JP6438799B2 - 静電容量式センサ、タッチパネル及び電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、静電容量式センサ、タッチパネル及び電子機器に関し、特に静電気放電耐性を高めた静電容量式センサ、タッチパネル及び電子機器に関する。

特許文献１には、単層構造の透明導電膜を備えた静電容量式センサであるタッチスイッチが開示されている。特許文献１に記載のタッチスイッチにおいては、タッチ電極部及びタッチ電極部から延びる配線部が網目状の金属線で形成されている。このタッチスイッチの構成は、小型のタッチパネルでは実現できるものの、パネルサイズが大型になると細く長い配線を多数配置する必要がある。また、配線部が金属線で形成されているため、配線部を細く長くすると、配線部の電気抵抗が高くなる。

特許文献２に記載のタッチパネルにおいては、基板の表面に複数の透明な導電構造体が形成され、この導電構造体をカーボンナノチューブで構成している。また、導電構造体から延び出る導電線はＩＴＯ（Indium Tin Oxide）で形成されている。

しかし、導電線をＩＴＯで形成すると電気抵抗が高くなり、検知感度を低下させる原因となる。このような問題を解決するために、低抵抗の透光性導電膜として金属ナノワイヤを含んだ材料を用いることが検討されている。

特開２０１０−１９１５０４号公報 特開２００９−１４６４１９号公報

しかしながら、単層構造の透光性導電膜に金属ナノワイヤを用いた場合、ＩＴＯに比べて静電気放電（ＥＳＤ：Electro Static Discharge）耐性が低いという問題がある。その理由として、（１）金属ナノワイヤを用いた透光性導電膜では、ＩＴＯに比べると電気抵抗が低いこと、（２）同じパターンであってもＥＳＤにおいてより多くの電気が流れやすいこと、（３）金属ナノワイヤはナノサイズのコネクションでの導電性発現であるため、バルク金属の融点に比べると低い温度で溶融してしまうこと（短時間に多くの電流が流れた場合の熱量で溶融してしまう）、（４）導通している実際の体積自体が少ないこと、などが挙げられる。

本発明は、透光性導電膜を用いた場合であっても十分なＥＳＤ耐性を得ることができる静電容量式センサ、タッチパネル及び電子機器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の静電容量式センサは、導電性材料を含み透光性を有する電極材料によって形成され、検知領域に設けられた電極線と、電極線と接続され、検知領域の外側へ引き出され、電極線に駆動電圧を印加するための引き出し線と、引き出し線及び電極線の少なくとも一方に一端が接続され、他端が引き出し線及び電極線とは異なる配線に接続された第１保護配線と、を備え、第１保護配線は、電圧の増加に従い電気抵抗値が低下する電気的特性を有し、駆動電圧が印加された際の第１保護配線の電流量は、電極線の電流量よりも低いことを特徴とする。

このような構成によれば、電極線に駆動電圧が印加されている状態では第１保護配線に流れる電流は少なく、電極線に流れる電荷の移動に基づき検知を行うことができる。一方、静電気放電などで電極線や引き出し線に駆動電圧よりも高い電圧が印加されると第１保護配線に多くの電流が流れる。これにより、引き出し線への瞬間的な電流の流れ込みを抑制して、ＥＳＤ耐性を高めることができる。

本発明の静電容量式センサにおいて、第１保護配線の他端は接地配線に接続されていてもよい。これにより、瞬間的な電流を第１保護配線から接地配線に逃がすことができる。

本発明の静電容量式センサにおいて、複数の電極線及び複数の引き出し線を含み、第１保護配線の一端は複数の引き出し線のうちの一つに接続され、第１保護配線の他端は複数の引き出し線のうちの他の一つに接続されていてもよい。これにより、ある引き出し配線に向けて瞬間的な電流が流れようとした場合に第１保護配線から他の引き出し配線にその電流の一部を逃がすことができる。

本発明の静電容量式センサにおいて、第１保護配線と同等の電気的特性を有する第２保護配線と、接地された第１接地配線及び第２接地配線と、をさらに備え、第１保護配線は、引き出し線と第１接地配線との間に接続され、第２保護配線は、電極線と第２接地配線との間に接続されていてもよい。また、第１接地配線は、検知領域の外側の引き出し線の側に設けられ、第２接地配線は、検知領域の外側の引き出し線とは反対側に設けられていてもよい。

このように、電極線の一端側に第１保護配線が設けられ、他端側に第２保護配線が設けられていることで、電極線の一端側に近い位置で発生した静電気放電などの電流は第１保護配線から第１接地配線に流れ、他端側に近い位置で発生した電流は第２保護配線から第２接地配線に流れることになる。これにより、ＥＳＤ耐性が高まる。

本発明の静電容量式センサにおいて、複数の電極線が設けられ、複数の電極線は互いに交差する第１電極線と第２電極線とを含み、第１電極線及び第２電極線のそれぞれに対応して第１保護配線が設けられていてもよい。このような構成によれば、Ｘ，Ｙ方向のそれぞれの位置を検出するセンサにおいて、ＥＳＤ耐性を高めることができる。

本発明の静電容量式センサにおいて、導電性材料は、導電性ナノ材料を含んでいても良い。導電性ナノ材料は、金ナノワイヤ、銀ナノワイヤ、銅ナノワイヤ及びカーボンナノチューブよりなる群から選択された少なくとも１種の材料を含んでいてもよい。このような構成によれば、銀ナノワイヤなどの導電性ナノ材料を含む電極線のＥＳＤ耐性を高めることができる。

本発明のタッチパネルは、表示パネルと、表示パネルの上に設けられたタッチセンサと、を備え、タッチセンサは、上記の静電容量式センサであることを特徴とする。このような構成によれば、導電性材料を含み透光性を有する電極材料によって形成され電極線を含むタッチパネルのＥＳＤ耐性を高めることができる。

本発明の電子機器は、上記のタッチパネルを備えたことを特徴とする。このような構成によれば、ＥＳＤ耐性を高めたタッチパネルを備えた電子機器を提供することができる。

本発明によれば、導電性材料を含み透光性を有する電極材料によって形成され検知電極を用いた場合であっても十分なＥＳＤ耐性を得ることができる静電容量式センサ、タッチパネル及び電子機器を提供することが可能になる。

第１実施形態に係る静電容量式センサを例示する模式平面図である。 保護配線の電気的特性を例示する図である。 （ａ）及び（ｂ）は、通常時及び大電流時の動作を説明する模式図である。 比較例を示す模式的平面図である。 本実施形態の電流の流れを示す模式的平面図である。 第２実施形態に係る静電容量式センサを例示する模式的平面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、適用例について示す模式図である。 （ａ）及び（ｂ）は、適用例について示す模式図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、同一の部材には同一の符号を付し、一度説明した部材については適宜その説明を省略する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る静電容量式センサを例示する模式平面図である。
図１に表したように、本実施形態に係る静電容量式センサ１は、検出領域Ｓに設けられた電極線１０と、電極線１０に駆動電圧を印加するための引き出し線２０と、第１保護配線３１と、を備える。

電極線１０は導電性材料を含み、透光性を有する電極材料によって形成される。導電性材料として、例えば導電性ナノ材料が用いられる。導電性ナノ材料としては、金ナノワイヤ、銀ナノワイヤ、銅ナノワイヤ及びカーボンナノチューブよりなる群から選択された少なくとも１つが用いられる。導電性ナノ材料を用いることで、電極線１０の高い透光性とともに低電気抵抗化を図ることができる。

電極線１０は第１電極１１及び第２電極１２を備える。第１電極１１は検出領域Ｓの一方向（Ｘ方向）に延在し、第２電極１２は検出領域ＳのＸ方向と直交するＹ方向に延在する。第１電極１１及び第２電極１２は互い絶縁される。本実施形態では、Ｙ方向に所定のピッチで複数の第１電極１１が配置され、Ｘ方向に所定のピッチで複数の第２電極１２が配置される。第１電極１１及び第２電極１２のそれぞれは、複数の島状電極部と、島状電極部同士を電気的に接続する接続部とを有する。島状電極部は例えば菱形に近い形状を有する。第１電極１１では複数の島状電極部がＸ方向に配置され、第２電極１２では複数の島状電極部がＹ方向に配置される。第１電極１１の接続部と第２電極１２の接続部とは絶縁膜を介して互いに交差する。接続部は交差しやすく、かつ視認されにくいよう幅狭に形成されている。

引き出し線２０は、電極線１０と接続され、検出領域Ｓの外側へ引き出される。引き出し線２０は第１電極１１及び第２電極１２のそれぞれに接続される。第１電極１１及び第２電極１２には引き出し線２０を介して駆動電圧が与えられる。引き出し線２０は、電極線１０と同様な導電性ナノ材料を含む材料によって形成される。これにより、線幅が細くなっても高い導電性を得ることができる。

電極線１０及び引き出し線２０のそれぞれは、例えばスクリーン印刷によって形成される。また、電極線１０及び引き出し線２０のそれぞれは、感光型導電性シート（いわゆる、ドライフィルムレジストに導電層を有したシート）によって形成されてもよい。感光型導電性シートを用いることで、このシートを貼り付けて露光及び現像を行って電極線１０及び引き出し線２０を生産性高く形成することができる。

第１保護配線３１の一端は引き出し線２０に接続され、他端は引き出し線２０及び電極線１０とは異なる配線に接続される。本実施形態では、第１保護配線３１は、第１電極１１に接続された引き出し線２０と、第１接地配線Ｇ１と、の間に接続される。第１保護配線３１は、電極線１０及び引き出し線２０とは別にスクリーン印刷や感光型導電シートによって形成される。

第１保護配線３１は、電圧の増加に従い電気抵抗が低下する電気的特性を有する。さらに、電極線１０に駆動電圧が印加された際の第１保護配線３１の電流量は、電極線１０の電流量よりも低くなるよう設定されている。第１保護配線３１の電気的特性については後述する。

静電容量式センサ１においては、第２保護配線３２や第３保護配線３３が設けられていてもよい。第２保護配線３２は、第１電極１１と、第２接地配線Ｇ２と、の間に接続される。第３保護配線３３は、第２電極１２に接続された引き出し線２０と、第３接地配線Ｇ３と、の間に接続される。第２保護配線３２及び第３保護配線３３とも第１保護配線３１と同様な電気的特性を有する。

図２は、保護配線の電気的特性を例示する図である。
図２には、保護配線の電流（Ｉ）―電圧（Ｖ）特性が示される。図２において、特性ＳＰ１は第１保護配線３１の電気的特性を示し、特性ＳＰ２は電極線１０及び引き出し線２０の電気的特性を示す。また、Ｖｄは駆動電圧を示す。なお、ここでは第１保護配線３１の特性ＳＰ１を例とするが、第２保護配線３２及び第３保護配線３３の電気的特性も特性ＳＰ１と同様である。

図２に示すように、第１保護配線３１の特性ＳＰ１は非線形になっている。すなわち、特性ＳＰ１は下向きに凸となる電気的特性（電圧の増加に従い電気抵抗が低下する特性）を有する。一方、電極線１０及び引き出し線２０の特性ＳＰ２は、ほぼ線形（電圧に関わらず電気抵抗はほぼ一定）である。つまり、第１保護配線３１は、低電圧時には電気抵抗が高いため電流が流れ難く、高電圧時には電気抵抗が低いため電流が流れやすいという特性を有する。

特性ＳＰ１と特性ＳＰ２とでは、駆動電圧Ｖｄでの電流量に相違がある。すなわち、駆動電圧Ｖｄである３Ｖ〜５Ｖ程度の電圧を印加した場合に第１保護配線３１にはほとんど電流が流れず、電極線１０及び引き出し線２０には電流が流れるようになる。一方、駆動電圧Ｖｄを大きく超えた電圧が印加された場合には、第１保護配線３１にも電流が流れるようになる。

このような特性により、通常の動作時（駆動電圧Ｖｄが印加されるとき）、第１保護配線３１は導体として実質的に機能せず、電極線１０及び引き出し線２０を流れる検知電流に影響を与えない。しかし、ＥＳＤ等の高電圧が印加された場合、第１保護配線３１は導体として機能して、引き出し線２０に向けて流れようとする電流の一部を逃がすことができる。これにより、引き出し線２０のＥＳＤ耐性が高まる。

（動作）
静電容量式センサ１では、各引き出し線２０を流れる電流の変化を図示しない検出回路で検出する。すなわち、第１電極１１及び第２電極１２に駆動電圧Ｖｄを印加した状態で、検出領域Ｓに指を近づけると、第１電極１１及び第２電極１２のそれぞれと指との間に容量が生じる。この容量によって生じる電位低下を検出することで、指が接近した検出領域Ｓ内でのＸ，Ｙ座標を判定する。

図３（ａ）及び（ｂ）は通常時及び大電流時の動作を説明する模式図である。
図３（ａ）には通常時の電流の流れが示される。ここでは、一例として第１電極１１の電流の流れが示される。第１電極１１に駆動電圧Ｖｄが印加されている状態では、検知電流ｉ１１が第１電極１１から引き出し線２０へ流れる。この際、第１保護配線３１の電気抵抗は高く、第１保護配線３１には電流はほとんど流れない。また、第２保護配線３２が設けられていても、第２保護配線３２にも電流はほとんど流れない。これにより、検知電流のほとんどは第１電極１１から引き出し線２０に流れ、通常の位置検知を行うことができる。

図３（ｂ）にはＥＳＤ等において高電圧が印加された場合の電流の流れが示される。高電圧の印加によって第１電極１１に電流ｉＳ１１が流れると、第１保護配線３１の電気抵抗が低くなり、電流ｉＳ１１の一部である電流ｉＳ１１１が第１保護配線３１から第１接地配線Ｇ１に流れる。残りの電流ｉＳ１１２は引き出し線２０に流れる。つまり、ＥＳＤ等において高電圧が印加された場合には、電流ｉＳ１１の一部が第１保護配線３１を介して第１接地配線Ｇ１に流れて、電流ｉＳ１１の全てが引き出し線２０に流れ込むことを防止する。

また、第２保護配線３２が設けられている場合、第２保護配線３２の電気抵抗も低くなり、電流ｉＳ１１の一部である電流ｉＳ１１３が第２保護配線３２から第２接地配線Ｇ２に流れる。ここで、Ｘ方向に延びる第１電極１１のうち、第１接地配線Ｇ１に近い位置に高電圧が印加された場合には、第１保護配線３１を介して第１接地配線Ｇ１により多くの電流ｉＳ１１１が流れて引き出し線２０を保護することになる。一方、第１電極１１のうち、第２接地配線Ｇ２に近い位置に高電圧が印加された場合には、第２保護配線３２を介して第２接地配線Ｇ２により多くの電流ｉＳ１１３が流れて第１電極１１を保護することになる。

図４は、比較例を示す模式的平面図である。
図４に表した比較例に係る静電容量式センサ２においては、第１保護配線３１、第２保護配線３２及び第３保護配線３３は設けられていない。この静電容量式センサ２に静電気放電ＳＧが発生したとすると、電極線１０（例えば、第１電極１１）から引き出し線２０に大電流ｉＳＧが瞬間的に流れ込む。これにより、引き出し線２０が局所的に発熱して溶断などが発生する。

図５は、本実施形態の電流の流れを示す模式的平面図である。
本実施形態に係る静電容量式センサ１に静電気放電ＳＧが発生したとすると、電極線１０（例えば、第１電極１１）から引き出し線２０に向かう大電流ｉＳＧの一部は、第１保護配線３１を経由して第１接地配線Ｇ１に流れる。また、引き出し線２０とは反対側に向かう大電流ｉＳＧの一部は、第２保護配線３２を経由して第２接地配線Ｇ２に流れる。これにより、引き出し線２０に大電流ｉＳＧの全てが流れ込むことを防止でき、引き出し線２０の局所的な発熱を抑制する。また、本実施形態の場合には大電流ｉＳＧが第１接地配線Ｇ１と、第２接地配線Ｇ２とに分散するため、第１電極１１、第２電極１２の接続部に流れる電流が減少し、幅狭の接続部における局所的な発熱も抑制することができる。

このような本実施形態によれば、駆動電圧Ｖｄの印加時には機能せず、高電圧印加時に機能する第１保護配線３１、第２保護配線３２及び第３保護配線３３によって、引き出し線２０のＥＳＤ耐性を高めることができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。
図６は、第２実施形態に係る静電容量式センサを例示する模式的平面図である。
図６に表したように、本実施形態に係る静電容量式センサ１Ｂは、第１保護配線３１の接続が第１実施形態に係る静電容量式センサ１とは相違する。それ以外は同様である。

静電容量式センサ１Ｂにおいては、第１保護配線３１の一端が複数の引き出し線２０のうちの一つに接続され、他端が複数の引き出し線２０のうちの他の一つに接続される。すなわち、第１保護配線３１は、隣り合う２つの引き出し線２０の間に接続される。

このような第１保護配線３１の接続であっても、駆動電圧Ｖｄの印加時には電気抵抗が高いためにほとんど電流は流れない。一方、ＥＳＤ等において高電圧が印加された場合には第１保護配線３１の電気抵抗が低くなり、大電流ｉＳＧの一部が第１保護配線３１を介して別の引き出し線２０に流れる。つまり、高電圧の印加によって大電流ｉＳＧが流れる場合には、その大電流ｉＳＧを２つの引き出し線２０に分散させることができる。これにより、１つの引き出し線２０に大電流ｉＳＧが集中することを防ぎ、ＥＳＤ耐性を高めることができる。

なお、図６に示す例では隣り合う２つの引き出し線２０の間に第１保護配線３１を接続したが、３つ以上の引き出し線２０に第１保護配線３１を接続してもよい。また、第２電極１２に接続される複数の引き出し線２０の間に第３保護配線３３を接続してもよい。

（適用例）
次に、本実施形態に係る静電容量式センサ１の適用例について説明する。
図７（ａ）〜図８（ｂ）は適用例について示す模式図である。
図７（ａ）には静電容量式センサ１をタッチパネル２００に適用した例が表される。タッチパネル２００は、表示パネル２１０と、この表示パネル２１０の上に設けられた静電容量式センサ１とを備える。表示パネル２１０としては、例えば液晶表示パネルが用いられる。液晶表示パネルからなる表示パネル２１０は、互いに対向配置された駆動基板２１１及び対向基板２１２を有し、駆動基板２１１と対向基板２１２との間に液晶層２１３が設けられる。タッチセンサ２２０は、対向基板２１２の表側に設けられる。

図７（ｂ）にはタッチパネル２００を備えた電子機器３００の例が表される。電子機器３００は、例えばテレビである。電子機器３００は、筐体３１０と表示部３２０とを備える。この表示部３２０の表面にタッチパネル２００が設けられる。なお、電子機器３００はテレビに限定されず、スマートフォン、携帯電話、タブレット型端末など他の機器であってもよい。

図８（ａ）にはタッチパネル２００を備えたコンピュータ４００の例（ノート型コンピュータ）が表される。コンピュータ４００は、ディスプレイ４１０、キーボード４２０、入力パッド４３０などを備える。図８（ｂ）に表したように、コンピュータ４００は、中央演算部４０１、主記憶部４０２、副記憶部４０３、入力部４０４、出力部４０５及びインタフェース４０６を備える。キーボード４２０及び入力パッド４３０は入力部４０４の一例である。ディスプレイ４１０は出力部４０５の一例である。このディスプレイ４１０にタッチパネル２００が含まれる。タッチパネル２００は、入力部４０４及び出力部４０５の両方を兼ねた例である。

これらの機器に本実施形態の静電容量式センサ１を適用することで、ＥＳＤ耐性に優れたタッチパネル２００、電子機器３００及びコンピュータ４００を提供することが可能になる。

以上説明したように、本実施形態に係る静電容量式センサ１、タッチパネル２００及び電子機器３００よれば、透光性導電膜を用いた場合であっても十分なＥＳＤ耐性を得ることができる。

なお、上記に本実施形態およびその適用例を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。例えば、前述の各実施形態またはその適用例に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、各実施形態の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含有される。

１，１Ｂ，２…静電容量式センサ
１０…電極線
１１…第１電極
１２…第２電極
２０…引き出し線
３１…第１保護配線
３２…第２保護配線
３３…第３保護配線
２００…タッチパネル
２１０…表示パネル
２１１…駆動基板
２１２…対向基板
２１３…液晶層
２２０…タッチセンサ
３００…電子機器
３１０…筐体
３２０…表示部
４００…コンピュータ
４０１…中央演算部
４０２…主記憶部
４０３…副記憶部
４０４…入力部
４０５…出力部
４０６…インタフェース
４１０…ディスプレイ
４２０…キーボード
４３０…入力パッド
Ｇ１…第１接地配線
Ｇ２…第２接地配線
Ｇ３…第３接地配線
Ｓ…検出領域

Claims (11)

1. 導電性材料を含み透光性を有する電極材料によって形成され、検知領域に設けられた電極線と、
   前記電極線と接続され、前記検知領域の外側へ引き出され、前記電極線に駆動電圧を印加するための引き出し線と、
   前記引き出し線及び前記電極線の少なくとも前記引き出し線に一端が接続され、他端が前記引き出し線及び前記電極線とは異なる配線に接続された第１保護配線と、
   を備え、
   前記引き出し配線は金属ナノワイヤを含む材料によって形成され、
   前記第１保護配線は、電圧の増加に従い電気抵抗値が低下する電気的特性を有し、
   前記駆動電圧が印加された際の前記第１保護配線の電流量は、前記電極線の電流量よりも低いことを特徴とする静電容量式センサ。
   
2. 前記第１保護配線の前記他端は接地配線に接続される、請求項１記載の静電容量式センサ。
3. 複数の前記電極線及び複数の前記引き出し線を含み、
   前記第１保護配線の前記一端は前記複数の引き出し線のうちの一つに接続され、前記第１保護配線の前記他端は前記複数の引き出し線のうちの他の一つに接続される、請求項１記載の静電容量式センサ。
4. 前記第１保護配線と同等の電気的特性を有する第２保護配線と、
   接地された第１接地配線及び第２接地配線と、
   をさらに備え、
   前記第１保護配線は、前記引き出し線と前記第１接地配線との間に接続され、
   前記第２保護配線は、前記電極線と前記第２接地配線との間に接続される、請求項１記載の静電容量式センサ。
5. 前記第１接地配線は、前記検知領域の外側の前記引き出し線の側に設けられ、
   前記第２接地配線は、前記検知領域の外側の前記引き出し線とは反対側に設けられている、請求項４記載の静電容量式センサ。
6. 複数の前記電極線が設けられ、
   前記複数の電極線は互いに交差する第１電極線と第２電極線とを含み、
   前記第１電極線及び前記第２電極線のそれぞれに対応して前記第１保護配線が設けられている、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の静電容量式センサ。
7. 複数の前記電極線が設けられ、
   前記複数の電極線は互いに交差する第１電極線と第２電極線とを含み、
   前記第１電極線及び前記第２電極線のそれぞれに対応して前記第１保護配線及び前記第２保護配線が設けられている、請求項４または５に記載の静電容量式センサ。
8. 前記導電性材料は、導電性ナノ材料を含む、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の静電容量式センサ。
9. 前記導電性ナノ材料は、金ナノワイヤ、銀ナノワイヤ、銅ナノワイヤ及びカーボンナノチューブよりなる群から選択された少なくとも１種の材料を含む、請求項８記載の静電容量式センサ。
10. 表示パネルと、
    前記表示パネルの上に設けられたタッチセンサと、
    を備え、
    前記タッチセンサは、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の静電容量式センサであることを特徴とするタッチパネル。
11. 請求項１０記載のタッチパネルを備えたことを特徴とする電子機器。