JP2015056025A - Cover material for touch panel, and touch panel using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、タッチパネル用カバー材、及びそのカバー材を用いたタッチパネルに関し、例えば、ガラスあるいはポリエチレンテレフタラート(PET)製のタッチパネル用カバー材、及びそのカバー材を用いたタッチパネルに関する。 The present invention relates to a touch panel cover material and a touch panel using the cover material, for example, a touch panel cover material made of glass or polyethylene terephthalate (PET), and a touch panel using the cover material.
近年、急速に普及しているスマートフォンやタブレットPC等の携帯型情報端末においては、マルチタッチ操作の可能な投影型の静電容量方式のタッチパネルが多く用いられている。
この投影型の静電容量方式のタッチパネルの構造について図7(分解図)を用いて簡単に説明する。図7に示す静電容量方式のタッチパネル50は、例えば透明な絶縁フィルム53の裏側に、Y方向の座標検出を行うための複数の電極を有する酸化インジウム・スズ膜(以下、ITO膜と称する)51が形成され、表側にX方向の座標検出を行うための複数の電極を有するITO膜52が形成される。
In recent years, in portable information terminals such as smartphones and tablet PCs that are rapidly spreading, a projection capacitive touch panel capable of multi-touch operation is often used.
The structure of the projected capacitive touch panel will be briefly described with reference to FIG. 7 (exploded view). The
前記ITO膜51は、X方向に連結されて相互に電気的に接続された複数の菱形の電極パッド54(センサ電極)がY方向に複数行設けられており、前記ITO膜52は、Y方向に連結されて相互に電気的に接続された複数の菱形の電極パッド55(センサ電極)がX方向に複数列設けられている。各電極パッド54,55は、スタイラスペン(指やスタイラスペンなど)の接触位置を検出可能な静電容量(約1pF)の変化を発生させるに十分な面積を有しており、例えばその対角線の幅が5mm程度に形成されている。
前記ITO膜51,52が形成された絶縁フィルム53を平面視すると、図8のように各電極パッド54,55が所定の隙間を空けて面方向に配置された2次元格子状の構造をなしている。
The ITO
When the
このタッチパネル50の上面に配置されたガラスやポリエチレンテレフタラート(PET)にて作製されたカバー材(図示せず)を介して、例えば指先を接触させると、X方向に連結された電極パッド54のうち、接触位置の電極パッド54の静電容量が所定値以上に変化する。これによりY方向の座標位置が検出される。
また、Y方向に連結された電極パッド55のうち、接触位置の電極パッド55の静電容量が所定値以上に変化する。これによりX方向の座標位置が検出される。
For example, when a fingertip is brought into contact with a cover material (not shown) made of glass or polyethylene terephthalate (PET) disposed on the upper surface of the
In addition, among the
ところで、前記静電容量方式のタッチパネル50は、前記のように指やスタイラスペンによる接触箇所に所定以上の静電容量(約1pF)の変化を発生させなければ、その位置を検出することができない。
このため従来から、静電容量方式のタッチパネルに対する入力操作は、電極パッド54,55の面積よりも大きい接触面積で接触可能な導電性のスタイラスペン、或いは指先などにより行い、位置検出に必要な静電容量の変化を発生させるようにしている(接触面積が小さいと、位置検出に必要な静電容量の変化が生じない)。
尚、投影型静電容量方式のタッチパネルについての先行技術は、例えば特許文献1に記載されている。
By the way, the capacitance
For this reason, conventionally, an input operation to the capacitive touch panel is performed with a conductive stylus pen or a fingertip that can be contacted with a contact area larger than the area of the
For example,
しかしながら、前記導電性のスタイラスペンにより静電容量方式のタッチパネルに入力する場合には、前記のようにペン先が太いもの(例えば、直径5mm(接触面積が約19.6mm2)以上)に限られるために、操作性や操作時の視認性、使用感が損なわれるという課題があった。
前記課題を解決するには、単純にタッチパネルのセンサ電極をより細分化し、各センサ電極において検出可能な静電容量の変化量を小さくすることが考えられるが、その場合、より微弱な電流変化を検出しなければならず、誤検出が生じる虞が大きくなるという課題があった。
更に、センサ電極を細分化すると、電極本数が増加するため、タッチ位置を求めるための演算量が大幅に増大する。そのため、演算を行う制御部の処理能力が不足した場合には、タッチ操作に対しタッチ位置検出が追従できず、表示などに遅延が生じて、使い勝手が低下するという課題があった。また、タッチ操作に対しタッチ位置検出が追従できるように制御部の処理能力を向上させた場合には、消費電力の増大や、コストがより嵩むという課題があった。
However, when inputting to the capacitive touch panel with the conductive stylus pen, the pen tip is thick (for example, 5 mm in diameter (contact area is about 19.6 mm 2 ) or more) as described above. Therefore, there is a problem that operability, visibility during operation, and usability are impaired.
In order to solve the above-mentioned problem, it is conceivable to simply subdivide the sensor electrodes of the touch panel and reduce the amount of change in capacitance that can be detected in each sensor electrode. There has been a problem that detection has to be performed and there is a greater risk of erroneous detection.
Further, when the sensor electrodes are subdivided, the number of electrodes increases, so that the amount of calculation for obtaining the touch position greatly increases. Therefore, when the processing capability of the control unit that performs the calculation is insufficient, there is a problem that the touch position detection cannot follow the touch operation, the display is delayed, and the usability is reduced. In addition, when the processing capability of the control unit is improved so that the touch position detection can follow the touch operation, there are problems that the power consumption increases and the cost increases.
本発明は、前記した課題の解決に際し、カバー材の改良について鋭意研究し、スタイラスペンの接触面積が従来の場合よりも小さな接触面積であっても、接触位置を検出可能とするタッチパネル用カバー材を想到し本発明を完成するに至った。
したがって、本発明の目的は、スタイラスペンの接触面積が従来の場合よりも小さな接触面積であっても、接触位置を検出可能とするタッチパネル用カバー材、及びそのカバー材を用いたタッチパネルを提供することにある。
The present invention has been intensively studied on improving the cover material in solving the above-described problems, and can detect the touch position even if the contact area of the stylus pen is smaller than the conventional contact area. As a result, the present invention has been completed.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a touch panel cover material capable of detecting the contact position even when the contact area of the stylus pen is smaller than the conventional contact area, and a touch panel using the cover material. There is.
前記した課題を解決するために、本発明に係るタッチパネル用カバー材は、センサ電極が配置された静電容量方式のタッチパネルと導電性のスタイラスペンとの間に介在するタッチパネル用カバー材において、前記カバー材の基体表面に、105.4〜107.1Ω/sqの範囲内で設定された所定の表面抵抗率を有する透明導電性薄膜層を少なくとも含む抵抗層を有し、前記スタイラスペンが接触した際、その接触位置を含む所定領域と前記センサ電極との間に、単位面積あたり0.45〜5.29pF/mm2の静電容量の変化が発生することを特徴としている。 In order to solve the above-described problems, a touch panel cover material according to the present invention is a touch panel cover material interposed between a capacitive touch panel in which sensor electrodes are arranged and a conductive stylus pen. When a cover layer has a resistance layer including at least a transparent conductive thin film layer having a predetermined surface resistivity set in a range of 10 5.4 to 10 7.1 Ω / sq on the substrate surface, and the stylus pen contacts A change in capacitance of 0.45 to 5.29 pF / mm 2 per unit area occurs between the predetermined area including the contact position and the sensor electrode.
本発明に係るタッチパネル用カバー材によれば、カバー材の基体表面に、105.4〜107.1Ω/sqの範囲内で設定された所定の表面抵抗率を有する透明導電性薄膜層を少なくとも含む抵抗層を有し、接触位置を含む所定領域と前記センサ電極との間に、単位面積あたり0.45〜5.29pF/mm2の静電容量の変化が発生するため、スタイラスペンの接触面積が、タッチパネルを構成するセンサ電極の面積よりも小さくても、擬似的に面積の拡大を図ることができ、人の指と等価な接触状態とすることができる。
即ち、スタイラスペンの接触面積が小さくても、カバー材表面に接触したスタイラスペンとセンサ電極との間に、所定範囲内の静電容量の変化を生じさせることができ、スタイラスペンの接触位置を検出することができる。
このため、例えば、ペン先が細いスタイラスペンによるタッチパネルの操作が可能となり、操作性や操作時の視認性、及び使用感を向上させることができる。また、タッチパネルの構成は、従来の構成を採用することができるため、製造にかかるコストの増加を抑制することができる。
According to the cover material for a touch panel according to the present invention, the resistance including at least a transparent conductive thin film layer having a predetermined surface resistivity set in a range of 10 5.4 to 10 7.1 Ω / sq on the substrate surface of the cover material. Since the capacitance change of 0.45 to 5.29 pF / mm 2 per unit area occurs between the sensor electrode and the predetermined region including the contact position and the sensor electrode, the contact area of the stylus pen Even if it is smaller than the area of the sensor electrode constituting the touch panel, the area can be increased in a pseudo manner, and a contact state equivalent to a human finger can be obtained.
That is, even if the contact area of the stylus pen is small, it is possible to cause a capacitance change within a predetermined range between the stylus pen in contact with the cover material surface and the sensor electrode, and to change the contact position of the stylus pen. Can be detected.
For this reason, for example, the touch panel can be operated with a stylus pen having a thin pen tip, and operability, visibility during operation, and usability can be improved. Moreover, since the structure of a touch panel can employ | adopt the conventional structure, the increase in the cost concerning manufacture can be suppressed.
ここで、表面抵抗率が107.1Ω/sqを超える透明導電性薄膜層の場合には、タッチパネル上の接触位置から検出に必要な面積(例えば指の場合:約φ10mm)内を電気的に接続するには時定数が大きくなり、タッチパネルの検出時間内では擬似的に十分な面積の拡大を図ることができない。一方、表面抵抗率が105.4Ω/sq未満の透明導電性薄膜層の場合には、タッチパネルの検出時間内において検出に必要な面積以上の範囲が電気的に接続され、擬似的な面積の拡大が大きくなりすぎるため、好ましくない。
また、単位面積当たりの静電容量が0.45pF/mm2未満の場合には、静電容量変化が小さく、スタイラスペンとの接触面積を大きくしなければ、タッチパネルは反応せず、一方静電容量が5.29pF/mm2を超える場合には、単位面積当たりの静電容量が大きくなりすぎることで時定数が増大し、タッチパネルの検出時に行う充放電が十分に行えず、好ましくない。
Here, in the case of a transparent conductive thin film layer having a surface resistivity exceeding 10 7.1 Ω / sq, the area required for detection is electrically connected from the contact position on the touch panel (for example, a finger: about φ10 mm). Therefore, the time constant becomes large, and it is impossible to increase the area sufficiently in a pseudo manner within the detection time of the touch panel. On the other hand, in the case of a transparent conductive thin film layer having a surface resistivity of less than 10 5.4 Ω / sq, a range larger than the area necessary for detection is electrically connected within the detection time of the touch panel, and the pseudo area is expanded. Is excessively large, which is not preferable.
In addition, when the capacitance per unit area is less than 0.45 pF / mm 2 , the change in capacitance is small and the touch panel does not react unless the contact area with the stylus pen is increased. When the capacitance exceeds 5.29 pF / mm 2 , the capacitance per unit area becomes too large, the time constant increases, and charging / discharging performed at the time of detection of the touch panel cannot be performed sufficiently, which is not preferable.
尚、本発明に係るタッチパネル用カバー材は、カバー材表面に透明導電性薄膜層が形成されているが、カバー材裏面側に透明導電性薄膜層が形成される場合、タッチパネルの新規設計が必要になることはもちろん、透明導電性薄膜層とスタイラスペンとの間に厚みのあるカバー材が介することで、ペン先の細いタッチペンで操作する場合に、所定の静電容量変化を発生させることができず、擬似的な面積の拡大効果が得られない。
このため、透明導電性薄膜層はカバー材表面側に構成することで、タッチパネルセンサ電極と指示体との間を所定の静電容量で電気的に接続することが可能となり、ペン先の細いタッチペンでも操作することが可能となる。
The cover material for a touch panel according to the present invention has a transparent conductive thin film layer formed on the surface of the cover material. However, if a transparent conductive thin film layer is formed on the back side of the cover material, a new design of the touch panel is required. As a matter of course, a thick cover material is interposed between the transparent conductive thin film layer and the stylus pen, which can cause a predetermined capacitance change when operating with a touch pen with a thin pen tip. This is not possible, and the effect of expanding the pseudo area cannot be obtained.
For this reason, by forming the transparent conductive thin film layer on the cover material surface side, it becomes possible to electrically connect the touch panel sensor electrode and the indicator with a predetermined capacitance, and the touch pen with a thin nib. But it becomes possible to operate.
また、前記カバー材の基体は、ガラスあるいはポリエチレンテレフタラートからなることが望ましい。
また、前記ガラスの厚さが0.26mm以上1mm以下であることが望ましい。
前記ガラスの厚さが1mmを超えると、蓄えられる静電容量が小さくなり、カバー材表面に接触したペン先とセンサ電極との間に生じる静電容量の変化が小さく、スタイラスペンの接触位置を検出することができない、あるいはスタイラスペンの径を大きくしなければ、タッチパネルが反応しないという弊害がある。
一方、前記ガラスの厚さが0.26mm未満の場合には、蓄えられる静電容量が大きくなるため、充放電に関わる時定数が大きくなり、小径のスタイラスペンではタッチパネルの検出時間内で十分に充放電が行えず、タッチパネルが反応しないという弊害がある。また、前記ガラスの厚さが0.26mm未満の場合には、機械的強度が弱く、破損する虞がある。
Moreover, it is desirable that the base of the cover material is made of glass or polyethylene terephthalate.
Moreover, it is desirable that the glass has a thickness of 0.26 mm to 1 mm.
When the thickness of the glass exceeds 1 mm, the stored electrostatic capacity is reduced, the change in the electrostatic capacity generated between the pen tip that contacts the cover material surface and the sensor electrode is small, and the contact position of the stylus pen is determined. If the diameter of the stylus pen cannot be detected or the stylus pen is not enlarged, the touch panel does not react.
On the other hand, when the glass thickness is less than 0.26 mm, the stored electrostatic capacity increases, so the time constant related to charging / discharging increases, and a small-diameter stylus pen is sufficient within the detection time of the touch panel. There is an adverse effect that charging / discharging cannot be performed and the touch panel does not react. Moreover, when the thickness of the said glass is less than 0.26 mm, mechanical strength is weak and there exists a possibility of damaging.
また、前記抵抗層には、透明導電性薄膜層の上に設けられた透明性を有する保護層を含むことが望ましい。保護層を設けることにより、カバー材の耐久性を向上させることができる。 The resistance layer preferably includes a transparent protective layer provided on the transparent conductive thin film layer. By providing the protective layer, the durability of the cover material can be improved.
また、本発明にかかるタッチパネルは、前記タッチパネル用カバー材を用いたタッチパネルであって、前記タッチパネル用カバー材と、前記タッチパネル用カバー材の下方に設けられた、格子状に配置されたセンサ電極とを備えることが望ましい。
このタッチパネルによれば、スタイラスペンであるスタイラスペンのペン先の接触面積が、タッチパネルを構成するセンサ電極の面積(例えば約12.5mm2)よりも小さくても、人の指と等価な接触状態とすることができる。即ち、スタイラスペンのペン先の接触面積が小さくても、カバー材表面に接触したペン先とセンサ電極との間に、所定範囲内の静電容量の変化を生じさせることができ、スタイラスペンの接触位置を検出することができる。
このため、ペン先が細いスタイラスペンによるタッチパネルの操作が可能となり、操作性や操作時の視認性、及び使用感を向上させることができる。また、タッチパネルの構成は、従来の構成を採用することができるため、製造にかかるコストの増加を抑制することができる。
尚、前記ペン先のタッチパネル用カバー材上への接触面積は、7.1mm2以下(スタイラスペンのペン先の直径が3mm以下)であることが望ましい。
Further, the touch panel according to the present invention is a touch panel using the touch panel cover material, and the touch panel cover material and sensor electrodes arranged in a lattice shape provided below the touch panel cover material; It is desirable to provide.
According to this touch panel, even when the contact area of the stylus pen, which is a stylus pen, is smaller than the area of the sensor electrode constituting the touch panel (for example, about 12.5 mm 2 ), the contact state is equivalent to a human finger. It can be. In other words, even if the contact area of the stylus pen tip is small, a change in capacitance within a predetermined range can be caused between the pen tip that contacts the cover material surface and the sensor electrode. The contact position can be detected.
For this reason, the touch panel can be operated with a stylus pen having a thin pen tip, and operability, visibility during operation, and usability can be improved. Moreover, since the structure of a touch panel can employ | adopt the conventional structure, the increase in the cost concerning manufacture can be suppressed.
The contact area of the nib on the touch panel cover material is preferably 7.1 mm 2 or less (the diameter of the stylus pen nib is 3 mm or less).
本発明によれば、スタイラスペンの接触面積が従来の場合よりも小さな接触面積であっても、接触位置を検出可能とするタッチパネル用カバー材、及びそのカバー材を用いたタッチパネルを得ることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even if the contact area of a stylus pen is a contact area smaller than the conventional case, the touch panel cover material which can detect a contact position, and the touch panel using the cover material can be obtained. .
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。図1は、本発明に係るカバー材が設けられたタッチパネル装置の断面図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of a touch panel device provided with a cover material according to the present invention.
図1のタッチパネル装置1は、液晶表示装置であるLCDユニット2の上にタッチパネル3が設けられ、その上には、誘電体であるカバー材4が設けられている。このカバー材4には抵抗層5が設けられている。
In the
前記タッチパネル3は、例えば従来の図7に示した構成と同様に、透明な絶縁フィルム10(図7の絶縁フィルム53に相当)の表裏面に、ITO膜からなるセンサ電極が形成されている。具体的には、絶縁フィルム10の表側に複数の電極パッド11(図7の電極パッド55に相当)が形成され、裏側に複数の電極パッド12(図7の電極パッド54に相当)が形成されている。
各電極パッド11,12は、従来の図7,図8の構成と同様に菱形状に形成され、それにより、(図8の構成と同様に)2次元格子状のセンサ電極を構成している。また、各電極パッド11,12の対角線の幅は例えば5mmに形成され、所定の静電容量(例えば約1pF)の変化により、その電極パッド11,12におけるスタイラスペン(指や導電性のスタイラスペンなど)の接触が検出可能となされている。
The
Each of the
また、前記抵抗層5は、カバー材4上に形成された透明導電性薄膜層6と、透明導電性薄膜層6上に形成された保護層7とを有し、この透明導電性薄膜層6の表面抵抗率は105.4〜107.1Ω/sqの範囲内で設定されている。
The
前記透明導電性薄膜層6は、ガラスあるいはポリエチレンテレフタラートからなるカバー基体4の上面に対し、スパッタリング法などにより例えばITO膜が成膜されて形成される、或いは透明導電性樹脂が塗布等により成膜されて、所定の厚さ(例えば厚さ0.1μm〜1μm)に形成される。
このような表面抵抗の透明導電性薄膜層6は、例えば、低抵抗な導電性を有するITO膜やポリチオフェンに代表される導電性ポリマーの膜厚を薄くし抵抗率を増大させる方法、或いは導電性高分子のPEDOT(ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン))とポリアニオンのPSS(ポリスチレンスルホン酸塩)の混合物からなるPEDOT−PSS水溶液に代表される導電性高分子の低導電性グレードをカバー基体4上へ均一に成膜することなどにより得ることができる。
The transparent conductive
Such a surface conductive transparent conductive
また、前記保護層7は、所定厚さ(例えば厚さ数μm〜数十μm)に形成され、耐擦傷性の高い透明な樹脂により形成されている。
具体的には、前記保護層7は、一般的に市販されているハードコート剤、例えば、商品名:Acier−PMMA(株式会社ニデック製)や、商品名:紫光UV7600B(日本合成化学工業株式会社製)などに、高導電性材料の、例えば商品名:ORMECON(日産化学工業株式会社製)などを10%程度分散させ、スピンコーターあるいはバーコーターを用い、前記透明導電性薄膜層6上に均一に塗布した後、UV光で硬化させることにより得ることができる。
The
Specifically, the
また、予め導電性をもつハードコート剤、例えば、商品名:導電コートUV(中京油脂株式会社製)、あるいは商品名:導電ハードコートインキ(レジノカラー工業株式会社製)などを用い、規定の抵抗率にハードコート剤を調整して、前記カバー基体4の上面に塗布しても良い。
このようにしてカバー基体4の表面に形成した層は、透明導電性薄膜層6と保護層7の機能を併せ持つため、保護層7を形成する工程が無くなり、また、厚さが減少するため、透明性を確保するためには有利である。
In addition, using a hard coat agent having conductivity in advance, for example, trade name: conductive coat UV (manufactured by Chukyo Yushi Co., Ltd.) or trade name: conductive hard coat ink (manufactured by Resino Color Industry Co., Ltd.), etc., the specified resistivity Alternatively, a hard coat agent may be prepared and applied to the upper surface of the
Since the layer formed on the surface of the
また、透明導電性薄膜層6の表面抵抗率は、105.4〜107.1Ω/sqの範囲内において、カバー基体4、透明導電性薄膜層6、保護層7の厚さ、各比誘電率に応じて、スタイラスペンが接触した際に生じる単位面積あたりの静電容量の変化が、0.45pF/mm2以上5.29pF/mm2以下となるように設定されている。
Further, the surface resistivity of the transparent conductive
次に、前記抵抗層5を前記カバー基体4上に設けることによって、導電性を有するスタイラスペンを前記抵抗層5へ接触させた際、実際の接触面積が擬似的に拡大する効果を得ることができる原理について説明する。尚、保護層が設けられていない場合について説明する。
図2に示すように、一様な所定の表面抵抗率を有する透明導電性薄膜層21と、前記透明導電性薄膜層21が表面に形成されるカバー基体22とからなるカバー材20を用意し、前記カバー材20下面に、このカバー材20よりも広い面積の電極23を配置し、前記透明導電性薄膜層21上に前記カバー材20よりも小さい面積の導電性スタイラスペンの先端(電極24)を接触させる。
Next, by providing the
As shown in FIG. 2, a
このとき、電極23,24に挟まれた前記カバー材20にあっては、図3に示すような等価回路に置き換えることができる。即ち、カバー材20には、抵抗R(R1、R2、R3、・・・、Rn、Rn+1、・・・)と静電容量C(C1、C2、C3、・・・、Cn、Cn+1、・・・)とで構成される微小な積分回路が分布している(nは正の整数値)。
ここで、積分回路の時定数τは、次式(1)で表され、Cnのnが増えるほど(面積が拡がるほど)、直列接続される抵抗の合成値が大きくなってCnの時定数τは大きくなる。
At this time, the
Here, the time constant τ of the integration circuit is expressed by the following equation (1). As the n of Cn increases (the area increases), the combined value of the resistors connected in series increases and the time constant τ of Cn increases. Becomes bigger.
(数1)
τ=R×C ・・・(1)
時定数τが大きくなりすぎると、Cnにおいては短時間では電荷を殆ど蓄えることができない。そのため、C1〜Cn−1までが、静電容量の蓄積された範囲と見なされる。
(Equation 1)
τ = R × C (1)
If the time constant τ becomes too large, Cn can hardly store charges in a short time. Therefore, C1 to Cn-1 are regarded as a range in which capacitance is accumulated.
このような積分回路にあっては、透明導電性薄膜層21の表面抵抗率Rを小さくすれば、前記式(1)から、時定数τは小さくなる。そのため、静電容量の蓄積可能な境界にあった前記CnをCn+1、Cn+2、・・・と増やすことができ、擬似的な面積を拡大することが可能となる。
一方、静電容量Cを小さくすれば、前記式(1)から、時定数τは小さくなる。そのため、静電容量の蓄積可能な境界にあった前記CnをCn+1、Cn+2、・・・と増やすことができ、擬似的な面積を拡大することが可能となる。
In such an integration circuit, if the surface resistivity R of the transparent conductive
On the other hand, if the capacitance C is reduced, the time constant τ is reduced from the equation (1). Therefore, the Cn at the boundary where the electrostatic capacity can be accumulated can be increased to Cn + 1, Cn + 2,..., And the pseudo area can be expanded.
一般に、静電容量Cは、次式(2)により定義することができるため、前記時定数τは、前記カバー基体22の比誘電率、厚さ寸法によっても影響を受ける。
In general, the capacitance C can be defined by the following equation (2), so that the time constant τ is also affected by the relative dielectric constant and thickness dimension of the
(数2)
C=εr・ε0×S/d ・・・(2)
εr:比誘電率
ε0:真空の誘電率
d:誘電体の厚さ
S:電極面積
(Equation 2)
C = εr · ε0 × S / d (2)
εr: relative dielectric constant ε0: vacuum dielectric constant d: dielectric thickness S: electrode area
このように、静電容量Cは、比誘電率εrや誘電体の厚さdによっても変化する。そのため、擬似的な面積を拡大に機能する表面抵抗率(抵抗R)を規定する際には、その表面抵抗率(抵抗R)の範囲において、タッチパネルが反応可能な単位面積あたりの静電容量の範囲を同時に規定することが望ましい。 Thus, the capacitance C also changes depending on the relative dielectric constant εr and the thickness d of the dielectric. Therefore, when the surface resistivity (resistance R) that functions to enlarge the pseudo area is specified, the capacitance per unit area that the touch panel can react within the range of the surface resistivity (resistance R). It is desirable to define the range at the same time.
具体的な表面抵抗率と単位面積あたりの静電容量の範囲は、図6に示す測定装置を用いて実測値により決定される。尚、図6に示す構成においては、既に図2を用いて説明した構成と同様の構成を含むため、対応する部材については同じ符号で示す。
この表面抵抗率と静電容量の範囲を決定するには、まず図2に示すように、80mm×80mmの方形状のカバー基体22の表面に、抵抗層(透明導電性薄膜層21)を形成した、カバー材20を用意する。
このカバー材20を、図6に示すように、100mm×100mmの方形状のアルミ製の電極23上に配置し、更にその上に直径8.0mm(接触面積が50.24mm2)の円柱状の銅製の電極24を配置する。この直径8.0mmの円の面積は、人体の指がタッチパネルに接触する際の面積と略等しい。
A specific range of the surface resistivity and the capacitance per unit area is determined by an actual measurement value using the measuring apparatus shown in FIG. In addition, since the structure shown in FIG. 6 includes the same structure as that already described with reference to FIG. 2, the corresponding members are denoted by the same reference numerals.
In order to determine the range of the surface resistivity and capacitance, first, as shown in FIG. 2, a resistance layer (transparent conductive thin film layer 21) is formed on the surface of a
As shown in FIG. 6, this
そして、図6の測定装置における実測においては、前記電極23,24には測定機としてLCRメータ25(Agilent社製 U1731)を接続し、透明導電性薄膜層21の表面抵抗率を複数の条件として設定し、1kHzの測定周波数でカバー材20に生じた静電容量を測定する。その測定された静電容量を電極24の接触面積50.24mm2で割り、単位面積あたりの静電容量を求める。
その後、前記カバー材20にスタイラスペンを接触させ、タッチパネルが反応するか確認する。
これにより、所定の直径を有するスタイラスペンが接触した際、タッチパネルが反応する、カバー材の表面抵抗率と単位面積あたりの静電容量の範囲を求めることができる。
In the actual measurement in the measuring apparatus of FIG. 6, an LCR meter 25 (U1731 manufactured by Agilent) is connected to the
Thereafter, a stylus pen is brought into contact with the
Thereby, when the stylus pen having a predetermined diameter comes into contact, the surface resistivity of the cover material and the capacitance range per unit area to which the touch panel reacts can be obtained.
測定の結果、表面抵抗率が105.4〜107.1Ω/sqの透明導電性薄膜層を備え、単位面積当たりの静電容量が0.45〜5.29pF/mm2である場合には、通常では反応しない、スタイラスペンの直径が3mmの場合であってもタッチパネルが反応し、実際の接触面積が擬似的に拡大する効果を得ることができることが確認された。
このように、カバー材が表面抵抗率が105.4〜107.1Ω/sqの透明導電性薄膜層を備え、単位面積当たりの静電容量が0.45〜5.29pF/mm2である場合には、従来のスタイラスペンのペン先よりも、直径を細径化したスタイラスペンを用いることができ、操作性や操作時の視認性、及び使用感を向上させることができる。
As a result of the measurement, when a transparent conductive thin film layer having a surface resistivity of 10 5.4 to 10 7.1 Ω / sq is provided and the capacitance per unit area is 0.45 to 5.29 pF / mm 2 , It was confirmed that the touch panel reacts even when the diameter of the stylus pen is 3 mm, which does not react, and an effect that the actual contact area is increased in a pseudo manner can be obtained.
As described above, when the cover material includes a transparent conductive thin film layer having a surface resistivity of 10 5.4 to 10 7.1 Ω / sq and a capacitance per unit area is 0.45 to 5.29 pF / mm 2. Can use a stylus pen with a smaller diameter than the pen tip of a conventional stylus pen, and can improve operability, visibility during operation, and usability.
続いて、図4を用いて、図1に示した抵抗層5を有するカバー材と共に用いるスタイラスペンの構成について説明する。尚、図4は、本発明に係るスタイラスペン30の先端部を示す側面図である。
図4に示すスタイラスペン30は、導電性材料(例えば鋼、銅、或いは導電性ゴム、導電性繊維など)により形成されたペン先31と、ペン先31を保持するペン先ホルダー32とを有する。ペン先ホルダー32より後端側には、グリップ部やペン軸本体など(いずれも図示せず)が設けられている。
Next, the configuration of the stylus pen used with the cover material having the
The
前記ペン先ホルダー32、グリップ部及びペン軸本体などは、人体とペン先31とを電気的に結合するように、前記ペン先31と電気的に接続された導電性材料(例えばアルミニウム合金)により形成されている。或いは、前記ペン先ホルダー32、グリップ部及びペン軸本体などの表面に、ペン使用者(人体)の手(指)が必ず接触する例えば金属製の導通部(図示せず)を、前記ペン先31と電気的に接続された状態で設けてもよい。
The
また、前記ペン先31の先端幅寸法d1は、タッチパネル3の電極パッド11,12の対角線の幅(例えば5mm)よりも小さく形成されている。
具体的には、ペン先31の先端幅寸法(直径)d1は、従来のスタイラスペンのペン先よりも細い、直径3mm以下が望ましく、前記ペン先のタッチパネル用カバー材上への接触面積は、7.1mm2以下であることが望ましい。
尚、本発明に係るスタイラスペンにあっては図4に示す形状に限定されるものではない。即ち、少なくとも導電性材料により形成されると共に、先端幅が前記電極パッド11,12の幅よりも小さいペン先を備え、ペン使用者がスタイラスペン30を手に持って使用する際に、使用者の手と前記ペン先とが電気的に結合する構成であればよい。
The tip width dimension d1 of the
Specifically, the tip width dimension (diameter) d1 of the
The stylus pen according to the present invention is not limited to the shape shown in FIG. That is, when the pen user uses the
図5に示すように抵抗層5にスタイラスペン30が接触すると、抵抗層5に含まれる透明導電性薄膜層6は105.4〜107.1Ω/sqの範囲内で設定された表面抵抗率を有しているため、導体であるスタイラスペン30の接触面積が擬似的に拡がり、人の指先が接触した場合と等価の状態となる。
しかも、単位面積当たりの静電容量が少なくとも0.45pF/mm2を有しているため、ペン先のタッチパネル用カバー材上への接触面積が7.1mm2(直径3mm)の場合、静電容量が3.2pFとなり、静電容量(約1pF)の変化を発生させることができ、その位置を検出することができる。
尚、ペン先のタッチパネル用カバー材上への接触面積が2.2mm2(直径1.7mm)の場合、静電容量が1pFとなり、その位置を検出することが検出限界値となる。
したがって、スタイラスペンのペン先は、使いやすさ等を考慮して、直径1.7mm〜3mm程度が好ましい。
As shown in FIG. 5, when the
In addition, since the capacitance per unit area is at least 0.45 pF / mm 2 , the contact area of the pen tip on the touch panel cover material is 7.1 mm 2 (
When the contact area of the pen tip on the touch panel cover material is 2.2 mm 2 (diameter 1.7 mm), the capacitance is 1 pF, and detecting the position is the detection limit value.
Accordingly, the nib of the stylus pen preferably has a diameter of about 1.7 mm to 3 mm in consideration of ease of use.
そして、図5に示すように、スタイラスペン30のペン先31の接触位置を含む所定領域において抵抗層5と電極パッド11との間(誘電体(ガラス)であるカバー基体4)には、前記した単位面積あたり所定の静電容量の変化が生じる。
前記抵抗層5と電極パッド11との間に生じた静電容量は、スタイラスペン30を介して人体に微弱な電流(例えば10μA〜20μA)として流れ、それによりスタイラスペン30のペン先31の接触位置のうち、例えば縦方向の座標位置(図7,図8のY方向の位置)が検出される。
As shown in FIG. 5, in a predetermined region including the contact position of the
The capacitance generated between the
また、前記透明導電性薄膜層6と電極パッド11の場合と同様に、スタイラスペン30のペン先31の接触位置において透明導電性薄膜層6と電極パッド12との間(誘電体(ガラス)であるカバー基体4)にも、単位面積あたり所定の静電容量の変化が生じる。
そして、抵抗層56と電極パッド12との間に生じた静電容量は、スタイラスペン30を介して人体に微弱な電流(例えば10μA〜20μA)として流れ、それによりスタイラスペン30のペン先31の接触位置のうち、例えば横方向の座標位置(図7,図8のX方向の位置)が検出される。
Further, as in the case of the transparent conductive
The electrostatic capacitance generated between the resistance layer 56 and the
以上のように、本発明に係る実施の形態によれば、カバー基体4の表面に表面抵抗率が105.4〜107.1Ω/sqの範囲内で設定された透明導電性薄膜層6を含む抵抗層5が設けられ、単位面積当たりの静電容量が0.45〜5.29pF/mm2であるため、スタイラスペン30の接触面積がタッチパネル3を構成する電極パッド11,12の面積より小さくても、接触面積を擬似的に拡大することができる。
そして、抵抗層5の透明導電性薄膜層6と電極パッド11,12との間には、それぞれ単位面積あたり所定の静電容量の変化が生じるため、人の指と等価な接触状態とすることができる。即ち、スタイラスペン30のペン先31の接触面積が小さくても、抵抗層5の表面に接触したペン先31と電極パッド11,12との間(カバー基体4)に、タッチパネル3の反応に必要な静電容量の変化を生じさせることができ、スタイラスペン30の接触位置を検出することができる。
As described above, according to the embodiment of the present invention, the resistance including the transparent conductive
A predetermined capacitance change per unit area occurs between the transparent conductive
その結果、ペン先31が細いスタイラスペン30によるタッチパネル装置1の操作が可能となり、操作性や操作時の視認性及び使用感を向上させることができる。また、タッチパネル3の構成は、従来の構成を採用することができるため、製造にかかるコストの増加を抑制することができる。
As a result, the
また、前記実施の形態においては、透明導電性薄膜層6は、例えばITO膜などにより形成されるものとして説明したが、それに限らず、透明性及び導電性を有するものであれば、如何なる材料を用いて形成されてもよい。尚、前記実施の形態において記載した透明導電性薄膜層6、保護層7における透明性とは、それがタッチパネル上に配置された際に、表示画像の内容を識別可能な状態のものをいう。
Moreover, in the said embodiment, although the transparent conductive
また、前記実施の形態においては、投影型静電容量方式のタッチパネルを例に説明したが、これに限らず、ペン先の接触による微弱電流の変化を捉えて位置検出を行う静電容量方式のタッチパネルであれば適用することができる。 In the above-described embodiment, the projected capacitive touch panel has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and a capacitive capacitive touch panel that detects a change in weak current due to the contact of the pen tip and detects the position. Any touch panel can be applied.
[実験1]
実験1では、透明導電性薄膜層の表面抵抗率を変化させ、表面抵抗率に対する単位面積あたりの静電容量の値を求めると共に、実際のタッチパネルにおいて反応するか検証した。尚、以下の実施例において用いる抵抗層は、透明導電性薄膜層の上面に形成される保護膜を含まない構成とした。
[Experiment 1]
In
まず、80mm×80mmの方形状のガラスからなるカバー基体22の表面に、一様な所定の表面抵抗率を有する透明導電性薄膜層21を形成した、カバー材20を用意する(図2参照)。
このカバー基体22は、情報端末(タッチパネル)において一般的に用いられている、イオン交換強化法などでガラス表面を強化した化学強化ガラスからなり、厚さ1mm、比誘電率7.2のものを用いた。
First, a
The
このカバー材20を、図6に示すように、100mm×100mmの方形状のアルミ製の電極23上に配置し、更にその上に直径8.0mm(接触面積が約50.3mm2)の円柱状の銅製の電極24を配置する。
尚、この直径8.0mmの円の面積は、人体の指がタッチパネルに接触する際の面積と略等しい。
As shown in FIG. 6, this
Note that the area of the circle having a diameter of 8.0 mm is substantially equal to the area when a human finger contacts the touch panel.
また、実験1においては、前記透明導電性薄膜層21の表面抵抗率が異なるカバー材20を複数枚形成した(試料No.1〜No.13)。具体的には、透明導電性薄膜層21は導電性高分子であるポリチオフェンを主成分とし、厚さ0.5〜1μmとなるように塗布し、導電材料であるポリチオフェンの含有率を変えることで異なる表面抵抗率を持った透明導電性薄膜層21を作製した。そして、異なる表面抵抗率1を持った各カバー材20について図6の測定装置を用いて、電極23,24間に生じた静電容量をそれぞれ測定した。
In
前記電極23、24には測定機としてLCRメータ35(Agilent社製U1733)を接続し、1kHzの測定周波数でカバー材20に生じた静電容量を測定した。
そして、前記静電容量を接触面積50.3mm2で除し、単位面積当たりの静電容量を求めた。その結果を表1に示す。
An LCR meter 35 (Agilent U1733) was connected to the
Then, the capacitance was divided by the contact area of 50.3 mm 2 to obtain the capacitance per unit area. The results are shown in Table 1.
また、異なる表面抵抗率1を持った各カバー材20を、第5世代アイパッド(登録商標)を用い、タッチパネルが反応する検証した。その結果を表1に示す。
In addition, each
この検証に際し、ペン先が導電ゴム(2.5Ω・cm)で形成され、ペン先ホルダー、グリップ部及びペン軸本体は、前記ペン先31と電気的に接続された導電性材料(アルミニウム合金)により形成されたスタイラスペンを用いた。
また、第5世代アイパッド(登録商標)の購入状態(本発明にかかるカバー材が装着されていない状態)にあっては、前記スタイラスペンのペン先の直径が4mmの場合には、タッチパネルは反応したが、直径が3mmの場合には反応しなかった。そのため、前記スタイラスペンのペン先の直径を3mmとした。
その結果を表1に示す。表1中、スタイラスペンの反応の欄における×は反応しないことを示し、○は反応したことを示している。
In this verification, the nib is made of conductive rubber (2.5 Ω · cm), and the nib holder, grip part, and pen shaft body are electrically connected to the nib 31 (aluminum alloy). The stylus pen formed by was used.
In addition, when the fifth generation eye pad (registered trademark) is purchased (when the cover material according to the present invention is not attached), when the pen tip diameter of the stylus pen is 4 mm, the touch panel Although it reacted, it did not react when the diameter was 3 mm. Therefore, the diameter of the pen tip of the stylus pen was set to 3 mm.
The results are shown in Table 1. In Table 1, “X” in the column of the stylus pen reaction indicates no reaction, and “◯” indicates the reaction.
また、比較例として、80mm×80mmの方形状のガラスからなるカバー基体22の表面に、透明導電性薄膜層を形成しないカバー材20を用意し、表面抵抗率、単位面積当たりの静電容量、スタイラスペンの反応を検証した。
その結果、表面抵抗率は、1012Ω/sqであり、単位面積当たりの静電容量は、0.19pF/mm2であり、直径を3mmのスタイラスペンでは反応しなかった。
Further, as a comparative example, a
As a result, the surface resistivity was 10 12 Ω / sq, the capacitance per unit area was 0.19 pF / mm 2 , and the stylus pen with a diameter of 3 mm did not react.
この実験1から、表面抵抗率が105.4〜107.1Ω/sqの透明導電性薄膜層を備え、単位面積当たりの静電容量が0.45〜2.44pF/mm2である場合には、通常では反応しない、スタイラスペンの直径が3mmの場合であっても、タッチパネルが反応し、スタイラスペンのペン先の直径を細径化できることを確認した。
From
[実験2]
実験2では、実験1における、カバー基体22の化学強化ガラスの厚さ1mmを厚さ0.26mmと変更し(試料No.14〜No.26)、他の条件は実験1と同一の条件で実験した。
その結果を表1に示す。尚、表1中、スタイラスペンの反応の欄における×は反応しないことを示し、○は反応したことを示している。
[Experiment 2]
In
The results are shown in Table 1. In Table 1, “X” in the column of the stylus pen reaction indicates no reaction, and “◯” indicates reaction.
この実験2から、表面抵抗率が105.4〜107.1Ω/sqの透明導電性薄膜層を備え、単位面積当たりの静電容量が0.50〜5.29pF/mm2である場合には、通常では、反応しない、スタイラスペンの直径が3mmの場合であっても、タッチパネルが反応し、スタイラスペンのペン先の直径を細径化できることを確認した。
From
上記実験1,2の結果から、カバー基体がガラスからなり、更に表面抵抗率が105.4〜107.1Ω/sqの透明導電性薄膜層を備え、単位面積当たりの静電容量が0.45〜5.29pF/mm2である場合には、通常では反応しない、スタイラスペンの直径が3mmの場合であっても、タッチパネルが反応し、スタイラスペンのペン先の直径を細径化できることが判明した。
From the results of the
次に、カバー基体がポリエチレンテレフタラート(PET)である場合について、実験3,4を行い、検証した。
[実験3]
実験3は、カバー基体としてポリエチレンテレフタラート(PET)を用い、他の条件は実験1と同一の条件で実験した。尚、前記カバー基体の厚さは、1mm、比誘電率3.0のものを用いた。
Next,
[Experiment 3]
In
この実験3においても、前記透明導電性薄膜層21の表面抵抗率が異なるカバー材20を複数枚形成した(試料No.27〜No.38)。具体的には、透明導電性薄膜層21は導電性高分子であるポリチオフェンを主成分とし、厚さ0.5〜1μmとなるように塗布し、導電材料であるポリチオフェンの含有率を変えることで異なる表面抵抗率を持った透明導電性薄膜層21を作製した。そして、異なる表面抵抗率1を持った各カバー材20について図6の測定装置を用いて、電極23,24間に生じた静電容量をそれぞれ測定した。
Also in
前記電極23、24には測定機としてLCRメータ35(Agilent社製U1733)を接続し、1kHzの測定周波数でカバー材20に生じた静電容量を測定した。
そして、前記静電容量を接触面積50.3mm2で除し、単位面積当たりの静電容量を求めた。その結果を表3に示す。
An LCR meter 35 (Agilent U1733) was connected to the
Then, the capacitance was divided by the contact area of 50.3 mm 2 to obtain the capacitance per unit area. The results are shown in Table 3.
また、異なる表面抵抗率1を持った各カバー材20を、第5世代アイパッド(登録商標)を用い、タッチパネルが反応する検証した。その結果を表3に示す。
In addition, each
この検証に際し、ペン先が導電ゴム(2.5Ω・cm)で形成され、ペン先ホルダー、グリップ部及びペン軸本体は、前記ペン先31と電気的に接続された導電性材料(アルミニウム合金)により形成された、ペン先の直径が3mmのスタイラスペンを用いた。
その結果を表1に示す。表3中、スタイラスペンの反応の欄における×は反応しないことを示し、○は反応したことを示している。
In this verification, the nib is made of conductive rubber (2.5 Ω · cm), and the nib holder, grip part, and pen shaft body are electrically connected to the nib 31 (aluminum alloy). A stylus pen with a pen tip diameter of 3 mm was used.
The results are shown in Table 1. In Table 3, “X” in the column of the stylus pen reaction indicates no reaction, and “◯” indicates the reaction.
この実験3から、表面抵抗率が105.4〜107.1Ω/sqの透明導電性薄膜層を備え、単位面積当たりの静電容量が0.65〜1.85pF/mm2である場合には、通常では反応しない、スタイラスペンの直径が3mmの場合であっても、タッチパネルが反応し、スタイラスペンのペン先の直径を細径化できることを確認した。
From
[実験4]
実験4では、実験3のカバー基体のポリエチレンテレフタラート(PET)の厚さ1mmを厚さ0.26mmと変更し(試料No.39〜No.50)、他の条件は実験1、実験3と同一の条件で実験した。
その結果を表4に示す。尚、表4中、スタイラスペンの反応の欄における×は反応しないことを示し、○は反応したことを示している。
[Experiment 4]
In
The results are shown in Table 4. In Table 4, “X” in the column of stylus pen reaction indicates no reaction, and “◯” indicates reaction.
この実験4から、表面抵抗率が105.4〜107.1Ω/sqの透明導電性薄膜層を備え、単位面積当たりの静電容量が0.73〜3.05pF/mm2である場合には、通常では、反応しない、スタイラスペンの直径が3mmの場合であっても、タッチパネルが反応し、スタイラスペンのペン先の直径を細径化できることを確認した。
From
上記実験3,4の結果から、カバー基体がガラスからなり、更に表面抵抗率が105.4〜107.1Ω/sqの透明導電性薄膜層を備え、単位面積当たりの静電容量が0.65〜3.05pF/mm2である場合には、通常では反応しない、スタイラスペンの直径が3mmの場合であっても、タッチパネルが反応し、スタイラスペンのペン先の直径を細径化できることが判明した。
From the results of the
上記実験1乃至4の結果から、カバー材の基体が、ガラスあるいはポリエチレンテレフタラートからなり、更に表面抵抗率が105.4〜107.1Ω/sqの透明導電性薄膜層を備え、単位面積当たりの静電容量が0.45〜5.29pF/mm2である場合には、通常では反応しない、スタイラスペンの直径が3mmの場合であっても、タッチパネルが反応し、スタイラスペンのペン先の直径を細径化できることが判明した。
From the results of
1 タッチパネル装置
2 LCDユニット
3 タッチパネル
4 カバー基体(カバー材)
5 抵抗層(カバー材)
6 透明導電性薄膜層(カバー材)
7 保護層(カバー材)
10 絶縁フィルム
11 電極パッド(センサ電極)
12 電極パッド(センサ電極)
30 スタイラスペン
31 ペン先
32 ペン先ホルダー(導通部)
1
5 Resistance layer (cover material)
6 Transparent conductive thin film layer (cover material)
7 Protective layer (cover material)
10 Insulating film 11 Electrode pad (sensor electrode)
12 Electrode pads (sensor electrodes)
30
Claims (5)
前記カバー材の基体表面に、105.4〜107.1Ω/sqの範囲内で設定された所定の表面抵抗率を有する透明導電性薄膜層を少なくとも含む抵抗層を有し、
前記スタイラスペンが接触した際、その接触位置を含む所定領域と前記センサ電極との間に、単位面積あたり0.45〜5.29pF/mm2の静電容量の変化が発生することを特徴とするタッチパネル用カバー材。 In the touch panel cover material interposed between the capacitive touch panel in which the sensor electrode is disposed and the conductive stylus pen,
Having a resistance layer including at least a transparent conductive thin film layer having a predetermined surface resistivity set in a range of 10 5.4 to 10 7.1 Ω / sq on the surface of the cover material;
When the stylus pen comes into contact, a capacitance change of 0.45 to 5.29 pF / mm 2 per unit area occurs between a predetermined region including the contact position and the sensor electrode. Cover material for touch panel.
前記タッチパネル用カバー材と、前記タッチパネル用カバー材の下方に設けられた、格子状に配置されたセンサ電極とを備えることを特徴とする静電容量方式のタッチパネル。 A touch panel using the touch panel cover material according to any one of claims 1 to 4,
A capacitive touch panel, comprising: the touch panel cover material; and sensor electrodes arranged below the touch panel cover material and arranged in a grid pattern.
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