JP2004272714A - タッチパネル - Google Patents

Abstract

【課題】良好なクリック感が得られるタッチパネルを得る。
【解決手段】可撓性を有する上ガラス１２を主要構成部品とする上基板１１と、剛性を有する下ガラス２を主要構成部品とする下基板１とを、所定の隙間でシール材１７をもって一体化したタッチパネル２０において、前記上ガラス１２の上面に接し、かつ平面的に見てドットスペーサ８と重ならない位置に、透明で、且つ弾性を有する素材で構成し、所定の荷重で座屈変形してクリック感が得られる中空切頭円錐形をした複数のクリック部材６０を設けた。タッチパネル４０の表示部分を指先等で押下した時、ストロークが大きくなり、且つクリック感が得られ、操作感が向上した。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＡＴＭ、カーナビゲーション、自動販売機、複写機、各種端末機等の機器において、液晶ディスプレイ等の表示画面上に配置し、透視した画面の指示に従って使用者が情報の表示画面を指やペンで直接押してデータの入力が行われるタッチパネルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術における抵抗膜式タッチパネルは、可撓性を有する透明絶縁基板の下面に透明電極とこの透明電極に接続する引き回し電極を形成した上基板と、同じく上面に透明電極とこの透明電極に接続する引き回し電極を形成し、前記透明電極の上面にドットスペーサを一定間隔に配設した下基板とが、所定の隙間を持って透明電極同士が対面するような配置構造を取っている。そして、このタッチパネルを液晶表示装置等の表示装置の上面側に配置して使用される。表示装置の表示部分に位置する所のタッチパネルを指又はペンで押すことによって、タッチパネルの上基板が撓んでその押した所の透明電極が下基板の透明電極に接触し、そして、その接触点の位置が電気抵抗の測定によって検知されて入力情報が読みとられる。
【０００３】
以下、従来例を図８〜１１を用いて説明する。図８は従来技術におけるタッチパネルの平面図、図９は図８におけるＥ−Ｅ断面図、図１０は図８における下基板の平面図、図１１は図８における上基板の平面図を示している。
【０００４】
図８、図９、図１０、図１１に示すように、従来例のタッチパネル２０は形状が方形をなす下基板１と可撓性を有する上基板１１とを備えている。下基板１は、板厚が１．１ｍｍの透明な方形のガラスからなる下透明絶縁基板２と、この下透明絶縁基板２の上面に方形形状に形成された透明電極３と、この透明電極３の図中上下の対向する両辺に沿って接続形成されて下透明絶縁基板２の片方端にある点線枠で囲ったＦＰＣ取付部Ｓまで延設した一対の引き回し電極４及び５と、ＦＰＣ取付部Ｓ近辺に形成された接続電極６、７と、透明電極３上にマトリックス状に配置したドットスペーサ８とで構成されている。尚、上記接続電極６、７は、後述する上基板１１の引き回し電極１４、１５に導通接続を行うためにＦＰＣ取付部Ｓ近辺に設けられている。
【０００５】
上基板１１は、板厚が０．２ｍｍの可撓性のある透明な方形のマイクロガラス（マイクロシートガラス）からなる上透明絶縁基板１２と、この上透明絶縁基板１２の下面に方形形状に形成されている透明電極１３と、この透明電極１３の図中左右の対向する両辺に沿って接続形成されてＦＰＣ取付部Ｓ方向に向かって延設された一対の引き回し電極１４、１５とで構成されている。
【０００６】
そして、上下基板１１、１の引き回し電極１４、１５及び４、５が方形配置となるように対向配置し、上下基板１１、１とに１０μｍ前後の隙間を持たせてシール材１７で上下基板１１、１とを接着して固定すると共に、上下基板１１、１の外周域を周回してシールしている。更に、上基板１１に設けられた引き回し電極１４及び１５は、接続部Ｂ及びＡの場所において、その先端部１４ａ、１５ａが下基板１に設けた接続電極６及び７と導電性接着剤を介して接続され、導通がとられている。
【０００７】
また、図８中の上部中央において、封口部Ｄを有しており、シール材１７の開口部１７ａを封口材１９で封口している。
【０００８】
また、防眩性を高めて透視性や品質表示を良くするために、上基板１１の上面には偏光板１８、下基板１の下面には位相差板１６が貼付けられている。また、下基板１のＦＰＣ取付部ＳにはＦＰＣ９が取り付けられて外部との導通が図られるようになっている。
【０００９】
上記構造を成すタッチパネル２０の各構成要素部品は次のようになっている。下基板１を構成する下透明絶縁基板２は透明なガラスが用いられる。このガラスはソーダガラスや石英ガラス、アルカリガラス、ほうけい酸ガラス、普通板ガラス等が利用でき、反り等が起きない程度の厚さのものが使われる。多くは０．７〜１．１ｍｍのものが選択される。上基板１１を構成する上透明絶縁基板１２は可撓性を必要とするところなので透明な薄板ガラスや透明なプラスチックフイルムが用いられる。一般的に、耐熱性が求められる機器（例えば、カーナビゲーション等）にはガラスが使用される。上記従来例は耐熱性や衝撃性にも強く、且つ可撓性も有する０．２ｍｍ厚みのほうけい酸ガラスからなるマイクロガラス（マイクロシートガラス）を使っている。
【００１０】
下基板１を構成する透明電極３及び上基板１１を構成する透明電極１３は錫をドープした酸化インジウムのＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）膜で、真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、印刷法等で形成する。この透明電極３及び１３は高抵抗値であることが求められるため２５０〜５００オングストロームの範囲で非常に薄く形成する。このＩＴＯ膜は、基板全面に形成したものをフォトリソグラフィにより不要部分を除去し、必要な部分を残して形成する。
【００１１】
下基板１を構成する引き回し電極４、５、接続電極６、７、及び上基板１１を構成する引き回し電極１４、１５は、透明電極３、１３に電圧印加するために設けるもので、銀粉や銅粉等の高導電性金属粉を熱硬化性のエポキシ樹脂等に混ぜ合わせてインク化したものをスクリーン印刷等の印刷方法で形成する。タッチパネルの性能上、これらの電極の抵抗値が低ければ低いほど良いものであり、一般に、透明電極のシート抵抗値に対してこれらの電極のシート抵抗値は１００分の１以下であることが必要とされている。そこで、これらの電極の印刷の厚さを増したり、幅を広くしたりして抵抗値を小さく押さえる設計がなされている。
【００１２】
下基板１を構成するドットスペーサ８は、押圧した部分以外の部分の透明電極同士が接触しないために設けるもので、透明なアクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、その他の透明な樹脂材料をスクリーン印刷等の方法でドットマトリックス状に一定間隔に形成し、その後、熱または紫外線で硬化処理を施して形成する。このドットスペーサ８は目に見えない大きさであることが求められることから、直径３０〜６０μｍ、高さは２〜５μｍ、ドット間隔は１〜８ｍｍの範囲で設計される。
【００１３】
シール材１７は、スペーサボールを分散させた熱硬化性のエポキシ樹脂接着剤やアクリル樹脂接着剤等をスクリーン印刷等の方法で印刷して形成する。ここで使われるスペーサボールは上基板１１と下基板１との隙間を一定隙間に保持するために設けるもので、所定の大きさの絶縁性のあるプラスチックボールやファイバーガラス等が利用される。このプラスチックボールやファイバーガラスの大きさは、上基板１１の上透明絶縁基板１２の材質や厚さによって異なるが、０．２ｍｍのマイクロガラスを使用した場合は概ね１０μｍ前後の径のものが選択される。このシール材１７は上基板１１または下基板１の何れか一方に印刷した後、上基板１１と下基板１とを位置を合わせて貼合わせ、加圧の下で加熱処理を施して硬化させ、接着固定を行っている。また、このシール材１７は上基板１１と下基板１を固定する役目と共に内部に水分やゴミ等の進入を防止するシールの役目も持っている
【００１４】
封口部Ｄにおける封口材１９にはＵＶ硬化型のエポキシアクリレート樹脂などが使用される。この封口材１９をシール材１７の開口部１７ａの部分に塗布し、開口部１７ａを塞いだ状態で紫外線を照射して硬化させて封口する。開口部１７ａは、シール材１７で上下基板１１、１を接着固定するために加圧の下で約１６０°Ｃ、９０分位の加熱処理を施すが、その時のシール内部の膨張した空気を外に逃がすために設けている。
【００１５】
偏光板１８と位相差板１６は防眩性を高めて透視性や表示品質を良くするために設けている。偏光板１８は、様々なものが使用されているが一例をあげると、ポリビニールアルコールフイルムを常法により一軸延伸することによって厚さが２０μｍの偏光フイルムを作成し、この両面に厚さが８０μｍのセルロース系フイルムを張り合わせて厚さ１８０μｍの偏光板としたもの等が利用できる。また、位相差板１６は、ポリカーボネイトを素材として形成され、厚さ８０μｍ程度である。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
オペレータが、従来のタッチパネルを用いて、指令を入力しようとタッチパネルの表示部分を指先またはペン等で押下した時、その入力情報を機械が受け付けたか否かの確認は、視覚と指等の触覚を併用して判断することが望ましい。しかし、従来のタッチパネルでは、指先等のストロークが小さい上に、クリック感がなかったので、目視を通して確認するしかなかった。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、請求項１に記載の本発明のタッチパネルでは、可撓性を有する上透明絶縁基板の下面に形成した透明電極と、この透明電極に接続した引き回し電極を有する上基板と、前記上透明絶縁基板と材質が異なる下透明絶縁基板の上面に形成した透明電極と、この透明電極に接続する引き回し電極と前記下透明絶縁基板に形成した透明電極の上面に一定間隔に複数配設したドットスペーサとを有する下基板とを、所定の隙間で両透明電極同士が対面するような配置で、前記上基板の外周域に沿って配されたシール材をもって一体化したタッチパネルにおいて、前記上透明絶縁基板の上面に接し、透明で、且つ弾性を有する素材で構成し、所定の荷重で座屈変形してクリック感が得られる中空切頭円錐形の複数のクリック部材を設け、該クリック部材の上部に接してカバーシート若しくは偏光板を設けた。
【００１８】
又、請求項２記載の発明では、請求項１記載のタッチパネルにおいて、前記中空切頭円錐形をした複数のクリック部材は、平面的に見て前記ドットスペーサと重ならない位置とした。
【００１９】
又、請求項３記載の発明では、請求項１又は２記載のタッチパネルにおいて、前記中空切頭円錐形をした複数のクリック部材に、クリック部材を連ねて成型した集積シートを用いた。
【００２０】
又、請求項４記載の発明では、請求項１乃至３のいずれか１つに記載のタッチパネルにおいて、前記クリック部材の中空切頭円錐形の切頭部を上透明絶縁基板に接触させた。
【００２１】
又、請求項５記載の発明では、請求項１乃至４のいずれか１つに記載のタッチパネルにおいて、クリックポイントでの押下力と、上下透明電極の接触点での押下力を一致させた。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について、図１〜７をもって説明する。図１は本発明のタッチパネルの平面図、図２は図１におけるＥ−Ｅ断面図、図３は本発明のタッチパネルに用いる各種クリック部材の断面図、図４は本発明のタッチパネルにおいて、押下力によるクリック部材の変形を示す拡大模式図、図５は本発明のタッチパネルにおけるクリック現象発生を説明するモデル化図、図６は本発明のタッチパネルにおける押下力と移動量の関係を示す特性図、図７は本発明のタッチパネルにおいて、集積シートの押下力による変形を示す拡大模式図である。尚、本発明はタッチパネルのクリック部材の構成に係わる発明であるので、それに関係しない箇所は従来例と同じであり、また従来例と同一構成部品は同一符号を付している。
【００２３】
先ず図１、２を用いて本発明の、大まかな構成を説明しておく。本発明のタッチパネル４０は、従来のタッチパネルと同様に上基板１１と下基板１を主要構成部品としており、上基板１１は、長方形で、撓性を有し、板厚が０．２ｍｍのほうけい酸ガラスからなる上透明絶縁基板１２を主要構成部品として、その下面に形成した透明電極１３と、この透明電極に接続した引き回し電極１４，１５を有する。下基板１は、上透明絶縁基板１２と略同寸法の長方形で、剛性を有し、板厚が１．１ｍｍのソーダライムガラスからなる下透明絶縁基板２を主要構成部品として、その上面に形成した透明電極３と、この透明電極に接続した引き回し電極４，５を、透明電極３の上面には一定間隔に複数配設したドットスペーサ８とを有する。この様な上下基板１１，１を、所定の隙間で両透明電極１３，３同士が対面するような配置で、上基板１１の外周域に沿って配されたシール材１７を介して接合している。
【００２４】
以上は従来技術と全く同様である。本発明では、従来と異なる構成部品として、オペレータにクリック感を与える為の主要部品であるクリック部材６０（後述するが、クリック部材６０には、図３に示した様な種々の形状がある。全てを代表する場合の番号として６０を用いた）を、上透明絶縁基板１２（上ガラス）と偏光板１８の間で、かつ平面的に見た時、ドットスペーサ８と重ならない位置に設けている。クリック部材６０は、端面の両方、若しくはどちらか一方の円周部の一部に接着剤を配して、本発明で新たに設けたカバーシート５２、若しくは上透明絶縁基板１２（上ガラス）の一方、若しくは両方に接着する。カバーシート５２は上透明絶縁基板１２（上ガラス）の周辺部で、弾性を有するスペース材５３を介して接着固定される。
【００２５】
クリック部材６０は透明で弾性に富む材質、たとえばシリコンゴムで構成する。 そして、所定の荷重で座屈変形を起こしてクリック感が得られる様に、形状は中空切頭円錐形をしており、具体的には、図３（ａ）から（ｃ）に示す様な種々の形状を考えた。
【００２６】
オペレータが、タッチパネル４０に押下力を加えていない場合と、加えている場合とのクリック部材６０ａの様態を、図２のｃ部の拡大模式図として、図４に示した。図４（ｂ）に示す様に、指先でタッチパネル４０の表示部を押下すると、押下力は偏光板１８、カバーシート５２を介してクリック部材６０ａに伝わり、この力は座屈したクリック部材６０ａを介して下ガラス１２を押し下げ、上下基板１１，１の透明電極１３，３（図示しない）を接触させ、その接触点の位置が電気抵抗の測定によって検知されて情報の入力が行われる。
【００２７】
図３に示すクリック部材（６０ａ、６０ｂ、６０ｃ）の形状に共通する特徴は、上端の内径（ｄ１）が下端の内径（ｄ２）より大きいパイプ状を成すという点である。別の表現をすれば、お猪口形状、つまり、頭を切り取った中空円錐体（切頭中空円錐体）であるとも言える。クリック部材６０ａと６０ｂとの違いは、折点角度（θ１＞θ２）にある。一方、クリック部材６０ｃはクリック部材６０ａと６０ｂと違って、押下力が作用しない状態では折点が現れないが、上下方向に圧縮力が作用すると、内径側に設けた切欠６４と外径側に設けた切欠６５が折れ点になって、クリック部材６０ａと６０ｂに類似の形状になる。
【００２８】
上記の形状を有するクリック部材６０において、クリック現象は以下の様にして発生するものと推測した。尚、説明の便宜上、クリック部材６０ａの厚みを省略たモデルを用い、図５（ａ）は押下力を加える前、（ｂ）はクリック発生の直前、（ｃ）はクリック発生後の状態を示す。辺ＢＣ（実際は立体形であるので面を成す。しかし、ここでは二次元図で説明する都合上、辺をもって代表させた）は、押下力が作用しない時右肩下がりをしている。しかし押下力が増加していくに伴って、辺ＢＣは水平に近づき、やがて辺Ｂ’Ｃ’となる。この時、幾何学的に辺ＢＣは、辺Ｂ’Ｃ’より長いので、辺Ｂ’Ｃ’は、圧縮され、エネルギーを蓄える。このエネルギーは辺ＢＣが図５（ｂ）に示す様に水平に達するまでは押下力に反発する方向に作用しているが、水平点を通過した途端に、図５（ｃ）に示す様に押下力を助ける方向に辺Ｂ’’Ｃ’’と伸張するとことで、蓄えられたエネルギーを開放し、安定化しようとする。この現象によって、押し始めから増加傾向を続けた押下力が、突然減少傾向に転じ、クリックが生じる。
【００２９】
クリック感を発生する時点の押下力の大きさ、その時の指先の移動量等は、構成する素材が持つ物理的性質は勿論のこと、図３に示した形状や、肉厚（ｔ）、内径寸法（ｄ１、ｄ２）、高さ（ｈ）、折点（ｎ１，ｎ２）位置等の幾何学的条件にも大きく影響される。図６はタッチパネル４０を指先等で押し下げていった時、指先等に掛かる押下力と、指先での移動量との関係を示す特性図であり、Ｇ１は本発明のクリック部材６０を備えたタッチパネルのカーブである。クリック部材６０のもつ諸条件によって、このカーブは種々の態様を示し、クリックポイント（ＣＰ）の位置も一定ではない。一般的に、クリックポイント（ＣＰ）と、上下の透明電極１３，３の接触点（カーブＧ１での接触点をＳＰ１とする）の間での指先の移動量の差（Δｄ）は小さく、且つ、クリックポイント（ＣＰ）での押下力と、接触点（ＳＰ１）での押下力の差（Δｆ）はゼロにすることが望ましい。そうすることで、オペレータがクリックを感じた瞬間に、上下の透明電極１３，３が接触することになる。
【００３０】
クリック部材６０ａと６０ｂを比較した場合、上下の透明電極１３，３が接触するまでの指先での移動量や押下力は両者共等しいが、クリックポイントまでの押下力と移動量は、クリック部材６０ｂの方が少なくなる。タッチパネルの性能上は、用途や好みに応じて、最も相応しいクリック感が得られる様な形状パラメータを選択すればよい。製造コストを考えると、クリック部材６０ｃは形状がシンプルで、成形型のコストが安価になる利点がある。
【００３１】
本発明のタッチパネル４０の特徴をより明らかにするため、図６中に、カーブＧ２として従来のタッチパネルの例を参考に示した。従来のタッチパネル２０の場合、短い移動量で上下の透明電極１３、３の接触点（ＳＰ２）迄達してしまうのでタッチ感が希薄であり、また押下力の反転する点が存在しないのでクリック感は得られないことが判る。
【００３２】
クリック部材６０はシリコンゴム等の透明弾性材料を素材にして型を用いて成型する。これをタッチパネル４０の構成部品として組み込む場合、クリック部材６０の端面の両方、若しくはどちらか一方の円周部の一部に接着剤を配して、カバーシート５２（カバーシートを設けない場合は偏光板１８）、若しくは上透明絶縁基板１２（上ガラス）１２のどちらか一方、若しくは両方に接着する。この場合、クリック部材６０は小部品であり、個数も多いので、量産時点では位置決め治具を用いるのが望ましい。
【００３３】
クリック部材６０の接着方法によっては、クリック部材６０が圧縮・復元された時、お猪口の内側の空気が通過可能な（若しくは通過し易い）空気孔６１、６２、６３を設けておく必要がある。この孔は側壁に設けることも可能ではあるが、製造工程で上下方向に型抜きする都合上、空気孔の軸を上下方向に向けるか、円周部に設けることが望ましい。
【００３４】
クリック部材６０の取付方向は、小径を上透明絶縁基板１２（上ガラス）に向けた方が良い。その方が良好なクリック感が得られるし又、良好なクリック感を得る為には、出来るだけクリック部材６０の中心に近い位置を押すことが望ましいが、クリック部材６０の大径部で押下力を受けるれば、指先が位置ずれを起こした場合でも、小径部で押下力を受けた場合と比較してクリック感へ与える変化が少なくて済むからである。
【００３５】
本発明のタッチパネル４０において、図２に示す実施態様では、クリック部材６０の上面には、透明で、かつ柔軟性と剛性を有するカバーシート５２を設けた。カバーシート５２は、ポリエチレン、ビニール等の樹脂フイルムで構成する。このカバーシート５２を設ける目的は、押下力をクリック部材６０の全周に渡って出来るだけ均等に伝える為であり、もし偏光板１８でこの機能が果たせればカバーシート５２は必ずしも設ける必要はない。
【００３６】
クリック部材６０はその機能上、小部品であり、かつ数が多い。従って、クリック部材６０の接着工程、在庫管理、等の生産工程における工数を削減し、タッチパネルのコストダウンを実現する為には、複数のクリック部材６０を連ねて一体成型しておくことが望ましい。図７に、複数のクリック部材６０ａを連ねて成型した集積シート７０を示す。同図では、クリック部材６０ａを、生産工程での型抜きを考慮して大口径部をもって連ねている。尚、シート化するクリック部材６０は６０ａに限らず６０ｂ、６０ｃでもよいことは勿論である。
【００３７】
【発明の効果】
タッチパネルの構成部品にクリック部材を採用したことで、オペレータが情報を入力しようとタッチパネルの表示部分を指先またはペン等で押下した時、ストロークが大きくなり、且つクリック感が得られ、操作感が向上した。又、その入力情報をタッチパネルが確実に受付けたか否かの確認に、視覚と併せて指先等の触覚も併用できるので入力ミス発生のリスクが減少した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のタッチパネルの平面図である。
【図２】図１におけるＥ−Ｅ断面図である。
【図３】本発明のタッチパネルに用いる各種クリック部材の断面図である。
【図４】本発明のタッチパネルにおいて、押下力によるクリック部材の変形を示す拡大模式図である。
【図５】本発明のタッチパネルにおけるクリック現象発生を説明するモデル化図である。
【図６】本発明のタッチパネルにおける押下力と変位の関係を示す特性図である。
【図７】本発明のタッチパネルにおいて、集積シートの押下力による変形を示す拡大模式図である。
【図８】従来技術におけるタッチパネルの平面図である。
【図９】図８におけるＥ−Ｅ断面図である。
【図１０】図８における下基板の平面図である。
【図１１】図８における上基板の平面図である。
【符号の説明】
１ 下基板
２ 下透明絶縁基板
３、１３ 透明電極
４、５，１４、１５ 引き回し電極
６、７ 接続電極
８ ドットスペーサ
９ ＦＰＣ
１１ 上基板
１２ 上透明絶縁基板
１６ 位相差板
１７ シール材
１８ 偏光板
２０、４０ タッチパネル
５２ カバーシート
５３ スペース材
６０、６０ａ、６０ｂ、６０ｃ クリック部材
６１、６２、６３ 空気孔
６４、６５ 切欠き
７０ 集積シート

Claims (5)

1. 可撓性を有する上透明絶縁基板の下面に形成した透明電極と、この透明電極に接続した引き回し電極を有する上基板と、前記上透明絶縁基板と材質が異なる下透明絶縁基板の上面に形成した透明電極と、この透明電極に接続する引き回し電極と前記下透明絶縁基板に形成した透明電極の上面に一定間隔に複数配設したドットスペーサとを有する下基板とを、所定の隙間で両透明電極同士が対面するような配置で、前記上基板の外周域に沿って配されたシール材をもって一体化したタッチパネルにおいて、前記上透明絶縁基板の上面に接し、透明で、且つ弾性を有する素材で構成し、 所定の押下力で座屈変形してクリック感が得られる中空切頭円錐形をした複数のクリック部材を設け、該クリック部材の上部に接してカバーシート若しくは偏光板を設けたことを特徴とするタッチパネル。
2. 前記中空切頭円錐形をした複数のクリック部材は、平面的に見て前記ドットスペーサと重ならない位置にしたことを特徴とする請求項１記載のタッチパネル。
3. 前記中空切頭円錐形をした複数のクリック部材は、クリック部材を連ねて成型した集積シートであることを特徴とする請求項１又は２記載のタッチパネル。
4. 前記クリック部材の中空切頭円錐形の切頭部を上透明絶縁基板に接触させたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載のタッチパネル。
5. クリックポイントでの押下力と、上下透明電極の接触点での押下力を一致させたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載のタッチパネル。

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