タッチパネル
【課題】タッチペンによる入力が可能な静電容量方式のタッチパネルを提供する。
【解決手段】タッチパネル１は静電容量方式であり、電極６、７の形成された一対の基板２、３を、電極面が対向するよう配置するとともに、電極６、７間に液晶４を配向させて構成される。液晶４は、電極６、７間に印加された電場により配向を安定化するよう、正または負の誘電異方性を有する液晶が選択されたものであり、基板２への押圧によって生じる液晶４の配向の乱れを静電容量の変化として検知し、基板２への押圧を検出する。
【解決手段】タッチパネル１は静電容量方式であり、電極６、７の形成された一対の基板２、３を、電極面が対向するよう配置するとともに、電極６、７間に液晶４を配向させて構成される。液晶４は、電極６、７間に印加された電場により配向を安定化するよう、正または負の誘電異方性を有する液晶が選択されたものであり、基板２への押圧によって生じる液晶４の配向の乱れを静電容量の変化として検知し、基板２への押圧を検出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タッチパネルに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話やスマートフォンやＰＤＡ（パーソナルデジタルアシスタント）などの電子機器では、画面の大型化への要求が大きく、スイッチやテンキーなどの入力装置を配置できる領域が少なくなっている。また、液晶ディスプレイ等の表示素子に表示された画像を参照しながら表示画像に触れ、分かりやすく情報の入力ができる情報入力方法の実現が求められている。
こうしたことから、最近タッチパネル付きの表示装置への要求が高まっている。
【０００３】
タッチパネルは、上述した液晶ディスプレイなどの表示素子の上に配置され、操作者が指やペンなどで操作面に触れた場合、そのタッチ位置を検出する入力装置の総称である。接触位置検出の方式としては、抵抗膜方式や静電容量方式などがある。
抵抗膜方式は、表面に透明電極の配設された２枚の基板を、互いの透明電極が対向するように離間して配置する。そして、指やペンで基板を押下することで接触し通電する構造となっている。抵抗膜方式タッチパネルでは、基板を押して対向する電極間をショートさせる構造のため、摩耗などを生じて耐久性に乏しい。
【０００４】
静電容量方式は、操作者の指先とタッチパネル内の電極との間の静電容量の変化を検知して指のタッチ位置を検出する方式であり、携帯電子機器などにも好適な方式である。そして、この方式において近年盛んに使用されているのが、投影型静電容量方式である。
投影型静電容量方式は、人間が導体であり、操作者の指がグランドとして機能することを利用する。すなわち、タッチパネルの基板上に配置されたセンシング用の電極に指が近づくと、指と電極との間に容量が形成され、そうした変化を制御回路等により検知する。このとき、容量変化によって、操作者の指の接近を感知するため、直接に指がセンシング用の電極に触れる必要は無い。
【０００５】
このような投影型静電容量方式では、センシングのためにセンシング用の透明電極のパターニングが必要となる。最近では、透明基板の一の面にＸ方向伸びた複数のＸ電極と、Ｙ方向に伸びた複数のＹ電極とを設け、それらを格子状に配置する技術が盛んに用いられている。
特許文献１には、ガラスなどの透明基板上に複数のＸ側透明導電線路（Ｘ電極）と複数のＹ側透明導電線路（Ｙ電極）とを、絶縁膜を介し、互いに絶縁して配置した静電容量方式のタッチパネル技術が開示されている。
【０００６】
こうした構造のタッチパネルを用い、センシングのための、まず複数のＸ電極に対し所定のタイミングでセンシング用の電圧を順次印加し、続いてＹ電極に対し所定のタイミングで電圧を印加する。こうすることにより、各Ｘ電極とＹ電極の間に所定の静電容量がそれぞれ所定のタイミングで順次形成される。
【０００７】
このような状態の下で、グランドとして機能する操作者の指がタッチパネルにタッチすると、指のタッチ位置近傍のみ、静電容量が変化する。そして、この静電容量の変化を検知し、指のタッチ位置（座標）を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭６０−７５９２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
以上のように、投影型静電容量方式のタッチパネルでは、操作者の指の接触などを検知して、そのタッチ位置を検出することができるが、非電導性のタッチペンを入力手段として使用できないという問題を有する。
【００１０】
すなわち、操作者である人間は導体であり、その指はグランドとして機能する。しかし、非電導性のタッチペンの場合、こうした機能を果たすことはできない。また、操作者が手袋などを付けて入力操作しようとする場合、グランドとしての指とタッチパネルとの間の距離が離れており、上述した容量変化を起こさせるだけの影響をタッチパネルに与えることができない場合がある。その場合、期待したタッチ入力ができないことになる。
【００１１】
本発明は、以上のような、非電導性のタッチペンや手袋を付けた状態での指によって入力ができないという問題に鑑みてなされたものである。
すなわち、本発明の目的は、非電導性のタッチペンによる入力が可能な静電容量方式のタッチパネルを提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の態様は、電極の形成された一対の基板を、電極面が対向するよう配置するとともに、基板間に挟持された液晶を有する静電容量方式のタッチパネルであって、
液晶は、電極間で配向され、電極間に印加された電場により配向が安定化するよう、正または負の誘電異方性を有するように選択された液晶であり、
基板への押圧によって生じる液晶の配向の乱れによる容量変化を検知し、基板への押圧を検出することを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の態様において、液晶は正の誘電異方性を有し、電極間の液晶は垂直配向することが好ましい。
【００１５】
または、本発明の態様において、液晶は負の誘電異方性を有し、電極間の液晶は平行配向することが好ましい。
【００１６】
本発明の態様において、電極の形成された一対の基板のうちの一方は、電極がグランドに接続されていることが好ましい。
【００１７】
本発明の態様において、一対の基板のうち、一方の基板は第１の方向に延在する第１の電極が形成されており、他方の基板は第１の方向と交差する第２の方向に延在する第２の電極が形成されており、
基板への押圧によって生じる液晶の配向乱れによる、第１の電極と第２の電極の交差部の容量変化を検知して、基板への押圧を検出するよう構成されることが好ましい。
【００１８】
または、本発明の態様において、複数の第１の電極のうち隣接する電極の隙間および複数の第２の電極のうち隣接する電極の隙間が、１０μｍ以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、非電導性のタッチペンによる入力が可能な静電容量方式のタッチパネルが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施形態であるタッチパネルの概略構成を説明する断面図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）は、本発明の第１の実施形態であるタッチパネルの電極構造を模式的に説明する平面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態であるタッチパネルの基板間の液晶の初期配向状態を模式的に説明する図である。
【図４】タッチパネルをタッチペンで押した際の液晶の配向変化を説明する図である。
【図５】本発明の第３の実施形態であるタッチパネルの概略構成を説明する断面図である。
【図６】（ａ）および（ｂ）は、本発明の第３の実施形態であるタッチパネルの電極構造を模式的に説明する平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は、本発明の第１の実施形態であるタッチパネルの概略構成を説明する断面図である。
【００２２】
本発明の第１の実施形態であるタッチパネル１は、自己容量方式（Ｓｅｌｆ方式）のタッチパネルである。自己容量方式は、タッチパネルの検出用の電極とアースとの間に形成された静電容量の変化を検知して指などのタッチ位置を検出する方式である。
【００２３】
図１に示すように、タッチパネル１は、離間して対向配置される一対の基板を有する。一対の基板のうち、操作者側（フロント側）に配置されるのがフロント基板２であり、その後ろ側（リア側）に配置されるのがリア基板３である。
【００２４】
フロント基板２とリア基板３はそれぞれ、透光性の基板であって、例えば、ガラス基板や、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム、ＰＣ（ポリカードネート）フィルムなどの使用が可能である。ガラス基板の場合、厚さを０．３ｍｍ〜３．０ｍｍとすることが可能である。
対向する一対のフロント基板２とリア基板３との間には液晶４が挟持されている。この液晶４は正の誘電異方性を有するネマチック液晶であり、その機能については後に説明する。
【００２５】
図１に示すように、フロント基板２とリア基板３との間には、液晶４を囲むようシール材５が配設されており、フロント基板２とリア基板３とが離間して配置されるよう互いを固定している。
【００２６】
図１に示すように、フロント基板２とリア基板３は液晶４を挟持する表面にそれぞれの電極６、７を有する。
電極６、７はいずれも同様の透光性の電極（以下、透明電極とも言う）であり、タッチパネル１の操作面に相当する領域に形成される。
電極６、７は、可視光に対する高い透過率と導電性を有する透明な材料を用いて構成される。例えば、ＩＴＯ（酸化インジウム錫、Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）を用いて構成することができる。
【００２７】
図２は、本発明の第１の実施形態であるタッチパネルの電極構造を模式的に説明する平面図である。図２（ａ）は、リア基板３上の電極７のパターンの概要を示す平面図であり、図２（ｂ）は、フロント基板２上の電極６のパターンの概要を示す平面図である。
【００２８】
図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、電極６と電極７はそれぞれパターニングがなされている。図２（ｂ）に示すように、フロント基板２上の電極６は、タッチパネルの操作面の全域をカバーするよう、ベタ板状にパターニングされている。一方、リア基板３上の電極７は、例えば、図２（ａ）に示すように、複数個の独立した電極形状とし、それぞれが長方形状にパターニングされている。尚、リア基板３上の電極７の数がここで示したものに限定されるわけではない。電極７の形状や数は、操作面の大きさと要求される検出位置の精度に応じて決定することができる。
【００２９】
図２（ａ）に示すように、リア基板３上の電極７の各電極パターンには引き出し配線８が接続されている。引き出し配線８については、ＩＴＯの他、より低抵抗なＭｏ、Ｍｏ合金、Ａｌ、Ａｌ合金、Ａｕ、Ａｕ合金などの金属材料を用いて構成することができる。
【００３０】
図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、フロント基板２とリア基板３との対応する端部には、フロント基板２上の電極６とリア基板３上の配線接続部１２とを接続するための接続部９が設けられている。
【００３１】
リア基板３上の電極７の各電極パターンと接続部９とからは引き出し配線８が引き出されている。それぞれの引き出し配線８は端部が、リア基板３上の一方の端に設けられた配線接続部１２に集められる。そして、配線接続部１２には、フレキシブルフィルム１０が接続されている。タッチパネル１は、電極６、７への電圧印加を制御し、静電容量を監視する回路部(図示されない）を有するが、この回路部と電極６，７との接続はフレキシブルフィルム１０を介してなされる。尚、フレキシブルフィルム１０上に直接、センサーＩＣを搭載して回路部を構成することも可能である。
【００３２】
回路部を構成するセンサーＩＣとしては市販のものを利用することが可能である。タッチパネル１は自己容量方式であり、例えば、アナログデバイスズ社（Ａｎａｌｏｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ社）のＡＤ７１４７や、サイプレス社（Ｃｙｐｒｅｓｓ社）のＣＹ８Ｃ２０４６６などを使用することができる。
【００３３】
次に、本実施の形態のタッチパネル１について、フロント基板２とリア基板３との間に挟持される液晶４の機能とタッチ位置検出の機構を説明する。
図３は、本発明の第１の実施形態であるタッチパネルの基板間の液晶の初期配向状態を模式的に説明する図である。尚、初期配向状態とは電圧無印加状態時の配向状態のことをいう。図３は、タッチパネル１の模式的な断面図となっている。
【００３４】
フロント基板２とリア基板３とによって挟持された液晶４は、上述のように、正の誘電異方性を有するネマチック液晶である。液晶４は、電圧無印加時に、含有する液晶分子１１の分子長軸方向がフロント基板２およびリア基板３と垂直になるように、垂直配向となっている。液晶４の垂直配向は、フロント基板２およびリア基板３の電極６、７の上層に設けられた垂直配向層（図示されない）によって実現される。
【００３５】
図４は、タッチパネルをタッチペンで押した際の液晶の配向変化を説明する図である。
図４に示すように、タッチパネル１をタッチペン(図示されない）により、矢印１３に示す押し下げ方向で押すと、フロント基板３が変形する。この変形に伴って、液晶４の液晶分子１１は、横方向（フロント基板２およびリア基板３と平行な方向）へ移動する。液晶分子１１は、図４に模式的に示されるように、楕円体と見なすことができ、長軸方向が移動方向に向く。すなわち、タッチペンの押し下げによって変形が生じた場合、その変形箇所の近傍では、液晶分子１１は、初期の垂直配向状態から平行配列状態に変化する。
【００３６】
液晶４は正の誘電異方性を有し、液晶分子１１は、分子長軸方向に直交する誘電率ε⊥が分子長軸方向の誘電率ε〃より小さくなっている。したがって、液晶分子１１が、初期状態である垂直配向の状態から平行配列状態に変化すると、電極７と電極６の間の液晶４の誘電率は小さくなる。その結果、タッチペンによる変形箇所の近傍では静電容量が小さくなる。こうした、静電容量の変化を検知することにより、タッチペンの接触を検出し、ひいてはタッチ位置を検出する。
【００３７】
ここで、液晶４に正の誘電異方性液晶を用いた場合、電極６、７間に電場が印加されると、液晶分子１１は分子長軸を電場方向と平行な方向に向けようとする。その結果、液晶４は、垂直配向の状態を取ろうとすることになる。
すなわち、液晶４に誘電異方性が正の液晶を用いて、初期配向状態を垂直配向とすれば、タッチペンによる押し下げ変形により液晶分子１１は平行配列状態になる。次いで電極６、７間への電場の印加により、液晶分子１１の配向変化が起こり、液晶分子１１の配向状態を初期の垂直配向状態に戻すことができる。
【００３８】
特に垂直配向するネマチック液晶の場合、例えば上述のような外部からの押圧に伴う配向変化または配向乱れが生じた場合、初期配向の復帰に時間を要することが知られている。配向乱れとして残存することもある。したがって、電極６、７間への電場の印加により、液晶４の配向状態を初期の垂直配向の状態に素早く戻すことができれば、タッチパネルとして非常に有効な方法となる。
【００３９】
フロント基板２とリア基板３上の電極６、７に電場を印加する方法については、もともと回路部（図示されない）から電圧印加により電極６、７間にセンシング用に電場が印加されており、これを利用することができる。そのため、電極６、７に印加される電場のレベルは、液晶分子１１の配向変化を可能とするレベルが選択される。尚、センシング用の電場以外に別途、配向整列のための液晶駆動用に電場を印加することも可能である。
【００４０】
タッチペンによる押し下げ変形により液晶分子１１が平行配列状態になっても、電場の印加により瞬時に初期の垂直配向状態に復帰させることが可能であり、タッチペンによる接触動作を素早く、高い時間分解能を持って検出することが可能である。
【００４１】
以上より、液晶４については、タッチペンで押したときの配向変化により、静電容量の変化が大きくなるよう、誘電異方性はできる限り大きいことが望ましく、＋１以上の値であることが好ましい。
また、タッチパネル１のフロント基板２の厚さは、変形によって容易に割れが生じない範囲内で、できる限り薄くすることが好ましく０．８ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００４２】
次に、本発明の第１の実施形態であるタッチパネルの製造方法について、図１、図２（ａ）および図２（ｂ）を参照しながら説明する。
【００４３】
フロント基板２とリア基板３はそれぞれ、透光性の基板であり、厚さ０．５５ｍｍのガラス基板を用いた。
このガラス基板表面にスパッタ法によりＩＴＯを成膜し、図２に示す形状の電極６、７と引き出し配線８のパターニングを実施した。
【００４４】
次に、これらガラス基板上に、接続部９と配線接続部１２を除いて、絶縁膜組成物を転写法により印刷した。次いで、焼成を行い、酸化ケイ素（ＳｉＯ２)と酸化チタン（ＴｉＯ２）からなる絶縁膜を形成した。
【００４５】
次に、これらガラス基板に垂直配向膜組成物を転写法により印刷し、焼成してポリイミド系の垂直配向膜を形成した。そして、フロント基板２とリア基板３を得た。
尚、垂直配向膜を形成後、ラビング処理することも可能である。ラビング処理により、液晶４の配向変化方向を規制するよう、液晶４に数度程度のプレチルト角を付与することができる。
【００４６】
次に、フロント基板２とリア基板３の一方にシール材５を印刷し、所望の基板間距離（以下、ギャップとも言う）を得るためのスペーサを散布し、両基板２、３の重ね合わせを行った。こうして、フロント基板２とリア基板３とを用い、空セル状態のタッチパネルを製造した。
尚、ギャップは約１０μｍとした。また、フロント基板２とリア基板３との接続部９には、シール材内に導電粒子を混入させた異方性導電部材を用いた。
【００４７】
次に、空セル状態のタッチパネルに真空注入法により正の誘電異方性を有する液晶４を注入した。
【００４８】
次に、フレキシブルフィルム１０をリア基板３上の配線接続部１２に取り付け、フレキシブルフィルム１０によって、アナログデバイスズ社（Ａｎａｌｏｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ社）のセンサーＩＣであるＡＤ７１４７との接続を実施した。
【００４９】
このとき、フロント基板２（電極６）にはグランドとして接地電位となるように配線をした。
【００５０】
こうして製造された自己容量方式のタッチパネル１は、タッチペンでフロント基板２に触れ、これを押すと、グランドとなっているフロント基板２に変形が生じる。その結果、対向するフロント基板２とリア基板３との間の液晶４の配向が乱れ、容量変化が発生する。この容量変化を検出することにより、タッチ位置を検出することができる。
【００５１】
製造されたタッチパネル１を所定の液晶表示装置の前面に置き、タッチペンによる入力操作を実施したところ、タッチパネルとしての動作が確認された。したがって、タッチパネル１では、従来の静電容量方式のタッチパネルで問題となっていたタッチペンによる入力が可能であることがわかった。
【００５２】
次に、本発明の第２の実施形態であるタッチパネルについて説明する。
本発明の第２の実施形態であるタッチパネルは、上述のタッチパネル１と同様、自己容量方式のタッチパネルである。したがって、上述のタッチパネル１と同様の構造を有する。
【００５３】
相違する点は、液晶として負の誘電異方性を有する液晶を使用することと、フロント基板およびリア基板上の垂直配向層の代わりに、水平配向層を使用したことである。その結果、液晶の初期配向状態は、フロント基板およびリア基板に対して水平な方向である。尚、水平配向層は、ポリイミド系の水平配向膜をラビング処理して形成することができる。
【００５４】
このような、本発明の第２の実施形態であるタッチパネルを所定の液晶表示装置の前面に置き、タッチペンによる入力操作を実施したところ、上述のタッチパネル１に比べ感度が劣るものの、タッチパネルとしての動作が確認された。したがって、本発明の第２の実施形態であるタッチパネルでは、従来の静電容量方式のタッチパネルで問題となっていたタッチペンによる入力が可能であることがわかった。
【００５５】
次に、本発明の第３の実施形態であるタッチパネルについて説明する。
図５は、本発明の第３の実施形態であるタッチパネルの概略構成を説明する断面図である。
【００５６】
本発明の第３の実施形態であるタッチパネル１００は、相互静電容量方式（Ｍｕｔｕａｌ方式）のタッチパネルである。相互容量方式は、２つの電極の間に形成された静電容量の変化を検知して指などのタッチ位置を検出する方式である。
【００５７】
図５に示すように、タッチパネル１００は、離間して対向配置される一対の基板を有する。上述のタッチパネル１と同様、操作者側（フロント側）に配置されるのがフロント基板１０２であり、その後ろ側（リア側）に配置されるのがリア基板１０３である。
【００５８】
フロント基板１０２とリア基板１０３はそれぞれ、透光性の基板であって、例えば、ガラス基板や、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム、ＰＣ（ポリカードネート）フィルムなどの使用が可能である。ガラス基板の場合、厚さを０．３ｍｍ〜３．０ｍｍとすることが可能である。
対向する一対のフロント基板１０２とリア基板１０３との間には液晶１０４が挟持されている。この液晶１０４は、上述のタッチパネル１と同様、正の誘電異方性を有するネマチック液晶であり、その機能についても上述のタッチパネル１と同様である。
【００５９】
図５に示すように、フロント基板１０２とリア基板１０３との間には、液晶１０４を囲むようシール材１０５が配設されており、フロント基板１０２とリア基板１０３とが離間して配置されるように互いを固定している。
【００６０】
図５に示すように、フロント基板１０２とリア基板１０３は液晶１０４を挟持する表面にそれぞれの電極１０６と電極１０７とを有する。
電極１０６、１０７はいずれも同様の透光性の電極（以下、透明電極とも言う）であり、タッチパネル１００の操作面に相当する領域に形成される。
【００６１】
電極１０６、１０７は、可視光に対する高い透過率と導電性を有する透明な材料を用いて構成される。例えば、ＩＴＯ（酸化インジウム錫、Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）を用いて構成することができる。
【００６２】
図６は、本発明の第３の実施形態であるタッチパネルの電極構造を模式的に説明する平面図である。図６（ａ）は、リア基板１０３上の電極１０７のパターンの概要を示す平面図であり、図６（ｂ）は、フロント基板１０２上の電極１０６のパターンの概要を示す平面図である。
【００６３】
図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、電極１０６と電極１０７はそれぞれ所望のパターニングがなされている。図６（ｂ）に示すように、フロント基板１０２上では、Ｘ方向に伸びる４つの短冊状の電極１０６が設けられている。一方、図６（ａ）に示すように、リア基板１０３上では、Ｙ方向に伸びる３つの短冊状の電極１０７が設けられている。
【００６４】
尚、フロント基板１０２およびリア基板１０３の上の電極１０６、１０７の数と形状はここで示したものに限定されるわけではない。電極１０６と電極１０７の数は、操作面の大きさと要求される検出位置の精度に応じて決定することができる。そして、それぞれ短冊状である電極１０６と電極１０７の幅は、挟持する液晶１０４と作る容量を考慮して最適化することができる。この場合、最適化は液晶１０４の誘電率と電極１０６、１０７間の距離（液晶１０４の厚さに相当する）を考慮してなされる。
【００６５】
図６（ａ）に示すように、リア基板１０３上の電極１０７の各電極パターンには引き出し配線１０８が接続されている。引き出し配線１０８については、ＩＴＯの他、より低抵抗なＭｏ、Ｍｏ合金、Ａｌ、Ａｌ合金、Ａｕ、Ａｕ合金などの金属材料を用いて構成することができる。
【００６６】
図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、フロント基板１０２とリア基板１０３との対応する端部には、フロント基板１０２上の電極１０６とリア基板１０３上の配線接続部１１２とを接続するための接続部１０９が設けられている。
【００６７】
リア基板１０３上の電極１０７の各電極パターンと接続部１０９とからは引き出し配線１０８が引き出されている。それぞれの引き出し配線１０８は端部が、リア基板１０３上の一方の端に設けられた配線接続部１１２に集められる。配線接続部１１２には、図５に示すように、フレキシブルフィルム１１０が接続されている。タッチパネル１００は、電極１０６、１０７への電圧印加を制御し、静電容量を監視する回路部(図示されない）を有するが、この回路部と電極１０６、１０７との接続はフレキシブルフィルム１１０を介してなされる。尚、フレキシブルフィルム１１０上に直接、センサーＩＣを搭載して回路部を構成することも可能である。
【００６８】
回路部を構成するセンサーＩＣとしては市販のものを利用することが可能である。タッチパネル１００は相互静電容量方式（Ｍｕｔｕａｌ方式）であり、例えば、アバゴ社（ＡＶＡＧＯ社）のＡＭＲＩ−５０００や、ソロモン社（Ｓｏｌｏｍｏｎ社）のＳＳＤ２５２１などを使用することができる。
【００６９】
本実施の形態のタッチパネル１００において、正の誘電異方性を有するネマチック液晶である液晶１０４の機能は、上述のタッチパネル１と同様である。タッチパネル１００は、フロント基板１０２上でＸ方向に伸びる電極１０６と、リア基板１０３上でＹ方向に伸びる電極１０７とによって電極のマトリクスが形成される。タッチペン等のタッチにより液晶の初期配向に乱れが生じた場合、タッチ位置近傍の、マトリクスの交差部で形成される液晶１０４の容量が変化する。この容量変化を検知することにより、タッチ位置を検出する。
【００７０】
また、上述のタッチパネル１と同様、電極１０６と電極１０７との間に電場を印加することにより、液晶分子１０４の配向状態を初期の垂直配向状態に戻すことができる。
【００７１】
フロント基板１０２とリア基板１０３上の電極１０６、１０７に電場を印加する方法については、上述のタッチパネル１と同様とすることができる。すなわち、回路部（図示されない）からは、電圧印加により電極１０６、１０７間にセンシング用に電場が印加されており、これを利用することができる。尚、センシング用の電場以外に別途、配向整列のための液晶駆動用に電場を印加することも可能である。
【００７２】
タッチペンによる押し下げ変形により液晶１０４の配向乱れが生じても、電場の印加により瞬時に初期の垂直配向状態に復帰させることが可能であり、タッチペンによる接触動作を素早く、高い時間分解能を持って検出することが可能である。
【００７３】
以上より、液晶１０４については、タッチペンで押したときの配向変化により、静電容量の変化が大きくなるよう、誘電異方性はできる限り大きいことが望ましく、＋１以上の値であることが好ましい。
また、タッチパネル１００のフロント基板１０２の厚さは、変形によって容易に割れが生じない範囲内で、できる限り薄くすることが好ましく０．８ｍｍ以下とすることが好ましい。さらに、各基板上に形成される電極１０６、１０７は、それぞれ複数個の短冊状の電極を有するが、平面的に隣接する短冊状の電極間の隙間は１０μｍ以下とすることが好ましい。１０μｍ以下とすることで、タッチペンの押圧によって隙間に配向乱れが生じたとしても、両側の電極の磁場によって隙間の液晶分子も再配向させることができ、容量変化を顕著に検出することができる。また、隙間を５μｍ以下にすることがさらに好ましい。
【００７４】
次に、本発明の第３の実施形態であるタッチパネルの製造方法については、電極１０６と電極１０７のパターニング形状を変更すること以外、タッチパネル１の場合とほぼ同様の方法で製造することができる。以下、図５および図６を参照しながら、概要を説明する。
【００７５】
フロント基板１０２とリア基板１０３はそれぞれ、透光性の基板であり、厚さ０．５５ｍｍのガラス基板を用いた。
このガラス基板表面にスパッタ法によりＩＴＯを成膜し、図６（ａ）および図６（ｂ）に示す形状の電極１０６、１０７と引き出し配線１０８のパターニングを実施した。尚、フロント基板１０２上に形成した複数の電極１０６において、隣接する電極１０６間の隙間は５μｍとした。また、リア基板１０３上に形成した複数の電極１０７において、隣接する電極１０７間の隙間は１０μｍとした。
【００７６】
次に、これらガラス基板上に、接続部１０９と配線接続部１１２を除いて、絶縁膜組成物を転写法により印刷した。次いで、焼成を行い、酸化ケイ素（ＳｉＯ２)と酸化チタン（ＴｉＯ２）からなる絶縁膜を形成した。
【００７７】
次に、これらガラス基板に垂直配向膜組成物を転写法により印刷し、焼成してポリイミド系の垂直配向膜を形成した。そして、フロント基板１０２とリア基板１０３を得た。
尚、垂直配向膜を形成後、ラビング処理することも可能である。ラビング処理により、液晶４の配向において数度程度のプレチルト角を付与することが可能となる。
【００７８】
次に、フロント基板１０２とリア基板１０３の一方にシール材１０５を印刷し、所望の基板間距離（以下、ギャップとも言う）を得るためのスペーサを散布し、両基板１０２、１０３の重ね合わせを行った。こうして、フロント基板１０２とリア基板１０３とを用い、空セル状態のタッチパネルを製造した。
尚、ギャップは約１０μｍとした。また、フロント基板１０２とリア基板１０３との接続部１０９には、シール材内に導電粒子を混入させた異方性導電部材を用いた。
【００７９】
次に、空セル状態のタッチパネルに真空注入法により正の誘電異方性を有する液晶１０４を注入した。
【００８０】
次に、フレキシブルフィルム１１０をリア基板１０３上の配線接続部１１２に取り付け、フレキシブルフィルム１１０によって、ソロモン社（ｓｏｌｏｍｏｎ社）のセンサーＩＣであるＳＳＤ２５２１との接続を実施した。
【００８１】
こうして製造された相互静電容量方式（Ｍｕｔｕａｌ方式）のタッチパネル１００は、タッチペンでフロント基板１０２に触れ、これを押すと、フロント基板１０２に変形が生じる。その結果、タッチ位置近傍の液晶１０４の配向が乱れ、電極１０６と電極１０７との交差部で形成される液晶１０４の容量が変化する。この容量変化を検出することにより、タッチ位置を検出することができる。
【００８２】
製造されたタッチパネル１００を所定の液晶表示装置の前面に置き、タッチペンによる入力操作を実施したところ、タッチパネルとしての動作が確認された。したがって、タッチパネル１００では、従来の静電容量方式のタッチパネルで問題となっていたタッチペンによる入力が可能であることがわかった。
【００８３】
尚、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々変形して実施することができる。
【００８４】
例えば、上記の各実施の形態のタッチパネルでは、タッチパネルとしてのみ機能させることを説明したが、部分的に液晶表示装置として機能させることも可能である。例えば、正の誘電異方性の液晶を用いた場合、タッチパネルとして機能させる領域では液晶を垂直配向とする。そして、液晶表示部装置として機能させる領域では液晶を平行配向させる。基板上にはそれぞれ、偏光板などの必要な光学手段を設ける。そして、それぞれの領域に電場が印加された時、タッチパネル領域では液晶が初期配向状態を維持しようとし、液晶表示領域では液晶が配向変化して垂直配向状態となる。
【００８５】
また、シール材でタッチパネルの面内をタッチパネル領域と液晶表示領域とに区画し、それぞれの領域で正負の異なる誘電異方性の液晶を注入し、初期配向状態を両領域とも同様とすることで上述の目的を実現することも可能である。
【符号の説明】
【００８６】
１、１００ タッチパネル
２、１０２ フロント基板
３、１０３ リア基板
４、１０４ 液晶
５、１０５ シール材
６、７、１０６、１０７ 電極
８、１０８ 引き出し配線
９、１０９ 接続部
１０、１１０ フレキシブルフィルム
１１ 液晶分子
１２、１１２ 配線接続部
１３ 矢印（押し下げ方向）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タッチパネルに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話やスマートフォンやＰＤＡ（パーソナルデジタルアシスタント）などの電子機器では、画面の大型化への要求が大きく、スイッチやテンキーなどの入力装置を配置できる領域が少なくなっている。また、液晶ディスプレイ等の表示素子に表示された画像を参照しながら表示画像に触れ、分かりやすく情報の入力ができる情報入力方法の実現が求められている。
こうしたことから、最近タッチパネル付きの表示装置への要求が高まっている。
【０００３】
タッチパネルは、上述した液晶ディスプレイなどの表示素子の上に配置され、操作者が指やペンなどで操作面に触れた場合、そのタッチ位置を検出する入力装置の総称である。接触位置検出の方式としては、抵抗膜方式や静電容量方式などがある。
抵抗膜方式は、表面に透明電極の配設された２枚の基板を、互いの透明電極が対向するように離間して配置する。そして、指やペンで基板を押下することで接触し通電する構造となっている。抵抗膜方式タッチパネルでは、基板を押して対向する電極間をショートさせる構造のため、摩耗などを生じて耐久性に乏しい。
【０００４】
静電容量方式は、操作者の指先とタッチパネル内の電極との間の静電容量の変化を検知して指のタッチ位置を検出する方式であり、携帯電子機器などにも好適な方式である。そして、この方式において近年盛んに使用されているのが、投影型静電容量方式である。
投影型静電容量方式は、人間が導体であり、操作者の指がグランドとして機能することを利用する。すなわち、タッチパネルの基板上に配置されたセンシング用の電極に指が近づくと、指と電極との間に容量が形成され、そうした変化を制御回路等により検知する。このとき、容量変化によって、操作者の指の接近を感知するため、直接に指がセンシング用の電極に触れる必要は無い。
【０００５】
このような投影型静電容量方式では、センシングのためにセンシング用の透明電極のパターニングが必要となる。最近では、透明基板の一の面にＸ方向伸びた複数のＸ電極と、Ｙ方向に伸びた複数のＹ電極とを設け、それらを格子状に配置する技術が盛んに用いられている。
特許文献１には、ガラスなどの透明基板上に複数のＸ側透明導電線路（Ｘ電極）と複数のＹ側透明導電線路（Ｙ電極）とを、絶縁膜を介し、互いに絶縁して配置した静電容量方式のタッチパネル技術が開示されている。
【０００６】
こうした構造のタッチパネルを用い、センシングのための、まず複数のＸ電極に対し所定のタイミングでセンシング用の電圧を順次印加し、続いてＹ電極に対し所定のタイミングで電圧を印加する。こうすることにより、各Ｘ電極とＹ電極の間に所定の静電容量がそれぞれ所定のタイミングで順次形成される。
【０００７】
このような状態の下で、グランドとして機能する操作者の指がタッチパネルにタッチすると、指のタッチ位置近傍のみ、静電容量が変化する。そして、この静電容量の変化を検知し、指のタッチ位置（座標）を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭６０−７５９２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
以上のように、投影型静電容量方式のタッチパネルでは、操作者の指の接触などを検知して、そのタッチ位置を検出することができるが、非電導性のタッチペンを入力手段として使用できないという問題を有する。
【００１０】
すなわち、操作者である人間は導体であり、その指はグランドとして機能する。しかし、非電導性のタッチペンの場合、こうした機能を果たすことはできない。また、操作者が手袋などを付けて入力操作しようとする場合、グランドとしての指とタッチパネルとの間の距離が離れており、上述した容量変化を起こさせるだけの影響をタッチパネルに与えることができない場合がある。その場合、期待したタッチ入力ができないことになる。
【００１１】
本発明は、以上のような、非電導性のタッチペンや手袋を付けた状態での指によって入力ができないという問題に鑑みてなされたものである。
すなわち、本発明の目的は、非電導性のタッチペンによる入力が可能な静電容量方式のタッチパネルを提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の態様は、電極の形成された一対の基板を、電極面が対向するよう配置するとともに、基板間に挟持された液晶を有する静電容量方式のタッチパネルであって、
液晶は、電極間で配向され、電極間に印加された電場により配向が安定化するよう、正または負の誘電異方性を有するように選択された液晶であり、
基板への押圧によって生じる液晶の配向の乱れによる容量変化を検知し、基板への押圧を検出することを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の態様において、液晶は正の誘電異方性を有し、電極間の液晶は垂直配向することが好ましい。
【００１５】
または、本発明の態様において、液晶は負の誘電異方性を有し、電極間の液晶は平行配向することが好ましい。
【００１６】
本発明の態様において、電極の形成された一対の基板のうちの一方は、電極がグランドに接続されていることが好ましい。
【００１７】
本発明の態様において、一対の基板のうち、一方の基板は第１の方向に延在する第１の電極が形成されており、他方の基板は第１の方向と交差する第２の方向に延在する第２の電極が形成されており、
基板への押圧によって生じる液晶の配向乱れによる、第１の電極と第２の電極の交差部の容量変化を検知して、基板への押圧を検出するよう構成されることが好ましい。
【００１８】
または、本発明の態様において、複数の第１の電極のうち隣接する電極の隙間および複数の第２の電極のうち隣接する電極の隙間が、１０μｍ以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、非電導性のタッチペンによる入力が可能な静電容量方式のタッチパネルが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施形態であるタッチパネルの概略構成を説明する断面図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）は、本発明の第１の実施形態であるタッチパネルの電極構造を模式的に説明する平面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態であるタッチパネルの基板間の液晶の初期配向状態を模式的に説明する図である。
【図４】タッチパネルをタッチペンで押した際の液晶の配向変化を説明する図である。
【図５】本発明の第３の実施形態であるタッチパネルの概略構成を説明する断面図である。
【図６】（ａ）および（ｂ）は、本発明の第３の実施形態であるタッチパネルの電極構造を模式的に説明する平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は、本発明の第１の実施形態であるタッチパネルの概略構成を説明する断面図である。
【００２２】
本発明の第１の実施形態であるタッチパネル１は、自己容量方式（Ｓｅｌｆ方式）のタッチパネルである。自己容量方式は、タッチパネルの検出用の電極とアースとの間に形成された静電容量の変化を検知して指などのタッチ位置を検出する方式である。
【００２３】
図１に示すように、タッチパネル１は、離間して対向配置される一対の基板を有する。一対の基板のうち、操作者側（フロント側）に配置されるのがフロント基板２であり、その後ろ側（リア側）に配置されるのがリア基板３である。
【００２４】
フロント基板２とリア基板３はそれぞれ、透光性の基板であって、例えば、ガラス基板や、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム、ＰＣ（ポリカードネート）フィルムなどの使用が可能である。ガラス基板の場合、厚さを０．３ｍｍ〜３．０ｍｍとすることが可能である。
対向する一対のフロント基板２とリア基板３との間には液晶４が挟持されている。この液晶４は正の誘電異方性を有するネマチック液晶であり、その機能については後に説明する。
【００２５】
図１に示すように、フロント基板２とリア基板３との間には、液晶４を囲むようシール材５が配設されており、フロント基板２とリア基板３とが離間して配置されるよう互いを固定している。
【００２６】
図１に示すように、フロント基板２とリア基板３は液晶４を挟持する表面にそれぞれの電極６、７を有する。
電極６、７はいずれも同様の透光性の電極（以下、透明電極とも言う）であり、タッチパネル１の操作面に相当する領域に形成される。
電極６、７は、可視光に対する高い透過率と導電性を有する透明な材料を用いて構成される。例えば、ＩＴＯ（酸化インジウム錫、Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）を用いて構成することができる。
【００２７】
図２は、本発明の第１の実施形態であるタッチパネルの電極構造を模式的に説明する平面図である。図２（ａ）は、リア基板３上の電極７のパターンの概要を示す平面図であり、図２（ｂ）は、フロント基板２上の電極６のパターンの概要を示す平面図である。
【００２８】
図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、電極６と電極７はそれぞれパターニングがなされている。図２（ｂ）に示すように、フロント基板２上の電極６は、タッチパネルの操作面の全域をカバーするよう、ベタ板状にパターニングされている。一方、リア基板３上の電極７は、例えば、図２（ａ）に示すように、複数個の独立した電極形状とし、それぞれが長方形状にパターニングされている。尚、リア基板３上の電極７の数がここで示したものに限定されるわけではない。電極７の形状や数は、操作面の大きさと要求される検出位置の精度に応じて決定することができる。
【００２９】
図２（ａ）に示すように、リア基板３上の電極７の各電極パターンには引き出し配線８が接続されている。引き出し配線８については、ＩＴＯの他、より低抵抗なＭｏ、Ｍｏ合金、Ａｌ、Ａｌ合金、Ａｕ、Ａｕ合金などの金属材料を用いて構成することができる。
【００３０】
図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、フロント基板２とリア基板３との対応する端部には、フロント基板２上の電極６とリア基板３上の配線接続部１２とを接続するための接続部９が設けられている。
【００３１】
リア基板３上の電極７の各電極パターンと接続部９とからは引き出し配線８が引き出されている。それぞれの引き出し配線８は端部が、リア基板３上の一方の端に設けられた配線接続部１２に集められる。そして、配線接続部１２には、フレキシブルフィルム１０が接続されている。タッチパネル１は、電極６、７への電圧印加を制御し、静電容量を監視する回路部(図示されない）を有するが、この回路部と電極６，７との接続はフレキシブルフィルム１０を介してなされる。尚、フレキシブルフィルム１０上に直接、センサーＩＣを搭載して回路部を構成することも可能である。
【００３２】
回路部を構成するセンサーＩＣとしては市販のものを利用することが可能である。タッチパネル１は自己容量方式であり、例えば、アナログデバイスズ社（Ａｎａｌｏｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ社）のＡＤ７１４７や、サイプレス社（Ｃｙｐｒｅｓｓ社）のＣＹ８Ｃ２０４６６などを使用することができる。
【００３３】
次に、本実施の形態のタッチパネル１について、フロント基板２とリア基板３との間に挟持される液晶４の機能とタッチ位置検出の機構を説明する。
図３は、本発明の第１の実施形態であるタッチパネルの基板間の液晶の初期配向状態を模式的に説明する図である。尚、初期配向状態とは電圧無印加状態時の配向状態のことをいう。図３は、タッチパネル１の模式的な断面図となっている。
【００３４】
フロント基板２とリア基板３とによって挟持された液晶４は、上述のように、正の誘電異方性を有するネマチック液晶である。液晶４は、電圧無印加時に、含有する液晶分子１１の分子長軸方向がフロント基板２およびリア基板３と垂直になるように、垂直配向となっている。液晶４の垂直配向は、フロント基板２およびリア基板３の電極６、７の上層に設けられた垂直配向層（図示されない）によって実現される。
【００３５】
図４は、タッチパネルをタッチペンで押した際の液晶の配向変化を説明する図である。
図４に示すように、タッチパネル１をタッチペン(図示されない）により、矢印１３に示す押し下げ方向で押すと、フロント基板３が変形する。この変形に伴って、液晶４の液晶分子１１は、横方向（フロント基板２およびリア基板３と平行な方向）へ移動する。液晶分子１１は、図４に模式的に示されるように、楕円体と見なすことができ、長軸方向が移動方向に向く。すなわち、タッチペンの押し下げによって変形が生じた場合、その変形箇所の近傍では、液晶分子１１は、初期の垂直配向状態から平行配列状態に変化する。
【００３６】
液晶４は正の誘電異方性を有し、液晶分子１１は、分子長軸方向に直交する誘電率ε⊥が分子長軸方向の誘電率ε〃より小さくなっている。したがって、液晶分子１１が、初期状態である垂直配向の状態から平行配列状態に変化すると、電極７と電極６の間の液晶４の誘電率は小さくなる。その結果、タッチペンによる変形箇所の近傍では静電容量が小さくなる。こうした、静電容量の変化を検知することにより、タッチペンの接触を検出し、ひいてはタッチ位置を検出する。
【００３７】
ここで、液晶４に正の誘電異方性液晶を用いた場合、電極６、７間に電場が印加されると、液晶分子１１は分子長軸を電場方向と平行な方向に向けようとする。その結果、液晶４は、垂直配向の状態を取ろうとすることになる。
すなわち、液晶４に誘電異方性が正の液晶を用いて、初期配向状態を垂直配向とすれば、タッチペンによる押し下げ変形により液晶分子１１は平行配列状態になる。次いで電極６、７間への電場の印加により、液晶分子１１の配向変化が起こり、液晶分子１１の配向状態を初期の垂直配向状態に戻すことができる。
【００３８】
特に垂直配向するネマチック液晶の場合、例えば上述のような外部からの押圧に伴う配向変化または配向乱れが生じた場合、初期配向の復帰に時間を要することが知られている。配向乱れとして残存することもある。したがって、電極６、７間への電場の印加により、液晶４の配向状態を初期の垂直配向の状態に素早く戻すことができれば、タッチパネルとして非常に有効な方法となる。
【００３９】
フロント基板２とリア基板３上の電極６、７に電場を印加する方法については、もともと回路部（図示されない）から電圧印加により電極６、７間にセンシング用に電場が印加されており、これを利用することができる。そのため、電極６、７に印加される電場のレベルは、液晶分子１１の配向変化を可能とするレベルが選択される。尚、センシング用の電場以外に別途、配向整列のための液晶駆動用に電場を印加することも可能である。
【００４０】
タッチペンによる押し下げ変形により液晶分子１１が平行配列状態になっても、電場の印加により瞬時に初期の垂直配向状態に復帰させることが可能であり、タッチペンによる接触動作を素早く、高い時間分解能を持って検出することが可能である。
【００４１】
以上より、液晶４については、タッチペンで押したときの配向変化により、静電容量の変化が大きくなるよう、誘電異方性はできる限り大きいことが望ましく、＋１以上の値であることが好ましい。
また、タッチパネル１のフロント基板２の厚さは、変形によって容易に割れが生じない範囲内で、できる限り薄くすることが好ましく０．８ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００４２】
次に、本発明の第１の実施形態であるタッチパネルの製造方法について、図１、図２（ａ）および図２（ｂ）を参照しながら説明する。
【００４３】
フロント基板２とリア基板３はそれぞれ、透光性の基板であり、厚さ０．５５ｍｍのガラス基板を用いた。
このガラス基板表面にスパッタ法によりＩＴＯを成膜し、図２に示す形状の電極６、７と引き出し配線８のパターニングを実施した。
【００４４】
次に、これらガラス基板上に、接続部９と配線接続部１２を除いて、絶縁膜組成物を転写法により印刷した。次いで、焼成を行い、酸化ケイ素（ＳｉＯ２)と酸化チタン（ＴｉＯ２）からなる絶縁膜を形成した。
【００４５】
次に、これらガラス基板に垂直配向膜組成物を転写法により印刷し、焼成してポリイミド系の垂直配向膜を形成した。そして、フロント基板２とリア基板３を得た。
尚、垂直配向膜を形成後、ラビング処理することも可能である。ラビング処理により、液晶４の配向変化方向を規制するよう、液晶４に数度程度のプレチルト角を付与することができる。
【００４６】
次に、フロント基板２とリア基板３の一方にシール材５を印刷し、所望の基板間距離（以下、ギャップとも言う）を得るためのスペーサを散布し、両基板２、３の重ね合わせを行った。こうして、フロント基板２とリア基板３とを用い、空セル状態のタッチパネルを製造した。
尚、ギャップは約１０μｍとした。また、フロント基板２とリア基板３との接続部９には、シール材内に導電粒子を混入させた異方性導電部材を用いた。
【００４７】
次に、空セル状態のタッチパネルに真空注入法により正の誘電異方性を有する液晶４を注入した。
【００４８】
次に、フレキシブルフィルム１０をリア基板３上の配線接続部１２に取り付け、フレキシブルフィルム１０によって、アナログデバイスズ社（Ａｎａｌｏｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ社）のセンサーＩＣであるＡＤ７１４７との接続を実施した。
【００４９】
このとき、フロント基板２（電極６）にはグランドとして接地電位となるように配線をした。
【００５０】
こうして製造された自己容量方式のタッチパネル１は、タッチペンでフロント基板２に触れ、これを押すと、グランドとなっているフロント基板２に変形が生じる。その結果、対向するフロント基板２とリア基板３との間の液晶４の配向が乱れ、容量変化が発生する。この容量変化を検出することにより、タッチ位置を検出することができる。
【００５１】
製造されたタッチパネル１を所定の液晶表示装置の前面に置き、タッチペンによる入力操作を実施したところ、タッチパネルとしての動作が確認された。したがって、タッチパネル１では、従来の静電容量方式のタッチパネルで問題となっていたタッチペンによる入力が可能であることがわかった。
【００５２】
次に、本発明の第２の実施形態であるタッチパネルについて説明する。
本発明の第２の実施形態であるタッチパネルは、上述のタッチパネル１と同様、自己容量方式のタッチパネルである。したがって、上述のタッチパネル１と同様の構造を有する。
【００５３】
相違する点は、液晶として負の誘電異方性を有する液晶を使用することと、フロント基板およびリア基板上の垂直配向層の代わりに、水平配向層を使用したことである。その結果、液晶の初期配向状態は、フロント基板およびリア基板に対して水平な方向である。尚、水平配向層は、ポリイミド系の水平配向膜をラビング処理して形成することができる。
【００５４】
このような、本発明の第２の実施形態であるタッチパネルを所定の液晶表示装置の前面に置き、タッチペンによる入力操作を実施したところ、上述のタッチパネル１に比べ感度が劣るものの、タッチパネルとしての動作が確認された。したがって、本発明の第２の実施形態であるタッチパネルでは、従来の静電容量方式のタッチパネルで問題となっていたタッチペンによる入力が可能であることがわかった。
【００５５】
次に、本発明の第３の実施形態であるタッチパネルについて説明する。
図５は、本発明の第３の実施形態であるタッチパネルの概略構成を説明する断面図である。
【００５６】
本発明の第３の実施形態であるタッチパネル１００は、相互静電容量方式（Ｍｕｔｕａｌ方式）のタッチパネルである。相互容量方式は、２つの電極の間に形成された静電容量の変化を検知して指などのタッチ位置を検出する方式である。
【００５７】
図５に示すように、タッチパネル１００は、離間して対向配置される一対の基板を有する。上述のタッチパネル１と同様、操作者側（フロント側）に配置されるのがフロント基板１０２であり、その後ろ側（リア側）に配置されるのがリア基板１０３である。
【００５８】
フロント基板１０２とリア基板１０３はそれぞれ、透光性の基板であって、例えば、ガラス基板や、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム、ＰＣ（ポリカードネート）フィルムなどの使用が可能である。ガラス基板の場合、厚さを０．３ｍｍ〜３．０ｍｍとすることが可能である。
対向する一対のフロント基板１０２とリア基板１０３との間には液晶１０４が挟持されている。この液晶１０４は、上述のタッチパネル１と同様、正の誘電異方性を有するネマチック液晶であり、その機能についても上述のタッチパネル１と同様である。
【００５９】
図５に示すように、フロント基板１０２とリア基板１０３との間には、液晶１０４を囲むようシール材１０５が配設されており、フロント基板１０２とリア基板１０３とが離間して配置されるように互いを固定している。
【００６０】
図５に示すように、フロント基板１０２とリア基板１０３は液晶１０４を挟持する表面にそれぞれの電極１０６と電極１０７とを有する。
電極１０６、１０７はいずれも同様の透光性の電極（以下、透明電極とも言う）であり、タッチパネル１００の操作面に相当する領域に形成される。
【００６１】
電極１０６、１０７は、可視光に対する高い透過率と導電性を有する透明な材料を用いて構成される。例えば、ＩＴＯ（酸化インジウム錫、Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）を用いて構成することができる。
【００６２】
図６は、本発明の第３の実施形態であるタッチパネルの電極構造を模式的に説明する平面図である。図６（ａ）は、リア基板１０３上の電極１０７のパターンの概要を示す平面図であり、図６（ｂ）は、フロント基板１０２上の電極１０６のパターンの概要を示す平面図である。
【００６３】
図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、電極１０６と電極１０７はそれぞれ所望のパターニングがなされている。図６（ｂ）に示すように、フロント基板１０２上では、Ｘ方向に伸びる４つの短冊状の電極１０６が設けられている。一方、図６（ａ）に示すように、リア基板１０３上では、Ｙ方向に伸びる３つの短冊状の電極１０７が設けられている。
【００６４】
尚、フロント基板１０２およびリア基板１０３の上の電極１０６、１０７の数と形状はここで示したものに限定されるわけではない。電極１０６と電極１０７の数は、操作面の大きさと要求される検出位置の精度に応じて決定することができる。そして、それぞれ短冊状である電極１０６と電極１０７の幅は、挟持する液晶１０４と作る容量を考慮して最適化することができる。この場合、最適化は液晶１０４の誘電率と電極１０６、１０７間の距離（液晶１０４の厚さに相当する）を考慮してなされる。
【００６５】
図６（ａ）に示すように、リア基板１０３上の電極１０７の各電極パターンには引き出し配線１０８が接続されている。引き出し配線１０８については、ＩＴＯの他、より低抵抗なＭｏ、Ｍｏ合金、Ａｌ、Ａｌ合金、Ａｕ、Ａｕ合金などの金属材料を用いて構成することができる。
【００６６】
図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、フロント基板１０２とリア基板１０３との対応する端部には、フロント基板１０２上の電極１０６とリア基板１０３上の配線接続部１１２とを接続するための接続部１０９が設けられている。
【００６７】
リア基板１０３上の電極１０７の各電極パターンと接続部１０９とからは引き出し配線１０８が引き出されている。それぞれの引き出し配線１０８は端部が、リア基板１０３上の一方の端に設けられた配線接続部１１２に集められる。配線接続部１１２には、図５に示すように、フレキシブルフィルム１１０が接続されている。タッチパネル１００は、電極１０６、１０７への電圧印加を制御し、静電容量を監視する回路部(図示されない）を有するが、この回路部と電極１０６、１０７との接続はフレキシブルフィルム１１０を介してなされる。尚、フレキシブルフィルム１１０上に直接、センサーＩＣを搭載して回路部を構成することも可能である。
【００６８】
回路部を構成するセンサーＩＣとしては市販のものを利用することが可能である。タッチパネル１００は相互静電容量方式（Ｍｕｔｕａｌ方式）であり、例えば、アバゴ社（ＡＶＡＧＯ社）のＡＭＲＩ−５０００や、ソロモン社（Ｓｏｌｏｍｏｎ社）のＳＳＤ２５２１などを使用することができる。
【００６９】
本実施の形態のタッチパネル１００において、正の誘電異方性を有するネマチック液晶である液晶１０４の機能は、上述のタッチパネル１と同様である。タッチパネル１００は、フロント基板１０２上でＸ方向に伸びる電極１０６と、リア基板１０３上でＹ方向に伸びる電極１０７とによって電極のマトリクスが形成される。タッチペン等のタッチにより液晶の初期配向に乱れが生じた場合、タッチ位置近傍の、マトリクスの交差部で形成される液晶１０４の容量が変化する。この容量変化を検知することにより、タッチ位置を検出する。
【００７０】
また、上述のタッチパネル１と同様、電極１０６と電極１０７との間に電場を印加することにより、液晶分子１０４の配向状態を初期の垂直配向状態に戻すことができる。
【００７１】
フロント基板１０２とリア基板１０３上の電極１０６、１０７に電場を印加する方法については、上述のタッチパネル１と同様とすることができる。すなわち、回路部（図示されない）からは、電圧印加により電極１０６、１０７間にセンシング用に電場が印加されており、これを利用することができる。尚、センシング用の電場以外に別途、配向整列のための液晶駆動用に電場を印加することも可能である。
【００７２】
タッチペンによる押し下げ変形により液晶１０４の配向乱れが生じても、電場の印加により瞬時に初期の垂直配向状態に復帰させることが可能であり、タッチペンによる接触動作を素早く、高い時間分解能を持って検出することが可能である。
【００７３】
以上より、液晶１０４については、タッチペンで押したときの配向変化により、静電容量の変化が大きくなるよう、誘電異方性はできる限り大きいことが望ましく、＋１以上の値であることが好ましい。
また、タッチパネル１００のフロント基板１０２の厚さは、変形によって容易に割れが生じない範囲内で、できる限り薄くすることが好ましく０．８ｍｍ以下とすることが好ましい。さらに、各基板上に形成される電極１０６、１０７は、それぞれ複数個の短冊状の電極を有するが、平面的に隣接する短冊状の電極間の隙間は１０μｍ以下とすることが好ましい。１０μｍ以下とすることで、タッチペンの押圧によって隙間に配向乱れが生じたとしても、両側の電極の磁場によって隙間の液晶分子も再配向させることができ、容量変化を顕著に検出することができる。また、隙間を５μｍ以下にすることがさらに好ましい。
【００７４】
次に、本発明の第３の実施形態であるタッチパネルの製造方法については、電極１０６と電極１０７のパターニング形状を変更すること以外、タッチパネル１の場合とほぼ同様の方法で製造することができる。以下、図５および図６を参照しながら、概要を説明する。
【００７５】
フロント基板１０２とリア基板１０３はそれぞれ、透光性の基板であり、厚さ０．５５ｍｍのガラス基板を用いた。
このガラス基板表面にスパッタ法によりＩＴＯを成膜し、図６（ａ）および図６（ｂ）に示す形状の電極１０６、１０７と引き出し配線１０８のパターニングを実施した。尚、フロント基板１０２上に形成した複数の電極１０６において、隣接する電極１０６間の隙間は５μｍとした。また、リア基板１０３上に形成した複数の電極１０７において、隣接する電極１０７間の隙間は１０μｍとした。
【００７６】
次に、これらガラス基板上に、接続部１０９と配線接続部１１２を除いて、絶縁膜組成物を転写法により印刷した。次いで、焼成を行い、酸化ケイ素（ＳｉＯ２)と酸化チタン（ＴｉＯ２）からなる絶縁膜を形成した。
【００７７】
次に、これらガラス基板に垂直配向膜組成物を転写法により印刷し、焼成してポリイミド系の垂直配向膜を形成した。そして、フロント基板１０２とリア基板１０３を得た。
尚、垂直配向膜を形成後、ラビング処理することも可能である。ラビング処理により、液晶４の配向において数度程度のプレチルト角を付与することが可能となる。
【００７８】
次に、フロント基板１０２とリア基板１０３の一方にシール材１０５を印刷し、所望の基板間距離（以下、ギャップとも言う）を得るためのスペーサを散布し、両基板１０２、１０３の重ね合わせを行った。こうして、フロント基板１０２とリア基板１０３とを用い、空セル状態のタッチパネルを製造した。
尚、ギャップは約１０μｍとした。また、フロント基板１０２とリア基板１０３との接続部１０９には、シール材内に導電粒子を混入させた異方性導電部材を用いた。
【００７９】
次に、空セル状態のタッチパネルに真空注入法により正の誘電異方性を有する液晶１０４を注入した。
【００８０】
次に、フレキシブルフィルム１１０をリア基板１０３上の配線接続部１１２に取り付け、フレキシブルフィルム１１０によって、ソロモン社（ｓｏｌｏｍｏｎ社）のセンサーＩＣであるＳＳＤ２５２１との接続を実施した。
【００８１】
こうして製造された相互静電容量方式（Ｍｕｔｕａｌ方式）のタッチパネル１００は、タッチペンでフロント基板１０２に触れ、これを押すと、フロント基板１０２に変形が生じる。その結果、タッチ位置近傍の液晶１０４の配向が乱れ、電極１０６と電極１０７との交差部で形成される液晶１０４の容量が変化する。この容量変化を検出することにより、タッチ位置を検出することができる。
【００８２】
製造されたタッチパネル１００を所定の液晶表示装置の前面に置き、タッチペンによる入力操作を実施したところ、タッチパネルとしての動作が確認された。したがって、タッチパネル１００では、従来の静電容量方式のタッチパネルで問題となっていたタッチペンによる入力が可能であることがわかった。
【００８３】
尚、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々変形して実施することができる。
【００８４】
例えば、上記の各実施の形態のタッチパネルでは、タッチパネルとしてのみ機能させることを説明したが、部分的に液晶表示装置として機能させることも可能である。例えば、正の誘電異方性の液晶を用いた場合、タッチパネルとして機能させる領域では液晶を垂直配向とする。そして、液晶表示部装置として機能させる領域では液晶を平行配向させる。基板上にはそれぞれ、偏光板などの必要な光学手段を設ける。そして、それぞれの領域に電場が印加された時、タッチパネル領域では液晶が初期配向状態を維持しようとし、液晶表示領域では液晶が配向変化して垂直配向状態となる。
【００８５】
また、シール材でタッチパネルの面内をタッチパネル領域と液晶表示領域とに区画し、それぞれの領域で正負の異なる誘電異方性の液晶を注入し、初期配向状態を両領域とも同様とすることで上述の目的を実現することも可能である。
【符号の説明】
【００８６】
１、１００ タッチパネル
２、１０２ フロント基板
３、１０３ リア基板
４、１０４ 液晶
５、１０５ シール材
６、７、１０６、１０７ 電極
８、１０８ 引き出し配線
９、１０９ 接続部
１０、１１０ フレキシブルフィルム
１１ 液晶分子
１２、１１２ 配線接続部
１３ 矢印（押し下げ方向）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極の形成された一対の基板を、電極面が対向するよう配置するとともに、前記基板間に挟持された液晶を有する静電容量方式のタッチパネルであって、
前記液晶は、前記電極間で配向され、前記電極間に印加された電場により配向が安定化するよう、正または負の誘電異方性を有するように選択された液晶であり、
前記基板への押圧によって生じる前記液晶の配向の乱れによる容量変化を検知し、前記基板への押圧位置を検出することを特徴とするタッチパネル。
【請求項２】
前記液晶は正の誘電異方性を有し、前記電極間の前記液晶は垂直配向することを特徴とする請求項１に記載のタッチパネル。
【請求項３】
前記液晶は負の誘電異方性を有し、前記電極間の前記液晶は平行配向することを特徴とする請求項１に記載のタッチパネル。
【請求項４】
前記電極の形成された一対の基板のうちの一方は、前記電極がグランドに接続されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のタッチパネル。
【請求項５】
前記一対の基板のうち、一方の基板は第１の方向に延在する複数の第１の電極が形成されており、他方の基板は前記第１の方向と交差する第２の方向に延在する複数の第２の電極が形成されており、
前記基板への押圧によって生じる前記液晶の配向乱れによる、前記第１の電極と前記第２の電極の交差部の容量変化を検知して、前記基板への押圧を検出するよう構成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のタッチパネル。
【請求項６】
前記複数の第１の電極のうち隣接する電極の隙間および前記複数の第２の電極のうち隣接する電極の隙間が、１０μｍ以下であることを特徴とする請求項５に記載のタッチパネル。
【請求項１】
電極の形成された一対の基板を、電極面が対向するよう配置するとともに、前記基板間に挟持された液晶を有する静電容量方式のタッチパネルであって、
前記液晶は、前記電極間で配向され、前記電極間に印加された電場により配向が安定化するよう、正または負の誘電異方性を有するように選択された液晶であり、
前記基板への押圧によって生じる前記液晶の配向の乱れによる容量変化を検知し、前記基板への押圧位置を検出することを特徴とするタッチパネル。
【請求項２】
前記液晶は正の誘電異方性を有し、前記電極間の前記液晶は垂直配向することを特徴とする請求項１に記載のタッチパネル。
【請求項３】
前記液晶は負の誘電異方性を有し、前記電極間の前記液晶は平行配向することを特徴とする請求項１に記載のタッチパネル。
【請求項４】
前記電極の形成された一対の基板のうちの一方は、前記電極がグランドに接続されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のタッチパネル。
【請求項５】
前記一対の基板のうち、一方の基板は第１の方向に延在する複数の第１の電極が形成されており、他方の基板は前記第１の方向と交差する第２の方向に延在する複数の第２の電極が形成されており、
前記基板への押圧によって生じる前記液晶の配向乱れによる、前記第１の電極と前記第２の電極の交差部の容量変化を検知して、前記基板への押圧を検出するよう構成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のタッチパネル。
【請求項６】
前記複数の第１の電極のうち隣接する電極の隙間および前記複数の第２の電極のうち隣接する電極の隙間が、１０μｍ以下であることを特徴とする請求項５に記載のタッチパネル。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−７９１３５（Ｐ２０１２−７９１３５Ａ）
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２４４０６（Ｐ２０１０−２２４４０６）
【出願日】平成２２年１０月１日（２０１０．１０．１）
【出願人】（０００１０３７４７）オプトレックス株式会社 (843)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１日（２０１０．１０．１）
【出願人】（０００１０３７４７）オプトレックス株式会社 (843)
【Ｆターム（参考）】
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