JP2001228975A - 感圧素子並びにそれを用いたタッチパネル及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高い入力位置検出精度が得られる感圧素子を
提供する。 【解決手段】 少なくとも一方が可撓性を有し所定の間
隔をもって対向配置された第１の電極１３及び第２の電
極１２と、これら電極間１２，１３の面方向に均等に分
散配置され前記電極が加圧されて撓んだときに両電極１
２，１３と接触する球状粒子１６と、これを保持する絶
縁性樹脂からなるスペーサ１５とを備える。球状粒子１
６は、電極１２，１３間の間隔よりも小さく且つ電極１
２，１３の対向方向に２個以上並ばない大きさに設定さ
れる。スペーサ１５は、電極１２，１３間に配置され電
極の非加圧時に電極１２，１３間の間隔を一定に保つ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子機器の入力デ
バイスとして使用される抵抗膜式のタッチパネルに使用
される感圧素子並びにそれを用いたタッチパネル及び入
力機能を備えた液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子機器の入力デバイスの一つであるタ
ッチパネルとして、従来より抵抗膜方式、光学方式、静
電容量方式、磁気誘導方式及び弾性波方式のものが知ら
れている。このうち、抵抗膜式のタッチパネルは、ＰＥ
Ｔ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム等の上に形
成されたＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の抵抗膜からな
る可撓性の上部電極と、ソーダライムガラス等の上に形
成されたＩＴＯからなる固定の下部電極とを対向配置し
て、上部電極への加圧時に上下の電極の接触位置を検出
するものである。この種のタッチパネルは、検出方式に
よってアナログ方式とディジタル方式とに大別される。

【０００３】アナログ方式では、図７に示すように、上
部電極１０１のＸ方向の両端部と下部電極１０２のＹ方
向の両端部とにそれぞれ信号取出用の電極１０３，１０
４を設ける。そして、上部電極１０１のＸ方向端部の電
極１０３，１０３間に所定の電位差を付与して、下部電
極１０２側から入力点Ｐの、抵抗ＲＸ１，ＲＸ２の比に
よって決まる電位を取り出すことによりＸ方向の入力位
置を検出し、続いて下部電極１０２のＹ方向端部の電極
１０４，１０４間に所定の電位差を付与して、上部電極
１０１側から入力点Ｐの、抵抗ＲＹ１，ＲＹ２の比によ
って決まる電位を取り出すことによりＹ方向の入力位置
を検出する。また、デジタル検出方式では、上部電極と
下部電極とを互いに直交する方向に延びる短冊状電極と
し、上下の電極をＸ方向及びＹ方向にスキャンして入力
点を検出する。

【０００４】これらのタッチパネルに使用される感圧素
子として、従来、図８に示すように、ガラス基板１１１
の上面に形成された下部電極１１２と、可撓性を有する
ＰＥＴフィルム１１３の下面に形成された上部電極１１
４とを所定の間隔を空けて対向配置させ、下部電極１１
２上に、非加圧時の両電極１１２，１１４の接触を防止
するためのドットスペーサ１１５を所定間隔で配置した
ものや、図９に示すように、透明なバインダー１２１の
中に金属粒子１２２を混ぜた異方性導電膜１２３を両電
極１１２，１１４間に介在させたもの（実開昭６４−２
０６２７号）等が知られている。なお、可撓性を有する
上部電極として薄ガラス板も実用になっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、情報
機器の小型化、高精細化が進み、この種の感圧素子にも
入力位置検出精度のより一層の高精度化が要求されるよ
うになってきた。しかし、ドットスペーサを所定間隔で
配置させた感圧素子では、通常、ドットスペーサがスク
リーン印刷によってなされるため、高細精化に限度があ
る。また、バインダーの中に金属粒子を混在させた異方
性導電膜を両電極間に介在させたものでは、シート抵抗
値は統計的な値であり、そのバラツキによって、入力位
置の高い検出精度が得られない。また、接続を取るため
には金属粒子の混合比を高めなければならず、また、膜
厚が増すために、透光性、経済性及び薄型化が損なわれ
るという問題がある。

【０００６】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたもので、高い入力位置検出精度が得られる
感圧素子並びにそれを用いたタッチパネル及び液晶表示
装置を提供することを目的とする。本発明は、更に、透
光性に優れ、経済性が高く薄型化に適した感圧素子並び
にそれを用いたタッチパネル及び液晶表示装置を提供す
ることを他の目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る感圧素子
は、少なくとも一方が可撓性を有し所定の間隔をもって
対向配置された第１及び第２の電極と、これら電極間の
面方向に分散配置され前記電極が加圧されて撓んだとき
に前記第１及び第２の電極と接触する、前記電極間の間
隔よりも小さく且つ前記電極の対向方向に２個以上並ば
ない大きさの導電体と、前記電極間に配置され電極の非
加圧時に前記電極間の間隔を一定に保つための絶縁性の
スペーサとを備えてなることを特徴とする。

【０００８】本発明によれば、所定の間隔をもって対向
配置された第１及び第２の電極の間に導電体が介在し、
しかもこの導電体が電極の間隔よりも小さく且つ電極の
対向方向に２個以上並ばない大きさに設定されているの
で、導電体は、電極間に１つずつ分散配置され、僅かな
加圧で確実な導通又は抵抗変化が得られ、検出精度が向
上する。また、非加圧時には、スペーサの存在によって
電極間が一定に保たれ、不要な電極間の接触が防止され
る。なお、スペーサの厚さは、オン・オフ感度を選択す
る因子となる。

【０００９】前記第１及び第２の電極は、平面状でも線
状でも良い。この感圧素子が液晶などのディスプレイ装
置の前面に設けられる透明タッチパネル等に使用される
場合には、これら電極は透光性を有する必要がある。透
光性を有する電極としては、例えば、Ｉｎ₂Ｏ₃−ＳｎＯ
₂，ＳｎＯ₂−Ｓｂ₂Ｏ₅，Ｃｄ₂ＳｎＯ₄，ＳｎＯ₂系、Ｚ
ｎＯ−ＳｎＯ₂系及びＣｄＯ−ＺｎＯ−ＳｎＯ₂系の中か
ら選ばれた少なくとも１種の合金酸化膜等を用いること
ができる。

【００１０】導電体としては、好ましくは球状粒子であ
る。特に透明なタッチパネルに使用する場合には、球状
粒子が透明であることが望ましく、この場合ガラスビー
ズ又は樹脂ビーズの表面にＩｎ₂Ｏ₃−ＳｎＯ₂，ＳｎＯ₂
−Ｓｂ₂Ｏ₅，Ｃｄ₂ＳｎＯ₄，ＳｎＯ₂系、ＺｎＯ−Ｓｎ
Ｏ₂系及びＣｄＯ−ＺｎＯ−ＳｎＯ₂系の中から選ばれた
少なくとも１種の合金酸化膜を形成すれば良い。また、
ビーズ自体が上述したＩｎ₂Ｏ₃−ＳｎＯ₂等の合金酸化
物で形成されていても良い。

【００１１】スペーサは、例えば電極間に充填された樹
脂や複数の孔が形成された樹脂の成形体である。このよ
うなスペーサによれば、導電体が安定に保持される。導
電体は、孔の上下中央どの位置に存在しても、絶縁部分
によって電極が撓まない限りは、絶縁性を維持してい
る。

【００１２】電極、スペーサ及び導電体が透明である場
合、これらの屈折率差を極力するなくすることにより、
各部材界面での反射を防止して、透明タッチパネルの透
明度を高めることができる。本発明の感圧素子は、多層
構造体とすることにより、いわゆるダブルアクションの
タッチパネルとすることもできる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面に示した実施例を参照
して、本発明を詳細に説明する。図１は、本発明の一実
施例に係る感圧素子の拡大断面図である。この感圧素子
は、液晶表示装置やＣＲＴ表示装置の表示面等に配置さ
れる透明タッチパネルに使用されるもので、ガラス基板
１１と、このガラス基板１１の上に蒸着により形成され
たＩＴＯ（Indium Tin Oxide：Ｉｎ₂Ｏ₃−ＳｎＯ₂）か
らなる下部電極１２と、この下部電極１２と所定の間隔
ｔを介して対向する上部電極１３と、この上部電極１３
が蒸着形成される透明なＰＥＴ（ポリエチレンテレフタ
レート）フィルム１４と、上部電極１２，１３間に充填
された絶縁性の透明シリコンラバーからなるスペーサ１
５と、このスペーサ１５に面方向に均一に分散して埋め
込まれた導電体である球状粒子１６とを備えている。球
状粒子１６は、直径が例えば数百μｍ以下のものであ
る。

【００１４】ガラス基板１１、上部電極１２、下部電極
１３及びＰＥＴフィルム１４の厚さは、それぞれ例えば
１．０ｍｍ、１００〜３００μｍ、１００〜３００μ
ｍ、１８０μｍで、電極１２，１３間の間隔ｔは、例え
ば３０μｍに設定されている。導電性の球状粒子１６
は、例えば図２に示すように、ガラス又は樹脂のビーズ
２１の表面にＩＴＯ膜２２を蒸着したもので、その直径
は、電極１２，１３間の間隔ｔよりも小さく、且つｔ／
２よりも大きい、例えば２０μｍに設定されている。

【００１５】このような構成であると、図１（ｂ）に示
すように、ＰＥＴフィルム１４の上を指等で押される
と、可撓性を有するＰＥＴフィルム１４が撓む。これに
よりスペーサ１５が変形し、球状粒子１６が存在する部
分の一部が塑性変形して球状粒子１６と上部電極１３と
が接触し電極１２，１３間が導通する。指を離すと、ス
ペーサ１５が元の状態に復帰するので、上部電極１３と
球状粒子１６とは元のように離れる。

【００１６】球状粒子１６の周りに充填されるスペーサ
１５としては、好ましくは、上述したようにゴム弾性を
有することは勿論であるが、ゲルのように塑性変形及び
復元が容易なものが望ましい。また、この実施例のよう
に透明性を必要とするタッチパネルに使用される感圧素
子の場合、電極１２，１３，球状粒子１６及びスペーサ
１５は全て透明で、これらの屈折率差がこれらと空気と
の屈折率差よりも小さいこと、より好ましくは、これら
がほぼ同じ屈折率であることが望ましい。これにより、
これらの界面での不要な反射や屈折を抑えて、透明度の
向上及び透過像の歪み低減を図ることができる。また、
同様の理由から、スペーサ１５は、電極１２，１３との
間に空気を介在させないように、適度な屈折率の液状成
分を含むようなものか、又は、タック性（粘着性）を有
し、電極とのブロッキング（密着）を起こし、気泡の存
在を許さない密着性の高いものか、又は、スペーサ１５
と電極１２，１３との空隙部に適度な屈折率の液体が満
たされていることが望ましい。

【００１７】また、図３に示すように、スペーサ３１を
成形体により形成することもできる。この場合、スペー
サ３１には、球状粒子１６が挿入される多数の孔３２が
形成され、これらの孔３２に球状粒子１６が１つずつ収
容されるようになっている。この場合、球状粒子１６
は、微小粒子であり、視覚上あまり障害にはならない
が、孔３２の余剰スペースに屈折率調整材として電極１
２，１３、球状粒子１６及びスペーサ３１の屈折率と近
い液体を満たすようにすれば、更に明瞭度は増す。

【００１８】図４の例は、スペーサ４１を別途シート状
に作成して、下部電極１２の上に配置された例（同図
（ａ））と、スペーサ４２，４１を別途シート状に作成
して、上下の電極１２，１３に沿って配置された例（同
図（ｂ））とを示している。このような感圧素子は、次
のように作成することができる。即ち、下部電極１２上
にスペーサ４１を配置し、その上に球状粒子１６を霧状
に散布して、樹脂４３を充填するか、又は、下部電極１
２上にスペーサ４１を配置し、その上に球状粒子１６を
含む樹脂４３の層を造膜する。そして、その上にシート
状のスペーサ４２を配置して電極付きのＰＥＴフィルム
１４を置く。

【００１９】図５は、スペーサを球状体とした例であ
る。この球状のスペーサ５１は、球状粒子１６よりも抵
抗値が高く、且つ径が球状粒子１６の径よりも大きく、
球状粒子１６の径の２倍よりも小さい。このスペーサ５
１は、ガラス又は樹脂のビーズで構成することができ
る。球状粒子１６と所定比で混合させて一緒に散布する
ことで、製造工程を簡略化することができる。これら球
状粒子１６とスペーサ５１とを絶縁性の樹脂５２で保持
又は充填するようにすると更に好ましい。

【００２０】図６は、図１に示した構造体を多層構造に
した例である。ガラス基板１１とＰＥＴフィルム１４と
の間には、中間層であるＰＥＴフィルム６１が設けら
れ、このＰＥＴフィルム６１の上下にそれぞれＩＴＯ等
からなる下部電極６２及び上部電極６３が形成されてい
る。このような二重構造とすることにより、いわゆるダ
ブルアクションタイプの感圧素子を構成することができ
る。この場合、二層をなす各要素は、例えば電極間間
隔、導電体粒子径等をそれぞれ異なる値に設定すること
により、タッチパネルとしての感度を適宜選定すること
ができる。

【００２１】なお、以上の各実施例では、特に上下の電
極の形状については言及しなかったが、これらの電極の
少なくとも一方は、平面状、線状、帯状等、種々の形態
が適用可能である。特にアナログタイプの感圧素子で
は、平面タイプが用いられ、ディジタルタイプの感圧素
子では、帯状タイプが用いられる。また、上記実施例で
は、導電体が球状粒子であったが、線状体でも筒状体で
も良い。要するに、その厚み方向の大きさが上述した範
囲に規定されていれば、本発明の効果が得られる。ま
た、導電体は、適当な粗さの絶縁性のメッシュによって
保持されることにより、その面方向の分散を抑えるよう
にしても良い。

【００２２】なお、電極、導電体及びスペーサは、用途
によっては、透明着色剤で着色することもできる。ま
た、透明性を必要としない場合、電極及び導電体とし
て、ガラス、樹脂上に金属の蒸着膜を形成したもの、又
は金属膜や金属板そのものを用いることもできる。更
に、液晶表示装置の透明電極間に上述した導電体とスペ
ーサとを介在させることにより、液晶表示装置自体に入
力機能を持たせることもできる。この場合、導電体が良
導電体であると、導電体が上下の電極と接触したオン状
態で液晶は機能しなくなり、そこの表示が消えてしま
う。一方、導電体がある程度の抵抗値を有する場合に
は、液晶としての機能を損なわず、且つスイッチとして
動作も可能になる。このため、導電体は、ある程度の抵
抗値を有するものとする。具体的な動作としては、スイ
ッチの検出と液晶表示とをタイムシェアリングによって
交互に行うようにすれば良い。

【００２３】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、所定
の間隔をもって対向配置された第１及び第２の電極の間
に導電体が介在し、しかもこの導電体が電極の間隔より
も小さく且つ電極の対向方向に２個以上並ばない大きさ
に設定されているので、導電体は、電極間に１つずつ分
散配置され、僅かな加圧で確実な導通又は抵抗変化が得
られ、検出精度が向上する。また、非加圧時には、スペ
ーサの存在によって電極間が一定に保たれ、不要な電極
間の接触が防止されるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係る感圧素子の拡大断面
図である。

【図２】 同感圧素子の球状粒子の断面図である。

【図３】 本発明の他の実施例に係る感圧素子の拡大断
面図である。

【図４】 本発明の更に他の実施例に係る感圧素子の拡
大断面図である。

【図５】 本発明の更に他の実施例に係る感圧素子の拡
大断面図である。

【図６】 本発明の更に他の実施例に係る感圧素子の拡
大断面図である。

【図７】 アナログ式タッチパネルの原理を説明するた
めの図である。

【図８】 従来の感圧素子の拡大断面図である。

【図９】 従来の他の感圧素子の拡大断面図である。

【符号の説明】

１１…ガラス基板、１２，６２…下部電極、１３，６３
…上部電極、１４，６１…ＰＥＴフィルム、１５，３
１，４１，４２，５１…スペーサ、１６…球状粒子。

Claims (29)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも一方が可撓性を有し所定の間
   隔をもって対向配置された第１及び第２の電極と、 これら電極間の面方向に分散配置され前記電極が加圧さ
   れて撓んだときに前記第１及び第２の電極と接触する、
   前記電極間の間隔よりも小さく且つ前記電極の対向方向
   に２個以上並ばない大きさの導電体と、 前記電極間に配置され電極の非加圧時に前記電極間の間
   隔を一定に保つための絶縁性のスペーサとを備えてなる
   ことを特徴とする感圧素子。
2. 【請求項２】 前記第１及び第２の電極の少なくとも一
   方は平面状の電極であることを特徴とする請求項１記載
   の感圧素子。
3. 【請求項３】 前記第１及び第２の電極の少なくとも一
   方は線状の電極であることを特徴とする請求項１記載の
   感圧素子。
4. 【請求項４】 前記第１及び第２の電極の少なくとも一
   方は、透光性を有することを特徴とする請求項１〜３の
   いずれか１項記載の感圧素子。
5. 【請求項５】 前記透光性を有する電極は、Ｉｎ₂Ｏ₃−
   ＳｎＯ₂，ＳｎＯ₂−Ｓｂ₂Ｏ₅，Ｃｄ₂ＳｎＯ₄，ＳｎＯ₂
   系、ＺｎＯ−ＳｎＯ₂系及びＣｄＯ−ＺｎＯ−ＳｎＯ₂系
   の中から選ばれた少なくとも１種の合金酸化膜であるこ
   とを特徴とする請求項４記載の感圧素子。
6. 【請求項６】 前記第１及び第２の電極の少なくとも一
   方は、金属の蒸着膜であることを特徴とする請求項１〜
   ３のいずれか１項記載の感圧素子。
7. 【請求項７】 前記導電体は、球状粒子であることを特
   徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の感圧素子。
8. 【請求項８】 前記導電体は、線状体であることを特徴
   とする請求項１〜６のいずれか１項記載の感圧素子。
9. 【請求項９】 前記導電体は、透光性を有することを特
   徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載の感圧素子。
10. 【請求項１０】 前記導電体は、ガラスビーズ又は樹脂
    ビーズの表面にＩｎ ₂Ｏ₃−ＳｎＯ₂，ＳｎＯ₂−Ｓｂ
    ₂Ｏ₅，Ｃｄ₂ＳｎＯ₄，ＳｎＯ₂系、ＺｎＯ−ＳｎＯ₂系及
    びＣｄＯ−ＺｎＯ−ＳｎＯ₂系の中から選ばれた少なく
    とも１種の合金酸化膜を形成してなるものであることを
    特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の感圧素
    子。
11. 【請求項１１】 前記導電体は、Ｉｎ₂Ｏ₃−ＳｎＯ₂，
    ＳｎＯ₂−Ｓｂ₂Ｏ₅，Ｃｄ₂ＳｎＯ₄，ＳｎＯ₂系、ＺｎＯ
    −ＳｎＯ₂系及びＣｄＯ−ＺｎＯ−ＳｎＯ₂系の中から選
    ばれた少なくとも１種の合金酸化物からなる球状体であ
    ることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の
    感圧素子。
12. 【請求項１２】 前記導電体は、ガラスビーズ又は樹脂
    ビーズの表面に金属蒸着又は金属メッキが施されたもの
    であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記
    載の感圧素子。
13. 【請求項１３】 前記スペーサは、前記電極間に充填さ
    れた樹脂であることを特徴とする請求項１〜１２のいず
    れか１項記載の感圧素子。
14. 【請求項１４】 前記スペーサは、前記導電体が収容さ
    れる複数の孔が形成された樹脂の成形体であることを特
    徴とする請求項１〜１２のいずれか１項記載の感圧素
    子。
15. 【請求項１５】 前記スペーサは、前記第１及び第２の
    電極の少なくとも一方の上に配置された樹脂層を含むも
    のであることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１
    項記載の感圧素子。
16. 【請求項１６】 前記スペーサは、前記導電体より大き
    な直径を有する球状体を分散配置させたものであること
    を特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項記載の感圧
    素子。
17. 【請求項１７】 前記スペーサは、透明の樹脂であるこ
    とを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項記載の感
    圧素子。
18. 【請求項１８】 前記スペーサは、透明性着色された樹
    脂であることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１
    項記載の感圧素子。
19. 【請求項１９】 前記スペーサは、弾性体であることを
    特徴とする請求項１〜１８のいずれか１項記載の感圧素
    子。
20. 【請求項２０】 前記スペーサは、透明シリコーンラバ
    ーであることを特徴とする請求項１９記載の感圧素子。
21. 【請求項２１】 前記スペーサは、ラバー又はウレタン
    からなるものであることを特徴とする請求項１９記載の
    感圧素子。
22. 【請求項２２】 前記スペーサは、別途作成された粘着
    性を有するシートであり、前記第１及び第２の電極によ
    り押されて両電極面に密着するものであることを特徴と
    する請求項１〜１８のいずれか１項記載の感圧素子。
23. 【請求項２３】 前記導電体は、その電極面方向への分
    散を抑えるための絶縁性メッシュに保持されていること
    を特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項記載の感圧
    素子。
24. 【請求項２４】 前記電極間の空隙部に液体が満たされ
    ていることを特徴とする請求項１〜２３のいずれか１項
    記載の感圧素子。
25. 【請求項２５】 前記第１及び第２の電極の少なくとも
    一方並びに前記スペーサは透光性を有し、前記透光性を
    有する電極及びスペーサの屈折率差が、前記透光性を有
    する電極と空気との屈折率差よりも小さく設定されてい
    ることを特徴とする請求項１記載の感圧素子。
26. 【請求項２６】 前記第１及び第２の電極の少なくとも
    一方並びに前記導電体は透光性を有し、前記透光性を有
    する電極及び導電体の屈折率差が、前記透光性を有する
    電極と空気との屈折率差よりも小さく設定されているこ
    とを特徴とする請求項１記載の感圧素子。
27. 【請求項２７】 少なくとも一方が可撓性を有し所定の
    間隔をもって対向配置された第１及び第２の電極と、 これら電極間の面方向に均等に分散配置され前記電極が
    加圧されて撓んだときに前記第１及び第２の電極と接触
    する、前記電極間の間隔よりも小さく且つ前記電極の対
    向方向に２個以上並ばない大きさの導電体と、 前記電極間に配置され電極の非加圧時に前記電極間の間
    隔を一定に保つための絶縁性のスペーサとからなる構造
    体を多層配置してなる感圧素子。
28. 【請求項２８】 請求項１〜２７のいずれか１項記載の
    感圧素子からなるタッチパネル。
29. 【請求項２９】 少なくとも一方が可撓性を有し所定の
    間隔をもって対向配置された第１及び第２の電極と、 これら電極間の面方向に均等に分散配置され前記電極が
    加圧されて撓んだときに前記第１及び第２の電極間の抵
    抗値を低下させる、前記電極間の間隔よりも小さく且つ
    前記電極の対向方向に２個以上並ばない大きさの導電体
    と、 前記電極間に配置され電極の非加圧時に前記電極間の間
    隔を一定に保つための絶縁性のスペーサと、 前記電極間に充填された液晶とを備えてなることを特徴
    とする液晶表示装置。