JP4915954B2 - タッチパネルおよび該タッチパネルを使用したタッチパネル装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子機器の表示部の前面に設けられたタッチパネルおよびそのタッチパネルを使用したタッチパネル装置に関するものである。

近年、ＰＤＡなどの種々のモバイル型の電子機器が販売されている。液晶パネルなどからなる表示部の前面にタッチパネルを設けて、機器の操作やデータの入力にタッチパネルを利用する機器がある。タッチパネルを使用すると、直感的に操作が可能であり、機器の操作が簡単になるメリットがある。

タッチパネルへの入力は、タッチキー入力モードと手書き入力モードがある。タッチキー入力モードは、表示部に表示された１あるいは複数のアイコン（またはキー、ボタン）に対応するタッチパネルの部分をタッチして、所定の情報を入力するモードである。手書き入力モードは、タッチパネルに指や所定のペンで手書きし、手書きされた文字や線を認識して、情報を入力するモードである。

タッチキー入力モードでは、アイコンをクリックできるだけの分解能があればよく、また複数のアイコンに対して同時に入力できることが望ましい。一方、手書き入力モードでは、出来るだけ高い分解能が必要とされるが、入力はタッチパネルの複数の箇所を同時に選択する必要はない。

タッチパネルに用いられるタッチ位置検出方式としては、アナログ抵抗膜方式やマトリクス抵抗膜方式などが挙げられる。

アナログ抵抗膜式のタッチパネルは、対向配置された一対の透明基板の対向面に抵抗膜を有する。ペンや指などの押圧によって、対向配置された抵抗膜が物理的に接触したことを利用してタッチ位置を検出する (特許文献１)。この方式では、タッチ入力をアナログ的に高い分解能でタッチ位置に変換することが出来る。しかしながら、複数のタッチ入力が同時にあった場合に、それぞれの位置を個別に得ることが難しい。

マトリクス抵抗膜式のタッチパネルは、対向配置された一対の透明基板の対向面にストライプ状の抵抗膜(センサバー)を有し、この抵抗膜同士でマトリクス形状が形成されている。ペンや指など押圧によって、抵抗膜同士が物理的に接触したことを利用してタッチ位置を検出する(特許文献２、特許文献３)。指やペンを用いたタッチ入力に対して、ストライプ状の抵抗膜の本数に相当する分解能でタッチ位置に変換することが出来る。例えば、３２分解能を得るには抵抗膜が３２本必要になる。複数の入力が同時にあった場合、それぞれの位置を独立に得ることが出来る。しかし、分解能は抵抗膜の本数で決定されるため、アナログ抵抗膜式のタッチパネル相当の高い分解能を得るのが困難である。

電子機器によってはタッチキー入力モードか手書き入力モードの一方のみを使用するものもあるが、２つのモードを併用する電子機器も多数ある。したがって、上述のいずれの方式のタッチパネルを使用しても一長一短となる。

なお、指が抵抗膜に接近したときに生じる電界の変化を検出することによってタッチ位置を検出する静電容量式のタッチパネルもある（特許文献４、特許文献５）。しかし、指でタッチすることが原則で、ペンでの入力は通常できず、文字を書くことには不向きである。このため、タッチキー入力モードと手書き入力モードを併用するモバイル型の電子機器には向かない。

特許２９５５１４９号公報 特開平０８−０４５３８１号公報 特開２００２−２１５３１４号公報 特表２００５−５３１２０１号公報 特表２００６−５１１８７９号公報

本発明の目的は、タッチキー入力モードと手書き入力モードの両方に対応したタッチパネルおよびそのタッチパネルを使用したタッチパネル装置を提供することにある。

本発明のタッチパネルは、上側透明基板と、前記上側透明基板と対向して配置された下側透明基板と、前記上側透明基板と下側透明基板との互いに対向する面に設けられた抵抗膜と、を含む。タッチパネルは複数の領域に分割されており、該複数の領域が、前記上側透明基板と下側透明基板にそれぞれストライプ状の抵抗膜を有し、上側透明基板と下側透明基板の抵抗膜でマトリクス形状が形成された第１領域と、前記上側透明基板と下側透明基板に抵抗膜が全面に形成された第２領域とを含む。

本発明は、１つのタッチパネルに抵抗膜が異なる２つの領域を設けている。時間的に重複した多点入力が可能なマトリクス状の抵抗膜を有する領域と、分解能が高いベタ成膜の抵抗膜を有する領域である。

本発明のタッチパネル装置は、上述した１つのタッチパネルの後面に１つの表示部を設けている。タッチパネルと表示部とが１対１になっており、タッチパネルの２つの領域でおこなう処理とその領域に対応する部分で表示する内容とが対応するようになっている。

本発明は、抵抗膜の異なる２つの領域を設けているため、各領域を使い分けることによって、多点入力をおこないつつ、分解能の高い入力も可能となる。タッチキー入力モードと手書き入力モードでそれぞれ最適な入力ができる。

１つの表示部に１つのタッチパネルを取り付けるので、タッチパネル装置の製造を複雑にすることはない。従来と同じ方法で表示部にタッチパネルを取り付けることができる。

本発明について図面を用いて説明する。本発明のタッチパネルを使用したタッチパネル装置が種々の電子機器に取り付けられ、データの入力に使用できる。

まず、タッチパネルを使用したタッチパネル装置について説明する。図２に示すタッチパネル装置３０は、タッチパネル１０の後面に設けられた表示部３２と、表示部３２に所定の内容を表示させる表示制御部３４と、タッチパネル１０でのタッチ検出や座標検出をおこなうタッチパネル制御部３８と、表示制御部３４に表示内容のデータを送ったりタッチパネル制御部３８から得た座標のデータを使用して処理をおこなう主制御部４０とを含む。

表示部３２は、液晶パネルや有機ＥＬパネルなどである。これらのパネルは、縦横に画素が配列されており、画素の電極に所定のパルス電圧が印加されることによって表示をおこなう。表示制御部３４は、主制御部４０からの信号に基づいて表示部３２に所定のパルス電圧を印加し、表示部３２で表示をおこなわせる手段である。

タッチパネル制御部３８は、タッチパネル１０に対するタッチを検出したり、Ｘ座標、Ｙ座標を検出する。これらの検出は、後述するように、第１領域と第２領域で異なる。タッチパネル制御部３８は、検出したＸ座標およびＹ座標のデータを主制御部４０に送る。

主制御部４０は、ＣＰＵやＭＰＵと呼ばれるＩＣチップを使用する。主制御部４０は、タッチパネル制御部３８から送られてきた座標のデータを使用して表示部３２の表示内容に合わせた種々の処理をおこなう。例えば、表示部３２に表示された複数のボタンの中でタッチされたボタンを特定する。

なお、上述した各制御部３４，３８，４０は、説明した動作をおこなうソフトウェア、ハードウェア、またはその両方で構成されるものである。必要に応じて種々のデータをメモリに記憶する。

図１に示すタッチパネル１０は、上側透明基板１２と、絶縁性スペーサー（図示せず）を介して上側透明基板１２と対向して配置された下側透明基板１４と、上側透明基板１２と下側透明基板１４との互いに対向する面に設けられた抵抗膜１６ａ，１６ｂとを含む。上側透明基板１２と下側透明基板１４は、ＰＥＴフィルムなどを使用する。抵抗膜１６ａ，１６ｂとしては、ＩＴＯやＺｎＯが使用される。上側透明基板１２をタッチすると撓んで両抵抗膜１６ａ，１６ｂが接触する。

本発明のタッチパネル１０は、抵抗膜１６ａ，１６ｂが第１領域１８と第２領域２０で異なる。第１領域１８は、上側透明基板１２と下側透明基板１４にそれぞれストライプ状（複数並んだ帯状）の抵抗膜１６ａを有し、上側透明基板１２の抵抗膜１６ａと下側透明基板１４の抵抗膜１６ａの長軸が直行している。第２領域２０は、上側透明基板１２と下側透明基板１４に単一の抵抗膜１６ｂが全面に形成されている。言い換えると、本発明は、第１領域１８がマトリクス抵抗膜方式のタッチパネルであり、第２領域２０がアナログ抵抗膜方式のタッチパネルである。

１つのタッチパネル１０にマトリクス抵抗膜方式とアナログ抵抗膜方式の２つの領域１８，２０を有している。第１領域１８であれば、同一時間内のペン４２などによる多点入力に対応することができる（図３（ａ））。第１領域１８に対応する部分の表示部３２にはタッチキー入力モードに対応する表示をおこなう。第２領域２０では、時間的に重複した多点入力はできないが、高い分解能が必要な手書き入力が可能である（図３（ｂ））。第２領域２０に対応する部分の表示部３２には手書き入力モードに対応する表示をおこなう。それぞれ、主制御部４０から表示制御部３４への信号によって、上記のような領域毎に適した表示をおこなう。

タッチパネル制御部３８が領域１８，２０を選択的に使用することによって、使用しない領域の電力消費をおさえると、装置全体として消費電力の低減が可能になる。主制御部４０は、表示内容に合わせてタッチパネル制御部３８に使用する領域１８，２０の指示の信号を送る。

タッチパネル制御部３８は、第１領域１８ではマトリクス抵抗膜方式のタッチパネルと同じように座標を検出し、第２領域２０ではアナログ抵抗膜方式のタッチパネルと同じように座標を検出する。すなわち、第１領域１８では、ｘ方向またはｙ方向の電極２２ｘ，２２ｙに電圧を印加し、ｘ方向とｙ方向とでいずれの電極２２ｘ，２２ｙが通電したかを検出して座標を得る。第２領域２０では、ｘ方向の電極２４ｘで抵抗膜１６ｂに電位勾配を発生させてｙ方向の電極２４ｙ（２４ａ）で電位を検出し、次にｘとｙを入れ替えて電位を検出し、それらの電位の値を座標に変換する。

また、タッチパネル制御部３８は、タッチキー入力モード時に、第１領域１８と第２領域２０とで同時に多点入力をおこなえるようにしても良い（図４）。第２領域２０は同時に１点のみの入力しかできないが、第１領域１８と第２領域２０のそれぞれの領域で同時に１点ずつ入力をおこなう。または第２領域２０で１点、第１領域１８で多点入力をおこなう。その他、タッチキー入力モードで１点だけの入力であれば、領域にこだわることはなく、両方の領域１８，２０で入力を求めても良い。これらの使用する領域１８，２０の指示は、表示内容に合わせて主制御部４０からタッチパネル制御部３８に送られる。

本発明は、上述したように、手書き入力モードのときは第２領域２０を使用し、タッチキー入力モードのときは第１領域１８を主に使用するが、必要に応じて両方の領域１８，２０を使用する。このように各領域１８，２０を使い分けることによって、タッチキー入力モードと手書き入力モードでそれぞれ最適な入力ができる。また、いずれの領域１８，２０も抵抗膜方式を利用しているので、静電容量方式とは異なりペンでの入力にも対応でき、モバイル型の電子機器に適用しやすい。

マトリックス抵抗膜方式のタッチパネルとアナログ抵抗膜方式のタッチパネルとを１つの表示部３２の前面に取り付けると、両タッチパネルのつなぎ合わせの部分などが目立つ場合があり、表示部３２の画面が不連続で認識されてしまう。また、２つのタッチパネルを１つの表示部３２の前面に取り付けると、従来とはタッチパネルの固定方法の変更が必要になる場合があり、電子機器の筐体の設計変更などが必要になる。本発明は、１つの表示部３２に１つのタッチパネル１０が設けられているので、そのような不都合は生じない。

一般的なアナログ抵抗膜方式のタッチパネルは、ｘ方向およびｙ方向の抵抗膜の両端部に、導電性ペーストをほぼ均一にスクリーン印刷し、乾燥させて形成した帯状の電極が設けられる。前記電極は光を透過させず不透明であることから、タッチパネルの見栄えを損なわないように、また表示の邪魔にならないようにする必要がある。一般的なアナログ抵抗膜方式のタッチパネルの電極は、抵抗膜の端部にあることから電子機器の筐体で隠すことができる。しかし、本発明は、タッチパネル１０を複数の領域１８，２０に分割しているために、第２領域２０の電極の中で１本だけ第１領域１８との境に設けなくてはならない。本説明では図１（ｃ）の電極２４ａであり、この電極２４ａはタッチパネル１０の中央部にあるため、電子機器の筐体で隠すことが出来ない。

そこで本発明は、第２領域１８の抵抗膜１６ｂの電極において、第１領域１８と接する部分に設けられる帯状の電極２４ａを、金属細線２６を用いて幾何学模様に形成する（図５（ａ））。金属細線２６間において光が透過し、表示部３２でおこなわれる表示を視認することができ、電極２４ａの存在を分かりにくくしている。

電極２４ａの一例として、金属細線２６の幅が２０〜３０μｍ程度であり、金属細線２６の間隔は約３００μｍのメッシュ形状が挙げられる。金属細線２６の幅が十分に細く、間隔も幅に対して十分に広いため、金属細線２６間で光を透過することが出来る。電極２４ａは一般的なアナログ抵抗膜方式タッチパネルの電極と比べて、電極の存在を分かりにくくすることが出来る。したがって、電極２４ａはタッチパネル１０の見た目を損ないにくく、表示部３２でおこなわれる表示の邪魔になりにくい。なお、前記幾何学模様の一例としてメッシュ形状を挙げたが、電極２４ａのどの部分においても単位長さ当たりの抵抗値がほぼ均一になるのであれば、その模様は限定されない。例えば、同じ模様の繰り返しによって単位長さ当たりの抵抗値をほぼ均一にすることができる。

金属細線２６は金属微粒子とバインダー樹脂と溶媒とを含む導電性ペーストを抵抗膜１６ｂの表面にスクリーン印刷し、乾燥させて形成する。金属微粒子は、銀、金、白金、パラジウムなどの金属が用いられる。バインダー樹脂は、アクリル樹脂、ブチラール樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、アセタール樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、エポキシ樹脂、アルキド樹脂、ニトロセルロース樹脂、天然樹脂などが用いられる。溶媒は、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素；メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類；エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル等のグリコールのエーテル類；エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のグリコールのエーテルエステル類、テルピネオールなどの有機溶剤が用いられる。

アナログ抵抗膜方式のタッチパネルでは、電極内部での電圧降下を小さくするため、電極の端子間抵抗値は抵抗膜のシート抵抗値に対して１００分の１程度以下の抵抗値に設定する必要がある。一般に抵抗膜のシート抵抗は、２００〜１０００Ω／□程度であることから、電極の端子間抵抗値は、１０Ω以下が好ましい。電極の端子間抵抗値は、電極を構成する材料と、長さ、幅、厚み、メッシュなどの形状によって任意に設計することができる。本発明では、メッシュ状に形成された電極２４ａのシート抵抗値が約０．５Ω／□であり、帯状の電極２４ａの長さを１０ｃｍ、幅を０．５ｃｍにすることで端子間抵抗値を約１０Ωとした。なお、電極２４ａは厳密にはシート状ではないが、単位面積当たりの抵抗値をシート抵抗とした。前記シート抵抗値は、図５（ｂ）に示すように、別途試験用に印刷したメッシュ電極を１ｃｍ四方にカットし、両端に銀で端子４４を形成して、端子間の抵抗を計測して求めている。

以上のように、本発明では、タッチパネル１０の中央に位置してしまう電極２４ａの内部構造をメッシュ状にすることによって、タッチパネル１０の見た目を損なわず、且つ、電極としての機能も確保している。

なお、第１領域１８のストライプ状の抵抗膜１６ａは、各抵抗膜１６ａの一端に電極２２ｘ，２２ｙがあれば良い。したがって、筐体に隠れる側に電極２２ｘ，２２ｙを設けるようにする。

電極２４ａは金属細線２６でメッシュ状に作る以外に、図６のように、帯状の金属４６に方形の穴４８ａや円形の穴４８ｂを設けても良い。穴４８ａ，４８ｂの部分で光が透過される。金属４６と穴４８ａ，４８ｂとの比率を調節することにより、メッシュ状の電極に近い効果を有するようになる。穴４８ａ，４８ｂの形状は、限定されないが、同じ形状の穴を均一に設けるのが好ましい。

使用する人の視覚によっては電極２４ａが気になる場合もある。そこで、できるだけ電極２４ａに対応する表示部３２の部分に黒いラインの表示をおこなったりして、表示内容によって電極２４ａを見えにくくすることも可能である。

第１領域１８と第２領域２０の大きさは、表示内容に合わせて決定しても良い。図１では両領域１８，２０を同じ大きさの四角形にしているが、図７（ａ）のように異なる大きさになる場合もある。領域を分割する方向も図１のｙ方向に限定されず、ｘ方向に分割されても良い。

本発明は第１領域１８と第２領域２０の数はそれぞれ１つに限定されることはない。第１領域１８の数と第２領域２０の数は複数であっても良い（図７（ｂ））。また、第１領域１８と第２領域２０の数は同じ数に限定されることはなく、異なる数であっても良い。いずれであっても、第２領域２０の電極において、第１領域１８と接する部分の電極２４ａは、金属細線２６による幾何学的模様の電極にする。

金属細線２６による電極２４ａは第１領域１８と接する部分だけではなく、他の電極も金属細線２６の電極にしても良い。例えば、図１において上側透明基板１２のｘ方向の端部に設けられる電極２４ｘや下側透明基板１４のｙ方向の下側端部に設けられる電極２４ｙである。第１領域１８の電極２２ｘ，２２ｙも金属細線２６の電極であっても良い。

第２領域２０の抵抗膜１６ｂは、四角形で且つ単一になってる。この抵抗膜１６ｂを複数の四角形の抵抗膜に分割しても良い。電子機器の筐体などに隠れない部分の電極は、図５や図６で示した光を透過させる形状を有する電極２４ａにする。分割した場合、表示内容に合わせて使用する抵抗膜を決定し、他の抵抗膜に関しては電力を消費しないようにすると、装置全体で省電力化が可能になる。第２領域２０内で使用する抵抗膜を選択できる。この点に関しては、上記の第１領域１８と第２領域２０の使用を表示内容によって選択使用することと同様である。また、第１領域１８に関しても、複数の四角形の領域に分割し、領域毎に使用を選択するようにしても良い。

その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。説明で使用したｘ方向とｙ方向は適宜入れ替えても良い。

本発明のタッチパネルの構成を示す図であり、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は上側透明基板の図であり、（ｃ）は下側透明基板の図である。 タッチパネルを使用したタッチパネル装置のブロック図である。 タッチパネルの領域毎のタッチ検出の違いを示す図であり、（ａ）は多点入力を示す図であり、（ｂ）は手書き入力を示す図である。 第１領域と第２領域を利用して多点入力をおこなう様子を示す図である。 メッシュ状の電極を示す図であり、（ａ）はメッシュ状の電極の一部を示し、（ｂ）はメッシュ状の電極のシート抵抗の測定を示す図である。 第２領域の第１領域との境界に設けられる電極を示す図であり、（ａ）は方形の穴を設けた図であり、（ｂ）は円形の穴を設けた図である。 本発明の他の例を示す図であり、（ａ）は領域毎に面積が異なる図であり、（ｂ）は第１領域と第２領域を複数設けた図である。

符号の説明

１０：タッチパネル
１２：上側透明基板
１４：下側透明基板
１６ａ，１６ｂ：抵抗膜
１８：第１領域
２０：第２領域
２２ｘ，２２ｙ，２４ａ，２４ｘ，２４ｙ：電極
２６：金属細線

Claims (3)

1. 上側透明基板と、
   前記上側透明基板と対向して配置された下側透明基板と、
   前記上側透明基板と下側透明基板との互いに対向する面に設けられた抵抗膜と、
   を含むタッチパネルにおいて、
   １つの前記タッチパネルがマトリクス抵抗膜方式である第１領域とアナログ抵抗膜方式である第２領域に分割されており、
   前記第２領域の抵抗膜に複数の電極が形成されており、少なくとも１つの電極が、導体部分と光透過部分とで繰り返し模様が形成されたタッチパネル。
2. 前記第２領域の抵抗膜の電極において、前記第１領域と隣り合う部分に設けられる電極が、前記金属部分と光透過部分とで繰り返し模様が形成された電極である請求項１のタッチパネル。
3. 請求項１または２に記載のタッチパネルと、
   前記タッチパネルの後面に設けられた１つの表示部と、
   を含むタッチパネル装置。

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