JP2004272714A - タッチパネル - Google Patents
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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
【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
【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)
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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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