JP4989749B2 - タッチパネル装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電極が配設された平板状をなすパネル本体の表面側に、ユーザの指などの指示物によるタッチ操作が行われるタッチ面が平面状に形成されたタッチパネル装置に関するものである。
タッチパネル装置は、電極が配設された平板状をなすパネル本体の表面側にユーザの指などの指示物によってタッチ操作を行うタッチ面が平面状に形成されており、2次元の座標入力手段として、パソコンや電子機器のディスプレイの前面に配置されている。
タッチパネル装置としては、指を接触させるもしくは近接させることによって静電容量を変化させて位置を検出する静電容量式のものがある(例えば、特許文献1)。静電容量式のタッチパネル装置は、誘電体の基板の一面に第1電極を、他面に第2電極を形成している。そして、タッチパネル装置は、ユーザの指がタッチパネルに接触もしくは近接されると、第1電極と第2電極とが交叉する部分の静電容量が変化するため、この静電容量の変化を検出して座標を算出している。
また、タッチパネル装置はディスプレイの前面に配置されるため、ディスプレイの画像が識別できるように透明とする必要がある。特許文献1において開示された技術は、銅または銅合金の電極を網目状に配設することで透明性を向上させている。
しかし、特許文献1において開示された技術では、網目状の電極が配設された一面のみに注目しており、網目状の電極を他面に配置して、二つの電極(第1電極、第2電極)が重畳されたときに、二つの電極間の位置関係が少しでもずれると干渉縞(モアレ)が生ずるおそれがある。モアレは繰り返し模様を重ね合わせたときに周期のズレによって生ずる縞模様であり、モアレの発生はディスプレイの表示を見にくくさせてタッチパネル装置の視覚的な操作性を低下させる。モアレには、大きく分けて、大きな模様が連続的に現れる低周波のモアレと、小さな模様が連続的に現れる高周波のモアレとがあり、特に低周波のモアレがディスプレイの表示と重なることで表示を見にくくさせるおそれがある。また、モアレは、タッチパネル装置の電極間の位置関係だけではなく、ディスプレイの画素パターンと網目状の電極との間でも生ずるおそれがある。
特許文献1に開示されているように、正方形が核となって連続するものは、他の多角形状に比べて電極の網目パターンが筋状に認識され難いので好ましい。特許文献1における問題を解消するために、第1電極と第2電極とにそれぞれが正方形の核となる所定の方向に連続するパターンを形成させて、これらのパターンが第1電極と第2電極とで相補的に重畳させる技術が開示されている(特許文献2)。特許文献2の構成は、相補的な重畳によって網目同士が重なることを防止し、さらにディスプレイの画素パターンに対して網目を傾斜させることで、モアレの発生を抑制している。
特開2006−344163号公報 特開2010−039537号公報
しかしながら、特許文献2において開示された技術は、図2に示されるように蛇行させる複雑なパターンを相補的に重畳させること、特に特許文献2の図4に示されるように格子を形成するには格子の4辺が第1電極と第2電極との複雑な組み合わせで構成されることから、第1電極と第2電極とを重ねるときの僅かなパターンのズレがモアレを発生させるおそれがあった。さらに特許文献2の図7に示されるように部分的に網目を集中させる構成も、パターンの位置ズレによって低周波のモアレが生ずるおそれがあった。また、特許文献2の図2,4に示されるように電極として機能しない第1,2補助線を設けることになり、構成として望ましいものではなかった。
本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、第1電極と第2電極とを重畳させたときのモアレ発生を抑制し、特に低周波のモアレ発生を抑制するように構成されたタッチパネル装置を提供することにある。
本発明のタッチパネル装置は、互いに並走する複数の第1電極と、該第1電極の並走と直交する方向に互いに並走する複数の第2電極とが互いに絶縁されるとともに重畳して配置された平面状をなすパネル本体を備えた電子機器前面に配置されるタッチパネル装置であって、前記第1電極は、前記第1電極の両端子間を結ぶ第1の方向に対して、時計方向と反時計方向に角度θを持って傾いた複数の導体線が所定の間隔で配置されて形成される頂角2θを有した菱形格子形状をなし、前記第2電極は、前記第2電極の両端子間を結ぶ前記第1の方向と直交する第2の方向に対して、時計方向と反時計方向に前記角度θを持って傾いた複数の導体線が所定の間隔で配置されて形成される頂角2θを有した菱形格子形状をなし、前記第1電極と前記第2電極とが重畳して配置された際、前記第1の方向もしくは前記第2の方向に対して、角度θ及び角度90度−θの方向に正方形パターンを発生させるものであり、前記角度θは、20度以上35度未満であることを特徴としている。
本発明は、平面状をなすパネル本体に頂角2θを有した菱形格子形状をなす第1電極と第2電極とを重畳させることで、第1電極のパターンと第2電極のパターンとの相互作用によって、第1電極もしくは第2電極の延伸方向に対して、角度θ及び角度90度−θの方向に互いに均等な正方形が核となって連続するパターンを形成させるものであり、角度θは、20度以上35度未満としたものである。このように、本発明は、複雑な組み合わせを構成することなく、相互作用によって多少の位置ズレを許容しつつ、他の多角形状に比べて電極の網目パターンが筋状に認識され難い正方形のパターンを連続的に発生させて、モアレの発生、特に低周波のモアレの発生を抑制することができる。すなわち、本発明は、第1電極と第2電極との位置関係によって生ずるおそれがある低周波モアレを低減させるとともに、ディスプレイの画素パターンと網目状の電極との間で生ずるおそれがある低周波モアレをも低減させるという著しい効果を奏する。
本発明の一実施形態にかかるタッチパネル装置のパネル本体を示す模式的な断面図 一実施形態にかかる第1電極の構成を示す平面図 図2の拡大平面図 一実施形態にかかる第2電極の構成を示す平面図 図4の拡大平面図 一実施形態にかかる第1電極と第2電極とを重畳させた構成を示す平面図 図6の拡大平面図 参考例にかかる第1電極と第2電極とを重畳させた構成を示す平面図 参考例をディスプレイに取り付けたときのシミュレーション画像 実施例をディスプレイに取り付けたときのシミュレーション画像 所定角度θ=0deg.のパネル本体を、ディスプレイに取り付けたときのシミュレーション画像 所定角度θ=5deg.のパネル本体を、ディスプレイに取り付けたときのシミュレーション画像 所定角度θ=10deg.のパネル本体を、ディスプレイに取り付けたときのシミュレーション画像 所定角度θ=15deg.のパネル本体を、ディスプレイに取り付けたときのシミュレーション画像 所定角度θ=20deg.のパネル本体を、ディスプレイに取り付けたときのシミュレーション画像 所定角度θ=25deg.のパネル本体を、ディスプレイに取り付けたときのシミュレーション画像 所定角度θ=30deg.のパネル本体を、ディスプレイに取り付けたときのシミュレーション画像 所定角度θ=35deg.のパネル本体を、ディスプレイに取り付けたときのシミュレーション画像 所定角度θ=40deg.のパネル本体を、ディスプレイに取り付けたときのシミュレーション画像
本発明の一側面によれば、基板を備え、前記複数の第1電極は、前記基板の第1面に一定間隔で形成され、前記複数の第2電極は、前記第1面の裏側の第2面に一定間隔で形成されるように構成することもできる。かかる構成は、電極基板の表裏に第1,第2電極を形成できるため、コンパクト化をすることができる。
本発明の一側面によれば、第1基板と、該第1基板に重畳される第2基板とを備え、前記複数の第1電極は、前記第1基板の前記第2基板を臨む面に一定間隔で形成され、前記複数の第2電極は、前記第2基板の前記第1基板の反対面に一定間隔で形成されるように構成することもできる。かかる構成は、第1,第2電極それぞれが電極基板を有するため、確実な絶縁を図ることができる。
本発明が適用されたタッチパネル装置は、パソコンや電子機器のディスプレイの前面に配置される静電容量式のタッチパネルである。ディスプレイには複数の画素が配列されており、画素を画定するブラックマトリックスが形成されている。タッチパネル装置は、ユーザの指によるタッチ操作が行われるタッチ面を備えた平板状をなすパネル本体と、タッチ面に対する指によるタッチ操作に応じた静電容量の変化からタッチ位置を検出する位置検出部(制御手段)とを備えている。以下、本発明にかかるタッチパネル装置のパネル本体の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図1はパネル本体1の厚さ方向断面を示す模式的な部分断面図である。パネル本体1は数mm程度の厚さで構成されるかなり薄いものであるが、図1では説明のためにパネル本体1の厚さを拡大して模式的に表している。
パネル本体1は、ディスプレイ(図示せず)に取り付けられる側から第2電極基板6と、この第2電極基板6に接着剤8を介して重畳される第1電極基板4と、この第1電極基板4に接着剤7を介して取り付けられるパネル基材2とから構成されている。
第1電極基板4の第2電極基板6と反対側の面には第1電極3が配置され、第2電極基板6の第1電極基板4側には第2電極5が配置されている。
パネル基材2には透明の絶縁材料が適用され、例えば、ガラスや、透明の樹脂であるポリエチレン(PE)、ポリカーボネート(PC)、ポリスチレン(PS)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ナイロン/ポリアミド(PA)、アクリル(PMMA)、ポリプロピレン(PP)、ポリイミド(PI)、アクリロニトリル・スチレン・コポリマー(AS)、ポリエーテルサルフォン(PES)等を適用することができる。パネル基材2の厚みはガラスの場合には0.1〜5mmであり、このときの比誘電率は2〜10である。
パネル基材2の第1電極基板4と反対側の面はユーザの指によるタッチ操作が行われるタッチ面9となっている。パネル基材2と第1電極基板4との間の接着剤7は、第1電極3を保護するように塗布等によって形成されており、例えばアクリル系の透明接着剤を適用することができる。
図2も併せて参照すると、第1電極基板4には、互いに並走する複数の第1電極3,3が一定間隔で設けられている。なお、図2では、説明のために3つの第1電極3のみを示している。第1電極3の端部には端子10が設けられており、端子10は位置検出部(図示せず)に連結されている。
図3も併せて参照すると、第1電極3は、端子10,10間を結ぶ第1の方向13に対して時計方向および反時計方向に所定角度θだけ傾いた複数の導体線11,12が所定の間隔で配置されることで、導体線11,12によって構成された頂角2θの菱形格子が連続する形状をなしている。
第1電極3の形成には導電性材料が適用され、例えば、金属材である銀、金、銅、アルミニウム、白金、パラジウム等、もしくはこれらの金属粒子が含まれる導電性インクを適用することができる。第1電極3は、第1電極基板4上に導体線11,12を印刷成形等によって形成することができ、例えば、グラビア印刷、スクリーン印刷、インクジェットやフォトリソグラフィー等の手段を適用することができる。なお、図3に示すように、平面視では角度の異なる2本の導体線11,12が交叉するように表されているが、導体線11,12は前記のように印刷成形等によって形成されるものであり、一の第1電極3内では全てが電気的に導通されているものである。ここで、導体線11,12の形成に銀ペーストを適用した場合、例えば、幅5〜50μm、厚み2〜20μmとすることができ、このときの体積抵抗は1×10−4Ω・cm〜1×10−5Ω・cm、配線抵抗は50Ω〜1kΩとなる。
第1電極基板4には透明の絶縁材料が適用され、例えば、透明の樹脂である、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレン(PE)、ポリカーボネート(PC)、ポリスチレン(PS)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ナイロン/ポリアミド(PA)、アクリル(PMMA)、ポリプロピレン(PP)、ポリイミド(PI)、アクリロニトリル・スチレン・コポリマー(AS)、ポリエーテルサルフォン(PES)等を適用することができる。パネル基材2の厚みは、例えば、PETフィルムの場合には0.05〜2mmであり、比誘電率は2.5〜5である。
第1電極基板4と第2電極基板6との間の接着剤8は、第2電極5を保護するように塗布等によって形成されており、例えばアクリル系の透明接着剤を適用することができる。
続いて、図4を参照すると、第2電極基板6には、互いに並走する複数の第2電極5,5が一定間隔で設けられており、第2電極5の端部には第1電極3の端子10の位置と直交するように端子14が設けられている。なお、図4においても、図2と同様に、説明のために3つの第2電極5のみを示している。
図5も併せて参照すると、第2電極5は、端子14,14間を結ぶ第1の方向13と直交する第2の方向15に対して時計方向および反時計方向に所定角度θだけ傾いた複数の導体線16,17が所定の間隔で配置されることで、導体線16,17によって構成された頂角2θの菱形格子が連続する形状をなしている。
第2電極5にも第1電極3と同様な導電性材料を適用することができ、第1電極3と同様な手段で第2電極基板6上に印刷成形等によって形成することができる。なお、図5においても、図3と同様に、平面視では角度の異なる2本の導体線16,17が交叉するように表されているが、導体線16,17は前記のように印刷成形等によって形成されるものであり、一の第2電極5内では全てが電気的に導通されているものである。
第2電極基板6にも第1電極基板4と同様な透明の絶縁材料を適用することができる。ここで、本実施形態かかる構成は第1電極3を第1電極基板4に形成して第2電極5を第2電極基板6に形成するものであるが、本発明は第1電極基板4の表面に第1電極3を形成して裏面に第2電極5を形成する構成とすることもできる。かかる構成とする場合には、第2電極基板6を削除することができるが、ディスプレイ側となる第2電極5は保護絶縁体によってコーティング保護される構成とされる。
続いて図6を参照すると、第1電極3が形成された第1電極基板4と、第2電極5が形成された第2電極基板6が接着剤8(図示せず)を介して重畳され、第1電極3の菱形格子状のパターンと第2電極5の菱形格子状のパターンとが重なり新たなパターンが生成されている。
図7も併せて参照すると、第1電極3を構成する導体線11,12と、第2電極5を構成する導体線16,17とが重畳されている。導体線11,12で形成される菱形格子と、導体線16,17で形成される菱形格子とは、同型状であって、互いに90度回転したものであることから、導体線11と導体線16とは直交し、導体線12と導体線17とは直交する。
互いに直交する導体線11,16および導体線12,17の交点に注目すると、4辺が導体線12、導体線17、導体線12、導体線17で形成された正方形18と、4辺が導体線11、導体線16、導体線11、導体線16で形成された正方形19が生成されている。正方形18と正方形19とは、同サイズであって、互いに所定角度θだけ回転したものとなる。そして、第1の方向13に対して反時計回りに所定角度θ傾いた方向、および、第2の方向15に対して反時計回りに所定角度θ傾いた方向、へ向かった正方形18を核とする連続パターンが生成されている。一方、第1の方向13に対して時計回りに所定角度θ傾いた方向、および、第2の方向15に対して時計回りに所定角度θ傾いた方向、へ向かった正方形19を核とする連続パターンも生成されている。
前記構成は、複雑な組み合わせを構成することなく、例えば第1電極3と第2電極5との位置関係が前後左右にずれた場合であっても、正方形18,19を生成することができる。
特許文献1に開示されているように、正方形が核となって連続するものは、他の多角形状に比べて電極の網目パターンが筋状に認識され難いので好ましい。すなわち、ある正方形以外の多角形状が核となって規則的に連続するパターンを見たとき、その核(開口)の連続する方向に沿って輪郭が連続する筋状に見える傾向があるが、正方形が核となって連続するものではこの様な筋状は現れない。
本実施形態は、第1電極基板4,第2電極基板6に形成された第1電極3と第2電極5とが重畳することによって、第1電極3もしくは第2電極5の延伸方向に対して、所定角度θ及び90deg−θの方向に正方形が核となって連続するパターンを形成して、タッチパネルの操作者に目視させることができる。すなわち本実施形態では、第1電極3のパターンと第2電極5のパターンとの相互作用によって、所定角度θの方向に正方形が核となって連続するパターンを発生させるようにしており、他の多角形状に比べて電極の網目パターンを筋状に認識され難くすることができる。筋状のパターンは低周波のモアレを生じさせるおそれがあり、本実施形態は正方形が核となって連続するパターンを生成させることで低周波のモアレの発生を規制する。
また、第1電極3と第2電極5の電極パターンは前記のように印刷成形を用いて形成される。第1電極3と第2電極5をそれぞれ別の基板に印刷して重畳する場合であっても、また一つの基板の表裏に印刷する場合であっても、従来技術では電極パターン形成時のレジストレーション誤差(位置ずれ)をなくすことは一般的に困難である。
しかしながら、本実施形態は、特許文献1,2で開示された技術とは異なり、第1,第2電極3,5の相互作用によって正方形が核となって連続する電極パターンがパネル全面で均等に生成される。かかる構成によって、電極パターン形成時にレジストレーションがずれた場合であっても、正方形が核となって均等に連続するパターンが所定角度θに従って途切れることなく生成され、電極パターンそのものによるモアレ及びディスプレイの画素の配置に対する干渉の両方を低減できる。
次に図8〜10を参照して、従来技術にかかる電極構成によってモアレ対策をした場合の参考例と、本発明を適用した実施例とを比較する。比較にあたっては、水平方向、垂直方向に角格子の画素が配列されたディスプレイにタッチパネル本体が取り付けられた場合について説明する。
図8を参照すると、参考例の従来技術にかかる電極構成において、第1電極31は、二つの端子33,33と、この二つの端子33,33間をつなぐ並行した複数の導体線32とからなっている。なお、第1電極31は基板(図示せず)上に印刷成形等によって形成されている。一方、第2電極35は、二つの端子37,37と、この二つの端子37,37間をつなぐ並行した複数の導体線36とからなっており、第1電極31と同様に基板上に印刷成形等によって形成されている。
第1電極31と第2電極35とは、絶縁された状態で導体線32,36が平面視で直交するように重畳されて、パネル本体38が形成されている。パネル本体38は、ディスプレイ(図示せず)の水平方向、垂直方向に配列された画素との相互作用によるモアレの発生を防止するため、バイアス角θ2を30度で傾斜させた状態でディスプレイに取り付けられている。ここで、パネル本体38には第1電極31と第2電極35が既に形成されているため、バイアス角θ2は図の直交方向に対する第1電極31の傾き、図の水平方向に対する第2電極35の傾きとなる。かかる構成は、導体線32,36が重畳して正方形が核となって連続する電極パターンを生成させている。
続いて、図9,10を参照すると、図9は図8で説明した参考例のパネル本体38をディスプレイに取り付けたときのシミュレーション画像であり、図10は実施例のパネル本体をディスプレイに取り付けたときのシミュレーション画像である。ここで、実施例は図1,6,7で説明したパネル本体1であり、所定角度θは参考例のバイアス角θ2と同じ30度としている。
図9を参照すると、参考例では、縦方向に低周波のモアレ40が発生し、横方向にも低周波のモアレ41が発生している。一方、図10に示す実施例では、特に目立った低周波のモアレの発生はない。
また、参考例にかかる図8を再度参照すると、参考例はパネル本体38を単にバイアス角θ2だけ回転させたため、電気的接続方向である端子33,37も回転してパネル本体38の電極が形成されていない4つの隅39を生じさせる。この隅39へ導体線を配線することは困難であり、また配線した場合であっても、検出される電極の配線長が異なるものとなるため、信号処理(補正など)が複雑化するおそれがある。このように参考例では無駄なスペースを生じさせるおそれがある。
一方、実施例では電極の配線等において参考例のような問題は生ぜず、またモアレの発生も抑制することができる。このように実施例は参考例と比べて、パネル本体を複雑な構成とすることが無く、ディスプレイへの取り付けも容易であるため、コスト低減とともに使い勝手を向上させる。
続いて、図11〜19を参照して、所定角度θが変化したときの画面の状態を説明する。なお、図11〜19は、水平方向、垂直方向に角格子の画素が配列されたディスプレイにタッチパネル本体が取り付けられたときのシミュレーション画像である。
図11は所定角度θ=0deg.の場合であり、ディスプレイの画素との間でモアレの発生が見られる。図12は所定角度θ=5deg.の場合、図13は所定角度θ=10deg.の場合、図14は所定角度θ=15deg.の場合であり、これらのシミュレーション画像においては所定角度θ=0deg.の場合のようなディスプレイの画素との間の目立ったモアレは抑制されているが、高周波の細かいモアレの発生が見られる。また、所定角度が大きくなるにつれて、発生するモアレの大きさは細かくなっている。
図15は所定角度θ=20deg.の場合であり、低周波の大きなモアレの発生は見られないが、所定角度θ=0deg.〜15deg.と比べてさらに細かくなった高周波のモアレの発生が見られる。
図16は所定角度θ=25deg.の場合、図17は所定角度θ=30deg.の場合であり、この両者は、所定角度θ=20deg.以下と比べて、モアレはほとんど目立たなくなっている。
図18は、所定角度θ=35deg.の場合であり、所定角度θ=25deg.の場合、所定角度θ=30deg.の場合と比べて、多少低周波のモアレの発生が見られるが、あまり目立つものではない。図19は、所定角度θ=40deg.の場合であり、所定角度θ=20deg.〜35deg.と比べて、多少の低周波モアレの発生が見られる。
以上のように、本発明における所定角度θの設定にあたっては、高周波のモアレの発生は見られるが、全体としてディスプレイの画像の視認性を損なわない所定角度θ=20deg.〜35deg.が好ましく、さらに高周波のモアレもほとんど視認できない所定角度θ=25deg.〜30deg.がより好ましいというシミュレーションの結果が得られた。なお、所定の角度がθ=50deg.〜85deg.については、互いに直交する第1電極と第2電極との関係から、前記した所定の角度θ=5deg.〜40deg.と同じシミュレーション画像となるため説明を省略している。
このように、本発明は、適宜所定角度θを選択することで、他の多角形状に比べて電極の網目パターンが筋状に認識され難い正方形のパターンを発生させて、モアレの発生、特に低周波のモアレの発生を抑制することができる。
本発明にかかるタッチパネル装置は、第1電極と第2電極とを重畳させたときのモアレ発生を抑制し、特に低周波のモアレ発生を抑制する作用効果を奏し、電極が配設された平板状をなすパネル本体の表面側に、ユーザの指などの指示物によるタッチ操作が行われるタッチ面が平面状に形成されたタッチパネル装置などとして有用である。
1 パネル本体
2 パネル基材
3 第1電極
4 第1電極基板
5 第2電極
6 第2電極基板
7,8 接着剤
9 タッチ面
10,14 端子
11,12,16,17 導体線
18,19 正方形

Claims (3)

  1. 互いに並走する複数の第1電極と、該第1電極の並走と直交する方向に互いに並走する複数の第2電極とが互いに絶縁されるとともに重畳して配置された平面状をなすパネル本体を備えた電子機器前面に配置されるタッチパネル装置であって、
    前記第1電極は、前記第1電極の両端子間を結ぶ第1の方向に対して、時計方向と反時計方向に角度θを持って傾いた複数の導体線が所定の間隔で配置されて形成される頂角2θを有した菱形格子形状をなし、
    前記第2電極は、前記第2電極の両端子間を結ぶ前記第1の方向と直交する第2の方向に対して、時計方向と反時計方向に前記角度θを持って傾いた複数の導体線が所定の間隔で配置されて形成される頂角2θを有した菱形格子形状をなし、
    前記第1電極と前記第2電極とが重畳して配置された際、前記第1の方向もしくは前記第2の方向に対して、角度θ及び角度90度−θの方向に正方形パターンを発生させるものであり、
    前記角度θは、20度以上35度未満であることを特徴とするタッチパネル装置。
  2. 基板を備え、
    前記複数の第1電極は、前記基板の第1面に一定間隔で形成され、
    前記複数の第2電極は、前記第1面の裏側の第2面に一定間隔で形成されていることを特徴とする請求項1に記載のタッチパネル装置。
  3. 第1基板と、
    該第1基板に重畳される第2基板とを備え、
    前記複数の第1電極は、前記第1基板の前記第2基板を臨む面に一定間隔で形成され、
    前記複数の第2電極は、前記第2基板の前記第1基板の反対面に一定間隔で形成されていることを特徴とする請求項1に記載のタッチパネル装置。
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