JP2021002337A - タッチパネル - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明に係るタッチパネル5は、パネル部材10と、パネル部材10のビューエリアに対応する位置において、互いに平行に配置され、被検知物の近接/離間に応じて容量が変化する複数の第1電極22と、複数の第1電極22と交差し、互いに平行に配置され、第1電極22同様に容量が変化する複数の第2電極32と、複数の第1電極22又どうしまたは複数の第2電極32どうしの間に平行に配置され、姿勢変化および温度変化に応じて電気抵抗が変化する複数の第3電極42と、複数の第3電極42のそれぞれに沿って延在するように配置され、第3電極42同様に電気抵抗が変化する複数の第4電極82と、を備え、第4電極82の温度変化による抵抗変化率は第3電極42と同じであり、第4電極82の姿勢変化による抵抗変化率は第3電極42の90%以下である。
【選択図】 図3
Description
温度変化は、操作面に指が接触したときの指の熱が、第3電極42に伝わることによって生じる。
パネル部材は、操作面を有するとともに弾性変形可能である。
第1電極は、パネル部材における操作面とは反対側に第1方向(例えばX軸方向)に所定間隔を隔てて並ぶように互いに平行に複数配置され、被検知物の近接/離間に応じて自己容量または相互容量が変化する。
第2電極は、複数の第1電極と対向し、かつ、第1方向に交差する第2方向(例えばY軸方向)に所定間隔を隔てて並ぶように互いに平行に配置され、被検知物の近接/離間に応じて自己容量または相互容量が変化する。
第3電極は、複数の第1電極どうしの間に第1方向に並ぶように互いに平行に配置され、または、複数の第2電極どうしの間に第2方向に並ぶように互いに平行に配置され、姿勢変化および温度変化に応じて電気抵抗が変化する。
第4電極は、複数の第3電極のそれぞれに沿って延在するように配置され、姿勢変化および温度変化に応じて電気抵抗が変化する。
また、第4電極の温度変化による抵抗変化率は、第3電極の温度変化による抵抗変化率と同じである。
また、第4電極の姿勢変化による抵抗変化率は、常温での姿勢変化中において、第3電極の姿勢変化による抵抗変化率の90%以下である。
また、抵抗変化が検出された第3電極を特定することで、操作面上でのX軸方向またはY軸方向に沿った押圧位置毎の押圧力を決定することもできる。
すなわち、第3電極のパターンは、直線パターンである。
一方、第4電極のパターンは、第4電極を構成する抵抗線が平面視でジグザグ状に折り返されたパターンである。第4電極のパターンは、互いに平行に形成されている複数の重複部分を有している。また、複数の重複部分の並び方向が第4電極の延在方向に一致する。
なお、第3電極は、第4電極のように延在方向に直交する方向の幅を取らないので、第2電極、第3電極および第4電極を詰めて並べることができる。その結果、押圧位置および押圧力の検出精度を高めることができる。
一方、第4電極を構成する抵抗線の幅が折り返し部分では太いので、応力集中に対して折り返し部分の耐久性が上がる。
すなわち、第1電極および第2電極のうち第3電極および第4電極と同一面に形成された電極のパターンが、メッシュパターンである。具体的には、メッシュパターンは、X軸方向およびY軸方向の細線からなる矩形状の格子目を有する。第4電極のパターンの隣接する一組の重複部分を対辺とする矩形状の領域と、メッシュパターンの格子目とは、同一または近似サイズ、かつ、同一または近似サイズである。
また、メッシュパターンである電極と、第3電極と、第4電極とが、近接している。
さらに、格子目および矩形状の領域が、全体として規則正しく配列されている、
さらに、第4電極のパターンの隣接する一組の重複部分を対辺とする矩形状の領域が、メッシュパターンの格子目と視覚的に同化するため、電極のパターンが視認される現象、いわゆる骨見え現象を抑制することできる。
すなわち、第3電極のパターンは、第3電極を構成する抵抗線が平面視でジグザグ状に折り返されたパターンである。第3電極のパターンは、互いに平行に形成されている複数の重複部分を有している。また、複数の重複部分の並び方向が前記第3電極の延在方向に一致する。
一方、第4電極のパターンは、第4電極を構成する抵抗線が平面視でジグザグ状に折り返されたパターンである。第4電極のパターンは、互いに平行に形成されている複数の重複部分を有している。また、複数の重複部分の並び方向が第4電極の延在方向に一致するパターンである。なお、第3電極のパターンと第4電極のパターンの折り返しは、同調した周期を有する。
さらに、第1電極および第2電極のうち第3電極および第4電極と同一面に形成された電極のパターンが、メッシュパターンである。具体的には、メッシュパターンは、X軸方向およびY軸方向の細線からなる矩形状の格子目を有する。第3電極および第4電極のパターンの隣接する一組の重複部分を対辺とする矩形状の領域と、メッシュパターンの格子目とは、同一または近似形状、かつ、同一または近似サイズである。
また、メッシュパターンである電極と、第3電極と、第4電極とが、近接している、
さらに、格子目および矩形状の領域が、全体としてX軸方向およびY軸方向に規則正しく配列されている。
さらに、第3電極および第4電極のパターンの隣接する一組の重複部分を対辺とする矩形状の領域が、メッシュパターンの格子目と視覚的に同化するため、電極のパターンが視認される現象、いわゆる骨見え現象を抑制することできる。
前述の第3電極が直線パターンの態様と比べると、本態様は、第4電極のパターンの重複部分どうしを接続する折り返し部分付近で、第4電極と第3電極とが二重線(メッシュパターンの細線を含めると三重線)を構成しない。したがって、メッシュパターンの格子目との同化がより自然である。
すなわち、第3電極を構成する抵抗線の線幅が、重複部分で太く、重複部分どうしを接続する折り返し部分では細い。一方、第4電極を構成する抵抗線の線幅が、重複部分で細く、重複部分どうしを接続する折り返し部分では太い。
すなわち、複数の第3電極が、互いに隣接して配置される第3電極どうしがそれらの延在方向の一方側端部と他方側端部とで交互に接続されている。
一方、複数の第4電極が、互いに隣接して配置される第4電極どうしがそれらの延在方向の一方側端部と他方側端部とで交互に接続されている。
なお、複数の第4電極は、第4電極の検出結果に基づいて第3電極の検出結果を温度補償するためのものであるから、複数の第3電極と同様の接続を行なう。
この構成によれば、パネル部材の鉛直方向に加えられた押圧力はパネル部材の長辺の支持端に、すなわち短辺方向に多くが伝達される。そして、パネル部材の短辺と平行な第3電極と第4電極の延在方向に伸びる応力が効果的に印加されることになる。
(1)タッチパネルの基本構成
本発明に係るタッチパネルの実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係るタッチパネル5は、携帯電話や携帯ゲーム機等の電子機器1、自動車内装に用いられる、センターインフォメーションディスプレイ(CID:Center Information Display)やクラスター(Cluster:Instrument Cluster)、リアシートエンターテイメント(RSE:Rear Seat Entertainment)等の車載ディスプレイに備えられ、タッチ入力デバイスとして機能する。
本実施形態では、電子機器1の一種としての多機能携帯電話(スマートフォン)に搭載されたタッチパネル5を例として説明する。なお、以下の説明では、タッチ入力デバイスとしてのタッチパネル5の入力面(後述する操作面10a)が位置している側を「正面側」と称する。この「正面側」は、電子機器1を操作するユーザーに対して正対する側でもある。これとは反対に、電子機器1を操作するユーザーから見た場合における奥側を「背面側」と称する。
凹部3aの形状および寸法は、表示装置4やタッチパネル5の形状および寸法に応じて適宜設定することができる。本実施形態では、一例として、表示装置4およびタッチパネル5はいずれも略直方体状の形状を有しており、平面視(正面側から見た状態)での寸法は表示装置4よりもタッチパネル5の方が大きい。そして、凹部3aは、第1収納凹部の側面と表示装置4の側面とが接するとともに第2収納凹部の側面とタッチパネル5の側面とが接し、かつ、表示装置4の表面と支持部3bの表面とが略同じ高さとなるともに筐体3の表面とタッチパネル5の表面とが略同じ高さとなるように形成されている。
なお、本実施形態に係るタッチパネル5において、タッチ位置を検出する部分をタッチセンサ5a、押圧力の大きさを検出する部分を圧力センサ5bとする。
パネル部材10は、タッチパネル5における最正面側に配置される板状部材である。パネル部材10は、その正面側の表面に操作面10aを有する。この操作面10aは、ユーザーが電子機器1に対して所定操作を入力する際に、ユーザーの指等によってタッチされる(操作対象となる)面である。また、操作面10aは、表示装置4のビューエリアとして機能する。操作面10aの外周は、外周エリア10bである。
本実施形態では、パネル部材10は、第1電極形成部材20および第2電極形成部材30を保護する保護パネルとして機能する。パネル部材10は、透明性、耐傷性、および防汚性等を具備していることが好ましい。このようなパネル部材10は、例えばソーダガラスや強化ガラス等を用いたガラス板により構成することができ、本実施形態ではガラス薄板としている。これ以外にも、ポリメチルメタクリレートやポリカーボネート等の樹脂材料や、有機無機ハイブリッド材料等を用いてパネル部材10を構成しても良い。強度に優れた材料を用いることで、パネル部材10の薄型化を図ることができる。パネル部材10の厚みは、例えば、0.4mm〜1.5mmとすることができる。また、パネル部材10は、元来的に弾性変形可能ではあるが、薄型化することで弾性変形しやすくなるという利点もある。
(3−1)第1電極形成部材
第1電極形成部材20は、第1基板21と、この第1基板21上に形成された複数(本
例では8本)の第1電極22を有する。
(a)第1基板
第1基板21は、透明性、柔軟性、および絶縁性等に優れた材料を用いて構成されていることが好ましい。このような要求を満足する材料としては、例えばポリエチレンテレフタレートやアクリル系樹脂等の汎用樹脂、ポリアセタール系樹脂やポリカーボネート系樹脂等の汎用エンジニアリング樹脂、ポリスルホン系樹脂やポリフェニレンサルファイド系樹脂等のスーパーエンジニアリング樹脂等が例示される。その他、シクロオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂でもよい。第1基板21の厚みは、例えば、25μm〜100μmとすることができる。本実施形態では、ポリエチレンテレフタレートフィルムにより第1基板21が構成されている。
第1電極22は、本実施形態では、第1基板21における正面側(パネル部材10側)の面において、操作面10aに対応して形成されている。複数の第1電極22は、X軸方向に所定間隔を隔てて並ぶように互いに平行に配置されている。本実施形態では、第1電極22は、ストライプ状(一定幅を有する直線状)に形成されている。なお、第1電極22は、例えば波状やジグザグ状に形成されても良い。いずれにしても、第1電極22のそれぞれは、全体として、Y軸方向に沿って延在するように形成されている。第1電極22は、非検知物(ユーザーの指等の導体)の近接/離間に応じて静電容量が変化する材料を用いて構成されている。なお、「静電容量」とは、自己容量(self capacitance)と相互容量(mutual capacitance)と相互容量(mutual capacitance)との双方を含む概念である。つまり、第1電極22は、非検知物の近接/離間に応じて、自己容量または第2電極32との間の相互容量が変化する材料を用いて構成されている。また、第1電極22は、透明性に優れた材料を用いて構成されていることが好ましい。このような要求を満足する材料としては、例えば酸化スズ、酸化インジウム、酸化アンチモン、酸化亜鉛、酸化カドミウム、およびITO(Indium Tin Oxide)等の金属酸化物、銀ナノワイヤー、カーボンナノチューブ、導電性ポリマー等が例示される。第1電極22が、これらの材料を用いて構成された透明導電膜である場合、その厚みは、例えば5nm〜10000nmとすることができる。
第2電極形成部材30は、第2基板31と、この第2基板31上に形成された複数(本例では8本)の第2電極32とを有する。
(a)第2基板
第2基板31も、透明性、柔軟性、および絶縁性等に優れた材料を用いて構成されていることが好ましい。第2基板31を構成する材料や第2基板31の厚みに関しては、第1基板21と同様に考えることができる。
第2電極32は、本実施形態では、第2基板31における正面側(パネル部材10および第1電極形成部材20側)の面に形成されている。複数の第2電極32は、複数の第1電極22と厚み方向に所定間隔を隔てて対向するように配置されている。また、複数の第2電極32は、Y軸方向に所定間隔を隔てて並ぶように互いに平行に配置されている。本実施形態では、第2電極32は、ストライプ状(一定幅を有する直線状)に形成されている。なお、第2電極32は、例えば波状やジグザグ状に形成されても良い。いずれにしても、第2電極32のそれぞれは、全体として、X軸方向に沿って延在するように形成されている。これにより、第1電極22と第2電極32とは、平面視で互いに交差(本例では直交)するように配置されている。第2電極32は、第1電極22と同様、非検知物の近接/離間に応じて静電容量が変化する材料を用いて構成されている。第2電極32は、非検知物の近接/離間に応じて、自己容量または第1電極22との間の相互容量が変化する材料を用いて構成されている。また、第2電極32は、透明性に優れた材料を用いて構成されていることが好ましい。第2電極32を構成する材料や第2電極32の厚みに関しては、第1電極22と同様に考えることができる。また、第2電極32の形成方法に関しても、第1電極22と同様に考えることができる。
圧力センサ5bを説明する。
図3に示すように、圧力センサ5bは、第2基板31上に形成された複数(本例では、第2電極32どうしの間の数に対応する7本)の第3電極42をさらに有する。
第3電極42は、第2基板31における正面側(パネル部材10および第1電極形成部材20側)の面に形成されている。第3電極42は、Y軸方向に所定間隔を隔てて並ぶように互いに平行に配置されている。第3電極42は、互いに隣接する第2電極32どうしの間に1本ずつ配置されており、第3電極42のそれぞれの電極42a〜42gは、全体として、X軸方向に沿って延在するように形成されている(図4を参照)。なお、複数の第3電極42は、第2電極32と同様、複数の第1電極22と厚み方向に所定間隔を隔てて対向するように配置されている。
なお、図3では、パネル部材10の短辺が、第3電極42の延在方向と平行である。この構成によれば、パネル部材10の鉛直方向に加えられた押圧力はパネル部材10の長辺の支持端に、すなわち短辺方向に多くが伝達されるので、第3電極42の延在方向に延びる応力が効果的に印加される。したがって、押圧力の検出感度を高めることができる。
第4電極82は、第2基板31における正面側(パネル部材10および第1電極形成部材20側)の面に形成されている。第4電極82は、第3電極42に沿って延在するように配置されている。第4電極82は、互いに隣接する第2電極32どうしの間に第3電極42との対で1本ずつ配置されている。つまり、互いに平行に形成される第2電極32と第3電極42および第4電極82の対とが、Y軸方向に所定間隔を隔てつつ交互に配置されている。本実施形態では、第4電極82は、ストライプ状(一定幅を有する直線状)に形成されている。第4電極82のそれぞれの電極82a〜82gは、全体として、X軸方向に沿って延在するように形成されている(図4を参照)。なお、複数の第4電極82は、第2電極32および第3電極42と同様、複数の第1電極22と厚み方向に所定間隔を隔てて対向するように配置されている。
なお、前述したように、パネル部材10の鉛直方向に加えられた押圧力はパネル部材10の長辺の支持端に、すなわち短辺方向に多くが伝達されるので、第4電極82の延在方向に延びる応力が効果的に印加される。
第3電極42は、姿勢変化および温度変化に応じて電気抵抗が変化する材料を用いた抵抗線で構成されている。また、第3電極42は、透明性に優れた材料を用いて構成されていることが好ましい。
このような要求を満足する材料としては、例えば酸化スズ、酸化インジウム、酸化アンチモン、酸化亜鉛、酸化カドミウム、およびITO等の金属酸化物、銀ナノワイヤー、カーボンナノチューブ、導電性ポリマー等が例示される。第3電極4が、これらの材料を用いて構成された透明導電膜である場合、その厚みは、例えば5nm〜10000nmとすることができる。
第4電極82は、姿勢変化および温度変化に応じて電気抵抗が変化する材料を用いた抵抗線で構成されている。また、第4電極82は、透明性に優れた材料を用いて構成されていることが好ましい。
このような要求を満足する材料としては、例えば酸化スズ、酸化インジウム、酸化アンチモン、酸化亜鉛、酸化カドミウム、およびITO等の金属酸化物、銀ナノワイヤー、カーボンナノチューブ、導電性ポリマー等が例示される。第4電極82が、これらの材料を用いて構成された透明導電膜である場合、その厚みは、例えば5nm〜10000nmとすることができる。
ところで、図3および図4において、第3電極42はストライプ状(一定幅を有する直線状)に描かれているが、これは第3電極42の実際のパターンそのものではない。第2基板31上に複数の各電極32,42,82が並んでいるため、図を見やすくするために、第3電極42を簡略化して表現したものである。
直線パターンの第3電極42の抵抗変化後の電気抵抗(R1´)は、元の電気抵抗(R1)、歪み(ε)およびゲージ率(Ks)と、次式の関係にある。
R1´=R1(1+Ks×ε) (式1)
つまり、電気抵抗の変化した量(ΔR1)および抵抗変化率(ΔR1/R1)は、それぞれ次式のようになる。
ΔR1=R1×Ks×ε (式2)
ΔR1/R1=Ks×ε (式3)
これに対して、同幅のジグザグパターンの第4電極82の抵抗変化後の電気抵抗(R2´)は、元の電気抵抗(R2)、歪み(ε)およびゲージ率(Ks)と、次式の関係にある。
R2´=R2/2+R2/2(1+Ks×ε) (式4)
前の項のR2/2が重複部分821の電気抵抗、後の項のR2/2(1+Ks×ε)が折り返し部分822の抵抗である。つまり、電気抵抗の変化した量(ΔR2)および抵抗変化率(ΔR2/R2)は、それぞれ次式のようになる。
ΔR2=R2/2×Ks×ε (式5)
ΔR2/R2=1/2×Ks×ε (式6)
したがって、(式3)と(式6)から明らかな通り、第4電極82の抵抗変化率は、第3電極42の抵抗半化率の1/2に相当する。すなわち、パターンの違いだけで、押圧時の第3電極42の抵抗変化率と第4電極82の抵抗変化率との差を生じさせることができる。
また、第4電極82を構成する抵抗線の幅を、図5(b)に示すように、重複部分821で細く、重複部分821どうしを接続する折り返し部分822では太くするのが、より好適である。
第4電極82を構成する抵抗線の折り返し部分822の幅を重複部分821に比べて太くすることにより、押圧時に検出される第4電極82の抵抗変化率が、重複部分821と折り返し部分822とが同幅の場合に比べて小さくなる。
R2´=2R2/3+R2/3(1+Ks×ε) (式7)
前の項の2R2/3が押圧後の重複部分821の電気抵抗、後の項のR2/3(1+Ks×ε)が押圧後の折り返し部分822の抵抗である。つまり、電気抵抗の変化した量(ΔR2)および抵抗変化率(ΔR2/R2)は、それぞれ次式のようになる。
ΔR2=R2/3×Ks×ε (式8)
ΔR2/R2=1/3×Ks×ε (式9)
したがって、(式3)と(式9)から明らかな通り、第4電極82の抵抗変化率は、第3電極42の抵抗半化率の1/3に相当する。すなわち、押圧時の第3電極42の抵抗変化率と第4電極82の抵抗変化率の差が大きくなるため、さらにより正確な検出が容易となる。
また、抵抗線の折り返し部分822で幅を太くすることにより、応力集中に対して折り返し部分822の耐久性が上がる。
支持部材50は、パネル部材10を背面側(第3電極42および第4電極82が設けられた側)から支持する。支持部材50は、第1電極22が形成された第1電極形成部材20並びに第2電極32、第3電極42および第4電極82が形成された第2電極形成部材30を介して、パネル部材10を背面側から支持する。支持部材50は、枠状に形成されている。支持部材50は、筐体3の支持部3bの形状に対応するように、平面視で矩形枠状に形成されている。支持部材50は、矩形状に形成されたパネル部材10および各電極形成部材20,30の周縁部(各辺の近傍)を支持するように設けられている。支持部材50は、弾性または柔軟性と、パネル部材10等を適切に支持し得る程度の定形性とを兼ね備えた材料を用いて構成されていることが好ましい。
ここでは特に、支持部材50はパネル部材10を構成する材料よりも柔らかい材料で構成されていると好ましい。なお、“柔らかさ”とは、応力に対する変形量の大きさを表す尺度であり、本願においてはヤング率に基づいて評価するものとする。つまり、支持部材50は、パネル部材10を構成する材料よりもヤング率が小さい材料で構成されていると好ましい。例えば、ヤング率が1M・Pa以下、好ましくは0.5M・Pa〜1M・Paの材料が好ましい。
図6に示すように、複数の第1電極22のそれぞれは、引き回し配線23を介して制御部60に接続されている。複数の第1電極22から延びるそれぞれの引き回し配線23には、スイッチ24が設けられている。スイッチ24は、本実施形態ではスイッチング素子を用いて構成されている。複数の第2電極32のそれぞれは、引き回し配線33を介して制御部60に接続されている。
複数の第2電極32から延びるそれぞれの引き回し配線33には、スイッチ34が設けられている。スイッチ34は、本実施形態ではスイッチング素子を用いて構成されている。
スイッチング素子としては、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)、GTO(Gate Turn−Off thyristor)等が例示される。なお、引き回し配線23,33,43,83は、金、銀、銅、およびニッケル等の金属、またはカーボン等の導電ペーストを用いて構成される。また、スイッチ24,34,44,84を構成する各スイッチング素子は、制御信号線を介して制御部60に接続されている。
制御部60は、CPU等の演算処理装置を中核部材として備え、入力されたデータに対して種々の処理を行うための機能部として、ハードウェアまたはソフトウェア(プログラム)或いはその両方により構成されている。図8に示すように、制御部60は、切替え制御部61、容量検出部62、第1抵抗検出部63、第2抵抗検出部64、温度補償部68および入力決定部65を備えている。入力決定部65は、位置決定部66および押圧力決定部67を含んでいる。また、制御部60は、記憶部70と情報通信可能に接続されている。記憶部70は、RAM(Random Access Memory)やEEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)等のメモリにより構成されている。記憶部70には、関係データ71および基準データ72が記憶されている。
切替え制御部61は、スイッチ24,34を構成するスイッチング素子のオン/オフを制御する。切替え制御部61は、例えばスイッチ24,34がIGBTで構成される場合には、各IGBTに対するゲート駆動信号を個別に生成することで、各IGBTのオン/オフを制御する。他のスイッチング素子を用いる場合も同様に考えることができる。切替え制御部61は、例えば第1電極22aに対応するスイッチ24aを構成するIGBTをオン状態とすることで、第1電極22aを選択的に容量検出部62に接続させる。また、切替え制御部61は、例えば第1電極22bに対応するスイッチ24bを構成するIGBTをオン状態とすることで、第1電極22bを選択的に容量検出部62に接続させる。他の第1電極22c〜22h(スイッチ24c〜24h)に関しても、同様に考えることができる。また、第2電極32a〜32h(スイッチ34a〜34h)に関しても、同様に考えることができる。
容量検出部62は、本実施形態では、複数の第1電極22および複数の第2電極32のそれぞれの静電容量(自己容量)を検出する。このため、容量検出部62は、公知の静電容量検出回路を含んで構成されている。容量検出部62は、切替え制御部61により選択的に接続された各第1電極22a〜22hの静電容量を順次検出する。また、容量検出部62は、切替え制御部61により選択的に接続された各第2電極32a〜32hの静電容量を順次検出する。各第1電極22のスキャニングと各第2電極32のスキャニングとは、同期して行われても良いし、交互に行われても良い。
なお、ミューチュアル(mutual)方式の検出方法を採用しても良い。この場合、容量検出部62は、各第1電極22と各第2電極32との間の静電容量(相互容量)を検出する。ミューチュアル方式を採用すれば、マルチタッチ対応が可能となる。容量検出部62による検出値の情報は、入力決定部65(位置決定部66)に伝達される。
第1抵抗検出部63は、複数の第3電極42の電気抵抗を検出する。また、第2抵抗検出部64は、複数の第4電極82の電気抵抗を検出する。このため、第1抵抗検出部63および第2抵抗検出部64は、抵抗検出回路を含んで構成されている。この抵抗検出回路は、公知のブリッジ回路(ホイートストンブリッジ回路)により構成されている。 第1抵抗検出部63は、切替え制御部61により選択的に接続された全体または個別の第3電極42の両端間の電圧に基づいて、その電気抵抗(抵抗)を検出する。また、第2抵抗検出部64は、切替え制御部61により選択的に接続された全体または個別の第4電極82の両端間の電圧に基づいて、その電気抵抗(抵抗)を検出する。第1抵抗検出部63は、オン状態とされる2つのスイッチ44の間に設けられた第3電極42の抵抗を検出する。オン状態とされる2つのスイッチ44の間に複数の第3電極42が存在する場合には、第1抵抗検出部63は、それらの全体の抵抗を検出する。また、第2抵抗検出部64は、オン状態とされる2つのスイッチ84の間に設けられた第4電極82の抵抗を検出する。オン状態とされる2つのスイッチ84の間に複数の第4電極82が存在する場合には、第2抵抗検出部64は、それらの全体の抵抗を検出する。第1抵抗検出部63および第2抵抗検出部64による検出値の情報は、温度補償部68に伝達される。
温度補償部68は、第2抵抗検出部64による検出結果に基づいて、第1抵抗検出部63による検出結果を補正する。温度補償部68による補正値の情報は、入力決定部65(押圧力決定部67)に伝達される。
なお、第4電極82の温度変化による抵抗変化率は、第3電極42の温度変化による抵抗変化率と同じであり、第4電極82の姿勢変化による抵抗変化率は、常温での姿勢変化中において、第3電極42の姿勢変化による抵抗変化率の90%以下である。
入力決定部65に含まれる位置決定部66は、容量検出部62による検出結果に基づいて、操作面10aにおけるX−Y座標系での押圧位置を決定する。本実施形態では、位置決定部66は、ユーザーの指等が十分に離間した状態における静電容量を基準として、操作面10aに対するタッチ操作時に複数の第1電極22の中で最大(複数の位置がタッチ操作される場合は極大)となる静電容量変化を与える第1電極22を特定することで、タッチ位置のX座標を決定する。
また、位置決定部66は、ユーザーの指等が十分に離間した状態における静電容量を基準として、操作面10aに対するタッチ操作時に複数の第2電極32の中で最大(または極大)となる静電容量変化を与える第2電極32を特定することで、タッチ位置のY座標を決定する。また、位置決定部66は、ミューチュアル方式の場合には、各第1電極22と各第2電極32との間の相互容量の変化量に基づいて、タッチ位置のX座標およびY座標を決定する。なお、位置決定部66は、容量検出部62により実際に検出された静電容量を用いて補間演算を行い、その演算結果に基づいてタッチ位置をより詳細に特定するように構成されても好適である。
入力決定部65に含まれる押圧力決定部67は、第1抵抗検出部63による検出結果の温度補償部68による補正後の値に基づいて、操作面10aに対する押圧力を決定する。ここで、図10は、ユーザーの指が操作面10aに次第に近づき、その後、操作面10aを次第に大きな力で押し込む様子を模式的に示している。図11は、図10の中段の状態における、押圧位置(「X」で表される位置)と第1抵抗検出部63で検出される各第3電極42a〜42gの温度補償部68による補正後の抵抗変化との関係を模式的に示している。また、図12は、図10の下段の状態における、押圧位置と第1抵抗検出部63で検出される各第3電極42a〜42gの温度補償部68による補正後の抵抗変化との関係を模式的に示している。なお、説明の便宜上、ここではシングルタッチに対しても各第3電極42a〜42gの抵抗が個別に検出される場合の例を示している。
本実施形態では、操作面10aに対する押圧力と非押圧状態からの抵抗の変化量との
相関関係を規定した関係データ71が、記憶部70に予め記憶して備えられている。関係データ71としては、例えば図13に示されるような関係マップの形態であっても良いし、所定の関係式の形態であっても良い。また、記憶部70には、非押圧状態での各第3電極42の抵抗(基準抵抗)を予め測定して得られた基準データ72が、記憶して備えられている。押圧力決定部67は、関係データ71と実際に検出される抵抗変化(実抵抗値と基準抵抗との差)とに基づいて、実抵抗の変化量に応じた押圧力を決定する。なお、「実抵抗の変化量」は、複数の位置が押圧操作される場合には、それぞれの位置における変化量である。これにより、それぞれの押圧位置における押圧力を個別に決定することができる。つまり、マルチフォース対応が可能となる。
なお、本実施形態では、第3電極42および第4電極82は、第1電極形成部材20および第2電極形成部材30のうち、パネル部材10とは反対側に配置される方の部材である第2電極形成部材30に形成されている。つまり、第3電極42および第4電極82は、第1電極22および第2電極32のうち、パネル部材10とは反対側に配置される方の電極である第2電極32どうしの間に配置されている。第2電極32は、第1電極22に比べて、パネル部材10、第1電極形成部材20、および第2電極形成部材30からなるタッチパネル本体部の中立軸(図10の下段において太い一点鎖線で表示)からより離れた位置に配置されている。このため、操作面10aに対して押圧力が加わってタッチパネル本体部が一体的に弾性変形した際の変形(姿勢変化)の程度は、第1電極22に比べて第2電極32の方が大きくなる。よって、第1電極22どうしの間ではなく、第2電極32どうしの間に第3電極42および第4電極82を配置することで、第3電極42および第4電極82の変形(姿勢変化)の程度を相対的に大きくすることができる。その結果、検出感度を高めることができ、押圧力の検出精度を高めることができる。
第1実施形態では、第3電極42と第4電極82との間における直線パターンとジグザグパターンの違いで、押圧時の第3電極42の抵抗変化率と第4電極82の抵抗変化率との差を生じさせる構成を例として説明した。
しかし、本発明の実施形態は、第4電極82の温度変化による抵抗変化率が、第3電極の温度変化による抵抗変化率と同じであって、第4電極82の姿勢変化による抵抗変化率が、常温での姿勢変化中において、第3電極42の姿勢変化による抵抗変化率の90%以下となればよい。
例えば、本実施形態では、第3電極42および第4電極82の一方の電極材料に、他方の電極材料とは温度変化による抵抗変化率が同じであって、姿勢変化による抵抗変化率は異なる材料を使用する場合、第3電極42と第4電極82とを同一形状および同一サイズのパターンとすることができる(図示せず)。
本実施形態では、第1電極22および第2電極32のうち第3電極42および第4電極と82同一面に形成された電極(図18および図19の例では、第2電極32)のパターンが、X軸方向およびY軸方向の細線からなる矩形状の格子目323を有するメッシュパターンである。本実施形態において、格子目は、正方形または長方形である。
また、第4電極82のパターンの隣接する一組の重複部分821を対辺とする矩形状の領域823と、メッシュパターンの格子目323とが同一形状または近似形状、かつ、同一または近似サイズである。
さらに、メッシュパターンである電極(図18および図19の例では、第2電極32)と、第3電極42と、第4電極82とが、近接しており、格子目323および矩形状の領域823が、全体として規則正しく配列されている。
その他の点については、第1実施形態と同様である。
格子目323および矩形状の領域823の配列方向は、例えば、図18に示ように得X軸方向およびY軸方向への直列配列とすることができる。また、格子目323および矩形状の領域823の配列方向は、図19に示ように、千鳥配列することができる。また、全体として規則正しく配列されていれば、これらに限定されない。
矩形状の領域823をメッシュパターンの格子目323と視覚的に同化する意味では、図5(a)のように同一幅の方がより好ましい。しかしながら、図5(b)のように第4電極82の重複部分821と折り返し部分822との太さが異なっていても、複数の折り返し部分822どうしが連続していないため、それほど目立たない。
本実施形態では、図20に示すように、第3電極42のパターンが、第3電極42を構成する抵抗線が平面視でジグザグ状に折り返されて互いに平行に形成されている複数の重複部分421を有し、複数の重複部分421の並び方向が第3電極42の延在方向に一致する。
また、第4電極82のパターンが、第4電極82を構成する抵抗線が平面視でジグザグ状に折り返されて互いに平行に形成されている複数の重複部分821を有し、複数の重複部分821の並び方向が第4電極82の延在方向に一致する。
第3電極42のパターンと第4電極82のパターンは、折り返しが同調した周期を有している。
第1電極22および第2電極32のうち第3電極42および第4電極82と同一面に形成された電極(図20の例では、第2電極32)のパターンが、X軸方向およびY軸方向の細線からなる矩形状の格子目を有するメッシュパターンである。本実施形態において、格子目は、正方形または長方形である。
第3電極42および第4電極82のパターンの隣接する一組の重複部分421,821を対辺とする矩形状の領域423,823と、前メッシュパターンの格子目323とが同一または近似形状、かつ、同一または近似サイズである。
前記メッシュパターンである電極(図20の例では、第2電極32と、第3電極42と、第4電極82とが、近接しており、格子目323および矩形状の領域423,823が、全体としてX軸方向およびY軸方向に規則正しく配列されている。
また、本実施形態の第3電極と第4電極82は、ジグザグパターンを構成する抵抗線が一定幅である。
その他の点については、第1実施形態と同様である。
格子目323および矩形状の領域423,823の配列方向は、図20に示ようにX軸方向およびY軸方向への直列配列である。
本実施形態では、第3電極42および第4電極82のパターンが共にジグザグパターンで、第3電極42および第4電極82と同一面に形成された第1電極22または第2電極32のパターンがメッシュパターンである第4実施形態と同様のパターン構成(図20参照)において、さらに第3電極42および第4電極82の抵抗線の幅に変化をつけた。
具体的には、図16(a)に示すように、第3電極42を構成する抵抗線の幅が、重複部分421で太く、前記重複部分421どうしを接続する折り返し部分422では細く形成されている。また、第4電極82を構成する抵抗線の幅が、前記重複部分821で細く、前記重複部分821どうしを接続する折り返し部分822では太く形成されている。
また、第4実施形態と異なり、本実施形態では、第3電極42と第4電極82が同じ電極材料からなる。この点は、第1実施形態と同様である。
その他の点については、第4実施形態と同様である。
R1´=R1/3+2R1/3(1+Ks×ε) (式10)
前の項のR1/3が押圧後の重複部分421の電気抵抗、後の項の2R1/3(1+Ks×ε)が押圧後の折り返し部分422の抵抗である。つまり、電気抵抗の変化した量(ΔR1)および抵抗変化率(ΔR1/R1)は、それぞれ次式のようになる。
ΔR1=2R1/3×Ks×ε (式11)
ΔR1/R1=2/3×Ks×ε (式12)
一方、第4電極82を構成する抵抗線の折り返し部分822の幅を重複部分821に比べて太くすることにより、押圧時に検出される第4電極82の抵抗変化率が、重複部分821と折り返し部分822とが同幅の場合に比べて小さくなる。
例えば、折り返し部分422の幅が重複部分421に比べて太いジグザグパターンの第4電極82の抵抗変化後の電気抵抗(R2´)は、仮に重複部分821と折り返し部分822の抵抗比が2:1とすると、前述の(式7)〜(式9)のようになる。
したがって、(式12)と(式9)から明らかな通り、第4電極82の抵抗変化率は、第3電極42の抵抗半化率の1/2に相当する。すなわち、パターンの違いだけで、押圧時の第3電極42の抵抗変化率と第4電極82の抵抗変化率との差を生じさせることができる。
本実施形態においては、第3電極42および第4電極82のパターンが共にジグザグパターンで、第3電極42および第4電極82と同一面に形成された第1電極22または第2電極32のパターンがメッシュパターンである第4実施形態と同様のパターン構成(図20参照)において、さらに第3電極42および第4電極82の抵抗線の幅に第5実施形態とは別の変化をつけた。
具体的には、第3電極42を構成する抵抗線の線幅が、重複部分421で太く、重複部分421どうしを接続する折り返し部分422では細く形成され、第4電極82を構成する抵抗線の線幅が、同一幅に形成されている。
また、本実施形態でも、第5実施形態と同様に、第3電極42と第4電極82が同じ電極材料からなる。
その他の点については、第4実施形態と同様である。
したがって、第3電極42と第4電極82が同じ材料であっても、パターンの違いだけで、押圧時の第3電極42の抵抗変化率と第4電極82の抵抗変化率との差を生じさせることができる。
本実施形態においては、第3電極42および第4電極82のパターンが共にジグザグパターンで、第3電極42および第4電極82と同一面に形成された第1電極22または第2電極32のパターンがメッシュパターンである第4実施形態と同様のパターン構成(図20参照)において、さらに第3電極42および第4電極82の抵抗線の幅に第5および第6実施形態とは別の変化をつけた。
具体的には、第3電極42を構成する抵抗線の線幅が、同一幅に形成され、第4電極82を構成する抵抗線の線幅が、重複部分821で細く、重複部分821どうしを接続する折り返し部分822では太く形成されている、
また、本実施形態でも、第5および第6実施形態と同様に、第3電極42と第4電極82が同じ電極材料からなる。
その他の点については、第4実施形態と同様である。
したがって、第3電極42と第4電極82が同じ材料であっても、パターンの違いだけで、押圧時の第3電極42の抵抗変化率と第4電極82の抵抗変化率との差を生じさせることができる。
上記の各実施形態では、第3電極42および第4電極82のそれぞれを構成する抵抗線の折り返し部分422,822が、直線的に折り返されている構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。例えば、図16(b)に示すように、第3電極42および第4電極82を構成する抵抗線の折り返し部分422,822が、曲線的に折り返されている構成であっても良い。
図16(b)に示す第3電極42の例では、第3電極42を構成する抵抗線の折り返し部分422は、外縁の形状が半楕円形状で、内縁の形状が半円形状となっている。また、図16(b)に示す第4電極82の例では、第4電極82を構成する抵抗線の折り返し部分822は、外縁の形状が半円形状で、内縁の形状が半楕円形状となっている。
さらに、第1〜第8実施形態の変形例について説明する。なお、以下のそれぞれの変形例で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の変形例で開示される構成と組み合わせて適用することも可能である。
例えば、パネル部材10の形状が、角が丸みを帯びた形状、辺の一部が丸みを帯びた形状、対抗する辺の一方が他方に対して傾斜を有する形状、外縁が部分的に切り欠きや突出を有する形状など、おおよそ長方形と言える形状であればよい。また、パネル部材10の形状が正方形であってもよい。
第3電極42は、第4電極82の形状に沿って配置されている。具体的には、第3電極42および第4電極82は交互に繰り返される山型(三角)形状である。第3電極42は交互に並んだ第1斜め部42aおよび第2斜め部42bを有しており、第4電極82は交互に並んだ第3斜め部82aおよび第4斜め部82bを有している。第1斜め部42aと第3斜め部82aは、互いに平行でありかつ近接している。第2斜め部42aと第4斜め部82aは、互いに平行でありかつ近接している。
なお、第4電極82の第4斜め部82bは第3斜め部82aに比べて幅が太い。
なお、上記のように三角波形状であるので、第3電極42および第4電極82の延在方向に対して斜めとなる方向(矢印C)に働く歪み応力を測定することができる。
図26を用いて、第9実施形態を説明する。図26は、第9実施形態の電子機器の断面図である。第9実施形態は、電子機器のパネル部材支持構造が上記各実施形態と異なる。
本実施形態において、支持部材50Aは、パネル部材10を背面側から支持する。支持部材50Aは、上記各実施形態とは異なり、第1電極22が形成された第1電極形成部材20及び第2電極形成部材30を介さずに、パネル部材10を背面側から支持する。
支持部材50Aは、枠状に形成されている。支持部材50Aは、筐体3の支持部3bの形状に対応するように、平面視で矩形枠状に形成されている。支持部材50Aは、矩形状に形成されたパネル部材10および各電極形成部材20,30の周縁部(各辺の近傍)を支持するように設けられている。
本発明に係るタッチパネルの他の実施形態を説明する。なお、以下のそれぞれの実施形態で開示される構成は、矛盾が生じない限り他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することも可能である。
第3電極と第4電極が、第1電極または第2電極と同じ層に形成されていてもよい。この場合は、第3電極および第4電極は、第1電極および第2電極に接続される引き回し線(通常は、銅や銀ペースト)と同じ材料を用いて、引き回し線と同時に印刷やエッチングにより形成されることができる。
第1基板及び第2基板の一方または両方が省略されてもよい。
パネル部材は平面部材に限定されず、曲面を有していてもよい。
3 :筐体
4 :表示装置
5 :タッチパネル
10 :パネル部材
10a :操作面
20 :第一電極形成部材
21 :第一基板
22 :第一電極
30 :第二電極形成部材
31 :第二基板
32 :第二電極
323 :格子目
42 :第三電極
421 :重複部分
422 :折り返し部分
423 :矩形状の領域
45 :接続配線
50 :支持部材
60 :制御部
62 :容量検出部
63 :第一抵抗検出部
64 :第二抵抗検出部
65 :入力決定部
66 :位置決定部
67 :押圧力決定部
68 :温度補償部
82 :第四電極
821 :重複部分
822 :折り返し部分
823 :矩形状の領域?
Claims (14)
- 操作面を有するとともに弾性変形可能なパネル部材と、
前記パネル部材における前記操作面とは反対側にX軸方向に所定間隔を隔てて並ぶように互いに平行に配置され、被検知物の近接/離間に応じて自己容量または相互容量が変化する複数の第1電極と、
複数の前記第1電極と対向し、かつ、前記X軸方向に交差するY軸方向に所定間隔を隔てて並ぶように互いに平行に配置され、前記被検知物の近接/離間に応じて自己容量または相互容量が変化する複数の第2電極と、
複数の前記第1電極どうしの間に前記X軸方向に並ぶように互いに平行に配置され、または、複数の前記第2電極どうしの間に前記Y軸方向に並ぶように互いに平行に配置され、姿勢変化および温度変化に応じて電気抵抗が変化する複数の第3電極と、
複数の前記第3電極のそれぞれに沿って延在するように配置され、姿勢変化および温度変化に応じて電気抵抗が変化する複数の第4電極と、
を備え、
前記第4電極の温度変化による抵抗変化率は、前記第3電極の温度変化による抵抗変化率と同じであり、
前記第4電極の姿勢変化による抵抗変化率は、常温での姿勢変化中において、前記第3電極の姿勢変化による抵抗変化率の90%以下であるタッチパネル。 - 前記第3電極のパターンが、直線パターンであり、
前記第4電極のパターンが、前記第4電極を構成する抵抗線が平面視でジグザグ状に折り返されて互いに平行に形成されている複数の重複部分を有し、複数の前記重複部分の並び方向が前記第4電極の延在方向に一致するパターンである、請求項1のタッチパネル。 - 前記第4電極を構成する抵抗線の線幅が、前記重複部分で細く、前記重複部分どうしを接続する折り返し部分では太い、請求項2のタッチパネル。
- 前記第1電極および前記第2電極のうち前記第3電極および前記第4電極と同一面に形成された電極のパターンが、X軸方向およびY軸方向の細線からなる矩形状の格子目を有するメッシュパターンであり、
前記第4電極のパターンの隣接する一組の前記重複部分を対辺とする矩形状の領域と、前記メッシュパターンの前記格子目とが同一形状または近似形状、かつ、同一または近似サイズであり、
前記メッシュパターンである電極と、前記第3電極と、前記第4電極とが、近接しており、
前記格子目および前記矩形状の領域が、全体として規則正しく配列されている、請求項2または請求項3のタッチパネル。 - 前記第3電極のパターンが、前記第3電極を構成する抵抗線が平面視でジグザグ状に折り返されて互いに平行に形成されている複数の重複部分を有し、複数の前記重複部分の並び方向が前記第3電極の延在方向に一致するパターンであり、
前記第4電極のパターンが、前記第4電極を構成する抵抗線が平面視でジグザグ状に折り返されて互いに平行に形成されている複数の重複部分を有し、複数の前記重複部分の並び方向が前記第4電極の延在方向に一致するパターンであり、
前記第3電極のパターンと前記第4電極のパターンの折り返しが同調した周期を有し、
前記第1電極および前記第2電極のうち前記第3電極および前記第4電極と同一面に形成された電極のパターンが、X軸方向およびY軸方向の細線からなる矩形状の格子目を有するメッシュパターンであり、
前記第3電極および前記第4電極のパターンの隣接する一組の前記重複部分を対辺とする矩形状の領域と、前記メッシュパターンの前記格子目とが同一または近似形状、かつ、同一または近似サイズであり、
前記メッシュパターンである電極と、前記第3電極と、前記第4電極とが、近接しており、
前記格子目および前記矩形状の領域が、全体としてX軸方向およびY軸方向に規則正しく配列されている、請求項1のタッチパネル。 - 前記第3電極を構成する抵抗線の線幅が、前記重複部分で太く、前記重複部分どうしを接続する折り返し部分では細く形成され、
前記第4電極を構成する抵抗線の線幅が、前記重複部分で細く、前記重複部分どうしを接続する折り返し部分では太く形成されている、請求項5のタッチパネル。 - 前記第3電極を構成する抵抗線の線幅が、前記重複部分で太く、前記重複部分どうしを接続する折り返し部分では細く形成され、
前記第4電極を構成する抵抗線の線幅が、同一幅に形成されている、請求項5のタッチパネル。 - 前記第3電極を構成する抵抗線の線幅が、同一幅に形成され、
前記第4電極を構成する抵抗線の線幅が、前記重複部分で細く、前記重複部分どうしを接続する折り返し部分では太く形成されている、請求項5のタッチパネル。 - 前記第3電極および前記第4電極のそれぞれを構成する平面視でジグザグ状に折り返された抵抗線の前記折り返し部分が、曲線的に折り返されている、請求項5〜8のタッチパネル。
- 前記第3電極および前記第4電極のそれぞれを構成する平面視でジグザグ状に折り返された抵抗線の前記折り返し部分が、直線的に折り返されている、請求項5〜8のタッチパネル。
- 前記第4電極が、前記第4電極とパターンの異なる前記第3電極と同じ材料を用いて構成されている、請求項2、3または6〜8のタッチパネル。
- 複数の前記第3電極が、互いに隣接して配置される前記第3電極どうしがそれらの延在方向の一方側端部と他方側端部とで交互に接続され、全体として平面視でジグザグ状に形成され、
複数の前記第4電極が、互いに隣接して配置される前記第4電極どうしがそれらの延在方向の一方側端部と他方側端部とで交互に接続され、全体として平面視でジグザグ状に形成されている、請求項1〜11のタッチパネル。 - 前記第3電極および前記第4電極が、前記第1電極と前記第2電極とのうち前記パネル部材とは反対側に配置される電極と同一面に形成されている、請求項1〜12のタッチパネル。
- 前記パネル部材の形状が長方形であり、前記第3電極の延在方向が前記パネル部材の短辺と平行である、請求項1〜13のいずれかに記載のタッチパネル。
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