JP5255134B2 - 静電容量結合方式タッチパネル - Google Patents
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Description
本発明は、静電容量結合方式タッチパネルとそれを実装する表示装置に係り、特に、樹脂ペン入力に対応する静電容量結合方式タッチパネルに関する。
タッチパネルは、表示装置と組み合わせることで、表示装置の表示領域に対応するタッチパネル画面を指やペンでタッチ（押圧）することで位置を検知して、位置座標などを表示装置に入力する機能を有する機器である。
その動作原理から、抵抗膜方式、静電容量結合方式、赤外線方式、音響パルス方式、超音波方式、電磁誘導結合方式など様々な方式が存在する。
その中でも、抵抗膜方式と静電容量結合方式タッチパネルは、コストの点で優位であり、近年、携帯電話や超小型のパーソナルコンピュータなどのモバイル機器に搭載されて、表示装置と組み合わせ入力装置として用いられている。
抵抗膜方式タッチパネルは、ベースとなるガラスなどの透明基板に対して、その表面にギャップスペーサを介して、タッチ面となる対向する基板（ポリエチレンテレフタレートフィルムなど）が貼り付けられた構造を有している。これらの基板はその向かい合う面に、インジウム酸化スズ膜といった透明電極が格子状の形成されている。
タッチされない状態では、スペーサによりこれらの電極は基板間で接触しない。タッチ面となる基板にタッチすると、圧力により基板がたわみ、ベース基板に接近し、電極は基板間で接触する。このとき、各基板面の透明電極の抵抗による分圧比を計測してタッチされた位置が検出されて、表示装置への位置入力信号となる。故に、抵抗膜方式タッチパネルでは、基板面の電極同士が接触することが必要不可欠である。また、基板面の電極同士が接触することで位置検出することから、樹脂製のペンでの入力も可能である。
静電容量方式のタッチパネルは、表示装置表示領域に対応するタッチパネル基板上のタッチパネル画面に、タッチされた位置を検出するパターン化させた透明電極が形成され、タッチパネル画面周辺には透明電極からの位置検出信号を取り出す配線が形成され、位置検出信号を外部の検出回路に出力するためにの配線回路などを備えている。
一般に、高速にタッチされた位置を検出できる利点があり、指タッチを基本として、指先と位置検出電極との間での静電容量の変化を捉えて位置を検出する。例えばＸＹ位置を検出する場合に、ＸＹ位置検出電極間は絶縁された構造を有している。
一般的な静電容量方式のタッチパネルでは、完全な絶縁物でタッチした場合に、表面静電気が変化しにくく位置を検出できない。このため、樹脂製のペンなどでは入力は不可能であり、導電性を持ったタッチペンが必要となる。
抵抗膜方式タッチパネルの例としては、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４が知られている。
静電容量方式タッチパネルの例としては、特許文献５、特許文献６が知られている。
ペン入力可能なタッチパネル入力装置として、静電結合方式と超音波方式を組み合わせたものが、特許文献７に知られている。
先述のように、一般に、静電容量方式のタッチパネルは、指先と位置検出電極との間での静電容量の変化を捉えて位置を検出するので、完全な絶縁物でタッチした場合に、表面静電気が変化しにくく位置を検出できない。このため、樹脂製のペンや他の絶縁物でタッチしたときに、位置検出電極との間での静電容量の変化を起こせず、入力が不可能である課題がある。
本発明の目的は、静電容量方式タッチパネルに有する高速にタッチされた位置を検出できる利点を活かすべく、樹脂製のペンや他の絶縁物でタッチしたときに、位置検出できる静電容量方式タッチパネルを提供することにある。
上述の目的を達成するために、本発明の静電容量方式タッチパネルは、樹脂製のペンや他の絶縁物でタッチしたときに位置検出できる、以下の特徴を有している。
本発明の静電容量結合方式タッチパネルは、透明基板上にＸＹ位置座標を検出する電極回路を有し、前記ＸＹ位置座標電極と対向する隔絶された位置に浮遊電極を有し、前記浮遊電極をペンでタッチしてＸＹ位置座標電極との間を接近させることで、浮遊電極とＸＹ位置座標電極の間に静電容量結合が発生し、これによりペンでタッチされた位置を検出する機能を有する。
このとき、ペンでタッチされた際の荷重により浮遊電極は押されて、ＸＹ位置座標電極との間の距離が接近することで、浮遊電極とＸＹ位置座標電極の間に静電容量結合が発生する。この静電容量結合の発生位置を検出することで、ペンでタッチされた位置を検出できる。このため、樹脂製のペンや他の絶縁物でタッチされても、位置検出電極との間での静電容量の変化を引き起こすことが可能となる。
上記のＸＹ位置座標電極と浮遊電極は、透明電極からなり、透明電極材料としては酸化物透明電極が適している。酸化物透明電極には、インジウム酸化スズ膜や、酸化インジウム酸化亜鉛膜、酸化亜鉛膜を用いることができる。これらは，電導度がある程度高く，可視光を透過させるという機能を有する。
本発明の静電容量結合方式タッチパネルでは、ＸＹ位置座標電極と対向する隔絶された位置に浮遊電極が形成されている。このとき、ＸＹ位置座標電極回路と対向して絶縁膜を介している構造を有することで、ペンでタッチされた際の荷重により浮遊電極は押されて、絶縁膜が荷重により厚み方向に変形し、浮遊電極とＸＹ位置座標電極の間が接近することで、浮遊電極とＸＹ位置座標電極の間に静電容量結合が発生し、これによりペンでタッチされた位置を検出することが可能となる。
このとき、上記の絶縁膜は、１０μｍ以上１２０μｍ以下の厚みを有することで、ペンでタッチされた際の荷重により浮遊電極は押されて、絶縁膜が荷重により厚み方向に変形して、浮遊電極とＸＹ位置座標電極の間が接近することで、浮遊電極とＸＹ位置座標電極の間に静電容量結合が発生する際に、浮遊電極とＸＹ位置座標電極との接近前と接近後で、静電容量結合の信号と雑音の比（Ｓ／Ｎ比）を大きく取れ、位置信号検出が良好に行える。絶縁膜が１０μｍ未満の厚みでは、浮遊電極とＸＹ位置座標電極との接近前から発生する静電容量結合が信号雑音となってＮが大きいために、Ｓ／Ｎ比が小さい結果となり、位置信号検出が難しいこととなる。絶縁膜が１２０μｍ以上の厚みでは、浮遊電極とＸＹ位置座標電極とを小さな荷重では充分に接近させることができず、静電容量結合の発生容量が小さくてＳを大きくできず、Ｓ／Ｎ比が小さい結果となり、位置信号検出が難しいこととなる。
また、上記の絶縁膜が、８０％以上１００％以下の光透過率特性を有することで、表示装置と組み合わせた際の表示性能に優れた静電容量結合方式タッチパネルを実現することが可能である。光透過率が８０％未満では、表示の輝度が小さい問題が生じる。
また、上記の絶縁膜が、１．３０以上１．５２以下の屈折率特性を有することで、表示装置と組み合わせた際の表示性能に優れた静電容量結合方式タッチパネルを実現することが可能である。
また、浮遊電極上層に浮遊電極を保護する保護層があることで、外部からの荷重により、浮遊電極自体を傷つけることなく保護し、静電容量結合方式タッチパネルとしての性能を保持することが可能となる。また、本保護層が透明基板からなる場合もあり、外部からの荷重により、浮遊電極自体を傷つけることなく保護できる。
本発明の静電容量結合方式タッチパネルでは、ＸＹ位置座標電極と対向して空間層を介している構造を有することで、ペンでタッチされた際の荷重により浮遊電極は押されて、空間層が荷重により厚み方向に圧縮変形して、浮遊電極とＸＹ位置座標電極の間が接近することで、浮遊電極とＸＹ位置座標電極の間に静電容量結合が発生し、これによりペンでタッチされた位置を検出することが可能となる。
空間層が、１０μｍ以上１２０μｍ以下の厚みの空間を有することで、ペンでタッチされた際の荷重により浮遊電極は押されて、空間層が荷重により厚み方向に圧縮変形して、浮遊電極とＸＹ位置座標電極の間が接近することで、浮遊電極とＸＹ位置座標電極の間に静電容量結合が発生する際に、浮遊電極とＸＹ位置座標電極との接近前と接近後で、静電容量結合の信号と雑音の比（Ｓ／Ｎ比）を大きく取れ、位置信号検出が良好に行える。
このとき、浮遊電極がＸＹ位置座標電極を形成した透明基板に対向する第２の透明基板に形成される場合もある。この第２の透明基板を押しつけることで、浮遊電極とＸＹ位置座標電極との間に存在する空間が荷重により厚み方向に圧縮変形する。
本発明の静電容量結合方式タッチパネルでは、ＸＹ位置座標電極と対向して液体層を介している構造を有することで、ペンでタッチされた際の荷重により浮遊電極は押されて、液体層が荷重により厚み方向に変形して、浮遊電極とＸＹ位置座標電極の間が接近することで、浮遊電極とＸＹ位置座標電極の間に静電容量結合が発生し、これによりペンでタッチされた位置を検出することが可能となる。
この液体層が、１０μｍ以上１２０μｍ以下の厚みの空間を有することで、ペンでタッチされた際の荷重により浮遊電極は押されて、空間層が荷重により厚み方向に圧縮変形して、浮遊電極とＸＹ位置座標電極の間が接近することで、浮遊電極とＸＹ位置座標電極の間に静電容量結合が発生する際に、浮遊電極とＸＹ位置座標電極との接近前と接近後で、静電容量結合の信号と雑音の比を大きく取れ、位置信号検出が良好に行える。
このとき、浮遊電極がＸＹ位置座標電極回路を形成した透明基板に対向する第２の透明基板に形成される場合もある。この第２の透明基板を押しつけることで、浮遊電極とＸＹ位置座標電極との間に存在する液体層が荷重により厚み方向に変形する。
また、上記の液体層が、８０％以上１００％以下の光透過率特性を有することで、表示装置と組み合わせた際の表示性能に優れた静電容量結合方式タッチパネルを実現することが可能である。光透過率が８０％未満では、表示の輝度が小さい問題が生じる。
また、上記の液体層が、１．３０以上１．５２以下の屈折率特性を有することで、表示装置と組み合わせた際の表示性能に優れた静電容量結合方式タッチパネルを実現することが可能である。
上述した本発明のペン入力機能に対応した静電容量結合方式タッチパネルと、液晶表示装置などの表示装置と組み合わせて実装することで、ペンでタッチされた位置を検出する機能を有する表示装置を実現することが可能となる。
このとき、樹脂製のペンや他の絶縁物でタッチしたときに位置検出できる表示装置を実現することが可能となる。
本発明の目的は、樹脂製のペンや他の絶縁物でタッチしたときに、位置検出できるペン入力機能に対応した静電容量方式タッチパネル、ならびに、このペン入力機能に対応する静電容量方式タッチパネルと表示装置と組み合わせたペンでタッチされた位置を検出する機能を有する表示装置を実現することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図１ないし１３を用いて説明する。
図１の断面図に示す実施例１のタッチパネル装置を以下の条件で作製した。
本実施例のタッチパネル装置は、透明基板１０１の片面に位置座標を検出するための座標検出回路層１０２が形成されている。この回路層は、座標電極１０３と１０５となる透明電極が絶縁膜１０４と１０６を介して配置される。
透明基板１０１としては、ソーダガラスや、ホウケイ酸ガラスなどのアルカリガラスや、無アルカリガラス、また化学強化ガラスといったガラス基板が適している。また、透明性を有するポリエチレンテレフタラート、ポリエチレンナフレタートなどのポリエステルフィルム、耐熱性と透明性の高いポリイミドフィルムも知られており、このような透明性を有する樹脂系基板を用いてもよい。
座標電極１０３と１０５となる透明電極としては、電導度がある程度高く，可視光を透過させるという機能を有するインジウム酸化スズ膜や、酸化インジウム酸化亜鉛膜、酸化亜鉛などの酸化物透明電極が適している。
座標電極の厚みは、電導度と透明性との相関から任意に設定される。また、座標電極の形状も、検出回路としての静電容量結合の信号と雑音の比からの位置信号検出が良好に行える性能を得るために、任意に設定される。
座標電極１０３と１０５のそれぞれは、タッチパネル装置において、Ｘ位置座標とＹ位置座標に対応する座標電極となる。座標電極１０３と１０５の上下関係がＸＹに固有となる必要はない。すなわち、１０３をＸ位置を検出するＸ位置座標電極、１０５をＹ位置を検出するＹ位置座標電極としてもよいし、１０３をＹ位置を検出するＹ位置座標電極、１０５をＸ位置を検出するＸ位置座標電極としてもよい。
座標電極１０３と１０５となる透明電極は、例えば、インジウム酸化スズ膜をよく知られる真空中のスパッタリング法を用いて、厚さ５〜１００ｎｍ成膜する。次に、周知のホトリソグラフィ技術を用いて、ホトレジストを塗布し、露光、現像により所望の座標電極パターンを形成する。次に、得られたホトレジストパターンをマスクとして、透明電極をエッチングによりパターンを形成し、ホトレジストを除去して、透明電極からなる所望の座標電極パターンを得る。
インジウム酸化スズ膜をエッチングする際には臭化水素酸水溶液などの酸性系液をエッチング液として用いればよい。
絶縁膜１０４と１０６としては、光透過性のある絶縁膜材料が適している。膜厚は、光透過率や絶縁膜材料の誘電率を考慮して選択することができる。絶縁膜を比誘電率３〜４とした場合に、膜厚は１〜２０μｍが適している。
絶縁膜層の材料としては、感光性材料を用いると上述の座標検出回路層１０２を形成する際の開口パターンの形成に適している。アクリル系樹脂やアクリルエポキシ系樹脂、シロキサン系樹脂をベースポリマに感光剤と組み合わせることで、光照射された部分が現像溶解して除去されるポジ型感光性材料や光照射されていない部分が現像溶解して除去されるネガ型感光性材料が知られており、これらを用いることが可能である。現像液としては、それぞれの感光性材料に依存して、アルカリ水溶液や有機溶剤を用いることが可能である。
絶縁膜は、画像表示装置の性能を下げないために、透過率８０％以上の光透過性を有することが必要である。上述の絶縁膜材料において、ネガ型感光性材料では、ベースポリマと感光剤などの成分が可視光領域（４００ｎｍ〜８００ｎｍ）での光吸収が少ないものを選択すれば、光透過性を実現できる。また、ポジ型感光性材料ではベースポリマが可視光領域での光吸収が少ないものを選択すると共に、感光剤は、光脱色（ホトブリーチング）処理を行い、可視光領域での光透過性を向上させることが可能である。
具体的に、座標検出回路層１０２は以下の工程で形成することが可能である。
インジウム酸化スズ膜をスパッタリング法を用いて厚さ２０ｎｍを透明基板１０１上の全面に成膜する。次に、周知のホトリソグラフィ技術を用いて、ホトレジストを塗布し、露光、現像により、下層のインジウム酸化スズが露出した所望のパターンを形成する。次に、ホトレジストパターンをマスクとして、露出したインジウム酸化スズを臭化水素酸水溶液を用いてエッチングにより除去する。次にホトレジストを除去して、透明電極からなる所望の座標電極１０３を得る。
アルカリ水溶液現像可能なアクリル系ネガ型感光性材料を用いる場合の絶縁膜層形成では、次のような工程を取る。まず、座標電極１０３が形成された透明基板１０１上に材料溶液を塗布する。次に、ホットプレートにて９０℃、５分間加熱してプリベーク膜を得る。次に、所望のパターンを形成するためのホトマスクを介して、絶縁膜として開口する箇所を除いた面に光照射して光硬化させる。次に、水酸化テトラメチルアンモニウム２．３８ｗｔ％のアルカリ水溶液を用いて、プリベーク膜を現像し、光照射されていない部分を溶解除去して、絶縁膜に所望の開口を形成する。次いで、ホットプレートにて２３０℃、１０分間加熱硬化して、２μｍ厚の絶縁膜１０４を得る。
次に、インジウム酸化スズ膜をスパッタリング法を用いて厚さ２０ｎｍを透明基板１０１上の絶縁膜１０４を含めて、その上に全面に成膜する。次に、周知のホトリソグラフィ技術を用いて、ホトレジストを塗布し、露光、現像により、下層のインジウム酸化スズが露出した所望のパターンを形成する。次に、ホトレジストパターンをマスクとして、露出したインジウム酸化スズを臭化水素酸水溶液を用いてエッチングにより除去する。次にホトレジストを除去して、透明電極からなる所望の座標電極１０５を得る。
次に、下層の座標電極層が形成された基板上にアルカリ水溶液現像可能なアクリル系ネガ型感光性材料溶液を塗布する。次に、ホットプレートにて９０℃、５分間加熱してプリベーク膜を得る。次に、所望のパターンを形成するためのホトマスクを介して、絶縁膜として開口する箇所を除いた面に光照射して光硬化させる。次に、水酸化テトラメチルアンモニウム２．３８ｗｔ％のアルカリ水溶液を用いて、プリベーク膜を現像し、光照射されていない部分を溶解除去して、絶縁膜に所望の開口を形成する。次いで、ホットプレートにて２３０℃、１０分間加熱硬化して、２μｍ厚の絶縁膜１０６を得る。
次に、座標検出回路層１０２上にペン入力のタッチ荷重により変形する荷重変形絶縁膜１０７を形成する。絶縁膜１０７は、１０μｍ以上１２０μｍ以下の厚みを有する。荷重変形絶縁膜は、タッチ荷重負荷により変形し、荷重除荷により変形が回復することが重要な特性となる。
荷重変形絶縁膜１０７の材料としては、シリコーンゲル材料が好適と挙げられる。
本シリコーンゲルは、シリコーンゴムのモノマーにシリコーンオイルを白金触媒などの作用によって付加させて、通常のシリコーンエラストマーの１／５〜１／１０の架橋密度で硬化させた付加重合型シリコーン樹脂である。
本シリコーンゲルは、シリコーンゴムのモノマーにシリコーンオイルを白金触媒などの作用によって付加させて、通常のシリコーンエラストマーの１／５〜１／１０の架橋密度で硬化させた付加重合型シリコーン樹脂である。
ゴム材料は、一般的に物性の温度依存性のために、温度変化による反発弾性率の変動が激しく、また−１０℃程度の低温になると固くなり荷重変形特性が低下する。また、ゴムは、圧縮永久歪（圧縮残留歪）が大きく、長期間にわたって負荷が加えられる場合には、ゴムはへたるために荷重変形特性を維持することは困難である。
これに対して、ゲル材料は、およそ−５０℃から２００℃くらいの環境下でも、機械的な性質（ヤング率：柔らかさとも置き換えることができる）がほぼ一定で良好な荷重変形特性を得ることができる。さらに、ゲル材料は、圧縮残留歪が小さいため、長期間にわたって良好な荷重変形特性を維持することができる。
本シリコーンゲル材料は、可視光領域で光透過性も高く、８０％以上の光透過率特性を確保することが可能である。
また、本シリコーンゲル材料は、１．３０以上１．５２以下の屈折率特性を有することで、表示装置と組み合わせた際の表示性能に優れた静電容量結合方式タッチパネルを実現することが可能である。
ここでは、シリコーンゲルを１００μｍの厚みで形成し、荷重変形絶縁膜１０７とした。このとき、シリコーンゲル荷重変形絶縁膜は、ペンタッチの荷重８２ｇでその厚みの５０％変形する。また、屈折率は１．４、波長４００−８００ｎｍで光透過率が９８％以上である。
浮遊電極１０８を形成する。浮遊電極としては、可視光を透過させるという機能を有するインジウム酸化スズ膜や、酸化インジウム酸化亜鉛膜、酸化亜鉛などの酸化物透明電極が適している。酸化物材料をスパッタリング法を用いて所望の開口が形成された金属マスクを介して厚さ５〜１００ｎｍ成膜することで、所望の浮遊電極１０８が得られる。
また、このような酸化物電極としては、透明酸化物導電材料の微粒子を溶液に分散された塗布材料を用いることができる。このような塗布材料から、周知のインクジェット塗布技術やスクリーン印刷技術を用いることで、所望のパターンを形成し、１００℃から２３０℃で加熱焼成することで、溶媒などの揮発性分を除去して、透明酸化物導電パターンとすることで、浮遊電極１０８を得る。
ここでは、スパッタリング法を用いて所望の開口が形成された金属マスクを介して、１５ｎｍ厚のインジウム酸化スズ膜を形成し、浮遊電極１０８とした。
以上詳述した材料構成や工程を用いて、図１の断面図に示す静電容量結合方式タッチパネル装置を得た。
これにより、位置座標電極回路と対向して荷重変形絶縁膜を介して浮遊電極が存在する構造を有することで、樹脂製のペンのタッチ荷重８２ｇにより浮遊電極は押されて、荷重変形絶縁膜がその厚みの５０％変形させることで、浮遊電極とＸＹ位置座標電極の間が接近することで、浮遊電極とＸＹ位置座標電極の間に静電容量結合が発生して、ペンでタッチされた位置を検出することが可能となり、ペン入力機能に対応する静電容量方式タッチパネルを得る。
図２に示す実施例２のタッチパネル付き液晶表示装置を以下の条件で作製した。
液晶表示装置２０１の液晶表示領域２０２に対向する面に、実施例１（図１）で得られたタッチパネル２０３を重ね合わせて固定する。タッチパネル２０３は、タッチパネル位置検出回路制御用ＩＣ２０５を実装したフレキシブルプリント配線基板２０６が接続されている。このフレキシブルプリント配線基板２０６は、信号を液晶表示装置２０１に入力する目的でタッチパネル２０３と液晶表示装置２０１を接続する。液晶表示装置２０１は、液晶表示用制御ＩＣ２０８を実装し、フレキシブルプリント配線基板２０７を接続している。フレキシブルプリント配線基板２０７を、例えば携帯電話の信号回路とを接続することで、液晶表示装置２０１に表示画像信号を送る働きをする。
実施例１で得られたタッチパネル装置は、位置座標電極回路と対向して荷重変形絶縁膜を介して浮遊電極が存在する構造を有することで、樹脂製のペンのタッチ荷重８２ｇにより浮遊電極は押されて、荷重変形絶縁膜がその厚みの５０％変形させることで、浮遊電極とＸＹ位置座標電極の間が接近することで、浮遊電極とＸＹ位置座標電極の間に静電容量結合が発生して、ペンでタッチされた位置を検出することが可能となる。これにより、ペン入力機能に対応する静電容量方式タッチパネルと表示装置と組み合わせたペンでタッチされた位置を検出する機能を有する表示装置を得る。
本実施例では、実施例１で得られたタッチパネル装置を用いているが、後述の実施例で得られたタッチパネル装置を用いても同様である。
図３に示す実施例３のタッチパネル装置を以下の条件で作製した。
実施例１（図１）で得られたタッチパネルの最表面に表面保護層３０１を形成した。
保護層の材料としては、実施例１の絶縁膜１０４と１０６に用いられた光透過性のある絶縁膜材料が適している。
また、上述の感光性材料に限らず、アクリル系樹脂やアクリルエポキシ系樹脂、シロキサン系樹脂をベースポリマに熱硬化材料のみと組み合わせた熱硬化性材料も適している。
さらには、ソーダガラスや、ホウケイ酸ガラスなどのアルカリガラスや、無アルカリガラス、また化学強化ガラスといったガラス基板を貼り合わせて、表面保護層３０１として用いることが可能である。また、透明性を有するポリエチレンテレフタラート、ポリエチレンナフレタートなどのポリエステルフィルム、耐熱性と透明性の高いポリイミドフィルムなどの透明性を有する樹脂系基板を貼り合わせて、表面保護層３０１として用いることが可能である。
これにより、位置座標電極回路と対向して荷重変形絶縁膜を介して浮遊電極が存在する構造を有することで、樹脂製のペンのタッチ荷重により浮遊電極は押されて、荷重変形絶縁膜がその厚みを変形させることで、浮遊電極とＸＹ位置座標電極の間が接近することで、浮遊電極とＸＹ位置座標電極の間に静電容量結合が発生して、ペンでタッチされた位置を検出することが可能となり、ペン入力機能に対応する静電容量方式タッチパネルを得る。
図４の基板平面図に示す実施例４のタッチパネル装置を以下の条件で作製した。
透明基板上４０１に、実施例１（図１）に記載した座標電極１０３を形成した材料と工程を用いて、Ｘ位置座標電極４０３を形成する。次に、実施例１に記載した材料と工程を用いて絶縁膜１０４を形成する（図４には絶縁膜１０４は示していない）。
次に、実施例１に記載した座標電極１０５を形成した材料と工程を用いて、Ｙ位置座標電極４０４を形成する。
Ｘ位置座標電極４０３やＹ位置座標電極４０４については、ペンでタッチされた際の荷重により浮遊電極は押されて、絶縁膜が荷重により厚み方向に変形して、浮遊電極とＸＹ位置座標電極の間が接近することで、浮遊電極とＸＹ位置座標電極の間に静電容量結合が発生する際に、浮遊電極とＸＹ位置座標電極との接近前と接近後で、位置信号検出が良好に行える形状を選択することが可能である。
本実施例では、Ｘ位置座標電極４０３は菱形形状とし、Ｙ位置座標電極４０４は長方形形状としているが、Ｘ位置座標電極を長方形形状とし、Ｙ位置座標電極を菱形形状としてもよい。
Ｘ位置座標電極４０３やＹ位置座標電極４０４は、タッチパネル基板の座標検出面４０２の周辺部にある電極回路信号配線４０５に接続されており、この電極回路信号配線は、接続端子開口４０６に引き出されている。この接続端子開口は、図２に示すようなタッチパネル位置検出回路制御用ＩＣを実装したフレキシブルプリント配線基板が接続されるものである。
本実施例では、実施例１のタッチパネル装置の基板平面図とその作製について説明したが、前述の実施例３、後述の実施例６、７、８、１２、１３のタッチパネル装置の基板平面図とその作製も同様である。
図５の基板平面図に示す実施例５のタッチパネル装置を以下の条件で作製した。
座標検出面５０１に、Ｘ位置座標電極５０３とＹ位置座標電極５０４がある。これらは、実施例４（図４）に記載した内容で得られる。
本実施例では、Ｘ位置座標電極５０３は菱形形状とし、Ｙ位置座標電極５０４は長方形形状としている。
このとき、浮遊電極５０２は、これら電極に対応する小さな長方形に孤立分割した形状である。孤立分割された長方形形状の浮遊電極５０２は、菱形Ｘ位置座標電極５０３と長方形形状Ｙ位置座標電極５０４とに重なり合うように配置されている。
これにより、位置座標電極回路と対向して荷重変形絶縁膜を介して浮遊電極が存在する構造を有することで、樹脂製のペンのタッチ荷重により浮遊電極は押されて、荷重変形絶縁膜がその厚みを変形させることで、浮遊電極とＸＹ位置座標電極の間が接近することで、浮遊電極とＸＹ位置座標電極の間に静電容量結合が発生して、ペンでタッチされた位置を検出することが可能となり、ペン入力機能に対応する静電容量方式タッチパネルを得る。
本実施例では、Ｘ位置座標電極５０３は菱形形状とし、Ｙ位置座標電極５０４は長方形形状としているが、Ｘ位置座標電極を長方形形状とし、Ｙ位置座標電極を菱形形状としてもよい。また、Ｘ位置座標電極とＹ位置座標電極の両方が１つの孤立した浮遊電極に重なり合うように配置されていれば、Ｘ位置座標電極、Ｙ位置座標電極、浮遊電極の形状は別の形状であってもよい。
本実施例では、実施例１のタッチパネル装置を用いた実施例４のタッチパネル装置の基板平面図とその作製について説明したが、前述の実施例３、後述の実施例６、７、８、１２、１３のタッチパネル装置を用いても同様である。
図６の断面図に示す実施例６のタッチパネル装置を以下の条件で作製した。
ここでは、図３に示す実施例３（図３）のタッチパネル装置に対して、荷重変形絶縁膜の替わりに、気体層を用いたものである。
実施例１に詳述した材料と工程を用いて、透明基板６０１上に座標電極６０２、６０４、絶縁膜６０３、６０５を形成して、Ｘ位置座標電極とＹ位置座標電極を得る。
タッチパネル基板の座標検出面の周辺部に接着剤を塗布して、額縁接着部６０６を形成する。
この額縁接着部６０６に、浮遊電極６０７を形成した透明基板６０８を貼り合わせる。このとき、浮遊電極はＸ位置座標電極とＹ位置座標電極と実施例５（図５）に示すように対応した位置を取る。
額縁接着部６０６は、熱硬化性や光硬化と熱硬化を組み合わせた高粘度の接着剤を１０μｍ以上１２０μｍ以下の厚みで形成される。接着剤に、いわゆるギャップ剤として、直径が１０μｍ以上１２０μｍ以下の球形やファイバー状のガラスを混練して、このガラスの厚みで額縁接着部６０６の厚みを制御する。
浮遊電極６０７を形成した透明基板６０８としては、ソーダガラスや、ホウケイ酸ガラスなどのアルカリガラスや、無アルカリガラス、また化学強化ガラスといったガラス基板、透明性を有するポリエチレンテレフタラート、ポリエチレンナフレタートなどのポリエステルフィルム、耐熱性と透明性の高いポリイミドフィルムなどの透明性を有する樹脂系基板を用いることが可能である。
無アルカリガラス０．４ｍｍ厚の基板を透明基板として、インジウム酸化スズ膜をスパッタリング法を用いて厚さ１５ｎｍ成膜する。次に、周知のホトリソグラフィ技術を用いて、ホトレジストを塗布し、露光、現像により、下層のインジウム酸化スズが露出した所望のパターンを形成する。次に、ホトレジストパターンをマスクとして、露出したインジウム酸化スズを臭化水素酸水溶液を用いてエッチングにより除去する。次にホトレジストを除去して、浮遊電極６０７を得る。
次に、浮遊電極６０７を形成した透明基板６０８の裏面を０．２ｍｍ厚研磨して、０．２ｍｍ厚の透明基板を得る。研磨は、薬液を用いてガラスエッチングする化学研磨技術や、砥粒を研磨剤として機械的に削る機械研磨技術を用いることが可能である。
直径が１００μｍのガラスビーズを混練した熱硬化性接着剤をタッチパネル基板の座標検出面の周辺部に塗布して、額縁接着部６０６を形成する。先の、浮遊電極を形成した０．２ｍｍ厚のガラス基板を額縁接着部６０６で貼り合わせる。このとき、浮遊電極６０７は、１００μｍの空間を介して、Ｘ位置座標電極とＹ位置座標電極と実施例５に示すように対応した位置を取る。その後、１４０℃で６０分間加熱することで、接着剤を硬化させる。これによって図６の断面図に示すタッチパネル装置を得る。
これにより、位置座標電極回路と対向して気体層（空間層６０９）を介して浮遊電極６０７が存在する構造を有することで、樹脂製のペンのタッチ荷重により浮遊電極は押されて、気体層を変形させることで、浮遊電極とＸＹ位置座標電極の間が接近し、浮遊電極とＸＹ位置座標電極の間に静電容量結合が発生して、ペンでタッチされた位置を検出することが可能となり、ペン入力機能に対応する静電容量方式タッチパネルを得る。
気体層を用いた場合は、低荷重で層の厚みがなくなるほど、すなわち浮遊電極６０７が絶縁膜６０５に接するほどに接近させることが可能であり、浮遊電極とＸＹ位置座標電極の間に静電容量結合が発生する際に、浮遊電極とＸＹ位置座標電極との接近前と接近後で、静電容量結合の信号と雑音の比を大きく取れ、位置信号検出が良好に行うことが可能である。
図７の断面図に示す実施例７のタッチパネル装置を以下の条件で作製した。
実施例６（図６）で得られた浮遊電極を形成したガラス基板の表面に浮遊電極保護膜７０１を形成した。
浮遊電極保護層７０１の材料としては、実施例１の絶縁膜１０４と１０６に用いられた光透過性のある絶縁膜材料が適している。また、上述の感光性材料に限らず、アクリル系樹脂やアクリルエポキシ系樹脂、シロキサン系樹脂をベースポリマに熱硬化材料のみと組み合わせた熱硬化性材料も適している。
これにより、位置座標電極回路と対向して気体層を介して浮遊電極が存在する構造を有することで、樹脂製のペンのタッチ荷重により浮遊電極は押されて、気体層を変形させることで、浮遊電極とＸＹ位置座標電極の間が接近し、浮遊電極とＸＹ位置座標電極の間に静電容量結合が発生して、ペンでタッチされた位置を検出することが可能となり、ペン入力機能に対応する静電容量方式タッチパネルを得る。
気体層を用いた場合は、低荷重で層の厚みがなくなるほど、すなわち浮遊電極がＸＹ位置座標電極の絶縁膜に接するほどに接近させることが可能である。このときの浮遊電極保護層７０１により、浮遊電極自体を保護する効果が得られる。
図８の断面図に示す実施例８のタッチパネル装置を以下の条件で作製した。
ここでは、実施例６（図６）に記載したタッチパネル装置に対して、空気層の替わりに、液体層を用いたものである。
ここでは、実施例６（図６）に記載したタッチパネル装置に対して、空気層の替わりに、液体層を用いたものである。
ここでは、タッチパネル基板の座標検出面の周辺部に、直径が１００μｍのガラスビーズを混練した光硬化の接着剤を塗布して、１００μｍ厚の額縁封止接着層８０２を形成する。
額縁接着部の中に、流動パラフィンを滴下充填して、実施例６に記載した浮遊電極を形成した０．２ｍｍ厚のガラス基板を額縁封止接着層８０２で貼り合わせる。このとき、浮遊電極は、１００μｍの空間を介して、Ｘ位置座標電極とＹ位置座標電極と実施例５（図５）に示すように対応した位置を取る。その後、接着剤に光を照射させて硬化する。これによって、流動パラフィンを充填した液体層８０１を有するタッチパネル装置を得る。
ここで、流動パラフィンとしては、炭化水素系やシリコーンオイル系の無色透明液状材料であり、誘電率が１．９〜３．０の特性を有するものが好適と挙げられる。さらには誘電率が１．９〜２．５を有する材料が好適と挙げられる。
これにより、位置座標電極回路と対向して透明な液体層８０１を介して浮遊電極が存在する構造を有することで、樹脂製のペンのタッチ荷重により浮遊電極は押されて、液体層を変形させることで、浮遊電極とＸＹ位置座標電極の間が接近し、浮遊電極とＸＹ位置座標電極の間に静電容量結合が発生して、ペンでタッチされた位置を検出することが可能となり、ペン入力機能に対応する静電容量方式タッチパネルを得る。
液体層を用いた場合は、低荷重で層の厚みがなくなるほど、すなわち浮遊電極がＸＹ位置座標電極の絶縁膜に接するほどに接近させることが可能である。
図９の断面図に示す実施例９のタッチパネル装置について、実施例４（図４）に記載したタッチパネル装置を基本に詳述する。
タッチパネル透明基板９０１と、菱形形状のＸ位置座標電極と長方形形状のＹ位置座標電極に対して、電極回路信号配線９０２が接続端子開口９０３に引き出されている。
このとき、接続端子開口の断面ａ−ａ'について、Ｘ位置座標電極とＹ位置座標電極の絶縁膜を形成する際に、電極回路信号配線９０６に対して開口を形成することで、接続端子開口９０５を得る。絶縁膜の材料や開口形成方法については、上述の実施例に記載している。
図１０の断面図に示す実施例１０のタッチパネル装置について、実施例４（図４）に記載したタッチパネル装置を基本に詳述する。
タッチパネル透明基板１００１と、菱形形状の座標電極１００３に対して、電極回路信号配線１００２が透明基板周辺部に引き出されている。
このとき、透明基板周辺部の断面ｂについて、タッチパネル透明基板１００７上に座標電極１００６を形成し、その上に電極回路信号配線１００５があり、それらの上に座標電極絶縁膜１００４が形成させる構造を有する。
図１１の断面図に示す実施例１１のタッチパネル装置について、実施例４（図４）に記載したタッチパネル装置を基本に詳述する。
タッチパネル透明基板１１０１と、長方形形状の座標電極１１０３に対して、電極回路信号配線１１０２が透明基板周辺部に引き出されている。
このとき、透明基板周辺部の断面ｃについて、タッチパネル透明基板１１０７上に電極回路信号配線１１０５があり、その上に座標電極１１０６を形成し、それらの上に座標電極絶縁膜１１０４が形成させる構造を有する。
図１２の断面図に示す実施例１２のタッチパネル装置について、実施例６（図６）に記載したタッチパネル装置を基本に詳述する。
座標検出電極回路層の上面に間隔厚制御突起パターン１２０１を形成する。間隔厚制御突起パターンは、上述の感光性材料とホトリソグラフィ技術を用いて、所望のパターン形状、厚みで形成することが可能である。
この後、額縁接着部を用いて浮遊電極を形成した透明基板を貼り合わせる。浮遊電極は位置座標電極と実施例５（図５）に示すように対応した位置を取る。
これにより、位置座標電極回路と対向して空間層１２０２を介して浮遊電極が存在する構造を有することで、樹脂製のペンのタッチ荷重により浮遊電極は押されて、空間層を変形させることで、浮遊電極とＸＹ位置座標電極の間が接近し、浮遊電極とＸＹ位置座標電極の間に静電容量結合が発生して、ペンでタッチされた位置を検出することが可能となり、ペン入力機能に対応する静電容量方式タッチパネルを得る。
このとき、間隔厚制御突起パターン１２０１は、浮遊電極とＸＹ位置座標電極との接近後の間隔を制御することができ、浮遊電極とＸＹ位置座標電極の間に静電容量結合が発生する際に、静電容量結合の信号量を制御することで、位置信号検出が良好に行うことが可能である。
図１３の断面図に示す実施例１３のタッチパネル装置について、実施例８（図８）に記載したタッチパネル装置を基本に詳述する。
座標検出電極回路層の上面に間隔厚制御突起パターン１３０１を形成する。間隔厚制御突起パターンは、上述の感光性材料とホトリソグラフィ技術を用いて、所望のパターン形状、厚みで形成することが可能である。
この後、額縁封止接着層を形成し、流動パラフィンを滴下充填して、浮遊電極を形成したガラス基板を額縁接着部で貼り合わせる。
これにより、位置座標電極回路と対向して空間層１３０２を介して浮遊電極が存在する構造を有することで、樹脂製のペンのタッチ荷重により浮遊電極は押されて、空間層を変形させることで、浮遊電極とＸＹ位置座標電極の間が接近し、浮遊電極とＸＹ位置座標電極の間に静電容量結合が発生して、ペンでタッチされた位置を検出することが可能となり、ペン入力機能に対応する静電容量方式タッチパネルを得る。
このとき、間隔厚制御突起パターン１３０１は、浮遊電極とＸＹ位置座標電極との接近後の間隔を制御することができ、浮遊電極とＸＹ位置座標電極の間に静電容量結合が発生する際に、静電容量結合の信号量を制御することで、位置信号検出が良好に行うことが可能である。
１０１・・・透明基板、１０２・・・座標検出回路層、１０３・・・座標電極、
１０４・・・絶縁膜、１０５・・・座標電極、１０６・・・絶縁膜、
１０７・・・荷重変形絶縁膜、１０８・・・浮遊電極、
２０１・・・液晶表示装置、２０２・・・液晶表示領域、２０３・・・タッチパネル
２０４・・・樹脂ペン、２０５・・・タッチパネル位置検出回路制御用ＩＣ
２０６・・・フレキシブルプリント配線基板、
２０７・・・フレキシブルプリント配線基板、２０８・・・液晶表示用制御ＩＣ
３０１・・・表面保護層、
４０１・・・透明基板、４０２・・・座標検出面、４０３・・・Ｘ位置座標電極
４０４・・・Ｙ位置座標電極、４０５・・・電極回路信号配線
４０６・・・接続端子開口、
５０１・・・座標検出面、５０２・・・浮遊電極、５０３・・・Ｘ位置座標電極
５０４・・・Ｙ位置座標電極、
６０１・・・透明基板、６０２・・・座標電極、６０３・・・絶縁膜、
６０４・・・座標電極、６０５・・・絶縁膜、６０６・・・額縁接着部、
６０７・・・浮遊電極、６０８・・・透明基板、６０９・・・空間層
７０１・・・浮遊電極保護膜、
８０１・・・液体層、８０２・・・額縁封止接着層、
９０１・・・タッチパネル透明基板、９０２・・・電極回路信号配線
９０３・・・接続端子開口、９０４・・・座標検出回路絶縁膜、
９０５・・・接続端子開口、９０６・・・電極回路信号配線、
９０７・・・タッチパネル透明基板、
１００１・・・タッチパネル透明基板、１００２・・・電極回路信号配線
１００３・・・座標電極、１００４・・・座標電極絶縁膜、
１００５・・・電極回路信号配線、１００６・・・座標電極層
１００７・・・タッチパネル透明基板、
１１０１・・・タッチパネル透明基板、１１０２・・・電極回路信号配線、
１１０３・・・座標電極、１１０４・・・座標電極絶縁膜、
１１０５・・・電極回路信号配線、１１０６・・・座標電極層、
１１０７・・・タッチパネル透明基板、
１２０１・・・間隔厚制御突起パターン、１２０２・・・空間層、
１３０１・・・間隔厚制御突起パターン、１３０２・・・液体層
１０４・・・絶縁膜、１０５・・・座標電極、１０６・・・絶縁膜、
１０７・・・荷重変形絶縁膜、１０８・・・浮遊電極、
２０１・・・液晶表示装置、２０２・・・液晶表示領域、２０３・・・タッチパネル
２０４・・・樹脂ペン、２０５・・・タッチパネル位置検出回路制御用ＩＣ
２０６・・・フレキシブルプリント配線基板、
２０７・・・フレキシブルプリント配線基板、２０８・・・液晶表示用制御ＩＣ
３０１・・・表面保護層、
４０１・・・透明基板、４０２・・・座標検出面、４０３・・・Ｘ位置座標電極
４０４・・・Ｙ位置座標電極、４０５・・・電極回路信号配線
４０６・・・接続端子開口、
５０１・・・座標検出面、５０２・・・浮遊電極、５０３・・・Ｘ位置座標電極
５０４・・・Ｙ位置座標電極、
６０１・・・透明基板、６０２・・・座標電極、６０３・・・絶縁膜、
６０４・・・座標電極、６０５・・・絶縁膜、６０６・・・額縁接着部、
６０７・・・浮遊電極、６０８・・・透明基板、６０９・・・空間層
７０１・・・浮遊電極保護膜、
８０１・・・液体層、８０２・・・額縁封止接着層、
９０１・・・タッチパネル透明基板、９０２・・・電極回路信号配線
９０３・・・接続端子開口、９０４・・・座標検出回路絶縁膜、
９０５・・・接続端子開口、９０６・・・電極回路信号配線、
９０７・・・タッチパネル透明基板、
１００１・・・タッチパネル透明基板、１００２・・・電極回路信号配線
１００３・・・座標電極、１００４・・・座標電極絶縁膜、
１００５・・・電極回路信号配線、１００６・・・座標電極層
１００７・・・タッチパネル透明基板、
１１０１・・・タッチパネル透明基板、１１０２・・・電極回路信号配線、
１１０３・・・座標電極、１１０４・・・座標電極絶縁膜、
１１０５・・・電極回路信号配線、１１０６・・・座標電極層、
１１０７・・・タッチパネル透明基板、
１２０１・・・間隔厚制御突起パターン、１２０２・・・空間層、
１３０１・・・間隔厚制御突起パターン、１３０２・・・液体層
Claims (8)
- 第１の透明基板と、第２の透明基板と、
前記第１の透明基板上に設けられ、位置座標を検出する複数の座標電極とを備えた静電容量方式タッチパネルにおいて、
前記第１の透明基板に対向し前記第２の透明基板を配置し、
前記第２の透明基板に前記複数の座標電極と絶縁して浮遊電極を設け、
前記複数の座標電極と浮遊電極との間に気体層と、
間隔厚制御突起パターンとを備え、
前記気体層が弾性変形することにより前記複数の座標電極と前記浮遊電極との距離が変動し、
前記間隔厚制御突起パターンにより前記複数の座標電極と浮遊電極との間隔を制御し、
前記複数の座標電極は、第一の方向に配置された複数の第１の座標電極と、前記第一の方向および前記第一の方向と異なる第二の方向に配置された複数の第２の座標電極とで構成され、
前記複数の第１の座標電極のそれぞれは矩形であり、
前記複数の第２の座標電極はひし形である、
ことを特徴とする静電容量結合方式タッチパネル。 - 請求項１において、
前記第１の透明基板上に設けられ、前記第２の透明基板との周辺部に額縁接着部を設け、前記第１の透明基板と前記第２の透明基板とを離間して形成することを特徴とする静電容量結合方式タッチパネル。 - 請求項２において、
前記浮遊電極は、前記第１の座標電極と第２の座標電極に重なり合う位置に設けられていることを特徴とする静電容量結合方式タッチパネル。 - 請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記間隔厚制御突起パターンは前記第１の透明基板に設けられることを特徴とする静電容量結合方式タッチパネル。 - 第１の透明基板と、第２の透明基板と、
前記第１の透明基板上に設けられ、位置座標を検出する複数の座標電極とを備えた静電容量方式タッチパネルにおいて、
前記複数の座標電極は第１の座標電極と、前記第１の座標電極と絶縁膜を介して設けられた第２の座標電極とで座標検出電極回路層を形成し、
前記第１の透明基板上に設けられ、前記第２の透明基板との周辺部に額縁接着部を設け、前記第１の透明基板と前記第２の透明基板とを離間して形成し、
前記第２の透明基板に前記複数の座標電極とに対向して浮遊電極を設け、
前記複数の座標電極と浮遊電極との間に気体層とを備え、
前記座標検出電極回路層の上面に間隔厚制御突起パターンとを備え、
前記気体層が弾性変形することにより前記複数の座標電極と前記浮遊電極との距離が変動し、
前記間隔厚制御突起パターンにより前記複数の座標電極と浮遊電極との間隔を制御し、
前記複数の座標電極は、第一の方向に配置された複数の第１の座標電極と、前記第一の方向および前記第一の方向と異なる第二の方向に配置された複数の第２の座標電極とで構成され、
前記複数の第１の座標電極のそれぞれは矩形であり、
前記複数の第２の座標電極はひし形である、
ことを特徴とする静電容量結合方式タッチパネル。 - 請求項５において、
前記額縁接着部は熱硬化性または光硬化性の接着剤からなることを特徴とする静電容量結合方式タッチパネル。 - 請求項６において、
前記浮遊電極は、前記第１の座標電極と第２の座標電極に重なり合う位置に設けられていることを特徴とする静電容量結合方式タッチパネル。 - 請求項５乃至７のいずれかにおいて、
前記間隔厚制御突起パターンは感光性材料からなることを特徴とする静電容量結合方式タッチパネル。
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