JPS5889737A - 指触感知スイツチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、指触感知スイッチに係る。

多くの指触感知スイッチが公知である。これらのうちの
あるものは、人の指が触れたときのキャパシタンス変化
を感知して作動する。これらの例としてリフト（エレベ
ータ）等で使用されるスイッチがある。英国特許第１，
５５３，５６３号は前面外部電極を有してお）操作者が
咳電極を指触してディスプレイのオンオフを切換える液
晶ディスプレイを開示している。前面電極への指触作用
によって、該電極に接続された回路のキャパシタンスが
変化する。この指触スイッチの特徴は、指触され九領域
もまた情報をディスプレイするので多数のスイッチが使
用される場合に該領域を有効に使用し得ることである。

別のタイプの指触スイッチに於いては、指触によって僅
かに変形する弾性上部シートが使用されている。可撓性
シートは互いに離間した電極から成る横列の電極列を担
持しておシ、この電極列から離間して該列に直交方向に
配置された縦列の電極列が固定ベースシート上に形成さ
れている。双方の電極列がマトリクスを形成している。

可撓性シートを押圧すると横列中の１個の電極と縦列中
の１個の電極との間に局部的接触が生じる。適当な材料
を使用すると可撓性シートの僅かな撓みＫよって２個の
電極間の接触が十分に生起し得る。

英国特許公開第２，０３３，６３２　Ａ号はこのような
スイッチを開示している。このスイッチの特徴は、スイ
ッチが、スイッチによ多制御されるいかなるディスプレ
イからも分離していること、例えば空輸交通制御用ブラ
ウン管コンソールから分離していることである。

本発明のスイッチ社、指触によって変形したときの液晶
セルの容量性変化を利用する。過当な電圧を印加すると
セルは層厚の物理的変化に極めて敏感である。

液晶セルは、内面に電極構造を担持する２個の＠壁間に
挾持された液晶材料の薄層を含む。互いに対向する電極
間に高抵抗液晶材料が存在するのでキャノ臂シタが形成
される。

指触によって壁の局部的変形が生じるとキャパシタンス
の変化が生起する。これＫは２つの理由がある。キャパ
シタンスは層厚即ち鷹間距離に比、例しており従って層
厚変化によってキャパシタンスの変化が生起する。よ）
有意なキャパシタンス変化は、変形領域での液晶分子の
フロー及び配列変化によシ生じる。ある種のディスプレ
イでは、このような液晶物質のフローによって光透過性
の変化を観察し得る。キャパシタンス変化は分子及びセ
ル壁の物理的運動によるものであるから、操作者が手袋
をはめているか否かは重要でない。このことは操作者と
の良好な電極接触を必要としたある種の従来装置と顕著
な対照を成す。変形圧力が除去されてキャパシタンスが
初期値に戻るときにもキャパシタンス変化が生じる。

本発明による指触スイッチは液晶セルとセル変形時のセ
ルキャノ４シタンスの変化を検出する手段とを含んでお
シ、セルは互いに対向する電極構造を夫々担持する側壁
間に挾持された液晶材料層を含む。

液晶材料は、正又は負の誘電的異方性をもつネオチック
又はコレステリックであシ得る。単一方向の均質配列（
分子が壁面に平行）を与えるために、セル壁内面を、例
えば視射角１５乃至４５でマグネシウム、フッ化物又は
−酸化ケイ素を傾斜蒸着して処理し得る。又は、例えば
柔らかい織物で壁を単一方向にこするか、又は、ポリビ
ニルアルコール層で被覆してからむすって壁面で約２°
の分子傾斜を与えることもできる。高度の分子傾斜（例
えば３０）をもつ配列を与えるために１５°未満の角度
の傾斜蒸着を使用してもよい。このような配列技術は英
国特許第１．４７２．２４７号に記載されている。示メ
オトロープ配列（分子がセル壁に垂直）を与えるために
、例えばセル壁を清浄にし次にレシチンの如き界面活性
剤に浸して処理することも可能である。

これらの配列技術を使用して公知のタイプの神々のディ
スプレイセルを製造し得る。例えば、均質配列の方向が
互いに直交す、るねじれネマチックセル又は均質配列の
方向が互いに平行な平行ネマ誘電的異方性をもつネマチ
ック材料を使用しており、任意に染料をも含んでおり、
更に任意の量のコレステリック材料をも含み得る。

更に、ディスプレイセルは、長いピッチ又は短いピッチ
を有するコレステリック材料を伴なって、相変化デバイ
スとして作動することもでき、又は、動的散乱デバイス
として作動することもできる。

コレステリック材料に染料を添加してもよい。

キャパシタンスの変化は、任意の適当なキヤ／４シタン
ス計測機器によシ測定され得る。例えば竹ノＪｌシタン
スメータ、キャノ譬シタンスプリッゾ、増幅器内のロッ
ク又は基準キャノ譬シタとのブリッジがある。ブリッジ
の場合には、電圧は、互いＫｌｌＥ列のディスプレイセ
ルと基準キヤ／４シタとに供給される。ディスプレイセ
ルに現われた電圧が該セルのキャノクシタ／スの測定値
を示す。

表面傾斜が大きく例えば３０のディスグレイを使用する
ときはセルでの電圧レベルは臨界的でない。しかし乍ら
傾斜角度がより小さく例えば１０゜未満の場合には、セ
ルでの電圧がしきい値より高く上限値よシ低いとセルキ
ャパシタンスは変形に対して瘍かに敏感である。

検出された変化は、液晶ディスプレイセルのオンオフ切
換、光源のスイッチング、音源のスイッチング又は任意
の他の電気的に切換可能なデバイスのスイッチングに使
用され得る。

ディスプレイセルと指触スイッチとは別々のセルでもよ
く、１つのセル即ち同じセルの別々の部分であってもよ
い。

添付図面に基いて本発明を非限定的に以下に説明する。

第１図及び第２図の液晶セルｌは、スペーサリング４罠
よって１２μｍの間隔を隔てた２ｓｕｍ厚みの２つのガ
ラス壁２．３を含む。７つの棒から成るフォーマツトチ
を形成する電極構造５．６例えば酸化錫層が１１２　、
３の内面に形成されている。−２と３との間にネマチッ
ク液晶材料層８が設けられている。１１１８は、少量の
コレステリック材料及び／又は染料をも含んでいてもよ
い０組立てる前に壁２，３の内面を、例えば柔らかい織
物で単一方向にζするか又はＭｇＦ２’の傾斜蒸着によ
り処理する。

組立てるときはこすった（配列）方向が互いに直交する
ように配置する。その結果、液晶分子はとナシ方向で表
面整列し＋ｉＩ８の厚みの１端から他端に至るまでに徐
々に９０″ねじれる。これはねじれネマチックセルとし
て知られている。セルｌの両側に偏光子９，１０が夫々
配置されている。各偏光子の光軸は隣接壁のこすり方向
に平行である。このような構成でｔｆ、、セルｌがオフ
状謬で印加電圧がゼロのときセル１は光１１１１からの
光を透過する。又は、偏光子９．ｌＯの各々の光軸が互
いに平行で１つの配列方向に平行になるようｋこれらの
偏光子を配置してもよい。この場合にはセルｌがオフ状
態のときセル１は光を透過しない。適当な電圧がセル電
極５．６に印加されると、液晶分子が印加電場に平行に
整列する場所で光が透過される。この光透過は電圧が印
加された電極でのみ生じるので７つの棒から成る電極構
造７に選択的に電圧を印加して０乃至９の数字をディス
ｌレイすることが可能である。表面で大小の分子傾斜を
与える光めの配列技術は、英国特許第１．４７２，２４
７号及び第１．４７８，５９２号に記載されている。

ねじれネマチック効果以外の効果を使用する液晶セルは
同様の構造を有するが異なる表面配列及び異なる液晶材
料を有しており、皺液晶材料は溶解染料を含有し得る。

ある種の効果の場合には、調光子は１つでもよく又は全
く使用しなくてもよい。

材料及び染料の例は以下の特許及び特許出願に記載され
ている。

英国特許　　　第１４３３１３０号 第１４４１５７１号 ｌ　　　　第１４５２８２６号 ｌ　　　　嬉１５５５９５５号 英国特許公開　第２０１１９４０Ａ号 第２０４３０９７Ａ号 ｌ　　　第２０８２１９６Ａ号 英国特許出願　第８２０５１５３号 液晶材料としてＵ、ＣＢ１５と共Ｋｇフ又はＢ４３を使
用し得る（これらはいずれもＢＯＨケミカル社、ブール
、ドーセット、によ）市販されている）。

染料としてはＤＩ　、Ｄ２　、ＤＩ６　、Ｄ３５．０８
０゜０８１　、Ｄ８２を使用し得る。

Ｂ７の組成は、 ｃ５ｕ、、（）（◇−ＣＮ　　　　５１重１に−Ｃ、Ｈ
、５（）（◇−〇Ｎ　　　２５重童チＣ５Ｈ４じσΣ（
）（→−ＣＮ　　　　ｇ重゛に優である。

適当な染料の構造の１例は１式 ％式％ 第１図及び第２図のディスｌレイセルは、スイッチ素子
及びディスｌレイセルの双方として使用される。即ち、
同じ１つの領域が、７つの棒から成るフォーマットによ
って情報をディスプレイする領域及び操作者の指１２に
より押圧される領域の双方の機能を有する。

第３図のディスプレイ装置は、大きい単一セル１５の種
々の領域に人＊Ｂ−Ｃで示される３つの機能をディスグ
レイし得る多機能ディスプレイである。各機能人＊　Ｂ
　ｅ　Ｃの下方に指触領域１６゜１７．１８が設けられ
ている。夜間に手探りで探し易いように各指触領域が夫
々に異なる手触りを有してｈてもよい。各機能Ａ、Ｂ、
Ｃと指触領域１６．１７．１８とはセルの内面の電極）
ｐターンによって限定され、適当な電圧信号を別々に選
択的に受容する。

広領域ディスｌレイに於いては、セル全体に亘る正確な
壁間距離は、例えば５０μｍ径の短いガラス繊維を使用
して確保される。これらの繊維スペーサは、壁領域全体
に配置される。指触領域１６゜１７．１８では壁が撓み
得ることが必要であるから、ディスグレイの該領域の部
分ではスペーサーが使用されない。好ましくは、スペー
サが隣り合う指触領域１６．１７．１８間に使用されて
絶縁機能を果す。各指触領域１６，１７．１８が別々の
スイッチ素子を構成する。

第４図は指触スイッチの概略回路図である。回路は、例
えば第２図の如く、互いに離間した電極２１．２２と液
晶材料層２３とを有する液晶セル２０を含む。基準キャ
ノ譬シタ２４はセル２０に直列に接続されている０例え
ば周波数１００Ｈｚの電圧源２５が、基準中ヤ／臂シタ
２４とセル２０とに作用する。

基準中ヤ・臂シメとセルとの間に現われる電圧ｖＬＣが
比較器２６に供給される。比較器２６は基準電圧ｖｒｄ
をも受容する。比較器２６の出力は制御論理２７に供給
され、論理２７は電圧を第１図の如き液晶ディスｌレイ
２８又は必要に応じて第３図の適当な部に接続する。基
準中ヤ・譬シタ２４の中キー９シメンスＯ値はＰＡ４１
１自在であ抄得、セル２０のエレメント中ヤ／４シタン
スのＰｌは１００倍であり得る。例えばＣｒｄが１０５
ｐＦでセルＣＬｃが１０３ｐＦであシ得る。

表面傾斜角度が小さく例えば１５°〆未滴の液晶セルの
中ヤ・９シタンス及び光透過性は、第５図の如く印加電
圧に伴なって変化する。印加電圧が低い場合、臨界値ｖ
ｅＫ到達するまでキヤ・譬シタンスは一定に維持される
。臨界値とは、液晶分子がオン状態に変わ抄始める値に
対応する。■。より高くなるとΦヤ・母シタンスが増加
する。液晶温度を上げると曲線は左方に移行し、温度を
下げると右方に移行する。Ｖｍａｔは完全に光学的にオ
ンのセルを与える値である０通常、ディスｌレイはＶｓ
ａｔより高い電圧でオンに切換えられ、ｖｃより低い電
圧好ましくはぜ口電圧でオフに切換えられる０第４図の
電圧源２５の値は、セル２０での電圧ｖＬｃがｖｃとｖ
、＆ｔとの間になるように調整される。

セル壁での分子傾斜が低く例えば２０であるディスプレ
イセルの場合はｖＬｃの値は好ましくはｖｃと５ｖ　と
の間である。傾斜の値がより高い場合、値ｖＬＣＦｉＯ
と５■。との間であり得る。ｖｒ＊ｆの値はｖＬｃに等
しくなるように調整される。この条件下で比較器２６の
出力はゼロであり、液晶ディスプレイ２８は、そのセッ
ト状態例えばオフ状態に維持される。

スイッチセル２０の前壁の中央は指触圧力によって彎曲
し、対向する電極２１．２２が互いに接近し、ある程度
の液晶材料を移動させ分子配列を変化させる。その結果
、キャΔシタンスが変化しｖＬｃが変化する。比較器２
（ｌ制御ｌｉ！理に出力を与え、該論理はディスグレイ
２８の状態を変化させる。例えばディスプレイをオンに
切換える。圧力が除去されるとセル２０は初期の形状及
びキヤ／臂シタンスに戻る。比較器２６の出力はゼロで
あυ、ディスプレイはオン状態に維持される。スイ力 ッチセル２０に別の指触ｅｂｚ作用するとディスｌレイ
２８はオフに切換えられる。

変形圧力が除去されるときにもキヤ・母シタンス変化が
生じる。即ち、指触に対応して２１１Ｊ、類の容量性変
化が生じる。論理２７が、１種類の変化のみを使用し残
シの１種類の変化を無視するように構成してもヨ＜、又
は、双方の変化が使用されるように、例えば、論１１２
７から出力を与えるために双方の変化が必要であるよう
に構成してもよい。

ディスプレイ２８と制御論理２７とを複雑に構成して別
のスイッチング効果を得るととも可能である。例えば、
スイッチセル２Ｇに連続圧力が作用するとディスプレイ
２８が目盛を示すように構成し得る０例えば圧力が除去
されるまでディスｌレイがＯから９までを表示する等の
構成が可能である。

スイッチング動作を視覚で確認するために、指触領域例
えば第３図Ｑ領域１６，１７，１８の後方で閃光が生じ
るように構成してもよく、又は、スイッチングが聴覚で
確値できるように構成することも可能である。

ディスプレイを広範囲の周囲温度に亘って作動せしむべ
く温度補償が使用され得る。このような補償は、スイッ
チセル２０が変形しないときにｖＬｃをＶ、とＶｍａｔ
との間に維持すべくｖｒ、ｆ及び／又は電圧源２５ｆ：
＝４整し得る。

温度補償の１つの方法が英−特許公闇第２，０１２．ｏ
’ＩａＡ♂−Ｋ記載されている。直列の固定キ ヤ・ヤシタと液晶セルとに電圧が印加される。これＩＩ
ｉ第４図の構成と同様である。セルで現われた電圧が液
晶ｍ度の尺度であり、この電圧を使用して・隣接液晶デ
ィスグレイを駆動するために印加される電圧レベルが１
１１＊される。

従って本発明の場合には、ディスプレイセルの指触領域
に近い１つの領域で現われた電圧ｖＬｃを使用して電圧
源とｖＴ、ｆとを変更することができよう。付加的又は
代替的に、セルヒータを制御するために温度測定値を使
用してもよい。

大きい表面傾斜角度例えば３０を使用するねじれネマチ
ックセルは、印加電圧値が７未満でも指触圧力に対して
敏感である。この場合、ｖＬ（、がｖｃとＶｌ、、との
間に位置するように構成する必要がない。

前面壁をよシ薄いガラス又は可撓性ノラスチツク例えば
ポリエステル、ポリアクリレート、ポリウレタン等で製
造しより高い感度を与えることも可能である。

前記の温度補償に代替又は付加するために、比較器２６
へのフィードラインに帯域フィルタを組込むことも可能
である。該フィルタは１例えば温度の変動により生じた
ＶＬＦ電圧変化を減衰することもでき％また、例えば自
動車のダッシュメートで生じるような振動により生じ良
より高周波の変化を減衰すること亀できる。

第６．７．８図は、ブリッジ回路として構成され九指触
スイッチの別の具体例を示す、この構成では、基準午ヤ
／譬シタ２４と基準電圧とを使用する必要がない。

セル３０は、厚み１２μｍの液晶層３３を封入した厚み
２ｍｓの２つのガラススライド３１．３２を含む、スペ
ーサリング３４と隔壁３５とが必要なスライド間距離を
維持する。上部スライド３１は平行な２つのストリツｌ
電極３８．３９を担持しておシ、下部スライド３２Ｉ／
′ｉ、該上部電極に直交方向の平行な２つのス）　ＩＪ
ッｌ電極３６．３７を担持している。材料及びスライド
表面処理に関しては前記と一様である。この構成により
４つの電極交点Ｗ、Ｘ、Ｙ、Ｚが得られる。これらの４
交点ｗ、ｘ、ｙ、ｚＦｉ％第８図に示す如くプリツノ状
に配置された４つＯ１？ヤｔ４シタを構成する。例、ｔ
ｔｆ周波数１００ＨｚＯ電圧源２５Ｆｉ、ｖｃ１！−■
□。

との間の値例えばｌ乃至１２＆ルトの電圧を上部電極３
８と３９との関に供給する。材料及び厚み等によって供
給電圧の値はもつと高くてもよい。

論理２７を制御する出力が下部電極３６と３７との間で
取出され、論［１２７はディスグレイ４０又は別の電気
作動デｚ４イヌを制御する。

指Ｍスイッチとして使用する場合％４つの中ヤＩ譬シタ
ｗ、ｘ、ｙ、ｚが全て等しい値を有するのでブリッジ回
路の出力はゼロである。この状態は、適歯な温度が維持
されている限りセルが古くなりても実質的に変わらない
、中ヤ／譬シタｗ、ｘ、ｙ。

２のいずれか１つを指触するとその中ヤＩ譬シタンスが
変化しプリツノのバランスが失なわれる・従って下部電
極３６と３７との間に電圧が生じ、この電圧が制御論理
２７によって使用され必要な制御が行なわれる。

Φヤー臂シタｗ、ｘ、ｙ、ｚＦｉいかなる形状でもよい
が同じキャノ臂シタンスを有していなければならない、
１つのヤヤ／譬シタだけを指触すればよいＯて、残りは
非指触ディスプレイ部を形成し得る。

第６．７．８図の構成を変形し、２つの液晶容量性領域
のみを使用し抵抗に接続してブリッジを形成してもよい
０例えば中ヤパシタＸ、ＹＫ代えて中央クツｆｔ設けた
抵抗を使用してもよい。正確なタッグ形成位置はブリッ
ジを平衡させるようＶＣａｌＩ贅し得る。第４図の構成
に比較したこの構成の利点は、作動温度範囲全体に亘り
バランスが維持されることである。

【図面の簡単な説明】

第１図は指触スイッチとディスプレイセルとの組合せの
正面図、！２図は第１図の断面図、第３図は別々の指触
領域を有する多機能ディスプレイセルの正面図、第４図
は別々の指触スイッチとディスプレイセルとをもつ回路
の概略説明図、第５図は、積々のセルｍ変に於ける印加
電圧に伴なうセルキャ／臂シタンスの変化を示すグラフ
、第６図は、ブリッジ回路を形成する４つの指触領域を
有する指触スイッチセルの変形具体例の正面図、第７図
は第６図の側面図、第８図は第６．７図の回路の概略説
明図である。 １．１５．２０・・・セル、２，３・・・ガラス鐘、５
．６．２１，２２・・・電極構造、８，２３・・・液晶
材料層、９．１０・・・偏光子、１１・・・光１１１１
％２４・・・基準キャＩ４シタ、２５・・・電圧源、２
６・・・比較器、２１・・・制御論理。 出願人イギリス国 ｒｅｆ ボルト　−一一

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　電極を担持する２つのスライド間に挾持され
   た液晶材料の層から形成された液晶セルと、セル変形時
   のセルキャパシタンス変化の検出手段と、被検出キャパ
   シタンス変化を示す信号の生成手段とを含む指触感知ス
   イッチ。 （２）セルがセル領域の少くとも一部に於いて表示情報
   を変化せしむぺ〈構成されていることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載のスイッチ。 （３）セルの情報表示部が操作者の指触によって変形可
   能であるように構成されていることを特徴とする特許請
   求の範囲第２項に記載のスイッチ。 （４）セルの情報表示部が操作者の指触によって変形可
   能な部とは別個の部であることを特徴とする特許請求の
   範囲第２項に記載のスイッチ。 （５）キャパシタンス変化の検出手段が、ブリッジの一
   部を形成するセルの変形時に／ぐランスを失なう平衡プ
   リツゾ回路を含むことを特徴とする特許−求の範囲第１
   項に記載のスイッチ。 （６）複数個のセルがブリッジ回路内に接続されている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第５項に記載のスイッ
   チ。 （７）　　キャパシタンス変化の検出手段が、直列のセ
   ルと基準苓ヤ／４シタとに電圧を供給する手段と、セル
   で現われた電圧を基準電圧に比較する比較器とを含むこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のスイッチ
   。 （８）キヤ・臂シタンス変化の検出手段が、印加電場に
   於いて液晶分子の回転が始まる電圧しきい値より高い１
   圧をセルに印加することを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載のスイッチ。 （９）液晶材料がネマチック材料であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載のスイッチ。 叫　液晶材料がコレステリック材料であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載のスイッチ。 ａ塵　　液晶材料中に任意の量の染料が溶解しているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のスイッチ
   。 （６）スライドの互いに対向する表面が、接触する液晶
   分子を表面に対して１つの角度で整列せしむべく処理さ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
   のスイッチ。