静電容量方式にも抵抗膜方式にも対応可能な押圧検出機能を有するタッチパネル
【課題】厚みを抑えるとともに、感度のバラツキを抑えることができる押圧検出機能を有するタッチパネルを提供する。
【解決手段】上部透明基板の下面にストライプ状に複数の上部透明電極を設け、下部透明電極の上面に上部透明電極に対して交差する方向にストライプ状に複数の下部透明電極を設け、上部透明電極と下部透明電極との間に隙間が形成されるように、上部透明基板と下部透明基板との対向領域に隙間形成部材を設け、上部透明電極又は下部透明電極の少なくとも一方を覆うように透明感圧インク部材を設け、上部透明基板の厚み方向に外力が加えられたとき、透明感圧インク部材が上部透明電極及び下部透明電極の両方に接触して両者を導通させるように構成する。
【解決手段】上部透明基板の下面にストライプ状に複数の上部透明電極を設け、下部透明電極の上面に上部透明電極に対して交差する方向にストライプ状に複数の下部透明電極を設け、上部透明電極と下部透明電極との間に隙間が形成されるように、上部透明基板と下部透明基板との対向領域に隙間形成部材を設け、上部透明電極又は下部透明電極の少なくとも一方を覆うように透明感圧インク部材を設け、上部透明基板の厚み方向に外力が加えられたとき、透明感圧インク部材が上部透明電極及び下部透明電極の両方に接触して両者を導通させるように構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面に加わった外力のうち、当該面に垂直な方向成分の圧力を測定する押圧検出機能を有するタッチパネルに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、タッチパネルを有する電子機器、特に、携帯電話機や携帯ゲーム機などの携帯型電子機器においては、例えば決定ボタンに代わるものとして、タッチパネルに押圧検出機能を付加することが求められている。ここで、押圧検出機能とは、ある面に加わった外力の圧力（押圧力ともいう）を測定する機能をいう。押圧検出機能を有するタッチパネルとしては、例えば、特許文献１（特許第４６４２１５８号公報）に開示されたものがある。以下、押圧検出機能を有するタッチパネルをタッチ入力デバイスという。
【０００３】
図１３は、特許文献１のタッチ入力デバイスを電子機器に取り付けた状態を示す断面図である。図１３に示すように、特許文献１のタッチ入力デバイスは、タッチパネル本体１０１と、タッチパネル本体１０１の下面に粘着剤１０３により貼着された感圧センサ１０２とを備えている。感圧センサ１０２は、枠状に形成され、電子機器の表示部１０４の周囲に位置する筐体１０５の額縁部分１０５ａに接着されている。
【０００４】
図１４は、感圧センサ１０２の分解斜視図である。図１３及び図１４に示すように、感圧センサ１０２は、上部フィルム１２１と、上部フィルム１２１の下面に対して対向配置された下部フィルム１２２とを備えている。上部フィルム１２１の下面には、上部電極１２１ａが配置されている。下部フィルム１２２の上面には、下部電極１２２ａが配置されている。
【０００５】
上部フィルム１２１のコーナー部には、上部電極１２１ａを被覆するようにドット状の上部感圧インク部材１２３ａが配置されている。下部フィルム１２２のコーナー部には、下部電極１２２ａを被覆し且つ上部感圧インク部材１２３ａと対向するようにドット状の下部感圧インク部材１２３ｂが配置されている。上部フィルム１２１と下部フィルム１２２との対向領域には、隙間保持部材１２４が配置されている。隙間保持部材１２４は、粘着性を有して上部フィルム１２１と下部フィルム１２２とを接着するとともに、上部感圧インク部材１２３ａと下部感圧インク部材１２３ｂとの各対向面間に隙間１３１を保持するための絶縁性部材である。隙間保持部材１２４のコーナー部には、貫通穴１２４ａが設けられている。当該貫通穴１２４ａ内に上部及び下部感圧インク部材１２３ａ，１２３ｂが配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４６４２１５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記構成を有する特許文献１のタッチ入力デバイスにおいては、タッチパネル本体１０１と感圧センサ１０２とを厚み方向に直列的に積層しているので、タッチ入力デバイスの厚みが大きいという課題がある。また、感圧センサ１０２が枠状に形成されているため、タッチパネル本体１０１の中心部を押圧したときと、タッチパネル本体１０１の周縁部を押圧したときとでは、感圧センサ１０２の感度が異なる。すなわち、押圧位置によって感圧センサ１０２の感度にバラツキがあるという課題がある。
【０００８】
また、近年、電子機器の表示部１０４の面積を大きくすることが求められている。表示部１０４の面積を大きくするには、感圧センサ１０２及び筐体１０５の額縁部分１０５ａの幅寸法を小さくことが有効であると考えられる。しかしながら、感圧センサ１０２の幅寸法を小さくすることは、前記感度のバラツキを大きくすることにつながる。このため、感圧センサ１０２の幅寸法を小さくすることには限界がある。
【０００９】
また、従来の感圧センサ１０２は、上部フィルム１２１、上部電極１２１ａ、上部感圧インク部材１２３ａと、下部フィルム１２２、下部電極１２２ｂ、下部感圧インク部材１２３ｂとが隙間保持部材１２４を介して接着される構造となっている。隙間保持部材１２４には、感圧センサ１０２を押圧したときに上部感圧インク部材１２３ａと下部感圧インク部材１２３ｂとが接触するように、貫通穴１２４ａが形成されている。この貫通穴１２４ａが形成された部分では、当然ながら、上部フィルム１２２、上部電極１２１ａ、上部感圧インク部材１２３ａと、下部フィルム１２２、下部電極１２２ｂ、下部感圧インク部材１２３ｂとが接着しない。そのため、上部フィルム１２１と下部フィルム１２２とが剥がれ易いという問題がある。
【００１０】
従って、本発明の目的は、前記課題を解決することにあって、厚みを抑えるとともに、感度のバラツキを抑えることができる押圧検出機能を有するタッチパネルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
本発明の第１態様によれば、上部透明基板と、
前記上部透明基板の下面にストライプ状に配置された複数の上部透明電極と、
前記上部透明基板の下面に対して対向配置された下部透明基板と、
前記下部透明電極の上面に、前記複数の上部透明電極に対して交差する方向にストライプ状に配置された複数の下部透明電極と、
前記上部透明基板と前記下部透明基板との対向領域に配置され、粘着性を有して前記上部透明基板と前記下部透明基板とを接着するとともに、前記複数の上部透明電極と前記複数の下部透明電極との間に隙間を形成する隙間形成部材と、
前記複数の上部透明電極又は前記複数の下部透明電極の少なくとも一方を覆うように設けられ、加えられた押圧力により電気特性が変化する導電性の透明感圧インク部材と、
を備え、
前記上部透明基板の厚み方向に外力が加わることにより前記上部透明基板が変形したとき、前記透明感圧インク部材が前記上部透明電極及び前記下部透明電極の両方に接触して両者を導通させる、押圧検出機能を有するタッチパネルを提供する。
【００１２】
本発明の第２態様によれば、前記透明感圧インク部材は、前記複数の下部透明電極のみを覆うように設けられている、第１態様に記載の押圧検出機能を有するタッチパネルを提供する。
【００１３】
本発明の第３態様によれば、前記隙間には、絶縁性を有する透明液が充填されている、第１又は２態様に記載の押圧検出機能を有するタッチパネルを提供する。
【００１４】
本発明の第４態様によれば、前記透明液の屈折率は、空気の屈折率よりも高い、第３態様に記載の押圧検出機能を有するタッチパネルを提供する。
【００１５】
本発明の第５態様によれば、前記透明液の２５℃における動粘度は、５０万ｍｍ２／Ｓより低い、第３又は４態様に記載の押圧検出機能を有するタッチパネルを提供する。
【００１６】
本発明の第６態様によれば、前記透明液の耐熱性の範囲は、−４５℃〜１２５℃である、第３〜５態様のいずれか１つに記載の押圧検出機能を有するタッチパネルを提供する。
【００１７】
本発明の第７態様によれば、前記上部透明電極の上面には、透明導電膜が形成されている、第１〜６態様のいずれか１つに記載の押圧検出機能を有するタッチパネルを提供する。
【００１８】
本発明の第８態様によれば、前記複数の上部透明電極及び前記複数の下部透明電極のそれぞれと接続された、前記上部透明基板が押圧された位置を検出するための検出回路と、
前記複数の上部透明電極及び前記複数の下部透明電極のそれぞれと前記検出回路とを間を接離する複数のスイッチと、
前記複数のスイッチを、互いに隣り合う所定数のスイッチ毎にオンオフを制御する制御部と、
を備える、第１〜７態様のいずれか１つに記載の押圧検出機能を有するタッチパネルを提供する。
【発明の効果】
【００１９】
従来の押圧検出機能を有するタッチパネルは、タッチパネル本体と感圧センサとを別々に作製した後、組み合わせるという思想の下で作製されている。このため、タッチパネル本体の各電極及び感圧センサの各電極を支持する複数の基板、それらの基板を接着する複数の接着層がそれぞれ必要になり、厚みが大きくなる。
【００２０】
これに対し、本発明にかかる押圧検出機能を有するタッチパネルによれば、上部透明基板と下部透明基板の２つの基板に、タッチパネルの機能を発揮するために必要な上部透明電極及び下部透明電極と、感圧センサの機能を発揮するために必要な感圧インク部材とを設けるようにしている。これにより、厚みを大幅に抑えることができる。
【００２１】
また、本発明にかかる押圧検出機能を有するタッチパネルによれば、透明感圧インク部材を、枠状に設けるのではなく、複数の上部透明電極又は複数の下部透明電極の少なくとも一方を覆うように設けている。すなわち、複数の上部透明基板又は複数の下部透明基板の略全体に透明感圧インク部材を設けるようにしている。これにより、感度のバラツキを抑えることができる。また、感圧インク部材として透明感圧インク部材を用いているので、感圧インク部材による透過率（表示部の視認性）の低下を抑えることができる。また、特許文献１のように、隙間形成部材に貫通穴を設ける必要がないので、上部透明基板と下部透明基板との接着性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるタッチ入力デバイスを搭載する携帯電話機の斜視図である。
【図２】図１のＡ１−Ａ１線の模式断面図である。
【図３】図１のタッチ入力デバイスにおいて、上部透明基板の入力面に押圧力が加えられたときの状態を示す模式断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態にかかるタッチ入力デバイスの第１変形例を示す模式断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態にかかるタッチ入力デバイスの第２変形例を示す模式断面図である。
【図６】複数の上部透明電極がそれぞれスイッチを介して連結されると共に、複数の下部透明電極がそれぞれスイッチを介して連結された状態を模式的に示す説明図である。
【図７】本発明の第２実施形態にかかるタッチ入力デバイスの模式断面図である。
【図８】図７のタッチ入力デバイスにおいて、上部透明基板の入力面に押圧力が加えられたときの状態を示す模式断面図である。
【図９】本発明の第３実施形態にかかるタッチ入力デバイスの模式断面図である。
【図１０】上部透明電極の上面に形成される透明導電膜の第１形成パターンを示す上面図である。
【図１１】上部透明電極の上面に形成される透明導電膜の第２形成パターンを示す上面図である。
【図１２】上部透明電極の上面に形成される透明導電膜の第３形成パターンを示す上面図である。
【図１３】従来のタッチ入力デバイスを電子機器に取り付けた状態を示す断面図である。
【図１４】従来のタッチ入力デバイスが備える感圧センサの分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の全ての図において、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２４】
《第１実施形態》
本発明の第１実施形態にかかるタッチ入力デバイスは、例えば、電子機器、特に携帯電話機若しくはゲーム機などの携帯型電子機器のディスプレイのタッチ入力デバイスとして好適に機能する。本第１実施形態では、タッチ入力デバイスが携帯電話機に搭載される例を説明する。
【００２５】
図１は、本発明の第１実施形態にかかるタッチ入力デバイスを搭載する携帯電話機の斜視図であり、図２は、図１のＡ１−Ａ１線の断面図である。
【００２６】
図１及び図２に示すように、携帯電話機１は、前面に矩形の表示窓２Ａが形成された合成樹脂製の略直方体形状の筐体２と、液晶若しくは有機ＥＬなどの矩形の表示部３Ａを有し且つ筐体２内に内蔵された表示装置３と、表示窓２Ａに嵌め込まれたタッチ入力デバイス４と、筐体２の前面に配置された複数の入力キー５とを備えている。
【００２７】
筐体２の表示窓２Ａは、タッチ入力デバイス４の嵌め込みを許容するため、段差を有するように形成されている。表示窓２Ａの底面には、表示装置３の表示部３Ａが視認できるように矩形の開口部２ａが形成されている。タッチ入力デバイス４は、開口部２ａの周囲の矩形枠状の額縁部分２ｂ上に粘着剤（図示せず）により貼着されて、開口部２ａを塞ぐ。
【００２８】
なお、表示窓２Ａの形状若しくは大きさは、タッチ入力デバイス４の形状若しくは大きさに応じて種々の変更が可能である。表示窓２Ａの段差は、タッチ入力デバイス４の厚みなどに応じて種々の変更が可能である。表示窓２Ａの開口部２ａの形状若しくは大きさは、表示部３Ａの形状若しくは大きさなどに応じて種々の変更が可能である。本第１実施形態では一例として、表示窓２Ａ、開口部２ａ、表示部３Ａ、及びタッチ入力デバイス４の形状を矩形とし、筐体２の表面とタッチ入力デバイス４の表面との高さが同じになるように、表示窓２Ａの段差を設定している。
【００２９】
タッチ入力デバイス４は、タッチ入力デバイス４の入力面に対するタッチ操作に基づいて、その操作位置となる平面座標（ＸＹ座標）を検出するとともに、入力面と直交する方向（Ｚ方向）に加えられた押圧力の強さを検出するように構成されている。
【００３０】
具体的には、タッチパネル入力デバイス４は、入力面となる上部透明基板１１と、筐体２の額縁部分２ｂに接着される部分となる下部透明基板１２とを備えている。上部透明基板１１の下面には、複数の上部透明電極１１ａがストライプ状に配置されている。下部透明基板１２の上面には、複数の下部透明電極１２ａが、複数の上部透明電極１１ａに対して交差する方向（好ましくは直交する方向）にストライプ状に配置されている。本第１実施形態では一例として、複数の上部透明電極１１ａをＸ軸方向にストライプ状に形成し、複数の下部透明電極１２ａをＹ軸方向にストライプ状に形成している。なお、上部透明電極１１ａ及び下部透明電極１２ａは、直線形状に限定されるものではなく、例えば、波形状であっても、太さが途中で変わるようなものであってもよい。また、複数の上部透明電極１１ａ及び複数の下部透明電極１２ａは、図示していないが、バスバー若しくは引き回し先等の外部と通電するための所定のパターンの引き回し回路と接続されている。
【００３１】
複数の下部透明電極１２ａ上には、導電性を有する透明感圧インク部材１３が複数の下部透明電極１２ａを覆うように配置されている。すなわち、透明感圧インク１３は、複数の下部透明電極１２ａの略全体に設けられている。透明感圧インク部材１３は、加えられた押圧力により電気特性が変化する性質を有している。上部透明基板１１と下部透明基板１２との対向領域には、隙間形成部材１４が配置されている。隙間形成部材１４は、粘着性を有して上部透明基板１１と下部透明基板１２とを接着するとともに、複数の上部透明電極１２ａと感圧センサ１３との間に隙間２１を形成するための絶縁性部材である。隙間形成部材１４は、タッチ入力デバイス４を厚み方向から見たとき、複数の上部透明電極１１ａ、複数の下部透明電極１２ａ、及び感圧インク部材１３を包含するように枠状に形成されている。
【００３２】
図２に示す上部透明基板１１の上方から使用者の指などの導体が近づけられたとき、上部透明電極１１ａと導体との距離が変化することにより、上部透明電極１１ａと導体との間に発生する静電容量が変化する。また、下部透明電極１２ａと導体との距離が変化することにより、下部透明電極１２ａと導体との間に発生する静電容量が変化する。これらの静電容量の変化を検出することにより、平面視における導体の位置（ＸＹ座標）を検出することができる。
【００３３】
図３は、上部透明基板１１の入力面に押圧力Ｐが加えられたときのタッチ入力デバイス４の状態を示している。図３に示すように、上部透明基板１１の入力面に指などの導体により押圧力Ｐが加えられたとき、上部透明基板１１が撓むなどして変形する。これにより、少なくとも押圧力Ｐが加えられた部分に最も近い透明感圧インク部材１３ａが上部透明電極１１ａ及び下部透明電極１２ａの両方に接触して両者が導通する。透明感圧インク部材１３は、上部及び下部透明電極１１ａ，１２ａから受ける挟持力の変化により、電気的特性（抵抗値）が変化するので、当該透明感圧インク部材１３を介して導通した上部透明電極１１ａと下部透明電極１２ａとの間の電圧値を測定することにより、入力面と直交する方向（Ｚ方向）に加えられた押圧力Ｐの強さを検出することができる。
【００３４】
一方、図２に示す上部透明基板１１の上方からペンなどの不導体が近づけられたときは、不導体と上部透明電極１１ａとの間の静電容量、及び不導体と下部透明電極１２ａとの間の静電容量は変化しない。このため、不導体の位置及び不導体による押圧力Ｐは以下のように検知する。
【００３５】
すなわち、ペンなどの不導体により図３に示すように押圧力Ｐが加えられたとき、前述したように、少なくとも押圧力Ｐが加えられた部分に最も近い透明感圧インク部材１３ａが上部透明電極１１ａ及び下部透明電極１２ａの両方に接触して両者が導通する。このとき、複数の上部透明電極１１ａ及び複数の下部透明電極１２ａのうちいずれの上部透明電極１１ａ及び下部透明電極１２ａが導通したかを検出することにより、操作位置となる平面座標（ＸＹ座標）を検出することができる。また、前述したように、透明感圧インク部材１３を介して導通した上部透明電極１１ａと下部透明電極１２ａとの間の電圧値を測定することにより、入力面と直交する方向（Ｚ方向）に加えられた押圧力Ｐの強さを検出することができる。
【００３６】
なお、導体又は不導体で上部透明基板１１を下方に撓ませたとき、上部透明電極１１ａと下部透明電極１２ａとの距離が変化するため、上部透明電極１１ａと下部透明電極１２ａとの間で発生する静電容量が変化する。この静電容量の変化に基づいて、前記操作位置となる平面座標（ＸＹ座標）を検出することもできる。
【００３７】
上部及び下部透明基板１１，１２の厚み寸法は、例えば、２５μｍ〜１００μｍに設定されている。上部及び下部透明基板１１，１２の材質としては、透視性、剛性、及び加工性に優れた材質を用いることが好ましい。例えば、上部透明基板１１の材質としては、ガラス、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）樹脂、若しくは、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂などを用いることができる。また、上部及び下部透明基板１１，１２の材質として、フレキシブル基板に使用可能な材質、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリスチレン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、アクリル系樹脂、若しくは、ＡＮ樹脂などの汎用樹脂を用いることができる。さらに、上部及び下部透明基板１１，１２の材質として、ポリスチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリカーボネート変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、若しくは、超高分子量ポリエチレン樹脂などの汎用エンジニアリング樹脂、又は、ポリスルホン樹脂、ポリフェニレンサルファイド系樹脂、ポリフェニレンオキシド系樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリイミド樹脂、液晶ポリエステル樹脂、若しくは、ポリアリル系耐熱樹脂などのスーパーエンジニアリング樹脂を用いることもできる。
【００３８】
上部及び下部透明電極１１ａ，１２ａの厚み寸法は、例えば、５０〜２０００Åに設定されている。上部及び下部透明電極１１ａ，１２ａは、透明導電膜より構成されている。透明導電膜の材料としては、酸化錫、酸化インジウム、酸化アンチモン、酸化亜鉛、酸化カドミウム、若しくはＩＴＯ等の金属酸化物、又は、銀ナノワイヤー、カーボンナノチューブ、導電性ポリマーの薄膜が一例として挙げられる。上部及び下部透明電極１１ａ，１２ａの形成方法としては、例えば、真空蒸着法、スパッタリング、イオンプレーティング、ＣＶＤ法、若しくは、ロールコーター法などを用いて各透明基板１１，１２の全面に導電性被膜を形成した後、不要な部分をエッチング除去する方法がある。前記エッチングは、電極として残したい部分にフォトリソ法又はスクリーン法などによりレジストを形成した後、塩酸などのエッチング液に浸漬することにより行うことができる。また、前記エッチングは、前記レジストの形成後、エッチング液を噴射してレジストが形成されていない部分の導電性被膜を除去し、その後、溶剤に浸漬することによりレジストを膨潤又は溶解させて除去することにより行うこともできる。また、上部及び下部透明電極１１ａ，１２ａの形成は、レーザーにより行うこともできる。
【００３９】
透明感圧インク部材１３の厚み寸法（下部透明基板１２からの高さ）は、下部透明電極１２ａの厚み寸法よりも大きく、例えば１μｍ〜１０μｍに設定されている。透明感圧インク部材１３を構成する組成物は、外力に応じて電気抵抗値などの電気特性が変化する導電性の素材で構成されている。より具体的には、透明感圧インク部材１３は、圧力の印加に伴って、前記組成物の内部に多数含まれる導電性の粒子である感圧粒子間であって、近接している複数の感圧粒子間で、直接的な接触の有無とは関係なく、トンネル電流が流れて、絶縁状態から通電状態に変化するものである。前記組成物として、例えば、英国のダーリントン（Dａｒｌｉｎｇｔｏｎ）のペラテック社（Ｐｅｒａｔｅｃｈ ＬＴＤ）から商品名「ＱＴＣ Ｃｌｅａｒ」で入手可能な量子トンネル現象複合材料（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）を用いることができる。なお、量子トンネル現象複合材料を用いることで、透明感圧インク部材１３は、加えられた力に応じて抵抗値を変化させることができる。透明感圧インク部材１３は、塗布により下部透明基板１２に配置することができる。透明感圧インク部材１３の塗布方法としては、スクリーン印刷、オフセット印刷、グラビア印刷、又はフレキソ印刷などの印刷法を用いることができる。
【００４０】
隙間保持部材１４の厚み寸法は、例えば、２〜３００μｍに設定されている。隙間形成部材１４としては、例えば、ポリエチレンテレフタレートフィルムなどの芯材の両面にアクリル系の接着糊などの粘着剤を形成した両面粘着テープのほか、ＵＶ硬化性接着剤、熱硬化性接着剤、湿気硬化型接着剤、嫌気性硬化型接着剤を用いることができる。
【００４１】
以上、本第１実施形態にかかるタッチ入力デバイスによれば、上部透明基板１１と下部透明基板１２の２つの基板に、タッチパネルの機能を発揮するために必要な上部透明電極１１ａ及び下部透明電極１２ａと、感圧センサの機能を発揮するために必要な透明感圧インク部材１３とを設けるようにしている。これにより、従来のタッチ入力デバイスに比べて、厚みを大幅に抑えることができる。
【００４２】
また、本第１実施形態にかかるタッチ入力デバイスによれば、透明感圧インク部材１３を、枠状に設けるのではなく、複数の下部透明電極１２ａを覆うように設けている。すなわち、複数の下部透明基板１２ａの略全体に透明感圧インク部材１３を設けるようにしている。これにより、感度のバラツキを抑えることができる。また、感圧インク部材として透明感圧インク部材１３を用いているので、感圧インク部材による透過率（表示部３Ａの視認性）の低下を抑えることができる。また、特許文献１のように、隙間形成部材１４に貫通穴を設ける必要がないので、上部透明基板１１と下部透明基板１２との接着性を向上させることができる。
【００４３】
また、本第１実施形態にかかるタッチ入力デバイスによれば、透明感圧インク部材１３の幅寸法に依存することなく、筐体２の額縁部分２ｂの幅寸法を小さくすることができるので、表示部３Ａの面積を大きくすることができる。
【００４４】
また、本第１実施形態にかかるタッチ入力デバイスは、抵抗膜方式のタッチパネルとしても、静電容量方式のタッチパネルとしても、またそれら両方の方式に対応可能なタッチパネルとしても使用することができる。
【００４５】
なお、本発明は前記第１実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施可能である。例えば、前記第１実施形態では、図２に示すように、複数の下部透明電極１２ａのそれぞれに透明感圧インク部材１３を形成するようにしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図４に示すように、複数の下部透明電極１２ａを１つの透明感圧インク部材１３で覆うようにしてもよい。
【００４６】
また、前記第１実施形態では、複数の下部透明電極１２ａのみに透明感圧インク部材１３を形成するようにしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図５に示すように、複数の上部透明電極１１ａ及び複数の下部透明電極１２ａの両方を透明感圧インク部材１３で覆うようにしてもよい。また、複数の上部透明電極１１ａのみに透明感圧インク部材１３を形成するようにしてもよい。すなわち、複数の上部透明電極１１ａ及び複数の下部透明電極１２ａの少なくともいずれか一方を透明感圧インク部材１３で覆うようにすればよい。なお、上部透明基板１１に押圧力Ｐが加えられたとき、通常、上部透明基板１１の方が下部透明基板１２に比べて変形量（撓み量）が大きくなる。この変形量の違いにより、上部透明電極１１ａに設けられた透明感圧インク部材１３の方が、下部透明電極１２ａに設けられた透明感圧インク部材１３よりも劣化しやすい。このため、複数の上部透明電極１１ａ及び複数の下部透明電極１２ａのいずれか一方に透明感圧インク部材１３を設ける場合は、複数の下部透明電極１２ａに透明感圧インク部材１３を設ける方が好ましい。
【００４７】
また、前記第１実施形態では、上部透明基板１１の上面を入力面とし、上部透明基板１１が直接押圧されるように構成したが、本発明はこれに限定されない。例えば、上部透明基板１１の上面に、保護パネルなどの別の透明基板を設けて、上部透明基板１１が間接的に押圧されるように構成してもよい。この場合、上部透明基板１１が外部に露出しないので、上部透明基板１１の材質として表面耐擦性などが優れた材質を用いる必要性をなくすことができる。なお、保護パネルは、上部透明基板１１を保護するためのフィルム又は板材であり、耐傷性、防汚性を備えるものである。保護パネルの厚み寸法は、例えば、０．２５〜３．００ｍｍである。保護パネルとしては、例えば、有機無機ハイブリッド材料を使用することができる。また、上部透明基板１１の上面に本発明のタッチパネルを装飾する加飾層を設けてもよい。
【００４８】
また、前記第１実施形態では、下部透明基板１２の下面を筐体２の額縁部分２ｂに直接接着するようにしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、下部透明基板１２の下面に別の透明基板を設けて、下部透明基板１２が間接的に筐体２の額縁部分２ｂに接着されるように構成してもよい。また、下部透明基板１２の下面には、表示装置３から発生する妨害電磁波（交流のノイズ）を遮蔽する、いわゆる電磁シールドの役割を果たす電磁シールド用透明電極が設けられることが好ましい。この電磁シールド用透明電極は、前記別の透明基板に設けられてもよい。
【００４９】
次に、図６を用いて、本第１実施形態にかかるタッチ入力デバイス４の押圧位置検出方法の一例について説明する。図６は、複数の上部透明電極がそれぞれスイッチを介して連結されると共に、複数の下部透明電極がそれぞれスイッチを介して連結された状態を模式的に示す説明図である。
【００５０】
ここでは、説明の便宜上、複数の上部透明電極１１ａは、８本の上部透明電極１１ａ１〜１１ａ８で構成されるものする。また、複数の下部透明電極１２ａは、８本の下部透明電極１２ａ１〜１２ａ８で構成されるものとする。また、タッチ入力デバイス４は、静電容量方式のタッチパネルとして使用されるものとする。
【００５１】
図６に示すように、上部透明電極１１ａ１〜１１ａ８及び下部透明電極１２ａ１〜１２ａ８は、上部透明基板１１が押圧された位置を検出するための検出回路６と接続されている。上部透明電極１１ａ１〜１１ａ８のそれぞれと検出回路６とは、スイッチＳ１〜Ｓ８により接離されている。また、下部透明電極１２ａ１〜１２ａ８のそれぞれと検出回路６とは、スイッチＳ１１〜Ｓ１８により接離されている。スイッチＳ１〜Ｓ８及びスイッチＳ１１〜Ｓ１８はそれぞれ、制御部７によりオンオフを制御される。
【００５２】
例えば、制御部７は、スイッチＳ１〜Ｓ８及びスイッチＳ１１〜Ｓ１８のオンオフを以下のように制御する。
【００５３】
まず、制御部７は、スイッチＳ１〜Ｓ８のうちスイッチＳ１のみをオンする。これにより、検出回路６が上部透明電極１１ａ１と指との間に発生する静電容量を検出する。
次いで、制御部７は、スイッチＳ１をオフしてスイッチＳ２をオンする。これにより、検出回路６が上部透明電極１１ａ２と指との間に発生する静電容量を検出する。
次いで、制御部７は、スイッチＳ２をオフしてスイッチＳ３をオンする。これにより、検出回路６が上部透明電極１１ａ３と指との間に発生する静電容量を検出する。
以下同様にして、制御部７は、１つのスイッチをオンして他のスイッチをオフする制御をスイッチＳ１〜Ｓ８まで繰り返し、検出回路６は、オンされたスイッチに接続された上部透明電極と指との間に発生する静電容量を逐次検出する。
【００５４】
前記スイッチＳ１〜Ｓ８のオンオフ制御に同期して又は前記オンオフ制御の後、制御部７は、スイッチＳ１１〜Ｓ１８のうちスイッチＳ１１のみをオンする。これにより、検出回路６が下部透明電極１２ａ１と指との間に発生する静電容量を検出する。
次いで、制御部７は、スイッチＳ１１をオフしてスイッチＳ１２をオンする。これにより、検出回路６が下部透明電極１２ａ２と指との間に発生する静電容量を検出する。
次いで、制御部７は、スイッチＳ１２をオフしてスイッチＳ１３をオンする。これにより、検出回路６が、下部透明電極１２ａ３と指との間に発生する静電容量を検出する。
以下同様にして、制御部７は、１つのスイッチをオンして他のスイッチをオフする制御をスイッチＳ１１〜Ｓ１８まで繰り返し、検出回路６は、オンされたスイッチに接続された上部透明電極と指との間に発生する静電容量を逐次検出する。
【００５５】
例えば、上部透明電極１１ａ３と下部透明電極１２ａ３との交点Ｂ１に使用者の指が近づいたとき、上部透明電極１１ａ１〜８と指との間に発生する各静電容量の検出値のうち、
上部透明電極１１ａ３と指との間に発生する静電容量の検出値が最も大きくなる。また、下部透明電極１２ａ１〜８と指との間に発生する各静電容量の検出値のうち、下部透明電極１２ａ３と指との間に発生する静電容量の検出値が最も大きくなる。従って、これら最も大きい検出値に基づいて、指が近づいた位置を特定することができる。
【００５６】
なお、前述したように、本第１実施形態にかかるタッチ入力デバイス４は、抵抗膜方式のタッチパネルとしても、静電容量方式のタッチパネルとしても使用することができる。例えば、タッチ入力デバイス４は、抵抗膜式デジタル型タッチパネルやミューチュアル（mutual）式静電容量方式タッチパネル、セルフ(self)式静電容量方式タッチパネルなどに適用可能である。一般に、抵抗膜式デジタル型タッチパネルは、ミューチュアル（mutual）式静電容量方式タッチパネルと比べて、電極幅（配線幅）が狭いため、感度の低下が懸念されている。また、抵抗膜式デジタル型タッチパネルでは、上部電極と下部電極の電極幅がほぼ同じであることが多いが、ミューチュアル式静電容量方式タッチパネルでは、送信側と受信側とで電極幅が異なることが多い（相互の干渉による感度低下を防ぐため）。また、セルフ(self)式静電容量方式タッチパネルは、各電極幅が狭く、感度が十分に確保できない。さらに、静電検出状態のまま、上部電極と下部電極が接触した場合、静電容量の検出ができなくなるおそれがある。
【００５７】
そこで、制御部７は、スイッチＳ１〜Ｓ８及びスイッチＳ１１〜Ｓ１８のオンオフを、例えば以下のように制御することが好ましい。
【００５８】
まず、制御部７は、スイッチＳ１〜Ｓ８のうちスイッチＳ１，Ｓ２（互いに隣接する２つのスイッチ）を同時にオンする。これにより、検出回路６が上部透明電極１１ａ１，１１ａ２と指との間に発生する静電容量を検出する。
次いで、制御部７は、スイッチＳ１，Ｓ２をオフしてスイッチＳ３，Ｓ４をオンする。これにより、検出回路６が上部透明電極１１ａ３，１１ａ４と指との間に発生する静電容量を検出する。
以下同様にして、制御部７は、互いに隣り合う２つのスイッチをオンして他のスイッチをオフする制御をスイッチＳ１〜Ｓ８まで繰り返し、検出回路６は、オンされたスイッチに接続された２本の上部透明電極と指との間に発生する静電容量を逐次検出する。
【００５９】
前記スイッチＳ１〜Ｓ８のオンオフ制御に同期して又は前記オンオフ制御の後、制御部７は、スイッチＳ１１〜Ｓ１８のうちスイッチＳ１１，Ｓ１２（互いに隣接する２つのスイッチ）をオンする。これにより、検出回路６が下部透明電極１２ａ１，１２ａ２と指との間に発生する静電容量を検出する。
次いで、制御部７は、スイッチＳ１１，Ｓ１２をオフしてスイッチＳ１３，Ｓ１４をオンする。これにより、検出回路６が下部透明電極１２ａ３，１２ａ４と指との間に発生する静電容量を検出する。
以下同様にして、制御部７は、互いに隣り合う２つのスイッチをオンして他のスイッチをオフする制御をスイッチＳ１１〜Ｓ１８まで繰り返し、検出回路６は、オンされたスイッチに接続された２本の下部透明電極と指との間に発生する静電容量を逐次検出する。
【００６０】
例えば、上部透明電極１１ａ３と下部透明電極１２ａ３との交点Ｂ１に使用者の指が近づいたとき、上部透明電極１１ａ１〜８と指との間に発生する各静電容量の検出値のうち、
上部透明電極１１ａ３，１１ａ４と指との間に発生する静電容量の検出値が最も大きくなる。また、下部透明電極１２ａ１〜８と指との間に発生する各静電容量の検出値のうち、下部透明電極１２ａ３，１２ａ４と指との間に発生する静電容量の検出値が最も大きくなる。従って、これら最も大きい検出値に基づいて、指が近づいた位置を特定することができる。
【００６１】
前述のような互いに隣り合う２つのスイッチを同期してオンする制御を行うことで、見かけ上、電極幅を２倍にすることができる。これにより、上部透明電極１１及び下部透明電極１２の電極幅が狭い場合であっても、見かけ上、それらの電極幅を大きくして、感度を向上させることができる。なお、前記では、互いに隣り合う２つのスイッチを同期してオンする制御を行うようにしたが、互いに隣り合う３以上のスイッチを同期してオンする制御を行うようにしてもよい。これにより、感度を任意に変化させることが可能になる。
【００６２】
また、前記では、スイッチＳ１〜Ｓ８及びスイッチＳ１１〜Ｓ１８の全てを順にオンするようにしたが、例えば、スイッチＳ１、スイッチＳ３、スイッチＳ５、スイッチＳ７の順にオンするなど、オンするスイッチを減らしてもよい。すなわち、検出解像度が低下しない範囲で、オンするスイッチを間引いてもよい。これにより、見かけ上、電極幅を狭くすることができ、検出速度の低下を防ぐことができる。
【００６３】
また、前記では、スイッチＳ１〜Ｓ８を，スイッチＳ１，Ｓ２→スイッチＳ３，Ｓ４→スイッチＳ５，Ｓ６・・・の順にオンするようにしたが、スイッチＳ１，Ｓ２→スイッチＳ２，Ｓ３→スイッチＳ３，Ｓ４・・・の順にオンするようにしてもよい。スイッチＳ１，Ｓ２→スイッチＳ３，Ｓ４→スイッチＳ５，Ｓ６・・・の順にオンするようにした場合、スイッチＳ１〜Ｓ８を１つずつ順にオンする場合と比べて解像度が半分になる。この解像度の低下は、互いに隣り合う３以上のスイッチを同期してオンする制御を行うようにした場合に特に顕著になる。スイッチＳ１，Ｓ２→スイッチＳ２，Ｓ３→スイッチＳ３，Ｓ４・・・の順にオンする、すなわち、オンするスイッチを一部重複させることで、感度を向上させつつ、解像度の低下を低減することが可能になる。なお、前記では、スイッチＳ１〜Ｓ８のオンオフ制御について述べたが、スイッチＳ１１〜Ｓ１８についても同様である。
【００６４】
《第２実施形態》
図７は、本発明の第２実施形態にかかるタッチ入力デバイスの模式断面図である。本第２実施形態にかかるタッチ入力デバイス４Ａが、前記第１実施形態にかかるタッチ入力デバイス４と異なる点は、隙間２１に絶縁性を有する透明液４１が充填されている点である。
【００６５】
前記第１実施形態のタッチ入力デバイス４において隙間２１には空気が存在する。空気は透明であるので、タッチ入力デバイス４の全体の透過率は高い。しかしながら、タッチ入力デバイス４を見る角度によっては、隙間２１に存在する空気に起因して光が反射し、透過率が低下することがある。
【００６６】
これに対し、本第２実施形態にかかるタッチ入力デバイス４Ａによれば、隙間２１に絶縁性を有する透明液４１を充填することにより、光の反射を抑えて、透過率の低下を抑えることができる。また、液体は、通常、空気よりも誘電率が高いので、隙間２１に絶縁性を有する透明液４１を充填することにより、感度を向上させることができる。
【００６７】
なお、隙間２１に透明液４１を充填する場合、透明液４１が漏れ出さないように、隙間２１の密閉度を高くする必要がある。このため、図８に示すように、タッチ入力デバイス４Ａに押圧力Ｐが加えられ、上部透明基板１１などが変形したときであっても、隙間２１の体積が変わらないように、隙間形成部材１４は弾性変形可能に構成されることが好ましい。
【００６８】
透明液４１としては、シリコーン系、フッ素系、炭化水素系又はアルコール系の不活性液体を用いることが好ましい。この種の透明液としては、例えば、３Ｍ社製のフロリナート（登録商標）、ノベック（登録商標）、信越化学社製のシリコンオイル（商品名「ＫＦ」、「ＨＩＶＡＣ」）、炭化水素系の光学オイル、アルコール系のポリエチレングリコールなどが挙げられる。
【００６９】
また、透明液４１の屈折率は、空気よりも高い、すなわち１．０より高いことが好ましい。これにより、ニュートンリングの発生を抑えて、光学特性透過率を向上させ、表示部３Ａの視認性を向上させることができる。また、透明液４１の屈折率は、上部透明基板１１の屈折率の±０．５の範囲にあることがさらに好ましい。これにより、ニュートンリングの発生をより一層抑えて、光学特性透過率を一層向上させ、表示部３Ａの視認性を一層向上させることができる。
【００７０】
また、透明液４１の動粘度が高すぎると、タッチ入力デバイス４Ａを押圧したときに、上部透明電極１１ａと透明感圧インク部材１３とが接触し難くなる。このため、透明液４１の２５℃における動粘度は、５０万ｍｍ２／Ｓより低いことが好ましい。また、透明液４１の２５℃における動粘度は、５万ｍｍ２／Ｓより低いことがさらに好ましい。これにより、上部透明電極１１ａと透明感圧インク部材１３とをより一層接触し易くすることができるとともに、当該接触後に元の状態に戻り易くすることができる。また、透明液４１の２５℃における動粘度が低いと、透明液４１を密封する部材（例えば、上部透明基板１１及び下部透明基板１２など）の剛性が低い場合においてタッチ入力デバイス４Ａを垂直方向に配置したときに、絶縁性を保持することができないおそれがある。このため、透明液４１の２５℃における動粘度は、０．６５ｍｍ２／Ｓであることが好ましい。
【００７１】
また、透明液４１には、耐熱性の範囲が−４５℃〜１２５℃であるものを使用することが好ましい。これにより、通常の使用環境によって、透明液４１が固まったり、緩くなったりせず、タッチ入力デバイス４Ａの使用時に安定した入力値を得ること（再現性（精度）を高くすること）ができる。
【００７２】
《第３実施形態》
図９は、本発明の第３実施形態にかかるタッチ入力デバイスの模式断面図である。本第３実施形態にかかるタッチ入力デバイス４Ｂが、前記第２実施形態にかかるタッチ入力デバイス４Ａと異なる点は、上部透明電極１１の上面に透明導電膜５１が形成されている点である。
【００７３】
透明導電膜５１は、例えば携帯電話機のアンテナなどとして機能するよう形成されている。これにより、タッチ入力デバイス４Ｂを携帯電話機等に取り付ける際に、別途アンテナを取り付けるなどの手間を省くことができる。
【００７４】
なお、タッチ入力デバイス４Ｂが静電容量方式のタッチパネルとして使用される場合、上部透明電極１１ａ及び下部透明電極１２ａが形成されている領域ＶＡに透明導電膜５１を形成すると、当該透明導電膜５１により指と上部透明電極１１ａ又は下部透明電極１２ａとの間に発生する静電容量の検知が阻害される。このため、タッチ入力デバイス４Ｂが静電容量方式のタッチパネルとして使用される場合には、図１０に示すように、領域ＶＡの外側の領域に透明導電膜５１Ａを形成することが好ましい。一方、タッチ入力デバイス４Ｂが抵抗膜方式のタッチパネルとして使用される場合には、前記問題が生じない。すなわち、抵抗膜方式の位置検出は、上部透明電極１１ａと下部透明電極１２ａとが導通するか否かを検知することによって行うので、指と上部透明電極１１ａ又は下部透明電極１２ａとの間に発生する静電容量を検知する必要がない。このため、図１１又は図１２に示すように、領域ＶＡを横切るように透明導電膜５１Ｂ，５１Ｃを形成することができる。
【００７５】
なお、前記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明にかかる押圧機能を有するは、厚みを抑えるとともに、感度のバラツキを抑えることができるので、ＰＤＡ、ハンディターミナルなどの携帯情報端末、コピー機、ファクシミリなどのＯＡ機器、スマートフォン、携帯電話機、携帯ゲーム機器、電子辞書、カーナビゲーションシステム、小型ＰＣ、若しくは各種家電品などの電子機器に有用である。
【符号の説明】
【００７７】
１ 携帯電話機
２ 筐体
２Ａ 表示窓
３ 表示装置
３Ａ 表示部
４ タッチ入力デバイス
５ 入力キー
６ 検出回路
７ 制御部
１１ 上部透明基板
１１ａ 上部透明電極
１２ 下部透明基板
１２ａ 下部透明電極
１３ 透明感圧インク部材
１４ 隙間形成部材
２１ 隙間
３１ スイッチ
４１ 透明液
５１ 透明導電膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面に加わった外力のうち、当該面に垂直な方向成分の圧力を測定する押圧検出機能を有するタッチパネルに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、タッチパネルを有する電子機器、特に、携帯電話機や携帯ゲーム機などの携帯型電子機器においては、例えば決定ボタンに代わるものとして、タッチパネルに押圧検出機能を付加することが求められている。ここで、押圧検出機能とは、ある面に加わった外力の圧力（押圧力ともいう）を測定する機能をいう。押圧検出機能を有するタッチパネルとしては、例えば、特許文献１（特許第４６４２１５８号公報）に開示されたものがある。以下、押圧検出機能を有するタッチパネルをタッチ入力デバイスという。
【０００３】
図１３は、特許文献１のタッチ入力デバイスを電子機器に取り付けた状態を示す断面図である。図１３に示すように、特許文献１のタッチ入力デバイスは、タッチパネル本体１０１と、タッチパネル本体１０１の下面に粘着剤１０３により貼着された感圧センサ１０２とを備えている。感圧センサ１０２は、枠状に形成され、電子機器の表示部１０４の周囲に位置する筐体１０５の額縁部分１０５ａに接着されている。
【０００４】
図１４は、感圧センサ１０２の分解斜視図である。図１３及び図１４に示すように、感圧センサ１０２は、上部フィルム１２１と、上部フィルム１２１の下面に対して対向配置された下部フィルム１２２とを備えている。上部フィルム１２１の下面には、上部電極１２１ａが配置されている。下部フィルム１２２の上面には、下部電極１２２ａが配置されている。
【０００５】
上部フィルム１２１のコーナー部には、上部電極１２１ａを被覆するようにドット状の上部感圧インク部材１２３ａが配置されている。下部フィルム１２２のコーナー部には、下部電極１２２ａを被覆し且つ上部感圧インク部材１２３ａと対向するようにドット状の下部感圧インク部材１２３ｂが配置されている。上部フィルム１２１と下部フィルム１２２との対向領域には、隙間保持部材１２４が配置されている。隙間保持部材１２４は、粘着性を有して上部フィルム１２１と下部フィルム１２２とを接着するとともに、上部感圧インク部材１２３ａと下部感圧インク部材１２３ｂとの各対向面間に隙間１３１を保持するための絶縁性部材である。隙間保持部材１２４のコーナー部には、貫通穴１２４ａが設けられている。当該貫通穴１２４ａ内に上部及び下部感圧インク部材１２３ａ，１２３ｂが配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４６４２１５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記構成を有する特許文献１のタッチ入力デバイスにおいては、タッチパネル本体１０１と感圧センサ１０２とを厚み方向に直列的に積層しているので、タッチ入力デバイスの厚みが大きいという課題がある。また、感圧センサ１０２が枠状に形成されているため、タッチパネル本体１０１の中心部を押圧したときと、タッチパネル本体１０１の周縁部を押圧したときとでは、感圧センサ１０２の感度が異なる。すなわち、押圧位置によって感圧センサ１０２の感度にバラツキがあるという課題がある。
【０００８】
また、近年、電子機器の表示部１０４の面積を大きくすることが求められている。表示部１０４の面積を大きくするには、感圧センサ１０２及び筐体１０５の額縁部分１０５ａの幅寸法を小さくことが有効であると考えられる。しかしながら、感圧センサ１０２の幅寸法を小さくすることは、前記感度のバラツキを大きくすることにつながる。このため、感圧センサ１０２の幅寸法を小さくすることには限界がある。
【０００９】
また、従来の感圧センサ１０２は、上部フィルム１２１、上部電極１２１ａ、上部感圧インク部材１２３ａと、下部フィルム１２２、下部電極１２２ｂ、下部感圧インク部材１２３ｂとが隙間保持部材１２４を介して接着される構造となっている。隙間保持部材１２４には、感圧センサ１０２を押圧したときに上部感圧インク部材１２３ａと下部感圧インク部材１２３ｂとが接触するように、貫通穴１２４ａが形成されている。この貫通穴１２４ａが形成された部分では、当然ながら、上部フィルム１２２、上部電極１２１ａ、上部感圧インク部材１２３ａと、下部フィルム１２２、下部電極１２２ｂ、下部感圧インク部材１２３ｂとが接着しない。そのため、上部フィルム１２１と下部フィルム１２２とが剥がれ易いという問題がある。
【００１０】
従って、本発明の目的は、前記課題を解決することにあって、厚みを抑えるとともに、感度のバラツキを抑えることができる押圧検出機能を有するタッチパネルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
本発明の第１態様によれば、上部透明基板と、
前記上部透明基板の下面にストライプ状に配置された複数の上部透明電極と、
前記上部透明基板の下面に対して対向配置された下部透明基板と、
前記下部透明電極の上面に、前記複数の上部透明電極に対して交差する方向にストライプ状に配置された複数の下部透明電極と、
前記上部透明基板と前記下部透明基板との対向領域に配置され、粘着性を有して前記上部透明基板と前記下部透明基板とを接着するとともに、前記複数の上部透明電極と前記複数の下部透明電極との間に隙間を形成する隙間形成部材と、
前記複数の上部透明電極又は前記複数の下部透明電極の少なくとも一方を覆うように設けられ、加えられた押圧力により電気特性が変化する導電性の透明感圧インク部材と、
を備え、
前記上部透明基板の厚み方向に外力が加わることにより前記上部透明基板が変形したとき、前記透明感圧インク部材が前記上部透明電極及び前記下部透明電極の両方に接触して両者を導通させる、押圧検出機能を有するタッチパネルを提供する。
【００１２】
本発明の第２態様によれば、前記透明感圧インク部材は、前記複数の下部透明電極のみを覆うように設けられている、第１態様に記載の押圧検出機能を有するタッチパネルを提供する。
【００１３】
本発明の第３態様によれば、前記隙間には、絶縁性を有する透明液が充填されている、第１又は２態様に記載の押圧検出機能を有するタッチパネルを提供する。
【００１４】
本発明の第４態様によれば、前記透明液の屈折率は、空気の屈折率よりも高い、第３態様に記載の押圧検出機能を有するタッチパネルを提供する。
【００１５】
本発明の第５態様によれば、前記透明液の２５℃における動粘度は、５０万ｍｍ２／Ｓより低い、第３又は４態様に記載の押圧検出機能を有するタッチパネルを提供する。
【００１６】
本発明の第６態様によれば、前記透明液の耐熱性の範囲は、−４５℃〜１２５℃である、第３〜５態様のいずれか１つに記載の押圧検出機能を有するタッチパネルを提供する。
【００１７】
本発明の第７態様によれば、前記上部透明電極の上面には、透明導電膜が形成されている、第１〜６態様のいずれか１つに記載の押圧検出機能を有するタッチパネルを提供する。
【００１８】
本発明の第８態様によれば、前記複数の上部透明電極及び前記複数の下部透明電極のそれぞれと接続された、前記上部透明基板が押圧された位置を検出するための検出回路と、
前記複数の上部透明電極及び前記複数の下部透明電極のそれぞれと前記検出回路とを間を接離する複数のスイッチと、
前記複数のスイッチを、互いに隣り合う所定数のスイッチ毎にオンオフを制御する制御部と、
を備える、第１〜７態様のいずれか１つに記載の押圧検出機能を有するタッチパネルを提供する。
【発明の効果】
【００１９】
従来の押圧検出機能を有するタッチパネルは、タッチパネル本体と感圧センサとを別々に作製した後、組み合わせるという思想の下で作製されている。このため、タッチパネル本体の各電極及び感圧センサの各電極を支持する複数の基板、それらの基板を接着する複数の接着層がそれぞれ必要になり、厚みが大きくなる。
【００２０】
これに対し、本発明にかかる押圧検出機能を有するタッチパネルによれば、上部透明基板と下部透明基板の２つの基板に、タッチパネルの機能を発揮するために必要な上部透明電極及び下部透明電極と、感圧センサの機能を発揮するために必要な感圧インク部材とを設けるようにしている。これにより、厚みを大幅に抑えることができる。
【００２１】
また、本発明にかかる押圧検出機能を有するタッチパネルによれば、透明感圧インク部材を、枠状に設けるのではなく、複数の上部透明電極又は複数の下部透明電極の少なくとも一方を覆うように設けている。すなわち、複数の上部透明基板又は複数の下部透明基板の略全体に透明感圧インク部材を設けるようにしている。これにより、感度のバラツキを抑えることができる。また、感圧インク部材として透明感圧インク部材を用いているので、感圧インク部材による透過率（表示部の視認性）の低下を抑えることができる。また、特許文献１のように、隙間形成部材に貫通穴を設ける必要がないので、上部透明基板と下部透明基板との接着性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるタッチ入力デバイスを搭載する携帯電話機の斜視図である。
【図２】図１のＡ１−Ａ１線の模式断面図である。
【図３】図１のタッチ入力デバイスにおいて、上部透明基板の入力面に押圧力が加えられたときの状態を示す模式断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態にかかるタッチ入力デバイスの第１変形例を示す模式断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態にかかるタッチ入力デバイスの第２変形例を示す模式断面図である。
【図６】複数の上部透明電極がそれぞれスイッチを介して連結されると共に、複数の下部透明電極がそれぞれスイッチを介して連結された状態を模式的に示す説明図である。
【図７】本発明の第２実施形態にかかるタッチ入力デバイスの模式断面図である。
【図８】図７のタッチ入力デバイスにおいて、上部透明基板の入力面に押圧力が加えられたときの状態を示す模式断面図である。
【図９】本発明の第３実施形態にかかるタッチ入力デバイスの模式断面図である。
【図１０】上部透明電極の上面に形成される透明導電膜の第１形成パターンを示す上面図である。
【図１１】上部透明電極の上面に形成される透明導電膜の第２形成パターンを示す上面図である。
【図１２】上部透明電極の上面に形成される透明導電膜の第３形成パターンを示す上面図である。
【図１３】従来のタッチ入力デバイスを電子機器に取り付けた状態を示す断面図である。
【図１４】従来のタッチ入力デバイスが備える感圧センサの分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の全ての図において、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２４】
《第１実施形態》
本発明の第１実施形態にかかるタッチ入力デバイスは、例えば、電子機器、特に携帯電話機若しくはゲーム機などの携帯型電子機器のディスプレイのタッチ入力デバイスとして好適に機能する。本第１実施形態では、タッチ入力デバイスが携帯電話機に搭載される例を説明する。
【００２５】
図１は、本発明の第１実施形態にかかるタッチ入力デバイスを搭載する携帯電話機の斜視図であり、図２は、図１のＡ１−Ａ１線の断面図である。
【００２６】
図１及び図２に示すように、携帯電話機１は、前面に矩形の表示窓２Ａが形成された合成樹脂製の略直方体形状の筐体２と、液晶若しくは有機ＥＬなどの矩形の表示部３Ａを有し且つ筐体２内に内蔵された表示装置３と、表示窓２Ａに嵌め込まれたタッチ入力デバイス４と、筐体２の前面に配置された複数の入力キー５とを備えている。
【００２７】
筐体２の表示窓２Ａは、タッチ入力デバイス４の嵌め込みを許容するため、段差を有するように形成されている。表示窓２Ａの底面には、表示装置３の表示部３Ａが視認できるように矩形の開口部２ａが形成されている。タッチ入力デバイス４は、開口部２ａの周囲の矩形枠状の額縁部分２ｂ上に粘着剤（図示せず）により貼着されて、開口部２ａを塞ぐ。
【００２８】
なお、表示窓２Ａの形状若しくは大きさは、タッチ入力デバイス４の形状若しくは大きさに応じて種々の変更が可能である。表示窓２Ａの段差は、タッチ入力デバイス４の厚みなどに応じて種々の変更が可能である。表示窓２Ａの開口部２ａの形状若しくは大きさは、表示部３Ａの形状若しくは大きさなどに応じて種々の変更が可能である。本第１実施形態では一例として、表示窓２Ａ、開口部２ａ、表示部３Ａ、及びタッチ入力デバイス４の形状を矩形とし、筐体２の表面とタッチ入力デバイス４の表面との高さが同じになるように、表示窓２Ａの段差を設定している。
【００２９】
タッチ入力デバイス４は、タッチ入力デバイス４の入力面に対するタッチ操作に基づいて、その操作位置となる平面座標（ＸＹ座標）を検出するとともに、入力面と直交する方向（Ｚ方向）に加えられた押圧力の強さを検出するように構成されている。
【００３０】
具体的には、タッチパネル入力デバイス４は、入力面となる上部透明基板１１と、筐体２の額縁部分２ｂに接着される部分となる下部透明基板１２とを備えている。上部透明基板１１の下面には、複数の上部透明電極１１ａがストライプ状に配置されている。下部透明基板１２の上面には、複数の下部透明電極１２ａが、複数の上部透明電極１１ａに対して交差する方向（好ましくは直交する方向）にストライプ状に配置されている。本第１実施形態では一例として、複数の上部透明電極１１ａをＸ軸方向にストライプ状に形成し、複数の下部透明電極１２ａをＹ軸方向にストライプ状に形成している。なお、上部透明電極１１ａ及び下部透明電極１２ａは、直線形状に限定されるものではなく、例えば、波形状であっても、太さが途中で変わるようなものであってもよい。また、複数の上部透明電極１１ａ及び複数の下部透明電極１２ａは、図示していないが、バスバー若しくは引き回し先等の外部と通電するための所定のパターンの引き回し回路と接続されている。
【００３１】
複数の下部透明電極１２ａ上には、導電性を有する透明感圧インク部材１３が複数の下部透明電極１２ａを覆うように配置されている。すなわち、透明感圧インク１３は、複数の下部透明電極１２ａの略全体に設けられている。透明感圧インク部材１３は、加えられた押圧力により電気特性が変化する性質を有している。上部透明基板１１と下部透明基板１２との対向領域には、隙間形成部材１４が配置されている。隙間形成部材１４は、粘着性を有して上部透明基板１１と下部透明基板１２とを接着するとともに、複数の上部透明電極１２ａと感圧センサ１３との間に隙間２１を形成するための絶縁性部材である。隙間形成部材１４は、タッチ入力デバイス４を厚み方向から見たとき、複数の上部透明電極１１ａ、複数の下部透明電極１２ａ、及び感圧インク部材１３を包含するように枠状に形成されている。
【００３２】
図２に示す上部透明基板１１の上方から使用者の指などの導体が近づけられたとき、上部透明電極１１ａと導体との距離が変化することにより、上部透明電極１１ａと導体との間に発生する静電容量が変化する。また、下部透明電極１２ａと導体との距離が変化することにより、下部透明電極１２ａと導体との間に発生する静電容量が変化する。これらの静電容量の変化を検出することにより、平面視における導体の位置（ＸＹ座標）を検出することができる。
【００３３】
図３は、上部透明基板１１の入力面に押圧力Ｐが加えられたときのタッチ入力デバイス４の状態を示している。図３に示すように、上部透明基板１１の入力面に指などの導体により押圧力Ｐが加えられたとき、上部透明基板１１が撓むなどして変形する。これにより、少なくとも押圧力Ｐが加えられた部分に最も近い透明感圧インク部材１３ａが上部透明電極１１ａ及び下部透明電極１２ａの両方に接触して両者が導通する。透明感圧インク部材１３は、上部及び下部透明電極１１ａ，１２ａから受ける挟持力の変化により、電気的特性（抵抗値）が変化するので、当該透明感圧インク部材１３を介して導通した上部透明電極１１ａと下部透明電極１２ａとの間の電圧値を測定することにより、入力面と直交する方向（Ｚ方向）に加えられた押圧力Ｐの強さを検出することができる。
【００３４】
一方、図２に示す上部透明基板１１の上方からペンなどの不導体が近づけられたときは、不導体と上部透明電極１１ａとの間の静電容量、及び不導体と下部透明電極１２ａとの間の静電容量は変化しない。このため、不導体の位置及び不導体による押圧力Ｐは以下のように検知する。
【００３５】
すなわち、ペンなどの不導体により図３に示すように押圧力Ｐが加えられたとき、前述したように、少なくとも押圧力Ｐが加えられた部分に最も近い透明感圧インク部材１３ａが上部透明電極１１ａ及び下部透明電極１２ａの両方に接触して両者が導通する。このとき、複数の上部透明電極１１ａ及び複数の下部透明電極１２ａのうちいずれの上部透明電極１１ａ及び下部透明電極１２ａが導通したかを検出することにより、操作位置となる平面座標（ＸＹ座標）を検出することができる。また、前述したように、透明感圧インク部材１３を介して導通した上部透明電極１１ａと下部透明電極１２ａとの間の電圧値を測定することにより、入力面と直交する方向（Ｚ方向）に加えられた押圧力Ｐの強さを検出することができる。
【００３６】
なお、導体又は不導体で上部透明基板１１を下方に撓ませたとき、上部透明電極１１ａと下部透明電極１２ａとの距離が変化するため、上部透明電極１１ａと下部透明電極１２ａとの間で発生する静電容量が変化する。この静電容量の変化に基づいて、前記操作位置となる平面座標（ＸＹ座標）を検出することもできる。
【００３７】
上部及び下部透明基板１１，１２の厚み寸法は、例えば、２５μｍ〜１００μｍに設定されている。上部及び下部透明基板１１，１２の材質としては、透視性、剛性、及び加工性に優れた材質を用いることが好ましい。例えば、上部透明基板１１の材質としては、ガラス、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）樹脂、若しくは、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂などを用いることができる。また、上部及び下部透明基板１１，１２の材質として、フレキシブル基板に使用可能な材質、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリスチレン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、アクリル系樹脂、若しくは、ＡＮ樹脂などの汎用樹脂を用いることができる。さらに、上部及び下部透明基板１１，１２の材質として、ポリスチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリカーボネート変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、若しくは、超高分子量ポリエチレン樹脂などの汎用エンジニアリング樹脂、又は、ポリスルホン樹脂、ポリフェニレンサルファイド系樹脂、ポリフェニレンオキシド系樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリイミド樹脂、液晶ポリエステル樹脂、若しくは、ポリアリル系耐熱樹脂などのスーパーエンジニアリング樹脂を用いることもできる。
【００３８】
上部及び下部透明電極１１ａ，１２ａの厚み寸法は、例えば、５０〜２０００Åに設定されている。上部及び下部透明電極１１ａ，１２ａは、透明導電膜より構成されている。透明導電膜の材料としては、酸化錫、酸化インジウム、酸化アンチモン、酸化亜鉛、酸化カドミウム、若しくはＩＴＯ等の金属酸化物、又は、銀ナノワイヤー、カーボンナノチューブ、導電性ポリマーの薄膜が一例として挙げられる。上部及び下部透明電極１１ａ，１２ａの形成方法としては、例えば、真空蒸着法、スパッタリング、イオンプレーティング、ＣＶＤ法、若しくは、ロールコーター法などを用いて各透明基板１１，１２の全面に導電性被膜を形成した後、不要な部分をエッチング除去する方法がある。前記エッチングは、電極として残したい部分にフォトリソ法又はスクリーン法などによりレジストを形成した後、塩酸などのエッチング液に浸漬することにより行うことができる。また、前記エッチングは、前記レジストの形成後、エッチング液を噴射してレジストが形成されていない部分の導電性被膜を除去し、その後、溶剤に浸漬することによりレジストを膨潤又は溶解させて除去することにより行うこともできる。また、上部及び下部透明電極１１ａ，１２ａの形成は、レーザーにより行うこともできる。
【００３９】
透明感圧インク部材１３の厚み寸法（下部透明基板１２からの高さ）は、下部透明電極１２ａの厚み寸法よりも大きく、例えば１μｍ〜１０μｍに設定されている。透明感圧インク部材１３を構成する組成物は、外力に応じて電気抵抗値などの電気特性が変化する導電性の素材で構成されている。より具体的には、透明感圧インク部材１３は、圧力の印加に伴って、前記組成物の内部に多数含まれる導電性の粒子である感圧粒子間であって、近接している複数の感圧粒子間で、直接的な接触の有無とは関係なく、トンネル電流が流れて、絶縁状態から通電状態に変化するものである。前記組成物として、例えば、英国のダーリントン（Dａｒｌｉｎｇｔｏｎ）のペラテック社（Ｐｅｒａｔｅｃｈ ＬＴＤ）から商品名「ＱＴＣ Ｃｌｅａｒ」で入手可能な量子トンネル現象複合材料（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）を用いることができる。なお、量子トンネル現象複合材料を用いることで、透明感圧インク部材１３は、加えられた力に応じて抵抗値を変化させることができる。透明感圧インク部材１３は、塗布により下部透明基板１２に配置することができる。透明感圧インク部材１３の塗布方法としては、スクリーン印刷、オフセット印刷、グラビア印刷、又はフレキソ印刷などの印刷法を用いることができる。
【００４０】
隙間保持部材１４の厚み寸法は、例えば、２〜３００μｍに設定されている。隙間形成部材１４としては、例えば、ポリエチレンテレフタレートフィルムなどの芯材の両面にアクリル系の接着糊などの粘着剤を形成した両面粘着テープのほか、ＵＶ硬化性接着剤、熱硬化性接着剤、湿気硬化型接着剤、嫌気性硬化型接着剤を用いることができる。
【００４１】
以上、本第１実施形態にかかるタッチ入力デバイスによれば、上部透明基板１１と下部透明基板１２の２つの基板に、タッチパネルの機能を発揮するために必要な上部透明電極１１ａ及び下部透明電極１２ａと、感圧センサの機能を発揮するために必要な透明感圧インク部材１３とを設けるようにしている。これにより、従来のタッチ入力デバイスに比べて、厚みを大幅に抑えることができる。
【００４２】
また、本第１実施形態にかかるタッチ入力デバイスによれば、透明感圧インク部材１３を、枠状に設けるのではなく、複数の下部透明電極１２ａを覆うように設けている。すなわち、複数の下部透明基板１２ａの略全体に透明感圧インク部材１３を設けるようにしている。これにより、感度のバラツキを抑えることができる。また、感圧インク部材として透明感圧インク部材１３を用いているので、感圧インク部材による透過率（表示部３Ａの視認性）の低下を抑えることができる。また、特許文献１のように、隙間形成部材１４に貫通穴を設ける必要がないので、上部透明基板１１と下部透明基板１２との接着性を向上させることができる。
【００４３】
また、本第１実施形態にかかるタッチ入力デバイスによれば、透明感圧インク部材１３の幅寸法に依存することなく、筐体２の額縁部分２ｂの幅寸法を小さくすることができるので、表示部３Ａの面積を大きくすることができる。
【００４４】
また、本第１実施形態にかかるタッチ入力デバイスは、抵抗膜方式のタッチパネルとしても、静電容量方式のタッチパネルとしても、またそれら両方の方式に対応可能なタッチパネルとしても使用することができる。
【００４５】
なお、本発明は前記第１実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施可能である。例えば、前記第１実施形態では、図２に示すように、複数の下部透明電極１２ａのそれぞれに透明感圧インク部材１３を形成するようにしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図４に示すように、複数の下部透明電極１２ａを１つの透明感圧インク部材１３で覆うようにしてもよい。
【００４６】
また、前記第１実施形態では、複数の下部透明電極１２ａのみに透明感圧インク部材１３を形成するようにしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図５に示すように、複数の上部透明電極１１ａ及び複数の下部透明電極１２ａの両方を透明感圧インク部材１３で覆うようにしてもよい。また、複数の上部透明電極１１ａのみに透明感圧インク部材１３を形成するようにしてもよい。すなわち、複数の上部透明電極１１ａ及び複数の下部透明電極１２ａの少なくともいずれか一方を透明感圧インク部材１３で覆うようにすればよい。なお、上部透明基板１１に押圧力Ｐが加えられたとき、通常、上部透明基板１１の方が下部透明基板１２に比べて変形量（撓み量）が大きくなる。この変形量の違いにより、上部透明電極１１ａに設けられた透明感圧インク部材１３の方が、下部透明電極１２ａに設けられた透明感圧インク部材１３よりも劣化しやすい。このため、複数の上部透明電極１１ａ及び複数の下部透明電極１２ａのいずれか一方に透明感圧インク部材１３を設ける場合は、複数の下部透明電極１２ａに透明感圧インク部材１３を設ける方が好ましい。
【００４７】
また、前記第１実施形態では、上部透明基板１１の上面を入力面とし、上部透明基板１１が直接押圧されるように構成したが、本発明はこれに限定されない。例えば、上部透明基板１１の上面に、保護パネルなどの別の透明基板を設けて、上部透明基板１１が間接的に押圧されるように構成してもよい。この場合、上部透明基板１１が外部に露出しないので、上部透明基板１１の材質として表面耐擦性などが優れた材質を用いる必要性をなくすことができる。なお、保護パネルは、上部透明基板１１を保護するためのフィルム又は板材であり、耐傷性、防汚性を備えるものである。保護パネルの厚み寸法は、例えば、０．２５〜３．００ｍｍである。保護パネルとしては、例えば、有機無機ハイブリッド材料を使用することができる。また、上部透明基板１１の上面に本発明のタッチパネルを装飾する加飾層を設けてもよい。
【００４８】
また、前記第１実施形態では、下部透明基板１２の下面を筐体２の額縁部分２ｂに直接接着するようにしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、下部透明基板１２の下面に別の透明基板を設けて、下部透明基板１２が間接的に筐体２の額縁部分２ｂに接着されるように構成してもよい。また、下部透明基板１２の下面には、表示装置３から発生する妨害電磁波（交流のノイズ）を遮蔽する、いわゆる電磁シールドの役割を果たす電磁シールド用透明電極が設けられることが好ましい。この電磁シールド用透明電極は、前記別の透明基板に設けられてもよい。
【００４９】
次に、図６を用いて、本第１実施形態にかかるタッチ入力デバイス４の押圧位置検出方法の一例について説明する。図６は、複数の上部透明電極がそれぞれスイッチを介して連結されると共に、複数の下部透明電極がそれぞれスイッチを介して連結された状態を模式的に示す説明図である。
【００５０】
ここでは、説明の便宜上、複数の上部透明電極１１ａは、８本の上部透明電極１１ａ１〜１１ａ８で構成されるものする。また、複数の下部透明電極１２ａは、８本の下部透明電極１２ａ１〜１２ａ８で構成されるものとする。また、タッチ入力デバイス４は、静電容量方式のタッチパネルとして使用されるものとする。
【００５１】
図６に示すように、上部透明電極１１ａ１〜１１ａ８及び下部透明電極１２ａ１〜１２ａ８は、上部透明基板１１が押圧された位置を検出するための検出回路６と接続されている。上部透明電極１１ａ１〜１１ａ８のそれぞれと検出回路６とは、スイッチＳ１〜Ｓ８により接離されている。また、下部透明電極１２ａ１〜１２ａ８のそれぞれと検出回路６とは、スイッチＳ１１〜Ｓ１８により接離されている。スイッチＳ１〜Ｓ８及びスイッチＳ１１〜Ｓ１８はそれぞれ、制御部７によりオンオフを制御される。
【００５２】
例えば、制御部７は、スイッチＳ１〜Ｓ８及びスイッチＳ１１〜Ｓ１８のオンオフを以下のように制御する。
【００５３】
まず、制御部７は、スイッチＳ１〜Ｓ８のうちスイッチＳ１のみをオンする。これにより、検出回路６が上部透明電極１１ａ１と指との間に発生する静電容量を検出する。
次いで、制御部７は、スイッチＳ１をオフしてスイッチＳ２をオンする。これにより、検出回路６が上部透明電極１１ａ２と指との間に発生する静電容量を検出する。
次いで、制御部７は、スイッチＳ２をオフしてスイッチＳ３をオンする。これにより、検出回路６が上部透明電極１１ａ３と指との間に発生する静電容量を検出する。
以下同様にして、制御部７は、１つのスイッチをオンして他のスイッチをオフする制御をスイッチＳ１〜Ｓ８まで繰り返し、検出回路６は、オンされたスイッチに接続された上部透明電極と指との間に発生する静電容量を逐次検出する。
【００５４】
前記スイッチＳ１〜Ｓ８のオンオフ制御に同期して又は前記オンオフ制御の後、制御部７は、スイッチＳ１１〜Ｓ１８のうちスイッチＳ１１のみをオンする。これにより、検出回路６が下部透明電極１２ａ１と指との間に発生する静電容量を検出する。
次いで、制御部７は、スイッチＳ１１をオフしてスイッチＳ１２をオンする。これにより、検出回路６が下部透明電極１２ａ２と指との間に発生する静電容量を検出する。
次いで、制御部７は、スイッチＳ１２をオフしてスイッチＳ１３をオンする。これにより、検出回路６が、下部透明電極１２ａ３と指との間に発生する静電容量を検出する。
以下同様にして、制御部７は、１つのスイッチをオンして他のスイッチをオフする制御をスイッチＳ１１〜Ｓ１８まで繰り返し、検出回路６は、オンされたスイッチに接続された上部透明電極と指との間に発生する静電容量を逐次検出する。
【００５５】
例えば、上部透明電極１１ａ３と下部透明電極１２ａ３との交点Ｂ１に使用者の指が近づいたとき、上部透明電極１１ａ１〜８と指との間に発生する各静電容量の検出値のうち、
上部透明電極１１ａ３と指との間に発生する静電容量の検出値が最も大きくなる。また、下部透明電極１２ａ１〜８と指との間に発生する各静電容量の検出値のうち、下部透明電極１２ａ３と指との間に発生する静電容量の検出値が最も大きくなる。従って、これら最も大きい検出値に基づいて、指が近づいた位置を特定することができる。
【００５６】
なお、前述したように、本第１実施形態にかかるタッチ入力デバイス４は、抵抗膜方式のタッチパネルとしても、静電容量方式のタッチパネルとしても使用することができる。例えば、タッチ入力デバイス４は、抵抗膜式デジタル型タッチパネルやミューチュアル（mutual）式静電容量方式タッチパネル、セルフ(self)式静電容量方式タッチパネルなどに適用可能である。一般に、抵抗膜式デジタル型タッチパネルは、ミューチュアル（mutual）式静電容量方式タッチパネルと比べて、電極幅（配線幅）が狭いため、感度の低下が懸念されている。また、抵抗膜式デジタル型タッチパネルでは、上部電極と下部電極の電極幅がほぼ同じであることが多いが、ミューチュアル式静電容量方式タッチパネルでは、送信側と受信側とで電極幅が異なることが多い（相互の干渉による感度低下を防ぐため）。また、セルフ(self)式静電容量方式タッチパネルは、各電極幅が狭く、感度が十分に確保できない。さらに、静電検出状態のまま、上部電極と下部電極が接触した場合、静電容量の検出ができなくなるおそれがある。
【００５７】
そこで、制御部７は、スイッチＳ１〜Ｓ８及びスイッチＳ１１〜Ｓ１８のオンオフを、例えば以下のように制御することが好ましい。
【００５８】
まず、制御部７は、スイッチＳ１〜Ｓ８のうちスイッチＳ１，Ｓ２（互いに隣接する２つのスイッチ）を同時にオンする。これにより、検出回路６が上部透明電極１１ａ１，１１ａ２と指との間に発生する静電容量を検出する。
次いで、制御部７は、スイッチＳ１，Ｓ２をオフしてスイッチＳ３，Ｓ４をオンする。これにより、検出回路６が上部透明電極１１ａ３，１１ａ４と指との間に発生する静電容量を検出する。
以下同様にして、制御部７は、互いに隣り合う２つのスイッチをオンして他のスイッチをオフする制御をスイッチＳ１〜Ｓ８まで繰り返し、検出回路６は、オンされたスイッチに接続された２本の上部透明電極と指との間に発生する静電容量を逐次検出する。
【００５９】
前記スイッチＳ１〜Ｓ８のオンオフ制御に同期して又は前記オンオフ制御の後、制御部７は、スイッチＳ１１〜Ｓ１８のうちスイッチＳ１１，Ｓ１２（互いに隣接する２つのスイッチ）をオンする。これにより、検出回路６が下部透明電極１２ａ１，１２ａ２と指との間に発生する静電容量を検出する。
次いで、制御部７は、スイッチＳ１１，Ｓ１２をオフしてスイッチＳ１３，Ｓ１４をオンする。これにより、検出回路６が下部透明電極１２ａ３，１２ａ４と指との間に発生する静電容量を検出する。
以下同様にして、制御部７は、互いに隣り合う２つのスイッチをオンして他のスイッチをオフする制御をスイッチＳ１１〜Ｓ１８まで繰り返し、検出回路６は、オンされたスイッチに接続された２本の下部透明電極と指との間に発生する静電容量を逐次検出する。
【００６０】
例えば、上部透明電極１１ａ３と下部透明電極１２ａ３との交点Ｂ１に使用者の指が近づいたとき、上部透明電極１１ａ１〜８と指との間に発生する各静電容量の検出値のうち、
上部透明電極１１ａ３，１１ａ４と指との間に発生する静電容量の検出値が最も大きくなる。また、下部透明電極１２ａ１〜８と指との間に発生する各静電容量の検出値のうち、下部透明電極１２ａ３，１２ａ４と指との間に発生する静電容量の検出値が最も大きくなる。従って、これら最も大きい検出値に基づいて、指が近づいた位置を特定することができる。
【００６１】
前述のような互いに隣り合う２つのスイッチを同期してオンする制御を行うことで、見かけ上、電極幅を２倍にすることができる。これにより、上部透明電極１１及び下部透明電極１２の電極幅が狭い場合であっても、見かけ上、それらの電極幅を大きくして、感度を向上させることができる。なお、前記では、互いに隣り合う２つのスイッチを同期してオンする制御を行うようにしたが、互いに隣り合う３以上のスイッチを同期してオンする制御を行うようにしてもよい。これにより、感度を任意に変化させることが可能になる。
【００６２】
また、前記では、スイッチＳ１〜Ｓ８及びスイッチＳ１１〜Ｓ１８の全てを順にオンするようにしたが、例えば、スイッチＳ１、スイッチＳ３、スイッチＳ５、スイッチＳ７の順にオンするなど、オンするスイッチを減らしてもよい。すなわち、検出解像度が低下しない範囲で、オンするスイッチを間引いてもよい。これにより、見かけ上、電極幅を狭くすることができ、検出速度の低下を防ぐことができる。
【００６３】
また、前記では、スイッチＳ１〜Ｓ８を，スイッチＳ１，Ｓ２→スイッチＳ３，Ｓ４→スイッチＳ５，Ｓ６・・・の順にオンするようにしたが、スイッチＳ１，Ｓ２→スイッチＳ２，Ｓ３→スイッチＳ３，Ｓ４・・・の順にオンするようにしてもよい。スイッチＳ１，Ｓ２→スイッチＳ３，Ｓ４→スイッチＳ５，Ｓ６・・・の順にオンするようにした場合、スイッチＳ１〜Ｓ８を１つずつ順にオンする場合と比べて解像度が半分になる。この解像度の低下は、互いに隣り合う３以上のスイッチを同期してオンする制御を行うようにした場合に特に顕著になる。スイッチＳ１，Ｓ２→スイッチＳ２，Ｓ３→スイッチＳ３，Ｓ４・・・の順にオンする、すなわち、オンするスイッチを一部重複させることで、感度を向上させつつ、解像度の低下を低減することが可能になる。なお、前記では、スイッチＳ１〜Ｓ８のオンオフ制御について述べたが、スイッチＳ１１〜Ｓ１８についても同様である。
【００６４】
《第２実施形態》
図７は、本発明の第２実施形態にかかるタッチ入力デバイスの模式断面図である。本第２実施形態にかかるタッチ入力デバイス４Ａが、前記第１実施形態にかかるタッチ入力デバイス４と異なる点は、隙間２１に絶縁性を有する透明液４１が充填されている点である。
【００６５】
前記第１実施形態のタッチ入力デバイス４において隙間２１には空気が存在する。空気は透明であるので、タッチ入力デバイス４の全体の透過率は高い。しかしながら、タッチ入力デバイス４を見る角度によっては、隙間２１に存在する空気に起因して光が反射し、透過率が低下することがある。
【００６６】
これに対し、本第２実施形態にかかるタッチ入力デバイス４Ａによれば、隙間２１に絶縁性を有する透明液４１を充填することにより、光の反射を抑えて、透過率の低下を抑えることができる。また、液体は、通常、空気よりも誘電率が高いので、隙間２１に絶縁性を有する透明液４１を充填することにより、感度を向上させることができる。
【００６７】
なお、隙間２１に透明液４１を充填する場合、透明液４１が漏れ出さないように、隙間２１の密閉度を高くする必要がある。このため、図８に示すように、タッチ入力デバイス４Ａに押圧力Ｐが加えられ、上部透明基板１１などが変形したときであっても、隙間２１の体積が変わらないように、隙間形成部材１４は弾性変形可能に構成されることが好ましい。
【００６８】
透明液４１としては、シリコーン系、フッ素系、炭化水素系又はアルコール系の不活性液体を用いることが好ましい。この種の透明液としては、例えば、３Ｍ社製のフロリナート（登録商標）、ノベック（登録商標）、信越化学社製のシリコンオイル（商品名「ＫＦ」、「ＨＩＶＡＣ」）、炭化水素系の光学オイル、アルコール系のポリエチレングリコールなどが挙げられる。
【００６９】
また、透明液４１の屈折率は、空気よりも高い、すなわち１．０より高いことが好ましい。これにより、ニュートンリングの発生を抑えて、光学特性透過率を向上させ、表示部３Ａの視認性を向上させることができる。また、透明液４１の屈折率は、上部透明基板１１の屈折率の±０．５の範囲にあることがさらに好ましい。これにより、ニュートンリングの発生をより一層抑えて、光学特性透過率を一層向上させ、表示部３Ａの視認性を一層向上させることができる。
【００７０】
また、透明液４１の動粘度が高すぎると、タッチ入力デバイス４Ａを押圧したときに、上部透明電極１１ａと透明感圧インク部材１３とが接触し難くなる。このため、透明液４１の２５℃における動粘度は、５０万ｍｍ２／Ｓより低いことが好ましい。また、透明液４１の２５℃における動粘度は、５万ｍｍ２／Ｓより低いことがさらに好ましい。これにより、上部透明電極１１ａと透明感圧インク部材１３とをより一層接触し易くすることができるとともに、当該接触後に元の状態に戻り易くすることができる。また、透明液４１の２５℃における動粘度が低いと、透明液４１を密封する部材（例えば、上部透明基板１１及び下部透明基板１２など）の剛性が低い場合においてタッチ入力デバイス４Ａを垂直方向に配置したときに、絶縁性を保持することができないおそれがある。このため、透明液４１の２５℃における動粘度は、０．６５ｍｍ２／Ｓであることが好ましい。
【００７１】
また、透明液４１には、耐熱性の範囲が−４５℃〜１２５℃であるものを使用することが好ましい。これにより、通常の使用環境によって、透明液４１が固まったり、緩くなったりせず、タッチ入力デバイス４Ａの使用時に安定した入力値を得ること（再現性（精度）を高くすること）ができる。
【００７２】
《第３実施形態》
図９は、本発明の第３実施形態にかかるタッチ入力デバイスの模式断面図である。本第３実施形態にかかるタッチ入力デバイス４Ｂが、前記第２実施形態にかかるタッチ入力デバイス４Ａと異なる点は、上部透明電極１１の上面に透明導電膜５１が形成されている点である。
【００７３】
透明導電膜５１は、例えば携帯電話機のアンテナなどとして機能するよう形成されている。これにより、タッチ入力デバイス４Ｂを携帯電話機等に取り付ける際に、別途アンテナを取り付けるなどの手間を省くことができる。
【００７４】
なお、タッチ入力デバイス４Ｂが静電容量方式のタッチパネルとして使用される場合、上部透明電極１１ａ及び下部透明電極１２ａが形成されている領域ＶＡに透明導電膜５１を形成すると、当該透明導電膜５１により指と上部透明電極１１ａ又は下部透明電極１２ａとの間に発生する静電容量の検知が阻害される。このため、タッチ入力デバイス４Ｂが静電容量方式のタッチパネルとして使用される場合には、図１０に示すように、領域ＶＡの外側の領域に透明導電膜５１Ａを形成することが好ましい。一方、タッチ入力デバイス４Ｂが抵抗膜方式のタッチパネルとして使用される場合には、前記問題が生じない。すなわち、抵抗膜方式の位置検出は、上部透明電極１１ａと下部透明電極１２ａとが導通するか否かを検知することによって行うので、指と上部透明電極１１ａ又は下部透明電極１２ａとの間に発生する静電容量を検知する必要がない。このため、図１１又は図１２に示すように、領域ＶＡを横切るように透明導電膜５１Ｂ，５１Ｃを形成することができる。
【００７５】
なお、前記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明にかかる押圧機能を有するは、厚みを抑えるとともに、感度のバラツキを抑えることができるので、ＰＤＡ、ハンディターミナルなどの携帯情報端末、コピー機、ファクシミリなどのＯＡ機器、スマートフォン、携帯電話機、携帯ゲーム機器、電子辞書、カーナビゲーションシステム、小型ＰＣ、若しくは各種家電品などの電子機器に有用である。
【符号の説明】
【００７７】
１ 携帯電話機
２ 筐体
２Ａ 表示窓
３ 表示装置
３Ａ 表示部
４ タッチ入力デバイス
５ 入力キー
６ 検出回路
７ 制御部
１１ 上部透明基板
１１ａ 上部透明電極
１２ 下部透明基板
１２ａ 下部透明電極
１３ 透明感圧インク部材
１４ 隙間形成部材
２１ 隙間
３１ スイッチ
４１ 透明液
５１ 透明導電膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部透明基板と、
前記上部透明基板の下面にストライプ状に配置された複数の上部透明電極と、
前記上部透明基板の下面に対して対向配置された下部透明基板と、
前記下部透明電極の上面に、前記複数の上部透明電極に対して交差する方向にストライプ状に配置された複数の下部透明電極と、
前記上部透明基板と前記下部透明基板との対向領域に配置され、粘着性を有して前記上部透明基板と前記下部透明基板とを接着するとともに、前記複数の上部透明電極と前記複数の下部透明電極との間に隙間を形成する隙間形成部材と、
前記複数の上部透明電極又は前記複数の下部透明電極の少なくとも一方を覆うように設けられ、加えられた押圧力により電気特性が変化する導電性の透明感圧インク部材と、
を備え、
前記上部透明基板の厚み方向に外力が加わることにより前記上部透明基板が変形したとき、前記透明感圧インク部材が前記上部透明電極及び前記下部透明電極の両方に接触して両者を導通させる、押圧検出機能を有するタッチパネル。
【請求項２】
前記透明感圧インク部材は、前記複数の下部透明電極のみを覆うように設けられている、請求項１に記載の押圧検出機能を有するタッチパネル。
【請求項３】
前記隙間には、絶縁性を有する透明液が充填されている、請求項１又は２に記載の押圧検出機能を有するタッチパネル。
【請求項４】
前記透明液の屈折率は、空気の屈折率よりも高い、請求項３に記載の押圧検出機能を有するタッチパネル。
【請求項５】
前記透明液の２５℃における動粘度は、５０万ｍｍ２／Ｓより低い、請求項３又は４に記載の押圧検出機能を有するタッチパネル。
【請求項６】
前記透明液の耐熱性の範囲は、−４５℃〜１２５℃である、請求項３〜５のいずれか１つに記載の押圧検出機能を有するタッチパネル。
【請求項７】
前記上部透明電極の上面には、透明導電膜が形成されている、請求項１〜６のいずれか１つに記載の押圧検出機能を有するタッチパネル。
【請求項８】
前記複数の上部透明電極及び前記複数の下部透明電極のそれぞれと接続された、前記上部透明基板が押圧された位置を検出するための検出回路と、
前記複数の上部透明電極及び前記複数の下部透明電極のそれぞれと前記検出回路とを間を接離する複数のスイッチと、
前記複数のスイッチを、互いに隣り合う所定数のスイッチ毎にオンオフを制御する制御部と、
を備える、請求項１〜７のいずれか１つに記載の押圧検出機能を有するタッチパネル。
【請求項１】
上部透明基板と、
前記上部透明基板の下面にストライプ状に配置された複数の上部透明電極と、
前記上部透明基板の下面に対して対向配置された下部透明基板と、
前記下部透明電極の上面に、前記複数の上部透明電極に対して交差する方向にストライプ状に配置された複数の下部透明電極と、
前記上部透明基板と前記下部透明基板との対向領域に配置され、粘着性を有して前記上部透明基板と前記下部透明基板とを接着するとともに、前記複数の上部透明電極と前記複数の下部透明電極との間に隙間を形成する隙間形成部材と、
前記複数の上部透明電極又は前記複数の下部透明電極の少なくとも一方を覆うように設けられ、加えられた押圧力により電気特性が変化する導電性の透明感圧インク部材と、
を備え、
前記上部透明基板の厚み方向に外力が加わることにより前記上部透明基板が変形したとき、前記透明感圧インク部材が前記上部透明電極及び前記下部透明電極の両方に接触して両者を導通させる、押圧検出機能を有するタッチパネル。
【請求項２】
前記透明感圧インク部材は、前記複数の下部透明電極のみを覆うように設けられている、請求項１に記載の押圧検出機能を有するタッチパネル。
【請求項３】
前記隙間には、絶縁性を有する透明液が充填されている、請求項１又は２に記載の押圧検出機能を有するタッチパネル。
【請求項４】
前記透明液の屈折率は、空気の屈折率よりも高い、請求項３に記載の押圧検出機能を有するタッチパネル。
【請求項５】
前記透明液の２５℃における動粘度は、５０万ｍｍ２／Ｓより低い、請求項３又は４に記載の押圧検出機能を有するタッチパネル。
【請求項６】
前記透明液の耐熱性の範囲は、−４５℃〜１２５℃である、請求項３〜５のいずれか１つに記載の押圧検出機能を有するタッチパネル。
【請求項７】
前記上部透明電極の上面には、透明導電膜が形成されている、請求項１〜６のいずれか１つに記載の押圧検出機能を有するタッチパネル。
【請求項８】
前記複数の上部透明電極及び前記複数の下部透明電極のそれぞれと接続された、前記上部透明基板が押圧された位置を検出するための検出回路と、
前記複数の上部透明電極及び前記複数の下部透明電極のそれぞれと前記検出回路とを間を接離する複数のスイッチと、
前記複数のスイッチを、互いに隣り合う所定数のスイッチ毎にオンオフを制御する制御部と、
を備える、請求項１〜７のいずれか１つに記載の押圧検出機能を有するタッチパネル。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１３−８２３１（Ｐ２０１３−８２３１Ａ）
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４０９２６（Ｐ２０１１−１４０９２６）
【出願日】平成２３年６月２４日（２０１１．６．２４）
【出願人】（０００２３１３６１）日本写真印刷株式会社 (477)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２４日（２０１１．６．２４）
【出願人】（０００２３１３６１）日本写真印刷株式会社 (477)
【Ｆターム（参考）】
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