JP6012532B2 - タッチスクリーン、及び、それを備えるタッチパネル - Google Patents

Description

本発明は、タッチスクリーン、及び、それを備えるタッチパネルに関するものである。

従来、指などの指示体によるタッチ（接触）を検出し、そのタッチ位置の座標を特定するタッチパネルが、優れたインターフェースの一つとして注目されている。このタッチパネルでは、抵抗膜方式や静電容量方式などの様々な方式が提案され、製品化されている。

このような静電容量方式のタッチパネルの一種として、投影型静電容量（Projected Capacitive）方式のタッチパネルが知られている（例えば特許文献１）。この投影型静電容量方式のタッチパネルでは、タッチセンサを内蔵したタッチスクリーンの前面側が、数ｍｍ厚程度のガラス板等の保護板で覆われていても、保護板への指などによるタッチを検出することが可能となっている。このようなタッチスクリーンは、堅牢性に優れる点、手袋装着時でもタッチ検出が可能である点、及び、可動部がなく長寿命である点などの利点を有することから、様々な技術が提案されている。

例えば、特許文献２には、複数の駆動／受信電極対の配列からなり、基板に接触する指などによって生じる電極間の電界変化に伴う結合静電容量（相互電極静電容量）の変化を電荷量として検出するキー・マトリクスが開示されている。このような検出方式は、一般に相互容量検出方式と呼ばれている。

また、例えば、特許文献３には、タッチスクリーン面に指示体が接触しているか否かなどの接触状態を検出するだけでなく、タッチスクリーン面に指示体が近接しているか否かなどの近接状態を検出することが開示されている。

特開２０１２−１０３７６１号公報 特表２００３−５２６８３１号公報 特開２０１０−２７７３７７号公報

相互容量検出方式を用いて接触状態を検出するタッチスクリーンにおいて、列方向電極（検出用列配線）と、行方向電極（検出用行配線）との電界結合が大きいと、指示体によるタッチ時の配線間容量の変化が生じ難くなり、接触状態の検出感度が低くなるという問題があった。

また、相互容量検出方式を用いて接触状態を検出するタッチスクリーンにおいて、近接状態を検出しようとすると、タッチスクリーンに近接している指示体と、列方向電極及び行方向電極との間の静電容量の変化が小さいことから、近接状態の検出感度が低いという問題があった。ここで、近接状態の検出感度を高めるために、検出電極間の距離を広げた構成が考えられるが、この場合には、接触状態における接触座標（タッチ座標）の精度を保つことができないという問題が生じてしまう。

そこで、本発明は、上記のような問題点を鑑みてなされたものであり、接触状態及び近接状態の検出感度を高めることが可能な技術を提供することを目的とする。

本発明に係るタッチスクリーンは、透明基板と、前記透明基板上において、第１方向に延在するとともに第２方向に配設された複数の第１電極、並びに、前記第２方向に延在するとともに前記第１方向に配設された複数の第２電極及び複数の第３電極とを備える。平面視において、前記第１電極は、前記第２電極と重なる第１領域と、前記第３電極が通過し、かつ、前記第１領域よりも前記第２方向における長さが短い第２領域とを有する。

本発明によれば、タッチスクリーンにおいて、接触状態及び近接状態の検出感度を高めることができる。

実施の形態１に係るタッチスクリーンの構成を模式的に示す平面図である。 実施の形態１に係るタッチスクリーンの構成の一例を模式的に示す斜視断面図である。 実施の形態１に係るタッチスクリーンの構成の別例を模式的に示す斜視断面図である。 実施の形態１に係るタッチスクリーンの構成を詳細に示す平面図である。 実施の形態１に係るタッチスクリーンの構成を詳細に示す平面図である。 実施の形態１に係るタッチスクリーンの構成を詳細に示す平面図である。 実施の形態１に係るタッチスクリーンの構成を詳細に示す平面図である。 実施の形態１に係るタッチスクリーンの作用及び効果を説明するための平面図である。 実施の形態１に係るタッチパネルの構成を模式的に示す平面図である。 実施の形態１に係るタッチパネルの構成を示す回路図である。 実施の形態２に係るタッチスクリーンの構成を模式的に示す平面図である。

＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１に係るタッチパネルが備えるタッチスクリーン１の構成を模式的に示す平面図である。

詳細については後述するが、このタッチスクリーン１は、被接触面（図１に示されているタッチスクリーン１の面）における指示体の接触状態（接触の有無やその接触座標など）を検出できるだけでなく、当該被接触面に近接している指示体の近接状態（近接の有無など）を検出できるように構成されている。なお、接触状態及び近接状態の検出対象は、指示体に限ったものではなく、例えば、人体そのものであってもよいが、以下では便宜上、検出対象は指示体である場合を例にして説明する。

図１に示されるタッチスクリーン１は、透明なガラス材料または透明な樹脂からなる透明基板１０と、複数の励起配線３１（第１電極）と、複数の接触検出配線４１（第３電極）と、複数の近接検出配線４５（第２電極）とを備えて構成されている。

複数の励起配線３１は、透明基板１０上において、第１方向である行方向（図中ｘ方向）に延在するとともに、第２方向である列方向（図中ｙ方向）に予め定められたピッチで平行配設された行方向電極である。複数の接触検出配線４１は、透明基板１０上において、列方向（図中ｙ方向）に延在するとともに行方向（図中ｘ方向）に予め定められたピッチで平行配設された列方向電極である。複数の近接検出配線４５は、複数の接触検出配線４１と同様に、透明基板１０上において、列方向（図中ｙ方向）に延在するとともに行方向（図中ｘ方向）に予め定められたピッチで平行配設された補助電極である。

ここでは、任意の隣り合う二本の接触検出配線４１の間に、一本の近接検出配線４５が配設され、任意の隣り合う二本の近接検出配線４５の間に、一本の接触検出配線４１が配設されている。なお、これら励起配線３１、接触検出配線４１及び近接検出配線４５は互いに絶縁されている。

図１には、６本の励起配線３１と、８本の接触検出配線４１と、７本の近接検出配線４５とが示されている。以下の説明において、６本の励起配線３１を区別するときには、励起配線Ｗｒ（０）、Ｗｒ（１）、…、Ｗｒ（６）と記すこともある。同様に、８本の接触検出配線４１を区別するときには、接触検出配線Ｗｃ（０）、Ｗｃ（１）、…、Ｗｃ（７）と記すこともあり、７本の近接検出配線４５を区別するときには、近接検出配線Ｗｐ（０）、Ｗｐ（１）、…、Ｗｐ（６）と記すこともある。

なお、各種配線の本数は、上述の本数に限ったものではない。例えば、励起配線３１及び接触検出配線４１の本数及び配線ピッチ等は、タッチパネルに要求される接触状態の検出感度（例えばタッチ位置を示すタッチ座標値などの要求分解能など）から適宜決定される。また、例えば、近接検出配線４５の本数及び配線ピッチ等は、タッチパネルに要求される近接状態の検出感度から適宜決定される。

励起配線３１、接触検出配線４１及び近接検出配線４５は、それぞれ引き出し配線Ｒ，Ｃ，Ｐによって、透明基板１０の端部上に設けられた端子５に接続されている。この端子５は、外部と、励起配線３１、接触検出配線４１及び近接検出配線４５とを電気的に接続する。

上述のように構成されたタッチスクリーン１においては、指示体がタッチスクリーン１の被接触面に接触したときに、励起配線３１と接触検出配線４１との間に形成される相互容量（配線間容量）が変化する。後述するように、複数の励起配線３１及び複数の接触検出配線４１と端子５を介して接続された検出処理回路により、複数の励起配線３１及び複数の接触検出配線４１の配線間のそれぞれについて相互容量が検出され、各相互容量の変化量に基づいて指示体の接触状態が検出される。すなわち、タッチスクリーン１と、当該検出処理回路とを備える後述のタッチパネルでは、複数の励起配線３１及び複数の接触検出配線４１を用いた相互容量検出方式によって、指示体の接触状態を検出することが可能となっている。これにより、いわゆるゴーストが発生することなく同時のマルチタッチ（多数点の接触）を検出することが可能となっている。

一方、上述のように構成されたタッチスクリーン１においては、指示体がタッチスクリーン１の被接触面に近接したときに、当該指示体と近接検出配線４５との間に形成される自己容量（静電容量）が変化する。後述するように、複数の近接検出配線４５と端子５を介して接続された検出処理回路により、複数の近接検出配線４５の自己容量が検出され、自己容量の変化量に基づいて指示体の近接状態が検出される。すなわち、タッチスクリーン１と、当該検出処理回路とを備える後述のタッチパネルでは、複数の近接検出配線４５を用いた自己容量検出方式によって、指示体の近接状態を検出することが可能となっている。これにより、本実施の形態１では、近接状態の検出感度が低い相互容量検出方式ではなく自己容量検出方式により近接状態を検出するので、近接状態の検出感度を高めることが可能となっている。

図２は、本実施の形態１に係るタッチスクリーン１の層構造の一例を模式的に示す斜視断面図である。

透明基板１０の裏面上には上部電極４が形成されている。この上部電極４には、上述の複数の接触検出配線４１及び複数の近接検出配線４５だけでなく、ここでは図示しない後述のフローティング電極が含まれている。上部電極４には、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透明配線材料またはアルミニウム等の金属配線材料が用いられる。

また、透明基板１０の裏面上には、上部電極４を被覆するように層間絶縁膜１１が形成されている。層間絶縁膜１１には、例えば、シリコン窒化膜またはシリコン酸化膜等の透明な絶縁膜が用いられる。

層間絶縁膜１１の裏面上には下部電極３が形成されている。この下部電極３には、上述の複数の励起配線３１だけでなく、ここでは図示しない後述の断線部配線が含まれている。下部電極３には、例えば、上部電極４と同様の素材が用いられる。

また、層間絶縁膜１１の裏面上には、下部電極３を被覆するように保護膜１２が形成されている。保護膜１２には、例えば、層間絶縁膜１１と同様にシリコン窒化膜などの透光性を有する絶縁性の膜が用いられる。

図２に示されるタッチスクリーン１では、図２の上側において使用者によりタッチ操作などが行われ、透明基板１０の表面が被接触面として用いられる。つまり、複数の接触検出配線４１及び複数の近接検出配線４５は、複数の励起配線３１よりも使用者が操作する側に配設されている。すなわち、操作する使用者からみて、手前から奥に順に、透明基板１０、上部電極４、層間絶縁膜１１、下部電極３、保護膜１２が配設されている。

使用者は、図２に示すタッチスクリーン１の被接触面（透明基板１０の表面）に対して、指などの指示体でタッチする操作を行う。透明基板１０に指示体が触れると、透明基板１０下側における、励起配線３１及び接触検出配線４１の間の配線間容量が変化する。この容量変化を検出することで、検出可能エリア内のどの位置においてタッチされたかを特定することが可能となっている。

図３は、タッチスクリーン１の層構造の別例を模式的に示す斜視断面図である。ここでは、図２に示したタッチスクリーン１において、透明基板１０と保護膜１２との配置が入れ替わっている。そして、保護膜１２上に粘着層１５を介して保護ガラス１６が粘着固定されている。

図３においても、複数の接触検出配線４１及び複数の近接検出配線４５は、複数の励起配線３１よりも使用者が操作する側に配設されている。しかし、図３に示されるタッチスクリーン１では、図３の上側において使用者によりタッチ操作などが行われ、保護ガラス１６の表面が被接触面として用いられる。また、操作する使用者からみて、手前から奥に順に、保護ガラス１６、粘着層１５、保護膜１２、上部電極４、層間絶縁膜１１、下部電極３、透明基板１０が配設されている。

使用者は、図３に示すタッチスクリーン１の被接触面（保護ガラス１６の表面）に対して、指などの指示体でタッチする操作を行う。保護ガラス１６に指示体が触れると、保護ガラス１６下側における、励起配線３１及び接触検出配線４１の間の配線間容量が変化する。この容量変化を検出することで、検出可能エリア内のどの位置においてタッチされたかを特定することが可能となっている。

つまり、図３に示される層構造では、指示体の接触を保護ガラス１６越しに検出する。なお、保護ガラス１６の厚みを数ｍｍ程度にすれば、タッチスクリーン１の強度を向上させることができ、堅牢性に優れたタッチスクリーン１を実現することができる。

以上のように、本実施の形態１では、複数の接触検出配線４１及び複数の近接検出配線４５は、同一層に形成されている。このような構成によれば、複数の接触検出配線４１及び複数の近接検出配線４５を、同一の生成膜から形成することができる。したがって、フォトマスクの枚数の低減化、及び、製造工程の簡素化を実現することができ、結果として製造コストを抑制することができる。

ここで、図１〜図３においては、図示の便宜上、複数の励起配線３１、複数の接触検出配線４１、及び、複数の近接検出配線４５（以下、これら３種類の配線をまとめて「複数の励起配線３１等」と記すこともある）のいずれも、直方形状のいわゆるベタ配線であるかのように示されていた。しかし、仮に、複数の励起配線３１等にベタ配線を適用したタッチスクリーン１を、表示パネルの前面に配置することによって表示装置を構成した場合には、表示パネルの表示光の透過が妨げられ、特に上部電極４及び下部電極３が重なる部分において表示光の透過率が低下してしまうことになる。

そこで、以下で説明するように、本実施の形態１では、複数の励起配線３１、複数の接触検出配線４１、及び、複数の近接検出配線４５のいずれも、高導電性材料からなる平面視メッシュ状配線が適用されている。これにより、それら配線を低抵抗に維持することができるので、タッチスクリーン１において検出感度を高めることができる。また、検出可能エリアにおける光の透過率を向上させることができるので、輝度低下、色付き及びモアレ現象が抑制されたクリアな表示を行うことが可能な表示装置を実現できる。

以下、本実施の形態１に係るタッチスクリーン１を詳細に示す図においては、励起配線３１等を示していた各ベタ配線が、メッシュ状配線として図示される。ただし、励起配線３１等にメッシュ状配線を適用する構成に限ったものではなく、光の透過率の低下を甘受できるのであれば、励起配線３１等に、メッシュ状配線ではなくベタ配線を適用してもよい。

なお、例えば、メッシュ状配線には、アルミニウム系合金層、または、アルミニウム系合金層とその窒化層とからなる多層構造などが用いられる。アルミニウム系合金の窒化層は、単なるアルミニウム系合金層に比べて外光反射率を抑えることが可能であることから、メッシュ状配線に上述の多層構造を用いた場合には、配線抵抗を小さくすることができるとともに、検出可能エリアの光の透過率の向上化、及び、配線による外光反射の抑制化を実現することができる。また、例えば、複数の励起配線３１、複数の接触検出配線４１、及び、複数の近接検出配線４５のメッシュ状配線の具体的な構成として、本発明の発明者により特願２０１２−２１１７５４号に提案した構成などを適用してもよい。

＜タッチスクリーン１の詳細な構成＞
次に、図４〜図７を用いてタッチスクリーン１の詳細な構成について説明する。なお、図４〜図７に示される構成は一例に過ぎず、配線の太さ、間隔及びパターンは、図４〜図７に示されたものに限らない。

図４は、１本の励起配線３１と１本の接触検出配線４１とが平面視で重なる領域周辺に関して、下部電極３の構成を詳細に示す平面図である。まず、図４を用いて下部電極３の構成を簡単に説明する。

図４に示されるように、下部電極３は、励起配線３１（図中の細い実線）と、後述するフローティング電極３２（図中の太い実線）とを含んでいる。

図４には１本の励起配線３１の一部分が示されているが、実際には図４に示される構成が行方向（図中のｘ方向）に繰り返されて当該励起配線３１が行方向に延在している。そして、このような１本の励起配線３１が、列方向（図中のｙ方向）に繰り返されて複数本配設されている。

上述したように、励起配線３１にはメッシュ状配線が適用されている。ここでは、メッシュ状配線は、行方向（図中のｘ方向）から４５°傾いた方向に延在する導線と、列方向（図４中のｙ方向）から４５°傾いた方向に延在する導線とを組み合わせて形成されている。

図５は、１本の励起配線３１と１本の接触検出配線４１とが平面視で重なる領域周辺に関して、上部電極４の構成を詳細に示す平面図である。次に、図５を用いて上部電極４の構成を簡単に説明する。

図５に示されるように、上部電極４は、接触検出配線４１と、近接検出配線４５と、後述する断線部配線４８とを含んでいる。

図５には１本の接触検出配線４１の一部分と、２本の半分の近接検出配線４５の一部分とが示されているが、実際には図５に示される構成が列方向（図中のｙ方向）に繰り返されて当該接触検出配線４１及び当該近接検出配線４５が列方向に延在している。そして、このような１本の接触検出配線４１と、２本の半分の近接検出配線４５とが、行方向（図中のｘ方向）に繰り返されて複数本配設されている。なお、上述の励起配線３１と同様に、接触検出配線４１及び近接検出配線４５にもメッシュ状配線が適用されている。

＜励起配線３１、接触検出配線４１及び近接検出配線４５＞
図６は、図４に示される下部電極３を細い実線で示し、図５に示される断線部配線４８以外の上部電極４を太い実線で示して、それらを重ね合わせた状態を示す平面図である。次に、図４〜図６を用いて励起配線３１、接触検出配線４１及び近接検出配線４５を詳細に説明する。

本実施の形態１では、平面視において励起配線３１（図４中の細い実線）は、第１領域３１ａと、第１領域３１ａよりも列方向（図中のｙ方向）の長さが短い第２領域３１ｂとを有している。そして、図６に示されるように、励起配線３１の第１領域３１ａは近接検出配線４５と重なっており、励起配線３１の第２領域３１ｂでは接触検出配線４１が通過している。このように構成されたタッチスクリーン１によれば、後述するように接触状態及び近接状態の検出感度を高めることが可能となっている。

また、図５に示される接触検出配線４１は、図４に示される励起配線３１の第２領域３１ｂの中央部から列方向（ｙ方向）に延びる空白領域（スリット部）に配設される。具体的には、図６に示されるように、接触検出配線４１は、平面視の行方向（ｘ方向）において第１領域３１ａから離間するように配設される。このような構成では、平面視において、励起配線３１の第１領域３１ａと、励起配線３１の第２領域３１ｂと、接触検出配線４１とに隣接する間隙が存在することになる。

＜フローティング電極３２＞
次に、図４等を用いて、励起配線３１とともに下部電極３に含まれるフローティング電極３２（図４の太い実線）について説明する。フローティング電極３２は、複数の励起配線３１、複数の接触検出配線４１及び複数の近接検出配線４５のいずれとも絶縁された電極である。

なお、本実施の形態１では、このフローティング電極３２にも、複数の励起配線３１等と同様に、平面視メッシュ状配線が適用されている。このように、メッシュ状配線が、複数の励起配線３１等及びフローティング電極３２のいずれにも適用された構成によれば、光の透過率及び外光反射率を均一化することができ、かつ、それらの領域がなるべく視認（目視）されないようにすることができる。したがって、タッチスクリーン１を表示パネルの前面に設けたとしても、使用者からみた表示パネルの表示品質を維持することができる。

さて、フローティング電極３２は、図４〜図６に示されるように、励起配線３１の第１領域３１ａと、励起配線３１の第２領域３１ｂと、接触検出配線４１とに隣接する間隙（励起配線３１と接触検出配線４１との間隙）内に配設されている。ここでは、列方向（ｙ方向）に延在する横幅Ｌのフローティング電極３２が、接触検出配線４１と、励起配線３１の第１領域３１ａとの間に挟まれている。

図７は、図４において二点鎖線で示された領域Ｄの拡大平面図である。図７に示されるように、フローティング電極３２は、励起配線３１との間に設けられた断線部３５により励起配線３１から絶縁されている。また、図７に示されるように、フローティング電極３２は、列方向（ｙ方向）に延在する断線部３６により分断（絶縁）された、行方向（ｘ方向）に隣り合う二つの部分フローティング電極３２ａ，３２ｂを含んでいる。

断線部３５，３６は、絶縁体からなり、図２の構成では保護膜１２に含まれ、図３の構成では層間絶縁膜１１に含まれる。なお、断線部３５，３６は、図４〜図６においては便宜上、一点鎖線で示されている。

＜断線部配線４８＞
次に、図５等を用いて、接触検出配線４１及び近接検出配線４５とともに上部電極４に含まれる断線部配線４８について説明する。断線部配線４８は、複数の励起配線３１、複数の接触検出配線４１及び複数の近接検出配線４５のいずれとも絶縁された配線である。

各断線部配線４８は、下部電極３及び上部電極４を重ねた構成（図６）の平面視において、断線部３５，３６を埋めるように形成されている。ここでは、各断線部配線４８は、励起配線３１のメッシュ状配線とフローティング電極３２のメッシュ状配線との間、及び、部分フローティング電極３２ａ，３２ｂのメッシュ状配線同士の間を補完するように、×形状に形成されている。このような断線部配線４８が形成された構成によれば、断線部３５，３６における光の透過率を、他の部分の透過率と同程度にすることができるので、断線部３５，３６の領域がなるべく視認（目視）されないようにすることができる。

＜メッシュ状配線の間隔＞
図４に示されるように、励起配線３１の第１領域３１ａにおいて、近接検出配線４５が重なる領域のメッシュ状配線の間隔は、それ以外の領域のメッシュ状配線の間隔の２倍となっている。また、図５に示されるように、近接検出配線４５のメッシュ状配線の間隔は、第１領域３１ａのメッシュ状配線の間隔のうち広い方の間隔と同じとなっている。そして、図６に示されるように、近接検出配線４５のメッシュ状配線と、当該近接検出配線４５と重なる励起配線３１のメッシュ状配線とは、平面視において相補的に配設されている。

すなわち、励起配線３１及び近接検出配線４５のメッシュ状配線が、行方向及び列方向においてそれぞれ間隔Ｐ１，Ｐ２だけずれて配設されている。具体的には、励起配線３１及び近接検出配線４５が互いに重なる領域において、励起配線３１及び近接検出配線４５の一方の一本のメッシュ状配線が、他方の隣り合う二本のメッシュ状配線の間に配設されている。

また、図４に示されるように、励起配線３１の第２領域３１ｂにおいて、接触検出配線４１が重なる領域のメッシュ状配線の間隔は、それ以外の領域のメッシュ状配線の間隔の２倍となっている。また、図５に示されるように、接触検出配線４１において、第２領域３１ｂと重なる領域のメッシュ状配線の間隔は、それ以外の領域のメッシュ状配線の間隔の２倍となっている。そして、図６に示されるように、接触検出配線４１のメッシュ状配線と、当該接触検出配線４１と重なる励起配線３１のメッシュ状配線とは、平面視において相補的に配設されている。

すなわち、励起配線３１及び接触検出配線４１のメッシュ状配線が、行方向及び列方向においてそれぞれ間隔Ｐ１，Ｐ２だけずれて配設されている。具体的には、励起配線３１及び接触検出配線４１が互いに重なる領域において、励起配線３１及び接触検出配線４１の一方の一本のメッシュ状配線が、他方の隣り合う二本のメッシュ状配線の間に配設されている。

以上のような本実施の形態１に係るタッチスクリーン１によれば、複数の励起配線３１等及びフローティング電極３２のメッシュ状配線に関し、相補的に配設されたメッシュ状配線同士の間隔と、相補的に配設されていないメッシュ状配線の間隔とが等しくなるように構成される。すなわち、複数の励起配線３１等及びフローティング電極３２の全体において、メッシュ状配線の間隔が等しくなるように構成される。このような構成によれば、光の透過率及び外光反射率を均一化することができ、かつ、それらの領域がなるべく視認（目視）されないようにすることができる。したがって、タッチスクリーン１を表示パネルの前面に設けたとしても、使用者からみた表示パネルの表示品質を維持することができる。

なお、ここでは、複数の励起配線３１等及びフローティング電極３２のメッシュ状配線を構成する導線の幅を例えば３μｍとし、断線部３５，３６の幅（断線間隔）を例えば１０μｍとした。また、メッシュ状配線の行方向の間隔Ｐ１及び列方向の間隔Ｐ２を、例えば２００μｍとした。

＜作用及び効果＞
図８は、以上で説明した励起配線３１（図中、ドット状のハッチングで示す）、接触検出配線４１（図中、クロスハッチングで示す）、及び、近接検出配線４５（図中、斜線ハッチングで示す）の各領域を示す平面図である。ここでは、２本の励起配線３１と、２本の接触検出配線４１と、３本の近接検出配線とが図示されており、これら以外の構成要素（例えばフローティング電極３２等）の図示は省略されている。

このように構成されたタッチスクリーン１によれば、以下で説明するように、複数の励起配線３１及び複数の接触検出配線４１を用いた相互容量検出方式によって接触状態を検出することと、複数の近接検出配線４５を用いた自己容量検出方式によって近接状態を検出することが選択的に実施可能となっている。

＜相互容量検出方式による接触状態の検出＞
接触状態の検出時には、一の励起配線３１に充電電圧が印加されることにより、充電電圧が印加された一の励起配線３１と各接触検出配線４１との間に形成される各配線間容量（相互容量）に電荷が充電される。その後、各配線間容量の充電電荷が接触検出配線４１を介して検出される。

以上のような、励起配線３１と接触検出配線４１との間に形成される配線間容量への充電処理と、接触検出配線４１を介した充電電荷の検出処理とからなる一連の処理が、充電電圧が印加される一の励起配線３１を順次切り替えながら（スキャンしながら）繰り返される。そして、検出された充電電荷に基づいて相互容量ひいては接触状態が検出される。なお、以上の一連の処理時（接触状態の検出時）には、各相互容量の検出に影響を与えないように、近接検出配線４５は全てフローティング状態に切り替えられる。

ここで、本実施の形態１では、励起配線３１は、第１領域３１ａ（図８中、破線により囲まれる領域）と、第２領域３１ｂ（図８中、一点鎖線により囲まれる領域）とを有しており、第２領域３１ｂの列方向（ｙ方向）の長さである横幅ｗｂは、第１領域３１ａの横幅ｗａよりも短くなっている。そして、第１領域３１ａは、近接検出配線４５により部分的に覆われているとともに、第２領域３１ｂでは、接触検出配線４１が通過している。

このように構成された実施の形態１に係るタッチスクリーン１によれば、励起配線３１と接触検出配線４１とが重なる面積をなるべく小さくすることができる。したがって、励起配線３１と接触検出配線４１との電界結合を小さくすることができるので、指示体のタッチ時における、励起配線３１及び接触検出配線４１の配線間容量の変化量ΔＣを大きくすることができる。よって、相互容量検出方式による接触状態の検出感度を高めることができる。しかも、上述したように、相互容量検出方式により近接状態を検出するのではなく、自己容量検出方式により近接状態を検出することが可能であることから、近接状態の検出感度も高めることができる。

また、励起配線３１の配線抵抗が大きいと、励起配線３１と接触検出配線４１との間の配線間容量に電荷を充電する際の時定数が大きくなり、相互容量検出方式の検出にかかる時間が長くなってしまう。このため、検出時間短縮のためには、励起配線３１の抵抗値ができるだけ小さいことが望ましい。ここで、本実施の形態１では、励起配線３１の横幅を全て狭くするのではなく、第１領域３１ａにおいて横幅ｗａが広くなっている。したがって、励起配線３１の抵抗値が大きくなるのを抑制することができるので、相互容量検出方式における検出時間が長くなるのを抑制する効果も期待できる。

ここでは、その一例として、第１領域３１ａの横幅ｗａは、励起配線３１のピッチとほぼ等しくなるまで広げている。一方、第２領域３１ｂの横幅ｗｂは、短くすることにより得られる効果（検出感度が高くなるという効果）と、長くすることにより得られる効果（検出時間を抑制するという効果）との双方を鑑みて、適切な長さにすることが望ましい。

また、本実施の形態１では、平面視における励起配線３１と接触検出配線４１との間隙内に、幅Ｌのフローティング電極３２を配設している。このような構成によれば、平面視において、励起配線３１の第１領域３１ａと、接触検出配線４１との離間をなるべく広げることができる。そして、離間を広げることにより、第１領域３１ａと接触検出配線４１との間の電界結合を小さくすることができるので、指示体のタッチ時における、励起配線３１及び接触検出配線４１の配線間容量の変化量ΔＣを大きくするができる。すなわち接触状態の検出感度を高めることができる。また、離間を広げることにより、双方配線間の電界を使用者側に広く分布させることができるので、この観点からも指示体のタッチ時における、励起配線３１及び接触検出配線４１の配線間容量の変化量ΔＣを大きくする、ひいては接触状態の検出感度を高めることができる。

なお、変化量ΔＣは、フローティング電極３２の幅Ｌと、前面基板（図２の層構造では透明基板１０、図３の層構造では保護ガラス１６）の厚さに応じて変化する。したがって、設計時などにおいては、変化量ΔＣが大きくなる範囲に設定されるように、フローティング電極３２の幅Ｌと、前面基板の厚さとを決定することが望ましい。なお、ここでは、フローティング電極３２の幅Ｌを例えば８００μｍとし、透明基板１０の厚みを例えば０．９ｍｍとした。

また、ここでは図示していないが、タッチスクリーン１と、その下方に配置させた表示パネル（例えば液晶表示パネルなど）とを備える表示装置においては、表示パネルの表示（駆動）に伴うノイズの大半が、容量結合性のノイズとして接触検出配線４１に悪影響を与えることになる。そこで、本実施の形態１では、近接検出配線４５の横幅（図８中のｘ方向の長さ）は、接触検出配線４１の横幅（図８中のｘ方向の長さ）よりも長くなっている。すなわち、接触検出配線４１の横幅が比較的短いので、ノイズ受信面積を小さくすることができる。この結果、接触検出配線４１へのノイズの影響を抑制することができる。ただし、近接検出配線４５の横幅を、接触検出配線４１の横幅よりも長くすることは一例であり、接触検出配線４１の横幅をなるべく短くするように構成しているのであれば、これに限ったものではない。

＜自己容量検出方式による近接状態の検出＞
近接状態の検出時には、相互容量検出方式ではなく、近接検出配線４５と指示体との間に形成される静電容量（以下「近接容量」と記すこともある）を検出する自己容量検出方式によって検出されるように構成されている。これにより、近接状態の検出感度が高められている。

また、上述したように、近接検出配線４５の横幅（図中のｘ方向の長さ）は、接触検出配線４１の横幅（図中のｘ方向の長さ）よりも長くなっている。すなわち、近接検出配線４５の横幅が比較的広く、配線面積が大きくなっている。このような構成によれば、近接容量を大きくすることができるので、近接状態の検出感度を高めることができる。ただし、近接検出配線４５の横幅を、接触検出配線４１の横幅よりも長くすることは一例であり、近接検出配線４５の横幅をなるべく長くするように構成しているのであれば、これに限ったものではない。

また、本実施の形態１では、複数の近接検出配線４５は、複数の励起配線３１よりも使用者が操作する側に配設されている。すなわち、センシング領域においては、使用者からみて近接検出配線４５の奥側は、励起配線３１によって覆われている。このような構成によれば、後述するように、近接検出配線４５を表示パネルからのノイズから保護するシールド電極の機能を、励起配線３１に担わせることができる。したがって、近接検出配線４５へのノイズの影響を抑制することができる。また、上述したように、近接検出配線４５と重なる第１領域３１ａの面積が広いことからシールド効果が高められており、しかも、励起配線３１の抵抗値の増加が抑制されていることからシールド効果がより高められることが期待できる。さらに、複数の接触検出配線４１についても、複数の励起配線３１よりも使用者が操作する側に配設されていることから、同様の効果が期待できる。

＜タッチパネル５１＞
図９は、タッチスクリーン１を備える本実施の形態１に係るタッチパネル５１の構成を模式的に示す平面図である。図９に示されるように、タッチパネル５１は、タッチスクリーン１と、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）６と、コントローラ基板７と、コントローラ基板７上に設けられた検出処理回路８とを備えて構成されている。

ＦＰＣ６は、タッチスクリーン１とコントローラ基板７とを電気的に接続する構成要素である。ここでは、ＦＰＣ６において、ＡＣＦ（Anisotropic Conductive Film）等からなる端子が、タッチスクリーン１の各端子５と対応して設けられており、ＦＰＣ６の端子とタッチスクリーン１の端子５とがそれぞれ接続されている。

コントローラ基板７、ひいては検出処理回路８は、ＦＰＣ６を介してタッチスクリーン１の検出用配線群の端部と電気的に接続されている。これにより、図１〜図８に例示したタッチスクリーン１は、タッチパネル５１の主構成要素として機能する。

図１０は、本実施の形態１に係るタッチパネル５１の構成を示す回路図である。図１０に示されるように、検出処理回路８は、第１スイッチ回路８０と、第２スイッチ回路８１と、接触検出回路８２と、接触座標算出回路８３と、近接検出回路８４と、近接判定回路８５と、バッファ回路８６と、これらを統括的に制御する検出制御回路８７と、入出力回路８８とを備えて構成されている。このように構成された検出処理回路８は、以下で説明するように、相互容量検出方式により接触状態を検出する接触検出モード、及び、自己容量検出方式により近接状態を検出する近接検出モードを選択的に実行可能となっている。

第１スイッチ回路８０は、検出制御回路８７などの制御により、複数の励起配線３１（ここでは６本の励起配線Ｗｒ（０）〜Ｗｒ（５））に対して、接触検出回路８２及びバッファ回路８６を選択的に接続可能に構成されている。第２スイッチ回路８１は、検出制御回路８７などの制御により、複数の近接検出配線４５（ここでは７本の近接検出配線Ｗｐ（０）〜Ｗｐ（６））と、近接検出配線４５及び近接検出回路８４の間の検出ノードＮとの間を接続及び遮断可能に構成されている。

接触検出回路８２（第１検出回路）は、接触検出配線４１（ここでは８本の接触検出配線Ｗｃ（０）〜Ｗｃ（７））と接続されており、接触検出モードの際に、励起配線３１と接触検出配線４１との間の配線間容量を検出する。接触座標算出回路８３（第１検出回路）は、接触検出回路８２で検出された配線間容量（検出結果）の変化に基づいて、タッチスクリーン１に接触した指示体の接触状態を検出する。接触座標算出回路８３は、当該検出した接触状態を、入出力回路８８を介して外部に出力する。

近接検出回路８４（第２検出回路）は、近接検出モードの際に、近接検出配線４５と、タッチスクリーン１に近接している指示体との間の近接容量（静電容量）を検出する。近接判定回路８５（第２検出回路）は、近接検出回路８４で検出された近接容量（検出結果）の変化に基づいて、指示体の近接状態を判定（検出）する。近接判定回路８５は、当該判定した近接状態を、入出力回路８８を介して外部に出力する。

バッファ回路８６（電圧印加部）は、検出ノードＮと第１スイッチ回路８０との間に接続されている。このバッファ回路８６は、近接検出モードの際に、検出ノードＮに印加されている電圧と同じ電圧を、第１スイッチ回路８０を介して励起配線３１に印加する。

次に、タッチパネル５１の動作を、接触検出モード及び近接検出モードに分けて説明する。

＜接触検出モード＞
接触検出モードにおいては、第１スイッチ回路８０は、全ての励起配線Ｗｒ（０）〜Ｗｒ（５）と接触検出回路８２とを接続し、全ての励起配線Ｗｒ（０）〜Ｗｒ（５）とバッファ回路８６とを遮断する。第２スイッチ回路８１は、全ての近接検出配線Ｗｐ（０）〜Ｗｐ（６）と、検出ノードＮとを遮断して、全ての近接検出配線Ｗｐ（０）〜Ｗｐ（６）をフローティング状態にする。このように、全ての近接検出配線Ｗｐ（０）〜Ｗｐ（６）をフローティング状態にすることにより、相互容量検出方式による接触状態の検出に対して、近接検出配線４５が悪影響を及ぼすのを抑制することができる。

以上の接続状態下で、励起配線Ｗｒ（０）に、接触検出回路８２から発生する励起パルスｐ（０）（所定の励起電圧）を印加するとともに、他の励起配線Ｗｒ（１）〜Ｗｒ（５）には、接触検出回路８２から発生する非励起パルスｅ（１）〜ｅ（５）（所定の非励起電圧）を印加する。これにより、励起配線Ｗｒ（０）と、接触検出配線Ｗｃ（０）〜Ｗｃ（７）のそれぞれとの間に形成された配線間容量（相互容量）に電荷が充電される。

次に、励起配線Ｗｒ（０）に非励起パルスｅ（０）を印加した状態で、励起配線Ｗｒ（０）と、接触検出配線Ｗｃ（０）〜Ｗｃ（７）との間に形成された配線間容量のそれぞれにおける充電電荷を、接触検出配線Ｗｃ（０）〜Ｗｃ（７）を介して接触検出回路８２により検出する。

このような励起配線３１と接触検出配線４１との間の配線間容量への充電処理と、接触検出配線４１を介した充電電荷の検出処理とからなる一連の処理を、励起パルスｐ（０）、ｐ（１）、…、ｐ（５）を順に切り替えて行う。すなわち、所定の励起電圧を印加する対象を、励起配線Ｗｒ（０）、Ｗｒ（１）、…、Ｗｒ（５）と順次切り替えて、配線間容量（充電電荷）を検出していく（励起配線３１をスキャンしていく）。

接触座標算出回路８３は、接触検出回路８２にて検出された各励起配線Ｗｒ（０）、Ｗｒ（１）、…、Ｗｒ（５）と、各接触検出配線Ｗｃ（０）、Ｗｃ（１）、…、Ｗｃ（７）との間の配線間容量の全てにわたる充電電荷（本実施の形態１では、６×８＝４８箇所の配線間容量）の検出量に基づいて、それらの変化量を算出する。そして、接触座標算出回路８３は、当該算出した変化量に基づいて、タッチスクリーン１への指示体の接触（タッチ）の有無を判定する。そして、接触座標算出回路８３は、接触ありと判定した場合には、上記変化量に基づいて、接触座標（タッチ座標）を算出し、当該接触座標を入出力回路８８に出力する。

＜近接検出モード＞
近接検出モードにおいては、第１スイッチ回路８０は、全ての励起配線Ｗｒ（０）〜Ｗｒ（５）と接触検出回路８２とを遮断し、全ての励起配線Ｗｒ（０）〜Ｗｒ（５）とバッファ回路８６とを接続する。第２スイッチ回路８１は、全ての近接検出配線Ｗｐ（０）〜Ｗｐ（６）と、検出ノードＮとを接続する。

なお、ここでは、近接検出配線Ｗｐ（０）〜Ｗｐ（６）のそれぞれの引き出し配線Ｐの一端は、タッチスクリーン１と検出処理回路８との間において共通に接続されている。しかしこれに限ったものではなく、例えば、近接検出配線Ｗｐ（０）〜Ｗｐ（６）のそれぞれの引き出し配線Ｐが検出処理回路８内において共通に接続されるものであってもよいし、タッチスクリーン１内において共通に接続されるものであってもよい。

以上の接続状態下で、近接検出回路８４は、一端が共通に接続された近接検出配線Ｗｐ（０）〜Ｗｐ（６）と、指示体との間に形成される近接容量を検出する。なお、近接検出回路８４が近接容量を検出するための方法としては、例えば、検出ノードＮに接続された容量により発振周波数が変化する弛張発振に基づいて近接容量を検出する方法など、周知の方法を適用することが可能である。

ここで、本実施の形態１では、検出ノードＮの検出電圧はバッファ回路８６に入力される。そして、バッファ回路８６は、近接検出モードの際に、検出ノードＮに印加されている電圧（バッファ電圧）と同じ電圧を、第１スイッチ回路８０を介して励起配線Ｗｒ（０）〜Ｗｒ（５）へ共通に印加する。すなわち、低インピーダンスのバッファ回路８６により、励起配線３１は検出電圧とほぼ同電位となる。これにより、検出ノードＮからみて、近接検出配線４５と励起配線３１との間の配線間容量はほとんど無視できる程度になるので、近接容量の検出感度を高めることができる。

また、上述したように、複数の近接検出配線４５は、複数の励起配線３１よりも使用者が操作する側に配設されているので、近接検出配線４５へのノイズを、シールド電極として機能する励起配線３１によって抑制することができる。しかも、タッチスクリーン１の裏面に別途透明導電膜からなる専用のシールド電極を設けなくても、ノイズ抑制効果を得ることができるので、当該透明導電膜の分光特性に起因する色つきが生じなくて済むという副次的な効果も得ることができる。

近接判定回路８５は、近接検出回路８４で検出された近接容量の変化量に基づいて、指示体がタッチスクリーン１に近接しているか否かを判定する。例えば、近接判定回路８５は、近接検出回路８４で検出された近接容量の変化量が、予め定められた閾値よりも大きい場合には近接していると判定し、そうでない場合には近接していないと判定する。近接判定回路８５は、判定結果を入出力回路８８に出力する。

以上のように構成されたタッチパネル５１によれば、相互容量検出方式により接触状態を検出する接触検出モード、及び、自己容量検出方式により近接状態を検出する近接検出モードを選択的に行うことができる。そして、上述したタッチスクリーン１を備えることにより、接触状態及び近接状態の検出感度を高めることができる。

＜変形例＞
以上の説明では、近接判定回路８５は、近接容量の変化量と閾値との大小比較により、近接しているか否かを判定（検出）した。しかしこれに限ったものではなく、例えば、閾値を複数設け、上記変化量がどの閾値とどの閾値との間に属するかを判定することにより、より詳細な近接状態（例えば、タッチスクリーン１と指示体との距離など）を判定してもよい。

また、近接判定回路８５は、近接容量の変化量を、入出力回路８８を介して外部装置に出力し、当該外部装置において近接状態の判定等を行うものであってもよい。

また、タッチパネル５１の接触検出モード及び近接検出モードの切り替える方法としては、例えば、検出制御回路８７が、近接判定回路８５の判定結果に基づいて、近接検出モードから接触検出モードに切り替えるものであってもよい。あるいは、例えば、検出制御回路８７が、外部装置から、入出力回路８８を介して入力された動作モード切替データに基づいて、接触検出モード及び近接検出モードを切り替えるものであってもよい。

また、以上の説明では、第２スイッチ回路８１は、全ての近接検出配線Ｗｐ（０）〜Ｗｐ（６）と、近接検出回路８４（検出ノードＮ）とを一律に接続または遮断した。しかしこれに限ったものではなく、近接検出モードの際に、近接検出配線Ｗｐ（０）〜Ｗｐ（６）と、近接検出回路８４（検出ノードＮ）とを個別に接続または遮断可能なスイッチ回路を、第２スイッチ回路８１に適用してもよい。

このような構成によれば、各近接検出配線Ｗｐ（０）〜Ｗｐ（６）に形成される近接容量の検出結果から、例えば、指示体が、タッチスクリーン１の行方向（ｘ方向）においておおよそどの付近に近接しているかを判定することが可能となる。すなわち、単に近接／非近接の判定のみならず、左右方向（行方向）における近接位置も判定することができる。

＜実施の形態２＞
図１１は、本発明の実施の形態２に係るタッチスクリーン１の構成を模式的に示す平面図である。なお、本実施の形態２に係るタッチスクリーン１において、実施の形態１で説明した構成要素と同一または類似するものについては同じ符号を付し、異なる点を中心に以下説明する。

実施の形態１では、各近接検出配線４５は、断線されることなく、列方向（ｙ方向）に延在していた。これに対して、本実施の形態２では、各近接検出配線４５が、列方向（ｙ方向）に隣り合う上側近接検出配線４５ａ及び下側近接検出配線４５ｂ（二つの部分電極）を含んでいる。すなわち、近接検出配線Ｗｐ（０）の代わりに、上側近接検出配線Ｗｕ（０）及び下側近接検出配線Ｗｌ（０）が設けられており、近接検出配線Ｗｐ（１）の代わりに、上側近接検出配線Ｗｕ（１）及び下側近接検出配線Ｗｌ（１）が設けられており、…、近接検出配線Ｗｐ（６）の代わりに、上側近接検出配線Ｗｕ（６）及び下側近接検出配線Ｗｌ（６）が設けられている。そして、上側近接検出配線Ｗｕ（０）〜Ｗｕ（６）及び下側近接検出配線Ｗｌ（０）〜Ｗｌ（６）のそれぞれは、列方向（ｙ方向）に延在している。

このような本実施の形態２に係るタッチスクリーン１及びそれを備えるタッチパネル５１によれば、上側近接検出配線Ｗｕ（０）〜Ｗｕ（６）及び下側近接検出配線Ｗｌ（０）〜Ｗｌ（６）に形成される近接容量の検出結果から、例えば、指示体が、タッチスクリーン１の列方向（ｙ方向）においておおよそどの付近に近接しているかを判定することが可能となる。すなわち、単に近接／非近接の判定のみならず、上下方向（列方向）における近接位置も判定することができる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

１ タッチスクリーン、１０ 透明基板、３１ 励起配線、３１ａ 第１領域、３１ｂ 第２領域、３２ フローティング電極、４１ 接触検出配線、４５ 近接検出配線、４５ａ 上側近接検出配線、４５ｂ 下側近接検出配線、８２ 接触検出回路、８３ 接触座標算出回路、８４ 近接検出回路、８５ 近接判定回路、８６ バッファ回路。

Claims (13)

1. 透明基板と、
   前記透明基板上において、第１方向に延在するとともに第２方向に配設された複数の第１電極、並びに、前記第２方向に延在するとともに前記第１方向に配設された複数の第２電極及び複数の第３電極と
   を備え、
   平面視において、前記第１電極は、
   前記第２電極と重なる第１領域と、
   前記第３電極が通過し、かつ、前記第１領域よりも前記第２方向における長さが短い第２領域と
   を有する、タッチスクリーン。
2. 請求項１に記載のタッチスクリーンであって、
   前記複数の第１乃至第３電極はいずれも、導電性材料からなる平面視メッシュ状配線を含む、タッチスクリーン。
3. 請求項１または請求項２に記載のタッチスクリーンであって、
   前記複数の第２電極及び前記複数の第３電極は、同一層に形成されている、タッチスクリーン。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のタッチスクリーンであって、
   前記複数の第２電極及び前記複数の第３電極は、前記複数の第１電極よりも使用者が操作する側に配設されている、タッチスクリーン。
5. 請求項１に記載のタッチスクリーンであって、
   平面視において、前記第３電極は、前記第１領域から離間しており、
   平面視における前記第１電極と前記第３電極との間隙内に配設された、前記複数の第１乃至第３電極のいずれとも絶縁されたフローティング電極をさらに備える、タッチスクリーン。
6. 請求項５に記載のタッチスクリーンであって、
   前記複数の第１乃至第３電極、及び、前記フローティング電極はいずれも、導電性材料からなる平面視メッシュ状配線を含む、タッチスクリーン。
7. 請求項６に記載のタッチスクリーンであって、
   前記第２電極の前記メッシュ状配線と、当該第２電極と重なる前記第１電極の前記メッシュ状配線とは、平面視において相補的に配設されており、
   前記第３電極の前記メッシュ状配線と、当該第３電極が通過する前記第１電極の前記メッシュ状配線とは、平面視において相補的に配設されている、タッチスクリーン。
8. 請求項７に記載のタッチスクリーンであって、
   前記複数の第１乃至第３電極、及び、前記フローティング電極の前記メッシュ状配線に関し、前記相補的に配設されたメッシュ状配線同士の間隔と、前記相補的に配設されていないメッシュ状配線の間隔とが等しい、タッチスクリーン。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれかに記載のタッチスクリーンであって、
   前記第２電極の前記第１方向の長さは、前記第３電極の前記第１方向の長さよりも長い、タッチスクリーン。
10. 請求項１乃至請求項９のいずれかに記載のタッチスクリーンであって、
    一の前記第２電極は、
    前記第２方向に隣り合う二つの部分電極を含む、タッチスクリーン。
11. 請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載のタッチスクリーンと、
    前記第１電極と前記第３電極との間の配線間容量を検出し、その検出結果の変化に基づいて、前記タッチスクリーンに接触した指示体の接触状態を検出する第１検出回路と、
    前記第２電極と、前記タッチスクリーンに近接している指示体との間の静電容量を検出し、その検出結果の変化に基づいて、当該指示体の近接状態を検出する第２検出回路と
    を備える、タッチパネル。
12. 請求項１１に記載のタッチパネルであって、
    前記第１検出回路が前記配線間容量を検出する際には、前記第２電極をフローティング状態にする、タッチパネル。
13. 請求項１１または請求項１２に記載のタッチパネルであって、
    前記第２検出回路が前記静電容量を検出する際に、前記第２電極と前記第２検出回路との間の検出ノードに印加されている電圧と同じ電圧を、前記第１電極に印加する電圧印加部
    をさらに備える、タッチパネル。

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