JP5098541B2

JP5098541B2 - 静電容量型タッチパネル

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Publication number: JP5098541B2
Application number: JP2007254436A
Authority: JP
Inventors: 利晴西野
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2007-09-28
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Publication date: 2012-12-12
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Description

この発明は、静電容量型タッチパネルに関する。

タッチ入力用のタッチパネルとして、一方の面にタッチ面が形成された誘電体基板の他方の面に導電膜を形成した静電容量型タッチパネルがある（特許文献１参照）。

この静電誘導型タッチパネルは、前記基板のタッチ面を人の指先等の導電性を有するタッチ物体でタッチすることによりタッチ入力を行うものであり、前記タッチ面を例えば指先によりタッチすることによる静電容量の変化に影響される前記導電膜上の電流を検出し、その電流値からタッチ入力を検出する。
特開２００３−９９１９２号公報

上記従来の静電誘導型タッチパネルは、前記基板のタッチ面をタッチ物体によりタッチしたときに前記タッチ物体と前記導電膜との間に形成される容量の値が、前記タッチ面に対する前記タッチ物体の接触面積に対応して異なる。

そのため、従来の静電誘導型タッチパネルは、前記タッチ面を、指先のような前記タッチ面に対する接触面積が比較的大きいタッチ物体によりタッチしたときは、タッチ入力を検出することができるが、前記タッチ面を、タッチペン等の前記タッチ面に対する接触面積が小さいタッチ物体によりタッチしたときは、そのタッチ物体と前記導電膜との間に形成される容量の値が極く小さく、前記導電膜から前記容量を介して前記物体に流れる電流値の変化が微弱であるため、タッチ入力を検出することができない。

この発明は、タッチ面に対するタッチ物体の接触面積の大小に関係無く、タッチ入力を確実に検出することができる静電誘導型タッチパネルを提供することを目的としたものである。

前記課題を解決するため、本発明の静電誘導型タッチパネルの一態様は、第１の導電膜と、前記第１の導電膜と対向して配置され、前記第１の導電膜に対向する面とは反対側の面をタッチ面とする絶縁性フィルムからなり、前記タッチ面へ加えられる押圧力により前記第１の導電膜の方向に撓み変形するタッチ用基板と、前記タッチ用基板の前記第１の導電膜と対向する面に、前記第１の導電膜と予め定めた間隙を設けて形成された第２の導電膜と、前記第１の導電膜と前記第２の導電膜との少なくとも一方の導電膜上の予め定めた複数の位置にそれぞれ配置され、予め定めた面積を有する楕円形に形成された、弾性を有するゴム膜からなる誘電体パッドと、を備える、ことを特徴とする。

また、前記課題を解決するため、本発明の静電誘導型タッチパネルの一態様は、第１の導電膜と、前記第１の導電膜と対向して配置され、前記第１の導電膜に対向する面とは反対側の面をタッチ面とする絶縁性フィルムからなり、前記タッチ面へ加えられる押圧力により前記第１の導電膜の方向に撓み変形するタッチ用基板と、前記タッチ用基板の前記第１の導電膜と対向する面に、前記第１の導電膜と予め定めた間隙を設けて形成された第２の導電膜と、前記第１の導電膜と前記第２の導電膜との上の予め定めた複数の位置にそれぞれ互いに対向させて配置され、予め定めた面積を有する楕円形に形成された、弾性を有するゴム膜からなる誘電体パッドと、を備える、ことを特徴とする。

この発明の静電容量型タッチパネルによれば、タッチ入力を確実に検出することができる。

（第１の実施形態）
図１〜図３はこの発明の第１の実施例を示しており、図１は静電容量型タッチパネルを備えた液晶表示装置の断面図、図２は前記静電容量型タッチパネルの駆動回路の概念図である。

まず、図１に示した液晶表示装置について説明すると、この液晶表示装置は、液晶表示素子１と、この液晶表示素子１の観察側（図において上側）に配置された静電容量型タッチパネル１１とからなっている。

前記液晶表示素子１は、枠状のシール材４を介して接合された観察側とその反対側の一対の透明基板２，３と、これらの基板２，３間の前記シール材４で囲まれた領域に封入された液晶層５と、前記一対の基板２，３の対向する内面それぞれに互いに対向させて設けられ、互いに対向する領域毎に、前記液晶層５に電界を印加して液晶分子の配向状態を制御するための画素領域を形成する第１と第２の透明電極６，７と、前記観察側の基板２の外面と反対側の基板３の外面とに配置された観察側及び反対側の一対の偏光板９，１０とからなっている。

この液晶表示素子１は、一方の基板、例えば観察側とは反対側の基板３の内面に、複数の画素電極７を行方向及び列方向にマトリックス状に配列させて設け、他方の基板、つまり観察側の基板２の内面に、前記複数の画素電極７の配列領域に対向する一枚膜状の対向電極６を設けたアクティブマトリックス液晶表示素子であり、図では省略しているが、前記複数の画素電極７が設けられた反対側基板３の内面には、前記複数の画素電極７にそれぞれ接続された複数のＴＦＴ（薄膜トランジスタ）と、各行のＴＦＴにゲート信号を供給する複数の走査線と、各列のＴＦＴにデータ信号を供給する複数の信号線が設けられている。

また、観察側基板２の内面には、前記複数の画素電極７と対向電極６とが互いに対向する領域からなる複数の画素にそれぞれ対応させて赤、緑、青の３色のカラーフィルタ８Ｒ，８Ｇ，８Ｂが設けられており、前記対向電極６は、前記カラーフィルタ８Ｒ，８Ｇ，８Ｂの上に形成されている。

さらに、前記一対の基板２，３の内面には、前記透明電極６，７を覆って配向膜（図示せず）が設けられており、前記液晶層５の液晶分子は、前記一対の基板２，３間において、前記配向膜により規定される配向状態に配向している。

この液晶表示素子１は、液晶分子をツイスト配向させたＴＮまたはＳＴＮ型、液晶分子を基板２，３面に対して垂直に配向させた垂直配向型、液晶分子をツイストさせることなく基板２，３面に対して平行に配向させた水平配向型、液晶分子をベンド配向させるベンド配向型のいずれか、あるいは強誘電性または反強誘電性液晶表示素子であり、前記一対の偏光板９，１０は、それぞれの透過軸の向きを、良好なコントラストが得られるように設定して配置されている。

なお、前記液晶表示素子１は、一対の基板２，３の内面それぞれに設けられた電極６，７間に電界を生じさせて液晶分子の配向状態を変化させるものに限らず、一対の基板のいずれか一方の内面に複数の画素を形成する例えば櫛状の第１と第２の電極を設け、これらの電極間に横電界（基板面に沿う方向の電界）を生じさせて液晶分子の配向状態を変化させる横電界制御型のものでもよい。

さらに、前記液晶表示素子１は、複数の画素にそれぞれ対応する赤、緑、青の３色のカラーフィルタ８Ｒ，８Ｇ，８Ｂを備えたものに限らず、カラーフィルタを備えないフィールドシーケンシャル表示用の液晶表示素子でもよい。

前記液晶表示素子１は、図示しない表示駆動回路により駆動され、常時は、複数の画素の配列領域（以下、画面エリアという）の全域に画像を表示し、前記静電容量型タッチパネル１１に対するタッチ入力時に、前記画面エリア内の予め定めた位置に、入力部を示す複数のキーパターン（キー形状とキーの種類を示す数字や記号等）を表示する。

なお、図１では前記液晶表示素子１の画素ピッチを大きく誇張しているが、前記複数の画素は、５０〜１００μｍのピッチで配列形成されており、前記複数のキーパターンはそれぞれ、数十ずつの画素群によって表示される。

次に、前記液晶表示素子１の観察側に配置された静電容量型タッチパネル１１について説明すると、この静電容量型タッチパネル１１は、透明な第１の導電膜１３と、一方の面にタッチ面１４ａが形成されたアクリル系樹脂フィルム等の透明な絶縁性フィルムからなり、他方の面を前記第１の導電膜１３に予め定めた間隙を設けて対向させて配置され、前記タッチ面１３ａへのタッチによる押圧力によつて前記第１の導電膜１３の方向に撓み変形するタッチ用基板１４と、前記タッチ用基板１４の前記第１の導電膜１３と対向する面に設けられた透明な第２の導電膜１５と、前記第１と第２の導電膜１３，１５の少なくとも一方の導電膜上に、予め定めた面積を有する形状に形成された透明な誘電体パッド１６とを備えている。

この実施例の静電容量型タッチパネル１１は、前記第１と第２の導電膜１３，１５のうちの第１の導電膜１３上に前記誘電体パッド１６を形成したものであり、前記第１と第２の導電膜１３，１５はそれぞれ、前記液晶表示素子１の画面エリアの全体に対応する一枚膜状のＩＴＯ膜からなり、前記誘電体パッド１６は、弾性を有する透明な誘電体膜、例えば透明なゴム膜からなっている。以下、前記誘電体パッド１６をゴムパッドという。

前記第１の導電膜１３は、ガラスまたはアクリル系樹脂等からなる透明な基板（以下、後基板という）１２の上に形成されており、この導電膜１３上の予め定めた複数の位置、つまり前記液晶表示素子１のタッチ入力時の複数のキーパターンの表示位置に対応する部分にそれぞれ前記ゴムパッド１６が配置されている。

なお、この実施例では、前記第１の導電膜１３上に、楕円形状に形成された９個のゴムパッド１６を、図２のように、互いに交差する２つの方向、例えば互いに直交する２つの方向にそれぞれ３個ずつ配列させて配置している。

そして、前記後基板１２は、前記液晶表示素子１の観察側偏光板９の外面に、前記第１の導電膜１３の形成面を観察方向に向けて配置され、前記観察側偏光板９に貼付けられている。

一方、前記タッチ用基板１４に設けられた第２の導電膜１５には、図１及び図２のように、前記互いに交差する２つの方向（この実施例では、互いに直交する２つの方向）のうちの一方の方向、例えば前記液晶表示素子１の画面の左右方向と平行な方向（以下、Ｘ軸方向という）の両端の縁部と、他方の方向、つまり前記液晶表示素子１の画面の上下方向と平行な方向（以下、Ｙ軸方向という）の両端の縁部とにそれぞれ、これらの縁部の略全長にわたって、低抵抗金属膜からなる帯状の端子電極１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂが設けられている。なお、この実施例では、前記第２の導電膜１５の前記第１の導電膜１３に対向する面に前記端子電極１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂを形成している。

そして、前記タッチ用基板１４は、前記後基板１２よりも観察側に、前記第２の導電膜１５の形成面を、前記後基板１２上の第１の導電膜１３に対向させ、且つ前記第１の導電膜１３との間に、前記第１の導電膜１３上に形成された複数のゴムパッド１６の膜厚よりも僅かに大きい間隙を設けて配置され、その外周部を、前記液晶表示素子１の観察側基板２の外周部に、枠状のスペーサ１９を介して支持されている。

前記静電容量型タッチパネル１１の第１の導電膜１３は接地されており、前記第２の導電膜１５に設けられた各帯状端子電極１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂは、前記静電容量型タッチパネル１１の使用時に、前記第２の導電膜１５に対して、前記Ｘ軸方向の両端への同相の交流電圧の印加と、前記Ｙ軸方向の両端への同相の交流電圧の印加とを交互に行ない、前記静電容量型タッチパネル１１に対するタッチ入力を検出するタッチパネル駆動回路２０に接続されている。

なお、図では省略しているが、前記第１の導電膜１３には、前記スペーサ１９の外周側に導出された接地端子が形成され、前記第２の導電膜１５に設けられた各帯状端子電極１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂにはそれぞれ、前記スペーサ１９の外周側に導出された駆動回路接続部が形成されている。

前記タッチパネル駆動回路２０は、図２にその概念的な構成を示したように、交流電源２１と、この交流電源２１の一方端と前記第２の導電膜１５のＸ軸方向の一端の帯状端子電極１７ａとの接続と、前記交流電源２１の一方端と前記第２の導電膜１５のＹ軸方向の一端の帯状端子電極１８ａとの接続を切換える第１の切換スイッチ２２と、前記交流電源２１の一方端と前記第２の導電膜１５のＸ軸方向の他端の帯状端子電極１７ｂとの接続と、前記交流電源２１の一方端と前記第２の導電膜１５のＹ軸方向の他端の帯状端子電極１８ｂとの接続を切換える第２の切換スイッチ２３と、前記交流電源２１と前記第１の切換スイッチ２２との間に介在された第１の電流センサ２４と、前記交流電源２１と前記第２の切換スイッチ２３との間に介在された第２の電流センサ２５と、前記第１と第２の電流センサ２４，２５の測定電流値に基づいて、前記静電容量型タッチパネル１１のタッチされた部分（以下、タッチ部という）のＸ軸方向とＹ軸方向の位置を検出するタッチ入力検出部２６とからなっている。

前記第１と第２の切換スイッチ２２，２３は、前記第２の導電膜１５のＸ軸方向の一端の帯状端子電極１７ａと他端の帯状端子電極１７ｂとが、前記第１，第２の電流センサ２４，２５を介して接続された閉回路を構成する状態と、前記第２の導電膜１５のＹ軸方向の一端の帯状端子電極１８ａとＹ軸方向の他端の帯状端子電極１８ｂとが前記第１，第２の電流センサ２４，２５を介して接続された閉回路を構成する状態となるように、互いに同期して切換えられる。

そして、前記タッチ入力検出部２６は、前記第１と第２の切換スイッチ２２，２３の切換えに対応して、前記第２の導電膜１５のＸ軸方向の両端の帯状端子電極１７ａ，１７ｂが前記交流電源２１に接続されたときの前記第１と第２の電流センサ２４，２５の測定電流値と、前記第２の導電膜１５のＹ軸方向の両端の帯状端子電極１８ａ，１８ｂが前記交流電源２１に接続されたときの前記第１と第２の電流センサ２４，２５の測定電流値とに基づいて、前記静電容量型タッチパネル１１のタッチ部のＸ軸方向とＹ軸方向の位置を検出する。

前記タッチパネル駆動回路２０は、前記静電容量型タッチパネル１１の使用時に、前記第１と第２の切換スイッチ２２，２３を、図示しない制御手段により互いに同期して切換え、前記第２の導電膜１５のＸ軸方向の両端と、Ｙ軸方向の両端とに、前記交流電源２１からの同相の交流電圧を、予め設定された周期、例えば０．１秒周期で交互に印加する。

一方、前記静電容量型タッチパネル１１に対するタッチ入力は、前記タッチ用基板１４のタッチ面１４ａの前記複数のゴムパッド１６に対応する部分、つまり前記液晶表示素子１により表示された複数のキーパターンに対応する部分をタッチ物体により選択的にタッチすることにより行われる。なお、前記タッチ物体は、導電性を有するものでも、非導電性のものでもよい。

図３は前記静電容量型タッチパネル１１のタッチ入力状態の断面図であり、ここでは、前記タッチ用基板１４のタッチ面１４ａをタッチペン２７によりタッチした状態を示している。

前記静電容量型タッチパネル１１は、基板１２上に設けられた第１の導電膜１３に対して、前記第１の導電膜１３に対向する面とは反対側の面をタッチ面１４ａとし、前記第１の導電膜１３に対向する面に、前記第１の導電膜１３と予め定めた間隙を設けて第２の導電膜１５が形成されたタッチ用基板１４を、前記第２の導電膜１５を前記第１の導電膜１３に予め定めた間隙を設けて対向させて配置し、前記第１の導電膜１３上に、予め定めた面積を有する複数のゴムパッド１６を形成したものであるため、前記タッチ用基板１４のタッチ面１４ａをタッチしないときは、図１のように、前記タッチ用基板１４に設けられた第２の導電膜１５が、前記後基板１２に設けられた第１の導電膜１３及び前記第１の導電膜１３上に形成された複数のゴムパッド１６に対して、これらの間の間隙に誘電率の小さい空気層を介して対向している。

すなわち、前記第１と第２の導電膜１３，１５間の前記複数のゴムパッド１６に対応する部分ではそれぞれ、前記第１の導電膜１３と第２の導電膜１５とが、等価的に、前記空気層の誘電率に対応した容量（以下、空気層容量という）と、前記ゴムパッド１６の誘電率に対応した容量（以下、ゴムパッド容量という）とが直列に接続された回路を構成している。したがって、前記空気層の誘電率は極く小さいため、前記タッチ用基板１４のタッチ面１４ａをタッチしないときは、前記第２の導電膜１５と前記第１の導電膜１３との間の容量は、きわめて小さい値に維持されている。

そして、前記第２の導電膜１５のＸ軸方向の両端に印加される電圧と、前記第２の導電膜１５のＹ軸方向の両端に印加される電圧は、同電位の交流電圧であるため、前記タッチ用基板１４のタッチ面１４ａをタッチしないときは、前記第２の導電膜１５のＸ軸方向の両端に交流電圧を印加したときも、Ｙ軸方向の両端に交流電圧を印加したときも、前記第２の導電膜１５には電流が流れない。そのため、このときの前記タッチパネル駆動回路２０の第１と第２の電流センサ２４，２５の測定電流値は差異が生じない。

一方、前記タッチ用基板１４のタッチ面１４ａの前記複数のゴムパッド１６に対応する部分を前記タッチペン２７等により選択的にタッチすると、図３のように、前記タッチ用基板１４が撓み変形して前記第２の導電膜１５が前記ゴムパッド１６に密着し、前記第１と第２の導電膜１３，１５間のタッチ部に対応する部分が、空気層を介在することなく前記ゴムパッド１６のみを介して対向することになり、前記第１の導電膜１３と前記第２の導電膜１５とが前記ゴムパッド容量を介して接続される。

そして、前記ゴムパッド１６の誘電率は、前記空気層の誘電率に比べてはるかに大きいため、前記第２の導電膜１５のＸ軸方向の両端に交流電圧を印加したときに、前記第２の導電膜１５のＸ軸方向の一端と他端からそれぞれ、前記タッチ部のゴムパッド容量を介して前記第１の導電膜１３に電流が流れ、前記第２の導電膜１５のＹ軸方向の両端に交流電圧を印加したときに、前記第２の導電膜１５のＹ軸方向の一端と他端からそれぞれ、前記タッチ部のゴムパッド容量を介して前記第１の導電膜１３に電流が流れる。

そのため、前記タッチ用基板１４のタッチ面１４ａの前記複数のゴムパッド１６に対応する部分を選択的にタッチすると、前記第２の導電膜１５のＸ軸方向の一端と他端からそれぞれ前記ゴムパッド容量を介して前記第１の導電膜１３に流れる電流値と、前記第２の導電膜１５のＹ軸方向の一端と他端からそれぞれ前記ゴムパッド容量を介して前記第１の導電膜１３に流れる電流値とが交互に前記第１と第２の電流センサ２４，２５により測定され、これらの測定値の比率に基づいて前記タッチ入力検出部２６によりタッチ入力が検出される。

このように、前記静電容量型タッチパネル１１は、前記タッチ用基板１４のタッチ面１４ａの前記ゴムパッド１６に対応する部分がタッチされ、前記タッチ用基板１４が撓み変形したとき、前記第１の導電膜１３と前記第２の導電膜１５の間に形成される容量の変化が略一定になるようにこれらの導電膜の間にゴムパッド１６を配置したものであって、前記第２の導電膜１５を前記ゴムパッド１６に密着させることによって、前記第１と第２の導電膜１３、１５とが、前記ゴムパッド１６に対応する面積の領域が空気層を介在することなく前記ゴムパッド１６を介して対向する容量値が略一定なゴムパッド容量を形成させ、前記ゴムパッド１６の誘電率に対応した大きな値のゴムパッド容量を介して前記第１の導電膜１３と前記第２の導電膜１５とを容量結合させるようにしたものである。

そして、前記静電容量型タッチパネル１１は、前記ゴムパッド１６を、予め定めた面積を有する形状に形成しているため、前記ゴムパッド容量の値は、このゴムパッド１６の面積に対応した略一定の大きい値であり、したがって、前記タッチ用基板１４のタッチ面１４ａの前記ゴムパッド１６に対応する部分を、前記タッチペン２７のような前記タッチ面１４ａに対する接触面積が極く小さいタッチ物体によりタッチしたときでも、前記ゴムパッド１６が変形して前記第２の導電膜１５に密着するので、前記第２の導電膜１５と前記第１の導電膜１３との間に、十分大きな値の前記ゴムパッド容量による容量結合が得られる。

なお、前記タッチ用基板１４のタッチ面１４ａのタッチは、前記タッチペン２７以外のタッチ物体、例えば人の指先等で行ってもよく、そのときも、前記第２の導電膜１５と前記第１の導電膜１３との間に、十分大きな値の前記ゴムパッド容量による容量結合が得られる。

そのため、前記静電容量型タッチパネル１１は、前記タッチ用基板１４のタッチ面１４ａに対するタッチ物体の接触面積の大小に関係無く、タッチ入力を確実に検出することができる。

しかも、前記静電容量型タッチパネル１１は、前記タッチ用基板１４に設けられた第２の導電膜１３を、前記第１の導電膜１３上に形成された弾性を有する誘電体であるゴムパッド１６に接触させるようにしているため、タッチ入力の繰り返しによる前記第２の導電膜１３とゴムパッド１６との接触面の磨耗が極く少なく、したがって、耐久性を向上させることができる。

また、前記静電容量型タッチパネル１１は、前記第１の導電膜１３上の予め定めた複数の位置にそれぞれ前記ゴムパッド１６を配置し、前記第２の導電膜１５のＸ軸方向の両端の縁部と、Ｙ軸方向の両端の縁部とにそれぞれ、これらの縁部の略全長にわたって帯状端子電極１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂを設けているため、上述したように前記第１の導電膜１３を接地し、前記第２の導電膜１５の前記Ｘ軸方向の両端への交流電圧の印加と、前記第２の導電膜１５の前記Ｙ軸方向の両端への交流電圧の印加とを交互に行うことにより、前記タッチ用基板１４のタッチ面１４ａのタッチ部（ゴムパッド１６に対応する部分）のＸ軸方向とＹ軸方向の位置を検出することができる。

前記静電容量型タッチパネル１１のタッチ部のＸ軸方向とＹ軸方向の位置検出について説明すると、前記タッチパネル駆動回路２０は、上述したように、前記静電容量型タッチパネル１１の第２の導電膜１５のＸ軸方向の両端と、Ｙ軸方向の両端とに、交流電圧を予め設定された周期（例えば０．１秒周期）で交互に印加する。

すなわち、前記第１と第２の切換スイッチ２２，２３を図２に実線で示した方向に切換えると、前記第２の導電膜１５のＸ軸方向の一端の帯状端子電極１７ａと他端の帯状端子電極１７ｂとが、前記第１，第２の電流センサ２４，２５を介して前記交流電源２１に接続され、前記第２の導電膜１２のＸ軸方向の両端に同電位の交流電圧が印加され、前記第１と第２の切換スイッチ２２，２３を図２に二点差線で示した方向に切換えると、前記第２の導電膜１５のＹ軸方向の一端の帯状端子電極１８ａと他端の帯状端子電極１８ｂとが、前記第１，第２の電流センサ２４，２５を介して前記交流電源２１に接続され、前記第２の導電膜１２のＹ軸方向の両端に同電位の交流電圧が印加される。

そして、前記静電容量型タッチパネル１１のタッチ用基板１４のタッチ面１４ａの前記複数のゴムパッド１６に対応する部分が前記タッチペン２７等により選択的にタッチされ、そのタッチ部において前記第２の導電膜１５が前記ゴムパッド１６に接触すると、前記第２の導電膜１５のＸ軸方向の両端に前記同電位の交流電圧が印加されたときに、前記第２の導電膜１５のＸ軸方向の一端と他端からそれぞれ前記ゴムパッド容量を介して前記第１の導電膜１３に電流が流れ、前記第２の導電膜１５のＹ軸方向の両端に前記同電位の交流電圧が印加されたときに、前記第２の導電膜１５のＹ軸方向の一端と他端からそれぞれ前記ゴムパッド容量を介して前記第１の導電膜１３に電流が流れる。

以下、前記第２の導電膜１５のＸ軸方向の一端から前記ゴムパッド容量を介して前記第１の導電膜１３に流れる電流を第１のＸ軸電流、前記第２の導電膜１５のＸ軸方向の他端から前記ゴムパッド容量を介して前記第１の導電膜１３に流れる電流を第２のＸ軸電流、前記第２の導電膜１５のＹ軸方向の一端から前記ゴムパッド容量を介して前記第１の導電膜１３に流れる電流を第１のＹ軸電流、前記第２の導電膜１５のＹ軸方向の他端から前記ゴムパッド容量を介して前記第１の導電膜１３に流れる電流を第２のＹ軸電流という。

第１と第２のＸ軸電流と、第１と第２のＹ軸電流は、前記第１と第２の電流センサ２４，２５により交互に測定され、測定された第１と第２のＸ軸電流値と、第１と第２のＹ軸電流値とが交互に前記タッチ入力検出部２６に送られる。

そして、前記タッチ入力検出部２６は、第１と第２のＸ軸電流値に基づいて前記タッチ部のＸ軸方向の位置を検出し、前記第１と第２のＹ軸電流値に基づいて前記タッチ部のＹ軸方向の位置を検出し、前記タッチ部のＸ軸方向とＹ軸方向の位置に対応した入力信号、つまり前記液晶表示素子１により表示された複数のキーパターンのうちの前記タッチ部のキーパターンに対応した入力信号を出力する。

前記タッチ入力検出部２６による前記タッチ部のＸ軸方向とＹ軸方向の位置検出について説明すると、前記タッチ部のＸ軸方向の位置は、次のようにして算出する。

すなわち、前記第１と第２の電流センサ２４，２５によりそれぞれ測定される前記第１と第２のＸ軸電流の関係は、
前記第２の導電膜１５のＸ軸方向の一端から前記ゴムパッド容量を介して前記第１の導電膜１３に流れる第１のＸ軸電流をＩ_１
前記第２の導電膜１５のＸ軸方向の他端から前記容量を介して前記第１の導電膜１３に流れる第２のＸ軸電流をＩ_２
前記タッチ部のＸ軸方向の位置をｘ（０≦ｘ≦１）
前記第２の導電膜１５のＸ軸方向の両端間（帯状端子電極１７ａ，１７ｂ間）の抵抗をＲ
前記第２の導電膜１５のＸ軸方向の一端と前記容量の形成位置（タッチ部）との間の抵抗をＲ・ｘ
前記第２の導電膜１５のＸ軸方向の他端と前記容量の形成位置との間の抵抗をＲ（１−ｘ）
前記第２の導電膜１５のＸ軸方向の一端と前記電源２１との間の配線抵抗（第１の電流センサ２４の内部抵抗を含む）と、前記第２の導電膜１５のＸ軸方向の他端と前記電源２１との間の配線抵抗（第２の電流センサ２５の内部抵抗を含む）とをそれぞれｒ
前記ゴムパッド１６の誘電率に対応した容量をＣ_２
前記交流電源２１の交流電圧値をＶ
前記交流の角周波数をω
とすると、次の式(1)、(2)で表すことができる。

Ｉ_１（ｒ＋Ｒ・ｘ）＋（Ｉ_１＋Ｉ_２）（ｉωＣ_２）^−１＝Ｖ …(2)
Ｉ_２｛ｒ＋Ｒ・（１−ｘ）｝＋（Ｉ_１＋Ｉ_２）（ｉωＣ_２）^−１＝Ｖ …(1)
これらの式(1)，(2)より、
Ｉ_１＝｛ｒ＋Ｒ（１−ｘ）｝Ｖ／Ａ …(3)
Ｉ_２＝（ｒ＋Ｒ・ｘ）Ｖ／Ａ …(4)
ここで、Ａ＝ｒ^２＋ｒ・Ｒ＋Ｒ^２・ｘ−Ｒ^２・ｘ^２
これらの式(3)、(4)より、
ｘ＝｛Ｒ＋ｒ（１−α）｝／Ｒ（１＋α） …(5)
ここで、α＝Ｉ_１／Ｉ_２
また、Ｒ＞＞ｒとすると、前記式(5)は、
ｘ＝１／（１＋α）＝Ｉ_２／（Ｉ_１＋Ｉ_２） …(6)
となる。

したがって、前記第２の導電膜１５のＸ軸方向の両端の帯状端子電極１７ａ，１７ｂを前記交流電源２１に接続したときの前記第１と第２の電流センサ２４，２５の測定電流値に基づいて、上記式(5)または式(6)により、前記タッチ部のＸ軸方向の位置ｘを算出することができる。

また、前記タッチ部のＹ軸方向の位置をｙ（０≦ｙ≦１）とすると、前記タッチ部のＹ軸方向の位置ｙは、前記第２の導電膜１５のＹ軸方向の両端間（帯状端子電極１８ａ，１８ｂ間）の抵抗と、前記第２の導電膜１５のＹ軸方向の一端と前記電源２１との間の配線抵抗及び前記第２の導電膜１５のＹ軸方向の他端と前記電源２１との間の配線抵抗（第１，第２の電流センサ２４，２５の内部抵抗を含む）と、前記ゴムパッド１６の誘電率に対応した容量Ｃ_２と、前記電源２１の交流電圧値Ｖと、前記交流の各周波数ωとから、上記Ｘ軸方向の位置ｘの算出と同様にして算出することができる。

なお、上記実施例では、前記後基板１２に設けられた第１の導電膜１３上に前記複数のゴムパッド１６を形成し、前記タッチ用基板１４に設けられた第２の導電膜１５の互いに交差する２つの方向の両端の縁部にそれぞれ帯状端子電極１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂを設けているが、それと逆に、前記第２の導電膜１５上に前記複数のゴムパッド１６を形成し、前記第１の導電膜１３に前記帯状端子電極１７ａ，１７ｂ，１８ａ，８４ｂを設けてもよく、その場合は、前記複数のゴムパッド１６を形成した前記第２の導電膜１５を接地し、前記帯状端子電極１７ａ，１７ｂ，１８ａ，８４ｂを設けた前記第１の導電膜１３の一方の方向の両端と、他方の方向の両端とに、交流電圧を交互に印加すればよい。

また、前記帯状の端子電極１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂは、前記第１と第２の導電膜１３，１５のうちの前記複数のゴムパッド１６を形成した導電膜に設けてもよく、その場合は、他方の導電膜を接地し、前記複数のゴムパッド１６と帯状端子電極１７ａ，１７ｂ，１８ａ，８４ｂを形成した導電膜の一方の方向の両端と、他方の方向の両端とに、同相の交流電圧を交互に印加すればよい。

さらに、上記実施例では、前記第１の導電膜１３を前記後基板１２上に設け、この前記後基板１２を前記液晶表示素子１の観察側に配置しているが、第１の導電膜１３を前記液晶表示素子１の観察側偏光板９の外面に設け、前記後基板１２を省略してもよい。

（第２の実施形態）
図４はこの発明の第２の実施例を示す静電容量型タッチパネルを備えた液晶表示装置の断面図であり、この実施例の静電容量型タッチパネル１１ａは、第１と第２の両方の導電膜１３，１５上の予め定めた複数の位置にそれぞれ、予め定めた面積を有するゴムパッド１６ａ，１６ｂを互いに対向させて形成し、前記第１と第２の導電膜１３，１５のいずれか一方、例えばタッチ用基板１４に設けられた第２の導電膜１５の互いに交差する２つの方向（Ｘ軸方向とＹ軸方向）の両端の縁部にそれぞれ帯状端子電極１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂを設けたものである。

なお、この実施例において、前記液晶表示素子１は、上述した第１の実施例のものと同じであり、また、前記静電容量型タッチパネル１１ａの他の構成は、前記第１の実施例と同じであるから、重複する説明は図に同符号を付して省略する。

この実施例の静電容量型タッチパネル１１ａは、前記第１と第２の導電膜１３，１５のうちの前記帯状端子電極１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂが設けられていない第１の導電膜１３を接地し、前記帯状端子電極１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂが設けられた第２の導電膜１５の一方の方向の両端への同相の交流電圧の印加と、前記第２の導電膜１５の前記他方の方向の両端への同相の交流電圧の印加とを交互に行うことにより、前記タッチ用基板１４のタッチ面１４ａのタッチ部（ゴムパッド１６ａ，１６ｂに対応する部分）の前記２つの方向の位置を検出する。

そして、この静電容量型タッチパネル１１ａは、前記第１と第２の両方の導電膜１３，１５上にそれぞれ、予め定めた面積を有する複数のゴムパッド１６ａ，１６ｂを互いに対向させて形成しているため、前記タッチ用基板１４のタッチ面１４ａの前記ゴムパッド１６ａ，１６ｂに対応する部分を押圧したとき、これらのゴムパッド１６ａ，１６ｂは互いに密着し、前記第１と第２の導電膜１３，１５とが、前記ゴムパッド１６ａとゴムパッド１６ｂとが一体化した誘電体を介して対向配置されたゴムパッド容量を形成する。

このゴムパッド容量値はそれぞれ、前記ゴムパッド１６ａ，１６ｂの面積に対応した略一定の大きい値であり、したがって、前記タッチ用基板１４のタッチ面１４ａの前記ゴムパッド１６ａ，１６ｂに対応する部分を、図３に示したタッチペン２７のような前記タッチ面１４ａに対する接触面積が極く小さいタッチ物体によりタッチしたときでも、前記ゴムパッド１６ａ，１６ｂが互いに変形して密着するので、前記第２の導電膜１５と前記第１の導電膜１３との間に、前記ゴムパッド１６ａ，１６ｂの誘電率に対応した十分大きな値の容量結合が得られる。

そのため、この静電容量型タッチパネル１１ａは、前記タッチ用基板１４のタッチ面１４ａに対するタッチ物体の接触面積の大小に関係無く、タッチ入力を確実に検出することができる。

しかも、この静電容量型タッチパネル１１ａは、前記第１と第２の両方の導電膜１３，１５上にそれぞれ弾性を有する誘電体であるゴムパッド１６ａ，１６ｂを互いに対向させて形成しているため、タッチ入力の繰り返しによる前記ゴムパッド１６ａ，１６ｂ同士の接触面の磨耗は極く少なく、したがって、耐久性を向上させることができる。

（第３の実施形態）
図５はこの発明の第３の実施例を示す静電容量型タッチパネルを備えた液晶表示装置の断面図、図６は前記静電容量型タッチパネルの平面図である。なお、この実施例において、前記液晶表示素子１は、上述した第１の実施例のものと同じであるから、重複する説明は図に同符号を付して省略する。

この実施例の静電容量型タッチパネル３１は、一方の面にタッチ面３２ａが形成された透明な誘電体からなる基板３２と、前記基板３２の他方の面に設けられた透明な導電膜３３と、前記基板３２の前記タッチ面３２ａ上に、予め定めた面積を有する形状に形成され、導電性を有するタッチ物体によりタッチされる導電体パッド３４とを備えている。

誘電体からなる前記基板３２は、ガラスまたはアクリル系樹脂等からなっており、この基板３２のタッチ面３２ａとは反対面に設けられた前記導電膜３３は、前記液晶表示素子１の画面エリアの全体に対応する一枚膜状のＩＴＯ膜からなっている。

また、前記基板３２のタッチ面３２ａ上に形成された前記導電体パッド３４は、透明な導電体膜、例えばＩＴＯ膜からなっており、前記基板３２の予め定めた複数の位置、つまり前記液晶表示素子１のタッチ入力時の複数のキーパターンの表示位置に対応する部分にそれぞれ配置されている。

これらの導電体パッド３４は、その導電体パッド３４と誘電体からなる前記基板３２を介して対峙する導電膜３３との間に誘電体からなる前記基板３２の誘電率と前記導電体パッド３４の面積とに応じた値の導電体パッド容量を形成している。

なお、この実施例では、前記基板３２のタッチ面３２ａ上に、楕円形状に形成された９個の導電体パッド３４を、図６のように、互いに交差する２つの方向、例えば互いに直交する２つの方向にそれぞれ３個ずつ配列させて配置している。

さらに、前記基板３２のタッチ面３２ａとは反対面に設けられた前記導電膜３３には、前記互いに交差する２つの方向（この実施例では、互いに直交する２つの方向）のうちの一方の方向、例えば前記液晶表示素子１の画面の左右方向と平行なＸ軸方向の両端の縁部と、他方の方向、つまり前記液晶表示素子１の画面の上下方向と平行なＹ軸方向の両端の縁部とにそれぞれ、これらの縁部の略全長にわたって、低抵抗金属膜からなる帯状の端子電極３５ａ，３５ｂ，３６ａ，３６ｂが設けられている。なお、この実施例では、前記導電膜３３の外面（基板３２側とは反対側の面）に前記端子電極３５ａ，３５ｂ，３６ａ，３６ｂを形成している。

なお、図では省略しているが、前記導電膜３３に設けられた各端子電極３５ａ，３５ｂ，３６ａ，３６ｂにはそれぞれ、前記スペーサ３７の外周側に導出された駆動回路接続部が形成されている。

そして、前記基板３２は、前記液晶表示素子１の観察側偏光板９の外面に、前記複数の導電体パッド３４が形成されたタッチ面３２ａを観察方向に向けて配置され、その外周部を、前記液晶表示素子１の観察側基板２の外周部に、枠状のスペーサ３７を介して支持されている。

また、前記導電膜３３に設けられた各帯状端子電極３５ａ，３５ｂ，３６ａ，３６ｂは、前記導電膜３３のＸ軸方向の両端と、Ｙ軸方向の両端とに交流電圧を予め設定された周期（例えば０．１秒周期）で交互に印加し、前記基板３２のタッチ面３２ａ上に形成された複数の導電体パッド３４が導電性を有するタッチ物体により選択的にタッチされたときに前記導電膜３３のＸ軸方向の両端からそれぞれ前記タッチ物体に流れる電流値と、前記導電膜３３のＹ軸方向の両端からそれぞれ前記タッチ物体に流れる電流値とに基づいて、前記タッチ物体によりタッチされたタッチ部のＸ軸方向とＹ軸方向の位置を検出するタッチパネル駆動回路（図２に示したタッチパネル駆動回路２０と同様な構成の回路）に接続されている。

この静電容量型タッチパネル３１に対するタッチ入力は、導電性を有するタッチ物体、例えば導電性タッチペン３８により、前記基板３２のタッチ面３２ａ上に形成された前記複数の導電体パッド３４を選択的にタッチすることにより行われ、その各タッチ部は、前記液晶表示素子１により表示される。

この静電容量型タッチパネル３１の前記導電性タッチペン３８等によるタッチ部、つまりタッチされた導電体パッド３４の位置のＸ軸方向とＹ軸方向の位置検出は、前記導電膜３３のＸ軸方向の両端と、Ｙ軸方向の両端とに、交流電圧を予め設定された周期（例えば０．１秒周期）で交互に印加することにより行われる。

すなわち、前記基板３２のタッチ面３２ａをタッチしないときは、前記導電膜３３のＸ軸方向の両端に交流電圧を印加したときも、前記導電膜３３のＸ軸方向の両端に交流電圧を印加したときも、前記導電膜３３に電流が流れない。

一方、前記基板３２のタッチ面３２ａ上に形成された前記複数の導電体パッド３４のいずれかを前記導電性タッチペン３８によりタッチすると、前記導電膜３３のＸ軸方向の両端に交流電圧を印加したときに、前記導電膜３３のＸ軸方向の一端と他端からそれぞれ、タッチされた導電体パッド３４と誘電体からなる前記基板３２を介して対峙する導電膜３３との間に誘電体からなる前記基板３２の誘電率と前記導電体パッド３４の面積とに応じた値の導電体パッド容量を介して前記導電性タッチペン３８に電流が流れる。また、前記導電膜３３のＹ軸方向の両端に交流電圧を印加したときに、前記導電膜３３のＹ軸方向の一端と他端からそれぞれ、前記導電体パッド容量を介して前記導電性タッチペン３８に電流が流れる。

そのため、前記導電膜３３のＸ軸方向の両端に交流電圧を印加したときに、前記導電膜３３のＸ軸方向の一端から前記導電体パッド容量を介して前記導電性タッチペン３８に流れる電流値と、前記Ｘ軸方向の他端から前記導電体パッド容量を介して前記導電性タッチペン３８に流れる電流値とに基づいて、前記タッチ部のＸ軸方向の位置を検出し、前記導電膜３３のＹ軸方向の両端に交流電圧を印加したときに、前記導電膜３３のＹ軸方向の一端から前記導電体パッド容量を介して前記導電性タッチペン３８に流れる電流値と、前記Ｙ軸方向の他端から前記導電体パッド容量を介して前記導電性タッチペン３８に流れる電流値とに基づいて、前記タッチ部のＹ軸方向の位置を検出することができる。

このように、この実施例の静電容量型タッチパネル３１は、前記基板３２のタッチ面３２ａとは反対面に導電膜３３を設け、前記基板３２のタッチ面３２ａ上に、予め定めた面積を有する複数の導電体パッド３４を形成し、前記基板３２のタッチ面３２ａ上に形成された前記複数の導電体パッド３４を前記導電性タッチペン３８により選択的にタッチしたときに、前記導電膜３３から、タッチされた導電体パッド３４と基板３２を挟んで対峙する導電膜３３とにより形成される導電体パッド容量を介して前記導電性タッチペン３８に電流が流れるようにしたものであり、前記導電体パッド容量の値は、前記導電体パッド３４の面積に対応した一定の値であるため、前記基板３２のタッチ面３２ａ上の前記導電体パッド３４を前記導電性タッチペン３８のような前記タッチ面３２ａ上の接触面積が極く小さい導電性タッチ物体によりタッチしたときでも、前記導電膜３３と前記導電性タッチペン３８との間を十分大きな値の容量接続することが可能になり、前記導電性タッチ物体に、前記導電体パッド容量を介して充分な電流が流れる。

なお、前記導電体パッド３４のタッチは、前記導電性タッチペン３８以外の導電性を有するタッチ物体、例えば人の指先等で行ってもよく、そのときも、前記導電膜３３から前記タッチ物体に、前記導電体パッド容量を介して充分な電流が流れる。

そのため、この静電容量型タッチパネル３１は、前記基板３２のタッチ面３２ａに対するタッチ物体の接触面積の大小に関係無く、タッチ入力を確実に検出することができる。

また、この静電容量型タッチパネル３１は、前記基板３２のタッチ面３２ａ上の予め定めた複数の位置にそれぞれ前記導電体パッド３４を配置し、前記基板３２のタッチ面３２ａとは反対面に設けられた前記導電膜３３に、互いに交差する２つの方向（Ｘ軸方向とＹ軸方向）のうちの一方の方向の両端の縁部と、他方の方向の両端の縁部とにそれぞれ、これらの縁部の略全長にわたって設けられた帯状の端子電極３５ａ，３５ｂ，３６ａ，３６ｂを備えさせているため、上述したように、前記導電膜３３のＸ軸方向の両端と、Ｙ軸方向の両端とに交流電圧を交互に印加し、前記複数の導電体パッド３４が導電性タッチ物体により選択的にタッチされたときに前記導電膜３３のＸ軸方向の両端からそれぞれ前記タッチ物体に流れる電流値と、前記導電膜３３のＹ軸方向の両端からそれぞれ前記タッチ物体に流れる電流値とを測定することにより、前記タッチ物体によりタッチされたタッチ部のＸ軸方向とＹ軸方向の位置を検出することができる。

（他の実施形態）
なお、上記第１及び第２の実施例の静電容量型タッチパネル１１，１１ａは、ゴム膜からなる誘電体パッド１６，１６ａ，１６ｂを備えたものであるが、誘電体パッドは、ゴムに限らず、他の誘電体により形成してもよい。

また、上記第１〜第３の実施例の静電容量型タッチパネル１１，１１ａ，３１は、液晶表示素子１の観察側に配置されるものであるが、この発明は、他の静電容量型タッチパネルにも適用することができる。

この発明の第１の実施例を示す静電容量型タッチパネルを備えた液晶表示装置の断面図、第１の実施例の静電容量型タッチパネルの駆動回路の概念図。第１の実施例の静電容量型タッチパネルのタッチ入力状態の断面図。この発明の第２の実施例を示す静電容量型タッチパネルを備えた液晶表示装置の断面図。この発明の第３の実施例を示す静電容量型タッチパネルを備えた液晶表示装置の断面図。第３の実施例の静電容量型タッチパネルの平面図。

符号の説明

１…液晶表示素子、１１，１１ａ…静電容量型タッチパネル、１２…後基板、１３…第１の導電膜、１４…タッチ用基板、１４ａ…タッチ面、１５…第２の導電膜、１６，１６ａ，１６ｂ…誘電体パッド（ゴムパッド）、１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂ…帯状端子電極、２０…タッチパネル駆動回路、３１…静電容量型タッチパネル、３２…誘電性基板、３２ａ…タッチ面、３３…導電膜、３４…導電体パッド、３５ａ，３５ｂ，３６ａ，３６ｂ…帯状端子電極、３８…導電性タッチペン。

Claims

第１の導電膜と、
前記第１の導電膜と対向して配置され、前記第１の導電膜に対向する面とは反対側の面をタッチ面とする絶縁性フィルムからなり、前記タッチ面へ加えられる押圧力により前記第１の導電膜の方向に撓み変形するタッチ用基板と、
前記タッチ用基板の前記第１の導電膜と対向する面に、前記第１の導電膜と予め定めた間隙を設けて形成された第２の導電膜と、
前記第１の導電膜と前記第２の導電膜との少なくとも一方の導電膜上の予め定めた複数の位置にそれぞれ配置され、予め定めた面積を有する楕円形に形成された、弾性を有するゴム膜からなる誘電体パッドと、
を備える、
ことを特徴とする静電容量型タッチパネル。
第１の導電膜と、
前記第１の導電膜と対向して配置され、前記第１の導電膜に対向する面とは反対側の面をタッチ面とする絶縁性フィルムからなり、前記タッチ面へ加えられる押圧力により前記第１の導電膜の方向に撓み変形するタッチ用基板と、
前記タッチ用基板の前記第１の導電膜と対向する面に、前記第１の導電膜と予め定めた間隙を設けて形成された第２の導電膜と、
前記第１の導電膜と前記第２の導電膜との上の予め定めた複数の位置にそれぞれ互いに対向させて配置され、予め定めた面積を有する楕円形に形成された、弾性を有するゴム膜からなる誘電体パッドと、
を備える、
ことを特徴とする静電容量型タッチパネル。
前記誘電体パッドは透明であることを特徴とする請求項１又は２に記載の静電容量型タッチパネル。
前記第１の導電膜と前記第２の導電膜との前記間隙は前記誘電体パッドの膜厚よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の静電容量型タッチパネル。
前記タッチ用基板はアクリル系樹脂フィルムからなる透明な絶縁性フィルムであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の静電容量型タッチパネル。
前記第１の導電膜はガラスまたはアクリル系樹脂からなる透明な基板の上に形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の静電容量型タッチパネル。
前記第１の導電膜と前記第２の導電膜とはそれぞれ１枚膜状のＩＴＯ膜からなることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の静電容量型タッチパネル。
一対の偏光板を有する液晶表示素子をさらに備え、前記第１の導電膜が形成されている前記基板は前記液晶表示素子の観察側偏光板の外面に、前記第１の導電膜の形成面を観察方向に向けて配置され、前記観察側偏光板に貼付けられていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の静電容量型タッチパネル。
前記第１の導電膜と前記第２の導電膜とのいずれか一方の導電膜は、互いに交差する２つの方向のうちの一方の方向の両端の縁部の全長にわたって設けられた一対の帯状の端子電極を有し、他方の方向の両端の縁部の全長にわたって設けられた一対の帯状の端子電極を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の静電容量型タッチパネル。
前記第１の導電膜と前記第２の導電膜との他方の導電膜は接地されていることを特徴とする請求項９に記載の静電容量型タッチパネル。
前記一方の方向の両端の縁部に設けられた一対の帯状の端子電極の両端に印加される電圧及び前記他方の方向の両端の縁部に設けられた一対の帯状の端子電極の両端に印加される電圧は、同電位の交流電圧であることを特徴とする請求項１０に記載の静電容量型タッチパネル。