JP6807867B2 - ディスプレイのためのセンサデバイス - Google Patents

Description

（関連特許出願）
本願は、２０１５年４月２２日に出願された共有に係る米国仮特許出願第６２／１５１，２０１号に対する優先権を主張するものであり、該仮特許出願は、あらゆる目的のために参照により本明細書中に援用される。

本開示は、容量センサシステムに関し、特に、ディスプレイへの適用に関する。

容量センサデバイスは、多くの場合、タッチスクリーン等のディスプレイ用途において実装される。相互および自己容量感知を使用する異なる感知技術が、タッチ位置を検出するために使用される。さらなる開発は、例えば、ディスプレイの周囲のフレーム内に配列される４つの電極を用いて、交流電気近接場を発生させ、そのような場の歪曲を測定し、場に進入する物体の３次元位置データを判定する、非タッチ入力システムを提供する。そのようなシステムは、ＧｅｓｔＩＣ（登録商標）システムとしても知られ、本願の譲受人によって開発されており、一般的説明は、例えば、参照することによって本明細書に組み込まれる、Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｃ．によって２０１３年に公開されたアプリケーションノート「ＭＧＣ３１３０−Ｓａｂｒｅｗｉｎｇ Ｓｉｎｇｌｅ−Ｚｏｎｅ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ Ｋｉｔ Ｕｓｅｒ’ｓ Ｇｕｉｄｅ」に開示されている。

図１は、前述の刊行物の図３−２に開示されるようなセンサ電極配列１００を示す。印刷回路基板（ＰＣＢ）１１０は、上部側に、フレーム方式で配列される、複数の一次受信電極Ａ、Ｂ、Ｃ、およびＤと、中心受信電極１３０とを備える。中心電極は、前述の刊行物の図３−２に示されるように、縞構造を有してもよい。これらの電極は、ＰＣＢ上の個別のコネクタを通してコントローラ１２０と接続される、またはコントローラが、上部または背面側にかかわらず、ＰＣＢ上に配列されてもよい。この目的を達成するために、ＰＣＢは、二重層ボードまたは多層ボードであることができ、背面側は、全体として、接地電極または伝送電極として使用されてもよい。多層ＰＣＢに関して接地電極として使用される場合、任意の断続層が、伝送電極として使用されてもよく、層全体またはその一部（電極１３０と類似サイズ）が、伝送電極としての役割を果たしてもよい。接地および／または伝送電極は、破線接続ラインを用いて示されるように、コントローラ１２０と接続される。コントローラは、伝送電極のための駆動信号、例えば、約１００ｋＨｚの周波数を有する交流方形波または正弦波信号を発生させる。コントローラは、信号を上部電極Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、および１３０から受信し、これらの信号を処理し、ＰＣＢの上方の検出空間内の物体、例えば、手または指によって行われるジェスチャを検出する。個別のコマンドが、次いで、ホストシステム１４０に送信されることができる。

ＭＧＣ３１３０−Ｓａｂｒｅｗｉｎｇ Ｓｉｎｇｌｅ−Ｚｏｎｅ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ Ｋｉｔ Ｕｓｅｒ’ｓ Ｇｕｉｄｅ

例えば、市販のディスプレイ上で無タッチ検出を提供する、容量感知システム、特に、相互容量センサシステムの必要性がある。

ある実施形態によると、ディスプレイのための電極配列であって、ディスプレイは、内側可視ディスプレイ面積と、ディスプレイ機能を提供しない、外側支持面積とを備え、伝送電極が複数の受信電極によって囲繞されるように配列される、基板層を提供し、少なくとも伝送電極は、透明であり、少なくとも部分的に、内側可視ディスプレイ面積を被覆し、受信電極は、外側支持面積を被覆する基板層の部分上に配列される、電極配列が、提供される。

さらなる実施形態によると、電極は、単層内の可撓性箔アセンブリによって支持されることができる。さらなる実施形態によると、少なくとも基板面積は、伝送電極を備えてもよく、伝送電極は、透明である。さらなる実施形態によると、伝送電極は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）を備えてもよい。さらなる実施形態によると、箔アセンブリは、接着剤であることができる。さらなる実施形態によると、箔アセンブリは、光学クリア接着剤でラミネートされる箔を備えてもよい。さらなる実施形態によると、伝送電極は、複数の電極区画を備えてもよい。さらなる実施形態によると、第２の層が、内側可視ディスプレイ面積内に配列される投影静電容量測定のためのセンサを備えるように提供されることができる。さらなる実施形態によると、基板の背面における層は、外側支持面積内に、接地と結合され得る、低インピーダンス伝導性材料を備えてもよい。さらなる実施形態によると、接地と結合される低インピーダンス伝導性材料の層は、外側支持面積内の受信電極下に提供されることができる。

別の実施形態によると、ディスプレイモジュールは、前述のように、電極配列を具備することができ、基板は、受信電極がディスプレイモジュールのディスプレイ画面を囲繞するように、ディスプレイモジュールの上部表面に取り付けられ得る、接着剤箔アセンブリを備える。

ディスプレイモジュールのさらなる実施形態によると、外側支持面積は、ディスプレイモジュールの接地接続と結合されるディスプレイモジュールの金属額縁であることができる。ディスプレイモジュールのさらなる実施形態によると、基板の背面における層は、外側支持面積内に、ディスプレイモジュールの接地接続と結合される低インピーダンス伝導性材料を備えてもよい。ディスプレイモジュールのさらなる実施形態によると、非伝導性額縁が、基板の外側面積を被覆してもよい。ディスプレイモジュールのさらなる実施形態によると、箔アセンブリは、可撓性であることができ、電極は、単層内の可撓性箔アセンブリによって支持される。ディスプレイモジュールのさらなる実施形態によると、箔アセンブリは、光学クリア接着剤でラミネートされる箔を備えてもよい。ディスプレイモジュールのさらなる実施形態によると、少なくとも基板面積は、伝送電極を備えてもよく、伝送電極は、透明である。ディスプレイモジュールのさらなる実施形態によると、伝送電極は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）を備えてもよい。ディスプレイモジュールのさらなる実施形態によると、箔アセンブリは、光学クリア接着剤でラミネートされる箔を備える、接着剤であることができる。ディスプレイモジュールのさらなる実施形態によると、伝送電極は、複数の電極区画を備えてもよい。ディスプレイモジュールのさらなる実施形態によると、第２の層が、内側可視ディスプレイ面積内に配列される投影静電容量測定のためのセンサを備えるように提供されることができる。

さらに別の実施形態によると、ディスプレイモジュールのためのセンサを提供するための方法が、請求項１に記載の電極配列を提供するステップであって、基板は、接着剤箔アセンブリを備える、ステップと、基板をディスプレイモジュールの上部に取り付けるステップとを含んでもよい。

本方法のさらなる実施形態によると、外側支持面積は、ディスプレイモジュールの金属額縁であることができる。本方法のさらなる実施形態によると、基板の背面における層は、外側支持面積内に、接地と結合され得る、低インピーダンス伝導性材料を備えてもよい。本方法のさらなる実施形態によると、本方法はさらに、基板の外側面積にわたって非伝導性額縁を搭載するステップを含んでもよい。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
ディスプレイのための電極配列であって、前記ディスプレイは、内側可視ディスプレイ面積と、ディスプレイ機能を提供しない、外側支持面積とを備え、前記電極配列は、伝送電極が複数の受信電極によって囲繞されるように配列される、基板層を提供し、少なくとも前記伝送電極は、透明であり、少なくとも部分的に、前記内側可視ディスプレイ面積を被覆し、前記受信電極は、前記外側支持面積を被覆する前記基板層の部分上に配列される、電極配列。
（項目２）
前記電極は、単層内の可撓性箔アセンブリによって支持される、項目１に記載の電極配列。
（項目３）
少なくとも基板面積は、前記伝送電極を備え、前記伝送電極は、透明である、項目１または項目２に記載の電極配列。
（項目４）
前記伝送電極は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）を備える、項目３に記載の電極配列。
（項目５）
前記箔アセンブリは、接着剤である、項目２−４のいずれか１項に記載の電極配列。
（項目６）
前記箔アセンブリは、光学クリア接着剤でラミネートされる箔を備える、項目２−５のいずれか１項に記載の電極配列。
（項目７）
前記伝送電極は、複数の電極区画を備える、前記項目のいずれか１項に記載の電極配列。
（項目８）
第２の層が、前記内側可視ディスプレイ面積内に配列される投影静電容量測定のためのセンサを備えるように提供される、前記項目のいずれか１項に記載の電極配列。
（項目９）
前記基板の背面における層は、前記外側支持面積内に、接地と結合され得る、低インピーダンス伝導性材料を備える、前記項目のいずれか１項に記載の電極配列。
（項目１０）
接地と結合される低インピーダンス伝導性材料の層は、前記外側支持面積内の前記受信電極下に提供される、前記項目のいずれか１項に記載の電極配列。
（項目１１）
前記項目のいずれか１項に記載の電極配列を伴うディスプレイモジュールであって、前記基板は、前記受信電極が前記ディスプレイモジュールのディスプレイ画面を囲繞するように、前記ディスプレイモジュールの上部表面に取り付けられる接着剤箔アセンブリを備える、ディスプレイモジュール。
（項目１２）
前記外側支持面積は、前記ディスプレイモジュールの接地接続と結合される前記ディスプレイモジュールの金属額縁である、項目１１に記載のディスプレイモジュール。
（項目１３）
前記基板の背面における層は、前記外側支持面積内に、前記ディスプレイモジュールの接地接続と結合される低インピーダンス伝導性材料を備える、項目１１または項目１２に記載のディスプレイモジュール。
（項目１４）
非伝導性額縁が、前記基板の外側面積を被覆する、項目１１−１３のいずれか１項に記載のディスプレイモジュール。
（項目１５）
前記箔アセンブリは、可撓性であり、前記電極は、単層内の前記可撓性箔アセンブリによって支持される、項目１１−１４のいずれか１項に記載のディスプレイモジュール。
（項目１６）
前記箔アセンブリは、光学クリア接着剤でラミネートされる箔を備える、項目１１−１５のいずれか１項に記載のディスプレイモジュール。
（項目１７）
少なくとも基板面積は、前記伝送電極を備え、前記伝送電極は、透明である、項目１１−１６のいずれか１項に記載のディスプレイモジュール。
（項目１８）
前記箔アセンブリは、光学クリア接着剤でラミネートされる箔を備える、接着剤である、項目１１−１７のいずれか１項に記載のディスプレイモジュール。
（項目１９）
前記伝送電極は、複数の電極区画を備える、項目１１−１８のいずれか１項に記載のディスプレイモジュール。
（項目２０）
第２の層が、前記内側可視ディスプレイ面積内に配列される投影静電容量測定のためのセンサを備えるように提供される、項目１１−１９のいずれか１項に記載のディスプレイモジュール。
（項目２１）
ディスプレイモジュールのためのセンサを提供するための方法であって、
項目１に記載の電極配列を提供するステップであって、基板が、接着剤箔アセンブリを備える、ステップと、
前記基板を前記ディスプレイモジュールの上部に取り付けるステップと、
を含む、方法。
（項目２２）
前記外側支持面積は、前記ディスプレイモジュールの金属額縁である、項目２１に記載の方法。
（項目２３）
前記基板の背面における層は、前記外側支持面積内に、接地と結合され得る、低インピーダンス伝導性材料を備える、項目２１または項目２１に記載の方法。
（項目２４）
非伝導性額縁を前記基板の外側面積にわたって搭載するステップをさらに含む、項目２３に記載の方法。

図１は、３Ｄジェスチャ検出システムのためのＰＣＢ上の従来の電極構造を示す。 図２は、ディスプレイのために好適なセンサ電極配列の第１の実施形態を示す。 図３ａは、従来のＬＣＤモジュールを示し、図３ｂは、そのような従来のＬＣＤモジュールへの適用を示す。 図４は、センサ電極配列の別の実施形態を示す。 図５は、センサ電極配列のさらに別の実施形態を示す。

種々の実施形態によると、真の単層または多層ＩＴＯ／箔レイアウトが、例えば、ディスプレイ（特に、５インチを上回るディスプレイ）統合のためのＧｅｓｔＩＣ（登録商標）システムのために提供されることができる。２Ｄおよび３Ｄの組み合わせもまた、サポートされることができる。したがって、センサシステムは、３次元ジェスチャ検出に限定されない。

種々の実施形態によると、センサ感度は、単純センサ統合をディスプレイ用途において維持することによって増加されることができる。

種々の実施形態は、例えば、５〜１７インチ液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のための入力方法として、例えば、ＧｅｓｔＩＣまたはＧｅｓｔＩＣ／ＰＣＡＰの組み合わせ（投影静電容量測定）を使用して、任意のディスプレイ用途に適用されることができる。

ある実施形態によると、ディスプレイからの金属額縁が、ディスプレイから入力チャネルへの雑音に対する遮蔽として使用されることができ、真の単層センサを生成することが可能である。したがって、種々の実施形態によると、例えば、ディスプレイと組み合わせた高電圧駆動を用いた「標準的」相互測定が、提供されることができる。種々の実施形態は、異なる容量測定原理に適用されてもよい。

図２は、異なる電極が、例えば、市販のディスプレイ２００に対して単層内に配列され得る方法の一般的概念を示す。受信電極２３０、２４０、２５０、および２６０が、例えば、ディスプレイ２００の金属額縁２０５によって形成されるフレーム上に設置されたディスプレイ面積２２０の外側に配列される。そのようなセンサは、ディスプレイに適用され得る、接着剤箔アセンブリ２１０によって提供されてもよい。箔アセンブリは、電極を支持または埋設する、箔基板から成ってもよい。箔アセンブリは、光学クリア接着剤を底部側に添加することによって、接着剤であってもよい。箔アセンブリはさらに、可撓性であってもよい。類似構造を提供する他の箔アセンブリが、使用されてもよい。

高感度電場システム（例えば、ＧｅｓｔＩＣ）の受信電極２３０、２４０、２５０、および２６０は、ディスプレイによって生成される雑音に非常に敏感であり、したがって、直接ディスプレイ２００の上方に遮蔽層を伴わずに電極を設置することは不可能である。受信電極を可視面積（ディスプレイ）の外側に移動させることによって、任意の遮蔽層を伴わずに、伝送電極２７０と、受信電極２３０、２４０、２５０、および２６０を真の単層上に統合することが可能となる。ディスプレイの金属額縁２０５は、図２に示される接地接続によって示されるように、遮蔽のために使用される。利用可能な金属額縁がない場合、１つおきに接地される低インピーダンス伝導性材料が、遮蔽のために使用されることができる。例えば、フレーム形状の金属箔が、ディスプレイ筐体と電極箔２１０との間に適用されてもよい。

箔２１０は、図２に示されるように、透明基板を有し、透明電極２３０、２４０、２５０、２６０、および２７０を備えてもよい。しかしながら、いくつかの実施形態によると、伝送電極２７０のみ、可視ディスプレイ面積２２０を被覆する唯一の電極であるという事実に起因して、透明であってもよい。したがって、伝送電極２７０は、ディスプレイ２００の可視面積内にあって、受信電極２３０、２４０、２５０、および２６０は、不可視面積内にあるであろう。

ＧｅｓｔＩＣ統合は、単層／多層投影静電容量（ＰＣＡＰ）ソリューションと組み合わせられることができる。高感度電極のための遮蔽効果を維持するために、受信電極は、低感度電極を伴って、ＰＣＡＰ受信電極（Ｒｘ）面積の外側に留まり、伝送電極（Ｔｘ）は、中心に留まるであろう。そのような実施形態では、ＰＣＡＰ電極は、タッチ検出および関連付けられた追跡のためのみに使用される。中心における伝送電極Ｔｘは、ＰＣＡＰ動作およびＧｅｓｔＩＣ動作のために共有されることができる。

図３ａは、モジュールを被覆する金属フレーム３０５を伴う、市販の液晶ディスプレイモジュール３００を示す。可撓性ＰＣＢの形態における電気接続は、金属フレーム３０５内の陥凹を通して底部面積から延在する。図３ｂは、そのような従来のＬＣＤディスプレイ３００の可視画面部分上に伝送電極３１０を形成する、斜線中心面積を示す。伝送電極３１０は、図３ｂに示されるように、単一電極であることができる、またはＧｅｓｔｉｃシステムの動作の間、全て接続され、同一駆動信号を受信し、単一電極として事実上動作し得る、複数の伝送電極に区画化されてもよい。さらに、ディスプレイを囲繞するように、４つの受信電極３２０、３３０、３４０、および３５０が、ディスプレイ３００の「不可視」または非ディスプレイ部分上に配列される。本非ディスプレイ部分は、多くの従来のＬＣＤ製品において使用される金属額縁３０５として好ましい。

前述のように、伝送電極は、ＰＣＡＰシステム等の２Ｄシステムとの共有電極であることができる。前述のように、伝送電極は、区画化され、ＰＣＡＰシステムのために個々に駆動されてもよい一方、ある実施形態によると、Ｇｅｓｔｉｃ動作の間、単一伝送電極を形成するように接続されるであろう。フルディスプレイサイズは、したがって、また、タッチ動作のためにも使用可能である。Ｔｘ駆動電圧は、大型設計のための比較的に高電圧、例えば、３．３〜５ボルトの従来の供給電圧より高くあることができる。例えば、Ｔｘ駆動電圧は、約１０〜２０Ｖであることができる。

いくつかの実施形態によると、Ｒｘ電極は、依然として、非可視ディスプレイ面積内、例えば、ディスプレイモジュールの金属額縁上に配列されながら、ユーザに不可視である。いくつかの実施形態によると、Ｒｘ電極は、非可視部分、例えば、カバーガラスの非可視部分の真下に配列されることができる。いくつかの実施形態によると、受信電極（Ｒｘ）は、伝送電極（Ｔｘ）として同一ＩＴＯ／箔層上にあることができる。他の実施形態によると、受信電極は、遮蔽のために、ディスプレイから金属額縁の上方にあることができ、金属額縁は、接地される。いくつかの実施形態によると、受信電極は、固有の金属フレームがディスプレイによって提供されない場合、別個の層で遮蔽されることができる。いくつかの実施形態によると、Ｒｘ電極は、剛性／フレックスＰＣＢのようなその独自の担体材料上に装着されることができる。

図４は、上部において、図３ａの底部部分に示されるような市販のディスプレイに適用可能であり得る、単層実施例を示す。可撓性回路基板は、基板４１０として使用されてもよい。透明接着剤層が、可撓性回路基板４１０の底部に取り付けられてもよい。しかしながら、基板４１０自体が、透明接着剤箔であってもよく、コネクタ面積４１５は、非接着性に構成されてもよい。透明箔が接着剤である場合、光学クリア接着剤が、箔の底部側に添加されてもよい。ディスプレイ画面を被覆することが意図される少なくとも中心面積は、透明であってもよい。しかしながら、基板４１０全体が、透明であってもよい。受信電極４２０は、左境界まで延在する。受信電極４５０は、受信電極４２０と基板４１０の底部境界との間に延在する。受信電極４３０は、コネクタ面積４１５と基板４１０の底部境界との間に延在し、受信電極４４０は、基板４１０の底部境界に沿って、受信電極４５０と４３０との間に延在する。伝送電極４６０は、中心面積全体を充填する。しかしながら、本電極４６０はまた、区画化される、または例えば、縞等の任意の好適な構造形態を有してもよい。コネクタ４１５は、可撓性ＰＣＢによって形成されてもよく、コネクタを受容するように構成されてもよい。

図５は、図４の実施形態に類似する別の実施形態を示し、類似参照記号は、図４に示されるものと同一要素を指す。ここでは、伝送電極４６０は、複数の伝送電極区画５１０ａ．．５１０ｋに分裂される。それぞれ、コネクタ面積４１５内の接点と接続される個別のフィードラインを通して個々に接続可能であってもよい。したがって、前述のように、これらの区画５１０ａ．．５１０ｋは、ある動作モードでは、ともに接続される、または別の動作モードでは、個々に、発生器と結合されてもよい。図５は、複数のＰＣＡＰ電極を備える別の層であり、前述のように、タッチセンサ式センサ面積を形成し得る、面積５２０を示す。追加層の場合、受信電極４２０．．４５０はまた、電極５１０ａ．．５１０ｋと同一層上ではなく、他の層上に設置されることもできる。

Claims (15)

1. ディスプレイに取り付けられる電極配列であって、前記ディスプレイは、内側可視ディスプレイ領域と、ディスプレイ機能を提供しない外側支持領域とを含み、前記電極配列は、複数の受信電極によって伝送電極が囲繞されるように配列された基板層を提供し、少なくとも前記伝送電極は、透明であり、かつ、前記内側可視ディスプレイ領域を少なくとも部分的に被覆し、前記受信電極は、前記外側支持領域を被覆する前記基板層の部分の上に配列されており、
   前記基板層は、透明接着剤箔であり、前記伝送電極および前記複数の受信電極は、単層内に配列されている、電極配列。
2. 前記透明接着剤箔は、可撓性箔である、請求項１に記載の電極配列。
3. 前記伝送電極は、インジウムスズ酸化物を含む、請求項２に記載の電極配列。
4. 前記透明接着剤箔は、光学クリア接着剤でラミネートされた箔を含む、請求項１に記載の電極配列。
5. 前記伝送電極は、複数の電極区画を含む、請求項１に記載の電極配列。
6. 第２の層が、前記内側可視ディスプレイ領域内に配列された投影静電容量測定のためのセンサを含むように提供される、請求項１に記載の電極配列。
7. 前記透明接着剤箔の背面における層が、前記外側支持領域内に、接地と結合され得る低インピーダンス伝導性材料を含む、請求項１に記載の電極配列。
8. 接地と結合される低インピーダンス伝導性材料の層が、前記外側支持領域内の前記受信電極下に提供される、請求項１に記載の電極配列。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の電極配列を有するディスプレイモジュールであって、前記透明接着剤箔は、前記受信電極が前記ディスプレイモジュールのディスプレイ画面を囲繞するように、前記ディスプレイモジュールの上部表面に取り付けられている、ディスプレイモジュール。
10. 前記外側支持領域は、前記ディスプレイモジュールの接地接続と結合される前記ディスプレイモジュールの金属額縁である、請求項９に記載のディスプレイモジュール。
11. 非伝導性額縁が、前記外側支持領域を被覆する前記基板層の前記部分を被覆する、請求項９に記載のディスプレイモジュール。
12. ディスプレイモジュールのためのセンサを提供するための方法であって、
    前記方法は、請求項１〜８のいずれか１項に記載の電極配列を提供するステップを含み、
    前記方法は、前記透明接着剤箔を前記ディスプレイモジュールの上部に取り付けるステップを含む、方法。
13. 前記外側支持領域は、前記ディスプレイモジュールの金属額縁である、請求項１２に記載の方法。
14. 前記透明接着剤箔の背面における層が、前記外側支持領域内に、接地と結合され得る低インピーダンス伝導性材料を含む、請求項１２に記載の方法。
15. 非伝導性額縁を前記外側支持領域を被覆する前記基板層の前記部分にわたって搭載するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。