JP5178590B2 - タッチパネル - Google Patents
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Description
このタッチパネル技術として、静電容量結合方式のタッチパネルが知られており、この静電容量結合方式のタッチパネルとして、観察者がタッチしたタッチ位置を検出するものが知られている。(下記、特許文献1参照)
下記特許文献1に記載されているタッチパネルは、X方向の電極線とY方向の電極線との結合容量を検出して、観察者がタッチした位置座標を検出している。
X−Y方式タッチパネルでは、複数のX電極と複数のY電極とは、基板上に層間絶縁膜を介して積層されている。これらX電極とY電極とは例えばITO(Indium Tin Oxide)等の透明性導電材料で形成されている。
従来技術のX−Y方式タッチパネルの、指などで触れられてない状態(定常状態)の電極1ラインの容量は、隣接する電極との間の電極間容量、直行する電極との交差部で形成する交差部容量、タッチパネルの下に配置する表示装置との間の対地容量、および制御用ICとタッチパネルとの間の配線に生じる配線容量とからなる。
静電容量結合方式のタッチパネルは、タッチパネルに人の指などが触れる事による容量変化を検知する方式であるため、電極間容量以外の容量はより小さい事が望まれる。電極間容量が他の容量に比較して大きいと、指等で触れたときの容量比を確保でき、タッチパネルの性能が向上する。逆に容量比が確保できない場合、指等で触れたということが認識できずに、誤動作することも考えられる。
タッチパネルの検出感度の指標として、指などが触った際の容量変化とバックグランドノイズの比(以下S/N比と表示)を使用する。検出感度即ちS/N比を上げるためには、信号を増やすかノイズを減らす必要がある。
一方、制御用ICからの信号を、X電極とY電極それぞれの両端から供給することにより、S/N比を向上できることが知られている。しかしながら、電極の両端から信号を供給するため、制御用ICからタッチパネルまでの配線は左右に延長され他の配線と交差して形成されることとなり、フレキシブル基板上の配線の配線容量が増加することになる。
フレキシブル基板上の配線の配線容量が増加するとノイズを検出し易くなるので、何もしていないのに誤動作、あるいは、非動作になることがある。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、指タッチ入力が可能な信頼性の高い、検出感度の優れた静電容量結合方式のタッチパネルを提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。
S/N比の向上のため、X−Y方式のタッチパネルの電極の両端から信号を供給すると、フレキシブル基板上の配線の配線容量が増加し、ノイズを検出し易くなる問題点が生じた。そのため、制御用ICの出力からタッチパネル上の電極につながる配線の周囲にシールド用の導電膜を形成する構造とした。またフレキシブル基板の配線交差が必要な部分では、配線を直交させることで交差面積を最小化し、配線容量の増加を防止することとした。
また、X方向とY方向で電極1ライン上の容量を同等とするため、電極数が多い電極の面積を小さくして、X方向とY方向でノイズ強度を同等とした。すなわち、X方向とY方向でS/N比を同等とした。
本発明によれば、指タッチ入力が可能な信頼性の高い、検出感度の優れた静電容量結合方式のタッチパネル付き表示装置を提供することが可能となる。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
本実施例では、表示パネルの一例として液晶表示パネルを用いて説明する。なお、表示パネルとしては、タッチパネルを用いることができるものであれば良く、液晶表示パネルに限らず、有機発光ダイオード素子や表面伝導型電子放出素子を用いることも可能である。
[本発明の前提となるタッチパネル付き表示装置]
図1は、本発明の前提となるタッチパネル付き表示装置の概略構成を示す平面図である。また、図2は図1のA−A’線での断面図である。
本発明の前提となるタッチパネル付き表示装置300は、図1および図2に示すように、液晶表示パネル600と、液晶表示パネル600の観察者側の面上に配置された静電容量結合方式のタッチパネル400と、液晶表示パネル600の観察者側とは反対側の面下に配置されたバックライト700とを備えている。液晶表示パネル600としては、例えばIPS方式、TN方式、VA方式等の液晶表示パネルが用いられている。
液晶表示パネル600は対向して配置された2枚の基板620と630とが貼り合わされて形成されており、2枚の基板の外側には偏光板601、602が設けられている。また、液晶表示パネル600とタッチパネル400とは樹脂・粘着フィルム等からなる第1の接着材501により接合されている。さらに、タッチパネル400の外側にはアクリル樹脂等からなる前面保護板(フロントウインドウとも呼ぶ)12が樹脂・粘着フィルム等からなる第2の接着材502により貼り合わされている。
静電容量結合方式のタッチパネル400に設けられた電極に対して、液晶表示パネル600での電圧の変化はノイズとなる。そのため、液晶表示パネル600を電気的にシールドする必要があり透明導電層603が設けられている。シールドとして機能するように、透明導電層603には定電圧がフレキシブルプリント基板71等から供給されており、例えば接地電位とされている。
なお、透明導電層603はノイズの影響を抑えるために、タッチパネル400に設けられた電極と同程度のシート抵抗値である150〜200Ω/□であることが望ましい。透明導電層603の抵抗値は、結晶粒の大きさに関係することが解っているが、透明導電層603を形成する際の熱処理温度を200℃以上とすることで、結晶化を進めてシート抵抗値を150〜200Ω/□とすることが可能である。
また、さらに低抵抗な透明導電層603とすることも可能である。例えば熱処理温度を450℃として、透明導電層603の結晶化を十分に行うことで、シート抵抗値を30〜40Ω/□とすることも可能である。シールド用の透明導電層603がタッチパネル400に設けられた電極に比較して同程度、または低抵抗であればノイズを抑える効果が向上する。
液晶表示パネル600にタッチパネル400及びフロントウインドウ12を組み合わせたハイブリッド構造において、液晶表示パネル600の基板620のガラス強度が弱いという問題が生じる。
基板620はTFT基板とも呼ばれ、画素電極、薄膜トランジスタ等が形成され、信号を供給する駆動回路Drが搭載される。駆動回路Drを搭載する領域は他方の基板630より突出しており1枚板の形状となっている。この駆動回路Drの搭載領域で基板620が破損する不具合が生じる場合がある。そのため、基板620とタッチパネル400との間にスペーサ30を挿入し強度を向上させている。
タッチパネル400では、透明基板としてガラス基板5を用い、ガラス基板5の片方の面にタッチパネル用電極1、2と、接続用端子7と、タッチパネル用電極1、2から接続用端子7までの配線6とを配置する。直行するように配置した2種の電極の少なくとも交差部は絶縁膜で分離する。
タッチパネル用電極1、2は透明導電膜で形成され、縦方向(図中Y方向)に延在し、横方向(X方向)に並列する電極をX電極1と呼ぶ。また、X電極1に交差するように横方向(X方向)に延在し縦方向(Y方向)に並列して形成される電極をY電極2と呼ぶ。これらX電極1とY電極2の静電容量の変化を検出し、タッチされた位置を算出する。符号3で示す点線内部の検出可能な領域を入力領域と呼ぶ。
各X電極1、Y電極2ともに交差部1aおよび2aで幅が狭くなっており、2つの交差部1aまたは2aに挟まれた電極部1bおよび2bで幅が広くなっている。この交差部1aまたは2aに挟まれた電極部1bおよび2bを個別電極とも呼ぶ。
そのため、縦長の形状に従って電極の面積が大きくなっていたX電極1の面積を縮小して、1ライン上の容量をY電極2とほぼ等しくし、液晶表示パネル600から発生する信号電圧の変動によるノイズをX電極1とY電極2とで同等とした。
前述したように、液晶表示パネル600には透明導電層603が設けられており、液晶表示パネル600からのノイズの影響を抑えている。しかしながら、液晶表示パネル600に高温度で透明導電層603を形成することは困難であり、十分に低抵抗な透明導電層603を液晶表示パネル600に設けることが出来ない場合もある。また、透明導電層603を設けた場合でも、少なからず液晶表示パネル600からのノイズの影響が問題となる場合がある。
従来技術では、X方向、およびY方向の各1ライン上の個別電極は同等のサイズであるが、X方向の電極と、Y方向の電極では1ラインの長さが異なることから個別電極数が異なる。そのため、1ラインの容量がX方向とY方向とで異なる。例として縦長のタッチパネルの場合、Y方向に平行に配置するX電極の1ライン分の容量は、X方向に平行に配置するY電極の1ライン分の容量よりも大きくなる。
従って、X方向とY方向で電極1ライン上の容量が異なる従来技術のタッチパネルでは、X方向とY方向でノイズ強度が異なる。すなわち、従来技術のタッチパネルでは、X方向とY方向でS/N比が異なることとなる。S/N比が異なることによって、タッチパネル全体の検出感度としては、低いほうのS/N比で規定されてしまう問題があった。
図3に示す電極では、浮遊電極4を配置しなかった場合、隣接するX電極1とY電極2との間隔8が広くなる。前述したようにX電極1とY電極2とは透明導電膜によって形成されるが、この間隔部8には、絶縁膜とガラス基板とが形成されて、透明導電膜が無い領域となる。透過率、反射率及び反射光の色度に関し、透明導電膜がある部分と無い部分とで差が生じるために、間隔部8が肉眼で見えてしまい、表示する画像の品質を下げる。
我々の検討では、間隔部8が30μmの場合は間隔は薄く見え、20μmではほぼ見えなくなった。また10μmでは見えない結果となった。間隔部8を狭くしていくと、浮遊電極4を介し隣接するX電極1とY電極2との間の容量が増大する。また、間隔部8を狭くすることにより、工程中の異物付着などに起因するパターン形成異常からX電極1またはY電極2と浮遊電極4がショートする不良が増加する。
X電極1の個別電極1bと隣接する浮遊電極4がショートすると、該当するX電極1ライン分の対地容量が増加しノイズが増え、検出感度が低下する不具合が生じる。ショートした際に、増加する容量を低減するため、図1のように浮遊電極4は4分割とした。より細かく細分化した場合はショート不良の懸念が低下するが、該当領域に透明導電膜の無い領域が増えるため、隣接する電極との透過率、反射率および色度の差が生じ増加する懸念がある。そのため、前述のとおり浮遊電極4は4分割とし、相互の電極間隔は30μmより狭く20μm程度とした。
本発明の前提となるタッチパネル付き表示装置では、縦長の液晶表示装置に重ねて使用する場合を示したが、横長の液晶表示装置、もしくは他の方式の画像表示装置に重ねる場合でも、前述の効果は変わらない。また、浮遊電極の分割数も4分割に限定するものでもない。
まず、タッチパネル制御回路から出力した信号は、外部装置側入出力端子74を介してフレキシブルプリント基板71に設けられた配線73に伝達される。配線73にはスルーホール78が形成され裏面に設けられた交差配線77と接続する。
交差配線77は多数の配線73と交差し他端に形成されたスルーホール78を介して再度配線73に接続される。交差配線77と配線73とはなるべく重なる面積が小さくなるように直交している。すなわち、交差配線77はX方向に沿って形成され、交差部で配線73はY方向に沿うよう形成されている。また、交差配線77は接地電位を含む電源用配線73−3と交差しないよう設けられている。なお、配線73−3はシールドの目的で、接地電位(GND)が供給されて、他の配線73を囲むよう形成されている。
タッチパネル400に設けられたX電極1とY電極2には両端から信号が供給されており信号の検出精度を高めている。すなわち、各X電極1およびY電極2に電荷を供給し、一定の電圧に達する時間を計測することで容量変化を検出する場合などでは、電極の両端から電荷を供給することで、配線抵抗により生じる測定誤差を抑えることが可能となる。
そのため、図4のY電極2−1と2−2に示すように、配線6−1は図中右側からY電極2−1に接続し、配線6−2は図中左側からY電極2−2に接続している。同様にX電極1も上下両端で配線6に接続している。
さらに、分岐した配線は他の配線と交差するため、交差配線77をフレキシブルプリント基板71の裏面に形成し、配線73とスルーホール78を介して接続している。すなわち、スルーホール78は裏面の交差配線77と接続する役割と信号を分岐する役割とを有している。フレキシブルプリント基板71上で信号が分岐するため、外部装置側入出力端子74側で信号が供給される配線数に対して、タッチパネル400側で信号が供給される配線数が増加している。
X電極1とY電極2の両端から信号を供給するために、配線が交差するという特有の問題点が発生するが、特に短辺側に接続端子7を形成した場合は、縦方向(図中Y方向)に延在し、横方向(X方向)に並列するX電極1は、配線6がタッチパネル400の中心近傍の配線6−bと外縁近傍の配線6−aに接続されることとなる。
そのため、フレキシブルプリント基板71上では、配線6−bと配線6−aとを接続する交差配線77は他の多くの配線73と交差することとなる。そのため、X電極1の配線容量はY電極2の配線容量よりも大きくなる。前述したように、X電極1は縦長の形状に従って電極の面積が大きくなるという問題点も有しており、Y電極2よりもノイズの影響を受けやすい。よって短辺側に接続端子7を形成した場合には、X電極1の面積を縮小して、1ライン上の容量をY電極2とほぼ等しくし、液晶表示パネル600から発生する信号電圧の変動によるノイズをX電極1とY電極2とで同等とする構成が有効である。
スペーサ30はタッチパネル400に貼り付けられたフレキシブルプリント基板71に接着剤等により貼り付けられており、液晶表示パネル600に容易に実装される。また、フレキシブルプリント基板71にスペーサ30を貼り付けることで、フレキシブルプリント基板71により微小な段差を吸収する事が可能となる。
また図5では、偏光板601をタッチパネル400とフロントウインドウ12との間に設けている。偏光板601をタッチパネル400の上に設けることで、タッチパネル400の電極パターンが観測される問題を低減する。
まず、図6を用い第1の工程を説明する。図6に示す工程では、ガラス基板5上に第1のITO膜14(Indium Tin Oxide)を約15nmの厚さで成膜した後、銀合金膜15を約200nm成膜する。ホトリソグラフィ工程でレジストパターンを形成し、銀合金膜15をパターニングする。次にレジストを剥離除去し、ホトリソグラフィ工程でレジストパターンを形成し第1のITO膜14をパターニングする。
その後、レジストを剥離除去して図6に示すようにパターンニングされたITO膜14と銀合金パターン15を形成する。銀合金パターン15は不透明であるため、視認されることを避けるために、後で重ねる液晶表示パネル600の表示領域に掛かる部分からは除去し、銀合金パターン15では周辺配線パターン6のみを形成する。
次に図8を用いて第3の工程を説明する。第2のITO膜18を約30nm成膜し、ホトリソグラフィ工程でレジストパターンを形成し第2のITO膜18をパターニングする。その後レジストを剥離除去して、図8に示すように、第2のITO膜18を形成する。
次に、図9を用いて第4の工程を説明する。第2の工程で用いた絶縁膜と同じ膜を最上層保護膜19として再度基板上に塗布する。ホトリソグラフィ工程で最上層保護膜19にパターンを形成する。以上の工程をもってタッチパネル400が形成される。
本発明の実施例のタッチパネル付き表示装置は、タッチパネル400の構成が、前述した本発明の前提となるタッチパネル付き表示装置と相違する。
以下、本実施例のタッチパネル付き表示装置のタッチパネル400について説明する。
図10ないし図14は、本実施例のタッチパネルを説明するための図であり、図10は、本実施例のタッチパネルを観察者側から視た正面図、図11は、本実施例のタッチパネルを観察者と反対側から視た裏面図、図12は、本実施例のタッチパネルの側面図、図13は、本実施例のフレキシブルプリント基板71の正面側(観察者側)のレイアウトを示す図、図14は、本実施例のフレキシブルプリント基板71の裏面側(観察者と反対側)のレイアウトを示す図である。
なお、図14に示す本実施例のフレキシブルプリント基板71の裏面側(観察者と反対側)のレイアウトは、観察者側から透視した状態のレイアウト(通常は破線で記述されるレイアウト)を示している。
図10〜図14に示すように、本実施例のフレキシブルプリント基板71は、フレキシブルプリント基板71上にタッチパネル用のタッチパネル制御回路(IC)が実装される点、折り曲げ部50を有する点、タッチパネル用のタッチパネル制御回路(IC)が実装される領域の裏面側に補強板52が配置される点、および、シールド用の導電膜53を有する点で、前述した本発明の前提となるフレキシブルプリント基板71と相違する。
また、本実施例のタッチパネル400では、X電極1の個別電極1bは、Y電極2の個別電極2bと同じ面積とされているが、前述の図3に示す電極形状としてもよい。
また、本実施例では、配線73−5の周囲に、シールド用の導電膜53が形成される。このシールド用の導電膜53は、個々の配線(図14の73−6)の周囲、あるいは、複数の配線(図13の73−5、図14の43−7)の周囲に形成されている。
なお、図13、図14において、54は基準電位(例えば、GND)が供給される導電膜である。
このシールド用の導電膜53には、基準電位(例えば、GND)、あるいは、配線73−5に供給する駆動電圧と同じ波形の電圧(例えば、配線73−5に供給する駆動電圧と同一の電圧)を供給する。これにより、外部からのノイズが、配線73−5に直接影響を与えるを防止して、タッチパネル400の感度を向上させることが可能である。
なお、全配線73−5に同時に駆動電圧を供給する方式も知られているが、本実施例は、このような全配線73−5に同時に駆動電圧を供給する方式の場合に、特に、有効となる。
また、本実施例のフレキシブルプリント基板71では、折り曲げ部50で分離され、タッチパネル用のタッチパネル制御回路(IC)が実装される領域の裏面側に補強板52が配置される。これにより、フレキシブルプリント基板71を曲がり難くして、フレキシブルプリント基板71上に実装されるタッチパネル用のタッチパネル制御回路(IC)、あるいは、電子部品(コンデンサ、抵抗など)が破損、基板剥がれを防止している。
以上述べたように、本発明によれば、画像情報、文字情報の表示装置用の静電容量結合式入力装置において、検出感度に優れたタッチパネルを生産することが可能となる。なお、本発明は、入力検出領域の形状、個別電極の形状に制限されるものではない。また実施例では直行するX方向および、Y方向の電極について記述しているが、入力位置の検出に用いる電極ライン間のS/N比の向上を目的としたものであれば、斜めに交差するものや並走する長さの異なる電極間の容量にも有効である。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
2 Y電極
3 入力用領域
4 浮遊電極
5 ガラス基板
6 周辺配線
7 接続端子
12 前面保護板
14 第1のITO膜
15 銀合金膜
16 層間絶縁膜
17 コンタクトホール
18 第2のITO膜
19 最上層保護膜
30 スペーサ
50 折り曲げ部
51 貫通孔
52 補強板
53 シールド用の導電膜
54 基準電位が供給される導電膜
71 フレキシブルプリント基板
73 配線
78 スルーホール
300 表示装置
400 タッチパネル
501 第1の接着材
502 第2の接着材
600 液晶表示パネル
603 透明導電層
700 バックライト
IC タッチパネル制御回路
Dr 駆動回路
Claims (12)
- 静電容量結合方式のタッチパネルであって、
複数のX電極と、
前記複数のX電極と交差する複数のY電極と、
前記複数のX電極の両端から信号を供給する複数の第1の信号配線と、
前記複数のY電極の両端から信号を供給する複数の第2の信号配線と、
前記複数の第1の信号配線に接続される第1の配線と、前記複数の第2の信号配線に接続される第2の配線とが形成されるフレキシブル基板とを有し、
前記X電極とY電極とは、互いに重なり合う交差部と、2つの交差部間に形成された電極部とを有し、
前記フレキシブル基板は、前記複数の第1および第2の配線の周囲に形成されたシールド用の導電膜を有し、
前記複数の第1および第2の配線は、前記フレキシブル基板上で交差し、前記複数の第1および第2の配線は、前記フレキシブル基板上で複数の経路に枝分かれしていることを特徴とするタッチパネル。 - 前記X電極またはY電極の電極部に近接してダミー電極が形成されたことを特徴とする請求項1に記載のタッチパネル。
- 前記X電極とY電極とは、絶縁膜を挟んで形成された透明導電膜からなり、前記ダミー電極は電極部と同層の透明導電膜からなることを特徴とする請求項1に記載のタッチパネル。
- 前記シールド用の導電膜は、前記複数の第1および第2の配線の少なくとも1本の周囲に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。
- 前記シールド用の導電膜は、前記複数の第1および第2の配線の中の複数本の配線の周囲に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。
- 長辺と短辺とを有する静電容量結合方式のタッチパネルであって、
複数のX電極と、
前記複数のX電極と交差する複数のY電極と、
前記複数のX電極に信号を供給する複数の第1と第3の信号配線と、
前記複数のY電極に信号を供給する複数の第2と第4の信号配線と、
前記複数の第1の信号配線に接続される第1の配線と、前記複数の第2の信号配線に接続される第2の配線と、前記複数の第3の信号配線に接続される第3の配線と、前記複数の第4の信号配線に接続される第4の配線とが形成されるフレキシブル基板とを有し、
前記X電極とY電極とは、互いに重なり合う交差部と、2つの交差部間に形成され、前記交差部よりも幅が広い個別電極とを有し、
前記フレキシブル基板は、前記第1ないし第4の配線の周囲に形成されたシールド用の導電膜を有し、
前記X電極は前記長辺に沿って形成され、
前記第1と第3の信号配線の一方の端部は、前記長辺の両端部で前記X電極にそれぞれ接続され、
前記第1と第3の配線の一方の端部は、前記フレキシブル基板上で接続され、
前記Y電極は前記短辺に沿って形成され、
前記第2と第4の信号配線の一方の端部は、前記短辺の両端部で前記Y電極にそれぞれ接続され、
前記第2と第4の配線の一方の端部は、前記フレキシブル基板上で接続されることを特徴とするタッチパネル。 - 前記X電極の個別電極に近接してダミー電極が形成されたことを特徴とする請求項6に記載のタッチパネル。
- 前記X電極とY電極とは、絶縁膜を挟んで形成された透明導電膜からなり、前記ダミー電極は前記X電極と同層の透明導電膜からなることを特徴とする請求項6に記載のタッチパネル。
- 前記シールド用の導電膜は、前記複数の第1ないし第4の配線の少なくとも1本の周囲に形成されていることを特徴とする請求項6に記載のタッチパネル。
- 前記シールド用の導電膜は、前記複数の前記第1ないし第4の配線の中の複数本の周囲に形成されていることを特徴とする請求項6に記載のタッチパネル。
- 前記フレキシブル基板は、折り曲げ部を有し、
前記折り曲げ部において、信号配線は前記フレキシブル基板の一方の面にのみ形成され、
前記折り曲げ部には、貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項1または請求項6に記載のタッチパネル。 - 前記フレキシブル基板は、一方の面に実装されるタッチ位置検出用の検出回路を有し、
前記フレキシブル基板の前記検出回路が実装される領域の他方の面に補強板を有することを特徴とする請求項1または請求項6に記載のタッチパネル。
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