JPWO2009139097A1 - タッチパネル - Google Patents

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田邉 功二
功二 田邉
彰二 藤井
彰二 藤井
秀郎 井口
秀郎 井口
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    • G06F3/045Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means using resistive elements, e.g. a single continuous surface or two parallel surfaces put in contact

Abstract

タッチパネルは、上基板と、上基板の下面に設けられた上抵抗層と、上抵抗層の下面と所定の間隔を空けて対向する上面を有する下抵抗層と、下抵抗層の下面に設けられた、光透過性を有する下基板と、上抵抗層の下面と下抵抗層の上面の少なくとも一方に設けられた複数の導電粒子と、上抵抗層の下面と下抵抗層の上面の少なくとも一方に複数の導電粒子を固定する透光樹脂部とを備える。このタッチパネルの下基板の下面に表示素子を設けた場合に、表示素子を容易に視認することができ、かつこのタッチパネルは安価で操作し易い。

Description

本発明は、各種電子機器の操作に用いられるタッチパネルに関する。
近年、携帯電話やカーナビ等の各種電子機器の高機能化や多様化が進んでいる。それに伴い、液晶表示素子等の表示素子の前面に光透過性のタッチパネルが装着された電子機器が出ている。このタッチパネルを通して背面の表示素子の表示を視認しながら、操作者が指やペン等でタッチパネルを押圧操作することによって、機器の様々な機能の切換えを行う。このタッチパネルでは、背面の表示素子の表示が見易く、操作の行い易いものが求められている。
図6は特許文献1に記載されている従来のタッチパネル501の断面図である。上基板101は可撓性を有するフィルム形状を有しており、光透過性材料よりなる。下基板2はガラス等の光透過性材料よりなる。上基板101の下面101Bには酸化インジウム錫等の光透過性の抵抗材料よりなる上抵抗層103が設けられている。下基板2の上面2Aには酸化インジウム錫等の光透過性の抵抗材料よりなる下抵抗層4が設けられている。
下抵抗層4の上面4Aには絶縁樹脂よりなる複数のドットスペーサ51が所定間隔で設けられている。上抵抗層103の両端には一対の上電極が設けられている。下抵抗層4の両端には、一対の上電極が配列されている方向とは直交方向に配列されている一対の下電極が設けられている。
スペーサ5は実質的に額縁形状を有しており、上基板101と下基板2間で上基板101と下基板2の外周に沿って設けられている。スペーサ5の上面と下面は接着剤によって、上基板101の外周と下基板2の外周とにそれぞれ貼り合わされている。上抵抗層103の下面103Bと下抵抗層4の上面4Aが所定の間隔を空けて対向している。
下基板2の下面2Bが液晶表示素子等の表示素子61の表示面61Aに配置されるように、タッチパネル501が電子機器に装着され、上電極と下電極が機器の電子回路に接続される。
操作者はタッチパネル501を通して表示素子61の表示面61Aの表示を視認して、上基板101の上面101Aを指或いはペン等で押圧する。押圧により上基板101が撓み、押圧された上抵抗層103の部分が下抵抗層4に接触する。電子回路から上電極と下電極へ順次電圧が印加され、これらの電極間の電圧比によって、押圧された箇所を電子回路が検出し、電子機器の様々な機能の切換えが行われる。
押圧されると上基板101が下方へ撓み、上抵抗層103と下抵抗層4との間の間隔が小さくなる。この間隔が、たとえば10μm以下と小さくなると、撓んだ箇所を中心として外部光の反射による干渉縞であるニュートンリングが生じ、タッチパネル501を通して表示面61Aが見づらくなる場合がある。
フッ酸を用いたエッチング加工等により下基板2の上面2Aを粗面化し、粗面化された上面2Aに下抵抗層4を設けることによって、ニュートンリングの発生を防ぐことができる場合がある。しかし、このような加工には手間がかかり、タッチパネル501が高価なものとなってしまう。
特開2007−65982号公報
タッチパネルは、上基板と、上基板の下面に設けられた上抵抗層と、上抵抗層の下面と所定の間隔を空けて対向する上面を有する下抵抗層と、下抵抗層の下面に設けられた、光透過性を有する下基板と、上抵抗層の下面と下抵抗層の上面の少なくとも一方に設けられた複数の導電粒子と、上抵抗層の下面と下抵抗層の上面の少なくとも一方に複数の導電粒子を固定する透光樹脂部とを備える。
このタッチパネルの下基板の下面に表示素子を設けた場合に、表示素子を容易に視認することができ、かつこのタッチパネルは安価で操作し易い。
図1Aは本発明の実施の形態1によるタッチパネルの上面図である。 図1Bは図1Aに示すタッチパネルの線1B−1Bにおける断面図である。 図1Cは図1Aに示すタッチパネルの線1C−1Cにおける断面図である。 図1Dは実施の形態1による他のタッチパネルの断面図である。 図1Eは実施の形態1によるさらに他のタッチパネルの断面図である。 図2は本発明の実施の形態2によるタッチパネルの断面図である。 図3Aは本発明の実施の形態3によるタッチパネルの上面図である。 図3Bは図3Aに示すタッチパネルの線3B−3Bにおける断面図である。 図3Cは図3Aに示すタッチパネルの線3C−3Cにおける断面図である。 図4Aは実施の形態3によるタッチパネルの回路図である。 図4Bは実施の形態3によるタッチパネルの回路図である。 図4Cは実施の形態3によるタッチパネルの回路図である。 図5は実施の形態3によるタッチパネルの特性を示す。 図6は従来のタッチパネルの断面図である。
符号の説明
4 下抵抗層
2 下基板
7 導電粒子(第1の導電粒子)
8 透光樹脂部
9 透光粒子
7A 導電粒子(第2の導電粒子)
101 上基板
103 上抵抗層
(実施の形態1)
図1Aは本発明の実施の形態1によるタッチパネル1001の上面図である。図1Bは図1Aに示すタッチパネル1001の線1B−1Bにおける断面図である。図1Cは図1Aに示すタッチパネル1001の線1C−1Cにおける断面図である。上基板101は可撓性を有する光透過性の材料よりなり、その材料としてはポリエーテルサルホンやポリカーボネート、ガラス等が挙げられる。下基板2はガラスまたはアクリル、ポリカーボネート等の光透過性の材料よりなる。上基板101の下面101Bには酸化インジウム錫や酸化錫等の光透過性の抵抗材料よりなる上抵抗層103がスパッタ法等によって設けられている、下基板2の上面2Aには酸化インジウム錫や酸化錫等の光透過性の抵抗材料よりなる下抵抗層4がスパッタ法等によって形成されている。
1〜20μm前後の粒子径を有する複数の導電粒子7は、アクリルやエポキシ、シリコーン、フッ素系、ポリチオフェン系、ポリアニリン系、ポリピロール系等の透光樹脂よりなる透光樹脂部8によって下抵抗層4の上面4Aに固定されている。導電粒子7や透光樹脂部8は上抵抗層103の下面103Bから離れている。導電粒子7は1〜20μm前後の粒子径を有し、ベンゾグアナミンやアクリル等よりなる芯材107と、芯材107を覆う金や銀、ロジウム、白金、パラジウム、ニッケル等の金属よりなるめっき層207とを有する。なお、導電粒子7は、シリコーンゴムやエラストマー等の芯粒子と、その芯粒子に分散するカーボンや酸化インジウム錫、銀等の導電性粉末とよりなっていてもよい。導電粒子7は金属よりなっていてもよい。また導電粒子7は、ポリチオフェン等の導電性ポリマー等の導電樹脂を含んだ粒子よりなっていてもよい。
透光樹脂部8の材料の透光樹脂を溶解した溶液に所定数の導電粒子7を分散して分散溶液を作製する。この分散溶液を下抵抗層4の上面4Aに吹付け、あるいは印刷することによって、比較的簡易に下抵抗層4の上面4Aに導電粒子を固定することができる。
下抵抗層4の上面4Aにはエポキシやシリコーン等の絶縁樹脂よりなる複数のドットスペーサ51が所定間隔で設けられている。上抵抗層103の方向1001Aでの両端には、上抵抗層103に接続された銀やカーボン等の導電部材よりなる上電極11A、11Bがそれぞれ設けられている。上電極11A、11Bは方向1001Aに配列されている。方向1001Aと直角の方向1001Bの下抵抗層4の両端には、下抵抗層4に接続された下電極12A、12Bがそれぞれ設けられている。下電極12A、12Bは方向1001Bに配列されている。
ポリエステルやエポキシ、不織布等の絶縁材料よりなるスペーサ5が上基板101と下基板2の間に設けられている。スペーサ5は上基板101の外周と下基板2の外周に設けられて実質的に額縁形状を有する。スペーサ5はアクリルやゴム等の接着剤によって上基板101の外周と下基板2の外周に固定されている。上抵抗層103の下面103Bと下抵抗層4の上面4Aは例えば5〜100μm前後の所定の間隔を空けて対向し、空隙S1が設けられている。
下基板2の下面2Bが液晶表示素子等の表示素子61の表示面61Aに配置されて、タッチパネル1001が電子機器に装着される。上電極11A、11Bと下電極12A、12Bが電子機器の電子回路に電気的に接続される。
タッチパネル1001の動作について説明する。操作者は、タッチパネル1001を通して表示素子61の表示面61Aの表示を視認しながら、上基板101の上面101Aを指或いはペン等で押圧すると、上基板101が下方へ下基板2に向かって撓む。上基板101の押圧された箇所における上抵抗層103の下面103Bの部分が導電粒子7に接触し、上抵抗層103が導電粒子7を介して下抵抗層4に導通する。
電子回路から上電極11A、11Bと下電極12A、12Bへ順次電圧が印加され、上電極11A、11Bと下電極12A、12Bに現れる電圧によって、押圧された箇所を電子回路が検出し、電子機器の様々な機能の切換えが行われる。
押圧されると上基板101が下方へ撓み、上抵抗層103と下抵抗層4との間の間隔が小さくなる。上抵抗層103と下抵抗層4は導電粒子7を介して導通している。上抵抗層103と下抵抗層4との間隔は導電粒子7の径より小さくならないので、外部光の反射によるニュートンリングが生じにくい。したがって、操作者はタッチパネル1001を通して表示素子61の表示面61Aを容易に視認して、タッチパネル1001を確実に操作することができる。
複数の導電粒子7は、上述したように、吹付けや印刷等の簡易な方法で下抵抗層4の上面4Aへ固定するので、安価にタッチパネル1001を製作することができる。
導電粒子7によって押圧する際の上基板101の撓みが小さくなるので、操作者はより軽い力でタッチパネル1001を操作することができる。
なお、導電粒子7の径があまり小さくなると、上記のようなニュートンリングの防止効果が薄れ、あまり大きくなると導電粒子7が目視できるようになって、表示素子61の表示面61Aが見づらくなる。したがって、導電粒子7の粒子径は1〜20μm前後、さらには3〜10μm前後が好ましい。
図1Dは実施の形態1による他のタッチパネル1002の断面図である。図1Dにおいて、図1Bに示すタッチパネル1001と同じ部分には同じ参照番号を付し、その説明を省略する。図1Dに示すタッチパネル1002では、複数の導電粒子7は透光樹脂部8によって上抵抗層103の下面103Bに固定されており、これにより図1Bに示すタッチパネル1001と同様の効果が得られる。
図1Eは実施の形態1によるさらに他のタッチパネル1003の断面図である。図1Eにおいて、図1Bに示すタッチパネル1001と同じ部分には同じ参照番号を付し、その説明を省略する。図1Eに示すタッチパネル1003では、複数の導電粒子7は透光樹脂部8によって下抵抗層4の上面4Aと上抵抗層103の下面103Bとの双方に固定されており、これにより図1Bに示すタッチパネル1001と同様の効果が得られる。
すなわち、実施の形態1によるタッチパネル1001〜1003では、複数の導電粒子7は透光樹脂部8によって下抵抗層4の上面4Aと上抵抗層103の下面103Bのうちの少なくとも一方に固定されており、これにより同様の効果が得られる。
(実施の形態2)
図2は本発明の実施の形態2によるタッチパネル1004の断面図である。図2において、図1Aと図1Bに示す実施の形態1によるタッチパネル1001と同じ部分には同じ符号を付して、その説明を省略する。
図2に示すタッチパネル1004は、透光樹脂部8に分散する透光粒子9をさらに備える。透光粒子9はガラスや絶縁樹脂等の透光材料よりなり、導電粒子7より小さい0.5〜2μm前後の径を有する。
透光樹脂部8は上抵抗層103や下抵抗層4より小さい屈折率を有する。実施の形態2では、上抵抗層103や下抵抗層4の屈折率は1.9であり、透光樹脂部8はアクリルやエポキシ、シリコーン、フッ素系等の絶縁樹脂、あるいはポリチオフェン系、ポリアニリン系、ポリピロール系等の導電樹脂よりなり1.1〜1.5の屈折率を有する。透光樹脂部8は下抵抗層4の上面4Aの空隙S1に面する部分54Aの全面を覆い、上抵抗層103の下面103Bは、導電粒子7と透光粒子9が分散している透光樹脂部8によって形成された微細な凹凸形状を有する面に対向している。
透光樹脂部8を形成する透光樹脂が溶解しかつ所定数の導電粒子7と透光粒子9が分散する溶液を下抵抗層4の上面4Aに吹付け、あるいは印刷することによって、透光樹脂部8を下抵抗層4の上面4Aに容易に塗布形成することができる。
タッチパネル1004では、下抵抗層4の上面4Aの部分54Aの全面が屈折率の小さな透光樹脂部8で覆われているので、外部光の反射が少ない。つまり、上基板101を透過して上抵抗層103と下抵抗層4の間の空隙S1内に入射した外部光が、屈折率の大きな下抵抗層4の上面4Aではなく、屈折率の小さな透光樹脂部8の上面で反射するので、外部光の上方への反射が少なくなり、操作者はタッチパネル1001を通して表示素子61の表示面61Aを容易に視認できる。
透光樹脂部8が上抵抗層103や下抵抗層4よりも小さな屈折率を有し、かつ分散された導電粒子7よりも小径の複数の透光粒子9によって、透光樹脂部の上面が微細な凹凸形状を有する。したがって、空隙S1内に入射した外部光が透光樹脂部8で乱反射して、ニュートンリングの発生を防ぐことができる。
すなわち、実施の形態2におけるタッチパネル1004では、導電粒子7を介して上抵抗層103と下抵抗層4とが確実に導通すると共に、複数の透光粒子9を分散し微細な凹凸形状を有する面を有する透光樹脂部8によってニュートンリングの発生を防ぐ。したがって、操作者は、タッチパネル1004を通して表示素子61の表示面61Aを容易に視認して、タッチパネル1004を容易に操作することができる。
図1Dと図1Eに示すタッチパネル1002、1003と同様に、導電粒子7や透光粒子9を分散した透光樹脂部8が下抵抗層4の上面4Aと上抵抗層103の下面103Bのうちの少なくとも一方に設けられることで、同様の効果が得られる。
(実施の形態3)
図3Aは本発明の実施の形態3によるタッチパネル1005の上面図である。図3Bは図3Aに示すタッチパネル1005の線3B−3Bにおける断面図である。図3Cは図3Aに示すタッチパネル1005の線3C−3Cにおける断面図である。図3A〜図3Cにおいて、図1A〜図1Cに示す実施の形態1によるタッチパネル1001と同じ部分には同じ参照符号を付し、その説明を省略する。
実施の形態3によるタッチパネル1005は、図1Bと図1Cに示す実施の形態1によるタッチパネル1001に、透光樹脂部8で下抵抗層4の上面4Aに固定された複数の導電粒子7Aをさらに備える。導電粒子7Aは導電粒子7より小さい径を有し、実施の形態3では1〜3μm前後の径を有する。
透光樹脂部8を構成する透光樹脂が溶解しかつ所定数の導電粒子7、7Aが分散する溶液を下抵抗層4の上面4Aに吹付け、あるいは印刷することによって、導電粒子7、7Aを容易に下抵抗層4の上面4Aに固定することができる。
下基板2の下面2Bが液晶表示素子等の表示素子61の表示面61Aに配置されて、タッチパネル1005が電子機器71に装着される。上電極11A、11Bと下電極12A、12Bが電子機器71の電子回路72に電気的に接続される。
タッチパネル1005の動作について説明する。操作者は、タッチパネル1005を通して表示素子61の表示面61Aの表示を視認しながら、上基板101の上面101Aを指或いはペン等で押圧すると、上基板101が下方へ下基板2に向かって撓む。上基板101の押圧された箇所P1における上抵抗層103の下面103Bの部分が導電粒子7に接触し、上抵抗層103が導電粒子7を介して下抵抗層4に導通する。
図4A〜図4Cはタッチパネル1005の動作を示す回路図である。図5は電子回路72が検出する電圧を示す。電子回路72は電極11A、11B、12A、12Bに電圧V11A、V11B、V12A、V12Bをそれぞれ印加し、かつ検出することができる。抵抗R11、R12は上抵抗層103に対応し、抵抗R21、R22は下抵抗層4に対応する。
操作者が軽い力で押圧した箇所P1において上抵抗層103の下面103Bは先ず径の大きな導電粒子7に接触し、導電粒子7Aには接触せず離れているので、上抵抗層103と下抵抗層4の間の抵抗値Rは大きい。電子回路72は、図4Aに示すように、例えば電圧V11Aと電圧V12Aをそれぞれ0Vと3Vに設定する。この場合、電子回路72は上電極11Bで検出する電圧V11Bは、図5に示すように、電圧V12Aより電圧V11Aに近い0.5V前後の電圧VAである。
その後、押圧力が大きくなると上抵抗層103の下面103Bが、接触した導電粒子7近傍の導電粒子7Aにも接触するので、抵抗値Rが小さくなる。したがって、電子回路72が検出する上電極11Bの電圧V11Bは、電圧VAから電圧V12Aに近い例えば1V前後の電圧VBとなる。
さらに、押圧力が大きくなると、上抵抗層103の下面103Bはさらに多くの導電粒子7、7Aに接触し、下抵抗層4にも接触し接触面積が増えるため、抵抗値Rはさらに小さくなり、電子回路72が検出する電圧V11Bはさらに電圧V12Aに近づいて飽和し、1.5V程度の飽和電圧Vsとなる。
つまり、上基板101の上面を押圧操作した際に抵抗層103と下抵抗層4の間の抵抗値Rが大きな値から、押圧する力が大きくなるにつれて小さな値に変化する。その変化に応じて、上記の検出される電圧の変化は、飽和電圧Vsに急激に変化する曲線Lに示す変化ではなく、曲線Mに示すように押圧力に応じて飽和電圧Vsまでの緩やかな変化である。
その後、電子回路72が印加する電圧を切換え、例えば図4Bに示すように、上電極11Aに0Vの電圧V11Aを印加し、上電極11Bに3Vの電圧V11Bを印加する。電圧V11A、V11Bを印加しているときに、電子回路72は下電極12Aの電圧V12Aまたは下電極12Bの電圧V12Bを検出して、上基板101の上面101Aの押圧された箇所P1の方向1001Aでの位置を検出する。
その後、電子回路72が印加する電圧を切換え、例えば図4Cに示すように、下電極12Aに0Vの電圧V12Aを印加し、下電極12Bに3Vの電圧V12Bを印加する。電圧V12A、V12Bを印加しているときに、電子回路72は上電極11Aの電圧V11Aまたは上電極11Bの電圧V11Bを検出して、上基板101の上面101Aの押圧された箇所P1の方向1001Bでの位置を検出する。
上記のように、電子回路72は押圧された箇所P1の互いに直角の方向1001A、1001Bでの位置を検出して押圧された箇所P1の2次元座標を検出し、検出された座標により、電子機器71の様々な機能の切換えを行う。
上基板101を押圧した際に、電極11A、11B,12A、12Bの電圧が例えば1.5V前後の飽和電圧Vsになるまでの間は、電圧が押圧力に応じて緩やかに変化する。これを用いて、電子機器71を例えば以下のように多様に操作することができる。すなわち、電子回路72は緩やかに変化する電圧と、飽和電圧Vsを検出する。表示素子61の表示面61Aに何も表示されていない状態で操作者が上基板101の上面101Aに軽く触れると、電極11A、11B,12A、12Bの電圧が飽和電圧Vsより低いことを電子回路72が検出して、複数の選択肢を含むメニューを表示素子61に表示する。その後、そのまま指で所望の選択肢が表示されている位置の上基板101の上面101Aの部分を押圧する力を大きくしていくと、電極11A、11B,12A、12Bの電圧が飽和電圧Vsになり、電極11A、11B,12A、12Bの電圧が飽和電圧Vsになったことを電子回路72が検出して、押圧された箇所P1の位置を検出し、その選択肢に応じて電子機器71を制御する。
あるいは、電話番号や住所、音楽の曲名等の複数の選択肢を含むメニューが表示素子61に表示された状態で操作者が上基板101の上面101Aに軽く触れると、メニューが他のメニューに順次一つずつコマ送りされる。そのまま操作者がさらに強く上基板101を押圧すると、電子回路72は所定の速度で表示素子61に複数のメニューを早送りまたは早戻しして表示することができる。
なお実施の形態1〜3において、「上面」「下面」等の方向を示す用語は、上基板101や下基板2、上抵抗層103、下抵抗層4等のタッチパネル1001〜1005の構成部品間の相対的な位置関係を示す相対的な方向を示すものであり、上下方向等の絶対的な方向を示すものではない。
本発明によるタッチパネルを通して操作者は表示素子を容易に視認することができ、かつこのタッチパネルは安価で操作し易いので、電子機器の操作用として有用である。

Claims (3)

  1. 光透過性を有する上基板と、
    前記上基板の下面に設けられた、光透過性の上抵抗層と、
    前記上抵抗層の下面と所定の間隔を空けて対向する上面を有する、光透過性の下抵抗層と、
    前記下抵抗層の下面に設けられた、光透過性の下基板と、
    前記上抵抗層の前記下面と前記下抵抗層の前記上面の少なくとも一方に設けられた複数の第1の導電粒子と、
    前記上抵抗層の前記下面と前記下抵抗層の前記上面の前記少なくとも一方に前記複数の第1の導電粒子を固定する透光樹脂部と、
    を備えたタッチパネル。
  2. 前記透光樹脂部内に分散する、前記複数の第1の導電粒子よりも小さい径を有する複数の透光粒子をさらに備えた、請求項1に記載のタッチパネル。
  3. 前記上抵抗層の前記下面と前記下抵抗層の前記上面の少なくとも一方に設けられた、前記複数の第1の導電粒子より小さい径を有する複数の第2の導電粒子をさらに備えた、請求項1に記載のタッチパネル。
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