JP6005985B2 - タッチパネル - Google Patents

Description

本発明は、タッチパネルに関する。

携帯電話やスマートフォンやＰＤＡ（パーソナルデジタルアシスタント）等の電子機器では、画面の大型化への要求が大きく、スイッチやテンキー等の入力装置を配置できる領域が少なくなっている。また、液晶ディスプレイ等の表示素子に表示された画像を参照しながら表示画像に触れ、分かりやすく情報の入力ができる情報入力方法の実現が求められている。
こうしたことから、近年、タッチパネルと表示素子とを組み合わせて構成されたタッチパネル付きの表示装置への要求が高まっている。

タッチパネルは、上述した液晶ディスプレイ等の表示素子の上に配置され、操作者が指やペン等で操作面に触れた場合、そのタッチ位置を検出する入力装置の総称である。タッチ位置検出の方式としては、抵抗膜方式や静電容量方式等がある。
抵抗膜方式は、表面に透明電極の配設された２枚の基板を、互いの透明電極が対向するように離間して配置する。そして、指やペンで基板を押下することで接触し通電する構造となっている。抵抗膜方式タッチパネルでは、基板を押して対向する電極間をショートさせる構造のため、摩耗などを生じて耐久性に乏しい。

静電容量方式は、操作者の指先とタッチパネル内の電極との間の静電容量の変化を検知して指先のタッチ位置を検出する方式である。携帯電子機器等に好適な方式とされる。この方式において最近盛んに用いられているのが、投影型静電容量方式である。
投影型静電容量方式は、人間が導体であり、操作者の指がグランドとして機能することを利用する。すなわち、タッチパネルの基板上に配置されたセンシング用の電極に指が近づくと、指先と電極との間に容量が形成される。タッチパネルでは、そうした変化を制御回路等により検知する。このとき、容量変化を検知する方式であるため、直接に操作者の指先がセンシング用の電極に触れないタッチ操作の場合でも、指先の接近を感知することができる。

このような投影型静電容量方式では、タッチ位置検出のため、センシング用の電極のパターニングが必要となる。そして、特許文献１に示されるように、透明基板の一方の面に、Ｘ方向に伸びたＸ電極とＹ方向に伸びたＹ電極とを設け、それらを格子状に配置する技術が知られている。

図７は、従来の投影型静電容量方式のタッチパネルの構造を模式的に説明する平面図である。
そして、図８は、従来の投影型静電容量方式のタッチパネルの断面構造を模式的に説明する図である。

図８では、図７に示す従来の投影型静電容量方式のタッチパネル５００のＸ電極５０２とＹ電極５０３とが交差する部分を拡大して示している。

図７および図８に示すように、従来の投影型静電容量方式のタッチパネル５００は、ガラス等の透明基板５０１上に、複数のＸ電極５０２と複数のＹ電極５０３とを配置して構成される。このとき、Ｘ電極５０２とＹ電極５０３は、絶縁膜５０４（図７中には、図示されない。）を介し、互いに絶縁して配置される。
その結果、図８に示すように、絶縁膜５０４を挟んでＸ電極５０２とＹ電極５０３とが重畳する交差部分に容量５０５が形成される。そして、操作者の指等がタッチ操作した時の容量変化を電位の変化として検知し、その接触位置を検出する。

投影型静電容量方式では、上述のように、タッチパネルを構成するガラス基板上において、異なる電極同士を交差させて配置する必要がある。
このような場合における電極間の接続構造に関して、例えば、特許文献２には、静電容量型入力装置（タッチパネル）の構成例として、透光性基板の一方の面に第１の透光性電極パターンと、第２の透光性電極パターンとが形成された例が開示されている。そして、特許文献２に記載のタッチパネルは、交差部分で途切れている第２の透光性電極パターンが、層間絶縁膜の上層に形成された中継電極によって電気的に接続される構成を有している。

特開昭６０−７５９２７号公報 特開２００８−３１０５５０号公報

投影型静電容量方式タッチパネルには、指先等の接触を検出する方式として、自己容量型と相互容量型の２つの方式がある。
自己容量型ではＸ電極全体またはＹ電極全体の容量変化を検知する。そのため、指先等による接触点が複数ある場合、接触位置の検出結果に誤差が生じやすい。

一方、相互容量型では、Ｘ電極とＹ電極との交差部分毎の容量変化の検知が可能である。したがって、上述のような誤差は発生せず、多数カ所の同時タッチ操作に対しても、各々正確な位置検出が可能となる。すなわち、より高精度のタッチパネルの提供が可能となる。

相互容量型の投影型静電容量方式タッチパネルを用い、指先等のタッチ操作の検出を行う場合、Ｘ電極とＹ電極のうち一方に一定電圧の検出信号を印加して定電圧とし、読み取りのための読取配線（以下、センス線とも言う）として使用する。そして、他方を用い、線順次でパルス状の駆動信号を印加する駆動線（以下、ドライブ線とも言う）として使用する。このとき、指先等によるタッチ操作の有無は、Ｘ電極とＹ電極との各交差部で生じる容量カップリングによる微分波形を読み取って行う。そのため、Ｘ電極とＹ電極との間には電位差を設ける必要がある。

ここで、投影型静電容量方式タッチパネルでは、タッチ操作の検出感度を高める等の目的で、ドライブ線およびセンス線の低抵抗化が求められ、併せて、長期間の使用に耐える信頼性の向上が求められている。したがって、それらの要求に対応するよう、Ｘ電極とＹ電極において、その一部が互いに異なる導電性材料で構成される場合がある。
特に、上述の特許文献２に記載された中継電極を有する構造のタッチパネルは、中継電極を他の電極部分と異なる導電性の材料を用いて形成し、中継電極の低抵抗化と高信頼化の両立を図ることがある。その場合にタッチパネルは、Ｘ電極とＹ電極の交差部において、中継電極と、Ｘ電極またはＹ電極とが異なる材料から構成されることになる。

例えば、Ｙ電極がＸ電極との交差部分で途切れて形成され、層間絶縁膜等を介してＸ電極に重畳する中継電極を用いてその交差部分で接続されるように構成される場合、中継電極はＸ電極と異なる材料から構成されることがある。そうした構造のタッチパネルでは、タッチ操作検出のためにＸ電極とＹ電極との間に設けられた電位差により、交差部分のＸ電極とＹ電極との間で電気化学反応が生じることがあった。
このようなタッチパネルの交差部で生じる反応は、電極の劣化を生じさせ、ひいてはタッチパネルの信頼性を低下させることになる。したがって、タッチパネルは、Ｘ電極とＹ電極の交差部での電極の劣化を抑えることが求められ、高信頼性を実現することが求められる。

本発明は、以上のタッチパネルにおける問題に鑑みてなされたものである。
すなわち、本発明の目的は、電極の劣化を抑えたタッチパネルを提供することにある。

本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。

本発明の第１の態様は、基板と、
その基板の一方の面で第１の方向に延在する複数の第１電極と、
基板の第１電極の在る面で、第１の方向と交差する第２の方向に延在する複数の第２電極とを有し、
第１電極と第２電極とが互いに絶縁して配置されるように構成された静電容量方式のタッチパネルであって、
第１電極には、定電圧を印加し、
第２電極には、第１電極と等しい電圧と、第１電極の電位より低（Ｌｏｗ）電位が低く、高（Ｈｉｇｈ）電位が高いパルス電圧とを印加するように構成されたことを特徴とするタッチパネルに関する。

本発明の第１の態様において、第２の電極に印加される電圧波形は、第１電極より低い電圧の第１の電圧の区間と、その第１の電圧の区間に続き第１電極の電位より高い電圧の第２の電圧の区間と、その第２の電圧の区間に続き第１の電圧の区間と等しい電圧の第３の電圧の区間と、その第３の電圧の区間に続き第１電極と等しい電圧の第４の電圧の区間とから構成され、
第２の電極には、第２の電圧の区間によって上述したパルス電圧が印加され、第４の電圧の区間によって第１電極と等しい電圧が印加されることが好ましい。

本発明の第１の態様において、第２の電極に印加される電圧波形の第１の電圧の区間および第３の電圧の区間は、複数の第２電極のうちの他の第２電極のいずれにも上述したパルス電圧が印加されていない期間内に設けられることが好ましい。

本発明の第１の態様において、第２の電極に印加される電圧波形の第１の電圧の区間の電位は、接地電位に設定されることが好ましい。

本発明の第１の態様において、第１電極と第２電極の交差部分では、第１電極および第２電極のうちの一方が繋がり他方が途切れるように構成されており、
その交差部分で繋がるように構成された第１電極および第２電極のうちの一方の上には、少なくとも交差部分に層間絶縁膜が配置され、その層間絶縁膜の上には金属を用いて形成されたブリッジ電極が配置され、
交差部分で途切れるように構成された第１電極および第２電極のうちの他方は、そのブリッジ電極を用いて接続されるよう構成されることが好ましい。

本発明によれば、電極の劣化を抑制するタッチパネルが提供される。

本実施形態のタッチパネルの要部構造を模式的に示す平面図である。 本実施形態のタッチパネルの交差部の構造を説明する図である。 本実施形態のタッチパネルの構成図である。 本実施形態のタッチパネルの概略構成を説明する模式的な断面図である。 本実施形態のタッチパネルにおけるドライブ線に印加される電圧波形とセンス線に印加される電圧との関係を模式的に示す図である。 本実施形態のタッチパネルのドライブ線とセンス線に印加される電圧波形の関係を示す特性図である。 従来の投影型静電容量方式のタッチパネルの構造を模式的に説明する平面図である。 従来の投影型静電容量方式のタッチパネルの断面構造を模式的に説明する図である。

本実施形態のタッチパネルは、投影型静電容量方式のタッチパネルとすることができる。そして、より具体的には、相互容量型の投影型静電容量方式のタッチパネルとすることができる。
以下、本発明の実施形態のタッチパネルを、図面を参照して、より詳細に説明する。

図１は、本実施形態のタッチパネルの要部構造を模式的に示す平面図である。

図１に示すタッチパネル１は、基板２の一方の面に複数の第１電極４を有する。そして、基板２の複数の第１電極４がある同じ面の上に、複数の第２電極５を有する。

基板２は、電気絶縁性の基板であって、表示素子（図示されない）と組み合わせて用いる場合にその表示素子の視認性が低下しないように、透光性の基板とすることができる。基板２は、例えば、ガラス基板や、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム、ＰＣ（ポリカードネート）フィルム等の使用が可能である。ガラス基板の場合、厚さを０．３ｍｍ〜３．０ｍｍとすることが可能である。

第１電極４と第２電極５はそれぞれ、表示素子と組み合わせて用いる場合にその表示素子の視認性が低下しないように、透光性の電極（以下、透明電極とも言う。）とすることができる。そして、タッチパネル１の操作面に相当する領域（以下、操作領域とも言う。）に配置される。

第１電極４および第２電極５は、可視光に対する高い透過率と導電性を有する材料を用いて構成されることが好ましい。例えば、ＩＴＯ（酸化インジウム錫、Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛、Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）を用いて構成することができる。そして、良好な導電性と信頼性を有するＩＴＯの使用が好ましい。

図１に示すように、タッチパネル１は、基板２上で複数の第１電極４が第１の方向であるＹ方向に延在し、複数の第２電極５が、Ｙ方向と直交する第２の方向であるＸ方向に延在する。本実施形態のタッチパネル１は、それぞれ複数の第１電極４と第２電極５とをマトリクス状に配置することができる。

複数の第１電極４は、タッチパネル１の操作領域をＸ方向に複数の領域に分離してＸ方向の座標を検出する。同様に、複数の第２電極５は、Ｙ方向の座標を検出する。尚、タッチパネル１は、タッチ操作の検出に好適となるように、後述するように、第１電極４と第２電極５とが絶縁して配置され、互いに電気的に独立している。

図１に示すように、タッチパネル１の第１電極４は、複数の菱形の電極パッド９を、Ｙ方向に並べた形状を有する。第２電極５においても、同様の複数の菱形の電極パッド９をＸ方向に並べた形状を有する。

図２は、本実施形態のタッチパネルの交差部の構造を説明する図である。

図２は、タッチパネル１の第１電極４と第２電極５との交差部分である交差部８を拡大して示す。図２に示すように、第２電極５は、菱形の電極パッド９同士がその電極パッド９より幅の狭い接続部分１１によって接続され、交差部８で繋がるようにパターニングされて構成されている。一方、第１電極４は、菱形の電極パッド９がＹ方向に並べられ、途切れた状態となるようにパターニングされて構成されている。すなわち、第２電極５はそのままで電極パッド９間が電気的に接続しているが、第１電極４では途切れて構成されている。そのため、第１電極４は、後述するように、ブリッジ電極６を用い、交差部８で途切れた部分同士の電気的な接続を実現する。

尚、第１電極４および第２電極５は、タッチパネル１において電極形成領域を大きくして感度を高めることができるように、電極パッド９は菱形に形成されている。しかし、本発明では、電極パッド９の形状が菱形に限られることはない。六角形や八角形等の多角形を含む多様な形状を選ぶことができる。また、第１電極４および第２電極５の数についても、図１に示した数に限定されるわけではない。より多い数とすることや少ない数とすることが可能である。電極の形状や数は、操作領域の大きさと求められる検出位置の精度に応じて設定することができる。

図１に示す本実施形態のタッチパネル１では、上述のように、第１電極４と第２電極５が基板２の同一面上に同一層により形成されている。交差部８は複数が存在する。そして、図２にも示すように、各交差部８においては、第２電極５の電極パッド９間の接続部分１１を含む領域の上層に絶縁性の層間絶縁膜３が配置されている。層間絶縁膜３の上層にはブリッジ電極６が配置され、第１電極４の途切れた部分同士の電気的な接続は、このブリッジ電極６によって実現されている。すなわち、交差部８においてブリッジ電極６と第２電極５との間に層間絶縁膜３が設けられ、第１電極４と第２電極５とが互いに絶縁して配置されていることになる。尚、本実施形態のタッチパネル１の層間絶縁膜３は、ブリッジ電極６が形成される交差部８にのみ設けられている。

層間絶縁膜３は光透過性の絶縁性材料から構成されることが好ましい。例えば、ＳｉＯ_２（二酸化ケイ素）等の無機材料や、感光性のアクリル樹脂等の有機材料を用いることができる。ＳｉＯ_２を用いる場合、スパッタリング法によりマスクを利用してパターニングされた層間絶縁膜３を容易に得ることができる。感光性のアクリル樹脂等を使用して層間絶縁膜３を形成する場合、フォトリソグラフィ技術の利用によってパターニングされた樹脂製の層間絶縁膜３を得ることができる。

特に、基板２がガラス基板の場合には、ガラス基板の表面に生ずるシラノール基と反応する基を有する感光性樹脂が好ましい。そのような感光性樹脂を使用することにより、ガラス基板と感光性樹脂との間で化学結合が生じて密着力の高い絶縁層を形成することができる。例えば、上述した感光性のアクリル樹脂の他、感光性メタクリル樹脂、感光性ポリイミド樹脂、感光性ポリシロキサン樹脂、感光性ポリビニールアルコール樹脂、アクリルウレタン系感光性樹脂等の使用が好ましい。尚、遮光性の絶縁性材料の使用も可能である。遮光性の絶縁性材料を採用する場合は、層間絶縁膜３の形成領域は視認性の観点から小さいほど好ましい。

本実施形態のタッチパネル１のブリッジ電極６は、金属材料を用いて構成されることが好ましい。金属材料は、基板２に対して高い密着力を有するため好適な材料である。基板２がガラス基板の場合、金属材料の中で、ガラス基板に対して密着力が高く、導電性が高く、耐久性、耐摩耗性にも優れた材料の使用が望ましい。このような金属材料を用いてブリッジ電極６を構成することにより、タッチパネルの高感度化と高信頼化を実現できる。

ブリッジ電極６に用いる金属材料としては、例えば、Ｍｏ（モリブデン）、Ｍｏ合金、Ａｌ（アルミニウム）、Ａｌ合金、Ａｕ（金）、Ａｕ合金等の金属材料を用いることができる。より耐食性を高めた合金としては、Ｍｏ−Ｎｂ（ネオジム）系合金、Ａｌ−Ｎｄ系合金などが好ましい。

上述のブリッジ電極６は、２層または３層等の多層構造としてもよい。例えば、Ｍｏ層／Ａｌ層／Ｍｏ層の３層構造が挙げられる。
以上のような金属材料からなるブリッジ電極６は、例えば、透明導電材料であるＩＴＯを使用して形成する場合に比べ、電極幅を細くでき、また電極長を長くできる。そしてさらに、電極の膜厚を薄くすることができる。このようなブリッジ電極６は、タッチパネル１の電極構造の設計の自由度を高め、また外観を良くすることができる。

尚、上記したブリッジ電極６を形成する工程において、金属材料の膜をパターニングする場合、この金属材料の膜を用いて、同時に、第１電極４と接続する引き出し配線１７および第２電極５と接続する引き出し配線１８をパターニングして形成することが可能である。これにより、引き出し配線１７、１８を低抵抗の材料で構成することが可能となる。

図３は、本実施形態のタッチパネルの構成図である。

第１の実施の形態のタッチパネル１では、第１電極４と引き出し配線１７とによりセンス線２１を構成することができる。そして、第２電極５と引き出し配線１８とによりドライブ線２２を構成することができる。

ドライブ線２２は、駆動のための電圧として、例えば、パルス電圧を出力することができるドライブ電圧出力回路２４に接続する。ドライブ電圧出力回路２４は選択回路２６に接続し、選択回路２６はドライブ電圧生成回路２９に接続する。ドライブ線２２に印加される駆動のための電圧は、ドライブ電圧生成回路２９により生成される。そして、選択回路２６に制御され、ドライブ電圧出力回路２４が、複数のドライブ線２２のうちの選択されたドライブ線２２に対し、駆動のための電圧を印加する。例えば、複数のドライブ線２２に対し、線順次で選択的に駆動のための電圧を印加することができる。

センス線２１は、定電圧を出力するセンス電圧出力回路２３に接続し、センス電圧出力回路２３は選択回路２５に接続している。そして、後述する読み取り時においては、複数のセンス線２１の全てに対し、定電圧を印加することができる。

ドライブ線２２とセンス線２１との間で電圧印加のタイミングを選択する場合、タイミングコントローラ２７により制御がなされる。すなわち、センス線２１とドライブ線２２との間で必要となる電圧印加タイミングの同期は、タイミングコントローラ２７により実現される。

センス線２１では、選択回路２５がＡ／Ｄコンバータ３０を介して演算回路２８に接続する。演算回路２８では、指先等の接触によってドライブ線２２とセンス線２１との交差部分等で生じる容量カップリングによる微分波形の読み取りが行われる。この読み取りの結果に基づき、タッチパネル１の操作領域への指先等のタッチ操作の有無、そして、タッチ操作の位置を検出することができる。

図４は、本実施形態のタッチパネルの概略構成を説明する模式的な断面図である。

図４は、図１および図３に示す本実施形態のタッチパネル１の交差部８の断面構造を模式的に示している。

図１に示すように、本実施形態のタッチパネル１では、基板２の一方の面上に、マトリクス状に配置された複数の第１電極４と第２電極５とが設けられている。そして、図３に示すように、第１電極４はセンス線２１を構成し、第２電極５はドライブ線２２を構成する。そのため、図４に示すように、センス線２１（第１電極４）とドライブ線２２（第２電極５）とは、互いに交差する交差部８で接触することが無いように、センス線２１が交差部８で途切れて形成されている。そして、交差部８で途切れるセンス線２１は、ドライブ線２２を覆う層間絶縁膜３の上層に設けられたブリッジ電極６によって電気的な接続が実現される。図４に示す本実施形態のタッチパネル１では、上述のように、センス線２１を接続するブリッジ電極６を、金属材料を用いて構成することができる。

以上の構造の本実施形態のタッチパネル１は、操作領域のタッチ操作、特にその位置を検出する場合、以下の方法を用いることができる。

すなわち、複数のドライブ線２２のそれぞれに、ドライブ電圧出力回路２４によって選択的にパルス電圧を印加することができる。パルス電圧は、低（Ｌｏｗ）電位（以下、ＶＤＬとも言う。）と高（Ｈｉｇｈ）電位（以下、ＶＤＨとも言う。）とがそれぞれ所望のレベルに設定されている。そして、センス線２１には、センス電圧出力回路２３によって定電圧（以下、ＶＳとも言う。）が印加される。ドライブ線２２に印加される電圧が上述のようにパルス電圧である場合、タッチパネル１の駆動中のほとんどの時間、ドライブ線２２の電位は低（Ｌｏｗ）電位（ＶＤＬ）のレベルに置かれることになる。そのため、電蝕等の電極の酸化還元反応を考慮すると、このＶＤＬのレベルが重要となる。

例えば、ドライブ線２２のＶＤＬは、通常、任意に設定がなされ、センス線２１のＶＳと異なる電圧設定がなされることも多い。その場合、ドライブ線２２とセンス線２１との交差部８近傍では、層間絶縁膜３等の低抵抗な個所にリークパスが形成されることがある。そして、交差部８にある電極において、好ましくない酸化還元反応が進行する場合がある。より具体的には、センス線２１を構成するブリッジ電極６に、例えば、低抵抗のアルミニウムを用い、ドライブ線２２に、例えば、高透過率のＩＴＯを用いることがある。その場合、センス線２１のＶＳをドライブ線２２のＶＤＬより高電位とすると、ブリッジ電極６のアルミニウムが酸化されて電蝕が進行する。一方で、ドライブ線２２のＩＴＯ中のインジウム成分が金属として析出してしまう。こうして交差部８にある電極が劣化する。

このような、交差部８での電極の劣化は、センス線２１とドライブ線２２とがそれぞれ異なる構成材料により構成され、センス線２１とドライブ線２２との間に電位差が設けられることによって発生する。センス線２１およびドライブ線２２はそれぞれ、導電性や光透過性や信頼性等を考慮して構成材料の最適化がなされ、その結果、それぞれが異なる材料により形成されることがある。そして、センス線２１が、ドライブ線２２の構成材料に含まれる元素より酸化されやすい元素を含んで構成され、ドライブ線２２に対して高い電位レベルに置かれた場合、酸化還元反応が促進される。同様に、ドライブ線２２が、センス線２１の構成材料に含まれる元素より酸化されやすい元素を含んで構成され、センス線２１に対し高い電位レベルに置かれた場合、酸化還元反応が促進される。

そこで、本実施形態のタッチパネル１では、センス線２１を構成する第１電極４と、ドライブ線２２を構成する第２電極５とに対して印加する電圧波形を新規なものとする。特に、ドライブ線２２の第２電極５に印加する電圧波形を最適なものとする。その結果、上述のような交差部８での電極の酸化還元反応を抑制する。

図５は、本実施形態のタッチパネルにおけるドライブ線に印加される電圧波形とセンス線に印加される電圧との関係を模式的に示す図である。

図５に示すように、タッチパネル１のセンス線２１およびそれを構成する第１電極４には、上述した読み取りのための、一定の電圧ＶＳが印加される。

そして、ドライブ線２２およびそれを構成する第２電極５には、第１電極４と等しい電圧、すなわち、ＶＳと等しい電圧が印加され、さらに、ＶＤＬがセンス線２１のＶＳより低く、ＶＤＨがＶＳより高いパルス電圧が印加される。その場合、ＶＳと等しい電圧は、このパルス電圧を印加する前後でドライブ線２２の第２電極５に印加することができる。

このとき、上述のパルス電圧のＶＤＬは、接地電位に設定することができる。こうすることによって、タッチパネルの低消費電力化が可能となる。

尚、本発明において、「ＶＳと等しい電圧」とは、完全にＶＳと等しい電圧のみを意味するわけではない。厳密にはＶＳと異なる値であっても、その電位差が上述の電極の酸化還元反応を進行させない程度の小さいものであれば、「ＶＳと等しい電圧」とすることができる。具体的には、ＶＳを中心にして上下５％以内の電圧であれば、上述の酸化還元反応の抑制が可能であり、「ＶＳと等しい電圧」とすることができる。同様に、「第１電極と等しい電圧」と言う場合にも、第１電極の電圧を中心にして上下５％以内の電圧であれば、「第１電極と等しい電圧」とすることができる。

次に、図５に示す、ドライブ線２２およびそれを構成する第２電極５に印加される電圧波形についてより詳細に説明する。

図５に示す、第２電極５に印加される電圧波形は、ＶＳより低い電圧の第１の電圧の区間３１と、第１の電圧の区間３１に続きＶＳより高い電圧の第２の電圧の区間３２と、第２の電圧の区間３２に続き第１の電圧の区間３１と等しい電圧の第３の電圧の区間３３と、第３の電圧の区間３３に続きＶＳと等しい電圧の第４の電圧の区間３４とから構成される。その結果、ドライブ線２２およびそれを構成する第２の電極５には、第２の電圧の区間３２による上述したパルス電圧が印加され、第４の電圧の区間３４によるＶＳと等しい電圧が印加されることになる。

より具体的には、第２電極５には、第１の電圧の区間３１と第３の電圧の区間３３とによるＶＤＬと、第２の電圧の区間３２によるＶＤＨとを有するパルス電圧が印加される。このパルス電圧は、第１の電圧の区間３１の終了とともに、第１の電圧の区間３１から第２の電圧の区間３２へと立ち上がり、第２の電圧の区間３２の終了とともに、第２の電圧の区間３２から第３の電圧の区間３３へと立ち下がる波形を有する。

そして、そのパルス電圧の印加の前後であって、第１の電圧の区間３１の前、および、第３の電圧の区間３３の後において、第４の電圧の区間３４によるＶＳと等しい電位の電圧が印加される。

このとき、第１の電圧の区間３１と第３の電圧の区間３３の電位を接地電位とすることができ、その結果、上述のパルス電圧のＶＤＬを接地電位に設定することができる。こうすることによって、上述したように、タッチパネルの低消費電力化が可能となる。

図６は、本実施形態のタッチパネルのドライブ線とセンス線に印加される電圧波形の関係を示す特性図である。

図１に示すように、本実施形態のタッチパネル１は、一例として、４本の第１電極４と４本の第２電極５とをマトリクス状に配置して構成されている。したがって、図３に示すように、４本のドライブ線２２と４本のセンス線２１を有している。ドライブ電圧出力回路２４から各ドライブ線２２にそれぞれＤ１〜Ｄ４の電圧波形で電圧が印加される。その場合、図６に示すように、図５の第１の電圧の区間３１と第２の電圧の区間３２と第３の電圧の区間３３とによる上述のパルス電圧は、例えば、線順次で、複数のドライブ線２２のそれぞれに印加される。そして、各ドライブ線２２には、上述したパルス電圧の印加の前後の期間において、図５の第４の電圧の区間３４によるＶＳと等しい電圧が印加されることになる。

ここで、図６におけるフレーム期間（Ｆ１、Ｆ２）は、タッチパネル１の１つのドライブ線２２に上述したパルス電圧を印加し、その後順次、他のドライブ線２２に上述のパルス電圧を印加して、次回再びそのドライブ線２２に上述のパルス電圧が印加されるまでの期間である。

そして、上述のパルス電圧のＶＤＬは、上述したように、図５の電圧波形の第１の電圧の区間３１と第３の電圧の区間３３とによって規定される。このとき、その第１の電圧の区間３１と第３の電圧の区間３３は、図６に示すように、全てのドライブ線２２の第２電極５のいずれにも第２の電圧の区間３２による上述のパルス電圧が印加されない期間に設けられることが好ましい。すなわち、ある１つドライブ線２２の第２電極５に印加される電圧波形は、その第１の電圧の区間３１および第３の電圧の区間３３が、他の第２電極５のいずれにも上述のパルス電圧が印加されない期間内に設けられることが好ましい。尚、その期間は、一般に、休止期間等と称されることがある。

一方、タッチパネル１の４本の各センス線２１には、上述した読み取り時において、センス電圧出力回路２３から、Ｓ１〜Ｓ４に示す一定の電圧ＶＳがそれぞれ印加される。そして、読み取りの結果に基づき、タッチパネル１は、指先等の接触の有無、および、操作領域上での接触位置を検出する。

以上のように、本実施形態のタッチパネル１は、図５および図６の電圧波形でドライブ線２２の第２電極５およびセンス線２１の第１電極４に電圧が印加される。そして、タッチパネル１は、タッチ操作検出のための駆動中のほとんどの時間、ドライブ線２２の電位が電圧波形の第４の電圧の区間３４の電位に設定されることになる。すなわち、タッチパネル１は、駆動中のほとんどの時間、センス線２１の第１電極４に印加される電圧と、ドライブ線２２の第２電極５に印加される電圧とが等しく、ＶＳとなることになる。

したがって、本実施形態のタッチパネル１は、センス線２１とドライブ線２２との間に電位差が設けられることにより発生する交差部８での電極の劣化が、抑制されることになる。

そのため、センス線２１の第１電極４のブリッジ電極６に金属電極が用いられ、ドライブ線２２の第２電極５にＩＴＯ等の異なる材料の電極が用いられる場合であっても、それらの交差部８では、ブリッジ電極６の酸化還元反応が抑制され、電極の電蝕が防止される。

尚、本実施形態のタッチパネル１では、金属製のブリッジ電極６を有する第１電極４がドライブ線として使用され、ＩＴＯ等の異なる材料から形成された第２電極５がセンス線として使用されても、センス線２１とドライブ線２２との間に電位差が形成される時間は短く、交差部８での電極の劣化は抑制されることになる。

以上の結果、本実施形態のタッチパネル１では、高導電性の金属材料を用いてブリッジ電極６を構成することができ、交差部８での電極の劣化も抑制することができるため、高い感度と高い信頼性の実現が可能となる。

また、タッチパネル１では、ドライブ線２２に印加される電圧波形が、図５に示すように、第４の電圧の区間３４から第１の電圧の区間３１へ一旦立ち下がり、その後、第１の電圧の区間３１から第２の電圧の区間３２へと立ち上がるように形成されている。したがって、第２の電圧の区間３２によるパルス電圧のＶＤＨを低い電圧とすることができ、タッチパネル１の低消費電力を実現することができる。同時に、上述したパルス電圧において、ＶＤＬとＶＤＨの電位差を大きくすることが可能となり、相互容量の干渉を大きくすることができて、タッチパネル１の接触位置の検出感度を高めることが可能となる。

尚、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々変形して実施することができる。例えば、電極構造を図７に示す構造とし、交差部における電極の構造を、ブリッジ電極を用いない構造とすることも可能である。そのような構造の場合でも、本発明によれば、低消費電力で高感度のタッチパネルを提供することができる。さらにそのような構造の場合、層間絶縁膜は交差部のみならず基板の一方側の全面に配置して一方の電極を全面的に覆い、全面的に配置した層間絶縁膜の上に交差する他方の電極を配置してもよい。

１、５００ タッチパネル
２ 基板
３ 層間絶縁膜
４ 第１電極
５ 第２電極
６ ブリッジ電極
８ 交差部
９ 電極パッド
１１ 接続部分
１７、１８ 引き出し配線
２１ センス線
２２ ドライブ線
２３ センス電圧出力回路
２４ ドライブ電圧出力回路
２５、２６ 選択回路
２７ タイミングコントローラ
２８ 演算回路
２９ ドライブ電圧生成回路
３０ Ａ／Ｄコンバータ
３１ 第１の電圧の区間
３２ 第２の電圧の区間
３３ 第３の電圧の区間
３４ 第４の電圧の区間
５０１ 透明基板
５０２ Ｘ電極
５０３ Ｙ電極
５０４ 絶縁膜
５０５ 容量

Claims (4)

1. 基板と、
   前記基板の一方の面で第１の方向に延在する複数の第１電極と、
   前記基板の前記第１電極の在る面で、前記第１の方向と交差する第２の方向に延在する複数の第２電極とを有し、
   前記第１電極と前記第２電極とが互いに絶縁して配置されるように構成された静電容量方式のタッチパネルであって、
   前記第１電極には、定電圧を印加し、
   前記第２電極に印加される電圧波形は、前記第１電極より低い電圧の第１の電圧の区間と、該第１の電圧の区間に続き前記第１電極の電位より高い電圧の第２の電圧の区間と、該第２の電圧の区間に続き前記第１の電圧の区間と等しい電圧の第３の電圧の区間と、該第３の電圧の区間に続き前記第１電極と等しい電圧の第４の電圧の区間とから構成され、
   前記第２電極には、前記第２の電圧の区間によってパルス電圧が印加され、前記第４の電圧の区間によって前記第１電極と等しい電圧が印加されるように構成されたことを特徴とするタッチパネル。
2. 前記電圧波形の前記第１の電圧の区間および前記第３の電圧の区間は、前記複数の第２電極のうちの他の第２電極のいずれにも前記パルス電圧が印加されていない期間内に設けられることを特徴とする請求項１に記載のタッチパネル。
3. 前記電圧波形の前記第１の電圧の区間の電位は、接地電位に設定されることを特徴とする請求項１または２に記載のタッチパネル。
4. 前記第１電極と前記第２電極の交差部分では、前記第１電極および前記第２電極のうちの一方が繋がり他方が途切れるように構成されており、
   前記交差部分で繋がるように構成された前記第１電極および第２電極のうちの一方の上には、少なくとも前記交差部分に層間絶縁膜が配置され、該層間絶縁膜の上には金属を用いて形成されたブリッジ電極が配置され、
   前記交差部分で途切れるように構成された前記第１電極および第２電極のうちの他方は、前記ブリッジ電極を用いて接続されるよう構成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のタッチパネル。

Images