JPWO2019093233A1 - タッチセンサ - Google Patents

Abstract

タッチセンサは、1またはそれ以上の基板のいずれかに配置される送信電極と、受信電極と、グランド電極と、前記１またはそれ以上の基板の第１の方向に配置されるフローティング電極と、を備える。第１の方向に見て、前記フローティング電極は、前記グランド電極と、前記送信電極と、前記受信電極と重なるように配置されている。第１の方向または第１の方向と反対の方向からの押圧により、前記フローティング電極と前記グランド電極との距離が小さくなる。

Description

本開示はタッチセンサに関する。

従来から、タッチ操作および押圧操作が可能なタッチセンサに関して、例えば特許文献１に示されるものが知られている。

特許文献１には、基板と、基板上に形成されかつ互いに間隔をあけて配置された第１電極および第２電極と、基板の上方に配置されたディスプレイモジュールと、ディスプレイモジュール上に配置されたパネルと、ディスプレイモジュールとパネルとの間に形成されたスペーサ層と、を備えたタッチセンサが開示されている。ディスプレイモジュールは、パネルに対する押圧力を受けて厚みが小さくなるように撓み変形可能となっている。また、ディスプレイモジュールは、第１電極および第２電極にそれぞれ対向するように配置された基準電位層を有している。この基準電位層は予めグランド電位に設定されている。

特開２０１７−７６４２１号公報

本開示の一態様のタッチセンサは、1またはそれ以上の基板と、前記1またはそれ以上の基板のいずれかに配置され、電界を放射できる送信電極と、前記1またはそれ以上の基板のいずれかに配置され、前記送信電極と間隔をあけて配置され、前記送信電極からの電界を受信できる受信電極と、前記1またはそれ以上の基板のいずれかに配置されるグランド電極と、前記１またはそれ以上の基板の第１の方向に配置されるフローティング電極と、を備える。前記第１の方向に見て、前記フローティング電極は、前記グランド電極の少なくとも一部と、前記送信電極の少なくとも一部と、前記受信電極の少なくとも一部と重なるように配置され、前記フローティング電極、前記送信電極、前記受信電極、および前記グランド電極は、互いに電気的に独立しており、前記第１の方向または前記第１の方向と反対の方向からの押圧により、前記フローティング電極と前記グランド電極との距離が小さくなる。

この構成によるとタッチセンサ内での電気的な接続状態を簡素化することができる。

図１は、実施の形態１に係るタッチセンサの全体斜視図である。 図２は、実施の形態１に係るタッチセンサの構成を示す分解斜視図である。 図３は、図１のIII−III線の断面図である。 図４は、図３に示すタッチセンサに押圧力が作用したときの状態を示す図である。 図５は、送信電極、受信電極、およびグランド電極とフローティング電極との重なり状態を平面的に示す模式図である。 図６Ａは、送信電極、受信電極、およびグランド電極とフローティング電極との重なり状態を平面的に示す模式図である。 図６Ｂは、送信電極、受信電極、およびグランド電極とフローティング電極との重なり状態を平面的に示す模式図である。 図７は、実施の形態２に係るタッチセンサの構成を示す断面図である。 図８Ａは、実施の形態３に係るタッチセンサの構成を示す分解斜視図である。 図８Ｂは、実施の形態４に係るタッチセンサの構成を示す分解斜視図である。 図９は、実施の形態５に係るタッチセンサの構成を示す分解斜視図である。 図１０Ａは、実施の形態５に係るタッチセンサの構成を示す断面図である。 図１０Ｂは、図１０Ａに示すタッチセンサが押圧された状態を示す断面図である。 図１１は、実施の形態５に係る基材とバネの位置関係を示す上面図である。 図１２Ａは、実施の形態５に係るバネの斜視図である。 図１２Ｂは、実施の形態５に係るバネの上面図である。 図１２Ｃは、実施の形態５に係るバネの側面図である。

上述した従来のタッチセンサでは、押圧力を受けたときにディスプレイモジュールおよびスペーサ層により、基準電位層と第１電極との間隔および基準電位層と第２電極との間隔が小さくなる。このとき、基準電位層に静電容量が吸収される結果、第１電極と第２電極との間の相互静電容量が減少する。この相互静電容量の減少量を、受信側となる電極が取得して押圧操作による圧力の大きさを算出している。

しかしながら、従来のタッチセンサでは、予め基準電位層をグランド電位に設定しておかなければならない。すなわち、基準電位層を、タッチセンサ内においてグランド電位に設定するための電気的な接続状態を予め形成しなければならない。このため、タッチセンサ内での電気的な接続状態が複雑になってしまう恐れがある。

以下、本開示の実施の形態について図面を参照しながら説明する。以下の実施の形態の説明は、例示に過ぎず、本開示、本開示の適用物、および本開示の用途を制限することを意図するものではない。

また、本開示では、「上」、「下」、「上方」、「下方」等の方向を示す用語を用いて説明するが、これらは相対的な位置関係を示しているだけであり、それにより本開示が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係るタッチセンサ１の全体を示している。タッチセンサ１は、タッチ操作および押圧操作が可能なセンサ型入力装置である。タッチセンサ１は、例えば液晶ディスプレイまたは有機ＥＬディスプレイ等の表示装置が組み込まれた種々の機器（例えばカーナビゲーション等の車載装置、パーソナルコンピュータのディスプレイ機器、携帯電話、携帯情報端末、携帯型ゲーム機、コピー機、券売機、現金自動預け払い機など）に対する入力装置として用いられる。

以下の説明において、Ｘ方向を図１に示すタッチセンサ１の左から右に向かう方向、Ｙ方向を図１に示すタッチセンサ１の手前側から奥側に向かう方向、Ｚ方向を図１に示すタッチセンサ１の上から下に向かう方向として定めるものとする。なお、このような位置関係は、タッチセンサ１またはタッチセンサ１が組み込まれた機器における実際の方向とは無関係である。

図１に示すように、タッチセンサ１は、光透過性を有するカバー部材２を備えている。カバー部材２は、ガラスまたは樹脂を含む。カバー部材２は、例えば長方形の板状に形成され、後述する第３基板１３の上面に積層配置されている（図２，図３参照）。カバー部材２の下面外周には、印刷等により黒色等の暗色で略額縁状の窓枠部３が形成されている。窓枠部３で囲まれた内部の矩形領域には、透光可能な操作面４が形成されている。操作面４は、主にタッチセンサ１のタッチ操作に伴い使用者の手指などが接触する側の面として構成されている。

タッチセンサ１は、フレキシブル配線板５を有する。フレキシブル配線板５は、柔軟性を有しかつ変形状態でもその電気的特性が変化しないように構成されている。フレキシブル配線板５は、例えばポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等の可撓性を有する絶縁フィルムを含む。

図２および図３に示すように、タッチセンサ１は、第１基板１１、第２基板１２、および第３基板１３を有する。

第１基板１１は、例えばポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルサルホン、ＰＭＭＡ(アクリル)、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）等のような光透過性を有する樹脂材や、ガラスを含む。第１基板１１は、長方形に形成され、例えば約１〜３ｍｍの厚みを有している。また、第１基板１１は、第１面Ｒ１と、第１面Ｒ１の反対側に位置する第２面Ｒ２とを有している。

第２基板１２は、上面が第１基板１１の第２面Ｒ２と対向するように第１基板１１の下方に配置されている。また、第３基板１３は、下面が第１面Ｒ１と対向するように第１基板１１に積層配置されている。第２基板１２および第３基板１３の各々は、第１基板１１と同様の樹脂材やガラスを含み、第１基板１１と同様の形状および厚みを有している。さらに、第３基板１３の下側には、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）１９が配置されている。

第１基板１１の第１面Ｒ１には、タッチ操作を可能とするためのセンサ部（図示せず）が設けられている。また、センサ部には、フレキシブル配線板５を介して外部回路（図示せず）と電気的に接続するための基板配線（図示せず）が設けられている。

図２および図３に示すように、第１基板１１には、送信電極２１および受信電極２２が設けられている。送信電極２１および受信電極２２は、第１面Ｒ１上の隅角部付近に配設されている。なお、図２から図５では、送信電極２１および受信電極２２を強調して示すために、送信電極２１および受信電極２２に対してドットによるハッチングを付している。

送信電極２１は、図示しない駆動回路に接続され、この駆動回路により周囲に電界を放射するように構成されている。送信電極２１は、第１基板１１の第１面Ｒ１上に積層配置され、後述するグランド電極２３の位置よりも第１基板１１における第１面Ｒ１の周縁部に近い位置に配置されている。送信電極２１の材料としては、例えば酸化インジウム錫や酸化錫など金属酸化物を含む透明電極、銅や銀や金などの金属電極、金属を細線化や黒化することにより見えにくくした金属電極などが用いられる。また、送信電極２１は、略Ｔ字状に形成されているが、この形状に限られず、種々の形状にすることが可能である。例えば、送信電極２１は、櫛形であってもよい。

受信電極２２は、送信電極２１から放射された電界を受信するように構成されている。受信電極２２は、送信電極２１と同様の材料からなり、略Ｃ字状に形成されている。また、受信電極２２は、第１基板１１の第１面Ｒ１上に積層配置され、送信電極２１と間隔をあけて対向するように配置されている。具体的に、受信電極２２は、Ｃ字状の開口部分が送信電極２１の凸状部分と向き合った状態となるように配置されている。なお、受信電極２２の形状としては、略Ｃ字状に限られず、種々の形状にすることが可能である。例えば受信電極２２は、櫛形であってもよい。送信電極２１および受信電極２２のそれぞれが櫛形の場合、互いに凸部と凹部が向き合った状態に配置することができる。

なお、本実施の形態では、送信電極２１および受信電極２２が同じ基板（ここでは第１基板１１）に配置されているが、必ずしも同じ基板に配置する必要はなく、異なる基板に配置されてもよい。また、基板の上面（ここでは第１基板１１の第１面Ｒ１）に配置されているが、基板の下面（例えば第２面Ｒ２）に配置してもよい。

第１基板１１の第１面Ｒ１上には、グランド電位に設定されたグランド電極２３が積層配置されている。グランド電極２３は、例えば送信電極２１と同様の材料からなり、長辺がＹ方向に沿って延びる略長方形状に形成されている。また、グランド電極２３は、送信電極２１および受信電極２２と間隔をあけて配置されている。図２では、グランド電極２３が受信電極２２と間隔をあけて隣り合っている。なお、図面において、送信電極２１、受信電極２２、グランド電極２３を強調して示すために、送信電極２１、受信電極２２、グランド電極２３に対してドットによるハッチングを付している。

送信電極２１、受信電極２２、およびグランド電極２３のそれぞれには、外部回路（図示せず）と電気的に接続するための対応する引き回し配線２４ａ、２４ｂ、および２４ｃが設けられる。引き回し配線２４ａ〜２４ｃは、第１基板１１の第１面Ｒ１上に形成されている。引き回し配線２４ａの一端は送信電極２１に電気的に接続され、引き回し配線２４ａの他端はフレキシブル配線板５に電気的に接続されている。引き回し配線２４ｂの一端は受信電極２２に電気的に接続され、引き回し配線２４ｂの他端はフレキシブル配線板５に電気的に接続されている。引き回し配線２４ｃの一端はグランド電極２３に電気的に接続され、引き回し配線２４ｃの他端はフレキシブル配線板５に電気的に接続されている。

図２および図３に示すように、送信電極２１、受信電極２２、およびグランド電極２３の下方には、フローティング電極２５が配設されている。フローティング電極２５は、送信電極２１、受信電極２２、およびグランド電極２３の各々と電気的に独立しており、外部回路（図示せず）にも電気的に接続されていない。フローティング電極２５の材料としては、例えば銅箔テープ、金属製の薄板材などが好ましい。

[フローティング電極２５の詳細]
ここでフローティング電極２５の詳細について、図２、図３および図５を参照しながら説明する。

図５は、上方から見た送信電極２１、受信電極２２、およびグランド電極２３とフローティング電極２５との重なり状態を平面的に示す模式図である。

図２および図３に示すように、フローティング電極２５は、第２基板１２の上面に積層配置され、長辺がＹ方向に沿って延びる略長方形状に形成されている。

図５に示すように、上方に見て、グランド電極２３の全部は、フローティング電極２５と重なっている。フローティング電極２５の周縁部を図５に破線で示す。また、上方から見て（Ｚ方向に見て）、送信電極２１の全部および受信電極の全部は、フローティング電極２５と重なっている。上方から見て（Ｚ方向に見て）、フローティング電極２５は、送信電極２１および受信電極２２ならびにグランド電極２３の全てと重なるような大きさに形成されている。つまり、フローティング電極２５は、Ｚ方向に見て第１基板１１と弾性部材１５とを介して送信電極２１および受信電極２２とグランド電極２３の全部と向き合っている。

フローティング電極２５は、Ｘ方向の長さ（幅寸法）がグランド電極２３におけるＸ方向の長さ（幅寸法）よりも大きくなるように形成されているのが好ましい。さらに、フローティング電極２５は、Ｘ方向の両側部がグランド電極２３におけるＸ方向の両側部よりも外側に位置するように形成されているのがより好ましい。

[遮蔽電極２６の詳細]
次に、遮蔽電極２６について、図２、図３を参照しながら説明する。

図２および図３に示すように、第３基板１３の上面には、グランド電位に設定された遮蔽電極２６が形成されている。遮蔽電極２６は、送信電極２１と同様の材料からなり、長辺がＹ方向に沿って延びる略長方形状に形成されている。遮蔽電極２６は、Ｚ方向に見て第３基板１３を介して送信電極２１および受信電極２２と重なる位置に配置されている。また、遮蔽電極２６には、外部回路（図示せず）と電気的に接続するための引き回し配線２４ｄが設けられている。タッチセンサ１に接触した使用者の手指が送信電極２１と受信電極２２との間に生じる静電容量に影響しないようにするために、遮蔽電極２６は形成されている。

[弾性部材１５の詳細]
次に、弾性部材１５について、図２〜図４を参照しながら説明する。

図４に示すように、弾性部材１５は、タッチセンサ１が押圧操作されたときの第１基板１１に向かう押圧力Ｆ（Ｚ方向の力）を受けて厚みが小さくなることにより送信電極２１、受信電極２２、およびグランド電極２３の各々がフローティング電極２５に接近する。

図２に示すように、弾性部材１５は、長方形の平板状に形成されている。弾性部材１５は、その厚みが第１基板１１の厚み（すなわち、第１面Ｒ１と第２面Ｒ２との距離）よりも大きくなるように形成されているのが好ましい。また、上方から見て、フローティング電極２５は弾性部材１５の外縁よりも内側に配置されるように形成されている。

弾性部材１５は、第２基板１２の上面に配置されている。すなわち、弾性部材１５は、第１基板１１の第２面Ｒ２と第２基板１２の上面との間に配置されている。つまり、弾性部材１５はグランド電極２３とフローティング電極２５との間に配置されている。この配置により、グランド電極２３は、弾性部材１５を介してフローティング電極２５と向かい合うように配置されている。ここで、弾性部材１５の材料としては、例えば弾性率が比較的高い光学透明両面シート（ＯＣＡ）、ゴム製の薄板材などが好ましい。

［タッチセンサ１の押圧操作］
次に、タッチセンサ１が押圧操作されたときの各構成の動作を説明する。

図４に示すように、使用者がタッチセンサ１を上側から押圧操作すると（すなわち、使用者の手指がカバー部材２の上面を押圧すると）、Ｚ方向（第１の方向）に向かう押圧力Ｆ（第１の方向の力）により弾性部材１５は厚みが小さくなるように弾性変形する。なお、本開示では押圧力Ｆは第１の方向の力として説明するが、第１の方向と逆の方向（図４では下側から上側に向かう方向）であっても同様の変化をする。

具体的に、弾性部材１５は、厚みが寸法ｄ１（図３参照）から寸法ｄ２（図４参照）となるように弾性変形する。すなわち、弾性部材１５は、押圧力Ｆを受けるとＺ方向に向かって圧縮された状態となる。

押圧力Ｆにより弾性部材１５が圧縮された状態になると、送信電極２１、受信電極２２、およびグランド電極２３の各々とフローティング電極２５とが互いに接近するようになる。グランド電極２３がフローティング電極２５に接近していくと、グランド電極２３とフローティング電極２５との電位差が小さくなる。すなわち、フローティング電極２５の電位がグランド電位に近づくようになる。

一方、送信電極２１および受信電極２２がフローティング電極２５に接近していくと、グランド電位に近づくフローティング電極２５の電位との関係により送信電極２１から放射される電界が変化する。すなわち、弾性部材１５における圧縮変形の前後において、送信電極２１と受信電極２２との間における静電容量が変化する。この静電容量の変化を受信電極２２が受信して、タッチセンサ１と電気的に接続された制御回路（図示せず）が操作面４に対する押圧操作の状態を判定する。

［実施の形態の作用効果］
以上のように、タッチセンサ１では、フローティング電極２５が送信電極２１、受信電極２２、およびグランド電極２３の各々と電気的に独立していることから、タッチセンサ１内でフローティング電極２５をグランド電位に設定するための電気的な接続状態を形成しなくてもよい。これにより、タッチセンサ１内での電気的な接続状態を簡素化することができる。

そして、タッチセンサ１は、押圧操作の押圧力Ｆによりグランド電極２３とフローティング電極２５との間隔が小さくなるように構成されている。このため、押圧力Ｆによりグランド電極２３がフローティング電極２５に接近するにつれてフローティング電極２５がグランド電位に近づくようになる。一方、送信電極２１および受信電極２２がフローティング電極２５に接近するにつれて送信電極２１と受信電極２２との間における静電容量が変化するようになる。その結果、図示しない制御部をタッチセンサ１に組み合わせた構成において、該制御部により押圧操作に伴う感圧検知を行うことが可能となる。さらに、例えば押圧力Ｆが比較的弱い場合であっても、フローティング電極２５の電位がグランド電位に近づくにつれて送信電極２１と受信電極２２との間における静電容量の変化が生じやすくなり、押圧力Ｆの圧力値を上記制御部により正確に検知することも可能となる。

また、弾性部材１５は、グランド電極２３とフローティング電極２５との間に配置され、グランド電極２３が弾性部材１５を介してフローティング電極２５と向かい合っている。このため、弾性部材１５が押圧力Ｆを受けてＺ方向（第１の方向）に向かって圧縮されると、グランド電極２３がフローティング電極２５に向かって接近していくようになる。弾性部材１５の作用により、フローティング電極２５を適切にグランド電位に近づけることができる。

また、弾性部材１５は、第１基板１１の第２面Ｒ２と、第２面Ｒ２と対向する第２基板１２の上面との間に配置されている。このため、弾性部材１５が押圧力Ｆにより圧縮されると、第１基板１１と第２基板１２との間隔が小さくなる。弾性部材１５を設けることにより、グランド電極２３を、フローティング電極２５に向かって容易に接近させることができる。

Ｚ方向における弾性部材１５の厚みは第１基板１１の厚みより大きくなるように形成されている。このため、弾性部材１５が押圧力Ｆを受けて圧縮されたときに、その圧縮による変位量を、第１基板１１の第１面Ｒ１と第２面Ｒ２との間の距離（第１基板１１の厚み）よりも大きくすることが可能となる。その結果、グランド電極２３がフローティング電極２５に向かって移動する距離を相対的に長くすることができ、フローティング電極２５の電位がグランド電位に近づくにつれて変化する送信電極２１と受信電極２２との間における静電容量を大きく変化させることができる。

フローティング電極２５は、Ｘ方向（第２の方向）の幅がグランド電極２３におけるＸ方向の幅よりも大きくなるように形成されている。これにより、グランド電極２３におけるＸ方向の幅全体がフローティング電極２５と向き合うようになる。その結果、フローティング電極２５を効率的にグランド電位に近づけることができる。

また、グランド電極２３の全部が第１基板１１を介してフローティング電極２５と向かい合っている。これにより、押圧力Ｆがタッチセンサ１に作用したときに、グランド電極２３の全部がフローティング電極２５に接近するため、フローティング電極２５を効率的にグランド電位に近づけることができる。

また、前記第１の方向に見て、フローティング電極２５は、弾性部材１５の外縁の内側に配置されるように形成されている。このため、送信電極２１、受信電極２２、およびグランド電極２３を、押圧力Ｆがタッチセンサ１に作用したときにフローティング電極２５に対して平面的な偏りが生じないように接近させることができる。

［フローティング電極２５の変形例］
次にフローティング電極２５の変形例について、図６Ａおよび図６Ｂを参照しながら説明する。

図５では、上方から見て、送信電極２１の全部、受信電極２２の全部、およびグランド電極２３の全部が、フローティング電極２５と重なっているが、必ずしもこの構成である必要はない。

図６Ａに示すように、グランド電極２３は一部だけがフローティング電極２５と重なっている構成であってもよい。図６Ａでは、グランド電極２３の一部（図６Ａの例では約半分）がＺ方向において第１基板１１を介してフローティング電極２５と向かい合っている。

図６Ａに示す変形例であっても、押圧操作の押圧力Ｆによりグランド電極２３がフローティング電極２５に接近していくにつれてフローティング電極２５の電位はグランド電位に近づく。

図６Ｂに示すように、送信電極２１および受信電極２２についても一部だけがフローティング電極２５と重なっている構成であってもよい。図６Ｂでは、送信電極２１の一部、受信電極２２の一部、グランド電極２３の一部がＺ方向において第１基板１１を介してフローティング電極２５と向かい合っている。

図６Ｂについても図６Ａと同様に、押圧操作の押圧力Ｆによりグランド電極２３がフローティング電極２５に接近していくにつれてフローティング電極２５の電位がグランド電位に近づく。

（実施の形態２）
次に、実施の形態２に係るタッチセンサ１について図７を参照しながら説明する。なお、上述した実施の形態１と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する場合がある。

実施の形態１では、第１基板１１の上方に第３基板１３および遮蔽電極２６が配置されているが、図７に示すように実施の形態２では、第３基板１３および遮蔽電極２６は配置されていない。つまり、第３基板１３および遮蔽電極２６は必ずしも構成される必要はない。

さらに、図７に示すタッチセンサ１では、第１基板１１にフローティング電極２５が配置され、第２基板１２に送信電極２１、受信電極２２、グランド電極２３が配置されている。

（実施の形態３）
次に、実施の形態３に係るタッチセンサ１について図８Ａを参照しながら説明する。図８Ａに示すように、実施の形態３では、カバー部材２の窓枠部３の上面に押圧操作用の操作部２７が設けられている。操作部２７は、例えば略長方形状に形成され、カバー部材２の上面において送信電極２１および受信電極２２の上方に対応する位置に配置されている。タッチセンサ１に操作部２７を設けることにより、押圧操作可能な操作位置を明確に特定することができる。

（実施の形態４）
次に、実施の形態４に係るタッチセンサ１について図８Ｂを参照しながら説明する。実施の形態１では、第１基板１１に送信電極２１、受信電極２２、およびグランド電極２３が配置されているが、送信電極２１、受信電極２２、およびグランド電極２３は必ずしも同じ基板（ここでは第１基板１１）に配置される必要はない。例えば、図８Ｂに示すように、第３基板１３に送信電極２１および受信電極２２が配置され、第１基板１１にグランド電極２３が配置されてもよい。

図２を参照しながら説明した実施の形態１では、第１基板１１に送信電極２１、受信電極２２、およびグランド電極２３が配置され、第２基板１２にフローティング電極２５が配置されているが、図７に示すように、第２基板１２に送信電極２１、受信電極２２、およびグランド電極２３が配置され、第１基板１１にフローティング電極２５が配置されてもよい。

さらには、送信電極２１、受信電極２２、およびグランド電極２３のそれぞれは、異なる基板に配置されてもよい。

また、上述した実施の形態では、送信電極２１、受信電極２２、およびグランド電極２３は基板の上面に配置されているが、下面に配置されてもよい。

つまり、送信電極２１、受信電極２２、グランド電極２３、フローティング電極２５のそれぞれが配置される層は特に限定されない。

また、第２基板１２を構成せず、フローティング電極２５は液晶ディスプレイ１９に配置されてもよい。

なお、上述した実施の形態は一例に過ぎず、送信電極２１、受信電極２２、およびグランド電極２３は必ずしも同じ基板（ここでは第１基板１１）に配置される必要はない。

また、送信電極２１、受信電極２２、グランド電極２３、フローティング電極２５など、それぞれの電極は、基板の必ずしも基板の上面に配置される必要はなく、下面に配置されてもよい。

いずれの実施の形態においても、実施の形態１と同様の効果を奏することができる。

（実施の形態５）
次に、実施の形態５に係るタッチセンサ１について図９〜図１０Ｂを参照しながら説明する。なお、上述した実施の形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する場合がある。

上述した実施の形態１〜４では第２基板１２の下方に液晶ディスプレイ１９が配置されていたが、本実施の形態では、液晶ディスプレイ１９の代わりに基材３０が配置されている例を用いて説明する。本実施の形態ではさらに、基材３０の下方に振動部５０が配置されている。本実施の形態では、第２基板１２は形成されておらず、フローティング電極２５は基材３０の上に配置されている。また、本実施の形態では弾性部材１５が形成されておらず、代わりにカバー部材２と基材３０との間に配置されるバネ４０（弾性体）を有する。カバー部材２の下方には第３基板１３および第１基板１１が配置されており、上方が第３基材１３、下方が第１基材１１の位置関係になるように、カバー部材２、第３基板１３、および第１基板１１が透明粘着層を介して一体化されている。液晶ディスプレイ１９(図９〜図１０Ｂには図示せず)は第１基板１１の下面に装着されており、カバー部材２と一体化されている。第３基板１３、第１基板１１、液晶ディスプレイ１９と一体化されるカバー部材２は、基材３０にバネ４０を介して配置されている。なお、図１０Ａおよび図１０Ｂにおいては、バネ４０が配置される箇所を矢印で示している。つまり、バネ４０はカバー部材２の下面と基材３０とを繋ぐように配置されている。

図１０Ａは、実施の形態５に係るタッチセンサ１の構成を示す断面図で、上方から押圧される前の状態を示している。図１０Ｂは、図１０Ａに示すタッチセンサ１が上方から押圧された状態を示している。

図１０Ａに示すようにカバー部材２は、基材３０の上面に配置される４つのバネ４０で支えられており、上方から所定距離の押し下げが可能である。換言すれば、第１基板１１とフローティング電極２５、基材３０との間には所定距離よりも大きい空間(空気層１００)が存在する。

カバー部材２が上方から押圧されることによって空気層１００は圧縮される。つまりカバー部材２と基材３０との間の空気層の厚さは、長さＬ１から長さＬ２に圧縮される。

バネ４０の詳細については図９〜図１２Ｃを参照しながら後述するが、バネ４０の一端（上端部４０ａ）はカバー部材２の下面に接しており、バネ４０の他端（下端部４０ｃ）は基材３０の上面に接している。そして、バネ４０は基材３０の四隅に配置されている。

なお、バネ４０は、平面視で送信電極２１、受信電極２２、グランド電極２３、フローティング電極２５のいずれとも重ならないことが望ましい。この構成であれば、バネ４０に対する不要な容量結合を抑制し、電波への影響も低減できる。

［バネ４０の構成の詳細］
次に、バネ４０の詳細については図９〜図１２Ｃを参照しながら説明する。図１１は、基材３０とバネ４０の位置関係を示す上面図である。図１２Ａはバネ４０の斜視図、図１２Ｂはバネ４０の上面図、図１２Ｃはバネ４０の側面図である。

図１１および図１２Ｃに示すようにバネ４０は、平面視ではＸ方向に長い略長方形の形状である。バネ４０は、長手方向（Ｘ方向）に沿って並んでいる、上端部４０ａ、中間部４０ｂ、下端部４０ｃを有する。図１２Ａに示すようにバネ４０は、上端部４０ａと中間部４０ｂとの境で折れ曲がっており、中間部４０ｂと下端部４０ｃとの境で折れ曲がっている。そして中間部４０ｂは、上端部４０ａから下端部４０ｃに向かって水平面（Ｘ方向とＹ方向に沿う面）に対して傾斜している。

図９および図１１に示すように４つのバネ４０は、カバー部材２と基材３０との間の四隅に配置されている。図１０では図面を分かり易くするためにバネ４０は図示していないが、カバー部材２と基材３０との間にはバネ４０が配置されている。バネ４０が配置される箇所を図１０に矢印で示している。

基材３０の四隅に配置される４つのバネ４０は、Ｘ方向に延伸するように配置されている。４つのバネ４０は全て同じ向きに配置されており、上端部４０ａがＸ方向（図１１では右側）に位置するように配置されている。下端部４０ｃがＸ方向と反対方向（図１１では左側）に位置するように配置されている。バネ４０の下端部４０ｃは、基材３０に固定され、バネ４０の上端部４０ａは、カバー部材２の下面に固定されている。固定方法は、特に限定されない。また、必ずしも接続されている必要はなく、例えば、下端部４０ｃだけが基材３０に固定され、上端部４０ａはカバー部材２に固定されずカバー部材２に接しているだけでも良い。逆に、上端部４０ａだけがカバー部材２に固定され、下端部４０ｃは基材３０に固定されず基材に３０に接しているだけでも良い。

図９および図１０に示すように、基材３０の下方には、振動部５０が配置されている。振動部５０は、Ｙ方向に沿って揺れるような振動を基材３０に与える。振動部５０の振動を発生させる機構の説明は省略するが、振動部５０としてはモーターなどが挙げられる。

なお、図９および図１０では、説明を容易にするため振動部５０を板状で示しているが、基材３０との位置関係を示しているだけであり、振動部５０の形状は、板状とは限らない。

また、基材３０と振動部５０は一体に形成されてもよい。この場合、振動部５０の上面を基材３０とし、振動部５０の上面にフローティング電極２５が形成される。基材３０を導電金属製にする、または基材３０のフローティング電極２５の配置範囲を部分的に導電金属製にすると、フローティング電極２５を構成する必要はない。または振動部５０の導電金属製のケース部位をフローティング電極２５の代わりに用いてもよい。

次に、以上のように構成された本実施の形態によるタッチセンサ１の動作について説明する。

カバー部材２が押し下げられると、4つのバネ４０が撓んでカバー部材２は基材３０に近づく。つまり、図１０Ａに示す矢印の距離が短くなるようにカバー部材２が基材３０側に移動する。本実施の形態のバネ４０が図１２Ａに示すように板バネの形状であれば、カバー部材２が押し下げられると、水平面に対して中間部４０ｂの傾斜角度が緩やかになり、カバー部材２は僅かにＸ方向に移動し、かつ、基材３０に近づく。このとき上述した空間の距離(空気層１００の厚さ)は狭まる。なお、いくらカバー部材２が押圧されたとしても、カバー部材２と基材３０との間にはいくらかの残存空間が存在する。

カバー部材２が基材３０に近づくのに応じて、フローティング電極２５と送信電極２１、受信電極２２、グランド電極２３との間の距離は小さくなる。本実施の形態のタッチセンサ１においても、上述した実施の形態１と同様に押し下げ状態の検出ができる。

カバー部材２の押し下げ力（Ｚ方向の押圧力）を止めると、4つのバネ４０は、元の形状に復帰して操作前の状態に戻る。例えば、カバー部材２は筐体（図示せず）などで位置規制することで、カバー部材２が操作前の位置に戻り易くなる。

本実施の形態では、振動部５０が動作すると、基材３０はＹ方向に沿って振動する。上方から見て、4つのバネ４０は、基材３０での振動方向（Ｙ方向）に対して直交関係の方向（Ｘ方向）に延伸するように配置されている。バネ４０は、基材３０とカバー部材２との間に固定されている。

この構成では、4つのバネ４０によって吸収される基材３０の振動は少ない。つまり、振動方向とバネ４０の延伸方向を直交させることにより、基材３０における振動は、残存空間があったとしても効率よくカバー部材２に伝達される。

なお、4つのバネ４０の延伸方向と基材３０での振動方向（つまり、基材３０に伝わる振動部５０の振動方向）は直交関係であることが望ましいが、交差関係でもよい。すなわち、4つのバネ４０がたわみ難い方向に、基材３０の振動方向を設定することが望ましい。

例えば、フローティング電極２５に対しての送信電極２１、受信電極２２、グランド電極２３の距離が近づいたことを検出部（図示せず）が検出するのに応じて、振動部５０が動作するように構成してもよい。

例えば、カバー部材２を操作する（押圧する）使用者が、クリック感を得るように振動部５０を動作させても良い。ここでいうクリック感とは、スイッチを押した時に得られるようなクリック感のことを言う。使用者が、カバー部材２を通じて短い時間間隔で、複数回のクリック感を得られるように振動部５０を動作させても良い。使用者が、カバー部材２を通じて所定時間の間、振動が得られるように振動部５０を動作させても良い。さらには、使用者の押し込み量によって、振動の大きさが可変するように振動部５０を動作させてもよい。

なお、４つのバネ４０は、基材３０の振動方向に対して、その振動を吸収し難い形状や配置が望ましく、上述した形状や配置以外であってもよい。個数についても４つに限定されない。

なお、実施の形態５では、フローティング電極２５および送信電極２１、受信電極２２、グランド電極２３を有する構成において、人がカバー部材２を押圧する押し込み検出機構を用いて説明したが、本実施の形態は一例であり、押し込み検出機構は他の構成であってもよい。また、押し込み検出機構を設けていない構成にしてもよい。カバー部材２から振動を得られる構成品を要望されることも多い。このような要望に対して、必要に応じて押し込み検出機構を有する形態とする、もしくは押し込み検出機構を有しない形態とするかは適宜決定する。

また、実施の形態５では弾性体として板バネであるバネ４０を用いて説明したが、この構成に限定されない。他の弾性体であってもよい。

なお、上述した実施の形態１〜６では、平面視で（Ｚ方向に見て）フローティング電極２５は、送信電極２１、受信電極２２、グランド電極と重なり合っているがこの構成に限定されない。

平面視で、フローティング電極２５は、少なくとも受信電極２２およびグランド電極２３と重なり合っていればよい。しかしながら、フローティング電極２５が送信電極２１と重なり合うことにより、送信電極２１と受信電極２２との間における静電容量を大きく変化させることができ、押圧操作の検出精度をより向上させることができる。

また、グランド電極２３を送信電極２１の上方に配置し、グランド電極２３と送信電極２１とが互いに平面視で重なり合うように配置してもよい。この場合、受信電極２２をグランド電極２３の上方に配置し、グランド電極２３と受信電極２２とが平面視で重なり合うように配置してもよい。

また、上記実施の形態では、フローティング電極２５を第２基板１２の上面に積層配置した形態を示したが、この形態に限られず、フローティング電極２５を第２基板１２の下面に積層配置してもよい。

また、実施の形態１〜４では、弾性部材１５を有する形態を示したが、この形態に限らない。弾性部材１５を構成せず、第１基板１１の下面（第２面Ｒ２）からＺ方向に間隔をあけてフローティング電極２５を配置した形態（図示せず）としてもよい。すなわち、グランド電極２３とフローティング電極２５との間に、空気層および第１基板１１が配置されてもよい。この場合、第１基板１１は、支持体（図示せず）などにより第２基板１２に向かって撓むように変形可能に支持されているのが好ましい。第１基板１１は、押圧力Ｆ（Ｚ方向への力）を受けてＺ方向に撓むように変形し、空気層に向かって第２基板１２に接近するようになる。これにより、グランド電極２３とフローティング電極２５との間隔が小さくなる。このように、弾性部材１５を省略した形態であっても、上記実施の形態と同様の作用効果を奏しうる。

また、上記実施の形態では、第１基板１１と弾性部材１５は別部材として形成されているが、この形態に限らない。第１基板１１が弾性体で形成されていてもよい。第１基板１１が弾性体である場合、タッチセンサ１は、弾性部材１５を備える必要はない。

また、送信電極２１と受信電極２２との平面視における位置関係を互いに入れ替え、送信電極２１を受信電極２２よりグランド電極２３に近い位置に配置してもよい。

また、上記実施の形態では、平面視において、弾性部材１５が第１基板１１と同じ大きさであるが、この形態に限られない。すなわち、平面視において、弾性部材１５は、第１基板１１よりも小さくてもよい。平面視で、フローティング電極２５の全てが弾性部材１５と重なり合っていればよい。

また、上記実施の形態では、タッチセンサ１の上側（カバー部材２の上面側）から押圧操作可能な形態のみを示したが、この形態に限らない。すなわち、タッチセンサ１の下側から押圧操作可能な形態であってもよい。

なお、本開示は上述の実施の形態のみに限定されず、発明の範囲内で種々の変更が可能である。

（まとめ）
本開示のタッチセンサ１は、1またはそれ以上の基板（第１基板１１、第２基板１２、第３基板１３など）と、第１基板１１、第２基板１２、第３基板１３のいずれかに配置され、電界を放射できる送信電極２１と、第１基板１１、第２基板１２、第３基板１３のいずれかに配置され、送信電極２１と間隔をあけて配置され、送信電極２１からの電界を受信できる受信電極２２と、第１基板１１、第２基板１２、第３基板１３のいずれかに配置されるグランド電極２３と、第１基板１１、第２基板１２、第３基板１３のＺ方向に配置されるフローティング電極２５と、を備える。Ｚ方向に見て、フローティング電極２５は、グランド電極２３の少なくとも一部と、送信電極２１の少なくとも一部と、受信電極２２の少なくとも一部と重なるように配置される。フローティング電極２５、送信電極２１、受信電極２２、およびグランド電極２３は、互いに電気的に独立している。Ｚ方向またはＺ方向と反対の方向からの押圧により、フローティング電極２５とグランド電極２３との距離が小さくなる。

また、本開示のタッチセンサ１は、グランド電極２３とフローティング電極２５との間に配置される弾性部材１５を更に備えてもよい。弾性部材１５は、Ｚ方向またはＺ方向と反対の方向からの押圧により圧縮され、弾性部材１５が圧縮されることにより、フローティング電極２５とグランド電極２３との距離が小さくなるとより好ましい。

また、本開示のタッチセンサ１は、弾性部材１５のＺ方向の厚みは、第１基板１１、第２基板１２、第３基板１３のうち、グランド電極２３が配置されている第１基板１１の厚みより大きいとより好ましい。

また、本開示のタッチセンサ１は、Ｚ方向に見て、グランド電極２３の全部が、フローティング電極２５と重なっているとより好ましい。

また、本開示のタッチセンサ１は、Ｚ方向に見て、送信電極２１の全部および受信電極２２の全部が、フローティング電極２５と重なっているとより好ましい。

また、本開示のタッチセンサ１は、Ｚ方向に見て、フローティング電極２５が弾性部材１５の外縁より内側に配置されるとより好ましい。

本開示のタッチセンサ１は、カバー部材２と、フローティング電極２５が配置される基材３０と、カバー部材２と基材３０との間に位置する弾性体（例えばバネ４０）と、を更に備えてもよい。バネ４０の上端部４０ａがカバー部材２に接し、バネ４０の下端部４０ｃが基材３０に接している。カバー部材と基材３０との間に1またはそれ以上の基板（第１基板１１、第２基板１２、第３基板１３など）が配置される。

本開示のタッチセンサ１は、バネ４０が板バネであるとより好ましい。

本開示のタッチセンサ１は、Ｚ方向に見て、バネ４０は、送信電極２１、受信電極２２、グランド電極２３、フローティング電極２４のいずれとも重ならない位置に配置されているとより好ましい。

また、本開示のタッチセンサ１は、基材３０を振動させる振動部５０を更に備えてもよい。Ｚ方向に見て、バネ４０が延伸する方向をＸ方向とし、振動部５０は、Ｚ方向に直交し、かつ、Ｘ方向と交差する方向（例えばＹ方向）に沿って前記基材を振動させる。

なお、『バネ４０が延伸する方向』とは、Ｚ方向に見て、上端部４０ａと下端部４０ｃとを結ぶ方向のことである。

本開示のタッチセンサ１は、Ｘ方向とＹ方向が直交しているとより好ましい。

本開示のタッチセンサ１は、基材３０と振動部５０が一体に形成されていてもよい。

本開示は、押圧操作可能なセンサ型入力装置として産業上の利用が可能である。

１ タッチセンサ
２ カバー部材
３ 窓枠部
４ 操作面
１１ 第１基板
１２ 第２基板
１３ 第３基板
１５ 弾性部材
１９ 液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）
２１ 送信電極
２２ 受信電極
２３ グランド電極
２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ 引き回し配線
２５ フローティング電極
２６ 遮蔽電極
３０ 基材
４０ バネ（弾性体）
４０ａ 上端部
４０ｂ 中間部
４０ｃ 下端部
５０ 振動部
１００ 空気層
Ｌ１，Ｌ２ 長さ
Ｒ１ 第１面
Ｒ２ 第２面
Ｆ 押圧力

Claims (12)

1またはそれ以上の基板と、
前記1またはそれ以上の基板のいずれかに配置され、電界を放射できる送信電極と、
前記1またはそれ以上の基板のいずれかに配置され、前記送信電極と間隔をあけて配置され、前記送信電極からの電界を受信できる受信電極と、
前記1またはそれ以上の基板のいずれかに配置されるグランド電極と、
前記１またはそれ以上の基板の第１の方向に配置されるフローティング電極と、
を備え、
前記第１の方向に見て、前記フローティング電極は、前記グランド電極の少なくとも一部と、前記送信電極の少なくとも一部と、前記受信電極の少なくとも一部と重なるように配置され、
前記フローティング電極、前記送信電極、前記受信電極、および前記グランド電極は、互いに電気的に独立しており、
前記第１の方向または前記第１の方向と反対の方向からの押圧により、前記フローティング電極と前記グランド電極との距離が小さくなる、
タッチセンサ。

前記グランド電極と前記フローティング電極との間に配置される弾性部材を更に備え、
前記弾性部材は、前記第１の方向または前記第１の方向と反対の方向からの押圧により圧縮され、
前記弾性部材が圧縮されることにより、前記フローティング電極と前記グランド電極との距離が小さくなる、
請求項１記載のタッチセンサ。

前記弾性部材の前記第１の方向の厚みは、前記１またはそれ以上の基板のうち、前記グランド電極が配置されている第１の基板の厚みより大きい、
請求項２記載のタッチセンサ。

前記第１の方向に見て、前記グランド電極の全部が、前記フローティング電極と重なっている、
請求項１〜３のいずれか１項に記載のタッチセンサ。

前記第１の方向に見て、前記送信電極の全部および前記受信電極の全部が、前記フローティング電極と重なっている、
請求項１〜４のいずれか１項に記載のタッチセンサ。

前記第１の方向に見て、前記フローティング電極は前記弾性部材の外縁より内側に配置される、
請求項２〜５のいずれか１項に記載のタッチセンサ。

カバー部材と、
前記フローティング電極が配置される基材と、
前記カバー部材と前記基材との間に位置する弾性体と、
を更に備え、
前記弾性体の一端が前記カバー部材に接し、前記弾性体の他端が前記基材に接しており、
前記カバー部材と前記基材との間に1またはそれ以上の基板が配置される、
請求項１記載のタッチセンサ。

前記弾性体が板バネによって構成される、
請求項７記載のタッチセンサ。

前記第１の方向に見て、前記板バネは、前記送信電極、受信電極、グランド電極、前記フローティング電極のいずれとも重ならない位置に配置されている、
請求項８記載のタッチセンサ。

前記基材を振動させる振動部を更に備え、
前記第１の方向に見て、前記板バネが延伸する方向を第２の方向とし、
前記振動部は、前記第１の方向に直交し、かつ、前記第２の方向と交差する第３の方向に沿って前記基材を振動させる、
請求項８記載のタッチセンサ。

前記第２の方向と前記第３の方向が直交している、
請求項１０記載のタッチセンサ。

前記基材と前記振動部が一体に形成されている、
請求項１０に記載のタッチセンサ。

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