JP6185847B2 - タッチパネル - Google Patents

Description

本発明は、ユーザーが指又はスタイラス等でタッチしたときに、押圧位置に加えて、押圧力をも検出することができるタッチパネル（感圧機能付きタッチパネル）に関する。

上記のようなタッチパネルとして、国際公開第２０１２／１７６６２４号（特許文献１）に記載された機器が知られている。特許文献１の機器は、Ｘ軸方向に並んで配置された複数の上部透明電極１１ａと、Ｙ軸方向に並んで配置された複数の下部透明電極１２ａと、透明電極１１ａ，１２ａの少なくとも一方を覆う透明感圧インク部材１３とを備えている（特許文献１の図２，４，５等を参照）。

特許文献１の機器において、透明感圧インク部材１３は、加えられた外力に応じて抵抗値が変化する材料で構成されているため、抵抗値変化に基づいて外力の大きさを検出することができる。これを利用して、透明感圧インク部材１３を中核として感圧機能が実現される。そして、複数の上部透明電極１１ａと複数の下部透明電極１２ａとを中核として実現される位置検出機能と合わせて、感圧機能付きタッチパネルが実現されている。なお、特許文献１には、透明感圧インク部材１３が、複数の導電性粒子を含む組成物からなることも記載されている（特許文献１の段落００３９を参照）。

一般に、組成物に含まれる複数の導電性粒子は所定の粒径分布を示し、その粒径はまちまちである。このため、感圧層（透明感圧インク部材１３）には、その設定厚さよりも大きい粒径を有する導電性粒子が含まれる場合がある。このような場合、一部の導電性粒子が感圧層の表面から露出することになる。この状態でタッチパネルを繰り返し使用すると、感圧層に対向する電極（上部透明電極１１ａ）が、露出した導電性粒子と擦れ合って傷付く可能性がある。また、導電性粒子自体も、傷付いたり感圧層から剥離したりする可能性がある。電極や導電性粒子の損傷や、導電性粒子の剥離が生じると、抵抗値が上昇し、結果的に感圧機能が低下する可能性がある。

国際公開第２０１２／１７６６２４号

そこで、長期に亘って良好な感圧機能を維持することができる感圧機能付きタッチパネルの実現が望まれる。

本発明に係るタッチパネルの特徴構成は、
第一方向に並ぶように互いに平行に配置された複数の第一電極と、
複数の前記第一電極と対向し、かつ、前記第一方向に交差する第二方向に並ぶように互いに平行に配置された複数の第二電極と、
バインダ中に分散された粒径の異なる複数の導電性粒子を含む組成物からなり、少なくとも複数の前記第一電極の全体を覆う、外力に応じて電気特性が変化する感圧層と、
互いに隣接する前記導電性粒子間の離間距離の平均値を表す平均粒子間距離よりも小さい厚みを有し、前記感圧層と前記第二電極との間に設けられた保護層と、
を備える点にある。

本願において、「平均粒子間距離」とは、感圧層に分散して仮想的に設定される複数の区画のそれぞれにおいて互いに隣接する導電性粒子間の離間距離の平均値として基礎平均粒子間距離を決定し、さらに、各区画について決定された基礎平均粒子間距離の平均値（全体平均値）を算出することにより決定される距離を表す。

この特徴構成によれば、従来からあるタッチパネルと同様に、第一電極と第二電極とが中核的に機能することで、入力位置を適切に決定することができる。また、感圧層は、外力に応じて電気特性が変化する材料で構成されているため、電気特性の変化に基づいて、タッチパネルに対する押圧力の大きさを適切に決定することができる。よって、感圧機能付きタッチパネルが実現される。

また、上記の特徴構成によれば、感圧層と第二電極との間に保護層が設けられているので、粒径の大きな一部の導電性粒子が感圧層の表面から露出する場合であっても、第二電極と露出した導電性粒子とが擦れ合うことを抑制できる。よって、第二電極や導電性粒子が傷付くことや、導電性粒子が感圧層から剥離することを有効に抑制できる。従って、長期に亘って良好な感圧機能を維持することができる感圧機能付きタッチパネルが実現される。

さらに、上記の特徴構成によれば、保護層の厚みが平均粒子間距離よりも小さく設定されるので、当該保護層において、第一方向（及び第二方向）に通電しにくく、逆に厚み方向には通電しやすい構造となる。このため、隣接する第一電極間での絶縁が確保されやすく、位置検出機能が適切に実現される。また、押圧時における第一電極と第二電極との間の通電が確保されやすく、感圧機能が適切に実現される。よって、追加の保護層を設けることに起因して位置検出機能や感圧機能が損なわれることもない。従って、感圧機能付きタッチパネルにおける位置検出機能及び感圧機能の両方を、良好に維持することができる。

以下、本発明の好適な態様について説明する。但し、以下に記載する好適な態様例によって、本発明の範囲が限定される訳ではない。

１つの態様として、厚み方向に通電し、かつ、前記第一方向には通電しないように、前記保護層の厚みが設定されていると好適である。

この構成によれば、隣接する第一電極間での絶縁を適切に確保することができる。また、押圧時における第一電極と第二電極との間の通電を適切に確保することができる。よって、感圧機能付きタッチパネルの適正な機能を担保しつつ、長期に亘って良好な感圧機能を維持することができる。

１つの態様として、前記保護層の厚みが、前記導電性粒子の平均粒径よりも大きく設定されていると好適である。

感圧層の表面から露出する導電性粒子の露出高さは、各導電性粒子の粒径とバインダの層の厚みとの差によって規定される。このため、上記のように保護層の厚みを導電性粒子の平均粒径よりも大きく設定することで、多くの導電性粒子について、その露出する部分の全体を保護層で覆うことができる。また、他の導電性粒子についても、その露出する部分の多くを保護層で覆うことができる。よって、第二電極と導電性粒子とが擦れ合うことをさらに有効に抑制できる。その結果、感圧機能をさらに良好に維持することができる。

１つの態様として、前記保護層が、前記導電性粒子を構成する材料よりも柔らかい材料で構成されていると好適である。

この構成によれば、第二電極と保護層とが擦れ合っても、第二電極が傷付くことを抑制できる。よって、感圧機能をさらに良好に維持することができる。

１つの態様として、１つの前記感圧層が、複数の前記第一電極の全体のみを覆うように設けられるとともに、１つの前記保護層が、前記感圧層に接するように設けられていると好適である。

この構成によれば、感圧層及び保護層をそれぞれ１つだけ導入して、シンプルかつ十分な機能を有する感圧機能付きタッチパネルを実現することができる。また、この構成では、感圧層の上に直接的に保護層が設けられるので、導電性粒子の粒径のばらつきに起因する感圧層の表面粗さが改善される。よって、押圧力の検出感度を安定化することができ、結果的に押圧力の検出精度を高めることができる。

感圧機能付きタッチパネルを搭載した電子機器の斜視図 図１におけるＩＩ−ＩＩ断面図 タッチパネルの分解斜視図 導電性粒子の粒径分布を示すグラフ 図２における部分拡大図 平均粒子間距離の決定方法の説明図 耐久性試験の前後でのＦ−Ｒ特性の比較を示すグラフ タッチパネルの別態様を示す部分拡大図 タッチパネルの別態様を示す部分拡大図 タッチパネルの別態様を示す部分拡大図

本発明に係るタッチパネルの実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態に係るタッチパネル５は、携帯電話や携帯ゲーム機等の電子機器１に備えられ、タッチ入力デバイスとして機能する。本実施形態では、電子機器１の一種としての多機能携帯電話（スマートフォン）に搭載された、静電容量方式のタッチパネル５を例として説明する。なお、以下の説明では、タッチパネル５の入力面（後述する操作面２６ａ）が位置している側を「正面側」と称する。この「正面側」は、電子機器１を操作するユーザーに対して正対する側でもある。これとは反対に、電子機器１を操作するユーザーから見た場合における奥側を「背面側」と称する。

図１及び図２に示すように、電子機器１は、略直方体状の筐体３と、この筐体３に内蔵された表示装置４と、表示装置４に対して正面側に重ねて配置されたタッチパネル５とを備えている。筐体３は、合成樹脂で構成されている。筐体３は、正面側に向かって矩形状に開口する凹部３ａを備えている。凹部３ａは段差を有するように形成されており、この段差部分は、タッチパネル５を背面側から支持する支持部３ｂとして機能する。支持部３ｂは、凹部３ａの形状に対応して、矩形枠状（額縁状）に形成されている。支持部３ｂ（段差部分）よりも背面側の領域（第一収納凹部）には表示装置４が収納され、正面側の領域（第二収納凹部）には、支持部３ｂによって支持された状態でタッチパネル５が収納されている。なお、表示装置４は、例えば液晶表示パネルや有機ＥＬ表示パネルにより構成される。

凹部３ａ（第一収納凹部及び第二収納凹部）の形状及び寸法は、表示装置４やタッチパネル５の形状及び寸法に応じて適宜設定することができる。本実施形態では、一例として、表示装置４及びタッチパネル５はいずれも略直方体状の形状を有しており、平面視（正面側から見た状態）での寸法は表示装置４よりもタッチパネル５の方が大きい。そして、凹部３ａは、第一収納凹部の側面と表示装置４の側面とが接するとともに第二収納凹部の側面とタッチパネル５の側面とが接し、かつ、表示装置４の表面と支持部３ｂの表面とが略同じ高さとなるともに筐体３の表面とタッチパネル５の表面とが略同じ高さとなるように形成されている。

本実施形態では、タッチパネル５は、ユーザーが指又はスタイラス等で操作面２６ａをタッチしたときに、操作面２６ａ上の押圧位置に加えて、操作面２６ａに対する押圧力の大きさをも同時に検出するように構成されている。すなわち、本実施形態に係るタッチパネル５は、感圧機能付きタッチパネルとして構成されている。

図３に示すように、タッチパネル５は、第一電極形成部材１０と、第二電極形成部材２０と、感圧層３０とを備えている。また、本実施形態に係るタッチパネル５は、保護層４０をさらに備えている。第一電極形成部材１０、感圧層３０、及び保護層４０は、背面側から正面側に向かって記載の順に積層されている（図５を参照）。第一電極形成部材１０の上に感圧層３０が配置され、感圧層３０の上に保護層４０が配置されている。また、第二電極形成部材２０は、保護層４０に対して正面側に、所定間隔を隔てて配置されている。

また、本実施形態では、第一電極形成部材１０及び第二電極形成部材２０は、いずれも矩形状に形成されており、平面視で重なるように配置されている。そして、当該矩形状を形成する４辺のうちの１辺に沿った方向を、本実施形態では「Ｘ軸方向」と定義し、その１辺に交差（本例では直交）する他の１辺に沿った方向を、本実施形態では「Ｙ軸方向」と定義する。本実施形態では、互いに直交するＸ軸方向とＹ軸方向とに基づいて、Ｘ−Ｙ座標系（Ｘ−Ｙ直交座標系）が構成されている。本実施形態では、Ｘ軸方向が本発明における「第一方向」に相当し、Ｙ軸方向が本発明における「第二方向」に相当する。なお、非直角に互いに交差するＸ軸方向とＹ軸方向とに基づいて、Ｘ−Ｙ座標系が構成されても良い。また、本実施形態では、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の双方に直交する方向を「Ｚ軸方向」と定義する。このＺ軸方向は、タッチパネル５を構成する各部材の積層方向（厚み方向）でもある。

図３に示すように、第一電極形成部材１０は、第一基板１２と、この第一基板１２上に形成された複数（本例では８本）の第一電極１４とを有する。第一基板１２は、透明性、柔軟性、及び絶縁性等に優れた材料を用いて構成されていることが好ましい。このような要求を満足する材料としては、例えばポリエチレンテレフタレートやアクリル系樹脂等の汎用樹脂、ポリアセタール系樹脂やポリカーボネート系樹脂等の汎用エンジニアリング樹脂、ポリスルホン系樹脂やポリフェニレンサルファイド系樹脂等のスーパーエンジニアリング樹脂等が例示される。第一基板１２の厚みは、例えば、２５μｍ〜１００μｍとすることができる。本実施形態では、ポリエチレンテレフタレートフィルムにより第一基板１２が構成されている。

第一電極１４は、本実施形態では、第一基板１２における正面側（第二電極形成部材２０側）の面に形成されている。複数の第一電極１４は、Ｘ軸方向に所定間隔を隔てて並ぶように互いに平行に配置されている。本実施形態では、第一電極１４は、ストライプ状（一定幅を有する直線状）に形成されている。なお、第一電極１４は、例えば波状やジグザグ状に形成されても良い。いずれにしても、第一電極１４のそれぞれは、全体として、Ｙ軸方向に沿って延在するように形成されている。

第一電極１４は、透明性に優れた材料を用いて構成されていることが好ましい。このような要求を満足する材料としては、例えば酸化スズ、酸化インジウム、酸化アンチモン、酸化亜鉛、酸化カドミウム、及びＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の金属酸化物、銀ナノワイヤー、カーボンナノチューブ、導電性ポリマー等が例示される。第一電極１４は、これらの材料を用いて構成された透明導電膜であり、その厚みは、例えば５ｎｍ〜５０００ｎｍとすることができる。本実施形態では、ＩＴＯ薄膜により第一電極１４が構成されている。

第一電極１４の形成方法としては、例えば第一基板１２に全面的に透明導電膜を形成してから不要部分をエッチング除去する方法が例示される。透明導電膜の全面的な形成は、例えば真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、及びロールコーター法等によって行うことができる。エッチングは、電極として残したい部分にフォトリソグラフィ法又はスクリーン印刷法等によりレジストを形成した後、塩酸等のエッチング液に浸漬することによって行うことができる。また、エッチングは、レジストの形成後、エッチング液を噴射してレジストが形成されていない部分の透明導電膜を除去し、その後、溶剤に浸漬することによりレジストを膨潤又は溶解させて除去することにより行うこともできる。また、エッチングは、レーザーにより行うこともできる。

図３に示すように、第二電極形成部材２０は、第二基板２２と、この第二基板２２上に形成された複数（本例では８本）の第二電極２４とを有する。第二基板２２も、透明性、柔軟性、及び絶縁性等に優れた材料を用いて構成されていることが好ましい。第二基板２２を構成する材料や第二基板２２の厚みに関しては、第一基板１２と同様に考えることができる。第二基板２２は、矩形枠状のスペーサ３５を介して、第一基板１２に対して所定間隔を隔てて対向するように配置されている。なお、スペーサ３５としては、例えば芯材（ポリエチレンテレフタレートフィルム等）とその両面にそれぞれ形成された粘着剤（アクリル系の接着糊等）とを有する両面粘着テープを用いることができる。或いは、スペーサ３５として、紫外線硬化性接着剤や熱硬化性接着剤等を用いても良い。スペーサ３５の厚みは、例えば２μｍ〜３００μｍに設定されている。

第二電極２４は、本実施形態では、第二基板２２における背面側（第一電極形成部材１０側）の面に形成されている。複数の第二電極２４は、複数の第一電極１４とＺ軸方向に所定間隔（いわゆるエア・ギャップ）を隔てて対向するように配置されている。また、複数の第二電極２４は、Ｙ軸方向に所定間隔を隔てて並ぶように互いに平行に配置されている。本実施形態では、第二電極２４は、ストライプ状（一定幅を有する直線状）に形成されている。なお、第二電極２４は、例えば波状やジグザグ状に形成されても良い。いずれにしても、第二電極２４のそれぞれは、全体として、Ｘ軸方向に沿って延在するように形成されている。これにより、第一電極１４と第二電極２４とは、平面視で互いに交差（本例では直交）するように配置されている。また、第二電極２４は、透明性に優れた材料を用いて構成されていることが好ましい。第二電極２４を構成する材料や第二電極２４の厚みに関しては、第一電極１４と同様に考えることができる。また、第二電極２４の形成方法に関しても、第一電極１４と同様に考えることができる。

複数の第一電極１４は、それぞれ引き回し配線を介して、検出回路（図示せず）に接続されている。また、複数の第二電極２４も、それぞれ引き回し配線を介して、検出回路に接続されている。なお、引き回し配線は、金、銀、銅、及びニッケル等の金属、又はカーボン等の導電ペーストを用いて構成される。

本実施形態では、タッチパネル５は、ハードコート層２６をさらに備えている。ハードコート層２６は、タッチパネル５における最正面側に配置されており、具体的には第二基板２２の正面側に接着されている。ハードコート層２６は、透明性、耐傷性、及び防汚性等を具備していることが好ましい。このようなハードコート層２６は、例えばポリエチレンテレフタレート樹脂やアクリル樹脂等の樹脂材料を用いて構成することができる。第二基板２２とハードコート層２６とは、例えば感圧接着剤（Pressure Sensitive Adhesive；ＰＳＡ）等によって互いに貼り合わされている。また、ハードコート層２６は、その正面側の表面に操作面２６ａを有する。この操作面２６ａは、ユーザーが電子機器１に対して所定操作を入力する際に、ユーザーの指等によってタッチされる（操作対象となる）面である。

図３に示すように、感圧層３０は、少なくとも複数の第一電極１４の全体を覆うように設けられている。本実施形態では、感圧層３０は、複数の第一電極１４の全体のみを覆うように、１つだけ設けられている。言い換えれば、本実施形態では、感圧層３０は、第二電極２４側には設けられていない（図５も参照）。感圧層３０は、外力（加えられた押圧力）に応じて電気特性が変化する性質を有している。このような感圧層３０は、バインダ３２と、このバインダ３２中に分散された複数の導電性粒子３３とを含む組成物を用いて構成されている。

バインダ３２は、絶縁性の材料で構成され、導電性粒子３３どうしが平時は導通しないように、複数の導電性粒子３３を分散保持する。バインダ３２は、例えばポリ塩化ビニル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアクリル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリビニルアセタール系樹脂、ポリエステルウレタン系樹脂、セルロースエステル系樹脂、アルキド樹脂等の樹脂材料を用いて構成することができる。中でも、透明性に優れた樹脂材料を好ましく用いることができる。また、バインダ３２として、ゴムやエラストマー等を用いても良い。

導電性粒子３３は、例えば金属材料を用いて構成することができる。導電性粒子３３は、それ自体は外力が作用しても変形しない定形性を有する。導電性粒子３３は、例えば針状の不規則な表面構造を有する金属粒子とすることができる。導電性粒子３３としては、量子トンネル効果が期待できるものを用いることが好ましい。導電性粒子３３は、視認性に影響を与えることがなく、かつ、押圧時には通電可能となるような分布密度で、バインダ３２内に分散保持されている。このようなバインダ３２と導電性粒子３３とを含む組成物としては、例えば英国のペラテック社（Peratech Ltd）から商品名「ＱＴＣ Ｃｌｅａｒ」で入手可能な、量子トンネル現象複合材料（Quantum Tunneling Composite）を用いることができる。

なお、感圧層３０は、上記組成物（ここでは“ＱＴＣ組成物”と称する）を例えば塗布することによって、第一基板１２上に形成することができる。ＱＴＣ組成物の塗布方法としては、スクリーン印刷、オフセット印刷、グラビア印刷、及びフレキソ印刷等の印刷法を例示することができる。感圧層３０の厚み（ここでは特に、バインダ３２からなる層の厚み）は、第一電極１４の厚みよりも厚く、例えば１μｍ〜５μｍに設定されている。なお、本実施形態では、全体として１つの感圧層３０が複数の第一電極１４の全体を覆うように設けられるので、単一の工程で感圧層３０を形成することができる。このような構成では、タッチパネル５全体としても製造工程を簡素化できるという利点がある。

ＱＴＣ組成物からなる感圧層３０は、外力が作用していない状態（非押圧状態）で、実質的に絶縁体として機能する。例えば感圧層３０は、非押圧状態で１ＭΩ以上の抵抗値を示す。一方、外力が作用している状態（押圧状態）では、互いに近接している複数の導電性粒子３３間で、直接的な接触の有無とは無関係にトンネル電流が流れて、感圧層３０は導電体として機能する。このとき、感圧層３０の抵抗値（電気特性の一例）は、外力の大きさに応じて変化する。つまり、感圧層３０の抵抗値変化は、外力の大きさに応じたものとなる。例えば感圧層３０は、押圧状態で１０ｋΩ未満の抵抗値を示し得る。

タッチパネル５を備えた電子機器１には、ＣＰＵ等の演算処理装置を含む制御部（図示せず）が備えられており、この制御部が位置検出演算及び押圧力検出演算を行うように構成されている。具体的には、タッチパネル５（操作面２６ａ）に対してユーザーの指等がタッチされると、タッチされた箇所において第一電極１４と第二電極２４とが接触し、当該位置における電極１４，２４間の抵抗値が変化する。制御部は、これらの抵抗値の変化を検出することにより、操作面２６ａにおけるＸ−Ｙ座標系での押圧位置を決定することができる。また、タッチパネル５（操作面２６ａ）に対してユーザーの指等がタッチされると、上述したように感圧層３０の抵抗値は、加えられた押圧力の大きさに応じて変化する。制御部は、感圧層３０の抵抗値変化を検出することにより、操作面２６ａと直交する方向（Ｚ方向）に加えられた押圧力の大きさを決定することができる。

ところで、本実施形態で使用するＱＴＣ組成物中に含まれる導電性粒子３３は、例えば図４に示されるような粒径分布を示す。つまり、感圧層３０に分散配置された複数の導電性粒子３３は、それぞれ異なる粒径を有している。本実施形態では、導電性粒子３３の粒径は、一例として、１μｍ〜１０μｍの範囲内でまちまちである。およそ２μｍ〜４μｍの範囲内に最頻値が存在するものの、感圧層３０の厚み（ここでは特に、バインダ３２からなる層の厚み）よりも大きい粒径を有する導電性粒子３３も、中には存在する。このため、感圧層３０（ここでは特に、バインダ３２からなる層）の正面側の表面から、一部の導電性粒子３３が露出している（図５を参照）。

そこで本実施形態では、図５に示すように、感圧層３０（ここでは、バインダ３２からなる層）と第二電極２４との間に、保護層４０が設けられている。本実施形態では、保護層４０は、感圧層３０に接するように１つだけ設けられている。より具体的には、感圧層３０の表面から露出する導電性粒子３３の少なくとも一部を覆うように、保護層４０が設けられている。保護層４０は、導電性粒子３３を構成する材料よりも柔らかい材料で構成されている。また、保護層４０は、透明性に優れた材料を用いて構成されていることが好ましい。さらに、保護層４０は、表面抵抗率の高い（例えば、１ＭΩ／□以上の）材料を用いて構成されていることが好ましい。このような要求を満足する材料としては、例えば金属酸化物ナノ粒子を含有する樹脂材料や導電性ポリマー等を例示することができる。

金属酸化物ナノ粒子としては、例えば酸化チタン、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化ニオブ、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、酸化スズ、及びＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等が例示される。これらの中では、ＩＴＯナノ粒子を好ましく用いることができる。金属酸化物ナノ粒子の粒径は、例えば１０ｎｍ〜１００ｎｍであることが好ましい。金属酸化物ナノ粒子を含有する樹脂材料としては、紫外線硬化性樹脂や電子線硬化性樹脂等の活性線硬化樹脂や、熱硬化性樹脂を用いることができる。紫外線硬化性樹脂としては、例えばアクリル系樹脂、エポキシアクリル系樹脂、及びアルコキシアクリル系樹脂等が例示される。電子線硬化性樹脂としては、例えばウレタン変性アクリレート樹脂やアクリル変性ポリエステル樹脂等が例示される。熱硬化性樹脂としては、例えばエチルセルロース、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン、熱硬化ポリイミド等が例示される。

導電性ポリマーとしては、例えばポリアセチレン系高分子、ポリフェニレン系高分子、複素環系高分子、及びイオン性ポリマー系高分子等が例示される。ポリアセチレン系高分子としては、例えばポリアセチレンやポリフェニルアセチレン等が挙げられる。ポリフェニレン系高分子としては、例えばポリパラフェニレンやポリフェニレンビニレン等が挙げられる。複素環系高分子としては、例えばＰＥＤＯＴ（ポリエチレンジオキシチオフェン）やポリピロール等が挙げられる。イオン性ポリマー系高分子としては、例えばポリアニリンが挙げられる。これらの中では、ＰＥＤＯＴを好ましく用いることができる。

本実施形態では、感圧層３０と第二電極２４との間に設けられた保護層４０は、第二電極２４を保護する“電極保護層”として機能する。上述したように粒径の大きな一部の導電性粒子３３が感圧層３０の表面から露出する場合には、タッチパネル５の繰り返しの使用により、感圧層３０に対向する第二電極２４が、露出した導電性粒子３３と擦れ合って傷付く可能性がある。しかし、“電極保護層”としての保護層４０を備えることで、第二電極２４と露出した導電性粒子３３とが直接的に擦れ合うことを抑制できる。なお、感圧層３０上に保護層４０が設けられることで、当該保護層４０と第二電極２４とが直接的に擦れ合うことになるが、保護層４０を構成する材料は導電性粒子３３を構成する材料よりも柔らかいので、第二電極２４が傷付くのを有効に抑制できる。また、導電性粒子３３が傷付くことや、導電性粒子３３が感圧層３０（バインダ３２からなる層）から剥離することも、有効に抑制できる。従って、長期に亘って良好な感圧機能を維持することができる。なお、保護層４０自体は感圧機能に直接的には関与しないので、仮に保護層４０が傷付いたとしても特に問題はない。

保護層４０の厚みは、平均粒子間距離Ａよりも小さく設定されている。ここで、平均粒子間距離Ａとは、互いに隣接する導電性粒子３３間の離間距離（粒子間距離Ｄ）の平均値を表す概念である。より具体的には、平均粒子間距離Ａとは、感圧層３０に分散して仮想的に設定される複数の区画Ｃ（図６を参照）のそれぞれについて互いに隣接する導電性粒子３３間の離間距離（粒子間距離Ｄ）の平均値として基礎平均粒子間距離Ｂを決定し、さらに、各区画Ｃについて決定された基礎平均粒子間距離Ｂの平均値（全体平均値）を算出することにより決定される距離を表す。

平均粒子間距離Ａの決定方法について、図６の具体例を参照してさらに詳細に説明する。まず、第一電極１４が形成された第一基板１２上に感圧層３０が配置された積層体を準備する。次に、この積層体に、所定の大きさ（例えば５００μｍ×５００μｍ）の複数（図示の例では３０ヵ所）の区画Ｃを設定し、各区画Ｃを感圧層３０側から光学顕微鏡で観察する。この場合の倍率は、例えば１５０倍〜７５０倍とすることができる。図６には、１つの区画Ｃにおいて観察された複数（図示の例では５つ）の導電性粒子３３の様子を、拡大して模式的に示している。ここでは、説明の便宜上、それぞれの導電性粒子３３を、符号“３３ａ〜３３ｅ”により区別する。また、互いに隣接する２つの導電性粒子３３間の離間距離を、以下のように“Ｄ１〜Ｄ８”で表す。

導電性粒子３３ａと導電性粒子３３ｂとの間の離間距離；Ｄ１
導電性粒子３３ａと導電性粒子３３ｃとの間の離間距離；Ｄ２
導電性粒子３３ｂと導電性粒子３３ｃとの間の離間距離；Ｄ３
導電性粒子３３ａと導電性粒子３３ｄとの間の離間距離；Ｄ４
導電性粒子３３ｂと導電性粒子３３ｅとの間の離間距離；Ｄ５
導電性粒子３３ｃと導電性粒子３３ｄとの間の離間距離；Ｄ６
導電性粒子３３ｃと導電性粒子３３ｅとの間の離間距離；Ｄ７
導電性粒子３３ｄと導電性粒子３３ｅとの間の離間距離；Ｄ８

次に、発見されたそれぞれの導電性粒子３３について、その周辺に存在している他の導電性粒子３３との間の粒子間距離Ｄを測定し、得られた粒子間距離Ｄに基づいて、隣接する他の導電性粒子３３を特定する。本例では、粒子間距離Ｄが最小となる他の導電性粒子３３を、“隣接する他の導電性粒子３３”として特定する。例えば図６の例において、導電性粒子３３ａに注目すると、その周辺には導電性粒子３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ，３３ｅが存在している。そこで、各導電性粒子３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ，３３ｅについて、導電性粒子３３ａとの間の粒子間距離Ｄを測定する。その中で最小となる粒子間距離Ｄ１を与える導電性粒子３３ｂを“隣接する他の導電性粒子３３”として特定し、そのときの粒子間距離Ｄ１を、導電性粒子３３ａに関しての“最小離間距離Ｓａ”とする。導電性粒子３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ，３３ｅに関しても、同様にして、最小離間距離Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄ，Ｓｅが決定される。

次に、各導電性粒子３３について算出された最小離間距離Ｓの平均値である基礎平均粒子間距離Ｂを算出する。図６の例における基礎平均粒子間距離Ｂは、具体的には以下のように算出される。
Ｂ＝（Ｓａ＋Ｓｂ＋Ｓｃ＋Ｓｄ＋Ｓｅ）／５
このようにして算出される基礎平均粒子間距離Ｂは、その区画Ｃにおける任意の２つの近接する導電性粒子３３間の離間距離を代表するものとなる。

以上の手順を、全ての区画Ｃについて実行し、区画Ｃ毎の基礎平均粒子間距離Ｂを算出する。最後に、各区画Ｃについて決定された基礎平均粒子間距離Ｂの平均値（全体平均値）として、平均粒子間距離Ａを算出する。ここで、図６の例における計３０個の区画Ｃにおける基礎平均粒子間距離Ｂをそれぞれ“Ｂ１〜Ｂ３０”で表すと、具体的には以下のように算出される。
Ａ＝（Ｂ１＋Ｂ２＋Ｂ３＋・・・＋Ｂ３０）／３０
このようにして算出される平均粒子間距離Ａは、感圧層３０の全体に含まれる任意の２つの近接する導電性粒子３３間の離間距離を代表するものとなる。

本実施形態では、保護層４０の厚みが平均粒子間距離Ａよりも小さく設定されるので、当該保護層４０において、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に通電しにくく、逆にＺ軸方向には通電しやすい構造となる。この点について補足すると、保護層４０における、注目している通電方向の抵抗値は、当該方向の長さに比例するとともに、当該方向に直交する平面での断面積に反比例する。そして、保護層４０の厚みを相対的に小さくすることは、Ｚ軸方向の長さ及びＹＺ平面での断面積の両方を相対的に小さくすることに相当する。これらを合わせて考慮すると、保護層４０の厚みを相対的に小さくすることにより、Ｚ軸方向の抵抗値を相対的に小さくするとともに、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の抵抗値を相対的に大きくすることができる。つまり、保護層４０において、Ｘ軸方向及びＹ軸方向には通電しにくく、逆にＺ軸方向には通電しやすくなる。

Ｘ軸方向の抵抗値を相対的に大きくすることで、互いに隣接する第一電極１４間での絶縁が確保されやすくなる。これにより、位置検出機能が適切に実現される。また、Ｚ軸方向の抵抗値を相対的に小さくすることで、押圧時における感圧層３０及び保護層４０を介した第一電極１４と第二電極２４との間の通電が確保されやすくなる。これにより、感圧機能が適切に実現される。よって、追加の保護層４０を設けることに起因して位置検出機能や感圧機能が損なわれることもない。

保護層４０の厚みは、概念的には、以下のような基準をさらに満足するように設定されると好適である。すなわち、保護層４０の厚みは、平均粒子間距離Ａよりも小さいことに加え、
（ａ）導電性粒子３３の露出する部分の多くを覆うこと、
（ｂ）保護層４０の厚み方向（Ｚ軸方向）の通電が確保されること、
（ｃ）保護層４０に沿った方向（ここでは特にＸ軸方向）に通電しないこと、
（ｄ）表示装置４の視認性を良好に維持すること、
の１つ以上を満足するように設定されると好適である。

保護層４０の厚みは、（ａ）の基準に基づき、導電性粒子３３の平均粒径よりも大きくなるように設定されることが好ましい。このようにすれば、多くの導電性粒子３３について、感圧層３０（バインダ３２からなる層）の表面から露出する部分の全体を保護層４０で覆うことができる。また、他の導電性粒子３３についても、その露出する部分の多くを保護層４０で覆うことができる。よって、第二電極２４と導電性粒子３３とが擦れ合うことをさらに有効に抑制でき、感圧機能をさらに良好に維持することができる。なお、例えば導電性粒子３３の最大粒径よりも大きくなるように、保護層４０の厚みが設定されても好適である。このように設定すれば、感圧層３０（バインダ３２からなる層）の表面から導電性粒子３３が露出しないように、保護層４０で導電性粒子３３を完全に覆うことができる。なお、導電性粒子３３の平均粒径や最大粒径は、例えばレーザー回折散乱法により測定することができる。

但し、保護層４０の厚みをより大きく設定することにより、当該保護層４０の導通性や透視性に影響が及ぶ可能性がある。そこで、保護層４０の厚みの好適な上限値を規定するべく、上記（ｂ）〜（ｄ）の基準が設定されている。

保護層４０の厚みは、（ｂ）及び（ｃ）の基準に基づき、Ｚ軸方向に通電し、かつ、Ｘ軸方向には通電しないように設定されることが好ましい。例えば、Ｚ軸方向の抵抗値が１ｋΩ未満となり、かつ、Ｘ軸方向の抵抗値が１ＭΩ以上となるように、保護層４０の厚みが設定されることが好ましい。これにより、押圧時における感圧層３０及び保護層４０を介した第一電極１４と第二電極２４との間の通電を、適切に確保することができる。また、互いに隣接する第一電極１４間での絶縁を適切に確保することができる。よって、位置検出機能及び感圧機能の両方を良好に維持することができる。さらに、保護層４０の厚みは、（ｄ）の基準に基づき、予め定められた基準閾値以上の透過率が確保されるように設定されることが好ましい。これにより、タッチパネル５の背面側に配置される表示装置４の良好な視認性を維持することができる。

保護層４０の厚みは、上記（ａ）〜（ｄ）の各基準を総合的に考慮して設定されることが好ましい。この場合において、各基準どうしの間に、異なる重み付けが設定されていても良い。例えば、（ａ）の基準に比べて、（ｂ）〜（ｄ）の基準がより重要視されても良い。また、（ｄ）の基準に比べて、（ｂ）及び（ｃ）の基準がより重要視されても良い。一例として、保護層４０におけるＸ軸方向の絶縁性及びＺ軸方向の導通性が十分に確保され、かつ、透視性がある程度確保される範囲内で、極力多くの導電性粒子３３を覆うことができるように、保護層４０の厚みが設定されると好適である。保護層４０の厚みは、その構成材料にも依存するが、例えば２μｍ〜５μｍに設定することができる。

以上説明したように、本実施形態に係るタッチパネル５は、感圧層３０と第二電極２４との間に、感圧層３０に接するように配置された保護層４０を備えている。このため、粒径の大きな一部の導電性粒子３３が感圧層３０の表面から露出する場合であっても、保護層４０が“電極保護層”として機能し、第二電極２４が傷付くのを有効に抑制できる。また、導電性粒子３３が傷付くことや、導電性粒子３３が感圧層３０（バインダ３２からなる層）から剥離することも、有効に抑制できる。従って、長期に亘って良好な感圧機能を維持することができる。

図７のグラフは、耐久性試験の前後でのＦ−Ｒ特性の比較を示している。この図において、太線は本実施形態に係るタッチパネル５を用いた場合のＦ−Ｒ特性を示し、一方、細線は、比較例として保護層を備えていないタッチパネルを用いた場合のＦ−Ｒ特性を示している。また、それぞれにおいて、破線は試験初期におけるＦ−Ｒ特性を示し、一方、実線は試験終了時におけるＦ−Ｒ特性を示している。この図７のグラフを参照すれば、保護層４０を備える本実施形態に係るタッチパネル５では、比較例のタッチパネルに比べて、耐久性試験の前後における抵抗値の変化量が小さく抑えられていることが容易に理解できる。これにより、長期に亘って良好な感圧機能を維持できることが確認された。

なお、この耐久性試験において、保護層４０を設けたことによる予期せぬ効果として、押圧力の検出精度の向上が認められた。これは、保護層４０を設けたことで、導電性粒子３３の感圧層３０の表面からの露出高さが低減され、感圧層３０の表面粗さが改善されたためであると考えられる。これにより、押圧力の検出感度を安定化することができ、結果的に押圧力の検出精度が向上したのだと考えられる。

〔その他の実施形態〕
最後に、本発明に係るタッチパネルの、その他の実施形態について説明する。なお、以下のそれぞれの実施形態で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することも可能である。

（１）上記の実施形態では、感圧層３０上に１つの保護層４０が設けられた構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。感圧層３０と第二電極２４との間であれば、例えば図８に示すように、複数の第二電極２４の全体を覆うように第二基板２２上に１つの保護層４０が設けられても良い。このような構成であっても、少なくとも第二電極２４や露出した導電性粒子３３が傷付くことを抑制できる。よって、上記の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また、例えば図９に示すように、感圧層３０上と第二基板２２上との両方にそれぞれ１つずつ、計２つの保護層４０が設けられても良い。この場合、２つの保護層４０の厚みは、それらの合計によって上記（ａ）〜（ｄ）の各基準がバランス良く達成されるように、それぞれ設定されると良い。

（２）上記の実施形態では、複数の第一電極１４の全体を覆うように、感圧層３０が１つだけ設けられた構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。例えば、複数の第一電極１４の全体に加え、複数の第二電極２４の全体をも覆うように、２つの感圧層３０が設けられても良い。この場合でも、それぞれの感圧層３０において一部の導電性粒子３３が表面に露出するため、少なくとも導電性粒子３３が傷付いたり剥離したりする可能性がある。このため、２つの感圧層３０の間（第一基板１２側の感圧層３０と第二電極２４との間でもある）に少なくとも１つの保護層４０を設けることで、上記の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。もちろん、２つの感圧層３０のそれぞれを覆うように、各感圧層３０上にそれぞれ１つずつ、計２つの保護層４０が設けられても良い。

（３）上記の実施形態では、第一電極形成部材１０、感圧層３０、保護層４０、及び第二電極形成部材２０が、背面側から正面側に向かって記載の順に配置された構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。例えば図１０に示すように、第一電極形成部材１０、感圧層３０、保護層４０、及び第二電極形成部材２０が、正面側から背面側に向かって記載の順に配置されても良い。この場合、第一電極形成部材１０、感圧層３０、及び保護層４０が、正面側から背面側に向かって記載の順に積層され、第二電極形成部材２０が、保護層４０に対して背面側に所定間隔を隔てて配置されても良い。また、第一基板１２の正面側に、ハードコート層２６が設けられても良い。

（４）上記の実施形態では、保護層４０の厚みが、上記（ａ）〜（ｄ）の各基準を総合的に考慮して設定される例について説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。保護層４０の厚みは少なくとも平均粒子間距離Ａよりも小さく設定されていれば良く、（ａ）〜（ｄ）の基準のうちの１つ以上が全く考慮されなくても良い。

（５）上記の実施形態では、区画Ｃにおける任意の２つの近接する導電性粒子３３間の離間距離を代表する基礎平均粒子間距離Ｂの算出の基礎となる値を、各導電性粒子３３についての最小離間距離Ｓとする例について説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。例えば、各導電性粒子３３についての平均離間距離に基づいて、基礎平均粒子間距離Ｂを算出しても良い。ここで、平均離間距離は、周辺に存在する１つ以上の導電性粒子３３との間の粒子間距離Ｄの平均値を表す。或いは、平均離間距離に限らず、周辺に存在する１つ以上の導電性粒子３３との間の粒子間距離Ｄに対して統計的処理を施した値（例えば、中央値や加重平均値等）に基づいて、基礎平均粒子間距離Ｂを算出しても良い。

（６）上記の実施形態では、複数の第一電極１４がＸ軸方向に並ぶように互いに平行に配置され、複数の第二電極２４がＹ軸方向に並ぶように互いに平行に配置された構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。Ｘ軸方向とＹ軸方向との取り方は任意であり、複数の第一電極１４がＹ軸方向に並ぶように互いに平行に配置され、複数の第二電極２４がＸ軸方向に並ぶように互いに平行に配置されても良い。この場合、Ｙ軸方向が本発明における「第一方向」に相当し、Ｘ軸方向が本発明における「第二方向」に相当する。

（７）上記の実施形態では、タッチパネル５がハードコート層２６を備える構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。例えば、そのようなハードコート層２６がタッチパネル５に設けられなくても良い。この場合、第二基板２２の正面側の面が、ユーザーの指等によってタッチされる（操作対象となる）操作面となる。

（８）その他の構成に関しても、本明細書において開示された実施形態は全ての点で例示であって、本発明の範囲はそれらによって限定されることはないと理解されるべきである。当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜改変が可能であることを容易に理解できるであろう。従って、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で改変された別の実施形態も、当然、本発明の範囲に含まれる。

本発明は、例えば多機能携帯電話に搭載されたタッチパネルに利用することができる。

５ ：タッチパネル
１０ ：第一電極形成部材
１２ ：第一基板
１４ ：第一電極
２０ ：第二電極形成部材
２２ ：第二基板
２４ ：第二電極
３０ ：感圧層
３２ ：バインダ
３３ ：導電性粒子
４０ ：保護層
Ｃ ：区画
Ｄ ：粒子間距離
Ｓ ：平均離間距離
Ｂ ：基礎平均粒子間距離
Ａ ：平均粒子間距離

Claims (5)

1. 第一方向に並ぶように互いに平行に配置された複数の第一電極と、
   複数の前記第一電極と対向し、かつ、前記第一方向に交差する第二方向に並ぶように互いに平行に配置された複数の第二電極と、
   バインダ中に分散された粒径の異なる複数の導電性粒子を含む組成物からなり、少なくとも複数の前記第一電極の全体を覆う、外力に応じて電気特性が変化する感圧層と、
   互いに隣接する前記導電性粒子間の離間距離の平均値を表す平均粒子間距離よりも小さい厚みを有し、前記感圧層と前記第二電極との間に設けられた保護層と、
   を備えるタッチパネル。
2. 厚み方向に通電し、かつ、前記第一方向には通電しないように、前記保護層の厚みが設定されている請求項１に記載のタッチパネル。
3. 前記保護層の厚みが、前記導電性粒子の平均粒径よりも大きく設定されている請求項１又は２に記載のタッチパネル。
4. 前記保護層が、前記導電性粒子を構成する材料よりも柔らかい材料で構成されている請求項１から３のいずれか一項に記載のタッチパネル。
5. １つの前記感圧層が、複数の前記第一電極の全体のみを覆うように設けられるとともに、
   １つの前記保護層が、前記感圧層に接するように設けられている請求項１から４のいずれか一項に記載のタッチパネル。

Images