JP6420169B2 - 静電容量タッチパネル - Google Patents

Description

本発明は、静電容量タッチパネルに関する。

タッチパネルは、画面に表示された図や文字などのパターンを指やペンでタッチすることによって、装置の操作が出来るものである。近年特にモバイル装置を主とした表示装置の表示画面上に設け、用いられるようになった。さらに、表示装置の大型化に伴い、タッチパネルも大型のものが開発されている。

図５は、従来の静電容量式のタッチパネルの一例を示した説明図で、（ａ）は上方から見た説明図、（ｂ）は、図（ａ）のＡＡ’部分の一部を断面で見た説明図である。

静電容量タッチパネル１００は、横方向に平行に配置された複数の導電線と、縦方向に平行に配置された複数の導電線とを、マトリクス状にガラス基板に設けた構成をしている。それぞれの導電線は、タッチされたときの、導電間の静電容量の変化を受ける電極となっている。図５では、横方向の導電線をドライブライン、縦方向の導電線をセンシングラインとしている。図６は、ドライブ基板１１２とセンシング基板１１１とを上面で見た説明図である。

ガラス基板にドライブライン電極１１４を設けたドライブ基板１１２(図６(ｂ))のドライブライン電極面側に、光学粘着シートＯＣＡ(Optically Clear Adhesive)１１５を介して、ガラス基板にセンシングラインを設けたセンシング基板１１１(図６(ａ))をガラス基板側で、積層している(図５(ｂ))。センシング基板の表面は、ＯＣＡ１１５を介してフロントガラス１１７で覆われている。フロントガラス１１７は、静電容量タッチパネル１００の表面を形成し、保護する役目をしている。フロントガラス１１７の裏面は、表示部分を除く周辺に、黒色の枠１１６が設けられている。各ライン電極は、黒枠１１６の部分でセンシング電極、ドライブ電極としてまとめられ、制御回路などを経由して表示装置と電気接続される。また、従来、導電線は、透明導電膜を用いた透明導電線としている。

このような構成で、フロントガラス１１７上で、たとえば指で触れた場合、接触した位置のセンシング電極とドライブ電極との間の静電容量が変化し、その変化量からその座標値を知ることが出来る。これにより、表示装置にその操作内容が表示される。

実際のタッチパネルの構成としては、このようなドライブ基板やセンシング基板はフィルム状基材にパターンを形成しタッチパネルセンサーとし、ガラス基板に貼り付けた構成としているものが多い。また、フィルム状基材にパターン形成したものを基板とし、タッチパネルとして利用している。その場合、フィルム面にそれぞれ、センシングラインとドライブラインを設け、センシング面、ドライブ面としている。

近年、このようなタッチパネルの大型化が進み、メタルメッシュを用いたタッチパネルが、開発、実用化されている。これは、透明導電線として使用していた従来のＩＴＯ(indium-tin-oxide)を用いたパネルから、網目状の金属の、メタルメッシュに置き換えたものである。メタルメッシュはＩＴＯよりもシート抵抗が低く、タッチパネルの大型化対応に適している。

また、各導電線（電極線）は、図５、６では１本の線で記載しているが、通常複数の平行な導電線（ワイヤ線）で構成されている。

特開２０１３−０４５１５０号公報

近年の表示装置では、表示装置の多用性から、パネルが歪曲しているものが要求されるようになった。これに対し、パネルのセンサー間のバラつきからその感度がバラつくようになった。

金属メッシュセンサを形成している静電容量タッチパネルのセンサーは、ドライブ面とセンシング面にある金属ワイヤーが配置されたフィルム（以下、センサーフィルム）が、絶縁体を挟んだ状態で向かい合い一つのセンサーを構成している。センサーフィルム上に配置された金属ワイヤーの間隔（ワイヤーピッチＬ）は等間隔に並んでおり、ドライブ面とセンシング面が重なる事で均一な格子を形成している（図７）。

図７は、メタルメッシュ静電容量タッチパネルの中央部分を平面で見た部分説明図である。センシングのワイヤー１２３が縦方向に、ドライブのワイヤー１２４が横方向に配置されている。このような配置に対し、１本の電極線は、定められた複数のワイヤー（図では４本のワイヤー）から成り、このセンサーで得られた電気信号から、パネルの座標値は、センシングとドライブの電極線の交点を、一つの座標値（ノード・・・ｎｏｄｅ）に対応させている。図では、ドライブ面とセンシング面ともに、４本のワイヤーで一つの座標に対応させている。また、ドライブ面のワイヤピッチ１２６とセンシング面のワイヤピッチ１２５とは、同じ値Ｌで、ドライブ面のノードピッチ１２８とセンシング面のノードピッチ１２７とは、同じ値Ｎとしている。

このワイヤーピッチＬは感度Ｐと関係しており、Ｌが広くなると数式１で定義される感度Ｐは高くなる（図３）。図３は、静電容量と感度Ｐとの特性を模式的に示した説明図で、図（ａ）は、ワイヤーピッチＬに対する特性、図（ｂ）はドライブ−センシング間隔Ｒに対する特性の説明図である。

感度Ｐ＝（Ｃ−Ｃ’）／Ｃ ・・・・・・・・・・ （数式１）
Ｃ：タッチ無し時の静電容量
Ｃ’：タッチ時の静電容量
指でのタッチ時の静電容量は、９ｍｍφの導体棒でタッチしたことを想定している。
また、ドライブ‐センシング間隙Ｒは一律であり、パネルにタッチした際の感度Ｐは均一である。

しかし、静電容量タッチパネルのドライブ面、センシング面のいずれか（または両方）が曲面の場合（図４）、ドライブ‐センシング間隙Ｒはタッチ位置により異なる。図４は、ドライブ面とセンシング面が曲面の例を模式的に示した説明図である。図（ａ）、（ｂ）はセンシング面が曲面、図（ｃ）、（ｄ）はドライブ面が曲面、図（ｅ）、（ｆ）はドライブ面とセンシング面が曲面の例を示した。ドライブ‐センシング間隙Ｒも感度Ｐに影響を及ぼすため（図３（ｂ））、平面の場合と金属メッシュパターンが同じであれば、感度Ｐがタッチ位置により変化し、タッチパネルとしての操作性が損なわれる。

本発明は、このような問題を解決するもので、曲面状のタッチパネル基板に対し、タッチパネルの操作性が損なわれない静電容量タッチパネルを提供することを課題とする。

本発明は係る課題に鑑みなされたものであり、請求項１の発明は、
横方向に平行に配置された複数の導電線よりなる横方向配線群と、縦方向に平行に配置された複数の導電線よりなる縦方向配線群とを、マトリクス状に透明基板の両面にそれぞれ設けた静電容量タッチパネルであって、
配線群を設けた面が歪曲され、横方向配線群と、縦方向配線群との垂直距離に比例して、配線間隔を変化させたことを特徴とする静電容量タッチパネルとしたものである。

本発明の請求項２の発明は、
配線間隔は、タッチされない状態での各マトリクス交点での静電容量が均一となるように配線されたことを特徴とする請求項１に記載の静電容量タッチパネルとしたものである。

本発明の請求項３の発明は、
配線間隔は、各マトリクス交点での感度が均一となるように配線されたことを特徴とする請求項１または２に記載の静電容量タッチパネルとしたものである。

本発明の請求項４の発明は、
導電線が金属導体であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の静電容量タッチパネルとしたものである。

本発明の請求項５の発明は、
マトリクスの座標を表すノードが複数本の導電線よりなり、横方向配線群と縦方向配線群との垂直距離によりノードピッチ幅が異なり、同じノードに属する導電線同士のピッチは同じであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の静電容量タッチパネルとしたものである。

本発明の静電容量タッチパネルは以上のような構成であるので、曲面状のタッチパネル基板に対し、タッチパネルの操作性が損なわれない静電容量タッチパネルとすることができる。

本発明の金属メッシュ静電容量タッチパネルの実施形態例を斜視で見た模式的な説明図である。 本発明の実施形態の金属メッシュタッチパネルセンサーを平面で見た模式的な部分説明図である。 静電容量と感度Ｐとの特性を模式的に示した説明図で、図（ａ）は、ワイヤーピッチＬに対する特性、図（ｂ）はドライブ−センシング間隔Ｒに対する特性の説明図である。 タッチパネルのドライブ面とセンシング面が曲面の例を模式的に示した説明図である。 従来の静電容量式のタッチパネルの一例を示した説明図で、（ａ）は上方から見た説明図、（ｂ）は、図（ａ）のＡＡ’部分の一部を断面で見た説明図である。 図５のドライブ基板とセンシング基板とを上面で見た説明図である。 メタルメッシュ静電容量タッチパネルの中央部分を平面で見た部分説明図である。

以下本発明を実施するための形態につき説明する。

本実施形態では、横方向に平行に配置された複数の導電線よりなる横方向配線群と、縦方向に平行に配置された複数の導電線よりなる縦方向配線群とを、マトリクス状に透明基板の両面にそれぞれ設けた静電容量タッチパネルであって、とくに配線群がワイヤーを用いた金属メッシュ静電容量タッチパネルに本発明は好ましく適用できる。そして、透明基材が歪曲しており、横方向配線群と、縦方向配線群との垂直距離に比例して、配線間隔を変化させた配線の配置がなされている。

さらに、配線間隔は、タッチされない状態での各マトリクス交点での静電容量が均一となるように配線され、感度が均一になるように配置されている。

具体的に本発明の実施形態の例を示す。図１は、本発明の金属メッシュ静電容量タッチパネルの実施形態例を斜視で見た模式的な説明図である。図２は、実施形態の金属メッシュタッチパネルセンサーを平面で見た模式的な部分説明図である。図１で示した例では、センシング面１１が凹形状で、ドライブ面１２が平面形状としているタッチパネル１０である。図２では、このような形状で、感度を均一としたワイヤーを配置したタッチパネルの例で、ワイヤーをノードごとに本数を定めて導電線としている。この例では、ドライブ面１２とセンシング面１１の金属メッシュワイヤーパターンを、センサー外周から中心に向けてノードピッチ、及びワイヤーピッチ間隔を変化させ、その二つを組み合わせたものとしている。ドライバーワイヤー１４、センシングワイヤー１３のノード毎の本数は、タッチパネルの中心のｎｏｄｅ２ではＭ１、周辺のｎｏｄｅ１ではＭ２としているが、ここでは具体的にＭ１＝Ｍ２＝３で配置している。

このような形状の配置を形成する方法としては、ワイヤーの配置を仮のピッチの値でシミュレーションのデータ用として配置し、電磁界シミュレーションを実施し、再配置する手法が有効である。以下手法を例示すれば、センシング面１１の中心線１５上でのドライブ‐センシング間隙Ｒから、図３に示したデータや以前のデータをもとに、感度Ｐが一定の値となるように、ワイヤーピッチＬの仮の値を決めていく。すなわち、感度Ｐおよび静電容量が、間隙Ｒに反比例しワイヤーピッチＬに比例することに基づき、仮の値をきめる。このとき本例では、センサー外周から中心に向けて間隙Ｒを選び、１つの間隙Ｒの値に対し、ノードごとのワイヤーの本数分Ｍ１、Ｍ２ごとにワイヤーピッチＬの値をきめる。同様にしてドライブ面中心線１８に対してピッチＬを決める。これをマトリックス状に配置する。そしてシミュレーションを実施し、感度Ｐのずれが生じたら、随時ワイヤーピッチＬの値を修正していき、感度Ｐずれが許容範囲になるまでに繰り返す。シミュレーションは、市販の電磁界シミュレーションソフトを利用できる。

本例では、ノード（導電線）ごとのワイヤー本数を同じとしているが、それにこだわらない。
ワイヤー本数とノード（導電線）との対応は、タッチパネルセンサーより出力される信号を、ソフトウエアで処理することができる。

また、ノードごとにワイヤー本数を限定せず、ワイヤーピッチＬをすべて間隙Ｒの値に対応して値を決めてもよい。この場合、たとえば上記の例と同様に、タッチパネルセンサーより出力される各ワイヤーからの信号と導電線との対応を、ソフトウエアで座標処理すればよい。

１０・・・静電容量タッチパネル
１１・・・センシング面
１２・・・ドライブ面
１３・・・センシングワイヤー
１４・・・ドライブワイヤー
１５・・・センシング面の中心線
１６・・・ノードワイヤー（ドライブ側）
１７・・・ノードワイヤー（センシング側）
１８・・・ドライブ面中心線
１００・・・静電容量タッチパネル
１１１・・・センシングライン基板
１１２・・・ドライブライン基板
１１３・・・センシングライン電極
１１４・・・ドライブライン電極
１１５・・・ＯＣＡ
１１６・・・黒枠
１１７・・・フロントガラス
１２３・・・センシングワイヤー
１２４・・・ドライブワイヤー
１２５・・・センシングワイヤーピッチ
１２６・・・ドライブワイヤーピッチ
１２７・・・センシングノードピッチ
１２８・・・ドライブノードピッチ

Claims (5)

1. 横方向に平行に配置された複数の導電線よりなる横方向配線群と、縦方向に平行に配置された複数の導電線よりなる縦方向配線群とを、マトリクス状に透明基板の両面にそれぞれ設けた静電容量タッチパネルであって、
   配線群を設けた面が歪曲され、横方向配線群と、縦方向配線群との垂直距離に比例して、配線間隔を変化させたことを特徴とする静電容量タッチパネル。
2. 配線間隔は、タッチされない状態での各マトリクス交点での静電容量が均一となるように配線されたことを特徴とする請求項１に記載の静電容量タッチパネル。
3. 配線間隔は、各マトリクス交点での感度が均一となるように配線されたことを特徴とする請求項１または２に記載の静電容量タッチパネル。
4. 導電線が金属導体であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の静電容量タッチパネル。
5. マトリクスの座標を表すノードが複数本の導電線よりなり、横方向配線群と縦方向配線群との垂直距離によりノードピッチ幅が異なり、同じノードに属する導電線同士のピッチは同じであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の静電容量タッチパネル。

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