JP2021189887A - タッチパネル - Google Patents
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Abstract
Description
しかし、特許文献1の機器では、操作面上の押圧位置を検出するためのタッチパネル2と操作面に対する押圧力を検出するための感圧センサ1とが別部材として構成され、さらにこれらは厚み方向に直列的に積層されている。このため、機器全体としての厚みが大きいという課題があった。
温度変化は、例えば、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、ビューエリアと、ビューエリアの外側にある外周エリアとを有する。
複数の第1電極は、ビューエリアに対応する位置において第1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2電極は、ビューエリアに対応する位置において複数の第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、外周エリアに対応する位置において延在しており、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、外周エリアに対応する位置において第3電極に沿って延在しており、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。
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。
この構成によれば、第3電極と第4電極との間で温度勾配が生じにくい。したがって、温度補償が正確にできる。
この構成によれば、第3電極と第4電極が同じ材料であっても、両者のパターン形状の違いによって、押圧時に検出される第4電極の抵抗変化率が第3電極の抵抗変化率に比べて小さくなる。
この構成によれば、第4電極の形状がジグザグ形状であるので、第4電極の抵抗変化率を変更するのが容易である。
この構成によれば、第3電極の抵抗変化率を変更するのが容易である。
第4電極の抵抗線は、延在方向に延びる第3部分と、延在方向に直交する方向に延びる第4部分とを交互に有していてもよい。
第3部分または第4部分は、第1部分および第2部分の少なくとも一方より幅が太くてもよい。
この構成によれば、第4電極を構成する抵抗線の幅を第3電極を構成する抵抗線の幅に比べて太くすることにより、姿勢変化に対する第4電極の抵抗変化率が第3電極の抵抗変化率に比べて小さくなる。
この構成によれば、第3電極および第4電極に伸びの力が作用するときの応力集中を緩和でき、クラックの発生を抑えることができる。
第4電極の抵抗線は、交互に斜めに延びて三角波形状になる第3部分と第4部分を有していてもよい。
この構成によれば、第3電極および第4電極の延在方向に対して斜めとなる方向に働く歪み応力を測定することができる。
第3電極と第4電極は、入力電圧とグラウンドとの間に直列に接続されていてもよい。
第3電極と第4電極との間には出力電圧を出力する出力部が設けられていてもよい。
この構成によれば、例えば局所熱源が第4電極の一部または別の一部の一方の延在方向に直交する方向の外側にあった場合、第4電極の一部のうち局所熱源に近いものの抵抗値変化量は大きく、局所熱源から遠いものの抵抗値変化量は小さい。したがって、第3電極の抵抗値変化量と第4電極の抵抗値変化量は同じ程度になる。この結果、温度に起因する出力信号はゼロまたはほぼゼロになる。以上の結果、温度補償された検出信号が出力される。
第3電極は、第3抵抗と、第3抵抗に直列に接続されかつ第3抵抗から折り返されて平行に延びる第4抵抗とを有していてもよい。
第1抵抗及び第2抵抗は、それぞれ、第3抵抗及び第4抵抗の延在方向に直交する方向の両側に配置されていてもよい。
この構成によれば、例えば局所熱源が第1抵抗および第2抵抗の一方の延在方向に直交する方向の外側にあった場合、第1抵抗および第2抵抗のうち局所熱源に近いものの抵抗値変化量は大きく、局所熱源から遠いものの抵抗値変化量は小さい。したがって、第3電極の抵抗値変化量と第4電極の抵抗値変化量は同じ程度になる。この結果、温度に起因する出力信号はゼロまたはほぼゼロになる。以上の結果、温度補償された検出信号が出力される。
二組は、平面視で線対称または点対称のパターン形状を有していてもよい。
この構成によれば、例えば二組が線対称であってかつ局所熱源が第3抵抗および第4抵抗の一方の延在方向に直交する方向の外側にあった場合、局所熱源により発生する信号の強度は、二組では概ね同じ大きさであり、しかも逆位相の信号になるので、それらは足し合わせられるとゼロまたはほぼゼロになる。以上の結果、温度補償された検出信号が出力される。
二組は、絶縁基材の両面において点対称の位置に配置されていてもよい。
第3電極および第4電極が絶縁基材の第1電極または第2電極が形成された面と同じ面に形成されていてもよい。この構成によれば、印刷やエッチングプロセスで同時にパターンニングできることができ、通常のタッチパネルに比べて製造工程が増えることがない。
この構成によれば、他の構成からの熱に対して、金属板によって熱拡散が行われ、そのため第3電極と第4電極の温度差が小さくなる。したがって、温度補償が正確になる。
(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1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。
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。
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の第1電極22を有する。
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、被検知物(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)との双方を含む概念である。つまり、第1電極22は、被検知物の近接/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の第2電極32とを有する。
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、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)の面において、操作面10aに対応して形成されている。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(1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、被検知物の近接/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、被検知物の近接/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1基板21における正面側(パネル部材10側)の面に形成されている。圧力センサ5bは、パネル部材10の外周エリア10bに対応する位置において延在して配置されている。なお、図3において、圧力センサ5bは簡略化して線状に記載されている。
さらに具体的には、圧力センサ5bは、平面視において、パネル部材10の短辺においてX軸方向(短辺方向)に延在している。その理由は、例えば人の指が操作面10aを押圧したときの第1基板21や第2基板31に加わる主歪みの分布を参照すれば、歪みの方向は短辺の中心部分では短辺方向になるからである。なお、短辺の両端部では、歪みの方向は、短辺から近接する長辺に向かって延び傾斜方向である。
圧力センサ5bは、後述するように、押圧力に起因する歪みを検出するための第3電極42および第4電極82を有している。
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ることができる。
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42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3電極42の形成方法に関しては、第1電極22および第2電極32と同様に考えることができる。
第
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ることができる。
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。
なお、本実施形態では、第4電極82は、上記例示した材料の中から第3電極42と同じ材料を選択して構成されている。そのため、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る。
この実施形態では、第3電極42および第4電極82が第1基板21の同じ面に形成されている。この構成によれば、印刷やエッチングプロセスで同時にパターンニングできることができ、通常のタッチパネルに比べて製造工程が増えることがない。
図6を用いて、圧力センサ5bの圧力検出回路100を説明する。
圧力検出回路100は、ホイートストンブリッジ回路101と、計装アンプ103と、ADコンバータ105とを有している。
ホイートストンブリッジ回路101は、可変抵抗113を有している。これにより、抵抗値の経時変化に対しては、可変抵抗113を調整することでオフセット値を変更することができる。以上の結果、製造や使用環境による抵抗同士のばらつきを調整でき、検出不良を低減できる。なお、可変抵抗の代わりに、固定抵抗とデジタルポテンショメータの組み合わせを用いてもよい。
出力部107からの出力電圧Voutと基準電圧Vrefは、計装アンプ103に出力される。計装アンプ103は両電圧の差を算出してADコンバータ105に出力する。ADコンバータ105はアナログ信号デジタル信号に変換して制御部60(後述)に出力する。
第3電極42及び第4電極82は、外周エリア10bに対応する位置において、互いに沿って延在している。
さらに具体的には、図7に示すように、第4電極82は、第3電極42の延在方向に直交する方向の両側に配置された第1抵抗82A及び第2抵抗82Bを有している。なお、図において、第3電極42および第4電極82の延在方向は矢印Aで示され、延在方向に直交する方向は矢印Bで示される。これら延在方向およびそれに直交する方向は、それぞれX軸方向およびY軸方向と一致していてもよいし、異なっていてもよい。
第3電極42は、延在方向に直交する方向に並んだ第3抵抗42A及び第4抵抗42Bを有している。つまり、第4電極82の第1抵抗82Aと第2抵抗82Bの間に、第3電極42の第3抵抗42Aと第4抵抗42BBが配置されており、図7の左から右に、第1抵抗82A、第4抵抗42B、第3抵抗42A、第2抵抗82Bの順番で並んでいる。
第3電極42のパターンは、第3電極42を構成する抵抗線が平面視でジグザグ形状である。さらに具体的には、第3電極42の抵抗線のパターンは、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パターンである。さらに、第3電極42の抵抗線のパターンは、重複部分421から直線的に折り返される折り返し部分422を有している。
第4電極82の抵抗線のパターンは、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パターンである。さらに、第4電極82の抵抗線のパターンは、重複部分821から直線的に折り返される折り返し部分822を有している。
なお、第4電極82のパターンは、第3電極42のパターンとは異なっている。具体的には、図7に示すように、第4電極82の重複部分821及び折り返し部分822は幅が細いが、第3電極42は、折り返し部分422の幅は同じく細いが、重複部分421の幅が太くなっている。
一例として、第3電極42、第4電極82の折り返し部分822の幅は1〜1000μmの範囲であり、第4電極の重複部分821の幅は1〜1000μmの範囲である。また、第3電極42と第4電極82の間の隙間は0.1〜1000μmの範囲であり、好ましくは0.1〜300μmの範囲である。
パネル部材10の操作面10aをユーザーが指等でタッチすると、当該パネル部材10は弾性変形し、それに伴って第3電極42および第4電極82も変形する。このとき第3電極42および第4電極82は、その変形(姿勢変化)に応じて電気抵抗が変化するが、同時に温度変化に応じても電気抵抗が変化する。
なお、押圧力Fと局所熱源Hが同じもしくは近接した位置、つまり第4電極の第1抵抗又または2抵抗の同じ外側の位置にあるときも、上記と同様の効果が得られる。
圧力センサ5bの第3電極42と第4電極82が平面視で外周エリア10bに対応する位置に設けられているので、使用者から露見することはなく、デザイン性に優れる。また、第3電極42と第4電極82が第1電極または第2電極と同一面に形成するため、印刷やエッチングプロセスで同時にパターンニングできることができ、通常のタッチパネルに比べて製造工程が増えることがない。
第3電極42と第4電極82が密接しているので、局所熱をキャンセルできる。
第4電極82の形状がジグザグ形状であるので、第4電極82の姿勢変化に対する抵抗変化率を変更するのが容易である。
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ので、曲線的に折り返されている構成と比べて第3電極42および第4電極82の延在方向に直交する方向の幅が小さくなるので、省スペースになる。
支持部材50は、パネル部材10を背面側から支持する。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及び第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。
このような要求を満足する材料としては、例えばウレタンフォームやアクリルフォーム、シリコンゴム、スポンジ、ゲル等が例示される。両面に粘着層を有する両面テープ等であっても良い。矩形枠状の支持部材50を構成する各辺の平面視における幅寸法は、パネル部材10等を適切に支持し得る範囲内で、極力狭く設定されていることが好ましい。支持部材50の幅は、例えば0.4mm〜2mmとすることができる。支持部材50の厚みは、例えば0.1mm〜0.4mmとすることが好ましい。
タッチセンサ5aの制御装置を説明する。
図4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(図5)に接続されている。複数の第2電極32のそれぞれは、引き回し配線33を介して制御部に接続されている。
なお、引き回し配線23,33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。
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、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、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。
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。
入力決定部65に含まれる押圧力決定部67は、圧力検出回路100からの検出信号に基づいて操作面10aに対する押圧力を決定する。
このように、入力決定部65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とともに、圧力検出回路100からの検出信号に基づいて操作面10aに対する押圧力を決定する。これにより、通常の位置検出機能に加えて、感圧機能をも有するタッチパネル5が実現される。
第3電極と第4電極のパターン形状は上記の実施形態に限定されない。
第1実施形態では、第4電極の一部(第1抵抗)、第3電極、第4電極の他の一部(第2抵抗)がこの順番で延在方向に直交する方向に並んでいたが、上記のように第3電極と第4電極が交互に並ぶ周期性が少なくとも一部にでも実現されていれば、局所熱源に対する温度勾配が実現されるので、好ましい。したがって、第3電極の一部、第4電極、第3電極の他の一部がこの順番で延在方向に直交する方向に並べられていてもよい。
なお、第4電極82のパターンは、第3電極42のパターンとは異なっている。具体的には、図9に示すように、第4電極82の重複部分821及び折り返し部分822は幅が細いが、第3電極42は、折り返し部分422の幅は同じく細いが、重複部分421の幅が太くなっている。
図11に示す第3変形例では、第4電極82の第1抵抗82Aは重複部分821および折り返し部分822を有しておりかつ第3電極42の形状に沿って配置されているが、第1変形例とは異なり、第2抵抗82Bは直線状に延びている。
図13に示す第5変形例では、第4変形例とは異なり、第3電極42の第3抵抗42Aの一部は、第4抵抗42Bに近接していない。
図14に示す第6変形例では、第5変形例とは異なり、第4電極82の第1抵抗82Aの折り返し部分822および第2抵抗82Bは、重複部分821より幅が太い。また、第3電極42の第3抵抗42Aは直線状である。
第1抵抗82Aと第4抵抗42Bが延在方向に直交する方向に近接し、第2抵抗82Bと第3抵抗42Aが近接するように、第3電極42と第4電極82はブリッジによって交差して配置されている。
この変形例でも第1実施形態と同じ効果が得られる。つまり、第7変形例でも、姿勢変化によって第3電極および第4電極の電気抵抗が変化するが、局所熱源からの距離に関して第3電極までの合計と第4電極までの合計がほぼ等しくなることで、温度変化による抵抗変化を補正することができる。
また、この変形例に対して、第9〜第15変形例のパターン形状を適用できる。
なお、上記の第1〜第7実施形態では第3電極と第4電極は延在近接していたが、形状は同じままで互いに離れて配置されてもよい。
図17に示す第9変形例では、第9変形例とは異なり、第3電極42の重複部分421は折り返し部分422に比べて幅が太い。
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20に示す第11変形例では、第10変形例とは異なり、第3電極42の第1斜め部42a(第4電極82の第3斜め部82aに近接する部分)は第2斜め部42bに比べて幅が太い。
図21に示す第12変形例では、第3電極42は、直線パターンである。第4電極82のパターンは、前述のジグザグ形状である。
この構成によれば、第4電極82では、電極の延在方向に働く歪み応力を測定する場合に、重複部分821では姿勢変化に応じた電気抵抗の変化が生じず、折り返し部分822のみで姿勢変化に応じた電気抵抗の変化が生じる。よって、第3電極42と第4電極82が前記したように同じ材料であっても、押圧時に検出される第4電極82の抵抗変化率が、直線パターンである第3電極42の抵抗変化率に比べて小さくなる。
この構成によれば、折り返し部分422の幅を重複部分421に比べて細くすることにより、同じ材料であっても、押圧時に検出される第3電極42の抵抗変化率が、重複部分421と折り返し部分422とが同幅の場合に比べて大きくなる。
この構成によれば、第3電極42および第4電極82に伸びの力がかかるときの応力集中を緩和できる。すなわち、応力集中は折り返し部分422,822でのクラックの発生を招くが、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ため、折り返し部分422,822に発生する応力は分散して弱められ、クラックの発生を抑えることができる。
第1実施形態では1つの圧力検出回路によって温度補償された検出信号を出力していたが、検出信号を温度補償するのに複数の圧力検出回路を用いてもよい。
そのような実施例を第2実施形態として説明する。なお、タッチセンサの基本的構成および動作は第1実施形態と同じである。以下、異なる点を中心に説明する。
図25に示すように、圧力検出回路200は、第1検出回路201と、第2検出回路202と、加算器203とを有している。
第1検出回路201は、第1ホイートストンブリッジ回路205Aと、第1計装アンプ207Aと、第1ADコンバータ209Aとを有している。
第1ホイートストンブリッジ回路205Aは、第1可変抵抗213Aを有している。
第1出力部211Aからの出力電圧Voutと基準電圧Vrefは、第1計装アンプ207Aに出力される。第1計装アンプ207Aは両電圧の差を算出して第1ADコンバータ209Aに出力する。第1ADコンバータ209Aはアナログ信号をデジタル信号に変換して出力信号αを加算器203に出力する。
第2ホイートストンブリッジ回路205Bは、第3電極42と第4電極82を一部として有している。第3電極42と第4電極82は、入力電圧VinとグラウンドGとの間に直列に接続されている。第3電極42と第4電極82との間には出力電圧Voutを出力する第2出力部211Bが設けられている。
第2ホイートストンブリッジ回路205Bは、第2可変抵抗213Bを有している。
加算器203は、第1ホイートストンブリッジ回路205Aの出力信号αと第2ホイートストンブリッジ回路205Bの出力信号βを加算して、最終的な検出信号を出力する。
さらに、第1ホイートストンブリッジ回路205Aの第3電極42および第4電極82(第1組)と、第2ホイートストンブリッジ回路205Bの第3電極42および第4電極82(第2組)は、互いに近接してかつ線対称に配置されている。
この結果、第1ホイートストンブリッジ回路205Aの第4電極82と、第2ホイートストンブリッジ回路205Bの第4電極82は、第3電極42の延在方向に直交する方向の両側に配置されており、図26の左から右に、第1ホイートストンブリッジ回路205Aの第4電極82、第1ホイートストンブリッジ回路205Aの第3電極42、第2ホイートストンブリッジ回路205Bの第3電極42、第2ホイートストンブリッジ回路205Bの第4電極82の順番で並んでいる。
第4電極82のパターンは、第4電極82を構成する抵抗線が平面視でジグザグ形状である。さらに具体的には、第4電極82の抵抗線のパターンは、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パターンである。さらに、第4電極82の抵抗線のパターンは、重複部分821から直線的に折り返される折り返し部分822を有している。
第3電極42の抵抗線のパターンは、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パターンである。さらに、第3電極42の抵抗線のパターンは、重複部分421から直線的に折り返される折り返し部分422を有している。
なお、第4電極82のパターンは、第3電極42のパターンとは異なっている。具体的には、第3電極42の重複部分421は、折り返し部分422に比べて幅が太い。
パネル部材10の操作面10aをユーザーが指等でタッチすると、当該パネル部材10は弾性変形し、それに伴って第3電極42および第4電極82も変形する。このとき第3電極42および第4電極82は、その変形(姿勢変化)に応じて電気抵抗が変化するが、同時に温度変化に応じても電気抵抗が変化する。
以上の結果、圧力検出回路200からは温度補償された検出信号が出力される。
図28は、局所熱源Hによって出力信号αと出力信号βが逆位相になり(反対方向の信号出力になり)、次に押圧力Fによって同じ方向に変化する状態(矢印F1、F2)を示している。図29は、出力信号αと出力信号βを加算することで、温度補償された(押圧力Fのみによる)検出信号(矢印F)が得られことを示している。
第3電極と第4電極のパターン形状は上記の実施形態に限定されない。
第1圧力検出回路および第2圧力検出回路は、例えば第1基板21または第2基板31の上面と下面で点対称になるように配置されてもよい。その場合、第1組の第3電極と第2組の第4電極が上下に並び、第1組の第4電極と第2組の第3電極が上下に並ぶ。
なお、下記の変形例では、第1実施形態とは異なり、第3電極と第4電極は延在方向に周期的に並んだ構成を有していない。
具体的には、第3電極42および第4電極82は前述のようにジグザグ形状であり、第3電極42の重複部分421および折り返し部分422は、それぞれ、第4電極82の重複部分821および折り返し部分822に対応して近接している。
さらに詳細には、第3電極42では、折り返し部分422の幅が重複部分421の幅より太い。また、第4電極82では、重複部分821の幅が折り返し部分822の幅より太い。
図32に示す第3変形例では、第4電極82の第2抵抗82Bは第3電極42の形状に沿って配置されているが、第1抵抗82Aは直線状に延びている。この変形例では、第4電極82の第2抵抗82Bの折り返し部分822および第1抵抗82Aは、重複部分821より幅が太い。また、第3電極42の重複部分421は折り返し部分422より幅が太い。
図33に示す第4変形例では、第3電極42の第3抵抗42Aおよび第4抵抗42Bは直線状に延びている。
第1圧力検出回路401および第2圧力検出回路402は、延在方向に並んでおり、点対称に配置されている。具体的には、第1圧力検出回路401の第4電極82と第2圧力検出回路402の第3電極42が延在方向に並んで近接しており、第1圧力検出回路401の第3電極42と第2圧力検出回路402の第4電極82が延在方向に並んで近接している。
この変形例でも第2実施形態と同じ効果が得られる。
また、この変形例に対して、第1〜第4変形例のパターン形状および図16、図17、図19〜図24のパターン形状を適用できる。
図35は、圧力センサ301を示している。圧力センサ301は、絶縁基材としての樹脂シート303(第1実施形態の第1基板21に対応)と、その上にOCA305を介して設けられたパネル部材307(第1実施形態のパネル部材10に対応)とを有している。
圧力センサ301は、金属板309を有している。金属板309は、絶縁物としての樹脂シート303の上面の外周エリアに対応する位置において、第3電極42および第4電極82に平面視で対応する位置に設けられている。つまり、金属板309は、平面視で第3電極42および第4電極82を完全に覆っていることが好ましい。
この構成によれば、パネル部材307や筐体側からの熱に対して、金属板309によって熱拡散が行われ、そのため第3電極42と第4電極82の温度差が小さくなる。したがって、温度補償が正確になる。
金属板309は、樹脂シート303の下面の外周エリアにおいて、第3電極42および第4電極82に平面視で対応する位置に設けられている。金属板309は、平面視で第3電極42および第4電極82を少なくとも部分的にまたは完全に覆っていることが好ましい。
なお、第3電極、第4電極、および金属板は、第1実施形態の第2基板に設けられていてもよい。さらに、第3電極、第4電極、および金属板は、第1実施形態の第1基板および第2基板のいずれに設けられていてもよい。
また、電気的なノイズの影響を少なくするために、金属板を電気的に一定電位に固定することが好ましい。例えば、金属板をGNDの電位に接続する。
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してもよい。その場合、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37を用いて、第5実施形態を説明する。図37は、第5実施形態の電子機器の断面図である。第5実施形態は、電子機器のパネル部材支持構造の変形例である。
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50は、第1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。
第1〜第4実施形態の第3電極および第4電極の配置、形状、数等は、第5実施形態にも適用可能である。
本発明に係るタッチパネルのそ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。
圧力センサは、複数の場合、外周エリアの二辺、三辺、四辺等においてビューエリアを囲むように配置されていてもよい。圧力センサが複数の場合、例えば多点が操作面10aに接触するマルチタッチの場合には、各圧力センサの検出信号に基づいて圧力を検出し、それぞれのタッチ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。
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
5a :タッチセンサ
5b :圧力センサ
10 :パネル部材
10a :操作面
10b :外周エリア
20 :第1電極形成部材
21 :第1基板
22 :第1電極
23 :配線
30 :第2電極形成部材
31 :第2基板
32 :第2電極
33 :配線
42 :第3電極
50 :支持部材
60 :制御部
62 :容量検出部
65 :入力決定部
66 :位置決定部
67 :押圧力決定部
70 :記憶部
82 :第4電極
101 :ホイートストンブリッジ回路
103 :計装アンプ
105 :ADコンバータ
107 :出力部
第1抵抗82Aと第4抵抗42Bが延在方向に直交する方向に近接し、第2抵抗82Bと第3抵抗42Aが近接するように、第3電極42と第4電極82はブリッジによって交差して配置されている。
この変形例でも第1実施形態と同じ効果が得られる。つまり、第7変形例でも、姿勢変化によって第3電極および第4電極の電気抵抗が変化するが、局所熱源からの距離に関して第3電極までの合計と第4電極までの合計がほぼ等しくなることで、温度変化による抵抗変化を補正することができる。
また、この変形例に対して、第9〜第15変形例のパターン形状を適用できる。
なお、上記の第1〜第7変形例では第3電極と第4電極は延在近接していたが、形状は同じままで互いに離れて配置されてもよい。
図17に示す第9変形例では、第8変形例とは異なり、第3電極42の重複部分421は折り返し部分422に比べて幅が太い。
Claims (15)
- ビューエリアと、前記ビューエリアの外側にある外周エリアとを有するパネル部材と、
前記ビューエリアに対応する位置において第1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、
前記ビューエリアに対応する位置において複数の前記第1電極と対向し、かつ、前記第1方向に交差する第2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、
前記外周エリアに対応する位置において延在しており、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3電極と、
前記外周エリアに対応する位置において前記第3電極に沿って延在しており、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電極と前記第4電極は互いに近接して配置されている、請求項1に記載のタッチパネル。
- 前記第3電極と前記第4電極はパターン形状が異なっている、請求項1または2に記載のタッチパネル。
- 前記第4電極のパターンは、前記第4電極を構成する抵抗線が平面視でジグザグ形状である、請求項3に記載のタッチパネル。
- 前記第3電極のパターンは、前記第3電極を構成する抵抗線が平面視でジグザグ形状である、請求項4に記載のタッチパネル。
- 前記第3電極の抵抗線は、延在方向に延びる第1部分と、延在方向に直交する方向に延びる第2部分とを交互に有しており、
前記第4電極の抵抗線は、延在方向に延びる第3部分と、延在方向に直交する方向に延びる第4部分とを交互に有しており、
前記第3部分または前記第4部分は、前記第1部分および前記第2部分の少なくとも一方より幅が太い、請求項5に記載のタッチパネル。 - 前記第3電極および前記第4電極の抵抗線の折り返し部分が、曲線的に折り返されている、請求項5または6に記載のタッチパネル。
- 前記第3電極の抵抗線は、交互に斜めに延びて三角波形状になる第1部分と第2部分を有しており、
前記第4電極の抵抗線は、交互に斜めに延びて三角波形状になる第3部分と第4部分を有している、請求項5に記載のタッチパネル。 - 前記第3電極と前記第4電極は、ホイートストンブリッジの一部を構成し、
前記第3電極と前記第4電極は、入力電圧とグラウンドとの間に直列に接続され、
前記第3電極と前記第4電極との間には出力電圧を出力する出力部が設けられている、請求項1〜8のいずれかに記載のタッチパネル。 - 前記第4電極の一部、前記第3電極の少なくとも一部、前記第4電極の別の一部が延在方向に直交する方向に上記の順番で並んでおり、または、前記第3電極の一部、前記第4電極の少なくとも一部、前記第3電極の別の一部が延在方向に直交する方向に上記の順番で並んでいる、請求項9に記載のタッチパネル。
- 前記第4電極は、第1抵抗と、前記第1抵抗に直列に接続されかつ前記第1抵抗から折り返されて平行に延びる第2抵抗とを有しており、
前記第3電極は、第3抵抗と、前記第3抵抗に直列に接続されかつ前記第3抵抗から折り返されて平行に延びる第4抵抗とを有しており、
前記第1抵抗および前記第2抵抗は、それぞれ、前記第3抵抗及び前記第4抵抗の延在方向に直交する方向の両側に配置されている、請求項9に記載のタッチパネル。 - 前記第3電極および前記第4電極の組は二組あり、
前記二組は、平面視で線対称または点対称のパターン形状を有している、請求項10または11に記載のタッチパネル。 - 前記第3電極および前記第4電極の組は二組あり、
前記二組は、絶縁基材の両面において点対称の位置に配置されている、請求項11に記載のタッチパネル。 - 前記第3電極および前記第4電極が絶縁基材の前記第1電極または前記第2電極が形成された面と同じ面に形成されている、請求項1〜12のいずれかに記載のタッチパネル。
- 前記第3電極および前記第4電極と積層方向に離れた位置で、前記第3電極および前記第4電極に平面視で対応する位置に設けられた金属板をさらに備えている、請求項1〜14のいずれかに記載のタッチパネル。
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