JP2017068556A - タッチパネル - Google Patents

Abstract

【課題】静電気に対する耐性を高める。【解決手段】透明基板３１上にセンサ電極配列４０と、センサ電極配列４０の外側に位置してセンサ電極配列４０に接続された額縁配線６０と、額縁配線６０の外側に位置する第１の外周グランド配線７１とが形成され、額縁配線６０上に絶縁層３３を介して額縁配線６０を覆うシールド配線８０’が設けられているタッチパネルにおいて、シールド配線８０’の外側に第２の外周グランド配線７２を設け、シールド配線８０’は絶縁層３３に形成した穴９１の位置において額縁配線６０に含まれるグランド配線６３と接続し、第２の外周グランド配線７２とは絶縁する。【選択図】図７

Description

この発明はタッチパネルに関し、特に静電気に対する耐性に優れたタッチパネルに関する。

図９はタッチパネルの従来例として特許文献１に記載されている静電容量式のタッチパネルの構成を示したものである。

基板１１の表面１１ａには複数の検出電極１２と、検出電極１２に電気的に接続され、検出信号を外部回路に伝達するための配線電極１３が形成されている。複数の検出電極１２は基板１１の中央部に形成されて検出領域１４を構成し、配線電極１３は検出領域１４の外側に集約して形成されて配線領域１５を構成している。検出領域１４と配線領域１５を含む領域の外側、即ち基板１１の外周には第１遮蔽電極１６が形成されている。

検出領域１４、配線領域１５及び第１遮蔽電極１６の上には絶縁層１７が形成され、さらに絶縁層１７の上面には配線領域１５及び第１遮蔽電極１６を覆うように第２遮蔽電極１８が形成されている。第２遮蔽電極１８は絶縁層１７に形成された貫通孔１９を介して第１遮蔽電極１６に電気的に接続されており、図示しないＧＮＤに接続されている。

配線電極１３は基板１１の右辺端部に集約されて端子部（図では隠れて見えない）を構成しており、端子部には第１フレキシブル基板２１の一端が接続されている。第１フレキシブル基板２１の上には信号処理ＩＣ２２が実装され、第１フレキシブル基板２１の他端には第２フレキシブル基板２３が接続されている。第２フレキシブル基板２３は図示しない制御部に接続される。

上記のような構成を有するタッチパネルは、基板１１の端部（基板１１の横方向）から侵入する電磁ノイズを配線電極１３や検出電極１２に到達する前に第１遮蔽電極１６によって遮蔽するものとなっており、基板１１の上面（上方向）から配線電極１３に侵入する電磁ノイズを第２遮蔽電極１８によって遮蔽するものとなっている。

特開２０１０−２１８５４２号公報

上述したように、特許文献１にはタッチパネルに第１遮蔽電極１６及び第２遮蔽電極１８を形成することによって、基板１１の上面や基板１１の端部から配線電極１３に侵入する電磁ノイズを遮蔽することが記載されており、さらに静電気も遮蔽することが記載されている。

しかるに、配線電極１３を覆うように形成されている第２遮蔽電極１８と配線電極１３との間に介在している絶縁層１７は薄いものであり、外部から印加された静電気が例えば第２遮蔽電極１８の、配線電極１３と対向している部分に移動してくると、絶縁層１７に存在する微小なピンホールを通じて、あるいは絶縁層１７が絶縁破壊することで、静電気が配線電極１３へ移動するといったことが起こり得る。

このような配線電極１３への静電気の移動は誤動作の原因となり、また配線電極１３に静電気が流れる過程で配線電極１３の許容電流を超えると、配線電極１３が溶断する（破壊される）といった事態が生じる。

この発明の目的はこのような問題に鑑み、静電気に対する耐性に優れ、かつ優れた電磁両立性（ＥＭＣ：Electro Magnetic Compatibility）を有するタッチパネルを提供することにある。

請求項１の発明によれば、透明基板上にセンサ電極配列と、センサ電極配列の外側に位置してセンサ電極配列に接続された額縁配線と、額縁配線の外側に位置する第１の外周グランド配線とが形成され、額縁配線上に絶縁層を介して額縁配線を覆うシールド配線が設けられているタッチパネルにおいて、シールド配線の外側に第２の外周グランド配線が設けられ、シールド配線は前記絶縁層に形成された穴位置において額縁配線に含まれるグランド配線と接続され、第２の外周グランド配線とは絶縁されているものとされる。

請求項２の発明では請求項１の発明において、第２の外周グランド配線は第１の外周グランド配線上に直接重なって位置されて第１の外周グランド配線と接続されているものとされる。

請求項３の発明では請求項１又は２の発明において、センサ電極配列は第１及び第２の導体層によって形成され、第１の導体層によって額縁配線及び第１の外周グランド配線が形成され、第２の導体層によってシールド配線及び第２の外周グランド配線が形成されているものとされる。

請求項４の発明では請求項１乃至３のいずれかの発明において、額縁配線に含まれるグランド配線は額縁配線に含まれる送信配線と受信配線とを分離する送信／受信配線分離用グランド配線とされる。

請求項５の発明では請求項１乃至４のいずれかの発明において、シールド配線、第１及び第２の外周グランド配線及び額縁配線に含まれるグランド配線は導体細線のメッシュよりなり、第１及び第２の外周グランド配線及び額縁配線に含まれるグランド配線はシールド配線よりも開口率が小さくされる。

この発明によれば、外部から印加された静電気がシールド配線に移動してくることを阻止することができ、これによりシールド配線やシールド配線が覆っている額縁配線の静電気による破壊を防止することができる。

よって、この発明によれば、静電気に対する耐性に優れ、かつ優れた電磁両立性（ＥＭＣ）を有するタッチパネルを得ることができる。

Ａはこの発明を適用する前のタッチパネルの概要を示す平面図、ＢはＡに示したタッチパネルの断面構成を説明するための図。 Ａは図１Ａに示したタッチパネルの第１の導体層の構成概要を示す平面図、Ｂ，Ｃは第１の導体層の要部詳細を示す部分拡大図。 Ａは図１Ａに示したタッチパネルの第２の導体層の構成概要を示す平面図、Ｂ，Ｃは第２の導体層の要部詳細を示す部分拡大図。 静電気による第１の破壊メカニズムを説明するための図。 静電気による第２の破壊メカニズムを説明するための図。 静電気による第３の破壊メカニズムを説明するための図。 この発明によるタッチパネルの第１の実施例の構成概要を示す平面図。 この発明によるタッチパネルの第２の実施例の要部断面構成を説明するための図。 Ａはタッチパネルの従来例を示す平面図、ＢはＡのＣ−Ｃ線拡大断面図。

まず、初めに、この発明を適用する前のタッチパネルの構成を図１〜３を参照して説明すると共に、静電気による破壊のメカニズムを図４〜６を参照して詳述する。

図１に示したタッチパネルは図９に示したタッチパネルと同様、静電容量式のタッチパネルであり、タッチパネル１００は矩形状の透明基板３１上に図１Ｂに示したように、第１の導体層３２、絶縁層３３、第２の導体層３４及び保護膜３５が順次、積層形成された構成を有し、さらに保護膜３５上には光学粘着剤（ＯＣＡ：Optical Clear Adhesive）３６によってカバー３７が貼り付けられた構成となっている。透明基板３１は例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）やＰＣ（ポリカーボネート）よりなり、カバー３７は例えばＰＣよりなる。絶縁層３３及び保護膜３５にはアクリル樹脂やエポキシ樹脂が用いられる。なお、図１Ａではカバー３７及び光学粘着剤３６の図示は省略している。

センサ電極配列４０は図１では詳細図示を省略しているが、複数の第１のセンサ電極列と複数の第２のセンサ電極列とよりなり、複数の第１のセンサ電極列は第１の導体層３２によって形成され、複数の第２のセンサ電極列は絶縁層３３により第１の導体層３２と絶縁された第２の導体層３４によって形成されている。図１Ａ中、矩形枠で囲んだ部分はセンサ電極配列４０が位置するセンサ領域５０を示す。図１Ｂ中、２００はこのタッチパネル１００が取り付けられる相手方の筐体を示す。筐体２００は一般に樹脂製とされる。

図２は第１の導体層３２によって形成されている第１のセンサ電極列４１、額縁配線６０及び第１の外周グランド配線７１の配置、形状を示したものであり、図３は第２の導体層３４によって形成されている第２のセンサ電極列４５、シールド配線８０及び第２の外周グランド配線７２の配置、形状を示したものである。なお、図１Ａ及び図３ではシールド配線８０はハッチングを付して示している。

第１のセンサ電極列４１は透明基板３１の長辺と平行なＸ方向に配列された複数の島状電極４２と、隣接する島状電極４２を連結する連結部４３とよりなる。第１のセンサ電極列４１は透明基板３１の短辺と平行なＹ方向に複数、並列配置されて設けられている。第２のセンサ電極列４５はＹ方向に配列された複数の島状電極４６と、隣接する島状電極４６を連結する連結部４７とよりなる。第２のセンサ電極列４５はＸ方向に複数、並列配置されて設けられている。第１のセンサ電極列４１と第２のセンサ電極列４５は互いに絶縁された状態で交差され、連結部４３と４７は互いに重なる位置に位置されている。島状電極４２，４６は外形が菱形形状をなす。

額縁配線６０は図２に示したように、センサ電極配列４０の外側（周辺）に設けられている。額縁配線６０は複数の送信配線６１と複数の受信配線６２とよりなり、送信配線６１と受信配線６２とを分離する送受信配線分離用グランド配線６３が額縁配線６０に含まれている。この例では各第１のセンサ電極列４１のＸ方向両端にそれぞれ受信配線６２が接続されており、各第２のセンサ電極列４５のＹ方向一端にそれぞれ送信配線６１が接続される。なお、図１及び図２では複数配列されてセンサ電極配列４０から引き出されている送信配線６１、受信配線６２は、配列の両端に位置するもののみ示し、両端に位置する以外のものは図示を省略している。第１のセンサ電極列４１をこのように受信側とするか、あるいは送信側とするかは、外部の信号処理ＩＣによって決まり、信号処理ＩＣに応じて送信配線６１が受信配線となり、受信配線６２が送信配線となる。

送信配線６１と受信配線６２は透明基板３１の一方の長辺（下辺）の中央及び中央近傍まで延びて形成されている。送受信配線分離用グランド配線６３は透明基板３１の下辺側において送信配線６１の配列と受信配線６２の配列の間に設けられており、送信配線６１及び受信配線６２と同様、透明基板３１の下辺中央近傍まで延びて形成されている。

第１の外周グランド配線７１は額縁配線６０の外側に設けられ、透明基板３１の周縁に位置されている。第１の外周グランド配線７１は透明基板３１の下辺中央部を除き、額縁配線６０及びセンサ電極配列４０を囲むように形成されている。なお、透明基板３１の上辺中央において第１の外周グランド配線７１はわずかな隙間によって分断されている。

シールド配線８０は図３に示したようにセンサ電極配列４０の外側に設けられている。シールド配線８０は絶縁層３３を介して額縁配線６０上に位置し、額縁配線６０はシールド配線８０によって覆われている（図１Ｂ参照）。

シールド配線８０の外側には第２の外周グランド配線７２が設けられている。第２の外周グランド配線７２は第１の外周グランド配線７１と同じ形状を有し、絶縁層３３を介して第１の外周グランド配線７１の上に位置されている。第２の外周グランド配線７２とシールド配線８０は互いに接続されて導通されている。

第１及び第２の外周グランド配線７１，７２及び額縁配線６０は透明基板３１の下辺中央部において、外部の回路基板にそれぞれ接続される。

上記のような構成において、第１及び第２のセンサ電極列４１，４５は図２及び図３に示したように、この例では導体細線のメッシュよりなり、印刷によって形成されるものとなっている。即ち、この例では第１及び第２の導体層３２，３４は印刷によって形成され、太い第１及び第２の外周グランド配線７１，７２及び送受信配線分離用グランド配線６３も印刷性の観点から太いベタ配線ではなく、メッシュ状の配線となっている。なお、細い送信配線６１及び受信配線６２はライン状（線状）の配線とされるが、メッシュ状の配線としてもよい。

このように印刷手法を用いれば、透明電極をＩＴＯ（Indium Tin Oxide：酸化インジウムスズ）で形成する場合のように、ＩＴＯをスパッタで成膜し、その後エッチングするといった面倒な工程は不要となり、その分、工数を削減でき、低コスト化を図ることができる。

第１及び第２の導体層３２，３４の印刷は銀などの導電インクをグラビアオフセット印刷することによって行われ、これによりライン幅（線幅）が微細なメッシュを良好に形成することができる。なお、第１及び第２の外周グランド配線７１，７２及び送受信配線分離用グランド配線６３のメッシュはシールド配線８０のメッシュよりも開口率が小さくされており、具体的に言えば、図３Ｃに示しているようにライン幅は同じで、ライン間隔（スペース幅）が小さくされ、つまりメッシュピッチが小さくされている。

上記のような構成を有するタッチパネル１００において、第１及び第２の外周グランド配線７１，７２は、透明基板３１の板面と平行な方向からタッチパネル１００に向かって入射しようとする電磁ノイズを吸収することで額縁配線６０を保護し、タッチパネル１００の誤動作を防止すると共に、透明基板３１の板面と平行な方向にタッチパネル１００から外へ放射されようとする電磁ノイズを吸収することで外部機器の誤動作を防止するものとなっている。

また、第１及び第２の外周グランド配線７１，７２は、ユーザがタッチパネル１００に触れることにより生じる静電気放電（ＥＳＤ：Electro Static Discharge）により、例えば額縁配線６０が破壊されるのを防止するため、侵入してきた静電気を外部の回路基板に逃がす役割を果たす。

一方、シールド配線８０は透明基板３１の板面と垂直な方向からタッチパネル１００に向かって入射しようとする電磁ノイズを吸収することで額縁配線６０を保護し、タッチパネル１００の誤動作を防止すると共に、透明基板１００の板面と垂直な方向にタッチパネル１００から外へ放射されようとする電磁ノイズを吸収することで外部機器の誤動作を防止するものとなっている。

このようにタッチパネル１００は電磁的な耐性、つまり電磁感受性（ＥＭＳ：Electro Magnetic Susceptibility）を持つと共に、電磁妨害（ＥＭＩ：Electro Magnetic Interference）を生じない電磁的な不干渉性を有するものとなっており、つまり電磁両立性（ＥＭＣ）を有するものとなっており、さらに静電気に対する耐性も有するものと考えられていた。

しかるに、上述したタッチパネル１００に対し、高電荷の静電気印加試験を行った結果、静電気に対する耐性が十分ではなく、額縁配線６０やシールド配線８０の溶断による破壊が生じることが判明した。さらには、額縁配線６０やシールド配線８０の破壊に比べ、発生確率は低いものの、第１及び第２の外周グランド配線７１，７２の溶断による破壊が生じることも判明した。図４〜６はこの破壊のメカニズムを例示したものであり、以下、図４〜６を参照して静電気印加試験により生じた破壊のメカニズムを説明する。なお、試験においては放電ガンで±１８ｋＶの静電気を印加した。
（１）額縁配線６０の溶断（図４）
ａ．カバー３７と筐体２００の隙間から静電気が侵入
ｂ．保護膜３５に存在する微小なピンホールを通じて、あるいは保護膜３５が絶
縁破壊することで、第２の外周グランド配線７２に静電気が移動
ｃ．第２の外周グランド配線７２と接続されているシールド配線８０に静電気が
移動
ｄ．絶縁層３３に存在する微小なピンホールを通じて、あるいは絶縁層３３が絶
縁破壊することで、額縁配線６０に静電気が移動
ｅ．額縁配線６０内に静電気が流れる過程で額縁配線６０の許容電流を超え、額
縁配線６０が溶断
（２）第２の外周グランド配線７２の溶断（パターン１：図５）
ａ．カバー３７と筐体２００の隙間から静電気が侵入
ｂ．保護膜３５に存在する微小なピンホールを通じて、あるいは保護膜３５が絶
縁破壊することで、第２の外周グランド配線７２に静電気が移動
ｃ．第２の外周グランド配線７２に静電気が流れる過程で第２の外周グランド配
線７２の許容電流を超え、第２の外周グランド配線７２が溶断
（３）第２の外周グランド配線７２の溶断（パターン２：図６）
ａ．カバー３７と筐体２００の隙間から静電気が侵入
ｂ．絶縁層３３に存在する微小なピンホールを通じて、あるいは絶縁層３３が絶
縁破壊することで、第１の外周グランド配線７１に静電気が移動
ｃ．絶縁層３３に存在する微小なピンホールを通じて、あるいは絶縁層３３が絶
縁破壊することで、第１の外周グランド配線７１から第２の外周グランド配
線７２に静電気が移動
ｄ．第２の外周グランド配線７２に静電気が流れる過程で第２の外周グランド配
線７２の許容電流を超え、第２の外周グランド配線７２が溶断

以上、額縁配線６０や第２の外周グランド配線７２の破壊のメカニズムについて説明したが、第１の外周グランド配線７１やシールド層８０も同様のメカニズムによって破壊が生じる。なお、上記（１）の額縁配線６０の破壊現象は、額縁配線６０を覆う絶縁層３３の厚さが薄いほど顕著となるが、タッチパネル１００には透明性が求められるため、絶縁層３３の厚さは薄い方が良く、よって絶縁層３３の厚さをあまり厚くすることはできない。

前述の、図９に示した特許文献１に記載されているタッチパネルにおける第２遮蔽電極１８は、上述したタッチパネル１００におけるシールド配線８０と、シールド配線８０に接続されている第２の外周グランド配線７２とに相当するものであり、よって上記（１）と同様のメカニズムによって図９に示した従来のタッチパネルにおいても配線電極１３が溶断、破壊されるといった現象が生じうる。

次に、上述したような破壊のメカニズムに対し、対策を施したこの発明によるタッチパネルの構成について説明する。

図７はこの発明によるタッチパネルの第１の実施例を示したものである。なお、図１〜３に示したタッチパネル１００の構成と対応する部分には同一符号を付し、詳細な説明を省略する。

この図７に示したタッチパネル３００ではハッチングを付して示しているシールド配線８０’と第２の外周グランド配線７２との間に、図７に示したように隙間が設けられてシールド配線８０’は第２の外周グランド配線７２から分離され、第２の外周グランド配線７２と絶縁されたものとなっている。そして、シールド配線８０’は送受信配線分離用グランド配線６３と接続されるものとなっている。絶縁層３３には図７中、破線で示した穴９１が設けられ、この穴９１の位置においてシールド配線８０’は送受信配線分離用グランド配線６３と接続される。

このような構成とすることにより、上記（１）のメカニズムのようにシールド配線８０’に静電気が移動するといったことを阻止することができ、よって静電気による額縁配線６０やシールド配線８０’の破壊を防止することができる。なお、シールド配線８０’の、送受信配線分離用グランド配線６３との接続部分は例えばメッシュピッチを小さくしてもよい。

次に、この発明によるタッチパネルの第２の実施例を図８を参照して説明する。

上述した第１の実施例のタッチパネル３００では、第２の外周グランド配線７２は図１に示したタッチパネル１００と同様、絶縁層３３を介して第１のグランド配線７１の上に位置していたが、第２の実施例のタッチパネル４００では、第１の外周グランド配線７１と第２の外周グランド配線７２は絶縁層３３を介して上下に分離させるのではなく、重ね印刷により形成する。重ね印刷は図８に示したように、絶縁層３３の印刷形成位置を設定して（制限して）第１の外周グランド配線７１が絶縁層３３によって覆われないようにすればよく、第２の外周グランド配線７２は第１の外周グランド配線７１上に直接重なって位置され、第１の外周グランド配線７１と接続される。

このような構成とすることにより、第１及び第２の外周グランド配線７１，７２は一体となって断面積が増大し、許容電流が増大するため、上記（２）や（３）のメカニズムによる第１及び第２の外周グランド配線７１，７２の破壊を防止することができる。なお、互いに接続される第１及び第２の外周グランド配線７１，７２以外の構成は、図７に示した第１の実施例のタッチパネル３００と同様である。

以上説明したタッチパネル３００，４００は図１〜３に示したタッチパネル１００に対し、上述したような構成の変更を行うものであるが、工数が増加することはない。

以上、この発明の実施例について説明したが、例えばセンサ電極配列４０はＩＴＯ等のスパッタによって形成してもよい。しかしながら、低コスト化を図る上では、上述した実施例のように印刷手法を用い、第１のセンサ電極列４１、額縁配線６０、第１の外周グランド配線７１の一括形成及び第２のセンサ電極列４５、シールド配線８０’、第２の外周グランド配線７２の一括形成を行うのが好ましい。

銀などの導電インクを用いた印刷を行う場合、センサ電極配列４０はメッシュによって構成され、前述したように印刷性の観点から太い第１及び第２の外周グランド配線７１，７２等もメッシュ状の配線とするのが好ましいが、メッシュ状の配線は抵抗値が大きくなり、上記（２）や（３）のメカニズムによる溶断が生じやすくなるため、第１及び第２の外周グランド配線７１，７２を重ねて一体化することは、第１及び第２の外周グランド配線７１，７２がメッシュ状の配線の場合に極めて有効となる。

１１ 基板 １１ａ 表面
１２ 検出電極 １３ 配線電極
１４ 検出領域 １５ 配線領域
１６ 第１遮蔽電極 １７ 絶縁層
１８ 第２遮蔽電極 １９ 貫通孔
２１ 第１フレキシブル基板 ２２ 信号処理ＩＣ
２３ 第２フレキシブル基板 ３１ 透明基板
３２ 第１の導体層 ３３ 絶縁層
３４ 第２の導体層 ３５ 保護膜
３６ 光学粘着剤 ３７ カバー
４０ センサ電極配列 ４１ 第１のセンサ電極列
４２ 島状電極 ４３ 連結部
４５ 第２のセンサ電極列 ４６ 島状電極
４７ 連結部 ５０ センサ領域
６０ 額縁配線 ６１ 送信配線
６２ 受信配線 ６３ 送受信配線分離用グランド配線
７１ 第１の外周グランド配線 ７２ 第２の外周グランド配線
８０，８０’ シールド配線 ９１ 穴
１００ タッチパネル ２００ 筐体
３００，４００ タッチパネル

Claims (5)

1. 透明基板上にセンサ電極配列と、前記センサ電極配列の外側に位置して前記センサ電極配列に接続された額縁配線と、前記額縁配線の外側に位置する第１の外周グランド配線とが形成され、前記額縁配線上に絶縁層を介して前記額縁配線を覆うシールド配線が設けられているタッチパネルであって、
   前記シールド配線の外側に第２の外周グランド配線が設けられ、
   前記シールド配線は前記絶縁層に形成された穴位置において前記額縁配線に含まれるグランド配線と接続され、前記第２の外周グランド配線とは絶縁されていることを特徴とするタッチパネル。
2. 請求項１記載のタッチパネルにおいて、
   前記第２の外周グランド配線は前記第１の外周グランド配線上に直接重なって位置されて前記第１の外周グランド配線と接続されていることを特徴とするタッチパネル。
3. 請求項１又は２記載のタッチパネルにおいて、
   前記センサ電極配列は第１及び第２の導体層によって形成され、
   前記第１の導体層によって前記額縁配線及び前記第１の外周グランド配線が形成され、
   前記第２の導体層によって前記シールド配線及び前記第２の外周グランド配線が形成されていることを特徴とするタッチパネル。
4. 請求項１乃至３記載のいずれかのタッチパネルにおいて、
   前記額縁配線に含まれるグランド配線は前記額縁配線に含まれる送信配線と受信配線とを分離する送受信配線分離用グランド配線であることを特徴とするタッチパネル。
5. 請求項１乃至４記載のいずれかのタッチパネルにおいて、
   前記シールド配線、前記第１及び第２の外周グランド配線及び前記額縁配線に含まれるグランド配線は導体細線のメッシュよりなり、
   前記第１及び第２の外周グランド配線及び前記額縁配線に含まれるグランド配線は前記シールド配線よりも開口率が小さくされていることを特徴とするタッチパネル。

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