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(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】2023-12-13
(45)【発行日】2023-12-21
(54)【発明の名称】３次元タッチモジュール及びその検出方法
(51)【国際特許分類】
G06F 3/041 20060101AFI20231214BHJP
G06F 3/043 20060101ALI20231214BHJP
G06F 3/044 20060101ALI20231214BHJP
G06F 3/045 20060101ALI20231214BHJP
【ＦＩ】
G06F3/041 500
G06F3/041 522
G06F3/041 602
G06F3/043
G06F3/044 128
G06F3/044 129
G06F3/045 C
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2020205694
(22)【出願日】2020-12-11
(65)【公開番号】P2021157770
(43)【公開日】2021-10-07
【審査請求日】2020-12-11
【審判番号】
【審判請求日】2023-01-06
(31)【優先権主張番号】202010229000.4
(32)【優先日】2020-03-27
(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
(73)【特許権者】
【識別番号】515087721
【氏名又は名称】ティーピーケイ ユニヴァーサル ソリューションズ リミテッド
【住所又は居所原語表記】Ｓｕｉｔｅｓ １２０４－０７，１２／Ｆ．，Ｓｈｕｉ Ｏｎ Ｃｅｎｔｒｅ，６－８ Ｈａｒｂｏｕｒ Ｒｏａｄ，Ｗａｎｃｈａｉ，Ｈｏｎｇ Ｋｏｎｇ
(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】イェ ツァイジン
(72)【発明者】
【氏名】チュアン チーチェン
(72)【発明者】
【氏名】リー リエンシン
(72)【発明者】
【氏名】ウェイ ツァイクエイ
(72)【発明者】
【氏名】リン スンポー
(72)【発明者】
【氏名】ワン レンフン
(72)【発明者】
【氏名】チャン ユーチン
(72)【発明者】
【氏名】チェン タイシー
(72)【発明者】
【氏名】ジャオ ヤン
【合議体】
【審判長】山澤 宏
【審判官】岩間 直純
【審判官】山内 裕史
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１８－０９７８６９（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１６／００５４８２６（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１４－１８６７１１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－２１９９６３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－１３３０９０（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
G06F3/041
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
制御モジュールと、２次元入力アセンブリと、送信電極層と、圧力検出アセンブリとを含む３次元タッチモジュールに適用される検出方法であって、ステップＳ１：入力信号を前記送信電極層に供給し、
ステップＳ２：第１出力信号を出力して、該第１出力信号を前記２次元入力アセンブリの受信電極層に接続された前記制御モジュールに送信し、第２出力信号を出力して、該第２出力信号を前記圧力検出アセンブリの導電層に接続された前記制御モジュールに送信し、前記圧力検出アセンブリの前記導電層は、前記２次元入力アセンブリの前記受信電極層から離間しており、
ステップＳ３：前記制御モジュールは、前記第１出力信号に基づいてタッチ位置を決定し、前記制御モジュールは、前記第２出力信号に基づいて圧力値を決定し、
前記第１出力信号と前記第２出力信号とは互いに独立しており、
前記第１出力信号は前記タッチ位置の容量検出信号に対応し、前記第２出力信号は前記圧力値の圧電信号に対応し、
前記２次元入力アセンブリ及び前記圧力検出アセンブリは、前記送信電極層を共有し、
前記２次元入力アセンブリは、電極層と、該電極層と前記送信電極層との間に設けられた接着層を含み、
前記第１出力信号と前記第２出力信号とが同一の時系列で出力される場合、ステップＳ３は、
ステップＳａ：前記制御モジュールは、前記２次元入力アセンブリによって出力された容量検出信号を受信して前記タッチ位置の検出を完了し、前記制御モジュールは、前記圧力検出アセンブリによって生成された圧電信号を受信して前記圧力値の検出を完了する、
ステップＳａを含む、
３次元タッチモジュールの検出方法。
【請求項2】
前記圧力検出アセンブリは、前記導電層に積層された圧力層をさらに含む、請求項１に記載の検出方法。
【請求項3】
前記導電層は、銀ナノワイヤ導電層、金属グリッド、又はインジウムスズ酸化物半導体透明導電膜である、請求項２に記載の検出方法。
【請求項4】
制御モジュールと、それに電気的に接続された３次元タッチアセンブリとを含む３次元タッチモジュールであって、前記３次元タッチアセンブリは、
カバープレートと、
前記カバープレートの下に配置され、受信電極層を含み、前記受信電極層が第１出力信号を送受信するように構成された２次元入力アセンブリと、
前記カバープレートの下に配置され、導電層を含み、前記導電層は第２出力信号を送受信するように構成された圧力検出アセンブリと、
前記２次元入力アセンブリと前記圧力検出アセンブリとの間に配置された送信電極層と、
を備え、
入力信号が前記送信電極層に供給されると、前記２次元入力アセンブリは第１出力信号を出力して、該第１出力信号を前記２次元入力アセンブリの受信電極層に接続された前記制御モジュールに送信し、前記圧力検出アセンブリは第２出力信号を出力して、該第２出力信号を前記圧力検出アセンブリの導電層に接続された前記制御モジュールに送信し、前記圧力検出アセンブリの前記導電層は、前記２次元入力アセンブリの前記受信電極層から離間しており、
前記第１出力信号と前記第２出力信号とは互いに独立しており、
前記第１出力信号は容量検出信号であり、前記第２出力信号は圧電信号であり、
前記２次元入力アセンブリ及び前記圧力検出アセンブリは、前記送信電極層を共有し、
前記２次元入力アセンブリは、電極層と、該電極層と前記送信電極層との間に設けられた接着層を含み、
前記第１出力信号と前記第２出力信号とが同一の時系列で出力される場合、
前記制御モジュールは、前記２次元入力アセンブリによって出力された容量検出信号を受信してタッチ位置の検出を完了し、前記制御モジュールは、前記圧力検出アセンブリによって生成された圧電信号を受信して圧力値の検出を完了する、
３次元タッチモジュール。
【請求項5】
前記圧力検出アセンブリは前記導電層に積層された圧力層を含み、前記圧力層及び前記導電層は積層され、前記圧力層は前記送信電極層に接続され、前記圧力層は前記第２出力信号を生成するように構成される、請求項４に記載の３次元タッチモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本出願は、２０２０年３月２７日に出願された中国出願第２０２０１０２２９０００．４号の優先権を主張する。
【0002】
本開示は、タッチ入力技術に関し、より詳細には、３次元タッチモジュール及びその検出方法に関する。
【背景技術】
【0003】
タッチ技術の発展に伴い、タッチ機能を備えた表示装置は工業用電子機器や民生用電気製品への応用が成熟してきた。タッチポイントの検出については、静電容量式スクリーン上であれ抵抗式スクリーン上であれ、異なる原理を用いて、表示装置上のタッチポイントの２次元座標を決定し、２次元座標系（Ｘ、Ｙ）を確立する。タッチポイントの検出は、タッチポイントのＸ軸方向の位置とＹ軸方向の位置を求めること、すなわち、タッチポイントの２次元座標を求めることと等価である。
【0004】
タッチ機能を有する表示装置をさらに充実させるために、一部の表示装置には、３次元入力システムとなる圧力センサが装備されている。例えば、異なる位置のタッチ点を介して異なる押圧力値を一致させる場合、対応する機能を設定することができる。このように、タッチポイント（Ｘ、Ｙ）と圧力値（Ｚ）とによって定義される３Ｄアーキテクチャからデザインを豊かにすることができ、それによって、３次元タッチモジュールを含む表示装置を形成することができる。
【0005】
しかし、３次元タッチモジュールにおける電気信号干渉は非常に深刻であり、タッチ位置と圧力値の測定精度を低下させる。したがって、タッチ信号と圧力信号を同時に抽出する方法は、制御モジュールにとって大きな挑戦である。従来技術で採用されている信号分離方法では、各タッチで発生する圧力信号及びタッチ信号を、増幅器による処理及びチップによるセンシングの前にフィルタリングする必要がある。図１、２を参照する。図２は、接点Ａ、Ｂ、受信端Ｒｘ、タッチセンサ２、フロントエンドモジュール３、信号処理モジュール４、層構造５、圧電材料層１０ａ、第１面６、第２面７、第１電極８、第２電極９、出力端子受信信号１１ａ、増幅モジュール１２ａ、圧力信号フィルタ１４、容量信号フィルタ１３、信号１５、第１フィルタ信号１６、及び第２フィルタ信号１７を示す。この方法には、次の欠点がある。
【0006】
（１）抽出されたタッチ信号と圧力信号が混在するため、圧力信号の抽出がより困難になる。
【0007】
（２）信号処理技術は複雑で、制御モジュールに対する要求が高く、信号干渉問題が深刻である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【文献】中国特許出願公開第１０７２０９５９０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
従って、タッチ信号及び圧力信号を検出するための低コストで効果的な非干渉３次元タッチアセンブリ及び検出方法をどのように提供するかが、産業界の人々によって解決されるべき重要な課題となっている。
【課題を解決するための手段】
【0010】
従来技術の問題を克服するために、本開示は、３次元タッチモジュール及びその検出方法を提供する。
【0011】
本開示の技術的課題に対する解決策は、３次元タッチモジュールの検出方法を提供することである。この検出方法は、制御モジュールと、２次元入力アセンブリと、送信電極層と、圧力検出アセンブリとを含む３次元タッチモジュールに適用される。検出方法は、ステップＳ１：入力信号を送信電極層に供給し、ステップＳ２：第１出力信号を出力して、該第１出力信号を２次元入力アセンブリによって制御モジュールに送信し、第２出力信号を出力して、該第２出力信号を圧力検出アセンブリによって制御モジュールに送信する、ステップＳ３：制御モジュールによる第１出力信号に基づいてタッチ位置を決定し、制御モジュールによる第２出力信号に基づいて圧力値を決定する。
【0012】
本開示の一実施形態では、第１出力信号と第２出力信号は互いに独立している。
【0013】
本開示の一実施形態では、２次元入力アセンブリは、容量入力アセンブリ、抵抗性入力アセンブリ、又は超音波入力アセンブリである。
【0014】
本発明の一実施形態では、第１出力信号はタッチ位置の容量検出信号に対応し、第２出力信号は圧力値の圧電信号に対応する。
【0015】
本開示の一実施形態では、第１出力信号と第２出力信号とが同一の時系列で出力される場合、ステップＳ３は、ステップＳａ：制御モジュールによって、２次元入力アセンブリによって出力された容量検出信号を受信してタッチ位置の検出を完了し、制御モジュールによって、圧力検出アセンブリによって生成された圧電信号を受信して圧力値の検出を完了する、を含む。
【0016】
本開示の一実施形態では、第１出力信号及び第２出力信号が異なる時系列で出力される場合、ステップＳ３は、ステップＳｉ：制御モジュールによって、２次元入力アセンブリによって出力された容量検出信号を受信して、タッチ位置を決定し、ステップＳｊ：２次元入力アセンブリ及び送信電極層を接地し、ステップＳｋ：制御モジュールによって、圧力検出アセンブリによって出力された圧電信号を受信して、圧力値を決定する、を含む。
【0017】
本開示の一実施形態では、２次元入力アセンブリは、受信電極層を含み、圧力検出アセンブリは、積層された圧力層及び導電層を含む。
【0018】
本開示の一実施形態では、導電層は、銀ナノワイヤ導電層、金属グリッド、又はインジウムスズ酸化物半導体透明導電膜である。
【0019】
本開示の一実施形態では、２次元入力アセンブリ及び圧力検出アセンブリは、送信電極層を共有する。
【0020】
３次元タッチモジュールは、制御モジュールと、それに電気的に接続された３次元タッチアセンブリとを含む。３次元タッチアセンブリは、カバープレートと、カバープレートの下に配置され、第１出力信号を出力するように構成された２次元入力アセンブリと、カバープレートの下に配置され、第２出力信号を出力するように構成された圧力検出アセンブリと、前記２次元入力アセンブリと前記圧力検出アセンブリとの間に配置された伝達電極層とを含む。
【0021】
本開示の一実施形態では、２次元入力アセンブリは、受信電極層を含む。受信電極層は、第１出力信号を受信して出力するように構成される。圧力検出アセンブリは、圧力層及び導電層を含む。圧力層と導電層と歯積層されている。圧力層は、透過電極層に接続される。圧力層は、第２出力信号を生成するように構成される。導電層は、第２出力信号を受信して出力するように構成される。制御モジュールは、第１出力信号を受信するように構成される受信電極層に電気的に接続される。制御モジュールは、導電層に電気的に接続され、第２出力信号を受信するように構成される。
【0022】
本発明の一実施形態では、第１出力信号と第２出力信号とが同一の時系列で出力される場合、送信電極層は入力信号を受信し、受信電極層は第１出力信号を制御モジュールに出力してタッチ位置の検出を完了し、制御モジュールに対して導電層によって生成された第２出力信号を制御モジュールに送信して圧力値の検出を完了する。
【0023】
本発明の一実施形態では、第１出力信号と第２出力信号とが異なる時系列で出力される場合、第１時系列において、送信電極層は入力信号を受信し、受信電極層は第１出力信号を制御モジュールに出力してタッチ位置の検出を完了する。第２時系列では、送信電極層及び受信電極層が接地され、導電層は第２出力信号を制御モジュールに送信して圧力値の検出を完了する。
【0024】
本開示の一実施形態では、第１出力信号は、容量検出信号、抵抗信号、又は超音波信号である。第２出力信号は圧電信号である。
【0025】
本開示の一実施形態では、２次元入力アセンブリ及び圧力検出アセンブリは、送信電極層を共有する。
【0026】
従来技術と比較して、本開示の３次元タッチモジュール及びその検出方法は、以下の利点を有する。
【0027】
（１）３次元タッチモジュールに２次元入力アセンブリ及び圧力検出アセンブリを配置することにより、３次元タッチモジュールは、２次元入力アセンブリ及び圧力検出入力アセンブリをそれぞれ介して第１出力信号及び第２出力信号を出力することができ、制御モジュールは、第１出力信号及び第２出力信号を直接分析して、第１出力信号に対応するタッチ位置及び第２出力信号に対応する圧力値を得ることができる。これにより、制御モジュールの構成要件が低減され、３次元タッチモジュールの製造及び使用コストを効果的に低減することができる。
【0028】
（２）第１出力信号と第２出力信号とは互いに独立しているので、制御モジュールの信号抽出処理における２つの信号間の干渉を効果的に低減し、信号抽出の精度を向上させることができる。
【0029】
（３）第１出力信号はタッチ位置に対応し、第２出力信号は圧力値に対応する。２種類の信号を設定することにより、制御モジュールによる信号処理の難しさが大幅に軽減され、この３次元タッチアセンブリにより多くの異なる種類の制御モジュールを適応させることができる。すなわち、３次元タッチアセンブリの適用範囲を広げることができ、制御モジュールの製造コスト及び使用コストを効果的に低減することができる。
【0030】
（４）２次元入力アセンブリと圧力検出アセンブリとは、同一の送信電極層を共有しているので、送信電極層を介して異なる入力信号が構成され、第１出力信号と第２出力信号とを順次又は同時に生成することができる。
【0031】
（５）制御モジュールは、第１出力信号と第２出力信号とを同時に検出して処理するので、３次元タッチアセンブリの応答速度を効果的に改善することができる。
【0032】
（６）制御モジュールは、第１出力信号と第２出力信号とを異なる時系列で検出して処理することにより、２つの信号をより正確に検出することができる。同時に、異なる時系列の検出及び処理方法は、制御モジュールの構成に対する要求がより低く、３次元タッチアセンブリの製造及び使用コストを効果的に低減することができる。
【0033】
前述の一般的な説明及び以下の詳細な説明のいずれも例示であり、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が理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【0034】
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。
【0035】
【図1】従来技術における３次元入力モジュールの信号検出の概略図である。
【0036】
【図2】従来技術における３次元入力モジュールの信号処理フローの概略図である。
【0037】
【図3】従来技術における３次元入力モジュールの信号検出結果の概略図である。
【0038】
【図4】本開示の第１実施形態の３次元タッチモジュールの概略図である。
【0039】
【図5】本開示の第１実施形態に係る３次元タッチモジュールの３次元タッチアセンブリの積層構造の概略図である。
【0040】
【図6】本開示の第１実施形態に係る３次元タッチモジュールの制御モジュールによる同一の時系列における出力信号の検出の流れの概略図である。
【0041】
【図7】本開示の第１実施形態に係る３次元タッチモジュールの制御モジュールによる異なる時系列における出力信号の検出の流れの概略図である。
【0042】
【図8】本開示の第１実施形態の３次元タッチモジュールの３次元タッチアセンブリの第１変形例の積層構造の概略図である。
【0043】
【図9】本開示の第１実施形態の３次元タッチモジュールの３次元タッチアセンブリの第２変形例の積層構造の概略図である。
【0044】
【図10】本開示の第２実施形態に係る３次元タッチモジュールの検出方法の概略フローチャートである。
【0045】
【図11】本開示の第２実施形態に係る３次元タッチモジュールの制御モジュールによる異なる時系列における出力信号の検出の流れの概略図である。
【0046】
【図12】本開示の第２実施形態に係る３次元タッチモジュールの信号検出結果の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0047】
以下、添付図面に例示されている本開示の実施形態を詳細に参照する。可能な限り、図面及び説明において同一の参照番号を使用して、同一又は類似の部分を参照する。しかしながら、ここで開示される特定の構造的及び機能的詳細は、例示的な実施形態を説明する目的のために単に代表的なものであり、多くの代替的な形態で具現化することができ、ここに記載される例示的な実施形態のみに限定されるものとして解釈されるべきではない。したがって、例示的な実施形態を開示された特定の形態に限定する意図はないが、反対に、例示的な実施形態は、開示の範囲内にあるすべての改変、均等物、及び代替物をカバーするものであることを理解されたい。
【0048】
図５を参照しながら、図４を参照する。本実施形態の第１実施形態は、制御モジュール１１及び３次元タッチアセンブリ１２を含む、３次元タッチモジュール１０を提供する。制御モジュール１１は、３次元タッチアセンブリ１２に電気的に接続され、３次元タッチアセンブリ１２によって出力された信号が制御モジュール１１に送信される。
【0049】
３次元タッチアセンブリ１２は、カバープレート１２１と、第１接着層１３１と、２次元入力アセンブリ１２２と、送信電極層１２４と、圧力検出アセンブリ１２３とを順次積層して構成されている。２次元入力アセンブリ１２２は、積層された受信電極層１２２１及び第２接着層１３２を含む。圧力検出アセンブリ１２３は、積層された第３接着層１３３、圧力層１２３１、及び導電層１２３２を含む。
【0050】
具体的には、２次元入力アセンブリ１２２は、第１出力信号を生成して出力するように構成される。圧力検出アセンブリ１２３は、第２出力信号を生成して出力するように構成される。送信電極層１２４は、入力信号を受信するように構成されている。
【0051】
制御モジュール１１は、２次元入力アセンブリ１２２及び圧力検出アセンブリ１２３に電気的に接続され、２次元入力アセンブリ１２２によって出力された第１出力信号及び圧力検出アセンブリ１２３によって出力された第２出力信号を受信するように構成される。したがって、制御モジュール１１は、受信した第１出力信号を介してタッチ位置を決定し、受信した第２出力信号を介して圧力値を決定することができる。
【0052】
カバープレート１２１は、３次元タッチアセンブリ１２上のタッチカバーとみなすことができる。いわゆるカバープレート１２１は、タッチ操作面とアセンブリ取付面とを有する。タッチ操作面は、指やスタイラスによるタッチ操作に用いられる。アセンブリ取付面は、３次元タッチアセンブリ１２又は表示モジュールを取り付けるために使用される。
【0053】
カバープレート１２１の材料は、ガラスであってもよく、また、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＥＳ（ポリエチレンスクシネート）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、又は上記材料のうちの任意の２つの複合体であってもよい。
【0054】
第１接着層１３１、第２接着層１３２及び第３接着層１３３は、ＯＣＡ（光学透明接着剤）又はＬＯＣＡ（液状光学透明接着剤）から選択することができる。
【0055】
一実施形態として、送信電極層１２４は、２次元入力アセンブリ１２２及び圧力検出アセンブリ１２３によって共有され得る。
【0056】
図５を参照しながら、図４を参照する。本実施形態では、２次元入力アセンブリ１２２は、受信電極層１２２１を介して、制御モジュール１１と電気的に接続されており、制御モジュール１１は、受信電極層１２２１によって出力される第１出力信号を受信することができる。
【0057】
圧力検出アセンブリ１２３は、導電層１２３２を介して、制御モジュール１１と電気的に接続されており、制御モジュール１１は、導電層１２３２によって出力される第２出力信号を受け取ることができる。
【0058】
具体的には、受信電極層１２２１によって出力される第１出力信号は、容量検出信号、抵抗信号、又は超音波信号であり得る。この実施形態では、第１出力信号は容量検出信号である。導電層１２３２によって出力される第２出力信号は圧電信号である。圧力層１２３１の力変形により圧電信号が生成され、圧電信号は、導電層１２３２に伝達されて導電層１２３２によって出力される。
【0059】
本実施形態では、送信電極層１２４及び受信電極層１２２１の材料として、導電性及び透明性に優れた酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）を用いている。したがって、この材料を送信電極層１２４及び受信電極層１２２１として用いることにより、機能上の要求を満たすだけでなく、３次元タッチアセンブリ１２の表示効果にもできるだけ影響を与えない。
【0060】
一実施形態として、送信電極層１２４及び受信電極層１２２１の厚さは、約３５μｍ～約１８０μｍである。また、送信電極層１２４及び受信電極層１２２１の厚さは、５０μｍ～１５０μｍ程度であり得る。具体的には、送信電極層１２４及び受信電極層１２２１の厚さは、約５０μｍ、６０μｍ、７５μｍとすることができる。本実施形態では、送信電極層１２４及び受信電極層１２２１の厚さは、約５０μｍである。
【0061】
圧力層１２３１に使用される材料は、没食子酸リチウム、ゲルマニウム酸リチウム、圧電セラミック、ポリフッ化ビニリデン、又はインクであってよい。この実施形態では、圧力層１２３１に用いられる材料は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）である。ＰＶＤＦ膜の変形により圧電誘導が発生する原理を利用して、ＰＶＤＦ膜を圧力層１２３１として作製し、使用時の圧力に応じて圧力層１２３１が変形したときに圧電信号を発生させることができる。
【0062】
導電層１２３２は、銀ナノワイヤ導電層、金属グリッド、又はインジウムスズ酸化物半導体透明導電膜（ＩＴＯ膜）とすることができる。本実施形態では、導電層１２３２は、銀ナノワイヤ導電層１２３２である。本実施形態の１つの解決策では、圧力層１２３１は、より光透過率の良いポリフッ化ビニリデンで作製され、銀ナノワイヤ導電層１２３２と組み合わされるので、圧力検出アセンブリ１２３は、良好な光透過率を有し、３次元タッチアセンブリ１２の表示効果に対する影響を効果的に低減することができる。
【0063】
図５を参照しながら、図４を参照する。本開示によって提供される３次元タッチモジュール１０を用いてタッチ位置検出及び圧力検出を行うプロセスは、以下のとおりである。カバープレート１２１上で指又はスタイラスが操作されると、送信電極層１２４が入力信号を受信し、２次元入力アセンブリ１２２の受信電極層１２２１が特定の操作信号に基づいて第１出力信号を生成し、該第１出力信号を制御モジュール１１に出力する。圧力検出アセンブリ１２３の圧力層１２３１は、圧力によって変形され、第２出力信号を生成し、第２出力信号は導電層１２３２から制御モジュール１１に出力される。制御モジュール１１は、２次元入力アセンブリ１２２及び圧力検出アセンブリ１２３に電気的に接続され、２次元入力アセンブリ１２２によって出力された第１出力信号及び圧力検出アセンブリ１２３によって出力された第２出力信号を得る。そして、制御モジュール１１は、得られた第１出力信号と第２出力信号とを処理して、第１出力信号に対応するタッチ位置と、第２出力信号に対応する圧力値とを得る。
【0064】
なお、上記の処理において、第１出力信号と第２出力信号との出力は、同一の時系列で行ってもよいし、異なる時系列で行ってもよい。
【0065】
具体的には、図６を参照する。第１出力信号と第２出力信号とが同一の時系列で出力された場合、具体的には、送信電極層１２４が入力信号を受信し、受信電極層１２２１が特定の動作信号に基づいて容量検出信号を生成し、容量検出信号を制御モジュール１１に出力して、タッチ位置の検出を完了する。同時に、導電層１２３２で生成された圧電信号が制御モジュール１１に伝達され、圧力値の検出が完了する。
【0066】
図７を参照する。第１出力信号と第２出力信号とが異なる時間系列で出力される場合、具体的には、第１時間系列では、送信電極層１２４が入力信号を受信し、受信電極層１２２１が特定の動作信号に基づいて第１出力信号を生成し、該第１出力信号を制御モジュール１１に出力してタッチ位置の検出を完了する。第２時系列では、送信電極層１２４と受信電極層１２２１が接地され、圧力層１２３１が圧力により変形して圧電信号を生成し、導電層１２３２が圧電信号を制御モジュール１１に送信して圧力値の検出を完了する。
【0067】
一実施形態として、第１出力信号と第２出力信号とが異なる時系列で出力される場合、第１時系列と第２時系列との間に時間間隔がない。つまり、第１時系列のステップが完了した後、第２時系列のステップがすぐに開始される。
【0068】
別の実施形態として、第１出力信号と第２出力信号とが異なる時系列で出力される場合、第１時系列と第２時系列との間に時間間隔が設定される。すなわち、第１時系列におけるステップが完了した後、第２時系列におけるステップは、所定の時間間隔後に開始する。時間間隔は、０．０５秒、０．１秒、０．３秒であり得るが、これに限定されるものではない。
【0069】
図８を参照する。変形例として、圧力検出アセンブリ１２３は、カバープレート１２１と２次元入力アセンブリ１２２との間に配置されてもよい。すなわち、３次元タッチアセンブリ１２は、カバープレート１２１と、第１接着層１３１と、圧力検出アセンブリ１２３と、送信電極層１２４と、２次元入力アセンブリ１２２とを順次積層して構成されている。圧力検出アセンブリ１２３は、積層された導電層１２３２、圧力層１２３１、及び第２接着層１３２を含む。２次元入力アセンブリ１２２は、積層された第３接着層１３３及び受信電極層１２２１を含む。
【0070】
図９を参照する。変形例として、３次元タッチアセンブリ１２は、カバープレート１２１と、第１接着層１３１と、２次元入力アセンブリ１２２と、送信電極層１２４と、圧力検出アセンブリ１２３とを順次積層して含む。２次元入力アセンブリ１２２は、積層された受信電極層１２２１、第１支持層１４１、及び第２接着層１３２を含む。圧力検出アセンブリ１２３は、積層された第２支持層１４２、第３接着層１３３、圧力層１２３１、導電層１２３２、及び第３支持層１４３を含む。
【0071】
第１支持層１４１、第２支持層１４２及び第３支持層１４３の材料としては、ガラス、強化ガラス、サファイアガラス、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ポリエーテルスルフィド（ＰＥＳ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、アクリル、ポリアクリロニトリル－ブタジエン－スチレン（ＡＢＳ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリベンズイミダゾールポリブテン（ＰＢ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエステル（ＰＥ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルイミド、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリウレタン（ＰＵ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、Ｌ型ポリ乳酸（ＰＬＬＡ）等のフレキシブル基板又は硬質基板を用いることができる。本実施形態において、支持層の材料はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）である。
【0072】
別の変形例として、圧力層１２３１がポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）で作製され、導電層１２３２が銀ナノワイヤ導電層である場合、第３支持層１４３は省略され得る。
【0073】
図１０を参照する。本開示の第２実施形態に係る３次元タッチモジュールの検出方法は、上述した第１実施形態に係る３次元タッチモジュール１０に適用される。３次元タッチモジュール１０は、制御モジュール１１と、２次元入力アセンブリ１２２と、送信電極層１２４と、圧力検出アセンブリ１２３とを含む。検出方法は、以下を含む。
【0074】
ステップＳ１：入力信号を送信電極層１２４に供給する。
【0075】
ステップＳ２：第１出力信号を出力して２次元入力アセンブリ１２２によって制御モジュール１１に送信し、第２出力信号を出力して圧力検出アセンブリ１２３によって制御モジュール１１に送信する。
【0076】
ステップＳ３：制御モジュール１１による第１出力信号に基づいてタッチ位置を決定し、制御モジュール１１による第２出力信号に基づいて圧力値を決定する。
【0077】
すなわち、上記ステップＳ２では、第１出力信号と第２出力信号とが互いに独立している。
【0078】
本実施形態では、第１出力信号はタッチ位置の容量検出信号に対応し、検出アプローチは容量検出を含む。第２出力信号は圧力値の圧電信号に対応し、検出アプローチは圧電検出を含む。
【0079】
一実施形態として、２次元入力アセンブリ１２２及び圧力検出アセンブリ１２３は、送信電極層１２４を共有する。
【0080】
第１出力信号と第２出力信号とが同一の時系列で出力される場合、ステップＳ３は、以下を含む。
【0081】
ステップＳａ：制御モジュール１１は、２次元入力アセンブリ１２２により出力された容量検出信号を受信してタッチ位置の検出を完了し、制御モジュール１１は、圧力検出アセンブリ１２３によって生成された圧電信号を受信して圧力値の検出を完了する。
【0082】
図１１を参照する。第１出力信号と第２出力信号とが異なる時間系列で出力される場合、ステップＳ３は、以下を含む。
【0083】
ステップＳｉ：制御モジュール１１によって、２次元入力アセンブリ１２２によって出力された容量検出信号を受信して、タッチ位置を決定する。
【0084】
ステップＳｊ：２次元入力アセンブリ１２２及び送信電極層１２４を接地する。
【0085】
ステップＳｋ：制御モジュール１１によって、圧力検出アセンブリ１２３によって出力された圧電信号を受信して、圧力値を決定する。
【0086】
具体的には、本実施形態では、２次元入力アセンブリ１２２は、受信電極層１２２１をさらに含む。圧力検出アセンブリ１２３は、さらに、積層された圧力層１２３１と導電層１２３２とを含む。圧力層１２３１は、圧電信号を生成し、圧電信号を導電層１２３２に伝達するように構成され、圧電信号は導電層１２３２によって出力される。
【0087】
本実施形態では、２次元入力アセンブリ１２２は、容量入力アセンブリである。変形例として、２次元入力アセンブリ１２２は、抵抗入力アセンブリ又は超音波入力アセンブリであってもよい。
【0088】
先行技術に関連して本開示によって提供される３次元タッチモジュール１０の有益な効果をさらに説明するために、以下の試験結果を参照することができる。図１２と図３とを比較すると、横軸は圧力値、縦軸は電圧差である。図１２に示すように、本開示の第１実施形態に係る３次元タッチモジュール１０と、本開示の第２実施の形態に係る３次元タッチモジュール１０の検出方法とを用いると、指又はスタイラスによってカバープレート１２１に加えられる圧力が増加するにつれて制御モジュール１１によって検出される圧電信号は大きく変化する。圧力値が４０ｇに達すると、電圧差は０．１３Ｖに対応する。図３と比較すると、従来技術では、カバープレート１２１上で指又はスタイラスによって加えられる圧力が増加するにつれて制御モジュール１１によって検出される圧電信号の変化は比較的小さい。圧力値が４０ｇのとき、電圧差は０．０４２Ｖであった。
【0089】
図１２を参照する。本開示では、圧力値が０ｇから６０ｇの間である場合、圧力値が連続的に変化するにつれて、電圧差はより明白に変化する。圧力値が１０ｇ増加すると、電圧差は０．０１Ｖ以上変化する。図３と比較すると、従来技術では、圧力値が０ｇから６０ｇの間の場合、圧力値が１０ｇ増加するごとに、電圧差は０．０１Ｖ未満変化する。
【0090】
上記２セットのデータから、従来技術と比較して、本開示によって提供される３次元タッチモジュール１０は、圧力値検出により敏感であり、比較的正確であると結論できる。
【0091】
従来技術と比較して、本開示の３次元タッチモジュール及びその検出方法は、以下の利点を有する。
【0092】
（１）３次元タッチモジュールに２次元入力アセンブリ及び圧力検出アセンブリを配置することにより、３次元タッチモジュールは、２次元入力アセンブリ及び圧力検出入力アセンブリをそれぞれ介して第１出力信号及び第２出力信号を出力することができ、制御モジュールは、第１出力信号及び第２出力信号を直接分析して、第１出力信号に対応するタッチ位置及び第２出力信号に対応する圧力値を得ることができ、制御モジュールの構成要件が低減され、３次元タッチモジュールの製造及び使用コストを効果的に低減することができる。
【0093】
（２）第１出力信号と第２出力信号とは互いに独立しているので、制御モジュールの信号抽出処理における２つの信号間の干渉を効果的に低減し、信号抽出の精度を向上させることができる。
【0094】
（３）第１出力信号はタッチ位置に対応し、第２出力信号は圧力値に対応する。２種類の信号を設定することにより、制御モジュールによる信号処理の難しさが大幅に軽減され、この３次元タッチアセンブリにより多くの異なる種類の制御モジュールを適応させることができる。すなわち、３次元タッチアセンブリの適用範囲を広げることができ、制御モジュールの製造コスト及び使用コストを効果的に低減することができる。
【0095】
（４）２次元入力アセンブリと圧力検出アセンブリとは、同一の送信電極層を共有しているので、送信電極層を介して異なる入力信号が構成され、第１出力信号と第２出力信号とを順次又は同時に生成することができる。
【0096】
（５）制御モジュールは、第１出力信号と第２出力信号とを同時に検出して処理するので、３次元タッチアセンブリの応答速度を効果的に改善することができる。
【0097】
（６）制御モジュールは、第１出力信号と第２出力信号とを異なる時系列で検出して処理することにより、２つの信号をより正確に検出することができる。同時に、異なる時系列の検出及び処理方法は、制御モジュールの構成に対する要求がより低く、３次元タッチアセンブリの製造及び使用コストを効果的に低減することができる。
【0098】
本開示は、その特定の実施形態を参照してかなり詳細に説明されたが、他の実施形態も可能である。したがって、添付の特許請求の範囲の精神及び範囲は、本明細書に含まれる実施形態の説明に限定されるべきではない。
【0099】
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2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
