JP2016103122A - 静電容量型タッチパネル - Google Patents

Abstract

【課題】 座標入力パネルの引き回しパターンからの寄生容量の違いによりタッチ位置ズレが発生するのを防ぐことを目的とする。【解決手段】 座標入力パネル上には面抵抗体が設けられ、該面抵抗体を取り囲む様に多角形の抵抗性周囲電極が配置されており、前記多角形の抵抗性周囲電極の頂点の角部にある検出電極にそれぞれ電気的接続手段である引き回しパターンが二次元的に形成され、パネルの何れか一カ所より抵抗性周囲電極の外側より引き出されて、一カ所に集約された信号接続線を介して信号処理部に接続されており、前記検出電極に接続された信号処理部には、検出電極に流れる電流を計測する信号検出手段とタッチ位置の座標を算出する手段が設けられている静電容量型タッチパネルにおいて、検出電極に流れる寄生容量分の電流を均一化するため、前記各引き回しパターンの長さと幅をほぼ同じにした寄生容量調整パターンを設けた静電容量型タッチパネル装置。【選択図】図４

Description

本発明は、指または座標指示器により座標入力パネルへのタッチ位置を検出する静電容量型タッチパネルに関する。

図２は従来技術である静電容量結合方式のタッチパネルの例であり、座標入力パネル（以下、単にパネルとも呼ぶ）１の構造は四角形なガラス基材４の表面に、均一な面抵抗体２に電気的に接続するように、面抵抗体２の外周を取り囲む抵抗性周囲電極３が配置されており、引き回しパターン５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄは前記周囲電極の４頂点にある検出電極Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄからパネル四辺の何れか一カ所より抵抗性周囲電極３の外側より引き出されて、一カ所に集約され信号接続線１０を介して信号処理部９に接続されている。

尚、本件では「座標入力パネル」及び「パネル」はタッチパネルの１部分として説明しており、「タッチパネル」及び「静電容量型タッチパネル」は本装置の全体を表す。
座標入力パネル１は、ガラス基材４の表面に均一な面抵抗体２として、スパッタ法によるＩＴＯ（インジウム酸化物）膜あるいは、ＣＶＤ法による酸化スズ膜などが形成されている。ガラス基材４は例えばソーダーガラスが使用される。面抵抗体２の上には、抵抗性周囲電極３が形成されている。
抵抗性周囲電極３は、例えば導電性インキを使用し、所望のパターンに印刷・焼成し、
形成する。パネルの各頂点部分から、引き回しパターン５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄを銀インキで印刷・焼成する。
操作者６の指先が座標入力パネル１に触れると面抵抗体２と指先を電極とする静電容量（コンデンサ）が人体の等価抵抗７及び人体の接地インピーダンス８により形成される。この静電容量を介して、ＡＣ電流経路ができ、操作者６の指先から面抵抗体２を介して検出電極Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄへタッチ位置に比例した電流信号が配分される（以下検出信号とする）。検出電極Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄに接続された引き回しパターン５Ａ〜Ｄと信号接続線１０を介して信号処理部９へ電流信号を伝える。

信号処理部９には、操作者６の指先からの信号を計測するための検出回路、計測された信号をデジタル化するための変換回路、面抵抗体２を電圧振動させるためのドライバー回路や計測された信号を、座標データに変換するためのＣＰＵ、及びその演算ソフト・記憶装置が含まれる。
図１は静電容量結合方式のタッチパネルが搭載された入力装置全体の説明図である。
上記装置は簡単かつ直観的なインターフェースを提供するもので、ユーザーはキーボードやマウスを用いるのではなく、画面上で表示されたアイコンに触れたり、文字や絵を描くことで簡単にデータを入力できる。
筐体６０に液晶表示装置６１が搭載され、その上に透明な静電容量結合方式の座標入力パネル１が配置されている。座標入力パネル１にはフレキシブルケーブルやビニルワイヤ等で構成された信号接続線１０を介して信号処理部９に接続されている。信号処理部９はガラスエポキシ基板やベーク基板上に各種電子部品が実装されている。ベゼル６２はユーザが座標入力パネル１の入力部以外を触らないようにするためと座標入力パネル１を液晶表示装置６１上に密接して固定するために筐体６０に取り付けられる。ベゼル６２は樹脂成形品や板金などで構成されている。

特開２００１−４３００２ 特開２０１０−８６２８５

図１においてベゼル６２はグランドに接地された筐体６０に固定されており、ベゼル６２が板金や樹脂メッキされた導体の場合、座標入力パネル１と導体のベゼル６２の間でコンデンサがグランドに対して形成され（以下寄生容量とする）、前述した操作者６の指先よりも座標入力パネル１との対抗面積が大きいため前記の寄生容量が指先よりも大きくなる。
操作者６の指先がタッチしていない状態の寄生容量を含む電流信号を基準信号として、タッチした時の面抵抗体２を介して検出電極Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄへタッチ位置に比例した電流信号が配分される増分の検出信号を信号処理部９にて座標データ化する。
又、引き回しパターン５A〜Dは座標入力パネル４辺の何れか一カ所より引き出されるので、引き回しパターンの長さが図２の引き出しパターンでは５Ａ、５Dが５Ｂ、５Ｃより長くなっている。従って引き回しパターン５Ａ、５Ｄが５Ｂ、５Ｃより導体のベゼル６２間の対向面積が大きくなるので寄生容量が大きくなる。つまり引き回しパターンの幅が同じならば長さに比例して寄生容量が大きくなる。
図３は導体のベゼル６２が取り付けられたときの中心から垂直方向の断面の一部である。座標入力パネル１は面抵抗体２に重なるように周囲電極３が配置され、その外側に引き回しパターン４０が配置されている。ここでの引き回しパターン４０は図２の座標入力パネル１の引き回しパターン５Ａまたは５Ｄに相当する。
導体のベゼル６２と引き回しパターン５Ａまたは５Ｄ間で寄生容量４２が形成され、導体のベゼル６２と抵抗性周囲電極３間で寄生容量４４が形成される。寄生容量４４は導体のベゼル６２と抵抗性周囲電極３の対向距離が同じならば、対向の面積とほぼ同じとなり検出電極Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに均等に寄生容量に比例した信号が検出されるのでタッチ位置への影響が少ない。しかしながら前述した引き回しパターン５Ａ〜Ｄのからの寄生容量は５Ａと５Ｄが５Bと５Cより大きくなるので、検出電極Ａ、ＤとＢ、Ｃの寄生容量の違いがタッチ位置が左右方向にズレる要因となっていることが実験によりわかっている。
ベゼル６２が非導体の場合、前述したベゼル６２と引き回しパターン５Ａ〜Ｄ間でコンデンサは形成されないが、図２のような操作者６のタッチ位置では腕や手と引き回しパターン５Ｄ間でコンデンサが形成されるため、同様に引き回しパターン５Ａ〜Ｄのからの寄生容量は５Ｄのみが大きくなるので、検出電極ＤとＡ、Ｂ、Ｃの寄生容量による電流信号の違いがタッチ位置が、前記導体ベゼルが取り付けられたときより大きくはないがズレの要因となる。

本発明は、座標入力パネル面上に於けるタッチ位置を検出する装置であって、前記座標入力パネル上には面抵抗体が設けられ、該面抵抗体を取り囲む様に多角形の抵抗性周囲電極が配置されており、前記多角形の抵抗性周囲電極の頂点の角部にある検出電極にそれぞれ電気的接続手段である引き回しパターンが二次元的に形成され、パネルの何れか一カ所より抵抗性周囲電極の外側より引き出されて、一カ所に集約された信号接続線を介して信号処理部に接続されており、前記検出電極に接続された信号処理部には、検出電極に流れる電流を計測する信号検出手段とタッチ位置の座標を算出する手段が設けられている静電容量型タッチパネルにおいて、検出電極に流れる寄生容量分の電流を均一化するため、前記各引き回しパターンの長さと幅をほぼ同じにした寄生容量調整パターンを設けたことを特徴とする静電容量型タッチパネル装置を提案するものである。

本発明で得られた座標入力パネルを用いた結果、導体のベゼルと引き回しパターン間の寄生容量の違いによるタッチ位置のずれが解消された。
さらに樹脂成形のような非導体ベゼルの場合でも、操作者の腕や手と引き回しパターン間の寄生容量の違いによるタッチ位置のずれが解消された。

静電容量結合型のタッチパネルが搭載された入力装置全体の説明図 従来技術の静電容量結合方式のタッチパネル説明図 従来の座標入力パネルに導体ベゼルが取り付けられたときの断面図 本発明の実施の形態を示す静電容量型タッチパネルの説明図 本発明の座標入力パネルに導体ベゼルが取り付けられたときの断面図

以下、添付図面に従って、本発明に係る静電容量型タッチパネルの好ましい実施の形態について詳説する。図４は、実施の形態になる静電容量型タッチパネルの一例を示す説明図である。
操作者６が座標入力パネル１にタッチした位置（Ｘ，Ｙ座標）を検出する静電容量型タッチパネルの構成図である。面抵抗体２は、透明なガラス、樹脂、または不透明な絶縁基材の片面に不透明なカーボン膜、または、スパッタ法によって形成した透明なＩＴＯ（インジウム錫酸化物）膜、ＣＶＤ法によって形成したＮＥＳＡ（酸化錫）膜、等を、基材上に均一に成膜したものである。
面抵抗体２の表面は、操作者６の指先が面抵抗体２に直接触れない様に絶縁処理することによって、操作者６の指先と面抵抗体２との静電容量結合による信号伝達をさせるようにしてもよいし、絶縁処理せず、操作者６の指先と面抵抗体２の直接的な電気的接触による信号伝達をさせるようにしてもよい。
均一な面抵抗体２の周囲又は内部に、各辺が直線である四角形な抵抗性周囲電極３を密着配設し、抵抗性周囲電極３上の４頂点に当たる位置を検出電極Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄとし、それぞれ１本ずつ、引き回しパターン５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄを接続する。引き回しパターンは信号接続線１０へ接続するために座標入力パネル１の４辺のいずれか一カ所へ集約される。引き回しパターン５Ｂは検出電極Ｂへ接続する一方で引き回しパターン５Ａと抵抗性周囲電極３の間に平行になるように寄生容量調整パターン５Ｂ−Ｓを配置する。このときの注意点として寄生容量調整パターン５Ｂ−Ｓは引き回しパターン５Ａとほぼ同じ長さと幅にすることが望ましい。理由は導体のベゼル６２が座標入力パネル１の垂直方向へ左右斜めに取り付けられたときでも、引き回しパターン５Ａと寄生容量調整パターン５Ｂ−Ｓが導体のベゼル６２とほぼ同じ寄生容量になるためである。
尚、前記抵抗性周囲電極３は四角形で説明するが、四角形に限定する必要が無く、各辺の頂点の検出電極より引き回される構成であれば、四角形より多くても、少なくても多角形であれば問題ない。但し、引き回しパターンや以下に説明する寄生容量調整パターンが複雑になるため、実質は八角形以下が好ましい。
同様に引き回しパターン５Ｃは検出電極Ｃへ接続する一方で引き回しパターン５Ｄと抵抗性周囲電極３の間に平行になるように寄生容量調整パターン５Ｃ−Ｓを配置する。
前記引き回しパターン及び寄生容量調整パターンは銀インキなどの低抵抗インキを使用することで、一度に印刷・焼成することができる。
引き回しパターンによって集約され、信号接続線１０を介して信号信号処理部９内の検出電極切り替えスイッチ２０に接続する。信号接続線１０はフレキシブルケーブルやビニルワイヤ等で構成され、引き出しパターンとの接続方法として異方性導電フィルムの熱圧着や半田付けをする。
図５は導体のベゼル６２が取り付けられたときの中心から垂直方向の断面の一部である。座標入力パネル１は面抵抗体２に重なるように周囲電極３が配置され、その外側に寄生容量調整パターン４１が配置されている。ここでの寄生容量調整パターン４１は図４の座標入力パネル１の寄生容量調整パターン５Ｂ−Ｓまたは５Ｃ−Ｓに相当する。
さらにその外側に引き回しパターン４０が配置されている。ここでの引き回しパターン４０は図４の座標入力パネル１の引き回しパターン５Ａまたは５Ｄに相当する。
導体のベゼル６２と抵抗性周囲電極３間で寄生容量４４が形成される。寄生容量４４は導体のベゼル６２と抵抗性周囲電極３の対向距離が同じならば、対向の面積とほぼ同じとなり検出電極Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに均等に寄生容量に比例した信号が検出されるのでタッチ位置への影響が少ない、
導体のベゼル６２と引き回しパターン４０の間で寄生容量４２が形成され、同様に寄生容量調整パターン４１の間に寄生容量４３が形成される。
ここで引き回しパターン４０からの寄生容量４２と寄生容量調整パターン４１からの寄生容量４３が同じになるように寄生容量調整パターン４１を調整する。つまり引き回しパターン４０とほぼ同じ長さと幅とすることで、導体のベゼル６２と抵抗性周囲電極３間の寄生容量４４と同様に検出電極Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄには均等に寄生容量に比例した信号が検出されるようにして、タッチ位置へ影響を抑えることができる。

タッチ位置の信号を検出する手段について説明する。ＡＣ信号源としての振動電圧発生器３１は、振動電圧印加回路２１に振動電圧を与え、振動電圧印加回路２１は、検出電極Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのうち、検出電極切り替えスイッチ２０によって接続されている検出電極を、低インピーダンスで電圧振動させ、且つ、アナログマルチプレクサ２２に検出電極から流入した電流を出力する。簡単な例としては、トランジスタのベースをＡＣ信号で振動させ、エミッタを検出電極と接続して、コレクタから電流出力するものがある。
検出電極切り替えスイッチ２０は、検出電極Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの２組の対角を同時に接続する組み合わせで動作させる。つまり、検出電極ＡとＣを同時に接続し、検出電極ＢとＤを非接続にする組み合わせと、検出電極ＢとＤを同時に接続し、検出電極ＡとＣを非接続にする組み合わせの２つを交互に実施する。
ＡＣ信号源としての振動電圧発生器３１によって、面抵抗体２は、全面が電圧振動する。人体は、従来から知られているように、操作者６の指先から人体等価抵抗７及び人体接地インピーダンス８を介してＡＣ信号に対して接地効果を持っている
操作者６の指先が面抵抗体２に接触または近接すると、静電容量結合により、指先を通して面抵抗体２との間にＡＣ信号電流が流れる。検出電極Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、アナログマルチプレクサ２２を通してデジタル信号処理部３０に接続しており、デジタル信号処理部３０では各検出電極に流れる電流に比例した電圧をデジタル値に変換される。このため、指先から面抵抗体２を通して流れ、検出電極Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのうち、検出電極切り替えスイッチ２０によって接続されている検出電極へ配分される電流の値を電圧値としてデジタル値で得ることができる。またデジタル信号処理部３０内にあるＣＰＵは、アナログマルチプレクサ２２を順番に切り替え（図示せず）、後述するような方法で、操作者６の指先の指示位置の座標を計算し、前記座標データは後段の装置によって利用される。
ガラス基材４は、例えば、ソーダガラスを使用することができるが、特に材質が限定されるものではなく、任意のガラス素材あるいはアクリル樹脂、ポリエチレン樹脂などの透明な樹脂素材を使用できる。用途によっては不透明な絶縁性の基材を用いてもよい。

面抵抗体２を取り囲む抵抗性周囲電極３は、カーボン、銀カーボン、又は銀等を密着配設したものであり、例えば、銀インクのような導電性インクをスクリーン印刷し、焼成する等の手法で作成する。また、抵抗性周囲電極３の抵抗値は面抵抗体２の抵抗値に比べて低い方がよく、面抵抗体２の面抵抗値を１５０〜１ＫΩ／□程度とした場合は、抵抗性周囲電極３の隣り合う頂点間の抵抗値を面抵抗値より１／５以上小さく、３０〜２００Ω／□程度にするのが好ましい。
引き回しパターン５Ａ〜Ｄ及び寄生容量調整パターン５Ｂ−Ｓ、５Ｃ−Ｓは銀インキなどの導電性インキを使用して印刷・焼成する。また抵抗性周囲電極３と同じもの導電性インキを使用することができる場合には、引き回しパターン及び寄生容量調整パターン及び抵抗性周囲電極を一回の処理で印刷・焼成して形成することが可能である。

タッチ位置の座標算出する方法について説明する。座標入力パネルの検出電極Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄから検出された信号より座標データを求める計算式は以下のように求められる。

Ｘ＝２（ｉＢ＋ｉＣ−ｉＡ−ｉＤ）／（ｉＡ＋ｉＢ＋ｉＣ＋ｉＤ）
Ｙ＝２（ｉＣ＋ｉＤ−ｉＡ−ｉＢ）／（ｉＡ＋ｉＢ＋ｉＣ＋ｉＤ）
ｉＡはＡ点に配分される電流、ｉＢはＢ点に配分される電流、ｉＣはＣ点に配分され
る電流、ｉＤはＤ点に配分される電流である。
本発明の静電容量型タッチパネルでは二次元に配置された引き回しパターンにおいて導体のベゼルが取り付けられた場合でも四隅の検出電極からの引き回しパターンの寄生容量を意図的に同じにすることで、タッチ位置のずれを抑えることができた。
また限定的であるが、操作者の手や腕からの寄生容量も同様な効果が得られた。

図４は実施例である。
ソーダガラス（厚さ３ｍｍ）を略４３０×３３０ｍｍに切断したガラス基材４を用意し
た。表面を洗浄後、ＣＶＤ法により酸化スズ膜により、面抵抗体値を約５００Ω／□となるよう透明面抵抗体膜２を形成した。

次に面抵抗体２の上に（株）ノリタケカンパニーリミテド製銀ペーストＮＰ−４６３５Ｐにガラスフリットとして奥野製薬工業株式会社製G3-6308を重量百分率で25％添加し抵抗調整したペーストを用いて、スクリーン印刷により抵抗性周囲電極３を印刷する。その際、抵抗性周囲電極３の頂点にある検出電極ＡＢ間、ＢＣ間、ＣＤ間、ＤＡ間の抵抗値をそれぞれ約５０Ωとなるように調整した。
次に（株）ノリタケカンパニーリミテド製銀ペーストＮＰ−４６３５Ｐを検出電極Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに密接接続するように、引き回しパターン５Ａ〜Ｄと寄生容量調整パターン５Ｂ−Ｓ、５Ｃ−Ｓをスクリーン印刷して、４５０℃１５分間焼成することにより形成した。
更に、面抵抗体２上に、透明絶縁性基材を形成した。透明絶縁性基材を形成するには、面抵抗体２と抵抗性周囲電極３上にガラスペーストを印刷し、熱処理して粉末ガラスを溶融させ、焼結させた。
信号接続線１０は柔軟性があるフレキシブルケーブルで、一カ所に集約された引き回しパターンに異方性導電フィルムを用いて熱圧着する。
完成した座標入力パネル１は、図４に示したように信号処理部９に接続する。

効果を確かめるため、図２の従来の静電容量型タッチパネルと本発明である図４の静電容量型タッチパネルを比較した結果、座標入力パネルの各点のタッチ位置ずれ平均でズレ量は約半分になり５０％改善が見られた。

１ 座標入力パネル
２ 面抵抗体
３ 抵抗性周囲電極
検出電極Ａ
検出電極Ｂ
検出電極Ｃ
検出電極Ｄ
４ ガラス基材
５Ａ 引き回しパターン
５Ｂ 引き回しパターン
５Ｃ 引き回しパターン
５Ｄ 引き回しパターン
５Ｂ―Ｓ 寄生容量調整パターン
５Ｃ―Ｓ 寄生容量調整パターン
６ 操作者
７ 人体等価抵抗
８ 人体接地インピーダンス
９ 信号処理部
１０ 信号接続線
２０ 検出電極切り替えスイッチ
２１ 振動電圧印加回路
２２ アナログマルチプレクサ
３０ デジタル信号処理部
３１ 振動電圧発生器
４０ 引き回しパターン
４１ 寄生容量調整パターン
４２ 寄生容量
４３ 寄生容量
４４ 寄生容量
６０ 筐体
６１ 液晶表示装置
６２ ベゼル

Claims (1)

1. 座標入力パネル面上に於けるタッチ位置を検出する装置であって、前記座標入力パネル上には面抵抗体が設けられ、該面抵抗体を取り囲む様に多角形の抵抗性周囲電極が配置されており、前記多角形の抵抗性周囲電極の頂点の角部にある検出電極にそれぞれ電気的接続手段である引き回しパターンが二次元的に形成され、パネルの何れか一カ所より抵抗性周囲電極の外側より引き出されて、一カ所に集約された信号接続線を介して信号処理部に接続されており、前記検出電極に接続された信号処理部には、検出電極に流れる電流を計測する信号検出手段とタッチ位置の座標を算出する手段が設けられている静電容量型タッチパネルにおいて、検出電極に流れる寄生容量分の電流を均一化するため、前記各引き回しパターンの長さと幅をほぼ同じにした寄生容量調整パターンを設けたことを特徴とする静電容量型タッチパネル装置。

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