TWI383890B - 一種適合以筆輸入之易書寫表面 - Google Patents

Description

一種適合以筆輸入之易書寫表面

隨著觸控技術廣泛使用於資訊電子產品，觸控筆輸入之觸感，及電子產品接受輸入訊號之連續性與完整性，更顯重要。本發明根據觸控輸入筆尖之尺寸，設計並控制材料之表面型態，使達到最適當之書寫阻力、手震動感及書寫的聲音，讓使用者感受書寫之流暢性，並達到觸控訊號傳輸之連續與完整，減少重覆輸入之次數。

日本油脂公司(NOF)日本公開JP2007207091揭示一種用於以筆輸入之裝置的表面材料，其具有抗眩之效果使影像能清晰呈現。此材料包含一軟質具彈力之樹脂層，及上方有一抗眩層。先在玻璃上形成軟樹脂層，其厚度是5至100微米之間，在其上再形成抗眩層的厚度是0.2至10微米之間。以馬登斯(Martens hardness)硬度計量測整體結構之硬度值介於0.1至10之間，整體霧度值(Haze)介於0.5至40%之間。此案未揭示材料表面阻力與表面粗糙度的關係，且此案限用於軟質材料，與本案未限定材料之軟硬程度截然不同。

台灣新型專利M283738中，此案雖揭露添加大小粒子之概念，以產生抗眩膜，但並未揭露表面之凹凸狀態與表面之易書寫性間之關係，因此與本案之核心技術並無教導或暗示之功效。

美國專利US7294405B2中，雖有揭露如何以製程條件控 制粒子之表面堆積狀況，以產生抗刮膜，但並未揭露表面之凹凸狀態與表面之易書寫性間之關係，因此與本案之核心技術並無教導或暗示之功效。

高士公司(A.T.Cross Company)在美國第5627348號專利中，揭示觸控筆之設計，當觸控筆與書寫面間之書寫阻力在0.2牛頓至0.7牛頓之間時，書寫的感覺最像原子筆寫在紙上的感覺，以此為設計觸控筆之依據。然而，此專利從未提及書寫表面特性之控制，與本案之技術明顯不同。

專利US5501535 electronic marking instrument中指出，紙的表面是一個由纖維束組成之纖維氈(Fiber mat)。典型的纖維寬度為10微米左右，這定義的是最大特徵尺寸。然而，筆尖偵測到的是纖維之間的間隙：在這種情況下，典型特徵大小約為5根纖維直徑，即為50微米。

以典型的筆尖而言，其尺寸小於或遠遠大於50微米，則其頻譜是獨立的，與筆尖表面無關。

典型的書寫速度範圍在30-150(毫米/秒)之間，同時滿足書寫力量在30-300克時，書寫的感覺較佳。據測試得知，人類的手對於低於1000赫茲(Hz)的震動很敏感，所以，手寫筆的設計工作，目的在於發揮高於1000赫茲最大能量，使書寫時感覺更平穩。陶瓷筆簡尖的秘訣是，他們比鋼鐵筆尖，表現出更多高於1000赫茲的能量。

此專利以書寫工具之筆尖設計為主，雖揭露一些筆尖與被書寫面間之介面關係，但未對待書寫表面之設計做任何著墨，因此，與本發明之內容並無教導之效果。

本發明係根據觸控輸入筆尖之尺寸，設計並控制材料之表面型態，讓使用者感受書寫之流暢性，並達到觸控訊號傳輸之連續與完整，減少重覆輸入之次數。

針對目前常用之觸控筆之筆尖直徑(D)介於400微米與2000微米之間，本發明針對下列手寫感覺，為設計易輸寫輸入材料表面之目標：

1.手觸感：一般紙上書寫之速度範圍在30-150毫米/秒之間，若以書寫速度100毫米/秒為基準，此速度相當於每1毫秒寫100微米，而1毫秒即為1000赫茲。在此以手震動的感覺設計，一般希望小於1000赫茲，因此設計凸出點之平均間距(L₁)>100毫米。同時，凸出點之高度(H₁)也會影響震動的感覺：一般凸出點越高，則震動的感覺也越大。

2.書寫的聲音：一般希望發出之聲音在400-3000赫茲之間最宜人，即為保持凸出點間之距離(L₁)在30微米至250微米之間為佳。同時，凸出點之高度(H₁)也會影響發出之聲音：一般凸出點越高，則發出的聲音也越大聲。

綜合以上設計要求，可得到較佳之凸出點間之距離(L₁)介於100微米至250微米之間為最適當，此即為本發明之多組凸出結構，其中一組粗糙結構之表面特徵。

另一要求為適當之摩擦力(Friction)：即為書寫阻力(Writing resistance)，一般希望介於0.2牛頓至0.7牛頓之間。為達到低摩擦力之目的，因此，設計讓筆尖座落於凸出點 上以降低摩擦力，不要讓筆尖接觸到易書寫層之平坦表面，如第2圖所示。如此，筆尖直徑(D)與凸出點間之關係如下：L₂≦2(D．H₂)^1/2，其中L₂代表凸出點間之平均距離，D代表書寫筆尖之直徑，H₂代表凸出點之平均高度。

由以上之設計準則，本發明之一種適合以筆輸入之易書寫表面，如第1圖所示，其中包括一透明基材(1)及一易書寫層(2)，其中透明基材的光透過度大於85%，易書寫層之表面係由兩組以上不同粗糙度凸狀結構所組成；其中一個大凸出點(3)結構滿足H₁=1.4±0.6微米和L₁=175±75微米之關係，其中H₁為凸出點之平均高度，L₁為凸出點之平均間距；並有另一小凸出點(4)結構滿足L₂≦2(D．H₂)^1/2之關係，其中L₂代表小凸出點間之平均距離，D代表書寫筆尖之直徑，H₂代表小凸出點之平均高度。

一般筆尖直徑(D)介於400微米與2000微米之間，如第2圖所示，凸出點之平均高度H₂≦0.5微米，凸出點間之平均距離L₂≦63微米。其中以筆尖直徑(D)介於800微米與1500微米之間為最常見，凸出點之平均高度H₂≦0.5微米，如此，凸出點間之平均距離L₂≦55微米。

滿足此設計之材料，一般有極佳之硬度表現(≧3H)及抗磨擦之特性(0號鋼絲絨，在500克荷重下，來回摩擦10次無刮傷)。

本發明之適合以筆輸入之易書寫表面，其中兩組以上不同粗糙度凸狀結構，係由不同大小的粒子堆積或聚集、不同乾燥 速度、微結構(Micro-patterning)技術或以上技術之組合所形成的。

微結構技術包括1.以雕花滾輪微壓印(Micro-embossing)在熱塑性材料上，產生所要之尺寸之凹凸表面2.以低分子量樹脂微複製一具凹凸形狀之表面(Micro-replication)，如雕花滾輪或模面等，然後在其上以熱硬化或紫外光硬化，再剝除原凹凸模面，即可得到本發明中所述多重結構之凹凸表面。

如第1圖所示，該透明基材(1)為一透光材質，其材質可為纖維素類(cellulose)之二乙酸鹽類(diacetate)或三乙酸鹽類(triacetate)，乙酸丁酸纖維素類(cellulose acetate butyrate,polyester)，聚硫胺樹脂類(polyamide)，聚硫亞胺類(polyimide)，聚醚堸類(polyether sulfone)，聚堸類(polysulfone)，聚丙烯類(polypropylene)，聚甲基戊烯類(polymethylpentene)，聚氯乙烯類(polyvinyl chloride)，聚乙烯類(polyvinyl acetal)，聚醚丙酮類(polyether ketone)，聚甲基丙烯酸類(methyl polymethacrylate)，聚甲基丙烯酸甲酯(polymethymethacrylate；PMMA)，聚碳酸脂類(polycarbonate)，和聚胺基甲酸乙酯類(polyurethane)。其中較佳之基材為三醋酸纖維膜(cellulose triacetate；TAC)與聚乙烯(Poly-Ethylene；PET)。本實施例中所提及之三醋酸纖維膜(TAC)或聚乙烯(PET)基板係為業界常見之基板材料。

然後，在其上之易書寫層(2)，可藉由透明樹脂與不同粒子大小之有機或無機粒子所組成。將透明樹脂與透光微粒，均勻混合塗佈至基材(1)後，再藉由光固化反應將該透明樹脂硬 化，並固定該透光微粒的位置。其中，透明樹脂尤以壓克力樹脂為佳。

易書寫層(2)之不同粗糙度，亦可藉由不同之乾燥速度，讓相同大小或不同大小之粒子產生不同程度之聚集(aggregation)而形成。

凸出點的高度H₁及凸出點之間距L₁，係根據日本工業規範JIS B0601-1994粗糙度量測方法，得到如附件1之表面粗糙型態，其數據顯示Ra=0.48微米，H₁為Ra的兩倍，所以H₁=0.96微米。而Sm=L₁=200微米。至於較細微之H₂與L₂則有賴顯微鏡下觀察之結果，進一步計算求得。

粒子均勻散佈於該透明樹脂內，其添加可提升透明樹脂的硬度與耐磨擦性能，粒子係選自矽化物、壓克力粒子、聚苯乙烯或其組合。在本實例中，該透光微粒係使用矽化物(silica)，其粒徑小於1微米，並可造成該透光樹脂層的折射率介於1.4~1.55間。

上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，並且為了讓本發明的上述和其他目的、特徵和優點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，並配合附圖，詳細說明如下。

目前市面上常用之觸控筆，其筆尖直徑D一般介於400微米至2000微米之間。因此，實施例以此為標的，以設計適合 其表面書寫之材料。

實施例一

在本實例中，透明基材(1)為聚乙烯(Poly-Ethylene；PET)。透明樹脂係為壓克力樹脂，主要由1-丁醇(1-Butanol)、乙醇(Ethanol)、乙酸乙酯(Ethyl acetate；EAC)、己烷(Hexane)、異丙醇(80%)(isopropanol；IPA)及部份壓克力樹脂所組成，固含量為33±2%。

再接著，加入6重量百分比(wt%)的二氧化矽(silicon oxide or silica)微小粒子於透明樹脂中，使用均質機混合攪拌，其二氧化矽微小粒子的粒徑大小介於3~8μm之間，另外加入0.1至1微米之小粒子。由於二氧化矽微小粒子在樹脂塗佈與固化過程中會因本身浮力而向上聚集於透明樹脂(1)之上表面附近處。該粒子係使用矽化物(silica)，並可造成該透明樹脂的折射率介於1.4~1.55間。

利用濕式塗佈方式於基材(1)上，其中濕式塗佈可採用旋轉塗佈(spin coating)、滾輪塗佈(roll coating)，凹版印刷塗佈(gravure coating)、線棒塗佈(bar coating)和狹縫沖模塗佈(slot die coating)等的方式塗佈，經過熱烤與紫外光照射等之固化處理步驟後其厚度將會變薄。

固化處理中包括：1.熱烤步驟(thermal curing)，將透明A中大部份的醇類藉由熱烤的步驟蒸發除去以固定樹脂。其熱烤溫度介於50~95℃之間，烘烤時間約0.5-5分鐘。其熱烤溫度由使用於樹脂中的溶劑來決定，需低於溶劑的沸點，進行熱烤 步驟，在本實施例中樹脂的溶劑可為異丙醇，因此使用之熱烤溫度約為60℃上下，在此實施例中使用60℃烘烤時間約3分鐘。2.接著再使用紫外光(Ultraviolet light)，使透明樹脂中的聚合物進行交叉結合(crosslink)之聚合反應以強化結構，此時，所供給之紫外線能量介於150~1000 mJ/cm²之間，而硬化後之透明樹脂厚度約為4-8微米(μm)。如此，便形成易書寫層，用於適合以筆輸入之易書寫表面。其表面呈現凹凸狀，其凸出之高度H₁值<1.2微米，其凸出點之平均間距L₁值為155±15微米。此易書寫層具有極佳之硬度表現(≧3H)及耐磨擦之特性(Liberon廠牌的0號鋼絲絨，在500克荷重下，以每分鐘30次之速度，來回摩擦10次，未呈現任何刮傷之跡象)。

其中H₁值與L₁值是根據日本工業規範JIS B0601-1994粗糙度量測方法，得到H₁<1.2微米，而L₁介於140-170微米。

至於較細微之H₂與L₂則根據光學顯微鏡照片，觀察凸出高度及單位面積內之凸出點數，計算而得。本實施例之光學顯微鏡照片如附件2，照片尺寸為305微米長，240微米寬。在高倍率顯微鏡下，照片內包含超過70顆的小凸出點(凸出直徑<5微米)，相當於每平方毫米(mm²)有>720顆小凸出點，也就是說小凸出點之間距L₂為<34微米。

本案使用如美國第5627348專利所敘述之裝備量測書寫阻力。測試中，書寫工具是固定在垂直位置，垂直於書面表面上，書寫工具的筆尖，以一自然寫作角度20度的方式被拖拉。書寫阻力試驗機，藉由具200牛頓負載傳感器(Load Cell)的茲維克(Zwick)萬能試驗機，向書寫阻力試驗機施力105克， 使筆尖向書寫面表面，這相當於一個典型的書面壓力。一個典型的書寫速度大約是每分鐘121吋。然而，機器之最高的速度為每分鐘30吋，因此以此速度進行測試。

將此實施例產生之表面易書寫材料，以上述方法測試所得的書寫阻力值為0.41牛頓。

實施例二

如實施例一所用之材料組成與製作方式，乾燥速度變快，在此實施例中使用65℃烘烤時間約2分鐘，即可得到實施例二之易書寫層。其表面呈現凸狀，其大凸出之高度H₁值仍<1.2 微米，其大凸出點之平均間距L₁值為143±21微米；小凸出點之間距L₂為<30微米。

將此實施例產生之表面易書寫材料，以前述方法測試所得的書寫阻力值為0.54牛頓。

實施例三

如實施例一所用之材料組成與製作方式，將透明樹脂中之二氧化矽微小粒子的添加量，由原來的5~8重量百分比(wt%)降至3~5重量百分比(wt%)，即可得到實施例二之易書寫層。其表面呈現凹凸狀，其凸出之高度H₁值<1.6微米，其大凸出點之平均間距L₁值為177±16微米；小凸出點之間距L₂為<46微米。

將此實施例產生之表面易書寫材料，以前述方法測試所得的書寫阻力值為0.26牛頓。

實施例四

利用紫外線(ultraviolet,UV)滾印技術製造表面凹凸形狀，是先行製作凹凸圖案於具有滾筒模仁上，隨即將紫外線硬化型壓克力高分子均勻塗佈於透明基材上；再利用先前製作之具有凹凸圖案之模板以適當的力量施壓於所使用之基板上；並施以紫外光照射單體使之行高分子聚合反應而固化，可以快速的連續製造表面不同大小的凸點結構。

將實施例一產生之表面易書寫材料，在其背面施塗感壓膠後，貼附於具觸控面板之手機表面，以筆尖直徑為800微米之觸控筆，進行輸入相同內容之中英文字共500字，其結果如表 2。

由以上結果可知，表面易書寫材料之表面結構，可改善觸控筆輸入資訊之辨識性，減少重覆輸入之次數，尤其以實施例一之效果最好，能大幅提升觸控輸入使用者之效率與工作品質。

以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明作任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案範圍內，當可利用上述揭示的方法及技術內容作出些許的更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。

2‧‧‧透明基材

2‧‧‧易書寫層

4‧‧‧大凸出點

4‧‧‧小凸出點

5‧‧‧輸入筆之筆尖

L₁‧‧‧大凸出點之間距

H₁‧‧‧大凸出點之外露高度

L₂‧‧‧小凸出點之間距

H₂‧‧‧小凸出點之外露高度

D‧‧‧輸入筆之筆尖直徑

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更 明顯易懂，所附圖式之詳細說明如下：

第1圖係繪示本發明之適合以筆輸入之易書寫表面的剖面示意圖

第2圖係繪示本發明之筆尖與小凸出結構之關係示意圖

表1、為表面易書寫材料之特性

表2、輸入結果辨識率測試

附件1、易書寫表面的粗糙度測試結果

附件2、實施例一適合以筆輸入之易書寫表面的光學顯微鏡照片

1‧‧‧透明基材

2‧‧‧易書寫層

3‧‧‧大凸出點

4‧‧‧小凸出點

L₁‧‧‧大凸出點之間距

H₁‧‧‧大凸出點之外露高度

L₂‧‧‧小凸出點之間距

H₂‧‧‧小凸出點之外露高度

Claims (9)

1. 一種適合以筆輸入之易書寫表面，其中包括一透明基材及一易書寫層，其中該透明基材的光透過度大於85%，易書寫層之表面係由兩組以上不同粗糙度之凸狀結構所組成；其中一個結構滿足H₁=1.4±0.6微米和L₁=175±75微米之關係，H₁為凸出點之平均高度，L₁為凸出點之平均間距；並有另一結構滿足L₂≦2(D．H₂)^1/2之關係，L₂代表凸出點間之平均距離，D代表書寫筆尖之直徑，H₂代表凸出點之平均高度。
2. 如申請範圍第1項之適合以筆輸入之易書寫表面，其中筆尖直徑(D)介於400微米與2000微米之間，凸出點之平均高度H₂≦0.5微米，凸出點間之平均距離L₂≦63微米。
3. 如申請範圍第1項之適合以筆輸入之易書寫表面，其中筆尖直徑(D)介於800微米與1500微米之間，凸出點之平均高度H₂≦0.5微米，凸出點間之平均距離L₂≦55微米。
4. 如申請範圍第1項之適合以筆輸入之易書寫表面，其凸狀表面可藉由塗佈添加粒子之透明樹脂，微壓印技術或其他微結構技術或以上之組合所形成的。
5. 如申請範圍第1項之適合以筆輸入之易書寫表面，其中易書寫層係由透明樹脂與有機或無機粒子所組成。
6. 如申請範圍第1項之適合以筆輸入之易書寫表面，其中透明基材係選自包含三醋酸纖維素、聚苯二甲酸乙烯酯、環烯烴共聚物、環烯烴聚合物、聚碳酸酯之群組或其組合。
7. 如申請範圍第5項之適合以筆輸入之易書寫表面，其中該透明樹脂係為壓克力樹脂。
8. 如申請範圍第5項之適合以筆輸入之易書寫表面，其中粒子係選自矽化物、壓克力粒子、聚苯乙烯或其組合。
9. 如申請範圍第1項之適合以筆輸入之易書寫表面，其中兩組以上不同粗糙度凸狀結構，係由不同大小的粒子堆積或聚集、不同乾燥速度、微壓印成形技術或以上之組合所形成的。