タッチパネル装置及びその製造方法
【課題】大型化した場合でも強度や取り扱い性を損なうことなくタッチ位置の検出を高精度に行うことができるようにする。
【解決手段】タッチ面１１が形成された表面ボード１２と、この表面ボードの裏面側に設けられた互いに並走する複数の送信電極２と、この送信電極に交差するようにその裏面側に設けられた互いに並走する複数の受信電極３と、送信電極及び受信電極をそれぞれ保護する第１・第２の保護部１３・１４と、送信電極及び受信電極並びに第１・第２の保護部を支持する支持シート１５とを備え、保護部は、互いに並走する電極間に空隙が形成されるように、表面ボードの裏面側に部分的に設けられたものとする。
【解決手段】タッチ面１１が形成された表面ボード１２と、この表面ボードの裏面側に設けられた互いに並走する複数の送信電極２と、この送信電極に交差するようにその裏面側に設けられた互いに並走する複数の受信電極３と、送信電極及び受信電極をそれぞれ保護する第１・第２の保護部１３・１４と、送信電極及び受信電極並びに第１・第２の保護部を支持する支持シート１５とを備え、保護部は、互いに並走する電極間に空隙が形成されるように、表面ボードの裏面側に部分的に設けられたものとする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タッチ面が形成された表面ボードと、この表面ボードの裏面側に設けられた複数の電極と、この電極を保護する保護部とを備えたタッチパネル装置及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
タッチパネル装置には、静電容量方式や、抵抗膜方式、電磁誘導方式などの種々の方式があるが、特に静電容量方式では、抵抗膜方式に比較してタッチ面の強度を高めることができる利点があり、また電磁誘導方式のように発振器などを内蔵した電子ペンが不要であり、ユーザの指先で直接、あるいは単なる導電性材料からなるスタイラスでタッチ操作を行うことができることから、高い利便性を有している。
【０００３】
この静電容量方式では、格子状に配置された第１電極と第２電極との交点（以下、電極交点と呼称する）に形成されるコンデンサの静電容量が、導電性物体（例えば人体）が接近あるいは接触することで変化する原理を利用した、いわゆる投影型静電容量方式が、タッチ位置を高精度に検出することができる点で優れている。
【０００４】
この投影型静電容量方式のタッチパネル装置では、タッチ面が形成された表面ボードが電極の前面側に設けられる共に、表面ボードの裏面に全面的に接するように形成された保護層内に埋め込まれた状態で電極が設けられた構成が知られている（特許文献１・２参照）。
【０００５】
また、タッチパネル装置は、パソコンや携帯情報端末の分野で広く普及しているが、このタッチパネル装置を、大画面の表示装置と組み合わせることで、多人数を対象にしたプレゼンテーションや講義で使用することができるようにした、いわゆるインタラクティブホワイトボードとして用いる技術が知られている（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３４２０３３号公報
【特許文献２】米国特許第４６８６３３２号明細書
【特許文献３】特開２００９−８６８５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかるに、タッチパネル装置をインタラクティブホワイトボードとして用いる場合、投影型静電容量方式、特にマルチタッチが可能な相互容量方式を採用すると、利便性を高めることができるが、タッチパネル装置の大型化に伴って第１電極と第２電極との間の全体的な静電容量が大きくなる。例えば７７インチクラスでは静電容量が１００ｐＦを超える。一方、ユーザの指先やスタイラスによるタッチ操作に応じた静電容量の変化は、高々数百ｆＦにすぎず、微々たるものである。このため、タッチパネル装置の大型化に伴って十分な検出精度を確保することができなくなるという課題があった。
【０００８】
また、投影型静電容量方式のタッチパネル装置の表面ボードには、通常、誘電率が高いガラス材料が用いられるが、タッチパネル装置をインタラクティブホワイトボードとして用いる場合、タッチパネル装置の大型化に伴ってガラス製の表面ボードでは強度や取り扱い性を確保することが難しくなる。そこで、表面ボードを合成樹脂材料にて形成することが考えられるが、合成樹脂材料は誘電率が低いため、タッチ操作に応じた静電容量の変化が小さくなるため、タッチ操作の検出感度が低下するという課題があった。
【０００９】
本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、大型化した場合でも強度や取り扱い性を損なうことなくタッチ位置の検出を高精度に行うことができるように構成されたタッチパネル装置及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のタッチパネル装置は、タッチ面が形成された表面ボードと、この表面ボードの裏面側に設けられた互いに並走する複数の第１の電極と、この第１の電極に交差するようにその裏面側に設けられた互いに並走する複数の第２の電極と、前記第１・第２の電極をそれぞれ保護する第１・第２の保護部と、前記第１・第２の電極及び前記第１・第２の保護部を支持する支持シートとを備え、前記保護部は、互いに並走する前記電極間に空隙が形成されるように、前記表面ボードの裏面側に部分的に設けられた構成とする。
【００１１】
また、本発明のタッチパネル装置の製造方法は、タッチ面が形成された表面ボードと、この表面ボードの裏面側に設けられた互いに並走する複数の第１の電極と、この第１の電極に交差するようにその裏面側に設けられた互いに並走する複数の第２の電極と、前記第１・第２の電極をそれぞれ保護する第１・第２の保護部と、前記第１・第２の電極及び前記第１・第２の保護部を支持する支持シートとを備えたタッチパネル装置の製造方法であって、前記支持シートの一面に電極形成材料を線状に付着させて前記第１の電極を形成する工程と、前記支持シートの一面に前記第１の電極を覆うように保護部形成材料を帯状に付着させて前記第１の保護部を形成する工程と、前記支持シートの他面に電極形成材料を線状に付着させて前記第２の電極を形成する工程と、前記支持シートの他面に前記第２の電極を覆うように保護部形成材料を帯状に付着させて前記第２の保護部を形成する工程と、前記の各工程を経て前記支持シートに前記第１・第２の電極及び前記第１・第２の保護部を形成して得られた電極シートと前記表面ボードとを張り合わせる工程とを有する構成とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、空隙により互いに並走する電極間に誘電率が低い空気が介在するため、互いに並走する電極間の静電容量（寄生容量）が減少し、これに伴って非タッチ状態での第１の電極と第２の電極との間の全体的な静電容量が減少するため、タッチ操作時の静電容量変化が相対的に大きくなり、タッチ操作の検出感度を高めることができる。このため、大型化に伴う強度や取り扱い性を確保するために、表面ボードを誘電率が低い合成樹脂材料で所要の板厚に形成しても、タッチ位置の検出を高精度に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明によるタッチパネル装置を示す全体構成図
【図２】図１に示した受信電極及び受信部の概略構成図
【図３】図２に示した受信信号処理部の概略構成図
【図４】図１に示したパネル本体を切断して示す模式的な斜視図
【図５】図４に示したパネル本体に形成される電場の状況を示す模式的な断面図
【図６】図４に示したパネル本体の製造工程を示す斜視図
【図７】図４に示した電極シートの製造装置を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
上記課題を解決するためになされた第１の発明は、タッチ面が形成された表面ボードと、この表面ボードの裏面側に設けられた互いに並走する複数の第１の電極と、この第１の電極に交差するようにその裏面側に設けられた互いに並走する複数の第２の電極と、前記第１・第２の電極をそれぞれ保護する第１・第２の保護部と、前記第１・第２の電極及び前記第１・第２の保護部を支持する支持シートとを備え、前記保護部は、互いに並走する前記電極間に空隙が形成されるように、前記表面ボードの裏面側に部分的に設けられた構成とする。
【００１５】
これによると、空隙により互いに並走する電極間に誘電率が低い空気が介在するため、互いに並走する電極間の静電容量（寄生容量）が減少し、これに伴って非タッチ状態での第１の電極と第２の電極との間の全体的な静電容量が減少するため、タッチ操作時の静電容量変化が相対的に大きくなり、タッチ操作の検出感度を高めることができる。
【００１６】
前記課題を解決するためになされた第２の発明は、前記第１の発明において、前記表面ボードは、タッチ操作により撓み変形可能な可撓性を有する合成樹脂材料にて形成され、前記保護部のうちの少なくとも表面側の前記第１の保護部は、タッチ操作により圧縮変形可能な柔軟性を有する合成樹脂材料にて形成された構成とする。
【００１７】
これによると、タッチ操作に応じて表面ボードが撓みながら保護部が圧縮変形することで、指示物（ユーザの指先及びスタイラスや指示棒等の導電体）と電極との距離が縮まるため、タッチ操作による静電容量変化が大きくなり、タッチ操作の検出感度をより一層高めることができる。
【００１８】
前記課題を解決するためになされた第３の発明は、前記第１・第２の発明において、前記第１・第２の電極が、両者を絶縁する前記支持シートの表裏各面にそれぞれ設けられた構成とする。
【００１９】
これによると、第１の電極と第２の電極との間に支持シートが介在し、第１の保護部と第２の保護とが支持シートによって仕切られると共に、第１の電極間に形成される空隙と第２の電極間に形成される空隙とが支持シートによって仕切られた状態となるため、空隙を最適な形態に形成することができる。また、電極交点に形成されるコンデンサの静電容量を支持シートの厚みで管理することができるため、タッチ位置の検出精度を高めることができる。
【００２０】
前記課題を解決するためになされた第４の発明は、前記第１〜第３の発明において、前記保護部は、前記電極を全体的に覆うようにその電極に沿って帯状に設けられた構成とする。
【００２１】
これによると、保護部により電極が全体的に覆われるため、電極が露出することにより生じるマイグレーションなどの電気的な不具合や、鋭利なものでタッチ面に強い衝撃が加えられた場合に生じる電極の破損を避けることができる。
【００２２】
前記課題を解決するためになされた第５の発明は、タッチ面が形成された表面ボードと、この表面ボードの裏面側に設けられた互いに並走する複数の第１の電極と、この第１の電極に交差するようにその裏面側に設けられた互いに並走する複数の第２の電極と、前記第１・第２の電極をそれぞれ保護する第１・第２の保護部と、前記第１・第２の電極及び前記第１・第２の保護部を支持する支持シートとを備えたタッチパネル装置の製造方法であって、前記支持シートの一面に電極形成材料を線状に付着させて前記第１の電極を形成する工程と、前記支持シートの一面に前記第１の電極を覆うように保護部形成材料を帯状に付着させて前記第１の保護部を形成する工程と、前記支持シートの他面に電極形成材料を線状に付着させて前記第２の電極を形成する工程と、前記支持シートの他面に前記第２の電極を覆うように保護部形成材料を帯状に付着させて前記第２の保護部を形成する工程と、前記の各工程を経て前記支持シートに前記第１・第２の電極及び前記第１・第２の保護部を形成して得られた電極シートと前記表面ボードとを張り合わせる工程とを有する構成とする。
【００２３】
これによると、非タッチ状態での全体的な静電容量を減少させてタッチ操作の検出感度を高めるために、並走する電極間に空隙が形成されたタッチパネル装置を、効率良く製造することができる。
【００２４】
前記課題を解決するためになされた第６の発明は、前記第５の発明において、前記電極形成材料及び前記保護部形成材料の前記支持シートへの付着はスクリーン印刷により行われる構成とする。
【００２５】
これによると、大型化への対応が容易である。また生産性を高めることができるため、製造コストを削減することができる。
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００２７】
図１は、本発明によるタッチパネル装置を示す全体構成図である。このタッチパネル装置１は、互いに並走する複数（例えば１２０本）の送信電極（第１の電極）２と互いに並走する複数（例えば１８６本）の受信電極（第２の電極）３とが格子状に配置されたパネル本体４と、送信電極２に対して駆動信号（パルス信号）を印加する送信部５と、送信電極２に印加された駆動信号に応答した受信電極３の充放電電流信号を受信して、送信電極２と受信電極３とが交差する電極交点ごとのレベル信号を出力する受信部６と、この受信部６から出力されるレベル信号に基づいてタッチ位置を検出すると共に送信部５及び受信部６の動作を制御する制御部７とを備えている。
【００２８】
このタッチパネル装置１は、大画面の表示装置と組み合わせることで、プレゼンテーションや講義に用いることができるようにした、いわゆるインタラクティブホワイトボードとして用いられ、特にここでは、プロジェクタ装置と組み合わせて用いられ、タッチパネル装置１のタッチ面がプロジェクタ用のスクリーンとなる。
【００２９】
タッチパネル装置１から出力されるタッチ位置情報は、パソコンなどの外部機器８に入力され、外部機器８から出力される表示画面データに基づいてプロジェクタ装置９によりタッチパネル装置１のタッチ面上に投影表示される表示画面上に、タッチパネル装置１のタッチ面上でユーザが指示物（ユーザの指先及びスタイラスや指示棒等の導電体）で行ったタッチ操作に対応した画像が表示され、タッチパネル装置のタッチ面にマーカーで直接描画をするのと同様の感覚で所要の画像を表示させることができ、また表示画面に表示されたボタンなどを操作することができる。さらに、タッチ操作で描かれた画像を消去するイレーサを用いることもできる。
【００３０】
送信電極２及び受信電極３は同一の配置ピッチ（例えば１０ｍｍ）で配置されており、その送信電極２と受信電極３とが交差する電極交点にはコンデンサが形成され、ユーザが指示物でタッチ操作を行うと、これに応じて電極交点の静電容量が実質的に減少することで、タッチ操作の有無を検出することができる。
【００３１】
特にここでは、相互容量方式が採用され、送信電極２に駆動信号を印加すると、これに応答して受信電極３に充放電電流が流れ、このとき、ユーザのタッチ操作に応じて電極交点の静電容量が変化すると、受信電極３の充放電電流が変化し、この充放電電流の変化量を受信部６で電極交点ごとのレベル信号（ディジタル信号）に変換して制御部７に出力し、制御部７では、電極交点ごとのレベル信号に基づいてタッチ位置が算出される。この相互容量方式では、同時に複数のタッチ位置を検出する、いわゆるマルチタッチ（多点検出）が可能である。
【００３２】
送信部５は、制御部７から出力されるタイミング信号に同期して、送信電極２を１本ずつ選択して駆動信号を印加する。受信部６は、１本の送信電極２に駆動信号を印加する間に、受信電極３を１本ずつ選択して受信電極３の充放電電流を受信する。これにより、全ての電極交点ごとの充放電電流を取り出すことができる。なお、例えば全ての電極交点（１８６×１２０（＝２２３２０））について充放電電流の受信が終了するフレーム周期が１０ｍｓとすると、１２０本の送信電極２の１本あたりの駆動信号出力期間は約８３μｓとなる。
【００３３】
制御部７は、受信部６から出力される電極交点ごとのレベル信号から所定の演算処理によってタッチ位置（タッチ領域の中心座標）を求める。このタッチ位置の演算では、Ｘ軸方向（送信電極２の延在方向）とＹ軸方向（受信電極３の延在方向）とでそれぞれ隣接する複数（例えば４×４）の電極交点ごとのレベル信号から所要の補間法（例えば重心法）を用いてタッチ位置を求める。これにより、送信電極２及び受信電極３の配置ピッチ（１０ｍｍ）より高い分解能（例えば１ｍｍ以下）でタッチ位置を検出することができる。
【００３４】
図２は、図１に示した受信電極３及び受信部６の概略構成図である。各受信電極３には、受信電極３の充放電電流信号の受信部６への入力を断続するスイッチング素子（スイッチング手段）ＳＷが接続されている。受信部６は、スイッチング素子ＳＷを介して受信電極３から入力される充放電電流信号に対して所要の信号処理を行う受信信号処理部２１とを備えている。各スイッチング素子ＳＷは制御部７からの駆動信号に応じて個別にオン／オフ制御される。
【００３５】
受信電極３及びスイッチング素子ＳＷは、所定数（例えば２４本）ごとにグループ化され、各グループに属するスイッチング素子ＳＷの互いに対応するもの同士が並行してオン／オフ制御される。また、各グループごとに受信信号処理部２１が設けられている。各グループではスイッチング素子ＳＷが１つずつ順にオンとなるように制御され、残りのスイッチング素子ＳＷはオフに制御されており、スイッチング素子ＳＷをオンとすることで選択された１本の受信電極３の充放電電流信号が受信信号処理部２１に入力される。
【００３６】
このように、スイッチング素子ＳＷのスイッチング動作が複数のグループ間で並行して行われるため、全ての受信電極３の充放電電流信号を受信するのに要する時間を短縮することができる。また、受信部６での充放電電流信号の処理をグループごとに分割して行うことができるため、ハードウエア構成の大型化を抑えることができる。
【００３７】
なお、受信電極３のグループ化では、各グループに属する受信電極３の本数を同一とする必要はなく、例えば受信電極３が１８６本の場合、７つのグループＡ〜Ｇを２４本とし、最後のグループＨを１８本とすればよい。
【００３８】
図３は、図２に示した受信信号処理部２１の概略構成図である。この受信信号処理部２１は、ＩＶ変換部３１と、バンドパスフィルタ３２と、絶対値検出部３３と、積分部３４と、サンプルホールド部３５と、ＡＤ変換部３６とを備えている。
【００３９】
ＩＶ変換部３１では、スイッチング素子ＳＷを介して入力される受信電極３の充放電電流信号（アナログ信号）が電圧信号に変換される。バンドパスフィルタ３２では、ＩＶ変換部３１の出力信号に対して、送信電極２に印加される駆動信号の周波数以外の周波数成分を有する信号を除去する処理が行われる。絶対値検出部（整流部）３３では、バンドパスフィルタ３２の出力信号に対して全波整流が行われる。積分部３４では、絶対値検出部３３の出力信号を時間軸方向に積分する処理が行われる。サンプルホールド部３５では、積分部３４の出力信号を所定のタイミングでサンプリングする処理が行われる。ＡＤ変換部３６では、サンプルホールド部３５の出力信号をＡＤ変換してレベル信号（ディジタル信号）を出力する。
【００４０】
図４は、図１に示したパネル本体４を切断して示す模式的な斜視図である。パネル本体４は、タッチ面１１が形成された表面ボード１２と、送信電極２を保護する第１の保護部１３と、受信電極３を保護する第２の保護部１４と、送信電極２及び受信電極３並びに第１・第２の保護部１３・１４を支持する支持シート１５とを備えている。
【００４１】
送信電極２及び受信電極３は、両者を絶縁する支持シート１５の表裏各面にそれぞれ設けられており、送信電極２及び受信電極３と第１・第２の保護部１３・１４と支持シート１５とが一体化されて電極シート１６を構成している。電極シート１６の背面側には背面ボード１７が設けられる。
【００４２】
第１の保護部１３は、互いに並走する送信電極２間に空隙１８が形成されるように、支持シート１５の表面側に部分的に設けられている。第２の保護部１４も、互いに並走する受信電極３間に空隙１９が形成されるように、支持シート１５の裏面側に部分的に設けられている。
【００４３】
特にここでは、第１の保護部１３が、送信電極２を全体的に覆うようにその送信電極２に沿って帯状に設けられており、第２の保護部１４も、受信電極３を全体的に覆うようにその受信電極３に沿って帯状に設けられている。これにより、保護部１３・１４で電極２・３が全体的に覆われるため、電極２・３が露出することにより生じるマイグレーションなどの電気的な不具合や、鋭利なものでタッチ面１１に強い衝撃が加えられた場合に生じる電極２・３の破損を避けることができる。
【００４４】
また、送信電極２と受信電極３との間に支持シート１５が介在し、送信電極２を保護する第１の保護部１３と、受信電極３を保護する第２の保護部１４とが、支持シート１５によって仕切られると共に、送信電極２間に形成される空隙１８と、受信電極３間に形成される空隙１９とが、支持シート１５によって仕切られた状態となり、空隙１８・１９を最適な形態、すなわち送信電極２及び受信電極３に沿って真直に延在する形態に形成される。
【００４５】
表面ボード１２は、タッチ操作により撓み変形可能な可撓性を有する合成樹脂材料にて形成される。特にこの表面ボード１２の合成樹脂材料には、指示物によるタッチ操作の検出感度を高めるために誘電率の高いもの（例えば比誘電率６程度）が用いられる。また、表面ボード１２は例えば１．２ｍｍの厚さに形成される。
【００４６】
送信電極２及び受信電極３は例えば１０μｍの厚さで形成され、第１・第２の各保護部１３・１４は、送信電極２及び受信電極３を例えば約２０μｍ程度の厚さで被覆するように設けられる。第１の保護部１３は、タッチ操作により圧縮変形可能な柔軟性を有する合成樹脂材料にて形成される。第２の保護部１４も、第１の保護部１３と同様の材料にて形成される。この保護部１３・１４の合成樹脂材料としてはウレタン樹脂が好適である。
【００４７】
また、送信電極２及び受信電極３は例えば０．６ｍｍの幅で形成される。第１・第２の各保護部１３・１４は例えば６．５ｍｍの幅で形成され、送信電極２及び受信電極３の配置ピッチを例えば１０ｍｍとすると、空隙１８・１９は３．５ｍｍの幅で形成される。
【００４８】
支持シート１５は、送信電極２と受信電極３との間に介在して両者を絶縁する絶縁層として機能し、絶縁性の高い合成樹脂材料にて形成される。この支持シート１５の合成樹脂材料としてはＰＥＴ（Polyethylene terephthalate）が好適である。また、支持シート１５の厚さで、電極交点に形成されるコンデンサの静電容量を管理することができ、この支持シート１５の厚さは例えば０．１〜０．２ｍｍ程度とすると良い。
【００４９】
図５は、図４に示したパネル本体４に形成される電場の状況を示す模式的な断面図である。図５（Ａ）は、初期状態を、図５（Ｂ）は、指示物（ユーザの指先及びスタイラスや指示棒等の導電体）Ａでタッチ操作を行った際の状態をそれぞれ示す。
【００５０】
図５（Ｂ）に示すように、指示物Ａでタッチ操作を行うと、指示物Ａと送信電極２との間に静電結合が生じるために、送信電極２と受信電極３との間の全体的な静電容量ＣがΔＣだけ減少する。前記のように、送信電極２に駆動信号（パルス信号）を印加すると、受信電極３に充放電電流が発生し、この充放電電流の変化量に基づいてタッチ位置が検出されるが、この充放電電流の変化量はタッチ操作時の静電容量変化ΔＣに応じて変化し、非タッチ状態での全体的な静電容量Ｃに対するタッチ操作時の静電容量変化ΔＣの比率ΔＣ／Ｃが、タッチ操作の検出感度を左右する。
【００５１】
ここで、隣り合う送信電極２の間には空隙１８が形成されており、この空隙１８により隣り合う送信電極２の間に誘電率が低い空気が介在するため、隣り合う送信電極２間の静電容量（寄生容量）が減少する。また、隣り合う受信電極３の間にも空隙１９が形成されており、この空隙１９により隣り合う受信電極３の間に誘電率が低い空気が介在するため、隣り合う受信電極３間の静電容量（寄生容量）が減少する。このため、非タッチ状態での送信電極２と受信電極３との間の全体的な静電容量Ｃが減少する。これによりタッチ操作時の静電容量変化ΔＣが相対的に大きくなる、すなわちΔＣ／Ｃが大きくなるため、タッチ操作の検出感度を高めることができる。
【００５２】
また前記のように、表面ボード１２は、タッチ操作により撓み変形可能な可撓性を有する合成樹脂材料にて形成され、第１の保護部１３は、タッチ操作により圧縮変形可能な柔軟性を有する合成樹脂材料にて形成されている。さらに、表面ボード１２の裏面側に第１の保護部１３が部分的に設けられて空隙１８が存在するため、表面ボード１２が撓みやすくなっている。このため、指示物Ａでタッチ操作を行うと、表面ボード１２が撓みながら第１の保護部１３が圧縮変形する。これにより指示物Ａと送信電極２との距離が縮まるため、タッチ操作による静電容量変化ΔＣが大きくなり、タッチ操作の検出感度をより一層高めることができる。
【００５３】
なお、タッチ操作により指示物Ａと送信電極２との距離が短くなるようにするには、第１・第２の保護部１３・１４のうちの少なくとも表面側の第１の保護部１３が、タッチ操作により圧縮変形可能な柔軟性を有する合成樹脂材料にて形成されていれば良く、第２の保護部１４にはこのような柔軟性は特に必要でない。
【００５４】
図６は、図４に示したパネル本体４の製造工程を示す斜視図である。ここでは、図６（Ａ）に示すように、支持シート１５の一面に電極形成材料を線状に付着させて送信電極２を形成する工程と、図６（Ｂ）に示すように、支持シート１５の一面に送信電極２を覆うように保護部形成材料を帯状に付着させて第１の保護部１３を形成する工程と、図６（Ｃ）に示すように、支持シート１５の表裏を反転させる工程と、図６（Ｄ）に示すように、支持シート１５の他面に電極形成材料を線状に付着させて受信電極３を形成する工程と、図６（Ｅ）に示すように、支持シート１５の他面に受信電極３を覆うように保護部形成材料を帯状に付着させて第２の保護部１４を形成する工程と、図６（Ｆ）に示すように、前記の各工程を経て支持シート１５に送信電極２及び受信電極３並びに第１・第２の保護部１３・１４を形成して得られた電極シート１６と表面ボード１２とを張り合わせる工程とを有している。
【００５５】
図６（Ａ）に示す送信電極２を形成する工程、図６（Ｂ）に示す第１の保護部１３を形成する工程、図６（Ｄ）に示す受信電極３を形成する工程、並びに図６（Ｅ）に示す第２の保護部１４を形成する工程の各工程では、支持シート１５に付着させた電極形成材料及び保護部形成材料の硬化を加熱により促進するベイク処理が行われる。なお、ベイク処理によるＰＥＴ製の支持シート１５の寸法変化を抑えるため、図５に示す工程に入る前に、支持シート１５を加熱して予め収縮させるプリベイクを行うようにすると良い。
【００５６】
電極形成材料及び保護部形成材料の支持シート１５への付着はスクリーン印刷により行われる。このスクリーン印刷では、電極２・３及び保護部１３・１４に対応したパターンのマスキングをメッシュに施した印刷製版が用いられ、その印刷製版上でスキージを摺動させることで、印刷製版上の電極形成材料及び保護部形成材料を、印刷製版の下方に配置された支持シート１５上に転写する。このスクリーン印刷によれば、大型化への対応が容易であり、また生産性を高めることができるため、製造コストを削減することができる。
【００５７】
電極２・３を形成する電極形成材料は、いわゆる導電性インクであり、金属パウダなどの導電性を付与する導電性フィラー、これを均一に分散させるためのバインダ樹脂、スクリーン印刷に適した流動性を得るための有機溶剤、付着状態を確認するための顔料などからなる。この電極形成材料には、導電性フィラーにＡｇを用いたＡｇペーストが好適である。
【００５８】
保護部１３・１４を形成する保護部形成材料は、硬化状態で所要の柔軟性を有する合成樹脂、スクリーン印刷に適した流動性を得るための有機溶剤、付着状態を確認するための顔料などからなる。この保護部形成材料の合成樹脂には、前記のようにウレタン樹脂が好適である。
【００５９】
なお、タッチ操作の検出感度を高める上では、保護部１３・１４の幅を狭くして空隙１８・１９の幅を大きくした方が良いが、製造工程において電極２・３と保護部１３・１４との間に位置ずれが発生することが避けられないため、電極２・３が完全に保護部１３・１４で覆われた状態に製作するには、電極２・３の幅に対して十分に余裕のある幅に保護部１３・１４を形成する必要があり、このような観点から、前記のように、電極２・３の幅を０．６ｍｍとした場合、保護部１３・１４の幅を６．５ｍｍとする、すなわち電極２・３の延在方向の中心線から±３．２５ｍｍの幅で保護部１３・１４を形成すると良い。
【００６０】
図７は、図４に示した電極シート１６の製造装置を示す模式図である。ここでは、支持シート１５のロール７１から支持シート１５を繰り出して電極２・３及び保護部１３・１４を順次形成して電極シート１６としてロール８６に巻き取るロール・ツー・ロール方式が採用され、上段には搬送方向に沿って、電極印刷部７２と、ヒータ７３と、保護部印刷部７５と、ヒータ７６とが順次設けられ、下段にも搬送方向に沿って、電極印刷部８０と、ヒータ８１と、保護部印刷部８３と、ヒータ８４とが順次設けられている。
【００６１】
電極印刷部７２では、支持シート１５の一面に、送信電極２を形成する電極形成材料を線状に付着させる処理が行われる。保護部印刷部７５では、支持シート１５の一面に送信電極２を覆うように、第１の保護部１３を形成する保護部形成材料を帯状に付着させる処理が行われる。電極印刷部８０では、支持シート１５の他面に、受信電極３を形成する電極形成材料を線状に付着させる処理が行われる。保護部印刷部８３では、支持シート１５の他面に受信電極３を覆うように、第２の保護部１４を形成する保護部形成材料を帯状に付着させる処理が行われる。
【００６２】
電極印刷部７２・８０及び保護部印刷部７５・８３では、電極形成材料及び保護部形成材料の支持シート１５への付着処理がスクリーン印刷により行われる。ヒータ７３・７６・８１・８４では、支持シート１５に付着させた電極形成材料及び保護部形成材料の硬化を促進するベイク処理が行われる。なお、ベイク処理によるＰＥＴ製の支持シート１５の寸法変化を抑えるため、支持シート１５のロール７１を加熱して予め収縮させるプリベイクを行うようにすると良い。ヒータ７３・７６・８１・８４の後段には加圧ローラ７４・７７・８２・８５が設けられており、この加圧ローラ７４・７７・８２・８５により、支持シート１５に付着させた電極形成材料及び保護部形成材料を締め固める処理が行われる。
【００６３】
スクリーン印刷では、印刷製版の下方に支持シート１５を配置して印刷製版上の電極形成材料及び保護部形成材料を支持シート１５上に転写することになるため、図６（Ｃ）に示したように、支持シート１５の表裏を反転させる工程が必要となるが、図７に示すロール・ツー・ロール方式では、搬送ローラ７８・７９により支持シート１５を転向して、上段と下段とで逆向きに支持シート１５を搬送することで、支持シート１５の表裏を反転させることができる。
【００６４】
なお、図７に示すロール・ツー・ロール方式で製作された電極シート１６は、所要の寸法に裁断した上で表面ボード１２と張り合わせられる。この他、所要の大きさの電極シート１６を１枚ずつ製作することも可能である。この場合、支持シート１５を所定寸法に裁断して外型枠に固定した状態で、図５に示す各工程を実施すれば良い。
【００６５】
また、前記の例では、電極２・３を形成する電極形成材料及び保護部１３・１４を形成する保護部形成材料を所定のパターンで支持シート１５に付着させるためにスクリーン印刷を採用したが、この他に、インクジェット工法やノズルプリンティング工法も可能である。
【００６６】
また、前記の例では、送信電極２及び受信電極３を支持シート１５の表裏各面にそれぞれ設けた構成としたが、送信電極２と受信電極３は互いに絶縁されていればよく、例えば送信電極２及び受信電極３が共に支持シート１５の一面に絶縁層を介して配置された構成としてもよい。さらに、特に絶縁材を設けずに、送信電極２及び受信電極３を保護する保護部に絶縁層の機能を与え、送信電極２と受信電極３とを保護部で絶縁する構成としてもよい。
【００６７】
また、前記の例では、保護部１３・１４を、電極２・３を全体的に覆うようにその電極２・３に沿って帯状に設けた構成としたが、保護部が電極を部分的に覆う構成、例えば、帯状の保護部を電極の延在方向に直交する向きに配置した構成も可能であるが、電極が露出することによる不具合を考慮すると、保護部により電極が全体的に覆われた構成が望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明にかかるタッチパネル装置及びその製造方法は、大型化した場合でも強度や取り扱い性を損なうことなくタッチ位置の検出を高精度に行うことができる効果を有し、タッチ面が形成された表面ボードと、この表面ボードの裏面側に設けられた複数の電極と、この電極を保護する保護部とを備えたタッチパネル装置及びその製造方法などとして有用である。
【符号の説明】
【００６９】
１ タッチパネル装置
２ 送信電極（第１の電極）
３ 受信電極（第２の電極）
４ パネル本体
１１ タッチ面
１２ 表面ボード
１３ 第１の保護部
１４ 第２の保護部
１５ 支持シート
１６ 電極シート
１７ 背面ボード
１８・１９ 空隙
Ａ 指示物
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タッチ面が形成された表面ボードと、この表面ボードの裏面側に設けられた複数の電極と、この電極を保護する保護部とを備えたタッチパネル装置及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
タッチパネル装置には、静電容量方式や、抵抗膜方式、電磁誘導方式などの種々の方式があるが、特に静電容量方式では、抵抗膜方式に比較してタッチ面の強度を高めることができる利点があり、また電磁誘導方式のように発振器などを内蔵した電子ペンが不要であり、ユーザの指先で直接、あるいは単なる導電性材料からなるスタイラスでタッチ操作を行うことができることから、高い利便性を有している。
【０００３】
この静電容量方式では、格子状に配置された第１電極と第２電極との交点（以下、電極交点と呼称する）に形成されるコンデンサの静電容量が、導電性物体（例えば人体）が接近あるいは接触することで変化する原理を利用した、いわゆる投影型静電容量方式が、タッチ位置を高精度に検出することができる点で優れている。
【０００４】
この投影型静電容量方式のタッチパネル装置では、タッチ面が形成された表面ボードが電極の前面側に設けられる共に、表面ボードの裏面に全面的に接するように形成された保護層内に埋め込まれた状態で電極が設けられた構成が知られている（特許文献１・２参照）。
【０００５】
また、タッチパネル装置は、パソコンや携帯情報端末の分野で広く普及しているが、このタッチパネル装置を、大画面の表示装置と組み合わせることで、多人数を対象にしたプレゼンテーションや講義で使用することができるようにした、いわゆるインタラクティブホワイトボードとして用いる技術が知られている（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３４２０３３号公報
【特許文献２】米国特許第４６８６３３２号明細書
【特許文献３】特開２００９−８６８５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかるに、タッチパネル装置をインタラクティブホワイトボードとして用いる場合、投影型静電容量方式、特にマルチタッチが可能な相互容量方式を採用すると、利便性を高めることができるが、タッチパネル装置の大型化に伴って第１電極と第２電極との間の全体的な静電容量が大きくなる。例えば７７インチクラスでは静電容量が１００ｐＦを超える。一方、ユーザの指先やスタイラスによるタッチ操作に応じた静電容量の変化は、高々数百ｆＦにすぎず、微々たるものである。このため、タッチパネル装置の大型化に伴って十分な検出精度を確保することができなくなるという課題があった。
【０００８】
また、投影型静電容量方式のタッチパネル装置の表面ボードには、通常、誘電率が高いガラス材料が用いられるが、タッチパネル装置をインタラクティブホワイトボードとして用いる場合、タッチパネル装置の大型化に伴ってガラス製の表面ボードでは強度や取り扱い性を確保することが難しくなる。そこで、表面ボードを合成樹脂材料にて形成することが考えられるが、合成樹脂材料は誘電率が低いため、タッチ操作に応じた静電容量の変化が小さくなるため、タッチ操作の検出感度が低下するという課題があった。
【０００９】
本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、大型化した場合でも強度や取り扱い性を損なうことなくタッチ位置の検出を高精度に行うことができるように構成されたタッチパネル装置及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のタッチパネル装置は、タッチ面が形成された表面ボードと、この表面ボードの裏面側に設けられた互いに並走する複数の第１の電極と、この第１の電極に交差するようにその裏面側に設けられた互いに並走する複数の第２の電極と、前記第１・第２の電極をそれぞれ保護する第１・第２の保護部と、前記第１・第２の電極及び前記第１・第２の保護部を支持する支持シートとを備え、前記保護部は、互いに並走する前記電極間に空隙が形成されるように、前記表面ボードの裏面側に部分的に設けられた構成とする。
【００１１】
また、本発明のタッチパネル装置の製造方法は、タッチ面が形成された表面ボードと、この表面ボードの裏面側に設けられた互いに並走する複数の第１の電極と、この第１の電極に交差するようにその裏面側に設けられた互いに並走する複数の第２の電極と、前記第１・第２の電極をそれぞれ保護する第１・第２の保護部と、前記第１・第２の電極及び前記第１・第２の保護部を支持する支持シートとを備えたタッチパネル装置の製造方法であって、前記支持シートの一面に電極形成材料を線状に付着させて前記第１の電極を形成する工程と、前記支持シートの一面に前記第１の電極を覆うように保護部形成材料を帯状に付着させて前記第１の保護部を形成する工程と、前記支持シートの他面に電極形成材料を線状に付着させて前記第２の電極を形成する工程と、前記支持シートの他面に前記第２の電極を覆うように保護部形成材料を帯状に付着させて前記第２の保護部を形成する工程と、前記の各工程を経て前記支持シートに前記第１・第２の電極及び前記第１・第２の保護部を形成して得られた電極シートと前記表面ボードとを張り合わせる工程とを有する構成とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、空隙により互いに並走する電極間に誘電率が低い空気が介在するため、互いに並走する電極間の静電容量（寄生容量）が減少し、これに伴って非タッチ状態での第１の電極と第２の電極との間の全体的な静電容量が減少するため、タッチ操作時の静電容量変化が相対的に大きくなり、タッチ操作の検出感度を高めることができる。このため、大型化に伴う強度や取り扱い性を確保するために、表面ボードを誘電率が低い合成樹脂材料で所要の板厚に形成しても、タッチ位置の検出を高精度に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明によるタッチパネル装置を示す全体構成図
【図２】図１に示した受信電極及び受信部の概略構成図
【図３】図２に示した受信信号処理部の概略構成図
【図４】図１に示したパネル本体を切断して示す模式的な斜視図
【図５】図４に示したパネル本体に形成される電場の状況を示す模式的な断面図
【図６】図４に示したパネル本体の製造工程を示す斜視図
【図７】図４に示した電極シートの製造装置を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
上記課題を解決するためになされた第１の発明は、タッチ面が形成された表面ボードと、この表面ボードの裏面側に設けられた互いに並走する複数の第１の電極と、この第１の電極に交差するようにその裏面側に設けられた互いに並走する複数の第２の電極と、前記第１・第２の電極をそれぞれ保護する第１・第２の保護部と、前記第１・第２の電極及び前記第１・第２の保護部を支持する支持シートとを備え、前記保護部は、互いに並走する前記電極間に空隙が形成されるように、前記表面ボードの裏面側に部分的に設けられた構成とする。
【００１５】
これによると、空隙により互いに並走する電極間に誘電率が低い空気が介在するため、互いに並走する電極間の静電容量（寄生容量）が減少し、これに伴って非タッチ状態での第１の電極と第２の電極との間の全体的な静電容量が減少するため、タッチ操作時の静電容量変化が相対的に大きくなり、タッチ操作の検出感度を高めることができる。
【００１６】
前記課題を解決するためになされた第２の発明は、前記第１の発明において、前記表面ボードは、タッチ操作により撓み変形可能な可撓性を有する合成樹脂材料にて形成され、前記保護部のうちの少なくとも表面側の前記第１の保護部は、タッチ操作により圧縮変形可能な柔軟性を有する合成樹脂材料にて形成された構成とする。
【００１７】
これによると、タッチ操作に応じて表面ボードが撓みながら保護部が圧縮変形することで、指示物（ユーザの指先及びスタイラスや指示棒等の導電体）と電極との距離が縮まるため、タッチ操作による静電容量変化が大きくなり、タッチ操作の検出感度をより一層高めることができる。
【００１８】
前記課題を解決するためになされた第３の発明は、前記第１・第２の発明において、前記第１・第２の電極が、両者を絶縁する前記支持シートの表裏各面にそれぞれ設けられた構成とする。
【００１９】
これによると、第１の電極と第２の電極との間に支持シートが介在し、第１の保護部と第２の保護とが支持シートによって仕切られると共に、第１の電極間に形成される空隙と第２の電極間に形成される空隙とが支持シートによって仕切られた状態となるため、空隙を最適な形態に形成することができる。また、電極交点に形成されるコンデンサの静電容量を支持シートの厚みで管理することができるため、タッチ位置の検出精度を高めることができる。
【００２０】
前記課題を解決するためになされた第４の発明は、前記第１〜第３の発明において、前記保護部は、前記電極を全体的に覆うようにその電極に沿って帯状に設けられた構成とする。
【００２１】
これによると、保護部により電極が全体的に覆われるため、電極が露出することにより生じるマイグレーションなどの電気的な不具合や、鋭利なものでタッチ面に強い衝撃が加えられた場合に生じる電極の破損を避けることができる。
【００２２】
前記課題を解決するためになされた第５の発明は、タッチ面が形成された表面ボードと、この表面ボードの裏面側に設けられた互いに並走する複数の第１の電極と、この第１の電極に交差するようにその裏面側に設けられた互いに並走する複数の第２の電極と、前記第１・第２の電極をそれぞれ保護する第１・第２の保護部と、前記第１・第２の電極及び前記第１・第２の保護部を支持する支持シートとを備えたタッチパネル装置の製造方法であって、前記支持シートの一面に電極形成材料を線状に付着させて前記第１の電極を形成する工程と、前記支持シートの一面に前記第１の電極を覆うように保護部形成材料を帯状に付着させて前記第１の保護部を形成する工程と、前記支持シートの他面に電極形成材料を線状に付着させて前記第２の電極を形成する工程と、前記支持シートの他面に前記第２の電極を覆うように保護部形成材料を帯状に付着させて前記第２の保護部を形成する工程と、前記の各工程を経て前記支持シートに前記第１・第２の電極及び前記第１・第２の保護部を形成して得られた電極シートと前記表面ボードとを張り合わせる工程とを有する構成とする。
【００２３】
これによると、非タッチ状態での全体的な静電容量を減少させてタッチ操作の検出感度を高めるために、並走する電極間に空隙が形成されたタッチパネル装置を、効率良く製造することができる。
【００２４】
前記課題を解決するためになされた第６の発明は、前記第５の発明において、前記電極形成材料及び前記保護部形成材料の前記支持シートへの付着はスクリーン印刷により行われる構成とする。
【００２５】
これによると、大型化への対応が容易である。また生産性を高めることができるため、製造コストを削減することができる。
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００２７】
図１は、本発明によるタッチパネル装置を示す全体構成図である。このタッチパネル装置１は、互いに並走する複数（例えば１２０本）の送信電極（第１の電極）２と互いに並走する複数（例えば１８６本）の受信電極（第２の電極）３とが格子状に配置されたパネル本体４と、送信電極２に対して駆動信号（パルス信号）を印加する送信部５と、送信電極２に印加された駆動信号に応答した受信電極３の充放電電流信号を受信して、送信電極２と受信電極３とが交差する電極交点ごとのレベル信号を出力する受信部６と、この受信部６から出力されるレベル信号に基づいてタッチ位置を検出すると共に送信部５及び受信部６の動作を制御する制御部７とを備えている。
【００２８】
このタッチパネル装置１は、大画面の表示装置と組み合わせることで、プレゼンテーションや講義に用いることができるようにした、いわゆるインタラクティブホワイトボードとして用いられ、特にここでは、プロジェクタ装置と組み合わせて用いられ、タッチパネル装置１のタッチ面がプロジェクタ用のスクリーンとなる。
【００２９】
タッチパネル装置１から出力されるタッチ位置情報は、パソコンなどの外部機器８に入力され、外部機器８から出力される表示画面データに基づいてプロジェクタ装置９によりタッチパネル装置１のタッチ面上に投影表示される表示画面上に、タッチパネル装置１のタッチ面上でユーザが指示物（ユーザの指先及びスタイラスや指示棒等の導電体）で行ったタッチ操作に対応した画像が表示され、タッチパネル装置のタッチ面にマーカーで直接描画をするのと同様の感覚で所要の画像を表示させることができ、また表示画面に表示されたボタンなどを操作することができる。さらに、タッチ操作で描かれた画像を消去するイレーサを用いることもできる。
【００３０】
送信電極２及び受信電極３は同一の配置ピッチ（例えば１０ｍｍ）で配置されており、その送信電極２と受信電極３とが交差する電極交点にはコンデンサが形成され、ユーザが指示物でタッチ操作を行うと、これに応じて電極交点の静電容量が実質的に減少することで、タッチ操作の有無を検出することができる。
【００３１】
特にここでは、相互容量方式が採用され、送信電極２に駆動信号を印加すると、これに応答して受信電極３に充放電電流が流れ、このとき、ユーザのタッチ操作に応じて電極交点の静電容量が変化すると、受信電極３の充放電電流が変化し、この充放電電流の変化量を受信部６で電極交点ごとのレベル信号（ディジタル信号）に変換して制御部７に出力し、制御部７では、電極交点ごとのレベル信号に基づいてタッチ位置が算出される。この相互容量方式では、同時に複数のタッチ位置を検出する、いわゆるマルチタッチ（多点検出）が可能である。
【００３２】
送信部５は、制御部７から出力されるタイミング信号に同期して、送信電極２を１本ずつ選択して駆動信号を印加する。受信部６は、１本の送信電極２に駆動信号を印加する間に、受信電極３を１本ずつ選択して受信電極３の充放電電流を受信する。これにより、全ての電極交点ごとの充放電電流を取り出すことができる。なお、例えば全ての電極交点（１８６×１２０（＝２２３２０））について充放電電流の受信が終了するフレーム周期が１０ｍｓとすると、１２０本の送信電極２の１本あたりの駆動信号出力期間は約８３μｓとなる。
【００３３】
制御部７は、受信部６から出力される電極交点ごとのレベル信号から所定の演算処理によってタッチ位置（タッチ領域の中心座標）を求める。このタッチ位置の演算では、Ｘ軸方向（送信電極２の延在方向）とＹ軸方向（受信電極３の延在方向）とでそれぞれ隣接する複数（例えば４×４）の電極交点ごとのレベル信号から所要の補間法（例えば重心法）を用いてタッチ位置を求める。これにより、送信電極２及び受信電極３の配置ピッチ（１０ｍｍ）より高い分解能（例えば１ｍｍ以下）でタッチ位置を検出することができる。
【００３４】
図２は、図１に示した受信電極３及び受信部６の概略構成図である。各受信電極３には、受信電極３の充放電電流信号の受信部６への入力を断続するスイッチング素子（スイッチング手段）ＳＷが接続されている。受信部６は、スイッチング素子ＳＷを介して受信電極３から入力される充放電電流信号に対して所要の信号処理を行う受信信号処理部２１とを備えている。各スイッチング素子ＳＷは制御部７からの駆動信号に応じて個別にオン／オフ制御される。
【００３５】
受信電極３及びスイッチング素子ＳＷは、所定数（例えば２４本）ごとにグループ化され、各グループに属するスイッチング素子ＳＷの互いに対応するもの同士が並行してオン／オフ制御される。また、各グループごとに受信信号処理部２１が設けられている。各グループではスイッチング素子ＳＷが１つずつ順にオンとなるように制御され、残りのスイッチング素子ＳＷはオフに制御されており、スイッチング素子ＳＷをオンとすることで選択された１本の受信電極３の充放電電流信号が受信信号処理部２１に入力される。
【００３６】
このように、スイッチング素子ＳＷのスイッチング動作が複数のグループ間で並行して行われるため、全ての受信電極３の充放電電流信号を受信するのに要する時間を短縮することができる。また、受信部６での充放電電流信号の処理をグループごとに分割して行うことができるため、ハードウエア構成の大型化を抑えることができる。
【００３７】
なお、受信電極３のグループ化では、各グループに属する受信電極３の本数を同一とする必要はなく、例えば受信電極３が１８６本の場合、７つのグループＡ〜Ｇを２４本とし、最後のグループＨを１８本とすればよい。
【００３８】
図３は、図２に示した受信信号処理部２１の概略構成図である。この受信信号処理部２１は、ＩＶ変換部３１と、バンドパスフィルタ３２と、絶対値検出部３３と、積分部３４と、サンプルホールド部３５と、ＡＤ変換部３６とを備えている。
【００３９】
ＩＶ変換部３１では、スイッチング素子ＳＷを介して入力される受信電極３の充放電電流信号（アナログ信号）が電圧信号に変換される。バンドパスフィルタ３２では、ＩＶ変換部３１の出力信号に対して、送信電極２に印加される駆動信号の周波数以外の周波数成分を有する信号を除去する処理が行われる。絶対値検出部（整流部）３３では、バンドパスフィルタ３２の出力信号に対して全波整流が行われる。積分部３４では、絶対値検出部３３の出力信号を時間軸方向に積分する処理が行われる。サンプルホールド部３５では、積分部３４の出力信号を所定のタイミングでサンプリングする処理が行われる。ＡＤ変換部３６では、サンプルホールド部３５の出力信号をＡＤ変換してレベル信号（ディジタル信号）を出力する。
【００４０】
図４は、図１に示したパネル本体４を切断して示す模式的な斜視図である。パネル本体４は、タッチ面１１が形成された表面ボード１２と、送信電極２を保護する第１の保護部１３と、受信電極３を保護する第２の保護部１４と、送信電極２及び受信電極３並びに第１・第２の保護部１３・１４を支持する支持シート１５とを備えている。
【００４１】
送信電極２及び受信電極３は、両者を絶縁する支持シート１５の表裏各面にそれぞれ設けられており、送信電極２及び受信電極３と第１・第２の保護部１３・１４と支持シート１５とが一体化されて電極シート１６を構成している。電極シート１６の背面側には背面ボード１７が設けられる。
【００４２】
第１の保護部１３は、互いに並走する送信電極２間に空隙１８が形成されるように、支持シート１５の表面側に部分的に設けられている。第２の保護部１４も、互いに並走する受信電極３間に空隙１９が形成されるように、支持シート１５の裏面側に部分的に設けられている。
【００４３】
特にここでは、第１の保護部１３が、送信電極２を全体的に覆うようにその送信電極２に沿って帯状に設けられており、第２の保護部１４も、受信電極３を全体的に覆うようにその受信電極３に沿って帯状に設けられている。これにより、保護部１３・１４で電極２・３が全体的に覆われるため、電極２・３が露出することにより生じるマイグレーションなどの電気的な不具合や、鋭利なものでタッチ面１１に強い衝撃が加えられた場合に生じる電極２・３の破損を避けることができる。
【００４４】
また、送信電極２と受信電極３との間に支持シート１５が介在し、送信電極２を保護する第１の保護部１３と、受信電極３を保護する第２の保護部１４とが、支持シート１５によって仕切られると共に、送信電極２間に形成される空隙１８と、受信電極３間に形成される空隙１９とが、支持シート１５によって仕切られた状態となり、空隙１８・１９を最適な形態、すなわち送信電極２及び受信電極３に沿って真直に延在する形態に形成される。
【００４５】
表面ボード１２は、タッチ操作により撓み変形可能な可撓性を有する合成樹脂材料にて形成される。特にこの表面ボード１２の合成樹脂材料には、指示物によるタッチ操作の検出感度を高めるために誘電率の高いもの（例えば比誘電率６程度）が用いられる。また、表面ボード１２は例えば１．２ｍｍの厚さに形成される。
【００４６】
送信電極２及び受信電極３は例えば１０μｍの厚さで形成され、第１・第２の各保護部１３・１４は、送信電極２及び受信電極３を例えば約２０μｍ程度の厚さで被覆するように設けられる。第１の保護部１３は、タッチ操作により圧縮変形可能な柔軟性を有する合成樹脂材料にて形成される。第２の保護部１４も、第１の保護部１３と同様の材料にて形成される。この保護部１３・１４の合成樹脂材料としてはウレタン樹脂が好適である。
【００４７】
また、送信電極２及び受信電極３は例えば０．６ｍｍの幅で形成される。第１・第２の各保護部１３・１４は例えば６．５ｍｍの幅で形成され、送信電極２及び受信電極３の配置ピッチを例えば１０ｍｍとすると、空隙１８・１９は３．５ｍｍの幅で形成される。
【００４８】
支持シート１５は、送信電極２と受信電極３との間に介在して両者を絶縁する絶縁層として機能し、絶縁性の高い合成樹脂材料にて形成される。この支持シート１５の合成樹脂材料としてはＰＥＴ（Polyethylene terephthalate）が好適である。また、支持シート１５の厚さで、電極交点に形成されるコンデンサの静電容量を管理することができ、この支持シート１５の厚さは例えば０．１〜０．２ｍｍ程度とすると良い。
【００４９】
図５は、図４に示したパネル本体４に形成される電場の状況を示す模式的な断面図である。図５（Ａ）は、初期状態を、図５（Ｂ）は、指示物（ユーザの指先及びスタイラスや指示棒等の導電体）Ａでタッチ操作を行った際の状態をそれぞれ示す。
【００５０】
図５（Ｂ）に示すように、指示物Ａでタッチ操作を行うと、指示物Ａと送信電極２との間に静電結合が生じるために、送信電極２と受信電極３との間の全体的な静電容量ＣがΔＣだけ減少する。前記のように、送信電極２に駆動信号（パルス信号）を印加すると、受信電極３に充放電電流が発生し、この充放電電流の変化量に基づいてタッチ位置が検出されるが、この充放電電流の変化量はタッチ操作時の静電容量変化ΔＣに応じて変化し、非タッチ状態での全体的な静電容量Ｃに対するタッチ操作時の静電容量変化ΔＣの比率ΔＣ／Ｃが、タッチ操作の検出感度を左右する。
【００５１】
ここで、隣り合う送信電極２の間には空隙１８が形成されており、この空隙１８により隣り合う送信電極２の間に誘電率が低い空気が介在するため、隣り合う送信電極２間の静電容量（寄生容量）が減少する。また、隣り合う受信電極３の間にも空隙１９が形成されており、この空隙１９により隣り合う受信電極３の間に誘電率が低い空気が介在するため、隣り合う受信電極３間の静電容量（寄生容量）が減少する。このため、非タッチ状態での送信電極２と受信電極３との間の全体的な静電容量Ｃが減少する。これによりタッチ操作時の静電容量変化ΔＣが相対的に大きくなる、すなわちΔＣ／Ｃが大きくなるため、タッチ操作の検出感度を高めることができる。
【００５２】
また前記のように、表面ボード１２は、タッチ操作により撓み変形可能な可撓性を有する合成樹脂材料にて形成され、第１の保護部１３は、タッチ操作により圧縮変形可能な柔軟性を有する合成樹脂材料にて形成されている。さらに、表面ボード１２の裏面側に第１の保護部１３が部分的に設けられて空隙１８が存在するため、表面ボード１２が撓みやすくなっている。このため、指示物Ａでタッチ操作を行うと、表面ボード１２が撓みながら第１の保護部１３が圧縮変形する。これにより指示物Ａと送信電極２との距離が縮まるため、タッチ操作による静電容量変化ΔＣが大きくなり、タッチ操作の検出感度をより一層高めることができる。
【００５３】
なお、タッチ操作により指示物Ａと送信電極２との距離が短くなるようにするには、第１・第２の保護部１３・１４のうちの少なくとも表面側の第１の保護部１３が、タッチ操作により圧縮変形可能な柔軟性を有する合成樹脂材料にて形成されていれば良く、第２の保護部１４にはこのような柔軟性は特に必要でない。
【００５４】
図６は、図４に示したパネル本体４の製造工程を示す斜視図である。ここでは、図６（Ａ）に示すように、支持シート１５の一面に電極形成材料を線状に付着させて送信電極２を形成する工程と、図６（Ｂ）に示すように、支持シート１５の一面に送信電極２を覆うように保護部形成材料を帯状に付着させて第１の保護部１３を形成する工程と、図６（Ｃ）に示すように、支持シート１５の表裏を反転させる工程と、図６（Ｄ）に示すように、支持シート１５の他面に電極形成材料を線状に付着させて受信電極３を形成する工程と、図６（Ｅ）に示すように、支持シート１５の他面に受信電極３を覆うように保護部形成材料を帯状に付着させて第２の保護部１４を形成する工程と、図６（Ｆ）に示すように、前記の各工程を経て支持シート１５に送信電極２及び受信電極３並びに第１・第２の保護部１３・１４を形成して得られた電極シート１６と表面ボード１２とを張り合わせる工程とを有している。
【００５５】
図６（Ａ）に示す送信電極２を形成する工程、図６（Ｂ）に示す第１の保護部１３を形成する工程、図６（Ｄ）に示す受信電極３を形成する工程、並びに図６（Ｅ）に示す第２の保護部１４を形成する工程の各工程では、支持シート１５に付着させた電極形成材料及び保護部形成材料の硬化を加熱により促進するベイク処理が行われる。なお、ベイク処理によるＰＥＴ製の支持シート１５の寸法変化を抑えるため、図５に示す工程に入る前に、支持シート１５を加熱して予め収縮させるプリベイクを行うようにすると良い。
【００５６】
電極形成材料及び保護部形成材料の支持シート１５への付着はスクリーン印刷により行われる。このスクリーン印刷では、電極２・３及び保護部１３・１４に対応したパターンのマスキングをメッシュに施した印刷製版が用いられ、その印刷製版上でスキージを摺動させることで、印刷製版上の電極形成材料及び保護部形成材料を、印刷製版の下方に配置された支持シート１５上に転写する。このスクリーン印刷によれば、大型化への対応が容易であり、また生産性を高めることができるため、製造コストを削減することができる。
【００５７】
電極２・３を形成する電極形成材料は、いわゆる導電性インクであり、金属パウダなどの導電性を付与する導電性フィラー、これを均一に分散させるためのバインダ樹脂、スクリーン印刷に適した流動性を得るための有機溶剤、付着状態を確認するための顔料などからなる。この電極形成材料には、導電性フィラーにＡｇを用いたＡｇペーストが好適である。
【００５８】
保護部１３・１４を形成する保護部形成材料は、硬化状態で所要の柔軟性を有する合成樹脂、スクリーン印刷に適した流動性を得るための有機溶剤、付着状態を確認するための顔料などからなる。この保護部形成材料の合成樹脂には、前記のようにウレタン樹脂が好適である。
【００５９】
なお、タッチ操作の検出感度を高める上では、保護部１３・１４の幅を狭くして空隙１８・１９の幅を大きくした方が良いが、製造工程において電極２・３と保護部１３・１４との間に位置ずれが発生することが避けられないため、電極２・３が完全に保護部１３・１４で覆われた状態に製作するには、電極２・３の幅に対して十分に余裕のある幅に保護部１３・１４を形成する必要があり、このような観点から、前記のように、電極２・３の幅を０．６ｍｍとした場合、保護部１３・１４の幅を６．５ｍｍとする、すなわち電極２・３の延在方向の中心線から±３．２５ｍｍの幅で保護部１３・１４を形成すると良い。
【００６０】
図７は、図４に示した電極シート１６の製造装置を示す模式図である。ここでは、支持シート１５のロール７１から支持シート１５を繰り出して電極２・３及び保護部１３・１４を順次形成して電極シート１６としてロール８６に巻き取るロール・ツー・ロール方式が採用され、上段には搬送方向に沿って、電極印刷部７２と、ヒータ７３と、保護部印刷部７５と、ヒータ７６とが順次設けられ、下段にも搬送方向に沿って、電極印刷部８０と、ヒータ８１と、保護部印刷部８３と、ヒータ８４とが順次設けられている。
【００６１】
電極印刷部７２では、支持シート１５の一面に、送信電極２を形成する電極形成材料を線状に付着させる処理が行われる。保護部印刷部７５では、支持シート１５の一面に送信電極２を覆うように、第１の保護部１３を形成する保護部形成材料を帯状に付着させる処理が行われる。電極印刷部８０では、支持シート１５の他面に、受信電極３を形成する電極形成材料を線状に付着させる処理が行われる。保護部印刷部８３では、支持シート１５の他面に受信電極３を覆うように、第２の保護部１４を形成する保護部形成材料を帯状に付着させる処理が行われる。
【００６２】
電極印刷部７２・８０及び保護部印刷部７５・８３では、電極形成材料及び保護部形成材料の支持シート１５への付着処理がスクリーン印刷により行われる。ヒータ７３・７６・８１・８４では、支持シート１５に付着させた電極形成材料及び保護部形成材料の硬化を促進するベイク処理が行われる。なお、ベイク処理によるＰＥＴ製の支持シート１５の寸法変化を抑えるため、支持シート１５のロール７１を加熱して予め収縮させるプリベイクを行うようにすると良い。ヒータ７３・７６・８１・８４の後段には加圧ローラ７４・７７・８２・８５が設けられており、この加圧ローラ７４・７７・８２・８５により、支持シート１５に付着させた電極形成材料及び保護部形成材料を締め固める処理が行われる。
【００６３】
スクリーン印刷では、印刷製版の下方に支持シート１５を配置して印刷製版上の電極形成材料及び保護部形成材料を支持シート１５上に転写することになるため、図６（Ｃ）に示したように、支持シート１５の表裏を反転させる工程が必要となるが、図７に示すロール・ツー・ロール方式では、搬送ローラ７８・７９により支持シート１５を転向して、上段と下段とで逆向きに支持シート１５を搬送することで、支持シート１５の表裏を反転させることができる。
【００６４】
なお、図７に示すロール・ツー・ロール方式で製作された電極シート１６は、所要の寸法に裁断した上で表面ボード１２と張り合わせられる。この他、所要の大きさの電極シート１６を１枚ずつ製作することも可能である。この場合、支持シート１５を所定寸法に裁断して外型枠に固定した状態で、図５に示す各工程を実施すれば良い。
【００６５】
また、前記の例では、電極２・３を形成する電極形成材料及び保護部１３・１４を形成する保護部形成材料を所定のパターンで支持シート１５に付着させるためにスクリーン印刷を採用したが、この他に、インクジェット工法やノズルプリンティング工法も可能である。
【００６６】
また、前記の例では、送信電極２及び受信電極３を支持シート１５の表裏各面にそれぞれ設けた構成としたが、送信電極２と受信電極３は互いに絶縁されていればよく、例えば送信電極２及び受信電極３が共に支持シート１５の一面に絶縁層を介して配置された構成としてもよい。さらに、特に絶縁材を設けずに、送信電極２及び受信電極３を保護する保護部に絶縁層の機能を与え、送信電極２と受信電極３とを保護部で絶縁する構成としてもよい。
【００６７】
また、前記の例では、保護部１３・１４を、電極２・３を全体的に覆うようにその電極２・３に沿って帯状に設けた構成としたが、保護部が電極を部分的に覆う構成、例えば、帯状の保護部を電極の延在方向に直交する向きに配置した構成も可能であるが、電極が露出することによる不具合を考慮すると、保護部により電極が全体的に覆われた構成が望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明にかかるタッチパネル装置及びその製造方法は、大型化した場合でも強度や取り扱い性を損なうことなくタッチ位置の検出を高精度に行うことができる効果を有し、タッチ面が形成された表面ボードと、この表面ボードの裏面側に設けられた複数の電極と、この電極を保護する保護部とを備えたタッチパネル装置及びその製造方法などとして有用である。
【符号の説明】
【００６９】
１ タッチパネル装置
２ 送信電極（第１の電極）
３ 受信電極（第２の電極）
４ パネル本体
１１ タッチ面
１２ 表面ボード
１３ 第１の保護部
１４ 第２の保護部
１５ 支持シート
１６ 電極シート
１７ 背面ボード
１８・１９ 空隙
Ａ 指示物
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タッチ面が形成された表面ボードと、この表面ボードの裏面側に設けられた互いに並走する複数の第１の電極と、この第１の電極に交差するようにその裏面側に設けられた互いに並走する複数の第２の電極と、前記第１・第２の電極をそれぞれ保護する第１・第２の保護部と、前記第１・第２の電極及び前記第１・第２の保護部を支持する支持シートとを備え、
前記保護部は、互いに並走する前記電極間に空隙が形成されるように、前記表面ボードの裏面側に部分的に設けられたことを特徴とするタッチパネル装置。
【請求項２】
前記表面ボードは、タッチ操作により撓み変形可能な可撓性を有する合成樹脂材料にて形成され、前記保護部のうちの少なくとも表面側の前記第１の保護部は、タッチ操作により圧縮変形可能な柔軟性を有する合成樹脂材料にて形成されたことを特徴とする請求項１に記載のタッチパネル装置。
【請求項３】
前記第１・第２の電極が、両者を絶縁する前記支持シートの表裏各面にそれぞれ設けられたことを特徴とする請求項１若しくは請求項２に記載のタッチパネル装置。
【請求項４】
前記保護部は、前記電極を全体的に覆うようにその電極に沿って帯状に設けられたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のタッチパネル装置。
【請求項５】
タッチ面が形成された表面ボードと、この表面ボードの裏面側に設けられた互いに並走する複数の第１の電極と、この第１の電極に交差するようにその裏面側に設けられた互いに並走する複数の第２の電極と、前記第１・第２の電極をそれぞれ保護する第１・第２の保護部と、前記第１・第２の電極及び前記第１・第２の保護部を支持する支持シートとを備えたタッチパネル装置の製造方法であって、
前記支持シートの一面に電極形成材料を線状に付着させて前記第１の電極を形成する工程と、
前記支持シートの一面に前記第１の電極を覆うように保護部形成材料を帯状に付着させて前記第１の保護部を形成する工程と、
前記支持シートの他面に電極形成材料を線状に付着させて前記第２の電極を形成する工程と、
前記支持シートの他面に前記第２の電極を覆うように保護部形成材料を帯状に付着させて前記第２の保護部を形成する工程と、
前記の各工程を経て前記支持シートに前記第１・第２の電極及び前記第１・第２の保護部を形成して得られた電極シートと前記表面ボードとを張り合わせる工程とを有することを特徴とするタッチパネル装置の製造方法。
【請求項６】
前記電極形成材料及び前記保護部形成材料の前記支持シートへの付着はスクリーン印刷により行われることを特徴とする請求項５に記載のタッチパネル装置の製造方法。
【請求項１】
タッチ面が形成された表面ボードと、この表面ボードの裏面側に設けられた互いに並走する複数の第１の電極と、この第１の電極に交差するようにその裏面側に設けられた互いに並走する複数の第２の電極と、前記第１・第２の電極をそれぞれ保護する第１・第２の保護部と、前記第１・第２の電極及び前記第１・第２の保護部を支持する支持シートとを備え、
前記保護部は、互いに並走する前記電極間に空隙が形成されるように、前記表面ボードの裏面側に部分的に設けられたことを特徴とするタッチパネル装置。
【請求項２】
前記表面ボードは、タッチ操作により撓み変形可能な可撓性を有する合成樹脂材料にて形成され、前記保護部のうちの少なくとも表面側の前記第１の保護部は、タッチ操作により圧縮変形可能な柔軟性を有する合成樹脂材料にて形成されたことを特徴とする請求項１に記載のタッチパネル装置。
【請求項３】
前記第１・第２の電極が、両者を絶縁する前記支持シートの表裏各面にそれぞれ設けられたことを特徴とする請求項１若しくは請求項２に記載のタッチパネル装置。
【請求項４】
前記保護部は、前記電極を全体的に覆うようにその電極に沿って帯状に設けられたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のタッチパネル装置。
【請求項５】
タッチ面が形成された表面ボードと、この表面ボードの裏面側に設けられた互いに並走する複数の第１の電極と、この第１の電極に交差するようにその裏面側に設けられた互いに並走する複数の第２の電極と、前記第１・第２の電極をそれぞれ保護する第１・第２の保護部と、前記第１・第２の電極及び前記第１・第２の保護部を支持する支持シートとを備えたタッチパネル装置の製造方法であって、
前記支持シートの一面に電極形成材料を線状に付着させて前記第１の電極を形成する工程と、
前記支持シートの一面に前記第１の電極を覆うように保護部形成材料を帯状に付着させて前記第１の保護部を形成する工程と、
前記支持シートの他面に電極形成材料を線状に付着させて前記第２の電極を形成する工程と、
前記支持シートの他面に前記第２の電極を覆うように保護部形成材料を帯状に付着させて前記第２の保護部を形成する工程と、
前記の各工程を経て前記支持シートに前記第１・第２の電極及び前記第１・第２の保護部を形成して得られた電極シートと前記表面ボードとを張り合わせる工程とを有することを特徴とするタッチパネル装置の製造方法。
【請求項６】
前記電極形成材料及び前記保護部形成材料の前記支持シートへの付着はスクリーン印刷により行われることを特徴とする請求項５に記載のタッチパネル装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−１４１６５０（Ｐ２０１１−１４１６５０Ａ）
【公開日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０９６（Ｐ２０１０−１０９６）
【出願日】平成２２年１月６日（２０１０．１．６）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月６日（２０１０．１．６）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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