JP2007280101A - タッチパネル装置及び表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光の透過率の低下や透過光の色味の変化を抑制すると共に、接触位置の検出精度を高める。
【解決手段】基板１６と、基板１６の表面に形成された透明導電膜１７と、透明導電膜１７を覆う絶縁膜１８とを備え、絶縁膜１８の表面に接触体が接触したときに、接触体と透明導電膜１７の一部との間に形成される静電容量を検知することによって、接触体の接触位置を静電容量方式により検出する。透明導電膜１７の絶縁膜１８側の表面は、凹凸状に形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、静電容量型のタッチパネル装置及びそれを備えた表示装置に関するものである。

近年、表示装置等に搭載されたタッチパネル装置が広く知られている。タッチパネル装置は、例えば指先やスタイラス（ペン先）等の接触体が接触した接触位置を検出するようになっている。

構造が簡単でパネルの薄型化を図ることができるタッチパネル装置の位置検出方式として、抵抗接触方式及び静電容量方式が知られている。抵抗接触方式には、アナログ抵抗接触方式とデジタル抵抗接触方式とがあり、前者は文字入力等のアナログ入力が可能である一方、後者は指やペン等を接触させた箇所のスイッチのオン及びオフのみが可能になっている。

以下、アナログ抵抗接触方式を用いたタッチパネルを例として、従来のタッチパネルの構造について簡単に説明する。図７は、アナログ抵抗接触方式を用いた従来のタッチパネル装置１００の構造を示す断面図である。

タッチパネル装置１００は、図７に示すように、下側のガラス基板１０１と、可撓性を有する上側のフィルム基板１０２とが、空気層１０３を介して対向配置されている。ガラス基板１０１の内側表面には、略全面にインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等からなる下側透明電極１０６が形成されている。一方、フィルム基板１０２の内側表面にも、略全面にＩＴＯ等からなる上側透明電極１０５が形成されている。

尚、外的要因によるフィルム基板１０２の撓みにより、上側透明電極１０５と下側透明電極１０６とが誤接触しないようにする目的で、ガラス基板１０１には空気層１０３側に突出する複数のドットスペーサ１１０が形成されている。

図７に示すように、例えばペン１０９によりフィルム基板１０２を押圧すると、押圧した位置においてフィルム基板１０２は下方に湾曲して変形する。その結果、上側透明電極１０５及び下側透明電極１０６は、接触位置で互いに接触して通電するようになっている。

ガラス基板１０１には対向する２辺（例えば図７で左右方向の２辺）に電極端子がそれぞれ設けられる。この対向方向をＸ方向とする。一方、フィルム基板１０２には、上記Ｘ方向に直交するＹ方向に対向する２辺（例えば図７で紙面奥手前方向の２辺）に電極端子がそれぞれ設けられる。

Ｘ座標の検出については、フィルム基板１０２の電極端子に電圧を印加すると、上側透明電極１０５の抵抗によってＸ方向に電位勾配が生じるため、接触位置の電位をガラス基板１０１側を通じて検出することによって、接触位置のＸ座標が得られる。

Ｙ座標の検出については、ガラス基板１０１の電極端子に電圧を印加すると、下側透明電極１０６の抵抗によってＹ方向に電位勾配が生じる。そのため、接触位置の電位をフィルム基板１０２側を通じて検出することによって、接触位置のＹ座標が得られる。こうして、接触位置が検出される。

しかしながら、上記従来の抵抗接触方式では、ガラス基板１０１及びフィルム基板１０２の２枚の基板を有することに加え、その基板同士の間に空気層１０３が設けられていることから、光の透過率を大きく低下させてしまうという問題がある。また、光が複数の基板を透過すること等から、透過光の色味が変化するという問題もある。そのため、当該タッチパネル装置が表示装置に重ねられている場合には、表示の視認性の低下を招くことが避けられない。

一方、静電容量方式のタッチパネル装置は、一般に、ガラス基板に矩形状にパターン形成された透明導電膜と、透明導電膜の四隅に形成された電極端子と、これら透明導電膜及び電極端子を覆う絶縁膜とを有している（例えば、特許文献１等参照）。各電極端子には引き出し配線の一端がそれぞれ接続されている。一方、引き出し配線の他端は、電極端子を流れる電流を検出する電流検出回路に接続されている。

そうして、使用者の指先がタッチパネル装置に接触すると、透明導電膜は、接触位置で透明導電膜と指先との間の絶縁膜により形成された静電容量を介して接地される。各電極端子と接地点との間の抵抗値は、接触位置に応じて変化する。この抵抗値の変化が電流検出回路によって検出されることにより、接触位置が検出されるようになっている。

静電容量方式のタッチパネル装置は、上記抵抗接触方式におけるフィルム基板１０２及び空気層１０３に相当する構成を有しないため、光の透過率は比較的低下し難い。すなわち、静電容量方式は、表示装置の光学特性を比較的損ない難い点で、上記抵抗接触方式よりも好適である。
特開２００５−３０１９７４号公報

ところが、静電容量方式では、接触体が接触した際にある程度の大きさの静電容量が形成されなければ、その接触位置を確実に検出することが難しいという問題がある。言い換えれば、静電容量方式には、接触位置の検出精度が比較的低いという問題がある。

例えば、一般的な静電容量方式のタッチパネル装置では、接触位置の検出に必要な静電容量を確保するために、指先程度の接触面積が必要になる。したがって、スタイラス等のペン先のように接触体の先端が比較的細い場合には、その接触位置を精度良く検出することは難しい。

本発明は、斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、静電容量方式のタッチパネル装置について、接触位置の検出精度を高めることにある。

上記の目的を達成するために、この発明では、透明導電膜の表面を凹凸状に形成するようにした。

具体的に、本発明に係るタッチパネル装置は、基板と、前記基板の表面に形成された透明導電膜と、前記透明導電膜を覆う絶縁膜とを備え、前記絶縁膜の表面に接触体が接触したときに、前記接触体と前記透明導電膜の一部との間に形成される静電容量を検知することによって、前記接触体の接触位置を検出する静電容量方式のタッチパネル装置であって、前記透明導電膜の前記絶縁膜側の表面は、凹凸状に形成されている。

前記基板の表面は、凹凸状に形成され、前記透明導電膜は、前記基板の表面に沿って凹凸状に形成されていてもよい。

前記透明導電膜は、平坦な薄膜状の平坦部と、前記平坦部に形成された複数の突部とにより構成されていることが好ましい。

前記透明導電膜は、複数の凹部が形成されることにより、全体として凹凸状に形成されていてもよい。

前記絶縁膜の表面は、凹凸状に形成されていることが好ましい。

また、本発明に係る表示装置は、前記タッチパネル装置と、前記タッチパネル装置の基板側に配置された表示素子とを備えている。

−作用−
次に、本発明の作用について説明する。

本発明に係るタッチパネル装置は、静電容量方式により接触体の接触位置を検出する。すなわち、接触体が所定の接触位置で絶縁膜の表面に接触すると、その接触位置で絶縁膜に接触している接触体の接触面と、その接触面に対向する透明導電膜の一部との間に、所定の値の静電容量が形成される。その静電容量を検知することによって、接触体の接触位置を検出する。

本発明では、透明導電膜の絶縁膜側の表面が凹凸状に形成されているので、接触体の接触面積が比較的小さい場合であっても、従来のように透明導電膜の表面が平坦である静電容量方式のタッチパネル装置に比べて、接触体と透明導電膜との間に形成される静電容量を増大させることが可能となる。その結果、接触位置の検出精度が高められる。そのことに加え、タッチパネル装置が複数の基板や空気層等を有しないため、抵抗接触方式に比べて、光の透過率の低下や透過光の色味の変化が抑制される。

例えば、基板の表面を凹凸状に形成し、その凹凸状の表面に沿って透明導電膜を形成することにより、透明導電膜の表面を凹凸状に形成することが可能である。

また、基板の表面に透明導電膜の一部を構成する平坦部を形成すると共に、前記平坦部の表面に複数の突部を形成することにより、全体として凹凸状の平面を有する透明導電膜を形成することが可能である。

また、基板の表面に平坦な透明導電膜を一旦形成した後に、その透明導電膜を例えばエッチング等により部分的に除去し、複数の凹部を形成することによっても、全体として凹凸状の平面を有する透明導電膜を形成することが可能である。

また、絶縁膜の表面を凹凸形状に形成することにより、接触体が比較的柔らかい場合に、その接触体における絶縁膜との接触面が、凹凸状の絶縁膜表面に沿って凹凸状に変形する。その結果、透明導電膜の表面積だけでなく、接触体の表面積を大きくして、接触位置における静電容量を増大させることが可能となる。

このようなタッチパネル装置のガラス基板側に表示素子を配置すると、タッチパネル装置による光の透過率の低下や透過光の色味の変化が抑制されるため、表示装置の表示品位が良好に維持される。

本発明によれば、静電容量方式のタッチパネル装置に対し、透明導電膜の表面を凹凸状に形成したので、光の透過率の低下や透過光の色味の変化を抑制すると共に、接触位置の検出精度を高めることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。

《発明の実施形態１》
図１〜図４は、本発明の実施形態１を示している。図１は、タッチパネル装置１を模式的に示す平面図である。図２は、タッチパネル装置１を含む液晶表示装置２の概略構成を示す断面図である。図３は、図１におけるIII−III線断面図である。また、図４は、透明導電膜１７の表面を拡大して示す平面図である。

尚、図１〜図３では、説明を容易にするために、タッチパネル装置１の表面の凹凸を大きくして模式的に図示しているが、実際にはより多数の凹凸が細かく形成されている。また、図１では、絶縁膜１８の図示を省略している。

本実施形態１では、タッチパネル装置１を有する液晶表示装置２を例に挙げて説明する。液晶表示装置２は、図２に示すように、表示素子である液晶表示素子１０と、液晶表示素子１０の使用者側に対向配置されたタッチパネル装置１と、液晶表示素子１０のタッチパネル装置１とは反対側に対向配置された光源装置であるバックライトユニット１１とを備えている。

液晶表示素子１０は、ＴＦＴ基板１２と、ＴＦＴ基板１２に対向して配置されたカラーフィルタ基板１３と、これらＴＦＴ基板１２及びカラーフィルタ基板１３の間に設けられた液晶層１５とを有している。また、ＴＦＴ基板１２及びカラーフィルタ基板１３の各外側面には、図示省略の偏光板が積層されている。

ＴＦＴ基板１２には、図示省略の複数の画素がマトリクス状に配置されている。各画素には、画素電極（図示省略）及びこの画素電極をスイッチング駆動する図示省略の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）がそれぞれ形成されている。一方、カラーフィルタ基板１３には、共通電極（図示省略）やカラーフィルタ（図示省略）が形成されている。

バックライトユニット１１は、詳細な図示を省略するが、光源であるＬＥＤ等から導光板に入射された光を、その導光板の出射面から液晶表示素子１０側へ均一な面状光として出射するように構成されている。バックライトユニット１１で出射された光は、液晶表示素子１０及びタッチパネル装置１を透過して、所望の表示が行われるようになっている。

タッチパネル装置１は、静電容量方式のタッチパネル装置であって、図３に拡大して示すように、基板であるガラス基板１６と、ガラス基板１６の表面に形成された透明導電膜１７と、透明導電膜１７を覆う保護膜である透明な絶縁膜１８とを備えている。すなわち、液晶表示素子１０は、タッチパネル装置１のガラス基板１６側に配置されている。

図１に示すように、ガラス基板１６は例えば矩形状に形成され、その表面の一部にインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等からなる透明導電膜１７が矩形状にパターン形成されている。この透明導電膜１７が形成されている領域は、液晶表示素子１０の表示領域に重なっている。

透明導電膜１７の表面の周縁には額縁配線２１が形成されている。尚、額縁配線２１はセグメントパターンにより形成されている。さらに、透明導電膜１７の周囲のガラス基板１６には、透明導電膜１７の四隅の額縁配線２１からそれぞれ引き出された引き出し配線２２が形成されている。すなわち、各引き出し配線２２は、一端が額縁配線２１に接続される一方、他端がガラス基板１６の一辺側に延出されている。引き出し配線２２の他端には、透明導電膜１７に対して位置検出用信号を入出力する検出回路（図示省略）が接続されている。

そうして、絶縁膜１８の表面にスタイラス等の接触体が接触したときに、接触体と、
それに対向する透明導電膜１７の一部との間に形成される静電容量を、検出回路で検知することによって、接触体の接触位置を検出するようになっている。

そして、本発明の特徴として、透明導電膜の絶縁膜１８側の表面は、凹凸状に形成されている。本実施形態１では、図３に示すように、透明導電膜１７は、平坦な薄膜状の平坦部１７ａと、平坦部１７ａに形成された複数の突部１７ｂとにより構成されている。各突部１７ｂは、図１に示すように、略半球状に形成され、互いに等間隔にマトリクス状に配置されている。尚、複数の突部１７ｂは、その他に例えば千鳥状に配置するようにしてもよい。

透明導電膜１７はＩＴＯ等の透明導電材料をガラス基板１６に堆積させることにより形成することができる。例えば、まず平坦部１７ａをガラス基板１６に一様に成膜した後に、複数の略半球状の突部１７ｂを堆積させて形成することが可能である。

絶縁膜１８の表面もまた、凹凸状の透明導電膜１７の表面に沿うように凹凸状に形成されている。すなわち、図１〜図３に示すように、絶縁膜１８の表面には、略半球面状の凸面部１８ａが複数形成されている。

ここで、従来のように透明導電膜が平坦である静電容量方式のタッチパネル装置では、人間の指先でタッチした程度の接触面積がないと、その接触位置を検出することが困難である。通常、指先を平坦なパネル表面にタッチして接触させると、約０．５ｃｍの半径の円が形成される。その面積は、０．２５πｃｍ²である。これが最低限必要な認識面積であるとすると、例えば、直径が５ｍｍのスタイラスをパネル表面にタッチさせて、その接触位置を検出しようとすると、接触面積が０．０６２５πｃｍ²であって、指先に比べて４倍の静電容量が必要になる。つまり、従来の平坦な透明導電膜を有するタッチパネル装置では、スタイラス等の比較的接触面積が小さい接触体については、静電容量が大きく不足するために、その接触位置を正確に検出することができない。

これに対し、本発明では、透明導電膜１７の表面を凹凸状に形成するようにしたので、その静電容量の不足分を透明導電膜１７の面積によって補うことができる。したがって、接触体の所定の接触面積に対して生じる静電容量の値を増大させて、接触位置の検出精度を高めることができる。その結果、静電容量方式であっても、指先よりも小さいスタイラス等の接触体に対して、その接触位置を高精度に検出することが可能となる。

さらに、絶縁膜１８の表面を凹凸形状に形成したので、接触体（スタイラス）の材質が比較的柔らかい場合には、接触体における絶縁膜１８との接触面を、凹凸状の絶縁膜１８の表面に沿って凹凸状に変形させることができる。その結果、透明導電膜１７の表面積だけでなく、接触体の表面積を大きくすることができ、静電容量の値をさらに増大させることが可能となる。

そのことに加え、タッチパネル装置１は、複数の基板や空気層等を有しないため、抵抗接触方式に比べて、光の透過率の低下や透過光の色味の変化を抑制することができる。その結果、タッチパネル装置１を有する液晶表示装置２に対し、その表示品位を良好に維持することができる。

ここで、例えば、図４に示すように、透明導電膜１７の突部１７ｂの直径（平坦部１７ａとの境界における直径）をＤ（ｃｍ）とした場合に、透明導電膜１７の表面積の増加量を検討する。ｎ個の突部１７ｂの表面積は、（１／２）×ｎ×π×Ｄ²（ｃｍ²）である。一方、ｎ個の突部１７ｂの底面積は、ｎ×π×（Ｄ／２）²（ｃｍ²）である。したがって、ｎ個の突部１７ｂを設けたことによる透明導電膜１７の表面積の増加量は、これらの差であって、（１／２）×ｎ×π×Ｄ²−ｎ×π×（Ｄ／２）²＝ｎ×π×（Ｄ／２）²（ｃｍ²）となる。

接触体が直径が５ｍｍのスタイラスである場合には、本実施形態１におけるスタイラスと透明導電膜１７との接触面積は、スタイラスと平坦な表面との接触面積である０．０６２５π（ｃｍ²）を加えて、０．０６２５π＋ｎ×π×（Ｄ／２）²（ｃｍ²）となる。この増加した表面積が指先の接触面積０．２５π（ｃｍ²）以上であれば、スタイラスの接触位置を認識できる。

すなわち、０．０６２５π＋ｎ×π×（Ｄ／２）²≧０．２５πから導かれるように、Ｄ≧０．４３／ｎ^1/2の条件を満たすことにより、スタイラスの接触位置の認識が可能になる。例えば、スタイラスの接触した範囲に、直径Ｄが０．１３６ｃｍの半球状の突部１７ｂが、ｎ＝１０個以上設けられていれば、そのスタイラスの接触位置を認識できることになる。

尚、突部１７ｂの形状は、半球状以外にも例えば角柱状や円柱状等が可能である。ただし、表面積が増加した透明導電膜１７を接触体に有効に接触させることを考慮すると、半球状に形成することが望ましい。

《発明の実施形態２》
図５は、タッチパネル装置１を拡大して示す断面図であって、本発明の実施形態２を示している。尚、以降の各実施形態では、図１〜図４と同じ部分については同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。

透明導電膜１７の表面を凹凸形状にする目的で、上記実施形態１では、透明導電膜１７に複数の突部１７ｂを形成したのに対し、本実施形態２では、ガラス基板１６の表面を凹凸形状した点で相違している。

すなわち、図５に示すように、ガラス基板１６の表面には、複数の凹部１６ａが形成されている。各凹部１６ａは凹曲面により形成されている。そうして、ガラス基板１６の表面は全体として凹凸状に形成されている。

透明導電膜１７は、上記凹凸状のガラス基板１６の表面に沿って形成されている。すなわち、透明導電膜１７には、ガラス基板１６の凹部１６ａに沿って、凹曲面を有する凹部１７ｃが形成されている。これら複数の凹部１７ｃによって、透明導電膜１７の表面は、全体として凹凸状に形成されている。

さらに、凹凸状の透明導電膜１７の表面は、絶縁膜１８によって覆われている。絶縁膜１８の表面は、透明導電膜１７の凹部１７ｃが形成されている各領域において窪みが形成されている。その結果、絶縁膜１８の表面には複数の凸面部１８ａが形成され、全体として凹凸状の表面が形成されている。

本実施形態２のタッチパネル装置１を製造する場合には、まず、ガラス基板１６にエッチング等により複数の凹部１６ａをパターン形成する。その後、ＩＴＯ等の透明導電膜１７を上記凹凸状のガラス基板１６の表面に成膜する。そのことにより、透明導電膜１７の表面には、複数の凹部１７ｃが形成される。また、額縁配線２１及び引き出し配線２２をパターン形成する。その後、上記凹凸状の透明導電膜１７を覆うように、絶縁膜１８を堆積して形成する。こうして、タッチパネル装置１を製造する。

本実施形態２によっても、透明導電膜１７の表面を凹凸状に形成できるため、上記実施形態１と同様の効果を得ることができる。さらに、透明導電膜１７自体を複雑にパターニングする必要がない点で、凹凸形状の透明導電膜１７を容易に形成することができる。

《発明の実施形態３》
図６は、タッチパネル装置１を拡大して示す断面図であって、本発明の実施形態３を示している。

透明導電膜１７の表面を凹凸形状にする目的で、上記実施形態１では、透明導電膜１７に複数の突部１７ｂを形成したのに対し、本実施形態３では、透明導電膜１７に複数の凹部１７ｄを形成した点で相違している。

すなわち、図６に示すように、平坦なガラス基板１６の表面に透明導電膜１７が形成され、その透明導電膜１７の表面に複数の凹部１７ｄが形成されている。そのことにより、透明導電膜１７の表面は、全体として凹凸状に形成されている。

上記凹凸状の透明導電膜１７の表面は、絶縁膜１８によって覆われている。絶縁膜１８の表面は、透明導電膜１７の凹部１７ｄが形成されている各領域において窪みが形成されている。その結果、絶縁膜１８の表面には複数の凸面部１８ａが形成され、全体として凹凸状の表面になっている。

本実施形態３のタッチパネル装置１を製造する場合には、まず、ガラス基板１６に平坦な透明導電膜１７を成膜する。続いて、透明導電膜１７をエッチングすることによって、その透明導電膜１７の表面に複数の凹部１７ｄを形成する。その後、上記凹凸状の透明導電膜１７を覆うように、絶縁膜１８を堆積して形成する。そうして、タッチパネル装置１を製造する。

本実施形態３によっても、透明導電膜１７の表面を凹凸状に形成できるため、上記実施形態１と同様の効果を得ることができる。さらに、透明導電膜１７を単にエッチングすることによって、その透明導電膜１７の表面を容易に凹凸状に形成することができる。

《その他の実施形態》
本実施形態では、表示素子の一例として液晶表示素子１０を挙げて説明したが、本発明は、それ以外に例えば有機ＥＬ表示素子、無機ＥＬ表示素子、及びプラズマディスプレイパネル等の他の表示素子に設けるタッチパネル装置として適用することが可能である。

また、タッチパネル装置１の基板には、ガラス基板１６以外に例えばプラスチック基板を適用することも可能である。そのことにより、強度を維持しつつ装置全体の薄型化を図ることも可能となる。また、タッチパネル装置１の基板には、透明基板を適用することも可能である。ここで、透明基板とは、可視光を透過させる基板を意味し、無色透明な基板や色付きの透明である基板も含まれる。

以上説明したように、本発明は、静電容量型のタッチパネル装置及びそれを備えた表示装置について有用であり、特に、接触位置の検出精度を高める場合に適している。

実施形態１のタッチパネル装置を模式的に示す平面図である。 タッチパネル装置を含む液晶表示装置の概略構成を示す断面図である。 図１におけるIII−III線断面図である。 透明導電膜の表面を拡大して示す平面図である。 実施形態２のタッチパネル装置を拡大して示す断面図である。 実施形態３のタッチパネル装置を拡大して示す断面図である。 アナログ抵抗接触方式を用いた従来のタッチパネル装置の構造を示す断面図である。

符号の説明

１ タッチパネル装置
２ 液晶表示装置
１０ 液晶表示素子
１６ ガラス基板
１６ａ 凹部
１７ 透明導電膜
１７ａ 平坦部
１７ｂ 突部
１７ｃ 凹部
１７ｄ 凹部
１８ 絶縁膜
１８ａ 凸面部
２１ 額縁配線
２２ 配線

Claims (6)

1. 基板と、
   前記基板の表面に形成された透明導電膜と、
   前記透明導電膜を覆う絶縁膜とを備え、
   前記絶縁膜の表面に接触体が接触したときに、前記接触体と前記透明導電膜の一部との間に形成される静電容量を検知することによって、前記接触体の接触位置を検出する静電容量方式のタッチパネル装置であって、
   前記透明導電膜の前記絶縁膜側の表面は、凹凸状に形成されている
   ことを特徴とするタッチパネル装置。
2. 請求項１において、
   前記基板の表面は、凹凸状に形成され、
   前記透明導電膜は、前記基板の表面に沿って凹凸状に形成されている
   ことを特徴とするタッチパネル装置。
3. 請求項１において、
   前記透明導電膜は、平坦な薄膜状の平坦部と、前記平坦部に形成された複数の突部とにより構成されている
   ことを特徴とするタッチパネル装置。
4. 請求項１において、
   前記透明導電膜は、複数の凹部が形成されることにより、全体として凹凸状に形成されている
   ことを特徴とするタッチパネル装置。
5. 請求項１において、
   前記絶縁膜の表面は、凹凸状に形成されている
   ことを特徴とするタッチパネル装置。
6. 請求項１のタッチパネル装置と、
   前記タッチパネル装置の基板側に配置された表示素子とを備えている
   ことを特徴とする表示装置。

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