WO2015020090A1 - 静電容量型タッチパネル - Google Patents

Abstract

駆動信号線、検出信号線から引き出す配線の本数を減らすことができ、もって額縁領域の面積を低減させることを可能にするタッチパネルを提供する。本発明の一実施の形態に係る自己変調型タッチパネル１は、透明基材１０上に所定の間隔をおいて形成された複数の駆動信号線１１～１３と、駆動信号線１１～１３に交差するように透明基材１０上に形成された複数の検出信号線２１～２３と、駆動信号線１１～１３及び検出信号線２１～２３の交差する位置にそれぞれ配置され、接続された変調回路３０とを備える。変調回路３０は、それぞれ異なる特性を有する。

Description

静電容量型タッチパネル

　本発明は、静電容量方式のタッチパネルに関し、特に、変調回路を内蔵した投影型静電容量方式のタッチパネルに関する。
本出願は、日本国において２０１３年８月８日に出願された日本特許出願番号特願２０１３－１６４９０８を基礎として優先権を主張するものであり、この出願を参照することにより、本出願に援用される。

　表示画面に軽く触れるだけで容易に操作できるスマートフォンや、タブレットＰＣが広く普及するようになり、入力デバイスであるタッチパネルの薄型化、軽量化、及び大画面化が喫緊の課題となっている。

　タッチパネルの検出方式には、２枚の抵抗膜を重ねて指示位置を特定する抵抗膜方式や、パネル表面に超音波や表面弾性波を発生させ、指示位置検出を行う表面弾性波方式等さまざま存在する。上述したスマートフォンやタブレットＰＣに用いられるタッチパネルでは、パネル上を指でタップしたり、ドラッグしたり、あるいは画像を拡大するのに画面上で２本の指を広げるように動作させたり（ピンチアウト）、２本指をせばめるように動かすピンチイン操作等、複雑で自由度のある操作に対応する必要がある。そのため、現状では、透明電極を用いてｘｙマトリクスを形成し、複数の指示位置の検出を同時に行える投影型静電容量方式のものが主流となっている。

　投影型静電容量方式のタッチパネルでは、特許文献１等に記載されているように、ｘ方向及びｙ方向に交差するように複数本形成配置された駆動線（ドライブライン）及び検出線（センスライン）のそれぞれ本数分だけ配線を引き出して、引き出した配線をタッチパネルの外縁部（以下、額縁領域という。）を通して、外部のコントローラに接続する必要がある。

特開２０１３－３６０３号公報

　投影型静電容量方式タッチパネルでは、駆動線と検出線が絶縁物を介して交差することにより形成される静電容量に、外部から指で触れることによる静電容量を加味した合成容量を測定することによって、接触位置の検出を行う。したがって、タッチパネルにおける検出位置の精度は、画面の単位面積当たりの駆動線と検出線の交差数、すなわち、駆動線と検出線の本数に依存することとなる。また、投影型静電容量方式タッチパネルの大型化を実現するには、多数の駆動線と検出線を透明基材上に透明電極を用いて形成する必要がある。

　ここで、接触位置の検出を行うための静電容量測定を行うには、各駆動線に検出信号を順次供給し、検出線ごとに信号を順次検出する、いわゆるスキャン方式が採用される。駆動線に検出信号を送出し、検出線によって静電容量測定信号を受信するために、各駆動線及び各検出線に対応した配線を介して接続コネクタからタッチパネルコントローラに対して信号を送出／受信する。これらの配線は、タッチパネルの透明領域（画面）を横切ることはできないから、額縁領域に配線を引き回すようにしなければならない。表示画面の大画面化をすることによって、駆動線・検出線の本数が増大し、このような駆動・検出のための配線本数も増大し、より広い額縁領域を必要とすることとなる。額縁領域を多層化することによって額縁領域の面積を低減することは技術的には可能であるが、薄型化の市場要求と逆行することとなる上、タッチパネルの製造工程が複雑化しコストアップの要因となる。

　そこで、本発明では、駆動信号線、検出信号線から引き出す配線の本数を減らすことができ、もって額縁領域の面積を低減させることを可能にするタッチパネルを提供することを目的とする。

　上述した課題を解決するための手段として、本発明の一実施の形態に係る静電容量型タッチパネルは、基板上に所定の間隔をおいて形成された複数の第１の信号線と、複数の第１の信号線に交差するように基板上に所定の間隔をおいて形成された複数の第２の信号線と、第１及び第２の信号線の交差する位置にそれぞれ配置され、第１及び第２の信号線にそれぞれ接続された変調回路とを備える。そして、変調回路は、第１及び第２の信号線の交差する位置ごとに異なる特性を有する。

　本発明の他の実施の形態に係る静電容量型タッチパネルは、基板上に形成された複数の第１の信号線と、複数の第１の信号線に交差するように基板上に形成された複数の第２の信号線と、第１及び第２の信号線の交差する位置にそれぞれ配置され、第１及び第２の信号線にそれぞれ接続された変調回路と、複数の第１の信号線に位置検出信号を送出する駆動配線と、複数の第２の信号線から変調回路を通して変調された位置検出信号を受信する受信配線とを備える。そして、変調回路は、第１及び第２の信号線の交差する位置ごとに異なる特性を有しており、駆動配線の数は、複数の第１の信号線の数よりも少なく、受信配線の数は、複数の第２の信号線の数よりも少ない。

　本発明では、特性の異なる変調回路を、第１及び第２の信号線の交差する位置にそれぞれ配置し、第１及び第２の信号線にそれぞれ接続しているので、駆動用の配線の数を少なくすることができ、タッチパネルの外縁部である額縁領域を狭くすることができる。

図１は、本発明の一実施の形態に係る自己変調型タッチパネルの回路例を示す図である。 図２（Ａ）、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）は、本発明の一実施の形態に係る自己静電容量型タッチパネルを構成する変調回路の具体例を示す回路例である。図２（Ａ）は、ＬＣＲ方式のバンドパスフィルタの回路構成例であり、図２（Ｂ）は、π型ＬＣ方式のバンドパスフィルタの回路構成例である。図２（Ｃ）は、ディレイラインの回路例である。 図３は、本発明の一実施の形態に係る自己変調型タッチパネルのタッチパネル部の構造例を模式的に示す平面図を含む回路図である。 図４（Ａ）は、バンドパスフィルタ等の変調回路を薄膜技術を用いて単一素子で実現した変調回路素子の斜視図である。図４（Ｂ）は、図２（Ａ）の分解組立図である。 図５は、自己静電容量型タッチパネルの変調回路が実装される状態を説明するための一部分解斜視図である。 図６は、自己静電容量型タッチパネルの変調回路が実装された状態を示す斜視図である。 図７は、バンドパスフィルタを変調回路に用いた自己変調型タッチパネルの動作を確認するための等価回路図である。 図８（Ａ）は、図７の回路に入力する入力信号の形態を示す図である。図８（Ｂ）は、図７の回路の出力信号の形態を示す図である。 図９は、ディレイラインを変調回路に用いた自己変調型タッチパネルの動作を確認するための等価回路図である。 図１０（Ａ）は、図９の回路に入力する入力信号の形態を示す図である。図１０（Ｂ）は、図９の回路の出力信号の形態を示す図である。 図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）は、ディレイラインの遅延時間を適切に選定した場合とそうでない場合の出力信号の波形の様子を示す図である。図１１（Ａ）は、適切な遅延時間に設定された場合の出力信号の波形であり、図１１（Ｂ）は、適切でない遅延時間に設定したために出力信号の波形が変形したり、偽信号が出力される様子を示す図である。 図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）は、ディレイラインの遅延時間を適切に選定した場合とそうでない場合の系のゲイン及び位相の周波数特性を示す図である。図１２（Ａ）は、適切な遅延時間に設定された場合の周波数特性であり、図１２（Ｂ）は、適切でない遅延時間に設定したためにゲイン及び位相に異常が認められる様子を示す図である。

　以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能であることはもちろんである。なお、説明は以下の順序で行う。

　１．自己変調型タッチパネルの回路構成例
　２．自己変調型タッチパネルの構造例
　３．自己変調型タッチパネルの動作
　　（１）バンドパスフィルタ方式
　　（２）ディレイライン方式

　１．自己変調型タッチパネルの回路構成例
　図１には、本発明が適用された投影型静電容量方式のタッチパネルの等価回路を示す。以下詳細に述べるように、接触検出位置に周波数又は時間の関数を有する回路を接続することによって、タッチパネル全体として変調機能を発現することから、以下では本発明に係るタッチパネルを自己変調型タッチパネルと呼ぶこととする。また、簡単のため、検出位置を４×４、３×３あるいは４×３とした自己変調型タッチパネルについて説明をするが、自己変調型タッチパネルでは、これらに限らず、ｍ×ｎ（ｍ，ｎは２以上の整数）に拡張し、一般化することができるのはいうまでもない。

　図１に示すように、本発明が適用された自己変調型タッチパネル１は、透明基材１０と、透明基材１０上に所定の間隔をおいてほぼ平行に形成される複数の駆動信号線１１～１４と、複数の駆動信号線１１～１４に交差するように透明基材１０上に所定の間隔をおいてほぼ平行に形成された複数の検出信号線２１～２４と、駆動信号線１１～１４と検出信号線２１～２４の交差するそれぞれの位置に配置され、駆動信号線１１～１４及び検出信号線２１～２４に入出力が接続された複数の変調回路３０とを備える。これら複数の変調回路３０は、それぞれ異なる周波数特性を有する。なお、図１では、煩雑さを避けて理解を容易にするために、変調回路３０の接地線を省略しているが、それぞれの変調回路３０は、接地３５を介して接続端子に接続される。

　複数の駆動信号線１１～１４は、１本の駆動配線１５にまとめられて接続端子１５ａに接続される。また、複数の検出信号線２１～２４は、１本の受信配線２５にまとめられて接続端子２５ａに接続される。透明基材１０上に形成された接続端子１５ａ，２５ａ，３５ａは、それぞれに対応した配線パターン１５ｂ，２５ｂ，３５ｂが形成されたフレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）に接続される。ＦＰＣでは、接続端子１５ａ，２５ａ，３５ａが接続されている側の他方の側に形成された接続端子１５ｃ，２５ｃ，３５ｃを介して、自己変調型タッチパネルの検出制御等を行うコントローラ６０に接続される。コントローラ６０は、所定の駆動信号を発生して、駆動配線１５を介して各駆動信号線１１～１４を駆動するセンスパルス信号発生回路６１と、センスパルス信号発生回路によって駆動されて、各変調回路３０を経由し、検出信号線２１～２４から受信配線２５を介して受信された受信信号を復調する復調回路６２とを有する。復調回路６２には、各変調回路３０で変調された信号に応じて信号を復調する周知の回路を用いることができる。後述するように、復調回路では、異なる周波数を有する正弦波信号が時分割的に配列された信号を取得するので、この信号をそれぞれの周波数成分ごとに分離して、初期値（デフォルト値）と比較する。より具体的には、たとえば、復調回路６２では、受信した信号をＡ／Ｄ変換し、所定のデジタルフィルタ（ＣＩＣフィルタ、ＦＩＲフィルタ等）によって各周波数成分ごとに信号を分離することができる。なお、コントローラ６０は、さらにマイクロプロセサ等に接続されて接触位置検出制御を行う。

　変調回路３０は、さまざまな構成をとることが可能である。図２に変調回路３０の具体例を示す。

　図２（Ａ）は、変調回路３０として用いられるＬＣＲ形式のバンドパスフィルタ３０ａの回路例である。バンドパスフィルタ３０ａは、駆動信号線１１～１４のいずれかに接続される入力端子３１ａと、検出信号線２１～２４のいずれかに接続される出力端子３２ａと、接地３５とを有する。バンドパスフィルタ３０ａは、入力端子３１ａと出力端子３２ａ間に直列に接続された抵抗（Ｒ１）３３ａと、インダクタ（Ｌ１）３６ａと、抵抗（Ｒ２）３４ａとを有する。また、抵抗（Ｒ１）３３ａとインダクタ（Ｌ１）３６ａとの接続ノードと接地３５間に並列に接続されたインダクタ（Ｌ２）３７ａとキャパシタ（Ｃ２）３８ａが接続され、インダクタ（Ｌ１）３６ａと抵抗（Ｒ２）３４ａとの接続ノードと接地３５間に並列に接続されたインダクタ（Ｌ３）３９ａとキャパシタ（Ｃ３）４０ａが接続される。

　図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の構成とは異なる構成のバタワース型のバンドパスフィルタ３０ｂの例を示す。バンドパスフィルタ３０ｂは、ＬＣからなるバンドパスフィルタである。バンドパスフィルタ３０ｂは、駆動信号線１１～１４のいずれかに接続される入力端子３１ｂと、検出信号線２１～２４のいずれかに接続される出力端子３２ｂと、接地３５とを有する。バンドパスフィルタ３０ｂは、入力端子３１ｂと出力端子３２ｂ間に直列に接続されたインダクタ（Ｌ１）３６ｂと、キャパシタ（Ｃ１）４１ｂとを有する。また、入力端子３１ｂと接地３５間に並列に接続されたインダクタ（Ｌ２）３７ｂとキャパシタ（Ｃ２）３８ｂが接続され、出力端子３２ｂと接地３５間に並列に接続されたインダクタ（Ｌ３）３９ｂとキャパシタ（Ｃ３）４０ｂが接続される。

　図２（Ｃ）は、変調回路３０として用いられるディレイライン３０ｃの回路例を示す。ディレイライン３０ｃは、駆動信号線１１～１４のいずれかに接続される入力端子３１ｃと、検出信号線２１～２４のいずれかに接続される出力端子３２ｃと、接地３５とを有する。遅延素子４２ｃは、遅延時間Ｔｄと特性インピーダンスＺ０とを有する。

　図１では、変調回路３０として、同一の符号で示しているが、変調回路３０として用いられるバンドパスフィルタ３０ａ，３０ｂ及びディレイライン３０ｃは、それぞれ異なる周波数特性、遅延時間を有する。

　図２（Ａ）～図２（Ｃ）に示した変調回路の構成例は、一例であり、たとえば図２（Ｂ）の構成を縦続に接続してより高次のバタワースフィルタを構成してもよいし、他の周知の異なる回路構成としてもよいのはいうまでもない。また、変調回路３０は、図２（Ａ）～図２（Ｃ）のような受動素子により構成されるものに限らず、ＦＥＴ素子等の能動素子を用いたアクティブフィルタや、ディレイラインとしてもよい。さらに、図１における複数の変調回路３０は、すべて同じ回路構成である必要はなく、複数の種類のフィルタ回路が混在してもよいが、復調回路の構成を簡素にするためには、同一形式の変調回路３０を採用するのが好ましい。

　２．自己変調型タッチパネルの構造例
　図３には、透明基材１０上に実際に形成される接触電極を含めた構成を示す。

　本発明が適用された自己変調型タッチパネル１は、駆動信号線１１～１４のそれぞれに所定の間隔だけ離間するように形成された方形状（菱形状）のＸ電極１７と、検出信号線２１～２４のそれぞれに所定の間隔だけ離間するように形成された方形状（菱形状）のＹ電極２７とを有する。Ｘ電極１７とＹ電極２７とは、市松模様状に交互に配列され、透明基材１０の同一面上に透明電極材料により形成される。透明基材１０は、電気的に絶縁性を有する透明な周知の基材が用いられ、たとえばガラスやＰＥＴ樹脂フィルム等の透明樹脂等である。透明電極材料には、周知の材料を用いることができ、たとえばＩＴＯ、ＺｎＯ、Ａｇナノワイヤ等の金属ナノワイヤ、あるいはカーボンナノチューブを含む材料を好適に用いることができる。検出信号線２１～２４にそれぞれに電気的に接続され、隣接する位置にあるＹ電極２７同士は、導電ライン２６で相互に電気的接続される。この導電ライン２６上には、絶縁層２９で覆われた変調回路３０が配置される。駆動信号線１１～１４のそれぞれに電気的に接続され、隣接する位置にあるＸ電極１７は、絶縁層２９上にわたって透明電極材料からなるジャンパ配線１６によって相互に電気的接続される。ジャンパ配線１６を構成する透明電極材料は、周知の材料を用いることができる。形成工程のための既存の設備を活用する観点等からＸ電極及びＹ電極で用いる透明電極材料と同じものを用いることが好ましい。

　Ｘ電極１７、Ｙ電極２７及びジャンパ配線１６は、周知の方法で透明基材１０上に形成することができるが、既存の装置を用いることができることから、スクリーン印刷やインクジェット方式を含めた塗布方式を用いることが好ましい。

　変調回路３０には、図４に示すように、薄膜形成技術を用いた薄膜フィルタ回路素子を用いてもよい。変調回路３０を構成する薄膜フィルタ回路素子は、絶縁性の基板４３と、基板４３上に形成される第１の金属配線層４４と、誘電体で形成される薄膜４５と、第１の金属配線層４４に多層化される第２の金属配線層４７と絶縁するための絶縁層４６と、第２の金属配線層４７の保護のためのオーバコート層４８と、オーバコート層４８等のスルーホールを介して第１及び第２の金属配線層４４，４７の所定の位置に接続して外部回路に接続するための電極４９と、さらなるオーバコート層５０と、識別のためのマーキング層５１とを積層形成することによって形成される。

　変調回路３０は、このような薄膜フィルタ回路に限らず、ＬＴＣＣ（Low temperature Co-fired Ceramic、低温同時焼成セラミクス）技術を用いて多層に積層したデバイスであってもよく、フィルタ回路やディレイライン回路を個別のチップ部品を配置することによって形成してもよい。

　より具体的には、図５及び図６に示すように、透明基材１０上に形成されたＸ電極１７、Ｙ電極２７及び接地３５上に、図示しない絶縁物を介して配線パターン５５が形成されており、図２（Ａ）に示したバンドパスフィルタ３０ａが構成される。図５に示すように、バンドパスフィルタ３０ａを構成する抵抗、キャパシタ、インダクタの各部品を、個別チップ部品によって構成してもよく、上述したような薄膜フィルタ回路やＬＴＣＣ技術による単一素子を実装してもよい。

　バンドパスフィルタ３０ａの入力端子３１ａは、Ｘ電極１７に接続され、出力端子３２ａは、Ｙ電極２７に接続される。バンドパスフィルタ３０ａを構成する各部品（直列抵抗（Ｒ１，Ｒ２）３３ａ，３４ａ、直列インダクタ（Ｌ１）３６ａ、並列インダクタ（Ｌ２，Ｌ３）３７ａ，３９ａ、並列キャパシタ（Ｃ２，Ｃ３）３８ａ，４０ａ）は隣接するＹ電極２７，２７を電気的接続する導電ライン２６上に配置され、所定の電気的接続となるように形成された配線パターン５５上に搭載される。なお、変調回路３０の構成は、バンドパスフィルタ３０ａに限らず、他の構成のバンドパスフィルタ３０ｂ等やディレイライン３０ｃ等であってもよく、他の周知の変調回路でよい。実装された各部品上にわたって、電気的絶縁をとるために絶縁層２９が形成される。絶縁層２９は、周知の絶縁材料を用いればよく、硬化時に透明な紫外線硬化性や熱硬化性樹脂塗料等を用いることができる。絶縁層２９上にわたって、ジャンパ配線１６を形成し、隣接するＸ電極１７，１７同士を電気的に接続する。上述したように、ジャンパ配線１６は、Ｘ電極１７やＹ電極２７等の透明電極と同一の材料により、たとえば、Ａｇナノワイヤを含む透明電極材料をインクジェット技術を用いて形成することができる。

　図６に示すように、ジャンパ配線１６を形成後には、絶縁層２９に覆われた変調回路であるバンドパスフィルタ３０ａが、Ｘ電極とＹ電極が交差するそれぞれの接続位置に配置、形成される。

　３．自己変調型タッチパネルの動作
　以下では、具体例として、それぞれ中心周波数の異なるバンドパスフィルタを配置した場合と、それぞれ遅延時間を異ならせたディレイラインを配置した場合の、本発明が適用された自己変調型タッチパネルの動作についてそれぞれ説明する。

　（１）バンドパスフィルタ方式
　図７には、変調回路３０として、π型のＬＣバンドパスフィルタを用いた場合の等価回路を示す。図７は、３×３の自己変調型タッチパネル、すなわち駆動信号線１１～１３と検出信号線２１～２３のそれぞれ交差する位置に９個のバンドパスフィルタＢＰＦ１１～ＢＰＦ３３を配置して接続した自己変調型タッチパネルの等価回路である。

　入力ポート７０に接続された信号源から、駆動配線１５を経由し、各駆動信号線１１～１３を介して、バンドパスフィルタＢＰＦ１１～ＢＰＦ３３に駆動信号を供給する。そして、信号源から供給された信号は、検出信号線２１～２３から受信配線２５を介して検出信号として出力される（ＯＵＴＰＵＴ７１）。各バンドパスフィルタＢＰＦ１１～ＢＰＦ３３の定数を表１に示す。

　入力ポート７０に接続される信号源は、図８（Ａ）に示すように、異なる周波数の正弦波信号が時系列に配列された信号によって構成される。配列された各正弦波信号の周波数は、９個のバンドパスフィルタＢＰＦ１１～ＢＰＦ３３の中心周波数に一致するように設定される。すなわち、最初の正弦波信号Ｉ＿１１の周波数は、バンドパスフィルタＢＰＦ１１の中心周波数である１００ｋＨｚである。次の正弦波信号Ｉ＿２２の周波数は、バンドパスフィルタＢＰＦ２２の中心周波数である５００ｋＨｚである。３番目の正弦波信号Ｉ＿３３の周波数は、バンドパスフィルタＢＰＦ３３の中心周波数である１．５ＭＨｚである。同様にして、正弦波信号Ｉ＿２３，Ｉ＿１２，Ｉ＿３１，Ｉ＿３２，Ｉ＿２１，Ｉ＿１３の周波数は、それぞれバンドパスフィルタＢＰＦ２３，ＢＰＦ１２，ＢＰＦ３１，ＢＰＦ３２，ＢＰＦ２１，ＢＰＦ１３の中心周波数に等しく設定される。図８（Ａ）においては、各周波数の継続時間を０．２ｍｓとし、デューティサイクルを５０％としているが、これらについては任意に設定できるのはいうまでもない。

　図８（Ａ）に示す信号が入力ポート７０に入力されると、駆動信号線１１～１３を介して９個すべてのバンドパスフィルタＢＰＦ１１～ＢＰＦ３３を通過する。そして、それぞれバンドパスフィルタＢＰＦ１１～ＢＰＦ３３の中心周波数に等しい信号が、それぞれバンドパスフィルタＢＰＦ１１～ＢＰＦ３３を通過する。したがって、図８（Ｂ）に示すように、ＯＵＴＰＵＴ７１からは、入力信号の各周波数からなる配列と同じ周波数の配列を有する信号が出力される。すなわち、最初に出力される出力信号Ｏ＿１１は、正弦波信号Ｉ＿１１と同じ周波数１００ｋＨｚであり、次に出力される出力信号Ｏ＿２２は、正弦波信号Ｉ＿２２と同じ周波数５００ｋＨｚであり、３番目に出力される出力信号Ｏ＿３３は、正弦波信号Ｉ＿３３と同じ周波数１．５ＭＨｚである。同様にして、出力信号Ｏ＿２３，Ｏ＿１２，Ｏ＿３１，Ｏ＿３２，Ｏ＿２１，Ｏ＿１３は、それぞれ正弦波信号Ｉ＿２３，Ｉ＿１２，Ｉ＿３１，Ｉ＿３２，Ｉ＿２１，Ｉ＿１３に対応する時間に出力され、それぞれの周波数は、正弦波信号Ｉ＿２３，Ｉ＿１２，Ｉ＿３１，Ｉ＿３２，Ｉ＿２１，Ｉ＿１３の周波数８００ｋＨｚ，４００ｋＨｚ，９００ｋＨｚ，１．２ＭＨｚ，２００ｋＨｚ，７００ｋＨｚに等しい。

　タッチパネル上を指等が接触すると、接触位置に静電容量が付加されるので、その接触位置近傍のバンドパスフィルタの通過特性が変化して、出力される出力信号の波形が変化する。静電容量の付加前の波形を初期値としてＡ／Ｄ変換後にデジタル値として記憶し、いずれかの周波数の出力信号に波形の変化の有無を検出することにより、接触位置を検出することができる。なお、図８（Ｂ）に示すように、図７の抵抗で示される透明電極、配線等のインピーダンス５６によって、それぞれの出力信号の振幅は等しくならない。

　タッチパネルへ入力する正弦波信号の周波数の配列については、図８（Ａ）の順序に限らないが、各周波数の差分となる周波数に等しい周波数を有する信号を入力信号に用いると、他の周波数の信号と干渉を生じて安定した出力信号を得ることが困難になるので、各周波数の差分となる周波数を有する信号を入力信号に含めないことが好ましい。また、出力信号に干渉が生じないようにするには、それぞれの入力信号の周波数も反射波による混信、妨害の防止も考慮してランダムに選定するのがより好ましい。

　このようにして、それぞれのバンドパスフィルタの中心周波数に等しい正弦波信号で駆動信号線を駆動し、接触の有無による出力信号の変化を取得することによって接触位置を検出することができる。入力する正弦波信号は、周波数ごとに時系列に配列されて駆動信号線に供給され、出力される出力信号も入力される正弦波信号に対応して周波数ごとに時系列に配列されて検出信号線に送出されるので、駆動及び受信のための配線は、それぞれ１本あれば接触位置検出を行うことができる。また、入力する正弦波信号が時系列に配列されているので、それぞれの周波数成分ごとに容易に分離することができるので、復調回路の構成も簡素にすることができる。

　さらに、額縁領域をとおる配線を、接地線、駆動配線及び受信配線のそれぞれ１本のみとすることができ、額縁領域の面積を狭くすることができる。

　（２）ディレイライン方式
　図９には、変調回路３０として、それぞれ異なる遅延時間を有するディレイラインを配置した場合の等価回路を示す。図９は、４×３の自己変調型タッチパネル、すなわち駆動信号線１１～１４と検出信号線２１～２３のそれぞれ交差する位置に合計１２個のディレイラインＤＬＹ１１～ＤＬＹ３４を配置し、接続した場合の等価回路である。

　入力ポート７２には、図１０（Ａ）に示すような方形パルス波の入力信号ＶＩＮを出力する信号源が接続される。この場合には、パルス幅５ｎｓの方形パルス波を用いたが、パルス幅等の入力信号の諸元には、信号の検出精度等に応じて任意に設定できるのはいうまでもない。また、入力信号ＶＩＮは、方形パルス波に限定されることなく、三角波、正弦波、その他任意の波形を有する信号を用いることができる。
　表２に各ディレイラインＤＬＹ１１～ＤＬＹ３４の特性値を示す。

　図１０（Ａ）のような方形パルス信号を入力信号ＶＩＮとして入力ポート７２から入力すると、入力信号ＶＩＮは、駆動配線１５を介して、各駆動信号線１１～１４に配信されて、各ディレイラインＤＬＹ１１～ＤＬＹ３４に到達する。ディレイラインＤＬＹ１１～ＤＬＹ３４に到達した信号は、それぞれのディレイラインが有する遅延時間に応じた時間だけ遅れて検出信号線２１～２３にそれぞれ出力される。ディレイラインＤＬＹ１１～ＤＬＹ３４の遅延時間は、すべて異なるので、受信配線２５を経由してＯＵＴＰＵＴ７３から出力されるパルス信号は、ディレイラインＤＬＹ１１～ＤＬＹ３４の遅延時間に応じた時間軸上の位置に出力される。したがって、ＯＵＴＰＵＴ７３から出力される出力信号の列は、図１０（Ｂ）に示すようになる。すなわち、最初の出力信号ＤＯ＿１１は、ディレイラインＤＬＹ１１の遅延時間３２０ｎｓだけ遅れて出力され、次の出力信号ＤＯ＿１２は、ディレイラインＤＬＹ１２の遅延時間３３０ｎｓだけ遅れて出力される。同様にして、出力信号ＤＯ＿１３，ＤＯ＿１４，ＤＯ＿２１，ＤＯ＿２２，ＤＯ＿２３，ＤＯ＿２４，ＤＯ＿３１，ＤＯ＿３２，ＤＯ＿３３，ＤＯ＿３４は、それぞれディレイラインＤＬＹ１３，ＤＬＹ１４，ＤＬＹ２１，ＤＬＹ２２，ＤＬＹ２３，ＤＬＹ２４，ＤＬＹ３１，ＤＬＹ３２，ＤＬＹ３３，ＤＬＹ３４に対応する遅延時間３４０ｎｓ，３７０ｎｓ，４１０ｎｓ，４３０ｎｓ，４４０ｎｓ，４５０ｎｓ，５２０ｎｓ，５４０ｎｓ，５５０ｎｓ，５６０ｎｓだけそれぞれ遅れて出力される。

　ここで、タッチパネル上を指等で触ると、接触位置近傍のディレイラインの特性が変化してディレイラインの遅延時間が増大する。そこで、初期の出力信号位置をＡ／Ｄ変換後にデジタル値として初期位相として記憶し、出力される出力信号のパターンごとに位相差を測定することによって、接触位置を特定することができる。

　ここで、すべてのディレイラインの遅延時間を異ならせる必要があるが、同じ行（たとえばＤＬＹ１１，ＤＬＹ１２，ＤＬＹ１３，ＤＬＹ１４等）は、パルス信号が同一配線を通過し、反射による干渉を生じるので、正確に位相検出するためには、このような相互の干渉を極力小さくする必要がある。

　図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）には、ディレイラインを通過した信号が相互に干渉する場合としない場合とを比較した測定データである。図１１（Ａ）は、図１０（Ｂ）と同じ条件における出力信号の測定値である。図１１（Ｂ）には、１行目のディレイラインＤＬＹ１１，ＤＬＹ１２，ＤＬＹ１３，ＤＬＹ１４の遅延時間を、それぞれ１０ｎｓ，２０ｎｓ，３０ｎｓ，４０ｎｓとした場合の出力信号の測定値である（時間軸上、ＤＬＹ１１～ＤＬＹ１４の波形は示されていない。）。２行目及び３行目のディレイラインの遅延時間は、図１１（Ａ）のものと同一であるが、ＤＬＹ２２，ＤＬＹ２３，ＤＬＹ２４に対応する出力信号ＤＯ＿２２’，ＤＯ＿２３’，ＤＯ＿２４’の波形にアンダシュートや波形なまり等の異常（変形）が見られる。また、３行目のディレイラインＤＬＹ３１，ＤＬＹ３２，ＤＬＹ３３，ＤＬＹ３４に対応する出力信号ＤＯ＿２１’，ＤＯ＿２２’，ＤＯ＿２３’，ＤＯ＿２４’の波形にも異常波形が観測される。さらに、２行目及び３行目のディレイラインのそれぞれの後方に反射の影響と見られる偽信号が観測される。

　図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）には、図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）にそれぞれ対応する位相の周波数特性をプロットしたグラフを示す。図１２（Ａ）が干渉を生じず正常な状態の場合の周波数特性を示し、図１２（Ｂ）が干渉を生じている場合の周波数特性を示す。図１２（Ａ）では、２ＭＨｚ以上の周波数の領域においてゲインが周期性をもって変化しており、図１２（Ｂ）では、ゲインが不規則に変化していることが示されている。

　このような信号の干渉を低減するために、ディレイラインが有するそれぞれの遅延時間については、ランダムに設定されるのが好ましい。たとえば、遅延時間を各行ごとに強い自己相関特性を持つＰＮ（pseudorandom noise）符号パターン等で設定するのがより好ましい。その他、周知のランダム値設定手法を用いることができるのはいうまでもない。

　このようにして、それぞれのディレイラインの遅延時間に対応した出力信号を検出し、位相変化を測定することによって接触位置を検出することができる。入力する信号は単発のパルス信号のみであり、出力される出力信号もディレイラインの遅延時間に応じて時系列に配列されるので、駆動及び受信のための配線は、それぞれ１本あれば接触位置検出を行うことができる。また、出力信号が時系列に配列されているので、それぞれの位相検出を容易に行うことができ、復調回路の構成も簡素にすることができる。

　額縁領域をとおる配線は、接地線、駆動配線及び受信配線のそれぞれ１本のみであり、額縁領域の面積を狭くすることができる。

　上述のようにして、駆動信号線と検出信号線の交差する位置に配置されたバンドパスフィルタやディレイライン等のそれぞれ特性が異なる周波数パラメータ素子を配置し、接続することによって、駆動配線及び受信配線をそれぞれ１本ずつ額縁領域を引き回すだけで接触位置を特定することができるタッチパネルを構成することができる。なお、タッチパネルの画面を適宜分割（２分割、４分割等）し、分割画面ごとに上述した自己変調方式を採用すれば、分割画面ごとに駆動配線及び受信配線を１本ずつ引き回すことによって額縁領域を増大させることなく、さらなる大画面タッチパネルを実現することも可能になる。

１　自己変調型タッチパネル、１０　透明基材、１１～１４　駆動信号線、１５　駆動配線、１６　ジャンパ配線層、１７　Ｘ電極、２１～２４　検出信号線、２５　受信配線、２６　導電ライン、２７　Ｙ電極、３０　変調回路、３１　入力端子、３２　出力端子、３３，３４　抵抗、３５　接地、３６，３７，３９　インダクタ、４０，４１　キャパシタ、４２ｃ　遅延素子、４３　基板、４４　第１の金属配線層、４５　薄膜層、４６　絶縁層、４７　第２の金属配線層、４８　オーバコート層、４９　端子、５０　オーバコート層、５１　マーキング層、６０　コントローラ

Claims (7)

1. 　基板上に所定の間隔をおいて形成された複数の第１の信号線と、
   　上記複数の第１の信号線に交差するように上記基板上に所定の間隔をおいて形成された複数の第２の信号線と、
   　上記第１及び第２の信号線の交差する位置にそれぞれ配置され、該第１及び第２の信号線にそれぞれ接続された変調回路とを備え、
   　上記変調回路は、上記第１及び第２の信号線の交差する位置ごとに異なる特性を有することを特徴とする静電容量型タッチパネル。
2. 　上記第１の信号線は、上記第２の信号線と交差する位置で絶縁体によって該第２の信号線と電気的に絶縁され、
   　上記変調回路は、上記絶縁体に覆われていることを特徴とする請求項１記載の静電容量型タッチパネル。
3. 　上記変調回路は、帯域通過型フィルタを含み、
   　上記帯域通過型フィルタは、上記第１及び第２の信号線の交差する位置ごとに異なる中心周波数を有することを特徴とする請求項１又は２記載の静電容量型タッチパネル。
4. 　上記変調回路は、ディレイラインを含み、
   　上記ディレイラインは、上記第１及び第２の信号線の交差する位置ごとに異なる遅延時間を有することを特徴とする請求項１又は２記載の静電容量型タッチパネル。
5. 　上記第２の信号線に接続され、上記第１の信号線に印加された信号が上記変調回路を介して受信される信号を復調する復調回路を更に備え、
   　上記復調回路は、上記変調回路に対応する復調をすることによって位置検出を行うことを特徴とする請求項１～４いずれか１項記載の静電容量型タッチパネル。
6. 　基板上に形成された複数の第１の信号線と、
   　上記複数の第１の信号線に交差するように上記基板上に形成された複数の第２の信号線と、
   　上記第１及び第２の信号線の交差する位置にそれぞれ配置され、該第１及び第２の信号線にそれぞれ接続された変調回路と、
   　上記複数の第１の信号線に位置検出信号を送出する駆動配線と、
   　上記複数の第２の信号線から上記変調回路を通して変調された位置検出信号を受信する受信配線とを備え、
   　上記変調回路は、上記第１及び第２の信号線の交差する位置ごとに異なる特性を有し、
   　上記駆動配線の数は、上記複数の第１の信号線の数よりも少なく、
   　上記受信配線の数は、上記複数の第２の信号線の数よりも少ないことを特徴とする静電容量型タッチパネル。
7. 　上記駆動配線及び受信配線の数は、それぞれ１本ずつであることを特徴とする請求項６記載の静電容量型タッチパネル。

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