WO2010147045A1

WO2010147045A1 - 押圧検出機能を有する抵抗膜式タッチパネル

Info

Publication number: WO2010147045A1
Application number: PCT/JP2010/059834
Authority: WO
Inventors: 橋本孝夫; 西川和宏; 甲斐義宏; 鈴木貴博
Original assignee: 日本写真印刷株式会社
Priority date: 2009-06-19
Filing date: 2010-06-10
Publication date: 2010-12-23
Also published as: JP2011003104A; TW201104550A

Abstract

　押下した画面の位置（Ｘ，Ｙ座標）のみでなく、同時にＺ方向（圧力）を検出することができ、安価な押圧検出機能を有する抵抗膜式タッチパネルを提供することにある。　抵抗膜式の透明タッチパネルにおいて、さらに第１部材と第２部材との対向面のうち少なくとも一方に形成された、加えられた押圧力により電気特性が変化する導電性の透明な感圧インク膜を入力領域に備えた、ことを特徴とする押圧検出機能を有する抵抗膜式タッチパネル。

Description

押圧検出機能を有する抵抗膜式タッチパネル

　本発明は、面に加わった外力のうち、当該面に垂直な方向成分の圧力を測定する押圧検出機能を有する抵抗膜式タッチパネルに関する。

　従来、例えば液晶ディスプレイなどの画像表示装置の表示画面上にタッチパネルを重ねて取り付けて、タッチパネルへの押圧操作により表示画面に表示されたボタンなどの選択を行う画面入力装置がある。タッチパネルには、抵抗膜式（例えば、特許文献１参照）や光学式などがあり、このうち、抵抗膜式のタッチパネルは、構造が単純である、低コストであるなどの利点により広く普及している。

　抵抗膜式タッチパネルは、上下のパネルに形成された透明導電膜が接触した位置を抵抗値の変化として検出するもので、図６及び図７に示すように構成されている。この抵抗膜式タッチパネルは、対向配置された下側パネル５０及び上側パネル６０からなる。下側パネル５０は、ガラス板５１の上面のほぼ全面に抵抗膜となるＩＴＯ等の透明導電膜５２を形成し、図中Ｘ方向の両端に位置検出用電極５３ａ，５３ｂを形成してなる。また、上側パネル６０は、可撓性のある透明樹脂フィルム６１の下面のほぼ全面に抵抗膜となるＩＴＯ等の透明導電膜６２を形成し、図中Ｙ方向の両端に位置検出用電極６３ａ，６３ｂを形成してなる。なお、下側パネル５０と上側パネル６０とは、図８に拡大断面図を示すように、透明絶縁体からなるドットスペーサ５４を介して対向配置され、常時は額縁接着層７０により上下の透明導電膜５２，６２が空気層によって全体的に離間した状態（以下、エアギャップという）となっている。

下側パネル５０の電極５３ａと上側パネル６０の電極６３ｂは、それぞれスイッチＳＷ１，ＳＷ２を介して電源に接続され、下側パネル５０の電極５３ｂと上側パネル６０の電極６３ａは、それぞれスイッチＳＷ３，ＳＷ４を介して接地されている。

この抵抗膜式タッチパネルの上側パネル６０の点Ｐの位置が押されると、透明樹脂フィルム６１が撓んで、上下の透明導電膜５２，６２が接触する。このとき、スイッチＳＷ１，ＳＷ３をオン状態、スイッチＳＷ２，ＳＷ４をオフ状態にすると、電極５３ａ，５３ｂ間には、それぞれ電源電圧Ｖｃｃと接地電圧とが与えられるので、電極６３ａからは、点ＰのＸ方向位置ｘに応じて電源電圧Ｖｃｃを分圧した電圧が得られる。これがＸ座標検出信号として図示しない検出回路に出力される。同様に、スイッチＳＷ２，ＳＷ４をオン状態、スイッチＳＷ１，ＳＷ３をオフ状態にすると、電極６３ａ，６３ｂ間には、それぞれ電源電圧Ｖｃｃと接地電圧とが与えられるので、電極５３ｂからは、点ＰのＹ方向位置ｙに応じて電源電圧Ｖｃｃを分圧した電圧が得られる。これがＹ座標検出信号として図示しない検出回路に出力される。

特開２００２－２５９０５７号公報

　近年、タッチパネルを有する電子機器、特に、携帯電話機やゲーム機などの携帯型電子機器においては、例えば決定ボタンに代わるものとして、タッチパネルに押圧検出機能を付加することが求められている。しかし、特許文献１の抵抗膜式タッチパネルでは、押下した位置（Ｘ，Ｙ座標）のみを検出できるものであり、押下した圧力（Ｚ方向）を検出することができなかった。

　また、上下の透明導電膜に用いる材料としてＩＴＯ（酸化インジウムスズ）などの透明性、導電性及び耐久性のよいものを必要としたが、抵抗膜式タッチパネルのほか、有機ＥＬパネル、太陽電池、青色発光ダイオードなどとＩＴＯの需要が拡大しており、ＩＴＯの主成分であるＩｎ（インジウム）が希少金属であることから、資源枯渇問題が深刻化してきた。Ｉｎ資源の埋蔵量からみて，このまま使い続けると２０１１年で枯渇するという予測もあり，危機感が高まっている。その結果としてＩｎの価格も高騰が続いており、タッチパネルを安価で提供することが難しくなってきた。

　したがって、本発明の目的は、前記課題を解決することにあって、押下した画面の位置（Ｘ，Ｙ座標）のみでなく、同時にＺ方向（圧力）を検出することができ、安価な押圧検出機能を有する抵抗膜式タッチパネルを提供することにある。

　本発明は、前記技術的課題を解決するために、以下の構成の押圧検出機能を有する抵抗膜式タッチパネルを提供する。

　本発明の第１態様によれば、　透明板の上面に抵抗膜として第１の透明導電膜を形成すると共に第１の透明導電膜の第１方向の両端部に第１の位置検出用電極対を形成してなる第１部材と、
　可撓性透明フィルムの下面に抵抗膜である第２の透明導電膜を形成すると共に第２の透明導電膜の第１方向と直交する第２方向の両端部に第２の位置検出用電極対を形成してなる第２部材とを、
　前記第１及び第２の透明導電膜が所定ギャップを介して対向するように周縁部を額縁接着層にて貼り合わせ、
　押下点を前記第１及び第２の位置検出用電極対の電位に基づいて検出する抵抗膜式の透明タッチパネルにおいて、
　さらに前記第１部材と前記第２部材との対向面のうち少なくとも一方に形成された、加えられた押圧力により電気特性が変化する導電性の透明な感圧インク膜を入力領域に備えた、
ことを特徴とする押圧検出機能を有する抵抗膜式タッチパネルを提供する。

　本発明の第２態様によれば、前記感圧インク膜は、前記第１部材上に配置されている、第１態様に記載の押圧検出機能を有する抵抗膜式タッチパネルを提供する。

　本発明にかかる押圧検出機能を有する抵抗膜式タッチパネルによれば、押下点において前記第１及び第２の透明導電膜どうしを直接接触させて導通をとるのではなく、前記感圧インク膜を通じて導通をとった。すなわち、前記感圧インク膜に荷重が与えられることで前記感圧インク膜の抵抗値が下がり、導通がとれる。このとき、前記感圧インク膜の抵抗値がある閾値を越えた時点で入力と判断できるようにすれば、前記第１及び第２の透明導電膜どうしが直接接触しなくても押下した位置（Ｘ，Ｙ座標）を検出できる。しかも、前記感圧インク膜の抵抗値が下がり具合によって同時にその位置におけるＺ方向（圧力）を検出することもできる。

　また、前記感圧インク膜に耐久性があるものを使えば、前記第１及び第２の透明導電膜に耐久性の必要のない安価な材料を使用することができ、安価なタッチパネルが得られる。

本発明の一実施形態にかかるタッチパネルの主構成部分の模式分解斜視図である。本発明の一実施形態にかかるタッチパネルの加飾構成部分の模式分解斜視図である。本発明の一実施形態にかかるタッチパネルの模式断面図である。本発明の一実施形態にかかるタッチパネルを搭載する携帯電話機の斜視図である。図４のＡ１－Ａ１断面図である。従来のタッチパネルの概略構成を示す断面図である。従来のタッチパネルの概略構成を示す分解斜視図である。従来のタッチパネルの拡大断面図である。

　以下、本発明の最良の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

　図１は本発明の一実施形態にかかるタッチパネルの主構成部分の模式分解斜視図であり、図２は本発明の一実施形態にかかるタッチパネルの加飾構成部分の模式分解斜視図である。タッチパネル１０４は、対向配置された第１部材である下側パネル１及び第２部材である上側パネル２と、これら上側パネル２及び下側パネル１の端部に接続されて外部回路との電気的な接続のためのコネクタ部を形成するＦＰＣ３と、第１部材と第２部材とを周縁部で貼り合わせる額縁接着層４と、位置検出及び押圧力の強さを検出するための感圧インク膜５を備えている（図１参照）。また、この本実施形態においては、上側パネル２の下側パネル１と対向させる面とは反対面にさらに、ＰＳＡ（Pressure Sensitive Adhesive）８，９により、図２に示す加飾フィルム６及びハードコートフィルム７が順次貼着されて第２部材を構成している。

　前記下側パネル１は次のように構成されている。即ち、透明板１１の上面には、抵抗膜（透明電極とも呼ばれる）となる透明導電膜１２が形成されている。この透明導電膜１２は、下側パネル１の周縁部を絶縁するため、全面に形成後に周縁部をエッチング除去したり、絶縁層で被覆したりしている。そしてＸ方向に対向する両端部には導電ペーストが下側パネル１の位置検出用電極（バスバーとも呼ばれる）１５ａ，１５ｂとして形成されており、さらにこれら電極１５ａ，１５ｂからＦＰＣ接続部まで延設される引き回し配線１５ｃ，１５ｄとして形成されている。

　前記透明板１１は、通常、透視性、剛性、及び加工性に優れた材料、例えば、ガラス板、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂板などで構成されている。あるいはこれらの上面に透明樹脂フィルム、例えば、ＰＥＴフィルム、ＰＣフィルムなどを貼り合わせてもよい。

　前記透明導電膜１２の材料としては、酸化錫、酸化アンチモン、酸化亜鉛、酸化カドミウム等の金属酸化物や導電性ポリマーの薄膜が挙げられる。前記感圧インク膜５に耐久性があるものを使えば、前記透明導電膜１２に耐久性の必要のないこれらの安価な材料を使用することができる。

　前記透明導電膜１２の形成方法としては、例えば、真空蒸着法、スパッタリング、イオンプレーティング、ＣＶＤ法、ロールコーター法などを用いることができる。前記エッチングは、電極として残したい部分にフォトリソ法やスクリーン法などによりレジストを形成した後、塩酸などのエッチング液に浸漬することにより行うことができる。また、前記エッチングは、前記レジストの形成後、エッチング液を噴射してレジストが形成されていない部分の導電性被膜を除去し、その後、溶剤に浸漬することによりレジストを膨潤又は溶解させて除去することにより行うこともできる。また、前記エッチングは、レーザーにより行うこともできる。

　前記電極１５ａ，１５ｂ及び前記引き回し配線１５ｃ，１５ｄを形成する導電ペーストとしては、金、銀、銅、若しくはニッケルなどの金属、あるいはカーボンなどのペーストを用いることができる。これらの形成方法としては、スクリーン印刷、オフセット印刷、グラビア印刷、若しくはフレキソ印刷などの印刷法、フォトレジスト法などが挙げられる

　一方、前記上側パネル２は次のように構成されている。即ち、可撓性のある透明樹脂フィルム２１の下面には、抵抗膜（透明電極とも呼ばれる）となる透明導電膜２２が形成されている。この透明導電膜２２は、上側パネル２の周縁部を絶縁するため、全面に形成後に周縁部をエッチング除去したり、絶縁層で被覆したりしている。そしてＹ方向に対向する両端部には導電ペーストが上側パネル２の位置検出用電極（バスバーとも呼ばれる）２５ａ，２５ｂとして形成されており、さらにこれら電極２５ａ，２５ｂからＦＰＣ接続部まで延設される引き回し配線２５ｃ，２５ｄとして形成されている。

　前記可撓性のある透明樹脂フィルム２１は、例えば、ＰＥＴ、ＰＣなどの樹脂で構成されている。

　前記透明導電膜２２、前記電極２５ａ，２５ｂ及び前記引き回し配線形成する導電ペーストについては、下側パネル１の説明と同様である。

　第１部材と第２部材とを周縁部で貼り合わせる額縁接着層４は、次のように構成されている。即ち、額縁状のものであり、粘着性を有して第１部材と第２部材とを接着するとともに、透明導電膜１２，２２どうしの隙間（エアギャップ）を保持するための絶縁性部材である。額縁接着層４としては、例えば、芯材なしの両面粘着テープを打抜いたものを用いることができる。額縁接着層４の厚みは、例えば、０．０１～２ｍｍに設定されている。

　コネクタ部を形成する前記ＦＰＣ３は、ＰＥＴ等からなる絶縁樹脂フィルム３１の片面に導電パターンからなる端子３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄを形成したもので、これら端子３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄは、それぞれ引き回し配線１５ｃ，１５ｄ，２５ｃ，２５ｄと、例えば導電性接着材等でそれぞれ接続されるようになっている。

　前記電極１５ｂ，２５ｂからの端子３２ａ，３２ｃは、図示しないスイッチＳＷ１，ＳＷ２を介して電源Ｖｃｃに接続されている。前記電極１５ａ，２５ａからの端子３２ｂ，３２ｄは図示しないスイッチＳＷ３，ＳＷ４を介して接地されると共に、図示しない検出回路のＸ座標検出用及びＹ座標検出用の端子と接続されている。

　なお、以上の実施形態では、上側パネル２及び下側パネル１の間にＦＰＣ３の一端を挿入して接続するようにしたが、下側パネル１にスルーホールを設け、当該スルーホールを介して接続するようにしても良い。

　位置検出及び押圧力の強さを検出するための感圧インク膜５は、次のように構成されている。即ち、少なくとも一方の抵抗膜を覆うように入力領域に設けられ、加えられた押圧力により電気特性が変化するものである、感圧インク膜５を構成する組成物は、外力に応じて電気抵抗値などの電気特性が変化する透明な素材で構成されている。前記組成物として、例えば、英国のＰｅｒａｔｅｃｈ社から商品名「ＱＴＣ」で入手可能な量子トンネル現象複合材料を用いることができる。感圧インク膜５の形成方法としては、スクリーン印刷、オフセット印刷、グラビア印刷、又はフレキソ印刷などの印刷法を用いることができる。

　前記感圧インク膜５は、前記第１部材と前記第２部材との対向面のうち少なくとも一方に形成されればよいが、より好ましくは、本実施形態のように前記第１部材である下側パネル１側である。なぜなら、上側パネル２は撓むことにより応力がかかりやすいからである。

　なお、本実施形態においては、入力していないときに前記第１部材が撓んで導通することを防止するために、絶縁インキなどからなるドットスペーサ１８を設けている。

前記上側パネル２上の点Ｐの位置が押されると、透明樹脂フィルム２１が撓んで点Ｐ付近で透明導電膜１２，２２間に挟まれた感圧インク膜５に外力が加わる。この外力の加えられた感圧インク膜５は抵抗値が変化し上下の透明導電膜１２，２２が感圧インク膜５を介して導通する。このとき、従来技術と同様にスイッチＳＷ１，ＳＷ３をオン状態、スイッチＳＷ２，ＳＷ４をオフ状態にすると、電極１５ａ，１５ｂ間には、それぞれ電源電圧Ｖｃｃと接地電圧とが与えられるので、電極２５ａからは、点ＰのＸ方向位置ｘに応じて電源電圧Ｖｃｃを分圧した電圧が得られる。これがＸ座標検出信号として図示しない検出回路に出力される。同様に、スイッチＳＷ２，ＳＷ４をオン状態、スイッチＳＷ１，ＳＷ３をオフ状態にすると、電極２５ａ，２５ｂ間には、それぞれ電源電圧Ｖｃｃと接地電圧とが与えられるので、電極１５ｂからは、点ＰのＹ方向位置ｙに応じて電源電圧Ｖｃｃを分圧した電圧が得られる。これがＹ座標検出信号として図示しない検出回路に出力される。なお、前記感圧インク膜５の抵抗値がある閾値を越えた時点で入力と判断するようにする。そうしないと、迷い手やお手つきなどの誤入力が発生するという問題が生ずるからである。

　そして、押下した位置（Ｘ，Ｙ座標）を検出した後、スイッチＳＷ２，ＳＷ２をオン状態、スイッチＳＷ１，ＳＷ４をオフ状態にして、電極２５ａ，１５ｂ間に、それぞれ電源電圧Ｖｃｃと接地電圧とを与える。点Ｐの位置が押された際に、点Ｐでの上下の透明導電膜１２，２２の導通に介在した感圧インク膜５は、加えられる外力が増大するのに応じて下部感圧インク膜５の電気抵抗値が小さくなるので、タッチパネルへのタッチ入力面への押圧力が大きくなると、上下の透明導電膜１２，２２間に流れる電流が増大する。この電流の変化を電圧値に変換して検出することによって、感圧インク膜５に加えられる外力を検出することができ、タッチパネルへのタッチ入力面への押圧力を検出することができる。

　ところで、本実施形態に示すタッチパネルは、例えば、電子機器、特に携帯電話機やゲーム機などの携帯型電子機器のディスプレイのタッチ入力デバイスとして好適に機能するものであるが、図４には本発明のタッチパネルが携帯電話機に搭載される例を示す。

　図４は本発明の一実施形態にかかるタッチパネルを搭載する携帯電話機の斜視図であり、図５は図４のＡ１－Ａ１断面図である。

　図４に示すように、携帯電話機１０１は、前面に表示窓１０２Ａが形成された合成樹脂製の筐体１０２と、液晶や有機ＥＬなどの表示部１０３Ａを有し、筐体１０２内に内蔵された画像表示装置１０３と、表示窓１０２Ａに嵌め込まれたタッチパネル１０４と、筐体１０２の前面に配置された複数の入力キー１０５とを備えている。

　筐体１０２の表示窓１０２Ａは、タッチパネル１０４の嵌め込みを許容するため、段差を有するように形成されている。表示窓１０２Ａの底面には、画像表示装置１０３の表示部１０３Ａが視認できるように開口部１０２ａが形成されている。タッチパネル１０４は、開口部１０２ａの周囲の枠状部分１０２ｂ上に配置されて、開口部１０２ａを塞ぐ（図５参照）。タッチパネル１０４の固定には両面テープ１０７などを用いることができる。

　なお、表示窓１０２Ａの形状や大きさは、タッチパネル１０４の形状や大きさに応じて種々の変更が可能である。表示窓１０２Ａの段差は、タッチパネル１０４の厚みなどに応じて種々の変更が可能である。表示窓１０２Ａの開口部１０２ａの形状や大きさは、表示部１０３Ａの形状や大きさなどに応じて種々の変更が可能である。ここでは、表示窓１０２Ａ、開口部１０２ａ、表示部１０３Ａ、及びタッチパネル１０４の形状を矩形とし、表示窓１０２Ａの段差を筐体１０２の表面とタッチパネル１０４の表面との高さが同じになるように設定している。

　本実施形態のタッチパネル１０４においては、前述したように上側パネル２の下側パネル１と対向させる面とは反対面にさらに、透明粘着剤により、加飾フィルム６及びハードコートフィルム７が順次貼着されて第２部材を構成している。したがって、図４に示すように、透明窓部分１０４Ａと、透明窓部分１０４Ａの周囲に配置された枠状の加飾領域１０４Ｂとを有している。タッチパネル１０４が携帯電話機の筐体１０２の表示窓１０２Ａに配置された場合には、透明窓部分１０４Ａから画像表示装置１０３の表示部１０３Ａを視認することができる。

　図２に示す前記加飾フィルム６は、上側パネル２と同様の透明樹脂フィルムの周囲表面に枠状にインクを塗布することにより形成されている。タッチパネル１０４の加飾領域１０４Ｂは、前記インクを塗布した部分である加飾部６ａにより形成され、加飾部６ａが設けられていない部分（非加飾部）６ｂがタッチパネル１０４の透明窓部分１０４Ａとなる。

　加飾部６ａを構成するインクとしては、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアクリル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリビニルアセタール系樹脂、ポリエステルウレタン系樹脂、セルロースエステル系樹脂、アルキド樹脂などの樹脂をバインダーとし、適切な色の顔料又は染料を着色剤として含有する着色インクを用いるとよい。また、加飾部６ａは、塗布に代えて印刷により形成されてもよい。印刷により加飾部６ａを形成する場合、オフセット印刷法、グラビア印刷法、スクリーン印刷法などの通常の印刷法を利用することができる。

　また、前記ハードコートフィルム７は、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂やポリイミドなどで構成されている。

　また、前記透明板１１の貼り合わせ、前記上側パネル２と前記加飾フィルム６との貼り合わせ、及び加飾フィルム６と前記ハードコートフィルム７との貼り合わせには、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、又は、ビニル樹脂などからなる絶縁性のＰＳＡ８，９，１０　を用いる。

　なお、上記実施形態では、図５に示すような構成のため加飾フィルム６を備えるようにしたが、ベゼルでタッチパネルの周縁部を覆い隠すような用い方をする場合、加飾フィルム６を備えなくてもよい。

　本発明は、押下した画面の位置（Ｘ，Ｙ座標）のみでなく、同時にＺ方向（圧力）を検出することができるので、電子機器、特に携帯電話機やゲーム機などの携帯型電子機器に有用である。

１　下側パネル
２　上側パネル
３　ＦＰＣ
４　額縁接着層
５　感圧インク膜
６　加飾フィルム
６ａ　加飾部
６ｂ　非加飾部
７　ハードコートフィルム
８，９，１０　ＰＳＡ
１１　透明板
１２　透明導電膜
１５ａ，１５ｂ　位置検出用電極
１５ｃ，１５ｄ　引き回し配線
１８　ドットスペーサ
２１　透明樹脂フィルム
２２　透明導電膜
２５ａ，２５ｂ　位置検出用電極
２５ｃ，２５ｄ　引き回し配線
　５０　下側パネル
５１　ガラス板
５２　透明導電膜
５３ａ，５３ｂ　位置検出用電極
５４　ドットスペーサ
６０　上側パネル
６１　透明樹脂フィルム
６２　透明導電膜
６３ａ，６３ｂ　位置検出用電極
７０　額縁接着層
　１００　　携帯電話機
　１０２　　筐体
　１０２Ａ　表示窓
　１０３　　画像表示装置
　１０３Ａ　表示部
　１０４　　タッチパネル
　１０４Ａ　透明窓部分
　１０４Ｂ　加飾領域
　１０５　　入力キー

Claims

　透明板の上面に抵抗膜として第１の透明導電膜を形成すると共に第１の透明導電膜の第１方向の両端部に第１の位置検出用電極対を形成してなる第１部材と、
　可撓性透明フィルムの下面に抵抗膜である第２の透明導電膜を形成すると共に第２の透明導電膜の第１方向と直交する第２方向の両端部に第２の位置検出用電極対を形成してなる第２部材とを、
　前記第１及び第２の透明導電膜が所定ギャップを介して対向するように周縁部を額縁接着層にて貼り合わせ、
　押下点を前記第１及び第２の位置検出用電極対の電位に基づいて検出する抵抗膜式の透明タッチパネルにおいて、
　さらに前記第１部材と前記第２部材との対向面のうち少なくとも一方に形成された、加えられた押圧力により電気特性が変化する導電性の透明な感圧インク膜を入力領域に備えた、
ことを特徴とする押圧検出機能を有する抵抗膜式タッチパネル。
　前記感圧インク膜は、前記第１部材上に配置されている、
請求項１または請求項２のいずれか１つに記載の押圧検出機能を有する抵抗膜式タッチパネル。