JP6104370B2 - 容量センサー配列および容量センサー配列を備えるタッチセンサー式スクリーン - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも１つの容量センサー、および、前記少なくとも１つの容量センサーの正面に適用されるコーティングを備える容量センサー配列に関する。

本発明は、さらに少なくとも１つの当該容量センサー配列を備えるタッチセンサー式スクリーンに関する。

技術デバイスでプログラムが実行されるタッチセンサー式スクリーンはスクリーンをタッチすることで制御可能であり、従来技術として一般に知られている。この点に関して、それぞれのタッチセンサー式スクリーンは、画像を表示するための表示ユニットおよびオペレータによるタッチを感知するための容量センサー配列を備える。センサー配列は、前記センサー配列が現在の位置でタッチされると、画像の同じ位置で英数字およびシンボルであらわされる特定の機能が実行されるように設計される。

欧州特許出願公開第ＥＰ１，８１１，３６４Ａ２号は、タッチセンサー式表面を備えるディスプレイデバイスを開示し、このディスプレイデバイスは、物体、例えば、ディスプレイデバイスの表面に接触または接触しそうになるほど近づく指の位置を決定するための層システムを備える。この場合には、層システムは容量的および抵抗的に容量を評価可能なように設計される。この目的のために、層システムは容量層配列と抵抗層配列を備え、当該容量層配列はキャパシター電極として使用される導電層とこの層の正面に配置される柔軟な絶縁層を備える。

本発明の目的は、従来技術に比べて改良された容量センサー配列、および、当該容量センサー配列を備えるタッチセンサー式スクリーンを規定することである。

容量センサー配列については、本発明の目的は本発明の請求項１に記載される特徴によって実現され、タッチセンサー式スクリーンについては、本発明の請求項１０に記載される特徴によって実現される。

容量センサー配列は、少なくとも１つの容量センサーと、前記少なくとも１つの容量センサーの正面に適用されるコーティングを備える。本発明によれば、コーティングはマルチレベルの層構造を備え、当該マルチレベルの層構造は、電気的に直列に接続され、および、層状に配置される複数の容量層から形成される。

単一の容量層から形成されるシングルレベルコーティングに比較して、電気的に直列に接続され、複数の容量層を備えるこのマルチレベルの層構造によって、コーティングの全容量が低減される。したがって、コーティングによって生成されるいわゆる干渉キャパシタンスが非常に低減される。これによって、シングルレベルコーティングで達成されるよりも、未接触センサーと接触センサーとの間の容量センサーの有用な信号の差異が非常に大きくなるという特に有利な態様の結果となる。したがって、接触状態と非接触状態を安定してお互いに区別することができ、その結果、確実であると同時に再現性のある測定によって、故障の影響を受けにくい確固とした確実な評価が実現可能となる。さらに、現在、厚さが厚い材料、および／または、特定の特性を持つ材料が、容量センサーとオペレータの皮膚表面との間に配置されるべき容量を持つことが可能となっている。

容量センサー配列の１つの構成によれば、容量層は、容量センサーの正面に、あるいは、容量センサーの正面の上に配置されるバッキング層に直接適用される。この配列は、容易に製作可能である。

さらなる構成によれば、各容量層は同一の電気容量をそれぞれ有する。したがって、容量層の全容量をあらかじめ決めることは非常に容易である。さらなる構成では、容量層のそれぞれの容量は異なってもよい。

１つの改良形態では、容量層は樹脂および／または金属から形成され、したがって堅牢性が非常に高いことで特徴付けられる。

１つの構成によれば、導電層および／または臨界層は、拡散を防ぐためおよび他の理由によって絶縁層によって分離される。したがって、すべての種類の層およびレベル並びに自由に選択可能なオーダーの層構造を使用できるので、干渉キャパシタンスが大きいシングルレベルコーティングに比べて、全容量を低減することができる。この場合には、導電層は極薄金属層、すなわち光学的に透明な金属層を意味することが理解できる。前記層間の抵抗は低く、電気的に導電性である。

拡散のために、導電層が変化する危険性がある。この拡散は絶縁層によって防ぐことができる。

例えば、臨界層は、空気の存在によって酸化される不安定層であることを意味すると理解される。これらの層が絶縁層でコーティングされると、安定した、一定の特性を実現でき、特に２つの絶縁層を使用する場合には、臨界層の老化および経年変化を、時間の関数として最小化することができる。

１つの可能な構成では、容量層は透明であるので、その結果、容量センサー配列は、タッチセンサー式スクリーン用途に適している。

その上、容量層は特に層の塗布によって形成され、それは例えば印刷方式で適用される層である。その結果、容量層は、非常に薄い厚さ、および、複雑ではない非常に簡単な態様で製造できる。

１つの可能な改良形態によれば、お互いから容量層を電気的に絶縁するために、いずれの場合にも容量層の間に１つの電気的絶縁層が配置されるので、層のそれぞれの容量を最小化し長期間の安定性を確実にする。

本発明によるタッチセンサー式スクリーンは、本発明による少なくとも１つの容量センサー配列を備える。

容量センサー配列をコーティングするマルチレベルの層構造、および、その結果としての低減された干渉キャパシタンスのために、指などの入力補助手段による接触を確実に感知することができ、その結果、タッチセンサー式スクリーンに結合する技術デバイスで実行されるプログラムを、故障に影響されないで確固として制御することが実現可能となる。入力補助手段は、電気的に導電性のスタイラスペン、または、例えば該動作に好適な人工器官である他の特定の工具であってもよい。

有利な構成では、容量センサー配列は表示ユニットの正面または背面に配置される。この場合には、容量センサー配列は特に、センサー配列が現在の位置でタッチされると、同じ位置で表示ユニットによって出力される画像上の英数字およびシンボルであらわされる特定の機能を実行するように設計される。この場合には、表示ユニットおよび制御パネル前面のマルチレベルの層構造によって、いわゆるブラックパネル効果を実現することが可能になり、その結果、ユーザインターフェース上で最小の反射と同時に最適コントラストを生成することが可能になる。したがって、反射低減層およびすべての望ましい光学的効果を生成できる。対照的に、これらの有利な効果は干渉キャパシタンスを最小にした、相当な複雑性だけが含まれる単一層構造では実現できない。

本発明の例示的実施形態のより詳細な説明を、図面を参照して説明する。

本発明による容量センサー配列の第１の例示実施形態の断面図を概略的に示す図である。 図１に示される容量センサー配列を含む、本発明によるタッチセンサー式スクリーンの第１の例示実施形態の断面図を概略的に示す図である。 本発明による容量センサー配列の第２の例示実施形態の断面図を概略的に示す図である。 図３に示される容量センサー配列を含む、発明によるタッチセンサー式スクリーンの第２の例示実施形態の断面図を概略的に示す図である。

すべての図面において、お互いに対応する部分には同一の参照記号が付与される。

図１は、本発明による、容量センサー２を含む容量センサー配列１の第１の例示実施形態の断面図を示す図である。容量センサー２はいずれのタイプの容量センサー２であってもよく、特に容量センサー２は、指または入力補助手段によって接触されると電気容量が変化する。センサー２の接触状態と非接触状態の間のこの容量変化は、容量センサー２に結合する技術デバイス（図示せず）でのプログラムの実行を制御するために使用される。

容量センサー２は、複数の容量層３．１から３．ｎで構成される、マルチレベルのコーティング３の正面上に提供される。容量層３．１から３．ｎのそれぞれはお互いに対して容量結合し、複数の層状になって上下に配置され、その結果キャパシターの直列回路が提供される。可能な構成では、層３．１から３．ｎは、樹脂および／または金属から形成され、透明であるいずれのタイプの層であってもよい。

可能な実施形態では、層３．１から３．ｎの層と層の間は電気的に導電性であり、お互いに電気的に直列に接続されている。したがって、本実施形態の層３．１から３．ｎもお互いに対して容量結合し、複数の層状になって上下に配置され、キャパシターの直列回路が形成される。

可能な実施形態では、層３．１から３．ｎは塗布層である。層３．１から３．ｎは容量センサー２に例えば、印刷方式で直接適用され、図示しない実施形態では、容量センサー２の正面の上に配置されるバッキングプレートに適用される。

代替例示実施形態（図３により詳細に図示されている）では、さらにいずれの場合にも電気的絶縁層Ｉ１、Ｉ２が層３．１から３．ｎの間に配置される。

容量層３．１から３．ｎの電気的に直列の回路によって、実効全容量Ｃｔｏｔは、単一層またはシングルレベル構造のコーティング３に比べて以下の式にしたがって低減される。ここで全容量Ｃｔｏｔの逆数は、容量層３．１から３．ｎのそれぞれの容量Ｃ１からＣｎの逆数の和から求められる：

したがって、結果として得られる全容量は、容量層３．１から３．ｎのそれぞれの容量Ｃ１からＣｎ中のいずれか最も大きい１つの容量よりも小さい。

例えば、それぞれ同一の容量Ｃ１、Ｃ２を有する２つの容量層３．１、３．２にコーティング３が実施される場合には、結果として得られる全容量Ｃｔｏｔはそれぞれの容量Ｃ１、Ｃ２の半分に過ぎない。この全容量Ｃｔｏｔが容量センサー２の干渉キャパシタンスとして機能する。シングルレベルコーティング３に比べて干渉キャパシタンスが半分に低減されるので、容量センサー２がタッチされると大きな測定信号がセンサー２によって感知され得る。この大きな測定信号は、センサー２の接触状態と非接触状態間の高い分解能を持つ大きな信号変化によってもたらされ、したがって故障の影響を受けにくいセンサー配列１となる。

それぞれ同一の容量Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３を有する、３つの容量層３．１、３．２、３．３にコーティング３が実施される場合には、結果として得られる全容量Ｃｔｏｔは、今度はそれぞれの容量Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の３分の１になる。シングルレベルコーティング３に比べて３分の２だけ干渉キャパシタンスが低減するので、容量センサー２がタッチされると、大きな信号変化と高い分解能を有するセンサー２によってさらに改良された測定信号が検知可能となり、したがってセンサー配列１は故障の影響をさらに受けにくくなる。

それぞれ同一の容量Ｃ１からＣ４を有する４つの容量層３．１から３．４にコーティング３が実施される場合には、結果として得られる全容量Ｃｔｏｔは、今度はそれぞれの容量Ｃ１からＣ４の４分の１になる。シングルレベルコーティング３に比べて４分の３だけ干渉キャパシタンスが低減するので、容量センサー２がタッチされると、大きな信号変化と高い分解能を有するセンサー２によって３つの層３．１から３．３の実施形態に比べてさらに改良された測定信号が検知可能となり、したがってセンサー配列１は故障の影響をさらに受けにくくなる。

さらに有利な点として、複数の容量層３．１から３．ｎを備えるコーティング３のマルチレベル設計は、カラーカバレッジ（ｃｏｌｏｒ ｃｏｖｅｒａｇｅ）およびカラーサチュレーション（ｃｏｌｏｒ ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ）がシングルレベルすなわち単一層形成のコーティング３の実施形態に比べて改良されることを意味する。カラーカバレッジおよびカラーサチュレーションが比較的高い当該シングルレベルすなわち単一層形成のコーティング３の場合には、有効な全容量Ｃｔｏｔが大きくなり、非接触状態と接触状態との間の容量センサー２の有用な信号の変化は非常に小さいので、検知することが非常に困難となり、容量センサー２の検知は不十分、または、全く不可能となる。したがって、再現性ある測定および評価はもはや不可能になる。

コーティング３の理想的な全容量Ｃｔｏｔは零であり、その結果、容量層３．１から３．ｎの数が増加すると、非接触状態と接触状態との間の容量センサー２の有用な信号の変化、すなわちこれらの状態間の信号の変化が連続的に大きくなり、センサー配列１の分解能が連続して大きくなり、センサー配列１は故障に対する影響が連続的に低減する。

図２は、本発明によるタッチセンサー式スクリーン４の第１の例示実施形態の断面図を示す。スクリーン４は、例えば、ＬＣＤディスプレイの形態である表示ユニット５を備える。代替実施形態では、他のタイプの表示ユニット５が設けられてもよい。

図１に示される容量センサー配列１は表示ユニット５の正面に配置される。センサー配列１、すなわち容量センサー２およびそのコーティング３は透明であるので、その結果ユーザが検出可能な形態で、特に英数字および／またはシンボルが表示ユニット５によって表示される。代替構成（図示せず）では、容量センサー配列１は表示ユニット５の背面に配置される。

スクリーン４に接続される制御ユニット（これ以上詳細には図示されない）に記憶される制御コマンドは、表示される情報に割り当てられる。センサー配列１がタッチされると、容量センサー２の容量が変化し、ここで変化の大きさからセンサー配列１がタッチされた位置を決定することができる。表示ユニット５によって表示される画像上のオペレータが選択した位置は当該決定された位置から導かれ、および、この位置で表示される情報に割り当てられた制御コマンドが実効される。制御コマンドによって、スクリーン４に結合される技術デバイス（図示せず）のプログラム動作が制御される。

図３は、本発明による容量センサー配列１の第２の例示実施形態の断面図であり、ここでは、その上、層３．１から３．ｎの層間のいずれの間にも電気的絶縁層Ｉ１、Ｉ２が配置されている。これらの電気的絶縁層Ｉ１、Ｉ２によって、それぞれの容量Ｃ１〜Ｃｎを長期間最小化することが可能となる。

図４は、本発明によるタッチセンサー式スクリーン４の第２の例示実施形態の断面図を示す。この場合には、図３に示される容量センサー配列１は表示ユニット５の正面に配置される。

１ センサー配列
２ センサー
３ コーティング３．１層〜３．ｎ層
４ スクリーン
５ 表示ユニット
Ｃ１〜Ｃｎ 各容量
Ｃｔｏｔ 全容量
Ｉ１、Ｉ２ 層

Claims (11)

1. 少なくとも１つの容量センサー（２）、および、前記少なくとも１つの容量センサー（２）の正面に適用されるコーティング（３）を備える容量センサー配列（１）であって、前記コーティング（３）は平坦なマルチレベルの層構造（３．１から３．ｎ）を含み、前記マルチレベルの層構造のそれぞれは低減された干渉電気容量を有し、それぞれが電気的に直列に接続され、および、層状に配置される複数の容量層（３．１から３．ｎ）から形成され、少なくとも１つの拡散防止層が各前記干渉電気容量の間に設けられることを特徴とする容量センサー配列。
2. 請求項１に記載の容量センサー配列（１）において、
   前記容量層（３．１から３．ｎ）は、容量センサーの正面（２）、または、前記容量センサーの正面の上に配置されるバッキング層（２）に直接適用されることを特徴とする容量センサー配列（１）。
3. 請求項１または２に記載の容量センサー配列（１）において、
   前記容量層（３．１から３．ｎ）のそれぞれの電気容量（Ｃ１からＣｎ）は同じであることを特徴とする容量センサー配列（１）。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の容量センサー配列（１）において、
   前記容量層（３．１から３．ｎ）は、樹脂および／または金属から形成されることを特徴とする容量センサー配列（１）。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の容量センサー配列（１）において、
   前記容量層（３．１から３．ｎ）は透明であることを特徴とする容量センサー配列（１）。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の容量センサー配列（１）において、
   前記容量層（３．１から３．ｎ）は塗布層であることを特徴とする容量センサー配列（１）。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の容量センサー配列（１）において、
   前記容量層（３．１から３．ｎ）は印刷方式で適用される層であることを特徴とする容量センサー配列（１）。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の容量センサー配列（１）において、
   いずれの場合にも１つの電気的絶縁層（Ｉ１、Ｉ２）が前記容量層（３．１から３．ｎ）の間に配置されていることを特徴とする容量センサー配列（１）。
9. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載の容量センサー配列（１）において、
   いずれの場合にも少なくとも１つの絶縁層が導電層および／または臨界層の間に配置されていることを特徴とする容量センサー配列（１）。
10. 請求項１乃至９のいずれか一項に記載の容量センサー配列（１）を少なくとも１つ備えるタッチセンサー式スクリーン（４）。
11. 請求項１０に記載のタッチセンサー式スクリーン（４）において、
    前記容量センサー配列（１）は表示ユニットの正面または背面（５）に配置されることを特徴とするタッチセンサー式スクリーン（４）。

Images