特許 7177188 タッチ調光装置及びタッチ調光方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-14

(45)【発行日】2022-11-22

(54)【発明の名称】タッチ調光装置及びタッチ調光方法

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/13 20060101AFI20221115BHJP

   G02F 1/133 20060101ALI20221115BHJP

   G02F 1/1333 20060101ALI20221115BHJP

   G02F 1/1334 20060101ALI20221115BHJP

   G06F 3/041 20060101ALI20221115BHJP

【ＦＩ】

G02F1/13 505

G02F1/133 530

G02F1/1333

G02F1/1334

G06F3/041 422

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2021004154

(22)【出願日】2021-01-14

(65)【公開番号】P2022055281

(43)【公開日】2022-04-07

【審査請求日】2021-01-14

(31)【優先権主張番号】202011039308.9

(32)【優先日】2020-09-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】512299015

【氏名又は名称】ティーピーケイ タッチ ソリューションズ（シアメン）インコーポレーテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】チュアン チーチェン

(72)【発明者】

【氏名】リン シャンユー

(72)【発明者】

【氏名】チェン タイシー

【審査官】右田 昌士

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１６／００６０８１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】登録実用新案第３２０２６３０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１９－１０１７１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１８４８８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１３９８１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２１１８２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０９５５０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－１７２４３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／０６１３５８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０３６３９１９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開平０８－２９７２６７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｆ １／１３ － １／１４１

Ｇ０６Ｆ ３／０３３ － ３／０４７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１電極と第２電極とを含むタッチパネルであって、前記第１電極と前記第２電極との間の結合容量に応じたタッチ検出を行い、前記第１電極はタッチ期間中に駆動電圧を受信するように構成され、前記第２電極は検知電圧を供給するように構成された、タッチパネルと、
第３電極とポリマー層とを含むアクティブ変色フィルムであって、前記タッチパネルと前記アクティブ変色フィルムとが前記第２電極を共有するアクティブ変色フィルムと、を備え、
前記ポリマー層が、前記第２電極と前記第３電極との間の電圧差に応じて前記アクティブ変色フィルムの光透過率を変化させるように構成されており、
アクティブ変色フィルムは、調光期間中、前記第３電極を介して調光電圧を受信するように構成され、
前記調光期間は前記タッチ期間と完全に重なり、
前記調光電圧は交流（ＡＣ）信号であり、前記調光電圧のピークは－３０Ｖから＋３０Ｖの間であるか、又は、前記調光電圧は直流（ＤＣ）信号であり、前記調光電圧のピークは３０Ｖから６０Ｖの間であり、
前記調光電圧の電圧値は、前記駆動電圧の電圧値よりも大きく、前記調光電圧と前記駆動電圧との比は１．２～２０であり、前記駆動電圧は、前記アクティブ変色フィルムの両側の電圧差に影響を与えないようにしてフリッカ現象を防止する、
タッチ調光装置。

【請求項2】

前記調光電圧は交流（ＡＣ）信号であり、前記調光電圧の周波数は１００Ｈｚ～３０，０００Ｈｚである、
請求項１に記載のタッチ調光装置。

【請求項3】

前記駆動電圧は複数の走査信号を含み、前記駆動電圧の周波数は３０Ｈｚ～１０００Ｈｚである、
請求項１又は２に記載のタッチ調光装置。

【請求項4】

複数の前記走査信号のそれぞれの周波数は、１０，０００Ｈｚ～５００，０００Ｈｚである、
請求項３に記載のタッチ調光装置。

【請求項5】

前記ポリマー層は、複数の液晶粒子を含み、複数の前記液晶粒子は、ポリマーフィルム上に分散しているか、又はポリマーネットワーク構造中に分布している、
請求項１～４のいずれか１項に記載のタッチ調光装置。

【請求項6】

前記アクティブ変色フィルムの一側に配置され、表示画面を提示するために表示信号を受信するように構成された透明ディスプレイパネルを備える、
請求項１～５のいずれか１項に記載のタッチ調光装置。

【請求項7】

前記アクティブ変色フィルムは、前記タッチパネルと前記透明ディスプレイパネルとの間に配置されている、
請求項６に記載のタッチ調光装置。

【請求項8】

前記第１電極の第１表面が接触する基板と、
前記第１電極の第２表面と前記第２電極の第１表面とが接触する絶縁層とを備え、
前記第２電極の前記第２表面は、前記ポリマー層の第１表面と接触している、
請求項１に記載のタッチ調光装置。

【請求項9】

前記第３電極は、前記ポリマー層の第２表面と接触している、
請求項８に記載のタッチ調光装置。

【請求項10】

前記調光電圧の周波数は、前記駆動電圧の周波数より大きい、
請求項１に記載のタッチ調光装置。

【請求項11】

前記調光電圧は直流（ＤＣ）信号であり、前記駆動電圧は３Ｖ～４０Ｖである、
請求項１記載のタッチ調光装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、タッチ調光装置に関し、特に、光透過率を電気的に変化させるように構成され、タッチ機能を有する装置に関する。

【背景技術】

【0002】

透明ディスプレイ産業は、近年急速に発展している産業の一つであり、透明ディスプレイは、モニターシステム、車両システム、拡張現実／仮想現実（ＡＲ／ＶＲ）装置、及び投影装置のような多くの分野で広く使用されている。市場における透明ディスプレイに対する需要の増加により、透明ディスプレイと他のデバイスとの組合せが次第に注目を集めている。しかしながら、透過型ディスプレイを他のデバイスと組み合わせた場合、組み合わせたデバイスのコスト、体積、及び性能のバランスをとることが、現在の大きな問題である。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0003】

本開示の１つの態様は、タッチパネル及びアクティブ変色フィルムを含むタッチ調光装置である。タッチパネルは、第１電極と第２電極とを含む。タッチパネルは、第１電極と第２電極との間の結合容量に応じてタッチ検出を行うように構成されている。アクティブ変色性フィルムは、第３電極とポリマー層とを含む。ポリマー層は、第２電極と第３電極との間の電圧差に応じて、アクティブ変色フィルムの光透過率を変化させるように構成されている。

【0004】

本開示の別の態様は、タッチ調光方法である。タッチ調光方法は、タッチ期間に、第１電極に駆動電圧を供給し、第２電極から検知電圧を受信することを含む。タッチ調光方法は、タッチ期間に、第１電極と第２電極との間の結合容量を検出することを含む。タッチ調光方法は、調光期間に、第３電極に調光電圧を供給し、第１電極への駆動電圧の供給を停止し、第２電極からの検知電圧の受信を停止することで、アクティブ変色フィルムが、第２電極と第３電極との間の電圧差に応じて該アクティブ変色フィルムの光透過率を変化させる。

【0005】

本開示の別の態様は、タッチ調光方法である。タッチ調光方法は、第１電極に駆動電圧を供給し、第２電極から検知電圧を受信することを含む。タッチ調光方法は、第１電極と第２電極との間の結合容量を検出することを含む。タッチ調光方法は、第３電極に調光電圧を供給し、アクティブ変色フィルムが、第２電極と第３電極との間の電圧差に応じて該アクティブ変色フィルムの光透過率を変化させる。タッチ調光方法は、第３電極への調光電圧の供給を停止するときに、第１電極に駆動電圧を連続的に供給し、第２電極から検知電圧を連続的に受信する。

【0006】

前述の一般的な説明及び以下の詳細な説明の両方は、例としてのものであり、請求される開示のさらなる説明を提供することを意図していることを理解されたい。

【図面の簡単な説明】

【0007】

本開示は、添付の図面を参照して以下の実施形態の詳細な説明を読むことによって、より完全に理解することができる。

【0008】

【図1】本開示のいくつかの実施形態におけるタッチ調光装置の概略図である。

【0009】

【図2A】本開示のいくつかの実施形態におけるタッチ調光装置の波形である。

【0010】

【図2B】本開示のいくつかの実施形態における走査信号の波形である。

【0011】

【図3】本開示のいくつかの実施形態におけるタッチ調光装置の波形である。

【0012】

【図4】本開示のいくつかの実施形態におけるタッチ調光装置の波形である。

【0013】

【図5】本開示のいくつかの実施形態におけるタッチ調光装置の波形である。

【0014】

【図6】本開示のいくつかの実施形態におけるタッチ調光方法のフローチャート図である。

【0015】

【図7】本開示のいくつかの実施形態におけるタッチ調光装置の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

実施形態は、添付の図面と共に以下に詳細に説明されるが、実施形態は本開示の範囲を限定するために提供されない。さらに、記載された構造の動作は、実装の順序を制限するためのものではない。素子の再結合によって形成される構造から生成される同等の機能を有する任意のデバイスは、本開示の範囲に包含される。図面は説明のみを目的としており、元のサイズに従ってプロットされていない。

【0017】

要素が、他の要素に「接続される（connected to）」又は「結合される（coupled to）」と称される場合、他の要素に直接接続又は結合されることができ、又は介在する要素が存在してもよいことを理解されたい。対照的に、ある要素が、他の要素に「直接接続される」又は「直接結合される」と称される場合、介在する要素は存在しない。ここで使用される場合、用語「及び／又は」は、関連するリストされた項目の１つ以上の任意の及び全ての組み合わせを含む。

【0018】

図１は、本開示のいくつかの実施形態におけるタッチ調光装置１００の概略図である。タッチ調光装置１００は、タッチパネル１１０と、アクティブ変色フィルム１２０とを備える。タッチパネル１１０は、第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２とを含み、タッチパネル１１０は、第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２との間に結合容量を有するように構成され、タッチ検出を行う。

【0019】

具体的には、第１電極Ｅ１（又は第２電極Ｅ２）は、複数の検知電極を含む。検知電極間には所定の間隔が形成され、ユーザの手のタッチを検出し、タッチに対応するタッチパネル１１０上の対応する座標を識別する。タッチパネル１１０の構成は、図１に示すものに限定されない。なお、タッチパネル１１０の構成や動作については、当業者であれば理解できるので、ここでは繰り返さない。

【0020】

図２Ａは、本開示のいくつかの実施形態におけるタッチ調光装置１００の波形である。一実施形態では、第１電極Ｅ１は駆動電圧Ｔｘ（例えば、３Ｖ～４０Ｖ）を受信するように構成され、第２電極Ｅ２は検知電圧Ｒｘ（例えば、１Ｖ～３Ｖ）を受信するように構成される。駆動電圧Ｔｘは、複数の走査信号Ｔｘ１、Ｔｘ２、Ｔｘ３を含む。走査信号Ｔｘ１、Ｔｘ２、Ｔｘ３をパルスとすると、駆動電圧Ｔｘの周波数は３０Ｈｚ～１０００Ｈｚである。いくつかの実施形態では、駆動電圧Ｔｘの周波数は、１００Ｈｚ～１５０Ｈｚである。検出電圧Ｒｘは、タッチパネル１１０において低電位に維持され、検出電圧Ｒｘの電圧値は１Ｖ～３Ｖとすることができる。

【0021】

また、図２Ｂを参照すると、一実施形態では、各走査信号Ｔｘ１、Ｔｘ２、Ｔｘ３は、複数のパルス波を含む。これらのパルス波の周波数は１０，０００Ｈｚ～５００，０００Ｈｚである。すなわち、走査信号Ｔｘ１、Ｔｘ２、Ｔｘ３の周波数は１０，０００Ｈｚ～５００，０００Ｈｚである。

【0022】

図１に示すように、アクティブ変色フィルム１２０は、第３電極Ｅ３と、ポリマー層１２１とを含む。ポリマー層１２１は、第２電極Ｅ２と第３電極Ｅ３との間に配置され、第２電極Ｅ２と第３電極Ｅ３との間の電圧差に応じて、アクティブ変色フィルム１２０の光透過率を変化させるように構成されている。いくつかの実施形態において、アクティブ変色フィルム１２０は、第３電極Ｅ３を介して調光電圧Ｖｐを受信する。また、アクティブ変色フィルム１２０は、調光電圧Ｖｐと検出電圧Ｒｘとの電圧差に応じて、ポリマー層１２１の液晶粒子１２１ａの方向を駆動して変化させ、アクティブ変色フィルム１２０の光透過率を変化させるように構成されている。

【0023】

図に示すように、タッチパネル１１０とアクティブ変色フィルム１２０とは、第２電極Ｅ２を共有している。タッチパネル１１０は、第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２との結合容量に応じたタッチ検出を行う。そして、調光電圧Ｖｐと検出電圧Ｒｘとの電圧差に応じてアクティブ変色フィルム１２０が駆動され、アクティブ変色フィルム１２０の光透過率が変化する。本開示では、タッチパネル１１０とアクティブ変色フィルム１２０とが第２電極Ｅ２を共有しているため、タッチ調光装置１００の全体の体積を低減することができる。

【0024】

また、一部の実施形態では、駆動電圧Ｔｘの電圧値は３Ｖ～４０Ｖである。調光電圧Ｖｐは３０Ｖ～６０Ｖである。調光電圧Ｖｐの電圧値は、駆動電圧Ｔｘの電圧値よりもはるかに大きい。他の実施形態では、駆動電圧Ｔｘの電圧値に対する調光電圧Ｖｐの電圧値の比は、１．２～２０（例えば、調光電圧Ｖｐが４０Ｖ、駆動電圧Ｔｘが３３．３Ｖ、又は調光電圧Ｖｐが６０Ｖ、駆動電圧Ｔｘが３Ｖである。)であってもよい。なお、調光電圧Ｖｐの電圧値と駆動電圧Ｔｘの電圧値とが大きく異なる場合には、駆動電圧Ｔｘは、アクティブ変色フィルム１２０の両側の電圧差（すなわち、第２電極Ｅ２と第３電極Ｅ３との間の電圧差）に影響を与えないので、フリッカ現象は生じない。あるいは、アクティブ変色フィルム１２０の駆動は、駆動電圧Ｔｘによって妨げられない。

【0025】

具体的には、タッチパネル１１０は、基板１１１と絶縁層１１２とをさらに備える。基板１１１は透明材料からなり、絶縁層１１２は第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２との間に配置され、カップリングコンデンサ（第１電極Ｅ１、絶縁層１１２及び第２電極Ｅ２を含む）を形成する。

【0026】

一実施形態では、タッチ調光装置１００は、制御回路１３０をさらに含む。制御回路１３０は、タッチパネル１１０及びアクティブ変色フィルム１２０に電気的に接続されている。制御回路１３０は、駆動電圧Ｔｘ及び調光電圧Ｖｐを供給するように構成され、検出電圧Ｒｘを受信するように構成される。制御回路１３０は、検知電圧Ｒｘの変化に応じてタッチ検出を行い、調光電圧Ｖｐを調整して、アクティブ変色フィルム１２０の光透過率を制御するように構成されている。

【0027】

いくつかの実施形態において、ポリマー層１２１は、複数の液晶粒子１２１ａ（例えば、球形又は楕円形の粒子）を含み、第２電極Ｅ２と第３電極Ｅ３との間の電圧差で回転して、アクティブ変色フィルム１２０の光透過率を調整する。一実施形態では、液晶粒子１２１ａは、ポリマーフィルム上に分散される。ポリマーフィルム中のポリマーマトリックスは、互いに接続された多数のモノマー分子からなる。各モノマーは２個以上のモノマー分子を結合して連続した長鎖を形成しなければならず、異なるモノマーを結合して形成されるポリマーの構造も異なる。液晶と未重合のポリマーモノマーとを適当な比率で混合し、外部（例えば、光又は熱）でトリガーし、ポリマーモノマーを重合させてポリマー層１２１を形成する。いくつかの実施形態において、アクティブ変色フィルム１２０の上記構造は、ポリマー分散型液晶（ＰＤＬＣ）によって実現することができる。

【0028】

他のいくつかの実施形態において、ポリマー層１２１の複数の液晶粒子１２１ａは、ポリマーネットワーク構造に分布する。すなわち、ポリマー層１２１は、ポリマーネットワーク液晶（ＰＮＬＣ）によって実現することができる。ＰＮＬＣ及びＰＤＬＣの動作原理は当業者であれば理解できるので、ここでは繰り返さない。

【0029】

図１に示すアクティブ変色フィルム１２０は、電圧差に応じて光透過率を変化させる光学材料である。アクティブ変色フィルム１２０は、画像を提示するために使用されないので、アクティブ変色フィルム１２０は、トランジスタスイッチを実装する必要はない。

【0030】

図１及び図２Ａを参照すると、いくつかの実施形態において、タッチ調光装置１００は、第１状態及び第２状態で動作してもよい。第１状態では、第３電極Ｅ３が調光電圧Ｖｐを受信することにより、アクティブ変色フィルム１２０は高透過率（例えば、ＰＤＬＣ）に維持されるか、又は、アクティブ変色フィルム１２０は低透過率（例えば、ＰＮＬＣ）に維持される。第２状態では、第３電極Ｅ３が調光電圧Ｖｐの受信を停止することにより、アクティブ変色フィルム１２０は低透過率（例えば、ＰＤＬＣ）に切り替わり維持されるか、又は、アクティブ変色フィルム１２０は高透過率（例えば、ＰＮＬＣ）に切り替わり維持される。

【0031】

上記各実施形態において、調光電圧Ｖｐは直流（ＤＣ）信号であるが、これに限定されるものではない。図３を参照すると、他のいくつかの実施形態において、調光電圧Ｖｐは交流（ＡＣ）信号であってもよく、調光電圧Ｖｐのピーク電圧は互いに対応し（例えば、ピークは＋３０Ｖ及び－３０Ｖである）、ポリマー層１２１内の液晶粒子１２１ａの角度を制御する。調光電圧Ｖｐのピーク電圧は、３０Ｖ～６０Ｖであり得る。

【0032】

図１及び図４を参照すると、図４は、本開示のいくつかの実施形態におけるタッチ調光装置１００の波形である。本実施形態では、タッチ期間Ｐｔの間、タッチ調光装置１００は第１状態で動作し、調光期間Ｐｄの間、タッチ調光装置１００は第２状態で動作する。すなわち、調光期間Ｐｄにおいて、第３電極Ｅ３は調光電圧Ｖｐを受信するが、第１電極Ｅ１及び第２電極Ｅ２は、駆動電圧Ｔｘ及び検出電圧Ｒｘの受信を停止する。この期間（すなわち、調光期間Ｐｄ）は、タッチパネル１１０はタッチ検出は一時的に行われず、調光電圧Ｖｐと検出電圧Ｒｘとの電圧差が調光動作に用いられる。

【0033】

同様に、他の期間（すなわち、タッチ期間Ｐｔ）において、第３電極Ｅ３は調光電圧Ｖｐの受信を停止し、第１電極Ｅ１及び第２電極Ｅ２は、駆動電圧Ｔｘ及び検出電圧Ｒｘを正常に受信する。このとき、アクティブ変色フィルム１２０は、アクティブ変色フィルム１２０が非導電性であるときのように、光透過率を維持する。

【0034】

いくつかの実施形態では、タッチ調光装置１００の動作状態（すなわち、調光期間Ｐｄ又はタッチ期間Ｐｔでの動作）は、ユーザが手動で切り替えることができる。他のいくつかの実施形態では、タッチ調光装置１００は、第１状態（タッチ期間Ｐｔ）と第２状態（調光期間Ｐｄ）との間で順番に切り替えることもでき、第２状態（調光期間Ｐｄ）の時間は、第１状態（タッチ期間Ｐｔ）の時間よりもはるかに長い。したがって、ユーザにとっては、残像の影響により、アクティブ変色フィルム１２０は導電状態のままであり、タッチ調光装置１００はタッチ検出機能を有している。

【0035】

さらに、上述したように、いくつかの実施形態では、図５に示すように、調光電圧ＶｐはＡＣ信号であってもよく、調光電圧のピーク電圧Ｖｐは互いに対応する。調光電圧Ｖｐの周波数は、１００Ｈｚ～３０，０００Ｈｚである。

【0036】

図１及び図６を参照すると、図６は、本開示のいくつかの実施形態におけるタッチ調光方法のフローチャート図である。ステップＳ６０１において、制御回路１３０は、タッチ期間Ｐｔに、第１電極Ｅ１に駆動電圧Ｔｘを供給し、第２電極Ｅ２から検出電圧Ｒｘを受信する。ステップＳ６０２において、タッチ期間Ｐｔに、制御回路１３０は、第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２との間の結合容量を検出（例えば、検出電圧Ｒｘの変化を検出して、コンデンサ値の変化を決定）し、ユーザがタッチパネル１１０のどこにタッチしたかを判定する。このとき、制御回路１３０は、第３電極Ｅ３に電圧を供給しない（又は、第３電極Ｅ３は接地されている）。

【0037】

ステップＳ６０３において、調光期間Ｐｄで動作している場合、制御回路１３０は、第３電極Ｅ３に調光電圧Ｖｐを供給し、第１電極Ｅ１への駆動電圧Ｔｘの供給を停止し、第２電極Ｅ２からの検知電圧Ｒｘの受信を停止することで、アクティブ変色フィルム１２０は、第２電極Ｅ２と第３電極Ｅ３との電圧差に応じて、アクティブ変色フィルム１２０におけるポリマー層１２１の光透過率を変化させる。

【0038】

図６のタッチ調光方法は、図４及び図５の信号波形に対応する。他のいくつかの実施形態では、タッチ調光装置１００の動作状態を異なるタイミングに分割することはできないので、タッチ調光装置１００は常にタッチ機能を維持する。換言すると、図３に示すように、タッチ調光装置１００は、常に第１電極Ｅ１に駆動電圧Ｔｘを供給し、第２電極Ｅ２から検知電圧Ｒｘを受信する。タッチ調光装置１００が第３電極Ｅ３への調光電圧Ｖｐの供給を停止しても、タッチ調光装置１００は第１電極Ｅ１への駆動電圧Ｔｘの供給を継続し、第２電極Ｅ２からの検出電圧Ｒｘの供給を継続する。

【0039】

上記実施形態では、タッチ調光装置１００は、車両システム又は他の装置に適用するために透明基板（例えば、ガラス）と組み合わされるが、本開示はこれに限定されない。図７は、本開示のいくつかの実施形態におけるタッチ調光装置の概略図である。本実施形態では、タッチパネル１１０とアクティブ変色フィルム１２０は、透明ディスプレイパネル１４０の一側に配置されている。透明ディスプレイパネル１４０は、表示信号を受け取り、複数の画素ユニットを制御して表示画面を提示するように構成される。

【0040】

本開示の範囲又は精神から逸脱することなく、本開示の構造に対して様々な修正及び変形を行うことができることは、当業者には明らかであろう。以上のことを考慮して、本開示は、以下の特許請求の範囲の範囲内にあることを条件として、本開示の修正及び変形をカバーすることを意図している。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】