JP2008040608A

JP2008040608A - 表面弾性波方式タッチパネル

Info

Publication number: JP2008040608A
Application number: JP2006211182A
Authority: JP
Inventors: Michiko Endou; みち子遠藤; Takashi Nakajima; 孝中島
Original assignee: Fujitsu Component Ltd
Current assignee: Fujitsu Component Ltd
Priority date: 2006-08-02
Filing date: 2006-08-02
Publication date: 2008-02-21
Also published as: US20080030485A1

Abstract

【課題】表面弾性波の伝播効率を向上させる構成のドットスペーサを提供することである。
【解決手段】表面波弾性方式のタッチパネルが、ガラス板と、前記ガラス板表面と対向するフィルムと、前記フィルムに対向する前記ガラス表面に設けられたドットスペーサとから構成され、前記ドットスペーサがガラス基板と接触する形状５１の実質的な直径を伝播する表面弾性波の波長の１/２以下とする。
【選択図】図４

Description

本発明は表面弾性波方式のタッチパネルに関するものであり、特にタッチパネルのドットスペーサに関するものである。

タッチパネルには、抵抗膜方式（アナログ抵抗膜方式）、超音波表面弾性波方式、赤外線遮光方式、静電容量方式、電磁誘導方式、画像認識方式等の方式が知られており、それぞれの方式に応じてそれぞれ特徴がある。

本発明は、これらの方式の内、超音波表面弾性波（以下、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）ともいう）方式を採用するものである。

超音波表面弾性波方式のタッチパネルについて
超音波表面弾性波方式はＳＡＷフィルターなどにも使用されている表面弾性波を使用した方式で、矩形のガラス基板のパネルの４辺に電気信号を機械的振動に変換するトランスジューサなる電極を設け、このうち、駆動側のトランスジューサから高周波振動の弾性波（例えば約20ＭＨｚ）振動が送り出される。この振動は高周波振動であるがためにガラス基板の内部を伝播せず、ガラス表面上を伝播する。この振動波が電極に対し対角線に平行方向に進行するように前記トランスジューサは特殊な構造に構成されている。この振動は検出側のトランスジューサに伝播するが、このトランスジューサは前記トランスジューサとは逆に機械的信号を電気的信号に変換する。この時パネルの所定箇所を指で触れると、この箇所でこの振動は指で吸収され、受信信号の振幅レベルは減衰する。

矩形のパネル側面の縦軸側には、対角線に対して直角となる角度を持ったトランスジューサが並行して配置されているので、順次、振動は共振しながら一定の時間で伝わる。振動は最終的に検出用のトランスジューサに伝達される。前記の通り、ガラス表面を指でタッチすると、前記の通りその部分の振動（エネルギー）が指に吸収されてしてしまうために送信にかかった時間比率でエネルギーが吸収された位置が検出される（特許文献１、特許文献２）。

公知のＳＡＷタッチパネル
図８は矩形形状のガラス基板の周囲にシェブロン型電極を形成し、更にカバーフィルムを設けたＳＡＷタッチパネルの中央で切断した断面図である。１はタッチパネル、２はカバーフィルム、３が両面粘着テープ、４はガラス基板、５はドットスペーサ、６はシェブロン型電極、７は圧電薄膜、８は短絡用電極である。なお、ドットスペーサ５は、カバーフィルムが環境変化等でたわんでもガラスに接触しないように配置する。９はガラス表面を伝播する表面弾性波(ＳＡＷ)を示したものである。基本的に、ＳＡＷタッチパネル１はガラス基板１枚でパネルを構成できるので、高透過率、超寿命を実現することができるが、ガラス基板１枚のままであると、衝撃等によりガラスが破損し、破片が飛散し危険であること、ガラス表面に水滴が付着して誤動作を起すことから、このような問題を回避するためには透明なカバーフィルムを最表面に配置することができる。

図９は、ＳＡＷタッチパネルの上面図である。１０、１０′が駆動側のトランスジューサで、１１、１１′が検出側のトランスジューサである。１２はＳＡＷの伝播方向を示す。即ち、ＳＡＷがパネルの対角線と平行方向に伝播する様子を示す。
図１０は当該パネルにおける信号波形を示す。縦軸は信号の大きさ、横軸は時間を表わす。１３は駆動側トランスジューサに加えられる信号を表し、１４は検出側トランスジューサで検出される信号を示す。１５は指のタッチによる信号の欠落を示す。

ドットスペーサは従来からスクリーン印刷で形成されてきた。図１１は、この技術により作成されたドットスペーサを示す。図１１において、４はガラス基板、５はドットスペーサである。図１２で示されるように、ドットスペーサ５は長い裾野を持つ山の形状で、ガラス基板４に接触している部分の面積が大きく、頂点部分に向かって断面積が小さくなっている。一般に当該ドットスペーサ５は合成樹脂材料で形成されるものであり、ガラス表面を伝播するＳＡＷを吸収する性質があり、ＳＡＷの減衰の原因となる。このために、所定のドットスペーサ高さを確保しようとすると、ガラス基板４との接触面積が大きくなり、ＳＡＷ伝播に対する影響が大きくなり、信号の検出が困難であった。

なお、スペーサ５の大きさを具体的に開示した特許文献として、〔特許文献１〕、〔特許文献４〕がある。それら文献には、例えば、ドットスペーサ直径として１００μｍ、数十μｍを用いた例が示されているが、ドットスペーサの大きさとＳＡＷの波長との関係を論じたものではない。

ＷＯ 01/90874Ａ1 特開2002-222041 特開平3-238519 特開2004-348686

本発明は、表面弾性波を伝播効率を低下させない構成のドットスペーサを提供することである。

本発明のタッチパネルは、ガラス板と、前記ガラス板表面と対向するフィルムと、前記フィルムに対向する前記ガラス表面に設けられたドットスペーサとから構成され、前記ドットスペーサの直径が伝播する表面弾性波の波長の１/２以下であることを特徴とするものである。

所定のドットスペーサ高さを確保し、ガラス基板４との接触面積を制限するために、前記タッチパネルにおいて本発明の第２の態様はドットスペーサをガラス表面にフォトリソグラフィ・プロセスで形成することを特徴とする。

前記タッチパネルにおいて、本発明の第３の態様は、前記ドットスペーサが多角柱状又は円柱形状もしくは多角柱状又は円柱形状のオーバーハング形状を有する前記柱形状であることを特徴とするものである。

前記タッチパネルにおいて、本発明の第４の態様は、前記ドットスペーサが、伝播する表面弾性波の波長の１/２以下の直径を有するビーズ又は前記波長の１/２以下の直径、又は長さを有するロッドを分散して接着して形成することを特徴とするものである。

前記タッチパネルにおいて、本発明の第５の態様は、前記ビーズの分散密度を10個以下/mm2とすることを特徴とするものである。

本発明ではドットスペーサのサイズを表面弾性波の波長の１/２以下にし、更にドットスペーサのガラス基板への接触面積を低減させたために、表面弾性波の低下を抑えることができ、スクリーン印刷のドットスペーサに比して伝播効率を大幅に向上させることができた。なお、ＳＡＷ方式タッチパネルはガラス基板１枚で構成されているので光透過率が高く、色の変化が少なく、明瞭に見える、液晶表示装置の表示を劣化させることがないという効果がある。この点、カバーフィルムに透明度の高い材料を用いることでほぼ同様の効果を実現できる。

ドットスペーササイズと伝播ロスとの関係
発明者らはドットスペーサのスペーササイズと表面弾性波の減衰との関係について実験・研究を重ねてきた。図１は、ドットスペーササイズと伝播ロスとの関係の一例を示す図である。この例は、伝播周波数が２０ＭＨｚ（波長約１５０μｍ）でドットスペーサのピッチが２ｍｍのときにドットスペーサの直径を変化させたときの伝播ロスを測定したものである。縦軸は伝播ロス（％）、横軸はドットスペーサの直径（μｍ）である。図２にこの測定の条件及び測定値を示す。

これら研究によれば、この図からドットスペーサのガラス面との接触直径（円においては直径であるが、多角形においては直径に相当する対角辺長さ）がＳＡＷ波長の１/２以上になると、急激にロス大きくなることが分る。即ち、ドットスペーサのサイズが表面弾性波の波長の１/２以上になると、表面弾性波の減衰量が大きく、タッチパネルの検出が困難である。又、ドットスペーサのサイズがガラス表面に接触している面積が小さいほど減衰量が小さいことが見出された。なお、経験上、伝播ロスが50％以下であれば、タッチ検出は可能である。

第１実施例
本発明の第１の実施例は、ドットスペーサをフォトリソグラフィ工程で作成するものである。図８で示した従来のタッチパネルを用い、カバーフィルム２として、ＰＥＴ，ポリカーボネート、シクロオレフィン等の透明プラスチックフィルムを用いた。図３はカバーフィルムの代わりに偏光板を用いたときの偏光板の構成を示す。偏光板の場合は、３層構造で、第１層２１はＴＡＣ（トリアセチル・セルロース）、第２層２２はＰＶＡ（ポリビニル・アルコール）、第３層２３はＴＡＣである。

タッチパネルの駆動周波数を例えば、２０ＭＨｚに設定し（表面弾性波のガラス伝播速度は約３０００ｍ/ｓであるから、）、一辺約３５μｍ（対角の長さは約５０μｍ）の四角柱のドットスペーサ５を作成した。この時の波長は約１５０μｍであるから、ドットスペーサ５としてはこの波長の半波長７５μｍより小さい対角長さ５０μｍ（一辺約３５μｍ）を選択した。又、上記の通りドットスペーサ５のサイズがガラス表面に接触している面積が小さいほど減衰量が小さいので、本実施例では、従来技術の伝播効率の低い山形形状を避け、四角柱形状のドットスペーサを形成した。この形状を得るために発明者らはフォトリソグラフィ工程を使ってドットスペーサを作成した。

第１実施例のスペーサとして、前記の通り一辺約３５μmのほぼ正方形の形状で、高さ５〜１０μmのドットスペーサを、アクリル、シリコーン、ウレタン等の感光性樹脂材料を使って形成した。
このスペーサを用いてピッチを１〜３mm に設定すると、カバーフィルムとして厚さ１８８μmのハードコート付ＰＥＴを用いると入力する強さ（入力荷重）適切になり操作性が良好であった。又、周囲環境温度変化などでフィルム撓みが生じても、フィルムがガラスに接触することを避けることができることが分った。

図４はこうして作成されたスペーサの断面図である。図において、４はガラス基板、５はドットスペーサである。フォトリソグラフィ/エッチング工程でドットスペーサ５を形成すると、その断面形状は四角柱状（フォトリソグラフィのパターンによっては略円柱状も形成できる）となる。ドットスペーサ５のガラス接触部５１の直径はドットスペーサ５の直径とほぼ等しい。
これを同じ高さの従来型ドットスペーサ（スクリーン印刷で形成したもの）と比較すると、フォトリソグラフィ工程で形成した本発明のドットスペーサ５のガラスとの接触面積が従来型ドットスペーサの同接触面積に比して小さいことが分かる。このために伝播効率が大幅に改善された。

図５は上記フォトリソグラフィ工程を含め、本発明のタッチパネルの製造工程を示す図である。同図の中央欄はパネル基板がガラス基板から順を追ってパネルに形成されることを示す。左欄はパネルの形成工程を示し、右欄は各工程で行われる処理を示す。

最初の工程はガラス基板全体に電極材料を成膜する工程（工程１）である。電極材料はスパッタリングで成膜される。次に、こうして成膜された電極から前記短絡電極８のパターンを形成するために、次の工程ではフォトリソグラフィとエッチング技術を使う（工程２）。形成された短絡電極パターン８の上にパネル全体に亘りスパッタリングにより圧電材料の成膜を行う（工程３）。
次に、圧電パターン７を形成するために、フォトリソグラフィとエッチング技術を使う（工程４）。工程５では、シェブロン電極６をスクリーン印刷で形成する。続けて、スクリーン印刷を使ってバス電極を形成する（工程６）。

次は、ドットスペーサ形成工程（工程７）である。ドットスペーサ５は材料を前記の通りのシリコーン等とし、フォトリソグラフィとエッチング技術を使って形成する。最後にこうして作成されたパネル基板と基板を覆うフィルム又は偏光板を基板端部において両面テープ３を使って貼り合わせて、タッチパネル１が作成される。

同様な方法でオーバーハングの形状のスペーサを作成することもできる。図６はオーバーハング形状のスペーサを示す。同図において、４はガラス基板、５はオーバーハング形状のドットスペーサ５である。
オーバーハング形状とはスペーサの形状をガラスに接触する部分がその上部部分より断面積が小さくなる形状を意味する。この形状を形成するために、本実施例では、フォトリソグラフィ工程において露光条件及び現像条件を調整した。

上記のように、フォトリソグラフィ・プロセスにより、オーバーハング形状、円柱形状を形成し、伝播効率の良いドットスペーサを形成することができる。

第２実施例
本発明の第２の実施例は、ドットスペーサの代りに、表面が接着性を有する、直径５〜１０μmのプラスチックビースをＳＡＷタッチパネル表面に分散配置させ、ドットスペーサを形成したものである。
図７はこれを示す。４はガラス基板、５はガラスビーズ又はプラスチックビーズ、１６は接着剤である。これによりフィルムとガラスの間隔を所定寸法にすることができ、ドットスペーサを形成することができる。
パネルにおけるスペーサの分散密度が10個以上/mm2 になると、フィルム表面(操作面）を指などで押しても、フィルムがガラス表面に接触しにくくなり、強く押すことが必要になり（入力荷重が大きくなり）、非常に操作性の悪いものになった。このため、操作性を向上させるためには、ビーズの分散密度を10個以下/mm2とすることが好ましい。

第３実施例
本発明の第３の実施例は、表面が接着性を有する、直径５〜１０μm、長さ30μm以下のガラスロッド又はプラスチックロッドをＳＡＷタッチパネル表面に分散配置させたパネルである。
ガラスロッドの分散密度は5個以下/mm2とすることが好ましい。

ＳＡＷ方式タッチパネルは前記のように基本的にガラス基板１枚で構成されているので光透過率が高く、色の変化が少なく、明瞭に見えるので、液晶表示装置の表示を劣化させることがない。このため、本発明のタッチパネルと液晶表示装置とを組合せて用いられることが期待されている。特に、美しい画面とタッチパネル機能を求める小型携帯電話、デジタルカメラ、ビデオカメラ、カーナビゲーション、小型ゲーム機用に用途が期待されている。

ドットスペーササイズと伝播ロスの関係を示す図である。図１のデータと実験条件を示す表である。偏光板の構成を示す図である。ＳＡＷ方式のタッチパネルの断面図である。本発明の第１実施例におけるドットスペーサの断面図である。本発明のＳＡＷタッチパネルの製造工程を示す図である。オーバーハング形状のドットスペーサの断面図である。ガラスビーズを使ったドットスペーサの断面図である。従来のＳＡＷ方式のタッチパネルの断面図である。ＳＡＷ方式のタッチパネルの上面図である。ＳＡＷ方式のタッチパネルにおける駆動信号と出力信号を示す信号波形図である。従来のスクリーン印刷法により形成されたドットスペーサの断面図である。

符号の説明

１ガラス基板
２フィルム
３両面粘着テープ
４タッチパネル部
５ドットスペーサ

Claims

ガラス板と、
前記ガラス板表面と対向するフィルムと、
前記フィルムに対向する前記ガラス表面に設けられたドットスペーサとから構成され、
前記ドットスペーサの直径が伝播する表面弾性波の波長の１/２以下であることを特徴とする表面波弾性波方式のタッチパネル。
前記ドットスペーサは、ガラス表面にフォトリソグラフィ・プロセスで形成されることを特徴とする請求項１に記載のタッチパネル。
前記ドットスペーサは、多角柱状又は円柱形状もしくは多角柱状又は円柱形状のオーバーハング形状を有する前記柱形状であることを特徴とする請求項１又は２に記載のタッチパネル。
前記ドットスペーサは、伝播する表面弾性波の波長の１/２以下の直径を有するビーズ又は前記波長の１/２以下の直径、又は長さを有するロッドを分散して接着して形成することを特徴とする請求項１に記載のタッチパネル。
前記ビーズの分散密度を10個以下/mm2とすることを特徴とする請求項４に記載のタッチパネル。