JP7025606B1 - ペンセンサ用カバーフィルム、ペンセンサ、及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】カバーガラスに比べて薄く、比誘電率の小さいカバーフィルムを用いたとしても、周辺センサ電極においてペン信号を十分に受信できるようにする。【解決手段】複数のセンサ電極を含むペンセンサ４、及び、アクティブペンＰの先端に備えられたペン先電極から送信されるペン信号により複数のセンサ電極のそれぞれに誘導される電荷の量に応じた信号レベルの分布に基づいてアクティブペンＰの位置を検出するセンサコントローラ２とともに用いられるペンセンサ用カバーフィルム５であって、複数のセンサ電極によって形成されるアクティブペンＰの位置検出の有効エリアＥＡを覆うように配置され、少なくとも有効エリアＥＡの範囲内において略均一な抵抗成分を有する導電性樹脂を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、ペンセンサ用カバーフィルム及びペンセンサに関する。

パネル面におけるアクティブペンの位置を導出することにより、ペン入力を可能にする電子機器が知られている。この種の電子機器は、パネル面の内側に、アクティブペンが送信するペン信号を検出するためのセンサ（以下、「ペンセンサ」と称する）を有して構成される。特許文献１，２には、それぞれペンセンサを有する電子機器の一例が開示されている。

特許文献１，２に記載のペンセンサはいずれも、複数のセンサ電極を含んで構成される。特許文献１には、これら複数のセンサ電極のそれぞれに誘導される電荷の量に応じた信号レベルの分布により、アクティブペンの位置を導出することが開示されている。また、特許文献２には、複数のセンサ電極を同時に選択してペン信号の受信に用いる構成が開示されている。

図８（ａ）は、背景技術にかかるペンセンサを有する電子機器の構成の一例を示す図である。この例による電子機器１００は、ディスプレイ１０１、センサ電極群１０２、及びカバーガラス１０３がこの順で積み重なった構造を有しており、カバーガラス１０３の上面がパネル面１００ａを構成している。各層の間は、接着層によって接着される。ディスプレイ１０１は、例えば液晶ディスプレイ又は有機ＥＬディスプレイである。また、センサ電極群１０２は、メタルメッシュ、又は、ＩＴＯ(Indium Tin Oxide)などの実質的に透明な線状の導電体によって構成される。

また、図８（ｂ）は、背景技術にかかるペンセンサを有する電子機器の構成の他の一例を示す図である。この例による電子機器１１０は、センサ電極群兼ディスプレイ１１１と、カバーフィルム１１２とが接着層によって互いに接着された構造を有しており、カバーフィルム１１２の上面がパネル面１１０ａを構成している。カバーガラス１０３ではなくカバーフィルム１１２を用いているのは、低背化の他、いわゆる「曲がるディスプレイ」を実現するためである。センサ電極群兼ディスプレイ１１１は、アクティブペンを検出するためのセンサ電極群と、ディスプレイを構成する電極群（画素電極及び共通電極）とが統合された装置であり、その具体的な構造によってインセル型又はオンセル型と呼ばれる。特許文献３には、オンセル型のセンサ電極群兼ディスプレイの例が開示されている。

その他、特許文献４～８及び非特許文献１には、導電性を有する膜状の部材である導電性フィルムの例が開示されている。非特許文献２には、導電性樹脂によりコーティングを行うことが開示されている。非特許文献３には、幅広い導電制電性を有する導電性プラスチックの成形技術が開示されている。

特許第６５３７７５９号 特許第５９２４８３１号 特開２０１１－２２２０１３号公報 国際公開第２０１８／０１６４４２号明細書 特開２０１８－１９５８５４号公報 特開２０１９－０６４７３９号公報 特開２０１９－１３６８８２号公報 特開２０１１－０３４７０８号公報

長岡産業株式会社，"透明導電性フィルム スタクリア（登録商標）のご紹介"，［online］，［令和２年８月２１日検索］，インターネット，＜URL："https://www.nagaoka-sangyou.jp/pdf/staclear_proposal.pdf"＞ 株式会社富士工業，"導電性樹脂 透明でお探しの方へ。"，［online］，［令和２年８月２１日検索］，インターネット，＜URL："https://jushikakou-support.com/index_s_jushi_005.html"＞ 東洋樹脂株式会社，"導電性プラスチック成形技術"，［online］，［令和２年８月２１日検索］，インターネット，＜URL："http://www.toyojushi.co.jp/realfab/tech-org/to_conductive"＞

図９は、背景技術にかかる電子機器及びアクティブペンの等価回路を示す図である。同図に示す電子機器１２０は、センサ電極群１２１及びディスプレイ１２２の他、センサコントローラ１２３を有して構成される。センサコントローラ１２３は、アクティブペンＰが送信したペン信号をセンサ電極群１２１を介して受信することにより、パネル面におけるアクティブペンＰの位置を導出する集積回路である。

図９には、各部の間に形成される仮想的な静電容量Ｃ_ｐｅｎ，Ｃ_ｄｉｓｐ，Ｃ_{ｓｙｓ＿ＧＮＤ}も図示している。静電容量Ｃ_ｐｅｎはアクティブペンＰとセンサ電極群１２１の間に形成される静電容量であり、静電容量Ｃ_ｄｉｓｐはセンサ電極群１２１とディスプレイ１２２の間に形成される静電容量であり、静電容量Ｃ_{ｓｙｓ＿ＧＮＤ}は電子機器１２０と接地端の間に形成される静電容量である。このうち静電容量Ｃ_ｐｅｎの容量値は、図８に示したカバーガラス１０３、カバーフィルム１１２、及び接着層など、アクティブペンＰとセンサ電極群１２１の間に位置する非導電性物質の厚み及び比誘電率や、アクティブペンＰのペン先電極とセンサ電極群１２１との間の距離などに応じて決まる。また、静電容量Ｃ_ｄｉｓｐは、センサ電極群１２１とディスプレイ１２２の間の距離が近いほど大きくなり、特に図８（ｂ）に示したセンサ電極群兼ディスプレイ１１１を用いる場合に、非常に大きな値になる。

ここで、図８（ｂ）に示したようなカバーフィルム１１２は、図８（ａ）に示したカバーガラス１０３に比べて薄く、また、比誘電率が小さいことが一般的である。静電容量Ｃ_ｐｅｎは大きいほど好ましく、薄いカバーフィルム１１２を使うことによってアクティブペンＰとセンサ電極群１２１の間の距離が短くなることは静電容量Ｃ_ｐｅｎが大きくなる要素であるが、一方で、アクティブペンの直下に位置するセンサ電極（以下、「中心センサ電極」と称する）とアクティブペンＰとの間に形成される静電容量Ｃ_ｐｅｎと、中心センサ電極の近傍に位置するセンサ電極（以下、「周辺センサ電極」と称する）とアクティブペンＰとの間に形成される静電容量Ｃ_ｐｅｎとの比も大きくしてしまう。また、比誘電率が小さいことは、静電容量Ｃ_ｐｅｎを小さくする要素となる。加えて、静電容量Ｃ_ｄｉｓｐが大きくなるほどセンサコントローラ１２３に流れ込むディスプレイノイズが大きくなり、ペン信号のＳ／Ｎ比が悪化する。これらの結果として、図８（ｂ）の例には、図８（ａ）の例に比べ、周辺センサ電極におけるペン信号の受信が難しくなるという課題があった。

したがって、本発明の課題の１つは、カバーガラスに比べて薄く、比誘電率の小さいカバーフィルムを用いたとしても、周辺センサ電極においてペン信号を十分に受信できるようにするペンセンサ用カバーフィルム及びペンセンサを提供することにある。

本発明によるペンセンサ用カバーフィルムは、複数のセンサ電極を含むペンセンサ、及び、ペンの先端に備えられたペン先電極から送信されるペン信号により前記複数のセンサ電極のそれぞれに誘導される電荷の量に応じた信号レベルの分布に基づいて前記ペンの位置を検出するセンサコントローラとともに用いられるペンセンサ用カバーフィルムであって、前記複数のセンサ電極によって形成される前記ペンの位置検出の有効エリアを覆うように配置され、少なくとも前記有効エリアの範囲内において略均一な抵抗成分を有する導電性樹脂を含む、ペンセンサ用カバーフィルムである。

本発明によるペンセンサは、ペン先電極からペン信号を送出するアクティブペンを検出するセンサコントローラに接続されるペンセンサであって、それぞれ前記センサコントローラに接続された複数のセンサ電極と、前記複数のセンサ電極によって形成される前記ペンの位置検出の有効エリアを覆うように配置され、導電性を有し、少なくとも前記有効エリアの範囲内において略均一な抵抗成分を有するカバーフィルムと、を含むペンセンサである。

本発明によれば、少なくとも有効エリアの範囲内において略均一な抵抗成分を有する導電性樹脂を含むようにペンセンサ用カバーフィルムを構成しているので、カバーガラスに比べて薄く、比誘電率の小さいカバーフィルムを用いたとしても、周辺センサ電極においてペン信号を十分に受信できるようになる。

（ａ）は、本発明の実施の形態による電子機器１の構成を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）に示したセンサ電極群兼ディスプレイ６に含まれる３種類の電極群６ａ，６ｂ，６ｃの位置関係を示す模式図である。 電子機器１におけるアクティブペンＰの位置検出の原理を説明する図である。 カバーフィルム５の厚み又は比誘電率が小さいことによって周辺センサ電極における信号レベルが低下する理由を説明する図であり、（ａ）は、カバーフィルム５が相対的に厚い厚みＤ_Ａと、相対的に大きい比誘電率ε_Ａとを有する場合を示し、（ｂ）は、カバーフィルム５が相対的に薄い厚みＤ_Ｂと、相対的に小さい比誘電率ε_Ｂとを有する場合を示している。 カバーフィルム５の厚みが小さいことによってユーザ操作通りの線を描画できなくなる理由を説明する図であり、（ａ）は、カバーフィルム５が相対的に厚い厚みＤ_Ａを有する場合を示し、（ｂ）は、カバーフィルム５が相対的に薄い厚みＤ_Ｂを有する場合を示している。 図４（ｂ）の例で発生し得るウェービーラインを示す図である。 電子機器１及びアクティブペンＰの等価回路を示す図である。 （ａ）は、カバーフィルム５の導電性が相対的に高い場合におけるペン信号の信号レベルの分布を示す模式図であり、（ｂ）は、カバーフィルム５の導電性が相対的に低い場合におけるペン信号の信号レベルの分布を示す模式図である。 （ａ）は、背景技術にかかるペンセンサを有する電子機器の構成の一例を示す図であり、（ｂ）は、背景技術にかかるペンセンサを有する電子機器の構成の他の一例を示す図である。 背景技術にかかる電子機器及びアクティブペンの等価回路を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１（ａ）は、本発明の実施の形態による電子機器１の構成を示す図である。電子機器１は、例えばタブレットコンピュータなどのペン入力及び指タッチ入力に対応する装置であり、図１（ａ）に示すように、センサコントローラ２と、ホストプロセッサ３と、ペンセンサ４とを含んで構成される。

図１（ａ）には、電子機器１に対してペン入力を行うアクティブペンＰも図示している。アクティブペンＰは、アクティブ静電方式に対応するスタイラスであり、センサコントローラ２との間で双方向に通信可能に、又は、センサコントローラ２に対して一方向にペン信号を送信可能に構成される。本実施の形態では、アクティブペンＰとセンサコントローラ２とが双方向に通信する例を取り上げて説明するが、本発明は、アクティブペンＰがセンサコントローラ２に対して一方向にペン信号を送信する例にも同様に適用可能である。ユーザは、電子機器１に設けられるパネル面１ａ上でアクティブペンＰを操作することによりペン入力を行い、パネル面１ａを指でなぞることにより指タッチ入力を行う。

ホストプロセッサ３は電子機器１の全体を制御するプロセッサであり、後述する電子機器１内の各部の動作は、ホストプロセッサ３の制御の下で実行される。センサコントローラ２は、ペンセンサ４内のセンサ電極群（後述）を用いて、アクティブペンＰやユーザの指などの指示体のパネル面１ａ内における位置の導出と、アクティブペンＰが送信したデータの受信とを行う集積回路である。センサコントローラ２は、導出した位置及びアクティブペンＰから受信したデータを、逐次、ホストプロセッサ３に対して出力するよう構成される。ホストプロセッサ３は、こうして入力された位置及びデータに基づいて、デジタルインクの生成及び描画を行う。

ペンセンサ４は、カバーフィルム５及びセンサ電極群兼ディスプレイ６が互いに接着されてなる構造を有する部材である。カバーフィルム５は、いずれも透明な膜状部材５ａ及び接着層５ｂを含んで構成される部材であり、少なくともセンサ電極群兼ディスプレイ６の有効エリアＥＡ（後述）を覆うように配置される。膜状部材５ａは、センサ電極群兼ディスプレイ６を保護するとともに、パネル面１ａを構成する膜状の部材である。接着層５ｂは、膜状部材５ａをセンサ電極群兼ディスプレイ６の上面に接着する役割を果たす。

センサ電極群兼ディスプレイ６は、アクティブペンを検出するためのセンサ電極群と、ディスプレイを構成する電極群（画素電極及び共通電極）とが統合された装置である。センサ電極群兼ディスプレイ６には、共通電極をセンサ電極群の一部としても使用するインセル型と、センサ電極群とディスプレイを構成する電極群とが電気的に分離しているオンセル型とがあるが、本実施の形態では、センサ電極群兼ディスプレイ６はインセル型であるとして説明を続ける。ただし、センサ電極群兼ディスプレイ６がオンセル型である場合や、図８（ａ）に示したようにセンサ電極群とディスプレイとが別装置となっている場合にも、本発明は適用可能である。また、センサ電極群兼ディスプレイ６を構成するディスプレイとしては液晶ディスプレイ又は有機ＥＬディスプレイなど各種のディスプレイを利用できるが、本実施の形態では、ＴＦＴ(Thin Film Transistor)型の液晶ディスプレイであるとして説明を続ける。

図１（ｂ）は、センサ電極群兼ディスプレイ６に含まれる３種類の電極群６ａ，６ｂ，６ｃの位置関係を示す模式図である。同図に示すように、センサ電極群兼ディスプレイ６は、図示したｚ方向に積層された３種類の電極群６ａ，６ｂ，６ｃを含んで構成される。実際のセンサ電極群兼ディスプレイ６は、電極群６ａ，６ｂ，６ｃの他にも液晶層など各種の部材を含んでいるが、図１（ｂ）では記載を省略している。

最下層に位置する電極群６ａはＴＦＴ液晶ディスプレイを構成する画素電極であり、複数の島状導体がｘｙ方向にマトリクス状に配置された構成を有している。中間に位置する電極群６ｂはディスプレイを構成する共通電極であるとともに、センサ電極群の一部を構成し、それぞれｘ方向に延在する複数の線状導体がｙ方向に等間隔で並置された構成を有している。最上層に位置する電極群６ｃはセンサ電極群の残部を構成し、それぞれｙ方向に延在する複数の線状導体がｘ方向に等間隔で並置された構成を有している。なお、図１（ｂ）には、電極群６ａを構成する島状導体を９個、電極群６ｂ，６ｃを構成する線状導体を各３本、それぞれ図示しているが、実際の電極群６ａ，６ｂ，６ｃはそれぞれより多くの導体によって構成される。以下では、電極群６ｂ，６ｃを構成する線状導体を単に「センサ電極」と称する。各センサ電極は、メタルメッシュ、又は、ＩＴＯなどの実質的に透明な線状の導電体によって構成される。

センサ電極群兼ディスプレイ６をディスプレイとして制御する場合、ホストプロセッサ３は、電極群６ｂを構成する各センサ電極に共通の電位を供給するとともに、表示内容に応じた電位を電極群６ａを構成する各島状導体に供給する処理を行う。一方、センサ電極群兼ディスプレイ６をセンサ電極群として制御する場合、センサコントローラ２は、電極群６ｂ，６ｃを用いて、指示体のパネル面１ａ内における位置の導出と、アクティブペンＰが送信したデータの受信とを行う。このように、センサ電極群兼ディスプレイ６をディスプレイとして制御する場合とセンサ電極群として制御する場合の両方で電極群６ｂを使用することから、ホストプロセッサ３及びセンサコントローラ２は、これらの制御を時分割で行うよう構成される。

センサコントローラ２が電極群６ｂ，６ｃを用いて行う処理の概略を説明すると、まずアクティブペンＰの検出に関してセンサコントローラ２は、電極群６ｂ，６ｃの一方又は両方を用いて、周期的にアップリンク信号の送信を行う。アップリンク信号は、アクティブペンＰをセンサコントローラ２に同期させるとともに、アクティブペンＰの動作を制御するコマンドを送信する役割を有する信号である。次いでセンサコントローラ２は、このアップリンク信号の受信に応じてアクティブペンＰが送信したペン信号を受信する。ペン信号は、アクティブペンＰの先端に設けられるペン先電極から送信される信号であり、無変調の搬送波信号である位置信号と、コマンドにより送信を指示されたデータによって変調された搬送波信号であるデータ信号とを含んで構成される。

センサコントローラ２によるペン信号の受信は、特許文献２に記載の差動増幅回路を用いる方法（差動法）によって行われる。これにより、受信したペン信号に含まれ得る外来ノイズを低減する効果が得られる。また、差動法によりペン信号を受信するにあたりセンサコントローラ２は、差動増幅回路の非反転入力端子及び反転入力端子のそれぞれに、隣接する複数のセンサ電極を同時に接続する。こうすることで、ペン信号の受信結果を安定させることが可能になる。

センサコントローラ２は、位置信号により電極群６ｂ，６ｃを構成する各センサ電極のそれぞれに誘導される電荷の量に応じた信号レベルの分布に基づいて、パネル面１ａにおけるアクティブペンＰの位置を検出する。この検出の詳細については、後ほど図２を参照して説明する。また、センサコントローラ２は、電極群６ｂ，６ｃを構成する各センサ電極のうち、検出した位置の最も近くにあるセンサ電極を用いてデータ信号を受信し復調することによって、アクティブペンＰが送信したデータを受信する。

図１（ａ）に示した有効エリアＥＡは、センサコントローラ２によるアクティブペンＰの位置検出が有効に行われる範囲を示している。上述したように、センサコントローラ２は各センサ電極のそれぞれに誘導される電荷の量に応じた信号レベルの分布に基づいて位置検出を行うが、アクティブペンＰのペン先が電極群６ｂ，６ｃの周縁部に位置しているときにはペン先の一方側にセンサ電極が存在しないことになるので、センサコントローラ２は、アクティブペンＰの位置を正しく導出することができない。有効エリアＥＡは、センサ電極群兼ディスプレイ６が配置される平面領域のうち、このような理由でセンサコントローラ２がアクティブペンＰの位置を正しく導出できないエリアを除いた部分であり、センサコントローラ２は、有効エリアＥＡ外の位置が導出されたとしても、ホストプロセッサ３への出力を行わないよう構成される。

また、指の検出に関してセンサコントローラ２は、電極群６ｂ，６ｃの一方を構成するセンサ電極に対して指タッチ駆動信号を供給し、他方を構成するセンサ電極でこの指タッチ駆動信号を受信する処理を各センサ電極について繰り返し実行することによって、指の位置検出を行う。アクティブペンＰの検出と指の検出とは、センサ電極群兼ディスプレイ６がセンサ電極群として制御される時間の中で、センサコントローラ２により時分割で実行される。

図２は、電子機器１におけるアクティブペンＰの位置検出の原理を説明する図である。以下、この図２を参照しながら、センサコントローラ２によるアクティブペンＰの位置検出について、特にカバーフィルム５との関係についての観点から詳しく説明する。なお、同図には、電極群６ｃを用いてアクティブペンＰのｘ座標を検出する場合を示しているが、電極群６ｂを用いてアクティブペンＰのｙ座標を検出する場合も同様である。

まず、アクティブペンＰは、ペン先に設けられるペン先電極１０と、発振回路１１とを含んで構成される。発振回路１１は、ペン先電極１０に対して交流電圧ｖ（ｔ）を供給することにより、ペン先電極１０からペン信号を送信する役割を果たす。

図２に示したセンサ電極Ｓ０～Ｓ４はそれぞれ、電極群６ｃを構成するセンサ電極である。また、距離Ｄ０～Ｄ４は、ペン先電極１０とセンサ電極Ｓ０～Ｓ４のそれぞれとの間の距離を示し、静電容量Ｃ_ｐｅｎ０～Ｃ_ｐｅｎ４は、ペン先電極１０とセンサ電極Ｓ０～Ｓ４のそれぞれとの間に形成される静電容量を示している。静電容量Ｃ_ｄｉｓｐは、センサ電極Ｓ０～Ｓ４のそれぞれと、電極群６ａ，６ｂとの間に形成される寄生容量である。図示するように、センサ電極Ｓ０～Ｓ４はそれぞれ、センサコントローラ２に接続された共通線路にスイッチ素子ＳＷ０～ＳＷ４を介して接続されている。センサコントローラ２は、これらスイッチ素子ＳＷ０～ＳＷ４を個別に制御することにより、共通線路を介して、センサ電極Ｓ０～Ｓ４のそれぞれと個別に接続可能に構成される。

発振回路１１により生成される交流電圧ｖ（ｔ）がある時刻ｔで正（電子機器１の接地端から見て正）であったとすると、センサ電極Ｓ０～Ｓ４のそれぞれには、距離Ｄ０～Ｄ４の逆数に応じた負の電荷が誘導される。より正確に言えば、距離Ｄ０～Ｄ４の２乗に反比例した量の負の電荷が誘導される。センサコントローラ２は、こうしてセンサ電極Ｓ０～Ｓ４のそれぞれに誘導された電荷の量（或いは、電流又は電圧）を測定し、その結果をセンサ電極Ｓ０～Ｓ４それぞれのｘ座標（既知の位置）における信号レベルとして取得する。交流電圧ｖ（ｔ）が負又は０である場合についても、同様である。

続いてセンサコントローラ２は、取得した各ｘ座標における信号レベルを、所定の補間関数を用いて近似する。具体的には、残差の二乗和が最小となるように、所定の補間関数の係数を決定する。所定の補間関数としては、例えば上に凸な二次関数を好適に使用可能である。そしてセンサコントローラ２は、決定した係数により示される補間関数の頂点のｘ座標を導出し、導出したｘ座標をアクティブペンＰのｘ座標として取得する。このような導出方法を使用することにより、センサコントローラ２は、センサ電極Ｓ０～Ｓ４の幅やピッチよりも細かい分解能でアクティブペンＰのｘ座標を出力することが可能になる。

ここで、カバーフィルム５の厚み及び比誘電率が小さいと、ペン先電極１０の直下に位置するセンサ電極（中心センサ電極）の近傍に位置するセンサ電極（周辺センサ電極）において信号レベルが低下し、正しくアクティブペンＰの位置を導出できなくなるおそれがある。また、カバーフィルム５の厚みが小さいと、ユーザ操作通りの線を描画できなくなるおそれがある。以下、それぞれについて詳しく説明する。

図３は、カバーフィルム５の厚み及び比誘電率が小さいことによって周辺センサ電極における信号レベルが低下する理由を説明する図である。図３（ａ）は、カバーフィルム５が相対的に厚い厚みＤ_Ａと、相対的に大きい比誘電率ε_Ａとを有する場合を示し、図３（ｂ）は、カバーフィルム５が相対的に薄い厚みＤ_Ｂと、相対的に小さい比誘電率ε_Ｂとを有する場合を示している。

図３に示した座標ｘ_０は中心センサ電極の位置を示し、座標ｘ_１は周辺センサ電極の位置を示している。また、角度θ_Ａ及びθ_Ｂはそれぞれ、図３（ａ）（ｂ）の例においてペン先電極１０の下端と中心センサ電極及び周辺センサ電極それぞれの位置とを結ぶ線分がなす角度を示し、静電容量Ｃ_Ａ０及びＣ_Ｂ０はそれぞれ、図３（ａ）（ｂ）の例においてペン先電極１０と中心センサ電極の間に形成される静電容量を示し、静電容量Ｃ_Ａ１及びＣ_Ｂ１はそれぞれ、図３（ａ）（ｂ）の例においてペン先電極１０と周辺センサ電極の間に形成される静電容量を示している。

静電容量Ｃ_Ａ０，Ｃ_Ａ１，Ｃ_Ｂ０，Ｃ_Ｂ１それぞれの具体的な値は、次の式（１）～（４）により表される。ただし、面積Ｓは、各静電容量を構成する導体の面積（各静電容量に共通）である。

式（１）及び式（２）から、静電容量Ｃ_Ａ０と静電容量Ｃ_Ａ１との比Ｃ_Ａ１／Ｃ_Ａ０はｃｏｓθ_Ａとなる。同様に、式（３）及び式（４）から、静電容量Ｃ_Ｂ０と静電容量Ｃ_Ｂ１との比Ｃ_Ｂ１／Ｃ_Ｂ０はｃｏｓθ_Ｂとなる。図３から明らかなようにｃｏｓθ_Ｂ＞ｃｏｓθ_Ａであるので、Ｃ_Ｂ１／Ｃ_Ｂ０はＣ_Ａ１／Ｃ_Ａ０より小さい値となる。したがって、図３（ｂ）の例においては、図３（ａ）の例に比べると、中心センサ電極の信号レベルと比較した場合における周辺センサ電極の信号レベルが相対的に低下することになる。また、式（１）～（４）から理解されるように、ε_Ｂ＜ε_Ａであることは、図３（ｂ）の例における信号レベルを全体として低下させる要因となる。

これらの低下要因に加え、センサ電極群兼ディスプレイ６を用いることも、信号レベルを全体的に低下させる要因となる。これは、センサ電極群兼ディスプレイ６を用いる場合、例えば図８（ａ）に示した例のようにセンサ電極群とディスプレイとが互いに別の装置として用意される場合に比べて静電容量Ｃ_ｄｉｓｐ（図２を参照）が大きくなり、その結果としてセンサコントローラ２に流れ込むディスプレイノイズが大きくなり、ペン信号のＳ／Ｎ比が悪化するためである。

こうして周辺センサ電極における信号レベルが低下してしまうと、ペン信号を受信するために広いダイナミックレンジで精度を保つＡＤ変換が必要となり、実質的に周辺センサ電極におけるペン信号の受信が困難になる。したがって、カバーフィルム５の厚み及び比誘電率が小さくても、周辺センサ電極においてペン信号を十分に受信できるようにする必要がある。なお、ここまでｘ座標に着目して説明してきたが、ｙ座標についても同様である。

図４は、カバーフィルム５の厚みが小さいことによってユーザ操作通りの線を描画できなくなる理由を説明する図である。図４（ａ）は、カバーフィルム５が相対的に厚い厚みＤ_Ａを有する場合を示し、図４（ｂ）は、カバーフィルム５が相対的に薄い厚みＤ_Ｂを有する場合を示している。

図４に示した座標ｘ_０は電極群６ｃの中の中心センサ電極の位置を示し、座標ｘ_１は電極群６ｃの中の周辺センサ電極の位置を示している。また、図４に示した座標ｙ_０は電極群６ｂの中の中心センサ電極の位置を示し、座標ｙ_１は電極群６ｂの中の周辺センサ電極の位置を示している。なお、図４では、電極群６ｃを構成するセンサ電極と電極群６ｂを構成するセンサ電極とが同じ方向に延在する絵を描いているが、これは以下の説明を理解しやすくするためであり、実際には、図１（ｂ）に示したように、電極群６ｃを構成するセンサ電極と電極群６ｂを構成するセンサ電極とは互いに直交する方向に延在している。

図４に示した静電容量Ｃ_ｘ０，Ｃ_ｙ０，Ｃ_ｘ１，Ｃ_ｙ１はそれぞれ、ペン先電極１０の下端と座標ｘ_０，ｙ_０，ｘ_１，ｙ_１の位置にあるセンサ電極との間に形成される静電容量を示している。静電容量Ｃ_ｘ０，Ｃ_ｙ０，Ｃ_ｘ１，Ｃ_ｙ１それぞれの具体的な値は、次の式（５）～（８）により表される。ただし、角度θ_ｘは、電極群６ｃに関して、ペン先電極１０の下端と中心センサ電極及び周辺センサ電極それぞれの位置とを結ぶ線分がなす角度であり、角度θ_ｙは、電極群６ｂに関して、ペン先電極１０の下端と中心センサ電極及び周辺センサ電極それぞれの位置とを結ぶ線分がなす角度である。また、比誘電率εはカバーフィルム５の比誘電率であり、厚みＤはカバーフィルム５の厚みであり（図４（ａ）ではＤ＝Ｄ_Ａ、図４（ｂ）ではＤ＝Ｄ_Ｂ）、距離Ｌは電極群６ｃと電極群６ｂのｚ方向の離隔距離であり、面積Ｓは各静電容量を構成する導体の面積（各静電容量に共通）である。なお、式（５）～（８）において、電極群６ｃと電極群６ｂの間の誘電率は無視している。

式（５）～（８）から、Ｃ_ｘ１／Ｃ_ｘ０はｃｏｓθ_ｘに等しく、Ｃ_ｙ１／Ｃ_ｙ０はｃｏｓθ_ｙに等しいことが理解される。ここで、角度θ_ｘと角度θ_ｙとは、電極群６ｃと電極群６ｂとがｚ方向に離れているために、カバーフィルム５の厚みＤによらず互いに異なる値をとる。角度θ_ｘと角度θ_ｙとが異なるとｃｏｓθ_ｘとｃｏｓθ_ｙとが異なり、したがってＣ_ｘ１／Ｃ_ｘ０とＣ_ｙ１／Ｃ_ｙ０とが異なることになるが、Ｃ_ｘ１／Ｃ_ｘ０とＣ_ｙ１／Ｃ_ｙ０とが異なるということは、ｘ方向における信号レベルの分布とｙ方向における信号レベルの分布とが異なるということを意味する。ｘ方向における信号レベルの分布とｙ方向における信号レベルの分布とが異なっていても、その違いが小さければ特に問題は発生しないが、違いが大きくなると、ユーザ操作通りの線を描画することが困難になる。

図４から理解されるように、ペン先電極１０と電極群６ｃとの間の距離と、ペン先電極１０と電極群６ｂとの間の距離との間の差は、カバーフィルム５の厚みＤが小さいほど大きくなる。これは、カバーフィルム５の厚みＤが小さいほど角度θ_ｘと角度θ_ｙとの違いが大きくなることを意味しており、したがって、カバーフィルム５の厚みＤが小さいほど、ｘ方向における信号レベルの分布とｙ方向における信号レベルの分布の違いが大きくなることになる。そうすると、上記のとおり、ユーザ操作通りの線を描画することが困難になる。

図５は、図４（ｂ）の例で発生し得るウェービーラインを示す図である。この例に太線で示すウェービーラインは、ｘ方向における信号レベルの分布とｙ方向における信号レベルの分布とが大きく異なっていることの結果として、ユーザがアクティブペンＰを直線状に移動させたにも関わらず電子機器１によって描画された線を表している。このようにユーザ操作と異なる線が描かれてしまうことは勿論好ましくないので、カバーフィルム５の厚みが小さくても、ユーザ操作通りの線を描画できるようにする必要がある。

図１に戻る。本実施の形態によるカバーフィルム５は、上記のような課題を解決するために、少なくとも図１（ａ）に示した有効エリアＥＡの範囲内において、略均一な抵抗成分を有する導電性樹脂を含んで構成される。なお、略均一とは、アクティブペンＰの位置の精度が抵抗成分のバラツキによって顕著に低下することのない程度に均一であることを意味する。以下、このような構成を採用することによって得られる効果について、図６を参照しながら詳しく説明する。

図６は、電子機器１及びアクティブペンＰの等価回路を示す図である。図２に示した原理図との相違点は、カバーフィルム５内の導電性樹脂が仮想ペン電極ＶＰｅｎとして機能する点である。この仮想ペン電極ＶＰｅｎとペン先電極１０との間には、静電容量Ｃ_{ｐｅｎ＿ｆｉｌｍ}が形成される。また、仮想ペン電極ＶＰｅｎと各センサ電極Ｓ０～Ｓ４との間には、静電容量Ｃ_{ｆｉｌｍ－ｓ}が形成される。したがって、ペン先電極１０から、静電容量Ｃ_{ｐｅｎ＿ｆｉｌｍ}、仮想ペン電極ＶＰｅｎ、静電容量Ｃ_{ｆｉｌｍ－ｓ}、及び各センサ電極Ｓ０～Ｓ４を通ってセンサコントローラ２に至る交流回路が形成される。

仮想ペン電極ＶＰｅｎは、ペン先電極１０がパネル面１ａに近接した際に、ペン先電極１０の位置を中心に広がるような分布で傾斜したペン信号（交流電圧ｖ（ｔ））の流路を形成する。そして、この流路におけるペン信号のレベルは、静電容量Ｃ_{ｆｉｌｍ－ｓ}を介して、センサコントローラ２により信号レベルとして検出される。したがって、周辺センサ電極における信号レベルが上昇するので、本実施の形態によるカバーフィルム５によれば、周辺センサ電極においてもペン信号を十分に受信できるようになる。また、ｘ方向における信号レベルの分布とｙ方向における信号レベルの分布とが異なってしまうことが抑制されるので、本実施の形態によるカバーフィルム５によれば、カバーフィルム５の厚みが小さくても、ユーザ操作通りの線を描画することが可能になる。

図１に戻る。上述したように、カバーフィルム５は膜状部材５ａ及び接着層５ｂを含んで構成されるが、カバーフィルム５内の導電性樹脂は、膜状部材５ａを構成する樹脂材料に導電性の材料を混入させることにより形成することとしてもよいし、接着層５ｂとして導電性の接着剤を用いることによって形成してもよい。カバーフィルム５内の導電性樹脂は、ペン先電極１０との間に形成される静電容量、及び、各センサ電極との間に形成される静電容量の他に電気的接点を含まないよう構成される。

ここで、カバーフィルム５の導電性は高ければいいというものではない。例えば、カバーフィルム５を完全な導体にしてしまうと、ペン信号が遮蔽され、電極群６ｂ，６ｃまで届かなくなる。これでは、周辺センサ電極はおろか中心センサ電極でもペン信号を受信できなくなってしまう。また、完全な導体ではないとしても、導電性が高すぎると信号レベルの分布が大きく広がってしまい、センサコントローラ２による位置導出の精度が低下する。

図７（ａ）は、カバーフィルム５の導電性が相対的に場合におけるペン信号の信号レベルの分布を示す模式図であり、図７（ｂ）は、カバーフィルム５の導電性が相対的に低い場合におけるペン信号の信号レベルの分布を示す模式図である。これらの図において、円形の領域Ｈ１は、センサコントローラ２によってペン信号が検出される領域を示し、円形の領域Ｈ２は、領域Ｈ１のうち、検出される信号レベルが所定値ＴＨ以下となる領域を示している。センサコントローラ２は、信号レベルの閾値判定を行うことにより領域Ｈ２に含まれる信号レベルを用いてアクティブペンＰの位置導出を行うが、図７（ａ）のように領域Ｈ２が大きすぎると、信号レベルの分布が緩やかになるため、位置導出の精度が低下してしまう。また、上述したようにセンサコントローラ２はペン信号の受信を差動法により行っていることから、信号レベルの分布が緩やかになると、センサ電極間で信号が相殺され、結果的にペン信号を受信できなくなってしまうおそれもある。しかし一方で、上述したようにセンサコントローラ２は差動増幅回路の非反転入力端子及び反転入力端子のそれぞれに複数のセンサ電極を同時に接続する処理を行っており、領域Ｈ２が小さすぎると、この同時接続によって奏される効果（ペン信号の受信結果を安定させるという効果）を得ることが難しくなる。したがって、確実にペン信号を受信しつつ、高い精度で位置を導出し、かつ、受信結果を安定させるためには、図７（ｂ）のように、領域Ｈ２が広すぎず狭すぎず、適度な広さに保たれる必要がある。

周辺センサ電極においてペン信号を十分に受信できるようにしつつ、領域Ｈ２を適切な広さに保つには、カバーフィルム５の抵抗成分のシート抵抗値（表面抵抗値）を適切な範囲内に設定すればよい。ここで、シート抵抗値は、カバーフィルム５の抵抗率をその厚みで割った値である。したがって、シート抵抗値を適切な範囲内に設定するということは、カバーフィルム５の面積あたりの抵抗値が厚みによらず一定の範囲内に設定されるということを意味する。こうすることで、カバーフィルム５の厚さが大きい場合であっても小さい場合であっても同様に、下側に重畳される電極群６ｂ，６ｃにペン信号を拡散することが可能になる。

カバーフィルム５の抵抗成分のシート抵抗値の具体的な値の範囲としては、１ｋΩ／ｓｑ以上１ＧΩ／ｓｑ以下の範囲とすることが好適である。カバーフィルム５のシート抵抗値をこの範囲内の値とすることで、周辺センサ電極においてペン信号を十分に受信できるようにしつつ、領域Ｈ２を適切な広さに保つことが可能になる。

また、そのようなシート抵抗値を有するカバーフィルム５の材料（導電性樹脂）として具体的には、ポリエチレンジオキシチオフェン／ポリスチレンスルホネート（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）、及び、ポリアニリンのうちの少なくとも一方からなる導電性高分子を含む材料を用いることが好ましく、インジウム、ガリウム、スズのうちの少なくとも１つからなる金属材料を含む材料を用いることがさらに好ましい。上述した特許文献４～８及び非特許文献１のいずれかに記載の導電性フィルムにより膜状部材５ａを構成することとしてもよい。また、非導電性のフィルムに上述した非特許文献２に記載の導電性樹脂によるコーティングを行うことによって、膜状部材５ａを構成することとしてもよい。さらに、非特許文献３に記載の技術を用いて形成した導電性プラスチックにより膜状部材５ａを構成することとしてもよい。

以上説明したように、本実施の形態によるカバーフィルム５及びペンセンサ４によれば、少なくとも有効エリアＥＡの範囲内において略均一な抵抗成分を有する導電性樹脂を含むようにカバーフィルム５を構成しているので、カバーガラスに比べて薄く、比誘電率の小さいカバーフィルム５を用いたとしても、周辺センサ電極においてペン信号を十分に受信できるようになる。また、信号レベルの分布を適切な広さに収めることが可能になるので、高い精度で位置を導出し、かつ、受信結果を安定させることが可能となる。さらに、カバーフィルム５の厚みが小さくても、ユーザ操作通りの線を描画することが可能になる。

なお、現在のところ、導電性を有するカバーフィルムは、導電性を有しないカバーガラス又はカバーフィルムに比べて高価である。したがって、導電性を有するカバーフィルムを採用する際には、カバーフィルム５の抵抗成分のシート抵抗値を上述した範囲内に収めることにより、確実に発明の効果が得られるようにする必要がある。逆に言えば、シート抵抗値を上述した範囲内に収めることによって本願発明の効果が得られることを知らない当業者は、導電性フィルムをペンセンサ用カバーフィルムとして使用しようとは考えないであろう。

また、カバーフィルムに導電性を持たせると、アクティブペンＰの位置検出にはよくても指の位置検出の精度が低下してしまう。これは、上述した指タッチ駆動信号の信号レベルが低下してしまうためである。この点からも、本願発明の効果が得られることを知らない当業者は、導電性フィルムをペンセンサ用カバーフィルムとして使用しようとは考えないであろう。ただし、実用上、カバーフィルム５の厚さが１ｍｍ以下であれば指タッチ駆動信号の信号レベルの低下が問題になることはないので、カバーフィルム５の厚さは１ｍｍ以下に設定することが好ましい。

以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、本発明が、その要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施され得ることは勿論である。

１ 電子機器
１ａ パネル面
２ センサコントローラ
３ ホストプロセッサ
４ ペンセンサ
５ カバーフィルム
５ａ 膜状部材
５ｂ 接着層
６ センサ電極群兼ディスプレイ
６ａ 電極群
６ｂ，６ｃ 電極群（センサ電極）
１０ ペン先電極
１１ 発振回路
ＥＡ 有効エリア
Ｐ アクティブペン
Ｓ０～Ｓ４ センサ電極
ＶＰｅｎ 仮想ペン電極

Claims (12)

1. 複数のセンサ電極を含むペンセンサ、及び、
   アクティブペンの先端に備えられたペン先電極から送信されるペン信号により前記複数のセンサ電極のそれぞれに誘導される電荷の量に応じた信号レベルの分布に基づいて前記アクティブペンの位置を検出するセンサコントローラ
   とともに用いられるペンセンサ用カバーフィルムであって、
   前記複数のセンサ電極によって形成される前記アクティブペンの位置検出の有効エリアを覆うように配置され、
   少なくとも前記有効エリアの範囲内において略均一な抵抗成分を有する導電性樹脂を含み、
   カバーガラスを介することなく前記複数のセンサ電極を含むセンサ電極群の上面に配置される、
   ペンセンサ用カバーフィルム。
2. 前記導電性樹脂は、前記ペン先電極が近接した際に、前記ペン先電極の位置を中心に広がるような分布で傾斜した前記ペン信号の流路を形成する、
   請求項１に記載のペンセンサ用カバーフィルム。
3. 前記流路における前記ペン信号のレベルは、前記導電性樹脂と前記複数のセンサ電極のそれぞれとの間に形成される静電容量を介して、前記センサコントローラにより前記信号レベルとして検出される、
   請求項２に記載のペンセンサ用カバーフィルム。
4. 前記ペン先電極は、前記導電性樹脂と前記複数のセンサ電極のそれぞれとの間に形成される静電容量を介して、前記複数のセンサ電極のそれぞれと電気的に接続され、
   前記導電性樹脂は、前記ペン先電極との間に形成される静電容量、及び、前記複数のセンサ電極のそれぞれとの間に形成される静電容量の他に電気的接点を含まない、
   請求項２に記載のペンセンサ用カバーフィルム
5. 前記抵抗成分のシート抵抗値は１ｋΩ／ｓｑ以上である、
   請求項１に記載のペンセンサ用カバーフィルム。
6. 前記抵抗成分のシート抵抗値は１ＧΩ／ｓｑ以下である、
   請求項１に記載のペンセンサ用カバーフィルム。
7. 膜状部材と、
   前記膜状部材と前記センサとを接着する接着層と、を含み、
   前記導電性樹脂は前記接着層により構成される、
   請求項１に記載のペンセンサ用カバーフィルム。
8. 樹脂材料により構成された膜状部材を含み、
   前記導電性樹脂は前記樹脂材料に導電性の材料を混入させることにより形成される、
   請求項１に記載のペンセンサ用カバーフィルム。
9. 前記導電性樹脂は、ポリエチレンジオキシチオフェン／ポリスチレンスルホネート（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）、及び、ポリアニリンのうちの少なくとも一方からなる導電性高分子を含む、
   請求項１に記載のペンセンサ用カバーフィルム。
10. 前記導電性樹脂は、インジウム、ガリウム、スズのうちの少なくとも１つからなる金属材料を含む、
    請求項１に記載のペンセンサ用カバーフィルム。
11. ペン先電極からペン信号を送出するアクティブペンを検出するセンサコントローラに接続されるペンセンサであって、
    それぞれ前記センサコントローラに接続された複数のセンサ電極と、
    前記複数のセンサ電極によって形成される前記アクティブペンの位置検出の有効エリアを覆うように配置され、導電性を有し、少なくとも前記有効エリアの範囲内において略均一な抵抗成分を有するカバーフィルムと、
    を含み、
    前記カバーフィルムは、カバーガラスを介することなく前記複数のセンサ電極を含むセンサ電極群の上面に配置される、
    ペンセンサ。
12. ペン先電極からペン信号を送出するアクティブペンを検出するセンサコントローラと、
    前記センサコントローラに接続されるペンセンサとを含み、
    前記ペンセンサは、
    それぞれ前記センサコントローラに接続された複数のセンサ電極と、
    前記複数のセンサ電極によって形成される前記アクティブペンの位置検出の有効エリアを覆うように配置され、導電性を有し、少なくとも前記有効エリアの範囲内において略均一な抵抗成分を有するカバーフィルムと、を含み、
    前記カバーフィルムは、カバーガラスを介することなく前記複数のセンサ電極を含むセンサ電極群の上面に配置される、
    電子機器。

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