JP2009003913A - タッチパネル - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、電極の設計や製造が容易で、抵抗膜に必要十分な一様性のある水平・垂直な等電位線が形成されるタッチパネルを提供することにある。
【解決手段】タッチパネル１０は、基板１２の上に矩形の抵抗膜１４が形成され、その４辺に沿うように電極１６が設けられている。それぞれの電極１６は、複数のギャップ２０と複数の分割電極２２である。分割電極２２は、抵抗膜１４の辺に沿って直線状に並べられ、両端にある分割電極２２が端子１８と接続される電極１６は、同形状の分割電極２２が並べれており、同形状の繰り返しとなっている。内側電極２４は、両端にある内側電極２４の長さと他の内側電極２４の長さの比が０．１：１〜０．５：１となるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンピュータなどで使用される入力装置のタッチパネル、特に５線式のタッチパネルに関するものである。

主なタッチパネルとして、抵抗膜方式、表面弾性波方式、容量方式、および赤外線方式などがある。その中の抵抗膜方式には、４線式や５線式と呼ばれるものがある。例えば、５線式のタッチパネルは特許文献１などに開示されている。

図１６に示す５線式のタッチパネルは、２枚の基板１２ａ，１２ｂの対向面に透明な矩形の抵抗膜１４を積層しておく。図示していないが、スペーサーによって両基板１２ａ，１２ｂは一定間隔で対向している。いずれか一方の抵抗膜１４の４辺に電極５６ａ，５６ｂ，５６ｃ，５６ｄが形成される（図１７）。電極５６ａ，５６ｂ，５６ｃ，５６ｄが形成された基板を１２a、対抗する基板を１２ｂとする。

図１７に基板１２ａとその周辺の回路を示す。第１電極５６ａの両端に＋、第２電極５６ｂの両端に−の電圧を印加して、第１電極５６aと第２電極５６ｂとの間に電位勾配を形成する。次に切り替えて前記と同様に、第３電極５６ｃと第４電極５６ｄの間に電圧を印加して電位勾配を形成する。この２つの電位勾配をスイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４によって短時間で切り替えて繰り返すと、基板１２ａには交互に水平・垂直方向に電位勾配が形成される。可撓性基板１２ｂにタッチされると、抵抗膜１４同士が接触して、基板１２ｂは１２ａに形成された電位を測定することが出来る。そのときの電位を検出することによって、タッチ位置を求める。

周知のように、電極５６ａ，５６ｂ，５６ｃ，５６ｄへのリーク電流を防ぐため、各電極５６ａ，５６ｂ，５６ｃ，５６ｄに適度な抵抗を持たせているのが普通である。そのため、各電極付近では等電位線が歪曲する。そこで従来は、その歪曲を防ぐために、試行錯誤で歪曲の発生しにくい電極の形状を求め、決定していた。例えば、特許文献１のように電極５８をＴ字形にすることが提案されている（図１８）。

しかし、特許文献１に示されるＴ字形の電極５８は、そのＴ字形状の大きさなどが異なったりするため、設計が難しい。特に、試行錯誤で電極５８の形状を決定するとなると、大変な労力が必要となる。また、抵抗膜１４の内側に最も突出した電極５８によって使用できる領域が制限されてしまう。

特開平４−１３７０２６号公報

そこで本発明の目的は、電極の設計や製造が容易で、抵抗膜に必要十分な一様性のある水平・垂直な等電位線が形成されるタッチパネルを提供することにある。

本発明のタッチパネルは、一定間隔で対向する２枚の矩形の基板と、それぞれの前記基板の対向する面に形成された矩形の抵抗膜と、いずれか一方の前記基板の抵抗膜の４辺に形成された電極と、を含むタッチパネルであって、それぞれの前記電極が直線状に並べられた複数の分割電極と分割電極間のギャップとで構成され、各分割電極の抵抗膜への電位印加部分の長さは、両端の分割電極の長さと他の分割電極の長さの比が０．１：１〜０．５：１である。

電極を複数のギャップによって分割電極に分割することにより、電極に所望の抵抗を持たせることができる。本発明は、両端の分割電極と他の分割電極との長さの比が０．１：１〜０．５：１で設計している。各分割電極から抵抗膜に電位勾配を生じさせるように、電圧を印加する。このとき、等電位線が歪曲すれば、要求以上に歪曲した部分を使用せず、等電位線が必要十分な直線状になっている部分をタッチパネルとして使用する。

隣り合う前記分割電極同士がギャップを隔てて対向し、前記分割電極間の抵抗の抵抗値が、ギャップの形状と抵抗膜のシート抵抗とによって決定される。本発明では、分割電極同士が対向する全ての箇所のギャップ幅および対向長を全て略同じにすることによって、全ての抵抗の抵抗値を略同一としている。

また、ギャップにおいて抵抗膜の一部を削除して絶縁部を形成しても良い。

本発明は、全ての分割電極間のギャップが同じ形状であり、両端の分割電極と他の分割電極との長さの比を調節することによって等電位線の歪曲を極力抑えることができる。引用文献１のＴ字形状の大きさを個別に調節することに比べて容易に等電位線の歪曲を抑えることができる。

全てのギャップの形状を略同じにすることによって設計が容易である。また、電極を櫛歯状にしたときに、一番内側以外の電極が等電位線の形成に影響を与えることを防止できる。

本発明のタッチパネルについて実施の形態を説明する。タッチパネルは抵抗膜方式の中でも５線式のものである。周知のように、５線式のタッチパネルは２枚の基板が一定間隔で対向させられ、それぞれの基板の対向面に矩形状の抵抗膜が形成される。基板間にスペーサーを設け、一方の基板が指などで押されて撓むことにより、両基板の抵抗膜が接するようになっている。基板としては、ポリエステルなどのプラスチック基板やソーダガラスなどのガラス基板が使用される。抵抗膜は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などが使用される。基板も抵抗膜も透明である。そして、いずれか一方の抵抗膜の４辺に電極が形成される。本発明は電極に特徴を有するものである。電極以外の周辺回路などは従来技術と同じであっても良い。

図１に示すように、タッチパネル１０は、基板１２の上に矩形の抵抗膜１４が形成され、その４辺に沿うように電極１６が直線状に設けられている。抵抗膜１４の利用面積を広くするため、抵抗膜１４の周囲のできるだけ近い位置に電極１６が設けられる。これらの電極１６は抵抗膜１４の４隅に取り付けられた給電端子１８から電圧が印加される。また、それぞれの電極１６は、複数のギャップ２０によって複数に分割されている（以下、分割電極２２）。分割電極２２は、抵抗膜１４の辺に沿って直線状に並べられ、両端にある分割電極２２が端子１８と接続される。

電極１６にギャップ２０を設けるのは、従来技術で説明したように、電極１６に適度な抵抗を持たせるためである。例えば、抵抗膜１４をＩＴＯとし、電極１６を銀ペーストとすれば、ギャップ２０が無いと抵抗膜１４に比して電極１６の抵抗が小さくなりすぎてしまい、駆動していない電極１６にリーク電流が流れてしまう。ギャップ２０によって、電極１６に適度な抵抗を持たせる。また、電極１６の抵抗は、リーク電流を防止しつつ抵抗膜１４の等電位線ができる限り歪曲しないように決定する。例えば、抵抗膜１４のシート抵抗は約１００〜数１０００Ω／□であり、給電端子１８間の電極１６の抵抗総和が数１０〜数１００Ωとなるようにする。抵抗値の総和は、抵抗膜１４のシート抵抗の値から算出するものとすればよく、具体的には約５０〜１００Ωが望ましい。

具体的な分割電極２２の一例を図２に示す。図面の上側が抵抗膜１４の外周側であり、下側が抵抗膜１４の内側である。分割電極２２の中で最も抵抗膜１４の内側に設けられ、等電位線の形成に影響を与える直線状の部分（以下、内側電極２４ａ，２４ｂ）によって、抵抗膜１４に電圧が印加される。内側電極２４ａ，２４ｂから抵抗膜１４に電圧が印加されることにより、抵抗膜１４には電位勾配が生じる。内側電極２４ａ，２４ｂは、抵抗膜１４の辺と平行となっており、直線状に並べられている。なお、櫛歯の部分の中で内側電極２４ａ、２４ｂ以外の部分を外側電極２６とする。内側電極２４ａ，２４ｂや外側電極２６を対向させることによって、ギャップ２０を形成しており、全てのギャップ２０は同じ形状である。なお、この同じ形状には後で示す図７のように左右対称になった場合も含む。

電極１６は、同形状の分割電極２２が並べられており、同形状の繰り返しとなっている。内側電極２４ａ，２４ｂは、両端にある内側電極２４ａ長さと他の内側電極２４ｂの長さとの比が０．１：１〜０．５：１になるようにする。内側電極２４ａ、２４ｂの長さは、図２であれば横方向の長さである。

まず、両端の内側電極２４ａと他の内側電極２４ｂとの比が０．５：１の場合、すなわち、両端の内側電極２４ａの長さが他の内側電極２４ｂの半分またはほぼ半分となる場合を図３に示す。図３のように３つのギャップ２０を有する場合、内側電極２４ａ，２４ｂは４本となる。両端の２本の内側電極２４ａは、他の２本の内側電極２４ｂの半分の長さになっている。ギャップ２０によって生じる抵抗は、どこも同じかほぼ同じ値である。例えば、１本の電極１６に１００Ωの抵抗を持たせる場合、１０Ωの抵抗値を有するギャップ２０を１０個形成する。

分割電極２２の形状は、特許文献１の形状に比べて単純であり、設計が容易である。特許文献１のように抵抗膜１４の中心方向に電極が伸びることもなく、抵抗膜１４の使用面積も大きくなる。

次に、ギャップ２０に生じる抵抗について説明する。ギャップ２０の中で抵抗として動作するのは、分割電極２２同士が対向する図２の符号Ａの領域である。抵抗膜１４のシート抵抗をＲｓ、ギャップ２０の幅をｇ、分割電極２２同士が対向する部分の長さをＬａとし、ギャップ２０に生じる抵抗Ｒを式で示すと、Ｒ＝Ｒｓ×ｇ／Ｌａとなる。この式より、ギャップ２０に生じる抵抗Ｒは、抵抗膜１４のシート抵抗とギャップ２０の形状によって決定されることがわかる。抵抗膜１４のシート抵抗は既定であるので、ギャップの幅ｇや長さＬａによって抵抗Ｒを調節することができる。例えば、ギャップの幅ｇを固定したら、図４の電極１６ｂのように分割電極２２を櫛歯状にして、互いの分割電極２２の櫛歯状の部分が互い違いに配置されるようにする。櫛歯状の部分によって長さＬａを調節することにより、抵抗Ｒを調節することができる。

なお、符号Ａの領域においてギャップの幅ｇが異なる部分があっても、上記の抵抗Ｒの式は一般的な式であり、各部の抵抗の和を求めれば正確な抵抗となる。また、電極１６の幅が細くなって電極自身の抵抗が無視できなくなれば、それを加算するようにする。

実際の電極１６の形成は、（１）所望形状の基板１２を準備し、（２）基板１２の上にスパッタリングや印刷などの積層技術により、抵抗膜１４を矩形状に積層し、（３）抵抗膜１４の４辺に、銀ペーストなどの導電性ペーストをスクリーン印刷することによって電極１６を形成する。電極１６の形成は、非常に簡単におこなうことができる。電極１６の厚みや幅によって電極１６に所望の抵抗を持たせるわけではないので、電極１６の厚みが均一にならなくても良い。電極１６の厚みの変化を気にする必要はなく、歩留まりも高くなる。電極１６を構成する素材は銀ペーストに限定されるものではなく、また、その製法もスクリーン印刷に限定されるものではない。

本発明では、電極１６の等分割された部分に生じる抵抗は、どこも同じ値である。したがって、分割電極２２同士が対向する全ての箇所のギャップ幅および対向長が全て同じかほぼ同じである。このように全てのギャップ２０に生じる抵抗を同じ値にすることによって、設計・製造が容易になる。

図５に内側電極２４ａの長さと内側電極２４ｂの長さの比を０．５：１にした場合の等電位線を示すシミュレーション結果を示す。図の中で等電位線は点線で示す。角の方で等電位線が歪曲するが、それ以外は縦横におおむね平行な等電位線が形成されている。

電極の形状は、図６のように図２や図４よりも単純な構造の電極１６ｃであっても良い。図２などと比べて、ギャップ２０の中で抵抗とならない部分が小さくなる。

図７や図８の電極１６ｄ、１６ｅに示すように、電極１６ｄ、１６ｅの長軸の中心線で対称になるようにしても良い。この電極１６ｄ、１６ｅは、図２や図６の電極１６、１６ｃを左右対称にした物である。この場合、分割電極２２の数は偶数個となる。中心線で対象になっているが、内側電極２４は、図２や図６の場合と同じであり、抵抗膜１４への電圧の印加は変わらない。設計・製造に関しても、図２や図６の場合とさほど変化はなく、容易である。

前述した図５に示す角の方の等電位線の歪曲を小さくできれば、使用できる抵抗膜１４の面積が大きくなる。等電位線の歪曲は、角の部分には２方向に内側電極２４ａがあり、２方向の内側電極２４ａが給電端子１８を介して接続されており、完全に切り離せないためであると考えられる。そこで、端の内側電極２４ａの長さを短くすることによって内側電極２４ａが等電位線の形成への影響を小さくする。端の内側電極２４ａと他の内側電極２４ｂの長さの比を０．１：１〜０．３：１とした場合の等電位線を図９〜図１２に示す。等電位線は点線で示し、電極１６は省略している。

上記の長さの比が０．１：１の場合（図９）は、等電位線の角に丸まりがあり、０．２：１の場合（図１０）も等電位線の角に丸まりがある。０．２５：１の場合（図１１）に等電位線の角の丸まりと尖りが解消され、等電位線の角の歪曲が緩和されているのが確認できる。０．３：１の場合（図１２）は、角の等電位線が尖ってしまう。上記の長さの比が０．２５：１の場合に等電位線が最も均等に形成されることがわかる。抵抗膜１４の使用面積を多少小さくなっても良いのであれば、図９、１０、１２の場合であっても良い。なお、ギャップ２０の形状は全て同じである。なお、抵抗膜１４の周縁部分で等電位線が波打つのは電極１６が複数の内側電極２４ａ、２４ｂに分割されている影響である。

また、内側電極２４ａ、２４ｂが設計可能最大長の場合に、内側電極２４ａ、２４ｂに対して垂直方向に形成される等電位線が内側電極２４ａ、２４ｂの近傍で歪曲しながら疎密になる場合がある（図１３の点線）。疎密になった部分はタッチパネルとして使用できず、使用面積を縮小しなくてはならない。できるだけ、等電位線が疎密になった部分を小さくすることが好ましい。この対策として、内側電極２４ａ、２４ｂの長さを設計可能最大長よりも短くできる。例えば、図７の内側電極２４ｂであれば、図１４の斜線部分まで短くできる。例えば、内側電極２４ａ、２４ｂの長さを設計可能最大長の１．０〜０．１倍にする。内側電極２４ａ、２４ｂは外側電極よりも短くなる。なお、設計可能最大長の１．０倍が含まれているが、等電位線の疎密になった部分が実用上問題の無い範囲であったり使用面積が多少狭くなっても良いのであれば、１．０倍であっても良い。

なお、設計可能最大長とは、スクリーン印刷によって分割電極２２とギャップ２０を形成するときの分割電極２２の最大長であり、分割電極２２を左右（または上下）からそれぞれ延ばし、その先端が所望の幅を持ったギャップ２０を形成するまでの長さである。スクリーン印刷時に分割電極２２同士が接触したり、所望の抵抗が形成できない場合は含まれない。

内側電極２４ａ、２４ｂの長さが設計可能最大長よりも短くなるため、ギャップ２０の中で内側電極２４ａ、２４ｂの端同士の対向部分２８が広くなる（図１４）。このことにより、櫛歯状になった外側電極２６の中で最も抵抗膜１４の内側にある外側電極２６の電位が、前記のギャップの部分を通して等電位線の形成に影響を与える場合がある。例えば図１４のように、内側電極２４ａ、２４ｂを短縮したことによってｘとｙの部分が等電位線の形成に影響を与えることとなり、内側電極２４ｂは等価的にｚの長さとなってしまう。この影響で、設計可能最大長であればギャップ２０の中央ｍにあった等電位線が、ｎの位置にずれることとなり、設計が複雑になる。なお、ｎの位置は内側電極２４ａ、２４ｂの長さで変わる。そこで図１５のように、外側電極２６と上記部分２８との間の抵抗膜１４を削り取り、絶縁領域３０を形成する。実際の等電位線の並びに応じて絶縁領域３０を延長または短縮させて等電位線が均一に並ぶように調節する。絶縁領域３０の形成は、湿式または乾式エッチングで抵抗膜１４を取り去ることにより形成する。

以上のように、単純な設計で等電位線の歪曲を小さくしている。等電位線の歪曲が小さいため、タッチされた座標を正確に求めやすくなる。また、電極２４ａ、２４ｂの付近まで等電位線が均等に並ぶため、抵抗膜１４を広く使用することができる。

その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。

本発明のタッチパネルの電極を模式的に示す図である。 電極の具体的形状を示す図である。 電極の等分割を示す図である。 図２の電極の抵抗調節を示す図である。 内側電極２４ａと２４ｂの長さの比が０．５：１の場合の抵抗膜に形成される等電位線を示した図である。 ギャップの抵抗とならない部分をできるだけ減らした電極の図である。 図２の電極を左右対称にした電極を示す図である。 図４の電極を左右対称にした電極を示す図である。 内側電極２４ａと２４ｂの長さの比が０．１：１の場合の抵抗膜に形成される等電位線を示した図である。 内側電極２４ａと２４ｂの長さの比が０．２：１の場合の抵抗膜に形成される等電位線を示した図である。 内側電極２４ａと２４ｂの長さの比が０．２５：１の場合の抵抗膜に形成される等電位線を示した図である。 内側電極２４ａと２４ｂの長さの比が０．３：１の場合の抵抗膜に形成される等電位線を示した図である。 電極に対して垂直な等電位線が電極の付近で歪曲しながら疎密になる様子を示す図である。 内側電極を短縮した場合の図である。 ギャップに絶縁領域を設けた図である。 従来の５線式のタッチパネルの断面の一例を示す図である。 図１６の電極が形成された基板およびその周辺回路の一例を示す図である。 引用文献１で示すＴ字形の電極を使用したタッチパネルを示す図である。

符号の説明

１０、５０、５０ｂ：タッチパネル
１２：基板
１４：抵抗膜
１６：電極
１８：給電端子
２０：ギャップ
２２：分割電極
２４ａ、２２４ｂ：内側電極
２６：外側電極
２８：内側電極同士の対向部分
３０：絶縁領域

Claims (3)

1. 一定間隔で対向する２枚の基板と、
   それぞれの前記基板の対向する面に形成された抵抗膜と、
   いずれか一方の前記抵抗膜の４辺に沿って形成された電極と、
   を含むタッチパネルであって、
   それぞれの前記電極が、直線状に並べられた複数の分割電極と分割電極間の抵抗との直列結合で構成され、
   各分割電極の抵抗膜への電圧印加部分の長さは、両端の分割電極を除いて全て略同じであり、且つ両端の分割電極の長さと他の分割電極の長さの比が０．１：１〜０．５：１であるタッチパネル。
2. 隣り合う前記分割電極同士がギャップを隔てて対向し、前記分割電極間の抵抗の抵抗値が、ギャップの形状と抵抗膜のシート抵抗とによって決定され、
   前記分割電極同士が対向する全ての箇所のギャップ幅および対向長を全て略同じにすることによって、全ての抵抗の抵抗値を略同一とした請求項１のタッチパネル。
3. 前記ギャップにおいて、抵抗膜の一部を削除して絶縁部を形成した請求項２のタッチパネル。

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