JP2004206506A

JP2004206506A - タッチパネル及びそれを備えた画面入力型表示装置

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Publication number: JP2004206506A
Application number: JP2002375993A
Authority: JP
Inventors: Masato Watanabe; 正人渡辺
Original assignee: Kawaguchiko Seimitsu Co Ltd; Kawaguchiko Seimitsu KK
Current assignee: Kawaguchiko Seimitsu Co Ltd; Kawaguchiko Seimitsu KK
Priority date: 2002-12-26
Filing date: 2002-12-26
Publication date: 2004-07-22

Abstract

【課題】タッチパネルのアクティブエリアを広くすると共に、画面全体への均一な押圧力を実現する。
【解決手段】透明絶縁基板１２の下面に透明電極１３と引き回し電極１４、１とを設けた上基板１１と、透明絶縁基板２の上面に透明電極３と引き回し電極４、５と透明電極３上に形成した複数のドットスペーサ４８とを設けた下基板４１と、を対向配置してシール材１７を介して接合したタッチパネル４０において、前記ドットスペーサ４８を千鳥配列にする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＡＴＭ、カーナビゲーション、自動販売機、複写機、各種端末機等の機器において、液晶ディスプレイ等の表示画面上に配置し、透視した画面の指示に従って使用者が情報の表示画面を指やペンで直接押してデータの入力が行われるタッチパネルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術における抵抗膜式タッチパネルは、可撓性を有する透明絶縁基板の下面に透明電極とこの透明電極に接続する引き回し電極を形成した上基板と、同じく上面に透明電極とこの透明電極に接続する引き回し電極を形成し、前記透明電極の上面にドットスペーサを一定間隔に配設した下基板とが、所定の隙間を持って透明電極同士が対面するような配置構造を取っている。そして、このタッチパネルを液晶表示装置等の表示装置の上面側に配置して使用される。表示装置の表示部分に位置する所のタッチパネルを指又はペンで押すことによって、タッチパネルの上基板が撓んでその押した所の透明電極が下基板の透明電極に接触し、そして、その接触点の位置が電気抵抗の測定によって検知されて入力情報が読みとられる。
【０００３】
以下、従来例を図７〜１１を用いて説明する。図７は従来技術におけるタッチパネルの平面図、図８は図７におけるＥ−Ｅ断面図、図９は図７における下基板の平面図、図１０は図７における上基板の平面図、図１１は図８におけるＣ部拡大図を示している。
【０００４】
図７、図８、図９、図１０に示すように、従来例のタッチパネル２０は形状が長方形をなす下基板１と可撓性を有する上基板１１とを備えている。下基板１は、板厚が１．１ｍｍの透明なガラスからなる透明絶縁基板２と、この透明絶縁基板２の上面に形成された透明電極３と、この透明電極３の両端部に沿って接続形成されて透明絶縁基板２の片方端にあるＦＰＣ取付部Ｓまで延設した引き回し電極４及び５と、ＦＰＣ取付部Ｓ近辺に形成された接続電極６、７と、透明電極３上にマトリックス状に配置したドットスペーサ８とで構成されている。上記接続電極６、７は、上基板１１の引き回し電極１４、１５に導通接続を行うために設けるもので、ＦＰＣ取付部Ｓ近辺に設けており、組立時に上基板１１の引き回し電極１４、１５と接続される。
【０００５】
上基板１１は、板厚が０．２ｍｍの可撓性のある透明なマイクロガラスからなる透明絶縁基板１２と、この透明絶縁基板１２の下面に形成されている透明電極１３と、この透明電極１３の両端部に沿って接続形成されてＦＰＣ取付部Ｓ方向に向かって延設された引き回し電極１４、１５とで構成されている。
【０００６】
そして、シール材１７を介して下基板１と上基板１１とが所定の隙間を有して接合されている。また、上基板１１に設けられた引き回し電極１４及び１５はその接続部Ｂ及びＡにおいて下基板１に設けた接続電極６、７と導電性接着剤を介して接続され導通がとられている。
【０００７】
また、防眩性を高めて透視性や品質表示を良くするために、上基板１１の上面には偏光板１８、下基板１の下面には位相差板１９が貼付けられている。また、下基板１のＦＰＣ取付部ＳにはＦＰＣ９が取り付けられて外部との導通が図られるようになっている。
【０００８】
上記構造を成すタッチパネル２０の各構成要素部品は次のようになっている。下基板１を構成する透明絶縁基板２は透明なガラスが用いられる。このガラスはソーダガラスや石英ガラス、アルカリガラス、ほうけい酸ガラス、普通板ガラス等が利用でき、反り等が起きない程度の厚さのものが使われる。多くは０．７〜１．１ｍｍのものが選択される。上基板１１を構成する透明絶縁基板１２は可撓性を必要とするところなので透明な薄板ガラスや透明なプラスチックフイルムが用いられる。一般的に、耐熱性が求められる機器（例えば、カーナビゲーション等）にはガラスが使用される。上記従来例は耐熱性や衝撃性にも強く、且つ可撓性も有する０．２ｍｍ厚みのマイクロガラスを使っている。
【０００９】
下基板１を構成する透明電極３及び上基板１１を構成する透明電極１３は錫をドープした酸化インジウムのＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜で、真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、印刷法等で形成する。この透明電極３及び１３は高抵抗値であることが求められるため２５０〜５００オングストロームの範囲で非常に薄く形成する。このＩＴＯ膜は、基板全面に形成したものをフォトリソグラフィにより不要部分を除去し、必要な部分を残して形成する。
【００１０】
下基板１を構成する引き回し電極４、５、接続電極６、７、及び上基板１１を構成する引き回し電極１４、１５は、透明電極３、１３に電圧を印加するために設けるもので、銀粉や銅粉等の高導電性金属粉を熱硬化性のエポキシ樹脂等に混ぜ合わせてインク化したものをスクリーン印刷等の印刷方法で形成する。タッチパネルの性能上、これらの電極の抵抗値が低ければ低いほど良いものであり、一般に、透明電極のシート抵抗値に対してこれらの電極のシート抵抗値は１００分の１以下であることが必要とされている。そこで、これらの電極の印刷の厚さを増したり、幅を広くしたりして抵抗値を小さく押さえる設計がなされている。厚さと幅はタッチパネルの大きさによっても異なるが、一般に厚さは１０〜３０μｍ、幅は０．５〜１０ｍｍの範囲で設計されている。また、これらの電極は加熱処理して硬化処理が施される。また、これらの電極はそれぞれ接触しないように十分な間隔を取って設計される。
【００１１】
下基板１を構成するドットスペーサ８は、押圧した部分以外の部分の透明電極同士が接触しないために設けるもので、透明なアクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、その他の透明な樹脂材料をスクリーン印刷等の方法でドットマトリックス状に一定間隔に形成し、その後、熱または紫外線で硬化処理を施して形成する。このドットスペーサ８は目に見えない大きさであることが求められることから、直径３０〜６０μｍ、厚みは２〜５μｍ、ドット間隔は１〜８ｍｍの範囲で設計される。
【００１２】
シール材１７は、スペーサ粒子を分散させたエポキシ樹脂接着剤やアクリル樹脂接着剤等をスクリーン印刷等の方法で印刷して形成する。ここで使われるスペーサ粒子は上基板１１と下基板１との隙間を一定隙間に保持するために設けられるもので、所定の大きさのプラスチックボールやファイバーガラス等が利用される。このプラスチックボールやファイバーガラスの大きさは、上基板１１の透明絶縁基板１２の材質や厚さによって異なるが、０．２ｍｍのマイクロガラスを使用した場合は概ね１０μｍ前後の大きさのものが選択される。このシール材１７は上基板１１または下基板１の何れか一方に印刷した後、上基板１１と下基板１とを位置を合わせて貼合わせ、加圧の下で加熱処理を施して硬化させ、接合を行っている。
【００１３】
偏光板１８と位相差板１９は防眩性を高めて透視性や表示品質を良くするために設けている。偏光板１８は、様々なものが使用されているが一例をあげると、ポリビニールアルコールフイルムを常法により一軸延伸することによって厚さが２０μｍの偏光フイルムを作成し、この両面に厚さが８０μｍのセルロース系フイルムを張り合わせて厚さ１８０μｍの偏光板としたもの等が利用できる。また、位相差板１９は、ポリカーボネイトを素材として形成され、厚さ８０μｍ程度である。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
図１１は図８におけるＣ部拡大図である。ドットマトリックス状に設ける複数のドットスペーサ８のピッチ間隔ｐは、０．２ｍｍ厚のマイクロガラスからなる透明絶縁基板１２を用いて上下基板１、１１のギャップ（隙間）量を１０μｍ位に設定した場合、概ね５〜６ｍｍの範囲に設定される。これは、ガラスの材質、形状、厚み、押圧力などの要素を考慮して設定されている。また、押圧力は通常３００ｇ／ｃｍ²以下が要求されている。
【００１５】
上基板１の引き回し電極４、５（上基板１１の引き回し電極１４、１５も同様）は、厚み１０〜１３μｍの範囲に印刷形成された後、上下基板１、１１を接合したときにギャップ量１０μｍ位にまで押しつぶされる。そして、上下基板１、１１の透明絶縁基板２、１２に固着する。従って、上基板１１を指などで押圧したとき、上基板１１の撓みはそれぞれの引き回し電極を基点にして、基点の外側は平らであるという固定支持となって撓む。
【００１６】
引き回し電極４、５の内側で（図中では引き回し電極５のみを示しているが引き回し電極４、及び上基板１１の引き回し電極１４、１５も同様）、しかもそれらの電極に沿った領域幅Ｍは、押圧力を加えたとき引き回し電極部が固定支持端であるするので、所定の押圧力では上基板１１の撓み量が小さく、上基板１１の透明１３と下基板２の透明電極電極３とが接触するまでに至らない。従って、この領域幅Ｍはアクティブエリア（入力エリア）としては使用できない。領域幅Ｍを除いた領域幅Ｎは上基板１１を所定の押圧力で押すと上基板１１が変形し、上基板１１の透明電極１３と下基板２の透明電極３とが接触可能なアクティブエリアとなっている。また通常、上記の領域幅Ｍは２〜４ｍｍ必要とされている。
【００１７】
このため、引き回し電極５から一番近い列のドットスペーサ８との距離Ｌは、上記使用できない領域幅Ｍを計算に入れて、ピッチ間隔ｐの１．３〜１．５倍以上の距離に設計している。これは、引き回し電極４や上基板１１の引き回し電極１４、１５の所も同様である。
【００１８】
上記構造の下では、ドットスペーサの最外列から引き回し電極までの距離Ｌをどの部位も一定距離保有せねばならず、タッチパネルの外形寸法が決まっている下ではアクティブエリアを広げることはなかなかできなかった。また、アクティブエリアの広さが決まっている下ではタッチパネルの外形を小さくすることはなかなかできなかった。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明の請求項１記載に係る発明は、透明絶縁基板の下面に透明電極と引き回し電極とを設けた上基板と、透明絶縁基板の上面に透明電極と引き回し電極と透明電極上に形成した複数のドットスペーサとを設けた下基板と、を対向配置してシール材を介して接合したタッチパネルにおいて、前記ドットスペーサを千鳥配列にしたことを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明の請求項２記載に係る発明は、透明絶縁基板の下面に透明電極と引き回し電極とを設けた上基板と、透明絶縁基板の上面に透明電極と引き回し電極と透明電極上に形成した複数のドットスペーサとを設けた下基板と、を対向配置してシール材を介して接合したタッチパネルにおいて、前記ドットスペーサを千鳥配列にすると共に表示画面のアクティブエリアの４隅のコーナ部のドットスペーサをなくしたことを特徴とするものである。
【００２１】
また、本発明の請求項３記載に係る発明は、前記請求項１又は２記載のタッチパネルを備えて、画面入力型表示装置のタッチパネルのアクティブエリアを広くしたことを特徴とするものである。
【００２２】
また、本発明の請求項４記載に係る発明は、前記請求項１又は２記載のタッチパネルを備えて、画面入力型表示装置のタッチパネルの大きさを小さくしたことを特徴とするものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のタッチパネル及びそれを備えた画面入力型表示装置の実施の形態を図をもって説明する。図１は本発明の実施の形態に係り、タッチパネルの平面図、図２は図１におけるＥ−Ｅ断面図、図３は図１における下基板の平面図、図４は図１における上基板の平面図、図５は図１におけるドットスペーサの配列図、図６は比較例としての従来技術のドットスペーサの配列図を示している。尚、従来技術で説明した従来例と全く同じ構成要素部品は同一符号を付して説明する。
【００２４】
図１、図２、図３、図４より、本発明のタッチパネル４０は上基板１１と下基板４１とを対向に配置してシール材１７を介して接合し、更に、上基板１１の上面に偏光板１８、下基板４１の下面に位相差板１９を設けたものである。また、上基板１１は、従来例と同様に、透明絶縁基板１２の下面に設けた透明電極１３と、この透明電極１３の両端部に沿って接続形成された２本の引き回し電極１４、１５とからなっている。また、下基板４１は、透明絶縁基板２の上面に設けた透明電極３と、この透明電極３上に千鳥配列で形成した複数のドットスペーサ４８と、透明電極３の両端部に沿って接続形成されて透明絶縁基板２の片方端にあるＦＰＣ取付部Ｓまで延設した引き回し電極４、５と、上記上基板１１の引き回し電極１４、１５に導通接続を図るためにＦＰＣ取付部Ｓ近辺に設けた２本の接続電極６、７とからなっている。また、図示はしていないが従来例と同様に、ＦＰＣ取付部Ｓの所でＦＰＣケーブルが引き回し電極４、５及び接続電極６、７に異方性導電接着剤を介して取り付けられ外部と導通が取られるようになっている。尚、ここでの上基板１１の透明絶縁基板１２は厚さ０．２ｍｍのマイクロガラス、下基板４１の透明絶縁基板２は厚さ１．１ｍｍのガラスが使われている。また、上下の基板１１、４１はギャップ（隙間）量略１０μｍを有して対向に配置されている。また、上基板１１の２本の引き回し電極１４、１５は接続部Ｂ及びＡの所で下基板の４１の接続電極６、７と導電性接着剤を介して接続されている。
【００２５】
複数のドットスペーサ４８は透明なアクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂などを用いてスクリーン印刷法などで一定間隔に千鳥配列で形成されている。また、このドットスペーサ４８は、従来例と同様に、直径３０〜６０μｍ、厚み２〜５μｍの範囲で形成される。また、上基板１１の引き回し電極１４及び１５と下基板４１の引き回し電極４及び５とで囲まれた４隅の端にはドットスペーサを設けていない。
【００２６】
尚ここで、従来例と同一符号を付した構成要素部品は従来例で説明した仕様とと同じであるのでここでの詳細説明は省略する。
【００２７】
図５は図１におけるドットスペーサの配列図で、図６は比較例として従来技術のドットスペーサ８の配列図を示している。尚、見やすくするために、ドットスペーサは黒点で表示している。また、引き回し電極はパターンの途中で省略してある。
【００２８】
図５、図６より、本発明のドットスペーサは千鳥に配列してある。この千鳥配列は従来のドットマトリックス配列（格子配列）を丁度４５度傾けた配列となっている。ドットスペーサ４８の最隣接距離はｒで、これは従来例と同じ距離になっている。従来のドットマトリックス配列ではドットスペーサ８のピッチ間隔ｐ２はｐ２＝ｒとなっていて、丁度隣接距離の長さになっている。しかし、本発明の千鳥配列でのドットスペーサ４８のピッチ間隔ｐ１はｐ１＝０．７１ｒとなっていて略０．７ｒ倍となっている。即ち、３割近く従来のピッチ間隔より短くなっている。
【００２９】
引き回し電極の縁にあるドットスペーサの配列（引き回し電極に一番近いドットスペーサの配列）と引き回し電極との距離Ｌは１．３ｐ（ｐはピッチ間隔）以上必要とされている。これから見ると、従来のドットマトリックス配列ではＬ＝１．３ｐ２、即ち、Ｌ＝１．３ｒ以上の距離が必要とされていた。しかし、本発明の千鳥配列ではＬ＝１．３ｐ１、即ち、略０．９ｒ以上の距離で良い。以上のことから、千鳥配列では従来のドットマトリックス配列より略３割、縁との配列距離（Ｌ）を短くすることができる。
【００３０】
このことは、アクティブエリア（入力エリア）をその分広げられることを意味する。従って、タッチパネルの大きさが一定の下ではアクティブエリアを広く取ることができる。また、逆にアクティブエリアが一定の下ではタッチパネルの大きさを小さくすることができるものである。
【００３１】
以上のことを更に解り易くするために図５と図６を対比して説明する。図５、図６共に、引き回し電極１４、１５の内測横距離、引き回し電極４、５の内測縦距離、透明電極３の横幅、縦幅は全く同一寸法で同じ大きさのものである。ドットスペーサの最隣接距離は略５．５ｍｍで、図５は千鳥配列で、図６はドットマトリックス（格子）配列していて、透明電極３上に図５は６７個、図６は７７個ドットスペーサを形成している。透明電極の面積からみてこれ以上の個数は形成できない。そして、図５のドットスペーサ４８のピッチ間隔ｐ１は略４ｍｍ、図６でのピッチ間隔ｐ２は略５．５ｍｍになっている。
【００３２】
図６に示す従来のドットマトリックス配列では、ドットスペーサ８の最外列からそれぞれの引き回し電極４、５、１４、１５の縁までの領域は、その距離Ｌは１．３ｐ２以上を満たすことができず、この領域はタッチポイントとして使用することができない。尚ここで、タッチポイントとは通常の指圧力で指圧することによって上基板１１が撓み、上下基板１１、４１双方の透明電極３、１３が接触して正常に機能が働くエリアと定義する。いま、図６に示すドットマトリックス配列での隣接するドットスペーサを線で結んで格子状にそれぞれのタッチポイントを区切れば、太く枠取りされた内側の領域がタッチポイント領域となって、有効なタッチポイント（隣接する４点に囲まれた格子領域）の数は６０ポイントを数えることができる。
【００３３】
一方、図５に示す本発明の千鳥配列では、図６と同じ方法でタッチポイント領域を区切って考えれば、太い枠取りされた内側の領域がタッチポイント領域になり、タッチポイントとして６８ポイントを数えることができる。明らかに図６に示す従来のタッチポイントより多い。ここで、Ｇのタッチポイントは４８ａ、４８ｂ、４８ｃの３点のドットスペーサで規制された領域になる訳であるが、４８ｂ及び４８ｃからの引き回し電極１５の縁までの距離Ｌが１．３ｐ１を満たしていないが、４８ａからの引き回し電極１５の縁までの距離Ｌが１．３ｐ１以上の範囲を十分満たすものであるから、このＧのエリアは有効なタッチポイントとして使用することができる。Ｇと同じタッチポイントがドットスペーサ４８の最外域ピッチのながで数多く現れ、これらが有効なタッチポイントとして使用できることから入力エリア、即ち、アクティブエリアを広く取れることになる。
【００３４】
次に、ドットスペーサ４８を千鳥配列したタッチパネル４０は、引き回し電極４、５及び１４、１５に囲まれた４隅のコーナ部、即ち、図５の中でのａ、ｂ、ｃ、ｄのコーナ部にドットスペーサを設けない設計を取ることができる。この４隅のコーナ部は上基板１１を押圧したとき、その押圧力に対してこのコーナ部を囲う２つの引き回し電極を基点として、基点の外側は平坦である、という固定支持となっていることから、所定の押圧力を加えた時の、上基板１１の撓み量は非常に小さい。従って、所要の撓み量を得るには少し大きめの押圧力を必要とする。
【００３５】
この４隅のコーナ部にドットスペーサを配設しない構造はタッチポイントを少し内側に持っていくことができると同時にそのタッチポイント領域を広めに取ることができる。このことは、所定の押圧力でタッチスイッチとして機能する他の場所とさほど変わりない押圧力で機能さすことができる。押圧力の均一化を図る上で大変効果を生む。
【００３６】
本発明のタッチパネルを液晶表示装置などの表示装置の上面に配設して画面入力型表示装置に組み込むことができる。そして、画面入力型表示装置に本発明のタッチパネルを使用すれば、アクティブエリア（入力エリア）を広くして入力し易く、或いはまた見易くすることができる。或いはまた、アクティブエリアを同じ大きさの表示装置の場合はタッチパネルを小型にすることができる。
【００３７】
例えば、車載のカーナビゲーションなどはかぎ限られたスペースの中で搭載する。アクティブエリアは変えないでもう少し小型にしたいと云う場合には本発明のタッチパネルが有効に使用できる。また、大きさは同じでもアクティブエリアを広くして広い範囲で地図を見たいとか、入力し易いようにしたいとかの場合も有効に使用できる。また、レストランなどでは、店員がハンディタイプの画面入力型表示装置を使ってお客の注文を聞き取っている。このハンディタイプの画面入力型表示装置は手で持ったり、ポケットなどに納めたりして常時身に付けて使用される。この場合などは、小型になれば手に持ち易いし、またポケットにも収納し易い。本発明のタッチパネルを使えばアクティブエリアを変えないで小型にすることができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、ドットスペーサを千鳥配列することによって、一定の大きさの下ではアクティブエリアを広くすることができる。また、一定のアクティブエリアの下では大きさを小さく（小型）にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るタッチパネルの平面図である。
【図２】図１におけるＥ−Ｅ断面図である。
【図３】図１における下基板の平面図である。
【図４】図１における上基板の平面図である。
【図５】図１におけるドットスペーサの配列図である。
【図６】比較例として示した従来技術のドットスペーサの配列図である。
【図７】従来技術におけるタッチパネルの平面図である。
【図８】図７におけるＥ−Ｅ断面図である。
【図９】図７における下基板の平面図である。
【図１０】図７における上基板の平面図である。
【図１１】図８におけるＣ部拡大図である。
【符号の説明】
２透明絶縁基板
３透明電極
４引き回し電極
５引き回し電極
１２透明絶縁基板
１３透明電極
１４引き回し電極
１５引き回し電極
１７シール材
４０タッチパネル
４８ドットスペーサ

Claims

透明絶縁基板の下面に透明電極と引き回し電極とを設けた上基板と、透明絶縁基板の上面に透明電極と引き回し電極と透明電極上に形成した複数のドットスペーサとを設けた下基板と、を対向配置してシール材を介して接合したタッチパネルにおいて、前記ドットスペーサを千鳥配列にしたことを特徴とするタッチパネル。
透明絶縁基板の下面に透明電極と引き回し電極とを設けた上基板と、透明絶縁基板の上面に透明電極と引き回し電極と透明電極上に形成した複数のドットスペーサとを設けた下基板と、を対向配置してシール材を介して接合したタッチパネルにおいて、前記ドットスペーサを千鳥配列にすると共に表示画面のアクティブエリアの４隅のコーナ部のドットスペーサをなくしたことを特徴とする請求項１記載のタッチパネル。
前記請求項１又は２記載のタッチパネルを備えて、タッチパネルのアクティブエリアを広くしたことを特徴とする画面入力型表示装置。
前記請求項１又は２記載のタッチパネルを備えて、タッチパネルの大きさを小さくしたことを特徴とする画面入力型表示装置。