JP6672881B2 - タッチパネル及び情報処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、横方向配線群と、縦方向配線群とを、マトリクス状に透光性基板の両面にそれぞれ設けたタッチパネルに関する。

近年、情報処理装置の画像表示部に、縦横に配線パターン等を有するタッチパネルを設けた情報処理装置が開発され、商品として市場に提供されている。タッチパネルを設けた情報処理装置では、画像表示部の画面に表示された図や文字などのパターン上の位置でタッチパネルを指やペンでタッチすることによって、情報処理装置の操作が出来る。そして、タッチパネルは、近年特に小型のノートパソコンや、モバイル装置などの情報処理装置の操作の入力手段として用いられるようになった。また、画像表示部の大型化に伴い、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１００の一例を示した説明図で、（ａ）は上方から見た模式図、（ｂ）は、図（ａ）のＡＡ’部分の断面の模式図である。

静電容量式のタッチパネル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、あるいは電界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、ドライブライン基板１１２とセンシングライン基板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を設けたドライブライン基板１１２(図６(ｂ))に、ガラス基板にセンシングライン電極１１３を設けたセンシングライン基板１１１(図６(ａ))を、ドライブライン電極１１４とセンシングライン基板１１１のガラス基板との間で、光学粘着シートＯＣＡ(Optically Clear Adhesive)１１５で積層している。

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、静電容量式のタッチパネル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。各ライン電極が黒枠１１６の部分で、引き出し線９に電気接続して引き出され、センシング電極端子列と、ドライブ電極端子列としてまとめられて、画像表示部に電気接続される。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。

実際のタッチパネル１００の構成としては、このようなドライブライン基板１１２やセンシングライン基板１１１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。

また図５（ｃ）の断面図に例示するように、フィルム基板１０の上下面にパターンを形成したタッチパネル１００が利用されている。図５（ｃ）の構成では、フィルム面にそれぞれ、センシングライン電極１１３とドライブライン電極１１４を設け、センシング面、ドライブ面としている。またこの場合、フロントガラスに替えて樹脂フィルムを用いているものもある。

さらに近年、メタルメッシュを用いたタッチパネル１００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い。

特許第５２８６２２８号公報 特開２０１１−００２９４８号公報 実用新案登録第３１７１９９４号公報

以上のように、近年、タッチパネルが付加された小型ノートパソコンやタブレット、スマートフォンなどの携帯情報処理装置では、画面をタッチすることでさまざまな動作、機能を実現している。またその機能の一部として外部情報の取得、外部へ情報発信ための無線通信としての機能を有することも必要である。

そのためには、特許文献１や特許文献２の様に、主として情報処理装置の持つ情報を外部に送信したり、必要な情報を外部から取得するための無線送受信を行う無線送受信モジュールとアンテナが必要となる。またアンテナは、空間に電磁波を放出したり、空間の電磁波から電流を誘導するために、携帯情報処理装置のケースの外部など電磁波を空間に放出しやすい場所や空間の電磁波を取り込みやすい場所に、配置する必要がある。

したがって無線送受信モジュールとアンテナの間は離れた場所に配置されることが多いため、双方を接続するための伝送路も必要となる。また一つの携帯情報処理装置でも周波数や通信方式の異なるＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標） ＷｉＦｉ ＬＴＥ ３Ｇなど、さまざまな通信を行うことも多く、いくつかのアンテナが内蔵されていることも多い。

例えば、従来の携帯情報処理装置の無線機部分の構造としては、ノートパソコンを例として特許文献３の様に、図７に示したような構造を持つものが多い。

すなわち、携帯情報処理装置１の本体の内部に無線送受信モジュール２の本体が存在する。その無線送受信モジュール２は、データ伝送する場合、信号の変調、発信を行い、データ受信する際は、信号の復調を担う。またＬＡＮなどの機能を有している場合、ＴＣＰ／ＩＰなどの通信プロトコルに対応してデータ変換を担う機能を備えることも多く、さまざまな機能を有している。

また無線送受信モジュール２から同軸ケーブル３を介して送受信のためのアンテナ４が接続されている。アンテナ４は、金属を打ち抜きや曲げ加工を施したもので、さまざまな形状をしている。このアンテナ４から、電磁波として必要な情報を空間に放射し、あるいは他の機器から空間に放射された電磁波から電流を誘導し、外部機器や公衆回線と相互に送受信を行う。また同軸ケーブル３の機能としては、無線送受信モジュール２と、アンテナ４の間を繋ぐための機能を持つものであるが、一定の特性インピーダンスを持つ必要がある。

すなわち無線送受信モジュール２とアンテナ４の入出力間のインピーダンスの整合をとり、無線送受信モジュール２の電力を効率よくアンテナ４に出力させ、外部から入力される電磁波を効率よく無線送受信モジュール２に伝送する必要がある。

整合が取れていない場合、無線送受信モジュール２からアンテナ４に出力された電力はアンテナ４に伝達されず、伝送線路からのアンテナ入力端子より反射波となって無線送受信モジュール２に戻り、電磁波としてうまく空中に放出できないこととなる。したがって、伝送線路としては、整合のとれた５０Ωの特性インピーダンスを持つ細径の同軸ケーブル３が使われることが多い。また、近年、情報端末機器の小型化が進み伝送線路自体も極細の同軸ケーブルと同様に細線になることも多く高価になることが多い。

このように、従来の無線送受信モジュール２とアンテナ４を持った携帯情報処理装置１において、一定の特性インピーダンスを持った伝送線路により電力をアンテナ４まで伝送するために、伝送線路として高価な同軸ケーブル３を使用して、無線送受信モジュール２からアンテナ４まで同軸ケーブル３で信号を伝送している。

しかし、この構成では、同軸ケーブル３を用いた伝送線路のコストが高く、またアンテナ４と伝送線路の同軸ケーブル３は個別の部品であるため、それらを組み立て実装するためのコストも高く、それにより、携帯情報処理装置１のコストが高くなる問題があった。

本発明は、このような問題を解決するもので、無線機能で外部との電磁波による情報の送受信をする情報処理装置に用いられ、無線機能を安価に設置できるタッチパネル及びそれを用いた情報処理装置を提供することを課題とする。

本発明は上記課題を解決するために、基板上に、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で構成するマトリクス部を有するタッチパネルであって、前記マトリクス部の外の周囲の前記基板上に、アンテナパターンと、該アンテナパターンに接続するストリップラインを設けたことを特徴とするタッチパネルである。

本発明は、この構成により、アンテナパターンと情報処理装置の無線送受信モジュールを安価にストリップラインで接続できる効果がある。また、タッチパネルにストリップラインとアンテナパターンを内蔵させることで、それらの接続信頼性を高め、そのタッチパネルを用いた情報処理装置の信頼性を向上させることができる効果がある。

また、本発明は、上記のタッチパネルであって、前記基板が透光性基板であって、前記マトリクス部の前記横方向配線群が前記基板の上面に形成され、前記縦方向配線群が前記基板の下面に形成され、前記マトリクス部の外の周囲の前記基板の面に、アンテナパターンと、該アンテナパターンに接続する、前記ストリップラインの中間層の線状導体と該ストリップラインの下層の幅広導体が形成され、該ストリップラインの中間層の線状導体の上にフィルム基板が張り合わされ、該フィルム基板の上に該ストリップラインの上層の幅広導体が形成されていることを特徴とするタッチパネルである。

また、本発明は、上記のタッチパネルであって、前記基板が透光性基板であって、前記マトリクス部の前記横方向配線群が前記基板の上面に形成され、前記縦方向配線群が前記基板の下面に形成され、前記マトリクス部の外の周囲の前記基板の面に、アンテナパターンと、該アンテナパターンに接続する、前記ストリップラインの中間層の線状導体と該ストリップラインの下層の幅広導体が形成され、該ストリップラインの中間層の線状導体の上に、前記基板を折り返した部分が張り合わされ、該折り返した部分の上面に前記ストリップラインの上層の幅広導体が形成されていることを特徴とするタッチパネルである。

また、本発明は、無線送受信モジュールおよび表示部を有する情報処理装置であって、表示部に上記のタッチパネルを用い、前記ストリップラインを前記無線送受信モジュール
に接続したことを特徴とする情報処理装置である。

また、本発明は、上記の情報処理装置であって、前記アンテナパターンから前記無線送受信モジュールまでの間の前記ストリップラインの特性インピーダンスを、前記無無線送受信モジュールの入力インピーダンスに整合させたことを特徴とする情報処理装置である。

本発明のタッチパネル及びそれを用いた情報処理装置は以上のような構成であって、フィルム上に、アンテナパターン及び伝送線路のストリップラインのパターンをタッチパネル配線群のパターンと一体にして製造することができ、アンテナパターンと情報処理装置の無線送受信モジュールを安価にストリップラインで接続できる効果がある。

また、メカニカルな接続部分を減らすことが可能となり、信頼性の向上するタッチパネル及びそれを用いた情報処理装置とすることができる。

本発明の実施形態のタッチパネルの平面図である。 本発明の実施形態のタッチパネルのストリップライン部分の断面の模式図である。 本発明の実施形態のタッチパネルのストリップライン部分の断面構成を示す模式図である。 本発明の実施形態の変形例１のタッチパネルのストリップライン部分の断面構成を示す模式図である。 従来の静電容量式のタッチパネルの一例を示した模式図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は、図５（ａ）のＡＡ’部分の断面図である。（ｃ）は、他の構成のタッチパネルの断面図である。 従来例の、図５のドライブライン基板とセンシングライン基板の平面図である。 従来の携帯情報処理装置の例を説明する斜視図である。

以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照して説明する。

本実施形態のタッチパネル１００は、図５（ｃ）の断面図の様に、透光性のフィルム基板１０の上下面に、横方向に平行に配置された複数の直線状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直線状の導電線よりなる縦方向配線群と、が形成されたマトリクス部１１０を有する。

そして、図１の平面図の様に、それらの配線群の領域であるマトリクス部１１０の外の周囲に、アンテナパターン４１と、アンテナパターン４１に接続するストリップライン８と、を設ける。図１ではアンテナパターン４１としてダイポールアンテナを例示している。

すなわち、本実施形態では、図１の様に、アンテナパターン４１、及び、ストリップライン８を構成する伝送線路のパターンを、基板上でタッチパネル１００を形成する配線と一体にして、アンテナパターン４１とストリップライン８の伝送線路のパターンを形成し、フィルム基板１０の両面の縦方向配線群と横方向配線群とからなるマトリクス部１１０を形成する。すなわち、アンテナパターン４１とストリップライン８のパターンと、タッチパネル１００のマトリクス部１１０のパターンを同時に形成する。

その製造方法は、フィルム基板１０の上面と下面の両面に導電性金属層を形成し、その導電性金属層をエッチングすることで、静電容量型タッチパネル１００を構成する横方向配線群と縦方向配線群を上下面の導電金属層にパターニングしてマトリクス部１１０を形成する。それと同時に、マトリクス部１１０の外の周囲に、アンテナパターン４１およびアンテナパターン４１に接続するストリップラインの下層の幅広導体８ｂとストリップラインの中間層の線状導体８ａをパターニングする。

そして、後に、そのストリップラインの中間層の線状導体８ａの上にストリップラインの上層の幅広導体８ｃを設置する。

これにより、アンテナパターン４１をタッチパネル１００に一体に形成するので、情報処理装置１にアンテナパターン４１と無線送受信モジュール２を安価にストリップライン８で接続できる。また、従来の情報処理装置１における同軸ケーブル３を用いたメカニカルな接続部分を減らすことが可能となり、タッチパネル１００に内蔵させたストリップライン８とアンテナパターン４１の接続信頼性を高め、そのタッチパネル１００を用いた情報処理装置１の信頼性を向上させることができる効果がある。

（ストリップライン）
さらに具体的に実施の形態を説明する。ストリップライン８は、基板の端子部（図示せず）まで形成されている。また、マトリクス部１１０からは、引き出し線９が配線されており、これも基板の端子部まで形成されている。

ストリップライン８の端子部は情報処理装置１の無線送受信を行う無線送受信モジュール２に接続し、配線の端子部は情報処理装置１の表示の制御部などに接続する。このとき、アンテナパターン４１から無線送受信モジュール２までの間のストリップライン８の特性インピーダンスを、無線送受信モジュール２の入力インピーダンスと整合させておく。

本実施形態では、アンテナパターン４１は、図２の断面図に示す様なストリップライン８を介して無線送受信モジュール２に接続する。すなわち、ストリップライン８は、信号を伝送するストリップラインの中間層の線状導体８ａの下と上を、グラウンド電位の、ストリップラインの下層の幅広導体８ｂと上層の幅広導体８ｃで覆う構造を持つので、ストリップライン８を伝送する信号がアンテナパターン４１から放射される電磁界の影響を受けにくい効果がある。

また、ストリップライン８は、図２の様に、信号を伝送するストリップラインの中間層の線状導体８ａの下と上がグラウンド電位の、ストリップラインの下層の幅広導体８ｂと上層の幅広導体８ｃで覆われているので、電界Ｅ及び磁界Ｈがストリップラインの下層の幅広導体８ｂと上層の幅広導体８ｃの間の空間内に封じ込められる。

つまり、サンドイッチ構造のストリップライン８では、ストリップラインの中間層の線状導体８ａと、それを覆うグラウンド電位の、ストリップラインの下層の幅広導体８ｂと上層の幅広導体８ｃに流れる電流の向きが逆になるため、ストリップラインの下層の幅広導体８ｂと上層の幅広導体８ｃの外側では、磁界Ｈは打ち消しあい、電界Ｅも外部には出にくくなる。

そのため、他の回路がグラウンド電位の、ストリップラインの下層の幅広導体８ｂと上層の幅広導体８ｃの外側に生じる外部電界及び外部磁界は、グラウンド電位の、ストリップラインの下層の幅広導体８ｂと上層の幅広導体８ｃの間のストリップラインの中間層の線状導体８ａの電流へは影響しにくくなる。

例えば、グラウンド電位の、ストリップラインの下層の幅広導体８ｂと上層の幅広導体８ｃの外側に金属が接触するか人体が接触しても、ストリップラインの中間層の線状導体８ａの電流へは影響せず、ストリップライン８の伝送線路の特性インピーダンスが安定に保たれる。

また、ストリップライン８の近傍にタッチパネル１００のマトリクス部１１０の配線があっても、その配線に流れる電流や電界がストリップラインの中間層の線状導体８ａに影響することが無く、ストリップライン８の伝送線路の特性インピーダンスが安定に保たれる。そのため、アンテナパターン４１と無線送受信モジュール２の間のストリップライン８が安定した良好な信号を伝送することができる効果がある。

（ストリップライン構造の詳細）
図３は、ストリップライン８１を含むフィルム基板１０の断面構造を説明する図である。透光性のフィルム基板１０の両面に図５（ｃ）のようにタッチパネル１００のマトリクス部１１０の配線群を形成する。

図３のように、ストリップライン８１は、フィルム基板１０を挟んで構成したグラウンド電位のストリップラインの下層の幅広導体８ｂとストリップラインの中間層の線状導体８ａの構造体の上に、第２のフィルム基板１１を張り合わせ、第２のフィルム基板１１の上には、ストリップラインの中間層の線状導体８ａを覆うグラウンド電位のストリップラインの上層の幅広導体８ｃを形成しておく。

そして、ストリップラインの上層の幅広導体８ｃを、導電性接着剤１２でフィルム基板１０上のグラウンド配線パターン１３に電気接続させることで、グラウンドに導通させる。

（変形例１）
図４は、本実施形態の変形例１に係わるストリップライン８２の例を断面で見た説明図である。変形例１のストリップライン８２は、フィルム基板１０の下面のグラウンド電位のストリップラインの下層の幅広導体８ｂと、フィルム基板１０の上面のストリップラインの中間層の線状導体８ａの構造体の上面に、フィルム基板１０を折り返したフィルム基板部分１０ｂを張り合わせ、そのフィルム基板部分１０ｂの上のグラウンド電位のストリップラインの上層の幅広導体８ｄでストリップラインの中間層の線状導体８ａを覆う構成に形成する。

フィルム基板１０のフィルム基板部分１０ｂには、フィルム基板部分１０ｂがストリップラインの中間層の線状導体８ａを覆う際に、そのフィルム基板部分１０ｂの上の面の位置でストリップラインの中間層の線状導体８ａを覆うストリップラインの上層の幅広導体８ｄを形成しておく。そして、フィルム基板１０上で、グラウンドから引き出したグラウンド接続パターン１４をストリップラインの上層の幅広導体８ｄに接続することでストリップラインの上層の幅広導体８ｄをグラウンド電位にする。

この様にフィルム基板１０を折り返したフィルム基板部分１０ｂをフィルム基板１０のストリップラインの中間層の線状導体８ａ上に張り合わせることで、ストリップラインの中間層の線状導体８ａをストリップラインの上層の幅広導体８ｄで覆うことができる。しかも、ストリップラインの上層の幅広導体８ｄのグラウンドへの導通は、フィルム基板１０上にエッチングで形成したグラウンドの配線パターンにより実現できる。

変形例１は、これにより、ストリップラインの上層の幅広導体８ｄのグラウンドへの導通がビアホール等の層間接続手段を要せずに行えるので、ストリップライン構造の製造コ
ストを低減できる効果がある。

変形例１に係るストリップライン８は、このように例示される構成であるから、基板上に、横方向配線群と、縦方向配線群とを形成するときに、アンテナパターン４１と、ストリップラインの中間層の線状導体８ａと、ストリップラインの下層の幅広導体８ｂとストリップラインの上層の幅広導体８ｄ、をそれぞれ同時に形成することができる。

横方向配線群を形成するフィルム基板１０の面と縦方向配線群を形成するフィルム基板１０の面と、ストリップラインの下層の幅広導体８ｂを形成するフィルム基板１０の面とストリップラインの中間層の線状導体８ａを形成するフィルム基板１０の面の対応関係は任意に構成できる。

すなわち、横方向配線群と下層の幅広導体８ｂとをフィルム基板１０の上面に形成し、縦方向配線群とストリップラインの中間層の線状導体８ａとをフィルム基板１０の下面に形成しても良いし、横方向配線群とストリップラインの中間層の線状導体８ａとフィルム基板１０の上面に形成し、縦方向配線群と下層の幅広導体８ｂとフィルム基板１０の下面に形成しても良い。

アンテナパターン４１もフィルム基板１０上に形成する。また、タッチパネル１００に係るその他の配線については、従来どおりフィルム基板１０上の横方向配線群と同じ面か、縦方向配線群と同じ面に形成すればよい。

ストリップライン８は、フィルム基板１０の下面に形成されたストリップラインの下層の幅広導体８ｂの幅と、フィルム基板１０の上面に形成されたストリップラインの中間層の線状導体８ａの上を覆うストリップラインの上層の幅広導体８ｃの幅に対してストリップラインの中間層の線状導体８ａの幅が十分細く、また絶縁層であるベースフィルムの厚みが一定であれば、ストリップライン８の特性インピーダンスは場所によらず一定値に安定する。

アンテナパターン４１としては、例えばＷｉＦｉ用の２．４ＧＨｚ帯の周波数において、ダイポールアンテナを用いると、アンテナパターン４１の全長は１／２波長程度で、全長約６ｃｍの長さが最適となり、ノートＰＣに実装可能となる。また他の形のアンテナパターン４１、例えばループアンテナなどを用いると、多少の効率の低下を許せばより小型化が可能になる。

また静電容量型のタッチパネルセンサーも二層の金属パターン構成（前述（背景技術において）のメタルメッシュなど）で作られており、アンテナパターン４１も同じ工程で作成できるため、コストパフォーマンスに優れている。この場合、片方の金属パターンは、例えば複数本の金属線を配置し、幅広導体と等価とするのが好ましい。

なお、本発明は、上記の実施形態に限定されず、情報処理装置１に設置するタッチパネル１００を画像表示部と一体に設けない構成も可能である。例えば、不透明のフィルム基板１０をタッチパネル１００の基板として用い、そのフィルム基板１０上に印刷した図柄を目印にして操作者がタッチパネル１００のマトリクス部１１０の面に触れることで情報処理装置１を操作する入力手段にしたタッチパネル１００を用いることもできる。

１・・・情報処理装置
２・・・無線送受信モジュール
３・・・同軸ケーブル
４・・・アンテナ
４１・・・（ダイポール）アンテナパターン
８・・・ストリップライン
８ａ・・・ストリップラインの中間層の線状導体
８ｂ・・・（グラウンド電位の）ストリップラインの下層の幅広導体
８ｃ・・・（グラウンド電位の）ストリップラインの上層の幅広導体
８ｄ・・・（グラウンド電位の）ストリップラインの上層の幅広導体
８１・・・ストリップライン
８２・・・ストリップライン
９・・・引き出し線
１０・・・フィルム基板
１０ｂ・・・フィルム基板部分
１１・・・第２のフィルム基板
１２・・・導電性接着剤
１３・・・グラウンド配線パターン
１４・・・グラウンド接続パターン
１００・・・（静電容量式の）タッチパネル
１１０・・・（タッチパネルの）マトリクス部
１１１・・・（タッチパネルの）センシングライン基板
１１２・・・（タッチパネルの）ドライブライン基板
１１３・・・（タッチパネルの）センシングライン電極
１１４・・・（タッチパネルの）ドライブライン電極
１１５・・・光学粘着シートＯＣＡ
１１６・・・黒枠
１１７・・・フロントガラス
Ｅ・・・電界
Ｈ・・・磁界

Claims (4)

1. 基板上に、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で構成するマトリクス部を有するタッチパネルであって、前記マトリクス部の外の周囲の前記基板上に、アンテナパターンと、該アンテナパターンに接続するストリップラインを設けており、前記基板が透光性基板であって、前記マトリクス部の前記横方向配線群が前記基板の上面に形成され、前記縦方向配線群が前記基板の下面に形成され、前記マトリクス部の外の周囲の前記基板の面に、アンテナパターンと、該アンテナパターンに接続する、前記ストリップラインの中間層の線状導体と該ストリップラインの下層の幅広導体が形成され、該ストリップラインの中間層の線状導体の上に、前記基板を折り返した部分が張り合わされ、該折り返した部分の上面に前記ストリップラインの上層の幅広導体が形成されていることを特徴とするタッチパネル。
2. 請求項１記載のタッチパネルであって、前記アンテナパターン、前記ストリップライン、前記横方向配線群、及び前記縦方向配線群が一体として前記基板上に形成されていることを特徴とするタッチパネル。
3. 無線送受信モジュールおよび表示部を有する情報処理装置であって、表示部に請求項１または２に記載のタッチパネルを用い、前記ストリップラインを前記無線送受信モジュールに接続したことを特徴とする情報処理装置。
4. 請求項３に記載の情報処理装置であって、前記アンテナパターンから前記無線送受信モジュールまでの間の前記ストリップラインの特性インピーダンスを、前記無線送受信モジュールの入力インピーダンスに整合させたことを特徴とする情報処理装置。