極対間に供給される励起信号の存在において、応答信号として測定されうる。この配置は、二層動作モードとしても用いられうる。

本発明の接触検知膜の特に有利な実施形態は、単層動作モード性能が、検知領域における導電層のソリッドなパターンニングされない構造と組み合わされるときに、実現され、単層の、パターンニングされない接触センサー構成を提供する。

単層動作のために構成される接触検知装置の好ましい実施形態では、処理手段は、位相変位における接触が生成する変化に基づいて検知領域内での接触を検出するために応答信号と励起信号との間での位相変位を判定するように構成される。必然的に、この実施形態では、励起信号は、ＤＣ信号には、関連付けられる位相がないため、交流電流又は交流電圧部分を含むことが必要となる。信号形態は、本質的ではないが、正弦波電圧又は電流が用いられうるが、例えば、三角波又は四角波も適切である。また、励起信号は、単一パルス又は任意の信号形態の複数のパルスであってもよい。上述したように、励起信号は、一つの点で導電層に接続される電流又は電圧でありうる、ここで、導電層の他の点での電流又は電圧は、応答信号として測定されうる。二点間での導電層を通過する信号は、常に、振幅の減衰に加えて、導電層、及び導電層と大気との間の両方で、寄生キャパシタンス及び／又はインダクタンスによりいくつかの位相変位を経験する。本発明のこの実施形態は、発明者らによる観測に基づく。本発明に係る導電層シート抵抗、特に一又はそれ以上のＨＡＲＭ網を含む導電層の場合、導電層を通過する信号の位相変位は、接触検出で使用される従来の信号振幅よりも接触への感度が非常に高い。振幅の変化に代わって位相変位に着目することの変化は、優れた接触感度及び接触位置分解能を可能にし、これは、接触検知装置のマルチタッチ動作に特に有利である。

また、静電容量式接触検知装置としての動作に加えて、応答信号の位相変位を監視することは、接触検知膜への物体の誘導結合を検出する誘導式接触検知装置としての接触検知装置の動作も許容する。

応答信号の位相を監視することのさらなる利点としては、応答信号位相の最大感度が、振幅の対応する最大感度ではなく低い周波数で達成されることである。その結果、低い信号周波数が用いられうる。

接触検知装置の接触検知感度及び接触位置分解能は、導電層の特性には依存せず、処理はパフォーマンスのみを意味する。必然的に、例えば、接触電極構成の問題ともなる。単層モードで動作可能に構成される接触検知装置の好ましい一実施形態では、検知領域は、導電層上の複数の接触領域を介して回路手段に電気的に接続され、接触領域は、検知領域を取り囲む境界線を規定する。よって、接触領域は、装置の検知領域と回路手段との間の電気的なインターフェースを形成する。接触領域は、例えば、回路手段の一部として取り付けられる、導電層と電極との間の接触領域であってもよい。境界線とは、本明細書では、全ての接触領域と共に接合し、よって、検知領域の閉じた外縁の線を求める仮想線をいう。さらに、この実施形態では、境界線に沿う方向が定められたとき、二つの隣接する接触領域の中心間の平均距離は、この同一方向における接触領域の平均幅の少なくとも２倍であり、好ましくは少なくとも５倍であり、最も好ましくは少なくとも１０倍である。

電流又は電圧が、二つの接触領域間での導電層の検知領域に接続されたとき、電流の流れは、これらの接触領域間での直線接続線に集中する。本発明者らは、上記で求めた、接触領域に係るこれらの接続線又は信号経路を分離することにより、接触位置決定の分解能が最大化されうることを見出した。

一方、接触検知膜の接触位置分解能及びそれを用いる接触検知装置は、また、接触領域の数及び互いに対するそれらの配置にも依存する。これらは、パターンニングされない導電層を有する単層アプローチで特に重大な問題である。典型的には、この型の従来装置は、例えば、ＵＳ７４７７２４２Ｂ２及びＵＳ２００８／００４８９９６Ａ１に説明されるような、矩形状導電層及びその角での四つの接触電極に依存する。しかし、この構成は、非常に複雑な信号処理を必要とし、アルゴリズムの適切な選択が装置のパフォーマンスのために重要である。特に、マルチタッチ性能は、この種のアプローチを実現するために非常に困難となりうる。

接触位置決定のこのような困難性を回避するために、単層動作モードを可能にするように構成される接触検知装置の一つの好ましい実施形態では、接触領域の数及び配置は、二つの各接触領域対の中央の接触領域間での検知領域に亘る直線接続線を求める場合に、検知領域内にこれらの接続線の複数の交点が存在するように、選択される。上述したように、前記仮想接続線は、電極対間での検知領域に亘る信号経路と一致する。これらの接続線又は信号経路への接触又は近接は、他の信号経路から測定された信号よりもこの経路から測定された信号を変更する。これは、一方向での導電層の接触位置での情報を提供する。すなわち、この一つに基づいて、“閉じた”接続線、つまり、接触が位置する箇所又はその近傍の接続線を求めうる。異なる方向を有するこのような二つの“閉じた”接続線を求めることは、二つの方向での接触位置を求めることを可能にする。すなわち、二又はそれ以上の異なる方向の“閉じた”接続線、すなわち、接触がこれらの方向での応答信号への最大の変化を生じる接続線を選択することにより、接触位置は、これらの接続線の交点又はその近傍で求められうる。前記複数の接続線及びその交点に基づくこのアプローチは、四つの接触電極のみに基づく従来の装置に比べて、要求される接触位置決めアルゴリズムを非常に単純化し、よって、一方向交点のみを有する。原理上、複数、すなわち、二つの交点を生成する接触電極の最小の数は、五である。しかし、前記交点がより多く存在し、より正確な接触位置決めが可能である。好ましくは、接続線交点は、検知領域全体に亘って略均一に分布される。

本発明に係る接触検知装置の一つの好ましい実施形態では、接触検知装置は、接触検知膜への接触に応じて、導電層を介することが好ましいハプティックフィードバックを提供する手段を含む。導電層を介してハプティックフィードバックを提供することは、接触検知膜の振動を発生する接触検知膜に取り付けられる別のアクチュエータに基づく従来のアプローチに代えて、導電層が、ハプティックフィードバックを生成する手段の一部として用いられることを意味する。これらは、これに対して様々な可能性がある。ハプティックフィードバックは、導電層により適切な電磁界を発生することにより実現されうる。接触検知膜に接触するユーザーの皮膚は、異なる感覚としてのこれらの電磁界を感知する。この種のアプローチは、容量式ハプティックフィードバックシステムと呼ばれうる。一方、導電層が、例えば、ハプティックインターフェースに基づく電気活性ポリマー（人口筋肉）の一部として代わりに用いられうる、ここで、導電層は、インターフェースの一つの層を形成する。

両方の機能、すなわち、接触検知及びハプティックフィードバックを実行するための一つの可能性は、第一の期間に一度のタッチが検出されると、その後、ハプティックフィードバックが第１の期間に続く第２の期間に提供されるように、導電層が、接触検知回路及びハプティックフィーとバックのための信号を生成する手段と交互に接続することである。第１及び第２の期間は、ユーザーが連続的な装置動作を経験できるように非常に短く調整されうる。

従来から知られているように、ハプティックフィードバックは、接触検知装置のユーザー体験を非常に大きく改善する。導電層を介したハプティックフィードバックを生成するために構成される既知の接触検知装置では、ハプティックフィードバック効果を生成するために高い電圧が通常用いられる。既知の装置の導電層の低い抵抗値は、その後、導電層を通じて大きな電流を導く。大きな電流は、例えば、過剰な電力要求又はディスプレイ又は接触検知回路との電磁干渉のような装置に様々な問題を招きうる。本発明に係る接触検知領域における導電層の抵抗率により、電流は、明らかに低くなり、それによって、特に導電層を介してハプティックフィードバックを提供する場合のこれらの問題を低減する。

本発明は、本発明の好ましい実施形態の例を示す添付の図面を参照しながら、より詳細に説明される。
図１は、本発明に係る接触検知装置の一部としての接触検知膜及び接触検知膜に取り付けられる電極を示す概略断面図である。 図２は、図１の接触検知装置に係る接触検知装置アセンブリのレイアウトの概略図を示す。 図３は、携帯電子機器のタッチスクリーンにおける図１に係る接触検知膜の利用を示す。 図４は、本発明に係る接触検知装置の一般的な構造をブロック図として示す。 図５は、本発明に係る接触検知装置の測定原理を示す。 図６は、応答信号の増幅と応答信号の位相とに依存する周波数の差異を示す。 図７は、本発明の実施形態に係る導電層の変調された抵抗率の原理を示す。

図１に示す接触検知膜１は、基板２と、導電層３とを含み、後に、例えば、カーボンナノチューブ及び／又はカーボンナノバッズのようなＨＡＲＭ（Ｈｉｇｈ Ａｓｐｅｃｔ Ｒａｔｉｏ Ｍｏｌｅｃｕｌｅ：高アスペクト比分子）構造の網が形成される。基板は、例えば、ポリエチレンテレフタレートＰＥＴから製造されうる。ＨＡＲＭ網に加えて、導電層もまた、層のシート抵抗を調整するためのドーパントとして、化学的に結合する、物理的に吸収する又は層と他の方法で組み合わせられる適切な種を含みうる。導電層３のシート抵抗は、３ｋより大きく、好ましくは３から４０ｋΩの範囲であり、例えば、２５ｋΩである。本明細書において前述したように、これらの抵抗値の範囲の種類及び導電層の組成は、接触検知膜のように用いられる接触検知装置の優れた接触検知性能を可能にする。図１の導電層は、例えば、５ｎｍの厚さを有しうる。

図１に示し、かつ本明細書で説明される接触検知膜は、本発明に係る光学的に透明な接触検知膜の一例である。光学透明性は、タッチスクリーンの一部としてのディスプレイへの接触検知膜の使用を可能にする。しかし、このような光学透明性は、本発明の主要な概念を実施するために必ずしも必要ではないが、接触検知膜が視覚的に不透明であってもよい。それに応じて、接触検知膜の異なる層の材料は、必然的に、本明細書で提示したこれらの例から変更されうる。

本発明に係るＨＡＲＭＳ網からなり、かつ抵抗率を有する導電層は、例えば、ＷＯ２００５／０８５１３０Ａ２，ＷＯ２００７／１０１９０６Ａ１及びＷＯ２００９／０００９６９Ａ１に開示されるＨＡＲＭ構造合成及び堆積の原理に基づき製造されうる。

ＨＡＲＭ構造を製造するプロセスは、例えば、触媒粒子及び一又はそれ以上の炭素源が加熱された反応チャンバに気相状態で導入されるエアロゾル合成に基づきうる。チャンバ内では、触媒粒子は、合成処理を促進するために、炭素源及び例えば硫黄を含むチオフェンのような可能な試薬と共に、混合及び加熱される。その後、炭素源は、分解し、キャリアガス中に浮遊するＨＡＲＭ構造を含むエアロゾルにより、炭素ＨＡＲＭ構造は、触媒粒子に形成される。触媒粒子は、例えば、制御されたサイズ分布を有するＨＡＲＭ構造を製造するために狭いサイズの分布のような制御された特性を有するように前処理されうる。触媒粒子は、例えば、熱ワイヤ生成器により製造されうる。炭素源は、例えば、一酸化炭素ＣＯを含みうる。反応チャンバは、例えば、ステンレススチールで形成されうる。反応チャンバの合成領域における温度は、例えば、約９００℃でありうる。

形成されたエアロゾルから、ＨＡＲＭ構造は、ＨＡＲＭ構造網の導電層を形成するために、適切な表面上の堆積へ収集されうる。収集は、例えば、フィルターを通じて又は基板に亘ってＨＡＲＭ構造を有するエアロゾルを導くことにより行われうる、ここで、ＨＡＲＭ構造は、フィルター又は基板の表面に堆積される。形成される堆積の抵抗は、堆積に存在するＨＡＲＭ構造の量の一次関数である。堆積におけるＨＡＲＭ構造の量は、順に、キャリアガス（エアロゾル）におけるＣＮＴｓの接続及び収集の期間に関連する。一般に、所定のサイズ及び所定の導電率／抵抗率を有する導電性層を製造するために必要な時間は、ガス流及びＨＡＲＭ構造合成率の関数である。例えば、０．４ｌｐｍのＣＯ及び１％のＣＯ_２の混合物が、１：４ Ｆｅｒｒｏ−ｃｅｎｅ−ＳｉＯ_２混合物で充填されたカートリッジを室温で通過する場合、この混合物は、約０．８Ｐａの部分的な圧力を有する。試験は、この種の混合物が約９００℃の最大温度を有するファーネスへ炭素源として導入されて行われた。これらの条件は、１００００Ω／ｓｑｕａｒｅの抵抗率を有し、フィルター上にＡ４サイズの堆積領域を製造するために必要な収集時間が約４２分である、エアロゾル中のＨＡＲＭ接続をもたらした。

例えば、Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅにより提供されるＨＡＷＰフィルター媒体を通じて、ＨＡＲＭ構造がエアロゾルを通過することにより収集される場合、ＨＡＲＭ構造は、例えば、基板に対してフィルターを押すことのような物理接触で二つの材料を単に配置することにより、フィルターから、例えば、ポリエチレンテレフタレートＰＥＴから形成される基板へ移動されうる。フィルター材料とＰＥＴとの間の表面エネルギーの違いにより、ＨＡＲＭ構造は、本質的にＰＥＴ基板へ移動する。ＰＥＴ基板へ移動されるＨＡＲＭ層は、ＨＡＲＭ層自体及び基板に、緩く接合されやすい。個々のＨＡＲＭ構造とそれらの束との間の電気的な接続、及びＰＥＴへの物理的な接着を改善するために、ＨＡＲＭ層は、例えば、エタノールのような液体に漬けられうる。エタノールが蒸発すると、表面張力は、ＨＡＲＭ構造を共に引っ張り、基板との良好な接触となる。次の工程は、例えば、装置に銀インクを印刷することにより、接触電極を形成することである。最後に、ＨＡＲＭ構造及びコンタクト上に印刷によって保護誘電層が形成されうる。

図１の接触検知膜は、基板２とは反対側の導電層３の側への接触を検出するように構成される。導電層３に重ねられた誘電層４及びハードコート層５が存在する。他のものでは、誘電層は、導電層と大気との間のキャパシタンスに寄与する。これは、接触検知膜に接触する導電物を介した導電層の異なるポイント間でのガルバニック接触も防ぎ、導電層３の“上”側、つまり、基板２の反対側への接触を検出するように配置される図１のような構成において有益である。誘電層は、よって、膜の接触検知性能を向上させる。しかし、本発明に係る接触検知装置では必ずしも必要ではない。

ハードコート層の目的は、スクラッチを防ぎ、接触検知膜１の耐久性を増加させることである。誘電層に適切な材料の例は、ＤｕＰｏｎｔ ７１６５^ＴＭ ａｎｄ Ｓｏｌｖａｙ Ｓｏｌｖｅｎｅ^ＴＭ２５０ ＥＡＰであり、ハードコート層に適切な材料の例は、原子層堆積ＡＬＤにより堆積されたＡＩ_２Ｏ_３である。誘電層の厚さは、１０００ミクロンを下回ることが好ましく、１００ミクロンを下回ることがより好ましく、２０ミクロンを下回ることが最も好ましい。誘電層及びハードコート層を分離する代替手段として、必要であれば、その性能は、十分な硬度及びスクラッチ抵抗を有する単一の誘電層と組み合わせられうる。このような層は、例えば、ＴｉドープされたＡＩ_２Ｏ_３又はＨｆＯ_２／ＡＩ_２Ｏ_３の二重層組成としてＡＬＤにより形成されうる。

図１の接触検知膜１の優れた接触検知特性に加えて、導電層を形成する主要な材料としてのＨＡＲＭ構造は、フレキシブル及び／又は変形可能な構造としての図１の接触検知膜の製造を可能にする。図３は、これを、ｒ≒４ｍｍの曲率半径を有する装置の湾曲した側の表面に沿って曲げ又は変形される図１に係る接触検知膜１を含むタッチスクリーン７を有する携帯電子機器６を示すことにより示す。

図１は、接触検知膜１自体に加えて、導電層と接触検知装置の残りの部分（図示せず）との電気的な接続を提供する金属電極８も示す。電極８は、導電層３の縁の上に形成され、基板２を通じて延び、基板２の裏面に形成される接触パッド１０にさらに接続される導電性ビア９に接続される。接触パッド１０は、接触検知装置の残りの部分に接触検知膜を接続する接触インターフェースを提供する。全ての電極は、同じ導電層３に接続され、これは、接触検知装置が単層モードで動作するように構成されることを意味する。単層モードでの動作において、同じ導電層は、励起信号の供給と共に、その変化を通じて、接触の存在を示す応答信号を測定することに用いられる。

図１及び２に示すように、導電層３は、巨視的には、連続的に、途切れ又は穴のないパターンニングされない構造である。

図２は、また、接触検知膜１の電極構造全体の形状を示す。電極８は、導電層の縁に配置される。電極と導電領域との物理的な接触インターフェースは、接触領域１１を形成すし、その接触領域１１を通じて導電層が接触検知装置の残りの部分に電気的に接続される（図２には図示せず）。ことを通じて。図２の破線のように示される、各接触領域１１に、当該各接触領域１１に最も近い二つの他の接触領域を結合する仮想結合線１２は、接触検知が行われる検知領域１３を囲みかつ規定する仮想的な境界線を形成する。接触検知装置は、電極８を通じて導電層３と装置の残りの部分とを接続する信号に基づいて検知領域１３での接触を検出するように構成される。図２の例では、検知領域１３は、導電層３にほとんど一致する。しかし、電極８は、導電層３の中心の近くに、つまり、導電領域の縁からの距離に位置する、その後、接触領域１１に囲まれる検知領域１３は、導電層３のみの中央部分に制限される。また、図２の導電層及び検知領域の正四角形形状は、一例のみであり、これらの形状は、任意の特定のものに限定されない。導電層３及び／又は検知領域１３の形状は、また、例えば、角を丸くした四角形、楕円体、又は円でありうる。

検知領域１３の境界線１２に沿う方向が定められたとき、この同一方向での接触領域の平均幅ｗの約１３倍である、二つの隣接する接触領域１１の中心間の平均距離ｄを提供するように、電極８が配置され、かつそれらの形状及び大きさが選択される。電極構成に関するさらなる特徴として、電極８の数及び配置は、二つの各接触領域対の接触領域１１の中心間の検知領域１３に亘る直線１４を定めたとき、これらの接続線１４は、検知領域内での複数の交点１５を形成するように選択される（これらの接続線及び交点の一部のみが図２に示される）。本明細書において前述したように、電極の数、形状及び配置のこれらの特徴は、接触の検知を非常に高感度にし、かつ接触位置の判定を非常に良好な分解能にする。

動作において、装置の接触検知能力は、通常、接触が、導電層３の位置と導電層３の周囲又は他の点の位置との間の容量及び／又は誘導結合を変化させることに基づく。一方、二つの接触領域１１の中心間の各接続線１４は、各電極間の検知領域に亘って信号経路、つまり、電流の経路に一致する。接触検知膜への接触の効果は、必然的に、これらの信号経路中で最も強くなる。これは、接触位置を判定するためのより詳細な基準となる。よって、一方向の複数の信号経路を通じてスキャンすることによる、スキャンされる、接触により最も強い影響がある箇所の信号経路の探索は、接触が、この信号経路又は接続線１４の近傍に位置するという情報を提供する。また、他の方向の接触により最も影響を受ける信号経路を探索することは、接触が、二つの異なる方向の信号経路又は接続線１４のこれらの交点の近傍に位置するという情報を提供する。おおよそ判定される接触前の位置の周囲がスキャンされる、方向の数及び／又は接続線１４の密度を増加することにより、接触の位置は、より正確に反復されうる。図１及び２に係る検知領域１３を通じて延びる連続的な導電層３の多大な利点のため、スキャンに使用される信号経路は、導電層にパターンニングされるいくつかの特定の構造に限定されず、任意の二つの接触領域を単に選択することにより自由に選択できる。より多くの接触領域、それによる可能な異なる信号経路、より正確な接触位置が可能になる。

図４の接触検知装置は、例えば、図３に係る携帯電子機器のタッチスクリーンでありうる。接触検知装置は、接触検知膜１と、励起信号１７を生成し、接触検知膜１への励起信号１７の供給を制御する信号処理部１６とを含む。信号処理部１６は、また、接触検知膜１から測定された応答信号１８を受信し、これらの信号に基づく接触の存在及び位置を判定することに関与する。信号処理部１６及び接触検知膜は、信号線１９により互いに接続される。図４に係る装置は、一つの接触領域を介した接触検知膜の導電層への交流電流又は電圧を含む励起信号１７に接続するように構成される。この接触領域は、その後、接触検知膜の入力点として機能する。導電層上の他の接触領域は、応答信号を測定する出力点として用いられる。この種の測定配置は、フィルターを通じた電圧又は電流信号を送信すること、及びフィルターの出力と入力との信号の変化を監視することに対応する。交流電流又は電圧とは、適切な周波数及び振幅から形成される上記の任意の信号をいう。必然的に、正弦波信号形態は、良好な選択であるが、例えば、図４に示すような形態も使用されうる。

図４の信号処理部１６は、また、接触検知膜１上への接触に応じたハプティックフィードバックを生成する導電層３へのハプティックフィードバック信号を供給する手段（図に単独で示さない）を含む。信号処理手段１６は、例えば、接触検知のために信号１７，１８を供給しかつ受信する第１の回路手段と、ハプティックフィードバックのための信号を供給する第２の回路手段とを含みうる、ここで、導電層は、第１及び第２の回路手段に交互に接続されるように配置される。図４の例では、ハプティックフィードバックは、装置のユーザーの肌が異なる感覚として感じうる適切な電磁界を生成するために導電層３を用いて生成される。ハプティックインターフェースに基づく電気活性ポリマー（人口筋肉）の一部としての導電層３を使用することも可能である。

図４の実施形態では、信号処理部１６により監視される、キーとなるパラメータは、励起信号１７に対する応答信号１７の位相変位である。本発明に係る接触検知膜１では、導電層から測定される応答信号の位相変位は、測定される信号経路又はその近傍への接触により誘導される容量性及び／又は誘導性に非常に反応しやすい。これは、本発明に係る接触検知膜１の独自の特徴であり、従来の接触検知膜では、接触の存在への応答信号位相変位の感度は、通常、低い。また、信号の位相変位（例えば、位相角の用語で表されうる）は、信号振幅よりも阻害する干渉に対して影響を受けやすくない。位相又は位相変位の測定は、また、絶対値パラメータである振幅の測定と比べて相対的な測定であり、測定の安定性及び反復性という利点を導く。

応答信号の位相変位を測定することによる接触検出は、接触検知膜の導電層に接続及び測定される励起信号１７及び二つの応答信号１８ａ，１８ｂのそれぞれを示す図５のグラフにより示される。ここでの励起信号は、ＤＣレベルへ合成された正弦波交流部分を含む電圧である。導電層を通過する電圧１８ａ，１８ｂは、応答信号として測定される。応答信号１８ａ，１８ｂは、時間変位Δｔにより励起信号１７に対して減衰及びシフトされる。時間変位Δｔは、また、位相変位Δφ＝２πｆΔｔの用語で表されうる、ここで、ｆは信号周波数である。位相変位Δφは、励起信号１７に対する応答信号１８ａ，１８ｂの位相角とも呼ばれうる。接触が無い場合、時間変位Δｔ及び応答信号１８ａ，１８ｂの対応する位相変位Δφは、主に導電層に関連付けられた寄生容量及び／又はインダクタンスによるものであり、小さい値である。導電層の入力点と出力点との間での信号経路の近傍の接触は、応答信号１８ｂと励起信号１７との間での位相変位Δφを変化させる。位相変位Δ（Δφ）は、よって、接触を示す最大のパラメータである。

図５の例では、接触により誘起される位相変位の変化Δφ＝２πｆΔｔは、ポジティブである、すなわち、接触は、応答信号１８ｂの時間変位Δｔを増加させる。しかし、この変化はネガティブでもありうる。例えば、これは、浮遊電位を有する金属物に当てはまりうる、すなわち、この金属物を持っている人を介して接地していないということがわかる。よって、一般的には、位相変位の変化の方向は、例えば、ポインターの材料に依存しうる。ネガティブな変化は、このような金属物が少なくとも部分的に誘導的な測定回路に接続されることを示しうる。

接触検知膜への対象物による実際の接触による位相角変化の周波数依存度Δ（Δφ）_{ｃｏｎｔａｃｔ}は、例えば、接触検知膜から約１ｃｍの距離で、対象物により接触検知の近接のみがもたらされる、位相角変化の対応する周波数依存度Δ（Δφ）_{ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ}とは異なる。この違いは、物体への実際の接触と近接とを区別するために用いられうる。つまり、接触が検出されたとき、二つ又はそれ以上の異なる周波数での連続的な測定は、接触検知膜と物体が物理的な接触をしたか、又は接触検知膜と対象物が近接したかを判定するために用いられうる。例えば、ＨＭＡＲＭＳ網から形成される導電層を有し、約１０ｋΩ／ｓｑｕａｒｅの検知領域の抵抗率を有する一つの試験例では、この判定を可能にする第１及び第２の周波数は、それぞれ３００ｋＨｚ及び１ＭＨｚであった。これらの二つの状況間で判定する機能は、本発明に係る接触検知膜を用いるユーザーインターフェースを設計するための非常に多様な新たな可能性を開く。

上記の試験では、矩形サンプルの大きさは、１７×１７ｃｍ^２であり、５つの等距離接触電極を含む構成は、サンプルの各側において銀で形成される。同様の構成は、指による接触だけでなく、接触検知膜上の異なる位置に自由に配置される、例えば、携帯電話のような対象物の異なる種類の存在も検出するために、本発明の性能を証明するためにうまく用いられる。

図６は、約１５から２０ｋΩのシート抵抗を有する本発明に係る導電層において測定されたインピーダンスの実数部及び虚数部を示す。図６のグラフで用いられる表記では、インピーダンスの実数部、“インピーダンス”は、オームで表される。インピーダンスの虚数部、“位相”は、位相角の度数で表される。既知のように、インピーダンスの実数部、つまり、図６の“インピーダンス”は、導電層にける送信された信号の振幅に寄与する。インピーダンスの虚数部、つまり、図６の“位相”は、このような信号に位相に寄与する。

図６の曲線は、接触検知膜への接触に対する“インピーダンス”の最大感度は、“位相”の対する最大感度の対応する周波数よりも実質的に低い周波数で達成されることが明確に示される。これは、接触検出が、励起信号及びその変化に対する応答信号の位相を監視することに基づき、応答信号振幅を監視することに基づく従来のアプローチではない、低い周波数が用いられうることを意味する。

次に、図４の接触検出装置のための一つの例示的な接触検出処理が説明される。前記処理は、図１及び２に係る接触検知膜１及び図５に示す位相変位監視を用いる。例示的な処理は、接触無しで、導電層の全ての接触領域１１対、すなわち、全ての信号経路又は接続線１４をスキャンすることにより、開始し、バックグラウンドのレジスタ又は応答信号の位相角Δφの基準値を形成する。各接触領域１１対に対して、接触領域の一つは、導電層に第１の周波数の励起信号１７を供給する入力点として用いられ、応答信号は、他の接触領域１１から測定される。この種のバックグラウンドスキャンは、異なる信号経路又は接続線が異なる長さを有すること、及びそれによって、異なる位相角を提供することを理由に、必要である。単一信号経路の位相角におけるいくつかのバリエーションは、また、導電層の非均一性の可能性により生じうる。バックグラウンドスキャンの後、本処理は、例えば第２又は第３の接触線ごとに、より制限された接続線１４のセットを繰り返しスキャンする、、あるいは一方向のみにおける平行な接続線へのさらなるスキャンを制限することにより継続される。各応答信号１８の位相角Δφは、対応するバックグラウンド値と比較される。所定のしきい値を超える差が、一又はそれ以上の接続線１４に対して実際の測定とバックグラウンド値とで観測されると、つまり、接触が検出されると、測定は、第２の周波数での、これ／これらの接続線に対して繰り返される。周波数での位相角変化Δ（Δφ）の依存度は、ポインターにおいて接触検知膜の実際の接触又は近接接触があったかどうかを判定するために用いられる。

接触が検出され、そのタイプが判定された後、次のステップは、接触の位置を判定することである。この目的のために、所定の閾値を超える位相角変化Δ（Δφ）を有する先に判定された一又はそれ以上の接続線に近い接続線のより密度の高いグリッドは、選択され、スキャンされる。一方向のみの接続線１４が前の段階で用いられた場合、第１のステップは、必然的に、少なくとも一つの他の方向の選択接続線１４に含むことになる。選択された接続線は、その後、スキャンされる。異なる方向を有し、示される方向での位相角Δφの最も大きな変化を示す二つの接続線１４の交点は、接触の位置のための第１の大まかな推定である。位相角変化Δ（Δφ）の閾値を超える値を生成する検知領域１３内の一以上の明確に異なる位置は、複数の同時接触を示す。

この処理は、その後、接触位置での所望の精度が達成されるまで、接触の先の大まかな推定位置の近くの接続線１４のさらに高い密度のグリッドを通じた選択及びスキャンにより反復して繰り返される。

上述したアプローチは、取り得る位置判定アルゴリズムの一例のみであることを留意することが重要である。本発明は、任意の特定のアルゴリズムに限定されない。

上述した処理は、信号処理部１６又は接触検知装置の他の部分に埋め込まれた既知の電子及び／又は適切に構成されたソフトウェア手段により行われうる。

図１及び２の接触検知装置アセンブリに替えて、図７は、変調された抵抗率を有する導電層を示す。導電層は、第２のサブ領域２２よりも低いシート抵抗率を有する第１のサブ領域２１を含む。それぞれ、第１のサブ領域２１の導電率は、第２のサブ領域２２の導電率よりも高い。しかし、両方の領域において、シート抵抗は、本発明にかかる範囲内である。このような変調された抵抗率は、抵抗値が測定される経路に依存する検知領域１３に亘る全体抵抗となる。例えば、電極８ａと８ｂとの間の最も低い抵抗を有する電気的な経路は、これらの電極間での直線接続線ａｂである。第１及び第２のサブ領域のシート抵抗の適切な選択により、電極８ａと８ｃとの間の最も低い抵抗値を有する電気経路は、例えば、接続線ａｂと組み合わせたもの、及び、それに替えて、電極８ａと８ｃとの間の直線ａｃでありうる。これらの接触電極間での信号が集中する経路で、信号経路、つまり、電極８ａと８ｃとの間の最も低い総抵抗を有する電流経路は、よって、これらの電極間での最短接続線から外れる。

各サブ領域２１，２２は、正方形状を有する。高い導電性（ｈｉｇｈｅｒ−ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ）正方形２１は、正方形の角を介して互いに接続され、電極８間での略均一な抵抗率／導電率を有する連続的な経路を形成する。図１の交互の正方形に替えて、少なくとも第１及び第２のサブ領域は、また、例えば、線のグリッドとして形成されうる。

検知領域に沿う抵抗率の変調は、隣接する電極間での信号の差を増加するために用いられうる、それによって、接触検知の精度が向上する。詳細な物理理論によらなくても、発明者らは、変調された抵抗率が、二つの相反する接触電極８間での信号の面内分布を低くしうると考える。狭い信号経路により、問題となっている、相反する電極間での導電層への物体の容量結合は、信号経路の大部分に影響を与える。したがって、物体への接触又は物体への近接により生じる信号の変化は、増加し、よって、接触検知の精度が向上する。

例えば、第１の導電性材料を均一に堆積又は形成し、その後、サブ領域の一つの領域における全部又は一部の材料を除去すること、異なるサブ領域での導電性材料の異なる量を有するように導電層を堆積又は形成すること、又は例えばドーピングによる一つの型のサブ領域における導電率を変更することにより、変更された抵抗率を有する導電膜は、製造されうる。

当業者にとって自明であるように、本発明は、上述した例に限定されず、実施形態は、特許請求の範囲の範囲内で自由に変更可能でありうる。

Claims (13)

1. 検知領域（１３）を有する導電層（３）を含む、静電容量式又は電磁誘導式の接触検知を行う接触検知膜（１）と、
   前記接触検知膜（１）に電気的な励起信号を供給し、前記接触検知膜（１）から電気的な応答信号（１８，１８ａ，１８ｂ）を受信する回路手段（８，９，１０，１９）と、
   接触を検出するために前記電気的な応答信号（１８，１８ａ，１８ｂ）を処理する処理手段（１６）と、を含み、
   前記検知領域（１３）は、前記導電層（３）上の複数の接触領域（１１）を介して前記回路手段（８，９，１０，１９）に電気的に接続され、前記接触領域（１１）は、前記検知領域（１３）を取り囲む境界線（１２）を規定し、前記境界線（１２）に沿う方向が定められたとき、二つの隣接する接触領域（１１）の中心間の平均距離は、この方向における前記接触領域（１１）の平均幅の少なくとも１０倍であり、
   前記接触領域は、前記検知領域の各辺の両端の接触領域の間に複数有り、
   前記検知領域（１３）における前記導電層（３）のシート抵抗は、３ｋΩ以上であることを特徴とする接触検知装置（２０）。
2. 前記検知領域（１３）における前記導電層（３）のシート抵抗は、５から１００ｋΩの範囲であり、好ましくは１０から５０ｋΩの範囲であることを特徴とする請求項１に記載の接触検知装置（２０）。
3. 前記導電層（３）は、前記検知領域（１３）のほぼ全体に亘って固体構造として延びることを特徴とする請求項１又は２に記載の接触検知装置（２０）。
4. 前記検知領域（１３）は、第１のシート抵抗を有する少なくとも１つの第１のサブ領域（２１）と、前記第１のシート抵抗から外れる第２のシート抵抗を有する少なくとも１つの第２のサブ領域（２２）と、を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の接触検知装置（２０）。
5. 前記導電層（３）は、高アスペクト比分子構造（ＨＡＲＭＳ）網を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の接触検知装置（２０）。
6. 前記接触検知膜（１）は、三次元表面に沿って前記接触検知膜の曲げを許容するようなフレキシブル構造として形成されることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の接触検知装置（２０）。
7. 前記接触検知膜（１）は、三次元表面に沿って前記接触検知膜の変形を許容するような変形可能構造として形成されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の接触検知装置（２０）。
8. 前記接触検知膜（１）は、光学的に透明であることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の接触検知装置（２０）。
9. 前記回路手段（８，９，１０，１９）は、導電層（３）の検知領域（１３）へ電気的な励起信号（１７）を供給し、同一の前記検知領域（１３）から電気的な応答信号（１８，１８ａ，１８ｂ）を受信するように構成されることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の接触検知装置（２０）。
10. 前記処理手段（１６）は、位相変位における接触が生成する変化に基づいて前記検知領域（１３）内での接触を検出するために前記応答信号（１８，１８ａ，１８ｂ）と前記励起信号（１７）との間での前記位相変位を判定するように構成されることを特徴とする請求項９に記載の接触検知装置（２０）。
11. 前記接触領域（１１）の数及び配置は、各接触領域（１１）対の前記接触領域（１１）の中心間での前記検知領域（１３）に亘る真っ直ぐな接続線（１４）を定めたときに、前記検知領域（１３）内に前記接続線（１４）の複数の交点（１５）が存在するように選択されることを特徴とする請求項９又は１０に記載の接触検知装置（２０）。
12. 前記接触検知装置は、ハプティックフィードバックを提供する手段を含む請求項１から１１のいずれか一項に記載の接触検知装置（２０）。
13. 前記接触検知装置は、前記導電層（３）を通じてハプティックフィードバックを提供する手段を含む請求項１２に記載の接触検知装置（２０）。

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