JP4459102B2 - タッチパネル - Google Patents

Description

本発明は、抵抗膜方式のタッチパネルに関する。

従来のタッチパネルは一般に、透明導電性被膜すなわち抵抗膜が被着された２つの透光性基板を対向配置させた構造を有し、スタイラスペン又は指等による押圧により２つの透光性基板を互いに接触させることによってその座標すなわち押圧位置を検出するものである。また従来のタッチパネルにおいては一般に、２つの透光性基板が指等で押圧されていないときは互いに接触しないように、いずれかの透光性基板上に絶縁材料からなるドット状のスペーサが所定の間隔で略均等に分散配置される。

このようなタッチパネルの一例を図１１（ａ）に示す。図示するように、従来のタッチパネル１００は、第１及び第２の透明導電性被膜すなわち抵抗膜１０２及び１０４がそれぞれ被着された第１及び第２の透光性基板１０６及び１０８を有し、第１及び第２の透光性基板１０６及び１０８は抵抗膜１０２及び１０４が対向するように対向配置される。第２すなわち下側の透光性基板１０８には、複数のドット状のスペーサ１１０が設けられる。タッチパネル１００はさらに、制御回路１１２が実装された回路基板１１４にタッチパネル１００を接続するための引出線１１６を有する。また図１１（ｂ）に示すように、ドット状のスペーサ１１０はピッチｐの格子状に配置される。スペーサ１１０のピッチｐ及び高さは、上記押圧の予想される強さすなわち押圧力によって変更可能である。具体的には、押圧力が比較的弱いと思われるときはピッチｐを広くし、あるいはスペーサの高さを低くすることで対応可能である。スペーサ間のピッチは、透光性基板の剛性や押圧力等に応じて０．２ｍｍ程度から５ｍｍ程度まで変更可能である。

またドット状のスペーサを特定の目的に応じて適宜変更する試みもいくつかなされている。例えば特許文献１には、タッチスクリーンへの手付き等による誤入力を防止するために、一部のスペーサの配置間隔を密にしたタッチスクリーンが記載されている。また特許文献２には、タッチスクリーンすなわち抵抗膜における入力不可領域を最小化するために、抵抗膜の中心部から周縁部に向けてスペーサの配置間隔が順次疎になるように構成された座標入力装置が開示されている。さらに特許文献３には、抵抗膜の周縁の誤入力防止枠とスペーサとの間の距離をスペーサピッチより大きくすることにより、フィルムの剛性が大きい場合でも押圧位置と位置情報との間に差が生じにくい透明入力パネルが開示されている。

一方、図１１（ａ）に示したタッチパネル１００とその制御回路１１２とは個別に作製される。従ってユーザは、使用前に制御回路１１２を回路基板１１４に実装し、さらに引出線１１６を用いて回路基板１１４とタッチパネル１００とを接続する。

特開平８−１３８４８６号公報 特開平１１−２４８２７号公報 特開２００１−５６１１号公報

図１１（ａ）及び（ｂ）に示すような従来のタッチパネルにおいては、押圧によって接触した２つの透光性基板の部位が互いに貼り付いてしまい、押圧をやめた後も離れないという現象（いわゆる貼り付き現象）が起きる場合がある。この貼り付き現象は、押圧がされていないときでも押圧すなわちタッチパネルへの入力が行われていると認識されてしまうという重大な機能障害となる。この貼り付き現象は、透光性基板の表面の平滑性等の表面物性、該表面上への結露又は微細な付着物の有無等の、種々の条件によって生じ得ると考えられ、具体的には、図１１（ｂ）に示すように、各スペーサを中心とする半径ｒの円形状の領域が吸盤作用を有することによって発生する。

貼り付き現象を回避するためには、図１１（ｂ）におけるスペーサのピッチｐを小さくし、上述の円形状の領域が形成されないようにすることが１つの方法である。しかし、単純にスペーサの配置間隔を狭くすると、タッチパネル入力に必要な所定の入力荷重を得るための、指又はスタイラス等による押圧力が増加する（逆に言えば弱い押圧力では所定の入力荷重が得られない）という弊害が生じる。また特許文献１〜３に記載の発明はいずれも、図１１（ａ）及び（ｂ）に示すようなスペーサを単純な格子配列としたものではないが、上述の貼り付き現象を回避する作用効果を有するものではない。

一方、タッチパネルと制御回路との接続においては、上述のようにユーザが、使用前に制御回路を回路基板に実装し、さらに引出線を用いて回路基板とタッチパネルとを接続するという面倒な作業を行う必要がある。従ってタッチパネル及び制御回路を購入後に直ちに使用することはできなかった。

そこで本発明は、入力に必要な押圧力を上昇させることなく貼り付き現象の発生を防止する構造を備えたタッチパネルを提供することを目的とする。さらに本発明は、タッチパネルと制御回路とを一体にすることにより、使用前の面倒な作業を回避することができるタッチパネルを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、第１及び第２の抵抗膜がそれぞれ被着されるとともに該第１及び第２の抵抗膜が対向するように互いに対向配置された第１及び第２の透光性基板と、前記第１及び第２の抵抗膜間に所定の間隔の隙間を形成するために、前記第１及び第２の抵抗膜の少なくとも一方の上に配置される複数のスペーサと、を備えたタッチパネルであって、前記複数のスペーサは、前記第１及び第２の抵抗膜の面に沿う一方向において、前記第１及び第２の抵抗膜間に生じる、前記複数のスペーサの各々を中心とした吸盤作用を有する円形領域の形成を防止するために、前記第１及び第２の抵抗膜が所定の入力荷重で押圧されて互いに接触したときの接触部位のうち前記複数のスペーサの各々に最も近い部位と該スペーサとの距離の２倍よりも短い第１のピッチで配列され、かつ、前記第１及び第２の抵抗膜の面に沿う前記一方向と異なる方向において、タッチパネル入力時に前記所定の入力荷重が得られるように前記ピッチより長い第２のピッチで配列され、前記第１のピッチは２．０ｍｍ以下である、タッチパネルを提供する。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のタッチパネルにおいて、前記複数のスペーサは複数の長方形を形成するように配列される、タッチパネルを提供する。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のタッチパネルにおいて、前記複数のスペーサは複数の菱形を形成するように配列される、タッチパネルを提供する。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載のタッチパネルにおいて、前記複数のスペーサは感光性硬化樹脂から作製される、タッチパネルを提供する。

本発明によれば、ドット状スペーサの適切な配列により、タッチパネル入力時に生じ得るスペーサ周りの吸盤作用の発生を防止し、両透光性基板が互いに貼り付いて離れなくなる現象を回避することができる。さらに本発明によれば、タッチパネルの制御回路を透光性基板の張り出し部分又は引出線上に配置することにより、ユーザがタッチパネルの使用前に行う面倒な作業を排除又は低減することができる。

以下、図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。
図１（ａ）に示す第１の実施形態に係るタッチパネル１０は、第１及び第２の透明導電性被膜すなわち抵抗膜１２及び１４がそれぞれ被着された第１及び第２の透光性基板１６及び１８を有し、第１及び第２の透光性基板１６及び１８は抵抗膜１２及び１４が対向するように対向配置される。両抵抗膜が所定の隙間を有して配置されるように、第２すなわち下側の透光性基板１８の抵抗膜１４上には、複数のドット状のスペーサ２０が設けられる。タッチパネル１０はさらに、制御回路２２が実装された回路基板２４にタッチパネル１０を接続するための引出線２６を有する。

図１（ｂ）に示すように、複数のドット状のスペーサ２０は、抵抗膜面がＸＹ面に一致するように座標系を設定したときのＹ方向すなわち図面の上下方向には上記の吸盤作用を防止するために比較的狭い第１のピッチすなわちピッチｐ１にて配置され、Ｘ方向すなわち図面の左右方向には所定の入力荷重を得るために比較的広い第２のピッチｐ２にて配置される。換言すれば、複数のスペーサ２０は短辺及び長辺がそれぞれｐ１及びｐ２である長方形の頂点に配置される。ここで短辺すなわちピッチｐ１は、上述の貼り付き現象が生じない程度まで短い長さに設定される。すなわち、ピッチｐ１は、両抵抗膜の接触部位のうち各スペーサに最も近い部位と各スペーサとの距離（すなわち図１１（ｂ）に示した吸盤作用を有する円形領域の半径ｒ）の２倍より短い距離に設定される。このような構成によれば、半径ｒの円形領域の形成が阻害される（円形領域の一部が切られた状態になる）ので、上述の吸盤作用は生じず、結果として貼り付きが防止されたタッチパネルが提供される。なおピッチｐ１の具体的寸法は上述の半径ｒに応じて設定すべきであり、また半径ｒは透光性基板や抵抗膜の剛性やスペーサ２０の高さ等によって変化し得るが、多くのタッチパネルにおいてはｐ１は約２．０ｍｍ以下であることが好ましい。

一方、隣接するスペーサ２０間のピッチｐ２は、座標検出に適した所定の入力荷重を得るための押圧力を適当な範囲に維持するように設定される。ピッチｐ１が上述の理由により比較的狭くなっているので、ピッチｐ２はやや広くする必要がある。しかしピッチｐ２を広くし過ぎると透光性基板１２の押圧部分における入力荷重のばらつきが大きくなるので、ピッチｐ２は予想される押圧力に対して予め定めた範囲の入力荷重（すなわち概ね均一な入力荷重）が得られるように調整される。このようにして設定されたピッチｐ１及びｐ２に基づいて配置された複数のスペーサ２０により、入力荷重を従来のものより増大させることなく貼り付き現象を防止するタッチパネルが提供される。

複数のスペーサ２０の好適な配置は、図１（ａ）及び（ｂ）に示すものに限られない。例えば、図２に示す第２の実施形態に係るタッチパネルにおいては、複数のドット状のスペーサ２０′が第２の透光性基板１４上に、図１（ｂ）に示すような長方形ではなく複数の菱形を形成するように配置される。すなわち、複数のスペーサ２０′は、Ｙ方向及びＸ方向のピッチｐ１′及びｐ２′はそれぞれ第１の実施形態のｐ１及びｐ２と等しくてもよいが、第１の実施形態のようにＸ方向に一直線には整列せず、Ｙ方向にｐ１の１／２だけずらされた配置となる。このような構成によっても、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。またＹ方向にずらす長さはｐ１の１／２でなくてももちろん構わない。

上述の実施形態では、複数のスペーサ２０又は２０′は第２すなわち下側の透光性基板１８の抵抗膜１４上に設けられるが、その全部又は一部が第１すなわち上側の透光性基板１６の抵抗膜１２に設けられてもよい。またピッチｐ１及びｐ２又はｐ１′及びｐ２′は、Ｙ方向とＸ方向とを入れ替えてもよい。さらにスペーサ２０又はスペーサ２０′の整列方向をＸ方向及びＹ方向に沿う方向ではなく、例えば４５°回転させた斜め方向に沿うようにしてももちろん構わないことが理解されよう。

なお複数のスペーサ２０又は２０′は、透明の感光性硬化樹脂から作製されることが有利である。これにより、タッチパネル操作の繰り返しにより各スペーサの寸法（特に高さ）が徐々に変化して所定の抵抗膜間距離が得られなくなることが防止される。

次に、本発明に係るタッチパネルの具体例を従来例と比較しつつ説明する。
先ず第１の透光性基板としてポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム、第２の透光性基板としてソーダライムガラスをそれぞれ使用した。それぞれの透光性基板には、錫及びインジウムの酸化膜（ＩＴＯ）がスパッタリングにより形成された。複数のドット状スペーサ２０は、第２すなわち下側の透光性基板上にフォトリソ法により形成した。このときスペーサ２０のピッチｐ１及びｐ２はそれぞれ１．５ｍｍ及び３．０ｍｍとし、上述の第１の実施形態のように複数のスペーサを長方形を形成するように配置した。またスペーサの高さは全て７．０μｍとした。その後、両基板に配線等の印刷を施し、両基板が対向するようにそれらの外周部を両面テープで固定し、さらに引出線を取付けて第１実施例のタッチパネルを完成させた。図３に複数のスペーサの配置を示す。

第１実施例と同様の材料を使用して第２実施例のタッチパネルを作製した。第１実施例と異なる点は、複数のスペーサ２０のＸ方向及びＹ方向のピッチｐ１及びｐ２をそれぞれ１．５ｍｍ及び５．８ｍｍとし、さらに上述の第２の実施形態のように複数のスペーサを菱形を形成するように配置したことであり、他は第１実施例と同様である。図４に複数のスペーサの配置を示す。

第１及び第２実施例との比較例として、従来のタッチパネルを作製した。第１及び第２実施例と異なる点は、複数のスペーサ１１０のＸ方向及びＹ方向のピッチｐ１及びｐ２をいずれも２．５ｍｍとし、複数のスペーサを正方形を形成するように配置したことであり、他は第１及び実施例と同様である。図５に複数のスペーサの配置を示す。

上述の第１及び第２実施例並びに従来例のタッチパネルそれぞれについて、入力荷重の測定を行った。詳細には、タッチパネルへの入力端子として、半径が８ｍｍの半球状の先端部を備えたシリコンゴム（硬度６０°）を使用した。その結果、３つのタッチパネルの入力荷重はいずれも平均で０．３Ｎ程度であり、大きな差はなかった。

次に、各タッチパネルの貼り付き性の比較を行った。詳細には、先ず各タッチパネルを高温高湿（６０℃、９０％ＲＨ）条件下に２４時間保存した後に室温条件下に移動させるという急激な環境変化により各タッチパネル内部に結露を発生させた。次に各タッチパネルの第１すなわち上側の透光性基板を数秒間指で押圧して第２の透光性基板と密着させ、その後静かに指を離した。その結果、比較例として作製した従来のタッチパネルにおいては両基板が貼り付いたままの状態で保持されてしまった。一方、第１及び第２実施例のタッチパネルでは、両基板は指を離した後に速やかに互いに離れ、いわゆる貼り付き現象は生じなかった。

従って本発明に係る第１及び第２実施例のタッチパネルは、入力荷重がほぼ同等でありながら不都合な貼り付き現象を防止できるタッチパネルであることが確認された。

以降は、タッチパネル用の制御回路の好適な実装について説明する。
図１（ａ）に示すタッチパネル１０については、従来と同様にタッチパネル１０と制御回路２２との接続において、ユーザが使用前に制御回路２２を回路基板２４に実装し、さらに引出線２６を用いて回路基板２４とタッチパネル１０とを接続するという面倒な作業を行う必要がある。このような作業を省くことができる第３の実施形態のタッチパネル３０を図６に示す。

図６に示すタッチパネル３０は、図示しない抵抗膜がそれぞれ被着され、両抵抗膜が対向するように対向配置された第１及び第２の透光性基板３６及び３８を有する。図示していないが、第２すなわち下側の透光性基板３８の抵抗膜には第１又は第２の実施形態に係る複数のドット状のスペーサを設けてもよい。図示するように、第２の透光性基板３８は第１の透光性基板３６よりかなり大きく形成され、換言すれば張り出し部分３８ａを有する。タッチパネル３０は、第２の透光性基板３８の張り出し部分３８ａにタッチパネル３０を制御するための制御回路４２が実装されることを特徴とする。これにより、図１（ａ）に示したような回路基板２４及び引出線２６が不要になる。このような構成のタッチパネルにより、制御回路とタッチパネルとを接続する作業が不要となり、ユーザは購入後のタッチパネルをＰＳ２やＵＳＢ等の汎用のインターフェース（図示せず）を用いて他の顧客装置と接続するだけでタッチパネルを使用することができる。

なおタッチパネルをアクリル板等の透光性板状部材を貼り付けて使用する場合は、タッチパネルの第２の透光性基板の代わりに、アクリル板が張り出し部分を有するように構成することもできる。例えば図７に示す第４の実施形態に係るタッチパネル３０′のように、第２の透光性基板３８′が貼り付けられるアクリル板４０が第２の透光性基板３８′に対する張り出し部分４０ａを有し、その上に制御回路４２を実装することができる。

図８に示す第５の実施形態のタッチパネル３０″は、引出線４６を有するが、その引出線４６の上に制御回路４２を実装することができる。この場合は、引出線４６は適当なインターフェースを用いて他の顧客装置と接続することができ、やはりユーザが制御回路４２自体を実装する作業は生じない。またタッチパネル３０″は、第２の透光性基板３８″が張り出し部分を有さないので、比較的コンパクトに形成することができるという利点を有する。

図９及び図１０に示すタッチパネル５０及び５０′はいずれも、ダイオードを用いたいわゆるダイオード搭載型のタッチパネルに関する好適な第６及び第７の実施形態である。先ず図９に示す第６の実施形態のタッチパネル５０は、図６に示した第３の実施形態のタッチパネル３０に類似し、第２の透光性基板５８が張り出し部分５８ａを有し、張り出し部分５８ａの上に制御回路６２及び１つ以上のダイオード６４が配置される。また図１０に示す第７の実施形態のタッチパネル５０′は、図８に示した第５の実施形態のタッチパネル３０″に類似し、第２の透光性基板５８′が張り出し部分を有さない代わりに引出線６６を有し、引出線６６の上に制御回路６２及び１つ以上のダイオード６４が配置される。

（ａ）本発明の第１の実施形態のタッチパネルの概略構成を示す斜視図であり、（ｂ）（ａ）のタッチパネルのスペーサの配列を示す図である。 第２の実施形態のタッチパネルのスペーサの配列を示す図である。 本発明に係るタッチパネルの第１実施例のスペーサの配列を示す図である。 本発明に係るタッチパネルの第２実施例のスペーサの配列を示す図である。 従来のタッチパネルのスペーサの配列を示す図である。 第３の実施形態のタッチパネルの概略構成を示す斜視図である。 第４の実施形態のタッチパネルの概略構成を示す斜視図である。 第５の実施形態のタッチパネルの概略構成を示す斜視図である。 第６の実施形態のタッチパネルの概略構成を示す斜視図である。 第７の実施形態のタッチパネルの概略構成を示す斜視図である。 （ａ）従来のタッチパネルの概略構成を示す斜視図であり、（ｂ）（ａ）のタッチパネルのスペーサの配列を示す図である。

符号の説明

１０、３０、５０、１００ タッチパネル
１２、１４、１０２、１０４ 抵抗膜
１６、１８、３６、３８、５８、１０６、１０８ 透光性基板
２０、１１０ スペーサ
２２、４２、６２、１１２ 制御回路
２４、１１４ 回路基板
２６、４６、６６、１１６ 引出線
３８ａ、４０ａ、５８ａ 張出し部分
４０ アクリル板
６４ ダイオード

Claims (4)

1. 第１及び第２の抵抗膜がそれぞれ被着されるとともに該第１及び第２の抵抗膜が対向するように互いに対向配置された第１及び第２の透光性基板と、
   前記第１及び第２の抵抗膜間に所定の間隔の隙間を形成するために、前記第１及び第２の抵抗膜の少なくとも一方の上に配置される複数のスペーサと、
   を備えたタッチパネルであって、
   前記複数のスペーサは、前記第１及び第２の抵抗膜の面に沿う一方向において、前記第１及び第２の抵抗膜間に生じる、前記複数のスペーサの各々を中心とした吸盤作用を有する円形領域の形成を防止するために、前記第１及び第２の抵抗膜が所定の入力荷重で押圧されて互いに接触したときの接触部位のうち前記複数のスペーサの各々に最も近い部位と該スペーサとの距離の２倍よりも短い第１のピッチで配列され、かつ、前記第１及び第２の抵抗膜の面に沿う前記一方向と異なる方向において、タッチパネル入力時に前記所定の入力荷重が得られるように前記ピッチより長い第２のピッチで配列され、
   前記第１のピッチは２．０ｍｍ以下である、
   タッチパネル。
2. 前記複数のスペーサは複数の長方形を形成するように配列される、請求項１に記載のタッチパネル。
3. 前記複数のスペーサは複数の菱形を形成するように配列される、請求項１に記載のタッチパネル。
4. 前記複数のスペーサは感光性硬化樹脂から作製される、請求項１〜３のいずれか１項に記載のタッチパネル。

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