JP5322552B2 - 座標入力装置 - Google Patents

Description

この発明は、携帯電話やＰＤＡ、ＰＣなどのポータブル情報機器やＴＶなどの映像機器の入力デバイス、入力装置、入力方法に関し、さらには指およびタッチペンのいずれでも入力可能で複数入力（マルチタッチ）が可能な入力デバイス、入力装置、入力方法に関するものである。

従来、接触体の接触位置が検出可能であり、接触体が手指の座標入力装置（特許文献１参照）があった。

この座標入力装置は、上面に接触体（５）が接触される透明平板（１）と、該透明平板（１）を透過し該上面と該媒体との接触部に照射する光を発生する光源（３）と、該透明平板（１）の異なる方向の２側に設け、該接触部に照射し全反射で該透明平板（１）内を伝播した反射光をそれぞれ該透明平板（１）外に導出させる光学素子（２）と、該２側から導出された光をそれぞれ検知する光検出器（４）とを具えてなることを特徴とする。
特開昭６２−１０７３２５

しかし、この座標入力装置は、光源（３）が接触体（５）の下方にあり、反射光を透明平板（１）外に導出させる光学素子（２）が必要となるため、かさばりやすく背面に液晶パネルなどの映像画面を設けるようなこともできないため、携帯電話やＰＤＡなどのように小さく軽量で厚みの薄い形状の入力デバイスには用いることができない問題があった。

そこで、本発明の座標入力装置は、請求項１から４のように構成した。

本発明の座標入力装置は、上面に接触体が接触される透明層と、該透明層の側面に位置し該透明層内を全反射で伝播する反射光を発生させる光源と、該光源から発生した反射光が該透明層の上面と接触体との接触部において散乱し、該散乱した光の一部が該透明層の下方に導出して、該下方に導出された光を検知する光検出器とからなる。したがって、軽量で厚みの薄い形状にできる効果がある。また、接触体が人の指でもタッチペンでも可能であり、マルチタッチが可能な入力デバイスが得られる効果もある。

また、本発明の座標入力装置は、光検出器が透明な無機光導電膜層を、多数の透明な平行電極と、該平行電極と交差する多数の透明な平行電極とで挟まれた構造からなることを特徴とする。したがって、光検出器部が全て透明になり、光検出器部の背面に液晶などの映像媒体を設置することができるため、携帯電話やＰＤＡ、ＰＣ、ＴＶなどの入力デバイスとして用いることが可能になる効果がある。また、光導電膜層が無機物からなるため、耐熱性など各種耐性が優れている効果がある。

以下、図面を参照しながら本発明について詳細に説明する。図１は本発明に係る座標入力装置の一実施例を示す模式断面図である。

本発明の座標入力装置２０は、上面に接触体１０が接触される透明層７と、透明層７の側面に位置し透明層７内を全反射で伝播する全反射光１４を発生させる光源１８と、該光源１８から発生した全反射光１４が該透明層７の上面と接触体１０との接触部１３において散乱し、その散乱光１５の一部が透明層７の下方に導出して、その下方に導出された散乱光１７を検知する光検出器５からなる（図１参照）。

すなわち、光源１８から発せられた光は透明層７の内部で全反射光１４として通常は閉じ込められて外部に導出しない状態になっている。ところが、透明層７の上面のある座標を接触体１０でタッチすると、それまで全反射していて透明層７に閉じ込められていた反射光１４が散乱し、その一部は透明層７の下方に導出する。導出する光のうち透明層７の下面とほぼ垂直に導出する散乱光１７は、透明層７の下面の界面によって再反射することも屈折することもなく、直進的に光検出器５に達する（図１参照）。

そして、光検出器５は、少なくとも透明な無機光導電膜層１を、多数の透明な平行電極２と、その平行電極２と交差する多数の透明な平行電極３とで挟まれた構造からなる（図１参照）。透明な無機光導電膜層１は、散乱光１７の光エネルギーを吸収して励起し、電流を発生する層である。すなわち、多数の透明な平行電極２と平行電極２と交差する別の多数の透明な平行電極３との間に電界が印加されている場合、それらの交差部の透明な無機光導電膜層１に散乱光１７が照射されると、散乱光１７が照射された箇所の平行電極２と平行電極３との間に電流が流れ導通することになる。そして、それによって生じた抵抗値の変化を信号検出回路等で読み取り、散乱光１７が発せられた座標位置、すなわち接触体１０が透明層７に接触した座標位置を検知するしくみになっている。

透明な無機光導電膜層１の材質としては、インジウムースズ系酸化物、インジウムー亜鉛系酸化物、インジウムーガリウム系酸化物、インジウムーガリウムー亜鉛系酸化物、インジウムーガリウムー亜鉛―マグネシウム系酸化物などの透明酸化物半導体が挙げられ、必要に応じて添加物を含有させてもよい。これらの透明酸化物半導体には、アモルファスシリコンや有機半導体に比べて、１０倍以上の電子移動度を有し、飽和電流、スィッチング速度などのトランジスタ特性が１０倍以上に向上するものがあるからである。

透明な無機光導電膜層１の形成方法としては、スパッタリング法のほかプラズマＣＶＤ法などの方法を採用することもできる。透明な無機光導電膜層１の厚みとしては、数十ｎｍ〜数百ｎｍの範囲が好ましい。これよりも厚みが薄すぎるとピンホールが生じやすくなり、厚すぎると検出感度が低下するからである。

平行電極２および平行電極３の材質としては、インジウムースズ系酸化物、アルミニウムー亜鉛系酸化物などの透明導電膜等が挙げられ、必要に応じて添加物を含有させてもよい。平行電極２および平行電極３の形成方法としては、スパッタリング法により全面に形成した後エッチングによりパターン化する場合のほか、ナノ粒子化した透明導電粒子をバインダーに混ぜ印刷によりパターニングする方法などが挙げられる。平行電極２および平行電極３の厚みとしては、数十ｎｍ〜数μｍの範囲が好ましい。これよりも厚みが薄すぎると抵抗値が高くなって検知感度が低くなり、厚すぎると透明性が低下するからである。

透明層７の材質は、光線伝播しやすく光線透過率の高いアクリルなどの成形樹脂やガラスなどの透明な無機物などを採用することができる。透明層７の形状や厚みは光線伝播できる形状でできるだけ薄い厚みに設定すること以外に特に制約はないが、透明層７の上面および下面の表面の凹凸は光が全反射しやすくなるよう算術平均粗さＲａ値が１〜２０ｎｍの平滑面にすることが好ましい。

光源１８は、透明層７の側面に設置できるよう小型で省スペースの発光ダイオード、レーザーダイオードなどが好ましい。光源１８の光としては、可視光線、紫外線、赤外線などが挙げられ、その中でも無機光導電膜層１を励起させやすく、安価で入手のしやすい波長３３０ｎｍ〜３７０ｎｍの紫外線の光源が好ましい。光源１８の光量としては、たとえば１μＷ〜１０ｍＷ／ｃｍ^２が適当である。光量が少なすぎると検出精度が低下し、多すぎるとエネルギーの無駄使いになるからである。

接触体１０としては、人の指やタッチペンなどが挙げられるが、散乱を起こすことができるものあればいずれの媒体であっても構わない。

なお、本発明の座標入力装置２０は、上記の構成以外に他の層を設けたり、他の部品等を取り付けたりしてもよい。例えば、透明層７が接触体１０のたび重なる接触によって傷つくのを保護するために透明層７上に透明層７と屈折率がほぼ同じの透明なハードコート層を形成したり、光検出器５において平行電極２が傷つくのを保護するために平行電極２上に透明な保護層１１を形成したり、平行電極３を支持する例えばＰＥＴシートからなる透明支持体１６を構成すること等が挙げられる。

＜反射光学系の作製＞
上面および下面の表面の凹凸が算術平均粗さＲａ値８．５ｎｍの平滑面で、厚みが１．５ｍｍ、光線透過率が９２％のアクリル樹脂からなる平板を、１００ｍｍ角にカットし透明層を形成した。また、透明層の側面に波長３７０ｎｍの紫外線を発生でき、光源の強度としては５ｍＷ／ｃｍ^２の発光ダイオードを設置した。そして光源は透明層のある方向を除いて反射板で囲み、反射光が透明層内に導かれるよう設計した。

＜光検出部の作製＞
厚さ１００μｍの二軸延伸ポリエステルフィルム上にレジストをスクリーン印刷で形成し、その上からインジウムスズ酸化物からなる透明導電膜を厚さ１００ｎｍでスパッタリング法にて形成後、有機溶剤でもってエッチングレジストを剥離し、多数の平行電極をパターニング形成した後、下記のスッパリング加工により無機光導電膜層を形成した。その後、無機光導電膜層上にレジストをスクリーン印刷で形成し、その上からインジウムスズ酸化物からなる透明導電膜を厚さ１００ｎｍでスパッタリング法にて形成後、有機溶剤でもってレジストを剥離し、前記平行電極と交差する別の多数の透明な平行電極をパターニング形成した。後者平行電極上にはアクリル系の透明保護膜を貼合し、両平行電極は信号検出回路を介して光電流検出、信号処理、送信等の回路を持つ汎用チップを使用したコントローラと接続させ、光検出部を作製した。

＜無機光導電膜層の形成条件＞
ターゲット材料として、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）４組成を有する多結晶焼結体（サイズ２０ｍｍΦ５ｍｍ厚）を用い、成長室内の到達真空を１×１０^−４Ｐａにし、成長中の酸素ガスとアルゴンガスの全圧は、４〜０．１×１０^−１Ｐａの範囲での一定値にした。アルゴンガスと酸素との分圧比を変えて、酸素分圧を３×１０^−２Ｐａ以上、５×１０^−１Ｐａ以下の範囲にし、基板温度を室温とし、ターゲットと被成膜基板間の距離３０ｍｍとした。投入電力はＲＦ１８０Ｗとし、成膜レートは、１０ｎｍ／分の条件下で無機光導電膜層のスッパリング加工を行った。得られた無機光導電膜層の膜厚は１８０ｎｍ程度であった。

＜座標入力装置としての評価結果＞
（１）入力検知評価
上記の構成で得た座標入力装置の透明層上面に、人指し指およびタッチペンをタッチし、座標入力が検知可能か否かテストした。テスト箇所は任意の２０箇所を選び各３回ずつタッチし、導通の有無を測定した。その結果、すべての箇所で導通の有無を確認できた。

（２）高温環境下での耐久性評価
上記の構成で得た座標入力装置を８５℃の高温環境下に１６時間置いた後、座標入力装置の透明層上面に人指し指およびタッチペンをタッチし、座標入力検知の動作確認を行った。その結果、高温環境下に置いた前後でほとんど動作特性に変化が見られなかった。

以上、上記の構成で得た座標入力装置では、人指し指およびタッチペンをタッチする場合、タッチされた直下の無機光導電膜層に電流が生じ、交差する平行電極間に導通が生じると考えられる。そして、その導通の有無を検出することでタッチした箇所が認識できた。その結果、この座標入力装置は指およびタッチペンのいずれでも入力可能な装置であることが確認された。また、この座標入力装置はタッチする箇所が透明で光検出器の背面に液晶パネル１２を置いても、液晶パネルの映像がくっきりと認識できるものであった。

本願発明は、背面に液晶パネルなどの映像画面を設けるような携帯電話やＰＤＡ、ＰＣ、ＴＶなどの入力デバイスのほか、机、プレゼンテーションスクリーンなどの大画面の入力装置にも適用できる。

本発明に係る座標入力装置の一実施例を示す模式断面図である。

符号の説明

１ 透明な無機光導電膜層
２ 多数の透明な平行電極
３ 平行電極２と交差する別の多数の透明な平行電極
５ 光検出器
７ 透明層
１０ 接触体
１３ 透明層７の上面と接触体１０との接触部
１４ 全反射光
１５ 散乱光
１６ 光源
１７ 透明層７の下方に導出した散乱光
２０ 座標入力

Claims (3)

1. 上面に接触体が接触する透明層と、
   前記透明層の側方から、前記透明層内を全反射で伝播する波長３３０ｎｍ〜３７０ｎｍの反射光を発生させる光源と、
   前記反射光が前記透明層の上面と接触体との接触部において散乱し、その散乱した光の一部が前記透明層の下方に導出され、その下方に導出された光を検知する光検出器と、
   前記光検出器の背面に置かれた液晶パネルとを備えた、座標入力装置。
2. 前記光検出器は、少なくとも透明な無機光導電膜層を、多数の透明な平行電極と、その平行電極と交差する多数の透明な平行電極とで挟まれた構造からなる、請求項１記載の座標入力装置。
3. 前記無機光導電膜層が、インジウムースズ系酸化物、インジウムー亜鉛系酸化物、インジウムーガリウム系酸化物、インジウムーガリウムー亜鉛系酸化物、インジウムーガリウムー亜鉛―マグネシウム系酸化物のいずれかから選ばれる透明酸化物半導体からなる、請求項１又は請求項２記載の座標入力装置。

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