JP2014146138A - タッチパネル - Google Patents

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Hideki Iwata
英樹 岩田
Satoshi Sakurai
聡 桜井
Koji Nishimura
浩二 西村
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Abstract

【課題】
複数の座標への入力を同時に検出でき、薄型化を達成することができるタッチパネルを提供すること。
【解決手段】
タッチパネルは、第1基板と、前記第1基板の一方の面に形成される第1電極層とを有する第1電極板と、前記第1電極層に対向して配置される第2基板と、前記第2基板の前記第1電極層に対向する一方の面に形成される第2電極層と、前記第2基板の他方の面に形成され、二軸方向に配列される第1電極部及び第2電極部を備える第3電極層とを有する第2電極板と、前記第2基板の前記他方の面に形成される前記第3電極層を覆う被覆板とを含み、前記第1電極層と前記第2電極層は抵抗膜方式のタッチパネルを構築し、前記第3電極層の前記第1電極部及び前記第2電極部は静電容量方式のタッチパネルを構築する。
【選択図】図1

Description

本発明は、タッチパネルに関する。
従来より、両面一体型タッチパネル構造であって、静電容量方式タッチパネルである第1のタッチパネルと、抵抗膜方式タッチパネルである第2のタッチパネルと、前記第1のタッチパネルの背面および前記第2のタッチパネルの背面同士を接着して、この層状構造が前記両面一体型タッチパネルを形成するようになす接着層と、を含む、両面一体型タッチパネル構造がある(例えば、特許文献1参照)。
特開2010−086510号公報
ところで、従来の両面一体型タッチパネル構造に含まれる静電容量方式タッチパネルである第1のタッチパネルと、抵抗膜方式タッチパネルである第2のタッチパネルとは、ともに、複数の座標に同時に入力があった場合に、複数の座標を同時に検出することができない。
このため、従来の両面一体型タッチパネル構造において、複数の座標を同時に検出できるようにするためには、電極の数が増えるため、薄型化を達成することが困難になるという課題があった。
そこで、本発明は、複数の座標への入力を同時に検出でき、薄型化を達成することができるタッチパネルを提供することを目的とする。
本発明の一局面のタッチパネルは、第1基板と、前記第1基板の一方の面に形成される第1電極層とを有する第1電極板と、前記第1電極層に対向して配置される第2基板と、前記第2基板の前記第1電極層に対向する一方の面に形成される第2電極層と、前記第2基板の他方の面に形成され、二軸方向に配列される第1電極部及び第2電極部を備える第3電極層とを有する第2電極板と、前記第2基板の前記他方の面に形成される前記第3電極層を覆う被覆板とを含み、前記第1電極層と前記第2電極層は抵抗膜方式のタッチパネルを構築し、前記第3電極層の前記第1電極部及び前記第2電極部は静電容量方式のタッチパネルを構築する。
複数の座標への入力を同時に検出でき、薄型化を達成することができるタッチパネルを提供できるという特有の効果が得られる。
実施の形態1のタッチパネル100の断面を示す図である。 実施の形態1のタッチパネル100の電極層133を示す図である。 比較例のタッチパネル10を示す図である。 実施の形態2のタッチパネル200を示す図である。
以下、本発明のタッチパネルを適用した実施の形態について説明する。
<実施の形態1>
図1は、実施の形態1のタッチパネル100の断面を示す図である。図1(A)は斜視分解図であり、図1(B)は(A)のA−A矢視断面に対応する分解図である。なお、図1(A)、(B)に示すように、直交座標系であるXYZ座標系を定義する。
タッチパネル100は、5層構造であり、第1電極板110、スペーサ120、第2電極板130、OCA(Optical Clear Adhesive)層140、及びカバーフィルム150を含む。タッチパネル100は、抵抗膜式のタッチパネルと静電容量方式のタッチパネルとを含む。
第1電極板110は、基板111に電極層112を形成したものである。基板111としては、例えば、ガラス又は樹脂フィルムを用いることができる。電極層112は、基板111のZ軸正方向側の面の一面に形成される。基板111は第1基板の一例であり、電極層112は第1電極層の一例である。
電極層112は、抵抗膜方式のタッチパネルの下部電極として用いられるものであり、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)、ZnO(酸化亜鉛)、又は有機材料系等の材料で形成される導電膜であればよい。なお、基板111と電極層112は、透明であってもよい。
スペーサ120は、第1電極板110と第2電極板130との間の間隔を一定に保持するために設けられる。スペーサ120は、平面視で矩形状であり、中央部に矩形状の開口部120Aを有する。
スペーサ120は、抵抗膜方式のタッチパネルの下部電極になる電極層112と、抵抗膜方式のタッチパネルの上部電極になる電極層132との間の距離を一定に保持するために設けられている。
第2電極板130は、基板131、電極層132、及び電極層133を有する。基板131は第2基板の一例であり、電極層132は第2電極層の一例であり、電極層133は第3電極層の一例である。
基板131は、透明なガラス又は樹脂フィルムであり、Z軸負方向側の面に電極層132が形成され、Z軸正方向側の面に電極層133が形成される。
電極層132は、抵抗膜方式のタッチパネルの上部電極として用いられるものであり、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)、ZnO(酸化亜鉛)、又は有機材料系等の材料で形成される透明な導電膜であればよい。電極層132は、基板131のZ軸負方向側の面の一面に形成される。
電極層133は、静電容量方式のタッチパネルのXY電極として用いられるものであり、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)、ZnO(酸化亜鉛)、又は有機材料系等の材料で形成される透明な導電膜であればよい。電極層133の詳細な構成については、図2を用いて後述する。
OCA層140は、絶縁性のある透明な接着層である。OCA層140は、第2電極板130の電極層133と、カバーフィルム150とを接着するために設けられている。
カバーフィルム150は、所謂加飾フィルムであり、例えば、ポリカーボネート製又はPET(Polyethylene terephthalate)製のフィルムである。カバーフィルム150は、被覆板の一例である。
カバーフィルム150は、平面視で矩形であり、中央に設けられる平面視で矩形状の透明部150Aと、透明部150Aの周りに設けられる所定幅の矩形環状の加飾印刷部150Bとを有する。加飾印刷部150Bは、例えば、所定の色又は模様等の加飾用の印刷を施した部分である。
次に、図2を用いて、実施の形態1のタッチパネル100の電極層133について説明する。
図2は、実施の形態1のタッチパネル100の電極層133を示す図である。図2(A)は電極層133を示す平面図、(B)は一部を示す図、(C)は変形例によるパターンを示す図である。なお、図2では、図1と同様に直交座標系であるXYZ座標系を定義する。
電極層133は、平面視で、メッシュ状に分割されている。図2には、説明の便宜上、基板131(図1参照)のZ軸正方向側の面に形成されている電極層133のパターンだけを示す。
電極層133は、具体的には、図2(A)に示すように、X軸及びY軸に対し45°となる直線に略平行に分割され、電極部133Xと電極部133Yとに分けられている。電極部133Xと電極部133Yは、各々が平面視で菱形状になるように、メッシュ状に分割されることにより、二軸方向(X軸方向、Y軸方向)に配列されている。
電極部133Xは、接続部133X1によってX軸方向に沿って接続されている。電極部133Yは、接続部133Y1によってX軸方向に沿って接続されている。
また、図2(B)に示すように、接続部133X1と接続部133Y1とが交差する部分には絶縁膜134が形成され、電極部133Xと電極部133Yとは絶縁されている。絶縁膜134は、接続部133Y1の上側(Z軸正方向側)に形成され、絶縁膜134の上(Z軸正方向側)に接続部133X1が形成されている。
図2(A)では絶縁膜134の図示を省略するが、実際には、絶縁膜134は、すべての接続部133X1と接続部133Y1とが交差する部分に形成されている。
絶縁部134は、例えば、ITO膜で形成することができる。電極層133は、例えば、基板133の一方の表面に、電極部133Yと接続部133Y1を形成した後に、マスク等を用いて絶縁部134を各接続部133Y1の上に形成し、その上に、電極部133Xと接続部133X1とを形成することによって作製すればよい。
また、ここでは、電極層133が平面視で菱形状に形成される電極部133Xと133Yとを有する形態について説明するが、電極層133は、例えば、図2(C)に示すように、電極部135Xと135Yとを有するように構成されていてもよい。電極部135Xと135Yは、それぞれ、三角形にパターニングされたITO膜をY軸方向に接続した構成を有する。ここで、電極部135Xは、図2(B)に示す電極部133Xの代わりに用いればよく、電極部135Yは、図2(B)に示す電極部135Yの代わりに用いればよい。電極部135Xは、Y軸方向に配列される三角形のITO膜を接続した構成を有するが、図2(B)に示す電極部133Xの代わりに用いることにより、電極部135Xと135Yとの間の静電容量の変化を検知することにより、図2(A)、(B)に示す電極層133と同様に、座標検出を行うことができる。
以上のような実施の形態1のタッチパネル100では、電極層112及び電極層132を、それぞれ、抵抗膜方式のタッチパネルの下部電極及び上部電極として用いることにより、カバーフィルム150の表面への利用者の操作入力の行われた座標を検出することができる。
X座標を検出するには、電極層132にX軸方向の電位勾配を発生させるとともに、電極層112を開放する(電位を与えない状態にする)。この状態で、カバーフィルム150に指等が接触すると、接触のあった位置で電極層112と電極層132とが接触し、電極層112は電極層132の接触位置における電位となる。このときの電極層112の電位に基づいて、X座標を算出することができる。
Y座標を検出するには、電極層112にY軸方向の電位勾配を発生させるとともに、電極層132を開放する(電位を与えない状態にする)。この状態で、カバーフィルム150に指等が接触すると、接触のあった位置で電極層112と電極層132とが接触し、電極層132は電極層112の接触位置における電位となる。このときの電極層132の電位に基づいて、Y座標を算出することができる。
また、電極層133は、静電容量方式のタッチパネルのXY電極として用いてXY座標を検出するには次のようにすればよい。
電極部133X及び133Yを、それぞれ、第1マルチプレクサ及び第2マルチプレクサに接続して静電容量の変化を検出する。
第1マルチプレクサには、複数の電極部133Xが接続されている。第1マルチプレクサは、図示しない駆動源から入力される矩形波状の電圧を複数の電極部133Xに選択的に出力する。第1マルチプレクサは、複数の電極部133Xを1つずつ順番に選択し、矩形波状の電圧を印加する。
第2マルチプレクサには、複数の電極部133Yが接続されている。第2マルチプレクサは、複数の電極部133Yを1つずつ順番に選択し、複数の電極部133Yの各々の電圧を出力する。
第2マルチプレクサが複数の電極部133Yのうちの1つを選択している間に、第1マルチプレクサは電極部133Xを順番に選択し、各電極に矩形波状の電圧を印加する。この処理を複数の電極部133Yの各々について繰り返し行う。
この場合に、利用者が静電パネル110に触れていない場合は、電極部133Xと、電極部133Yとの間の静電容量は初期値で一定であるため、第2マルチプレクサの出力は一定である。すなわち、利用者の指の接触がない場合には、電極部133Xと、電極部133Yとで検出する静電容量は一定値である。
また、利用者の指が加飾フィルム150に触れると、指で触れた部分で静電容量が変化する。このため、電極部133Yの各々について電極部133Xを順番に選択して静電容量を繰り返し検出しているときに、利用者の指の接触によって静電容量の変化が生じると、電極部133Xと電極部133Yとの組み合わせで静電容量の変化が生じた場所を特定でき、この結果、操作入力のあった位置を特定することができる。これにより、タッチパネル100は、操作入力のあった座標位置を検出することができる。
以上のように、実施の形態1によれば、5層構造で、抵抗膜式のタッチパネルと静電容量方式のタッチパネルとを含み、所謂マルチタッチが可能で、全体の厚さを薄くしたタッチパネル100を提供することができる。
ここで、図3を用いて、比較例のタッチパネル10について説明する。
図3は、比較例のタッチパネル10を示す図である。図3(A)は斜視分解図であり、図3(B)は(A)のB−B矢視断面に対応する分解図である。なお、図3(A)、(B)に示すように、直交座標系であるXYZ座標系を定義する。また、実施の形態1のタッチパネル100と同様の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
タッチパネル10は、9層構造であり、第1電極板110、スペーサ120、第2電極板130A、OCA層140A、第3電極板170、OCA層140B、第4電極板180、OCA層140C、及びカバーフィルム150を含む。比較例のタッチパネル10は、実施の形態1のタッチパネル100と同様に、抵抗膜式のタッチパネルと静電容量方式のタッチパネルとを含む。
第1電極板110、スペーサ120、及びカバーフィルム150は、実施の形態1の第1電極板110、スペーサ120、及びカバーフィルム150と同様である。
第2電極板130Aは、基板131と電極層132を有する。基板131と電極層132は、実施の形態1の基板131と電極層132と同様である。第2電極板130Aは、実施の形態1の第2電極板130から電極層132を取り除いたものである。
OCA層140A、140B、140Cは、実施の形態1のOCA層140と同様である。
第3電極板170は、基板171及び電極層172を含む。第3電極板170は、OCA層140Aによって第2電極板130Aと接合されるとともに、OCA層140Bによって第4電極板180と接合される。
基板171は、基板131と同様に、透明なガラス又は樹脂フィルムであり、Z軸正方向側の面に電極層172が形成される。
電極層172は、実施の形態1の電極層133Yと同様である。電極層172は、電極層133Yと同様に、Y軸方向に形成されている。電極層172は、電極層182と静電容量方式のタッチパネルを構築する。
第4電極板180は、基板181及び電極層182を含む。基板181は、基板131と同様に、透明なガラス又は樹脂フィルムであり、Z軸正方向側の面に電極層182が形成される。
電極層182は、実施の形態1の電極層133Xと同様である。電極層182は、電極層133Xと同様に、X軸方向に形成されている。電極層182は、電極層172と静電容量方式のタッチパネルを構築する。
このように、比較例のタッチパネル10は、静電容量方式のタッチパネルのY軸方向に形成される電極層172が第2電極板130Aから独立して第3電極板170に含まれている。
また、静電容量方式のタッチパネルのY軸方向に形成される電極層172と、静電容量方式のタッチパネルのX軸方向に形成される電極層182とが別々の基板(171、181)に形成されている。
また、このような構成により、3つのOCA層140A、140B、140Cが必要になる。
このため、比較例のタッチパネル10は、9層構造になり、5層構造で実現できる実施の形態1のタッチパネル100に比べて、4層も多い構造を有することになる。
以上より、実施の形態1のタッチパネル100は、所謂マルチタッチが可能で、全体の厚さを薄くすることができる。これは、比較例のタッチパネル10に比べると、基板131のZ軸正方向側の面に電極層133を形成したことと、1層のOCA層140で済むことによって、5層構造を実現したことによって得られる効果である。
また、実施の形態1のタッチパネル100は、比較例のタッチパネル10に比べて、OCA層(140B、140C)が2層少なく、基板(171、181)が2枚少ないことにより、軽量化を図ることもできる。
このようにタッチパネル100の薄型化(及び軽量化)を図れることは、例えば、スマートフォン端末機、又は、タブレット式の情報端末機等に用いる際に、非常に有効的である。
静電容量方式のタッチパネルは、パネル表面に導電性物質(人体の指)が触れることで人体にも微弱電流が流れることで入力を認識する入力デバイスであり、機械的な変形、電気的接触・開離の伴う抵抗膜方式タッチパネルよりも軽いタッチで入力できるなどの特長を有する。
また、実施の形態1の静電容量方式のタッチパネルの電極層133のように投影型(X軸方向の複数ラインの電極部133Xと、Y軸方向の複数ラインの電極部133Yのように電極がパターニングされていて、ライン間で信号の授受を行って座標検出する方式)の場合、複数の入力を検出可能であることも特長である。しかし、入力手段が、絶縁物(手袋をした指やプラスチックペンなど)では、検出することが出来ず、導電性材料のペンでもペン先がある程度の面積(φ5mm以上)でないと、入力が困難になる。
一方、抵抗膜方式のタッチパネルは、空間を隔てて対向する上部電極と下部電極で構成され、指やペンなど、外部から機械的な力で押圧され、上部電極と下部電極が電気的接触することで、入力が検出される入力デバイスである。こちらは、入力手段としては、導電性や面積は問わず、上記電気的接触が得られればよいことになるので、特にペン入力が容易になる一方、ある程度の力(0.5N以上)が必要となる。
このように、静電容量方式のタッチパネルと、抵抗膜方式のタッチパネルは、それぞれ、単独では、解決しきれない点がある。
このため、静電容量方式のタッチパネルと抵抗膜方式のタッチパネルを重ねたハイブリッド方式タッチパネルが考えられている。これは、通常の操作等の入力は主に静電容量方式のタッチパネルを用い、ペン入力や手袋入力、確実な決定事項などには、抵抗膜方式のタッチパネルを用いるという両方の利点を生かせるものである。
しかしながら、ハイブリッド方式タッチパネルは、2つのタッチパネルを重ねる構成のため、厚みが大きくなってしまうという問題がある。図3に示した比較例のタッチパネル10では、9層構造になる。
これに対して、実施の形態1によれば、5層構造で、抵抗膜式のタッチパネルと静電容量方式のタッチパネルとを含み、所謂マルチタッチが可能で、全体の厚さを薄くしたタッチパネル100を提供することができる。
<実施の形態2>
図4は、実施の形態2のタッチパネル200を示す図である。図4(A)は斜視分解図であり、図4(B)は(A)のC−C矢視断面に対応する分解図である。なお、図4(A)、(B)に示すように、直交座標系であるXYZ座標系を定義する。また、実施の形態1のタッチパネル100又は比較例のタッチパネル10と同様の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
タッチパネル200は、7層構造であり、第1電極板110、スペーサ120、第2電極板130A、OCA層140A、第3電極板270、OCA層240、及びカバーフィルム150を含む。実施の形態2のタッチパネル200は、実施の形態1のタッチパネル100と同様に、抵抗膜式のタッチパネルと静電容量方式のタッチパネルとを含む。
第1電極板110、スペーサ120、及びカバーフィルム150は、実施の形態1の第1電極板110、スペーサ120、及びカバーフィルム150と同様である。
第2電極板130Aは、比較例の第2電極板130Aと同様である。
OCA層140Aは、比較例のOCA層140Aと同様であり、すなわち、実施の形態1のOCA層140と同様である。
第3電極板270は、基板171及び電極層133を含む。基板171は第3基板の一例であり、電極層133は第3電極層の一例である。
第3電極板270は、OCA層140Aによって第2電極板130Aと接合されるとともに、OCA層240によってカバーフィルム150と接合される。OCA層240は、比較例のOCA層140Aと同様であり、すなわち、実施の形態1のOCA層140と同様である。
基板171は、基板131と同様に、透明なガラス又は樹脂フィルムであり、Z軸正方向側の面に電極層133が形成される。
電極層133は、実施の形態1の電極層133と同様であり、電極部133X、133Yを有し、静電容量方式のタッチパネルを構築する。
このように、実施の形態2のタッチパネル200は、実施の形態1のタッチパネル100に比べて、静電容量方式のタッチパネルを構築する電極層133が第2電極板130Aから独立して第3電極板270に含まれている。
このため、実施の形態2のタッチパネル200は、実施の形態1のタッチパネル100よりも2層多い7層構造になるが、比較例のタッチパネル10に比べると、2層少ない構成である。
以上より、実施の形態2のタッチパネル200は、所謂マルチタッチが可能で、全体の厚さを薄くすることができる。
また、実施の形態2のタッチパネル200は、比較例のタッチパネル10に比べて、OCA層(140C)が1層少なく、基板(181)が1枚少ないことにより、軽量化を図ることもできる。
このようにタッチパネル200の薄型化(及び軽量化)を図れることは、例えば、スマートフォン端末機、又は、タブレット式の情報端末機等に用いる際に、非常に有効的である。
以上、本発明の例示的な実施の形態のタッチパネルについて説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
100、200 タッチパネル
110 第1電極板
120 スペーサ
130、130A 第2電極板
140、140A、240 OCA層
150 カバーフィルム
112 電極層
132 電極層
133 電極層
133X、133Y 電極部
133X1、133Y1 接続部
134 絶縁膜
270 第3電極板

Claims (3)

  1. 第1基板と、前記第1基板の一方の面に形成される第1電極層とを有する第1電極板と、
    前記第1電極層に対向して配置される第2基板と、前記第2基板の前記第1電極層に対向する一方の面に形成される第2電極層と、前記第2基板の他方の面に形成され、二軸方向に配列される第1電極部及び第2電極部を備える第3電極層とを有する第2電極板と、
    前記第2基板の前記他方の面に形成される前記第3電極層を覆う被覆板と
    を含み、
    前記第1電極層と前記第2電極層は抵抗膜方式のタッチパネルを構築し、前記第3電極層の前記第1電極部及び前記第2電極部は静電容量方式のタッチパネルを構築する、タッチパネル。
  2. 第1基板と、前記第1基板の一方の面に形成される第1電極層とを有する第1電極板と、
    前記第1電極層に対向して配置される第2基板と、前記第2基板の前記第1電極層に対向する一方の面に形成される第2電極層とを有する第2電極板と、
    前記第2電極板の前記第2基板の他方の面に対向して配置される第3基板と、前記第3基板の前記第2基板の他方の面に対向する一方の面とは反対の他方の面に形成され、二軸方向に配列される第1電極部及び第2電極部を備える第3電極層とを有する第3電極板と、
    前記第3基板の前記他方の面に形成される前記第3電極層を覆う被覆板と
    を含み、
    前記第1電極層と前記第2電極層は抵抗膜方式のタッチパネルを構築し、前記第3電極層の前記第1電極部及び前記第2電極部は静電容量方式のタッチパネルを構築する、タッチパネル。
  3. 前記第3電極層の前記第1電極部及び前記第2電極部は、各々が平面視で菱形状になるように、メッシュ状に分割されており、
    前記第3電極層は、
    第1軸方向において近接する第1電極部同士を接続する第1接続部と、
    前記第1軸とは直交する第2軸方向において近接する第2電極部同士を接続するとともに、前記第1接続部とは絶縁される、第2接続部と
    をさらに有する、請求項1又は2記載のタッチパネル。
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