JP6031980B2 - タッチスクリーン - Google Patents

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Description

本発明はタッチスクリーンに関する。
タッチパネルは、指などによるタッチを検出して、タッチされた位置の位置座標を特定する装置である。タッチパネルは、優れたユーザーインターフェース手段の1つとして注目されている。抵抗膜方式、静電容量方式などの種々の方式のタッチパネルが製品化されている。
一般に、タッチパネルは、タッチセンサが内蔵されるタッチスクリーンと、タッチスクリーンからの信号に基づいてタッチされた位置座標を特定する検出装置とから構成される。
静電容量方式のタッチパネルの1つとして、投射型静電容量(Projected Capacitive)方式のタッチパネルがある(例えば特許文献1参照)。
投射型静電容量方式のタッチパネルは、タッチセンサが内蔵されるタッチスクリーンの前面側を、厚さが数mm程度のガラス板などの保護板で覆った場合でも、タッチの検出が可能である。
この方式のタッチパネルは、保護板を前面に配置できるので堅牢性に優れる。また、手袋装着時でもタッチの検出が可能である。また、可動部を有さないので長寿命である。
投射型静電容量方式のタッチパネルは、例えば、第1電極を構成する、行方向に延びて設けられる複数の行方向配線と、第2電極を構成する、列方向に延びて設けられる複数の列方向配線との間の電界変化、即ちクロス容量の変化を検出することで、タッチされた位置座標を特定する。この検出方式は、一般に相互容量検出方式と呼ばれる(例えば特許文献2参照)。
また、タッチスクリーンを表示装置に装着した場合、タッチスクリーンに備わる行方向配線および列方向配線により、表示装置の表示エリアが覆われる。配線の配置に応じて、表示光の透過が不均一となったり、外光の反射率が不均一となるため、モアレ現象が発生したり、配線が視認されるなどすることがあった。ユーザに高品質な映像を提供するためには、配線が視認されにくいなど、ユーザにタッチスクリーンの存在を感じさせにくいタッチスクリーンがより好ましい。
特開2012−103761号公報 特表2003−526831号公報 特願2012−211754号明細書
上述の投射型静電容量方式のタッチパネルは、第1電極と第2電極との電界結合が大きい場合、指などの指示体でタッチしたときに、クロス容量の変化が生じにくく、検出感度を大きくとれない問題があった。検出感度を小さくすると、誤検出が起こりやすくなる。
本発明は以上の課題を解決するためになされたものであり、行方向配線と列方向配線の間のクロス容量が小さく、かつ指示体によりタッチしたときのクロス容量の変化が大きいタッチスクリーンの提供を目的とする。また、視認性を向上させたタッチスクリーンの提供を副次的な目的とする。
本発明に係るタッチスクリーンは、行方向配線と列方向配線の上下2層からなる配線パターンで覆われたタッチスクリーンであって、行方向配線もしくは列方向配線は、交差部分において線幅が狭くなっており、行方向配線もしくは列方向配線は、行方向配線と列方向配線が平面視接する領域に隣接して設けられたフローティング電極を備え、当該フローティング電極は周囲の配線から絶縁されていることを特徴とする。
本発明によれば、フローティング電極を設けることにより、行方向配線と列方向配線の間にフローティング電極の幅だけ間隔を設けることが可能である。よって、フローティング電極を設けることにより、行方向配線と列方向配線の間のクロス容量を低減させることが可能である。また、さらに、タッチスクリーンをタッチした際のクロス容量の変化量を増大させることが可能である。よって、フローティング電極を設けない場合と比較して、タッチ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斜視図である。 実施の形態1に係るタッチスクリーンの平面図である。 実施の形態1に係るタッチスクリーンの下部電極の平面図である。 図3における領域Aの拡大図である。 実施の形態1に係るタッチスクリーンの上部電極の平面図である。 実施の形態1に係るタッチスクリーンの下部電極および上部電極の平面図である。 検出感度とフローティング電極幅の関係を示す図である。 フローティング電極を備えないタッチスクリーンの下部電極および上部電極の平面図である。 最適フローティング電極幅と透明基板の厚さの関係を示す図である。 フローティング電極の断線部とクロス容量比の関係を示す図である。 実施の形態2に係るタッチスクリーンの下部電極の平面図である。 図11における領域Bの拡大図である。 実施の形態2に係るタッチスクリーンの上部電極の平面図である。 図13における領域Cの拡大図である。 実施の形態2に係るタッチスクリーンの下部電極および上部電極の平面図である。 実施の形態3に係るタッチスクリーンにおける配線の単位パターンを示す図である。 実施の形態3に係るタッチスクリーンの下部電極の平面図である。 図17における領域Dの拡大図である。 実施の形態3に係るタッチスクリーンの上部電極の平面図である。 図19における領域Eの拡大図である。 実施の形態3に係るタッチスクリーンの下部電極および上部電極の平面図である。 実施の形態4に係るタッチスクリーンの下部電極および上部電極の平面図である。 比較例における領域F、G相当領域における拡大図である。 比較例に係るタッチスクリーンの断面図である。 実施の形態4に係るタッチスクリーンの断面図である。 層間絶縁膜の膜厚と見映えとの関係を示す図である。 実施の形態5に係るタッチスクリーンの領域F、Jの拡大図である。 実施の形態5に係るタッチスクリーンの断面図である。 実施の形態6に係るタッチスクリーンの断面図である。
<実施の形態1>
<構成>
まず、図1および図2を用いて、本実施の形態のタッチスクリーン1の層構造について説明する。本実施の形態におけるタッチスクリーン1は、投影型静電容量方式のタッチスクリーンである。
図1は、本実施の形態のタッチスクリーン1の層構造の斜視図である。タッチスクリーン1の上面層は、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である。透明基板10の裏面には、上部電極30が形成される。
また、透明基板10の裏面には、上部電極30を被覆する様に、層間絶縁膜11が形成される。層間絶縁膜11は、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である。層間絶縁膜11の裏面には、下部電極20が形成される。
また、層間絶縁膜11の裏面には、下部電極20を被覆する様に、保護膜12が形成される。保護膜12は、保護膜12は、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である。
上部電極30は、ITO(Indium Tin Oxide)等の透明配線材料もしくはアルミニウム等の金属配線材料からなる複数本の列方向配線31を備える。また、下部電極20は、列方向配線31と同じ素材からなる複数本の行方向配線21を備える。
なお、図1および図2において、図示の便宜上、列方向配線31および行方向配線21は、後述するメッシュ状の構造を有する様に図示されていない。
本実施の形態では、列方向配線31および行方向配線21を、アルミニウム系合金層とその窒化層の多層構造とした。これによって、配線抵抗を小さくでき、かつ検出可能エリアの光の透過率を向上させることができる。
また、列方向配線31を行方向配線21の上層に配置したが、これらの位置関係を逆にして、行方向配線21を列方向配線31の上層に配置してもよい。
使用者は、タッチスクリーン1の表面となる透明基板10に指などの支持体でタッチして操作を行う。透明基板10に指示体が触れると、透明基板10下部の行方向配線21と列方向配線31との間のクロス容量が変化する。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である。
図2は、本実施の形態のタッチスクリーン1の平面図である。タッチスクリーン1の検出可能エリアは、横方向(行方向)に伸びる複数の行方向配線21と、その手前側に平面視重なり、縦方向(列方向)に伸びる複数の列方向配線31から構成される。
行方向配線21の各々は、引き出し線R1〜R6によって、外部の配線と接続するための端子8に接続される。また、列方向配線31の各々も同様に、引き出し線C1〜C8によって、外部の配線と接続するための端子8に接続される。
引き出し線R4,R5は、検出可能エリアの外周に沿って配置される。また、引き出し線R3,R6は、検出可能エリアの外周に沿って配置され、引き出し線R4もしくは引き出し線R5に達してからは、引き出し線R4,R5に沿って配置される。このように、引き出し線R1〜R6は、検出可能エリアの外周側に詰めて配置される。また、引き出し線C1〜C8も同様に、端子8に近い引き出し線から順に、検出可能エリアの外周側に詰めて配置される。
このように、引き出し線R1〜R6,C1〜C8をなるべく検出可能エリアの外周側に詰めて配置することで、タッチスクリーン1が装着される表示装置と、引き出し配線間のフリンジ容量を抑制することができる。よって、このような引き出し配線の配置とすることで、タッチスクリーン1が装着される表示装置から発生する電磁ノイズが引き出し配線に与える影響を低減することができる。
また、列方向配線31の引き出し線C8と、行方向配線21の引き出し線R6が並走する部分おいては、引き出し配線間に、グランド等の基準電位が与えられたダミー引き出し配線40が設けられる。
このようにダミー引き出し配線40を設けることによって、引き出し線C8と引き出し線R6の間のクロス容量を大幅に低減できるため、この部分に指などの指示体のタッチがあった場合でも誤検出を防止することができる。
次に図3〜6を用いて、行方向配線21および列方向配線31の詳細な構造を説明する。図3は、行方向配線21と列方向配線31が平面視で重なる領域周辺を拡大した下部電極20の平面図である。図4は、図3における領域Aの拡大図である。また、図5は、行方向配線21と列方向配線31が平面視で重なる領域周辺を拡大した上部電極30の平面図である。また、図6は、行方向配線21と列方向配線31が平面視で重なる領域の平面図である。なお、図3〜6において、横方向を行方向、縦方向を列方向とする。なお、図3〜6は、配線パターンを模式的に示すものであり、配線の太さや間隔は、実際とは異なる。
図3に示す様に、下部電極20を構成する行方向配線21は、メッシュ状の配線で形成される。メッシュ状の配線は、行方向から45°傾いた方向に延在する導線と、行方向から反対方向に45°傾いた方向に延在する導線の繰り返しで構成される。
図3において、行方向配線21の中央部から列方向に延びる空白領域は、平面視で列方向配線31が配置される領域である。また、図3の中央部分において、行方向配線21のメッシュの間隔が大きくなっている領域は、列方向配線31と平面視で重なる領域である。
本実施の形態において、行方向配線21は、列方向配線31との交差部分において、線幅が狭くなっている。行方向配線21は、行方向配線21と列方向配線31とが接する領域、即ち行方向配線21の幅が狭くなって列方向配線31と接する領域に隣接するフローティング電極21aを備える。
フローティング電極21aは、行方向配線21と同様のメッシュ状の配線で形成される。フローティング電極21aは、断線部21cにより周囲の配線から絶縁されている。
フローティング電極21aは、フローティング電極21aを分断する断線部21bを備える。断線部21bは、長手方向、即ち列方向に延びて形成される。
図4に、図3における領域Aの拡大図を示す。断線部21cにより、行方向配線21とフローティング電極21aが断線されている。また、断線部21bにより、フローティング電極21aが長手方向、即ち列方向に分断されて、断線されている。
このように、フローティング電極21aを設けることによって、行方向配線21と列方向配線31は、フローティング電極21aの行方向の幅Lだけ平面視で隔てられる。
図5に示す様に、上部電極30は、列方向配線31と、断線部配線32とで構成される。列方向配線31は、行方向配線21と同様のメッシュ状の配線で形成される。図5において、列方向配線31のメッシュ間隔が大きい領域は、行方向配線21と平面視で重なる領域である。
また、図5において、断線部配線32は、図4における断線部21b,21cを平面視で埋めるように形成されている。断線部配線32を設けることによって、断線部21b,21cを表示光が透過して、断線部21b,21c目視されることを防止することができる。
図6に、行方向配線21と列方向配線31が平面視重なる領域周辺を示す。図6において、図の見易さのために、断線部配線32は図示していない。
行方向配線21と列方向配線31が平面視重なる領域において、行方向配線21および列方向配線31のメッシュ間隔は、他の部分の2倍の間隔となっている。行方向配線21と列方向配線31が平面視重なる部分においては、行方向配線21のメッシュと列方向配線31のメッシュは相補的にずれて重なっている。行方向、列方向のメッシュのずれる間隔は、それぞれP1、P2である。
このように、行方向配線21と列方向配線31が平面視重なる領域におけるメッシュ間隔を、他の配線部分のメッシュ間隔と等しくすることによって、行方向配線21と列方向配線31が交差する部分の外光の反射率を均一化して、目視されることを抑制することができる。
なお、本実施の形態では、行方向配線21および列方向配線31のメッシュを構成する導線の幅は3μmであり、断線部の断線間隔は10μmである。また、本実施の形態では、透明基板10の厚みは0.9mmであり、フローティング電極21aの行方向の幅Lは800μmである。また、メッシュの行方向の間隔P1および列方向の間隔P2は、200μmである。
<シミュレーション結果>
フローティング電極21aを設けたことによる検出感度向上の効果について説明する。図7は、フローティング電極21aの行方向の幅(以下、フローティング電極幅Lと呼ぶ)と透明基板の厚みを変化させたときの検出感度をシミュレーションにより計算した結果である。
検出感度とは、指などの指示体が透明基板10にタッチしたときのクロス容量の変化量と、タッチが無いときのクロス容量の比をとったものである。
図7の縦軸の検出感度相対値とは、透明基板の厚みを一定として、フローティング電極幅がゼロの場合の検出感度との比である。
なお、フローティング電極幅Lがゼロとは、図8に示す様に、行方向配線21がフローティング部21aを備えない場合を意味する。
図7から、透明基板の厚みを一定とした場合、検出感度相対値は、フローティング電極幅Lに対してある値で最大値をとることがわかる。また、最大値を与えるフローティング電極幅Lは、透明基板の厚みにより異なることもわかる。
図9に、最大値を与えるフローティング電極幅Lを最適フローティング電極幅として、透明基板10の厚みと、最適フローティング電極幅の関係を調べた結果を示す。透明基板10の厚みに比例して最適フローティング電極幅が増大していることがわかる。
本実施の形態では、透明基板10の厚みが0.9mm、フローティング電極幅Lが800μmである。よって、図7から、本実施の形態におけるタッチスクリーン1は、フローティング電極21aを備えない場合と比較して、検出感度が2倍程度高まっていることがわかる。フローティング電極幅Lは、図9に基づいて決定するのが好ましい。
図10に、フローティング電極21aに備わる断線部21bが延びる方向および段千部221bの個数と、クロス容量の関係を示す。なお、図10におけるクロス容量の相対値とは、フローティング電極21aに断線部21bを設けない場合とのクロス容量との比である。
本実施の形態では、1本の断線部21bが、フローティング電極21aの長手方向、即ち列方向に延びて設けられる。図10から、フローティング電極21aに断線部21bを設けない場合と比べて、本実施の形態は、クロス容量がおよそ半分に低減されていることがわかる。また、断線部21bの本数を増やすと、クロス容量をより低減できることもわかる。
また、図10から、断線部21bをフローティング電極21aの短手方向、即ち行方向に延ばして設けた場合には、列方向に延ばして設けた場合と比較して、クロス容量を低減する効果が小さいことがわかる。よって、断線部21bをフローティング電極21aの長手方向に延ばして設けるのが好ましい。
本実施の形態の様に、行方向配線21および列方向配線31をメッシュ状の配線とすることによって、少ない配線面積で、広い検出可能エリアを覆うことが可能である。また、行方向配線21および列方向配線31をメッシュ状の配線とすることによって、配線の寄生容量を低減し、モアレ減少の発生も抑えることができる。
ただし、行方向配線21および列方向配線31の材料、導線幅、メッシュ間隔は、本実施の形態に限定されるものではない。
行方向配線21および列方向配線31の材料としては、ITOやグラフェン等の透明導線性材料もしくは、アルミニウム、クロム、銅、銀等の金属材料を用いることができる。また、アルミニウム、クロム、銅、銀等の合金、または、これら合金上に窒化アルミニウム等を形成した多層構造としても良い。また、導線幅とメッシュ間隔も、タッチスクリーンの用途等に応じて、本実施の形態とは異なる値としても良い。
なお、本実施の形態では、断線部21bの本数を1本としたが、さらに本数を増やすことも可能である。
また、本実施の形態では、フローティング電極21aが、行方向配線21に備わる構成としたが、フローティング電極21aが、列方向配線31に備わる構成としても良い。この様な構成とした場合であっても、行方向配線21と列方向配線31の間に平面視で行方向に間隔を設けることが可能である。
本発明の効果を確認するために、本実施の形態におけるタッチスクリーン1と、図8に示す配線構造を持つタッチスクリーンのそれぞれに、相互容量型の検出回路を装着して指によるタッチ検出を行った。本実施の形態におけるタッチスクリーン1では、タッチ位置の座標が正しく検出された。一方、図8に示す配線構造を持つタッチスクリーンでは、クロス容量が大きいために、検出回路のダイナミックレンジを超えてしまい、タッチ位置の座標が正しく検出されなかった。
<効果>
本実施の形態におけるタッチスクリーン1は、行方向配線21と列方向配線31の上下2層からなる配線パターンで覆われたタッチスクリーン1であって、行方向配線21もしくは列方向配線31は、交差部分において線幅が狭くなっており、行方向配線21もしくは列方向配線31は、行方向配線21と列方向配線31が平面視で接する領域に隣接して設けられたフローティング電極21aを備え、フローティング電極21aは周囲の配線から絶縁されていることを特徴とする。
従って、フローティング電極21aを設けることにより、行方向配線21と列方向配線31間にフローティング電極21aの行方向の幅だけ間隔を設けることが可能である。よって、フローティング電極21を設けることにより、行方向配線21と列方向配線31の間のクロス容量を低減させることが可能である。また、さらに、透明基板10をタッチした際のクロス容量の変化量を増大させることが可能である。よって、フローティング電極21aを設けない場合と比較して、タッチ検出感度を高めることができる。
また、本実施の形態におけるタッチスクリーン1において、フローティング電極21aは、フローティング電極21aを分断する断線部21bを備え、断線部21bは、フローティング電極21aの長手方向に延びて形成されることを特徴とする。
従って、フローティング電極21aに断線部21bを設けてフローティング電極21aを分断することにより、行方向配線21と列方向配線31間のクロス容量をより低減させることが可能であるため、さらにタッチ検出感度を高めることができる。特に、断線部21bを、フローティング電極21aの長手方向に延びて形成することによって、効果的にクロス容量を低減させることが可能である。
また、本実施の形態におけるタッチスクリーン1において、行方向配線21および列方向配線31の配線はメッシュ状であり、行方向配線21のメッシュと列方向配線31のメッシュが、平面視で相補的にずれて配置されることを特徴とする。
従って、行方向配線21と列方向配線31が平面視で重なる領域において、行方向配線21のメッシュと列方向配線31のメッシュを、平面視で相補的にずれて配置することによって、外光の反射率が均一化されるため、行方向配線21と列方向配線31の交差部分が視認されることを抑制することが可能である。
<実施の形態2>
<構成>
実施の形態1では、行方向配線21もしくは列方向配線31が形成される領域において、これらの配線が平面視で重なる領域を除いて、行方向配線21または列方向配線31のどちらかが配置されていた。
よって、行方向配線21と列方向配線31とでは、配線が形成される層の深さが異なるため、行方向配線21と列方向配線31とでは反射率が異なり、配線が視認されやすかった。
本実施の形態では、行方向配線21の上層の上部電極30に行方向ダミー配線33をさらに配置し、かつ、列方向配線31の下層の下部電極に列方向ダミー配線22をさらに配置する。
さらに、本実施の形態におけるタッチスクリーンは、行方向配線21のメッシュと、行方向ダミー配線33のメッシュが相補的にずれて重なることを特徴とする。また、本実施の形態におけるタッチスクリーンは、列方向配線31のメッシュと、列方向ダミー配線22のメッシュが相補的にずれて重なることを特徴とする。
このような構成とすることで、行方向配線21と列方向配線31との外光の反射率の違いを軽減して、反射率を均一化することが可能である。
図11〜15を用いて、本実施の形態におけるタッチスクリーンの行方向配線21および列方向配線31の詳細な構造を説明する。
図11は、行方向配線21と列方向配線31が平面視で重なる領域周辺における下部電極20の平面図である。下部電極20は、行方向配線21と列方向ダミー配線22とから構成される。列方向ダミー配線22は、平面視で、列方向配線31と重なる領域に形成されている。また、実施の形態1と同様、行方向配線21は、フローティング電極21aを備える。フローティング電極21aについては、実施の形態1と同様なため、説明を省略する。
行方向配線21および列方向ダミー配線22のメッシュ間隔は、実施の形態1の2倍であるとする。つまり、列方向間隔P3と行方間隔P4は、それぞれ、図3におけるP1、P2の2倍である。行方向配線21、フローティング電極21a、列方向ダミー配線22は、断線部21cにより相互に断線されている。
図12は、図11における領域Bの拡大図である。図11における破線は、列方向配線31の配置を示す。図12において、断線部21b,21cの各々には、後述する行方向ダミー配線33の断線部33aの間隔を平面視で埋めるように、導線が形成されている。
図13は、行方向配線21と列方向配線31が平面視重なる領域周辺における上部電極30の平面図である。上部電極30は、列方向配線31と行方向ダミー配線33とから構成される。
行方向ダミー配線33は、平面視で、行方向配線21と重なる領域に形成されている。列方向配線31と行方向ダミー配線33とは、断線部33aにより断線されている。また、行方向ダミー配線33には、下部電極20の断線部21b,21cに対応する位置に、断線部33aが設けられている。
列方向配線31および行方向ダミー配線33のメッシュ間隔は、実施の形態1の2倍であるとする。つまり、列方向間隔P3と行方間隔P4は、それぞれ、図5におけるP1、P2の2倍である。列方向配線31と行方向ダミー配線33は、断線部33aにより断線されている。
図14は、図13における領域Cの拡大図である。図13における破線は、行方向配線21の配置を示す。図13において、断線部33aの各々には、行方向配線21の断線部21b,21cの間隔を平面視で埋めるように、導線が形成されている。
図15に、下部電極20および上部電極30の平面図を示す。図15に示すように、下部電極20に形成される行方向配線21の上層の上部電極30には、行方向ダミー配線33が形成されている。また、上部電極30に形成される列方向配線31の下層の下部電極20には、列方向ダミー配線22が形成される。なお、図15において、図の見易さのために、断線部33aは図示していない。
また、行方向配線21のメッシュと、行方向ダミー配線33のメッシュは、相補的にずれて重なるように配置されている。同様に、列方向配線31のメッシュと、列方向ダミー配線22のメッシュは、相補的にずれて重なるように配置されている。
以上の構成とすることによって、行方向配線21の領域と、列方向配線31の領域における反射率が均一化されるため、行方向配線21の領域および列方向配線31が視認されることを抑制することができる。
また、本実施の形態においては、図12および図14に示したように、断線部33aの断線間隔を埋めるように、断線部21b,21cに導線を配置し、かつ、断線部21b,21cの断線間隔を埋めるように、断線部33aに導線を配置した。
このような構成とすることで、タッチスクリーンを表示装置前面に装着した場合に、表示光が断線部21b,21c,33aを通過することを防止することができるため、断線部21b,21c,33aが視認されにくくなり好ましい。
なお、本実施の形態では、実施の形態1と同じく、行方向配線21および列方向配線31のメッシュを構成する導線の幅は3μmであり、断線部21b,21c,33aの断線間隔は10μmである。また、透明基板10の厚みは0.9mmであり、フローティング電極21aの行方向の幅Lは800μmである。また、図11および図13におけるメッシュ間隔P3、P4は400μmであり、図15におけるメッシュ間隔P1、P2は200μmである。
本発明の効果を確認するために、本実施の形態におけるタッチスクリーンと、実施の形態1におけるタッチスクリーンを作製し、それぞれに相互容量型の検出回路を装着して、指によるタッチ検出を行った。本実施の形態におけるタッチスクリーンでも、実施の形態1におけるタッチスクリーンと同じく、タッチ位置の位置座標を正確に検出することができた。
また、視認性を確認するために、室内照度1000luxの下で実施の形態におけるタッチスクリーンと、実施の形態1におけるタッチスクリーンと目視したところ、実施の形態1におけるタッチスクリーンでは、下部電極20と上部電極30が目視されたが、本実施の形態におけるタッチスクリーンではそれらが目視されなかった。
<効果>
本実施の形態におけるタッチスクリーンは、平面視で列方向配線31と同じ領域内に、行方向配線21と同じ層に形成されるメッシュ状の列方向ダミー配線22と、平面視で行方向配線21と同じ領域内に、列方向配線31と同じ層に形成されるメッシュ状の行方向ダミー配線33とを備え、列方向配線31のメッシュと列方向ダミー配線のメッシュ22が、平面視で相補的にずれて配置され、行方向配線21のメッシュと行方向ダミー配線33のメッシュが、平面視で相補的にずれて配置されることを特徴とする。
従って、行方向配線21の上層に行方向ダミー配線33を設け、列方向配線31の下層に列方向ダミー配線22を設け、かつ上下層の配線のメッシュを平面視で相補的にずれて配置することによって、行方向配線21と列方向配線31との外光の反射率の違いを軽減して、反射率を均一化することが可能である。
よって、実施の形態1で述べた効果に加えて、外光の反射率が均一化されるため、行方向配線21および列方向配線31が視認されることを抑制することが可能である。
<実施の形態3>
<構成>
本実施の形態におけるタッチスクリーンの下部電極20および上部電極30の構成は、実施の形態2(図15)における配線の単位パターンを、円弧状とした点が異なる。
図16に、本実施の形態における行方向配線21、列方向配線31、行方向ダミー配線33および列方向ダミー配線22に共通する単位パターンを示す。
本実施の形態における配線の単位パターンは、互いに交差するS字状の配線と、S字状の配線の交差点を中心とした円状の配線により構成される。S字状の配線を構成する円弧の半径はrであり、円状の配線の半径はRである。
なお、単位パターンの行方向の間隔P1および列方向の間隔P2を200μmとした。また、円弧の半径rを100μm、円状の配線の半径Rを80μmとした。
図17に、行方向配線21と列方向配線31が平面視で重なる領域周辺における下部電極20の平面図を示す。図17は、図11の配線の単位パターンを、図16に示した円弧状の単位パターンで置き換えたものである。
断線部21cによって、行方向配線21、フローティング電極21a、列方向ダミー配線22のそれぞれの領域が分離されて、断線されている。また、各フローティング電極21aは、3本の断線部21bによって、長手方向、即ち列方向に分離されて断線されている。それ以外の構成は図11と同じであるため、説明を省略する。また、図18は、図17における領域Dの拡大図である。
図19に、行方向配線21と列方向配線31が平面視で重なる領域周辺における上部電極30の平面図を示す。図19は、図13のメッシュ状の配線の単位パターンを、図16に示した円弧状の単位パターンで置き換えたものである。それ以外の構成は図13と同じであるため、説明を省略する。また、図20は、図19における領域Eの拡大図である。
図21に、行方向配線21と列方向配線31が平面視で重なる領域周辺における下部電極20と上部電極30の平面図を示す。なお、図21において、図の見易さのために断線部33aは省略されている。図21は、図15において、配線の単位パターンを、図16の単位パターンに置き代えたものである。また、図15では、フローティング電極21aを列方向に分断する断線部21bは1本であったが、図21では3本である。それ以外の構成は図15と同じであるため、説明を省略する。
なお、本実施の形態において、配線を構成する導線の幅は3μm、断線部21b,21c,33aの断線幅は、10μmである。
なお、本実施の形態において、単位パターンのS字状配線を、行方向に対して45°傾いた方向および行方向に対して反対方向に45°傾いた方向に延びるように設けたが、行方向および列方向に延びるように設けても良い。
本発明の効果を確認するために、本実施の形態におけるタッチスクリーンと、実施の形態2におけるタッチスクリーンを作製し、それぞれに相互容量型の検出回路を装着して、指によるタッチ検出を行った。本実施の形態におけるタッチスクリーンでも、実施の形態2におけるタッチスクリーンと同じく、タッチ位置の位置座標を正確に検出することができた。
また、タッチスクリーンの視認性を確認するために、照度80000luxの直射日光下で、本実施の形態におけるタッチスクリーンと、実施の形態2におけるタッチスクリーンを目視したところ、本実施の形態におけるタッチスクリーンは、配線の反射光によるギラツキがより軽減されていた。これは、配線の単位パターンを円弧状としたことで、様々な方向に反射光が反射されるためである。
<効果>
本実施の形態におけるタッチスクリーンにおいて、メッシュ状の配線は、単位パターンの繰り返しで構成され、当該単位パターンは、少なくとも一部に円弧状の配線を含むことを特徴とする。
従って、実施の形態2で述べた効果に加えて、単位パターンの一部を円弧状の配線にすることによって、単位パターンが直線状である場合と比較して、様々な方向に外光を散乱させることができるため、外光の反射によるギラツキを抑制することが可能である。
また、本実施の形態におけるタッチスクリーンにおいて、メッシュ状の配線は、単位パターンで構成され、当該単位パターンは、全ての配線が円弧状の配線により形成されることを特徴とする。
従って、全ての配線を円弧状とすることによって、より効果的に、様々な方向に外光を散乱させることができるため、外光の反射によるギラツキをより抑制することが可能である。
また、本実施の形態におけるタッチスクリーンにおいて、メッシュ状の配線は、単位パターンで構成され、当該単位パターンは、互いに交差するS字状の配線と、当該S字状配線の交差点を中心とした円状の配線とを備えることを特徴とする。
従って、円状の配線によって、さらに効果的に、様々な方向に外光を散乱させることができるため、外光の反射によるギラツキをさらに抑制することが可能である。
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、省略することが可能である。
<実施の形態4>
実施の形態1の形態においては各配線層の深さの違いに起因する反射光の違いが生じて表示不良を引き起こしうるため、その対策として、実施の形態2においては行方向配線21の上層の上部電極30として行方向ダミー配線33をさらに配置し、かつ、列方向配線31の下層に下部電極20として列方向ダミー配線22をさらに配置した。ここで、行方向ダミー配線33のメッシュと列方向ダミー配線22のメッシュとは、各々、行方向配線21のメッシュと列方向配線31のメッシュと相補的にずれて重なることにより、行方向配線21と列方向配線31との外光の反射率を均一化できる効果を奏していた。
しかし、実施の形態2の形態においても、照度80000luxの直射日光下で目視したところ、行方向配線21、列方向配線31、フローティング電極21aそれぞれがブロックパターンのように視認されるという表示品質の低下が生じる場合があった。特に、フローティング電極21aが、ブロックパターンとして視認されやすい。
発明者がその原因を鋭意解析したところ、以下のようなメカニズムの推定に至った。すなわち、実施の形態2のように、断線部33aの断線間隔を埋めるように断線部21b、21cに導線を配置し、かつ、断線部21b、21cの断線間隔を埋めるように断線部33aに導線を配置した構造は、外光の反射率を均一化することにより断線部の視認を低減する効果を奏するが、上層の導線が下層の導線を乗り上げる際に生じる段差による反射光を均一化するとは限らないのである。
後で詳細に説明するが、行方向配線21や列方向配線31において下部電極20を上部電極30が乗り上げる際に生じる段差の数よりも、フローティング電極21aにおける同様の段差の数の方が多い構造の場合、フローティング電極21aは他の領域に比べてより反射光が視認されやすくなる。
(比較例)
従来の問題点を明確にするために、実施の形態4に係るタッチスクリーンの構造の説明の前にまず比較例における構造について説明する。図22に、下部電極20および上部電極30の平面図を示す。図22は実施の形態2で用いた図15と基本的に同じ図面であるが、拡大図として図示した領域として領域F、G、Jを規定している。ここで、領域Fとは、断線部21bにより分割されたフローティング電極21aを含む領域である。また、領域Gは行方向配線21と列方向配線31とが平面視で相補的にずれて重なる領域である。さらに、領域Jは行方向配線21と行方向ダミー配線33とが平面視で相補的にずれて配置される領域である。
また、タッチスクリーン1は、透明なガラスや樹脂からなる透明基板10と、透明基板10の上に形成された下部電極20と、透明基板10の上に下部電極20を覆うように形成された層間絶縁膜11と、層間絶縁膜11の上に形成された上部電極20と、層間絶縁膜11の上に上部電極30を覆うように形成された保護膜12とを備える点は、実施の形態2や3と同様である。
次に、比較例におけるタッチパネルの拡大図である図23について説明する。図23(a)は、図22に示すタッチスクリーンの領域Fに相当する領域における拡大図である。同様に、図23(b)は、図22に示すタッチスクリーンの領域Gに相当する領域における拡大図である。また、両方の図とも図12と同様に、実線は下部電極20と同層であり、点線は上部電極30と同層であることを示している。
次に、図23における断面構造を示した図24について説明する。図24(a)は、図23(a)に示すF1−F2領域の断面の一部を示した図である。図24(b)は、図23(a)に示すF3−F4領域の断面の一部を示した図である。図24(c)は、図23(b)に示すG1−G2領域の断面の一部を示した図である。図24(d)は、図23(b)に示すG3−G4領域の断面の一部を示した図である。また、行方向配線21と列方向配線31の構造は、領域Gと同一であるため、構造に関する説明を省略する。
図24(a)と(b)では、行方向配線20と同じ層に形成される第1フローティング電極と列方向配線30と同じ層に形成される第2フローティング電極とが交差している状況を示している。なお、これ以降、特に行方向配線20と同じ層に形成される第1フローティング電極のことをフローティング電極21aと称呼し、列方向配線30と同じ層に形成される第2フローティング電極はフローティング電極31aと称呼して区別することとする。また、実施の形態2と同様に、フローティング電極21aとフローティング電極31aとはメッシュ状で互いに平面視で相補的にずれており交差部を有する。さらに、フローティング電極21aのうち、特に断線部21bにおける部分を断線部フローティング電極21aと称呼することがある。同様に、フローティング電極31aのうち、特に断線部33aにおける部分を断線部フローティング電極31aと称呼することがある。
図24(a)において、フローティング電極21aは断線部21bを介して分断されている。より詳しくは、断線部フローティング電極21aの両端にそれぞれ離間部を介して端部を有するフローティング電極21aが形成されている。それらを覆うようにして形成される層間絶縁膜11上に断線部フローティング電極31aが形成されている。断線部フローティング電極21aの線分としての方向は、その両端にあるフローティング電極21aの線分としての方向とは異なっており、フローティング電極31a(図24に記載の断線部フローティング電極31aを除く)の線分としての方向と同じ方向である。また、同様に図24に記載の断線部フローティング電極31aの線分としての方向は、図24に記載のフローティング電極21a(図24中央に記載の断線部フローティング電極21aを除く)の線分としての方向と同じ方向である。これにより相補的に継ぎ目の無いメッシュが形成される。なお、このような構造に関連する内容は特開2010−277392号公報にも記載がある。
ここで、断線部フローティング電極31aは断線部21bで途切れている箇所を横断するように形成されているため、断線部フローティング電極31aは下層のフローティング電極21aに乗り上げる部位を有することになる。図24(a)ではこの部位を段差Hとして示しているが、合計4箇所生じることとなる。具体的には、断線部フローティング電極21aの両端で2箇所、断線部フローティング電極21aの両端とそれぞれ離間部を介した端部を有するフローティング電極21aの当該端部で2箇所の計4箇所である。
一方、図24(b)では、断線部フローティング電極21aの上層に層間絶縁膜11を介して断線部フローティング電極31aが交差するように形成されており、断線部フローティング電極31aの両端で離間部を介して形成されるフローティング電極31aが各々、断線部フローティング電極21aの両端の2箇所に乗り上げている。これにより、断線部フローティング電極21aの両端2箇所で段差Hが生じている。ここで、図24(a)と図24(b)とは図23で示すようにフローティング電極21aとフローティング電極31aとの一つの交差部をF1−F2、F3−F4で見た断面図であるため、結局一つの交差部における段差Hの数は計6箇所となる。
図24(c)(d)は行方向配線21と列方向配線31とが単純に交差している状況を示している。図24(d)に示すように、一つの交差部での段差Hの数は計2箇所となる。したがって、領域Gよりも領域Fの方が一つの交差部における段差Hの数が多いことになる。段差Hが多いと段差Hの側面部からの反射光も増大するため、結果的に領域Gと領域Fとの間で反射光量の差異が生じ、ブロックパターンとして視認されやすくなる。
<構成>
本実施の形態4におけるタッチスクリーンの構成は、実施の形態2及び3における層間絶縁膜11の表面が平坦化されて形成されていることを特徴とする。層間絶縁膜11の表面を平坦化することにより、上部電極30やフローティング電極31aが下部電極20やフローティング電極21aを乗り上げる段差H自体を無くすことができる。層間絶縁膜11の表面を平坦化するには、例えばSOGを塗布した後に焼成してもよいし、絶縁膜を形成した後にエッチバック等の手段により表面を平坦化してもよい。
本実施の形態4に係るタッチスクリーンの断面図を図25に示す。図25(a)は、図22に示すタッチスクリーン1の領域Fの拡大図23(a)に示すF1−F2領域の断面の一部を示した図である。図25(b)は、図22に示すタッチスクリーン1の領域Fの拡大図23(a)に示すF3−F4領域の断面の一部を示した図である。図25(c)は、図22に示すタッチスクリーン1の領域Gの拡大図23(b)に示すG1−G2領域の断面の一部を示した図である。図25(d)は、図22に示すタッチスクリーン1の領域Gの拡大図23(b)に示すG3−G4領域の断面の一部を示した図である。図25(a)(b)(c)(d)で示すように、フローティング電極21aや断線部フローティング電極21aを覆う層間絶縁膜11の表面は平坦化されており、層間絶縁膜11上のフローティング電極31aが乗り上げる部位を有さず段差Hも生じていない。そのため、段差Hに起因する反射光の不均一も生じないこととなり、視認性が向上する。
また、層間絶縁膜11の厚みを最適化することによりより一層視認性を向上させることができる。ここで、0.3μmの厚みを有する下部電極20上に液状の絶縁材料を塗布することにより表面が平坦化された層間絶縁膜11を形成する場合において、層間絶縁膜11の厚みと視認性との関係を図26に示す。層間絶縁膜の膜厚を1.5um以上にすることにより、層間絶縁膜11の表面はより平坦化されることがわかる。絶縁材料の粘度等にも影響されるが、層間絶縁膜11の厚みは下部電極20の厚みのおおむね3倍以上あると良く、5倍以上で効果は飽和することがわかる。
本実施の形態4に係るタッチスクリーン1は、透明なガラスや樹脂からなる透明基板10と、透明基板10の上に形成された下部電極20と、透明基板10の上に下部電極20を覆うように形成されてその表面が平坦化された層間絶縁膜11と、表面が平坦化された層間絶縁膜11の上に形成された上部電極30と、層間絶縁膜11の上に上部電極30を覆うように形成された保護膜12とを備える。
<効果>
本発明によれば、下部電極20を上部電極30が乗り上げる際に生じる段差Hを抑制することにより、下部電極20を上部電極30が乗り上げる際に生じる段差Hでの反射光を抑えることができるので、段差Hによる反射光の不均一を生じうる実施の形態2、3の形態と比較して、視認性を向上させることができる。
<実施の形態5>
<構成>
本実施の形態5におけるタッチスクリーンの下部電極20および上部電極30の構成は、実施の形態4と同じく、実施の形態2及び3において生じうる段差Hによる反射光の不均一を改善するためのものであるが、実施の形態4のような平坦化膜を使用しないものである。具体的には、断線部21b、21c、33aにおいて、下部電極20と上部電極30が重ならない、もしくは、微小の隙間を空ける程度に導線を配置することで、層間絶縁膜11の段差Hの数を低減するものである。これにより、上部電極30を設ける際に生じる段差Hを抑制することができる。以下、図28を用いてより具体的に説明する。
図28の断面構造について説明する。図28(a)は、図22に示すタッチスクリーン1の領域Fの拡大図27(a)に示すF5−F6領域の断面の一部を示した図である。図28(b)は、図22に示すタッチスクリーン1の領域Fの拡大図27(a)に示すF7−F8領域の断面の一部を示した図である。図28(c)は、図22に示すタッチスクリーン1の領域Jの拡大図27(b)に示すH1−H2領域の断面の一部を示した図である。図28(d)は、図22に示すタッチスクリーン1の領域Jの拡大図27(b)に示すH3−H4領域の断面の一部を示した図である。
図28(a)では断線部フローティング電極31aが、断線部フローティング電極21a上を横断するように形成されているため、断線部フローティング電極21aの両端部において2箇所の段差Hを生じている。ここで、断線部フローティング電極21aと離間部を介して端部を有するフローティング電極21aの端部には、断線部フローティング電極31aは乗り上げていない。言い換えれば、断線部フローティング電極21aの長さと各離間部の和である断線部21bの範囲よりも断線部フローティング電極31aの長さの方が短い。したがって、断線部フローティング電極31aの両端には、いずれの電極も形成されずに光が透過する領域である微小な隙間が存在することとなる。また、先に説明した図24(a)との相違点としては、図24(a)においては、断線部フローティング電極21aの長さと各離間部の和である断線部21bの範囲よりも断線部フローティング電極31aの長さの方が長い点がある。
図28(b)でも同様に、断線部フローティング電極31aの長さと各離間部の和である断線部33aの範囲よりも断線部フローティング電極21aの長さの方を短くしている。そのため、図24(b)では2箇所あった段差Hの数はここではゼロとなっている。断線部フローティング電極21aの両端には、いずれの電極も形成されずに光が透過する領域である微小な隙間が存在する点も図28(a)と同様である。図28(a)、(b)から、実施の形態5に係るタッチパネルの領域F内の一つの交差部における段差Hの数は2箇所となり、図24における6箇所から大幅に減らすことができる。これにより、段差Hに起因する反射光の増大を防止でき、視認性を向上することができる。
次に図28(c)を説明する。領域Jは下層の行方向配線21と上層の行方向ダミー配線33とが平面視で相補的にずれて重なっている領域である。図28(c)においては、行方向配線21の上層の層間絶縁膜11を介して行方向ダミー配線33が形成されている。ここでは段差Hの数はゼロである。一方で、図28(d)では行方向配線21のパターン端部に行方向ダミー配線33が乗り上げている。したがって、領域J内の一つの交差部における段差Hの数は計2箇所である。図28(c)、(d)においては行方向配線21と行方向ダミー配線33とが重なる領域Jについて説明したが、逆に列方向配線31と列方向ダミー配線22とが平面視で相補的に重なる領域においても段差Hの数を2箇所とすることができる。
一つの交差部における段差Hの数が2箇所というのは、領域Gの段差Hの数である2箇所と同じである。さらに、図28(a)、(b)に示す構造をとる場合、領域F内の交差部における段差Hの数も2箇所にすることができるため、領域ごとの段差Hの数の相違に起因する反射光の均一性を向上することができ、より一層視認性が向上することとなる。また、本実施の形態5では、断線部21b、21c、33aに微小の隙間が存在することになるが、表示光による断線部は目視では視認できないため、表示品質低下を起こすことはない。
なお、本実施の形態5に係るタッチスクリーン1においても、透明なガラスや樹脂からなる透明基板10と、透明基板10の上に形成された下部電極20と、透明基板10の上に下部電極20を覆うように形成された層間絶縁膜11と、層間絶縁膜11の上に形成された上部電極20と、層間絶縁膜11の上に上部電極30を覆うように形成された保護膜12とを備えることは実施の形態2や3と同様である。
<効果>
本実施の形態5におけるタッチスクリーンにおいては、図28(a)、(b)に示すように、断線部21b、21c、33aにおいて、下部電極20と上部電極30が重ならない、もしくは、微小の隙間を空ける程度に導線を配置することを特徴とする。したがって、実施の形態2及び3と関連する図24(a)、(b)で示した段差Hの数を低減することができ、これにより反射光による表示品質低下を抑制でき、視認性を向上させることが可能である。
<実施の形態6>
<構成>
実施の形態5の領域Jでは、図28(c)(d)に示すように、一つの交差部について段差Hの数が2箇所生じていた。しかし、実施の形態5の領域Fで示した微小の隙間を設けることにより、領域J内の交差部の段差Hの数も低減させることも可能である。図29において、領域J内の一つの交差部あたりの段差Hの数を2箇所からゼロに低減した構造を示す。図29(a)は、図22に示すタッチスクリーン1の領域Jの拡大図27(b)に示すH1−H2領域の断面の一部を示した図である。図29(b)は、図22に示すタッチスクリーン1の領域Jの拡大図27(b)に示すH3−H4領域の断面の一部を示した図である。
図29(a)は図28(c)と同じであるため説明を省略するが、段差Hの数はゼロである。一方、図29(b)では実施の形態5の領域Fで示した微小の隙間を設けている。すなわち、行方向配線21の上層にある行方向ダミー配線33は断線部33aで分断されており、しかも下層の行方向配線21に乗り上げる部位を有さない。したがって、行方向ダミー配線33が乗り上げる段差Hの数もゼロになる。
これにより、図24(d)における段差Hの数をより低減することができ、反射光による表示品質低下を抑制でき、視認性を向上させることが可能である。また、この構造やそれに伴う効果については、列方向配線31と列方向ダミー配線22とが平面視で相補的に重なる領域においても同様であるため、説明は省略する。
本実施の形態6でも実施の形態5と同様、断線部21b、21c、33aに微小の隙間が存在することになるが、表示光による断線部目視は視認できないため、表示品質低下を起こすことはない。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、省略することが可能である。
例えば、上層と下層とは適宜入れ替えても良い。また、上部電極30が下部電極20を乗り上げる際には交差部の中央に対して対称性を有している場合のみ説明したため、段差Hの数は常に偶数であったが偶数以外でもよい。例えば、一方のみ乗り上げて他の一方は乗り上げないようにすることにより段差Hの数を奇数とすることも可能である。段差Hの数を奇数とした場合、両方とも乗り上げない構造に比べて、断線部近辺の微小な隙間が低減することになるので、隙間の光漏れと段差Hの反射光との問題を両方解決できる最適な構造をとることができる。
1 タッチスクリーン、10 透明基板、11 層間絶縁膜、12 保護膜、
20 下部電極、21 行方向配線、21a フローティング電極、21b,21c、33a 断線部、30 上部電極、31 列方向配線、31a フローティング電極、33 行方向ダミー配線

Claims (4)

  1. 行方向配線と列方向配線の上下2層からなるメッシュ状の配線パターンで覆われたタッチスクリーンであって、
    前記行方向配線もしくは前記列方向配線は、交差部分において線幅が狭くなっており、
    前記行方向配線もしくは前記列方向配線は、
    前記行方向配線と前記列方向配線が平面視で接する領域に隣接して設けられたフローティング電極を備え、
    前記フローティング電極は周囲の配線から絶縁されて、前記フローティング電極を分断する断線部を備え、かつ、前記フローティング電極は
    前記行方向配線と同じ層に形成される前記メッシュ状の第1フローティング電極と、
    前記列方向配線と同じ層に形成される前記メッシュ状の第2フローティング電極とを備え、
    平面視で列方向配線と同じ領域内に、前記行方向配線と同じ層に形成される前記メッシュ状の列方向ダミー配線と、
    平面視で行方向配線と同じ領域内に、前記列方向配線と同じ層に形成される前記メッシュ状の行方向ダミー配線と、
    を備え、
    前記行方向配線のメッシュと前記列方向配線のメッシュが、平面視で相補的にずれて配置され、
    前記列方向配線のメッシュと前記列方向ダミー配線のメッシュが、平面視で相補的にずれて配置され、
    前記行方向配線のメッシュと前記行方向ダミー配線のメッシュが、平面視で相補的にずれて配置され、
    前記第1フローティング電極のメッシュと前記第2フローティング電極のメッシュが、平面視で相補的にずれて配置され
    ていることを特徴とするタッチスクリーン。
  2. 前記行方向配線と前記列方向配線との間には層間絶縁膜が形成されており、
    前記層間絶縁膜の表面は平坦化されている
    ことを特徴とする、請求項1に記載のタッチスクリーン。
  3. 前記断線部においては、
    前記第1フローティング電極と前記第2フローティング電極のうち、より上層にある一方は、より下層にある他方に乗り上げる部位を有さない
    ことを特徴とする、請求項1に記載のタッチスクリーン。
  4. 前記断線部における一つの交差部において、
    前記第1フローティング電極と前記第2フローティング電極のうち、より上層にある一方が、より下層にある他方に乗り上げる段差の数と、
    前記行方向配線と前記列方向配線とが平面視で重なる領域における一つの交差部において、
    前記行方向配線と前記列方向配線のうち、より上層にある一方の配線が、より下層にある他方の配線に乗り上げる段差の数と、
    平面視で前記列方向配線と同じ領域における一つの交差部において、
    前記列方向配線と前記列方向ダミー配線のうち、より上層にある一方の配線が、より下層にある他方の配線に乗り上げる段差の数と、
    平面視で前記行方向配線と同じ領域における一つの交差部において、
    前記行方向配線と前記行方向ダミー配線のうち、より上層にある一方の配線が、より下層にある他方の配線に乗り上げる段差の数とが相等しい
    ことを特徴とする、請求項1に記載のタッチスクリーン。
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