JP2015122047A - タッチパネル及びこれを含むタッチスクリーン装置 - Google Patents

タッチパネル及びこれを含むタッチスクリーン装置 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、タッチパネル及びタッチスクリーン装置に関する。
【解決手段】本発明によるタッチパネルは、基板と、上記基板の下面に配置され第1の方向に伸びる複数の第1の電極と、上記基板の上面に配置され上記第1の方向と交差する第2の方向に伸びる複数の第2の電極と、を含み、上記第1及び第2の電極はメッシュ状に形成される導体線を含み、上記第2の電極の導体線のピッチは上記第1の電極の導体線のピッチより大きく、上記第1の電極と上記第2の電極との交差領域で上記第2の電極の導体線は上記第1の電極の導体線の一部と一つの線状を形成することができる。
【選択図】図5

Description

本発明は、タッチパネル及びこれを含むタッチスクリーン装置に関する。
タッチスクリーン、タッチパッド等のようなタッチスクリーン装置は、ディスプレイ装置に付着されてユーザーに直感的な入力方法を提供することができる入力装置であり、最近では、携帯電話、PDA(Personal Digital Assistant)、ナビゲーション等のような多様な電子機器に広く適用されている。特に、スマートフォンへの需要が増加するにつれ、制限されたフォームファクタで多様な入力方法を提供することができるタッチスクリーン装置へのタッチスクリーンの採用率が増加している。
携帯用機器に適用されるタッチスクリーンは、タッチ入力を感知する方法によって大きく抵抗膜方式と静電容量方式に分けられる。この中で、静電容量方式は、相対的に寿命が長くて多様な入力方法とジェスチャーが容易に具現できるという長所によってその適用率が次第に高まっている。特に、静電容量方式は、抵抗膜方式と比べてマルチタッチインターフェースを具現するのが容易であるため、スマートフォン等の機器に幅広く適用される。
静電容量方式のタッチスクリーンは、一定のパターンを有する複数の電極を含み、タッチ入力によって静電容量の変化が生成される複数のノードが上記複数の電極によって定義される。2次元平面に分布する複数のノードはタッチ入力によって自己静電容量(Self‐Capacitance)又は結合静電容量(Mutual‐Capacitance)の変化を生成し、複数のノードで生成される静電容量の変化に加重平均計算法などを適用してタッチ入力の座標を計算することができる。
従来のタッチパネルでは、タッチを認識するセンシング電極を、通常、ITO(Indium Tin Oxide;インジウム‐スズ酸化物)で形成した。しかしながら、ITOの場合、原料であるインジウム(Indium)が希土類金属で高価であるため、価格競争力が落ちる上、10年内に枯渇すると予想されるため、需給が円滑ではないという問題がある。上記のような理由で不透明な導電体細線を用いて電極を形成しようとする研究が行われており、金属のような導電体細線で形成される電極はITOや伝導性高分子と比べて電気伝導度に優れ需給が円滑であるという長所がある。
但し、一定の面積を有するITO電極とは異なり、導電体細線は、薄い線からなるため、接触物体を介して流入するノイズ及びLCDのノイズに弱いという問題を有する。
米国特許8405633号公報
本発明は、前述した従来技術の問題を解決するためのものであり、基板の下面に配置される第1の電極の幅が基板の上面に配置される第2の電極の幅と同じであり、第1の電極の導体線のピッチが第2の電極の導体線のピッチより小さく、第2の電極の導体線が第1の電極の導体線の一部と線状を形成するタッチパネル及びタッチスクリーン装置を提供することを目的とする。
本発明の第1の技術的な側面によれば、基板と、上記基板の下面に配置され、第1の方向に伸びる複数の第1の電極と、上記基板の上面に配置され、上記第1の方向と交差する第2の方向に伸びる複数の第2の電極と、を含み、上記第1及び第2の電極はメッシュ状に形成される導体線を含み、上記第2の電極の導体線のピッチは上記第1の電極の導体線のピッチより大きく、上記第1の電極と上記第2の電極との交差領域で上記第2の電極の導体線は上記第1の電極の導体線の一部と一つの線状を形成するタッチパネルが提供される。
上記第1の電極と第2の電極の幅は同じであれば良い。
上記第2の電極の導体線のピッチは上記第1の電極の導体線のピッチの2〜4倍であれば良い。
上記第2の電極の導体線のピッチは上記第1の電極の導体線のピッチの3倍であれば良い。
上記第1の電極の導体線のピッチは300μm〜500μmであれば良い。
上記第1の電極の導体線の線幅は上記第2の電極の導体線の線幅より広ければ良い。
上記第1の電極の導体線の線幅は5μmであれば良い。
上記第2の電極の導体線の線幅は3μmであれば良い。
本発明の第2の技術的な側面によれば、基板の下面に配置され第1の方向に伸びる複数の第1の電極及び上記基板の上面に配置され上記第1の方向と交差する第2の方向に伸びる複数の第2の電極を含むパネル部と、上記複数の第1の電極に所定の駆動信号を印加し、上記複数の第2の電極から静電容量を検出してタッチ入力を判断する制御部と、を含み、上記第1及び第2の電極はメッシュ状に形成される導体線を含み、上記第2の電極の導体線のピッチは上記第1の電極の導体線のピッチより大きく、上記第1の電極と上記第2の電極との交差領域で上記第2の電極の導体線は上記第1の電極の導体線の一部と一つの線状を形成するタッチスクリーン装置が提供される。
上記第1の電極と第2の電極の幅は同じであれば良い。
上記第2の電極の導体線のピッチは上記第1の電極の導体線のピッチの2〜4倍であれば良い。
上記第2の電極の導体線のピッチは上記第1の電極の導体線のピッチの3倍であれば良い。
上記第1の電極の導体線のピッチは300μm〜500μmであれば良い。
上記第1の電極の導体線の線幅は上記第2の電極の導体線の線幅より広ければ良い。
上記第1の電極の導体線の線幅は5μmであれば良い。
上記第2の電極の導体線の線幅は3μmであれば良い。
本発明の一実施例によるタッチパネル及びタッチスクリーン装置は、基板の下面に配置される第1の電極の幅が基板の上面に配置される第2の電極の幅と同じであり、第1の電極の導体線のピッチが第2の電極の導体線のピッチより小さく、第2の電極の導体線が第1の電極の導体線の一部と線状を形成することにより、接触物体から流入するノイズ及びLCDのノイズに強くなることができる。
本発明の一実施例によるタッチスクリーン装置を備える電子機器の外観を示す斜視図である。 本発明の一実施例によるタッチスクリーン装置に含まれるタッチパネルを示す図である。 図2の実施例によるタッチパネルをより詳細に示す図である。 図2及び図3のタッチパネルの断面図である。 本発明の実施例によるタッチスクリーン装置を示す図である。 図3のタッチパネルのA部分の拡大図である。 図6の第1の電極を示す図である。 図6の第2の電極を示す図である。
以下では、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。したがって、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張されることがある。
図1は、本発明の一実施例によるタッチスクリーン装置を備える電子機器の外観を示す斜視図である。
図1を参照すると、本実施例による電子機器100は、画面を出力するためのディスプレー装置110、入力部120、音声出力のためのオーディオ部130等を含み、ディスプレー装置110と一体化されている接触感知装置を備えることができる。
図1に示されているように、モバイル機器の場合、タッチスクリーン装置は、ディスプレー装置に一体化されて備えられることが一般的であり、ディスプレー装置の画面が透過できる程度に高い光透過率を有しなければならない。したがって、タッチスクリーン装置は、PET(Polyethylene terephthalate)、PC(polycarbonate)、PES(polyethersulfone)、PI(polyimide)、PMMA(Polymethylmethacrylate)、COP(Cyclo‐Olefin Polymers)等のフィルム、ソーダガラス(Soda glass)、又は強化ガラス(tempered glass)のような材質の透明な基板に電気伝導性を有する物質で電極を形成することにより具現されることができる。ディスプレー装置のベゼル領域には電気伝導性物質で形成された電極と連結される配線パターンが配置され、配線パターンはベゼル領域によって視覚的に遮蔽される。
本発明によるタッチスクリーン装置は、静電容量方式により動作することを仮定するため、所定のパターンを有する複数の電極を含むことができる。また、複数の電極で生成される静電容量の変化を検出するための静電容量感知回路、静電容量感知回路の出力信号をデジタル値に変換するアナログ‐デジタル変換回路、デジタル値に変換されたデータを用いてタッチ入力を判断する演算回路等を含むことができる。
図2は、本発明の一実施例によるタッチスクリーン装置に含まれるタッチパネルを示す図である。
図2を参照すると、本実施例によるタッチパネル200は、基板210と、基板210上に設けられる複数の電極220、230と、複数の電極220、230のそれぞれと連結される複数のパッド240、250と、を含む。図2には示されていないが、複数の電極220、230のそれぞれと連結される複数のパッド240、250は、配線及びボンディングパッドにより基板210の一端に付着される回路基板の配線パターンと電気的に連結されることができる。回路基板にはコントローラー集積回路が実装されて複数の電極220、230で生成される感知信号を検出し、そこからタッチ入力を判断することができる。
基板210は、複数の電極220、230が形成されるための透明な基板であれば良い。したがって、前述したように、基板210は、PET(Polyethylene terephthalate)、PC(polycarbonate)、PES(polyethersulfone)、PI(polyimide)、PMMA(Polymethylmethacrylate)、COP(Cyclo‐Olefin Polymers)等のフィルム、ソーダガラス(Soda glass)又は強化ガラス(tempered glass)のような材質で形成されることができる。
複数の電極220、230は、X軸方向に伸びる第1の電極220と、Y軸方向に伸びる第2の電極230と、を含む。第1の電極220と第2の電極230は、基板210の両面に設けられるか又は基板210の一面に全て設けられることができる。第1の電極220と第2の電極230が基板210の一面に全て設けられる場合は、当該第1の電極220と第2の電極230との交差地点に部分的に所定の絶縁層を形成することができる。また、上記とは異なり、第1の電極220と第2の電極230は、相違した基板に設けられて交差しても良い。
また、基板210のうち、複数の電極220、230が形成される領域を除き、複数の電極220、230のそれぞれと連結される複数のパッド240、250が設けられる領域には、通常、不透明な金属物質で形成される配線を視覚的に遮蔽するための所定の印刷領域が形成されることができる。
複数の電極220、230と電気的に連結されてタッチ入力を感知する装置は、タッチ入力によって複数の電極220、230で生成される静電容量の変化を検出し、そこからタッチ入力を感知する。第1の電極220はコントローラー集積回路においてD1〜D8と定義されるチャネルに連結されて所定の駆動信号を印加され、第2の電極230はS1〜S8と定義されるチャネルに連結されて接触感知装置が感知信号を検出するのに用いられることができる。この際、コントローラー集積回路は、第1の電極220と第2の電極230との間で生成される結合静電容量(Mutual‐capacitance)の変化を感知信号として検出し、第1の電極220のそれぞれに駆動信号を順次印加し、第2の電極230から同時に静電容量の変化を検出する方式で動作することができる。
図3は、図2の実施例によるタッチパネルをより詳細に示す図である。図3を参照すると、複数の電極220、230は導体線を含み、複数の電極220、230を構成する導体線は網状又はメッシュ状に形成されることができる。導体線が網状又はメッシュ状に形成されることにより、従来のITO(Indium‐Tin Oxside)電極の存在する領域にパターニングの跡が示されていた現象を減少させ、タッチパネルの透過性を向上させることができる。
複数の電極220、230を構成する導体線は、図3にはひし形又は四角形で示されているが、これに限定されず、六角形、八角形、ダイヤモンド形及び無定形(random)等の多様な形状であっても良い。
複数の電極220、230を構成する導体線は、銀(Ag)、アルミニウム(Al)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、モリブデン(Mo)、銅(Cu)のいずれか一つ又はこれらの合金で製造されることができる。複数の電極220、230が金属で製造されることにより、電極の抵抗値が減少し、これにより、伝導性及び検出感度が向上することができる。
図4は、図2及び図3のタッチパネルの断面図であり、図2及び図3の基板210、複数の電極220、230、複数のパッド240、250(図示せず)以外にも接触を受けるカバーレンズ260(Cover Lens)をさらに含むことができる。カバーレンズ260は、感知信号の検出に用いられる第2の電極230上に設けられ、指等の接触物体270からタッチ入力を受ける。
チャネルD1〜D8を介して第1の電極220に駆動信号が順次印加されると、駆動信号が印加された第1の電極220と第2の電極230との間で結合静電容量が生成される。第1の電極220に駆動信号が順次印加されると、接触物体270が接触した領域に隣接した第1の電極220と第2の電極230との間で生成される結合静電容量で静電容量の変化が発生する。上記静電容量の変化は、接触物体270と駆動信号が印加された第1の電極220及び第2の電極230の間の重なり領域の面積に比例する。図3を参照すると、チャネルD2及びD3にそれぞれ連結された第1の電極220と第2の電極230との間で生成された結合静電容量は接触物体270から影響を受ける。
図5は、本発明の実施例によるタッチスクリーン装置を示す図である。
図5を参照すると、本実施例によるタッチスクリーン装置は、パネル部310と、駆動回路部320と、感知回路部330と、信号変換部340と、演算部350と、を含む。この際、駆動回路部320、感知回路部330、信号変換部340及び演算部350は、一つの集積回路(IC)として具現されることができる。本実施例によるタッチスクリーン装置は、図2〜図5に示されているタッチパネルを本実施例によるパネル部310として用いることができる。
パネル部310は、第1の軸(図5の横方向)方向に伸びる複数行の第1の電極X1‐Xmと、第1の軸に交差する第2の軸(図5の縦方向)方向に伸びる複数列の第2の電極Y1‐Ynと、を含む。この際、ノードキャパシタC11〜Cmnは、複数の第1の電極X1‐Xmと第2の電極Y1‐Ynとの交差点で生成される結合静電容量を等価的に示したものである。
駆動回路部320は、パネル部310の複数の第1の電極X1‐Xmに所定の駆動信号を印加する。駆動信号は、所定の周期と振幅を有する矩形波(Square Wave)、正弦波(Sine Wave)、三角波(Triangle Wave)であり、複数の第1の電極X1‐Xmのそれぞれに順次印加されることができる。図5には駆動信号を生成及び印加するための回路が複数の第1の電極X1‐Xmのそれぞれに個別に連結されることが示されているが、一つの駆動信号生成回路を備えてスイッチング回路を用いて複数の第1の電極X1‐Xmのそれぞれに駆動信号を印加する構成も可能である。また、全ての第1の電極X1‐Xmに同時に駆動信号を印加するか又は一部の第1の電極X1‐Xmにのみ選択的に駆動信号を印加して単にタッチ入力の有/無のみを感知する方式で動作することもできる。
感知回路部330は、複数の第2の電極Y1‐YnからノードキャパシタC11‐Cmnの静電容量を検出する。感知回路部330は少なくとも一つの演算増幅器と少なくとも一つのキャパシタをそれぞれ備える複数のC‐Vコンバーター335を含み、複数のC‐Vコンバーター335のそれぞれは複数の第2の電極Y1‐Ynと連結されることができる。
複数のC‐Vコンバーター335は、ノードキャパシタC11‐Cmnの静電容量を電圧信号に変更してアナログ信号を出力することができる。一例として、複数のC‐Vコンバーター335のそれぞれは、静電容量を積分する積分回路を含むことができる。積分回路は、静電容量を積分して所定の電圧に変更して出力することができる。
図4にはC‐Vコンバーター335の構成のうち演算増幅器の反転端と出力端の間にキャパシタCFが配置されることが示されているが、回路構成の配置は変わっても良い。また、図4には一つの演算増幅器と一つのキャパシタを備えることが示されているが、これとは異なり、複数の演算増幅器と複数のキャパシタを備えても良い。
複数の第1の電極X1‐Xmに駆動信号を順次印加する場合、複数の第2の電極Y1‐Ynから静電容量を同時に検出することができるため、C‐Vコンバーター335は、複数の第2の電極Y1‐Ynの個数であるn個分だけ備えられることができる。
信号変換部340は、感知回路部330から出力されるアナログ信号からデジタル信号Sを生成する。一例として、信号変換部340は、電圧の形で感知回路部330から出力されるアナログ信号が所定の基準電圧レベルまで到達する時間を測定してこれをデジタル信号Sに変換するTDC(Time‐to‐Digital Converter)回路、又は感知回路部330から出力されるアナログ信号のレベルが所定時間中に変化する量を測定してこれをデジタル信号Sに変換するADC(Analog‐to‐Digital Converter)回路を含むことができる。
演算部350は、デジタル信号Sを用いてパネル部310に印加された接触入力を判断する。デジタル信号Sを用いてパネル部310に印加されたタッチ入力の個数、座標、ジェスチャー動作等を判断することができる。
演算部350がタッチ入力を判断するときに基礎となるデジタル信号Sは、静電容量の変化C11〜Cmnを数値化したデータ、特に、タッチ入力が発生しなかった場合とタッチ入力が発生した場合との静電容量の差を示すデータである。通常、静電容量方式のタッチスクリーン装置において、伝導性物体が接触した領域は、接触しなかった領域に比べて静電容量が減少する。
図6は図3のタッチパネルのA部分の拡大図であり、図7は図6の第1の電極を示す図であり、図8は図6の第2の電極を示す図である。
図3及び図6〜図8を参照すると、本実施例によるタッチパネルの基板の下面に設けられる第1の電極の幅は、基板の上面に設けられる第2の電極の幅と同じである。下面は一方の面の一例であってよく、上面は他方の面の一例であってよい。
また、第1の電極を構成するメッシュ状の導体線のピッチは第2の電極を構成するメッシュ状の導体線のピッチより小さく、一例として、第1の電極を構成するメッシュ状の導体線のピッチは300μm〜500μmである。第2の電極を構成するメッシュ状の導体線のピッチは、第1の電極を構成するメッシュ状の導体線のピッチの2〜4倍に該当しても良い。この際、第1の電極の導体線の線幅は5μm、第2の電極の導体線の線幅は3μmであっても良い。
一例として、第1の電極と第2の電極との交差領域で第2の電極の導体線の全ては第1の電極の導体線の一部と重なって一つの線状を形成することができる。即ち、第2の電極の導体線のピッチが第1の電極の導体線のピッチより大きいため、第2の電極の導体線の全てが第1の電極の導体線の一部と重なることができる。
下記の表1は、図3のタッチパネルによるシミュレーションデータである。表1の比較実施例は、第1の電極と第2の電極の幅が同じであり、第1の電極と第2の電極を構成する導体線のピッチが同じである。また、表1の図6の実施例は、第2の電極の導体線のピッチが第1の電極の導体線のピッチの3倍である。
Figure 2015122047
上記の表1の比較実施例と図6の実施例とを比較すると、静電容量の変化量は、比較実施例が0.162pF、図6の実施例が0.186pFと、図6の実施例が高いが、静電容量の変化率は、比較実施例が16.4%、図6の実施例が15.3%と、比較実施例がより高いことが分かる。
接触物体及びLCDのノイズによる静電容量は、比較実施例がそれぞれ0.405、0.331、図6の実施例がそれぞれ0.362及び0.201と、図6の実施例がノイズによる影響をあまり受けないことが分かる。これは、表1の雑音比指数(SNR INDEX)からも分かる。
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野の通常の知識を有する者には明らかである。
200 タッチパネル
210 基板
220 第1の電極
230 第2の電極
240、250 複数のパッド
260 カバーレンズ
310 パネル部
320 駆動回路部
330 感知回路部
340 信号変換部
350 演算部

Claims (9)

  1. 基板と、
    前記基板の一方の面に配置され、第1の方向に伸びる複数の第1の電極と、
    前記基板の他方の面に配置され、前記第1の方向と交差する第2の方向に伸びる複数の第2の電極と、
    を含み、
    前記第1及び第2の電極はメッシュ状に形成される導体線を含み、前記第2の電極の導体線のピッチは前記第1の電極の導体線のピッチより大きく、前記第1の電極と前記第2の電極との交差領域で前記第2の電極の導体線は前記第1の電極の導体線の一部と一つの線状を形成する、タッチパネル。
  2. 前記第1の電極と第2の電極の幅は同じである、請求項1に記載のタッチパネル。
  3. 前記第2の電極の導体線のピッチは前記第1の電極の導体線のピッチの2〜4倍である、請求項1または2に記載のタッチパネル。
  4. 前記第2の電極の導体線のピッチは前記第1の電極の導体線のピッチの3倍である、請求項3に記載のタッチパネル。
  5. 前記第1の電極の導体線のピッチは300μm〜500μmである、請求項3または4に記載のタッチパネル。
  6. 前記第1の電極の導体線の線幅は前記第2の電極の導体線の線幅より広い、請求項1から5の何れか1項に記載のタッチパネル。
  7. 前記第1の電極の導体線の線幅は5μmである、請求項6に記載のタッチパネル。
  8. 前記第2の電極の導体線の線幅は3μmである、請求項6または7に記載のタッチパネル。
  9. 請求項1から8の何れか1項に記載のタッチパネルを含むパネル部と、
    前記複数の第1の電極に所定の駆動信号を印加し、前記複数の第2の電極から静電容量を検出してタッチ入力を判断する制御部と、
    を含むタッチスクリーン装置。
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