(57)【要約】  タッチプレートへのタッチを表すタッチプレート内を伝播する振動を感知することによりタッチ位置を決定するタッチ入力装置を開示する。圧電センサなどの振動感知装置を用いて振動を感知する。タッチプレート上のセンサのサイズ、形状、配置位置および配向を選択することで振動に対するセンサの感度を向上させるとともに振動伝播の方向に関する対称応答性を与えることができる。振動感知タッチ入力装置を作製する方法も開示する。
2007502478.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タッチ入力装置であって、
矩形基板と、
前記基板に結合されるとともに前記タッチ入力装置上のタッチを表す前記基板内を伝播する振動を感知するように構成され、各々が前記基板の角部付近に位置するとともに振動伝播の方向に対して対称感度を提供するように配向された少なくとも３つの細長い圧電センサと、
前記センサに結合されるとともに、前記タッチを表す前記感知振動からの情報を用いてタッチ箇所を算出するように構成されたコントローラ電子回路とを含むタッチ入力装置。
【請求項２】
前記基板がガラスを含む、請求項１に記載のタッチ入力装置。
【請求項３】
前記基板がソーダ石灰ガラスを含む、請求項２に記載のタッチ入力装置。
【請求項４】
前記基板がプラスチックを含む、請求項１に記載のタッチ入力装置。
【請求項５】
前記基板がアクリルを含む、請求項４に記載のタッチ入力装置。
【請求項６】
前記基板がポリカーボネートを含む、請求項４に記載のタッチ入力装置。
【請求項７】
前記基板がテキスチャ加工されたタッチ面を含む、請求項１に記載のタッチ入力装置。
【請求項８】
前記基板が防眩コーティングを含む、請求項１に記載のタッチ入力装置。
【請求項９】
前記基板が反射防止コーティングを含む、請求項１に記載のタッチ入力装置。
【請求項１０】
前記基板が耐引掻性コーティングを含む、請求項１に記載のタッチ入力装置。
【請求項１１】
前記矩形基板が正方形である、請求項１に記載のタッチ入力装置。
【請求項１２】
前記センサがジルコン酸チタン酸鉛結晶を含む、請求項１に記載のタッチ入力装置。
【請求項１３】
前記センサが矩形である、請求項１に記載のタッチ入力装置。
【請求項１４】
前記センサが約３：１の長さ対幅アスペクト比を有する、請求項１３に記載のタッチ入力装置。
【請求項１５】
前記センサが前記基板の隣接縁部と約４５度の角度をなすように配向された最大感度軸を有する、請求項１に記載のタッチ入力装置。
【請求項１６】
前記センサが前記基板のタッチ面に結合されている、請求項１に記載のタッチ入力装置。
【請求項１７】
前記センサが前記基板のタッチ面と反対側の前記基板の表面に結合されている、請求項１に記載のタッチ入力装置。
【請求項１８】
前記基板に結合され、各々が前記基板の角部に配置されている４つの細長い圧電センサを含む、請求項１に記載のタッチ入力装置。
【請求項１９】
前記センサのうちの少なくとも１つがさらに振動エミッタとして動作するように構成されている、請求項１に記載のタッチ入力装置。
【請求項２０】
各センサに対応するとともに前記センサを前記コントローラ電子回路に結合するために前記基板上に配置された、プリント配線対をさらに含む、請求項１に記載のタッチ入力装置。
【請求項２１】
前記センサを前記コントローラ電子回路に結合するために前記基板上の前記配線対に接続された可撓性回路テールをさらに含む、請求項２０に記載のタッチ入力装置。
【請求項２２】
タッチ入力装置システムであって、
矩形基板と、
前記基板に結合されるとともに前記タッチ入力装置上のタッチを表す前記基板内を伝播する振動を感知するように構成され、各々が前記基板の角部付近に位置するとともに振動伝播の方向に対して対称感度を提供するように配向された少なくとも３つの細長い圧電センサと、
前記センサに結合されるとともに、前記タッチを表す前記感知振動からの情報を用いてタッチ箇所を算出するように構成されたコントローラ電子回路と、
前記タッチ入力装置を介して視認するために配置されたディスプレイとを含むタッチ入力装置システム。
【請求項２３】
前記ディスプレイが液晶ディスプレイを含む、請求項２２に記載のタッチ入力装置システム。
【請求項２４】
前記ディスプレイが陰極線管を含む、請求項２２に記載のタッチ入力装置システム。
【請求項２５】
前記ディスプレイがエレクトロルミネセントディスプレイを含む、請求項２２に記載のタッチ入力装置システム。
【請求項２６】
前記ディスプレイが発光ダイオードディスプレイを含む、請求項２２に記載のタッチ入力装置システム。
【請求項２７】
前記ディスプレイがプラズマディスプレイパネルを含む、請求項２２に記載のタッチ入力装置システム。
【請求項２８】
前記ディスプレイが静止画像を含む、請求項２２に記載のタッチ入力装置システム。
【請求項２９】
タッチ入力パネルであって、
矩形基板と、
前記基板に結合されるとともに前記タッチ入力装置上のタッチを表す前記基板内を伝播する振動を感知するように構成され、さらに前記感知振動からの情報を前記情報を用いてタッチ箇所を算出するコントローラに通信するように構成された配線に結合され、各々が前記基板の角部付近に配置されるとともに振動伝播の方向に対して対称感度を提供するように配向された少なくとも３つの細長い圧電センサとを含むタッチ入力パネル。
【請求項３０】
タッチ入力装置を作製する方法であって、
基板上のタッチを表す前記基板内を伝播する振動を支持可能な矩形基板を提供するステップと、
前記基板上の前記基板の角部付近のセンサエリアと前記基板上の前記基板の縁部付近のテールエリアとを選択するステップと、
前記基板上に、前記基板の１つ以上の縁部に沿って前記センサエリアのうちの１つから前記テールエリアへ延びる各々の配線対をパターン化するステップと、
前記センサの同一側からアクセス可能に構成された２つの電極に電圧を印加することにより作動可能な圧電センサを提供するステップと、
それぞれ各配線対の各配線がそれぞれ各センサの前記電極のうちの固有の１つに電気的に接続するように、前記センサのうちの１つを前記センサエリアの各々に取り付けるステップとを含む方法。
【請求項３１】
前記基板が矩形の形状である、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記基板が正方形である、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記基板がガラスを含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３４】
前記基板がアクリルを含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３５】
前記配線対をパターン化するステップが導電性材料の印刷を含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３６】
印刷がスクリーン印刷を含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
印刷がインクジェット印刷を含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３８】
前記配線対をパターン化するステップがマスクを介する導電性材料の堆積を含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３９】
前記配線対をパターン化するステップが導電性材料のフォトリソグラフィによるパターン化を含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項４０】
前記配線対をパターン化するステップが導電性エポキシインクの使用を含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項４１】
前記導電性エポキシインクが銀を含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記配線対をパターン化するステップが導電性フリット系材料の使用を含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項４３】
前記圧電センサがジルコン酸チタン酸鉛結晶を含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項４４】
前記圧電センサが細長い、請求項３０に記載の方法。
【請求項４５】
前記圧電センサが矩形である、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記圧電センサが約３：１の長さ対幅アスペクト比を有する、請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
前記圧電センサを前記基板内の振動伝播の方向に対して対称感度を提供するように取り付ける、請求項４４に記載の方法。
【請求項４８】
前記センサを取り付けるステップが前記基板と前記センサとの間への接着剤の分注を含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項４９】
前記接着剤を前記基板上に分注する、請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
前記接着剤をセンサ上に分注する、請求項４８に記載の方法。
【請求項５１】
前記分注された接着剤が前記配線対を前記センサに電気的に接続する導電性接着剤を含む、請求項４８に記載の方法。
【請求項５２】
前記配線対を前記基板上に分注された導電性材料を介して前記センサに電気的に接続する、請求項３０に記載の方法。
【請求項５３】
前記配線対を前記センサ上に分注された導電性材料を介して前記センサに電気的に接続する、請求項３０に記載の方法。
【請求項５４】
前記センサを取り付けるステップが前記センサの前記基板上へのロボットによる配置を含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項５５】
可撓性回路テールがコントローラ電子回路に結合するための前記配線対の前記配線の各々に電気的に接続するように前記可撓性回路テールを前記基板に接着するステップをさらに含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項５６】
前記テールをはんだ付けにより接着する、請求項５５に記載の方法。
【請求項５７】
前記テールをｚ軸導電性接着剤を用いて接着する、請求項５５に記載の方法。
【請求項５８】
前記センサを取り付ける前に前記配線を前記基板上でパターン化する、請求項３０に記載の方法。
【請求項５９】
前記配線をパターン化する前に前記センサを前記基板上に取り付ける、請求項３０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はタッチ入力装置に関する。特に本発明はタッチパネル内の振動からの情報を用いてタッチの箇所を決定するタッチ入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子ディスプレイは生活のあらゆる面で幅広く用いられている。過去には電子ディスプレイの利用は主にデスクトップコンピュータおよびノートブックコンピュータなどの演算用途に限られていたが、処理能力がより容易に利用可能になったためこのような能力を幅広い用途に一体化した。例えば今日では２〜３例を挙げると電子ディスプレイを、現金自動預払機、ゲーム機、自動ナビゲーションシステム、レストラン管理システム、食品店レジライン、ガスポンプ、情報キオスク、ハンドヘルドデータオーガナイザなどの幅広い用途で見かけることが普通である。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明はタッチ入力装置であって、矩形基板と、基板に結合されるとともにタッチ入力装置上のタッチを表す基板内を伝播する振動を感知するように構成され、各々が基板の角部付近に位置するとともに振動伝播の方向に対して対称感度を提供するように配向された少なくとも３つの細長い圧電センサとを含むタッチ入力装置を提供する。コントローラ電子回路がセンサに結合されるとともに、タッチを表す感知振動からの情報を用いてタッチ箇所を算出するように構成されている。またタッチ入力装置を介して視認するためにディスプレイとを配置することができる。
【０００４】
他の実施形態において本発明は、矩形基板と基板に結合された少なくとも３つの細長い圧電センサとを含むタッチ入力パネルを提供する。センサはタッチ入力装置上のタッチを表す基板内を伝播する振動を感知するように構成され、さらに感知振動からの情報をコントローラに通信するように構成された配線に結合されている。コントローラは情報を用いてタッチ箇所を算出する。各センサは基板の角部付近に配置されるとともに振動伝播の方向に対して対称感度を提供するように配向されている。
【０００５】
また本発明は振動感知タッチ入力装置を作製する方法を提供する。この方法は基板上のタッチを表す基板内を伝播する振動を支持可能な矩形基板を提供するステップと、基板上の基板の角部付近のセンサエリアと基板上の基板の縁部付近のテールエリアとを選択するステップと、基板上に、各々基板の１つ以上の縁部に沿ってセンサエリアのうちの１つからテールエリアへ延びる配線対をパターン化するステップと、センサの同一側からアクセス可能に構成された２つの電極に電圧を印加することにより作動可能な圧電センサを提供するステップと、それぞれ各配線対の各配線がそれぞれ各センサの電極のうちの固有の１つに電気的に接続するように、センサのうちの１つをセンサエリアの各々に取り付けるステップとを含む。回路テールを基板上の配線に接続することによりコントローラ電子回路と通信することができる。
【０００６】
上記の本発明の概要は本発明の各開示の実施形態または各実施を説明しようとするものではない。以下の図面と詳細な説明とはこれらの実施形態をより具体的に例証する。
【０００７】
添付の図面と共に以下の本発明の様々な実施形態の詳細な説明を検討することで本発明をより完全に理解できよう。
【０００８】
本発明は様々な変更例および代替形状に適用可能であるが、その詳細は一例として図面に示したものでありさらに詳細に説明する。しかし本発明を記載の特定の実施形態に限定しようとするものではないことは理解できよう。逆に本発明の要旨および範囲内にある変更例、同等物および代替物をすべて網羅しようとするものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は多数の圧電装置によって感知するタッチプレート中を伝わる個々のタッチを表す振動を感知するタッチ作動入力装置に関する。感知した振動からの情報を用いてタッチの箇所を決定することができる。屈曲波振動からタッチ位置を検出して決定するのに特に適した振動感知タッチ入力装置が国際公開第２００３  ００５２９２号パンフレットおよび同第０１４８６８４号パンフレットに開示されている。
【００１０】
本発明はさらに振動感知タッチ入力装置内の圧電センサ装置の配置に関し、特に感度の向上を達成するセンサの位置決め、センサの配向、センサの形状等に関する。センサのサイズ、形状、位置および配向を選択することにより、振動伝播方向に対して相対的独立性を得ることができるとともに、振動伝播方向に関して対称であるセンサ応答性を達成することができる。
【００１１】
圧電センサを含む振動感知タッチ入力装置において、タッチパネルプレートの平面内を伝播する振動は圧電センサに応力をかけ、センサの両端間に検出可能な電圧降下を生じる。受け取る信号はタッチ入力の衝撃に直接起因する振動により、または存在する振動に影響を与えるタッチ入力により、例えば振動の減衰により生じる。
【００１２】
タッチを表す信号を受け取ると、同じ信号を各センサにおいて受け取る時間差を用いてタッチ入力の場所を推定することができる。国際公開第２００３  ００５２９２号パンフレットおよび同０１４８６８４号パンフレットに開示されているように、伝播媒体が分散性媒質である場合、複数の周波数で構成される振動波パケットは伝播するにつれて広がるとともに減衰するため信号の解読が困難になる。そのため受け取った信号を非分散性媒質内を伝播したかのように解読できるように変換することが提案されてきた。このような技術は屈曲波振動を検出するシステムに特に適している。
【００１３】
圧電センサはその感度、比較的低コスト、適正な頑健性、場合によっては小さい形状因子、適正な安定性、および応答線形性のため、本発明の装置における使用に特に適している。振動感知タッチ入力装置に用いることができる他のセンサには特に電気歪み方式、磁気歪み方式、圧電抵抗方式、および可動コイルがある。
【００１４】
圧電素子は一般に振動感知用途用の２つの形状のうちの１つを取る。第１はその軸の各々の圧縮を感知するユニモルフ素子である。第２は反対極性を有するように配置されるとともに湾曲を感知する、２つのユニモルフ素子で構成されたバイモルフ素子である。どちらのタイプのセンサを選択して使用するかはセンサの材料による。例えばプレートが屈曲波から屈曲を受けると、プレートの表面は湾曲され且つ圧縮される。圧縮に対する湾曲率はプレートの厚さと剛性とによる。プレートがより厚く且つより剛性に作製されるほど、外乱の所与の周波数および振幅に対して、湾曲が少なく（大きな屈曲波長により）、表面圧縮が増す（表面が中立軸からより遠いため）。従ってより厚く剛性のパネル上ではユニモルフセンサはバイモルフセンサより感度が高くなり、逆も同様である。
【００１５】
またタッチ入力装置を採用した多数の用途はタッチ装置を介して情報を表示する電子ディスプレイを用いている。ディスプレイは概して矩形であるため、矩形のタッチ装置を用いることが通例であるとともに好都合である。このようにセンサが取り付けられたタッチプレートは通例矩形形状である。本発明では振動センサをタッチプレートの角部付近に配置することができる。多数の用途がタッチ入力装置を介して視認されるディスプレイを必要としているため、センサをタッチプレートの縁部付近の外に配置して不所望に視認ディスプレイエリアに侵入しないようにすることが望ましい。センサを角部に配置することでパネル縁部からの反射の影響を減少させることもできる。タッチプレートの縁部に沿って任意に配置された振動センサの場合、タッチ入力イベントにより受け取った信号は最初に到着する振動波パケットと、後のプレートの縁部からの遅延反射振動波パケットとの合計である。プレートの縁部へのセンサまたはタッチ入力のいずれかの近接によって直接信号の第１の反射信号への分離が決まる。センサを角部に配置することでセンサを存在し得る反射境界から分離することにより、主要および反射信号の分離を助けて良好な接触検出を行う。
【００１６】
振動センサの形状も重要である場合がある。センサが全方向性の応答性を示す、つまりセンサ応答が振動伝播の方向に比較的影響を受けないことが望ましい。強い角度依存性を有するセンサは、受け取った信号からのタッチ位置の相関演算を複雑にする恐れがあり望ましくない。圧電センサの応答の角度依存性を調べるために、センサをエミッタとして動作するように駆動することができる。そしてレーザ振動計を用いて出射波を測定することができる。エミッタとしての圧電装置の角度非依存性をセンサとしての圧電装置の予想角度非依存性に相関付けることができる。このような分析で特に基板の角部に取り付ける場合、細長い圧電変換器、例えば細長い矩形または楕円形状を有するものが正方形または円形形状変換器より良好な全方向性を提供するということが判断できる。例えばおよそ３：１の長さ対幅アスペクト比を有し、ソーダ石灰ガラスの矩形プレートの角部に接着されるとともにその長軸がプレートの縁部と４５度の角度をなすように配向された矩形の変換器は、駆動されると対称性の高い放出波を示す。パネルの角部に合わせて搭載した四分の一の円または正方形を用いた同様な測定は全方向応答性を生じない。
【００１７】
角度感度に関連しているのはセンサが提供する応答性の角度対象度である。細長い圧電変換器の長軸は最大感度の軸である。細長い圧電センサの最大感度の軸を矩形のタッチプレートの側部と４５度をなすように配向するとともに、センサをプレートの角部付近に配置することにより対称感度を得ることができる。このようなセンサがプレート縁部の１つに沿って向いている場合には、プレート縁部の方向の振動伝播を直交伝播振動より大きな感度で感知し得る。センサを最大感度の軸をプレート縁部に対して約４５度で配向することにより、特に細長いセンサを用いる場合に高度な対称性を達成することができる。
【００１８】
またセンサエリア（長さおよび幅）、材料、および厚さを選択することにより、タッチパネルの境界エリアの低減などの他の制約を満たしながら装置の高感度を達成することができる。圧電装置の感度はエネルギーの点から決まる。圧電素子へ導入される歪みエネルギーがある一方、他方では圧電素子の容量性負荷が所与の電圧まで上昇すると蓄積される電気エネルギーがある。圧電効果が有効なためこれらの量を同等に設定することにより装置の感度を決定し得る。感度を向上することは特に多くのタッチ感知用途で用いられるものの特徴である厚いおよび／または剛性のパネル例えばガラスシートを用いる場合に特に有用である。これらのタイプのタッチプレートの場合、指またはペンの接触がパネルの比較的小さい屈曲波変位を生成するため、感度のよい変換器が望ましい。
【００１９】
センサのサイズは以下の要因を念頭において選択し得る。センサの長さおよび幅はセンサが不所望に視認エリアに侵入しないように選択し得る。考慮すべきことは屈曲波振動が感知されてタッチ位置を決定する場合には、屈曲波の波長の予想範囲と比べた細長いセンサの長さである。センサの長さが対象の屈曲波長を超える範囲では、それらの屈曲波により生じるプレート内の動きが平均して圧電素子の長さを超えてしまう傾向があるため、センサの感度は低下し始める。例示的な圧電センサは概して対象の高周波数帯域の振動波長より短い長さを有する。本発明の屈曲波用途では長さ約７ｍｍおよび幅約３ｍｍを有する矩形の圧電センサを一例として用い得る。
【００２０】
センサの高さは、タッチ装置のディスプレイシステムへの統合を複雑にするほどセンサが過剰にパネルの厚さを付加しないように選択し得る。例えば約１ｍｍの高さを有する矩形圧電センサを用い得る。
【００２１】
屈曲波センサのサイズ（長さ、幅、高さ）を選択して材料内の歪みエネルギーを高めてセンサの感度を高めることに加えて、圧電材料配合を選択することにより性能を向上させることができる。材料配合はセンサの容量を決定する一要因であり、容量は所与の電荷に対して発生する電圧を決定する。例示的実施形態においてセンサ材料組成を選択して誘電率を低下させることによりセンサ容量を減少させるとともに電圧感度を増加させることができる。この法則の例外が誘電率の低下が圧電効率の低下を意味する状況下である場合があり、この場合感度の予想利得が失われることもある。そのため圧電配合の選択はこれらの問題のバランスを取って行うことが好ましい。１つの適当な圧電結晶材料はジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）である。
【００２２】
図１は基板１１０と基板１１０の上面１１２に結合された振動センサ１２０Ａおよび１２０Ｂとを含むタッチパネル１００の概略側面図を示している。上面１１２はタッチ面を提供することができる。センサ１２０Ａおよび１２０Ｂが上面１１２に結合して示されているが、代替的にセンサを底面１１４に結合することもできる。他の代替実施形態では１つ以上のセンサを上面１１２に結合することもできる一方で、１つ以上の他のセンサを底面１１４に結合することもできる。基板１１０は対象の振動、例えば屈曲波振動を支持する任意の基板でよい。例示的基板にはアクリルまたはポリカーボネートなどのプラスチック類、ガラス、または他の好適な材料がある。基板１１０は透明または不透明でもよく、場合によっては他の層を含むまたは組み込むあるいはさらなる機能性を支持してもよい。例えば基板１１０は耐引掻性、耐汚染性、防眩性、反射防止性、方向性または守秘用光制御、フィルタリング、偏光、光学補償、摩擦構造化、着色、グラフィカルイメージ等を提供することができる。
【００２３】
タッチパネル１００はセンサ１２０Ａおよび１２０Ｂを含む。側面図には２つのセンサのみを示しているが、２次元のタッチ入力の位置を決定するためには一般には少なくとも３つのセンサが必要であり、国際公開第２００３  ００５２９２号パンフレットおよび同第０１４８６８４号パンフレットに説明されているように、いくつかの実施形態では４つのセンサが望ましい。本発明ではセンサ１２０Ａおよび１２０Ｂは基板１１０へのタッチ入力を表す振動を感知することができる圧電センサである。例示的な圧電装置はＰＺＴ結晶を用いている。場合によっては１つ以上のセンサをエミッタ装置として用いることができる。このエミッタ装置は信号を発し、その信号は他のセンサによって感知されて参照信号として用いることが可能であり、または振動を生成し、その振動はタッチ入力を受けると変化してその変化した振動がセンサによって感知されてタッチの位置を決定することができる。センサ１２０Ａおよび１２０Ｂを接着剤の使用など任意の好適な手段により基板１１０に貼付または接着することができる。
【００２４】
また図１はタッチパネル１００を介して視認者位置に向けて情報を表示するように配置された任意のディスプレイ装置１９０を示す。ディスプレイ装置１９０は任意の好適な電子ディスプレイ、例えば液晶ディスプレイ、エレクトロルミネセントディスプレイ、陰極線管ディスプレイ、プラズマディスプレイ、発光ダイオードディスプレイ等でもよい。ディスプレイ装置１９０は追加的にまたは代替的に永久または交換可能な静止画像を含み得る。
【００２５】
図２（ａ）は矩形基板２１０と、各々基板２１０の角部の１つ付近に配置された矩形細長圧電センサ２２０Ａ、２２０Ｂ、２２０Ｃおよび２２０Ｄとを含むタッチパネル２００の概略平面図を示す。センサはそれぞれの最大感度軸が基板の隣接縁部に対して４５度の角度に沿っている状態で配向して示されている。
【００２６】
図２（ｂ）は例えば屈曲波を支持することができる矩形部材８２と、部材内の振動を測定する４つのセンサ８４とを備える接触感知装置８０を示す。センサ８４は圧電振動センサの形状をしているとともに、部材８２の下側に各角部に１つずつ搭載されている。フォーム搭載部８６が部材の下側に取り付けられているとともに、ほぼ部材の周囲の回りに延びている。フォーム搭載部８６は接着面を有することより部材を任意の表面に確実に取り付け得る。フォーム搭載部は部材の縁部からの反射を低減し得る。図示のように圧電振動センサ８４は矩形であり、その長軸が部材８２の隣接の角部に向くように搭載することができる。
【００２７】
図３は基板３１０と矩形センサ３２０とを含む図２に示したようなタッチパネルの角部を示す。長さＬ、幅Ｗ、および高さまたは厚さ（図示せず）により、ならびに基板の角部に対する位置によりおよび感度軸が基板の縁部となす角度θによりセンサを特徴付けることができる。
【００２８】
図４は基板４１０と、圧電センサ４２０と、センサ４２０に電気的に接続された配線４３０および４４０とを含むタッチパネルの部分平面図を示す。個々のタッチの影響を受けてパネル内に伝播する振動の影響を受けてセンサ４２０に応力がかかると、圧電材料内に電荷勾配が生じ、材料の厚さ中に電圧降下を生じる。配線を圧電センサの上部および底部の電極に接続することにより、この信号を信号の演算および解読用のコントローラ電子回路（図示せず）に通信してタッチ位置を決定することができる。圧電装置の一方側の電極を回り込ませて装置の他方側に若干延ばした圧電装置が利用可能であり、装置の同一側で両方の電極にアクセス可能であるため配線をより都合よく接続できる。例えば図４では配線４３０および４４０を、センサ４２０を適正に配置、配向および貼付することで配線の各々を電極の固有の１つと接触させるように基板４１０上に配置することができる。
【００２９】
図５は基板５１０と、それぞれ配線対５３０Ａおよび５４０Ａ、５３０Ｂおよび５４０Ｂ、５３０Ｃおよび５４０Ｃ、ならびに５３０Ｄおよび５４０Ｄに接続されたセンサ装置５２０Ａ、５２０Ｂ、５２０Ｃおよび５２０Ｄとを含むタッチパネル５００の概略平面図を示す。配線対はそれぞれのセンサから基板の縁部に沿って、テール５６０を接続できるエリアへ延びている。テール５６０は配線をコントローラ電子回路（図示せず）に接続する好都合な手段を提供することができる。コントローラ電子回路はタッチに起因する屈曲波振動の感知から各センサから集めた情報を用いてタッチ入力の箇所を決定且つ報告する。
【００３０】
図６は本発明の振動感知タッチパネルを作製する際に行い得るステップを示す。ステップを特定の順番で示しているが、ステップを任意の好適な順番で行うことが可能であり、さらに必要に応じて且つ実施可能に順次または同時に行うことが可能であることは理解できよう。振動伝播を支持するとともにタッチパネル装置用のタッチプレートになる基板を提供することができる。基板は矩形であることが好適である。さらなるステップを行う前に基板を形成し、所定の大きさにし、切断することが可能であり、または配線、センサ、テール等のいずれかまたはすべてを配置した後に所定の大きさに切断することができる。基板を被覆して防眩または反射防止仕上げ、テキスチャ加工された表面、もしくは他の光学あるいは機能的要素を任意に提供できる。
【００３１】
センサが配置されるエリアからテールがタッチパネルに接続されるエリアへ通じる配線を基板上でパターン化することができる。圧電装置の場合、センサ毎に配線対をパターン化し、各配線対の一方の配線をセンサ電極のうちの固有の１つと電気的に接続するように配置する。配線のパターン化前、後、または最中に、任意の導電性材料を分注することにより配線とセンサの電極との間の電気的接続の確立を助けることができる。例えばはんだ、導電性接着剤、導電性グリース、または他の好適な導電性材料を基板上の、配線とセンサ電極との間に接触を形成するセンサエリアに分注することができる。代替的または追加的に導電性材料をセンサ上に直接分注することができる。他の実施形態ではこのような導電性材料を用いなくてもよい。センサを選択センサエリア内に配置する前に、接着剤を基板上に、センサ上に、またはその両方に分注することによりセンサの基板への貼付または接着を助けてセンサを基板に機械的に結合できるようにする。接着材料は任意の好適な接着材料でよく、加熱、放射線照射または他の手段により硬化させるステップをさらに必要としてもよい。
【００３２】
センサを基板の選択センサエリア上に配置して取り付ける。センサ配置は配線のパターン化の前または後に行うことができる。配線をパターン化した後センサを配置してさらに導電性材料を用いて配線へのセンサの電気的接続を助ける場合には、センサを配置して取り付ける前に導電性材料を基板上、センサ上、またはその両方に分注しなければならない。配線をパターン化する前にセンサを配置してさらに導電性材料を用いて配線へのセンサの電気的接続を助ける場合には、センサを配置して取り付けた後に導電性材料を基板上に分注しなければならないが、配線をパターン化する前または後に塗布してもよい。
【００３３】
パターン化配線トレースの各々に接続するリード線を有する電気テールをタッチパネルに取り付けることができる。テールは配線をパターン化する前または後に取り付けることができるとともに、導電性材料を用いてパターン化配線へのテールのリード線の電気的接続を助け得る。例えばテールのリード線を配線にはんだ付けすることができる。他の例としてｚ軸導電性接着剤などの導電性接着剤を用いてテールリード線をパターン化配線に接続することができる。ｚ軸導電性接着剤をテール接続エリア全体に配置することができるとともに、テールを配置するときにｚ軸導電性接着剤が各リード線を対応する配線トレースと接続する。ｚ軸導電性接着剤は接着剤層の厚さを介して電気的接続を提供するとともに、接着剤層の面内の電気的接続を実質的に防止して隣接の配線間のクロストークを阻止する。
【００３４】
本発明による屈曲波タッチ入力装置を作製する方法は、作製ステップのいくつかまたはすべての自動化を含み得る制御大量低コスト製造に向いている。手作業による配線、はんだ付け、およびセンサ配置を用いることも可能であるが、このようなステップは労働集約型で不正確且つコストがかかる。本発明によれば配線を印刷し（スクリーン印刷、インクジェット印刷、または他の好適な印刷技術により）、導電性材料および／または接着材料を液体分注し、圧電センサ構成要素をロボットで配置し、さらに異方性接着剤を用いてテールコネクタを接着することにより、本発明のタッチパネルを構成することができる。良好なプロセス制御、高速且つ低コストの自動機械はこれらのプロセスをすべて行うことができる。さらにまたこのような構成プロセスは圧電変換器の非常に反復可能で高品質な取り付けにつながり、タッチセンサの予測精度および性能を向上することができる。
【００３５】
例示的な実施形態では振動感知タッチパネルは、ソーダ石灰ガラスの（屈曲波などの所望の振動を支持する他の材料も用いることができるが）矩形シートと、各々がシートの４つの角部のうちの１つ付近に載置された４つの圧電変換器センサとを含む。好適なセンサは導電性材料と共に製造されたＰＺＴ結晶であり、導電性材料は結晶の縁部を回り込んで結晶の一方側が電気回路に接続するために必要な２つの接点の各々を有するようになっている。このような設計の有用性は接点が結晶の同一側にあるため、センサを配置する前に両方の配線を直接基板上にパターン化させることによりタッチパネルの構成を単純にすることである。
【００３６】
一実施形態ではパネルを製造する第１のステップは導電性銀トレースを提供された基板上に印刷して回路を形成することである。回路は８本のトレースで構成し得る。２本のトレースが各角部から延びるとともに基板の側部に沿った経路に従い、テールが接着される縁部エリアに達する。回路レイアウトの例が図５に示されている。各角部では装置が配置された時にＰＺＴ装置上の端部導電性パッドが位置する場所に対応するエリアにおいて、導電性材料を銀回路の端部上に分注（例えばシリンジ型分注、ステンシル印刷、または他の適当な手段により）することができる。そして接着材料を分注することにより少なくとも選択した圧電センサエリアのかなりの部分を被覆することができる。ＰＺＴ結晶をロボットで正しい配置して、導電性材料との接触を行うとともに接着材料を介してガラス基板に物理的に接着することができる。結晶と基板との間の物理的接着は、タッチイベントによって基板中を伝播する対象の振動を感知できるように結晶を基板に結合する。基板上のタッチまたはタップにより生じるガラス基板内の振動は結晶内に応力を伝達することにより電気信号を生成する。各材料の適正量の正確な分注および圧電結晶の正確な配置はタッチパネル構成の整合性と再現性とを高速で提供することができる。
【００３７】
説明したように圧電装置に接触する各トレース対はガラス基板の外側縁部に沿って可撓性テールの取り付けに好都合な箇所へ続く。このテールを用いて、信号を測定するとともにタッチ位置を決定する電気回路に接続する。上述したように可撓性テールを異方性接着剤により取り付けることができる。代替的には配線または平坦な可撓性回路をトレースにはんだ付けすることができる。フリット系はんだを用いることが好ましい。テールの端部はゼロインサーション力（ＺＩＦ）、厚着端子（ＡＭＰなど）または回路基板への直接はんだ付けを始めとする多数の方法で終端可能であるがこれに限定されない。
【００３８】
以下は本発明のタッチ入力装置を作製するための例示的材料である。
【００３９】
基板はソーダ石灰ガラス、アクリル、ポリカーボネート、ホウケイ酸ガラス等でもよい。ソーダ石灰ガラスは繰り返し使用による表面引掻に対する耐性があるとともに比較的低コストである。これらの基板のいずれかを被覆またはテキスチャ加工する（例えばエッチングにより）ことにより機能性を向上させ、眩しさを減少させ、透過性を増加させ、コントラストを向上させる等できる。
【００４０】
配線を印刷するために用いる導電性インクは、銀充填エポキシポリマー厚膜インク（エルコン（Ｅｒｃｏｎ）から入手可能なＥＰ５６００、エマーソン＆カミングス（Ｅｍｅｒｓｏｎ＆Ｃｕｍｍｉｎｇｓ）から入手可能なＣＴ５０３０、または他の市販のエポキシ銀インクなど）、印刷可能銀フリット、インクジェット印刷可能導電性材料、印刷して導電性トレースを形成可能な他のポリマーインク、およびマスキング、リフトオフまたはフォトグラフィ法によりパターン化したスパッタまたはめっき金属コーティングでもよい。銀インクのスクリーン印刷は低コスト且つ高速、ならびに適度な処理温度（例えば２００℃未満）、ポットライフ（およそ７２時間）、および良好な印刷品質を提供する。フリットははるかに高い焼成温度が必要であることが多く、また他の多くの導電性インクは印刷が不良であったり、ガラスへの接着力が不足であったり、またはポットライフが非常に短かったりする。
【００４１】
導電性接着剤を用いて、材料が基板への機械的な接着および配線トレースへの電気的接続の両方を提供するように圧電センサを接着することが好ましい。代替的にはエポキシ、ウレタンまたはシアノアクリレート（イソシアネート）接着剤を用いて機械的接着を行うとともに、別の導電性銀充填エポキシまたは他の導電性材料を用いて電気的接続を行うことができる。配線トレースに銀フリットを使用し、その後はんだペーストを用いて圧電装置をそのフリットにはんだ付けすることもできるが、高温処理が必要になることがある。
【００４２】
異方性またはｚ軸導電性接着剤は、可撓性導電性回路テールをガラスに取り付けてその後タッチ入力装置を回路基板に接続するための例示的媒介物である。他の選択肢には配線を接着するための導電性グルーまたはエポキシの使用、フリットへのはんだ付けがあるが、その各々は手作業要件または熱処理問題に起因する様々な欠陥を有し得る。
【００４３】
本発明の利点は上記の説明から理解できよう。本発明は好適な実施形態を限定するものと考えるべきではない。本明細書を検討することにより当業者には代替実施形態が容易に明らかになろう。例えば他の機能性をタッチパネルに組み込んでもよい。上述したタッチセンサの様々な最終用途も明らかになろう。
【００４４】
本発明は上述した特定の実施例に限定されるものと考えるのではなく、添付の特許請求の範囲に正しく記載されたように本発明のすべての態様を網羅するものと理解するべきものである。本明細書を検討すれば本発明が適用可能な様々な変更例、同等プロセスおよび多数の構造は本発明が対象とする技術の当業者には容易に明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明のタッチ入力装置システムの概略側面図を示す。
【図２ａ】本発明の実施形態によるタッチパネルの概略平面図である。
【図２ｂ】本発明の実施形態によるタッチパネルの概略図である。
【図３】細長い屈曲波センサの位置決めを図示する本発明の実施形態によるタッチパネルの部分概略平面図である。
【図４】屈曲波センサに接続された配線を図示する本発明の実施によるタッチパネルの部分概略平面図である。
【図５】配線およびテール配置を示す本発明の実施形態によるタッチパネルの概略平面図である。
【図６】本発明による屈曲波タッチパネルを作製するプロセスの実施形態におけるステップを示す。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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