JPS6116426A - 容量性スイツチ - Google Patents

容量性スイツチ

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JPS6116426A
JPS6116426A JP60072494A JP7249485A JPS6116426A JP S6116426 A JPS6116426 A JP S6116426A JP 60072494 A JP60072494 A JP 60072494A JP 7249485 A JP7249485 A JP 7249485A JP S6116426 A JPS6116426 A JP S6116426A
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Japan
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electrode
switch
electrodes
display
capacitive
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JP60072494A
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English (en)
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ピーター・ウイリアム・アレクサンダー
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Phosphor Products Co Ltd
TI Group Services Ltd
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Phosphor Products Co Ltd
TI Group Services Ltd
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Publication date
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    • G02F1/167—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on translational movement of particles in a fluid under the influence of an applied field characterised by the electro-optical or magneto-optical effect by electrophoresis
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  • Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)
  • Push-Button Switches (AREA)
  • Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は容量性スイッチ（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ　５ｗ
１ｔｃｈ）に関する。
本発明の一態様では、容量性スイッチは誘電体層の一表
面上あるいはその極（近くに配置された第１の電極誘電
体層の第１の電極のある側と反対の側に第１の電極と重
なり合う関係に配置された第２の電極及び伝導性パッド
とよりなり、該第１及び第２の電極並びに伝導性パッド
は２つの状態の中の一方の状態における第１及び第２の
電極間の信号転送ファクタが他方の状態における信号転
送ファクタと著しく相違している、その２つの状態の間
をスイッチされることができるように構成されている。
伝導性パッドと第２の電極はその間にわずかの隙間をあ
けて並ばせることができ、あるいは別の誘電体の層を間
にして相互に重ね合わせるようにすることができる。直
接的なルートによる又伝導性パッドを経由しての第１と
第２の電極の間の容量結合の好適な釣り合いは種々の電
極の間の重なり合っている面積（Ａ）、種々の電極の間
の間隙（ｄ）及び／又は種々の電極の間の誘電体層の誘
電率（ｋ）を適当に調節することによって達成される。
比： ｋ 第１の電極対伝導性パッドに対する□ 第２の電極対第１の電極に対する　□ が８：１あるいはそれ以上が好ましく、より好ましくは
４０：１程度である。所望の比率は伝導性パッドと第１
の電極を実質的に等しい大きさにし、第２の電極の幅を
８＝１あるいはそれ以上の割合に狭くすることによって
達成することが好都合である。
伝導性パッドと第１電極の間の直接の容量結合は伝導性
パッドと第２電極の間のそれと同じ程度が好ましく、容
量結合の割合は１：２及び２：１の間であることがより
好ましい。
伝導性パッドは第１及び第２の電極に対して固定した関
係に形成されることができる。このようにすると第１電
極は伝導性パッドを経由して第２の電極と容量的に結合
し、その結果、例えば直接にでもあるいは容量的にでも
そのパッドにタッチするかそのパッドをアースするかす
ることによって電気的負荷がその伝導性パッドに印加さ
れたときにその伝導性パッドを経由しての結合は完全に
切断される。その結果第１及び第２電極の間の容量結合
ははっきりと減少するであろう。もし読出し信号が該電
極の一つに流されるとこのキャパシタンスの変化は他の
電極の出力信号の振幅を変化させるであろう。この振幅
の変化はスイッチングのために検知され利用されること
ができる。
別の実施態様においては、伝導性パッドはスイッチを作
動させる人からもアースからも絶縁されているが、弾力
的に取りつけられているのでスイッチを作動さゼるため
に第１電極の方に移動させることができる。このように
すると第１電極の伝導性パッドを介しての第２電極への
結合は、伝導性パッドが第１電極の方へ移動するときに
増大するであろう。その結果、スイッチの有効なキャパ
シタンスは、スイッチが作動すると対応する出力信号の
変化を伴ってはっきりと増大するであろう。
この出力信号の変化も又スイッチングのために検知され
利用されることができる。
スイッチの信号転送ファクタは最小の２のファクタでも
って、スイッチの作動状態と非作動状態の間を変化する
のが好ましい。
上記した構造の容量性スイッチは特にスイッチのアレイ
をつくるのに特に適している。
本発明のさらに別の態様では容量性スイッチのアレイは
多数の上記したスイッチよりなり、各スイッチの誘電体
層は共通の誘電体のパネルによって形成され、そのスイ
ッチはそのパネルの上に別々に切り離して形成されてい
る。
容量性スイッチはｎ個のスイッチよりなる列のｍ列でも
ってつくるのが好ましい。各列のすべてのスイッチの第
２電極は共通の伝導性のストリップによって形成される
ことができ、各列からの一つのスイッチの第１電極は共
通の伝導性のストリップによって形成される。この仕方
では、スイッチの全てのアレイのための第２電極はｍ個
の伝導性のストリップによってつくられ、第１電極はｎ
個の伝導性のストリップでつくられ、それらの伝導性の
ストリップは各スイッチが第１と第２の電極の唯一つの
組合わせを有するようにつくられる。
例えば、第２の電極をつくっている伝導性のストリップ
は相互には一線にそろうように又第１の電極をつくって
いる伝導性のストリップに対しては直角とすることがで
きる。
上記のスイッチのアレイは英国特許第２０５９６５７Ｂ
号に開示されているやり方で多重系とすることができる
。
もしも上記のスイッチあるいはスイッチのアレイの伝導
性パッド、第１及び第２の電極並びに誘電体層が透明な
材料でつくられていれば、スイ・ノチは英国特許第２０
０２５２２Ｂ号に開示されている如きディスプレイと組
合わせることができる。
使用するディスプレイは一対の電極あるいは電極の組の
間に置かれたディスプレイ媒体を有することが好ましく
、そのディスプレイ媒体はディスプレイをつくるために
電極間につくり出された電界に反応する。そのようなデ
ィスプレイには直流ＥＬディスプレイ、交流ＥＬディス
プレイ、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、Ｅ
ＣＤ及び電気泳動ディスプレイが含まれる。それらのデ
ィスプレイはｏｆｆかＯｎかのどちらかである固定ディ
スプレイあるいはまた該ス仁ノチあるいは例えばスイッ
チの別の中の他のスイッチ類の作動によって変えられる
ことのできる可変ディスプレイとなるようにつくられる
ことができる。
本発明のさらに別の実施態様では、容量性スイッチ／デ
ィスプレイ・ユニットは上記の如き容量性スイッチある
いは容量性スイッチのアレ仁該容量性スイッチあるいは
スイッチ類の構成要素は透明な材料でつくられている、
該第１電極あるいは各第１電極の裏面に置かれたディス
プレイ媒体、および該ディスプレイ媒体の裏面に該容量
性スイッチあるいは各容量性スイッチと重なり合う関係
に配置されたディスプレイ電極を有する。
普通には、上記の形式のディスプレイはディスプレイの
前方に例えばガラス板のような透明なカバーが設けであ
る。本発明による容量性スイ・フチ／ディスプレイ・ユ
ニットは従って前もってつくったディスプレイ・ユニッ
トに透明なオーバーレイをイリするごとによってつくる
ことができる。このオーバーレイば１ないしそれ以上の
伝導性パッド及び透明な誘電性あるいは絶縁性の層に設
けた該パッドあるいは各パソ１゛に対応する第２電極を
有するであろう。あるいは伝導性バットと第２の電極は
出来−にがっているディスプレイ・ユニットの前面カバ
ーに直接形成してもよい。
該ディスプレイの前面カバー及び前面の電極は次いで該
スイッチあるいはスイッチ類の残りのコンポーネントを
提供するであろう。容量性スイッチ／ディスプレイ・ユ
ニットが列を形成する場合、そのディスプレイは容量性
スイッチと同様のやり方で多重系にすることができる。
図面を参照して単なる例として、本発明の色々な実施態
様を説明する。
第１図では伝導性材料でできているタッチ・バッド１０
がガラスあるいはプラスチックスのような誘電体の層１
１の前面に配置されている。該りソチ・パッドｌＯより
も実質的に面積の小さい、幅の狭い伝導性ストリップ検
知電極１２が誘電体層１１の裏面あるいは誘電体の厚い
層１３の前面に配置されている。該タッチ・パッド１０
と同じような面積の伝導性読出し電極１４が誘電体層１
３の裏面に形成されている。電極１０．１２及び１４は
重ね合わさった関係にある。結線１５がそれによって電
気的「読出し」パルスがそこに供給される電気回路機構
に接続するために読出し電極１４（第２図）に設けであ
る。
該タッチ・パッド１０に電気負荷が全く印加されていな
いとき検知電極１２は第２図の如く直接にそして又タッ
チ・パッド１０を経由して読出し電極１４に容量的に接
続されている。タッチ・パッド１０と読出し電極１４に
対する検知電極１２の面積及び誘電体層１１及び１３の
厚さと透電率はタッチ・パッド１０を経由しての読出し
電極１４及び検知電極１２の間のキャパシタンス、即ち
０ｗＣ３ Ｃｚ　＋　　Ｃ３ が少なくとも読出し電極１４と検知電極１２の間の直結
の場合のキャパシタンスＣＩ程度であるように選択され
る。この状態のときにはスイッチの有効キャパシタンス
は、 Ｃ，＋Ｃ。
である。
人がタッチ・パッドｌＯに触れているときにはパッドの
電気的負荷はタッチ・パッド１ｏを経由しての電極Ｉ４
の検知電極１２への接続を完全に切る。スイッチの有効
キャパシタンスは、Ｆ−ＣＩ となる。典型的にはタッチ・パッド１ｏと読出し電極１
４は１２．７ｍｍ９．５２５鰭、検知電極は１，０關Ｘ
１２．７ｍｍである。誘電体層１１及び１３は誘電率が
７．５で厚さが夫々０．５１と３１のガラス製である。
この装置では負荷の加えられていないスイッチの有効キ
ャパシタンスｃＦは負荷をタッチ・パッドに加えると１
．６ｐＦがらｏ、ｓｐｐに下がることが判った。
負荷がタッチ・パッド１０に加えられると変化するキャ
パシタンスは検知電極１２の出力信号に対応する変化を
つくり出す。コネクタ１６は出力信号の変化を検知しそ
の変化に応答してスイッチング作動を起こすのに適した
電気回路機構に電極１２を接続する。
誘電体のディスクリート層１１及び１３を使ってスイッ
チを形成する代わりに、検知及び読出し電極１２及び１
４を例えば蒸着（ｖａｐｏｕｒ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ
）によって誘電体層１３の前面と裏面に配置することが
できる。厚さ約０．１２５−のガラスあるいはプラスチ
ックスのフィルムを例えば浸漬あるいは噴霧によって誘
電体層１１を形成するために次いで検知電極１２の頂面
に配置する。タッチ・パッド１０を次いでガラスあるい
はプラスチックスのフィルムの頂面に配置し、スイ・ノ
チの単位構造体をつくる。
第３図ではタッチ・パッド１０及び検知電極１２は誘電
体Ｎ１３の前面に並んで形成しである。
読出し電極１４は上記のように誘電体層の裏面に形成し
であるが、タッチ・パッド１０及び検知電極１２の両方
と重なり合うように面積を大きくしである。タッチ・パ
ッド１０及び検知電極１２は上記したやり方で作った絶
縁物、例えばガラスあるいはプラスチックスの厚い層２
３で保護することができる。
典型的にはタッチ・パッド１０は１２．７＊ｍｘ９．５
鮪、狭知電極１２は０．１２５ｍｍ　］　２゜７１ｍ、
それらの間の隙間は０．０５ｍ＋ｉである。誘電率７．
５の３肚厚のガラスを使うと、スイッチの有効キャパシ
タンスはタッチしていないときの１．６ｐＦからタッチ
したときの０．８ｐＦの間を変化する。
第４図のスイッチは電極１０及び１２の位置が逆である
他は第１図のものと同しである。
検知電極１２が一番上であるけれども、検知電極１２と
タッチ・パッド１０の相対的な大きさのために第１図及
び第２図について説明したように、スイッチの一番上側
の表面にタッチするとタッチ・パッド１０を経由しての
読出し電極１４と検知電極１２の間の容量結合を切るで
あろうタッチ・パッド１０に電気的負荷が加わるであろ
う。さらにこの構造にするとタッチ・パッド１０は検知
電極１２が読出し電極１４と直接に容量結合するのをシ
ールドするであろうし、その結果、タッチしたときにス
イッチの有効キャパシタンスはほぼ０になる筈である。
第５図に示すタッチ・スイッチ／ディスプレイ・アレイ
は第１図の構造体を使用した、ドツト・マトリックスＤ
　Ｃ−Ｅ　Ｉ−ディスプレイを基としたものである。こ
のディスプレイはその裏面に一組の平行な細長い電極２
１があるガラスのパネル１３を有する。螢光層２０が該
電極２１の背後に付けてあり、第２の組の細長い電極２
２が電極２１に対して直角に該螢光層の背面に付けであ
る。従って、−組の中の各電極は他の組の電極のすべて
と重なり合っていて、ドツト・マトリックスを形成して
いる。典型的には電極２１及び２２の組はセンナメータ
ー当たり２０から４０の電極を有することができる。電
極１０；１９及び２１は例えば酸化スズで透明であり、
誘電体１３及び２２は透明である。
電極２１及び２２には各電極に別々に電圧パルス（ｖｏ
ｌｔａｇｅ　ｐｕｌｓｅ）を印加するための入力結線が
設けである。典型的には螢光層２０は８０ないし１２０
ボルトの照度限界（ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ　ｔｈｒ
ｅｓｈ。
ｌｄ）を有するであろうし、電極２１に印加される電圧
パルスは４０〜６０ポルトであってよ＜、電極２２に印
加されるパルスは−４０〜−６０ボルトであってよい。
従って、パルスを印加された電極２１がパルスを印加さ
れた電極２２と交差するところはどこでもその間の螢光
層２０のその部位が励起され発光したドツトができるで
あろう。適当な対をなず電極２１及び２２に同時にパル
スを印加することによって、多数のドツトを記号を形成
するために同時に発光させることができ、それは異なっ
た対の電極２１及び２２にパルスを印加することによっ
て変えられる。典型的にはそれらの発光パルスは１０〜
１００μｓのパルス中を有し、０．０５〜２　ｋＨｚの
周波数で電極２１及び２２に印加されるであろう。その
ときディスプレイは発光する。
検知の電極１９は電極２１に対して直角をなす平行なス
トリップの形である。誘電体の厚いシート１１が伝導性
ストリップ１９の上を被覆し、多数のクノヂ・パッド１
０が該シート１１の前面に設けである。該タッチ・パッ
ド１０は行とコラムに配列し、各行は伝導性ストリップ
１９の別の一つと重なり合い、各コラムは電極２１の別
のグループと重なり合う。
伝導性ストリップ１９にはそれによって適当な検知回路
構成へ接続することができる結線をスイッチ／ディスプ
レイの一端に設けである。
その結果電気的「読出し」パルスを順番に電極２１の各
グループに印加し、その間すべての他の電極２１はポテ
ンシャル０であり、各伝導性ストリップ１９の出力をモ
ニターすることによって、行の各スイッチは個々に信号
を送られることができる。
作動させるときに共通の検知電極ストリップ１９が機能
する行の中の他のすべてのスイッチと区別するために、
各タッチ・パッド川０とストリップ１９の間の容量結合
は実質的にスイッチにタッチする人の月俸キャパシタン
ス以下でなければならない（即ち大人の場合最小約５ｏ
ｐｐである）。
各タッチ・パッド１０と検知電極ストリップ１９の間の
キャパシタンスば１ＯｐＦ以下が好ましいであろう。ま
た、スイッチの行に沿った検知電極ストリップ１９の抵
抗値の増大による出力信号の過度の７テニユエーシヨン
、それは誤ったスイッチング１８号となることがある、
を避けるために検知電極ストリップ１９の夫々の総抵抗
値は１００にΩを越えてはならない。
電極２１へ発光パルスを印加するための回路構成は又続
出しパルスを印加するのに使うことができるが、発光の
ために必要な個々の電極にパルスを印加する代わりに、
回路構成はｌグループのすべての電極２１に同時にパル
スを印力Ｕするようにすると都合がよい。それらの読出
し信号は発光パルスの間に印加されるであろうし、周波
数５０Ｈｚでパルス巾が１０μ３程度のものが典型的で
あろう。読出′しパルスが電極２１に印加されるときに
は電極２２にはパルスが印加されないので螢光層を通る
ポテンシャルは発光限界値に達しないであろうし、従っ
てディスプレイは何の作用も受けないであろう。
上記のスイッチ／ディスプレイ・アレイは独立したテ′
イスプレイ・エリアが重なっているスイッチと連合する
ようにすることもできる。それらのディスプレイはアレ
イ中の他のスイッチの作動に応答して必要に応じ変わっ
てもよく、しかしてプログラム可能な多機能スイッチを
提供する。このオペレーションモードでは、タッチ・パ
ッド１゜の下にある電極２１及び２２だけが発光のため
に使われるであろう。あるいはパネル全体が単一のディ
スプレイを提供するために使われることができ、スイッ
チの作動はディスプレイの下にあるリージョンと連合し
た結果を生ずる。
上記のタッチ・パッド１ｏと伝導性ストリップ１９は、
現にあるアレイのガラス・カバー・スクリーンに付りら
れるオーバーレイを形成し既述の形のスイッチ／ディス
プレイ・アレイを提供するために、ガラスあるいはプラ
スティ・ツク・シート１１にイリけることができる。
第５図を参照してタッチ・スイッチ／ディスプレイ・ア
レイを記述してきたが、個々のスイッチ／ディスプレイ
・ユニットをこの方法でつくることができる。
本発明を逸脱することなしに種々の変形が可能である。
例えば上記した実施態様において、スイフチングは電気
的負荷が通常はタッチ・パッド１０にタッチする人によ
ってタッチ・パッド１０に加えられることによって達成
される。これは加えられる負荷が人によって変わり、検
知回路はがなり広範囲にわたってオペレート可能でなけ
ればならないという欠点があった。より一貫した信号の
変化がパット１ｏを直接にアースするための手段を設け
ることによって達成される。
上記したスイッチあるいはスイッチのアレイにはスイッ
チの前面から離れていてスイッチを作動させるために押
されなければならない弾力性のある膜を設けることがで
きる。そのような膜は触感上のフィード・バンクを提供
し、又伝導性の液体がスイッチの表面に達することを防
止し、そしてスイッチのアレイにあっては２あるいはそ
れ以上のスイッチのタッチ・パッド１０を橋絡するであ
ろう。スイッチがタッチ・スイッチとして機能する場合
にはその膜は伝導体でつくってもよく、あるいはその内
側の表面に伝導性のコーティングはスイッチが作動させ
られるときにタッチ・パッド１０がアースするようにア
ースに接続する。後者のつくりにすると、スイッチを非
伝導性の釧あるいは手袋をはめた指を使っても作動させ
るこ止ができるという利点がある。スイッチが移動可能
な伝導体のバットを有する場合には、これは膜の内側の
表面に形成することができる。
上記の型の膜はスペーサでスイッチの前面から離されて
いる平らな弾力のあるシート状物でつくることができる
。しかし、該膜はスイッチの上に重なるふくれ（ブリス
ター）のあるシート状物でつくると都合がよい。スイッ
チのアレイの場合には、各スイッチに対して１個ずつの
多数のふくれ（ブリスター）をもたせて成形した単一の
シート状物にアレイ全体をカバーさせることができる。
そのような膜は又それらが透明な材料でつ（られ−てい
るならばスイッチ／ディスプレイ・ユニットに用いるこ
とができる。スイッチ／ディスプレイ・ユニットにおい
ては誘電体Ｎ１・１及び１３及び／又は膜（使われてい
る場合には）はディスプレイの自然な惑しを高めあるい
は変化させるために色をつげてもよい。第３図及び第４
図に示したタッチ・パット川０と検知電極】２の配置は
第５図の配置の代わりに第５図の装置に利用することが
できる。
図はいずれも図式的な図解にすぎず、コンポーネントの
相対的な大きさ、特に厚さを示してはいない。典型的に
は第１の誘電体層１１は厚さが１１程度、第２の誘電体
層１３は厚さが３絹程度、螢光層は厚さが４０！１程度
であろうし、タッチ・パッド１０及び電極１２，１４．
１９．２１及び２２は厚さが０．０５μ程度であろう。
第５図においては、螢光層２０、連合している電極２１
．２２及びガラスのパネル１３は現にあるディスプレイ
・ユニットを構成することができる。この場合では誘電
体シート１１、タッチ・パッド１０及び検知電極１９は
、タッチ・バッド１０と電極１９が第１の電極２１と重
なり合うようにディスプレイ・ユニットに取りつけるよ
うにつくられている別の容量性スイッチ・オーバーレイ
を構成することができる。第３図に示したタッチ・パッ
ド１０と検知電極１２の配置にあってはそれらは共にオ
ーバーレイの誘電体シート１１の同じ側にあることにな
ろう。
本明細書において用いた「信号転送ファクタ」という語
句は該第１及び第２の電極の１つに他の電極に印加され
たパルスに応答して現れるパルスのマグニチュードの該
他の電極に印加されたパルスのマグニチュードに対する
割合を意味する。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明によるタッチ・スイッチの略分解図、第
２図は第１図に示したスイッチと同一の電気回路図、第
３図及び第４図は本発明による別々の態様のタッチ・ス
イッチの断面図、第５図は本発明によるタッチ・スイッ
チ／ディスプレイ・アレイの部分略断面図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、誘電体層の一表面上あるいはそのごく近くに配置さ
    れた第１の電極、誘電体層の第１の電極のある側と反対
    の側に第１の電極と重なり合う関係に配置された第２の
    電極及び伝導性パッドとよりなり、該第１及び第２の電
    極並びに伝導性パッドは、２つの状態の中の一方の状態
    における第１及び第２の電極間の信号転送ファクタが他
    方の状態における信号転送ファクタと著しく相違してい
    る、その２つの状態の間をスイッチされることができる
    ように構成されている容量性スイッチ。 ２、該伝導性パッドと第２の電極がわずかの隙間をあけ
    て並べられている特許請求の範囲第１項の容量性スイッ
    チ。 ３、特許請求の範囲第１項のスイッチを多数有してなる
    容量性スイッチのアレイであって、各スイッチの誘電体
    層が共通の誘電体パネルによって形成されており、スイ
    ッチは該誘電体パネルに間隔をとって離れた関係で配置
    されている上記アレイ。 ４、特許請求の範囲第１項の容量性スイッチを有する容
    量性スイッチ／ディスプレイ・ユニットであって、スイ
    ッチのコンポーネントが透明な材料によってつくられて
    おり、ディスプレイ媒体がスイッチの第１の電極の背面
    に配置されており、ディスプレイ電極が容量性スイッチ
    に対して重なり合う関係に該ディスプレイ媒体の背面に
    配置されている前記容量性スイッチ／ディスプレイ・ユ
    ニット。 ５、ディスプレイ媒体が電圧発光螢光体、液晶、イオン
    化可能なガス、エレクトロクロミック体あるいは電気泳
    動体から選択される特許請求の範囲第４項の容量性スイ
    ッチ／ディスプレイ・ユニット。 ６、重なり合う関係に配置された透明な第１の電極とデ
    ィスプレイ電極の間に配置されたディスプレイ媒体及び
    第１の電極の前に配置された透明な誘電体のカバーを有
    するディスプレイ・ユニットと共に使用するための容量
    性スイッチオーバーレイであって、該スイッチ・オーバ
    ーレイが透明な伝導性パッドと透明な第２の電極がその
    上に形成されている誘電体の透明なシートを有し、該伝
    導性パッドと第２の電極が、オーバーレイをディスプレ
    イのカバーの前面に取付けたときに伝導性パッドと第２
    の電極が第１の電極と重なり合うように位置決めされて
    おり、該第１と第２の電極及び伝導性パッドが、２つの
    状態の中の一方の状態における第１及び第２の電極間の
    信号転送ファクタが他方の状態における信号転送ファク
    タと著しく相違している、その２つの状態の間をスイッ
    チされることができるように構成されている前記の容量
    性スイッチ・オーバーレイ。
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