JP2016035638A

JP2016035638A - タッチセンサ

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Publication number: JP2016035638A
Application number: JP2014157820A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　貴之; Takayuki Suzuki; 貴之鈴木
Original assignee: LG Display Co Ltd
Current assignee: LG Display Co Ltd
Priority date: 2014-08-01
Filing date: 2014-08-01
Publication date: 2016-03-17
Anticipated expiration: 2034-08-01
Also published as: CN105320350B; KR101782009B1; CN105320350A; US20160034079A1; KR20160016670A; US10234997B2; JP6430746B2

Abstract

【課題】インセル型のタッチパネルに適用されるタッチセンサであって、タッチセンサに対する接触面積が小さいものでタッチした場合であっても、従来のタッチセンサと同一センサ数およびセンサ面積でタッチ性能を向上させることができるタッチセンサを得る。
【解決手段】インセル型のタッチパネルに適用されるタッチセンサであって、タッチセンサを構成するセンサ素子のそれぞれについて、センサ素子は、センサ素子に内接可能な円の最大直径が、センサ素子と同一の面積を有する正方形に内接する円の直径よりも小さくなるような形状を有している。
【選択図】図２

Description

この発明は、インセル型のタッチパネルに適用されるタッチセンサに関する。

近年、スマートフォンやタブレット端末は、薄型化が進んでおり、静電容量方式のタッチパネルは、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙ）内部にタッチセンサを取り込む方向になっている（例えば、特許文献１参照）。

図８は、従来のインセル型のタッチパネルを備えたタッチセンサ内蔵型表示装置１０を示す断面図である。図８において、この表示装置１０は、第１偏光板１１、ＴＦＴ（ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）側ガラス基板１２、共通電極１３、カラーフィルタ側ガラス基板１４、第２偏光板１５、接着剤１６およびカバーガラス１７が、層状に重ねられて構成されている。

ここで、インセル型のタッチパネルは、液晶駆動用の共通電極１３をタッチセンサとして使用している。すなわち、ＬＣＤ駆動時は、共通電極１３に液晶駆動用の共通電圧が印加され、タッチ駆動時は、共通電極１３にセンシング用のタッチ電圧が印加される。なお、液晶は、ＴＦＴ側ガラス基板１２と共通電極１３との間に注入等されるが、図示を省略している。また、カラーフィルタおよび配向膜も、図示を省略している。

図９は、従来のインセル型のタッチパネルに適用されるタッチセンサの形状を示す説明図である。図９（ａ）はスクエア形状のタッチセンサを示し、図９（ｂ）はダイヤモンド形状のタッチセンサを示している。図９（ａ）、（ｂ）に示したタッチセンサ形状は、ともに市場製品で多く見受けられる形状である。

特開２００６−２０１０８４号公報

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
従来のインセル型のタッチパネルに適用されるスクエア形状のタッチセンサやダイヤモンド形状のタッチセンサにおいて、例えばタッチペン等、タッチセンサに対する接触面積が小さいものでタッチすると、接触領域が複数のセンサ素子に跨がらず、１つのセンサ素子の範囲内に収まることがある。

ここで、接触領域が１つのセンサ素子の範囲内に収まる場合には、センサ素子内でタッチ位置が違っていたとしても、タッチ位置における接触領域の重心を示すタッチ座標が、実際のタッチ位置の重心とは異なり、一律にセンサ素子の中心として表されることになる。そのため、タッチ性能が著しく低下するという問題がある。

すなわち、タッチ座標は、重心計算によって、各センサ素子の出力値と各センサ素子の重心の座標との関係から、次式（１）で算出される。なお、式（１）において、Ｄｉは各センサ素子の出力値を示し、Ｘｉは各センサ素子の重心のＸ座標（Ｘ軸（水平）方向）を示し、Ｙｉは各センサ素子の重心のＹ座標（Ｙ軸（垂直）方向）を示す。

図１０は、タッチセンサに対する接触面積が、各センサ素子のセンサ面積よりも小さい場合において、接触領域とセンサ素子との関係、およびこの関係におけるタッチ座標を示す説明図である。図１０（ａ）は接触領域が１つのセンサ素子の範囲内に収まる場合を示し、図１０（ｂ）は接触領域が２つのセンサ素子に跨がる場合を示している。

ここで、垂直方向のタッチ座標は、各センサ素子の垂直方向の中心線上にあるものとする。また、タッチセンサは、スクエア形状のタッチセンサとし、各センサ素子は、例えば一辺が６．４ｍｍの正方形であるものとし、接触領域は、直径が４．０ｍｍの円であるものとする。

図１０（ａ）において、接触領域が１つのセンサ素子の範囲内に収まる場合には、他のセンサ素子からの出力値が０となるので、上記式（１）から、タッチ座標は、センサ素子内のタッチ位置によらず、一律にセンサ素子の中心として表される。そのため、正しいタッチ座標を算出することができない。

これに対して、図１０（ｂ）において、接触領域が２つのセンサ素子に跨がる場合には、２つのセンサ素子からの出力値に基づいて、上記式（１）から、各センサ素子の出力値の比に応じたタッチ座標が算出される。このように、接触領域が複数のセンサ素子に跨がっていると、正しいタッチ座標を算出することができる。

なお、図１０（ａ）、（ｂ）では、垂直方向のタッチ座標が各センサ素子の垂直方向の中心線上にあるものとした。しかしながら、接触領域が１つのセンサ素子の範囲内に収まっている状態で、垂直方向のタッチ座標が各センサ素子の垂直方向の中心線から上下にずれた場合には、垂直方向について、正しいタッチ座標を算出することができない。

図１１は、タッチセンサに対する接触面積が、各センサ素子のセンサ面積よりも小さい場合において、タッチ位置を一定速度で移動させたときのシミュレーション結果を示す説明図である。図１１（ａ）は接触領域と各センサ素子との位置関係を示し、図１１（ｂ）は１つのセンサ素子について、算出されたタッチ座標をプロットした結果を示している。

具体的には、図１１（ａ）において、真ん中のセンサ素子に対するタッチ位置の相対的な位置関係を、左上から右下まで、一定量ずつ水平方向および垂直方向に移動させながら、上記式（１）によりタッチ座標を算出し、算出されたタッチ座標を図１１（ｂ）のようにプロットしている。なお、図１１（ｂ）において、プロットされた回数が多いほど、色が白くなっている。

図１１（ａ）、（ｂ）より、接触領域が真ん中のセンサ素子を囲む他のセンサ素子に跨がっている場合には、上述したように正しいタッチ座標を算出することができるものの、接触領域が１つのセンサ素子の範囲内に収まっている場合には、タッチ座標が一律にセンサ素子の中心として表されるので、正しいタッチ座標を算出することができず、センサ素子の中心にプロットされる回数が多くなる。

すなわち、図１１（ｂ）において、本来であればタッチ座標が均等にプロットされるべきであるが、接触領域が１つのセンサ素子の範囲内に収まっている場合に、センサ素子の中心にプロットされることにより、算出されたタッチ座標と実際のタッチ座標との間に誤差が生じ、粗密が現れることになる。そのため、タッチ性能が著しく低下する。

なお、各センサ素子のセンサ面積を小さくしてセンサ素子のセンサ数を増やすことにより、接触領域が複数のセンサ素子に跨がるようにすることが考えられるが、インセル型のタッチパネルは、上述したように共通電極をタッチセンサとして使用しているので、複雑な形状のセンサ素子は、作成が困難である。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、インセル型のタッチパネルに適用されるタッチセンサであって、タッチセンサに対する接触面積が小さいものでタッチした場合であっても、従来のタッチセンサと同一センサ数およびセンサ面積でタッチ性能を向上させることができるタッチセンサを得ることを目的とする。

この発明に係るタッチセンサは、インセル型のタッチパネルに適用されるタッチセンサであって、タッチセンサを構成するセンサ素子のそれぞれについて、センサ素子は、センサ素子に内接可能な円の最大直径が、センサ素子と同一の面積を有する正方形に内接する円の直径よりも小さくなるような形状を有しているものである。

この発明に係るタッチセンサによれば、タッチセンサを構成する各センサ素子は、センサ素子に内接可能な円の最大直径が、センサ素子と同一の面積を有する正方形に内接する円の直径よりも小さくなるような形状を有している。
そのため、インセル型のタッチパネルに適用されるタッチセンサであって、タッチセンサに対する接触面積が小さいものでタッチした場合であっても、従来のタッチセンサと同一センサ数およびセンサ面積でタッチ性能を向上させることができるタッチセンサを得ることができる。

この発明の実施の形態１に係るタッチセンサを示す構成図である。（ａ）、（ｂ）は、それぞれ図１に示したタッチセンサのエッジ部分およびコーナー部分を拡大して示す構成図である。（ａ）、（ｂ）は、接触領域とセンサ素子との関係を、図１に示したタッチセンサと従来のタッチセンサとで比較して示す説明図である。複数センサ重複率を、図１に示したタッチセンサと従来のタッチセンサとで比較して示す説明図である。算出されたタッチ座標と実際のタッチ座標との間の平均誤差を、図１に示したタッチセンサと従来のタッチセンサとで比較して示す説明図である。図５に示した算出されたタッチ座標と実際のタッチ座標との間の平均誤差を示したグラフである。（ａ）〜（ｄ）は、この発明の実施の形態１に係るタッチセンサのセンサ素子の形状を例示する説明図である。従来のインセル型のタッチパネルを備えたタッチセンサ内蔵型表示装置を示す断面図である。（ａ）、（ｂ）は、従来のインセル型のタッチパネルに適用されるタッチセンサの形状を示す説明図である。（ａ）、（ｂ）は、接触領域とセンサ素子との関係、およびこの関係におけるタッチ座標を示す説明図である。（ａ）、（ｂ）は、タッチ位置を一定速度で移動させたときのシミュレーション結果を示す説明図である。

以下、この発明に係るタッチセンサの好適な実施の形態につき図面を用いて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。なお、この発明に係るタッチセンサは、インセル型のタッチパネルに適用されるが、インセル型のタッチパネルを備えたタッチセンサ内蔵型表示装置の構成は、図８に示したものと同様なので、説明を省略する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るタッチセンサを示す構成図である。また、図２（ａ）、（ｂ）は、それぞれ図１に示したタッチセンサのエッジ部分（タッチセンサ１の外周部分）およびコーナー部分（タッチセンサ１の角部分）を拡大して示す構成図である。

図１、２において、タッチセンサ１は、クロス（十字）形状のセンサ素子２を配置して構成されている。ここで、タッチセンサ１を構成するセンサ素子２のそれぞれについて、センサ素子２は、センサ素子２に内接可能な円の最大直径が、センサ素子２と同一の面積を有する正方形に内接する円の直径よりも小さくなるような形状を有している。

また、タッチセンサ１のエッジ部分およびコーナー部分は、Ｌ字形状または凸字形状のセンサ素子２を配置して構成されている。これにより、タッチセンサ１のエッジ部分およびコーナー部分においても、隙間なくセンサ素子２を配置することができる。

図３は、接触領域とセンサ素子との関係を、図１に示したタッチセンサと従来のタッチセンサとで比較して示す説明図である。図３（ａ）は接触領域とクロス形状のセンサ素子との関係を示し、図３（ｂ）は接触領域とスクエア形状のセンサ素子との関係を示している。ここで、接触領域は同一の大きさであり、クロス形状のセンサ素子とスクエア形状のセンサ素子とは、同一のセンサ面積を有するものとする。

図３（ａ）、（ｂ）より、タッチセンサに対する接触面積が、各センサ素子のセンサ面積よりも小さい場合において、クロス形状のセンサ素子では、同一の面積を有するスクエア形状のセンサ素子よりも、接触領域が複数のセンサ素子に跨がる確率が高くなることが分かる。そのため、正しいタッチ座標を算出することができる。

このように、クロス形状のセンサ素子を用いることにより、タッチセンサに対する接触面積が、各センサ素子のセンサ面積よりも小さい場合において、接触領域が１つのセンサ素子の範囲内に収まることによって、タッチ位置における接触領域の重心を示すタッチ座標が一律にセンサ素子の中心として表される確率が低くなり、タッチ性能を向上させることができる。

図４は、複数センサ重複率を、図１に示したタッチセンサと従来のタッチセンサと（クロス形状のセンサ素子とスクエア形状のセンサ素子と）で比較して示す説明図である。ここで、複数センサ重複率は、タッチセンサ全体を少しずつ移動させながらタッチした場合に、接触領域が複数のセンサ素子に跨がる確率と定義する。

図４では、センサ素子のセンサ数を１２×２０個で固定し、接触領域を直径が５．０ｍｍの円であるものとした場合において、タッチパネルのパネルサイズを４．５インチから８．０インチまで変化させたときのセンサ素子１個あたりのセンサ面積、および複数センサ重複率を示している。

図４より、図１に示したタッチセンサによれば、従来のタッチセンサと同一センサ数およびセンサ面積であっても、複数センサ重複率が高くなることが分かる。すなわち、センサ素子の形状を変更するだけで、接触領域が複数のセンサ素子に跨がる確率が高くなり、タッチ性能を向上させることができる。また、インチ数を上げた場合であっても、タッチ精度を確保することができる。

図５は、算出されたタッチ座標と実際のタッチ座標との間の平均誤差を、図１に示したタッチセンサと従来のタッチセンサと（クロス形状のセンサ素子とスクエア形状のセンサ素子と）で比較して示す説明図である。また、図６は、図５に示した算出されたタッチ座標と実際のタッチ座標との間の平均誤差を示したグラフである。

図５では、センサ素子のセンサ数を１２×２０個で固定し、接触領域を直径が５．０ｍｍの円であるものとした場合において、タッチパネルのパネルサイズを４．５インチから８．０インチまで変化させたときのセンサ素子１個あたりのセンサ面積、および平均誤差を、タッチセンサのセンター部分とエッジ部分について示している。図５において、エッジ部分では、接触領域が跨ぐセンサ素子が少なくなるので、誤差が大きくなっている。

図５より、図１に示したタッチセンサによれば、従来のタッチセンサと同一センサ数およびセンサ面積であっても、算出されたタッチ座標と実際のタッチ座標との間の平均誤差が小さくなることが分かる。すなわち、センサ素子の形状を変更するだけで、タッチ座標の平均誤差が小さくなり、タッチ性能を向上させることができる。また、インチ数を上げた場合であっても、タッチ精度を確保することができる。

以上のように、実施の形態１によれば、タッチセンサを構成する各センサ素子は、センサ素子に内接可能な円の最大直径が、センサ素子と同一の面積を有する正方形に内接する円の直径よりも小さくなるような形状を有している。
そのため、インセル型のタッチパネルに適用されるタッチセンサであって、タッチセンサに対する接触面積が小さいものでタッチした場合であっても、従来のタッチセンサと同一センサ数およびセンサ面積でタッチ性能を向上させることができるタッチセンサを得ることができる。

なお、上記実施の形態１では、センサ素子がクロス（十字）形状を有していると説明したが、これに限定されず、センサ素子に内接可能な円の最大直径が、センサ素子と同一の面積を有する正方形に内接する円の直径よりも小さくなるような形状であれば、図７（ａ）〜（ｄ）に示されるような形状であってもよい。

図７は、この発明の実施の形態１に係るタッチセンサのセンサ素子の形状を例示する説明図である。図７（ａ）は２つのセンサ素子を１組とした場合に、１組のセンサ素子におけるセンサ素子どうしの当接部が、凹凸形状を有しているものを示し、（ｂ）〜（ｄ）は２つのセンサ素子を１組とした場合に、１組のセンサ素子におけるセンサ素子どうしの当接部が、階段形状を有しているものを示している。

１タッチセンサ、２センサ素子、１０タッチセンサ内蔵型表示装置、１１偏光板、１２ＴＦＴ側ガラス基板、１３共通電極、１４カラーフィルタ側ガラス基板、１５偏光板、１６接着剤、１７カバーガラス。

Claims

インセル型のタッチパネルに適用されるタッチセンサであって、
前記タッチセンサを構成するセンサ素子のそれぞれについて、
前記センサ素子は、前記センサ素子に内接可能な円の最大直径が、前記センサ素子と同一の面積を有する正方形に内接する円の直径よりも小さくなるような形状を有している
タッチセンサ。
前記センサ素子は、クロス形状を有している
請求項１に記載のタッチセンサ。
前記センサ素子は、２つのセンサ素子を１組とした場合に、１組のセンサ素子におけるセンサ素子どうしの当接部が、凹凸形状を有している
請求項１に記載のタッチセンサ。
前記センサ素子は、２つのセンサ素子を１組とした場合に、１組のセンサ素子におけるセンサ素子どうしの当接部が、階段形状を有している
請求項１に記載のタッチセンサ。
前記タッチセンサのエッジ部分およびコーナー部分は、Ｌ字形状または凸字形状のセンサ素子である
請求項１から請求項４までの何れか１項に記載のタッチセンサ。