WO2013161638A1 - タッチパネル用フィルム、及びそのフィルムを用いたタッチパネル、並びにそのフィルムと共に用いるスタイラスペン - Google Patents

タッチパネル用フィルム、及びそのフィルムを用いたタッチパネル、並びにそのフィルムと共に用いるスタイラスペン Download PDF

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WO2013161638A1
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WO
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film
touch panel
stylus pen
transparent conductive
conductive thin
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PCT/JP2013/061354
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成伸 峯
章仁 三井
正史 阪上
中村 仁
誠一 瀧川
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三菱鉛筆株式会社
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    • G06F3/0446Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means using a grid-like structure of electrodes in at least two directions, e.g. using row and column electrodes

Definitions

  • the present invention relates to a film for a touch panel, a touch panel using the film, and a stylus pen used with the film.
  • the position on the screen touched by an indicator such as a finger or a stylus pen can be obtained as coordinate information.
  • the present invention relates to a capacitive touch panel film, a touch panel using the film, and a stylus pen used with the film.
  • the capacitive touch panel 50 shown in FIG. 11 has an indium tin oxide film (hereinafter referred to as an ITO film) having a plurality of electrodes for detecting coordinates in the Y direction on the back side of a transparent insulating film 53, for example. 51 is formed, and an ITO film 52 having a plurality of electrodes for detecting coordinates in the X direction is formed on the front side.
  • ITO film indium tin oxide film
  • the ITO film 51 is provided with a plurality of rhombic electrode pads 54 (sensor electrodes) connected in the X direction and electrically connected to each other in the Y direction, and the ITO film 52 is formed in the Y direction.
  • a plurality of rhombic electrode pads 55 (sensor electrodes) connected to each other and electrically connected to each other are provided in a plurality of rows in the X direction.
  • Each of the electrode pads 54 and 55 has an area sufficient to generate a change in capacitance (about 1 pF) that can detect the contact position of an indicator (such as a finger or a stylus pen).
  • the width is about 5 mm.
  • the electrode pads 54 and 55 When the insulating film 53 on which the ITO films 51 and 52 are formed is viewed in plan, the electrode pads 54 and 55 have a two-dimensional lattice structure in which the electrode pads 54 and 55 are arranged in the plane direction with a predetermined gap as shown in FIG. ing.
  • the capacitance of the electrode pad 54 at the contact position among the electrode pads 54 connected in the X direction becomes a predetermined value or more. Change. Thereby, the coordinate position in the Y direction is detected. In addition, among the electrode pads 55 connected in the Y direction, the capacitance of the electrode pad 55 at the contact position changes to a predetermined value or more. Thereby, the coordinate position in the X direction is detected.
  • the capacitance type touch panel 50 cannot detect the position unless the capacitance (about 1 pF) is changed more than a predetermined value at the contact point by the finger or the stylus pen as described above. .
  • an input operation to the capacitive touch panel is performed with a conductive stylus pen or a fingertip that can be contacted with a contact area larger than the area of the electrode pads 54 and 55, and the static operation necessary for position detection is performed.
  • the capacitance is changed (if the contact area is small, the capacitance required for position detection does not change).
  • Patent Document 1 discloses a prior art regarding a projected capacitive touch panel.
  • the pen tip when inputting to a capacitive touch panel using the conductive stylus pen, the pen tip is thick (for example, 5 mm in diameter (contact area is about 19.6 mm 2 ) or more) as described above. Therefore, there has been a problem that operability, visibility during operation, and usability are impaired.
  • the present invention has been made paying attention to the above points, and is provided on a capacitive touch panel in which the position on the screen touched by the indicator is obtained as coordinate information, and the contact area of the indicator has been conventionally
  • a touch panel film capable of detecting a contact position even when the contact area is smaller than that of the above, and a touch panel using the film, and a stylus pen used with the touch panel film
  • An object of the present invention is to provide a stylus pen that can detect the touched position on the screen even if the tip is thin, and can improve operability, visibility during operation, and usability.
  • a film for a touch panel is a capacitive touch panel interposed between a capacitive touch panel in which sensor electrodes are arranged in a grid pattern and a conductive indicator.
  • the predetermined position including the contact position is included. Since a change in capacitance of 0.36 to 6.00 pF / mm 2 per unit area occurs in the dielectric between the region and the sensor electrode, the contact area of the indicator has a sensor electrode constituting the touch panel. Even if it is smaller than the area, it is possible to achieve a contact state equivalent to a human finger.
  • the touch panel can be operated with a stylus pen having a thin pen tip, and operability, visibility during operation, and usability can be improved.
  • adopt the conventional structure the increase in the cost concerning manufacture can be suppressed.
  • the transparent conductive thin film may be configured by a plurality of transparent small partition electrodes that are electrically insulated from each other.
  • the transparent conductive thin film is in the contact position.
  • a change in capacitance necessary for the reaction of the touch panel can be generated between the small compartment electrode and the sensor electrode. That is, even if the tip diameter (contact area) of the indicator is small, the touch panel can be reacted in the area of the small partition electrode at the contact position, so that the touch panel operation by the indicator with a thin pen tip becomes possible.
  • the touchscreen which concerns on this invention is a touchscreen using the said film for touchscreens, Comprising: It is provided in the lower layer rather than the said film for touchscreens, and the film for touchscreens, and is a grid
  • a stylus pen is a stylus pen used for operation of a capacitive touch panel in which sensor electrodes are arranged in a lattice pattern and used with the touch panel film.
  • the present invention is characterized in that the pen tip formed of a conductive material and the pen tip and the human body are electrically coupled.
  • the contact area to the pen tip of the touch panel film on is preferably in the range of 2.1mm 2 ⁇ 10.8mm 2.
  • the contact area of the pen tip of the stylus pen that is the indicator is smaller than the area of the sensor electrode constituting the touch panel (for example, about 12.5 mm 2 ), it is equivalent to a human finger. It can be in a contact state. That is, even if the contact area of the stylus pen tip is small, a change in capacitance within a predetermined range can be caused between the pen tip that contacts the film surface and the sensor electrode, and the stylus pen contact The position can be detected. For this reason, the touch panel can be operated with a stylus pen having a thin pen tip, and operability, visibility during operation, and usability can be improved. Moreover, since the structure of a touch panel can employ
  • the position on the screen touched by the indicator is provided on the capacitive touch panel obtained as coordinate information, and the contact area of the indicator is smaller than the conventional contact area.
  • a touch panel film capable of detecting a contact position, and a touch panel using the film, and a stylus pen used with the touch panel film, which is in contact with a thin pen nib thus, a stylus pen that can improve operability, visibility during operation, and usability can be obtained.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a touch panel device provided with a film for a touch panel according to the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a configuration for explaining an effect that an actual contact area is increased in a pseudo manner when an indicator having conductivity is brought into contact with a high-resistance film.
  • FIG. 3 is an equivalent circuit of the integration circuit generated in the high resistance film shown in FIG.
  • FIG. 4 is a side view showing the tip of the stylus pen according to the present invention.
  • 5 is a cross-sectional view schematically showing a state in which the stylus pen of FIG. 4 is brought into contact with the touch panel film of FIG. FIG.
  • FIG. 6 is a perspective view showing a configuration for capacitance measurement used in Experiment 1 of the example.
  • FIG. 7 is a graph showing the results of Experiment 1 of the example.
  • FIG. 8 is a graph showing the result of Experiment 2 of the example, and is a simulation result showing the relationship between the surface resistivity and the capacitance at a current frequency of 300 kHz.
  • FIG. 9 is a graph showing the result of converting the capacitance of the graph of FIG. 8 into a pseudo-expanded diameter of the indicator.
  • FIG. 10 is a plan view schematically showing a state in which the transparent conductive thin film included in the touch panel film according to the present invention is divided into a plurality of small sections insulated from each other.
  • FIG. 11 is an exploded view schematically showing a configuration of a conventional touch panel.
  • FIG. 12 is a plan view schematically showing sensor electrodes of the touch panel of FIG.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a touch panel device provided with a film for a touch panel according to the present invention.
  • the touch panel device 1 in FIG. 1 is provided with a touch panel 3 on an LCD unit 2 which is a liquid crystal display device, and a high resistance film 5 as a touch panel film via a cover glass 4 which is a dielectric. Is provided. In order to attach the high resistance film 5 on the cover glass 4, at least an adhesive layer 9 is provided on the lowermost layer of the high resistance film 5.
  • the touch panel 3 has sensor electrodes made of an ITO film on the front and back surfaces of a transparent insulating film 10 (corresponding to the insulating film 53 in FIG. 11), for example, similarly to the configuration shown in FIG. Specifically, a plurality of electrode pads 11 (corresponding to the electrode pad 55 in FIG. 11) are formed on the front side of the insulating film 10, and a plurality of electrode pads 12 (corresponding to the electrode pad 54 in FIG. 11) are formed on the back side. ing. Each of the electrode pads 11 and 12 is formed in a rhombus shape as in the conventional configuration of FIGS. 11 and 12, thereby forming a two-dimensional lattice sensor electrode (similar to the configuration of FIG. 12). .
  • each electrode pad 11, 12 is, for example, 5 mm, and the indicator (finger or conductive stylus pen) on the electrode pad 11, 12 is changed by a change in predetermined capacitance (for example, about 1 pF). Etc.) can be detected.
  • the high-resistance film 5 is a transparent laminated film, and includes a PET film 8, a high-resistance transparent conductive thin film 7 formed on the PET film 8, and a protection formed on the transparent conductive thin film 7. And a film 6.
  • An adhesive layer 9 is provided below the PET film 8.
  • the PET film 8 is a polyethylene terephthalate film formed to a predetermined thickness (eg, about 10 ⁇ m to 400 ⁇ m), and is excellent in transparency, heat resistance, electrical insulation, and the like.
  • the transparent conductive thin film 7 is formed on the upper surface of the PET film 8 by, for example, forming an ITO film by sputtering or the like, or by forming a transparent conductive resin by coating or the like.
  • the transparent conductive thin film 7 has a high resistance with a surface resistivity set in the range of 10 5 to 10 8 ⁇ / sq.
  • Such a high surface resistance transparent conductive thin film 7 can be obtained by, for example, a method of increasing the resistivity by reducing the film thickness of a conductive polymer represented by ITO film or polythiophene having low resistance, or conductivity.
  • the transparent conductive thin film 7 and the protective film 6 are not necessarily laminated on the PET film 8 as described above, but the thickness of the protective film 6 is increased and the transparent conductive thin film 7 is formed on the lower surface thereof. And it can also be set as the structure which abbreviate
  • the protective film 6 is formed with a predetermined thickness (for example, a thickness of several ⁇ m to several tens of ⁇ m) and is made of a transparent resin having high scratch resistance. Moreover, it is set as the anisotropic electrically conductive film which has electroconductivity in the orthogonal
  • the protective film 6 is a hard coating agent that is generally commercially available, for example, trade name: Acier-PMMA (manufactured by Nidec Co., Ltd.), or trade name: purple light UV7600B (Nippon Synthetic Chemical Industry Co., Ltd.).
  • a hard coat agent having conductivity in advance for example, trade name: conductive coat UV (manufactured by Chukyo Yushi Co., Ltd.) or trade name: conductive hard coat ink (manufactured by Resino Color Industry Co., Ltd.), etc.
  • the specified resistivity Even if the hard coat agent is adjusted, a film similar to the above can be produced.
  • the produced protective film 6 also has the function of the transparent conductive thin film 7, there is no step of forming the transparent conductive thin film 7, and the thickness is reduced, which is advantageous for ensuring transparency. It is.
  • the adhesive layer 9 is formed with a predetermined thickness (for example, a thickness of 10 ⁇ m to 30 ⁇ m) using, for example, an acrylic material, a urethane material, a silicone material, or a rubber material. Has peelability.
  • the adhesive layer 9 can be formed on the lower surface of the PET film 8 by bar coating, spin coating, spray coating, or the like.
  • the surface resistivity of the transparent conductive thin film 7 is in the range of 10 5 to 10 8 ⁇ / sq, depending on the thickness of the cover glass 4, the PET film 8, the adhesive layer 9, and the relative dielectric constant,
  • the change in electrostatic capacitance per unit area that occurs when the indicator comes into contact is set to be in the range of 0.36 to 6.00 pF / mm 2 .
  • the range of the surface resistivity and the capacitance is determined by an actual measurement value or a simulation calculation value under the conditions of the configuration shown in FIG.
  • an 80 mm ⁇ 80 mm rectangular high resistance film 20 is pasted on a 100 mm ⁇ 100 mm rectangular aluminum electrode 25, and a diameter of 8.4 mm (contact area is about 55 mm). .4 mm 2 ) cylindrical copper electrodes 26 are arranged.
  • the area of the circle having a diameter of 8.4 mm is substantially equal to the area when a human finger contacts the touch panel.
  • an LCR meter 35 (ELC-131D manufactured by Custom Co., Ltd.) is connected to the electrodes 25 and 26 as a measuring instrument, and the surface resistivity of the transparent conductive thin film 21 in the high resistance film 20 is plural.
  • the capacitance generated in the high resistance film 20 was measured at a measurement frequency of 1 kHz. As a result, within the range of the surface resistivity and the capacitance, the touch panel reacts when contacted by an indicator with a thin tip.
  • the film 20 sandwiched between the electrodes 25 and 26 can be replaced with an equivalent circuit as shown in FIG. That is, the film 20 has a resistance R (R1, R2, R3,..., Rn, Rn + 1,...) And a capacitance C (C1, C2, C3,..., Cn, Cn + 1,. ..) Are distributed (n is a positive integer value).
  • the time constant ⁇ of the integration circuit is expressed by the following equation (1). As the n of Cn increases (the area increases), the combined value of the resistors connected in series increases and the time constant ⁇ of Cn increases. Becomes bigger.
  • the capacitance C can be defined by the following equation (2), the time constant ⁇ is also affected by the relative dielectric constant and thickness dimension of the PET film 22.
  • FIG. 4 is a side view showing the tip of the stylus pen 30 according to the present invention.
  • the stylus pen 30 shown in FIG. 4 has a pen tip 31 formed of a conductive material (for example, steel, copper, conductive rubber, conductive fiber, etc.), and a pen tip holder 32 that holds the pen tip 31. .
  • a grip portion, a pen shaft main body, and the like are provided on the rear end side from the pen tip holder 32.
  • the pen tip holder 32, the grip portion, the pen shaft main body, and the like are made of a conductive material (for example, an aluminum alloy) electrically connected to the pen tip 31 so as to electrically couple the human body and the pen tip 31. Is formed.
  • a metal conduction portion (not shown) in which a hand (finger) of a pen user (human body) is in contact with the surface of the pen tip holder 32, the grip portion, the pen shaft main body, or the like is used. You may provide in the state electrically connected with 31.
  • the tip width dimension d1 of the pen tip 31 is formed to be smaller than the width of the diagonal lines (for example, 5 mm) of the electrode pads 11 and 12 of the touch panel 3.
  • the stylus pen according to the present invention is not limited to the shape shown in FIG. That is, when the pen user uses the stylus pen 30 in his / her hand, the tip user is provided with a pen tip which is formed of at least a conductive material and whose tip width is smaller than the width of the electrode pads 11 and 12. It is sufficient if the hand and the pen tip are electrically coupled.
  • the pen tip 31 of the stylus pen 30 is narrower than the width of the electrode pads 11 and 12, the pen tip 31 is made of the high resistance film 5.
  • the contact position can be detected by contacting the surface.
  • the high resistance film 5 has a surface resistivity set in the range of 10 5 to 10 8 ⁇ / sq.
  • the contact area of the stylus pen 30, which is a conductor, is pseudo-expanded, which is equivalent to a case where a human fingertip is in contact.
  • the gap between the transparent conductive thin film 7 and the electrode pad 11 in a predetermined region including the contact position of the pen tip 31 of the stylus pen 30.
  • a predetermined change in capacitance per unit area (approximately 0.36 to 6.00 pF / mm 2 ).
  • the electrostatic capacitance generated between the transparent conductive thin film 7 and the electrode pad 11 flows as a weak current (for example, 10 ⁇ A to 20 ⁇ A) to the human body via the stylus pen 30, thereby causing the pen tip of the stylus pen 30 to flow.
  • a vertical coordinate position (a position in the Y direction in FIGS. 11 and 12) is detected.
  • the transparent conductive thin film 7 and the electrode pad 12 are contacted with each other at the contact position of the pen tip 31 of the stylus pen 30 (the cover glass 4 as a dielectric, Also in the PET film 8), a predetermined change in capacitance per unit area (about 0.36 to 6.00 pF / mm 2 ) occurs.
  • the electrostatic capacitance generated between the transparent conductive thin film 7 and the electrode pad 12 flows as a weak current (for example, 10 ⁇ A to 20 ⁇ A) to the human body via the stylus pen 30, thereby causing the pen tip of the stylus pen 30 to flow.
  • a horizontal coordinate position (a position in the X direction in FIGS. 11 and 12) is detected.
  • the transparent conductive thin film 7 whose surface resistivity is set in the range of 10 5 to 10 8 ⁇ / sq on the touch panel 3 via the cover glass 4. Therefore, even if the contact area of the stylus pen 30 is smaller than the area of the electrode pads 11 and 12 constituting the touch panel 3, the contact area can be increased in a pseudo manner.
  • a predetermined capacitance change (approximately 0.36 to 6.00 pF / mm 2 ) occurs per unit area between the transparent conductive thin film 7 of the high resistance film 5 and the electrode pads 11 and 12. Therefore, a contact state equivalent to a human finger can be obtained.
  • the touch panel 3 reacts between the pen tip 31 and the electrode pads 11 and 12 (cover glass) in contact with the surface of the high resistance film 5. A necessary change in capacitance can be generated, and the contact position of the stylus pen 30 can be detected. For this reason, the touch panel device 1 can be operated by the stylus pen 30 with the thin pen tip 31, and operability, visibility during operation, and usability can be improved. Moreover, since the structure of the touch panel 3 can employ
  • the touch panel 3 has a configuration in which a plurality of electrode pads 11 and a plurality of electrode pads 12 are formed as sensor electrodes on the front and back surfaces of the insulating film 10, respectively.
  • the electrode pad 11 and the electrode pad 12 made of an ITO film may be formed on separate transparent thin film insulating films, and the touch panel 3 may be configured by overlapping them.
  • the electrode pad 11 and the electrode pad 12 are electrically insulated, they may be formed on the same layer.
  • the high resistance transparent conductive thin film 7 which comprises the high resistance film 5 was uniformly formed in the whole film surface, as shown in FIG. It may be divided into a plurality of small sections (small section electrodes Ar).
  • small section electrodes Ar small section electrodes Ar
  • each small division electrode Ar shown in FIG. 10 was made into the square shape divided
  • the transparent conductive thin film 7 demonstrated as what is formed, for example by an ITO film
  • the protective film 6 provided on the transparent conductive thin film 7 is an anisotropic conductive film having conductivity in the direction perpendicular to the film surface and insulating in the film surface direction.
  • the protective film which the film for touchscreens concerning this invention has it is not limited to the property.
  • the protective film may be formed of a transparent insulating film having no anisotropy.
  • the transparent conductive thin film 7 is formed on the upper surface of the PET film 8, but not only the PET film 8, but a film having excellent transparency and electrical insulation, Those formed of other materials may be used in place of the PET film 8.
  • the transparency in the transparent conductive thin film 7, the protective film 6, the PET film 8, and the adhesive film 9 described in the above embodiment can identify the content of the display image when it is placed on the touch panel. A thing of the state.
  • the projection capacitive touch panel was demonstrated to the example, the film for touch panels used with the stylus pen which concerns on this invention is not restricted to it, The change of the weak electric current by contact of a pen tip Any capacitive touch panel that detects the position and detects the position can be applied.
  • the present invention will be further described based on examples.
  • the high resistance film used in a following example was set as the structure which does not contain the protective film formed in the upper surface of a transparent conductive thin film among the structures of the film for touchscreens concerning this invention.
  • Experiment 1 In Experiment 1, it was verified by actual measurement and simulation whether the contact area of the indicator can be changed in a pseudo manner by changing the surface resistivity of the transparent conductive thin film included in the touch panel film (high resistance film). .
  • Example 1 capacitance values for a plurality of surface resistivity values were obtained by actual measurement.
  • a specific apparatus configuration is schematically shown in the perspective view of FIG.
  • the structure shown in FIG. 6 includes the same structure as that already described with reference to FIG. 2, the corresponding members are denoted by the same reference numerals.
  • a high resistance film 20 of 80 mm ⁇ 80 mm is pasted on a 100 mm ⁇ 100 mm square aluminum electrode 25, and a cylindrical copper electrode 26 having a diameter of 8.4 mm is further formed thereon. Arranged. In addition, the area of this circle with a diameter of 8.4 mm is approximately equal to the area when a human finger contacts the touch panel.
  • the high resistance film 20 has a transparent conductive thin film 21 having a uniform predetermined surface resistivity formed on the upper surface of a PET film 22 having a thickness of 100 ⁇ m, and an adhesive having a thickness of 25 ⁇ m on the lower surface of the PET film 22. What formed the layer 23 was used. In addition, the adhesion layer 23 was formed with the urethane type material.
  • Example 1 a plurality of high resistance films 20 having the above-described structure and having different surface resistivity of the transparent conductive thin film 21 are formed, and each film has a high resistance in the apparatus of FIG. It arrange
  • an LCR meter 35 ELC-131D manufactured by Custom Co., Ltd.
  • Example 2 In Example 2, measurement (calculated value) by simulation was performed. In this Example 2, the same conditions as the actual measurement (Example 1) were set using Femtet (registered trademark) manufactured by Murata Software Co., Ltd., and the capacitance generated in the film was obtained as a calculated value. .
  • Examples 1 and 2 are shown in the graph of FIG.
  • the horizontal axis indicates the surface resistivity ( ⁇ / sq)
  • the vertical axis indicates the measurement result of the capacitance (pF).
  • the surface resistivity was set within the range of 10 4 to 10 8.2 ⁇ / sq.
  • is an actual measurement value
  • is a simulation calculation value.
  • the lower the surface resistivity the larger the capacitance in the set surface resistivity range.
  • the capacitance changes in proportion to the area.
  • the resistivity and the size of the area are inversely proportional. Therefore, from the result of Experiment 1, it was confirmed that the contact area of the indicator can be changed in a pseudo manner by changing the surface resistivity of the film.
  • Example 3 In Example 3, when a high resistance film provided with a transparent conductive thin film having a predetermined surface resistivity was pasted, the surface resistivity at a current frequency of 300 kHz when an electrode having a tip diameter of 2 mm was used as an indicator. And the capacitance were obtained by simulation.
  • the configuration of the high resistance film (lamination structure, material of each layer, thickness dimension) was the same as in Example 1, and Femtet (registered trademark) manufactured by Murata Software Co., Ltd. was used as a simulator. .
  • Comparative Example 1 An electrode having a tip diameter of 2 mm was used as an indicator in the case of having no transparent conductive thin film among the configurations of the high resistance film used in Example 3 (configuration of only a PET film and an adhesive layer). The capacitance at the current frequency of 300 kHz was determined by simulation.
  • Example 3 The results of Example 3 are shown in the graph of FIG. In the graph of FIG. 8, the horizontal axis represents the surface resistivity ( ⁇ / sq), and the vertical axis represents the capacitance (pF). The surface resistivity was set by changing within the range of 10 3 to 10 8 ⁇ / sq. Further, as a result of the simulation of Comparative Example 1, the capacitance generated between the electrodes was 0.94 pF.
  • the capacitance at 10 6 ⁇ / sq is about 4 pF, which is about 4 times the capacitance when no transparent conductive thin film is provided (0.94 pF).
  • a capacitance doubling rate is obtained for each surface resistivity, and a diameter at which the electrode having a tip diameter of 2 mm is artificially enlarged by providing a high-resistance transparent conductive thin film from the doubling rate.
  • 9 is obtained as a graph of FIG.
  • the horizontal axis represents the surface resistivity ( ⁇ / sq)
  • the vertical axis represents the converted diameter (mm) obtained by simulating the diameter of the electrode 26.
  • the surface resistivity is in the range of 10 3 to 10 8 ⁇ / sq
  • the lower the surface resistivity the larger the pseudo diameter of the electrode, that is, the pseudo area. I was able to confirm.
  • Experiment 3 As a comparative example, for a real machine equipped with a touch panel, a pin gauge tip diameter with which the touch panel can react is shown for each of the case where a film is not pasted on the front surface of the touch panel and the case where a conventional protective film that is commercially available is pasted. The range was verified.
  • a steel pin gauge as an indicator that has conductivity, in order to eliminate individual differences in the human body, an aluminum plate is placed under the actual machine body, and measurement is performed with the aluminum plate and pin gauge connected by copper wire. went.
  • Comparative Example 2 In Comparative Example 2, a third-generation eye pad (registered trademark) was used as the touch panel, and the range of the pin gauge tip diameter with which the touch panel can react when the film was not pasted on the front surface of the touch panel was verified. The results of Comparative Example 2 are shown in Table 1. In Table 1, ⁇ indicates that it reacts, ⁇ indicates that it does not react, and ⁇ indicates that it reacts depending on the location on the panel.
  • Comparative Example 3 In Comparative Example 3, a 3rd generation eye pad is used as a touch panel, and a pin gauge tip capable of reacting with the touch panel when a commercially available protective film (surface resistivity is 10 13 ⁇ / sq) is pasted on the front surface of the touch panel. The diameter range was verified. The results of Comparative Example 3 are shown in Table 2. In Table 2, ⁇ indicates that it reacts, ⁇ indicates that it does not react, and ⁇ indicates that it reacts depending on the location on the panel.
  • Comparative Example 4 In Comparative Example 4, a fourth-generation ipod touch was used as the touch panel, and the range of the pin gauge tip diameter with which the touch panel can react when the film was not pasted on the front surface of the touch panel was verified. The results of Comparative Example 4 are shown in Table 3. In Table 3, ⁇ indicates that the reaction occurs, ⁇ indicates that the reaction does not occur, and ⁇ indicates that the reaction occurs depending on the location on the panel.
  • Comparative Example 5 (Comparative Example 5)
  • a 4th generation ipod touch is used as a touch panel, and a pin gauge tip capable of reacting with the touch panel when a conventional protective film (surface resistivity is 10 13 ⁇ / sq) pasted on the front surface of the touch panel is applied.
  • the diameter range was verified.
  • the results of Comparative Example 5 are shown in Table 4.
  • indicates that it reacts
  • indicates that it does not react
  • indicates that it reacts depending on the location on the panel.
  • Example 4 In Example 4, a third-generation eye pad was used as the touch panel, a high resistance film was pasted on the front surface of the touch panel, and the range of the surface resistivity with which the touch panel reacted was verified. As described above, a pin gauge having a tip diameter of 3.7 mm is used as an indicator, and as the high resistance film, a transparent conductive thin film having a predetermined surface resistivity is formed on the upper surface side of a 100 ⁇ m thick PET film, A PET film having a 25 ⁇ m thick adhesive layer formed on the lower surface side was used. In addition, the said adhesion layer shall be formed with a urethane type material.
  • Example 4 In order to verify the range of the surface resistivity in the high resistance film, a surface resistivity meter ST-4 manufactured by SIMCO Japan was used for the measurement of the surface resistivity. The results of Example 4 are shown in Table 5. In Table 5, ⁇ indicates that it reacts, ⁇ indicates that it does not react, and ⁇ indicates that it reacts depending on the location on the panel.
  • Example 5 In Example 5, the 4th generation ipod touch was used as the touch panel. Other conditions are the same as those in Example 4. The results of Example 5 are shown in Table 6. In Table 6, ⁇ indicates that it reacts, ⁇ indicates that it does not react, and ⁇ indicates that it reacts depending on the location on the panel.
  • the capacitance C also changes depending on the relative dielectric constant ⁇ r and the thickness d of the dielectric. Therefore, when the configuration of the film for a touch panel (high resistance film) according to the present invention is defined by the surface resistivity, the range of the capacitance per unit area that the touch panel can react in the range of the surface resistivity. It is desirable to specify simultaneously. Therefore, in Experiment 5, when a high resistance film was attached to the touch panel and a steel pin gauge having a tip diameter of 3.7 mm was used, the range of surface resistivity and capacitance that the touch panel can react with was verified.
  • Example 6 In Example 6, a third generation eye pad was used as the touch panel, a high resistance film was pasted on the front surface of the touch panel, and the range of the surface resistivity and the capacitance with which the touch panel reacts was verified.
  • a steel pin gauge having a tip diameter of 3.7 mm is used as a conductive indicator, and a transparent conductive material having a predetermined surface resistivity on the upper surface side of a 100 ⁇ m thick PET film as the high resistance film.
  • a thin film having an adhesive layer made of a urethane-based material having a thickness of 25 ⁇ m is used on the lower surface side of the PET film.
  • Example 6 The results of Example 6 are shown in Table 7.
  • Table 7 ⁇ indicates that it reacts, ⁇ indicates that it does not react, and ⁇ indicates that it reacts depending on the location on the panel.
  • Example 6 As described above, Experiments 4 and 5 confirmed that the touch panel can be reacted even when the tip diameter of the indicator is as small as 3.7 mm. Therefore, in Experiment 6, the minimum diameter of the indicator capable of touch panel reaction when a film having a predetermined high surface resistivity was used was verified. (Example 7) In Example 7, a third-generation eye pad was used as the touch panel, a high resistance film was pasted on the front surface of the touch panel, and it was verified whether or not the touch panel would react on the condition of the tip diameter of the indicator. As the indicator, a plurality of steel pin gauges having different tip diameters were used.
  • a transparent conductive thin film having a surface resistivity of 10 5.0 ⁇ / sq is formed on the upper surface side of a 100 ⁇ m thick PET film, and a 25 ⁇ m thick film is formed on the lower surface side of the PET film.
  • the thing in which the adhesion layer which consists of urethane type materials was formed was used.
  • Example 7 The results of Example 7 are shown in Table 8.
  • indicates that the reaction occurs, ⁇ indicates that the reaction does not occur, and ⁇ indicates that the reaction occurs depending on the location on the panel.
  • the touch panel can be reacted if the contact area of the indicator on the touch panel is 2.1 mm 2 (diameter 1.62 mm) or more. It was confirmed.
  • the touch panel film (high resistance film) according to the present invention is applied to the touch panel, so that even a thin tip diameter indicator such as the stylus pen according to the present invention can be operated. I was able to confirm that

Abstract

ペン先が細くても接触した画面上の位置を検出し、操作性や操作時の視認性、及び使用感を向上する。タッチパネル用フィルム5は、105.0~108.0Ω/sqの範囲内で設定された所定の表面抵抗率を有する透明導電性薄膜7を少なくとも有し、指示体30が接触した際、その接触位置を含む所定領域と前記センサ電極との間の誘電体4に、単位面積あたり0.36~6.00pF/mmの静電容量の変化が発生する。

Description

タッチパネル用フィルム、及びそのフィルムを用いたタッチパネル、並びにそのフィルムと共に用いるスタイラスペン
 本発明は、タッチパネル用フィルム、及びそのフィルムを用いたタッチパネル、並びにそのフィルムと共に用いるスタイラスペンに関し、例えば指やスタイラスペン等の指示体により接触した画面上の位置が、座標情報として得られる静電容量方式のタッチパネル用フィルム、及びそのフィルムを用いたタッチパネル、並びにそのフィルムと共に用いるスタイラスペンに関する。
 近年、急速に普及しているスマートフォンやタブレットPC等の携帯型情報端末においては、マルチタッチ操作の可能な投影型の静電容量方式のタッチパネルが多く用いられている。
 この投影型の静電容量方式のタッチパネルの構造について図11(分解図)を用いて簡単に説明する。図11に示す静電容量方式のタッチパネル50は、例えば透明な絶縁フィルム53の裏側に、Y方向の座標検出を行うための複数の電極を有する酸化インジウム・スズ膜(以下、ITO膜と称する)51が形成され、表側にX方向の座標検出を行うための複数の電極を有するITO膜52が形成される。
 前記ITO膜51は、X方向に連結されて相互に電気的に接続された複数の菱形の電極パッド54(センサ電極)がY方向に複数行設けられており、前記ITO膜52は、Y方向に連結されて相互に電気的に接続された複数の菱形の電極パッド55(センサ電極)がX方向に複数列設けられている。各電極パッド54,55は、指示体(指やスタイラスペンなど)の接触位置を検出可能な静電容量(約1pF)の変化を発生させるに十分な面積を有しており、例えばその対角線の幅が5mm程度に形成されている。
 前記ITO膜51,52が形成された絶縁フィルム53を平面視すると、図12のように各電極パッド54,55が所定の隙間を空けて面方向に配置された2次元格子状の構造をなしている。
 このタッチパネル50に対し、カバーガラス(図示せず)を介し、例えば指先を接触させると、X方向に連結された電極パッド54のうち、接触位置の電極パッド54の静電容量が所定値以上に変化する。これによりY方向の座標位置が検出される。
 また、Y方向に連結された電極パッド55のうち、接触位置の電極パッド55の静電容量が所定値以上に変化する。これによりX方向の座標位置が検出される。
 ところで、前記静電容量方式のタッチパネル50は、前記のように指やスタイラスペンによる接触箇所に所定以上の静電容量(約1pF)の変化を発生させなければ、その位置を検出することができない。このため従来から、静電容量方式のタッチパネルに対する入力操作は、電極パッド54,55の面積よりも大きい接触面積で接触可能な導電性のスタイラスペン、或いは指先などにより行い、位置検出に必要な静電容量の変化を発生させるようにしている(接触面積が小さいと、位置検出に必要な静電容量の変化が生じない)。
 尚、投影型静電容量方式のタッチパネルについての先行技術は、例えば特許文献1に記載されている。
特開2008-310551号公報
 しかしながら、前記導電性のスタイラスペンにより静電容量方式のタッチパネルに入力する場合には、前記のようにペン先が太いもの(例えば直径5mm(接触面積が約19.6mm)以上)に限られるために、操作性や操作時の視認性、使用感が損なわれるという課題があった。
 前記課題を解決するには、単純にタッチパネルのセンサ電極をより細分化し、各センサ電極において検出可能な静電容量の変化量を小さくすることが考えられるが、その場合、より微弱な電流変化を検出しなければならず、誤検出が生じる虞が大きくなるという課題があった。
 更に、センサ電極を細分化すると、電極本数が増加するため、タッチ位置を求めるための演算量が大幅に増大する。そのため、演算を行う制御部の処理能力が不足した場合には、タッチ操作に対しタッチ位置検出が追従できず、表示などに遅延が生じて、使い勝手が低下するという課題があった。また、タッチ操作に対しタッチ位置検出が追従できるように制御部の処理能力を向上させた場合には、消費電力の増大や、コストがより嵩むという課題があった。
 本発明は、前記した点に着目してなされたものであり、指示体により接触した画面上の位置が座標情報として得られる静電容量方式のタッチパネル上に設けられ、指示体の接触面積が従来の場合よりも小さな接触面積であっても、接触位置を検出可能とするタッチパネル用フィルム、及びそのフィルムを用いたタッチパネルを提供すること、並びに、前記タッチパネル用フィルムと共に用いるスタイラスペンであって、ペン先が細くても接触した画面上の位置を検出することができ、操作性や操作時の視認性、及び使用感を向上することのできるスタイラスペンを提供することを目的とする。
 前記した課題を解決するために、本発明に係るタッチパネル用フィルムは、格子状にセンサ電極が配置された静電容量方式のタッチパネルと導電性の指示体との間に介される静電容量式タッチパネル用フィルムであって、105.0~108.0Ω/sqの範囲内で設定された所定の表面抵抗率を有する透明導電性薄膜を少なくとも有し、前記指示体が接触した際、その接触位置を含む所定領域と前記センサ電極との間の誘電体に、単位面積あたり0.36~6.00pF/mmの静電容量の変化が発生することに特徴を有する。
 尚、前記透明導電性薄膜の上に設けられた透明性を有する保護膜を含むことが望ましい。
 このように105.0~108.0Ω/sqの範囲内で設定された所定の表面抵抗率を有する透明導電性薄膜を少なくとも有するフィルムに指示体が接触すると、その接触位置を含む所定領域と前記センサ電極との間の誘電体に、単位面積あたり0.36~6.00pF/mmの静電容量の変化が発生するため、指示体の接触面積が、タッチパネルを構成するセンサ電極の面積よりも小さくても、人の指と等価な接触状態とすることができる。
 即ち、指示体の接触面積が小さくても、フィルム表面に接触した指示体とセンサ電極との間に、所定範囲内の静電容量の変化を生じさせることができ、指示体の接触位置を検出することができる。
 このため、例えばペン先が細いスタイラスペンによるタッチパネルの操作が可能となり、操作性や操作時の視認性、及び使用感を向上させることができる。
 また、タッチパネルの構成は、従来の構成を採用することができるため、製造にかかるコストの増加を抑制することができる。
 また、前記透明導電性薄膜は、相互に電気的に絶縁された複数の透明な小区画電極によって構成されてもよく、その場合には、指示体がフィルム表面に接触した際、接触位置における前記小区画電極とセンサ電極との間にタッチパネルの反応に必要な静電容量の変化を発生させることができる。
 即ち、指示体の先端径(接触面積)が小さくても、その接触位置における小区画電極の領域でタッチパネルを反応させることができるため、細いペン先の指示体によるタッチパネル操作が可能となる。
 また、前記した課題を解決するために、本発明に係るタッチパネルは、前記タッチパネル用フィルムを用いたタッチパネルであって、前記タッチパネル用フィルムと、前記タッチパネル用フィルムよりも下層に設けられ、格子状に配置されたセンサ電極とを備えることに特徴を有する。
 また、前記した課題を解決するために、本発明に係るスタイラスペンは、格子状にセンサ電極が配置された静電容量方式タッチパネルの操作に用いられ、前記タッチパネル用フィルムと共に用いられるスタイラスペンであって、導電性材料により形成されたペン先と、前記ペン先と人体とを電気的に結合させることに特徴を有する。
 尚、前記ペン先のタッチパネル用フィルム上への接触面積は、2.1mm~10.8mmの範囲内であることが望ましい。
 このような構成によれば、指示体であるスタイラスペンのペン先の接触面積が、タッチパネルを構成するセンサ電極の面積(例えば約12.5mm)よりも小さくても、人の指と等価な接触状態とすることができる。
 即ち、スタイラスペンのペン先の接触面積が小さくても、フィルム表面に接触したペン先とセンサ電極との間に、所定範囲内の静電容量の変化を生じさせることができ、スタイラスペンの接触位置を検出することができる。
 このため、ペン先が細いスタイラスペンによるタッチパネルの操作が可能となり、操作性や操作時の視認性、及び使用感を向上させることができる。
 また、タッチパネルの構成は、従来の構成を採用することができるため、製造にかかるコストの増加を抑制することができる。
 本発明によれば、指示体により接触した画面上の位置が座標情報として得られる静電容量方式のタッチパネル上に設けられ、指示体の接触面積が従来の場合よりも小さな接触面積であっても、接触位置を検出可能とするタッチパネル用フィルム、及びそのフィルムを用いたタッチパネルを提供することができ、また、前記タッチパネル用フィルムと共に用いるスタイラスペンであって、ペン先が細くても接触した画面上の位置を検出することができ、操作性や操作時の視認性、及び使用感を向上することのできるスタイラスペンを得ることができる。
図1は、本発明に係るタッチパネル用フィルムが設けられたタッチパネル装置の断面図である。 図2は、導電性を有する指示体を高抵抗のフィルムに接触させた際、実際の接触面積が擬似的に拡大する効果を説明するための構成を示す断面図である。 図3は、図2に示す高抵抗フィルムに生じる積分回路の等価回路である。 図4は、本発明に係るスタイラスペンの先端部を示す側面図である。 図5は、図1のタッチパネル用フィルムに図4のスタイラスペンを接触させた状態を模式的に示す断面図である。 図6は、実施例の実験1で用いた静電容量測定のための構成を示す斜視図である。 図7は、実施例の実験1の結果を示すグラフである。 図8は、実施例の実験2の結果を示すグラフであって、電流の周波数300kHzにおける表面抵抗率と静電容量との関係を示すシミュレーション結果である。 図9は、図8のグラフの静電容量を指示体の擬似的に拡大した径に換算した結果を示すグラフである。 図10は、本発明に係るタッチパネル用フィルムが有する透明導電性薄膜を相互に絶縁された複数の小区画に分けた状態を模式的に示す平面図である。 図11は、従来のタッチパネルの構成を模式的に示す分解図である。 図12は、図11のタッチパネルのセンサ電極を模式的に示す平面図である。
 以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。図1は、本発明に係るタッチパネル用フィルムが設けられたタッチパネル装置の断面図である。
 図1のタッチパネル装置1は、液晶表示装置であるLCDユニット2の上にタッチパネル3が設けられ、その上には、誘電体であるカバーガラス4を介して、タッチパネル用フィルムとしての高抵抗フィルム5が設けられている。尚、前記高抵抗フィルム5を前記カバーガラス4上に取り付けるために、高抵抗フィルム5の最下層に少なくとも粘着層9が設けられている。
 前記タッチパネル3は、例えば従来の図11に示した構成と同様に、透明な絶縁フィルム10(図11の絶縁フィルム53に相当)の表裏面に、ITO膜からなるセンサ電極が形成されている。具体的には、絶縁フィルム10の表側に複数の電極パッド11(図11の電極パッド55に相当)が形成され、裏側に複数の電極パッド12(図11の電極パッド54に相当)が形成されている。各電極パッド11,12は、従来の図11,図12の構成と同様に菱形状に形成され、それにより、(図12の構成と同様に)2次元格子状のセンサ電極を構成している。また、各電極パッド11,12の対角線の幅は例えば5mmに形成され、所定の静電容量(例えば約1pF)の変化により、その電極パッド11,12における指示体(指や導電性のスタイラスペンなど)の接触が検出可能となされている。
 また、前記高抵抗フィルム5は透明な積層フィルムであって、PETフィルム8と、PETフィルム8上に形成された高抵抗の透明導電性薄膜7と、透明導電性薄膜7上に形成された保護膜6とを有する。尚、PETフィルム8の下層に粘着層9が設けられている。
 前記PETフィルム8は、所定厚さ(例えば約10μm~400μm)に形成されたポリエチレンテレフタレートのフィルムであり、透明性、耐熱性、電気的絶縁性などに優れている。
 また、前記透明導電性薄膜7は、前記PETフィルム8の上面に対し、スパッタリング法などにより例えばITO膜が成膜されて形成される、或いは透明導電性樹脂が塗布等により成膜されて形成される。
 また、この透明導電性薄膜7は、その表面抵抗率が10~10Ω/sqの範囲内で設定された高抵抗となされている。このような高表面抵抗の透明導電性薄膜7は、例えば、低抵抗な導電性を有するITO膜やポリチオフェンに代表される導電性ポリマーの膜厚を薄くし抵抗率を増大させる方法、或いは導電性高分子のPEDOT(ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン))とポリアニオンのPSS(ポリスチレンスルホン酸塩)の混合物からなるPEDOT-PSS水溶液に代表される導電性高分子の低導電性グレードをフィルム上へ均一に成膜することなどにより得ることができる。
 尚、前記のようにPETフィルム8上に透明導電性薄膜7と保護膜6とを積層する構成に限らず、保護膜6の厚さ寸法を大きくし、その下面に透明導電性薄膜7を形成して、PETフィルム8を省略した構成とすることもできる。その場合、透明導電性薄膜7の下面に粘着層9が形成される。
 また、前記保護膜6は、所定厚さ(例えば厚さ数μm~数十μm)に形成され、耐擦傷性の高い透明な樹脂により形成されている。また、フィルム面の垂直方向に導通性を有し、フィルム面方向に絶縁性を有する異方性導電膜となされている。具体的には、前記保護膜6は、一般的に市販されているハードコート剤、例えば、商品名:Acier-PMMA(株式会社ニデック製)や、商品名:紫光UV7600B(日本合成化学工業株式会社製)などに、高導電性材料の、例えば商品名:ORMECON(日産化学工業株式会社製)などを10%程度分散させ、スピンコーターあるいはバーコーターを用い、前記透明導電性薄膜7上に均一に塗布した後、UV光で硬化させることにより得ることができる。
 また、予め導電性をもつハードコート剤、例えば、商品名:導電コートUV(中京油脂株式会社製)、あるいは商品名:導電ハードコートインキ(レジノカラー工業株式会社製)などを用い、規定の抵抗率にハードコート剤を調整しても上記と同様のフィルムを作製することができる。この場合、作製した保護膜6は透明導電性薄膜7の機能を併せ持つため、透明導電性薄膜7を形成する工程が無くなり、また、厚さが減少するため、透明性を確保するためには有利である。
 また、粘着層9は、例えばアクリル系材料、ウレタン系材料、シリコーン系材料、ゴム系材料により、所定厚さ(例えば厚さ10μm~30μm)に形成され、適度な粘着力と高い透明性および再剥離性を有している。
 この粘着層9は、PETフィルム8の下面に対し、バーコートやスピンコートあるいはスプレーコートなどにより形成することができる。
 また、前記透明導電性薄膜7の表面抵抗率は、10~10Ω/sqの範囲内において、カバーガラス4、PETフィルム8、粘着層9などの厚さ、比誘電率に応じて、指示体が接触した際に生じる単位面積あたりの静電容量の変化が、0.36~6.00pF/mmの範囲内となるように設定されている。
 尚、この表面抵抗率と静電容量の範囲は、図6に示す構成の条件下における実測値、或いはシミュレーションの計算値により決められている。
 図6に示す構成は、100mm×100mmの方形状のアルミ製の電極25上に80mm×80mmの方形状の高抵抗フィルム20を貼付し、さらにその上に直径8.4mm(接触面積が約55.4mm)の円柱状の銅製の電極26を配置している。この直径8.4mmの円の面積は、人体の指がタッチパネルに接触する際の面積と略等しい。
 図6の構成における実測においては、前記電極25,26には測定機としてLCRメータ35(カスタム社製ELC-131D)を接続し、高抵抗フィルム20における透明導電性薄膜21の表面抵抗率を複数の条件として設定し、1kHzの測定周波数で高抵抗フィルム20に生じた静電容量を測定した。その結果、前記表面抵抗率、及び前記静電容量の範囲内において、先端の細い指示体で接触した際にタッチパネルが反応する。
 また、前記高抵抗フィルム5を前記カバーガラス4上に設けることによって、導電性を有する指示体を前記高抵抗フィルム5へ接触させた際、実際の接触面積が擬似的に拡大する効果を得ることができる原理について説明する。
 例えば、図2に示すように、一様な所定の表面抵抗率を有する透明導電性薄膜21と、PETフィルム22と、粘着層23とで形成されるフィルム20を用意し、前記粘着層23側に、このフィルム20よりも広い面積の電極25を配置し、前記透明導電性薄膜21上に前記フィルム20よりも小さい面積の導電性指示体の先端(電極26)を接触させる。
 このとき、電極25,26に挟まれた前記フィルム20にあっては、図3に示すような等価回路に置き換えることができる。即ち、このフィルム20には、抵抗R(R1、R2、R3、・・・、Rn、Rn+1、・・・)と静電容量C(C1、C2、C3、・・・、Cn、Cn+1、・・・)とで構成される微小な積分回路が分布している(nは正の整数値)。
 ここで、積分回路の時定数τは、次式(1)で表され、Cnのnが増えるほど(面積が拡がるほど)、直列接続される抵抗の合成値が大きくなってCnの時定数τは大きくなる。
(数1)
 τ=R×C ・・・(1)
 時定数τが大きくなりすぎると、Cnにおいては短時間では電荷を殆ど蓄えることができない。そのため、C1~Cn-1までが、静電容量の蓄積された範囲と見なされる。
 このような積分回路にあっては、透明導電性薄膜21の表面抵抗率Rを小さくすれば、前記式(1)から、時定数τは小さくなる。そのため、静電容量の蓄積可能な境界にあった前記CnをCn+1、Cn+2、・・・と増やすことができ、擬似的な面積を拡大することが可能となる。
 尚、一般に、静電容量Cは、次式(2)により定義することができるため、前記時定数τは、前記PETフィルム22の比誘電率、厚さ寸法によっても影響を受ける。
(数2)
C=ε・ε×S/d ・・・(2)
 ε:比誘電率
 ε:真空の誘電率
 d:誘電体の厚さ
 S:電極面積
 続いて、図4を用いて、図1に示した高抵抗フィルム5(タッチパネル用フィルム)と共に用いるスタイラスペンの構成について説明する。
 図4は、本発明に係るスタイラスペン30の先端部を示す側面図である。
 図4に示すスタイラスペン30は、導電性材料(例えば鋼、銅、或いは導電性ゴム、導電性繊維など)により形成されたペン先31と、ペン先31を保持するペン先ホルダー32とを有する。ペン先ホルダー32より後端側には、グリップ部やペン軸本体など(いずれも図示せず)が設けられている。
 前記ペン先ホルダー32、グリップ部及びペン軸本体などは、人体とペン先31とを電気的に結合するように、前記ペン先31と電気的に接続された導電性材料(例えばアルミニウム合金)により形成されている。或いは、前記ペン先ホルダー32、グリップ部及びペン軸本体などの表面に、ペン使用者(人体)の手(指)が必ず接触する例えば金属製の導通部(図示せず)を、前記ペン先31と電気的に接続された状態で設けてもよい。
 また、前記ペン先31の先端幅寸法d1は、タッチパネル3の電極パッド11,12の対角線の幅(例えば5mm)よりも小さく形成されている。
 尚、本発明に係るスタイラスペンにあっては図4に示す形状に限定されるものではない。即ち、少なくとも導電性材料により形成されると共に、先端幅が前記電極パッド11,12の幅よりも小さいペン先を備え、ペン使用者がスタイラスペン30を手に持って使用する際に、使用者の手と前記ペン先とが電気的に結合する構成であればよい。
 このように構成されたスタイラスペン30と前記タッチパネル装置1とによれば、スタイラスペン30のペン先31が電極パッド11,12の幅よりも細くても、前記ペン先31が高抵抗フィルム5の表面に接触することで、その接触位置の検出を行うことができる。
 即ち、図5に示すように高抵抗フィルム5にスタイラスペン30が接触すると、高抵抗フィルム5は10~10Ω/sqの範囲内で設定された表面抵抗率を有しているため、導体であるスタイラスペン30の接触面積が擬似的に拡がり、人の指先が接触した場合と等価の状態となる。
 これにより、図5に示すように、スタイラスペン30のペン先31の接触位置を含む所定領域において透明導電性薄膜7と電極パッド11との間(誘電体であるカバーガラス4、PETフィルム8)には、単位面積あたり所定の静電容量の変化(約0.36~6.00pF/mm)が生じる。
 そして、透明導電性薄膜7と電極パッド11との間に生じた静電容量は、スタイラスペン30を介して人体に微弱な電流(例えば10μA~20μA)として流れ、それによりスタイラスペン30のペン先31の接触位置のうち、例えば縦方向の座標位置(図11,図12のY方向の位置)が検出される。
 また、前記透明導電性薄膜7と電極パッド11の場合と同様に、スタイラスペン30のペン先31の接触位置において透明導電性薄膜7と電極パッド12との間(誘電体であるカバーガラス4、PETフィルム8)にも、単位面積あたり所定の静電容量の変化(約0.36~6.00pF/mm)が生じる。
 そして、透明導電性薄膜7と電極パッド12との間に生じた静電容量は、スタイラスペン30を介して人体に微弱な電流(例えば10μA~20μA)として流れ、それによりスタイラスペン30のペン先31の接触位置のうち、例えば横方向の座標位置(図11,図12のX方向の位置)が検出される。
 以上のように、本発明に係る実施の形態によれば、タッチパネル3上にカバーガラス4を介して表面抵抗率が10~10Ω/sqの範囲内で設定された透明導電性薄膜7を含む高抵抗フィルム5が設けられるため、スタイラスペン30の接触面積がタッチパネル3を構成する電極パッド11,12の面積より小さくても、接触面積を擬似的に拡大することができる。そして、高抵抗フィルム5の透明導電性薄膜7と電極パッド11,12との間には、それぞれ単位面積あたり所定の静電容量の変化(約0.36~6.00pF/mm)が生じるため、人の指と等価な接触状態とすることができる。
 即ち、スタイラスペン30のペン先31の接触面積が小さくても、高抵抗フィルム5の表面に接触したペン先31と電極パッド11,12との間(カバーガラス)4に、タッチパネル3の反応に必要な静電容量の変化を生じさせることができ、スタイラスペン30の接触位置を検出することができる。
 このため、ペン先31が細いスタイラスペン30によるタッチパネル装置1の操作が可能となり、操作性や操作時の視認性及び使用感を向上させることができる。
 また、タッチパネル3の構成は、従来の構成を採用することができるため、製造にかかるコストの増加を抑制することができる。
 尚、前記実施の形態において、タッチパネル3は、絶縁フィルム10の表裏面に、センサ電極として複数の電極パッド11と複数の電極パッド12とがそれぞれ形成されてなる構成としたが、本発明にあっては、その構成に限定されるものではない。
 例えば、ITO膜からなる電極パッド11と電極パッド12とを、それぞれ別の透明薄膜の絶縁フィルム上に形成し、それらを重ねてタッチパネル3を構成してもよい。或いは、電極パッド11と電極パッド12とが電気的に絶縁されていれば、それらを同一層上に形成した構成としてもよい。
 また、前記実施の形態において、高抵抗フィルム5を構成する高抵抗の透明導電性薄膜7は、フィルム全面に一様に形成されているものとして説明したが、図10に示すように相互に絶縁された複数の小区画(小区画電極Ar)に分割して形成してもよい。
 そのように構成した場合には、スタイラスペン30のペン先31が高抵抗フィルム5の表面に接触した際、接触位置における前記小区画電極Arとセンサ電極(電極パッド11,12)との間にタッチパネル3の反応に必要な静電容量の変化を発生させることができる。
 即ち、スタイラスペン30の先端径(接触面積)が小さくても、その接触位置における小区画電極の領域でタッチパネルを反応させることができるため、細いペン先のスタイラスペン30であってもタッチパネル操作が可能となる。
 尚、図10に示す各小区画電極Arは、縦横の格子状に区切られた方形状としたが、方形状に限らず、他の形状により各小区画電極Arを形成してもよく、各小区画電極Arの大きさや形状が互いに異なるものであってもよい。
 また、前記実施の形態においては、透明導電性薄膜7は、例えばITO膜などにより形成されるものとして説明したが、それに限らず、透明性及び導電性を有するものであれば、如何なる材料を用いて形成されてもよい。
 また、前記実施の形態においては、透明導電性薄膜7の上に設ける保護膜6は、フィルム面の垂直方向に導通性を有し、フィルム面方向に絶縁性を有する異方性導電膜とした。
 しかしながら、本発明に係るタッチパネル用フィルムの有する保護膜にあっては、その性質に限定されるものではない。例えば、異方性を有さない透明な絶縁膜により保護膜を形成してもよい。
 また、前記実施の形態においては、PETフィルム8の上面に透明導電性薄膜7を形成するものとしたが、PETフィルム8に限らず、透明性、及び電気的絶縁性に優れるフィルムであれば、その他の材料により形成されたものをPETフィルム8の代わりに用いてもよい。
 尚、前記実施の形態において記載した透明導電性薄膜7、保護膜6、PETフィルム8、粘着膜9における透明性とは、それがタッチパネル上に配置された際に、表示画像の内容を識別可能な状態のものをいう。
 また、前記実施の形態においては、投影型静電容量方式のタッチパネルを例に説明したが、本発明に係るスタイラスペンと共に用いるタッチパネル用フィルムは、それに限らず、ペン先の接触による微弱電流の変化を捉えて位置検出を行う静電容量方式のタッチパネルであれば適用することができる。
 本発明について、実施例に基づきさらに説明する。尚、以下の実施例において用いる高抵抗フィルムは、本発明に係るタッチパネル用フィルムの構成のうち、透明導電性薄膜の上面に形成される保護膜を含まない構成とした。
[実験1]
 実験1では、タッチパネル用フィルム(高抵抗フィルム)が有する透明導電性薄膜の表面抵抗率を変化させることにより、指示体の接触面積を擬似的に変化させることが可能かを実測及びシミュレーションにより検証した。
(実施例1)
 実施例1では、実測により複数の表面抵抗率に対する静電容量の値を求めた。
 図6の斜視図に、具体的な装置構成を模式的に示す。尚、図6に示す構成においては、既に図2を用いて説明した構成と同様の構成を含むため、対応する部材については同じ符号で示す。
 図6に示すように、100mm×100mmの方形状のアルミ製の電極25上に80mm×80mmの高抵抗フィルム20を貼付し、さらにその上に直径8.4mmの円柱形状の銅製の電極26を配置した。尚、この直径8.4mmの円の面積は、人体の指がタッチパネルに接触する際の面積と略等しい。
 また、前記高抵抗フィルム20は、厚さ100μmのPETフィルム22の上面に、一様な所定の表面抵抗率を有する透明導電性薄膜21が形成され、PETフィルム22の下面に厚さ25μmの粘着層23が形成されたものを用いた。尚、粘着層23は、ウレタン系材料により形成した。
 また、本実施例1においては、上記構成を有する高抵抗フィルム20であって、その透明導電性薄膜21の表面抵抗率が異なるフィルムを複数枚形成し、各フィルムについて図6の装置における高抵抗フィルム20として配置し、電極25,26間の高抵抗フィルム20に生じた静電容量をそれぞれ測定した。
 また、前記電極25、26には測定機としてLCRメータ35(カスタム社製ELC-131D)を接続し、1kHzの測定周波数で高抵抗フィルム20に生じた静電容量を測定した。
(実施例2)
 実施例2では、シミュレーションによる測定(計算値)を行った。この実施例2においては、ムラタソフトウエア株式会社製のFemtet(登録商標)を用い、実測(実施例1)と同様の条件を設定して、フィルムに生じた静電容量を計算値として求めた。
 実施例1、2の結果を、図7のグラフに示す。図7のグラフにおいて、横軸は表面抵抗率(Ω/sq)を示し、縦軸は静電容量(pF)の測定結果を示す。また、表面抵抗率は、10~108.2Ω/sqの範囲内で設定した。また、グラフ中、□は実測値であり、△はシミュレーションによる計算値である。
 図7のグラフに示されるように、実施例1、2(実測値、計算値)ともに、設定したフィルムの表面抵抗率の範囲では、表面抵抗率が低いほど静電容量が大きくなった。
 また、前記した式(2)によれば、フィルムの比誘電率や厚さ寸法の変化がなければ、静電容量は面積に比例して変化するため、前記表面抵抗率の範囲内では、表面抵抗率と面積の大きさは反比例していることになる。したがって、この実験1の結果から、フィルムの表面抵抗率を変化させることにより、指示体の接触面積を擬似的に変化させることが可能であると確認することができた。
[実験2]
 一般にフィルムの比誘電率は周波数特性を持ち、電流の周波数によって静電容量の値が変化する。そこで、実験2では、タッチパネル操作においてスタイラスペンを使用する際に人体に流れる電流の周波数を測定し、その周波数における表面抵抗率と静電容量との関係をシミュレーションにより求めた。そして、その結果に基づき表面抵抗率と擬似的な面積の拡大率との関係について検証した。
 尚、タッチパネル操作においてスタイラスペンを使用する際に人体に流れる電流の測定においては、タッチパネルとしてアップル社製アイポッドタッチ(登録商標)を用いた。予め、この測定を行い、約300kHzの周波数の電流を検出した。
(実施例3)
 実施例3では、所定の表面抵抗率を有する透明導電性薄膜が設けられた高抵抗フィルムを貼った場合について、先端径2mmの電極を指示体として用いた際の電流周波数が300kHzにおける表面抵抗率と静電容量との関係を、シミュレーションにより求めた。尚、高抵抗フィルムの構成(積層構造、各層の材質、厚さ寸法)としては実施例1の場合と同様の条件とし、シミュレータとして、ムラタソフトウエア株式会社製のFemtet(登録商標)を用いた。
(比較例1)
 比較例1では、実施例3で用いた高抵抗フィルムの構成のうち、透明導電性薄膜を有さない場合(PETフィルムと粘着層のみの構成)について、指示体として先端径2mmの電極を用いた際の電流周波数300kHzにおける静電容量をシミュレーションにより求めた。
 実施例3の結果を図8のグラフに示す。図8のグラフにおいて、横軸は表面抵抗率(Ω/sq)を示し、縦軸は静電容量(pF)を示す。表面抵抗率は、10~10Ω/sqの範囲内で変化させ設定した。
 また、比較例1のシミュレーションの結果、電極間に生じた静電容量は0.94pFであった。
 図8のグラフに示されるように、例えば10Ω/sqのときの静電容量は約4pFであり、透明導電性薄膜を設けない場合(0.94pF)よりも約4倍の静電容量が生じたことを確認できた。
 また、図8のグラフから、各表面抵抗率について静電容量の倍増率を求め、その倍増率から、高抵抗の透明導電性薄膜を設けることにより先端径2mmの電極が擬似的に拡大する径を換算して求めると、図9のグラフが得られる。
 図9のグラフにおいて、横軸は表面抵抗率(Ω/sq)、縦軸は電極26の径を擬似的に拡大した換算径(mm)である。
 図9のグラフに示されるように、表面抵抗率が10~10Ω/sqの範囲内においては、表面抵抗率が低いほど電極の擬似的な径、即ち擬似的面積が拡大することを確認することができた。
[実験3]
 実験3では、比較例として、タッチパネルを備える実機に対し、タッチパネル前面にフィルムを貼らない場合と、市販されている従来の保護フィルムを貼付した場合の夫々について、タッチパネルが反応可能なピンゲージ先端径の範囲について検証した。
 尚、導電性を有する指示体として鋼製のピンゲージを用いると共に、人体の個人差を無くすため、実機本体下にアルミ板を配置し、アルミ板とピンゲージとを銅線で接続した状態で測定を行った。
(比較例2)
 比較例2では、タッチパネルとして第3世代アイパッド(登録商標)を用い、タッチパネル前面にフィルムを貼らない場合の、タッチパネルが反応可能なピンゲージ先端径の範囲を検証した。
 比較例2の結果を表1に示す。尚、表1において、○は反応することを示し、×は反応しないことを示し、△はパネル上の場所によっては反応することを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
(比較例3)
 比較例3では、タッチパネルとして第3世代アイパッドを用い、タッチパネル前面に市販されている従来の保護フィルム(表面抵抗率が1013Ω/sq)を貼付した場合の、タッチパネルが反応可能なピンゲージ先端径の範囲を検証した。
 比較例3の結果を表2に示す。尚、表2において、○は反応することを示し、×は反応しないことを示し、△はパネル上の場所によっては反応することを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
(比較例4)
 比較例4では、タッチパネルとして第4世代アイポッドタッチを用い、タッチパネル前面にフィルムを貼らない場合の、タッチパネルが反応可能なピンゲージ先端径の範囲を検証した。
 比較例4の結果を表3に示す。尚、表3において、○は反応することを示し、×は反応しないことを示し、△はパネル上の場所によっては反応することを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
(比較例5)
 比較例5では、タッチパネルとして第4世代アイポッドタッチを用い、タッチパネル前面に市販されている従来の保護フィルム(表面抵抗率が1013Ω/sq)を貼付した場合の、タッチパネルが反応可能なピンゲージ先端径の範囲を検証した。
 比較例5の結果を表4に示す。尚、表4において、○は反応することを示し、×は反応しないことを示し、△はパネル上の場所によっては反応することを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 タッチパネルとして第3世代アイパッドを用いた場合、表1(比較例2)から、フィルム無しの場合はピンゲージ径が4.0mm以上であれば反応することが確認できた。一方、表2(比較例3)から、従来の保護フィルムを貼った場合は反応に必要な面積が大きくなり、ピンゲージ径が4.8mm以上であれば反応することが確認できた。
 また、タッチパネルとして第4世代アイポッドタッチを用いた場合、表3(比較例4)から、フィルム無しの場合はピンゲージ径が3.9mm以上であれば反応することを確認できた。一方、表4(比較例5)から、従来の保護フィルム有りの場合は反応に必要な面積が大きくなり、ピンゲージ径が4.4mm以上であれば反応することが確認できた。
[実験4]
 前記実験3の結果、フィルムを貼らない場合の表1、表3から、ピンゲージ先端径が3.7mmのときには、全く反応しなかったため、本発明に係るタッチパネル用フィルム(高抵抗フィルム)を貼付し、ピンゲージ先端径が3.7mm(接触面積が10.8mm)以下の場合に反応すれば、本発明の有効性を確認することができる。
 そこで、実験4では、実験3でタッチパネルとして用いた第3世代アイパッド、及び第4世代アイポッドタッチのそれぞれについて、実施例として所定の表面抵抗率を有する高抵抗フィルムをタッチパネル前面に貼り、鋼製のピンゲージの先端径が3.7mmの場合の反応について検証した。
(実施例4)
 実施例4では、タッチパネルとして第3世代アイパッドを用い、タッチパネル前面に高抵抗フィルムを貼って、タッチパネルが反応する表面抵抗率の範囲について検証した。
 前記のように指示体として先端径が3.7mmのピンゲージを用い、前記高抵抗フィルムとして、100μm厚のPETフィルムの上面側に、所定の表面抵抗率を有する透明導電性薄膜が形成され、前記PETフィルムの下面側に25μm厚の粘着層が形成されているものを使用した。尚、前記粘着層は、ウレタン系材料により形成されるものとした。
 また、前記高抵抗フィルムにおける表面抵抗率の範囲を検証するにあたり、表面抵抗率の測定には、SIMCOジャパン製表面抵抗計ST-4を用いた。
 実施例4の結果を表5に示す。尚、表5において、○は反応することを示し、×は反応しないことを示し、△はパネル上の場所によっては反応することを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
(実施例5)
 実施例5では、タッチパネルとして第4世代アイポッドタッチを用いた。その他の条件は、実施例4と同じである。
 実施例5の結果を表6に示す。尚、表6において、○は反応することを示し、×は反応しないことを示し、△はパネル上の場所によっては反応することを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
 表5、表6から、両機種ともに表面抵抗率が105.0~108.0Ω/sqの範囲であれば反応するため、その範囲において径3.7mmのピンゲージの接触面積が擬似的に拡大し、タッチパネルを反応させることができるものと確認した。
[実験5]
 前記実施の形態に示した式(2)から、静電容量Cは、比誘電率εや誘電体の厚さdによっても変化する。そのため、本発明に係るタッチパネル用フィルム(高抵抗フィルム)の構成を表面抵抗率により規定する際には、その表面抵抗率の範囲において、タッチパネルが反応可能な単位面積あたりの静電容量の範囲を同時に規定することが望ましい。
 そこで、実験5では、タッチパネルに高抵抗フィルムを貼り、先端径が3.7mmの鋼製のピンゲージを用いた場合にタッチパネルが反応可能な表面抵抗率と静電容量の範囲について検証した。
(実施例6)
 実施例6では、タッチパネルとして第3世代アイパッドを用い、タッチパネル前面に高抵抗フィルムを貼って、タッチパネルが反応する表面抵抗率と静電容量の範囲について検証した。
 前記のように導電性を有する指示体として先端径が3.7mmの鋼製のピンゲージを用い、前記高抵抗フィルムとして、100μm厚のPETフィルムの上面側に、所定の表面抵抗率を有する透明導電性薄膜が形成され、前記PETフィルムの下面側に25μm厚のウレタン系材料からなる粘着層が形成されているものを使用した。
 実施例6の結果を表7に示す。尚、表7において、○は反応することを示し、×は反応しないことを示し、△はパネル上の場所によっては反応することを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
 表7から、指示体の先端径が3.7mm(約10.8mm)の場合、表面抵抗率105.0~108.0Ω/sq、且つ単位面積あたりの静電容量0.36~6.00pF/mmの範囲内においてタッチパネルを反応させることができることを確認した。
[実験6]
 前記のように実験4、5により指示体の先端径が3.7mmと細い場合でも、タッチパネルを反応させることが可能であると確認できた。そこで、実験6では、所定の高い表面抵抗率を有するフィルムを用いた場合の、タッチパネル反応可能な指示体の最小径について検証した。
(実施例7)
 実施例7では、タッチパネルとして第3世代アイパッドを用い、タッチパネル前面に高抵抗フィルムを貼って、指示体の先端径を条件として、タッチパネルが反応するか否かについて検証した。
 指示体としては先端径の異なる複数の鋼製のピンゲージをそれぞれ用いた。
 前記高抵抗フィルムとして、100μm厚のPETフィルムの上面側に、表面抵抗率105.0Ω/sqの表面抵抗率を有する透明導電性薄膜が形成され、前記PETフィルムの下面側に25μm厚のウレタン系材料からなる粘着層が形成されているものを使用した。
 実施例7の結果を表8に示す。尚、表8において、○は反応することを示し、×は反応しないことを示し、△はパネル上の場所によっては反応することを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
 表8から、フィルムの表面抵抗率105.0Ω/sqの場合、指示体のタッチパネル上への接触面積が2.1mm(直径1.62mm)以上であればタッチパネルを反応させることができることを確認した。
 尚、PETフィルム、粘着層の厚さ、及び粘着層の材質等を前記実施例での条件から所定の範囲で変化させ、同様の実験を行った結果、前記実施例の結果と同様の結果を得ることができた。
 以上の実施例の結果から、本発明に係るタッチパネル用フィルム(高抵抗フィルム)をタッチパネルに貼ることにより、本発明に係るスタイラスペンのように細い先端径の指示体であっても操作が可能になることを確認することができた。
 1     タッチパネル装置
 2     LCDユニット
 3     タッチパネル
 4     カバーガラス
 5     高抵抗フィルム(タッチパネル用フィルム)
 6     保護膜
 7     透明導電性薄膜
 8     PETフィルム
 9     粘着層
 10    絶縁フィルム
11     電極パッド(センサ電極)
12     電極パッド(センサ電極)
30     スタイラスペン
31     ペン先
32     ペン先ホルダー(導通部)

Claims (6)

  1.  格子状にセンサ電極が配置された静電容量方式のタッチパネルと導電性の指示体との間に介される静電容量式タッチパネル用フィルムであって、
     105.0~108.0Ω/sqの範囲内で設定された所定の表面抵抗率を有する透明導電性薄膜を少なくとも有し、
     前記指示体が接触した際、その接触位置を含む所定領域と前記センサ電極との間の誘電体に、単位面積あたり0.36~6.00pF/mmの静電容量の変化が発生することを特徴とするタッチパネル用フィルム。
  2.  前記透明導電性薄膜は、相互に電気的に絶縁された複数の透明な小区画電極によって構成されていることを特徴とする請求項1に記載されたタッチパネル用フィルム。
  3.  前記透明導電性薄膜の上に設けられた透明性を有する保護膜を含むことを特徴とする請求項1または請求項2に記載されたタッチパネル用フィルム。
  4.  前記請求項1乃至請求項3のいずれかに記載されたタッチパネル用フィルムを用いたタッチパネルであって、
     前記タッチパネル用フィルムと、前記タッチパネル用フィルムよりも下層に設けられ、格子状に配置されたセンサ電極とを備えることを特徴とする静電容量方式のタッチパネル。
  5.  格子状にセンサ電極が配置された静電容量方式タッチパネルの操作に用いられ、前記請求項1乃至請求項4のいずれかに記載のタッチパネル用フィルムと共に用いられるスタイラスペンであって、
     導電性材料により形成されたペン先を備え、
     前記ペン先と人体とを電気的に結合させることを特徴とするスタイラスペン。
  6.  前記ペン先の前記タッチパネル用フィルム上への接触面積が、2.1mm~10.8mmの範囲内であることを特徴とする請求項5に記載されたスタイラスペン。
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