JPS6035769B2 - スイツチ・マトリツクス装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は操作者の指が接触した×−Ｙ座標を電気的に示
し、圧力だけを感知するタッチパネル装置に関する。

情報がタッチパネルの下の基板上に表示されることもい
まいまある。接触点の座標は表示された情報と関連づけ
られ得るので、操作者とタッチパネルがその一部を形成
しているところの装置との間の対話を提供する。従来の
技術 先行技術には表面上の接触位置を感知する種々の技術が
ある。

発明者が知っている最も類似した装置は太鼓（ｄｍｍ）
の皮を伸ばした型の薄膜である。この装置は平らな基板
から間隔をあげて離れた薄膜を使用し、その薄膜は薄膜
上に支持された導体を基板上の導体と接触するようにた
わますことができる。他の装置はコントロール・エンジ
ニアリング（ＣｏｎｔｒｏＩＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）
の１９７６王７月号の３３頁から３４頁に「ＣＲＴタッ
チパネルは電子計算機との対話に最大の融通性を提供す
る（ＣＲＴ Ｔｏｕｃｈ Ｐａｎｅｌｓ Ｐｒｏｖｉｄ
ｅ ＭａＸｉｍｍｍＦｌｅｘｊｂｉｌｊｔｙｉｎＣｏｍ
ｐｕｔｅｒＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ）」という題目の記
事に示されている。この記事は小さな線材を支持した字
湾曲した柔軟なプラスチック薄板を明示している。この
薄板のすぐ下にはこれらの線材と直角に同じような線材
が取り付けられており、この薄板はこれら両者の線材が
接触するようたわませられる。スベーサーがこれらの線
材群を分離している。米国特許第３７６０３６０号は平
らなパネルに実施された全く同じような装置を示してい
るが、情報を対話的に表示する機能は持っていない。米
国特許第３４９５２３２号は同様な装置のやや簡単化し
た実施例を示している。米国特許第３９２１１６７号は
容量の変化を感知して外部プローフの接近位置を感知す
るパネルを示している。

発明の要約タッチパネルは表面が無限（平面）から２５
インチ（６３．５センチメートル）以下の範囲の所定の
曲率半径を有した堅い基板をおおし、、基板の表面と同
じ形をした外形で、基板の周囲に張り付けられた弾性薄
膜を一部に有している。第１のグループをなす個々の導
電片が薄膜に面した側の基板の表面に粘着している。薄
膜とともに曲がり、第１のグループの個々の導電片と交
差する個々の導電片の第２のグループが基板と面する側
の薄膜の表面により支持されている。薄膜の局部上の加
えられた外部圧力により薄膜上の１つ以上の導電片が基
板上の１つ以上の導電片と電気的に接触される。どの導
電片が互いに接触したかを検出することによって、薄膜
上の圧力点の近似座標を決めることができる。外部圧力
がない時各グループの導電片間の短絡を防止するために
、薄く、透明な絶縁格子が導電片の２つのグループの間
にはさまれている。ある好適実施例では、堅い基板が湾
曲したＣＲＴの画面またはスクリーンを含んでおり、Ｃ
ＲＴスクリーンと同じ形で湾曲した弾性薄膜を持ってい
る。

基板および薄膜上の両導電片は透明であるよう十分薄く
、ＣＲＴスクリーン上に表示された情報を見ることがで
きる。透明であるので、導電片は同じ表面上の隣鞍した
導電片との間の間隔に対して比較的広くでき、従って大
きな面積の接触ができる。このことはパネルが押される
ときの不完全な接触を防ぐのに好適である。短絡防止装
置は現在利用できるいくつかのフオトレジスト重合体の
１つで好適に形成される絶縁格子を有し、適当な化学処
理により光をマスクしたり、感光したりして、基板また
は薄膜上の本来の位置に格子が形成されるようにされて
いる。このようなフオトレジスト材料は本実施例で使用
されるような薄い厚さにおいては実質的に透明である。
従って、本発明の１つの目的は指または尖筆による弱い
圧力にも敏感な受動的表面を提供することである。他の
目的は下側にある表示を見ることができるタッチパネル
を提供することである。

他の目的は既存の表示設計と容易に一体化できるタッチ
パネルを提供することである。

全図面の各部分の寸法の尺度は必ずしも一貫した尺度で
示されているわけではないが、これは理解しやすくする
ためである。

構造要素の適当な寸法は以下に必要により説明する。実
施例 第１図に示す好適実施例の角の部分は平らな、または第
２図のように湾曲した基板１０を有する。

基板１０の表面は絶縁されてなければならない。Ｙ導電
片２０一２４は見る人に面した側の基板１０の表面にし
っかりと粘着する透明な、コーティングをした部分を有
する。代表的応用では、基板１０が少なくとも部分的に
ＣＲＴスクリーンを構成することもできる。導電片をＣ
ＲＴスクリーンまたは他の基板に直接当てることは必ず
しも好都合でない場合もあり、むしろ、透明なプラスチ
ック薄膜５５上に形成しても良く、湾曲したＣＲＴスク
リーンの場合、ＣＲＴスクリ−ンの形に従うようにプラ
スチック薄膜５５を三湾曲させ、それからプラスチック
薄板５５を基板１０にのりづけ或いは他の方法で接着さ
せても良い。リード線４０−４４は導電片２０一２４と
外部の電気装置との間を電気的に接続させるために、そ
れぞれ導電片２０一２４の端に取り付けられている。代
表的装置では、各導電片２０−２４の幅は０．５インチ
（１．２７センチメートル）で、隣接片との間隔は０．
００５インチ（０．１２７ミリメートル）である。導電
片２０−２４はある好適実施例においては、インジウム
酸化物、すず酸化物、または両酸化物の化Ｚ合物から形
成される。導電片は通常の技術により、導電材料を基板
１０の全表面に塗ることによって容易に形成される。そ
の後、フオトレジスト材料を使用した通常のエッチング
技術により隣接した導電片間の狭い間隔を形成する。本
発明の一実施例においては、絶縁格子４５は導電片２０
−２４の一部分の上に少なくとも置かれて、パネルの第
２番目の層を形成し、一般的には導電片２０一２４を一
様におおつている。

そのような絶縁格子を使用する時には、それ自身本来絶
縁性であり、広く入手でき、かつよく知られている透明
なフオトレジスト材料からもっとも容易に形成される。
絶縁格子４５でおおわれるべき部分をフオトレジスト材
料でおおし、、これらの部分の上には適当なマスクを置
き、レジストを普通の手順に従って露光し、そして露光
されなかったフオトレジスト部を通常の化学的手順で取
り除く。適切な格子４５はフオトレジスト材料で形成さ
れた絹状の線、即ち細長い小片を有し、その各線の幅（
第４図のＷ）は０．００５インチ（０．１２７ミリメ−
トル）であり、垂直および水平の両方向のすべき線の中
心（第３図のＳ）は０．０２５インチ（０．６３５ミリ
メートル）である。このように、絶縁格子の隣りあう格
子間に存在する空隙がが、指の軽い圧力で押されたとき
導電片２０−２４と導電片１２一１６間に形成される接
触面より小さいような細かい絶縁格子を用いることはこ
の絶縁格子を透明でかつ何らかの表示装置上に置くよう
な場合、格子が視覚的に一様な外観を与えるという点で
重要である。絶縁格子４５の厚さは接触を形成するため
に必要な圧力により変えることができるが、０．０００
１インチ（０．００２５４ミリメートル）の公称値は下
記の０．００３マィラー（デュポン社の登録商品名）の
重合体薄膜に適している。一般に、絶縁格子線の幅Ｗと
隣接した対の中心線の間隔Ｓの比率は１対５から１対１
００までがこの格子の厚さに適している。個々の線の幅
Ｗは１０００分の数ィソチを越えてはいけない。絶縁格
子４５は導電片１２，１６が下記の如く形成された後、
薄膜１１の上にも形成される。弾性絶縁薄膜１１は触覚
表面を形成し、操作者がその触覚表面上の任意の点を押
すと、圧力点の座標を表示するための電気的接触が形成
される。

薄膜１１はその基板１０に面した側の表面上に導電片１
２−１６を有しており、その導電片は基板１０‘こ薄膜
１１を付着させる前に形成される。導電片１２−１６は
薄膜１１と一緒に容易に曲げられる程十分に柔軟でなけ
ればならない。シェラシン社、１２７８０サンフェルナ
ンドロード、シルマ−、力ルフオルニア、９１３４２（
ＳｉｅｒｒａｃｉｎＣｏｒｐ，．１２７８０ Ｓａｎ
Ｆｅｒｎａｎｄｏ，Ｒｏａｄ，Ｓｙｌｍａｒ，ＣＡ，９
１３４２）から入手できて一方の表面上に透明で導電性
金属薄膜を有した厚さ０．００３インチ（０．０７６２
ミリメートル）の透明なポリエステル薄膜が少なくとも
０．００７インチ（０．１７７８ミリメートル）の他の
厚さのものと同様に適している。導電片１２−１６はそ
のような薄膜から並行に細長く金片を（エッチングによ
り）取り除くことにより都合よく形成される。金が取り
除かれ金片を画定する線の代表的寸法は中心間隔が０．
５インチ（１．２７センチメートル）で幅が０．００２
インチ（０．０５０８ミリメートル）である。穴５０が
設けられているため薄膜１１と基板１０の間の空間の中
に空気がすばやく入り込むことができ従って、圧力をか
けた後より敏速に薄膜１１は自然の形のもどることがで
きる。ごみの侵入を防止するために孔５０の中にフィル
ターを入れることが望ましい。一度に広い面積にわたり
たわまされた時、この穴により薄膜１１が自然の形にゆ
っくり戻ることが防止される。また、この穴は周囲の気
圧の変化によって起る短絡も防止している。基板１０が
湾曲している場合には、基板１０と同じ形でなめらかに
薄膜１１およびその上にすでに形成された導電片１２一
１６を形成することが必要である。

本来、これはそのポリエステル薄膜にとって、小さな問
題でなく、チャーレス・ミラー（ＣｈａｒｌｅｓＭｍｅ
ｒ）による「平らな薄膜から湾曲したプラスチック薄膜
を形成する方法」という題名の共同出願中の主題にもな
っている。導電片１２−１６を形成するために金の層を
エッチングした後、基板１０の表面の形状に実質的に同
じ形に、この方法によって形成される。基板１０が湾曲
しているなら、押されていない時の薄膜１１の湾曲は基
板１０の湾曲よりわずかに大きいことが好ましい。基板
１０が典型的な湾曲したＣＲＴ爆縮シールドを有してい
る時は、曲率はほぼ２０一３０インチ（５０．８−７６
．２センチ〆−トル）の半径の球状に近い。そのような
場合、薄膜１１は基板１０の曲率半径より１−４インチ
（２．５４−１０．１６センチメートル）少ない曲率半
径に形成されることが好ましい。わずかに湾曲を大きく
することにより薄膜上の導電片１２−１６が導電片２０
−２４の上へたれ下がったり、導電片２０一２４と短絡
する可能性が防止される。薄膜１１は、導電片１２−１
６が導電片２０−２４の各々と交差し、格子４５および
押されていない時球形になるような薄膜１１の自然の性
向によって導電片２０−２４からはなれるようにその周
囲をテープ片５４１こよって基板１川こ確実に固定され
ている。導電片１２−１６は導電性粘着剤によりリード
線３２−３６に接続されている。リード線３２−３６は
導電リード線２０−２４が形成されると同じ時に、基板
１０上の本来の位置に形成される。このようにして、本
接触パネルに接続されて使用される外部の電気装置は導
電片１２一１６に容易に接続されることができる。スベ
ーサ５３（第２図）は必ずしも不可欠というわけではな
いが、必要に応じ、薄膜１１の周囲における短絡を防止
するために都合よく使用することができる。スベーサー
５３は導電片２０−２４の上に置かれる必要はない。そ
して薄膜１１の端にまで延びてもよい。動作について説
明すると、導電片２０一２４の１つと導電片１２−１６
の１つの間の接触は所要の交点上の薄膜１１の上を軽く
指か尖筆で押すことによってなされる。

比較的接触面が広いので、圧力点が正確に所望の交点の
中心である必要はない。指で軽く圧力をかけることによ
り絶縁格子４５による短絡防止手段を伴った２つの選択
された導電片の間の接触抵抗は実質的にゼロになる。接
触面が広いので導電片間の各接触の信頼性は増す。第５
図は短絡防止手段としての絶縁格子４５の代替案の参考
として示している。

前述のシェラシン社の金でおおわれたポリエステル薄膜
はオプションとして「可視光線の伝達を増し、導電性金
属の機械的保護を提供するように働く専売品のセラミッ
ク・コ−テイング」（Ｓｉｅｒｒａｃｊｎｌｎｔｒｅｘ
ＴＭ電気的導電性薄膜構成要素という題名のシヱラシン
社のパンフレットからの引用）を伴った形で入手できる
。このコーティングは非常に軽い圧力で高い抵抗を、指
で軽く触れたときの圧力より重くない圧力では非常に低
い抵抗を示す圧電抵抗特性を有することがわかっている
。第５図において、コーティング５１と５２はこの代替
案を使用した場合を示す。現在入手可能なコーティング
をそのままの形で用いる場合非常に低い圧力において短
絡防止装置として機能させるため十分高い抵抗を生じる
ようコーティング５１と５２の両方が設けられなければ
ならない。現在入手可能なものより厚いコーティング５
１を使用すればよく、おそらくコーティング５２はなく
ても良いであろう。絶縁格子４５が使用されない時は、
スベーサー５３を短絡防止のため縁に隣接して設けるこ
とが必要である。有限の曲率半径を有した基板１０を使
用する場合ＸおよびＹ導電片１２−１６と２０−２４の
間の短絡を防止するための他の手段が存在する。

参考として以下でこれについて説明する。薄膜１１の曲
率半径を基板１０のそれより小さく選ぶことによって（
もちろん、基板１０の凸面側に実装された薄膜に対して
）、第２図に示すように、薄膜１１とその弓形の自然の
弾性が×導電片１２一１６をＹ導電片２０−２４に対し
て間隔を空けた状態に支持し、外部の圧力のない時のそ
れらの短絡を防止している。広い範囲の種々さまざまな
曲率半径でも疑いもなく動作するが、２５インチ（６３
．５センチメートル）の曲率半径の基板と２２インチ（
５５．８８センチメートル）の曲率半径を有して形成さ
れた０．００３インチ（０．０７６２ミリメートル）の
厚さのポリエステル薄膜で十分である。第１図および第
２図に示すように、この短絡防止方法においてはＸおよ
びＹ導電片の周辺部分の間の空隙を増すために薄膜１１
の周囲を基板１０‘こＹ導電片２０一２４の外側で接着
することが望ましい。スベーサー５３を空隙を増すため
に使用しても良い。確認されたわけではないが、Ｘおよ
びＹ導電片の間に短絡防止に必要な空間を設けるために
薄膜１１の自然の弾性および湾曲を使用する場合、先に
述べた短絡防止手段を使用する場合よりも、基板１０と
薄膜１１の曲率半径により大きな差を必要とすることは
有り得る。従って、３つのケースの全ての場合において
２５インチ（６３．５センチメートル）の曲率半径の基
板に対し３インチ（７．６２センチメートル）小さい曲
率半径のものは効果があるが、一方格子４５または先に
参考として説明した圧電抵抗コーティング５１が使用さ
れる時は、１インチ以下の差で十分である。本装置の製
造中において、薄膜１１を基板１０に付着させる間、導
電片２０一２４および１２一１６の表面は比較的ほこり
や他の異物が付着しないことが重要である。

しかしながら、特に異物が非導電性である限りにおいて
は、交差した導電片間の接触部が比較的広いのでそのよ
うな異物が少量あっても問題にならない。上述の説明か
ら理解されるように、本発明によれば、高品質の透明な
タッチパネルを提供することができる。

又、比較的接触面が広いので導電片間の不完全な接触の
可能性は少ない。又、用途に応じ導電片は通常のエッチ
ング技術により様々な形、寸法に容易に形成されうる。
又、本発明で使用する薄膜は導電面が付いた状態の市販
品を利用することも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施した、平らなまたは湾曲した代表
的タッチパネル組立の角部の平面図である。 第２図は基板よりわずかに小さな曲率半径を有した薄膜
を含んだ第１図で示されたタッチパネルの湾曲した実施
例の断面図である。第３図は２組の導電片と絶縁格子の
関係の詳細を示す第２図の１部の拡大図である。第４図
は２組の導電片と絶縁格子の関係を更に詳細に示した第
３図の１部の拡大図である。第５図はその他の短絡防止
手段として参考として圧電抵抗短絡防止手段を使用した
第２図の１部の拡大図である。１０・・・・・・基板、
１１・・・薄膜、１２−１６・・・・・・導電片、２０
−２４・・・・・・導電片、４５・・・・・・絶縁格子
、５１，５２……コーティング。 ＪマＹ６０Ｊ ＪアＹＧ。 ２ エアＪＧ。 ３ 灯りＧ。 ４

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 所定の曲率半径を有する堅い絶縁基板の表面上に備
   えられる透明なスイツチ・マトリツクス装置であつて、
   （イ）前記基板の表面にしつかりと粘着し、間隔をあけ
   て離れている複数個の第１の導電片と、（ロ）実質的に
   前記絶縁基板の外形に同じで、ゆがみのない外形を有す
   る透明な弾性絶縁薄膜であつて、前記薄膜の外形を前記
   基板の外形に合うような状態で前記基板の面に前記薄膜
   の周囲を張り付け、前記薄膜の所定の範囲内において前
   記基板上の前記第１の導電片から間隔をあけて離れてい
   る前記の透明な弾性絶縁薄膜と、（ハ）前記基板に面し
   た側の弾性薄膜表面にしつかりと付着し、透明でかつ柔
   軟で間隔をあけて離れている複数個の第２の導電片であ
   つて、前記第２の導電片の各々は前記第１の導電片から
   離隔した位置に置かれ、前記第１の導電片からの間隔よ
   りも薄く、少なくとも２個の第１の導電片と交差する前
   記第２の導電片と、（ニ）前記第１および第２の導電片
   の間に置かれ空隙を有する絶縁格子にして、前記空隙の
   各各は前記第１および第２の導電片の交差範囲の手の圧
   力に応答して前記第１および第２の導電片の間に電気的
   接触を許すよう前記圧力で形成される前記第１および第
   ２の導電片の接触面より小さい前記絶縁格子と、を有す
   るスイツチ・マトリツクス装置。