JP4882016B2

JP4882016B2 - タッチセンサ

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Publication number: JP4882016B2
Application number: JP2010116243A
Authority: JP
Inventors: 尚美中山; 龍司池田
Original assignee: SMK Corp
Current assignee: SMK Corp
Priority date: 2010-05-20
Filing date: 2010-05-20
Publication date: 2012-02-22
Anticipated expiration: 2027-11-16
Also published as: JP2010211823A

Description

本発明は、静電容量式のタッチセンサに関し、詳しくは、照明装置や表示装置などの電子機器に入力デバイスとして組み込まれるタッチセンサに関する。

近年、照明装置や表示媒体とタッチセンサとを組み合わせ、使用者が指やペンなどで接触した位置を検出することにより、各種の入力操作ができるようにした電子機器が様々な分野で用いられている。このような電子機器においては、構成部品が少なく、薄型化に有利などの理由から静電容量式のタッチセンサが多く用いられている。

従来、この種のタッチセンサに関して、導電（電極）パターンとなるＩＴＯ（酸化インジウム錫）膜を形成した透明基体を２枚組み合わせたものが知られている（特許文献１乃至５参照）。また、１枚のフィルムやプラスチックの両面にＩＴＯ膜を形成したものが知られている（特許文献６、７参照）。

特開２００３−２７１３１１号公報特開２００３−１７３２３８号公報特開２００３−１１４７６２号公報特開平１０−２１４１５０号公報特開平９−１２０３３４号公報特表２００５−５２７０４８号公報特表２００３−５１１７９９号公報

ところで、ＩＴＯ膜を形成した透明基体を２枚組み合わせたものにおいては、構成部材が多くなり、軽量化や薄型化が難しいという課題がある。また、１枚のフィルムやプラスチックやフィルムの両面にＩＴＯ膜を形成したものにおいては、基体となるフィルムやプラスチックの両面にＩＴＯ膜を形成することが技術的に難しいという課題がある。また、基体の両面をウエットエッチングすることになるため、製造工程が多くなり、コスト増となる。さらに、ウエットエッチングでは、表面に形成したＩＴＯ膜に傷が付きやすいため、歩留まりが低下するおそれがある。また、印刷できる透明導電インクとしてＩＴＯインクが知られているが、十分な導電性を得るには高い温度で焼成する必要があり、フィルムやプラスチックに適用することは技術的に難しいものとなっている。

本発明の目的は、軽量化、薄型化及び低コスト化が可能で且つ製造が容易なタッチセンサを提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に係わる発明は、透明部材の片面側に、複数の第１及び第２電極パターンがマトリクス状に形成されたタッチセンサであって、前記第１及び第２電極パターンは、有機導電高分子を主剤とする透明な導電材料からなり、それぞれ容量検出部となる領域と非容量検出部となる領域とが形成されるとともに、それぞれの前記容量検出部となる領域が平面的に重複しないように構成され、且つ少なくとも前記第１及び第２電極パターンのそれぞれの前記非容量検出部が平面的に重複する部分に、前記第１及び第２電極パターンのそれぞれの前記非容量検出部の間を電気的に絶縁する透明絶縁膜が形成されていることを要旨とするものである。

請求項１に係わる発明では、透明部材の片面側に電極パターンを形成するようにしているため、透明部材の表裏面に電極パターンを形成する場合のように透明部材を反転させる必要がなく、ＩＴＯ膜を形成した透明基体を２枚組み合わせたものと比べて構成部材が少なくなり、軽量化、薄型化、及び低コスト化が可能となり、作業の簡略化が可能となる。また各電極パターンを形成した透明部材の取り扱いも容易なものとなる。

また、透明部材を間に挟んで形成される第１電極パターン及び第２電極パターンは、有機導電高分子を主剤とする透明な導電材料であるため、ＩＴＯ膜に比べてフィルムやプラスチックの両面に容易に形成することができる。しかも、電極パターンをウエットエッチングする必要がないため、製造工程が多くなることがなく、コスト増を抑えることができる。

更に、有機導電高分子を主剤とする透明な導電材料により形成された電極パターンは、ＩＴＯ膜のように傷が付きにくいため、歩留まりの低下を抑えることができる。また、ＩＴＯインクのように高い温度で焼成しなくても十分な導電性を得ることができるため、フィルムやプラスチックにも容易に適用することができる。

実施形態１に係わるタッチセンサの構造を示す説明図。（ａ）はタッチセンサの平面図。（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図。タッチセンサを組み合わせた表示装置の概略断面図。（ａ）は実施形態のタッチセンサを組み合わせた表示装置の概略断面図。（ｂ）は従来構造のタッチセンサを組み合わせた表示装置の概略断面図。実施形態２に係わるタッチセンサの構造を示す説明図。（ａ）はタッチセンサの平面図。（ｂ）は（ａ）の電極パターンが重複する領域の拡大図。（ｃ）は(ａ）のＢ−Ｂ線断面図。

以下、本発明に係わるタッチセンサの実施形態を図面を参照しながら説明する。なお、各図はタッチセンサの構造を模式的に示すものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なる。また、発明の特徴的な部分の構造を理解し易くするために、図面相互において互いの形状、長さ、厚みなどは必ずしも一致しておらず、寸法の関係や比率が異なる部分も含まれることを明記する。

［実施形態１］
図１（ａ）は、実施形態１に係わるタッチセンサの平面図、同図（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。なお、図１（ｂ）はタッチセンサの断面形状を理解し易くするために概略的に示したものであり、後述する非容量検出部や配線パターンなどの構成要件を一部省略している。

本実施形態に係わるタッチセンサ１は、透明部材である１枚の透明フィルム１０がベースとなり、その表面側に第１電極パターン１１、裏面側に第２電極パターン１２がそれぞれ形成されている。このうち、表面側の第１電極パターン１１は、図中Ｘ方向に沿って複数行が配置されている。また、第１電極パターン１１は、接触による容量変化を検出するための容量検出部１３ａと、隣接する容量検出部１３ａ同士を電気的に導通する非容量検出部１３ｂとで構成されている。このうち、容量検出部１３ａは三角形に形成され、非容量検出部１３ｂは短い帯状に形成されている。同様に、裏面側の第２電極パターン１２は、図中Ｙ方向に沿って複数列が配置されている。第２電極パターン１２は、接触による容量変化を検出するための容量検出部１４ａと、隣接する容量検出部１４ａ同士を電気的に導通する非容量検出部１４ｂとで構成されている。このうち、容量検出部１４ａは三角形に形成され、非容量検出部１４ｂは短い帯状に形成されている。

そして、第１電極パターン１１と第２電極パターン１２とは、図１（ａ）に示すように、平面視においてマトリクス（行列）状となるように配置されている。そして、各電極パターンにおける容量検出部１３ａ，１４ａは、容量検出領域１００で示す範囲において平面的に重複しないように構成され、非容量検出部１３ｂ，１４ｂは重複するように構成されている。

透明フィルム１０としては、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などの透明な合成樹脂からなるフィルム材を用いることができる。第１電極パターン１１，第２電極パターン１２としては、有機導電高分子を主剤とする透明な導電材料を用いることができる。例えば、ポリチオフェン誘導体ポリマーと、水溶性有機化合物と、ドーパンドとを少なくとも含む組成物が挙げられる。このような有機導電性高分子からなるペーストを印刷インクとして使用し、例えばスクリーン印刷により直接パターニングすることで、透明フィルム１０の表面に所定形状の電極パターンを形成することができる。或いは、有機導電性高分子を透明フィルム１０の両面にコーティングした後、酸もしくは塩基性の試薬を含む透明な印刷インクにより有機導電性高分子の層を部分的に劣化させることによっても電極パターンを形成することができる。その他にも、電極パターンのパターニングには、グラビア印刷、インクジェットプリンティングなどの種々の手法を用いることができる。また、感光性の物質を塗布した基体の表面をパターン状に露光することにより、所定のパターンを形成するフォトリソグラフィ等を用いることもできる。すなわち、第１電極パターン１１，第２電極パターン１２として、有機導電高分子を主剤とする透明な導電材料を形成することができれば、上記手法以外の手法を用いることができる。

また、第１電極パターン１１，第２電極パターン１２のそれぞれ端部には、接続端子１１ａ，１２ａが形成されている。このうち、接続端子１１ａは、透明フィルム１０の表面側に形成された配線パターン１６と電気的に接続されている。一方、接続端子１２ａが形成された部分の透明フィルム１０には、表裏面を貫通するスルーホール１５が形成されている。そして、裏面側に形成された接続端子１２ａはスルーホール１５内に充填された図示しない導電性材料を介して第１電極パターン１１の形成された表面側に引き出され、この表面側に形成された配線パターン１７と電気的に接続されている。なお、各電極パターンの終端はアースされず、電気的にフロートした状態となっているが、アースされた状態であってもよい。本実施形態において、スルーホール１５と図示しない導電性材料は、表裏面を電気的に導通させる導電部を構成する。

上述した配線パターン１６，１７は、いずれも透明フィルム１０の表面側に形成され、それぞれの端部は透明フィルム１０の一辺に引き回されている。そして、接続部材１８を介してコネクタ１９と電気的に接続されている。このコネクタ１９は、位置検出のための演算装置となる図示しないコントローラと接続されるものである。

なお、配線パターン１６，１７は、銀ペーストを使用し、例えばスクリーン印刷により直接パターニングすることで形成することができる。また、接続部材１８としては、例えばＡＣＰ（異方性導電ペースト）や、ＡＣＦ（異方性導電フィルム）などのほか、電気的な導通接続が可能な材料を用いることができる。

上記のように構成されたタッチセンサ１において、透明フィルム１０の表面側には、更に図示しないガラス又はフィルムなどが保護層として設けられる。

上記のように構成されたタッチセンサ１において、容量検出領域１００で示された範囲に指又はペンなどが接触すると、接触位置の電極パターンと接触物との間に存在する静電容量に変化が生じる。すなわち、第１電極パターン１１及び第２電極パターン１２では、それぞれ電極パターンと周囲に存在する導体との間の容量や、電極パターンとアースとの間の容量が存在しており、指又はペンなどが接触すると、これらを含めた静電容量の総和は大きくなり、離れると少なくなる。このような静電容量の変化は、該当する電極パターンと接続された配線パターンを通じてコネクタ１９から図示しないコントローラへ入力される。複数行の第１電極パターン１１、及び複数列の第２電極パターン１２における静電容量の変化は、図示しないコントローラにより順番に読み取られ、静電容量の変化が生じたＸ，Ｙ方向の電極パターンを検出することにより、指やペンの接触位置が特定されることになる。すなわち、静電容量の変化が生じたＸ，Ｙ方向の電極パターンの交点の位置が指やペンの接触位置として特定される。

次に、上記のように構成されたタッチセンサ１の作用・効果について説明する。本実施形態に係わるタッチセンサ１では、１枚の透明フィルム１０を間に挟んで第１電極パターン１１及び第２電極パターン１２が形成されているため、ＩＴＯ膜を形成した透明基体を２枚組み合わせた従来構造と比べて構成部材が少なくなり、軽量化、薄型化、及び低コスト化が可能となる。

ここで、本実施形態の構造と従来例の構造との違いを図を参照しながら説明する。図２は、タッチセンサを組み合わせた表示装置の概略断面図であり、（ａ）は本実施形態のタッチセンサを組み合わせた表示装置の概略断面図、（ｂ）は従来構造（ＩＴＯ膜を形成したフィルムを２枚組み合わせた構造）のタッチセンサを組み合わせた表示装置の概略断面図である。ここでは、タッチセンサに透明フィルム及び支持体を設けた構造の表示装置について説明する。透明フィルムは、表面に図柄や模様などが印刷により描かれたものである。支持体は、表示媒体の一部を構成するガラス、プラスチック、又は液晶表示装置などの表示媒体そのものを示している。なお、以下の説明においては、フィルム面に形成された電極パターンを１層として計算しないものとする。

本実施形態のタッチセンサ１を組み合わせた表示装置２０では、図２（ａ）に示すように、タッチセンサ１の前面側に光学糊２１を介して透明フィルム２２を設け、背面側には同じく光学糊２１を介して支持体２３を設けた構造となる。一方、従来構造のタッチセンサ３１を組み合わせた表示装置３０では、図２（ｂ）に示すように、タッチセンサ３１が、ＩＴＯ膜を形成した２枚のフィルム３２、３３と、これら２枚のフィルム間に狭持された透明接着層（又は誘電体層）３４とで構成される。そして、タッチセンサ３１の前面側に光学糊３５を介して透明フィルム３６を設け、背面側には同じく光学糊３５を介して支持体３７を設けた構造となる。

図２（ａ）に示すように、本実施形態のタッチセンサ１を組み合わせた表示装置２０では、タッチセンサ１の前面側に設けた透明フィルム２２と、背面側に設けた支持体２３とを除いた部分が３層（タッチセンサ１層＋光学糊２層）となるのに対して、従来構造のタッチセンサ３１を組み合わせた表示装置３０では、タッチセンサ３１の前面側に設けた透明フィルム３６と、背面側に設けた支持体３７とを除いた部分が５層（タッチセンサ３層＋光学糊２層）となる。

以上のように、本実施形態のタッチセンサ１を組み合わせた表示装置２０では、タッチセンサの構成が１層となるため、従来構造のタッチセンサ３１を組み合わせた表示装置３０に比べて構成部材を少なくすることができ、軽量化、薄型化、及び低コスト化を図ることが可能となる。

また、本実施形態において、第１電極パターン１１及び第２電極パターン１２は、有機導電高分子を主剤とする透明な導電材料により形成されているため、ＩＴＯ膜に比べてフィルムやプラスチックの両面に容易に形成することができる。また、電極パターンをウエットエッチングする必要がないため、製造工程が多くなることがなく、コスト増を抑えることができる。更に、有機導電高分子を主剤とする透明な導電材料により形成された電極パターンは、ＩＴＯ膜のように傷が付きにくく、歩留まりの低下を抑えることができる。また、ＩＴＯインクのように高い温度で焼成しなくても十分な導電性を得ることができるため、フィルムやプラスチックにも容易に適用することができる。

また、本実施形態では、透明フィルムに１０に形成されたスルーホール１５と図示しない導電性材料からなる導通部により、第２電極パターン１２が第１電極パターン１１と同じ表面側に引き出され、第１電極パターン１１及び第２電極パターン１２の端部がそれぞれ同一面上に形成された配線パターン１６、１７と接続されているため、配線パターン１６，１７を透明フィルム１０の片面のみの印刷で形成することができる。これによれば、表裏面に配線パターンを製造するのに比べて、製造工程を簡素化することができるため、コストの低減を図ることができる。

以上のように、本実施形態に係わるタッチセンサ１によれば、構成部材が少なくなるために軽量化、薄型化及び低コスト化が可能であり、また、電極パターンとしてＩＴＯ膜を使用することがないため、製造をより容易なものとすることができる。

［実施形態２］
次に、実施形態２として、透明フィルムの片面側に第１及び第２電極パターンを形成した構成について説明する。

図３は、実施形態２に係わるタッチセンサの構造を示す説明図であり、（ａ）はタッチセンサの平面図、（ｂ）非容量検出部が重複する領域の拡大図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。なお、各図においては図１（ａ）と同等部分には同一符号を付している。

本実施形態に係わるタッチセンサ１Ａでは、透明部材である１枚の透明フィルム１０の片面側に第１電極パターン１１，第２電極パターン１２がマトリクス状に形成されている。また、各電極パターンにおいて、容量検出部１３，１４は平面的に重複しないように構成され、非容量検出部１３ｂ，１４ｂは重複するように構成されている。本実施形態では、非容量検出部１３ｂ，１４ｂが重複する領域において両検出部が電気的に導通しないように、図３（ｂ）に示すように、非容量検出部１３ｂ，１４ｂが重複する領域において、非容量検出部１３ｂと１４ｂとの印刷工程間に、透明絶縁膜２が例えば印刷工程によって形成されている。すなわち、図３（ｃ）に示すように、透明フィルム１０の片面に形成された第２電極パターン１２の表層に透明絶縁膜２が形成され、更にその上に第１電極パターン１１が形成された構造となっている。ただし、第１電極パターン１１と第２電極パターン１２の配置は逆であってもよい。また、本実施形態の構成では、各電極パターンは透明フィルム１０の同一面上に存在するため、透明フィルム１０にはスルーホールは形成されておらず、各電極パターンの接続端子１１ａ，１２ａは、それぞれ同一面上に形成された配線パターン１６，１７と接続されている。

上述した実施形態２の構成においても、実施形態１と同じ作用効果を得ることができる。とくに、本実施形態では、透明フィルム１０の同一面上に電極パターンを形成しているため、透明フィルム１０の表裏面に電極パターンを形成する場合のように透明フィルム１０を反転させる必要がなく、作業の簡略化が可能となる。また、各電極パターンを形成した透明フィルム１０の取り扱いも容易なものとなる。

なお、本発明の概要は上記各実施形態により説明したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものではない。この開示からは様々な代替の実施形態が想起されるものである。

例えば、実施形態１，２では、容量検出部１３，１４の形状を三角形とした例について説明したが、容量検出部となる領域が平面的に重複しないように構成することができれば、丸形、四角形、六角形、あるいは凹凸などの形状であってもよい。

また、実施形態１（図１）では、透明フィルム１０の裏面側に形成された第２電極パターン１２を、スルーホール１５と図示しない導電性材料を介して、第１電極パターン１１の形成された表面側に引き出す例について説明したが、表面側に形成された第１電極パターン１１を、スルーホール１５と図示しない導電性材料を介して、第２電極パターン１２の形成された裏面側に引き出すように構成してもよい。

また、実施形態２（図３）では、非容量検出部１３ｂ，１４ｂが重複する領域にのみ透明絶縁膜２を形成しているが、透明絶縁膜２を第２電極パターン１２の表層全域に形成し、その上に第１電極パターン１１を形成した構成としてもよい。このような構成とした場合も同様の作用効果を得ることができる。

また、上記実施形態１，２では、有機導電高分子を主剤とする透明な導電材料として、ポリチオフェン誘導体ポリマーと、水溶性有機化合物と、ドーパンドとを少なくとも含む組成物を例に挙げたが、有機導電高分子を主剤とし、透明で且つ電極材料としてフィルムやプラスチック上に形成可能な物質であれば、ここに記載されていない電極材料を用いることができる。

また、非容量検出部１３ｂ，１４ｂは、隣接する容量検出部同士を電気的に導通させる機能をもつ領域であり、その形状は各実施形態の例に限定されるものではない。すなわち、非容量検出部１３ｂ，１４ｂの形状が明瞭でなくとも、容量検出部１３ａ，１４ａの一部領域が隣接する容量検出部と電気的に導通しているときは、この一部領域が非容量検出部１３ｂ，１４ｂに相当するものとして解釈されるべきである。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは無論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係わる発明特定事項によってのみ定められるものである。

１，１Ａ…タッチセンサ
２…透明絶縁膜
１０…透明フィルム（透明部材）
１１…第１電極パターン
１１ａ，１２ａ…接続端子
１２…第２電極パターン
１３ａ，１４ａ…容量検出部
１３ｂ，１４ｂ…非容量検出部
１５…スルーホール
１６，１７…配線パターン
１８…接続部材
１９…コネクタ

Claims

透明部材の片面側に、
複数の第１容量検出部、複数の第１非容量検出部をそれぞれ有する複数の第１電極パターンと、
複数の第２容量検出部、複数の第２非容量検出部をそれぞれ有する複数の第２電極パターンがマトリクス状に形成されたタッチセンサであって、
前記第１及び第２電極パターンは、有機導電高分子を主剤とする透明な導電材料からなり、前記第１及び第２容量検出部が、同一平面上に存在し、平面的に重複しないように構成され、且つ少なくとも前記第１及び第２非容量検出部が平面的に重複する部分に、前記第１及び第２非容量検出部の間を電気的に絶縁する透明絶縁膜が形成されていることを特徴とするタッチセンサ。
透明部材の片面側に、平面パターン上、
直角をなす２辺の内の１辺が第１方向に延伸する直線上に位置し、互いに並進対象な直角三角形である複数の第１容量検出部、前記複数の第１容量検出部をそれぞれ接続する複数の第１非容量検出部をそれぞれ有する複数の第１電極パターンと、
直角をなす２辺の内の１辺が前記第１方向と直交する第２方向に延伸する直線上に位置し、互いに並進対象な直角三角形である複数の第２容量検出部、前記複数の第２容量検出部をそれぞれ接続する複数の第２非容量検出部をそれぞれ有する複数の第２電極パターンと、がマトリクス状に形成されたタッチセンサであって、
前記第１及び第２電極パターンは、有機導電高分子を主剤とする透明な導電材料からなり、前記第１及び第２容量検出部が平面的に重複しないように構成され、且つ少なくとも前記第１及び第２非容量検出部が平面的に重複する部分に、前記第１及び第２非容量検出部の間を電気的に絶縁する透明絶縁膜が形成されていることを特徴とするタッチセンサ。
前記第１及び第２容量検出部が、同一平面上に存在することを特徴とする請求項２に記載のタッチセンサ。