WO2022044595A1 - ペンセンサ用カバーフィルム及びペンセンサ - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a cover film for a pen sensor and a pen sensor.
- Patent Documents 1 and 2 disclose examples of electronic devices having pen sensors, respectively.
- Patent Document 1 discloses that the position of the active pen is derived from the distribution of the signal level according to the amount of electric charge induced in each of the plurality of sensor electrodes. Further, Patent Document 2 discloses a configuration in which a plurality of sensor electrodes are simultaneously selected and used for receiving a pen signal.
- FIG. 8A is a diagram showing an example of the configuration of an electronic device having a pen sensor according to the background technology.
- the electronic device 100 according to this example has a structure in which the display 101, the sensor electrode group 102, and the cover glass 103 are stacked in this order, and the upper surface of the cover glass 103 constitutes the panel surface 100a. The layers are bonded by an adhesive layer.
- the display 101 is, for example, a liquid crystal display or an organic EL display.
- the sensor electrode group 102 is composed of a metal mesh or a substantially transparent linear conductor such as ITO (Indium Tin Oxide).
- FIG. 8B is a diagram showing another example of the configuration of the electronic device having the pen sensor according to the background technology.
- the electronic device 110 according to this example has a structure in which the sensor electrode group / display 111 and the cover film 112 are bonded to each other by an adhesive layer, and the upper surface of the cover film 112 constitutes the panel surface 110a.
- the reason why the cover film 112 is used instead of the cover glass 103 is to realize a so-called "bending display” in addition to lowering the height.
- the sensor electrode group and display 111 is a device in which a sensor electrode group for detecting an active pen and an electrode group (pixel electrode and common electrode) constituting the display are integrated, and is an in-cell type depending on its specific structure. Or it is called an on-cell type.
- Patent Document 3 discloses an example of an on-cell type sensor electrode group and display.
- Patent Documents 4 to 8 and Non-Patent Document 1 disclose examples of a conductive film which is a film-like member having conductivity.
- Non-Patent Document 2 discloses coating with a conductive resin.
- Non-Patent Document 3 discloses a technique for molding a conductive plastic having a wide range of conductive and antistatic properties.
- Patent No. 6537759 Patent No. 5924831 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-22213 International Publication No. 2018/016442 JP-A-2018-195854 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2019-06439 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2019-136882 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-034708
- FIG. 9 is a diagram showing an equivalent circuit of an electronic device and an active pen related to the background technology.
- the electronic device 120 shown in the figure includes a sensor electrode group 121, a display 122, and a sensor controller 123.
- the sensor controller 123 is an integrated circuit that derives the position of the active pen P on the panel surface by receiving the pen signal transmitted by the active pen P via the sensor electrode group 121.
- FIG. 9 also illustrates the virtual capacitances C pen , C disk, and C sys_GND formed between the parts.
- the capacitance C pen is the capacitance formed between the active pen P and the sensor electrode group 121
- the capacitance C disk is the capacitance formed between the sensor electrode group 121 and the display 122.
- Capacitance C sys_GND is the capacitance formed between the electronic device 120 and the grounding end.
- the capacitance value of the capacitance C pen is the thickness of the non-conductive material located between the active pen P and the sensor electrode group 121, such as the cover glass 103, the cover film 112, and the adhesive layer shown in FIG.
- the capacitance C disk increases as the distance between the sensor electrode group 121 and the display 122 decreases, and is a very large value especially when the sensor electrode group and display 111 shown in FIG. 8B is used. become.
- the cover film 112 as shown in FIG. 8 (b) is generally thinner than the cover glass 103 shown in FIG. 8 (a) and has a small relative permittivity.
- the shortening of the distance between the active pen P and the sensor electrode group 121 by using the thin cover film 112 is a factor that increases the capacitance C pen , but on the other hand.
- the ratio of the electrostatic capacity C pen formed between the active pen P and the “peripheral sensor electrode”) is also increased. Further, a small relative permittivity is an element for reducing the capacitance C pen .
- the display noise flowing into the sensor controller 123 increases, and the S / N ratio of the pen signal deteriorates. As a result of these, the example of FIG. 8B has a problem that it is more difficult to receive the pen signal at the peripheral sensor electrode than the example of FIG. 8A.
- one of the problems of the present invention is a cover film for a pen sensor that enables the peripheral sensor electrodes to sufficiently receive a pen signal even if a cover film that is thinner than the cover glass and has a small relative permittivity is used.
- the purpose is to provide a pen sensor.
- the cover film for a pen sensor is a pen sensor including a plurality of sensor electrodes, and the amount of charge induced in each of the plurality of sensor electrodes by a pen signal transmitted from a pen tip electrode provided at the tip of the pen.
- a cover film for a pen sensor used together with a sensor controller that detects the position of the pen based on the distribution of the signal level according to the above, so as to cover an effective area for position detection of the pen formed by the plurality of sensor electrodes.
- a cover film for a pen sensor which is arranged in a pen sensor and contains a conductive resin having a substantially uniform resistance component at least within the range of the effective area.
- the pen sensor according to the present invention is a pen sensor connected to a sensor controller that detects an active pen that sends a pen signal from a pen tip electrode, and is a plurality of sensor electrodes connected to the sensor controller and the plurality of sensor electrodes, respectively. It is a pen sensor including a cover film which is arranged so as to cover an effective area for position detection of the pen formed by the pen, has conductivity, and has a substantially uniform resistance component at least within the range of the effective area.
- the cover film for the pen sensor is configured to contain a conductive resin having a substantially uniform resistance component at least within the effective area, it is thinner and has a smaller relative permittivity than the cover glass. Even if a cover film is used, the pen signal can be sufficiently received by the peripheral sensor electrodes.
- (A) is a diagram showing the configuration of the electronic device 1 according to the embodiment of the present invention, and (b) is the three types of electrode groups 6a, which are included in the sensor electrode group and display 6 shown in (a). It is a schematic diagram which shows the positional relationship of 6b, 6c. It is a figure explaining the principle of the position detection of the active pen P in the electronic device 1. It is a figure explaining the reason why the signal level in the peripheral sensor electrode is lowered by the thickness or the relative permittivity of a cover film 5, and (a) is relative to the thickness DA which the cover film 5 is relatively thick.
- ( B ) shows a case where the cover film 5 has a relatively thin thickness DB and a case where the cover film 5 has a relatively small relative permittivity ⁇ B. It is a figure explaining the reason that the line cannot be drawn according to a user operation because the thickness of the cover film 5 is small, (a) shows the case where the cover film 5 has a relatively thick thickness DA , (b). ) Shows the case where the cover film 5 has a relatively thin thickness DB . It is a figure which shows the wavy line which may occur in the example of FIG. 4 (b). It is a figure which shows the equivalent circuit of the electronic device 1 and the active pen P.
- (A) is a schematic diagram showing the distribution of the signal level of the pen signal when the conductivity of the cover film 5 is relatively high
- (b) is a schematic diagram showing the distribution of the signal level of the pen signal when the conductivity of the cover film 5 is relatively low. It is a schematic diagram which shows the distribution of the signal level of a pen signal.
- (A) is a diagram showing an example of the configuration of an electronic device having a pen sensor according to the background technology
- (b) is a diagram showing another example of the configuration of the electronic device having the pen sensor according to the background technology. It is a figure which shows the equivalent circuit of the electronic device and the active pen which concerns on the background technology.
- the host processor 3 is a processor that controls the entire electronic device 1, and the operation of each part in the electronic device 1 described later is executed under the control of the host processor 3.
- the sensor controller 2 uses the sensor electrode group (described later) in the pen sensor 4 to derive the position of the indicator such as the active pen P or the user's finger in the panel surface 1a and to receive the data transmitted by the active pen P. It is an integrated circuit that performs.
- the sensor controller 2 is configured to sequentially output the derived position and the data received from the active pen P to the host processor 3.
- the host processor 3 generates and draws digital ink based on the position and data thus input.
- FIG. 1B is a schematic diagram showing the positional relationship between the three types of electrode groups 6a, 6b, and 6c included in the sensor electrode group and display 6.
- the sensor electrode group and display 6 includes three types of electrode groups 6a, 6b, and 6c stacked in the z direction shown in the figure.
- the actual sensor electrode group and display 6 includes various members such as a liquid crystal layer in addition to the electrode groups 6a, 6b, and 6c, but the description is omitted in FIG. 1 (b).
- the electrode group 6a located at the bottom layer is a pixel electrode constituting a TFT liquid crystal display, and has a configuration in which a plurality of island-shaped conductors are arranged in a matrix in the xy direction.
- the electrode group 6b located in the middle is a common electrode constituting the display, and also constitutes a part of the sensor electrode group, and a plurality of linear conductors extending in the x direction are juxtaposed at equal intervals in the y direction.
- the electrode group 6c located on the uppermost layer constitutes the rest of the sensor electrode group, and each has a configuration in which a plurality of linear conductors extending in the y direction are juxtaposed at equal intervals in the x direction.
- each sensor electrode is composed of a metal mesh or a substantially transparent linear conductor such as ITO.
- the host processor 3 supplies a common potential to each sensor electrode constituting the electrode group 6b, and supplies a potential according to the display content to each of the electrode group 6a. Performs the process of supplying to the island-shaped conductor.
- the sensor controller 2 uses the electrode groups 6b and 6c to derive the position of the indicator in the panel surface 1a and the active pen P transmits. Receives data.
- the host processor 3 and the sensor controller 2 sometimes control these. It is configured to be divided.
- the sensor controller 2 To outline the processing performed by the sensor controller 2 using the electrode groups 6b and 6c, first, regarding the detection of the active pen P, the sensor controller 2 periodically uplinks using one or both of the electrode groups 6b and 6c. Send a signal.
- the uplink signal is a signal having a role of synchronizing the active pen P with the sensor controller 2 and transmitting a command for controlling the operation of the active pen P.
- the sensor controller 2 receives the pen signal transmitted by the active pen P in response to the reception of the uplink signal.
- the pen signal is a signal transmitted from a pen tip electrode provided at the tip of the active pen P, and is a position signal which is an unmodulated carrier signal and a carrier signal modulated by data instructed to be transmitted by a command. It is configured to include a data signal.
- the reception of the pen signal by the sensor controller 2 is performed by the method (differential method) using the differential amplifier circuit described in Patent Document 2. This has the effect of reducing external noise that may be included in the received pen signal. Further, when receiving the pen signal by the differential method, the sensor controller 2 simultaneously connects a plurality of adjacent sensor electrodes to each of the non-inverting input terminal and the inverting input terminal of the differential amplifier circuit. By doing so, it becomes possible to stabilize the reception result of the pen signal.
- the sensor controller 2 detects the position of the active pen P on the panel surface 1a based on the distribution of the signal level according to the amount of electric charge induced in each of the sensor electrodes constituting the electrode groups 6b and 6c by the position signal. do. The details of this detection will be described later with reference to FIG. Further, the sensor controller 2 receives and demodulates a data signal using the sensor electrode closest to the detected position among the sensor electrodes constituting the electrode groups 6b and 6c, so that the active pen P transmits the data signal. Receive data.
- the effective area EA shown in FIG. 1A shows the range in which the position detection of the active pen P by the sensor controller 2 is effectively performed.
- the sensor controller 2 performs position detection based on the distribution of the signal level according to the amount of charge induced in each of the sensor electrodes, and the pen tip of the active pen P is the electrode group 6b, 6c. Since the sensor electrode does not exist on one side of the pen tip when it is located on the peripheral edge portion, the sensor controller 2 cannot correctly derive the position of the active pen P.
- the effective area EA is a portion of the plane area where the sensor electrode group and the display 6 are arranged, excluding the area where the sensor controller 2 cannot correctly derive the position of the active pen P for this reason. , Even if a position outside the effective area EA is derived, it is configured not to output to the host processor 3.
- the sensor controller 2 supplies a finger touch drive signal to the sensor electrodes constituting one of the electrode groups 6b and 6c, and the sensor electrodes constituting the other receive the finger touch drive signal. Is repeatedly executed for each sensor electrode to detect the position of the finger. The detection of the active pen P and the detection of the finger are executed by the sensor controller 2 in a time division during the time when the sensor electrode group and the display 6 are controlled as the sensor electrode group.
- FIG. 2 is a diagram illustrating the principle of position detection of the active pen P in the electronic device 1.
- the position detection of the active pen P by the sensor controller 2 will be described in detail with reference to FIG. 2 from the viewpoint of the relationship with the cover film 5.
- the figure shows the case where the x-coordinate of the active pen P is detected using the electrode group 6c, the same applies to the case where the y-coordinate of the active pen P is detected using the electrode group 6b.
- the active pen P is configured to include a pen tip electrode 10 provided on the pen tip and an oscillation circuit 11.
- the oscillation circuit 11 plays a role of transmitting a pen signal from the pen tip electrode 10 by supplying an AC voltage v (t) to the pen tip electrode 10.
- the sensor electrodes S0 to S4 shown in FIG. 2 are sensor electrodes constituting the electrode group 6c, respectively. Further, the distances D0 to D4 indicate the distances between the pen tip electrodes 10 and the sensor electrodes S0 to S4, and the capacitances C pen0 to C pen4 indicate the distances between the pen tip electrodes 10 and the sensor electrodes S0 to S4, respectively. It shows the capacitance formed between and.
- the capacitance C disk is a parasitic capacitance formed between each of the sensor electrodes S0 to S4 and the electrode groups 6a and 6b. As shown in the figure, the sensor electrodes S0 to S4 are connected to a common line connected to the sensor controller 2 via switch elements SW0 to SW4, respectively.
- the sensor controller 2 is configured to be individually connectable to each of the sensor electrodes S0 to S4 via a common line by individually controlling these switch elements SW0 to SW4.
- the distances D0 to D4 are provided for each of the sensor electrodes S0 to S4.
- a negative charge is induced according to the inverse number of. More precisely, a negative charge is induced in an amount inversely proportional to the square of the distances D0 to D4.
- the sensor controller 2 measures the amount of electric charge (or current or voltage) thus induced in each of the sensor electrodes S0 to S4, and outputs the result as a signal at the x coordinate (known position) of each of the sensor electrodes S0 to S4. Get as a level. The same applies to the case where the AC voltage v (t) is negative or 0.
- the sensor controller 2 approximates the acquired signal level at each x coordinate using a predetermined interpolation function.
- the coefficient of a predetermined interpolation function is determined so that the sum of squares of the residuals is minimized.
- a predetermined interpolation function for example, an upwardly convex quadratic function can be preferably used.
- the sensor controller 2 derives the x-coordinate of the vertex of the interpolation function indicated by the determined coefficient, and acquires the derived x-coordinate as the x-coordinate of the active pen P.
- the sensor controller 2 can output the x-coordinate of the active pen P with a resolution finer than the width and pitch of the sensor electrodes S0 to S4.
- the thickness and relative permittivity of the cover film 5 are small, the signal level drops at the sensor electrode (peripheral sensor electrode) located near the sensor electrode (center sensor electrode) located directly below the pen tip electrode 10. , There is a risk that the position of the active pen P cannot be derived correctly. Further, if the thickness of the cover film 5 is small, it may not be possible to draw a line as operated by the user. Each of them will be described in detail below.
- FIG. 3 is a diagram illustrating the reason why the signal level in the peripheral sensor electrode is lowered due to the small thickness and relative permittivity of the cover film 5.
- FIG. 3A shows a case where the cover film 5 has a relatively thick thickness DA and a relatively large relative permittivity ⁇ A
- FIG. 3B shows a case where the cover film 5 has a relatively large relative dielectric constant ⁇ A. The case where it has a thin thickness DB and a relatively small relative permittivity ⁇ B is shown.
- the coordinate x 0 shown in FIG. 3 indicates the position of the central sensor electrode, and the coordinate x 1 indicates the position of the peripheral sensor electrode.
- the angles ⁇ A and ⁇ B indicate the angles formed by the line connecting the lower end of the pen tip electrode 10 and the positions of the center sensor electrode and the peripheral sensor electrodes in the example of FIGS. 3 (a) and 3 (b), respectively.
- Capacities CA0 and CB0 indicate the capacitances formed between the pen tip electrode 10 and the center sensor electrode in the example of FIGS. 3A and 3B, respectively, and the capacitances CA1 and CB1 are shown. Each shows the electrostatic capacitance formed between the pen tip electrode 10 and the peripheral sensor electrode in the example of FIGS. 3 (a) and 3 (b).
- the specific values of the capacitances CA0, CA1, C B0, and C B1 are expressed by the following equations (1) to (4).
- the area S is the area of the conductor constituting each capacitance (common to each capacitance).
- the ratio CA1 / CA0 of the capacitance CA0 and the capacitance CA1 is cos ⁇ A.
- the ratio C B1 / C B0 of the capacitance C B0 and the capacitance C B1 is cos ⁇ B.
- C B1 / C B0 is smaller than CA1 / CA0 . Therefore, in the example of FIG. 3B, the signal level of the peripheral sensor electrodes is relatively lower than that of the example of FIG. 3A when compared with the signal level of the central sensor electrode.
- the fact that ⁇ B ⁇ A is a factor that lowers the signal level as a whole in the example of FIG. 3 (b).
- the use of the sensor electrode group and display 6 is also a factor that lowers the signal level as a whole. This is because when the sensor electrode group and display 6 are used, the capacitance C disk is compared with the case where the sensor electrode group and the display are prepared as separate devices as in the example shown in FIG. 8 (a), for example. This is because (see FIG. 2) becomes large, and as a result, the display noise flowing into the sensor controller 2 becomes large, and the S / N ratio of the pen signal deteriorates.
- FIG. 4 is a diagram illustrating the reason why the line as operated by the user cannot be drawn due to the small thickness of the cover film 5.
- FIG. 4A shows a case where the cover film 5 has a relatively thick thickness DA
- FIG. 4B shows a case where the cover film 5 has a relatively thin thickness DB.
- the difference from y0 means that the distribution of the signal level in the x direction and the distribution of the signal level in the y direction are different. Even if the distribution of the signal level in the x direction and the distribution of the signal level in the y direction are different, there is no particular problem if the difference is small, but if the difference is large, it is difficult to draw a line as operated by the user. become.
- the difference between the distance between the pen tip electrode 10 and the electrode group 6c and the distance between the pen tip electrode 10 and the electrode group 6b is the thickness D of the cover film 5.
- the smaller the value the larger the value.
- the difference between the distribution and the distribution of the signal level in the y direction becomes large. Then, as described above, it becomes difficult to draw the line as operated by the user.
- the sheet resistance value (surface resistance value) of the resistance component of the cover film 5 should be set within an appropriate range.
- the sheet resistance value is a value obtained by dividing the resistivity of the cover film 5 by its thickness. Therefore, setting the sheet resistance value within an appropriate range means that the resistance value per area of the cover film 5 is set within a constant range regardless of the thickness. By doing so, it becomes possible to diffuse the pen signal to the electrode groups 6b and 6c superimposed on the lower side in the same manner regardless of whether the thickness of the cover film 5 is large or small.
- the material (conductive resin) of the cover film 5 having such a sheet resistance value specifically, a conductive material composed of at least one of polyethylene dioxythiophene / polystyrene sulfonate (PEDOT / PSS) and polyaniline. It is preferable to use a material containing a sex polymer, and it is further preferable to use a material containing a metal material composed of at least one of indium, gallium and tin.
- the film-like member 5a may be formed of the conductive film described in any of Patent Documents 4 to 8 and Non-Patent Document 1 described above.
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Abstract
【課題】カバーガラスに比べて薄く、比誘電率の小さいカバーフィルムを用いたとしても、周辺センサ電極においてペン信号を十分に受信できるようにする。 【解決手段】複数のセンサ電極を含むペンセンサ4、及び、アクティブペンPの先端に備えられたペン先電極から送信されるペン信号により複数のセンサ電極のそれぞれに誘導される電荷の量に応じた信号レベルの分布に基づいてアクティブペンPの位置を検出するセンサコントローラ2とともに用いられるペンセンサ用カバーフィルム5であって、複数のセンサ電極によって形成されるアクティブペンPの位置検出の有効エリアEAを覆うように配置され、少なくとも有効エリアEAの範囲内において略均一な抵抗成分を有する導電性樹脂を含む。
Description
本発明は、ペンセンサ用カバーフィルム及びペンセンサに関する。
パネル面におけるアクティブペンの位置を導出することにより、ペン入力を可能にする電子機器が知られている。この種の電子機器は、パネル面の内側に、アクティブペンが送信するペン信号を検出するためのセンサ(以下、「ペンセンサ」と称する)を有して構成される。特許文献1,2には、それぞれペンセンサを有する電子機器の一例が開示されている。
特許文献1,2に記載のペンセンサはいずれも、複数のセンサ電極を含んで構成される。特許文献1には、これら複数のセンサ電極のそれぞれに誘導される電荷の量に応じた信号レベルの分布により、アクティブペンの位置を導出することが開示されている。また、特許文献2には、複数のセンサ電極を同時に選択してペン信号の受信に用いる構成が開示されている。
図8(a)は、背景技術にかかるペンセンサを有する電子機器の構成の一例を示す図である。この例による電子機器100は、ディスプレイ101、センサ電極群102、及びカバーガラス103がこの順で積み重なった構造を有しており、カバーガラス103の上面がパネル面100aを構成している。各層の間は、接着層によって接着される。ディスプレイ101は、例えば液晶ディスプレイ又は有機ELディスプレイである。また、センサ電極群102は、メタルメッシュ、又は、ITO(Indium Tin Oxide)などの実質的に透明な線状の導電体によって構成される。
また、図8(b)は、背景技術にかかるペンセンサを有する電子機器の構成の他の一例を示す図である。この例による電子機器110は、センサ電極群兼ディスプレイ111と、カバーフィルム112とが接着層によって互いに接着された構造を有しており、カバーフィルム112の上面がパネル面110aを構成している。カバーガラス103ではなくカバーフィルム112を用いているのは、低背化の他、いわゆる「曲がるディスプレイ」を実現するためである。センサ電極群兼ディスプレイ111は、アクティブペンを検出するためのセンサ電極群と、ディスプレイを構成する電極群(画素電極及び共通電極)とが統合された装置であり、その具体的な構造によってインセル型又はオンセル型と呼ばれる。特許文献3には、オンセル型のセンサ電極群兼ディスプレイの例が開示されている。
その他、特許文献4~8及び非特許文献1には、導電性を有する膜状の部材である導電性フィルムの例が開示されている。非特許文献2には、導電性樹脂によりコーティングを行うことが開示されている。非特許文献3には、幅広い導電制電性を有する導電性プラスチックの成形技術が開示されている。
長岡産業株式会社,"透明導電性フィルム スタクリア(登録商標)のご紹介",[online],[令和2年8月21日検索],インターネット,<URL:"https://www.nagaoka-sangyou.jp/pdf/staclear_proposal.pdf">
株式会社富士工業,"導電性樹脂 透明でお探しの方へ。",[online],[令和2年8月21日検索],インターネット,<URL:"https://jushikakou-support.com/index_s_jushi_005.html">
東洋樹脂株式会社,"導電性プラスチック成形技術",[online],[令和2年8月21日検索],インターネット,<URL:"http://www.toyojushi.co.jp/realfab/tech-org/to_conductive">
図9は、背景技術にかかる電子機器及びアクティブペンの等価回路を示す図である。同図に示す電子機器120は、センサ電極群121及びディスプレイ122の他、センサコントローラ123を有して構成される。センサコントローラ123は、アクティブペンPが送信したペン信号をセンサ電極群121を介して受信することにより、パネル面におけるアクティブペンPの位置を導出する集積回路である。
図9には、各部の間に形成される仮想的な静電容量Cpen,Cdisp,Csys_GNDも図示している。静電容量CpenはアクティブペンPとセンサ電極群121の間に形成される静電容量であり、静電容量Cdispはセンサ電極群121とディスプレイ122の間に形成される静電容量であり、静電容量Csys_GNDは電子機器120と接地端の間に形成される静電容量である。このうち静電容量Cpenの容量値は、図8に示したカバーガラス103、カバーフィルム112、及び接着層など、アクティブペンPとセンサ電極群121の間に位置する非導電性物質の厚み及び比誘電率や、アクティブペンPのペン先電極とセンサ電極群121との間の距離などに応じて決まる。また、静電容量Cdispは、センサ電極群121とディスプレイ122の間の距離が近いほど大きくなり、特に図8(b)に示したセンサ電極群兼ディスプレイ111を用いる場合に、非常に大きな値になる。
ここで、図8(b)に示したようなカバーフィルム112は、図8(a)に示したカバーガラス103に比べて薄く、また、比誘電率が小さいことが一般的である。静電容量Cpenは大きいほど好ましく、薄いカバーフィルム112を使うことによってアクティブペンPとセンサ電極群121の間の距離が短くなることは静電容量Cpenが大きくなる要素であるが、一方で、アクティブペンの直下に位置するセンサ電極(以下、「中心センサ電極」と称する)とアクティブペンPとの間に形成される静電容量Cpenと、中心センサ電極の近傍に位置するセンサ電極(以下、「周辺センサ電極」と称する)とアクティブペンPとの間に形成される静電容量Cpenとの比も大きくしてしまう。また、比誘電率が小さいことは、静電容量Cpenを小さくする要素となる。加えて、静電容量Cdispが大きくなるほどセンサコントローラ123に流れ込むディスプレイノイズが大きくなり、ペン信号のS/N比が悪化する。これらの結果として、図8(b)の例には、図8(a)の例に比べ、周辺センサ電極におけるペン信号の受信が難しくなるという課題があった。
したがって、本発明の課題の1つは、カバーガラスに比べて薄く、比誘電率の小さいカバーフィルムを用いたとしても、周辺センサ電極においてペン信号を十分に受信できるようにするペンセンサ用カバーフィルム及びペンセンサを提供することにある。
本発明によるペンセンサ用カバーフィルムは、複数のセンサ電極を含むペンセンサ、及び、ペンの先端に備えられたペン先電極から送信されるペン信号により前記複数のセンサ電極のそれぞれに誘導される電荷の量に応じた信号レベルの分布に基づいて前記ペンの位置を検出するセンサコントローラとともに用いられるペンセンサ用カバーフィルムであって、前記複数のセンサ電極によって形成される前記ペンの位置検出の有効エリアを覆うように配置され、少なくとも前記有効エリアの範囲内において略均一な抵抗成分を有する導電性樹脂を含む、ペンセンサ用カバーフィルムである。
本発明によるペンセンサは、ペン先電極からペン信号を送出するアクティブペンを検出するセンサコントローラに接続されるペンセンサであって、それぞれ前記センサコントローラに接続された複数のセンサ電極と、前記複数のセンサ電極によって形成される前記ペンの位置検出の有効エリアを覆うように配置され、導電性を有し、少なくとも前記有効エリアの範囲内において略均一な抵抗成分を有するカバーフィルムと、を含むペンセンサである。
本発明によれば、少なくとも有効エリアの範囲内において略均一な抵抗成分を有する導電性樹脂を含むようにペンセンサ用カバーフィルムを構成しているので、カバーガラスに比べて薄く、比誘電率の小さいカバーフィルムを用いたとしても、周辺センサ電極においてペン信号を十分に受信できるようになる。
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図1(a)は、本発明の実施の形態による電子機器1の構成を示す図である。電子機器1は、例えばタブレットコンピュータなどのペン入力及び指タッチ入力に対応する装置であり、図1(a)に示すように、センサコントローラ2と、ホストプロセッサ3と、ペンセンサ4とを含んで構成される。
図1(a)には、電子機器1に対してペン入力を行うアクティブペンPも図示している。アクティブペンPは、アクティブ静電方式に対応するスタイラスであり、センサコントローラ2との間で双方向に通信可能に、又は、センサコントローラ2に対して一方向にペン信号を送信可能に構成される。本実施の形態では、アクティブペンPとセンサコントローラ2とが双方向に通信する例を取り上げて説明するが、本発明は、アクティブペンPがセンサコントローラ2に対して一方向にペン信号を送信する例にも同様に適用可能である。ユーザは、電子機器1に設けられるパネル面1a上でアクティブペンPを操作することによりペン入力を行い、パネル面1aを指でなぞることにより指タッチ入力を行う。
ホストプロセッサ3は電子機器1の全体を制御するプロセッサであり、後述する電子機器1内の各部の動作は、ホストプロセッサ3の制御の下で実行される。センサコントローラ2は、ペンセンサ4内のセンサ電極群(後述)を用いて、アクティブペンPやユーザの指などの指示体のパネル面1a内における位置の導出と、アクティブペンPが送信したデータの受信とを行う集積回路である。センサコントローラ2は、導出した位置及びアクティブペンPから受信したデータを、逐次、ホストプロセッサ3に対して出力するよう構成される。ホストプロセッサ3は、こうして入力された位置及びデータに基づいて、デジタルインクの生成及び描画を行う。
ペンセンサ4は、カバーフィルム5及びセンサ電極群兼ディスプレイ6が互いに接着されてなる構造を有する部材である。カバーフィルム5は、いずれも透明な膜状部材5a及び接着層5bを含んで構成される部材であり、少なくともセンサ電極群兼ディスプレイ6の有効エリアEA(後述)を覆うように配置される。膜状部材5aは、センサ電極群兼ディスプレイ6を保護するとともに、パネル面1aを構成する膜状の部材である。接着層5bは、膜状部材5aをセンサ電極群兼ディスプレイ6の上面に接着する役割を果たす。
センサ電極群兼ディスプレイ6は、アクティブペンを検出するためのセンサ電極群と、ディスプレイを構成する電極群(画素電極及び共通電極)とが統合された装置である。センサ電極群兼ディスプレイ6には、共通電極をセンサ電極群の一部としても使用するインセル型と、センサ電極群とディスプレイを構成する電極群とが電気的に分離しているオンセル型とがあるが、本実施の形態では、センサ電極群兼ディスプレイ6はインセル型であるとして説明を続ける。ただし、センサ電極群兼ディスプレイ6がオンセル型である場合や、図8(a)に示したようにセンサ電極群とディスプレイとが別装置となっている場合にも、本発明は適用可能である。また、センサ電極群兼ディスプレイ6を構成するディスプレイとしては液晶ディスプレイ又は有機ELディスプレイなど各種のディスプレイを利用できるが、本実施の形態では、TFT(Thin Film Transistor)型の液晶ディスプレイであるとして説明を続ける。
図1(b)は、センサ電極群兼ディスプレイ6に含まれる3種類の電極群6a,6b,6cの位置関係を示す模式図である。同図に示すように、センサ電極群兼ディスプレイ6は、図示したz方向に積層された3種類の電極群6a,6b,6cを含んで構成される。実際のセンサ電極群兼ディスプレイ6は、電極群6a,6b,6cの他にも液晶層など各種の部材を含んでいるが、図1(b)では記載を省略している。
最下層に位置する電極群6aはTFT液晶ディスプレイを構成する画素電極であり、複数の島状導体がxy方向にマトリクス状に配置された構成を有している。中間に位置する電極群6bはディスプレイを構成する共通電極であるとともに、センサ電極群の一部を構成し、それぞれx方向に延在する複数の線状導体がy方向に等間隔で並置された構成を有している。最上層に位置する電極群6cはセンサ電極群の残部を構成し、それぞれy方向に延在する複数の線状導体がx方向に等間隔で並置された構成を有している。なお、図1(b)には、電極群6aを構成する島状導体を9個、電極群6b,6cを構成する線状導体を各3本、それぞれ図示しているが、実際の電極群6a,6b,6cはそれぞれより多くの導体によって構成される。以下では、電極群6b,6cを構成する線状導体を単に「センサ電極」と称する。各センサ電極は、メタルメッシュ、又は、ITOなどの実質的に透明な線状の導電体によって構成される。
センサ電極群兼ディスプレイ6をディスプレイとして制御する場合、ホストプロセッサ3は、電極群6bを構成する各センサ電極に共通の電位を供給するとともに、表示内容に応じた電位を電極群6aを構成する各島状導体に供給する処理を行う。一方、センサ電極群兼ディスプレイ6をセンサ電極群として制御する場合、センサコントローラ2は、電極群6b,6cを用いて、指示体のパネル面1a内における位置の導出と、アクティブペンPが送信したデータの受信とを行う。このように、センサ電極群兼ディスプレイ6をディスプレイとして制御する場合とセンサ電極群として制御する場合の両方で電極群6bを使用することから、ホストプロセッサ3及びセンサコントローラ2は、これらの制御を時分割で行うよう構成される。
センサコントローラ2が電極群6b,6cを用いて行う処理の概略を説明すると、まずアクティブペンPの検出に関してセンサコントローラ2は、電極群6b,6cの一方又は両方を用いて、周期的にアップリンク信号の送信を行う。アップリンク信号は、アクティブペンPをセンサコントローラ2に同期させるとともに、アクティブペンPの動作を制御するコマンドを送信する役割を有する信号である。次いでセンサコントローラ2は、このアップリンク信号の受信に応じてアクティブペンPが送信したペン信号を受信する。ペン信号は、アクティブペンPの先端に設けられるペン先電極から送信される信号であり、無変調の搬送波信号である位置信号と、コマンドにより送信を指示されたデータによって変調された搬送波信号であるデータ信号とを含んで構成される。
センサコントローラ2によるペン信号の受信は、特許文献2に記載の差動増幅回路を用いる方法(差動法)によって行われる。これにより、受信したペン信号に含まれ得る外来ノイズを低減する効果が得られる。また、差動法によりペン信号を受信するにあたりセンサコントローラ2は、差動増幅回路の非反転入力端子及び反転入力端子のそれぞれに、隣接する複数のセンサ電極を同時に接続する。こうすることで、ペン信号の受信結果を安定させることが可能になる。
センサコントローラ2は、位置信号により電極群6b,6cを構成する各センサ電極のそれぞれに誘導される電荷の量に応じた信号レベルの分布に基づいて、パネル面1aにおけるアクティブペンPの位置を検出する。この検出の詳細については、後ほど図2を参照して説明する。また、センサコントローラ2は、電極群6b,6cを構成する各センサ電極のうち、検出した位置の最も近くにあるセンサ電極を用いてデータ信号を受信し復調することによって、アクティブペンPが送信したデータを受信する。
図1(a)に示した有効エリアEAは、センサコントローラ2によるアクティブペンPの位置検出が有効に行われる範囲を示している。上述したように、センサコントローラ2は各センサ電極のそれぞれに誘導される電荷の量に応じた信号レベルの分布に基づいて位置検出を行うが、アクティブペンPのペン先が電極群6b,6cの周縁部に位置しているときにはペン先の一方側にセンサ電極が存在しないことになるので、センサコントローラ2は、アクティブペンPの位置を正しく導出することができない。有効エリアEAは、センサ電極群兼ディスプレイ6が配置される平面領域のうち、このような理由でセンサコントローラ2がアクティブペンPの位置を正しく導出できないエリアを除いた部分であり、センサコントローラ2は、有効エリアEA外の位置が導出されたとしても、ホストプロセッサ3への出力を行わないよう構成される。
また、指の検出に関してセンサコントローラ2は、電極群6b,6cの一方を構成するセンサ電極に対して指タッチ駆動信号を供給し、他方を構成するセンサ電極でこの指タッチ駆動信号を受信する処理を各センサ電極について繰り返し実行することによって、指の位置検出を行う。アクティブペンPの検出と指の検出とは、センサ電極群兼ディスプレイ6がセンサ電極群として制御される時間の中で、センサコントローラ2により時分割で実行される。
図2は、電子機器1におけるアクティブペンPの位置検出の原理を説明する図である。以下、この図2を参照しながら、センサコントローラ2によるアクティブペンPの位置検出について、特にカバーフィルム5との関係についての観点から詳しく説明する。なお、同図には、電極群6cを用いてアクティブペンPのx座標を検出する場合を示しているが、電極群6bを用いてアクティブペンPのy座標を検出する場合も同様である。
まず、アクティブペンPは、ペン先に設けられるペン先電極10と、発振回路11とを含んで構成される。発振回路11は、ペン先電極10に対して交流電圧v(t)を供給することにより、ペン先電極10からペン信号を送信する役割を果たす。
図2に示したセンサ電極S0~S4はそれぞれ、電極群6cを構成するセンサ電極である。また、距離D0~D4は、ペン先電極10とセンサ電極S0~S4のそれぞれとの間の距離を示し、静電容量Cpen0~Cpen4は、ペン先電極10とセンサ電極S0~S4のそれぞれとの間に形成される静電容量を示している。静電容量Cdispは、センサ電極S0~S4のそれぞれと、電極群6a,6bとの間に形成される寄生容量である。図示するように、センサ電極S0~S4はそれぞれ、センサコントローラ2に接続された共通線路にスイッチ素子SW0~SW4を介して接続されている。センサコントローラ2は、これらスイッチ素子SW0~SW4を個別に制御することにより、共通線路を介して、センサ電極S0~S4のそれぞれと個別に接続可能に構成される。
発振回路11により生成される交流電圧v(t)がある時刻tで正(電子機器1の接地端から見て正)であったとすると、センサ電極S0~S4のそれぞれには、距離D0~D4の逆数に応じた負の電荷が誘導される。より正確に言えば、距離D0~D4の2乗に反比例した量の負の電荷が誘導される。センサコントローラ2は、こうしてセンサ電極S0~S4のそれぞれに誘導された電荷の量(或いは、電流又は電圧)を測定し、その結果をセンサ電極S0~S4それぞれのx座標(既知の位置)における信号レベルとして取得する。交流電圧v(t)が負又は0である場合についても、同様である。
続いてセンサコントローラ2は、取得した各x座標における信号レベルを、所定の補間関数を用いて近似する。具体的には、残差の二乗和が最小となるように、所定の補間関数の係数を決定する。所定の補間関数としては、例えば上に凸な二次関数を好適に使用可能である。そしてセンサコントローラ2は、決定した係数により示される補間関数の頂点のx座標を導出し、導出したx座標をアクティブペンPのx座標として取得する。このような導出方法を使用することにより、センサコントローラ2は、センサ電極S0~S4の幅やピッチよりも細かい分解能でアクティブペンPのx座標を出力することが可能になる。
ここで、カバーフィルム5の厚み及び比誘電率が小さいと、ペン先電極10の直下に位置するセンサ電極(中心センサ電極)の近傍に位置するセンサ電極(周辺センサ電極)において信号レベルが低下し、正しくアクティブペンPの位置を導出できなくなるおそれがある。また、カバーフィルム5の厚みが小さいと、ユーザ操作通りの線を描画できなくなるおそれがある。以下、それぞれについて詳しく説明する。
図3は、カバーフィルム5の厚み及び比誘電率が小さいことによって周辺センサ電極における信号レベルが低下する理由を説明する図である。図3(a)は、カバーフィルム5が相対的に厚い厚みDAと、相対的に大きい比誘電率εAとを有する場合を示し、図3(b)は、カバーフィルム5が相対的に薄い厚みDBと、相対的に小さい比誘電率εBとを有する場合を示している。
図3に示した座標x0は中心センサ電極の位置を示し、座標x1は周辺センサ電極の位置を示している。また、角度θA及びθBはそれぞれ、図3(a)(b)の例においてペン先電極10の下端と中心センサ電極及び周辺センサ電極それぞれの位置とを結ぶ線分がなす角度を示し、静電容量CA0及びCB0はそれぞれ、図3(a)(b)の例においてペン先電極10と中心センサ電極の間に形成される静電容量を示し、静電容量CA1及びCB1はそれぞれ、図3(a)(b)の例においてペン先電極10と周辺センサ電極の間に形成される静電容量を示している。
静電容量CA0,CA1,CB0,CB1それぞれの具体的な値は、次の式(1)~(4)により表される。ただし、面積Sは、各静電容量を構成する導体の面積(各静電容量に共通)である。
式(1)及び式(2)から、静電容量CA0と静電容量CA1との比CA1/CA0はcosθAとなる。同様に、式(3)及び式(4)から、静電容量CB0と静電容量CB1との比CB1/CB0はcosθBとなる。図3から明らかなようにcosθB>cosθAであるので、CB1/CB0はCA1/CA0より小さい値となる。したがって、図3(b)の例においては、図3(a)の例に比べると、中心センサ電極の信号レベルと比較した場合における周辺センサ電極の信号レベルが相対的に低下することになる。また、式(1)~(4)から理解されるように、εB<εAであることは、図3(b)の例における信号レベルを全体として低下させる要因となる。
これらの低下要因に加え、センサ電極群兼ディスプレイ6を用いることも、信号レベルを全体的に低下させる要因となる。これは、センサ電極群兼ディスプレイ6を用いる場合、例えば図8(a)に示した例のようにセンサ電極群とディスプレイとが互いに別の装置として用意される場合に比べて静電容量Cdisp(図2を参照)が大きくなり、その結果としてセンサコントローラ2に流れ込むディスプレイノイズが大きくなり、ペン信号のS/N比が悪化するためである。
こうして周辺センサ電極における信号レベルが低下してしまうと、ペン信号を受信するために広いダイナミックレンジで精度を保つAD変換が必要となり、実質的に周辺センサ電極におけるペン信号の受信が困難になる。したがって、カバーフィルム5の厚み及び比誘電率が小さくても、周辺センサ電極においてペン信号を十分に受信できるようにする必要がある。なお、ここまでx座標に着目して説明してきたが、y座標についても同様である。
図4は、カバーフィルム5の厚みが小さいことによってユーザ操作通りの線を描画できなくなる理由を説明する図である。図4(a)は、カバーフィルム5が相対的に厚い厚みDAを有する場合を示し、図4(b)は、カバーフィルム5が相対的に薄い厚みDBを有する場合を示している。
図4に示した座標x0は電極群6cの中の中心センサ電極の位置を示し、座標x1は電極群6cの中の周辺センサ電極の位置を示している。また、図4に示した座標y0は電極群6bの中の中心センサ電極の位置を示し、座標y1は電極群6bの中の周辺センサ電極の位置を示している。なお、図4では、電極群6cを構成するセンサ電極と電極群6bを構成するセンサ電極とが同じ方向に延在する絵を描いているが、これは以下の説明を理解しやすくするためであり、実際には、図1(b)に示したように、電極群6cを構成するセンサ電極と電極群6bを構成するセンサ電極とは互いに直交する方向に延在している。
図4に示した静電容量Cx0,Cy0,Cx1,Cy1はそれぞれ、ペン先電極10の下端と座標x0,y0,x1,y1の位置にあるセンサ電極との間に形成される静電容量を示している。静電容量Cx0,Cy0,Cx1,Cy1それぞれの具体的な値は、次の式(5)~(8)により表される。ただし、角度θxは、電極群6cに関して、ペン先電極10の下端と中心センサ電極及び周辺センサ電極それぞれの位置とを結ぶ線分がなす角度であり、角度θyは、電極群6bに関して、ペン先電極10の下端と中心センサ電極及び周辺センサ電極それぞれの位置とを結ぶ線分がなす角度である。また、比誘電率εはカバーフィルム5の比誘電率であり、厚みDはカバーフィルム5の厚みであり(図4(a)ではD=DA、図4(b)ではD=DB)、距離Lは電極群6cと電極群6bのz方向の離隔距離であり、面積Sは各静電容量を構成する導体の面積(各静電容量に共通)である。なお、式(5)~(8)において、電極群6cと電極群6bの間の誘電率は無視している。
式(5)~(8)から、Cx1/Cx0はcosθxに等しく、Cy1/Cy0はcosθyに等しいことが理解される。ここで、角度θxと角度θyとは、電極群6cと電極群6bとがz方向に離れているために、カバーフィルム5の厚みDによらず互いに異なる値をとる。角度θxと角度θyとが異なるとcosθxとcosθyとが異なり、したがってCx1/Cx0とCy1/Cy0とが異なることになるが、Cx1/Cx0とCy1/Cy0とが異なるということは、x方向における信号レベルの分布とy方向における信号レベルの分布とが異なるということを意味する。x方向における信号レベルの分布とy方向における信号レベルの分布とが異なっていても、その違いが小さければ特に問題は発生しないが、違いが大きくなると、ユーザ操作通りの線を描画することが困難になる。
図4から理解されるように、ペン先電極10と電極群6cとの間の距離と、ペン先電極10と電極群6bとの間の距離との間の差は、カバーフィルム5の厚みDが小さいほど大きくなる。これは、カバーフィルム5の厚みDが小さいほど角度θxと角度θyとの違いが大きくなることを意味しており、したがって、カバーフィルム5の厚みDが小さいほど、x方向における信号レベルの分布とy方向における信号レベルの分布の違いが大きくなることになる。そうすると、上記のとおり、ユーザ操作通りの線を描画することが困難になる。
図5は、図4(b)の例で発生し得るウェービーラインを示す図である。この例に太線で示すウェービーラインは、x方向における信号レベルの分布とy方向における信号レベルの分布とが大きく異なっていることの結果として、ユーザがアクティブペンPを直線状に移動させたにも関わらず電子機器1によって描画された線を表している。このようにユーザ操作と異なる線が描かれてしまうことは勿論好ましくないので、カバーフィルム5の厚みが小さくても、ユーザ操作通りの線を描画できるようにする必要がある。
図1に戻る。本実施の形態によるカバーフィルム5は、上記のような課題を解決するために、少なくとも図1(a)に示した有効エリアEAの範囲内において、略均一な抵抗成分を有する導電性樹脂を含んで構成される。なお、略均一とは、アクティブペンPの位置の精度が抵抗成分のバラツキによって顕著に低下することのない程度に均一であることを意味する。以下、このような構成を採用することによって得られる効果について、図6を参照しながら詳しく説明する。
図6は、電子機器1及びアクティブペンPの等価回路を示す図である。図2に示した原理図との相違点は、カバーフィルム5内の導電性樹脂が仮想ペン電極VPenとして機能する点である。この仮想ペン電極VPenとペン先電極10との間には、静電容量Cpen_filmが形成される。また、仮想ペン電極VPenと各センサ電極S0~S4との間には、静電容量Cfilm-sが形成される。したがって、ペン先電極10から、静電容量Cpen_film、仮想ペン電極VPen、静電容量Cfilm-s、及び各センサ電極S0~S4を通ってセンサコントローラ2に至る交流回路が形成される。
仮想ペン電極VPenは、ペン先電極10がパネル面1aに近接した際に、ペン先電極10の位置を中心に広がるような分布で傾斜したペン信号(交流電圧v(t))の流路を形成する。そして、この流路におけるペン信号のレベルは、静電容量Cfilm-sを介して、センサコントローラ2により信号レベルとして検出される。したがって、周辺センサ電極における信号レベルが上昇するので、本実施の形態によるカバーフィルム5によれば、周辺センサ電極においてもペン信号を十分に受信できるようになる。また、x方向における信号レベルの分布とy方向における信号レベルの分布とが異なってしまうことが抑制されるので、本実施の形態によるカバーフィルム5によれば、カバーフィルム5の厚みが小さくても、ユーザ操作通りの線を描画することが可能になる。
図1に戻る。上述したように、カバーフィルム5は膜状部材5a及び接着層5bを含んで構成されるが、カバーフィルム5内の導電性樹脂は、膜状部材5aを構成する樹脂材料に導電性の材料を混入させることにより形成することとしてもよいし、接着層5bとして導電性の接着剤を用いることによって形成してもよい。カバーフィルム5内の導電性樹脂は、ペン先電極10との間に形成される静電容量、及び、各センサ電極との間に形成される静電容量の他に電気的接点を含まないよう構成される。
ここで、カバーフィルム5の導電性は高ければいいというものではない。例えば、カバーフィルム5を完全な導体にしてしまうと、ペン信号が遮蔽され、電極群6b,6cまで届かなくなる。これでは、周辺センサ電極はおろか中心センサ電極でもペン信号を受信できなくなってしまう。また、完全な導体ではないとしても、導電性が高すぎると信号レベルの分布が大きく広がってしまい、センサコントローラ2による位置導出の精度が低下する。
図7(a)は、カバーフィルム5の導電性が相対的に場合におけるペン信号の信号レベルの分布を示す模式図であり、図7(b)は、カバーフィルム5の導電性が相対的に低い場合におけるペン信号の信号レベルの分布を示す模式図である。これらの図において、円形の領域H1は、センサコントローラ2によってペン信号が検出される領域を示し、円形の領域H2は、領域H1のうち、検出される信号レベルが所定値TH以下となる領域を示している。センサコントローラ2は、信号レベルの閾値判定を行うことにより領域H2に含まれる信号レベルを用いてアクティブペンPの位置導出を行うが、図7(a)のように領域H2が大きすぎると、信号レベルの分布が緩やかになるため、位置導出の精度が低下してしまう。また、上述したようにセンサコントローラ2はペン信号の受信を差動法により行っていることから、信号レベルの分布が緩やかになると、センサ電極間で信号が相殺され、結果的にペン信号を受信できなくなってしまうおそれもある。しかし一方で、上述したようにセンサコントローラ2は差動増幅回路の非反転入力端子及び反転入力端子のそれぞれに複数のセンサ電極を同時に接続する処理を行っており、領域H2が小さすぎると、この同時接続によって奏される効果(ペン信号の受信結果を安定させるという効果)を得ることが難しくなる。したがって、確実にペン信号を受信しつつ、高い精度で位置を導出し、かつ、受信結果を安定させるためには、図7(b)のように、領域H2が広すぎず狭すぎず、適度な広さに保たれる必要がある。
周辺センサ電極においてペン信号を十分に受信できるようにしつつ、領域H2を適切な広さに保つには、カバーフィルム5の抵抗成分のシート抵抗値(表面抵抗値)を適切な範囲内に設定すればよい。ここで、シート抵抗値は、カバーフィルム5の抵抗率をその厚みで割った値である。したがって、シート抵抗値を適切な範囲内に設定するということは、カバーフィルム5の面積あたりの抵抗値が厚みによらず一定の範囲内に設定されるということを意味する。こうすることで、カバーフィルム5の厚さが大きい場合であっても小さい場合であっても同様に、下側に重畳される電極群6b,6cにペン信号を拡散することが可能になる。
カバーフィルム5の抵抗成分のシート抵抗値の具体的な値の範囲としては、1kΩ/sq以上1GΩ/sq以下の範囲とすることが好適である。カバーフィルム5のシート抵抗値をこの範囲内の値とすることで、周辺センサ電極においてペン信号を十分に受信できるようにしつつ、領域H2を適切な広さに保つことが可能になる。
また、そのようなシート抵抗値を有するカバーフィルム5の材料(導電性樹脂)として具体的には、ポリエチレンジオキシチオフェン/ポリスチレンスルホネート(PEDOT/PSS)、及び、ポリアニリンのうちの少なくとも一方からなる導電性高分子を含む材料を用いることが好ましく、インジウム、ガリウム、スズのうちの少なくとも1つからなる金属材料を含む材料を用いることがさらに好ましい。上述した特許文献4~8及び非特許文献1のいずれかに記載の導電性フィルムにより膜状部材5aを構成することとしてもよい。また、非導電性のフィルムに上述した非特許文献2に記載の導電性樹脂によるコーティングを行うことによって、膜状部材5aを構成することとしてもよい。さらに、非特許文献3に記載の技術を用いて形成した導電性プラスチックにより膜状部材5aを構成することとしてもよい。
以上説明したように、本実施の形態によるカバーフィルム5及びペンセンサ4によれば、少なくとも有効エリアEAの範囲内において略均一な抵抗成分を有する導電性樹脂を含むようにカバーフィルム5を構成しているので、カバーガラスに比べて薄く、比誘電率の小さいカバーフィルム5を用いたとしても、周辺センサ電極においてペン信号を十分に受信できるようになる。また、信号レベルの分布を適切な広さに収めることが可能になるので、高い精度で位置を導出し、かつ、受信結果を安定させることが可能となる。さらに、カバーフィルム5の厚みが小さくても、ユーザ操作通りの線を描画することが可能になる。
なお、現在のところ、導電性を有するカバーフィルムは、導電性を有しないカバーガラス又はカバーフィルムに比べて高価である。したがって、導電性を有するカバーフィルムを採用する際には、カバーフィルム5の抵抗成分のシート抵抗値を上述した範囲内に収めることにより、確実に発明の効果が得られるようにする必要がある。逆に言えば、シート抵抗値を上述した範囲内に収めることによって本願発明の効果が得られることを知らない当業者は、導電性フィルムをペンセンサ用カバーフィルムとして使用しようとは考えないであろう。
また、カバーフィルムに導電性を持たせると、アクティブペンPの位置検出にはよくても指の位置検出の精度が低下してしまう。これは、上述した指タッチ駆動信号の信号レベルが低下してしまうためである。この点からも、本願発明の効果が得られることを知らない当業者は、導電性フィルムをペンセンサ用カバーフィルムとして使用しようとは考えないであろう。ただし、実用上、カバーフィルム5の厚さが1mm以下であれば指タッチ駆動信号の信号レベルの低下が問題になることはないので、カバーフィルム5の厚さは1mm以下に設定することが好ましい。
以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、本発明が、その要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施され得ることは勿論である。
1 電子機器
1a パネル面
2 センサコントローラ
3 ホストプロセッサ
4 ペンセンサ
5 カバーフィルム
5a 膜状部材
5b 接着層
6 センサ電極群兼ディスプレイ
6a 電極群
6b,6c 電極群(センサ電極)
10 ペン先電極
11 発振回路
EA 有効エリア
P アクティブペン
S0~S4 センサ電極
VPen 仮想ペン電極
1a パネル面
2 センサコントローラ
3 ホストプロセッサ
4 ペンセンサ
5 カバーフィルム
5a 膜状部材
5b 接着層
6 センサ電極群兼ディスプレイ
6a 電極群
6b,6c 電極群(センサ電極)
10 ペン先電極
11 発振回路
EA 有効エリア
P アクティブペン
S0~S4 センサ電極
VPen 仮想ペン電極
Claims (11)
- 複数のセンサ電極を含むペンセンサ、及び、
ペンの先端に備えられたペン先電極から送信されるペン信号により前記複数のセンサ電極のそれぞれに誘導される電荷の量に応じた信号レベルの分布に基づいて前記ペンの位置を検出するセンサコントローラ
とともに用いられるペンセンサ用カバーフィルムであって、
前記複数のセンサ電極によって形成される前記ペンの位置検出の有効エリアを覆うように配置され、
少なくとも前記有効エリアの範囲内において略均一な抵抗成分を有する導電性樹脂を含む、
ペンセンサ用カバーフィルム。 - 前記導電性樹脂は、前記ペン先電極が近接した際に、前記ペン先電極の位置を中心に広がるような分布で傾斜した前記ペン信号の流路を形成する、
請求項1に記載のペンセンサ用カバーフィルム。 - 前記流路における前記ペン信号のレベルは、前記導電性樹脂と前記複数のセンサ電極のそれぞれとの間に形成される静電容量を介して、前記センサコントローラにより前記信号レベルとして検出される、
請求項2に記載のペンセンサ用カバーフィルム。 - 前記ペン先電極は、前記導電性樹脂と前記複数のセンサ電極のそれぞれとの間に形成される静電容量を介して、前記複数のセンサ電極のそれぞれと電気的に接続され、
前記導電性樹脂は、前記ペン先電極との間に形成される静電容量、及び、前記複数のセンサ電極のそれぞれとの間に形成される静電容量の他に電気的接点を含まない、
請求項2に記載のペンセンサ用カバーフィルム - 前記抵抗成分のシート抵抗値は1kΩ/sq以上である、
請求項1に記載のペンセンサ用カバーフィルム。 - 前記抵抗成分のシート抵抗値は1GΩ/sq以下である、
請求項1に記載のペンセンサ用カバーフィルム。 - 膜状部材と、
前記膜状部材と前記センサとを接着する接着層と、を含み、
前記導電性樹脂は前記接着層により構成される、
請求項1に記載のペンセンサ用カバーフィルム。 - 樹脂材料により構成された膜状部材を含み、
前記導電性樹脂は前記樹脂材料に導電性の材料を混入させることにより形成される、
請求項1に記載のペンセンサ用カバーフィルム。 - 前記導電性樹脂は、ポリエチレンジオキシチオフェン/ポリスチレンスルホネート(PEDOT/PSS)、及び、ポリアニリンのうちの少なくとも一方からなる導電性高分子を含む、
請求項1に記載のペンセンサ用カバーフィルム。 - 前記導電性樹脂は、インジウム、ガリウム、スズのうちの少なくとも1つからなる金属材料を含む、
請求項1に記載のペンセンサ用カバーフィルム。 - ペン先電極からペン信号を送出するアクティブペンを検出するセンサコントローラに接続されるペンセンサであって、
それぞれ前記センサコントローラに接続された複数のセンサ電極と、
前記複数のセンサ電極によって形成される前記ペンの位置検出の有効エリアを覆うように配置され、導電性を有し、少なくとも前記有効エリアの範囲内において略均一な抵抗成分を有するカバーフィルムと、
を含むペンセンサ。
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EP3789855A1 (en) * | 2019-09-05 | 2021-03-10 | Microsoft Technology Licensing, LLC | Stylus nib design and accuracy improvement |
CN115298757A (zh) * | 2020-03-19 | 2022-11-04 | 日东电工株式会社 | 透光性导电膜和透明导电性薄膜 |
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-
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ENP | Entry into the national phase |
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121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 21861024 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 21861024 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |