JP6043951B2 - タッチパネル - Google Patents

Description

本発明は、主に各種電子機器の操作に用いられるタッチパネルに関するものである。

近年、携帯電話や電子カメラ等の各種電子機器の高機能化や多様化が進んでいる。これに伴い、液晶ディスプレイの上面に光透過性のタッチパネルを装着した機器が増えている。このような機器では、ユーザがタッチパネルを通して下面の液晶ディスプレイの表示を見ながら、指やペン等でタッチパネルを押圧操作することによって、機器の様々な機能が切換えられる。

以下、従来のタッチパネルについて、図４を用いて説明する。図４は従来のタッチパネルの断面図である。なお、この図面は構成を判り易くするために、部分的に寸法を拡大して表している。

タッチパネル１０は、上基板１と、上導電層２と、下基板３と、下導電層４と、一対の上電極５と、一対の下電極６と、複数のドットスペーサ７と、略額縁状のスペーサ８とを有する。このうち、上基板１、上導電層２、下基板３、下導電層４、ドットスペーサ７は光透過性である。略矩形状の上導電層２は上基板１の下面に設けられている。同じく略矩形状の下導電層４は下基板３の上面に設けられている。

銀ペースト等で形成された上電極５は、図４における上導電層２の左右端に設けられ、下電極６は下導電層４の前後端に設けられている。上電極５と下電極６の端部は、上基板１や下基板３の外周前端に各々延出している。ドットスペーサ７は下導電層４の上面に形成され、スペーサ８は上基板１と下基板３の間の外周内縁に形成されている。なお、ドットスペーサ７は半球形の絶縁樹脂で形成され、２．５ｍｍ以内の間隔で並んでいる。

上基板１の外周と下基板３の外周とは、スペーサ８の上下面または片面に塗布された接着剤（図示せず）によって貼り合わされている。このようにして、上導電層２と下導電層４とが所定の空隙を空けて対向している。

上基板１は、基板層１１と、基板層１１の上面に設けられたハードコート層１２と、基板層１１の下面に設けられた光拡散層１３とを有する。基板層１１は、ポリエチレンテレフタレート等で形成され、ハードコート層１２はアクリル等の合成樹脂にフッ素系樹脂を配合して形成されている。なお、ハードコート層１２の上面は指で接触した際に指紋の跡が付かないように親油性に処理されている。そのためハードコート層１２の表面張力は３０Ｎ／ｍｍ以下となっている。光拡散層１３は、アクリルの基材と、その基材中に分散した、二酸化ケイ素を材料とするフィラーを含む。このフィラーによって、下面に凹凸が形成されている。

以上のように構成されたタッチパネル１０は、液晶ディスプレイ１５の上に配置されて電子機器に装着されると共に、上電極５と下電極６が機器のマイコン等の制御回路（図示せず）に電気的に接続される。

ユーザが液晶ディスプレイ１５の表示に応じて、上基板１の上面を指やペン等で押圧操作すると、上基板１が撓み、押圧された箇所の上導電層２が下導電層４に接触する。そして、制御回路から上電極５と下電極６へ順次電圧が印加され、これらの電極間の電圧比によって、押圧された箇所を制御回路が検出し、機器の様々な機能が切換えられる。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１、特許文献２が知られている。

特開２００５−１０７６５５号公報 特開２０１１−０６５４０７号公報

しかしながら、近年、タッチパネルの操作方法は多様化してきている。具体的には、タッチパネルの上面に指を接した状態から軽く弾くように操作するフリック操作や、上面を二本の指を広げるように操作するピンチ操作により制御される機器が増えている。フリック操作では、従来のタッチパネル操作のように一箇所を押圧したり、押圧したまま押圧箇所を移動したりする動作とは異なり、指がタッチパネルから滑らかに離れる必要がある。またフリック操作やピンチ操作で、ユーザは指等をタッチパネルの上面にスライドするため、低い押圧力で接触の検出が可能なタッチパネルが適している。

本発明は、このような要望に対応したものであり、操作した際に検出する押圧力が低く、多様な操作が可能な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本発明のタッチパネルは、上基板と、上導電層と、下基板と、下導電層と、複数のドットスペーサとを有する。上基板は第一面とその反対側の第二面とを有する基板層と、基板層の第一面に配置されたハードコート層とを有する。上導電層は上基板における、基板層の第一面よりも第二面から近い側の面に設けられている。下基板は上導電層に対向する内面を有する。下導電層は所定の空隙を介して上導電層に対向するように下基板の内面に設けられている。ドットスペーサは下導電層と上導電層との間で、下導電層の上に設けられている。ハードコート層は基板層と反対側に外面を有し、この外面の十点平均粗さＲｚの値が１７．７μｍ以上、４０．０μｍ以下である。

本発明によれば、上基板と、上導電層と、下基板と、下導電層と、複数のドットスペーサとを有する。上基板は第一面とその反対側の第二面とを有する基板層と、基板層の第一面に配置されたハードコート層とを有する。上導電層は上基板における、基板層の第一面よりも第二面から近い側の面に設けられている。下基板は上導電層に対向する内面を有する。下導電層は所定の空隙を介して上導電層に対向するように下基板の内面に設けられている。ドットスペーサは下導電層と上導電層との間で、下導電層の上に設けられている。ハードコート層は基板層と反対側に外面を有し、この外面の十点平均粗さＲｚの値が１７．７μｍ以上、４０．０μｍ以下である。

この構成により、ユーザはフリック操作しやすくなる。そのため、多様な操作が可能なタッチパネルを実現することができるという有利な効果が得られる。

本発明の一実施の形態によるタッチパネルの断面図 同分解斜視図 同要部断面図 従来のタッチパネルの断面図

（実施の形態）
以下、本発明の一実施の形態によるタッチパネルについて、図面を参照しながら説明する。

なお、これらの図面は構成を判り易くするために、部分的に寸法を拡大して表す。

図１、図２は、本発明の一実施の形態によるタッチパネルの断面図と分解斜視図である。

タッチパネル３０は、上基板２１と、上導電層２２と、下基板２３と、下導電層２４と、上電極２５と、下電極２６と、複数のドットスペーサ２７と、スペーサ２８とを有する。

上基板２１は第一面とその反対側の第二面とを有する基板層４１と、基板層４１の第一面に配置されたハードコート層４２と、基板層４１の第二面に配置された光拡散層４３とを有する。上導電層２２は光拡散層４３の、基板層４１と反対側の面に設けられている。すなわち、上導電層２２は上基板２１における、基板層４１の第一面よりも第二面から近い側の面に設けられている。下基板２３は上導電層２２に対向する内面を有し、下導電層２４は所定の空隙を介して上導電層２２に対向するように下基板２３の内面に設けられている。ドットスペーサ２７は下導電層２４と上導電層２２との間で、下導電層２４の上に設けられている。

少なくとも上基板２１、上導電層２２、下基板２３および下導電層２４は光透過性である。上導電層２２と下導電層２４は略矩形状である。上導電層２２と下導電層２４はスパッタリング法や真空蒸着法等により、それぞれ上基板２１、下基板２３の対向面のほぼ全面に設けられている。上導電層２２や下導電層２４は酸化インジウム錫や酸化錫等の光透過性で導電性の材料で形成されている。

図１における上導電層２２の左右端には銀等の一対の上電極２５が形成され、下導電層２４の前後端には、一対の下電極２６が形成されている。上電極２５の端部は上基板２１の外周前端に延出し、下電極２６の端部は下基板２３の外周前端に延出している。

上基板２１と下基板２３の間の外周内縁には、額縁状のスペーサ２８が形成されている。スペーサ２８の上下面または片面に塗布形成された接着剤（図示せず）によって、上基板２１と下基板２３の外周が貼り合わされている。この構造によって、上導電層２２と下導電層２４が所定の空隙を空けて対向している。ドットスペーサ２７は、エポキシやシリコーン等の絶縁樹脂によって下導電層２４の上面に半球状に形成されている。

以下、各構成要素について、より詳細に説明する。まず上基板２１について説明する。上基板２１の基板層４１は、ポリエチレンテレフタレートやポリエーテルサルホン、ポリカーボネート等の光透過性のフィルム、アクリル等の光透過性の樹脂板で形成されている。

光拡散層４３は、アクリル等の合成樹脂を材料とする。光拡散層４３の下面には、細かな凹凸が形成され、上基板２１内に進入する直接光や反射光が散乱される。そのため、ニュートンリングの発生が抑制されている。このように光拡散層４３を形成することが好ましいが、必須ではない。

ハードコート層４２は、アクリル系樹脂等の合成樹脂にフィラーを分散させて形成されている。フィラーとは、概ね直径０．１μｍ以上、１．０μｍ以下の微粒子で、例えば二酸化ケイ素等の無機酸化物等を材料とする。あるいは、アクリル系樹脂にフッ素系樹脂を配合して形成されている。ハードコート層４２は基板層４１と反対側に外面（上面）を有し、この外面の十点平均粗さＲｚの値は１７．７以上、４０．０以下である。このようにＲｚの値を規定する理由を説明する。

フリック操作では、ユーザは、ハードコート層４２を指で押圧した状態から表面を弾くように摺動させ、押圧力を減じてハードコート層４２の外面から指を離す。そのため滑らかに指がハードコート層４２から離れる必要がある。

Ｒｚの値が小さいことは、ハードコート層４２の表面が平滑であることを意味する。しかしながらＲｚの値が小さすぎると、指についている皮脂のために指がハードコート層４２に付着してしまい、滑らかにハードコート層４２から離れない。そのため、Ｒｚの値は１７．７以上である必要がある。一方、Ｒｚの値が大きすぎるとハードコート層４２の外面がザラザラした状態になりタッチパネル３０を通してユーザが液晶ディスプレイ１５の表示内容を視認しにくくなる。そのため、Ｒｚの値は４０．０以下である必要がある。ただしＲｚの上限値は、液晶ディスプレイ１５に表示する内容によってより小さく設定される。たとえばカーナビゲーションで地図を表示する場合に比べ、携帯電話などの小さい画面で比較的小さな文字を表示する場合にはより視認性が高い必要がある。そのため後者ではＲｚの上限値は小さくする必要がある。

また、光拡散層４３内には従来のタッチパネル１０のようにフィラーを分散させないことが好ましい。この構成では光拡散層４３の凹凸がより細かい。そのため、上基板２１の上面にユーザが指を押し当ててもフィラーによる凹凸を感じることがない。これにより上基板２１の上面に指を押し当てたまま、滑らかに摺動させることが可能となる。その結果、上基板２１の耐久性が向上する。なおフィラーとは、上述のハードコート層４２に適用したものと同様である。

なお、ハードコート層４２の外面の表面張力が３２Ｎ／ｍｍ以上、３８Ｎ／ｍｍ以下となるよう調整することがさらに好ましい。なお、表面張力の値はフィラーやフッ素系樹脂の配合比率を変化させることにより調整できる。これにより、ハードコート層４２の外面にユーザが指で接触した際に指紋を付き難くなる。指の皮脂がつきにくくなるためにはハードコート層４２の外面の表面張力が３２Ｎ／ｍｍ以上であればよい。また樹脂材料でハードコート層４２を形成する場合、現実的には表面張力は３８Ｎ／ｍｍ以下となる。

次に、ドットスペーサ２７の形状について、図３を参照し説明する。図３はタッチパネル３０の要部断面図である。ドットスペーサ２７は下導電層２４の上面に、その頂点が所定間隔Ｌａを空けて並べて設けられている。間隔Ｌａは３．５ｍｍ以上、４．５ｍｍ以下が望ましい。また、ドットスペーサ２７の高さＨａは５μｍ以上、１５μｍ以下が望ましい。

間隔Ｌａが３．５ｍｍ以上と広くなることで、上導電層２２が下導電層２４に接触しやすくなる。すなわち、例えば０．１Ｎ以下の低い押圧力でも操作可能となる。なお、間隔Ｌａを４．５ｍｍ以下とすることで、ユーザが上基板２１に接触しなくても、上導電層２２が下導電層２４に接触してしまう誤検出が抑制される。

またドットスペーサ２７の高さＨａを１５μｍ以下とすることで上導電層２２が下導電層２４に接触しやすくなる。また高さＨａを５μｍ以上とすることでユーザが上基板２１に接触しなくても、上導電層２２が下導電層２４に接触してしまう誤検出が抑制される。なおドットスペーサ２７は上述のように半球状に形成されているため、高さＨａが大きくなることはドットスペーサ２７の直径が大きくなることを意味する。ドットスペーサ２７の直径が大きいと、タッチパネル３０を通した液晶ディスプレイ１５の視認性が低下する。このような観点からも高さＨａを１５μｍ以下とすることが好ましい。なおドットスペーサ２７の間隔Ｌａや高さＨａの適正な範囲は上基板２１の撓みやすさとも関連する。上述の適正範囲は基板層４１として一般的な厚さ１８８μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムを用いた場合である。一般に基板層４１に用いる材料のヤング率は４ＧＰａから５ＧＰａの範囲にあり、この範囲であれば間隔Ｌａや高さＨａの適正な範囲は上述のようになる。

このように構成されたタッチパネル３０は、液晶ディスプレイ１５の上方に配置されて電子機器に装着されると共に、上電極２５と下電極２６が機器のマイコン等の制御回路（図示せず）に電気的に接続される。

以上のように構成された電子機器について、以下にその動作を説明する。ユーザが、タッチパネル３０の背面に配置された液晶ディスプレイ１５の表示に応じて、上基板２１の上面を指やペン等で押圧操作する。この操作によって、上基板２１が撓み、押圧された箇所の上導電層２２が下導電層２４に接触する。そして、制御回路から上電極２５と下電極２６へ順次電圧が印加され、これらの電極間の電圧比によって、押圧された箇所を制御回路が検出する。

特にハードコート層４２の外面の十点平均粗さＲｚの値は１７．７以上である。そのためフリック操作において、ユーザは、ハードコート層４２の外面から滑らかに指を離すことができる。また、Ｒｚの値が４０．０以下であるため、タッチパネル３０を通した液晶ディスプレイ１５の視認性にも影響しない。さらに、ハードコート層４２の外面の表面張力が３２Ｎ／ｍｍ以上であれば、指紋の付着を抑制できる。

なお図４に示す従来のタッチパネル１０においては、指やペン等による操作で、上導電層２と下導電層４を接触させるために必要な押圧力は０．２Ｎ以上である。指を軽く弾くような操作を行うと押圧力が０．２Ｎより低下することがある。このような場合、軽く弾いた操作を制御回路が検出できない場合もある。一方、タッチパネル３０ではユーザの押圧力を例えば０．１Ｎ以下としても、上導電層２２が下導電層２４に接触するものとなっており、従来よりも低い押圧力で操作できる。

また、ユーザが指を用いてフリック操作をする場合には、ユーザは上基板２１の上面の指をスライドさせ軽く弾く。この場合においても、タッチパネル３０は従来よりも低い押圧力で操作できるので、制御回路は上電極２５と下電極２６間の電圧比から接触位置の変化を検出できる。このように、ユーザがタッチパネル３０に対し行う操作に対応し、電子機器の様々な機能が切換えられる。

次に、ハードコート層４２の外面の十点平均粗さＲｚの適正範囲を検討した結果を説明する。まずアクリル樹脂に種々の粒径の二酸化ケイ素微粒子を分散させてハードコート層４２に相当する薄膜を、基板層４１に相当する平滑なＰＥＴフィルムの上に形成する。そしてその表面の粗さを評価する。この評価として十点平均粗さＲｚ、算術平均粗さＲａ、および二乗平均平方根粗さＲｑを測定する。これらのパラメータの測定方法はＪＩＳやＩＳＯに定義されている。なおこれらのパラメータの測定値としてはハードコート層４２の外面の２箇所で測定した平均値を示す。

一方、この薄膜の表面でフリック操作を実際に行い、操作性（滑り性）を感覚的に評価する。またこの薄膜の表面の表面張力を評価する。表面張力はＩＳＯ８２９６に規定された方法で評価する。すなわち、段階的に表面張力の異なる複数の試験液から選択した１つを塗布して２秒以上液膜が維持されるかどうかを判断する。そして最も表面張力の大きい試験液の表面張力の値を薄膜の表面張力とする。

さらにＰＥＴフィルムの下に液晶ディスプレイ１５を配置し、カーナビゲーションで用いられる地図を表示し、視認性を感覚的に評価する。評価結果を（表１）に示す。

サンプルＡ以外ではＲｚの値が１７．７μｍ以上、４０．０μｍ以下である。そのため滑り性、視認性とも良好である。これに対しサンプルＡではＲｚの値が１７．７μｍ未満であるため、フリック操作をすると指に薄膜が付着して操作性が低下する。なおいずれのサンプルにおいてもＲｚの値が４０．０μｍ以下であるため視認性には問題ない。

またいずれのサンプルにおいても表面張力は３２Ｎ／ｍｍ以上、３８Ｎ／ｍｍ以下であるため、薄膜表面に指紋はつきにくくなっている。

なおサンプルＡとサンプルＢの評価結果を比較すると、Ｒｚの値の差に比べてＲａやＲｑの値の差は小さい。またサンプルＡとサンプルＣの評価結果を比較すると、Ｒｚの値はサンプルＣの方がサンプルＡよりも大きいのにＲａやＲｑの値はサンプルＣの方がサンプルＡよりも小さくなっている。これらの結果から、滑り性を評価する指標としてはＲｚが適当であることがわかる。

このように、本実施の形態によれば、上基板２１は第一面とその反対側の第二面とを有する基板層４１と、基板層４１の第一面に配置されたハードコート層４２とを有する。ハードコート層４２は基板層４１と反対側に外面を有し、この外面の十点平均粗さＲｚの値が１７．７μｍ以上、４０．０μｍ以下である。この構成により、ユーザはフリック操作しやすくなる。そのため、多様な操作が可能なタッチパネル３０を実現することができる。

また、ハードコート層４２は基板層４１と反対側に外面を有し、外面の十点平均粗さＲｚの値が１７．７μｍ以上、４０．０μｍ以下であり、上導電層２２はフリック操作とピンチ操作のいずれかの間における０．１Ｎ以下の押圧力に応じて下導電層と接触可能であり、低い押圧力で接触の検出が可能となるため、低い押圧力で多様な操作が可能なタッチパネル３０を実現することができる。

本発明によるタッチパネルは、多様な操作が可能なタッチパネルを得ることができるという有利な効果を有し、主に各種電子機器の操作用として有用である。

１５ 液晶ディスプレイ
２１ 上基板
２２ 上導電層
２３ 下基板
２４ 下導電層
２５ 上電極
２６ 下電極
２７ ドットスペーサ
２８ スペーサ
３０ タッチパネル
４１ 基板層
４２ ハードコート層
４３ 光拡散層

Claims (6)

1. 第一面と前記第一面の反対側の第二面とを有する基板層と、前記基板層の前記第一面に配置されたハードコート層とを有する上基板と、
   前記上基板における、前記基板層の前記第一面よりも前記第二面から近い側の面に設けられた上導電層と、
   前記上導電層に対向する内面を有する下基板と、
   前記下基板の前記内面に設けられ、所定の空隙を介して前記上導電層に対向する下導電層と、
   前記下導電層と前記上導電層との間で、前記下導電層の上に設けられた複数のドットスペーサと、を備え、
   前記ハードコート層は前記基板層と反対側に外面を有し、前記外面の十点平均粗さＲｚの値が１７．７μｍ以上、４０．０μｍ以下であり、
   かつ前記上基板は、前記基板層の前記第二面に配置された光拡散層をさらに有し、前記光拡散層は光透過性の樹脂材料にフィラーなしで形成されている、タッチパネル。
2. 第一面と前記第一面の反対側の第二面とを有する基板層と、前記基板層の前記第一面に配置されたハードコート層とを有する上基板と、
   前記上基板における、前記基板層の前記第一面よりも前記第二面から近い側の面に設けられた上導電層と、
   前記上導電層に対向する内面を有する下基板と、
   前記下基板の前記内面に設けられ、所定の空隙を介して前記上導電層に対向する下導電層と、
   前記下導電層と前記上導電層との間で、前記下導電層の上に設けられた複数のドットスペーサと、を備え、
   前記ハードコート層は前記基板層と反対側に外面を有し、前記外面の十点平均粗さＲｚの値が１７．７μｍ以上、４０．０μｍ以下であり、
   かつ前記ハードコート層の前記外面の表面張力が３２Ｎ／ｍｍ以上、３８Ｎ／ｍｍ以下である、タッチパネル。
3. 前記ハードコート層はアクリル系樹脂と、前記アクリル系樹脂に分散した二酸化ケイ素粒
   子とを含む、請求項１または２に記載のタッチパネル。
4. 前記ドットスペーサのそれぞれの高さは５μｍ以上、１５μｍ以下であり、
   前記ドットスペーサのうちの任意の２つの頂点の間の間隔が３．５ｍｍ以上、４．５ｍｍ以下である、請求項１または２に記載のタッチパネル。
5. 前記ハードコート層はアクリル系樹脂とフッ素系樹脂とを含む、請求項１または２に記載のタッチパネル。
6. ユーザによるフリック操作とピンチ操作を認識するタッチパネルであって、
   第一面と前記第一面の反対側の第二面とを有する基板層と、前記基板層の前記第一面に配置されたハードコート層とを有する上基板と、前記上基板における、前記基板層の前記第一面よりも前記第二面から近い側の面に設けられた上導電層と、前記上導電層に対向する内面を有する下基板と、前記下基板の前記内面に設けられ、所定の空隙を介して前記上導電層に対向する下導電層と、前記下導電層と前記上導電層との間で、前記下導電層の上に設けられた複数のドットスペーサと、を備え、
   前記ハードコート層は前記基板層と反対側に外面を有し、前記外面の十点平均粗さＲｚの値が１７．７μｍ以上、４０．０μｍ以下であり、前記上導電層は前記フリック操作と前記ピンチ操作のいずれかの間における０．１Ｎ以下の押圧力に応じて前記下導電層と接触可能である、タッチパネル。
   

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