JP6562706B2 - 面デバイス、タッチスクリーン及び液晶表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は、面に沿って布設された配線を有する面デバイス、タッチスクリーン及び液晶表示装置に関する。
面に沿って布設された配線を有する面デバイスの一種であるタッチパネルは、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。現在、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ている。
静電容量方式のタッチパネルの1つとして、投影型静電容量(Projected Capacitive)方式のタッチパネルがある(例えば特許文献1参照)。このような投影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、保護板を前面に配設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、機械的に変形する可動部を有さないので長寿命である。
投影型静電容量方式のタッチパネルは、例えば、静電容量を検出するための検出用配線として、薄い誘電膜上に形成された第1シリーズの導体エレメントと、第1シリーズの導体エレメント上に絶縁膜を隔てて形成された第2シリーズの導体エレメントとを備えている。なお、各導体エレメントは互いに電気的に接触しておらず、複数箇所で立体的に交差している。指などの指示体と、検出用配線である第1シリーズの導体エレメント及び第2シリーズの導体エレメントとの間に形成される静電容量を検出回路で検出することによって、指示体がタッチした位置の位置座標が特定される。この検出方式は、一般に自己容量検出方式と呼ばれる(例えば特許文献2参照)。
また、例えば、行方向に延びて設けられる複数の行方向配線と、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、すなわち相互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検出方式がある。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3参照)。
上述した自己容量方式及び相互容量方式の何れの構成においても、行方向配線と列方向配線とによって格子状に区画された平面領域(検出セル)に指などの指示体によるタッチがある場合に、センサブロックでの検出値と、その近傍の検出セルの検出値とのバランスに基づいて、タッチされた位置座標を特定する方法が一般的に用いられる。
最近では、ITO(Indium Tin Oxide)などの透明導電膜ではなく、低抵抗な金属からなるメッシュ配線を形成することによって、検出速度の向上やタッチスクリーンの大型化を実現することが提案されている(例えば特許文献4)。
また、面に沿って布設された配線を有する面デバイスの別の一種である表示装置、例えば薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor:以下「TFT」と記す)をスイッチングとして用いたアクティブマトリックス型TFTを備える表示装置が、電力消費の抑制化及び装置の薄型化するために活用されている。これら表示装置は、画面の大型化や高レート化、または高精細化に伴い、引き出し配線などのさらなる低抵抗化が要望されるに至っている。
特開2012−103761号公報 特表平9−511086号公報 特表2003−526831号公報 特許第4869309号公報
しかしながら、特許文献4のように低抵抗の金属からなるメッシュ配線を用いてセンサ用配線(検出用配線)を形成しても、タッチスクリーンを大型化すると、タッチスクリーンの信号入力端子部から検出用配線へ延びる引き出し配線のうち、特に外側の引き出し配線が長くなるため、その配線抵抗が大きくなる。引き出し配線の抵抗が高くなると、静電気放電(ESD)によってセンサ用配線を構成する絶縁膜の絶縁破壊が起こりやすくなり、タッチ機能を失いやすくなるという問題があった。
また、表示装置でも同様に、TFTが形成されるTFT基板の大型化に伴って外側の引き出し配線の抵抗が高くなることにより、この引き出し配線に接続されたゲート配線とソース配線との間の絶縁膜の絶縁破壊が発生しやすくなり、表示装置の線欠陥が生じやすくなるという問題があった。
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、静電気放電による絶縁破壊を抑制可能な技術を提供することを目的とする。
本発明に係る面デバイスは、面に沿って布設された配線を有する面デバイスであって、予め定められた領域において、第1方向に沿って延在し、前記第1方向と垂直な第2方向に配列された複数の領域配線と、前記予め定められた領域の外側に配設された複数の端子部と、前記複数の端子部と前記複数の領域配線とをそれぞれ電気的に接続する複数の引き出し配線とを備える。2以上の前記引き出し配線が、互いに異なる幅で設定された幅調整配線を含むことにより、全ての前記引き出し配線のそれぞれの抵抗値が、前記領域配線の抵抗値よりも低くなっている。
本発明によれば、2以上の引き出し配線が、互いに異なる幅で設定された幅調整配線を含むことにより、全ての引き出し配線のそれぞれの抵抗値が、領域配線の抵抗値よりも低くなっている。これにより、静電気放電による絶縁破壊を抑制することができる。
実施の形態1に係るタッチスクリーンの層構造を示す斜視図である。 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引き出し配線の幅を示す図である。 実施の形態1に係る行方向配線及び列方向配線の構成を示す平面図である。 関連タッチスクリーンの抵抗値のシミュレーション結果を示す図である。 実施の形態1に係るタッチスクリーンの抵抗値のシミュレーション結果を示す図である。 実施の形態2に係るタッチスクリーンの構成を示す平面図である。 実施の形態2に係るタッチスクリーンの構成を示す平面図である。 実施の形態2に係るタッチスクリーンの引き出し配線の幅を示す図である。 実施の形態2に係るタッチスクリーンの抵抗値のシミュレーション結果を示す図である。 実施の形態3に係るタッチスクリーンの構成を示す平面図である。 実施の形態3に係るタッチスクリーンの構成を示す平面図である。 実施の形態3に係るタッチスクリーンの構成を示す平面図である。 実施の形態3に係るタッチスクリーンの引き出し配線の幅を示す図である。 実施の形態3に係るタッチスクリーンの抵抗値のシミュレーション結果を示す図である。 実施の形態1〜3の変形例に係るタッチスクリーンの構成を示す平面図である。 実施の形態1〜3の変形例に係るタッチスクリーンの層構造を示す斜視図である。
<実施の形態1>
以下、本発明の実施の形態1では、面に沿って布設された配線を有する面デバイスがタッチスクリーンに適用されている場合について説明する。なお、本実施の形態1に係るタッチスクリーンは、投影型静電容量方式のタッチスクリーンであるとして説明するが、これに限ったものではない。
図1は、本実施の形態1に係るタッチスクリーン1の層構造を示す斜視図である。図1において、タッチスクリーン1の最下面層は、透明なガラス材料または透明な樹脂から成る透明基板10である。透明基板10の上には、下部電極20が配設されている。また、下部電極20を被覆するように、層間絶縁膜11が配設される。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の上面には上部電極30が配設される。
さらに、層間絶縁膜11の上面には、上部電極30を被覆するように、保護膜12が配設される。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。保護膜12の上面には、タッチスクリーン1が装着される液晶ディスプレイ用の偏光板13が貼り付けられる。そして、当該偏光板13の上面にはタッチスクリーン1を保護するために、例えば透明なガラス材料または透明な樹脂からなる透明基板14が粘着(接着)されている。
下部電極20は、ITO(Indium Tin Oxide)等の透明配線材料またはアルミニウムもしくは銅等の金属配線材料から成る複数本の行方向配線21を備える。また、上部電極30は、下部電極20と同様にITO等の透明配線材料またはアルミニウムもしくは銅等の金属配線材料から成る複数本の列方向配線31を備える。
本実施の形態1では、上述の列方向配線31及び行方向配線21のそれぞれに、アルミニウム系合金層とその窒化層とから成る多層構造を適用した。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反射率を低減させることができる。また、本実施の形態1では、列方向配線31を行方向配線21上に配設したが、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上に配設してもよい。さらに、列方向配線31及び行方向配線21の材料をアルミニウム系合金層とその窒化層から成る多層構造に統一したが、これらの材料は統一しなくてもよい。例えば列方向配線31の材料をアルミニウム系合金層とその窒化層から成る多層構造とし、行方向配線21をITO等の透明配線材料としてもよい。
また、本実施の形態1では、列方向配線31を行方向配線21上に配設したが、これらを同一レイヤーに配設して、行方向配線21と列方向配線31とが平面視で重なる部分においてのみ、これら配線の間に層間絶縁膜11を配設してこれら配線を電気的に分離してもよい。
使用者は、タッチスクリーン1の表面を成す透明基板14に指などの指示体でタッチして操作を行う。透明基板14に指示体が触れると、指示体と透明基板14下部の行方向配線21及び列方向配線31の少なくともいずれか1つとの間に容量結合(タッチ容量)が発生する。相互容量方式では、当該タッチ容量の発生に応じて発生する、行方向配線21及び列方向配線31の間の相互容量の変化に基づいて、検出可能エリア内のどの位置において指示体がタッチしたかを特定するように構成されている。
なお、図1には、タッチスクリーン1だけでなく、表示素子51及び粘着材52も想像線(二点鎖線)で示されている。表示素子51には、例えば液晶表示素子、または、LCD(液晶表示装置)パネルなどの表示パネルが適用される。
図2は、本実施の形態1に係るタッチスクリーン1の構成を示す平面図である。タッチスクリーン1の検出可能エリアは、少なくとも容量性負荷及び抵抗性負荷を有するアクティブエリア(予め定められた領域)の一種である。検出可能エリアは、行方向(X方向、横方向)に延在し、列方向(Y方向、縦方向)に配列された複数の行方向配線21と、列方向に延在し、行方向に配列された複数の列方向配線31とが、平面視において重なることによって形成されるマトリックス領域である。以下、第1方向は列方向(Y方向、縦方向)であり、第2方向は列方向と垂直な行方向(X方向、横方向)であり、複数の領域配線(複数のセンサ用配線)は行方向配線21であるものとして説明するが、これに限ったものではない。
図2のタッチスクリーン1は、外部の配線(図示せず)と接続するための複数の端子部8と、引き出し配線R1〜R25と、引き出し配線C1〜C40とを備えている。つまり、本実施の形態1では、複数の引き出し配線は、第1〜第nの引き出し配線においてn=25であるが、もちろんこれに限ったものではない。
複数の端子部8は、検出可能エリアの外側に配設されている。引き出し配線R1〜R25は、複数の端子部8と、複数の行方向配線21とをそれぞれ電気的に接続する。なお、引き出し配線R1〜R25の全長は、この順に長くなっている。引き出し配線C1〜C40は、複数の端子部8と、複数の列方向配線31とをそれぞれ電気的に接続する。
引き出し配線R1〜R25及び引き出し配線C1〜C40は、検出可能エリアの外周に沿って配設されている。列方向配線31の引き出し配線C40と、行方向配線21の引き出し配線R1との間には、グランド電位等の基準電位が印加されたシールド配線40が配設されている。このシールド配線40の配設により、引き出し配線C40と引き出し配線R1との間のクロス容量を低減することが可能となるため、指示体のタッチを誤って検出することを抑制することが可能となっている。
次に図3及び図4を用いて、引き出し配線R1〜R25の詳細な構造を説明する。図3は、図2中の領域Aにおいて、引き出し配線R1〜R3が行方向配線21の入力端子22へ接続される領域周辺を拡大した平面図である。図4は、図2中の領域Bにおいて、引き出し配線R23〜R25が行方向配線21の入力端子22へ接続される領域周辺を拡大した平面図である。図3において、破線で示される境界部Tは端子部8側から列方向に延在する引き出し配線R1〜R25が、引き出し配線R1から順に行方向に延在し始める境界部である。
引き出し配線R1〜R25のうちの2以上の引き出し配線は、互いに異なる幅で設定(調整)された幅調整配線を含んでいる。本実施の形態1では、その一例として、引き出し配線R1〜R25が、第1〜第25の幅調整配線をそれぞれ含んでいるものとして説明する。
第1〜第25の幅調整配線は、図3及び図4に示される列方向延在配線R1_1〜R1_25(第1〜第25の第2方向延在配線)をそれぞれ含んでいる。列方向延在配線R1_1〜R1_25は、列方向に延在し、検出可能エリア側から順に行方向に配列されている。図3及び図4に示すように、列方向延在配線R1_1〜R1_25の行方向の長さは、W(1)〜W(25)である。
第1の幅調整配線以外の第2〜第25の幅調整配線は、図3及び図4に示される突出配線R2_2〜R2_25(第2〜第25の突出配線)をそれぞれさらに含んでいる。このうち、突出配線R2_2は、複数の行方向配線21と列方向延在配線R1_2とを電気的に接続し、当該接続された列方向延在配線R1_2よりも行方向において検出可能エリア側に突出している。同様に、突出配線R2_3〜R2_25は、複数の行方向配線21と列方向延在配線R1_3〜R1_25とを電気的に接続し、当該接続された列方向延在配線R1_3〜R1_25よりも行方向において検出可能エリア側に突出している。突出配線R2_2〜R2_25の列方向の長さは、列方向延在配線R1_2〜R1_25の行方向の長さと同じW(2)〜W(25)である。
ここで本実施の形態1では、上述した幅調整配線の幅の設定(調整)によって、第1〜第25の幅調整配線の幅W1〜W(25)がこの順に大きくなっている。つまり、W(1)≦W(2)≦・・・≦W(25)となっている。
図5に第1〜第25の幅調整配線の長さW(1)〜W(25)の値を示す。記載値の単位はμmである。図5に示されるように、第1〜第25の幅調整配線の幅W1〜W(25)がこの順に大きくなっている。このように設定(調整)された第1〜第25の幅調整配線により、後で詳細に説明するように、全ての引き出し配線R1〜R25のそれぞれの抵抗値が、行方向配線21の抵抗値よりも低くなっている。
次に図6を用いて、行方向配線21及び列方向配線31の詳細な構造を説明する。図6に例示するように、各列方向配線31は、(1)列方向Yに対して傾斜角度45°で斜めに傾斜した第1傾斜部分2aSと、列方向Yに平行で且つ第1傾斜部分2aSに繋がった第1平行部分2aPとが、列方向Yに沿ってジグザグ状に繰り返されて配設されて成るジグザグパターンの第1金属配線2aと、(2)列方向Yを軸として第1金属配線2aに線対称な構成を有する第2金属配線2bとの一組から成る。
同様に、各行方向配線21は、(3)行方向Xに対して傾斜角度45°で斜めに傾斜した第2傾斜部分3aSと、行方向Xに平行で且つ第2傾斜部分3aSに繋がった第2平行部分3aPとが、行方向Xに沿ってジグザグ状に繰り返されて配設されて成るジグザグパターンの第3金属配線3aと、(4)行方向Xを軸として第3金属配線3aに線対称な構成を有する第4金属配線3bとの一組から成る。
しかも、複数の列方向配線31の内の任意の1本の検出用列配線と、複数の行方向配線21の内の任意の1本の検出用行配線とが立体的に交差して成る各エリアにおいて、以下のような位置関係が成立する。
すなわち、いずれかのエリア内に属する第1金属配線2aの2つの第1傾斜部分2aSの内で一方の傾斜部分2aS1は、その中点(中心部)において、当該エリア内に属する第3金属配線3aの2つの第2傾斜部分3aSの内の一方の傾斜部分3aS1と、その中点(中心部)において立体的に直交している。さらに、いずれかのエリア内に属する第1金属配線2aの2つの第1傾斜部分2aSの内で他方の傾斜部分2aS2は、その中点(中心部)において、当該エリア内に属する第4金属配線3bの2つの第2傾斜部分3bSの内の一方の傾斜部分3bS1と、その中点(中心部)において立体的に直交している。
加えて、いずれかのエリア内に属する第2金属配線2bの2つの第1傾斜部分2bSの内で一方の傾斜部分2bS1は、その中点(中心部)において、当該エリア内に属する第3金属配線3aの2つの第2傾斜部分3aSの内の他方の傾斜部分3aS2と、その中点(中心部)において立体的に直交している。さらに、いずれかのエリア内に属する第2金属配線2bの2つの第1傾斜部分2bSの内で他方の傾斜部分2bS2は、その中点(中心部)において、当該エリア内に属する第4金属配線3bの2つの第2傾斜部分3bSの内の他方の傾斜部分3bS2と、その中点(中心部)において立体的に直交している。このような傾斜部分同士の直交関係の設定により、平行部分2aP,2bPの列方向Yに沿っての寸法、及び、平行部分3aP,3bPの行方向Xに沿っての寸法は、最小値化される。
図6に示した本構成、つまり行方向配線21及び列方向配線31にメッシュ状の金属線を適用した構成によれば、行方向配線21と列方向配線31との配線間で発生する寄生容量の値を最小化することが可能となる。さらに、本構成によって、平面視における行方向配線21及び列方向配線31が存在しない箇所の全面積を、本構成を採用しない場合よりも低減することができるため、指示体と行方向配線21との間の静電容量、及び、指等の指示体と列方向配線31との間の静電容量から成るタッチ容量を各エリアで均一に検出することが可能となる。
本実施の形態1では、行方向配線21及び列方向配線31に適用したメッシュ状の金属線の幅は3μmであるとした。以上のように構成された行方向配線21の抵抗値をシミュレーションにより計算したところ、780Ωであった。
なお、行方向配線21及び列方向配線31の材料としては、ITOもしくはグラフェン等の透明導線性材料、または、アルミニウム、クロム、銅もしくは銀等の金属材料を用いることができる。あるいは、それらの材料としては、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を用いることができる。ただし、導線幅、メッシュ間隔及び抵抗値は、上述の説明に限定されるものではなく、タッチスクリーン1の用途等に応じて適宜変更されてよい。
図7は、本実施の形態1に関連するタッチスクリーン(以下「関連タッチスクリーン」と記す)における、引き出し配線R1〜R25の抵抗値のシミュレーション結果を示す図である。図8は、本実施の形態1のタッチスクリーン1における、引き出し配線R1〜R25の抵抗値のシミュレーション結果を示す図である。図7及び図8では、端子部8から境界部Tまでの抵抗値と、境界部Tから行方向配線21の入力端子22までの抵抗値(幅調整配線の抵抗値)とを分けて記載している。なお、記載値の単位はΩである。
関連タッチスクリーンでは、第1〜第25の幅調整配線に相当する部分の幅を全て40μmとした。この結果、図7に示すように、引き出し配線R1〜R25の全長に応じて、引き出し配線R1〜R25の抵抗値がこの順に大きくなっている。そして、引き出し配線R19〜R25の抵抗値は、行方向配線21の抵抗値よりも高くなっている。
これに対して、本実施の形態1に係るタッチスクリーン1では、第1〜第25の幅調整配線に、図5に示した幅を適用した。この結果、図8に示すように、全ての引き出し配線R1〜R25の抵抗値は、行方向配線21の抵抗値である780Ωよりも低くなった。
<効果>
本実施の形態1に係るタッチスクリーン1の効果を確認するために、1.0mmの厚さのガラス材料からなる透明基板14を備える本実施の形態1に係るタッチスクリーン1及び関連タッチスクリーンを作成し、それらについて静電気放電試験を行った。放電試験の条件は、放電コンデンサを330pFとし、放電抵抗を330Ωとした。その結果、放電が15kV程度になった場合に、関連タッチスクリーンでは引き出し配線R25と行方向配線21の入力端子22との接続部分近傍で絶縁破壊が確認された。これに対して、本実施の形態1に係るタッチスクリーン1では、放電が15kVより大きくなった場合でも絶縁破壊が確認されなかった。
以上のように本実施の形態1によれば、タッチパネル上の導体などからの静電気放電による絶縁破壊が起こりにくく、信頼性の高いタッチスクリーンを実現することができる。また、本実施の形態1に係るタッチスクリーン1及び関連タッチスクリーンをタッチパネル検出用コントローラーに接続し、透明基板14に指示体を接触させた後の、座標出力までの応答時間を測定した。その結果、本実施の形態1に係るタッチスクリーン1の応答速度は、関連タッチスクリーンの応答速度の約65%程度であった。したがって、本実施の形態1によれば、タッチパネルの応答速度の改善も期待できる。また、全ての幅調整配線の幅を一律に太くするのではなく、抵抗値が比較的高い引き出し配線の幅調整配線の幅を太くすることにより、引き出し配線全体を配設するための領域を低減することができる。したがって、タッチパネルの額縁を狭くしたタッチスクリーン1を実現することができる。
なお、以上の説明では、幅調整の対象となる第2〜第25の幅調整配線は、列方向延在配線R2_2〜R1_25だけでなく、突出配線R2_2〜R2_25を含んでおり、これらの幅が調整されていた。しかしこれに限ったものではなく、例えば、第2〜第25の幅調整配線が、列方向延在配線R1_2〜R1_25だけを含むとして、これらの幅だけが調整されてもよい。このような構成であっても、上述と同様の効果を得ることは可能である。
<実施の形態2>
実施の形態1では、図3及び図4に示したように、列方向延在配線R1_1〜R1_25同士の行方向における間隔は比較的小さいが、突出配線R2_2〜R2_25同士の列方向における間隔は比較的大きかった。そこで、本発明の実施の形態2では、突出配線R2_2〜R2_25の列方向の長さを大きくすることによって、突出配線R2_2〜R2_25同士の列方向における間隔を比較的小さくするように構成されている。なお、本実施の形態2に係るタッチスクリーン1及び引き出し配線R1〜R25等の全体構成は、実施の形態1の図1及び図2で示した構造と同様なので、その説明を省略する。
図9及び図10を用いて、引き出し配線R1〜R25の詳細な構造を説明する。図9は、図2中の領域Aにおいて、引き出し配線R1〜R3が行方向配線21の入力端子22へ接続される領域周辺を拡大した平面図である。図10は、図2中の領域Bにおいて、引き出し配線R23〜R25が行方向配線21の入力端子22へ接続される領域周辺を拡大した平面図である。図9において、破線で示される境界部Tは端子部8側から列方向に延在する引き出し配線R1〜R25が、引き出し配線R1から順に行方向に延在し始める境界部である。
図9及び図10に示すように、引き出し配線R1の第1の幅調整配線は、列方向延在配線R1_1を含んでいる。そして、引き出し配線R2〜R25の第2〜第25の幅調整配線は、列方向延在配線R1_2〜R1_25と、突出配線R2_2〜R2_25とを含んでいる。
列方向延在配線R1_1〜R1_25の行方向の長さは、W1(1)〜W1(25)であり、列方向延在配線R1_1〜R1_25同士は、行方向に予め定められた間隔(絶縁を維持可能な間隔)で離間して配列されている。
一方、突出配線R2_2〜R2_25の行方向の長さは、W2(2)〜W2(25)である。また、突出配線R2_2〜R2_25の、行方向配線21の接続部分と接続された部分(第2〜第nの突出配線の少なくとも一部)の列方向の長さは、L2〜L25である。これら部分の長さL2〜L25は、L2=L3=・・・=L25となっており、互いに等しくなっている。
ここで、W2(2)〜W2(25)及びL2〜L25をなるべく大きくすることにより、突出配線R2_2〜R2_25同士は、列方向に上述の予め定められた間隔と同じ間隔で離間して配列されている。この結果として、引き出し配線R1〜R25同士が、行方向に予め定められた間隔で離間して配列されるとともに、列方向にも当該予め定められた間隔と同じ間隔で離間して配列されている。
このような構成によれば、行方向配線21の入力端子22近傍での引き出し配線R1〜R25の抵抗を下げることができる。このため、引き出し配線R1〜R25全体の抵抗値を維持しつつ、列方向延在配線R1_1〜R1_25の行方向の長さW1(1)〜W1(25)を小さくすることができる。これにより、タッチスクリーン1の額縁を小さくすることが可能となる。
図11に列方向延在配線R1_1〜R1_25の行方向の長さW1(1)〜W1(25)の値と、突出配線R2_2〜R2_25の行方向の長さW2(2)〜W2(25)の値とを示す。記載値の単位はμmである。図11に示されるように、列方向延在配線R1_1〜R1_25の行方向の長さがW1(1)≦W1(2)≦・・・≦W1(25)となるように設定(調整)されており、突出配線R2_2〜R2_25の行方向の長さがW2(2)≦W2(3)≦・・・≦W2(25)となるように設定(調整)されている。この設定(調整)によって、本実施の形態2でも実施の形態1と同様に、全ての引き出し配線R1〜R25のそれぞれの抵抗値が、行方向配線21の抵抗値よりも低くなっている。
行方向配線21及び列方向配線31の詳細な構成は、実施の形態1の図6と同様なので、その説明を省略する。なお、本実施の形態2に係る行方向配線21の抵抗値は、実施の形態1と同様に780Ωであるものとする。
なお、行方向配線21及び列方向配線31の材料としては、ITOもしくはグラフェン等の透明導線性材料、または、アルミニウム、クロム、銅もしくは銀等の金属材料を用いることができる。あるいは、それらの材料としては、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を用いることができる。ただし、導線幅、メッシュ間隔及び抵抗値は、上述の説明に限定されるものではなく、タッチスクリーン1の用途等に応じて適宜変更されてよい。
図12は、本実施の形態2のタッチスクリーン1における、引き出し配線R1〜R25の抵抗値のシミュレーション結果を示す図である。図12では、端子部8から境界部Tまでの抵抗値と、境界部Tから行方向配線21の入力端子22までの抵抗値(幅調整配線の抵抗値)とを分けて記載している。なお、記載値の単位はΩである。
幅調整配線に図11に示した幅を適用した本実施の形態2に係るタッチスクリーン1では、全ての引き出し配線R1〜R25の抵抗値は、図12に示すように行方向配線21の抵抗値である780Ωよりも低くなった。また、引き出し配線R1〜R25全体の行方向の長さは、実施の形態1では図5のW(1)〜W(25)の合計の長さ(概ね3082μm)に対応するのに対して、本実施の形態2では図11のW2(25)の長さ(2844μm)に対応する。このことから分かるように、本実施の形態2では、引き出し配線R1〜R25全体の行方向の長さが短くなった。
<効果>
本実施の形態2に係るタッチスクリーン1の効果を確認するために、1.0mmの厚さのガラス材料からなる透明基板14を備える本実施の形態2に係るタッチスクリーン1及び実施の形態1に係るタッチスクリーンを作成し、それらについて静電気放電試験を行った。放電試験の条件は、放電コンデンサを330pFとし、放電抵抗を330Ωとした。その結果、放電が18kV程度になった場合に、実施の形態1のタッチスクリーン1では引き出し配線R25と行方向配線21の入力端子22との接続部分近傍で絶縁破壊が確認された。これに対して、本実施の形態2に係るタッチスクリーン1では、放電が18kVより大きくなった場合でも絶縁破壊が確認されなかった。
以上のように本実施の形態2によれば、タッチパネル上の導体などからの静電気放電による絶縁破壊が起こりにくく、信頼性の高いタッチスクリーンを実現することができる。さらに、本実施の形態2に係るタッチスクリーン1及び実施の形態1に係るタッチスクリーンについて、引き出し配線R1〜R25が占有する行方向の最大幅(額縁)を比較した。その結果、実施の形態1に係るタッチスクリーン1は3.33mmであったのに対し、本実施の形態2に係るタッチスクリーン1は3.09mmと小さくすることができた。したがって、本実施の形態2によれば、タッチパネルの額縁を狭くしたタッチスクリーン1を実現することができる。
また、本実施の形態2によれば、突出配線R2_2〜R2_nの少なくとも一部の列方向の長さL2〜Lnは互いに等しくなっている。これにより、行方向配線21と引き出し配線との寄生容量が、複数の引き出し配線において均等になるため、容量偏差による誤動作を抑制することができる。
なお、以上の説明では、幅調整の対象となる第2〜第25の幅調整配線は、列方向延在配線R2_2〜R1_25だけでなく、突出配線R2_2〜R2_25も含んでおり、これらの幅が調整されていた。しかしこれに限ったものではなく、例えば、第2〜第25の幅調整配線が、列方向延在配線R1_2〜R1_25だけを含むとして、これらの幅だけが調整されてもよい。このような構成であっても、上述と同様の効果を得ることは可能である。
<実施の形態3>
本発明の実施の形態3では、多くの突出配線が、段階的に検出可能エリア側に突出する突出部分配線を含んでいる点が、実施の形態1及び2と異なる。なお、本実施の形態3に係るタッチスクリーン1及び引き出し配線R1〜R25等の全体構成は、実施の形態1の図1及び図2で示した構造と同様なので、その説明を省略する。
図13は、本実施の形態3に係るタッチスクリーン1の構成を示す平面図である。検出可能エリアは、行方向(X方向、横方向)に延在し、列方向(Y方向、縦方向)に配列された複数の行方向配線21と、列方向に延在し、行方向に配列された複数の列方向配線31とが、平面視において重なることによって形成されるマトリックス領域である。
引き出し配線R1〜R25は、複数の端子部8と、複数の行方向配線21とをそれぞれ電気的に接続する。同様に、引き出し配線C1〜C40は、複数の端子部8と、複数の列方向配線31とをそれぞれ電気的に接続する。
引き出し配線R1〜R25及び引き出し配線C1〜C40は、検出可能エリアの外周に沿って配設されており、引き出し配線R1〜R25の全長は、この順に長くなっている。列方向配線31の引き出し配線C40と、行方向配線21の引き出し配線R1との間には、グランド電位等の基準電位が印加されたシールド配線40が配設されている。このシールド配線40の配設により、引き出し配線C40と引き出し配線R1との間のクロス容量を低減することが可能となるため、指示体のタッチを誤って検出することを抑制することが可能となっている。
引き出し配線R1は、検出可能エリアの外周に沿って配置される。引き出し配線R2のうち、概ねの部分は、引き出し配線R1に沿って配置されるが、引き出し配線R1が行方向配線21の入力端子22に入力される位置から、引き出し配線R2が次の行方向配線21の入力端子22に入力される位置までの部分は、検出可能エリアの外周に沿って配置される。引き出し配線R3〜R25も同様に構成することで、引き出し配線R1〜R25は、この順に、検出可能エリアの外周側に詰めて配置される。また、引き出し配線C1〜C40も同様に、端子部8に近い引き出し配線から順に、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配線R1〜R25及び引き出し配線C1〜C40をなるべく検出可能エリアの外周側に詰めて配設することで、タッチスクリーン1が装着される表示素子51(図1)と、最外の引き出し配線R1,C1を除いた引き出し配線R2〜R25,C2〜C40のそれぞれとの間のフリンジ容量を抑制することができる。
なお本実施の形態3では、最外引き出し配線R1,C1の外側には、複数の行方向配線21、複数の列方向配線31、引き出し配線R1〜R25,C1〜C40を囲む最外シールド配線41が配設されている。この最外シールド配線41には、グランド電位が印加されている。これにより、表示素子51(図1)と、最外の引き出し配線R1,C1のそれぞれとの間のフリンジ容量を抑制することができる。また、本実施の形態3では、引き出し配線R1〜R25は等間隔で配置されている。
次に図14及び図15を用いて、引き出し配線R1〜R25の詳細な構造を説明する。図14は、図13中の領域Aにおいて、引き出し配線R1〜R3が行方向配線21の入力端子22へ接続される領域周辺を拡大した平面図である。図15は、図13中の領域Bにおいて、引き出し配線R23〜R25が行方向配線21の入力端子22へ接続される領域周辺を拡大した平面図である。図14において、破線で示される境界部Tは端子部8側から列方向に延在する引き出し配線R1〜R25が、引き出し配線R1から順に行方向に延在し始める境界部である。
図14及び図15に示すように、引き出し配線R1の第1の幅調整配線は、列方向延在配線R1_1を含んでいる。そして、引き出し配線R2〜R25の第2〜第25の幅調整配線は、列方向延在配線R1_2〜R1_25と、図14及び図15では符号が付されていない第2〜第25の突出配線とを含んでいる。
列方向延在配線R1_1〜R1_25の行方向の長さは、W1(1)〜W1(25)であり、列方向延在配線R1_1〜R1_25同士は、行方向に予め定められた間隔(絶縁を維持可能な間隔)で離間して配列されている。
第2〜第25の突出配線のうち任意の第k(k=2,3,・・・,25)の突出配線は、段階的に検出可能エリア側に突出する(k−1)個の突出部分配線PR2_k,PR3_k,・・・,PRk_kを含んでいる。例えば、第2の突出配線は、1段階で検出可能エリア側に突出する1個の突出部分配線PR2_2を含んでいる。また例えば、第25の突出配線は、24段階で検出可能エリア側に突出する24個の突出部分配線PR2_25,PR3_25,・・・,PR25_25を含んでいる。
列方向延在配線R1_2〜R1_25のうち任意の第k(k=2,3,・・・,25)の列方向延在配線R1_kは、それより突出する突出部分配線PR2_kと接続され、突出部分配線PR2_kは、それより突出する突出部分配線PR3_kと接続され、・・・、突出部分配線PR(k−1)_kは、それより突出する突出部分配線PRk_kと接続されている。つまり、突出部分配線PR2_k、PR3_k、・・・、PRk_kは、この順に、列方向延在配線R1_kと接続されているとともに、この順に、段階的に検出可能エリア側に突出している。
特に、任意の第k(k=2,3,・・・,25)の突出配線は、最外の第25の突出配線を除いて、列方向に延在する配線を、突出部分配線PR2_k、PR3_k、・・・、PRk_kとして含んでいる。そして、第kの列方向延在配線R1_kの一端の検出可能エリア側部分は、突出部分配線PR2_kの一端と接続され、突出部分配線PR2_kの他端の検出可能エリア側部分は、突出部分配線PR3_kの一端と接続され、・・・、突出部分配線PR(k−1)_kの他端の検出可能エリア側部分は、突出部分配線PRk_kの一端と接続されている。
このように構成された引き出し配線R2〜R24は、屈曲しながら行方向配線21の入力端子22に近づいていくため、境界部Tからの電流経路の最短距離が、実施の形態2よりも短くなる。これにより、抵抗値が小さくなるので、同様にタッチスクリーン1の額縁を小さくすることが可能となる。
さて、突出部分配線PR2_k、PR3_k、・・・、PRk_kの長さは、W2(k)、W3(k)、・・・、Wk(k)である。図14及び図15には、それらの一部である、W2(2)、W2(3)、W3(3)、W2(4)、W3(4)、W4(4)、・・・、W25(25)などが示されている。また、第(k−1)の突出配線に含まれるmk番目の突出部分配線PRmk_k−1と、第kの突出配線に含まれるmk番目の突出部分配線PRmk_kとの間のスリット幅は、Sk−1_k(mk)である。図15には、第23の突出配線に含まれる23番目の突出部分配線PR23_23と、第24の突出配線に含まれる23番目の突出部分配線PR23_24との間のスリット幅S23_24(23)が図示されている。また図15には、第24の突出配線に含まれる23番目の突出部分配線PR23_24と、第25の突出配線に含まれる23番目の突出部分配線PR23_25との間のスリット幅S24_25(23)が図示されている。
ここで本実施の形態3では、上述した幅調整配線の幅の設定(調整)によって、列方向延在配線R1_1〜R1_25のうちの2以上の行方向の長さが互いに異なり、かつ、同じ段階で突出する突出部分配線の2以上の行方向の長さが互いに異なっている。また、W1(1)+W)+・・・+W)+S1_2(1)+S2_3(1)+・・・+Sn−1_n(1)≧W2(2)+W)+・・・+W)+S2_3(2)+S3_4(2)+・・・+Sn−1_n(2)≧・・・≧Wn−1(n−1)+Wn−1n)+Sn−1_n(n−1)≧Wn(n)が成り立っている。このことについては後で図16を用いて説明する。

なお、突出部分配線PR2_2、PR3_3、・・・、PR25_25の、行方向配線21の接続部分と接続された部分(第2〜第nの突出配線の少なくとも一部)の列方向の長さは、L2〜L25である。これら部分の長さL2〜L25は、L2=L3=・・・=L25となっており、互いに等しくなっている。
ここで、W2(2)、W2(3)、W3(3)、W2(4)、W3(4)、W4(4)、・・・、Wn(n)及びL2〜L25をなるべく大きくすることにより、第1〜第25の突出配線同士は、列方向または行方向に上述の予め定められた間隔と同じ間隔で離間して配列されている。この結果として、引き出し配線R1〜R25同士が、行方向に予め定められた間隔で離間して配列されるとともに、列方向にも当該予め定められた間隔と同じ間隔で離間して配列されている。
このような構成によれば、引き出し配線R1〜R25の抵抗を下げることができる。このため、引き出し配線R1〜R25全体の抵抗値を維持しつつ、列方向延在配線R1_1〜R1_25の行方向の長さW1(1)〜W1(25)を小さくすることができる。これにより、タッチスクリーン1の額縁を小さくすることが可能となる。
図16に列方向延在配線R1_1〜R1_25の行方向の長さW1(1)〜W1(25)の値と、突出部分配線PR2_2、PR2_3、・・・、PR25_25の行方向の長さW2(2)、W2(3)、・・・、W25(25)の値とを示す。記載値の単位はμmである。
列方向延在配線R1_1〜R1_25の長さW1(1)〜W1(25)は、概ね互いに異なり、かつ、i段階で突出する突出部分配線の長さWi+1(i+1)、Wi+1(i+2)、・・・、Wi+1(25)は、概ね互いに異なっている。
また、図16では、上述した不等式の一例として、W1(1)+W1(2)+・・・+W1(25)+S1_2(1)+S2_3(1)+・・・+S24_25(1)=・・・=W24(24)+W24(25)+S24_25(24)=W25(25)となっている。ただし、図16では四捨五入したことによって、上記等号に若干のずれはある。
さらに、図16に示される平均は、引き出し配線R1の長さ(W1(1))、引き出し配線R2の長さの平均((W1(2)+W2(2))/2)、・・・、引き出し配線R25の長さの平均((W1(25)+W2(25)+・・・+W25(25))/25)を示す。この平均に示されるように、引き出し配線R1〜R25の行方向の長さは、概ねこの順に大きくなっている。
以上のような設定(調整)によって、本実施の形態3でも実施の形態1と同様に、全ての引き出し配線R1〜R25のそれぞれの抵抗値が、行方向配線21の抵抗値よりも低くなっている。
行方向配線21及び列方向配線31の詳細な構成は、実施の形態1の図6と同様なので、その説明を省略する。なお、本実施の形態3に係る行方向配線21の抵抗値は、実施の形態1と同様に780Ωであるものとする。
なお、行方向配線21及び列方向配線31の材料としては、ITOもしくはグラフェン等の透明導線性材料、または、アルミニウム、クロム、銅もしくは銀等の金属材料を用いることができる。あるいは、それらの材料としては、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を用いることができる。ただし、導線幅、メッシュ間隔及び抵抗値は、上述の説明に限定されるものではなく、タッチスクリーン1の用途等に応じて適宜変更されてよい。
図17は、本実施の形態3のタッチスクリーン1における、引き出し配線R1〜R25の抵抗値のシミュレーション結果を示す図である。図17では、端子部8から境界部Tまでの抵抗値と、境界部Tから行方向配線21の入力端子22までの抵抗値(幅調整配線の抵抗値)とを分けて記載している。なお、記載値の単位はΩである。
幅調整配線に図16に示した幅を適用した本実施の形態3に係るタッチスクリーン1では、全ての引き出し配線R1〜R25の抵抗値は、図17に示すように行方向配線21の抵抗値である780Ωよりも低くなった。また、引き出し配線R1〜R25全体の行方向の長さは、実施の形態2では図11のW2(25)の長さ(2844μm)に対応するのに対して、本実施の形態3では図17のW2(25)の長さ(2310μm)に対応する。このことから分かるように、本実施の形態3では、引き出し配線R1〜R25全体の行方向の長さがより短くなった。
<効果>
本実施の形態3に係るタッチスクリーン1の効果を確認するために、1.0mmの厚さのガラス材料からなる透明基板14を備える本実施の形態3に係るタッチスクリーン1及び実施の形態1に係るタッチスクリーンを作成し、それらについて静電気放電試験を行った。放電試験の条件は、放電コンデンサを330pFとし、放電抵抗を330Ωとした。その結果、放電が18kV程度になった場合に、実施の形態1のタッチスクリーン1では引き出し配線R25と行方向配線21の入力端子22との接続部分近傍で絶縁破壊が確認された。これに対して、本実施の形態3に係るタッチスクリーン1では、放電が18kVより大きくなった場合でも絶縁破壊が確認されなかった。
以上のように本実施の形態3によれば、タッチパネル上の導体などからの静電気放電による絶縁破壊が起こりにくく、信頼性の高いタッチスクリーンを実現することができる。さらに、本実施の形態3に係るタッチスクリーン1及び実施の形態2に係るタッチスクリーンについて、引き出し配線R1〜R25が占有する行方向の最大幅(額縁)を比較した。その結果、実施の形態2に係るタッチスクリーン1は3.09mmであったのに対し、本実施の形態3に係るタッチスクリーン1は2.56mmと小さくすることができた。したがって、本実施の形態3によれば、タッチパネルの額縁を狭くしたタッチスクリーン1を実現することができる。
<実施の形態1〜3の変形例>
以上に説明した実施の形態1〜3において、引き出し配線は、行方向配線21の一端から接続していた。しかしこれに限ったものではなく、引き出し配線は、行方向配線21の両端から接続してもよい。図18に示す例では、引き出し配線R1〜R25が行方向配線21に対し、左右両側から接続されている。この場合、行方向配線21の抵抗及び容量から成る負荷を実効的に減少させることができ、検出速度を短くすることが可能となる。
また、実施の形態1及び実施の形態3において、上述の図1に示した透明基板10の代わりに、液晶ディスプレイのカラーフィルター基板が備えられてもよい。図19は、タッチスクリーン1の層構造の斜視図である。図19に示す例では、カラーフィルター基板15の表示面上に下部電極20、層間絶縁膜11、上部電極30、及び、保護膜12が順に形成され、その上面には透明なガラス材料または透明な樹脂から成る透明基板14が設けられている。この場合、タッチスクリーン1の透明基板10と液晶ディスプレイ(表示素子51)のカラーフィルター基板15を共用するため、液晶ディスプレイにタッチスクリーン1を装着した構成において薄型化が実現できる。
また、実施の形態1〜3では、アクティブエリア(予め定められた領域)は検出可能エリアであり、複数の領域配線は複数の行方向配線21であり、面デバイスはタッチスクリーン1であるものとして説明した。しかしこれに限ったものではなく、アクティブエリア(予め定められた領域)は表示領域であり、面デバイスは、表示領域において複数の領域配線(ソース配線及びゲート配線)と接続された複数の薄膜トランジスタを備えるTFTアレイからなる液晶表示装置であってもよい。このような液晶表示装置においても、上述のタッチスクリーン1と同様に、ESDによる絶縁破壊を抑制することができるとともに、TFTの充電不足による表示ムラの改善なども期待できる。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態及び各変形例を自由に組み合わせたり、各実施の形態及び各変形例を適宜、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、8 端子部、21 行方向配線、R1〜R25 引き出し配線、R1_1〜R1_25 列方向延在配線、R2_2〜R25_25 突出配線、PR2_2〜PR25_25 突出部分配線。

Claims (10)

  1. 面に沿って布設された配線を有する面デバイスであって、
    予め定められた領域において、第1方向に沿って延在し、前記第1方向と垂直な第2方向に配列された複数の領域配線と、
    前記予め定められた領域の外側に配設された複数の端子部と、
    前記複数の端子部と前記複数の領域配線とをそれぞれ電気的に接続する複数の引き出し配線と
    を備え、
    2以上の前記引き出し配線が、互いに異なる幅で設定された幅調整配線を含むことにより、全ての前記引き出し配線のそれぞれの抵抗値が、前記領域配線の抵抗値よりも低くなっている、面デバイス。
  2. 請求項1に記載の面デバイスであって、
    第1〜第n(nは2以上の整数)の前記引き出し配線は第1〜第nの前記幅調整配線をそれぞれ含み、
    前記第1〜第nの幅調整配線は、
    前記第2方向に延在し、前記予め定められた領域側から順に前記第1方向に配列された第1〜第nの第2方向延在配線をそれぞれ含み、
    記第1〜第nの幅調整配線の幅がこの順に大きくなっている、面デバイス。
  3. 請求項1または請求項2に記載の面デバイスであって、
    前記複数の引き出し配線同士は、
    前記第1方向に予め定められた間隔で離間して配列されるとともに、前記第2方向にも当該予め定められた間隔と同じ間隔で離間して配列されている、面デバイス。
  4. 請求項1に記載の面デバイスであって、
    第1〜第n(nは2以上の整数)の前記引き出し配線は第1〜第nの前記幅調整配線をそれぞれ含み、
    前記第1〜第nの幅調整配線は、
    前記第2方向に延在し、前記予め定められた領域側から順に前記第1方向に配列された第1〜第nの第2方向延在配線をそれぞれ含み、
    前記第2〜第nの幅調整配線は、
    前記複数の領域配線と前記第2〜第nの第2方向延在配線とを電気的に接続し、当該接続された第2方向延在配線よりも前記第1方向において前記予め定められた領域側に突出する第2〜第nの突出配線をそれぞれさらに含み、
    前記第2〜第nの突出配線のうち任意の第kの突出配線は、段階的に前記予め定められた領域側に突出する(k−1)個の突出部分配線を含み、
    以上の前記第2方向延在配線の前記第1方向の長さが互いに異なり、かつ、同じ段階で突出する2以上の前記突出部分配線の前記第1方向の長さが互いに異なる、面デバイス。
  5. 請求項4に記載の面デバイスであって、
    前記第1〜第nの第2方向延在配線の前記第1方向の長さをW1(1)〜W1(n)とし、前記第kの突出配線に含まれる前記(k−1)個の突出部分配線の前記第1方向の長さを、突出する順にW2(k)、W3(k)、…、Wk(k)とし、前記第(k−1)の突出配線に含まれるmk番目に突出する前記突出部分配線と、前記第kの突出配線に含まれるmk番目に突出する前記突出部分配線との間のスリット幅をSk−1_k(mk)とした場合に、
    W1(1)+W)+・・・+W)+S1_2(1)+S2_3(1)+・・・+Sn−1_n(1)≧W2(2)+W)+・・・+W)+S2_3(2)+S3_4(2)+・・・+Sn−1_n(2)≧・・・≧Wn−1(n−1)+Wn−1n)+Sn−1_n(n−1)≧Wn(n)が成り立つ、面デバイス。
  6. 請求項4または請求項5に記載の面デバイスであって、
    前記複数の引き出し配線同士は、
    前記第1方向に予め定められた間隔で離間して配列されるとともに、前記第2方向にも当該予め定められた間隔と同じ間隔で離間して配列されている、面デバイス。
  7. 請求項1に記載の面デバイスであって、
    第1〜第n(nは2以上の整数)の前記引き出し配線は第1〜第nの前記幅調整配線をそれぞれ含み、
    前記第1〜第nの幅調整配線は、
    前記第2方向に延在し、前記予め定められた領域側から順に前記第1方向に配列された第1〜第nの第2方向延在配線をそれぞれ含み、
    前記第2〜第nの幅調整配線は、
    前記複数の領域配線と前記第2〜第nの第2方向延在配線とを電気的に接続し、当該接続された第2方向延在配線よりも前記第1方向において前記予め定められた領域側に突出する第2〜第nの突出配線をそれぞれさらに含み、
    前記第2〜第nの突出配線の少なくとも一部の前記第2方向の長さは、互いに等しい、面デバイス。
  8. 請求項1から請求項7のうちのいずれか1項に記載の面デバイスを備え、
    前記予め定められた領域は検出可能エリアであり、
    前記複数の領域配線は複数のセンサ用配線である、タッチスクリーン。
  9. 請求項8に記載のタッチスクリーンであって、
    各前記センサ用配線は、メッシュ状の金属線を含む、タッチスクリーン。
  10. 請求項1から請求項7のうちのいずれか1項に記載の面デバイスを備え、
    前記予め定められた領域は表示領域であり、
    前記表示領域において、前記複数の領域配線と接続された複数の薄膜トランジスタをさらに備える、液晶表示装置。
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