未来に触れる：新しい市場をリードする容量性タッチスクリーンの計画

静電容量センシングを主な入力方法として使用するタッチスクリーンには、表面型と投影型の2種類があります。 表面容量性タッチスクリーンは、インジウムスズ酸化物（ITO）の層を使用し、周辺に少なくとも4つの電極を有する。 指などの接地された物体が接近すると、これらの電極は表面静電容量の変化を感知することができる。 3M Micro-Touchは、この技術の最も重要なサプライヤの1つです。 この方法は、キオスクタッチスクリーンで長時間使用されてきました。

しかしながら、表面静電容量式タッチスクリーンにはいくつかの限界がある。 1本の指または1本の指しか認識できません。 加えて、電極のサイズを考慮すると、ハンドヘルドプラットフォームで使用されるような小型のスクリーンにとっては実用的ではない。

タッチスクリーン電極を使用してセンサによって放出される静電場線は、投影静電容量式タッチスクリーンと呼ばれる。 投影静電容量検出には一般的に使用される2種類のコンデンサがあります。自己静電容量と相互静電容量です。

絶対容量とも呼ばれる自己容量は、最も広く使用されている方法です。 それは、感知されている物体を別の静電容量板として使用する。 物体は、検知電極と検知電極との間の電荷を検知し、検知される。 測定された電荷は、結果として得られる容量結合に保存されます。 図2は、上記の原理がどのように機能するかを示しています。

相互キャパシタンスは、隣接電極の結合によって生成されるキャパシタンスであるトランスコンキャパシタンスとも呼ばれる。 検知対象が一方の電極から他方の電極への電界線に近づくと、相互静電容量の変化を検知して位置を報知する。 自動車用途では、相互容量性センサがガソリン調整のための導電率センサとして広く使用されている。

人々の日常生活の位置感知には何百万という自己容量法が使われています。 たとえば、今日のラップトップでは、タッチ入力ボードがどこにでも存在します。 最も典型的なラップトップタッチ入力ボードは、X×Yセンサ電極アレイを使用して検知グリッドを形成する。 指がタッチ入力パッドに近接すると、指と感知電極との間に少量の電荷が生成される。 特定のアルゴリズムを使用して行センサおよび列センサからの信号を処理して、検知された物体（この場合は指）の位置を決定する。

上記の2種類の投影型静電容量式センサでは、一定の方法でセンシング容量を設計し、いつでもタッチを検出することができ、1本の指または複数本の指に限定されない。

不透明投影静電容量センサは、タッチ入力パッドや投影静電容量式タッチスクリーンなどの多くのデバイスで使用でき、操作の基本原理は同じです。 違いは、センサ電極材料、センサ基板、製造方法、および方法スタックにおける多くの問題にある。 タッチ入力パッドは、金属または転写の分野のカーボンベースの電極のような不透明な材料で作ることができる。 投影される容量性タッチスクリーンは、透明でなければならず、しばしば、抵抗性タッチスクリーンに基づく透明導電体と同じ材料で作られる。

しかし、抵抗膜式タッチスクリーンとは異なり、投影型静電容量式タッチスクリーンでは、レイヤー間の空気の分離やレイヤーの変形が不要なため、剛性の高いガラスやプラスチック基板を使用できます。 投影された容量性および抵抗性のタッチスクリーン構成の主な違いは、ITOの要件です。 投影された静電容量式タッチスクリーンのITOは、抵抗性のタッチスクリーンのような連続的な膜堆積の代わりに、前の層の後の層として使用される。 。 プロセスの複雑さは増しますが、投影型静電容量式タッチスクリーンのメリットを考えるとまだ価値があります。

ガラスとプラスチック基板の選択には明らかな違いはありません。 元の機器メーカーの製品設計に応じて、プラスチックレンズまたはガラスレンズ（スクリーン保護）にすべてを積み重ねることができます。 ガラスは比較的厚く、重要で高価ですが、全体的にはそれが困難であり、残りの設備のコストを潜在的に削減することができます。 両方の材料が同じサイズの抵抗性タッチスクリーンより高いけれども、ガラスは、プラスチックよりも高い透過係数を有する。 プラスチックセンサは比較的薄く、製品レンズ上に積層するのが比較的容易である（硬質材料層上に可撓性材料を積層することは、硬質材料の2つの層を積層するよりも容易であるため）。 製造方法も同様であるため、ガラス基板とプラスチック基板の両方を使用して、自己容量性のタッチスクリーンとインタラクティブな容量性のタッチスクリーンを作成することができます。

ほとんどのセンササプライヤは、同じバッチのスパッタリングプロセスを使用して、基板上のlTOパターンをエッチングする。

2007年に、3M MicroTouchは投影された静電容量センサのロールツーロール製造の可能性を発表しました。 従来、このようなパターンをエッチングする技法は非常に成熟していたが、タッチスクリーン表面の反射係数が異なるため、光が表面を横切って引き出されたときにパターンが見えるようになる。 最近得られた反射係数はより一致し、センサパターンはほとんど見えない。

表面静電容量式タッチスクリーンは、小規模生産では実用上の限界があり、投影静電容量式タッチスクリーンは大きなサイズに限界がある。

センサ電極は、指が少なくとも2つの電極の電界線に影響を与えて指の位置を決定できるように、十分に接近していなければならない。 同様に、センサ電極の数は、画面サイズが大きくなるにつれて、対応する幾何学的比率に従って増加させる必要がある。 投影静電容量式タッチスクリーンのサイズが大きくなるにつれて、コントローラに戻される必要があるセンサ電極の数が急速に増加し、センサの非アクティブベゼルが膨張することになる。 大型の投影静電容量式タッチスクリーンを作るためのヒントがありますが、これまでのところ実際の製品では検証されていません。