KR20100116549A - 입력 장치, 및 그것을 구비한 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

정전 용량 결합 방식의 터치 패널에서, 손가락에 의한 입력 외에, 비도전성의 입력 수단에 의한 터치에도 반응하고, 또한 가시광 투과율, 내구성이 높은 터치 패널을 실현한다. XY 위치 좌표를 검출하는 좌표 검출 전극과, 투명한 Z전극이 설치된다. 상기 Z전극은, 스페이서를 개재하여 일정한 거리로 배치된다. 터치의 압압에 의한 압축으로 스페이서를 따라서 변형되는 탄성층이 Z전극을 눌러 내린다. 이에 의해, Z전극과 X전극과의 거리, 및 Z전극과 Y전극과의 거리가 축소되어, 정전 용량이 증가하기 때문에, 비도전성의 입력 수단을 이용하여도 X전극 및 Y전극과, Z전극(압압에 의해, 전극간 거리가 변화하는 부분) 사이의 용량 변화를 검출하는 것이 가능하게 되어, 터치한 위치 좌표를 검출할 수 있다.

Description

입력 장치, 및 그것을 구비한 표시 장치{INPUT DEVICE AND DISPLAY DEVICE HAVING THE SAME}
본 발명은, 화면에 좌표를 입력하는 입력 장치, 및 그것을 구비한 표시 장치에 관한 것으로, 특히 절연체인 수지 펜 등에 의한 입력이 가능한 용량 결합 방식의 입력 장치 및 그것을 구비한 표시 장치에 관한 것이다.
표시 화면에 사용자의 손가락 등에 의한 터치 조작(접촉 압압 조작, 이하, 간단히 터치라고 칭함)으로 정보를 입력하는 화면 입력 기능을 갖는 입력 장치(이하, 터치 센서 또는 터치 패널이라고도 칭함)를 구비한 표시 장치는, PDA나 휴대 단말기 등의 모바일용 전자 기기, 각종 가전 제품, 무인 접수기 등의 거치형 고객안내 단말기에 이용되고 있다. 이와 같은 터치에 의한 입력 장치를 실현하는 방식으로서, 터치된 부분의 저항값 변화를 검출하는 저항막 방식, 혹은 용량 변화를 검출하는 정전 용량 결합 방식, 터치에 의해 차폐된 부분의 광량 변화를 검출하는 광 센서 방식 등이 알려져 있다.
정전 용량 결합 방식은, 저항막 방식이나 광 센서 방식과 비교한 경우에 다음과 같은 이점이 있다. 예를 들면, 저항막 방식이나 광 센서 방식에서는 투과율이 80％ 정도로 낮다. 이에 대하여, 정전 용량 결합 방식에서는 투과율이 약 90％로 높아, 표시 화질이 저하되지 않는다. 또한, 저항막 방식에서는 저항막에의 기계적 접촉에 의해 터치 위치를 검지하기 때문에, 저항막이 열화 또는 파손(크랙)될 우려가 있다. 이에 대하여, 정전 용량 결합 방식에서는 검출용 전극이 다른 전극등과 접촉하는 기계적 접촉이 없어, 내구성의 이점이 있다.
정전 용량 결합 방식으로서는, 예를 들면, 일본 특표 2003-511799호 공보(이하, 특허 문헌 1)에서 개시되어 있는 방식이 있다. 이 개시된 방식에서는, 종횡 2차원 매트릭스 형상으로 배치된 검출용 세로 방향의 전극(X전극)과 검출용 가로 방향의 전극(Y전극)이 형성되고, 입력 처리부에서 각 전극의 용량이 검출된다. 터치 패널의 표면에 손가락 등의 도체가 접촉한 경우에는, 각 전극의 용량이 증가하기 때문에, 입력 처리부에서 접촉이 검지되고, 각 전극이 검지한 용량 변화의 신호에 기초하여 입력 좌표가 계산된다. 여기서, 검출용의 전극이 열화되어 물리적 특성인 저항값이 변화되어도 용량 검출에 미치는 영향은 적기 때문에, 터치 패널의 입력 위치 검출 정밀도에 미치는 영향이 적다. 그 때문에, 높은 입력 위치 검출 정밀도를 실현할 수 있다.
또한, 일본 특개 2004-5672호 공보에는, 터치 패널의 투명 전극 표면 상에 도전성 미립자를 포함한 고분자층을 형성함으로써, 우수한 감반사 효과가 얻어져, 투명도가 향상되는 것이 기재되어 있다.
그러나, 정전 용량 결합 방식의 터치 패널은, 상기 특허 문헌 1과 같이 검출용의 각 전극의 용량 변화에 기초하여 입력 좌표를 검출하기 때문에, 입력 수단으로서는 도전성이 있는 물질이 전제로 된다. 이 도전성이 있는 물질이란 인간의 손가락으로 대표되고, 정전 용량 결합 방식의 터치 패널은, 손가락 입력용 터치 패널로서 인지되어 있다. 그 때문에, 저항막식 등에서 사용되고 있는 도전성이 없는 절연체인 수지제 스타일러스 등을, 정전 용량 결합 방식의 터치 패널에 접촉시킨 경우에는, 전극의 용량 변화가 거의 발생하지 않기 때문에, 입력 좌표를 검출할 수 없다고 하는 과제가 있다.
또한 한편으로, 예를 들면 금속 등의 도전성이 있는 물질로 이루어지는 스타일러스에 의해 정전 용량 결합 방식의 터치 패널에 입력하는 경우에는, 전극 개수가 증가한다. 예를 들면, 대각 4인치로 종횡의 치수비가 3대 4인 정전 용량 결합 방식 터치 패널을, 특허 문헌 1과 같은 마름모형을 기본으로 한 전극 형상으로 실현하는 경우를 생각한다. 여기서 손가락에 의한 입력의 경우에는 최소의 접촉면이 직경 6㎜로 가정되고, 이 사이즈를 전극 간격으로 하여 검출용 전극이 준비되면, 전극 총수는 22개로 된다. 한편, 스타일러스의 접촉면이 직경 1㎜로 가정되고, 이 사이즈를 전극 간격으로 하여 검출용 전극이 준비되면, 전극 총수는 139개로 되어, 약 6배까지 전극 개수가 증가한다. 전극 개수가 증가하면, 입력 처리부에의 배선 배치에 필요로 되는 액연 면적이 커지고, 또한 제어 회로와의 신호 접속 개수가 증가하기 때문에 충격 등에 대한 신뢰성도 저하된다. 입력 처리부의 단자수의 증가에 의해 회로 면적도 증가하기 때문에, 코스트 증가가 염려된다. 한편, 선단이 도전성 고무제의 스타일러스를 사용한 경우, 전극 총수를 동등하다고 가정하면, 접촉면으로서 직경 6㎜ 정도의 형상이 필요하기 때문에, 문자 입력의 위화감을 수반한다.
이상의 점으로부터, 상기 특허 문헌 1에 개시되는 정전 용량 결합 방식 터치 패널에서는, 절연성 물질에 의한 입력에의 대응(스타일러스 대응)이 과제로 된다.
상기 과제의 해결을 실현하기 위해서 제1 발명에서는, 복수의 투명한 X전극과 복수의 투명한 Y전극과 투명한 Z전극을 구비한 정전 용량 결합 방식 터치 패널이 이용된다. 이 정전 용량 결합 방식 터치 패널에서, 상기 X전극과 상기 Y전극은, 제1 절연층을 개재하여 교차하고 있고, 각각에서, 그 연장 방향으로 패드부와 세선부가 교대로 나열되어 있다. 평면적으로 본 경우, 상기 X전극의 패드부와 상기 Y전극의 패드부는 중첩하지 않고 배치되어 있다. 상기 Z전극은, 일정한 거리를 유지하기 위한 스페이서를 개재하여 배치되고, 터치의 압압에 의한 압축으로 스페이서 형상을 따라서 변형된다. 이에 의해, Z전극과 X전극과의 거리, 및 Z전극과 Y전극과의 거리가 축소되어, 정전 용량이 증가한다. 따라서, 비도전성의 입력 수단을 이용하여도, X전극 및 Y전극과, Z전극(압압에 의해, 전극간 거리가 변화하는 부분) 사이의 용량 변화를 검출하는 것이 가능하게 되어, 터치한 위치 좌표를 특정하는 것이 가능하게 된다.
또한, 제2 발명에서는, 상기 Z전극은, 일정한 거리를 유지하기 위한 복수의 도트 형상으로 형성된 탄성 스페이서를 개재하여 배치되고, 터치의 압압에 의한 압축으로 탄성 스페이서가 압축 변형된다. 도트 형상으로 형성된 탄성 스페이서와 마찬가지로 해면체(스폰지)의 층을 개재하여 Z전극을 배치하는 것도 가능하지만, 광의 난반사에 의한 표시 장치의 화질 저하의 원인으로 되기 때문에, 도트 형상의 탄성 스페이서가 바람직하다. 이 탄성 스페이서에 의해, Z전극과 X전극과의 거리, 및 Z전극과 Y전극과의 거리가 축소되어, 정전 용량이 증가한다. 또한, Z전극과 X전극과의 거리, 및 Z전극과 Y전극과의 거리가 축소됨으로써 변화하는 정전 용량을 검출하기 위해서, Z전극과 X전극 및 Y전극과의 사이에, 절연층을 형성할 수 있다. 이것을 이용하여, 탄성 스페이서에 의해 생기는 공간(공기층)과 인접하는 적층체와의 계면에 반사 방지막을 형성함으로써, 투과율이 개선됨과 함께 외광 반사도 저감되므로, 표시 장치의 화질 저하를 억제할 수 있다. 따라서, 비도전성의 입력 수단을 이용하여도 X전극 및 Y전극과, Z전극(압압에 의해, 전극간 거리가 변화하는 부분) 사이의 용량 변화를 검출하는 것이 가능하게 되어, 터치한 위치 좌표를 특정하는 것이 가능하게 된다.
본 발명에 따르면, 정전 용량 결합 방식 터치 패널에서, 손가락뿐만 아니라 수지 펜 등의 절연체에 의한 입력이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에서의 입력 장치, 및 그것을 구비한 표시 장치의 시스템 구성도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에서의 터치 패널의 전극 구조를 도시하는 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에서의 터치 패널의 전극 구조를 도시하는 평면도.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에서의 터치 패널에서 수지 펜에 의한 입력 시의 용량 변화를 도시하는 모식도.
도 5는 본 발명의 실시예의 터치 패널에서의 용량 검출용 전극의 배치도.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에서의 터치 패널의 전극 구조를 도시하는 단면도.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에서의 터치 패널에서 수지 펜에 의한 입력 시의 용량 변화를 도시하는 모식도.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에서의 터치 패널의 전극 구조를 도시하는 단면도.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에서의 터치 패널에서 수지 펜에 의한 입력 시의 용량 변화를 도시하는 모식도.
도 10은 본 발명의 제4 실시예에서의 터치 패널의 전극 구조를 도시하는 단면도.
도 11은 본 발명의 제4 실시예에서의 터치 패널에서 수지 펜에 의한 입력 시의 용량 변화를 도시하는 모식도.
도 12는 본 발명의 제5 실시예에서의 터치 패널의 전극 구조를 도시하는 단면도.
도 13은 본 발명의 제5 실시예에서의 터치 패널에서 수지 펜에 의한 입력 시의 용량 변화를 도시하는 모식도.
도 14는 본 발명의 제5 실시예에서의 터치 패널과 표시 장치의 단면도.
도 15는 본 발명의 제6 실시예에서의 터치 패널의 전극 구조를 도시하는 단면도.
도 16은 본 발명의 제6 실시예에서의 터치 패널에서 수지 펜에 의한 입력 시의 용량 변화를 도시하는 모식도.
도 17은 본 발명의 제6 실시예에서의 터치 패널과 표시 장치의 단면도.
이하, 본 발명의 실시 형태를 도면을 이용하여 상세하게 설명한다.
<실시예 1>
입력 장치(이하, 터치 패널이라고 부름), 및 그것을 구비한 표시 장치의 구성을, 도 1에 도시한다.
도 1에서, 참조 부호 101은 본 발명의 실시예에 따른 터치 패널이다. 터치 패널(101)은, 용량 검출용의 X전극 XP와 Y전극 YP를 갖는다. 여기서는, 예를 들면 X전극이 4개(XP1부터 XP4), Y전극이 4개(YP1부터 YP4)로 도시되어 있지만, 전극수는 이에 한정되지 않는다. 도 5는, 예를 들면 대각 4인치(종횡비는, 3 대 4로 가정)의 경우의 터치 패널에서의 용량 검출용의 X전극, Y전극의 배치도를 도시한다.
터치 패널(101)은 표시 장치의 표시부(106)의 전면에 설치된다. 따라서, 표시 장치에 표시된 화상을 사용자가 보는 경우에는, 표시 화상이 터치 패널을 투과 할 필요가 있기 때문에, 터치 패널은 투과율이 높은 것이 바람직하다. 터치 패널(101)의 X전극과 Y전극은, 검출용 배선에 의해 용량 검출부(102)에 접속된다. 용량 검출부(102)는, 제어 연산부(103)로부터 출력되는 검출 제어 신호에 의해 제어되고, 터치 패널에 포함되는 각 전극(X전극, Y전극)의 용량을 검출하고, 각 전극의 용량값에 의해 변화하는 용량 검출 신호를 제어 연산부(103)에 출력한다. 제어 연산부(103)는, 각 전극의 용량 검출 신호로부터 각 전극의 신호 성분을 계산함과 함께, 각 전극의 신호 성분으로부터 입력 좌표를 연산하여 구한다. 시스템(104)은, 터치 조작에 의해 터치 패널(101)로부터 입력 좌표가 전송되면, 그 터치 조작에 따른 표시 화상을 생성하여, 표시 제어 신호로서 표시 제어 회로(105)에 전송한다. 표시 제어 회로(105)는, 표시 제어 신호에 의해 전송되는 표시 화상에 따라서 표시 신호를 생성하고, 표시 장치에 화상을 표시한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에서의 터치 패널(101)의 구성도로서, 도 3에서의 점 A부터 점 B까지의 터치 패널(101)의 단면 형상을 도시한 도면이다. 이 단면도에서는, 터치 패널 동작의 설명에 필요로 되는 층만이 도시되어 있다. 도면 중, 참조 부호 1 및 6은 투명 기판, 참조 부호 2 및 3은 투명 절연막, 참조 부호 4는 스페이서, 참조 부호 5는 투명 탄성층, XP, YP, ZP는 검출용 전극이다.
본 실시예의 터치 패널(101)의 구성은, 제1 투명 기판(1) 위에 투명 도전막 XP, 투명한 제1 절연막(2), 투명 도전막 YP, 투명한 제2 절연막(3), Z전극과의 간격을 유지하는 비도전성의 스페이서(4), 도전성의 도전층인 Z전극 ZP, 투명 탄성층(5)이 순차적으로 적층되고, 그 위에 제2 투명 기판(6)이 적층된 터치 패널이다. 투명 탄성층(5)의 강성은 제2 투명 기판(6)의 강성보다도 낮다.
도 3은 터치 패널(101)의 용량 검출용의 X전극 XP 및 Y전극 YP의 전극 패턴을 도시한 도면이다. X전극 XP와 Y전극 YP는, 검출용 배선에 의해 용량 검출부(102)에 접속된다. Y전극은 터치 패널(101)의 가로 방향으로 신장하고 있고, 복수의 Y전극이 세로 방향으로 나열되어 있다. Y전극과 X전극의 교차 부분에서는, 각 전극의 교차 용량을 삭감하기 위해서 Y전극과 X전극의 전극 폭이 가늘게 되어 있다. 이 부분을 임시로 세선부라고 부른다. 따라서, Y전극은, 세선부와, 그 이외의 전극 부분(이하에서는, 패드부라고 부름)이 연장 방향으로 교대로 배치된 형상으로 된다. 인접하는 Y전극 사이에, X전극이 배치된다. X전극은 터치 패널(101)의 세로 방향으로 연장되어 있고, 복수의 X전극이 가로 방향으로 나열된다. Y전극과 마찬가지로, X전극은 세선부와 패드부가 연장 방향으로 교대로 배치된 형상으로 된다.
다음으로, X전극의 패드부의 형상을 설명하는 데 있어서, X전극을 검출용 배선에 접속하기 위한 배선 위치(혹은 X전극의 세선부)를, X전극의 가로 방향의 중심이라고 가정한다. X전극의 패드부는, 인접하는 X전극의 중심에 가까워짐에 따라서 면적이 작아지고, 그 X전극의 중심에 가까워질수록 면적이 커지는 전극 형상을 갖고 있다. 따라서, 인접하는 2개의 X전극, 예를 들면 XP1과 XP2 사이에서의 X전극의 면적을 생각한 경우에는, XP1 전극의 중심 부근에서는 XP1 전극의 패드부의 전극 면적이 최대로 되고, 또한 XP2 전극의 패드부의 전극 면적은 최소로 된다. 한편, XP2 전극의 중심 부근에서는 XP1 전극의 패드부의 전극 면적이 최소로 되고, 또한 XP2 전극의 패드부의 전극 면적이 최대로 된다.
다음으로, 터치 패널(101)의 층 구조에 대하여, 제1 투명 기판(1)으로부터 가까운 층부터 먼 층으로 순서대로 설명한다. 제1 투명 기판(1)의 재질, 두께 등은 특별히 한정되지 않고, 그 용도 목적에 따라서 바륨 붕규산 글래스, 소다 글래스 등의 무기 글래스, 화학 강화 글래스나 폴리에테르술폰(PES), 폴리술폰(PSF), 폴리카보네이트(PC), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등의 수지 필름 등과 같은 재료 중으로부터 선택되는 것이 바람직하다. 또한, XP, YP에 사용되는 전극은 투명 도전막이며, 도전성을 갖는 박막이면 특별히 한정되지 않고, 종래의 ITO(산화 인듐 주석), ATO(산화 안티몬 주석), IZO(산화 인듐 아연) 등을 사용할 수 있다. 투명 도전막(두께 50∼200Å)은, 표면 저항이 500∼2000Ω으로 되도록, 스퍼터링법에 의해 성막되고, 레지스트 재료가 도포된 후, 노광, 현상 프로세스에 의해 패터닝된다. 이 때 레지스트 재료로서는 포지티브형, 네가티브형 어느 것이라도 되며, 알칼리 현상 타입이면 용이하게 형성할 수 있다. 그 후, ITO가 에칭에 의해 패턴 형성된다. 이 때의 에칭액으로서는 브롬화수소산 수용액 등이 선택되면 된다.
제1 투명 기판(1)에 가까운 개소에 X전극 XP가 형성되고, 다음으로 X전극과 Y전극을 절연하기 위한 절연막이 형성된다. 그 다음으로, Y전극 YP가 형성된다. 여기서, X전극 XP와 Y전극 YP의 순번이 교체되어도 된다. Y전극 YP의 다음에는 제2 절연막(3)이 배치되고, Y전극 YP와, 다음에 형성되는 Z전극 ZP와의 절연성이 확보된다. 제1 절연막(2), 제2 절연막(3)의 막 두께는 절연막 재료의 유전율을 고려하여 적절히 선택된다. 비유전률을 2∼4로 하는 용이하고, 막 두께를 1∼20㎛로 하는 것이 가능하다. 절연막층의 재료로서는, UV(자외선) 경화형 수지 재료나, 알칼리 현상 가능한 네가티브 또는 포지티브형의 절연막 재료, 가열로 경화하는 열경화형 수지 재료를 이용할 수 있지만, 알칼리 현상 타입이면 용이하게 형성할 수 있다.
스페이서(4)는, 입경이 고른 폴리머 비즈, 글래스 비즈 등이 적절히 산포됨으로써 형성된다. 제1 기판 위에 형성된 제2 절연막(3)과 Z전극간과의 간격을 규정하는 비즈의 입경은 5∼100㎛의 범위에서 선택되고, 20∼50㎛인 것이 바람직하다. 산포되는 비즈의 밀도는 20㎛ 이상 10000㎛ 이하의 간격인 것이 바람직하다.
투명 탄성층(5)은, 탄성을 갖는 고무 형상의 층이며, 탄성을 갖는 재료이면 특히 바람직하고, 특별히 제한되지 않지만, 투과율의 향상을 도모할 목적으로, 가시광 영역에서 투명한 재료가 좋다. 예를 들면, 부틸 고무, 불소 고무, 에틸렌프로필렌디엔 공중합 고무(EPDM), 아크릴로니트릴부타디엔 고무(NBR), 클로로플렌 고무(CR), 천연 고무(NR), 이소프렌 고무(IR), 스틸렌부타디엔 고무(SBR), 부타디엔 고무, 에틸렌프로필렌 고무, 실리콘 고무, 폴리우레탄 고무, 폴리노르보르넨 고무, 스틸렌부타디엔스틸렌 고무, 에피클로로히드린 고무, NBR의 수소화물, 다황화 고무, 우레탄 고무 등의 고무가 단독으로 혹은 2종류 이상이 혼합되어 이용된다. 이들 고무 또는 수지의 굴절률은 1.4∼1.8의 범위이면 바람직하고, 압압에 의한 변형을 충분히 취하기 위해서, 그 막 두께는 스페이서(4)의 직경보다 약간 두껍게(스페이서(4)에 의해 형성된 간격보다 약간 두껍게) 형성하는 것이 좋고, 5㎛ 이상이 바람직하다.
Z전극 ZP는, 투명 도전막이며, 도전성을 갖는 박막이면 특별히 한정되지 않고, 종래의 ITO(산화 인듐 주석), ATO(산화 안티몬 주석), IZO(산화 인듐 아연) 등을 사용할 수 있다. 투명 도전막은, 표면 저항이 500∼2000Ω으로 되도록, 스퍼터링법에 의해 성막되고, 레지스트 재료가 도포된 후, 노광, 현상 프로세스에 의해 X전극, Y전극에 대응한 형상으로 패터닝된다. 이 때 레지스트 재료로서는 포지티브형, 네가티브형 어느 것이라도 되며, 알칼리 현상 타입이면 용이하게 형성할 수 있다. 그 후, ITO가 에칭에 의해 패턴 형성된다. 이 때의 에칭액으로서는 브롬화 수소산 수용액 등이 선택되면 된다. 또한, 표면 저항이 10000∼10000000Ω으로 되도록 Z전극 ZP를 형성하면 패터닝은 불필요하게 되어, 종래의 ITO(산화 인듐 주석), ATO(산화 안티몬 주석), IZO(산화 인듐 아연) 등의 미립자가 투명 수지 내에 분산된 박막 외에, 도전성을 갖는 미립자로서, 예를 들면 니켈, 금, 은, 구리 등의 금속 미립자나, 절연성의 무기 미립자나 수지 미립자에 금속 도금을 실시한 미립자가 수지 내에 분산된 박막 등을 사용할 수 있다. 또한, Al2O3, Bi2O3, CeO2, In2O3, (In2O3ㆍSnO2), HfO2, La2O3, MgF2, Sb2O5, (Sb2O5ㆍSnO2), SiO2, SnO2, TiO2, Y2O3, ZnO 및 ZrO2의 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 금속 산화물, 또는 금속 불화물로 이루어지는 미립자도 사용할 수 있다. 또한, 폴리아닐린, 폴리아세틸렌, 폴리에틸렌디옥시티오펜, 폴리피롤, 폴리이소티아나프텐, 폴리이소나프토티오펜 등의 유기 도전성 재료를 사용할 수 있다. 또한, Z전극으로서는 광 굴절률이나 광 반사에 의한 광의 흡수나 산란이 적은 재료가 바람직하고, 적절히 선택하는 것이 바람직하다.
제2 투명 기판(6)의 재질로서는 특별히 한정되지 않지만, 압압에 대한 압축력을 투명 탄성층(5)에 전달할 필요가 있기 때문에, 바륨 붕규산 글래스, 소다 글래스 등의 무기 글래스, 화학 강화 글래스 등은 바람직하지 않다. 단, 300㎛ 이하의 두께이면 사용할 수 있다. 제2 투명 기판(6)의 재질로서는, 폴리에테르술폰(PES), 폴리술폰(PSF), 폴리카보네이트(PC), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등의 유연성이 있는 수지, 또는 유연성을 향상시키기 위해서 이들 수지에 엘라스토머 성분이 첨가된 재료 중으로부터 선택되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 유연성을 만족시키기 위해서는 제2 투명 기판(6)의 두께는 800㎛ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 제2 투명 기판(6)으로서 100㎛ 이하의 기판이 사용되면, 큰 하중이 걸려진 경우에 대한 변형량이 커서, 제2 투명 기판(6)과 투명 탄성층(5)의 계면이 박리되기 쉽기 때문에, 제2 투명 기판(6)의 두께는 100㎛ 이상이 바람직하다.
다음으로, 본 발명의 제1 실시예에 따른 터치 패널(101)에서의 터치 조작 시의 용량 변화에 대하여, 도 4를 이용하여 설명한다.
도 4는 터치 조작의 입력 수단이 비도전성이고, 터치 시의 압압에 의해 X전극 XP와 Z전극 ZP의 거리, 및 Y전극 YP와 Z전극 ZP의 거리가 변화하는 경우의 용량 변화를 설명하는 모식도이다. 또한, 도전성의 입력 수단(손가락 등)이라도 압압에 의한 X전극 XP와 Z전극 ZP의 거리, 및 Y전극 YP와 Z전극 ZP의 거리가 변화하면 마찬가지이다.
터치 조작이 없는 경우의 용량은, X전극 XP1과 Y전극 YP2 사이의 절연막(2)을 통한 미약한 인접 전극간 용량에 상당한다. 터치 시의 압압에 의해 Z전극 ZP가 눌러 내려진 경우, Z전극 ZP와 X전극 XP1간의 용량을 Cxza로 하고, Z전극 ZP와 Y전극 YP2간의 용량을 Cyza로 하면, X전극 XP1의 전극 용량을 용량 검출부(102)가 검출할 때에는, Y전극 YP2는 리세트 상태로 GND 전위로 된다. 그 때문에 X전극 XP1로부터 본 경우의 합성 용량은, Z전극 ZP가 플로팅의 상태이기 때문에, Cxza와 Cyza의 직렬 접속의 용량으로 된다. 이 때의 X전극의 합성 용량 Cxpa는, 다음의 수학식으로 표현된다.
Figure pat00001
제어 연산부(103)는, 터치 조작이 있을 때의 XP1 전극 용량 Cxpa를 XP1 전극의 신호 성분으로서 계산한다. 터치 조작의 유무에 의한 전극 용량을 용량 검출부(102)가 검출할 수 있기 때문에, 제어 연산부(103)가 XP1 전극의 신호 성분을 산출할 수 있다.
이상의 점으로부터, 비도전성의 입력 수단을 이용하여도, 압압에 의해 X전극 XP와 Z전극 ZP의 거리, 및 Y전극 YP와 Z전극 ZP의 거리가 변화함으로써, 정전 용량 변화에 의해 입력 좌표를 검지하는 것이 가능하게 된다.
이상 제1 실시예를 상세하게 설명하였지만, 본 실시예의 터치 패널은 도 2에 도시된 예만으로 한정되지 않고, 예를 들면, Z전극 ZP와 투명 탄성층(5) 사이 혹은 Z전극 ZP의 투명 탄성층(5)과는 반대측에 투명 탄성층(5)보다도 강성이 높은 비도전층이 형성되어도 된다. 또한, 투명 탄성층(5)과 Z전극 ZP가 동일한 층에 포함되고, 예를 들면 도전성의 미립자가 투명 수지 내에 분산된 투명 탄성 도전 수지층으로 이루어지는 1개의 층이 적용되어도 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 비도전성의 입력 수단이 터치 패널 상에 접촉한 경우라도, 용량 검출용의 X전극이나 Y전극과, 그 상부의 Z전극의 거리가 변화하는 것으로 용량 변화를 발생할 수 있기 때문에, 정전 용량 결합 방식으로서 입력 좌표를 검출할 수 있다.
<실시예 2>
도 6은 본 발명의 제2 실시예에서의 터치 패널(101)의 구성도로서, 도 3에서의 점 A부터 점 B까지의 터치 패널(101)의 단면 형상을 도시한 도면이다. 각 층을 구성하는 재료 및 각 층의 특성은 실시예 1과 마찬가지이며, 여기서는 설명을 생략한다.
본 실시예의 터치 패널(101)은, 제1 투명 기판(1) 위에 투명 도전막 XP, 투명한 제1 절연막(2), 투명 도전막 YP, 투명한 제2 절연막(3), 투명 탄성층(5), Z전극 ZP, Z전극과의 간격을 유지하는 스페이서(4)가 순차적으로 적층되어 있고, 그 위에 제2 투명 기판(6)이 적층된 터치 패널이다.
다음으로, 본 발명의 제2 실시예에 따른 터치 패널(101)에서의 터치 조작 시의 용량 변화에 대하여, 도 7을 이용하여 설명한다.
도 7은 터치 조작의 입력 수단이 비도전성이며, 터치 시의 압압에 의해 X전극 XP와 Z전극 ZP의 거리, 및 Y전극 YP와 Z전극 ZP의 거리가 변화하는 경우의 용량 변화를 설명하는 모식도이다. 또한, 도전성의 입력 수단(손가락 등)이라도 압압에 의한 X전극 XP와 Z전극 ZP의 거리, 및 Y전극 YP와 Z전극 ZP의 거리가 변화하면 마찬가지이다.
터치 조작이 없는 경우의 용량은, X전극 XP1과 Y전극 YP2 사이의 절연막(2)을 통한 미약한 인접 전극간 용량에 상당한다. 터치 시의 압압에 의해 Z전극 ZP가 눌러 내려진 경우, Z전극 ZP와 X전극 XP1간의 용량이 Cxza로 되고, Z전극 ZP와 Y전극 YP2간의 용량이 Cyza로 된 경우, X전극 XP1의 전극 용량을 용량 검출부(102)가 검출할 때에는, Y전극 YP2는 리세트 상태로 GND 전위로 된다. 그 때문에 X전극 XP1로부터 본 경우의 합성 용량은, Z전극 ZP가 플로팅의 상태이기 때문에, Cxza와 Cyza의 직렬 접속의 용량으로 된다. 이 때의 X전극의 합성 용량 Cxpa는, 실시예 1의 수학식 1과 마찬가지로 표현된다.
제어 연산부(103)는, 터치 조작이 있을 때의 XP1 전극 용량 Cxpa를 XP1 전극의 신호 성분으로서 계산한다. 터치 조작의 유무에 의한 전극 용량을 용량 검출부(102)가 검출할 수 있기 때문에, 제어 연산부(103)가 XP1 전극의 신호 성분을 산출할 수 있다.
　이상의 점으로부터, 비도전성의 입력 수단을 이용하여도, 압압에 의해 X전극 XP와 Z전극 ZP의 거리, 및 Y전극 YP와 Z전극 ZP의 거리가 변화함으로써, 정전 용량 변화에 의해 입력 좌표를 검지하는 것이 가능하게 된다.
이상에 설명한 점 이외에 대해서는, 제1 실시예와 마찬가지이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 비도전성의 입력 수단이 터치 패널 상에 접촉한 경우라도, 용량 검출용의 X전극이나 Y전극과, 그 상부의 Z전극의 거리가 변화하는 것으로 용량 변화를 발생할 수 있기 때문에, 정전 용량 결합 방식으로서 입력 좌표를 검출할 수 있다.
<실시예 3>
도 8은 본 발명의 제3 실시예에서의 터치 패널(101)의 구성도로서, 도 3에서의 점 A부터 점 B까지의 터치 패널(101)의 단면 형상을 도시한 도면이다.
본 실시예의 터치 패널(101)은, 제1 투명 기판(1) 위에 투명 도전막 XP, 투명한 제1 절연막(2), 투명 도전막 YP, 투명한 제2 절연막(3), Z전극과의 간격을 유지하는 스페이서(4), Z전극 ZP, 투명 탄성층(5)이 순차적으로 적층되고, 그 위에 제2 투명 기판(6)이 적층된 표시 장치이다.
스페이서(4)는, 광 경화성의 수지 재료로 이루어지고, 도트 형상의 주상 스페이서로 할 수 있다. 스페이서(4)는, 스크린 인쇄 등에 의해 20㎛ 이상 10000㎛ 이하의 간격으로 형성되는 것이 바람직하다. 스페이서의 형상은 원형, 사각형으로 되고, 직경은 5∼100㎛의 범위로 되고, 20∼50㎛가 바람직하다.
그 밖의 층을 구성하는 재료 및 그 밖의 층의 특성은 실시예 1과 마찬가지이며, 여기서는 설명을 생략한다.
다음으로, 본 발명의 제3 실시예에 따른 터치 패널(101)에서의 터치 조작 시의 용량 변화에 대하여, 도 9를 이용하여 설명한다.
도 9는, 터치 조작의 입력 수단이 비도전성이며, 터치 시의 압압에 의해 X전극 XP와 Z전극 ZP의 거리, 및 Y전극 YP와 Z전극 ZP의 거리가 변화하는 경우의 용량 변화를 설명하는 모식도이다. 또한, 도전성의 입력 수단(손가락 등)이라도 압압에 의한 X전극 XP와 Z전극 ZP의 거리, 및 Y전극 YP와 Z전극 ZP의 거리가 변화하면 마찬가지이다.
터치 조작이 없는 경우의 용량은, X전극 XP1과 Y전극 YP2 사이의 절연막(2)을 통한 미약한 인접 전극간 용량에 상당한다. 터치 시의 압압에 의해 Z전극 ZP가 눌러 내려진 경우, Z전극 ZP와 X전극 XP1간의 용량을 Cxza로 하고, Z전극 ZP와 Y전극 YP2간의 용량을 Cyza로 하면, X전극 XP1의 전극 용량을 용량 검출부(102)가 검출할 때에는, Y전극 YP2는 리세트 상태로 GND 전위로 된다. 그 때문에 X전극 XP1로부터 본 경우의 합성 용량은, Z전극 ZP가 플로팅의 상태이기 때문에, Cxza와 Cyza의 직렬 접속의 용량으로 된다. 이 때의 X전극의 합성 용량 Cxpa는, 실시예 1의 수학식 1과 마찬가지로 표현된다.
제어 연산부(103)는, 터치 조작이 있을 때의 XP1 전극 용량 Cxpa를 XP1 전극의 신호 성분으로서 계산한다. 터치 조작의 유무에 의한 전극 용량을 용량 검출부(102)가 검출할 수 있기 때문에, 제어 연산부(103)가 XP1 전극의 신호 성분을 산출할 수 있다.
이상의 점으로부터, 비도전성의 입력 수단을 이용하여도, 압압에 의해 X전극 XP와 Z전극 ZP의 거리, 및 Y전극 YP와 Z전극 ZP의 거리가 변화함으로써, 정전 용량 변화에 의해 입력 좌표를 검지하는 것이 가능하게 된다.
이상에 설명한 점 이외에 대해서는, 제1 실시예와 마찬가지이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 비도전성의 입력 수단이 터치 패널 상에 접촉한 경우라도, 용량 검출용의 X전극이나 Y전극과, 그 상부의 Z전극의 거리가 변화하는 것으로 용량 변화를 발생할 수 있기 때문에, 정전 용량 결합 방식으로서 입력 좌표를 검출할 수 있다.
<실시예 4>
도 10은 본 발명의 제4 실시예에서의 터치 패널(101)의 구성도로서, 도 3에서의 점 A부터 점 B까지의 터치 패널(101)의 단면 형상을 도시한 도면이다.
본 실시예의 터치 패널(101)은, 제1 투명 기판(1) 위에 투명 도전막 XP, 투명한 제1 절연막(2), 투명 도전막 YP, 투명한 제2 절연막(3), 투명 탄성층(5), Z전극 ZP, Z전극과의 간격을 유지하는 스페이서(4)가 순차적으로 적층되어 있고, 그 위에 제2 투명 기판(6)이 적층된 표시 장치이다.
스페이서(4)는, 광 경화성의 수지 재료로 이루어지고, 도트 형상의 주상 스페이서로 할 수 있다. 스페이서(4)는, 스크린 인쇄 등에 의해, 20㎛ 이상 10000㎛ 이하의 간격으로 형성되는 것이 바람직하다. 스페이서의 형상은 원형, 사각형 등으로 되고, 직경은 5∼100㎛의 범위로 되고, 20∼50㎛가 바람직하다.
그 밖의 층을 구성하는 재료 및 그 밖의 층의 특성은 실시예 1과 마찬가지이며, 여기서는 생략한다.
다음으로, 본 발명의 제4 실시예에 따른 터치 패널(101)에서의 터치 조작 시의 용량 변화에 대하여, 도 11을 이용하여 설명한다.
도 11은, 터치 조작의 입력 수단이 비도전성이며, 터치 시의 압압에 의해 X전극 XP와 Z전극 ZP의 거리, 및 Y전극 YP와 Z전극 ZP의 거리가 변화하는 경우의 용량 변화를 설명하는 모식도이다. 또한, 도전성의 입력 수단(손가락 등)이라도 압압에 의한 X전극 XP와 Z전극 ZP의 거리, 및 Y전극 YP와 Z전극 ZP의 거리가 변화하면 마찬가지이다.
터치 조작이 없는 경우의 용량은, X전극 XP1과 Y전극 YP2 사이의 절연막(2)을 통한 미약한 인접 전극간 용량에 상당한다. 터치 시의 압압에 의해 Z전극 ZP가 눌러 내려진 경우, Z전극 ZP와 X전극 XP1간의 용량을 Cxza로 하고, Z전극 ZP와 Y전극 YP2간의 용량을 Cyza로 하면, X전극 XP1의 전극 용량을 용량 검출부(102)가 검출할 때에는, Y전극 YP2는 리세트 상태로 GND 전위로 된다. 그 때문에 X전극 XP1로부터 본 경우의 합성 용량은, Z전극 ZP가 플로팅의 상태이기 때문에, Cxza와 Cyza의 직렬 접속의 용량으로 된다. 이 때의 X전극의 합성 용량 Cxpa는, 실시예 1의 수학식 1과 마찬가지로 표현된다.
제어 연산부(103)는, 터치 조작이 있을 때의 XP1 전극 용량 Cxpa를 XP1 전극의 신호 성분으로서 계산한다. 터치 조작의 유무에 의한 전극 용량을 용량 검출부(102)가 검출할 수 있기 때문에, 제어 연산부(103)가 XP1 전극의 신호 성분을 산출할 수 있다.
이상의 점으로부터, 비도전성의 입력 수단을 이용하여도, 압압에 의해 X전극 XP와 Z전극 ZP의 거리, 및 Y전극 YP와 Z전극 ZP의 거리가 변화함으로써, 정전 용량 변화에 의해 입력 좌표를 검지하는 것이 가능하게 된다.
이상에 설명한 점 이외에 대해서는, 제1 실시예와 마찬가지이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 비도전성의 입력 수단이 터치 패널 상에 접촉한 경우라도, 용량 검출용의 X전극이나 Y전극과, 그 상부의 Z전극의 거리가 변화하는 것으로 용량 변화를 발생할 수 있기 때문에, 정전 용량 결합 방식으로서 입력 좌표를 검출할 수 있다.
<실시예 5>
도 12는 본 발명의 제5 실시예의 터치 패널의 구성도로서, 도 3에서의 점 A부터 점 B까지의 터치 패널(101)의 단면 형상을 도시한 도면이다. 이 단면도에서는, 터치 패널 동작의 설명에 필요로 되는 층만이 도시되어 있다.
본 실시예의 터치 패널은, 제1 투명 기판(1) 위에 투명 도전막 XP, 투명한 제1 절연막(2), 투명 도전막 YP, 투명한 제2 절연막(3), Z전극과의 간격을 유지하는 탄성 스페이서(8), Z전극 ZP가 순차적으로 적층되고, 그 위에 제2 투명 기판(6)이 적층된 표시 장치이다.
도면 중, 참조 부호 1 및 6은 투명 기판, 참조 부호 2 및 3은 투명 절연막, 참조 부호 8은 탄성 스페이서, 참조 부호 9는 공기층, XP, YP, ZP는 검출용 전극이다.
탄성 스페이서(8)는, 입경이 고른 탄성 폴리머 비즈, 탄성 고무 비즈 등을 적절히 산포함으로써 형성된다. 제1 기판 위에 형성된 제2 절연막(3)과 Z전극간의 간격을 규정하는 비즈의 입경은 5∼100㎛의 범위에서 선택할 수 있다. 제2 절연막(3)과 Z전극간의 간격이 좁으면, 외광의 간섭에 의한 뉴튼 링이 발생하여, 표시 성능이 저하된다. 또한, 제2 절연막(3)과 Z전극간의 간격이 넓으면, 터치의 검출에 필요한 하중이 높아진다. 이 때문에, 제2 절연막(3)과 Z전극간의 간격은, 20∼50㎛가 바람직하다. 산포되는 비즈의 밀도는, 터치의 검출에 필요한 최저 하중의 설정이나, 탄성 스페이서 재료의 영율에 의존하지만, 동시에 2점을 검출하기 위해서, 1㎠당 1개 이상인 것이 바람직하다. 탄성 스페이서에 의한 광의 반사나 흡수로부터 일어나는 표시 성능 저하를 방지하기 위해서는, 산포되는 비즈의 밀도는, 1㎠당 400개 이하인 것이 바람직하다.
탄성 스페이서(8)는, 탄성을 갖는 고무 형상의 재료이며, 탄성을 갖는 재료이면 특별히 제한되지 않는다. 터치의 검출에 필요한 최저 하중을 내리기 위해서는, 영율이 낮은 쪽이 바람직하고, 100㎫ 이하가 특히 바람직하다. 또한, 영율이 1㎫ 이하라도 사용이 가능하지만, 탄성 스페이서의 재료가 소성 변형하기 쉽기 때문에, 1㎫ 이상이 바람직하다. 예를 들면, 부틸 고무, 불소 고무, 에틸렌프로필렌디엔 공중합 고무(EPDM), 아크릴로니트릴부타디엔 고무(NBR), 클로로플렌 고무(CR), 천연 고무(NR), 이소프렌 고무(IR), 스틸렌부타디엔 고무(SBR), 부타디엔 고무, 에틸렌프로필렌 고무, 실리콘 고무, 폴리우레탄 고무, 폴리노르보르넨 고무, 스틸렌부타디엔스틸렌 고무, 에피클로로히드린 고무, NBR의 수소화물, 다황화 고무, 우레탄 고무 등의 고무가 단독으로 혹은 2종류 이상이 혼합되어 이용된다.
Z전극 ZP의 전극 표면에 반사 방지막을 형성함으로써 계면 반사를 억제하여, 터치 패널의 가시광 광 투과율을 높여도 된다.
제2 투명 기판(6)의 재질은 특별히 한정되지 않지만, 압압에 대한 압축력을 탄성 스페이서(8)에 전달할 필요가 있기 때문에, 바륨 붕규산 글래스, 소다 글래스 등의 무기 글래스, 화학 강화 글래스 등은 강성이 높아 바람직하지 않다. 단, 300㎛ 이하의 두께이면 사용할 수 있다. 제2 투명 기판(6)의 재질로서는, 폴리에테르술폰(PES), 폴리술폰(PSF), 폴리카보네이트(PC), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등의 유연성이 있는 수지, 또는 유연성을 향상시키기 위해서 이들 수지에 엘라스토머 성분이 첨가된 재료 중으로부터 선택되는 것이 바람직하다.
다음으로, 본 실시예에 따른 터치 패널(101)에서의 터치 조작 시의 용량 변화에 대하여, 도 13을 이용하여 설명한다.
도 13은, 터치 조작의 입력 수단이 비도전성이며, 터치 시의 압압에 의해 X전극 XP와 Z전극 ZP의 거리, 및 Y전극 YP와 Z전극 ZP의 거리가 변화하는 경우의 용량 변화를 설명하는 모식도이다. 또한, 도전성의 입력 수단(손가락 등)이라도 압압에 의한 X전극 XP와 Z전극 ZP의 거리, 및 Y전극 YP와 Z전극 ZP의 거리가 변화하면 마찬가지이다.
인접하는 X전극과 Y전극간의 용량은, 절연막을 통한 XY전극간 용량(도시 생략), Z전극 ZP와 XY전극이 각각 형성하는 평행 평판 용량 등의 합성 용량에 상당한다. 여기서, 터치 조작이 없는 경우의 X전극(XP1)과 Z전극간의 용량을 Czx(도시 생략), Y전극(YP2)과 Z전극간의 용량을 Czy(도시 생략)로 한다. 여기서, 도 13의 (a)와 같이 터치 시의 압압에 의해 Z전극 ZP가 눌러 내려진 경우, Z전극과 XY전극 간과의 거리는 짧아지기 때문에, 그 평행 평판 용량은 커진다. 여기서, 터치 시의 XP1과 ZP간의 용량을 Czxa, YP2와 ZP간의 용량을 Czy로 하면, 다음의 관계식으로 된다.
Figure pat00002
Figure pat00003
Z전극 ZP는 플로팅이기 때문에, 터치 조작의 유무의 상태에서의 합성 용량은, 도 13의 (b), 도 13의 (c)에 도시된 바와 같이 직렬 용량이라고 생각된다. 따라서, 터치 조작의 유무에 의해 생기는 인접하는 X전극과 Y전극간의 용량 변화 ΔC는, 하기의 수학식으로 표현된다.
Figure pat00004
용량 검출부(102)는, 각 전극의 용량, 혹은 수학식 4로 표현되는 바와 같은 터치 조작의 유무에 의한 용량 변화를 검출한다. 제어 연산부(103)는, 용량 검출부(102)에서 얻어지는 각 전극의 용량, 혹은 용량 변화 등을 신호 성분으로 하여, 터치 조작 시의 좌표를 계산한다.
이상의 점으로부터, 비도전성의 입력 수단을 이용하여도, 압압에 의해 X전극 XP와 Z전극 ZP의 거리, 및 Y전극 YP와 Z전극 ZP의 거리가 변화함으로써, 정전 용량 변화에 의해 입력 좌표를 검지하는 것이 가능하게 된다.
도 14는 본 실시예에서의 터치 패널(101)과 표시부(106)의 단면도이다. 도 14는, 터치 패널(101)과 표시부(106)를 접착층(7)에 의해 밀착시키는 경우를 도시하고 있다. 접착층(7)의 형성에는, 단층으로 두께가 100㎛ 이상인 점착성을 갖는 수지 재료를 도포하는 방법과, 단층으로 두께가 100㎛ 이상인 수지 점착 시트를 접착하는 방법이 있다. 점착성을 갖는 도포형의 수지 재료로서는, 실리콘 수지, 우레탄계 수지, 에폭시계 수지, 폴리에스테르계 수지, 아크릴계 수지 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 점착성을 갖는 아크릴계 수지를 함유하는 것이, 내열성, 내습열성, 내광성 등의 내구성이나, 투명성, 저코스트성(범용성이 높음)의 점에서 바람직하다.
본 공정에서의 도포 방법은, 도공액을 균일하게 도포할 수 있는 방법이면 특별히 한정되지 않고, 바 코팅, 프레드 코팅, 스핀 코팅, 다이 코팅, 슬릿 리버스 코팅, 3본 리버스 코팅, 콤마 코팅, 롤 코팅, 디프 코팅 등의 방법을 이용할 수 있다.
도포막의 두께는, 100㎛∼1500㎛, 더욱 바람직하게는 500㎛∼1000㎛로 하는 것이다.
상기 도포 공정 후, 상기 도포 공정에 의해 도포된 상기 수지 재료 도공액 내에 함유되는 광중합성 모노머를 중합시켜 고분자화하기 위해서, 1㎽/㎠ 이상 100㎽/㎠ 미만의 조도로 10∼180초간 자외선을 조사한다.
점착성을 갖는 시트형의 점착 재료로서는, 아크릴계 점착재, 아세트산 비닐계 점착재, 우레탄계 점착재, 에폭시 수지, 염화 비닐리덴계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리에스테르계 수지, 합성 고무계 점착재, 실리콘계 수지를 들 수 있고, 이 중에서도 투명성이 높은 아크릴계 점착재 및 실리콘계 수지가 바람직하다. 또한 충격 완충 기능의 점에서는 실리콘계 수지가 바람직하다.
이 접착층(7)에 의해, 제1 투명 기판(1)과 공기층과의 계면, 및 표시부(106)와 공기층과의 계면을 해소하는 것이 가능하게 된다.
이상에 설명한 점 이외에 대해서는, 제1 실시예와 마찬가지이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 형태에 따르면, 비도전성의 입력 수단이 터치 패널 상에 접촉한 경우라도, 용량 검출용의 X전극이나 Y전극과, 그 상부의 Z전극의 거리가 변화하는 것으로 용량 변화를 발생할 수 있기 때문에, 정전 용량 결합 방식으로서 입력 좌표를 검출할 수 있다. 또한, 표시부(106) 위에 터치 패널(101)이 설치된 경우라도, 고휘도이면서 고콘트라스트의 화상을 표시할 수 있어, 표시 장치의 화질을 향상시킬 수 있다.
<실시예 6>
도 15는 본 발명의 제6 실시예의 터치 패널의 구성도로서, 도 3에서의 점 A부터 점 B까지의 터치 패널(101)의 단면 형상을 도시한 도면이다.
본 실시예의 표시 장치는, 제1 투명 기판(1) 위에 투명 도전막 XP, 투명한 제1 절연막(2), 투명 도전막 YP, 투명한 제2 절연막(3), Z전극과의 간격을 유지하는 탄성 스페이서(8), Z전극 ZP가 순차적으로 적층되고, 그 위에 제2 투명 기판(6)이 적층된 표시 장치이다.
탄성 스페이서(8)는, 광 경화성의 탄성 수지 재료로 이루어지고, 제1 투명 기판의 절연막(3)면의 Z전극측, 또는 Z전극의 제1 투명 전극측에 형성되고, 도트 형상의 주상 스페이서로 할 수 있다. 탄성 스페이서(8)는, 스크린 인쇄 등에 의해, 500㎛ 이상 10000㎛ 이하의 간격으로 형성되는 것이 바람직하다. 탄성 스페이서의 형상은 원형, 사각형 등으로 되고, 직경은 5∼100㎛의 범위로 된다. 제2 절연막(3)과 Z전극간의 간격이 좁으면, 외광의 간섭에 의한 뉴튼 링이 발생하여, 표시 성능이 저하된다. 또한, 제2 절연막(3)과 Z전극간의 간격이 넓으면, 터치의 검출에 필요한 하중이 높아진다. 이 때문에, 20∼50㎛가 바람직하다.
탄성 스페이서(8)는, 탄성을 갖는 고무 형상의 재료로 이루어지고, 탄성을 갖는 재료이면 특별히 제한되지 않는다. 터치의 검출에 필요한 최저 하중을 내리기 위해서는, 영율이 낮은 쪽이 바람직하고, 100㎫ 이하가 특히 바람직하다. 또한, 영율이 1㎫ 이하라도 사용이 가능하지만, 탄성 스페이서의 재료가 소성 변형하기 쉽기 때문에, 1㎫ 이상이 바람직하다. 예를 들면, 엘라스토머로서, 스틸렌계 엘라스토머, 올레핀계 엘라스토머, 폴리에스테르계 엘라스토머, 폴리아미드계 엘라스토머, 우레탄계 엘라스토머, 실리콘계 엘라스토머를 사용할 수 있다. 엘라스토머에 아크릴 수지, 에폭시 수지, 폴리올레핀 수지 등이 혼합되어 사용된다.
또한, 고무로서, 부틸 고무, 불소 고무, 에틸렌프로필렌디엔 고무 공중합 고무(EPDM), 아크릴로니트릴부타디엔 고무(NBR), 클로로플렌 고무(CR), 천연 고무(NR), 이소프렌 고무(IR), 스틸렌부타디엔 고무(SBR), 부타디엔 고무, 에틸렌프로필렌 고무, 실리콘 고무, 폴리우레탄 고무, 폴리노르보르넨 고무, 스틸렌부타디엔스틸렌 고무, 에피클로로히드린 고무, NBR의 수소화물, 다황화 고무, 우레탄 고무 등의 고무가 단독으로 혹은 2종류 이상이 혼합되어 이용된다.
그 밖의 층을 구성하는 재료 및 그 밖의 층의 특성은 실시예 5와 마찬가지이며, 여기서는 설명을 생략한다.
다음으로, 본 실시예에 따른 터치 패널(101)에서의 터치 조작 시의 용량 변화에 대하여, 도 16을 이용하여 설명한다.
도 16은, 터치 조작의 입력 수단이 비도전성이며, 터치 시의 압압에 의해 X전극 XP와 Z전극 ZP의 거리, 및 Y전극 YP와 Z전극 ZP의 거리가 변화하는 경우의 용량 변화를 설명하는 모식도이다. 또한, 도전성의 입력 수단(손가락 등)이라도 압압에 의한 X전극 XP와 Z전극 ZP의 거리, 및 Y전극 YP와 Z전극 ZP의 거리가 변화하면 마찬가지이다.
본 실시예에 따른 터치 패널(101)에서의 터치 조작 시에서도, 제5 실시예에서 설명한 도 13과 마찬가지로, XY전극과 Z전극의 거리가 짧아진다. 따라서, 이 때의 용량 변화는 실시예 5의 수학식 4와 마찬가지로 표현된다.
용량 검출부(102)는, 각 전극의 용량, 혹은 수학식 4로 표현되는 바와 같은 터치 조작의 유무에 의한 용량 변화를 검출한다. 제어 연산부(103)는, 용량 검출부(102)에서 얻어지는 각 전극의 용량, 혹은 용량 변화 등을 신호 성분으로 하여, 터치 조작 시의 좌표를 계산한다.
이상의 점으로부터, 비도전성의 입력 수단을 이용하여도, 압압에 의해 X전극 XP와 Z전극 ZP의 거리, 및 Y전극 YP와 Z전극 ZP의 거리가 변화함으로써, 정전 용량 변화에 의해 입력 좌표를 검지하는 것이 가능하게 된다.
또한, 표시부(106)와 터치 패널(101)의 적층 방법에 관해서는, 도 17에 도시된 바와 같이, 제5 실시예와 마찬가지이기 때문에, 여기서는 설명을 생략한다.
이상에 설명한 점 이외에 대해서는, 제5 실시예와 마찬가지이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 비도전성의 입력 수단이 터치 패널 상에 접촉한 경우라도, 용량 검출용의 X전극이나 Y전극과, 그 상부의 Z전극의 거리가 변화하는 것으로 용량 변화를 발생할 수 있기 때문에, 정전 용량 결합 방식으로서 입력 좌표를 검출할 수 있다. 또한, 표시부(106) 위에 터치 패널(101)이 설치된 경우라도, 고휘도이면서 고콘트라스트의 화상을 표시할 수 있어, 표시 장치의 화질을 향상시킬 수 있다.
금회 개시된 실시예는 모든 점에서 예시이고 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 나타나며, 특허 청구 범위와 균등의 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
XP : 용량 검출용의 X전극(투명 도전막)
YP : 용량 검출용의 Y전극(투명 도전막)
ZP : Z전극
1 : 제1 투명 기판
2 : 제1 투명 절연막
3 : 제2 투명 절연막
4 : 스페이서
5 : 투명 탄성층
6 : 제2 투명 기판
7 : 접착층
8 : 탄성 스페이서
9 : 공기층
101 : 터치 패널
102 : 용량 검출부
103 : 제어 연산부
104 : 시스템(CPU)
105 : 표시 제어 회로
106 : 표시부
Cxz, Cxza :　X전극과 Z전극 사이의 용량 성분
Cyz, Cyza : Y전극과 Z전극 사이의 용량 성분

Claims (12)

  1. XY 위치 좌표를 검출하는 복수의 좌표 검출 전극과, 상기 좌표 검출 전극을 갖는 제1 기판과, 상기 제1 기판에 대향하여 설치된 제2 기판을 구비한 정전 용량 결합 방식 터치 패널로서,
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에, 도전성의 도전층과, 상기 제1 기판 및 제2 기판의 면 방향으로 간격을 두고 설치된 복수의 비도전성의 스페이서와, 상기 제1 기판, 상기 제2 기판 및 상기 스페이서보다도 강성이 낮은 탄성층을 구비한 것을 특징으로 하는 정전 용량 결합 방식 터치 패널.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 기판과 상기 도전층 사이에, 상기 탄성층을 구비하고,
    상기 제1 기판과 상기 도전층 사이에 상기 스페이서를 구비한 것을 특징으로 하는 정전 용량 결합 방식 터치 패널.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 도전층과 상기 탄성층은, 동일한 층에 포함되는 탄성 도전층이고,
    상기 탄성 도전층과 상기 제1 기판 사이에 상기 스페이서를 구비한 것을 특징으로 하는 정전 용량 결합 방식 터치 패널.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기판과 상기 도전층 사이에, 상기 탄성층을 구비하고,
    상기 제2 기판과 상기 도전층 사이에 상기 스페이서를 구비한 것을 특징으로 하는 정전 용량 결합 방식 터치 패널.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 도전층과 상기 탄성층 사이 또는 상기 도전층과 상기 스페이서 사이에, 상기 탄성층보다도 강성이 높은 비도전층을 구비한 것을 특징으로 하는 정전 용량 결합 방식 터치 패널.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 탄성층의 두께는, 상기 스페이서의 높이보다도 큰 것을 특징으로 하는 정전 용량 결합 방식 터치 패널.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 좌표 검출 전극 상에 절연막을 갖고,
    상기 스페이서는, 상기 절연막에 접촉할 수 있는 것을 특징으로 하는 정전 용량 결합 방식 터치 패널.
  8. XY 위치 좌표를 검출하는 복수의 좌표 검출 전극과, 상기 좌표 검출 전극을 갖는 제1 기판과, 상기 제1 기판에 대향하여 설치된 제2 기판을 구비한 정전 용량 결합 방식 터치 패널로서,
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에, 도전성의 도전층과, 상기 도전층과 상기 제1 기판 사이에, 상기 제1 기판 및 제2 기판의 면 방향으로 간격을 두고 설치된 복수의 비도전성의 스페이서를 구비하고,
    상기 스페이서는, 상기 제1 기판, 상기 제2 기판 및 상기 도전층보다도 강성이 낮은 것을 특징으로 하는 정전 용량 결합 방식 터치 패널.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 스페이서는, 비즈인 것을 특징으로 하는 정전 용량 결합 방식 터치 패널.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 스페이서는, 상기 제1 기판측 또는 상기 제2 기판측에 형성된 돌기인 것을 특징으로 하는 정전 용량 결합 방식 터치 패널.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 스페이서의 설치 피치는, 20㎛ 이상 10000㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 정전 용량 결합 방식 터치 패널.
  12. 표시부를 갖는 표시 장치와,
    상기 표시부 위에 설치된 제1항의 정전 용량 결합식 터치 패널을 구비한 터치 패널을 갖는 표시 장치.
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