JP6355623B2 - 非対称ブリッジパターンを備えた投射型の容量形タッチセンサ - Google Patents

Description

本明細書において開示する発明は、一般に、容量形のタッチセンサ（接触覚センサ）、特に非対称ブリッジパターンを備えた投射型の容量形タッチセンサに関する。

投射型の容量形タッチセンサは、典型的には、検出電極を担持した基板を有する。基板は、画像、例えば図形ボタン及びアイコンを表示する下に位置する表示装置によって表示される画像を視認するために高い光学的透明度を有する耐久性のあるガラスである場合がある。ユーザが表示装置上に表示された所望の選択に対応した場所で基板の外面にタッチしたとき、この場所は、検出電極のキャパシタンスの変化を検出することによって突き止められる。

幾つかの投射型の容量形タッチセンサでは、検出電極は、ロウ（行）及びコラム（列）の状態に配列されている。ロウ及びコラムは、全体としてマトリックス（行列）の形態に配列されたパッドを構成する。マトリックスの所与の行中の水平方向に隣り合ったパッドは、単一の水平方向に配列された電極を形成するよう互いに接続される。幾つかの投射型の容量形タッチセンサでは、水平方向に配列された電極は、これらがセンサ全体をまたぐことがないよう分割される場合がある。同様に、所与のコラム中の垂直方向に隣り合ったパッドは、単一の垂直方向に配列された電極を形成するよう互いに連結され、垂直電極は、水平電極と同様、オプションとして、分割される場合がある。

典型的には、市販の投射型の容量形タッチセンサ製品は、少なくとも２つのガラスの層の貼り合わせ体で構成され、かかる貼り合わせ体では、水平電極及び垂直電極は、互いに異なるガラス表面上に位置している。例えば、水平電極は、ガラス層の一方の表面上に位置するのが良く、垂直電極は、このガラス層の反対側の表面上に位置するのが良い。変形例として、水平及び垂直電極は、互いに異なるガラス層上に作製されても良い。いずれの場合においても、２枚以上のガラス片の貼り合わせ及び２つ以上の表面上への電極の作製と関連した製造費がかかる。水平電極と垂直電極の両方が唯一のガラス表面上に作製される別の設計例は、特に投射型の容量形タッチセンサが貼り合わせのない１つのガラス層しか含まない場合、製造費の減少をもたらすことが期待できる。

単一の表面上の水平方向に配列される電極と垂直方向に配列される電極の両方の実現を容易にするため、所与の電極の向きにある隣り合うパッドを互いに接続するためのブリッジング接続部が利用される場合がある。例えば、ブリッジング接続部は、垂直方向に配列された電極を形成する垂直方向に隣り合うパッドを互いに結合することができる。公知のブリッジング接続区分は、実質的に正方形の幾何学的形状を有する。即ち、ブリッジング接続部の幅と高さは、同一である。

抵抗とキャパシタンスが各電極と関連しており、かかる抵抗とキャパシタンスの両方は、タッチセンサのサイズで決まる。タッチセンサの直線寸法が増大すると、電極と関連した抵抗とキャパシタンスも増大する。タッチセンサの電子整定時間を表す結果としての抵抗‐容量時定数（ＲＣｔｃ）は、抵抗と容量の両方が直線的に増大するにつれてタッチセンササイズに関して二次的に増大する傾向がある。小型スマートフォン又はタブレットコンピュータで用いられる小型の投射型容量形タッチセンサに関し、電子整定時間は、それほど問題ではない。しかしながら、「１５インチ（１５型）」ディスプレイ及びこれよりも大型のディスプレイ向きに設計されたタッチセンサの場合、タッチセンサ電子整定時間が長いことが問題になる。

かかる大（大型の）投射型容量形タッチセンサに関する一問題は、水平方向及び垂直方向に配列された電極の抵抗‐容量時定数（ＲＣｔｃ）が高い傾向があり且つ互いに合致しないことである。例えば、かかる大投射型容量形タッチセンサ用に関する典型的なＲＣｔｃは、９μｓ以上の場合がある。これは、全走査時間が配列状態にある電極の最大ＲＣｔｃによって定められる固定駆動周波数制御器と関連して用いられる場合に特に問題である。ＲＣｔｃが高ければ高いほど、電極のキャパシタンス値を検出するのに必要な時間がそれだけ一層長くなる。これは、タッチ場所を突き止めることができる速度に悪影響を及ぼし、これは、ユーザ体験にマイナスの影響を及ぼす場合がある。

エレクトロニクス又は電子機器は、自己容量モード、相互容量モード又はこれら２つの組み合わせである混合モードのいずれかで投射型容量形接触式デバイスを読み出すことができる。自己容量モードでは、エレクトロニクスは、電極１つ当たり１つのキャパシタンスを測定する。相互容量モード又は全画面アドレス付け可能な（ＡＰＡ）モードでは、エレクトロニクスは、ロウ（行）電極とコラム（列）電極との間のキャパシタンスを測定する。いずれの場合においても、キャパシタンスは、指が電極に接近すると変化する。同じ投射型容量形タッチセンサ構成例は、自己容量モード、相互容量モード及び混合容量モードによる電子的読み出しを支援することができる。

本発明の実施形態の第１の観点では、容量形接触式デバイスが基板上の第１の導電性材料中にパターン付けされたパッドのマトリックスを有する。マトリックスの偶数行内の水平方向に隣り合うパッドは、複数個の水平方向に配列された電極を形成するようチャネルを介して互いに電気的に結合される。絶縁体が各チャネル上に配置される。導電性リンクが各絶縁体上に形成され、これら導電性リンクは、複数個の垂直方向に配列された電極を形成するようマトリックスの奇数行相互間の垂直方向に隣り合ったパッドを互いに電気的に結合するように構成されている。チャネル及び導電性リンクの寸法は、垂直方向に配列された電極の各々のＲＣｔｃが水平方向に配列された電極の各々のＲＣｔｃに実質的に一致するよう設定される。チャネル及び導電性リンクの寸法は、一定ではなく、タッチ領域内で局所的に変化している場合がある。即ち、互いに異なるチャネル及びリンクは、様々な寸法を有して良い。

本発明の実施形態の第２の観点では、容量形接触式デバイスを製造する方法が基板上の第１の導電性材料中にパッドのマトリックスをパターン付けするステップを含む。マトリックスの偶数行内の水平方向に隣り合うパッドは、複数個の水平方向に配列された電極を形成するようチャネルを介して互いに電気的に結合される。この方法は、絶縁体を各チャネル上に形成するステップと、複数個の垂直方向に配列された電極を形成するようマトリックスの奇数行相互間の垂直方向に隣り合ったパッドを互いに電気的に結合するよう構成された導電性リンクを各絶縁体上に形成するステップとを更に含む。チャネル及び導電性リンクの寸法は、垂直方向に配列された電極の各々のＲＣｔｃが水平方向に配列された電極の各々のＲＣｔｃに実質的に一致するよう設定される。チャネル及び導電性リンクの寸法は、一定の寸法として設定されないでタッチ領域内で局所的に変化するよう設定されても良い。即ち、互いに異なるチャネル及びリンクは、様々な寸法を有するよう構成されも良い。

本発明の実施形態の第３の観点では、容量形接触式デバイスが基板上の第１の導電性材料中にパターン付けされたパッドのマトリックスを有する。マトリックスの偶数行内の水平方向に隣り合うパッドは、複数個の水平方向に配列された電極を形成するようチャネルを介して互いに電気的に結合される。絶縁体が各チャネル上に配置される。導電性リンクが各絶縁体上に形成され、これら導電性リンクは、複数個の垂直方向に配列された電極を形成するようマトリックスの奇数行相互間の垂直方向に隣り合ったパッドを互いに電気的に結合するよう構成されている。チャネル及び導電性リンクの寸法は、垂直方向に配列された電極の各々のＲＣｔｃが水平方向に配列された電極の各々のＲＣｔｃに実質的に一致するよう設定される。垂直方向に配列された電極の総数は、水平方向に配列された電極の総数とは異なっているのが良く、垂直方向に配列された電極及び水平方向に配列された電極の各々のＲＣｔｃは、６．５μｓ未満であるのが良く且つ互いに±５０％の範囲内にある。チャネル及び導電性リンクの寸法は、一定ではなく、タッチ領域内で局所的に変化している場合がある。即ち、互いに異なるチャネル及びリンクは、様々な寸法を有して良い。

添付の図面は、特許請求の範囲に記載された本発明の理解を一層高めるために添付されており、本明細書に組み込まれてその一部をなす。詳細な説明及び説明する例示の実施形態は、特許請求の範囲の記載によって定められた原理を説明するのに役立つ。

容量形接触式デバイスを示す図である。 容量形接触式デバイスの電極マトリックスの一部分の細部を示す図である。 水平方向及び垂直方向に配列された電極を形成するようマトリックスのパッドの結合を容易にする電極マトリックスの一要素を示す図である。 水平方向及び垂直方向に配列された電極を形成するようマトリックスのパッドの結合を容易にする電極マトリックスの別の要素を示す図である。 水平方向及び垂直方向に配列された電極を形成するようマトリックスのパッドの結合を容易にする電極マトリックスの更に別の要素を示す図である。 種々の実施形態に従って調節可能な隣り合うパッドを結合するチャネル及びリンクの種々の寸法を示す図である。 水平方向に配列された電極に沿う抵抗の減少を容易にする別のチャネル幾何学的形状を示す図である。 種々の実施形態による様々な寸法のチャネル及びリンクを示す図である。 様々な実施形態による局所的に様々なチャネル及びリンク幾何学的形状を有する接触式デバイスを示す図である。 種々の実施形態に従ってオーバーラップ面積が変化した接触式デバイスを示す図である。

以下、添付の図面を参照して実施形態について詳細に説明し、添付の図面中、本明細書において説明する全てではないが幾つかの実施形態が示されている。確かに、種々の実施形態は、多種多様な形態で具体化できるが、本明細書において説明する実施形態に限定されるものと解されてはならず、これとは異なり、これら実施形態は、本明細書が適用される法上の要件を満たすように提供されている。図中、同一の符号は、全体にわたって同一の要素を示している。

以下に説明する実施形態は、非対称要素を備えた連結部を利用して水平方向に配列された電極及び垂直方向に配列された電極のパッドを互いに結合することによって上述の問題を解決している。

図１は、容量形接触式デバイス１００を示している。デバイス１００は、電極マトリックス１１０を担持した基板１０５を有する。電極マトリックス１１０は、水平方向に配列された電極及び垂直方向に配列された電極から成る群を含む。例示の一実施形態では、１６：９ディスプレイアスペクト比に対応するため、水平方向及び垂直方向に配列された電極は、約４７７ｍｍの幅Ｗ及び約２７０ｍｍの高さＨを有する基板の長方形の領域内に納まっている。６４個の垂直方向に配列された電極及び３６個の水平方向に配列された電極がこの領域内に位置決めされるのが良い。換言すると、垂直方向に配列された電極の数と水平方向に配列された電極の数は、約１６：９であるのが良い。しかしながら、理解されるように、本明細書において開示する原理は、種々のディスプレイサイズ及び異なる数の水平方向及び垂直方向に配列される電極に対応するよう適合可能である。

図２は、電極マトリックス１１０の一部分の細部を示している。マトリックス１１０は、一般に、ロウ（行）及びコラム（列）の状態に配列されたパッド２０５から成る群で構成されている。例示の一実施形態では、各パッド２０５は、全体としてダイヤモンドの形をしており、約１８ｍｍ²の面積を有する。パッド２０５は、基板１０５の表面上にあらかじめ被着された導電性材料層、例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）をエッチングすることによってパターン付けされるのが良い。導電性材料層のシート抵抗は、約１５０Ω毎スクウェア（Ω／ｓｑ）であるのが良い。しかしながら、別の導電性材料を用いることができ、パッド２０５を異なるようにパターン付けすることができると共に／或いは別の形状を有することができる。

一具体化例では、マトリックス１１０の一つ置きの行（隔行）２１０（例えば、偶数行）は、容量形接触式デバイス１００の実質的に全幅Ｗをまたぐ水平方向に配列された電極２１０をひとまとめに形成するよう互いに電気的に結合されている。他の具体化例では、所与の行は、行中のパッドのサブセットを各々グループ化した多数の水平方向に配列された電極を含むのが良く、例えば、水平方向の行を左側の電極及び右側の電極に分割するのが良い。他の行（例えば、奇数行）中のパッド２０５は、容量形接触式デバイス１００の実質的に全高Ｈをまたぐ垂直方向に配列された電極２１５をひとまとめに形成するようコラム（列）の方向に互いに結合されている。水平方向に配列された電極２１０は、タッチの垂直座標を求めるために利用される。垂直方向に配列された電極２１５は、タッチの水平座標を求めるために利用される。

図３Ａ〜図３Ｃは、水平方向及び垂直方向に配列された電極（２１０，２１５）を形成するためのパッド２０５の結合を容易にするマトリックス１１０の種々の要素を示している。図３Ａを参照すると、チャネル３０５は、水平方向に配列された電極２１０の水平方向に隣り合うパッド２０５を互いに結合している。チャネル３０５は、パッド２０５を形成するために用いられた導電性材料層と同一の導電性層で形成されるのが良く、これらチャネルは、パッド２０５と同一時点でパターン付けされるのが良い。例えば、導電性材料を基板１０５上に一様に被着させるのが良い。図３Ａのパターンを定めるマスクを用いると、望ましくない導電性材料を選択的に除去し、それにより図３Ａのパターンを構成することができる。

図３Ｂを参照すると、絶縁体３１０がチャネル３０５上に形成されるのが良く、図３Ｃでは、導電性材料で作られたリンク３１５が垂直方向に配列された電極２１５の垂直方向に隣り合うパッド２０５を互いに結合するよう絶縁体３１０上に被着されるのが良い。絶縁体３１０は、例えばポリマー又はセラミックのような絶縁材料で作られるのが良い。例えば、ノリタケ・コーポレイション（Noritake Corp.）から入手できるガラスペースト部品番号ＮＰ‐７７７０Ｂ１又はオクノ・コーポレイション（Okuno Corp.）から入手できるセラミック部品番号Ｇ３‐５６７９を絶縁材料に利用することができる。

絶縁体は、製造中、ほどほどの位置合わせ公差又は誤差が存在する場合であっても、リンク３１５及び下に位置するチャネル３０５との短絡を阻止するよう寸法決めされている。即ち、絶縁体３１０は、リンク３１５を被着させたチャネル３０５の部分よりも僅かに広いのが良い。リンク３１５は、パッド２０５を形成するために用いられた透明な導電性材料と同一の透明な導電性材料で作られても良く、これとは異なる材料で作られても良い。例示の一実施形態では、リンク３１５は、シート抵抗が約２００Ω／ｓｑの導電性材料で作られる。

図４Ａは、種々の実施形態に従って調節可能なチャネル３０５及びリンク３１５の種々の寸法（Ｃｗ、Ｃｈ、Ｌｗ及びＬｈ）を示している。代表的なチャネル及びリンクは、互いにオーバーラップするようパターン付けされ、これらチャネル及びリンクは、表面領域のサイズが互いに合致した全体として正方形の幾何学的形状を有する。即ち、寸法Ｌｗ，Ｃｈは、互いに一致するのが良く、寸法Ｌｈ，Ｃｗも互いに一致するのが良い。本出願人は、チャネル及びリンクのサイズを調節することによって水平方向及び垂直方向に配列された電極と関連したＲＣｔｃを幾分変化させることができるという知見を得た。

表１は、チャネル及びリンク寸法が互いに異なる電極センサマトリックスと関連した種々のＲＣｔｃシミュレーション結果をまとめて記載している。従来設計例では、電極センサマトリックスの各々は、表面積が約１８ｍｍ²のダイヤモンドの形をしたパッドを利用している。６４個のパッドが各水平方向に配列された電極内に配列され、３６個のパッドが各垂直方向に配列された電極内に配列されている。水平方向された電極と関連したＲＣｔｃは、その長さが大きいので、垂直方向に配列された電極と関連したＲＣｔｃよりも大きく、したがって、マトリックスの最悪ＲＣｔｃを表している。水平方向電極ＲＣｔｃ値だけが表１に示されている。電極のＲＣｔｃは、電極のパッド１個当たりの抵抗Ｒ、電極１個当たりのパッドの個数ｎ及びパッド１個当たりの有効キャパシタンスＣから決定でき、かかる電極は、この場合、水平方向に配列された電極である。抵抗Ｒは、全電極抵抗を電極中のパッドの個数で除算することによって求めることができる。有効キャパシタンスＣは、所与のパッドとその隣りのパッドとの間の結合キャパシタンス及びアースに対応している。ｎ個のパッドを備えた電極と関連した抵抗‐容量時定数は、ＲＣｔｃ＝（ｎＲ）・（ｎＣ）＝ｎ²ＲＣで与えられる。

示すように、約０．４ｍｍのそれぞれの幅及び高さ（Ｃｗ、Ｃｈ、Ｌｗ及びＬｈ）を備えたチャネル及びリンクを利用する電極センサマトリックスは、最も小さい水平ＲＣｔｃを有し、これは、８．９６μｓであるよう決定された。

表２は、正方形の形状ではなく非対称形状がチャネル３０５及びリンク３１５について利用された結果をまとめて記載している。非対称形状の場合、最悪ＲＣｔｃは、長いほうの電極軸線（即ち、水平方向に配列された電極）と常に関連しているわけではないということが観察された。したがって、水平方向に配列された電極と垂直方向に配列された電極の両方のＲＣｔｃをチャネル３０５とリンク３１５の種々の寸法的組み合わせについて測定した。示すように、最も小さな全体的ＲＣｔｃは、幅Ｃｗが０．４ｍｍ、高さＣｈが１．０ｍｍのチャネル及び幅Ｌｗが０．２ｍｍ、高さＬｈが１．２ｍｍのリンクと関連している。最悪ＲＣｔｃは、６．０４μｓであり、水平方向に配列された電極と関連している。水平方向及び垂直方向に配列された電極に関するＲＣｔｃは、互いに±５０％の範囲内にあり、好ましくは、互いに１０％の範囲内にあり、より好ましくは±２％の範囲内にある。即ち、それぞれのセンサのＲＣｔｃは、本質的に互いに一致する。

チャネル３００及びリンク３１５を形成するために用いられた材料のシート抵抗は、上記において定めたマトリックスについて同一であると仮定された。例えば、チャネル３０５及びリンク３１５は、１５０Ω／ｓｑのシート抵抗を有するものと仮定された。しかしながら、これは、常に実用的であるとは限らない。幾つかの例示の実施形態では、チャネル３００及びリンク３１５をパターン付けするために用いられる材料は、互いに異なっている。リンク３１５をパターン付けするために用いられる材料のシート抵抗は、例えば２００Ω／ｓｑであるのが良い。

表３は、かかる材料がリンク３１５に用いられた場合の結果をまとめて記載している。マトリックスのチャネル及びリンクを上述したように配列した。最も低い全体的ＲＣｔｃとの組み合わせが第４のコラムに示されている。この場合、チャネル３０５は、０．４ｍｍの幅Ｃｗ及び１．１ｍｍの高さＣｈを有している。リンク３１５は、０．２ｍｍの幅Ｌｗ及び１．３ｍｍの高さＬｈを有している。最悪ＲＣｔｃは、６．２８μｓであり、垂直方向に配列された電極と関連している。

図４Ｂは、図４Ａのチャネルの場合と同様、リンク幅Ｌｗがチャネル幅Ｃｗよりも実質的に狭い又は小さい場合に可能な変形例としてのチャネル幾何学的形状を示している。この改変されたチャネル幾何学的形状は、水平方向に配列された電極のチャネル幅Ｃｈを絶縁体３１０の縁に近づくにつれて次第に減少させることによってチャネル抵抗の減少及びかくして水平方向に配列された電極に関するＲＣｔｃの減少を容易にしている。図４Ｂの破線４０５は、図４Ａの垂直方向に配列された電極と水平方向に配列された電極との間の隙間の幾何学的形状を示しており、かかる破線は、図４Ａのチャネル幾何学的形状と図４Ｂのチャネル幾何学的形状の差を説明するために示されている。図４Ｂのチャネル幾何学的形状は、チャネルが最も狭められた電流路長さを減少させる。図４Ｂの設計例に関するチャネル幅Ｃｗは、２δの量だけ図４Ａのチャネル幅Ｃｗよりも小さく、δは、図４Ｂに示されているように電極境界部中の水平方向キンクの長さである。δの代表的な値は、１００ミクロンから４００ミクロンまでの範囲にあり、２００ミクロンが代表的な値である。長さδのキンクのところの水平方向電極の高さは、２Δの量だけチャネル高さＣｈよりも大きく、Δは、図４Ｂに示されているようにチャネル境界部に対するキンクの垂直方向オフセットである。短くされたチャネル幅Ｃｗの十分な利点全てを受けるためには、キンク垂直方向オフセットΔがキンク長さδよりも大きいことが望ましい。キンク垂直方向オフセットΔの代表的な値は、３００ミクロンから１，２００ミクロンまでの範囲にあり、６００ミクロンが代表的な値である。電極境界部のコーナー部は、丸くされると共に滑らかにされるのが良く、この設計例は、実質的に同一の利点を依然として提供する。図４Ｂの設計例の本質的な特徴は、チャネル幅Ｃｗが水平方向電極抵抗を減少させる仕方で、他方、電極を構成するダイヤモンドの形をしたパッドのほぼ同じ面積及び幾何学的形状を保持する良好な工学的近似に合わせて減少させる改変型電極境界部幾何学的形状である。これにより、水平方向電極抵抗及びかくしてＲＣｔｃが減少する一方で、ＲＣｔｃの垂直方向電極抵抗には実質的に影響が生じない。

自己容量モードで読み出される投射型の容量形タッチセンサの場合、水平方向電極の読み出し速度（特に、励振駆動周波数）は、水平方向ＲＣｔｃによって制限され、垂直方向電極読み出し速度は、垂直方向ＲＣｔｃによって制限される。同じ読み出し速度が自己容量モードで垂直方向電極と水平方向電極の両方に用いられる場合、水平方向及び垂直方向ＲＣｔｃ値のうちの大きい方又は最悪な方を最小限に抑えるという明白な利点がある。相互容量モードで読み出される投射型の容量形タッチスクリーンの場合、水平方向及び垂直方向ＲＣｔｃ値は、相互キャパシタンスの読み出し速度を制限する相互キャパシタンス整定時間の一因となる。水平及び垂直方向ＲＣｔｃ値が相互キャパシタンス読み出しについてどのように組み合わさるかについての数学的な詳細は複雑であるが、水平方向ＲＣｔｃ値と垂直方向ＲＣｔｃ値のバランスを取って迅速な相互キャパシタンス読み出しを可能にすることが依然として有益である。

上述の実施形態は、同一のガラス（又はポリマー）層の同一の表面上に水平方向及び垂直方向電極を備えた投射型の容量形タッチセンサについてのものであるが、当業者であれば理解されるように、ＲＣｔｃの水平方向値及び垂直方向値のバランスをとることは、互いに異なるガラス表面上の水平方向及び垂直方向電極を備えたタッチセンサについても利点をもたらす。

上述したように、チャネル及びリンクの寸法を変えることにより、ＲＣｔｃの減少及び水平方向に配列された電極及び垂直方向に配列された電極と関連したＲＣｔｃの一致が可能である。これにより、タッチ場所の迅速な情報収集が容易になり、その最終的な結果として、より快適なユーザ体験が得られる。

有利には、チャネル及びリンクの寸法は、タッチセンサの電極マトリックス内で局所的に且つ全体的に最適化可能である。図１を参照すると、チャネル及びリンクは、タッチセンサ１００の電極マトリックス１１０内のリンクの全てが同一の寸法を有し且つ電極マトリックス１１０内のチャネルの全てが同一の寸法を有する場合、全体的に最適化され、そして、リンク及びチャネル寸法の値は、ＲＣｔｃを減少させ又は最小限に抑えるよう選択されている。これとは対照的に、チャネル及びリンクは、タッチセンサの電極マトリックス内のチャネル及びリンクが様々な寸法を有する場合、局所的に最適化されている。チャネル及びリンク寸法を局所的に変えることによって、ＲＣｔｃを一段と減少させることが可能である。

図５は、様々な寸法のチャネル及びリンクを示している。説明を簡単にすると共に本発明のこの観点の一般性を更に説明するため、図５は、下側のガラス層の表面上に設けられていて、絶縁且つ光学的に透明な接着剤層によりこの下側ガラス層に結合された別個の上側ガラス層の対向した表面上の垂直方向電極のパッド相互間のリンクから隔てられた水平方向電極のチャネルを示している。この場合、光学的に透明な接着剤を越えて、チャネルとリンクとの間の電気的短絡を阻止するのに追加の絶縁体（例えば、図３Ｂの絶縁体３１０）を設けることは不要である。破線は、下側ガラス層上の水平方向電極のパッドを互いに接続しているチャネルの輪郭を示し、実線は、上側ガラス層上の垂直方向電極のパッドを互いに接続するリンクの輪郭を示している。図５の平面図では、正方形の中の陰影付きの長方形は、チャネルとリンクとのオーバーラップの領域を示している。チャネル及びリンクの幾何学的形状の９つの互いに異なる実施例が図５の（ａ）〜（ｉ）に示されている。図５は、下側の水平方向チャネル及び上側の垂直方向リンクを示しているが、下側の垂直方向チャネル及び上側の水平方向リンクの採用が同様に可能である。図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃに示されている実施形態の場合と同様、図５の構造を改造して水平方向電極と垂直方向電極の両方のパッドがチャネルとリンクとの間の絶縁体の追加によって同一の基板表面上に位置するようにすることが可能である。

図５の左側の幾何学的形状（ａ），（ｄ），（ｇ）から右側の幾何学的形状（ｃ），（ｆ），（ｉ）まで、チャネルは、広がっており、他方、リンクは狭まっており、即ち、オーバーラップ面積Ａを一定に保った状態で、チャネルの幅とリンクの幅の比Ｒは増大している。一番下の幾何学的形状（ｇ），（ｈ），（ｉ）から一番上の幾何学的形状（ａ），（ｂ），（ｃ）まで、比Ｒは、一定のままであり、他方、オーバーラップ面積Ａは、増大している。真ん中のコラム（列）に関し、幾何学的形状（ｂ）の大きいオーバーラップ面積から幾何学的形状（ｅ）の小さいオーバーラップ面積まで、そして幾何学的形状（ｈ）の最も小さいオーバーラップ面積まで、オーバーラップと関連した浮遊キャパシタンスは、ＲＣｔｃを減少させるために所望通りに減少し、他方、残念ながら、チャネル及びリンクの抵抗は増大している。真ん中のロウ（行）に関し、幾何学的形状（ｄ）の小さなチャネル幅とリンク幅の比から、幾何学的形状（ｅ）の同じチャネル及びリンク幅まで、そして幾何学的形状（ｆ）の大きなチャネル幅とリンク幅の比まで、チャネル抵抗は、ＲＣｔｃを減少させることが望ましいように減少し、他方、リンク抵抗は望ましくないことに増大している。最適なトレードオフの関係は、タッチセンサ内のチャネル及びリンクの位置で変化する場合がある。即ち、ＲＣｔｃの最も大きな減少を得るためには全体的ではなく局所的に最適化することが望ましい場合がある。

図５に示されているように、チャネルは、これらの長さ全体を通じて一様な幅のものであり、リンクも又、これらの長さ全体を通じて一様な幅のものである。しかしながら、チャネルもリンクもこれらの長さに沿うこれらの幅が完全に一様なものである必要は必ずしもない。一般的に言えば、チャネル幅は、リンクとオーバーラップしたチャネルの長さにわたってチャネル幅の平均値として定められるのが良い。同様に、リンク幅は、チャネルとオーバーラップしたリンクの長さにわたってリンク幅の平均値として定められるのが良い。分かりやすくするために、チャネル及びリンクは、図中、一様な幅を有するものとして示されている。それにもかかわらず、リンク及びチャネルは、これらの長さに沿って一様な幅のものである必要はないということは言うまでもない。

図６は、局所的に様々なチャネル及びリンクの幾何学的形状を備えた接触式デバイス６００を示している。駆動エレクトロニクス（「駆動」（Drive）で示された最も下の灰色の長方形で概略的に示されている）から検出エレクトロニクス（「検出（Sense）」で示された右側の灰色の長方形で概略的に示されている）まで４つの互いに異なる信号経路が示されている。タッチスクリーンのＲＣネットワークを通って長い距離にわたって移動する信号が長いＲＣ時定数を有し、短い距離にわたって移動する信号がより早いという一般的な傾向が存在する。例えば、経路Ｄを通る信号は、早い傾向があり、経路Ｂ，Ｃを通る信号は、遅い傾向があり、最も長い経路、例えばＡを通る信号は、最も遅い傾向がある。工学的慣例では、他の場合を犠牲にしてでも最悪状態を改良することが望ましい場合が多い。特に、このことは、他の信号経路、例えば信号経路Ｂ，ＣについてＲＣｔｃを幾分増大させるという犠牲を払ってでも、最悪信号経路ＡについてＲＣｔｃを減少させるよう全体的システム性能及びユーザの満足度を向上させる。

図６の左側に詳細に示されているように、接触式デバイス６００は、タッチ領域の左下の領域に小さなチャネル幅とリンク幅の比Ｒ（図５の幾何学的形状（ｄ）の場合と同様）を用いている。リンク幅を増大させ、かくして信号経路Ａの垂直方向電極のリンク抵抗を減少させることによって、信号経路ＡについてのＲＣｔｃを減少させる。これは、チャネル幅を減少させ、それ故信号経路Ｂの水平方向電極に関するチャネル抵抗を増大させるという犠牲を払ったものであり、これは信号経路Ｂが最悪ではないので許容可能な場合がある。対照的に、接触式デバイス６００は、タッチ領域の右上の領域に大きなチャネル幅とリンク幅の比Ｒ（図５の幾何学的形状（ｆ）の場合と同様）を用いている。チャネル幅を増大させ、かくして信号経路Ａの水平方向電極のチャネル抵抗を減少させることによって、信号経路ＡについてのＲＣｔｃを減少させる。これは、リンク幅を減少させ、それ故信号経路Ｃの垂直方向電極に関するリンク抵抗を増大させるという犠牲を払ったものであり、この場合も又、信号経路Ｃが最悪ではないので許容可能な場合がある。左上から右下への対角線に沿って、チャネル幅とリンク幅の比Ｒは、最小限のＲＣｔｃを得るためにチャネル及びリンク寸法を全体的に最適化するために用いられる比Ｒとほぼ同じである。

図７の接触式デバイス７００では、局所的に変化させるのはチャネル幅とリンク幅の比Ｒではなく、オーバーラップ面積Ａである。接触式デバイス７００は、接触式デバイス６００と同様に駆動及び検出エレクトロニクスを備えており、図６及び図７に同様に表されている。最悪信号経路Ａに沿う浮遊キャパシタンスを減少させ、かくしてそのＲＣｔｃを減少させるため、タッチ領域の左上部分のオーバーラップ面積Ａを減少させる。残念ながら、オーバーラップ面積Ａの減少の結果として、信号経路Ａの垂直方向及び水平方向電極に沿う抵抗が増大する。直観的には明白ではないが、本発明者は、シミュレーション研究により、左上のコーナー部の浮遊キャパシタンスの減少の利点が小さなオーバーラップ面積Ａに起因した抵抗の増大結果を補償して余りあり、かくして、最悪信号経路に関してＲＣｔｃが減少するということを発見した。同様に、本発明者は、左下のコーナー部において、オーバーラップ面積Ａの増大に起因した抵抗の減少の利点が浮遊キャパシタンスの増大という作用効果を補償して余りあるということを発見した。かくして、一般に左上コーナー部から左下コーナー部まで増大するオーバーラップ面積を局所的に変化させることにより、最悪ＲＣｔｃを減少させる追加の手段が得られる。

図６又は図７には明示的に示されていないが、チャネル幅とリンク幅の比Ｒとオーバーラップ面積Ａの両方が局所的に変えられ、それにより最悪ＲＣｔｃの一段の減少が得られる接触式デバイスを設計することができるということは言うまでもない。

チャネル幅とリンク幅の比Ｒ及び／又はオーバーラップ面積Ａの値は、タッチ領域にわたって円滑に且つ連続的に変化するのが良い。変形例として、タッチ領域を各ゾーン内においてチャネル及びリンク幾何学的形状が一定であるゾーンに区分しても良い。いずれの場合においても、チャネル及びリンクの幾何学的形状の局所的変化をＲＣｔｃ減少によるシステム性能の向上が得られるような仕方で調整されると共に最適化されるのが良い。

種々の実施形態を説明したが、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲に含まれる多くの実施形態及び具体化例が可能であることは当業者には明らかであろう。上述の種々の寸法は、例示に過ぎず、基板の寸法、パッドの数、互いに異なる電極の向きにあるパッド数の相対比、導電性層に用いられるシート材料等に基づいて変更可能である。したがって、当業者には明らかなように、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲に含まれる多くの実施形態及び具体化例の実現が可能である。したがって、上述の実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明を理解するのを助けるために提供されているに過ぎず、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲を限定するものではない。

Claims (17)

1. 容量形接触式デバイスであって、
   １つの基板又は複数の基板上の第１の導電性材料中にパターン付けされたパッドのマトリックスを有し、前記マトリックスの偶数行中の水平方向に隣り合うパッドは、複数個の水平方向に配列された電極を形成するようチャネルを介して互いに電気的に結合され、
   各チャネル上に形成されていて、複数個の垂直方向に配列された電極を形成するよう前記マトリックスの奇数行相互間の垂直方向に隣り合ったパッドを互いに電気的に結合するよう構成された導電性リンクを有し、
   前記チャネル及び前記導電性リンクの寸法は、前記チャネルの幅と前記導電性リンクの幅との間の幅比を変えることによって、あるいは、前記チャネルと前記導電性リンクとのオーバーラップ面積を変えることによって、局所的に最適化されており、
   前記チャネル及び前記導電性リンクの寸法は、前記マトリックスから利用可能な全ての信号経路に関するキャパシタンス値を検出するのに必要な時間のうちで最悪である、前記マトリクスの最悪信号経路に関するキャパシタンス値を検出するのに必要な時間を最小限に抑えるよう設定されている、容量形接触式デバイス。
2. 前記チャネルの幅と前記各導電性リンクの幅の比は、変化している、請求項１記載の容量形接触式デバイス。
3. 前記チャネルと前記各導電性リンクのオーバーラップ面積は、一定である、請求項２記載の容量形接触式デバイス。
4. 前記チャネルと前記各導電性リンクのオーバーラップ面積は、変化している、請求項１記載の容量形接触式デバイス。
5. 前記チャネルの幅と前記各導電性リンクの幅の比は、一定である、請求項４記載の容量形接触式デバイス。
6. 前記複数個の水平方向に配列された電極は、前記基板の第１の表面上に配列され、前記複数個の垂直方向に配列された電極は、第２の基板の対向した表面上に配列されている、請求項１記載の容量形接触式デバイス。
7. 各チャネルと導電性リンクとの間に配置された１又は２以上の絶縁体を更に有する、請求項１記載の容量形接触式デバイス。
8. 前記垂直方向に配列された電極及び前記水平方向に配列された電極の各々の前記抵抗‐容量時定数は、６．５μｓ未満である、請求項１記載の容量形接触式デバイス。
9. 前記垂直方向に配列された電極の各々の前記抵抗‐容量時定数（ＲＣｔｃ）は、前記水平方向に配列された電極の各々の前記ＲＣｔｃの±５０％の範囲内にある、請求項１記載の容量形接触式デバイス。
10. 垂直方向に配列された電極の総数と前記水平方向に配列された電極の総数の比は、約１６：９である、請求項１記載の容量形接触式デバイス。
11. 前記マトリックスの各パッドは、全体としてダイヤモンドの形をしたパッドであり、約１８ｍｍ² の面積を有する、請求項１０記載の容量形接触式デバイス。
12. 前記チャネルは、約１５０Ω／ｓｑのシート抵抗を備えた透明な導電性材料中にパターン付けされている、請求項１記載の容量形接触式デバイス。
13. 前記導電性リンクは、約２００Ω／ｓｑのシート抵抗を備えた透明な導電性材料から形成されている、請求項１記載の容量形接触式デバイス。
14. 容量形接触式デバイスを製造する方法であって、
    １つの基板又は複数の基板上の第１の導電性材料中にパッドのマトリックスをパターン付けするステップを含み、前記マトリックスの偶数行中の水平方向に隣り合うパッドは、複数個の水平方向に配列された電極を形成するようチャネルを介して互いに電気的に結合され、
    複数個の垂直方向に配列された電極を形成するよう前記マトリックスの奇数行相互間の垂直方向に隣り合ったパッドを互いに電気的に結合するよう構成された導電性リンクを各チャネル上に形成するステップを含み、
    前記チャネル及び前記導電性リンクの寸法は、前記チャネルの幅と前記導電性リンクの幅との間の幅比を変えることによって、あるいは、前記チャネルと前記導電性リンクとのオーバーラップ面積を変えることによって、局所的に最適化され、
    前記チャネル及び前記導電性リンクの寸法は、前記マトリックスから利用可能な全ての信号経路に関するキャパシタンス値を検出するのに必要な時間のうちで最悪である、前記マトリクスの最悪信号経路に関するキャパシタンス値を検出するのに必要な時間を最小限に抑えるよう設定される、方法。
15. 前記チャネルの幅と前記各導電性リンクの幅の比は、変化している、請求項１４記載の方法。
16. 前記チャネルと前記各導電性リンクのオーバーラップ面積は、変化している、請求項１４記載の方法。
17. 前記複数個の水平方向に配列された電極を前記基板の第１の表面上に配置するステップと、
    前記複数個の垂直方向に配列された電極を第２の基板の対向した表面上に配配置するステップとを更に含む、請求項１４記載の方法。

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