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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-10-10
(54)【発明の名称】力検知装置
(51)【国際特許分類】
G01L 5/00 20060101AFI20231002BHJP
【ＦＩ】
G01L5/00 101Z
【審査請求】未請求
【予備審査請求】有
(21)【出願番号】P 2023508578
(86)(22)【出願日】2021-08-09
(85)【翻訳文提出日】2023-03-28
(86)【国際出願番号】 GB2021000088
(87)【国際公開番号】W WO2022034276
(87)【国際公開日】2022-02-17
(31)【優先権主張番号】2012390.7
(32)【優先日】2020-08-10
(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】519104503
【氏名又は名称】ペラテック ホールドコ リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100145883
【弁理士】
【氏名又は名称】新池 義明
(72)【発明者】
【氏名】デンプシー， サラ ジェシカ
(72)【発明者】
【氏名】ゴスペル， マシュー
【テーマコード（参考）】
2F051
【Ｆターム（参考）】
2F051AA21
2F051AB07
2F051BA07
(57)【要約】
力検知装置（３０１）は、複数の導電性行（１０３）を有する第１の導電層と、複数の導電性列（１０４）を有する第２の導電層を含む検知アレイ（１０２）を備える。複数の導電性行及び複数の導電性列は、複数の交差を規定するように配置されている。力検知装置は、更に第１の導電層を覆う電気活性層を含み、各交差に感圧素子（１０５、１０６、１０７、１０８）を含んでいる。第２の導電層上の各交点に力集中構造体（３０７）が配置されている。
【選択図】図１
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１の導電層及び第２の導電層を含む検知アレイ；前記第１の導電層は複数の導電性行を含み、前記第２の導電層は複数の導電性列を含み、前記複数の導電性行及び前記複数の導電性列が複数の交差を規定するように配置されている；
電気活性層が各交差において感圧素子を含み、前記第１の導電層を覆っている電気活性層；及び
前記第２の導電層上の各交差に配置された力集中構造体；
を含む力検知装置。
【請求項2】
前記力集中構造体が誘電材料を含む、請求項１記載の力検知装置。
【請求項3】
前記力集中構造体が誘電体インクを含む、請求項１記載の力検知装置。
【請求項4】
前記力集中構造体が複数の層を含む、請求項１ないし３のいずれか１項記載の力検知装置。
【請求項5】
前記力集中構造体がエンボス加工された基板を含む、請求項１記載の力検知装置。
【請求項6】
前記感圧素子が量子トンネル材料を含む、請求項１ないし５のいずれか１項記載の力検知装置。
【請求項7】
接着剤層によって前記力検知装置に積層されたカバー層を更に含む、請求項１に記載の力検知装置。
【請求項8】
前記接着剤層が接着剤と前記接着剤内に複数の開口部を含む、請求項７記載の力検知装置。
【請求項9】
複数のスペーサ要素を含むスペーサ層を更に含み、前記複数の開口部が前記スペーサ要素と位置合わせされて、前記カバー層と前記力検知装置の支持基板の間に空隙を形成する、請求項８記載の力検知装置。
【請求項10】
複数のスペーサ要素を含むスペーサ層を更に含む、請求項１ないし８のいずれか１項記載の力検出装置。
【請求項11】
前記力集中構造体が、前記第１の導電層と前記第２の導電層の間の空隙に前記第１の導電層の突起部を提供する、請求項１ないし１０のいずれか１項記載の力検知装置。
【請求項12】
前記力集中構造体の高さが少なくとも６ミクロンである、請求項１ないし１１のいずれか１項記載の力検出装置。
【請求項13】
第１の高さを有する力集中構造体の第１のアレイと、第２の高さを有する力集中構造体の第２のアレイを更に備え、前記第１の高さと前記第２の高さが実質的に異なる、請求項１ないし１２のいずれか１項記載の力検出装置。
【請求項14】
請求項１ないし１３のいずれか１項記載の力検出装置を含む電子装置。
【請求項15】
複数の交差を規定するように配置され、複数の導電性行を含む第１の導電層及び複数の導電性列を含む第２の導電層及び複数の導電性列を含む第２の導電層の形態で検知アレイを印刷するステップ；前記電気活性層が各交差に感圧素子を含むように、前記第１の導電層上に電気活性層を印刷するステップ；
前記第２の導電層上の各交差に力集中構造体を提供するステップ；
を含む、力検知装置を製造する方法。
【請求項16】
前記力集中構造体を提供するステップが、基板上に誘電材料を堆積させるステップを含む、請求項１５記載の方法。
【請求項17】
前記堆積させるステップが複数の層の誘電材料を印刷するステップを含む、請求項１６記載の方法。
【請求項18】
前記堆積させるステップが各交点における誘電材料のビードを提供するステップを含む、請求項１６記載の方法。
【請求項19】
前記堆積させるステップが各交点において誘電材料の複数のビードを提供することを含む、請求項１６記載の方法。
【請求項20】
前記力集中構造体を提供するステップは、前記検知アレイ及び電気活性層が印刷された支持基板にエンボス加工するステップ含む、請求項１５記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
［関連出願の相互参照］
本出願は、２０２０年８月１０日に出願された英国特許出願番号ＧＢ ２０ １２ ３９０．７に基づく優先権を主張するものであり、その内容全体は参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０２０年８月１０日に出願された英国特許出願番号ＧＢ ２０ １２ ３９０．７に基づく優先権を主張するものであり、その内容全体は参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【0002】
本発明は、力検出装置及び力検出装置を製造する方法に関する。
マルチタッチマトリックスセンサは当技術分野で知られており、通常、交点を定義する複数の行と複数の列を有する導電層の配列を含む。
マルチタッチマトリックスセンサは当技術分野で知られており、通常、交点を定義する複数の行と複数の列を有する導電層の配列を含む。
【0003】
出願人は、行と列の交点に検出素子を含むマトリックスセンサを開発し、更なる圧力感度を提供した。しかし、使用時にユーザが力を加えると、この力の一部が検出素子間の領域に伝達され、それによって、入力された力の圧力が低下し、センサからの信号が減少する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
多くの用途では、マトリックスセンサは電子装置内において上面の下方に組み込まれている。力は、例えば、ディスプレイモジュールやトラックパッドのような最上層を通してユーザによって伝達される。この最上層は、加えられた力をマトリックスセンサのより大きな領域にわたって拡散させるように作用し、力が加えられた位置の真下や側方にある複数の検知素子を作動させることがある。力は検知素子に（それによって信号が発生する）、検知素子間の領域（信号が発生しない）に広がる。
そのため、力を検知素子にのみかけ、検知素子の間の領域にはかけないことが望ましい。
そのため、力を検知素子にのみかけ、検知素子の間の領域にはかけないことが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【0006】
［発明の簡単な説明］
本発明の第１の観点によれば、第１の導電層及び第２の導電層を含む検知アレイ；前記第１の導電層は複数の導電性行を含み、前記第２の導電層は複数の導電性列を含み、前記複数の導電性行及び前記複数の導電性列が複数の交差を規定するように配置されている；電気活性層が各交差において感圧素子を含み、前記第１の導電層を覆っている電気活性層；及び、前記第２の導電層上の各交差に配置された力集中構造体；を含む力検知装置が提供される。
本発明の第１の観点によれば、第１の導電層及び第２の導電層を含む検知アレイ；前記第１の導電層は複数の導電性行を含み、前記第２の導電層は複数の導電性列を含み、前記複数の導電性行及び前記複数の導電性列が複数の交差を規定するように配置されている；電気活性層が各交差において感圧素子を含み、前記第１の導電層を覆っている電気活性層；及び、前記第２の導電層上の各交差に配置された力集中構造体；を含む力検知装置が提供される。
【0007】
本発明の第２の観点によれば、複数の交差を規定するように配置され、複数の導電性行を含む第１の導電層及び複数の導電性列を含む第２の導電層及び複数の導電性列を含む第２の導電層の形態で検知アレイを印刷するステップ；前記電気活性層が各交差に感圧素子を含むように、前記第１の導電層上に電気活性層を印刷するステップ；前記第２の導電層上の各交差に力集中構造体を提供するステップ；を含む、力検知装置を製造する方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
本発明の実施の形態について、図面を参照して例としてのみ説明する。詳細な実施形態は、発明者が知っている最良のモードを示し、特許請求された本発明をサポートする。ただし、これらは単なる例示であり、特許請求の範囲を解釈又は制限するために使用するべきではない。これらの目的は、当該技術分野の当業者に教示を提供することである。「第１」や「第２」のなどの序数句で区別される要素及びプロセスは、必ずしも何らかの順序やランク付けを定義するわけではない。
【0010】
［発明の詳細な説明］
（図１）
図１は、本発明に係る力検知装置１０１の一例を示す概略平面図である。
力検知装置１０１は、任意の適切な電子装置、例えば、タッチスクリーンを備える電子装置に組み込むことができる。力検知装置１０１は、印加された力又は印加された圧力に対して電気的応答を提供する検知アレイ１０２を備えている。
検知アレイ１０２は、複数の交点を規定するように配置された複数の導電性行１０３及び複数の導電性列１０４を含む。各交点において、感圧素子１０５、１０６、１０７及び１０８などの感圧素子が設けられている。複数の感圧素子は、アレイの一部として印刷された電気活性層として設けられている。
実施形態では、複数の導電性行１０３は第１の導電層として構成され、複数の導電性列は第２の導電層として構成されている。
（図１）
図１は、本発明に係る力検知装置１０１の一例を示す概略平面図である。
力検知装置１０１は、任意の適切な電子装置、例えば、タッチスクリーンを備える電子装置に組み込むことができる。力検知装置１０１は、印加された力又は印加された圧力に対して電気的応答を提供する検知アレイ１０２を備えている。
検知アレイ１０２は、複数の交点を規定するように配置された複数の導電性行１０３及び複数の導電性列１０４を含む。各交点において、感圧素子１０５、１０６、１０７及び１０８などの感圧素子が設けられている。複数の感圧素子は、アレイの一部として印刷された電気活性層として設けられている。
実施形態では、複数の導電性行１０３は第１の導電層として構成され、複数の導電性列は第２の導電層として構成されている。
【0011】
各感圧素子は印加された圧力に応答する感圧材料を含む。実施形態では、各感圧素子は量子トンネル材料を含む。量子トンネル材料は、出願人であるペラテックホールドコリミテッドによって商標ＱＴＣ（登録商標）で供給されるタイプのものであってよく、力又は圧力の印加に続いて電気抵抗の減少を示す。このようにして、検知アレイは、加えられた圧力に応答して、２次元の位置データ及び範囲特性の両方を提供するように構成することができる。
代替の実施形態において、力又は圧力の印加に続いて電気抵抗の変化を示す代替の感圧材料が利用され得ることが理解できる。
代替の実施形態において、力又は圧力の印加に続いて電気抵抗の変化を示す代替の感圧材料が利用され得ることが理解できる。
【0012】
この図示した例では、検知アレイ１０２は、１５列及び５行を含む。行及び列の数は例示であり、用途及び顧客の要求に応じて任意の適切な数の行及び列が利用され得ることが理解できる。更に、図示した例は四角のアレイを説明しているが、例えば六角形のアレイなど、他の代替のアレイ形状が利用されてもよいことが理解できる。
列コネクタ１０９はプロセッサから駆動電圧を受け取り、行コネクタ１１０はプロセッサに走査電圧を供給する。力又は圧力の印加がなければ、検知アレイ１０２の交点にある検知素子はすべて非導電性のままである。しかしながら、検知アレイ１０２に十分な圧力が加えられると、感圧素子の少なくとも１つが活性化され、入力駆動線と出力走査線の間で応答が行われ、必要に応じて２次元位置データ及び範囲特性を計算することができるようになる。
列コネクタ１０９はプロセッサから駆動電圧を受け取り、行コネクタ１１０はプロセッサに走査電圧を供給する。力又は圧力の印加がなければ、検知アレイ１０２の交点にある検知素子はすべて非導電性のままである。しかしながら、検知アレイ１０２に十分な圧力が加えられると、感圧素子の少なくとも１つが活性化され、入力駆動線と出力走査線の間で応答が行われ、必要に応じて２次元位置データ及び範囲特性を計算することができるようになる。
【0013】
（図２）
図２Ａ及び２Ｂは、検知アレイ１０２のような検知アレイにおいて利用され得る例示的な感圧素子を示す。
実施形態では、感圧素子は、導電性行と導電性列の交点に配置される。図２Ａ及び２Ｂは、検知アレイの層の切り離された断面を概略的に示している。このように、検知アレイは、導電性電極を形成するために導電性列２０２がその上に印刷された第１の基板２０１を含む。図示のように、複数の感圧素子２０３の１つを構成する電気活性層が導電性列２０２上に印刷されている。感圧素子２０３は、先に説明したような量子トンネル材料で構成されてもよい。
図２Ａ及び２Ｂは、検知アレイ１０２のような検知アレイにおいて利用され得る例示的な感圧素子を示す。
実施形態では、感圧素子は、導電性行と導電性列の交点に配置される。図２Ａ及び２Ｂは、検知アレイの層の切り離された断面を概略的に示している。このように、検知アレイは、導電性電極を形成するために導電性列２０２がその上に印刷された第１の基板２０１を含む。図示のように、複数の感圧素子２０３の１つを構成する電気活性層が導電性列２０２上に印刷されている。感圧素子２０３は、先に説明したような量子トンネル材料で構成されてもよい。
【0014】
力検知装置は第２の基板２０４を含み、該基板２０４の上に対応する導電性列２０５が印刷され、導電性行２０２に対して実質的に垂直である更なる導電性電極が形成される。
導電性電極２０５と電気活性層の間には、空隙２０６があり、外力が検知アレイに加えられていない静止構成において、層の間隔が維持される。これは、図２Ａに関して説明されている。
対照的に、図２Ｂは、矢印２０７で示す外力が検知アレイ及び当該感圧素子に適用されている構成における感圧素子の応答を示している。
基板２０４に力が加えられると、力２０７の第１の成分２０８が感圧素子２０３を介して伝達され、応答が得られる。しかしながら、更なる成分２０９は、「デッドゾーン」と呼ばれることがある感圧素子２０３の周囲の空間内の空隙２０６に伝達される。
導電性電極２０５と電気活性層の間には、空隙２０６があり、外力が検知アレイに加えられていない静止構成において、層の間隔が維持される。これは、図２Ａに関して説明されている。
対照的に、図２Ｂは、矢印２０７で示す外力が検知アレイ及び当該感圧素子に適用されている構成における感圧素子の応答を示している。
基板２０４に力が加えられると、力２０７の第１の成分２０８が感圧素子２０３を介して伝達され、応答が得られる。しかしながら、更なる成分２０９は、「デッドゾーン」と呼ばれることがある感圧素子２０３の周囲の空間内の空隙２０６に伝達される。
【0015】
このように、力が加わると、導電層は電気活性層に接触することになる。電気活性層（すなわち、感圧素子）と接触した部分でのみ信号が発生し、この信号が電気抵抗の変化の計算に使用される。しかし、各感圧素子とそれに対応する交点の間の空間では、「デッドゾーン」に伝わる圧力は信号を発生しない。そして、加えられた力の一部が外側に広がって電気抵抗の計算に影響を及ぼす。
電子装置に組み込まれたとき、一般的にカバー層も存在し、次にこれが力の分散効果をもたらし、力がより広い領域にわたって分散する。その結果、全体の圧力の減少が引き起こされる。
電子装置に組み込まれたとき、一般的にカバー層も存在し、次にこれが力の分散効果をもたらし、力がより広い領域にわたって分散する。その結果、全体の圧力の減少が引き起こされる。
【0016】
力が隣接する交点で隣接する感圧素子に分散されるならば、その結果を利用することができるので有益であるが、各交点間に加えられた任意の力は、信号出力を低下させ、各感圧素子への有効な力を減少させる。
これは、より小さく、より柔軟な装置の利点とその適用性の増加により産業界にとってますます魅力的である、実質的に薄い力検知装置に関して増大する問題である。
本発明は、少なくともこれらの問題に対処するために、力を集中させる構造を含み、力がその間の空間ではなく、各感圧素子に主に伝達されることを保証することを提案する。
これは、より小さく、より柔軟な装置の利点とその適用性の増加により産業界にとってますます魅力的である、実質的に薄い力検知装置に関して増大する問題である。
本発明は、少なくともこれらの問題に対処するために、力を集中させる構造を含み、力がその間の空間ではなく、各感圧素子に主に伝達されることを保証することを提案する。
【0017】
（図３）
図２Ａ及び図２Ｂの検知アレイの従来の配置とは対照的に、本発明は、検知アレイ内の各交点における力集中構造体を含む。したがって、図３は、本発明に係る力検知装置の概略断面を示す。
力検知装置３０１は、スペーサガスケット３０４によって分離される第１の基板３０２、第２の基板３０３を備える。
基板３０３は、その上に印刷された複数の導電性列３０５を含み、導電性列３０５上に電気活性層３０６が、図１（１０５、１０６、１０７、１０８）に例示したような複数の感圧素子を含むパターンで重ね刷りされている。
対照的に、基板３０２は、複数の力集中構造体３０７を含む。列３０８の導電層は力集中構造体３０７上に印刷されている。本実施形態では、力検知装置３０１の構造を保持するために、複数のスペーサ素子３０９を含むスペーサ層も設けられている。
図２Ａ及び図２Ｂの検知アレイの従来の配置とは対照的に、本発明は、検知アレイ内の各交点における力集中構造体を含む。したがって、図３は、本発明に係る力検知装置の概略断面を示す。
力検知装置３０１は、スペーサガスケット３０４によって分離される第１の基板３０２、第２の基板３０３を備える。
基板３０３は、その上に印刷された複数の導電性列３０５を含み、導電性列３０５上に電気活性層３０６が、図１（１０５、１０６、１０７、１０８）に例示したような複数の感圧素子を含むパターンで重ね刷りされている。
対照的に、基板３０２は、複数の力集中構造体３０７を含む。列３０８の導電層は力集中構造体３０７上に印刷されている。本実施形態では、力検知装置３０１の構造を保持するために、複数のスペーサ素子３０９を含むスペーサ層も設けられている。
【0018】
実施形態では、導電層３０５は、その間にある空隙３１０によって導電層３０８から分離されている。実施形態において、各力集中構造体３０７は、導電層３０８の突起部を空隙３１０内へ提供している。この突起部は、従来の２次元構造の力検知装置と比べて、相対的に３次元構造を提供し、そのような、導電層３０８と力集中構造体３０７の組み合わせは、所定の高さ３１１だけ空隙３１０内に突起している。突起部の高さ３１０は、導電層３０８の厚さ及び力集中構造体３０７の厚さに依存する。
したがって、力検知装置の第１のタッチ感度は、スペーサガスケット３０４の厚さ、突起部の高さ３１０、及び導電層３０５と電気活性層３０６の組み合わせ厚さを調整することによって適合させることができる。第１のタッチ感度は、基板３０２を変形させ、電気活性層３０６との電気的接触を生じさせ、図１に関して先に説明した方法で抵抗を計算することができるようにするために必要な力である。
したがって、力検知装置の第１のタッチ感度は、スペーサガスケット３０４の厚さ、突起部の高さ３１０、及び導電層３０５と電気活性層３０６の組み合わせ厚さを調整することによって適合させることができる。第１のタッチ感度は、基板３０２を変形させ、電気活性層３０６との電気的接触を生じさせ、図１に関して先に説明した方法で抵抗を計算することができるようにするために必要な力である。
【0019】
（図４）
力集中構造体３０７は、任意の適切な手段によって構築することができる。図４は、力検知装置３０１で使用するために構築することができる力集中構造体３０７の４つの別個の例を示す。
図４Ａ、４Ｂ、４Ｃ及び４Ｄに示す例では、各例示的な力集中構造体は、当該力集中構造体を取り囲む導電層３０８と組み合わせて別個に示す。
図示した例示的な各実施形態において、力集中構造体は誘電材料含み得る。そして、特定の実施形態において、力集中構造体は誘電体インクを含む。したがって、誘電材料は、基板３０２上にビード堆積プロセスを用いて印刷又は堆積させることができる。
力集中構造体３０７は、任意の適切な手段によって構築することができる。図４は、力検知装置３０１で使用するために構築することができる力集中構造体３０７の４つの別個の例を示す。
図４Ａ、４Ｂ、４Ｃ及び４Ｄに示す例では、各例示的な力集中構造体は、当該力集中構造体を取り囲む導電層３０８と組み合わせて別個に示す。
図示した例示的な各実施形態において、力集中構造体は誘電材料含み得る。そして、特定の実施形態において、力集中構造体は誘電体インクを含む。したがって、誘電材料は、基板３０２上にビード堆積プロセスを用いて印刷又は堆積させることができる。
【0020】
図４Ａに示す実施形態では、力集中構造体４０１は、ビード堆積プロセスによって誘電材料の単一のマイクロビード４０２を堆積させることによって構築される。必要に応じて、この手順は、ビード４０２が基板３０２上に正常に堆積されることを確実にするために、乾燥又は硬化工程を含むことができる。その後、導電層３０８を力集中構造体４０１上に印刷し、図３の配置を完成させてもよい。
図４Ｂの実施形態において、力集中構造体４０３は、異なる半径の誘電体インクの複数の印刷層が連続的に印刷されている例を示す。したがって、第１の半径を有する第１の誘電体インク層４０４は、基板３０２上に印刷される。続いて、第２の誘電体インク層４０５が、第１の誘電体インク層４０４上に重ね刷りされ、誘電体インク層４０４の半径よりも小さい半径を有している。同様に、誘電体インク層４０６の更なる層が誘電体インク層４０５上に重ね刷りされ、これは、誘電体インク層４０４及び４０５のいずれよりも再度小さい半径を有している。実施形態では、各層は、基板３０２上への良好な堆積を確実にするように、印刷され、次いで乾燥される。
図４Ｂの実施形態において、力集中構造体４０３は、異なる半径の誘電体インクの複数の印刷層が連続的に印刷されている例を示す。したがって、第１の半径を有する第１の誘電体インク層４０４は、基板３０２上に印刷される。続いて、第２の誘電体インク層４０５が、第１の誘電体インク層４０４上に重ね刷りされ、誘電体インク層４０４の半径よりも小さい半径を有している。同様に、誘電体インク層４０６の更なる層が誘電体インク層４０５上に重ね刷りされ、これは、誘電体インク層４０４及び４０５のいずれよりも再度小さい半径を有している。実施形態では、各層は、基板３０２上への良好な堆積を確実にするように、印刷され、次いで乾燥される。
【0021】
既存の従来の力検知装置とは対照的に、導電層は、典型的には約６ミクロンである。したがって、この場合の力集中構造体は、追加の積層効果により約１８ミクロンの高さを有し、それによって相対的に３次元構造を形成することができる。
図４Ｃ及び４Ｄの実施形態において、複数の誘電体ビードの堆積は、ビード堆積プロセスによって実施される。したがって、図４Ｃの実施形態では、力集中構造体４０７は、マイクロビード４０８及びマイクロビード４０９を含む。同様に、図４Ｄの実施形態において、力集中構造体４１０は、それぞれ基板３０２上に堆積された３つのマイクロビード４１１ 、４１２及び４１３を含む。導電層３０８は、次に、各マイクロビード上に重ねて印刷され、図示のような結合構造が形成される。
図４Ｃ及び４Ｄの実施形態において、複数の誘電体ビードの堆積は、ビード堆積プロセスによって実施される。したがって、図４Ｃの実施形態では、力集中構造体４０７は、マイクロビード４０８及びマイクロビード４０９を含む。同様に、図４Ｄの実施形態において、力集中構造体４１０は、それぞれ基板３０２上に堆積された３つのマイクロビード４１１ 、４１２及び４１３を含む。導電層３０８は、次に、各マイクロビード上に重ねて印刷され、図示のような結合構造が形成される。
【0022】
（図５）
次に、図３及び図４に示した実施形態に係る力検知装置を製造する方法について、図５を参照して説明する。
ステップ５０１で、基板３０２が得られ、力集中構造体が基板上に堆積される。先に説明したように、これは、誘電体インクの印刷又はビード堆積プロセスによって誘電又はポリマー材料の１つ又は複数のマイクロビードを堆積することを含む。
次に、図３及び図４に示した実施形態に係る力検知装置を製造する方法について、図５を参照して説明する。
ステップ５０１で、基板３０２が得られ、力集中構造体が基板上に堆積される。先に説明したように、これは、誘電体インクの印刷又はビード堆積プロセスによって誘電又はポリマー材料の１つ又は複数のマイクロビードを堆積することを含む。
【0023】
ステップ５０２で、導電層３０８が力集中構造体の上に複数の導電性行の方法で印刷される。ステップ５０３で、複数の導電性列を含む第２の導電層３０８が基板３０３上に印刷される。ステップ５０４で、感圧素子（これは、導電層が図１及び３の方法で組み合わされるとき、導電性行及び列の各交点に印刷されるように構成されている）を含む電気活性層が第２の導電層上に印刷される。
ステップ５０５で、図３に示す方法で基板３０２と基板３０３が組み合わされて力検知装置３０１が造られる。
ステップ５０５で、図３に示す方法で基板３０２と基板３０３が組み合わされて力検知装置３０１が造られる。
【0024】
（図６）
図６は、図４及び５に関して説明した誘電体インク又はビード構造の代替物を提供する力検知装置を製造する代替方法を示す。
図６の実施形態では、ステップ６０１で、基板３０２が得られ、第１の導電層３０８が基板３０２上に印刷される。実施形態では、基板３０２は熱可塑性材料を含み、ステップ６０２で、導電層を含む基板は、基板が力集中構造体に適した形状を含む予備成形上に巻かれるとき、基板に加えられた熱を利用するエンボスプロセスによってエンボス加工される。したがって、基板及び第１の導電層は、最終製品において検知アレイの交点に配置される複数の力集中構造体を形成するように変形される。
図６は、図４及び５に関して説明した誘電体インク又はビード構造の代替物を提供する力検知装置を製造する代替方法を示す。
図６の実施形態では、ステップ６０１で、基板３０２が得られ、第１の導電層３０８が基板３０２上に印刷される。実施形態では、基板３０２は熱可塑性材料を含み、ステップ６０２で、導電層を含む基板は、基板が力集中構造体に適した形状を含む予備成形上に巻かれるとき、基板に加えられた熱を利用するエンボスプロセスによってエンボス加工される。したがって、基板及び第１の導電層は、最終製品において検知アレイの交点に配置される複数の力集中構造体を形成するように変形される。
【0025】
ステップ６０３で、第２の導電層３０５が基板３０３上に印刷され、ステップ６０４で電気活性層３０６が重ね刷りされる。ステップ６０３及び６０４は先に説明した方法におけるステップ５０３及び５０４と実質的に同様である。次に、ステップ６０５で、基板は組み合わされて実質的に同様の力検知装置３０１が造られる。
代替の力集中構造体は、示したとは別の堆積ルートを通して作成されてもよく、与えられた例が網羅的でないことが更に理解できる。代替的な堆積ルートは、本明細書に記載されたものに加えて、モノリシック堆積及び結晶構造の成長を含む。しかしながら、いずれの場合においても、力集中構造体は、当該技術分野で知られている従来の２次元構造を超えて空隙内に突起している。
代替の力集中構造体は、示したとは別の堆積ルートを通して作成されてもよく、与えられた例が網羅的でないことが更に理解できる。代替的な堆積ルートは、本明細書に記載されたものに加えて、モノリシック堆積及び結晶構造の成長を含む。しかしながら、いずれの場合においても、力集中構造体は、当該技術分野で知られている従来の２次元構造を超えて空隙内に突起している。
【0026】
（図７）
図７は、検知アレイ１０２における単一の交点の断面模式図を示す。この図は、使用時に基板３０２に力が加えられたときの力集中構造体３０７の効果を説明している。
実施形態では、矢印７０１で示す力が基板３０２に加えられると、力集中構造体３０７と導電層３０８が電気活性層３０６と接触する。この実施形態では、力７０１は、力集中構造体３０７を通って導電層３０８、電気活性層３０６に伝達される。
力７０１は突起した導電層３０８全体に伝達するので、電気活性層３０６によって受容された力７０２は導電層３０８と整列する。空隙３０９の中では、限られた力７０３がこの領域に伝達され、電気活性層３０６と接触しない。したがって、力集中構造体は、導電層が比較的薄く、２次元と考えられている従来の力検知装置と比較して、効果的な３次元構造を生成する。このように、各力集中構造体は、入力力７０１が層全体に広がることを避け、入力された力を交点に集中させる。
図７は、検知アレイ１０２における単一の交点の断面模式図を示す。この図は、使用時に基板３０２に力が加えられたときの力集中構造体３０７の効果を説明している。
実施形態では、矢印７０１で示す力が基板３０２に加えられると、力集中構造体３０７と導電層３０８が電気活性層３０６と接触する。この実施形態では、力７０１は、力集中構造体３０７を通って導電層３０８、電気活性層３０６に伝達される。
力７０１は突起した導電層３０８全体に伝達するので、電気活性層３０６によって受容された力７０２は導電層３０８と整列する。空隙３０９の中では、限られた力７０３がこの領域に伝達され、電気活性層３０６と接触しない。したがって、力集中構造体は、導電層が比較的薄く、２次元と考えられている従来の力検知装置と比較して、効果的な３次元構造を生成する。このように、各力集中構造体は、入力力７０１が層全体に広がることを避け、入力された力を交点に集中させる。
【0027】
したがって、低い力では、相対的にドーム状の導電層３０８の先端だけが電気活性層３０６に接触する。しかしながら、より高い力では、湾曲した形状のより多くの部分が電気活性層３０６と接触する。
一実施形態では、比較的高いヤング率を有する材料を力集中構造体用に導入することによって、その効果が増大する。これは、典型的には、基板材料と比較して高いヤング率を有する材料によって提供される。
一実施形態では、比較的高いヤング率を有する材料を力集中構造体用に導入することによって、その効果が増大する。これは、典型的には、基板材料と比較して高いヤング率を有する材料によって提供される。
【0028】
従来の力検知装置では、従来、上部基板は電気活性層と相互作用する実質的に平らな表面を提供する。このような従来の力検知装置では、導電層がすべて電気活性層に接触したときに、力の閾値レベルに到達する。力を強めても、この力の閾値で接触面積が拡大しないため、オン／オフの効果を生じる。それによって、各交点で力に応じて減少する抵抗の動的領域が制限される。力集中構造体の導入はオン／オフ効果に対する解決策を与え、導電層と電気活性層の間の接触及び対応する圧力領域が印加された力に依存することを確保する。したがって、本発明は、検知アレイの各交点における印加された力による抵抗減少の動的領域を増大させる。
【0029】
これは、動的領域が広いため、抵抗の変化に対する入力力のマッピングが向上するのでれ、力検知用途において役立つ。したがって、抵抗の変化を利用して特定の応答を設定することができ、特定の印加圧力に応答して異なる出力を与えることができる。これは、力検知装置が使用される電子機器内のソフトウェア適用によって影響を受ける可能性があるす。
【0030】
更なる実施形態では、本発明に係る力検知装置は、第１の高さを有する力集中構造体の第１のアレイと、第２の高さを有する力集中構造体の第２のアレイを備える。この実施形態では、第１の高さと第２の高さは、互いに実質的に異なるように構成される。したがって、各力集中構造体は、異なる印加力に応答するので、力集中構造体の用途に更なる柔軟性を提供することができる。したがって、低い力で、最大の高さを有する力集中構造体は、それらの対応する感圧素子を活性化し、より高い力で、より高い力集中構造体は、低い高さの力集中構造体に対応する感圧素子と共に活性化を提供するであろう。
【0031】
（図８）
力検知装置３０１は、実際には、電子装置に組み込まれてもよく、典型的には、図８に示す方法でカバー層と一体化されている。
図８に示す力検知装置３０１は、先に説明したいずれの実施形態とも実質的に同様であり、複数の交点を規定するように配置された複数の導電性列及び導電性行を有する検知アレイを含む。各交点は、電気活性層の感圧素子と各交点における力集中構造体を含む。
実施形態では、カバー層８０１は、使用中、加えられる力が、基板３０２ではなく、カバー層８０１に直接加えられるように、基板３０２に対して実質的に平行に配置されている。
力検知装置３０１は、実際には、電子装置に組み込まれてもよく、典型的には、図８に示す方法でカバー層と一体化されている。
図８に示す力検知装置３０１は、先に説明したいずれの実施形態とも実質的に同様であり、複数の交点を規定するように配置された複数の導電性列及び導電性行を有する検知アレイを含む。各交点は、電気活性層の感圧素子と各交点における力集中構造体を含む。
実施形態では、カバー層８０１は、使用中、加えられる力が、基板３０２ではなく、カバー層８０１に直接加えられるように、基板３０２に対して実質的に平行に配置されている。
【0032】
カバー層８０１は、ラミネート接着剤を利用するラミネート工程によって力検知装置８０１に一体化される。したがって、実施形態では、カバー層８０１は、接着剤層８０２によって力検知装置３０１に積層される。 接着剤層８０２は、接着剤８０３及び接着剤層８０２中に複数の開口８０４を含む。実施形態では、接着剤は、連続接着フィルムを含む。
カバー層８０１は、典型的には用途に依存する任意の適切な厚さ又は堅さであってよい。実施形態において、カバー層８０１は、堅い又は可撓性／折り畳み可能であり得るＬＥＤ又はＯＬＥＤディスプレイを含む。更なる実施形態では、カバー層８０１は、トラックパッドを含む。
カバー層８０１は、典型的には用途に依存する任意の適切な厚さ又は堅さであってよい。実施形態において、カバー層８０１は、堅い又は可撓性／折り畳み可能であり得るＬＥＤ又はＯＬＥＤディスプレイを含む。更なる実施形態では、カバー層８０１は、トラックパッドを含む。
【0033】
典型的には、カバー層８０１は、カバー層８０１に加えられるあらゆる力をより広い領域にわたって分散し、加えられた有効な力を減少させるように作用するという点で、力検知装置３０１に機械的制約を与える。これは、各交点で複数の感圧素子を活性化させる一方で、上述のように望ましくない可能性がある各交点の間の空間にも力を与えるという問題を引き起こす。
実施形態では、接着剤層８０２は、力検知装置３０１の構成に適合するパターンを含み、スペーサ層は、各力集中構造体３０７の間に配置される複数のスペーサ要素３０９を含む。実施形態では、開口部８０４は、カバー層８０１と力検知装置３０１の基板３０２の間に空隙が生じるように、スペーサ要素３０９と位置合わせされている。この配置は、更なるスペーサ層を含む必要がなくても、カバー層８０１からの力を交点及び感圧素子だけに向けることによって、力検知装置３０１への力の伝達を助けるために利用することができる。
実施形態では、接着剤層８０２は、力検知装置３０１の構成に適合するパターンを含み、スペーサ層は、各力集中構造体３０７の間に配置される複数のスペーサ要素３０９を含む。実施形態では、開口部８０４は、カバー層８０１と力検知装置３０１の基板３０２の間に空隙が生じるように、スペーサ要素３０９と位置合わせされている。この配置は、更なるスペーサ層を含む必要がなくても、カバー層８０１からの力を交点及び感圧素子だけに向けることによって、力検知装置３０１への力の伝達を助けるために利用することができる。
【0034】
検知アレイを利用する従来の力検知装置では、層を離して保持し、電気活性層に対する初期圧力を低減するために、スペーサ層が必要である。しかしながら、これは、スペーサ要素が電気活性層３０６への力の伝達又は圧力の移動を妨げるという問題を生じさせる。したがって、この実施形態では、スペーサ要素に対する接着剤層の配置は、力が検知アレイ内の交点に分散されるように、基板３０２にせん断効果を生じさせる。これは、バネのように機能する開口部８０４に空隙が生じているからである。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【手続補正書】
【提出日】2022-10-03
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0003】
出願人は、行と列の交点に検出素子を含むマトリックスセンサを開発し、更なる圧力感度を提供した。しかし、使用時にユーザが力を加えると、その力の一部が検出素子間の領域に伝達され、それによって、入力された力の圧力が低下し、センサからの信号が減少する。
特許文献１には、力検知アレイと、上部プレートに加えられた力又は圧力を支持突起に機械的に伝達することを可能にする支持突起の追加の別の層とが記載されている。
特許文献２には、カバープレート上のスペーサ及び対向基板上のスペーサを有しているタッチディスプレイパネルが記載されている。カバープレートはタッチ信号線を含み、基板はタッチ信号線と電気的に接続している金属線を含む。
特許文献１には、力検知アレイと、上部プレートに加えられた力又は圧力を支持突起に機械的に伝達することを可能にする支持突起の追加の別の層とが記載されている。
特許文献２には、カバープレート上のスペーサ及び対向基板上のスペーサを有しているタッチディスプレイパネルが記載されている。カバープレートはタッチ信号線を含み、基板はタッチ信号線と電気的に接続している金属線を含む。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0004】
【特許文献1】米国特許出願公開第２０１３／０２７５０５７号明細書
【特許文献2】米国特許出願公開第２０１９／０３０５０５２号明細書
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0006】
［発明の簡単な説明］
本発明の１の観点によれば、特許請求の範囲の請求項１に記載された力検知装置が提供される。
本発明の１の観点によれば、特許請求の範囲の請求項１に記載された力検知装置が提供される。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0007】
本発明の２の観点によれば、特許請求の範囲の請求項１４に記載された力検知装置を製造する方法が提供される。
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0018】
実施形態では、導電層３０５は、その間にある空隙３１０によって導電層３０８から分離されている。実施形態において、各力集中構造体３０７は、導電層３０８の突起部を空隙３１０内へ提供している。この突起部は、従来の２次元構造の力検知装置と比べて、相対的に３次元構造を提供し、そのような、導電層３０８と力集中構造体３０７の組み合わせは、所定の高さ３１１だけ空隙３１０内に突起している。突起部の高さ３１１は、導電層３０８の厚さ及び力集中構造体３０７の厚さに依存する。
したがって、力検知装置の第１のタッチ感度は、スペーサガスケット３０４の厚さ、突起部の高さ３１１、及び導電層３０５と電気活性層３０６の組み合わせ厚さを調整することによって適合させることができる。第１のタッチ感度は、基板３０２を変形させ、電気活性層３０６との電気的接触を生じさせ、図１に関して先に説明した方法で抵抗を計算することができるようにするために必要な力である。
したがって、力検知装置の第１のタッチ感度は、スペーサガスケット３０４の厚さ、突起部の高さ３１１、及び導電層３０５と電気活性層３０６の組み合わせ厚さを調整することによって適合させることができる。第１のタッチ感度は、基板３０２を変形させ、電気活性層３０６との電気的接触を生じさせ、図１に関して先に説明した方法で抵抗を計算することができるようにするために必要な力である。
【手続補正6】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１の導電層及び第２の導電層を含む検知アレイ（１０２）；前記第１の導電層は複数の導電性行（１０３，２０２，３０５）を含み、前記第２の導電層は複数の導電性列（１０４，２０５，３０８）を含み、前記複数の導電性行及び前記複数の導電性列が複数の交差を規定するように配置されている；
電気活性層が各交差において感圧素子（１０５，１０６，１０７，１０８，２０３）を含み、前記第１の導電層を覆っている電気活性層（３０６）；及び
前記第２の導電層上の各交差に配置された力集中構造体（３０７，４０１）；
を含む、ここで
前記力集中構造体が、前記第１の導電層と前記第２の導電層の間の空隙（２０６，３１０）に前記第２の導電層の突起部を提供している、
力検知装置（１０１，３０１）。
【請求項2】
前記力集中構造体が誘電材料を含む、請求項１記載の力検知装置。
【請求項3】
前記力集中構造体が誘電体インクを含む、請求項１記載の力検知装置。
【請求項4】
前記力集中構造体が複数の層（４０４，４０５，４０６）を含む、請求項１ないし３のいずれか１項記載の力検知装置。
【請求項5】
前記力集中構造体がエンボス加工された基板を含む、請求項１記載の力検知装置。
【請求項6】
前記感圧素子が量子トンネル材料を含む、請求項１ないし５のいずれか１項記載の力検知装置。
【請求項7】
接着剤層によって前記力検知装置に接着剤層（８０２）によって積層されたカバー層（８０１）を更に含む、請求項１に記載の力検知装置。
【請求項8】
前記接着剤層が接着剤と前記接着剤内に複数の開口部（８０４）を含む、請求項７記載の力検知装置。
【請求項9】
複数のスペーサ要素（３０９）を含むスペーサ層を更に含み、前記複数の開口部が前記スペーサ要素と位置合わせされて、前記カバー層と前記力検知装置の支持基板（３０２）の間に空隙を形成する、請求項８記載の力検知装置。
【請求項10】
複数のスペーサ要素（３０９）を含むスペーサ層を更に含む、請求項１ないし８のいずれか１項記載の力検出装置。
【請求項11】
前記力集中構造体の高さ（３１１）が少なくとも６ミクロンである、請求項１ないし１０のいずれか１項記載の力検出装置。
【請求項12】
第１の高さを有する力集中構造体の第１のアレイと、第２の高さを有する力集中構造体の第２のアレイを更に備え、前記第１の高さと前記第２の高さが実質的に異なる、請求項１ないし１１のいずれか１項記載の力検出装置。
【請求項13】
請求項１ないし１２のいずれか１項記載の力検出装置を含む電子装置。
【請求項14】
複数の交差を規定するように配置され、複数の導電性行（１０３，２０２，３０５）を含む第１の導電層及び複数の導電性列（１０４，２０５，３０８）を含む第２の導電層の形態で検知アレイ１０２）を印刷するステップ；前記電気活性層が各交差に感圧素子（１０５，１０６，１０７，１０８，２０３）を含むように、前記第１の導電層上に電気活性層（３０６）を印刷するステップ；
前記第１の導電層と前記第２の導電層と間の空隙（２０６，３１０）に前記第２の導電層の突起部を設けるために、前記第２の導電層上の各交差に力集中構造体（３０７，４０１）を提供するステップ；
を含む、力検知装置（１０１，３０１）を製造する方法。
【請求項15】
前記力集中構造体を提供するステップが、基板上に誘電材料を堆積させるステップを含む、請求項１４記載の方法。
【請求項16】
前記堆積させるステップが複数の層（４０４，４０５，４０６）の誘電材料を印刷するステップを含む、請求項１５記載の方法。
【請求項17】
前記堆積させるステップが各交点における誘電材料のビード（４０２，４０８，４０９，４１１，４１２、４１３）を提供するステップを含む、請求項１５記載の方法。
【請求項18】
前記堆積させるステップが各交点において誘電材料の複数のビードを提供することを含む、請求項１５記載の方法。
【請求項19】
前記力集中構造体を提供するステップが前記検知アレイ及び電気活性層が印刷された支持基板にエンボス加工するステップ含む、請求項１４記載の方法。
【手続補正7】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図3】
【国際調査報告】