JP5520633B2 - タッチパネル付表示装置 - Google Patents
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Description
本発明は、タッチパネル付表示装置に関し、より詳しくは静電容量結合方式のタッチパネルを備える表示装置に関する。
表示画面に利用者の指などで接触押圧操作（以下、「タッチ」という。）して情報を入力する画面入力機能をもつ入力装置（以下、「タッチパネル」という。）を備えた表示装置は、ＰＤＡ（Personal Digital Assistance）や携帯端末などのモバイル用電子機器、各種の家電製品、無人受付機等の据置型顧客案内端末等に用いられている。このようなタッチパネルには、タッチされた部分の抵抗値変化を検出する抵抗膜方式、あるいは容量変化を検出する静電容量結合方式、タッチにより遮蔽された部分の光量変化を検出する光センサ方式などがある。
静電容量結合方式は、抵抗膜方式や光センサ方式では透過率が８０％程度と低いのに対し、透過率が約９０％と高く表示画質を低下させない利点がある。また、抵抗膜方式では抵抗膜の機械的接触によりタッチ位置を検知するため、抵抗膜が劣化または破損（クラック）するおそれがあるのに対し、静電容量結合方式では検出用電極が他の電極などと接触するような機械的接触がなく、耐久性の点からも有利である。
特許文献１は、静電容量結合方式のタッチパネルにおいて、縦横二次元マトリクス状に配置した縦方向のＸ電極と、横方向のＹ電極と、パネル平面を覆い、電気的にフローティング状態のＺ電極をもちいて、タッチパネルへのタッチの際のＸ電極−Ｚ電極間の容量と、Ｙ電極−Ｚ電極間の容量の変化から座標を検出することにより、非導電性の入力手段によっても入力することができるタッチパネルについて開示している。
しかしながら、特許文献１のような構成のタッチパネルは、各電極を含む各層は、タッチの際すべて同じように変形するため、容量の変化を検出することは難しい。また、タッチパネルと表示装置を別々に完成させ、結合していることから、組立て工程が複雑化することによる高コスト化、及びタッチパネル式表示装置自体の大型化を招いている。
本発明は、上述の事情に鑑みてされたものであり、非導電性の入力手段によりタッチパネル上へ接触した場合でも、入力座標を検出することが出来ると共に、低コストでコンパクトなタッチパネル付き表示装置を提供することを目的とする。
本発明のタッチパネル付表示装置は、表示面を有する表示パネルと、前記表示パネルの前面側に設けられたタッチパネルと、を備え、前記タッチパネルは、座標検出用電極を有し、前記タッチパネルと前記表示パネルとのいずれか一方のパネルには、前記座標検出用電極よりも前記表示パネル側に、前記表示面の表示領域を覆うように配置された導電膜を有する、ことを特徴とするタッチパネル付表示装置である。
また、本発明のタッチパネル付表示装置においては、前記座標検出用電極は、一方向に伸び、外部から接触される接触面と平行な複数の電極であるＸ電極と、前記Ｘ電極とは異なる層で、前記接触面に垂直な方向に投影した際に前記Ｘ方向に垂直な方向に伸び、前記接触面と平行な複数の電極であるＹ電極と、を備える、とすることができる。
また、本発明のタッチパネル付表示装置においては、前記座標検出用電極と前記表示面との間には、空間が形成されるように配置された複数の非導電性のスペーサを有する、とすることができる。
また、本発明のタッチパネル付表示装置においては、前記一方のパネルは、前記導電膜に接する非導電層と、前記非導電層の、前記導電膜とは反対側の面に配置された透明弾性層と、を更に有し、前記他方のパネルに配置された前記スペーサは、前記接触面における外部からの接触により、前記導電膜及び前記非導電層を介し、前記透明弾性層を変形させる、とすることができる。
また、本発明のタッチパネル付表示装置においては、前記透明弾性層の膜厚は、前記スペーサの高さより大きい、とすることができる。
また、本発明のタッチパネル付表示装置においては、前記透明弾性層は、３つの層を有し、前記３つの層のうち中央に配置される中間層は、前記中間層の両側に配置される他の２つの層より剛性が高い、とすることができる。
また、本発明のタッチパネル付表示装置においては、前記スペーサは、ビーズである、とすることができる。
また、本発明のタッチパネル付表示装置においては、前記スペーサは、前記一方のパネル又は前記他方のパネルに形成された突起である、とすることができる。
また、本発明のタッチパネル付表示装置においては、前記スペーサの設置ピッチは、２０μｍ以上１００００μｍ以下である、とすることができる。
また、本発明のタッチパネル付表示装置においては、前記スペーサは、前記座標検出用電極と前記導電膜との間に設けられている、とすることができる。
また、本発明のタッチパネル付表示装置においては、前記導電膜は、前記タッチパネルに設けられ、前記スペーサは、前記導電膜と前記表示面との間に設けられている、とすることができる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、図面において、同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係るタッチパネル付表示装置１００の機能構成について概略的に示す図である。タッチパネル付表示装置１００は、図１に示されるように、外部からの接触を受ける接触面を有するタッチパネル１２０と、タッチパネル１２０に固定されて配線され、タッチパネル１２０に触れられた際の位置座標の検出に用いられるＸ電極ＸＰ１〜ＸＰ４及びＹ電極ＹＰ１〜ＹＰ４と、Ｘ電極ＸＰ１〜ＸＰ４及びＹ電極ＹＰ１〜ＹＰ４にそれぞれ接続された検出用配線１１１を介して、後述するＺ電極ＺＰを介した各Ｘ電極−Ｙ電極間の容量を検出する容量検出部１０２と、容量検出部１０２から出力された容量値によって変化する容量検出信号１１２が入力され、容量検出信号１１２から各電極の信号成分を求め、各電極の信号成分から入力座標を演算し、インターフェース信号（Ｉ／Ｆ信号）１１４を出力すると共に、容量検出部１０２を制御する検出制御信号１１３を出力する制御演算部１０３と、制御演算部１０３が出力する入力座標であるインターフェース信号（Ｉ／Ｆ信号）１１４を入力とし、表示制御信号１１６を出力するシステム１０４と、表示制御信号１１６を入力とし、表示画像に応じて表示信号１１５を生成し出力する表示制御回路１０５と、表示信号１１５を入力とし、表示信号１１５に応じた画像を出力表示する表示パネル１３０と、により構成される。
図１は、本発明の第１実施形態に係るタッチパネル付表示装置１００の機能構成について概略的に示す図である。タッチパネル付表示装置１００は、図１に示されるように、外部からの接触を受ける接触面を有するタッチパネル１２０と、タッチパネル１２０に固定されて配線され、タッチパネル１２０に触れられた際の位置座標の検出に用いられるＸ電極ＸＰ１〜ＸＰ４及びＹ電極ＹＰ１〜ＹＰ４と、Ｘ電極ＸＰ１〜ＸＰ４及びＹ電極ＹＰ１〜ＹＰ４にそれぞれ接続された検出用配線１１１を介して、後述するＺ電極ＺＰを介した各Ｘ電極−Ｙ電極間の容量を検出する容量検出部１０２と、容量検出部１０２から出力された容量値によって変化する容量検出信号１１２が入力され、容量検出信号１１２から各電極の信号成分を求め、各電極の信号成分から入力座標を演算し、インターフェース信号（Ｉ／Ｆ信号）１１４を出力すると共に、容量検出部１０２を制御する検出制御信号１１３を出力する制御演算部１０３と、制御演算部１０３が出力する入力座標であるインターフェース信号（Ｉ／Ｆ信号）１１４を入力とし、表示制御信号１１６を出力するシステム１０４と、表示制御信号１１６を入力とし、表示画像に応じて表示信号１１５を生成し出力する表示制御回路１０５と、表示信号１１５を入力とし、表示信号１１５に応じた画像を出力表示する表示パネル１３０と、により構成される。
この図１に示されるように、タッチパネル１２０は表示パネル１３０の前面に設置されるため、表示パネル１３０に表示された画像を利用者が見る場合には、表示画像がタッチパネルを透過するように、タッチパネルは透過率が高いことが望ましい。なお、本実施形態では、Ｘ電極を４本（ＸＰ１からＸＰ４）、Ｙ電極を４本（ＹＰ１からＹＰ４）で図示しているが、電極数はこれに限らない。対角４インチ（縦横比は、３対４と仮定）の場合のタッチパネルにおける容量検出用のＸ電極ＸＰ１〜ＸＰ４、Ｙ電極ＹＰ１〜ＹＰ４の配置図を図２に示す。
図２はタッチパネル付表示装置１００のＸ電極ＸＰ１〜ＸＰ４及びＹ電極ＹＰ１〜ＹＰ４の形状について示す図である。Ｘ電極ＸＰ１〜ＸＰ４及びＹ電極ＹＰ１〜ＹＰ４は、タッチパネル１２０内に、それぞれ同じ平面内に形成されている。上述したようにＸ電極ＸＰ１〜ＸＰ４とＹ電極ＹＰ１〜ＹＰ４とは、検出用配線１１１によって容量検出部１０２に接続される。Ｙ電極ＹＰ１〜ＹＰ４はタッチパネル１２０の長手方向である横方向に伸びており、縦方向に４本並べられている。各電極の交差部分は、各電極の交差容量を削減するために電極幅を細くしている（以下、「細線部」という。）。したがって、Ｙ電極ＹＰ１〜ＹＰ４はその延在方向に細線部と、それ以外の電極部分（以下、「パット部」という。）とを交互に配置した形状となる。隣接するＹ電極ＹＰ１〜ＹＰ４の間に、Ｘ電極ＸＰ１〜ＸＰ４を配置する。Ｘ電極ＸＰ１〜ＸＰ４はタッチパネル１２０の縦方向に延びており、横方向に４本並べられる。Ｙ電極ＹＰ１〜ＹＰ４と同様に、Ｘ電極ＸＰ１〜ＸＰ４はその延在方向に細線部とパッド部を交互に配置した形状となる。
Ｘ電極のパッド部の電極形状は、そのＸ電極の縦方向中心線に近いほど面積が大きく、隣接するＸ電極の縦方向中心線に近くなるにつれて面積が小さくなる。例えば、Ｘ電極ＸＰ２とＸ電極ＸＰ３の場合では、Ｘ電極ＸＰ２の縦方向中心線付近ではＸ電極ＸＰ２のパッド部の電極面積が最大となり、Ｘ電極ＸＰ３のパッド部の電極面積は最小となる。一方、Ｘ電極ＸＰ３の縦方向中心線付近ではＸ電極ＸＰ２のパッド部の電極面積が最小となり、Ｘ電極ＸＰ３のパッド部の電極面積が最大となる。
以下の説明において、Ｘ電極ＸＰ１〜ＸＰ４のすべての電極、又はＸ電極ＸＰ１〜ＸＰ４のいずれかの電極を、単に「Ｘ電極ＸＰ」と示し、同様に、Ｙ電極ＹＰ１〜ＹＰ４のすべての電極、又はＹ電極ＹＰ１〜ＹＰ４のいずれかの電極を、単に「Ｙ電極ＹＰ」と示す。
図３は、図２のIII−III線において、タッチパネル付表示装置１００を切断した場合の部分断面図である。なお、この部分断面図では、タッチパネル動作の説明に必要となる層のみ示している。
この部分断面図に示されるように、タッチパネル１２０は、ガラス基板等からなるタッチ基板１２１と、タッチ基板１２１に形成された透明導電膜であるＸ電極ＸＰ１及びＸＰ２と、Ｘ電極ＸＰ１及びＸＰ２を覆うように形成された透明絶縁膜１２２と、透明絶縁膜１２２に形成された透明導電膜であるＹ電極ＹＰ２と、Ｙ電極ＹＰ２を覆うように形成された透明絶縁膜１２３と、透明絶縁膜１２３に形成された複数の非導電性のスペーサ１２４と、により構成されている。
また、表示パネル１３０は、表示装置部１３１と、表示装置部１３１上に形成された透明弾性層１３２と、後述するＺ電極ＺＰを支持する非導電層１３３と、表示領域全体を覆うように形成された透明電極であるＺ電極ＺＰと、により構成されている。タッチパネル１２０と表示パネル１３０とは、Ｚ電極ＺＰと、スペーサ１２４が形成された透明絶縁膜１２３とが、空気層１２５を介して対向するように設置されている。
次に、タッチパネル１２０の各層について、詳細に説明する。タッチ基板１２１の材質、厚さなどは特に限定するものではなく、その用途目的に応じてバリウムホウケイ酸ガラス、ソーダガラスなどの無機ガラス、化学強化ガラスを選択することができ、タッチ基板１０１の板厚は３００μｍ以下とすることが好ましい。また、板厚５００μｍ程度のガラスを使用して、各層を積層形成し、表示装置と組み合わせてから、研磨砥粒、研磨布を用いた両面研磨や片面研磨法等の機械研磨法でタッチ基板１２１の板厚を３００μｍにすることもできる。さらに、弗酸をベースとするエッチング液を用い、さらに浸漬してタッチ基板１２１の板厚を３００μｍにすることもできる。タッチ基板１２１は、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの樹脂フィルム等の中から選ぶこともでき、フィルム厚は必要に応じて適宜選択することができる。
また、Ｘ電極ＸＰ及びＹ電極ＹＰに使用する電極は透明導電膜であり、導電性を有する薄膜であれば特に限定するものではなく、従来のＩＴＯ（酸化インジウム錫）、ＡＴＯ（酸化アンチモン錫）、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛）等を使用することができる。透明導電膜（厚さ５０〜２００Å）は、表面抵抗が５００〜２０００Ωになるように、スパッタリング法により成膜、次にレジスト材料を塗布し、露光、現像プロセスによりパターニングする。このときレジスト材料としてはポジ型、ネガ型どちらでもよく、アルカリ現像タイプが容易に形成できる。その後、ＩＴＯをエッチングによりパターン形成する。このときのエッチング液は臭化水素酸水溶液等を選択すればよい。
タッチ基板１２１に近い箇所にＸ電極ＸＰを形成し、次にＸ電極ＸＰとＹ電極ＹＰを絶縁するための透明絶縁膜１２２を形成する。その次に、Ｙ電極ＹＰを形成する。ここで、Ｘ電極ＸＰとＹ電極ＹＰの順番を入れ換えても良い。Ｙ電極ＹＰの次には透明絶縁膜１２３を配置し、表示パネル１３０のＺ電極ＺＰとの絶縁性を確保する。透明絶縁膜１２２、透明絶縁膜１２３としては、膜厚は絶縁膜材料の誘電率を考慮すれば各種選択できるが、比誘電率２〜４で調整するのが容易であり、膜厚は１〜２０μｍで形成することができる。絶縁膜層の材料としては、ＵＶ（紫外線）硬化型樹脂材料やアルカリ現像可能なネガまたはポジ型の絶縁膜材料、加熱で硬化する熱硬化型樹脂材料を用いることができるが、アルカリ現像タイプが容易に形成できる。
スペーサ１２４は、光硬化性の樹脂材料からなり、ドット状の柱状スペーサを使用することができる。スクリーン印刷等により、２０μｍ以上、１００００μｍ以下の間隔で形成するのが好ましい。スペーサの形状は円形、四角形等、自由に選択でき、径は５〜１００μｍの範囲で選択でき、２０〜５０μｍが好ましい。
次に、表示パネル１３０の各層について、詳細に説明する。表示装置部１３１は、平面表示装置であれば特に制限するものではなく、例えば、液晶表示装置、有機ＥＬ（Electro Luminescence）表示装置、及びプラズマ表示装置等が使用でき、通常使用する形態で、表示装置表面に透明弾性層１３２が接着して使用することができる。
透明弾性層１３２は、図４に示されるように、硬さと粘着力の異なる３層構造、すなわち表示装置部１３１側から順に、低硬度透明弾性層１５１、高硬度透明弾性層１５２、及び低硬度透明弾性層１５３で形成される。低硬度透明弾性層１５１及び１５３はこれと隣接する層との接着力を保ち、大きな荷重（例えば樹脂ペンで１０ニュートン以上）の大きな荷重で繰返し押圧を加えた場合にも塑性変形や接着ずれしない層である。一方、高硬度透明弾性層１５２に接着力は特に必要なく、弾性が備わり、大きな荷重で繰返し押圧を加えた場合にも塑性変形しない層である。
低硬度透明弾性層１５１及び１５３は、弾性を有するゴム状で粘着力を有する材料であれば特に制限するものではないが、大きな荷重で繰返し押圧を加えた場合にも塑性変形しない材料が好ましい。本発明では、アクリル系粘着材、酢酸ビニル系粘着材、ウレタン系粘着材、エポキシ樹脂、塩化ビニリデン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、合成ゴム系粘着材、シリコーン系樹脂が挙げられ、この中でも透明性の高いアクリル系粘着材およびシリコーン系樹脂が好ましい。アクリル系粘着材は（メタ）アクリル酸アルキルエステル、（メタ）アクリル酸、（メタ）アクリル酸ヒドロキシアルキルなどの１種あるいは２種以上の混合物を溶液重合法、乳化重合法、塊状重合法、懸濁重合法、ＵＶ重合法などの公知の重合法で重合して得られるアクリル系重合体に、必要に応じて粘着付与剤、充填剤等の添加剤を添加することにより得られる。（メタ）アクリル酸アルキルエステルの具体例としては、（メタ）アクリル酸ブチル、（メタ）アクリル酸イソブチル、（メタ）アクリル酸へキシル、（メタ）アクリル酸２−エチルヘキシル、（メタ）アクリル酸イソオクチル、（メタ）アクリル酸イソノニル、（メタ）アクリル酸アリル、（メタ）アクリル酸ラウリル、（メタ）アクリル酸ステアリル等が挙げられる。
高硬度透明弾性層１５２は、弾性を有するゴム状の材料であれば特に制限するものではないが、大きな荷重で繰返し押圧を加えた場合にも塑性変形しない材料が好ましい。例えば、ブチルゴム、フッ素ゴム、エチレン-プロピレン-ジエン共重合ゴム（ＥＰＤＭ）、アクリルニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、スチレン-ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム、シリコーンゴム、ポリウレタンゴム、ポリノルボルネンゴム、スチレン−ブタジエン−スチレンゴム、エピクロロヒドリンゴム、ＮＢＲの水素化物、多硫化ゴム、ウレタンゴム等のゴムを単独であるいは２種類以上を混合して用いることができる。また、低硬度透明弾性層１５１及び１５３と同様に、アクリル系粘着材、酢酸ビニル系粘着材、ウレタン系粘着材、エポキシ樹脂、塩化ビニリデン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、合成ゴム系粘着材、シリコーン系樹脂を使用することもでき、この中でも透明性の高いアクリル系粘着材およびシリコーン系樹脂が好ましく、低硬度透明弾性層１５１及び１５３よりも重合度を高くし、硬くして形成する。
透明弾性層１３２の層厚は、高荷重で押圧を加えた場合の変形量を小さくして、隣接する層とのズレを抑制するため、２００μｍ以下で、スペーサの高さより厚くすることが好ましい。低硬度透明弾性層１５１及び１５３、高硬度透明弾性層１５２のそれぞれの層厚は、５〜１００μｍの範囲で選択できるが、それぞれ４０μｍ以下として、透明弾性層１３２の層厚を約１００μｍとすることが好ましい。
非導電層１３３は、可視光透過率から、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの透明な樹脂フィルム等のようなものの中から選ぶことが好ましい。タッチして押圧が加わったときに透明弾性層１３２の弾性を抑制せず、非導電層１３３がスペーサ１２４の形状に沿って変形する必要があるため、非導電層１３３は１００μｍ以下が好ましい。
Ｚ電極ＺＰは、透明導電膜であり、導電性を有する薄膜であれば特に限定するものではなく、この薄膜を形成する基材として非導電層１３３に対して、従来のＩＴＯ（酸化インジウム錫）、ＡＴＯ（酸化アンチモン錫）、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛）等を使用することができる。透明導電膜は、表面抵抗が５００〜２０００Ωになるように、スパッタリング法により成膜、次にレジスト材料を塗布し、露光、現像プロセスによりＸ電極ＸＰ、Ｙ電極ＹＰに対応した形状にパターニングする。このときレジスト材料としてはポジ型、ネガ型どちらでもよく、アルカリ現像タイプが容易に形成できる。その後、ＩＴＯをエッチングによりパターン形成する。このときのエッチング液は臭化水素酸水溶液等を選択すればよい。また、表面抵抗を１００００〜１０００００００ΩになるようにＺ電極ＺＰを形成するとパターニングは不要となり、従来のＩＴＯ（酸化インジウム錫）、ＡＴＯ（酸化アンチモン錫）、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛）等の微粒子を透明樹脂に分散させた薄膜のほか、導電性を有する微粒子として、例えばニッケル、金、銀、銅などの金属微粒子のほか、絶縁性の無機微粒子や樹脂微粒子に金属メッキを施したものを樹脂中に分散させたもの等が使用できる。また、Ａｌ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、（Ｉｎ２Ｏ３・ＳｎＯ２）、ＨｆＯ２、Ｌａ２Ｏ３、ＭｇＦ２、Ｓｂ２Ｏ５、（Ｓｂ２Ｏ５・ＳｎＯ２）、ＳｉＯ２、ＳｎＯ２、ＴｉＯ２、Ｙ２Ｏ３、ＺｎＯおよびＺｒＯ２からなる群から少なくとも１種の金属酸化物、または金属フッ化物からなる微粒子も透明樹脂中に分散することで使用できる。また、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリエチレンジオキシチオフェン、ポリピロール、ポリイソチアナフテン、ポリイソナフトチオフェン等の有機導電性材料を塗布して使用することもできる。また、Ｚ電極ＺＰは光屈折率や光反射による光の吸収や散乱が少ないものが好ましく、適宜選択する事が好ましい。
図５は、タッチパネル付表示装置１００におけるタッチ操作時の容量変化について、説明するための模式図である。タッチ操作の入力手段である入力ペン１９０は、非導電性であり、タッチ時の押圧によりＸ電極ＸＰ１とＺ電極ＺＰとの距離、及びＹ電極ＹＰ２とＺ電極ＺＰとの距離が変化することにより、容量が変化する。また、指などの導電性の入力手段でも押圧によるＸ電極ＸＰ１とＺ電極ＺＰとの距離、およびＹ電極ＹＰ２とＺ電極ＺＰとの距離が変化すれば同様である。
隣接するＸ電極ＸＰ１とＹ電極ＹＰ２間の容量は、絶縁膜を介したＸ電極ＸＰ１とＹ電極ＹＰ２間の容量（図示せず）、Ｘ電極ＸＰ１とＺ電極ＺＰ間の容量、およびＹ電極ＹＰ２とＺ電極ＺＰ間の容量がそれぞれ形成する平行平板容量などの合成容量に相当する。ここで、タッチ操作が無い場合のＸ電極ＸＰ１とＺ電極間の容量をＣｚｘ、Ｙ電極ＹＰ２とＺ電極間の容量をＣｚｙとし、図５のようにタッチ時の押圧によりＺ電極ＺＰが押し下げられたときのＸ電極ＸＰ１とＺ電極ＺＰ間の容量をＣｚｘａ、Ｙ電極ＹＰ２とＺ電極ＺＰ間の容量をＣｚｙａとすると、Ｘ電極ＸＰ１とＺ電極ＺＰとの距離、及びＹ電極ＹＰとＺ電極ＺＰとの距離は共に短くなる為、その平行平板容量は大きくなり、次の関係式を満たす。
Ｚ電極ＺＰは電気的にフローティングであるため、図５のタッチ操作有の状態では、合成容量は図６に示すような直列容量と考えられる。したがって、タッチ操作の有無で生じる隣接するＸ電極とＹ電極間の容量変化ΔＣは、式（３）で表される。
容量検出部１０２は、各電極の容量又は容量変化ΔＣを検出する。制御演算部１０３は、容量検出部１０２で得られる各電極の容量又は容量変化ΔＣなどを信号成分として、タッチ操作時の座標を計算する。以上のことから、非導電性の入力手段であっても、押圧によりＸ電極ＸＰとＺ電極ＺＰ、およびＹ電極ＹＰとＺ電極ＺＰの距離が変化することで静電容量変化により入力座標を検知することが可能となる。
図７は、タッチパネル付表示装置１００の表示領域の端付近の断面図である。通常、表示装置部１３１の最表面は表示領域１３９内、または表示領域１３９より広く偏光フィルムが形成されている。この偏光フィルムと同じ程度の平面方向寸法を有する大きさで、透明弾性層１３２、非導電層１３３及びＺ電極ＺＰを順次積層して形成する。表示装置部１３１の表示領域１３９の周囲（偏光フィルが貼られていない部分）に固定シール１２７を形成し、タッチパネル１２０を固定シール１２７を介して額縁状に接着固定する。また、このとき偏光フィルム面と固定シール１２７の接着性が確保されれば、偏光フィルム上に固定シール１２７を形成しても良い。
固定シール１２７は、必要なギャップに対応する微粒子等を一定量含有した樹脂材料が使用でき、シリコーン樹脂、ウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂等が挙げられる。この固定シール１２７の硬化には紫外線、熱、これらの併用することが可能であるが、表示装置部１３１の耐熱性や非導電性のスペーサ１２４、導電性の導電層であるＺ電極ＺＰ、Ｚ電極ＺＰを支持する非導電層１３３、透明弾性層１３２等の劣化を抑えるため、紫外線硬化型の樹脂が好ましい。固定シール１２７の接着固定用樹脂材料の塗布方法は、樹脂材料を均一に額縁状に塗布することができる方法であれば特に限定されるものではなく、ディスペンサー塗布、スクリーン印刷塗布等の方法を用いることができる。塗布の幅は、必要な耐久性に応じて選択できるが、５００μｍ〜２０００μｍが好ましい。
また、固定シール１２７は、必要なギャップに対応する粘着シートも使用でき、粘着性を有するシート型の粘着材料としては、アクリル系粘着材、酢酸ビニル系粘着材、ウレタン系粘着材、エポキシ樹脂、塩化ビニリデン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、合成ゴム系粘着材、シリコーン系樹脂が挙げられる。粘着固定時の取り扱い易さから、基材としてポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のフィルムを使用した両面粘着フィルムが好ましく、粘着フィルムの幅は、必要な耐久性に応じて選択できるが、５００μｍ〜３０００μｍが好ましい。
したがって、本発明の実施形態によれば、非導電性の入力手段によりタッチパネル上へ接触した場合でも、容量検出用のＸ電極やＹ電極と、Ｚ電極との距離が変化することで容量変化を発生できるため、静電容量結合方式として入力座標を検出することが出来る。
また、タッチパネルの機能の部品の１つとして表示装置部１３１の基板を利用しているため、タッチパネル専用の基板が１枚不要となり、表示装置からの光の透過率を向上させることができると共に、表示装置部１３１にタッチパネルの基板を接着剤や両面粘着フィルム等で接着固定する必要がなく、製造工程及び部品点数の削減により低コストなタッチパネル付き表示装置とすることができる。
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態におけるタッチパネル付表示装置２００は、タッチパネル２２０と表示パネル２３０とを備え、その他の構成は、図１に示した第１実施形態におけるタッチパネル付表示装置１００と同様である。
本発明の第２実施形態におけるタッチパネル付表示装置２００は、タッチパネル２２０と表示パネル２３０とを備え、その他の構成は、図１に示した第１実施形態におけるタッチパネル付表示装置１００と同様である。
図８は、タッチパネル２２０と表示パネル２３０の構成について、図３と同じ視野で示す断面図である。図８に示されるように、タッチパネル２２０は、第１実施形態のタッチパネル１２０と同様に、ガラス基板等からなるタッチ基板２２１と、タッチ基板２２１に形成された透明導電膜であるＸ電極ＸＰ１及びＸＰ２と、Ｘ電極ＸＰ１及びＸＰ２を覆うように形成された透明絶縁膜２２２と、透明絶縁膜２２２に形成された透明導電膜であるＹ電極ＹＰ２と、Ｙ電極ＹＰ２を覆うように形成された透明絶縁膜２２３と、透明絶縁膜２２３に形成された複数の非導電性のスペーサ２２４と、により構成されている。
また、表示パネル２３０は、表示装置部２３１と、表示装置部２３１上に形成された透明弾性層２３２と、後述するＺ電極ＺＰを支持する非導電層２３３と、表示領域全体を覆うように形成された透明電極であるＺ電極ＺＰと、により構成されている。タッチ基板２２１と表示パネル２３０とは、Ｚ電極ＺＰと透明絶縁膜２２３とが、スペーサ２２４によって形成される空気層２２５を介して対向するように設置されている。
スペーサ２２４を除く各層を構成する材料および特性は第１実施形態と同様であり、説明を省略する。スペーサ２２４は、粒径がそろったポリマービーズ、ガラスビーズ等を適宜散布して形成する。透明絶縁膜２２３とＺ電極ＺＰの間隔を規定するビーズの粒径は５〜１００μｍの範囲で選択でき、２０〜５０μｍが好ましい。散布するビーズの密度は２０μｍ以上、１００００μｍ以下の間隔で散布するのが好ましい。
図９は、タッチパネル付表示装置２００におけるタッチ操作時の容量変化について、説明するための模式図である。第１実施形態のタッチパネル付表示装置１００と同様に、タッチ操作の入力手段である入力ペン１９０は、非導電性であり、タッチ時の押圧によりＸ電極ＸＰとＺ電極ＺＰとの距離、及びＹ電極ＹＰとＺ電極ＺＰとの距離が変化することにより、容量が変化する。また、導電性の入力手段（指など）でも押圧により、Ｘ電極ＸＰとＺ電極ＺＰとの距離、及びＹ電極ＹＰとＺ電極ＺＰとの距離が変化すれば同様である。
タッチパネル付表示装置２００におけるタッチ操作時においても、本発明の第１実施形態にて説明した図５と同様に、Ｘ電極ＸＰとＺ電極ＺＰとの距離、及びＹ電極ＹＰとＺ電極ＺＰとの距離が短くなるため、このときの容量変化ΔＣは上述した式（３）と同様に表される。容量検出部１０２は、各電極の容量又は式（３）で表されるような容量変化ΔＣを検出する。制御演算部１０３は、容量検出部で得られる各電極の容量又は容量変化ΔＣなどを信号成分として、タッチ操作時の座標を計算する。
したがって、本発明の実施形態によれば、第１実施形態と同様に、非導電性の入力手段によりタッチパネル上へ接触した場合でも、容量検出用のＸ電極やＹ電極と、Ｚ電極との距離が変化することで容量変化を発生できるため、静電容量結合方式として入力座標を検出することが出来る。
また、タッチパネルの機能の部品の１つとして表示装置部１３１の基板を利用しているため、タッチパネル専用の基板が１枚不要となり、表示装置からの光の透過率を向上させることができると共に、表示装置部１３１にタッチパネルの基板を接着剤や両面粘着フィルム等で接着固定する必要がなく、製造工程及び部品点数の削減により低コストでコンパクトなタッチパネル付き表示装置とすることができる。
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態におけるタッチパネル付表示装置３００は、タッチパネル３２０と表示パネル３３０とを備え、その他の構成は、図１に示した第１実施形態におけるタッチパネル付表示装置１００と同様である。
本発明の第３実施形態におけるタッチパネル付表示装置３００は、タッチパネル３２０と表示パネル３３０とを備え、その他の構成は、図１に示した第１実施形態におけるタッチパネル付表示装置１００と同様である。
図１０は、タッチパネル３２０と表示パネル３３０の構成について、図３と同じ視野で示す断面図である。
図１０に示されるように、タッチパネル３２０は、ガラス基板等からなるタッチ基板３２１と、タッチ基板３２１に形成された透明導電膜であるＸ電極ＸＰ１及びＸＰ２と、Ｘ電極ＸＰ１及びＸＰ２を覆うように形成された透明絶縁膜３２２と、透明絶縁膜３２２に形成された透明導電膜であるＹ電極ＹＰ２と、Ｙ電極ＹＰ２を覆うように形成された透明絶縁膜３２３と、透明弾性層３２７と、Ｚ電極ＺＰを支持する非導電層３２８と、表示領域全体を覆うように形成された透明電極であるＺ電極ＺＰと、により構成されている。
表示パネル３３０は、表示装置部３３１と、表示装置部３３１上に形成されたスペーサ３３４により構成されている。タッチパネル３２０と表示パネル３３０とは、Ｚ電極ＺＰと表示パネル３３０とが、スペーサ３３４によって形成される空気層３２５を介して対向するように設置されている。
スペーサ３３４を除く各層を構成する材料および特性は第１実施形態と同様であり、説明を省略する。スペーサ３３４は、光硬化性の樹脂材料からなり、ドット状の柱状スペーサを使用することができる。スクリーン印刷等により、２０μｍ以上、１００００μｍ以下の間隔で形成するのが好ましい。スペーサ３３４の形状は円形、四角形等、自由に選択でき、径は５〜１００μｍの範囲で選択でき、２０〜５０μｍが好ましい。
図１１は、タッチパネル付表示装置３００におけるタッチ操作時の容量変化について、説明するための模式図である。第１実施形態のタッチパネル付表示装置１００と同様に、タッチ操作の入力手段である入力ペン１９０は、非導電性であり、タッチ時の押圧によりＸ電極ＸＰとＺ電極ＺＰとの距離、及びＹ電極ＹＰとＺ電極ＺＰとの距離が変化することにより、容量が変化する。また、導電性の入力手段（指など）でも押圧により、Ｘ電極ＸＰとＺ電極ＺＰ及びＹ電極ＹＰとＺ電極ＺＰの距離が変化すれば同様である。
タッチパネル付表示装置３００におけるタッチ操作時においても、本発明の第１実施形態にて説明した図５と同様に、Ｘ電極ＸＰとＺ電極ＺＰとの距離、及びＹ電極ＹＰとＺ電極ＺＰとの距離が短くなるため、このときの容量変化ΔＣは上述した式（３）と同様に表される。容量検出部１０２は、各電極の容量又は式（３）で表されるような容量変化ΔＣを検出する。制御演算部１０３は、容量検出部で得られる各電極の容量又は容量変化ΔＣなどを信号成分として、タッチ操作時の座標を計算する。
したがって、本発明の実施形態によれば、第１実施形態と同様に、非導電性の入力手段によりタッチパネル上へ接触した場合でも、容量検出用のＸ電極やＹ電極と、Ｚ電極との距離が変化することで容量変化を発生できるため、静電容量結合方式として入力座標を検出することが出来る。
また、タッチパネルの機能の部品の１つとして表示装置部１３１の基板を利用しているため、タッチパネル専用の基板が１枚不要となり、表示装置からの光の透過率を向上させることができると共に、表示装置部１３１にタッチパネルの基板を接着剤や両面粘着フィルム等で接着固定する必要がなく、製造工程及び部品点数の削減により低コストでコンパクトなタッチパネル付き表示装置とすることができる。
［第４実施形態］
本発明の第４実施形態におけるタッチパネル付表示装置４００は、タッチパネル４２０と表示パネル４３０とを備え、その他の構成は、図１に示した第１実施形態におけるタッチパネル付表示装置１００と同様である。
本発明の第４実施形態におけるタッチパネル付表示装置４００は、タッチパネル４２０と表示パネル４３０とを備え、その他の構成は、図１に示した第１実施形態におけるタッチパネル付表示装置１００と同様である。
図１２は、タッチパネル４２０と表示パネル４３０の構成について、図３と同じ視野で示す断面図である。
図１２に示されるように、タッチパネル４２０は、ガラス基板等からなるタッチ基板４２１と、透明導電膜であるＸ電極ＸＰ１及びＸＰ２と、Ｘ電極ＸＰ１及びＸＰ２を覆うように形成された透明絶縁膜４２２と、透明絶縁膜４２２に形成された透明導電膜であるＹ電極ＹＰ２と、Ｙ電極ＹＰ２を覆うように形成された透明絶縁膜４２３と、透明絶縁膜４２３に形成された透明弾性層４２７と、透明弾性層４２７に形成され、Ｚ電極ＺＰを支持する非導電層４２８と、非導電層４２８に表示領域全体を覆うように形成された透明電極であるＺ電極ＺＰと、により構成されている。
表示パネル４３０は、表示装置部４３１と、表示装置部４３１上に形成されたスペーサ４３４とにより構成されている。タッチパネル４２０と表示パネル４３０とは、Ｚ電極ＺＰと表示装置部４３１とが、スペーサ４３４によって形成される空気層４２５を介して対向するように設置されている。スペーサ４３４を除く各層を構成する材料および特性は第１実施形態と同様であり、説明を省略する。
スペーサ４３４は、粒径がそろったポリマービーズ、ガラスビーズ等を適宜散布して形成する。表示装置部４３１とＺ電極ＺＰとの間隔を規定するビーズの粒径は５〜１００μｍの範囲で選択でき、２０〜５０μｍが好ましい。散布するビーズの密度は２０μｍ以上、１００００μｍ以下の間隔で散布するのが好ましい。
図１３は、タッチパネル付表示装置４００におけるタッチ操作時の容量変化について、説明するための模式図である。第１実施形態のタッチパネル付表示装置１００と同様に、タッチ操作の入力手段である入力ペン１９０は、非導電性であり、タッチ時の押圧によりＸ電極ＸＰとＺ電極ＺＰとの距離、及びＹ電極ＹＰとＺ電極ＺＰとの距離が変化することにより、容量が変化する。また、導電性の入力手段（指など）でも押圧により、Ｘ電極ＸＰとＺ電極ＺＰとの距離、及びＹ電極ＹＰとＺ電極ＺＰとの距離が変化すれば同様である。
タッチパネル付表示装置４００におけるタッチ操作時においても、本発明の第１実施形態にて説明した図５と同様に、Ｘ電極ＸＰとＺ電極ＺＰとの距離、及びＹ電極ＹＰとＺ電極ＺＰとの距離が短くなる。よって、このときの容量変化ΔＣは式（３）と同様に表される。容量検出部１０２は、各電極の容量又は式（３）で表されるような容量変化ΔＣを検出する。制御演算部１０３は、容量検出部で得られる各電極の容量又は容量変化ΔＣなどを信号成分として、タッチ操作時の座標を計算する。
したがって、本発明の実施形態によれば、第１実施形態と同様に、非導電性の入力手段によりタッチパネル上へ接触した場合でも、容量検出用のＸ電極やＹ電極と、Ｚ電極との距離が変化することで容量変化を発生できるため、静電容量結合方式として入力座標を検出することが出来る。
また、タッチパネルの機能の部品の１つとして表示装置部１３１の基板を利用しているため、タッチパネル専用の基板が１枚不要となり、表示装置からの光の透過率を向上させることができると共に、表示装置部１３１にタッチパネルの基板を接着剤や両面粘着フィルム等で接着固定する必要がなく、製造工程及び部品点数の削減により低コストでコンパクトなタッチパネル付き表示装置とすることができる。
１００ タッチパネル付表示装置、１０１ タッチ基板、１０２ 容量検出部、１０３ 制御演算部、１０４ システム、１０５ 表示制御回路、１１１ 検出用配線、１１２ 容量検出信号、１１３ 検出制御信号、１１４ インターフェース信号、１１５ 表示信号、１１６ 表示制御信号、１２０ タッチパネル、１２１ タッチ基板、１２２ 透明絶縁膜、１２３ 透明絶縁膜、１２４ スペーサ、１２５ 空気層、１２７ 固定シール、１３０ 表示パネル、１３１ 表示装置部、１３２ 透明弾性層、１３３ 非導電層、１３９ 表示領域、１５１ 低硬度透明弾性層、１５２ 高硬度透明弾性層、１５３ 低硬度透明弾性層、１９０ 入力ペン、２００ タッチパネル付表示装置、２２０ タッチパネル、２２１ タッチ基板、２２２ 透明絶縁膜、２２３ 透明絶縁膜、２２４ スペーサ、２２５ 空気層、２３０ 表示パネル、２３１ 表示装置部、２３２ 透明弾性層、２３３ 非導電層、３００ タッチパネル付表示装置、３２０ タッチパネル、３２１ タッチ基板、３２２ 透明絶縁膜、３２３ 透明絶縁膜、３２５ 空気層、３２７ 透明弾性層、３２８ 非導電層、３３０ 表示パネル、３３１ 表示装置部、３３４ スペーサ、４００ タッチパネル付表示装置、４２０ タッチパネル、４２１ タッチ基板、４２２ 透明絶縁膜、４２３ 透明絶縁膜、４２５ 空気層、４２７ 透明弾性層、４２８ 非導電層、４３０ 表示パネル、４３１ 表示装置部、４３４ スペーサ。
Claims (9)
- 表示面を有する表示パネルと、
前記表示パネルの前面側に設けられたタッチパネルと、を備え、
前記タッチパネルは、座標検出用電極を有し、
前記タッチパネルと前記表示パネルとのいずれか一方のパネルには、前記座標検出用電極よりも前記表示パネル側に、前記表示面の表示領域を覆うように配置された導電膜を有し、
前記座標検出用電極と前記表示面との間には、空間が形成されるように配置された複数の非導電性のスペーサを有し、
前記一方のパネルは、
前記導電膜に接する非導電層と、
前記非導電層の、前記導電膜とは反対側の面に配置された透明弾性層と、を更に有し、
前記他方のパネルに配置された前記スペーサは、前記接触面における外部からの接触により、前記導電膜及び前記非導電層を介し、前記透明弾性層を変形させる、ことを特徴とするタッチパネル付表示装置。 - 前記座標検出用電極は、
一方向に伸び、外部から接触される接触面と平行な複数の電極であるＸ電極と、
前記Ｘ電極とは異なる層で、前記接触面に垂直な方向に投影した際に前記Ｘ方向に垂直な方向に伸び、前記接触面と平行な複数の電極であるＹ電極と、を備える、ことを特徴とする請求項１に記載のタッチパネル付表示装置。 - 前記透明弾性層の膜厚は、前記スペーサの高さより大きい、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のタッチパネル付表示装置。
- 前記透明弾性層は、３つの層を有し、
前記３つの層のうち中央に配置される中間層は、前記中間層の両側に配置される他の２つの層より剛性が高い、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のタッチパネル付表示装置。 - 前記スペーサは、ビーズである、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のタッチパネル付表示装置。
- 前記スペーサは、前記一方のパネル又は前記他方のパネルに形成された突起である、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のタッチパネル付表示装置。
- 前記スペーサの設置ピッチは、２０μｍ以上１００００μｍ以下である、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のタッチパネル付表示装置。
- 請求項１乃至７のいずれか一項に記載のタッチパネル付表示装置において、
前記スペーサは、前記座標検出用電極と前記導電膜との間に設けられていることを特徴とするタッチパネル付表示装置。 - 請求項１乃至８のいずれか一項に記載のタッチパネル付表示装置において、
前記導電膜は、前記タッチパネルに設けられ、
前記スペーサは、前記導電膜と前記表示面との間に設けられていることを特徴とするタッチパネル付表示装置。
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