(57)【要約】【課題】  導電層を分離し、丈夫さを改良し、さらに製造原価を下げる。【解決手段】  フレキシブル抵抗タッチスクリーンは、透明フレキシブル基板；フレキシブル基板上に位置する第1の導電層；一体型圧縮性スペーサードットを備えたフレキシブル透明カバーシート；および、フレキシブル透明カバーシート上に位置する第2の導電層、その第2導電層を貫いて延びる一体型圧縮性スペーサードットの頭頂を含み、それにより、圧縮性スペーサードットのうちの1つの位置で、タッチスクリーンに力が加えられると、圧縮性スペーサードットが圧縮され、その結果、第1の導電層と第2の導電層間の電気的接触を可能とする。【選択図】  図１  
2004326792.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）透明フレキシブル基板と、
ｂ）フレキシブル基板上に位置する第１の導電層と、
ｃ）一体型圧縮性スペーサードットを備えたフレキシブル透明カバーシートと、
ｄ）フレキシブル透明カバーシート上に位置する第２の導電層であって、一体型圧縮性スペーサードットのピークが第２の導電層を貫いて延び、それにより、圧縮性スペーサードットのうちの１つの位置で、抵抗タッチスクリーンに力が加えられると、圧縮性スペーサードットが圧縮され、その結果、第１の導電層と第２の導電層との間の電気的接触を可能とするものとを含むフレキシブル抵抗タッチスクリーン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フレキシブル抵抗タッチスクリーン、特に透明フレキシブルカバーシート、およびフレキシブル抵抗タッチスクリーン内のフレキシブル基板からカバーシートを分離するスペーサードットに関連する。
【背景技術】
【０００２】
抵抗タッチスクリーンは、コンピュータ、および特にポータブルコンピュータにおける、従来型CRTおよびフラットパネル、ディスプレイ装置で広く使用されている。
【０００３】
図3は、ゲッツ（Getz）他により2001年9月17日に出願され、2002年7月18日に公開された、特許文献１に示されたタイプの、従来技術の抵抗タッチスクリーン10の一部を示しているが、それは、第1の導電層14を有する、硬質透明基板12を含んでいる。フレキシブル透明カバーシート16は、スクリーン印刷により第2の導電層18上に形成されたスペーサードット20によって、第1の導電層14から物理的に分離された第2の導電層18を含んでいる。
【０００４】
図4を参照すると、フレキシブル透明カバーシート16が、例えば、指圧によって変形されて、第1および第2の導電層が電気的に接触するようになった場合、導電層14、18にまたがって電圧がかかり、その結果、接触位置に比例する電流が流れることになる。導電層14、18は、電力使用および位置検出精度を最適化するよう選択される抵抗を有している。この電流の大きさは、変形させている対象の位置を見つけるよう、導電層18、14のエッジ上に形成された、金属導体パターン(図示せず)に接続したコネクタ(図示せず)を通して測定される。
【０００５】
代替的に、1991年11月5日にサン(sun)に発行された特許文献２で説明されているように、例えば、マスク、または空気圧でスパッタリングする、小直径の透明ガラスまたはポリマー粒子を通してスプレーすることにより、スペーサードット20を形成することが知られている。通常、透明ガラスまたはポリマー粒子は直径45ミクロン以下であり、塗布以前に、揮発性溶剤内で透明ポリマー接着剤と混合される。この処理は、比較的複雑であり、高価である。さらに、接着剤などの追加材料の使用がタッチスクリーンの透明度を減少させることが予想される。こうした従来技術のスペーサードットは、材料選択が、小ビーズに製造可能なポリマーか、モノマーからコーティングされたUVに制限される。
【０００６】
フレキシブル基板を用いたフレキシブルタッチスクリーン装置および回路は、例えば1999年12月9日に発行された、「フレキシブル回路アセンブリ(Flexible Circuit Assembly)」という名称の、特許文献３における技術において参照され、説明されている。この開示は、その上に導電コーティングを施されたフレキシブル基板を含む、完全にフレキシブルな回路について説明している。また、フレキシブル回路は、フレキシブル基板に固定され、導体により電気的に相互接続された、多数の構成要素を含んでいる。
【特許文献１】米国特許出願第２００２／００９４６６０Ａ1号明細書
【特許文献２】米国特許第５，０６２，１９８号明細書
【特許文献３】国際公開第ＷＯ９９／６３７９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
スペーサードット20の形成に、フォトリソグラフィーを用いることも知られている。これらの従来技術方法では、スペーサードットは、ルーズになり、装置内で動いてしまうこともあり、その結果、意図しない、または調和しない、動作を引き起こすことになる。さらには、導電層14、18間の接触は、スペーサードットが位置するところでは可能ではなく、その結果、タッチスクリーンの精度を低下させ、スペーサードット位置でのストレスは、何度も動作させるうちに装置の故障を引き起こす場合がある。スペーサードットの屈折率を調整するステップが取られない限り、それらがユーザーに目視可能になる場合もあり、その結果、タッチスクリーンの背後に位置するディスプレイの質を低下させてしまう。
【０００８】
また、フレキシブル基板を用いることにより従来の写真印刷技術の使用が抑止され、さらに基板を屈曲させることによりスペーサードットにストレスを与え、それらを緩くしてしまうことになりかねず、その結果、タッチスクリーンは、誤ったポジティブ信号をさらに発生させ易くなってしまう。
【０００９】
従って、タッチスクリーンの導電層を分離する改良された手段、および、フレキシブルタッチスクリーンの丈夫さを改良し、さらに製造原価を下げる、同じものを作成する方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
要求されていることは、以下のものを含むフレキシブル抵抗タッチスクリーンを提供することにより達成される。透明フレキシブル基板；フレキシブル基板上に位置する第1の導電層；一体型圧縮性スペーサードットを備えたフレキシブル透明カバーシート；および、フレキシブル透明カバーシート上に位置する第2の導電層、その第2の導電層を貫いて延びる一体型圧縮性スペーサードットの頭頂、それにより、圧縮性スペーサードットのうちの1つの位置で、タッチスクリーンに力が加えられると、圧縮性スペーサードットが圧縮され、その結果、第1の導電層と第2の導電層との間の電気的接触を可能とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のフレキシブルタッチスクリーンは、製造が簡単であり、さらに、より高い精度、堅牢さ、および透明度を提供するという利点を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図1を参照すると、従来技術の抵抗タッチスクリーンの問題点は、透明フレキシブル基板12上に位置する第1の導電層14を有する、透明なフレキシブル基板12の使用を通して克服される。第2の導電層18を有するフレキシブル透明カバーシート16、およびフレキシブル透明カバーシート16内に形成された一体型圧縮性スペーサードット50は、透明なフレキシブル基板12上に配置される。フレキシブル透明カバーシート16の第2の導電層18は、一体型圧縮性スペーサードットのピークをカバーしていない。「一体型」という言葉は、圧縮性スペーサードット50が、例えば、成形または型押により、フレキシブル透明カバーシート16と同じ材料に形成され、および含むことを意味する。
【００１３】
図2を参照すると、動作に際しては、フレキシブル基板は、フレキシブルカバーシート16より柔軟性が小さいか、もしくは、例えば裏当て表面15により支えられている。一体型圧縮性スペーサードット50は、動作中に、フレキシブル透明カバーシート16上に付着した第2の導電層18が、透明フレキシブル基板12上の第1の導電層14に接触するのを防止する。一体型圧縮性のスペーサードット50のピークは第2の導電層18でコーティングされておらず、また、層18、16を物理的に分離しているので、いかなる電流も導電層間を流れることが出来ない。
【００１４】
指13またはスタイラスなどの外部対象がフレキシブル透明カバーシート16を変形させると、フレキシブル透明カバーシート16がフレキシブル透明基板12に押し付けられ、それにより、導電層14、16が接触し、回路を閉路することになる。一体型圧縮性スペーサードット50の1つに変形が起こると、スペーサードットは、導電層14、16間に接触が形成されるように圧縮され、導電層間を電流が流れることができる。通常、スタイラスまたは指13は一体型圧縮性スペーサードット50より大きいので、一体型圧縮性スペーサードット50のトップでの導体材料18の欠如は、導電層14、18の接触の妨げにはならない。
【００１５】
一体型圧縮性スペーサードット50はフレキシブル透明カバーシート16の一体部分であるので、それらは所定位置に固定されており、粘着性マトリクス内のビーズで構成されるスペーサードット、または印刷またはフォトリソグラフィーにより形成されたドットで可能なように、動いたり、または、ルーズになったりすることは出来ない。特に、基板12の屈曲に伴って、一体型スペーサードット50が、フレキシブルカバーシート16から外れてしまうことは起こりそうにない。さらには、一体型スペーサードットは、従来のスペーサードットより小さくすることが出来る(例えば、直径1ミクロンほど小さく、通常10〜50ミクロン)。接着剤などの追加材料は不要であるため、製造材料およびステップを減少させ、さらに装置の光学透明度を改善している。実際、一体型圧縮性スペーサードット50は、フレキシブル透明カバーシート16と一体となっているので、基板12およびフレキシブル透明カバー16が屈曲する際に、それらと共に一体型圧縮性スペーサードット50も屈曲し、その結果、基板12とおよびフレキシブル透明カバーシート16との間の分離が維持されることになる。一体型圧縮性スペーサードット50の数は、タッチスクリーンの堅牢さをさらに高めるために増やされてもよい。
【００１６】
圧縮性スペーサードットをフレキシブル、透明カバーシートと一体となるよう作成するには、少なくとも2つの方法がある。第1の方法は、スペーサードットのない、既存の形成されたフレキシブル透明カバーシートを取り、スペーサードットの反転画像を形作る型内のそのフレキシブル透明カバーシートに、熱および圧力を加えることにより、フレキシブル透明カバーシート内にスペーサードットを型押することである。この熱および圧力により、フレキシブル透明カバーシートは、型が取り外されるとき、フレキシブル透明カバーシートに一体型圧縮性スペーサードットがあるように矯正される。こうした型は、例えば、フレキシブル透明カバーシート材料の連続シート上を転がるシリンダーであってもよい。
【００１７】
第2の方法においては、(例えば、注入ロール成形により)溶けたポリマーが型上にコーティングされ、キャビティに押し込まれてもよい。この型は、例えば、機械加工、ビーズブラスト法、またはエッチングなどの従来の手段によって、キャビティを伴って形成されてもよい。ドット50のベース(それがシート16に接続される箇所)は、型からの形成した材料の取り出しを容易にするよう、スペーサードットの最大サイズであってもよい。成形処理は、連続ロール成形であってもよい。
【００１８】
いずれの方法を用いても、例えば、シリンダー、立方体、半球、およびピラミッド形など、さまざまな形状のスペーサードットが可能である。スペーサードット形状は、例えば、製造に用いる方法、カバーシートの変形に用いる対象のサイズ、ドットのサイズ、フレキシブル透明カバーシート材料、および、使用耐用期間にわたる装置の動作回数など、多くの理由に依存する。
【００１９】
本発明の1つの実施例では、本発明の一体型圧縮性スペーサードットは、上部が平らな円筒状の形状を有している。円筒は、鏡面光透過に備え、衝撃抵抗を有している。さらに、円筒の端は、基板との良好な光学接触を提供可能である。必要な圧縮プロフィールを提供するよう、シリンダーの直径および高さは調整可能である。本願明細書で用いられるように、圧縮プロフィールは、スペーサードットが所望の圧縮および伸長を受ける能力を意味する。
【００２０】
本発明の他の実施例では、一体型圧縮性スペーサードットは半球形である。この半球は、高い光透過と同様に精度ギャップを提供する。また、半球は良好な圧縮特性および疲労特性を提供する。本発明の他の実施例では、一体型圧縮性スペーサードットは、長方形の断面を有するシリンダーである。方形の圧縮性スペーサードット(例えば、立方体)は、精度光学スペーシングと同様に衝撃抵抗を提供する。他の実施例では、一体型圧縮性スペーサードットは、ピラミッド形をしているが、その上部は平らでもよい。ピラミッド形は、若干の光方向付けと同様に精度光学ギャップを提供する。空気中での45度のピラミッドは、光方向付けのみならず光学的スペーシングの双方を提供するピラミッドのベースに対する垂線内に、透過光線の焦点を合わせる傾向があるだろう。さらに、ピラミッドおよび半球の形状は、形が圧縮されるとき、より急速に変化する圧縮勾配を提供する。
【００２１】
一体型圧縮性スペーサードットを有するフレキシブル透明カバーシートは、ポリマーから構成されるのが好ましい。透明ポリマー材料は、高い光透過特性を提供することが可能で、それは安価であり、さらに、ポリマー材料のシートは、一体型圧縮性スペーサードットで容易に形成可能である。適当なポリマー材料は、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、セルロースエステル、ポリスチレン、ビニル樹脂、ポリスルホンアミド、ポリエーテル、ポリイミド類、ポリビニリデンフルオライド、ポリウレタン、ポリフェニレンスルフィド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアセタール、ポリスルホナート、ポリエステル  アイオノマー、およびポリオレフィン  アイオノマーを含んでいる。ポリカーボネートポリマーには、高い光透過特性と強度特性がある。これらのポリマーのコポリマーおよび/または混合物が使用可能である。
【００２２】
ポリオレフィン、特にポリプロピレン、ポリエチレン、ポリメチルペンテン、およびその混合物は適切である。また、ヘキセン、ブテン、およびオクテンなど、プロピレンおよびエチレンのコポリマーを含む、ポリオレフィンのコポリマーも使用可能である。ポリオレフィンポリマーは、低コストで、良好な強度特性および表面特性を有し、さらに柔らかく、引っかき抵抗性を発揮して来たので、適切である。
【００２３】
本発明のフレキシブル透明カバーシートの製造に用いられるポリマー材料は、92%より大きい光透過性を有しているのが好ましい。500MPaより大きな弾性率を有するポリマー材料が適切である。500MPaより大きな弾性率により、一体型圧縮性スペーサードットは、タッチスクリーンに一般的な圧縮力に耐えることが出来る。さらに、ドットが強靭かつ引っかき抵抗性があるため、500MPaより大きな弾性率により、タッチスクリーンの効率的アセンブリが可能となる。
【００２４】
フレキシブルカバーシートに対して一体型のスペーサードットは、ポリマービーズを利用する既存の従来技術タッチスクリーンなどの光学表面からの、望ましくない反射をかなり低減する。一体型スペーサードットはまた、ドット位置が本発明のフレキシブルなカバーシートに固定され、振動使用または伸長使用の間、動きを受け易くないため、優れた耐久性を備えることになる。本発明の一体型圧縮性スペーサードットは、10〜50マイクロメータの高さであるのが好ましい。高さが10マイクロメータよりも低ければ、2つの導電層間に十分な隙間を設けることが出来ず、誤動作を招くことになりかねない。高さが50マイクロメータよりも高ければ、2つの導電層を接触させるのに大きな圧縮力を加えなければならず、問題を起こしやすくなる。
【００２５】
一体型圧縮性スペーサードットは、1ミリメートル以上の間隔を置いて離れていることが好ましい。間隔が0.7ミリメートル未満の場合、2つの導電層を接触させるのに大きな圧縮力を加えなければならなくなる。本発明に従う、一体型圧縮性スペーサードットを伴うフレキシブル透明カバーシートで用いられる、ポリマーおよびドットプロフィールは、100万回以上の弾性変形動作に備えたものであることが好ましい。弾性変形とは、動作後に元の高さの95%を回復する、スペーサードットの機械的性質である。また、高品質タッチスクリーンが、装置の耐用期間中、一貫した動作力を有するのに必要である。スペーサードット疲労は、装置の寿命にわたって動作力を大きくすることになり、タッチスクリーン表面を引っかき、ユーザーフラストレーションをもたらす。
【００２６】
一体型圧縮性スペーサードットを伴うフレキシブル透明カバーシートの実用性および性能をさらに向上させるために、ポリマー材料に層状無機粒子を加えることが可能である。層状無機粒子を加えると、ポリマースペーサードットの弾性変形にかなりの改善をもたらすことが出来る。さらに、無機層状粒子の追加は、ポリマースペーサードットのTgを増加させるのに使用可能であり、それにより、温度に関するより広い性能範囲が可能となる。弾性変形およびTg改善を実現するために、ポリマーに対して、少なくとも10〜1のアスペクト比、0.01μmから5μmの水平サイズ、および0.5nmから10nm間の垂直サイズを有する無機層状粒子を、1〜5%重量加えてもよい。
【００２７】
本発明に適する層状粒子材料には、かなり高いアスペクト比を有する、プレートの形の任意の無機層状材料を含有可能である。本願明細書にて使用される「プレート」とは、同サイズの2つの次元、それよりかなり低いサイズの第３の次元を有する三次元形状を意味する。例えば、プレートの長さと幅が同程度の大きさで、プレートの厚さよりは何桁も大きい。
【００２８】
しかし、高いアスペクト比を有する他の形でも、本発明に対して役立つものになるだろう。本発明に適する層状材料は、フィロシリケート、例えば、モンモリロナイト、特にナトリウムモンモリロナイト、マグネシウムモンモリロナイト、および/または、カルシウムモンモリロナイト、ノントロナイト、バイデライト、ヴォルコンスコイト、ヘクトライト、サポナイト、ソーコナイト、ソーボカイト(sobockite)、ステベンサイト、スビンフォダイト(svinfordite)、バーミキュライト、マガディアイト、ケニヤアイト、滑石、雲母、カオリナイト、および、それらの混合物を含んでいる。他の役立つ層状材料は、レディカイト(ledikite)およびイライトと上掲粘土鉱物との混合物など、イライト、混合層状イライト/スメクタイト鉱物を含んでいる。特に陰イオンポリマーを伴って有用な、他の役立つ層状材料はプラスに帯電した層および中間層空間内で交換可能な陰イオンを有する、Mg6Al3.4(OH)18.8(C03)1.7H2Oなどの、層状二重水酸化物またはハイドロタルサイトである。層上にほとんどまたは全く帯電していない他の層状材料は、その中間層空間を広げる膨張剤を挿入可能なものであるならば、役立つだろう。こうした材料は、FeCｌ3、FeOClなどの塩化物、TiS2、MoS2、MoS3などのカルコゲン化物、Ni(CN)2などのシアン化物、H2Si2O5、V6O13、HTiNbO5、Cr0.5V0.5S2、V2O5、AgドーピングされたV2O5、W0.2V2.8O7、Cr3O8、MoO3(OH)2、VOPO4-2H2O、CaPO4CH3-H2O、MnHAsO4-H2O、Ag6Mo10O33などの酸化物、などを含んでいる。
【００２９】
適当な層状材料は膨張可能であり、それにより、通常有機イオンまたは分子などの他のエージェントが、層状材料を挿入および/または剥離可能となり、その結果、無機相の望ましい分散が達成される。これらの膨張可能層状材料は、粘土文献(例えば、教科書: 「粘土コロイド化学への序論」、エッチバンオルフィン（H. van Olphen）著、ジョンワイリーアンドサンズ（John Wiley & Sons）出版社参照)で定義されているように、2:1タイプのフィロシリケートを含んでいる。100グラムあたり50〜300ミリ当量のイオン交換容量を有する、典型的フィロシリケートが適当である。本発明に対する適当な層状材料は、層状二重水酸化物、またはハイドロタルサイトと同様に、モンモリロナイト、ノントロナイト、バイデライト、ヴォルコンスコイト、ヘクトライト、サポナイト、ソーコナイト、ソーボカイト(sobockite)、ステベンナイト、スビンフォダイト(svinfordite)、ハロサイト、マガディアイト、ケニヤアイトおよびバーミキュライトなどのスメクタイト粘土を含んでいる。適当なスメクタイト粘土は、これらの材料の商業可用性のために、モンモリロナイト、ヘクトライト、およびハイドロタルサイトを含んでいる。
【００３０】
前述のスメクタイト粘土は、自然物であっても、合成物であってもよい。この区別は、粒径および/または関連する不純物レベルに影響を及ぼし得る。合成粘土は、通常、水平寸法が、より小さく、従って、より小さいアスペクト比を有している。しかし、合成粘土は、より純粋であり、自然粘土と比べて、サイズ分布がより狭く、さらなる浄化も分離も要することはないだろう。本発明に対しては、スメクタイト粘土粒子は、0.01μmから5μm、好ましくは0.05μmから2μm、より好ましくは0.1μmから1μmの間の水平寸法を有しているべきである。粘土粒子の厚さまたは垂直寸法は、0.5nmから10nm、好ましくは1nmから5nmの間で変化可能である。粘土粒子の最大サイズおよび最小サイズの比率であるアスペクト比は、本発明については、10:1から1000:1の間となるべきである。粒子の大きさおよび形状に関する前述の限界は、他に有害な影響を与えることなく、ナノ複合体のいくつかの特性に、確実に適切な改良を加えるためのものである。
【００３１】
「ナノ複合体」とは、少なくとも1つのコンポーネントが、0.1から100ナノメートル範囲内に少なくとも1つの次元を伴う、スメクタイト粘土などの無機相を含む複合材料を意味するものとする。例えば、大きな水平サイズにより、機械的特性、およびバリア特性の改良に好ましい評価基準である、アスペクト比の増加が得られることもある。しかし、非常に大きな粒子は、有害な散乱光により光学欠陥を引き起こす場合があり、さらに、他のコンポーネントと同様に、処理、運送、および設備仕上げが面倒になりかねない。
【００３２】
ポリマー材料内のスメクタイト粘土の濃度は、必要に応じて変更可能である；しかし、それはバインダーの重量の10%以下であることが好ましい。著しく多量の粘土は、処理を困難にするのと同様に装置を脆くすることにより、光学部品の物理的特性を損なうことになる。反対に、粘土の濃度が低過ぎると、所望の光学効果が達成されないことになる。最適な結果を得るためには、粘土濃度は、1〜10%、好ましくは1.5〜5%に維持されてもよい。
【００３３】
スメクタイト粘土材料は、所望される層間膨張および/またはマトリクスポリマーとの互換性を提供するために、概して、1つ以上の挿入原子による処理が必要である。結果として得られる層間空間は、本発明の実行における、挿入層状材料の性能に重要である。本願明細書で用いられているように、「層間空間」は、いかなる離層(または、剥離)も起こる前に、それらが挿入材料内に組み立てられるような、層表面間の距離を示している。一般に、粘土材料は、Na+、Ca+2、K+、Mg+2など、層間、または交換可能な陽イオンを含んでいる。この状態では、これらの材料は、通常、その層間空間が非常に小さく(通常、ほぼ0.4nm以下)、結果的に層間の凝集エネルギーが比較的強いため、ミキシングにかかわらず、ホストポリマーメルト内で離層しない。さらには、金属陽イオンは、層とポリマーメルトとの間の互換性を支援しない。
【００３４】
本発明では、スメクタイト粘土は、層間距離を所望範囲まで増加させるよう、膨張剤または挿入原子の挿入を受けていることが望ましい。概して、層間距離は、エックス線回折によって測定されるように、少なくともほぼ0.5nm、好ましくは少なくとも2nmとなるべきである。粘土対膨張剤または挿入原子の重量比は、0.1:99.9から99.9:01の間で変化可能であるが、好ましくは、1:99から90:10の間、さらに好ましくは20:80から80:20の間である。
【００３５】
「挿入原子」は、前述の層状材料のプレートリット間に挿入される、前述の外的分子を意味するものとする。「剥離」または「離層」は、個々のプレートリットの、いかなる積み重ね順序もない不規則構造への分離を意味するものとする。「挿入された」は、少なくとも部分的に挿入および/または剥離を受けた層状材料を示すものとする。「有機粘土」は、有機分子により改質された、粘土材料を意味するものとする。
【００３６】
膨張剤または挿入原子は、好ましくは親水性成分を含み、またより好ましくは親油性成分を含む有機材料であってもよい。親水性成分は挿入の一部をなし、さらに、親油性成分は適当なマトリクスまたはバインダーポリマー内のスメクタイト粘土の混和化の一部をなすと考えられている。前述の有機材料は、表面活性剤、ブロックコポリマー、および/または、エトキシ化アルコールを含んでもよい。1つの実施例では、前述の有機的材料は、本願明細書に引用により組み込まれる、米国特許第4,739,007号；第4,810,734号；第4,894,411号；第5,102,948号；第5,164,440号；第5,164,460号；第5,248,720号；第5,854,326号；および第6,034,163号にて開示されているものと同様に、ブロックポリマー、またはエトキシ化アルコールである。「層状材料」は、複数の隣接結合層の形をなす、スメクタイト粘土などの無機材料を意味するものとする。「プレートリット」は、層状材料の個々の層を意味するものとする。「挿入」は、米国特許第5,891,611号(第5欄10行〜第7欄23行)に示されるように、通常、エックス線回折技術によって検出される、1つ以上の外的分子、または、層状材料のプレートリット間の外的分子の一部の挿入を意味するものとする。
【００３７】
ブロックコポリマーは、両親媒性であり、親水性および親油性成分を有している。さらに、ブロックコポリマーは、2ブロック、すなわち、Aが親水性成分を表し、Bが親油性成分を表す「A‐B」タイプ、または、3ブロック、すなわち「A‐B‐A」タイプであってもよい。例えば、ブロックコポリマーは、3ブロックを含んでもよく、さらにマトリクスは、コポリマー、またはコポリマーの少なくとも1ブロックと適合性のあるポリマーのブレンドを含んでいてもよい。また、マトリクスがポリマーのブレンドである場合、ブレンドの個々のポリマーは、コポリマーの別々のブロックと適合性があってもよい。親水性成分に役立つ1つの分類のポリマー成分は、ポリ(酸化エチレン)などのようなポリ(酸化アルキレン)である。本願明細書にて用いられるポリ(酸化アルキレン)という用語は、エチレンと酸化プロピレンとの混合物を含む、ポリ(酸化エチレン)などの酸化アルキレンから得られるポリマーを含んでいる。その熱加工性と滑性のみならず、本発明におけるその有効性、水素結合およびイオンの相互作用により粘土格子を挿入する周知の特性ゆえに、最も適当なものは、ポリ(酸化エチレン)である。本願明細書にて用いられるポリ(酸化アルキレン)という用語は、エチレンと酸化プロピレンとの混合物を含む、ポリ(酸化エチレン)などの酸化アルキレンから得られるポリマーを含んでいる。主にその有効性、分子量範囲でのその商業可用性、およびブロックコポリマーの合成における大きな自由度を提供する化学的性質ゆえに、最も適当なものは、ポリ(酸化エチレン)である。
【００３８】
ポリ(酸化エチレン)は、当該技術では周知であり、例えば、米国特許第3,312,753号第4欄に説明されている。役立つ(酸化アルキレン)ブロックは、一連の連続エチレンオキシユニットを含んでおり、次の式により表現可能である：
[CH2-CH2-O]n 
ここで、1ユニットのオキシグループは、一連の隣接するエチレンオキシユニットの、隣接する酸化エチレングループのエチレングループと結合している。
【００３９】
他の役立つ親水性成分は、ポリ6、(2‐エチレンオキサゾリン)、ポリ(エチレンイミン)、ポリ(ポリビニルピロリドン)、ポリ(ビニルアルコール)、ポリアクリルアミド、ポリアクリロニトリル、多糖類、およびデキストランを含んでいる。
【００４０】
また、多くの共通成分から、本発明に役立つポリマーのブロックの親油性成分が選択可能である。親油性成分は、バインダーポリマー内で少なくとも部分的に混合性を有し、および/または、例えば、トランスエステル化を通してバインダーポリマーと相互作用をなすことで特徴付けられる。ポリエステルバインダーの場合には、親油性ブロックは、ポリエステルを含んでいる。モノマーから典型的親油性成分を得ることが出来るものとして、以下のようなものがある：カプロラクトン；プロピオラクトン；β‐ブチロラクトン；δ‐バレロラクトン；ε‐カプロラクタム；乳酸；グリコール酸；ヒドロキシ酪酸；リシン派生物；および、グルタミン酸派生物。
【００４１】
オレフィン、スチレン系、およびアクリル酸などのａ、β‐エチレン系不飽和モノマーから、他の役立つ親油性成分を得ることが出来る。重合形は以下を含むだろう。ポリカプロラクトン；ポリプロピオラクトン；ポリβ‐ブチロラクトン；ポリδ‐バレロラクトン；ポリε‐カプロラクタム；ポリ乳酸；ポリグリコール酸；ポリヒドロキシ酪酸；ポリリシン派生物；および、ポリグルタミン酸、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリアクリル酸の派生物、および、オレフィン、スチレン系、およびアクリル酸などのａ、β‐エチレン系不飽和モノマーのポリマー。適当な成分は、本発明におけるそれらの有効性、および、エンジニアリングサーモプラスチックの広範囲の適合性ゆえに、ポリエステル、ポリカプロラクトン、ポリアミド、およびポリスチレンが含んでいる。
【００４２】
親水性成分および親油性成分の分子量は重要ではない。親水性成分の分子量の有用範囲は、およそ300〜5万の間、好ましくは1,000〜2万5000である。親油性成分の分子量は、およそ1,000〜10万の間、好ましくは2,000〜5万の間である。マトリクス適合性ブロックは、ポリエステルのマトリクスポリマーを伴う、50〜500個のカプロラクトンのモノマー反復ユニットを含んでいる。他のマトリクス適合性ブロックは、ポリエチレンのマトリクスポリマーを伴う、25〜100個のエチレンのモノマー体反復ユニットを含んでいる。分子量の範囲は、様々な条件の下での合成および処理を、確実に容易にするよう選択される。
【００４３】
エトキシ化アルコールは、非常に長い鎖状、直線的、合成アルコールから得られる、非イオン性界面活性剤の一種である。これらのアルコールは、低分子量エチレンホモポリマーの機能的派生物として生成される。酸化エチレンまたは酸化プロピレンと反応した場合、これらは、オキシラートアルコールとして知られている縮合生成物をもたらす。炭化水素部分の平均鎖長は、12〜106個の炭素でよいが、これに制限されるものではない。好ましくは26〜50個の炭素範囲である。
【００４４】
エトキシ化アルコール分子の親水性および親油性の部分の相対的効率は、出発アルコールの変更、酸化エチレンの量の変更、または酸化プロピレンを使うことにより制御される。酸化エチレンまたは酸化プロピレン含有率は、重量で1〜99%、好ましくは重量で10〜90%の範囲であり得る。従って、界面活性剤の化学的性質は、広範囲なアプリケーションでの使用のために広く適合可能である。通常それらは、塗料、コーティング、およびインク内の顔料に対する分散補助剤として使用されて来た。それらは、プラスチックに対する型リリース成分、非イオン乳化剤、織物処理および仕上げ用の乳化剤/潤滑剤として使用されて来た。本発明では、オキシラートアルコール、特にエトキシ化アルコールが、スメクタイト粘土の挿入に使用可能であることを見出している。これらの挿入粘土は、商業ポリオレフィンポリマー内で容易に分散され、エトキシ化アルコールにより引き起こされた挿入度には、分散後の減少が認められなかった。
【００４５】
スメクタイト粘土および挿入原子、好ましくはブロックコポリマーおよび/またはエトキシ化アルコールは、ナノ複合体を製造する技術分野で知られている任意の適当な手段によって、挿入に対して相互作用可能である。例えば、粘土は、後にポリマー化される、適当なモノマーまたはオリゴマーで分散させることが出来る。代替的に、粘土は、ブロックコポリマー、オリゴマー、または、それらの混合物と、好ましくはそれらの融点に匹敵する温度以上で溶融ブレンドされ、剪断されてもよい。他の方法では、粘土およびブロックコポリマーは、挿入を達成するために、後に乾燥による溶剤除去を伴う溶剤相で結合可能である。
【００４６】
一体型圧縮性スペーサードット50の大きさ、形状、および位置は、特定のアプリケーション用に最適化されてもよい。位置は、規則的なパターン、または不規則なランダムパターンを形成していてもよい。例えば、型押しのプロフィールは、フレキシブル透明カバーシートの耐用期間、透明度、および物理的特性を最大にするよう、様々なフレキシブル透明カバーシート材料を補うために変更可能である。
【００４７】
注入ロール成型圧縮性スペーサードットの高さおよび間隔は、特定アプリケーションの圧力および信頼性の使用仕様を満たすために選択可能である。図7を参照すると、平頭円錐スペーサードットのプロフィールでは、ベース直径Dbは頭頂直径Dpより75%大きくなっている。この形状は、タッチスクリーンを動作させるために、ユーザーによって加えられる圧縮力を適度なレベルにすることが出来る、良好な圧縮プロフィールを提供することが分かった。頭頂直径より75%大きなベース直径は、機械的強度を提供して、ドットの磨耗を軽減し、さらに高さが5%ロスする以前に100万回以上の動作を可能にする。図7に示される圧縮性ドット用の適当な材料は、ポリエステル重量に対して10%の量のポリカーボネートが存在する、ポリエステルとポリカーボネートとの混合物である。
【００４８】
図5および図6を参照すると、本発明のタッチスクリーンは、タッチスクリーンの透明基板12として、フレキシブルフラットパネルディスプレイのカバーまたは基板のいずれかを使用することにより、フレキシブルフラットパネルディスプレイに統合可能である。フレキシブルフラットパネルディスプレイは、透明カバーを通して、または透明基板を通して光を放射してもよい。図5に示されるように、統合タッチスクリーン60を伴うフレキシブルフラットパネルOLEDディスプレイは、基板12、OLED材料40、およびOLEDディスプレイ用の封入カバー42を含んでいる。タッチスクリーンは、基板12の反対側に、第1の導電層14および、第2の導電層18と一体型圧縮性スペーサードット50とを有するフレキシブル透明カバーシート１6を含んでいる。
【００４９】
図6に示されるように、統合タッチスクリーン62を伴うOLEDディスプレイは、OLEDディスプレイのための基板12、OLED材料40、および封入カバー42を含んでいる。タッチスクリーンは、封入カバー42の反対側に、第1の導電層14および、第2の導電層18と一体型圧縮性スペーサードット50とを有するフレキシブル透明カバーシート16を含んでいる。図5および6双方では、OLEDディスプレイのカバーもしくは基板がフレキシブルであってもよく、その結果、完全な一体型フレキシブルディスプレイおよびタッチスクリーンが実現される。
【００５０】
図8を参照すると、本発明の好ましい実施例では、一体型スペーサードットおよびフレキシブルカバーシートは、単一のユニットとして注入ロール成形される。注入ロール成形処理では、ポリマー82は、その融点より高い温度で加熱され、パターンローラー80、および、パターンローラー80と直接接触する、エラストマーが覆った受けローラー84により作られたニップ86内へ、加圧された状態で注入される。パターンローラー80は、一体型スペーサードットを形成するためのキャビティのパターンを有している。ポリマーがニップ86に注入されると、一体型スペーサードットを形成するよう、若干量の溶融ポリマーがパターンローラーのキャビティを満たし、残りのポリマーは一体型スペーサードットを有するフラットシートへと圧搾される。一体型スペーサードットおよびフレキシブルカバーシートが形成された後、一体型スペーサードットを伴うフレキシブルカバーシートは、双方のローラーから機械的に解放される。
【００５１】
次に、スペーサードットの頭頂は、スペーサードットの頭頂間の界面エネルギー差、および、スペーサードットの頭頂とスペーサードット間のスペースとの間を湿潤させる特異伝導溶液を可能にするためのスペーサードット間のスペースをもたらすよう、CDT(コロナ放電処理)またはGDT(グロー放電処理)など、高エネルギー処理を伴って処理される88のが好ましい。頭頂は、CDTまたはGDTの表面処理で通常行われるように、高エネルギーを頭頂表面に垂直に方向付けることにより、CDTまたはGDTによって処理される。さらに、CDTまたはGDTの処理は、スペーサードットの特異エネルギー処理を実現するために、スペーサードットに対して、垂直な場合よりも15度以上大きい角度で、方向付けられてもよい。ポリチオフィン(polythiophine)、ITO、ポリアニリン、ポリピロール、ドーピングされたポリマーなどの透明伝導コーティングが、フレキシブルカバーシートに適用され90、伝導コーティングはドットの頭頂から離れてドット間のスペースへ流れ、スペーサードットの頭頂を伝導コーティングされないままにする。コーティングは、その後、透明伝導コーティングを形成するために、乾燥されるか、または硬化される。カーテンコーティング、ロールコーティング、およびスピンコーティング、スライドコーティング、インクジェット印刷、パターングラビアコーティング、ナイフコーティング、電子写真コーティング、および遠心コーティングを含む適当なコーティング法が、透明伝導コーティングの塗布に使用されてもよい。透明伝導コーティングは、300〜600オーム/平方の抵抗を有していてもよい。低粘性導体材料は、頭頂を露出したまま残し、スペーサードット間のスペースに効率的に流れることになる。導体材料の粘性は、好ましくは4 mPa.sec.未満である。加えて、コロナ放電表面処理が、ドット間のコーティングの改良に使用されてもよい。最終的に、一体型スペーサードットを伴う透明フレキシブルカバーシート材料のウェブは、個々のカバーシート16に切断され92、タッチスクリーン10の硬質基板12に適用される。
【００５２】
出願人は、20cmｘ20cmのシートを形成するのに注入ロール成形を用いて、一体型ポリカーボネートの直径20マイクロメータの半球型スペーサードットを有する、厚さ100マイクロメータのポリカーボネート透明フレキシブルカバーシート構造を用いて、本発明を実演している。20マイクロメータのスペーサードットを備えたカバーシートは、一体型スペーサードットにより被占されない領域内に連続した伝導コーティングをもたらすよう、スペーサードットと接触するかき取りナイフを伴うグラビアコーティング処理を用いて、375オーム/平方の表面抵抗を有する導電性ポリマーによりコーティングされた。
【００５３】
1領域あたりのローラーの形体の数は、スペーサードットの大きさとパターンの深さにより決定される。直径がより大きく、パターンがより深ければ、所与の領域あたりの形体数もより少なくてよい。従って、形体数は本質的に、スペーサードットの大きさとパターンの深さに従って決定される。本発明のスペーサードットはまた、パターン周囲での真空成形、注入ドット成形、ポリマーウェブ内でのドット型押により製造されてもよい。これらの製造技術は、許容し得るドットをもたらす一方で、パターンローラーへの注入ロール成形ポリマーにより、本発明のスペーサードットを伴うフレキシブルカバーシートがロール内に形成可能となり、その結果製造コストを下げることになる。
【００５４】
注入ロール成形は、型押および真空成形に比べ、所望の複雑なドット形状をより効率的に複製することが示された。さらに、フレキシブルカバーシートは、例えば、LCDまたはOLEDフレキシブルフラットパネルディスプレイへの適用のために、所望の大きさに切断することになろう。
【００５５】
本発明は、OLEDおよび液晶ディスプレイ装置を含むが、それに限定されず、いかなるフレキシブルフラットパネルディスプレイに接続して用いられてもよい。
【００５６】
この明細書内で参照される特許および他の刊行物の全内容は、本願明細書に引用により組み込まれる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明に従うフレキシブル抵抗タッチスクリーンの一部を示す概略図である。
【図２】図1に示されたタッチスクリーンの動作を示す概略図である。
【図３】従来技術のタッチスクリーンの一部を示す概略図である。
【図４】図3のタッチスクリーンの動作を示す概略図である。
【図５】底部放射フラットパネルディスプレイを組み込まれた、本発明のフレキシブル抵抗タッチスクリーンの側面図である。
【図６】上部放射フラットパネルを組み込まれた、本発明のフレキシブル抵抗タッチスクリーンの側面図である。
【図７】本発明に従うスペーサードットの1つの圧縮を示す図である。
【図８】本発明に従うタッチスクリーンを作る1つの方法を示す概略図である。
【符号の説明】
【００５８】
10      抵抗タッチスクリーン
12      基板
13      指
14      第1の導電層
15      裏あて表面
16      カバーシート
18      第2の導電層
20      スペーサードット
40      OLED材料
42      封入カバー
50      一体型圧縮性スペーサードット
60      統合タッチスクリーンを伴うOLEDディスプレイ
62      統合タッチスクリーンを伴うOLEDディスプレイ
80      パターンローラー
82      ポリマー
84      受けローラー
86      ニップ
88      コーティングステップ
90      塗布ステップ
92      切断ステップ
【図１】
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【図２】
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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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【図７】
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【図８】
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